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摘 要： 结合应用型本科人才培养的要求，探讨将Inventor的三维形体建模与传统制图内容有机融合，增强学生的构型能力，提高其二维工程图的表达能力。通过教学实践，获得了初步的教学成效。
关键词： 工程制图 三维形体建模 Inventor
三维CAD技术的发展和广泛应用，从根本上改变了过去的手工绘图、按图生产的技术管理模式，传统的工程图学与现代先进的三维CAD技术融合已成为工程图学类课程改革发展的必然趋势。为此，教育部工程图学教学指导委员会根据现代设计技术发展和工程图学教学改革现状，在新修订的工程图学课程教学基本要求2015版课程任务中增加了“培养三维形体建模的能力”[1]，为工程图学的课程教学改革提供了依据，也使得制图课程由过去注重单纯的画图、读图等制图技能训练，向现代设计制图为培养目标逐步转换。培养学生三维形体建模的能力，就是充分发挥计算机辅助绘图优势，把抽象的空间用三维模型表达出来，同时把二维视图和三维模型有机结合，全方位培养学生的工程制图读图和作图能力[2]，其重点不仅在于辅助制图和造型设计，更重要的在于培养设计思想，使学生初步掌握运用计算机进行三维设计的能力。
1.制图课程融入三维形体建模的教学改革思路
结合学校实际和应用型人才培养要求，我们在过程装备与控制等专业进行了制图课程融入三维形体建模的教学改革试点。依托传统的以工程图学知识体系为主干，按制图规范标准、投影基础、立体视图、机件表达、标准件与常用件、零件图、装配图来传授知识的二维设计方式，我们在制图课程的不同阶段以穿插的方式融入相应的三维形体建模内容。利用三维CAD造型功能来强化形体构形和投影知识的讲解，强化学生的感性认识。在修订教学大纲和授课计划时，根据图学学科发展、内容体系和教学计划的要求，注意处理好徒手绘图、计算机绘图和尺规绘图三者的有机融合，以强化教学效果。
根据教改方案，在学习基本立体内容前，进行Inventor 2016的基础教学，使学生了解二维草图特征的绘制、约束和尺寸标注，掌握三维实体的旋转、拉伸等形体建模。在这一过程中，可以使学生熟悉Inventor软件的使用，使其在具有独立形体建模能力后，可以通过三维建模来扩展空间思维能力和形体分析能力，解决复杂组合形体视图中较难理解的问题。在学习组合体三视图内容时，结合三维软件，演示物体的叠加、切割及表面连接关系，如平齐、相切、相交等，理解三维实体与二维视图之间的相互转换，并适当将趣味性内容融入教学，增加如一题多解、变化造型等，以培养学生的发散思维和创新能力，激发学生的学习兴趣。在实训机件综合表达方法时，重点讲解Inventor中的剖视图、局部剖、斜视图、断面图、局部视图等生成与编辑方法，了解草图状态下修改、编辑出符合国标规范工程图的技巧和注意事项，进一步强化机件各种表示法在工程图中的优化使用。在学习螺纹紧固件等标准件时，引入实体造型中扫掠、放样等曲面立体造型内容，使学生了解螺旋结构、齿轮轮廓等，并初步理解连接件的装配关系和装配定位约束。在测绘零件图时，引入零件的构型设计和零件图生成，要求学生将手工测绘的零件草图进行符合工程实际的三维建模，注意基础特征和附加特征的选用，理解零件结构的设计功能和工艺要求，实现三维建模转换为二维工程图。在学习装配图时，进行Inventor部件的装配约束、表达视图、装配仿真动画和装配工程图生成，如图1所示旋塞装配体，这样学生能够比较直观地理解零件的结构形状、零件之间的配合关系、连接定位及部件的工作原理等，更好理解二维图形与三维建模之间的转化关系，从而提高绘制和阅读装配图的能力和技巧。
将三维形体建模贯穿制图课程教学活动的全过程，通过徒手图、尺规图和三维模型来增强学生的空间思维能力和形体分析能力，深化学生对三维形体与二维图形之间转换关系的理解，强化学生对零部件的形状结构、配合连接的直观认识，培养其工程实际运用能力和素质，从而激发学生的学习兴趣和积极性，强化教学效果。
2.制图课程融入三维形体建模教学改革中需注意的问题
运用Inventor软件，虽然可以将零部件的三维实体投影生成二维平面图形，但是它不能够直接创建符合要求的局部视图、斜视图、断面图等，并且零部件的实际投影存在许多与现行国标规定画法不符合的地方，如齿轮齿廓的画法；通过轴线纵向剖切时，实心杆、标准件及零件上的肋板或轮辐的画法；回转体零件上平面的表示方法；均匀分布在圆柱形法兰上的孔的画法；较长机件的缩短画法；轴承、弹簧的规定画法及在装配图中的画法等。要使生成的工程图符合我国相关标准，通常利用Inventor允许在工程图环境下，进入草图模式对工程图进行修改，这种修改往往非常烦琐，且费时、费力，因此要注重培养学生正确表达零部件的图示能力，以推进三维形体建模与制图课程的有机融合。
制图课程中融入三维形体建模，虽然能增强学生的空间思维能力和形体构型能力，但必然减少原有的手工画图、读图训练时间，使学生读图能力和画图质量有所下降。因此，授课时要协调好传统制图与三维建模相融合的具体内容和学时分配，实现在传统制图的教学质量和效果不削弱的基础上，培养学生的现代三维设计思想和初步的三维建模能力，从而在有限时间内取得预期教学效果，实现教改目标。
由于学时的限制，学生在课堂上进行三维形体建模实训的时间很少，实现不了熟练运用软件进行三维建模的目标，因此通过开放实验室，要求学生课外上机实训就尤为重要。另外，也可通过图学学科竞赛训练、全国CAD技能等级考试培训及学生图学社团的辅导、培训等途径，完成三维形体建模的实训，从而使学生较熟练的运用软件进行三维形体建模，达到教学要求。
3.结语
通过在过控等机类工程制图教学中融入Inventor三维形体建模，基本实现了传统内容与三维形体建模的相辅相成，使学生初步了解了现代设计理念和设计方法，并能运用三维软件进行创新思维和形体建模，从而顺应了应用型本科人才培养要以设计制图为培养目标的要求，取得了一定的教学效果。但教学改革永远走在路上，改革中的教学设备升级更新、学生课内练习少而课外上机实训的质量监测等问题仍需进一步探讨解决。
参考文献：
[1]教育部工程图学教学指导委员会.普通高等学校工程图学课程教学基本要求（2015版）[J].高教书讯工程图学专刊，2016，（7）：1-2.
[2]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）：174-175，177.
基金项目本论文受重庆市高等教育教学改革研究项目（152046）和重庆科技学院本科教育教学改革研究项目（201631）和（201509）资助。
关键词： 工程制图 三维形体建模 Inventor
三维CAD技术的发展和广泛应用，从根本上改变了过去的手工绘图、按图生产的技术管理模式，传统的工程图学与现代先进的三维CAD技术融合已成为工程图学类课程改革发展的必然趋势。为此，教育部工程图学教学指导委员会根据现代设计技术发展和工程图学教学改革现状，在新修订的工程图学课程教学基本要求2015版课程任务中增加了“培养三维形体建模的能力”[1]，为工程图学的课程教学改革提供了依据，也使得制图课程由过去注重单纯的画图、读图等制图技能训练，向现代设计制图为培养目标逐步转换。培养学生三维形体建模的能力，就是充分发挥计算机辅助绘图优势，把抽象的空间用三维模型表达出来，同时把二维视图和三维模型有机结合，全方位培养学生的工程制图读图和作图能力[2]，其重点不仅在于辅助制图和造型设计，更重要的在于培养设计思想，使学生初步掌握运用计算机进行三维设计的能力。
1.制图课程融入三维形体建模的教学改革思路
结合学校实际和应用型人才培养要求，我们在过程装备与控制等专业进行了制图课程融入三维形体建模的教学改革试点。依托传统的以工程图学知识体系为主干，按制图规范标准、投影基础、立体视图、机件表达、标准件与常用件、零件图、装配图来传授知识的二维设计方式，我们在制图课程的不同阶段以穿插的方式融入相应的三维形体建模内容。利用三维CAD造型功能来强化形体构形和投影知识的讲解，强化学生的感性认识。在修订教学大纲和授课计划时，根据图学学科发展、内容体系和教学计划的要求，注意处理好徒手绘图、计算机绘图和尺规绘图三者的有机融合，以强化教学效果。
根据教改方案，在学习基本立体内容前，进行Inventor 2016的基础教学，使学生了解二维草图特征的绘制、约束和尺寸标注，掌握三维实体的旋转、拉伸等形体建模。在这一过程中，可以使学生熟悉Inventor软件的使用，使其在具有独立形体建模能力后，可以通过三维建模来扩展空间思维能力和形体分析能力，解决复杂组合形体视图中较难理解的问题。在学习组合体三视图内容时，结合三维软件，演示物体的叠加、切割及表面连接关系，如平齐、相切、相交等，理解三维实体与二维视图之间的相互转换，并适当将趣味性内容融入教学，增加如一题多解、变化造型等，以培养学生的发散思维和创新能力，激发学生的学习兴趣。在实训机件综合表达方法时，重点讲解Inventor中的剖视图、局部剖、斜视图、断面图、局部视图等生成与编辑方法，了解草图状态下修改、编辑出符合国标规范工程图的技巧和注意事项，进一步强化机件各种表示法在工程图中的优化使用。在学习螺纹紧固件等标准件时，引入实体造型中扫掠、放样等曲面立体造型内容，使学生了解螺旋结构、齿轮轮廓等，并初步理解连接件的装配关系和装配定位约束。在测绘零件图时，引入零件的构型设计和零件图生成，要求学生将手工测绘的零件草图进行符合工程实际的三维建模，注意基础特征和附加特征的选用，理解零件结构的设计功能和工艺要求，实现三维建模转换为二维工程图。在学习装配图时，进行Inventor部件的装配约束、表达视图、装配仿真动画和装配工程图生成，如图1所示旋塞装配体，这样学生能够比较直观地理解零件的结构形状、零件之间的配合关系、连接定位及部件的工作原理等，更好理解二维图形与三维建模之间的转化关系，从而提高绘制和阅读装配图的能力和技巧。
将三维形体建模贯穿制图课程教学活动的全过程，通过徒手图、尺规图和三维模型来增强学生的空间思维能力和形体分析能力，深化学生对三维形体与二维图形之间转换关系的理解，强化学生对零部件的形状结构、配合连接的直观认识，培养其工程实际运用能力和素质，从而激发学生的学习兴趣和积极性，强化教学效果。
2.制图课程融入三维形体建模教学改革中需注意的问题
运用Inventor软件，虽然可以将零部件的三维实体投影生成二维平面图形，但是它不能够直接创建符合要求的局部视图、斜视图、断面图等，并且零部件的实际投影存在许多与现行国标规定画法不符合的地方，如齿轮齿廓的画法；通过轴线纵向剖切时，实心杆、标准件及零件上的肋板或轮辐的画法；回转体零件上平面的表示方法；均匀分布在圆柱形法兰上的孔的画法；较长机件的缩短画法；轴承、弹簧的规定画法及在装配图中的画法等。要使生成的工程图符合我国相关标准，通常利用Inventor允许在工程图环境下，进入草图模式对工程图进行修改，这种修改往往非常烦琐，且费时、费力，因此要注重培养学生正确表达零部件的图示能力，以推进三维形体建模与制图课程的有机融合。
制图课程中融入三维形体建模，虽然能增强学生的空间思维能力和形体构型能力，但必然减少原有的手工画图、读图训练时间，使学生读图能力和画图质量有所下降。因此，授课时要协调好传统制图与三维建模相融合的具体内容和学时分配，实现在传统制图的教学质量和效果不削弱的基础上，培养学生的现代三维设计思想和初步的三维建模能力，从而在有限时间内取得预期教学效果，实现教改目标。
由于学时的限制，学生在课堂上进行三维形体建模实训的时间很少，实现不了熟练运用软件进行三维建模的目标，因此通过开放实验室，要求学生课外上机实训就尤为重要。另外，也可通过图学学科竞赛训练、全国CAD技能等级考试培训及学生图学社团的辅导、培训等途径，完成三维形体建模的实训，从而使学生较熟练的运用软件进行三维形体建模，达到教学要求。
3.结语
通过在过控等机类工程制图教学中融入Inventor三维形体建模，基本实现了传统内容与三维形体建模的相辅相成，使学生初步了解了现代设计理念和设计方法，并能运用三维软件进行创新思维和形体建模，从而顺应了应用型本科人才培养要以设计制图为培养目标的要求，取得了一定的教学效果。但教学改革永远走在路上，改革中的教学设备升级更新、学生课内练习少而课外上机实训的质量监测等问题仍需进一步探讨解决。
参考文献：
[1]教育部工程图学教学指导委员会.普通高等学校工程图学课程教学基本要求（2015版）[J].高教书讯工程图学专刊，2016，（7）：1-2.
[2]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）：174-175，177.
基金项目本论文受重庆市高等教育教学改革研究项目（152046）和重庆科技学院本科教育教学改革研究项目（201631）和（201509）资助。