工程制圖學習系統的構建探討

徐士飛

（江蘇省高郵中等專業學校，江蘇 高郵 225600）

工程制圖學習系統的構建探討

徐士飛

（江蘇省高郵中等專業學校，江蘇 高郵 225600）

文章文主要探討構建一個工程圖形和設計交互式的學習系統的設計特點。系統的構建應能針對制圖學習中特定需求的學生，給學生充分的幫助和學習提高，學習資料和資源是在所有的學習系統中必不可少的部分。

學習；計算機；工程；圖形

1 工程制圖學習系統的設計探討

（1）虛擬現實的設計與建立。CAI中獲得虛擬現實模型的三種方式有：一是建模，通過不斷構建獲得模型；二是選擇，可以從計算機輔助設計軟件庫或軟件包中提取工作模型；三是逆向工程的應用，通過三維掃描現有對象直接獲得模型完成建模。獲取、整理、更新靜態零件模型庫本身也是一項龐大的工程任務。虛擬現實建模語言（VRML）提供的工具可用于模擬三維的世界，具有很強的功能性和交互性，最終能使操作者具有完全身臨其境的視覺感受。目前有很多的老師作品在嘗試基于模型的計算機輔助設計（CAD），以便制定專業的工程制圖和設計CAI系統。

（2）四維模型的引入與設計。CAD模型建立最簡單的方法來獲取詳細的模型的設計對象尺寸，根據現有的資料實施模型建庫。如果在該模型顯示時加入時間過程設計，就會變成一種理解和教學圖形模型新的有效方式。時間部分也帶來了新的理解觀，3D模型可以成為四維模型。

三維實體造型是教師教學任務最重要的部分之一。在傳統畫法幾何教學方式中，通過只繪制在黑板上，很難表達清楚三維物體的位置和形狀。例如，初學者對于空間實物的理解力不夠，在講解面與面的相互空間位置關系時，學生總是感到困惑。但是，通過例如AutoCAD、CATIA、inventor等三維軟件繪制的實體模型幫助下，其形狀和相互位置關系，甚至于零件上細微部分的孔洞結構，可以清楚地觀察到，結合實物就可以正確的繪制。經驗表明，通過三維軟件參與教學使用，越來越多的學生能夠更快、更全面地了解工程制圖實體形狀，教學效率明顯比傳統的教學方法更高。例如在講解圓柱與圓錐對穿的相貫線時，可以通過三維實體繪制顯示其相貫線的空間形狀特征，但如果制作成動態的4D四維模型，則可以進一步提高畫法幾何及工程制圖的教學效率。在此例中，可以通過模型中圓柱的空間移動突出相貫線的變化規律性，也可以通過圓柱直徑尺寸的變化，突出相貫線的變化規律。無疑，四維模型是工程制圖教學更有效率的一種新的途徑。

（3）其他輔助教學設計。輔導與作業練習的設計，需要實現從基于一個答案的選擇方式，更改到復雜自主訓練學習的模式，并且要能夠提供交互功能和簡單提示智能訂正。虛擬環境可以代表任何真實的或抽象的三維世界，如建筑、風景、水下沉船、宇宙飛船、考古發掘遺址、人體解剖學、，雕塑、犯罪現場重建、太陽能系統等等。這些虛擬世界可以是動畫、互動、共享，具有可以公開的行為和功能。形式化的智能四維模型知識，使教師能夠快速創建和更新現實的時間表和日程安排表，并能把時間和空間兩方面結合起來。這些智能四維模型支持日程安排，具有較低的設計成本，具有較好的抗干擾和安全性能，能提高設計進度，實施信息溝通。

2 工程制圖學習系統對學習方式的影響探討

在畫法幾何及工程制圖中，鉛筆、丁字尺和三角板繪制的傳統教學方式，將逐步被電子數據處理所替代。手工繪圖將作為保持學習的一部分基礎技能，因為手是大腦的擴展部分。這意味著在教給他們傳統繪制方式的同時引導他們進一步研究畫法幾何中的基本知識，因為理解幾何原理是人類腦力的一個重要能力。

計算機工具和軟件的不斷更新和開發，使教學方式和手段有了更多的選擇性。除了在教學中可以移動或旋轉實體圖片外，放大和縮小甚至于可以變化實體，這樣就可以發揮計算機學習系統軟件的更大作用，以達到更好的空間想象效果。使用新的工具，可以在一個更有效的方式呈現幾何環境，未來的發展將帶領人們進入虛擬教室。

交互式3D圖形有著很強大的生命力，能為工程中較為復雜的三維現象提供解釋。現代硬件允許以更快的速率渲染3D模型或實現交互功能，制圖教學中三維模型交互處理最重要的是要澄清實體間的空間位置關系，不需要把所有制作注意力都用在渲染圖像和文字描述上。

工程專業的學生也漸漸認識到掌握電腦技能對于他們將來項目設計的影響，學習好繪圖軟件是工程專業學生基礎之一。如東南大學，從大一直到大四，每學期都必須開設計算機科目課程。計算機科目的開設，使學生計算機能力得到了較大提升，學生能夠采用計算機實現高端技術設計與分析。

3 結語

工程制圖學習系統主要憑借網絡優勢，構筑師生靈活方便的交流平臺，以克服傳統教學時制圖學習困難的難點，實現易學易用的特點。在構建這一系統時，要特別注意3D、4D及虛擬現實的設計，實現從平面理解圖形向空間和時間上理解圖形的新特點。當然從一個系統的全面功能來說，它還應滿足師生雙向交流在時空、人際等方面的需求，同時還應包括如下功能：①靈活的信息發布與接受功能；②方便作業的上傳、下載及批閱功能；③切實的學習管理功能；④實時、雙向、多向的聊天討論功能。

[1]王啟美，王玲.工程制圖多媒體網絡教學系統若干問題的探討[J].工程圖學學報，2005，（3）

徐士飛（1984-），男，大學本科，助理講師，主要從事中高職機電數控專業專業理論和技能實訓教學工作。