計算機三維建模引入工程制圖課程的教學研究

任小青 王曉娟 黃永玉 沈海寧

摘 要：工程制圖是工科的專業基礎課，采用三維數字模型輔助傳統教學，可以降低課程學習難度，提高學生學習的積極性。本文論述了，課堂中要引入三維模型，教師必須要做的前期工作。以及三維數字模型對教學的影響。

關鍵詞：工程制圖 三維建模 教學改革

一、研究背景

工程制圖采用投影法，用二維圖來表達三維形體，該課程是工科必修的專業基礎課，一般在大學一二年級開設。對于習慣于抽象思維，缺乏具象思維訓練的低年級大學生而言，構形不再符合視覺習慣，問題變得抽象復雜[1]。我校屬于西部高校，本地生源占到了50%，在多年的教學中發現，大部分青海本地學生的空間想象能力相對外地生源更弱一些，這和我省初、高中的基礎教育落后于中東部省份有關，而本地的民族生除了基礎薄弱之外，語言交流也存在一定障礙。這些都加劇了課程講授的難度。為了彌補學生空間想象能力差，在傳統課堂上，教師利用視頻播放、教具模型、黑板手繪、彩色掛圖等幫助學生理解。雖然教學模型，可以讓學生直觀的觀察，但是實物模型數量有限，不可能涵蓋所有問題。傳統課堂由于提供的信息量小、缺乏靈活性，講授不易清楚，學習過程枯燥，學生學習效率低下，教學效果難于達到預期[2]。為了盡快讓學生空間思維能力得以提高，引入新的課堂教學方法，是解決當前問題的方法之一。

二、三維建模引入工程制圖課程后對教學效果的影響

當前工程領域常用的三維造型軟件有Proe、UG、Catia、SolidWorks等。其中SolidWorks 具有功能強大、簡單易學、全中文界面等特點，被廣泛使用。本研究借助SolidWorks 強大的三維建模、工程圖生成及模型渲染等功能，可以方便快捷地進行復雜形體外觀設計，這樣可擺脫教具模型有限的束縛。并能實時方便地進行修改，靈活多變[3]。教師授課過程中可以根據需要借助SolidWorks 軟件創建三維幾何外觀，將繪制好的三維實體模型直接轉化成具有投影關系的視圖。這樣可以很快幫助學生建立起二維投影和三維實體間相互轉換的規律。對于裝配體，教師可以利用軟件自帶的爆炸圖功能將組成零件逐個拆分開來，清楚地呈現在學生面前，增加真實感和直觀性。同時裝配體的裝配過程，也可以幫助學生初步理解零件的配合和定位。由數字模型輔助教學，可以有效地培養學生的空間想象能力和形體構思能力，建立三維空間立體概念，進一步提高學生閱讀和繪制零件圖和裝配圖的能力。此外，教師還可以將solidworks文件存為eprt文件，可以方便不會使用solidworks的同學，通過e-drawing軟件動態觀察實物模型。這樣可以徹底讓教師和學生擺脫傳統教具有限的束縛，學生可以在課堂以外，隨地隨地打開模型配合自主學習。

三、三維建模輔助傳統工程制圖課程的方法研究

很多一年級的大學生在此前并未接觸過三維繪圖軟件，為了更好的讓三維模型配合好教學工作，以下兩方面的工作教師必須提前著手準備，只有這樣才能收到預期的教學效果。

1.模型庫的創立

用三維模型來說明一個制圖問題的知識點，可以提高此知識點的直觀性。 如圓錐的截交問題，可以很輕松通過改變截平面與圓錐軸線的夾角，觀察到由此引起的截口形狀的變化。利用solidworks創建模型庫，來配合整個課程知識點的講述，能降低課程難度，提高學生學習的積極性，同時又可以避免教師在上課過程中，由于創建模型占用課堂有效教學時間的問題，課下也可以將模型發送給學生，配合學生的自主學習。那么如何選取特征模型，通過改變參數來配合知識點的講授，將是教師必須提前要做的準備的工作，也是建立模型庫的關鍵所在。

2.模型的展示方法

教師調用模型庫里的模型，通過什么樣的展示方法（如改變模型的尺寸參數、改變模型的投影方向，360度對模型進行旋轉等），讓學生更好的理解三維和二維之間的相互轉換規律。根據課堂學生反映，總結有效的展示方法。也是保證良好教學效果，也是必須要做的前期準備工作。

結語

隨著信息技術的高速發展，為三維幾何外觀設計提供了強大的技術支撐。目前國內眾多企業，已經開始使用三維造型軟件，對產品進行設計，三維圖設計和二維圖設計，在工程設計領域同時并行存在。便攜式智能終端設備，在日常生活中越來越普及，為隨時隨地打開三維設計圖，提供了硬件保障[4]。由于其的便捷性，使得三維設計的存儲和展示如同打開紙質工程圖一樣方便，由此可以預測，在不久的將來三維設計必將取代目前的二維設計。提前讓學生接觸到三維設計的理念，可以為后續現代設計方法的學習，做一定的前期鋪墊。

參考文獻

[1]孫根正.關于制圖教改問題的研討綜述[J].西北工業大學學報，2000.

[2]張小娃.淺談三維實體在機械制圖教學中的應用[J].廣東科技，2010.

[3]雷雪霏，楊欣欣，李瑞海.《制藥工程制圖》教學方法探索與實踐[J].遼寧中醫藥大學學報，2008.

[4]童秉樞，易素君，等.工程圖學中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J].工程圖學學報，2005，