以應(yīng)用為教學(xué)目標(biāo)的3D建模教學(xué)研究

[摘 要] 3D建模軟件已廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，但在教學(xué)實(shí)踐中普遍存在學(xué)生上完三維建模課，依然不會(huì)進(jìn)行三維機(jī)械制圖的問題。為了讓學(xué)生熟練掌握3D建模技術(shù)，做到課上能理解，課下會(huì)應(yīng)用，達(dá)到在實(shí)踐中具體應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)，采取課堂講解和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)方式。課堂講授建模操作過程以及每個(gè)基礎(chǔ)操作的功能;翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生針對(duì)具體的案例進(jìn)行建模思路分析，部件建模，上臺(tái)講述。教學(xué)實(shí)踐顯示，綜合的教學(xué)方法能讓學(xué)生更好地掌握3D建模技術(shù)。

[關(guān)鍵詞] UG;動(dòng)手實(shí)踐;翻轉(zhuǎn)課堂

[基金項(xiàng)目] 2018年度山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目課題“以人為本的汽車先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）開發(fā)與控制策略研究”（J18KA048）

[作者簡(jiǎn)介] 陳煥明（1978—），男，山東青島人，博士，青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師，主要從事車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] TH12 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）30-0165-04 ? ?[收稿日期] 2021-01-12

一、引言

3D建模技術(shù)從20世紀(jì)開始在航空航天器設(shè)計(jì)及汽車設(shè)計(jì)中首先得到應(yīng)用，如今已用于各種機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造[1]。3D建模技術(shù)有力地推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)水平的提高，提高設(shè)計(jì)效率。目前3D建模技術(shù)是從事機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)人員必備的能力[2]。

許多學(xué)校已將3D列入教學(xué)計(jì)劃，以培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)的能力。為讓學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)掌握3D建模工具，在教學(xué)實(shí)踐中，將應(yīng)用作為教學(xué)目標(biāo)。針對(duì)3D建模軟件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)以學(xué)為中心的學(xué)習(xí)流程[3-10 ]。教學(xué)實(shí)踐中將傳統(tǒng)課堂講授和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合。傳統(tǒng)課堂具有傳授知識(shí)的體系化、全面化、深入化和完備化的特點(diǎn);但是，傳統(tǒng)課堂的缺點(diǎn)也顯而易見，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差，課堂時(shí)間的利用率低。翻轉(zhuǎn)課堂是“教師引導(dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)”的教學(xué)模式。翻轉(zhuǎn)課堂具有學(xué)生學(xué)習(xí)自主化、個(gè)性化、學(xué)習(xí)途徑和方式多樣化的特點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式可以讓學(xué)生積極動(dòng)手，對(duì)軟件操作技巧有更加深入的理解。充分利用兩種教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)，使3D建模知識(shí)系統(tǒng)化和全面化;學(xué)生動(dòng)手能力和技巧實(shí)踐化，更好地做到以學(xué)生為中心，做到教師有教的積極性，學(xué)生有學(xué)的主動(dòng)性，讓學(xué)生學(xué)得會(huì)、用得上[ 11-15 ]。

二、教學(xué)流程

3D建模軟件需要基本的操作知識(shí)，也需要對(duì)建模構(gòu)件有準(zhǔn)確的理解。為了達(dá)到3D建模軟件的教學(xué)目標(biāo)，從教學(xué)實(shí)踐中我們總結(jié)出了“夯基礎(chǔ)、明規(guī)范、強(qiáng)分析、重動(dòng)手”的教學(xué)策略。

（一）明規(guī)范

復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品需要不同的團(tuán)隊(duì)完成設(shè)計(jì)工作，團(tuán)隊(duì)間需要協(xié)調(diào)配合。設(shè)計(jì)之初需要對(duì)建模進(jìn)行規(guī)范，包括命名規(guī)范、圖層分配等，讓同學(xué)們?cè)诮Ｖ蹙陀幸?guī)范建模的意識(shí)，形成良好的建模習(xí)慣，以提高模型可讀性和操作方便性，進(jìn)而提升團(tuán)隊(duì)配合的效率。

（二）夯基礎(chǔ)

講解3D建模思路，對(duì)基本操作進(jìn)行詳細(xì)講解。3D建模軟件的功能非常豐富，每一個(gè)功能都有基本操作。教學(xué)過程中把基本的功能講解清楚，同時(shí)也要把功能擴(kuò)展。

建?；舅悸酚袃煞N，一是從上到下的建模方法，如圖1所示。通過草圖繪制截面以及引導(dǎo)線，然后靈活運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃掠的方法完成建模部件的總體框架。

另外一種是從下到上的建模方法，如圖2所示。應(yīng)用組合的方法將規(guī)則的幾何形體組合成總體框架，讓學(xué)生理解兩種方法沒有高下之分，需要根據(jù)所建零件的具體條件進(jìn)行靈活運(yùn)用。

完成總體框架后就可以進(jìn)行局部特征的建模。根據(jù)功能和載荷的要求需要，機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)需要有孔、槽、凸起、筋板等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。添加局部特征后就完成了基本結(jié)構(gòu)的建模，如圖3所示。

完成基本結(jié)構(gòu)建模需要對(duì)模型的細(xì)節(jié)進(jìn)行類似倒角或倒圓的處理，最后根據(jù)零件的基本特征進(jìn)行陣列、鏡像、組合以及修建等步驟，完成模型創(chuàng)建，如圖4所示。

教學(xué)過程中向?qū)W生強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)思路和操作的重要性的同時(shí)，讓學(xué)生樹立根據(jù)具體零件靈活運(yùn)用。讓學(xué)生明白，思路是抽象的，可以分類的;實(shí)際建模是靈活的，可以綜合運(yùn)用的。

（三）強(qiáng)分析

對(duì)建模過程進(jìn)行詳細(xì)分析、案例講解。對(duì)具體零件進(jìn)行完整的建模思路講解，演示整個(gè)建模的過程。機(jī)械零件可以按照其特征進(jìn)行分類。以典型的零部件為案例，分析零件的結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定整體建模思路。最后詳細(xì)演示建模過程。

（四）重練習(xí)

整個(gè)教學(xué)過程最重要的步驟就是學(xué)生通過練習(xí)掌握建模技術(shù)。為學(xué)生提供典型零件的二維圖，讓學(xué)生完整的進(jìn)行建模過程。本環(huán)節(jié)體現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮學(xué)生的積極能動(dòng)性，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獨(dú)立思考，積極動(dòng)手，發(fā)現(xiàn)難點(diǎn)和難題，解決問題，提升能力。

三、教學(xué)實(shí)踐

教學(xué)過程中遵循由易到難的思路，從簡(jiǎn)單的零部件開始，反復(fù)的按照規(guī)范的建模流程進(jìn)行教學(xué)，最終完成教學(xué)過程。整個(gè)教學(xué)過程中讓學(xué)生循序漸進(jìn)地掌握建模技術(shù)。

為達(dá)到以學(xué)為中心，以用為目標(biāo)的教學(xué)要求，教學(xué)過程充分運(yùn)用先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)備[ 15 ]。

傳統(tǒng)教學(xué)方式強(qiáng)調(diào)以教師的講授為主。這樣的授課方式適合基礎(chǔ)知識(shí)的講授，對(duì)于主動(dòng)學(xué)習(xí)能力不高的學(xué)生非常適合。但是，這樣的授課方式也存在課堂氣氛沉悶、學(xué)生參與度低的問題。

翻轉(zhuǎn)課堂是指調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)由教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。在這種教學(xué)模式下，課堂內(nèi)的寶貴時(shí)間，學(xué)生能夠更專注于主動(dòng)的基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，共同研究解決3D建模的思路以及各種基礎(chǔ)知識(shí)的靈活運(yùn)用，從而獲得對(duì)3D建模技術(shù)更深層次的理解。翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生對(duì)3D建模技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)地掌握，但是3D建模技術(shù)有一些技術(shù)難點(diǎn)不易掌握。