三維構建技術在機械專業職業教育中的應用研究

李穎

機械專業職業教育基礎課程一般包括《機械制圖》、《機械基礎》等課程。受限于職業教育的學時分配，《機械基礎》一般還融合了《材料力學》、《機械原理》和《機械設計》等多門課程，雖然在深度和廣度上均有所下降，但對于那些從未接觸過任何機械行業，也沒見過實物的學生來說，無論是制圖教學還是機械基礎教學對學生而言都具有很強的抽象性，學生從開始的具有一定興趣逐漸到想不明白、聽不懂直到最后完全放棄，嚴重影響了機械基礎類教學的效果。多年的教學實踐經驗告訴我們，對于那些抽象復雜的零部件，若是能讓學生見到三維空間結構，無論是對于圖樣的理解還是結構功能的理解都能起到事半功倍的作用。而三維構建技術能幫助我們很好的解決這一問題，各種強大的三維造型軟件和游戲制作引擎不僅有強大產品設計功能，還能很好的解決學生學習興趣的問題，能極大的推動機械基礎類課程教學的發展。

一、職業教育中機械基礎課程知識結構

在傳統的高等院校中，機械基礎類課程一般包含數量比較多，但職業教育根據任職崗位的需求，一般都對其進行了整合和刪減。這就必然會打破原有知識體系，學生在學習不容易找打明確的主線和目標，常常是學了機械基礎又忘記了零件視圖表達的最終目的，需要分析部件結構時又遺忘了裝配圖的識讀方法，不能將整個所學內容進行融會貫通，如圖1所示。

面對這種情況，經過多年的教學實踐，我們認為，無論是制圖還是機械基礎都是建立在實際三維零件或三維零件的平面視圖上的，其最終目的都是要培養學生具備識讀、表達、還原及創新機械產品的能力。在原有的教學方式中，我們總是讓學生首先面對抽象的平面圖形，讓其用自己的能力在頭腦中憑空想象功能和結構，殊不知這實際上是一種最為復雜的倒推式教學。若是在教學中全程貫穿三維構建技術，從一開始就以三維構建為主線，讓學生一邊學一邊就能自我進行平面視圖的三維還原、機構的模擬運動等，這樣不僅能隨時讓學生了解自身的學習水平，也能最大限度的讓其感受學習成果，從中體會到學習的樂趣。

二、三維構建技術應用分析

目前，主流的三維構建及設計軟件很多，但各種軟件各有特設，需要針對不同的情況使用不同的軟件。比如在提高學生興趣方面，若是不需要精確的構建結構，而只是演示外形和基本原理，3DMax和Maya無疑是較好的選擇，它們都具有功能完善、渲染真實感強、易于做動畫、入手比較容易等特點，但因其主要服務對象為影視廣告、動畫角色、電影特效等，因此，作為老師掌握制作相應素材為更佳，不易作為課堂教授軟件。而作為我們現今普遍使用的AutoCAD其主要用在二維平面設計方面，雖然目前與MDT相融，在三維與二維的轉變上交以前有較大進步，但作為學生使用的直接三維構建軟件，仍顯得不夠直觀和方便。相比較而言，無論是在制圖教學還是在機械基礎教學中，直接融入工業制造三維專用軟件的效果更有利于學生掌握，并且也易于將設計至生產全過程融入到教學環節中。考慮到職業教育學生的實際水平和知識接受程度，這些軟件中Croe界面簡單，操作快速，在曲面建模方面有很大的曲線自由度，較適合于初級學生水平掌握，并能很快引發學生的興趣。而UG和CATIA則普遍應用于汽車行業，其特點在于參數化和非參數化的混合建模，而UG在逆向工程方面還有其獨特的技術，適合于已具備一定建模技術的學生學習。

三、三維構建技術在教學中的應用

根據教學內容的需要利用三維構建技術搭建自己的授課平臺，并可利用較短時間教會學生，使之在課堂上能跟隨教師的思路共同完成任務。如在制圖教學中的相慣線和截交線是培養學生空間思維能力的關鍵部分，而多數學生在該部分學習明顯感到吃力，我們利用Croe和edrawing插件能很輕松的實現三維到平面線框圖形的實時轉化。同時，利用Croe中拉伸、旋轉等簡單命令可實現在課堂與學生的同步造型，讓學生感受制作成品的喜悅。

而在機械基礎課程中，無論是常用零部件還是講解輪系，均可通過Croe的三維構建將前期學習的制圖和機械基礎內容進行緊密結合。如在講解滾動軸承中，可帶領學生共同制作三維裝配體，并生成爆炸圖；在輪系的講解中，可結合多級減速器，實現三維模型到工程圖、三維零件到虛擬裝配、虛擬裝配到虛擬動畫仿真等多角度任務，在完成這些任務的過程中，學生既聯系了前期制圖知識，完成了機械基礎基本知識學習，也對產品具體結構、功能以及實際生產過程有了一定的了解，并且還體會到了三維構建產品的喜悅，可謂一舉多得，如圖2所示。

總之，隨著技術的不斷發展，機械基礎課堂教學方式也在不斷變革，如何能在眾多方式中找到最適合我們學生的一種是我們以后還要不斷探討的問題。

（作者單位：火箭軍工程大學士官學院）