職業(yè)教育論文-淺談ＵＧ三維建模在《機械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用.doc

職業(yè)教育論文-淺談三維建模在機械制圖教學(xué)中的應(yīng)用摘要：UG是由美國UGS公司開發(fā)的CAD/CAM一體化的軟件，它具有強大的三維造型功能，可使復(fù)雜的建模與工程制圖工作變得簡單、明了。因此，將它應(yīng)用到機械制圖教學(xué)中，非常有利于學(xué)生對空間形體的分析，可逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、空間分析能力以及對多種圖樣的繪制和閱讀能力。關(guān)鍵詞：UG；建模；空間想象能力；空間分析能力機械制圖是機械類專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，對于剛步入技工學(xué)校校門的學(xué)生而言，是一門全新的課程。由于空間概念薄弱，又缺乏必要的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，學(xué)生在學(xué)習(xí)上遇到的困難較多。傳統(tǒng)教學(xué)法多以模型輔助，但模型數(shù)量有限，特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型更是稀缺。在截割與相貫、復(fù)雜組合體的投影這些難點內(nèi)容的教學(xué)中，學(xué)生反映很難理解。UG三維實體的建模功能，可在計算機上虛擬建立立體模型并附以顏色，以動態(tài)顯示，把截交線的形成、相貫線的產(chǎn)生以及立體內(nèi)部的復(fù)雜情形表現(xiàn)得淋漓盡致。不但可以加強學(xué)生對物體的感性認識，擴展和培養(yǎng)學(xué)生的空間構(gòu)思能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，而且可以強化教師和學(xué)生的計算機應(yīng)用能力。此外，還可以為學(xué)生以后學(xué)習(xí)計算機輔助制造等后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。下面運用實例討論一下UG建模的教學(xué)應(yīng)用。實例一：求正六棱柱的截交線如圖1所示，正六棱柱被水平面P和正垂面Q截切后產(chǎn)生缺口，求截割體的投影。傳統(tǒng)教學(xué)過程為：（1）演示六棱柱模型，選擇棱面垂直于水平面，且兩棱面為正平面位置放置。（2）將未切割的六棱柱的三投影做出。（3）在六棱柱模型上解釋切割情況，并分析：水平面上截交線的水平投影反映實形，正面投影和側(cè)面投影積聚為一條直線，正垂面上截交線的正面投影積聚為一條直線，而另外兩個投影是類似的縮小圖形。（4）在主視圖上做出切割的特征視圖。（5）在左視圖和俯視圖上利用點線的投影關(guān)系做出截交線的投影。圖1拉伸成的六棱柱和三棱柱傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷與不足是：（1）由于模型不容破壞，切割只能用語言表達，不夠直觀。（2）學(xué)生對切割過程的認識缺乏動感，對培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間想象能力顯得幫助不夠。（3）由于對切割過程認識的不足，當缺乏模型演示或說明的時候，學(xué)生往往感到不知該如何分析，造成了學(xué)習(xí)上更大的困難，甚至喪失學(xué)習(xí)的信心。用UG輔助教學(xué)的過程如下：1.模型的制作：（1）在二維草圖上調(diào)用“基本曲線”命令，畫出正六邊形。（2）在三維模式下，調(diào)用“拉伸”命令拉伸成正六棱柱。（3）移動WCS。（4）選取正六棱柱欲要挖切的平面，在二維草圖上調(diào)用“基本曲線”命令，畫出一個三角形。（5）在三維模式下，調(diào)用“拉伸”命令拉伸成三棱柱（如圖1）。（6）調(diào)用“布爾運算”中的“差集”命令，選取三棱柱，完成帶缺口的正六棱柱（如圖2）。圖2被挖切的六棱柱2.演示設(shè)計：（1）以動畫方式演示正六邊形拉伸為正六棱柱的過程，并設(shè)正六邊形為水平放置，則六條棱與水平面垂直，故六棱面的水平投影積聚為正六邊形。（2）以動畫方式分別演示用水平面和正垂面切割六棱柱，觀察六棱柱的變化，如割面（棱面）出線、割線（棱線）出點，加深學(xué)生對物體由于切割產(chǎn)生形狀變化的認識。（3）以動畫方式反復(fù)演示三角形拉伸成三棱柱的過程，要求學(xué)生注意觀察切割過程，再次理解割面（棱面）出線、割線（棱線）出點。3.思維設(shè)計：（1）在動畫演示切割后要求學(xué)生將該切割過程在腦中自行完成演示，如割線、割面、割體，建立形象思維。（2）出示一截割體的切割特征視圖，先初步分析，后要求學(xué)生在腦中思考切割過程并進行描述，如割到了哪個面？哪根線？截交線的形狀如何？等等。（3）假設(shè)缺口水平向右擴大，即六棱柱有五條棱線被切割，此時截交線形狀有何變化？要求學(xué)生在腦中自行完成切割過程并能描述，展開認識互動，最后總結(jié)出切割范圍的變化必將引起截交線形狀的變化，進一步認識截交線形狀與切割的關(guān)系。4.物體截割用UG輔助教學(xué)的優(yōu)點：（1）動態(tài)觀察帶缺口的正六棱柱，使學(xué)生初步了解立體截切后的形狀及各平面與投影面之間的位置關(guān)系。（2）UG能把三維建模圖形自動生成6個基本視圖和1個軸測圖，可根據(jù)需要篩選。如圖3所示，只選用最常用的基本三視圖。（3）UG還可以把同一類型題，如求截交線問題，可求不同物體的截交線，只需要在歷史樹上加以修改，即只需要在“草圖1”、“草圖2”上畫不同的圖形，自動生成不同的截交體及截交線。（4）利用UG三維建模來幫助學(xué)生弄清投影圖中各圖線與立體圖表面交線的對應(yīng)關(guān)系，進行平面與立體之間的雙向思維，逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。圖3投影三視圖實例二：組合體的建模及剖析對于組合體，特別是復(fù)雜的組合體，應(yīng)用UG進行教學(xué)更是傳統(tǒng)手段無法相比的。UG是一個參數(shù)化軟件，它的二維平面圖與三維立體圖是相互關(guān)聯(lián)的。也就是說，如果修改三維立體圖，相應(yīng)的二維平面圖也會自動修改；反之亦然。因此在教學(xué)時可以選用一些結(jié)構(gòu)典型的組合體為例，將立體展示給學(xué)生，然后要求學(xué)生利用課堂練習(xí)時間畫出二維平面圖。教師可以利用UG制圖模塊快速生成二維平面圖功能，公布答案。這樣教師就節(jié)約了大量板書的時間。同時在教學(xué)設(shè)計有意地對立體圖進行修改，看看學(xué)生是否能夠舉一反三。圖4軸測圖、三視圖組合體的形狀千變?nèi)f化，而無論組合體多么復(fù)雜，都可以看成是由基本幾何體經(jīng)過切割挖切、疊加靠齊、相交和相切等方式組合而成。如圖4所示，軸承架可看成是由帶有半圓孔和矩形槽的長方體底座、與底座后側(cè)面靠齊的支撐板、圓柱筒和肋板等基本幾何體組合而成。為了使學(xué)生更好地觀察組合體的形成過程，觀察并認識組合體各組成部分間的連接關(guān)系，可利用UG對其進行實體建模，首先將各組成部分的形狀用二維草圖做出，然后在三維狀態(tài)下通過編輯命令進行再加工，以加速其建模工作。UG三維造型軟件不但能生成三維模型，而且還可以生成二維投影圖，通過三維與二維圖形之間的相互交替，學(xué)生可對復(fù)雜的圖形或者空間很難想象出來的部分恍然大悟，甚至對模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的地方，還可以采用不同的剖切方式，從不同角度采用動態(tài)觀察器進行動態(tài)觀察，把零件的內(nèi)部形狀表達得淋漓盡致。這樣，可以實現(xiàn)教師與學(xué)生的教學(xué)現(xiàn)場交流，培養(yǎng)學(xué)生邊學(xué)習(xí)，邊思考，邊提出問題的參與式學(xué)習(xí)方法，避免“滿堂灌”教學(xué)造成的學(xué)生對教師的過分依賴，使學(xué)生養(yǎng)成獨立思考的良好習(xí)慣，逐步提高學(xué)生的空間想象能力和空間分析能力，大大提高教與學(xué)的效率。UG輔助教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的對比如下表。隨著計算機繪圖技術(shù)的普及與應(yīng)用，各行各業(yè)為了提高效益會逐漸放棄傳統(tǒng)的手工儀器繪圖，而采用計算機繪圖。計算機技術(shù)輔助繪圖速度快、精度高，而且繪圖質(zhì)量大大高于手工繪圖。因此，改造傳統(tǒng)的機械制圖課程教學(xué)方法與手段勢在必行。通過實踐教學(xué)表明，UG三維造型在機械制圖課中的應(yīng)用，把傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代教學(xué)手段有機地融合起來，使教學(xué)的效率與效果大為提高，激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動了他們學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識，從而使技