基于UG的机械制图虚拟现场教学

李爱平,赵清华,张　波,王福成,乔春蓉　(黑龙江八一农垦大学,黑龙江　大庆　163319)

基于UG的机械制图虚拟现场教学

李爱平,赵清华,张波,王福成,乔春蓉
(黑龙江八一农垦大学,黑龙江大庆163319)

机械制图教学中有许多内容需要借助直观教学手段，实物模型、多媒体课件等常常用来辅助教学，这些方法存在的不足是学生看到的多为结果模型，对过程体会不深。本文提出的基于UG的机械制图虚拟现场教学，利用UG软件，在电脑上演示制图教学中的某些环节和过程，使学生如身临其境亲自体验，便于理解，提高听课效果。

机械制图；UG；虚拟现场教学

0前言

在机械制图教学中，许多教学环节抽象难懂，必须借助有利的教学模型进行讲解。传统的教学模式,教师必须使用大量的实物模型或多媒体课件辅助教学,但即使这样仍然有空间想象力较差的学生理解起来相对困难，原因是学生所看到的模型也好课件也好，都是间断性或片面性地表述各种问题，使学生无法有身临其境甚至是连续的现场体验过程，阻碍了对知识的理解和掌握。UG软件是一款具有多个模块的高级三维CAD软件，所谓基于UG的虚拟现场教学，就是利用UG软件的多个模块，直接在电脑屏幕演示过程和结果，虚拟表现出三维立体在形成过程中的具体方法如拉伸、旋转、切割、抽壳等，形体在加、减、交等运算中可直接获得各种运算过程及结果，零件在形成中的各种工艺结构如倒角、圆角、退刀槽、凸台、拨模斜度等都可直接体现，学生通过教师的屏幕演示，就如同身临其境地感受到了真实的过程，这就是UG软件具有的虚拟现场教学功能，这种教学模式的引入有力地解决了传统教学中存在的不足。UG软件不仅有着强大的建模模块可引入教学，它还有工程图模块，即通过实物模型直接进入二维平面图形的表达，可谓现场实现由三维立体向二维转化的最直接展示，帮助学生培养空间向平面转化的能力，同时其装配模块、运动仿真模块均可被引入到机械制图的虚拟现场教学当中，不仅体现了制图技术的进步，又有力促进了现代化教学手段的提高。

1、UG实体建模模块可以满足课堂教学演示需求

在相贯线这一教学环节中，从相贯线的形成、特性到相贯线的变化、投影求法都是教学中的难点。传统教学就是利用模型或者图片来讲解，学生通过模型和图片很容易观察到结果，但中间的过程要凭想象去理解，存在许多困难。引入UG软件现场制作，就可以很形象地让学生感受其形成过程、求解原理及方法，同时在虚拟现场中使学生的空间立体感、空间想象力不断增强。例如，通过圆柱与圆椎的建模讲述相贯线的形成、特性及相贯线投影的求法，介绍辅助平面法作图原理。同时，还可改变圆柱的直径及位置,让学生体会形体大小及位置对相贯线变化趋势及形状的影响，最后再作一次构形方式的改变，将圆柱从圆椎体中减掉，让学生观察到在实体上挖孔同样会产生相贯线，其形状及变化趋势与两实体相贯时相同，只是可见性发生变化。这些都属于相贯线中的难点，但引入UG三维建模可在电脑屏幕上虚拟演示形成过程、实物效果，使学生更容易接受和理解,提高了教学效果和授课效率。

2　UG工程图模块可以辅助零件图的教学

在零件图的教学环节当中，最大的困难就是无法在有限的课堂时间，形象而具体地演示一张完整的零件图。由于绘制出一张较复杂零件的完整零件图需要很长时间，教师不得不回避亲自演示零件图绘制这一环节，只能通过借助零件实物及大量图片来讲解，会给学生带来一种纸上谈兵的空洞乏味感，又由于图片本身就已经是表达出的结果，使得学生的主动思维受阻，对于零件的表达到底需要怎样的方案，学生缺少思考的余地，换句话说，学生缺少选择方案时的过程体验，教师只是通过大量图片，把各种零件表达方案的经验和盘托出，学生被动地接受了这些经验，却难以灵活自主地解决零件表达时遇到的问题。UG软件中有一个重要的工程图模块，该模块在已有的零件模型基础上可直接把三维零件转化为二维平面图形，并可辅以各种机件表达方法，UG虚拟现场则可提供多种表达方案，在这个过程中教师可启发学生自行选择不同的表达方案，对比选优，确定最佳方案。这个过程由于学生亲自参与其中，教师只是学生发出指令的执行者，各种表达方案瞬间跃然纸上，让学生感到即神奇又有一种自主决策带来的快乐，同时，还可通过这个模块中的其他功能，演示尺寸标注、技术要求填写、标题栏填写等具体操作过程，学生亲眼目睹一张完整零件图的现场生成过程，体会到选择表达方案的技巧。当他们自己画零件图时，对于方案的选择就会得心应手。通过这种现场的三维零件向二维平面图形的转换，使学生更加深刻理解由空间实物向平面转化的过程。由于UG的工程图模块表达时还存在一些不足，所以对教师备课提出更高要求，选材要有代表性，要扬长避短，巧妙运用软件的优势，使其在课堂教学的作用发挥得淋漓尽致。

3　UG装配模块及运动仿真模块可用于制作动画

装配图在机械制图中占据着重要地位，了解各种常用部件的功用及工作原理，对装配图的学习起着至关重要的作用，而事实上，由于部件模型价格较贵，实验室不可能购置太多种类的部件模型，另外由于金属模型重，不方便同时带进教室多种模型，而UG的装配和运动仿真模块通过部件模型可以实现装配、功用、工作原理的展示，学生通过观看制作好的运动仿真视频，很容易就能理解部件的原理功用等，所起到的作用跟观看实物没有什么不同。这不但减轻了授课教师上课时携带模型的负担，还可大大降低了实验室经费投入。因此，教师通过平时的大量积累，可制作出种类齐全的部件模型库，运动仿真动画视频库。这也是UG软件参与机械制图虚拟现场教学的又一出色表现。

4　结论

基于UG的机械制图虚拟现场教学，是改变机械制图传统教学模式的一种有效方法，使学生即能在学习中体会到制图技术的快速发展，也能享受到现代化教学手段提高的成果。打破了传统的教学模式，对教师钻研教学内容、准备教学素材、提高三维软件运用能力等方面都提出了更高的要求。

[1]王晓燕.基于工作过程的机械制图教学改革[M].中小企业管理与科技, 2010(10):31-32.

[2]徐芳.多情景融合的项目引导式机械制图教学改革创新与实践[D].中国现代教育装备, 2014(09):72-73，78.黑龙江省高等学校教改工程项目：机械制图研究性教学模式的探索与实践。项目编号：JG2012010455

李爱平(1967-)，女，教授，硕士，主要研究方向为工程图学、计算机图形学。