基于三維CAD軟件的《工程圖學(xué)》教學(xué)手段改革的研究①

趙彩虹++尹涓

摘 要：文中針對(duì)《工程圖學(xué)》課程，對(duì)其教學(xué)過(guò)程中教學(xué)效果的改善提出了一種解決措施，即以三維CAD軟件為工具，圍繞教學(xué)內(nèi)容組織和教學(xué)手段開(kāi)展改革和優(yōu)化，以幫助學(xué)生更好的掌握該課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。文中結(jié)合三維CAD軟件的立體建模方法、動(dòng)畫(huà)模擬裝配、關(guān)鍵幀的應(yīng)用等技術(shù)對(duì)《工程圖學(xué)》課程中組合體、機(jī)件表達(dá)方法、裝配圖等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)組織和優(yōu)化詳細(xì)給出解決方案，將三維立體的生成、剖視圖的形成和繪圖、裝配體的裝配和工作原理直觀的展示給學(xué)生。從教學(xué)反饋顯示運(yùn)用三維手段輔助教學(xué)，課堂教學(xué)效果顯著提高，提升了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué) 形象思維 教學(xué)手段 三維CAD

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0189-03

《工程圖學(xué)》是工科院校一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是工程界的語(yǔ)言，對(duì)學(xué)生的形象思維有很高的要求。為了提高教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好的掌握本課程的教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，教師應(yīng)該不斷改進(jìn)教學(xué)方法，精選教學(xué)案例，優(yōu)化教學(xué)手段。另外傳統(tǒng)的工程圖學(xué)內(nèi)容以生成二維圖為輸出，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在很多企業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖紙化。結(jié)合多年的教學(xué)過(guò)程，該文將圍繞三維CAD軟件在教學(xué)過(guò)程中的部分應(yīng)用展開(kāi)闡述，以幫助學(xué)生更有效的學(xué)習(xí)本課程，并對(duì)行業(yè)中工程圖繪制手段有初步的認(rèn)知。

1 基于立體建模的組合體繪圖法

組合體知識(shí)的學(xué)習(xí)是在基本體的基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過(guò)較復(fù)雜形體的閱讀與繪制來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的空間形象思維能力，為零件圖和裝配圖的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)中按照組合體的各種組合形式、組合體的繪制方法、組合體的分析方法、組合體的軸測(cè)圖、組合體的尺寸標(biāo)注等知識(shí)點(diǎn)來(lái)安排教學(xué)內(nèi)容，在知識(shí)點(diǎn)上有內(nèi)容重復(fù)，耗費(fèi)教學(xué)課時(shí)較多。教師課前做好三維模型，利用Pro/E軟件對(duì)操作步驟的查看和編輯功能，將三維立體的生成過(guò)程直觀的交互的展示給學(xué)生，讓學(xué)生在先進(jìn)的教學(xué)手段和方法下輕松學(xué)習(xí)。研究者在Pro/E平臺(tái)下以軸承座為例來(lái)闡述組合體的教學(xué)內(nèi)容安排。

將拉伸的定義介紹給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)形狀特征視圖有直觀的認(rèn)識(shí)。拉伸的要素是繪制形狀特征的截面加上拉伸高度的位置信息，從而學(xué)生能夠明白看圖要找出結(jié)構(gòu)的形狀特征和位置信息及其所在的投影面信息。

將軸承座分割成五個(gè)基本體，分析基本體之間相互位置關(guān)系、主次關(guān)系、表面連接關(guān)系，選擇主視圖的擺放位置和投影方向、確定好繪圖基準(zhǔn)，按形體逐個(gè)繪制形狀特征視圖和其他視圖，在形體分析的基本方法之下注意細(xì)節(jié)的線(xiàn)條處理，從而完成三視圖的繪制。

同理按照形體分割的步驟逐個(gè)標(biāo)注每個(gè)形體的定形尺寸和定位尺寸，注意定位尺寸和尺寸基準(zhǔn)的合理性。

在案例分析過(guò)程中講解各形體位置關(guān)系，表面連接方法，形體分析法的概念、畫(huà)組合體三視圖的步驟等知識(shí)點(diǎn)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，從而提高學(xué)習(xí)效率。

2 基于動(dòng)畫(huà)演示的機(jī)件表達(dá)法

三維軟件的動(dòng)畫(huà)仿真模塊可使用關(guān)鍵幀建立基本動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，把三維模型的不同角度和剖切的照片用快照的方式捕捉，并加入關(guān)鍵幀形成時(shí)間序列，進(jìn)而完成動(dòng)畫(huà)制作。在機(jī)件表達(dá)中運(yùn)用動(dòng)畫(huà)演示法講授知識(shí)點(diǎn)，翻轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的圖示講授法。

采用三維軟件完成零件或組件建模并生成其剖切動(dòng)畫(huà)，將全剖視圖、半剖視圖、局部剖視圖以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，從動(dòng)畫(huà)中總結(jié)剖視圖的概念、剖視圖的分類(lèi)和剖切面的分類(lèi)這些基本知識(shí)點(diǎn)，直觀地展示各類(lèi)剖視圖生成的過(guò)程。結(jié)合教師引導(dǎo)性提問(wèn)，觀察三種剖視圖的相同之處和不同之處，總結(jié)三種剖視圖的使用場(chǎng)合和畫(huà)圖方法。

基于動(dòng)畫(huà)演示的機(jī)件表達(dá)法打破傳統(tǒng)靜態(tài)圖解法，給學(xué)生直接的感觀認(rèn)知，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的樂(lè)趣和效率。

3 基于裝配仿真演示的裝配圖學(xué)習(xí)法

以減速器為例完成減速器三維建模并運(yùn)用三維軟件的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)模塊完成減速器拆裝演示讓學(xué)生了解裝配體、零件和組件間的關(guān)系；運(yùn)用機(jī)構(gòu)仿真模塊完成齒輪嚙合的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真讓學(xué)生了解裝配體的工作原理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室減速器拆裝實(shí)驗(yàn)，為裝配圖的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)提供鋪墊，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，運(yùn)用動(dòng)畫(huà)演示法、實(shí)驗(yàn)法、案例教學(xué)法有效地完成該知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)中引入三維CAD軟件，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)的講解要求，打破枯燥傳統(tǒng)方式，增加了課堂教學(xué)的直觀性和生動(dòng)性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和效率。從教學(xué)反饋顯示，運(yùn)用三維手段輔助教學(xué)，課堂教學(xué)效果顯著提高，提升了教學(xué)效率，將縮短的課時(shí)拓展到案例教學(xué)中，讓學(xué)生及早接觸現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段，深入了解先進(jìn)的制圖技術(shù)，提高實(shí)踐能力。

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