三维实体造型在制图教学中的应用论文
摘要：高校工程制图课程的改革，要求既要减少课时、增加内容，又要保证教学质量。如何利用较少的课时快速提高学生的绘图识图能力，是工程制图教学面临的实际问题。利用三维实体造型作辅助演示，可以使学生快速建立空间立体概念，能取得良好的教学效果。
关键词：工程制图；实体造型；工程形体
《工程制图》是工程类学生必须掌握的一门实践性较强的专业基础课，主要任务是培养学生具有一定的识读和绘制工程图样的能力与一定的空间想象能力。大量的空间立体分析是本课程不同于其他课程的一个显著特点。传统的教学模式是从二维到三维再到二维，由于学生的空间想象能力较差，学习起来比较吃力。教学实践表明，借助于CAD软件的三维实体造型功能，通过对工程形体的实体模型演示，把工程形体的抽象、静止的内容转换成形象、生动的立体模型图，采用先三维、后二维、再三维的模式进行教学，既可培养学生的思维能力，也可提高教学质量，收到良好的教学效果。
CAD三维实体建模概述
目前的三维实体造型软件很多。常用的软件有UG，Pro/Engineer，SolidWorks，CAXA，AUTOCAD等，该类软件一般都具有二维和三维绘图功能，能完成三维实体造型并能从实体造型生成三视图和剖面图，可以绘制显示真实的色彩、材质、表面特征、光影及背景特征的高质量效果图。在教学中使用三维实体造型软件，可以把工程形体制作成效果逼真、生动形象的实体模型，在具体演示中实体可以实现任意方向的旋转、任意截面的剖切，可以很清晰地观察物体的各部分结构。AUTOCAD在工程制图中应用比较广泛，学生比较熟悉。
AUTOCAD实体造型在制图教学中的应用
截交线、相贯线截交线是由平面截切立体所产生的表面交线，相贯线是两立体结交所产生的表面交线，是工程制图教学中学生较难掌握的一个章节。在传统工程制图教学中，求截交线、相贯线等内容，都是用立体表面取点、辅助面等方法来解决此类问题，这样讲解起来学生很难理解空间之间的相互关系。引入三维实体造型，在AUTOCAD中，让学生自己观察，通过截切命令后产生的截切形体的截交线的形状（如图1所示）以及两个物体相交产生的相贯线的形状（如图2所示），总结截交线、相贯线的投影规律，增强感性认识，可以为求截交线、相贯线的三视图打下良好的基础。
组合体组合体是由若干个基本体所组成的物体，工程形体虽然很复杂，但若加分析，都可以看成是基本体的组合。学习组合体的识读和绘制，其目的是掌握绘制和阅读工程图样所必需的分析方法，并培养投影作图的技能和空间结构分析能力，是整个投影基础的`重点。组合体中的题目是给出二视图要求绘制三视图，如图3所示。常规的作图方法是采用形体分析的方法，假想把组合体分解成若干基本体，然后再弄清它们之间的相对位置、组合方式（切割、叠加、综合）及各部分之间的表面连接关系，从而对所要表达的组合体的形体特点形成总的概念，为画视图做好准备。但大部分题目都没有实体模型，对于刚接触制图的初学者，他们的空间想象能力还不是很强，仅仅依靠教师用语言描述，既浪费时间，学生也很难建立起完整的空间立体形状，如不分析物体的形状，只是单纯地利用找点法做出三视图是比较困难的。所以，解决问题的关键就是帮助学生建立起空间立体形状。借助于AUTOCAD软件的实体造型功能，制作出和题目形体一样的实体模型图，然后在多媒体教室的投影屏幕上进行演示。以图4所示的轴承座为例，轴承座是综合型组合体，可以想象分解为底板、肋板、支承板、圆筒和凸台(小圆筒)五部分。支承板的左右两侧面和圆筒外表面相切，相切处无线；肋板与圆筒大圆柱面相交，相交处有交线；圆筒与凸台相交，产生内、外相贯线；其他各部分间表面连接关系均是相贴。利用AUTOCAD软件的旋转功能，可以很灵活方便地将实体模型进行任意位置、任意角度的旋转，引导学生从不同的方位进行观察，进一步分析组合体的形体特点及各基本体之间的关系，很容易就可以完成三视图的投影图。
剖视图剖视图是为了说明工程形体的内部结构形状而采用的一种表达方法，假想用剖切平面将物体切开，移去观察者与剖切平面之间的部分，对剩余的部分向投影面所得的图形。剖视图的题目一般是画剖视图或者改错、补线等（如图5所示）。由于没有实物或模型，剖切后物体的投影，单凭主观想象去画，学生往往感到无从下手。利用AUTOCAD软件的实体功能，绘制出工程形体的实体模型，然后应用剖切功能，根据需要对实体模型在相应的平面内进行剖切（如图6所示），把看不到的内部结构直观地呈现在学生面前，学生很快就能掌握内部结构，且印象深刻，制图能力得到很大提高。
利用CAD三维实体造型软件实现实体模型的演示，要充分发挥教师的主导作用，不能让学生仅仅停留在看实体模型演示，要采用互动式的教学方法，引导学生分析各部件之间的关系，建立解题的空间几何模型，确定空间解题步骤以及引导学生想象作图结果的空间情况等，使学生在空间——平面——空间这样一个反复的过程中，对教学内容加深理解，并培养学生空间想象能力和分析能力。
借助CAD三维实体造型软件进行教学，可以把原来用大量语言阐述的内容，如组合体的立体结构、各个基本组合体之间的相互位置关系、复杂物体的内部结构等，做成实体模型来演示，使学生看了一目了然，不用过多的语言描述。这样，既提高了教学效率，同时又使学生在轻松愉快中完成学习，而且能更好地帮助学生建立空间概念，提高学生的制图能力。
参考文献：
[1]曾美华，郑金．CAD技术在制图教学中培养学生思维能力的应用[J]．南昌高专学报，2002，（2）．
[2]张圣敏，等．AUTOCAD2006入门与实战[M]．北京：电子工业出版社，2006．
[3]刘小年，郭克布．机械制图[M]．北京：机械工业出版社，2004．
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