三維軟件UG教學實踐應用與探索

陳鳳騰

摘?要：針對UG軟件形象直觀的特點，加強學生對三維制圖的認識和了解，通過目標驅動、案例教學和因材施教等措施，并將UG應用到生產實踐設計中，提高學生的想像力和興趣，以培養以應用型人才為目標進行有益的教學改革嘗試和探索，具有一定教育意義。

關鍵詞：UG?機械設計?實踐應用

中圖分類號：TD845 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）10（a）-0172-02

三維建模軟件Unigraphics（簡稱UG）是德國西門子集團公司的集CAD/CAM/CAE于一體的軟件系統，具有強大的三維造型、運動仿真與分析以及輔助加工功能，在航空航天、汽車、通用機械及模具等行業都得到了廣泛應用[1]。為適應技術發展和社會需要，在本科生中開設“UG及其應用”課程，針對機械設計專業特點的UG軟件的學習不僅對教學和科研起到重要作用，而且對機械專業學生畢業設計等方面均取得良好效果。使用UG可以轉變產品開發過程，實現數字化產品開發。它涉及產品設計、仿真和制造開發全過程，有助于學生系統掌握UG系統功能，增加在就業市場上的競爭力，為企業提供急需專業人才[2]。

為更好幫助學生掌握UG軟件并應用到機械設計實踐中去，借助UG軟件形象直觀特點，加深學生對機械制圖的認識和了解。另外，借助UG軟件的有限元分析、運動仿真等模塊使學生能通過UG軟件對所進行的機械設計進行優化和驗證，并將其應用到日后的畢業設計和走入工作后設計制造中去。

本文從以下三方面進行一些改革和探索，極大地提高了學生的學習興趣，提高學生應用軟件能力，這已被學生在畢業設計中應用UG所驗證。

1目標驅動法

專業軟件的學習重要性學生都很了解，軟件學習初期，學生的興趣很濃厚，學習欲望較強，但在傳統的教學模式下，教師主要對對各菜單功能、軟件界面、參數設置等方面進行講解，使軟件的講解容易機械化、模式化，所學知識瑣碎、雜亂，難于記憶，學生邊學邊忘，自信心不斷受到打擊，學習過程枯燥乏味，學生學習熱情逐漸降低，容易對軟件學習產生恐懼厭煩的情緒，教學質量無法得到保證。

為了改變這一現象，正確引導學生學習方向，在學習過程中不斷提高學生的學習興趣，激發學生的成就感，進而調動起學習熱情，我們在UG教學中采用了目標驅動法[3]。每次上課首先由教師給出本次課要要達到的教學目標和實現的教學任務，然后學生在教師的引導下，由原理入手，深入挖掘，充分思考，探索實現教師布置任務的具體步驟。例如某次課布置學生完成茶杯設計，告訴他們下課時需要提交，在讓學生完成任務前給他們講述幾個完成思路和方法，可由杯身開始也可以從茶杯把手開始，采用方法也可以通過先建立草圖再進行實體建模，也可以通過參數建立杯身曲線輪廓直接建模，多種方法都告訴學生。同時還對軟件菜單中的某些功能進行講解，而與實現此次任務無關的功能可粗略介紹，甚至不講。讓學生自由發揮去完成各自的任務，如果沒有及時完成或者完成作業的步驟和效果完全雷同則視為本次任務完成成績不及格。在這個過程中，具體的實現步驟也可由較快完成任務的學生給大家講解。

這樣每次上課都成為一個獨立的單元，學生在這個過程中自由發揮，獨立完成任務，通過教師介紹的方法和自己查閱資料、同學討論或者直接向老師提問等多種方式相結合，通過完成任務從而產生成就感，對軟件也逐漸熟悉起來。

2案例教學，提升學生興趣

鑒于本課程主要針對大學本科機械專業的學生開設，因此在軟件學習中主要體現機械設計CAD特點。在教學過程中，教師可以選擇能引起學生興趣、與他們日常生活息息相關的例子進行講解，所以案例選擇至關重要，案例的好壞能起到兩種截然不同的效果。譬如，在講UG三維實體教學時，主要利用軟件設計的便捷性和可視性，圍繞機械產品中的零件進行設計；利用UG強大的三維建模功能，結合國內外建模實例，如手機模型、茶杯、減速器、齒輪等實例介紹，在學會機械產品裝配后，將機械產品進行有限元受力分析和檢查機器零部件運動是否能滿足要求而進行的運動仿真，這些和同學們所學機械專業或者生活大都相關，極大地提升學生的學習興趣和學習軟件的積極性，提高教學質量。

3因材施教，充分發揮學生的主觀能動性

在教學中需要掌握學生的基礎和想法，做到有的放矢，更好地改善教學效果。一些教師認為，認真研究教學方法是必要的，而學生只是知識的接受者，大可不必費心思了解他們在想什么，筆者認為這種觀點是錯誤的。不僅需要了解學生想什么，還需要了解學生的特點、掌握知識水平、價值取向等，唯有如此，才能更好地做到因材施教。作為教師，首先需要認識到教師是為學生服務的，必須對學生有一定的了解，才能真正上好一門課?，F代學生大多是“新生代”，他們敢想、敢為、敢干，富于創新精神，思維活躍，積極追求新鮮信息，但他們中大多數人多位獨生子女，家庭環境往往使他們缺少持之以恒的毅力，克服困難的勇氣，甚至一些人缺少正確的人生觀、價值觀，學習過程中往往半途而廢，畏難情緒比較濃重，這不僅表現在生活的方方面面，而且也會表現在學習中不能迎難而上，在UG的學習中表現的尤為突出。他們愿意通宵上網，卻不愿意了解更多關于UG軟件學習的理論知識、重實踐輕理論，老師講的都會，但實際應用上又經常不甚了解。作為教師，在實際教學過程中注意學生特點，才能在教給學生知識技能的同時，引導學生樹立正確的人生觀、價值觀，樹立堅定正確的信心，需要充分調動發揮學生的主觀能動性[4]。另外，在UG的學習中本人一直避免授課中大量灌輸，避免使某些學生產生厭學情緒，從而不能使真正參與到學習中去。針對這種情形，筆者結合大學生自身較強的自學能力，選取部分產品如手機外觀模型，在學生學會基本操作技能后，先讓學生考慮如何實現，自我嘗試之后再結合教學講解，取得了較好的教學效果。

在授課過程中，教師首先提出本次課教學內容和教學目標，然后請同學們按照這樣的程序學習：先細看一遍書，再看提出的問題，帶著問題重新看書，然后答題并完成本節課的教學目標。目標完成后，筆者先按重點講解，然后要求學生提問，沒有問題后再向他們提問，將其遺忘部分補足。接著就本次課內容做總結，提出重點部分和難點部分并要求學生掌握，并請學生將前面課程中學習體會與在本門課程學習感受總結，使學生進一步掌握學習內容和學習目標，最后提出思考題和作業題。經過這樣一套程序，盡管教師沒有逐條講授教學內容，然而學生掌握知識點的程度卻比平常高。

為此，筆者在這門課教學中實施教學法，讓學生充分發揮主動、創新、積極動手參與實踐的能力，從理論中來，到實踐中去，再進一步上升為理論，開拓思維，主動參與，取得了較好的教學效果。

4應用設計，體現價值

教學中趣味性固然重要，但不能為了吸引學生的注意力一味單純追求興趣，而忽略軟件“實用性”。否則，學生固然覺得這門課“挺好玩”，也有學習興趣，但到了工作崗位，發現所用軟件的功能和作用和在校所學截然不同，還需從頭學起，則大大影響軟件的應用和實踐。

針對UG的實用性強這一特點，利用軟件對零部件進行參數化建模、裝配、運動仿真和有限元分析，不僅縮短機械設計進程，而且可以幫助設計者進行設計優化，增加軟件的應用范圍。筆者在授課過程中對這些高階應用和技能不斷通過實例進行演示，以此激發學生的學習興趣，讓學生在有趣的學習中學到了直接應用到實踐知識和技能。比如，給學生介紹利用運動仿真模塊去模擬齒輪、杠桿等運動情況，能否達到設計要求，利用有限元模塊對裝配零部件受力情況進行分析，以確定設計是否達到要求，或者利用UG軟件構建復雜幾何模型并將其應用到有限元軟件ANASYS中，從而確定復雜構件表面的受力情況，這些內容通過筆者對所帶學生所進行的畢業設計所驗證，他們能通過UG對本人所進行的畢業設計進行驗證和分析，另外，還有畢業生通過所學UG找到適合他們的工作，用人單位通過他們對軟件的熟練應用選擇他們。由此可見，實用性是軟件得以推廣和應用的前提，也是學生學習的直接動力，教學上務必要引領學生對實用性進行掌握。

總之，筆者通過應用和實踐教學，讓學生熟悉UG軟件對機械設計的應用和幫助，經常進行經驗交流和交流經驗和心得。在每節課后，讓學生把完成的作業提交上來作為平時成績，以便讓所有學生都參與進來，不斷告訴學生軟件的實用性。這些教學方法有效地活躍課堂氣氛，使學生在上課時能夠保持注意力相對集中，尤其是學生能夠積極地參與到教學活動中來，變被動地教為主動地學，充分發揮其主觀能動性，激發創新意識，使其知識、能力、素質綜合協調通過這些的教學方式，提高學生的創新能力和實踐應用能力，這不僅可使每個學生都能得到充分發展，而且也是三維CAD軟件教學的有益探索。

參考文獻

[1]胡仁喜，康士廷，劉昌麗.UG NX 6.0中文版從入門到精通[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]趙波，范平清.基于UG平臺的教學建設與實踐[J].上海工程技術大學教育研究，2008（1）：23-25.

[3]羅正華.教育學[M].長春：東北師范大學出版社，2003.

[4]崔相錄.素質教育實施方法[M].濟南：山東教育出版社，1998.