工程制图学习系统的构建探讨

徐士飞

（江苏省高邮中等专业学校，江苏 高邮 225600）

工程制图学习系统的构建探讨

徐士飞

（江苏省高邮中等专业学校，江苏 高邮 225600）

文章文主要探讨构建一个工程图形和设计交互式的学习系统的设计特点。系统的构建应能针对制图学习中特定需求的学生，给学生充分的帮助和学习提高，学习资料和资源是在所有的学习系统中必不可少的部分。

学习；计算机；工程；图形

1 工程制图学习系统的设计探讨

（1）虚拟现实的设计与建立。CAI中获得虚拟现实模型的三种方式有：一是建模，通过不断构建获得模型；二是选择，可以从计算机辅助设计软件库或软件包中提取工作模型；三是逆向工程的应用，通过三维扫描现有对象直接获得模型完成建模。获取、整理、更新静态零件模型库本身也是一项庞大的工程任务。虚拟现实建模语言（VRML）提供的工具可用于模拟三维的世界，具有很强的功能性和交互性，最终能使操作者具有完全身临其境的视觉感受。目前有很多的老师作品在尝试基于模型的计算机辅助设计（CAD），以便制定专业的工程制图和设计CAI系统。

（2）四维模型的引入与设计。CAD模型建立最简单的方法来获取详细的模型的设计对象尺寸，根据现有的资料实施模型建库。如果在该模型显示时加入时间过程设计，就会变成一种理解和教学图形模型新的有效方式。时间部分也带来了新的理解观，3D模型可以成为四维模型。

三维实体造型是教师教学任务最重要的部分之一。在传统画法几何教学方式中，通过只绘制在黑板上，很难表达清楚三维物体的位置和形状。例如，初学者对于空间实物的理解力不够，在讲解面与面的相互空间位置关系时，学生总是感到困惑。但是，通过例如AutoCAD、CATIA、inventor等三维软件绘制的实体模型帮助下，其形状和相互位置关系，甚至于零件上细微部分的孔洞结构，可以清楚地观察到，结合实物就可以正确的绘制。经验表明，通过三维软件参与教学使用，越来越多的学生能够更快、更全面地了解工程制图实体形状，教学效率明显比传统的教学方法更高。例如在讲解圆柱与圆锥对穿的相贯线时，可以通过三维实体绘制显示其相贯线的空间形状特征，但如果制作成动态的4D四维模型，则可以进一步提高画法几何及工程制图的教学效率。在此例中，可以通过模型中圆柱的空间移动突出相贯线的变化规律性，也可以通过圆柱直径尺寸的变化，突出相贯线的变化规律。无疑，四维模型是工程制图教学更有效率的一种新的途径。

（3）其他辅助教学设计。辅导与作业练习的设计，需要实现从基于一个答案的选择方式，更改到复杂自主训练学习的模式，并且要能够提供交互功能和简单提示智能订正。虚拟环境可以代表任何真实的或抽象的三维世界，如建筑、风景、水下沉船、宇宙飞船、考古发掘遗址、人体解剖学、，雕塑、犯罪现场重建、太阳能系统等等。这些虚拟世界可以是动画、互动、共享，具有可以公开的行为和功能。形式化的智能四维模型知识，使教师能够快速创建和更新现实的时间表和日程安排表，并能把时间和空间两方面结合起来。这些智能四维模型支持日程安排，具有较低的设计成本，具有较好的抗干扰和安全性能，能提高设计进度，实施信息沟通。

2 工程制图学习系统对学习方式的影响探讨

在画法几何及工程制图中，铅笔、丁字尺和三角板绘制的传统教学方式，将逐步被电子数据处理所替代。手工绘图将作为保持学习的一部分基础技能，因为手是大脑的扩展部分。这意味着在教给他们传统绘制方式的同时引导他们进一步研究画法几何中的基本知识，因为理解几何原理是人类脑力的一个重要能力。

计算机工具和软件的不断更新和开发，使教学方式和手段有了更多的选择性。除了在教学中可以移动或旋转实体图片外，放大和缩小甚至于可以变化实体，这样就可以发挥计算机学习系统软件的更大作用，以达到更好的空间想象效果。使用新的工具，可以在一个更有效的方式呈现几何环境，未来的发展将带领人们进入虚拟教室。

交互式3D图形有着很强大的生命力，能为工程中较为复杂的三维现象提供解释。现代硬件允许以更快的速率渲染3D模型或实现交互功能，制图教学中三维模型交互处理最重要的是要澄清实体间的空间位置关系，不需要把所有制作注意力都用在渲染图像和文字描述上。

工程专业的学生也渐渐认识到掌握电脑技能对于他们将来项目设计的影响，学习好绘图软件是工程专业学生基础之一。如东南大学，从大一直到大四，每学期都必须开设计算机科目课程。计算机科目的开设，使学生计算机能力得到了较大提升，学生能够采用计算机实现高端技术设计与分析。

3 结语

工程制图学习系统主要凭借网络优势，构筑师生灵活方便的交流平台，以克服传统教学时制图学习困难的难点，实现易学易用的特点。在构建这一系统时，要特别注意3D、4D及虚拟现实的设计，实现从平面理解图形向空间和时间上理解图形的新特点。当然从一个系统的全面功能来说，它还应满足师生双向交流在时空、人际等方面的需求，同时还应包括如下功能：①灵活的信息发布与接受功能；②方便作业的上传、下载及批阅功能；③切实的学习管理功能；④实时、双向、多向的聊天讨论功能。

[1]王启美，王玲.工程制图多媒体网络教学系统若干问题的探讨[J].工程图学学报，2005，（3）

徐士飞（1984-），男，大学本科，助理讲师，主要从事中高职机电数控专业专业理论和技能实训教学工作。