淺議如何利用三維CAD技術(shù)輔助傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)

技工院校是培養(yǎng)企業(yè)中技能型人才的搖籃，但其較多的課程沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式。其中《機(jī)械制圖》一直沿襲著幾十年不變的教學(xué)模式，雖造就了大批具有較高投影能力和繪圖技能的工程技術(shù)人員。但隨著三維CAD技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用的日益普及，設(shè)計(jì)和制造的理論和技術(shù)、工程信息的載體及其傳輸方式、人們的思維方式和工作方式都發(fā)生巨大變化。客觀現(xiàn)實(shí)迫切要求對(duì)工程圖學(xué)的課程體系、內(nèi)容、方法、手段全面變革，以適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造、現(xiàn)代信息科技的發(fā)展和具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要，顯然傳統(tǒng)的《機(jī)械制圖》教學(xué)模式已與現(xiàn)實(shí)需求不相適應(yīng)，許多技工院校已對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)進(jìn)行改革，引進(jìn)了三維CAD輔助技術(shù)輔助機(jī)械制圖教學(xué)。

一、技工院校傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)分析

傳統(tǒng)的制圖教學(xué)，以“三中心”教學(xué)方法為主線，即教師中心、課堂中心、書本中心。教師沿用圓規(guī)、直尺、三角板、模型、紙質(zhì)掛圖等教學(xué)用具。需要在黑板上畫出一些圖例，對(duì)于復(fù)雜圖形來(lái)說(shuō)，費(fèi)時(shí)費(fèi)事，教師的體力也消耗很大，而且效果也不是太好。在培養(yǎng)和啟發(fā)學(xué)生的空間想象能力和構(gòu)思能力上，教學(xué)手段較為單一，內(nèi)容多以靜態(tài)為主，無(wú)法表現(xiàn)豐富多彩的三維動(dòng)態(tài)對(duì)象，使學(xué)生難以形成完整的空間概念。而對(duì)于基礎(chǔ)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較差的技工學(xué)生來(lái)說(shuō)，部分學(xué)生因?yàn)榭臻g想象能力的缺乏而看不懂二維圖，導(dǎo)致喪失學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的信心，從而致使技能訓(xùn)練課程因無(wú)法看懂圖樣而不能繼續(xù)學(xué)習(xí)。

傳統(tǒng)教學(xué)模式下培養(yǎng)的學(xué)生畢業(yè)后從事設(shè)計(jì)零件的工作時(shí)，由于學(xué)習(xí)的繪圖手段有限，學(xué)生很難在圖樣上將設(shè)想的零件表達(dá)成立體圖形，不得不遵循正投影法形成的二維視圖來(lái)表達(dá)自己的三維設(shè)想，因此，一旦經(jīng)驗(yàn)不足，考慮不周，空間干涉就在所難免。因?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造工作流程是按順序進(jìn)行的，很多時(shí)候是等機(jī)械零件做出來(lái)了，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試裝配時(shí)才發(fā)現(xiàn)干涉或設(shè)計(jì)不合理等現(xiàn)象，造成設(shè)計(jì)修改工作量大，開發(fā)周期長(zhǎng)。

二、三維CAD在輔助機(jī)械制圖教學(xué)中的重要應(yīng)用

1.利用三維CAD輔助教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力

三維CAD輔助教學(xué)符合認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是和空間想象能力的產(chǎn)生和發(fā)展相一致的，建立三維空間到二維平面的概念要從三維實(shí)體入手，即首先從簡(jiǎn)單的三維基本幾何體入手，通過(guò)對(duì)如:棱柱、圓柱、圓錐、球等基本實(shí)體的投影及投影特征進(jìn)行分析，熟悉構(gòu)成投影的基本元素，如:直線段、矩形、多邊形、圓等二維平面的含義，逐步掌握各基本幾何體在不同投影面上的投影規(guī)律，找出其投影特征。如投影反映實(shí)體的真實(shí)性、積聚性、相似性等，從而建立三維空間到二維平面的概念。在有了對(duì)三維實(shí)體的感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，形成二維平面這抽象的理性認(rèn)識(shí)，反過(guò)來(lái)才能建立正確牢固的空間形體表象。

2.利用三維CAD輔助教學(xué)法掌握機(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，如果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，不符合對(duì)他們的教學(xué)(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、面開始，因?yàn)辄c(diǎn)、線、面難以將實(shí)體形象建立起來(lái)，而從三維實(shí)體出發(fā)，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)體感受越深廣，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。

3.利用三維CAD輔助教學(xué)法解決復(fù)雜零部件教學(xué)難的難題

對(duì)于是復(fù)雜的零件，尤其是裝配體，實(shí)物模型很難展示其內(nèi)部結(jié)果，而通過(guò)CAD建立的三維模型則可以根據(jù)需要，靈活進(jìn)行剖切，還可以進(jìn)行仿真，直觀展示裝配配體中各零件之間的裝配關(guān)系，及方便學(xué)生進(jìn)一步了解裝配體的工作原理。傳統(tǒng)的教學(xué)方式，要由裝配圖(圖1)想象裝配體(從二維裝配圖想象各零件的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn))、變速器的安裝順序和拆法、變速器的工作原理，這對(duì)于技工學(xué)校的學(xué)生基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，難度很大，學(xué)習(xí)效果也很差，根本無(wú)法達(dá)到教學(xué)大綱的教學(xué)要求。

通過(guò)CAD三維實(shí)體有了三維實(shí)體裝配(圖2)及其爆炸圖(圖3)對(duì)幫助教師結(jié)合二維裝配圖的教學(xué)產(chǎn)生了良好的效果。分析裝配體的零件結(jié)構(gòu)、裝配體的拆法和安裝順序時(shí)，完全可以通過(guò)爆炸圖得到圓滿的答案。特別是變速器的工作原理，這是每個(gè)教師最為迫切需要解釋的首要問(wèn)題。在CAD裝配體的教學(xué)中，如果為零部件指定明確的動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)路徑及準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速，可以生成齒輪的齒合傳動(dòng)動(dòng)畫，學(xué)生可以更形象地理解變速器的工作過(guò)程。進(jìn)一步加深對(duì)變速器整體結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)識(shí)，真正達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生空間形體想象能力的效果。

4.運(yùn)用CAD三維實(shí)體教學(xué)法解釋課本和練習(xí)題出現(xiàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)

切割線與相貫線的畫法與識(shí)讀是制圖教學(xué)中較難的章節(jié)，學(xué)生因?yàn)榭臻g想像能力欠缺，比較難理解多變的線條變化。例如，如果按步就搬地將課本中“兩圓柱正交相貫線、兩圓柱直徑不等正交的相貫線、圓錐正交的相貫線”的畫法傳授給學(xué)生，因?qū)嵨锬Ｐ蜕俣。瑨靾D不夠清楚，軸測(cè)圖不夠具體，這樣板書學(xué)生難以理解，同時(shí)教師工作量大，花去了大量的時(shí)間和精力，而教學(xué)效果不如意。要再深入講解相貫的切割就更不容易了。而運(yùn)用CAD三維實(shí)體輔助相貫與切割章節(jié)的教學(xué)，如圖4所示，則因?qū)嶓w的建立和操作簡(jiǎn)單方便，動(dòng)感強(qiáng)，有感染力。學(xué)生一目了然，興趣高，容易接受，可以達(dá)到比較好的教學(xué)效果。

(作者單位:廣東省韶關(guān)市高級(jí)技工學(xué)校)