工程圖學(xué)創(chuàng)造性思維模式教學(xué)研究與實(shí)踐

收稿日期：2013-07-01

作者簡介：王書文（1959-），男，蘇州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院教授，主要從事理論圖學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究，（E-mail）szwswkn@163.com。

摘要：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力是工程制圖教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。文章論述了創(chuàng)造性思維模式下工程制圖課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，闡述了運(yùn)用不同的創(chuàng)造性思維模式激勵(lì)學(xué)生思維活動(dòng)的方法。以此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。實(shí)踐表明，這種教學(xué)方法對(duì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力的工程應(yīng)用型人才有積極的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué)；創(chuàng)造性思維；創(chuàng)新能力；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：TB23；G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2013）05008104 工程制圖課程教學(xué)改革一般包含4個(gè)方面：一是整合課程教學(xué)內(nèi)容體系，將工程制圖課程和相關(guān)專業(yè)課程知識(shí)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，既保持其連續(xù)性，又避免重復(fù)性；二是改革課堂教學(xué)方法，靈活運(yùn)用教師主導(dǎo)的直敘式、提問式、引導(dǎo)式、啟發(fā)式、討論式等教學(xué)模式，形成課堂教學(xué)方法的多樣性、靈活性；三是改革教學(xué)手段，即利用多媒體技術(shù)，集文本、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫于一體，加大教學(xué)信息量，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的直觀性、欣賞性；四是改革實(shí)踐教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

整合課程教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)不同的教學(xué)理念，教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的取舍與編排不同。教學(xué)方式，體現(xiàn)教師課堂教學(xué)的藝術(shù)性，即語言敘述藝術(shù)、引導(dǎo)藝術(shù)、啟發(fā)藝術(shù)，等等。教學(xué)手段，體現(xiàn)教師呈現(xiàn)知識(shí)手段的藝術(shù)性，如板書設(shè)計(jì)藝術(shù)、實(shí)物教具演示藝術(shù)、多媒體呈現(xiàn)藝術(shù)等。選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)踐教學(xué)模式，使工程制圖理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，提高學(xué)生工程制圖應(yīng)用能力。

工程制圖課程作為一門啟蒙性和實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，如何在該課程的教學(xué)中增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的工程素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)造能力是課程的主要目標(biāo)[1]。基于這一目標(biāo)，合理整合和運(yùn)用上述教學(xué)內(nèi)容、方法、手段，可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生掌握知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。

“教學(xué)有法，教無定法”，要重視教學(xué)法的研究。 教學(xué)方法的選擇以開發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性為準(zhǔn)[2]。通過多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者認(rèn)為課堂教學(xué)組織是關(guān)鍵，包括教學(xué)內(nèi)容的整合和課堂傳授方法，其在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中占據(jù)非常重要的地位。文章著重從課堂教學(xué)方式方法上，論述如何運(yùn)用創(chuàng)造性思維模式，開發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)而提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力的工程應(yīng)用型人才奠定良好基礎(chǔ)。

一、 創(chuàng)造性思維的基本概念

人類的思維有抽象思維、形象思維和靈感思維3種基本形式。抽象思維（亦稱邏輯思維）是運(yùn)用概念、判斷、推理等來反映現(xiàn)實(shí)的思維過程，貫穿于工程制圖課的始終。形象思維是以事物的具體形象為基礎(chǔ)來展開的思維過程。靈感思維是在不知不覺中突然迅速發(fā)生的特殊思維形式，是綜合思維的升華。創(chuàng)造性思維是前所未有的思維新結(jié)果，是達(dá)到新的認(rèn)識(shí)水平的思維。創(chuàng)造性思維的核心是新，即具備新穎性、非重復(fù)性和超越性等本質(zhì)屬性。創(chuàng)造性思維沒有特定的思維形式，思維的3種基本形式都能產(chǎn)生出創(chuàng)造性思維成果[3]。創(chuàng)造性思維的模式一般有模仿創(chuàng)造思維、擴(kuò)散思維與集中思維、求同思維與求異思維、正向思維與逆向思維等。工程制圖的空間思維是抽象思維和形象思維的交替運(yùn)用，當(dāng)這兩種思維應(yīng)用自如時(shí)，才能產(chǎn)生靈感思維。在工程制圖教學(xué)中，應(yīng)靈活運(yùn)用不同的創(chuàng)造性思維模式，豐富學(xué)生的空間想象力和構(gòu)型創(chuàng)造力。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

王書文工程圖學(xué)創(chuàng)造性思維模式教學(xué)研究與實(shí)踐

二、 創(chuàng)造性思維模式教學(xué)方法

創(chuàng)造性思維需要經(jīng)歷一定的訓(xùn)練才能夠獲得，需要正確理解研究對(duì)象，并具備勇于打破傳統(tǒng)思維定式的精神，更需要對(duì)事物的綜合分析能力[4]。將創(chuàng)造性思維模式教育方法應(yīng)用到工程制圖教學(xué)中，不僅可提高學(xué)生的空間思維能力和想象能力，還可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，進(jìn)而提高創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)前提是創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，要求教師創(chuàng)新教學(xué)方法，不能墨守成規(guī)、遵循固有模式，而是在實(shí)踐中探索創(chuàng)新教學(xué)模式。

（1）強(qiáng)調(diào)思維方法。在介紹新的概念、定理或例題時(shí)，如有可能，應(yīng)闡明其創(chuàng)新價(jià)值或在學(xué)科發(fā)展史上的意義，總結(jié)有關(guān)的思維過程或思維方法。比如，講解例題時(shí)，教師盡可能提供2種或以上的解題方法，并讓學(xué)生思考更多的解題路徑。通過一題多解的訓(xùn)練提醒學(xué)生，解決同一問題有許多不同思維方法。鼓勵(lì)學(xué)生用各種思維方法分析前人總結(jié)過的問題和解決方法，試著探索新的問題和新的解決方法。

（2）激勵(lì)思維活動(dòng)。在講授某些知識(shí)時(shí)，不采取平鋪直敘式，而應(yīng)多設(shè)問題、多提問題。教師提問題時(shí)，要將面向全體提問和面向個(gè)體提問相結(jié)合，迫使學(xué)生思考問題，激勵(lì)思維活動(dòng)，從中誘發(fā)其創(chuàng)造性思維。

（3）引導(dǎo)思維體驗(yàn)。教師把部分相關(guān)知識(shí)留給學(xué)生自己去自學(xué)、去發(fā)現(xiàn)、去體驗(yàn)，讓學(xué)生自己去探索、總結(jié)。比如，求一般位置直線的實(shí)長，無論是用“直角三角形法”，還是用“投影變換法”，都可以只講相對(duì)一個(gè)投影面的解決方法。而相對(duì)另外兩個(gè)投影面上的投影問題，可以留給學(xué)生自學(xué)。其目的是引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地“學(xué)習(xí)”知識(shí)、“發(fā)現(xiàn)”知識(shí)或參與“創(chuàng)造”知識(shí)。

（4）促進(jìn)思維交流。鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)對(duì)有關(guān)問題的想法或解題思路，經(jīng)常讓學(xué)生走上講臺(tái)與大家共同交流，以便促進(jìn)思維擴(kuò)散。通過交流，使一名學(xué)生的思維成果為更多人共享，甚至誘發(fā)出新的思維成果。

三、 創(chuàng)造性思維模式教學(xué)應(yīng)用

（一） 模仿創(chuàng)造思維模式教學(xué)應(yīng)用

從創(chuàng)造學(xué)的角度講，可運(yùn)用創(chuàng)新的方法很多，如逆向思考法、列舉法、類比法、模仿創(chuàng)造法等。模仿創(chuàng)造法又分為機(jī)械式模仿、啟發(fā)式模仿和突破式模仿[4]。工程制圖是專業(yè)基礎(chǔ)性課程，可以采用機(jī)械式模仿創(chuàng)造法實(shí)施教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生吸收他人成功的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的方法并加以利用。

例如：投影面平行線分為正平線、水平線和側(cè)平線，講到投影面平行線的投影特征時(shí)，沒有必要將3種投影面平行線逐一講授，可以運(yùn)用模仿創(chuàng)造法進(jìn)行組織教學(xué)，開發(fā)學(xué)生的模仿創(chuàng)造性思維。教師結(jié)合圖示講完“正平線的投影圖和投影特性”時(shí)，把“水平線和側(cè)平線的投影圖和投影特性”問題直接拋給學(xué)生，讓學(xué)生在課堂上模仿正平線的投影圖及特性描述，自行給出水平線和側(cè)平線的定義，并畫出其投影圖，進(jìn)而描述其投影特性。讓學(xué)生畫原圖并分析描述，要比教師用多媒體展示或畫好板書原圖后再讓學(xué)生模仿描述特征，更有力于模仿創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。這里強(qiáng)調(diào)一下，筆者課上不讓學(xué)生帶教材，以免學(xué)生照教材抄繪有關(guān)的圖和文字描述。學(xué)生上課只帶習(xí)題集，便于學(xué)生集中精力聽課，獨(dú)立思考完成課堂練習(xí)，教材只作為學(xué)生預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)的輔助教學(xué)用書之一。同樣，“各種位置平面的投影”、“求直線的實(shí)長和傾角”以及“求平面的實(shí)形和傾角”等，均可采用模仿創(chuàng)造思維模式進(jìn)行組織教學(xué)。“求點(diǎn)到直線的距離及投影”時(shí)，讓學(xué)生自行繪出“點(diǎn)”、“直線”的投影圖，然后給出解題方法。學(xué)生繪圖的情況有3種：點(diǎn)與投影面垂直線求距離， 點(diǎn)與投影面平行線求距離， 點(diǎn)與一般位置線求距離。學(xué)生畫出“點(diǎn)”和“直線”投影時(shí)，也就進(jìn)一步鞏固了“點(diǎn)”和“各種位置直線”的投影特征，同時(shí)，促使學(xué)生分析“點(diǎn)”到“各種位置直線”的距離求解方法，從而形成系統(tǒng)的思維過程。

（二）擴(kuò)散思維與集中思維模式教學(xué)應(yīng)用

擴(kuò)散思維亦稱發(fā)散思維，它是從一點(diǎn)出發(fā)，向各個(gè)不同方向輻射，產(chǎn)生大量不同設(shè)想的思維方式[3]。在畫法幾何中，“求點(diǎn)到平面的距離”，多數(shù)是教師畫好原圖，再進(jìn)行空間分析并給出解題思路、方法和步驟。但是，若以發(fā)散思維教學(xué)則可以空間一“點(diǎn)”和一“直線”為基本元素，請(qǐng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)文字和圖示題目，并給出解題思路和作圖過程[5]。實(shí)踐證明，每名學(xué)生都可以很快給出3個(gè)以上的題目。比如：已知點(diǎn)的一個(gè)投影且點(diǎn)在直線上求點(diǎn)的另一個(gè)投影，過點(diǎn)作直線與已知直線垂直相交，過點(diǎn)作直線的垂面，求點(diǎn)到直線的距離，過點(diǎn)作直線的平行線，過點(diǎn)作直線與已知直線相交且成60°角，以已知直線為直角邊并過已知點(diǎn)作一等腰直角三角形等。從擴(kuò)散思維角度講，以一“點(diǎn)”和一“直線”為基本元素，在設(shè)計(jì)不同的題目過程中，首先要給出文字題目描述，同時(shí)給出與文字題目描述相一致的投影圖，以此激勵(lì)學(xué)生思維，并向擴(kuò)散思維發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，還可進(jìn)一步擴(kuò)散思維，將“過點(diǎn)作直線的垂線”擴(kuò)展為“過點(diǎn)作投影面垂直線的垂線”“過點(diǎn)作投影面平行線的垂線”“過點(diǎn)作一般位置線的垂線”等。同樣，以一“點(diǎn)”和一“平面”為基本元素或以一“直線”和一“平面”為基本元素等，均可自設(shè)題目并解之。通過學(xué)生自擬題目，分析、總結(jié)幾何元素及其相互位置關(guān)系的投影特點(diǎn)，尋找投影規(guī)律和解題方法，有利于激勵(lì)學(xué)生的思維活動(dòng)和思維體驗(yàn)。

集中思維亦稱收斂思維，是從各個(gè)不同方向出發(fā)，向一點(diǎn)集中，即在不同事物中尋求共同的屬性或特征，是在分析、綜合、對(duì)比的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理演繹的思維過程[3]。比如：過點(diǎn)作直線的垂面，過點(diǎn)作直線與已知直線垂直相交，求點(diǎn)到直線的距離等3個(gè)題目，通過對(duì)“求點(diǎn)到直線的距離”的綜合分析，得知其作圖包含了前2個(gè)題目的作圖過程，再加一個(gè)“求直線的實(shí)長”即可。這就提醒學(xué)生，復(fù)雜問題是簡單問題的組合，只有在掌握各種簡單問題解題方法的基礎(chǔ)上，通過綜合、分析、總結(jié)尋求復(fù)雜問題的解決方法。

在工程制圖教學(xué)中，擴(kuò)散思維與集中思維不是孤立的，可以使其結(jié)合。例如：在訓(xùn)練構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)，往往給出型體的一個(gè)視圖，如圖1（a）為兩個(gè)同心圓，構(gòu)造不同的型體使其俯視圖符合給定的視圖[5]。在構(gòu)造型體時(shí)，以給定的某個(gè)視圖為基礎(chǔ)，想象出各種型體，這是一個(gè)擴(kuò)散思維過程。反過來，對(duì)照所想象的型體，觀察是否符合給定視圖，這是集中思維的過程。在教學(xué)中，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，學(xué)生不可能將所有可能的構(gòu)造型體一一列出，教師也不可能提供所有的答案。圖1中僅給出14個(gè)型體視圖，是從全班學(xué)生的構(gòu)型練習(xí)中提取的，其實(shí)還有更多。教師在講課中，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮想象力，盡可能列出較多的型體。學(xué)生所想象出的型體，無論對(duì)與錯(cuò)，教師都應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)，不輕易否定學(xué)生的構(gòu)型結(jié)果。有的學(xué)生想象出沿圓柱軸線穿透的空心圓柱和不穿透的空心圓柱作為2個(gè)型體也是合理的。若發(fā)現(xiàn)構(gòu)型與視圖不符，應(yīng)建議學(xué)生自行檢查，無需教師直接指出問題所在，因?yàn)闄z查的過程也是學(xué)習(xí)和鍛煉思維的過程。

圖1由1個(gè)視圖構(gòu)型設(shè)計(jì)

（三） 正向思維與逆向思維模式結(jié)合教學(xué)應(yīng)用

在工程制圖中，將由實(shí)物或想象出的空間形體畫三視圖，定為正向思維。反過來，由三視圖想象出空間形體，定為逆向思維。以圖形組合的例子探討如何將正向思維與逆向思維結(jié)合應(yīng)用。利用基本圖形，如圓、長方形、三角形、梯形等進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)（圖2），要求在視圖中，可以重復(fù)利用任何一個(gè)圖形，也可以改變其大小，但不能添加其他圖形。

圖2基本平面圖形

當(dāng)看到某一個(gè)圖形，如圓形，想到的空間型體是圓柱體、圓錐體、圓臺(tái)體、球體等；當(dāng)看到三角形時(shí)，一般想到的是三棱柱、三棱錐等，然后分別補(bǔ)畫其另一個(gè)投影，此為正向思維方法。正向思維法要求想象出各種型體，并使其投影圖符合給定的圖形，這就有可能出現(xiàn)所想象型體的某個(gè)投影圖不符合給定圖形的要求。反過來，如果先將圖形自身或任意兩個(gè)圖形組合為一個(gè)型體的兩個(gè)視圖，然后再通過讀圖判斷其空間形狀結(jié)構(gòu)，為逆向思維方法。如圖3（a）—（g），可以先將兩個(gè)圖形組合為型體的主視圖和俯視圖，然后判斷其空間結(jié)構(gòu)和形狀。圖3（h）—（k）為三角形和梯形的重復(fù)利用組合。

圖3由基本平面圖形組合構(gòu)型設(shè)計(jì)

因?yàn)樾腕w的兩個(gè)視圖有時(shí)不能確定其空間結(jié)構(gòu)和形狀，下面舉例說明如何結(jié)合正向思維與逆向思維來讀圖，如圖4，主視圖和俯視圖均為“回”字形，試想象其空間結(jié)構(gòu)和形狀，并補(bǔ)畫其左視圖。

圖4由2個(gè)視圖補(bǔ)畫第三視圖

大多數(shù)學(xué)生看到主視圖和俯視圖都是矩形時(shí)，首先想到的是兩個(gè)長方體（或立方體）之間的關(guān)系，因此，想在大長方體上疊加小長方體或在長方體上穿長方形的孔，結(jié)果想象的型體無法對(duì)照所給視圖。解決此類問題需將問題簡單化，即首先想象什么物體其兩面投影是矩形，兩面投影矩形時(shí)，該型可能是長方體、三棱柱體、圓柱體。如此，在長方體被排除時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)考慮三棱柱，在大三棱柱上疊加一個(gè)小三棱柱，如圖4（a）。由于圓柱體有兩個(gè)投影也是矩形，因此，可以將小三棱柱用部分圓柱體代替疊加，如圖4（b）。在大三棱柱上疊加一個(gè)型體，也可以挖切同樣的型體，如圖4（c）、（d），這就是正向思維與逆向思維的結(jié)合。

圖5將大三棱柱改為帶柱形面棱柱，并允許改變“回”字形中的內(nèi)矩形大小和位置，在其上疊加和挖切，則出現(xiàn)相似的構(gòu)型結(jié)果。

圖5由2個(gè)視圖補(bǔ)畫第三視圖

圖6是在圖4的基礎(chǔ)上，將“回”字形的內(nèi)矩形改為不可見線（虛線）后，求對(duì)應(yīng)的左視圖。圖6（a）—（d）4個(gè)左視圖是圖4中型體旋轉(zhuǎn)180°后的結(jié)果，圖6（e）是表示空心長方體。

圖6由2個(gè)視圖補(bǔ)畫第三視圖

四、結(jié)語

培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的前提是教師要有計(jì)劃地實(shí)施創(chuàng)造教育，創(chuàng)造教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力的教學(xué)原則和教學(xué)方法，應(yīng)貫穿于整個(gè)大學(xué)教育過程中。在創(chuàng)造教育中，教師是主導(dǎo)，學(xué)生是主體。教師要不斷學(xué)習(xí)和豐富有關(guān)創(chuàng)造學(xué)的基本理論和方法，在教授工程制圖基本理論和知識(shí)的前提下，適當(dāng)實(shí)施創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新意識(shí)教育，起到教師的主導(dǎo)作用。創(chuàng)造教育是一種致力于開發(fā)學(xué)生創(chuàng)造能力的教育體系，其成果表現(xiàn)為學(xué)生的創(chuàng)造能力得到開發(fā)，因此，學(xué)生是創(chuàng)造教育體系中的主體。把握好教師和學(xué)生在創(chuàng)造教育中的關(guān)系，在課堂教學(xué)中，適時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新意識(shí)，才能對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新性人才起到積極作用。在工程制圖的各個(gè)章節(jié)，有計(jì)劃地實(shí)施創(chuàng)造性思維模式培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生的思維模式，不僅提高了學(xué)生畫圖、讀圖能力，而且開發(fā)了學(xué)生的構(gòu)型設(shè)計(jì)能力，為形成專業(yè)課程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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Research and practice of creative thinking teaching in engineering graphics

WANG Shuwen

（College of Mechanical Engineering， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou 215009， P. R. China）

Abstract： Cultivating students creative thinking and innovation ability is one of the important contents in the teaching reform of engineering drawing. The engineering drawing teaching content and teaching methods with creative thinking mode were discussed. How to use different creative modes of thinking was illustrated to inspire students thinking activities， guide their thinking experience， stimulate their learning interest， and enhance their creative thinking ability. The result shows that the teaching methods play a positive role for culturing engineering application talents with innovative consciousness and creative ability.

Keywords： engineering graphics； creative thinking； innovation ability； teaching and research

（編輯周沫）