三維CAD在組合體教學(xué)中的應(yīng)用研究*

刁修慧，吳 舸

（1.河南機電高等?？茖W(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000;2.新鄉(xiāng)市職業(yè)教育中心，河南 新鄉(xiāng) 453002）

1 前言

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，簡稱CAD）技術(shù)已經(jīng)得到越來越普遍的應(yīng)用，已經(jīng)成為機械制造業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中非常重要的工具之一。三維設(shè)計具有形象、直觀、可參數(shù)化、可變量化等優(yōu)點，使得產(chǎn)品的設(shè)計進入了一個新階段，即實現(xiàn)了直接進行三維的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，改變了傳統(tǒng)的以二維圖樣作為信息載體的工程圖樣加工，實現(xiàn)了以三維建模為基礎(chǔ)的CAD到計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡稱CAM）的無圖樣加工。三維CAD技術(shù)的成熟，對傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)構(gòu)成了強大的沖擊，教學(xué)的重心由單一的二維投影圖向三維實體造型轉(zhuǎn)移已勢在必行。學(xué)習(xí)《機械制圖》的主要任務(wù)是使學(xué)生既要掌握繪圖和讀圖知識，培養(yǎng)圖示、圖解和讀圖能力，又要建立空間想象能力和空間思維能力。而組合體集畫圖、讀圖、尺寸標注于一體，為后續(xù)的零件圖的學(xué)習(xí)打下重要基礎(chǔ)，因此組合體教學(xué)是制圖教學(xué)過程中一座“里程碑”，是關(guān)鍵性的一章，起著非常重要的作用［1］。

2 對傳統(tǒng)教學(xué)模式的分析

機械制圖是一門研究如何運用正投影法繪制和閱讀機械圖樣的技術(shù)基礎(chǔ)課程。從根本上說，是將一個三維空間的復(fù)雜物體用二維平面圖形表達的思想，或許早期受科學(xué)技術(shù)水平的局限，是手工繪圖和儀器繪圖時代的產(chǎn)物，但是并不是唯一有效的描述空間物體的方法。

2.1 教學(xué)方法分析

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以講座和操練為主，借助模型、掛圖和在黑板上手工繪圖相結(jié)合的方法進行教學(xué)，講授一部分內(nèi)容后，安排大量的繪圖作業(yè)，要求學(xué)生根據(jù)國家標準、字體端正、線條粗細一致等要求完成任務(wù)。這種教學(xué)模式，重教不重學(xué)，學(xué)生基本上都是被動地接受知識，忽視了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生的主體作用不能得到發(fā)揮［2］。

2.2 教學(xué)效果分析

1）易產(chǎn)生厭煩情緒。由于掛圖和模型是靜態(tài)的，不能放大，以至于后排的學(xué)生無法看清掛圖或模型，另外也使教師在講解時感覺難以表達清楚，而學(xué)生也感覺難以弄懂。為了使學(xué)生掌握講授的內(nèi)容，所以安排大量的繪圖作業(yè)，對作業(yè)質(zhì)量要求嚴格，質(zhì)量不過關(guān)要重新繪制，但結(jié)果往往是學(xué)生花費大量的心血，繪制出的圖樣并不理想，甚至，反復(fù)繪制幾次都沒有進步。這種單一枯燥的教學(xué)模式和操練過度的情況，會導(dǎo)致學(xué)生的厭煩情緒，使得教學(xué)效果并不理想。

2）學(xué)生的主觀能動性差。講座式的教學(xué)模式，其作用主要在于向?qū)W生傳授知識，但是忽視了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生基本都是被動地接受知識，主動參與的機會很少。教師的講授不能引起學(xué)生的共鳴。

3 基于三維CAD的教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式雖然存在諸多的弊端，但同時也有很多可取之處，學(xué)生在講座和操練過程中掌握基本知識，通過讀二維圖樣，對開發(fā)學(xué)生的智力，提高學(xué)生的空間想象能力起到了不可忽視的作用。因此，在引入新的教學(xué)手段的同時，有選擇性地保留了一些傳統(tǒng)教學(xué)方法。

本文所談到的三維CAD的教學(xué)模式，已經(jīng)對11級數(shù)控專業(yè)實施了一個學(xué)期，其教學(xué)條件:一人一臺電腦。

3.1 SolidWorks的應(yīng)用

SolidWorks是容易入門的三維繪圖軟件，學(xué)生通過觀看老師的操作，基本能夠使用簡單的拉伸、切除、掃描等命令［3］。

運用SolidWorks軟件很容易使學(xué)生直觀地理解組合體的疊加、挖切、綜合等組合形式?？梢院茌p松地達到良好的教學(xué)效果，并容易使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣和親力親為的沖動。因此，教師可以安排一定的時間，讓學(xué)生自己操作軟件來繪制各種典型的組合體三維圖，進一步加深對知識的學(xué)習(xí)。

另外，SolidWorks具有二維工程圖繪制功能，能自動生成第一角和第三角畫法的三視圖。使學(xué)生更容易理解復(fù)雜的形體的形成，以及表面交線的自然形成。教學(xué)效果明顯提高。

圖1 用Solidworks繪制的組合體

3.2 自己動手做模型

為了進一步讓學(xué)生掌握該部分的知識，老師分組布置動手做模型的任務(wù)，學(xué)生利用廢棄的紙箱或膠泥做出比較典型的組合體模型，并讓學(xué)生把自己的名字寫在或者刻在模型上，使得學(xué)生有一定的成就感，進一步培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，以及團隊協(xié)作能力，能夠讓學(xué)生在提高知識的同時，也提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

圖2 由三維圖直接生成的二維圖

3.3 教學(xué)效果分析

1）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有所提高?！稒C械制圖》是一門相對枯燥乏味的課程，因此，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，諸多學(xué)生會產(chǎn)生厭煩情緒。因此，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，需要在教學(xué)方法手段上進行改革。

該教學(xué)模式下，學(xué)生能夠更直觀形象地感知三維立體圖，并可以自己動手繪制三維圖庫或者制作三維實體模型，還可以渲染成喜歡的顏色，使圖形看起來更加美觀，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有一定的幫助。

2）學(xué)生的主觀能動性顯著提高。通過該教學(xué)模式，學(xué)生很容易對本課程產(chǎn)生興趣，興趣是最好的老師，很多學(xué)生利用課余時間繪制三維圖，更好地理解了正投影原理，以及二維到三維的空間想象能力，能夠積極主動地吸納相關(guān)的知識。

4 結(jié)束語

應(yīng)用該教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)教學(xué)中的學(xué)生看圖少的落后局面，增大了教學(xué)的信息量，使教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，取得了良好的教學(xué)效果。但是，在具體實施過程中，由于經(jīng)驗的欠缺，過于依賴多媒體教學(xué)環(huán)境，造成學(xué)生的手工繪圖能力和圖樣質(zhì)量有所下降。鑒于此，本文認為不能完全摒棄傳統(tǒng)教學(xué)手段，應(yīng)該有針對性地選用教學(xué)模式。

（責任編輯呂春紅）

［1］寇世瑤.機械制圖［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［2］王鵬飛，王偉.基于信息技術(shù)的機械制圖教學(xué)方法改革［J］.河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2010，（4）:88－89.

［3］湛迪強.Solidworks2008寶典［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.