三维制图在机械认知教学中的应用探讨

陈昌雄

（长江大学工程技术学院机械系，湖北荆州434019）

0 引言

目前，许多高校特别是独立学院都将大学生实践动手能力作为人才培养的重要目标。 而另一方面，在校的大学生绝大部分是直接从高中升入大学，基本上都缺乏工程机械背景知识，动手能力和创新能力较弱。 因此在高等教育中，通常采用通过基于机械零件认知的机械拆装实训，对典型机械的拆装与分析，使学生增加对机械产品的认识，培养其工程实践能力和解决实际问题的综合能力。但有些学校该实践课开课较早，学生三维空间想象能力以及对机械结构的认知不足，造成实训效果不够理想。

1 遵循认知学习的规律，强化实训效果

通常认知学习的规律是：感知——理解——巩固——应用。 因此实训中首先要求学生要人人动手，反复拆、装，互相讨论，细细体会，做到“眼到”、“口到”、“耳到”、“手到”、“心到”，多种感官并用来“感知”装配体的结构形状、工作原理、各零件的相对位置和装配关系等，并能从中提出一些问题，从而激发学生的学习兴趣。

2 利用三维制图加强直观教学，培养学生的空间想象和思维能力

由于一些学校机械认知实训开课较早， 学生的空间想象能力不足，不能理解整个设备结构、甚至不能想象出对某些较复杂零件的内部结构，这样对整个拆装实训效果有一定的影响。 因此，实训前，指导教师可以利用三维制图软件(如SolidWorks、CATIA、Pro/E 等)对拆装的各零部件进行建模， 再用其虚拟装配设计功能进行相应的装配流程、爆炸图和模拟运行过程进行动画演示制作。教学中，对较复杂的零件，采用三维制图进行教学，可以使学生看到整个切割、叠加的过程以及切割、叠加形体的形状特征，并从不同的角度观察形体的投影；对整个设备，则可通过相应的装配流程以及爆炸图，让学生对零件与零件的相互位置、配合关系有更清晰的认识，从而有利于学生正确思维方式、方法的形成，提高学习效率。

另外， 利用三维制图进行直观教学， 教师讲解过程中能方便、快捷、灵活地调用三维模型，使教学内容变得形象逼真，色彩丰富，加上动画效果，更是生动有趣，这十分有利于学生进行观察、分析和比较，从而培养学生空间想象及思维能力。

3 利用三维制图讲解设备的工作原理

在拆装实训中，利用虚拟三维模型和多媒体等辅助教学设备， 把机器的模拟装配过程、模拟拆卸过程和模拟运行过程投影到屏幕上进行演示。 爆炸图和动画要比原来的黑板讲解和挂图更加直观，并且更容易理解，软件生成的三维模型形象逼真，立体感强。学生通过零部件和模型的旋转、爆炸图的生成和解除、模拟动画，可以比较全面地了解零部件的结构和工作原理。特别是对于内部结构比较复杂的设备还可以把其中的某些零件生成透明体，便于观察构件的装配关系以及运动关系。

授课中，可通过反复观看模拟动画，指导教师辅以适当的讲解，学生对设备的运动状态以及工作原理则更容易理解。 实训中，学生能更容易掌握机器的初步装配和调试方法等实践知识，掌握更熟练的操作技能，也能解决动手拆装过程遇到的一般性问题，使拆装的效率大大提高，实训效果可以得到进一步的提升。

4 激发学生的学习兴趣及创新意识

拆装实训中， 通过对典型机械三维模型展示以及相应的动画演示，学生可以对照设备实物与投影中的虚拟设备进行对比学习。 使学生感受到所学的知识更贴近现实，激发学生的学习兴趣及积极性。 著名心理学家皮亚杰说过 “一切有效的工作必需以某种兴趣为先决条件”。 也就是说， 兴趣是人们力求认识某种事物或爱好某种活动的倾向，它能推动人们去追求某种知识或从事某种活动。 兴趣的养成为后续的机械知识的学习打下了良好的基础。

另外，可以引导学生课后自己动手学习三维制图，利用软件对零部件进行参数化建模、装配、运动仿真等学习，甚至参与制作教学用的各种机器的三维模型以及模拟动画。 一方面，可以培养学生三维空间想象能力和绘图能力，激发学习热情。另一方面，培养了学生的一定动手能力，还增加了团队合作意识。

从教学的角度来讲，引导学生积极地参与到教学活动中来，变被动地教为主动地学，充分发挥其主观能动性，激发创新意识，使其知识、能力、素质综合协调。通过这些教学方式来提高学生的创新能力和实践应用能力，使每个学生都能得到充分发展。

5 结论

现阶段，在机械制造业中，许多大型企业和跨国公司已经把三维制图软件的操作作为必备的基本技能。在机械认知实践中适时的引入三维制图辅助教学，不仅能够大大增强学习的直观性，提高教学的效率，激发学生的学习兴趣，从而取得良好的教学效果，还使学生能较早的接触到三维制图软件，学生的空间想象能力、空间分析能力有较大的提高，为后续课程《机械设计》、《机械制造工艺学》等的学习打下坚实的基础。

［1］周凌华，欧阳全会.基于任务导向的《机械拆装与测绘》课程开发研究[J].武汉交通职业学院学报，2011，13（4）：71-74.

［2］陈凤腾.三维软件UG 教学实践应用与探索[J].科技创新导报. 2012，28：172-174.