顧金梅 彭文利 劉楚輝

摘要：針對目前工程圖學課程，學生空間思維能力較弱、理論知識抽象難懂的問題，將三維建模融合到圖學課程的教學中，將三維建模的構形設計理念與立體的構形過程結合起來，直觀展示二維到三維之間的相互轉換關系，有效的提高了學生的學習興趣及空間思維能力，同時在教學過程中融入工程實例，以培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，并有效培養(yǎng)了學生的工程意識。

關鍵詞：工程設計;三維CAD;工程圖學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0132-02

一、引言

工程圖學是一門以圖形為研究對象，用圖樣來表達設計思維的學科。圖樣作為構思、設計與制造工程中工程信息的載體，準確地表達了工程對象的形狀、尺寸、材料和技術要求[1]，制造者通過圖樣來了解設計要求，通過圖樣進行科學技術交流，故圖樣被稱為“工程界的語言”。在工廠企業(yè)中如果不會看圖、讀圖，那就等于人沒有了空氣和水。整個機械制造行業(yè)中，企業(yè)的管理人員，設計部門的設計師，工廠、車間的工藝師，生產工人，檢驗人員，產品銷售人員，設備維修人員，等等，都必須學會看圖讀圖。學好讀圖繪圖也是學生進行課程設計、畢業(yè)設計的基礎。

傳統(tǒng)的工程圖學的教學很多還秉承前蘇聯(lián)“傳遞—接受”式的教學模式，學生實際解決問題的能力不強，工程教育與實際工作脫節(jié)，工程教育中缺少對學生工程意識的培養(yǎng)，學生缺乏解決實際工程問題的經驗和認識”[2]。另外，圖學課程需要的空間思維能力，對于剛接觸該課程的同學來說覺得抽象，難以理解，通過三維CAD的介入可以幫助學生很好地實現(xiàn)工程制圖學習中“平面—空間—平面”這一思維過程的轉換，有效地培養(yǎng)學生的“圖學意識”。基于此，在課堂教學中，融入三維CAD及工程概念，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學效果。

二、三維CAD造型在工程圖學教學中的融合

（一）三維建模與組合體的融合

工程圖學主要是培養(yǎng)學生讀圖繪圖的能力，讀圖是看平面的二維工程圖去想象三維立體，繪圖是由三維立體繪制相應的二維工程圖。這是一個二維和三維空間轉化的過程，對于大部分學生來說，由二維工程圖想象立體圖較為困難，所以在組合體的教學中，穿插三維建模教學，幫助學生實現(xiàn)空間想象。組合體構形的方法有疊加、挖切、求交三種集合運算方法和拉伸、旋轉兩種動平面軌跡運算方法，這些運算方法都可以直接在三維軟件中動態(tài)演示。例如下面的組合體，如圖1所示，圖學中講解的理論知識為利用組合體形體分析法將組合體分解為若干個形體，確定形體之間的組合形式和相對位置去想象立體，這個過程可以利用三維建模軟件直觀顯示出來，三維建模的過程是先構造右側立體，如圖1（b）所示，由水平面的草圖通過拉伸形成右側立體，然后畫底部立體草圖，拉伸形成地板立體，如圖1（c）所示，最后畫出V面三角形草圖，拉伸形成三角肋板，如圖1（d）所示，整個組合體建模完成，通過立體的建模過程，學生能夠直觀的看到“二維—三維—二維”的轉變過程，快速掌握空間思維方式。

（二）組合體尺寸標注

圖形只能表達組合體的形狀，各形體的真實大小及其相對位置，必須由尺寸來確定[3]。尺寸標注對于大部分學生來說也是一個難點，因為大一的學生沒有工程概念，還沒開始學習專業(yè)知識，教師上課若是只講解尺寸標注的若干規(guī)定，那么學生無法完全理解這些規(guī)定，標注尺寸時似懂非懂，出現(xiàn)很多錯誤。形體分析法是保證尺寸標注完整的基本方法，即將組合體分解為若干個形體，逐個標注定形、定位尺寸，最后標注總體尺寸，完成整個標注。這一過程完全可以借助三維軟件建模過程來實現(xiàn)，建模的過程即是將分解的形體組合起來的過程，例如圖1中的組合體，由建模過程很顯然我們可以將組合體分解為三塊，如圖2所示，分塊逐一標注定形、定位尺寸，這樣學生理解起來簡單易懂。

（三）直觀感知裝配關系

利用三維建模軟件的裝配功能，給學生演示典型的機械裝配，學生可以直觀的看到整個裝配過程，了解各零件相互之間的裝配關系。

如圖3所示，選擇齒輪泵作為裝配體講解，齒輪泵結構相對比較簡單，工作原理易于理解，通過三維建模軟件，將齒輪泵的整個裝配過程演示給學生，各個零件之間的裝配關系可直觀的看到，同時通過三維建模軟件，直接由齒輪泵的裝配圖生成工程圖，讓學生更加直觀的感受三維到二維的轉變，這一過程對于理解如何繪制裝配體的工程圖有很大的益處，所學知識不再抽象難懂，學生通過課堂上直接觀看，很容易掌握所學知識，并且對于學習三維軟件的興趣大大提高，為以后的三維教學打下了良好的基礎。

三、圖學課程與工程實際的融合

工程圖學是一門實踐性較強的課程，應注重培養(yǎng)學生的工程實踐能力，以往的教學過程，過多的重視學生對理論知識的掌握，而忽略了對學生工程實踐能力的培養(yǎng)，以至于學生畫出的圖紙并不能真正用于實際加工，只能紙上談兵，學生很難實現(xiàn)理論到工程實踐的轉化。因此在教學過程中，以具體的工程實例教學，從工程的角度提出問題、分析問題，然后解決問題。特別是對于零件圖、裝配圖的內容，與實際工廠加工緊密相關，學生由于剛進大學，沒有任何工程概念，對于這部分內容覺得抽象，不好理解。在課堂教學之前，組織學生去學校的實習基地參觀，現(xiàn)場觀察各種零件的具體加工方法，使學生對機械零件加工有一個直觀的認知，便于知識的理解和掌握。在課堂教學中，結合工程實際講解相關知識，例如：以齒輪泵案例來講，泵結構簡單，易于理解，我們對應的有齒輪泵的模型，從標準件內容開始，到零件圖、裝配圖的繪圖讀圖，以一個實際的工程實例來實現(xiàn)一系列的教學。對于標準件中的螺栓、螺釘、螺柱等，先讓學生觀察分解模型，從拆解的零件中觀察螺紋緊固件的實際連接形式，再針對理論知識講解，學生即對螺紋緊固件有了感性的認知。對于常用件齒輪的教學，同樣可以利用齒輪泵中的齒輪，直觀展示給學生看齒輪的具體構造，兩個外嚙合的齒輪是如何工作的，怎樣實現(xiàn)泵的吸油、壓油過程，再到后面泵體的零件圖繪制，裝配圖繪制，學生通過具體實物感知，加上教師對工程知識的不斷融入，學生所學的不再是課本上孤立的知識，學生學習興趣大大提高，也能明確所學知識的具體工程應用。

四、結論

在工程圖學的教學中，通過融入三維CAD建模，加上多媒體設計，與現(xiàn)有的教學有效融合，解決了學生由二維工程圖到三維立體思維這一想象難題，通過三維構形設計過程，培養(yǎng)了空間思維能力及邏輯思維能力，學生學習熱情得以提高。實踐證明，學生的考試成績較之以往平均分有所提高，在“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創(chuàng)新大賽中取得了良好的成績。同時，在教學過程中結合實際工程案例講解圖學內容，培養(yǎng)了學生的工程意識，有效的將理論與實踐相融合，學生的實踐繪圖能力有所提高，教學效果較之以前也有所提高。

參考文獻：

[1]徐云杰，張雪芬，錢孟波，范興鐸.機械類工程制圖課程教學內容改革與實踐[J].教育教學論壇，2013，（32）：47-48.

[2]馬巧英，吉曉梅.工程制圖教學中培養(yǎng)學生工程意識的研究與實踐[J].機械管理開發(fā)，2013，（1）：163-166.

[3]王雅萍.新課程體系中尺寸標注的教法探討[J].西南科技大學高教研究，2008，（2）：55-57.