淺談如何在機械制圖中培養學生的空間想象力

空間想象力是機械制圖課的一項基本技能，是繪圖、識圖最重要、最直接的一種能力，是一個復雜、綜合的心理過程。機械制圖教學的目的之一就是使學生具有較強的空間想象力，為后續學習和實際應用切實打好基礎。

一、空間想象力的重要作用

空間想象力能夠促進學生空間思維能力的發展，而空間思維能力的發展又能促進空間想象力的提高，充分認識空間想象力的重要性是探索空間想象力培養規律、提高空間想象力教學質量的前提。

首先，空間想象力是學生識圖的基礎。機械圖樣是機械工程的通用語言，它分為零件圖和裝配圖。機械制圖就是學習識讀和繪制機械圖樣原理和方法的一門主干技術基礎課。學生要想在機械行業立足，需要看懂圖樣，想象零件的空間結構，零件的裝配關系、相對運動關系等等，這些都離不開空間想象力。

其次，空間想象力也是學習其他專業課程的重要知識元素。金屬材料與熱處理中晶體原子的空間排列格架——晶格結構認識;機械基礎中螺紋的大徑、中徑、小徑，齒輪齒頂圓、分度圓、根圓等術語理解;極限配合與技術測量基礎中形位公差項目直線度、平面度、圓度、圓柱度等術語理解;車工工藝學中車刀基面、切削平面、主截面三個輔助平面的建立等等內容都涉及到空間想象力的運用。因此，在機械制圖教學中培養學生的空間想象力，可以使學生在學習其他專業課程時有更多的用武之地。

二、培養空間想象力存在的問題

由于技校學生學識水平有限和實踐經驗幾乎沒有，因此學生學習時存在不少問題，主要表現在:一是缺乏自信心。由于原有學習基礎不夠扎實，加之這部分內容理解較難，學習時存在畏難情緒。二是空間想象力不夠。由于學科本身實踐性較強，學生認知能力有限且沒有接觸實際生產，學生必須具備的空間想象力普遍不夠。三是思維方法單一。學生只會順向解決問題，缺乏捕捉重點、突破難點的能力。

三、如何培養學生的空間想象力

要使學生樹立起空間概念和想象能力，在教學過程中要理論聯系實際，讓學生多接觸實物、模型，借助計算機輔助教學軟件的強大功能，通過一定的思維訓練方法，即可使學生逐步建立空間想象能力、空間分析能力。

1. 直觀教學是培養空間想象力的基本手段

機械制圖是以三視圖來表達形體的，也就是以二維平面圖形來表達三維空間物體。技校學生的空間想象能力較差，開始學習時，有一定困難，因此要借助模型、切割果蔬、捏橡皮泥、畫軸測圖、現場參觀等直觀手段來輔助教學，啟發學生思維，完成由物到圖的過程。如講圓柱體的三視圖，對照實物講解，引導學生觀察樹木、旗桿等圓柱形物體的影子，學生就很容易理解圓柱體的三視圖是一個圓和兩個矩形。變換圓柱體的空間位置，又可得到不同而又關聯的三視圖，繼而進一步總結圓柱體三視圖的特點。又如講平面切割圓錐時，事先準備刀子和蘿卜，進行現場切割，即可順利得到橢圓、雙曲線、拋物線、等腰三角形等各種截交平面，這樣既提高了學生的學習興趣，又近距離地觀察到了截平面圖形，那么畫它們的三視圖就容易多了。再如講組合體時，如果手邊沒有合適模型，可以引導學生采用畫軸測草圖的方法增加直觀性，啟發學生空間思維。有條件的話，還可以經常帶領學生進入實習車間對照零件圖和零件成品，從感性認識過渡到理性認識，培養空間想象能力。

2. 計算機輔助教學是提高空間想象力的重要手段

多媒體計算機輔助教學技術(AutoCAD和 3Dmax)憑著它強大的信息處理能力，相關的二維、三維繪圖技術也日趨完善和智能化，這就為培養空間想象力提供了新的平臺，創造了極為便利的條件。比如講圓柱體、圓錐體、圓臺體的形成時，可利用多媒體演示，先畫一矩形旋轉360°得到圓柱體，再把矩形拉伸成直角梯形旋轉360°得到圓臺體，最后把梯形拉伸成三角形旋轉360°得到圓錐體。通過多媒體就可以把這種抽象的描述轉化成一個簡單而有趣的動態演變過程。學生親眼看到了空間實體的形成，不但在輕松愉悅中接受了新知識，拓展了抽象思維能力，而且激發了學生的學習興趣。計算機輔助教學可以為學生營造一個仿真的虛擬世界，學生不但可以感知而且可以操作虛擬世界的各種對象。直觀動態的三維實體代替了抽象的表達，簡化了教師與學生的溝通過程，降低了學生學習的難度，增強了學生學習的信心。如講組合體的識讀時，對于初學者而言是個難點。教師利用計算機獨特的切割和疊加功能，一邊分析，一邊展示，得出實體。學生通過多方位的觀察和動態的演示很容易形成對空間形體的分析和推理，進而提高了學生的邏輯思維能力和空間實體的分析能力。

3. 空間思維訓練是提高空間想象力的重要途徑

空間想象力和思維能力要想進一步得到提高，特別是學習組合體這部分內容，必須采取有效的空間思維訓練方法，才能捕捉重點，突破難點，提升空間想象力。

(1)由部分擴展到整體。當一個組合體是被多次切割得到時，通過對組合體的分析，將問題轉化為由部分擴展到整體，可達到從難以想象轉化簡單想象的目的。一般情況下，還原整體是處理多面切割體或一面切割多個基本體的較好做法。如一圓柱被多個平面切割時，要想直接想象出切割后形成的實體，確實困難較大。如果把圓柱體還原延伸，就把思維轉化為在圓柱體上截切的基本問題，學生就很有把握做出相關的截平面圖形，這時只要畫出存在的實體部分，整個復雜的問題就解決了。

(2)由內部擴展到外部。在組合體中經常遇到內部結構比較復雜的問題，圖形中會出現較多的虛線，學生感到內部結構難以看到，因此，學生思考時，多了一層阻力，感到較難。這時如果把內部結構單獨取出，轉化為實體，往往能突破思維障礙，化難為易，再把實體中解決了的問題重新轉化為內部結構，就完成了問題的求解。如畫管接頭的內部結構時，首先分析內部結構為哪種圓柱與圓柱的相交，得出相應的相貫線，再把實線轉化為虛線即可。

(3)由平面擴展到曲面。組合體中平面和曲面是性質不同的兩種面，但它們的投影原理相似。我們可以借助類比的思維方法，將一種已掌握的知識推廣到另一種對象之中，創造性地解決一些陌生、甚至求解困難的問題。平面圖形的投影特性是真實性、類似性、積聚性，聯想到投影面垂直面投影特性，曲面圖形在所垂直的投影面上的投影具有積聚性，其他投影為類似性。這一投影特性在組合體的補線，補圖中應用極為廣泛，更是檢查作圖是否正確的有效武器。類比法既能使學生學到一種解題的方法和技巧，又能培養學生的空間想象力和邏輯推理能力。

(4)由正求擴展到逆解。有些問題，正向分析，順向解答，比較麻煩，還思路不清，如果能從相反的角度來處理，用逆向思維來考慮問題，則可以收到較好的效果。做補畫第三視圖(至少兩種答案)的練習時，可以先分組討論猜想出一個答案，再線面分析法進行驗證，最后對這個答案進行遷移，這樣很容易得到多種不同的答案。

(5)由無章可循到按部就班。組合體的有些問題涉及多個方面，這些方面又同等重要、不分主次，解決問題就必須從不分先后地求解轉化為按部就班，各個擊破，這樣思路清晰，不易出錯。例如，做球體切割練習時，就要一個面一個面地分析，依次完成。

(作者單位:山西省臨汾高級技工學校)