在工程制图教学中加入3D制图的重要意义

马　宏　侯满哲　孙冰心　王月亭

(河北建筑工程学院，河北张家口 075000)



在工程制图教学中加入3D制图的重要意义

马宏侯满哲孙冰心王月亭

(河北建筑工程学院，河北张家口 075000)

摘要:3D制图技术的发展为工程制图教学改革提供了明确的方向，本文提出了在传统的工程制图教学中加入3D制图的部分，并从复杂定理的理解和提高学生空间想象能力的角度阐述了在工程制图教学中加入3D制图的教学意义，并从提高学生学习兴趣以及与专业课的对接的角度分析深一层次的意义，最后从学生毕业后的发展阐述了深远意义.

关键词:工程制图；3D制图；教学改革

0引言

目前各种3D制图软件发展迅速而且功能越来越丰富,如SolidWorks、Pro/E、UG、CAXA等.这些3D制图软件拥有立体造型、机构运动仿真、力学校核等丰富多彩的功能[1-3].同时在实际的生产过程中这些软件也起着越来越重要的作用，例如用这些软件直接操作数控机床进行零件的加工，还有建立模型后进行优化设计等都已经非常普遍了[4-6].然而这样丰富多彩的功能强大的3D设计软件却没有在工程制图教学的中得到很好的发挥，特别是在大一阶段的画法几何与工程制图教学中，几乎没有3D制图的部分.

随着个人电脑的普及，现在的大一学生对于电脑已经不再陌生，基本的电脑操作都是非常熟练的，同时大学的机房有都装有现成的3D软件，这就为在大一的制图教学中加入3D制图教学奠定了物质基础.同时，根据多年的教学经验，现在很多大学生在学习制图中都遇到了空间想象能力不足，学习兴趣不高等情况，有的学生甚至在期末考试中考出了一位数的成绩，3D制图的加入必将使制图教学工作开创新的大好局面，将3D制图加入到工程制图的教学工作中也势在必行.

1帮助理解复杂的定理

在工程制图课程中，画法几何相关的知识占了不小的篇幅，而画法几何中有很多理论性比较强的知识点，比如直角三角法求夹角、直角投影定理、旋转法、平面相交判断可见性等.这些知识的理论性和逻辑性非常的强，学习和掌握的难度相对比较高，这使就得很多学生在学习的过程中感到学习困难，甚至从这个时候开始抵触这门学科.目前的多媒体课件对这部分都有对应的立体模型甚至是动画，看起来足够帮助理解，但是这些多媒体手段往往仅仅是从单个视角的角度录制而成的，只能简单的介绍相应定理的形成和原理，对于定理多角度理解，变换投影面等情况却不能够全面展示，学生为了全面掌握这些知识只能自己再次进行深入的理解和学习，有些自制能力差的学生不能够进行深入的学习，因此，造成了学习困难的情况.3D制图软件的出现，恰好可以用来解决这个问题，这些软件的操作都是非常简单的，经过简单的培训就可以掌握点、直线、平面的建模操作，学生完全可以自己按照自己的理解针对课本上的定理独立建立模型，并从多角度的对模型进行学习，可以随意的变换投影面，可以对定理中的各种情况进行自由的演示.这样的学习效果大大高于目前传统的教学手段.

2提高空间想象能力

工程制图讲到后面，涉及到立体的时候，很多学生出现了空间想象能力不足的情况，非常影响教学效果，特别是个别的女同学，甚至存在一种思维劣势.根据多年教学经验，很多学生在完成相贯和组合体的作业时出现了很多不可思议的错解，把曲线画成折线，圆画成了正方形，把椭圆画成了菱形.而这样的理论在课本上和上课都有讲过，学生还是没能灵活的掌握，作业题和例题高度相似的话，正确率很高，稍微增加难度对知识点进行融合或者变化放置角度正确率就大大下降.这就反映出学生学习中只是对课本或者多媒体课件中的知识样本掌握了，但是对于融合以后的知识没能高度掌握，课本和多媒体手段不可能列举所有的情况.这种情况3D制图的引入将恰好解决这个问题.各种立体的建模也是比较简单的，拉伸、挖切、旋转的几个命令就基本可以完成常见立体的建模了.学生自己根据自身学习特点将立体模型建立起来，在鼠标的拖动下进行空间360°的展示，如图1.同时这个立体的各种姿态，各个投影面的视图都直接显现出来了，甚至三视图也可以直接生成，对照着这些资料再进行学习必定事半功倍.学生的空间想象能力也必将得到大幅度提升.

图1　立体提醒的多角度展示

3增加学习兴趣

教学中我们可以发现，有很多学生缺乏学习的主动性，没有学习兴趣，特别是在遇到只是难点的时候情况更甚，这一点通过课堂反应就可以表现出来.对于工程制图，这样的情况从两直线的关系，平面与直线的关系开始逐步显现了，到了后面的立体的相贯以及组合体的投影部分更为严重，个别学生基本失去学习兴趣，努力学习的动力就是通过考试和担心挂科，很难看到他获取知识的需求了，这一点从他们关心考试大于关心知识就能看出来.在教学中加入3D制图就可以缓解这一问题，3D制图灵活的造型功能，丰富的渲染效果，逼真的运动仿真都可以提高许嵩对学习的兴趣，初步渲染完成的立体效果如图2.学生往往有很多的新奇想法，而3D制图的这些显著特点恰好可以帮助学生以零成本完成他们的想法.而要想驾驭好这些3D制图的高级功能又要求必须学好工程制图中的各种知识，这样形成了良性循环，对于提高学生学习工程制图的积极性起到了重要的作用.

图2　初步完成渲染的立体模型

4与专业课的对接

目前关于制图的课程各高校几乎都安排在了大一学年，而专业课的开设往往放在了大三大四阶段，部分学校单独开设了3D制图的课程，往往也安排大三往后，这时候大一学习过的画法几何与工程制图的知识学生已经忘记很多了，出现了知识的断层.很多知识又是从新学习了.在工程制图中加入3D制图后学生学知识的同时也在学实际操作技能，学习结束后感觉自己掌握了一门技能，有一种跃跃欲试的感觉.这种时候各种科技类竞赛开始选拔人选，同时我们也在这个时间针对这些学生组织专业的制图的比赛，多数学生会去参加这类比赛某次3D制图大赛中的学生作品如图3.在比赛中利用3D制图技能协助比赛的完成同时又深一步的对制图的进行了学习，实现了学习的连续性.再到学习专业课程的时候这些知识还依然清晰，在知识的衔接上有显著的进步.

图3　3D制图大赛中的学生作品

5对于未来参加工作具有重要意义

目前几乎所有的企业都在使用3D制图进行设计生产，自动化程度高的企业甚至实现了全程“无纸化”生产.这也是未来发展的方向，利用3D制图技术进行产品设计如图4所示.3D制图将作为本领域技术人员必须掌握的一门技能，甚至要求掌握多个3D软件的操作.学生在大学学习的过程中掌握3D制图成为了必然要求，在学习画法几何与工程制图的过程同步进行3D制图的教授无疑是对该课程掌握的最佳时机.学生未来走出校门，进入企业熟练的掌握3D制图技能对学生的职业发展具有重要意义.

图4　利用3D制图进行产品设计

6总结

3D制图的发展已经成为不可逆转的大势，在画法几何与工程制图课程中加入3D制图对于帮助学生学习制图课程，提高学生的空间想象能力增加学生学习的兴趣都有重要意义，同时对于学生知识结构紧密衔接以及未来进入工作岗位都有重要意义.

参考文献

[1]张宝庆,张学忱,李玉菊,等.浅谈3D制图教学中的二维表达[J].图学学报,2007,28(4):166～169

[2]续丹.“3D机械制图”教学中提高学生读图能力的实践与思考[J].图学学报,2012(6):124～129

[3]师帅,安雪.Solidworks 3d机械设计在机械制图课程中的重要意义[J].企业技术开发：学术版,2012,31(1):86～86

[4]商林丰,蔡义桃.CAXA 3D功能在机械制图教学中的应用简析[J].神州旬刊,2013(8):52～52

[5]张黎骅,邓启国,马荣朝,等.UG软件在《工程制图》教学中的应用[J].农业工程,2013,3(4):115～118

[6]赵继成,王兰美.基于AutoCAD的3D教学模式在工程制图教学中的应用[J].机械工程与自动化,2013(6):174～175

[7]郭莹.基于3D CAD技术的工程制图教学改革探讨[J].中国成人教育,2009(6):135～136

Significance of joining 3D drawing in Engineering Drawing Teaching

MA Hong,HOU Man-zhe,SUN Bing-xin,WANG Yue-ting

(Hebei University of Architecture Zhangjiakou Hebei 075000)

Abstract：the development of 3D graphics for the teaching reform of engineering drawing provides a clear direction,this paper presents in the traditional teaching of engineering drawing with 3D graphics,and from the understanding of complex theorem and improve students space imagination ability perspective expounds the significance of the 3D graphics teaching in the teaching of engineering drawing,and analyzes the deeper meaning from improve students learning interest and docking with the professional course angle.Finally,from the development of the students after graduation describes the far-reaching significance.

Key words：engineering drawing；3D drawing；teaching reform

收稿日期：2015-10-26

基金项目：河北建筑工程学院科研基金立项(Y-201307)；河北建筑工程学院教育教学研究项目(2015JY2033)

作者简介：马宏(1979-)，男，助教，从事工用机器人及工程图学研究.

中图分类号:TH 12

文献标识码：A