以應用為教學目標的3D建模教學研究

[摘 要] 3D建模軟件已廣泛應用于機械設計中，但在教學實踐中普遍存在學生上完三維建模課，依然不會進行三維機械制圖的問題。為了讓學生熟練掌握3D建模技術，做到課上能理解，課下會應用，達到在實踐中具體應用的教學目標，采取課堂講解和翻轉課堂相結合的教學方式。課堂講授建模操作過程以及每個基礎操作的功能;翻轉課堂讓學生針對具體的案例進行建模思路分析，部件建模，上臺講述。教學實踐顯示，綜合的教學方法能讓學生更好地掌握3D建模技術。

[關鍵詞] UG;動手實踐;翻轉課堂

[基金項目] 2018年度山東省高等學校科技計劃項目課題“以人為本的汽車先進駕駛輔助系統（ADAS）開發與控制策略研究”（J18KA048）

[作者簡介] 陳煥明（1978—），男，山東青島人，博士，青島大學機電工程學院講師，主要從事車輛系統動力學研究。

[中圖分類號] TH12 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）30-0165-04 ? ?[收稿日期] 2021-01-12

一、引言

3D建模技術從20世紀開始在航空航天器設計及汽車設計中首先得到應用，如今已用于各種機械行業的產品設計與制造[1]。3D建模技術有力地推動機械設計水平的提高，提高設計效率。目前3D建模技術是從事機械設計行業人員必備的能力[2]。

許多學校已將3D列入教學計劃，以培養學生的機械設計的能力。為讓學生在有限的課時內掌握3D建模工具，在教學實踐中，將應用作為教學目標。針對3D建模軟件的特點設計以學為中心的學習流程[3-10 ]。教學實踐中將傳統課堂講授和翻轉課堂相結合。傳統課堂具有傳授知識的體系化、全面化、深入化和完備化的特點;但是，傳統課堂的缺點也顯而易見，學生學習積極性差，課堂時間的利用率低。翻轉課堂是“教師引導，學生主導”的教學模式。翻轉課堂具有學生學習自主化、個性化、學習途徑和方式多樣化的特點。翻轉課堂的教學方式可以讓學生積極動手，對軟件操作技巧有更加深入的理解。充分利用兩種教學方式的優勢，使3D建模知識系統化和全面化;學生動手能力和技巧實踐化，更好地做到以學生為中心，做到教師有教的積極性，學生有學的主動性，讓學生學得會、用得上[ 11-15 ]。

二、教學流程

3D建模軟件需要基本的操作知識，也需要對建模構件有準確的理解。為了達到3D建模軟件的教學目標，從教學實踐中我們總結出了“夯基礎、明規范、強分析、重動手”的教學策略。

（一）明規范

復雜的機電產品需要不同的團隊完成設計工作，團隊間需要協調配合。設計之初需要對建模進行規范，包括命名規范、圖層分配等，讓同學們在建模之初就有規范建模的意識，形成良好的建模習慣，以提高模型可讀性和操作方便性，進而提升團隊配合的效率。

（二）夯基礎

講解3D建模思路，對基本操作進行詳細講解。3D建模軟件的功能非常豐富，每一個功能都有基本操作。教學過程中把基本的功能講解清楚，同時也要把功能擴展。

建模基本思路有兩種，一是從上到下的建模方法，如圖1所示。通過草圖繪制截面以及引導線，然后靈活運用拉伸、旋轉和掃掠的方法完成建模部件的總體框架。

另外一種是從下到上的建模方法，如圖2所示。應用組合的方法將規則的幾何形體組合成總體框架，讓學生理解兩種方法沒有高下之分，需要根據所建零件的具體條件進行靈活運用。

完成總體框架后就可以進行局部特征的建模。根據功能和載荷的要求需要，機械零件的結構需要有孔、槽、凸起、筋板等細節結構。添加局部特征后就完成了基本結構的建模，如圖3所示。

完成基本結構建模需要對模型的細節進行類似倒角或倒圓的處理，最后根據零件的基本特征進行陣列、鏡像、組合以及修建等步驟，完成模型創建，如圖4所示。

教學過程中向學生強調基礎思路和操作的重要性的同時，讓學生樹立根據具體零件靈活運用。讓學生明白，思路是抽象的，可以分類的;實際建模是靈活的，可以綜合運用的。

（三）強分析

對建模過程進行詳細分析、案例講解。對具體零件進行完整的建模思路講解，演示整個建模的過程。機械零件可以按照其特征進行分類。以典型的零部件為案例，分析零件的結構，根據結構特點確定整體建模思路。最后詳細演示建模過程。

（四）重練習

整個教學過程最重要的步驟就是學生通過練習掌握建模技術。為學生提供典型零件的二維圖，讓學生完整的進行建模過程。本環節體現翻轉課堂的優勢，充分發揮學生的積極能動性，讓學生在學習過程中獨立思考，積極動手，發現難點和難題，解決問題，提升能力。

三、教學實踐

教學過程中遵循由易到難的思路，從簡單的零部件開始，反復的按照規范的建模流程進行教學，最終完成教學過程。整個教學過程中讓學生循序漸進地掌握建模技術。

為達到以學為中心，以用為目標的教學要求，教學過程充分運用先進的教學理念和教學設備[ 15 ]。

傳統教學方式強調以教師的講授為主。這樣的授課方式適合基礎知識的講授，對于主動學習能力不高的學生非常適合。但是，這樣的授課方式也存在課堂氣氛沉悶、學生參與度低的問題。

翻轉課堂是指調整課堂內外的時間，將學習的決定權由教師轉移給學生。在這種教學模式下，課堂內的寶貴時間，學生能夠更專注于主動的基于項目的學習，共同研究解決3D建模的思路以及各種基礎知識的靈活運用，從而獲得對3D建模技術更深層次的理解。翻轉課堂要求學生對3D建模技術的基礎知識扎實地掌握，但是3D建模技術有一些技術難點不易掌握。