三维软件UG教学实践应用与探索

三维软件UG教学实践应用与探索

作者：陈凤腾

来源：《科技创新导报》2012年第28期

摘 要：针对UG软件形象直观的特点，加强学生对三维制图的认识和了解，通过目标驱动、案例教学和因材施教等措施，并将UG应用到生产实践设计中，提高学生的想像力和兴趣，以培养以应用型人才为目标进行有益的教学改革尝试和探索，具有一定教育意义。 关键词：UG 机械设计 实践应用

中图分类号：TD845 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0172-02 三维建模软件Unigraphics（简称UG）是德国西门子集团公司的集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，具有强大的三维造型、运动仿真与分析以及辅助加工功能，在航空航天、汽车、通用机械及模具等行业都得到了广泛应用[1]。为适应技术发展和社会需要，在本科生中开设“UG及其应用”课程，针对机械设计专业特点的UG软件的学习不仅对教学和科研起到重要作用，而且对机械专业学生毕业设计等方面均取得良好效果。使用UG可以转变产品开发过程，实现数字化产品开发。它涉及产品设计、仿真和制造开发全过程，有助于学生系统掌握UG系统功能，增加在就业市场上的竞争力，为企业提供急需专业人才[2]。

为更好帮助学生掌握UG软件并应用到机械设计实践中去，借助UG软件形象直观特点，加深学生对机械制图的认识和了解。另外，借助UG软件的有限元分析、运动仿真等模块使学生能通过UG软件对所进行的机械设计进行优化和验证，并将其应用到日后的毕业设计和走入工作后设计制造中去。

本文从以下三方面进行一些改革和探索，极大地提高了学生的学习兴趣，提高学生应用软件能力，这已被学生在毕业设计中应用UG所验证。 1 目标驱动法

专业软件的学习重要性学生都很了解，软件学习初期，学生的兴趣很浓厚，学习欲望较强，但在传统的教学模式下，教师主要对对各菜单功能、软件界面、参数设置等方面进行讲解，使软件的讲解容易机械化、模式化，所学知识琐碎、杂乱，难于记忆，学生边学边忘，自信心不断受到打击，学习过程枯燥乏味，学生学习热情逐渐降低，容易对软件学习产生恐惧厌烦的情绪，教学质量无法得到保证。

为了改变这一现象，正确引导学生学习方向，在学习过程中不断提高学生的学习兴趣，激发学生的成就感，进而调动起学习热情，我们在UG教学中采用了目标驱动法[3]。每次上课首先由教师给出本次课要要达到的教学目标和实现的教学任务，然后学生在教师的引导下，由原理入手，深入挖掘，充分思考，探索实现教师布置任务的具体步骤。例如某次课布置学生完成

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茶杯设计，告诉他们下课时需要提交，在让学生完成任务前给他们讲述几个完成思路和方法，可由杯身开始也可以从茶杯把手开始，采用方法也可以通过先建立草图再进行实体建模，也可以通过参数建立杯身曲线轮廓直接建模，多种方法都告诉学生。同时还对软件菜单中的某些功能进行讲解，而与实现此次任务无关的功能可粗略介绍，甚至不讲。让学生自由发挥去完成各自的任务，如果没有及时完成或者完成作业的步骤和效果完全雷同则视为本次任务完成成绩不及格。在这个过程中，具体的实现步骤也可由较快完成任务的学生给大家讲解。

这样每次上课都成为一个独立的单元，学生在这个过程中自由发挥，独立完成任务，通过教师介绍的方法和自己查阅资料、同学讨论或者直接向老师提问等多种方式相结合，通过完成任务从而产生成就感，对软件也逐渐熟悉起来。 2 案例教学，提升学生兴趣

鉴于本课程主要针对大学本科机械专业的学生开设，因此在软件学习中主要体现机械设计CAD特点。在教学过程中，教师可以选择能引起学生兴趣、与他们日常生活息息相关的例子进行讲解，所以案例选择至关重要，案例的好坏能起到两种截然不同的效果。譬如，在讲UG三维实体教学时，主要利用软件设计的便捷性和可视性，围绕机械产品中的零件进行设计；利用UG强大的三维建模功能，结合国内外建模实例，如手机模型、茶杯、减速器、齿轮等实例介绍，在学会机械产品装配后，将机械产品进行有限元受力分析和检查机器零部件运动是否能满足要求而进行的运动仿真，这些和同学们所学机械专业或者生活大都相关，极大地提升学生的学习兴趣和学习软件的积极性，提高教学质量。 3 因材施教，充分发挥学生的主观能动性

在教学中需要掌握学生的基础和想法，做到有的放矢，更好地改善教学效果。一些教师认为，认真研究教学方法是必要的，而学生只是知识的接受者，大可不必费心思了解他们在想什么，笔者认为这种观点是错误的。不仅需要了解学生想什么，还需要了解学生的特点、掌握知识水平、价值取向等，唯有如此，才能更好地做到因材施教。作为教师，首先需要认识到教师是为学生服务的，必须对学生有一定的了解，才能真正上好一门课。现代学生大多是“新生代”，他们敢想、敢为、敢干，富于创新精神，思维活跃，积极追求新鲜信息，但他们中大多数人多位独生子女，家庭环境往往使他们缺少持之以恒的毅力，克服困难的勇气，甚至一些人缺少正确的人生观、价值观，学习过程中往往半途而废，畏难情绪比较浓重，这不仅表现在生活的方方面面，而且也会表现在学习中不能迎难而上，在UG的学习中表现的尤为突出。他们愿意通宵上网，却不愿意了解更多关于UG软件学习的理论知识、重实践轻理论，老师讲的都会，但实际应用上又经常不甚了解。作为教师，在实际教学过程中注意学生特点，才能在教给学生知识技能的同时，引导学生树立正确的人生观、价值观，树立坚定正确的信心，需要充分调动发挥学生的主观能动性[4]。另外，在UG的学习中本人一直避免授课中大量灌输，避免使某些学生产生厌学情绪，从而不能使真正参与到学习中去。针对这种情形，笔者结合大学生自身较强的自学能力，选取部分产品如手机外观模型，在学生学会基本操作技能后，先让学生考虑如何实现，自我尝试之后再结合教学讲解，取得了较好的教学效果。

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在授课过程中，教师首先提出本次课教学内容和教学目标，然后请同学们按照这样的程序学习：先细看一遍书，再看提出的问题，带着问题重新看书，然后答题并完成本节课的教学目标。目标完成后，笔者先按重点讲解，然后要求学生提问，没有问题后再向他们提问，将其遗忘部分补足。接着就本次课内容做总结，提出重点部分和难点部分并要求学生掌握，并请学生将前面课程中学习体会与在本门课程学习感受总结，使学生进一步掌握学习内容和学习目标，最后提出思考题和作业题。经过这样一套程序，尽管教师没有逐条讲授教学内容，然而学生掌握知识点的程度却比平常高。

为此，笔者在这门课教学中实施教学法，让学生充分发挥主动、创新、积极动手参与实践的能力，从理论中来，到实践中去，再进一步上升为理论，开拓思维，主动参与，取得了较好的教学效果。

4 应用设计，体现价值

教学中趣味性固然重要，但不能为了吸引学生的注意力一味单纯追求兴趣，而忽略软件“实用性”。否则，学生固然觉得这门课“挺好玩”，也有学习兴趣，但到了工作岗位，发现所用软件的功能和作用和在校所学截然不同，还需从头学起，则大大影响软件的应用和实践。 针对UG的实用性强这一特点，利用软件对零部件进行参数化建模、装配、运动仿真和有限元分析，不仅缩短机械设计进程，而且可以帮助设计者进行设计优化，增加软件的应用范围。笔者在授课过程中对这些高阶应用和技能不断通过实例进行演示，以此激发学生的学习兴趣，让学生在有趣的学习中学到了直接应用到实践知识和技能。比如，给学生介绍利用运动仿真模块去模拟齿轮、杠杆等运动情况，能否达到设计要求，利用有限元模块对装配零部件受力情况进行分析，以确定设计是否达到要求，或者利用UG软件构建复杂几何模型并将其应用到有限元软件ANASYS中，从而确定复杂构件表面的受力情况，这些内容通过笔者对所带学生所进行的毕业设计所验证，他们能通过UG对本人所进行的毕业设计进行验证和分析，另外，还有毕业生通过所学UG找到适合他们的工作，用人单位通过他们对软件的熟练应用选择他们。由此可见，实用性是软件得以推广和应用的前提，也是学生学习的直接动力，教学上务必要引领学生对实用性进行掌握。

总之，笔者通过应用和实践教学，让学生熟悉UG软件对机械设计的应用和帮助，经常进行经验交流和交流经验和心得。在每节课后，让学生把完成的作业提交上来作为平时成绩，以便让所有学生都参与进来，不断告诉学生软件的实用性。这些教学方法有效地活跃课堂气氛，使学生在上课时能够保持注意力相对集中，尤其是学生能够积极地参与到教学活动中来，变被动地教为主动地学，充分发挥其主观能动性，激发创新意识，使其知识、能力、素质综合协调通过这些的教学方式，提高学生的创新能力和实践应用能力，这不仅可使每个学生都能得到充分发展，而且也是三维CAD软件教学的有益探索。 参考文献

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[1] 胡仁喜，康士廷，刘昌丽.UG NX 6.0中文版从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 赵波，范平清.基于UG平台的教学建设与实践[J].上海工程技术大学教育研究，2008（1）：23-25.

[3] 罗正华.教育学[M].长春：东北师范大学出版社，2003.