信息化背景下3D技術在機械教學中的應用

孫輝

[摘 要] 信息化條件下，3D技術的發展和成熟為3D技術應用于機械領域的教學創造了良好的技術條件，在當前的機械教學中，3D技術因其直觀性、靈活性、真實還原等特點在教育工作中越來越受到廣大機械技術人員的青睞。

[關 鍵 詞] 信息化；3D技術；機械教學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）33-0177-01

3D打印技術即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型 文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。將3D技術運用到機械教學中，能在課堂中快速地制造出相應的機械模具，對解決部分學生空間想象力問題，幫助學生理解機械部件構造，理解部件的工作原理具有很大的推動作用。內容將重點分析3D技術在機械設計、運用等方面的應用及教學意義。

一、3D技術在制圖教學方面的應用

在機械類專業課程教材中，機械制圖作為重要的基礎課程教材，教學內容和目標主要是培養學生獨立看圖、繪圖的能力，在這一教學過程中，教師要重點培養學生的空間轉換思維和空間想象能力。傳統的機械制圖教學中，由于設備技術有限，教師只能通過擺模型、掛模型圖甚至是手繪模型的形式進行教學。這一教學方式對學生的空間想象能力有較高要求，無形中提高了教學門檻，降低了課堂教學效率。同時，這類教學辦法還存在不夠靈活、連貫性差的缺點，例如，在對相關組合機械的講解中，掛圖和手繪的教學形式無法完成機械的組合、拆卸過程，甚至無法達到立體環視的效果，課堂中單憑教師口頭講解，難免晦澀難懂，直接導致學生對該門課程產生恐懼感，慢慢失去學習興趣。

3D技術可以通過實體建模功能，很快地解決上述教學問題。比如，空間三維實體截交、相貫內容，作為機械制圖中的教學難點，講解起來比較困難。如果學生缺乏必要的空間想象能力，僅依靠平面圖像和教師的口述很難入門。在學習此部分內容時，可以引入三維建模訓練。通過3D建模技術分析各類空間實體截交模型，學生既可以快速掌握截交、相貫的概念，也可以直觀地了解截交線、相貫線的形式，加深學生的印象。

二、3D技術在設計教學方面的應用

傳統的機械設計教學和實踐通常都使用的是2D的設計方案，由于我們所處的空間是三維的，因此，用一個或者多個2D投影圖來表達機械設計中的3D機械是不完整的。隨著3D技術的發展應用，在機械設計教學中，跳過2D步驟，直接進行3D設計已經成為機械設計教學界的普遍觀點。

在信息化時代，為培養學生三維設計的能力，我們把UG軟件引入到機械設計課程中。在機械設計課程設計階段，要求學生設計一個減速箱。采用二維設計，結構變動較大時則不得不重新設計和繪圖，這往往需要耗費大量時間。而采用UG軟件只需要修改零件的某個或某幾個參數即可完成整體修改。UG不僅能完成三維造型，而且能完成三維造型產品的渲染，從而使設計出的產品外觀更符合實際。同時，UG軟件簡單方便的操作，靈活的裝配過程，能大大加深學生對裝配體的理解，并加強了空間的概念。

三、3D技術在機械原理分析課程教學中的應用

機械原理是機械教學的重要內容，旨在解釋機械的工作原理，使學生在了解基本的機械原理的同時，能針對簡單的機械系統及其部分結構進行分析和設計，針對簡單機械進行機構運動簡圖設計。

在機械課堂中闡釋機械原理時，傳統的教學方法只能從結構分析和理論分析的層面上進行講解，機械真實的工作狀態很難詳細地展示給所有學生。利用3D技術進行機械動態模擬，將其制作成動畫形式，供學生了解、學習。在動畫形式中，教師能透過機械外殼，將機械內部的運作狀態展示出來，并逐一進行分解講解，機械內部原理將一覽無余，對幫助學生理解機械原理起到巨大的輔助作用。

四、3D技術在機械操作規程教學中的應用

機械操作和維修是機械教學中的重要部分，也是機械教學學以致用最關鍵的部分。傳統教學中，機械操作通常是由教師親身示范，學生沒有參與其中，教學效果往往不理想。部分學院采取教師指導，學生直接動手參與的教學方案，但這一方案危險系數較高、成本投入較大、耗時長，實際應用推廣中阻力較大。如今3D技術的引進，恰好能解決這一教學難題。

比如，在“發動機拆裝”這一最為基礎的機械操作教學中，過去教學步驟如下：（1）教師進行關鍵步驟和注意事項的講解；（2）教師親自示范，向學生演示操作過程，并進一步強調注意事項；（3）教師在旁邊觀察監督，由學生自己動手操作。

在上述過程中，由于教學環境的限制，通常很難讓所有的學生同時清楚地看到教師的操作步驟，但如果將學生進行分組，逐一向各組學生進行講解，又會耗費大量時間。這樣的教學步驟通常結果是只有部分“好運”的學生能真正學習和掌握課堂內容。

在3D機械教學中，教師可以在課前利用UG軟件完成發動機的建模，然后利用3DMAX進行發動機拆裝動畫的制作。這樣教師在課堂上可以將制作好的拆裝動畫展示給學生看，甚至可以將課件提前發送至學習群，讓學生能在課前揣摩具體操作，熟悉注意事項，使學生直觀地看到拆裝過程，然后再進行實訓，從而提高教學效果和效率。

綜上所述，3D技術是信息化時代的重要產物，它的出現必然將影響和改變未來機械行業的發展，技術學院在機械教學中應接受3D技術，早日將3D技術融入教學，不僅是為了提高課堂教學效果，也是為了學生在未來行業競爭中占得先機。

參考文獻：

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