在工程圖學教育中加強構型創新設計能力之我見

季 青

(鎮江高等職業技術學校，江蘇 鎮江 212016)

工程圖學教育的基本目標是培養學生圖示、圖解和讀圖、繪圖，以及空間想象的能力，其最高目標應該是培養學生的創新設計能力。培養創新人才的主要任務就是培養學生的創新思維能力，而工程圖學以獨特的思維方式和實踐過程，決定了它是訓練、提高學生創新思維能力的有效途徑之一。當前，能力和素質已成為評價人才的最重要指標.加強綜合素質教育、拓寬專業口徑，注重創新發散思維為一體的、具有時代特征的人才培養模式早已成為高等教育界思索、探尋實驗的課題。本文就如何在工程圖學教育中加強學生構型創新設計能力的培養進行探討和實踐。

1 加強工程圖學教育中學生的構型創新設計能力

1.1 創新設計能力與工程圖學

創新設計能力是創造性地解決實際應用問題的一種實踐能力，是自然科學基礎與人文科學知識的厚積薄發和集中體現。創新設計能力的培養，需要將課堂教學、實驗教學、參觀實習、設計訓練、學生科技活動等相關環節整合配置，構成完整的培養體系。創新設計能力的培養過程，是以學生為主體、通過上述環節培養創新思維能力和設計能力的過程，因此，必須轉變教育觀念，深化教學改革，不斷改進和完善教學管理。創造性思維是創造力的核心，是求異思維、空間思維能力和空間想象能力發展的更高階段，是創造力的智力因素。工程圖學對創造性思維培養具有實際條件和優勢。因此，合理有效地對工程圖學的教學過程進行改革，從各個環節加強學生的創新意識和構型創新設計能力是非常必要，且是可行的。

1.2 在工程圖學教育中培養學生的構型創新設計能力

在工程圖學教育中，加強對學生構型創新設計能力的培養，就必須使課程的教學過程有利于創造性思維的培養。近年來，隨著教學環境的改善和硬件設施的提高，現代化的教學手段已經越來越多，除傳統的實物模型外，多媒體、三維軟件等教學輔助工具已在高校工程圖學教育中得到普遍應用，這為加強學生觀察力訓練提供了條件，為學生創新能力的發展奠定基礎。然而，要有效地培養學生的創新設計能力，還需要在課程的教學中，突出學生的構型創新設計能力的培養。為此，在機械類工程圖學課程的教學中進行了改革和探索，其主要體現在以下4個方面:(1)優選教學內容。知識的無限性與學時的有限性的矛盾是目前教學中的一個主要矛盾。在工程圖學課程教學學時不斷減少的今天，優化課程內容顯得尤為重要。在工程圖學課程中，為突出構型創新設計能力的培養，需壓縮學生后續學習中用得較少的內容，側重形體的圖示表達，使其成為工程圖學課程教學的重點和核心。(2)培養學生的創新精神。創造力是每個正常人都具有的一種潛在能力。教師要激勵學生克服對創新的神秘感，激發求知欲和好奇心，樹立創新的信心，培養勇于探索、勇于標新立異的創新精神。創新意識和創新思維能力不是一朝一夕就能具備的，要經過長期有意識的訓練和平時各種知識結構的積累沉淀，以及實踐活動的培養提高。工程圖學教師的重要任務就是在課程中要善于啟發、引導學生，營造有利于培養學生創新設計精神的環境。在課程的教學中，要采用討論式、啟發式教學等，激發學生獨立思考，鼓勵學生勇于發表自己的見解。(3)加強構型創新設計實踐環節。實踐是創造性的源頭。實踐不僅可以獲得知識，同時可以創新知識，通過實踐總結、提高并轉化為創新能力。沒有實踐，創新能力就不能得到發展。創新設計能力只有在實踐中才能不斷提高。在實踐中接受新知識，啟發新思路，強化動手、動腦能力。為此，需將構型創新設計訓練貫穿于課程教學的始終，根據相關教學內容，要求學生根據給定的條件設計新構型。教學中選用的題目，都是發散性的，給學生留下充分的思維發展空間和創新空間，能夠有效地培養學生的創新意識和構型創新設計能力。此外，考慮到學生的差異性，在設計課堂練習和課后作業時，需選用在難度上有階梯`的題目，讓學有余力的學生得到進一步的鍛煉和提高。對于課程中形體構型設計這個環節，讓學生隨著課程的深入開展實踐，具體的實踐情況見后續分析。(4)提高教師自身素質。在教學過程中訓練學生的創新思維，提高學生的構型創新能力，實際上對教師提出了更高的要求。因此，教師要不斷提高自身水平，不但要精通本學科以及相關學科發展的最新動態，還要注重把傳授知識與培養學生的創造力結合起來，能掌握和運用教育理論，特別是創造教育規律指導教學過程。基于以上4點，本文著重研討培養學生構型創新設計能力的實踐環節。

2 構型設計的實踐激發學生的創新能力

2.1 平面圖形構型設計實踐

在講授完工程制圖的基本知識后，教學目標要求學生熟悉機械制圖國家標準的有關規定;掌握繪圖工具的使用方法以及儀器繪圖的方法和步驟;掌握常用的幾何作圖方法和平面圖形畫法等。在此基礎上，教學中需補充介紹什么是構型設計、平面圖形的構型設計必須遵循的基本原則、設計方法及如何作圖等內容。隨后，進行平面幾何圖形的構型設計(主要為輪廓特征設計)，應要求每個學生設計一個平面圖形并標注尺寸，同時給出一定的創作約束條件。

筆者翻閱了大量的資料，以以下平面圖形的構型設計為例。

案例1:請設計一個平面圖形，要求該圖形包含已知線段、中間線段、連接線段，并標注相關尺寸。對機械類班級56名學生參與該教學實踐的情況進行統計，結果如表1所示(部分學生給出了不止1個方案)，可以看出，完整地給出構型設計的方案有41個，占給出方案總數的72%。

表1 平面圖形構型設計方案的完成情況

圖1 學生構型設計方案示例──平面圖形

圖1是學生構型設計的兩個方案示例。在圖上，設計者用引出線明確指引了已知線段、中間線段和連接線段，圖形結構和尺寸簡單清晰，屬于較好的設計方案。通過案例1的練習，可以讓學生更加清晰地認識平面圖形的作圖過程、了解平面圖形的構成方式。讓學生通過積極思維，在構造新的平面幾何形狀，理解和掌握工程化、工藝性及相關美學效果設計原則的基礎上，培養平面圖形想象和創新思維能力。在案例給出的練習中，學生出現的主要問題是有些圖形的尺寸標注不夠完整，特別是中間線段，要求有且只有一個尺寸約束。少數學生的圖雖然是正確的，但是沒有標注必要的尺寸，也不能算是完全正確的設計方案。

2.2 幾何元素構型設計實踐

在講授完點、直線和平面的投影基本知識后，教學目標要求學生掌握點、直線、平面在第一角中各種位置的投影特性和作圖方法。為此，選用典型的平面立體介紹其各位置直線和位置平面，使學生有更直觀的認識。隨后，進行包含各種類型直線及平面的立體構型設計。練習設計案例如下。

案例2:請設計一個立體，使得該立體同時包含投影面的垂直線、投影面的平行線和一般位置直線(該立體最好能完全包含7種類型直線，即正平線、水平線、側平線、正垂線、鉛垂線、側垂線和一般位置直線)。

對機械類兩屆175名學生參與該教學實踐的情況進行統計，結果如表2所示(部分學生給出了不止1個方案)，學生完整地給出包含7種類型直線的構型方案有168個，占總給出設計方案數的近75%，包含3～6種類型直線的構型方案有57個，占總給出設計方案數的25%。

圖2是學生的兩個構型設計方案示例。所設計的兩個圖形均屬于切割式平面體，完全包含了正平線、水平線、側平線、正垂線、鉛垂線、側垂線和一般位置直線這7種類型線，具體說明亦在圖中注出。該圖形形體結構簡單明了，是較好的設計方案。

表2 含各種類型直線構型設計方案的完成情況

圖2 學生構型設計方案示例——含各種位置直線的形體

案例3:請設計一個立體，使得該立體同時包含投影面的垂直面、投影面的平行面和一般位置平面(該立體最好能完全包含7種類型平面，即正平面、水平面、側平面、正垂面、鉛垂面、側垂面和一般位置平面)。

對機械類兩屆172名學生參與該教學實踐的情況進行統計，結果如表3所示(部分學生給出了不止1個方案)。可以看出，學生完整地給出含7種類型平面的構型方案有138個，占總給出設計方案數的近70%，給出含3～6種類型平面構型方案的有60個，占學生給出的設計方案數的30%。

表3 含各種類型平面構型設計方案的完成情況

圖3 學生構型設計方案示例——包含各種

圖3是學生的兩個構型設計方案示例。這兩個方案的形體均為切割式平面體，完全包含正平面、水平面、側平面、正垂面、鉛垂面、側垂面和一般位置平面這7種類型平面，并在圖上具體標注出，該設計完全符合題意要求。

通過案例2和3可以看出，學生對于這種構型創新設計的練習感興趣，不少學生提出了兩種或以上的設計方案，說明此類練習能夠很好地調動學生的積極性，使學生勇于打破固定思路、勇于創新、勇于設計新構型。在本次課程教學中，對案例2和3的題目要求分兩個層次，有助于實現不同層次學生的個性化發展。此外，由學生自己把握設計難度，自我突破，對保護學生的自尊心和增強學生的自信心都是很有好處的。

另外，教學過程中發現，很多學生經常會混淆投影面垂直線/面與投影面平行線/面。通過上述案例，學生可以進一步對各種位置線面的特征進行深入思考，并進行構型創新設計，構造出包含各種位置線/面的新形體。這樣不但可以鞏固基礎知識，而且可以為課程后續學習中復雜形體的分析做較好的準備。

2.3 立體及三視圖設計實踐

在講授完基本立體、三視圖、組合體等基本知識后，教學目標要求學生掌握平面立體和曲面立體的投影特性和作圖方法，能運用形體分析法和線面分析法進行組合體的畫圖、讀圖和尺寸標注，教學的重點:形體的分析，包括形體和線面分析等;畫圖和讀圖;物體的表達。可選用典型切割式和疊加式組合體進行介紹和分析。為開拓學生的設計思路，可以通過設計較特別的題目，讓學生設計一個構型，該形體的形狀是三視圖難以表達清楚或不能唯一確定的。

3 結語

通過對工程圖學教育中學生構型創新設計能力培養的探討和實踐，可以得知，在工程圖學教育中，除了需優選教學內容、培養學生創新精神、提高教師素質外，設計合適的構型創新設計實踐環節，能充分調動學生的學習積極性，有效激發學生的創新意識和構型創新設計能力、擴展學生的思維能力，并及時發現教學中學生的薄弱環節，對提高課程的教學效果有很大幫助。

［1］童秉樞，高樹峰.談工程圖學教學中學生創新能力的培養［J］.工程圖學學報，2008(6):1 －6.

［2］姜桂榮，趙炳利.工程圖學中的創新思維方法研究［J］.教學研究，2005，28(5):436－438.