三維實(shí)體設(shè)計(jì)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

《機(jī)械制圖》是機(jī)械類各專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的識(shí)讀、繪制工程圖樣的能力及一定的空間想象能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是從二維到三維再到二維，由于學(xué)生的空間想象能力較差，學(xué)習(xí)起來(lái)比較吃力。教學(xué)實(shí)踐表明，借助于三維CAD軟件的三維實(shí)體造型功能，通過(guò)對(duì)工程形體的實(shí)體模型演示，把工程形體的抽象、靜止的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成形象、生動(dòng)的立體模型圖，采用先三維、后二維、再三維的模式進(jìn)行教學(xué)，既可培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，也可提高教學(xué)質(zhì)量，收到良好的教學(xué)效果。我校在使用多媒體教學(xué)課件的基礎(chǔ)上，引進(jìn)國(guó)產(chǎn)的三維設(shè)計(jì)軟件——CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006。CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006使實(shí)體設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)參數(shù)化造型在復(fù)雜性方面受到的限制，不論是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，還是剛接觸CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的初學(xué)者，CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006都能為其提供便利的操作。采用鼠標(biāo)拖放式全真三維操作環(huán)境，具有無(wú)可比擬的運(yùn)行速度、靈活性和強(qiáng)大功能，使設(shè)計(jì)更快，并獲得更高的交互性能，還能逼真地表現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)模型，以立體的、有光的、有色的生動(dòng)畫面表達(dá)設(shè)計(jì)的零件、部件等。采用“拖放”式操作，簡(jiǎn)單易學(xué)，學(xué)生也容易接受。因此CAXA實(shí)體2006在工程制圖中應(yīng)用比較廣泛，學(xué)生比較熟悉。

一、三維實(shí)體軟件輔助教學(xué)法符合機(jī)械制圖的教學(xué)規(guī)律

《機(jī)械制圖》的教學(xué)實(shí)踐證明:培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和想象能力實(shí)質(zhì)上是圍繞三維實(shí)體與二維平面視圖之間相互轉(zhuǎn)換的思維活動(dòng)，這個(gè)活動(dòng)首先有從空間到平面的感性認(rèn)識(shí)的積累，直接從二維平面到三維實(shí)體的抽象思維對(duì)初學(xué)的學(xué)生而言是比較困難的，不符合他們的學(xué)習(xí)規(guī)律。機(jī)械制圖教學(xué)最好不要從抽象的點(diǎn)、線、面開(kāi)始，因?yàn)辄c(diǎn)、線、面難以將實(shí)體形象建立起來(lái)。應(yīng)從三維實(shí)體出發(fā)，這樣不但可以增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，還可以增加學(xué)生對(duì)投影知識(shí)的理解。對(duì)三維實(shí)體感受越深，理解就越深刻，形象儲(chǔ)存就越豐富、越牢固，比較分析就越容易，對(duì)形體的加工、處理出現(xiàn)新形象就簡(jiǎn)單迅速，這就具備了良好的空間形體想象能力。

二、三維實(shí)體軟件可以滿足教學(xué)模型演示需求

根據(jù)教學(xué)的不同情況，采用方便的尺寸驅(qū)動(dòng)功能，可隨時(shí)選取其高級(jí)圖素中的形體進(jìn)行切割與疊加、截交與相貫，剖視圖、剖面圖、零件圖等模型加以更新，還能使用零件實(shí)體進(jìn)行模擬裝配，它的設(shè)計(jì)功能、爆炸視圖功能和運(yùn)動(dòng)仿真功能，使學(xué)生容易接受和掌握。例如，在組合體的教學(xué)中，基本體的組合方式、表面連接關(guān)系是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是讀圖和作圖的基礎(chǔ)。在講這一部分時(shí)，書(shū)中介紹的方法是線面分析法和形體分析法。學(xué)生的繪圖速度和正確性取決于其頭腦中對(duì)所給形體的理解程度，簡(jiǎn)單的形體容易很快反映出來(lái)，對(duì)于復(fù)雜的形體，使用切割、疊加的方法卻很難制作出來(lái)。沒(méi)有實(shí)體的對(duì)照，教師即使講得口干舌燥，學(xué)生還是不能理解。利用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006軟件中的拉伸、旋轉(zhuǎn)、除料、倒角、抽殼等三維實(shí)體造型功能，課堂上可以很方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的三維實(shí)體。如果根據(jù)視圖嚴(yán)格的尺寸要求，可以構(gòu)造出十分精確的模型。這些形體可以清晰表達(dá)出組合體的組合形式，各部分的實(shí)際形狀和連接關(guān)系，而且可以利用它的旋轉(zhuǎn)功能讓學(xué)生看清楚形體前后、左右、上下各個(gè)方位的連接關(guān)系。有了直觀的形體，學(xué)生可以輕松地畫出三視圖或補(bǔ)齊視圖中所缺的圖線，提高教學(xué)質(zhì)量。

利用CAXA實(shí)體2006造型軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型的演示，要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，不能讓學(xué)生僅僅停留在看實(shí)體模型演示，要采用互動(dòng)式的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生分析各部件之間的關(guān)系，建立解題的空間幾何模型，確定空間解題步驟以及引導(dǎo)學(xué)生想象作圖結(jié)果的空間情況等，使學(xué)生在空間——平面——空間這樣一個(gè)反復(fù)的過(guò)程中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容加深理解，并培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力和分析能力。

三、三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的引入，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

《機(jī)械制圖》在傳統(tǒng)的教學(xué)中往往采用模型和掛圖等手段進(jìn)行教學(xué)，在觀察主要特征及各種形體之間聯(lián)系時(shí)，對(duì)同一內(nèi)容會(huì)重復(fù)演示，教學(xué)效果不明顯。而將多媒體課件和CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006教學(xué)這一輔助手段適時(shí)地穿插于教學(xué)之中，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲。通過(guò)CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006三維虛擬模型庫(kù)和圖樣庫(kù)，學(xué)生增加了表象積累，啟發(fā)了思維，拓寬了想象力。另外由于三維設(shè)計(jì)直觀、形象，CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件操作方便，教學(xué)和實(shí)踐中可以增加一些構(gòu)形設(shè)計(jì)，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力、構(gòu)造力，通過(guò)CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)2006使這些構(gòu)想、創(chuàng)造變成栩栩如生的產(chǎn)品造型，更加激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

四、三維實(shí)體設(shè)計(jì)決定機(jī)械制圖教學(xué)改革的任務(wù)和方向

機(jī)械制圖課程應(yīng)從CAD的發(fā)展方向來(lái)重新構(gòu)建課程體系。就繪圖而言，機(jī)械制圖應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)代設(shè)計(jì)要求出發(fā)，不僅應(yīng)使學(xué)生具有繪制和識(shí)讀二維機(jī)械圖樣的能力，還應(yīng)使學(xué)生具有設(shè)計(jì)所需的三維實(shí)體造型能力和將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)所需的機(jī)械圖樣的能力。目前我國(guó)采用計(jì)算機(jī)三維實(shí)體設(shè)計(jì)的企業(yè)絕大部分只在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、分析等環(huán)節(jié)采用三維技術(shù)，而最終的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)還要將其轉(zhuǎn)換為二維圖紙進(jìn)行生產(chǎn)。因此，機(jī)械制圖課程體系的建立應(yīng)以三維實(shí)體造型方法為主線，培養(yǎng)學(xué)生的三維實(shí)體造型能力和將三維實(shí)體轉(zhuǎn)換成二維機(jī)械圖樣的能力，以及用計(jì)算機(jī)繪制二維機(jī)械圖的能力和識(shí)讀二維機(jī)械圖的能力。也就是說(shuō)，除要求學(xué)生掌握必要的三維實(shí)體造型的基本知識(shí)和技能外，還應(yīng)使學(xué)生了解視圖、剖視圖、斷面圖等基本概念和畫法，掌握加工所需的非幾何信息的標(biāo)注方法等。在教學(xué)中做到制圖基礎(chǔ)與實(shí)體構(gòu)形相結(jié)合，零件圖繪制與零件實(shí)體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，讀圖與實(shí)體構(gòu)形相結(jié)合，常用零件的畫法與相應(yīng)零件的實(shí)體模型相結(jié)合，三維實(shí)體造型能力的培養(yǎng)與實(shí)體計(jì)算、查閱資料及計(jì)算機(jī)繪圖的能力培養(yǎng)相結(jié)合。

用CAD三維實(shí)體輔助教學(xué)法教學(xué)，不論從教師的教學(xué)方式、方法、勞動(dòng)強(qiáng)度，還是從學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣、對(duì)知識(shí)的接受能力，獲取知識(shí)的信息量等各方面的影響都是深遠(yuǎn)的、巨大的。CAD三維實(shí)體輔助教學(xué)法是機(jī)械制圖教學(xué)先進(jìn)的技術(shù)成果，也是對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)的一場(chǎng)革命。三維實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)引入到傳統(tǒng)的制圖教學(xué)中，不僅是教學(xué)手段現(xiàn)代化的體現(xiàn)，而且給較為傳統(tǒng)的制圖課教學(xué)注入了新的內(nèi)涵，加大了課程的信息量，激發(fā)了學(xué)生求知欲，對(duì)學(xué)生空間思維的培養(yǎng)有極大的促進(jìn)作用，同時(shí)要求教師要及時(shí)更新知識(shí)，掌握實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)，才能在教學(xué)中熟練運(yùn)用。