基于UG NX與AutoCAD的混合式教學模式應用探究

周天宇

摘要：考慮到傳統工程制圖類軟件在職業院校教學過程中的不足之處，利用UG NX軟件的計算機輔助三維數字化建模功能與AutoCAD的二維圖像制圖功能相融合，探究一種以混合式教學模式為主體的新型教學模式。該模式不僅促進了學生三維立體空間的思維能力和表現能力，而且以全新的軟件技術激發看學生的學習興趣，更是對培養新時代職業技能型專業人才起到了一定的推動作用。

關鍵詞：UG NX;AutoCAD;混合式教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）18-0164-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著計算機輔助設計技術在機械制造行業的普及，設計人員通過計算機輔助相關設計軟件能夠大大提升設計的速度、質量，為新型產品和制造工藝的加工、生產和改進提供了有利條件。如今制造行業企業對于工程制圖類軟件操作崗位人才的需求劇增以及推進人才培養模式下校企合作，傳統教學模式培養下的高職院校畢業生因其較為薄弱的個人知識理論體系和實際操作能力熟練程度，導致其造型設計表現能力和創新能力相對欠缺，這就意味著對于教師傳統教學方法和內容需進一步優化和改革。

1 工程制圖類軟件課程的教學現狀分析

1.1 工程制圖類軟件課程定位

結合高職改革教育人才培養模式，學生所學課程需以實際就業為導向，注重其能力和專業技能的培養，因此工程制圖類軟件課程作為高職類機械制造專業、工業設計專業所開設的專業核心課程，目的是在于培養學生對于機械加工制造類產品零部件的二維繪圖和三維建模表達能力，是滿足企業所需的能夠從事設計、生產制造、優化等的應用技術型人才。學生需在該課程中學習相應的專業性理論基礎知識，能夠運用該知識體系進行相應工業產品外觀造型、內部結構的分析能力，并結合所學的工程制圖類軟件對相關零部件的設計表現的實際操作應用。為后續的專業課程、職業技術技能競賽、跟剛實習和實際就業奠定基礎[1]。

1.2 工程制圖類軟件課程教學現狀

（1）課程軟件種類單一化。工程制圖類軟件課程所學的知識內容和技能操作應用范圍較為廣泛，無論是對于傳統機械專業還是新型設計類專業，基本上所有工科類專業相關學生都需進行學習。然而對于剛入門該專業領域的學生來說，軟件類課程往往只是單一的選擇某一個工程類軟件進行學習，無疑對于學生的理解接受能力和深入學習能力有著較高的要求。當其進入實際工作崗位時往往是多個工程類軟件結合使用，將對學生實際操作過程中的認知操作方式產生一定的差異。

（2）學生個體水平差異化。工程制圖類軟件課程內容涵蓋了產品零部件的基本造型、結構、零部件以及加工工藝等制造技術，需要具備相應的理論基礎，然而高職學生存在一定程度的個體水平差異，部分同學的基礎理論知識薄弱、缺少自主學習能力。當其面對一門實踐性較強的課程時，因為缺乏練習實踐，往往不能熟練地進行實際操作訓練，易產生在操作完當前任務后卻對隨后的任務表示無法操作，難以有效地掌握操作技能和完整流程。

（3）教師教學內容書本化。部分院校的工程制圖軟件課程教學通常采用傳統的以課本為主的教師講授授課模式，又受制于教學課程學時有限，從而缺少課堂中的理論與實踐相結合的教學環節，同時課本內的部分知識過于老舊，并不能很好地與企業實際生產項目相結合，導致學生可能會使用軟件但不會進行真正設計。

2 AutoCAD、UG NX在專業教學中的應用

2.1 AutoCAD在專業教學中的應用

AutoCAD作為一款具備強大二維圖形編輯和繪制功能的計算機輔助設計軟件，是進行三維建模前的基礎環節，通過將傳統的工程制圖手繪表現效果，使用計算機軟件進行繪制，能夠將各類機械零部件、建筑等外形結構的基本尺寸大小和形狀進行二維平面的表現，相比于枯燥化的理論基礎知識，實際動手操作課程往往能夠充分調動學生的積極性[2]。

在實際教學應用中，AutoCAD主要應用于機械零部件的三視圖繪制。三視圖主要分為主視圖、側視圖、頂視圖三種，是機械制圖過程中的重點環節，三視圖繪制的精確程度往往決定了實際建模生產出產品的比例尺寸。然而學生單獨理解三視圖的三種平面圖形時通常覺得較為容易，但根據立體圖形的投影來繪制三視圖紙便容易出現比例、尺寸甚至是形態造型的差異。

通過該軟件，能夠根據不同的線條可視化效果的顏色變化和線條形狀來獲知層次結構分明的產品平面模型效果，在此基礎上能夠更進一步對產品裝配圖紙的零部件進行裝配過程的表達，清晰地表現出零部件裝配的順序流程。

該工程軟件能夠在大幅度降低平面造型表現難度的同時，節省傳統紙質手繪表現時間，根據制作過程的可視化和可回顧操作，便于指導教師進行課程示范教學，易于學生理解，從而提高課程教學效率。

2.2 UG NX在專業教學中的應用

UG NX作為集計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）和計算機輔助制造（CAM）為一體的三維建模數字化軟件，被廣泛應用于如機械產品、模具設計、汽車設計等機械制造行業。其主要功能涵蓋了如草圖繪制、基體特征建模、曲面建模、零部件裝配等命令。相比于AutoCAD適用于產品造型零部件的二維平面圖像繪制，其理解分析和繪制能力相對較低，而UG NX是一款三維建模軟件且具備仿真功能的全能型軟件，無疑增加了學生對于工程制圖類軟件課程的學習難度，學生需要在已有的二維平面思維基礎上，通過三維空間想象力對產品平面造型的理解，使用UG NX繪制出該產品的三維效果圖[3]，如圖1所示。

在實際教學環境中，由于實物模型存在不易展示和攜帶的問題，難以讓學生親身觀看和觸摸實物模型，教師的教學語言也難以充分表達產品模型的外觀和基本結構，會使得學生對于該模型的理解存在一定的難度。這時將UG NX軟件運用到模型建模課程中，教師能夠使用該軟件對課本中或圖片中的零部件進行實物立體圖形的建模，并對其零部件的細節特征進行表現。對于產品內部結構進行剖面圖的展示，便于學生加深對于產品內部結構三維模型的理解[4]。

在零部件建模方式中，充分運用UG NX的基體特征功能，首先分析基本形體的組合方式，判斷其屬于單體結合還是多體分割形式，將復雜形體理解為簡單的單一幾何形體，再通過各形體的位置關系，確定模型建立的基本平面，使用如拉伸基體、旋轉基體、布爾運算等方法進行形態的組合和重構，最后建立出所需的模型，再根據實際需求進行相應的裝配圖制作或仿真表現。

3 探索UG NX 與 AutoCAD混合式教學模式

3.1 混合式教學模式下的教學內容探究

為了響應數字化現代生產環境，傳統教學中對于某一設計軟件的教學內容僅停留在軟件界面、功能的操作及使用，課程的目標與實際教學效果存在一定的偏差，學生不能很好地將多個應用軟件進行結合使用。因此為滿足社會、企業實際需求，需具備以下幾點：

（1）理論基礎知識扎實。無論是對于工程類建模軟件基礎知識和指令的運用還是對傳統手繪工程制圖的表現都需要學生具備扎實的基礎理論知識，小到一顆螺母，大到一輛汽車，都需細心理解其外觀造型和內部結構，了解機械加工工藝的各項成型技術，能夠熟悉工程制圖類軟件的可視化功能模塊，并對其屬性配置做進一步的了解。

（2）多維空間設計思維。充分利用AutoCAD的二維平面繪圖軟件功能，學生在進行工程軟件課程時，首先需通過對基本零部件特征的二維平面造型進行表現，以此培養其基本的立體圖形往二維平面三視圖轉變，將制圖要求規范化、工程知識理論化融入三視圖的繪制之中，從較為簡單的可視化線條往復雜的造型平面表現轉化，提高學生的基礎認知能力。在此基礎之上，在學生具備一定的三維空間往二維平面轉化的能力之后。學生需將二維平面的工程圖紙運用UG NX進行三維立體造型表現，在沒有實物模型作為參考的情況，利用軟件相應的功能如草圖繪制、基體特征等功能根據規范化的三視圖紙構思其三維立體圖形[5-6]。實際操作案例流程如圖2、3所示。

（3）校企合作項目教學。加強學校專業與相關企業的對接，根據企業實際生產項目要求對教學全案設計任務進行安排。選取企業要求的機械或零部件，學生根據所學的基本理論知識和軟件操作能力進行項目式教學，學生將根據由企業提供的相關參考圖紙或實物模型，進行零部件的制作和裝配，并且合理運用UG NX所具備的運動學仿真功能，模擬該機械部件運動狀態。任務完成期間，由企業相關工作人員進行檢驗并給出修改意見。確保學生實踐操作項目能夠與實際生產需求相接軌，更能體驗實物生產落地的成就感。

（4）半開放式設計模式。在提升學生作為設計師的創作靈感方面，采用半開放式全案教學設計模式，將教學內容給定某一主題，由學生進行開放式設計，其中半開放式部分則為學生需達到與考核要點相符合的設計要求。讓學生獨立通過查閱相關資料、構思其基本外形和裝配效果，在2周左右的時間內進行實踐操作演練，不僅能夠激發學生自身對于軟件學習的興趣，也培養了其獨立思考學習和設計創新的能力。

3.2 混合式教學模式下的教學方法探究

相比于傳統講授型教學方法，筆者根據自身的授課經驗，結合高職學生的個性化特點，結合課程內容與社會需求，提出以下三點教學方法：

（1）實時性教學演示方法。由于課本內容存在一定的滯后性且操作功能表述不夠完整，存在一定的跳躍性，往往會對學生產生一定的誤解。同時，授課教師在課程學時安排中理論講解部分過長，但學生并未因此獲得良好的吸收，最終可能導致學生理論知識出現一定程度的斷檔且實際動手操作熟練度欠缺。因此授課教師需根據實際案例，進行現場實時演示操作，將理論性知識和功能屬性融入實際操作過程之中，讓學生能夠同步觀看教師的軟件操作步驟，跟著教師的節奏進行學習，這樣便于師生之間形成良好有序的溝通和互動，從而更好地解決模型制作過程中的問題[7]。

（2）功能項目化教學方法。針對工程類制圖軟件的學習，首先需明確要熟練運用軟件的各項功能模塊，因此需根據不同的功能性操作命令安排相應的模型制作項目。由初始的單一功能命令項目逐漸向多功能命令項目過渡，再發展到最終獨立完成全案設計項目，使得學生能夠進一步加強其軟件實踐操作能力，為后期復雜化、綜合化的企業實際項目的完成打下基礎，也為培養熟練的應用技術操作型人才打下基礎。

（3）混合多平臺教學方法。除了線下課堂教學之外，學生在進入課堂前，會由授課教師提前幾天在教學平臺中上傳本課程中相應的課程任務，教師將部分課堂實際操作演練環節的功能命令演示部分，使用計算機進行錄制，制作成多段微課便于學生課前進行預習和熟悉。在課后，學生可在釘釘、學習通等教學平臺與小組成員或授課教師進行問題的溝通，便于教師了解不同學生知識的學習情況，進一步滿足不同層次階段的學生學習需求。

3.3 混合式教學模式下的評價方法探究

學生課程考核結果作為其學習階段性掌握程度的判定依據，傳統的期末測試型考核方式并不能充分滿足培養高素質應用型人才的模式，需要探索更適應于學生全面發展的評價方式，具體的方法有以下兩點：

（1）過程性考核評價方式豐富化。作為檢驗學生學習過程的考核評價方式，教師能夠觀察到每一位學生在學習過程中根本表現，不同學生因其個體差異，思維理解能力、未知探索能力、實際操作能力以及任務完成度都可作為過程性考核評價標準，這樣便于教師能夠差異化且有針對性地對不同階段、不同特點的學生進行課程知識的指導和幫助，從而使學生能夠繼續加強其優勢科目并補缺弱勢項目。

（2）終結性考核評價方式多元化。學生在終結性考核完成后，往往只能獲得由教師給出的一個成績，并沒有得到相應的反饋，也就無法了解自身目前的問題。教師需在給出成績同時，給予學生該任務成果的相關問題和改進方法，學生也應認真聽從教師的建議，對已打分的作品再次進行修改，確保每一個項目結題都能是經過合理完善過的作品。對于優秀的學生，可由帶隊教師組織其參加全國各類專業技能競賽，實現以賽促學。

4 結語

充分利用AutoCAD的二維平面繪制功能與UG NX三維立體造型建模相結合，以多軟件混合式教學模式為手段，能夠讓學生快速理解和融入工程制圖類軟件課程的學習，同時該二維與三維相互轉化、多軟件相互結合的教學思維模式也將幫助其他工程設計類課程更好地開展課程教學活動，更有利于培養學生的創新能力、空間思維能力、促進高素質專業技術型人才的培養。

參考文獻：

[1] 康瑋明.Solidworks軟件與機械制圖教學的融合與探索[J].遼寧高職學報，2021，23（9）：50-52，60.

[2] 陳炎冬，楊敏.基于UG NX軟件的“機械CAD應用”課程教學改革探討[J].江蘇科技信息，2016（29）：35-37.

[3] 汪雨蓉.UG軟件在《工業產品造型設計》課程教學中的應用與研究[J].甘肅科技，2021，37（17）：31-32，46.

[4] 汪雨蓉.高職《UG NX三維造型設計》課程教學研究[J].電腦知識與技術，2021，17（26）：238-239.

[5] 賁艷波.淺談三維CAD軟件SolidWork的使用技巧[J].南方農機，2019，50（21）：165.

[6] 曹月盈.基于多平臺協同的混合式線上教學實踐探究——以UG的三維造型課程為例[J].山西青年，2021（13）：114-115.

[7] 楊根，杜靜，陳博.基于CDIO工程教育模式的UG課程教學設計與實踐[J].模具技術，2021（2）：51-55.

【通聯編輯：代影】