三維造型技術(shù)論文(2)
三維造型技術(shù)論文篇二
基于三維造型的工程制圖教學(xué)改革
摘 要： 本文通過研究目前工程制圖課程教學(xué)中存在的三個(gè)突出問題，對(duì)如何將三維造型引入工程制圖的課堂進(jìn)行了探討，進(jìn)一步提出了基于三維造型的工程制圖教學(xué)改革的四個(gè)重點(diǎn)方法，以期能夠?yàn)椤白吭焦こ處煛钡墓こ讨茍D教學(xué)改革提供有益的幫助。
關(guān)鍵詞： 三維造型 工程制圖 教學(xué)改革 卓越工程師
一、工程制圖課程教學(xué)中存在的突出問題
1.工程制圖課程教學(xué)與工程設(shè)計(jì)需要的制圖技能存在較嚴(yán)重的脫節(jié)問題。
現(xiàn)行的傳統(tǒng)工程制圖偏重于點(diǎn)、線、面構(gòu)造形體的教學(xué)模式，有利于學(xué)生理解和讀懂二維圖形的來(lái)龍去脈，卻往往忽視了實(shí)體的整體性。工程設(shè)計(jì)往往從“體”的角度進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，在制圖技能方面主要依據(jù)實(shí)體的制造工序進(jìn)行工程測(cè)繪、制圖、標(biāo)注和設(shè)定技術(shù)要求等?，F(xiàn)行的工程制圖教學(xué)內(nèi)容對(duì)體的形成、造型和實(shí)體加工等涉及甚少，與工程設(shè)計(jì)實(shí)踐存在比較嚴(yán)重的脫節(jié)。
2.工程制圖(機(jī)械類)課程教學(xué)中存在教學(xué)要求高而學(xué)時(shí)短、理論學(xué)時(shí)多而實(shí)踐學(xué)時(shí)短、課外耗時(shí)多而效率不理想等矛盾。
機(jī)械制圖是機(jī)械行業(yè)的技術(shù)性文件，被稱為工程界的語(yǔ)言。工程制圖作為機(jī)械類必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是后續(xù)機(jī)械各專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的前續(xù)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)效果將嚴(yán)重影響其他機(jī)械專業(yè)課程的教學(xué)效果。減少課程教學(xué)學(xué)時(shí)是不可逆轉(zhuǎn)的教學(xué)改革趨勢(shì)。由于該課程本身具有教學(xué)量大、內(nèi)容抽象復(fù)雜、不易被學(xué)生接受等特點(diǎn)，現(xiàn)有的學(xué)時(shí)僅僅能用于理論教學(xué)，很難抽出足夠多的學(xué)時(shí)用于實(shí)踐性訓(xùn)練。該門課程是我國(guó)機(jī)械類大學(xué)生接觸的第一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，只有通過大量的訓(xùn)練才有可能掌握該類課程的基本知識(shí)和技能。因此本門課程的課外作業(yè)量大(估計(jì)是所有理論課程作業(yè)量最多的課程之一)，消耗了學(xué)生大量的課外時(shí)間，而效果卻不是很好。
3.工程制圖課程內(nèi)容抽象、不易被接受。
該門課程需要二維與三維之間相互轉(zhuǎn)換，對(duì)部分空間思維和形象思維較差的學(xué)生而言有較大的難度。大部分學(xué)生習(xí)慣于長(zhǎng)期以來(lái)形成的數(shù)理邏輯思維及學(xué)習(xí)方法，對(duì)幾何圖學(xué)所需的形象思維及學(xué)習(xí)方法感到陌生，并且不大適應(yīng)。每個(gè)班級(jí)總有部分學(xué)生在課程的后半部分對(duì)該門課程產(chǎn)生恐懼、厭學(xué)甚至放棄的情況。
二、將三維造型引入工程制圖教學(xué)改革的探討
清華大學(xué)童秉樞教授對(duì)三維造型引入工程制圖教學(xué)改革過程中的幾種論調(diào)進(jìn)行了總結(jié)對(duì)比[1]：(1)有的主張從三維模型入手，直接建立從體到圖的教學(xué)體系[2];(2)有的主張堅(jiān)持工程圖學(xué)教育的基本內(nèi)容[3];(3)有的認(rèn)為工程制圖課程轉(zhuǎn)移到以三維設(shè)計(jì)為中心是必然趨勢(shì)，但二維工程圖依然必不可少[4]。
本文認(rèn)為應(yīng)在教學(xué)改革實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用型本科工程人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案，逐步融合式地引入三維建模的方法和技能，在三維造型的教學(xué)方面著重介紹三維造型的基本原理(如實(shí)體幾何構(gòu)造法、形體集合運(yùn)算等)、基本方法、造型過程和實(shí)體仿真加工過程。通過對(duì)簡(jiǎn)單組合體、較復(fù)雜零件、裝配體的三維構(gòu)形與建模演示，促進(jìn)學(xué)生理解體的形成過程、實(shí)體加工過程，逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力和工程實(shí)踐意識(shí)。
三、基于三維造型的工程制圖教學(xué)改革重點(diǎn)
1.運(yùn)用“體”的形象弱化“圖”的抽象。
工程制圖中“體”與“圖”存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，傳統(tǒng)的畫法幾何過于注重“圖”的局部(如點(diǎn)、線、面)等，不利于幫助學(xué)生建立“體—圖”的整體性對(duì)應(yīng)關(guān)系。以致部分學(xué)生畫圖和讀圖時(shí)拘泥于“線”，難以形成“體”的真實(shí)概念。運(yùn)用三維造型能幫助學(xué)生建立“體”的概念，利用“體”的形象加深理解其對(duì)應(yīng)的“圖”。
三維造型是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，利用三維造型軟件(如PROE軟件)等能夠提供形象的立體圖形及圖形的形成過程。比如在工程制圖中，截切和相貫的形成過程及形成后的截交線和相貫線非常抽象，不易被學(xué)生接受，其二維圖形比較難理解。此時(shí)可以利用三維圖學(xué)幫助學(xué)生理解和掌握這類抽象的立體。圖1為PROE軟件生成的截切立體圖形，圖2為AutoCAD生產(chǎn)的截切平面圖學(xué)。對(duì)初學(xué)者而言，圖2的圖學(xué)較為難懂，但通過圖1的形象化之后，就比較容易掌握。
2.利用“三維造型”過程影響“二維圖形”的形成過程。
利用三維造型對(duì)“體”的造型過程演示，可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)“圖”形成的理解。二維“圖”的繪制、閱讀和尺寸標(biāo)注的過程與“體”的造型過程存在高度一致，三維造型的過程演示能幫助學(xué)生深入理解二維圖形操作的規(guī)范步驟。
三維造型軟件畫圖過程是以形體為基本單位操作的，畫圖過程往往反映了形體的形成過程，能幫助學(xué)生理解形體分解的過程和形成的過程。
比如利用三維造型軟件繪制組合體，其三維圖形的畫圖步驟能反映出該立體的形成過程。這樣學(xué)生就能比較容易地理解立體的形體分解方法，并按照形體分解的步驟作圖。比如圖1中的三維圖形的作圖步驟為：先畫大圓柱體，再畫長(zhǎng)方形槽，最后畫圓孔。學(xué)生通過三維造型的步驟就能夠掌握該立體的形成過程，也就很容易按照這一過程進(jìn)行二維圖形的繪制，因而容易掌握工程制圖中的重要作圖方法——形體分析法。
3.將ProE三維模型導(dǎo)入多媒體課件。
結(jié)合我校卓越工程師計(jì)劃的教學(xué)內(nèi)容改革，在現(xiàn)有多媒體課件的基礎(chǔ)上，引入“體”的三維造型及其仿真加工，加深學(xué)生對(duì)“體”與“圖”的形成過程的理解，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)和相應(yīng)的制圖技能。利用三維造型的形象特點(diǎn)，弱化“圖”的抽象性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。嘗試將三維造型用于工程制圖教學(xué)中，利用ProE軟件實(shí)現(xiàn)三維造型及仿真加工過程，幫助學(xué)生理解造型過程和加工過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和接受效率，從而大大增強(qiáng)本門課程的教學(xué)效果。
4.通過三維造型及其仿真加工實(shí)現(xiàn)“體”的加工與“圖”的形成融為一體。
傳統(tǒng)的畫法幾何側(cè)重于“體”的幾何特性，忽略了“體”的加工特性。這容易導(dǎo)致學(xué)生從純粹立體幾何的角度學(xué)習(xí)本門課程，忽略了本門課程具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性。利用ProE的仿真加工功能模擬生產(chǎn)實(shí)踐的加工過程，能幫助學(xué)生理解“體”的加工過程，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，有利于學(xué)生從工程設(shè)計(jì)的角度理解制圖知識(shí)，從加工實(shí)踐的角度錘煉制圖技能。
關(guān)于圓柱體截切的圖例中，該立體的三維造型過程與工程的實(shí)際加工過程相對(duì)應(yīng)，
從上表可以看出，三維造型與零件的加工工序存在緊密的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，通過應(yīng)用三維造型軟件能夠幫助學(xué)生了解零件的實(shí)際加工過程，建立工程概念，增強(qiáng)卓越工程計(jì)劃所提出的工程實(shí)踐能力，提高綜合知識(shí)水平。
四、結(jié)語(yǔ)
采用三維造型軟件的三維造型和仿真加工功能，并用于多媒體課件的制作過程中，能幫助學(xué)生理解立體的空間形狀和形成過程，了解零件的加工過程和裝配過程，增強(qiáng)教學(xué)效果。以上研究是對(duì)如何加深學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐知識(shí)的理解、強(qiáng)化學(xué)生工程意識(shí)、提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的探索性嘗試。這些研究將會(huì)促進(jìn)理論教學(xué)與工程實(shí)踐的結(jié)合，有利于培養(yǎng)具有綜合知識(shí)和綜合能力的“卓越機(jī)械工程師”。
參考文獻(xiàn)：
[1]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.
[2]陳熾坤，堯燕.現(xiàn)代工程圖學(xué)教育中的十大問題[J].第十四屆全國(guó)圖學(xué)教育研討會(huì)暨第六屆制圖CAI課件演示交流會(huì)論文集(上冊(cè))，2004.
[3]李世深.對(duì)工程圖學(xué)教育若干熱點(diǎn)問題的冷眼觀察[J].第十四屆全國(guó)圖學(xué)教育研討會(huì)暨第六屆制圖CAI課件演示交流會(huì)論文集(上冊(cè))，2004.
[4]王飛.以三維設(shè)計(jì)為中心的圖學(xué)課程改革[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2004，4：013.
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