如何培养学生的空间思维和空间想象能力

【专家解说】：浙江义乌市城镇职业技术学校 王富强 制图是机械类通用工种的一门重要技术基础课，它通过一组图形来表达设计意图，是工业生产中的重要技术文件，也是对外进行技术交流的重要工具，每个工程技术人员和技术工人都必须掌握好这种技术“语言”。对于现在中专、技校、职业高中等中等专业学校来说，主要是将学生培养成各种初、中级技术工人，要求他们能熟练地识读有关机械图样，又具有一定的绘图能力。而识读图样必须使学生具有较好的空间思维能力和空间想象能力。 《机械制图》这门课通常是学习机械类专业的第一门专业课程，同时也是一门实践性非常强的学科。一方面，由于学生专业实践知识方面的匮乏甚至空白，对技能操作，结构工艺知识缺乏感性认识，自然谈不上空间思维能力与想象能力的提高。另一方面，由于机械制图课程的空间思维特征与其他课程的思维特征具有极大的差异，对于初中毕业进入职高的学生，数学知识普遍欠缺，数学思维的发展仍处在较低水平，空间想象能力和空间思维能力较差。任课教师往往在分析一个稍微复杂的图形时，有的同学可能一点即通，有的同学任凭老师如何分析讲解，如果没有直观教具就是想不清楚图形的形体结构，不知该如何下手。久而久之，学生会因为经常进入不了“角色”而认为制图太难，因为感到太难而不去想，因为不去想而学不好，从而对制图课产生厌烦情绪，视《机械制图》为天书，失去继续学习的兴趣，同时也会影响其他专业课程的学习。 一、以传统教学手段为主，由易到难，循序渐进，化繁为简 由于职校生的空间思维能力和空间想象能力普遍较差，应在制图教学开始的进程中较多的采用直观教学法，由易到难，合理利用实物或教具的演示，不断丰富学生表象认识以拓展想象力，增强学生的感性认识，吸引学生注意力，帮助学生建立空间思维框架，引导学生进行仔细观察分析，领悟图与物之间的转换关系，进而认识平面与立体的转换关系，让学生对几何元素、基本形体投影的规律、空间形体与其平面投影图之间对应关系等内容熟练掌握;再按照空间与平面的内在关系进行严格的逻辑思维，循序渐进，逐步提高他们的空间思维能力与空间想象能力。 当学生的空间概念逐步建立起来以后，在教学中应减少直观教具的应用，防止学生有依赖心理。而应按形象--抽象--形象的心理活动规律来安排教学，将学生由直观唤起的形象思维推向逻辑思维。这时，可适当增加授课内容的难度。 所谓“化繁为简”，就是将复杂图形尽可能分解成简单图形，然后分析其投影关系，将简单图形的各个投影进行“局部组合”，着重分析图形结合部的线条并进行线条可见性判断的一种方法。通过这种方法，可以将学生不容易想明白的图形进行启发、引导，以逐步加强他们空间想象能力和空间思维能力 。下面举例说明: 例1:在圆柱的截割中，单一平面切割圆柱有三种方式，这三种方式图形都比较简单。可图A所示的根据主视图、左视图来补画俯视图虽然看似简单，但很多学生一拿到题目却感到无从下手，这时可引导学生通过分析主、左视图，将图A分解成两个图形(图B、图C)进行分析。图B与图C都属于非常简单的圆柱的切割，可以很快作出它们的俯视图，然后根据图B与图C的俯视图，就很容易“组合”出图A的俯视图。 例2:在画半剖视图中，很多学生不习惯将一些线条只画出一半，往往搞不清楚什么线条该保留，什么线条可以省略。遇到这种情况，我们可以先要学生根据图1、图2作出主视图的全剖视图(图3)，然后以中心点划线为界，在主视图的全剖视图与基本视图中各取一半，“组合”成半剖视图(图4)，最后将已表达清楚的内部结构的虚线省略。 可见，将复杂图形简单化处理虽然走了一些“弯路”，多了一些步骤，但可以为学生尤其是空间思维能力和空间想象能力不好的学生提供一种分析问题解决问题的方法，在实际教学过程中可以获得较好的效果。 二、充分发挥现代教育技术的优势 传统的制图教学模式是:教师--模型和挂图--学生。对于以图形教学为特点的制图课程来说，模型和挂图的演示对提高学生的空间思维能力确实取得了明显的效果，但这种模式也存在许多不足:①挂图只能反映结果，不能表达过程的变化，难以完全满足教学的要求。②若用板演，边讲边画的效果虽好，但时效性差，不适合目前课时改革需要。③挂图与模型难于携带、保存，数量又受条件限制。此外传统教学模式显得较为单调，不易激发学生兴趣，对于日新月异的科技与经济发展来说已显得滞后又呆板，对培养和提高学生的素质很不适应。因此采用多媒体课件(CAI)来辅助教学能很好地弥补这些不足。 多媒体课件就是利用计算机把包含图、文、声、像等各种信息的教学内容以联想的方式有机地集成，使学习者通过程序界面完成一系列人机交互操作，以实现自己的学习目的。它的应用是现代教育技术的重要内容，是实现现代教育思想的重要手段，通过它可以明显地促进教学效果和教学质量的提高，可以用较短的时间讲清楚以前用较长时间来讲授的空间问题，提高了教学效率，也促进学生的空间思维能力和空间想象能力的提高。下面举例说明: 例2:在装配图这章内容中，当需要表达本部件与相邻部件间的装配关系时，是用双点划线假想画出相邻部件的轮廓线，在需要表示某些零件运动范围和极限位置时，也只是用双点划线假想画出，显得非常的不直观，不生动，缺乏想象力而又没看过实物的学生较难以明白，这时通过Inventor或CAXA实体设计等软件可以做出构件的动态效果，能快速帮助学生进行分析理解。 多媒体课件利用图形演示可以使许多抽象和难以理解的内容变得生动有趣，把复杂的事物简化，把时间的过程缩短，把空间的距离接近，把微观的事物放大。在教学过程中不但能给出结论，还能演示变化的过程，使那些原来花费许多课时仍然讲不清楚的知识变得一目了然。多媒体视听教育技术能为教师提供形象的表达工具，为学生提供逼真的虚拟现实环境，常常使人感觉身临其境。尤其是通过多媒体课件，使静态-→动静态的结合过程突破传统教学中的难点，对学生的空间思维能力和空间想象能力有很大的促进作用，常能收到事半功倍的作用，使传统教育方式发生了令人耳目一新的彻底变革。 总之，空间思维能力和空间想象能力的培养与提高是一个较为艰苦和漫长的过程，教师应根据教材内容、学生的实际情况和现有资源条件，把现代化的教学手段之长用于传统教学模式之中，取一方之长，补另一方之短，达到优势互补，从而优化教学，提高教学质量，以适应新时期社会对现代技术工人的要求。