机械制图教学中空间想象力的应用与培养.pdf
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1、木工机床2023No.2Design and Research设计与研究机械制图教学中空间想象力的应用与培养机械制图教学中空间想象力的应用与培养*Application and cultivation of spatial imagination in mechanical drawing teaching王嘉恩曹进华(厦门大学嘉庚学院机电工程学院,福建 漳州 363105)摘要:针对机械制图课程教学中学生空间想象力差、自主学习困难等问题,文章分析了空间想象力与点、线、面空间表示的一般规律,阐述了读投影图的一般过程,提出了直线是分析想象空间形体的主要矛盾。在此基础上,提出了基于空间想象力培养的
2、机械制图课程教学改革方案,包括教育数字化、自主学习、实践教学等内容。该教学模式为教学过程中提高学生空间想象力,提升机械制图课程教学质量提供一定的参考。关键词:空间想象力;机械制图;工程图学;教学改革中图分类号:TB23文献标识码:A文章编号:1005-1937(2023)02-007-05Abstract:Aiming at the problems of students poor spatial imagination and difficulty in self-learning in the mechanical drawingcourse,this paper analyzed th
3、e general law of spatial imagination and the space expression of point,line and surface,expounded thegeneral process of reading projection drawing,and put forward that straight line is the main contradiction in analyzing and imaging thespace form.On this basis,a teaching reform plan of mechanical dr
4、awing course based on the cultivation of spatial imagination was proposed,including education digitalization,independent learning,practical teaching,etc.This teaching mode provides a certain reference for improving students spatial imagination and improving the teaching quality of mechanical drawing
5、 courses during the teaching process.Key words:spatial imagination;mechanical drawing;engineering graphics;teaching reform机械制图是机械类专业的基础必修课,是一门严谨的工程语言。在机械类专业的人才培养方案中要求毕业生应具备工程语言的应用能力,能顺利地进行专业技术领域的沟通、表达和交流。在现代工业中,机械设备的设计、制造、安装等都离不开机械图样。因此,每个与机械相关的工程技术人员都必须能够绘制和阅读机械图样1。由于机械图样是从机械零件的三维实体投射成二维视图的,因此在阅读图样
6、时,要求读图人员具有一定的形象与抽象思维能力,即能够通过表象、直感、想象等方式,将研究对象的有关信息与贮存在大脑里的概念、规律进行分析、推理与验证2,从而建构起三维空间形体。从直观的形象认识升华到抽象的概念认知,需要读图人员具有一定的空间想象力,能够搭建起形象到抽象的桥梁。然而,现今优越的生活条件以及应试教育的选拔制度,导致很多学生重理论而轻实践3,缺少必要的生活经验与技能。从教学实践来看,目前部分学生的空间想象力有减弱趋势,需要引起重视。1机械制图课程教学现状机械类专业的制图课程一般在大学一年级开设。对于刚进入大学的学生来说,他们已经习惯以课堂听课为主,课后看书做题为辅的学习模式。但机械制图
7、是一门应用性很强的课程,它与数学、物理等学科不同,解题不是通过系统的理论公式来推导而是需要生活和实践经验。如果学生空间想象力差,单纯看书面上的解答是无法理解的。本文针对该课程的特殊性,研究运用现代化的技术手段,如课件动画、教学视频、三维制图软件等辅助机械制图课程教学。在教学实践中,视频、仿真软件的演示等数字化学习资源在一定程度上可以辅助学生认识空间形体,但要提高学生的制图、读图能力,本质上需要培养学生的空间想象力。*福建省本科高校教育教学改革研究重大项目(FBJG20200211)作者简介:王嘉恩(1995),男,硕士,助教,主要从事工程图学研究。通信联系人:曹进华(1979),男,博士,副教
8、授,E-mail:7WOODWORKING MACHINERY设计与研究Design and Research2空间想象力在机械制图中的应用2.1点、线、面的空间表示空间想象力的科学培养应从生活经验着手,慢慢转化为潜意识里的常识。机械制图 课本中的内容,也是由生活经验提炼为知识的,如:一个圆球体,用任意一个平面去截切,所得到的截交线一定是圆形,这是课本中的知识。放在生活实例上,如:一个圆球体西瓜,用刀切开,所得到的切面是圆形。这里所讲到的圆形是已经在人们潜意识里建立了空间模型。因为人们在看一个圆形的切面时,往往不是正视于这个切面。在斜投影下各轴的轴向伸缩系数不同,导致圆形的直径变成了椭圆形的长
9、、短轴,这是归纳后的结论。通常情况下,人们可以通过光线反射观察物体各表面的远近判断其真实形状。所以虽然看到了椭圆形,但是人们也能想象成圆形。在阅读投影图时,就要求人们对实体结构要有充分的认识,再将这些经验规律转化成对图形的理解。三维空间形体是由若干个面封闭而成的。这些面可能是平面,也可能是曲面或平面与曲面的组合体。在三投影面体系中一般用线封闭的环来表示面。垂直于投影面的面投影会积聚成直线、垂直于投影面的直线投影会积聚成点、不同的点在同一投影面上也可能重合,称为重影点。在投影图中,面的立体原形可能是平面也可能是曲面;直线的立体原形可能是直线或曲线,也可能是平面;点的立体原形可能是一个点或重影点,
10、也可能是直线。所以,在读图时需要综合考虑多个视图,明晰图纸上各点、线、面图形的实际意义4。在分析投影图时应注重分析直线的特殊意义:一个平面在某一投影面上的投影是平面,而在另一投影面上的投影有可能就积聚成直线;同理,一条直线在某一投影面上的投影是直线,而在另一投影面上的投影有可能就积聚成点。所以,在分析投影图想象空间形体时,要抓住直线这一主要矛盾。它的空间方向姿态是想象空间形体的关键,是空间想象力的重要组成部分,称之为空间定向能力5。如图1所示采用长方体的图线来辅助想象与表示直线的空间方向。图中长方体的棱线AB、AC、AD分别表示侧垂线、铅垂线、正垂线;长方体的面对角线AE、AF、AGABHGE
11、FDC图图1 1直线的空间方向表示模型直线的空间方向表示模型分别表示正平线、水平线、侧平线;长方体的体对角线AH表示一般位置直线。基于图1的模型,可以在脑海中建构任意空间直线的方向。在读投影图时,由封闭的线确定一个面,也可以由某一条线对应找出某一个面。同理,也可以由线找点,由点反求线,再连线成面,判断面的合理性。所以,在想象空间形体时,投影图上的点、线、面并不是单一的个体,而是具有统一性。只要解决了直线的空间定向问题,其他的点、面投影问题就会迎刃而解,投影图也会立马跃然纸上。2.2投影图的空间构型“想象”是人们主观能动性的高度表现,虽不是一种严谨的思考方式,但却为进行严谨的推理提供重要思路。在
12、读投影图时,在已有信息的基础上,人们可以从某一条特殊的直线入手,通过合理的想象进行分析,结合其他图线推理其空间方向,然后通过不断的修改、验证、完善,最后推理想象出该空间形体。如图2所示,这是一种机械制图中常用来练习和测试的题型。已知某一空间形体的两个投影图,求画第三个投影图(为方便描述与推理,图中各点均标注了字母,且主、俯视图各点字母没有对应关系)。abcfedghilkjonpm图图2 2投影图投影图“知二求三知二求三”题型题型8木工机床2023No.2Design and Research设计与研究如上图所示,通过初步分析可以将该空间形体分为左右两部分。依照上述关于直线主要矛盾的理论,左边
13、部分的主视图中,直线ae为斜线,最为特殊。现在有两种可能性:1)直线ae为空间直线AE的投影(从俯视图观察,排除空间曲线的投影);2)直线ae为空间正垂面的投影。根据点的投影性质,点a可能是点g、o、n、l的重影点,点e可能是点h、p、m、k的重影点。从俯视图分析,该空间形体的左边部分是前后对称结构,又因为直线ae为实线,所以先考虑点a与点g、o的对应关系,点e与点h、p的对应关系。首先,分析直线ae为空间直线AE的投影。若直线gh是直线ae的俯视图,则该空间直线是一条正平线,且该正平线不在某一正垂面上,根据图1的模型,即得到如图3所示的两种可能性结构。考虑到俯视图中直线oh的位置,故排除图3
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