基于3D的制图课程教学改革

【摘 要】本文论述了制图课程的基本现状及存在的问题，以及为了尽快适应和积极推动3D技术的发展，提出的“基于3D的制图课程教学改革”的方向和具体举措，分别从重新定位制图课程的培养目标、调整教学内容及学时分配并构建新的内容体系、基于3D的教学方法和教学手段的选择与设计、加强、完善制图实践环节的三维指导等4个方面入手，将3D技术引入制图课程，融入课程内容中。利用三维软件的功能促进学生三维形状和二维图形之间直觉思维的形成，降低学习难度，增强学生对本课程的学习兴趣，从而提高教学质量。

【关键词】3D技术 制图课程 教学改革

【中图分类号】TH126 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）26-0006-02

各种产品的设计和制造都需要借助图形才能完成。长期以来，工程界大多采用二维平面图形进行交流，而大专院校工程专业的制图课程是专门研究用正投影的方法绘制阅读工程图样的学科，因此制图课程教学重点主要放在平面投影、二维工程图样的表达和阅读以及制图技能上，教学内容更多的是研究如何用二维图形表达三维形体，以及如何根据二维图形想象出三维形体。

随着计算机技术的飞速发展，三维设计软件的应用改变了机电产品设计方法，这就要求传统的制图课程教学基于三维设计进行改革，教学重点应由制图方法转向工程设计的系统思想和创新意识的培养。进行构型设计是培养空间想象力的最佳途径，也是训练设计思维方法和开发、提高创新能力的重要模式。针对工程应用的变革，并结合学生学习过程中存在的畏难情绪，将3D技术融入教学中，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，构建一种以培养创新能力为目标的内容体系和教学模式。

一 制图课程的基本现状及存在问题

1.基本现状

设计者最初的设计构想始于三维实体，设计制造的结果也是三维实体，而在“开始”和“结果”之间传递信息的是二维图形。制图课程的教学就是不断在“立体模型二维图表达”以及“二维图阅读三维立体”两个过程间反复循环（见图1）。伴随CAD技术的诞生，计算机绘制二维图有效提高了设计绘图的效率和质量，对于CAD的更高层次的应

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用，作了必要的技术准备。

图1 3D技术出现之前产品设计与制造的过程

随着三维CAD/CAM/CAE技术的普及和广泛应用，设计者的思维方式和工作方式、工程信息传递方式都得以改变（见图2）。设计者可将头脑中的三维设计构想，直接表达成为计算机中的三维模型，并实现三维实物加工制造，轻松绕过二维图样的绘制，既简化了设计过程、缩短产品的设计周期，又有效降低制造成本、提高设计质量。面对这一变革，工程制图课程体系、内容、方法、手段也急需全面改革，以适应社会对人才的需求。

图2 3D技术出现之后产品设计与制造的过程

2.主要存在的问题

第一，制图课程的教学内容及体系与3D技术的发展存在脱节现象。有些内容通过三维演示一目了然，并且可以直接由三维实体生成二维工程图，而目前这些内容依然要占用相应课时进行详细讲解，导致学生练习的时间少，难以将所学理论知识转化成技能，更难以掌握先进的设计方法；虽然3D技术将成为每个工科学生必须掌握和具备的工具和技能，

* 河北科技师范学院教学研究课题（编号：JYYB201201）

但目前尚未将其纳入到课程内容和体系中。

第二，教学方法和手段较陈旧。虽然引入了二维绘图软件及多种教学方法和手段，但在教学过程中仅依靠实物模型和多媒体课件，很难形象地表现空间立体的结构、零部件装配及拆卸的动态过程，直观性差。致使学生在学习过程中存在着很强的畏难情绪，不利于激发学习兴趣。

第三，实践环节比较薄弱。虽然设置了为期一周的制图测绘实践环节，但在测绘时，不能人手一份，学生须分组进行，这样很难充分调动和发挥每个学生的积极性和主动性，使测绘达不到应有的效果，直接影响和制约了教学质量和学生动手能力的进一步提高。

二 制图课程改革的方向及举措

1.重新定位制图课程的培养目标

制图课程应培养学生的空间思维能力、图形表达能力（包括计算机绘制图形的能力）、图形阅读能力。这样既保留本课程原有的精华，即绘图和读图的能力，又能适应现代科技发展对设计人员提出的三维设计构思能力、建模能力等更高要求。同时在教学思想上，注入新的教学观念，将过去的知识型教学转变为培养创新意识与创新思维的启发式教学。

3D软件造型的方法，能帮助学生直接观察到三维实体和二维图样之间一一对应的关系，使其更容易准确把握投影规律，使“三维二维”、“二维三维”的思维过程直观化。利用软件创建三维模型，动态演示造型过程，将抽象的空间思维模式具体化，易于学生接受。制图课程教学应从单纯重视二维图绘制和阅读的思维中解放出来，着眼于由三维到二维的投影规律、性质的讲解，突出3D技术中三维造型方法的传授，注重开发和培养学生的产品创新意识、设计意识、工程意识，以适应人才培养的需求。

综上所述，基于3D的制图课程的培养目标，应实现对学生空间思维能力、工程图形表达能力、形体构形能力、创新能力、工程意识及能力的培养。

2.调整教学内容及学时分配，构建新的内容体系

减少画法几何的内容，将点、线、面的投影融于立体中讲授；将计算机绘图技能与制图基本理论、方法有机融合，遵循从三维实体到二维平面图形的认知规律；加入构形设计和建模设计，从而更易于掌握从三维到二维的转换，以适应现代工作模式；制图与设计紧密结合，通过三维设计软件的讲解及其应用，引入三维造型设计思想，通过建模训练，提高学生的空间思维能力；借助三维软件，将抽象的空间思维过程直观化、具体化，从而消除学生学习的畏难情绪，激发学习兴趣，提高教学质量。

3.基于3D的教学方法和教学手段的选择与设计

教学内容体系的改变，必定辅之以相适应的教学方法和教学手段，基于3D的制图课程，需要针对教学内容精心设计和选择恰当的教学方法与手段，将三维软件与多媒体课件有机的结合，以便达到预期的教学效果。

第一，三维软件的选择。SolidWorks是一款基于Windows的3D软件，易学易用，应用广泛；含有标准零件图库；兼容AutoCAD，可以在二维和三维之间进行转换，将2D绘图与3D造型技术融为一体；系统完全开放，可进行二次开发，便于为后续的有限元、运动学和动力学分析、数控编程以及产品数据管理等提供信息；便于与其他3D软件之间进行模型转换。

第二，三维软件的应用。将三维软件的应用融入到具体内容的讲解过程中，既能有效地增强直观性，降低学习难度，又能使学生在学习制图基础知识的同时，领略到三维软件的功能，了解机械设计新方法、新手段，初步掌握三维造型技能，促进学生三维形状和二维图形之间直觉思维的形成。

4.加强、完善制图实践环节的三维指导

制图测绘是制图课程必经的实践环节，编制测绘指导书使学生通过预习了解测绘项目、内容、方法、步骤等，提前进入状态，以提高测绘的效率和质量，降低教师的劳动强度。如图3、图4分别为球阀装配体和相关零件的三维模型，直观明了，并且使学生对测绘对象有一个全面直观的了解，从而有效提高学习兴趣。

图3 球阀装配体三维模型 图4 球阀零件三维模型

三 结束语

基于3D的制图课程教学改革，将三维设计软件引入到教学内容中，使学生了解机械设计的新方法、新手段，初步掌握三维设计的基础知识。在制图课中掌握计算机绘图和三维造型技能，促进课程教学水平全面提高。计算机构图技能的掌握，使学生可以根据视图或自己的想象构造形体，并时时验证思维的正确性，在促使学生自主学习同时，也促进学生三维形状和二维图形之间直觉思维的形成，这样，既增加了学生对本课程的学习兴趣和求知欲，又培养了构形设计以及创新能力。

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