三維制圖在機械認知教學中的應用探討

陳昌雄

（長江大學工程技術學院機械系，湖北荊州434019）

0 引言

目前，許多高校特別是獨立學院都將大學生實踐動手能力作為人才培養(yǎng)的重要目標。 而另一方面，在校的大學生絕大部分是直接從高中升入大學，基本上都缺乏工程機械背景知識，動手能力和創(chuàng)新能力較弱。 因此在高等教育中，通常采用通過基于機械零件認知的機械拆裝實訓，對典型機械的拆裝與分析，使學生增加對機械產品的認識，培養(yǎng)其工程實踐能力和解決實際問題的綜合能力。但有些學校該實踐課開課較早，學生三維空間想象能力以及對機械結構的認知不足，造成實訓效果不夠理想。

1 遵循認知學習的規(guī)律，強化實訓效果

通常認知學習的規(guī)律是：感知——理解——鞏固——應用。 因此實訓中首先要求學生要人人動手，反復拆、裝，互相討論，細細體會，做到“眼到”、“口到”、“耳到”、“手到”、“心到”，多種感官并用來“感知”裝配體的結構形狀、工作原理、各零件的相對位置和裝配關系等，并能從中提出一些問題，從而激發(fā)學生的學習興趣。

2 利用三維制圖加強直觀教學，培養(yǎng)學生的空間想象和思維能力

由于一些學校機械認知實訓開課較早， 學生的空間想象能力不足，不能理解整個設備結構、甚至不能想象出對某些較復雜零件的內部結構，這樣對整個拆裝實訓效果有一定的影響。 因此，實訓前，指導教師可以利用三維制圖軟件(如SolidWorks、CATIA、Pro/E 等)對拆裝的各零部件進行建模， 再用其虛擬裝配設計功能進行相應的裝配流程、爆炸圖和模擬運行過程進行動畫演示制作。教學中，對較復雜的零件，采用三維制圖進行教學，可以使學生看到整個切割、疊加的過程以及切割、疊加形體的形狀特征，并從不同的角度觀察形體的投影；對整個設備，則可通過相應的裝配流程以及爆炸圖，讓學生對零件與零件的相互位置、配合關系有更清晰的認識，從而有利于學生正確思維方式、方法的形成，提高學習效率。

另外， 利用三維制圖進行直觀教學， 教師講解過程中能方便、快捷、靈活地調用三維模型，使教學內容變得形象逼真，色彩豐富，加上動畫效果，更是生動有趣，這十分有利于學生進行觀察、分析和比較，從而培養(yǎng)學生空間想象及思維能力。

3 利用三維制圖講解設備的工作原理

在拆裝實訓中，利用虛擬三維模型和多媒體等輔助教學設備， 把機器的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和模擬運行過程投影到屏幕上進行演示。 爆炸圖和動畫要比原來的黑板講解和掛圖更加直觀，并且更容易理解，軟件生成的三維模型形象逼真，立體感強。學生通過零部件和模型的旋轉、爆炸圖的生成和解除、模擬動畫，可以比較全面地了解零部件的結構和工作原理。特別是對于內部結構比較復雜的設備還可以把其中的某些零件生成透明體，便于觀察構件的裝配關系以及運動關系。

授課中，可通過反復觀看模擬動畫，指導教師輔以適當的講解，學生對設備的運動狀態(tài)以及工作原理則更容易理解。 實訓中，學生能更容易掌握機器的初步裝配和調試方法等實踐知識，掌握更熟練的操作技能，也能解決動手拆裝過程遇到的一般性問題，使拆裝的效率大大提高，實訓效果可以得到進一步的提升。

4 激發(fā)學生的學習興趣及創(chuàng)新意識

拆裝實訓中， 通過對典型機械三維模型展示以及相應的動畫演示，學生可以對照設備實物與投影中的虛擬設備進行對比學習。 使學生感受到所學的知識更貼近現實，激發(fā)學生的學習興趣及積極性。 著名心理學家皮亞杰說過 “一切有效的工作必需以某種興趣為先決條件”。 也就是說， 興趣是人們力求認識某種事物或愛好某種活動的傾向，它能推動人們去追求某種知識或從事某種活動。 興趣的養(yǎng)成為后續(xù)的機械知識的學習打下了良好的基礎。

另外，可以引導學生課后自己動手學習三維制圖，利用軟件對零部件進行參數化建模、裝配、運動仿真等學習，甚至參與制作教學用的各種機器的三維模型以及模擬動畫。 一方面，可以培養(yǎng)學生三維空間想象能力和繪圖能力，激發(fā)學習熱情。另一方面，培養(yǎng)了學生的一定動手能力，還增加了團隊合作意識。

從教學的角度來講，引導學生積極地參與到教學活動中來，變被動地教為主動地學，充分發(fā)揮其主觀能動性，激發(fā)創(chuàng)新意識，使其知識、能力、素質綜合協(xié)調。通過這些教學方式來提高學生的創(chuàng)新能力和實踐應用能力，使每個學生都能得到充分發(fā)展。

5 結論

現階段，在機械制造業(yè)中，許多大型企業(yè)和跨國公司已經把三維制圖軟件的操作作為必備的基本技能。在機械認知實踐中適時的引入三維制圖輔助教學，不僅能夠大大增強學習的直觀性，提高教學的效率，激發(fā)學生的學習興趣，從而取得良好的教學效果，還使學生能較早的接觸到三維制圖軟件，學生的空間想象能力、空間分析能力有較大的提高，為后續(xù)課程《機械設計》、《機械制造工藝學》等的學習打下堅實的基礎。

［1］周凌華，歐陽全會.基于任務導向的《機械拆裝與測繪》課程開發(fā)研究[J].武漢交通職業(yè)學院學報，2011，13（4）：71-74.

［2］陳鳳騰.三維軟件UG 教學實踐應用與探索[J].科技創(chuàng)新導報. 2012，28：172-174.