◆肖章 周立峰 羅彪

三維軟件在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用研究
——以SolidWorks軟件為例

◆肖章 周立峰 羅彪

選用三維軟件中常見(jiàn)的SolidWorks軟件，研究歸納三維軟件在工程制圖教學(xué)中五個(gè)方面的應(yīng)用，并提出三維軟件在教學(xué)中的應(yīng)用方法，旨在提高工程制圖教學(xué)的教學(xué)方法水平和教學(xué)質(zhì)量。

三維軟件；SolidWorks；工程制圖

1 前言

圖1 基本三視圖

近年來(lái)，由于三維軟件創(chuàng)建的立體模型具有良好的直觀性，非常有利于工程制圖的教學(xué)，三維軟件越來(lái)越多地出現(xiàn)在工程制圖教學(xué)當(dāng)中[1-2]。雖然三維軟件在工程制圖教學(xué)中已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛，但是對(duì)于三維軟件在教學(xué)過(guò)程中具體的應(yīng)用范圍尚不明確，往往只局限在具體的某一章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用[3]，并且針對(duì)三維軟件的合理應(yīng)用方法研究甚少，往往只局限于某一種類型的應(yīng)用方式，如融入式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式等[4-5]。目前經(jīng)常使用的三維軟件有Pro/E、SolidWorks、UG、CATIA等，這些軟件基本功能相似。本文以SolidWorks為例，探討其在工程制圖教學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用及應(yīng)用方法。

圖2 立體模型

2 三維軟件在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用

本文研究歸納出三維軟件在工程制圖教學(xué)中五個(gè)方面的應(yīng)用。

穿插說(shuō)明難點(diǎn) 在工程制圖這門課程中，有些部分內(nèi)容比較抽象不好理解，比如立體的截交線和相貫線的投影、剖視圖等章節(jié)。如果利用SolidWorks軟件創(chuàng)建相對(duì)應(yīng)的三維立體模型，可以很好地幫助學(xué)生進(jìn)行理解，迅速掌握知識(shí)點(diǎn)。如兩個(gè)圓柱體相貫，其相貫線為一條空間曲線，如果只從三視圖（圖1）進(jìn)行分析，很難想象相貫線的空間形狀及理解其對(duì)應(yīng)的投影。通過(guò)SolidWorks軟件建立的模型（圖2），可以清晰地理解這條空間曲線的形狀和分布，進(jìn)而分析出這條相貫線的三面投影形狀。

引出知識(shí)點(diǎn)（任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)） 在工程制圖教學(xué)中，教師往往先給出一個(gè)任務(wù)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生如何一步一步完成這一目標(biāo)，這種教學(xué)方式為任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。三維軟件可以參與到這一教學(xué)過(guò)程中，并起到一個(gè)引出知識(shí)點(diǎn)的作用。在工程制圖教學(xué)中，通過(guò)三維軟件特征樹(shù)功能可以引導(dǎo)學(xué)生怎么通過(guò)基本體，經(jīng)過(guò)一系列的切割或者疊加，形成最后的立體模型。這個(gè)過(guò)程可以很直觀地讓學(xué)生掌握立體的形成。例如：圖3所示為一個(gè)利用SolidWorks軟件建立的組合體。通過(guò)圖4所示的特征樹(shù)，可以很清晰地看出在最初拉伸形成的一個(gè)長(zhǎng)方體的基礎(chǔ)上，通過(guò)四次拉伸切除，形成最終的組合體。

圖3 組合體立體模型

作者：肖章，南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院助教，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程；周立峰，南華大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院助教，研究方向?yàn)檐囕v工程；

羅彪，南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院助教，研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ?21001）。

圖4 特征樹(shù)

舉例說(shuō)明（建立虛擬模型庫(kù)） 在SolidWorks軟件中帶有設(shè)計(jì)庫(kù)功能，在該設(shè)計(jì)庫(kù)中自帶了國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件模型。并且還可以自定義設(shè)計(jì)庫(kù)，將一些常用件加入設(shè)計(jì)庫(kù)。在工程制圖教學(xué)中，在講授到標(biāo)準(zhǔn)件、常用的機(jī)械構(gòu)件等相關(guān)章節(jié)時(shí)，可以調(diào)用軟件中的模型庫(kù)，通過(guò)虛擬的方式給學(xué)生展示各種模型。如從模型庫(kù)中調(diào)出軸承標(biāo)準(zhǔn)件中的深溝球軸承與推力球軸承，可以很立體直觀地展示給學(xué)生，如圖5所示。

圖5 軸承立體模型

激發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)新 利用SolidWorks軟件還可以激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。如工程制圖中組合體構(gòu)型設(shè)計(jì)章節(jié)要求學(xué)生能夠通過(guò)一個(gè)基本視圖或者兩個(gè)基本視圖想象出多個(gè)不同的組合體。在教學(xué)過(guò)程中可以利用SolidWorks軟件創(chuàng)建出具有相同二視圖的不同立體模型，在授課過(guò)程中通過(guò)立體模型引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生的想象能力和創(chuàng)新能力。

建立逆向思維（二維、三維之間的轉(zhuǎn)換能力） 在畫法幾何階段，教學(xué)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖畫圖的能力。識(shí)圖即通過(guò)基本三視圖想象空間立體，畫圖即通過(guò)空間立體畫出相應(yīng)的基本三視圖。這是一個(gè)二維和三維之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題，而許多學(xué)生在三維和二維之間找不到聯(lián)系點(diǎn)，因此學(xué)習(xí)上遇到困難。在教學(xué)工程中利用SolidWorks軟件中的將立體模型轉(zhuǎn)化為工程圖功能，可以迅速將組合體或者零件模型轉(zhuǎn)化成工程圖。課堂通過(guò)演示這一過(guò)程，可以很清晰地分析對(duì)比三維模型與工程圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生三維轉(zhuǎn)換二維的能力。

3 三維軟件在工程制圖教學(xué)中的應(yīng)用方法

在工程制圖教學(xué)中，應(yīng)以原有的教學(xué)方式為主體，三維軟件教學(xué)為輔。在工程制圖授課中，課件的講授依然為主要的教學(xué)方式。因?yàn)楣こ讨茍D課程中存在大量的概念、作圖方法等理論知識(shí)，需要通過(guò)課件講授的方式傳授給學(xué)生。而三維軟件的應(yīng)用只是作為一種輔助工具，讓學(xué)生能夠更快、更好地接受知識(shí)。

在工程制圖教學(xué)中，三維軟件必須圍繞工程制圖教學(xué)目的進(jìn)行應(yīng)用。三維軟件的功能繁多，有許多功能和工程制圖并無(wú)直接關(guān)系，這一部分內(nèi)容應(yīng)該留給學(xué)生課后自學(xué)。在課堂上，三維軟件的應(yīng)用應(yīng)緊緊圍繞工程制圖知識(shí)點(diǎn)。在三維應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)先明確需要講授的知識(shí)點(diǎn)，然后根據(jù)需要引用三維軟件進(jìn)行輔助教學(xué)。

4 結(jié)語(yǔ)

三維軟件可以快速構(gòu)建非常直觀的三維立體模型，并且實(shí)現(xiàn)和二維工程圖的轉(zhuǎn)換。因此，三維軟件今后將會(huì)更廣泛地應(yīng)用到工程制圖教學(xué)中來(lái)。明確三維軟件的應(yīng)用范圍，正確應(yīng)用三維軟件，將有助于學(xué)生高效地獲得工程制圖相關(guān)知識(shí)，也有助于教師使用三維軟件豐富教學(xué)方法，更加有效地傳授課程知識(shí)。本文以SolidWorks為例，研究了三維軟件在工程制圖教學(xué)上穿插說(shuō)明難點(diǎn)、引出知識(shí)點(diǎn)、舉例說(shuō)明、激發(fā)創(chuàng)新和建立逆向思維等五個(gè)方面的基本應(yīng)用，并且圍繞這五個(gè)方面的應(yīng)用提出三維軟件在工程制圖教學(xué)上兩個(gè)方面的具體應(yīng)用方法。

[1]葉軍,孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2008(2):168-172.

[2]童秉樞,易素君,徐曉慧.工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的情況綜述與思考[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2005,26(4):130-135.

[3]劉永霞,彭如恕.基于Pro_E三維建模的工程制圖教學(xué)方法研究[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備,2010(21):108-109.

[4]劉永霞,彭如恕.基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的工程制圖教學(xué)研究[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備,2013(27):75-77.

[5]田廣才,段志堅(jiān),楊甫勤,等.工程制圖教學(xué)的Pro_ E融入式研究[M]//2012管理創(chuàng)新、智能科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展研討會(huì)論文集.2012:7-10.

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