Solidworks數(shù)字建模在高職機(jī)電類課程教學(xué)載體中的應(yīng)用與研究

王麗榮

北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 北京 100015

Solidworks數(shù)字建模在高職機(jī)電類課程教學(xué)載體中的應(yīng)用與研究

王麗榮

北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 北京 100015

為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)對人才的需求，培養(yǎng)掌握先進(jìn)制造技術(shù)、具有現(xiàn)代工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的技能型人才，是高職院校刻不容緩的重任。傳統(tǒng)教學(xué)方式已落后于現(xiàn)代教育的需求，將現(xiàn)代軟件工具嵌入課堂教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率，將成為未來課堂教學(xué)的趨勢。

高職教育；軟件；Solidworks

當(dāng)前，中國經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入“新常態(tài)”，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代制造業(yè)的發(fā)展將不再遵循傳統(tǒng)工業(yè)的經(jīng)濟(jì)規(guī)律，智能制造正成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變革的重要方向，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物與物、機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人的信息交流交互，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)對人才的需求，培養(yǎng)掌握先進(jìn)制造技術(shù)、具有現(xiàn)代工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的技能型人才，是高職院?？滩蝗菥彽闹厝?。 目前，傳統(tǒng)教學(xué)方式已經(jīng)越來越不適應(yīng)新時(shí)代年輕人的教育，探索新興技術(shù)與傳統(tǒng)教育融合道路，創(chuàng)新教育方式是未來教育必由之路。在這些探索中，將現(xiàn)代先進(jìn)軟件工具應(yīng)用于高職教學(xué)是未來課堂教學(xué)的重要方向和趨勢之一。

1 當(dāng)前高職教育主要因素分析

機(jī)電相關(guān)專業(yè)是高職教育中非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要任務(wù)之一是培養(yǎng)學(xué)生的讀圖和制圖能力，包括圖形表達(dá)能力、對物體的觀察能力、空間思維能力、空間形體分析和構(gòu)形能力等，需要學(xué)生發(fā)揮空間想象能力，掌握抽象的基本理論。在對高職教育組成因素的分析中，主要選取了學(xué)生和教學(xué)形式兩種體現(xiàn)教育主體的因素。從高職教育的對象學(xué)生方面，近年來高職教育的主體是“90后”學(xué)生，這些學(xué)生從小接觸網(wǎng)絡(luò)媒體，思維活躍，對感性認(rèn)識(shí)敏感。從課堂教育形式方面，傳統(tǒng)教育形式主要是由教師采用講解和板書為主，學(xué)生被動(dòng)接受，無法有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，影響教學(xué)效果。目前的課堂教學(xué)面臨諸多不便，實(shí)物模型數(shù)量有限，攜帶不方便、不能隨意剖切，且不能從多個(gè)角度進(jìn)行觀測；多媒體課件一定程度上改善教學(xué)狀況，但存有一定的局限性，缺乏對學(xué)生的發(fā)現(xiàn)能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。高職教育的目標(biāo)是為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)、具備一定技術(shù)技能的產(chǎn)業(yè)工人，要求高職教育與工業(yè)發(fā)展高度匹配，協(xié)同發(fā)展，在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)面臨變革轉(zhuǎn)型的特定戰(zhàn)略時(shí)期，高職教學(xué)的探索與創(chuàng)新成為提升高職教育質(zhì)量和素質(zhì)的必然選擇。

2 Solidworks軟件介紹

在世界范圍內(nèi)的實(shí)際工程應(yīng)用中，為了提高設(shè)計(jì)效率，降低研發(fā)和生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，智能化軟件已被各類工業(yè)企業(yè)廣泛應(yīng)用。通過筆者的企業(yè)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，Solidworks軟件作為三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的典型代表之一，在工程實(shí)踐中獲得了廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用，同時(shí)其易于學(xué)習(xí)、易于安裝、便于操作等特性，也使其成為嵌入高職課堂先進(jìn)軟件的優(yōu)選方案之一。

Solidworks是由美國Solidworks公司開發(fā)，基于Windows系統(tǒng)環(huán)境，應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)三維構(gòu)建的機(jī)械CAD軟件，是以設(shè)計(jì)功能為主的CAD/ CAE/CAM集成軟件。軟件基于特征、參數(shù)化的實(shí)體造型系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的實(shí)體建模功能；同時(shí)也提供了二次開發(fā)的環(huán)境和開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其界面操作按照客戶習(xí)慣采用了Windows風(fēng)格，符合使用習(xí)慣、智能化操作，易學(xué)易用、建模能力強(qiáng)，且操作簡便。另外，Solidworks軟件內(nèi)部嵌入集成了COSMOSMotion運(yùn)動(dòng)仿真插件。該插件用于建立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，能夠進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的干涉分析，跟蹤設(shè)計(jì)零件的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析相關(guān)機(jī)構(gòu)中零件的速度、加速度、作用力、反作用力等各種參數(shù)和影響因素，并能夠按照使用者需求用動(dòng)畫、圖形、表格等多種形式輸出仿真結(jié)果進(jìn)行展現(xiàn)。

3 Solidworks軟件在高職課堂的應(yīng)用

作為新型教學(xué)載體的應(yīng)用與研究，Solidworks數(shù)字建模在專業(yè)課教學(xué)的過程中，為提升專業(yè)課的教學(xué)效果和效率而開展了各項(xiàng)分析實(shí)踐，最主要的環(huán)節(jié)是使用Solidworks軟件逐步建立一套應(yīng)用于高職專業(yè)課程數(shù)字模型庫，并將之應(yīng)用于課堂教學(xué)。

建立專業(yè)課程中的機(jī)械部件數(shù)字模型庫，選取實(shí)際工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)中的典型案例進(jìn)行實(shí)例教授和操作，應(yīng)用Solidworks軟件改進(jìn)專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，從工程應(yīng)用發(fā)展的角度，總結(jié)適用于課堂教學(xué)的Solidworks教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并將之應(yīng)用于課堂教學(xué)檢驗(yàn)效果。通過對于Solidworks軟件的基本功能和實(shí)例演示的研究，利用Solidwork軟件圖形處理、3D建模和模擬裝配等功能，將平面二維圖紙以三維動(dòng)畫演示形象呈現(xiàn)，配合多媒體視頻，可以讓學(xué)生看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)以及材料、零部件等形體在組合、切割過程中的變化，對學(xué)生理解空間立體問題有很大的幫助。同時(shí)對三維圖像配以音效，由此制作的三維動(dòng)畫更能吸引學(xué)生的注意力，將傳統(tǒng)授課方式盡可能地以動(dòng)態(tài)形式呈現(xiàn)，直觀地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生知識(shí)范圍，幫助學(xué)生掌握新的技能，促進(jìn)學(xué)生對于教學(xué)內(nèi)容的理解，提升高職課堂教學(xué)效率。

例如，在高職教育機(jī)電一體化專業(yè)機(jī)電設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝課程的教學(xué)中，其中一個(gè)教學(xué)章節(jié)為減速器的工作原理，該章節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)是減速器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，

減速器主要由一個(gè)輸入軸、一個(gè)傳動(dòng)軸、一個(gè)輸出軸以及軸上的齒輪組成，在齒輪工作嚙合的過程中，學(xué)生很難理解齒輪的旋轉(zhuǎn)方向以及齒輪的兩端固定方式。為了讓學(xué)生更好、更快地學(xué)習(xí)和理解本章內(nèi)容，專業(yè)課教師在課前使用了Solidworks軟件制作了減速器的各個(gè)部分結(jié)構(gòu)和組裝圖，包括減速器支撐框架，軸類結(jié)構(gòu)和齒輪模型、軸承端蓋和周環(huán)等零件。同時(shí)用不同顏色加以區(qū)分，用Solidworks軟件的裝配體模塊，將所有零件插入裝配體，根據(jù)各個(gè)零件的相互配合關(guān)系，組裝成減速器裝配體，再用動(dòng)畫模擬模塊對減速器裝配體進(jìn)行動(dòng)畫模擬設(shè)置操作實(shí)現(xiàn)工作運(yùn)動(dòng)過程。課堂上采用了展示模型庫中減速器的三維模型，既有機(jī)構(gòu)的三維模型，又有該機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫視頻，課堂上邊觀看模型，教師邊講解原理，同時(shí)可以剖切機(jī)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作原理一目了然。學(xué)生很快掌握減速器的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了“三有課堂”，即有趣、有用、有效。

在專業(yè)課堂上采用工程軟件制作的實(shí)例，能夠使學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入企業(yè)后，縮短工作適應(yīng)期，減少再培訓(xùn)等環(huán)節(jié)，在校學(xué)習(xí)階段即提供機(jī)會(huì)讓學(xué)生有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)Solidworks軟件，了解實(shí)際中企業(yè)生產(chǎn)所采用的相關(guān)理念，為實(shí)現(xiàn)與工作崗位的無縫對接打下良好的基礎(chǔ)。隨著CAD技術(shù)應(yīng)用的越來越廣泛，應(yīng)用CAD軟件制作三維實(shí)體動(dòng)畫并運(yùn)用于課堂教學(xué)將成為一種發(fā)展趨勢。

4 結(jié)束語

由于在相對單調(diào)、枯燥、抽象的高職專業(yè)理論課堂上，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件SolidWorks應(yīng)用嵌入高職教育課堂，將傳統(tǒng)課堂的單方面灌輸教學(xué)，改變?yōu)楦鼮榛顫?、生?dòng)的感性、互動(dòng)教學(xué)，通過Solidworks軟件對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和虛擬裝配，并對其運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了仿真分析，讓抽象的二維原理圖以三維立體、動(dòng)畫展現(xiàn)、直觀感性的教育形式呈現(xiàn)，既有利于加深學(xué)生的理解掌握，增強(qiáng)學(xué)生技能水平，又有效提高了課堂教學(xué)效率，為高職課堂教學(xué)改革提供了一種有益的方法。同時(shí)通過建立Solidworks三維教學(xué)模塊，為高職專業(yè)課多元化、立體式教學(xué)模式建立提供參考借鑒。極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果。同時(shí)也對教師提出了更高的要求：一方面要求專業(yè)課教師具備一定的企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；另一方面要求教師在課外做大量的前期課堂準(zhǔn)備，構(gòu)建課堂內(nèi)容建模數(shù)據(jù)庫。

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The Application and Research of the Solidworks Digital Modeling in the Teaching Carrier of the Higher Vocational Mechatronics Courses

Wang Lirong

Beijing Information Technology College, Beijing, 100015, China

For satisfying the talent demand of the modern manufacturing industry, It’s the very urgency and important task, that trains the skilled talents with mastering the advanced manufacturing technology,the modern engineering qualities and the innovation ability, to the higher vocational colleges, The traditional teaching way has lagged behind the demand of modern education, using the modern software tools in the class to improve students' interests and the efficiency of class, the way will become a future trend of classroom teaching.

higher vocational education; software; Solidworks

王麗榮，碩士，講師，工程師。