计算机辅助设计在机械制图教学中的应用

胡世华

(九江学院机械与材料工程学院，江西九江 332005)

CAD辅助教学手段出现在制图教学课堂上，已成为制图教学的一种新趋势。引入CAD应用技术的目的不仅在于辅助制图，还在于辅助思维，提高构形、图形分析，图形的二、三维空间转换能力。特别是在点、线、面的综合解题，基本体的形成，截交、相贯线的形成，三视图与立体图的转换等方面，融入性地引入CAD软件的三维功能，可达到事半功倍的效果［1］。利用基于CAD技术上建立的三维模型，精度高，形象逼真，色彩丰富，在使用中不仅可以取代实物模型［2］，而且还可以根据需要，灵活地进行剖切，直观地展现零件的内外结构［3］，方便学生进行观察与分析，再加上零件的动画效果，使教学内容清晰、生动，大大地缩短了学生感知、认知的过程，教学效果显著［4］。需要说明的是，利用CAD辅助教学，只有预先制作，适时推出，才能发挥它的优势。

一、实体的引出

学生学完组合体三视图后，对简单零件的视图表达有一定的认知，但给出一个具体的复杂一点的零件，让他们选择平面视图表达时，他们往往无从下手。这堂课在将要学习新的知识前，有意识地布下疑阵，让学生在解决问题过程中，学会思考，学会发现问题，培养解决问题的技能和自主学习的能力。

教学的三维实体用AutoCAD软件播放，让学生连续动态观察，教师不作任何提示，使学生进入一种迫不及待想解决问题的情境之中。细心的学生发现了喷射体不仅有较多孔，且两只耳不是成90°分布，按照前面学过的知识画图，虚线较多，主视图又难以确定。课堂的气氛活跃起来，不同的学生提出各自的视图表达，最终需教师作进一步的讲解。

二、教师讲课

教师授课时并不急于回答学生的问题，只是鼓励他们自己动脑。对于实在不能解决的问题可以存疑，待学习了新知识、新方法后再来解决。引导学生寻找表达机件内形的新方法，为讲授剖视图埋下伏笔。让学生带着疑问，带着期待来听课，提高了学习的主动性。

(一)开门见山，直奔主题

1.剖视图

提示学生，当零件内部形状较为复杂时，视图上就出现较多虚线，影响图形清晰，给看图、画图和尺寸标注带来困难。假想用平面把零件切开，先用单一平面来切，内部结构展现在眼前，但下面的连接耳没有表示清楚，有学生问可不可以用多个平面同时剖切?当然可以。用两个相交平面同时剖切可以得到，一目了然地看到在多个剖切位置进行剖视的效果。这就是这次课要讲的主要内容──剖视图，即假想用一个或几个相交(或平行)剖切面将零件剖开，移去剖切面和观察者之间的部分，将其余部分向投影面投射，并在剖面区域内画上剖面符号。强调剖视图主要用来表达机件的内部结构形状，是图样各种表达中非常实用的表达方法，也是机械制图中很重要的内容。这样讲解可提高学生对剖视的本质的认识，增强对剖视的理解。

2.剖视图的画法

要求学生对着三维模型动态观察，思考怎样将三维模型转换为投影图。显然是用两个相交平面剖切的，若用其中的一个平面与投影面平行进行投射，则另一个平面与投影面不平行，这里有问题了，怎么解决?剖视图的画法引出来了。

思考几分钟后，教师讲述:先假想按剖切物体的方法剖开物体，然后将剖开的结构旋转到与选定的基本投影面平行后再进行投射;用粗实线画出零件实体被剖切面剖切后的断面轮廓和剖切面后面零件的可见轮廓，可省略不必要的虚线。

以往在教学过程中，学生对剖视图的作图常出现标注不规范、机件内外结构相互混淆、虚线处理不当等问题，究其原因是学生作图时大脑里没有清晰的模型结构。解决此问题的关键是归纳出剖视图作图的基本步骤:1)先画出三维模型与剖切面的截交线投影，此投影必定是一个封闭的线框。要求学生在下面动手画，很快外形结构就被勾画出来了。2)画剖面符号。在封闭的线框里画上剖面符号。3)画出内孔投影。可把孔看作透明的基本实体，由于剖切平面一般都通过内孔的对称面，那么基本孔投影与基本实体的整体投影完全一致，注意孔相交时的相贯线。4)画剖切面后的其他部分投影。按照剖视图的定义，剖视图除了剖面和剖到的内孔投影以外，还有剖面后的一些结构，分为可见部分和不可见部分的投影。对不可见的部分，如果在其他视图中可表达，就省略不画，因此，喷射体没有这部分投影。5)检查是否有漏画、多画和错画的图线。这一步的要领:一是要防止多画轮廓线，二是要防止漏画轮廓线。

3.剖视图的标注

读剖视图时，怎样知道它的剖切位置和投射方向呢?这就是标注所解决的。首先教师讲解知识点，标注是剖视图中的一个重要内容，剖视图的标注包括箭头、字母和剖切位置符号三项内容:一般情况下，当剖切平面与机件的对称平面不重合时，需要标注;当剖视图按投影关系配置时，省略箭头;当剖切平面与机件的对称平面重合时，一般省略标注。提问学生，就本课所讲的剖视图，该怎样标注?结合多媒体课件，把另外两种标注方式加以讲解，学生很快就掌握了剖视图的标注［5］。

(二)引入局部剖视图

让学生继续动态观察三维模型，引导学生分析剖视图存在的不足，两只连接耳的螺栓孔没有表达得十分清楚。然后提出问题:对内外形需兼顾且不具有对称平面的机件，应采用什么视图表达?给学生两分钟的思考时间，然后把模型实体的平面俯视图调出来，并打开局部剖视图所在的图层，这种表达方式称为局部剖视图。

关于局部剖视图需对学生强调两点:1)局部剖视图的剖切位置、剖切范围、剖切次数很灵活，应根据实际需要选择。2)指出画波浪线时，应断裂于物体的实体上，不能与轮廓线重叠，不能是轮廓线的延长线，空心处波浪线应断开，也不要延伸到视图外。

三、课堂小结

引导学生对剖视图部分的知识要点做小结，然后相互交流，巩固提高。结合课本，归纳出画剖视图的一般规律:外形简单用全剖，内外兼顾用半剖，局部剖视较灵活，哪里需要哪里剖。但画剖视图的最终目的就是既要把三维实体的结构形状表达清楚，又要使图形简单。最后设计两个层次的练习:一是基本练习，目的是巩固教学重点，使学生熟练掌握本节知识;二是提高练习，使学生正确、熟练地运用本节知识解决问题［6］。

四、教学体会

1)为了强化和深化剖视图的讲授，不可就剖视而讲剖视。以往讲剖视图时，总是按照全剖──半剖──局部剖这种规律讲授，每讲一个就换一个模型，教学效果不理想，学生接受这些内容比较肤浅，容易遗忘。虽然教师教给学生某一种剖视图的画法，但学生并没有获得综合应用的能力，在以后的课程设计中，复杂形体的表达更能体现这一点。

2)选择剖视图讲授的图例要合适。教师在备课过程中，对本课时选择什么样的图例，要引导学生观察什么，注意什么，要得出什么结论，怎样结合讲解，什么时候演示，怎样演示才能让全体学生都能看懂，等等，都应经过周密的考虑。为了培养学生的空间想象能力，完成从实体到图例，使用CAD直观教学，先引导学生观察实体，把学生的注意力引向认识实体的空间特征，从而获得清晰的表象。随着学习过程的进展，应当逐步有控制地使用实体模型。但过多地使用实体模型，会使学生过于依赖这些实体，不利于培养他们的抽象思维能力和发展空间想象力。这是必须加以注意的。

3)讲课是提出问题、分析问题和做出结论的过程。提出问题应尽量做到自然明确，联系实际和富有启发性，同时也要发挥教师的主观能动性，提高课堂的教学效率，激发学生的求知欲望;分析问题要做到层次清楚，条理分明，拓宽学生的思路;做出结论要简明准确，便于记忆。

4)在剖视的教学过程中充分利用3D技术，通过直接感知去认识剖视，可以启发学生的积极思维，使学生的空间概念更强，培养了学生的空间想象力和分析能力。这样学生不但加深了对基本概念的理解，还抓住了剖视的本质和作图过程中有规律性的东西，增强了剖视运用的主动性，提高了教学效果，增加了课堂教学容量，在教学实践中备受学生的欢迎。

用CAD三维实体辅助教学法教学，不论从教师的教学方式、方法、教学效果，还是从学生对学习的兴趣、对知识的接受能力、获取知识的信息量等各方面的影响都是深远的、巨大的。CAD三维实体辅助教学法是机械制图教学先进的技术成果，也是对传统的机械制图教学的一场革命，值得每位图学教师重视。

［1］欧阳立新，何凤娇.建立三维造型教学模式深化工程制图改革［J］.长沙铁道学院学报:社会科学版，2009(1):76.

［2］江庆.SolidWorks三维造型在机械制图综合实践中的应用［J］.机械管理开发，2008(1):183.

［3］付成龙，杨小庆，田凌.机械制图研究型小课题的探索与实践［J］.工程图学学报，2010(4):156.

［4］贺勤.浅谈直观教学法在《机械制图》教学中的应用［J］.甘肃科技，2009(3):187.

［5］李昂.工程图样中重影点标注常见错误探讨［J］.甘肃高师学报，2010(5):36.

［6］丁安英.“经验之塔”理论与“实境耦合”人才培养模式说［J］.职业教育研究，2008(8):134.