利用UG技術加強《機械制圖》課堂教學的探索

李寶軍，毛敬濤，武永巨

（德州學院職教學院，山東德州 253023）

Unigraphics NX（簡稱UG）是當前世界上最頂級、最先進和緊密集成的面向制造行業的CAD/CAE/CAM高端軟件。由于其強大的設計、分析、制造和產品數據管理的功能，國內外許多企業都將它作為首選軟件。在我國的航天、航空、飛機、汽車、家用電器等領域也得到了廣泛的使用。

UG軟件，它基于完全的三維實體復合造型、特征建模、裝配建模技術，能設計出任意復雜的產品模型，再加上技術上處于領先地位的CAM模塊、內嵌的CAE模塊，使CAD、CAE和CAM有機集成，使產品的設計、分析和制造一次完成。其三維建模和制圖模塊非常有益于《機械制圖》的實踐教學。

1 利用UG，建立3D虛擬模型庫

3D虛擬模型庫相對于傳統的實物模型庫，有以下優點：

1.1 經濟性優勢

3D虛擬模型庫的建立只需要教學人員進行微機操作就能很快的建立起來，可以說是“零成本”。這樣可以減少實物模型的數量，減少不必要的支出，節約教育成本。

1.2 靈活性優勢

實物模型的種類與數量是制造廠家設計好的，且數量上都是有限，而教材的變化較大，這使其很難完全滿足教學的要求。而3D虛擬模型庫可以由教學人員根據教學內容的要求很靈活的“制造”出需要的“模型”，從而使細膩模型庫不斷的在補充和擴大，可以較好的服務課堂教學。

1.3 強直觀性優勢

實物模型一般尺寸相對較小，離講臺較遠的同學很難看清楚實物模型的細節結構，這卻給課堂教學效果帶來了一定影響。這些同學往往只能在下課后，再近距離觀察實物模型，以彌補課上無法看清的缺憾。

3D虛擬模型可以通過UG進行任意的放大、移動和旋轉，使每一個同學都可以看清楚模型的每個細節結構。

1.4 可復制性

3D虛擬模型可以任意復制。我們把虛擬模型庫上傳到網站上，這樣學生可以在課下的任何時間，進行下栽和學習。

2 利用UG，加強學生空間想象力的培養

在機械制圖的教學中，對學生的要求主要體現在兩個方面：一是讀圖能力要強；二是繪圖能力要過硬。讀圖能力包括：在平面和立體幾何的基礎上，熟悉投影關系知識，再通過專項讀圖訓練來重點提高由平面圖形轉向三維實體的空間想象能力，我們稱之為2D→3D模式。繪圖能力包括：在掌握機械制圖基礎知識與有關國家標準后，通過實物練習等方式來表達三維實體的平面表達能力，我們稱之為3D→2D模式。由此兩點可見，空間想象力既是本課程的一個重要培養目標，更是學好本課程的一個重要基礎。

然而，在多年教學過程中，筆者發現由于學生首次接觸工程圖樣，有相當數量的學生缺乏空間想象力，使讀圖和畫圖的能力難以達到預期的效果。

筆者認為：學生頭腦中儲存的原有表象（舊形象）的多少和質量是決定其空間想象能力是否豐富和發達的關鍵因素之一。因此，如何有效的積累原有表象就成為了培養學生“空間想象”的關鍵問題。

合理利用三維設計軟件進行輔助教學是增加學生表象的重要手段之一。筆者在教學過程中利用UG軟件在電腦上建立三維立體模型，讓學生從各種角度觀察，引導學生的思考和認識，以豐富學生的表象材料和質量，從而提高其空間想象能力。例如：我們在講授《兩圓柱體相交的相貫線》章節時，很多同學對相貫線的空間形態想象不出來。筆者通過UG做出了圖一所示的模型，并使其旋轉，讓同學們對該相貫線進行多角度的觀察。然后，我們增大紅色圓柱體的直徑，如圖二、圖三所示，讓同學們進行進一步的對比觀察。通過這種直觀的教學方法，學生一般都會對圓柱體相貫線有了比較深刻的印象。

圖一

圖二

圖三

3 利用UG，加強課堂師生的互動，提高課堂教學效果

現在很多院校都在利用現代多媒體技術進行課堂教學的改革和探索方。目前得到普遍應用的課件制作軟件是利用Powerpoint。然而，目前許多此類機械制圖的多媒體課件存在以下弊端：

3.1 部分課件雖然內容豐富，外表華美，但究起內容只是課本內容的翻版，上課僅僅播放一下課件，毫無互動可言。

3.2 有些課件制作看似實現了師生的互動，但實際無法真正體現師生之間的交互作用。課件中雖然大量的設計了提出問題、分析問題和解決問題的環節，但給人的印象不夠深刻，師生的溝通始終受到已經設計好的思路的羈絆和約束。這中互動是死板的互動，缺乏靈活性，它難以隨諸多客觀因素的影響而隨之改變，并對講課內容作相應的調整。這也是目前很多多媒體課件無法達到的。

而UG的制圖模塊功能比較強大，可以很容易的從三維的虛擬模型得到二維的視圖。這使師生之間的溝通可以很快的反映到二維的視圖當中，交流變的更加流暢和生動。下面我以《機件表達方法的選擇》一課的講授為例來進行討論。

對同一機件可以有很多種不同的表達方案，對不同的方案進行比較，選擇出最優的的表達方案。本節的教學目的正是通過這種多種方案的提出、比較、討論和選擇，來鍛煉和提高學生對機件表達方法的綜合應用。筆者給出圖四所示的模型，由多名學生提出自己的表達方案，然后師生共同討論并選擇出最優表達方案。以下是由某學生提出表達方案，筆者在計算機上同步繪制二維視圖的過程

圖四

圖五

學生：用沒空的大端面作為主視圖方向，采用主視圖、俯視圖和右視圖。

操作：轉入“制圖”模塊，點“基本視圖”圖標。添加三視圖，如圖五所示。

學生：主視圖采用階梯剖的方式做全剖視圖。剖切面通過前后對稱面和左側的1個孔。

操作：刪除主視圖，點“剖視圖”圖標，選中俯視圖，添加剖切符號并得到剖視圖。如圖六所示。

圖六

圖七

學生：在俯視圖上對后端面的孔做局部剖。

操作：在俯視圖上插入“藝術樣條”（即波浪線）。并點“局部剖”圖標，創建局部剖視圖，如圖七所示。

從以上步驟可以看出，學生的表達與教師計算機的操作基本同步，這使師生之間的互動流暢而生動，它不是限定在即定框框上的死板的互動，而是真正意義上的互動。這種互動給教學內容的擴展，學生思維的開發等都有極大的幫助。

4 利用UG，培養學生的專業學習興趣

《機械制圖》是一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課，內容枯燥、抽象，需要學生有較好的空間想象能力。學生在學習的過程中，隨著學習難度的不斷增加，學習的興趣和主動性都逐漸的下降，有的同學甚至完全喪失興趣。蘇霍姆林斯基說過：“所有智力方面的工作，都要依賴于興趣，興趣是最好的老師，是學生學習知識，增長智慧的動力，是激發學生不斷創新的源泉。”只有學生對學習產生興趣，才能極大地提高其學習的積極性、主動性和創造性。也唯有感興趣，想學，愿學，方能在學習過程中克服種種困難，體驗到學習的樂趣，取得學習的成功，因此，如何提高學生的學習興趣是擺在教師面前的一個重要課題。

4.1 利用UG的三維建模技術化難為易，提高學生的學習興趣

學生學習制圖課程的最大困難是空間想象力的缺乏。利用UG將枯燥難懂的二維視圖轉化成鮮活的三維模型，有效的降低了學習的難度。而且我們在利用UG建立模型的過程，就象兒時玩耍的“積木”，通過簡單的操作，一個個色彩斑斕、生動鮮活的模型被“變”了出來。UG的這種“魔力”牽動著學生的“心”、“眼”、“口”、“手”，使學生感到學習《機械制圖》其樂無窮，越學越想學，越學越愛學。

4.2 利用UG進行《機械制圖》教學可有效實現教師與學生的互動，激發學生學習《機械制圖》的興趣。

教師在運用UG軟件講解制圖知識時，學員可以直觀的通過電腦看到虛擬的三維世界，并根據自己的想象提出自己想法，教師根據學生的反應運用UG軟件將學員的想象變為虛擬的現實來驗證學生的想象。這樣可以在學生思想中激起強烈求知的欲望，與研究制圖學的極大興趣，使學習的內因與外因有效的結合起來，更好的發揮學生的認知的主觀能動性，促進學習效率的提高。

筆者對所教授的班級54名同學進行了在不同教學模式的授課實驗，并做了興趣調查，統計結果如下表：

UG教學對學生學習興趣的影響統計（表一）

通過表二的對比分析可以看出，在UG教學模式下對《機械制圖》很感興趣的學生人數增加了近26%，而一般感興趣的學生和不感興趣的學生分別下降了22.2%和7.4%。從以上結果可以看出，大部分學生對采用UG模式的教學表現出了濃厚的興趣。

如何利用先進的科學技術來加強教學是所有教師共同探討的課題。筆者利用先進的UG技術在《機械制圖》課程的教學上做了一些探索，取得了一些經驗。但是UG的功能遠不止這些，它的CAECAM模塊對《機械設計》、《數控加工》等其他課程的教學都有很大的幫助。這些需要我們共同學習、探索。