現代圖學教學中的圖感因素探析

劉衍聰， 馬曉麗, ， 伊 鵬

（1. 中國石油大學（華東），山東 青島 266580；2. 青島理工大學，山東 青島 266520）

在數字化設計和制造技術大力發展的今天，設計者必須具有良好的形象思維和圖學表達能力。工程圖學課在培養學生的制圖基本技能和空間想象力的同時，對學生思維方式、工作態度的影響很大。因此圖學工作者們不斷追求和探索更好的圖學教學理論和方法[1-4]。本文對工程圖學中的“圖感”進行研究，并結合現代心理學理論，探索將圖感應用于工程圖學教學中的方法，以更好地培養和開發學生的圖學思維能力。

1 圖感的理解和認知

學習漢語或外語做習題時，在ABCD 4個選項中會憑感覺選中某個選項，真要分析語法反而講不出所以然，似乎就是憑直覺，這種直覺就是語感。

圖學教師拿到一份作業，大致瀏覽一下，不必進行投影分析，就能看出正確與否和問題所在，這就是 “圖感”，一種長期教學中形成的對“圖”的感覺和判斷力。未學習工程圖學的人，也基本能讀出圖1表達的是螺栓；但沒學過工程圖學者要正確地繪制出螺栓的工程圖樣卻不容易，要追求圖線的光滑、黑亮，尺寸標注的正確更是困難。而圖2的小軸零件看似簡單，沒學過工程圖學者可能抄畫出圖形，但不容易準確想象出它的真實結構。

工程圖學教學過程中有的教師也會提到圖感，一些文章[2-3]也曾對圖感進行過討論，但系統地進行圖感理論研究的文獻很少。圖感是人們在長期的圖學學習和生活實踐過程中，逐漸形成的一種對工程圖樣的認知和判斷能力（讀圖能力）以及工程圖樣表達的能力（作圖能力），圖感是一種形象思維；圖感的形成與個人的社會經驗、知識積累、接受能力等都有一定關系。

圖感不是簡單地指對“圖”的感覺，圖感的培養是二維圖到三維體，三維體到二維圖的過程，比語感更加復雜。圖感是客觀存在的，并不一定要學過工程圖學者才有圖感，以讀圖1為例，只有經過系統的圖學知識和圖學思維的培養和訓練后，這種感覺能力才能更強，也更能為學習者使用，對圖形的敏感程度也更強。

圖1 螺栓

圖2 小軸

2 圖感的本質特性

感覺是一種很神秘的物質形態，無形無色無味，若有若無。毫無疑問，圖感是一種“感覺”，更確切地說是形象思維的一種，是一種具體的形象思維，它滿足形象思維特點[5-7]，跟語感[8-10]有一定相似性或類似性。要想充分地利用圖感，必須深入研究圖感的本質特性。

2.1 圖感的形象性

形象性是形象思維最基本的特點，也是圖感最基本的特點。圖感所反映的對象是“圖”的形象，思維形式是意象、直感、想象等形象性的觀念，其表達的工具和手段是能為感官所感知的圖形、圖像等。圖感的形象性使它具有生動性、直觀性和整體性的優點。

人對自然世界的認知，不是數量的認知，而是圖形或者符號的認知。生活中一些常見的物品，也大多數符合工程圖學的基本體、組合體的形狀，所以說圖感的存在是客觀的、形象的，只是這種能力在接受過圖學教育后會有意識地使用、激發，直至系統地使用，使其成為一種習慣性的、不自覺的、無意識的行為。

2.2 圖感的非邏輯性

形象思維不像抽象（邏輯）思維那樣，對信息的加工一步一步地、首尾相接地、線性地進行，而是可以調用許多形象性材料，一下子合在一起形成新的形象，或由一個形象跳躍到另一個形象。它對信息的加工過程不是系列加工，而是平行加工，是面性的或立體性的。它可以使思維主體迅速從整體上把握住問題。形象思維是或然性或似真性的思維，思維的結果有待于邏輯的證明或實踐的檢驗。

圖感是一種直觀的對圖形的反應，沒有相關圖學理論和知識的加工，它屬于一種非邏輯性對圖形的加工，最多只是在人腦中一種個人意識的認知，沒有圖學含義。在讀取圖3(a)三視圖過程中，會用形體分析法把圖形分解成圖3(b)五部分，分解過程中沒有必然的先讀取哪一部分，但是讀完圖必須對圖形有綜合性的分析和加工，最終才能在頭腦中形成圖3(c)所示的完整模型。

圖3 軸承座

2.3 圖感的粗略性

圖感對工程圖的反映是粗線條的反映，對圖的把握是大體上的把握，對圖的分析是定性的或半定性的，圖感通常用于讀圖或作圖的定性分析。所以，在實際的讀圖或作圖中，往往需要將圖學理論與形象思維巧妙結合，協同使用。

學過工程圖學者可以了解到，很多形體是在基本體的基礎上挖切、疊加或組合而成。機械零件一般分為軸套類、盤蓋類，支架類、箱體類，在讀圖的時候，可以將零件圖分類，然后根據零件特點讀取。例如，底板上面一般會有安裝孔，安裝孔一般對稱分布等。如圖4(a)所示是常見的補畫漏線題目，一看視圖根據圖感很容易得出是長方體的切割體，3個視圖作為特征視圖容易看出切割關系；但這僅僅是粗略分析，最后想出圖4(c)并準確補畫出圖4(b)并不簡單。

圖4 切割體

2.4 圖感的可拓展性

想象是思維主體運用已有的形象形成新形象的過程。形象思維并不滿足于對已有形象的再現，它更致力于追求對已有形象的加工，而獲得新形象產品的輸出。所以，想象性使形象思維具有創造性的優點。圖感是人對工程圖的第一直覺，再加上工程圖學的理論和知識的加工，可以進行思維的拓展來進行讀圖和畫圖，從而達到圖學思維能力的提高。如圖5所示的支座零件，雖然僅有一個視圖，可是根據經驗，可以讀出圖中的一些結構，如頂部凸臺、左右對稱的安裝孔、加工面以及毛坯面等。

圖5 支座圖

3 圖感因素在教學中的應用實踐

圖學工作者要研究圖學教學的規律性，不斷提高學生的圖學思維能力。因此，對圖感研究的目的是更好地將其應用于圖學教學中，提高學生的圖學思維和認知水平，因而有必要認識圖感的作用，研究圖感在教學中的應用。

3.1 圖感的作用

工程圖學的圖樣在表達初步設計、創意構思、便于交流的同時，還可以提高學生的空間想象能力，即從二維平面圖樣想象出三維實體形態。這是很必要的練習，因為今后進行設計或相關工作，需要不斷地將頭腦中想象的影像落實到二維平面，再由二維工程圖建模成三維實體；也就是完成由“物”到“圖”和由“圖”到“物”的轉換過程，掌握物體空間與平面間的相互轉換規律。從這個角度而言，圖感的“圖”不僅指的是二維的圖紙，還是三維的實體。從感性到理性，從設計思想到實際產品，這是從二維思維到三維思維，又是從三維思維到二維思維的表達。產品設計的過程就是一個反復漸進、不斷修改的過程，在這一過程中，思維、圖樣、實體不斷交錯，從而也要求設計者有良好的圖感。

3.2 圖感的應用探索

根據研究，人大腦的140億個神經元，只用了7億個，約占大腦神經元的5%，現代心理學已經認可人有意識和潛意識[11]。圖感是一種思維方式，只是這種思維方式有一種“潛意識”的特點，所以被歸結到有些說不清道不明的“感覺”里。圖感的形成有一個漸進的過程。熟能生巧，在具有一定的社會和生活經驗，并進行有目的的強化訓練，圖感是可培養的。因此，教師在工程圖學教學過程中，應向學生明確提出圖感的概念，有目的、有意識地培養學生的圖感；同時，發揮學生的主觀能動性，使其意識到圖感的培養對于學習圖學的作用和意義。

3.2.1 圖感的培養應與教學方法和理論相結合

數字化設計和制造技術的發展對促進現代圖學教育功不可沒，在課堂教學上采用融合多種CAD軟件技術的多媒體教學形式，教學內容更豐富多樣。采用聲音、動畫、以及錄像的形式相對于傳統教學的板書、模型加掛圖，能夠拓展學生的思路，激發學生探索圖學知識的興趣。直接繪制二維工程圖的 CAD軟件，大多采用AutoCAD，巧妙使用圖塊可以將裝配干線、零件之間的裝配關系更好的表達，便于學生理解零件之間的裝配、遮擋關系。SolidWorks、UG、Pro/E等大型軟件也越來越多的用于圖學的教學中。三維實體建模的理論和思想也被貫穿到教學中來，立體的成型不僅可以通過拉伸、旋轉、掃掠、放樣、抽殼等操作來實現產品設計，更通過對特征和草圖實現對實體的動態修改。圖3用拉伸得到各個基本體最后求和可以很快三維建模出實體，圖4可以先做出基本立體然后拉伸切割得到實體。這些眼見為實的教學方法極大地激發了學生濃厚的興趣，促進了學生積極性，也更好地培養了學生的圖感形成。與現代數字化技術結合的三維實體建模方法理論相結合，也符合新時代發展下學生培養新模式的需要。

3.2.2 繼續發揮傳統教學優勢培養圖感

傳統的圖學教學在講授了國標相關知識后，使用掛圖和模型，從點、線、面到立體，逐漸培養學生的空間思維能力，這同時也是一個逐步培養學生圖感形成的過程。傳統教學中的掛圖和模型不能因為有了現代化的教學方法就全盤否定拋棄，可以開設陳列室或櫥窗，供學生在課余根據需要觀摩，尤其是截交線、相貫線的圖學教學；通過多看多想，反復訓練，心中有“圖”，“感覺”自然慢慢形成。

3.2.3 重視圖感教學中學生的主觀能動性

愛因斯坦說過，發現問題比解決問題更重要。大學不同于中學，更注重學生自學能力的培養。工程圖學教育中更應該注意培養學生的自學、會學的能力，學生具備了自學、會學的能力，就能主動地思考、分析問題。學習中產生的問題越多，越能激發學生產生探索問題的主觀能動性。在學習中發現問題，解決問題，在解決問題的過程中再發現新的問題，如此循環往復，學生的自主學習能力越來越強。

圖學教育最基礎的目的，是使學生能夠掌握圖學基礎理論，熟練地讀圖、作圖，并最終在數字化設計和制造中發揮圖學特長。教師起到的是向導的作用，給學生一個正確的指引；而不是手拉手地領著學生走，一旦放手，學生就不會走了。因此，在圖感的培養中，發揮學生的主觀能動性，變以教為主為以學為主，重視課堂內外的結合，這樣圖感在無形之中不斷加強，使學生的圖學思維能力也不斷增強，這才是圖學教育的最佳結果。

4 教學過程中圖感與認知因素的運用

在認知心理學里，認知活動過程不是一個被動地接受或加工信息、符號和解決問題的過程，而是一個主動地、積極地加工和處理輸入信息、符號與解決問題的動態系統[10]。工程圖學的學習過程更是一個復雜的認知過程，要求學生在國標的規范下，對沒有確定性的實體或者工程圖進行接受、加工并逐步的認知、應用的過程。這個認知的過程也是一個復雜的記憶和認識的過程。

記憶過程的第一個階段，是個體對信息的最初的加工，這種加工的目的是為所經驗的事件建構心理表征，通過編碼個體可以將所感知到的信息轉換成記憶，可以把編碼看成是對正在發生的事件的一種特殊的注意方式，而正是這種注意方式對我們隨后記憶這些事件產生了決定性的影響。一個人的記憶選擇編碼哪些信息，往往會受這個人的過去經驗、興趣、需要、期望以及當時所處心情等因素的影響，不同的個體對同一個事件可能擁有完全不同的記憶[7,11]。

工程圖學教學過程就是幫助學生逐漸認知“圖”的過程。圖感教學法就是在傳統的圖學教學法基礎上，讓學生在對圖學這個不同于以前接觸過的課程進行編碼時，借助已有的編碼信息進行編碼，可以更好地加深記憶和加快認知的過程。

德國著名心理學家艾賓浩斯 1885年發表了他的實驗報告，并根據實驗數據描繪出一條曲線——艾賓浩斯遺忘曲線[12]。該曲線揭示：信息輸入大腦后，遺忘也隨之開始。遺忘率隨著時間的流逝先快后慢，特別是在剛剛識記的短時間里，遺忘最快。因此，在工程圖學的教學過程中，如何更好地讓學生降低遺忘率，提高認知水平是一項重要的任務。圖感研究的最終目標是激發學生的學習興趣，更好地培養學生的分析圖學問題、解決圖學問題的圖學思維能力；更大范圍地將符合認知規律的教學模式應用于教學實踐中，更好地提高學生的圖學文化水平和圖學思維能力，為從事數字化設計和制造、研究打下堅實的基礎。

[1]童秉樞. 圖學思維的研究與訓練[J]. 工程圖學學報,2010, 31(1): 1-5.

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[3]楊 虹, 王曉明. 圖感的理解與培養[J]. 開封大學學報, 2005, 19(2): 91, 94.

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[5]李澤厚. 哲學綱要(第 1版)[M]. 北京: 北京大學出版社, 2011, 1.

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[8]葉圣陶. 葉圣陶論創作[M]. 上海: 上海文藝出版,1982.

[9]王培光. 語言教學中的圖感因素[J]. 語言教學與研究, 1999, (3): 110-116.

[10]李 泉. 論語感的性質、特征及類型[J]. 中國人民大學學報, 1995, (4): 99-102.

[11]Curran T, Schacter D L, Bessenoff G. Visual Specificity Effects on Word Stem Completion:Beyond Transfer Appropriate Processing [J].Canadian Journal of Experimental Psychology-Revue Canadienne de Psychologie Experimentale, 1996,(50): 22-33.

[12]Ebbinghaus H, Gedachtnis U D, Leipzig: dunker.1855. translated by H. ruyer and C. E. bussenius,memory [M]. New York: Teachers College, Columbia University, 1913.