三維建模技術在機械制圖課程教學中的應用

侯滿哲 龐永俊 馬宏 孫冰心

【摘要】目前許多學生在學習和教師講解機械制圖課程的過程中，還是普遍采用二維平面圖。傳統(tǒng)的二維機械制圖往往需要較為強大的空間想象能力，對于剛接觸機械制圖或者空間想象能力比較差的學生來說，從空間到平面的轉化非常困難，在學習過程中常常感覺吃力且枯燥乏味。而以更加直觀的三維立體圖形建立模型設計畫圖，不僅學習的趣味性更大，讓學生對工程圖學更感興趣，也大大減少了機械制圖的學習難度。三維建模技術是在傳統(tǒng)的二維圖形構型設計的基礎之上，采用更加強大的計算機三雛繪圖軟件，直接將立體圖形形象而真實地展現(xiàn)在學生眼前。本文將主要對三維建模技術在機械制圖課程教學應用中的優(yōu)點，教師在教學中可采用的方法及其實際應用作簡要分析。

【關鍵詞】機械制圖

三維建模技術 教學

一、三維建模在機械制圖教學中的優(yōu)點

隨著三維制圖軟件的開發(fā)和廣泛使用，越來越多的學生開始學習和使用三維軟件進行機械制圖。不僅在學習的過程中找到了樂趣，大大降低了采用傳統(tǒng)二維構型設計圖形的難度，也在一定程度上培養(yǎng)了學生的空間想象能力，激發(fā)學生對機械制圖課程的興趣與創(chuàng)新活力。

利用三維實體造型的功能，學生可以在電腦屏幕前直觀地看到立體模型，不受時間和空間的限制。不論是在教學課堂上還是在課后練習中，都能及時通過計算機軟件打開三維立體模型進行學習和觀察，對立體模型的感知能力將更強。

采用三維建模進行工程制圖，學生不再只是一味地依靠課堂的講解和憑空想象。遇到學習中的難點時，結合三維立體圖形來理解，更容易突破學習中的障礙，快速解決問題，有利于學生的學習效率。

二、三維建模技術的教學方法

空間的想象能力是學好機械制圖的關鍵，機械制圖的教學過程中，需要從簡單的圖形人手，讓學生從簡單到復雜，從空間到平面，然后反過來從平面到空間。這個過程需要不斷地循環(huán)，反復地練習，一步步鞏固學生的基礎，培養(yǎng)學生的學習熱情并逐漸建立起一定的空間想象能力。

在機械制圖的教學中，要牢牢從三維立體模型的教學方向人手，通過三維視角，借助三維軟件，從基礎到鞏固，循序漸進。三維機械制圖和三維軟件的操作之間是相互結合，相互促進的關系，學好計算機的三維軟件操作，是學習三維建模技術的基礎，在學習過程中，不能忽視三維軟件的學習。

機械制圖這門課程有它自身的特點，教師在教學過程中要結合該課程內容前后需連貫的性質，在教學課堂上做好把握。在講解的過程中不能著急，一定要講好說透每一個環(huán)節(jié)，再接著往下繼續(xù)學習。課堂上的講解應該以少而精為原則，邊講邊學邊練習，給學生充足的練習和消化時間。只有學好當前的內容，學生才容易接受后續(xù)的知識，否則容易打擊學生的信心，失去學習動力。

三、三維建模技術在機械制圖課程教學中的應用

（一）在立體表面交線中的運用

在機械制圖的學習中，立體表面的交線是其中的一個難點，由平面和立體相交而形成的截交線和由兩個立體相交而產生的相貫線由于其變化多種多樣，給學生的圖形設計帶來極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的學習方式，學生只能先通過自己的空間想象，然后使用手繪來進行初步的設計，再完成構型，這一系列的過程，往往很容易讓學生失去耐心。而如果利用三維建模技術，能夠更直觀和方便地將構型表達出來，甚至在短時間內可以做出更多不同的構型。這種學習方式的改變，不僅提高了學生的信心，也讓構型設計具有更多的可能性，激發(fā)學生創(chuàng)新的思維能力和創(chuàng)造性。

（二）動態(tài)演示細微零部件的結構

對于細微零部件的測繪是機械制圖學習中非常重要的一部分，許多零部件的體積微小，學生很難通過實物看出零部件的詳細結構及其組成方式。通過三維模型的動態(tài)演示，可以將細微零部件的每個細節(jié)進行放大，并動態(tài)演示它的安裝順序和基本結構。學生通過直觀且形象的三維動態(tài)展示，對細微零部件將有更清晰的概念和更深刻的理解。在實際的教學中，對任意一個細微零部件，教師完全可以先通過三維建模軟件將零部件的安裝順序先動態(tài)演示一遍，讓學生在腦中有一個精準且立體的空間感受，這樣也有利于老師接下去的講解，達到更好的教學效果。

（三）建立平面與空間的關系

平面和空間的相互轉換，是建立起投影概念以及空間想象能力培養(yǎng)的關鍵。比如在教學過程中，給出圖形的三視圖，然后通過想象畫出空間三維的立體圖形，在作圖的時候，學生往往會漏掉視圖和線條的補畫，老師在課堂上講解作圖過程也比較困難。但是如果借助三維建模軟件，就能迅速地建立起物體的三維模型，然后向學生一步步演示和講解復雜組合體的形成過程，讓學生慢慢建立起平面和空間之間相互對應的關系，最終讓部分空間想象能力較弱的學生破除學習障礙并在一定程度上培養(yǎng)他們的空間思維能力。

四、結語

隨著三維建模所具有的優(yōu)勢及其在教學和實際工程制圖中的廣泛使用，采用三維建模技術進行機械制圖已經開始逐漸取代了傳統(tǒng)二維機械制圖的方式。在機械制圖的教學課堂中也相應地發(fā)生了改變，原來生硬、枯燥且艱難的教學內容，開始讓學生更有興趣也更容易消化，使原來教學的難點得到了突破和有效解決。不僅培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力，提高了學生用三維建模技術在實際制圖設計中的能力，也為社會輸出更優(yōu)秀的設計人才。