三維數(shù)字化技術(shù)在機械類課程教學改革中的應(yīng)用

卜瑋晶

摘要： 在快速發(fā)展的時代背景之下，新型的三維數(shù)字化技術(shù)得以衍生，將其應(yīng)用到機械類課程教學中，是促使我國機械課程數(shù)字化教學的必然選擇，這樣才能使學生真正學會與學好機械知識，將其運用到實際的就業(yè)發(fā)展之中。基于此，我國相關(guān)的本科機械課程教師應(yīng)該運用三維數(shù)字化技術(shù)進行有效的課程教學改革，為學生創(chuàng)建一個三維數(shù)字化的高效的機械課程教學課堂，促使機械學科學生的現(xiàn)代化發(fā)展與數(shù)字化發(fā)展。

Abstract： Under the background of rapid development， the new three-dimensional digital technology is derived and applied to the mechanical curriculum teaching， which is an inevitable choice to promote the digital teaching of mechanical courses in China， so that students can truly learn and learn the mechanical knowledge and apply it to the actual employment development. Based on this， the relevant undergraduate mechanical curriculum teachers in China should use three-dimensional digital technology to carry out effective curriculum teaching reform， create a three-dimensional digital and efficient mechanical curriculum teaching classroom for students， and promote the modern development and digital development of mechanical discipline students.

關(guān)鍵詞： 三維數(shù)字化技術(shù);機械類課程教學;工程認證;教學改革

Key words： 3D digital technology;mechanical curriculum teaching;engineering certification;teaching reform

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0237-03

0? 引言

在以往開展機械類科學教學的過程之中，都是由教師主導(dǎo)學生的學習，讓學生從課本中學習機械知識，這不僅使得學生毫無機械學習興趣，還使得學生難以理解所學的機械知識，無法運用所學的知識階級實際機械工程問題，嚴重阻礙了學生的機械學習與發(fā)展。但是三維數(shù)字化技術(shù)是新時代下衍生的一種高效技術(shù)，將其應(yīng)用到機械類課程教學之中，可以有效地改革教學課程與方式，創(chuàng)新符合學生學習的三維機械模型，可以使學生有效地學習機械制圖、機械設(shè)計、材料力學和機械制造技術(shù)等等，直觀地學習相應(yīng)的知識，與實踐練習相應(yīng)的機械技術(shù)，確保學生機械課程學習的實效性。因此，本科機械類課程教師應(yīng)積極地運用三維數(shù)字化技術(shù)開展教學改革，為學生的機械發(fā)展提供有力的教學保障。

1? 三維數(shù)字化技術(shù)的教學應(yīng)用價值

所謂三維數(shù)字化，就是運用三維工具（軟件或儀器）來實現(xiàn)模型的虛擬創(chuàng)建，修改，完善，分析等一系列的數(shù)字化操作，從而達到用戶的使用目的。而在本科機械類教學課堂之中，本身機械課程就是較為深奧與困難的，讓學生直接從課本中學習機械知識，根本無法實現(xiàn)教師預(yù)期的教學目標，反而會使學生產(chǎn)生越來越畏懼機械學習的不良現(xiàn)象。但是通過三維數(shù)字化技術(shù)，可以將深奧復(fù)雜的機械知識，以三維數(shù)字化技術(shù)直觀形象地呈現(xiàn)在學生面前，這樣即可使學生簡單化地學習機械設(shè)計與制造知識，保障學生真正學會與學好機械課程知識。

而如若本科機械類課程教師無法認識到運用數(shù)字化技術(shù)開展教學改革的意義，就會一直沿用傳統(tǒng)的單向灌輸教學方式開展教學，這不僅會嚴重影響學生的機械學習與發(fā)展，還會嚴重影響機械課程的數(shù)字化發(fā)展，使學生所學的機械知識無法適應(yīng)時代對高新機械技術(shù)人員的技術(shù)要求，這會使得我國教育行業(yè)與機械行業(yè)的發(fā)展受到嚴重的影響。

因此，作為本科機械類課程教師應(yīng)正確與深刻地到，將三維數(shù)字化技術(shù)運用到教學中的實際教學價值，并使其能夠?qū)⑿抡n改下以生為本的教學改革理念，有效地運用到實際的教學改革之中，確保機械類課程的實際教學改革效果與改革教學效果。從根源上消除學生被動與形式化學習機械知識的不良現(xiàn)象，而是使學生能夠真正融入到機械課堂之中，從三維數(shù)字化機械課程中，形成對機械知識的深刻理解，強化對三維數(shù)字化技術(shù)實踐運用能力，以及機械設(shè)計與制造能力，不斷提高對學生的機械教學質(zhì)量。同時，以三維數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新對學生的教學方式與教學內(nèi)容，使學生能夠積極地學習現(xiàn)代化的機械知識，成為時代所需的優(yōu)秀機械人才。并使學生能夠?qū)⑺鶎W的三維數(shù)字化技術(shù)，有效地運用到機械設(shè)計與制造之中，使其能夠有效地開展機械創(chuàng)新設(shè)計與制造，為我國機械行業(yè)的發(fā)展提供源源不斷的優(yōu)秀人才。

2? 三維數(shù)字化技術(shù)在機械類課程教學改革中的應(yīng)用

機械工程專業(yè)本科核心課程主要包括：高等數(shù)學、大學物理、工程圖學、理論力學、材料力學、機械原理、機械設(shè)計、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)、機電傳動及控制、數(shù)控技術(shù)及裝備設(shè)計及機械工程訓練等。本科機械類課程教學教師應(yīng)根據(jù)對學生的不同教學內(nèi)容，以及學生的實際學習情況，將三維數(shù)字化技術(shù)合理地運用到其中，充分發(fā)揮出三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用價值，促使機械類課程教學改革的實際效果，進一步提高對學生的機械教育效果。本文對三維數(shù)字化技術(shù)在機械類課程教學改革中的實際應(yīng)用策略作如下探究。

2.1 強化三維思維能力，改革制圖類課程的課堂教學

工程圖學是機械類課程中的重要教學組成部分，更是本科機械學生入門必須學好的一門課程。一旦本科學生掌握不好機械制圖的方式方法，將會嚴重影響到其后期學習其他機械知識的學習效果，更會嚴重影響學生的機械健康學習與發(fā)展。從當前機械類課程的實際教學情況可見，機械課程教師都是通過讓學生徒手開展工程繪圖設(shè)計，這使得學生在修改圖形的過程中會損耗大量的時間，更難以直接理解課本中的圖學知識，難以直接將其運用到設(shè)計之中，使得學生的機械圖學課程學習效果十分低下，非常不利于學生的機械學習與發(fā)展。為有效地改善這種不良教學現(xiàn)象，本科機械教師應(yīng)運用三維數(shù)字化技術(shù)開展教學，改革制圖類課程的課堂教學方式與內(nèi)容，以三維數(shù)字化技術(shù)將工程圖學三維立體地呈現(xiàn)在學生面前，幫助學生降低對課程知識的學習難度，不斷提高學生對機械圖學課程的學習效率與效果，以實現(xiàn)培養(yǎng)本科機械學生高創(chuàng)新能力、實踐能力與空間想象能力的教學目標。其教學目標如圖1。

而在實際的圖學課程之中，三維實體是學生開展讀圖與畫圖學習的重要載體，所以，本科機械課程教師可以通過三維數(shù)字化技術(shù)改革教學內(nèi)筒，將三維數(shù)字化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到課堂教學之中，直接運用三維數(shù)字化軟件開展圖學課程教學，使學生能夠直觀與高效的學習課中的機械圖學知識，充分調(diào)動學生對圖學課程學習的積極性。通過這種新型的教學方式與教學內(nèi)容，使學生能夠不斷加強對現(xiàn)代化三維數(shù)字技術(shù)的掌握，消除學生對機械課程知識的畏難學習心理，使其能夠積極地運用三維數(shù)字化技術(shù)讀圖和畫圖，促使學生機械學習效果與能力的雙重提升。

同時，本科機械類課程教師還可以為根據(jù)課本中的插圖和例圖，為學生設(shè)計相應(yīng)的虛擬三維例立體模型圖，使學生能夠運用手機掃描直接將觀看與學習整個機械圖示，如圖2。以新型的VR技術(shù)改革課堂教學內(nèi)容，強化學生的三維思維能力，使學生能夠開展基本立體和組合體虛擬防震機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計，不斷提高學生的機械繪圖水平與實踐運用能力，切實提高本科機械類課程的教學改革教育效果。

2.2 創(chuàng)新教學方法，利用信息技術(shù)進行課程設(shè)計

傳統(tǒng)的本科機械類課程教育教學方法，已經(jīng)難以滿足新時代下機械人才的發(fā)展需求。因此，本科機械類課程教師應(yīng)積極地運用三維數(shù)字化技術(shù)，創(chuàng)新對學生的機械課程教學方法，利用信息進行課程設(shè)計，創(chuàng)新出符合學生學習興趣、學習需求與發(fā)展需求的教學方式，以保障學生能夠趣味且高效地掌握機械知識。在機械類課程教學之中，其機械原理、設(shè)計和流體轉(zhuǎn)動是主干教學課程，當學生能夠掌握機械設(shè)計方法，才能根據(jù)不同的工程設(shè)計出相應(yīng)不同的機械，保障與提高學生對機械知識的實踐運用能力。所以，本科機械類課程教師可以通過信息技術(shù)將機械課程，開展機械類課程教學改革，為學生制作虛擬加工與設(shè)計動畫視頻，充分調(diào)動學生的機械學習積極性，使學生能夠高效地學習機械課程知識。

以圖3的典型傳動機構(gòu)三維模型為例，本科機械類課程教師，可以通過三維數(shù)字化技術(shù)制作相應(yīng)的動態(tài)動畫教學視頻，幫助學生學習機械設(shè)計的課程知識，提高其課程學習效率與效果。與此用時，本科機械類課程教師還可以通過組織學生開展創(chuàng)新設(shè)計比賽，鼓勵學生運用三維數(shù)字化技術(shù)開展動態(tài)虛擬實驗，引導(dǎo)學生改革以齒輪、蝸輪蝸桿等典型傳動機構(gòu)設(shè)計為主的設(shè)計現(xiàn)狀，培養(yǎng)學生的三維思維能力與創(chuàng)新實踐能力，使學生能夠加強對三維數(shù)字化技術(shù)的運用，以三維數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新出更加優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)動機三維模型，促使學生朝著更高層次的機械學習方向健康發(fā)展。

2.3 強化畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容改革，培養(yǎng)學生工程意識和創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是一個民族發(fā)展與進步的靈魂所在，在開展本科課程教學改革的時候，本科機械課程教師可以通過應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)組織學生開展畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)新，強化機械學科學生的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容改革，有效地培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新能力，使其能夠以三維數(shù)字化技術(shù)，進行對教師科研課題的創(chuàng)設(shè)，在提高學生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的前提，進一步提高教師的機械改革教學效果。當本科機械課程的學生能夠掌握創(chuàng)新能力的時候，就能夠?qū)ξ覈械臋C械設(shè)計方式和各種機械進行創(chuàng)新設(shè)計，既能有效提高機械學生的機械技術(shù)水平，還能提高教育院校的機械教育效果，使學生們都能夠成為國家所需的創(chuàng)新型機械人才。

因此，在實際開展本科機械類課程教學改革的過程中，本科機械類課程教師應(yīng)進行畢業(yè)設(shè)計選題的創(chuàng)新設(shè)計，讓學生創(chuàng)新設(shè)計的項目，使學生能夠從不同的角度去創(chuàng)設(shè)設(shè)計機械制造項目，使其能夠形成一套產(chǎn)品概念構(gòu)思、方案確定、設(shè)計計算、優(yōu)化仿真、樣機制作、總結(jié)成果、發(fā)表論文專利等完整的設(shè)計流程，不斷提高學生的創(chuàng)新能力與畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。并組織學生開展相應(yīng)的畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)新比賽，看一看哪個學生的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計好，有效地激發(fā)學生的好勝心，使學生能夠全身心地投入到畢業(yè)作品創(chuàng)新設(shè)計之中，有效地避免傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計形式，只讓學生完成機械制造任務(wù)的不良教學現(xiàn)象。而是讓本科機械學生能夠運用新型的三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，創(chuàng)新宣傳與設(shè)計機械產(chǎn)品，使學生們都能積極地發(fā)揮出自己不同的想法，開展新穎性與創(chuàng)新性的機械產(chǎn)品制造，使我國同樣能夠得到學生們更多的創(chuàng)新設(shè)計的想法，有效地推動我國機械課程的數(shù)字化發(fā)展，以及機械行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

2.4 將三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到學生的各類創(chuàng)新活動中

如何將三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到學生的各類創(chuàng)新活動之中，同樣是本科機械類課程教師在積極探究的重要教學改革問題。因為如若學生對機械知識的掌握與設(shè)計，一直停留在傳統(tǒng)的設(shè)計思想與方式之中，這就會嚴重影響學生的創(chuàng)新發(fā)展，使學生無法達到工程認證體系的畢業(yè)要求，使學生無法成為時代所需的創(chuàng)新型機械人才，使學生無法為社會與國家的發(fā)展貢獻出屬于自己的一份力量，本科院校也就失去了培養(yǎng)機械人才的價值。因此，本科類機械課程教師應(yīng)創(chuàng)新各種各樣的機械創(chuàng)新比賽，以創(chuàng)新機械比賽的形式，潛移默化地將三維數(shù)字化技術(shù)融入到機械課程之中，使學生能夠自覺地將三維數(shù)字化技術(shù)運用到機械設(shè)計制造之中，促使學生機械創(chuàng)新能力的不斷提升。

同時，本科類機械課程教師還需創(chuàng)新對學生的比賽教學評價方式，以學生自評、生生互評與教師總評的方式，公平公正地開展對學生的機械創(chuàng)新效果評價，使學生能夠正確地認識到機械創(chuàng)新中的不足之處與優(yōu)秀之中，使學生能從內(nèi)心接受他人的教學評價，強化對三維數(shù)字化技術(shù)的實踐運用能力，運用這一技術(shù)開展更加高效的機械項目創(chuàng)新設(shè)計制造。以這種創(chuàng)新的機械類課程競賽方式與評價方式，加強對機械類課程的教學改革，使學生能從學習中與實踐中不斷加強對三維數(shù)字化技術(shù)的學習，隨之使學生能夠不斷深化對各種機械類課程知識的理解與掌握，使學生能夠真正將所學的機械知識與三維數(shù)字化技術(shù)整合在一起，使學生能夠設(shè)計出對國家發(fā)展有用的新型機械設(shè)備。

由此，使本科機械類課程教師能夠通過對三維數(shù)字化技術(shù)的運用，有效地開展本科類課程的教學改革與教育改革，使其能夠有效地創(chuàng)新出符合學生現(xiàn)代化機械發(fā)展的教學方式，使學生能夠得到有力的教學支撐，始終朝著現(xiàn)代化的方向與正確的機械學習方向創(chuàng)新發(fā)展，促使我國機械教育教學水平的不斷提升，加快機械類人才學習發(fā)展的步伐。

3? 結(jié)束語

總而言之，本科機械類課程教師應(yīng)合理地運用三維數(shù)字化技術(shù)，開展教學內(nèi)容與教學方式改革，以保障對學生機械教學的實際效果。機械類課程教師應(yīng)基于成果導(dǎo)向的教學理念，以生為本的教學改革思想，合理地運用三維數(shù)字化技術(shù)開展教學改革，以三維實體設(shè)計軟件的集成性，全面激發(fā)學生的機械學習興趣與實踐制造興趣，使其能夠全身心地投入到機械學習之中，從實踐學習與操作中真正學好機械課程知識，從而促使學生朝著現(xiàn)代化的機械發(fā)展方向全面發(fā)展。

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