周艷清，許端端，李 緯，李 倩

(湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，武漢 430068)

空間思維力的提升也是智能開發(fā)的過程，能夠挖掘?qū)W生潛能，建立學(xué)生的學(xué)習(xí)自信。思維潛能開發(fā)則是智能開發(fā)中最基礎(chǔ)、最核心的部分[1]。工程識(shí)圖與AutoCAD課程是一門既有理論又有實(shí)踐的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究通過二維平面表達(dá)空間形體及CAD軟件應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維力、分析能力和學(xué)習(xí)能力，形成良好的思維習(xí)慣，掌握扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)，讓學(xué)生收獲成功感，提高學(xué)習(xí)興趣，熱愛自己的專業(yè)?？臻g思維力提升研究具有重大意義，能夠?yàn)楹罄m(xù)課程的學(xué)習(xí)及滿足今后的工作崗位需求奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 空間思維力的提升需要理論基礎(chǔ)知識(shí)支撐[2]

本課程主要是用正投影法解決空間幾何問題的一門學(xué)科。為提升學(xué)生的空間思維力，學(xué)生必須具備一定的投影基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)掌握正投影的特性、三面投影圖的基本規(guī)律、視圖與形體的方位關(guān)系、組合體投影的畫法這四個(gè)基本內(nèi)容。

第一，正投影的特性包括真實(shí)性、積聚性、近似性。真實(shí)性是指如果線段和平面圖形平行于投影面，投影就會(huì)反映出實(shí)際的長(zhǎng)度或?qū)嶋H的形狀；積聚性是指如果線段和平面圖形垂直于投影面，投影就會(huì)積聚為一點(diǎn)或一直線段；近似性是指如果線段和平面圖形傾斜于投影面，投影就會(huì)短于實(shí)長(zhǎng)或小于實(shí)形，但與空間圖形類似。第二，三面投影圖的基本規(guī)律是指三等關(guān)系：正面圖與平面圖長(zhǎng)對(duì)正；正面圖與側(cè)面圖高平齊；平面圖與側(cè)面圖寬相等。第三，視圖與形體的方位關(guān)系。正面圖反映形體的上、下和左、右，不反映前、后；平面圖反映形體的前、后和左、右，不反映上、下；側(cè)面圖反映形體的上、下和前、后，不反映左、右。第四，組合體投影的三種畫法包括疊加法、切割法、混合法。疊加法是指由若干個(gè)基本體疊加形成建筑或其構(gòu)件的方法；切割法是指由基本體切去一部分或幾部分后形成建筑或其構(gòu)件的方法；混合法就是將疊加法和切割法混合應(yīng)用。

基礎(chǔ)知識(shí)是思維力提升的基礎(chǔ)，這四個(gè)內(nèi)容必須理解透徹，形成知識(shí)體系，融會(huì)貫通，這樣在實(shí)際應(yīng)用中才能發(fā)揮作用。

2 基于CAD三維實(shí)體建模提升空間思維力

CAD三維實(shí)體建模實(shí)現(xiàn)了三維模型可視化，讓學(xué)生有更加直觀的感受。基于CAD三維實(shí)體建模構(gòu)建空間思維，能夠提升空間思維力。CAD三維實(shí)體建模以圖1為例，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

圖1 三視圖Fig.1 Three views

對(duì)該三視圖進(jìn)行形體分析。根據(jù)位置關(guān)系、正投影特性、投影的基本規(guī)律，初步分析得到該組合體是由三個(gè)基本形體得到。左前一個(gè)長(zhǎng)16、寬21、高12的長(zhǎng)方體，該長(zhǎng)方體其中一邊倒一個(gè)半徑為7的圓角；左后一個(gè)長(zhǎng)16、寬7、高18的長(zhǎng)方體；右邊一個(gè)長(zhǎng)26、寬28、高34的長(zhǎng)方體。應(yīng)用CAD三維實(shí)體建模需要先把模型空間調(diào)整為三維建模狀態(tài)，在該狀態(tài)下應(yīng)用三維建模命令建立三個(gè)長(zhǎng)方體，對(duì)左前一個(gè)長(zhǎng)方體應(yīng)用快捷命令f倒一個(gè)圓角，如圖2所示。

圖2 模型疊加Fig.2 Model superposition

然后，應(yīng)用疊加、切割的畫法在左前的形體里面切割掉一個(gè)直徑為8、高度為12的圓柱體；右邊的長(zhǎng)方體切割掉一個(gè)半徑為7、高度為16的半圓柱體，以及挖除一個(gè)半徑18、高度12的1/4圓柱體。在分析過程中，挖除的是什么形體需要結(jié)合三視圖觀察，因?yàn)橛行┬误w在兩個(gè)視圖里是一樣的畫法，在第三個(gè)視圖里才能具體知道是什么形狀。這個(gè)思考的過程也就是基本知識(shí)的應(yīng)用過程，不符合投影規(guī)律、投影特性的思維均為思考不全面。在CAD三維實(shí)體建模里，把需要切割的這三個(gè)形體先建出來，建完之后使用差集命令，用大的形體挖除掉要切割的這三個(gè)形體，切割完后如圖3所示。

圖3 模型切割Fig.3 Model cutting

畫完后選中所有形體，應(yīng)用并集命令，把共面多余的線除掉，繪制完成后如圖4所示。

圖4 模型并集Fig.4 Model set

在CAD軟件教學(xué)中，不再只是簡(jiǎn)單的教CAD軟件的基本操作，進(jìn)行二維圖形繪制，還要應(yīng)用CAD三維實(shí)體建模，發(fā)散學(xué)生空間思維，提高學(xué)生的空間想象力，將所學(xué)理論知識(shí)融會(huì)貫通。

3 孰能生巧，強(qiáng)化訓(xùn)練

在構(gòu)建空間思維的基礎(chǔ)上，提升空間思維力還需要進(jìn)一步的強(qiáng)化訓(xùn)練，需要循序漸進(jìn)，從基礎(chǔ)練習(xí)，并結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽、跨學(xué)科融合，逐步增加難度。

基礎(chǔ)練習(xí)主要是對(duì)三視圖、剖面圖的練習(xí)，通過大量練習(xí)加深對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的空間想象力、觀察力。在三視圖練習(xí)的過程中，運(yùn)用疊加、切割的思路構(gòu)建空間形體，若組建后三視圖的形成仍然存在困難，可借助CAD三維實(shí)體建模工具把空間形體建出來，加深對(duì)三視圖的理解；空間思維力的提高需強(qiáng)化練習(xí)剖面圖繪制，理解剖面圖的定義，仔細(xì)思考哪些是被剖到的部分，哪些是沒有被剖到但可見的部分，應(yīng)用繪圖規(guī)范將剖面圖繪制出來，將基礎(chǔ)知識(shí)掌握扎實(shí)。

學(xué)科競(jìng)賽系列性活動(dòng)的開展，可以有效拓寬大學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)視野，增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)工程創(chuàng)新思維，學(xué)習(xí)工程研究方法，提高解決工程實(shí)際問題的能力，促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)，全面提升土木工程高等教育教學(xué)質(zhì)量[3]。當(dāng)有一定空間想象力基礎(chǔ)時(shí)，可進(jìn)行深化練習(xí)，結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽的知識(shí)要求、能力要求，將典型的歷年學(xué)科競(jìng)賽真題帶入課堂，使理論知識(shí)在做競(jìng)賽題中得到訓(xùn)練和強(qiáng)化，讓學(xué)生更深刻地理解繪圖規(guī)范、圖學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、圖形繪制能力和想象力。可基于學(xué)科競(jìng)賽調(diào)整課程的內(nèi)容設(shè)置，改善教學(xué)方法，通過競(jìng)賽題的體系化訓(xùn)練檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)生的專業(yè)水平和專業(yè)素養(yǎng)。

跨學(xué)科融合在空間思維力培養(yǎng)鍛煉方面，可以進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)借鑒，如建筑學(xué)專業(yè)、藝術(shù)專業(yè)等，這些學(xué)科會(huì)使學(xué)生對(duì)建筑物的造型、設(shè)計(jì)有著更敏銳的觀察力和空間想象力。通過不同程度、不同深度的練習(xí)，能夠形成從量變到質(zhì)變的過程。

4 結(jié)語

空間思維力的提升，主要分三步來實(shí)現(xiàn)：第一步，牢固掌握基礎(chǔ)知識(shí)；第二步，基于CAD三維實(shí)體建模進(jìn)行空間思維構(gòu)建；第三步，強(qiáng)化訓(xùn)練。通過三步走，實(shí)現(xiàn)空間思維力的提升，做到對(duì)工程形體從二維平面到三維形體的空間想象，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性及創(chuàng)造力。