专业课教师制作煤矿机械设备三维模型的必要性分析

摘 要：教学中三维实体设备模型用于弥补煤矿机械设备“看不見、进不去、动不得、难再现”等不足具有无可替代的优势。本文结合笔者自身参与三维模型制作的体会对专业课教师参与煤矿机械设备三维模型制作的必要性进行了分析。

关键词：局限性;必要性;适用性;仿真性;操作的便利性;更新专业知识

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.162

煤矿机械设备的普遍特点是机体庞大，拆装困难。部分结构属于精密安装或不可拆卸安装，在教学中设备有些部位或装置需要进行剖切或外壳透明化处理才能充分清楚地了解其内部结构。使用真实设备教学的局限性在以上这些方面表现的非常突出。制作和使用三维实体设备模型可以很好地解决这些问题，教学中三维实体设备模型用于弥补煤矿机械设备“看不见、进不去、动不得、难再现”等不足具有无可替代的优势。

优秀的三维设备模型不仅需要制作者必须具备熟练应用三维造型软件的能力，还必须具有煤矿机械设备的专业知识以及从教与学两个视角对模型制作进行的教学设计。作为煤矿机械设备类的专业课教师，我从2010年开始陆续制作一些设备的三维模型，这当中既有自发的根据教学需要制作的，也有和其他老师其它部门合作制作的。共计制作了11类设备，200余件模型。下面对专业课教师参与煤矿机械设备三维模型制作的必要性进行一些分析。

1 专业课教师参与制作可以提高煤矿机械设备三维模型的适用性

教师参与制作是决定机械设备三维模型是否具有适用性的重要因素。从机械设备的专业性和使用者的应用体验两方面来考虑，最好是教这门课的老师自己动手制作，用什么就做什么，需要什么就呈现什么。虽然有些教师不会使用三维造型软件，但是可以提出需求。在煤矿机械设备的教学中遇到了哪些不便于展示、无法呈现、学生理解不了想象不到的问题;模型需要具备哪些功能、教师如何使用、学生如何自主学习。这些问题教师是最清楚的人，所以教师要主动参与到一些模型的制作项目中来。曾经就有实训教师找到我说学生看不懂划规的制作图，能不能制作一个可以实现多角度观察划规的结构和装配的三维图。这就是一个贴近教学实际的需求，不但需要根据划规三视图准确建模还要制作爆炸图动态演示装配过程。所以准确的教学需求是推动三维设备模型制作的原动力，这其中教师的参与至关重要。机械设备的三维造型，以及后续的三维资源库建设必须要以教学需求为导向、结合专业特点，体现专业标准、库内资源的最小单元须是独立的知识点或完整的表现素材，单体结构完整、属性标注全面，便于学生学习和教师使用。具有这些特点的三维设备模型基本上就是教学中适用的，但也还需要具有操作的便利性以及交互性等特点，再有就是教师根据教学设计需要的一些功能了，站在教师教学的角度制作的教具一定是适用于教学的。

2 专业课教师参与制作可以提高煤矿机械设备三维模型的仿真性

一些做三维造型的公司在计算机专业技能方面能力很强，但是对煤矿设备知识就是一片空白了。在这个基础上制作的煤矿设备三维造型很难做到真实准确，甚至会有一些错误。这些模型整体上的特点是只能看整体，不能看细部结构，往往就只有一个外形结构。难怪老师们对这种教具不满意，感觉教学效果不理想了。教师参与到设备的三维造型项目中可以从专业的角度对模型的仿真程度提出要求和建议，这种优势互补的合作可以很好的保证模型的仿真性。我与计算机专业的老师合作制作的《采煤机械数字化模型库》在2017年获得宁夏高等教育教学成果奖二等奖，2015到2017年我与北京航天控制仪器研究所合作制作了煤矿主提升机、主通风机和压风机等三类设备的三维模型。在与他们的合作中我负责编写脚本，模型中需要表现的设备结构和内容以及要采取的表现方法都要首先在脚本中体现出来，好的脚本是保证模型具有真实性和适用性的前提，而各自发挥专业特长的合作方式能充分保证脚本的高质量和模型的高质量。煤矿主提升机、主通风机和压风机三维模型成功制作不但丰富了相关专业的教学手段，提升了教学效果，也为煤矿企业的职工培训提供了强力支撑。在2018年，这三类设备的三维模型分别获得了神华宁夏煤业集团公司技术创新成果三等奖。

3 专业课教师参与制作可以促进煤矿机械设备三维模型操作的便利性

教师是具体使用这些三维模型的人，是具体有使用需求的人。好用还是不好用，应该具有哪些功能，没有比教师更清楚的人了，所以教师非常有必要参与到机械设备三维模型制作的项目中来。

如果不考虑三维模型的知识产权问题，我认为最好给教师提供三维模型的源程序，这样操作起来会有更大的自主性，也便于专业课教师根据教学需求进行二次开发和制作。但是现实中三维模型的制作方出于知识产权的考虑都会对模型进行封装，这种经过封装的三维模型我在教学中也用过，可以说很不好用，我的很多教学意图都实现不了，使用中有种受限的感觉。

最为理想的方式是专业课教师自己就能熟练应用三维造型软件，自己动手制作设备的三维模型，这样就不存在知识产权的问题了，怎么用都行。

其次是教师参与三维模型制作，可以从教师教学的视角对三维模型封装后操作的便利性和交互性提出要求，促使其在操作功能上贴近教师需求。

4 专业课教师参与模型制作有利于更新专业知识

随着我国装备制造业水平的提升，煤矿机械设备更新换代越来越快，教材相关内容却明显陈旧和滞后。教材中关于主压风机的内容还是活塞式压风机，而煤矿中这类压风机都已经淘汰，目前广泛使用的是单螺杆和双螺杆压风机;通风系统还在讲反风道反风，而现在一些煤矿应用的新式轴流式通风机通常采用两级叶轮对旋式结构，两级叶轮互为导叶，可以反转实现反风。这说明教材的内容迫切需要更新，教师的专业知识同样迫切需要更新。

在编写煤矿主提升机、主通风机和压风机三维模型脚本的过程中，我多次深入煤矿查看设备，比较清晰的掌握了目前煤矿这三类设备的使用情况。特别是在编写脚本中为了把新旧设备的不同在模型中反映清楚，要把新旧设备反复对照，这个过程增加了我对新设备的了解。为了增强设备模型的仿真性，设备结构、零部件特征都必须要与原设备一致。平常教学中没注意到的设备细节，不认识的装置，在这次编写脚本的过程中通过请教煤矿的专业人员和查阅资料学到了很多知识。一次在煤矿了解主通风机，不认识风机外壳上的一处装置，询问现场的技术人员，他们只是含糊的说可能是消音器，后来我根据收集的资料和设备结构图搞清楚了这个装置的名称和作用。在与技术人员讨论并得到确认后，在模型脚本中对此装置做了要求。

镜头3：隔爆型电动机的冷却。

语音：隔爆型电动机装在密封隔流腔内，通过扁管与大气相通，对电动机进行冷却散热，电动机冷却空气取自于大气。密封隔流腔置于风筒内，抽出的瓦斯气体不与电机接触，提高防爆安全性。

画面：模型表现扁管的结构特征和安装位置，动画呈现电动机冷却气流的流动过程。

类似这样的例子还有很多，通过参与煤矿设备三维模型制作能够了解设备的最新情况，更新滞后的专业知识，还能精准掌握设备的细节特征。这些知识的获取将对今后专业课的教学和实训工作带来巨大帮助。

5 结语

十年来自己根据教学需要制作了数量众多的三维模型，这当中遇到了很多困难。一开始三维造型软件不会用，经过不懈努力终于掌握了基本功能。开始为煤矿机械设备做三维造型时，又面对设备体型大，拆、装、测量困难的问题，需要搜集并查看大量的图纸资料。可以说对每一个设备进行三维造型都是一个艰辛的历程，但是这个过程又是一个非常有助于提升教师专业能力的过程，甚至可以说是一条捷径。

参考文献：

[1]覃业银，牛志芳.高职院校实践教学模式的研究与实践[J].吉林大学出版社，2011（04）.

[2]徐国庆.职业教育项目课程的几个关键问题[J].中国职业技术教育，2007（02）.

[3]胡淑珍等.教学技能[M].湖南师大出版社.

在研课题：

1、宁夏回族自治区资源共享精品课建设。宁教职成办[2017]152号，《矿山机械》第一负责人：徐瑞锋;

2、宁夏工业职业学院教改项目。《泵类设备数字化模型库建设》第一负责人：徐瑞锋。

作者简介：徐瑞锋（1971-），男，天津人，本科，讲师，研究方向：矿山机械。