浅谈3D技术在中职机械类 课程教学中的实施

李斌

摘 要：3D技术在机械领域中不断发展，已经越来越受到广大机械领域技术人员的青睐。本文探讨了3D技术在中职机械类课程教学中的实施。关键词：3D技术 中职机械类 课程教学 实施针对传统的机械课程教学模式和多媒体课件中存在的问题，笔者以PRO/E3D设计软件为例，根据实际情况将其引入中职教育的机械类课程教学中，解决中职学生学习基础较差、空间想象能力不足的问题，有效地促进学生理解机械教学内容，提高了教学效率。一、机械类学科教学现状及3D技术应用的发展中职机械类课程的主要任务是培养学生掌握机械技术的基本知识和基本技能，初步具有分析机械功能、动作及使用一般机械的能力，为学生今后解决生产实际问题和继续学习打下基础，因此如何实施有效教学，提高课堂教学效率是非常重要的。机械类学科的教学要求学生具有空间逻辑思维能力和空间构型能力，但是很多学生从机械制图开始就缺乏空间想象能力，机械类学科学习很吃力，甚至于讨厌学习机械类课程。尽管我们现在课程改革已经优化了课程教学内容，实物、模型、多媒体教学等等也被充分地应用在课堂上，但是仍存在较多的缺陷。一方面学生觉得多媒体教学信息量太大，教师一般走马观花一样介绍一下，节奏较快，很多教学内容在屏幕上停留的时间非常短，并不能让学生在短时间内掌握知识点；另一方面，虽然教师采用实物、模型，能够在课堂上直接给予学生直观的记忆，但是由于存在实物、模型数量有限，且不容易携带等缺点，显然不能满足现有的教学要求。而将3D技术运用于机械类的教学过程和实践性环节，能够直接在课堂中建立三维模型，进行虚拟装配，或者进一步使用三维动画演示和运动特性分析，甚至可以运用3D打印技术迅速将课堂设计产品及时打印出实物，真正达到“所见即所得”。由此，它能够大幅度提高学生的学习兴趣，激发学生的创新意识，全面提高学生的设计能力。二、改革课程教学方法，建立3D设计教学模式学习的认知规律是一个循序渐进的过程，机械类课程教学传统的教学方法无法对图形的演变或机构的工作过程进行直观化展示，教师在课堂上很难通过语言形象地将其表达出来，因此影响了学生学习机械类课程的兴趣。例如在机械课程设计中，需要设计齿轮减速器，但是由于学生仅仅是在理论上了解了一些齿轮减速器的结构、原理，而对减速器的设计、制造、安装、调试、使用和维护等工艺过程却缺乏感性认识，致使在设计时会对大量的工艺问题缺乏认真的考虑。因此在设计中很多学生只会依葫芦画瓢，而没有真正掌握设计的理念。很多学生对于课程设计的认识始终只停留在二维图样上，并不能很好地了解结构设计对整机性能的影响以及单个零件与整机之间的关联，再加上缺乏直观的认识和理解，往往对于结构设计是否合理也不得而知，难以激发学生更高一级的思维和创造欲望，也不能最大限度地提高学生的实际设计能力和创造性设计能力。因此，我们通过3D设计教学能够解决很多问题，可以确确实实地把提高学生的设计能力作为主要的教学目标，动用这一教学手段可以使学生的学习能力大幅度提高。图1是根据使用教材与模型计算相结合的模式。在设计过程中，学生通过大量的计算获得数据，并在图样上做出装配图，但是在几周课程设计结束后大部分学生仍然处于对减速器一知半解的地步。图2是利用Pro/E的实体造型功能，快速有效地帮助学生形象直观地理解减速器内部结构等难点。我们只需要造型出实体，就可以利用Pro/E软件动态地看到减速器的内部运动方式，这样就可以使学生很快理解和掌握设计的理念，学生的想象能力和思维转换能力显著增强。       图1               图2三、注重在实践性教学环节中应用3D工程软件加强实践环节是中职院校机械专业教学的关键。机械类专业，从机械制图基础课开始就要把培养学生的实践和动手能力作为首要目标来完成。不管是机械设计专业、模具专业，还是数控技术专业，我们都要求学生首先提出可行性分析，然后再拟定设计方案，通过计算确定尺寸，然后利用Pro/E三维设计软件造型，完成之后装配、检验。在这一过程中，学生可以清晰地认识设计结构的可行性、尺寸的合理性以及机械传动能否实现等等。Pro/E有便捷的设计方式和强大的参数化功能，我们通过修改设计参数就能够完成整体设计的修改。此外，学生还可以使用Pro/E的机械运动分析功能，直观地观察各零件的运动状态，教师通过制作模拟动画，使得设计过程与学生脑海中的影像更加符合，使学生从感性上更加深入地理解设计的内涵和本质，从而更好地增强学生的设计想象力。这一特点是传统的二维设计难以实现的，通过3D设计学生可以大幅度提高设计速度，让学生从2D设计进入3D设计的理解得到进一步的加深。随着3D技术应用的进一步深化，3D打印技术将进一步促进深化教学改革，实现教学目的，让学生在实践中掌握知识点，使学生切实体会到一种全新的设计方法和工作乐趣，从而激发出学生强烈的学习愿望，强化创新兴趣和创新意识。3D打印快速成型技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。图3和图4是我们利用3D打印技术进行教学活动的模式。          图3              图4总之，我们通过借鉴德国职业院校和新加坡职业院校的先进经验，大力推广和普及3D技术，一方面可以大大提高学生的学习效果，另一方面结合一些真实的设备实训环境，可以帮助学校培养出企业真正需要的技术人员。在教学中应用3D技术是对职业院校教学模式和教学内容创新的探索，它对于我国的机械类专业建设有着积极的作用。参考文献：[1]戴向国.Pro/E轻松学习与实例精解[M].北京:清华大学出版社,2000.（作者单位：无锡技师学院）endprint