三維實體設計在機械制圖教學中的應用

《機械制圖》是機械類各專業學生必須掌握的一門實踐性較強的專業基礎課，主要任務是培養學生具有一定的識讀、繪制工程圖樣的能力及一定的空間想象能力。傳統的教學模式是從二維到三維再到二維，由于學生的空間想象能力較差，學習起來比較吃力。教學實踐表明，借助于三維CAD軟件的三維實體造型功能，通過對工程形體的實體模型演示，把工程形體的抽象、靜止的內容轉換成形象、生動的立體模型圖，采用先三維、后二維、再三維的模式進行教學，既可培養學生的思維能力，也可提高教學質量，收到良好的教學效果。我校在使用多媒體教學課件的基礎上，引進國產的三維設計軟件——CAXA實體設計2006。CAXA實體設計2006使實體設計突破了傳統參數化造型在復雜性方面受到的限制，不論是經驗豐富的專業人員，還是剛接觸CAXA實體設計的初學者，CAXA實體設計2006都能為其提供便利的操作。采用鼠標拖放式全真三維操作環境，具有無可比擬的運行速度、靈活性和強大功能，使設計更快，并獲得更高的交互性能，還能逼真地表現虛擬現實模型，以立體的、有光的、有色的生動畫面表達設計的零件、部件等。采用“拖放”式操作，簡單易學，學生也容易接受。因此CAXA實體2006在工程制圖中應用比較廣泛，學生比較熟悉。

一、三維實體軟件輔助教學法符合機械制圖的教學規律

《機械制圖》的教學實踐證明:培養學生的空間思維能力和想象能力實質上是圍繞三維實體與二維平面視圖之間相互轉換的思維活動，這個活動首先有從空間到平面的感性認識的積累，直接從二維平面到三維實體的抽象思維對初學的學生而言是比較困難的，不符合他們的學習規律。機械制圖教學最好不要從抽象的點、線、面開始，因為點、線、面難以將實體形象建立起來。應從三維實體出發，這樣不但可以增強學生的感性認識，還可以增加學生對投影知識的理解。對三維實體感受越深，理解就越深刻，形象儲存就越豐富、越牢固，比較分析就越容易，對形體的加工、處理出現新形象就簡單迅速，這就具備了良好的空間形體想象能力。

二、三維實體軟件可以滿足教學模型演示需求

根據教學的不同情況，采用方便的尺寸驅動功能，可隨時選取其高級圖素中的形體進行切割與疊加、截交與相貫，剖視圖、剖面圖、零件圖等模型加以更新，還能使用零件實體進行模擬裝配，它的設計功能、爆炸視圖功能和運動仿真功能，使學生容易接受和掌握。例如，在組合體的教學中，基本體的組合方式、表面連接關系是教學的重點和難點，也是讀圖和作圖的基礎。在講這一部分時，書中介紹的方法是線面分析法和形體分析法。學生的繪圖速度和正確性取決于其頭腦中對所給形體的理解程度，簡單的形體容易很快反映出來，對于復雜的形體，使用切割、疊加的方法卻很難制作出來。沒有實體的對照，教師即使講得口干舌燥，學生還是不能理解。利用CAXA實體設計2006軟件中的拉伸、旋轉、除料、倒角、抽殼等三維實體造型功能，課堂上可以很方便、快捷地創建任何復雜形狀的三維實體。如果根據視圖嚴格的尺寸要求，可以構造出十分精確的模型。這些形體可以清晰表達出組合體的組合形式，各部分的實際形狀和連接關系，而且可以利用它的旋轉功能讓學生看清楚形體前后、左右、上下各個方位的連接關系。有了直觀的形體，學生可以輕松地畫出三視圖或補齊視圖中所缺的圖線，提高教學質量。

利用CAXA實體2006造型軟件實現實體模型的演示，要充分發揮教師的主導作用，不能讓學生僅僅停留在看實體模型演示，要采用互動式的教學方法，引導學生分析各部件之間的關系，建立解題的空間幾何模型，確定空間解題步驟以及引導學生想象作圖結果的空間情況等，使學生在空間——平面——空間這樣一個反復的過程中，對教學內容加深理解，并培養學生空間想象能力和分析能力。

三、三維實體設計軟件的引入，有利于激發學生學習的興趣，有利于學生創新能力的培養

《機械制圖》在傳統的教學中往往采用模型和掛圖等手段進行教學，在觀察主要特征及各種形體之間聯系時，對同一內容會重復演示，教學效果不明顯。而將多媒體課件和CAXA實體設計2006教學這一輔助手段適時地穿插于教學之中，有利于激發學生的好奇心、求知欲。通過CAXA實體設計2006三維虛擬模型庫和圖樣庫，學生增加了表象積累，啟發了思維，拓寬了想象力。另外由于三維設計直觀、形象，CAXA實體設計軟件操作方便，教學和實踐中可以增加一些構形設計，讓學生充分發揮自己的想象力、構造力，通過CAXA實體設計2006使這些構想、創造變成栩栩如生的產品造型，更加激發學生學習的積極性。

四、三維實體設計決定機械制圖教學改革的任務和方向

機械制圖課程應從CAD的發展方向來重新構建課程體系。就繪圖而言，機械制圖應當從現代設計要求出發，不僅應使學生具有繪制和識讀二維機械圖樣的能力，還應使學生具有設計所需的三維實體造型能力和將三維實體模型轉換成生產所需的機械圖樣的能力。目前我國采用計算機三維實體設計的企業絕大部分只在機械產品的設計、研發、分析等環節采用三維技術，而最終的生產制造環節還要將其轉換為二維圖紙進行生產。因此，機械制圖課程體系的建立應以三維實體造型方法為主線，培養學生的三維實體造型能力和將三維實體轉換成二維機械圖樣的能力，以及用計算機繪制二維機械圖的能力和識讀二維機械圖的能力。也就是說，除要求學生掌握必要的三維實體造型的基本知識和技能外，還應使學生了解視圖、剖視圖、斷面圖等基本概念和畫法，掌握加工所需的非幾何信息的標注方法等。在教學中做到制圖基礎與實體構形相結合，零件圖繪制與零件實體結構相結合，讀圖與實體構形相結合，常用零件的畫法與相應零件的實體模型相結合，三維實體造型能力的培養與實體計算、查閱資料及計算機繪圖的能力培養相結合。

用CAD三維實體輔助教學法教學，不論從教師的教學方式、方法、勞動強度，還是從學生對學習的興趣、對知識的接受能力，獲取知識的信息量等各方面的影響都是深遠的、巨大的。CAD三維實體輔助教學法是機械制圖教學先進的技術成果，也是對傳統的機械制圖教學的一場革命。三維實體設計技術引入到傳統的制圖教學中，不僅是教學手段現代化的體現，而且給較為傳統的制圖課教學注入了新的內涵，加大了課程的信息量，激發了學生求知欲，對學生空間思維的培養有極大的促進作用，同時要求教師要及時更新知識，掌握實體設計技術，才能在教學中熟練運用。