Solidworks Composer在職業(yè)院校機械類課程教學中的應用

林裕程

機械屬于一門多領域結合的學科，課程內(nèi)容概念性強且難以理解，隨著市場對機械專業(yè)技術要求的提升，機械類課程的復雜性也逐漸提高。面對機械課程的現(xiàn)狀，如何靈活使用教學方法提升學生的學習效率，如何將復雜的課程拆解分析傳授給學生，是職業(yè)教育機電工藝專業(yè)面臨的問題。在日常教學中，機械類專業(yè)的課程往往會涉及大量的機械構造、零件結構以及各個零件間的裝配關系。在傳統(tǒng)教學模式中，教師通常使用二維平面圖形來授課，學生無法直觀地理解和觀察機構的運動方式，只能通過空間想象來輔助理解相關內(nèi)容。

近些年來，國家越來越重視職業(yè)教育，也急需大量的機械類技術人才。而在機械類課程受到自身復雜程度和技術要求高的限制，若教學方法不靈活，教學模式死板，則會降低學生的學習熱情，造成學生在課堂教學中學習積極性難以提高，導致缺乏課堂的活躍性，不利于機械類專業(yè)學生對于專業(yè)知識的理解掌握。教師是課堂教學中的核心。當前職業(yè)院校優(yōu)秀的機械類專業(yè)教師稍顯不足，同時很多年輕的專業(yè)教師，由于剛剛從高校畢業(yè)就走上講臺，自身缺乏必要的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，更難以從更科學、更實際、更規(guī)范的角度來完成日常的教學任務，很大程度上會影響到教學的水平。而提升教學質(zhì)量的關鍵在于提升教師教學與知識水平，尤其是在教育事業(yè)急速發(fā)展的今天，只有提高師資隊伍的綜合能力和素養(yǎng)，才能培養(yǎng)出更多具有實踐能力和應用能力的機械類人才。

因此，我們要在課堂中增強教學的互動性與直觀性，感性認知和實踐教學尤為重要。近些年來，職業(yè)院校機械類課程的教學理念發(fā)生了很大的變化，摒棄了傳統(tǒng)的“灌輸式”“填鴨式”教學模式，引入了多媒體教學、VR（虛擬現(xiàn)實）以及AR（增強現(xiàn)實）等信息化教學方法。這種以現(xiàn)代信息技術為基礎，以教育理論為指導的教學方法有助于激發(fā)學生的關注度，讓學生對于枯燥難懂的機械專業(yè)知識產(chǎn)生興趣。

在學習興趣和學習熱情的激發(fā)下，教師及時有效地進行引導，讓學生主動參與到學習過程之中，提升學生的學習主動性和成就感，培養(yǎng)學生的機械課程學習思維，養(yǎng)成良好的學習習慣，從而綜合提升學習效率。筆者結合目前職業(yè)院校的機械類課程教學實際情況，在使用3D軟件的基礎上結合Solidworks Composer制作動態(tài)課件，演示零件和機構的外部形狀和內(nèi)部結構，并可以制作機械產(chǎn)品的虛擬拆裝和運動仿真，使得課堂教學更加生動，學生更易于理解復雜機構的構成和運動，節(jié)省了教學時間，提高了學習效率。

一、Solidworks Composer簡介

Solidworks Composer是一款基于三維數(shù)模進行技術文檔創(chuàng)作及動畫制作的互動式交流軟件，可以直接使用3D模型創(chuàng)建三維數(shù)字化文檔，利用軟件的內(nèi)建功能，可以快速建立各種三維動畫、爆炸圖、零件圖以及交互式零件表。該軟件可以整合現(xiàn)在所有主流的三維設計軟件的文件格式，如UG NX、PROE、Catia以及Solidworks及其他多種三維CAD格式文件。同時，Solidworks Composer容易學習，動畫制作效果出色，且簡單便捷，因此適用于機械構造和機構運動的CAI（Computer Aided Instruction，計算機輔助教學）課件制作。

Solidworks Composer以其自身特殊的形式，有助于更加立體化地展示復雜的機械知識，有助于對課程中的難點進行拆解分析，并且根據(jù)課程的進度和要求，進行靈活的調(diào)整和整合，在視覺、聽覺等多角度的思維刺激下，使學生能夠更加清晰地了解知識，掌握思維，破解難點。生動、活潑的形式還能極大地吸引學生的關注，燃起學生的學習熱情，讓學生脫離枯燥的傳統(tǒng)的課堂，主動走進機械工藝的知識殿堂。學生對于知識的學習是一個認知的建構過程，因此學生的學習需要相應的知識建構和團隊協(xié)作。教師借助Solidworks Composer能夠為學生搭建機械知識學習的階梯，讓學生逐步構建出屬于自己的機械思維樹，在主動、活潑和快樂的氛圍中學會知識。

二、交互式動畫在機械類課程教學中的應用方法

1.學生需求分析

使用Solidworks Composer制作交互式模型是為了讓學生更加清晰地掌握機械專業(yè)知識。因此，教師在課程教學之初要了解學生的學習需求，結合教學目標和教學大綱，掌握學生目前的知識水平與教學要求水平之間的差距。教師應當從教學目標、教學內(nèi)容、教學設計、教學技術運用和模型教學效果評價五個方面展開調(diào)查，以期達到教學架構完整，方向清晰，策略得當，有趣活潑，教學技術操作性強，界面效果吸引力強，教學氛圍良好等目標。

此外，對于職業(yè)院校的學生而言，還應當重視職校學生的心理和學習能力特點，在教學技術方面?zhèn)戎赜跔I造濃厚氛圍，吸引學生關注，以撥云見日、抽絲剝繭的方式一步步地引導學生了解知識，認識事物，掌握內(nèi)容，強化認知。

2.制作課件

筆者在教學實踐活動中以輪輞連接套為例，采用UG NX11.0建模，使用Solidworks Composer制作交互式動畫，使學生了解其內(nèi)部構造，軸承的安裝與作用，以及零件的安裝和拆卸。首先在3D軟件中建立模型，使用UG NX建立輪輞連接套的三維模型，并將模型導出為.stp格式的圖形文件。其次，在Solidworks Composer中編輯三維模型，形成三維剖切視圖，便于學生觀察裝配體內(nèi)部結構和裝配關系。最后形成三維模型的交互。放映PPT觀看輪輞連接套的三維互動模型，讓學生全方位觀察零件和內(nèi)部裝配結構。

3.教學目標確定

職業(yè)院校機械類課程的教學目標相對較為明確，強調(diào)學生對機械類專業(yè)中涉及的基本零部件、結構、原理、性能充分掌握，還要獨立完成拆裝和操作。目標通常設定為普遍目標和行動目標兩種。普遍目標是結合教學大綱的要求，關注學生的學習效果，基本方法的掌握，職業(yè)道德的滲透和職業(yè)規(guī)范的培養(yǎng)，行動目標多為知識目標的達成，能力目標的實現(xiàn)和情感目標的培養(yǎng)。

4.教學內(nèi)容及策略

利用Solidworks Composer教學，結合教學目標和進度，探索機械零部件結構，為學生今后的學習奠定基礎。教學重點是將理論知識結合三維動畫的情景，使學生身臨其境，有助于職校學生“理論+實踐”的教學模式實施，能夠極大地幫助學生認知機械，點燃學生的學習熱情，提升學生的學習能動性，從而提高學習效率。

利用游戲教學法、情景教學法和小組互動教學法創(chuàng)設問題情景，教師引導學生探究問題并逐步地識別關鍵點，解決問題。教學的難點在于教師在問題創(chuàng)設和問題引導的過程中，從多個方面引導學生自主思考并產(chǎn)生知識聯(lián)想。

5.教學活動設計

結合教學任務和目標，設計教學活動。在課程開始之時教師導入資訊，以趣味新聞等幽默的方式來提問學生，引起學生的關注，預熱課堂氣氛。

預熱之后進入小組討論環(huán)節(jié)，學生自由結成小組討論教師提出的問題。教師隨機抽取幾位學生回答問題，對學生的回答進行總結，并初步進行知識的講解，然后播放Solidworks Composer制作的課件，讓學生更加明晰機械部件的關系，促進學生思維的養(yǎng)成，有助于學生對知識進行深加工。

教師再次總結知識點鼓勵學生上機操作，利用游戲策略在輕松愉快的氣氛中增加學生的學習積極性和主動性，提高了學生在課堂上的參與度，并增強了學生的學習動機，在上機操作結束之后再次回歸于Solidworks Composer課件進行回顧分析，鞏固知識，提升能力。

教學活動的設計要緊密結合學生的實際能力和職校學生的身心特點，從教育心理學出發(fā)，利用環(huán)境的烘托、教學工具的加成和教學資源的組合，實現(xiàn)教學目標和教學效果的銜接，使學生在課堂中擺脫傳統(tǒng)的靜態(tài)學習方式轉(zhuǎn)向動態(tài)化的教學過程，從問題導入學習，從虛擬模擬到實操鞏固，之后轉(zhuǎn)到虛擬中加深認知，最終在實際操作中真正實現(xiàn)知識建構，這樣不但能夠避免學生陷入枯燥情緒，而且能夠提升學生學習的效率。

三、小結

近些年來，隨著CAX軟件技術的飛速發(fā)展，三維技術不僅給生產(chǎn)加工工藝、維修和裝配過程帶來了極大的便利，還促進了教師的教學方式的改革創(chuàng)新。本文中探討借助Solidworks Composer在教學中的應用，替代傳統(tǒng)課件的靜態(tài)二維圖形，運用交互式模型動畫來輔助教學，提升學生的學習積極性。筆者在機械類課程的教學過程中，充分利用了主流的三維模型制作軟件，將教程及工程實際的零件直觀地展示給學生，在此基礎上，運用Solidworks Composer將傳統(tǒng)的二維圖樣轉(zhuǎn)化為更為生動且易于理解的三維互動動畫，制作了CAI課件。這種互動的三維教學模式，為學生提供了立體化和多維度的圖像，將Solidworks Composer制作的三維動畫運用于課堂教學實踐中，符合學生的認知和學習規(guī)律，極大地激發(fā)了學生的學習動力，提高了課堂知識的吸收率，得到了非常好的教學反饋。同時，筆者正在研究將動畫技術應用于更多的機械類專業(yè)課程中，如沖壓模具和塑料模具等。

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（作者單位：天津市機電工藝學院）