基于核心素養的中職生空間思維能力培養策略

謝文婷

【摘 要】本文以《機械制圖》為例，論述基于核心素養的中職生空間思維能力培養，提出搭建觀察支架、加強圖形比較、注重動手實踐等策略，以幫助學生樹立空間概念、豐富表象儲備量、促進物圖轉化，有效培養學生的空間思維能力，提高學生的專業能力和就業競爭力。

【關鍵詞】中職生 《機械制圖》 空間思維能力 培養策略

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）22-0085-03

《機械制圖》是中職學校的一門專業基礎課程，主要培養學生識圖和繪圖的能力，教會學生用圖樣確切表示機械的結構形狀、尺寸大小、工作原理和技術要求。其學科核心素養主要涵蓋工程思維、理性思維、國家認同與國際理解、科學探究與社會責任四個方面。而空間思維能力包含在工程思維與理性思維里，是形成識圖和繪圖能力的關鍵要素。空間思維能力指大腦對空間幾何形體進行觀察、分析和認知的抽象思維能力。人們對空間幾何體的形狀、大小、位置及各部分的外在關系的判斷能力，體現其空間思維能力的強弱。本文以《機械制圖》為例，論述基于核心素養的中職生空間思維能力培養策略。

一、搭建觀察支架，樹立空間概念

學生普遍認為《機械制圖》學習難在空間投影體系的建立，他們無法準確勾畫出點、線、面、體等基本幾何元素在空間的形狀和位置，更無法正確判斷事物經過變化后的投影圖形。康德認為：“人類的一切都是從直觀開始，從那里進到概念，而以理念結束。因為教育必然涉及具體學科，那么，就教育而言，可以將‘直觀理解為學科的想象。”也就是說，直觀能力就是基于學科的空間想象能力。直觀是人們認識世界的基礎，也是重要途徑。而直觀的基礎是“觀察”，是對空間幾何形體點、線、面、體之間關系的觀察與聯想。在《機械制圖》課程教學中，培養學生的空間想象能力，先要引導學生學會觀察各種立體幾何圖形的形狀特征，獲得最為直觀的感覺，懂得分析物體之間的相互位置，從上、下、左、右等不同角度描述物體的形狀，并想象出物體被遮掩的部分，這樣才能透過表層看到內里，進而將物體的空間形象抽象為點、線、面，為繪圖奠定良好的基礎。基于中職學生基礎薄弱、已有經驗缺乏的實情，教師應遵循“從易到難、由淺入深”的原則，引導學生在觀察的過程中善于抓住物體的基本特征，在思考的過程中逐步搭建“空間架子”，進而形成空間概念。

以《視圖的選取》一課教學為例，該課要求學生利用“線面分析法”和“形體分析法”識讀基本體和組合體視圖（如圖1），掌握點、線、面的投影特性，并形成較強的空間想象能力，而這正是中職學生的薄弱之處。要學會識讀視圖，合理地選取視圖是關鍵。只有根據零件的復雜程度，合理地選取視圖方法和視圖數量，才能完整、清晰地表達零件的全部內、外部結構特征。通過純粹的理論教學培養學生的視圖能力，學生不易接受。對此，觀察是基礎，也是學生積累表象的重要途徑。結合學生學情，筆者將AutoCAD應用到課堂教學中，將立體模型、三維動畫和AutoCAD相結合，制作出三維形體并在學生面前動態演示，清晰地呈現形體各個點、線、面的實際形狀以及各個部分的投影關系，使學生可以從不同角度直觀地觀察到形體前后、左右、上下各個方向的連接情況，且可以對圖形進行自由縮放操作來觀察形體的內部情況、重點部分或一些局部細小結構的形狀。同時，利用AutoCAD中“圖塊”的功能，將三維實體塊裝配在一起形成裝配體，讓學生通過裝配體的模擬過程，清晰地觀察到每一個裝配體的真實情況，準確地了解各個零件之間的連接關系。

機械零件的種類比較繁多且各有特點，而教學模型的缺乏及教學模型的固定性質，很難讓學生通過觀察模型來了解形體結構。借助信息技術和AutoCAD，搭建觀察支架，將教學內容變得豐富、生動、形象和直觀，增強學生的感性認知和對空間物體的識別能力，幫助學生合理地選擇視圖，如此循環反復訓練，使學生在潛移默化中建立空間概念。

二、加強圖形比較，促進物圖轉化

觀察雖然有利于豐富學生的表象儲備，但培養學生空間想象能力僅依靠觀察是遠遠不夠的。空間物體屬于一種立體圖形，將立體圖形準確地轉化為平面圖形是《機械制圖》課程教學的最終目的。在數學學科中，學生之所以感覺立體幾何難學，是因為學生未能熟練地掌握立體幾何和平面幾何之間的轉換方法。同樣的，在《機械制圖》課程中學生也很難在頭腦中建立“物”與“圖”之間的對應關系，以致很難建立空間概念。因此，教師在課堂教學中應充分利用學生已有的感性認知，引導學生對物體進行比較，在比較中弄清楚形體的基本特征，認識“物”與“圖”之間的轉化關系，進而提升空間想象能力。

以《幾何體的投影及尺寸標準》教學為例，圖2為一個正六棱柱的幾何體，要想畫出其平面圖形，掌握幾何形體的投影規則及方法是關鍵，而這也正是《機械制圖》課程教學中的重難點，是培養學生空間想象能力的決定性因素。在課堂中，教師可以采用對比方法進行教學，幫助學生弄清楚“物”與“圖”之間的轉換關系。筆者首先從簡單的幾何形體入手，帶領學生對比分析“物”與“圖”之間的對應關系：圖2中的正六棱柱是由兩個底面和棱面組合而成，而兩個底面分別為正六邊形、棱面均為長方形，將其放置成上、下底面與水平投影面平行且有兩個棱面平行于正投影面后，可以看到上、下兩個六邊形在水平面的投影均為正六邊形且它們的投影重合，并能反映出幾何體的真實形狀，但是在正面和側面的投影都變成了一條直線，且為兩條相互平行的直線。通過對六個棱面的分析、對實物圖和投影圖進行比較可以發現，在六個棱面中，只有前、后兩個棱面的正面投影能反映實形，而側面投影和水平的投影變成了一條直線。在此基礎上，再對比分析圖2和圖3，學生就能清晰地掌握“物”與“圖”之間的轉換關系，建立起空間立體與投影圖的對應關系，了解“物”的要素與“圖”的要素的對應規則，進而在比較中理解投影概念，在比較中建立空間概念、掌握讀圖的方法。

三、注重動手實踐，提升空間思維能力

學生經過觀察、比較儲存了豐厚的理論知識，在頭腦中有了準確的空間概念，但將“物”精準地轉化為“圖”或由“圖”轉化為“物”，還需要通過大量的實踐教學為學生提供將理論知識轉化為實踐經驗的機會和平臺，促進學生的知行合一，才能切實提高學生的動手能力和空間想象能力。然而，傳統的教學采用“滿堂灌”的形式，在課堂上將機械制圖的知識一股腦地灌輸給學生，學生的理解能力和接收能力有限，在課堂上無法有效地理解和吸收知識;動手實踐則通常讓學生以課后作業的形式完成，在未能吸收內化的情況下，大部分學生不得不通過抄襲的方式來完成作業，其學習效果可想而知，更不用談及空間想象能力的培養。想象源于實踐，在課堂上只有堅持講練結合，強化學生的動手實踐，鞏固與檢驗學生在課堂上所學的知識，才能讓學生所掌握的繪圖技巧得以遷移應用，同時也能讓教師及時了解學生的學習情況，以便有針對性地進行指導，幫助學生及時地查漏補缺，促進學生對機械制圖理論知識與實踐技巧的掌握。學生動手實踐的過程，也是訓練學生空間想象能力的過程。

以“第一角畫法和第三角畫法”的教學為例，筆者在課堂中引入項目教學法，將理論學習與實踐學習相結合，讓學生在做中學、在學中做，在動手繪圖的過程中培養空間想象能力。以項目“第三視角”為主題開展教學，在實踐中將項目細化為兩個子任務：任務1，繪制定位塊的基本視圖;任務2，讀第三角畫法視圖，要求學生用第三角畫法畫出圖4定位的基本視圖。學生以小組合作的形式進行探究，發現相比于第一角繪法，第三角繪法也是采用正投影法，只是物體所放置的位置不同。接著，在學生掌握了投影規律的基礎上，再要求學生動手繪制圖4的六個基本視圖（圖5）。

之后，再引出任務：圖6為形體第三角畫法時的前視圖與頂視圖，請想象形體的形狀結構，并補繪其右視圖。

學生按照視圖形成的規律，反復識讀第三視角圖，通過觀察圖形，第三角投影后形體的前視圖和頂視圖的外框均為矩形，推斷出形體的外形為長方體，然后按照軸測的方向依次畫出主視圖、俯視圖、左視圖（右視圖）相對應的軸測投影，再根據前視圖和頂視圖中的線條，構造形體的前面和頂面線條投影，最后結合想象推理進行拼湊后根據三視圖輕松地勾勒出對應形體的形狀（如圖7）。

通過看圖形、用理論、想形體的反復實踐和訓練，促使學生充分運用投影理論和抽象思維對圖形進行分析、想象和加工，從而使得形體的結構變得逐漸清晰，最終促進學生空間想象能力的提升。

總而言之，《機械制圖》課程的學習需要學生具備較強的空間想象能力，而空間想象能力除了天賦因素，還需要后天的訓練來培養和提升。教師在教學中應注重“講練結合”，充分調動學生的積極性和主動性，循序漸進地培養學生的空間想象能力，使學生更好地掌握《機械制圖》課程，從而增強學生的專業能力和就業競爭力。

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（責編 羅汝君）