劉靜

摘 要：針對機械制圖教學(xué)中存在的一些問題，闡述了三維幾何建模技術(shù)作為輔助教學(xué)工具的優(yōu)勢，可有效的幫助學(xué)生解決教學(xué)中的讀圖問題，提高空間思維能力。

關(guān)鍵詞：機械制圖;三維幾何建模;空間思維

1 三維幾何建模的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過建立正確的模型來描述和表現(xiàn)事物的各種屬性，是現(xiàn)代科學(xué)探索事物本身發(fā)展、運行規(guī)律的一個普遍而且重要的方法。不論是在應(yīng)用領(lǐng)域還是在科學(xué)領(lǐng)域，對整個世界進行三維建模研究，都是一個不斷興起的領(lǐng)域。三維建模技術(shù)在機械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，根本性地改變了產(chǎn)品設(shè)計、工藝以及生產(chǎn)裝配乃至維修等環(huán)節(jié)，在機械類教學(xué)中，國內(nèi)部分高校早在上個世紀(jì)90年代中期開始醞釀圖學(xué)改革方案并在90 年代末期引入三維幾何建模的教學(xué)實踐和探索，少數(shù)高校已形成了以三維為核心的現(xiàn)代工程設(shè)計圖學(xué)新教學(xué)體系。目前，國內(nèi)各高校已經(jīng)紛紛開展了引入三維幾何建模的圖學(xué)教學(xué)，由于每個學(xué)校的情況不同，采用的模式也不同。

2 常用三維建模技術(shù)介紹

2.1 AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。AutoCAD具有良好的用戶界面，通過交互菜單或命令行方式便可以進行各種操作。它的多文檔設(shè)計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能很快地學(xué)會使用。

2.2 Autodesk ?Inventor

Inventor是由美國Autodesk公司于1999年發(fā)行的一種基于特征的實體造型系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種包含最新技術(shù)的基于特征的參數(shù)化實體造型軟件。

2.3 Pro/E

Pro/Engineer（簡稱Pro/E）是美國PTC公司研制的一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、消費電子、模具、玩具、工業(yè)設(shè)計和機械制造等行業(yè)。

3 傳統(tǒng)制圖教學(xué)方法的優(yōu)缺點分析

傳統(tǒng)的工程制圖教學(xué)是指利用三角板、圓規(guī)、掛圖、實物模型等組織教學(xué)，主要的優(yōu)點是教學(xué)示范性強，教學(xué)圖例都是教師在課前、課間或者在課堂上利用三角板、圓規(guī)一筆一畫作出來的，因此會給學(xué)生留下很深刻的印象，并且便于學(xué)生模仿作圖，而且在作圖過程中所體現(xiàn)出來的工程素養(yǎng)也能對學(xué)生起到潛移默化的作用。

但是，在現(xiàn)代科技知識不斷發(fā)展的背景之下，傳統(tǒng)的機械制圖教學(xué)的弱點也變得越來越凸顯，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是課堂信息量小，效率低。教師在黑板上用尺規(guī)畫圖非常費時間，一堂課下來，只能做出非常有限的幾個圖例，效率低下，而現(xiàn)代教學(xué)需要教師借助現(xiàn)代信息手段在有限的時間內(nèi)傳授更多的信息知識，這種矛盾在少學(xué)時機械制圖教學(xué)中更為突出。二是表現(xiàn)形式單一，有些復(fù)雜的模型難以制造，且費時費力，成本較高。

4 三維幾何建模的教學(xué)實踐

4.1 CAD三維建模

讀組合體視圖這部分內(nèi)容是機械制圖教學(xué)的重點和難點，題型多為補畫第三視圖和漏線。教師在講授這部分內(nèi)容時常采用形體分析法和線面分析法，一邊講解一邊對照實物模型進行分析，這時就要求學(xué)生必須充分掌握線面的投影特性和基本幾何體的投影特征，并且能夠積極思考、充分想象，在頭腦中形成空間點、線、面的立體場景，才能綜合起來想清楚組合體的整體形狀和各部分相互的連接關(guān)系。而絕大多數(shù)的同學(xué)做不到這一點，如果沒有實物形體的對照，就很難畫出正確的平面視圖。借助CAD進行建模，不管形體多復(fù)雜，數(shù)量有多少，都能方便、迅速地進行制作。

例如，根據(jù)已知三視圖（圖中a、c），應(yīng)用三維建模，實體建模。使學(xué)生對讀圖時虛實線的變化有了更清晰的理解，降低了學(xué)習(xí)難度，增強了讀圖能力和空間思維。

4.2 Pro/E參數(shù)化建模

Pro/E是功能強大的三維設(shè)計軟件，用參數(shù)化設(shè)計，是基于特征的實體建模系統(tǒng)，可以任意勾畫草圖，容易改變模型。在授課過程中，首先利用Pro/E三維造型系統(tǒng)建立三維實體，再把三維實體直接插入到二維的工程圖紙中，自動生成二維視圖，然后講解投影規(guī)律，起到了事半功倍的效果。引入Pro/E目的不僅在輔助制圖，而在于輔助思維，提高構(gòu)形、圖形分析、圖形的二、三維空間轉(zhuǎn)換能力。

將實體建模融入到制圖教學(xué)中，由過去的借助“靜態(tài)”掛圖、模型講解變?yōu)槿S“動態(tài)”演示教學(xué)，能使學(xué)生實時觀察到模型實體的各個側(cè)面及內(nèi)腔，觀察到空間形體的形成過程。這種直觀的教學(xué)方式，有利于學(xué)生培養(yǎng)構(gòu)型思維、空間想象能力。

參考文獻

[1]王宗彥，馮敬華，暴建崗.從三維設(shè)計出發(fā)改革傳統(tǒng)機械制圖教學(xué)[J].華北工學(xué)院學(xué)報，2004（2）：70-72.

[2]童秉樞，等.工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2005，26（6）：150-155.