基于UG的機(jī)械制圖虛擬現(xiàn)場教學(xué)

李愛平,趙清華,張　波,王福成,喬春蓉　(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),黑龍江　大慶　163319)

基于UG的機(jī)械制圖虛擬現(xiàn)場教學(xué)

李愛平,趙清華,張波,王福成,喬春蓉
(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),黑龍江大慶163319)

機(jī)械制圖教學(xué)中有許多內(nèi)容需要借助直觀教學(xué)手段，實(shí)物模型、多媒體課件等常常用來輔助教學(xué)，這些方法存在的不足是學(xué)生看到的多為結(jié)果模型，對過程體會不深。本文提出的基于UG的機(jī)械制圖虛擬現(xiàn)場教學(xué)，利用UG軟件，在電腦上演示制圖教學(xué)中的某些環(huán)節(jié)和過程，使學(xué)生如身臨其境親自體驗，便于理解，提高聽課效果。

機(jī)械制圖；UG；虛擬現(xiàn)場教學(xué)

0前言

在機(jī)械制圖教學(xué)中，許多教學(xué)環(huán)節(jié)抽象難懂，必須借助有利的教學(xué)模型進(jìn)行講解。傳統(tǒng)的教學(xué)模式,教師必須使用大量的實(shí)物模型或多媒體課件輔助教學(xué),但即使這樣仍然有空間想象力較差的學(xué)生理解起來相對困難，原因是學(xué)生所看到的模型也好課件也好，都是間斷性或片面性地表述各種問題，使學(xué)生無法有身臨其境甚至是連續(xù)的現(xiàn)場體驗過程，阻礙了對知識的理解和掌握。UG軟件是一款具有多個模塊的高級三維CAD軟件，所謂基于UG的虛擬現(xiàn)場教學(xué)，就是利用UG軟件的多個模塊，直接在電腦屏幕演示過程和結(jié)果，虛擬表現(xiàn)出三維立體在形成過程中的具體方法如拉伸、旋轉(zhuǎn)、切割、抽殼等，形體在加、減、交等運(yùn)算中可直接獲得各種運(yùn)算過程及結(jié)果，零件在形成中的各種工藝結(jié)構(gòu)如倒角、圓角、退刀槽、凸臺、撥模斜度等都可直接體現(xiàn)，學(xué)生通過教師的屏幕演示，就如同身臨其境地感受到了真實(shí)的過程，這就是UG軟件具有的虛擬現(xiàn)場教學(xué)功能，這種教學(xué)模式的引入有力地解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足。UG軟件不僅有著強(qiáng)大的建模模塊可引入教學(xué)，它還有工程圖模塊，即通過實(shí)物模型直接進(jìn)入二維平面圖形的表達(dá)，可謂現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)由三維立體向二維轉(zhuǎn)化的最直接展示，幫助學(xué)生培養(yǎng)空間向平面轉(zhuǎn)化的能力，同時其裝配模塊、運(yùn)動仿真模塊均可被引入到機(jī)械制圖的虛擬現(xiàn)場教學(xué)當(dāng)中，不僅體現(xiàn)了制圖技術(shù)的進(jìn)步，又有力促進(jìn)了現(xiàn)代化教學(xué)手段的提高。

1、UG實(shí)體建模模塊可以滿足課堂教學(xué)演示需求

在相貫線這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，從相貫線的形成、特性到相貫線的變化、投影求法都是教學(xué)中的難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)就是利用模型或者圖片來講解，學(xué)生通過模型和圖片很容易觀察到結(jié)果，但中間的過程要憑想象去理解，存在許多困難。引入UG軟件現(xiàn)場制作，就可以很形象地讓學(xué)生感受其形成過程、求解原理及方法，同時在虛擬現(xiàn)場中使學(xué)生的空間立體感、空間想象力不斷增強(qiáng)。例如，通過圓柱與圓椎的建模講述相貫線的形成、特性及相貫線投影的求法，介紹輔助平面法作圖原理。同時，還可改變圓柱的直徑及位置,讓學(xué)生體會形體大小及位置對相貫線變化趨勢及形狀的影響，最后再作一次構(gòu)形方式的改變，將圓柱從圓椎體中減掉，讓學(xué)生觀察到在實(shí)體上挖孔同樣會產(chǎn)生相貫線，其形狀及變化趨勢與兩實(shí)體相貫時相同，只是可見性發(fā)生變化。這些都屬于相貫線中的難點(diǎn)，但引入UG三維建模可在電腦屏幕上虛擬演示形成過程、實(shí)物效果，使學(xué)生更容易接受和理解,提高了教學(xué)效果和授課效率。

2　UG工程圖模塊可以輔助零件圖的教學(xué)

在零件圖的教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，最大的困難就是無法在有限的課堂時間，形象而具體地演示一張完整的零件圖。由于繪制出一張較復(fù)雜零件的完整零件圖需要很長時間，教師不得不回避親自演示零件圖繪制這一環(huán)節(jié)，只能通過借助零件實(shí)物及大量圖片來講解，會給學(xué)生帶來一種紙上談兵的空洞乏味感，又由于圖片本身就已經(jīng)是表達(dá)出的結(jié)果，使得學(xué)生的主動思維受阻，對于零件的表達(dá)到底需要怎樣的方案，學(xué)生缺少思考的余地，換句話說，學(xué)生缺少選擇方案時的過程體驗，教師只是通過大量圖片，把各種零件表達(dá)方案的經(jīng)驗和盤托出，學(xué)生被動地接受了這些經(jīng)驗，卻難以靈活自主地解決零件表達(dá)時遇到的問題。UG軟件中有一個重要的工程圖模塊，該模塊在已有的零件模型基礎(chǔ)上可直接把三維零件轉(zhuǎn)化為二維平面圖形，并可輔以各種機(jī)件表達(dá)方法，UG虛擬現(xiàn)場則可提供多種表達(dá)方案，在這個過程中教師可啟發(fā)學(xué)生自行選擇不同的表達(dá)方案，對比選優(yōu)，確定最佳方案。這個過程由于學(xué)生親自參與其中，教師只是學(xué)生發(fā)出指令的執(zhí)行者，各種表達(dá)方案瞬間躍然紙上，讓學(xué)生感到即神奇又有一種自主決策帶來的快樂，同時，還可通過這個模塊中的其他功能，演示尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求填寫、標(biāo)題欄填寫等具體操作過程，學(xué)生親眼目睹一張完整零件圖的現(xiàn)場生成過程，體會到選擇表達(dá)方案的技巧。當(dāng)他們自己畫零件圖時，對于方案的選擇就會得心應(yīng)手。通過這種現(xiàn)場的三維零件向二維平面圖形的轉(zhuǎn)換，使學(xué)生更加深刻理解由空間實(shí)物向平面轉(zhuǎn)化的過程。由于UG的工程圖模塊表達(dá)時還存在一些不足，所以對教師備課提出更高要求，選材要有代表性，要揚(yáng)長避短，巧妙運(yùn)用軟件的優(yōu)勢，使其在課堂教學(xué)的作用發(fā)揮得淋漓盡致。

3　UG裝配模塊及運(yùn)動仿真模塊可用于制作動畫

裝配圖在機(jī)械制圖中占據(jù)著重要地位，了解各種常用部件的功用及工作原理，對裝配圖的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用，而事實(shí)上，由于部件模型價格較貴，實(shí)驗室不可能購置太多種類的部件模型，另外由于金屬模型重，不方便同時帶進(jìn)教室多種模型，而UG的裝配和運(yùn)動仿真模塊通過部件模型可以實(shí)現(xiàn)裝配、功用、工作原理的展示，學(xué)生通過觀看制作好的運(yùn)動仿真視頻，很容易就能理解部件的原理功用等，所起到的作用跟觀看實(shí)物沒有什么不同。這不但減輕了授課教師上課時攜帶模型的負(fù)擔(dān)，還可大大降低了實(shí)驗室經(jīng)費(fèi)投入。因此，教師通過平時的大量積累，可制作出種類齊全的部件模型庫，運(yùn)動仿真動畫視頻庫。這也是UG軟件參與機(jī)械制圖虛擬現(xiàn)場教學(xué)的又一出色表現(xiàn)。

4　結(jié)論

基于UG的機(jī)械制圖虛擬現(xiàn)場教學(xué)，是改變機(jī)械制圖傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種有效方法，使學(xué)生即能在學(xué)習(xí)中體會到制圖技術(shù)的快速發(fā)展，也能享受到現(xiàn)代化教學(xué)手段提高的成果。打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，對教師鉆研教學(xué)內(nèi)容、準(zhǔn)備教學(xué)素材、提高三維軟件運(yùn)用能力等方面都提出了更高的要求。

[1]王曉燕.基于工作過程的機(jī)械制圖教學(xué)改革[M].中小企業(yè)管理與科技, 2010(10):31-32.

[2]徐芳.多情景融合的項目引導(dǎo)式機(jī)械制圖教學(xué)改革創(chuàng)新與實(shí)踐[D].中國現(xiàn)代教育裝備, 2014(09):72-73，78.黑龍江省高等學(xué)校教改工程項目：機(jī)械制圖研究性教學(xué)模式的探索與實(shí)踐。項目編號：JG2012010455

李愛平(1967-)，女，教授，碩士，主要研究方向為工程圖學(xué)、計算機(jī)圖形學(xué)。