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談《機械制圖》教學中對學生空間想象能力的培養

摘要：《機械制圖》課程的難點是教會學生如何識圖、如何繪圖。在復雜的立體轉化為平面和平面轉化為立體的空間認識、立體思維活動中，大多數學生都存在難以適應的情況。要實現對學生空間想象能力的培養，關鍵是要堅持以學生為本的教學理念，運用直觀形象的教學方法培養學生對空間物體的感覺能力，并通過強化訓練來發展學生的立體思維能力，從而全面提高學生學習《機械制圖》課的學習質量。
        《機械制圖》課是當前中等職業學校機電類專業的一門公共基礎課，課程的難點是學生識圖、繪圖技能的培養。制圖與讀圖一直是機械制圖教學的兩大任務，而它們都離不開空間想象，都離不開對空間形體的分析和表達，因此培養制圖能力實質上就是要培養學生對空間形體的想象能力、分析能力、表達能力，這三種能力是彼此關聯、相互促進的，并以空間想象能力為核心。那么，在教學中應該重點解決好哪些關鍵因素才能有效地培養學生的空間想象能力呢？
一、直觀教學是培養學生空間想象力的有效措施：
        直觀教學主要包括實物教學和多媒體教學等方法，把學生不容易理解的抽象理論和復雜空間視圖變成形象、具體、易掌握的內容，使學生看得見、摸得著、記得牢，這是培養學生空間想象能力和立體感受能力的有效方法。
        實物教學是在制圖教學中學會運用機械，機械陳列柜，機械基礎陳列柜，機械制圖陳列柜，機械零件陳列柜模型、實物、掛圖等直觀形象的教學手段，引導學生運用投影規律認識實物與圖形之間的關系，使投影要素在學生頭腦中得到清晰的印象，這樣可以有效地培養學生的空間想象能力，收到事半功倍的教學效果。在教學中，可先讓學生多看一些簡單的基本幾何體的視圖，如長方體、三棱柱、圓柱體、圓錐體的視圖，通過對圖形的認識，熟悉這些視圖所對應的空間形體，實現從平面到空間的思維轉換；也可以幫助學生學會將復雜視圖分解成簡單圖形，便于提高空間想象能力。在制圖中，有很多形體表面有孔、鍵槽，同時內部還有其它各式各樣的結構，初學時單憑想象繪制視圖的確有一定難度，此時模型便是一個較好的手段。有了直觀的模型作教具，再加以適當講解，繪圖便變得簡單了許多。例如，在講授剖面圖（斷面圖）這一節內容時，針對學生經常容易將剖面圖與剖視圖混淆起來這一情況，利用模型在斷開部位畫上剖面線，剖面圖與剖視圖的區別就一目了然，降低了學生在學習時的難度。
        而運用多媒體的教學手段，可以使那些用傳統的教學手段無法講清或難于講清的教學內容化難為易、化繁為簡，使抽象的視圖變得直觀，使課堂教學獲得最大的效率。多媒體的形象教學還可以激發學生對《機械制圖》課程的學習興趣，有利于發揮學生的主體作用，比較快地培養學生的看圖能力和繪圖能力，突破教學中的重點和難點。首先，運用多媒體教學可以讓學生的空間概念更快地形成。《機械制圖》課的核心章節是通過“投影理論”的教學和訓練，來培養學生的空間想象能力以及看圖與繪圖的實際應用能力。初次接觸這一學科的學生，由于空間概念還沒有建立起來，都會感覺到很困難。例如：講“三視圖的形成及投影規律”，用常規的教學方法很難讓學生接受，而運用多媒體生動形象、具體直觀的畫面，能將“正投影”的投影原理和三視圖的“看圖方法”有機地結合并清楚地展現出來，同時，將三視圖的“形成”及“展開”過程也生動直觀地展示出來，使學生一目了然。在此投影圖演示的基礎上，教師只需因勢利導地講解和板書本節的“學習要點”，就可取得事半功倍的教學效果，普遍提高學生的學習效率。其次，運用多媒體教學可以減小教學難度，提高教學效率。運用多媒體技術輔助教學，可將傳統教學方法中無法突破的教學重點和難點內容通過多媒體畫面完整清晰直觀地展現出來。如：《機械制圖》教材“基本幾何體的投影”章節中球體的投影及其表面取點也是教材中的一個重點和難點內容。由于球體的立體圖形和模型在空間“形”、“位”的準確表達上有局限性，在“球體表面上點的可見性判別”的教學上往往有一定難度。而運用多媒體技術輔助教學，可將重點和難點內容通過多媒體畫面完整清晰地表現出來，學生通過對剖析后的畫面的觀察分析，對球體所特有的“輪廓線”互為“中心線”又互為“分界線”的空間方位關系有了清楚的認識和理解，對“六向”方位的分辨能力也有了進一步的提高。
二、強化訓練是發展學生立體思維能力的關鍵：
        《機械制圖》是一門實踐性較強的課程，學生在課堂上聽懂教師的講課并不難，但要較好地理解和掌握本課程的內容，培養較強的空間想象能力與一定的表達能力，則需要嚴格學生的基本作圖技能，并從學生的身心發展規律和學生實際出發。在教學活動中針對各教學難點可以進行以下訓練：
1、記圖訓練：
        傳統的《機械制圖》教學思路將重點放在讀圖和制圖兩個方面，這是很不全面的，筆者認為還應包括記圖，這同樣是制圖教學的基礎環節之一。既然機械圖樣被喻為“工程語言”，就應該具有自己的“詞匯”和“詞組”，如果能在理解的基礎上，通過反復識記在腦海中儲存入大量基本體和一些簡單組合體的圖形特征以及它們所反映的空間實物形狀，能弄清圖與物之間的特征及其聯系，你就已經具有初步的空間想象能力了。這一點對于初學者來說非常重要。
        2、類比訓練：
        所謂類比訓練，是指給出幾組較為雷同的三視圖，使每組三視圖中有一個或兩個視圖相同，然后由學生分析總結視圖所表示的兩個不同形體各自的投影特點。
        3、構形設計訓練：
        構形設計訓練是指根據給定的一個（或兩個）視圖設計出各種形體，并補畫出它的另兩個（或一個）視圖。通過這種訓練，可以豐富想象，培養學生靈活多變的思維方式。例如可以給定兩個視圖，補畫出多種可能的第三視圖（即一題多解），也可以進行趣味投影構形。
        4、同一形體的變位訓練：
        同一形體，如果變換它的空間位置，則其投影后的三面視圖也將隨之發生很大變化，有時一個十分簡單的變化，就會引出難度較高的視圖，經常進行此類訓練，無疑對提高學生識圖中的應變能力和想象力十分有益。
        5、結點法補圖訓練：
        補圖補線問題以往大多是根據已知視圖苦思冥想出形體的大致形狀，再來逐步補出未知視圖或缺線，這其中所花費的時間和精力非常之多。其實就平面幾何的觀點來看，補出的第三視圖與已知的兩面視圖無論表達了什么形體，就圖形本身來說都是平面圖形，即由平面圖形的結構要素點、線所組成；而從投影理論來看，給定兩面視圖，相當于確定了形體在所求投影面上的投影是該形體上點的投影。因此，我們可以將視圖視作求點的過程，通過投影規律將已知視圖上一切可能在所求投影面上的投影點都連接起來，這些點組成了一個點陣，再對該點陣中結點的連接規律進行分析判斷。事實上這些結點不但決定了第三視圖的投影范圍，也確定了所有可能的連線的數量、位置、方向，也就是說第三視圖的形狀是由這些結點中的某種連線方式所決定的，這就是結點法的主要解題思路。當然，要熟練地應用結點法完成補圖補線題，要求學生對點、線、面的投影規律必須掌握得非常透徹。
        綜上所述，要通過《機械制圖》課程教學有效地培養學生的空間想象力，必須堅持“以學生為本”的教學理念，運用直觀形象的教學方法，并通過手腦并用的多種訓練促進學生立體思維能力的發展，全面提高學生讀圖、繪圖的技能。

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