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培养空间想象力 突破制图教学“瓶颈”
来源:佚名  发布时间:2014-7-20 13:52:08  浏览次数: 705 
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培养空间想象力  突破制图教学“瓶颈”
邓红秋  机械工程系
【摘要】空间想象力是学生学好《机械制图》的基础和前提,也是其职业能力发展的关键。着力培养学生的空间想象力,是突破《机械制图》教学“瓶颈”,提高教学效果的必要措施。本文结合自己的教学实践,从促进空间想象力形成的各个环节着手,阐述了培养学生空间想象力的方法和途径。
【关键词】空间想象力、培养、形象储备、多媒体和CAD、逻辑思维
 
《机械制图》是研究识读和绘制机械图样的原理和方法的主干专业基础课程,是学生学习后续专业课程以及发展自身职业能力的必要基础,所以,学好本课程的重要性不言而喻。然而,由于本课程投影原理的抽象性,对于初学者而言,往往很难以将空间形体与其平面投影高度细致地联系起来,也就是说缺乏空间想象力,训练和培养学生的空间想象力,实质就是《机械制图》教学的重要任务之一。
一、空间想象力的重要性
所谓空间想象力,就是人们对客观事物的空间形式进行观察、分析和抽象的思维能力。《机械制图》有两大主干内容,一是“读图”,即根据二维投影想象出立体的形状;二是“绘图”,即根据立体绘制出二维投影。要实现空间形体与二维投影之间的相互转换,离不开对空间形体的分析和表达,也就是说离不开空间想象力。想象是智慧的翅膀,是创造的前提。爱因斯坦说过:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。”作为未来的设计者和创造者,需要具备丰富的空间想象力和创造力。因此,空间想象力的培养,不仅是学生学好《机械制图》的基础和前提,也是其职业能力发展的关键。
二、缺乏空间想象力,是制图教学的“瓶颈”;
技校生大多是初中毕业生,文化基础普遍较差,因为没学过立体几何,也没有空间概念,而且缺少生活阅历和生产实践经验,对机械零件的感性认识严重匮乏,因此,在学习过程中,学生往往缺乏有序的空间思维,不知从何下手,如何展开想象,再加上本课程投影原理的抽象性,容易产生畏学、厌学的情绪,这是制图教学的一大难题,要突破这个教学“瓶颈”,势必要培养学生的空间想象力。那么,怎样才能有效培养学生的空间想象力呢?
三、培养学生空间想象力的途径
培养空间想象力的途径有很多,不同的教师有不同的方法,但无论用什么方法,都必须遵循想象的客观规律,再根据学生的具体情况和教学条件进行适当的调整。想象是在头脑中把表象材料进行加工制作而形成新形象的心理过程,要形成空间想象力,首先是要有足够的表象材料;其次是如何进行“加工”,形成新的形象,具体地说,就是要掌握科学的方法进行思维,构思出正确的形象,并通过科学有效的训练方法,使这种能力不断巩固和提高。本文就从促进空间想象力形成的这些环节着手,谈谈笔者在教学中的一些做法和体会。
1、构建丰富的形象储备,为空间想象力准备足够的表象材料;
想象的基本材料是表象,只有储备了丰富的感性材料,在分析、综合和抽象时,才容易“一蹴而就”,建立起正确的空间形体的表象。头脑中形象储备的量越大,则重组形体的能力就越强,空间想象力也越强。这里的“形象”包括形体的立体形象及形体的图形表达,“形象储备”即是将这两种形象相对应地存储在脑海中,以备用时调取。
首先是构建形体的立体形象储备。在教学中采用直观教学法,展示模型和机械零件,播放多媒体课件,还可以带领学生到实习车间参观,让学生获取足够的立体形象及机械零件的感性认识,引导学生多观察,多记忆,形成丰富的形象储备;
其次是构建形体的图像储备。教学中要注重图感培养,正如球员要有球感一样,学习《机械制图》也要有图感,即将图形与立体密切联系起来的能力。而记图就是一个很好的途径,这里所说的“记”不是死记硬背,而是在理解的基础上针对性地记忆,熟记基本形体及典型零件结构的视图表达,包括不同摆放位置对应的视图表达,通过反复练习,使学生能快速获取图像信息,并马上和立体结构联系起来,提高想象的速度。
2、夯实《机械制图》的理论基础,指导空间想象力的建立
任何实践都必须有一定的理论指导,空间想象绝不是天马行空的乱想,应是有章可循、有理论指导的想象,熟练掌握这些基本理论,对学生空间想象力的形成有关键性的作用。
(1)正投影理论和基本体的投影规律,是建立空间想象力的基础。正投影理论揭示了空间物体与其投影的根本关系和投影规律,是空间想象力所依赖的基本理论。但由于比较抽象,学生往往不好掌握,在教学中,把点、线、面等基本元素融入到具体的基本形体中,再讲其投影的对等及方位关系,学生就更加容易理解。再进行归纳总结,例如:把左、俯视图的“宽相等”比喻成“跑道”;三视图的前后方位是“里后外前”;基本体的视图特征为:“多边形+矩形”是棱柱,“一圆两矩形”是圆柱等,又找出两者的联系:“柱体都有矩形”等等,使枯燥的理论变得简单易记,同时更好地把握相互之间的联系。再引导学生观察:基本体的形状和位置变化时其三视图的相应变化,(如图1所示)

 

 
 
 
 
 

这样逐步递进,反复练习,学生扎实地掌握了这些基本规律,初步建立起空间概念后,才能由浅入深地学习组合体和机械零件的视图表达。
(2)读图和绘图的基本要领是建立空间立体概念的基本方法。
“读图”和“绘图”相辅相成、互为逆向。首先, “绘图”可视为将立体沿投影方向“压缩”成平面图形的过程。在绘图时,引导学生由特征视图开始,再到另两个视图,训练学生由三维“压缩”转向二维的思维能力;另一方面,“读图”则看作是由面“拉伸”成立体的过程。先是引导学生自己想象,再利用CAD的“拉伸”命令展示其动态过程,然后改变“拉伸”路线例如为垂直、倾斜和曲线时,想象其结构的改变(如图2所示)。这种方法

 

 
 
 
 

能帮助学生有效实现由面到立体的想象,较快地建立空间立体概念,同时也大大激发了学生的学习兴趣。
此外,还引导学生从两个方面把握空间立体的形成,培养空间立体感:一是由面“拉伸”成立体,再由小立体组合成大立体;二是由平面围成立体。前者实质是用形体分析法读图,先抓特征,分线框,再对投影,构思出各部分的立体结构,然后判定其方位,由小立体组合成大整体;后者则是用面形分析法读图,利用平行面、垂直面的投影特性,分析各个表面的形状及相对位置,再将各个面围成立体,在此,以多媒体动画形式展现其形成过程(如图3所示)效果更好。通过这两种方法引导学生逐步想象,是培养学生空间立体感,训练空间思维最有效的基本方法。

 

 
 
 
 
 
 

3、培养有序的逻辑思维,促进空间想象力的形成;
空间想象是一个逻辑思维的过程。在教学中,要训练学生按照一定的方法和步骤,思路清晰地进行思考,由条件逐步引出结果。
例如,在讲“组合体的表面连接关系”时,引导学生先根据视图判定其连接方式,再判断是否有线,然后根据对等关系确定线的位置。
又如,在讲“基本体切割”时,先根据切割面的位置判定其形状,再用相应的方法画图,当遇到多个基本体组合或多个位置切割面切割时,要进行拆分,化作单个基本体的切割,问题就会迎刃而解。通过反复练习,学生的思路更加清晰,思维更加有序,对复杂题目的畏惧感就能逐步消除,空间思维能力就能得到相应的提高。
4、运用多媒体技术及CAD软件教学,训练和培养学生的空间想象力;
多媒体技术和CAD软件作为新型的现代教学手段,以生动、直观、高效等独特优势,成为培养学生空间想象力不可缺少的重要途径。
(1)对于三视图的展开,剖视和切割等一些复杂的过程,往往用传统教法很难表述清楚,但用多媒体动画就非常形象生动,学生容易理解,印象深刻,且能激发兴趣,起着事半功倍的作用,有传统教学方式无法比拟的效果;
(2)多媒体色彩丰富,图文并茂,给人以强烈的视觉感受,对培养图感,增加形象储备非常有效(如下图所示);

 

 
 
 
 
 
 
 

(3)用视频或动画演示画图步骤,直观形象,可以反复播放,有利于学生掌握绘图要领,一般在板图讲解后再辅以多媒体播放,效果较好;
(4)多媒体强大的功能拓展了知识的深度和广度,课堂容量和教学效率显著提高。讲解习题更加高效,学生有更多的思考空间和练习机会。而且,大量的视图与形体的展示,使学生的形象储备不断增加,逻辑思维能力不断加强,空间想象力也相应提高。还可以链接到相关的学习网站,引导学生课后的学习补充。
(5)利用多媒体的交互性做练习,强化训练学生的空间想象力。如图所示将习题做成幻灯片,在分析、模型、答案之间灵活跳转,培养学生分析问题,解决问题的逻辑思维能力,促进学生空间想象力的形成。
(6)AutoCAD也起着至关重要的作用。由于模型挂图有限,操作不方便,利用AutoCAD强大的造型功能,为构建学生的形象储备提供了充足的素材,并且三维造型形象逼真,可以放大、旋转和着色,能够清楚详细地观察形体的结构,有助于增强形体的感性认识,提高把握形象的能力。尤其是二维图形和三维立体之间的直接转化,使学生更直观地把握“图”与“物”之间的联系。笔者发现,学习了AutoCAD(尤其是实体生成)的学生的空间立体感比没学过的学生要强很多。在学习中,他们还可以借助CAD来把握和检测一些难以理解的形体结构。如图4所示,要求补全回转体被切割后的俯、左视图。很多学生在补画左右两个切割面在左视图中的投影时画成直线,学生利用CAD生成实体,看到的形状也似乎是直线,我引导学生分析:这两个切割面不过锥顶,而是与圆锥的轴线平行,根据圆锥切割体的特性可知只能是曲线,只是比较接近直线而已。当学生还是疑惑时,我建议学生捕捉两个端点做直线,将其与轮廓线比较,通过放大后终于得到验证:两者并不重合!这次给学生的印象非常深刻,充分调动了学生的自主探索的积极性,引导其用理论来指导空间想象,给学生的逻辑思维训练上了生动的一课。
在2010-2011年度第一学期的教学中,多媒体和AutoCAD的应用取得了较好的教学效果。
5、充分利用轴测图,辅助训练和培养学生的空间想象力
轴测图的立体感强,能够比较直观地展现形体结构,在教学中可以代替模型,方便快捷,学生容易理解。在读图时,往往会“想东忘西”,难以将物体综合成形,如果在构思时,边用轴测图记录下来,逐步构建物体的结构,就能提高读图的速度和准确率。因此,在教学中,教师快速、漂亮的示范就是对学生最好的鼓动,再强调画图技巧,指导学生快速徒手绘制轴测图,对训练学生的空间想象非常有效。
6、采用多种形式的训练,强化和提高学生的空间想象力;
空间想象力需要经过训练才能得到强化和提高,教学中采用的形式可以是多种多样,灵活多变的。
(1)进行课堂讨论,引导学生多看、多想、多练。例如:在讲“组合体的视图画法”时,我将学生分成几个组,给每组学生各发一个模型,让他们自行完图,然后让全体学生共评,指出错漏和不足,在各组之间进行比赛,学生的学习热情很高,课堂气氛也很活跃,最后,我再做点评和总结,强调画图的要领,学生在遇到问题和难度后再回来听讲,注意力更集中,针对性更强,印象也更深刻,而且在同样的时间内,学生得到更多的思考和训练,与“先讲要领再练习”的常规教学模式相比,教学效果更好。
(2)进行“一题多解”的训练。例如根据两个视图,补画其各种可能的第三视图。在课堂上,以导为主,鼓励学生充分发挥想象,从线框着手,通过改变“拉伸”路线,有序地构思形体的各种结构,通过这种训练,可以激发兴趣,开阔思维,丰富学生的空间想象。
(3)进行“同类形体对比”的训练,对比分析同类形体的投影特点,再分析其局部结构变形前后的异同,可以提高学生的应变能力,训练其空间想象的快速形成。
以上这些方法,可以在教学中相互贯穿,相得益彰。学生只有具备了丰富的形象储备,用科学的方法进行有序的想象,才能有效快速地完成空间想象的整个过程。“教有法,无定法”,在教学中,教师要结合学生实际情况和教学条件,不断实践,及时调整,才能选择最适合的方法来训练和培养学生的空间想象力。
结束语
总之,空间想象能力的培养不是一朝一夕之事,掌握好基本理论是基础,科学有效的训练方法是关键,教师要大胆进行教学改革,不断探索新的教学方法,才能培养学生的空间想象能力,突破制图教学的“瓶颈”,切实提高制图教学的质量,为学生学好《机械制图》和未来的职业发展打下坚实的基础。
 
参考文献
[1]《机械制图》(第五版)  钱可强主编  中国劳动和社会保障出版社出版,2007
[2]《速成识图法》 金大鹰主编  机械工业出版社,2005.1
[3]《心理学——教与学原理》 王新如主编  新世纪出版社,1994.7
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