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工程绘图
中图分类号：TB23 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.103
Auto CAD软件是美国Autodesk公司研制开发的一种通用的计算机辅助设计、绘图软件，有强大的绘图功能，不仅能绘制二维平面图形，而且能绘制不同质感的三维立体图形。因此，它不仅广泛地应用于工程绘图和工程设计中，而且在机械制图教学中发挥着极其重要的作用。
1 Auto CAD与机械制图教学
传统的机械制图教学中无论是准备教案、组织教学，还是考试出题，都是依靠教师自己手工绘制图形的，这样不仅工作强度大、工作效率低下，而且无法达到创新教育的要求。Auto CAD系列软件的开发使机械制图教学发生了前所未有的变革，通过Auto CAD二维绘图功能可以绘制所有平面图形，使教案实现电子化，课堂教学实现多媒体化，考试实现标准化，利用Auto CAD三维绘图功能可以实现教学的直观性、形象性，有效地提高教学的效率和质量。本文着重阐述利用Auto CAD三维绘图功能构建的虚拟模型库及其在机械制图教学中的应用。
2 利用Auto CAD构建虚拟模型库
机械制图教学是以培养学生的空间想象能力和画图能力为目的的。为了在学习初期使学生建立空间概念，增强学习的直观性，教师采用直观模型教学，以帮助学生形成“直观↔抽象”的双向思维模式。教学中所需要的大量模型仅仅依靠学院现有的教学模具是不够的，随着教材的变化、教学班级的增加，教学模型不足的问题就尤为突出，研制模型库，满足机械制图课程多媒体课件的制作需要，是多媒体教学推广首先应解决的问题。利用Auto CAD软件为教学设计虚拟立体模型，建立立体模型库，并以多媒体为平台，展示模型，成功的解决了教学中遇到的这一难题。
2.1 虚拟模型库的分类
机械制图课程教学模型的构建，并不是将教学模型简单集中，而是对机械制图课程教学内容进行归纳、总结和综合，并根据教学内容的要求，研制出满足教学需要的教学模型。在构建过程中，将教学模型分为三大模块，具体划分情况如图1所示。每一部分均包含三维动态虚拟模型库、二维视图库。
2.2 创建三维虚拟模型的方法
2.2.1 设置特征的参数化实体模型
Auto CAD2005设置了多种基本形体的模式，包括长方体（box）、球体（sphere）、圆柱体（cylinder）、圆锥体（cone）等基本形体模型，可以根据不同的要求选择所需的实体模式，并设置不同的参数，构建基本模型。
Auto CAD系列软件可对基本模型进行布尔运算，利用求并集（union）、差集（subtract）、交集（intersect）、干涉（interfere）等运算实现对基本体的不同组合。通过其强大的编辑功能对实体模型进行编辑，比如倒直角（chamfer）、倒圆角（fillet）、切面（slice）、剖面（section）、分解（explode）等三维实体造型工具能方便、快捷地创建任何复杂形状的实体。
2.2.2 模型外部特征的创建
动态虚拟模型库中的造型由几何形体和基于颜色及材料的外观构成。模型外部特征的设置可以使虚拟模型更加真实，模型的外部特征决定形体具有的颜色和质地等。在Auto CAD中利用渲染（render）命令可以提高图像的质量，还可以对图像背景、雾度/深度进行设置，使模型更加真实、效果更好。利用场景（scene）光源（light）可以设置合适的光线及光源，衬托模型。利用材质（Material）设定材料的属性，其中的diffuse Color、 ambient Intensity、specular Color 和transparency域分别控制材料的颜色、环境光强度、镜面反射颜色和透明度。
2.3 模型库的建立
建立立体模型库可以快速地将所需要的模型展示出来，以便学生上网学习和教师利用校园网络进行辅导和答疑。将建立的Auto CAD模型借助于强大的图形处理软件flash、potoshop等生成图片，以PowerPoint或Author ware为平台分类制成幻灯片，将其与网络课件紧密结合，极大地方便了网络学习。图2是模型库网络课件的制作流程，图3为网络模型库的展示。
3 Auto CAD虚拟模型库在教学中的应用
机械制图虚拟模型库的建立，可在制图教学中使一些抽象的视图变得直观化、明了化，为教学提供了极大的方便，学生可以利用网络进行自主性学习，在提高自学能力的同时，还能开阔解题思路，培养和发展他们的洞察力和想象力。
机械制图组合体读图要求学生有较强的空间思维分析能力，利用CAD多视窗演示技术，在学生读图过程中适时显示某部分的三维图形，并利用动画多方位演示实物模型，使学生头脑中的思维信息得以反馈。在此情况下，教师和学生共同参与和讨论，将读图这种抽象的空间想象过程具体化，使学生的思维过程动态化，大大降低了认知负担，便于学生同化和接受。
利用CAD技术多视角展示复杂零件的三维模型，对学生提升空间想象力和读图能力起到了很好的辅助作用。按照授课计划合理安排教学内容，有效地将多媒体课件与CAD软件相结合，将两门课的内容按照知识点模块穿插讲授。采用灵活的教学手段，利用CAD技术将教学内容中复杂的图形制作成分解动画，并运用多媒体技术呈现，加深学生对图形的理解和过程的感受，从而有效培养学生的空间想象能力。零件图读图过程中，为了提升零件的直观性，利用CAD三维造形和剖切功能，可展示零件不同方位和不同方向的形状，可以帮助学生掌握零件的形状，如图4所示。
虚拟模型库可以较好地解决机械制图教学中的问题，提高教学质量，比如截交体、相贯体、组合体等内容能清晰、生动、形象地将模型展示给学生，将抽象、复杂的学习直观化，为学生提供丰富的学习资源和平台，极大地提高学生的学习兴趣。
这对培养学生的空间想象能力有一定的促进作用，从而实现良好的学习效果。
参考文献
[1]孙干平.Auto CAD 13.0使用指南[M].北京：清华大学出版社，1997.
[2]张月编.Auto CAD2005入门与提高[M].西安：西北工业大学音像电子出版社，2005.
[3]钱可强.机械制图习题集[M].北京：高等教育出版社，2003.
[4]李澄等.机械制图习题集[M].北京：高等教育出版社，2003.
[5]高红英.CAD与机械制图“融合式”教学改革的探讨[J].成都工业学院学报，2015（04）.
〔编辑：张思楠〕 |
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发表于 2022-2-27 19:43:28