現(xiàn)代圖學教學中的圖感因素探析

劉衍聰， 馬曉麗, ， 伊 鵬

（1. 中國石油大學（華東），山東 青島 266580；2. 青島理工大學，山東 青島 266520）

在數(shù)字化設計和制造技術大力發(fā)展的今天，設計者必須具有良好的形象思維和圖學表達能力。工程圖學課在培養(yǎng)學生的制圖基本技能和空間想象力的同時，對學生思維方式、工作態(tài)度的影響很大。因此圖學工作者們不斷追求和探索更好的圖學教學理論和方法[1-4]。本文對工程圖學中的“圖感”進行研究，并結合現(xiàn)代心理學理論，探索將圖感應用于工程圖學教學中的方法，以更好地培養(yǎng)和開發(fā)學生的圖學思維能力。

1 圖感的理解和認知

學習漢語或外語做習題時，在ABCD 4個選項中會憑感覺選中某個選項，真要分析語法反而講不出所以然，似乎就是憑直覺，這種直覺就是語感。

圖學教師拿到一份作業(yè)，大致瀏覽一下，不必進行投影分析，就能看出正確與否和問題所在，這就是 “圖感”，一種長期教學中形成的對“圖”的感覺和判斷力。未學習工程圖學的人，也基本能讀出圖1表達的是螺栓；但沒學過工程圖學者要正確地繪制出螺栓的工程圖樣卻不容易，要追求圖線的光滑、黑亮，尺寸標注的正確更是困難。而圖2的小軸零件看似簡單，沒學過工程圖學者可能抄畫出圖形，但不容易準確想象出它的真實結構。

工程圖學教學過程中有的教師也會提到圖感，一些文章[2-3]也曾對圖感進行過討論，但系統(tǒng)地進行圖感理論研究的文獻很少。圖感是人們在長期的圖學學習和生活實踐過程中，逐漸形成的一種對工程圖樣的認知和判斷能力（讀圖能力）以及工程圖樣表達的能力（作圖能力），圖感是一種形象思維；圖感的形成與個人的社會經(jīng)驗、知識積累、接受能力等都有一定關系。

圖感不是簡單地指對“圖”的感覺，圖感的培養(yǎng)是二維圖到三維體，三維體到二維圖的過程，比語感更加復雜。圖感是客觀存在的，并不一定要學過工程圖學者才有圖感，以讀圖1為例，只有經(jīng)過系統(tǒng)的圖學知識和圖學思維的培養(yǎng)和訓練后，這種感覺能力才能更強，也更能為學習者使用，對圖形的敏感程度也更強。

圖1 螺栓

圖2 小軸

2 圖感的本質(zhì)特性

感覺是一種很神秘的物質(zhì)形態(tài)，無形無色無味，若有若無。毫無疑問，圖感是一種“感覺”，更確切地說是形象思維的一種，是一種具體的形象思維，它滿足形象思維特點[5-7]，跟語感[8-10]有一定相似性或類似性。要想充分地利用圖感，必須深入研究圖感的本質(zhì)特性。

2.1 圖感的形象性

形象性是形象思維最基本的特點，也是圖感最基本的特點。圖感所反映的對象是“圖”的形象，思維形式是意象、直感、想象等形象性的觀念，其表達的工具和手段是能為感官所感知的圖形、圖像等。圖感的形象性使它具有生動性、直觀性和整體性的優(yōu)點。

人對自然世界的認知，不是數(shù)量的認知，而是圖形或者符號的認知。生活中一些常見的物品，也大多數(shù)符合工程圖學的基本體、組合體的形狀，所以說圖感的存在是客觀的、形象的，只是這種能力在接受過圖學教育后會有意識地使用、激發(fā)，直至系統(tǒng)地使用，使其成為一種習慣性的、不自覺的、無意識的行為。

2.2 圖感的非邏輯性

形象思維不像抽象（邏輯）思維那樣，對信息的加工一步一步地、首尾相接地、線性地進行，而是可以調(diào)用許多形象性材料，一下子合在一起形成新的形象，或由一個形象跳躍到另一個形象。它對信息的加工過程不是系列加工，而是平行加工，是面性的或立體性的。它可以使思維主體迅速從整體上把握住問題。形象思維是或然性或似真性的思維，思維的結果有待于邏輯的證明或?qū)嵺`的檢驗。

圖感是一種直觀的對圖形的反應，沒有相關圖學理論和知識的加工，它屬于一種非邏輯性對圖形的加工，最多只是在人腦中一種個人意識的認知，沒有圖學含義。在讀取圖3(a)三視圖過程中，會用形體分析法把圖形分解成圖3(b)五部分，分解過程中沒有必然的先讀取哪一部分，但是讀完圖必須對圖形有綜合性的分析和加工，最終才能在頭腦中形成圖3(c)所示的完整模型。

圖3 軸承座

2.3 圖感的粗略性

圖感對工程圖的反映是粗線條的反映，對圖的把握是大體上的把握，對圖的分析是定性的或半定性的，圖感通常用于讀圖或作圖的定性分析。所以，在實際的讀圖或作圖中，往往需要將圖學理論與形象思維巧妙結合，協(xié)同使用。

學過工程圖學者可以了解到，很多形體是在基本體的基礎上挖切、疊加或組合而成。機械零件一般分為軸套類、盤蓋類，支架類、箱體類，在讀圖的時候，可以將零件圖分類，然后根據(jù)零件特點讀取。例如，底板上面一般會有安裝孔，安裝孔一般對稱分布等。如圖4(a)所示是常見的補畫漏線題目，一看視圖根據(jù)圖感很容易得出是長方體的切割體，3個視圖作為特征視圖容易看出切割關系；但這僅僅是粗略分析，最后想出圖4(c)并準確補畫出圖4(b)并不簡單。

圖4 切割體

2.4 圖感的可拓展性

想象是思維主體運用已有的形象形成新形象的過程。形象思維并不滿足于對已有形象的再現(xiàn)，它更致力于追求對已有形象的加工，而獲得新形象產(chǎn)品的輸出。所以，想象性使形象思維具有創(chuàng)造性的優(yōu)點。圖感是人對工程圖的第一直覺，再加上工程圖學的理論和知識的加工，可以進行思維的拓展來進行讀圖和畫圖，從而達到圖學思維能力的提高。如圖5所示的支座零件，雖然僅有一個視圖，可是根據(jù)經(jīng)驗，可以讀出圖中的一些結構，如頂部凸臺、左右對稱的安裝孔、加工面以及毛坯面等。

圖5 支座圖

3 圖感因素在教學中的應用實踐

圖學工作者要研究圖學教學的規(guī)律性，不斷提高學生的圖學思維能力。因此，對圖感研究的目的是更好地將其應用于圖學教學中，提高學生的圖學思維和認知水平，因而有必要認識圖感的作用，研究圖感在教學中的應用。

3.1 圖感的作用

工程圖學的圖樣在表達初步設計、創(chuàng)意構思、便于交流的同時，還可以提高學生的空間想象能力，即從二維平面圖樣想象出三維實體形態(tài)。這是很必要的練習，因為今后進行設計或相關工作，需要不斷地將頭腦中想象的影像落實到二維平面，再由二維工程圖建模成三維實體；也就是完成由“物”到“圖”和由“圖”到“物”的轉(zhuǎn)換過程，掌握物體空間與平面間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律。從這個角度而言，圖感的“圖”不僅指的是二維的圖紙，還是三維的實體。從感性到理性，從設計思想到實際產(chǎn)品，這是從二維思維到三維思維，又是從三維思維到二維思維的表達。產(chǎn)品設計的過程就是一個反復漸進、不斷修改的過程，在這一過程中，思維、圖樣、實體不斷交錯，從而也要求設計者有良好的圖感。

3.2 圖感的應用探索

根據(jù)研究，人大腦的140億個神經(jīng)元，只用了7億個，約占大腦神經(jīng)元的5%，現(xiàn)代心理學已經(jīng)認可人有意識和潛意識[11]。圖感是一種思維方式，只是這種思維方式有一種“潛意識”的特點，所以被歸結到有些說不清道不明的“感覺”里。圖感的形成有一個漸進的過程。熟能生巧，在具有一定的社會和生活經(jīng)驗，并進行有目的的強化訓練，圖感是可培養(yǎng)的。因此，教師在工程圖學教學過程中，應向?qū)W生明確提出圖感的概念，有目的、有意識地培養(yǎng)學生的圖感；同時，發(fā)揮學生的主觀能動性，使其意識到圖感的培養(yǎng)對于學習圖學的作用和意義。

3.2.1 圖感的培養(yǎng)應與教學方法和理論相結合

數(shù)字化設計和制造技術的發(fā)展對促進現(xiàn)代圖學教育功不可沒，在課堂教學上采用融合多種CAD軟件技術的多媒體教學形式，教學內(nèi)容更豐富多樣。采用聲音、動畫、以及錄像的形式相對于傳統(tǒng)教學的板書、模型加掛圖，能夠拓展學生的思路，激發(fā)學生探索圖學知識的興趣。直接繪制二維工程圖的 CAD軟件，大多采用AutoCAD，巧妙使用圖塊可以將裝配干線、零件之間的裝配關系更好的表達，便于學生理解零件之間的裝配、遮擋關系。SolidWorks、UG、Pro/E等大型軟件也越來越多的用于圖學的教學中。三維實體建模的理論和思想也被貫穿到教學中來，立體的成型不僅可以通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣、抽殼等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品設計，更通過對特征和草圖實現(xiàn)對實體的動態(tài)修改。圖3用拉伸得到各個基本體最后求和可以很快三維建模出實體，圖4可以先做出基本立體然后拉伸切割得到實體。這些眼見為實的教學方法極大地激發(fā)了學生濃厚的興趣，促進了學生積極性，也更好地培養(yǎng)了學生的圖感形成。與現(xiàn)代數(shù)字化技術結合的三維實體建模方法理論相結合，也符合新時代發(fā)展下學生培養(yǎng)新模式的需要。

3.2.2 繼續(xù)發(fā)揮傳統(tǒng)教學優(yōu)勢培養(yǎng)圖感

傳統(tǒng)的圖學教學在講授了國標相關知識后，使用掛圖和模型，從點、線、面到立體，逐漸培養(yǎng)學生的空間思維能力，這同時也是一個逐步培養(yǎng)學生圖感形成的過程。傳統(tǒng)教學中的掛圖和模型不能因為有了現(xiàn)代化的教學方法就全盤否定拋棄，可以開設陳列室或櫥窗，供學生在課余根據(jù)需要觀摩，尤其是截交線、相貫線的圖學教學；通過多看多想，反復訓練，心中有“圖”，“感覺”自然慢慢形成。

3.2.3 重視圖感教學中學生的主觀能動性

愛因斯坦說過，發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更重要。大學不同于中學，更注重學生自學能力的培養(yǎng)。工程圖學教育中更應該注意培養(yǎng)學生的自學、會學的能力，學生具備了自學、會學的能力，就能主動地思考、分析問題。學習中產(chǎn)生的問題越多，越能激發(fā)學生產(chǎn)生探索問題的主觀能動性。在學習中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，在解決問題的過程中再發(fā)現(xiàn)新的問題，如此循環(huán)往復，學生的自主學習能力越來越強。

圖學教育最基礎的目的，是使學生能夠掌握圖學基礎理論，熟練地讀圖、作圖，并最終在數(shù)字化設計和制造中發(fā)揮圖學特長。教師起到的是向?qū)У淖饔?，給學生一個正確的指引；而不是手拉手地領著學生走，一旦放手，學生就不會走了。因此，在圖感的培養(yǎng)中，發(fā)揮學生的主觀能動性，變以教為主為以學為主，重視課堂內(nèi)外的結合，這樣圖感在無形之中不斷加強，使學生的圖學思維能力也不斷增強，這才是圖學教育的最佳結果。

4 教學過程中圖感與認知因素的運用

在認知心理學里，認知活動過程不是一個被動地接受或加工信息、符號和解決問題的過程，而是一個主動地、積極地加工和處理輸入信息、符號與解決問題的動態(tài)系統(tǒng)[10]。工程圖學的學習過程更是一個復雜的認知過程，要求學生在國標的規(guī)范下，對沒有確定性的實體或者工程圖進行接受、加工并逐步的認知、應用的過程。這個認知的過程也是一個復雜的記憶和認識的過程。

記憶過程的第一個階段，是個體對信息的最初的加工，這種加工的目的是為所經(jīng)驗的事件建構心理表征，通過編碼個體可以將所感知到的信息轉(zhuǎn)換成記憶，可以把編碼看成是對正在發(fā)生的事件的一種特殊的注意方式，而正是這種注意方式對我們隨后記憶這些事件產(chǎn)生了決定性的影響。一個人的記憶選擇編碼哪些信息，往往會受這個人的過去經(jīng)驗、興趣、需要、期望以及當時所處心情等因素的影響，不同的個體對同一個事件可能擁有完全不同的記憶[7,11]。

工程圖學教學過程就是幫助學生逐漸認知“圖”的過程。圖感教學法就是在傳統(tǒng)的圖學教學法基礎上，讓學生在對圖學這個不同于以前接觸過的課程進行編碼時，借助已有的編碼信息進行編碼，可以更好地加深記憶和加快認知的過程。

德國著名心理學家艾賓浩斯 1885年發(fā)表了他的實驗報告，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描繪出一條曲線——艾賓浩斯遺忘曲線[12]。該曲線揭示：信息輸入大腦后，遺忘也隨之開始。遺忘率隨著時間的流逝先快后慢，特別是在剛剛識記的短時間里，遺忘最快。因此，在工程圖學的教學過程中，如何更好地讓學生降低遺忘率，提高認知水平是一項重要的任務。圖感研究的最終目標是激發(fā)學生的學習興趣，更好地培養(yǎng)學生的分析圖學問題、解決圖學問題的圖學思維能力；更大范圍地將符合認知規(guī)律的教學模式應用于教學實踐中，更好地提高學生的圖學文化水平和圖學思維能力，為從事數(shù)字化設計和制造、研究打下堅實的基礎。

[1]童秉樞. 圖學思維的研究與訓練[J]. 工程圖學學報,2010, 31(1): 1-5.

[2]霍忠義, 王晨曦. “圖感”的思維過程及教學實踐[J].工程圖學學報, 2008, 29(3): 130-135.

[3]楊 虹, 王曉明. 圖感的理解與培養(yǎng)[J]. 開封大學學報, 2005, 19(2): 91, 94.

[4]劉衍聰, 牛文杰, 關麗杰，閆成新，賈宏禹. 工程圖學教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[5]李澤厚. 哲學綱要(第 1版)[M]. 北京: 北京大學出版社, 2011, 1.

[6]高建平. “形象思維”的發(fā)展、終結與變?nèi)輀J]. 中國社會科學院研究生院學報, 2009, (5): 103-110.

[7]Best B L. (Translated by X. Huang) Cognitive psychology [M]. Beijing: China Light Industry Press,2000.

[8]葉圣陶. 葉圣陶論創(chuàng)作[M]. 上海: 上海文藝出版,1982.

[9]王培光. 語言教學中的圖感因素[J]. 語言教學與研究, 1999, (3): 110-116.

[10]李 泉. 論語感的性質(zhì)、特征及類型[J]. 中國人民大學學報, 1995, (4): 99-102.

[11]Curran T, Schacter D L, Bessenoff G. Visual Specificity Effects on Word Stem Completion:Beyond Transfer Appropriate Processing [J].Canadian Journal of Experimental Psychology-Revue Canadienne de Psychologie Experimentale, 1996,(50): 22-33.

[12]Ebbinghaus H, Gedachtnis U D, Leipzig: dunker.1855. translated by H. ruyer and C. E. bussenius,memory [M]. New York: Teachers College, Columbia University, 1913.