工程制图课程与学生综合思维能力培养论文

　　【摘要】分析学生在学习工程制图时表现的常态性问题，并提出在工程制图课堂教学中有机融合综合思维能力培养的教学改革思路。
　　【关键词】工程制图；空间思维能力；发散思维能力；逻辑思维能力；教学改革
　　一、学生在工程制图课程的学习过程中遇到的问题
　　学生在工程制图课程学习的过程中遇到的常态性问题主要表现为以下三个方面：一是对照二维视图难以在脑海里将其物化为空间立体形态，在进行作业练习时无法根据已知的部分视图绘制第三视图或其他视图。二是对指定的立体进行视图表达时，认知局限于答案唯一，没有既可如此表达，也可那般表达的发散式思维意识，大部分同学的作业中表达均完全雷同，形式单一，不够灵活。三是视图表达不完整，虽然在脑海中可以物化立体形态，但在视图表达中总存在多线或漏线现象。深究这些常态性问题的本源，第一，学生难以在脑海里物化立体形态，源于缺乏空间思维能力，无法将二维视图的点、线、面构成与立体形态建立联系。第二，学生对于立体的视图表达方式不够灵活，源于学生长期以来接受应试教育而形成了标准答案唯一的意识，这种习惯抑制了发散思维能力的发挥，在做作业时相互参照，求同避异，导致作业结果雷同，无法体现活学活用的学习效果。第三，在进行视图表达时，学生在很多情况下只是单纯对照脑海里的立体形态进行视图表达，较少运用逻辑思维来分析视图表达的正确性和完整性，加上缺乏严谨的学习态度，导致虽然表达时大部分结构都是正确的，但是在局部和细节表达上往往出现错漏线条或线型表达错误等现象。空间思维能力、发散思维能力以及逻辑思维能力构成了识读和绘制工程图样的综合思维能力。根据以上常态性问题分析可知，在进行工程制图课程教学改革时，应围绕培养学生的这三大思维能力来开展教学方法与手段的改革。
　　二、综合思维能力的培养
　　（一）空间思维能力的培养空间思维能力是人们对客观事物的空间形式进行观察、分析、认知的一种抽象思维能力。无论是识读还是绘制图样，空间思维能力都是不可或缺的基本能力。在工程制图中，它主要体现为：能根据直观的二维视图或者语言表述，在脑海中呈现相应的空间立体形态；能根据空间立体形态，在脑海中形成其各个视角的直观二维图。能对复杂的立体结构在脑海中进行拆分、叠加或删减，理解拆分后各结构的形态，完成对复杂立体结构的整体认知。空间思维能力并非凭空捏造，即便是天马行空的想象也是建立在细致入微的观察及知识累计的基础上。因此，空间思维能力的培养需按照层次逐级培养提高。阶段一的培养重点为强化学生对三维空间投影体系的认知，以观察为主，让学生建立起清晰的三维投影空间体系。教学过程中，可借助教室角落等直观的三个墙面构成现实的三面投影体系，让学生观察这三个面的相对方位，并要求学生用语言表达其观察结果。阶段二是强化投影特点的认知。通过不同方位观察投影体系中的实物，了解各个投影方向上实物所呈现出来的结构形态。选取的实物案例应为学生最熟悉的实物，可让学生作为实物案例站立于该三面投影体系中，同学们通过前方、左方以及想象从上方看到的人物投影，用简单的轮廓线将所看到的人物影像表达出来，并区分各个投影中观察看到的人物身体部位特征，如正面投影可看到左右手，左右腿，了解头部、手臂和腿等各部分的上下左右方位关系。正面投影和左面投影均能通过观察得到人物影像的概念，由此再引申到俯视方位，让同学们想象从上方看到人物的影像。以学生最熟悉的人物案例作为阶段二的代表性案例，既让学生觉得有趣，也让他们从最熟悉的事物开始积累观察经验，从不同视角的想象来激发学生的空间想象力。阶段三，让学生利用卡纸建立一个三面投影体系，提供基本立体模型，将立体模型放置于三面投影体系中，学生从三个基本投影方向分别观察及测量立体模型，并将观察到的影像绘制出来。接着收回模型及学生绘制的图形，让学生凭借印象再次进行三个投影的绘制。学生在此过程中逐渐将观察转化为想象，并在脑海里形成具体的三维空间投影概念。阶段四，通过语言表达，对基本立体进行简单的叠加或切割，让学生在绘制好的视图中进行修改，强化其空间思维能力。阶段五，提供对该立体进行另一种叠加或切割的二维视图，让学生观察视图并口头描述视图中的形体在原型的基础上进行了何种修改，培养学生从二维直观图转换到脑海中的空间形体的想象能力。任何事物的发展规律均需要一个逐级发展的过程，空间思维能力的培养也是如此，不能采用拔苗助长的教学方式。不重视空间思维能力的培养，最终将导致学生在面对复杂的立体投影图时无所适从。想象力具有明显的递增性，只有按照其发展规律，适当地设计教学环节，组织好教学内容，逐级提高学生的空间思维能力，将其培养渗透到每个知识点中，才能产生润物细无声的教学效果。
　　（二）发散思维能力的培养发散思维又称求异思维，以其独特型、变通性及流畅性，可使人克服脑海中固定的思维框架，思路呈现丰富的多样性和多面性。在工程制图知识体系中，培养发散性思维有助于帮助学生突破局限，扩展思路，在面对结构复杂的零部件和装配体视图表达时，积极寻求不同的表达方案组合，掌握最优方案的评估方法，以达到面对任何工程图学问题都能不拘泥一格，灵活表达，具备解决复杂实际工程问题的能力。发散思维能力是创新能力的基础，随着高等教育对创新型技术人才培养的侧重，发散思维能力的培养日趋重要。在工程制图课程教学中，发散思维的培养需要借助横向类比、触类旁通等教学手法，使思维沿着不同方向扩散。图1发散思维案例示范（一）是一个培养发散思维能力的实例。对于图1中的a视图，让学生在1分钟内想象并绘制出可能的左视图。只有一个投影视图的立体给学生提供了很大的想象空间，1分钟内学生想到的结构见图1中的bd视图。经实践证明，在学生的想象力得到认可的基础上，再给学生5分钟的时间，学生通过比较分析，其运用发散性思维的能力将得到快速提高。在该实例教学中，学生在后5分钟内共想出了44种可能的左视图方案。见图2发散思维案例示范（二）。虽然根据排列组合计算该题的方案远不止44种，但学生通过训练可以深刻体会发散思维的开发过程。扩展性的立体视图分析有助于学生对立体投影发散式思考能力的培养，同样将这种训练延伸至组合体视图的表达方法上，养成多角度思考表达方式的思维习惯，从而熟知各种视图表达方法的特点，掌握能灵活应对复杂的工程图样问题的能力。除教师结合课堂内容教学提供发散思维训练题外，可由学生自行设计该类型的作业，以此驱动学生主动进行发散性思考，打破自身思维禁锢，开放性地接受课程内容，并能举一反三，可持续性地延伸课程内容。
　　（三）逻辑思维能力的培养工程制图中，逻辑思维能力的培养应建立在空间思维能力和发散思维能力培养的基础上。当学生能够在二维投影图和空间立体形态中产生联系，并学会从多角度认识立体结构，结合逻辑思维分析，在进行识读和绘图时进行视图的认知和校正。逻辑思维能力的培养在工程制图课程中最具代表性的是利用形体分析法和线面分析法进行复杂组合体形态的分析及视图的绘制。以形体分析法在绘制组合体视图的应用为例，在进行组合体的视图绘制时，首先在脑海里将复杂形体拆分成若干基本立体，建立各个基本立体之间的位置逻辑关系，进行绘图时，再逐次将基本立体重组为组合体的形态。绘图过程中，按照基本立体的投影视图进行绘制，并分析在特定的投影方向上基本立体之间的遮挡逻辑关系，进行视图细节部分的处理，如被遮挡的立体轮廓改用虚线表达等。在逻辑思维能力的培养中，学生往往存在片面性。例如在利用形体分析法进行绘图时，学生常常只是单纯地将组合体进行拆分，而忽略了对基本立体位置的逻辑分析，以及没有意识到所谓拆分只是假想的过程，而非真实动作等。以至于绘图过程中常将假想拆分后的基本立体独立绘制，不考虑各个基本立体之间的拆分逻辑，继而出现了多线或少线、以及线型表达错误的问题。因此在进行逻辑思维能力的培养中，应从浅入深，先从由两个基本立体组成的组合体视图表达开始，训练学生在组合体视图表达中的逻辑思维能力，逐层提高组合体的复杂程度，使学生能够深刻领会逻辑分析在工程图样表达时的重要性。图纸是工程交流的主要语言，工程图样的表达能力是工科学生必备的基本能力。要掌握工程图样的识读及绘图技能，就必须具备良好的空间思维能力、发散思维能力和逻辑思维能力。在工程制图课程教学改革中，应将这三方面的思维能力培养有机地融入课程内容体系中，以使培养的学生真正做到能表达，能灵活的表达，能科学的表达。
　　【参考文献】
　　1陈新宝。优化制图教学方法培养学生空间想象能力J。实践与探索，2011（7）
　　2陆国栋，孙毅等。面向思维力、表达力、工程力培养的图学教学改革J。高等工程教育研究，2015（5）
　　3宫霞霞，孙付春。基于应用型创新人才培养的机械制图教学改革探讨J。教育与教学研究，2012（5）