谈《机械制图》教学中学生空间思维想象能力的培养策略

钟生玉

    内容摘要：职校学生普遍认为《机械制图》很难。这主要原因是学生学科知识结构有较大的缺陷，对物体的空间思维能力和想象能力较差，使得职校学生普遍认为制图课很难掌握。我个人认为《机械制图》可以通过一系列从平面到空间，再从空间到平面的思维与想象能力的强化过程训练，结合实物帮助学生树立立体空间概念，重点教学生画组合体三视图和画轴测图等，培养和提高学生的空间思维和想象能力。

    关键词： 《机械制图》； 空间思维想象能力 ； 画图；  培养策略

《机械制图》是职校机电专业中一门理论、实践性都很强的专业技术基础课，学生能否学好《机械制图》将直接影响其他专业课的学习。根据物体平面图形想象出物体的立体结构和空间形状是读图的过程，这需要学生具有较强的空间思维与空间想象能力。制图课是利用投影理论研究空间形体与平面图形的相互关系和转换的学科，该学科教学的关键是培养学生的两种转换能力：即从空间到平面、从平面到空间的思维转换能力。由于职校学生空间思维能力和想象能力都比较差，这使学生普遍认为制图很难学好。因此，我认为物体空间思维与想象能力的培养和训练始终是制图教学的一个重点。下面我将着重谈谈《制图》教学中培养和训练学生的空间思维与想象能力的策略。

一、加强立体几何训练，建立立体空间概念

职校的学生在初中学过代数和平面几何却很少接触立体几何，他们虽然有一定的立体空间思维想象能力，但还是停留在低级的、模糊的立体空间思维能力层面上，而没有上升到理论做指导的高度上。更何况职校学生的综合素质本身就较低，所以刚开始学《制图》时大多数学生都感到压力特别大。由于没有学过立体几何，很多学生头脑中没有空间概念。为了尽快在学生头脑中建立物体的立体空间概念，教学中我要求学生多观察一些简单几何体的模型，如：圆柱体、圆锥体、球体、长方体、棱锥体等，通过观察实物建立空间概念。此外，在教学中我要求学生结合一些日常生活中的物体，如铅笔、球、螺母、粉笔盒、桶等，让学生感到制图课所学的知识是与生活紧密相连的，提高学生的学习兴趣以减少学生的畏难情绪。

二、正确理解三视图，建立思维转换空间站

《制图》教学是由投影作图入手的，投影作图是讲解机械图样的图示原理，也是让学生从空间到平面或从平面到空间的思维转换的重要环节。在此环节中，师生必须学会从投影体系的建立入手，如以教室墙角、粉笔盒等为例，了解物体的比例、方位、相对位置等关系，使学生认识三投影体系的各种内在关系。在此基础上用直观教具讲解三视图的形成，将三视图的“形成”及“展开”过程直观的展示出来，使学生一目了然，恰当的时候也可以利用多媒体教学。三视图的投影关系是《制图》中的重点，它贯穿整个课程始终，其“三等关系”即“长对正，高平齐，宽相等”不仅适用于画三视图，同样适用于读三视图；不仅适用于三视图的整体，也同样适用于三视图的任何局部。掌握三视图的形成及投影关系，学生就能顺利地画出一些简单形体的三视图，实现从空间到平面的初步思维转换。

三、认真观察与作图，多层次空间思维训练

我认为对学生进行物体空间思维训练，总的原则是从简单到复杂，以小见大，将难化易。开始以简单形体为例进行简单形体的空间和平面之间的交叉训练，例如讲长方体和多棱柱三视图时，首先向学生展示长方体和三、六棱柱体的模型，再按照投影规律画出其三视图，然后展示出原有物体的正确三视图，让学生先观察及对比两组三视图之间有何异同，判断出视图所表达的形体。在老师的引导下，学生仔细将形体与视图进行对照，若视图完全吻合则表明学生的判断正确；若不吻合，学生自然会通过观察判断及时发现错误，进而重新分析，直到做出正确的判断为止。通过这种多层次的物体空间训练即图→物→图的思维想象训练，即实现了从平面→空间→平面的思维转换，达到两种思维交叉训练的目的，从而提高学生的立体空间思维想象能力。

四、由易到难、由难到易进行组合体三视图训练，再生空间思维能力

当学生经过简单形体的立体空间思维训练以后，学生基本上具备了画三视图和读三视图的能力。学生一旦具备了看和读三视图的能力，这就说明已经具备一定的空间思维想象能力，在此基础上指导学生认真观察、分析组合体，引导学生循序渐进的对如图（1）所示类型的复杂形体进行空间思维能力的训练。

图（1）

由于任何复杂形体都可以归纳为简单形体的切割体、若干个简单形体的组合体、若干个简单形体与切割体的组合三种情况，因此任何复杂形体都可以简化为若干个简单形体和简单形体的切割体的组合，这样分析起来就比较方便。在这个阶段，首先要引导学生对照复杂形体进行形体分析，指出形体是由哪些简单体及哪些简单形体的切割体组成，并分析各个部分之间的连接关系及形式，然后让学生分别画出各个组成部分的视图。最后再引导学生将各个组成部分的视图按照连接方式组合起来，即得出该复杂形体的视图。这最后一步的教学十分重要，特别是对各部分的连接形式及其画法，学生容易出错，需要大量的讲解和练习。这一阶段的训练,始终是让学生对照实物或立体图进行分析画图，进一步提高学生的画图能力，逐步建立起立体空间概念。经过这步训练，学生可以熟练画出任何复杂的三视图。

五、加强画图与读图训练，实现从平面到立体的空间思维转换

在《制图》教学过程中，我认为画图与读图训练是培养学生空间思维能力转换的一个重要教学环节。我要求学生侧重画轴测图和三视图。画轴测图不仅是一种有实用价值的图示表达方法，而且在空间与平面的互相转换过程中，还扮演着一个“桥梁”的角色，看懂它，有利于学生画出正确的三视图；会画它，可以帮助学生想象出物体的结构形状。与此同时，我更要求学生画好三视图，画三视图与画轴测图交叉训练，能够提升学生的画图能力。画好上述几种基本形体图是学生应该具备的基本功，训练学生会读图、读懂图更能培养学生的空间思维想象能力。从平面到空间的思维转换能力越强，读图能力也就越强。读图是画图的逆过程，是建立在画图基础上的，在完成了前面几个阶段的训练之后，就要对学生进行复杂形体的读图训练。要确定复杂形体的视图所表达的形体是比较难的，但如果在教学中能引导学生化整为零，化难为易，分整体为局部，就能够使其较好地掌握这一部分内容。这一阶段教学可以作如下设计：首先将视图分解为几个部分，每一部分即是一个简单形体的投影，由于有了前面的基础，学生很容易想出各部分表达的形体；然后根据总视图，分析各部分之间的连接方式及位置关系，最后想象出整个形体，实现从平面到空间的思维转换。

为了实现学生从平面到空间再从空间到平面的空间思维想象能力的训练，快速实现学生的立体思维空间转换，在教学过程中我采取一些具体教学训练方法：

1、读图的训练：观察多组物体的三视图，在多个立体示意图中找出与对应三视图相匹配形体的立体图。

2、补视图的训练：根据给出形体的两面视图，补画出第三视图。在这一训练过程中学生必须根据已知视图想象出其表达的形体，然后根据“长对正，高平齐，宽相等”画出第三视图。

3、补画视图中所缺的图线：根据已知不完整的三面视图，要求学生根据已知的视图通过形体分析和线面分析结合“三等关系”并判断可见性后补全视图中所缺的图线。

4、根据主、左（俯）视图，选择正确的俯（左）视图：给出一组确定的主、俯（左）视图及相应的多个左（俯）视图，让学生选择正确的左（俯）视图。这样可以使学生对视图进行认真细致的分析，提高空间思维想象能力，如图（2）给出4个不同的左视图选项，学生经过思考分析、比较对照后选择(b)为正确的左视图。

（a）         (b)        (c)          (d)

                                图（2）

5、一题多解训练：已知两个视图要求学生补画多种不同情况的第三面视图，通过该训练进一步提高学生的空间思维想象能力。如图（3）根据主、俯视图可以补画出多个左视图。

图（3）

总之，要培养学生的空间思维想象能力，必须在建立起立体空间概念，加强立体几何训练的基础上循序渐进，采用各种方法让学生进行从空间到平面，从平面到空间的交叉训练。而且，无论是在课堂上还是在作业中，都要不断创造机会，把这种训练贯穿《机械制图》教学过程的始终，才能使学生空间思维想象能力与综合素质不断提高。

钟生玉    南京市江宁职教中心       中学一级教师