三維數字化技術在機械類課程教學改革中的應用

卜瑋晶

摘要： 在快速發展的時代背景之下，新型的三維數字化技術得以衍生，將其應用到機械類課程教學中，是促使我國機械課程數字化教學的必然選擇，這樣才能使學生真正學會與學好機械知識，將其運用到實際的就業發展之中。基于此，我國相關的本科機械課程教師應該運用三維數字化技術進行有效的課程教學改革，為學生創建一個三維數字化的高效的機械課程教學課堂，促使機械學科學生的現代化發展與數字化發展。

Abstract： Under the background of rapid development， the new three-dimensional digital technology is derived and applied to the mechanical curriculum teaching， which is an inevitable choice to promote the digital teaching of mechanical courses in China， so that students can truly learn and learn the mechanical knowledge and apply it to the actual employment development. Based on this， the relevant undergraduate mechanical curriculum teachers in China should use three-dimensional digital technology to carry out effective curriculum teaching reform， create a three-dimensional digital and efficient mechanical curriculum teaching classroom for students， and promote the modern development and digital development of mechanical discipline students.

關鍵詞： 三維數字化技術;機械類課程教學;工程認證;教學改革

Key words： 3D digital technology;mechanical curriculum teaching;engineering certification;teaching reform

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）18-0237-03

0? 引言

在以往開展機械類科學教學的過程之中，都是由教師主導學生的學習，讓學生從課本中學習機械知識，這不僅使得學生毫無機械學習興趣，還使得學生難以理解所學的機械知識，無法運用所學的知識階級實際機械工程問題，嚴重阻礙了學生的機械學習與發展。但是三維數字化技術是新時代下衍生的一種高效技術，將其應用到機械類課程教學之中，可以有效地改革教學課程與方式，創新符合學生學習的三維機械模型，可以使學生有效地學習機械制圖、機械設計、材料力學和機械制造技術等等，直觀地學習相應的知識，與實踐練習相應的機械技術，確保學生機械課程學習的實效性。因此，本科機械類課程教師應積極地運用三維數字化技術開展教學改革，為學生的機械發展提供有力的教學保障。

1? 三維數字化技術的教學應用價值

所謂三維數字化，就是運用三維工具（軟件或儀器）來實現模型的虛擬創建，修改，完善，分析等一系列的數字化操作，從而達到用戶的使用目的。而在本科機械類教學課堂之中，本身機械課程就是較為深奧與困難的，讓學生直接從課本中學習機械知識，根本無法實現教師預期的教學目標，反而會使學生產生越來越畏懼機械學習的不良現象。但是通過三維數字化技術，可以將深奧復雜的機械知識，以三維數字化技術直觀形象地呈現在學生面前，這樣即可使學生簡單化地學習機械設計與制造知識，保障學生真正學會與學好機械課程知識。

而如若本科機械類課程教師無法認識到運用數字化技術開展教學改革的意義，就會一直沿用傳統的單向灌輸教學方式開展教學，這不僅會嚴重影響學生的機械學習與發展，還會嚴重影響機械課程的數字化發展，使學生所學的機械知識無法適應時代對高新機械技術人員的技術要求，這會使得我國教育行業與機械行業的發展受到嚴重的影響。

因此，作為本科機械類課程教師應正確與深刻地到，將三維數字化技術運用到教學中的實際教學價值，并使其能夠將新課改下以生為本的教學改革理念，有效地運用到實際的教學改革之中，確保機械類課程的實際教學改革效果與改革教學效果。從根源上消除學生被動與形式化學習機械知識的不良現象，而是使學生能夠真正融入到機械課堂之中，從三維數字化機械課程中，形成對機械知識的深刻理解，強化對三維數字化技術實踐運用能力，以及機械設計與制造能力，不斷提高對學生的機械教學質量。同時，以三維數字化技術創新對學生的教學方式與教學內容，使學生能夠積極地學習現代化的機械知識，成為時代所需的優秀機械人才。并使學生能夠將所學的三維數字化技術，有效地運用到機械設計與制造之中，使其能夠有效地開展機械創新設計與制造，為我國機械行業的發展提供源源不斷的優秀人才。

2? 三維數字化技術在機械類課程教學改革中的應用

機械工程專業本科核心課程主要包括：高等數學、大學物理、工程圖學、理論力學、材料力學、機械原理、機械設計、機械制造技術基礎、電工電子技術基礎、機電傳動及控制、數控技術及裝備設計及機械工程訓練等。本科機械類課程教學教師應根據對學生的不同教學內容，以及學生的實際學習情況，將三維數字化技術合理地運用到其中，充分發揮出三維數字化技術的應用價值，促使機械類課程教學改革的實際效果，進一步提高對學生的機械教育效果。本文對三維數字化技術在機械類課程教學改革中的實際應用策略作如下探究。

2.1 強化三維思維能力，改革制圖類課程的課堂教學

工程圖學是機械類課程中的重要教學組成部分，更是本科機械學生入門必須學好的一門課程。一旦本科學生掌握不好機械制圖的方式方法，將會嚴重影響到其后期學習其他機械知識的學習效果，更會嚴重影響學生的機械健康學習與發展。從當前機械類課程的實際教學情況可見，機械課程教師都是通過讓學生徒手開展工程繪圖設計，這使得學生在修改圖形的過程中會損耗大量的時間，更難以直接理解課本中的圖學知識，難以直接將其運用到設計之中，使得學生的機械圖學課程學習效果十分低下，非常不利于學生的機械學習與發展。為有效地改善這種不良教學現象，本科機械教師應運用三維數字化技術開展教學，改革制圖類課程的課堂教學方式與內容，以三維數字化技術將工程圖學三維立體地呈現在學生面前，幫助學生降低對課程知識的學習難度，不斷提高學生對機械圖學課程的學習效率與效果，以實現培養本科機械學生高創新能力、實踐能力與空間想象能力的教學目標。其教學目標如圖1。

而在實際的圖學課程之中，三維實體是學生開展讀圖與畫圖學習的重要載體，所以，本科機械課程教師可以通過三維數字化技術改革教學內筒，將三維數字化技術和虛擬現實技術運用到課堂教學之中，直接運用三維數字化軟件開展圖學課程教學，使學生能夠直觀與高效的學習課中的機械圖學知識，充分調動學生對圖學課程學習的積極性。通過這種新型的教學方式與教學內容，使學生能夠不斷加強對現代化三維數字技術的掌握，消除學生對機械課程知識的畏難學習心理，使其能夠積極地運用三維數字化技術讀圖和畫圖，促使學生機械學習效果與能力的雙重提升。

同時，本科機械類課程教師還可以為根據課本中的插圖和例圖，為學生設計相應的虛擬三維例立體模型圖，使學生能夠運用手機掃描直接將觀看與學習整個機械圖示，如圖2。以新型的VR技術改革課堂教學內容，強化學生的三維思維能力，使學生能夠開展基本立體和組合體虛擬防震機械結構創意設計，不斷提高學生的機械繪圖水平與實踐運用能力，切實提高本科機械類課程的教學改革教育效果。

2.2 創新教學方法，利用信息技術進行課程設計

傳統的本科機械類課程教育教學方法，已經難以滿足新時代下機械人才的發展需求。因此，本科機械類課程教師應積極地運用三維數字化技術，創新對學生的機械課程教學方法，利用信息進行課程設計，創新出符合學生學習興趣、學習需求與發展需求的教學方式，以保障學生能夠趣味且高效地掌握機械知識。在機械類課程教學之中，其機械原理、設計和流體轉動是主干教學課程，當學生能夠掌握機械設計方法，才能根據不同的工程設計出相應不同的機械，保障與提高學生對機械知識的實踐運用能力。所以，本科機械類課程教師可以通過信息技術將機械課程，開展機械類課程教學改革，為學生制作虛擬加工與設計動畫視頻，充分調動學生的機械學習積極性，使學生能夠高效地學習機械課程知識。

以圖3的典型傳動機構三維模型為例，本科機械類課程教師，可以通過三維數字化技術制作相應的動態動畫教學視頻，幫助學生學習機械設計的課程知識，提高其課程學習效率與效果。與此用時，本科機械類課程教師還可以通過組織學生開展創新設計比賽，鼓勵學生運用三維數字化技術開展動態虛擬實驗，引導學生改革以齒輪、蝸輪蝸桿等典型傳動機構設計為主的設計現狀，培養學生的三維思維能力與創新實踐能力，使學生能夠加強對三維數字化技術的運用，以三維數字化技術創新出更加優質的轉動機三維模型，促使學生朝著更高層次的機械學習方向健康發展。

2.3 強化畢業設計內容改革，培養學生工程意識和創新能力

創新是一個民族發展與進步的靈魂所在，在開展本科課程教學改革的時候，本科機械課程教師可以通過應用三維數字化技術組織學生開展畢業設計創新，強化機械學科學生的畢業設計內容改革，有效地培養學生的工程意識和創新能力，使其能夠以三維數字化技術，進行對教師科研課題的創設，在提高學生畢業設計質量的前提，進一步提高教師的機械改革教學效果。當本科機械課程的學生能夠掌握創新能力的時候，就能夠對我國原有的機械設計方式和各種機械進行創新設計，既能有效提高機械學生的機械技術水平，還能提高教育院校的機械教育效果，使學生們都能夠成為國家所需的創新型機械人才。

因此，在實際開展本科機械類課程教學改革的過程中，本科機械類課程教師應進行畢業設計選題的創新設計，讓學生創新設計的項目，使學生能夠從不同的角度去創設設計機械制造項目，使其能夠形成一套產品概念構思、方案確定、設計計算、優化仿真、樣機制作、總結成果、發表論文專利等完整的設計流程，不斷提高學生的創新能力與畢業設計質量。并組織學生開展相應的畢業設計創新比賽，看一看哪個學生的創新產品設計好，有效地激發學生的好勝心，使學生能夠全身心地投入到畢業作品創新設計之中，有效地避免傳統的畢業設計形式，只讓學生完成機械制造任務的不良教學現象。而是讓本科機械學生能夠運用新型的三維數字化設計技術，創新宣傳與設計機械產品，使學生們都能積極地發揮出自己不同的想法，開展新穎性與創新性的機械產品制造，使我國同樣能夠得到學生們更多的創新設計的想法，有效地推動我國機械課程的數字化發展，以及機械行業的創新發展。

2.4 將三維數字化技術應用到學生的各類創新活動中

如何將三維數字化技術應用到學生的各類創新活動之中，同樣是本科機械類課程教師在積極探究的重要教學改革問題。因為如若學生對機械知識的掌握與設計，一直停留在傳統的設計思想與方式之中，這就會嚴重影響學生的創新發展，使學生無法達到工程認證體系的畢業要求，使學生無法成為時代所需的創新型機械人才，使學生無法為社會與國家的發展貢獻出屬于自己的一份力量，本科院校也就失去了培養機械人才的價值。因此，本科類機械課程教師應創新各種各樣的機械創新比賽，以創新機械比賽的形式，潛移默化地將三維數字化技術融入到機械課程之中，使學生能夠自覺地將三維數字化技術運用到機械設計制造之中，促使學生機械創新能力的不斷提升。

同時，本科類機械課程教師還需創新對學生的比賽教學評價方式，以學生自評、生生互評與教師總評的方式，公平公正地開展對學生的機械創新效果評價，使學生能夠正確地認識到機械創新中的不足之處與優秀之中，使學生能從內心接受他人的教學評價，強化對三維數字化技術的實踐運用能力，運用這一技術開展更加高效的機械項目創新設計制造。以這種創新的機械類課程競賽方式與評價方式，加強對機械類課程的教學改革，使學生能從學習中與實踐中不斷加強對三維數字化技術的學習，隨之使學生能夠不斷深化對各種機械類課程知識的理解與掌握，使學生能夠真正將所學的機械知識與三維數字化技術整合在一起，使學生能夠設計出對國家發展有用的新型機械設備。

由此，使本科機械類課程教師能夠通過對三維數字化技術的運用，有效地開展本科類課程的教學改革與教育改革，使其能夠有效地創新出符合學生現代化機械發展的教學方式，使學生能夠得到有力的教學支撐，始終朝著現代化的方向與正確的機械學習方向創新發展，促使我國機械教育教學水平的不斷提升，加快機械類人才學習發展的步伐。

3? 結束語

總而言之，本科機械類課程教師應合理地運用三維數字化技術，開展教學內容與教學方式改革，以保障對學生機械教學的實際效果。機械類課程教師應基于成果導向的教學理念，以生為本的教學改革思想，合理地運用三維數字化技術開展教學改革，以三維實體設計軟件的集成性，全面激發學生的機械學習興趣與實踐制造興趣，使其能夠全身心地投入到機械學習之中，從實踐學習與操作中真正學好機械課程知識，從而促使學生朝著現代化的機械發展方向全面發展。

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