基于工程设计与三维cad的工程图学的教学改革与实践

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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