多種教學(xué)手段融合的圖學(xué)課程教學(xué)模式研究

呂秋娟 李艷嬌 劉長(zhǎng)江

摘要：圖學(xué)課程教學(xué)的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)員的空間思維能力和創(chuàng)新思維能力。本文根據(jù)圖學(xué)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象、圖形難于理解的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中將直觀教具、三維幾何建模、徒手繪圖等多種教學(xué)手段進(jìn)行有效融合，由淺入深地增強(qiáng)學(xué)員對(duì)工程圖形的認(rèn)知能力，使課堂教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)形象、直觀易懂。實(shí)踐結(jié)果表明，這種教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)員的空間分析能力和空間構(gòu)思能力，達(dá)到了提高了課堂教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：圖學(xué);教學(xué)模式;課堂效果

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

一、引言

“工程圖學(xué)”作為工程界的語(yǔ)言，是工科院校各專業(yè)的必修課程。該課程綜合運(yùn)用正投影法、形體分析法和線面分析法等技術(shù)解決工程圖樣的繪制和閱讀。對(duì)提高學(xué)員形象思維與空間分析能力，增強(qiáng)工程圖的表達(dá)與認(rèn)知技能，培養(yǎng)學(xué)員的工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)具有重要作用。因此，教育部工程制圖教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)將培養(yǎng)學(xué)生對(duì)空間形體的形象思維能力、創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計(jì)能力和徒手繪圖能力作為課程的主要任務(wù)。由于工程圖學(xué)以獨(dú)特的思維方式和實(shí)踐過(guò)程，決定了它是訓(xùn)練、提高學(xué)員創(chuàng)新思維能力的有效途徑之一。針對(duì)這一背景，如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)員由淺入深地通過(guò)一系列的繪圖和讀圖實(shí)踐，不斷地由物畫圖，由圖想物，以提高學(xué)員的空間想象能力和空間思維能力，成為工程圖學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題。為了有效地提高學(xué)員的空間思維能力和形象思維能力，根據(jù)近幾年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中引入三維幾何建模，加強(qiáng)構(gòu)型設(shè)計(jì)實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)徒手繪圖能力，將多種教學(xué)手段進(jìn)行有效融合，強(qiáng)化實(shí)踐性環(huán)節(jié)和模擬設(shè)計(jì)訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)員的空間想象能力，進(jìn)一步提升學(xué)員的空間想象力，極大地促進(jìn)課堂教學(xué)效果的提高。

二、多種教學(xué)手段融合，提高學(xué)員思維能力

提高學(xué)員的空間想象能力是機(jī)械制圖課教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，在教學(xué)中采用了以下教學(xué)手段幫助學(xué)員樹立空間概念。

1.采用直觀教具，培養(yǎng)學(xué)員的感性認(rèn)識(shí)能力。在教學(xué)中采用實(shí)物、模型、現(xiàn)場(chǎng)參觀等直觀教具來(lái)輔助課堂教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)員仔細(xì)觀察、想象和分析，幫助學(xué)員不斷地建立空間思維框架，然后再通過(guò)講解，使學(xué)員容易理解、掌握所學(xué)的知識(shí)。通過(guò)這種教學(xué)手段不僅可以增強(qiáng)學(xué)員的感性認(rèn)識(shí)，還可以吸引學(xué)員注意力，啟發(fā)學(xué)員思維，使抽象的概念形象化、具體化。例如，在講解點(diǎn)、直線、平面在三投影面體系中的投影特性時(shí)，可以利用教室里的三面墻壁作為教具，教會(huì)學(xué)員結(jié)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(shí)物相對(duì)于投影面的各種不同位置，特別是對(duì)于容易出錯(cuò)的側(cè)垂線、側(cè)垂面的投影特性，更應(yīng)反復(fù)練習(xí)，熟練掌握。最后，讓學(xué)員根據(jù)觀察的結(jié)果總結(jié)出直線、平面在三投影面體系中的投影特性。在回轉(zhuǎn)體的投影部分，回轉(zhuǎn)體表面取點(diǎn)是截交線和相貫線的基礎(chǔ)。為了增強(qiáng)空間想象能力，在課堂教學(xué)中，教會(huì)學(xué)員自己動(dòng)手，利用一張紙制作圓柱體和圓錐體，觀察回轉(zhuǎn)體的不同擺放位置及投影特性之間的區(qū)別，然后在立體上任意取點(diǎn)，判斷點(diǎn)在回轉(zhuǎn)體上的位置，結(jié)合回轉(zhuǎn)體的投影特點(diǎn)，在平面上做出點(diǎn)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(jiǎn)單，學(xué)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(shù)學(xué)員對(duì)這種讀圖方法感覺(jué)到抽象、不好理解，進(jìn)而影響教學(xué)效果。因此，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，課前安排學(xué)員以橡皮為簡(jiǎn)單的基本立體，采用切割分析法，按照立體的切割形成過(guò)程，依次切去簡(jiǎn)單的小基本體，最后形成切割式組合體。這種通過(guò)平面圖形想象空間立體形狀的方法，與教學(xué)直觀性原則相符，與認(rèn)識(shí)的規(guī)律也一致。

采用直觀教具雖然能活躍課堂氣氛，體現(xiàn)直觀性教學(xué)原則，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，但是，由于課堂教學(xué)學(xué)時(shí)和教學(xué)內(nèi)容的限制，直觀教具的使用時(shí)機(jī)和使用數(shù)量都受到時(shí)間的影響，一定要提前根據(jù)學(xué)員對(duì)內(nèi)容的掌握情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，才能達(dá)到事半工倍教學(xué)效果。

2.引入三維幾何建模，提高學(xué)員的形象思維能力。由于現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，三維實(shí)體模型的輪廓信息可以通過(guò)模式轉(zhuǎn)換，直接用于新產(chǎn)品的加工。因此，產(chǎn)品信息建模和造型設(shè)計(jì)已成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。為了培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新能力和現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)意識(shí)，在立體相交和組合體內(nèi)容部分，融入性地引入三維幾何建模的設(shè)計(jì)理論和造型方法，在課堂教學(xué)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(zhuǎn)換關(guān)系。這種方法既能幫助學(xué)員樹立空間概念，又能使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)形象。學(xué)員不僅可以學(xué)習(xí)輔助制圖和造型設(shè)計(jì)，更重要的在于可以培養(yǎng)輔助思維，提高形體構(gòu)型，圖形分析，圖形的二、三維幾何建模轉(zhuǎn)換能力。在培養(yǎng)學(xué)員掌握三維造型設(shè)計(jì)的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)員對(duì)二維工程圖樣的讀圖及應(yīng)用能力。在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的圖學(xué)理論與三維幾何建模的融合關(guān)系，突出學(xué)員空間思維能力及形象思維能力的培養(yǎng)。例如，在講解切割式組合體的讀圖方法時(shí)，簡(jiǎn)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(duì)立體的三個(gè)視圖進(jìn)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(jìn)行建模時(shí)，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(shí)，只需畫出直角梯形輪廓，然后進(jìn)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(zhǔn)面繪制草圖輪廓，截面輪廓如圖1中左視圖中間部分的長(zhǎng)方體形狀，通過(guò)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(guò)程還可以看出，采用三維幾何建模方法進(jìn)行讀圖，過(guò)程簡(jiǎn)單、方法固定、特征明顯，讀圖速度快。

3.強(qiáng)調(diào)徒手繪圖能力，提高學(xué)員空間分析能力。普通高等院校工程圖學(xué)課程教學(xué)基本要求中指出，工程圖學(xué)的任務(wù)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(xué)員的空間概念，豐富學(xué)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(shè)計(jì)意圖即可，因此徒手繪圖可以提高學(xué)員對(duì)空間視覺(jué)的感知能力，更為準(zhǔn)確的三維模型和工程圖樣可以在后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)中通過(guò)計(jì)算機(jī)三維造型和繪圖實(shí)現(xiàn)。雖然多面正投影圖能夠準(zhǔn)確地反映物體的形狀，但由于沒(méi)有立體感，所以多面正投影圖的使用受到一定的局限。軸測(cè)圖即是人們常說(shuō)的立體圖，它可以把抽象思維與形象思維密切聯(lián)系在一起，有效地反映立體和投影之間的關(guān)系。具有立體感的軸測(cè)圖起到了一般實(shí)物、模型所難以取代的特殊作用。因此軸測(cè)圖既是工程上的輔助圖樣，也是學(xué)習(xí)制圖的有效工具。其作圖過(guò)程相對(duì)于徒手繪制二維草圖、三維軸測(cè)草圖的難度更大一些。教員要根據(jù)軸測(cè)圖的平行性、等比性和沿軸測(cè)量三大特點(diǎn)，要求學(xué)員掌握徒手畫軸測(cè)圖的方法，通過(guò)軸測(cè)圖的學(xué)習(xí)及徒手繪制軸測(cè)草圖的訓(xùn)練，幫助學(xué)員提高理解形體的空間想象能力。

在課堂教學(xué)中，通過(guò)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、循序漸進(jìn)的多次“由三視圖畫其軸測(cè)圖”訓(xùn)練，來(lái)形成正確的畫圖技能。這種訓(xùn)練既幫助學(xué)員樹立了空間概念，又在思維活動(dòng)中儲(chǔ)存了相應(yīng)的立體信息，這種立體信息儲(chǔ)存越多，使用時(shí)提取的立體形象就越多，空間思維能力就越強(qiáng)，從而達(dá)到了豐富學(xué)員空間想象之目的。

三、實(shí)踐效果

近幾年來(lái)，在教學(xué)研究和實(shí)踐中，對(duì)于空間到平面（圖示）和平面到空間（讀圖）的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，采用多種教學(xué)手段融合的圖學(xué)課程教學(xué)模式，不但能提高學(xué)員的繪圖和讀圖能力，培養(yǎng)學(xué)員的空間分析能力和空間構(gòu)思能力，更提高了學(xué)員的三維造型和產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，取得了事半功倍的教學(xué)效果，也為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。全國(guó)先進(jìn)成圖與產(chǎn)品信息建模與創(chuàng)新大賽作為教學(xué)體系的主要環(huán)節(jié)，為學(xué)員提供了學(xué)習(xí)交流和展示繪圖水平的平臺(tái)，也是提高學(xué)員創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的一種十分有效的方式，學(xué)科競(jìng)賽激發(fā)了參賽學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)員的創(chuàng)新意識(shí)和科研興趣，從2008年開始，我校連續(xù)六年組隊(duì)參加了六屆全國(guó)大學(xué)員先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽。學(xué)員手工繪圖及三維建模水平都得到大幅度提升，為學(xué)員在大賽中取得優(yōu)異成績(jī)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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