基于UG的機械制圖虛擬現場教學

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

基于UG的機械制圖虛擬現場教學

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

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

機械制圖；UG；虛擬現場教學

0前言

在機械制圖教學中，許多教學環節抽象難懂，必須借助有利的教學模型進行講解。傳統的教學模式,教師必須使用大量的實物模型或多媒體課件輔助教學,但即使這樣仍然有空間想象力較差的學生理解起來相對困難，原因是學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，使學生無法有身臨其境甚至是連續的現場體驗過程，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的虛擬現場教學，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果，虛擬表現出三維立體在形成過程中的具體方法如拉伸、旋轉、切割、抽殼等，形體在加、減、交等運算中可直接獲得各種運算過程及結果，零件在形成中的各種工藝結構如倒角、圓角、退刀槽、凸臺、撥模斜度等都可直接體現，學生通過教師的屏幕演示，就如同身臨其境地感受到了真實的過程，這就是UG軟件具有的虛擬現場教學功能，這種教學模式的引入有力地解決了傳統教學中存在的不足。UG軟件不僅有著強大的建模模塊可引入教學，它還有工程圖模塊，即通過實物模型直接進入二維平面圖形的表達，可謂現場實現由三維立體向二維轉化的最直接展示，幫助學生培養空間向平面轉化的能力，同時其裝配模塊、運動仿真模塊均可被引入到機械制圖的虛擬現場教學當中，不僅體現了制圖技術的進步，又有力促進了現代化教學手段的提高。

1、UG實體建模模塊可以滿足課堂教學演示需求

在相貫線這一教學環節中，從相貫線的形成、特性到相貫線的變化、投影求法都是教學中的難點。傳統教學就是利用模型或者圖片來講解，學生通過模型和圖片很容易觀察到結果，但中間的過程要憑想象去理解，存在許多困難。引入UG軟件現場制作，就可以很形象地讓學生感受其形成過程、求解原理及方法，同時在虛擬現場中使學生的空間立體感、空間想象力不斷增強。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，最后再作一次構形方式的改變，將圓柱從圓椎體中減掉，讓學生觀察到在實體上挖孔同樣會產生相貫線，其形狀及變化趨勢與兩實體相貫時相同，只是可見性發生變化。這些都屬于相貫線中的難點，但引入UG三維建模可在電腦屏幕上虛擬演示形成過程、實物效果，使學生更容易接受和理解,提高了教學效果和授課效率。

2　UG工程圖模塊可以輔助零件圖的教學

在零件圖的教學環節當中，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節，只能通過借助零件實物及大量圖片來講解，會給學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是表達出的結果，使得學生的主動思維受阻，對于零件的表達到底需要怎樣的方案，學生缺少思考的余地，換句話說，學生缺少選擇方案時的過程體驗，教師只是通過大量圖片，把各種零件表達方案的經驗和盤托出，學生被動地接受了這些經驗，卻難以靈活自主地解決零件表達時遇到的問題。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上可直接把三維零件轉化為二維平面圖形，并可輔以各種機件表達方法，UG虛擬現場則可提供多種表達方案，在這個過程中教師可啟發學生自行選擇不同的表達方案，對比選優，確定最佳方案。這個過程由于學生親自參與其中，教師只是學生發出指令的執行者，各種表達方案瞬間躍然紙上，讓學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，演示尺寸標注、技術要求填寫、標題欄填寫等具體操作過程，學生親眼目睹一張完整零件圖的現場生成過程，體會到選擇表達方案的技巧。當他們自己畫零件圖時，對于方案的選擇就會得心應手。通過這種現場的三維零件向二維平面圖形的轉換，使學生更加深刻理解由空間實物向平面轉化的過程。由于UG的工程圖模塊表達時還存在一些不足，所以對教師備課提出更高要求，選材要有代表性，要揚長避短，巧妙運用軟件的優勢，使其在課堂教學的作用發揮得淋漓盡致。

3　UG裝配模塊及運動仿真模塊可用于制作動畫

裝配圖在機械制圖中占據著重要地位，了解各種常用部件的功用及工作原理，對裝配圖的學習起著至關重要的作用，而事實上，由于部件模型價格較貴，實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，不方便同時帶進教室多種模型，而UG的裝配和運動仿真模塊通過部件模型可以實現裝配、功用、工作原理的展示，學生通過觀看制作好的運動仿真視頻，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擔，還可大大降低了實驗室經費投入。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，運動仿真動畫視頻庫。這也是UG軟件參與機械制圖虛擬現場教學的又一出色表現。

4　結論

基于UG的機械制圖虛擬現場教學，是改變機械制圖傳統教學模式的一種有效方法，使學生即能在學習中體會到制圖技術的快速發展，也能享受到現代化教學手段提高的成果。打破了傳統的教學模式，對教師鉆研教學內容、準備教學素材、提高三維軟件運用能力等方面都提出了更高的要求。

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

[2]徐芳.多情景融合的項目引導式機械制圖教學改革創新與實踐[D].中國現代教育裝備, 2014(09):72-73，78.黑龍江省高等學校教改工程項目：機械制圖研究性教學模式的探索與實踐。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、計算機圖形學。