基于Pro/E的高職《機械制圖》立體化教學資源庫的研究與實踐

謝仁華　管嫦娥　謝達城

摘 要：《機械制圖》是機械類專業的核心專業基礎課程，其教學效果的好壞直接影響后續核心主干課程的進一步學習。但由于高職學生基礎較弱，同時《機械制圖》課程教學內容抽象、枯燥，教學資源不足，導致教學效果不理想。本文探討了借助專業的Pro/E三維設計軟件，如何構建立體化教學資源庫，整合教學內容、改進教學方法和教學手段，提高教學效果等問題。

關鍵詞：機械制圖； 教學資源； Pro/E

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）02-150-002

一、《機械制圖》課程教學目前存在的問題

《機械制圖》是機械類專業的核心專業基礎課程，其教學效果的好壞直接影響后續核心主干課程的進一步學習。該課程在教學過程中，需要大量的實物教學模型和掛圖幫助學生理解教學內容，否則僅僅依靠講解，很難講清楚零件的投影關系、剖切斷面的形狀，基本體截交線與相貫線的形成方式，組件的裝配方式與工作原理等內容。但是借助實物教學模型和掛圖這些傳統的教學資源存在以下問題：

（1）實物模型攜帶、保管不便，更新換代速度慢，更換成本高，無法與教材同步。（2）教學模型無法體現零件從三維到二維的投影關系，只能依靠空間想象力；無法展現剖切斷面的形狀；無法體現基本體截交線與相貫線的形成過程。（3）教學模型作運動演示和運動分析存在很多缺陷，一是學校很難保證有一套完整的《機械制圖》課程的教學模型；二是機構內部的運動關系觀察不到；三是裝配模型時容易損壞零件，運動分析容易出故障；四是運動特性的分析很困難。（4）由于教材篇幅所限，很多插圖并不能完整地表達各種零件和組件的所有結構， 給學生讀圖帶來諸多困難。又由于高職教育實踐環節的加強，專業課程理論教學的課時數大大減少，如果仍然使用傳統的教學資源，僅用實物模型和掛圖進行講解，難以達到理想的教學效果。因此，為提高教學效果，構建適合高職《機械制圖》的立體化教學資源庫勢在必行。

二、應用Pro/E軟件制作《機械制圖》多媒體教學資源庫的優勢

隨著現代多媒體技術的不斷進步，多媒體技術在課程教學過程中的應用越來越廣泛，國內外眾多學校都在嘗試利用多媒體課件來彌補傳統教學資源的不足。目前，課件中的圖形素材一般采用Flash、Photoshop等軟件制作，多為二維圖形或動畫，若直接用于具有三維立體結構、專業性很強的《機械制圖》課程的多媒體素材制作，難度很大，效果也不理想，難以充分發揮CAI的優勢。

Pro/E軟件廣泛應用于機械、電子、模具等行業。該軟件集三維實體造型、曲面造型、零件裝配、二維工程圖制作、數控加工、模擬仿真等功能于一體。利用Pro/E強大而完善的功能構建《機械制圖》課程的立體化教學資源庫，在多媒體素材的制作上可充分顯示出它的專業優勢，能突破傳統教學資源的局限，解決課件中圖形素材的制作困境，增加教學直觀性，能使《機械制圖》中繁雜的點、線、面的投影關系變得簡單，由抽象變得具體，提高學生的學習興趣；利用構建的立體化教學資源庫，可以創新教學模式，改進教學方法，為精品資源共享課程建設作鋪墊，對提高教學質量有重要的意義。

三、立體化教學資源庫的制作內容及其功能

利用Pro/E軟件構建的《機械制圖》課程立體化教學資源庫，專業性很強，豐富實用，能有效地提升教學效果，教學資源庫的制作內容和功能主要包含以下幾個方面：

（1）利用格式制作功能及二維圖制作功能，創建符合國家標準的圖框，標題欄及二維工程圖，將現代繪圖技術和設計思想融入《機械制圖》教學中，實現兩者無縫對接。

（2）利用三維建模功能及二維工程圖制作功能，創建基礎模型庫及對應工程圖，幫助學生形成從三維到二維的全新思維方式，而不是傳統的從二維到三維，可使學生更好地理解投影關系、截交線與相貫線的形成過程、具有內部結構的零件剖切面形狀，將教學內容化深奧為通俗，變抽象為具體，降低學生學習的難度。

（3）利用三維建模功能及二維工程圖制作功能，創建各種標準件、常用件、典型零件和裝配體模型庫及對應工程圖。虛擬的模型便于現代化教學，能更好地幫助學生理解教材中各種機構和部件的功能、工作原理、工作過程及組成零件的裝配關系及拆裝過程，提高教學效果。

（4）利用分析功能和動態仿真功能制作動畫和圖片，用于三維動畫演示和運動特性分析。改變教師以往借助黑板、掛圖和模型授課的枯燥無味的狀況，實現由靜止到活動、由想象到直觀、由平面到立體的轉變，大大提高學生的學習興趣。

（5）根據構建的立體化教學資源庫，精選和重整教學內容，創新教學模式，改進改學方法，為精品資源共享課程建設作鋪墊。

四、立體化教學資源庫應用實踐舉例

1.立體化教學資源在三視圖教學中的應用

視圖，即零件向投影面投影所得的圖形。三視圖分別為主視圖、左視圖和俯視圖。三視圖是最能反映物體實際形狀的三種投影圖，是《機械制圖》教學的重點和難點，主要講解零件中點、線、面的投影關系，要求學生能夠掌握線面的投影特征。但該部分內容繁雜、抽象，要求學生具有較強的空間想象能力，能夠在大腦中想出線面在不同方向的投影。但高職學生由于基礎較差，空間想象力不足，并且老師不可能在黑板上手繪三維模型，所以如果沒有實物模型，學生很難正確畫出三視圖。但實物更新換代速度慢，無法與教材同步。而Pro/E獨有的功能，卻能很好地解決這一難題。首先可以利用其三維造型功能，構建零件的三維模型，如圖1（a）所示的支座，然后再利用其工程圖功能，自動生成零件的三視圖，如圖1（b）所示。這樣就能很好地把三維零件和三視圖無縫對接起來，幫助學生直觀地理解點線面的投影關系。

2.立體化教學資源在剖視圖教學中的應用

剖視圖是表達機件內部形狀和結構的常用方法。但由于高職學生理解能力較弱，畫三視圖時喜歡用直接投影的方法生成視圖，看不見的結構用虛線表達，結果導致內部結構較復雜的機件的視圖中出現眾多重疊交叉的虛線，這樣既不利于機件結構的表達，也不利于圖形的識讀。所以當機件內部結構比較復雜時，通常采用剖視圖表達?？墒侨舨捎闷室晥D表達，學生很難理解假想的剖切，不知道怎樣確定剖切平面的剖切位置，不明白哪些地方會被剖切到，不明白剖面線該畫在哪些地方，更無法想象出剖切后的視圖。此時可以利用Pro/E解決這個問題。首先利用Pro/E的造型功能完成零件三維模型的構建，如圖2所示的法蘭盤；其次利用Pro/E視圖管

理器的剖切面功能，對零件進剖切，幫助學生理解機件剖切后的內部形狀和結構，分析剖切位置和剖視圖的關系，如圖3所示的法蘭盤剖切圖；最后學生既可以根據三維的機件剖切圖，繪制剖視圖，也可以利用Pro/E的工程圖制作功能自動生成剖視圖，如圖4所示的法蘭盤剖視圖。這樣學生就可以輕松地讀懂剖視，同時空間立體概念又能得到進一步的提升。

3.立體化教學資源在裝配圖教學中的應用

裝配圖是制定裝配工藝規程，進行裝配、檢驗、安裝及維修的重要技術文件，但教師在教學過程中普遍感到困難，究其原因，一是高職學生實習單一，缺乏實際經驗，對裝配體的裝配關系及工作原理都缺少感性認識，二是教具模型很難展示其內部結構。而利用Pro/E強大的裝配功能和動畫功能，可以把各個零件裝配在一起，根據需要，靈活地進行剖切或者生成爆炸圖，如圖5所示的四通閥爆炸圖，可以直觀地向學生展示四通閥中各零件之間的連接情況，幫助學生理解零件之間的裝配關系。還可以進行運動仿真，方便學生進一步了解四通閥的工作原理，使教學內容清晰、生動，大大縮短學生感知、認知的過程。

五、總結

利用Pro/E軟件構建的高職《機械制圖》資源庫進行教學，徹底改變了傳統《機械制圖》課程的教學內容、教學手段和教學方法，使重點和難點變得通俗易懂，感性認識和信息量大大增強，能更好地適應“設計應從三維實體建模開始”的現代設計理念?？梢灶A見，隨著計算機技術的不斷進步，Pro/E軟件在機械類專業課程的多媒體教學過程中將會發揮越來越重要的作用。

江西省高等學校教學改革研究基金資助項目（項目編號：JXJG-13-48-1）

參考文獻：

[1]張紅蕾.Pro/E在機械CAD/CAM技術課程教學中的應用[J]科技創新導報，2010（36）：135-138

[2]于宗善.Pro/E軟件在機械制圖課程教學中的應用[J]科學教育，2010（9）：126-127

[3]張學鋼，楊小玉.機械制圖與CAD[M]哈爾濱工業大學出版社，2013

[4]佟瑩.《機械制圖與計算機繪圖》，高職課程建設[J]中國科教創新導刊，2012（17）：176

[5]鐘日銘.Pro/ENGINEER5.0基礎入門與范例，清華大學出版社[M]2011