二維三維轉(zhuǎn)換在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的探索與研究

房芳

摘要：二維三維轉(zhuǎn)換是《機(jī)械制圖》課程運(yùn)行的主線，它是教學(xué)內(nèi)容，是教學(xué)目的，也是教學(xué)手段。由此引發(fā)的思考：恰當(dāng)處理這種教學(xué)內(nèi)容、目的、手段多角色成分的交融；教學(xué)中提高二維三維轉(zhuǎn)換技能的方法的進(jìn)展歷程；二維三維轉(zhuǎn)換未來(lái)發(fā)展的暢想。我們研究、利用并發(fā)展二維三維轉(zhuǎn)換，以促進(jìn)教學(xué)效果和質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖 二維三維轉(zhuǎn)換 交融 進(jìn)展歷程 發(fā)展暢想

工程界的二維工程圖紙作為工程界的通用語(yǔ)言，在設(shè)計(jì)、加工等所有相關(guān)人員之間傳遞產(chǎn)品的信息，人們約定一些制圖規(guī)則，如將三維產(chǎn)品形成若干由二維視圖組成的圖紙，從而表達(dá)完整的產(chǎn)品信息。用二維工程圖形來(lái)表達(dá)三維世界中的物體，需要把三維物體按制圖規(guī)則繪制成二維圖形（即制圖過(guò)程），其他技術(shù)人員再根據(jù)這些二維圖形和制圖規(guī)則，借助抽象思維在人腦中重構(gòu)三維模型（即讀圖過(guò)程）?！稒C(jī)械制圖》就是承載著制定、約束、傳授和強(qiáng)化關(guān)于機(jī)械工程圖樣的制圖規(guī)則和三維抽象思維能力培養(yǎng)職能的課程?！稒C(jī)械制圖》課程目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有空間想象能力、繪制和識(shí)讀機(jī)械工程圖樣的能力。二維平面與三維空間這種多維度的轉(zhuǎn)換是課程運(yùn)行的主線，這種轉(zhuǎn)換技能既是《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)內(nèi)容，又是《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)目的，同時(shí)也是《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)手段，因此二維三維轉(zhuǎn)換在《機(jī)械制圖》教學(xué)中有著至關(guān)重要的意義。

二維三維轉(zhuǎn)換以教學(xué)內(nèi)容、目的和手段等多角色成分存在于《機(jī)械制圖》教學(xué)中，由此引發(fā)以下幾個(gè)方面的思考。

一、恰當(dāng)處理這種教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目的、教學(xué)手段多角色成分的交融

教學(xué)內(nèi)容是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)來(lái)確定的，是教師合理選擇、組織單元教學(xué)內(nèi)容以及安排單元教學(xué)內(nèi)容的表達(dá)和呈現(xiàn)?！稒C(jī)械制圖》課程教學(xué)內(nèi)容中關(guān)于點(diǎn)、線、面、立體的繪圖讀圖等相關(guān)知識(shí)就是二維三維轉(zhuǎn)換的過(guò)程。

教學(xué)目的是教學(xué)過(guò)程的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，它起著重要的導(dǎo)向作用?！稒C(jī)械制圖》課程教學(xué)目的明確指出要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，即掌握繪圖和讀圖的基本方法，就是二維三維轉(zhuǎn)換的技能。

教學(xué)手段是師生教學(xué)相互傳遞信息的工具、媒體或設(shè)備。在眾多教學(xué)手段中的口頭語(yǔ)言、書籍、教具掛圖模型、教學(xué)課件以及三維建模等具象的大量運(yùn)用正是二維三維轉(zhuǎn)換作為手段運(yùn)用的表現(xiàn)。

集教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目的、教學(xué)手段于一身，這種情況在其他學(xué)科中是罕見的，也正是《機(jī)械制圖》教學(xué)的特色，也許《機(jī)械制圖》學(xué)科本身的知識(shí)深?yuàn)W程度并不足為奇，所以通常很多人認(rèn)為這門課程難度不大容易教授，但是要恰到好處地傳授這門課未必似表象感覺(jué)那樣容易，一旦涉足課堂教學(xué)面向?qū)W生進(jìn)行具體表述，方才體會(huì)到其中的困難，似乎總是感覺(jué)到有一種難以訴狀的朦朧，使教師和學(xué)生之間難以淋漓盡致、透徹明了的溝通，原因正如上面所述，即教師是在用二維三維轉(zhuǎn)換的手段來(lái)傳授二維三維轉(zhuǎn)換的知識(shí)，從而達(dá)到二維三維轉(zhuǎn)換的教學(xué)目的。這是對(duì)《機(jī)械制圖》學(xué)科教師的知識(shí)底蘊(yùn)、教學(xué)功底、因材施教、學(xué)情調(diào)控以及矛盾交融時(shí)的掌控能力等綜合素質(zhì)的考驗(yàn)，這當(dāng)然需要教師本身要具有熟練通靈的二維三維轉(zhuǎn)換能力，在此基礎(chǔ)之上還要有機(jī)智靈活的應(yīng)變能力，準(zhǔn)確到位的語(yǔ)言表達(dá)能力，同頻共振的學(xué)生心理情感交流，既是所謂的用問(wèn)題解決問(wèn)題。所以，二維三維轉(zhuǎn)換如此奇妙的存在于《機(jī)械制圖》教學(xué)中，它是《機(jī)械制圖》教學(xué)中永遠(yuǎn)需要意會(huì)言傳的主題和精髓。

二、教學(xué)中提高二維三維轉(zhuǎn)換技能的方法的進(jìn)展歷程

與教學(xué)手段相似，提高二維三維轉(zhuǎn)換技能的方法經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的口頭語(yǔ)言表述、板書文字表達(dá)、教材圖文示范、教學(xué)掛圖展示，到現(xiàn)在的電子視聽設(shè)備、多媒體課件、二維繪圖三維建模程序軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等聲、光、電現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)輔助教學(xué)等階段。這些方法在原有的實(shí)體形態(tài)的基礎(chǔ)上，不斷地發(fā)展、豐富、延伸、優(yōu)化、虛擬和穿越，方法的多樣性改善了教學(xué)條件，智能化了教學(xué)設(shè)施，方便了教學(xué)硬件操作，滿足了教學(xué)的需求。

三、二維三維轉(zhuǎn)換未來(lái)發(fā)展的暢想

目前我們能夠看到的幾乎所有印刷資料，包括各種圖書、圖片、圖紙，都是平面二維的，而現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)三維的世界。首先，從企業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需要和市場(chǎng)分析來(lái)看，在現(xiàn)階段和將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，技術(shù)上還無(wú)法做到完全無(wú)紙化加工，二維工程制圖仍有長(zhǎng)期存在的空間，二維制圖仍將廣泛用于零部件及其一般裝配體的設(shè)計(jì)、交流、指導(dǎo)和分析。其次，二維工程制圖仍有著三維產(chǎn)品模型所不能替代的作用，由于目前很多軟件程序中，三維建模必須依靠二維視圖才能進(jìn)行。三維建模一般都是從二維作圖開始從而創(chuàng)建三維模型。再次，二維視圖能幫助檢驗(yàn)建模的正確性，有時(shí)從三維模型上很難確定點(diǎn)、線、面之間精確的幾何關(guān)系，而從二維視圖上則很容易得到。最后，在三維建模過(guò)程中所需要的空間形象思維能力和形體分析技能只有通過(guò)大量的二維制圖訓(xùn)練才能獲得。二維制圖能力仍是當(dāng)今工程技術(shù)人員必備的基本功之一，因此，學(xué)校仍要十分重視二維制圖的教學(xué)。

當(dāng)然，設(shè)計(jì)領(lǐng)域正發(fā)生著巨大的變革，存在很多局限性的二維平面文件在未來(lái)很有可能被三維建模取而代之，用三維建模更加直觀有效，能更精確地反映設(shè)計(jì)者的意圖，能克服二維繪圖的不足，更有著二維繪圖無(wú)法比擬的優(yōu)越性：

1.三維建?？纱蠓忍岣咴O(shè)計(jì)效率，降低產(chǎn)品成本，具有強(qiáng)大的造型能力和虛擬產(chǎn)品開發(fā)能力，設(shè)計(jì)者很容易設(shè)計(jì)出各種不同的方案供預(yù)視、評(píng)價(jià)和討論，提高產(chǎn)品的適應(yīng)能力，從而有助于優(yōu)化決策，大大縮短研制周期；

2.三維模型一旦建立，即可以供數(shù)字化預(yù)裝配及動(dòng)態(tài)仿真；

3.建立三維模型，能對(duì)其空間網(wǎng)格進(jìn)行劃分和切片處理，生成各截面輪廓，創(chuàng)建掃描線，輸人程序供設(shè)備制造出零件實(shí)物，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)迅速得到物化；

4.通過(guò)三維設(shè)計(jì)模型的動(dòng)態(tài)展示和用戶參與設(shè)計(jì)過(guò)程，可以促進(jìn)產(chǎn)品銷售。

5.由于三維建模系統(tǒng)強(qiáng)大的造型功能，人們很容易把想象中的物體可視化，從而可以激發(fā)人的想象力和創(chuàng)造力，研制出許多新產(chǎn)品，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

從以上分析可以看出，三維建模是發(fā)展的必然趨勢(shì)。三維建模技術(shù)已然在我國(guó)的汽車、航空、船舶等領(lǐng)域迅速得到推廣，眾多企業(yè)急需既懂設(shè)計(jì)，又掌握二維三維技術(shù)操作技能的工程技術(shù)人員。我們的教學(xué)應(yīng)跟隨甚至優(yōu)先于時(shí)代的步伐，致力于研究二維三維的轉(zhuǎn)換，充分利用、發(fā)揮二維三維轉(zhuǎn)換的技能，使二維三維教學(xué)相互滲透、相互融合，在二維三維教學(xué)設(shè)計(jì)軟件使用、手工設(shè)計(jì)繪圖之間找到適當(dāng)?shù)钠ヅ?，提高《機(jī)械制圖》教學(xué)效果和質(zhì)量，培養(yǎng)具有競(jìng)爭(zhēng)力的、新穎觀念的職業(yè)人才。

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