三维建模在工程制图教学中的应用

本文主要讲解了以Inventor为代表的三维建模技术在高职工程制图教学中的融合运用。在工程制图教学中，其应用可以弥补传统教学的缺点，转变传统教学模式，把先进的建模方法融入到传统的课程中去，并归纳了融合后的主要优势。

《工程制图》是工科类专业普遍开设的既有系统理论又有较强实践性的一门专业基础课，在学生后续专业学习中具有举足轻重的地位。传统的工程设计流程主要分为：三维设计→二维表达→三维实体还原→实体加工与装配。随着工程设计、现代信息科技的迅猛发展，计算机科学与应用技术的广泛普及，现代的设计流程已经转变为：三维设计→三维建模→模拟分析计算→CAE、CAM。二维与三维在工程制造中的主导地位已经开始逐步变化。如何将两者有机融合，合理的从传统教学模式过度，把三维建模融入工程制图的教学中，是每一个图学教育工作者最关心的问题。

一、传统教学模式下新思路的探索

传统《工程制图》教学模式中，一般采用理论知识讲解为主，配合相关辅助操作的教学方法。教师在教学中，常利用模型、图纸进行原理介绍，并频繁充当技术的演示者，使用粉笔、尺规、黑板等工具进行现场绘制，强调绘图的方法及注意事项。而学生的学习主要依赖于习题训练和课程大作业进行知识的温习巩固。这种教学模式将花费大量时间在操作演示上，不但无法保证尺规作图的质量，而且在有限的教学时间内能够传递的知识量较小，效率偏低。因此，现代工程技术的高速率使得越来越多的专业教师这种模式提出质疑[6]-[7]。近年来，三维建模融入工程制图教学的研究已经在各院校展开，并取得了一定的成果。目前学科内普遍认为，三维建模融入后的教学体系主要分为两种，即独立式和融合式。独立式就是把三维建模做为单独的一门课程，在培养方案的要求下，与工程制图课程同时开设，教授软件的使用方法，提高绘图的熟练度，但究其根本只是充当了工程制图的一种现代化教学手段，无法系统的帮助学生构建课程框架，只能提供一种效率绘图的思路。综合考虑以上问题，南京工程高等职业学校选择了融合式的教学探索。在基本理论上融入了Inventor软件的实践、操作演示及其底层原理，而在实习课中三维软件操作与传统尺规作图同时涉及。

二、Inventor三维建模在工程制图教学中的应用

利用Inventor软件在传统课堂中融入三维建模技术，可以用三维动态数字模拟来替代二维静态实物模型，在课程既定的能力培养目标明确的基础上，能够最大程度的使学生观察到模型的任意位置，并且可以通过技术处理让学生观察模型的空间形成过程。这样能够使得教学更加直观形象，方便学生构型思维建立，并具备一定的创新能力。采用融入式教学模式进行工程制图教学实践，具体实施如下所述：（1）在基本立体投影分析时引入三维建模练习。作为课程后续复杂形体基础的基本立体，通过三维建模的训练，可以使学生通过最直观的体验掌握知识点，打好基础，并且能够尽早的提高软件使用的熟练度。（2）在组合体知识点中使用三维建模进行形体分析和面形分析，并应用其解决问题。运用Inventor制作三维实体造型并进行实体编辑后，在计算机上进行移动、旋转、挖切，叠加等操作，学生看起图来更加便捷，条理更为清楚且直观易懂。（3）在机件表达方法中，剖视图教学过程使用Inventor软件的三维剖切、三维观察器等工具，可以帮助学生充分理解局部剖视图的概念、适用场合，加深同学们对剖视图画法的掌握。（4）结合Inventor自带的标准件库，在常用件和标准件的教学中，介绍三维软件的强大辅助功能。（5）在装配体教学中，可借助Inventor三维环境良好的可视性和可操作性，随意进行剖切、拆卸、翻转，使学生观察部件中主要零件的结构形状，明确内部结构及装配关系，了解部件的工作原理、拆装顺序等。动画仿真是Inventor数字模拟的一大特色，可利用其进行装配动画设置和装配干涉检查，以最直观的感受刺激学生，使其对个零件间的配合更加明确，从而对装配图本身加深理解。

三、三维建模在工程制图课程中的作用

（一）改变传统的工程制图的教学模式

三维建模技术最大的特点是形象逼真、可视性强、精度高，在传统教学中融入此技术，可以用更为直观的视觉冲击来理解抽象的投影关系，从而逐步取代实物模型观察的教学手段。具体优势列举如下[8]-[11]:(1)利用Inventor建立的三维模型，可以灵活地对于复杂的零件尤其是装配体，进行运动仿真、任意截面的剖切或者生成分解爆炸图。与传统实物模型比较，装配体中各零件之间的装配关系更为直观，学生观察与分析更为方便，教学效果显著；(2)利用Inventor建立的三维模型，因其具有强大的兼容性，可以与绝大部分CAD/CAE软件互通，因此可以采用方便携带的介质存储方式，避免了一些实物模型携带不便的弊端；(3)传统教学中，实物模型的种类和数量是有限的，模型一旦成型很难进行快速修改，甚至不可修改。而利用Inventor三维建模软件，可以随时按照设计要求或教学需要进行模型的重塑，并且由于软件本身具备关联性，修改过程十分便捷。这样可以方便师生之间的交流，运用信息化教学手段实现资源的共建共享。

（二）提升学生空间思维能力、创造自主学习的氛围

由于学生是工程制图的初学者，空间思维薄弱，感性认知欠缺，而传统教学模式中这些能力的提升是需要大量练习来支持。可是练习多为二维、三维双向思维，难度大要求高，往往很容易使学生处于茫然境地，从而产生畏难情绪，失去学习兴趣。而三维建模软件的融入，从本质上解决了练习的枯燥，学生只需掌握基本建模方法就能够迅速构造模型，动过分解、切割、动画等功能进行视觉观察，提高感性认识，增强空间想象力，为自主学习创造可能性。

（三）提高教师自身的专业素质CAD技术飞速发展，信息化教学思路的应用，要求教师不断地尝试新的教学手段，探索新的教学方法。教育最终目标是培养合格的学生，让学生能够适应社会，这需要教师能够紧跟科学技术发展的步伐，对社会动向具有敏锐的嗅觉，不断自我充实，逐步转变为科研型教师，时刻保证教学质量的稳步提升。

实践证明，将Inventor为代表的三维建模技术融入工程制图的教学方案中，可以有效改变传统教学模式。利用三维软件良好的可视性和可操作性突破传统的重点和难点，将模型的状态、组合体的配合、原理直观的展现给学生，从而高效的提高教学质量。其次，三维软件的融入使得师生交流便捷，便于资源共建共享。同时，新技术的融入也使得教师自身素质得到提升，为整个专业得到持续性发展。

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