三维建模在高职汽车专业《机械制图》教学中的应用
0 引言
2013年初，社科院发布了《中国汽车社会发展报告2012―2013》的调查报告，报告预计，到2013年第一季度，中国私人汽车拥有量将破亿。汽车保有量的增加，必然会推动汽车维修市场不断扩大，从而将需要更多具有扎实理论、很强动手能力、掌握前沿技术的复合型汽车专业人才，这就给培养汽车类人才的学院提出更高的教学要求。
1 行业要求
我国目前汽车类专业的人才培养分三个层次：本科、高职和中职，培养目标和职业定位各不相同。作为高职学院的汽车专业，以培养高素质、高技能人才为培养目标，其职业定位是技师（汽车医士和护师）。
2 学生特色
随着近几年高考学生人数的减少，高校招生难度越来越大，特别是高职学生，即使分数线逐年降低，招生情况也并不乐观，即使能招收到足够的人数，但学生的基础都比较差，学习方法和学习态度也不如以前[1]。汽车专业为我院的非机械类专业，机械制图的学时只有一个学期，要想在这么短的时间内学好机械制图，难度可想而知，这样最终将严重影响到人才培养目标的实现，影响到我国高职教育培养的人才质量。
3 AutoCAD在机械制图中的应用
《机械制图》课程是研究机械图样的绘制与识读理论和方法的一门学科，是非机类、近机类专业的一门主干课程，课程内容成熟固定，但教学方法是灵活多变的[2]。该门课的教学任务是让学生掌握读图和绘图的技能，教学的重点和难点在于培养学生的形象思维能力和空间想象能力。这些能力的培养，必须依靠感性认识的积累与形象思维的启发与诱导[3]。
随着信息技术的不断发展和计算机应用的不断普及，计算机绘图已变得大众化，各种制图软件更是层出不穷。AutoCAD是由美国Autodesk公司开发的大型计算机辅助绘图软件，Auto-CAD中的CAD是Computer Aided Design的缩写，即计算机辅助设计的简称[4]。随着社会的发展，计算机已进入寻常百姓家，机械制图的授课教师大多能熟练应用AutoCAD软件，并将其用于辅助制图课的教学，绘制三维实体图在课堂上演示，形象地展示了零件的形成过程以及内、外部结构。AutoCAD软件辅助制图教学的实施，符合高职学生形象思维的智力结构特点，针对学生的个体差异，解决了教学中的难点，受到学生的广泛欢迎，激发了学生的学习兴趣，使不同层次的学生能力均得到了提高，课堂教学效果显著[1]。
采用AutoCAD的绘图，可以先绘制三维的立体图，再将其转换成二维的平面图形，这种步骤符合人的思维，并且与工程实际应用是一致的。人们在生活中一般更适应物体的空间形状，而不是制图中绘制的线框，脑海中构思出的产品形状是三维的，因而直接建立反映产品真实几何形状的三维实体模型自然是理想的表达方式[3]，AutoCAD能将这两者有机地结合起来。
根据高职学生的特点及劳动和社会保障部对汽车专业学生“能看懂简单的零件图”的要求，我们将AutoCAD三维建模应用于机械制图教学中，对学生空间想象力和形象思维能力的培养能起到协助的作用，从而启发学生能够更快、更好地出物体的空间形状。
下面以截交线、组合体两部分内容为例，介绍教学中机械制图与AutoCAD的联系及融合。
3．1 在画截交线的应用――联轴器的画法
联轴器是汽车中经常用到的一个零件，其知识点涉及到基本几何体及截交线。学生在学习这部分内容时，由于对截切后的形状无法想象，导致绘图难度很大。将AutoCAD三维建模应用于教学中后，学生可以根据截切后的实体形状分步绘制出联轴器的三视图。
联轴器属于切割型组合体，是由一个侧垂放置的基本几何体――圆柱体经截切而形成。首先，绘制出圆柱体的三视图，如图1（a）所示，在此基础上切去左侧上、下部分的切口，得到图1（b）所示的图形，其次，在切割后的左部钻出一个圆柱孔，得到图1（c）所示的图形，然后在右侧中间部分从上向下开槽，得到图1（d）所示的图形，最终得到联轴器的三视图，如图1（e）所示。
按照这种方式讲解，学生在立体图上一部分一部分地切去形体，同时绘制出相应切割后的三视图，让学生将平面框图和立体图形对照，能收到较好的教学效果。
(a) (b) (c)(d)
(e)
图1联轴器三视图的绘制
3．2 在绘制、识读组合体的应用
组合体是零件图的基础，它是零件的图形表达。汽车专业学生要看懂零件图，首先应该看懂组合体三视图，而画切割型组合体和识读组合体视图又是学习的重点、难点，是训练学生空间想象力最好的方法。
3．2．1 绘制组合体视图――切割体的三视图
切割型组合体视图的绘制是学生学习中的另一个难点内容。例如，要绘制如图2（a）所示的切割体三视图，可采用线面分析法，用不同空间位置的平面截切基本体，按照切割的顺序绘制出基视图。具体画图步骤见图2（c）～（g）所示，最终得到切割体的三视图，如图2（b）所示。
(c) (d)
(e) (f) (g)
图2切割型组合体
3．2．2 识读组合体视图――补画支架的第三视图
画图是将空间形体用正投影法表示在二维平面上，而读图则是根据已经画出的视图，通过投影分析想象出物体的空间结构形状，是从二维图形建立三维形体的过程。读图主要运用形体分析法。
运用形体分析法读图时，首先用“分线框、对投影”的方法，分析构成组合体的各基本形体，找出反映每个基本形体的形体特征的视图，对照其他视图想象出各基本形体的形状；再分析各基本形体间的相对位置、组合形式和表面连接关系，综合想象出组合体的整体形状[4]。
下面以图3支架为例讲解用AutoCAD辅助读图的方法。
图3（a）所示支架是一个综合型的组合体，由四个部分组成：底板、立板、耳板和肋板，每一个部分的形状特征均在已知的两个视图中表达出来，需要从具有特征部分的封闭线框出发，在其他视图中找出对应投影，形成一个“线框组”，通过相互映衬想象出该部分的形状。以此类推，将各部分的形状按其相对位置加以综合，即可想象出整个物体的形状，再根据“三等关系”和形体分析法补画出所缺的第三视图。
①底板的两个视图如图3（b）所示，形状特征线框在俯视图，需要将俯视图向上拉伸成形；
②立板的两个视图如图3（c）所示，形状特征线框在俯视图，需要将俯视图向上拉伸成形；
③耳板的两个视图如图3（d）所示，形状特征线框在主视图，需要将主视图向前拉伸成形；
④肋板的两个视图如图3（e）所示，形状特征线框在主视图，需要将主视图向前拉伸成形；
最后按照图3（a）所示各部分的相对位置关系，将四个部分还原成（f）所示的空间形状，再补画出图3（f）所示的第三个视图。
(f)整体形状及第三视图
图3补画支架的第三视图
4 结束语
在机械制图的教学中，根据学生好奇心重、接受新事情快的特点，采用AutoCAD绘制立体图，实现二维、三维图样的实时转换，让学生明白机械图样的形成机理，抓住学生的注意力，从而调动起学生的学习主动性，使学生在学习过程感受到解决问题的乐趣，体会成就感，激发起学生的学习兴趣，以达到良好的教学效果。
