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[摘 要] 3D建模软件已广泛应用于机械设计中，但在教学实践中普遍存在学生上完三维建模课，依然不会进行三维机械制图的问题。为了让学生熟练掌握3D建模技术，做到课上能理解，课下会应用，达到在实践中具体应用的教学目标，采取课堂讲解和翻转课堂相结合的教学方式。课堂讲授建模操作过程以及每个基础操作的功能;翻转课堂让学生针对具体的案例进行建模思路分析，部件建模，上台讲述。教学实践显示，综合的教学方法能让学生更好地掌握3D建模技术。
[关键词] UG;动手实践;翻转课堂
[基金项目] 2018年度山东省高等学校科技计划项目课题“以人为本的汽车先进驾驶辅助系统（ADAS）开发与控制策略研究”（J18KA048）
[作者简介] 陈焕明（1978—），男，山东青岛人，博士，青岛大学机电工程学院讲师，主要从事车辆系统动力学研究。
[中图分类号] TH12 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）30-0165-04 [收稿日期] 2021-01-12
一、引言
3D建模技术从20世纪开始在航空航天器设计及汽车设计中首先得到应用，如今已用于各种机械行业的产品设计与制造[1]。3D建模技术有力地推动机械设计水平的提高，提高设计效率。目前3D建模技术是从事机械设计行业人员必备的能力[2]。
许多学校已将3D列入教学计划，以培养学生的机械设计的能力。为让学生在有限的课时内掌握3D建模工具，在教学实践中，将应用作为教学目标。针对3D建模软件的特点设计以学为中心的学习流程[3-10 ]。教学实践中将传统课堂讲授和翻转课堂相结合。传统课堂具有传授知识的体系化、全面化、深入化和完备化的特点;但是，传统课堂的缺点也显而易见，学生学习积极性差，课堂时间的利用率低。翻转课堂是“教师引导，学生主导”的教学模式。翻转课堂具有学生学习自主化、个性化、学习途径和方式多样化的特点。翻转课堂的教学方式可以让学生积极动手，对软件操作技巧有更加深入的理解。充分利用两种教学方式的优势，使3D建模知识系统化和全面化;学生动手能力和技巧实践化，更好地做到以学生为中心，做到教师有教的积极性，学生有学的主动性，让学生学得会、用得上[ 11-15 ]。
二、教学流程
3D建模软件需要基本的操作知识，也需要对建模构件有准确的理解。为了达到3D建模软件的教学目标，从教学实践中我们总结出了“夯基础、明规范、强分析、重动手”的教学策略。
（一）明规范
复杂的机电产品需要不同的团队完成设计工作，团队间需要协调配合。设计之初需要对建模进行规范，包括命名规范、图层分配等，让同学们在建模之初就有规范建模的意识，形成良好的建模习惯，以提高模型可读性和操作方便性，进而提升团队配合的效率。
（二）夯基础
讲解3D建模思路，对基本操作进行详细讲解。3D建模软件的功能非常丰富，每一个功能都有基本操作。教学过程中把基本的功能讲解清楚，同时也要把功能扩展。
建模基本思路有两种，一是从上到下的建模方法，如图1所示。通过草图绘制截面以及引导线，然后灵活运用拉伸、旋转和扫掠的方法完成建模部件的总体框架。
另外一种是从下到上的建模方法，如图2所示。应用组合的方法将规则的几何形体组合成总体框架，让学生理解两种方法没有高下之分，需要根据所建零件的具体条件进行灵活运用。
完成总体框架后就可以进行局部特征的建模。根据功能和载荷的要求需要，机械零件的结构需要有孔、槽、凸起、筋板等细节结构。添加局部特征后就完成了基本结构的建模，如图3所示。
完成基本结构建模需要对模型的细节进行类似倒角或倒圆的处理，最后根据零件的基本特征进行阵列、镜像、组合以及修建等步骤，完成模型创建，如图4所示。
教学过程中向学生强调基础思路和操作的重要性的同时，让学生树立根据具体零件灵活运用。让学生明白，思路是抽象的，可以分类的;实际建模是灵活的，可以综合运用的。
（三）强分析
对建模过程进行详细分析、案例讲解。对具体零件进行完整的建模思路讲解，演示整个建模的过程。机械零件可以按照其特征进行分类。以典型的零部件为案例，分析零件的结构，根据结构特点确定整体建模思路。最后详细演示建模过程。
（四）重练习
整个教学过程最重要的步骤就是学生通过练习掌握建模技术。为学生提供典型零件的二维图，让学生完整的进行建模过程。本环节体现翻转课堂的优势，充分发挥学生的积极能动性，让学生在学习过程中独立思考，积极动手，发现难点和难题，解决问题，提升能力。
三、教学实践
教学过程中遵循由易到难的思路，从简单的零部件开始，反复的按照规范的建模流程进行教学，最终完成教学过程。整个教学过程中让学生循序渐进地掌握建模技术。
为达到以学为中心，以用为目标的教学要求，教学过程充分运用先进的教学理念和教学设备[ 15 ]。
传统教学方式强调以教师的讲授为主。这样的授课方式适合基础知识的讲授，對于主动学习能力不高的学生非常适合。但是，这样的授课方式也存在课堂气氛沉闷、学生参与度低的问题。
翻转课堂是指调整课堂内外的时间，将学习的决定权由教师转移给学生。在这种教学模式下，课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决3D建模的思路以及各种基础知识的灵活运用，从而获得对3D建模技术更深层次的理解。翻转课堂要求学生对3D建模技术的基础知识扎实地掌握，但是3D建模技术有一些技术难点不易掌握。 针对传统讲授和翻转课堂各自的特点，在3D建模技术的教学过程中针对不同知识点和技能要求采用不同教学方式。
（一）教学案例
拉伸是常用的操作，学生几乎在不用讲授的情况下就能完成基本的操作。可是，其可设置的参数也很多，灵活运用可以达到意想不到的效果。有些关键技巧不进行讲授学生不易理解掌握。
由零件的截面形状做简单的拉伸同学们都能掌握。除了简单的应用之外，拉伸菜单下有很多具体选项，其中包括拉伸的起止，拔模和偏置的灵活应用。课堂讲解的时候，着重强调起止选项中的从贯穿到选中和直到下一个。拔模强调概念和应用场景。偏置是一个不容易理解的选项，需要演示讲解。用封闭曲线拉伸出立方体，开放曲线拉伸出面这样的操作同学们容易理解。但是，应用偏置也可拉伸出立方体。这个操作若不详细讲解，同学们望文生义不容易理解。
讲解应用一条直线拉伸出一个立方体。立方体有三个方向上的尺寸。通常用截面拉伸的办法是截面定义立方体的长和宽，立方体的高用拉伸的长度定义。直线只有一个方向的尺寸。假设直线尺寸定义立方体的长，可以用偏置的方法定义立方体的宽，拉伸的距离定义立方体的高。拉伸截面的选择操作中，过滤器的应用灵活多变，包括相交处断开等设置，讲授清楚在实际操作过程中才能事半功倍。
讲解完拉伸后，提供典型例子让同学们练习。练习的过程中，采用翻转课堂的形式。首先让同学们分组讨论建模思路。讨论完成后，让同学讲解建模思路。经过头脑风暴，同学可以开发出不同的建模思路，让同学们分享自己的思路，然后上机练习。
（二）综合实践
夯实基础后需要实际的项目进行实践练习。第一步，学生分组讨论分析零部件的结构;第二步，以组为单位讲解建模步骤;第三步，具体上机练习;第四步，讲解规范的建模技巧。
通过前三步的教学可以发现同学们掌握情况参差不齐。根据掌握情况确定讲授过程的详细程度。简单的步骤可以简略。以千斤顶底座为例说明综合实践的教学步骤。千斤顶底座结构，如图5所示。
根据前三步练习的效果进行建模技巧的讲解。千斤顶底座建模具体步骤如下：第一步，建立主体的草图。千斤顶底座上有许多类似倒角和圆角的结构，可以在草图上做出所有的细节。但是，这样做会造成草图复杂程度很高，因此，可以在草图上做出部分细节，如图6所示。
千斤顶底座有四条加强筋板，筋板可以用拉伸和插入筋板的办法完成。本文以拉伸为例讲述。首先，绘制筋板草图，如图7所示。绘制草图过程中注意，草图的结构与主体部分要有重叠，这样在做组合的过程中可以更好地结合。将筋板草图拉伸，将得到的特征进行圆角处理，也可以得到详细的筋板特征，然后阵列特征得到的筋板特征可以完成4条筋板的结构。
千斤顶底座中间的螺纹结构。首先在底座中心绘制螺旋线，然后绘制螺纹槽截面草图，用扫掠的办法生产螺纹结构。螺旋线的长度可以大于实际千斤顶部分的长度，以方便组合操作的选择。最后用组合的办法从主体上减去螺纹得到千斤顶底座中间的螺纹槽结构。
四、结语
我们以学生掌握实际应用技能为目的，总结教学中的经验和不足，创新教学理念，培养其独立思考和創新实践能力，使学生成为机械设计行业需要的新型工科人才。传统课堂和翻转课堂的结合充分发挥了二者的优势，对提升教学效果有很好的帮助。文章结合教学团队多年的教学经验，提出一些建议和做法，希望为从事软件教学的人员提供参考和借鉴。
参考文献
[1]车清论，郑少梅，梁森，等.基于CBR技术+三维UG可视化视角的模具专业课堂教学模式创新探索[J].教育教学论坛，
2020（44）：193-194.
[2]王洪珍.校企合作视野下数控专业《UG软件设计》教学改革[J].教育教学论坛，2018（39）：52-53.
[3]戴晓琴.基于模块化案例教学的“UG三维造型设计及制图”课程内容设计[J].教育教学论坛，2018（3）：181-182.
[4]吴倩倩，项贤军.基于翻转课堂的UG实践教学研究[J].教育教学论坛，2017（21）：158-159.
[5]张文平，周倩.3D打印在UG软件课程中的应用[J].教育教学论坛，2016（20）：251-252.
[6]李路娜，汤锐，桑晶.3D打印在UG_CAD课程教学中的应用初探[J].教育教学论坛，2016（4）：200-201.
[7]江丽.UG软件教学中草图绘制技巧总结[J].教育教学论坛，2014（36）：242-243.
[8]迟涛，阎兵.情境教学法在UG课程教学中的应用[J].教育教学论坛，2012（30）：163-164.
[9]孟凡荣，江歆南，张晓辉.浅谈应用型本科UG课程教学[J].教育教学论坛，2012（3）：186-188.
[10]梅红霞.项目教学法在UG教学中的应用[J].科技风，2017（2）：30.
[11]梁矗军.基于UG的“CAD/CAM应用技术”项目式课程研究[J].机械职业教育，2014（12）：34-36.
[12]张炯，邓丽萍.浅析UG教学法中项目教学法的应用[J].科技创新导报，2014，11（5）：146.
[13]卢开斌.基于UG平台的机床夹具课程设计教学改革
[J].时代农机，2019，46（3）：97-98.
[14]曹旭妍.基于蓝墨云班课的“UG软件应用”课程教学改革探析[J].新西部（下旬刊），2018（10）：1-2.
[15]唐友亮，孙肖霞.基于翻转课堂的UG课程教学研究与实践[J].教育教学论坛，2017（31）：177-178. Study on the Teaching of 3D Modeling with Application as the Teaching Objective
CHEN Huan-ming
（College of Mechanical and Electrical Engineering， Qingdao University， Qingdao，
Shandong 266071， China）
Abstract： 3D modeling software has been widely used in mechanical design. In the teaching practice， it is a common problem that students still cannot conduct 3D mechanical drawing after taking the 3D Modeling course. In order to enable students to master 3D modeling technology， help them understand it in class and apply it after class， so as to achieve the specific teaching objective of application in practice， the teaching method of the combination of classroom explanation and flipped classroom teaching is adopted. The modeling operation process and the functions of each basic operation are taught through classroom lectures， and .The flipped class allows students to analyze their modeling ideas for specific cases， conduct component modeling and present them in class. Teaching practice shows that the comprehensive teaching methods can let students better master 3D modeling technology.
Key words： UG; hands-on practice; flipped classroom
[关键词] UG;动手实践;翻转课堂
[基金项目] 2018年度山东省高等学校科技计划项目课题“以人为本的汽车先进驾驶辅助系统（ADAS）开发与控制策略研究”（J18KA048）
[作者简介] 陈焕明（1978—），男，山东青岛人，博士，青岛大学机电工程学院讲师，主要从事车辆系统动力学研究。
[中图分类号] TH12 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）30-0165-04 [收稿日期] 2021-01-12
一、引言
3D建模技术从20世纪开始在航空航天器设计及汽车设计中首先得到应用，如今已用于各种机械行业的产品设计与制造[1]。3D建模技术有力地推动机械设计水平的提高，提高设计效率。目前3D建模技术是从事机械设计行业人员必备的能力[2]。
许多学校已将3D列入教学计划，以培养学生的机械设计的能力。为让学生在有限的课时内掌握3D建模工具，在教学实践中，将应用作为教学目标。针对3D建模软件的特点设计以学为中心的学习流程[3-10 ]。教学实践中将传统课堂讲授和翻转课堂相结合。传统课堂具有传授知识的体系化、全面化、深入化和完备化的特点;但是，传统课堂的缺点也显而易见，学生学习积极性差，课堂时间的利用率低。翻转课堂是“教师引导，学生主导”的教学模式。翻转课堂具有学生学习自主化、个性化、学习途径和方式多样化的特点。翻转课堂的教学方式可以让学生积极动手，对软件操作技巧有更加深入的理解。充分利用两种教学方式的优势，使3D建模知识系统化和全面化;学生动手能力和技巧实践化，更好地做到以学生为中心，做到教师有教的积极性，学生有学的主动性，让学生学得会、用得上[ 11-15 ]。
二、教学流程
3D建模软件需要基本的操作知识，也需要对建模构件有准确的理解。为了达到3D建模软件的教学目标，从教学实践中我们总结出了“夯基础、明规范、强分析、重动手”的教学策略。
（一）明规范
复杂的机电产品需要不同的团队完成设计工作，团队间需要协调配合。设计之初需要对建模进行规范，包括命名规范、图层分配等，让同学们在建模之初就有规范建模的意识，形成良好的建模习惯，以提高模型可读性和操作方便性，进而提升团队配合的效率。
（二）夯基础
讲解3D建模思路，对基本操作进行详细讲解。3D建模软件的功能非常丰富，每一个功能都有基本操作。教学过程中把基本的功能讲解清楚，同时也要把功能扩展。
建模基本思路有两种，一是从上到下的建模方法，如图1所示。通过草图绘制截面以及引导线，然后灵活运用拉伸、旋转和扫掠的方法完成建模部件的总体框架。
另外一种是从下到上的建模方法，如图2所示。应用组合的方法将规则的几何形体组合成总体框架，让学生理解两种方法没有高下之分，需要根据所建零件的具体条件进行灵活运用。
完成总体框架后就可以进行局部特征的建模。根据功能和载荷的要求需要，机械零件的结构需要有孔、槽、凸起、筋板等细节结构。添加局部特征后就完成了基本结构的建模，如图3所示。
完成基本结构建模需要对模型的细节进行类似倒角或倒圆的处理，最后根据零件的基本特征进行阵列、镜像、组合以及修建等步骤，完成模型创建，如图4所示。
教学过程中向学生强调基础思路和操作的重要性的同时，让学生树立根据具体零件灵活运用。让学生明白，思路是抽象的，可以分类的;实际建模是灵活的，可以综合运用的。
（三）强分析
对建模过程进行详细分析、案例讲解。对具体零件进行完整的建模思路讲解，演示整个建模的过程。机械零件可以按照其特征进行分类。以典型的零部件为案例，分析零件的结构，根据结构特点确定整体建模思路。最后详细演示建模过程。
（四）重练习
整个教学过程最重要的步骤就是学生通过练习掌握建模技术。为学生提供典型零件的二维图，让学生完整的进行建模过程。本环节体现翻转课堂的优势，充分发挥学生的积极能动性，让学生在学习过程中独立思考，积极动手，发现难点和难题，解决问题，提升能力。
三、教学实践
教学过程中遵循由易到难的思路，从简单的零部件开始，反复的按照规范的建模流程进行教学，最终完成教学过程。整个教学过程中让学生循序渐进地掌握建模技术。
为达到以学为中心，以用为目标的教学要求，教学过程充分运用先进的教学理念和教学设备[ 15 ]。
传统教学方式强调以教师的讲授为主。这样的授课方式适合基础知识的讲授，對于主动学习能力不高的学生非常适合。但是，这样的授课方式也存在课堂气氛沉闷、学生参与度低的问题。
翻转课堂是指调整课堂内外的时间，将学习的决定权由教师转移给学生。在这种教学模式下，课堂内的宝贵时间，学生能够更专注于主动的基于项目的学习，共同研究解决3D建模的思路以及各种基础知识的灵活运用，从而获得对3D建模技术更深层次的理解。翻转课堂要求学生对3D建模技术的基础知识扎实地掌握，但是3D建模技术有一些技术难点不易掌握。 针对传统讲授和翻转课堂各自的特点，在3D建模技术的教学过程中针对不同知识点和技能要求采用不同教学方式。
（一）教学案例
拉伸是常用的操作，学生几乎在不用讲授的情况下就能完成基本的操作。可是，其可设置的参数也很多，灵活运用可以达到意想不到的效果。有些关键技巧不进行讲授学生不易理解掌握。
由零件的截面形状做简单的拉伸同学们都能掌握。除了简单的应用之外，拉伸菜单下有很多具体选项，其中包括拉伸的起止，拔模和偏置的灵活应用。课堂讲解的时候，着重强调起止选项中的从贯穿到选中和直到下一个。拔模强调概念和应用场景。偏置是一个不容易理解的选项，需要演示讲解。用封闭曲线拉伸出立方体，开放曲线拉伸出面这样的操作同学们容易理解。但是，应用偏置也可拉伸出立方体。这个操作若不详细讲解，同学们望文生义不容易理解。
讲解应用一条直线拉伸出一个立方体。立方体有三个方向上的尺寸。通常用截面拉伸的办法是截面定义立方体的长和宽，立方体的高用拉伸的长度定义。直线只有一个方向的尺寸。假设直线尺寸定义立方体的长，可以用偏置的方法定义立方体的宽，拉伸的距离定义立方体的高。拉伸截面的选择操作中，过滤器的应用灵活多变，包括相交处断开等设置，讲授清楚在实际操作过程中才能事半功倍。
讲解完拉伸后，提供典型例子让同学们练习。练习的过程中，采用翻转课堂的形式。首先让同学们分组讨论建模思路。讨论完成后，让同学讲解建模思路。经过头脑风暴，同学可以开发出不同的建模思路，让同学们分享自己的思路，然后上机练习。
（二）综合实践
夯实基础后需要实际的项目进行实践练习。第一步，学生分组讨论分析零部件的结构;第二步，以组为单位讲解建模步骤;第三步，具体上机练习;第四步，讲解规范的建模技巧。
通过前三步的教学可以发现同学们掌握情况参差不齐。根据掌握情况确定讲授过程的详细程度。简单的步骤可以简略。以千斤顶底座为例说明综合实践的教学步骤。千斤顶底座结构，如图5所示。
根据前三步练习的效果进行建模技巧的讲解。千斤顶底座建模具体步骤如下：第一步，建立主体的草图。千斤顶底座上有许多类似倒角和圆角的结构，可以在草图上做出所有的细节。但是，这样做会造成草图复杂程度很高，因此，可以在草图上做出部分细节，如图6所示。
千斤顶底座有四条加强筋板，筋板可以用拉伸和插入筋板的办法完成。本文以拉伸为例讲述。首先，绘制筋板草图，如图7所示。绘制草图过程中注意，草图的结构与主体部分要有重叠，这样在做组合的过程中可以更好地结合。将筋板草图拉伸，将得到的特征进行圆角处理，也可以得到详细的筋板特征，然后阵列特征得到的筋板特征可以完成4条筋板的结构。
千斤顶底座中间的螺纹结构。首先在底座中心绘制螺旋线，然后绘制螺纹槽截面草图，用扫掠的办法生产螺纹结构。螺旋线的长度可以大于实际千斤顶部分的长度，以方便组合操作的选择。最后用组合的办法从主体上减去螺纹得到千斤顶底座中间的螺纹槽结构。
四、结语
我们以学生掌握实际应用技能为目的，总结教学中的经验和不足，创新教学理念，培养其独立思考和創新实践能力，使学生成为机械设计行业需要的新型工科人才。传统课堂和翻转课堂的结合充分发挥了二者的优势，对提升教学效果有很好的帮助。文章结合教学团队多年的教学经验，提出一些建议和做法，希望为从事软件教学的人员提供参考和借鉴。
参考文献
[1]车清论，郑少梅，梁森，等.基于CBR技术+三维UG可视化视角的模具专业课堂教学模式创新探索[J].教育教学论坛，
2020（44）：193-194.
[2]王洪珍.校企合作视野下数控专业《UG软件设计》教学改革[J].教育教学论坛，2018（39）：52-53.
[3]戴晓琴.基于模块化案例教学的“UG三维造型设计及制图”课程内容设计[J].教育教学论坛，2018（3）：181-182.
[4]吴倩倩，项贤军.基于翻转课堂的UG实践教学研究[J].教育教学论坛，2017（21）：158-159.
[5]张文平，周倩.3D打印在UG软件课程中的应用[J].教育教学论坛，2016（20）：251-252.
[6]李路娜，汤锐，桑晶.3D打印在UG_CAD课程教学中的应用初探[J].教育教学论坛，2016（4）：200-201.
[7]江丽.UG软件教学中草图绘制技巧总结[J].教育教学论坛，2014（36）：242-243.
[8]迟涛，阎兵.情境教学法在UG课程教学中的应用[J].教育教学论坛，2012（30）：163-164.
[9]孟凡荣，江歆南，张晓辉.浅谈应用型本科UG课程教学[J].教育教学论坛，2012（3）：186-188.
[10]梅红霞.项目教学法在UG教学中的应用[J].科技风，2017（2）：30.
[11]梁矗军.基于UG的“CAD/CAM应用技术”项目式课程研究[J].机械职业教育，2014（12）：34-36.
[12]张炯，邓丽萍.浅析UG教学法中项目教学法的应用[J].科技创新导报，2014，11（5）：146.
[13]卢开斌.基于UG平台的机床夹具课程设计教学改革
[J].时代农机，2019，46（3）：97-98.
[14]曹旭妍.基于蓝墨云班课的“UG软件应用”课程教学改革探析[J].新西部（下旬刊），2018（10）：1-2.
[15]唐友亮，孙肖霞.基于翻转课堂的UG课程教学研究与实践[J].教育教学论坛，2017（31）：177-178. Study on the Teaching of 3D Modeling with Application as the Teaching Objective
CHEN Huan-ming
（College of Mechanical and Electrical Engineering， Qingdao University， Qingdao，
Shandong 266071， China）
Abstract： 3D modeling software has been widely used in mechanical design. In the teaching practice， it is a common problem that students still cannot conduct 3D mechanical drawing after taking the 3D Modeling course. In order to enable students to master 3D modeling technology， help them understand it in class and apply it after class， so as to achieve the specific teaching objective of application in practice， the teaching method of the combination of classroom explanation and flipped classroom teaching is adopted. The modeling operation process and the functions of each basic operation are taught through classroom lectures， and .The flipped class allows students to analyze their modeling ideas for specific cases， conduct component modeling and present them in class. Teaching practice shows that the comprehensive teaching methods can let students better master 3D modeling technology.
Key words： UG; hands-on practice; flipped classroom