文献综述
摘要： 本文探讨了“立体截交与相贯多功能教具研究与开发”的设计思想，模型包括多个具有组合体结构特征的单元体，单元体之间主要采用嵌入式联接成一组合体模型，具有良好的拆分性和组合性。该模型设计的零件素材方案，难易程度有别，以适应不同专业、多方案的需求，将基本立体、截交立体、相贯立体、组合体、图样画法和计算机绘图等内容贯穿于相关实践教学中，重点突出课程体系的有机衔接，应用于工程图学实践教学的实施方案，并取得了良好效果。
关键词： 立体截交与相贯 三维虚拟 多功能教具 传统教具
1.前言
机械制图是工科类学生的重要专业基础课，但是在学习过程中部分学生由于对组合体形状没有概念，缺乏空间想象力，造成学习困难，作业不会，考试不及格的情况。严重影响了教学质量和后续课程的学习。为提高学生学习机械制图的兴趣，培养空间想象力,特研究开发立体截交与相贯多功能教具。具体内容包括平面立体截交模型组合（投影面垂直面截棱柱、棱锥）、曲面立体截交模型组合（平面截圆柱、圆锥、球体）、平面立体与曲面立体相贯模型、曲面立体相贯模型组合。各模型模块可以通过叠加、切割组合成不同的截交、相贯组合体模型。该多功能教具的研究与开发使工程图学的学习具有趣味性和灵活性，可以大大提高教学质量。具有很好的研究意义和实用价值。
2.传统教具的发展
画法几何是《工程制图》中不可或缺的重要组成部分[1]，是理工科专业大一必开的专业基础课，担负着培养学生空间想象能力、探讨空间点、线、面的投影规律及在平面的表达方法的任务。传统的画法几何教学方法主要是以板书、纸质挂图和单一实物模型为主，在教学过程中一直存在着不足。板书虽然在教学中必不可少，但如果全部或大量采用板书式教学，教师黑板作图会占用较长时间，课堂知识输出量会相应减少，同时要求教师具备一定的作图基本功。传统纸质挂图，可以缓解教师教学过程中板书绘图带来的时间压力，但是纸质挂图需要精心保存不便于携带，同时挂图的例题量有限，不能灵活变化。实物模型是画法几何教学中最主要 的直观教学方法，对学生理解空间转换起到了重要 的训练作用，但传统的模型结构单一，每一个模型 只能表达一个知识点，大量模型不便于教师上课携 带，需要大量的存放场地。近年来教学工作者对画 法几何的教学方式做了大量的改革探索，但大都致力于板书和纸质挂图形式的改变，忽略了实物模型的作用，甚至很多教师在教学过程中将其变成可有可无的教学方法，使学生在学习二维与三维的互换能力时只能停留在课件或书本中，无法使学生接触到空间实体，不利于空间想象能力的培养。本文所介绍的画法几何教具正是针对教具进行的改革， 将单一实物模型教具改变成综合性实物模型教具，使其通过同一个教具可以演示点、线、面和换面法 的投影特性及各种典型例题。课上教师可以利用模 型有针对性的演示，遥控操作；课后学生可以根据 已经学习的知识点摆放出相关的内容，使学生在自学中体会由图到物的转换，给学生留下深刻的印象，提高学生学习的主动性。
3.国内外对三维虚拟的看法
随着信息数字技术的发展，现代设计逐步由传统的二维图纸设计向三维数字设计转变［2］，作为工科学生的必修课程之一，工程图学这门课程在本科生的大学四年里起着举足轻重的作用，直接关系到学生对后续专业课的学习以及对今后工作或继续深造的发展．因此，工程图学这门课程紧跟时代潮流，与现代设计方法紧密相连，是高水平工科院校的发展趋势．对于在工程图学课程中引入三维几何建模这一问题，我国的图学工作者总体上表现了积极的态度，也有不少人表示了审慎的看法。工程图学课程指导委员会在其新修订的教学基本要求报批稿中[3]将“应用绘图软件绘制工程图样及进行三维造型设计的能力”并行地列入工程图学课程任务中。此外，还将计算机造型技术的基本原理和计算机造型操作技术列为工程图学的基础。有的教师认为[4]：应从三维模型入手，直接建立从体到图的教学体系，将画法几何摆到从属地位。有人积极主张[5]：新时期的制图课程在于培养学生计算机造型和绘图技能，该技能并非指用二维绘图软件绘制工程图，而是指通过三维造型生成二维投影图进而编辑成为工程图。认为二维绘图无论从设计理念还是绘图效率上，已没有任何优势可言。美国很多高校近年来加强了徒手草图和三维建模的教学内容。例如，弗吉尼亚州立大学工程技术学院2004 年春季学期的教学大纲中，有关二维和三维内容的安排为：画轴测图、用绘图软件画二维图、用SolidWorks 生成零件实体模型、由实体模型生成二维图等。美国国家先进制造协会建议教育界应提高学生的读图能力以及实体造型与形体表达能力。
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