浅析“画法几何”课程及其重要性

蒋益军

(四川建筑职业技术学院, 四川成都 610000)

0 引言

随着时代的发展和社会在材料、科技等方方面面的变革进步,一些不再适应和满足社会发展需要的高等院校的老专业、旧学科不断调整、更新或淘汰,一些新的专业和新的学科不断涌现。伴随着专业和学科的调整或更替,每一类专业或学科所对应的课程设置都不会是一成不变的,会随着专业和学科的调整做出相应的调整和改变。每一门专业的毕业生要能满足社会对人才能力的要求,需要学习很多相应的课程,这些课程既包括基础课,也包括专业基础课和专业课,这些课程相辅相成、相互支撑并前后贯通,为学生架构起一个完整而系统的知识体系,为后面进入工作岗位打下扎实的专业理论知识基础,以满足岗位对人才在基础知识和专业知识方面的要求。下面就“画法几何”这门专业基础课程以及其在理工类高等院校各专业的课程体系中所起的重要作用作简要的论述,以期抛砖引玉,并希望能产生共鸣。

1 “画法几何”发展简史

无论是修建一栋建筑物还是制造、生产一个机械零件或一台机器,都需要先有图纸,要按图施工或生产。而建筑物或机械零件、机器等实物都是立体的,难道只需设计出立体图然后根据立体图来施工和生产吗?显然这是行不通的,因为立体图虽然有直观性强的优点,但也有显著缺点,无法完整地、全面地、清晰地反映出立体的内部结构和内部构造层次以及建筑物的平面布置情况等。单纯通过立体图是无法获悉拟建建筑物、构筑物或拟生产的零件和机械设备的所有信息的。在这种背景下,其他形式的图形表达方法就应运而生并综合成册,这其中之一就是现在的画法几何。

1103年,中国宋代李诫出版了《营造法式》一书,在书中的建筑图已经基本上符合了几何规则,但在当时并未形成画法的理论,直到1799年法国学者G.蒙日发表《画法几何》一书,提出了用多面正投影图来表达空间形体,才为画法几何奠定了相应的理论基础。后来各国学者又在蒙日画法几何理论的基础上,不断提出了一些新的理论和方法,比如投影变换、透视投影、轴测投影、标高投影等,使得这门学科日趋成熟和完善。

2 “画法几何”学科介绍及研究的内容

画法几何(descriptive geometry)是研究在平面上用图形表示形体和解决空间几何问题的理论和方法的一门课程。根据专业的不同,可细分为机械制图、建筑制图、结构制图、水利水电制图等分支,其是所有类别工程制图的共同语言,因此也被称为工程界的“语言”。主要内容是研究投影的理论基础知识,运用投影的方法研究多面正投影图、轴测图、透视图和标高投影图的绘制原理,其中多面正投影图是最主要的研究内容,平常所说的“三视图”就是多面正投影图。除此之外还包括投影变换、截交线、相贯线和展开图等。

在工程项目的施工中,无论是房建、道路、市政、桥梁还是水利水电,或是机械零配件或机器的制造生产等,经常需要在平面上表现出空间的形体。而平面是二维的,体是三维的,这就相当于要用二维的形式表达出三维的信息。这就必须规定和采用相应的一些表达方法,比如中心投影法、平行投影法等,平行投影法又可细分为平行正投影法和平行斜投影法。在这些投影法中,平行正投影法是最常见和常用的,这种投影法是将形体沿不同的投射方向投影在相应的投影面上,得到各自投影面上相应的投影图。每一个投影图都会反映出相应的二维信息,比如正视图可反映出形体正面的形状特征和长、高尺寸,俯视图可反映出形体水平面的形状特征和长、宽尺寸,侧视图可反映出形体侧面的形状特征和宽、高尺寸。将这3个视图结合起来识读,就可观察和分析、想象出相应的立体形状。而这就是用二维的图形表达出了三维的信息,这种表达方法通常称之为图示法。

除此之外,在工程的具体实践中,不仅要在平面上表示空间形体,而且还需要运用这些表达在平面上的图形来解决空间的几何问题。比如根据地形图这种表达在平面上的图形以及其等高线上标注的数字,不仅可以知道地形地貌是一块相对的平地,还是向上凸的、向下凹的,还可以据此确定出什么地方应该挖方,什么地方应该填方,并计算出相应的挖、填方量。这种利用在平面上的图形来解决空间几何问题的方法,称之为图解法。

3 画法几何的学习方法和要求

3.1 学习方法

由于画法几何是按点、线、面、体的这种由易到难、由简到繁的顺序编排的,前后联系十分紧密、紧凑,因此在学习的时候就必须要先对前面的基本内容有真正地理解、对基本的作图方法有熟练的掌握后,才能进行后续的更进一步的学习。由于画法几何涉及到的是空间形体和平面图形之间的对应关系,所以在学习时必须经常注意空间几何关系的分析以及空间几何元素与平面图形的联系。要对每一个概念、每一个原理、每一条规律、每一种方法进行透彻的理解并加以运用。由于这门课程需要大家具备一定的空间想象能力,而往往有时仅凭在大脑里分析和想象是得不到清晰的、完整的结果的,这时就可以通过动手做出一些模型来帮助理解书上所讲的内容和习题。书上的例题在通过自己的作图并获得正确的结果后,才能验证是否真正理解并记住这些作图方法。在解题时,首先要弄清楚已知条件有哪些?需要求作些什么?然后利用已掌握的知识进行分析,研究怎样才能从已知条件并运用恰当、合理的解题方法获得所要求的结果,并研究需要通过哪些步骤才能得到最后的结果。对于初学者来说,可以把这些步骤记录下来,然后利用基本作图方法按照所确定的解题步骤一步一步地进行作图,作图时一定要力求准确,并在完成后作一次全面的检查,看作图过程是否完成无遗漏、无错误,作图是否正确、准确等。

3.2 学习要求

针对画法几何所研究的是空间形体与平面图形之间的一种“立、平”联系关系,因此不仅要求学生要具备画平面图形的能力,同时还需要学生具备“立、平”联系能力,在绘制或识读平面图形的时候,脑海里还要“装”有立体图。只有这样才能作到既知其然,还知其所以然,才能够真正地理解和掌握相关的知识。由于平面图形是直接用来研究空间形体的几何形状和解决空间几何问题的工具,因此就需平面图形满足一系列的要求。主要有几点:①简便性。绘制平面图形应比较简便,否则会失去其运用的普遍性、通用性、方便性。②直观性。平面图形在满足其功能的前提下应具有一定的直观性,以便根据图形能比较容易地观察和想象出所画形体的形状和大小。③可逆性。平面图形应当具备可逆性,即要能够根据平面图形准确地恢复出形体的形状和大小。

4 “画法几何”在理工院校专业基础课程体系中的重要性

“画法几何”是理工院校专业基础课程体系中的一门必修的专业基础课程,是后续学好专业课的基础。这就像修建一栋建筑物,万丈高楼平地起,只有将建筑物的基础打好了、打牢了,建筑物才不会倾斜甚至倒塌,建筑物的使用年限和安全性能才能得到保证。学习同样如此,要想学好专业课,则必须先学好专业基础课。为什么说画法几何在理工科的专业基础课程体系中具有高度的重要性呢?因为无论是房建、道路、市政、桥梁、还是水利、通讯等理工科专业,我们在学习它们相应的专业课程时通常都需要涉及到画图、识图。如果没有学习或没有学懂、掌握好“画法几何”这门专业基础课,就不知道怎么画图,既然不知道这些图是怎么画出来的,当然就无法识读懂。这就像一个人无驾驶证就驾驶汽车上路或刚拿到驾驶证就开车上高速公路一样的道理,那是不可能会开车或把车开得很娴熟的。只有把“画法几何”这门课程学好了,才知道怎么画这些图,这些图为什么要这样画,画出来的图中包含有哪些对象、哪些内容,画图时应遵循哪些国家、地方和行业标准。从而我们在学习专业课时,也就能知道其中的图应该怎么画并能识读懂。因此,学好“画法几何”是学好专业课的前提和保障,只有很好地掌握了“画法几何”这门工程界的“共同语言”,业界同行们才能很好地利用“共同语言”这个平台进行交流和沟通,并借此大家可以互相学习探讨、甚至是共同提高、进步,为学好后续专业课打下扎实而深厚的基础。

5 结束语

鉴于“画法几何”在理工科课程体系中的重要性,大家在脑海里就必须有这样的一个认识:要学好专业课,则必须先学好专业基础课,“画法几何”就是这样的一门课程。