【摘 要】本文論述了制圖課程的基本現(xiàn)狀及存在的問題，以及為了盡快適應(yīng)和積極推動3D技術(shù)的發(fā)展，提出的“基于3D的制圖課程教學(xué)改革”的方向和具體舉措，分別從重新定位制圖課程的培養(yǎng)目標(biāo)、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配并構(gòu)建新的內(nèi)容體系、基于3D的教學(xué)方法和教學(xué)手段的選擇與設(shè)計、加強、完善制圖實踐環(huán)節(jié)的三維指導(dǎo)等4個方面入手，將3D技術(shù)引入制圖課程，融入課程內(nèi)容中。利用三維軟件的功能促進(jìn)學(xué)生三維形狀和二維圖形之間直覺思維的形成，降低學(xué)習(xí)難度，增強學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】3D技術(shù) 制圖課程 教學(xué)改革

【中圖分類號】TH126 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）26-0006-02

各種產(chǎn)品的設(shè)計和制造都需要借助圖形才能完成。長期以來，工程界大多采用二維平面圖形進(jìn)行交流，而大專院校工程專業(yè)的制圖課程是專門研究用正投影的方法繪制閱讀工程圖樣的學(xué)科，因此制圖課程教學(xué)重點主要放在平面投影、二維工程圖樣的表達(dá)和閱讀以及制圖技能上，教學(xué)內(nèi)容更多的是研究如何用二維圖形表達(dá)三維形體，以及如何根據(jù)二維圖形想象出三維形體。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，三維設(shè)計軟件的應(yīng)用改變了機電產(chǎn)品設(shè)計方法，這就要求傳統(tǒng)的制圖課程教學(xué)基于三維設(shè)計進(jìn)行改革，教學(xué)重點應(yīng)由制圖方法轉(zhuǎn)向工程設(shè)計的系統(tǒng)思想和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計是培養(yǎng)空間想象力的最佳途徑，也是訓(xùn)練設(shè)計思維方法和開發(fā)、提高創(chuàng)新能力的重要模式。針對工程應(yīng)用的變革，并結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的畏難情緒，將3D技術(shù)融入教學(xué)中，以三維實體設(shè)計為主線，三維實體表達(dá)方法和二維工程圖表達(dá)方法并重，構(gòu)建一種以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的內(nèi)容體系和教學(xué)模式。

一 制圖課程的基本現(xiàn)狀及存在問題

1.基本現(xiàn)狀

設(shè)計者最初的設(shè)計構(gòu)想始于三維實體，設(shè)計制造的結(jié)果也是三維實體，而在“開始”和“結(jié)果”之間傳遞信息的是二維圖形。制圖課程的教學(xué)就是不斷在“立體模型→二維圖表達(dá)”以及“二維圖閱讀→三維立體”兩個過程間反復(fù)循環(huán)（見圖1）。伴隨CAD技術(shù)的誕生，計算機繪制二維圖有效提高了設(shè)計繪圖的效率和質(zhì)量，對于CAD的更高層次的應(yīng)

——————————————————————————

用，作了必要的技術(shù)準(zhǔn)備。

圖1 3D技術(shù)出現(xiàn)之前產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程

隨著三維CAD/CAM/CAE技術(shù)的普及和廣泛應(yīng)用，設(shè)計者的思維方式和工作方式、工程信息傳遞方式都得以改變（見圖2）。設(shè)計者可將頭腦中的三維設(shè)計構(gòu)想，直接表達(dá)成為計算機中的三維模型，并實現(xiàn)三維實物加工制造，輕松繞過二維圖樣的繪制，既簡化了設(shè)計過程、縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，又有效降低制造成本、提高設(shè)計質(zhì)量。面對這一變革，工程制圖課程體系、內(nèi)容、方法、手段也急需全面改革，以適應(yīng)社會對人才的需求。

圖2 3D技術(shù)出現(xiàn)之后產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程

2.主要存在的問題

第一，制圖課程的教學(xué)內(nèi)容及體系與3D技術(shù)的發(fā)展存在脫節(jié)現(xiàn)象。有些內(nèi)容通過三維演示一目了然，并且可以直接由三維實體生成二維工程圖，而目前這些內(nèi)容依然要占用相應(yīng)課時進(jìn)行詳細(xì)講解，導(dǎo)致學(xué)生練習(xí)的時間少，難以將所學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化成技能，更難以掌握先進(jìn)的設(shè)計方法；雖然3D技術(shù)將成為每個工科學(xué)生必須掌握和具備的工具和技能，

* 河北科技師范學(xué)院教學(xué)研究課題（編號：JYYB201201）

但目前尚未將其納入到課程內(nèi)容和體系中。

第二，教學(xué)方法和手段較陳舊。雖然引入了二維繪圖軟件及多種教學(xué)方法和手段，但在教學(xué)過程中僅依靠實物模型和多媒體課件，很難形象地表現(xiàn)空間立體的結(jié)構(gòu)、零部件裝配及拆卸的動態(tài)過程，直觀性差。致使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在著很強的畏難情緒，不利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

第三，實踐環(huán)節(jié)比較薄弱。雖然設(shè)置了為期一周的制圖測繪實踐環(huán)節(jié)，但在測繪時，不能人手一份，學(xué)生須分組進(jìn)行，這樣很難充分調(diào)動和發(fā)揮每個學(xué)生的積極性和主動性，使測繪達(dá)不到應(yīng)有的效果，直接影響和制約了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生動手能力的進(jìn)一步提高。

二 制圖課程改革的方向及舉措

1.重新定位制圖課程的培養(yǎng)目標(biāo)

制圖課程應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、圖形表達(dá)能力（包括計算機繪制圖形的能力）、圖形閱讀能力。這樣既保留本課程原有的精華，即繪圖和讀圖的能力，又能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展對設(shè)計人員提出的三維設(shè)計構(gòu)思能力、建模能力等更高要求。同時在教學(xué)思想上，注入新的教學(xué)觀念，將過去的知識型教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新思維的啟發(fā)式教學(xué)。

3D軟件造型的方法，能幫助學(xué)生直接觀察到三維實體和二維圖樣之間一一對應(yīng)的關(guān)系，使其更容易準(zhǔn)確把握投影規(guī)律，使“三維→二維”、“二維→三維”的思維過程直觀化。利用軟件創(chuàng)建三維模型，動態(tài)演示造型過程，將抽象的空間思維模式具體化，易于學(xué)生接受。制圖課程教學(xué)應(yīng)從單純重視二維圖繪制和閱讀的思維中解放出來，著眼于由三維到二維的投影規(guī)律、性質(zhì)的講解，突出3D技術(shù)中三維造型方法的傳授，注重開發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品創(chuàng)新意識、設(shè)計意識、工程意識，以適應(yīng)人才培養(yǎng)的需求。

綜上所述，基于3D的制圖課程的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)實現(xiàn)對學(xué)生空間思維能力、工程圖形表達(dá)能力、形體構(gòu)形能力、創(chuàng)新能力、工程意識及能力的培養(yǎng)。

2.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配，構(gòu)建新的內(nèi)容體系

減少畫法幾何的內(nèi)容，將點、線、面的投影融于立體中講授；將計算機繪圖技能與制圖基本理論、方法有機融合，遵循從三維實體到二維平面圖形的認(rèn)知規(guī)律；加入構(gòu)形設(shè)計和建模設(shè)計，從而更易于掌握從三維到二維的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)現(xiàn)代工作模式；制圖與設(shè)計緊密結(jié)合，通過三維設(shè)計軟件的講解及其應(yīng)用，引入三維造型設(shè)計思想，通過建模訓(xùn)練，提高學(xué)生的空間思維能力；借助三維軟件，將抽象的空間思維過程直觀化、具體化，從而消除學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.基于3D的教學(xué)方法和教學(xué)手段的選擇與設(shè)計

教學(xué)內(nèi)容體系的改變，必定輔之以相適應(yīng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段，基于3D的制圖課程，需要針對教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計和選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法與手段，將三維軟件與多媒體課件有機的結(jié)合，以便達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

第一，三維軟件的選擇。SolidWorks是一款基于Windows的3D軟件，易學(xué)易用，應(yīng)用廣泛；含有標(biāo)準(zhǔn)零件圖庫；兼容AutoCAD，可以在二維和三維之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將2D繪圖與3D造型技術(shù)融為一體；系統(tǒng)完全開放，可進(jìn)行二次開發(fā)，便于為后續(xù)的有限元、運動學(xué)和動力學(xué)分析、數(shù)控編程以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等提供信息；便于與其他3D軟件之間進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換。

第二，三維軟件的應(yīng)用。將三維軟件的應(yīng)用融入到具體內(nèi)容的講解過程中，既能有效地增強直觀性，降低學(xué)習(xí)難度，又能使學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖基礎(chǔ)知識的同時，領(lǐng)略到三維軟件的功能，了解機械設(shè)計新方法、新手段，初步掌握三維造型技能，促進(jìn)學(xué)生三維形狀和二維圖形之間直覺思維的形成。

4.加強、完善制圖實踐環(huán)節(jié)的三維指導(dǎo)

制圖測繪是制圖課程必經(jīng)的實踐環(huán)節(jié)，編制測繪指導(dǎo)書使學(xué)生通過預(yù)習(xí)了解測繪項目、內(nèi)容、方法、步驟等，提前進(jìn)入狀態(tài)，以提高測繪的效率和質(zhì)量，降低教師的勞動強度。如圖3、圖4分別為球閥裝配體和相關(guān)零件的三維模型，直觀明了，并且使學(xué)生對測繪對象有一個全面直觀的了解，從而有效提高學(xué)習(xí)興趣。

圖3 球閥裝配體三維模型 圖4 球閥零件三維模型

三 結(jié)束語

基于3D的制圖課程教學(xué)改革，將三維設(shè)計軟件引入到教學(xué)內(nèi)容中，使學(xué)生了解機械設(shè)計的新方法、新手段，初步掌握三維設(shè)計的基礎(chǔ)知識。在制圖課中掌握計算機繪圖和三維造型技能，促進(jìn)課程教學(xué)水平全面提高。計算機構(gòu)圖技能的掌握，使學(xué)生可以根據(jù)視圖或自己的想象構(gòu)造形體，并時時驗證思維的正確性，在促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)同時，也促進(jìn)學(xué)生三維形狀和二維圖形之間直覺思維的形成，這樣，既增加了學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，又培養(yǎng)了構(gòu)形設(shè)計以及創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

[1]白麗娜、石紅霞、張麗杰.基于三維幾何建模的工程制圖教學(xué)改革[J].科技信息，2010（34）：515

[2]張梅琳.工程圖學(xué)教學(xué)的幾點思考[J].東華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（4）：473～476

[3]陳昌雄.三維制圖在機械認(rèn)知教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].科技視界，2013（1）：95

[4]熊志勇、羅志成、陳錦昌等.基于創(chuàng)新性構(gòu)型設(shè)計的工程圖學(xué)教學(xué)體系研究[J].圖學(xué)學(xué)報，2012（2）：108～112

[5]劉斌、吳雪、徐昌貴等.基于CAD技術(shù)的工程圖學(xué)融入式教學(xué)模式研究[J].教學(xué)研究，2009（3）：55～58

[6]胡江萍.面向三維CAD的機械制圖教學(xué)改革[J].機械管理開發(fā)，2011（1）：176～177

[7]江洪、吉維峰.運用三維繪圖軟件SolidWorks改革工程圖學(xué)教學(xué)的實踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2004（1）：109～112

〔責(zé)任編輯：林勁〕