基于Pro/E三維技術(shù)的中職機(jī)械識圖教學(xué)研究

金曙

關(guān)鍵詞：機(jī)械識圖? Pro/E? 三維建模教學(xué)

機(jī)械識圖是浙江省中等職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)課程改革的成果教材，被評為全國首批改革創(chuàng)新示范教材。本次新課改的教材機(jī)械識圖提出了明確的培養(yǎng)目標(biāo)，即相關(guān)從業(yè)人員的識圖能力，貫徹課本教學(xué)理念的同時，完成既定教學(xué)項目，而利用有效教學(xué)切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生有不同層次的發(fā)展。

Pro/E是教育部職業(yè)教育與成人教育司和PTC，聯(lián)合推出面向中職學(xué)校的課程，該課程是一門軟件運(yùn)用課程。該三維實體建模工具可以方便、快速地創(chuàng)建復(fù)雜的形狀實體，實現(xiàn)三維模型的精確建模?？梢岳媚Ｐ臀募?chuàng)建其他模型和交付項目，如產(chǎn)品工程圖、數(shù)控加工程序等。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

目前，很多學(xué)校把《機(jī)械識圖》與《Pro/E》兩門課程獨(dú)立開設(shè)，由兩位專業(yè)老師分別來進(jìn)行教學(xué)，機(jī)械識圖老師講識圖知識，Pro/E老師講三維建模。這樣把兩門本有關(guān)系的課程分開教學(xué)，既增加了學(xué)習(xí)時間，還得不到理想的教學(xué)效果。

機(jī)械識圖課程教學(xué)已經(jīng)引用了德國先進(jìn)的教學(xué)方法即項目教學(xué)法，但一線專業(yè)教師在教學(xué)過程中沿用傳統(tǒng)的機(jī)械識圖教學(xué)方法較多，為了讓學(xué)生理解三視圖和實體之間的對應(yīng)關(guān)系，教師通常會使用簡易實物模型、PPT 投影等教學(xué)工具，一邊講解投影法的原理，一邊在黑板上作圖演示給學(xué)生明看，然后再讓學(xué)生練習(xí)整個作圖的方法和步驟。而對于一些相對較復(fù)雜一點的圖形，教師雖然能用線面分析或形體分析法來給學(xué)生講解，但總感覺那樣一步一步分析起來，有些力不從心，學(xué)生也聽得一知半解，繼而導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。

學(xué)生機(jī)械識圖能力如果不夠強(qiáng)，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)Pro/E課程時就會更加困難，Pro/E老師教的也會很辛苦，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對整個專業(yè)的學(xué)習(xí)失去信心。

二、優(yōu)化教學(xué)模式

筆者學(xué)校數(shù)控專業(yè)的辦學(xué)方式是產(chǎn)學(xué)研一體化模式，將優(yōu)秀企業(yè)引進(jìn)學(xué)校，使學(xué)生能夠深入到生產(chǎn)第一線，考察不同崗位上生產(chǎn)第一線模式的作用，以及當(dāng)前企業(yè)生產(chǎn)模式的具體要求;調(diào)整課程教學(xué)與生產(chǎn)一線保持一致。通過這樣的課程教學(xué)模式，明確教學(xué)目標(biāo)。

目前機(jī)械行業(yè)的數(shù)控技術(shù)已經(jīng)非常成熟，基本上都引進(jìn)了三維軟件的運(yùn)用，圖紙在行業(yè)中的用途已經(jīng)慢慢地弱化了。實際的產(chǎn)品設(shè)計，通常是設(shè)計師利用電腦提供的三維設(shè)計環(huán)境來設(shè)計產(chǎn)品。修改、模擬加工、自動編程等，設(shè)計模擬完成之后可以直接和機(jī)床連接并進(jìn)行加工。因此，產(chǎn)品設(shè)計需要具有較強(qiáng)的空間思維能力、創(chuàng)新能力以及三維軟件控制能力。由此可見，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)目標(biāo)并沒有適應(yīng)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，外部環(huán)境影響中職機(jī)械識圖教學(xué)模式的改變。

人們的習(xí)慣構(gòu)形思維是從立體形體開始轉(zhuǎn)到平面圖形再到立體形體，即立體-圖形-立體的形式。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式是圖形-立體-圖形，這就違反了學(xué)生對形體的這一認(rèn)知規(guī)律，影響了學(xué)生空間思維能力的認(rèn)知。許多學(xué)生往往感到傳統(tǒng)的機(jī)械識圖教學(xué)非常難學(xué)，空間關(guān)系弄不清楚，原因就在這里。

優(yōu)化教學(xué)模式的設(shè)想為立體-圖形-立體，即在Pro/E課程教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)老師的講解或根據(jù)相應(yīng)的實體制作視頻，自己動手做出實體模型來。

機(jī)械識圖課程這種實體化教學(xué)模式，是許多機(jī)械識圖老師所追求的一種教學(xué)方式，以前受到教學(xué)場地的限制，難以實現(xiàn)這種新的教學(xué)方式?，F(xiàn)在，一般學(xué)校都配備了專業(yè)的教學(xué)機(jī)房，安裝并能使用Pro/E軟件進(jìn)行的三維建模教學(xué)，為實現(xiàn)這樣一種理想的教學(xué)模式提供了有利條件。

通過上述的教學(xué)理念，教師可以把機(jī)械識圖培養(yǎng)重點的看圖、識圖能力以及繪圖能力和Pro/E的三維建模整合起來，把Pro/E作為一種教學(xué)輔助工具來應(yīng)用到機(jī)械識圖的教學(xué)過程中去。機(jī)械地圖的教學(xué)重點在于解釋正投影法、三景法、軸圖法和簡單的圖案表達(dá)法。這是學(xué)習(xí)繪圖的開始，也就是學(xué)習(xí)機(jī)械地圖的最基本的東西。地圖中的幾何圖形、復(fù)雜組合、復(fù)雜圖案表達(dá)方法、零件圖、裝配圖等作為綜合教學(xué)置于Pro/E中。這樣用少量的課時講解機(jī)械識圖知識，留多一點的課時放在Pro/E課程里面的一體化教學(xué)來完成。下面結(jié)合教學(xué)實際情況具體談?wù)勗跈C(jī)械識圖與Pro/E一體化教學(xué)的應(yīng)用實例。

三、Pro/E軟件在機(jī)械識圖教學(xué)中的應(yīng)用實例

1.在組合體三視圖中的應(yīng)用

組合體這部分內(nèi)容是機(jī)械識圖教學(xué)的重點和難點，很多題目都是為補(bǔ)出第三視圖或補(bǔ)缺圖線等題目，題目簡單一點，學(xué)生還能理解，如果加深難度，很多學(xué)生就會犯難了，因為這需要學(xué)生有很好的空間想象能力，才能去完成。在《機(jī)械識圖》課堂教學(xué)中可以用一些相對形體簡單的例子進(jìn)行分析，對于形體較為復(fù)雜的題目，可放到Pro/E課堂教學(xué)中去，學(xué)生借助Pro/E軟件利用所學(xué)的三維建模命令進(jìn)行三維建模，通過建立好的實體模型，再讓學(xué)生完成相應(yīng)的題目，學(xué)生就會感覺到容易多了。

整個教學(xué)布置過程既簡單又復(fù)雜，利用已建立的三維模型，再利用機(jī)械圖中的形體分析方法和線面分析方法繪制第三視圖或缺線。當(dāng)學(xué)生有疑問時，教師可以一邊分析一邊對照實體模型進(jìn)行講解。在Pro/E的課堂教學(xué)中講解三識圖建立三維實體模型采用疊加法、切割法，講、練相結(jié)合的。使用Pro/E建模的另一個特殊優(yōu)點是可以局部或集體地縮放，可以看到整個部分或小結(jié)構(gòu)的形狀，可以自由旋轉(zhuǎn)實體。這樣就可以清楚地看到前后左右身體上下位置的表面連接。避免了軸測圖靜態(tài)缺點。在Pro/E的教學(xué)中，充分發(fā)揮理實一體化的教學(xué)理念，先講后讓學(xué)生自己操作，在學(xué)生操作過程中，教師在巡邏時進(jìn)行指導(dǎo)，以使學(xué)生充分掌握投影原理和繪圖方法。使學(xué)生的空間想象能力。 通過具體實例訓(xùn)練后，學(xué)生普遍覺得在學(xué)機(jī)械識圖課時就沒有以前那么難學(xué)了，而且更加生動有趣了，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣也大大提高了。

2. 在實體表面相貫線和截交線中的應(yīng)用

相貫線和截交線這部分課程也是機(jī)械制圖課程中比較難理解的一部分。圖上題目在補(bǔ)畫第三視圖時，很多學(xué)生都會犯難，尤其是上部分圓柱面和豎直孔之間的相貫線，學(xué)生無法理解他們的連接處為什么會往下凹。但是利用Pro/E軟件學(xué)生可以很方便快捷地建立三維實體模型，學(xué)生只要局部放大三維實體模型的上表面，就能看到圓柱面與圓孔之間產(chǎn)生的相貫線，這樣學(xué)生再去補(bǔ)畫第三識圖，就要容易得多。

3.在剖視圖中的應(yīng)用

對于具有較復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)件，正確表達(dá)不同類型的輪廓視圖是中學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的難點之一。許多復(fù)雜部位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是中學(xué)生難以想象的。因此，在上此塊課程時，可以讓學(xué)生利用Pro/E軟件剖切功能，創(chuàng)建不同類型的剖視實體，從各個角度展示各種剖視圖的作用。這樣由立體到平面的過程，真正做到了理論與實踐一體化的教學(xué)，充分讓學(xué)生參與到教學(xué)過程中來，成為課堂的主人。

4.在零件圖教學(xué)中的應(yīng)用

對于機(jī)械識圖零件圖課程教學(xué)，以往傳統(tǒng)教學(xué)往往通過掛圖或PPT來講解，由于學(xué)生對復(fù)雜零件缺乏立體感，學(xué)生學(xué)起來就非常困難的， 而學(xué)生通過使用Pro/E軟件， 建立上面的三維實體模型，不僅增加了學(xué)生的立體感、成就感，也增加了學(xué)生的讀圖能力，而且還對學(xué)生以后真正參加頂崗實習(xí)和生產(chǎn)實踐時產(chǎn)生積極影響。

5.在裝配圖教學(xué)中應(yīng)用

裝配圖的識讀是機(jī)械識圖學(xué)習(xí)中的重點和難點， 對于裝配圖的教學(xué)，教師普遍覺得比較困難。在教學(xué)中，僅僅依靠少數(shù)的教學(xué)工具是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)需求的。由于中學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，對裝配體的結(jié)構(gòu)、工作原理、零件之間的裝配、連接關(guān)系、主要零件的結(jié)構(gòu)形狀缺乏感性認(rèn)識，而且不能獨(dú)立分析。Pro/E提供三維建模、裝配和運(yùn)動模擬。可以制作各種動畫來顯示零件的組成和裝配過程。應(yīng)用Pro/E來組裝或拆卸零件的過程，如同學(xué)生親臨組裝車間一樣組裝和安裝機(jī)器的過程。通過對典型零件的建模過程、裝配過程和拆卸過程的仿真動畫，為學(xué)生提供了一個虛擬的實踐場所。

四、引用Pro/E在機(jī)械識圖教學(xué)中的軟件意義

機(jī)械識圖教學(xué)，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、讀圖能力和繪圖能力，這是數(shù)控專業(yè)學(xué)生所具備的最基礎(chǔ)的能力，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的知識基礎(chǔ)。引入Pro/E軟件作為輔助教學(xué)，是在傳統(tǒng)教學(xué)方法基礎(chǔ)上的一個大膽創(chuàng)新設(shè)想，是與時俱進(jìn)跟上社會發(fā)展腳步的教學(xué)改革。正確運(yùn)用Pro/E軟件，不僅活躍了機(jī)械識圖課堂氣氛，也是對傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充，可起到事半功倍的效果。

但Pro/E軟件畢竟是虛擬的模型，看得見但摸不著，不能全部代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)，兩門課的教學(xué)時間比重一定要適當(dāng)控制，合理安排兩門的課教學(xué)進(jìn)程，才不會出現(xiàn)教學(xué)重點模糊的情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔陵，婁海濱.機(jī)械識圖第二版[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2]徐宇明，易楠主編.Pro/E野火版使用教程[M].北京：高等教育出版社，2010.

（作者單位：杭州市臨平職業(yè)高級中學(xué)，杭州市余杭區(qū)技工學(xué)校）