空間思維與制圖教學

劉 佳

（西安科技大學理學院，陜西 西安 710054）

空間思維與制圖教學

劉 佳

（西安科技大學理學院，陜西 西安 710054）

論述了空間思維的基本概念，指出了空間思維與形象思維的聯系與區別。通過分析空間思維的兩個基本特性，指出在制圖教學中應針對空間思維的特性，設計有針對性的訓練題目來培養和提高學生的空間思維能力。計算機三維繪圖軟件的引入也會促進學生空間思維能力的提高。總之，培養學生的空間思維能力，既要加強制圖實踐訓練，又要有正確思維方法的引導。

形象思維；空間思維；制圖教學

空間思維能力是工程設計制圖中的基本能力之一。畫法幾何與工程制圖作為工科大學生的重要的技術基礎課程，歷來把培養空間思維能力作為課程教學的主要任務之一。多年來，不少制圖教師對此問題進行了深入的研究，有運用專著的論述[1]，也有論文的論述[2-4]，更有教師在教學中挖掘出工程圖形的美[5]，這無疑給制圖教學增添了藝術的感染力。文章試圖從空間思維的哲學范疇探討制圖教學的規律，從不同角度闡述如何提高學生的空間思維能力。

1 關于空間思維

1.1 空間思維的概念

提出空間思維的概念問題，是因為不少文章將空間思維與形象思維混為一談，提出“形象思維就是空間思維”，“制圖課要培養形象思維能力”等等。而在一些教材和“教學基本要求”中提法不一，有的講“培養空間思維能力是課程教學的主要任務之一”；有的則提出要“培養形象思維能力”、“培養空間形象思維能力”等等。雖然空間思維與形象思維的內涵有一些相同之處，但在概念上是有一定區別的。

形象思維是人腦對客觀事物或現象的具體外觀或特點的反映，其思維形式主要有：表象、聯想和想象。

工程制圖中的空間思維是大腦對物體或幾何元素的空間屬性（形狀、位置）的直接或間接的反映。這種空間思維源于形象思維，又與抽象思維密切相關，有其自身的特性。

嚴格地說，空間思維屬于形象思維的范疇，是形象思維的一種表現。因此，表象、聯想和想象也是空間思維的主要思維形式。但是，形象思維包含的內容更為廣泛，所處理的形象可以是二維形象，也可以是三維形象，并且帶有特征和色彩成分。而空間思維則主要在三維空間展開，重在幾何形狀的構建，一般并不特別關注思維對象的色彩及表面特征。因此，在實際工作中，有人擅長做平面設計，有較強的形象思維能力，但是卻并不一定適合做三維設計。

1.2 對空間思維的幾點認識

根據空間思維的思維對象、材料來源及思維過程，總結出以下幾點認識：

1） 空間思維中的“表象”不是對物體形象的簡單反映，而是對物體特征做出概括。在空間思維過程中，也主要是對空間輪廓及相關幾何要素進行思維變換。在測繪實踐中，這種對輪廓特征的概括和整體把握能力就是觀察力，它是培養空間思維能力的基礎訓練。

2） 空間思維的材料可以是來自外界的感性材料，也可以是由大腦產生的理性材料。在設計實踐中，更多的運用理性材料。由觀察得到的感性材料經思維加工，可以轉化為理性材料。感性材料的積累，有助于理性材料的產生。讀圖時的聯想和想象，主要是調用理性材料進行。這些理性材料主要是由實物抽象出的幾何模型及與模型對應的投影圖。

3） 空間思維常常需要抽象思維的引導，與抽象思維交替進行，才能達到思維的最終目標。空間思維進行的同時，常常伴隨著一些分析、判斷與歸納、概括，這正是抽象思維在發揮作用。工程實踐中的空間思維主要是在三維空間進行，但思維的結果通常要通過二維圖形表達在圖紙上，這樣就需要進行空間轉換。這種轉換遵循一定的邏輯關系，需要借助抽象思維及專門的知識和規則來進行，因而需要通過學習和培養才能掌握。

1.3 空間思維的兩個重要特性

1.3.1 分散性

與抽象思維的邏輯性相比較，空間思維更多的表現為分散、孤立的特性，本身規律性不強。因此，為了使空間思維有效地進行，抽象思維中的分析、判斷必不可缺，只有這樣，才能使發散的思維得到收斂。

1.3.2 創造性

“想象”是空間思維的最高形式，是擁有創造力的表現。愛因斯坦對人類的“想象力”給以高度的評價，認為它是“知識進化的源泉”，是“科學研究中的實在因素”。在工程設計中，人們通過想象，構造出新的結構、新的形狀，這就是一種創造。

設計的靈魂是創新。工程實踐中的創新表現在多個方面，有結構、形狀方面的，有工藝方面的，有材料方面的，等等。各種不同的創新，都需要創新的意識和創新的能力，而這兩者都需要在實踐中培養。在制圖教學中，加強空間想象力的培養，有助于提高學生的創新能力。教學中應注意從單純的幾何解題中走出來，將這種空間思維能力與設計實踐相結合，培養學生的工程意識，激發學生創新的興趣，這對于培養創造型人才具有重要意義。

2 培養學生空間思維能力的方法

2.1 注意區別“形象”與“形狀”的不同

物體的形象既包含有它的表面特征信息，如：材質、色彩、光澤特性等等，是一種綜合的視覺感官反映。

物體的形狀則是一種幾何概念，它僅包含物體的空間信息，它是物體剔除表面特征之后的空間概念，是物體形象的提煉。

在教學實踐中，學生根據軸測圖畫三視圖與根據實物畫三視圖的感覺是不一樣的。前者突出了“形狀”，而后者則是完整的“形象”。注意到這種差別，在采用直觀教具進行畫圖訓練時，應加以區別選擇，以取得最佳教學效果。在課程前段投影制圖部分，制圖課通過使用簡化細節、舍棄表面特征的幾何模型，引導學生進行“形狀”與“投影”的轉換，有利于學生在頭腦中順利搭起空間框架，加快空間思維能力和投影能力的培養；而在后面機械圖部分，則通過零部件測繪，引導學生由“真實形象”向理性形象——“視圖”轉換，以培養學生的實際制圖表達能力和工程意識。

2.2 強調發散思維的收斂

空間思維的分散性使一些制圖課程的初學者感到困惑。在一些教材和教師的指導中，常常提到“多看、多畫、多想”。“三多”是必要的，但盲目的“三多”卻是低效的。實際上，在進行空間思維時，學會分析是非常重要的。正確的分析方法，可以使空間思維有序地進行下去，并最終獲得正確的結果。應當引導學生掌握空間分析中的邏輯關系，學會基本的分析方法。

圖1 創新思維訓練

例如線面分析法在識讀組合體視圖中占有相當重要的地位，是形體分析法的重要輔助方法，特別適用于切割式結合體。重在培養學生的空間思維能力，提高學生的圖示能力，識讀能力以及圖解能力。在教學方法上，應充分體現教師的主導作用，同時注重誘導啟發學生積極思維，激發學生的主觀能動性，從而掌握正確分析的方法，在頭腦中從基本視圖勾畫出空間形狀。

2.3 創新能力的培養

制圖教學在培養空間想象力方面可以發揮突出的作用。畫法幾何中解題時的空間分析、讀圖時物體形狀的構思，都是很好的空間思維的訓練。但是，傳統的制圖訓練答案唯一，強調投影表達，遠離設計，限制了學生創新意識和創新能力的培養，甚至會養成一種“畫死圖”的習慣，在教學改革中應加以重視和改進。

在三視圖的訓練中，根據兩個視圖構思不同形體并完成第3個視圖的題目能很好的培養學生的創新意識和創新能力。例如，圖1所示，根據給定兩個視圖，構思不同形體[6]。圖2只給定了一個視圖，學生構思出的形體不僅多樣，而且融入了自己的設計理念[7]。

圖2 創新思維訓練

2.4 利用計算機輔助教學

充分發揮計算機輔助教學的優勢。AutoCAD軟件，具有豐富的視圖生成能力，能自動將三維的零件模型與部件裝配模型轉換成二維工程圖。這些功能對培養和提高學生空間思維能力大有幫助。傳統的制圖技巧與現代的CAD技術相結合，不但開闊了學生的視野、打開了學生的思維和想象空間、激發了學生的求知欲和學習興趣、提高了教學效果，而且還為學生將來走出校門實際接觸這方面的工作打下了一定的基礎。因此，制圖課的CAD教學，不僅僅是教學形式上的更新，更主要的還是通過此方式，能引導學生積極地思考，并開拓其思維想象空間，這對增強學生的空間想象力是非常有益的。

其它三維繪圖軟件(如SolidWorks，3DMAX)的引入無疑會對學生的空間思維能力的提高起到很好的促進作用[8-10]。

3 結 論

空間思維源于形象思維，是形象思維的一種具體表現。

空間思維能力是制圖教學中重點培養的思維能力。

培養空間思維能力，需要加強制圖實踐訓練和正確思維方法的引導。

[1]Fauconnier G. Mental space：aspects of meaning construction in natural language [M]. The MIT Press,1985.

[2]李鴻斌, 農莉云. 論制圖課教學與形象思維能力培養[M]. 北京：機械工業出版社, 2000：90-92.

[3]熊志勇, 羅志成, 陳錦昌, 等. 基于創新性構型設計的工程圖學教學體系研究[J]. 圖學學報, 2012, 33(2)：108-112.

[4]林 宏, 張 彤, 樊紅麗, 等. 工程圖學學科思維訓練的研究與實踐[J]. 工程圖學學報, 2000, 21(4)：100-103.

[5]雷菊珍. 《機械制圖》教學中的美學理念及其應用[J].工程圖學學報, 2007, 28(5)：168-171.

[6]李 勇, 謝 勇, 尉朝聞. 工程制圖[M]. 西安：陜西科學技術出版社, 2001：93.

[7]尉朝聞, 劉金瑄, 劉 佳. 工程圖學簡明教程習題集[M]. 西安：西安電子科技大學出版社, 2007：33.

[8]林清夫. 引入三維幾何建模的工程圖學教學模式分析與比較[J]. 工程圖學學報, 2006, 27(4)：148-152.

[9]江 洪, 吉維峰. 運用三維繪圖軟件 SolidWorks 改革工程圖學教學的實踐[J]. 工程圖學學報, 2004,25(1)：109-113.

[10]王 靜, 劉 煬, 孟冠軍, 等. 融合式引入三維幾何建模的教學研究與實踐[J]. 工程圖學學報, 2011,32(6)：66-70.

Spatial Thinking and Drawing Teaching

Liu Jia
( Xi’an University of Science and Technology, School of Science, Xi’an Shaanxi 710054, China )

The basic concept of spatial thinking is discussed, and the connection and differences between spatial thinking and imagery thinking are showed. The two basic features of spatial thinking are analyzed. It is pointed out that targeted training topics should be designed for developing and improving the students’ spatial thinking ability in drawing teaching according to the characteristics of spatial thinking. Meanwhile, the introduction of 3D graphics software can also promote the improvement of students' space thinking ability. In a word, to cultivate the students' space thinking ability must both strengthen the drawing practice training and guide them through the correct method of thinking.

spatial thinking; imagery thinking; drawing teaching

TB 23

A

2095-302X (2013)04-0146-04

2012-11-19；定稿日期：2013-01-16

劉 佳（1971-），女，河北阜城人，講師，碩士，主要研究方向為高等教育、圖像處理。E-mail：liujia.168@163.com