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【摘要】在机械制图的课堂教学中，运用三维实体设计软件结合多媒体技术进行教学，可以提高教学质量，增大课堂信息交流量，激发学生学习兴趣，有助于学生的空间想像力、创新能力的培养。
【关键词】机械制图；教学；实体设计
【中图分类号】G718 【文献标识码】A
【文章编号】1671-5969（2007）16-0101-02
机械制图是工科专业的一门实践性较强的专业基础课，主要培养学生具有一定的绘图和读图能力，对空间想象能力的要求很高，这也是学习该课程的最大障碍。目前为了保证专业实践操作的学时，将专业基础课程的教学时数进行了大幅度的压缩，有限的学时内，如何合理、有效的优化课堂教学内容，培养学生绘图和读图的综合能力，以便于后续专业课程的学习，这就需要在制图的教学方式上进行改进和创新。如果按照传统的教学模式，教师必须使用大量的实物模型来辅助教学，以培养学生的空间想象能力，在学时少的情况下显然是很困难的。我校在使用多媒体教学课件的基础上，引进国产的CAXA实体设计软件，它能逼真地虚拟现实模型，以立体的、有光的、有色的生动画面表达设计的零件、部件等，拖放式的三维造型，灵活、简单且有趣。一方面提高了教与学的效率；另一方面使学生在学习阶段就能不断了解新技术，激发学习兴趣，培养空间思维、创新思维能力，也为其将来走向工作岗位打下良好的学习基础。
一、在教学过程中应用CAXA实体设计技术
（一）CAXA实体设计技术可以满足课堂教学模型演示需求
根据教学的不同情况，采用方便的尺寸驱动功能，随时选取其高级图素中的形体进行切割与叠加、截交与相贯，剖视图、剖面图、零件图等模型加以更新，还能使用零件实体进行模拟装配，它的设计功能、爆炸视图功能和运动仿真功能，使学生容易接受和掌握。例如，在组合体的教学中，基本体的组合方式、表面连接关系是教学的重点和难点，也是读图和作图的基础。在讲这一部分时，书中介绍的方法是线面分析法和形体分析法。学生的绘图速度和正确性取决于其头脑中对所给形体的理解程度，简单的形体还容易很快反映出来，对于复杂的形体，使用切萝卜、捏橡皮泥的方法也很难制作出来，没有实体的对照，老师讲得口干舌燥，学生还是不能理解。利用CAXA实体设计软件中的拉伸、旋转、除料、倒角、抽壳等三维实体造型功能，课堂上可以很方便、快捷地创建任何复杂形状的三维实体。如果根据视图严格的尺寸要求，可以构造出十分精确的模型，这些形体可以清晰表达出组合体的组合形式，各部分的实际形状和连接关系，而且可以利用它的旋转功能让学生看清楚形体前后、左右、上下各个方位的连接关系，有了直观的形体，学生可以轻松的画出三视图或补齐视图中所缺的图线，提高了教学质量。
（二）根据教学内容建立和运用CAXA模型库和图库
由于“机械制图”教学内容的空间性和抽象性，在教学过程中需要若干配套的挂图、模型，采用直观的形象教学法。根据教学需要更改模型或挂图的可操作性不大，另外长期使用的教学模型和挂图已经不能满足教学和生产实践进步的需要，而购买或更换新模型和新挂图所需要的成本高、周期长，且不一定符合教学实际需要。为此教师可以利用CAXA实体设计的三维CAD技术建立模型库和图库。
1．机械制图模型库、图库。结合《机械制图》教材和练习册中习题，利用CAXA实体设计软件建造虚拟的模型库。三维模型库分为基本体、组合体、零件和装配体组成。其中基本体分解为平面体和曲面体，基本体通过截切或相贯产生截切体和相贯体，基本体通过叠加和挖切形成组合体。建立了虚拟的模型库不但减轻了教师辅导的工作量，克服了实物模型教学的诸多不足，大幅度扩大了课堂知识容量，提高教学效率。主要包括以下方面：（1）三维模型库；（2）二维图样；（3）动画仿真库。利用三维模型可以自动生成精确的二维工程图，包括基本视图，剖视图及其轴测图。在二维视图中还可以显示出尺寸和技术要求注释，二维图样和三维模型之间存在着相互关联功能。在绘制中更改三维模型或二维视图的尺寸，三维实体和二维视图会自动更新。这样在讲解中不断充实学生的二维和三维之间转换的思维训练，学生的空间构思能力有明显提高。
2．进行零件建模。在CAXA实体设计中，创建零件从智能图素开始，如果没有标准智能图素适合新零件，可以利用“二维绘图”工具，结合拉伸、旋转、扫描和放样工具生成自定义智能图素。快捷的拖放功能是添加图素最简单的方法，利用“包围盒”重置图素尺寸。通过“智能尺寸”可以实现各个图素的精确定位，最后利用软件提供的工具条构造所需要的工艺特征，如倒圆、倒角及拔模斜度等，还可以进行材质的渲染，讲解过程清晰直观，便于学生接受，收到事半功倍的效果。
二、在教学过程中的应用CAXA实体设计的意义
《机械制图》实质上是研究用二维平面的“图”来表达三维空间的“物”的一门课程。教学的困难主要在于如何激发学生的学习兴趣、培养一定的空间想象、思维创新能力。2004年8月在呼和浩特召开的第十四届全国图学教育研讨会中专家们一致认可“三维的引入”是解决传统图学教学中凭空想象问题的最好方式。在常用的教学手段（挂图、实物模型、多媒体课件）的基礎上引入CAXA三维实体设计是解决教学困难的一种重要手段，对学生学习有很大促进作用。
（一）CAXA实体设计的引入，有利于培养学生的空间想象能力
机械制图作为专业基础课，一般都在中职学校一年级开设，学生刚初中毕业，没有经过实践的锻炼，头脑中的立体概念少。因而在投影理论的学习中感到比较费劲。往往想不出形体的形状。笔者针对学生特点，在讲三视图的形成、基本体的投影以及基本体的截切时，让学生先看模型，根据模型想投影，再引入CAXA实体设计，课堂绘制三维实体模型，能使学生从不同角度观察形体，然后进行分析讲解，与视图反复对照，不断拓展思路，从而提高读图和识图的综合能力。对于一些学生难于理解的内容，比如截交线，授课中可以借助软件通过驱动手柄和三维球形体的位置直接进行演示。
另外，在装配体教学中，即使是现场教学，也不可能随意进行翻转、拆卸、剖切使学生观察内部结构及装配关系。有了动画仿真库，可利用装配干涉检查、装配动画设置，让学生对各种零件的装配关系及相互连接、运动情况有直观的感受，对装配图的结构、作用有深刻的理解。在讲组合体时，用可拆装的模型讲解组合体的组合形式和形体分析法，用CAXA实体设计软件绘制三维实体模型，然后课堂上直接分部进行切割，边演示边讲解，这样学生感受真切，易于接受。在学生做练习的过程中，进行引导和讲评，根据练习的视图运用CAXA实体设计进行实体的绘制，加强了学生的立体概念，避免了老师讲解时比手划脚，学生还是难以想象。学生在看模型的过程中，头脑中不断积累立体的表象，表象积累多了，空间感性知识就增强了，容易想出空间形体的形状。笔者的这种做法，从三视图的形成、基本体的投影到组合体，循序渐进。充分发挥了教学软件的“拐杖”作用，增加了学生的空间感性知识，使学生能比较轻松地把空间形体和平面图形结合起来。
（二）CAXA实体设计的引入，有利于激发学生学习的兴趣，扩充课堂容量
采用模型和挂图等手段进行教学，在观察主要特征及各种形体之间联系时，对同一内容会重复演示，教学效果不明显。而将多媒体课件和CAXA实体设计教学这一辅助手段适时地穿插于教学之中，更有利于激发了学生的好奇心、求知欲。例如，在《相贯线的绘制与识读》教学中，以往大部分学生对相贯线的形成及相贯线的形状都难以理解，以致在画相贯线时经常出错。在教学设计中，利用实体设计制作了两个圆柱体正交的演示，学生可以直观地看出两正交圆柱体相贯线的形成过程。同时，根据两正交等直径圆柱体和两正交不等直径圆柱体的比较，学生就可以明显地看出两种情况下相贯线的不同形状。在此基础上，结合模型进行分析讲解。电脑中演示随着尺寸的缩放不仅能突出表现相贯线的特征，把关键转变点充分突现出来，提高了教学效率。
（三）CAXA实体设计的引入，有利于学生创新能力的培养
机械制图课程在人才素质教育中被认为是一个“公共平台”，这一点已得到工程图学委員会的认可，机械制图课程是工科学生接受工程训练的第一门课程，主要是培养学生的图形表达能力、对物体的观察能力、空间思维能力、空间形体分析和构形能力、自学能力、动手能力、审美能力等，它以独特的思维方式和实践环节决定了它是训练、提高一个人创新性思维和创新能力的途径。CAXA实体设计有利于培养学生的创造性思维，有了三维虚拟模型库和图样库，学生增加了表象积累，启发了思维，拓宽了他们的想象力。另外由于三维设计的直观、形象和CAXA实体设计软件的操作方便，教学和实践中可以增加一些构形设计，让学生充分发挥自己的想象力、构造力，通过CAXA实体设计使这些构想、创造变成栩栩如生的产品造型，成就感更加激发了学生学习的积极性。
实践证明，三维实体设计技术引入到传统的制图教学中不仅是教学手段现代化的体现，而且给较为传统的制图课教学注入了新的内涵，加大了课程的信息量，激发了学生求知欲，对学生空间思维的培养有极大的促进作用。但是要求教师要及时更新知识，掌握实体设计技术，才能在教学中熟练运用，将三维实体设计运用于制图教学中还有许多方面需要深入探讨研究。
参考文献
[1]董国耀，李莉.关于图学教育改革与发展[M].北京：机械工业出版社，2000．
[2]胡建生，彭志强，张力.CAXA实体设计实用案例教程[M].化学工业出版社，2004．
[3]孙根正.关于制图教改问题的研讨综述[A].中国工程图学学会第十二届全国图学教育研讨会暨第四届制图CAJ课件演示交流会论文集[C].北京：机械工业出版社，2000．
[4]林雪娇.工程图学教育的新趋向[J].交通高教研究，2003.
【关键词】机械制图；教学；实体设计
【中图分类号】G718 【文献标识码】A
【文章编号】1671-5969（2007）16-0101-02
机械制图是工科专业的一门实践性较强的专业基础课，主要培养学生具有一定的绘图和读图能力，对空间想象能力的要求很高，这也是学习该课程的最大障碍。目前为了保证专业实践操作的学时，将专业基础课程的教学时数进行了大幅度的压缩，有限的学时内，如何合理、有效的优化课堂教学内容，培养学生绘图和读图的综合能力，以便于后续专业课程的学习，这就需要在制图的教学方式上进行改进和创新。如果按照传统的教学模式，教师必须使用大量的实物模型来辅助教学，以培养学生的空间想象能力，在学时少的情况下显然是很困难的。我校在使用多媒体教学课件的基础上，引进国产的CAXA实体设计软件，它能逼真地虚拟现实模型，以立体的、有光的、有色的生动画面表达设计的零件、部件等，拖放式的三维造型，灵活、简单且有趣。一方面提高了教与学的效率；另一方面使学生在学习阶段就能不断了解新技术，激发学习兴趣，培养空间思维、创新思维能力，也为其将来走向工作岗位打下良好的学习基础。
一、在教学过程中应用CAXA实体设计技术
（一）CAXA实体设计技术可以满足课堂教学模型演示需求
根据教学的不同情况，采用方便的尺寸驱动功能，随时选取其高级图素中的形体进行切割与叠加、截交与相贯，剖视图、剖面图、零件图等模型加以更新，还能使用零件实体进行模拟装配，它的设计功能、爆炸视图功能和运动仿真功能，使学生容易接受和掌握。例如，在组合体的教学中，基本体的组合方式、表面连接关系是教学的重点和难点，也是读图和作图的基础。在讲这一部分时，书中介绍的方法是线面分析法和形体分析法。学生的绘图速度和正确性取决于其头脑中对所给形体的理解程度，简单的形体还容易很快反映出来，对于复杂的形体，使用切萝卜、捏橡皮泥的方法也很难制作出来，没有实体的对照，老师讲得口干舌燥，学生还是不能理解。利用CAXA实体设计软件中的拉伸、旋转、除料、倒角、抽壳等三维实体造型功能，课堂上可以很方便、快捷地创建任何复杂形状的三维实体。如果根据视图严格的尺寸要求，可以构造出十分精确的模型，这些形体可以清晰表达出组合体的组合形式，各部分的实际形状和连接关系，而且可以利用它的旋转功能让学生看清楚形体前后、左右、上下各个方位的连接关系，有了直观的形体，学生可以轻松的画出三视图或补齐视图中所缺的图线，提高了教学质量。
（二）根据教学内容建立和运用CAXA模型库和图库
由于“机械制图”教学内容的空间性和抽象性，在教学过程中需要若干配套的挂图、模型，采用直观的形象教学法。根据教学需要更改模型或挂图的可操作性不大，另外长期使用的教学模型和挂图已经不能满足教学和生产实践进步的需要，而购买或更换新模型和新挂图所需要的成本高、周期长，且不一定符合教学实际需要。为此教师可以利用CAXA实体设计的三维CAD技术建立模型库和图库。
1．机械制图模型库、图库。结合《机械制图》教材和练习册中习题，利用CAXA实体设计软件建造虚拟的模型库。三维模型库分为基本体、组合体、零件和装配体组成。其中基本体分解为平面体和曲面体，基本体通过截切或相贯产生截切体和相贯体，基本体通过叠加和挖切形成组合体。建立了虚拟的模型库不但减轻了教师辅导的工作量，克服了实物模型教学的诸多不足，大幅度扩大了课堂知识容量，提高教学效率。主要包括以下方面：（1）三维模型库；（2）二维图样；（3）动画仿真库。利用三维模型可以自动生成精确的二维工程图，包括基本视图，剖视图及其轴测图。在二维视图中还可以显示出尺寸和技术要求注释，二维图样和三维模型之间存在着相互关联功能。在绘制中更改三维模型或二维视图的尺寸，三维实体和二维视图会自动更新。这样在讲解中不断充实学生的二维和三维之间转换的思维训练，学生的空间构思能力有明显提高。
2．进行零件建模。在CAXA实体设计中，创建零件从智能图素开始，如果没有标准智能图素适合新零件，可以利用“二维绘图”工具，结合拉伸、旋转、扫描和放样工具生成自定义智能图素。快捷的拖放功能是添加图素最简单的方法，利用“包围盒”重置图素尺寸。通过“智能尺寸”可以实现各个图素的精确定位，最后利用软件提供的工具条构造所需要的工艺特征，如倒圆、倒角及拔模斜度等，还可以进行材质的渲染，讲解过程清晰直观，便于学生接受，收到事半功倍的效果。
二、在教学过程中的应用CAXA实体设计的意义
《机械制图》实质上是研究用二维平面的“图”来表达三维空间的“物”的一门课程。教学的困难主要在于如何激发学生的学习兴趣、培养一定的空间想象、思维创新能力。2004年8月在呼和浩特召开的第十四届全国图学教育研讨会中专家们一致认可“三维的引入”是解决传统图学教学中凭空想象问题的最好方式。在常用的教学手段（挂图、实物模型、多媒体课件）的基礎上引入CAXA三维实体设计是解决教学困难的一种重要手段，对学生学习有很大促进作用。
（一）CAXA实体设计的引入，有利于培养学生的空间想象能力
机械制图作为专业基础课，一般都在中职学校一年级开设，学生刚初中毕业，没有经过实践的锻炼，头脑中的立体概念少。因而在投影理论的学习中感到比较费劲。往往想不出形体的形状。笔者针对学生特点，在讲三视图的形成、基本体的投影以及基本体的截切时，让学生先看模型，根据模型想投影，再引入CAXA实体设计，课堂绘制三维实体模型，能使学生从不同角度观察形体，然后进行分析讲解，与视图反复对照，不断拓展思路，从而提高读图和识图的综合能力。对于一些学生难于理解的内容，比如截交线，授课中可以借助软件通过驱动手柄和三维球形体的位置直接进行演示。
另外，在装配体教学中，即使是现场教学，也不可能随意进行翻转、拆卸、剖切使学生观察内部结构及装配关系。有了动画仿真库，可利用装配干涉检查、装配动画设置，让学生对各种零件的装配关系及相互连接、运动情况有直观的感受，对装配图的结构、作用有深刻的理解。在讲组合体时，用可拆装的模型讲解组合体的组合形式和形体分析法，用CAXA实体设计软件绘制三维实体模型，然后课堂上直接分部进行切割，边演示边讲解，这样学生感受真切，易于接受。在学生做练习的过程中，进行引导和讲评，根据练习的视图运用CAXA实体设计进行实体的绘制，加强了学生的立体概念，避免了老师讲解时比手划脚，学生还是难以想象。学生在看模型的过程中，头脑中不断积累立体的表象，表象积累多了，空间感性知识就增强了，容易想出空间形体的形状。笔者的这种做法，从三视图的形成、基本体的投影到组合体，循序渐进。充分发挥了教学软件的“拐杖”作用，增加了学生的空间感性知识，使学生能比较轻松地把空间形体和平面图形结合起来。
（二）CAXA实体设计的引入，有利于激发学生学习的兴趣，扩充课堂容量
采用模型和挂图等手段进行教学，在观察主要特征及各种形体之间联系时，对同一内容会重复演示，教学效果不明显。而将多媒体课件和CAXA实体设计教学这一辅助手段适时地穿插于教学之中，更有利于激发了学生的好奇心、求知欲。例如，在《相贯线的绘制与识读》教学中，以往大部分学生对相贯线的形成及相贯线的形状都难以理解，以致在画相贯线时经常出错。在教学设计中，利用实体设计制作了两个圆柱体正交的演示，学生可以直观地看出两正交圆柱体相贯线的形成过程。同时，根据两正交等直径圆柱体和两正交不等直径圆柱体的比较，学生就可以明显地看出两种情况下相贯线的不同形状。在此基础上，结合模型进行分析讲解。电脑中演示随着尺寸的缩放不仅能突出表现相贯线的特征，把关键转变点充分突现出来，提高了教学效率。
（三）CAXA实体设计的引入，有利于学生创新能力的培养
机械制图课程在人才素质教育中被认为是一个“公共平台”，这一点已得到工程图学委員会的认可，机械制图课程是工科学生接受工程训练的第一门课程，主要是培养学生的图形表达能力、对物体的观察能力、空间思维能力、空间形体分析和构形能力、自学能力、动手能力、审美能力等，它以独特的思维方式和实践环节决定了它是训练、提高一个人创新性思维和创新能力的途径。CAXA实体设计有利于培养学生的创造性思维，有了三维虚拟模型库和图样库，学生增加了表象积累，启发了思维，拓宽了他们的想象力。另外由于三维设计的直观、形象和CAXA实体设计软件的操作方便，教学和实践中可以增加一些构形设计，让学生充分发挥自己的想象力、构造力，通过CAXA实体设计使这些构想、创造变成栩栩如生的产品造型，成就感更加激发了学生学习的积极性。
实践证明，三维实体设计技术引入到传统的制图教学中不仅是教学手段现代化的体现，而且给较为传统的制图课教学注入了新的内涵，加大了课程的信息量，激发了学生求知欲，对学生空间思维的培养有极大的促进作用。但是要求教师要及时更新知识，掌握实体设计技术，才能在教学中熟练运用，将三维实体设计运用于制图教学中还有许多方面需要深入探讨研究。
参考文献
[1]董国耀，李莉.关于图学教育改革与发展[M].北京：机械工业出版社，2000．
[2]胡建生，彭志强，张力.CAXA实体设计实用案例教程[M].化学工业出版社，2004．
[3]孙根正.关于制图教改问题的研讨综述[A].中国工程图学学会第十二届全国图学教育研讨会暨第四届制图CAJ课件演示交流会论文集[C].北京：机械工业出版社，2000．
[4]林雪娇.工程图学教育的新趋向[J].交通高教研究，2003.