朱曉楓

[摘 要] 簡(jiǎn)述了機(jī)械制圖在專(zhuān)業(yè)課中的重要性，分析了學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖過(guò)程中遇到的困難，著重突出利用SolidWorks軟件的三維造型等功能，有效地幫助學(xué)生讀圖、繪圖，從而培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

[關(guān) 鍵 詞] SolidWorks；機(jī)械制圖；三維建模；課堂教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）28-0072-02

機(jī)械制圖是一門(mén)研究繪制和識(shí)讀機(jī)械圖樣的技術(shù)基礎(chǔ)課程。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械、化工或建筑工程等都是根據(jù)圖樣進(jìn)行制造和施工的。它是設(shè)計(jì)者表達(dá)設(shè)計(jì)意圖、制造者指導(dǎo)生產(chǎn)、使用者了解結(jié)構(gòu)性能的重要載體，是交流傳遞技術(shù)信息、思想的媒介和工具。因此，被稱(chēng)為工程界通用的技術(shù)語(yǔ)言。

由于機(jī)械制圖對(duì)學(xué)生的空間思維能力要求較高，致使理解能力較差的學(xué)生感覺(jué)非常難學(xué)，產(chǎn)生厭學(xué)、畏學(xué)的想法。為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)制圖的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，提高繪圖和讀圖的能力，采用有效的教學(xué)方法尤為重要。本文結(jié)合機(jī)械制圖與三維造型軟件 SolidWorks 的教學(xué)實(shí)踐，提出一種利用三維SolidWorks軟件輔助機(jī)械制圖教學(xué)的方法。

一、機(jī)械制圖課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

在高職教育中，機(jī)械制圖是工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須掌握的一門(mén)課程，一般開(kāi)設(shè)在一年級(jí)，它對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)有直接的影響。對(duì)于剛步入大學(xué)的幾何基礎(chǔ)較差的高職學(xué)生而言，學(xué)習(xí)這樣一門(mén)課程，要求具有豐富的空間想象能力，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)中感覺(jué)很吃力。為了增強(qiáng)學(xué)生的空間想象和形象思維能力，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是向?qū)W生展示簡(jiǎn)單的實(shí)物模型以表達(dá)機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)和形狀。但是在施教過(guò)程中，由于實(shí)物模型形式比較單一，始終是靜態(tài)展示，不利于學(xué)生接受。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)今學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新精神的要求。本文將SolidWorks三維造型軟件運(yùn)用到機(jī)械制圖課堂進(jìn)行輔助教學(xué)研究，以期有效地幫助學(xué)生讀圖、繪圖，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的空間想象能力，提高教學(xué)效果。

二、SolidWorks軟件輔助教學(xué)的意義

SolidWorks軟件為達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）開(kāi)發(fā)的一款高端設(shè)計(jì)軟件，是世界上第一套專(zhuān)門(mén)基于Windows系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的三維CAD軟件，也是一套完整的三維CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)解決方案，具有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析功能，廣泛應(yīng)用在機(jī)械、汽車(chē)、飛機(jī)等設(shè)計(jì)領(lǐng)域。該軟件以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)大、易學(xué)、易用等特點(diǎn)。將SolidWorks軟件用于機(jī)械制圖課程的教學(xué)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（一）SolidWorks軟件具有強(qiáng)大的三維建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，使用簡(jiǎn)單且方便

建立的模型形象，應(yīng)用鼠標(biāo)的放大與縮小、旋轉(zhuǎn)、平移功能，可以對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的觀察，而且參數(shù)化設(shè)計(jì)，修改非常方便，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的直觀性差、模型不能修改的缺點(diǎn)。

（二）可以在教學(xué)過(guò)程中繪制模型

學(xué)生可以清楚地認(rèn)識(shí)產(chǎn)品的形成過(guò)程，可以學(xué)習(xí)到必要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝知識(shí)，為后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程和機(jī)械加工工藝課程等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，學(xué)生觀察教師繪制三維模型，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（三）SolidWorks軟件的工程圖模塊，可以自動(dòng)地將三維圖形轉(zhuǎn)換成二維工程圖

如基本視圖、剖視圖、展開(kāi)圖、向視圖等都能得到很好的表達(dá)，提高了學(xué)生的識(shí)圖能力，教學(xué)效果良好。SolidWorks軟件輔助教學(xué)，生成模型的時(shí)間比較短，在時(shí)間有限的課堂中，可以有更多的時(shí)間讓學(xué)生練習(xí)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

三、SolidWorks軟件在機(jī)械制圖教學(xué)中的輔助應(yīng)用

（一）在畫(huà)法幾何教學(xué)中的應(yīng)用

利用SolidWorks軟件的特征建模功能可以充分表達(dá)零件各組合形體之間的位置和連接關(guān)系。在識(shí)讀零件圖時(shí)，通過(guò)二維圖形想象出零件的結(jié)構(gòu)形狀是學(xué)習(xí)過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，學(xué)校在零件圖的圖形結(jié)構(gòu)表達(dá)上基本都是采用多媒體課件，集文字、圖形、動(dòng)畫(huà)等于一體，教法生動(dòng)、形象、直觀，學(xué)生不僅容易理解，而且提高了課堂教學(xué)效率。但是也存在致命的弱點(diǎn)，就是課件修改性差，不能根據(jù)教學(xué)對(duì)象、教學(xué)內(nèi)容的變化而隨意變化。在教學(xué)過(guò)程中采用SolidWorks軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，克服了多媒體課件的不足。

在SolidWorks軟件中，無(wú)論零件的結(jié)構(gòu)有多復(fù)雜，都能在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)生成，將零件結(jié)構(gòu)的各部分體現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生很容易就能清楚零件是由哪些基本體構(gòu)成的，以及它們之間的位置關(guān)系。在SolidWorks軟件的工程圖模塊中，還能自動(dòng)地將三維圖形轉(zhuǎn)換為二維工程圖。適當(dāng)?shù)乜刂茍D的生成可以形成基本視圖、剖視圖、向視圖、局部視圖等。

1.基本體的投影

基本體的投影是學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖、培養(yǎng)空間思維的基礎(chǔ)。學(xué)好這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的積極性，為后續(xù)的組合體學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。在講解基本體的投影時(shí)，將SolidWorks軟件引入課堂，演示基本體的建模過(guò)程，學(xué)生通過(guò)觀摩，很容易建立三維空間概念，課堂效果非常不錯(cuò)。具體操作過(guò)程：運(yùn)用特征成型的各種命令建立所要講解的基本立體，而后進(jìn)入制圖模塊，將基本體投影成主視圖、俯視圖、左視圖、軸測(cè)圖等。當(dāng)學(xué)生直觀、形象地觀察模型生成過(guò)程時(shí)，就很容易輕松地理解概念。通過(guò)這樣的方法，依次做其他基本體的投影，從而直觀、高效地讓學(xué)生了解投影的過(guò)程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的積極性。

2.截交線

截交線是指用一個(gè)或幾個(gè)切割平面切割立體，在切割平面和立體表面上形成的交線。切割是由基本體過(guò)渡到組合體的重要臺(tái)階，求切割體的投影關(guān)鍵是截交線。截交線往往比較抽象，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，抽象思維能力較差，很難想象切割體截交線的形狀特征。如，截平面切割圓錐產(chǎn)生的截交線，作圖的難點(diǎn)在于平時(shí)學(xué)生缺乏這類(lèi)形體結(jié)構(gòu)的直觀感受，當(dāng)截平面的位置發(fā)生變化時(shí)，截交線的形式會(huì)是雙曲線或者兩相交直線。引入SolidWorks軟件很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)特征建模功能進(jìn)行基本立體造型的繪制，使用切除命令切除基本立體，切割后的三維實(shí)體可以很明顯地體現(xiàn)形成的截交線。

3.相貫線

相貫線是立體與立體相交產(chǎn)生的交線。它是機(jī)械制圖課程中比較難的一個(gè)教學(xué)章節(jié)，是機(jī)械行業(yè)工作人員在零件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)碰到的現(xiàn)象，如圓柱與圓柱、圓錐與圓柱之間的相貫線、圓柱或圓錐與復(fù)雜曲面之間的相貫線。相貫線作圖的過(guò)程十分繁瑣，很不方便，而且精度也會(huì)隨著圖形的復(fù)雜程度而降低。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，復(fù)雜的相貫線很難理解，增加了學(xué)習(xí)的難度。

運(yùn)用SolidWorks軟件畫(huà)復(fù)雜的相貫線就顯得非常簡(jiǎn)單，首先根據(jù)實(shí)體在軟件中建模，形成立體圖形，再由立體圖形轉(zhuǎn)化為工程圖形，這樣視圖中的相貫線就可以很清晰地表達(dá)在工程圖形中。對(duì)于實(shí)體內(nèi)部看不見(jiàn)的孔相貫，可以利用SolidWorks軟件中的剖視圖功能給以展示。相貫線的形成過(guò)程非常簡(jiǎn)單，且形象、直觀，可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的空間想象能力。更重要的是，將三維軟件運(yùn)用到課堂上，可以讓學(xué)生了解建模的過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）在組合體講解中的應(yīng)用

由若干個(gè)基本體的疊加或切割而形成的新的較為復(fù)雜的形體，稱(chēng)為組合體。畫(huà)組合體的基本方法是形體分析法，即將復(fù)雜的組合體假想地分解成若干個(gè)基本形體，然后按其組合規(guī)律，逐個(gè)畫(huà)出各形體的投影。講解組合體的三視圖時(shí)，已知兩個(gè)視圖求解第三個(gè)視圖是該教學(xué)環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，它考查學(xué)生對(duì)三視圖知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，同時(shí)檢查學(xué)生三維空間想象能力。對(duì)于一些有疊加又有切割的復(fù)雜形體，求作第三個(gè)視圖時(shí)，學(xué)生往往無(wú)從下手或完全想象不出形狀。任課教師也費(fèi)盡了心思，除了教給學(xué)生必須掌握的作圖技巧外，還要借助不同的模型給他們看。采用SolidWorks軟件授課后，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中就輕松了許多，我們可以用SolidWorks軟件中的特征建模功能生成基本體，在基本體的基礎(chǔ)上作切割，或者另外生成基本體作疊加操作。建模過(guò)程清晰、直觀，形成組合體的過(guò)程一目了然。

（三）在剖視圖講解中的應(yīng)用

當(dāng)機(jī)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，在視圖中就會(huì)出現(xiàn)許多虛線，這些虛線與其他圖線重疊往往會(huì)影響圖形的清晰度，給讀圖和標(biāo)注尺寸帶來(lái)不便。為了清晰地表達(dá)機(jī)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，常采用剖視圖的畫(huà)法。在剖視圖教學(xué)中，由于機(jī)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)看不見(jiàn)，學(xué)生在理解上就會(huì)有一定的難度，同時(shí)對(duì)于機(jī)件剖切方式和剖切位置的選擇更加困難。在教學(xué)中運(yùn)用SolidWorks軟件進(jìn)行建模，使用其剖切功能進(jìn)行演示，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)很輕松地解決。

（四）在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

裝配圖是機(jī)械制圖中的重要教學(xué)內(nèi)容，主要用于表現(xiàn)組成零件和部件之間的裝配關(guān)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中反映難度較大，特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。采用多媒體課件也可動(dòng)畫(huà)顯示，但是不容易修改，不能隨意地動(dòng)態(tài)觀察和掌握裝配的順序以及禁忌。而教師利用SolidWorks軟件進(jìn)行裝配，學(xué)生不僅能夠多角度觀察零件的形狀和相互的位置關(guān)系，而且可以清楚地感知裝配過(guò)程。甚至可以將裝配圖做成運(yùn)動(dòng)模擬并進(jìn)行干涉檢查，便于學(xué)生理解裝配件的工作原理，增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

總之，SolidWorks軟件可以快速地構(gòu)建三維立體模型，非常直觀且便于修改。將其用于輔助教學(xué)，可以有效地與教學(xué)內(nèi)容融合，同時(shí)可以克服傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷，如，多媒體課件靈活性不夠等。因此，在機(jī)械制圖教學(xué)過(guò)程中正確使用SolidWorks軟件，一方面有助于幫助教師豐富教學(xué)內(nèi)容，將更多的時(shí)間交給學(xué)生練習(xí)；另一方面，學(xué)生可以更加透徹地理解教學(xué)內(nèi)容，空間概念更容易形成，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的形體構(gòu)思能力和空間想象能力。將SolidWorks軟件引入機(jī)械制圖課程教學(xué)中，學(xué)生提前學(xué)習(xí)了三維軟件，可以為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

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