高職機(jī)械制圖課程“融合”三維建模計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的教學(xué)研究

張偉文　姜明

【摘 要】機(jī)械制圖課程和三維建模課程緊密相關(guān)，通過分析三維建模課程和機(jī)械制圖課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，研究了兩個(gè)課程之間的相關(guān)性，并重新設(shè)計(jì)機(jī)械制圖課程教學(xué)方案。調(diào)整后的教學(xué)方案精簡了原工程制圖內(nèi)容，并融入了三維建模技術(shù)，提高了教學(xué)的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】三維建模;機(jī)械制圖;融合教學(xué)

中圖分類號(hào)： G712;TH126-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）29-0174-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.082

0 引言

機(jī)械制圖課程是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，其目的是使學(xué)生掌握機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)并能熟練繪制機(jī)械工程圖樣。傳統(tǒng)工程圖學(xué)課程的教學(xué)手段是采用尺規(guī)手工繪圖為主，而目前企業(yè)的制圖過程是先三維建模，然后再生成工程圖。傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不適應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用。引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）三維建模技術(shù)是機(jī)械制圖課程教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)[1]。

三維計(jì)算機(jī)輔助制圖引入制圖課程常用的方式有3種。（1）把三維技術(shù)作為機(jī)械制圖課程的輔助教學(xué)手段[2]。目前市面很多制圖教材會(huì)提供三維模型二維碼，掃描二維碼后可以在移動(dòng)端觀察三維模型的結(jié)構(gòu)。這種方式中三維模型起參考/演示作用，教學(xué)內(nèi)容并不包含三維建模。其優(yōu)點(diǎn)是不改變制圖課程原有的教學(xué)內(nèi)容，缺點(diǎn)是兩門課程沒有得到很好的銜接。（2）把三維建模課程和機(jī)械制圖課程放在一起實(shí)施教學(xué)[3-4]。不過由于兩門課程合并后內(nèi)容太多，教學(xué)實(shí)施難度較大。（3）三維建模為主線，將制圖內(nèi)容穿插其中，將三維軟件建模方法與機(jī)械制圖理論知識(shí)協(xié)調(diào)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(xué)思路。

機(jī)械制圖課程一般不涉及復(fù)雜的模型，課程只需增加部分的三維建模技術(shù)內(nèi)容即可。另外，引入三維建模內(nèi)容后，原有的部分教學(xué)內(nèi)容可以適當(dāng)作精簡處理。這樣課程僅增加部分內(nèi)容并精簡處理后，課程的總授課內(nèi)容就變化不大。三維建模和工程圖學(xué)是相輔相成的。學(xué)生初步接觸計(jì)算機(jī)輔助建模技術(shù)后，不僅更容易學(xué)習(xí)機(jī)械制圖技術(shù)，也是有利于后續(xù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程的學(xué)習(xí)的。

1 機(jī)械制圖課程與三維建模的相關(guān)性分析

傳統(tǒng)機(jī)械制圖課程的教學(xué)內(nèi)容包括，制圖標(biāo)準(zhǔn)，平面繪圖，投影基礎(chǔ)，基本立體與組合體，軸測(cè)圖，機(jī)件表達(dá)方法，標(biāo)準(zhǔn)間與常用件，零件圖與裝配圖等內(nèi)容。CAD三維建模課程中的內(nèi)容包括草圖，基本建模，細(xì)節(jié)特征，曲面造型，標(biāo)準(zhǔn)庫，工程圖，裝配圖等內(nèi)容。兩個(gè)課程的教學(xué)模塊既有相類似的內(nèi)容，也有不同的地方。

一般而言，機(jī)械制圖課程涉及的零部件模型都不會(huì)很復(fù)雜，教學(xué)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(fù)雜的功能，例如曲面造型，派生曲線等內(nèi)容可以留到后面的CAD/CAM課程中繼續(xù)學(xué)習(xí)。比較上述兩門課程的教學(xué)內(nèi)容，可以得出機(jī)械制圖課程涉及的必須三維建模知識(shí)有：草圖，簡單建模，標(biāo)準(zhǔn)庫，工程圖和裝配體等。

增加三維建模內(nèi)容后，機(jī)械制圖的教學(xué)應(yīng)以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為主，手工繪圖為輔。舊有的一些教學(xué)內(nèi)容不再是教學(xué)的重點(diǎn)，可以適當(dāng)做精簡處理。通過適當(dāng)?shù)脑鰟h精簡，機(jī)械制圖的課程顯得精煉，內(nèi)容更貼合實(shí)際的需要。精簡的內(nèi)容有：

（1）縮減投影基礎(chǔ)模塊內(nèi)容，簡要講解投影原理，刪除點(diǎn)線面投影畫圖內(nèi)容。

（2）縮減幾何作圖模塊，縮減尺規(guī)幾何作圖內(nèi)容。

（3）刪去軸測(cè)圖模塊。

（4）縮減所有模塊中的尺規(guī)作圖教學(xué)，保留書面練習(xí)。

使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并不是拋棄傳統(tǒng)的手工制圖。他們之間可以相互補(bǔ)充，相互促進(jìn)的。手工繪圖更直接，更容易讓學(xué)生集中思考，理解圖形的表達(dá);CAD三維建模則更直觀，能很好地幫助學(xué)生理解三維結(jié)構(gòu)和投影表達(dá)原理。課程修改以原有的課程框架為基礎(chǔ)，CAD三維建模為輔。繪圖方法包括CAD，徒手制圖和尺規(guī)繪圖三種。具體的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)計(jì)劃見表1。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)案例

2.1 組合體三視圖教學(xué)單元

組合體三視圖教學(xué)單元內(nèi)容可以分兩個(gè)子任務(wù)實(shí)施教學(xué)，組合體的三視圖投影及組合體的尺寸標(biāo)注。具體教學(xué)設(shè)計(jì)見表2。

表1 修改后機(jī)械制圖課程的內(nèi)容與教學(xué)計(jì)劃

傳統(tǒng)教學(xué)是使用ppt結(jié)合模型來講解，學(xué)生接受知識(shí)被動(dòng)，參與性較小，效果一般。改進(jìn)的教學(xué)單元中可以提供三維模型給學(xué)生觀察，也可以結(jié)合實(shí)例，演練組合體模型的構(gòu)建。從教學(xué)效果來看，增加三維建模的教學(xué)后，學(xué)生能主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 小結(jié)

采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)是實(shí)際工作中產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品制造的主要方法。結(jié)合三維建模CAD技術(shù)已是目前機(jī)械制圖課程教學(xué)發(fā)展的主要方向。通過對(duì)原有課程作適當(dāng)?shù)木啠⑷诤媳匾娜S建模技術(shù)后，課程的教學(xué)更貼合實(shí)際的需要，借助三維技術(shù)的表達(dá)，學(xué)生更容易掌握工程圖的識(shí)讀以及工程圖樣的生成，全面提高了教學(xué)的質(zhì)量。

表2 組合體三視圖教學(xué)單元設(shè)計(jì)

【參考文獻(xiàn)】

[1]童秉樞，易素君，徐曉慧.工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2005（04）：130-135.

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[3]高紅英，劉軍旭，袁驚滔.CAD與機(jī)械制圖“融合式”教學(xué)改革的探討[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，18（04）：82-85.

[4]吳燕.三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（13）：226+221.

[5]王妍，曹喜承，祝娟，楊蕊，徐金超.從三維設(shè)計(jì)入手機(jī)械制圖新教學(xué)體系研究[J].黑龍江教育（理論與實(shí)踐），2018（09）：54-55.