計(jì)算機(jī)三維建模引入工程制圖課程的教學(xué)研究

任小青 王曉娟 黃永玉 沈海寧

摘 要：工程制圖是工科的專業(yè)基礎(chǔ)課，采用三維數(shù)字模型輔助傳統(tǒng)教學(xué)，可以降低課程學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。本文論述了，課堂中要引入三維模型，教師必須要做的前期工作。以及三維數(shù)字模型對教學(xué)的影響。

關(guān)鍵詞：工程制圖 三維建模 教學(xué)改革

一、研究背景

工程制圖采用投影法，用二維圖來表達(dá)三維形體，該課程是工科必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，一般在大學(xué)一二年級開設(shè)。對于習(xí)慣于抽象思維，缺乏具象思維訓(xùn)練的低年級大學(xué)生而言，構(gòu)形不再符合視覺習(xí)慣，問題變得抽象復(fù)雜[1]。我校屬于西部高校，本地生源占到了50%，在多年的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大部分青海本地學(xué)生的空間想象能力相對外地生源更弱一些，這和我省初、高中的基礎(chǔ)教育落后于中東部省份有關(guān)，而本地的民族生除了基礎(chǔ)薄弱之外，語言交流也存在一定障礙。這些都加劇了課程講授的難度。為了彌補(bǔ)學(xué)生空間想象能力差，在傳統(tǒng)課堂上，教師利用視頻播放、教具模型、黑板手繪、彩色掛圖等幫助學(xué)生理解。雖然教學(xué)模型，可以讓學(xué)生直觀的觀察，但是實(shí)物模型數(shù)量有限，不可能涵蓋所有問題。傳統(tǒng)課堂由于提供的信息量小、缺乏靈活性，講授不易清楚，學(xué)習(xí)過程枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下，教學(xué)效果難于達(dá)到預(yù)期[2]。為了盡快讓學(xué)生空間思維能力得以提高，引入新的課堂教學(xué)方法，是解決當(dāng)前問題的方法之一。

二、三維建模引入工程制圖課程后對教學(xué)效果的影響

當(dāng)前工程領(lǐng)域常用的三維造型軟件有Proe、UG、Catia、SolidWorks等。其中SolidWorks 具有功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)、全中文界面等特點(diǎn)，被廣泛使用。本研究借助SolidWorks 強(qiáng)大的三維建模、工程圖生成及模型渲染等功能，可以方便快捷地進(jìn)行復(fù)雜形體外觀設(shè)計(jì)，這樣可擺脫教具模型有限的束縛。并能實(shí)時方便地進(jìn)行修改，靈活多變[3]。教師授課過程中可以根據(jù)需要借助SolidWorks 軟件創(chuàng)建三維幾何外觀，將繪制好的三維實(shí)體模型直接轉(zhuǎn)化成具有投影關(guān)系的視圖。這樣可以很快幫助學(xué)生建立起二維投影和三維實(shí)體間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。對于裝配體，教師可以利用軟件自帶的爆炸圖功能將組成零件逐個拆分開來，清楚地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，增加真實(shí)感和直觀性。同時裝配體的裝配過程，也可以幫助學(xué)生初步理解零件的配合和定位。由數(shù)字模型輔助教學(xué)，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和形體構(gòu)思能力，建立三維空間立體概念，進(jìn)一步提高學(xué)生閱讀和繪制零件圖和裝配圖的能力。此外，教師還可以將solidworks文件存為eprt文件，可以方便不會使用solidworks的同學(xué)，通過e-drawing軟件動態(tài)觀察實(shí)物模型。這樣可以徹底讓教師和學(xué)生擺脫傳統(tǒng)教具有限的束縛，學(xué)生可以在課堂以外，隨地隨地打開模型配合自主學(xué)習(xí)。

三、三維建模輔助傳統(tǒng)工程制圖課程的方法研究

很多一年級的大學(xué)生在此前并未接觸過三維繪圖軟件，為了更好的讓三維模型配合好教學(xué)工作，以下兩方面的工作教師必須提前著手準(zhǔn)備，只有這樣才能收到預(yù)期的教學(xué)效果。

1.模型庫的創(chuàng)立

用三維模型來說明一個制圖問題的知識點(diǎn)，可以提高此知識點(diǎn)的直觀性。 如圓錐的截交問題，可以很輕松通過改變截平面與圓錐軸線的夾角，觀察到由此引起的截口形狀的變化。利用solidworks創(chuàng)建模型庫，來配合整個課程知識點(diǎn)的講述，能降低課程難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時又可以避免教師在上課過程中，由于創(chuàng)建模型占用課堂有效教學(xué)時間的問題，課下也可以將模型發(fā)送給學(xué)生，配合學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。那么如何選取特征模型，通過改變參數(shù)來配合知識點(diǎn)的講授，將是教師必須提前要做的準(zhǔn)備的工作，也是建立模型庫的關(guān)鍵所在。

2.模型的展示方法

教師調(diào)用模型庫里的模型，通過什么樣的展示方法（如改變模型的尺寸參數(shù)、改變模型的投影方向，360度對模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)等），讓學(xué)生更好的理解三維和二維之間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律。根據(jù)課堂學(xué)生反映，總結(jié)有效的展示方法。也是保證良好教學(xué)效果，也是必須要做的前期準(zhǔn)備工作。

結(jié)語

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，為三維幾何外觀設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。目前國內(nèi)眾多企業(yè)，已經(jīng)開始使用三維造型軟件，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，三維圖設(shè)計(jì)和二維圖設(shè)計(jì)，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域同時并行存在。便攜式智能終端設(shè)備，在日常生活中越來越普及，為隨時隨地打開三維設(shè)計(jì)圖，提供了硬件保障[4]。由于其的便捷性，使得三維設(shè)計(jì)的存儲和展示如同打開紙質(zhì)工程圖一樣方便，由此可以預(yù)測，在不久的將來三維設(shè)計(jì)必將取代目前的二維設(shè)計(jì)。提前讓學(xué)生接觸到三維設(shè)計(jì)的理念，可以為后續(xù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)，做一定的前期鋪墊。

參考文獻(xiàn)

[1]孫根正.關(guān)于制圖教改問題的研討綜述[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000.

[2]張小娃.淺談三維實(shí)體在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣東科技，2010.

[3]雷雪霏，楊欣欣，李瑞海.《制藥工程制圖》教學(xué)方法探索與實(shí)踐[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.

[4]童秉樞，易素君，等.工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2005，