高職機械制圖課程“融合”三維建模計算機輔助設計的教學研究

張偉文　姜明

【摘 要】機械制圖課程和三維建模課程緊密相關，通過分析三維建模課程和機械制圖課程的知識結構，研究了兩個課程之間的相關性，并重新設計機械制圖課程教學方案。調整后的教學方案精簡了原工程制圖內容，并融入了三維建模技術，提高了教學的質量。

【關鍵詞】三維建模;機械制圖;融合教學

中圖分類號： G712;TH126-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）29-0174-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.082

0 引言

機械制圖課程是機械類專業的基礎課程，其目的是使學生掌握機械制圖標準并能熟練繪制機械工程圖樣。傳統工程圖學課程的教學手段是采用尺規手工繪圖為主，而目前企業的制圖過程是先三維建模，然后再生成工程圖。傳統的教學方法已不適應實際的應用。引入計算機輔助設計（CAD）三維建模技術是機械制圖課程教學發展的趨勢[1]。

三維計算機輔助制圖引入制圖課程常用的方式有3種。（1）把三維技術作為機械制圖課程的輔助教學手段[2]。目前市面很多制圖教材會提供三維模型二維碼，掃描二維碼后可以在移動端觀察三維模型的結構。這種方式中三維模型起參考/演示作用，教學內容并不包含三維建模。其優點是不改變制圖課程原有的教學內容，缺點是兩門課程沒有得到很好的銜接。（2）把三維建模課程和機械制圖課程放在一起實施教學[3-4]。不過由于兩門課程合并后內容太多，教學實施難度較大。（3）三維建模為主線，將制圖內容穿插其中，將三維軟件建模方法與機械制圖理論知識協調融合[5]。這種方式以建模為主，制圖為輔，也是行之有效的教學思路。

機械制圖課程一般不涉及復雜的模型，課程只需增加部分的三維建模技術內容即可。另外，引入三維建模內容后，原有的部分教學內容可以適當作精簡處理。這樣課程僅增加部分內容并精簡處理后，課程的總授課內容就變化不大。三維建模和工程圖學是相輔相成的。學生初步接觸計算機輔助建模技術后，不僅更容易學習機械制圖技術，也是有利于后續計算機輔助設計與制造課程的學習的。

1 機械制圖課程與三維建模的相關性分析

傳統機械制圖課程的教學內容包括，制圖標準，平面繪圖，投影基礎，基本立體與組合體，軸測圖，機件表達方法，標準間與常用件，零件圖與裝配圖等內容。CAD三維建模課程中的內容包括草圖，基本建模，細節特征，曲面造型，標準庫，工程圖，裝配圖等內容。兩個課程的教學模塊既有相類似的內容，也有不同的地方。

一般而言，機械制圖課程涉及的零部件模型都不會很復雜，教學中只需使用三維建模軟件必要的建模功能即可。三維建模中較為復雜的功能，例如曲面造型，派生曲線等內容可以留到后面的CAD/CAM課程中繼續學習。比較上述兩門課程的教學內容，可以得出機械制圖課程涉及的必須三維建模知識有：草圖，簡單建模，標準庫，工程圖和裝配體等。

增加三維建模內容后，機械制圖的教學應以計算機輔助設計為主，手工繪圖為輔。舊有的一些教學內容不再是教學的重點，可以適當做精簡處理。通過適當的增刪精簡，機械制圖的課程顯得精煉，內容更貼合實際的需要。精簡的內容有：

（1）縮減投影基礎模塊內容，簡要講解投影原理，刪除點線面投影畫圖內容。

（2）縮減幾何作圖模塊，縮減尺規幾何作圖內容。

（3）刪去軸測圖模塊。

（4）縮減所有模塊中的尺規作圖教學，保留書面練習。

使用計算機輔助設計并不是拋棄傳統的手工制圖。他們之間可以相互補充，相互促進的。手工繪圖更直接，更容易讓學生集中思考，理解圖形的表達;CAD三維建模則更直觀，能很好地幫助學生理解三維結構和投影表達原理。課程修改以原有的課程框架為基礎，CAD三維建模為輔。繪圖方法包括CAD，徒手制圖和尺規繪圖三種。具體的教學內容及教學計劃見表1。

2 教學設計案例

2.1 組合體三視圖教學單元

組合體三視圖教學單元內容可以分兩個子任務實施教學，組合體的三視圖投影及組合體的尺寸標注。具體教學設計見表2。

表1 修改后機械制圖課程的內容與教學計劃

傳統教學是使用ppt結合模型來講解，學生接受知識被動，參與性較小，效果一般。改進的教學單元中可以提供三維模型給學生觀察，也可以結合實例，演練組合體模型的構建。從教學效果來看，增加三維建模的教學后，學生能主動參與學習，能有效提高學生的學習積極性。

3 小結

采用計算機輔助設計已經是實際工作中產品設計，產品制造的主要方法。結合三維建模CAD技術已是目前機械制圖課程教學發展的主要方向。通過對原有課程作適當的精簡，并融合必要的三維建模技術后，課程的教學更貼合實際的需要，借助三維技術的表達，學生更容易掌握工程圖的識讀以及工程圖樣的生成，全面提高了教學的質量。

表2 組合體三視圖教學單元設計

【參考文獻】

[1]童秉樞，易素君，徐曉慧.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（04）：130-135.

[2]王春燕.Solidworks在工程制圖教學中的應用[J].教育現代化，2019，6（22）：244-245.

[3]高紅英，劉軍旭，袁驚滔.CAD與機械制圖“融合式”教學改革的探討[J].成都工業學院學報，2015，18（04）：82-85.

[4]吳燕.三維計算機輔助設計教學改革研究與實踐[J].山東工業技術，2019（13）：226+221.

[5]王妍，曹喜承，祝娟，楊蕊，徐金超.從三維設計入手機械制圖新教學體系研究[J].黑龍江教育（理論與實踐），2018（09）：54-55.