摘 要：本文基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及、機(jī)械/工程制圖、計(jì)算機(jī)繪圖等課程間的關(guān)系，討論三維圖形繪制與相關(guān)能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞：機(jī)械/工程制圖 教學(xué)模式 三維圖形布爾運(yùn)算課程

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是一種按程序自動(dòng)進(jìn)行信息處理的通用工具。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。尤其是AutoCAD、SolidWorks等繪圖軟件應(yīng)用和普及，不僅使得計(jì)算機(jī)繪圖的學(xué)習(xí)更加容易理解和快捷掌握，同時(shí)也使三維圖形繪制與相關(guān)能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合得越來(lái)越緊密、越廣泛。而作為工程技術(shù)人員的專業(yè)基礎(chǔ)之一，識(shí)圖、繪圖和空間想象的思維能力以及形體表達(dá)的實(shí)際操作技能必須具備。所以要在強(qiáng)化基本理論的同時(shí)，還要著力培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，有機(jī)地協(xié)調(diào)好操作定向、操作模仿、操作整合與操作熟練等操作技能的形成階段，并以此為基礎(chǔ)推動(dòng)學(xué)生的綜合能力的提高。

一、使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件豐富教學(xué)

要具備上述這些能力和技能，可用的教學(xué)模式有以下幾種。

一是讓學(xué)生看平面圖形，想象立體形狀，再讓學(xué)生畫平面投影。這樣的過(guò)程比較抽象，往往增加了學(xué)習(xí)難度。

二是讓學(xué)生看直觀的三維形體，如長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體、圓球體等，然后對(duì)比識(shí)別一些簡(jiǎn)單的立體圖，從而對(duì)三維空間有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，逐漸引出投影作圖規(guī)律。但這樣需要有足夠的三維形體模型，成本高，且不能實(shí)時(shí)地、動(dòng)態(tài)地滿足實(shí)際作圖要求。

三是使用AutoCAD、SolidWorks等計(jì)算機(jī)繪圖軟件。在軟件提供的三維空間中教師可以適時(shí)繪制靈活多變的三維形體模型。而且由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，更使得這些繪圖軟件易學(xué)、實(shí)用，因此這樣既可以讓學(xué)生模仿操作，繪制整合、體會(huì)投影關(guān)系，又可以給我們提供一個(gè)良好的教學(xué)環(huán)境，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和空間想象力。所以我們應(yīng)使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件來(lái)滿足教學(xué)的實(shí)際需要。

如果使用計(jì)算機(jī)繪圖軟件，讓學(xué)生掌握工程繪圖的基本知識(shí)，就意味著教師既要掌握相關(guān)計(jì)算機(jī)繪圖軟件的使用，又要在教學(xué)中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適時(shí)展示或創(chuàng)建三維圖形，并要在指導(dǎo)學(xué)生繪制相應(yīng)三維圖形、進(jìn)一步熟練操作技能的基礎(chǔ)上體會(huì)、理解投影作圖的規(guī)律。

二、利用三維圖形繪制與相關(guān)能力培養(yǎng)結(jié)合

下面用幾個(gè)實(shí)例體驗(yàn)三維圖形的繪制與相關(guān)能力的培養(yǎng)。

1.點(diǎn)在三維坐標(biāo)中的位置

如圖1所示，在AutoCAD的三維建模空間中，直觀地表示了一個(gè)點(diǎn)在三維坐標(biāo)中的位置。顯然，點(diǎn)和三維坐標(biāo)軸的位置關(guān)系直觀、準(zhǔn)確。在教學(xué)中繪制或指導(dǎo)學(xué)生繪制，可以可直觀、有效地引導(dǎo)學(xué)生的空間想象，便于理解點(diǎn)的投影規(guī)律。而相關(guān)類似圖形的繪制，在AutoCAD的三維建模空間中也是簡(jiǎn)單、方便，容易實(shí)現(xiàn)的。

2.直線在三維坐標(biāo)中的位置

如圖2所示，在AutoCAD的三維建?？臻g中，清楚地表示了一條線段在三維坐標(biāo)中的位置。線段的兩個(gè)端點(diǎn)與三維坐標(biāo)軸的位置關(guān)系直觀、準(zhǔn)確，可以幫助學(xué)生觀察并可進(jìn)一步直觀、準(zhǔn)確地分析和理解直線的投影規(guī)律。同樣教師可以指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手演練，在操作模仿的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生理解點(diǎn)與直線的關(guān)系及其投影規(guī)律，這樣對(duì)教學(xué)的效益和學(xué)生的收獲是多方面的。

3.由平面圖形生成簡(jiǎn)單三維圖形

在教學(xué)中，我們可以演示由二維封閉圖形拉伸生成三維實(shí)體（圖3）和由二維封閉圖形旋轉(zhuǎn)生成三維實(shí)體（圖4）的過(guò)程，從中可以了解二維圖形的繪制和理解相應(yīng)三維實(shí)體的形成過(guò)程。這個(gè)過(guò)程可以引導(dǎo)學(xué)生思考為什么要繪制這樣的幾何圖形、是否有替代的方法等等（啟發(fā)學(xué)習(xí)興趣、探索能力等）。這里要結(jié)合整個(gè)的圖形及其相關(guān)的知識(shí)，綜合考慮如何快捷、方便地繪制平面圖形。這也是對(duì)平面繪圖方法、靈活運(yùn)用能力的考量。然后在平面圖形的基礎(chǔ)上我們?cè)倮臁⑿D(zhuǎn)生成三維圖形。

4.切割生成三維圖形

關(guān)于切割生成三維圖形，我們?nèi)∈州S實(shí)物為例（圖5），了解切割生成三維圖形的過(guò)程，體會(huì)繪圖過(guò)程中相關(guān)能力的培養(yǎng)。

首先引導(dǎo)學(xué)生分析、思考怎樣在階梯軸（圖4）基礎(chǔ)上生成十字階梯軸（圖6）、十字圓弧槽階梯軸（圖7）和帶螺紋孔的十字軸（圖5）；然后考慮如何切割，意在讓學(xué)生自覺(jué)地進(jìn)行操作整合的應(yīng)用（涉及平面幾何、立體幾何、數(shù)學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)械制圖等基礎(chǔ)理論知識(shí)的綜合運(yùn)用）；最后融會(huì)貫通，形成可行的制作方案（例如，操作任務(wù)、操作要點(diǎn)、操作步驟，預(yù)期結(jié)果、實(shí)際效果等等）。

要在討論的基礎(chǔ)上（學(xué)習(xí)策略的應(yīng)用）產(chǎn)生較完整的方案后再著手操作。

例如，對(duì)于十字階梯軸（圖6）所示的“1/4圓柱”切割，可以復(fù)制“1/4圓柱”，并調(diào)整對(duì)齊“1/4圓柱”、階梯軸的相對(duì)位置，然后經(jīng)過(guò)實(shí)體間的布爾運(yùn)算（差集）而得到十字階梯軸。

例如，對(duì)于十字圓弧槽階梯軸（圖7）所示的“圓弧槽”切割，經(jīng)過(guò)繪制“圓弧塊”實(shí)體，調(diào)整“圓弧塊”的位置，并對(duì)相應(yīng)實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算（差集）而得到十字圓弧槽階梯軸。

例如，對(duì)于十字軸的螺紋孔（圖5），可以先繪制二維螺旋線，并經(jīng)過(guò)掃掠、復(fù)制和布爾運(yùn)算（差集）生成如圖8所示的螺釘，然后復(fù)制到十字圓弧槽階梯軸中，調(diào)整對(duì)齊位置，再經(jīng)過(guò)實(shí)體間的布爾運(yùn)算（差集）而得到有螺紋孔的效果。這里的關(guān)鍵點(diǎn)之一是要想到使用二維螺旋線，并設(shè)計(jì)好掃掠對(duì)象（圖8中的三角形即螺釘?shù)难佬停Ｍ瑫r(shí)我們還可指導(dǎo)學(xué)生實(shí)時(shí)利用AutoCAD提供的截平面來(lái)觀察實(shí)體內(nèi)部（圖9），這就更增添了學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

總之，這是從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)，從實(shí)踐到理論，再由理論指導(dǎo)實(shí)踐的過(guò)程；是操作定向、模仿、整合與熟練的不斷加深；是操作技能的升華。顯然把握好相關(guān)教學(xué)過(guò)程的轉(zhuǎn)化，有目的地引導(dǎo)和積極推動(dòng)相關(guān)轉(zhuǎn)化，是我們?cè)诮虒W(xué)中不斷探索和更新的重要方向。

通過(guò)上面幾個(gè)實(shí)例的繪制過(guò)程，我們可以看到三維圖形繪制與平面/立體幾何、機(jī)械/工程制圖、機(jī)械基礎(chǔ)等的能力往往是密切相關(guān)的。而我們有意識(shí)地借助三維圖形的繪制來(lái)培養(yǎng)或引發(fā)相關(guān)能力，可以有效地提高學(xué)習(xí)的興趣、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)的效果，同時(shí)這也是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的積極手段。

三、搞好相關(guān)課程的銜接、加強(qiáng)動(dòng)手能力

綜上所述，為了進(jìn)一步有效地提高教學(xué)效果，需要我們適時(shí)調(diào)整相關(guān)課程間的銜接關(guān)系，并加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的操作。

例如，在學(xué)習(xí)機(jī)械/工程制圖的投影知識(shí)前，首先學(xué)習(xí)二維/三維繪圖的基本方法，為投影知識(shí)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，然后再學(xué)習(xí)投影理論、三視圖等內(nèi)容，這樣既可以給學(xué)生演示相關(guān)知識(shí)，又可以指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手繪制相關(guān)圖形，并且計(jì)算機(jī)繪圖的知識(shí)也可以在機(jī)械/工程制圖的教學(xué)中不斷地充實(shí)和加深。對(duì)這些相關(guān)課程的銜接要充分結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，不斷進(jìn)行有益的調(diào)整，旨在理順相關(guān)課程的銜接，推動(dòng)教學(xué)手段的改進(jìn)和教學(xué)效果的提高。

動(dòng)手能力不是一蹴而就的，我們要善于從加深學(xué)生專業(yè)興趣入手，來(lái)逐漸提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。因?yàn)闄C(jī)械/工程制圖、計(jì)算機(jī)繪圖等課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，所以我們應(yīng)該在這些課程的教學(xué)中，適時(shí)加強(qiáng)相關(guān)動(dòng)手能力的培養(yǎng)和練習(xí)，注意不斷引發(fā)或積累學(xué)生對(duì)相應(yīng)專業(yè)知識(shí)的興趣。諸如基礎(chǔ)/專業(yè)實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生開放，積極開辟學(xué)生第二課堂等等，都是對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)非常有益的教學(xué)輔助工作。

在教學(xué)中注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，是一個(gè)持久的課題、系統(tǒng)的工作。機(jī)械/工程制圖與計(jì)算機(jī)繪圖等課程的有機(jī)結(jié)合會(huì)促進(jìn)教學(xué)的深入，其他相關(guān)課程間也會(huì)有著相互的關(guān)聯(lián)，并且計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一種通用工具，它的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。只要我們認(rèn)真地把握相關(guān)課程及相互間的關(guān)聯(lián)，并對(duì)教學(xué)進(jìn)行不斷的改進(jìn)和嘗試，身體力行地付諸到教學(xué)實(shí)踐中，就必將會(huì)有效地推動(dòng)教學(xué)工作。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：武漢鐵路司機(jī)學(xué)校）