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时间:2019-01-12
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1、基于工程设计与三维CAD的工程图学的教学改革与实践 摘要:针对目前工程图学课程,学生空间思维能力较弱、理论知识抽象难懂的问题,将三维建模融合到图学课程的教学中,将三维建模的构形设计理念与立体的构形过程结合起来,直观展示二维到三维之间的相互转换关系,有效的提高了学生的学习兴趣及空间思维能力,同时在教学过程中融入工程实例,以培养学生解决实际问题的能力,并有效培养了学生的工程意识。 关键词:工程设计;三维CAD;工程图学 中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号:1674-9324(2016)36-0132-
2、02 一、引言 工程图学是一门以图形为研究对象,用图样来表达设计思维的学科。图样作为构思、设计与制造工程中工程信息的载体,准确地表达了工程对象的形状、尺寸、材料和技术要求[1],制造者通过图样来了解设计要求,通过图样进行科学技术交流,故图样被称为“工程界的语言”。在工厂企业中如果不会看图、读图,那就等于人没有了空气和水。整个机械制造行业中,企业的管理人员,设计部门的设计师,工厂、车间的工艺师,生产工人,检验人员,产品销售人员,设备维修人员,等等,都必须学会看图读图。学好读图绘图也是学生进行课程设计、毕业设计的基
3、础。5 传统的工程图学的教学很多还秉承前苏联“传递―接受”式的教学模式,学生实际解决问题的能力不强,工程教育与实际工作脱节,工程教育中缺少对学生工程意识的培养,学生缺乏解决实际工程问题的经验和认识”[2]。另外,图学课程需要的空间思维能力,对于刚接触该课程的同学来说觉得抽象,难以理解,通过三维CAD的介入可以帮助学生很好地实现工程制图学习中“平面―空间―平面”这一思维过程的转换,有效地培养学生的“图学意识”。基于此,在课堂教学中,融入三维CAD及工程概念,激发学生的学习兴趣,提高教学效果。 二、三维CAD造型在
4、工程图学教学中的融合 (一)三维建模与组合体的融合5 工程图学主要是培养学生读图绘图的能力,读图是看平面的二维工程图去想象三维立体,绘图是由三维立体绘制相应的二维工程图。这是一个二维和三维空间转化的过程,对于大部分学生来说,由二维工程图想象立体图较为困难,所以在组合体的教学中,穿插三维建模教学,帮助学生实现空间想象。组合体构形的方法有叠加、挖切、求交三种集合运算方法和拉伸、旋转两种动平面轨迹运算方法,这些运算方法都可以直接在三维软件中动态演示。例如下面的组合体,如图1所示,图学中讲解的理论知识为利用组合体形体分
5、析法将组合体分解为若干个形体,确定形体之间的组合形式和相对位置去想象立体,这个过程可以利用三维建模软件直观显示出来,三维建模的过程是先构造右侧立体,如图1(b)所示,由水平面的草图通过拉伸形成右侧立体,然后画底部立体草图,拉伸形成地板立体,如图1(c)所示,最后画出V面三角形草图,拉伸形成三角肋板,如图1(d)所示,整个组合体建模完成,通过立体的建模过程,学生能够直观的看到“二维―三维―二维”的转变过程,快速掌握空间思维方式。 (二)组合体尺寸标注 图形只能表达组合体的形状,各形体的真实大小及其相对位置,必须由
6、尺寸来确定[3]。尺寸标注对于大部分学生来说也是一个难点,因为大一的学生没有工程概念,还没开始学习专业知识,教师上课若是只讲解尺寸标注的若干规定,那么学生无法完全理解这些规定,标注尺寸时似懂非懂,出现很多错误。形体分析法是保证尺寸标注完整的基本方法,即将组合体分解为若干个形体,逐个标注定形、定位尺寸,最后标注总体尺寸,完成整个标注。这一过程完全可以借助三维软件建模过程来实现,建模的过程即是将分解的形体组合起来的过程,例如图1中的组合体,由建模过程很显然我们可以将组合体分解为三块,如图2所示,分块逐一标注定形、定位尺
7、寸,这样学生理解起来简单易懂。 (三)直观感知装配关系 利用三维建模软件的装配功能,给学生演示典型的机械装配,学生可以直观的看到整个装配过程,了解各零件相互之间的装配关系。5 如图3所示,选择齿轮泵作为装配体讲解,齿轮泵结构相对比较简单,工作原理易于理解,通过三维建模软件,将齿轮泵的整个装配过程演示给学生,各个零件之间的装配关系可直观的看到,同时通过三维建模软件,直接由齿轮泵的装配图生成工程图,让学生更加直观的感受三维到二维的转变,这一过程对于理解如何绘制装配体的工程图有很大的益处,所学知识不再抽象难懂,学生
8、通过课堂上直接观看,很容易掌握所学知识,并且对于学习三维软件的兴趣大大提高,为以后的三维教学打下了良好的基础。 三、图学课程与工程实际的融合 工程图学是一门实践性较强的课程,应注重培养学生的工程实践能力,以往的教学过程,过多的重视学生对理论知识的掌握,而忽略了对学生工程实践能力的培养,以至于学生画出的图纸并不能真正用于实际加工,只能纸上谈兵,学生很难实现
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