三維實體造型在制圖教學(xué)中的應(yīng)用論文
摘要：高校工程制圖課程的改革，要求既要減少課時、增加內(nèi)容，又要保證教學(xué)質(zhì)量。如何利用較少的課時快速提高學(xué)生的繪圖識圖能力，是工程制圖教學(xué)面臨的實際問題。利用三維實體造型作輔助演示，可以使學(xué)生快速建立空間立體概念，能取得良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：工程制圖；實體造型；工程形體
《工程制圖》是工程類學(xué)生必須掌握的一門實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生具有一定的識讀和繪制工程圖樣的能力與一定的空間想象能力。大量的空間立體分析是本課程不同于其他課程的一個顯著特點。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是從二維到三維再到二維，由于學(xué)生的空間想象能力較差，學(xué)習(xí)起來比較吃力。教學(xué)實踐表明，借助于CAD軟件的三維實體造型功能，通過對工程形體的實體模型演示，把工程形體的抽象、靜止的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成形象、生動的立體模型圖，采用先三維、后二維、再三維的模式進行教學(xué)，既可培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，也可提高教學(xué)質(zhì)量，收到良好的教學(xué)效果。
CAD三維實體建模概述
目前的三維實體造型軟件很多。常用的軟件有UG，Pro/Engineer，SolidWorks，CAXA，AUTOCAD等，該類軟件一般都具有二維和三維繪圖功能，能完成三維實體造型并能從實體造型生成三視圖和剖面圖，可以繪制顯示真實的色彩、材質(zhì)、表面特征、光影及背景特征的高質(zhì)量效果圖。在教學(xué)中使用三維實體造型軟件，可以把工程形體制作成效果逼真、生動形象的實體模型，在具體演示中實體可以實現(xiàn)任意方向的旋轉(zhuǎn)、任意截面的剖切，可以很清晰地觀察物體的各部分結(jié)構(gòu)。AUTOCAD在工程制圖中應(yīng)用比較廣泛，學(xué)生比較熟悉。
AUTOCAD實體造型在制圖教學(xué)中的應(yīng)用
截交線、相貫線截交線是由平面截切立體所產(chǎn)生的表面交線，相貫線是兩立體結(jié)交所產(chǎn)生的表面交線，是工程制圖教學(xué)中學(xué)生較難掌握的一個章節(jié)。在傳統(tǒng)工程制圖教學(xué)中，求截交線、相貫線等內(nèi)容，都是用立體表面取點、輔助面等方法來解決此類問題，這樣講解起來學(xué)生很難理解空間之間的相互關(guān)系。引入三維實體造型，在AUTOCAD中，讓學(xué)生自己觀察，通過截切命令后產(chǎn)生的截切形體的截交線的形狀（如圖1所示）以及兩個物體相交產(chǎn)生的相貫線的形狀（如圖2所示），總結(jié)截交線、相貫線的投影規(guī)律，增強感性認(rèn)識，可以為求截交線、相貫線的三視圖打下良好的基礎(chǔ)。
組合體組合體是由若干個基本體所組成的物體，工程形體雖然很復(fù)雜，但若加分析，都可以看成是基本體的組合。學(xué)習(xí)組合體的識讀和繪制，其目的是掌握繪制和閱讀工程圖樣所必需的分析方法，并培養(yǎng)投影作圖的技能和空間結(jié)構(gòu)分析能力，是整個投影基礎(chǔ)的重點。組合體中的題目是給出二視圖要求繪制三視圖，如圖3所示。常規(guī)的作圖方法是采用形體分析的方法，假想把組合體分解成若干基本體，然后再弄清它們之間的相對位置、組合方式（切割、疊加、綜合）及各部分之間的表面連接關(guān)系，從而對所要表達的組合體的形體特點形成總的概念，為畫視圖做好準(zhǔn)備。但大部分題目都沒有實體模型，對于剛接觸制圖的初學(xué)者，他們的空間想象能力還不是很強，僅僅依靠教師用語言描述，既浪費時間，學(xué)生也很難建立起完整的空間立體形狀，如不分析物體的形狀，只是單純地利用找點法做出三視圖是比較困難的。所以，解決問題的關(guān)鍵就是幫助學(xué)生建立起空間立體形狀。借助于AUTOCAD軟件的實體造型功能，制作出和題目形體一樣的實體模型圖，然后在多媒體教室的投影屏幕上進行演示。以圖4所示的軸承座為例，軸承座是綜合型組合體，可以想象分解為底板、肋板、支承板、圓筒和凸臺(小圓筒)五部分。支承板的左右兩側(cè)面和圓筒外表面相切，相切處無線；肋板與圓筒大圓柱面相交，相交處有交線；圓筒與凸臺相交，產(chǎn)生內(nèi)、外相貫線；其他各部分間表面連接關(guān)系均是相貼。利用AUTOCAD軟件的旋轉(zhuǎn)功能，可以很靈活方便地將實體模型進行任意位置、任意角度的旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從不同的方位進行觀察，進一步分析組合體的形體特點及各基本體之間的關(guān)系，很容易就可以完成三視圖的投影圖。
剖視圖剖視圖是為了說明工程形體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀而采用的一種表達方法，假想用剖切平面將物體切開，移去觀察者與剖切平面之間的.部分，對剩余的部分向投影面所得的圖形。剖視圖的題目一般是畫剖視圖或者改錯、補線等（如圖5所示）。由于沒有實物或模型，剖切后物體的投影，單憑主觀想象去畫，學(xué)生往往感到無從下手。利用AUTOCAD軟件的實體功能，繪制出工程形體的實體模型，然后應(yīng)用剖切功能，根據(jù)需要對實體模型在相應(yīng)的平面內(nèi)進行剖切（如圖6所示），把看不到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生很快就能掌握內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且印象深刻，制圖能力得到很大提高。
利用CAD三維實體造型軟件實現(xiàn)實體模型的演示，要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，不能讓學(xué)生僅僅停留在看實體模型演示，要采用互動式的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生分析各部件之間的關(guān)系，建立解題的空間幾何模型，確定空間解題步驟以及引導(dǎo)學(xué)生想象作圖結(jié)果的空間情況等，使學(xué)生在空間——平面——空間這樣一個反復(fù)的過程中，對教學(xué)內(nèi)容加深理解，并培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力和分析能力。
借助CAD三維實體造型軟件進行教學(xué)，可以把原來用大量語言闡述的內(nèi)容，如組合體的立體結(jié)構(gòu)、各個基本組合體之間的相互位置關(guān)系、復(fù)雜物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，做成實體模型來演示，使學(xué)生看了一目了然，不用過多的語言描述。這樣，既提高了教學(xué)效率，同時又使學(xué)生在輕松愉快中完成學(xué)習(xí)，而且能更好地幫助學(xué)生建立空間概念，提高學(xué)生的制圖能力。
參考文獻：
[1]曾美華，鄭金．CAD技術(shù)在制圖教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力的應(yīng)用[J]．南昌高專學(xué)報，2002，（2）．
[2]張圣敏，等．AUTOCAD2006入門與實戰(zhàn)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2006．
[3]劉小年，郭克布．機械制圖[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．