基于Pro/E的高職《機械制圖》立體化教學資源庫的研究與實踐

謝仁華　管嫦娥　謝達城

摘 要：《機械制圖》是機械類專業(yè)的核心專業(yè)基礎課程，其教學效果的好壞直接影響后續(xù)核心主干課程的進一步學習。但由于高職學生基礎較弱，同時《機械制圖》課程教學內容抽象、枯燥，教學資源不足，導致教學效果不理想。本文探討了借助專業(yè)的Pro/E三維設計軟件，如何構建立體化教學資源庫，整合教學內容、改進教學方法和教學手段，提高教學效果等問題。

關鍵詞：機械制圖； 教學資源； Pro/E

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）02-150-002

一、《機械制圖》課程教學目前存在的問題

《機械制圖》是機械類專業(yè)的核心專業(yè)基礎課程，其教學效果的好壞直接影響后續(xù)核心主干課程的進一步學習。該課程在教學過程中，需要大量的實物教學模型和掛圖幫助學生理解教學內容，否則僅僅依靠講解，很難講清楚零件的投影關系、剖切斷面的形狀，基本體截交線與相貫線的形成方式，組件的裝配方式與工作原理等內容。但是借助實物教學模型和掛圖這些傳統(tǒng)的教學資源存在以下問題：

（1）實物模型攜帶、保管不便，更新換代速度慢，更換成本高，無法與教材同步。（2）教學模型無法體現零件從三維到二維的投影關系，只能依靠空間想象力；無法展現剖切斷面的形狀；無法體現基本體截交線與相貫線的形成過程。（3）教學模型作運動演示和運動分析存在很多缺陷，一是學校很難保證有一套完整的《機械制圖》課程的教學模型；二是機構內部的運動關系觀察不到；三是裝配模型時容易損壞零件，運動分析容易出故障；四是運動特性的分析很困難。（4）由于教材篇幅所限，很多插圖并不能完整地表達各種零件和組件的所有結構， 給學生讀圖帶來諸多困難。又由于高職教育實踐環(huán)節(jié)的加強，專業(yè)課程理論教學的課時數大大減少，如果仍然使用傳統(tǒng)的教學資源，僅用實物模型和掛圖進行講解，難以達到理想的教學效果。因此，為提高教學效果，構建適合高職《機械制圖》的立體化教學資源庫勢在必行。

二、應用Pro/E軟件制作《機械制圖》多媒體教學資源庫的優(yōu)勢

隨著現代多媒體技術的不斷進步，多媒體技術在課程教學過程中的應用越來越廣泛，國內外眾多學校都在嘗試利用多媒體課件來彌補傳統(tǒng)教學資源的不足。目前，課件中的圖形素材一般采用Flash、Photoshop等軟件制作，多為二維圖形或動畫，若直接用于具有三維立體結構、專業(yè)性很強的《機械制圖》課程的多媒體素材制作，難度很大，效果也不理想，難以充分發(fā)揮CAI的優(yōu)勢。

Pro/E軟件廣泛應用于機械、電子、模具等行業(yè)。該軟件集三維實體造型、曲面造型、零件裝配、二維工程圖制作、數控加工、模擬仿真等功能于一體。利用Pro/E強大而完善的功能構建《機械制圖》課程的立體化教學資源庫，在多媒體素材的制作上可充分顯示出它的專業(yè)優(yōu)勢，能突破傳統(tǒng)教學資源的局限，解決課件中圖形素材的制作困境，增加教學直觀性，能使《機械制圖》中繁雜的點、線、面的投影關系變得簡單，由抽象變得具體，提高學生的學習興趣；利用構建的立體化教學資源庫，可以創(chuàng)新教學模式，改進教學方法，為精品資源共享課程建設作鋪墊，對提高教學質量有重要的意義。

三、立體化教學資源庫的制作內容及其功能

利用Pro/E軟件構建的《機械制圖》課程立體化教學資源庫，專業(yè)性很強，豐富實用，能有效地提升教學效果，教學資源庫的制作內容和功能主要包含以下幾個方面：

（1）利用格式制作功能及二維圖制作功能，創(chuàng)建符合國家標準的圖框，標題欄及二維工程圖，將現代繪圖技術和設計思想融入《機械制圖》教學中，實現兩者無縫對接。

（2）利用三維建模功能及二維工程圖制作功能，創(chuàng)建基礎模型庫及對應工程圖，幫助學生形成從三維到二維的全新思維方式，而不是傳統(tǒng)的從二維到三維，可使學生更好地理解投影關系、截交線與相貫線的形成過程、具有內部結構的零件剖切面形狀，將教學內容化深奧為通俗，變抽象為具體，降低學生學習的難度。

（3）利用三維建模功能及二維工程圖制作功能，創(chuàng)建各種標準件、常用件、典型零件和裝配體模型庫及對應工程圖。虛擬的模型便于現代化教學，能更好地幫助學生理解教材中各種機構和部件的功能、工作原理、工作過程及組成零件的裝配關系及拆裝過程，提高教學效果。

（4）利用分析功能和動態(tài)仿真功能制作動畫和圖片，用于三維動畫演示和運動特性分析。改變教師以往借助黑板、掛圖和模型授課的枯燥無味的狀況，實現由靜止到活動、由想象到直觀、由平面到立體的轉變，大大提高學生的學習興趣。

（5）根據構建的立體化教學資源庫，精選和重整教學內容，創(chuàng)新教學模式，改進改學方法，為精品資源共享課程建設作鋪墊。

四、立體化教學資源庫應用實踐舉例

1.立體化教學資源在三視圖教學中的應用

視圖，即零件向投影面投影所得的圖形。三視圖分別為主視圖、左視圖和俯視圖。三視圖是最能反映物體實際形狀的三種投影圖，是《機械制圖》教學的重點和難點，主要講解零件中點、線、面的投影關系，要求學生能夠掌握線面的投影特征。但該部分內容繁雜、抽象，要求學生具有較強的空間想象能力，能夠在大腦中想出線面在不同方向的投影。但高職學生由于基礎較差，空間想象力不足，并且老師不可能在黑板上手繪三維模型，所以如果沒有實物模型，學生很難正確畫出三視圖。但實物更新換代速度慢，無法與教材同步。而Pro/E獨有的功能，卻能很好地解決這一難題。首先可以利用其三維造型功能，構建零件的三維模型，如圖1（a）所示的支座，然后再利用其工程圖功能，自動生成零件的三視圖，如圖1（b）所示。這樣就能很好地把三維零件和三視圖無縫對接起來，幫助學生直觀地理解點線面的投影關系。

2.立體化教學資源在剖視圖教學中的應用

剖視圖是表達機件內部形狀和結構的常用方法。但由于高職學生理解能力較弱，畫三視圖時喜歡用直接投影的方法生成視圖，看不見的結構用虛線表達，結果導致內部結構較復雜的機件的視圖中出現眾多重疊交叉的虛線，這樣既不利于機件結構的表達，也不利于圖形的識讀。所以當機件內部結構比較復雜時，通常采用剖視圖表達?？墒侨舨捎闷室晥D表達，學生很難理解假想的剖切，不知道怎樣確定剖切平面的剖切位置，不明白哪些地方會被剖切到，不明白剖面線該畫在哪些地方，更無法想象出剖切后的視圖。此時可以利用Pro/E解決這個問題。首先利用Pro/E的造型功能完成零件三維模型的構建，如圖2所示的法蘭盤；其次利用Pro/E視圖管

理器的剖切面功能，對零件進剖切，幫助學生理解機件剖切后的內部形狀和結構，分析剖切位置和剖視圖的關系，如圖3所示的法蘭盤剖切圖；最后學生既可以根據三維的機件剖切圖，繪制剖視圖，也可以利用Pro/E的工程圖制作功能自動生成剖視圖，如圖4所示的法蘭盤剖視圖。這樣學生就可以輕松地讀懂剖視，同時空間立體概念又能得到進一步的提升。

3.立體化教學資源在裝配圖教學中的應用

裝配圖是制定裝配工藝規(guī)程，進行裝配、檢驗、安裝及維修的重要技術文件，但教師在教學過程中普遍感到困難，究其原因，一是高職學生實習單一，缺乏實際經驗，對裝配體的裝配關系及工作原理都缺少感性認識，二是教具模型很難展示其內部結構。而利用Pro/E強大的裝配功能和動畫功能，可以把各個零件裝配在一起，根據需要，靈活地進行剖切或者生成爆炸圖，如圖5所示的四通閥爆炸圖，可以直觀地向學生展示四通閥中各零件之間的連接情況，幫助學生理解零件之間的裝配關系。還可以進行運動仿真，方便學生進一步了解四通閥的工作原理，使教學內容清晰、生動，大大縮短學生感知、認知的過程。

五、總結

利用Pro/E軟件構建的高職《機械制圖》資源庫進行教學，徹底改變了傳統(tǒng)《機械制圖》課程的教學內容、教學手段和教學方法，使重點和難點變得通俗易懂，感性認識和信息量大大增強，能更好地適應“設計應從三維實體建模開始”的現代設計理念?？梢灶A見，隨著計算機技術的不斷進步，Pro/E軟件在機械類專業(yè)課程的多媒體教學過程中將會發(fā)揮越來越重要的作用。

江西省高等學校教學改革研究基金資助項目（項目編號：JXJG-13-48-1）

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