三維制圖在機(jī)械認(rèn)知教學(xué)中的應(yīng)用探討

陳昌雄

（長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系，湖北荊州434019）

0 引言

目前，許多高校特別是獨(dú)立學(xué)院都將大學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力作為人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。 而另一方面，在校的大學(xué)生絕大部分是直接從高中升入大學(xué)，基本上都缺乏工程機(jī)械背景知識(shí)，動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力較弱。 因此在高等教育中，通常采用通過(guò)基于機(jī)械零件認(rèn)知的機(jī)械拆裝實(shí)訓(xùn)，對(duì)典型機(jī)械的拆裝與分析，使學(xué)生增加對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)其工程實(shí)踐能力和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。但有些學(xué)校該實(shí)踐課開課較早，學(xué)生三維空間想象能力以及對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知不足，造成實(shí)訓(xùn)效果不夠理想。

1 遵循認(rèn)知學(xué)習(xí)的規(guī)律，強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)效果

通常認(rèn)知學(xué)習(xí)的規(guī)律是：感知——理解——鞏固——應(yīng)用。 因此實(shí)訓(xùn)中首先要求學(xué)生要人人動(dòng)手，反復(fù)拆、裝，互相討論，細(xì)細(xì)體會(huì)，做到“眼到”、“口到”、“耳到”、“手到”、“心到”，多種感官并用來(lái)“感知”裝配體的結(jié)構(gòu)形狀、工作原理、各零件的相對(duì)位置和裝配關(guān)系等，并能從中提出一些問(wèn)題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 利用三維制圖加強(qiáng)直觀教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和思維能力

由于一些學(xué)校機(jī)械認(rèn)知實(shí)訓(xùn)開課較早， 學(xué)生的空間想象能力不足，不能理解整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)、甚至不能想象出對(duì)某些較復(fù)雜零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)整個(gè)拆裝實(shí)訓(xùn)效果有一定的影響。 因此，實(shí)訓(xùn)前，指導(dǎo)教師可以利用三維制圖軟件(如SolidWorks、CATIA、Pro/E 等)對(duì)拆裝的各零部件進(jìn)行建模， 再用其虛擬裝配設(shè)計(jì)功能進(jìn)行相應(yīng)的裝配流程、爆炸圖和模擬運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫演示制作。教學(xué)中，對(duì)較復(fù)雜的零件，采用三維制圖進(jìn)行教學(xué)，可以使學(xué)生看到整個(gè)切割、疊加的過(guò)程以及切割、疊加形體的形狀特征，并從不同的角度觀察形體的投影；對(duì)整個(gè)設(shè)備，則可通過(guò)相應(yīng)的裝配流程以及爆炸圖，讓學(xué)生對(duì)零件與零件的相互位置、配合關(guān)系有更清晰的認(rèn)識(shí)，從而有利于學(xué)生正確思維方式、方法的形成，提高學(xué)習(xí)效率。

另外， 利用三維制圖進(jìn)行直觀教學(xué)， 教師講解過(guò)程中能方便、快捷、靈活地調(diào)用三維模型，使教學(xué)內(nèi)容變得形象逼真，色彩豐富，加上動(dòng)畫效果，更是生動(dòng)有趣，這十分有利于學(xué)生進(jìn)行觀察、分析和比較，從而培養(yǎng)學(xué)生空間想象及思維能力。

3 利用三維制圖講解設(shè)備的工作原理

在拆裝實(shí)訓(xùn)中，利用虛擬三維模型和多媒體等輔助教學(xué)設(shè)備， 把機(jī)器的模擬裝配過(guò)程、模擬拆卸過(guò)程和模擬運(yùn)行過(guò)程投影到屏幕上進(jìn)行演示。 爆炸圖和動(dòng)畫要比原來(lái)的黑板講解和掛圖更加直觀，并且更容易理解，軟件生成的三維模型形象逼真，立體感強(qiáng)。學(xué)生通過(guò)零部件和模型的旋轉(zhuǎn)、爆炸圖的生成和解除、模擬動(dòng)畫，可以比較全面地了解零部件的結(jié)構(gòu)和工作原理。特別是對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的設(shè)備還可以把其中的某些零件生成透明體，便于觀察構(gòu)件的裝配關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

授課中，可通過(guò)反復(fù)觀看模擬動(dòng)畫，指導(dǎo)教師輔以適當(dāng)?shù)闹v解，學(xué)生對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及工作原理則更容易理解。 實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生能更容易掌握機(jī)器的初步裝配和調(diào)試方法等實(shí)踐知識(shí)，掌握更熟練的操作技能，也能解決動(dòng)手拆裝過(guò)程遇到的一般性問(wèn)題，使拆裝的效率大大提高，實(shí)訓(xùn)效果可以得到進(jìn)一步的提升。

4 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新意識(shí)

拆裝實(shí)訓(xùn)中， 通過(guò)對(duì)典型機(jī)械三維模型展示以及相應(yīng)的動(dòng)畫演示，學(xué)生可以對(duì)照設(shè)備實(shí)物與投影中的虛擬設(shè)備進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)。 使學(xué)生感受到所學(xué)的知識(shí)更貼近現(xiàn)實(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性。 著名心理學(xué)家皮亞杰說(shuō)過(guò) “一切有效的工作必需以某種興趣為先決條件”。 也就是說(shuō)， 興趣是人們力求認(rèn)識(shí)某種事物或愛(ài)好某種活動(dòng)的傾向，它能推動(dòng)人們?nèi)プ非竽撤N知識(shí)或從事某種活動(dòng)。 興趣的養(yǎng)成為后續(xù)的機(jī)械知識(shí)的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

另外，可以引導(dǎo)學(xué)生課后自己動(dòng)手學(xué)習(xí)三維制圖，利用軟件對(duì)零部件進(jìn)行參數(shù)化建模、裝配、運(yùn)動(dòng)仿真等學(xué)習(xí)，甚至參與制作教學(xué)用的各種機(jī)器的三維模型以及模擬動(dòng)畫。 一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生三維空間想象能力和繪圖能力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。另一方面，培養(yǎng)了學(xué)生的一定動(dòng)手能力，還增加了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

從教學(xué)的角度來(lái)講，引導(dǎo)學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，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(guò)這些教學(xué)方式來(lái)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，使每個(gè)學(xué)生都能得到充分發(fā)展。

5 結(jié)論

現(xiàn)階段，在機(jī)械制造業(yè)中，許多大型企業(yè)和跨國(guó)公司已經(jīng)把三維制圖軟件的操作作為必備的基本技能。在機(jī)械認(rèn)知實(shí)踐中適時(shí)的引入三維制圖輔助教學(xué)，不僅能夠大大增強(qiáng)學(xué)習(xí)的直觀性，提高教學(xué)的效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而取得良好的教學(xué)效果，還使學(xué)生能較早的接觸到三維制圖軟件，學(xué)生的空間想象能力、空間分析能力有較大的提高，為后續(xù)課程《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械制造工藝學(xué)》等的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］周凌華，歐陽(yáng)全會(huì).基于任務(wù)導(dǎo)向的《機(jī)械拆裝與測(cè)繪》課程開發(fā)研究[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，13（4）：71-74.

［2］陳鳳騰.三維軟件UG 教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用與探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2012，28：172-174.