巧用虛擬模型,強化鉗工實習教學

李澎濤

[摘 要] 目前、技校鉗工實習教學中普遍存在教學方法傳統單一，教學內容陳舊，導致學生學習興趣不高，感覺長期的鉗工實習枯燥無味。將虛擬模型與仿真技術應用于鉗工實習教學，其實是多媒體化教學在實訓課堂上的一種嘗試。它可以幫助學生提高識圖和空間想象能力，在此基礎上提高對零件加工和裝配工藝過程的感性認識，這樣才能在維修、制造和裝配中做到熟悉工序、精細操作。本文對鉗工實習教學虛擬模型的建立、作用和應用方法做了簡單探討。

[關鍵詞] 鉗工實習虛擬模型仿真技術

1.虛擬模型的作用與教學優勢

1.1模型在鉗工實習中的作用

鉗工實習是一門系統性較強,操作要求精細嚴密的專業實習課,它要求學生先要有一定的空間想象能力和識圖能力。而對于技校學生來說,這兩種能力相當缺乏,因此,實習時難度很大,并隨知識的不斷深入越來越感到力不從心,為了促進兩種能力并得以提高,在教學過程中大量使用多媒體教學模型,則可以幫助學生形象地理解實習內容,增加學生的感性認識,最終實際操作能力的培養。

1.2傳統實習教學設備的缺點和應用局限

傳統鉗工實習中,教師先在黑板上畫出要銼配的零件圖，再指導學生按照圖紙要求加工工件。或者是先帶學生熟悉相關裝配圖，再按照圖紙要求進行組件裝配、部件裝配和總裝配。

這種教學方式存在一定的局限性:

(1)圖紙無法形象、直觀和逼真的反映零件外形特點、裝配體的裝配過程。

(2)實習課題和所用實習設備、工具有限，實習內容難以隨時更新，不能滿足科技時代不斷進步的需要。

(3)對于一些大型的零件和裝配體來說,由于沒有相關設備而不可能在課堂上進行操作演示。

1.3虛擬模型在鉗工實習教學中的優勢

1.3.1取代傳統的教學方式

鉗工實習虛擬模型庫，可以利用光盤、移動硬盤來存儲數量眾多的零件和裝配體虛擬模型（工件的效果圖、裝配動畫、操作視頻等）。

利用先進的三維CAD技術創建的計算機模型不僅精度高、質感好、形象逼真、色彩豐富，還能將復雜形體的外型與內腔、相貫體中相貫線的變化趨勢、裝配體中零件之間的連接關系充分地展示出來，加上動畫效果，使教學中的知識難點更加清晰、生動、形象。利用計算機軟件還可以方便地進行教學模型修改與新建，這樣不僅能夠及時補充符合新教學內容的模型，還可以針對不同的教學對象、教學要求調整現有的模型，充分滿足了教學中對模型種類及數量的需要，達到降低教學成本，提高教學質量的目的。AutoCAD、3DMAX 等計算機輔助設計軟件的使用，可以把三維模型進行分解和“解剖”，這也是傳統的掛圖、模型、實物等直觀教具所不能達到的，這些三維模型的建立，使學生對三維空間的認知更加直觀。

1.3.2學生課余學習的助學型課件

一個班級的學生進行統一實習，由于學習基礎的差異，對于程度低一些的學生，如果課后不及時強化練習，他們一旦無法戰勝實踐中的困難，便退縮或放棄學習，并失去了對鉗工實習的興趣。另一方面，在鉗工實習過程中，識讀、分析、比較典型機械圖樣，對學生提高讀圖能力、開闊視野、積累經驗、提高對機械零件加工和裝配過程的表達能力都有一定的幫助。鉗工實習虛擬模型庫可以幫助學生理解學習中的難點、重點，充分體現以學生為主體的教學觀念，學生還可以根據自己的學習方式和學習能力，進行自主性學習。

鉗工實習虛擬模型庫可以載入網絡，不受時空限制在網上進行傳輸。當學生在課后練習中遇到困難，可以通過校園網進入模型庫主頁，在庫中找到所需要的模型，進行仔細觀察，增強對實物的感官認識，輔助完成課后練習。另外，計算機模型庫中收集了大量典型零、部件的三維模型與二維工程視圖，采用了不同的表達方法，學生可以通過與自己所繪圖形對比，來檢驗自己的讀圖能力和對機件的表達能力。計算機模型庫可以改變傳統教學的單調模式，有助于學生從被動學習變為主動學習，從而提高學習效率。

1.3.3作為實踐性教學的素材庫

為了使機械類專業的學生畢業后在生產第一線能勝任實際工作，必須在學校學習過程中加強實踐能力的培養，實踐性教學的目的就是使學生能夠綜合地應用所學的知識解決實際問題。而虛擬模型庫中的模型不僅僅在學生學習過程中發揮了作用，在他們以后的工作中也常能用得上。

2.虛擬模型庫的內容與創建

2.1鉗工實習虛擬模型庫的內容

虛擬模型庫實際上是對實物及實物的加工、裝配過程進行計算機虛化處理，利用計算機軟件及多媒體技術制作形象逼真的虛擬實體模型，取代傳統實物的制作、裝配和維修。作者制作的簡單虛擬模型庫主要包括以下三個部分：三維模型庫，二維視圖表達庫，動畫模擬仿真庫（如表所示）。三個部分相互關聯、相互轉換、一一對應。

利用三維模型可以自動生成精確的二維工程圖，包括基本視圖，剖視圖及其軸測圖。在二維視圖中還可以顯示出尺寸和技術要求注釋，二維圖樣和三維模型之間存在著相互關聯功能。在繪制中更改三維模型或二維視圖的尺寸，三維實體和二維視圖會自動更新。這樣在講解中不斷充實學生的二維和三維之間轉換的思維訓練，學生的空間構思能力有明顯提高。

在裝配體教學中，用動畫仿真庫進行三維裝配干涉檢查、裝配動畫設置，讓學生對各種零件的裝配關系及相互連接、運動情況有直觀的感受，對裝配圖的結構、作用有深刻的理解。

2.2創建虛擬模型庫所用軟件

可用于創建虛擬模型庫素材的軟件有AutoCAD，CAXA，Solid3000、3DMAX等等。

首先是二維繪圖軟件，包括我們常用的AutoCAD以及CAXA電子圖板。如國產的CAXA實體設計軟件，它能逼真地虛擬現實模型，以立體的、有光的、有色的生動畫面表達設計的零件、部件等，拖放式的三維造型，靈活、簡單且有趣。一方面提高了教與學的效率；另一方面使學生在學習階段就能不斷了解新技術，激發學習興趣，培養空間思維、創新思維能力，也為其將來走向工作崗位打下良好的學習基礎。

其次是三維繪圖軟件，包括Solid3000、3DMAX。前者是三維模型庫、動畫庫和二維視圖表達庫的制作平臺，也是國內唯一本地化、標準化的三維CAD軟件。而利用3DMAX軟件能夠方便將由Solid3000制作的零件和裝配體,制成引人入勝的FLISH動畫文件，直觀地展示裝配體的工作方式以及裝配體中零部件的裝配關系，使學生仔細觀察到裝配體中零件之間的裝配關系。

以上軟件的實體造型技術和動畫功能與其他多媒體制作軟件結合起來用于工程制圖的教學與輔導方面，目前是一種趨勢。

3.虛擬模型庫的應用示例——虛擬裝配演示

虛擬裝配是根據產品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產品三維裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產品的三維虛擬現實裝配過程，以檢驗產品的可裝配性，同時也是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，是有效分析產品設計合理性的一種手段。包括裝配工藝規劃、裝配可視化和仿真校驗，確定產品裝配過程中最優的裝配、拆卸和重組順序，校驗和修改裝配流程，進行裝配可行性、可制造性、可維護性分析。

在鉗工裝配教學中，學校所擁有的實訓設備如果非常有限，那么大量的裝配練習就無法開展，沒有實體的對照，老師講得口干舌燥，學生還是不能理解。而利用虛擬模型庫中三維與動畫模擬仿真功能可更形象的開展裝配教學。用虛擬零件進行模擬裝配和實體干涉檢查。它的設計功能、爆炸視圖功能和運動仿真功能，使學生容易接受和掌握。

4.結束語

在鉗工實習教學中運用虛擬模型，其實就是在傳統的實習教學模式中引入虛擬和仿真技術模擬難以講解的教學場景。在計算機上實現從工藝設計、零件加工和裝配、檢驗、使用整個生命周期的模擬和仿真。對于克服傳統鉗工實習教學弊端，激發學生興趣有很大促進作用。

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