葛進(jìn)軍

摘 要：虛擬模型庫(kù)在教學(xué)中的應(yīng)用完全可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教具的缺點(diǎn)，利用先進(jìn)的三維技術(shù)創(chuàng)建的虛擬機(jī)械零部件不僅形象逼真、色彩豐富，利用計(jì)算機(jī)軟件還可以方便地進(jìn)行教學(xué)模型修改與新建，充分滿足了教學(xué)中對(duì)模型種類(lèi)及數(shù)量的需要。

關(guān)鍵詞：中職 虛擬模型庫(kù) Inventor

中職機(jī)械識(shí)圖教學(xué)的難點(diǎn)在于空間幾何的圖解能力，運(yùn)用立體模型進(jìn)行空間幾何分析是學(xué)習(xí)機(jī)械識(shí)圖課程必要的教學(xué)技巧，也是學(xué)生從抽象理論到具體實(shí)物認(rèn)識(shí)過(guò)程中的一種重要工具。中職學(xué)生缺乏具體實(shí)物的感性積累，教師用虛擬模型庫(kù)來(lái)代替或部分代替現(xiàn)有的實(shí)物模型，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教具的缺點(diǎn)，降低教學(xué)成本，及時(shí)更新教學(xué)資源，方便學(xué)生學(xué)習(xí)使用，方便攜帶運(yùn)用。在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)的同時(shí)，也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用，特別是產(chǎn)品造型技術(shù)的應(yīng)用。

一、虛擬模型庫(kù)的特點(diǎn)

1.模型演示更趨清晰

基于校園網(wǎng)的虛擬模型庫(kù)可以通過(guò)動(dòng)畫(huà)播放，逼真地顯示裝配體的工作過(guò)程，真實(shí)感強(qiáng)。特別是通過(guò)三維模型的疊加、切割、剖切、裝配等過(guò)程，使學(xué)生更加清楚零件的形成過(guò)程和裝配體的裝配過(guò)程，具有單純實(shí)物模型無(wú)法比擬的效果。在教學(xué)中，很多粗淺的知識(shí)和概念性的描述，通過(guò)文字或一些示意圖很難把它講明白，往往教師講得口干舌燥，學(xué)生聽(tīng)得云里霧里；老師比劃半天，學(xué)生一知半解。但借助合適的教學(xué)模型，可以直觀地解決一些術(shù)語(yǔ)的理解和一些重要零部件的構(gòu)造與工作原理的理解，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也有效地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。

2.模型成本更加便宜

虛擬模型庫(kù)應(yīng)用三維造型技術(shù)創(chuàng)建立體模型，成本低廉，它可以通過(guò)隨書(shū)光盤(pán)、課件、網(wǎng)絡(luò)等渠道添加立體模型，可以移動(dòng)存儲(chǔ)，也可以放在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，基本不需要額外的維護(hù)成本。助學(xué)型課件隨著網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善和普及，學(xué)生不管是在學(xué)校還是在家里，都可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)能力自主安排學(xué)習(xí)，根本不需要到企業(yè)實(shí)地去參觀。而利用實(shí)物模型教學(xué)，由于其尺寸大，制造周期長(zhǎng)，不宜攜帶和保管，而且維護(hù)成本較高。

3.模型創(chuàng)新更加方便

社會(huì)和家庭出于安全的考慮，很少讓學(xué)生主動(dòng)去企業(yè)觀看接觸機(jī)械設(shè)備，也沒(méi)有機(jī)會(huì)與工人交流學(xué)習(xí)。學(xué)生平時(shí)對(duì)一些機(jī)械零件的感性認(rèn)識(shí)比較少，所以導(dǎo)致其機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解力差。利用先進(jìn)的三維技術(shù)創(chuàng)建的虛擬機(jī)械零部件不僅形象逼真、色彩豐富，還可以方便地進(jìn)行修改與新建，這樣不僅能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)充新的教學(xué)模型，還可以針對(duì)不同的教學(xué)對(duì)象、教學(xué)要求調(diào)整現(xiàn)有的模型，充分滿足教學(xué)中對(duì)模型種類(lèi)及數(shù)量的需求，達(dá)到降低教學(xué)成本、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

二、虛擬模型庫(kù)的開(kāi)發(fā)

1.模型庫(kù)總體框架設(shè)置

第一，用戶登錄模塊。系統(tǒng)將用戶按級(jí)別分為學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)將用戶的信息分類(lèi)，存儲(chǔ)用戶的信息。

第二，三維模型庫(kù)模塊。該部分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)模型庫(kù)對(duì)三維模型資源的有效管理。三維模型庫(kù)的主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)三維模型的在線瀏覽。通過(guò)三維模型庫(kù)網(wǎng)站對(duì)三維模型及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行全方位多角度的觀看與學(xué)習(xí)，并可對(duì)三維模型進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、平移和剖切等一系列操作。

第三，模型動(dòng)畫(huà)演示模塊。本部分利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)制作動(dòng)畫(huà)，用二維和三維動(dòng)畫(huà)的形式展示機(jī)械零部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理。

第四， 二維視圖表達(dá)模塊。二維視圖即三維模型的三視圖包括主視圖、俯視圖和左視圖。有jpg的圖片格式和dwg格式的矢量圖。

第五，模型的上傳模塊。該部分模塊根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的用戶級(jí)別對(duì)模型的操作進(jìn)行權(quán)限分配，一般用戶只享有上傳的權(quán)限，系統(tǒng)管理員是最高管理者，享有對(duì)模型增加和刪除等系統(tǒng)管理權(quán)限。

第六，課后討論區(qū)和教師答疑功能模塊。討論區(qū)的主要功能是為學(xué)生提供一個(gè)課后學(xué)習(xí)交流的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生用戶可以在討論區(qū)里發(fā)表留言，提出問(wèn)題，教師針對(duì)學(xué)生提出的疑點(diǎn)難點(diǎn)回復(fù)留言等。

2.三維軟件的選取與使用

為了實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)模塊的功能，針對(duì)本校的教學(xué)實(shí)際，本模型庫(kù)采用Inventor造型軟件。Inventor具有強(qiáng)大的三維造型能力，有良好的設(shè)計(jì)表達(dá)能力。Inventor還自帶Autodesk Design Review軟件可方便地進(jìn)行模型的觀察和一些功能的操作。具體的軟件功能詳見(jiàn)下表。

3.模型庫(kù)主頁(yè)設(shè)置思路

該庫(kù)將中職教本《機(jī)械識(shí)圖》分成三個(gè)小庫(kù)，分別為教學(xué)庫(kù)、助學(xué)庫(kù)和評(píng)價(jià)庫(kù)。模型庫(kù)中三維模型以《機(jī)械識(shí)圖》中的機(jī)械模型為原型，按書(shū)中章節(jié)將模型分為學(xué)習(xí)導(dǎo)讀、制圖基本知識(shí)與基本技能、基本題的表達(dá)與識(shí)讀、組合體的表達(dá)與識(shí)讀、機(jī)械圖樣的識(shí)讀、典型零件圖的識(shí)讀、零件的測(cè)繪、裝配圖的識(shí)讀等八個(gè)部分。教學(xué)庫(kù)主要以二維視圖、三維模型和模型動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)；助學(xué)庫(kù)主要提供練習(xí)冊(cè)的答案和參考模型；而評(píng)價(jià)庫(kù)所涉視圖和模型均由課任教師自主開(kāi)發(fā)。

三、虛擬模型庫(kù)的應(yīng)用

1.虛擬模型庫(kù)的主頁(yè)介紹

虛擬模型庫(kù)的網(wǎng)址是10.40.185.186，最上面是網(wǎng)頁(yè)的標(biāo)題，標(biāo)題部分的背景是學(xué)校的風(fēng)景圖片。標(biāo)題下面是導(dǎo)航欄，方便快速地找到模型位置。對(duì)于模型庫(kù)網(wǎng)站劃分了三個(gè)功能區(qū)塊分別為教學(xué)庫(kù)——學(xué)習(xí)區(qū)模塊，助學(xué)庫(kù)——進(jìn)行課堂練習(xí)和評(píng)價(jià)庫(kù)——進(jìn)行考試練習(xí)。進(jìn)入到導(dǎo)航目錄后，可見(jiàn)圖庫(kù)的采用的形式是jpg預(yù)覽圖片，預(yù)覽圖片能大致反應(yīng)模型的結(jié)構(gòu)。還可以點(diǎn)擊【視圖】進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)視圖進(jìn)行局部放大清楚地觀察細(xì)節(jié)部分。同時(shí)還可以點(diǎn)擊【模型】進(jìn)入三維模型的觀察。這些視圖和模型都是dwf格式的，通過(guò)Autodesk Design Review顯示。用戶登錄后可以進(jìn)行模型的上傳，系統(tǒng)管理員是模型庫(kù)的最高管理者，享有對(duì)模型增加和刪除等系統(tǒng)管理權(quán)限。

2.教學(xué)庫(kù)的應(yīng)用

在教學(xué)庫(kù)中的模型主要有三種格式的：二維視圖、三維模型和動(dòng)畫(huà)。二維視圖是以dwg格式顯示的，動(dòng)畫(huà)是wmv格式。再重點(diǎn)介紹一下，dwf格式的模型、dwf格式的文件用Autodesk Design Review軟件打開(kāi)。具體功能操作介紹如下。

（1）基本視圖的觀察。模型打開(kāi)后在屏幕圖形窗口顯示，可以通過(guò)右上角的ViewCube方位控制，這個(gè)方位控制共有26個(gè)方位，分別是6個(gè)面、12條邊和8個(gè)角，只要移動(dòng)鼠標(biāo)去點(diǎn)擊這些面、邊和角就可以得到所要的視向視圖。

（2）剖切視圖的觀察。對(duì)模型進(jìn)行剖切視圖的觀察，以當(dāng)前模型為例，鼠標(biāo)在屏幕空白處右擊出現(xiàn)快捷菜單，選擇“橫截面”—“xz平面”。該橫截面的位置還可以編輯，選中y軸，可以上下移動(dòng)xz平面；選中原點(diǎn)可以移動(dòng)平面坐標(biāo)系的位置；選中x或z軸頭部可以旋轉(zhuǎn)xz平面。

（3）移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)模型。在Autodesk Design Review中，有兩種移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。一種是動(dòng)態(tài)觀察中的平移和轉(zhuǎn)盤(pán)命令對(duì)模型的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，但與ViewCube一起運(yùn)動(dòng)，它們之間的相對(duì)位置不發(fā)生變化；另一種移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)在右擊的快捷菜單中，移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)模型之后，模型的基本視圖與之前的視圖將發(fā)生變化。

（4）裝配模型的觀察。對(duì)于裝配模型的觀察，我們可以通過(guò)上述命令移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)各個(gè)零部件，進(jìn)行個(gè)別觀察。要使各個(gè)零部件恢復(fù)到初始位置，只要雙擊各個(gè)零件即可。還可以通過(guò)對(duì)模型的隱藏或透明處理，進(jìn)行觀察裝配模型。

3.助學(xué)庫(kù)的應(yīng)用

助學(xué)庫(kù)中的內(nèi)容是本教材配套練習(xí)冊(cè)的答案，只要學(xué)生注冊(cè)后，登陸即可顯示練習(xí)冊(cè)的答案。答案是以圖片格式顯示的，幫助學(xué)生們?cè)谡n后隨時(shí)隨地進(jìn)行校對(duì)，滿足學(xué)習(xí)需求。

4.評(píng)價(jià)庫(kù)的應(yīng)用

對(duì)于本教材的每個(gè)項(xiàng)目，模型庫(kù)都建立了相應(yīng)的評(píng)價(jià)測(cè)試題。測(cè)試題題型是選擇題，每題有四個(gè)選項(xiàng)。選擇答題后，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的提示，表明選擇結(jié)果的正確與否。評(píng)價(jià)庫(kù)的測(cè)試也需要學(xué)生用戶登錄后，才能正常使用。

筆者針對(duì)中職教材《機(jī)械識(shí)圖》的圖形模型庫(kù)做了詳細(xì)的研究，論述了三維模型庫(kù)建模的各種關(guān)鍵技術(shù)，研究并實(shí)現(xiàn)了三維模型庫(kù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二維視圖的觀看、三維模型的瀏覽及三維模型動(dòng)畫(huà)展示等功能，具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)用性。

目前筆者學(xué)校的虛擬模型庫(kù)建設(shè)已涉及機(jī)械專(zhuān)業(yè)的很多課程，尤其是在機(jī)械制圖的教學(xué)中已得到了廣泛應(yīng)用。相信隨著教學(xué)改革的深入與計(jì)算機(jī)在學(xué)校的普及應(yīng)用，虛擬模型庫(kù)的應(yīng)用前景將更加廣闊。我們期待著將來(lái)能與更多學(xué)校的虛擬模型庫(kù)共享資源、校際間互通信息，集中多方面豐富多彩的虛擬模型庫(kù)，為現(xiàn)代化教學(xué)提供更多的方便。

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（作者單位：寧?？h高級(jí)職業(yè)技術(shù)中心學(xué)校）