淺析三維CAD輔助工程制圖教學(xué)的方法

杜宏偉

摘 要：工程制圖教學(xué)中不斷暴露出學(xué)生空間邏輯思維能力不強(qiáng)的問題，大多數(shù)學(xué)生的空間想象力都無法適應(yīng)工程制圖的學(xué)習(xí)要求，將三維CAD造型技術(shù)引入到工程制圖教學(xué)中可以有效解決上述問題。三維CAD造型技術(shù)不僅可以作為一種創(chuàng)新教學(xué)理念發(fā)生作用，同時(shí)也可以利用現(xiàn)代化的教學(xué)技術(shù)幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)“平面——空間——平面”的思維轉(zhuǎn)換，對提高學(xué)生在工程制圖教學(xué)中的空間想象力與構(gòu)型能力有著重要作用。本文就三維CAD輔助工程制圖教學(xué)的具體實(shí)踐進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：三維CAD造型；工程制圖；構(gòu)型能力；應(yīng)用

一、三維CAD輔助教學(xué)方法

目前，制圖教學(xué)過程中教師主要以幾何體實(shí)物模型來為學(xué)生演示，或利用幻燈片等多媒體教學(xué)手段來幫助學(xué)生進(jìn)行理解。對于學(xué)生來說，實(shí)物模型是非常形象化的教學(xué)模式，可以幫助學(xué)生不斷加強(qiáng)對復(fù)雜截交、相貫問題空間概念的理解，但是在制圖教學(xué)過程中受到實(shí)物模型教具的限制，教師無法在講解某一知識點(diǎn)時(shí)通過大量的實(shí)物模型來幫助學(xué)生全面理解，所以教師在制圖教學(xué)過程中亟須新的教學(xué)手段、教育技術(shù)來滿足學(xué)生空間想象的要求。[1]CAD/CAM技術(shù)的快速發(fā)展使計(jì)算機(jī)繪圖軟件在工程領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，尤其是三維CAD技術(shù)，在具體應(yīng)用中，其強(qiáng)大的三維建模造型功能，可以幫助教師在工程制圖教學(xué)中快速實(shí)現(xiàn)立體實(shí)物的造型和變換，并且其視圖的快速轉(zhuǎn)變也可以滿足工程制圖教學(xué)的發(fā)展要求。CAD軟件所具備的三維建模能力可以幫助教師將復(fù)雜的空間幾何形體問題具體化地展現(xiàn)給學(xué)生，從而在制圖教學(xué)中幫助教師培養(yǎng)出學(xué)生良好的空間想象力，同時(shí)也對豐富學(xué)生工程結(jié)構(gòu)感性認(rèn)知能力有著重要作用，對于教師來說三維CAD輔助工程制圖教學(xué)可以取得良好的教學(xué)效果。[2]教師利用三維CAD輔助工程制圖教學(xué)可以幫助學(xué)生提前接觸三維CAD軟件，并且可以讓學(xué)生對CAD軟件界面的具體操作有一個(gè)認(rèn)識與了解，這也對進(jìn)一步提高后續(xù)課程教學(xué)成效有著重要作用。

二、三維CAD輔助工程制圖教學(xué)的優(yōu)勢

1.圖形展示更清晰、靈活

在復(fù)雜的組合體教學(xué)過程中，教師可以通過三維CAD技術(shù)建造出直觀的幾何模型，再利用其三維圖與二維圖之間的轉(zhuǎn)換工程，將二維圖與三維模型的動態(tài)轉(zhuǎn)換過程展現(xiàn)給學(xué)生。三維CAD軟件還可以實(shí)現(xiàn)幾何模型的主視圖、俯視圖以及左視圖的視角轉(zhuǎn)換，通過對立體圖的旋轉(zhuǎn)處理來使學(xué)生從任意角度進(jìn)行觀察，從而代替幾何體實(shí)物模型演示教學(xué)方法。[3]對于學(xué)生來說，該種技術(shù)可以將抽象的空間想象問題進(jìn)行具體化、直觀化處理，進(jìn)一步提高學(xué)生在工程制圖教學(xué)中的感性認(rèn)識。[4]三維CAD技術(shù)可以對復(fù)雜零件進(jìn)行剖切、爆炸以及運(yùn)動仿真處理，使學(xué)生對零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行直接的觀察與分析，確保工程制圖教學(xué)內(nèi)容的清晰化，并進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。教學(xué)過程中，教師可以根據(jù)具體情況將學(xué)生所提的問題通過CAD軟件展示在學(xué)生面前，并可根據(jù)下一環(huán)節(jié)教學(xué)的需求對三維模型進(jìn)行修改，使教學(xué)模型可隨教學(xué)需求靈活變動。

2.圖形攜帶更便捷

在工程制圖教學(xué)過程中教師可以將三維CAD技術(shù)建立的幾何模型制作成電子文檔儲存到U盤中，以便在工程制圖教學(xué)領(lǐng)域?qū)虒W(xué)資源進(jìn)行共享，并可徹底消除傳統(tǒng)教學(xué)模式下實(shí)物模型攜帶不便等問題。三維CAD輔助工程制圖教學(xué)模式的應(yīng)用還可以降低教學(xué)成本，進(jìn)一步提高多媒體教學(xué)設(shè)備在工程制圖教學(xué)中的利用效率。故對于工程制圖教學(xué)領(lǐng)域來說三維CAD輔助教學(xué)技術(shù)是其發(fā)展的必然趨勢。[5]

三、三維CAD建模與工程制圖教學(xué)的融合

將三維CAD技術(shù)應(yīng)用于工程制圖教學(xué)中需要教師明確三維CAD技術(shù)只是一種輔助教具，明確三維CAD輔助工程制圖教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容的主體地位，充分解決好工程制圖教學(xué)內(nèi)容與三維CAD軟件之間的主輔關(guān)系。這樣才能確保教師通過三維CAD技術(shù)不斷提高工程制圖教學(xué)質(zhì)量。

1.三維CAD建模與工程制圖教學(xué)內(nèi)容的協(xié)調(diào)

教師要將三維CAD技術(shù)作為一種教學(xué)工具、方法和手段，對其應(yīng)用的主要目的在于改善工程制圖教學(xué)全過程，工程制圖投影理論教學(xué)的內(nèi)容主要以點(diǎn)、線、面與立體的投影為主，所以教師在教授點(diǎn)、線、面內(nèi)容之初便可以將CAD軟件引入其中，利用三維CAD建模來幫助學(xué)生正確培養(yǎng)出“體”的概念，這對進(jìn)一步提高學(xué)生在工程制圖教學(xué)中的空間意識有著重要作用。對于點(diǎn)、線、面之間的空間相對位置關(guān)系，需要利用“體”進(jìn)行說明，并可利用三維CAD軟件來改變立體形狀及立體間相對位置，來對同一立體與不同立體間點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系進(jìn)行說明，在該環(huán)節(jié)中可以充分利用三維CAD輔助工程制圖教學(xué)模式的優(yōu)勢。在工程制圖教學(xué)中由于學(xué)生沒有良好的空間概念，很難理解點(diǎn)、線、面等抽象元素的投影問題，利用幾何實(shí)體模型將其形象化，可以幫助學(xué)生進(jìn)一步加強(qiáng)對該類抽象知識的認(rèn)識與理解，并確保整個(gè)工程制圖教學(xué)具備良好的趣味性。將三維CAD建模融入到工程制圖教學(xué)中是一種創(chuàng)新教學(xué)理念，但由于受到課程學(xué)時(shí)等多方面因素的限制與影響，不能將三維CAD建模的教學(xué)作為工程制圖教學(xué)的主要內(nèi)容，而要將三維CAD建模作為工程制圖教學(xué)的一種教學(xué)手段。

2.三維CAD建模與傳統(tǒng)實(shí)體模型教學(xué)的比較

在工程制圖教學(xué)中，三維CAD建模的應(yīng)用側(cè)重于建模的過程與方法，而傳統(tǒng)的實(shí)體模型只能作為相關(guān)知識的“結(jié)果”。傳統(tǒng)的實(shí)體模型無法將建模的動態(tài)過程展示給學(xué)生，導(dǎo)致很多學(xué)生在工程制圖教學(xué)中空間意識較差，尤其是當(dāng)前部分院校采用工程制圖大班教學(xué)，傳統(tǒng)模型教學(xué)方法的局限性更為突出。工程制圖教學(xué)對幾何造型動態(tài)變化的內(nèi)容沒有過高要求，利用三維CAD建模技術(shù)可以達(dá)到傳統(tǒng)教學(xué)手段相同的教學(xué)效果，還能將幾何形體建模動態(tài)過程展現(xiàn)在學(xué)生面前，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)體模型的不足。三維CAD輔助工程制圖教學(xué)模式的實(shí)時(shí)性、動態(tài)性以及可操作性等特征，使三維CAD技術(shù)成為工程制圖教學(xué)的一種有效手段。

四、結(jié)語

綜上所述，三維CAD輔助工程制圖教學(xué)模式在具體應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢性能：三維CAD技術(shù)可以在最大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)物模型演示教學(xué)方法的不足；三維CAD技術(shù)具有實(shí)時(shí)性、動態(tài)性以及可操作性等特點(diǎn)，可以幫助教師進(jìn)一步提高工程制圖教學(xué)的整體成效。

參考文獻(xiàn)：

[1] Fitzpatrick M.機(jī)械加工技術(shù)[M].卜遲武，唐慶菊，岳雅璠，等譯.北京：科學(xué)出版社，2009：44—53.

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[3]葉 軍，孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（02）.

[4]陳麗軍.三維CAD軟件在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用[J].洛陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，37（02）：120—122.

[5]林清夫.引入三維幾何建模的工程圖學(xué)教學(xué)模式分析與比較[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2006（04）.

（作者單位：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）