巧用虛擬模型,強(qiáng)化鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)

李澎濤

[摘 要] 目前、技校鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)中普遍存在教學(xué)方法傳統(tǒng)單一，教學(xué)內(nèi)容陳舊，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，感覺長期的鉗工實(shí)習(xí)枯燥無味。將虛擬模型與仿真技術(shù)應(yīng)用于鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)，其實(shí)是多媒體化教學(xué)在實(shí)訓(xùn)課堂上的一種嘗試。它可以幫助學(xué)生提高識圖和空間想象能力，在此基礎(chǔ)上提高對零件加工和裝配工藝過程的感性認(rèn)識，這樣才能在維修、制造和裝配中做到熟悉工序、精細(xì)操作。本文對鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)虛擬模型的建立、作用和應(yīng)用方法做了簡單探討。

[關(guān)鍵詞] 鉗工實(shí)習(xí)虛擬模型仿真技術(shù)

1.虛擬模型的作用與教學(xué)優(yōu)勢

1.1模型在鉗工實(shí)習(xí)中的作用

鉗工實(shí)習(xí)是一門系統(tǒng)性較強(qiáng),操作要求精細(xì)嚴(yán)密的專業(yè)實(shí)習(xí)課,它要求學(xué)生先要有一定的空間想象能力和識圖能力。而對于技校學(xué)生來說,這兩種能力相當(dāng)缺乏,因此,實(shí)習(xí)時難度很大,并隨知識的不斷深入越來越感到力不從心,為了促進(jìn)兩種能力并得以提高,在教學(xué)過程中大量使用多媒體教學(xué)模型,則可以幫助學(xué)生形象地理解實(shí)習(xí)內(nèi)容,增加學(xué)生的感性認(rèn)識,最終實(shí)際操作能力的培養(yǎng)。

1.2傳統(tǒng)實(shí)習(xí)教學(xué)設(shè)備的缺點(diǎn)和應(yīng)用局限

傳統(tǒng)鉗工實(shí)習(xí)中,教師先在黑板上畫出要銼配的零件圖，再指導(dǎo)學(xué)生按照圖紙要求加工工件?；蛘呤窍葞W(xué)生熟悉相關(guān)裝配圖，再按照圖紙要求進(jìn)行組件裝配、部件裝配和總裝配。

這種教學(xué)方式存在一定的局限性:

(1)圖紙無法形象、直觀和逼真的反映零件外形特點(diǎn)、裝配體的裝配過程。

(2)實(shí)習(xí)課題和所用實(shí)習(xí)設(shè)備、工具有限，實(shí)習(xí)內(nèi)容難以隨時更新，不能滿足科技時代不斷進(jìn)步的需要。

(3)對于一些大型的零件和裝配體來說,由于沒有相關(guān)設(shè)備而不可能在課堂上進(jìn)行操作演示。

1.3虛擬模型在鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)中的優(yōu)勢

1.3.1取代傳統(tǒng)的教學(xué)方式

鉗工實(shí)習(xí)虛擬模型庫，可以利用光盤、移動硬盤來存儲數(shù)量眾多的零件和裝配體虛擬模型（工件的效果圖、裝配動畫、操作視頻等）。

利用先進(jìn)的三維CAD技術(shù)創(chuàng)建的計(jì)算機(jī)模型不僅精度高、質(zhì)感好、形象逼真、色彩豐富，還能將復(fù)雜形體的外型與內(nèi)腔、相貫體中相貫線的變化趨勢、裝配體中零件之間的連接關(guān)系充分地展示出來，加上動畫效果，使教學(xué)中的知識難點(diǎn)更加清晰、生動、形象。利用計(jì)算機(jī)軟件還可以方便地進(jìn)行教學(xué)模型修改與新建，這樣不僅能夠及時補(bǔ)充符合新教學(xué)內(nèi)容的模型，還可以針對不同的教學(xué)對象、教學(xué)要求調(diào)整現(xiàn)有的模型，充分滿足了教學(xué)中對模型種類及數(shù)量的需要，達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。AutoCAD、3DMAX 等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的使用，可以把三維模型進(jìn)行分解和“解剖”，這也是傳統(tǒng)的掛圖、模型、實(shí)物等直觀教具所不能達(dá)到的，這些三維模型的建立，使學(xué)生對三維空間的認(rèn)知更加直觀。

1.3.2學(xué)生課余學(xué)習(xí)的助學(xué)型課件

一個班級的學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)習(xí)，由于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的差異，對于程度低一些的學(xué)生，如果課后不及時強(qiáng)化練習(xí)，他們一旦無法戰(zhàn)勝實(shí)踐中的困難，便退縮或放棄學(xué)習(xí)，并失去了對鉗工實(shí)習(xí)的興趣。另一方面，在鉗工實(shí)習(xí)過程中，識讀、分析、比較典型機(jī)械圖樣，對學(xué)生提高讀圖能力、開闊視野、積累經(jīng)驗(yàn)、提高對機(jī)械零件加工和裝配過程的表達(dá)能力都有一定的幫助。鉗工實(shí)習(xí)虛擬模型庫可以幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)、重點(diǎn)，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)觀念，學(xué)生還可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)能力，進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)。

鉗工實(shí)習(xí)虛擬模型庫可以載入網(wǎng)絡(luò)，不受時空限制在網(wǎng)上進(jìn)行傳輸。當(dāng)學(xué)生在課后練習(xí)中遇到困難，可以通過校園網(wǎng)進(jìn)入模型庫主頁，在庫中找到所需要的模型，進(jìn)行仔細(xì)觀察，增強(qiáng)對實(shí)物的感官認(rèn)識，輔助完成課后練習(xí)。另外，計(jì)算機(jī)模型庫中收集了大量典型零、部件的三維模型與二維工程視圖，采用了不同的表達(dá)方法，學(xué)生可以通過與自己所繪圖形對比，來檢驗(yàn)自己的讀圖能力和對機(jī)件的表達(dá)能力。計(jì)算機(jī)模型庫可以改變傳統(tǒng)教學(xué)的單調(diào)模式，有助于學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

1.3.3作為實(shí)踐性教學(xué)的素材庫

為了使機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后在生產(chǎn)第一線能勝任實(shí)際工作，必須在學(xué)校學(xué)習(xí)過程中加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，實(shí)踐性教學(xué)的目的就是使學(xué)生能夠綜合地應(yīng)用所學(xué)的知識解決實(shí)際問題。而虛擬模型庫中的模型不僅僅在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮了作用，在他們以后的工作中也常能用得上。

2.虛擬模型庫的內(nèi)容與創(chuàng)建

2.1鉗工實(shí)習(xí)虛擬模型庫的內(nèi)容

虛擬模型庫實(shí)際上是對實(shí)物及實(shí)物的加工、裝配過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)虛化處理，利用計(jì)算機(jī)軟件及多媒體技術(shù)制作形象逼真的虛擬實(shí)體模型，取代傳統(tǒng)實(shí)物的制作、裝配和維修。作者制作的簡單虛擬模型庫主要包括以下三個部分：三維模型庫，二維視圖表達(dá)庫，動畫模擬仿真庫（如表所示）。三個部分相互關(guān)聯(lián)、相互轉(zhuǎn)換、一一對應(yīng)。

利用三維模型可以自動生成精確的二維工程圖，包括基本視圖，剖視圖及其軸測圖。在二維視圖中還可以顯示出尺寸和技術(shù)要求注釋，二維圖樣和三維模型之間存在著相互關(guān)聯(lián)功能。在繪制中更改三維模型或二維視圖的尺寸，三維實(shí)體和二維視圖會自動更新。這樣在講解中不斷充實(shí)學(xué)生的二維和三維之間轉(zhuǎn)換的思維訓(xùn)練，學(xué)生的空間構(gòu)思能力有明顯提高。

在裝配體教學(xué)中，用動畫仿真庫進(jìn)行三維裝配干涉檢查、裝配動畫設(shè)置，讓學(xué)生對各種零件的裝配關(guān)系及相互連接、運(yùn)動情況有直觀的感受，對裝配圖的結(jié)構(gòu)、作用有深刻的理解。

2.2創(chuàng)建虛擬模型庫所用軟件

可用于創(chuàng)建虛擬模型庫素材的軟件有AutoCAD，CAXA，Solid3000、3DMAX等等。

首先是二維繪圖軟件，包括我們常用的AutoCAD以及CAXA電子圖板。如國產(chǎn)的CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，它能逼真地虛擬現(xiàn)實(shí)模型，以立體的、有光的、有色的生動畫面表達(dá)設(shè)計(jì)的零件、部件等，拖放式的三維造型，靈活、簡單且有趣。一方面提高了教與學(xué)的效率；另一方面使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能不斷了解新技術(shù)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)空間思維、創(chuàng)新思維能力，也為其將來走向工作崗位打下良好的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

其次是三維繪圖軟件，包括Solid3000、3DMAX。前者是三維模型庫、動畫庫和二維視圖表達(dá)庫的制作平臺，也是國內(nèi)唯一本地化、標(biāo)準(zhǔn)化的三維CAD軟件。而利用3DMAX軟件能夠方便將由Solid3000制作的零件和裝配體,制成引人入勝的FLISH動畫文件，直觀地展示裝配體的工作方式以及裝配體中零部件的裝配關(guān)系，使學(xué)生仔細(xì)觀察到裝配體中零件之間的裝配關(guān)系。

以上軟件的實(shí)體造型技術(shù)和動畫功能與其他多媒體制作軟件結(jié)合起來用于工程制圖的教學(xué)與輔導(dǎo)方面，目前是一種趨勢。

3.虛擬模型庫的應(yīng)用示例——虛擬裝配演示

虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維虛擬現(xiàn)實(shí)裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性，同時也是一種零件模型按約束關(guān)系進(jìn)行重新定位的過程，是有效分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性的一種手段。包括裝配工藝規(guī)劃、裝配可視化和仿真校驗(yàn)，確定產(chǎn)品裝配過程中最優(yōu)的裝配、拆卸和重組順序，校驗(yàn)和修改裝配流程，進(jìn)行裝配可行性、可制造性、可維護(hù)性分析。

在鉗工裝配教學(xué)中，學(xué)校所擁有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備如果非常有限，那么大量的裝配練習(xí)就無法開展，沒有實(shí)體的對照，老師講得口干舌燥，學(xué)生還是不能理解。而利用虛擬模型庫中三維與動畫模擬仿真功能可更形象的開展裝配教學(xué)。用虛擬零件進(jìn)行模擬裝配和實(shí)體干涉檢查。它的設(shè)計(jì)功能、爆炸視圖功能和運(yùn)動仿真功能，使學(xué)生容易接受和掌握。

4.結(jié)束語

在鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)中運(yùn)用虛擬模型，其實(shí)就是在傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)教學(xué)模式中引入虛擬和仿真技術(shù)模擬難以講解的教學(xué)場景。在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)從工藝設(shè)計(jì)、零件加工和裝配、檢驗(yàn)、使用整個生命周期的模擬和仿真。對于克服傳統(tǒng)鉗工實(shí)習(xí)教學(xué)弊端，激發(fā)學(xué)生興趣有很大促進(jìn)作用。

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