在工程图学教育中加强构型创新设计能力之我见

季 青

(镇江高等职业技术学校，江苏 镇江 212016)

工程图学教育的基本目标是培养学生图示、图解和读图、绘图，以及空间想象的能力，其最高目标应该是培养学生的创新设计能力。培养创新人才的主要任务就是培养学生的创新思维能力，而工程图学以独特的思维方式和实践过程，决定了它是训练、提高学生创新思维能力的有效途径之一。当前，能力和素质已成为评价人才的最重要指标.加强综合素质教育、拓宽专业口径，注重创新发散思维为一体的、具有时代特征的人才培养模式早已成为高等教育界思索、探寻实验的课题。本文就如何在工程图学教育中加强学生构型创新设计能力的培养进行探讨和实践。

1 加强工程图学教育中学生的构型创新设计能力

1.1 创新设计能力与工程图学

创新设计能力是创造性地解决实际应用问题的一种实践能力，是自然科学基础与人文科学知识的厚积薄发和集中体现。创新设计能力的培养，需要将课堂教学、实验教学、参观实习、设计训练、学生科技活动等相关环节整合配置，构成完整的培养体系。创新设计能力的培养过程，是以学生为主体、通过上述环节培养创新思维能力和设计能力的过程，因此，必须转变教育观念，深化教学改革，不断改进和完善教学管理。创造性思维是创造力的核心，是求异思维、空间思维能力和空间想象能力发展的更高阶段，是创造力的智力因素。工程图学对创造性思维培养具有实际条件和优势。因此，合理有效地对工程图学的教学过程进行改革，从各个环节加强学生的创新意识和构型创新设计能力是非常必要，且是可行的。

1.2 在工程图学教育中培养学生的构型创新设计能力

在工程图学教育中，加强对学生构型创新设计能力的培养，就必须使课程的教学过程有利于创造性思维的培养。近年来，随着教学环境的改善和硬件设施的提高，现代化的教学手段已经越来越多，除传统的实物模型外，多媒体、三维软件等教学辅助工具已在高校工程图学教育中得到普遍应用，这为加强学生观察力训练提供了条件，为学生创新能力的发展奠定基础。然而，要有效地培养学生的创新设计能力，还需要在课程的教学中，突出学生的构型创新设计能力的培养。为此，在机械类工程图学课程的教学中进行了改革和探索，其主要体现在以下4个方面:(1)优选教学内容。知识的无限性与学时的有限性的矛盾是目前教学中的一个主要矛盾。在工程图学课程教学学时不断减少的今天，优化课程内容显得尤为重要。在工程图学课程中，为突出构型创新设计能力的培养，需压缩学生后续学习中用得较少的内容，侧重形体的图示表达，使其成为工程图学课程教学的重点和核心。(2)培养学生的创新精神。创造力是每个正常人都具有的一种潜在能力。教师要激励学生克服对创新的神秘感，激发求知欲和好奇心，树立创新的信心，培养勇于探索、勇于标新立异的创新精神。创新意识和创新思维能力不是一朝一夕就能具备的，要经过长期有意识的训练和平时各种知识结构的积累沉淀，以及实践活动的培养提高。工程图学教师的重要任务就是在课程中要善于启发、引导学生，营造有利于培养学生创新设计精神的环境。在课程的教学中，要采用讨论式、启发式教学等，激发学生独立思考，鼓励学生勇于发表自己的见解。(3)加强构型创新设计实践环节。实践是创造性的源头。实践不仅可以获得知识，同时可以创新知识，通过实践总结、提高并转化为创新能力。没有实践，创新能力就不能得到发展。创新设计能力只有在实践中才能不断提高。在实践中接受新知识，启发新思路，强化动手、动脑能力。为此，需将构型创新设计训练贯穿于课程教学的始终，根据相关教学内容，要求学生根据给定的条件设计新构型。教学中选用的题目，都是发散性的，给学生留下充分的思维发展空间和创新空间，能够有效地培养学生的创新意识和构型创新设计能力。此外，考虑到学生的差异性，在设计课堂练习和课后作业时，需选用在难度上有阶梯`的题目，让学有余力的学生得到进一步的锻炼和提高。对于课程中形体构型设计这个环节，让学生随着课程的深入开展实践，具体的实践情况见后续分析。(4)提高教师自身素质。在教学过程中训练学生的创新思维，提高学生的构型创新能力，实际上对教师提出了更高的要求。因此，教师要不断提高自身水平，不但要精通本学科以及相关学科发展的最新动态，还要注重把传授知识与培养学生的创造力结合起来，能掌握和运用教育理论，特别是创造教育规律指导教学过程。基于以上4点，本文着重研讨培养学生构型创新设计能力的实践环节。

2 构型设计的实践激发学生的创新能力

2.1 平面图形构型设计实践

在讲授完工程制图的基本知识后，教学目标要求学生熟悉机械制图国家标准的有关规定;掌握绘图工具的使用方法以及仪器绘图的方法和步骤;掌握常用的几何作图方法和平面图形画法等。在此基础上，教学中需补充介绍什么是构型设计、平面图形的构型设计必须遵循的基本原则、设计方法及如何作图等内容。随后，进行平面几何图形的构型设计(主要为轮廓特征设计)，应要求每个学生设计一个平面图形并标注尺寸，同时给出一定的创作约束条件。

笔者翻阅了大量的资料，以以下平面图形的构型设计为例。

案例1:请设计一个平面图形，要求该图形包含已知线段、中间线段、连接线段，并标注相关尺寸。对机械类班级56名学生参与该教学实践的情况进行统计，结果如表1所示(部分学生给出了不止1个方案)，可以看出，完整地给出构型设计的方案有41个，占给出方案总数的72%。

表1 平面图形构型设计方案的完成情况

图1 学生构型设计方案示例──平面图形

图1是学生构型设计的两个方案示例。在图上，设计者用引出线明确指引了已知线段、中间线段和连接线段，图形结构和尺寸简单清晰，属于较好的设计方案。通过案例1的练习，可以让学生更加清晰地认识平面图形的作图过程、了解平面图形的构成方式。让学生通过积极思维，在构造新的平面几何形状，理解和掌握工程化、工艺性及相关美学效果设计原则的基础上，培养平面图形想象和创新思维能力。在案例给出的练习中，学生出现的主要问题是有些图形的尺寸标注不够完整，特别是中间线段，要求有且只有一个尺寸约束。少数学生的图虽然是正确的，但是没有标注必要的尺寸，也不能算是完全正确的设计方案。

2.2 几何元素构型设计实践

在讲授完点、直线和平面的投影基本知识后，教学目标要求学生掌握点、直线、平面在第一角中各种位置的投影特性和作图方法。为此，选用典型的平面立体介绍其各位置直线和位置平面，使学生有更直观的认识。随后，进行包含各种类型直线及平面的立体构型设计。练习设计案例如下。

案例2:请设计一个立体，使得该立体同时包含投影面的垂直线、投影面的平行线和一般位置直线(该立体最好能完全包含7种类型直线，即正平线、水平线、侧平线、正垂线、铅垂线、侧垂线和一般位置直线)。

对机械类两届175名学生参与该教学实践的情况进行统计，结果如表2所示(部分学生给出了不止1个方案)，学生完整地给出包含7种类型直线的构型方案有168个，占总给出设计方案数的近75%，包含3～6种类型直线的构型方案有57个，占总给出设计方案数的25%。

图2是学生的两个构型设计方案示例。所设计的两个图形均属于切割式平面体，完全包含了正平线、水平线、侧平线、正垂线、铅垂线、侧垂线和一般位置直线这7种类型线，具体说明亦在图中注出。该图形形体结构简单明了，是较好的设计方案。

表2 含各种类型直线构型设计方案的完成情况

图2 学生构型设计方案示例——含各种位置直线的形体

案例3:请设计一个立体，使得该立体同时包含投影面的垂直面、投影面的平行面和一般位置平面(该立体最好能完全包含7种类型平面，即正平面、水平面、侧平面、正垂面、铅垂面、侧垂面和一般位置平面)。

对机械类两届172名学生参与该教学实践的情况进行统计，结果如表3所示(部分学生给出了不止1个方案)。可以看出，学生完整地给出含7种类型平面的构型方案有138个，占总给出设计方案数的近70%，给出含3～6种类型平面构型方案的有60个，占学生给出的设计方案数的30%。

表3 含各种类型平面构型设计方案的完成情况

图3 学生构型设计方案示例——包含各种

图3是学生的两个构型设计方案示例。这两个方案的形体均为切割式平面体，完全包含正平面、水平面、侧平面、正垂面、铅垂面、侧垂面和一般位置平面这7种类型平面，并在图上具体标注出，该设计完全符合题意要求。

通过案例2和3可以看出，学生对于这种构型创新设计的练习感兴趣，不少学生提出了两种或以上的设计方案，说明此类练习能够很好地调动学生的积极性，使学生勇于打破固定思路、勇于创新、勇于设计新构型。在本次课程教学中，对案例2和3的题目要求分两个层次，有助于实现不同层次学生的个性化发展。此外，由学生自己把握设计难度，自我突破，对保护学生的自尊心和增强学生的自信心都是很有好处的。

另外，教学过程中发现，很多学生经常会混淆投影面垂直线/面与投影面平行线/面。通过上述案例，学生可以进一步对各种位置线面的特征进行深入思考，并进行构型创新设计，构造出包含各种位置线/面的新形体。这样不但可以巩固基础知识，而且可以为课程后续学习中复杂形体的分析做较好的准备。

2.3 立体及三视图设计实践

在讲授完基本立体、三视图、组合体等基本知识后，教学目标要求学生掌握平面立体和曲面立体的投影特性和作图方法，能运用形体分析法和线面分析法进行组合体的画图、读图和尺寸标注，教学的重点:形体的分析，包括形体和线面分析等;画图和读图;物体的表达。可选用典型切割式和叠加式组合体进行介绍和分析。为开拓学生的设计思路，可以通过设计较特别的题目，让学生设计一个构型，该形体的形状是三视图难以表达清楚或不能唯一确定的。

3 结语

通过对工程图学教育中学生构型创新设计能力培养的探讨和实践，可以得知，在工程图学教育中，除了需优选教学内容、培养学生创新精神、提高教师素质外，设计合适的构型创新设计实践环节，能充分调动学生的学习积极性，有效激发学生的创新意识和构型创新设计能力、扩展学生的思维能力，并及时发现教学中学生的薄弱环节，对提高课程的教学效果有很大帮助。

［1］童秉枢，高树峰.谈工程图学教学中学生创新能力的培养［J］.工程图学学报，2008(6):1 －6.

［2］姜桂荣，赵炳利.工程图学中的创新思维方法研究［J］.教学研究，2005，28(5):436－438.