三维建模融入《工程制图》课程教学改革与实践.pdf

三维建模融入《工程制图》课程教学改革与实践魏剑（三明学院福建三明365000）摘要：在计算机应用技术条件下，将三维建模融入到《工程制图》课程是时代发展的需求。通过对现有教学体系和教学内容进行改革，合理安排课时，处理二维图形与三维模型的关系，可以更好地培养学生的工程图学能力。关键词：三维建模；工程制图；教学改革G712：A：1672-5727（2012）04-0169-02《工程制图》是理工科的一门实践性非常强的技术基础课。随着计算机技术的飞速发展以及CAD/CAM技术的应用和普及，学生除了要学习传统工程制图技能，还要学习计算机绘图、三维建模等新知识。如何解决学时少、内容多的矛盾，处理好二维图形与三维模型的关系，更好地培养学生的空间思维能力就成为了工程制图教学改革的方向。传统《工程制图》课程体系传统《工程制图》课程教学内容由三大部分组成：一是画法几何，其核心内容是学习投影理论，包括点、线、面和基本立体的投影特性及作图方法、轴测投影和换面法，培养学生图解简单空间几何问题的能力和空间想象力、空间分析能力。二是制图基础，其核心内容是学习技术制图标准、组合体与机件常用的基本表示法，培养学生绘制和阅读投影图的基本能力，掌握标注尺寸的基本方法。三是机械图，其核心内容是学习零件图和装配图的有关知识。三维数字化技术的现状在当今的经济与信息时代，3D技术的应用在迅速改变着人们的生活。目前，三维数字化技术应用在工业设计、工程设计、模具、数控、仿真等方方面面，传统的制造业也发生了巨大变化。二维工程图样不再是工程界唯一的技术语言，应用三维CAD技术进行产品造型和设计分析是制造业今后发展的必然趋势。传统工业产品的设计过程一般由三维设计构思、二维工程图表达、读图还原三维实体模型、三维制造与装配等步骤组成。现代工业产品的设计过程一般由三维设计构思、三维建模、三维分析计算、三维CAE/CAM组成。两者最大的区别在于设计思想的表达，前者人为地增加了二维图纸这一中间环节，而在二维图形与三维模型的相互转换过程中容易出现一些问题，可能影响设计思想和专业知识的表达。三维数字化技术的发展消除了二维与三维的转换环节，且三维模型比二维工程图更加符合人类的思维方式和设计习惯，可以更好地提高设计效率。从我国制造业现状来看，绝大多数企业已经废弃图板，在产品的研发、分析等环节采用了三维技术，而最终的生产制造环节仍将其转换为二维图形进行生产。二维工程图和三维模型长期并存是我国制造业的现状。工程制图课程的定位、培养目标、课程体系、教学内容以及教学手段都应不断调整以适应时代发展对该课程的要求。改革后的工程制图课程体系从我校培养应用型理工科人才的定位出发，结合非机类专业在后续课程中较少涉及机械类课程的特点，本课程的培养目标定位于：使学生具有一定程度的二维读图能力；具有三维造型的理论基础，熟悉三维形体的形成过程，掌握较复杂形体的三维造型思路；加强徒手绘图训练；通过完成设定的教学项目了解实际工程项目在设计过程中的三维造型及工程图的完成过程。在教学实践中，根据画法几何和机械制图学习的不同阶段需要，稳步引入三维建模内容，进而形成完整的教学体系。以电子信息工程专业60学时工程制图课程为例，教学内容的设置和安排如表1所示。在画法几何的基本立体部分，我们引入草图概念，对拉伸体、回转体的形成及参数进行说明，使学生掌握三维实体造型的基本方法，对立体形成直观认识。截交线、相贯线是本课程的难点之一。通过三维建模，学生可以清楚地了解截交、相贯的概念以及各种位置下的截交线及相贯线的形状。在教学过程中，我们以两正交圆柱进行各种布尔运算为例，如图1所示。虽然相贯体形状不同，但相贯线形状却是相同的，通过动画的形式表达，这种方式总结出来的投影规律更便于学生理解和掌握。在制图的基本知识中，我们将国家标准调整为学生自学内容，将线型、尺寸的标注贯穿到立体的投影、组合体的三视图、机件常用的基本表示法等章节中讲解，图数结合，以利于学生学习三维建模知识。组合体一章是培养学生形象思维能力最关键的章节。我们通过开展单向、双向、多向构形想象训练，激活学生的想象与思维，拓宽学生思路，使学生将大脑沉积的表象进行全面的调动、整理，产生新的表象，如图2、3、4所示。在此基础上进行的组合体建模，有利于学生对组合体构形方法的掌握。轴测图在整个教学体系中起到二维和三维间相互转换的桥梁作用，对教师徒手绘制立体图有较高的要求。机械图部分比较简单，均从三维造型入手，先认识标准件、常用件，再熟悉其工程图画法。应先掌握典型零件的造型分析思路，再学习零件图；先熟悉装配体的装配顺序，再由三维模型直接生成二维工程图。教学实践在教学实践中，采用的教学环节有课堂讲授、习题练习、计算机上机操作、考核等。（一）课堂讲授采用多媒体与板书相结合的方式，教师先使用PPT文档中的三维模型