多種教學手段融合的圖學課程教學模式研究

呂秋娟 李艷嬌 劉長江

摘要：圖學課程教學的主要任務是培養學員的空間思維能力和創新思維能力。本文根據圖學課程學習內容抽象、圖形難于理解的特點，在教學過程中將直觀教具、三維幾何建模、徒手繪圖等多種教學手段進行有效融合，由淺入深地增強學員對工程圖形的認知能力，使課堂教學內容生動形象、直觀易懂。實踐結果表明，這種教學模式激發了學員的學習興趣，培養了學員的空間分析能力和空間構思能力，達到了提高了課堂教學效果的目的。

關鍵詞：圖學;教學模式;課堂效果

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）18-0146-02

一、引言

“工程圖學”作為工程界的語言，是工科院校各專業的必修課程。該課程綜合運用正投影法、形體分析法和線面分析法等技術解決工程圖樣的繪制和閱讀。對提高學員形象思維與空間分析能力，增強工程圖的表達與認知技能，培養學員的工程意識和創新意識具有重要作用。因此，教育部工程制圖教學指導委員會將培養學生對空間形體的形象思維能力、創造性構型設計能力和徒手繪圖能力作為課程的主要任務。由于工程圖學以獨特的思維方式和實踐過程，決定了它是訓練、提高學員創新思維能力的有效途徑之一。針對這一背景，如何在有限的教學時間內，引導學員由淺入深地通過一系列的繪圖和讀圖實踐，不斷地由物畫圖，由圖想物，以提高學員的空間想象能力和空間思維能力，成為工程圖學教學的關鍵問題。為了有效地提高學員的空間思維能力和形象思維能力，根據近幾年的教學實踐經驗，通過在教學過程中引入三維幾何建模，加強構型設計實踐、強調徒手繪圖能力，將多種教學手段進行有效融合，強化實踐性環節和模擬設計訓練，以培養學員的空間想象能力，進一步提升學員的空間想象力，極大地促進課堂教學效果的提高。

二、多種教學手段融合，提高學員思維能力

提高學員的空間想象能力是機械制圖課教學的重要環節，在教學中采用了以下教學手段幫助學員樹立空間概念。

1.采用直觀教具，培養學員的感性認識能力。在教學中采用實物、模型、現場參觀等直觀教具來輔助課堂教學。引導學員仔細觀察、想象和分析，幫助學員不斷地建立空間思維框架，然后再通過講解，使學員容易理解、掌握所學的知識。通過這種教學手段不僅可以增強學員的感性認識，還可以吸引學員注意力，啟發學員思維，使抽象的概念形象化、具體化。例如，在講解點、直線、平面在三投影面體系中的投影特性時，可以利用教室里的三面墻壁作為教具，教會學員結合教室的三維空間，利用手中的鉛筆、教鞭、三角板等工具，擺出實物相對于投影面的各種不同位置，特別是對于容易出錯的側垂線、側垂面的投影特性，更應反復練習，熟練掌握。最后，讓學員根據觀察的結果總結出直線、平面在三投影面體系中的投影特性。在回轉體的投影部分，回轉體表面取點是截交線和相貫線的基礎。為了增強空間想象能力，在課堂教學中，教會學員自己動手，利用一張紙制作圓柱體和圓錐體，觀察回轉體的不同擺放位置及投影特性之間的區別，然后在立體上任意取點，判斷點在回轉體上的位置，結合回轉體的投影特點，在平面上做出點的三面投影。在讀組合體視圖中，按照組合體的組成，可以將組合體分為疊加式和切割式，疊加式組合體的讀圖方法比較簡單，學員基本上都能想象出立體的形狀;而切割式組合體的讀圖一般采用線面分析法，大多數學員對這種讀圖方法感覺到抽象、不好理解，進而影響教學效果。因此，在講解這部分內容時，課前安排學員以橡皮為簡單的基本立體，采用切割分析法，按照立體的切割形成過程，依次切去簡單的小基本體，最后形成切割式組合體。這種通過平面圖形想象空間立體形狀的方法，與教學直觀性原則相符，與認識的規律也一致。

采用直觀教具雖然能活躍課堂氣氛，體現直觀性教學原則，提高學員的學習興趣，但是，由于課堂教學學時和教學內容的限制，直觀教具的使用時機和使用數量都受到時間的影響，一定要提前根據學員對內容的掌握情況適當進行調整，才能達到事半工倍教學效果。

2.引入三維幾何建模，提高學員的形象思維能力。由于現代科技的飛速發展，三維實體模型的輪廓信息可以通過模式轉換，直接用于新產品的加工。因此，產品信息建模和造型設計已成為現代設計和制造業的發展趨勢。為了培養學員的創新能力和現代工程設計意識，在立體相交和組合體內容部分，融入性地引入三維幾何建模的設計理論和造型方法，在課堂教學中利用三維建模軟件，展示平面圖形和三維立體形狀之間的轉換關系。這種方法既能幫助學員樹立空間概念，又能使教學內容生動形象。學員不僅可以學習輔助制圖和造型設計，更重要的在于可以培養輔助思維，提高形體構型，圖形分析，圖形的二、三維幾何建模轉換能力。在培養學員掌握三維造型設計的同時，也培養了學員對二維工程圖樣的讀圖及應用能力。在一定程度上彌補了傳統的圖學理論與三維幾何建模的融合關系，突出學員空間思維能力及形象思維能力的培養。例如，在講解切割式組合體的讀圖方法時，簡單引入三維幾何建模的成型理論和造型方法。如圖1所示，先對立體的三個視圖進行分析，找出形狀特征視圖。從圖1可以看出，分別以不同視圖進行建模時，截面輪廓草圖的形狀各不相同，沿截面拉伸的深度也不相同。如果以主視圖作為截面輪廓草圖特征時，只需畫出直角梯形輪廓，然后進行拉伸。最后以拉伸形成的基本立體右端面或左端面為基準面繪制草圖輪廓，截面輪廓如圖1中左視圖中間部分的長方體形狀，通過拉伸，去除材料的方法，最終形成如圖2所示的切割式組合體。從上述的建模過程還可以看出，采用三維幾何建模方法進行讀圖，過程簡單、方法固定、特征明顯，讀圖速度快。

3.強調徒手繪圖能力，提高學員空間分析能力。普通高等院校工程圖學課程教學基本要求中指出，工程圖學的任務之一為徒手繪制工程圖樣，而徒手繪圖包含徒手繪制三維和二維草圖，徒手繪圖的目的是為了樹立學員的空間概念，豐富學員的空間想象。由于徒手繪圖不需要精確的尺寸要求，只需反映設計意圖即可，因此徒手繪圖可以提高學員對空間視覺的感知能力，更為準確的三維模型和工程圖樣可以在后續的詳細設計中通過計算機三維造型和繪圖實現。雖然多面正投影圖能夠準確地反映物體的形狀，但由于沒有立體感，所以多面正投影圖的使用受到一定的局限。軸測圖即是人們常說的立體圖，它可以把抽象思維與形象思維密切聯系在一起，有效地反映立體和投影之間的關系。具有立體感的軸測圖起到了一般實物、模型所難以取代的特殊作用。因此軸測圖既是工程上的輔助圖樣，也是學習制圖的有效工具。其作圖過程相對于徒手繪制二維草圖、三維軸測草圖的難度更大一些。教員要根據軸測圖的平行性、等比性和沿軸測量三大特點，要求學員掌握徒手畫軸測圖的方法，通過軸測圖的學習及徒手繪制軸測草圖的訓練，幫助學員提高理解形體的空間想象能力。

在課堂教學中，通過由簡單到復雜、循序漸進的多次“由三視圖畫其軸測圖”訓練，來形成正確的畫圖技能。這種訓練既幫助學員樹立了空間概念，又在思維活動中儲存了相應的立體信息，這種立體信息儲存越多，使用時提取的立體形象就越多，空間思維能力就越強，從而達到了豐富學員空間想象之目的。

三、實踐效果

近幾年來，在教學研究和實踐中，對于空間到平面（圖示）和平面到空間（讀圖）的轉換問題，采用多種教學手段融合的圖學課程教學模式，不但能提高學員的繪圖和讀圖能力，培養學員的空間分析能力和空間構思能力，更提高了學員的三維造型和產品設計能力，取得了事半功倍的教學效果，也為后續的專業課學習奠定基礎。全國先進成圖與產品信息建模與創新大賽作為教學體系的主要環節，為學員提供了學習交流和展示繪圖水平的平臺，也是提高學員創新設計能力的一種十分有效的方式，學科競賽激發了參賽學員的學習興趣，培養了學員的創新意識和科研興趣，從2008年開始，我校連續六年組隊參加了六屆全國大學員先進成圖技術與產品信息建模創新大賽。學員手工繪圖及三維建模水平都得到大幅度提升，為學員在大賽中取得優異成績打下了堅實的基礎。

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