基于UG NX与AutoCAD的混合式教学模式应用探究

周天宇

摘要：考虑到传统工程制图类软件在职业院校教学过程中的不足之处，利用UG NX软件的计算机辅助三维数字化建模功能与AutoCAD的二维图像制图功能相融合，探究一种以混合式教学模式为主体的新型教学模式。该模式不仅促进了学生三维立体空间的思维能力和表现能力，而且以全新的软件技术激发看学生的学习兴趣，更是对培养新时代职业技能型专业人才起到了一定的推动作用。

关键词：UG NX;AutoCAD;混合式教学模式

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）18-0164-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

随着计算机辅助设计技术在机械制造行业的普及，设计人员通过计算机辅助相关设计软件能够大大提升设计的速度、质量，为新型产品和制造工艺的加工、生产和改进提供了有利条件。如今制造行业企业对于工程制图类软件操作岗位人才的需求剧增以及推进人才培养模式下校企合作，传统教学模式培养下的高职院校毕业生因其较为薄弱的个人知识理论体系和实际操作能力熟练程度，导致其造型设计表现能力和创新能力相对欠缺，这就意味着对于教师传统教学方法和内容需进一步优化和改革。

1 工程制图类软件课程的教学现状分析

1.1 工程制图类软件课程定位

结合高职改革教育人才培养模式，学生所学课程需以实际就业为导向，注重其能力和专业技能的培养，因此工程制图类软件课程作为高职类机械制造专业、工业设计专业所开设的专业核心课程，目的是在于培养学生对于机械加工制造类产品零部件的二维绘图和三维建模表达能力，是满足企业所需的能够从事设计、生产制造、优化等的应用技术型人才。学生需在该课程中学习相应的专业性理论基础知识，能够运用该知识体系进行相应工业产品外观造型、内部结构的分析能力，并结合所学的工程制图类软件对相关零部件的设计表现的实际操作应用。为后续的专业课程、职业技术技能竞赛、跟刚实习和实际就业奠定基础[1]。

1.2 工程制图类软件课程教学现状

（1）课程软件种类单一化。工程制图类软件课程所学的知识内容和技能操作应用范围较为广泛，无论是对于传统机械专业还是新型设计类专业，基本上所有工科类专业相关学生都需进行学习。然而对于刚入门该专业领域的学生来说，软件类课程往往只是单一的选择某一个工程类软件进行学习，无疑对于学生的理解接受能力和深入学习能力有着较高的要求。当其进入实际工作岗位时往往是多个工程类软件结合使用，将对学生实际操作过程中的认知操作方式产生一定的差异。

（2）学生个体水平差异化。工程制图类软件课程内容涵盖了产品零部件的基本造型、结构、零部件以及加工工艺等制造技术，需要具备相应的理论基础，然而高职学生存在一定程度的个体水平差异，部分同学的基础理论知识薄弱、缺少自主学习能力。当其面对一门实践性较强的课程时，因为缺乏练习实践，往往不能熟练地进行实际操作训练，易产生在操作完当前任务后却对随后的任务表示无法操作，难以有效地掌握操作技能和完整流程。

（3）教师教学内容书本化。部分院校的工程制图软件课程教学通常采用传统的以课本为主的教师讲授授课模式，又受制于教学课程学时有限，从而缺少课堂中的理论与实践相结合的教学环节，同时课本内的部分知识过于老旧，并不能很好地与企业实际生产项目相结合，导致学生可能会使用软件但不会进行真正设计。

2 AutoCAD、UG NX在专业教学中的应用

2.1 AutoCAD在专业教学中的应用

AutoCAD作为一款具备强大二维图形编辑和绘制功能的计算机辅助设计软件，是进行三维建模前的基础环节，通过将传统的工程制图手绘表现效果，使用计算机软件进行绘制，能够将各类机械零部件、建筑等外形结构的基本尺寸大小和形状进行二维平面的表现，相比于枯燥化的理论基础知识，实际动手操作课程往往能够充分调动学生的积极性[2]。

在实际教学应用中，AutoCAD主要应用于机械零部件的三视图绘制。三视图主要分为主视图、侧视图、顶视图三种，是机械制图过程中的重点环节，三视图绘制的精确程度往往决定了实际建模生产出产品的比例尺寸。然而学生单独理解三视图的三种平面图形时通常觉得较为容易，但根据立体图形的投影来绘制三视图纸便容易出现比例、尺寸甚至是形态造型的差异。

通过该软件，能够根据不同的线条可视化效果的颜色变化和线条形状来获知层次结构分明的产品平面模型效果，在此基础上能够更进一步对产品装配图纸的零部件进行装配过程的表达，清晰地表现出零部件装配的顺序流程。

该工程软件能够在大幅度降低平面造型表现难度的同时，节省传统纸质手绘表现时间，根据制作过程的可视化和可回顾操作，便于指导教师进行课程示范教学，易于学生理解，从而提高课程教学效率。

2.2 UG NX在专业教学中的应用

UG NX作为集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）为一体的三维建模数字化软件，被广泛应用于如机械产品、模具设计、汽车设计等机械制造行业。其主要功能涵盖了如草图绘制、基体特征建模、曲面建模、零部件装配等命令。相比于AutoCAD适用于产品造型零部件的二维平面图像绘制，其理解分析和绘制能力相对较低，而UG NX是一款三维建模软件且具备仿真功能的全能型软件，无疑增加了学生对于工程制图类软件课程的学习难度，学生需要在已有的二维平面思维基础上，通过三维空间想象力对产品平面造型的理解，使用UG NX绘制出该产品的三维效果图[3]，如图1所示。

在实际教学环境中，由于实物模型存在不易展示和携带的问题，难以让学生亲身观看和触摸实物模型，教师的教学语言也难以充分表达产品模型的外观和基本结构，会使得学生对于该模型的理解存在一定的难度。这时将UG NX软件运用到模型建模课程中，教师能够使用该软件对课本中或图片中的零部件进行实物立体图形的建模，并对其零部件的细节特征进行表现。对于产品內部结构进行剖面图的展示，便于学生加深对于产品内部结构三维模型的理解[4]。

在零部件建模方式中，充分运用UG NX的基体特征功能，首先分析基本形体的组合方式，判断其属于单体结合还是多体分割形式，将复杂形体理解为简单的单一几何形体，再通过各形体的位置关系，确定模型建立的基本平面，使用如拉伸基体、旋转基体、布尔运算等方法进行形态的组合和重构，最后建立出所需的模型，再根据实际需求进行相应的装配图制作或仿真表现。

3 探索UG NX 与 AutoCAD混合式教学模式

3.1 混合式教学模式下的教学内容探究

为了响应数字化现代生产环境，传统教学中对于某一设计软件的教学内容仅停留在软件界面、功能的操作及使用，课程的目标与实际教学效果存在一定的偏差，学生不能很好地将多个应用软件进行结合使用。因此为满足社会、企业实际需求，需具备以下几点：

（1）理论基础知识扎实。无论是对于工程类建模软件基础知识和指令的运用还是对传统手绘工程制图的表现都需要学生具备扎实的基础理论知识，小到一颗螺母，大到一辆汽车，都需细心理解其外观造型和内部结构，了解机械加工工艺的各项成型技术，能够熟悉工程制图类软件的可视化功能模块，并对其属性配置做进一步的了解。

（2）多维空间设计思维。充分利用AutoCAD的二维平面绘图软件功能，学生在进行工程软件课程时，首先需通过对基本零部件特征的二维平面造型进行表现，以此培养其基本的立体图形往二维平面三视图转变，将制图要求规范化、工程知识理论化融入三视图的绘制之中，从较为简单的可视化线条往复杂的造型平面表现转化，提高学生的基础认知能力。在此基础之上，在学生具备一定的三维空间往二维平面转化的能力之后。学生需将二维平面的工程图纸运用UG NX进行三维立体造型表现，在没有实物模型作为参考的情况，利用软件相应的功能如草图绘制、基体特征等功能根据规范化的三视图纸构思其三维立体图形[5-6]。实际操作案例流程如图2、3所示。

（3）校企合作项目教学。加强学校专业与相关企业的对接，根据企业实际生产项目要求对教学全案设计任务进行安排。选取企业要求的机械或零部件，学生根据所学的基本理论知识和软件操作能力进行项目式教学，学生将根据由企业提供的相关参考图纸或实物模型，进行零部件的制作和装配，并且合理运用UG NX所具备的运动学仿真功能，模拟该机械部件运动状态。任务完成期间，由企业相关工作人员进行检验并给出修改意见。确保学生实践操作项目能够与实际生产需求相接轨，更能体验实物生产落地的成就感。

（4）半开放式设计模式。在提升学生作为设计师的创作灵感方面，采用半开放式全案教学设计模式，将教学内容给定某一主题，由学生进行开放式设计，其中半开放式部分则为学生需达到与考核要点相符合的设计要求。让学生独立通过查阅相关资料、构思其基本外形和装配效果，在2周左右的时间内进行实践操作演练，不仅能够激发学生自身对于软件学习的兴趣，也培养了其独立思考学习和设计创新的能力。

3.2 混合式教学模式下的教学方法探究

相比于传统讲授型教学方法，笔者根据自身的授课经验，结合高职学生的个性化特点，结合课程内容与社会需求，提出以下三点教学方法：

（1）实时性教学演示方法。由于课本内容存在一定的滞后性且操作功能表述不够完整，存在一定的跳跃性，往往会对学生产生一定的误解。同时，授课教师在课程学时安排中理论讲解部分过长，但学生并未因此获得良好的吸收，最终可能导致学生理论知识出现一定程度的断档且实际动手操作熟练度欠缺。因此授课教师需根据实际案例，进行现场实时演示操作，将理论性知识和功能属性融入实际操作过程之中，让学生能够同步观看教师的软件操作步骤，跟着教师的节奏进行学习，这样便于师生之间形成良好有序的沟通和互动，从而更好地解决模型制作过程中的问题[7]。

（2）功能项目化教学方法。针对工程类制图软件的学习，首先需明确要熟练运用软件的各项功能模块，因此需根据不同的功能性操作命令安排相应的模型制作项目。由初始的单一功能命令项目逐渐向多功能命令项目过渡，再发展到最终独立完成全案设计项目，使得学生能够进一步加强其软件实践操作能力，为后期复杂化、综合化的企业实际项目的完成打下基础，也为培养熟练的应用技术操作型人才打下基础。

（3）混合多平台教学方法。除了线下课堂教学之外，学生在进入课堂前，会由授课教师提前几天在教学平台中上传本课程中相应的课程任务，教师将部分课堂实际操作演练环节的功能命令演示部分，使用计算机进行录制，制作成多段微课便于学生课前进行预习和熟悉。在课后，学生可在钉钉、学习通等教学平台与小组成员或授课教师进行问题的沟通，便于教师了解不同学生知识的学习情况，进一步满足不同层次阶段的学生学习需求。

3.3 混合式教学模式下的评价方法探究

学生课程考核结果作为其学习阶段性掌握程度的判定依据，传统的期末测试型考核方式并不能充分满足培养高素质应用型人才的模式，需要探索更适应于学生全面发展的评价方式，具体的方法有以下两点：

（1）过程性考核评价方式丰富化。作为检验学生学习过程的考核评价方式，教师能够观察到每一位学生在学习过程中根本表现，不同学生因其个体差异，思维理解能力、未知探索能力、实际操作能力以及任务完成度都可作为过程性考核评价标准，这样便于教师能够差异化且有针对性地对不同阶段、不同特点的学生进行课程知识的指导和帮助，从而使学生能够继续加强其优势科目并补缺弱势项目。

（2）终结性考核评价方式多元化。学生在终结性考核完成后，往往只能获得由教师给出的一个成绩，并没有得到相应的反馈，也就无法了解自身目前的问题。教师需在给出成绩同时，给予学生该任务成果的相关问题和改进方法，学生也应认真听从教师的建议，对已打分的作品再次进行修改，确保每一个项目结题都能是经过合理完善过的作品。对于优秀的学生，可由带队教师组织其参加全国各类专业技能竞赛，实现以赛促学。

4 结语

充分利用AutoCAD的二维平面绘制功能與UG NX三维立体造型建模相结合，以多软件混合式教学模式为手段，能够让学生快速理解和融入工程制图类软件课程的学习，同时该二维与三维相互转化、多软件相互结合的教学思维模式也将帮助其他工程设计类课程更好地开展课程教学活动，更有利于培养学生的创新能力、空间思维能力、促进高素质专业技术型人才的培养。

参考文献：

[1] 康玮明.Solidworks软件与机械制图教学的融合与探索[J].辽宁高职学报，2021，23（9）：50-52，60.

[2] 陈炎冬，杨敏.基于UG NX软件的“机械CAD应用”课程教学改革探讨[J].江苏科技信息，2016（29）：35-37.

[3] 汪雨蓉.UG软件在《工业产品造型设计》课程教学中的应用与研究[J].甘肃科技，2021，37（17）：31-32，46.

[4] 汪雨蓉.高职《UG NX三维造型设计》课程教学研究[J].电脑知识与技术，2021，17（26）：238-239.

[5] 贲艳波.浅谈三维CAD软件SolidWork的使用技巧[J].南方农机，2019，50（21）：165.

[6] 曹月盈.基于多平台协同的混合式线上教学实践探究——以UG的三维造型课程为例[J].山西青年，2021（13）：114-115.

[7] 杨根，杜静，陈博.基于CDIO工程教育模式的UG课程教学设计与实践[J].模具技术，2021（2）：51-55.

【通联编辑：代影】