淺談3D技術在中職機械類 課程教學中的實施

李斌

摘?要：3D技術在機械領域中不斷發展，已經越來越受到廣大機械領域技術人員的青睞。本文探討了3D技術在中職機械類課程教學中的實施。關鍵詞：3D技術?中職機械類?課程教學?實施針對傳統的機械課程教學模式和多媒體課件中存在的問題，筆者以PRO/E3D設計軟件為例，根據實際情況將其引入中職教育的機械類課程教學中，解決中職學生學習基礎較差、空間想象能力不足的問題，有效地促進學生理解機械教學內容，提高了教學效率。一、機械類學科教學現狀及3D技術應用的發展中職機械類課程的主要任務是培養學生掌握機械技術的基本知識和基本技能，初步具有分析機械功能、動作及使用一般機械的能力，為學生今后解決生產實際問題和繼續學習打下基礎，因此如何實施有效教學，提高課堂教學效率是非常重要的。機械類學科的教學要求學生具有空間邏輯思維能力和空間構型能力，但是很多學生從機械制圖開始就缺乏空間想象能力，機械類學科學習很吃力，甚至于討厭學習機械類課程。盡管我們現在課程改革已經優化了課程教學內容，實物、模型、多媒體教學等等也被充分地應用在課堂上，但是仍存在較多的缺陷。一方面學生覺得多媒體教學信息量太大，教師一般走馬觀花一樣介紹一下，節奏較快，很多教學內容在屏幕上停留的時間非常短，并不能讓學生在短時間內掌握知識點；另一方面，雖然教師采用實物、模型，能夠在課堂上直接給予學生直觀的記憶，但是由于存在實物、模型數量有限，且不容易攜帶等缺點，顯然不能滿足現有的教學要求。而將3D技術運用于機械類的教學過程和實踐性環節，能夠直接在課堂中建立三維模型，進行虛擬裝配，或者進一步使用三維動畫演示和運動特性分析，甚至可以運用3D打印技術迅速將課堂設計產品及時打印出實物，真正達到“所見即所得”。由此，它能夠大幅度提高學生的學習興趣，激發學生的創新意識，全面提高學生的設計能力。二、改革課程教學方法，建立3D設計教學模式學習的認知規律是一個循序漸進的過程，機械類課程教學傳統的教學方法無法對圖形的演變或機構的工作過程進行直觀化展示，教師在課堂上很難通過語言形象地將其表達出來，因此影響了學生學習機械類課程的興趣。例如在機械課程設計中，需要設計齒輪減速器，但是由于學生僅僅是在理論上了解了一些齒輪減速器的結構、原理，而對減速器的設計、制造、安裝、調試、使用和維護等工藝過程卻缺乏感性認識，致使在設計時會對大量的工藝問題缺乏認真的考慮。因此在設計中很多學生只會依葫蘆畫瓢，而沒有真正掌握設計的理念。很多學生對于課程設計的認識始終只停留在二維圖樣上，并不能很好地了解結構設計對整機性能的影響以及單個零件與整機之間的關聯，再加上缺乏直觀的認識和理解，往往對于結構設計是否合理也不得而知，難以激發學生更高一級的思維和創造欲望，也不能最大限度地提高學生的實際設計能力和創造性設計能力。因此，我們通過3D設計教學能夠解決很多問題，可以確確實實地把提高學生的設計能力作為主要的教學目標，動用這一教學手段可以使學生的學習能力大幅度提高。圖1是根據使用教材與模型計算相結合的模式。在設計過程中，學生通過大量的計算獲得數據，并在圖樣上做出裝配圖，但是在幾周課程設計結束后大部分學生仍然處于對減速器一知半解的地步。圖2是利用Pro/E的實體造型功能，快速有效地幫助學生形象直觀地理解減速器內部結構等難點。我們只需要造型出實體，就可以利用Pro/E軟件動態地看到減速器的內部運動方式，這樣就可以使學生很快理解和掌握設計的理念，學生的想象能力和思維轉換能力顯著增強。???????圖1???????????????圖2三、注重在實踐性教學環節中應用3D工程軟件加強實踐環節是中職院校機械專業教學的關鍵。機械類專業，從機械制圖基礎課開始就要把培養學生的實踐和動手能力作為首要目標來完成。不管是機械設計專業、模具專業，還是數控技術專業，我們都要求學生首先提出可行性分析，然后再擬定設計方案，通過計算確定尺寸，然后利用Pro/E三維設計軟件造型，完成之后裝配、檢驗。在這一過程中，學生可以清晰地認識設計結構的可行性、尺寸的合理性以及機械傳動能否實現等等。Pro/E有便捷的設計方式和強大的參數化功能，我們通過修改設計參數就能夠完成整體設計的修改。此外，學生還可以使用Pro/E的機械運動分析功能，直觀地觀察各零件的運動狀態，教師通過制作模擬動畫，使得設計過程與學生腦海中的影像更加符合，使學生從感性上更加深入地理解設計的內涵和本質，從而更好地增強學生的設計想象力。這一特點是傳統的二維設計難以實現的，通過3D設計學生可以大幅度提高設計速度，讓學生從2D設計進入3D設計的理解得到進一步的加深。隨著3D技術應用的進一步深化，3D打印技術將進一步促進深化教學改革，實現教學目的，讓學生在實踐中掌握知識點，使學生切實體會到一種全新的設計方法和工作樂趣，從而激發出學生強烈的學習愿望，強化創新興趣和創新意識。3D打印快速成型技術是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。圖3和圖4是我們利用3D打印技術進行教學活動的模式。??????????圖3??????????????圖4總之，我們通過借鑒德國職業院校和新加坡職業院校的先進經驗，大力推廣和普及3D技術，一方面可以大大提高學生的學習效果，另一方面結合一些真實的設備實訓環境，可以幫助學校培養出企業真正需要的技術人員。在教學中應用3D技術是對職業院校教學模式和教學內容創新的探索，它對于我國的機械類專業建設有著積極的作用。參考文獻：[1]戴向國.Pro/E輕松學習與實例精解[M].北京:清華大學出版社,2000.（作者單位：無錫技師學院）endprint