浅析三维CAD辅助工程制图教学的方法

杜宏伟

摘 要：工程制图教学中不断暴露出学生空间逻辑思维能力不强的问题，大多数学生的空间想象力都无法适应工程制图的学习要求，将三维CAD造型技术引入到工程制图教学中可以有效解决上述问题。三维CAD造型技术不仅可以作为一种创新教学理念发生作用，同时也可以利用现代化的教学技术帮助学生实现“平面——空间——平面”的思维转换，对提高学生在工程制图教学中的空间想象力与构型能力有着重要作用。本文就三维CAD辅助工程制图教学的具体实践进行讨论。

关键词：三维CAD造型；工程制图；构型能力；应用

一、三维CAD辅助教学方法

目前，制图教学过程中教师主要以几何体实物模型来为学生演示，或利用幻灯片等多媒体教学手段来帮助学生进行理解。对于学生来说，实物模型是非常形象化的教学模式，可以帮助学生不断加强对复杂截交、相贯问题空间概念的理解，但是在制图教学过程中受到实物模型教具的限制，教师无法在讲解某一知识点时通过大量的实物模型来帮助学生全面理解，所以教师在制图教学过程中亟须新的教学手段、教育技术来满足学生空间想象的要求。[1]CAD/CAM技术的快速发展使计算机绘图软件在工程领域的应用范围不断扩大，尤其是三维CAD技术，在具体应用中，其强大的三维建模造型功能，可以帮助教师在工程制图教学中快速实现立体实物的造型和变换，并且其视图的快速转变也可以满足工程制图教学的发展要求。CAD软件所具备的三维建模能力可以帮助教师将复杂的空间几何形体问题具体化地展现给学生，从而在制图教学中帮助教师培养出学生良好的空间想象力，同时也对丰富学生工程结构感性认知能力有着重要作用，对于教师来说三维CAD辅助工程制图教学可以取得良好的教学效果。[2]教师利用三维CAD辅助工程制图教学可以帮助学生提前接触三维CAD软件，并且可以让学生对CAD软件界面的具体操作有一个认识与了解，这也对进一步提高后续课程教学成效有着重要作用。

二、三维CAD辅助工程制图教学的优势

1.图形展示更清晰、灵活

在复杂的组合体教学过程中，教师可以通过三维CAD技术建造出直观的几何模型，再利用其三维图与二维图之间的转换工程，将二维图与三维模型的动态转换过程展现给学生。三维CAD软件还可以实现几何模型的主视图、俯视图以及左视图的视角转换，通过对立体图的旋转处理来使学生从任意角度进行观察，从而代替几何体实物模型演示教学方法。[3]对于学生来说，该种技术可以将抽象的空间想象问题进行具体化、直观化处理，进一步提高学生在工程制图教学中的感性认识。[4]三维CAD技术可以对复杂零件进行剖切、爆炸以及运动仿真处理，使学生对零件内部结构等进行直接的观察与分析，确保工程制图教学内容的清晰化，并进一步强化学生对知识点的理解。教学过程中，教师可以根据具体情况将学生所提的问题通过CAD软件展示在学生面前，并可根据下一环节教学的需求对三维模型进行修改，使教学模型可随教学需求灵活变动。

2.图形携带更便捷

在工程制图教学过程中教师可以将三维CAD技术建立的几何模型制作成电子文档储存到U盘中，以便在工程制图教学领域对教学资源进行共享，并可彻底消除传统教学模式下实物模型携带不便等问题。三维CAD辅助工程制图教学模式的应用还可以降低教学成本，进一步提高多媒体教学设备在工程制图教学中的利用效率。故对于工程制图教学领域来说三维CAD辅助教学技术是其发展的必然趋势。[5]

三、三维CAD建模与工程制图教学的融合

将三维CAD技术应用于工程制图教学中需要教师明确三维CAD技术只是一种辅助教具，明确三维CAD辅助工程制图教学中教学内容的主体地位，充分解决好工程制图教学内容与三维CAD软件之间的主辅关系。这样才能确保教师通过三维CAD技术不断提高工程制图教学质量。

1.三维CAD建模与工程制图教学内容的协调

教师要将三维CAD技术作为一种教学工具、方法和手段，对其应用的主要目的在于改善工程制图教学全过程，工程制图投影理论教学的内容主要以点、线、面与立体的投影为主，所以教师在教授点、线、面内容之初便可以将CAD软件引入其中，利用三维CAD建模来帮助学生正确培养出“体”的概念，这对进一步提高学生在工程制图教学中的空间意识有着重要作用。对于点、线、面之间的空间相对位置关系，需要利用“体”进行说明，并可利用三维CAD软件来改变立体形状及立体间相对位置，来对同一立体与不同立体间点、线、面的位置关系进行说明，在该环节中可以充分利用三维CAD辅助工程制图教学模式的优势。在工程制图教学中由于学生没有良好的空间概念，很难理解点、线、面等抽象元素的投影问题，利用几何实体模型将其形象化，可以帮助学生进一步加强对该类抽象知识的认识与理解，并确保整个工程制图教学具备良好的趣味性。将三维CAD建模融入到工程制图教学中是一种创新教学理念，但由于受到课程学时等多方面因素的限制与影响，不能将三维CAD建模的教学作为工程制图教学的主要内容，而要将三维CAD建模作为工程制图教学的一种教学手段。

2.三维CAD建模与传统实体模型教学的比较

在工程制图教学中，三维CAD建模的应用侧重于建模的过程与方法，而传统的实体模型只能作为相关知识的“结果”。传统的实体模型无法将建模的动态过程展示给学生，导致很多学生在工程制图教学中空间意识较差，尤其是当前部分院校采用工程制图大班教学，传统模型教学方法的局限性更为突出。工程制图教学对几何造型动态变化的内容没有过高要求，利用三维CAD建模技术可以达到传统教学手段相同的教学效果，还能将几何形体建模动态过程展现在学生面前，弥补传统实体模型的不足。三维CAD辅助工程制图教学模式的实时性、动态性以及可操作性等特征，使三维CAD技术成为工程制图教学的一种有效手段。

四、结语

综上所述，三维CAD辅助工程制图教学模式在具体应用中具有以下优势性能：三维CAD技术可以在最大程度上弥补传统实物模型演示教学方法的不足；三维CAD技术具有实时性、动态性以及可操作性等特点，可以帮助教师进一步提高工程制图教学的整体成效。

参考文献：

[1] Fitzpatrick M.机械加工技术[M].卜迟武，唐庆菊，岳雅璠，等译.北京：科学出版社，2009：44—53.

[2]张京英，焦永和，罗会甫，等.三维造型设计与工程图学的有效融合[J].工程图学学报，2010，31（06）：151—154.

[3]叶 军，孙根正.三维建模引入制图课程的改革研究[J].图学学报，2008（02）.

[4]陈丽军.三维CAD软件在《机械制图》教学中的应用[J].洛阳师范学院学报，2011，37（02）：120—122.

[5]林清夫.引入三维几何建模的工程图学教学模式分析与比较[J].图学学报，2006（04）.

（作者单位：青岛农业大学机电工程学院）