以应用为教学目标的3D建模教学研究

[摘 要] 3D建模软件已广泛应用于机械设计中，但在教学实践中普遍存在学生上完三维建模课，依然不会进行三维机械制图的问题。为了让学生熟练掌握3D建模技术，做到课上能理解，课下会应用，达到在实践中具体应用的教学目标，采取课堂讲解和翻转课堂相结合的教学方式。课堂讲授建模操作过程以及每个基础操作的功能;翻转课堂让学生针对具体的案例进行建模思路分析，部件建模，上台讲述。教学实践显示，综合的教学方法能让学生更好地掌握3D建模技术。

[关键词] UG;动手实践;翻转课堂

[基金项目] 2018年度山东省高等学校科技计划项目课题“以人为本的汽车先进驾驶辅助系统（ADAS）开发与控制策略研究”（J18KA048）

[作者简介] 陈焕明（1978—），男，山东青岛人，博士，青岛大学机电工程学院讲师，主要从事车辆系统动力学研究。

[中图分类号] TH12    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）30-0165-04    [收稿日期] 2021-01-12

一、引言

3D建模技术从20世纪开始在航空航天器设计及汽车设计中首先得到应用，如今已用于各种机械行业的产品设计与制造[1]。3D建模技术有力地推动机械设计水平的提高，提高设计效率。目前3D建模技术是从事机械设计行业人员必备的能力[2]。

许多学校已将3D列入教学计划，以培养学生的机械设计的能力。为让学生在有限的课时内掌握3D建模工具，在教学实践中，将应用作为教学目标。针对3D建模软件的特点设计以学为中心的学习流程[3-10 ]。教学实践中将传统课堂讲授和翻转课堂相结合。传统课堂具有传授知识的体系化、全面化、深入化和完备化的特点;但是，传统课堂的缺点也显而易见，学生学习积极性差，课堂时间的利用率低。翻转课堂是“教师引导，学生主导”的教学模式。翻转课堂具有学生学习自主化、个性化、学习途径和方式多样化的特点。翻转课堂的教学方式可以让学生积极动手，对软件操作技巧有更加深入的理解。充分利用两种教学方式的优势，使3D建模知识系统化和全面化;学生动手能力和技巧实践化，更好地做到以学生为中心，做到教师有教的积极性，学生有学的主动性，让学生学得会、用得上[ 11-15 ]。

二、教学流程

3D建模软件需要基本的操作知识，也需要对建模构件有准确的理解。为了达到3D建模软件的教学目标，从教学实践中我们总结出了“夯基础、明规范、强分析、重动手”的教学策略。

（一）明规范

复杂的机电产品需要不同的团队完成设计工作，团队间需要协调配合。设计之初需要对建模进行规范，包括命名规范、图层分配等，让同学们在建模之初就有规范建模的意识，形成良好的建模习惯，以提高模型可读性和操作方便性，进而提升团队配合的效率。

（二）夯基础

讲解3D建模思路，对基本操作进行详细讲解。3D建模软件的功能非常丰富，每一个功能都有基本操作。教学过程中把基本的功能讲解清楚，同时也要把功能扩展。

建模基本思路有两种，一是从上到下的建模方法，如图1所示。通过草图绘制截面以及引导线，然后灵活运用拉伸、旋转和扫掠的方法完成建模部件的总体框架。

另外一种是从下到上的建模方法，如图2所示。应用组合的方法将规则的几何形体组合成总体框架，让学生理解两种方法没有高下之分，需要根据所建零件的具体条件进行灵活运用。

完成总体框架后就可以进行局部特征的建模。根据功能和载荷的要求需要，机械零件的结构需要有孔、槽、凸起、筋板等细节结构。添加局部特征后就完成了基本结构的建模，如图3所示。

完成基本结构建模需要对模型的细节进行类似倒角或倒圆的处理，最后根据零件的基本特征进行阵列、镜像、组合以及修建等步骤，完成模型创建，如图4所示。

教学过程中向学生强调基础思路和操作的重要性的同时，让学生树立根据具体零件灵活运用。让学生明白，思路是抽象的，可以分类的;实际建模是灵活的，可以综合运用的。

（三）强分析

对建模过程进行详细分析、案例讲解。对具体零件进行完整的建模思路讲解，演示整个建模的过程。机械零件可以按照其特征进行分类。以典型的零部件为案例，分析零件的结构，根据结构特点确定整体建模思路。最后详细演示建模过程。

（四）重练习

整个教学过程最重要的步骤就是学生通过练习掌握建模技术。为学生提供典型零件的二维图，让学生完整的进行建模过程。本环节体现翻转课堂的优势，充分发挥学生的积极能动性，让学生在学习过程中独立思考，积极动手，发现难点和难题，解决问题，提升能力。

三、教学实践

教学过程中遵循由易到难的思路，从简单的零部件开始，反复的按照规范的建模流程进行教学，最终完成教学过程。整个教学过程中让学生循序渐进地掌握建模技术。

为达到以学为中心，以用为目标的教学要求，教学过程充分运用先进的教学理念和教学设备[ 15 ]。

传统教学方式强调以教师的讲授为主。这样的授课方式适合基础知识的讲授，對于主动学习能力不高的学生非常适合。但是，这样的授课方式也存在课堂气氛沉闷、学生参与度低的问题。

翻转课堂是指调整课堂内外的时间，将学习的决定权由教师转移给学生。在这种教学模式下，课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决3D建模的思路以及各种基础知识的灵活运用，从而获得对3D建模技术更深层次的理解。翻转课堂要求学生对3D建模技术的基础知识扎实地掌握，但是3D建模技术有一些技术难点不易掌握。