3D 技术在应用型本科教学中的改革探索

訾克明 芦新春

（淮海工学院机械工程学院 江苏 连云港 222005）

0 绪论

三维CAD技术（3D技术），是三维数字化设计技术的统称。3D技术是对2D技术的突破和发展，是现代产品创新的基本工具，更是影响我国制造业创新发展的共性关键技术。随着3D技术在中国制造业应用越来越广泛，现代企业急需三维CAD这一关键的先进技术和大量的介于高端科研人员与低端操作人员之间的中间层--应用型人才。而当代中国还普遍存在的人才培养与人才需求的错位问题以及由此引发的严峻的就业形势。在这种背景下，探索淮海工学院东港学院应用型本科学生以UG NX等三维教学软件为依托的新型教学策略，以适应新形式的需要，就显得尤为迫切[1,2]。

1 3D技术的优势

与2D技术相比，3D技术具有较好的三维造型功能，同时能生成二维图形，能实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法，实现装配等复杂的设计过程，使设计更加符合实际设计过程；3D造型系统能方便地与CAE系统相连，进行仿真分析；能提供数控加工所需的信息，实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。运用3D技术能最大化地对产品进行仿真设计，而且尽可能地将错误解决在设计阶段，使产品的开发周期缩短，降低企业的生产成本。

2 3D技术应用的动因分析

2.1 应用型人才培养的迫切需要

应用型人才是相对于专门学术研究型人才提出的，他们不以学术型、研究型的精英教育为取向，而以适应用人单位为实际需求，以大众化教育为取向，强化实践能力和动手能力；以解决现实问题为目的，在知识被运用的过程中提出问题；有更宽广或者跨学科的知识视野，注重知识的有用性，有创新精神和综合运用知识的能力，并不一味追求精深的理论知识。而3D技术恰恰是一门“学得会、用得上、成本低、工资高”，并且在制造业广泛应用的新型技术，已经逐渐发展成为应用型机械类本科毕业生必须掌握的现代技能之一。

2.2 国家制造业发展的迫切需要

我国是一个制造业大国，在新一轮的国际产业结构调整中，正逐渐成为世界最重要的制造业基地之一，这对中国制造企业的竞争力水平提出了更高的要求。目前提高我国制造业核心竞争力已经成为当前迫切需要解决的瓶颈。数字化设计与制造的主体是3D技术，作为工业领域普遍应用的共性关键技术，3D技术是现代产品开发的核心手段和主导环节，对提高企业产品开发能力，增强产品市场竞争力具有巨大的作用。CAD技术特别是3D技术，在当前我国由制造大国向制造强国转型、挺进高端制造中起着越来越重要的作用，并且广泛地应用在军工、航空航天等领域。3D技术是促进传统产业信息化的有效工具，在制造业信息化建设中有着举足轻重的作用。

2.3 学生就业的迫切需要

当前乃至整个“十二五”期间，我国就业形势依然严峻，就业任务十分艰巨。尤其是大学生就业，已经成为日益突出和亟等待解决的问题。3D技术是数字化设计、制造与管理的基础，是现代产品创新设计的基本工具。据人才市场和用人单位市场调查，我国3D技术人才还十分匮乏，就业前景十分广阔。学生通过3D技术的学习，掌握先进的3D技术，可极大地提高就业竞争力。

3 3D技术在应用型本科教学中的改革探索

3.1 3D技术在机械类课程中的应用[4]

在工程图学、机械设计等专业基础课上借助于3D软件的三维可视化建模环境，可以建立基于三维设计的教学体系，用3D技术构建虚拟的教学模型或装配图样，建立三维模型积件库等[3]。对于图学课，可以帮助学生理解形体与三视图之间的关系，降低学习难度，提高学习兴趣；对于机械设计类课程，可以减轻设计工作量和设计难度，让学生把主要精力用在方案优化、结构设计与优化上，充分发挥3D软件的辅助教学和辅助设计的作用。

在模具课程中，借助于3D技术可以方便地设计出冲压模、冲裁模、注塑模等，通过模具标准件库还可以调入标准件，进行模具装配，大大提高了设计的准确性，节省了设计时间和产品制造周期；在数控课程中，3D软件能仿真数控加工的过程，将抽象、枯燥的理论知识以直观、动态的画面展现给学生，帮助学生理解加工过程，提高教学质量。

在毕业设计中引入3D技术，将全面提升毕业设计的质量。3D技术可以实现产品的三维建模、装配设计、动态仿真、干涉检查、重要零部件的有限元分析与优化设计、可以实现数控加工等。目前我校3D技术已经成功应用于学生的毕业设计环节，尤其在模具设计、数控仿真、减速器设计、包装机设计等方面广泛应用。

3.2 全面开设3D数字化选修课程

根据工程技术应用型人才培养要求，我校东港学院适度扩大了内容新颖的前沿3D数字化选修课程。目前学校开设的课程有UG NX、Pro/E、Master-CAM、AutoCAD（高级）以及相关的课程实训等教学环节。通过这些3D技术类课程的开设，以及即学即会的教学模式，讨论式、项目式的教学方法的采用，使学生有更多的选择空间，调动了学生的学习积极性，激发了学生的学习兴趣，使学生的学习由“被动”变“主动”，提高了学习效果，全面提升了人才培养质量。

3.3 大力开展3D软件创新设计大赛

创新能力是高素质人才的重要标志，在整个教学过程中都应当注重学生创新意识和创新能力的培养。开展各类3D软件创新设计大赛不仅可以激发学生学习3D软件的兴趣、提高学习效果，更是提高学生创新设计能力的一种有效途径。一方面本校积极组织各类3D创新大赛。创新设计大赛在内容和形式上要灵活多样,可以是高科技产品,也可以是日常用品。方法上采取学生自主设计为主，教师指导为辅。另一方面，对于创新设计热情高、学习能力强的学生，可以与国家级各类创新设计大赛相结合，如挑战杯等，使3D技术的学习不仅仅是为了软件的学习而学习，更是与工程设计实践相结合，全面提高学生的综合素质。

3.4 考取各类3D软件资格证书

目前我校学生可以考取的3D软件的资格证书很多。参加哪一类考试，要根据学生应用软件的掌握水平来选择。能力强的学生可以考取高级资格证书，能力差一些的学生可以考取中初级资格证书。考取应用工程师资格证书是对学生学习效果的一种很好检验，同时也成为了许多学生就业的敲门砖。多年来，淮海工学院已经成功开展了PRO/E、UG NX、MasterCAM、AutoCAD（高级）等各类3D软件的培训与考证工作，效果良好，很多学生也因此找到了理想的工作。

4 结束语

在应用型本科学生中全面开展3D数字化技术，将彻底改变传统的教学理念，大大地改善了辅助教学环境，有利于人才培养质量的提高，有利于学生就业层次的提升。面向3D技术的机械类课程教学改革将随着科学技术的发展以及社会的需求而不断深入。进行以基于3D技术为主线的机械CAD教学模式的改革势在必行，它是3D技术不断发展的需要，也是工程领域对具有竞争力的复合型人才需求的需要。

［1］文少波，邬春芹.“UG CAD”课程教与学[J].中国电力教育，2010,01.

［1］蒋英兰,等.基于三维建模的机械CAD教学改革模式[J].台州学院学报,2002,06.

［2］谢晓华.浅谈Pro/ENGINEER的三维技术在机械专业教学中的应用[J].湖南科技学院学报，2005,05.

［3］訾克明.积件理论在机械设计类课程多媒体教学中的应用探讨[J].淮海工学院学院学报，2010,06.

［4］宋巧莲.高职《CAD/CAM应用软件（UG）课程中的学科关联》[J].电脑知识与技术，2010，02.