周艳清，许端端，李 纬，李 倩

(湖北工业大学工程技术学院，武汉 430068)

空间思维力的提升也是智能开发的过程，能够挖掘学生潜能，建立学生的学习自信。思维潜能开发则是智能开发中最基础、最核心的部分[1]。工程识图与AutoCAD课程是一门既有理论又有实践的专业基础课，主要研究通过二维平面表达空间形体及CAD软件应用能力，培养学生的空间思维力、分析能力和学习能力，形成良好的思维习惯，掌握扎实的专业技术，让学生收获成功感，提高学习兴趣，热爱自己的专业。空间思维力提升研究具有重大意义，能够为后续课程的学习及满足今后的工作岗位需求奠定坚实基础。

1 空间思维力的提升需要理论基础知识支撑[2]

本课程主要是用正投影法解决空间几何问题的一门学科。为提升学生的空间思维力，学生必须具备一定的投影基础知识，重点掌握正投影的特性、三面投影图的基本规律、视图与形体的方位关系、组合体投影的画法这四个基本内容。

第一，正投影的特性包括真实性、积聚性、近似性。真实性是指如果线段和平面图形平行于投影面，投影就会反映出实际的长度或实际的形状；积聚性是指如果线段和平面图形垂直于投影面，投影就会积聚为一点或一直线段；近似性是指如果线段和平面图形倾斜于投影面，投影就会短于实长或小于实形，但与空间图形类似。第二，三面投影图的基本规律是指三等关系：正面图与平面图长对正；正面图与侧面图高平齐；平面图与侧面图宽相等。第三，视图与形体的方位关系。正面图反映形体的上、下和左、右，不反映前、后；平面图反映形体的前、后和左、右，不反映上、下；侧面图反映形体的上、下和前、后，不反映左、右。第四，组合体投影的三种画法包括叠加法、切割法、混合法。叠加法是指由若干个基本体叠加形成建筑或其构件的方法；切割法是指由基本体切去一部分或几部分后形成建筑或其构件的方法；混合法就是将叠加法和切割法混合应用。

基础知识是思维力提升的基础，这四个内容必须理解透彻，形成知识体系，融会贯通，这样在实际应用中才能发挥作用。

2 基于CAD三维实体建模提升空间思维力

CAD三维实体建模实现了三维模型可视化，让学生有更加直观的感受。基于CAD三维实体建模构建空间思维，能够提升空间思维力。CAD三维实体建模以图1为例，将理论知识应用于实际问题，加深对理论知识的理解。

图1 三视图Fig.1 Three views

对该三视图进行形体分析。根据位置关系、正投影特性、投影的基本规律，初步分析得到该组合体是由三个基本形体得到。左前一个长16、宽21、高12的长方体，该长方体其中一边倒一个半径为7的圆角；左后一个长16、宽7、高18的长方体；右边一个长26、宽28、高34的长方体。应用CAD三维实体建模需要先把模型空间调整为三维建模状态，在该状态下应用三维建模命令建立三个长方体，对左前一个长方体应用快捷命令f倒一个圆角，如图2所示。

图2 模型叠加Fig.2 Model superposition

然后，应用叠加、切割的画法在左前的形体里面切割掉一个直径为8、高度为12的圆柱体；右边的长方体切割掉一个半径为7、高度为16的半圆柱体，以及挖除一个半径18、高度12的1/4圆柱体。在分析过程中，挖除的是什么形体需要结合三视图观察，因为有些形体在两个视图里是一样的画法，在第三个视图里才能具体知道是什么形状。这个思考的过程也就是基本知识的应用过程，不符合投影规律、投影特性的思维均为思考不全面。在CAD三维实体建模里，把需要切割的这三个形体先建出来，建完之后使用差集命令，用大的形体挖除掉要切割的这三个形体，切割完后如图3所示。

图3 模型切割Fig.3 Model cutting

画完后选中所有形体，应用并集命令，把共面多余的线除掉，绘制完成后如图4所示。

图4 模型并集Fig.4 Model set

在CAD软件教学中，不再只是简单的教CAD软件的基本操作，进行二维图形绘制，还要应用CAD三维实体建模，发散学生空间思维，提高学生的空间想象力，将所学理论知识融会贯通。

3 孰能生巧，强化训练

在构建空间思维的基础上，提升空间思维力还需要进一步的强化训练，需要循序渐进，从基础练习，并结合学科竞赛、跨学科融合，逐步增加难度。

基础练习主要是对三视图、剖面图的练习，通过大量练习加深对基础理论知识的理解，提高学生的空间想象力、观察力。在三视图练习的过程中，运用叠加、切割的思路构建空间形体，若组建后三视图的形成仍然存在困难，可借助CAD三维实体建模工具把空间形体建出来，加深对三视图的理解；空间思维力的提高需强化练习剖面图绘制，理解剖面图的定义，仔细思考哪些是被剖到的部分，哪些是没有被剖到但可见的部分，应用绘图规范将剖面图绘制出来，将基础知识掌握扎实。

学科竞赛系列性活动的开展，可以有效拓宽大学生专业学习视野，增强学习主动性，培养工程创新思维，学习工程研究方法，提高解决工程实际问题的能力，促进教学相长，全面提升土木工程高等教育教学质量[3]。当有一定空间想象力基础时，可进行深化练习，结合学科竞赛的知识要求、能力要求，将典型的历年学科竞赛真题带入课堂，使理论知识在做竞赛题中得到训练和强化，让学生更深刻地理解绘图规范、图学基础知识，培养学生的创新意识、图形绘制能力和想象力。可基于学科竞赛调整课程的内容设置，改善教学方法，通过竞赛题的体系化训练检验学生的学习效果，提升学生的专业水平和专业素养。

跨学科融合在空间思维力培养锻炼方面，可以进行跨学科学习借鉴，如建筑学专业、艺术专业等，这些学科会使学生对建筑物的造型、设计有着更敏锐的观察力和空间想象力。通过不同程度、不同深度的练习，能够形成从量变到质变的过程。

4 结语

空间思维力的提升，主要分三步来实现：第一步，牢固掌握基础知识；第二步，基于CAD三维实体建模进行空间思维构建；第三步，强化训练。通过三步走，实现空间思维力的提升，做到对工程形体从二维平面到三维形体的空间想象，激发学生的主观能动性及创造力。