淺析PRO/E在中職《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 要] 培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力是中職《機(jī)械制圖》教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)PRO/E軟件的特點(diǎn)，利用其強(qiáng)大的三維建模功能及三維圖形向二維視圖轉(zhuǎn)化的功能相結(jié)合的方式，分別在截交線、組合體、零件圖和裝配圖教學(xué)中，此方法既節(jié)省了學(xué)校在掛圖、模型等教學(xué)資源的投入，也解決了學(xué)生中普遍存在的空間想象能力不足的問(wèn)題，結(jié)果顯示出PRO/E在教學(xué)中的應(yīng)用能夠改善教學(xué)效果，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

[關(guān) 鍵 詞] PRO/E； 機(jī)械制圖；教學(xué)；應(yīng)用

《機(jī)械制圖》是中職學(xué)校機(jī)械類專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，PRO/E（PRO/Engineer操作軟件）作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，它是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化、產(chǎn)品造型系統(tǒng)、參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。

PRO/E可以以動(dòng)態(tài)顯示的方式把截交線的形成、相貫線的產(chǎn)生以及立體內(nèi)部的復(fù)雜情形等表現(xiàn)得淋漓盡致。這不但可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物體的感性認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展和培養(yǎng)學(xué)生的空間構(gòu)思能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，還有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且還可以強(qiáng)化教師和學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。相比以往傳統(tǒng)的教學(xué)方式更具有生動(dòng)性和易理解性。

1.PRO/E在截交線（平面截切圓錐）教學(xué)中的應(yīng)用

截交線和相貫線的畫(huà)法是《機(jī)械制圖》教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，是一個(gè)令學(xué)生迷糊、教師頭疼的問(wèn)題。然而這部分內(nèi)容卻又直接關(guān)系到學(xué)生空間想象力和動(dòng)手能力的提升。現(xiàn)在利用PRO/E的各模塊功能輔助教學(xué)，便可幫助學(xué)生順利理解和熟練掌握相關(guān)知識(shí)。下面用平行于某圓錐軸線的平面切割該圓錐所得到截交線的畫(huà)法為例，簡(jiǎn)述PRO/E輔助教學(xué)的過(guò)程：

①打開(kāi)投影儀或網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件，在PRO/E的零件板塊中建一個(gè)圓錐體的三維實(shí)體。

②創(chuàng)建一個(gè)平行于圓錐軸線的平面并以運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)圓錐進(jìn)行切割（PRO/E運(yùn)動(dòng)仿真功能，如圖1）。

③移除被切割（位于觀察者與切割平面之間的）部分，得到被切割后的三維實(shí)體（拉伸特征，如圖2）。

④在PRO/E繪圖板塊中導(dǎo)入該零件圖，隨即便可產(chǎn)生該形體的三視圖（如圖3）。

以上的教學(xué)演示過(guò)程主要以動(dòng)畫(huà)方式演示用平面切割曲面，以動(dòng)畫(huà)方式反復(fù)演示這一切割過(guò)程，讓學(xué)生觀察圓錐的變化，加深學(xué)生對(duì)物體由于切割產(chǎn)生形狀變化的認(rèn)識(shí)。在學(xué)生初步理解的基礎(chǔ)上，PRO/E還可以輕易改變切割平面的位置和角度，而得到圓錐體上不同的截交線（只需要在模型上加以修改，則會(huì)自動(dòng)生成不同的截交體及截交線），通過(guò)不同位置截交線習(xí)題的多次練習(xí)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

2.PRO/E在組合體（切割體）教學(xué)中的應(yīng)用

為了使學(xué)生更好地觀察組合體的形成過(guò)程，可利用PRO/E的實(shí)體建模功能迅速形成三維模型，然后利用動(dòng)態(tài)的切割面對(duì)基本體進(jìn)行逐步切割，或利用PRO/E的裝配模塊功能將多個(gè)基本體通過(guò)一定的順序和位置關(guān)系進(jìn)行疊加，從而形成新的組合體。通過(guò)軟件的可逆操作和模型樹(shù)功能，可反復(fù)進(jìn)行模擬或單獨(dú)提取元素，最終使得難題迎刃而解，這有助于逐步提高學(xué)生的空間想象能力和空間分析能力，提高教與學(xué)的效率。

①打開(kāi)PRO/E，在零件模塊中建一個(gè)基本體（長(zhǎng)方體）的三維實(shí)體模型（如圖4）。

②創(chuàng)建兩個(gè)相交的平面并以運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)長(zhǎng)方體進(jìn)行切割（按照一定的位置關(guān)系要求，如圖5）。

③移除被切割（位于觀察者與切割平面之間）部分，得到第一次被切割后的組合體三維模型（拉伸特征，如圖6）。

④再創(chuàng)建三個(gè)相交的平面并以運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)上一形體進(jìn)行第二次切割（按照一定的位置關(guān)系要求，如圖7）。

⑤再次創(chuàng)建一個(gè)曲面并以運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)上一形體進(jìn)行第三次切割（按照一定的位置關(guān)系要求，如圖8），最后得到第三次被切割后的組合體三維模型（如圖9）。

通過(guò)運(yùn)用軟件的各項(xiàng)功能對(duì)基本體進(jìn)行多次切割而得到一個(gè)符合要求的組合體，在每一次的切割后都可以快速形成相對(duì)應(yīng)的三視圖（圖10）：

在組合體的教學(xué)過(guò)程中，PRO/E可以通過(guò)軟件的作圖軌跡跟蹤，全程、清晰展示三維實(shí)體形成過(guò)程，并可同步更新二維三視圖。學(xué)生通過(guò)對(duì)三維實(shí)體、二維視圖的對(duì)照比較，了解規(guī)律、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步加強(qiáng)對(duì)形體的分析及讀圖和繪圖能力。

3.PRO/E在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

裝配圖的繪制是《機(jī)械制圖》課程的重要章節(jié)。學(xué)生要完成裝配圖的繪制，首先必須對(duì)裝配體的結(jié)構(gòu)、功能以及拆卸、裝配順序和方法有所了解。在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，一般是通過(guò)實(shí)物或掛圖進(jìn)行講解，實(shí)物教學(xué)在一般中職學(xué)校沒(méi)有完善條件，而在掛圖演示中，組成裝配體的各個(gè)零件是“死”的，很多學(xué)生無(wú)法弄清楚具體的裝配過(guò)程。而PRO/E的運(yùn)動(dòng)仿真功能可以動(dòng)態(tài)地模擬裝配體的裝配過(guò)程，更加形象逼真?？梢愿鶕?jù)動(dòng)力學(xué)原理將零件裝配成部件或機(jī)器，將裝配或拆卸過(guò)程做成動(dòng)畫(huà)，如圖11：

我們利用PRO/E軟件提供的爆炸圖動(dòng)態(tài)地演示出各零件的拆卸、裝配順序，同時(shí)還能夠清楚地將各個(gè)零件之間的裝配位置關(guān)系表達(dá)出來(lái)。裝配好的部件或機(jī)器可利用PRO/E的運(yùn)動(dòng)仿真功能進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫(huà)演示，如果裝配錯(cuò)誤或有缺陷，模擬運(yùn)動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)干涉，PRO/E可以自動(dòng)找到干涉點(diǎn)并以亮色顯示，學(xué)生便可進(jìn)行重裝或修改，直至完全正確。

通過(guò)PRO/E軟件在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，確實(shí)克服了傳統(tǒng)實(shí)物模型教學(xué)的種種不足，不僅使教學(xué)活動(dòng)生動(dòng)、形象、直觀，提高課堂教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，還有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間想象能力和空間思維能力，使難以理解的概念、過(guò)程變得簡(jiǎn)單易懂、容易接受，同時(shí)也使教學(xué)過(guò)程變得生動(dòng)形象、妙趣橫生。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝凌云.PRO/E產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[D].北京：清華大學(xué)，2010.

[2]王嫦娟.Unigraphics教學(xué)應(yīng)用研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2006.

[作者簡(jiǎn)介]

何鋒（1972—），男，漢族，湖南省岳陽(yáng)市人，本科，高級(jí)技師。研究方向?yàn)闄C(jī)械加工與制造、機(jī)電一體化、機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化。

[作者單位]湖南省岳陽(yáng)市高級(jí)技工學(xué)校

（編輯：李艷韜）