三维构建技术在机械专业职业教育中的应用研究

机械专业职业教育基础课程一般包括《机械制图》、《机械基础》等课程。受限于职业教育的学时分配，《机械基础》一般还融合了《材料力学》、《机械原理》和《机械设计》等多门课程，虽然在深度和广度上均有所下降，但对于那些从未接触过任何机械行业，也没见过实物的学生来说，无论是制图教学还是机械基础教学对学生而言都具有很强的抽象性，学生从开始的具有一定兴趣逐渐到想不明白、听不懂直到最后完全放弃，严重影响了机械基础类教学的效果。多年的教学实践经验告诉我们，对于那些抽象复杂的零部件，若是能让学生见到三维空间结构，无论是对于图样的理解还是结构功能的理解都能起到事半功倍的作用。而三维构建技术能帮助我们很好的解决这一问题，各种强大的三维造型软件和游戏制作引擎不仅有强大产品设计功能，还能很好的解决学生学习兴趣的问题，能极大的推动机械基础类课程教学的发展。

一、职业教育中机械基础课程知识结构

在传统的高等院校中，机械基础类课程一般包含数量比较多，但职业教育根据任职岗位的需求，一般都对其进行了整合和删减。这就必然会打破原有知识体系，学生在学习不容易找打明确的主线和目标，常常是学了机械基础又忘记了零件视图表达的最终目的，需要分析部件结构时又遗忘了装配图的识读方法，不能将整个所学内容进行融会贯通，如图1所示。

面对这种情况，经过多年的教学实践，我们认为，无论是制图还是机械基础都是建立在实际三维零件或三维零件的平面视图上的，其最终目的都是要培养学生具备识读、表达、还原及创新机械产品的能力。在原有的教学方式中，我们总是让学生首先面对抽象的平面图形，让其用自己的能力在头脑中凭空想象功能和结构，殊不知这实际上是一种最为复杂的倒推式教学。若是在教学中全程贯穿三维构建技术，从一开始就以三维构建为主线，让学生一边学一边就能自我进行平面视图的三维还原、机构的模拟运动等，这样不仅能随时让学生了解自身的学习水平，也能最大限度的让其感受学习成果，从中体会到学习的乐趣。

二、三维构建技术应用分析

目前，主流的三维构建及设计软件很多，但各种软件各有特设，需要针对不同的情况使用不同的软件。比如在提高学生兴趣方面，若是不需要精确的构建结构，而只是演示外形和基本原理，3DMax和Maya无疑是较好的选择，它们都具有功能完善、渲染真实感强、易于做动画、入手比较容易等特点，但因其主要服务对象为影视广告、动画角色、电影特效等，因此，作为老师掌握制作相应素材为更佳，不易作为课堂教授软件。而作为我们现今普遍使用的AutoCAD其主要用在二维平面设计方面，虽然目前与MDT相融，在三维与二维的转变上交以前有较大进步，但作为学生使用的直接三维构建软件，仍显得不够直观和方便。相比较而言，无论是在制图教学还是在机械基础教学中，直接融入工业制造三维专用软件的效果更有利于学生掌握，并且也易于将设计至生产全过程融入到教学环节中。考虑到职业教育学生的实际水平和知识接受程度，这些软件中Croe界面简单，操作快速，在曲面建模方面有很大的曲线自由度，较适合于初级学生水平掌握，并能很快引发学生的兴趣。而UG和CATIA则普遍应用于汽车行业，其特点在于参数化和非参数化的混合建模，而UG在逆向工程方面还有其独特的技术，适合于已具备一定建模技术的学生学习。

三、三维构建技术在教学中的应用

根据教学内容的需要利用三维构建技术搭建自己的授课平台，并可利用较短时间教会学生，使之在课堂上能跟随教师的思路共同完成任务。如在制图教学中的相惯线和截交线是培养学生空间思维能力的关键部分，而多数学生在该部分学习明显感到吃力，我们利用Croe和edrawing插件能很轻松的实现三维到平面线框图形的实时转化。同时，利用Croe中拉伸、旋转等简单命令可实现在课堂与学生的同步造型，让学生感受制作成品的喜悦。

而在机械基础课程中，无论是常用零部件还是讲解轮系，均可通过Croe的三维构建将前期学习的制图和机械基础内容进行紧密结合。如在讲解滚动轴承中，可带领学生共同制作三维装配体，并生成爆炸图；在轮系的讲解中，可结合多级减速器，实现三维模型到工程图、三维零件到虚拟装配、虚拟装配到虚拟动画仿真等多角度任务，在完成这些任务的过程中，学生既联系了前期制图知识，完成了机械基础基本知识学习，也对产品具体结构、功能以及实际生产过程有了一定的了解，并且还体会到了三维构建产品的喜悦，可谓一举多得，如图2所示。

总之，随着技术的不断发展，机械基础课堂教学方式也在不断变革，如何能在众多方式中找到最适合我们学生的一种是我们以后还要不断探讨的问题。

（作者单位：火箭军工程大学士官学院）

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