多种教学手段融合的图学课程教学模式研究

吕秋娟 李艳娇 刘长江

摘要：图学课程教学的主要任务是培养学员的空间思维能力和创新思维能力。本文根据图学课程学习内容抽象、图形难于理解的特点，在教学过程中将直观教具、三维几何建模、徒手绘图等多种教学手段进行有效融合，由浅入深地增强学员对工程图形的认知能力，使课堂教学内容生动形象、直观易懂。实践结果表明，这种教学模式激发了学员的学习兴趣，培养了学员的空间分析能力和空间构思能力，达到了提高了课堂教学效果的目的。

关键词：图学;教学模式;课堂效果

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）18-0146-02

一、引言

“工程图学”作为工程界的语言，是工科院校各专业的必修课程。该课程综合运用正投影法、形体分析法和线面分析法等技术解决工程图样的绘制和阅读。对提高学员形象思维与空间分析能力，增强工程图的表达与认知技能，培养学员的工程意识和创新意识具有重要作用。因此，教育部工程制图教学指导委员会将培养学生对空间形体的形象思维能力、创造性构型设计能力和徒手绘图能力作为课程的主要任务。由于工程图学以独特的思维方式和实践过程，决定了它是训练、提高学员创新思维能力的有效途径之一。针对这一背景，如何在有限的教学时间内，引导学员由浅入深地通过一系列的绘图和读图实践，不断地由物画图，由图想物，以提高学员的空间想象能力和空间思维能力，成为工程图学教学的关键问题。为了有效地提高学员的空间思维能力和形象思维能力，根据近几年的教学实践经验，通过在教学过程中引入三维几何建模，加强构型设计实践、强调徒手绘图能力，将多种教学手段进行有效融合，强化实践性环节和模拟设计训练，以培养学员的空间想象能力，进一步提升学员的空间想象力，极大地促进课堂教学效果的提高。

二、多种教学手段融合，提高学员思维能力

提高学员的空间想象能力是机械制图课教学的重要环节，在教学中采用了以下教学手段帮助学员树立空间概念。

1.采用直观教具，培养学员的感性认识能力。在教学中采用实物、模型、现场参观等直观教具来辅助课堂教学。引导学员仔细观察、想象和分析，帮助学员不断地建立空间思维框架，然后再通过讲解，使学员容易理解、掌握所学的知识。通过这种教学手段不仅可以增强学员的感性认识，还可以吸引学员注意力，启发学员思维，使抽象的概念形象化、具体化。例如，在讲解点、直线、平面在三投影面体系中的投影特性时，可以利用教室里的三面墙壁作为教具，教会学员结合教室的三维空间，利用手中的铅笔、教鞭、三角板等工具，摆出实物相对于投影面的各种不同位置，特别是对于容易出错的侧垂线、侧垂面的投影特性，更应反复练习，熟练掌握。最后，让学员根据观察的结果总结出直线、平面在三投影面体系中的投影特性。在回转体的投影部分，回转体表面取点是截交线和相贯线的基础。为了增强空间想象能力，在课堂教学中，教会学员自己动手，利用一张纸制作圆柱体和圆锥体，观察回转体的不同摆放位置及投影特性之间的区别，然后在立体上任意取点，判断点在回转体上的位置，结合回转体的投影特点，在平面上做出点的三面投影。在读组合体视图中，按照组合体的组成，可以将组合体分为叠加式和切割式，叠加式组合体的读图方法比较简单，学员基本上都能想象出立体的形状;而切割式组合体的读图一般采用线面分析法，大多数学员对这种读图方法感觉到抽象、不好理解，进而影响教学效果。因此，在讲解这部分内容时，课前安排学员以橡皮为简单的基本立体，采用切割分析法，按照立体的切割形成过程，依次切去简单的小基本体，最后形成切割式组合体。这种通过平面图形想象空间立体形状的方法，与教学直观性原则相符，与认识的规律也一致。

采用直观教具虽然能活跃课堂气氛，体现直观性教学原则，提高学员的学习兴趣，但是，由于课堂教学学时和教学内容的限制，直观教具的使用时机和使用数量都受到时间的影响，一定要提前根据学员对内容的掌握情况适当进行调整，才能达到事半工倍教学效果。

2.引入三维几何建模，提高学员的形象思维能力。由于现代科技的飞速发展，三维实体模型的轮廓信息可以通过模式转换，直接用于新产品的加工。因此，产品信息建模和造型设计已成为现代设计和制造业的发展趋势。为了培养学员的创新能力和现代工程设计意识，在立体相交和组合体内容部分，融入性地引入三维几何建模的设计理论和造型方法，在课堂教学中利用三维建模软件，展示平面图形和三维立体形状之间的转换关系。这种方法既能帮助学员树立空间概念，又能使教学内容生动形象。学员不仅可以学习辅助制图和造型设计，更重要的在于可以培养辅助思维，提高形体构型，图形分析，图形的二、三维几何建模转换能力。在培养学员掌握三维造型设计的同时，也培养了学员对二维工程图样的读图及应用能力。在一定程度上弥补了传统的图学理论与三维几何建模的融合关系，突出学员空间思维能力及形象思维能力的培养。例如，在讲解切割式组合体的读图方法时，简单引入三维几何建模的成型理论和造型方法。如图1所示，先对立体的三个视图进行分析，找出形状特征视图。从图1可以看出，分别以不同视图进行建模时，截面轮廓草图的形状各不相同，沿截面拉伸的深度也不相同。如果以主视图作为截面轮廓草图特征时，只需画出直角梯形轮廓，然后进行拉伸。最后以拉伸形成的基本立体右端面或左端面为基准面绘制草图轮廓，截面轮廓如图1中左视图中间部分的长方体形状，通过拉伸，去除材料的方法，最终形成如图2所示的切割式组合体。从上述的建模过程还可以看出，采用三维几何建模方法进行读图，过程简单、方法固定、特征明显，读图速度快。

3.强调徒手绘图能力，提高学员空间分析能力。普通高等院校工程图学课程教学基本要求中指出，工程图学的任务之一为徒手绘制工程图样，而徒手绘图包含徒手绘制三维和二维草图，徒手绘图的目的是为了树立学员的空间概念，丰富学员的空间想象。由于徒手绘图不需要精确的尺寸要求，只需反映设计意图即可，因此徒手绘图可以提高学员对空间视觉的感知能力，更为准确的三维模型和工程图样可以在后续的详细设计中通过计算机三维造型和绘图实现。虽然多面正投影图能够准确地反映物体的形状，但由于没有立体感，所以多面正投影图的使用受到一定的局限。轴测图即是人们常说的立体图，它可以把抽象思维与形象思维密切联系在一起，有效地反映立体和投影之间的关系。具有立体感的轴测图起到了一般实物、模型所难以取代的特殊作用。因此轴测图既是工程上的辅助图样，也是学习制图的有效工具。其作图过程相对于徒手绘制二维草图、三维轴测草图的难度更大一些。教员要根据轴测图的平行性、等比性和沿轴测量三大特点，要求学员掌握徒手画轴测图的方法，通过轴测图的学习及徒手绘制轴测草图的训练，帮助学员提高理解形体的空间想象能力。

在课堂教学中，通过由简单到复杂、循序渐进的多次“由三视图画其轴测图”训练，来形成正确的画图技能。这种训练既帮助学员树立了空间概念，又在思维活动中储存了相应的立体信息，这种立体信息储存越多，使用时提取的立体形象就越多，空间思维能力就越强，从而达到了丰富学员空间想象之目的。

三、实践效果

近几年来，在教学研究和实践中，对于空间到平面（图示）和平面到空间（读图）的转换问题，采用多种教学手段融合的图学课程教学模式，不但能提高学员的绘图和读图能力，培养学员的空间分析能力和空间构思能力，更提高了学员的三维造型和产品设计能力，取得了事半功倍的教学效果，也为后续的专业课学习奠定基础。全国先进成图与产品信息建模与创新大赛作为教学体系的主要环节，为学员提供了学习交流和展示绘图水平的平台，也是提高学员创新设计能力的一种十分有效的方式，学科竞赛激发了参赛学员的学习兴趣，培养了学员的创新意识和科研兴趣，从2008年开始，我校连续六年组队参加了六届全国大学员先进成图技术与产品信息建模创新大赛。学员手工绘图及三维建模水平都得到大幅度提升，为学员在大赛中取得优異成绩打下了坚实的基础。

参考文献：

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