三维数字化技术在机械类课程教学改革中的应用

卜玮晶

摘要： 在快速发展的时代背景之下，新型的三维数字化技术得以衍生，将其应用到机械类课程教学中，是促使我国机械课程数字化教学的必然选择，这样才能使学生真正学会与学好机械知识，将其运用到实际的就业发展之中。基于此，我国相关的本科机械课程教师应该运用三维数字化技术进行有效的课程教学改革，为学生创建一个三维数字化的高效的机械课程教学课堂，促使机械学科学生的现代化发展与数字化发展。

Abstract： Under the background of rapid development， the new three-dimensional digital technology is derived and applied to the mechanical curriculum teaching， which is an inevitable choice to promote the digital teaching of mechanical courses in China， so that students can truly learn and learn the mechanical knowledge and apply it to the actual employment development. Based on this， the relevant undergraduate mechanical curriculum teachers in China should use three-dimensional digital technology to carry out effective curriculum teaching reform， create a three-dimensional digital and efficient mechanical curriculum teaching classroom for students， and promote the modern development and digital development of mechanical discipline students.

關键词： 三维数字化技术;机械类课程教学;工程认证;教学改革

Key words： 3D digital technology;mechanical curriculum teaching;engineering certification;teaching reform

中图分类号：G642.0                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）18-0237-03

0  引言

在以往开展机械类科学教学的过程之中，都是由教师主导学生的学习，让学生从课本中学习机械知识，这不仅使得学生毫无机械学习兴趣，还使得学生难以理解所学的机械知识，无法运用所学的知识阶级实际机械工程问题，严重阻碍了学生的机械学习与发展。但是三维数字化技术是新时代下衍生的一种高效技术，将其应用到机械类课程教学之中，可以有效地改革教学课程与方式，创新符合学生学习的三维机械模型，可以使学生有效地学习机械制图、机械设计、材料力学和机械制造技术等等，直观地学习相应的知识，与实践练习相应的机械技术，确保学生机械课程学习的实效性。因此，本科机械类课程教师应积极地运用三维数字化技术开展教学改革，为学生的机械发展提供有力的教学保障。

1  三维数字化技术的教学应用价值

所谓三维数字化，就是运用三维工具（软件或仪器）来实现模型的虚拟创建，修改，完善，分析等一系列的数字化操作，从而达到用户的使用目的。而在本科机械类教学课堂之中，本身机械课程就是较为深奥与困难的，让学生直接从课本中学习机械知识，根本无法实现教师预期的教学目标，反而会使学生产生越来越畏惧机械学习的不良现象。但是通过三维数字化技术，可以将深奥复杂的机械知识，以三维数字化技术直观形象地呈现在学生面前，这样即可使学生简单化地学习机械设计与制造知识，保障学生真正学会与学好机械课程知识。

而如若本科机械类课程教师无法认识到运用数字化技术开展教学改革的意义，就会一直沿用传统的单向灌输教学方式开展教学，这不仅会严重影响学生的机械学习与发展，还会严重影响机械课程的数字化发展，使学生所学的机械知识无法适应时代对高新机械技术人员的技术要求，这会使得我国教育行业与机械行业的发展受到严重的影响。

因此，作为本科机械类课程教师应正确与深刻地到，将三维数字化技术运用到教学中的实际教学价值，并使其能够将新课改下以生为本的教学改革理念，有效地运用到实际的教学改革之中，确保机械类课程的实际教学改革效果与改革教学效果。从根源上消除学生被动与形式化学习机械知识的不良现象，而是使学生能够真正融入到机械课堂之中，从三维数字化机械课程中，形成对机械知识的深刻理解，强化对三维数字化技术实践运用能力，以及机械设计与制造能力，不断提高对学生的机械教学质量。同时，以三维数字化技术创新对学生的教学方式与教学内容，使学生能够积极地学习现代化的机械知识，成为时代所需的优秀机械人才。并使学生能够将所学的三维数字化技术，有效地运用到机械设计与制造之中，使其能够有效地开展机械创新设计与制造，为我国机械行业的发展提供源源不断的优秀人才。

2  三维数字化技术在机械类课程教学改革中的应用

机械工程专业本科核心课程主要包括：高等数学、大学物理、工程图学、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机械制造技术基础、电工电子技术基础、机电传动及控制、数控技术及装备设计及机械工程训练等。本科机械类课程教学教师应根据对学生的不同教学内容，以及学生的实际学习情况，将三维数字化技术合理地运用到其中，充分发挥出三维数字化技术的应用价值，促使机械类课程教学改革的实际效果，进一步提高对学生的机械教育效果。本文对三维数字化技术在机械类课程教学改革中的实际应用策略作如下探究。

2.1 强化三维思维能力，改革制图类课程的课堂教学

工程图学是机械类课程中的重要教学组成部分，更是本科机械学生入门必须学好的一门课程。一旦本科学生掌握不好机械制图的方式方法，将会严重影响到其后期学习其他机械知识的学习效果，更会严重影响学生的机械健康学习与发展。从当前机械类课程的实际教学情况可见，机械课程教师都是通过让学生徒手开展工程绘图设计，这使得学生在修改图形的过程中会损耗大量的时间，更难以直接理解课本中的图学知识，难以直接将其运用到设计之中，使得学生的机械图学课程学习效果十分低下，非常不利于学生的机械学习与发展。为有效地改善这种不良教学现象，本科机械教师应运用三维数字化技术开展教学，改革制图类课程的课堂教学方式与内容，以三维数字化技术将工程图学三维立体地呈现在学生面前，帮助学生降低对课程知识的学习难度，不断提高学生对机械图学课程的学习效率与效果，以实现培养本科机械学生高创新能力、实践能力与空间想象能力的教学目标。其教学目标如图1。

而在实际的图学课程之中，三维实体是学生开展读图与画图学习的重要载体，所以，本科机械课程教师可以通过三维数字化技术改革教学内筒，将三维数字化技术和虚拟现实技术运用到课堂教学之中，直接运用三维数字化软件开展图学课程教学，使学生能够直观与高效的学习课中的机械图学知识，充分调动学生对图学课程学习的积极性。通过这种新型的教学方式与教学内容，使学生能够不断加强对现代化三维数字技术的掌握，消除学生对机械课程知识的畏难学习心理，使其能够积极地运用三维数字化技术读图和画图，促使学生机械学习效果与能力的双重提升。

同时，本科机械类课程教师还可以为根据课本中的插图和例图，为学生设计相应的虚拟三维例立体模型图，使学生能够运用手机扫描直接将观看与学习整个机械图示，如图2。以新型的VR技术改革课堂教学内容，强化学生的三维思维能力，使学生能够开展基本立体和组合体虚拟防震机械结构创意设计，不断提高学生的机械绘图水平与实践运用能力，切实提高本科机械类课程的教学改革教育效果。

2.2 创新教学方法，利用信息技术进行课程设计

传统的本科机械类课程教育教学方法，已经难以满足新时代下机械人才的发展需求。因此，本科机械类课程教师应积极地运用三维数字化技术，创新对学生的机械课程教学方法，利用信息进行课程设计，创新出符合学生学习兴趣、学习需求与发展需求的教学方式，以保障学生能够趣味且高效地掌握机械知识。在机械类课程教学之中，其机械原理、设计和流体转动是主干教学课程，当学生能够掌握机械设计方法，才能根据不同的工程设计出相应不同的机械，保障与提高学生对机械知识的实践运用能力。所以，本科机械类课程教师可以通过信息技术将机械课程，开展机械类课程教学改革，为学生制作虚拟加工与设计动画视频，充分调动学生的机械学习积极性，使学生能够高效地学习机械课程知识。

以图3的典型传动机构三维模型为例，本科机械类课程教师，可以通过三维数字化技术制作相应的动态动画教学视频，帮助学生学习机械设计的课程知识，提高其课程学习效率与效果。与此用时，本科机械类课程教师还可以通过组织学生开展创新设计比赛，鼓励学生运用三维数字化技术开展动态虚拟实验，引导学生改革以齿轮、蜗轮蜗杆等典型传动机构设计为主的设计现状，培养学生的三维思维能力与创新实践能力，使学生能够加强对三维数字化技术的运用，以三维数字化技术创新出更加优质的转动机三维模型，促使学生朝着更高层次的机械学习方向健康发展。

2.3 强化毕业设计内容改革，培养学生工程意识和创新能力

创新是一个民族发展与进步的灵魂所在，在开展本科课程教学改革的时候，本科机械课程教师可以通过应用三维数字化技术组织学生开展毕业设计创新，强化机械学科学生的毕业设计内容改革，有效地培养学生的工程意识和创新能力，使其能够以三维数字化技术，进行对教师科研课题的创设，在提高学生毕业设计质量的前提，进一步提高教师的机械改革教学效果。当本科机械课程的学生能够掌握创新能力的时候，就能够对我国原有的机械设计方式和各种机械进行创新设计，既能有效提高机械学生的机械技术水平，还能提高教育院校的机械教育效果，使学生们都能够成为国家所需的创新型机械人才。

因此，在实际开展本科机械类课程教学改革的过程中，本科机械类课程教师应进行毕业设计选题的创新设计，让学生创新设计的项目，使学生能够从不同的角度去创设设计机械制造项目，使其能够形成一套产品概念构思、方案确定、设计计算、优化仿真、样机制作、总结成果、发表论文专利等完整的设计流程，不断提高学生的创新能力与毕业设计质量。并组织学生开展相应的毕业设计创新比赛，看一看哪个学生的创新产品设计好，有效地激发学生的好胜心，使学生能够全身心地投入到毕业作品创新设计之中，有效地避免传统的毕业设计形式，只让学生完成机械制造任务的不良教学现象。而是让本科机械学生能够运用新型的三维数字化设计技术，创新宣传与设計机械产品，使学生们都能积极地发挥出自己不同的想法，开展新颖性与创新性的机械产品制造，使我国同样能够得到学生们更多的创新设计的想法，有效地推动我国机械课程的数字化发展，以及机械行业的创新发展。

2.4 将三维数字化技术应用到学生的各类创新活动中

如何将三维数字化技术应用到学生的各类创新活动之中，同样是本科机械类课程教师在积极探究的重要教学改革问题。因为如若学生对机械知识的掌握与设计，一直停留在传统的设计思想与方式之中，这就会严重影响学生的创新发展，使学生无法达到工程认证体系的毕业要求，使学生无法成为时代所需的創新型机械人才，使学生无法为社会与国家的发展贡献出属于自己的一份力量，本科院校也就失去了培养机械人才的价值。因此，本科类机械课程教师应创新各种各样的机械创新比赛，以创新机械比赛的形式，潜移默化地将三维数字化技术融入到机械课程之中，使学生能够自觉地将三维数字化技术运用到机械设计制造之中，促使学生机械创新能力的不断提升。

同时，本科类机械课程教师还需创新对学生的比赛教学评价方式，以学生自评、生生互评与教师总评的方式，公平公正地开展对学生的机械创新效果评价，使学生能够正确地认识到机械创新中的不足之处与优秀之中，使学生能从内心接受他人的教学评价，强化对三维数字化技术的实践运用能力，运用这一技术开展更加高效的机械项目创新设计制造。以这种创新的机械类课程竞赛方式与评价方式，加强对机械类课程的教学改革，使学生能从学习中与实践中不断加强对三维数字化技术的学习，随之使学生能够不断深化对各种机械类课程知识的理解与掌握，使学生能够真正将所学的机械知识与三维数字化技术整合在一起，使学生能够设计出对国家发展有用的新型机械设备。

由此，使本科机械类课程教师能够通过对三维数字化技术的运用，有效地开展本科类课程的教学改革与教育改革，使其能够有效地创新出符合学生现代化机械发展的教学方式，使学生能够得到有力的教学支撑，始终朝着现代化的方向与正确的机械学习方向创新发展，促使我国机械教育教学水平的不断提升，加快机械类人才学习发展的步伐。

3  结束语

总而言之，本科机械类课程教师应合理地运用三维数字化技术，开展教学内容与教学方式改革，以保障对学生机械教学的实际效果。机械类课程教师应基于成果导向的教学理念，以生为本的教学改革思想，合理地运用三维数字化技术开展教学改革，以三维实体设计软件的集成性，全面激发学生的机械学习兴趣与实践制造兴趣，使其能够全身心地投入到机械学习之中，从实践学习与操作中真正学好机械课程知识，从而促使学生朝着现代化的机械发展方向全面发展。

参考文献：

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