淺析三維CAD輔助工程制圖教學的方法

杜宏偉

摘 要：工程制圖教學中不斷暴露出學生空間邏輯思維能力不強的問題，大多數學生的空間想象力都無法適應工程制圖的學習要求，將三維CAD造型技術引入到工程制圖教學中可以有效解決上述問題。三維CAD造型技術不僅可以作為一種創新教學理念發生作用，同時也可以利用現代化的教學技術幫助學生實現“平面——空間——平面”的思維轉換，對提高學生在工程制圖教學中的空間想象力與構型能力有著重要作用。本文就三維CAD輔助工程制圖教學的具體實踐進行討論。

關鍵詞：三維CAD造型；工程制圖；構型能力；應用

一、三維CAD輔助教學方法

目前，制圖教學過程中教師主要以幾何體實物模型來為學生演示，或利用幻燈片等多媒體教學手段來幫助學生進行理解。對于學生來說，實物模型是非常形象化的教學模式，可以幫助學生不斷加強對復雜截交、相貫問題空間概念的理解，但是在制圖教學過程中受到實物模型教具的限制，教師無法在講解某一知識點時通過大量的實物模型來幫助學生全面理解，所以教師在制圖教學過程中亟須新的教學手段、教育技術來滿足學生空間想象的要求。[1]CAD/CAM技術的快速發展使計算機繪圖軟件在工程領域的應用范圍不斷擴大，尤其是三維CAD技術，在具體應用中，其強大的三維建模造型功能，可以幫助教師在工程制圖教學中快速實現立體實物的造型和變換，并且其視圖的快速轉變也可以滿足工程制圖教學的發展要求。CAD軟件所具備的三維建模能力可以幫助教師將復雜的空間幾何形體問題具體化地展現給學生，從而在制圖教學中幫助教師培養出學生良好的空間想象力，同時也對豐富學生工程結構感性認知能力有著重要作用，對于教師來說三維CAD輔助工程制圖教學可以取得良好的教學效果。[2]教師利用三維CAD輔助工程制圖教學可以幫助學生提前接觸三維CAD軟件，并且可以讓學生對CAD軟件界面的具體操作有一個認識與了解，這也對進一步提高后續課程教學成效有著重要作用。

二、三維CAD輔助工程制圖教學的優勢

1.圖形展示更清晰、靈活

在復雜的組合體教學過程中，教師可以通過三維CAD技術建造出直觀的幾何模型，再利用其三維圖與二維圖之間的轉換工程，將二維圖與三維模型的動態轉換過程展現給學生。三維CAD軟件還可以實現幾何模型的主視圖、俯視圖以及左視圖的視角轉換，通過對立體圖的旋轉處理來使學生從任意角度進行觀察，從而代替幾何體實物模型演示教學方法。[3]對于學生來說，該種技術可以將抽象的空間想象問題進行具體化、直觀化處理，進一步提高學生在工程制圖教學中的感性認識。[4]三維CAD技術可以對復雜零件進行剖切、爆炸以及運動仿真處理，使學生對零件內部結構等進行直接的觀察與分析，確保工程制圖教學內容的清晰化，并進一步強化學生對知識點的理解。教學過程中，教師可以根據具體情況將學生所提的問題通過CAD軟件展示在學生面前，并可根據下一環節教學的需求對三維模型進行修改，使教學模型可隨教學需求靈活變動。

2.圖形攜帶更便捷

在工程制圖教學過程中教師可以將三維CAD技術建立的幾何模型制作成電子文檔儲存到U盤中，以便在工程制圖教學領域對教學資源進行共享，并可徹底消除傳統教學模式下實物模型攜帶不便等問題。三維CAD輔助工程制圖教學模式的應用還可以降低教學成本，進一步提高多媒體教學設備在工程制圖教學中的利用效率。故對于工程制圖教學領域來說三維CAD輔助教學技術是其發展的必然趨勢。[5]

三、三維CAD建模與工程制圖教學的融合

將三維CAD技術應用于工程制圖教學中需要教師明確三維CAD技術只是一種輔助教具，明確三維CAD輔助工程制圖教學中教學內容的主體地位，充分解決好工程制圖教學內容與三維CAD軟件之間的主輔關系。這樣才能確保教師通過三維CAD技術不斷提高工程制圖教學質量。

1.三維CAD建模與工程制圖教學內容的協調

教師要將三維CAD技術作為一種教學工具、方法和手段，對其應用的主要目的在于改善工程制圖教學全過程，工程制圖投影理論教學的內容主要以點、線、面與立體的投影為主，所以教師在教授點、線、面內容之初便可以將CAD軟件引入其中，利用三維CAD建模來幫助學生正確培養出“體”的概念，這對進一步提高學生在工程制圖教學中的空間意識有著重要作用。對于點、線、面之間的空間相對位置關系，需要利用“體”進行說明，并可利用三維CAD軟件來改變立體形狀及立體間相對位置，來對同一立體與不同立體間點、線、面的位置關系進行說明，在該環節中可以充分利用三維CAD輔助工程制圖教學模式的優勢。在工程制圖教學中由于學生沒有良好的空間概念，很難理解點、線、面等抽象元素的投影問題，利用幾何實體模型將其形象化，可以幫助學生進一步加強對該類抽象知識的認識與理解，并確保整個工程制圖教學具備良好的趣味性。將三維CAD建模融入到工程制圖教學中是一種創新教學理念，但由于受到課程學時等多方面因素的限制與影響，不能將三維CAD建模的教學作為工程制圖教學的主要內容，而要將三維CAD建模作為工程制圖教學的一種教學手段。

2.三維CAD建模與傳統實體模型教學的比較

在工程制圖教學中，三維CAD建模的應用側重于建模的過程與方法，而傳統的實體模型只能作為相關知識的“結果”。傳統的實體模型無法將建模的動態過程展示給學生，導致很多學生在工程制圖教學中空間意識較差，尤其是當前部分院校采用工程制圖大班教學，傳統模型教學方法的局限性更為突出。工程制圖教學對幾何造型動態變化的內容沒有過高要求，利用三維CAD建模技術可以達到傳統教學手段相同的教學效果，還能將幾何形體建模動態過程展現在學生面前，彌補傳統實體模型的不足。三維CAD輔助工程制圖教學模式的實時性、動態性以及可操作性等特征，使三維CAD技術成為工程制圖教學的一種有效手段。

四、結語

綜上所述，三維CAD輔助工程制圖教學模式在具體應用中具有以下優勢性能：三維CAD技術可以在最大程度上彌補傳統實物模型演示教學方法的不足；三維CAD技術具有實時性、動態性以及可操作性等特點，可以幫助教師進一步提高工程制圖教學的整體成效。

參考文獻：

[1] Fitzpatrick M.機械加工技術[M].卜遲武，唐慶菊，岳雅璠，等譯.北京：科學出版社，2009：44—53.

[2]張京英，焦永和，羅會甫，等.三維造型設計與工程圖學的有效融合[J].工程圖學學報，2010，31（06）：151—154.

[3]葉 軍，孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].圖學學報，2008（02）.

[4]陳麗軍.三維CAD軟件在《機械制圖》教學中的應用[J].洛陽師范學院學報，2011，37（02）：120—122.

[5]林清夫.引入三維幾何建模的工程圖學教學模式分析與比較[J].圖學學報，2006（04）.

（作者單位：青島農業大學機電工程學院）