基于Pro/E的機構仿真在《機械設計基礎》課堂教學中的應用

胡迎花

南京信息職業(yè)技術學院，江蘇南京 210046

0 引言

機械設計基礎課程是工科院校機械類專業(yè)學生的主要課程之一，作為專業(yè)基礎課在教學中占有重要的地位，該課程系統(tǒng)地闡述了機械原理及常用機械零件的設計方法。然而這門課的理論性很強，一些抽象的概念和常用的機構對于沒有實際經(jīng)驗甚至連見都沒見過的學生來說很難掌握。開展課程教學改革，提高教學質(zhì)量是南京信息職業(yè)技術學院教學改革一項重要舉措，本文結(jié)合自身的教學實踐，根據(jù)課程的特點，在教學過程中從教學方法、教學手段方面進行了探索，在課堂教學中應用Pro/E軟件進行機構仿真輔助教學，取得了良好的教學效果。

1 機械設計基礎傳統(tǒng)教學方法的弊端

1.1 傳統(tǒng)的教學模式影響課堂教學效果

機械設計基礎主要研究機械中常用機構和通用零件的工作原理、結(jié)構特點、基本設計原理和計算方法。上課前學生往往對機械設備知之甚少，尤其是對常用機構部分缺乏感性認識。傳統(tǒng)的教學方法是采用掛圖與模型，但對于常用機構來說實物模型一般較為復雜，給上課帶來諸多不便，而且教材的變化較大，模型往往與教材相脫節(jié)，教師不能根據(jù)實際情況靈活選用教具，近年來雖已逐步采用多媒體教學，但多數(shù)只是采用簡單的PPT，缺乏直觀性，教師無法在課堂上進行演示，也不能隨意進行反轉(zhuǎn)、拆卸、使學生觀察內(nèi)部結(jié)構及裝配關系，更不能充分展示動態(tài)變化過程。

1.2 學生的學習興趣不高

機械設計基礎內(nèi)容較多，由于學生剛接觸機械專業(yè)知識，缺少實踐，對實際生產(chǎn)中的一些零件及機構都很陌生，?？圃盒５膶W生基礎相對較差，上課時學生對部分較難的內(nèi)容不能很好理解，難以掌握，因而學生的學習積極性受到挫傷，有的甚至產(chǎn)生厭學情緒。

2 基于Pro/E的機構仿真輔助教學及其優(yōu)點

為了克服以往教學中的不足，提高教學效果，學期結(jié)束時我們在學生中進行了調(diào)查，結(jié)果顯示學生對一些知識只是簡單的記憶，沒有真正理解，比如平面四桿機構，由于學生空間想象能力不足和缺乏工程實踐，面對二維的圖紙學生無法想象出各種機構的運行方式，似懂非懂，遇到具體問題不會分析，還有的同學甚至不明白蝸輪蝸桿是如何傳動的。為此，結(jié)合學院的課程教學改革，我們從教學方法、教學手段方面進行了探索，提出了應用Pro/E軟件進行機構仿真輔助教學，我們將教材中出現(xiàn)的機構進行了篩選，把常用的典型機構用Pro/E軟件做成模型并進行仿真，同時對各種機構組件進行造型設計，生成元件庫，在教學過程中可隨時調(diào)用，組裝成不同的機構。

這種全新的教學方法具有很大的優(yōu)點。首先，教師在Pro/E環(huán)境中可以隨意裝拆、放大，有利于加深學生對各種機構空間結(jié)構及組成的理解，同時可根據(jù)實際情況隨意旋轉(zhuǎn)、改變對模型的觀察方向，其真實感完全與現(xiàn)實中的零件一樣，最為重要的是Pro/E軟件能進行機構仿真，可以把各種復雜的機構通過形象、生動、逼真的動畫演示以三維的形式直觀地展示給學生，克服了采用PPT教學中平面圖形的不足，從而使學生建立起良好的感性認識；其次，Pro/E是美國參數(shù)技術公司的主打產(chǎn)品，其設計過程可以實現(xiàn)真正的相關性，任何修改都會自動反映到所有的相關對象。比如在講平面四連桿機構時，利用模型仿真不僅可以驗證所設計的機構是否滿足要求，同時還可以改變相應的參數(shù)、或以不同的構件為機架或調(diào)用不同長度的連桿進行裝配，讓學生參與設計并對設計結(jié)果進行現(xiàn)場演示加以驗證，改變了以往單純的教學方式，在課堂上真正實現(xiàn)教學的互動，既激發(fā)了學生的學習興趣又加深了印象。再比如學生對間歇運動機構比較陌生，更難想象出機構具體的運動情況，在課堂教學中采用Pro/E對零件直接進行三維建模并用建好的模型進行裝配及機構仿真，能按需造型及修改模型，并直觀地顯示整個機構的裝配結(jié)構、各構件之間的連接關系，使教學中的各知識點更加清晰、生動、形象，大大提高了課堂教學質(zhì)量。在講軸的結(jié)構設計時，對軸上零件的定位和固定，學生也往往不能很好掌握，我們就預先繪制出各類軸上零件固定件，上課時則利用Pro/E對軸系各個零件進行裝配，演示如何進行齒輪的周向和軸向固定，軸的支承與固定，軸承如何裝配如何調(diào)整間隙，各零件之間的相互位置關系、零件的裝拆順序及零件的結(jié)構工藝性應注意的問題等。通過動態(tài)的演示能在較短的時間內(nèi)給學生正確的示范，培養(yǎng)學生的空間想象力。

基于Pro/E軟件的輔助教學，通過模擬、仿真、動畫技術的應用，不僅可以使一些在普通條件下無法實現(xiàn)或無法觀察的過程生動地顯示出來，還能增強學生對抽象事物的理解，拓寬學生的知識面，同時也使教學過程更為生動，課堂氣氛活躍，從而提高學生的學習興趣。

3 教學實踐

針對全新的教學方法，我們在2008級學生教學實踐中進行了嘗試和驗證，并得到了一些經(jīng)驗和啟示：

1）教學方法與手段改革是提高教學質(zhì)量的關鍵，通過現(xiàn)代化技術手段的應用，可以提高課堂的信息量和教學效率，應用Pro/E軟件進行機構虛擬裝配和運動仿真演示，提高了教學的直觀性，有利于在教學中采用啟發(fā)式教學發(fā)揮學生在教學中的主體作用。在期末考試中常用機構部分的知識點學生普遍掌握較好，失分較少。

2）學生對機械設計的過程有了更完整更全面的了解，同時把學到的知識與生產(chǎn)實際結(jié)合起來，大大激發(fā)了學生的求知欲，從學期末的學生測評中看到，學生對這種教學方式給予了很高的評價。

3）基于Pro/E軟件的教學方法有別與傳統(tǒng)的教學方法，在機械設計課堂教學中加入了虛擬的機構動畫，對于一般從沒接觸過工程實踐的學生來說，可大大增強對各種常用機構的感性認識，但在剛開始介紹時應將各機構的工作原理先講解清楚。

通過現(xiàn)場教學或配以相應的實驗，對于學生快速掌握各種常用機構和通用零件的工作原理、結(jié)構特點具有非常重要的促進作用。

4 結(jié)論

通過分析機械設計基礎課程傳統(tǒng)教學方法的不足，在課堂教學中應用Pro/E軟件進行機構仿真輔助教學，教學實踐表明，這些教學方法、教學手段改革的舉措，可以激發(fā)學生的觀察力和想象力，提高學習的趣味性。不過在教學過程中教師的板書和分析依然不可缺少，所以在教學中應當將傳統(tǒng)的教學方法和現(xiàn)代化教學技術有機結(jié)合，并注意各種教學手段的相互穿插相互補充，這樣才能更好地提高教學質(zhì)量。

[1]祝凌云,等.Pro/Engineer運動仿真和有限元分析.人民郵電出版社,2004.

[2]李一民,等.機械設計基礎.東南大學出版社,2009.