基于三维数字化技术的机械制图教学改革与实践
摘 要 介绍运用三维数字化技术进行的教学方法改革，阐述三维数字化技术在机械制图课程中的应用和对于制图能力的帮助。能更好地培养学生的创新意识和实践能力，不断提高教育教学质量。实践证明，三维数字化技术的应用对教学质量的提高起到重要作用。
关键词 三维数字化技术；教学改革；机械制图；空间思维能力
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）10-0098-02
Mechanical Drawing Teaching Reform and Practice based on 3D Digital Technology//ZOU Zechan， CHEN Zhongshi
Abstract This article is to introduce the use of three-dimensional（3D）digital technology to reform teaching methods， and describe the applications of 3D digital technology in mechanical drawing courses， which can better develop students awarene of innovation and practical ability to continuously improve the quality of teaching.Practice has proved that the 3D digital technology to improve the quality of teaching plays an important role.
Key words 3D digital technology； teaching reform； mechanical drawing； spatial thinking ability
2012年教育部出台的《教育信息化十年发展规划》明确指出，以教育信息化带动教育现代化，是我国教育事业发展的战略选择。教育信息化的根本不是将信息技术引入学校，而是要将信息技术充分融入到课堂教学之中。传统信息化技术与三维数字化技术充分融合运用，是教育信息化的大势所趋。近年来，数字化技术在教学之中的应用越来越广泛[1-3]。
机械制图是高职院校机械类专业的一门主干技术基础课。机械制图以形体构造和图形表达为核心，以形象思维为主线，培养学生空间想象能力、形象思维能力和图形表达能力等工科基本素质，为培养高职技能型应用型人才打好基础，以适应现代设计与制造的发展。然而，随着近年来高职招生录取分数线的下降，为提高教学质量，进一步深化机械制图课程建设，深化教学改革，积极探索和实践是十分必要的[4]。
1 机械制图教学现状分析
大部分学生在入学后第一学期开始学习机械制图时感到枯燥和吃力。从投影理论入手去分析各种零件图甚至装配图，是很难想象复杂的实体形状的，学生学习积极性也很难调动起来，从而影响教学效果。
在传统课堂教学中，对挂图或实物木模的微小的内部结构，坐在后面的学生无法看清，同时模型实物和投影视图之间的转换比较麻烦，因此采用黑板加粉笔、挂图加实物木模的教学方法，效果不够理想。而替代了传统教学中板书及挂图的多媒体课件教学法，对三维零件的实时动态观察、剖切、虚拟装配及装配体的爆炸动画显示等效果基本没有，已不能满足对人才培养的需求。随着计算机技术的发展及其在教育中的应用，基于三维数字化虚拟技术的教学方式有助于教学质量的提高。
2 运用三维数字化技术进行的教学方法改革
刚入学的新生没有丰富的空间思维能力，应结合当时教学的内容，利用三维数字化设计软件将备课时准备的数字化模型打开，以任意方向和任意角度对零件图形进行实时动态观察，将所讲的知识点通过不同的实际案例直观地呈现给学生，同时利用动态剖切、模拟装配及仿真动画功能，图形更加生动逼真，更能帮助学生培养空间思维能力和设计思想的表达能力，激发学生的学习兴趣，增强教学效果。
目前普遍使用的三维数字化技术软件有SolidWorks、UG、Pro/E、CAXA、CATIA、Inventor等。在众多软件当中，SolidWork作为一款功能强大的三维设计软件，可以实现参数化建模、虚拟装配、运动仿真、干涉分析等，并能自动生成精确的各种二维工程图样，因为它的操作直观、简单易学、界面友好、基本功能全面，已经成为较为普遍的应用软件。
教师根据教学时的实际情况，利用三维SolidWorks软件，从数字化处理的教学资源中随时添加一些日常生活中看到的模型，一步一步地示范建模和讲解，使学生对该软件的操作和建模过程有更直接的认识，使学生的空间概念更实际。这种理论联系实际的教学过程生动有趣，激发了学生的学习兴趣，启发了学生的积极思维，同时可以使学生对现代工程设计方法有切身的体验，有利于后续课程的学习。
3 三维数字化技术在机械制图教学中的应用
投影理论、基本视图 点的正投影和零件的多面投影是机械制图教学的重点。将上课前准备的实体模型导入SolidWorks软件中，工程图模块直接转换成三视图，可使学生轻松地理解投影理论和视图概念。采用标准视图中的前视、后视、左视、右视、上视、下视、正视等轴测图，可以使学生形象、直观地看到演示模型的空间结构、与视图的投影关系及各种视图的形成过程，有利于学生对投影理论及视图的理解。
基本体、组合体 利用特征建模中的拉伸、旋转、扫描或放样创建基本形体，使学生可以逼真地看到各种基本体的形成过程和建模方法。同时，可以由零件直接生成工程图，让学生更深刻地了解三维实物与二维投影图之间的关系，将“教、学、画”融为一体，是教学内容和教学方法的改革，培养了学生的学习能力和创新能力[5]。
组合体第三视图的补画是教学的重点和难点，经常出现学生多画线或少画线的现象，是由于学生对诸多细节没有掌握和理解。因此，在讲解组合体的形体分析时，利用SolidWorks软件的设计特征树及回放功能，可以完整清楚地演示组合体中各个基本体的形成和组合过程，培养学生的空间想象能力。
截交线、相贯线 传统教学中很多课时花费在截交线和相贯线的作图上，尤其是回转体组合相贯线的空间形状分析想象困难，教学效果不理想。利用SolidWorks软件可灵活逼真地讲解相贯体的种类、空间位置和截交形状。组合体的相对尺寸变化时会产生截交线和相贯线的变化，比如两圆柱直径比值的改变，会引起交线的性质、弯曲程度和走向发生变化，学生很容易观察到相贯线的变化趋势。通过SolidWorks软件，学生对实体的内部和外部结构能有更直接的认识和理解，使教师的教学更加轻松。
剖视图 剖视图是机械制图教学中机件表达方法的重点，利用Solidworks的工程图将三维零件模型自动生成详细的工程图，可完成各种形式的剖视图。教学中，在零件的三维视图下，以直观的三维旋转动态形式进行剖切，随时改变剖切平面的位置，全剖视图立即生成，能够促进学生对复杂零件内部结构的想象，激发学生的学习兴趣，取得较好的教学效果，这是传统教学或者课件无法实现的。
零件图 在三维数字化设计中，零件模型是产品整个设计周期的承载体。在零件图章节的教学部分，应将二维零件图和三维实体零件结合起来，充分利用SolidWorks的工程图功能，直接将零件生成基本视图、标准三视图、剖视图（全剖、半剖、旋转剖、阶梯剖、局部剖等）、断面图、局部放大图、尺寸标注等各种视图，有利于培养学生识读较复杂零件图的能力，为适应以后工作岗位的要求做好准备。这部分内容结合典型的实际零件图，进行三维实体造型，培养学生三维造型能力与工程应用能力。
装配图 讲授装配图时利用SolidWorks软件的装配功能，根据不同装配约束关系和位置要求，将一个一个零件装配成部件或产品。同时制作成的装配动画可以演示零件的具体装配过程，装配的爆炸视图和生成的爆炸线可以展示整个装配的位置关系和装配关系。这样可以使学生更好地理解装配图的工作原理，提高阅读装配图的能力。
4 结语
将三维数字化技术引入机械制图教学中，实现教学方法的改革与创新，既可以改变以往学生学习机械制图过程中表现出的枯燥无趣现象，又能将学到的知识内容与机械行业生产设计与制造实际联系在一起，将现代计算机技术与课程基础知识有机结合，极大地提高了学生的学习兴趣和空间想象能力，同时提高学生三维数字化设计能力。实践证明，三维数字化技术的应用对教学质量的提高起到重要的作用。
参考文献
[1]刘书伦，赵冬玲.数字化技术在体育训练中的运用初探[J].数字技术与应用，2010（2）：48.
[2]黄艺.谈基于数字化虚拟技术的景观设计课程教学[J].教育探索，2013（2）：39-41.
[3]周云.视频微博在大学英语口语课外训练中的应用研究[J].现代教育技术，2013（5）：68-72.
[4]李伟.机械制图课程改革的实践性探索[J].中国教育技术装备，2012（4）：97-98.
[5]张泽东.SolidWorks在机械制图教学中的应用[J].新课程研究：职业教育，2012（2）：157.
