三維建模技術(shù)在機(jī)械制圖課程教學(xué)中的應(yīng)用

侯滿哲 龐永俊 馬宏 孫冰心

【摘要】目前許多學(xué)生在學(xué)習(xí)和教師講解機(jī)械制圖課程的過程中，還是普遍采用二維平面圖。傳統(tǒng)的二維機(jī)械制圖往往需要較為強(qiáng)大的空間想象能力，對(duì)于剛接觸機(jī)械制圖或者空間想象能力比較差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，從空間到平面的轉(zhuǎn)化非常困難，在學(xué)習(xí)過程中常常感覺吃力且枯燥乏味。而以更加直觀的三維立體圖形建立模型設(shè)計(jì)畫圖，不僅學(xué)習(xí)的趣味性更大，讓學(xué)生對(duì)工程圖學(xué)更感興趣，也大大減少了機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)難度。三維建模技術(shù)是在傳統(tǒng)的二維圖形構(gòu)型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，采用更加強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)三雛繪圖軟件，直接將立體圖形形象而真實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生眼前。本文將主要對(duì)三維建模技術(shù)在機(jī)械制圖課程教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)，教師在教學(xué)中可采用的方法及其實(shí)際應(yīng)用作簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制圖

三維建模技術(shù) 教學(xué)

一、三維建模在機(jī)械制圖教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)

隨著三維制圖軟件的開發(fā)和廣泛使用，越來(lái)越多的學(xué)生開始學(xué)習(xí)和使用三維軟件進(jìn)行機(jī)械制圖。不僅在學(xué)習(xí)的過程中找到了樂趣，大大降低了采用傳統(tǒng)二維構(gòu)型設(shè)計(jì)圖形的難度，也在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖課程的興趣與創(chuàng)新活力。

利用三維實(shí)體造型的功能，學(xué)生可以在電腦屏幕前直觀地看到立體模型，不受時(shí)間和空間的限制。不論是在教學(xué)課堂上還是在課后練習(xí)中，都能及時(shí)通過計(jì)算機(jī)軟件打開三維立體模型進(jìn)行學(xué)習(xí)和觀察，對(duì)立體模型的感知能力將更強(qiáng)。

采用三維建模進(jìn)行工程制圖，學(xué)生不再只是一味地依靠課堂的講解和憑空想象。遇到學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)時(shí)，結(jié)合三維立體圖形來(lái)理解，更容易突破學(xué)習(xí)中的障礙，快速解決問題，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

二、三維建模技術(shù)的教學(xué)方法

空間的想象能力是學(xué)好機(jī)械制圖的關(guān)鍵，機(jī)械制圖的教學(xué)過程中，需要從簡(jiǎn)單的圖形人手，讓學(xué)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空間到平面，然后反過來(lái)從平面到空間。這個(gè)過程需要不斷地循環(huán)，反復(fù)地練習(xí)，一步步鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并逐漸建立起一定的空間想象能力。

在機(jī)械制圖的教學(xué)中，要牢牢從三維立體模型的教學(xué)方向人手，通過三維視角，借助三維軟件，從基礎(chǔ)到鞏固，循序漸進(jìn)。三維機(jī)械制圖和三維軟件的操作之間是相互結(jié)合，相互促進(jìn)的關(guān)系，學(xué)好計(jì)算機(jī)的三維軟件操作，是學(xué)習(xí)三維建模技術(shù)的基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)過程中，不能忽視三維軟件的學(xué)習(xí)。

機(jī)械制圖這門課程有它自身的特點(diǎn)，教師在教學(xué)過程中要結(jié)合該課程內(nèi)容前后需連貫的性質(zhì)，在教學(xué)課堂上做好把握。在講解的過程中不能著急，一定要講好說(shuō)透每一個(gè)環(huán)節(jié)，再接著往下繼續(xù)學(xué)習(xí)。課堂上的講解應(yīng)該以少而精為原則，邊講邊學(xué)邊練習(xí)，給學(xué)生充足的練習(xí)和消化時(shí)間。只有學(xué)好當(dāng)前的內(nèi)容，學(xué)生才容易接受后續(xù)的知識(shí)，否則容易打擊學(xué)生的信心，失去學(xué)習(xí)動(dòng)力。

三、三維建模技術(shù)在機(jī)械制圖課程教學(xué)中的應(yīng)用

（一）在立體表面交線中的運(yùn)用

在機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)中，立體表面的交線是其中的一個(gè)難點(diǎn)，由平面和立體相交而形成的截交線和由兩個(gè)立體相交而產(chǎn)生的相貫線由于其變化多種多樣，給學(xué)生的圖形設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生只能先通過自己的空間想象，然后使用手繪來(lái)進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)，再完成構(gòu)型，這一系列的過程，往往很容易讓學(xué)生失去耐心。而如果利用三維建模技術(shù)，能夠更直觀和方便地將構(gòu)型表達(dá)出來(lái)，甚至在短時(shí)間內(nèi)可以做出更多不同的構(gòu)型。這種學(xué)習(xí)方式的改變，不僅提高了學(xué)生的信心，也讓構(gòu)型設(shè)計(jì)具有更多的可能性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的思維能力和創(chuàng)造性。

（二）動(dòng)態(tài)演示細(xì)微零部件的結(jié)構(gòu)

對(duì)于細(xì)微零部件的測(cè)繪是機(jī)械制圖學(xué)習(xí)中非常重要的一部分，許多零部件的體積微小，學(xué)生很難通過實(shí)物看出零部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及其組成方式。通過三維模型的動(dòng)態(tài)演示，可以將細(xì)微零部件的每個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行放大，并動(dòng)態(tài)演示它的安裝順序和基本結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過直觀且形象的三維動(dòng)態(tài)展示，對(duì)細(xì)微零部件將有更清晰的概念和更深刻的理解。在實(shí)際的教學(xué)中，對(duì)任意一個(gè)細(xì)微零部件，教師完全可以先通過三維建模軟件將零部件的安裝順序先動(dòng)態(tài)演示一遍，讓學(xué)生在腦中有一個(gè)精準(zhǔn)且立體的空間感受，這樣也有利于老師接下去的講解，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

（三）建立平面與空間的關(guān)系

平面和空間的相互轉(zhuǎn)換，是建立起投影概念以及空間想象能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。比如在教學(xué)過程中，給出圖形的三視圖，然后通過想象畫出空間三維的立體圖形，在作圖的時(shí)候，學(xué)生往往會(huì)漏掉視圖和線條的補(bǔ)畫，老師在課堂上講解作圖過程也比較困難。但是如果借助三維建模軟件，就能迅速地建立起物體的三維模型，然后向?qū)W生一步步演示和講解復(fù)雜組合體的形成過程，讓學(xué)生慢慢建立起平面和空間之間相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系，最終讓部分空間想象能力較弱的學(xué)生破除學(xué)習(xí)障礙并在一定程度上培養(yǎng)他們的空間思維能力。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著三維建模所具有的優(yōu)勢(shì)及其在教學(xué)和實(shí)際工程制圖中的廣泛使用，采用三維建模技術(shù)進(jìn)行機(jī)械制圖已經(jīng)開始逐漸取代了傳統(tǒng)二維機(jī)械制圖的方式。在機(jī)械制圖的教學(xué)課堂中也相應(yīng)地發(fā)生了改變，原來(lái)生硬、枯燥且艱難的教學(xué)內(nèi)容，開始讓學(xué)生更有興趣也更容易消化，使原來(lái)教學(xué)的難點(diǎn)得到了突破和有效解決。不僅培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高了學(xué)生用三維建模技術(shù)在實(shí)際制圖設(shè)計(jì)中的能力，也為社會(huì)輸出更優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人才。