如何培養學生的空間想象能力

宋奎華

摘 要： 在中等職業教育中，機械制圖是一門專業基礎課，主要是培養學生的繪圖能力和識圖能力，影響這兩方面能力的主要因素是空間想象能力。因此，在教學過程中要采取科學有效的方法培養學生的空間想象能力，這一點在教學中要貫穿始終。

關鍵詞： 機械制圖 空間想象能力 識圖技能

機械制圖是技工學校機械專業的一門重要的技術基礎課，與其他技術基礎課、專業課及生產實習課有密切的聯系，技術工人必須掌握識圖技能，具備空間想象能力是掌握識圖技能的前提和基礎，為了培養上述能力，在教學中可采取如下措施。

一、對學生加強基礎投影理論的學習和應用

制圖課是用投影理論研究空間形體與平面圖形的相互關系和轉換的學科。將空間形體用平面圖形表示，這本身就是一個矛盾。初次接觸這一問題的學生，由于空間概念還沒建立起來，一般都會感到困難。而基礎投影理論則是空間形體與平面圖形相互轉換的紐帶，用基礎投影理論分析形體與圖形的能力，就成了制圖能力培養與形成的中心環節。

空間物體的形狀不管多么復雜，都可以看做是由若干個簡單形體經若干次挖切或疊加而形成，而這些簡單形體又是由點線面等基本幾何元素組成的。因此，在學習過程中，要有目的地訓練學生善于運用形體分析和線面分析的方法，將空間形體分解為各種基本幾何體，再進一步分解為面、線、點，然后按照基本投影規律轉換為平面圖形。反過來，使學生理解平面圖形上的點、線、面等幾何元素在空間形體上的具體位置和在投影體系中的相對位置及特點，并根據“長對正、高平齊、寬相等”的三等對應關系，以及“量左右、比高低、分前后”的六向方位關系，找出各視圖的內在聯系，從而想象出空間形體的形狀。總之，要通過基礎投影理論的反復運用，訓練并培養學生的空間想象能力和思維能力。

二、對學生加強“形”的儲存

要加強學生的空間概念，必須加強對空間形體的積累，在上課過程中采用實物模型教學，列舉生活中的實物，讓學生對“形”加以認識，激勵他們積極地“觀察——思考，再觀察——再思考”，促使他們在大腦里對“形”有所記憶，形成表象，通過投影規律的運用，利用三維投影體系引導學生先分析簡單物體的投影，觀察其投影效果，如此反復演示立體放在三維投影面中的投影過程，讓學生直接觀察由三維立體向二維平面轉化的過程，弄清轉化過程的本質和原理，在大腦中建立起初步的空間概念。在此基礎上教師出示抽象的實物圖形，通過各種不同簡單立體的投影，還原物體的形狀，進而加強學生的空間概念。其次，通過一定數量的練習，更進一步鞏固對形體的立體形象的直觀記憶。再次，經常讓學生觀察模型、實物和直觀圖，加強對形體的直觀印象和記憶，在思維中儲存一定的信息。如此這樣，立體信息儲存得越多，作圖時提取的立體形象越多，空間想象思維能力就越強。立體信息的積累和儲存過程是豐富學生感性認識的過程，也是形象思維培養的過程。比如，在學習根據立體圖畫三視圖學習階段，除了讓學生完成習題集上的作業外，還要經常拿出許多模型和立體圖，讓學生多觀察、多練習、多思考，這樣由簡單到復雜的形體見得多了，練得多了，想得多了，由立體到平面再由平面到立體的兩次轉變就會被學生熟練地掌握，也就是讓學生具有空間分析能力和想象能力。

三、使學生注重“位”的分析

要建立空間概念、培養空間想象能力，僅有“形”的想象是不夠的，還應具有“位”的判斷，也就是說要處理好立體的形狀和方位兩者的關系。首先，在課程內容和習題中，對幾何體的元素點、線、面的分析及幾何體表面上點的分析應主要突出六向方位的分析，使學生在思維中逐漸搭起“空間架子”。比如，在介紹求基本幾何體表面上點的投影時，按照點的三面投影規律，就能很容易求得點的某一投影的位置。但是如果不對點的六向方位進行正確的分析、可見性進行判斷，解題就會出現錯誤。在組合體的補視圖中應突出立體的“形”和“位”的統一化訓練，在訓練中不僅要認清組合體中各組成部分的形狀，而且要認清它們之間所處的相對位置關系，只有“形”與“位”結合，才能產生“體”的想象。這種想象的訓練可反復進行，用實物由淺入深，由簡單到復雜，由表及里，由部分到整體循序漸進，這樣能激發學生的學習興趣，更有效地培養學生的空間想象能力。其次，在教學過程中，讓學生動手切割出立體物體，然后讓學生畫出三視圖，再讓學生看著圖，對照實物分析物體表面的線、面在投影中的位置，這樣可明顯地讓學生懂得從立體到平面，再由平面到立體的轉化過程，點、線、面的“位”，從而形成“體”想象。再次，運用多媒體技術輔助教學，可將傳統教學方法中無法突破的教學重點和難點內容通過多媒體畫面完整清晰、直觀地展示出來。如《機械制圖》“基本幾何體的投影”章節中球體的投影及表面去點是教材中的重點和難點內容。由于球體的立體圖形和模型在空間“形”與“位”的準確表達上有局限性，在“球體表面上點的可見性判別”的教學上往往有一定的難度。而運用多媒體技術輔助教學，可以將重點和難點內容通過多媒體畫面完整清晰地表現出來，學生通過對剖析后的觀察分析，對球體特有的“輪廓線”互為“中心線”又互為“分界線”的空間方位關系有了清楚的認識和理解，對“六向”范圍的分辨能力也有了進一步提高。由此可以確信，只要在思維中有了豐富的空間形狀的積累和儲存，認清各組成部分的形狀，且能辨清各組成部分所處的位置關系，要具有一定的空間想象能力，并非難事。

四、加強練習，積累經驗

機械制圖是一門實踐性很強的學科，必須邊學邊練。在課堂講授之后，要留有一定時間讓學生做多種形式的課堂練習，以檢驗對所學內容的掌握情況，發現問題及時糾正。對于課外作業，由老師明確提出本次作業的目的、涉及哪些理論知識、哪些地方是難點、應該注意什么問題，要對學生感到比較難的問題加以必要的提示，對作業中普遍存在的問題，一定要在下一次上課之前講解，分析出差錯的原因，并示范正確的解題方法，以加深學生的印象。此外，還要讓學生自己動手自制各種教學所用的實物模型，對照模型反復分析立體表面的點、線、面，這樣對物體有更直觀的感性認識，若條件許可，帶學生參加工廠的實習訓練，這樣從理性和感性上讓他們對“體”產生認知。如此這般，通過反復的識圖、繪圖等實踐活動，就能夠達到預期效果。

總之，培養學生空間想象能力，有各種各樣的措施、手段、方法，以上幾點在教學實踐中，對現階段培養學生空間想象力、學習機械制圖有一定的幫助，能取得較好的教學效果。當然，空間想象能力不可能在短時間內迅速提高，這就要求教師在精心準備教學內容的同時恰當選擇能提高學生空間想象力的教學方法和手段。