基于Pro/E的高職《機(jī)械制圖》立體化教學(xué)資源庫(kù)的研究與實(shí)踐

謝仁華　管嫦娥　謝達(dá)城

摘 要：《機(jī)械制圖》是機(jī)械類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果的好壞直接影響后續(xù)核心主干課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。但由于高職學(xué)生基礎(chǔ)較弱，同時(shí)《機(jī)械制圖》課程教學(xué)內(nèi)容抽象、枯燥，教學(xué)資源不足，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。本文探討了借助專業(yè)的Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件，如何構(gòu)建立體化教學(xué)資源庫(kù)，整合教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，提高教學(xué)效果等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖； 教學(xué)資源； Pro/E

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2015）02-150-002

一、《機(jī)械制圖》課程教學(xué)目前存在的問(wèn)題

《機(jī)械制圖》是機(jī)械類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)效果的好壞直接影響后續(xù)核心主干課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。該課程在教學(xué)過(guò)程中，需要大量的實(shí)物教學(xué)模型和掛圖幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，否則僅僅依靠講解，很難講清楚零件的投影關(guān)系、剖切斷面的形狀，基本體截交線與相貫線的形成方式，組件的裝配方式與工作原理等內(nèi)容。但是借助實(shí)物教學(xué)模型和掛圖這些傳統(tǒng)的教學(xué)資源存在以下問(wèn)題：

（1）實(shí)物模型攜帶、保管不便，更新?lián)Q代速度慢，更換成本高，無(wú)法與教材同步。（2）教學(xué)模型無(wú)法體現(xiàn)零件從三維到二維的投影關(guān)系，只能依靠空間想象力；無(wú)法展現(xiàn)剖切斷面的形狀；無(wú)法體現(xiàn)基本體截交線與相貫線的形成過(guò)程。（3）教學(xué)模型作運(yùn)動(dòng)演示和運(yùn)動(dòng)分析存在很多缺陷，一是學(xué)校很難保證有一套完整的《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)模型；二是機(jī)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)關(guān)系觀察不到；三是裝配模型時(shí)容易損壞零件，運(yùn)動(dòng)分析容易出故障；四是運(yùn)動(dòng)特性的分析很困難。（4）由于教材篇幅所限，很多插圖并不能完整地表達(dá)各種零件和組件的所有結(jié)構(gòu)， 給學(xué)生讀圖帶來(lái)諸多困難。又由于高職教育實(shí)踐環(huán)節(jié)的加強(qiáng)，專業(yè)課程理論教學(xué)的課時(shí)數(shù)大大減少，如果仍然使用傳統(tǒng)的教學(xué)資源，僅用實(shí)物模型和掛圖進(jìn)行講解，難以達(dá)到理想的教學(xué)效果。因此，為提高教學(xué)效果，構(gòu)建適合高職《機(jī)械制圖》的立體化教學(xué)資源庫(kù)勢(shì)在必行。

二、應(yīng)用Pro/E軟件制作《機(jī)械制圖》多媒體教學(xué)資源庫(kù)的優(yōu)勢(shì)

隨著現(xiàn)代多媒體技術(shù)的不斷進(jìn)步，多媒體技術(shù)在課程教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)校都在嘗試?yán)枚嗝襟w課件來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)資源的不足。目前，課件中的圖形素材一般采用Flash、Photoshop等軟件制作，多為二維圖形或動(dòng)畫(huà)，若直接用于具有三維立體結(jié)構(gòu)、專業(yè)性很強(qiáng)的《機(jī)械制圖》課程的多媒體素材制作，難度很大，效果也不理想，難以充分發(fā)揮CAI的優(yōu)勢(shì)。

Pro/E軟件廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、模具等行業(yè)。該軟件集三維實(shí)體造型、曲面造型、零件裝配、二維工程圖制作、數(shù)控加工、模擬仿真等功能于一體。利用Pro/E強(qiáng)大而完善的功能構(gòu)建《機(jī)械制圖》課程的立體化教學(xué)資源庫(kù)，在多媒體素材的制作上可充分顯示出它的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，能突破傳統(tǒng)教學(xué)資源的局限，解決課件中圖形素材的制作困境，增加教學(xué)直觀性，能使《機(jī)械制圖》中繁雜的點(diǎn)、線、面的投影關(guān)系變得簡(jiǎn)單，由抽象變得具體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；利用構(gòu)建的立體化教學(xué)資源庫(kù)，可以創(chuàng)新教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)方法，為精品資源共享課程建設(shè)作鋪墊，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有重要的意義。

三、立體化教學(xué)資源庫(kù)的制作內(nèi)容及其功能

利用Pro/E軟件構(gòu)建的《機(jī)械制圖》課程立體化教學(xué)資源庫(kù)，專業(yè)性很強(qiáng)，豐富實(shí)用，能有效地提升教學(xué)效果，教學(xué)資源庫(kù)的制作內(nèi)容和功能主要包含以下幾個(gè)方面：

（1）利用格式制作功能及二維圖制作功能，創(chuàng)建符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的圖框，標(biāo)題欄及二維工程圖，將現(xiàn)代繪圖技術(shù)和設(shè)計(jì)思想融入《機(jī)械制圖》教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)兩者無(wú)縫對(duì)接。

（2）利用三維建模功能及二維工程圖制作功能，創(chuàng)建基礎(chǔ)模型庫(kù)及對(duì)應(yīng)工程圖，幫助學(xué)生形成從三維到二維的全新思維方式，而不是傳統(tǒng)的從二維到三維，可使學(xué)生更好地理解投影關(guān)系、截交線與相貫線的形成過(guò)程、具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件剖切面形狀，將教學(xué)內(nèi)容化深?yuàn)W為通俗，變抽象為具體，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。

（3）利用三維建模功能及二維工程圖制作功能，創(chuàng)建各種標(biāo)準(zhǔn)件、常用件、典型零件和裝配體模型庫(kù)及對(duì)應(yīng)工程圖。虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學(xué)，能更好地幫助學(xué)生理解教材中各種機(jī)構(gòu)和部件的功能、工作原理、工作過(guò)程及組成零件的裝配關(guān)系及拆裝過(guò)程，提高教學(xué)效果。

（4）利用分析功能和動(dòng)態(tài)仿真功能制作動(dòng)畫(huà)和圖片，用于三維動(dòng)畫(huà)演示和運(yùn)動(dòng)特性分析。改變教師以往借助黑板、掛圖和模型授課的枯燥無(wú)味的狀況，實(shí)現(xiàn)由靜止到活動(dòng)、由想象到直觀、由平面到立體的轉(zhuǎn)變，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（5）根據(jù)構(gòu)建的立體化教學(xué)資源庫(kù)，精選和重整教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)模式，改進(jìn)改學(xué)方法，為精品資源共享課程建設(shè)作鋪墊。

四、立體化教學(xué)資源庫(kù)應(yīng)用實(shí)踐舉例

1.立體化教學(xué)資源在三視圖教學(xué)中的應(yīng)用

視圖，即零件向投影面投影所得的圖形。三視圖分別為主視圖、左視圖和俯視圖。三視圖是最能反映物體實(shí)際形狀的三種投影圖，是《機(jī)械制圖》教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，主要講解零件中點(diǎn)、線、面的投影關(guān)系，要求學(xué)生能夠掌握線面的投影特征。但該部分內(nèi)容繁雜、抽象，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力，能夠在大腦中想出線面在不同方向的投影。但高職學(xué)生由于基礎(chǔ)較差，空間想象力不足，并且老師不可能在黑板上手繪三維模型，所以如果沒(méi)有實(shí)物模型，學(xué)生很難正確畫(huà)出三視圖。但實(shí)物更新?lián)Q代速度慢，無(wú)法與教材同步。而Pro/E獨(dú)有的功能，卻能很好地解決這一難題。首先可以利用其三維造型功能，構(gòu)建零件的三維模型，如圖1（a）所示的支座，然后再利用其工程圖功能，自動(dòng)生成零件的三視圖，如圖1（b）所示。這樣就能很好地把三維零件和三視圖無(wú)縫對(duì)接起來(lái)，幫助學(xué)生直觀地理解點(diǎn)線面的投影關(guān)系。

2.立體化教學(xué)資源在剖視圖教學(xué)中的應(yīng)用

剖視圖是表達(dá)機(jī)件內(nèi)部形狀和結(jié)構(gòu)的常用方法。但由于高職學(xué)生理解能力較弱，畫(huà)三視圖時(shí)喜歡用直接投影的方法生成視圖，看不見(jiàn)的結(jié)構(gòu)用虛線表達(dá)，結(jié)果導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的機(jī)件的視圖中出現(xiàn)眾多重疊交叉的虛線，這樣既不利于機(jī)件結(jié)構(gòu)的表達(dá)，也不利于圖形的識(shí)讀。所以當(dāng)機(jī)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，通常采用剖視圖表達(dá)。可是若采用剖視圖表達(dá)，學(xué)生很難理解假想的剖切，不知道怎樣確定剖切平面的剖切位置，不明白哪些地方會(huì)被剖切到，不明白剖面線該畫(huà)在哪些地方，更無(wú)法想象出剖切后的視圖。此時(shí)可以利用Pro/E解決這個(gè)問(wèn)題。首先利用Pro/E的造型功能完成零件三維模型的構(gòu)建，如圖2所示的法蘭盤；其次利用Pro/E視圖管

理器的剖切面功能，對(duì)零件進(jìn)剖切，幫助學(xué)生理解機(jī)件剖切后的內(nèi)部形狀和結(jié)構(gòu)，分析剖切位置和剖視圖的關(guān)系，如圖3所示的法蘭盤剖切圖；最后學(xué)生既可以根據(jù)三維的機(jī)件剖切圖，繪制剖視圖，也可以利用Pro/E的工程圖制作功能自動(dòng)生成剖視圖，如圖4所示的法蘭盤剖視圖。這樣學(xué)生就可以輕松地讀懂剖視，同時(shí)空間立體概念又能得到進(jìn)一步的提升。

3.立體化教學(xué)資源在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

裝配圖是制定裝配工藝規(guī)程，進(jìn)行裝配、檢驗(yàn)、安裝及維修的重要技術(shù)文件，但教師在教學(xué)過(guò)程中普遍感到困難，究其原因，一是高職學(xué)生實(shí)習(xí)單一，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)裝配體的裝配關(guān)系及工作原理都缺少感性認(rèn)識(shí)，二是教具模型很難展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而利用Pro/E強(qiáng)大的裝配功能和動(dòng)畫(huà)功能，可以把各個(gè)零件裝配在一起，根據(jù)需要，靈活地進(jìn)行剖切或者生成爆炸圖，如圖5所示的四通閥爆炸圖，可以直觀地向?qū)W生展示四通閥中各零件之間的連接情況，幫助學(xué)生理解零件之間的裝配關(guān)系。還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，方便學(xué)生進(jìn)一步了解四通閥的工作原理，使教學(xué)內(nèi)容清晰、生動(dòng)，大大縮短學(xué)生感知、認(rèn)知的過(guò)程。

五、總結(jié)

利用Pro/E軟件構(gòu)建的高職《機(jī)械制圖》資源庫(kù)進(jìn)行教學(xué)，徹底改變了傳統(tǒng)《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法，使重點(diǎn)和難點(diǎn)變得通俗易懂，感性認(rèn)識(shí)和信息量大大增強(qiáng)，能更好地適應(yīng)“設(shè)計(jì)應(yīng)從三維實(shí)體建模開(kāi)始”的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念。可以預(yù)見(jiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，Pro/E軟件在機(jī)械類專業(yè)課程的多媒體教學(xué)過(guò)程中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JXJG-13-48-1）

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