机械制图图学基础中引入三维建模的教学改革与实践

摘要：针对制图课程教学特点，对机械制图图学基础的教学进行了相应的教学改革。以培养学生空间想象能力为目的，将三维建模融入到教学过程中，激发了学生学习兴趣，调动了学生的主动性，对提高教学效果起到积极的作用。

关键词：独立学院；三维建模；图学基础；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）01-0103-02

目前，三本独立院校《画法几何及机械制图》课程体系尚不完善，大多数三本独立院校仍沿用一类本科院校的课程体系，导致教学中还存在一些问题，主要表现在学生对课程重要性认识不够，学习积极主动性较差，难以建立空间形体与平面之间的联系，学习兴趣不高。[1]为此，我们对机械制图图学基础部分进行了教学改革，利用计算机三维建模技术来培养学生空间想象能力，激发学生学习兴趣，调动学生的主动性。

一、传统教学中存在的问题

《画法几何及机械制图》是机械类专业的一门重要的技术基础课。课程安排在大学一年级分上、下两个学期开设。上个学期主要讲授的是图学基础部分，即包括：制图的基本知识（国家标准）、几何作图、点线面、基本体及其截交线和组合体及相贯线相关内容。其主要任务是要求学生熟悉制图国家标准相关内容，培养学生尺规绘图能力和空间想象能力。

在传统的教学方式中，老师们上课的时候会带木模型到课堂，用来使学生对图形所对应的形体产生感性的认识和了解，培养学生的空间想象能力。但是由于木模型的种类和数量是有限的，且体积大而笨重，教师携带并不方便，要想满足所有学生的学习要求，显然是有一定困难的。后来教师们使用电子模型，虽然携带起来方便，而且学生也可以拷贝这些模型在课后自主学习，但学生对着已经做好的模型学习，并不能激发学生创造性的形象思维能力，比如如果电子模型对应习题改变了位置或局部形状，有些学生就会难以想象出来。日常的实践教学也证明，这种方式对于空间想象能力较差的学生而言，仍难以培养他们的空间想象能力。

二、三维建模与机械制图图学基础部分融合式教学

对于我校机械类专业而言，改革前采用的是分段式制图课程教学体系，既开设了96学时《画法几何及机械制图》，又开设了24学时的《计算机辅助机械绘图》，两门课一共为120学时。[2]其优点是教学组织上较灵活，分为两门课授课。《计算机辅助机械绘图》主要讲授二维绘图，安排在大学一年级下学期后半个学期段进行。

（一）依据制图课程基本任务，针对课程教学特点，确立教改的指导思想和目的

目前，随着计算机软硬件技术的飞速发展及工程界对二维计算机绘图以及三维建模技术日益增长的需求，在《画法几何及机械制图》教学中有效地融入二维计算机绘图以及三维几何建模越来越受到重视。各高校都在不断开展三维教学实践活动，制图教师们都在思考怎样将三维建模与《画法几何及机械制图》教学结合起来，为教学服务。其中有的教师认为，应从三维模型入手，直接建立从体到图的教学体系；有的认为二维工程图不可少，应与后续课程进行相应配套改革；有的认为改革应坚持工程图学教育的基本内容，发挥其他课程不可替代的作用。[3，4]

围绕着制图课程培养学生构形、表达、读图、制图的能力的基本任务，针对《画法几何及机械制图》图学基础部分的内容本身具有抽象、难懂，学生学习起来很困难，难以激发学生兴趣，调动学生主动性的教学特点，我校三维建模与机械制图图学基础融合式教学改革确立了以制图课程为主线，以计算机二维绘图三维建模为辅线，尺规绘图与计算机绘图并重的指导思想，目的是为了激发学生的学习兴趣，培养学生的三维空间想象能力。那么，如何把三维建模与传统的《画法几何与机械制图》图学基础部分紧密结合在一起，激发学生学习兴趣，培养学生三维空间想象能力，便成了这次教学改革主要解决的问题。

（二）合理安排教学，整合制图理论与计算机绘图教学内容

改革后，《画法几何及机械制图》和《计算机辅助机械绘图》合并为一门课，总学时120学时不变。上学期安排56学时，在制图教室上课占40学时，讲授图学基础部分内容；在计算机机房上课占16学时，讲授计算机二维绘图及三维建模部分内容。目前的计算机绘图软件很多，我们仍选用Autocad来教学，虽然它的三维建模功能不强，但三维建模简单形象易操作，便于在有限的学时内培养学生三维空间想象力。

为使图学基础和计算机辅助绘图的教学内容有效融合，我们进行了如下的安排：第一阶段讲授AutoCAD二维平面绘图，安排8个学时。在学习完平面图形绘制及绘图国家标准后，安排一次计算机辅助平面绘图课程，以画几何作图课后练习为载体，学习在AutoCAD中设置符合国家标准的图幅图框、图线图层、字体等，学会基本的二维绘图和编辑命令。在学习完点、线、面后，安排第二次计算机辅助平面绘图课程，以绘制平面图形为载体，学习常用的二维绘图和编辑命令，使学生掌握绘制任意中等复杂平面图形的能力。第二阶段讲授AutoCAD三维建模，安排8个学时，先讲叠加形体的建模，再讲做切割形体的建模。在组合体这一章开始时，安排一次计算机辅助三维建模，讲授如何对叠加方式的组合体建模。在这章结束后，安排第二次计算机辅助三维建模，讲授如何对切割方式的组合体建模。

（三）“演示—操作—想象”渐进式教学

二维和三维，一个是空间，一个是平面，在制图课程中其关系既矛盾又统一。矛盾的是，“画图”要求学生能把复杂的三维工程形体转化为二维的平面图形，而“读图”又要求学生能读懂复杂的组合体二维三面投影图，能把更复杂的平面图形还原成三维模型。统一的是，画图和读图的对象都是同一工程形体。为使学生建立三维空间想象能力，传统制图教学过程中，老师要求学生多看木模型，多思考模型与练习之间的联系，多做已知两面投影求第三面投影习题。传统的教育模式下，学生无法快速融入到课程中去，难以形成完整的空间概念，甚至可能会导致学生丧失学习这门课程的信心，甚至影响后面的课程学习。endprint

在教育心理学中，形象思维的解释是会运用直观形象或表象来解决空间想象的问题。那么，怎样利用三维建模来积累形象思维的表象，达到培养学生空间想象能力的目的呢？我们采用了以下的方法。

1.直观演示，静动教学感知表象。在教学中，教师先给出组合体的三视图和该组合体的三维静态图片。所选的组合体要复杂一点，至少需要由三种形体叠加或切割而成。先把难懂的三视图与直观的立体图对比，使学生感知学习的材料。之后，教师再用图片方式一次性给出该组合体建模的所有过程，使学生通过对比，掌握三视图和立体图内在的联系，理解整体和部分之间的关系。最后，教师依据图示的过程，在AutoCAD中讲授该组合体建模的操作过程。三维实体动态演示配合静态过程图片的教学，能使学生留下鲜明的表象。

2.动手操作，课上辅导。教育心理学告诉我们，让学生亲身经历参与掌握知识的过程，会激发学生学习的兴趣；加强学生动手操作能力，能加深学生对知识的理解。在教师直观演示组合体建模过程后，针对教师给出的组合体三视图和立体图片分别出三道题，让学生亲身经历动手操作建模。教学中，可以逐渐增加题目的难度，比如第一题给出形体三视图和立体图要求学生进行三维建模，而到了第二题只给出三视图来建模，第三题则只给了形体的两个视图来建模。安排课上做这三道题，一方面教师可以从旁辅导，与学生互动交流讨论，帮助学习掌握建模过程；另一方面，可以掌握学生学习的动向，及时调整习题难度，避免学生产生畏难情绪。这种动态的教学手段相比以前静态的木模型或电子模型更能帮助学生快速地建立对二维平面与三维立体的空间想象能力。

3.想象形体，培养学生空间想象力。想象是指人脑对过去形成的表象进行加工改造而产生新形象的心理过程。先讲叠加形体建模再讲切割形体建模的原因是，叠加形体特征视图较多，便于学生建立“从特征视图入手，联系几个视图，想形体”的思维过程。在讲完叠加形体建模后，学生通过反复体会三维与二维的投影转换，积累图形的直观形象和表象，建立一定空间形体与平面之间的联系，再来学习较难想象的切割形体建模，兴趣正浓的学生便不会产生畏难情绪，符合学生的认知规律，便于学生建立空间想象力。

课后，教师还可以布置组合体建模习题，帮助学生巩固学习成果，强化培养三维想象能力。

三、结束语

依据制图课程基本任务，针对制图课程教学特点，确立以制图课程为主线，以计算机二维绘图三维建模为辅线，尺规绘图与计算机绘图并重的指导思想，整合制图理论与计算机绘图教学内容，采用“演示-操作-想象”渐进式教学，将三维建模融入到教学过程中，搭建感性认识向理性转化的桥梁，不但激发了学生学习兴趣，调动了学生的主动性，而且培养了学生三维空间想象能力，对提高教学效果起到积极的作用。

参考文献：

[1]冯向东.经营大学 办好教育——依托名校办分校的办学实践研究[J].复旦教育论坛，2004，2（6）.

[2]陈振兴.独立学院《机械制图》课程教学改革实践[J].教育教学论坛，2013，（5）.

[3]张京英，罗会甫，张彤，焦永和.三维造型设计与工程图学的有效融合[J].工程图学学报，2010，（6）.

[4]童秉枢，易素君，徐晓慧.工程图学中引入三维几何建模综述与思考[J].工程图学学报，2005，（4）.endprint