“机械制图”教学中虚拟模型的应用

摘 要：教学模型在机械制图教学过程中发挥着重要的辅助作用.本文讨论了传统模型的缺点,结合实际教学情况,在教学中应用三维虚拟模型,并在组合体、剖视图方面进行了应用研究,达到了增强学员空间思维能力的目的,提高了教学质量.

关 键 词：机械制图传统模型虚拟模型

作为“工程界的共同语言”,《机械制图》是研究绘制和阅读机械图样的原理和方法的专业基础课.制图课中对空间分析和想象力的要求是：在接收物体二维和三维信息后,经过联想和判断、想象和推理等思维活动,确定物体在空间的位置和几何形状的能力.然而学员的文化基础普遍较差,致使学员的空间想象能力有限,阻碍了学员读图能力的提高.针对我校实际教学情况,我们开发了机械制图虚拟模型库,并已经应用到机械制图教学中,取得了良好的教学效果.

一、传统教学模型的特点

在机械制图教学中,为了提高学员的绘图、看图及空间想象能力,往往需要借助模型.在传统教学中,教员使用的模型大都是木制模型,这种模型在教学中是不可缺少的,但同时也存在一定的局限性：①传统的教学模型因体积和重量的原因,不易携带,同时也容易磨损,高.②传统的教学模型更新换代的速度慢,往往与教材脱节,导致不能满足教学和科技时代不断进步的需要.③传统实物模型不能修改,教员常常不能根据实际情况灵活选用教具.

④传统实物模型大都是体积较小的零件模型,而对于大型的零件和装配体来说,则不可能在课堂上进行演示,即使去车间参观实物,学员也不能随机进行拆卸、反转和剖切来观察内部结构及装配关系.

二、虚拟模型的应用

传统的实物模型在教学中发挥了巨大作用,但存在不易更新、笨重且无法体现复杂视图的缺点.为了提高教学质量不但要从视听效果和理解能力方面着手,还应制作含三维模型和动画的多媒体辅助教学课件,给学员创造更加优越的学习环境.

1.在组合体中的应用

组合体视图是“机械制图”教学的重点和难点之一,需要学员具有良好的空间想象能力,在教学过程中常常根据已给的组合体的两个视图补画第三个视图或补画视图中的漏线来培养这种能力.对于此类题型,由于学员缺乏空间思维能力,有的学员做题很慢,有的甚至无从下手或完全想象不出形体形状,而在授课过程中运用虚拟模型后,学员在这方面的能力得到了明显加强,学习也就轻松多了.例如,在讲解如图1所示的切割型组合体时,首先利用CAD建立起一个长方体模型,然后在此基础上按照图2所示的步骤依次切割便能得到所要形体.该组合体的形成过程通过动态实时演示,学员学习时一目了然,可以快速建立起空间想象能力.

2.在剖视图中的应用

剖视图是“机械制图”中表达机件内部复杂结构形状的重要表达方法.在学习这部分内容之前,学员通过前面的学习已经具备了一定的空间想象能力,但由于此部分内容繁多,学员学习起来比较吃力.若在教学中运用三维虚拟模型来辅助教学,则可以大大改变这种局面.将建立好的虚拟模型进行多方位的剖切,然后借助于“三维观察器”多方位、多角度地观察剖切后的实体模型,从而逐步引导学员学会分析不同剖切方法、不同剖切面、不同剖切位置所产生的各种剖视图.

总之,随着机械设计理论和设计手段的发展,机械制图的教学内容和方法也必须跟上时代的发展,利用三维软件建立模型库引入机械制图教学中,注定成为机械制图课程计算机辅助教学的重要组成部分.三维模型库的应用不仅是对机械制图教学内容和方法的改革,而且有利于学员识图、绘图思维的开拓和能力的提高.