基于三維建模的《工程制圖》教學(xué)方法改革

金國(guó)偉

摘 要： 工程制圖課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握繪圖和識(shí)圖的能力，其主要教學(xué)方法則是培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，能夠?qū)崿F(xiàn)空間到平面或者平面到空間的想象。然而對(duì)于大多數(shù)學(xué)生，特別是高職院校學(xué)生而言，空間想象力偏差，導(dǎo)致工程制圖的學(xué)習(xí)效果不明顯。本文旨在利用三維建模軟件Creo建立三維模型，改進(jìn)教學(xué)方法，以想象、練習(xí)和對(duì)比的方法幫助學(xué)生培養(yǎng)空間想象能力。

關(guān)鍵詞： 空間想象力；工程制圖；三維建模

項(xiàng)目編號(hào)：JC201603 項(xiàng)目來(lái)源：2016年浙江安防職業(yè)技術(shù)學(xué)院教材建設(shè)項(xiàng)目

一、教學(xué)方法改革的重要性

工程制圖即工程圖樣，是表達(dá)工程與產(chǎn)品信息的載體，是工程界進(jìn)行思想信息交流的重要語(yǔ)言[1]，也是普通高等院校工科專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，旨在通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生空間想象力，提高學(xué)生識(shí)圖與繪圖的能力。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師通過(guò)教學(xué)模型展示的方法來(lái)幫助學(xué)生理解三視圖，從而培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。然而工程制圖中涉及到的工程圖樣種類繁多且教學(xué)模型有限，教學(xué)模型無(wú)法完全展示所有工程圖樣。此外，教學(xué)模型的購(gòu)買及損耗需花費(fèi)許多經(jīng)費(fèi)，從而大大地增加了教學(xué)成本。

二、工程制圖中引入三維建模Creo的優(yōu)點(diǎn)

三維建模是指利用計(jì)算機(jī)將現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)體或者虛擬的物體以三維實(shí)體的形式展現(xiàn)出來(lái)[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的三維建模軟件如Creo、UG、Solid Works被運(yùn)用到了企業(yè)的生產(chǎn)中，并且越來(lái)越受到重視。綜合三維建模軟件的優(yōu)點(diǎn)具體如下：

1.輔助學(xué)生建立三維空間立體的概念

工程制圖作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要開(kāi)設(shè)在大一學(xué)年，學(xué)生對(duì)空間想象的概念模糊，而課本中多是以二維圖形的方式表達(dá)物體的信息。因此學(xué)生在二維圖形與三維實(shí)體間的轉(zhuǎn)換存在一定的困難，這為學(xué)生學(xué)習(xí)工程制圖帶來(lái)了一定困難[3]。Creo則能夠?qū)⑽矬w的三維實(shí)體如實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生可將Creo模擬的實(shí)體與三視圖進(jìn)行比較，逐漸建立起三維空間立體的概念。

2.幫助學(xué)生培養(yǎng)空間想象力

在許多工程制圖的教科書中，工程圖樣多是以二維圖形的表達(dá)方式展現(xiàn)在學(xué)生面前，其中教科書中用于表達(dá)實(shí)體信息的多是以三視圖的形式。要學(xué)好工程制圖，必須要求學(xué)生培養(yǎng)起空間想象力，而許多學(xué)生天生就缺乏空間想象力，給教師授課及學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了巨大壓力。教師可以利用Creo畫出三維模型，方便學(xué)生驗(yàn)證自己將三視圖轉(zhuǎn)換成的三維圖是否正確， 從而不斷培養(yǎng)和提升學(xué)生對(duì)三維空間想象的能力。

3.彌補(bǔ)教學(xué)資源的不足，節(jié)省教學(xué)成本

傳統(tǒng)教學(xué)方法中，教師采用教學(xué)模型的展示等方式給學(xué)生講解工程圖樣中三維實(shí)體與三視圖之間的轉(zhuǎn)換，而工程制圖課程中涉及的工程圖樣多種多樣，教學(xué)模型無(wú)法展示所有圖樣的三維信息[4]。此外，工程模型的購(gòu)買和消耗將大大增加教學(xué)成本。Creo可通過(guò)繪制三維模型的方式展示所有工程圖樣的三維信息，操作方便且大大降低了教學(xué)成本。

4.教學(xué)展示靈活，方便學(xué)生練習(xí)空間想象力。

Creo繪制的三維模型可以表達(dá)所有工程圖樣的三維信息，且可在投影儀中進(jìn)行展示，軟件展示的三維模型不但可以進(jìn)行放大縮小，還可以進(jìn)行各個(gè)視角的切換，方便學(xué)生進(jìn)行觀察。工程制圖中要用到的Creo操作知識(shí)極少，教師可安排少許時(shí)間進(jìn)行教導(dǎo)，方便學(xué)生課后進(jìn)行空間想象力的練習(xí)。

三、Creo在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用

筆者承擔(dān)了浙江安防職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系的工程制圖課程，在教學(xué)的過(guò)程中不斷探索教學(xué)方法的改革，對(duì)基于三維建模的工程制圖教學(xué)方法改革做了一定的研究。Creo在整個(gè)教學(xué)改革過(guò)程中的應(yīng)用如下：

1.分析三視圖，形成三維模型思想

筆者在授課中對(duì)工程圖樣的三視圖進(jìn)行分析，構(gòu)成基本的三維模型思想，以對(duì)照拉伸及切割等方法引導(dǎo)學(xué)生想象出三視圖的三維模型，從而幫助學(xué)生形成三維模型思想。

2.觀察三維模型，驗(yàn)證三維模型思想

筆者在課前將習(xí)題中的三視圖用Creo軟件畫出，授課過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生利用三視圖構(gòu)建三維模型思想，想象出三視圖對(duì)應(yīng)的三維模型。學(xué)生通過(guò)觀察Creo展示的三維模型驗(yàn)證自己建立的三維模型思想，通過(guò)不斷練習(xí)來(lái)培養(yǎng)三維空間想象力。

3.對(duì)照三維模型，獲取三視圖信息

學(xué)生通過(guò)觀察教師在Creo軟件中展示的三維模型，了解三視圖各個(gè)投影面的基本信息，解答對(duì)應(yīng)的三視圖。

總結(jié)

本人在安防學(xué)院講授工程制圖已有三學(xué)期，自第一學(xué)期便發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的這一難點(diǎn)，于是結(jié)合自己之前所學(xué)知識(shí)，將各科課程知識(shí)進(jìn)行參差，從而提出此種教學(xué)改革方法。事實(shí)證明，本人在這三學(xué)期中采用此方法幫助不少學(xué)生培養(yǎng)了空間想象力。此外，工程制圖作為工科技術(shù)類課程，相對(duì)枯燥且難以理解，而采用此種教學(xué)方法后課堂變得更加生動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性也得到了大大地提高?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]陳錦昌.論本科工程圖學(xué)課程教學(xué)基本要求的修訂[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（3）：101-105.

[2]葉軍，孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008，（2）：168-172.

[3]曾宇.對(duì)《工程制圖》課程的幾點(diǎn)思考.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2007（S1）：51-51.

[4]朱海英.《工程制圖》課程的教學(xué)改革研究[D].武漢：華中師范大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.endprint