现代图学教学中的图感因素探析

刘衍聪， 马晓丽, ， 伊 鹏

（1. 中国石油大学（华东），山东 青岛 266580；2. 青岛理工大学，山东 青岛 266520）

在数字化设计和制造技术大力发展的今天，设计者必须具有良好的形象思维和图学表达能力。工程图学课在培养学生的制图基本技能和空间想象力的同时，对学生思维方式、工作态度的影响很大。因此图学工作者们不断追求和探索更好的图学教学理论和方法[1-4]。本文对工程图学中的“图感”进行研究，并结合现代心理学理论，探索将图感应用于工程图学教学中的方法，以更好地培养和开发学生的图学思维能力。

1 图感的理解和认知

学习汉语或外语做习题时，在ABCD 4个选项中会凭感觉选中某个选项，真要分析语法反而讲不出所以然，似乎就是凭直觉，这种直觉就是语感。

图学教师拿到一份作业，大致浏览一下，不必进行投影分析，就能看出正确与否和问题所在，这就是 “图感”，一种长期教学中形成的对“图”的感觉和判断力。未学习工程图学的人，也基本能读出图1表达的是螺栓；但没学过工程图学者要正确地绘制出螺栓的工程图样却不容易，要追求图线的光滑、黑亮，尺寸标注的正确更是困难。而图2的小轴零件看似简单，没学过工程图学者可能抄画出图形，但不容易准确想象出它的真实结构。

工程图学教学过程中有的教师也会提到图感，一些文章[2-3]也曾对图感进行过讨论，但系统地进行图感理论研究的文献很少。图感是人们在长期的图学学习和生活实践过程中，逐渐形成的一种对工程图样的认知和判断能力（读图能力）以及工程图样表达的能力（作图能力），图感是一种形象思维；图感的形成与个人的社会经验、知识积累、接受能力等都有一定关系。

图感不是简单地指对“图”的感觉，图感的培养是二维图到三维体，三维体到二维图的过程，比语感更加复杂。图感是客观存在的，并不一定要学过工程图学者才有图感，以读图1为例，只有经过系统的图学知识和图学思维的培养和训练后，这种感觉能力才能更强，也更能为学习者使用，对图形的敏感程度也更强。

图1 螺栓

图2 小轴

2 图感的本质特性

感觉是一种很神秘的物质形态，无形无色无味，若有若无。毫无疑问，图感是一种“感觉”，更确切地说是形象思维的一种，是一种具体的形象思维，它满足形象思维特点[5-7]，跟语感[8-10]有一定相似性或类似性。要想充分地利用图感，必须深入研究图感的本质特性。

2.1 图感的形象性

形象性是形象思维最基本的特点，也是图感最基本的特点。图感所反映的对象是“图”的形象，思维形式是意象、直感、想象等形象性的观念，其表达的工具和手段是能为感官所感知的图形、图像等。图感的形象性使它具有生动性、直观性和整体性的优点。

人对自然世界的认知，不是数量的认知，而是图形或者符号的认知。生活中一些常见的物品，也大多数符合工程图学的基本体、组合体的形状，所以说图感的存在是客观的、形象的，只是这种能力在接受过图学教育后会有意识地使用、激发，直至系统地使用，使其成为一种习惯性的、不自觉的、无意识的行为。

2.2 图感的非逻辑性

形象思维不像抽象（逻辑）思维那样，对信息的加工一步一步地、首尾相接地、线性地进行，而是可以调用许多形象性材料，一下子合在一起形成新的形象，或由一个形象跳跃到另一个形象。它对信息的加工过程不是系列加工，而是平行加工，是面性的或立体性的。它可以使思维主体迅速从整体上把握住问题。形象思维是或然性或似真性的思维，思维的结果有待于逻辑的证明或实践的检验。

图感是一种直观的对图形的反应，没有相关图学理论和知识的加工，它属于一种非逻辑性对图形的加工，最多只是在人脑中一种个人意识的认知，没有图学含义。在读取图3(a)三视图过程中，会用形体分析法把图形分解成图3(b)五部分，分解过程中没有必然的先读取哪一部分，但是读完图必须对图形有综合性的分析和加工，最终才能在头脑中形成图3(c)所示的完整模型。

图3 轴承座

2.3 图感的粗略性

图感对工程图的反映是粗线条的反映，对图的把握是大体上的把握，对图的分析是定性的或半定性的，图感通常用于读图或作图的定性分析。所以，在实际的读图或作图中，往往需要将图学理论与形象思维巧妙结合，协同使用。

学过工程图学者可以了解到，很多形体是在基本体的基础上挖切、叠加或组合而成。机械零件一般分为轴套类、盘盖类，支架类、箱体类，在读图的时候，可以将零件图分类，然后根据零件特点读取。例如，底板上面一般会有安装孔，安装孔一般对称分布等。如图4(a)所示是常见的补画漏线题目，一看视图根据图感很容易得出是长方体的切割体，3个视图作为特征视图容易看出切割关系；但这仅仅是粗略分析，最后想出图4(c)并准确补画出图4(b)并不简单。

图4 切割体

2.4 图感的可拓展性

想象是思维主体运用已有的形象形成新形象的过程。形象思维并不满足于对已有形象的再现，它更致力于追求对已有形象的加工，而获得新形象产品的输出。所以，想象性使形象思维具有创造性的优点。图感是人对工程图的第一直觉，再加上工程图学的理论和知识的加工，可以进行思维的拓展来进行读图和画图，从而达到图学思维能力的提高。如图5所示的支座零件，虽然仅有一个视图，可是根据经验，可以读出图中的一些结构，如顶部凸台、左右对称的安装孔、加工面以及毛坯面等。

图5 支座图

3 图感因素在教学中的应用实践

图学工作者要研究图学教学的规律性，不断提高学生的图学思维能力。因此，对图感研究的目的是更好地将其应用于图学教学中，提高学生的图学思维和认知水平，因而有必要认识图感的作用，研究图感在教学中的应用。

3.1 图感的作用

工程图学的图样在表达初步设计、创意构思、便于交流的同时，还可以提高学生的空间想象能力，即从二维平面图样想象出三维实体形态。这是很必要的练习，因为今后进行设计或相关工作，需要不断地将头脑中想象的影像落实到二维平面，再由二维工程图建模成三维实体；也就是完成由“物”到“图”和由“图”到“物”的转换过程，掌握物体空间与平面间的相互转换规律。从这个角度而言，图感的“图”不仅指的是二维的图纸，还是三维的实体。从感性到理性，从设计思想到实际产品，这是从二维思维到三维思维，又是从三维思维到二维思维的表达。产品设计的过程就是一个反复渐进、不断修改的过程，在这一过程中，思维、图样、实体不断交错，从而也要求设计者有良好的图感。

3.2 图感的应用探索

根据研究，人大脑的140亿个神经元，只用了7亿个，约占大脑神经元的5%，现代心理学已经认可人有意识和潜意识[11]。图感是一种思维方式，只是这种思维方式有一种“潜意识”的特点，所以被归结到有些说不清道不明的“感觉”里。图感的形成有一个渐进的过程。熟能生巧，在具有一定的社会和生活经验，并进行有目的的强化训练，图感是可培养的。因此，教师在工程图学教学过程中，应向学生明确提出图感的概念，有目的、有意识地培养学生的图感；同时，发挥学生的主观能动性，使其意识到图感的培养对于学习图学的作用和意义。

3.2.1 图感的培养应与教学方法和理论相结合

数字化设计和制造技术的发展对促进现代图学教育功不可没，在课堂教学上采用融合多种CAD软件技术的多媒体教学形式，教学内容更丰富多样。采用声音、动画、以及录像的形式相对于传统教学的板书、模型加挂图，能够拓展学生的思路，激发学生探索图学知识的兴趣。直接绘制二维工程图的 CAD软件，大多采用AutoCAD，巧妙使用图块可以将装配干线、零件之间的装配关系更好的表达，便于学生理解零件之间的装配、遮挡关系。SolidWorks、UG、Pro/E等大型软件也越来越多的用于图学的教学中。三维实体建模的理论和思想也被贯穿到教学中来，立体的成型不仅可以通过拉伸、旋转、扫掠、放样、抽壳等操作来实现产品设计，更通过对特征和草图实现对实体的动态修改。图3用拉伸得到各个基本体最后求和可以很快三维建模出实体，图4可以先做出基本立体然后拉伸切割得到实体。这些眼见为实的教学方法极大地激发了学生浓厚的兴趣，促进了学生积极性，也更好地培养了学生的图感形成。与现代数字化技术结合的三维实体建模方法理论相结合，也符合新时代发展下学生培养新模式的需要。

3.2.2 继续发挥传统教学优势培养图感

传统的图学教学在讲授了国标相关知识后，使用挂图和模型，从点、线、面到立体，逐渐培养学生的空间思维能力，这同时也是一个逐步培养学生图感形成的过程。传统教学中的挂图和模型不能因为有了现代化的教学方法就全盘否定抛弃，可以开设陈列室或橱窗，供学生在课余根据需要观摩，尤其是截交线、相贯线的图学教学；通过多看多想，反复训练，心中有“图”，“感觉”自然慢慢形成。

3.2.3 重视图感教学中学生的主观能动性

爱因斯坦说过，发现问题比解决问题更重要。大学不同于中学，更注重学生自学能力的培养。工程图学教育中更应该注意培养学生的自学、会学的能力，学生具备了自学、会学的能力，就能主动地思考、分析问题。学习中产生的问题越多，越能激发学生产生探索问题的主观能动性。在学习中发现问题，解决问题，在解决问题的过程中再发现新的问题，如此循环往复，学生的自主学习能力越来越强。

图学教育最基础的目的，是使学生能够掌握图学基础理论，熟练地读图、作图，并最终在数字化设计和制造中发挥图学特长。教师起到的是向导的作用，给学生一个正确的指引；而不是手拉手地领着学生走，一旦放手，学生就不会走了。因此，在图感的培养中，发挥学生的主观能动性，变以教为主为以学为主，重视课堂内外的结合，这样图感在无形之中不断加强，使学生的图学思维能力也不断增强，这才是图学教育的最佳结果。

4 教学过程中图感与认知因素的运用

在认知心理学里，认知活动过程不是一个被动地接受或加工信息、符号和解决问题的过程，而是一个主动地、积极地加工和处理输入信息、符号与解决问题的动态系统[10]。工程图学的学习过程更是一个复杂的认知过程，要求学生在国标的规范下，对没有确定性的实体或者工程图进行接受、加工并逐步的认知、应用的过程。这个认知的过程也是一个复杂的记忆和认识的过程。

记忆过程的第一个阶段，是个体对信息的最初的加工，这种加工的目的是为所经验的事件建构心理表征，通过编码个体可以将所感知到的信息转换成记忆，可以把编码看成是对正在发生的事件的一种特殊的注意方式，而正是这种注意方式对我们随后记忆这些事件产生了决定性的影响。一个人的记忆选择编码哪些信息，往往会受这个人的过去经验、兴趣、需要、期望以及当时所处心情等因素的影响，不同的个体对同一个事件可能拥有完全不同的记忆[7,11]。

工程图学教学过程就是帮助学生逐渐认知“图”的过程。图感教学法就是在传统的图学教学法基础上，让学生在对图学这个不同于以前接触过的课程进行编码时，借助已有的编码信息进行编码，可以更好地加深记忆和加快认知的过程。

德国著名心理学家艾宾浩斯 1885年发表了他的实验报告，并根据实验数据描绘出一条曲线——艾宾浩斯遗忘曲线[12]。该曲线揭示：信息输入大脑后，遗忘也随之开始。遗忘率随着时间的流逝先快后慢，特别是在刚刚识记的短时间里，遗忘最快。因此，在工程图学的教学过程中，如何更好地让学生降低遗忘率，提高认知水平是一项重要的任务。图感研究的最终目标是激发学生的学习兴趣，更好地培养学生的分析图学问题、解决图学问题的图学思维能力；更大范围地将符合认知规律的教学模式应用于教学实践中，更好地提高学生的图学文化水平和图学思维能力，为从事数字化设计和制造、研究打下坚实的基础。

[1]童秉枢. 图学思维的研究与训练[J]. 工程图学学报,2010, 31(1): 1-5.

[2]霍忠义, 王晨曦. “图感”的思维过程及教学实践[J].工程图学学报, 2008, 29(3): 130-135.

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[5]李泽厚. 哲学纲要(第 1版)[M]. 北京: 北京大学出版社, 2011, 1.

[6]高建平. “形象思维”的发展、终结与变容[J]. 中国社会科学院研究生院学报, 2009, (5): 103-110.

[7]Best B L. (Translated by X. Huang) Cognitive psychology [M]. Beijing: China Light Industry Press,2000.

[8]叶圣陶. 叶圣陶论创作[M]. 上海: 上海文艺出版,1982.

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[10]李 泉. 论语感的性质、特征及类型[J]. 中国人民大学学报, 1995, (4): 99-102.

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[12]Ebbinghaus H, Gedachtnis U D, Leipzig: dunker.1855. translated by H. ruyer and C. E. bussenius,memory [M]. New York: Teachers College, Columbia University, 1913.