二维三维转换在《机械制图》教学中的探索与研究

房芳

摘要：二维三维转换是《机械制图》课程运行的主线，它是教学内容，是教学目的，也是教学手段。由此引发的思考：恰当处理这种教学内容、目的、手段多角色成分的交融；教学中提高二维三维转换技能的方法的进展历程；二维三维转换未来发展的畅想。我们研究、利用并发展二维三维转换，以促进教学效果和质量的提高。

关键词：机械制图 二维三维转换 交融 进展历程 发展畅想

工程界的二维工程图纸作为工程界的通用语言，在设计、加工等所有相关人员之间传递产品的信息，人们约定一些制图规则，如将三维产品形成若干由二维视图组成的图纸，从而表达完整的产品信息。用二维工程图形来表达三维世界中的物体，需要把三维物体按制图规则绘制成二维图形（即制图过程），其他技术人员再根据这些二维图形和制图规则，借助抽象思维在人脑中重构三维模型（即读图过程）。《机械制图》就是承载着制定、约束、传授和强化关于机械工程图样的制图规则和三维抽象思维能力培养职能的课程。《机械制图》课程目标是培养学生具有空间想象能力、绘制和识读机械工程图样的能力。二维平面与三维空间这种多维度的转换是课程运行的主线，这种转换技能既是《机械制图》课程的教学内容，又是《机械制图》课程的教学目的，同时也是《机械制图》课程的教学手段，因此二维三维转换在《机械制图》教学中有着至关重要的意义。

二维三维转换以教学内容、目的和手段等多角色成分存在于《机械制图》教学中，由此引发以下几个方面的思考。

一、恰当处理这种教学内容、教学目的、教学手段多角色成分的交融

教学内容是根据教学目标来确定的，是教师合理选择、组织单元教学内容以及安排单元教学内容的表达和呈现。《机械制图》课程教学内容中关于点、线、面、立体的绘图读图等相关知识就是二维三维转换的过程。

教学目的是教学过程的出发点和归宿，它起着重要的导向作用。《机械制图》课程教学目的明确指出要培养学生的实践能力，即掌握绘图和读图的基本方法，就是二维三维转换的技能。

教学手段是师生教学相互传递信息的工具、媒体或设备。在众多教学手段中的口头语言、书籍、教具挂图模型、教学课件以及三维建模等具象的大量运用正是二维三维转换作为手段运用的表现。

集教学内容、教学目的、教学手段于一身，这种情况在其他学科中是罕见的，也正是《机械制图》教学的特色，也许《机械制图》学科本身的知识深奥程度并不足为奇，所以通常很多人认为这门课程难度不大容易教授，但是要恰到好处地传授这门课未必似表象感觉那样容易，一旦涉足课堂教学面向学生进行具体表述，方才体会到其中的困难，似乎总是感觉到有一种难以诉状的朦胧，使教师和学生之间难以淋漓尽致、透彻明了的沟通，原因正如上面所述，即教师是在用二维三维转换的手段来传授二维三维转换的知识，从而达到二维三维转换的教学目的。这是对《机械制图》学科教师的知识底蕴、教学功底、因材施教、学情调控以及矛盾交融时的掌控能力等综合素质的考验，这当然需要教师本身要具有熟练通灵的二维三维转换能力，在此基础之上还要有机智灵活的应变能力，准确到位的语言表达能力，同频共振的学生心理情感交流，既是所谓的用问题解决问题。所以，二维三维转换如此奇妙的存在于《机械制图》教学中，它是《机械制图》教学中永远需要意会言传的主题和精髓。

二、教学中提高二维三维转换技能的方法的进展历程

与教学手段相似，提高二维三维转换技能的方法经历了从传统的口头语言表述、板书文字表达、教材图文示范、教学挂图展示，到现在的电子视听设备、多媒体课件、二维绘图三维建模程序软件和网络技术等声、光、电现代化科学技术辅助教学等阶段。这些方法在原有的实体形态的基础上，不断地发展、丰富、延伸、优化、虚拟和穿越，方法的多样性改善了教学条件，智能化了教学设施，方便了教学硬件操作，满足了教学的需求。

三、二维三维转换未来发展的畅想

目前我们能够看到的几乎所有印刷资料，包括各种图书、图片、图纸，都是平面二维的，而现实世界是一个三维的世界。首先，从企业应用的实际需要和市场分析来看，在现阶段和将来很长一段时间内，技术上还无法做到完全无纸化加工，二维工程制图仍有长期存在的空间，二维制图仍将广泛用于零部件及其一般装配体的设计、交流、指导和分析。其次，二维工程制图仍有着三维产品模型所不能替代的作用，由于目前很多软件程序中，三维建模必须依靠二维视图才能进行。三维建模一般都是从二维作图开始从而创建三维模型。再次，二维视图能帮助检验建模的正确性，有时从三维模型上很难确定点、线、面之间精确的几何关系，而从二维视图上则很容易得到。最后，在三维建模过程中所需要的空间形象思维能力和形体分析技能只有通过大量的二维制图训练才能获得。二维制图能力仍是当今工程技术人员必备的基本功之一，因此，学校仍要十分重视二维制图的教学。

当然，设计领域正发生着巨大的变革，存在很多局限性的二维平面文件在未来很有可能被三维建模取而代之，用三维建模更加直观有效，能更精确地反映设计者的意图，能克服二维绘图的不足，更有着二维绘图无法比拟的优越性：

1.三维建模可大幅度提高设计效率，降低产品成本，具有强大的造型能力和虚拟产品开发能力，设计者很容易设计出各种不同的方案供预视、评价和讨论，提高产品的适应能力，从而有助于优化决策，大大缩短研制周期；

2.三维模型一旦建立，即可以供数字化预装配及动态仿真；

3.建立三维模型，能对其空间网格进行划分和切片处理，生成各截面轮廓，创建扫描线，输人程序供设备制造出零件实物，使产品设计迅速得到物化；

4.通过三维设计模型的动态展示和用户参与设计过程，可以促进产品销售。

5.由于三维建模系统强大的造型功能，人们很容易把想象中的物体可视化，从而可以激发人的想象力和创造力，研制出许多新产品，增强企业的竞争力。

从以上分析可以看出，三维建模是发展的必然趋势。三维建模技术已然在我国的汽车、航空、船舶等领域迅速得到推广，众多企业急需既懂设计，又掌握二维三维技术操作技能的工程技术人员。我们的教学应跟随甚至优先于时代的步伐，致力于研究二维三维的转换，充分利用、发挥二维三维转换的技能，使二维三维教学相互渗透、相互融合，在二维三维教学设计软件使用、手工设计绘图之间找到适当的匹配，提高《机械制图》教学效果和质量，培养具有竞争力的、新颖观念的职业人才。

参考文献：

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