基于AutoCAD的3D教學(xué)模式在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用

2014-12-07 趙繼成山東理工大學(xué)

　　介紹了工程制圖改革現(xiàn)狀，分析了工程制圖教學(xué)中存在的問題，提出了基于AutoCAD的3D教學(xué)模式，把工程制圖教學(xué)和CAD技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，在應(yīng)用時機(jī)和應(yīng)用方法上做了闡述。

　　引言

　　工程制圖教學(xué)中，空間想象力的培養(yǎng)是非常重要的一個環(huán)節(jié)，為了培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，需要進(jìn)行大量的二維與三維之間的雙向思維訓(xùn)練。傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)模式多使用掛圖或?qū)嵨锬Ｐ�，把二維的投影圖和空間實體結(jié)合起來，幫助學(xué)生讀圖。隨著現(xiàn)代教學(xué)方法和手段的提高，CAI輔助教學(xué)在現(xiàn)代課堂上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，同時，在許多工科學(xué)生的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中，已經(jīng)廣泛使用AutoCAD、UG、Pro/E、SolidWorks等造型工具。在這一趨勢的推動下，制圖課程已開始將三維造型內(nèi)容的學(xué)習(xí)納入教學(xué)內(nèi)容體系，這使得工程制圖教學(xué)過程的直觀性得到充分顯現(xiàn)，在很大程度上彌補(bǔ)了學(xué)生空間想象不足帶來的教學(xué)障礙，培養(yǎng)了其空間思維能力。

1、工程制圖教學(xué)改革現(xiàn)狀

　　國內(nèi)主流的工程制圖教學(xué)改革模式是把三維建模融入教學(xué)當(dāng)中。比如清華大學(xué)童秉樞教授總結(jié)了現(xiàn)有各院校提出的三維內(nèi)容引入方式以及由此形成的新課程體系;浙江大學(xué)施岳定教授通過添加式、分離式、結(jié)合式、融合式等多種模式引入計算機(jī)繪圖和三維模式;華南理工大學(xué)陳熾坤提出從三維模型入手，直接建立從體到圖的教學(xué)體系等。總之，將三維建模引入工程制圖教學(xué)當(dāng)中是未來工程制圖教學(xué)改革的一個模式。引入三維建模并不是完全意義上取代二維繪圖，目前二維繪圖就其自身來講也有很多優(yōu)勢，比如：對教學(xué)條件要求不高;可以增強(qiáng)初學(xué)者對工程圖的讀圖能力等。因此，工程制圖教學(xué)短期內(nèi)仍然需要從“畫法幾何—二維繪圖”開始，同時引入三維建模，以培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和對工程制圖的興趣。

2、工程制圖教學(xué)中存在的問題

　　教育部工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會于2004年針對工程圖學(xué)教學(xué)的基本要求，提出了工程圖學(xué)課程的6項任務(wù)：

　�、倥囵B(yǎng)使用投影的方法用二維平面圖形表達(dá)三維空間形狀的能力;

　�、谂囵B(yǎng)對空間形體的形象思維能力;

　�、叟囵B(yǎng)創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計能力;

　�、芘囵B(yǎng)使用繪圖軟件繪制工程圖樣及進(jìn)行三維造型設(shè)計的能力;

　�、菖囵B(yǎng)儀器繪制、徒手繪畫和閱讀專業(yè)圖樣的能力;

　�、夼囵B(yǎng)工程意識，貫徹、執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)的意識。

　　日常教學(xué)工作也是圍繞該任務(wù)展開的，教學(xué)過程中存在的問題大致可歸納如下：

　　(1)學(xué)生缺乏空間想象能力。空間想象能力差是阻礙工程制圖學(xué)習(xí)的一個重要問題，其表現(xiàn)在兩個方面：一方面是圖與物體分離，學(xué)生看到零件想象不出三視圖和見到三視圖想象不出零件的結(jié)構(gòu);另一方面是學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，對許多零件感到陌生，見到零件后所留的印象也不深。例如，投影基礎(chǔ)和幾何元素的投影圖是課程的基礎(chǔ)，但入門較難，學(xué)生不易建立空間投影體系，難以在腦海中勾畫出點、線、面、體等元素在空間的形狀和位置，很容易在學(xué)習(xí)開始階段就失去學(xué)習(xí)興趣。

　　(2)截交線、相貫線作圖是難點。截交線、相貫線分別表示平面截切物體產(chǎn)生的交線和物體與物體相交產(chǎn)生的交線，在二維投影圖中，它的主要表現(xiàn)是抽象、不直觀，尤其是在曲面立體與曲面立體相貫方面表現(xiàn)得更加明顯。初學(xué)者在二維和三維之間的轉(zhuǎn)換上存在許多障礙，想象不出空間物體的結(jié)構(gòu)，作圖也會遇到困難。

　　(3)實物教學(xué)模型靈活性差。實物模型在工程制圖教學(xué)過程中發(fā)揮著很好的作用，能夠把抽象的物體展現(xiàn)在眼前，變得更加具體，但是隨著現(xiàn)在工程制圖課時量的壓縮，同時又要傳授較大的信息量，課堂上帶著很多教學(xué)模型是比較困難的事情，況且題目若有變化，模型不能立即更新，使用起來很不方便。

　　(4)對工程圖樣的讀圖、繪圖能力下降。過多地依賴三維模型，會造成學(xué)生思維懶惰，不能養(yǎng)成良好的讀圖習(xí)慣，讀圖能力下降;智能化的三維建模軟件可以生成二維工程圖樣，但是多數(shù)三維建模是基于特征的建模，生成的工程圖樣在尺寸標(biāo)注上不是完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)，甚至是錯誤的，單靠三維模型自動生成工程圖樣顯然不是一個一蹴而就的過程，仍然需要在牢固掌握工程圖樣的基礎(chǔ)上再利用三維造型，才是正確的學(xué)習(xí)順序。