对计算机三维造型课程教学的思考

刘明俊 姜家吉

（深圳信息职业技术学院 广东 深圳518029）

计算机三维造型是计算机辅助设计与制造专业一门实践性极强的专业课程，是专业基础知识与工程应用的纽带。

实践教学是高职教育中非常重要的环节。 在机械、制造类专业中，所涉及的理论知识和实践课程较多，难度较大，所接触的仪器、设备也比较繁杂。 因此，在整个课程体系中， 学生的学习压力普遍较大。 如果只是一味灌输，可能会适得其反，使学生在不能充分掌握理论及实践知识的情况下产生厌学情绪。 在当前信息化社会以及工业生产中，计算机三维造型课程前承专业基础知识， 后启工程实践应用。 如果在教学中能充分把握该类课程的核心，将在理论基础和实践应用的教学中起到桥梁作用，不但能让学生正确使用造型软件，同时也可以加强对专业基础的掌握，加深对工程应用的理解，从而可以充分激发学生的学习热情和主动性，提高自身的理论和实践水平，成为能够充分适应社会和企业需求的高层次应用型人才。 不少身处教学一线的教育者从课程和教学体系改革、教学方法、软件应用等领域对三维造型及相关课程进行了研究，并提出了各自的见解。 本文结合高职教育的特点，主要从三维造型软件与专业基础和工程应用三者的融合性着手分析，提出在平时的教学及实训过程中，应结合三维造型软件在企业中的实际应用，指导学生加强对各种软件的专业理解，根据不同的应用领域选用合适的软件进行高效的建模。 同时提出在教学过程中， 应结合多种手段，做到讲解的完备性和系统性，充分做到讲练一体，并重视培养学生良好的建模习惯，使其在应用中更显标准化、专业化。

基础知识、软件操作和工程应用的融合

三维造型软件本身就是连接基础知识和工程应用的纽带。 扎实的理论基础，一方面，可以让学生更顺利地掌握三维造型原理； 另一方面，可避免学生只学会造型，而无视专业基础及工程应用， 犯下原则性的错误。因此，在教学中必须让学生针对自身不足重温或者补充某些比较重要的基础知识。例如，在讲授利用UG NX 以及SolidWorks 进行工程制图时， 笔者从多处强调了基础知识， 给学生们重新讲解了投影类型的区别和设置， 利用直观的示意图帮助学生理解第一视角和第三视角的区别（如图1 所示）。这样，可以使学生正确地理解图纸信息， 避免出现原则性错误。 同时还给学生讲解了正交投影视图的生成以及区别等。总之，要实现基础知识和软件应用的良好结合。

图1 第一视角投影和第三视角投影示意图

三维造型软件只是一种工具，学习一种软件并不仅仅是为了学会操作， 更重要的是学会怎样去解决真正的工程问题。 笔者曾在企业从事研发工作， 对实际项目中的软件应用特点比较清楚。由于有些经验，因此在讲授课程时会结合实际项目的特点对软件的某些功能做出特别的说明或提醒。 主要是为了让缺乏项目经验的学生在学习过程中更加熟悉软件功能的实际应用。例如，在讲授参数化造型的时候， 就列举了这种用法的优点， 可以大大地提高效率、避免人为错误、提高建模标准化程度等等。同时，也列举了在实际项目中的使用场合和方法， 比如标准件的建模方法以及参数化尺寸驱动建模方法等。 图2 为螺栓的参数化模型， 该模型包括腔体及螺栓实体两部分， 下页表1 为对应的参数说明， 利用参数化建模可以对模型尺寸进行驱动， 从而快速生成所需的新螺栓模型， 并能方便地在连接板中生成螺栓孔。

图2 螺栓的参数化模型图

又如， 在讲授钣金造型时，多次强调了钣金件的展开、折叠功能对钣金工艺制定及模具设计的重要性，并且列举了在实际项目中使用这些功能的方法、优点，在整个教学过程中也少不了综合实例的练习。 如此一来，大大提高了学生的学习兴趣。 总之，要让学生了解到在学习三维造型软件时，应该将基础知识、软件操作和工程应用充分融合，把使用软件的水平提升到一个全新的高度。

表1 螺栓的参数说明表

同类软件之间的分析比较

当前常用的三维造型软件有多种， 包括UG NX，Pro/E，Catia，SolidWorks 等，各个企业根据自身的实际需求也会选用不同的软件。学生对这些软件通常比较感兴趣，会同时学习使用多种软件。 但是，对于学生而言，由于很少接触工程项目应用，因此，常常陷入为学习软件而学习的矛盾中，对各种软件的使用场合、优缺点等缺乏综合的比较分析。

笔者在授课过程中特别注意对这些软件的分析比较，结合某一功能，给学生讲解各自的特点。 比如，SolidWorks 功能齐全、 操作简单，非常适合一般的钣金模具设计过程；而UG 则集成度高，曲面造型功能强大，参数化设计功能也很齐全， 同时还完美地将CAD 和CAM结合在一起。 在讲授参数化造型的时候， 也分析了SolidWorks 和UG NX 各自的特点， 如UG 的尺寸编号根据全局顺序进行编排，而SolidWorks 的尺寸编号则是根据某一草图中的顺序来编排。 这样，一方面，可以让学生重温自己所学的其他软件知识，另一方面，也可以通过分析比较从而更深入地理解各个软件的特点。 高职院校的目的是培养高级应用型人才，作为一个有竞争力的高职学生，毕业后应该能很快适应社会需求，如果在学校的学习中就能透彻理解多个软件，无疑可以提高其职业竞争能力。

教学手段的融合

（一）讲解的完备性与系统性

三维造型软件中的各种功能、命令之间通常没有必然联系，容易在教学过程中产生缺乏系统性的现象。 但是，造型过程是很多功能的综合应用，因此，在制定教学方案时，需要注意完备性和系统性的结合。 完备性要求我们尽量对各个功能命令讲授清晰完整，这样可以使得学生充分理解各个命令之间的特点；系统性则要求结合综合的实例，综合应用各个功能，而不是彼此割离。

针对讲解的完备性，笔者首先在教案中对每个命令操作过程都描述得尽量详细， 在课前把详细的教案下发给学生。在授课时，先对这些过程进行较简单的描述， 然后亲自动手演示一遍， 在演示过程中让学生尽量跟着做。某些简单的命令，学生上手较快； 对于某些复杂而又重要的命令， 笔者会事先把操作过程录制成动画， 使得整个操作过程更直观、更详细，还可以反复观看。 学生可以按照教案中的步骤进行操作，也可以在课堂跟着老师一起做，还可以在其他时间观看动画演示，自然会加深印象。 学习方式也可以有所选择，尽量做到因人施教。

至于系统性，结合来自于企业实际项目中的综合实例练习来融合各个功能之间的应用是较好的方法。在项目实例练习中，不但要讲解怎么样去建立模型， 而且要分析怎么样灵活选用各种命令方法， 高效简洁地建立模型， 同时能够使模型容易修改维护。 笔者强调在建模过程中， 如果可以特征建模则尽量优先选用，对于一些比较复杂的结构，或者定位比较麻烦的结构， 则借助草图来进行建模。 图3 为特征建模的方法展示， 对于没有包含复杂曲面或者外形的一般模型， 不需要通过复杂建模方法来完成， 则有较大部分的建模量都可以采用特征或对特征的操作来完成。另外，也需要做到前后贯穿，把新旧内容加以联系，起到巩固复习的作用。

图3 特征建模例图

再如，对于建模过程中定位尺寸的标注及其基准的选取，最好结合参数化建模方法进行讲解。 在三维CAD 软件中， 每个尺寸均对应一个参数名，这个参数名可由系统自动分配， 也可以由用户修改而成。 因此，对于较重要的尺寸或者是需要作为基准使用的尺寸，建议由用户修改采用比较容易记忆的参数名。 在标注其他定位尺寸时，可以引用这些尺寸参数，同时要合理地选取定位基准。 这样，在修改外形尺寸时，可以让相关的定位尺寸产生用户所需的同步变化，避免了对定位尺寸的重复标注。

（二）讲练一体

学习软件很关键的一点是要多练，要在课堂上练习，也要完成课后作业。 经过笔者观察发现，随堂练习相当重要，因此，要根据内容的复杂程度把握好课堂上讲和练的时间分配。 讲解演示的时候要求学生尽量跟着操作，在讲完之后马上让学生亲自练习，教师则随堂观察并解答学生遇到的问题，如果随堂发现一些操作上的共性问题，要及时强调以引起学生注意。 同时， 经常汇总学生所反映的问题，及时调整教学方法，让大部分学生尽量能够在课堂上掌握教学内容。由于笔者在刚刚开始上课时，教案中的练习步骤写得不是很详细，学生便反映看不懂。 因此，在随后的教案中就把操作步骤都写得尽量完善，这样就算学生当堂不能跟上讲解的内容，也可以按照教案中的步骤自行操作。

（三）良好习惯的培养

很多学生在学习过程中认为只要造出模型即可，从来不讲求建模方法和习惯。 尽管对于比较简单的模型，方法习惯的作用体现得不明显，但对于比较复杂的模型或是对整个装配体，良好的方法习惯的作用就可以很明显地体现。 就学生而言， 由于缺乏实际项目经验，基本体会不到上述经验和作用。 笔者根据自身的经验特别向学生强调了良好习惯的重要性，例如，在建立参数化草图的时候，很多学生在绘制草图时都是在绘制的时候输入一个数据就草草了事，从来不在绘制之后进行尺寸标注或者几何约束。 这样导致在后续修改中，往往改变一个尺寸就使得草图的形状和位置完全改变，往往最后需重新开始绘制，严重影响了效率。 在实际工程问题中，不止影响效率这么简单，如果连设计者都不清楚哪些尺寸已经变动，将加工出不合格品，导致不可挽回的损失。 在教学过程中， 必须对学生强调其重要性，在平时的练习过程中逐步培养良好的建模习惯。 如建模之前先做规划，首先要明确设计意图，再着手造型；草图要有完整的尺寸标注和约束； 建模过程中及时存盘；尽量选用最简单的建模手段， 等等。同时，也要向学生传授更多在企业中的习惯用法或者是快捷方法，让他们更熟练地使用软件。 培养良好的建模习惯需要注意的几个方面如图4 所示。

图4 良好建模习惯的培养

通过理论及实践教学发现，学生对本文提及的各种方法普遍反映良好。 由于紧密结合实际项目，大大激发了学生的学习兴趣，更加明确了学习目的，学生在建模过程中对软件的具体应用有了更深刻的理解， 同时也能自觉加强对专业基础知识的理解。 教师须在教学过程中明确提出并加强培养学生良好的建模理念及习惯， 继而在平时的练习乃至此后的使用中巩固内化。

[1]马英，叶安英，马璇，高英敏.工作过程导向的高职机械制图教学探索[J]. 工程图学学报，2008（4）：137-141.

[2]林清夫．现代制造技术与工程图学教学改革的若干思考[J].机械制造与自动化，2007，36（5）：106-108.

[3]杜力，李琳，谭琼，冯俊，等.基于计算机三维建模的 “工程制图”课程测绘实践研究[J].重庆工商大学学报 （自然科学版），2009，26（4）：407-410.

[4]郦银花.基于三维建模先于传统制图教学方式的可行性研究[J]. 江苏技术师范学院学报，2007，13（6）：69-71.

[5]高玲玲.CAD 三维造型图学思维模式[J].山西机械，2003（4）：6-8.