三維虛擬模型庫對機械制圖教學的有效性研究

孫小燕，汪列隆

（池州學院機械與電子工程系，安徽池州247000）

1 機械制圖教學現狀和存在的問題

機械圖樣是傳遞設計思想的信息載體，是生產過程中加工和檢驗的依據，也是工程界進行交流的技術語言。目前的現狀是大多數學生學習機械制圖時，認為其抽象和難以理解，更缺乏創新性，其原因之一是習慣于在平面上思考問題，缺乏空間思維能力。而課堂教學有限，所以高效的教學方法顯得尤為重要，為提高課時效率，機械制圖教學大多以Au?tocad計算機繪圖輔助教學為主，如三視圖的形成、組合體的畫法、剖視圖的表示等內容，我們可以使用Autocad軟件，利用其三維造型、兩維繪圖等進行講解，會使內容更加生動形象，空間想象增強。袁振國在《教育新理念》中寫道：歷史是發展的，教育是變化的，思想是流動的，一成不變的教育和不思變革的教育思想是缺乏生命力的，根據時代的特點不斷調整我們的思想、發展我們的觀點，我們才能成為教育變革的主動者[1]。機械制圖是機械工程專業人們進行技術革新、技術改造的工具，是對新設計、新構思、新工藝的探索研究，大膽地在該課程教學中融進新思想、新設計，是知識經濟時代向我們提出的新課題、新挑戰。我們在教學全過程中要始終貫徹這一主導思想，勇于探索，敢于創新，逐步形成創新思想，培養學生的創新思維能力。

2 三維虛擬模型庫的建立及有效性教學

為了達到直觀性和有效性的教學目的，三維虛擬模型庫的建立對機械制圖的學習顯得尤為必要。主要表現在以下幾個方面：

（1）取代傳統的實物教學模型

利用計算機輔助設計技術建立的機械制圖三維虛擬模型，可以使用便攜設備儲存，實現資源共享。在現實使用中，虛擬模型庫可以完全替代教學使用的實物模型，實物模型因為其重量和體積而造成的不便于使用攜帶，且更新速度慢等問題，使用機械制圖虛擬模型庫則完全可以解決傳統教學中存在的問題，運用計算機輔助設計技術創建機械制圖三維虛擬模型不但精度好、質感好、顏色多樣、形象跟實物非常相似，而且還能夠將體型復雜的零件的內部與外部構造以及相貫體中相貫線的變化的趨勢以及裝配體中各種零件之間連接的關系都能夠直觀充分地展現出來，再加上各種不同的動畫效果，能夠使機械制圖各種知識點更加清晰、生動、逼真地表現出來[2]。使用計算機軟件也可以更加方便對教學模型進行修正、添加和新建，充分滿足教學中對模型種類和數量的需求，還能夠及時補充教學模型和調整教學模型，這樣不僅有效地降低了教學的成本，還提高了教學質量。

（2）機械制圖三維虛擬模型庫的建立

機械制圖虛擬模型庫其本質上是對實體模型通過計算機進行虛擬化處理，然后再利用各種仿真軟件，模擬各種形象逼真的實體模型，達到有效性教學目的。

Autocad及工程制圖課件中的素材主要包括音頻、動畫、二維三維投影視圖，特別是課件制作中對圖像、動畫等需求是特別大的，所以做好素材庫、課件素材的獲取途徑主要有以下幾點：

1）制作素材主要是利用solidworks完成的，solidworks制作的圖形要完全符合機械制圖要求的，也要完全滿足各個視圖的投視規律。在長期制圖的過程中形成了自己的素材庫，用這些素材庫掌握投影規律，制作課件素材，形成模型庫。

2）從現有課件中選取，利用抓圖工具從現有課件中抓取圖像，也可以通過攝影拍攝的方式獲取，減少制作過程的勞動強度。

3）直接從網上下載，在網絡發達和資源共享的今天，網上具有大量素材可供下載，但因為網絡資源的良莠不齊我們必須認真從中篩選，從中選擇滿足設計規范的素材。

（3）有效性教學的體現

近幾年來，隨著機械制圖上課課時的減少，以及學生理解能力的差異，特別是學習能力不強和意志力較差的學生，若老師不能及時有效地輔導，就容易失去學習信心和興趣。如果機械制圖課能夠通過虛擬模型清晰、生動地將實物效果呈現在學生面前，這樣不僅能提高學習效果，更能增長學生學習的自信心，開闊了視野，在學生對比、分析圖形方面能力提高也是非常明顯的。機械制圖模型庫可以讓學生在課余時間內自主學習，提升了自主學習的能力，充分體現了學生是學校教育的主體。

我們還可以將三維模型虛擬模型庫上傳至學校教學網絡，方便學生下載使用網絡資源提高模型庫的利用率。一旦學生在自主學習時遇到困難就可進入學校網站的模型庫下載各種模型，通過直觀地觀察，增強對實物的感官認識，更好地完成習題。且計算機模型庫中也儲存了大量的典型零部件的二三維視圖，各種視圖通過不同的方式表達出來[3]，這樣學生在自主學習的同時可以將自己的模型與數據庫的模型進行對比及時檢查糾正錯誤，提高了自己對圖形的觀察能力，使學習從被動變為主動，學習的有效性大大提高。

3 加強實踐教學環節

機械制圖通過課堂教學、課程設計、Autocad繪圖、機械制圖競賽等多樣化的表現形式，提高學生綜合制圖能力；以課程設計為框架，讓學生通過實踐，按照課程設計過程的需要來選擇繪圖知識，整合理論與實踐，培養學生設計任務的創新完成，以職業實踐為主線，盡早地讓學生進入工作過程，促進他們從學習者到工作者角色的轉換，并通過在工作實踐的基礎上建構理論知識，激發學生的學習興趣。構建科學、實用，理論與實踐結合，與職業崗位要求“零距離”，與職業資格考核要求相融合，與學生未來發展相適應的項目課程為主體的模塊化專業創新課程體系。

學習機械制圖時，教師要有針對性地借助各種教學條件（多媒體教學、教學模型、參觀實習基地等），直觀、形象地引導學生建立起空間概念，由平面思維轉換到空間思維[4]。把物體的投影與實際零件結構緊密聯系，不斷地“由物畫圖”和“由圖畫物”，明確提高學生空間想象能力是學習機械制圖的核心內容，使得學生既要有想象物體形狀，又要有思考圖形間的投影規律，真正提高空間想象和思維能力。教師在教學過程中，要始終貫穿創新型人才培養模式，并在學生平時訓練中加以鍛煉，注重實踐教學，學生只有掌握這種技能，才能順利完成零件加工、機器裝配、機械設計等機械專業方面的技術工作，使學生順利完成由學習者到工作者角色的轉換。

4 結束語

實踐證明，設計機械制圖虛擬模型庫是有效的，借助于三維虛擬模型庫的幫助，機械制圖中的重難點如：截交體、相貫體、剖視圖等都可以形象地展現在學生面前，使得學生對機械制圖中的難點理解變得容易，提高了學習的信心。另一方面，建立三維虛擬模型庫減輕了老師的教學負擔，提高了教學效率，學生還可以將自己不能理解的，根據需要，在網上反復學習、觀看這些內容直到理解為止。

雖然現在建立的虛擬模型庫還存在很多缺陷和不足，如模型不理想、模型庫太小、模型數量有限等，但建立三維虛擬模型庫是有廣泛前景的，它豐富現有的教學資源，帶來更加快捷、高效的教學方法。如果將來更多的學校和模型開發者參與其中，就可以帶來更加豐富的模型資源，為現代教學提供更多服務。

[1]賈志欣，張美琴，陳俊華.面向CAD／CAM／CAE的機械制圖教學研究與實踐[J].現代設計技術，2005，34（2）：107-109.

[2]黃康.機械cad與solidworks三維計算機輔助設計[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2005.

[3]李啟炎.三維CAD設計及制圖教程[M].上海：同濟大學出版社，2000.

[4]吳曉慶.《機械制圖》與機械軟件課程一體教學法探究[J].科技創新導報，2014（3）：145.