三維建模在高職汽車專業(yè)《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：高職汽車專業(yè)的主要任務(wù)是讀懂零件圖，學(xué)習(xí)的瓶頸在于空間想象力的培養(yǎng)，將AutoCAD軟件三維建模應(yīng)用于教學(xué)中，把學(xué)生難于想象的空間形狀用立體圖的形式展現(xiàn)出來，代替實(shí)物模型，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中快速建立起空間感，收到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：AutoCAD 建模 機(jī)械制圖 汽車專業(yè) 讀圖

0 引言

2013年初，社科院發(fā)布了《中國(guó)汽車社會(huì)發(fā)展報(bào)告2012—2013》的調(diào)查報(bào)告，報(bào)告預(yù)計(jì)，到2013年第一季度，中國(guó)私人汽車擁有量將破億。汽車保有量的增加，必然會(huì)推動(dòng)汽車維修市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，從而將需要更多具有扎實(shí)理論、很強(qiáng)動(dòng)手能力、掌握前沿技術(shù)的復(fù)合型汽車專業(yè)人才，這就給培養(yǎng)汽車類人才的學(xué)院提出更高的教學(xué)要求。

1 行業(yè)要求

我國(guó)目前汽車類專業(yè)的人才培養(yǎng)分三個(gè)層次：本科、高職和中職，培養(yǎng)目標(biāo)和職業(yè)定位各不相同。作為高職學(xué)院的汽車專業(yè)，以培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能人才為培養(yǎng)目標(biāo)，其職業(yè)定位是技師（汽車醫(yī)士和護(hù)師）。

2 學(xué)生特色

隨著近幾年高考學(xué)生人數(shù)的減少，高校招生難度越來越大，特別是高職學(xué)生，即使分?jǐn)?shù)線逐年降低，招生情況也并不樂觀，即使能招收到足夠的人數(shù)，但學(xué)生的基礎(chǔ)都比較差，學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)態(tài)度也不如以前[1]。汽車專業(yè)為我院的非機(jī)械類專業(yè)，機(jī)械制圖的學(xué)時(shí)只有一個(gè)學(xué)期，要想在這么短的時(shí)間內(nèi)學(xué)好機(jī)械制圖，難度可想而知，這樣最終將嚴(yán)重影響到人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，影響到我國(guó)高職教育培養(yǎng)的人才質(zhì)量。

3 AutoCAD在機(jī)械制圖中的應(yīng)用

《機(jī)械制圖》課程是研究機(jī)械圖樣的繪制與識(shí)讀理論和方法的一門學(xué)科，是非機(jī)類、近機(jī)類專業(yè)的一門主干課程，課程內(nèi)容成熟固定，但教學(xué)方法是靈活多變的[2]。該門課的教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生掌握讀圖和繪圖的技能，教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力和空間想象能力。這些能力的培養(yǎng)，必須依靠感性認(rèn)識(shí)的積累與形象思維的啟發(fā)與誘導(dǎo)[3]。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷普及，計(jì)算機(jī)繪圖已變得大眾化，各種制圖軟件更是層出不窮。AutoCAD是由美國(guó)Autodesk公司開發(fā)的大型計(jì)算機(jī)輔助繪圖軟件，Auto-CAD中的CAD是Computer Aided Design的縮寫，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)稱[4]。隨著社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已進(jìn)入尋常百姓家，機(jī)械制圖的授課教師大多能熟練應(yīng)用AutoCAD軟件，并將其用于輔助制圖課的教學(xué)，繪制三維實(shí)體圖在課堂上演示，形象地展示了零件的形成過程以及內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)。AutoCAD軟件輔助制圖教學(xué)的實(shí)施，符合高職學(xué)生形象思維的智力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異，解決了教學(xué)中的難點(diǎn)，受到學(xué)生的廣泛歡迎，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使不同層次的學(xué)生能力均得到了提高，課堂教學(xué)效果顯著[1]。

采用AutoCAD的繪圖，可以先繪制三維的立體圖，再將其轉(zhuǎn)換成二維的平面圖形，這種步驟符合人的思維，并且與工程實(shí)際應(yīng)用是一致的。人們?cè)谏钪幸话愀m應(yīng)物體的空間形狀，而不是制圖中繪制的線框，腦海中構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀是三維的，因而直接建立反映產(chǎn)品真實(shí)幾何形狀的三維實(shí)體模型自然是理想的表達(dá)方式[3]，AutoCAD能將這兩者有機(jī)地結(jié)合起來。

根據(jù)高職學(xué)生的特點(diǎn)及勞動(dòng)和社會(huì)保障部對(duì)汽車專業(yè)學(xué)生“能看懂簡(jiǎn)單的零件圖”的要求，我們將AutoCAD三維建模應(yīng)用于機(jī)械制圖教學(xué)中，對(duì)學(xué)生空間想象力和形象思維能力的培養(yǎng)能起到協(xié)助的作用，從而啟發(fā)學(xué)生能夠更快、更好地出物體的空間形狀。

下面以截交線、組合體兩部分內(nèi)容為例，介紹教學(xué)中機(jī)械制圖與AutoCAD的聯(lián)系及融合。

3．1 在畫截交線的應(yīng)用——聯(lián)軸器的畫法

聯(lián)軸器是汽車中經(jīng)常用到的一個(gè)零件，其知識(shí)點(diǎn)涉及到基本幾何體及截交線。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，由于對(duì)截切后的形狀無法想象，導(dǎo)致繪圖難度很大。將AutoCAD三維建模應(yīng)用于教學(xué)中后，學(xué)生可以根據(jù)截切后的實(shí)體形狀分步繪制出聯(lián)軸器的三視圖。

聯(lián)軸器屬于切割型組合體，是由一個(gè)側(cè)垂放置的基本幾何體——圓柱體經(jīng)截切而形成。首先，繪制出圓柱體的三視圖，如圖1（a）所示，在此基礎(chǔ)上切去左側(cè)上、下部分的切口，得到圖1（b）所示的圖形，其次，在切割后的左部鉆出一個(gè)圓柱孔，得到圖1（c）所示的圖形，然后在右側(cè)中間部分從上向下開槽，得到圖1（d）所示的圖形，最終得到聯(lián)軸器的三視圖，如圖1（e）所示。

按照這種方式講解，學(xué)生在立體圖上一部分一部分地切去形體，同時(shí)繪制出相應(yīng)切割后的三視圖，讓學(xué)生將平面框圖和立體圖形對(duì)照，能收到較好的教學(xué)效果。

(a) (b) (c)(d)

(e)

圖1聯(lián)軸器三視圖的繪制

3．2 在繪制、識(shí)讀組合體的應(yīng)用

組合體是零件圖的基礎(chǔ)，它是零件的圖形表達(dá)。汽車專業(yè)學(xué)生要看懂零件圖，首先應(yīng)該看懂組合體三視圖，而畫切割型組合體和識(shí)讀組合體視圖又是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，是訓(xùn)練學(xué)生空間想象力最好的方法。

3．2．1 繪制組合體視圖——切割體的三視圖

切割型組合體視圖的繪制是學(xué)生學(xué)習(xí)中的另一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容。例如，要繪制如圖2（a）所示的切割體三視圖，可采用線面分析法，用不同空間位置的平面截切基本體，按照切割的順序繪制出基視圖。具體畫圖步驟見圖2（c）～（g）所示，最終得到切割體的三視圖，如圖2（b）所示。

(c) (d)

(e) (f) (g)

圖2切割型組合體

3．2．2 識(shí)讀組合體視圖——補(bǔ)畫支架的第三視圖

畫圖是將空間形體用正投影法表示在二維平面上，而讀圖則是根據(jù)已經(jīng)畫出的視圖，通過投影分析想象出物體的空間結(jié)構(gòu)形狀，是從二維圖形建立三維形體的過程。讀圖主要運(yùn)用形體分析法。

運(yùn)用形體分析法讀圖時(shí)，首先用“分線框、對(duì)投影”的方法，分析構(gòu)成組合體的各基本形體，找出反映每個(gè)基本形體的形體特征的視圖，對(duì)照其他視圖想象出各基本形體的形狀；再分析各基本形體間的相對(duì)位置、組合形式和表面連接關(guān)系，綜合想象出組合體的整體形狀[4]。

下面以圖3支架為例講解用AutoCAD輔助讀圖的方法。

圖3（a）所示支架是一個(gè)綜合型的組合體，由四個(gè)部分組成：底板、立板、耳板和肋板，每一個(gè)部分的形狀特征均在已知的兩個(gè)視圖中表達(dá)出來，需要從具有特征部分的封閉線框出發(fā)，在其他視圖中找出對(duì)應(yīng)投影，形成一個(gè)“線框組”，通過相互映襯想象出該部分的形狀。以此類推，將各部分的形狀按其相對(duì)位置加以綜合，即可想象出整個(gè)物體的形狀，再根據(jù)“三等關(guān)系”和形體分析法補(bǔ)畫出所缺的第三視圖。

①底板的兩個(gè)視圖如圖3（b）所示，形狀特征線框在俯視圖，需要將俯視圖向上拉伸成形；

②立板的兩個(gè)視圖如圖3（c）所示，形狀特征線框在俯視圖，需要將俯視圖向上拉伸成形；

③耳板的兩個(gè)視圖如圖3（d）所示，形狀特征線框在主視圖，需要將主視圖向前拉伸成形；

④肋板的兩個(gè)視圖如圖3（e）所示，形狀特征線框在主視圖，需要將主視圖向前拉伸成形；

最后按照?qǐng)D3（a）所示各部分的相對(duì)位置關(guān)系，將四個(gè)部分還原成（f）所示的空間形狀，再補(bǔ)畫出圖3（f）所示的第三個(gè)視圖。

(f)整體形狀及第三視圖

圖3補(bǔ)畫支架的第三視圖

4 結(jié)束語

在機(jī)械制圖的教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生好奇心重、接受新事情快的特點(diǎn)，采用AutoCAD繪制立體圖，實(shí)現(xiàn)二維、三維圖樣的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生明白機(jī)械圖樣的形成機(jī)理，抓住學(xué)生的注意力，從而調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程感受到解決問題的樂趣，體會(huì)成就感，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

嚴(yán)輝容，四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院專任教師，高級(jí)工程師，工學(xué)學(xué)士，工程碩士。