三維軟件在機械專業(yè)課程教學中的應用

□余鳳燕

機械類專業(yè)很多課程都涉及到三維空間領域，很多學生都是剛接觸這方面的知識，想象能力比較差，無法很好地解決學習中遇到的復雜多變的問題，給教學帶來了很多困難。在機械課程教學過程中，很多學校還在采用以課本教學、黑板講解為主，并以各種教學掛圖和教學模型為輔助工具，導致教學過程中實例不足、課程枯燥，教學效果不好。隨著計算機的廣泛普及，三維造型軟件的出現(xiàn)，機械專業(yè)不論是教學內容還是教學方法都有了深刻的變化。在機械類課程中運用三維軟件進行教學，增強了教學的直觀性、趣味性，有效地提高了教學效果，提高學生掌握專業(yè)知識的能力。

圖1 三維實體中的相貫線

圖2 三維實體中兩實體相切

一、三維軟件在《機械制圖》教學的應用

《機械制圖》是機械類專業(yè)的重要技術基礎課程，是技術人員的啟蒙課，被喻為“工程上的語言學”。熟練掌握機械圖樣的繪制、識讀技能是對每個機械技術人員的基本要求。而如何提高課堂的授課質量，快速提高學生的三維空間想象能力，這一直是教師不斷探討的問題。現(xiàn)階段，許多學校的《機械制圖》課程教學仍然是以掛圖和模型為輔助工具，只能在平面內講解，模型比較單一。采用三維軟件進行教學，則可以利用軟件的造型功能創(chuàng)建任意需要的實體形狀，很好地解決了這些問題，更能糾正學生在制圖中一些細節(jié)的錯誤畫法，例如相貫線、實體相切等。畫相貫線是機械制圖中的難點，容易出錯。兩曲面立體相交，在其表面產(chǎn)生的交線叫相貫線。除了相貫線以外，實體相切也是機械制圖中極易出錯的內容。兩實體相切，相切之處是沒有相切交線，制圖時，學生往往會想當然地加以相切交線。所以，用三維軟件把實體畫出來，讓學生直接觀看三維實體，學生會很快地認識到制圖中的錯誤，很快地糾正相貫線和實體相切的畫法。例如圖1 中的相貫線和圖2 中的實體相切，學生很容易會畫成如圖3所示的視圖。如果用三維軟件把實體畫出來，制圖中錯誤的地方就一目了然，學生很快糾正不正確的畫法，掌握正確的畫法(如圖4 所示)，而且印象深刻，教學效果好。

圖3 錯誤的畫法

圖4 正確的畫法

二、三維軟件在課程《夾具設計》教學的應用

《夾具設計》課程是機械類專業(yè)一門重要的專業(yè)課，主要內容是夾具中零件的定位和零件的夾緊機構的工作原理，通過學習本課程，學生獲得工件的裝夾基本理論知識和專用夾具設計方法，為學習后續(xù)專業(yè)課程奠定基礎。本課程的理論性強，特別是工件定位、基準、定位誤差等概念抽象，涉及到三維空間領域。很多知識點學生都無法通過推導計算，需要學生有很好的三維空間想象力才能理解和掌握。這樣導致教師講授起來困難，而學生學習起來感到難以理解，從而感覺枯燥、乏味，失去學習的興趣。如果利用三維軟件并充分發(fā)揮軟件的三維特點，對那些學生難以理解、教師難以講解的比較抽象的內容，制作三維分析環(huán)境，或制作一些簡單的動畫，生動形象地來演示復雜的變化過程，讓學生通過肉眼直接觀察和親身體驗，則教學效果會大大提高。例如圖5 所示，長方形以底平面定位，分析其定位情況:當實體沿x 軸移動時(如圖6 所示)，正視圖下看，實體底面與定位平面重合(如圖7 所示)，說明定位平面沒有限制x 軸的移動自由度。同理，當實體繞著x 軸旋轉時，正視圖下看，實體底面與定位平面不重合(如圖8 所示)，說明定位平面限制了x 軸的旋轉自由度。這樣，學生通過肉眼直接觀察和親身體驗，不僅加深了學生對相關知識的理解掌握，同時還活躍了課程氣氛，激發(fā)學生的學習興趣，充分調動學生學習的積極性和主動性。

圖5 實體以底平面定位

圖6 實體沿x 軸移動

圖7 實體沒有離開定位平面

圖8 實體繞x 軸旋轉后離開定位平面

三、三維軟件在其他機械類課程教學中的應用

在其他機械類課程教學中，運用三維軟件，也能得到很好的教學效果。如《機械設計基礎》，在講解齒輪配合設計時，可先用三維軟件畫出三維實體零件，再把零件進行裝配，演示齒輪副如何配合和調整間隙，零件之間的相互位置關系，讓學生身臨其境，在課堂上實現(xiàn)真正的教學互動。除此以外，三維軟件還可以用于學生的機械課程設計。讓學生把各個零件根據(jù)要求繪出三維實體，然后進行裝配，在裝配過程中可以直觀地發(fā)現(xiàn)零件設計尺寸是否合理，零件的運動是否出現(xiàn)干涉等問題，從而提高機械設計效率和質量，提高學生的工程設計能力。

四、結語

綜上所述，三維軟件可以為機械類專業(yè)課程教學帶來比較多的便利，讓老師可以形象生動地開展課堂教學，更好地培養(yǎng)學生的學習興趣，為學生接受知識、理解知識更好地引導，在教學中較好地優(yōu)化教學的過程和效果。三維造型軟件賦予機械類專業(yè)中許多“古老”課程以新的活力，傳統(tǒng)的理論與現(xiàn)代高新技術的完美結合，開創(chuàng)極具特色的機械類專業(yè)課程教學領域。

［1］李澄，吳天生.機械制圖［M］.北京:高等教育出版社，2002

［2］馮嫦.UG 在機械制圖教學中的應用［J］.機械工程師，2008