三维虚拟模型库对机械制图教学的有效性研究

孙小燕，汪列隆

（池州学院机械与电子工程系，安徽池州247000）

1 机械制图教学现状和存在的问题

机械图样是传递设计思想的信息载体，是生产过程中加工和检验的依据，也是工程界进行交流的技术语言。目前的现状是大多数学生学习机械制图时，认为其抽象和难以理解，更缺乏创新性，其原因之一是习惯于在平面上思考问题，缺乏空间思维能力。而课堂教学有限，所以高效的教学方法显得尤为重要，为提高课时效率，机械制图教学大多以Au⁃tocad计算机绘图辅助教学为主，如三视图的形成、组合体的画法、剖视图的表示等内容，我们可以使用Autocad软件，利用其三维造型、两维绘图等进行讲解，会使内容更加生动形象，空间想象增强。袁振国在《教育新理念》中写道：历史是发展的，教育是变化的，思想是流动的，一成不变的教育和不思变革的教育思想是缺乏生命力的，根据时代的特点不断调整我们的思想、发展我们的观点，我们才能成为教育变革的主动者[1]。机械制图是机械工程专业人们进行技术革新、技术改造的工具，是对新设计、新构思、新工艺的探索研究，大胆地在该课程教学中融进新思想、新设计，是知识经济时代向我们提出的新课题、新挑战。我们在教学全过程中要始终贯彻这一主导思想，勇于探索，敢于创新，逐步形成创新思想，培养学生的创新思维能力。

2 三维虚拟模型库的建立及有效性教学

为了达到直观性和有效性的教学目的，三维虚拟模型库的建立对机械制图的学习显得尤为必要。主要表现在以下几个方面：

（1）取代传统的实物教学模型

利用计算机辅助设计技术建立的机械制图三维虚拟模型，可以使用便携设备储存，实现资源共享。在现实使用中，虚拟模型库可以完全替代教学使用的实物模型，实物模型因为其重量和体积而造成的不便于使用携带，且更新速度慢等问题，使用机械制图虚拟模型库则完全可以解决传统教学中存在的问题，运用计算机辅助设计技术创建机械制图三维虚拟模型不但精度好、质感好、颜色多样、形象跟实物非常相似，而且还能够将体型复杂的零件的内部与外部构造以及相贯体中相贯线的变化的趋势以及装配体中各种零件之间连接的关系都能够直观充分地展现出来，再加上各种不同的动画效果，能够使机械制图各种知识点更加清晰、生动、逼真地表现出来[2]。使用计算机软件也可以更加方便对教学模型进行修正、添加和新建，充分满足教学中对模型种类和数量的需求，还能够及时补充教学模型和调整教学模型，这样不仅有效地降低了教学的成本，还提高了教学质量。

（2）机械制图三维虚拟模型库的建立

机械制图虚拟模型库其本质上是对实体模型通过计算机进行虚拟化处理，然后再利用各种仿真软件，模拟各种形象逼真的实体模型，达到有效性教学目的。

Autocad及工程制图课件中的素材主要包括音频、动画、二维三维投影视图，特别是课件制作中对图像、动画等需求是特别大的，所以做好素材库、课件素材的获取途径主要有以下几点：

1）制作素材主要是利用solidworks完成的，solidworks制作的图形要完全符合机械制图要求的，也要完全满足各个视图的投视规律。在长期制图的过程中形成了自己的素材库，用这些素材库掌握投影规律，制作课件素材，形成模型库。

2）从现有课件中选取，利用抓图工具从现有课件中抓取图像，也可以通过摄影拍摄的方式获取，减少制作过程的劳动强度。

3）直接从网上下载，在网络发达和资源共享的今天，网上具有大量素材可供下载，但因为网络资源的良莠不齐我们必须认真从中筛选，从中选择满足设计规范的素材。

（3）有效性教学的体现

近几年来，随着机械制图上课课时的减少，以及学生理解能力的差异，特别是学习能力不强和意志力较差的学生，若老师不能及时有效地辅导，就容易失去学习信心和兴趣。如果机械制图课能够通过虚拟模型清晰、生动地将实物效果呈现在学生面前，这样不仅能提高学习效果，更能增长学生学习的自信心，开阔了视野，在学生对比、分析图形方面能力提高也是非常明显的。机械制图模型库可以让学生在课余时间内自主学习，提升了自主学习的能力，充分体现了学生是学校教育的主体。

我们还可以将三维模型虚拟模型库上传至学校教学网络，方便学生下载使用网络资源提高模型库的利用率。一旦学生在自主学习时遇到困难就可进入学校网站的模型库下载各种模型，通过直观地观察，增强对实物的感官认识，更好地完成习题。且计算机模型库中也储存了大量的典型零部件的二三维视图，各种视图通过不同的方式表达出来[3]，这样学生在自主学习的同时可以将自己的模型与数据库的模型进行对比及时检查纠正错误，提高了自己对图形的观察能力，使学习从被动变为主动，学习的有效性大大提高。

3 加强实践教学环节

机械制图通过课堂教学、课程设计、Autocad绘图、机械制图竞赛等多样化的表现形式，提高学生综合制图能力；以课程设计为框架，让学生通过实践，按照课程设计过程的需要来选择绘图知识，整合理论与实践，培养学生设计任务的创新完成，以职业实践为主线，尽早地让学生进入工作过程，促进他们从学习者到工作者角色的转换，并通过在工作实践的基础上建构理论知识，激发学生的学习兴趣。构建科学、实用，理论与实践结合，与职业岗位要求“零距离”，与职业资格考核要求相融合，与学生未来发展相适应的项目课程为主体的模块化专业创新课程体系。

学习机械制图时，教师要有针对性地借助各种教学条件（多媒体教学、教学模型、参观实习基地等），直观、形象地引导学生建立起空间概念，由平面思维转换到空间思维[4]。把物体的投影与实际零件结构紧密联系，不断地“由物画图”和“由图画物”，明确提高学生空间想象能力是学习机械制图的核心内容，使得学生既要有想象物体形状，又要有思考图形间的投影规律，真正提高空间想象和思维能力。教师在教学过程中，要始终贯穿创新型人才培养模式，并在学生平时训练中加以锻炼，注重实践教学，学生只有掌握这种技能，才能顺利完成零件加工、机器装配、机械设计等机械专业方面的技术工作，使学生顺利完成由学习者到工作者角色的转换。

4 结束语

实践证明，设计机械制图虚拟模型库是有效的，借助于三维虚拟模型库的帮助，机械制图中的重难点如：截交体、相贯体、剖视图等都可以形象地展现在学生面前，使得学生对机械制图中的难点理解变得容易，提高了学习的信心。另一方面，建立三维虚拟模型库减轻了老师的教学负担，提高了教学效率，学生还可以将自己不能理解的，根据需要，在网上反复学习、观看这些内容直到理解为止。

虽然现在建立的虚拟模型库还存在很多缺陷和不足，如模型不理想、模型库太小、模型数量有限等，但建立三维虚拟模型库是有广泛前景的，它丰富现有的教学资源，带来更加快捷、高效的教学方法。如果将来更多的学校和模型开发者参与其中，就可以带来更加丰富的模型资源，为现代教学提供更多服务。

[1]贾志欣，张美琴，陈俊华.面向CAD／CAM／CAE的机械制图教学研究与实践[J].现代设计技术，2005，34（2）：107-109.

[2]黄康.机械cad与solidworks三维计算机辅助设计[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2005.

[3]李启炎.三维CAD设计及制图教程[M].上海：同济大学出版社，2000.

[4]吴晓庆.《机械制图》与机械软件课程一体教学法探究[J].科技创新导报，2014（3）：145.