淺談3D技術(shù)在中職機(jī)械類 課程教學(xué)中的實施

李斌

摘?要：3D技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域中不斷發(fā)展，已經(jīng)越來越受到廣大機(jī)械領(lǐng)域技術(shù)人員的青睞。本文探討了3D技術(shù)在中職機(jī)械類課程教學(xué)中的實施。關(guān)鍵詞：3D技術(shù)?中職機(jī)械類?課程教學(xué)?實施針對傳統(tǒng)的機(jī)械課程教學(xué)模式和多媒體課件中存在的問題，筆者以PRO/E3D設(shè)計軟件為例，根據(jù)實際情況將其引入中職教育的機(jī)械類課程教學(xué)中，解決中職學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差、空間想象能力不足的問題，有效地促進(jìn)學(xué)生理解機(jī)械教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)效率。一、機(jī)械類學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀及3D技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展中職機(jī)械類課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械技術(shù)的基本知識和基本技能，初步具有分析機(jī)械功能、動作及使用一般機(jī)械的能力，為學(xué)生今后解決生產(chǎn)實際問題和繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，因此如何實施有效教學(xué)，提高課堂教學(xué)效率是非常重要的。機(jī)械類學(xué)科的教學(xué)要求學(xué)生具有空間邏輯思維能力和空間構(gòu)型能力，但是很多學(xué)生從機(jī)械制圖開始就缺乏空間想象能力，機(jī)械類學(xué)科學(xué)習(xí)很吃力，甚至于討厭學(xué)習(xí)機(jī)械類課程。盡管我們現(xiàn)在課程改革已經(jīng)優(yōu)化了課程教學(xué)內(nèi)容，實物、模型、多媒體教學(xué)等等也被充分地應(yīng)用在課堂上，但是仍存在較多的缺陷。一方面學(xué)生覺得多媒體教學(xué)信息量太大，教師一般走馬觀花一樣介紹一下，節(jié)奏較快，很多教學(xué)內(nèi)容在屏幕上停留的時間非常短，并不能讓學(xué)生在短時間內(nèi)掌握知識點；另一方面，雖然教師采用實物、模型，能夠在課堂上直接給予學(xué)生直觀的記憶，但是由于存在實物、模型數(shù)量有限，且不容易攜帶等缺點，顯然不能滿足現(xiàn)有的教學(xué)要求。而將3D技術(shù)運用于機(jī)械類的教學(xué)過程和實踐性環(huán)節(jié)，能夠直接在課堂中建立三維模型，進(jìn)行虛擬裝配，或者進(jìn)一步使用三維動畫演示和運動特性分析，甚至可以運用3D打印技術(shù)迅速將課堂設(shè)計產(chǎn)品及時打印出實物，真正達(dá)到“所見即所得”。由此，它能夠大幅度提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，全面提高學(xué)生的設(shè)計能力。二、改革課程教學(xué)方法，建立3D設(shè)計教學(xué)模式學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律是一個循序漸進(jìn)的過程，機(jī)械類課程教學(xué)傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法對圖形的演變或機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行直觀化展示，教師在課堂上很難通過語言形象地將其表達(dá)出來，因此影響了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械類課程的興趣。例如在機(jī)械課程設(shè)計中，需要設(shè)計齒輪減速器，但是由于學(xué)生僅僅是在理論上了解了一些齒輪減速器的結(jié)構(gòu)、原理，而對減速器的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、使用和維護(hù)等工藝過程卻缺乏感性認(rèn)識，致使在設(shè)計時會對大量的工藝問題缺乏認(rèn)真的考慮。因此在設(shè)計中很多學(xué)生只會依葫蘆畫瓢，而沒有真正掌握設(shè)計的理念。很多學(xué)生對于課程設(shè)計的認(rèn)識始終只停留在二維圖樣上，并不能很好地了解結(jié)構(gòu)設(shè)計對整機(jī)性能的影響以及單個零件與整機(jī)之間的關(guān)聯(lián)，再加上缺乏直觀的認(rèn)識和理解，往往對于結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理也不得而知，難以激發(fā)學(xué)生更高一級的思維和創(chuàng)造欲望，也不能最大限度地提高學(xué)生的實際設(shè)計能力和創(chuàng)造性設(shè)計能力。因此，我們通過3D設(shè)計教學(xué)能夠解決很多問題，可以確確實實地把提高學(xué)生的設(shè)計能力作為主要的教學(xué)目標(biāo)，動用這一教學(xué)手段可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力大幅度提高。圖1是根據(jù)使用教材與模型計算相結(jié)合的模式。在設(shè)計過程中，學(xué)生通過大量的計算獲得數(shù)據(jù)，并在圖樣上做出裝配圖，但是在幾周課程設(shè)計結(jié)束后大部分學(xué)生仍然處于對減速器一知半解的地步。圖2是利用Pro/E的實體造型功能，快速有效地幫助學(xué)生形象直觀地理解減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)等難點。我們只需要造型出實體，就可以利用Pro/E軟件動態(tài)地看到減速器的內(nèi)部運動方式，這樣就可以使學(xué)生很快理解和掌握設(shè)計的理念，學(xué)生的想象能力和思維轉(zhuǎn)換能力顯著增強(qiáng)。???????圖1???????????????圖2三、注重在實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)用3D工程軟件加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)是中職院校機(jī)械專業(yè)教學(xué)的關(guān)鍵。機(jī)械類專業(yè)，從機(jī)械制圖基礎(chǔ)課開始就要把培養(yǎng)學(xué)生的實踐和動手能力作為首要目標(biāo)來完成。不管是機(jī)械設(shè)計專業(yè)、模具專業(yè)，還是數(shù)控技術(shù)專業(yè)，我們都要求學(xué)生首先提出可行性分析，然后再擬定設(shè)計方案，通過計算確定尺寸，然后利用Pro/E三維設(shè)計軟件造型，完成之后裝配、檢驗。在這一過程中，學(xué)生可以清晰地認(rèn)識設(shè)計結(jié)構(gòu)的可行性、尺寸的合理性以及機(jī)械傳動能否實現(xiàn)等等。Pro/E有便捷的設(shè)計方式和強(qiáng)大的參數(shù)化功能，我們通過修改設(shè)計參數(shù)就能夠完成整體設(shè)計的修改。此外，學(xué)生還可以使用Pro/E的機(jī)械運動分析功能，直觀地觀察各零件的運動狀態(tài)，教師通過制作模擬動畫，使得設(shè)計過程與學(xué)生腦海中的影像更加符合，使學(xué)生從感性上更加深入地理解設(shè)計的內(nèi)涵和本質(zhì)，從而更好地增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計想象力。這一特點是傳統(tǒng)的二維設(shè)計難以實現(xiàn)的，通過3D設(shè)計學(xué)生可以大幅度提高設(shè)計速度，讓學(xué)生從2D設(shè)計進(jìn)入3D設(shè)計的理解得到進(jìn)一步的加深。隨著3D技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步深化，3D打印技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)深化教學(xué)改革，實現(xiàn)教學(xué)目的，讓學(xué)生在實踐中掌握知識點，使學(xué)生切實體會到一種全新的設(shè)計方法和工作樂趣，從而激發(fā)出學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)愿望，強(qiáng)化創(chuàng)新興趣和創(chuàng)新意識。3D打印快速成型技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。圖3和圖4是我們利用3D打印技術(shù)進(jìn)行教學(xué)活動的模式。??????????圖3??????????????圖4總之，我們通過借鑒德國職業(yè)院校和新加坡職業(yè)院校的先進(jìn)經(jīng)驗，大力推廣和普及3D技術(shù)，一方面可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，另一方面結(jié)合一些真實的設(shè)備實訓(xùn)環(huán)境，可以幫助學(xué)校培養(yǎng)出企業(yè)真正需要的技術(shù)人員。在教學(xué)中應(yīng)用3D技術(shù)是對職業(yè)院校教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新的探索，它對于我國的機(jī)械類專業(yè)建設(shè)有著積極的作用。參考文獻(xiàn)：[1]戴向國.Pro/E輕松學(xué)習(xí)與實例精解[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000.（作者單位：無錫技師學(xué)院）endprint