机械制图教学内容的程序化创新设计研究

2010-01-01杜振华陈国民秦玉芳唐永勇

图学学报 2010年2期

杜振华，陈国民，冯剑，秦玉芳，唐永勇

（后勤工程学院，重庆 400016）

“机械制图”课程在其开篇绪论中就明确指出，本课程的主要任务是培养学生的形象思维能力和空间想象力。正是因为有这一明确要求，“机械制图”课程在传统教学的各个环节上历来都非常重视形象思维的培养。表现在教材中，所有《机械制图》教材，可以说是图文并茂，即在教材中有大量的插图，这些插图中，有相当一部分是帮助学生提高形象思维用的立体插图；在教学中，教师还会经常使用些实体模型、挂图、幻灯片等教学用品，借助这些用品的展示，来培养学生的形象思维能力和空间想象力。在现代多媒体教学中，人们仍然沿着这一思维模式，继续强化形象思维的培养。按道理说，运用多媒体教学手段，借助丰富的信息素材，如图片、虚拟模型、动画等，生动、形象地展示教学内容，学生学习这门课的效果与以往相比会有一个明显的提高。然而，这几年的教学发现，情况并非如此，这说明制约学生学好这门课的因素并非只是提高空间想象力和形象思维能力。

1 教学中的思维方式探讨

在生活中，我们每时每刻都离不开思维，我们用它学习知识、解决问题，用它探索新知、创造未来。那么，什么是思维呢？思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，它反映的是事物的本质和事物间规律性的联系。思维同感知觉一样是人脑对客观现实的反映。感知觉所反映的是事物的个别属性、个别事物及其外部的特征和联系，属于感性认识；而思维所反映的是一类事物共同的、本质的属性和事物间内在的、必然的联系，属于理性认识。

思维可以从不同的角度进行分类，但逻辑思维（抽象思维）和形象思维是人类理性认识中的两种最基本的思维方式，分别由人体大脑的左、右半脑控制。逻辑思维是人们在认识过程中借助于概念、判断、推理反映现实的过程。它是用科学的抽象概念、范畴揭示事物的本质，表达认识现实的结果。逻辑思维是一种确定的，而不是模棱两可的；前后一贯的，而不是自相矛盾的；有条理、有根据的思维。在逻辑思维中，要用到概念、判断、推理等思维形式和比较、分析、综合、抽象、概括等方法，而掌握和运用这些思维形式和方法的程度，就是逻辑思维的能力。与逻辑思维不同，形象思维则以表象为形象材料，通过对表象的分解、组合、类比、联想、想象等加工，形成新的概念和判断。表象是在事物的形象（如形状、结构、位置等）。表象是可以被加工操作的，形象思维过程就是表象运动、加工的过程，这个过程具有形象性、整体性、概括性、跳跃性、情绪性和方向的不确定性等特点[1]。

从以上概念来看，逻辑思维通过抽象的概念揭示事物的本质，而形象思维则通过生动的形象反映事物的本质。但两者并不是对立的，这是因为，逻辑思维的过程离不开形象材料，而形象思维也离不开逻辑思维的分析、综合、判断、推理。可见，在整个思维过程中，两者相互交织，你中有我，我中有你，优势互补，相得益彰。同时，逻辑思维和形象思维在思维过程起着不同的作用，逻辑思维有条理，有根据，环环相扣，对整个思维活动起引导和牵引作用，主要解决思维过程中的方向性问题。形象思维则是整个思维链条上的每个环节、每个节点，是思维的重点。

那么，学生学习制图课的正确思维方式应该是以逻辑思维为牵引、为主线，以形象思维为主体、为重点，通过两者的有机结合来完成。然而，绝大部分学生的思维方式并非如此。据研究，每个人从一出生开始，对事物的认知是偏重于形象，比如婴儿喜欢各种形象性的玩具和图画，就是因为婴儿头脑中没有多少抽象的概念，而且他们确实对各种形象事物比较容易认识和接受。但在以后的学习和生活当中，外界开始向他们大量灌输各种抽象思维的概念，而形象思维的内容越来越少，这才使控制抽象思维的左脑逐渐被激活，而控制形象思维的右脑却逐渐进入“休眠”状态，个体的思维形态也由以形象思维为主向抽象思维为主转化[2]。

也就是说，学习“机械制图”课学生的思维情况是：逻辑思维强而形象思维差，而我们在“机械制图”课的教学中又一味强调形象思维，过分弱化逻辑思维，这种单一的思维方式使学生在学习中，逻辑思维强的优势发挥不出来，形象思维差的一面又一时无法提高，同时，过分弱化逻辑思维，也极大地牵制着形象思维能力的提高。因此，许多学生的想象过程非常无序，就像无头的苍蝇，想象的结果也是由大概、可能、好像等这样的感知觉得出的，我想这就是长期以来造成学生学习“机械制图”课程难的根本原因所在。

从以上看出，无论在学生学上，还是在教师教上，其思维方式都是有问题的。按照正确的思维方式，应该在“机械制图”课的教学中，一方面要加大提高学生形象思维的力度，另一方面又要强调逻辑思维的引导和牵引作用，两手都要硬。具体来讲，在课堂教学中，通过多媒体课堂教学和网络课程等现代教学手段来丰富学生大脑中的形象思维素材，提高他们的形象思维能力；在教学内容上，强调逻辑思维的完整性，如作图的方法步骤、图形分析的过程等，并对其进行程序化设计，使人一看就一目了然。

2 制图课内容的程序化创新设计

由于该课程长期以来都不太重视逻辑思维，因此，下面就以读组合体视图的方法为例，来研究如何通过对教学内容进行程序化改造而强调逻辑思维。

读组合体视图的方法有形体分析法和线面分析法。同济大学《机械制图》第五版中，形体分析法的定义是：在反映形体特征比较明显的主视图上先按线框将组合体划分成几个部分，即几个基本体，然后通过投影关系找到个线框所表示的部分在其它视图中的投影，从而分析各部分的形状以及它们之间的相对位置，最后综合起来想象组合体的整体形状；线面分析法的定义是：在形体分析的基础上，对不易读懂的部分，常用线和面的投影特性来帮助分析物体各部分的形状和相对位置，从而想象出物体的整体形状[3]。其它教材中的定义也基本雷同。从定义来看，这两个读图方法有以下几个逻辑方面的问题。① 组合体的组合形式有叠加型、切割型和综合型（既有叠加，又有切割）3 种，按逻辑关系来说，读图方法与组合体的组合形式一一对应，但形体分析法和线面分析法却没有这样的对应关系；② 从以上定义中看出，对组合体进行形体分析时，无论组合体是叠加型还是切割型，都以形体分析法为主，线面分析法为辅。那么，切割型组合体如何分解成几个部分？③ 由于定义过于简略，对组合体的形体如何分析，从定义无法得知。如线面分析法应分析哪些内容，分几步进行分析，如何分析等。

为了将读组合体视图方法中的逻辑关系反映出来，我们对该项内容进行了程序化创新设计，具体如图1 所示。

读组合体视图方法的程序化创新设计有以下创新点：

（1）通过程序化创新设计，将读图的方法有形体分析法和线面分析法改为叠加型组合体分析法和切割型组合体分析法，这样改的好处是能与组合体的组合形式一一对应，只要知道组合体的组合形式就知道用哪一个方法进行分析。

（2）通过程序化创新设计，叠加型组合体分析法和切割型组合体分析法的分析过程都为四步，每一步分析哪些内容，怎么分析，如何想象等都有具体的规定，从而使分析方法的可操作性大大提高。如叠加型组合体分析法的第一步是将叠加型组合体分解成若干个基本体，怎么分解？按一框一体的原则分解。

（3）通过程序化创新设计，读组合体视图方法中的整个逻辑过程非常清晰，一目了然，学生看后，就知道该怎么做。

（4）通过程序化创新设计，组合体的作图过程也一目了然，分四步，即：第一步是判别组合体的组合形式；第二步是对组合体进行形体分析；第三步是想象组合体的立体形状；第四步是完成组合体的三视图。

图1 读组合体视图方法的程序化创新设计

读组合体视图方法的程序化创新设计有以下创新点：

（3）通过程序化创新设计，读组合体视图方法中的整个逻辑过程非常清晰，一目了然，学生看后，就知道该怎么做。

3 应用举例

3.1 叠加型组合体形体分析法

以下面组合体的两视图（见图2）为例，读懂后想象出该组合体形状，并完成其左视图。

图2 组合体两视图

作图过程：

（1）根据所给组合体的两视图可以看出，该组合体为叠加型组合体。

（2）按叠加型组合体分析法对该组合体进行分析：

1）按一框一体的原则分解组合体。

从下面图3 的左图中可以看出，主视图中有4 个线框，但左图中左下角的线框长对正下去，却没有线框与之对应，而是一条线，这说明这个线框并不代表一体，应用包含该线框的更大线框代替。根据以上分析，该组合体可分解为3 个基本体，如图3 所示。

乳腺肉瘤的发病原因不是很清楚，有学者认为可能与性激素的紊乱及妊娠有一定关系[4]。也有研究认为与乳腺纤维腺瘤相关[5]。Huang等报道放疗增加乳腺肉瘤的发生率[6]。本病没有明显的家族遗传性。乳腺肉瘤多发生于女性，男性较为罕见。其发病年龄较乳腺癌早，多在25～50岁。双侧乳腺均可出现乳腺肉瘤，以单侧乳腺外上象限多见，肿块主要特点为无痛、可活动、迅速生长，这与乳腺癌不同，并且不伴有乳头溢液，很少侵及局部皮肤。其转移途径主要为血行转移，淋巴转移少见。