在制图教学中培养学生的空间想象能力
摘要：制图是工科中一门抽象性很强的课程，特别对于那些立体几何数学基础较差的学生更是如此。有的学生甚至一个学期下来都没弄懂，甚至还没有入门。同样如何让学生学好制图这门课程，也一直是所有任课教师比较头痛的问题。因此在现代教学中，针对不同的教学内容，采用不同的教学手段，激发学生学生兴趣，培养学生的空间想象能力。
关键字：《机械制图》 CAD 空间想象能力 大胆创新 理实一体化
引言：
在制图教学过程中学生因为缺乏空间想象能力而导致学习没有激情，没有兴趣学习，进宝山而不入其门，所以任课老师最重要的的教学工作是如何培养学生的空间想象能力，让他们掌握学习的方法。
正文：
《机械制图》是工科学校一门重要的技术基础课，它对训练学生掌握工程技术课程的学习方法，培养学生严谨的作风和负责精神都有其特殊的作用。我自任教以来就一直从事《机械制图》的教学,在教学过程中常常为学生的学习能力而感到发愁。因为《机械制图》这门课着重阐明识读和绘制图样的基本理论和方法,突出识图为主,读画结合的特点,但学生由于缺乏空间想象能力,学习起来普遍感到很困难,往往产生畏惧情绪。一学期下来，有些学生甚至还没入门，学生的学习情况参差不齐，直接影响教学效果，因此在教学过程中如何培养学生的空间想象能力，是任课教师的教学目标之一。
一、课堂上让学生自己动手实验
制图室一门抽象难学的课程，特别是对于那些立体几何基础较差的学生更是如此。因此对于学生来说，最直接的莫过于让学生自己动手做实验，找结论，这样容易让学生理解，也比较容易接受知识。
第三章是正投影与三视图，是从立体图到平面转化的基础的一章，也是提高看图和绘图能力的关键。本章的内容比较抽象不容易理解，所以在讲课时让学生自己动手实验找结论。例如对于“点的投影特性”这部分内容比较抽象，学生感到要真正理解透彻很困难。在讲授这部分内容时，尤其是点的坐标和判断两点的空间位置时，课前先让同学准备好一个三维立体模型，课上三个学生一组，橡皮当作空间的点，其中一人拿点（可设为A点），一人作垂线，另一人观察，做记录。日光灯可当投影线，这样，学生可根据初中学得平面点的坐标很容易看出各投影点由哪两个坐标组成，如a是由X，Y两轴组成，a’是由X，Z两轴组成，a＂是由Y，Z两轴组成。总结：以后凡知道X，Y，Z轴的坐标就能知道三投影点是位置，反之也成立。再如在讲判断两点的位置时，一人拿两块不同的橡皮（设A，B两点），根据刚才方法，学生很容易作出空间点在三个投影面的投影，然后，根据平面点的坐标的知识很容易观察出点在坐标轴上的位置，这样学生可看到X轴上的两点是左右的关系，Y轴的两点是前后的关系，Z轴的两点是上下关系。这是立体情况，转到平面上，看图中与坐标原点之间的远近关系，判断其点的空间位置关系，然后总结规律，这样学们得出以上结论后，由教师总结点的空间位置，即X轴判断左右位置，Y轴判断前后的位置，Z轴判断上下位置，那是水到渠成的事了。
二、学生自由讨论，激发创新思维
上课时以讨论形式解决问题既可以活跃课堂气氛，又可以调动学生的主动性和积极性，激发他们的学习兴趣，并可培养他们的创造性思维。制图课里有些问题的答案往往不是唯一的，也不可能是唯一的，有些问题只有最合理的解决方法，没有绝对的对错之分，这样的问题还是通过讨论形式解决比较好。如“表达方法的应用”这节内容采用讨论形式效果明显。因为表达方法比较多，对于某个零件来说，可能有好几种表达方案，而用哪一种表达方案比较合适，这就可以在讨论中解决。例如，为了表达某个机件上部分圆筒的内部结构，既可在左视图中进行剖切，也可在俯视图中剖切。此时可引导学生进行讨论分析，最后得出两种剖切法各自的特点，从而得出最佳的表达方案。通过这样的讨论，使学生更加明确各种表达方式的特点和用处。并且，在讨论过程中还可以帮助学生对问题有一个更进一步的认识。因为有时在讨论过程中，会有新的问题出现，如仅仅查阅教材中的内容，是找不到直接答案的，这时可鼓励学生自己动手去查找资料，作进一步分析。这样既可提高学生分析问题、解决问题的能力，又可提高学生的想象能力和实践能力。
三、利用模具培养学生的想象力
在教学过程中，由于条件所限制，一般采用模具让学生进行观察。如圆柱的三视图教学中，将圆柱竖直放置，让学生观察其投影的形状，画出其投影的图形，然后再将模具放置不同的位置，让学生观察，从而在观察过程中找到规律，培养学生的能力。在用辅助直线法求找几何体表面点投影的讲解中，用模具讲解是比较直观和形象的。由于“辅助直线法”实际上就是利用“三点一直线的原理”进行作图，画几何体表面点投影的。如果光凭想象，没有真正了解物体组成的要素，便会出现错误，特别是在圆锥体表面点投影中，尤其明显。由于圆锥体的三视图的投影为三角形，因此很多学生会认为从三角形的任何一个端点都可以画表面直线，把圆锥体的三角形投影和棱锥的三角形投影混淆了，棱锥的表面是平面，因此从任何一个端点都可以画辅助直线，而圆锥体的表面是曲面，只有通过锥顶点才能在曲面上画处直线，其他位置画的话，在平面图形上看是直线，但实际上却是曲线，并不适用。因此没有看到实物，全凭头脑中进行想象，有时也会混淆，而看过实物的学生，就会在头脑里想象出实物，了解实物组成的各个要素，便能正确做出判断。
四、采用CAD多媒体教学
制图学习需要有较强的空间思维能力。所谓空间思维能力是指形体与视图之间的一种形象思维和逻辑思维能力，它是读图与图解能力的基础。学生的空间想象力的培养不是一朝一夕就能养成的，在教学过程中，由于受条件所致，不可能有太多的教学模型让学生去观察思考，采用挂图又比较呆板，因此采用新的教学手段及方法，是必不可少的。CAD是一款比较实用的教学软件，特别是在基本几何体的三视图投影及表面点投影的教学中，有利于培养学生的空间想象能力。当圆锥体放正放在三维空间中，通过CAD软件演示投影的过程，让学生在头脑里有完整的空间投影形成的过程，观察其投影在各个投影面上的影像。并且当圆锥体处于不同的放置位置时，让学生自己去想象其投影形状，同时使用CAD软件进行验证。随着计算机在制图中的应用，对学生空间思维能力的培养就变得容易起来。通过观察物体的空间形状和结构，画出其平面图形（视图），即由空间到平面，再根据平面图形想出物体的空间形状和结构，即由平面到空间。这样有利学生对空间想象能力的培养，激发学生的学习兴趣，同时让学生在教学过程中还对自己增强了信心。
五、分层教学，培养学生的想象力
“教师要给学生一碗水，自己应有一桶水。”要把制图课讲得生动形象，把抽象的理论变成直观，让枯燥的条文变得有趣，除了有很好的口才和表达能力以外，还必须具有机械专业的相关知识。
《机械制图》主要是以看图，画图为主，不管是画图还是看图，都要有良好的空间想象能力。有的同学立体感比较强，对立体图一看便知，而有的同学立体感比较弱，连最基本的正方形都看不懂。记得在讲练习三视图的画法时，我随意的把一些模型发给同学们，立体感强的同学，很快就画出来，而那些差的同学却发牢骚：“这是什么，都看不懂，怎么画，他们的这么简单，我的这么难。”你一句，我一句的，课堂纪律都乱了。现在，这样的课可采用分层教学。所谓分层教学就是根据学生不同的学习基础和个性差异，提出不同的学习要求，通过学习，使每个学生都能获得成功的喜悦，从而对下面的学习产生兴趣。如还是在学习“三视图的练习”这部分内容时，首先，我对全班学生进行了摸底，按其学习基础和空间想象能力分成三个层次（当然不能对学生说，以免伤了他们的自尊心），并在课前准备了三类不同层次的木模，一类为最简单的正方类，一类为以“方形一方形”为主的叠加类，一类为切割类（或带斜面），放在同一箱中。然后，在课堂中，把不同的木模分发给相应层次的学生，让他们分别画出三视图。结果几乎所有的学生都能正确地画出，而且有的学生还说下次给他们发一些难点的。通过多次的训练，不但那些原来基础比较差的那部分学生的空间想象能力得到了较大的提高，而且也缩短了和高层次学生的差距。
结束语：
计算机教学软件的应用，让教师在培养学生的空间学习能力上有了更多的选择方法，但由于学生的实际情况参差不齐，所以在教学过程中应选择适用学生的方法，从而到达培养学生空间思维能力，提高课堂教学的效率。
参考文献：
《机械制图》 王幼龙 高等教育出版社
《论机械制图的学法指导》 彭志强 职业技术教育
北京市发展高等职业教育的探索与实践 郭静 高等教育出版社
