——《机械制图》课程中空间想象能力的培养
安徽电气工程学校 周 献 强
培养空间想象能力是《机械制图》课程重要的教学目的之一。在当前紧缩课程学时的情况下，既要提高空间想象力的训练强度，缩短训练周期；又要不脱离学生空间想象力的基础和实际。下面根据心理学的原理结合教学实际谈几点看法。
（一）
“想象”不是简单地再现以往已经感知过的形象，而是在人脑中对已有表象进行加工改造而创造新形象的过程。这里所说的“空间想象”是指工程技术领域对空间形体或几何元素的形状、大小、方位、深度（立体和距离）、运动轨迹等的想象。
在阅读和绘制工程图样的过程中，人们进行着复杂的空间想象的心理活动。读图时，人们根据图纸中视图、尺寸和其他符号、文字，对物体形状、大小的描述和示意，想象物体的空间形象，这是再造想象。设计绘制新产品图纸时，人们对已有的表象进行选择、加工、改造，独立地创造出新的形象，这是创造想象。
“表象”是感知留在人们大脑中的形象，表象通常仅仅是物体的大体轮廓和一些主要特征，没有直接感知时所得到的形象那样清晰鲜明，那样完整和稳定，常常需要借助于图、语言、文字、模型等来反映和表述。其中，图示法比语言文字所述的形象更加直观，又比制作模型简便。
人们的空间想象力是随着人们空间知觉（包括形状知觉、大小知觉、方位知觉和深度知觉）的发展而不断提高的。它有一个从幼稚到成熟的过程。而作为空间想象借助工具之一的图示法，为了适应人们反映和表述自己空间想象的需要，而不断创造和不断完善。儿童和青少年空间想象力的发展和图示法的运用大体上有这样的过程：
幼儿的空间观念很弱，三岁才能辨别上下方位。在空间想象的幼稚阶段，他们仅能简单地（用一种单面正投影法）表现单个空间物体的形状特征。
儿童一般要到八岁左右，才能较好地掌握上下、前后、左右三度空间的方位。在空间想象的初级阶段，他们常常试图（用单面组合正投影法）进一步表现空间物体的空间方位，特别是前后方位。随着青少年的深度知觉迅速发展，他们已能较准确地估计距离、比例和掌握立体特性。在空降想象的发展阶段，他们开始习惯于用能看到物体深度的轴测投影图来表现物体的立体情况。
空间想象的成熟阶段，有的进一步用透视图来表现空间物体的视觉真实；有的进一步用多面组合正投影图来表现物体的集合真实。
从以上简单分析可以看出，人们运用的各种图示法是与人们的空间想象力的发展水平相关联的。图示法以空间想象为基础，多面组合正投影的学习，必须建立在青少年空间方位知觉和深度知觉及其想象发展的基础上。同时，实践证明，在学习运用各种图示法的过程中，大大促进和提高了人们的空间想象力。幼儿园、中小学开设的图画课、高中开设的立体几何课、大中专开设的画法几何及机械制图课等是学习各种图示法的主要课程。我们在教学中发现机械制图成绩优异的学生大都具有一定空间想象力的基础，其中多数是图画爱好者。通过多面组合正投影的教学，培养空间想象力的效果更为明显。因而培养学生的空间想象能力是制图课程主要教学目的之一。
（二）
如前所述，学生学习图示法的过程是由单面正投影→单面组合正投影→轴测投影。在此基础上学习多面组合正投影。学生由幼儿园→小学→中学，在图画课和立体几何课中已具有一定空间想象力的基础，而且已经形成对空间立体的观察习惯—以能见到物体长、宽、高三度的视角来观察物体。因而形成物体的表象就是观察时感知的形象。并习惯于以这种形象的表象来进行空间想象。图示的形象与感知和想象的形象是一致的。而绘制和阅读工程图样时，其想象过程比其他图示法复杂得多。其特点主要是：1、由于所想象的空间物体结构复杂，形象的几何性强，因而，离开图闭上眼睛，不可能在头脑中构成显明、完整和稳定的形象（只可能是不太复杂的或者是局部的瞬间的形象）。它更需要借助于“图”来反映和表述。在读图和绘图过程中，需要边看边想，边想边看；或者边画边想，边想边画。使想象的形象逐步具体、完善、清晰起来。2、多面组合正投影图，图线的“集聚性”和图形组合方式使这种图形与人们直接感知的形象以及记忆表象不大一样。它必须先运用形象思维和抽象思维（分析、比较、假设、推理、判断），根据投影规律来分辨图线和图框的空间意义，分辨形体表面性质、组合关系、相对位置……。因此想象过程中，有活跃的思维活动，特别是有抽象思维的参与。
在阅读和绘制工程图时，人们这样来解决图（多面组合正投影图上的图形）与形（人们储存在大脑中的表象）不一致性和想象形象的不稳定性的。一是“图形转换”。采用图物对照或画立体图将有集聚性图线的图形转换成与人们记忆表象相一致的形象。一般来说这适合于学习多面组合正投影图的初期或者在某些局部结构十分复杂不易想象的情况下，用来验证想象的结果。另一种方式是以某一视图为基图（当然首先是主视图，但在读图和画图过程中也常常以其它视图为基图）以其它视图为补充，在形体分析和线面分析的过程中逐步在头脑中构成物体的空间形象。与纸平面平行或倾斜的那些立体表面的形象是具体而稳定的，而与纸平面垂直的那些面的形象以及空间深度则是瞬间的。基图是想象形象的基础，其他试图在某种程度上已成为进行思维的符号和“词”。如前、后，凸、凹，正、斜，垂直，平行等。这一种不离开图，不需转换为立体图的想象方式，可称为“基图想象”，这是本课程最终要求形成的想象方式。
在机械制图教学过程中，通常采用下列两种传统的方法来训练学生的空间相象力。1、根据模型画三视图，根据三视图做模型以及根据立体图画三视图，根据三视图画立体图。这种方法一方面对于很少接触机件的学生，用实物和立体图可以丰富他们的表象存储。因为想象的基本材料是表象，丰富的表象存储是培养空间想象力的首要条件。另一方面，对于开始接触多面组合正投影图的学生，用图物对照，立体图与三视图转换的方法使他们理解这种新的图示法的图示意义。然而，这种训练方法的训练强度较弱，培养周期较长。2、根据给定的两个视图补第三视图。在练习过程中空间想象的心理活动非常活跃，因而训练强度大，对培养学生空间想象能力来说十分有效。但是这种训练方法对基础较差的学生困难较大。因为补投影过程中除了要读懂所给定的视图，想象它的形象外，还得再将所想象的那个不稳定、不明显的形象再假设从另一视角描绘出来。特别是学生在没有熟练掌握投影规律和“基图”想象方式的情况下，如果做比较复杂和不常见形体的题目时，常常形成难点集中。
（三）
在学习多面组合正投影过程中，除了上面所列举的两种传统训练方法外，“面上取点”法应当得到重视和加强。
首先“面上取点”是现代各种图示法是否具有“一义性”或者“确定性”的检验标准。如在多面组合正投影图上平面立体可以用它的棱线的投影来图示，回转体可以用它的回转轴线和轮廓线的投影来图示，扭曲面可以用导线和素线的投影来图示……都是因为根据该表面上点的一个投影能够求得它的其他投影。轴测投影图、透视图、和标高图也都具有“确定性”。其次“面上取点”是由图物对照、三视图与立体图相互转换向“二补三”过渡的较适当的训练方法。它比前者更符合人们在多面组合正投影图上进行想象的规律和过程。训练强度也比前者大。它比后者更符合初学者由简到繁、由低级到高级的想象力的发展水平。比“二补三”要求单纯、集中，训练强度比后者小。第三，“面上取点”是“线面分析”的基本训练题型。我国目前的大部分教材中都列入了“线面分析”的内容，这是图学理论上的新发展，有必要进一步理论化和系统化。学生以点的投影，直线上的点，平面上的点和直线，平面立体表面上的点，回转体表面上的点，组合体表面上的点，直到零件表面上的点和装配体表面上的点，都可以用“面上取点”进行线面分析和空间想象。从而循序渐进地增强空间想象力。而且这种练习的想象方式正是我们所要求的“基图想象”。在“面上取点”习题的作图过程中，不断地选用给定点的投影为“基图”，其他投影作补充，对空间形体的一些面的形、位、凹、凸、前、后、平、曲、正、斜等进行分析、比较、假设、判断，同时想象出他们的空间形象，在此基础上通过作图规律，求出点的其他投影，并判断其各个投影的可见性。这种从简到繁、从单一形体到组合形体的练习方法能比较容易地建立起“基图想象”的习惯。
培养创造想象能力是当前培养创造性人才的迫切需要。据此，教学中增加了形体分析的内容同时教材和习题中也出现“一补三”的题型。实践证明，这也是一种适合于多面组合正投影图空间想象的练习题型。所给的这个投影方向的形象是稳定而明显的，作为基图，其他方向的形象，经过对形体的假设、分析、判断和对形象的想象，再以另外投影方向的投影来反映。这样不断的假设、判断，反复的调动各种储备的表象，从而构成各种符合条件的空间形体。由于只给一个投影，因而空间形体是不确定的，有各种可能性。它特别有利于培养学生的创造想象力。它既是“二补三”的基础，又是“二补三”的发展。通过学习，拓宽了学生想象时的思路，增强学生想象的灵活性。不但学会分析题目给定的形体，还要学会创造或者构成新的形体，并用多面组合正投影图正确地把它表达出来。
想象，特别是创造想象的培养，不仅有赖于储存表象的数量，而且也有赖于储存表象的质量。提高表象质量，才能达到用较少的题目来取得更好的训练效果的目的。心理学实验证明，有明确目的的观察和记忆可以强化学生的观察力和记忆力，明显地提高记忆表象的质量。心理学还证明，识记的对象成为活动的对象或活动的结果时，学生记忆表象的质量也会明显提高。
当然，空间想象力的提高是一个循序渐进、持之以恒的过程，只有坚持不懈的努力才能达到很好的效果。
参 考 资 料
心理学（修订本） 华东师范大学心理学教研室编
画法几何及机械制图教学法建议书 清华大学工程制图教研室编
