三维CAD在组合体教学中的应用研究*

刁修慧，吴 舸

（1.河南机电高等专科学校，河南 新乡 453000;2.新乡市职业教育中心，河南 新乡 453002）

1 前言

随着现代制造技术的飞速发展，计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）技术已经得到越来越普遍的应用，已经成为机械制造业产品设计中非常重要的工具之一。三维设计具有形象、直观、可参数化、可变量化等优点，使得产品的设计进入了一个新阶段，即实现了直接进行三维的零部件结构设计，改变了传统的以二维图样作为信息载体的工程图样加工，实现了以三维建模为基础的CAD到计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称CAM）的无图样加工。三维CAD技术的成熟，对传统的工程制图教学构成了强大的冲击，教学的重心由单一的二维投影图向三维实体造型转移已势在必行。学习《机械制图》的主要任务是使学生既要掌握绘图和读图知识，培养图示、图解和读图能力，又要建立空间想象能力和空间思维能力。而组合体集画图、读图、尺寸标注于一体，为后续的零件图的学习打下重要基础，因此组合体教学是制图教学过程中一座“里程碑”，是关键性的一章，起着非常重要的作用［1］。

2 对传统教学模式的分析

机械制图是一门研究如何运用正投影法绘制和阅读机械图样的技术基础课程。从根本上说，是将一个三维空间的复杂物体用二维平面图形表达的思想，或许早期受科学技术水平的局限，是手工绘图和仪器绘图时代的产物，但是并不是唯一有效的描述空间物体的方法。

2.1 教学方法分析

传统的教学方法是以讲座和操练为主，借助模型、挂图和在黑板上手工绘图相结合的方法进行教学，讲授一部分内容后，安排大量的绘图作业，要求学生根据国家标准、字体端正、线条粗细一致等要求完成任务。这种教学模式，重教不重学，学生基本上都是被动地接受知识，忽视了学生的主观能动性，学生的主体作用不能得到发挥［2］。

2.2 教学效果分析

1）易产生厌烦情绪。由于挂图和模型是静态的，不能放大，以至于后排的学生无法看清挂图或模型，另外也使教师在讲解时感觉难以表达清楚，而学生也感觉难以弄懂。为了使学生掌握讲授的内容，所以安排大量的绘图作业，对作业质量要求严格，质量不过关要重新绘制，但结果往往是学生花费大量的心血，绘制出的图样并不理想，甚至，反复绘制几次都没有进步。这种单一枯燥的教学模式和操练过度的情况，会导致学生的厌烦情绪，使得教学效果并不理想。

2）学生的主观能动性差。讲座式的教学模式，其作用主要在于向学生传授知识，但是忽视了学生的主观能动性，学生基本都是被动地接受知识，主动参与的机会很少。教师的讲授不能引起学生的共鸣。

3 基于三维CAD的教学模式

传统的教学模式虽然存在诸多的弊端，但同时也有很多可取之处，学生在讲座和操练过程中掌握基本知识，通过读二维图样，对开发学生的智力，提高学生的空间想象能力起到了不可忽视的作用。因此，在引入新的教学手段的同时，有选择性地保留了一些传统教学方法。

本文所谈到的三维CAD的教学模式，已经对11级数控专业实施了一个学期，其教学条件:一人一台电脑。

3.1 SolidWorks的应用

SolidWorks是容易入门的三维绘图软件，学生通过观看老师的操作，基本能够使用简单的拉伸、切除、扫描等命令［3］。

运用SolidWorks软件很容易使学生直观地理解组合体的叠加、挖切、综合等组合形式。可以很轻松地达到良好的教学效果，并容易使学生产生学习兴趣和亲力亲为的冲动。因此，教师可以安排一定的时间，让学生自己操作软件来绘制各种典型的组合体三维图，进一步加深对知识的学习。

另外，SolidWorks具有二维工程图绘制功能，能自动生成第一角和第三角画法的三视图。使学生更容易理解复杂的形体的形成，以及表面交线的自然形成。教学效果明显提高。

图1 用Solidworks绘制的组合体

3.2 自己动手做模型

为了进一步让学生掌握该部分的知识，老师分组布置动手做模型的任务，学生利用废弃的纸箱或胶泥做出比较典型的组合体模型，并让学生把自己的名字写在或者刻在模型上，使得学生有一定的成就感，进一步培养了学生的动手能力，以及团队协作能力，能够让学生在提高知识的同时，也提高学生的职业素养。

图2 由三维图直接生成的二维图

3.3 教学效果分析

1）学生的学习兴趣有所提高。《机械制图》是一门相对枯燥乏味的课程，因此，随着学习的不断深入，诸多学生会产生厌烦情绪。因此，为了提高学生的学习兴趣，需要在教学方法手段上进行改革。

该教学模式下，学生能够更直观形象地感知三维立体图，并可以自己动手绘制三维图库或者制作三维实体模型，还可以渲染成喜欢的颜色，使图形看起来更加美观，对提高学生的学习兴趣有一定的帮助。

2）学生的主观能动性显著提高。通过该教学模式，学生很容易对本课程产生兴趣，兴趣是最好的老师，很多学生利用课余时间绘制三维图，更好地理解了正投影原理，以及二维到三维的空间想象能力，能够积极主动地吸纳相关的知识。

4 结束语

应用该教学模式改变了传统教学中的学生看图少的落后局面，增大了教学的信息量，使教学内容更加形象直观，提高了学生的学习兴趣和主观能动性，取得了良好的教学效果。但是，在具体实施过程中，由于经验的欠缺，过于依赖多媒体教学环境，造成学生的手工绘图能力和图样质量有所下降。鉴于此，本文认为不能完全摒弃传统教学手段，应该有针对性地选用教学模式。

（责任编辑吕春红）

［1］寇世瑶.机械制图［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［2］王鹏飞，王伟.基于信息技术的机械制图教学方法改革［J］.河南机电高等专科学校学报，2010，（4）:88－89.

［3］湛迪强.Solidworks2008宝典［M］.北京:电子工业出版社，2008.