三維實體建模在《工程制圖》教學中的應用研究

張平 陳森昌

摘 要：該文介紹了《工程制圖》課程的地位和特點，敘述了《工程制圖》在教學過程中的困境與難點。討論了AutoCAD三維實體模型在《工程制圖》各個章節(jié)中的地位和作用，詳細敘述了直線和平面基本投影的制作過程、特點和作用。介紹了立體截切體、相貫體、組合體及零件剖視圖的三維模型在提高學生空間思維能力及制圖技能方面的作用和效果。

關鍵詞：工程制圖 三維 建模 教學

中圖分類號：TB23-4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0151-03

《工程制圖》是工科院校的一門專業(yè)基礎課程，主要用于培養(yǎng)學生的空間想象力、識讀工程圖樣及繪制工程圖的能力等[1]。這門課要求學生具備較強的空間想象力，但空間思維能力不是一下子就能夠培養(yǎng)出來的，空間能力的培養(yǎng)要貫穿于課程的整個教學過程中，因而研究和探索提高學生空間想象能力的方法和途徑就有著十分重要的地位。

從眾多的文獻中可以看出，對于空間想象力的培養(yǎng)，很多人提出多種觀點和改革方案[2-6，8]。筆者在多年的《工程制圖》教學過程中，經(jīng)常采用AutoCAD制作三維實體模型輔助多媒體教學，有許多經(jīng)驗與體會。文章探討了在《工程制圖》的各個知識點如何利用AutoCAD三維建模功能制作三維模型，增強學生的空間想象力，提高空間思維能力，增強學生的學習積極性，為其他教育工作者提供交流與借鑒。

1 三維實體建模在《工程制圖》教學過程中的作用

1.1 在投影基礎教學過程中的作用

對于三維模型輔助教學，許多人都是在立體及以后的章節(jié)中采用，而在點線面的基礎投影里還沒有看到這方面的論述[7， 9]。而對于點線面的投影及它們之間的相互位置，許多學生理解起來非常困難，特別是線與線、線與面相交以后的投影，需要很強的空間思維能力和想象力，所以學生在這部分內(nèi)容的學習一般不很扎實，這將影響以后的學習。通過反復摸索，結合教學特點，筆者首先建立3個坐標軸X、Y、Z，再根據(jù)這3個軸的關系建立3個相互垂直的平面作為投影面，這樣就建立了三維投影坐標系，如圖1（a）所示。以這個坐標系為基礎，在其間插入直線和平面，可以制作直線投影、平面投影及它們之間的相互關系，如圖1和圖2。通過動態(tài)觀察和視圖選擇，學生可以清楚它們的投影特點和相互關系。經(jīng)課堂教學證明，這些三維立體模型對學生的空間思維有很大的幫助，大大提高了學生的理解。

1.2 在基本立體及表面交線的作用

零件都是由若干基本幾何體組成，因此基本幾何體的空間形狀及投影規(guī)律是復雜零件圖形繪制的基礎。學生從點、線、面過渡到基本立體，還是存在一些困難，特別是曲面立體的投影。如果這部分掌握不牢固，對后面的組合體及復雜形體將產(chǎn)生很大的影響。大部分學校是采用實物模型來增強學生的理解，但實物模型數(shù)量畢竟有限，而且實物模型全部拿到課堂上也是非常麻煩。而采用AutoCAD三維模型功能可以靈活方便地繪制所有幾何體，而且可以激發(fā)學生的求知欲和增強學習興趣，如圖3（a）所示。

截交線和相貫線這部分是《工程制圖》教學過程中的典型難點，立體被截切或相貫以后會變得非常復雜，學生一般要反復觀看、不斷摸索，才能掌握它們的特點，才能得出正確的平面投影。如果看不到立體形狀，學生理解起來非常困難，平面投影更是無從下手，非常容易出錯。一般情況下，學校會給出一定的實體模型供學生觀察，但是《工程制圖》教材會經(jīng)常更新和變化，實體模型很難適應所有教材。采用AutoCAD可以繪制多樣化的立體截切體和相貫體，如圖3（b，c，d）所示。這些三維模型給學生一種很直觀的感覺，而且學生可以像實體模型一樣翻轉(zhuǎn)，可以觀看不同視圖的投影，大大增強了學生的理解，增強了學生的自信心，起到了很好的教學輔助作用。

1.3 在組合體視圖中的作用

組合體的投影較簡單幾何體復雜很多，其繪制過程也具有一定難度。采用AutoCAD可以出繪制出典型零件的組合體，而且可以演示組合體的組合關系，如圖4（a）所示。一些通過切割得到的組合體也可以繪制出來，如圖4（b）所示。如果《工程制圖》理論課的學習和CAD軟件的學習同時進行，可以讓學生嘗試自己繪制三維圖，可以大大提高學習興趣，增強理解和掌握。

1.4 在機件常用表示方法中的作用

當零件具有特別復雜的形體，而且內(nèi)部具有較多孔洞等結構時，一般要采用剖切的方法。合理的剖切能夠完整地表達零件的內(nèi)外部形狀結構。AutoCAD具有專門的剖切工具，能夠?qū)Ω鞣N形體進行不同形式的剖切，例如全剖、階梯剖等，如圖4（c、 d）所示。

2 結語

使用AutoCAD軟件繪制三維模型，彌補了實物模型不全的缺陷，而且繪制模型簡單方便，可以根據(jù)不同教材內(nèi)容修改三維模型，方便靈活，省去購買實體模型的資金和時間；另一方面，使用軟件繪制的三維模型給學生一種新鮮感和興味性，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，學生積極性會有很大提高。AutoCAD是一種應用極為廣泛的繪圖軟件，工科學生一般都要學習這種軟件，而且AutoCAD的三維繪圖功能簡單易學，所以學生邊學習軟件邊自己繪制三維圖，既提高了軟件的知識又提高了自己的空間想象力，學習興趣和學習效果大幅度提高。

參考文獻

[1] 楊勝強.現(xiàn)代工程制圖[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 李愛華.工程制圖基礎[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 張鶯.淺談《工程制圖》教學中學生空間想象能力的培養(yǎng)[J].高校理科研究，2007（16）：373.

[4] 李富平，王建華，楊文通.培養(yǎng)空間想象力的教學模式探討[J].機械管理開發(fā)，2007（97）：4-5.

[5] 謝義斌.機械制圖課空間想象能力的培養(yǎng)[J].遼寧教育行政學院學報，2007，24（4）：121-123.

[6] 陳潔清.AutoCAD對《機械制圖》課程改進作用的探討[J].職業(yè)教育，2007：48-49.

[7] 高曉晉，李梅，楊清榮.利用Solidworks系列零件功能建立教立模型[J].昆明治金高等專科學校學報，2007，23（3）：84-88.

[8] 劉李平，侯煜.開目CAD和AutoCAD在工程制圖課教學中的實踐與探討[J].機械管理開發(fā)，2007（97）：21-23.

[9] 韓麗艷.三維造型技術在工程制圖教學過程中的應用[J].機械管理開發(fā)，2007（97）：36-40.