空间想象能力和空间思维能力的培养

空间想象能力和空间思维能力的培养 空间想象能力和空间思维能力的培养 许冬梅 福建信息职业技术学院摘要: 空间想象能力和空间思维能力是机械制图教学的重点和难点。通过积存表象，丰富感性认识;将现代化教学手段与传统机械制图教学方法相结合，强化空间思维训练，采用启发式教学，能够更有效地培养学生的空间想象能力和空间思维能力。关键词: 空间想象;空间思维;制图;学生 0 引言 机械制图教学主要是培养学生具有读图和绘图的能力，要实现这两项能力的培养，关键是提高学 生的空间想象能力和空间思维能力，而大学一年级的学生对机械制图这门课程所特有的三维和二维之 间相互转换的思维活动极为陌生。随着科学技术的发展、计算机应用的普及，采用现代化教学手段与 传统机械制图教学方法相结合，实现一体化教学，能够更有效地强化学生的思维训练，加强其读图和 绘图能力。 1. 空间想象和空间思维 空间想象能力和空间思维能力对于工科学生来说是一种特殊能力，它具有独特的内涵。想象又称为形象思维。心理学指出，想象就是把自己感触到的形象和自己头脑中的记忆储存联系起来，经过加工改造，从而产生一个新的形象的心理活动过程。学习机械制图，其空间想象就是在原有感性形象的基础上，形成新的不同的由几何元素所构成的物体形象。想象依赖于图形特点，也依赖于主体本身旧表象的积存。这种想象称为再造想象。还有一种想象称为创造想象。创造想象是在刺激物的作用下，人脑独立地创造新形象的过程，是创造性活动的重要组成部分，必须以感性经验和表象为基础。因此，制图教学的重要任务之一，是研究空间形体和图样的信息更有效刺激大脑皮层， 强化想象区的构思能力，使人脑机能更富有想象力。 空间思维也就是逻辑思维，即人脑把各种对象或现象之间共同的本质属性提取出来，并把这些共同的本质属性同其它属性分离开来的过程，以揭示事物的本质特性和客观规律。学习机械制图，这种空间思维是在三维空间进行的，在已知物体二维图形的情况下构思出物体的三维图形，是一种抽象思维。空间想象是借助于“想象”，空间思维则是更多地借助于“推理” 。在推理的过程中也有想象;空间想象中也包含着空间思维，这两者既相辅相成，又相互制约。 2. 空间想象能力和空间思维能力的培养 2.1 积存表象，丰富感性认识 由于空间想象依赖于对物体表象的积累，所以培养学生的空间想象能力，首先必须丰富感性认识，让学生有更多的形体感知机会。比如，“形体表面的交线”这部分内容，对于学生来说是一个难点。形体表面的交线千变万化，仅靠模型、挂图是有限的。因此，充分利用多媒体教学设备，将大量的形体被截切后(或形体与形体相交)的三维图形有、有目的、分门别类用 CAI 课件的形式，生动、形象地展示给学生，演示每个形体形成的过程。在这个过程中，教师要善于引导，帮助学生观察、分析物体的形状特点和投影关系。然后让学生作课堂练习，教师根据学生练习情况指导学生再观看动画演示，再由学生继续完成练习。由易到难，循序渐进。除此之外，还引导学生切制泥模(切割体) ，用直观教学唤起学生的形象思维。通过一系列训练，让学生积存大量的物体表象，建立起空间概念，渐渐熟悉和掌握由二维平面想象出三维实体的思路和方法。 2.2 强化空间思维训练 上述教学方法，既能培养学生的空间想象能力， 同时也在一定的基础上把学生的思维推向逻辑思维，是培养学生空间思维能力所不可或缺的重要环节。由于学习制图的思维方法与学生中学所学课程的思维方法大相径庭，使学生感到学习困难。所以在教学过程中要强化学生的空间思维训练。 2.2.1 启发式教学，环环紧扣 机械制图的每个章节，其内容都是紧密相连的。因此，在教学过程中要注重各内容之间知识紧密性 和内在连续性，精心、巧妙地各章节之间的衔接。比如，讲授“形体表面的交线”时，把形体表面的点、线的投影与形体被截切后所产生的截交线的投影结合起来讲解。譬如把四棱柱与圆柱正交与圆柱穿方孔结合起来，以此揭示其内在的联系与区别。如图 1 和图2 所示。在图 1(a)中介绍圆柱表面点的投影和曲线 ABC 的投影。在这个例子的基础上接着讲过曲线 ABC 用一正垂面将圆柱左上部分切掉后的投影(截交线画法) ，如图 1(b)所示;其结果是:曲线的投影不变，将左视图上原有的曲线 a〃b〃c〃补画成完整的椭圆，擦去圆柱被切除部分，完成投影。又如图 2(a) ，把圆柱与四棱柱正交同圆柱中穿方孔结合起来讲，强调圆柱与四棱柱相交处的相贯线的画法与圆柱上开方孔的交线画法的相同之处，很自然的将基本体投影与形体表面的交线紧密地联系在一起，使学生了解它们之间的内在关系。这种环环紧扣的连贯性教学方法，既启发了学生的思维，又提高了讲课效率。 (a)圆柱表面点的投影 (b)曲线 ABC 的投影 图 1 圆柱表面点、线的投影 (a)圆柱与四棱柱正交 (b)圆柱中穿方孔 图2 圆柱表面的交线 2.2.2 激发兴趣，开拓思路 兴趣是学习过程中一种积极的心理倾向。学生要在学习中发挥积极性和创造性，就要对自己所学的知识产生浓厚的兴趣，才会心向神往，保持积极的学习态度。为了激发学生的兴趣，开拓思路，在整个机械制图教学过程中，对学生的空间思维能力的培养由浅入深，采用趣味性教学。在完成“形体表面的 交线”教学后，安排学生做“一题多解”题:已知物体的一个视图，构思出形体，作出其它视图，以及“穿孔”练习题。这类练习既有一定难度又有趣味性，是训练空间动态创造性思维活动的好方法。如图 3 所示。已知主视图为一个直角三 图 3 一题多解例题角形，俯视图为一个等腰三角形，其左视图至少有三个答案:三棱锥，四棱锥，半个圆锥。又如图 4 所示的“穿孔”练习，要求学生构思一个形体能最大限度地分别通过图示的三个孔，画出该形体的三视图。 图4 “穿孔”练习 “一题多解”和“穿孔”练习，大大激发学生的学习兴趣，打开思路，激活空间思维，丰富学生的想象力，是培养再造想象和创造性思维、增强读图能力的有效途径。 结束语 机械制图是工科学生的重要基础课，良好的空间想象能力和空间思维能力是学好这门课程的关键。不同的时代对空间想象能力和空间思维能力的培养有不同的途径和方法;教师要充分利用现代化设备，创造条件，精心设计每堂课、每个教学环节，紧紧围绕着教学中心内容，在有限的课时内实现培养目标。 参考文献 1马 骅.关于空间想象力与空间思维能力的培养问题，《中专制图教学文集》，1986 年 第 3 集，第 75 页。 2费琼洲.论制图教学中学生能力的培养，《价值》，2000 年增刊，第 53 页。