利用UG技术加强《机械制图》课堂教学的探索

李宝军，毛敬涛，武永巨

（德州学院职教学院，山东德州 253023）

Unigraphics NX（简称UG）是当前世界上最顶级、最先进和紧密集成的面向制造行业的CAD/CAE/CAM高端软件。由于其强大的设计、分析、制造和产品数据管理的功能，国内外许多企业都将它作为首选软件。在我国的航天、航空、飞机、汽车、家用电器等领域也得到了广泛的使用。

UG软件，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出任意复杂的产品模型，再加上技术上处于领先地位的CAM模块、内嵌的CAE模块，使CAD、CAE和CAM有机集成，使产品的设计、分析和制造一次完成。其三维建模和制图模块非常有益于《机械制图》的实践教学。

1 利用UG，建立3D虚拟模型库

3D虚拟模型库相对于传统的实物模型库，有以下优点：

1.1 经济性优势

3D虚拟模型库的建立只需要教学人员进行微机操作就能很快的建立起来，可以说是“零成本”。这样可以减少实物模型的数量，减少不必要的支出，节约教育成本。

1.2 灵活性优势

实物模型的种类与数量是制造厂家设计好的，且数量上都是有限，而教材的变化较大，这使其很难完全满足教学的要求。而3D虚拟模型库可以由教学人员根据教学内容的要求很灵活的“制造”出需要的“模型”，从而使细腻模型库不断的在补充和扩大，可以较好的服务课堂教学。

1.3 强直观性优势

实物模型一般尺寸相对较小，离讲台较远的同学很难看清楚实物模型的细节结构，这却给课堂教学效果带来了一定影响。这些同学往往只能在下课后，再近距离观察实物模型，以弥补课上无法看清的缺憾。

3D虚拟模型可以通过UG进行任意的放大、移动和旋转，使每一个同学都可以看清楚模型的每个细节结构。

1.4 可复制性

3D虚拟模型可以任意复制。我们把虚拟模型库上传到网站上，这样学生可以在课下的任何时间，进行下栽和学习。

2 利用UG，加强学生空间想象力的培养

在机械制图的教学中，对学生的要求主要体现在两个方面：一是读图能力要强；二是绘图能力要过硬。读图能力包括：在平面和立体几何的基础上，熟悉投影关系知识，再通过专项读图训练来重点提高由平面图形转向三维实体的空间想象能力，我们称之为2D→3D模式。绘图能力包括：在掌握机械制图基础知识与有关国家标准后，通过实物练习等方式来表达三维实体的平面表达能力，我们称之为3D→2D模式。由此两点可见，空间想象力既是本课程的一个重要培养目标，更是学好本课程的一个重要基础。

然而，在多年教学过程中，笔者发现由于学生首次接触工程图样，有相当数量的学生缺乏空间想象力，使读图和画图的能力难以达到预期的效果。

笔者认为：学生头脑中储存的原有表象（旧形象）的多少和质量是决定其空间想象能力是否丰富和发达的关键因素之一。因此，如何有效的积累原有表象就成为了培养学生“空间想象”的关键问题。

合理利用三维设计软件进行辅助教学是增加学生表象的重要手段之一。笔者在教学过程中利用UG软件在电脑上建立三维立体模型，让学生从各种角度观察，引导学生的思考和认识，以丰富学生的表象材料和质量，从而提高其空间想象能力。例如：我们在讲授《两圆柱体相交的相贯线》章节时，很多同学对相贯线的空间形态想象不出来。笔者通过UG做出了图一所示的模型，并使其旋转，让同学们对该相贯线进行多角度的观察。然后，我们增大红色圆柱体的直径，如图二、图三所示，让同学们进行进一步的对比观察。通过这种直观的教学方法，学生一般都会对圆柱体相贯线有了比较深刻的印象。

图一

图二

图三

3 利用UG，加强课堂师生的互动，提高课堂教学效果

现在很多院校都在利用现代多媒体技术进行课堂教学的改革和探索方。目前得到普遍应用的课件制作软件是利用Powerpoint。然而，目前许多此类机械制图的多媒体课件存在以下弊端：

3.1 部分课件虽然内容丰富，外表华美，但究起内容只是课本内容的翻版，上课仅仅播放一下课件，毫无互动可言。

3.2 有些课件制作看似实现了师生的互动，但实际无法真正体现师生之间的交互作用。课件中虽然大量的设计了提出问题、分析问题和解决问题的环节，但给人的印象不够深刻，师生的沟通始终受到已经设计好的思路的羁绊和约束。这中互动是死板的互动，缺乏灵活性，它难以随诸多客观因素的影响而随之改变，并对讲课内容作相应的调整。这也是目前很多多媒体课件无法达到的。

而UG的制图模块功能比较强大，可以很容易的从三维的虚拟模型得到二维的视图。这使师生之间的沟通可以很快的反映到二维的视图当中，交流变的更加流畅和生动。下面我以《机件表达方法的选择》一课的讲授为例来进行讨论。

对同一机件可以有很多种不同的表达方案，对不同的方案进行比较，选择出最优的的表达方案。本节的教学目的正是通过这种多种方案的提出、比较、讨论和选择，来锻炼和提高学生对机件表达方法的综合应用。笔者给出图四所示的模型，由多名学生提出自己的表达方案，然后师生共同讨论并选择出最优表达方案。以下是由某学生提出表达方案，笔者在计算机上同步绘制二维视图的过程

图四

图五

学生：用没空的大端面作为主视图方向，采用主视图、俯视图和右视图。

操作：转入“制图”模块，点“基本视图”图标。添加三视图，如图五所示。

学生：主视图采用阶梯剖的方式做全剖视图。剖切面通过前后对称面和左侧的1个孔。

操作：删除主视图，点“剖视图”图标，选中俯视图，添加剖切符号并得到剖视图。如图六所示。

图六

图七

学生：在俯视图上对后端面的孔做局部剖。

操作：在俯视图上插入“艺术样条”（即波浪线）。并点“局部剖”图标，创建局部剖视图，如图七所示。

从以上步骤可以看出，学生的表达与教师计算机的操作基本同步，这使师生之间的互动流畅而生动，它不是限定在即定框框上的死板的互动，而是真正意义上的互动。这种互动给教学内容的扩展，学生思维的开发等都有极大的帮助。

4 利用UG，培养学生的专业学习兴趣

《机械制图》是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，内容枯燥、抽象，需要学生有较好的空间想象能力。学生在学习的过程中，随着学习难度的不断增加，学习的兴趣和主动性都逐渐的下降，有的同学甚至完全丧失兴趣。苏霍姆林斯基说过：“所有智力方面的工作，都要依赖于兴趣，兴趣是最好的老师，是学生学习知识，增长智慧的动力，是激发学生不断创新的源泉。”只有学生对学习产生兴趣，才能极大地提高其学习的积极性、主动性和创造性。也唯有感兴趣，想学，愿学，方能在学习过程中克服种种困难，体验到学习的乐趣，取得学习的成功，因此，如何提高学生的学习兴趣是摆在教师面前的一个重要课题。

4.1 利用UG的三维建模技术化难为易，提高学生的学习兴趣

学生学习制图课程的最大困难是空间想象力的缺乏。利用UG将枯燥难懂的二维视图转化成鲜活的三维模型，有效的降低了学习的难度。而且我们在利用UG建立模型的过程，就象儿时玩耍的“积木”，通过简单的操作，一个个色彩斑斓、生动鲜活的模型被“变”了出来。UG的这种“魔力”牵动着学生的“心”、“眼”、“口”、“手”，使学生感到学习《机械制图》其乐无穷，越学越想学，越学越爱学。

4.2 利用UG进行《机械制图》教学可有效实现教师与学生的互动，激发学生学习《机械制图》的兴趣。

教师在运用UG软件讲解制图知识时，学员可以直观的通过电脑看到虚拟的三维世界，并根据自己的想象提出自己想法，教师根据学生的反应运用UG软件将学员的想象变为虚拟的现实来验证学生的想象。这样可以在学生思想中激起强烈求知的欲望，与研究制图学的极大兴趣，使学习的内因与外因有效的结合起来，更好的发挥学生的认知的主观能动性，促进学习效率的提高。

笔者对所教授的班级54名同学进行了在不同教学模式的授课实验，并做了兴趣调查，统计结果如下表：

UG教学对学生学习兴趣的影响统计（表一）

通过表二的对比分析可以看出，在UG教学模式下对《机械制图》很感兴趣的学生人数增加了近26%，而一般感兴趣的学生和不感兴趣的学生分别下降了22.2%和7.4%。从以上结果可以看出，大部分学生对采用UG模式的教学表现出了浓厚的兴趣。

如何利用先进的科学技术来加强教学是所有教师共同探讨的课题。笔者利用先进的UG技术在《机械制图》课程的教学上做了一些探索，取得了一些经验。但是UG的功能远不止这些，它的CAECAM模块对《机械设计》、《数控加工》等其他课程的教学都有很大的帮助。这些需要我们共同学习、探索。