淺談UG在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

一、高職機(jī)械制圖教學(xué)現(xiàn)狀分析

機(jī)械制圖是高職高專一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程內(nèi)容多、難度大、實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)的關(guān)鍵在于學(xué)生空間能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式，一般是以課堂講授為主，再配以掛圖、教具、模型以及多媒體等教學(xué)輔助手段，向?qū)W生講解繪圖原理和方法。這種教學(xué)模式存在的弊病較多，首先教具制作困難，且類型少，對于復(fù)雜的零件，尤其是裝配體，實(shí)物模型很難展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不能滿足教學(xué)的要求；其次教具的攜帶不方便，使用和維護(hù)麻煩；再有就是學(xué)生的空間思維能力的培養(yǎng)困難，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，教學(xué)效果不夠理想。

二、機(jī)械制圖教學(xué)引入U(xiǎn)G三維建模的可行性分析

Unigraphics，簡稱UG，是美國EDS公司推出的功能強(qiáng)大、集CAD／CAE／CAM 于一體的三維設(shè)計(jì)軟件。利用此軟件不僅可以進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)（CAD）、裝配、制造加工（CAM）、鈑金設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，還可以進(jìn)行數(shù)控模擬加工、由三維圖形直接生成二維工程圖樣。它不僅造型功能強(qiáng)大，其他功能更是無與倫比，是全球應(yīng)用最廣泛、最優(yōu)秀的軟件之一。把三維造型設(shè)計(jì)技術(shù)引入《機(jī)械制圖》教學(xué)中，不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對三維形體的想象、分析，還可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維能力，對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，尤其是裝配體，實(shí)物模型不可能展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而利用UG 三維模型，則可以根據(jù)需要，靈活地進(jìn)行剖切，顯示零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對于裝配體我們還能生成爆炸圖，還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，直觀地展示裝配體中各零件之間的裝配關(guān)系，方便學(xué)生觀察與分析裝配體的工作原理，使原來枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)有趣，大大地縮短了學(xué)生感知、認(rèn)知的過程。因此，要想在教學(xué)過程中加強(qiáng)直觀性，增加趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，合理、有效地優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生繪圖和讀圖的綜合能力，就需要在教學(xué)方式上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。我們認(rèn)為在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用UG 軟件增加三維建模是行之有效的教學(xué)方法。

三、UG三維建模與傳統(tǒng)機(jī)械制圖教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合

首先，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行優(yōu)化改革，構(gòu)建適用為主、夠用為度的知識體系，教師應(yīng)根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，選擇合適的教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)遵循適用為主，夠用為度的原則。現(xiàn)行的《機(jī)械制圖》教材偏重畫法幾何部分，在點(diǎn)、線、面、截交線、相貫以及軸側(cè)圖的畫法等部分用了大量的篇幅，而這部分內(nèi)容往往學(xué)生感覺比較枯燥，教師在教學(xué)時(shí)花費(fèi)大量的時(shí)間精力去講授這些內(nèi)容，學(xué)生還是難以理解和掌握。對于高職學(xué)生，制圖教學(xué)的最終目的是零件圖和裝配圖的繪制與識讀，因此我們在教學(xué)時(shí)可以抓住零件圖和裝配圖的繪制與識讀為主線，在完成制圖基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)上由基本體入手—組合體—零件圖—裝配圖，在教學(xué)過程中再通過三維建模，用體來簡單講解點(diǎn)、線、面、截交線、相貫線的相關(guān)知識，這樣學(xué)生易懂也不會(huì)感覺枯燥，還可以節(jié)省大量的時(shí)間。例如：圓柱與圓錐的相貫線，用UG 進(jìn)行教學(xué)時(shí)，只需正確畫出圓錐和圓柱的三維圖，截交線和相貫線自動(dòng)產(chǎn)生(如圖1所示)大大增強(qiáng)了直觀性。通過旋轉(zhuǎn)還可以從不同的角度觀察到形體的形狀及表面交線，通俗易懂，教學(xué)效果較為理想。

其次，在教學(xué)方法上進(jìn)行改革，利用UG軟件在教學(xué)中增加三維建模的內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造思維能力在完成基本體教學(xué)后，教會(huì)學(xué)生運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等操作對基本體進(jìn)行三維建模，讓學(xué)生通過自己創(chuàng)建體，進(jìn)一步了解視圖與立體的關(guān)系。這種教學(xué)的結(jié)果讓學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，學(xué)生的空間立體概念很快就建立起來。教學(xué)時(shí)由于是從三維入手去學(xué)習(xí)立體，更加符合認(rèn)知規(guī)律，增強(qiáng)了學(xué)生的空間想象能力，使原來難以理解的截交、相貫等問題變得很直觀。同時(shí)，利用UG 三維軟件與工程制圖中裝配圖的內(nèi)容相結(jié)合。在虛擬裝配過程中，讓學(xué)生充分了解裝配體的工作原理、裝配關(guān)系、連接方式以及傳動(dòng)路線等，既突出了裝配圖的原理，又呈現(xiàn)了裝配體的整個(gè)裝配過程。在教學(xué)過程中既強(qiáng)調(diào)了對知識的理解，又突出了對所學(xué)知識的運(yùn)用。這一切都是傳統(tǒng)教學(xué)所無法比擬的，圖2為平口鉗總裝配模型圖。通過三維建模的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，讓學(xué)生充分理解三維立體與二維投影的相互關(guān)系，使學(xué)生的創(chuàng)新思維能力有了較大提高。

最后，在考試內(nèi)容和考試方式進(jìn)行改革，最大限度地挖掘?qū)W生的潛能由于教學(xué)過程中采用了三維實(shí)體教學(xué)，傳統(tǒng)的考核方法已經(jīng)不能適應(yīng)教學(xué)改革的要求，必須在考試內(nèi)容和考試方式進(jìn)行改革。

一是注重學(xué)生的平時(shí)成績的考核，平時(shí)成績的考核占期末總成績的20％，平時(shí)成績可以根據(jù)學(xué)生作業(yè)、隨堂考查和上機(jī)情況及出勤等來綜合評定。

二是期末考試采取筆試和上機(jī)考試兩種方式，占期末總評成績的70％，筆試主要考核學(xué)生對制圖知識的掌握情況，上機(jī)則主要是考核學(xué)生對三維建模的掌握情況。

三是增加設(shè)計(jì)性作業(yè)，機(jī)械制圖是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合設(shè)計(jì)性課程，設(shè)計(jì)性作業(yè)內(nèi)容的配置要有利于創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在課程結(jié)束前布置一次大作業(yè)。老師將作業(yè)的要求，編寫成作業(yè)指導(dǎo)說明書發(fā)給學(xué)生。學(xué)生再根據(jù)老師的要求，獨(dú)立地完成設(shè)計(jì)作業(yè)，并打印出圖上交。設(shè)計(jì)大作業(yè)可占期末總評成績的10％，把前邊三項(xiàng)的考核作為學(xué)生該門課的綜合成績。

四、教學(xué)效果比較分析

在2008年秋季學(xué)期招收的兩個(gè)機(jī)電班中，我們在機(jī)電1班采用了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在機(jī)電2班引入了UG與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，對以上采用不同教學(xué)方式下兩個(gè)班級的學(xué)生期末考試成績進(jìn)行綜合分析，得到如表1所示的結(jié)果。通過比較發(fā)現(xiàn)，引入U(xiǎn)G的教學(xué)班級期末考試成績明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)班。由此可見，引入U(xiǎn)G的教學(xué)大大改善教學(xué)效果。

五、結(jié)束語

在機(jī)械制圖的教學(xué)中引入U(xiǎn)G軟件，以體為教學(xué)切入點(diǎn)，能讓學(xué)生全方位觀察零件以及零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。這種教學(xué)方法不僅節(jié)省了購買模型、掛圖的投入，而且有助于學(xué)生空間能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力的提高，符合現(xiàn)代人才培養(yǎng)模式的要求。雖然利用UG軟件進(jìn)行機(jī)械制圖的教學(xué)改革還處在探索階段，但是這種教學(xué)方法必然是今后機(jī)械制圖教學(xué)的趨勢和方向，教師要及時(shí)更新知識，掌握實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)，在今后的教學(xué)中不斷地探索和研究，力求取得最佳的教學(xué)效果。

（作者單位：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院）