魏 偉，賈黎明

（1.安徽工業(yè)大學(xué) 科研處，安徽 馬鞍山243002；2.安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山243002）

機(jī)械制圖課程是工科院校學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的主要任務(wù)就是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的繪圖和讀圖能力。通過這門課的學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生們的空間想象、思維能力、圖解空間幾何問題的能力。但是由于機(jī)械制圖自身的嚴(yán)謹(jǐn)性等特點(diǎn)，讓學(xué)生們學(xué)習(xí)起來感覺比較困難及枯燥。所以如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及培養(yǎng)學(xué)生一定的空間想象能力，就成了制圖教學(xué)中亟待解決的問題。

教學(xué)實(shí)踐證明，沿用圓規(guī)、三角板、模型、紙質(zhì)掛圖等教學(xué)工具的傳統(tǒng)教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足教學(xué)中的要求，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效果亦不是太好，在培養(yǎng)和啟發(fā)學(xué)生的空間想象能力和構(gòu)形能力上，教學(xué)手段較為單一，內(nèi)容多以靜態(tài)為主，使學(xué)生難以形成完整的空間概念。在教學(xué)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，既讓學(xué)生看到模型，又能讓學(xué)生清楚形體形狀的重組，這樣的教學(xué)效果較為理想。隨著多媒體教學(xué)設(shè)備的普及，我們完全可以利用三維軟件達(dá)到這一目標(biāo)。

Solidworks軟件是一種先進(jìn)的、智能化的參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)。它改善了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的模式，具有強(qiáng)大的建模功能，參數(shù)設(shè)計(jì)功能。在創(chuàng)新性、使用方便性、界面人性化等方面都得到了增強(qiáng)，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率。

SolidWorks是在Windows環(huán)境下開發(fā)的，有著友好的工作界面，擁有強(qiáng)大的基于特征的實(shí)體建模功能，可以方便快速地構(gòu)建各種結(jié)構(gòu)形狀的模型，還可以根據(jù)需要隨時(shí)更改局部結(jié)構(gòu)；建?？焖伲^程清晰明了，可快速地培養(yǎng)學(xué)生的制圖能力，讀圖能力和空間想象能力；提供了動(dòng)畫功能，可以快速地生成物體裝配過程、爆炸過程和運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)畫文件，同時(shí)也可生成各個(gè)過程組合的動(dòng)畫文件?？梢詫⒁恍╇y點(diǎn)、復(fù)雜的問題形象生動(dòng)地表現(xiàn)出來，改變傳統(tǒng)教學(xué)枯燥的教學(xué)形式，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性。

總之，Solidworks易學(xué)易用、界面友好、性能超群，它有著強(qiáng)大的建模能力，而且設(shè)計(jì)過程清晰、簡單、方便，非常適合用于制圖課堂教學(xué)。

一、完整的展現(xiàn)模型，形成完整的空間概念

授課教師根據(jù)備課內(nèi)容，可在教學(xué)現(xiàn)場繪制所需模型，模型的建模過程很清晰、完整地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生有了一個(gè)完整的空間概念。例如在學(xué)習(xí)組合體讀圖時(shí)，會(huì)介紹到形體分析法，即假想把組合體分解為若干個(gè)簡單形體，分析各簡單形體的形狀、相對(duì)位置、組合形式及表面連接關(guān)系的分析方法，稱為形體分析法。在以往授課中，我們會(huì)講解形體分析法主要是利用分線框、對(duì)投影的方法組合體分解成我們所熟悉的幾個(gè)基本體的形狀，然后分析各形體之間的相對(duì)位置，組合方式，表面過渡關(guān)系，最后綜合想象出整體形狀。整個(gè)過程都是在語言描述下完成的，即使結(jié)合木模，學(xué)生也不能很清晰的看出基本體之間的相對(duì)位置及表面交線等問題。如果利用Solidworks進(jìn)行三維建模，這些問題就會(huì)迎刃而解。如圖1所示，根據(jù)形體的主視圖和俯視圖想象其空間形狀。利用形體分析法的知識(shí)，我們可將組合體拆分成三個(gè)我們所熟悉的基本體，然后根據(jù)分線框、對(duì)投影，分別想象出每一部分的空間形狀。在講解的同時(shí)，我們可以結(jié)合Solidworks對(duì)每一部分進(jìn)行建模。利用Solidworks中基準(zhǔn)面、草圖繪制、拉伸、切除等相關(guān)命令，對(duì)這些基本體進(jìn)行建模，如圖2所示。在建模的過程中，學(xué)生對(duì)形體的形成有了最直觀的認(rèn)識(shí)。最后分析形體之間的相對(duì)位置等，將拆解出來的基本體根據(jù)前期分析出來的表面鄰接關(guān)系組合在一起，形成了如圖3所示的組合體。講解分析結(jié)合Solidworks現(xiàn)場建模，使得學(xué)生通過形象逼真、具有質(zhì)感的模型既學(xué)得輕松，又能很快掌握內(nèi)容，事半功倍。

圖1 形體的主、左視圖

圖2 形體分解后各部分形狀

圖3 綜合想象組合體空間形狀

二、啟發(fā)和培養(yǎng)空間想象能力和構(gòu)形能力

機(jī)械制圖這門課程的主要任務(wù)之一就是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的空間想象能力。缺乏空間想象能力是學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的大礙。而培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力最主要的就是培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。在教學(xué)中，要給學(xué)生創(chuàng)造觀察的條件，同時(shí)也要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，一定要注意細(xì)節(jié)。這是一種非常直觀的方法，由體到圖，再由圖到體，刺激學(xué)生的空間知覺，讓學(xué)生建立一種從三維到二維再到三維的思維模式。在教學(xué)中，我們要幫學(xué)生建立空間立體觀念，這就需要有直觀的視覺基礎(chǔ)支持。其次，要加強(qiáng)學(xué)生的作圖能力，根據(jù)最直觀的三維模型繪制出該模型的平面圖形，再由平面圖形想象出該模型的空間形狀及位置。這對(duì)培養(yǎng)空間想象能力十分有利。最后，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)膶?shí)體構(gòu)形，活躍課堂氣氛，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的空間想象能力同時(shí)也提高了學(xué)習(xí)的積極性，一舉兩得。在實(shí)際教學(xué)過程中，不可能將所有例題中的形體都作成實(shí)物模型，而且實(shí)物模型也不可能放到每個(gè)學(xué)生手中去觀察。所以，Solidworks三維造型及多媒體教學(xué)手段在這個(gè)時(shí)候就可以充分發(fā)揮其作用了。譬如，如圖4所示的實(shí)體構(gòu)形，要求根據(jù)形體的主俯視圖，想象出不少于四種的空間形狀。在分析的時(shí)候，我們可以根據(jù)學(xué)生不同的想法結(jié)合著Solidworks去建模，利用Solidworks中的視圖顯示方式讓學(xué)生從各個(gè)方向去投影自己構(gòu)思的形體，這樣可以很直觀地讓他們看出哪些是可以的，而哪些不符合要求的。如果構(gòu)形確實(shí)存在困難時(shí)，我們也可利用Solidworks去建模，如圖5所示，讓學(xué)生去舉一反三。

圖4 形體主、俯視圖

圖5 形體空間形狀

三、深入解析重點(diǎn)和難點(diǎn)

對(duì)于機(jī)械制圖中一些較難的章節(jié)，學(xué)生因空間想象能力欠缺，對(duì)一些立體表面交線變化，形體復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等難以理解。而運(yùn)用Solidworks三維實(shí)體建模及靈活的剖切面剖切，讓學(xué)生一目了然，容易接受，達(dá)到良好的教學(xué)效果。例如在介紹兩圓柱體正交時(shí)相貫線變化情況時(shí)，我們會(huì)提到在相貫線的非積聚性投影上，相貫線的彎曲方向總是朝向直徑較大的圓柱體的軸線。單純的這樣講解加上獨(dú)立的模型，并不能讓學(xué)生很好地去理解。而引入Solidworks后，整個(gè)相貫線變化趨勢(shì)就清晰可見了。因?yàn)镾olidworks建模是一個(gè)參數(shù)化的設(shè)計(jì)過程。當(dāng)改變立體尺寸和相對(duì)位置時(shí)，就可得到不同的相貫線。相貫線的變化過程，在建模中非常清晰的反應(yīng)出來，學(xué)生理解會(huì)更加容易，掌握也會(huì)更加牢固。如圖6所示，在Solidworks中，先建立兩個(gè)直徑大小不同的圓柱體正交，此時(shí)在兩個(gè)立體表面產(chǎn)生的相貫線是一種情況。然后改變建立模型時(shí)繪制草圖的參數(shù)來改變其中一個(gè)圓柱直徑的大小，修改完畢后，相貫線的改變馬上就會(huì)呈現(xiàn)在大家眼前，變化規(guī)律一目了然，即：相貫線的彎曲方向總是朝向直徑較大的圓柱體的軸線。

圖6 立體表面交線變化情況

又例如在機(jī)件表達(dá)方法中，剖視一直是我們學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。我們可以利用Solidworks建模后，先讓學(xué)生觀察零件的外部形狀，再用適當(dāng)?shù)钠是忻鎸⒘慵书_，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我們可以選用不同的剖切方法，讓學(xué)生去比較，哪個(gè)方案最合適。這樣同時(shí)也避免了學(xué)完剖視后，雖然認(rèn)識(shí)各種剖切方法，知道其應(yīng)用范圍但卻不能靈活運(yùn)用的弊端。如圖7所示，選擇合適的表達(dá)方法表達(dá)該形體。我們所采用的表達(dá)方法要將形體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)表達(dá)清楚。結(jié)合我們?cè)谠撜鹿?jié)所學(xué)知識(shí)，表達(dá)外形的表達(dá)方法應(yīng)該在視圖中去選擇，表達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表達(dá)方法是剖視圖中去選擇。結(jié)合例題，我們可以根據(jù)形體已有的二視圖將其空間形狀在Solidworks中繪制出來如圖8（a）所示。然后利用Solidworks的剖切功能，選擇適當(dāng)?shù)钠是形恢眠M(jìn)行剖切，再觀察形體，分析剖切后的結(jié)構(gòu)是否符合要求。如圖8（b）所示形體主視采用了全剖的表達(dá)方法，剖切后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是表達(dá)清楚了，但外形中前方的U形塊這個(gè)結(jié)構(gòu)卻因?yàn)槠是卸鵁o法進(jìn)行表達(dá)了，所以這種表達(dá)方法不能滿足我們要將外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都要表達(dá)清楚的要求。我們選擇的是圖8（c）所示的半剖表達(dá)方法，形體左半邊沒有進(jìn)行剖切表達(dá)外形，右半邊剖切后反應(yīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于形體是對(duì)稱的，所以左半邊未表達(dá)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與右半邊一致，右半邊的外形結(jié)構(gòu)與左半邊一致，滿足表達(dá)要求。同理，俯視圖表達(dá)方法應(yīng)選擇圖8（e）所示的半剖，而圖8（d）所示的全剖無法將形體上方的方板的外形反應(yīng)出來。

四、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

圖7 形體主俯視圖

圖8 形體表達(dá)方法選擇

機(jī)械制圖是一門相對(duì)比較枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)課程，所以如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也是讓他們學(xué)好制圖的關(guān)鍵。引入三維建模軟件就是一種方法，對(duì)學(xué)生來說，具有新鮮感的東西會(huì)激發(fā)他們的好奇心與求知欲。例如在裝配圖的教學(xué)中，很多學(xué)生都感覺到一頭霧水，對(duì)裝配體的裝配關(guān)系、裝配干線，零件間的連接關(guān)系，裝配體的工作原理，根本搞不清楚，從而無法去讀懂裝配圖。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以在備課時(shí)將組成裝配體的所有零件繪制完畢。待上課時(shí)，利用Solidworks的智能裝配功能，按照裝配體的不同位置和裝配要求將其裝配起來。這樣整個(gè)裝配過程非常清晰明了地顯示在學(xué)生們的眼前。我們還可以利用Solidworks的動(dòng)畫功能，制作裝配體的爆炸動(dòng)畫，模擬其實(shí)際動(dòng)作過程。這樣學(xué)生就更容易掌握裝配圖的相關(guān)知識(shí)，而且印象深刻，如圖9所示。

圖9 裝配體爆炸視圖

五、結(jié)語

綜上所述，Solidworks由二維圖形生成三維模型的過程，完全同機(jī)械制圖與畫圖的思維過程一致，可使抽象的問題具體化，增加感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，非常適合用于制圖課堂教學(xué)。我們將Solidworks引入到機(jī)械制圖教學(xué)中，我們的目的是利用三維建模軟件輔助教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，更好、更深入地理解制圖的相關(guān)知識(shí)，而不是學(xué)習(xí)Solidworks軟件的使用，所以授課時(shí)，一定要安排得當(dāng)，重點(diǎn)突出。在實(shí)際教學(xué)時(shí)，要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，不能讓學(xué)生只是看著演示，要充分讓學(xué)生參與其中，分析問題，解決問題，這樣才能達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

[1]趙曉燕，劉志剛.基于Solidworks的《機(jī)械制圖》教學(xué)方法改革[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2011，8（3）：74－75.

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