三維軟件UG教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用與探索

陳鳳騰

摘?要：針對(duì)UG軟件形象直觀的特點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)三維制圖的認(rèn)識(shí)和了解，通過目標(biāo)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)和因材施教等措施，并將UG應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐設(shè)計(jì)中，提高學(xué)生的想像力和興趣，以培養(yǎng)以應(yīng)用型人才為目標(biāo)進(jìn)行有益的教學(xué)改革嘗試和探索，具有一定教育意義。

關(guān)鍵詞：UG?機(jī)械設(shè)計(jì)?實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TD845 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0172-02

三維建模軟件Unigraphics（簡(jiǎn)稱UG）是德國西門子集團(tuán)公司的集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的三維造型、運(yùn)動(dòng)仿真與分析以及輔助加工功能，在航空航天、汽車、通用機(jī)械及模具等行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用[1]。為適應(yīng)技術(shù)發(fā)展和社會(huì)需要，在本科生中開設(shè)“UG及其應(yīng)用”課程，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)特點(diǎn)的UG軟件的學(xué)習(xí)不僅對(duì)教學(xué)和科研起到重要作用，而且對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面均取得良好效果。使用UG可以轉(zhuǎn)變產(chǎn)品開發(fā)過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)。它涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真和制造開發(fā)全過程，有助于學(xué)生系統(tǒng)掌握UG系統(tǒng)功能，增加在就業(yè)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)提供急需專業(yè)人才[2]。

為更好幫助學(xué)生掌握UG軟件并應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中去，借助UG軟件形象直觀特點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖的認(rèn)識(shí)和了解。另外，借助UG軟件的有限元分析、運(yùn)動(dòng)仿真等模塊使學(xué)生能通過UG軟件對(duì)所進(jìn)行的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，并將其應(yīng)用到日后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和走入工作后設(shè)計(jì)制造中去。

本文從以下三方面進(jìn)行一些改革和探索，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生應(yīng)用軟件能力，這已被學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用UG所驗(yàn)證。

1目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法

專業(yè)軟件的學(xué)習(xí)重要性學(xué)生都很了解，軟件學(xué)習(xí)初期，學(xué)生的興趣很濃厚，學(xué)習(xí)欲望較強(qiáng)，但在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師主要對(duì)對(duì)各菜單功能、軟件界面、參數(shù)設(shè)置等方面進(jìn)行講解，使軟件的講解容易機(jī)械化、模式化，所學(xué)知識(shí)瑣碎、雜亂，難于記憶，學(xué)生邊學(xué)邊忘，自信心不斷受到打擊，學(xué)習(xí)過程枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情逐漸降低，容易對(duì)軟件學(xué)習(xí)產(chǎn)生恐懼厭煩的情緒，教學(xué)質(zhì)量無法得到保證。

為了改變這一現(xiàn)象，正確引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)方向，在學(xué)習(xí)過程中不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的成就感，進(jìn)而調(diào)動(dòng)起學(xué)習(xí)熱情，我們?cè)赨G教學(xué)中采用了目標(biāo)驅(qū)動(dòng)法[3]。每次上課首先由教師給出本次課要要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)，然后學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，由原理入手，深入挖掘，充分思考，探索實(shí)現(xiàn)教師布置任務(wù)的具體步驟。例如某次課布置學(xué)生完成茶杯設(shè)計(jì)，告訴他們下課時(shí)需要提交，在讓學(xué)生完成任務(wù)前給他們講述幾個(gè)完成思路和方法，可由杯身開始也可以從茶杯把手開始，采用方法也可以通過先建立草圖再進(jìn)行實(shí)體建模，也可以通過參數(shù)建立杯身曲線輪廓直接建模，多種方法都告訴學(xué)生。同時(shí)還對(duì)軟件菜單中的某些功能進(jìn)行講解，而與實(shí)現(xiàn)此次任務(wù)無關(guān)的功能可粗略介紹，甚至不講。讓學(xué)生自由發(fā)揮去完成各自的任務(wù)，如果沒有及時(shí)完成或者完成作業(yè)的步驟和效果完全雷同則視為本次任務(wù)完成成績(jī)不及格。在這個(gè)過程中，具體的實(shí)現(xiàn)步驟也可由較快完成任務(wù)的學(xué)生給大家講解。

這樣每次上課都成為一個(gè)獨(dú)立的單元，學(xué)生在這個(gè)過程中自由發(fā)揮，獨(dú)立完成任務(wù)，通過教師介紹的方法和自己查閱資料、同學(xué)討論或者直接向老師提問等多種方式相結(jié)合，通過完成任務(wù)從而產(chǎn)生成就感，對(duì)軟件也逐漸熟悉起來。

2案例教學(xué)，提升學(xué)生興趣

鑒于本課程主要針對(duì)大學(xué)本科機(jī)械專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，因此在軟件學(xué)習(xí)中主要體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)CAD特點(diǎn)。在教學(xué)過程中，教師可以選擇能引起學(xué)生興趣、與他們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的例子進(jìn)行講解，所以案例選擇至關(guān)重要，案例的好壞能起到兩種截然不同的效果。譬如，在講UG三維實(shí)體教學(xué)時(shí)，主要利用軟件設(shè)計(jì)的便捷性和可視性，圍繞機(jī)械產(chǎn)品中的零件進(jìn)行設(shè)計(jì)；利用UG強(qiáng)大的三維建模功能，結(jié)合國內(nèi)外建模實(shí)例，如手機(jī)模型、茶杯、減速器、齒輪等實(shí)例介紹，在學(xué)會(huì)機(jī)械產(chǎn)品裝配后，將機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行有限元受力分析和檢查機(jī)器零部件運(yùn)動(dòng)是否能滿足要求而進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真，這些和同學(xué)們所學(xué)機(jī)械專業(yè)或者生活大都相關(guān)，極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)軟件的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

3因材施教，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性

在教學(xué)中需要掌握學(xué)生的基礎(chǔ)和想法，做到有的放矢，更好地改善教學(xué)效果。一些教師認(rèn)為，認(rèn)真研究教學(xué)方法是必要的，而學(xué)生只是知識(shí)的接受者，大可不必費(fèi)心思了解他們?cè)谙胧裁?，筆者認(rèn)為這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。不僅需要了解學(xué)生想什么，還需要了解學(xué)生的特點(diǎn)、掌握知識(shí)水平、價(jià)值取向等，唯有如此，才能更好地做到因材施教。作為教師，首先需要認(rèn)識(shí)到教師是為學(xué)生服務(wù)的，必須對(duì)學(xué)生有一定的了解，才能真正上好一門課?，F(xiàn)代學(xué)生大多是“新生代”，他們敢想、敢為、敢干，富于創(chuàng)新精神，思維活躍，積極追求新鮮信息，但他們中大多數(shù)人多位獨(dú)生子女，家庭環(huán)境往往使他們?nèi)鄙俪种院愕囊懔?，克服困難的勇氣，甚至一些人缺少正確的人生觀、價(jià)值觀，學(xué)習(xí)過程中往往半途而廢，畏難情緒比較濃重，這不僅表現(xiàn)在生活的方方面面，而且也會(huì)表現(xiàn)在學(xué)習(xí)中不能迎難而上，在UG的學(xué)習(xí)中表現(xiàn)的尤為突出。他們?cè)敢馔ㄏ暇W(wǎng)，卻不愿意了解更多關(guān)于UG軟件學(xué)習(xí)的理論知識(shí)、重實(shí)踐輕理論，老師講的都會(huì)，但實(shí)際應(yīng)用上又經(jīng)常不甚了解。作為教師，在實(shí)際教學(xué)過程中注意學(xué)生特點(diǎn)，才能在教給學(xué)生知識(shí)技能的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、價(jià)值觀，樹立堅(jiān)定正確的信心，需要充分調(diào)動(dòng)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性[4]。另外，在UG的學(xué)習(xí)中本人一直避免授課中大量灌輸，避免使某些學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，從而不能使真正參與到學(xué)習(xí)中去。針對(duì)這種情形，筆者結(jié)合大學(xué)生自身較強(qiáng)的自學(xué)能力，選取部分產(chǎn)品如手機(jī)外觀模型，在學(xué)生學(xué)會(huì)基本操作技能后，先讓學(xué)生考慮如何實(shí)現(xiàn)，自我嘗試之后再結(jié)合教學(xué)講解，取得了較好的教學(xué)效果。

在授課過程中，教師首先提出本次課教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，然后請(qǐng)同學(xué)們按照這樣的程序?qū)W習(xí)：先細(xì)看一遍書，再看提出的問題，帶著問題重新看書，然后答題并完成本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。目標(biāo)完成后，筆者先按重點(diǎn)講解，然后要求學(xué)生提問，沒有問題后再向他們提問，將其遺忘部分補(bǔ)足。接著就本次課內(nèi)容做總結(jié)，提出重點(diǎn)部分和難點(diǎn)部分并要求學(xué)生掌握，并請(qǐng)學(xué)生將前面課程中學(xué)習(xí)體會(huì)與在本門課程學(xué)習(xí)感受總結(jié)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，最后提出思考題和作業(yè)題。經(jīng)過這樣一套程序，盡管教師沒有逐條講授教學(xué)內(nèi)容，然而學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的程度卻比平常高。

為此，筆者在這門課教學(xué)中實(shí)施教學(xué)法，讓學(xué)生充分發(fā)揮主動(dòng)、創(chuàng)新、積極動(dòng)手參與實(shí)踐的能力，從理論中來，到實(shí)踐中去，再進(jìn)一步上升為理論，開拓思維，主動(dòng)參與，取得了較好的教學(xué)效果。

4應(yīng)用設(shè)計(jì)，體現(xiàn)價(jià)值

教學(xué)中趣味性固然重要，但不能為了吸引學(xué)生的注意力一味單純追求興趣，而忽略軟件“實(shí)用性”。否則，學(xué)生固然覺得這門課“挺好玩”，也有學(xué)習(xí)興趣，但到了工作崗位，發(fā)現(xiàn)所用軟件的功能和作用和在校所學(xué)截然不同，還需從頭學(xué)起，則大大影響軟件的應(yīng)用和實(shí)踐。

針對(duì)UG的實(shí)用性強(qiáng)這一特點(diǎn)，利用軟件對(duì)零部件進(jìn)行參數(shù)化建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析，不僅縮短機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)程，而且可以幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，增加軟件的應(yīng)用范圍。筆者在授課過程中對(duì)這些高階應(yīng)用和技能不斷通過實(shí)例進(jìn)行演示，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在有趣的學(xué)習(xí)中學(xué)到了直接應(yīng)用到實(shí)踐知識(shí)和技能。比如，給學(xué)生介紹利用運(yùn)動(dòng)仿真模塊去模擬齒輪、杠桿等運(yùn)動(dòng)情況，能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，利用有限元模塊對(duì)裝配零部件受力情況進(jìn)行分析，以確定設(shè)計(jì)是否達(dá)到要求，或者利用UG軟件構(gòu)建復(fù)雜幾何模型并將其應(yīng)用到有限元軟件ANASYS中，從而確定復(fù)雜構(gòu)件表面的受力情況，這些內(nèi)容通過筆者對(duì)所帶學(xué)生所進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)所驗(yàn)證，他們能通過UG對(duì)本人所進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和分析，另外，還有畢業(yè)生通過所學(xué)UG找到適合他們的工作，用人單位通過他們對(duì)軟件的熟練應(yīng)用選擇他們。由此可見，實(shí)用性是軟件得以推廣和應(yīng)用的前提，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的直接動(dòng)力，教學(xué)上務(wù)必要引領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)用性進(jìn)行掌握。

總之，筆者通過應(yīng)用和實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生熟悉UG軟件對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用和幫助，經(jīng)常進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流和交流經(jīng)驗(yàn)和心得。在每節(jié)課后，讓學(xué)生把完成的作業(yè)提交上來作為平時(shí)成績(jī)，以便讓所有學(xué)生都參與進(jìn)來，不斷告訴學(xué)生軟件的實(shí)用性。這些教學(xué)方法有效地活躍課堂氣氛，使學(xué)生在上課時(shí)能夠保持注意力相對(duì)集中，尤其是學(xué)生能夠積極地參與到教學(xué)活動(dòng)中來，變被動(dòng)地教為主動(dòng)地學(xué)，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，使其知識(shí)、能力、素質(zhì)綜合協(xié)調(diào)通過這些的教學(xué)方式，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，這不僅可使每個(gè)學(xué)生都能得到充分發(fā)展，而且也是三維CAD軟件教學(xué)的有益探索。

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