三维实体建模在《工程制图》教学中的应用研究

张平 陈森昌

摘 要：该文介绍了《工程制图》课程的地位和特点，叙述了《工程制图》在教学过程中的困境与难点。讨论了AutoCAD三维实体模型在《工程制图》各个章节中的地位和作用，详细叙述了直线和平面基本投影的制作过程、特点和作用。介绍了立体截切体、相贯体、组合体及零件剖视图的三维模型在提高学生空间思维能力及制图技能方面的作用和效果。

关键词：工程制图 三维 建模 教学

中图分类号：TB23-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0151-03

《工程制图》是工科院校的一门专业基础课程，主要用于培养学生的空间想象力、识读工程图样及绘制工程图的能力等[1]。这门课要求学生具备较强的空间想象力，但空间思维能力不是一下子就能够培养出来的，空间能力的培养要贯穿于课程的整个教学过程中，因而研究和探索提高学生空间想象能力的方法和途径就有着十分重要的地位。

从众多的文献中可以看出，对于空间想象力的培养，很多人提出多种观点和改革方案[2-6，8]。笔者在多年的《工程制图》教学过程中，经常采用AutoCAD制作三维实体模型辅助多媒体教学，有许多经验与体会。文章探讨了在《工程制图》的各个知识点如何利用AutoCAD三维建模功能制作三维模型，增强学生的空间想象力，提高空间思维能力，增强学生的学习积极性，为其他教育工作者提供交流与借鉴。

1 三维实体建模在《工程制图》教学过程中的作用

1.1 在投影基础教学过程中的作用

对于三维模型辅助教学，许多人都是在立体及以后的章节中采用，而在点线面的基础投影里还没有看到这方面的论述[7， 9]。而对于点线面的投影及它们之间的相互位置，许多学生理解起来非常困难，特别是线与线、线与面相交以后的投影，需要很强的空间思维能力和想象力，所以学生在这部分内容的学习一般不很扎实，这将影响以后的学习。通过反复摸索，结合教学特点，笔者首先建立3个坐标轴X、Y、Z，再根据这3个轴的关系建立3个相互垂直的平面作为投影面，这样就建立了三维投影坐标系，如图1（a）所示。以这个坐标系为基础，在其间插入直线和平面，可以制作直线投影、平面投影及它们之间的相互关系，如图1和图2。通过动态观察和视图选择，学生可以清楚它们的投影特点和相互关系。经课堂教学证明，这些三维立体模型对学生的空间思维有很大的帮助，大大提高了学生的理解。

1.2 在基本立体及表面交线的作用

零件都是由若干基本几何体组成，因此基本几何体的空间形状及投影规律是复杂零件图形绘制的基础。学生从点、线、面过渡到基本立体，还是存在一些困难，特别是曲面立体的投影。如果这部分掌握不牢固，对后面的组合体及复杂形体将产生很大的影响。大部分学校是采用实物模型来增强学生的理解，但实物模型数量毕竟有限，而且实物模型全部拿到课堂上也是非常麻烦。而采用AutoCAD三维模型功能可以灵活方便地绘制所有几何体，而且可以激发学生的求知欲和增强学习兴趣，如图3（a）所示。

截交线和相贯线这部分是《工程制图》教学过程中的典型难点，立体被截切或相贯以后会变得非常复杂，学生一般要反复观看、不断摸索，才能掌握它们的特点，才能得出正确的平面投影。如果看不到立体形状，学生理解起来非常困难，平面投影更是无从下手，非常容易出错。一般情况下，学校会给出一定的实体模型供学生观察，但是《工程制图》教材会经常更新和变化，实体模型很难适应所有教材。采用AutoCAD可以绘制多样化的立体截切体和相贯体，如图3（b，c，d）所示。这些三维模型给学生一种很直观的感觉，而且学生可以像实体模型一样翻转，可以观看不同视图的投影，大大增强了学生的理解，增强了学生的自信心，起到了很好的教学辅助作用。

1.3 在组合体视图中的作用

组合体的投影较简单几何体复杂很多，其绘制过程也具有一定难度。采用AutoCAD可以出绘制出典型零件的组合体，而且可以演示组合体的组合关系，如图4（a）所示。一些通过切割得到的组合体也可以绘制出来，如图4（b）所示。如果《工程制图》理论课的学习和CAD软件的学习同时进行，可以让学生尝试自己绘制三维图，可以大大提高学习兴趣，增强理解和掌握。

1.4 在机件常用表示方法中的作用

当零件具有特别复杂的形体，而且内部具有较多孔洞等结构时，一般要采用剖切的方法。合理的剖切能够完整地表达零件的内外部形状结构。AutoCAD具有专门的剖切工具，能够对各种形体进行不同形式的剖切，例如全剖、阶梯剖等，如图4（c、 d）所示。

2 结语

使用AutoCAD软件绘制三维模型，弥补了实物模型不全的缺陷，而且绘制模型简单方便，可以根据不同教材内容修改三维模型，方便灵活，省去购买实体模型的资金和时间；另一方面，使用软件绘制的三维模型给学生一种新鲜感和兴味性，激发学生的好奇心和求知欲，学生积极性会有很大提高。AutoCAD是一种应用极为广泛的绘图软件，工科学生一般都要学习这种软件，而且AutoCAD的三维绘图功能简单易学，所以学生边学习软件边自己绘制三维图，既提高了软件的知识又提高了自己的空间想象力，学习兴趣和学习效果大幅度提高。

参考文献

[1] 杨胜强.现代工程制图[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 李爱华.工程制图基础[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 张莺.浅谈《工程制图》教学中学生空间想象能力的培养[J].高校理科研究，2007（16）：373.

[4] 李富平，王建华，杨文通.培养空间想象力的教学模式探讨[J].机械管理开发，2007（97）：4-5.

[5] 谢义斌.机械制图课空间想象能力的培养[J].辽宁教育行政学院学报，2007，24（4）：121-123.

[6] 陈洁清.AutoCAD对《机械制图》课程改进作用的探讨[J].职业教育，2007：48-49.

[7] 高晓晋，李梅，杨清荣.利用Solidworks系列零件功能建立教立模型[J].昆明治金高等专科学校学报，2007，23（3）：84-88.

[8] 刘李平，侯煜.开目CAD和AutoCAD在工程制图课教学中的实践与探讨[J].机械管理开发，2007（97）：21-23.

[9] 韩丽艳.三维造型技术在工程制图教学过程中的应用[J].机械管理开发，2007（97）：36-40.