基于AutoCAD三維功能進(jìn)行相貫投影的教學(xué)研究與實(shí)踐

田福潤，李力強(qiáng)

(長春工程學(xué)院機(jī)電學(xué)院，長春130012)

基于AutoCAD三維功能進(jìn)行相貫投影的教學(xué)研究與實(shí)踐

田福潤，李力強(qiáng)

(長春工程學(xué)院機(jī)電學(xué)院，長春130012)

運(yùn)用AutoCAD繪圖軟件的三維功能對制圖課程重點(diǎn)內(nèi)容相貫投影教學(xué)進(jìn)行探索，充分利用AutoCAD軟件提供的各種輔助工具，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)的制圖課程真槍實(shí)練的方式進(jìn)行研究，提高了制圖課程的教學(xué)效果。

AutoCAD;機(jī)械制圖;相貫投影;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);教學(xué)

一、引言

《工程制圖》作為高等工科院校中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生繪圖、讀圖和圖解能力，提高他們的空間想象力和空間分析能力。大學(xué)一年級學(xué)生在學(xué)習(xí)工程制圖時，遇到的一個最大的困難是沒有接觸過生產(chǎn)實(shí)際，對于機(jī)械零件、機(jī)床設(shè)備以及機(jī)加工過程一無所知，教學(xué)難度較大。特別是一些形象思維相對較弱的學(xué)生，在面對一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的制圖習(xí)題時，往往消耗很長時間苦思冥想，不得其解，令教師亦要花費(fèi)相當(dāng)多的時間來批改作業(yè)。學(xué)生們特別渴望看到這些機(jī)件的實(shí)際形狀，希望教師能安排更多時間答疑解惑。如何幫助學(xué)生由平面圖形想象出機(jī)件的三維結(jié)構(gòu)，一直是教學(xué)過程中的一個難題。在傳統(tǒng)教學(xué)中采用的大多是實(shí)物模型、掛圖、幻燈、錄像等輔助教學(xué)用具，來幫助學(xué)生理解圖形，這些方式繁瑣、費(fèi)時，效果也不佳。目前，這種教學(xué)模式已逐漸被CAI所替代。但從整體上看，目前各大院校所普及使用的多媒體課件大多還比較簡單，只能生成靜態(tài)圖，缺乏生動性，特別是無法將整個思考、解決問題的過程動態(tài)地演示出來，對于學(xué)生創(chuàng)造性思維的能力、想象構(gòu)形和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)不利。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，為工程制圖教學(xué)提供了又一次變革的機(jī)會，特別是CAD軟件系統(tǒng)中三維功能的提高，可使我們的教學(xué)再上一個臺階。

工程制圖教學(xué)目前不外乎采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和現(xiàn)代多媒體教學(xué)方法。對于傳統(tǒng)教學(xué)方法，其弊端是教師教學(xué)手段單一;一般情況下掛圖及教學(xué)模型不全，不宜調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;教師在黑板畫圖演示費(fèi)時、費(fèi)力、效果差。并且復(fù)雜圖形很難表達(dá)，學(xué)生很難看清楚;課堂提供給學(xué)生的信息量較少等。而現(xiàn)存的教學(xué)演示式多媒體教學(xué)軟件，交互內(nèi)容有限，學(xué)生只能看到教師的講課，而看不到教師做題的步驟和過程，沒有體會到真槍實(shí)練的感覺，不利于學(xué)生接受等。

對制圖課程的學(xué)習(xí)，需要真槍實(shí)練的方式才能收到較好的效果，而目前的多媒體教學(xué)研究還沒有往這方面進(jìn)行。

基于這樣的認(rèn)識，本文試圖找到一種能將傳統(tǒng)教學(xué)方法和現(xiàn)代多媒體教學(xué)方法聯(lián)合起來，取其優(yōu)勢的教學(xué)方式和手段。為此，提出了《基于Auto-CAD三維功能進(jìn)行相貫投影的教學(xué)研究與實(shí)踐》的研究內(nèi)容，針對普遍認(rèn)為的教學(xué)難點(diǎn)相貫投影問題進(jìn)行教學(xué)研究與實(shí)踐。

二、AutoCAD功能特點(diǎn)與研究內(nèi)容的相關(guān)性

通過分析研究，AutoCAD具有如下與研究內(nèi)容相關(guān)的有效功能:

AutoCAD的圖形繪制界面及圖形繪制功能和圖形編輯功能，代替教師上課時繪圖的黑板、粉筆及黑板擦等;AutoCAD繪圖的有效工具利用，如正交、捕捉、追蹤等保證作圖時的三等規(guī)律，代替繪圖時的丁字尺和三角板等，這些工具有過之而無不及的作用;圖層、線型、顏色，提高圖形的視覺效果和控制顯示內(nèi)容等;三維造型功能，用以建立立體模型;三維實(shí)體編輯功能如:對實(shí)體的切割功能，代替我們需要的輔助截切平面;實(shí)體的渲染和著色功能，使建立的模型色彩豐富，利于觀察和分析;立體圖型的動態(tài)觀察、軸測觀察等，可以有將模型拿到手里的感覺;軟件的視圖顯示功能，如局部放大功能等，使我們能夠觀察到模型的每一個細(xì)節(jié);六個基本的方位投影，反映其實(shí)體的六視圖等;多視口功能，如采用四個視口，分別顯示三個方面的觀測圖和軸測圖;從Auto-CAD開始提供的多文檔環(huán)境，用戶可以同時編輯多幅圖形。利用多文檔功能，平鋪其立體和平面作圖界面，進(jìn)行參照繪圖等;樣條曲線繪制，可以方便地替代我們采用曲線板連接的相貫線。

三、三維CAD環(huán)境下的相貫線投影研究

相貫線是兩立體表面的交線，包括:平面立體與平面立體相交、平面立體與回轉(zhuǎn)體以及兩回轉(zhuǎn)體相交。其中，兩回轉(zhuǎn)體相交產(chǎn)生的相貫線通常是空間曲線，特殊情況時是平面曲線或直線，學(xué)生對這點(diǎn)較難理解與掌握。為解決這個問題，可以利用Auto-CAD2000的三維功能動態(tài)地演示兩回轉(zhuǎn)體相交相貫線的形成與變化。

下面以圓柱與圓錐相貫為例，說明問題的解決方法。

首先利用AutoCAD提供的三維造型功能，建立三維的圓柱圓錐相貫立體模型，然后采用3DMAX引入模型制作輔助截平面的截切動畫，以電影文件的格式保存，課件的一頁如圖1。

圖1 圓柱圓錐相貫立體模型

圖1中左側(cè)的圖形為利用輔助截平面的截切動畫;右側(cè)圖形為圓柱圓錐相貫立體模型的三個方面的觀測圖和軸測投影圖。所有這些可以啟發(fā)同學(xué)思路，利于分析問題。

利用AutoCAD作圖及鏈接到AutoCAD作圖界面，并調(diào)用三維的圓柱圓錐相貫立體模型，可以采用動態(tài)的三維觀察器對模型進(jìn)行動態(tài)觀察。

采用軟件的多視口功能將圓柱圓錐相貫立體模型的三個方面的觀測圖和軸測投影圖平鋪，對應(yīng)于平面的三視圖。

采用軟件的多文檔功能，調(diào)用基本的平面視圖，采用垂直平鋪的方式，將兩個文檔并列顯示。如圖2所示。

可以隨時在其中任一文檔中工作，如動態(tài)觀察立體模型、繪制圖形等。本例較簡單，對于復(fù)雜的圖形分析動態(tài)觀察很有用。

在分析本例時，采用的是輔助截平面方法，截平面的選擇通過分析以采用水平輔助截平面為宜。在AutoCAD中，可以用平行于底面(XOY)的平面對立體進(jìn)行截切。

圖2 圓柱圓錐相貫平面視圖

確定這樣的空間截切平面位置，在AutoCAD中只需找到該平面上的一個點(diǎn)即可，然而空間上的點(diǎn)較難找到。為此，事先建立了輔助的空間點(diǎn)，在圓柱的端面上繪制一條垂直的輔助線，并用等分點(diǎn)的方式將其分成若干等份(如8份)，對應(yīng)的我們在平面圖的主視圖上也將相應(yīng)的線段分成同樣的等份，這樣的點(diǎn)在AutoCAD中可以利用節(jié)點(diǎn)捕捉的方式很容易找到，在完成這些輔助工作后，具體進(jìn)行分析時就很方便。如圖3，我們捕捉了一個這樣的點(diǎn)，確定了一個輔助的截平面，并且將截切的上半部分移走，得到了希望的截切形體;其余工作可以參照普通制圖方法。重復(fù)類似工作，完成輔助截平面法的輔助作圖過程。在利用輔助截平面法完成了需要的共用點(diǎn)(見圖3中的輔助點(diǎn))后，可用樣條曲線連接，得到相貫線。另外，在作圖的過程中，如能充分利用輔助的工具，如正交、捕捉、實(shí)體捕捉、實(shí)體追蹤、圖層、線型等，做起圖來會得心應(yīng)手。

圖3 圓柱圓錐相貫畫法

四、結(jié)論

在三維CAD環(huán)境下，工程制圖課程課堂教學(xué)綜合了傳統(tǒng)教學(xué)方法和現(xiàn)代多媒體教學(xué)方法的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，探索出比較符合教育規(guī)律的教學(xué)手段。在為同學(xué)進(jìn)行示范教學(xué)中，同學(xué)們對這樣的教學(xué)方法很感興趣，課堂效果好，課堂內(nèi)容掌握較扎實(shí)，課后的作業(yè)完成得好。

這樣的隨講隨做的多媒體教學(xué)方法，滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)的聽覺、視覺習(xí)慣，并且在教師上課時隨教師的講解，學(xué)生能夠開動思維，符合教學(xué)規(guī)律，但對上課教師的要求較高，要求其熟練掌握AutoCAD的使用方法;課程之前需要做的輔助工作較多，個別問題做起來還很費(fèi)時;部分同學(xué)找不到丁字尺和三角板繪圖的感覺等。

［1］ 東岳創(chuàng)作室.AutoCAD2000實(shí)用寶典［M］.北京:人民郵電出版社，1999.

［2］清華大學(xué)工程圖學(xué)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教研室.機(jī)械制圖［M］.北京:高等教育出版社，1999.

［3］徐健.在工程制圖教學(xué)中應(yīng)用CAD實(shí)施創(chuàng)新教育［J］.工程圖學(xué)學(xué)報，2002，(1):51 －54.

Teaching research and practice of intersecting projection with AutoCAD

TIAn Fu-run，et al.
(School of Mechatronics Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China)

Explorationof intersecting projection is done with AutoCAD in this paper，all kinds of auxiliary AutoCAD tools are utilized fully，CAD technique is combined with traditional drawing's content，and teaching result is improved by practicing.

mechanical drawing;intersecting projection;CAD;teaching

G64

A

1009-8976(2011)01-0135-03

2010－12－25

田福潤(1955—)，男(漢)，吉林伊通，副教授主要研究工程圖學(xué)及CAD、工程機(jī)械CAE及控制等。