【摘要】空间想象力是学生学好《机械制图》的基础和前提，也是其职业能力发展的关键。着力培养学生的空间想象力，是突破《机械制图》教学“瓶颈”，提高教学效果的必要措施。本文结合自己的教学实践，从促进空间想象力形成的各个环节着手，阐述了培养学生空间想象力的方法和途径。

【关键词】空间想象力、培养、形象储备、多媒体和CAD、逻辑思维

 

《机械制图》是研究识读和绘制机械图样的原理和方法的主干专业基础课程，是学生学习后续专业课程以及发展自身职业能力的必要基础，所以，学好本课程的重要性不言而喻。然而，由于本课程投影原理的抽象性，对于初学者而言，往往很难以将空间形体与其平面投影高度细致地联系起来，也就是说缺乏空间想象力，训练和培养学生的空间想象力，实质就是《机械制图》教学的重要任务之一。

所谓空间想象力，就是人们对客观事物的空间形式进行观察、分析和抽象的思维能力。《机械制图》有两大主干内容，一是“读图”，即根据二维投影想象出立体的形状；二是“绘图”，即根据立体绘制出二维投影。要实现空间形体与二维投影之间的相互转换，离不开对空间形体的分析和表达，也就是说离不开空间想象力。想象是智慧的翅膀，是创造的前提。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”作为未来的设计者和创造者，需要具备丰富的空间想象力和创造力。因此，空间想象力的培养，不仅是学生学好《机械制图》的基础和前提，也是其职业能力发展的关键。

技校生大多是初中毕业生，文化基础普遍较差，因为没学过立体几何，也没有空间概念，而且缺少生活阅历和生产实践经验，对机械零件的感性认识严重匮乏，因此，在学习过程中，学生往往缺乏有序的空间思维，不知从何下手，如何展开想象，再加上本课程投影原理的抽象性，容易产生畏学、厌学的情绪，这是制图教学的一大难题，要突破这个教学“瓶颈”，势必要培养学生的空间想象力。那么，怎样才能有效培养学生的空间想象力呢？

培养空间想象力的途径有很多，不同的教师有不同的方法，但无论用什么方法，都必须遵循想象的客观规律，再根据学生的具体情况和教学条件进行适当的调整。想象是在头脑中把表象材料进行加工制作而形成新形象的心理过程，要形成空间想象力，首先是要有足够的表象材料；其次是如何进行“加工”，形成新的形象，具体地说，就是要掌握科学的方法进行思维，构思出正确的形象，并通过科学有效的训练方法，使这种能力不断巩固和提高。本文就从促进空间想象力形成的这些环节着手，谈谈笔者在教学中的一些做法和体会。

想象的基本材料是表象，只有储备了丰富的感性材料，在分析、综合和抽象时，才容易“一蹴而就”，建立起正确的空间形体的表象。头脑中形象储备的量越大，则重组形体的能力就越强，空间想象力也越强。这里的“形象”包括形体的立体形象及形体的图形表达，“形象储备”即是将这两种形象相对应地存储在脑海中，以备用时调取。

首先是构建形体的立体形象储备。在教学中采用直观教学法，展示模型和机械零件，播放多媒体课件，还可以带领学生到实习车间参观，让学生获取足够的立体形象及机械零件的感性认识，引导学生多观察，多记忆，形成丰富的形象储备；

其次是构建形体的图像储备。教学中要注重图感培养，正如球员要有球感一样，学习《机械制图》也要有图感，即将图形与立体密切联系起来的能力。而记图就是一个很好的途径，这里所说的“记”不是死记硬背，而是在理解的基础上针对性地记忆，熟记基本形体及典型零件结构的视图表达，包括不同摆放位置对应的视图表达，通过反复练习，使学生能快速获取图像信息，并马上和立体结构联系起来，提高想象的速度。

2、夯实《机械制图》的理论基础，指导空间想象力的建立；

任何实践都必须有一定的理论指导，空间想象绝不是天马行空的乱想，应是有章可循、有理论指导的想象，熟练掌握这些基本理论，对学生空间想象力的形成有关键性的作用。

（1）正投影理论和基本体的投影规律，是建立空间想象力的基础。正投影理论揭示了空间物体与其投影的根本关系和投影规律，是空间想象力所依赖的基本理论。但由于比较抽象，学生往往不好掌握，在教学中，把点、线、面等基本元素融入到具体的基本形体中，再讲其投影的对等及方位关系，学生就更加容易理解。再进行归纳总结，例如：把左、俯视图的“宽相等”比喻成“跑道”；三视图的前后方位是“里后外前”；基本体的视图特征为：“多边形+矩形”是棱柱，“一圆两矩形”是圆柱等，又找出两者的联系:“柱体都有矩形”等等，使枯燥的理论变得简单易记，同时更好地把握相互之间的联系。再引导学生观察：基本体的形状和位置变化时其三视图的相应变化，（如图1所示）

 

 

 

 

 

这样逐步递进，反复练习，学生扎实地掌握了这些基本规律，初步建立起空间概念后，才能由浅入深地学习组合体和机械零件的视图表达。

（2）读图和绘图的基本要领是建立空间立体概念的基本方法。

“读图”和“绘图”相辅相成、互为逆向。首先, “绘图”可视为将立体沿投影方向“压缩”成平面图形的过程。在绘图时，引导学生由特征视图开始，再到另两个视图，训练学生由三维“压缩”转向二维的思维能力；另一方面，“读图”则看作是由面“拉伸”成立体的过程。先是引导学生自己想象，再利用CAD的“拉伸”命令展示其动态过程，然后改变“拉伸”路线例如为垂直、倾斜和曲线时，想象其结构的改变（如图2所示）。这种方法

 

 

 

 

能帮助学生有效实现由面到立体的想象，较快地建立空间立体概念，同时也大大激发了学生的学习兴趣。

此外，还引导学生从两个方面把握空间立体的形成，培养空间立体感：一是由面“拉伸”成立体，再由小立体组合成大立体；二是由平面围成立体。前者实质是用形体分析法读图，先抓特征，分线框，再对投影，构思出各部分的立体结构，然后判定其方位，由小立体组合成大整体；后者则是用面形分析法读图，利用平行面、垂直面的投影特性，分析各个表面的形状及相对位置，再将各个面围成立体，在此，以多媒体动画形式展现其形成过程（如图3所示）效果更好。通过这两种方法引导学生逐步想象，是培养学生空间立体感，训练空间思维最有效的基本方法。

 

 

 

 

 

 

空间想象是一个逻辑思维的过程。在教学中，要训练学生按照一定的方法和步骤，思路清晰地进行思考，由条件逐步引出结果。

例如，在讲“组合体的表面连接关系”时，引导学生先根据视图判定其连接方式，再判断是否有线，然后根据对等关系确定线的位置。

又如，在讲“基本体切割”时，先根据切割面的位置判定其形状，再用相应的方法画图，当遇到多个基本体组合或多个位置切割面切割时，要进行拆分，化作单个基本体的切割，问题就会迎刃而解。通过反复练习，学生的思路更加清晰，思维更加有序，对复杂题目的畏惧感就能逐步消除，空间思维能力就能得到相应的提高。

多媒体技术和CAD软件作为新型的现代教学手段，以生动、直观、高效等独特优势，成为培养学生空间想象力不可缺少的重要途径。

（1）对于三视图的展开，剖视和切割等一些复杂的过程，往往用传统教法很难表述清楚，但用多媒体动画就非常形象生动，学生容易理解，印象深刻，且能激发兴趣，起着事半功倍的作用，有传统教学方式无法比拟的效果；

（2）多媒体色彩丰富，图文并茂，给人以强烈的视觉感受，对培养图感，增加形象储备非常有效（如下图所示）；

 

 

 

 

 

 

 

（3）用视频或动画演示画图步骤，直观形象，可以反复播放，有利于学生掌握绘图要领，一般在板图讲解后再辅以多媒体播放，效果较好；

（4）多媒体强大的功能拓展了知识的深度和广度，课堂容量和教学效率显著提高。讲解习题更加高效，学生有更多的思考空间和练习机会。而且，大量的视图与形体的展示，使学生的形象储备不断增加，逻辑思维能力不断加强，空间想象力也相应提高。还可以链接到相关的学习网站，引导学生课后的学习补充。

（5）利用多媒体的交互性做练习，强化训练学生的空间想象力。如图所示将习题做成幻灯片，在分析、模型、答案之间灵活跳转，培养学生分析问题，解决问题的逻辑思维能力，促进学生空间想象力的形成。

（6）AutoCAD也起着至关重要的作用。由于模型挂图有限，操作不方便，利用AutoCAD强大的造型功能，为构建学生的形象储备提供了充足的素材，并且三维造型形象逼真，可以放大、旋转和着色，能够清楚详细地观察形体的结构，有助于增强形体的感性认识，提高把握形象的能力。尤其是二维图形和三维立体之间的直接转化，使学生更直观地把握“图”与“物”之间的联系。笔者发现，学习了AutoCAD（尤其是实体生成）的学生的空间立体感比没学过的学生要强很多。在学习中，他们还可以借助CAD来把握和检测一些难以理解的形体结构。如图4所示，要求补全回转体被切割后的俯、左视图。很多学生在补画左右两个切割面在左视图中的投影时画成直线，学生利用CAD生成实体，看到的形状也似乎是直线，我引导学生分析：这两个切割面不过锥顶，而是与圆锥的轴线平行，根据圆锥切割体的特性可知只能是曲线，只是比较接近直线而已。当学生还是疑惑时，我建议学生捕捉两个端点做直线，将其与轮廓线比较，通过放大后终于得到验证：两者并不重合！这次给学生的印象非常深刻，充分调动了学生的自主探索的积极性，引导其用理论来指导空间想象，给学生的逻辑思维训练上了生动的一课。

在2010-2011年度第一学期的教学中，多媒体和AutoCAD的应用取得了较好的教学效果。

5、充分利用轴测图，辅助训练和培养学生的空间想象力；

轴测图的立体感强，能够比较直观地展现形体结构，在教学中可以代替模型，方便快捷，学生容易理解。在读图时，往往会“想东忘西”，难以将物体综合成形，如果在构思时，边用轴测图记录下来，逐步构建物体的结构，就能提高读图的速度和准确率。因此，在教学中，教师快速、漂亮的示范就是对学生最好的鼓动，再强调画图技巧，指导学生快速徒手绘制轴测图，对训练学生的空间想象非常有效。

空间想象力需要经过训练才能得到强化和提高，教学中采用的形式可以是多种多样，灵活多变的。

（1）进行课堂讨论，引导学生多看、多想、多练。例如：在讲“组合体的视图画法”时，我将学生分成几个组，给每组学生各发一个模型，让他们自行完图，然后让全体学生共评，指出错漏和不足，在各组之间进行比赛，学生的学习热情很高，课堂气氛也很活跃，最后，我再做点评和总结，强调画图的要领，学生在遇到问题和难度后再回来听讲，注意力更集中，针对性更强，印象也更深刻，而且在同样的时间内，学生得到更多的思考和训练，与“先讲要领再练习”的常规教学模式相比，教学效果更好。

（2）进行“一题多解”的训练。例如根据两个视图，补画其各种可能的第三视图。在课堂上，以导为主，鼓励学生充分发挥想象，从线框着手，通过改变“拉伸”路线，有序地构思形体的各种结构，通过这种训练，可以激发兴趣，开阔思维，丰富学生的空间想象。

（3）进行“同类形体对比”的训练，对比分析同类形体的投影特点，再分析其局部结构变形前后的异同，可以提高学生的应变能力，训练其空间想象的快速形成。

以上这些方法，可以在教学中相互贯穿，相得益彰。学生只有具备了丰富的形象储备，用科学的方法进行有序的想象，才能有效快速地完成空间想象的整个过程。“教有法，无定法”，在教学中，教师要结合学生实际情况和教学条件，不断实践，及时调整，才能选择最适合的方法来训练和培养学生的空间想象力。

总之，空间想象能力的培养不是一朝一夕之事，掌握好基本理论是基础，科学有效的训练方法是关键，教师要大胆进行教学改革，不断探索新的教学方法，才能培养学生的空间想象能力，突破制图教学的“瓶颈”，切实提高制图教学的质量，为学生学好《机械制图》和未来的职业发展打下坚实的基础。

 

[1]《机械制图》（第五版）  钱可强主编  中国劳动和社会保障出版社出版，2007

[2]《速成识图法》 金大鹰主编  机械工业出版社，2005.1

[3]《心理学——教与学原理》 王新如主编  新世纪出版社，1994.7