馬　宏　侯滿哲　孫冰心　王月亭

(河北建筑工程學(xué)院，河北張家口 075000)

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在工程制圖教學(xué)中加入3D制圖的重要意義

馬宏侯滿哲孫冰心王月亭

(河北建筑工程學(xué)院，河北張家口 075000)

摘要:3D制圖技術(shù)的發(fā)展為工程制圖教學(xué)改革提供了明確的方向，本文提出了在傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)中加入3D制圖的部分，并從復(fù)雜定理的理解和提高學(xué)生空間想象能力的角度闡述了在工程制圖教學(xué)中加入3D制圖的教學(xué)意義，并從提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及與專業(yè)課的對接的角度分析深一層次的意義，最后從學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展闡述了深遠意義.

關(guān)鍵詞:工程制圖；3D制圖；教學(xué)改革

0引言

目前各種3D制圖軟件發(fā)展迅速而且功能越來越豐富,如SolidWorks、Pro/E、UG、CAXA等.這些3D制圖軟件擁有立體造型、機構(gòu)運動仿真、力學(xué)校核等豐富多彩的功能[1-3].同時在實際的生產(chǎn)過程中這些軟件也起著越來越重要的作用，例如用這些軟件直接操作數(shù)控機床進行零件的加工，還有建立模型后進行優(yōu)化設(shè)計等都已經(jīng)非常普遍了[4-6].然而這樣豐富多彩的功能強大的3D設(shè)計軟件卻沒有在工程制圖教學(xué)的中得到很好的發(fā)揮，特別是在大一階段的畫法幾何與工程制圖教學(xué)中，幾乎沒有3D制圖的部分.

隨著個人電腦的普及，現(xiàn)在的大一學(xué)生對于電腦已經(jīng)不再陌生，基本的電腦操作都是非常熟練的，同時大學(xué)的機房有都裝有現(xiàn)成的3D軟件，這就為在大一的制圖教學(xué)中加入3D制圖教學(xué)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ).同時，根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，現(xiàn)在很多大學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖中都遇到了空間想象能力不足，學(xué)習(xí)興趣不高等情況，有的學(xué)生甚至在期末考試中考出了一位數(shù)的成績，3D制圖的加入必將使制圖教學(xué)工作開創(chuàng)新的大好局面，將3D制圖加入到工程制圖的教學(xué)工作中也勢在必行.

1幫助理解復(fù)雜的定理

在工程制圖課程中，畫法幾何相關(guān)的知識占了不小的篇幅，而畫法幾何中有很多理論性比較強的知識點，比如直角三角法求夾角、直角投影定理、旋轉(zhuǎn)法、平面相交判斷可見性等.這些知識的理論性和邏輯性非常的強，學(xué)習(xí)和掌握的難度相對比較高，這使就得很多學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中感到學(xué)習(xí)困難，甚至從這個時候開始抵觸這門學(xué)科.目前的多媒體課件對這部分都有對應(yīng)的立體模型甚至是動畫，看起來足夠幫助理解，但是這些多媒體手段往往僅僅是從單個視角的角度錄制而成的，只能簡單的介紹相應(yīng)定理的形成和原理，對于定理多角度理解，變換投影面等情況卻不能夠全面展示，學(xué)生為了全面掌握這些知識只能自己再次進行深入的理解和學(xué)習(xí)，有些自制能力差的學(xué)生不能夠進行深入的學(xué)習(xí)，因此，造成了學(xué)習(xí)困難的情況.3D制圖軟件的出現(xiàn)，恰好可以用來解決這個問題，這些軟件的操作都是非常簡單的，經(jīng)過簡單的培訓(xùn)就可以掌握點、直線、平面的建模操作，學(xué)生完全可以自己按照自己的理解針對課本上的定理獨立建立模型，并從多角度的對模型進行學(xué)習(xí)，可以隨意的變換投影面，可以對定理中的各種情況進行自由的演示.這樣的學(xué)習(xí)效果大大高于目前傳統(tǒng)的教學(xué)手段.

2提高空間想象能力

工程制圖講到后面，涉及到立體的時候，很多學(xué)生出現(xiàn)了空間想象能力不足的情況，非常影響教學(xué)效果，特別是個別的女同學(xué)，甚至存在一種思維劣勢.根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗，很多學(xué)生在完成相貫和組合體的作業(yè)時出現(xiàn)了很多不可思議的錯解，把曲線畫成折線，圓畫成了正方形，把橢圓畫成了菱形.而這樣的理論在課本上和上課都有講過，學(xué)生還是沒能靈活的掌握，作業(yè)題和例題高度相似的話，正確率很高，稍微增加難度對知識點進行融合或者變化放置角度正確率就大大下降.這就反映出學(xué)生學(xué)習(xí)中只是對課本或者多媒體課件中的知識樣本掌握了，但是對于融合以后的知識沒能高度掌握，課本和多媒體手段不可能列舉所有的情況.這種情況3D制圖的引入將恰好解決這個問題.各種立體的建模也是比較簡單的，拉伸、挖切、旋轉(zhuǎn)的幾個命令就基本可以完成常見立體的建模了.學(xué)生自己根據(jù)自身學(xué)習(xí)特點將立體模型建立起來，在鼠標(biāo)的拖動下進行空間360°的展示，如圖1.同時這個立體的各種姿態(tài)，各個投影面的視圖都直接顯現(xiàn)出來了，甚至三視圖也可以直接生成，對照著這些資料再進行學(xué)習(xí)必定事半功倍.學(xué)生的空間想象能力也必將得到大幅度提升.

圖1　立體提醒的多角度展示

3增加學(xué)習(xí)興趣

教學(xué)中我們可以發(fā)現(xiàn)，有很多學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性，沒有學(xué)習(xí)興趣，特別是在遇到只是難點的時候情況更甚，這一點通過課堂反應(yīng)就可以表現(xiàn)出來.對于工程制圖，這樣的情況從兩直線的關(guān)系，平面與直線的關(guān)系開始逐步顯現(xiàn)了，到了后面的立體的相貫以及組合體的投影部分更為嚴(yán)重，個別學(xué)生基本失去學(xué)習(xí)興趣，努力學(xué)習(xí)的動力就是通過考試和擔(dān)心掛科，很難看到他獲取知識的需求了，這一點從他們關(guān)心考試大于關(guān)心知識就能看出來.在教學(xué)中加入3D制圖就可以緩解這一問題，3D制圖靈活的造型功能，豐富的渲染效果，逼真的運動仿真都可以提高許嵩對學(xué)習(xí)的興趣，初步渲染完成的立體效果如圖2.學(xué)生往往有很多的新奇想法，而3D制圖的這些顯著特點恰好可以幫助學(xué)生以零成本完成他們的想法.而要想駕馭好這些3D制圖的高級功能又要求必須學(xué)好工程制圖中的各種知識，這樣形成了良性循環(huán)，對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)工程制圖的積極性起到了重要的作用.

圖2　初步完成渲染的立體模型

4與專業(yè)課的對接

目前關(guān)于制圖的課程各高校幾乎都安排在了大一學(xué)年，而專業(yè)課的開設(shè)往往放在了大三大四階段，部分學(xué)校單獨開設(shè)了3D制圖的課程，往往也安排大三往后，這時候大一學(xué)習(xí)過的畫法幾何與工程制圖的知識學(xué)生已經(jīng)忘記很多了，出現(xiàn)了知識的斷層.很多知識又是從新學(xué)習(xí)了.在工程制圖中加入3D制圖后學(xué)生學(xué)知識的同時也在學(xué)實際操作技能，學(xué)習(xí)結(jié)束后感覺自己掌握了一門技能，有一種躍躍欲試的感覺.這種時候各種科技類競賽開始選拔人選，同時我們也在這個時間針對這些學(xué)生組織專業(yè)的制圖的比賽，多數(shù)學(xué)生會去參加這類比賽某次3D制圖大賽中的學(xué)生作品如圖3.在比賽中利用3D制圖技能協(xié)助比賽的完成同時又深一步的對制圖的進行了學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)的連續(xù)性.再到學(xué)習(xí)專業(yè)課程的時候這些知識還依然清晰，在知識的銜接上有顯著的進步.

圖3　3D制圖大賽中的學(xué)生作品

5對于未來參加工作具有重要意義

目前幾乎所有的企業(yè)都在使用3D制圖進行設(shè)計生產(chǎn)，自動化程度高的企業(yè)甚至實現(xiàn)了全程“無紙化”生產(chǎn).這也是未來發(fā)展的方向，利用3D制圖技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計如圖4所示.3D制圖將作為本領(lǐng)域技術(shù)人員必須掌握的一門技能，甚至要求掌握多個3D軟件的操作.學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)的過程中掌握3D制圖成為了必然要求，在學(xué)習(xí)畫法幾何與工程制圖的過程同步進行3D制圖的教授無疑是對該課程掌握的最佳時機.學(xué)生未來走出校門，進入企業(yè)熟練的掌握3D制圖技能對學(xué)生的職業(yè)發(fā)展具有重要意義.

圖4　利用3D制圖進行產(chǎn)品設(shè)計

6總結(jié)

3D制圖的發(fā)展已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的大勢，在畫法幾何與工程制圖課程中加入3D制圖對于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)制圖課程，提高學(xué)生的空間想象能力增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣都有重要意義，同時對于學(xué)生知識結(jié)構(gòu)緊密銜接以及未來進入工作崗位都有重要意義.

參考文獻

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Significance of joining 3D drawing in Engineering Drawing Teaching

MA Hong,HOU Man-zhe,SUN Bing-xin,WANG Yue-ting

(Hebei University of Architecture Zhangjiakou Hebei 075000)

Abstract：the development of 3D graphics for the teaching reform of engineering drawing provides a clear direction,this paper presents in the traditional teaching of engineering drawing with 3D graphics,and from the understanding of complex theorem and improve students space imagination ability perspective expounds the significance of the 3D graphics teaching in the teaching of engineering drawing,and analyzes the deeper meaning from improve students learning interest and docking with the professional course angle.Finally,from the development of the students after graduation describes the far-reaching significance.

Key words：engineering drawing；3D drawing；teaching reform

收稿日期：2015-10-26

基金項目：河北建筑工程學(xué)院科研基金立項(Y-201307)；河北建筑工程學(xué)院教育教學(xué)研究項目(2015JY2033)

作者簡介：馬宏(1979-)，男，助教，從事工用機器人及工程圖學(xué)研究.

中圖分類號:TH 12

文獻標(biāo)識碼：A