基于AutoCAD技术《机械制图》课教学方法的探讨

郭延文

（湘潭大学 湖南 湘潭 411100）

1.问题的提出

图样是表达和交流技术思想的重要工具，是企业工程技术部门的一项重要技术文件。设计人员通过图样来表达设计意图。加工人员以图样作为生产依据，机械设备操作人员也要通过图样来了解机器设备的结构和性能。所以机械工程技术人员必须熟练掌握这一工具，要具有绘制和阅读机械图样的能力[1]。

《机械制图》是大专院校、科研所的机械类及其相关专业学生必修的一门主干技术基础课[2]，在课程设置中，《机械制图》一般是安排在大学一年级第一学期开设，开设该课程是为了培养学生的空间能力、立体思维能力、读图能力、绘图能力和严谨的工作作风，为后续课程或将来继续深造打下基础，也为其走向工作岗位打下基础，以满足现代企业对综合性应用型人才的需求。《机械制图》是一门实践性很强的课程[3,4]，其主要内容包括制图的基本知识、投影基础、基本立体及其交线的投影、组合体的视图及尺寸标注、轴测图、图样的画法、常用件和标准件、零件图、装配图等。

刚进入大学的新生由于缺乏工程实际方面的感性认识和实际经验[5]，在课程学习过程中有许多内容在短时间内难以理解和掌握，譬如立体的投影、立体的截交线和相贯线、组合体的三视图、机件的结构及其表达方法、机器的装配及其装配图等。总而言之，就是空间想象能力不够的情况下，难以理解空间体和投影图之间的关系。

《机械制图》课程传统的教学方法是结合教学模型、三角板、圆规、粉笔等在黑板上作图和板书为主，体现为平面性教学[6]。在该方法的教学过程中，如果绘图对象很简单，通过教学模型的展示，学生能够理解和听懂，反之，必须要求学生具有良好的空间想象能力，否则理解就很困难了，因为缺乏较复杂对象的教学模型。这样一来，对大多数学生来讲，在有限的时间里，由于空间想象能力的缺乏，传统的教学方式只有效地传授给学生较少量的知识[6]，学生也只能理解和接受较少的知识。如果在《机械制图》课程教学中应用AutoCAD技术，再结合多媒体，使授课内容形象、直观和生动，且通俗易懂，大大降低《机械制图》课程学习的难度，节省课堂教学时间，且能够激发学生的学习积极性和兴趣[7]，让学生快速地掌握该门课程的知识和重点、难点，提高课堂的教学质量和效率。

AutoCAD是由美国Autodesk公司开发的设计类软件，自1982年诞生以来，一直是工程设计领域应用最广的软件，其最为基本功能之一就是绘图，可以绘制二维图形、三维立体图形，而且操作简单。

笔者从事《机械制图》课程的教学已经多年，应用AutoCAD绘图技巧和相应功能，对于该课程的教学颇有帮助，现从以下几个方面谈谈Auto-CAD在该门课程教学中的运用情况。

2.三面投影体系［1，2］

为了表示物体的整体大小和形状，必须从几个不同方向画出物体的投影图，在工程图样中，通常采用与物体的长、宽、高对应的三个互相垂直的投影面，这样就构成投影的三面投影体系，工程图样就是基于这样的投影体系，对于初学者来说，有些学生理解不了投影体系，搞不清投影体系形成的投影（也叫视图）与物体之间的关系，也不明白投影与工程图样的联系，如图2-1所示。

图2-1 几何体的三视图

如果运用 AutoCAD 绘制其立体模型图［8，9，10］，如图2-2所示。结合多媒体可以简单而又直观地说明三面投影体系及三视图，如图2-3所示。

图2-2 几何体在三面投影体系中空间状态

图2-3 几何体的三面投影体系及三视图

3.截交线和相贯线

截交线是截平面与立体表面的交线，相贯线是指立体表面相交形成的交线[1,2]。对于这些概念，多数同学都能理解，但是对于各种截交线和相贯线具体形态，由于空间想象能力的不足，许多同学想象不出，因此给教学带来困难。鉴于此，适当运用AutoCAD的绘图功能，特别是三维绘图功能，此问题就迎刃而解了。

3.1 理解和绘制平面立体的截交线

如图3-1所示，这是一个由基本几何体（三菱椎体）切割而成的几何体，对于初学者来讲，较难想象出其空间面貌。因而正确绘制出截交线（截交线都是直线段）就更难了。

图3-1 几何体三视图

图3-2 几何体的立体图

如果用AutoCAD的三维绘图功能，建立其立体模型［9，10］，如图 3-2 所示，而且能从不同的视角观察，那么直观的空间形态就会容易理解了，有了这样的立体效果图的帮助，在绘制其图形就简单了。

3.2 理解和绘制曲面立体的截交线

如图3-3所示，这是一个由基本几何体（椎体）切割而成的几何体，其截交线既有直线段部分，又有曲线段，对于初学者来讲，正确绘制出绘制其图形有相当的难度。

图3-3 曲面立体的截交线

图3-4 曲面立体三维模型

如果建立其三维模型，如图3-4所示，而且能从不同的视角观察其模型，学生就可以清楚、直观地看到截交线的位置和形态，这样就可以把该几何体的三视图画出来了。

3.3 理解和绘制曲面立体的相贯线

如图3-5所示，这是一个由基本几何体（椎体）切割和叠加而成的几何体，轮廓线既有截交线，又有相贯线，其截交线、相贯线既有直线段部分，又有曲线段，对于初学者来讲，理解和绘制其图形有些困难。但是用AutoCAD建立其三维模型，从不同的视角和结构内外观察其模型，就可以清楚、直观地看到交线的位置和形态，同时，也理解了这个集合体的结构，如图3-6所示。

图3-5 曲面立体的相贯线

图3-6 曲面立体的相贯线立体模型

4.组合体三视图的绘制

在工程上称投影图为视图。按机械制图国家标准的规定，把物体的三视图，即V面、H面和W面投影分别称为主视图图、俯视图和左视图［1，2］。机械零件的种类繁多，形体各异，但通过分析，就不难看出它们的形体都是由一些基本几何体组合而成，称为组合体。组合体的组合方式可以分为堆积和挖切两种基本形式［1，2］。掌握组合体的三视图的绘制是学画机械零件图的基础，组合体的三视图是正投影法的应用，综合了点的投影、直线的投影、面的投影以及他们之间的相互位置关系，绘制其三视图都是由由简到繁、由易到难，循序渐进地完成该知识的学习。

在教学过程中，如果只运用传统的教学方法，会达不到较好的效果和效率，主要是因为，一是组合体的教学模型有限，给学生展示的多半是一些简单的组合体，代表性不强；二是绘制组合体三视图时，图线较多，特别对于一些复杂的组合体来说，更是如此。应用AutoCAD强大的绘图功能和多媒体技术，这些都不是问题。以下图组合体的绘制为例说明其三视图的绘制。

这个组合体结构很典型，也相复杂，要正确绘制其三视图，必须能够先想清楚其立体结构，包括其细节，然后按照三视图的绘制规则完成图形的绘制。

教学过程分两大步：一是用AutoCAD三维功能建立组合体的立体模型（备课时完成），讲授时能够改变模型的位置，让同学们看清其结构，如图4-1所示。二是用AutoCAD平面绘图功能完成三视图，如图4-2所示。

图4-1 组合体的立体模型

图4-2 组合体的三视图

5.剖视图

在《机械制图》课程教学中，隐藏的轮廓线，一般采用虚线表示的形式，如图5-1所示，当隐藏面较多时，图纸就变得复杂难懂。针对这一个特点，利用 AutoCAD 软件的刨切功能［9，10］，可以用软件将绘制好的实体剖开并着色渲染，如图5-2所示，学生读图时更加直观明了，这是普通教学工具所达不到的理想教学效果。

图5-1 隐藏的轮廓线

图5-2 实体剖开并着色渲染

6.习题课

学习《机械制图》这门课，最大的特点之一就是多做练习，通过大量练习才能真正对其内容理解、消化和巩固。所以习题课也是授课教师应该重视和加强的。上课时，传统的教学方法需要一些教具，比如圆规、三角板、粉笔、教学模型、教鞭、黑板及黑板刷等，在做习题讲解时，用这些工具一笔一划地完成习题图形，教师在黑板上作图时，有时身子挡住视线，学生根本看不到做图步骤，特别是在讲授复杂机件的三视图时，每完成一步必须停下来解说，同时，三视图的图线也很多，特别是作图时的辅助线很多，而这些辅助线不能很好的定位，影响作图的准确性，同时，有些辅助线是不便檫掉的，使试图面很混乱，一堂课下来也完成不了一个习题，这不仅仅是授课效率低，而且学生听课效率也低，达不到很好的教学效果。如果用AutoCAD结合多媒体来讲习题课，那就好多了，如图6-1所示。

用AutoCAD比用传统方法有几个优点。

第一.整过讲解过程视线没有任何遮挡，通过教师的讲解和使用鼠标、激光笔的指示，学生都能清楚地看到作图步骤。

第二.对于较复杂的机件完成三视图时，辅助线很多，AutoCAD能很精准[9,10]的确定其位置，且根据图面的需要对辅助线可很灵活的处理：隐藏、删去、保留等，从而保证整个图面的清晰。

第三.作图过程可以保留下来，而且可以重复观看作图步骤，如果有些同学没听懂或看懂，可以在课堂重现作图步骤或COPY图形文件，课后再学习，这是传统方法是达不到的。

第四.效率高，用AutoCAD技术讲习题课，一堂课可以讲授数个习题。

图6-1 AutoCAD作图

7.结论

由上可知，在《机械制图》这门课的教学中，结合多媒体技术，合理使用AutoCAD软件的相关功能，特别是AutoCAD软件的三维设计功能，可以实现“体一平面一空间”的相互转换，把实体模型以立体图形的形式展现给学生，同时，教师不但可以将实体模型的整个造型过程展示给学生，而且还可以让学生通过AutoCAD软件的演示，观看到实体的各个细节，增加了教学内容的直观性，让学生在读图时更加通俗易懂，使教学过程生动有趣，从而充分调动学生学习的积极性和主动性，在很大程度上，提高了教师授课的效率，也提高了学生学习的效果。