Solidworks Composer在職業(yè)院校機械類課程教學(xué)中的應(yīng)用

林裕程

機械屬于一門多領(lǐng)域結(jié)合的學(xué)科，課程內(nèi)容概念性強且難以理解，隨著市場對機械專業(yè)技術(shù)要求的提升，機械類課程的復(fù)雜性也逐漸提高。面對機械課程的現(xiàn)狀，如何靈活使用教學(xué)方法提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，如何將復(fù)雜的課程拆解分析傳授給學(xué)生，是職業(yè)教育機電工藝專業(yè)面臨的問題。在日常教學(xué)中，機械類專業(yè)的課程往往會涉及大量的機械構(gòu)造、零件結(jié)構(gòu)以及各個零件間的裝配關(guān)系。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師通常使用二維平面圖形來授課，學(xué)生無法直觀地理解和觀察機構(gòu)的運動方式，只能通過空間想象來輔助理解相關(guān)內(nèi)容。

近些年來，國家越來越重視職業(yè)教育，也急需大量的機械類技術(shù)人才。而在機械類課程受到自身復(fù)雜程度和技術(shù)要求高的限制，若教學(xué)方法不靈活，教學(xué)模式死板，則會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，造成學(xué)生在課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)積極性難以提高，導(dǎo)致缺乏課堂的活躍性，不利于機械類專業(yè)學(xué)生對于專業(yè)知識的理解掌握。教師是課堂教學(xué)中的核心。當(dāng)前職業(yè)院校優(yōu)秀的機械類專業(yè)教師稍顯不足，同時很多年輕的專業(yè)教師，由于剛剛從高校畢業(yè)就走上講臺，自身缺乏必要的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，更難以從更科學(xué)、更實際、更規(guī)范的角度來完成日常的教學(xué)任務(wù)，很大程度上會影響到教學(xué)的水平。而提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵在于提升教師教學(xué)與知識水平，尤其是在教育事業(yè)急速發(fā)展的今天，只有提高師資隊伍的綜合能力和素養(yǎng)，才能培養(yǎng)出更多具有實踐能力和應(yīng)用能力的機械類人才。

因此，我們要在課堂中增強教學(xué)的互動性與直觀性，感性認知和實踐教學(xué)尤為重要。近些年來，職業(yè)院校機械類課程的教學(xué)理念發(fā)生了很大的變化，摒棄了傳統(tǒng)的“灌輸式”“填鴨式”教學(xué)模式，引入了多媒體教學(xué)、VR（虛擬現(xiàn)實）以及AR（增強現(xiàn)實）等信息化教學(xué)方法。這種以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以教育理論為指導(dǎo)的教學(xué)方法有助于激發(fā)學(xué)生的關(guān)注度，讓學(xué)生對于枯燥難懂的機械專業(yè)知識產(chǎn)生興趣。

在學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情的激發(fā)下，教師及時有效地進行引導(dǎo)，讓學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)過程之中，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和成就感，培養(yǎng)學(xué)生的機械課程學(xué)習(xí)思維，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而綜合提升學(xué)習(xí)效率。筆者結(jié)合目前職業(yè)院校的機械類課程教學(xué)實際情況，在使用3D軟件的基礎(chǔ)上結(jié)合Solidworks Composer制作動態(tài)課件，演示零件和機構(gòu)的外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并可以制作機械產(chǎn)品的虛擬拆裝和運動仿真，使得課堂教學(xué)更加生動，學(xué)生更易于理解復(fù)雜機構(gòu)的構(gòu)成和運動，節(jié)省了教學(xué)時間，提高了學(xué)習(xí)效率。

一、Solidworks Composer簡介

Solidworks Composer是一款基于三維數(shù)模進行技術(shù)文檔創(chuàng)作及動畫制作的互動式交流軟件，可以直接使用3D模型創(chuàng)建三維數(shù)字化文檔，利用軟件的內(nèi)建功能，可以快速建立各種三維動畫、爆炸圖、零件圖以及交互式零件表。該軟件可以整合現(xiàn)在所有主流的三維設(shè)計軟件的文件格式，如UG NX、PROE、Catia以及Solidworks及其他多種三維CAD格式文件。同時，Solidworks Composer容易學(xué)習(xí)，動畫制作效果出色，且簡單便捷，因此適用于機械構(gòu)造和機構(gòu)運動的CAI（Computer Aided Instruction，計算機輔助教學(xué)）課件制作。

Solidworks Composer以其自身特殊的形式，有助于更加立體化地展示復(fù)雜的機械知識，有助于對課程中的難點進行拆解分析，并且根據(jù)課程的進度和要求，進行靈活的調(diào)整和整合，在視覺、聽覺等多角度的思維刺激下，使學(xué)生能夠更加清晰地了解知識，掌握思維，破解難點。生動、活潑的形式還能極大地吸引學(xué)生的關(guān)注，燃起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生脫離枯燥的傳統(tǒng)的課堂，主動走進機械工藝的知識殿堂。學(xué)生對于知識的學(xué)習(xí)是一個認知的建構(gòu)過程，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)需要相應(yīng)的知識建構(gòu)和團隊協(xié)作。教師借助Solidworks Composer能夠為學(xué)生搭建機械知識學(xué)習(xí)的階梯，讓學(xué)生逐步構(gòu)建出屬于自己的機械思維樹，在主動、活潑和快樂的氛圍中學(xué)會知識。

二、交互式動畫在機械類課程教學(xué)中的應(yīng)用方法

1.學(xué)生需求分析

使用Solidworks Composer制作交互式模型是為了讓學(xué)生更加清晰地掌握機械專業(yè)知識。因此，教師在課程教學(xué)之初要了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，結(jié)合教學(xué)目標和教學(xué)大綱，掌握學(xué)生目前的知識水平與教學(xué)要求水平之間的差距。教師應(yīng)當(dāng)從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)技術(shù)運用和模型教學(xué)效果評價五個方面展開調(diào)查，以期達到教學(xué)架構(gòu)完整，方向清晰，策略得當(dāng)，有趣活潑，教學(xué)技術(shù)操作性強，界面效果吸引力強，教學(xué)氛圍良好等目標。

此外，對于職業(yè)院校的學(xué)生而言，還應(yīng)當(dāng)重視職校學(xué)生的心理和學(xué)習(xí)能力特點，在教學(xué)技術(shù)方面?zhèn)戎赜跔I造濃厚氛圍，吸引學(xué)生關(guān)注，以撥云見日、抽絲剝繭的方式一步步地引導(dǎo)學(xué)生了解知識，認識事物，掌握內(nèi)容，強化認知。

2.制作課件

筆者在教學(xué)實踐活動中以輪輞連接套為例，采用UG NX11.0建模，使用Solidworks Composer制作交互式動畫，使學(xué)生了解其內(nèi)部構(gòu)造，軸承的安裝與作用，以及零件的安裝和拆卸。首先在3D軟件中建立模型，使用UG NX建立輪輞連接套的三維模型，并將模型導(dǎo)出為.stp格式的圖形文件。其次，在Solidworks Composer中編輯三維模型，形成三維剖切視圖，便于學(xué)生觀察裝配體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系。最后形成三維模型的交互。放映PPT觀看輪輞連接套的三維互動模型，讓學(xué)生全方位觀察零件和內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)。

3.教學(xué)目標確定

職業(yè)院校機械類課程的教學(xué)目標相對較為明確，強調(diào)學(xué)生對機械類專業(yè)中涉及的基本零部件、結(jié)構(gòu)、原理、性能充分掌握，還要獨立完成拆裝和操作。目標通常設(shè)定為普遍目標和行動目標兩種。普遍目標是結(jié)合教學(xué)大綱的要求，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，基本方法的掌握，職業(yè)道德的滲透和職業(yè)規(guī)范的培養(yǎng)，行動目標多為知識目標的達成，能力目標的實現(xiàn)和情感目標的培養(yǎng)。

4.教學(xué)內(nèi)容及策略

利用Solidworks Composer教學(xué)，結(jié)合教學(xué)目標和進度，探索機械零部件結(jié)構(gòu)，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。教學(xué)重點是將理論知識結(jié)合三維動畫的情景，使學(xué)生身臨其境，有助于職校學(xué)生“理論+實踐”的教學(xué)模式實施，能夠極大地幫助學(xué)生認知機械，點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，從而提高學(xué)習(xí)效率。

利用游戲教學(xué)法、情景教學(xué)法和小組互動教學(xué)法創(chuàng)設(shè)問題情景，教師引導(dǎo)學(xué)生探究問題并逐步地識別關(guān)鍵點，解決問題。教學(xué)的難點在于教師在問題創(chuàng)設(shè)和問題引導(dǎo)的過程中，從多個方面引導(dǎo)學(xué)生自主思考并產(chǎn)生知識聯(lián)想。

5.教學(xué)活動設(shè)計

結(jié)合教學(xué)任務(wù)和目標，設(shè)計教學(xué)活動。在課程開始之時教師導(dǎo)入資訊，以趣味新聞等幽默的方式來提問學(xué)生，引起學(xué)生的關(guān)注，預(yù)熱課堂氣氛。

預(yù)熱之后進入小組討論環(huán)節(jié)，學(xué)生自由結(jié)成小組討論教師提出的問題。教師隨機抽取幾位學(xué)生回答問題，對學(xué)生的回答進行總結(jié)，并初步進行知識的講解，然后播放Solidworks Composer制作的課件，讓學(xué)生更加明晰機械部件的關(guān)系，促進學(xué)生思維的養(yǎng)成，有助于學(xué)生對知識進行深加工。

教師再次總結(jié)知識點鼓勵學(xué)生上機操作，利用游戲策略在輕松愉快的氣氛中增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高了學(xué)生在課堂上的參與度，并增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，在上機操作結(jié)束之后再次回歸于Solidworks Composer課件進行回顧分析，鞏固知識，提升能力。

教學(xué)活動的設(shè)計要緊密結(jié)合學(xué)生的實際能力和職校學(xué)生的身心特點，從教育心理學(xué)出發(fā)，利用環(huán)境的烘托、教學(xué)工具的加成和教學(xué)資源的組合，實現(xiàn)教學(xué)目標和教學(xué)效果的銜接，使學(xué)生在課堂中擺脫傳統(tǒng)的靜態(tài)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)向動態(tài)化的教學(xué)過程，從問題導(dǎo)入學(xué)習(xí)，從虛擬模擬到實操鞏固，之后轉(zhuǎn)到虛擬中加深認知，最終在實際操作中真正實現(xiàn)知識建構(gòu)，這樣不但能夠避免學(xué)生陷入枯燥情緒，而且能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

三、小結(jié)

近些年來，隨著CAX軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，三維技術(shù)不僅給生產(chǎn)加工工藝、維修和裝配過程帶來了極大的便利，還促進了教師的教學(xué)方式的改革創(chuàng)新。本文中探討借助Solidworks Composer在教學(xué)中的應(yīng)用，替代傳統(tǒng)課件的靜態(tài)二維圖形，運用交互式模型動畫來輔助教學(xué)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。筆者在機械類課程的教學(xué)過程中，充分利用了主流的三維模型制作軟件，將教程及工程實際的零件直觀地展示給學(xué)生，在此基礎(chǔ)上，運用Solidworks Composer將傳統(tǒng)的二維圖樣轉(zhuǎn)化為更為生動且易于理解的三維互動動畫，制作了CAI課件。這種互動的三維教學(xué)模式，為學(xué)生提供了立體化和多維度的圖像，將Solidworks Composer制作的三維動畫運用于課堂教學(xué)實踐中，符合學(xué)生的認知和學(xué)習(xí)規(guī)律，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，提高了課堂知識的吸收率，得到了非常好的教學(xué)反饋。同時，筆者正在研究將動畫技術(shù)應(yīng)用于更多的機械類專業(yè)課程中，如沖壓模具和塑料模具等。

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（作者單位：天津市機電工藝學(xué)院）