基于三维技术的中职机械识图教学研究
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关键词：机械识图 Pro/E 三维建模教学
机械识图是浙江省中等职业学校数控技术应用专业课程改革的成果教材，被评为全国首批改革创新示范教材。本次新课改的教材机械识图提出了明确的培养目标，即相关从业人员的识图能力，贯彻课本教学理念的同时，完成既定教学项目，而利用有效教学切实提高学生的学习效率，培养学生的自主学习能力，让学生有不同层次的发展。
Pro/E是教育部职业教育与成人教育司和PTC，联合推出面向中职学校的课程，该课程是一门软件运用课程。该三维实体建模工具可以方便、快速地创建复杂的形状实体，实现三维模型的精确建模。可以利用模型文件创建其他模型和交付项目，如产品工程图、数控加工程序等。一、教学现状
目前，很多学校把《机械识图》与《Pro/E》两门课程独立开设，由两位专业老师分别来进行教学，机械识图老师讲识图知识，Pro/E老师讲三维建模。这样把两门本有关系的课程分开教学，既增加了学习时间，还得不到理想的教学效果。
机械识图课程教学已经引用了德国先进的教学方法即项目教学法，但一线专业教师在教学过程中沿用传统的机械识图教学方法较多，为了让学生理解三视图和实体之间的对应关系，教师通常会使用简易实物模型、PPT 投影等教学工具，一边讲解投影法的原理，一边在黑板上作图演示给学生明看，然后再让学生练习整个作图的方法和步骤。而对于一些相对较复杂一点的图形，教师虽然能用线面分析或形体分析法来给学生讲解，但总感觉那样一步一步分析起来，有些力不从心，学生也听得一知半解，继而导致教学效果不理想。
学生机械识图能力如果不够强，那么学生在学习Pro/E课程时就会更加困难，Pro/E老师教的也会很辛苦，進而导致学生对整个专业的学习失去信心。二、优化教学模式
笔者学校数控专业的办学方式是产学研一体化模式，将优秀企业引进学校，使学生能够深入到生产第一线，考察不同岗位上生产第一线模式的作用，以及当前企业生产模式的具体要求;调整课程教学与生产一线保持一致。通过这样的课程教学模式，明确教学目标。
目前机械行业的数控技术已经非常成熟，基本上都引进了三维软件的运用，图纸在行业中的用途已经慢慢地弱化了。实际的产品设计，通常是设计师利用电脑提供的三维设计环境来设计产品。修改、模拟加工、自动编程等，设计模拟完成之后可以直接和机床连接并进行加工。因此，产品设计需要具有较强的空间思维能力、创新能力以及三维软件控制能力。由此可见，传统的教学模式和教学目标并没有适应先进生产技术的发展，外部环境影响中职机械识图教学模式的改变。
人们的习惯构形思维是从立体形体开始转到平面图形再到立体形体，即立体-图形-立体的形式。而传统的教学模式是图形-立体-图形，这就违反了学生对形体的这一认知规律，影响了学生空间思维能力的认知。许多学生往往感到传统的机械识图教学非常难学，空间关系弄不清楚，原因就在这里。
优化教学模式的设想为立体-图形-立体，即在Pro/E课程教学中，学生根据老师的讲解或根据相应的实体制作视频，自己动手做出实体模型来。
机械识图课程这种实体化教学模式，是许多机械识图老师所追求的一种教学方式，以前受到教学场地的限制，难以实现这种新的教学方式。现在，一般学校都配备了专业的教学机房，安装并能使用Pro/E软件进行的三维建模教学，为实现这样一种理想的教学模式提供了有利条件。
通过上述的教学理念，教师可以把机械识图培养重点的看图、识图能力以及绘图能力和Pro/E的三维建模整合起来，把Pro/E作为一种教学辅助工具来应用到机械识图的教学过程中去。机械地图的教学重点在于解释正投影法、三景法、轴图法和简单的图案表达法。这是学习绘图的开始，也就是学习机械地图的最基本的东西。地图中的几何图形、复杂组合、复杂图案表达方法、零件图、装配图等作为综合教学置于Pro/E中。这样用少量的课时讲解机械识图知识，留多一点的课时放在Pro/E课程里面的一体化教学来完成。下面结合教学实际情况具体谈谈在机械识图与Pro/E一体化教学的应用实例。三、Pro/E软件在机械识图教学中的应用实例
1.在组合体三视图中的应用
组合体这部分内容是机械识图教学的重点和难点，很多题目都是为补出第三视图或补缺图线等题目，题目简单一点，学生还能理解，如果加深难度，很多学生就会犯难了，因为这需要学生有很好的空间想象能力，才能去完成。在《机械识图》课堂教学中可以用一些相对形体简单的例子进行分析，对于形体较为复杂的题目，可放到Pro/E课堂教学中去，学生借助Pro/E软件利用所学的三维建模命令进行三维建模，通过建立好的实体模型，再让学生完成相应的题目，学生就会感觉到容易多了。
整个教学布置过程既简单又复杂，利用已建立的三维模型，再利用机械图中的形体分析方法和线面分析方法绘制第三视图或缺线。当学生有疑问时，教师可以一边分析一边对照实体模型进行讲解。在Pro/E的课堂教学中讲解三识图建立三维实体模型采用叠加法、切割法，讲、练相结合的。使用Pro/E建模的另一个特殊优点是可以局部或集体地缩放，可以看到整个部分或小结构的形状，可以自由旋转实体。这样就可以清楚地看到前后左右身体上下位置的表面连接。避免了轴测图静态缺点。在Pro/E的教学中，充分发挥理实一体化的教学理念，先讲后让学生自己操作，在学生操作过程中，教师在巡逻时进行指导，以使学生充分掌握投影原理和绘图方法。使学生的空间想象能力。 通过具体实例训练后，学生普遍觉得在学机械识图课时就没有以前那么难学了，而且更加生动有趣了，学生学习兴趣也大大提高了。
2. 在实体表面相贯线和截交线中的应用
相贯线和截交线这部分课程也是机械制图课程中比较难理解的一部分。图上题目在补画第三视图时，很多学生都会犯难，尤其是上部分圆柱面和竖直孔之间的相贯线，学生无法理解他们的连接处为什么会往下凹。但是利用Pro/E软件学生可以很方便快捷地建立三维实体模型，学生只要局部放大三维实体模型的上表面，就能看到圆柱面与圆孔之间产生的相贯线，这样学生再去补画第三识图，就要容易得多。
3.在剖视图中的应用
对于具有较复杂内部结构的机件，正确表达不同类型的轮廓视图是中学生学习机械制图课程的难点之一。许多复杂部位的内部结构是中学生难以想象的。因此，在上此块课程时，可以让学生利用Pro/E软件剖切功能，创建不同类型的剖视实体，从各个角度展示各種剖视图的作用。这样由立体到平面的过程，真正做到了理论与实践一体化的教学，充分让学生参与到教学过程中来，成为课堂的主人。
4.在零件图教学中的应用
对于机械识图零件图课程教学，以往传统教学往往通过挂图或PPT来讲解，由于学生对复杂零件缺乏立体感，学生学起来就非常困难的， 而学生通过使用Pro/E软件， 建立上面的三维实体模型，不仅增加了学生的立体感、成就感，也增加了学生的读图能力，而且还对学生以后真正参加顶岗实习和生产实践时产生积极影响。
5.在装配图教学中应用
装配图的识读是机械识图学习中的重点和难点， 对于装配图的教学，教师普遍觉得比较困难。在教学中，仅仅依靠少数的教学工具是远远不能满足教学需求的。由于中学生缺乏实践经验，对装配体的结构、工作原理、零件之间的装配、连接关系、主要零件的结构形状缺乏感性认识，而且不能独立分析。Pro/E提供三维建模、装配和运动模拟。可以制作各种动画来显示零件的组成和装配过程。应用Pro/E来组装或拆卸零件的过程，如同学生亲临组装车间一样组装和安装机器的过程。通过对典型零件的建模过程、装配过程和拆卸过程的仿真动画，为学生提供了一个虚拟的实践场所。四、引用Pro/E在机械识图教学中的软件意义
机械识图教学，主要培养学生的空间想象能力、读图能力和绘图能力，这是数控专业学生所具备的最基础的能力，是学习后续专业课程的知识基础。引入Pro/E软件作为辅助教学，是在传统教学方法基础上的一个大胆创新设想，是与时俱进跟上社会发展脚步的教学改革。正确运用Pro/E软件，不仅活跃了机械识图课堂气氛，也是对传统教学的有益补充，可起到事半功倍的效果。
但Pro/E软件毕竟是虚拟的模型，看得见但摸不着，不能全部代替传统教学，两门课的教学时间比重一定要适当控制，合理安排两门的课教学进程，才不会出现教学重点模糊的情况。
参考文献：
[1]崔陵，娄海滨.机械识图第二版[M].北京：高等教育出版社，2014.
[2]徐宇明，易楠主编.Pro/E野火版使用教程[M].北京：高等教育出版社，2010.