楊小平

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

《工程制圖》是工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，它對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)有著直接的影響[1].隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)生的整體素質(zhì)存在逐漸降低的現(xiàn)象，還有教學(xué)改革伴隨的學(xué)時(shí)量減少等都對(duì)《工程制圖》教學(xué)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，許多學(xué)生在該門(mén)課程的學(xué)習(xí)中存在困難.為了提高教學(xué)質(zhì)量，教師在上課時(shí)采取了很多辦法，如傳統(tǒng)的掛圖和實(shí)物模型、如今的計(jì)算機(jī)繪圖等，這些方法能夠增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，但同時(shí)存在一定的不足.傳統(tǒng)的掛圖和實(shí)物模型有著成本高、攜帶困難、數(shù)量有限以及與教材不一致等缺點(diǎn)，單一的計(jì)算機(jī)繪圖因?yàn)闆](méi)有形成體系也已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代教學(xué)的需求[2].

隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍應(yīng)用到課堂教學(xué)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件建立三維虛擬模型庫(kù)，開(kāi)發(fā)之后可以作為教學(xué)資源應(yīng)用到《工程制圖》教學(xué)中，既豐富了多媒體教學(xué)手段，也能幫助學(xué)生能更好地掌握該門(mén)課程的學(xué)習(xí).

1 虛擬模型庫(kù)的設(shè)計(jì)

本文根據(jù)高等教育出版社《工程制圖》教材內(nèi)容建立的虛擬模型庫(kù)包括了教材配套模型庫(kù)(基本形體、組合體、機(jī)件表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件等)、習(xí)題集配套模型庫(kù)和測(cè)繪配套模型庫(kù)，涉及教學(xué)內(nèi)容中的全部模型.利用計(jì)算機(jī)軟件制作的虛擬模型，既實(shí)現(xiàn)了三維實(shí)體展示和動(dòng)態(tài)仿真，又能夠?qū)崿F(xiàn)二維圖形的表達(dá)，便于教師和學(xué)生使用，不受時(shí)間和空間限制[3-5]，模型庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 模型庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

2 虛擬模型庫(kù)的建立

2.1 用SolidWorks軟件建立虛擬模型庫(kù)

目前計(jì)算機(jī)繪圖軟件較多，主要有Pro/E、CAXA、UG、SolidWorks 等，本文以SolidWorks 2018為例建立《工程制圖》虛擬模型庫(kù).用SolidWorks軟件的拉伸、鏡像、旋轉(zhuǎn)、倒角等功能繪制出基本實(shí)體模型，通過(guò)修改尺寸生成新的虛擬模型，建立的虛擬模型實(shí)體及分解圖如圖2所示.

圖2 軸承座虛擬模型實(shí)體及分解圖

2.2 生成二維視圖

用SolidWorks軟件建立的虛擬模型能直接生成二維視圖，包括三視圖、局部視圖、剖視圖和軸測(cè)圖等，在生成的視圖中可標(biāo)注尺寸.由于模型和視圖是相互關(guān)聯(lián)的，可通過(guò)修改兩者中的任意一個(gè)尺寸得到新的三維模型和視圖，生成的三視圖(如圖3所示).

圖3 軸承座三視圖

2.3 模型的動(dòng)態(tài)仿真

在教學(xué)過(guò)程中，保存模型文件為*.eprt 格式，用EDrawings 軟件直接打開(kāi)，通過(guò)設(shè)置動(dòng)畫(huà)路徑，仿真虛擬模型動(dòng)態(tài)，或者旋轉(zhuǎn)、縮放等全方位展示機(jī)件的結(jié)構(gòu)；亦可通過(guò)橫斷面工具對(duì)機(jī)件進(jìn)行剖切，展示機(jī)件的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如階梯孔的交線(xiàn)等[6-10].EDarwings 工作界面如圖4所示.

圖4 EDarwings工作界面

2.4 學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)建

《工程制圖》虛擬模型庫(kù)學(xué)習(xí)平臺(tái)采用Dreamweaver 軟件來(lái)搭建.主界面根據(jù)教材內(nèi)容設(shè)置了立體教材、實(shí)踐教學(xué)、電子資源和教學(xué)錄像等模塊，方便學(xué)生學(xué)習(xí)，虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)如圖5所示.

圖5 學(xué)習(xí)平臺(tái)首頁(yè)

3 虛擬模型庫(kù)應(yīng)用于《工程制圖》課程教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

3.1 模型制作方便，圖樣更豐富

虛擬模型可以采用不同材質(zhì)顯示，通過(guò)鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和縮放，如同實(shí)物展示一樣具有很強(qiáng)的視覺(jué)效果，操作過(guò)程也非常簡(jiǎn)便.對(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的形體采用旋轉(zhuǎn)剖、半剖或者全剖的方式，加上一些動(dòng)畫(huà)效果，展示出形體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使原本抽象難懂的模型結(jié)構(gòu)變得更簡(jiǎn)單、形象.虛擬模型還可以根據(jù)教學(xué)計(jì)劃的修訂及時(shí)調(diào)整，對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容選用不同的模型，使教學(xué)更具有針對(duì)性.

3.2 便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)

隨著《工程制圖》課程教學(xué)計(jì)劃的不斷修訂，教學(xué)理論學(xué)時(shí)不斷壓縮，但課程的核心教學(xué)內(nèi)容又不能減少.多媒體教學(xué)節(jié)約了課堂繪圖時(shí)間，教學(xué)的信息量也隨著增大，這對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)接受能力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn).通過(guò)虛擬模型庫(kù)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以做好課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，當(dāng)復(fù)習(xí)中遇到疑難點(diǎn)時(shí)，學(xué)生利用模型庫(kù)中的模型，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)感官認(rèn)識(shí)，加深理解，從而解決問(wèn)題.《工程制圖》教學(xué)中，把虛擬模型庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，拉近了教與學(xué)兩個(gè)重要環(huán)節(jié)的距離，突破了傳統(tǒng)教學(xué)方法在時(shí)間和空間上的限制，是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代優(yōu)越性的完美體現(xiàn).虛擬實(shí)驗(yàn)如圖6所示.

圖6 虛擬實(shí)驗(yàn)

3.3 攜帶方便，成本低廉

虛擬模型庫(kù)建成后教師攜帶方便，內(nèi)容更豐富，當(dāng)教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，只要對(duì)其進(jìn)行更新即可.與傳統(tǒng)的實(shí)物模型庫(kù)相比，虛擬模型庫(kù)減少了儲(chǔ)藏和管理環(huán)節(jié)，既方便了教學(xué)又降低了教學(xué)成本.

3.4 有助于實(shí)踐教學(xué)

目前，實(shí)踐教學(xué)已然成為現(xiàn)代高校教育改革的重點(diǎn)之一，教學(xué)中的各種技能大賽非常普遍，《工程制圖》課程的學(xué)習(xí)有助于工科學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng).大部分工科學(xué)生都需要參與拆裝和測(cè)繪實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)訓(xùn)練，傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程往往受到模型品種不全及數(shù)量不足的限制，很大程度上影響了實(shí)踐的教學(xué)效果.應(yīng)用虛擬模型庫(kù)，教師可以在機(jī)房指導(dǎo)學(xué)生利用三維軟件提供的功能對(duì)模型進(jìn)行拆裝和測(cè)量，再利用二維繪圖軟件完成零件圖和裝配圖的繪制，并修改相應(yīng)的線(xiàn)型尺寸，得到理想圖形，既提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖水平，又節(jié)約了教學(xué)資源.待學(xué)生掌握基本技能和測(cè)量方法后，再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)物拆裝和測(cè)繪.試驗(yàn)表明，這種模式靈活方便，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，使學(xué)生對(duì)這門(mén)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí).

4 結(jié)束語(yǔ)

《工程制圖》虛擬模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，把原本抽象難懂的模型結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、直觀、通俗易懂，減輕了教師的輔導(dǎo)工作量，增強(qiáng)了學(xué)生的空間想象力和繪圖能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.由于學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)建需要強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持，所以虛擬模型庫(kù)也要根據(jù)教材內(nèi)容不斷完善.