淺談計算機技術在機械類專業教材建設中的應用

摘要：本文分析了機械類專業教材建設的發展趨勢，指出了計算機技術在機械類專業教材建設中四個方面的應用：二維圖形三維化、靜止機構運動化、加工過程仿真化、課堂教學現場化。

關鍵詞：機械類專業教材；三維化；運動化；仿真化；現場化

機械類專業教材建設的發展趨勢

隨著計算機技術的發展以及各種工程軟件的廣泛應用，各類教材從形式到內容都悄然發生了變化。將計算機技術應用于教材建設，不僅可以擴大教材的信息量，更重要的是能使教材內容變得更加具體、形象、生動，使學習變得更加輕松、快捷，從而更好地滿足當代人獲取知識的要求。

傳統教材為紙質教材，機械類專業教材中的大量插圖多為二維平面圖形，由于二維平面圖形缺乏直觀性，讀者必須具備一定的機械識圖知識方能看懂。對初學者而言，學習起來比較費力。將計算機技術應用于機械類專業教材的建設，可以極大地改變這種狀況。二維圖形三維化、靜止機構運動化、加工過程仿真化、課堂教學現場化已經成為機械類教材建設的一個發展方向。教材形式已從傳統的單一紙質教材向紙質教材配合CD光盤方向發展。

二維圖形三維化

在傳統的機械類專業教材中，表達零件的結構形狀、機器的裝配關系大多采用二維平面圖形，為了使圖形更加直觀，有時也配上軸測圖（立體圖），即便如此，也只能從一個角度觀察物體，難以做到多角度、全方位的觀察。3D軟件的出現和應用為改變這種局面創造了條件。一方面，它使立體圖的創建更加容易，另一方面，可以方便地根據需要選擇觀察角度，運用軟件的旋轉功能，對其進行全方位的觀察。將3D軟件應用于機械類專業教材的建設，將二維圖形三維化，無疑會給讀圖帶來很大的方便。

推薦使用的三維建模軟件有：Pro/Engineer、UG、SolidWorks、SolidEdge、I-DAES、CAXA、HELIX、MDT、Cimatron等。

以Pro/Engineer為例，介紹零件設計的基本流程如圖1所示，機器裝配的基本流程如圖2所示。

靜止機構運動化

用二維圖形配上文字說明來表達機構（機器）的運動原理、液壓系統工作原理是傳統機械類專業教材通常采用的形式。要看到運動著的機構（機器），通常的做法是到現場參觀（有示教板的可以用示教板進行演示）。現場教學雖然是一種很好的教學方法，但也有它的局限性，如有的教學單位不具備條件，一些特殊設備不容易見到，或由于設備結構的限制，不能夠看到運動部分的全貌（如液壓系統）。運用動畫制作軟件及仿真軟件，能夠模擬真實機構（機器）的運動過程，將用軟件制作的運動機構的數字模型用于課堂教學，可以取得一目了然的效果。

推薦使用的動畫制作軟件有：Flash用于編輯制作向量圖形動畫；Director用于編輯制作二維動畫或創建交互性影片；3D MAX用于編輯制作三維圖像及動畫。

推薦使用的機構仿真軟件有：PRO/Engineer、UG、ADMAS、CATLA、DADS等。

將不同的軟件集成使用，充分發揮各自的長處，是一種常見的做法。圖3介紹了Pro/Engineer與ADMAS集成創建三維動畫的基本流程。

加工過程仿真化

機械制造（加工）方面的教材是機械類專業教材的一個重要組成部分，其特點是實踐性強。傳統教材可稱之為“紙上談兵”，這類教材往往因為內容枯燥而影響學生的學習興趣。如果能運用加工仿真軟件對教材中每一個實例的加工過程進行模擬仿真，對提高學生的學習興趣、提高教學效果將起到很大的作用。

推薦使用的加工仿真軟件有：Mastercam、Cimatron、UG、PRO/Engineer、CATLA、CAXA、宇龍數控加工仿真系統等。

課堂教學現場化

為了提高教學效果，不少機械類專業課程需要采用現場教學方式。現場教學的局限性在于：（1）學生多，空間小，即使是分組進行，有時也會由于學生所站的位置不合適而影響觀看效果。（2）對一般教學單位而言，只針對重要的、綜合的知識點進行現場教學，對分散的知識點則容易忽略。（3）現場教學提供給學生的機會有限，不可能無限制地重復觀看。運用數碼攝像機將現場拍攝下來，就可以將現場搬進課堂，實現課堂教學現場化。如此，不僅可以克服現場教學的局限性，而且通過合理運用攝像技術，還可以提高觀看效果，從而提高教學效果。

個人電腦、數碼攝像機、刻錄設備、多媒體教學設備、各種工程軟件的廣泛應用，為實現二維圖形三維化、靜止機構運動化、加工過程仿真化、課堂教學現場化提供了可靠保障。實現“四化”無疑對教材的編著者提出了更高的要求，但優勢也是顯而易見的：（1）能夠將教材內容更加具體、直觀、形象、生動地表達出來，從而更大限度地發揮教材的作用。（2）能夠使學習變得更加輕松、快捷，節省學習時間。（3）能夠為教學單位降低教學成本。雖然說其他的人也可以根據教材內容進行“四化”，但由于教材的編著者掌握著全面且豐富的第一手資料，因此，由教材編著者實現“四化”更為現實可行。

兩條建議：（1）建議出版單位按“四化”要求組織出版一批機械類專業教材。（2）建議有關部門在對機械類專業教材進行評比時，將是否具備“四化”作為評優的條件之一。

參考文獻：

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作者簡介：

殷小清（1970—），男，講師，主要從事CAD/CAE/CAM方面的教學和研究工作。