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[摘要]根据现代技术对传统工程制图的要求,我们对工程制图课程的教学进行了改革。通过三维实体设计引进工程制图课程教学,结合二维图样表达三维物体的传统教学方法的应用现状,全面介绍了三维设计技术的工程制图教学研究与实践;指出优化了课程教学内容、教学方法,加强对学生的空间思维能力、创新能力、工程意识的培养,构建了以三维实体设计为主线,三维实体表达方法和二维工程图表达方法并重的教学体系。
[关键词]三维设计 二维设计 工程制图 教学改革
引言:
工程制图是机械、汽车、工程等专业的一门基础性、技术性、应用性很强的课程。它是研究工程图样的绘制和识读规律与方法的一门学科。主要任务之一是培养学生的空间想象能力和空问分析能力。传统的教学模式不足之处是:设计者头脑中的形体构思是三维物体,但受限于立体建模和表达的手段,空间物体只能采用投影的方式.表达在二维图纸上。生产者根据二维图样,理解它们的含义,再在头脑中想象出所表达的空间物体。这种空间物体到二维图样的画图过程,或二维图样到空间物体的看图过程是围绕实的图纸和虚的物体展开的,其方式不直观,限制了产品设计和制造信息的表达和交流,限制了设计者的创新思维。如何提高工程制图课的教学效果是我校这次改革的主要任务。我们在教学过程中还进行了大胆尝试:增加三维实体建模绘图课时,让学生学习三维实体的建立,并对三维实体进行动态观察,建立空间形体的整体概念,激发学生的创新思维,实现了由实的物到实的图纸的飞跃。
一、工程制图的教学改革方向
长期以来,工程制图教学重点主要放在平面投影、二维工程图样的表达及读图、制图技能上,教学内容更多地是研究如何用二维图形将空间形体准确地表达出来,用平面的投影规律去解决空间形体问题,以及如何根据二维图形想象出空间形体。在教学过程中要求学生通过从空间到平面再到空间的来培养形体表达能力和空间想象能力,但实际上,要在较短的时间内掌握由平面投影想象空间实体的形状是有一定困难的,部分学生对这门课的学习感到很困惑,学习很吃力。
基于以上原因,工程制图的教学改革方向是:以三维实体设计为主线,构建以培养创新精神和创新能力为目标的课程体系。
二、工程制图课程教学改革的主要内容
面向三维设计重新组织教学内容,增强培养学生的空间分析和表达能力。工程制图课程教学内容以培养学生的设计意识为主线,主要讲授进行正确设计表达所必须具备的知识(画法几何、工程制图、计算机图形学基础)。其中,传统的基于投影的画法几何内容要进行大量的压缩,以能够读懂二维工程图为原则。因为在三维CAD系统中,几个相贯的立体的形状、大小和位置输入计算机后,就可自动生成相贯线,画法几何中较复杂的相贯线求解对空间构思能力培养作用不大,求解立体相贯线内容的难度应降低,只要掌握相贯线的画法和大致趋势就可以了;再有现在CAD系统大多提供可供选用标准件库,因为标准件的图样表达仅是一些不表示投影关系的规定画法的符号,所以螺纹等标准件的内容也应减少一部分,而与计算机几何造型有关的内容要得到加强。把三维实体造型和特征造型概念引入传统机工程图教学,加强对空间形体的想象、构形、分析、表达能力、空间形体和二维图形相互转化能力的培养。
1.从空间物体入手贯彻三维设计思想
在教学中我们不再把绘图基本功训练作为重点内容,而在工程制图课程教学中贯彻三维设计思想。目前计算机绘图软件较多,在教学中实际应用比较广泛是美国开发的AutoCAD。AutoCAD是目前计算机辅助设计领域最流行的CAD软件,它不仅可以创建高精度的表面和实体模型,而且能附着给模型材质、灯光及景物,从而将模型渲染成逼真的三维环境,因此我们在教学中选用了AutoCAD2008为主要软件。
在AutoCAD2008的教学过程中我们分了三个阶段:(1)学习AutoCAD2008的基础知识与二维图形的绘制与编辑;(2)三维实体绘,即建立实体、实体编辑、实体产生平面三视图;(3)掌握实体与三视图对应关系。在进行AutoCAD2O08三维教学过程中,重视启发学生的空间想象力,利用CAD软件多视窗功能和实体自动产生三视图功能,帮助学生实现由平面到立体,再由立体到平面的反复思维过程。
在工程制图课程教学后期,即零件图和装配图教学中,利用三维绘图软件(如Pro/ Enginee)作为辅助教学软件,运用其凸台拉伸、旋转、扫描、放样等工具,可以便捷高效地建立各种复杂的零件实体,而且所造实体形象更加逼真、色彩更加丰富。
2.改变教学方式,调动学生学习的主动性
我们提倡运用实体造型的多媒体教学课件,运用多媒体技术、三维动画技术等相关现代教育新技术,开发适合于我校学生培养方向的工程制图课件。打破原有的单一学科的课程界限,将传统工程制图理论与三维设计紧密结合。提倡在计算机环境下的直观教学模式。应用三维CAD软件建立参数化三维虚拟模型库,从而代替过去传统的工程制图教学模型。虚拟模型库不仅精度高、形象逼真、色彩丰富,还能将复杂形体的外形与内腔,相贯体中相贯线的变化趋势、装配中零件之间的连接关系充分地展现出来,加上动画效果,使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象。还可以方便地进行教学模型修改与新建,充分满足教学对模型种类及数量的需要。
在教学方法上,强调互动式教学,加强三维设计与工程制图综合应用的训练。在教学的组织形式上,倡导学生参与教师指导。目前,工程制图的教学方式主要是学生被动听课的多媒体教学模式。在教学过程中应适当增加三维设计不仅能够使学生直观地看到自己的设计成果,增强学习的成就感,而且能够大大激发学生的学习兴趣和主动性。学生在完成三维设计后,还要将其直接转换生成二维零件图和装配图,并在AutoCAD中进行适当的修改后,最终完成设计所要求的图样。这样,学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解得到进一步的加深。应用三维设计的学生其设计效率和设计质量远远高于其他学生。
3.计算机绘图部分采用先进的三维设计绘图软件
二维计算机绘图软件选用应用范围广泛的AutoCAD软件,三维设计绘图软件选用参数化三维设计软件,如Pro/Engineer。以Pro/Engineer软件为平台, 将三维实体造型引入教学,以三维实体设计为主线,三维实体表达方法和二维工程图表达方法并重,加强三维形体的想象、构形、分析、表达能力及三维形体和二维图样相互转化的能力的培养。
4.创造基于新知识体系的工程制图课程的教学体系
目前,由于国内还没有与三维实体造型、二维图形表达并重的知识体系相配套的满意的工程制图教材,因此我们必须收集一些素材专门进行编写教材,不仅将AutoCAD软件绘图在校园普及,而且将Pro/Engineer三维软件也进一步在校园普及。
5.建设一支高素质的工程制图师资队伍
由于三维、二维设计并重的知识体系强调动手能力与创新能力,内容涉及许多新的技术,除了要求教师能进行多媒体讲课外,还要求教师实时演示的内容也较多,涉及了多种软件,因此对教师的素质与能力要求较高,需要建设一支高素质的工程制图教师队伍。
五、结束语
培养大学生的创新精神和创新能力已成为高等教育的重要任务。三维实体设计的思维过程和设计思路的一致,可克服空间形体靠二维图形表达的不足。三维实体的建立对工程图教学注入新的内涵和外延。从三维到二维的思维方法引入工程图教学,建立三维实体表达方法和二维工程图表达方法并重的知识结构体系,可使学生更好地理解投影、造型理论,将有利于培养学生的空间思维能力、图形表达能力、机械工程素养、探索精神、团队精神,体现教育面向21世纪的特点。
[参考文献]
[1]杨光.以设计为主线、三维为核心的工程图学教学改革[J].北京航空航天大学学报(社会科学版),2001,(2):57-1
[2]陈伯雄.三维设计是CAD技术应用的必然趋势[J].计算机辅助设计与制造,2000,(8):ll一13.
[4]唐川林等.三维设计的教学研究[J].株洲工学院学报,2005(1)
(作者单位:青岛理工大学)
[关键词]三维设计 二维设计 工程制图 教学改革
引言:
工程制图是机械、汽车、工程等专业的一门基础性、技术性、应用性很强的课程。它是研究工程图样的绘制和识读规律与方法的一门学科。主要任务之一是培养学生的空间想象能力和空问分析能力。传统的教学模式不足之处是:设计者头脑中的形体构思是三维物体,但受限于立体建模和表达的手段,空间物体只能采用投影的方式.表达在二维图纸上。生产者根据二维图样,理解它们的含义,再在头脑中想象出所表达的空间物体。这种空间物体到二维图样的画图过程,或二维图样到空间物体的看图过程是围绕实的图纸和虚的物体展开的,其方式不直观,限制了产品设计和制造信息的表达和交流,限制了设计者的创新思维。如何提高工程制图课的教学效果是我校这次改革的主要任务。我们在教学过程中还进行了大胆尝试:增加三维实体建模绘图课时,让学生学习三维实体的建立,并对三维实体进行动态观察,建立空间形体的整体概念,激发学生的创新思维,实现了由实的物到实的图纸的飞跃。
一、工程制图的教学改革方向
长期以来,工程制图教学重点主要放在平面投影、二维工程图样的表达及读图、制图技能上,教学内容更多地是研究如何用二维图形将空间形体准确地表达出来,用平面的投影规律去解决空间形体问题,以及如何根据二维图形想象出空间形体。在教学过程中要求学生通过从空间到平面再到空间的来培养形体表达能力和空间想象能力,但实际上,要在较短的时间内掌握由平面投影想象空间实体的形状是有一定困难的,部分学生对这门课的学习感到很困惑,学习很吃力。
基于以上原因,工程制图的教学改革方向是:以三维实体设计为主线,构建以培养创新精神和创新能力为目标的课程体系。
二、工程制图课程教学改革的主要内容
面向三维设计重新组织教学内容,增强培养学生的空间分析和表达能力。工程制图课程教学内容以培养学生的设计意识为主线,主要讲授进行正确设计表达所必须具备的知识(画法几何、工程制图、计算机图形学基础)。其中,传统的基于投影的画法几何内容要进行大量的压缩,以能够读懂二维工程图为原则。因为在三维CAD系统中,几个相贯的立体的形状、大小和位置输入计算机后,就可自动生成相贯线,画法几何中较复杂的相贯线求解对空间构思能力培养作用不大,求解立体相贯线内容的难度应降低,只要掌握相贯线的画法和大致趋势就可以了;再有现在CAD系统大多提供可供选用标准件库,因为标准件的图样表达仅是一些不表示投影关系的规定画法的符号,所以螺纹等标准件的内容也应减少一部分,而与计算机几何造型有关的内容要得到加强。把三维实体造型和特征造型概念引入传统机工程图教学,加强对空间形体的想象、构形、分析、表达能力、空间形体和二维图形相互转化能力的培养。
1.从空间物体入手贯彻三维设计思想
在教学中我们不再把绘图基本功训练作为重点内容,而在工程制图课程教学中贯彻三维设计思想。目前计算机绘图软件较多,在教学中实际应用比较广泛是美国开发的AutoCAD。AutoCAD是目前计算机辅助设计领域最流行的CAD软件,它不仅可以创建高精度的表面和实体模型,而且能附着给模型材质、灯光及景物,从而将模型渲染成逼真的三维环境,因此我们在教学中选用了AutoCAD2008为主要软件。
在AutoCAD2008的教学过程中我们分了三个阶段:(1)学习AutoCAD2008的基础知识与二维图形的绘制与编辑;(2)三维实体绘,即建立实体、实体编辑、实体产生平面三视图;(3)掌握实体与三视图对应关系。在进行AutoCAD2O08三维教学过程中,重视启发学生的空间想象力,利用CAD软件多视窗功能和实体自动产生三视图功能,帮助学生实现由平面到立体,再由立体到平面的反复思维过程。
在工程制图课程教学后期,即零件图和装配图教学中,利用三维绘图软件(如Pro/ Enginee)作为辅助教学软件,运用其凸台拉伸、旋转、扫描、放样等工具,可以便捷高效地建立各种复杂的零件实体,而且所造实体形象更加逼真、色彩更加丰富。
2.改变教学方式,调动学生学习的主动性
我们提倡运用实体造型的多媒体教学课件,运用多媒体技术、三维动画技术等相关现代教育新技术,开发适合于我校学生培养方向的工程制图课件。打破原有的单一学科的课程界限,将传统工程制图理论与三维设计紧密结合。提倡在计算机环境下的直观教学模式。应用三维CAD软件建立参数化三维虚拟模型库,从而代替过去传统的工程制图教学模型。虚拟模型库不仅精度高、形象逼真、色彩丰富,还能将复杂形体的外形与内腔,相贯体中相贯线的变化趋势、装配中零件之间的连接关系充分地展现出来,加上动画效果,使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象。还可以方便地进行教学模型修改与新建,充分满足教学对模型种类及数量的需要。
在教学方法上,强调互动式教学,加强三维设计与工程制图综合应用的训练。在教学的组织形式上,倡导学生参与教师指导。目前,工程制图的教学方式主要是学生被动听课的多媒体教学模式。在教学过程中应适当增加三维设计不仅能够使学生直观地看到自己的设计成果,增强学习的成就感,而且能够大大激发学生的学习兴趣和主动性。学生在完成三维设计后,还要将其直接转换生成二维零件图和装配图,并在AutoCAD中进行适当的修改后,最终完成设计所要求的图样。这样,学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解得到进一步的加深。应用三维设计的学生其设计效率和设计质量远远高于其他学生。
3.计算机绘图部分采用先进的三维设计绘图软件
二维计算机绘图软件选用应用范围广泛的AutoCAD软件,三维设计绘图软件选用参数化三维设计软件,如Pro/Engineer。以Pro/Engineer软件为平台, 将三维实体造型引入教学,以三维实体设计为主线,三维实体表达方法和二维工程图表达方法并重,加强三维形体的想象、构形、分析、表达能力及三维形体和二维图样相互转化的能力的培养。
4.创造基于新知识体系的工程制图课程的教学体系
目前,由于国内还没有与三维实体造型、二维图形表达并重的知识体系相配套的满意的工程制图教材,因此我们必须收集一些素材专门进行编写教材,不仅将AutoCAD软件绘图在校园普及,而且将Pro/Engineer三维软件也进一步在校园普及。
5.建设一支高素质的工程制图师资队伍
由于三维、二维设计并重的知识体系强调动手能力与创新能力,内容涉及许多新的技术,除了要求教师能进行多媒体讲课外,还要求教师实时演示的内容也较多,涉及了多种软件,因此对教师的素质与能力要求较高,需要建设一支高素质的工程制图教师队伍。
五、结束语
培养大学生的创新精神和创新能力已成为高等教育的重要任务。三维实体设计的思维过程和设计思路的一致,可克服空间形体靠二维图形表达的不足。三维实体的建立对工程图教学注入新的内涵和外延。从三维到二维的思维方法引入工程图教学,建立三维实体表达方法和二维工程图表达方法并重的知识结构体系,可使学生更好地理解投影、造型理论,将有利于培养学生的空间思维能力、图形表达能力、机械工程素养、探索精神、团队精神,体现教育面向21世纪的特点。
[参考文献]
[1]杨光.以设计为主线、三维为核心的工程图学教学改革[J].北京航空航天大学学报(社会科学版),2001,(2):57-1
[2]陈伯雄.三维设计是CAD技术应用的必然趋势[J].计算机辅助设计与制造,2000,(8):ll一13.
[4]唐川林等.三维设计的教学研究[J].株洲工学院学报,2005(1)
(作者单位:青岛理工大学)