摘要：培養(yǎng)與提高學生的空間想象能力是學好“機械制圖”課程的關鍵。本文探討了一系列有效的教學策略，包括運用直觀形象的教學方法、強化二維視圖與三維形體之間的相互轉換、引入CAD軟件進行三維幾何建模、軸測圖訓練、機械零部件的測繪實踐以及采用一題多解的啟發(fā)式教學等。這些教學方法有助于全面培養(yǎng)學生的空間想象能力，降低課程的教學難度，激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮學生學習的積極性和主動性，從而提高學生的學習效果和教學質量。

關鍵詞：機械制圖；三維幾何建模；啟發(fā)式教學；空間想象能力的培養(yǎng)；教學改革

ExplorationandPracticeinCultivatingStudents'

SpatialImaginationAbilitiesin"MechanicalDrawing"Teaching

LiFengjiaoYuXitong

SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，LingnanNormalUniversityGuangdongZhanjiang524048

Abstract：Cultivatingandimprovingstudents'spatialimaginationabilityiskeytomasteringthecourseof"MechanicalDrawing".Thispaperexploresaseriesofeffectiveteachingstrategies，includingtheuseofintuitionalandimageteachingmethods，strengtheningtheinterconversionbetweentwodimensionalviewsandthreedimensionalshapes，introducingCADsoftwareforthreedimensionalgeometricmodeling，traininginisometricdrawing，surveyingandmappingpracticeofmechanicalparts，andtheuseofamultisolutionheuristicteaching.Theseteachingmethodsarehelpfultocomprehensivelycultivatestudents'spatialimaginationabilities，reducetheteachingdifficultyofthecurriculum，stimulatestudents'interestinlearning，andbringouttheenthusiasmandinitiativeinstudents'learning，therebyimprovingstudents'learningoutcomesandteachingquality.

Keywords：Mechanicaldrawing;3Dgeometricmodeling;Heuristicteaching;Cultivationofspatialimaginationability;Teachingreform

“機械制圖”是高職院校機械類專業(yè)中一門兼具理論性與實踐性的重要技術基礎課程。它旨在通過“投影理論”的教學與訓練，培養(yǎng)學生們的空間想象力、繪圖能力以及讀圖能力，其中空間想象能力的培養(yǎng)尤為關鍵。在教學過程中，以下是筆者對如何采用科學有效的方法來提高學生的空間想象能力的幾點教學體會。

一、運用直觀形象的教學方法有助于培養(yǎng)學生的空間想象能力

直觀形象的教學方法主要包括實物演示法和多媒體教學等，將抽象理論和復雜的二維視圖轉化為具體形象、易于理解和掌握的教學內容，有助于培養(yǎng)學生的空間想象能力和立體感知能力。

實物演示法是一種常見的教學方法，教師通過使用模型、實物和掛圖等教具，將教學內容生動形象地展示出來，引導學生通過觀察和思考來理解和掌握知識。采用實物演示法可以使教學內容形象化、具體化。通過引導學生運用投影規(guī)律觀察、分析模型與二維視圖之間的關系，可以幫助學生在腦海中呈現清晰的圖像，能有效培養(yǎng)學生的空間想象能力，并提高教學效果。在制圖教學中，我們應注重師生互動和實踐教學，有效地利用三面投影體系來引導學生從不同方向仔細觀察同一基本形體的投影效果，分析并掌握三面投影體系中構成立體幾何要素的點、線（直線或曲線）、面（平面或曲面）的投影規(guī)律。通過對各種不同基本形體（如長方體、三棱柱、四棱錐、圓柱體、圓錐體、球體等）視圖畫法的演示和適當講解，引導學生通過“觀察——思考——繪圖，觀察——思考——繪圖，再觀察——再思考——再繪圖”的反復訓練，加深學生對基本形體在不同投影面上投影的理解和掌握，有助于培養(yǎng)學生較強的立體思維能力。同時，教師應引導學生學會將復雜的視圖分解為簡單的視圖，掌握二維視圖與三維形體相互轉換的投影原理，讓學生在腦海中儲存大量基本形體和一些簡單組合體的特征視圖以及它們所對應的三維形體，這有利于提高學生的空間想象能力。在“機械制圖”教學中，初學者繪制帶孔、鍵槽等結構的零件視圖時僅憑想象確實有一定困難，此時通過直觀的模型演示和適當地講解，學生可以更深入地理解和掌握相關知識。例如，在講解斷面圖畫法時，針對學生容易將斷面圖與剖視圖混淆的問題，可以利用模型在斷開部位的斷面上畫上剖面線（見圖1），通過對比分析斷面圖與剖視圖的不同之處，兩者的區(qū)別就變得一目了然，從而降低了學生的學習難度。

圖1斷面圖與剖視圖的區(qū)別

多媒體教學是一種運用多媒體技術，將圖像、聲音、文字、動畫等多種媒體形式結合起來進行教學的方法。將多媒體技術應用于“機械制圖”教學中具有以下優(yōu)勢：首先，利用多媒體教學能啟發(fā)學生的空間想象力，幫助學生快速構建空間觀念。例如：在講解“三視圖的形成及投影規(guī)律”時，傳統(tǒng)教學方法往往難以激發(fā)學生的學習興趣，不能幫助他們掌握相關知識。然而，借助多媒體動畫演示，可以將三視圖的“形成”及“展開”過程以更直觀、生動、形象的方式展示出來，同時可以將“正投影法”的投影原理與三視圖的“繪圖和讀圖方法”有機結合并清晰地展示出來，從而幫助學生更好地理解和掌握。其次，運用多媒體教學可將傳統(tǒng)教學方法中難以講清或突破的重點、難點內容通過多媒體畫面、動畫、視頻的形式呈現，使抽象的二維視圖變得直觀，有助于學生更加全面、清晰地理解和掌握這些知識點，從而降低了教學難度，提高了課堂教學效果。此外，多媒體的形象教學能激發(fā)學生的學習興趣，有利于調動學生學習的積極性和主動性，從而能更高效地提高學生的繪圖和讀圖能力。

二、強化二維視圖與三維形體之間相互轉換的立體思維互逆訓練

要培養(yǎng)學生的二維視圖與三維形體之間相互轉換的能力，必須從具體的形體入手，引導學生觀察圖形的轉換結果并進行分析、思考。將學生普遍反映看圖難度較大的二維視圖，運用AutoCAD、SolidWorks、Pro/E、UG等三維CAD軟件畫出三維立體圖，全方位展示立體的結構形狀，逐漸培養(yǎng)學生由二維視圖想象出三維形體的能力，掌握三維形體與二維視圖之間的投影規(guī)律。做到既能看懂零部件的結構形狀，并采用合適的表達方法畫出零件圖和裝配圖；同時也能根據零件圖畫出三維立體圖，并將其組裝成部件或機器。傳統(tǒng)的“機械制圖”教學主要以黑板、PPT、掛圖和教具為主要教學工具，教學內容多為二維平面圖形，課堂教學枯燥乏味，學生反應慢，接受能力較差，導致教學效果不理想。隨著三維CAD軟件的日益成熟和廣泛應用，運用CAD軟件將三維幾何建模融入“機械制圖”的課堂教學，既能更直觀、更生動形象地展示教學內容，同時又能豐富教學形式，有效地降低了由二維視圖想象出三維立體圖的教學難度，激發(fā)了學生學習“機械制圖”課程的興趣，并增強了他們對知識點的理解、掌握和運用能力［14］。因此，運用CAD軟件將三維幾何建模引入“機械制圖”的課堂教學，既能提高教學效果，同時又順應了先進制造技術的發(fā)展趨勢。

此外，繪圖與模型制作相結合是培養(yǎng)學生空間想象能力的有效途徑。通過實際訓練制作模型，可以提高學生的動手能力，并激發(fā)他們的學習興趣。在“機械制圖”教學中，根據給出的視圖，先讓學生獨立思考，然后啟發(fā)并引導學生利用橡皮泥捏出立體模型，并借助于制作的模型正確補畫視圖或缺線，逐漸提高學生由二維視圖想象出三維立體的能力。

三、通過軸測圖訓練，進一步提高學生的空間想象能力

在學生具備了一定的立體思維能力后，進行軸測圖的學習和訓練，可以進一步提高他們的空間想象能力。讓學生根據二維視圖繪制軸測圖是訓練讀圖和繪圖能力中非常重要、有效的教學環(huán)節(jié)。例如，將切割體繪制成軸測圖后，視覺效果更直觀、更清晰。繪制軸測圖時，繪圖者需要根據二維視圖在腦海中構建出立體的結構形狀，然后根據軸測圖的繪制規(guī)則將立體圖畫出來。通過這種分析、想象立體的訓練，學生可以更有效地掌握二維視圖與三維立體圖之間的關系，并使轉換過程更加具體化。

四、通過機械零部件測繪實踐，鞏固所學的專業(yè)知識，并培養(yǎng)學生的繪圖和識圖能力

根據高職院校“機械制圖”的教學安排，在第二學期本課程的理論教學結束后，集中安排一周時間組織學生進行裝配體測繪，將學生分成若干組，每組學生測繪一個機用虎鉗、滑動軸承或球閥，讓學生親自動手，從了解和分析測繪對象、拆卸零部件并畫出裝配示意圖、零件草圖、測量并標注尺寸，到選比例、定圖幅、繪制裝配圖和零件圖。要求每位學生繪制一張裝配圖和三張主要零件的零件圖。在零部件的測繪過程中，學生需要充分運用所學知識，分析裝配體的工作原理以及主要零件的結構形狀、性能，并擬訂表達方案，繪制裝配圖和零件圖。通過裝配體測繪實踐，學生的觀察能力、實際操作能力、獨立思考能力和空間想象力都得到了全面鍛煉，同時還培養(yǎng)了他們嚴謹細致、精益求精的工作態(tài)度和認真負責的職業(yè)精神，為將來順利進入職場奠定了堅實的理論基礎。

五、多組織學生到機械車間參觀、實習，了解零件的結構形狀、加工方法、加工工序以及裝配體的拆裝順序等

參觀機械車間可以讓學生更直觀地了解“機械制圖”課程中所介紹的零部件的結構形狀，而且可以更好地了解零件的加工工序、加工方法以及裝配體的拆卸、安裝順序等方面的內容，從而更好地掌握“機械制圖”的相關知識。此外，通過到機械車間參觀和實習，學生可以更好地了解這門課程的實際應用情況，有助于學生將所學的理論知識與實際操作相結合，這對于培養(yǎng)學生的實踐動手能力以及掌握繪圖、讀圖的技能和方法也是有很大幫助的。

六、培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維能力

在培養(yǎng)和提升學生空間想象能力的過程中，應特別關注并加強其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。發(fā)散性思維是創(chuàng)新思維的關鍵組成部分，它鼓勵學生在給定的已知條件和問題不變的情況下，運用非傳統(tǒng)的思維模式，從多角度、多方面進行分析和思考，尋求最佳解決方案［5］。例如一題多解，正確答案不是唯一的，給學生提供了探索和想象的空間，可培養(yǎng)學生更開闊的視野、更豐富的空間想象能力，考慮問題更全面，從而達到舉一反三、融會貫通的目的。

下面以啟發(fā)式教學方法講解一道典型“一題多解”的實例，鼓勵學生充分發(fā)揮空間想象能力，設計出符合題意的多種不同結構形狀的立體圖形。

例如：如圖2（a）所示，根據給定的主視圖和俯視圖，構思三種不同結構形狀的立體，并補畫左視圖。

本例題主要考查學生兩個視圖相同，均為長方形或正方形可能存在幾種不同的結構形狀？具體的構思過程如下。

首先，采用形體分析法，從主視圖入手，將主、俯兩個視圖結合起來分析。如圖2（a）所示，它由三個封閉的可見線框組成，因此，將該形體劃分為三部分。

（1）根據主、俯視圖長對正的投影規(guī)律，形體Ⅱ的主、俯視圖相同，均為正方形。考慮到基本形體視圖的投影特征，我們可以推測出形體Ⅱ可能是正方體、三棱柱或圓柱體中的一種。

（2）形體Ⅰ與形體Ⅲ的主、俯視圖相同，均為長方形，由此可以想象出兩個視圖都是長方形的形體有長方體、三棱柱、圓柱體或圓孔的一部分，等等。許多學生的思維往往僅局限于長方體，因此，沒辦法想象出多種結構形狀。

（3）從主視圖觀察到形體Ⅰ、形體Ⅱ和形體Ⅲ的底面在同一條直線上，可知形體Ⅰ、形體Ⅱ和形體Ⅲ的底面共面；從俯視圖觀察到形體Ⅰ、形體Ⅱ和形體Ⅲ的前表面在同一條直線上，可知形體Ⅰ、形體Ⅱ和形體Ⅲ的前表面共面。通過上述分析可知，形體Ⅰ、形體Ⅱ和形體Ⅲ的底面和前表面分別共面。

綜上所述，利用數學中的排列組合，可以得到以下三種情況。

（1）假設形體Ⅱ是三棱柱，形體Ⅰ和形體Ⅲ也是三棱柱，由此可得符合題意的第一種組合體，其左視圖及立體圖如圖2（b）所示。

（2）假設形體Ⅱ是三棱柱，形體Ⅰ與形體Ⅲ均為圓柱體的一部分，由此可得符合題意的第二種組合體，其左視圖及立體圖如圖2（c）所示。

（3）假設形體Ⅱ是三棱柱，形體Ⅰ與形體Ⅲ均為圓孔的一部分，由此可得符合題意的第三種切割體，其左視圖及立體圖如圖2（d）所示。