如何培养学生的空间想象能力

宋奎华

摘 要： 在中等职业教育中，机械制图是一门专业基础课，主要是培养学生的绘图能力和识图能力，影响这两方面能力的主要因素是空间想象能力。因此，在教学过程中要采取科学有效的方法培养学生的空间想象能力，这一点在教学中要贯穿始终。

关键词： 机械制图 空间想象能力 识图技能

机械制图是技工学校机械专业的一门重要的技术基础课，与其他技术基础课、专业课及生产实习课有密切的联系，技术工人必须掌握识图技能，具备空间想象能力是掌握识图技能的前提和基础，为了培养上述能力，在教学中可采取如下措施。

一、对学生加强基础投影理论的学习和应用

制图课是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。将空间形体用平面图形表示，这本身就是一个矛盾。初次接触这一问题的学生，由于空间概念还没建立起来，一般都会感到困难。而基础投影理论则是空间形体与平面图形相互转换的纽带，用基础投影理论分析形体与图形的能力，就成了制图能力培养与形成的中心环节。

空间物体的形状不管多么复杂，都可以看做是由若干个简单形体经若干次挖切或叠加而形成，而这些简单形体又是由点线面等基本几何元素组成的。因此，在学习过程中，要有目的地训练学生善于运用形体分析和线面分析的方法，将空间形体分解为各种基本几何体，再进一步分解为面、线、点，然后按照基本投影规律转换为平面图形。反过来，使学生理解平面图形上的点、线、面等几何元素在空间形体上的具体位置和在投影体系中的相对位置及特点，并根据“长对正、高平齐、宽相等”的三等对应关系，以及“量左右、比高低、分前后”的六向方位关系，找出各视图的内在联系，从而想象出空间形体的形状。总之，要通过基础投影理论的反复运用，训练并培养学生的空间想象能力和思维能力。

二、对学生加强“形”的储存

要加强学生的空间概念，必须加强对空间形体的积累，在上课过程中采用实物模型教学，列举生活中的实物，让学生对“形”加以认识，激励他们积极地“观察——思考，再观察——再思考”，促使他们在大脑里对“形”有所记忆，形成表象，通过投影规律的运用，利用三维投影体系引导学生先分析简单物体的投影，观察其投影效果，如此反复演示立体放在三维投影面中的投影过程，让学生直接观察由三维立体向二维平面转化的过程，弄清转化过程的本质和原理，在大脑中建立起初步的空间概念。在此基础上教师出示抽象的实物图形，通过各种不同简单立体的投影，还原物体的形状，进而加强学生的空间概念。其次，通过一定数量的练习，更进一步巩固对形体的立体形象的直观记忆。再次，经常让学生观察模型、实物和直观图，加强对形体的直观印象和记忆，在思维中储存一定的信息。如此这样，立体信息储存得越多，作图时提取的立体形象越多，空间想象思维能力就越强。立体信息的积累和储存过程是丰富学生感性认识的过程，也是形象思维培养的过程。比如，在学习根据立体图画三视图学习阶段，除了让学生完成习题集上的作业外，还要经常拿出许多模型和立体图，让学生多观察、多练习、多思考，这样由简单到复杂的形体见得多了，练得多了，想得多了，由立体到平面再由平面到立体的两次转变就会被学生熟练地掌握，也就是让学生具有空间分析能力和想象能力。

三、使学生注重“位”的分析

要建立空间概念、培养空间想象能力，仅有“形”的想象是不够的，还应具有“位”的判断，也就是说要处理好立体的形状和方位两者的关系。首先，在课程内容和习题中，对几何体的元素点、线、面的分析及几何体表面上点的分析应主要突出六向方位的分析，使学生在思维中逐渐搭起“空间架子”。比如，在介绍求基本几何体表面上点的投影时，按照点的三面投影规律，就能很容易求得点的某一投影的位置。但是如果不对点的六向方位进行正确的分析、可见性进行判断，解题就会出现错误。在组合体的补视图中应突出立体的“形”和“位”的统一化训练，在训练中不仅要认清组合体中各组成部分的形状，而且要认清它们之间所处的相对位置关系，只有“形”与“位”结合，才能产生“体”的想象。这种想象的训练可反复进行，用实物由浅入深，由简单到复杂，由表及里，由部分到整体循序渐进，这样能激发学生的学习兴趣，更有效地培养学生的空间想象能力。其次，在教学过程中，让学生动手切割出立体物体，然后让学生画出三视图，再让学生看着图，对照实物分析物体表面的线、面在投影中的位置，这样可明显地让学生懂得从立体到平面，再由平面到立体的转化过程，点、线、面的“位”，从而形成“体”想象。再次，运用多媒体技术辅助教学，可将传统教学方法中无法突破的教学重点和难点内容通过多媒体画面完整清晰、直观地展示出来。如《机械制图》“基本几何体的投影”章节中球体的投影及表面去点是教材中的重点和难点内容。由于球体的立体图形和模型在空间“形”与“位”的准确表达上有局限性，在“球体表面上点的可见性判别”的教学上往往有一定的难度。而运用多媒体技术辅助教学，可以将重点和难点内容通过多媒体画面完整清晰地表现出来，学生通过对剖析后的观察分析，对球体特有的“轮廓线”互为“中心线”又互为“分界线”的空间方位关系有了清楚的认识和理解，对“六向”范围的分辨能力也有了进一步提高。由此可以确信，只要在思维中有了丰富的空间形状的积累和储存，认清各组成部分的形状，且能辨清各组成部分所处的位置关系，要具有一定的空间想象能力，并非难事。

四、加强练习，积累经验

机械制图是一门实践性很强的学科，必须边学边练。在课堂讲授之后，要留有一定时间让学生做多种形式的课堂练习，以检验对所学内容的掌握情况，发现问题及时纠正。对于课外作业，由老师明确提出本次作业的目的、涉及哪些理论知识、哪些地方是难点、应该注意什么问题，要对学生感到比较难的问题加以必要的提示，对作业中普遍存在的问题，一定要在下一次上课之前讲解，分析出差错的原因，并示范正确的解题方法，以加深学生的印象。此外，还要让学生自己动手自制各种教学所用的实物模型，对照模型反复分析立体表面的点、线、面，这样对物体有更直观的感性认识，若条件许可，带学生参加工厂的实习训练，这样从理性和感性上让他们对“体”产生认知。如此这般，通过反复的识图、绘图等实践活动，就能够达到预期效果。

总之，培养学生空间想象能力，有各种各样的措施、手段、方法，以上几点在教学实践中，对现阶段培养学生空间想象力、学习机械制图有一定的帮助，能取得较好的教学效果。当然，空间想象能力不可能在短时间内迅速提高，这就要求教师在精心准备教学内容的同时恰当选择能提高学生空间想象力的教学方法和手段。