三维Pro/E软件辅助机械制图教学

udehiwija

[摘 要] 机械制图是中等职业学校机械类专业学生一门重要的基础课程。课程的主要任务是培养学生识图、读图、绘图的基本能力。基于这门技术专业课程的学习特点，如何提高教学的效率，帮助学生更有效地掌握识图、读图、绘图的能力是我们教师必须思索的问题，因此将新兴的教学手段引入制图教学中，如将引入Pro/E三维软件与机械制图学科教学有机地结合。
[关 键 词] 三维设计软件；教学改革；立体化教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）20-0058-02
机械制图是中等职业学校机械类专业学生一门重要的基础课程。课程的主要任务是培养学生识图、读图、绘图的基本能力，并与以后深入学习机械相关课程有着密切的联系，且不学好机械制图这门“工程语言”就无法胜任以后的工作，设计者就无法准确地表达设计思想，生产者就无法完成零件的加工生产，检验人员就无法正确校对检验产品。基于这门技术专业课程的重要性及普遍性特点，运用一种科学合理的教学方法和手段，将教与学有机的、紧密地结合起来，因此我们必须在有效地调整教学内容的同时，将新兴的教学手段引入教学中，以此来提高教学的效率，帮助学生更有效地掌握识图、读图、绘图的能力。
一、传统机械制图学习带给学生的困惑
（一）三视图不会想
在三视图教学中，职中生是从初中直接升入职校的，初中没有接触立体几何，空间想象能力和空间思维能力差，因此大多数学生难以适应，如何在教学中开发学生的三维空间想象能力，并提高学生的读图和绘图能力是我们教师应该解决的问题。
（二）组合体不会画
首先，绘制组合体时缺乏正确的形体分析能力，分析不出是由哪些简单的基本几何体组成，又是按什么形式组合的。其次，选择各自投影的相对位置关系比较混乱，特别是主视图选择恰当与否，将直接影响组合体视图表达的清晰性。最后，绘制时，在选比例、定图幅、布图画底稿、描深一系列的步骤上都表现不佳，因此我们教师要选择一个合适的工具来帮助学生分析图形，加强学生的组合体绘制能力。
（三）装配图不会看
主要的原因是缺少理解机器或部件的性能、作用和工作原理能力，无法了解各零件间的装配关系、拆装顺序以及各零件的主要结构形状和作用，以至于其不明白图纸上的主要尺寸、技术要求和操作方法等。
二、传统机械制图教学模式带给教师的困惑
（一）运用模型、挂图进行教学的局限性
在机械制图教学中，利用事物模型、挂图等创设情境教学激发学生学习兴趣是现今教学过程中非常普遍的教学手段，利用直观的事物可以让抽象的概念具体化，死板的描述形象化，枯燥的知识趣味化。虽然这样的教学手段取得了一定的效果，但同样也有一定的局限性，这样的教学过程占用了太多的课堂时间，往往讲不了多少知识，同时教师也付出了许多体力，再加上黑板的限制，教师完成本节课的教学内容需要不断更新绘图，由于一节课45分钟无法有效地把所有内容都展现出来，且也由于展现实物花费过多的时间而无法有效地保证这节课按时完成，这也是机械制图课在教学过程中经常出现一堂课只能讲解一个例题，或是在黑板上费时费力地画完第二个例题时，下课的铃声已经响起的情况的原因，这也是许多制图课程教师共同的困惑。
（二）运用橡皮泥、萝卜进行现场切割教学的局限性
在机械制图教学过程中，许多教师也是煞费苦心、绞尽脑汁。为了教学，运用了很多的方法能把事物立体地、直观地展现在学生面前，例如，在找不到模型、挂图的情况下，会组织学生一起在课堂上捏橡皮泥、切割橡皮泥或萝卜，虽能充分调动学生的学习兴趣和积极性，但是效果也有时不尽如人意，问题出在哪呢？
1.课堂的秩序教师很难掌控，由于教师跟学生课堂上的互动过于频繁，教学秩序会被学生所影响，教室内往往会出现纷乱嘈杂现象，进而教师在维持课堂秩序上花费大量的时间而影响教学进度。
2.学生的注意力无法集中，尽管教师上面讲得起劲，但是学生切割橡皮泥或萝卜时也玩得疯狂，很容易被眼前的橡皮泥所吸引而无法听取教师上课所讲的主要内容。
3.学生在制作过程中会出现意外的伤害，由于在切割橡皮泥或是蘿卜的过程中会使用美工刀，学生一不小心会出现手会被划破的伤害事件。
以上几种教学方法虽能起到一定的教学效果，但是还是存在许多的弊端，大部分时间学生都在被动地接受知识的灌入，尽管教师用尽办法讲得起劲，但学生在掌握知识的过程中还是大打折扣，与教师的期望值相差甚远，那如何找到一种学生学得开心，教师教得称心的教学方法呢？我认为将三维建模软件应用到机械制图的教学模式中，是一个不错的选择。
三、应用三维Pro/E软件辅助机械制图教学
三维设计软件应运而生将可以很好地代替模型、挂图，可以切割、剖拉、旋转，且不会损坏模型，可以做到重复利用资源，在教学时也可以从传统的二维设计转向三维设计。另外，也基于网络环境下构建的三维模型而建立三维模型库，能作为相互交流、开放式、立体化的教学系统。在课堂教学中能有效地建立二维视图与三维立体模型的联系，培养学生的空间想象力，且不用费时费力地在黑板上画图，增加了课堂信息交流量。
（一）教学不费时，增加课堂教学的信息量
在我们机械制图课程教学中，很多教师遇到过同样的困惑，展现模型和在黑板上画图占用了太多的时间，一节课下来往往讲不了多少知识，同时在黑板上不断更新板书，付出了很多的体力。此外，在教师绘图过程中，无法同时和学生进行交流，很不利于组织教学。利用三维Pro/E软件设计好教学素材，可以在教学过程中进行造型分析，生动形象地展现物体的形态，并可以在课后小结随时调用先前制作的造型，达到传统教学中所无法实现的效果。
（二）有效地建立二维视图与三维实体的空间想象能力
在我们机械制图传统的教学中，对基本几何体、组合体、零件、装配图的讲解中用木质教具来演示有一定局限性：（1）木制模型往往与教材脱节，教师不能根据实际情况选择教具。（2）木制模型体积小且造型单一，学生观察有限。（3）对大型装配体讲解，教师不能在课堂上拆卸讲解。
但是我们利用三维Pro/E软件可以很好地避开这些局限性，且能有效地让学生建立二维视图与三维实体的空间想象能力，并与时俱进地随时改变造型，根据实际情况结合书本随意旋转、剖切、拆卸绘制的三维造型模型，从不同的角度观察视觉效果建立与图样的联系。
（三）利用三维Pro/E软件方便三维投影体系构建
机械制图也就是利用二维视图来表达空间三维立体机件的一种形式，空间三维立体可以形成六个基本视图，但是一般三个基本视图就能表达清楚，水平投影H面，正投影V面，侧投影W面，假如在黑板上绘制三视图无法随性地展开，而且也无法把黑板移动，但是利用Pro/E软件可以方便地实现三个投影平面的转换，完成投影绘制，且根据模型轮廓的可见性修改线条的属性，改可见性轮廓为粗实线，不可见轮廓为虚线，非常方便且简洁明了。但是这些转换要想在黑板上实现那就没有那么方便了，首先需要用不同粉笔表示粗细线条，再用板擦进行修正，所有三维Pro/E软件构建三维投影体系是非常方便快捷的。
（四）利用三维Pro/E软件对组合体的形体分析
在学习组合体这一章节时，是对前面制图知识的综合应用，如前面所学的点、线、面基本几何体，截交线、相贯线、过度线的综合体特征应用。这节内容是培养学生绘图、读图能力的关键一节内容，但是由于形体的过于复杂，很多学生在这一节内容的学习中非常吃力，很难全面掌握这节的内容。同时教师在组合体教学时也感到有很多的无奈，组合体绘制轴测图非常的费时费力，也不好画，主要体现在画了前半部分后半部分的形体无法绘制，所以很多教师在绘制时往往前面绘制一半，后面绘制一半，这样大大加大了教师的工作强度。利用三维Pro/E软件可以很好地消除这个弊端，它可以随时地进行叠加、切割、翻转，把组合体分解成若干个基本形体，分析各个基本形体的形状，并确定各个组成部分的组合方式和相对应的位置关系。所以，Pro/E软件可以形象地展现组合体并对其进行形体分析，也大大降低了教师的劳动强度，给教学带来了方便。
（五）利用三维Pro/E软件剖切模型展现内部结构
在剖视图这一章节的教学中，是让学生能了解机件的内部结构。如讲解支座或底座时内部结构比较复杂，视图上会出现较多虚线而使图形不清晰，不便于看图和标注尺寸。如何能有效地展现其内部的结构呢？剖开机件才是最有效的办法，但是内部的机件结构用轴测图绘制，难度可想而知，部件形状就是凹凸面反求绘制，如果要绘制得形象确实要花费大量的时间。
利用三维Pro/E软件剖切内部结构非常简单，Pro/E软件可以进行不同角度的剖切，制作不同剖切的视图，且可以对不同剖视图在同一平面上进行比较，寻找出不同点和共同点。也可也叫学生自己上来进行剖切，这样可以更加深入、形象地了解自己剖切出来的部分内部结构，并与自己所绘制的图形进行比较，找出错误并分析错误的原因所在，积累经验。这样的学习模式可以激发学生的学习兴趣，让学生一起参与到学习过程中来，成为学习的主导者。
四、Pro/E在机械制图立体化教学中的实践效果
教学实践证明，Pro/E软件在教学中的应用，既加大了课程的信息量，又可以提高学生对本课程内容的理解与掌握，锻炼了学生解决实际问题的能力，同时也极大地调动了学生学习专业课的积极性和创造性，对学生形象思维和创新思维的培养、审美能力和心理素质的提高发挥着特殊的作用。
通过Pro/E 造型技术的学习，学生的画图、读图能力得到明显提高，并为后续专业课程的学习打下了坚实的基础。Pro/E 简单方便的操作，灵活的装配、拆卸过程，大大加深了学生对装配体的理解，加强了单位空间的概念，更主要的是培养了学生的工程设计意识，以适应社会、科技和知识经济时代对高素质人才培养的需要。
经过一个学年，利用Pro/E三维软件与机械制图教学相结合，学生对这样的一种教学模式非常赞同，有了Pro/E三维软件的帮助，学生表示在学机械制图时一点都不费劲，需要看怎样的图样就看怎样的图样，再也不用看着模型想题目。确实，作为老师也有同感，以前每次在上课前都要找模型，找不到模型就要去造模型，有些模型不全在上課时很是耽误教学任务，教师在上面努力教学，学生在下面听得费劲，用上Pro/E三维软件完全颠覆了以往的教学模式，再也用不着模型，软件直接能解决教学难题，造型、剖切、旋转什么都行，用Pro/E三维软件做辅助对教学是非常有利的。
参考文献：
[1]崔以刚.三维实体设计在机械制图教案中的应用[J].考试周刊，2008（15）.
[2]孟颖，唐整生.《机械制图》教学中Solidworks的应用[J].福建电脑，2008，24（8）.