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

        2018-01-15 03:16:28李曉紅羅健寧
        裝備制造技術(shù) 2017年11期
        關(guān)鍵詞:交線制圖機(jī)械制圖

        李曉紅,羅健寧

        工程圖作為工科類學(xué)生一門重要的專業(yè)技術(shù)語言,在后續(xù)專業(yè)課程的理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐訓(xùn)練乃至將來的技術(shù)工作中不可或缺。因此,制圖課程是最先開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,也是工科類必備的一項(xiàng)專業(yè)技能,其掌握程度直接影響專業(yè)課程的學(xué)習(xí)乃至個人職業(yè)的發(fā)展。但是,隨著不斷擴(kuò)招的生源、教學(xué)資源匱乏等問題,制圖課程的教學(xué)效果每況愈下,教和學(xué)都存在著極大的困難,制圖課程的教學(xué)效果直接影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

        1 機(jī)械制圖課程教學(xué)存在的問題

        機(jī)械制圖課程牽涉到平面幾何、立體幾何、解析幾何甚至是小學(xué)的圖畫等課程,學(xué)習(xí)的過程需要有一定的空間想象力、耐力和定力,這對于如今的高職學(xué)生而言,無疑是十分困難的。從小好動的、自由的、獨(dú)來獨(dú)往的、標(biāo)新立異的個性,沒有養(yǎng)成良好的愛學(xué)習(xí)習(xí)慣,加上學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差,使高職學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中知難而退、厭倦學(xué)習(xí),大部分學(xué)生不把學(xué)習(xí)放在心上,有些愛學(xué)習(xí)的學(xué)生空間思維能力也嚴(yán)重不足,制圖練習(xí)也只能照著葫蘆畫瓢。這樣的教學(xué)狀況,迫使高職教育層次的制圖課程不得不另辟蹊徑,尋找更為貼合高職學(xué)生的教學(xué)手段和途徑。

        2 解機(jī)械制圖課程教學(xué)難點(diǎn)的思路

        制圖課程的教學(xué)過程是從空間到平面,再從平面到空間的一個循環(huán)過程,目的是讓學(xué)生從簡單到復(fù)雜,建立牢固的基礎(chǔ)再進(jìn)一步深入學(xué)習(xí),反復(fù)訓(xùn)練從而逐步建立空間思維能力。然而,對于現(xiàn)在的大部分高職學(xué)生而言,三維空間立體如何投影得到平面圖都很難理解和想象,甚至有部分學(xué)生看著三維立體模型、跟著老師的步驟都無法準(zhǔn)確完成平面圖的繪制??上攵Ⅲw的概念在學(xué)生的腦海中十分薄弱,投影的原理和想象力更是欠缺。因此,制圖課程的教學(xué)需要從三維立體的教學(xué)著手,讓學(xué)生逐漸入門并建立學(xué)習(xí)的信心和興趣,再借助三維立體模型讓學(xué)生從簡入繁、循序漸進(jìn)的完成投影知識的學(xué)習(xí)。同時通過三維視角的成圖結(jié)構(gòu)來一步完成投影圖的轉(zhuǎn)換[1],能節(jié)省大量的時間和精力,同時促進(jìn)計(jì)算機(jī)操作水平和三維軟件的學(xué)習(xí)。

        3 三維建模技術(shù)在機(jī)械制圖課程中的應(yīng)用

        3.1 建立平面與空間的關(guān)系,把握教學(xué)重點(diǎn)

        繪制和識讀組合體的三視圖是機(jī)械制圖課程的重點(diǎn)內(nèi)容,是從空間到平面,再從平面到空間從而建立投影概念和培養(yǎng)空間思維能力的關(guān)鍵,也是制圖課程學(xué)習(xí)后續(xù)零部件表達(dá)方法的基礎(chǔ)。在組合體三視圖畫圖和看圖的教學(xué)過程中,題型多為補(bǔ)畫第三視圖和補(bǔ)缺線,要求學(xué)生由三視圖想象出空間三維實(shí)體的形狀,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常常因想象困難而導(dǎo)致不愿想、想不清,不能完成視圖補(bǔ)畫及線條補(bǔ)畫,而老師講解起來也很困難,其結(jié)果就是學(xué)生很難畫出正確投影視圖?,F(xiàn)在可以借助三維建模軟件,方便快捷地建立物體的三維模型,逐步向?qū)W生演示組合體的形成過程,使他們建立起二維視圖和立體之間的對應(yīng)關(guān)系,逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。利用三維模型按形體分析法逐步繪制組合體三視圖如圖1所示。

        圖1 形體分析法繪制組合體三視圖

        3.2 演繹截交線和相貫線的變幻,突破教學(xué)難點(diǎn)

        截交線、相貫線是制圖課程教學(xué)中的難點(diǎn),學(xué)生對立體表面素線、表面取點(diǎn)無法準(zhǔn)確理解,所以到了截交線、相貫線投影的求解更是云里霧里,根本無從下手。在講解截交線、相貫線時,可以通過三維建模技術(shù)直觀地將立體及其表面的交線修改成不同的顏色,將交線著重表示或者從立體上提取出來并標(biāo)注點(diǎn)的符號,加強(qiáng)學(xué)生對其形狀的了解和交線性質(zhì)的認(rèn)識;還可利用三維建模軟件的參數(shù)化功能,修改立體的尺寸或相對位置,觀察截交線、相貫線的變化。如圖2所示。

        圖2 相貫線變化趨勢

        3.3 展現(xiàn)立體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),掌握制圖技巧

        剖視圖是表達(dá)機(jī)件內(nèi)部形狀和結(jié)構(gòu)的常用方法,學(xué)生常常想象不出投影圖所表示立體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),往往不知道如何合理選擇剖切方法、剖切平面及剖切位置,在作圖時搞不清哪些部分被剖切平面剖切,哪些地方要畫剖面線。如圖3所示,可以先對幾何體造型,然后在不同位置對幾何體進(jìn)行剖切,用虛擬模型可以直接剖開型體,內(nèi)部粉色區(qū)域表示機(jī)件與剖切面接觸的區(qū)域[2],需要打剖面線,剖切面未與機(jī)件接觸的部分為空腔,不打剖面線,最后生成工程圖,引導(dǎo)學(xué)生分析剖切位置對剖視圖的影響,由學(xué)生發(fā)現(xiàn)最合理的方法,教師進(jìn)行歸納總結(jié),從而加深對剖視圖畫法的理解。

        圖3 利用三維模式展示剖視圖繪圖過程

        3.4 動態(tài)演示零部件的裝配,熟練應(yīng)用表達(dá)方法

        零部件測繪是機(jī)械制圖教學(xué)過程中不容忽視的一個重要的環(huán)節(jié),它將之前所學(xué)的知識有機(jī)的結(jié)合在一起,是一項(xiàng)很好的綜合能力訓(xùn)練項(xiàng)目。但是,由于學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和對前面知識掌握得不牢固,對零部件的表達(dá)無從下手。所以,在實(shí)際的教學(xué)中,教師完全可以使用三維建模軟件對零部件的安裝順序以及其作用、基本工作原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹,使學(xué)生對零部件的結(jié)構(gòu)和組成有個清晰的概念,理解之間的裝配關(guān)系、恰當(dāng)選擇表達(dá)方案。如圖4所示。

        圖4 臺鉗裝配

        4 制圖課程教學(xué)中應(yīng)用三維建模技術(shù)應(yīng)注意的問題

        4.1 動靜結(jié)合

        三維立體具有直觀性強(qiáng),能夠動態(tài)展現(xiàn)立體各個方位的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和降低學(xué)習(xí)難度。但是,由于學(xué)生的空間思維能力不足,加上軸測圖內(nèi)容的教學(xué)只是作為簡介甚至略去了該內(nèi)容的教學(xué),所以,大部分學(xué)生對色澤鮮艷的三維立體圖只是感到驚嘆,而無法從中真正領(lǐng)悟立體的結(jié)構(gòu)以及立體與平面投影的關(guān)系,如果三維立體采用動態(tài)的演示方式一閃而過,那么學(xué)生也就只有看熱鬧的份了。因此,利用三維立體模型開展制圖課程教學(xué),一是要循序漸進(jìn),從簡到繁,逐漸引領(lǐng)學(xué)生走入空間思維和三維立體的領(lǐng)域;二是三維立體的動態(tài)演示過程要慢且有停滯的片段,讓學(xué)生有足夠的時間觀察和思考,再配以不同方位的平面圖,通過對比分析逐漸掌握立體到平面、平面與立體的關(guān)系。

        4.2 多次反復(fù)

        從立體到平面投影圖,利用三維動畫演示的過程是迅速而且準(zhǔn)確的,但是對于高職學(xué)生,特別是初學(xué)者來說,立體與平面之間的變化太快會應(yīng)接不暇,沒有時間思考和領(lǐng)悟其中的要點(diǎn),到自己面對立體去畫平面圖的時候就會無從下手,其教學(xué)效果是不理想的。所以,利用三維立體模型教學(xué)應(yīng)有所選擇而不應(yīng)該遍地開花。

        制圖能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的,教學(xué)過程應(yīng)該利用不同的媒體和手段多次的反復(fù),以適應(yīng)不同學(xué)生的理解需要。還可利用堆疊的方式,通過邊疊加立體邊修改平面圖的方式,從簡單到復(fù)雜,使學(xué)生逐漸掌握立體與投影的關(guān)系;再則,教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該通過三維立體、實(shí)物模型等多種形式、多種渠道反復(fù)多次的讓學(xué)生觀察立體、繪制平面圖,從而掌握立體投影的要領(lǐng)。

        4.3 邊學(xué)邊練

        制圖課程的特點(diǎn)是前后內(nèi)容連貫和相互影響較大,從點(diǎn)、線、面到立體,必須掌握前面的內(nèi)容才能夠?qū)W習(xí)后續(xù)的內(nèi)容。高職學(xué)生的特點(diǎn)是好動怕靜,老師講得太多了,學(xué)生聽不進(jìn)去,也沒有辦法掌握,特別是對于教學(xué)難度較大的制圖課程,應(yīng)該抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn),老師的講課內(nèi)容應(yīng)該少而精,更多的時間留給學(xué)生做課堂練習(xí),而不應(yīng)該滿堂灌。老師講解一個內(nèi)容學(xué)生馬上接著練習(xí)一個內(nèi)容,當(dāng)堂掌握后再學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容,使大部分學(xué)生能夠一步一個腳印的學(xué)習(xí)下去。

        5 結(jié)束語

        制圖課程作為工程技術(shù)的語言,在工科類專業(yè)的教學(xué)過程中一直得到高度的重視,面對不同的教學(xué)對象和不同的技術(shù)發(fā)展階段,各式各樣的教學(xué)方法和教學(xué)模式層出不窮,特別是在生源素質(zhì)下降而三維軟件不斷開發(fā)應(yīng)用的今天,制圖課程的教學(xué)手段更是趨于多元化,虛擬模型在機(jī)械制圖教學(xué)中的引入極大地降低了教學(xué)難度。然而,傳統(tǒng)的教學(xué)手段還是有著不可替代的作用,所以三維建模技術(shù)在制圖課程中的教學(xué)應(yīng)該適度適量,用到恰到好處,與實(shí)體的三維模型穿插使用,以便不同的教學(xué)設(shè)備滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。還可將傳統(tǒng)的理論教學(xué)內(nèi)容與三維軟件技術(shù)相結(jié)合,穿插講解CAD課程、三維軟件、制造類軟件和計(jì)算機(jī)輔助工程軟件等內(nèi)容,克服了傳統(tǒng)教學(xué)觀念的束縛因素[3],確保制圖課程的教學(xué)質(zhì)量。

        [1]周占紅.三維CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的合理運(yùn)用[J].科技視界,2016(04):42-44.

        [2]雷 蕾.虛擬模型在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2017(08):60-63.

        [3]于建海.三維造型技術(shù)在機(jī)械制圖課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].西部素質(zhì)教育,2016(02):53-56.

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