CAD三維基礎與應用課程的探索與實踐

劉付東標 夏春華 孫會強

摘要 CAD三維基礎與應用課程作為面向廣東海洋大學全校開設的通識教育拓展課，為了培養(yǎng)適應現(xiàn)代社會的三能應用型本科人才，對該門課程進行了教學探索和實踐，具體包括教學內容、教學形式、教學方法和課程考核等內容，培養(yǎng)學生三維基礎知識和拓展學生空間思維、空間設計的三維實體創(chuàng)作應用能力，使學生在三維設計與表達能力方面有顯著的提高，經過多年的教學探索與實踐，并取得了良好的教學效果。

關鍵詞 CAD三維基礎；通識教育拓展課；CAD三維專家模式操作；屏幕錄像教學視頻；CAD三維應用

中圖分類號 S-01 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）13-0226-04

Teaching Exploration and Practice of the Foundation and Application Course of CAD Threedimensional （3D）

LIUFU Dongbiao1，XIA Chunhua1，SUN Huiqiang2

（1.Agricultural College of Guangdong Ocean University， Zhanjiang，Guangdong 524088；2.Mathematics and Computer Science College of Guangdong Ocean University， Zhanjiang，Guangdong 524088）

Abstract The CAD threedimensional basic and application course is a general education development course for Guangdong Ocean Universitys entire school. To cultivate threeapplication undergraduate talents who can adapt to modern society， this course has been explored and practiced in teaching， including teaching content and teaching forms， teaching methods and course assessments， etc..It also cultivates students threedimensional basic knowledge and expands students spatial thinking and spatial designs threedimensional solid creation and application capabilities， enabling students to significantly improve their threedimensional design and expression capabilities.After years of teaching exploration and practice， and achieved good teaching results.

Key words CAD threedimensional foundation；General education development course；CAD 3D expert mode operation；Screen video teaching video；CAD threedimensional application

CAD具有易于掌握、使用方便、體系結構開放等優(yōu)點，能夠繪制二維圖形與三維圖形、標注尺寸、渲染圖形以及打印輸出圖樣、拍照和動畫功能等，被廣泛應用于各個設計領域[1]。CAD三維是CAD二維的拓展應用的延伸，隨著三維繪圖技術的應用，不僅可以減少二維圖紙數(shù)量，而且更具有易懂、準確、高效、直觀和真實性強，以任意角度觀察局部或整體實體等特點[2]。在當前，通識教育得到了高等教育界的廣泛重視[3]，CAD三維基礎與應用課程作為廣東海洋大學全校通識教育拓展課（課程歸屬信息技術及應用類），滿足學生對CAD三維設計的需求，培養(yǎng)學生三維基礎知識和拓展學生空間思維、空間設計和三維表達的能力，培養(yǎng)更能適應新時代三能應用人才，提高就業(yè)的競爭力，以適應社會對三維專業(yè)人才的迫切需求，具有重要的意義。有關CAD課程已經有一些教師對該課程的教學方法進行了研究[4-9]，對高等院校的CAD教學和培養(yǎng)CAD二維、三維專業(yè)人才均有較大的促進作用和參考價值。筆者根據(jù)CAD三維基礎與應用課程作為全校通識教育拓展課，結合選課學生對象主要是已經學習過CAD二維基礎課程或者選修過全校CAD二維基礎通識教育拓展課的特點，近年來對該門課程的教學進行探索與實踐的研究，使學生在學習完CAD三維基礎與應用課程后拓展空間思維、空間設計和三維表達能力有較大的提高。

1 教學內容的探索與實踐

1.1 CAD三維操作界面的智能化設置

CAD三維操作界面（工作空間）的工具欄的工具組成和設置直接影響操作者三維繪圖的速度、質量和繪圖效率。CAD 2010提供了“二維草圖與注釋”“三維建模”和“AutoCAD經典”3種工作空間模式[10]，其中“二維草圖與注釋”和“AutoCAD經典”工作空間模式主要利用二維工具欄的工具繪制或者修改二維圖形等操作，“三維建?！惫ぷ骺臻g模式主要利用三維工具欄的工具在三維空間繪制或者修改二維或者三維圖形等操作。為了解決在三維建模工作空間既要進行繪制二維圖形或者修改（二維是三維的基礎），又可以進行三維圖形的繪制和修改，同時又要快速高效操作，因此對三維建模操作界面（工作空間）進行智能化設置。具體方法如下：輸入命令CUI→將三維建模設置為當前并確定（也可以在狀態(tài)欄的“切換工作空間”按鈕選擇“三維建模”）→單擊“快速訪問工具欄”按鈕→單擊“顯示菜單欄”→按組合鍵Alt+T→工具欄→AutoCAD→在44個工具欄中選擇并顯示8個工具欄（1-UCSⅡ、2-標注、3-查詢、4-動態(tài)觀察、5-繪圖、6-三維導航、7-視覺樣式、8-修改），同時將工具欄進行合理排序→輸入系統(tǒng)變量Lockui→輸入15按回車→將所有工具欄鎖定→輸入命令Wssave→將工作空間保存并命名為“3dws”→所創(chuàng)建的具有智能化的三維操作界面如圖1所示。與CAD 2010提供的“三維建?！北容^，CAD三維操作界面智能化設置后的工作空間（3dws）的特點是快捷方便在三維空間中繪制二維和三維圖形等一系列操作，特別適合初學三維建模的學生使用。

1.2 CAD三維專家模式操作界面的設置

CAD三維專家模式操作又稱全屏顯示模式操作，CAD 2010三維專家模式操作界面是將界面擴大到屏幕邊界打開，將菜單欄、功能區(qū)選項板、工具欄、命令行和狀態(tài)欄全部隱藏，操作界面由標題欄（含菜單瀏覽器+快速訪問工具欄）、繪圖區(qū)域占全屏96%（以19英寸顯示器計算）、三維光標組成，提供最大化的繪圖區(qū)域，從而為三維繪圖和觀察實體提供極大的便利[11]。將CAD三維操作界面的智能化設置保存的工作空間（3dws）設置為CAD三維專家模式操作界面（Exmo）的方法如下：單擊“快速訪問工具欄”按鈕→隱藏菜單欄→按組合Ctrl+0→按組合Ctrl+9→輸入系統(tǒng)變量Statusbar→輸入0按回車→此時的操作界面如圖2所示。進行CAD三維專家模式操作繪制二維或者三維圖形等一系列操作，在屏幕看不到任何命令，因此需要學生掌握相關的知識和實繪技能，CAD三維專家模式操作的特點不僅具有操作速度快、準確和高效的特點，而且具有保護視力和省力的作用[11]。CAD專家模式操作對拓展CAD三維操作界面的應用，讓學生追求最高水平的CAD操作有一個共同目標（快、準、高效、保護視力及省力），有利于廣東海洋大學三能特色人才的培養(yǎng)，為提高學生CAD三維繪圖綜合應用能力和就業(yè)競爭力打下堅實的基礎。

1.3 CAD三維專業(yè)和個性化的繪圖環(huán)境設置

CAD三維繪圖環(huán)境設置包括專業(yè)化組合性能設置和個性化設置[12]。因為CAD三維繪圖環(huán)境的組合性能設置對CAD繪圖的質量和速度有著密切的聯(lián)系。在CAD三維建模操作界面上無論是3dws或者是Exmo操作界面，它們都必須依靠CAD三維繪圖環(huán)境的優(yōu)良組合設置，才能保證操作者以快速、準確和符合專業(yè)標準的設計圖形。既要符合專業(yè)標準又要有個性化繪圖環(huán)境的設置方法如下：輸入命令Ds（Dsettings）→彈出“草圖設置”對話框→對“捕捉和柵格”“極軸追蹤”“動態(tài)輸入”和“快捷特性”選項卡全部取消啟用→只對“對象捕捉”進行設置，“啟用對象捕捉”和“啟用對象捕捉追蹤”，對象捕捉模式分別選取端點、中點、圓心、節(jié)點、象限點、交點和垂足共7個→完成草圖設置→按組合鍵Alt+T→彈出“選項”對話框→單擊“配置”選項卡→單擊“添加到列表”→輸入并命名“l(fā)fdb”→按“應用并關閉”→選中“l(fā)fdb” 并對“l(fā)fdb”從右到左的選項卡進行設置→“配置”將“l(fā)fdb”設置為當前→“選擇集”設置，拾取框大小輸入系統(tǒng)變量Pickbox值改變?yōu)?0，其他默認→“三維建模”設置，啟用在三維十字光標顯示Z軸，十字光標標簽使用X、Y、Z軸，取消二維和三維顯示ViewCube和Ucs圖標→“草圖”設置，啟用顯示自動捕捉靶框，將自動捕捉標記移動至1/2處，靶框大小輸入系統(tǒng)變量Aperture的值改為5→“打開和保存”將取消自動保存→“顯示”設置，啟用顯示工具提示及工具提示中顯示快捷鍵，將十字光標大小輸入系統(tǒng)變量Cursorsize的值改為50～80；“顏色”設置，三維平行投影的十字光標設置為洋紅色，并啟用為X、Y、Z軸染色→其他選項卡保持默認值→完成對lfdb的專業(yè)化和具有個性化的設置。如果要將lfdb設置輸出至其他電腦使用，則將lfdb的設置輸出配置文件lfdb.arg在其他電腦輸入即可使用。對CAD三維操作界面智能化的草圖和選項設置，是學生學習CAD三維基礎與應用課程的基礎，同時也是CAD三維專家模式操作繪圖環(huán)境專業(yè)化和個性化最基本的優(yōu)良組合設置。

2 教學形式和教學方法的探索與實踐

2.1 理論教學與實踐操作相結合

CAD三維基礎與應用課程的總學時為24，12學時為理論課，12學時為學生上機操作課，理論課和上機操作課均在同一個電腦機房進行，教師上完45 min理論課后，學生接著就可以驗證教師的理論或者操作，教師下來巡回指導學生操作，發(fā)現(xiàn)提問及時向學生解答或操作演示回答，讓每位學生都有機會提問，實踐證明CAD三維基礎與應用課程的理論教學與實踐操作相結合是較好的上課形式，具體表現(xiàn)為學生學習積極性和學習興趣較高，有利于教師教學和學生學習，尤其是CAD三維操作軟件課程顯得特別重要。

2.2 課前教師制作專家模式操作屏幕錄像教學視頻與上課教學屏幕錄像教學視頻相結合

CAD三維基礎與應用課程無論是理論或是上機操作課，為了使學生更加了解和掌握教師上課內容和操作步驟，在每一次上課前，教師用屏幕錄像專家V7.5軟件制作理論教學視頻和CAD三維專家模式操作上機創(chuàng)作教學視頻，并命名為理論課-內容.exe視頻文件（此文件屬于應用程序類型，可以在任何一臺電腦打開觀看），上機操作-如CAD三維專家模式操作界面的設置.exe文件，同時將上理論課也用該軟件制作理論教學視頻，并命名為課堂理論課.exe文件，在上機操作課時同時發(fā)給學生，讓學生可以多次觀看教師上課的教學視頻，又可以觀看CAD三維專家模式創(chuàng)作視頻，這樣既有啟發(fā)學生思維的作用，同時又可以反復學習教師上課操作教學視頻的整個創(chuàng)作過程，具有易學、易懂、易操作的特點，這對提高學習該課程的學生啟發(fā)其三維空間設計和學習興趣有極大幫助，也是該課程的亮點之一。

2.3 以學生為中心的教與學，讓學生參與教學活動

CAD三維基礎與應用課程的教學是為培養(yǎng)學生普及CAD三維基礎、掌握看三維圖的基本知識，提高操作技巧和三維設計創(chuàng)作應用能力，以學生為中心，根據(jù)學生的需求，制定相應的教學方法和措施，讓學生學習該門課程感興趣，創(chuàng)作過程有技巧，主動學習，巡回指導時發(fā)現(xiàn)問題及時向學生講解和操作示范，教師在精通CAD二維和三維建模的前提下，盡最大努力講授好每一節(jié)課，同時學生在上機操作課時，教師通過屏幕控制觀察每一位學生創(chuàng)作和完成情況，找出最快完成創(chuàng)作的學生，將其屏幕操作設置為教師上課屏幕，讓學生觀看優(yōu)秀學生上機創(chuàng)作過程和參與教學活動，對加強師生教學互動、活躍課堂氣氛有著重要作用。

2.4 學生課堂實踐操作與課外實踐操作相結合

CAD三維基礎與應用課程作為全校通識教育拓展課，課時24學時，要用有限的課時拓展學生無限操作與練習，因此老師必須在課前創(chuàng)作對三維專家模式操作視頻和課堂中上課創(chuàng)作的視頻，讓學生在上機操作時進行觀看、驗證和上機操作，學生復制視頻文件帶回去，在課外空余時間可以多次觀看和進行實踐操作，學生課堂實踐操作與課外實踐操作相結合，實踐證明，課堂操作拓展至課外操作，對提高學生學習興趣和學生創(chuàng)作三維作品成功的成就感有著重要的作用。

2.5 CAD三維基礎與應用相結合

任何一個繪圖軟件，如果只講基礎，不講應用，學生學習起來就會感到枯燥，為了使該課程既要講CAD三維基礎，又要講CAD三維的應用，這樣可以將CAD三維基礎和實際三維創(chuàng)作應用相結合，更能吸引學生的眼球，使學生對學習該門課程的過程感到有樂趣，創(chuàng)作過程有技巧，方法更是一流。在三維基礎講授過程中，結合學生身邊最常見的三維實體創(chuàng)作從初級開始（如氣球、垃圾桶、小木凳、水養(yǎng)仙人球）（圖3～6），逐步向具有一定綜合性的三維實體中級創(chuàng)作發(fā)展（如平行雙跑樓梯、螺旋形樓梯、電腦顯示器、主機和鍵盤）（圖7～9），最后是跨學科和具綜合性較強應用的高級三維創(chuàng)作（如圖10房子）。從基本的實體創(chuàng)作到復雜的實體創(chuàng)作，二維平面結構→面域（或者實體建模）→三維實體整合→材質→渲染效果→動畫效果制作等，都是CAD三維基礎與應用高度相結合的結果。CAD三維基礎與應用的結合，是將CAD二維、三維基礎理論與軟件實踐操作及其實體尺寸結構綜合應用表現(xiàn)技術設計的結果，同時結合材質渲染等表現(xiàn)藝術效果，這更有助于技術和藝術相結合表現(xiàn)的三維實體的輔助設計，CAD三維基礎與應用相結合，更有利于激發(fā)學生的創(chuàng)作熱情和啟迪學生創(chuàng)作的靈感。

3 CAD三維基礎與應用考核的探索與實踐

根據(jù)CAD三維基礎與應用課程教學大綱要求，總成績=平時成績（占50%）+考試成績（占50%），其中平時成績包括上課考勤占10%、上機操作課下課后交電子版課堂作業(yè)（按序號-學生姓名-班級建立文件夾的Dwg文件作業(yè)，放在學生操作電腦K盤上，老師統(tǒng)一收集）占20%、課外作業(yè)交電子版和屏幕錄像操作視頻文件占20%（老師提供實體三視圖及其效果圖對應標注或者數(shù)據(jù)，并輸出PDF圖發(fā)給學生課外創(chuàng)作，除要交創(chuàng)作的Dwg文件外，還要提交三維創(chuàng)作過程的操作視頻文件*.exe，統(tǒng)一收集），考試形式以試卷理論考核與上機創(chuàng)作三維及其實體的參數(shù)量化標準相結合，考核學生對CAD三維軟件基礎的理論知識，重點考核學生對CAD三維的綜合應用能力，不僅按規(guī)定的標注創(chuàng)作三維外，而且還要對創(chuàng)作的三維實體有一個準確的參數(shù)量化標準即是用命令（Measuregeom）去查詢所創(chuàng)作的三維實體的表面積和實體的體積，它具有創(chuàng)作三維實體唯一的參數(shù)標準答案。創(chuàng)作方法可以有多種去完成，但其結果三維實體的表面積（或體積）是唯一的。既能考核學生實際操作能力，又能考核學生嚴謹思維、準確創(chuàng)作設計能力，同時也能體現(xiàn)CAD二維、三維準確性是該軟件最顯著特點。

4 結語

CAD三維基礎與應用作為廣東海洋大學通識教育拓展課，經過多年的教學探索和實踐，對該門課程的授課教學內容尤其是CAD三維操作界面進行智能化設置，采用CAD三維專家模式操作的新穎性對CAD三維繪圖操作環(huán)境進行優(yōu)化設置；教學形式和方法是采用理論與上機實踐操作、專家模式操作屏幕錄像教學視頻與上課教學屏幕錄像教學視頻、CAD三維基礎與應用相結合，課程采用多種形式的考核方式進行，制作獨特教學視頻從課堂實踐操作拓展至課外實踐操作，極大激發(fā)和調動學生學習的自覺性，使學生在學習過程中感到樂趣，培養(yǎng)學生空間思維、三維設計和三維表達的能力。該研究為CAD三維基礎與應用課程教學探索和實踐提供理論和實踐依據(jù)，對普及CAD三維通識拓展教育和適應新時代CAD三維高級專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要意義。