空间思维与制图教学

刘 佳

（西安科技大学理学院，陕西 西安 710054）

空间思维与制图教学

刘 佳

（西安科技大学理学院，陕西 西安 710054）

论述了空间思维的基本概念，指出了空间思维与形象思维的联系与区别。通过分析空间思维的两个基本特性，指出在制图教学中应针对空间思维的特性，设计有针对性的训练题目来培养和提高学生的空间思维能力。计算机三维绘图软件的引入也会促进学生空间思维能力的提高。总之，培养学生的空间思维能力，既要加强制图实践训练，又要有正确思维方法的引导。

形象思维；空间思维；制图教学

空间思维能力是工程设计制图中的基本能力之一。画法几何与工程制图作为工科大学生的重要的技术基础课程，历来把培养空间思维能力作为课程教学的主要任务之一。多年来，不少制图教师对此问题进行了深入的研究，有运用专著的论述[1]，也有论文的论述[2-4]，更有教师在教学中挖掘出工程图形的美[5]，这无疑给制图教学增添了艺术的感染力。文章试图从空间思维的哲学范畴探讨制图教学的规律，从不同角度阐述如何提高学生的空间思维能力。

1 关于空间思维

1.1 空间思维的概念

提出空间思维的概念问题，是因为不少文章将空间思维与形象思维混为一谈，提出“形象思维就是空间思维”，“制图课要培养形象思维能力”等等。而在一些教材和“教学基本要求”中提法不一，有的讲“培养空间思维能力是课程教学的主要任务之一”；有的则提出要“培养形象思维能力”、“培养空间形象思维能力”等等。虽然空间思维与形象思维的内涵有一些相同之处，但在概念上是有一定区别的。

形象思维是人脑对客观事物或现象的具体外观或特点的反映，其思维形式主要有：表象、联想和想象。

工程制图中的空间思维是大脑对物体或几何元素的空间属性（形状、位置）的直接或间接的反映。这种空间思维源于形象思维，又与抽象思维密切相关，有其自身的特性。

严格地说，空间思维属于形象思维的范畴，是形象思维的一种表现。因此，表象、联想和想象也是空间思维的主要思维形式。但是，形象思维包含的内容更为广泛，所处理的形象可以是二维形象，也可以是三维形象，并且带有特征和色彩成分。而空间思维则主要在三维空间展开，重在几何形状的构建，一般并不特别关注思维对象的色彩及表面特征。因此，在实际工作中，有人擅长做平面设计，有较强的形象思维能力，但是却并不一定适合做三维设计。

1.2 对空间思维的几点认识

根据空间思维的思维对象、材料来源及思维过程，总结出以下几点认识：

1） 空间思维中的“表象”不是对物体形象的简单反映，而是对物体特征做出概括。在空间思维过程中，也主要是对空间轮廓及相关几何要素进行思维变换。在测绘实践中，这种对轮廓特征的概括和整体把握能力就是观察力，它是培养空间思维能力的基础训练。

2） 空间思维的材料可以是来自外界的感性材料，也可以是由大脑产生的理性材料。在设计实践中，更多的运用理性材料。由观察得到的感性材料经思维加工，可以转化为理性材料。感性材料的积累，有助于理性材料的产生。读图时的联想和想象，主要是调用理性材料进行。这些理性材料主要是由实物抽象出的几何模型及与模型对应的投影图。

3） 空间思维常常需要抽象思维的引导，与抽象思维交替进行，才能达到思维的最终目标。空间思维进行的同时，常常伴随着一些分析、判断与归纳、概括，这正是抽象思维在发挥作用。工程实践中的空间思维主要是在三维空间进行，但思维的结果通常要通过二维图形表达在图纸上，这样就需要进行空间转换。这种转换遵循一定的逻辑关系，需要借助抽象思维及专门的知识和规则来进行，因而需要通过学习和培养才能掌握。

1.3 空间思维的两个重要特性

1.3.1 分散性

与抽象思维的逻辑性相比较，空间思维更多的表现为分散、孤立的特性，本身规律性不强。因此，为了使空间思维有效地进行，抽象思维中的分析、判断必不可缺，只有这样，才能使发散的思维得到收敛。

1.3.2 创造性

“想象”是空间思维的最高形式，是拥有创造力的表现。爱因斯坦对人类的“想象力”给以高度的评价，认为它是“知识进化的源泉”，是“科学研究中的实在因素”。在工程设计中，人们通过想象，构造出新的结构、新的形状，这就是一种创造。

设计的灵魂是创新。工程实践中的创新表现在多个方面，有结构、形状方面的，有工艺方面的，有材料方面的，等等。各种不同的创新，都需要创新的意识和创新的能力，而这两者都需要在实践中培养。在制图教学中，加强空间想象力的培养，有助于提高学生的创新能力。教学中应注意从单纯的几何解题中走出来，将这种空间思维能力与设计实践相结合，培养学生的工程意识，激发学生创新的兴趣，这对于培养创造型人才具有重要意义。

2 培养学生空间思维能力的方法

2.1 注意区别“形象”与“形状”的不同

物体的形象既包含有它的表面特征信息，如：材质、色彩、光泽特性等等，是一种综合的视觉感官反映。

物体的形状则是一种几何概念，它仅包含物体的空间信息，它是物体剔除表面特征之后的空间概念，是物体形象的提炼。

在教学实践中，学生根据轴测图画三视图与根据实物画三视图的感觉是不一样的。前者突出了“形状”，而后者则是完整的“形象”。注意到这种差别，在采用直观教具进行画图训练时，应加以区别选择，以取得最佳教学效果。在课程前段投影制图部分，制图课通过使用简化细节、舍弃表面特征的几何模型，引导学生进行“形状”与“投影”的转换，有利于学生在头脑中顺利搭起空间框架，加快空间思维能力和投影能力的培养；而在后面机械图部分，则通过零部件测绘，引导学生由“真实形象”向理性形象——“视图”转换，以培养学生的实际制图表达能力和工程意识。

2.2 强调发散思维的收敛

空间思维的分散性使一些制图课程的初学者感到困惑。在一些教材和教师的指导中，常常提到“多看、多画、多想”。“三多”是必要的，但盲目的“三多”却是低效的。实际上，在进行空间思维时，学会分析是非常重要的。正确的分析方法，可以使空间思维有序地进行下去，并最终获得正确的结果。应当引导学生掌握空间分析中的逻辑关系，学会基本的分析方法。

图1 创新思维训练

例如线面分析法在识读组合体视图中占有相当重要的地位，是形体分析法的重要辅助方法，特别适用于切割式结合体。重在培养学生的空间思维能力，提高学生的图示能力，识读能力以及图解能力。在教学方法上，应充分体现教师的主导作用，同时注重诱导启发学生积极思维，激发学生的主观能动性，从而掌握正确分析的方法，在头脑中从基本视图勾画出空间形状。

2.3 创新能力的培养

制图教学在培养空间想象力方面可以发挥突出的作用。画法几何中解题时的空间分析、读图时物体形状的构思，都是很好的空间思维的训练。但是，传统的制图训练答案唯一，强调投影表达，远离设计，限制了学生创新意识和创新能力的培养，甚至会养成一种“画死图”的习惯，在教学改革中应加以重视和改进。

在三视图的训练中，根据两个视图构思不同形体并完成第3个视图的题目能很好的培养学生的创新意识和创新能力。例如，图1所示，根据给定两个视图，构思不同形体[6]。图2只给定了一个视图，学生构思出的形体不仅多样，而且融入了自己的设计理念[7]。

图2 创新思维训练

2.4 利用计算机辅助教学

充分发挥计算机辅助教学的优势。AutoCAD软件，具有丰富的视图生成能力，能自动将三维的零件模型与部件装配模型转换成二维工程图。这些功能对培养和提高学生空间思维能力大有帮助。传统的制图技巧与现代的CAD技术相结合，不但开阔了学生的视野、打开了学生的思维和想象空间、激发了学生的求知欲和学习兴趣、提高了教学效果，而且还为学生将来走出校门实际接触这方面的工作打下了一定的基础。因此，制图课的CAD教学，不仅仅是教学形式上的更新，更主要的还是通过此方式，能引导学生积极地思考，并开拓其思维想象空间，这对增强学生的空间想象力是非常有益的。

其它三维绘图软件(如SolidWorks，3DMAX)的引入无疑会对学生的空间思维能力的提高起到很好的促进作用[8-10]。

3 结 论

空间思维源于形象思维，是形象思维的一种具体表现。

空间思维能力是制图教学中重点培养的思维能力。

培养空间思维能力，需要加强制图实践训练和正确思维方法的引导。

[1]Fauconnier G. Mental space：aspects of meaning construction in natural language [M]. The MIT Press,1985.

[2]李鸿斌, 农莉云. 论制图课教学与形象思维能力培养[M]. 北京：机械工业出版社, 2000：90-92.

[3]熊志勇, 罗志成, 陈锦昌, 等. 基于创新性构型设计的工程图学教学体系研究[J]. 图学学报, 2012, 33(2)：108-112.

[4]林 宏, 张 彤, 樊红丽, 等. 工程图学学科思维训练的研究与实践[J]. 工程图学学报, 2000, 21(4)：100-103.

[5]雷菊珍. 《机械制图》教学中的美学理念及其应用[J].工程图学学报, 2007, 28(5)：168-171.

[6]李 勇, 谢 勇, 尉朝闻. 工程制图[M]. 西安：陕西科学技术出版社, 2001：93.

[7]尉朝闻, 刘金瑄, 刘 佳. 工程图学简明教程习题集[M]. 西安：西安电子科技大学出版社, 2007：33.

[8]林清夫. 引入三维几何建模的工程图学教学模式分析与比较[J]. 工程图学学报, 2006, 27(4)：148-152.

[9]江 洪, 吉维峰. 运用三维绘图软件 SolidWorks 改革工程图学教学的实践[J]. 工程图学学报, 2004,25(1)：109-113.

[10]王 静, 刘 炀, 孟冠军, 等. 融合式引入三维几何建模的教学研究与实践[J]. 工程图学学报, 2011,32(6)：66-70.

Spatial Thinking and Drawing Teaching

Liu Jia
( Xi’an University of Science and Technology, School of Science, Xi’an Shaanxi 710054, China )

The basic concept of spatial thinking is discussed, and the connection and differences between spatial thinking and imagery thinking are showed. The two basic features of spatial thinking are analyzed. It is pointed out that targeted training topics should be designed for developing and improving the students’ spatial thinking ability in drawing teaching according to the characteristics of spatial thinking. Meanwhile, the introduction of 3D graphics software can also promote the improvement of students' space thinking ability. In a word, to cultivate the students' space thinking ability must both strengthen the drawing practice training and guide them through the correct method of thinking.

spatial thinking; imagery thinking; drawing teaching

TB 23

A

2095-302X (2013)04-0146-04

2012-11-19；定稿日期：2013-01-16

刘 佳（1971-），女，河北阜城人，讲师，硕士，主要研究方向为高等教育、图像处理。E-mail：liujia.168@163.com