CAD三维基础与应用课程的探索与实践

刘付东标 夏春华 孙会强

摘要 CAD三维基础与应用课程作为面向广东海洋大学全校开设的通识教育拓展课，为了培养适应现代社会的三能应用型本科人才，对该门课程进行了教学探索和实践，具体包括教学内容、教学形式、教学方法和课程考核等内容，培养学生三维基础知识和拓展学生空间思维、空间设计的三维实体创作应用能力，使学生在三维设计与表达能力方面有显著的提高，经过多年的教学探索与实践，并取得了良好的教学效果。

关键词 CAD三维基础；通识教育拓展课；CAD三维专家模式操作；屏幕录像教学视频；CAD三维应用

中图分类号 S-01 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）13-0226-04

Teaching Exploration and Practice of the Foundation and Application Course of CAD Threedimensional （3D）

LIUFU Dongbiao1，XIA Chunhua1，SUN Huiqiang2

（1.Agricultural College of Guangdong Ocean University， Zhanjiang，Guangdong 524088；2.Mathematics and Computer Science College of Guangdong Ocean University， Zhanjiang，Guangdong 524088）

Abstract The CAD threedimensional basic and application course is a general education development course for Guangdong Ocean Universitys entire school. To cultivate threeapplication undergraduate talents who can adapt to modern society， this course has been explored and practiced in teaching， including teaching content and teaching forms， teaching methods and course assessments， etc..It also cultivates students threedimensional basic knowledge and expands students spatial thinking and spatial designs threedimensional solid creation and application capabilities， enabling students to significantly improve their threedimensional design and expression capabilities.After years of teaching exploration and practice， and achieved good teaching results.

Key words CAD threedimensional foundation；General education development course；CAD 3D expert mode operation；Screen video teaching video；CAD threedimensional application

CAD具有易于掌握、使用方便、體系结构开放等优点，能够绘制二维图形与三维图形、标注尺寸、渲染图形以及打印输出图样、拍照和动画功能等，被广泛应用于各个设计领域[1]。CAD三维是CAD二维的拓展应用的延伸，随着三维绘图技术的应用，不仅可以减少二维图纸数量，而且更具有易懂、准确、高效、直观和真实性强，以任意角度观察局部或整体实体等特点[2]。在当前，通识教育得到了高等教育界的广泛重视[3]，CAD三维基础与应用课程作为广东海洋大学全校通识教育拓展课（课程归属信息技术及应用类），满足学生对CAD三维设计的需求，培养学生三维基础知识和拓展学生空间思维、空间设计和三维表达的能力，培养更能适应新时代三能应用人才，提高就业的竞争力，以适应社会对三维专业人才的迫切需求，具有重要的意义。有关CAD课程已经有一些教师对该课程的教学方法进行了研究[4-9]，对高等院校的CAD教学和培养CAD二维、三维专业人才均有较大的促进作用和参考价值。笔者根据CAD三维基础与应用课程作为全校通识教育拓展课，结合选课学生对象主要是已经学习过CAD二维基础课程或者选修过全校CAD二维基础通识教育拓展课的特点，近年来对该门课程的教学进行探索与实践的研究，使学生在学习完CAD三维基础与应用课程后拓展空间思维、空间设计和三维表达能力有较大的提高。

1 教学内容的探索与实践

1.1 CAD三维操作界面的智能化设置

CAD三维操作界面（工作空间）的工具栏的工具组成和设置直接影响操作者三维绘图的速度、质量和绘图效率。CAD 2010提供了“二维草图与注释”“三维建模”和“AutoCAD经典”3种工作空间模式[10]，其中“二维草图与注释”和“AutoCAD经典”工作空间模式主要利用二维工具栏的工具绘制或者修改二维图形等操作，“三维建模”工作空间模式主要利用三维工具栏的工具在三维空间绘制或者修改二维或者三维图形等操作。为了解决在三维建模工作空间既要进行绘制二维图形或者修改（二维是三维的基础），又可以进行三维图形的绘制和修改，同时又要快速高效操作，因此对三维建模操作界面（工作空间）进行智能化设置。具体方法如下：输入命令CUI→将三维建模设置为当前并确定（也可以在状态栏的“切换工作空间”按钮选择“三维建模”）→单击“快速访问工具栏”按钮→单击“显示菜单栏”→按组合键Alt+T→工具栏→AutoCAD→在44个工具栏中选择并显示8个工具栏（1-UCSⅡ、2-标注、3-查询、4-动态观察、5-绘图、6-三维导航、7-视觉样式、8-修改），同时将工具栏进行合理排序→输入系统变量Lockui→输入15按回车→将所有工具栏锁定→输入命令Wssave→将工作空间保存并命名为“3dws”→所创建的具有智能化的三维操作界面如图1所示。与CAD 2010提供的“三维建模”比较，CAD三维操作界面智能化设置后的工作空间（3dws）的特点是快捷方便在三维空间中绘制二维和三维图形等一系列操作，特别适合初学三维建模的学生使用。

1.2 CAD三维专家模式操作界面的设置

CAD三维专家模式操作又称全屏显示模式操作，CAD 2010三维专家模式操作界面是将界面扩大到屏幕边界打开，将菜单栏、功能区选项板、工具栏、命令行和状态栏全部隐藏，操作界面由标题栏（含菜单浏览器+快速访问工具栏）、绘图区域占全屏96%（以19英寸显示器计算）、三维光标组成，提供最大化的绘图区域，从而为三维绘图和观察实体提供极大的便利[11]。将CAD三维操作界面的智能化设置保存的工作空间（3dws）设置为CAD三维专家模式操作界面（Exmo）的方法如下：单击“快速访问工具栏”按钮→隐藏菜单栏→按组合Ctrl+0→按组合Ctrl+9→输入系统变量Statusbar→输入0按回车→此时的操作界面如图2所示。进行CAD三维专家模式操作绘制二维或者三维图形等一系列操作，在屏幕看不到任何命令，因此需要学生掌握相关的知识和实绘技能，CAD三维专家模式操作的特点不仅具有操作速度快、准确和高效的特点，而且具有保护视力和省力的作用[11]。CAD专家模式操作对拓展CAD三维操作界面的应用，让学生追求最高水平的CAD操作有一个共同目标（快、准、高效、保护视力及省力），有利于广东海洋大学三能特色人才的培养，为提高学生CAD三维绘图综合应用能力和就业竞争力打下坚实的基础。

1.3 CAD三维专业和个性化的绘图环境设置

CAD三维绘图环境设置包括专业化组合性能设置和个性化设置[12]。因为CAD三维绘图环境的组合性能设置对CAD绘图的质量和速度有着密切的联系。在CAD三维建模操作界面上无论是3dws或者是Exmo操作界面，它们都必须依靠CAD三维绘图环境的优良组合设置，才能保证操作者以快速、准确和符合专业标准的设计图形。既要符合专业标准又要有个性化绘图环境的设置方法如下：输入命令Ds（Dsettings）→弹出“草图设置”对话框→对“捕捉和栅格”“极轴追踪”“动态输入”和“快捷特性”选项卡全部取消启用→只对“对象捕捉”进行设置，“启用对象捕捉”和“启用对象捕捉追踪”，对象捕捉模式分别选取端点、中点、圆心、节点、象限点、交点和垂足共7个→完成草图设置→按组合键Alt+T→弹出“选项”对话框→单击“配置”选项卡→单击“添加到列表”→输入并命名“lfdb”→按“应用并关闭”→选中“lfdb” 并对“lfdb”从右到左的选项卡进行设置→“配置”将“lfdb”设置为当前→“选择集”设置，拾取框大小输入系统变量Pickbox值改变为10，其他默认→“三维建模”设置，启用在三维十字光标显示Z轴，十字光标标签使用X、Y、Z轴，取消二维和三维显示ViewCube和Ucs圖标→“草图”设置，启用显示自动捕捉靶框，将自动捕捉标记移动至1/2处，靶框大小输入系统变量Aperture的值改为5→“打开和保存”将取消自动保存→“显示”设置，启用显示工具提示及工具提示中显示快捷键，将十字光标大小输入系统变量Cursorsize的值改为50～80；“颜色”设置，三维平行投影的十字光标设置为洋红色，并启用为X、Y、Z轴染色→其他选项卡保持默认值→完成对lfdb的专业化和具有个性化的设置。如果要将lfdb设置输出至其他电脑使用，则将lfdb的设置输出配置文件lfdb.arg在其他电脑输入即可使用。对CAD三维操作界面智能化的草图和选项设置，是学生学习CAD三维基础与应用课程的基础，同时也是CAD三维专家模式操作绘图环境专业化和个性化最基本的优良组合设置。

2 教学形式和教学方法的探索与实践

2.1 理论教学与实践操作相结合

CAD三维基础与应用课程的总学时为24，12学时为理论课，12学时为学生上机操作课，理论课和上机操作课均在同一个电脑机房进行，教师上完45 min理论课后，学生接着就可以验证教师的理论或者操作，教师下来巡回指导学生操作，发现提问及时向学生解答或操作演示回答，让每位学生都有机会提问，实践证明CAD三维基础与应用课程的理论教学与实践操作相结合是较好的上课形式，具体表现为学生学习积极性和学习兴趣较高，有利于教师教学和学生学习，尤其是CAD三维操作软件课程显得特别重要。

2.2 课前教师制作专家模式操作屏幕录像教学视频与上课教学屏幕录像教学视频相结合

CAD三维基础与应用课程无论是理论或是上机操作课，为了使学生更加了解和掌握教师上课内容和操作步骤，在每一次上课前，教师用屏幕录像专家V7.5软件制作理论教学视频和CAD三维专家模式操作上机创作教学视频，并命名为理论课-内容.exe视频文件（此文件属于应用程序类型，可以在任何一台电脑打开观看），上机操作-如CAD三维专家模式操作界面的设置.exe文件，同时将上理论课也用该软件制作理论教学视频，并命名为课堂理论课.exe文件，在上机操作课时同时发给学生，让学生可以多次观看教师上课的教学视频，又可以观看CAD三维专家模式创作视频，这样既有启发学生思维的作用，同时又可以反复学习教师上课操作教学视频的整个创作过程，具有易学、易懂、易操作的特点，这对提高学习该课程的学生启发其三维空间设计和学习兴趣有极大帮助，也是该课程的亮点之一。

2.3 以学生为中心的教与学，让学生参与教学活动

CAD三维基础与应用课程的教学是为培养学生普及CAD三维基础、掌握看三维图的基本知识，提高操作技巧和三维设计创作应用能力，以学生为中心，根据学生的需求，制定相应的教学方法和措施，让学生学习该门课程感兴趣，创作过程有技巧，主动学习，巡回指导时发现问题及时向学生讲解和操作示范，教师在精通CAD二维和三维建模的前提下，尽最大努力讲授好每一节课，同时学生在上机操作课时，教师通过屏幕控制观察每一位学生创作和完成情况，找出最快完成创作的学生，将其屏幕操作设置为教师上课屏幕，让学生观看优秀学生上机创作过程和参与教学活动，对加强师生教学互动、活跃课堂气氛有着重要作用。

2.4 学生课堂实践操作与课外实践操作相结合

CAD三维基础与应用课程作为全校通识教育拓展课，课时24学时，要用有限的课时拓展学生无限操作与练习，因此老师必须在课前创作对三维专家模式操作视频和课堂中上课创作的视频，让学生在上机操作时进行观看、验证和上机操作，学生复制视频文件带回去，在課外空余时间可以多次观看和进行实践操作，学生课堂实践操作与课外实践操作相结合，实践证明，课堂操作拓展至课外操作，对提高学生学习兴趣和学生创作三维作品成功的成就感有着重要的作用。

2.5 CAD三维基础与应用相结合

任何一个绘图软件，如果只讲基础，不讲应用，学生学习起来就会感到枯燥，为了使该课程既要讲CAD三维基础，又要讲CAD三维的应用，这样可以将CAD三维基础和实际三维创作应用相结合，更能吸引学生的眼球，使学生对学习该门课程的过程感到有乐趣，创作过程有技巧，方法更是一流。在三维基础讲授过程中，结合学生身边最常见的三维实体创作从初级开始（如气球、垃圾桶、小木凳、水养仙人球）（图3～6），逐步向具有一定综合性的三维实体中级创作发展（如平行双跑楼梯、螺旋形楼梯、电脑显示器、主机和键盘）（图7～9），最后是跨学科和具综合性较强应用的高级三维创作（如图10房子）。从基本的实体创作到复杂的实体创作，二维平面结构→面域（或者实体建模）→三维实体整合→材质→渲染效果→动画效果制作等，都是CAD三维基础与应用高度相结合的结果。CAD三维基础与应用的结合，是将CAD二维、三维基础理论与软件实践操作及其实体尺寸结构综合应用表现技术设计的结果，同时结合材质渲染等表现艺术效果，这更有助于技术和艺术相结合表现的三维实体的辅助设计，CAD三维基础与应用相结合，更有利于激发学生的创作热情和启迪学生创作的灵感。

3 CAD三维基础与应用考核的探索与实践

根据CAD三维基础与应用课程教学大纲要求，总成绩=平时成绩（占50%）+考试成绩（占50%），其中平时成绩包括上课考勤占10%、上机操作课下课后交电子版课堂作业（按序号-学生姓名-班级建立文件夹的Dwg文件作业，放在学生操作电脑K盘上，老师统一收集）占20%、课外作业交电子版和屏幕录像操作视频文件占20%（老师提供实体三视图及其效果图对应标注或者数据，并输出PDF图发给学生课外创作，除要交创作的Dwg文件外，还要提交三维创作过程的操作视频文件*.exe，统一收集），考试形式以试卷理论考核与上机创作三维及其实体的参数量化标准相结合，考核学生对CAD三维软件基础的理论知识，重点考核学生对CAD三维的综合应用能力，不仅按规定的标注创作三维外，而且还要对创作的三维实体有一个准确的参数量化标准即是用命令（Measuregeom）去查询所创作的三维实体的表面积和实体的体积，它具有创作三维实体唯一的参数标准答案。创作方法可以有多种去完成，但其结果三维实体的表面积（或体积）是唯一的。既能考核学生实际操作能力，又能考核学生严谨思维、准确创作设计能力，同时也能体现CAD二维、三维准确性是该软件最显著特点。

4 结语

CAD三维基础与应用作为广东海洋大学通识教育拓展课，经过多年的教学探索和实践，对该门课程的授课教学内容尤其是CAD三维操作界面进行智能化设置，采用CAD三维专家模式操作的新颖性对CAD三维绘图操作环境进行优化设置；教学形式和方法是采用理论与上机实践操作、专家模式操作屏幕录像教学视频与上课教学屏幕录像教学视频、CAD三维基础与应用相结合，课程采用多种形式的考核方式进行，制作独特教学视频从课堂实践操作拓展至课外实践操作，极大激发和调动学生学习的自觉性，使学生在学习过程中感到乐趣，培养学生空间思维、三维设计和三维表达的能力。该研究为CAD三维基础与应用课程教学探索和实践提供理论和实践依据，对普及CAD三维通识拓展教育和适应新时代CAD三维高级专业人才的培养具有重要意义。