完善工程圖學課程中的讀圖教學體系

工程圖學課程是高等工科院校普遍開設的一門重要的技術基礎課,擔負着培養學生表達產品信息、傳達設計思想的重要任務。同時,通過課程學習培養起來的空間思維和想象能力,也是發展學生創新性思維的重要基礎。讀圖內容在教學中貫穿始終,是培養學生空間思維和想工程製圖類碩士論文象能力的主要環節。研究課程中讀圖體系的辯證思維方法和內在規律,對於提高教學質量具有十分積極的意義。

一、讀圖中的辯證思維方式與方法

讀圖是根據圖形、圖樣的示意和提示,運用頭腦中的積累,通過分解、聯繫、組合等方法,分析二維投影與頭腦中三維表象之間的關聯、匹配,在頭腦中形成新的形象的心理過程。通過讀圖,實現了客觀事物(零件、機器、房屋等)由“形”到“象”的轉換。

根據思維過程中所使用的“數據”不同,思維可以分為邏輯思維和形象思維兩種方式。其中,邏輯思維以概念、判斷等為“數據”,通過推理、論證的處理,最後上升為理論;形象思維則以表象為“數據”,利用具體形象的邏輯關係,實現再現和創造。

邏輯思維和形象思維兩種思維方式互相依存、互相滲透。讀圖是以形象思維為主要方式的思維活動,但其間也包含着邏輯思維,甚至有時要以邏輯思維作為指導。比如線面分析方法中,一封閉線框對應其他投影非“類似”便“積聚”的判斷,一封閉線框對應其他投影時出現多個可能性時的選取,都是典型的邏輯分析過程。

讀圖是人對客觀事物的認識過程,像對許多複雜事物的認識一樣,由易到難、由表及裏。其中,分解與綜合是最主要的思維方法。分解是把整體分解為部分,把複雜事物變為相對容易解決的單元的思維方法,它強調事物的局部性和結構性;綜合是在分解的基礎上,研究各單元之間的聯繫,從整體上認識事物的方法,它強調事物的整體性和功能性。讀圖是根據投影圖中封閉線框代表“體”或“面”,把物體分解為若干基本形體或表面。分解時,注意的是劃分的合理性,即每個單元的易懂程度和劃分數量的適度。分解後,對每個單元進行研究,看懂其形狀和位置,注意的是每個單元各投影間的對應和特徵視圖。最後,綜合出物體的整體形狀,這時主要注意各單元間的相對位置。這便是讀圖中的形體分析和線面分析方法。

分析與綜合是既區別、又聯繫的辯證統一。比如,分解時要考慮位置合理、數量適當,以便於綜合;又比如,為了提高綜合效率,讀圖一般是以形體分析為主,僅用線面分析看難點和細節等等。

工程圖學課程對學生空間想象、空間思維能力的培養具有獨到的作用,是其他課程所無法替代的。雖然讀圖過程多為“再造”性的思維活動,但通過頭腦中表象的積累和遷移,想象力愈加豐富,會極大地促進學生創新性思維能力的培養,提高學生的創新素質。

二、完善工程圖學課程中的讀圖教學體系

課程中的讀圖教學內容主要有組合體讀圖、零件圖讀圖和裝配圖讀圖,它們構成了課程中的讀圖內容體系。

分解與綜合的.思維方法,是整個讀圖教學環節中的基本方法。在組合體讀圖中,偏重於幾何形體的分解與組合,用的是形體分析法;在零件圖讀圖中,偏重於零件上各結構的構成與作用,用的是結構分析法。但目前在裝配圖讀圖的教學環節中,卻沒有上升為理論的方法。教學中一般以某一部件為例進行講授,其中存在兩方面的主要問題:首先,各教材在讀圖方法和步驟上差異較大,比如看懂部件的工作原理,本應建立在對部件裝配關係的分析基礎之上,而有些教材卻把該步驟放在分析裝配關係之前,容易造成概念上的混亂;另外,在教學方法上,常把主要精力放在對具體部件的細節分析上,往往忽略引導學生對讀圖規律和一般性方法的掌握,致使學生在後面的讀圖練習中感到困難,難以達到舉一反三的效果。

讀裝配圖主要是看懂機器或部件的裝配和工作原理,其實質是對機器、部件的功能及其實現方法的分析和掌握。因此,應該用功能分析法進行讀裝配圖教學,把握讀圖的本質,力求把讀圖的一般性方法和規律傳授給學生。

一部機器或一個部件可以看作是一個系統,作為該系統特定用途和各種特性的抽象描述,即系統的功能。通過比較分析系統輸入輸出的能量、物料和訊號的差別與關係,看圖時對部件的總功能是比較容易得出的。比如,蝸輪減速器的總功能是轉換運動速度,車牀的總功能是物料加工,電動機的總功能是能量轉換,即電能轉換為機械能。如果機器或部件系統比較複雜,其總功能又可以進一步分解為若干級分功能,最末一級分功能又稱為功能元。我們把實現某級功能的方法叫做功能解法,把擔負該功能解法的相關零、部件叫做功能載體。功能元是能直接求解的最小功能元素。

總功能與分功能的關係可以形象地用功能樹表示,其中前級功能是後級功能的目的功能,而後級功能是前級功能的手段功能。功能樹中的末級分功能(即功能元)可以直接求解,即由什麼樣的結構來實現。例如,車牀部分功能的分析見下表。

用功能分析法讀裝配圖一般包括下面三個主要步驟: (1)通過教師講解或參考有關資料,瞭解部件的總功能; (2)通過對各零件間裝配關係的分析研究,看懂各功能元的解法原理(即用什麼方法實現功能)和功能載體(即由哪些零件來實現功能)。若部件較為複雜,可給出部件的功能樹和分析表; (3)通過“功能元———分功能———總功能”的逆向歸納,得出總功能的實現方法,即部件的工作原理。

功能分析法的引入,完善了製圖課程的讀圖體系。形體、結構和功能三種分析方法,都運用了分解與綜合的思維方法和認識原理,它們適用於不同的對象,但又通過認識原理相聯繫,在製圖課三大讀圖教學內容中建構起了完整的方法體系。

讀圖是工程圖學教學中非常重要的內容,研究讀圖的辯證思維方式和方法,自覺地運用唯物辯證法指導讀圖教學,有效地培養學生的空間想象和空間思維能力,進而發展學生的創新和創造能力,是工程圖學課程的一項重要任務。用功能分析法進行讀裝配圖教學,為學生提供了正確的理論和有效的方法。同時,形體、結構和功能分析方法的應用,完善了讀圖教學的方法體系。