三維建模在工程制圖教學(xué)的運(yùn)用論文

　　摘要：本文主要介紹了以Inventor為代表的三維建模技術(shù)在高職工程制圖教學(xué)中的融合運(yùn)用，在工程制圖教學(xué)中，其應(yīng)用可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教具的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式，把先進(jìn)的建模方法融入到傳統(tǒng)的課程中去，并歸納了融合后的主要優(yōu)勢。

　　關(guān)鍵詞：三維建模；工程制圖；教學(xué)

　　《工程制圖》是工科類專業(yè)普遍開設(shè)的既有系統(tǒng)理論又有較強(qiáng)實(shí)踐性的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)中具有舉足輕重的地位。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)流程主要分為：三維設(shè)計(jì)→二維表達(dá)→三維實(shí)體還原→實(shí)體加工與裝配。隨著工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)代信息科技的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)的廣泛普及，現(xiàn)代的設(shè)計(jì)流程已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椋喝�維設(shè)計(jì)→三維建�！�模擬分析計(jì)算→CAE、CAM[1]-[5]。二維與三維在工程制造中的主導(dǎo)地位已經(jīng)開始逐步變化。如何將兩者有機(jī)融合，合理的從傳統(tǒng)教學(xué)模式過度，把三維建模融入工程制圖的教學(xué)中，是每一個圖學(xué)教育工作者最關(guān)心的問題。

　　一、傳統(tǒng)教學(xué)模式下新思路的探索

　　傳統(tǒng)《工程制圖》教學(xué)模式中，一般采用理論知識講解為主，配合相關(guān)輔助操作的教學(xué)方法。教師在教學(xué)中，常利用模型、圖紙進(jìn)行原理介紹，并頻繁充當(dāng)技術(shù)的演示者，使用粉筆、尺規(guī)、黑板等工具進(jìn)行現(xiàn)場繪制，強(qiáng)調(diào)繪圖的方法及注意事項(xiàng)。而學(xué)生的學(xué)習(xí)主要依賴于習(xí)題訓(xùn)練和課程大作業(yè)進(jìn)行知識的溫習(xí)鞏固。這種教學(xué)模式將花費(fèi)大量時間在操作演示上，不但無法保證尺規(guī)作圖的質(zhì)量，而且在有限的教學(xué)時間內(nèi)能夠傳遞的知識量較小，效率偏低。因此，現(xiàn)代工程技術(shù)的高速率使得越來越多的專業(yè)教師這種模式提出質(zhì)疑[6]-[7]。近年來，三維建模融入工程制圖教學(xué)的研究已經(jīng)在各院校展開，并取得了一定的成果。目前學(xué)科內(nèi)普遍認(rèn)為，三維建模融入后的教學(xué)體系主要分為兩種，即獨(dú)立式和融合式。獨(dú)立式就是把三維建模做為單獨(dú)的一門課程，在培養(yǎng)方案的要求下，與工程制圖課程同時開設(shè)，教授軟件的使用方法，提高繪圖的熟練度，但究其根本只是充當(dāng)了工程制圖的一種現(xiàn)代化教學(xué)手段，無法系統(tǒng)的幫助學(xué)生構(gòu)建課程框架，只能提供一種效率繪圖的思路。綜合考慮以上問題，南京工程高等職業(yè)學(xué)校選擇了融合式的教學(xué)探索。在基本理論上融入了Inventor軟件的實(shí)踐、操作演示及其底層原理，而在實(shí)習(xí)課中三維軟件操作與傳統(tǒng)尺規(guī)作圖同時涉及。

　　二、Inventor三維建模在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用

　　利用Inventor軟件在傳統(tǒng)課堂中融入三維建模技術(shù)，可以用三維動態(tài)數(shù)字模擬來替代二維靜態(tài)實(shí)物模型，在課程既定的能力培養(yǎng)目標(biāo)明確的基礎(chǔ)上，能夠最大程度的使學(xué)生觀察到模型的任意位置，并且可以通過技術(shù)處理讓學(xué)生觀察模型的空間形成過程。這樣能夠使得教學(xué)更加直觀形象，方便學(xué)生構(gòu)型思維建立，并具備一定的創(chuàng)新能力。采用融入式教學(xué)模式進(jìn)行工程制圖教學(xué)實(shí)踐，具體實(shí)施如下所述：（1）在基本立體投影分析時引入三維建模練習(xí)。作為課程后續(xù)復(fù)雜形體基礎(chǔ)的基本立體，通過三維建模的訓(xùn)練，可以使學(xué)生通過最直觀的體驗(yàn)掌握知識點(diǎn)，打好基礎(chǔ)，并且能夠盡早的提高軟件使用的熟練度。（2）在組合體知識點(diǎn)中使用三維建模進(jìn)行形體分析和面形分析，并應(yīng)用其解決問題。運(yùn)用Inventor制作三維實(shí)體造型并進(jìn)行實(shí)體編輯后，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行移動、旋轉(zhuǎn)、挖切，疊加等操作，學(xué)生看起圖來更加便捷，條理更為清楚且直觀易懂。（3）在機(jī)件表達(dá)方法中，剖視圖教學(xué)過程使用Inventor軟件的三維剖切、三維觀察器等工具，可以幫助學(xué)生充分理解局部剖視圖的概念、適用場合，加深同學(xué)們對剖視圖畫法的掌握。（4）結(jié)合Inventor自帶的標(biāo)準(zhǔn)件庫，在常用件和標(biāo)準(zhǔn)件的教學(xué)中，介紹三維軟件的強(qiáng)大輔助功能。（5）在裝配體教學(xué)中，可借助Inventor三維環(huán)境良好的可視性和可操作性，隨意進(jìn)行剖切、拆卸、翻轉(zhuǎn)，使學(xué)生觀察部件中主要零件的結(jié)構(gòu)形狀，明確內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，了解部件的工作原理、拆裝順序等。動畫仿真是Inventor數(shù)字模擬的一大特色，可利用其進(jìn)行裝配動畫設(shè)置和裝配干涉檢查，以最直觀的感受刺激學(xué)生，使其對個零件間的配合更加明確，從而對裝配圖本身加深理解。

　　三、三維建模在工程制圖課程中的作用

　�。ㄒ唬└淖儌鹘y(tǒng)的工程制圖的教學(xué)模式

　　三維建模技術(shù)最大的特點(diǎn)是形象逼真、可視性強(qiáng)、精度高，在傳統(tǒng)教學(xué)中融入此技術(shù)，可以用更為直觀的視覺沖擊來理解抽象的投影關(guān)系，從而逐步取代實(shí)物模型觀察的教學(xué)手段。具體優(yōu)勢列舉如下[8]-[11]:(1)利用Inventor建立的三維模型，可以靈活地對于復(fù)雜的零件尤其是裝配體，進(jìn)行運(yùn)動仿真、任意截面的剖切或者生成分解爆炸圖。與傳統(tǒng)實(shí)物模型比較，裝配體中各零件之間的裝配關(guān)系更為直觀，學(xué)生觀察與分析更為方便，教學(xué)效果顯著；(2)利用Inventor建立的三維模型，因其具有強(qiáng)大的兼容性，可以與絕大部分CAD/CAE軟件互通，因此可以采用方便攜帶的介質(zhì)存儲方式，避免了一些實(shí)物模型攜帶不便的弊端；(3)傳統(tǒng)教學(xué)中，實(shí)物模型的種類和數(shù)量是有限的，模型一旦成型很難進(jìn)行快速修改，甚至不可修改。而利用Inventor三維建模軟件，可以隨時按照設(shè)計(jì)要求或教學(xué)需要進(jìn)行模型的重塑，并且由于軟件本身具備關(guān)聯(lián)性，修改過程十分便捷。這樣可以方便師生之間的交流，運(yùn)用信息化教學(xué)手段實(shí)現(xiàn)資源的共建共享。

　　（二）提升學(xué)生空間思維能力、創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)的氛圍

　　由于學(xué)生是工程制圖的初學(xué)者，空間思維薄弱，感性認(rèn)知欠缺，而傳統(tǒng)教學(xué)模式中這些能力的提升是需要大量練習(xí)來支持�？墒蔷毩�(xí)多為二維、三維雙向思維，難度大要求高，往往很容易使學(xué)生處于茫然境地，從而產(chǎn)生畏難情緒，失去學(xué)習(xí)興趣。而三維建模軟件的融入，從本質(zhì)上解決了練習(xí)的枯燥，學(xué)生只需掌握基本建模方法就能夠迅速構(gòu)造模型，動過分解、切割、動畫等功能進(jìn)行視覺觀察，提高感性認(rèn)識，增強(qiáng)空間想象力，為自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造可能性。

　�。ㄈ�）提高教師自身的專業(yè)素質(zhì)

　　CAD技術(shù)飛速發(fā)展，信息化教學(xué)思路的應(yīng)用，要求教師不斷地嘗試新的教學(xué)手段，探索新的教學(xué)方法。教育最終目標(biāo)是培養(yǎng)合格的學(xué)生，讓學(xué)生能夠適應(yīng)社會，這需要教師能夠緊跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐，對社會動向具有敏銳的嗅覺，不斷自我充實(shí)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭蒲行徒處�，時刻保證教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

　　四、結(jié)論

　　實(shí)踐證明，將Inventor為代表的三維建模技術(shù)融入工程制圖的教學(xué)中，可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，利用三維軟件良好的可視性和可操作性突破傳統(tǒng)的重難點(diǎn)，將模型的狀態(tài)，組合體的配合、原理直觀的展現(xiàn)給學(xué)生，從而高效的提高教學(xué)質(zhì)量。其次三維軟件的融入使得師生交流便捷，便于資源共建共享。新技術(shù)的融入也促進(jìn)教師自身的素質(zhì)的提升，為整個專業(yè)的持續(xù)性發(fā)展提供了可能。當(dāng)然，如何通過三維建模技術(shù)取得更好的教學(xué)效果，還需要我們不斷地嘗試和探索。

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