李銀玉，王鳳彪

(沈陽理工大學(xué)，沈陽 110159)

0 引言

多媒體已經(jīng)成為現(xiàn)代課堂教學(xué)的重要手段。而借助于現(xiàn)在日益普及的網(wǎng)絡(luò)和智能終端，通過合理設(shè)計與課堂教學(xué)密切相關(guān)的教學(xué)輔助課件，既可有效促進學(xué)生自學(xué)，也增強了教學(xué)互動。畫法幾何與機械制圖(以下簡稱制圖)課程的任務(wù)是學(xué)習(xí)在平面上表示形體和解決空間幾何問題的理論和方法，并在此基礎(chǔ)上掌握機械零部件的圖樣表達(dá)技能。課程教學(xué)的關(guān)鍵可以概括為兩個環(huán)節(jié)：一是建立空間形象；二是理解投影變換。這兩方面的訓(xùn)練很大程度上依賴具體物化的形象演示效果，而增加實時的過程演示更有助于反映相關(guān)過程的內(nèi)在聯(lián)系和思維過程。隨著多媒體成為現(xiàn)代制圖教學(xué)不可或缺的重要工具，而現(xiàn)在日益普及的三維CAD給制圖多媒體課件在形象性、趣味性、思辨性等方面更是打開了無限的空間，充分運用現(xiàn)代CAD技術(shù)完善機械制圖教學(xué)和輔助教學(xué)資源就顯得很有必要了。

對于制圖課，作習(xí)題是非常重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。批作業(yè)、講習(xí)題是制圖課教學(xué)中一項付出多且比較繁瑣的工作。為了幫助學(xué)生提高作業(yè)質(zhì)量，一直以來我們是把習(xí)題參考答案展示在教學(xué)樓固定的櫥窗里供廣大學(xué)生參考學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在基于發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)和豐富的客戶端，開發(fā)能與課堂教學(xué)配套使用的聲色兼?zhèn)涞牧?xí)題動態(tài)求解課件能起到更好的教學(xué)效果。

1 習(xí)題課件的開發(fā)構(gòu)思與技術(shù)準(zhǔn)備

課件要傳輸這樣的一個思想，即“思考于空間而實施在平面”。習(xí)題課件不只是要給出解題過程和題解答案，更重要的是致力于實現(xiàn)制圖教學(xué)兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破，以此設(shè)定了習(xí)題課件制作的任務(wù)：一是增加對題目對象的空間形態(tài)做出完整清晰的展示，強調(diào)還原空間形態(tài)的重要性和還原方法，并對比其空間形態(tài)展開相關(guān)分析；二是要形象展示解題作圖的過程和思維邏輯，加強解題方式方法的引導(dǎo)。以上兩個任務(wù)也是學(xué)生制圖學(xué)習(xí)中常犯的錯誤，一方面，不能或不注重構(gòu)筑關(guān)于被求解對象其空間形態(tài)的清晰完整印象，只試圖以教條方式套用理論原理和方法來應(yīng)付問題，導(dǎo)致求解過程全然沒有頭序并使問題變得極度抽象和復(fù)雜；另一方面是不重視方法，解決問題不分主次輕重，更不在意形體結(jié)構(gòu)的形成邏輯，導(dǎo)致解題效率低下且出現(xiàn)這樣那樣的問題。開發(fā)習(xí)題動態(tài)求解課件應(yīng)從以下兩方面著手，一方面，增加三維CAD模型來形象具體地展現(xiàn)求解對象的空間形態(tài)，并基于空間形態(tài)分析獲得解題依據(jù)和方法，增強學(xué)生的空間思考，培養(yǎng)基于空間思考的解題習(xí)慣；另一方面，通過各種動畫手段，使三維模型和解題過程同步推進，形象地再現(xiàn)形體構(gòu)思過程和作圖方法，引導(dǎo)合理的空間構(gòu)思思路，同時形象完整地再現(xiàn)空間形態(tài)的投影變換過程，借此來主動引導(dǎo)和強化分析與求解方法的科學(xué)性。

本課件采用SolidWorks和AutoCAD分別完成三維建模和二維繪圖，使用抓圖、修圖工具以圖片形式插入到PPT中，通過PPT的頁面設(shè)計將相關(guān)文字、圖形、提示與警告等內(nèi)容有機、和諧、醒目地組織起來，再配以適當(dāng)?shù)恼Z音講解，使課件形象、生動、清晰、美觀。通過當(dāng)前通用的手機APP發(fā)送給學(xué)生群，方便學(xué)生隨時隨地瀏覽學(xué)習(xí)。

動態(tài)求解就是習(xí)題以多媒體課件的形式展開，不僅有形象生動的輔助圖像，作圖過程和圖像的呈現(xiàn)是通過PPT文稿豐富的動畫控制功能按時序即時展開，尤如老師邊講邊做，注重的是解題過程的展現(xiàn)。

2 習(xí)題課件開發(fā)技術(shù)要領(lǐng)

為直觀反映空間與投影之間的關(guān)系，在SolidWorks中建立了三面投影系模型文件，其三個坐標(biāo)平面的位置和顯示大小借助模型參數(shù)均可方便修改。

2.1 關(guān)于基本幾何要素的模型構(gòu)建

建立基本幾何要素投影系的立體模型涉及到點、直線、平面及投射線這些幾何要素的3D表示問題。在SolidWorks中建立球體來表示點、管道特征表示直線、平面區(qū)域表示平面。這些對象在SolidWorks中都可根據(jù)需要對它們設(shè)置特定的顏色、亮度、透明度及進行顯示或隱藏操作。在SolidWorks中通過控制將這些幾何要素位置和大小的參數(shù)定義為全局變量，可方便地協(xié)調(diào)調(diào)整這些幾何要素的相對位置和顯示比例，避免了重復(fù)的建模操作。通過設(shè)定不同的截面尺寸來區(qū)別空間線段、投影及投射線和作圖輔助線，并通過調(diào)節(jié)顏色增強它們的區(qū)別。圖1為求線段AB實長的立體模型。

圖1 求解線段實長的立體模型

2.2 關(guān)于幾何體表面交線求解模型的構(gòu)建

為突出求解原理和作圖過程，將模型置于三投影面體系中，使模型及其三面投影同步反映截交線(或相貫線)的作圖原理與作圖方法。圖2為求圓臺表面截交線的3D模型。這里立體的三個投影是借助于SolidWorks的“轉(zhuǎn)換實體引用”功能實現(xiàn)的。通過改變模型上曲線的線寬、線型和顏色來增強和突出它們的作用和表現(xiàn)力。

2.3 關(guān)于組合體的解題過程演示

關(guān)于組合體的訓(xùn)練主要是培養(yǎng)形體分解和重構(gòu)的能力，側(cè)重的是解題方法和步驟。為強調(diào)和反映形體分解和重構(gòu)的思想方法和解題過程，依然是將組合體置于三投影面系中，直觀地反映組合體重構(gòu)過程及其投影的同步變化，并通過在PPT中按一定的時序播放重疊在一起的系列圖片，營造形體重構(gòu)的動態(tài)過程，并給出作圖方法與步驟。

2.4 關(guān)于機件表達(dá)法的解題分析與演示

關(guān)于機件表達(dá)法，課件是要突出各種表達(dá)法的表達(dá)意圖和表達(dá)法對應(yīng)的機件三維結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在SolidWorks中工程圖可以在線框圖和實體圖之間進行切換。通過將實體狀態(tài)與表達(dá)法進行對照，形象地說明了表達(dá)法的概念和畫圖要求。

2.5 其他章節(jié)

關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、零件圖和裝配圖，這部分內(nèi)容比較依賴工程背景知識，學(xué)生的困難就是缺乏必要的工程實踐經(jīng)驗，對相關(guān)問題不能很好地結(jié)合工程實際要求去理解，往往因問題過于抽象化而建模困難。三維CAD在表現(xiàn)產(chǎn)品尤其是裝配體及裝配圖方面具有特別的優(yōu)勢，恰當(dāng)運用CAD的裝配建模技術(shù)，通過干涉檢查、運動仿真和爆炸圖等操作，營造了虛擬的產(chǎn)品設(shè)計裝配環(huán)境，對學(xué)生理解這部分知識具有良好的幫助。

3 結(jié)論

制圖課的關(guān)鍵是盡快盡早建立起空間存在和線條圖形之間的聯(lián)系。加入三維CAD模型，結(jié)合PPT豐富的動畫功能開發(fā)習(xí)題動態(tài)求解課件，按照制圖思維規(guī)律和方法完成三維模型構(gòu)建，展現(xiàn)圖形與空間存在之間的聯(lián)系是現(xiàn)代制圖教學(xué)的必然要求。將課件發(fā)布到智能終端，極大地方便了學(xué)生對該課程資源的利用率。經(jīng)過不斷的豐富和完善課件的內(nèi)容和形式，該課件為學(xué)生學(xué)好制圖課發(fā)揮著越來越積極的作用。