3D 技術(shù)在應(yīng)用型本科教學(xué)中的改革探索

訾克明 蘆新春

（淮海工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 江蘇 連云港 222005）

0 緒論

三維CAD技術(shù)（3D技術(shù)），是三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的統(tǒng)稱。3D技術(shù)是對(duì)2D技術(shù)的突破和發(fā)展，是現(xiàn)代產(chǎn)品創(chuàng)新的基本工具，更是影響我國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)。隨著3D技術(shù)在中國(guó)制造業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，現(xiàn)代企業(yè)急需三維CAD這一關(guān)鍵的先進(jìn)技術(shù)和大量的介于高端科研人員與低端操作人員之間的中間層--應(yīng)用型人才。而當(dāng)代中國(guó)還普遍存在的人才培養(yǎng)與人才需求的錯(cuò)位問題以及由此引發(fā)的嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)。在這種背景下，探索淮海工學(xué)院東港學(xué)院應(yīng)用型本科學(xué)生以UG NX等三維教學(xué)軟件為依托的新型教學(xué)策略，以適應(yīng)新形式的需要，就顯得尤為迫切[1,2]。

1 3D技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與2D技術(shù)相比，3D技術(shù)具有較好的三維造型功能，同時(shí)能生成二維圖形，能實(shí)現(xiàn)“自頂向底”和“自底向頂”等設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)裝配等復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，使設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際設(shè)計(jì)過程；3D造型系統(tǒng)能方便地與CAE系統(tǒng)相連，進(jìn)行仿真分析；能提供數(shù)控加工所需的信息，實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。運(yùn)用3D技術(shù)能最大化地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，而且盡可能地將錯(cuò)誤解決在設(shè)計(jì)階段，使產(chǎn)品的開發(fā)周期縮短，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

2 3D技術(shù)應(yīng)用的動(dòng)因分析

2.1 應(yīng)用型人才培養(yǎng)的迫切需要

應(yīng)用型人才是相對(duì)于專門學(xué)術(shù)研究型人才提出的，他們不以學(xué)術(shù)型、研究型的精英教育為取向，而以適應(yīng)用人單位為實(shí)際需求，以大眾化教育為取向，強(qiáng)化實(shí)踐能力和動(dòng)手能力；以解決現(xiàn)實(shí)問題為目的，在知識(shí)被運(yùn)用的過程中提出問題；有更寬廣或者跨學(xué)科的知識(shí)視野，注重知識(shí)的有用性，有創(chuàng)新精神和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，并不一味追求精深的理論知識(shí)。而3D技術(shù)恰恰是一門“學(xué)得會(huì)、用得上、成本低、工資高”，并且在制造業(yè)廣泛應(yīng)用的新型技術(shù)，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為應(yīng)用型機(jī)械類本科畢業(yè)生必須掌握的現(xiàn)代技能之一。

2.2 國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的迫切需要

我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，在新一輪的國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，正逐漸成為世界最重要的制造業(yè)基地之一，這對(duì)中國(guó)制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力水平提出了更高的要求。目前提高我國(guó)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)成為當(dāng)前迫切需要解決的瓶頸。數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主體是3D技術(shù)，作為工業(yè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用的共性關(guān)鍵技術(shù)，3D技術(shù)是現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)的核心手段和主導(dǎo)環(huán)節(jié)，對(duì)提高企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)能力，增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有巨大的作用。CAD技術(shù)特別是3D技術(shù)，在當(dāng)前我國(guó)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型、挺進(jìn)高端制造中起著越來越重要的作用，并且廣泛地應(yīng)用在軍工、航空航天等領(lǐng)域。3D技術(shù)是促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)信息化的有效工具，在制造業(yè)信息化建設(shè)中有著舉足輕重的作用。

2.3 學(xué)生就業(yè)的迫切需要

當(dāng)前乃至整個(gè)“十二五”期間，我國(guó)就業(yè)形勢(shì)依然嚴(yán)峻，就業(yè)任務(wù)十分艱巨。尤其是大學(xué)生就業(yè)，已經(jīng)成為日益突出和亟等待解決的問題。3D技術(shù)是數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造與管理的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本工具。據(jù)人才市場(chǎng)和用人單位市場(chǎng)調(diào)查，我國(guó)3D技術(shù)人才還十分匱乏，就業(yè)前景十分廣闊。學(xué)生通過3D技術(shù)的學(xué)習(xí)，掌握先進(jìn)的3D技術(shù)，可極大地提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 3D技術(shù)在應(yīng)用型本科教學(xué)中的改革探索

3.1 3D技術(shù)在機(jī)械類課程中的應(yīng)用[4]

在工程圖學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)基礎(chǔ)課上借助于3D軟件的三維可視化建模環(huán)境，可以建立基于三維設(shè)計(jì)的教學(xué)體系，用3D技術(shù)構(gòu)建虛擬的教學(xué)模型或裝配圖樣，建立三維模型積件庫(kù)等[3]。對(duì)于圖學(xué)課，可以幫助學(xué)生理解形體與三視圖之間的關(guān)系，降低學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)習(xí)興趣；對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)類課程，可以減輕設(shè)計(jì)工作量和設(shè)計(jì)難度，讓學(xué)生把主要精力用在方案優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化上，充分發(fā)揮3D軟件的輔助教學(xué)和輔助設(shè)計(jì)的作用。

在模具課程中，借助于3D技術(shù)可以方便地設(shè)計(jì)出沖壓模、沖裁模、注塑模等，通過模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)還可以調(diào)入標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)行模具裝配，大大提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間和產(chǎn)品制造周期；在數(shù)控課程中，3D軟件能仿真數(shù)控加工的過程，將抽象、枯燥的理論知識(shí)以直觀、動(dòng)態(tài)的畫面展現(xiàn)給學(xué)生，幫助學(xué)生理解加工過程，提高教學(xué)質(zhì)量。

在畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入3D技術(shù)，將全面提升畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。3D技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的三維建模、裝配設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、干涉檢查、重要零部件的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)、可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工等。目前我校3D技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，尤其在模具設(shè)計(jì)、數(shù)控仿真、減速器設(shè)計(jì)、包裝機(jī)設(shè)計(jì)等方面廣泛應(yīng)用。

3.2 全面開設(shè)3D數(shù)字化選修課程

根據(jù)工程技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，我校東港學(xué)院適度擴(kuò)大了內(nèi)容新穎的前沿3D數(shù)字化選修課程。目前學(xué)校開設(shè)的課程有UG NX、Pro/E、Master-CAM、AutoCAD（高級(jí)）以及相關(guān)的課程實(shí)訓(xùn)等教學(xué)環(huán)節(jié)。通過這些3D技術(shù)類課程的開設(shè)，以及即學(xué)即會(huì)的教學(xué)模式，討論式、項(xiàng)目式的教學(xué)方法的采用，使學(xué)生有更多的選擇空間，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由“被動(dòng)”變“主動(dòng)”，提高了學(xué)習(xí)效果，全面提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

3.3 大力開展3D軟件創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽

創(chuàng)新能力是高素質(zhì)人才的重要標(biāo)志，在整個(gè)教學(xué)過程中都應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。開展各類3D軟件創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)3D軟件的興趣、提高學(xué)習(xí)效果，更是提高學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的一種有效途徑。一方面本校積極組織各類3D創(chuàng)新大賽。創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽在內(nèi)容和形式上要靈活多樣,可以是高科技產(chǎn)品,也可以是日常用品。方法上采取學(xué)生自主設(shè)計(jì)為主，教師指導(dǎo)為輔。另一方面，對(duì)于創(chuàng)新設(shè)計(jì)熱情高、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，可以與國(guó)家級(jí)各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽相結(jié)合，如挑戰(zhàn)杯等，使3D技術(shù)的學(xué)習(xí)不僅僅是為了軟件的學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)，更是與工程設(shè)計(jì)實(shí)踐相結(jié)合，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.4 考取各類3D軟件資格證書

目前我校學(xué)生可以考取的3D軟件的資格證書很多。參加哪一類考試，要根據(jù)學(xué)生應(yīng)用軟件的掌握水平來選擇。能力強(qiáng)的學(xué)生可以考取高級(jí)資格證書，能力差一些的學(xué)生可以考取中初級(jí)資格證書?？既?yīng)用工程師資格證書是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種很好檢驗(yàn)，同時(shí)也成為了許多學(xué)生就業(yè)的敲門磚。多年來，淮海工學(xué)院已經(jīng)成功開展了PRO/E、UG NX、MasterCAM、AutoCAD（高級(jí)）等各類3D軟件的培訓(xùn)與考證工作，效果良好，很多學(xué)生也因此找到了理想的工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

在應(yīng)用型本科學(xué)生中全面開展3D數(shù)字化技術(shù)，將徹底改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，大大地改善了輔助教學(xué)環(huán)境，有利于人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高，有利于學(xué)生就業(yè)層次的提升。面向3D技術(shù)的機(jī)械類課程教學(xué)改革將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)的需求而不斷深入。進(jìn)行以基于3D技術(shù)為主線的機(jī)械CAD教學(xué)模式的改革勢(shì)在必行，它是3D技術(shù)不斷發(fā)展的需要，也是工程領(lǐng)域?qū)哂懈?jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型人才需求的需要。

［1］文少波，鄔春芹.“UG CAD”課程教與學(xué)[J].中國(guó)電力教育，2010,01.

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