基于AutoCAD技術(shù)《機(jī)械制圖》課教學(xué)方法的探討

郭延文

（湘潭大學(xué) 湖南 湘潭 411100）

1.問題的提出

圖樣是表達(dá)和交流技術(shù)思想的重要工具，是企業(yè)工程技術(shù)部門的一項(xiàng)重要技術(shù)文件。設(shè)計(jì)人員通過圖樣來表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。加工人員以圖樣作為生產(chǎn)依據(jù)，機(jī)械設(shè)備操作人員也要通過圖樣來了解機(jī)器設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能。所以機(jī)械工程技術(shù)人員必須熟練掌握這一工具，要具有繪制和閱讀機(jī)械圖樣的能力[1]。

《機(jī)械制圖》是大專院校、科研所的機(jī)械類及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課[2]，在課程設(shè)置中，《機(jī)械制圖》一般是安排在大學(xué)一年級第一學(xué)期開設(shè)，開設(shè)該課程是為了培養(yǎng)學(xué)生的空間能力、立體思維能力、讀圖能力、繪圖能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為后續(xù)課程或?qū)砝^續(xù)深造打下基礎(chǔ)，也為其走向工作崗位打下基礎(chǔ)，以滿足現(xiàn)代企業(yè)對綜合性應(yīng)用型人才的需求?！稒C(jī)械制圖》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[3,4]，其主要內(nèi)容包括制圖的基本知識、投影基礎(chǔ)、基本立體及其交線的投影、組合體的視圖及尺寸標(biāo)注、軸測圖、圖樣的畫法、常用件和標(biāo)準(zhǔn)件、零件圖、裝配圖等。

剛進(jìn)入大學(xué)的新生由于缺乏工程實(shí)際方面的感性認(rèn)識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)[5]，在課程學(xué)習(xí)過程中有許多內(nèi)容在短時(shí)間內(nèi)難以理解和掌握，譬如立體的投影、立體的截交線和相貫線、組合體的三視圖、機(jī)件的結(jié)構(gòu)及其表達(dá)方法、機(jī)器的裝配及其裝配圖等?？偠灾?，就是空間想象能力不夠的情況下，難以理解空間體和投影圖之間的關(guān)系。

《機(jī)械制圖》課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法是結(jié)合教學(xué)模型、三角板、圓規(guī)、粉筆等在黑板上作圖和板書為主，體現(xiàn)為平面性教學(xué)[6]。在該方法的教學(xué)過程中，如果繪圖對象很簡單，通過教學(xué)模型的展示，學(xué)生能夠理解和聽懂，反之，必須要求學(xué)生具有良好的空間想象能力，否則理解就很困難了，因?yàn)槿狈^復(fù)雜對象的教學(xué)模型。這樣一來，對大多數(shù)學(xué)生來講，在有限的時(shí)間里，由于空間想象能力的缺乏，傳統(tǒng)的教學(xué)方式只有效地傳授給學(xué)生較少量的知識[6]，學(xué)生也只能理解和接受較少的知識。如果在《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中應(yīng)用AutoCAD技術(shù)，再結(jié)合多媒體，使授課內(nèi)容形象、直觀和生動(dòng)，且通俗易懂，大大降低《機(jī)械制圖》課程學(xué)習(xí)的難度，節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間，且能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣[7]，讓學(xué)生快速地掌握該門課程的知識和重點(diǎn)、難點(diǎn)，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量和效率。

AutoCAD是由美國Autodesk公司開發(fā)的設(shè)計(jì)類軟件，自1982年誕生以來，一直是工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用最廣的軟件，其最為基本功能之一就是繪圖，可以繪制二維圖形、三維立體圖形，而且操作簡單。

筆者從事《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)已經(jīng)多年，應(yīng)用AutoCAD繪圖技巧和相應(yīng)功能，對于該課程的教學(xué)頗有幫助，現(xiàn)從以下幾個(gè)方面談?wù)凙uto-CAD在該門課程教學(xué)中的運(yùn)用情況。

2.三面投影體系［1，2］

為了表示物體的整體大小和形狀，必須從幾個(gè)不同方向畫出物體的投影圖，在工程圖樣中，通常采用與物體的長、寬、高對應(yīng)的三個(gè)互相垂直的投影面，這樣就構(gòu)成投影的三面投影體系，工程圖樣就是基于這樣的投影體系，對于初學(xué)者來說，有些學(xué)生理解不了投影體系，搞不清投影體系形成的投影（也叫視圖）與物體之間的關(guān)系，也不明白投影與工程圖樣的聯(lián)系，如圖2-1所示。

圖2-1 幾何體的三視圖

如果運(yùn)用 AutoCAD 繪制其立體模型圖［8，9，10］，如圖2-2所示。結(jié)合多媒體可以簡單而又直觀地說明三面投影體系及三視圖，如圖2-3所示。

圖2-2 幾何體在三面投影體系中空間狀態(tài)

圖2-3 幾何體的三面投影體系及三視圖

3.截交線和相貫線

截交線是截平面與立體表面的交線，相貫線是指立體表面相交形成的交線[1,2]。對于這些概念，多數(shù)同學(xué)都能理解，但是對于各種截交線和相貫線具體形態(tài)，由于空間想象能力的不足，許多同學(xué)想象不出，因此給教學(xué)帶來困難。鑒于此，適當(dāng)運(yùn)用AutoCAD的繪圖功能，特別是三維繪圖功能，此問題就迎刃而解了。

3.1 理解和繪制平面立體的截交線

如圖3-1所示，這是一個(gè)由基本幾何體（三菱椎體）切割而成的幾何體，對于初學(xué)者來講，較難想象出其空間面貌。因而正確繪制出截交線（截交線都是直線段）就更難了。

圖3-1 幾何體三視圖

圖3-2 幾何體的立體圖

如果用AutoCAD的三維繪圖功能，建立其立體模型［9，10］，如圖 3-2 所示，而且能從不同的視角觀察，那么直觀的空間形態(tài)就會(huì)容易理解了，有了這樣的立體效果圖的幫助，在繪制其圖形就簡單了。

3.2 理解和繪制曲面立體的截交線

如圖3-3所示，這是一個(gè)由基本幾何體（椎體）切割而成的幾何體，其截交線既有直線段部分，又有曲線段，對于初學(xué)者來講，正確繪制出繪制其圖形有相當(dāng)?shù)碾y度。

圖3-3 曲面立體的截交線

圖3-4 曲面立體三維模型

如果建立其三維模型，如圖3-4所示，而且能從不同的視角觀察其模型，學(xué)生就可以清楚、直觀地看到截交線的位置和形態(tài)，這樣就可以把該幾何體的三視圖畫出來了。

3.3 理解和繪制曲面立體的相貫線

如圖3-5所示，這是一個(gè)由基本幾何體（椎體）切割和疊加而成的幾何體，輪廓線既有截交線，又有相貫線，其截交線、相貫線既有直線段部分，又有曲線段，對于初學(xué)者來講，理解和繪制其圖形有些困難。但是用AutoCAD建立其三維模型，從不同的視角和結(jié)構(gòu)內(nèi)外觀察其模型，就可以清楚、直觀地看到交線的位置和形態(tài)，同時(shí)，也理解了這個(gè)集合體的結(jié)構(gòu)，如圖3-6所示。

圖3-5 曲面立體的相貫線

圖3-6 曲面立體的相貫線立體模型

4.組合體三視圖的繪制

在工程上稱投影圖為視圖。按機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，把物體的三視圖，即V面、H面和W面投影分別稱為主視圖圖、俯視圖和左視圖［1，2］。機(jī)械零件的種類繁多，形體各異，但通過分析，就不難看出它們的形體都是由一些基本幾何體組合而成，稱為組合體。組合體的組合方式可以分為堆積和挖切兩種基本形式［1，2］。掌握組合體的三視圖的繪制是學(xué)畫機(jī)械零件圖的基礎(chǔ)，組合體的三視圖是正投影法的應(yīng)用，綜合了點(diǎn)的投影、直線的投影、面的投影以及他們之間的相互位置關(guān)系，繪制其三視圖都是由由簡到繁、由易到難，循序漸進(jìn)地完成該知識的學(xué)習(xí)。

在教學(xué)過程中，如果只運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，會(huì)達(dá)不到較好的效果和效率，主要是因?yàn)?，一是組合體的教學(xué)模型有限，給學(xué)生展示的多半是一些簡單的組合體，代表性不強(qiáng)；二是繪制組合體三視圖時(shí)，圖線較多，特別對于一些復(fù)雜的組合體來說，更是如此。應(yīng)用AutoCAD強(qiáng)大的繪圖功能和多媒體技術(shù)，這些都不是問題。以下圖組合體的繪制為例說明其三視圖的繪制。

這個(gè)組合體結(jié)構(gòu)很典型，也相復(fù)雜，要正確繪制其三視圖，必須能夠先想清楚其立體結(jié)構(gòu)，包括其細(xì)節(jié)，然后按照三視圖的繪制規(guī)則完成圖形的繪制。

教學(xué)過程分兩大步：一是用AutoCAD三維功能建立組合體的立體模型（備課時(shí)完成），講授時(shí)能夠改變模型的位置，讓同學(xué)們看清其結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。二是用AutoCAD平面繪圖功能完成三視圖，如圖4-2所示。

圖4-1 組合體的立體模型

圖4-2 組合體的三視圖

5.剖視圖

在《機(jī)械制圖》課程教學(xué)中，隱藏的輪廓線，一般采用虛線表示的形式，如圖5-1所示，當(dāng)隱藏面較多時(shí)，圖紙就變得復(fù)雜難懂。針對這一個(gè)特點(diǎn)，利用 AutoCAD 軟件的刨切功能［9，10］，可以用軟件將繪制好的實(shí)體剖開并著色渲染，如圖5-2所示，學(xué)生讀圖時(shí)更加直觀明了，這是普通教學(xué)工具所達(dá)不到的理想教學(xué)效果。

圖5-1 隱藏的輪廓線

圖5-2 實(shí)體剖開并著色渲染

6.習(xí)題課

學(xué)習(xí)《機(jī)械制圖》這門課，最大的特點(diǎn)之一就是多做練習(xí)，通過大量練習(xí)才能真正對其內(nèi)容理解、消化和鞏固。所以習(xí)題課也是授課教師應(yīng)該重視和加強(qiáng)的。上課時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法需要一些教具，比如圓規(guī)、三角板、粉筆、教學(xué)模型、教鞭、黑板及黑板刷等，在做習(xí)題講解時(shí)，用這些工具一筆一劃地完成習(xí)題圖形，教師在黑板上作圖時(shí)，有時(shí)身子擋住視線，學(xué)生根本看不到做圖步驟，特別是在講授復(fù)雜機(jī)件的三視圖時(shí)，每完成一步必須停下來解說，同時(shí)，三視圖的圖線也很多，特別是作圖時(shí)的輔助線很多，而這些輔助線不能很好的定位，影響作圖的準(zhǔn)確性，同時(shí)，有些輔助線是不便檫掉的，使試圖面很混亂，一堂課下來也完成不了一個(gè)習(xí)題，這不僅僅是授課效率低，而且學(xué)生聽課效率也低，達(dá)不到很好的教學(xué)效果。如果用AutoCAD結(jié)合多媒體來講習(xí)題課，那就好多了，如圖6-1所示。

用AutoCAD比用傳統(tǒng)方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

第一.整過講解過程視線沒有任何遮擋，通過教師的講解和使用鼠標(biāo)、激光筆的指示，學(xué)生都能清楚地看到作圖步驟。

第二.對于較復(fù)雜的機(jī)件完成三視圖時(shí)，輔助線很多，AutoCAD能很精準(zhǔn)[9,10]的確定其位置，且根據(jù)圖面的需要對輔助線可很靈活的處理：隱藏、刪去、保留等，從而保證整個(gè)圖面的清晰。

第三.作圖過程可以保留下來，而且可以重復(fù)觀看作圖步驟，如果有些同學(xué)沒聽懂或看懂，可以在課堂重現(xiàn)作圖步驟或COPY圖形文件，課后再學(xué)習(xí)，這是傳統(tǒng)方法是達(dá)不到的。

第四.效率高，用AutoCAD技術(shù)講習(xí)題課，一堂課可以講授數(shù)個(gè)習(xí)題。

圖6-1 AutoCAD作圖

7.結(jié)論

由上可知，在《機(jī)械制圖》這門課的教學(xué)中，結(jié)合多媒體技術(shù)，合理使用AutoCAD軟件的相關(guān)功能，特別是AutoCAD軟件的三維設(shè)計(jì)功能，可以實(shí)現(xiàn)“體一平面一空間”的相互轉(zhuǎn)換，把實(shí)體模型以立體圖形的形式展現(xiàn)給學(xué)生，同時(shí)，教師不但可以將實(shí)體模型的整個(gè)造型過程展示給學(xué)生，而且還可以讓學(xué)生通過AutoCAD軟件的演示，觀看到實(shí)體的各個(gè)細(xì)節(jié)，增加了教學(xué)內(nèi)容的直觀性，讓學(xué)生在讀圖時(shí)更加通俗易懂，使教學(xué)過程生動(dòng)有趣，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，在很大程度上，提高了教師授課的效率，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。