基于三維數字化技術的機械制圖教學改革與實踐

鄒澤昌 陳忠士

摘 要 介紹運用三維數字化技術進行的教學方法改革，闡述三維數字化技術在機械制圖課程中的應用和對于制圖能力的幫助。能更好地培養學生的創新意識和實踐能力，不斷提高教育教學質量。實踐證明，三維數字化技術的應用對教學質量的提高起到重要作用。

關鍵詞 三維數字化技術；教學改革；機械制圖；空間思維能力

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）10-0098-02

Mechanical Drawing Teaching Reform and Practice based on 3D Digital Technology//ZOU Zechan， CHEN Zhongshi

Abstract This article is to introduce the use of three-dimensional（3D）digital technology to reform teaching methods， and describe the applications of 3D digital technology in mechanical drawing courses， which can better develop students awareness of innovation and practical ability to continuously improve the quality of teaching. Practice has proved that the 3D digital technology to improve the quality of teaching plays an important role.

Key words 3D digital technology； teaching reform； mechanical drawing； spatial thinking ability

2012年教育部出臺的《教育信息化十年發展規劃》明確指出，以教育信息化帶動教育現代化，是我國教育事業發展的戰略選擇。教育信息化的根本不是將信息技術引入學校，而是要將信息技術充分融入到課堂教學之中。傳統信息化技術與三維數字化技術充分融合運用，是教育信息化的大勢所趨。近年來，數字化技術在教學之中的應用越來越廣泛[1-3]。

機械制圖是高職院校機械類專業的一門主干技術基礎課。機械制圖以形體構造和圖形表達為核心，以形象思維為主線，培養學生空間想象能力、形象思維能力和圖形表達能力等工科基本素質，為培養高職技能型應用型人才打好基礎，以適應現代設計與制造的發展。然而，隨著近年來高職招生錄取分數線的下降，為提高教學質量，進一步深化機械制圖課程建設，深化教學改革，積極探索和實踐是十分必要的[4]。

1 機械制圖教學現狀分析

大部分學生在入學后第一學期開始學習機械制圖時感到枯燥和吃力。從投影理論入手去分析各種零件圖甚至裝配圖，是很難想象復雜的實體形狀的，學生學習積極性也很難調動起來，從而影響教學效果。

在傳統課堂教學中，對掛圖或實物木模的微小的內部結構，坐在后面的學生無法看清，同時模型實物和投影視圖之間的轉換比較麻煩，因此采用黑板加粉筆、掛圖加實物木模的教學方法，效果不夠理想。而替代了傳統教學中板書及掛圖的多媒體課件教學法，對三維零件的實時動態觀察、剖切、虛擬裝配及裝配體的爆炸動畫顯示等效果基本沒有，已不能滿足對人才培養的需求。隨著計算機技術的發展及其在教育中的應用，基于三維數字化虛擬技術的教學方式有助于教學質量的提高。

2 運用三維數字化技術進行的教學方法改革

剛入學的新生沒有豐富的空間思維能力，應結合當時教學的內容，利用三維數字化設計軟件將備課時準備的數字化模型打開，以任意方向和任意角度對零件圖形進行實時動態觀察，將所講的知識點通過不同的實際案例直觀地呈現給學生，同時利用動態剖切、模擬裝配及仿真動畫功能，圖形更加生動逼真，更能幫助學生培養空間思維能力和設計思想的表達能力，激發學生的學習興趣，增強教學效果。

目前普遍使用的三維數字化技術軟件有SolidWorks、UG、Pro/E、CAXA、CATIA、Inventor等。在眾多軟件當中，SolidWork作為一款功能強大的三維設計軟件，可以實現參數化建模、虛擬裝配、運動仿真、干涉分析等，并能自動生成精確的各種二維工程圖樣，因為它的操作直觀、簡單易學、界面友好、基本功能全面，已經成為較為普遍的應用軟件。

教師根據教學時的實際情況，利用三維SolidWorks軟件，從數字化處理的教學資源中隨時添加一些日常生活中看到的模型，一步一步地示范建模和講解，使學生對該軟件的操作和建模過程有更直接的認識，使學生的空間概念更實際。這種理論聯系實際的教學過程生動有趣，激發了學生的學習興趣，啟發了學生的積極思維，同時可以使學生對現代工程設計方法有切身的體驗，有利于后續課程的學習。

3 三維數字化技術在機械制圖教學中的應用

投影理論、基本視圖 點的正投影和零件的多面投影是機械制圖教學的重點。將上課前準備的實體模型導入SolidWorks軟件中，工程圖模塊直接轉換成三視圖，可使學生輕松地理解投影理論和視圖概念。采用標準視圖中的前視、后視、左視、右視、上視、下視、正視等軸測圖，可以使學生形象、直觀地看到演示模型的空間結構、與視圖的投影關系及各種視圖的形成過程，有利于學生對投影理論及視圖的理解。

基本體、組合體 利用特征建模中的拉伸、旋轉、掃描或放樣創建基本形體，使學生可以逼真地看到各種基本體的形成過程和建模方法。同時，可以由零件直接生成工程圖，讓學生更深刻地了解三維實物與二維投影圖之間的關系，將“教、學、畫”融為一體，是教學內容和教學方法的改革，培養了學生的學習能力和創新能力[5]。

組合體第三視圖的補畫是教學的重點和難點，經常出現學生多畫線或少畫線的現象，是由于學生對諸多細節沒有掌握和理解。因此，在講解組合體的形體分析時，利用SolidWorks軟件的設計特征樹及回放功能，可以完整清楚地演示組合體中各個基本體的形成和組合過程，培養學生的空間想象能力。

截交線、相貫線 傳統教學中很多課時花費在截交線和相貫線的作圖上，尤其是回轉體組合相貫線的空間形狀分析想象困難，教學效果不理想。利用SolidWorks軟件可靈活逼真地講解相貫體的種類、空間位置和截交形狀。組合體的相對尺寸變化時會產生截交線和相貫線的變化，比如兩圓柱直徑比值的改變，會引起交線的性質、彎曲程度和走向發生變化，學生很容易觀察到相貫線的變化趨勢。通過SolidWorks軟件，學生對實體的內部和外部結構能有更直接的認識和理解，使教師的教學更加輕松。

剖視圖 剖視圖是機械制圖教學中機件表達方法的重點，利用Solidworks的工程圖將三維零件模型自動生成詳細的工程圖，可完成各種形式的剖視圖。教學中，在零件的三維視圖下，以直觀的三維旋轉動態形式進行剖切，隨時改變剖切平面的位置，全剖視圖立即生成，能夠促進學生對復雜零件內部結構的想象，激發學生的學習興趣，取得較好的教學效果，這是傳統教學或者課件無法實現的。

零件圖 在三維數字化設計中，零件模型是產品整個設計周期的承載體。在零件圖章節的教學部分，應將二維零件圖和三維實體零件結合起來，充分利用SolidWorks的工程圖功能，直接將零件生成基本視圖、標準三視圖、剖視圖（全剖、半剖、旋轉剖、階梯剖、局部剖等）、斷面圖、局部放大圖、尺寸標注等各種視圖，有利于培養學生識讀較復雜零件圖的能力，為適應以后工作崗位的要求做好準備。這部分內容結合典型的實際零件圖，進行三維實體造型，培養學生三維造型能力與工程應用能力。

裝配圖 講授裝配圖時利用SolidWorks軟件的裝配功能，根據不同裝配約束關系和位置要求，將一個一個零件裝配成部件或產品。同時制作成的裝配動畫可以演示零件的具體裝配過程，裝配的爆炸視圖和生成的爆炸線可以展示整個裝配的位置關系和裝配關系。這樣可以使學生更好地理解裝配圖的工作原理，提高閱讀裝配圖的能力。

4 結語

將三維數字化技術引入機械制圖教學中，實現教學方法的改革與創新，既可以改變以往學生學習機械制圖過程中表現出的枯燥無趣現象，又能將學到的知識內容與機械行業生產設計與制造實際聯系在一起，將現代計算機技術與課程基礎知識有機結合，極大地提高了學生的學習興趣和空間想象能力，同時提高學生三維數字化設計能力。實踐證明，三維數字化技術的應用對教學質量的提高起到重要的作用。

參考文獻

[1]劉書倫，趙冬玲.數字化技術在體育訓練中的運用初探[J].數字技術與應用，2010（2）：48.

[2]黃藝.談基于數字化虛擬技術的景觀設計課程教學[J].教育探索，2013（2）：39-41.

[3]周云.視頻微博在大學英語口語課外訓練中的應用研究[J].現代教育技術，2013（5）：68-72.

[4]李偉.機械制圖課程改革的實踐性探索[J].中國教育技術裝備，2012（4）：97-98.

[5]張澤東.SolidWorks在機械制圖教學中的應用[J].新課程研究：職業教育，2012（2）：157.