計算機輔助設計在機械制圖教學中的應用

胡世華

(九江學院機械與材料工程學院，江西九江 332005)

CAD輔助教學手段出現在制圖教學課堂上，已成為制圖教學的一種新趨勢。引入CAD應用技術的目的不僅在于輔助制圖，還在于輔助思維，提高構形、圖形分析，圖形的二、三維空間轉換能力。特別是在點、線、面的綜合解題，基本體的形成，截交、相貫線的形成，三視圖與立體圖的轉換等方面，融入性地引入CAD軟件的三維功能，可達到事半功倍的效果［1］。利用基于CAD技術上建立的三維模型，精度高，形象逼真，色彩豐富，在使用中不僅可以取代實物模型［2］，而且還可以根據需要，靈活地進行剖切，直觀地展現零件的內外結構［3］，方便學生進行觀察與分析，再加上零件的動畫效果，使教學內容清晰、生動，大大地縮短了學生感知、認知的過程，教學效果顯著［4］。需要說明的是，利用CAD輔助教學，只有預先制作，適時推出，才能發揮它的優勢。

一、實體的引出

學生學完組合體三視圖后，對簡單零件的視圖表達有一定的認知，但給出一個具體的復雜一點的零件，讓他們選擇平面視圖表達時，他們往往無從下手。這堂課在將要學習新的知識前，有意識地布下疑陣，讓學生在解決問題過程中，學會思考，學會發現問題，培養解決問題的技能和自主學習的能力。

教學的三維實體用AutoCAD軟件播放，讓學生連續動態觀察，教師不作任何提示，使學生進入一種迫不及待想解決問題的情境之中。細心的學生發現了噴射體不僅有較多孔，且兩只耳不是成90°分布，按照前面學過的知識畫圖，虛線較多，主視圖又難以確定。課堂的氣氛活躍起來，不同的學生提出各自的視圖表達，最終需教師作進一步的講解。

二、教師講課

教師授課時并不急于回答學生的問題，只是鼓勵他們自己動腦。對于實在不能解決的問題可以存疑，待學習了新知識、新方法后再來解決。引導學生尋找表達機件內形的新方法，為講授剖視圖埋下伏筆。讓學生帶著疑問，帶著期待來聽課，提高了學習的主動性。

(一)開門見山，直奔主題

1.剖視圖

提示學生，當零件內部形狀較為復雜時，視圖上就出現較多虛線，影響圖形清晰，給看圖、畫圖和尺寸標注帶來困難。假想用平面把零件切開，先用單一平面來切，內部結構展現在眼前，但下面的連接耳沒有表示清楚，有學生問可不可以用多個平面同時剖切?當然可以。用兩個相交平面同時剖切可以得到，一目了然地看到在多個剖切位置進行剖視的效果。這就是這次課要講的主要內容──剖視圖，即假想用一個或幾個相交(或平行)剖切面將零件剖開，移去剖切面和觀察者之間的部分，將其余部分向投影面投射，并在剖面區域內畫上剖面符號。強調剖視圖主要用來表達機件的內部結構形狀，是圖樣各種表達中非常實用的表達方法，也是機械制圖中很重要的內容。這樣講解可提高學生對剖視的本質的認識，增強對剖視的理解。

2.剖視圖的畫法

要求學生對著三維模型動態觀察，思考怎樣將三維模型轉換為投影圖。顯然是用兩個相交平面剖切的，若用其中的一個平面與投影面平行進行投射，則另一個平面與投影面不平行，這里有問題了，怎么解決?剖視圖的畫法引出來了。

思考幾分鐘后，教師講述:先假想按剖切物體的方法剖開物體，然后將剖開的結構旋轉到與選定的基本投影面平行后再進行投射;用粗實線畫出零件實體被剖切面剖切后的斷面輪廓和剖切面后面零件的可見輪廓，可省略不必要的虛線。

以往在教學過程中，學生對剖視圖的作圖常出現標注不規范、機件內外結構相互混淆、虛線處理不當等問題，究其原因是學生作圖時大腦里沒有清晰的模型結構。解決此問題的關鍵是歸納出剖視圖作圖的基本步驟:1)先畫出三維模型與剖切面的截交線投影，此投影必定是一個封閉的線框。要求學生在下面動手畫，很快外形結構就被勾畫出來了。2)畫剖面符號。在封閉的線框里畫上剖面符號。3)畫出內孔投影?？砂芽卓醋魍该鞯幕緦嶓w，由于剖切平面一般都通過內孔的對稱面，那么基本孔投影與基本實體的整體投影完全一致，注意孔相交時的相貫線。4)畫剖切面后的其他部分投影。按照剖視圖的定義，剖視圖除了剖面和剖到的內孔投影以外，還有剖面后的一些結構，分為可見部分和不可見部分的投影。對不可見的部分，如果在其他視圖中可表達，就省略不畫，因此，噴射體沒有這部分投影。5)檢查是否有漏畫、多畫和錯畫的圖線。這一步的要領:一是要防止多畫輪廓線，二是要防止漏畫輪廓線。

3.剖視圖的標注

讀剖視圖時，怎樣知道它的剖切位置和投射方向呢?這就是標注所解決的。首先教師講解知識點，標注是剖視圖中的一個重要內容，剖視圖的標注包括箭頭、字母和剖切位置符號三項內容:一般情況下，當剖切平面與機件的對稱平面不重合時，需要標注;當剖視圖按投影關系配置時，省略箭頭;當剖切平面與機件的對稱平面重合時，一般省略標注。提問學生，就本課所講的剖視圖，該怎樣標注?結合多媒體課件，把另外兩種標注方式加以講解，學生很快就掌握了剖視圖的標注［5］。

(二)引入局部剖視圖

讓學生繼續動態觀察三維模型，引導學生分析剖視圖存在的不足，兩只連接耳的螺栓孔沒有表達得十分清楚。然后提出問題:對內外形需兼顧且不具有對稱平面的機件，應采用什么視圖表達?給學生兩分鐘的思考時間，然后把模型實體的平面俯視圖調出來，并打開局部剖視圖所在的圖層，這種表達方式稱為局部剖視圖。

關于局部剖視圖需對學生強調兩點:1)局部剖視圖的剖切位置、剖切范圍、剖切次數很靈活，應根據實際需要選擇。2)指出畫波浪線時，應斷裂于物體的實體上，不能與輪廓線重疊，不能是輪廓線的延長線，空心處波浪線應斷開，也不要延伸到視圖外。

三、課堂小結

引導學生對剖視圖部分的知識要點做小結，然后相互交流，鞏固提高。結合課本，歸納出畫剖視圖的一般規律:外形簡單用全剖，內外兼顧用半剖，局部剖視較靈活，哪里需要哪里剖。但畫剖視圖的最終目的就是既要把三維實體的結構形狀表達清楚，又要使圖形簡單。最后設計兩個層次的練習:一是基本練習，目的是鞏固教學重點，使學生熟練掌握本節知識;二是提高練習，使學生正確、熟練地運用本節知識解決問題［6］。

四、教學體會

1)為了強化和深化剖視圖的講授，不可就剖視而講剖視。以往講剖視圖時，總是按照全剖──半剖──局部剖這種規律講授，每講一個就換一個模型，教學效果不理想，學生接受這些內容比較膚淺，容易遺忘。雖然教師教給學生某一種剖視圖的畫法，但學生并沒有獲得綜合應用的能力，在以后的課程設計中，復雜形體的表達更能體現這一點。

2)選擇剖視圖講授的圖例要合適。教師在備課過程中，對本課時選擇什么樣的圖例，要引導學生觀察什么，注意什么，要得出什么結論，怎樣結合講解，什么時候演示，怎樣演示才能讓全體學生都能看懂，等等，都應經過周密的考慮。為了培養學生的空間想象能力，完成從實體到圖例，使用CAD直觀教學，先引導學生觀察實體，把學生的注意力引向認識實體的空間特征，從而獲得清晰的表象。隨著學習過程的進展，應當逐步有控制地使用實體模型。但過多地使用實體模型，會使學生過于依賴這些實體，不利于培養他們的抽象思維能力和發展空間想象力。這是必須加以注意的。

3)講課是提出問題、分析問題和做出結論的過程。提出問題應盡量做到自然明確，聯系實際和富有啟發性，同時也要發揮教師的主觀能動性，提高課堂的教學效率，激發學生的求知欲望;分析問題要做到層次清楚，條理分明，拓寬學生的思路;做出結論要簡明準確，便于記憶。

4)在剖視的教學過程中充分利用3D技術，通過直接感知去認識剖視，可以啟發學生的積極思維，使學生的空間概念更強，培養了學生的空間想象力和分析能力。這樣學生不但加深了對基本概念的理解，還抓住了剖視的本質和作圖過程中有規律性的東西，增強了剖視運用的主動性，提高了教學效果，增加了課堂教學容量，在教學實踐中備受學生的歡迎。

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、教學效果，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，值得每位圖學教師重視。

［1］歐陽立新，何鳳嬌.建立三維造型教學模式深化工程制圖改革［J］.長沙鐵道學院學報:社會科學版，2009(1):76.

［2］江慶.SolidWorks三維造型在機械制圖綜合實踐中的應用［J］.機械管理開發，2008(1):183.

［3］付成龍，楊小慶，田凌.機械制圖研究型小課題的探索與實踐［J］.工程圖學學報，2010(4):156.

［4］賀勤.淺談直觀教學法在《機械制圖》教學中的應用［J］.甘肅科技，2009(3):187.

［5］李昂.工程圖樣中重影點標注常見錯誤探討［J］.甘肅高師學報，2010(5):36.

［6］丁安英.“經驗之塔”理論與“實境耦合”人才培養模式說［J］.職業教育研究，2008(8):134.