“Solid Edge三维造型”模块化案例教学设计

周梅梅

(天津市河西区职工大学，天津 300203)

一、Solid Edge课程模块化案例教学

(一)教学模式现状

随着课程建设和教学改革的深入，专业建设也发生了改变，从原来的重点专业建设和重点实验室建设发展到重点专业群建设和较为综合全面的实训基地建设，专业发展不再单一，要紧跟现有形势，针对工科一些应用性强的专业选用一些好的教学方法提升教学品质，已经成为一个值得研究的重要课题，就现阶段的工科专业教学方法来看，教学手段比较单一，学生学起来较为枯燥，我们试图探索以案例模块相结合的教学方法来推进教学，期待得到较好的教学效果。所谓模块化案例教学法是将某一学期或者某一阶段所要学习的知识内容，寻找一个载体，通过对这个载体的学习，完成相应知识模块的学习。这一模块可能是一门课程进行划分，也可能是多分课程相关部分融合在一起进行划分学习。模块化教学模式它不仅注重学生学习过程中的实践活动，还把提升学生专业技能作为侧重点。

(二)模块化案例教学设计依据

三维造型课程是利用软件让学生学会三维立体图形的绘制，主要利用Solid Edge 这款软件。Solid Edge软件是西门子旗下一款三维造型软件，它主要由二维草图、三维实体、曲面造型、工程图、装配、渲染等多个部分组成。它将使用率极高的平面CAD与实体造型结合在一起，使用Solid Edge，不仅能够建立产品的三维模型，还可以获取到设计的精准信息，并且通过质量特征计算、监视设计参数、对运动进行分析、干涉检验，都能够有利的帮助完成设计。

在零件设计时，通过先旋转或者拉伸得到实体，然后在此基础上进行增加材料或者除料的方式完成更为复杂的造型，这种建模方式与我们日常的加工方式相吻合，更加人性化的符合设计理念。Solid Edge在建立孔、拔模、螺旋、阵列时，其操作方便宜行，往往简单几步就可以完成造型。

在曲面方面，可以是实体和曲面无缝融合，这样可以完成曲实体相结合的复杂零件，还可以通过更改参数的形式直接更改零件信息。

在装配方面，有两种装配方式可供选择，一种是自顶向下装配，以零件顶端为基准，另一种是自底向上装配，也就是以底部零件为基准，根据产品的不同，选择不同方式，确保有效装配。

另外在工程图这一模块，可以直接将实体造型转化为工程图纸，并且在有干涉时，直接更改实体模型，通过刷新即可得到相匹配的工程图纸，这一环节大大简化了完成工程图纸的时间。

(三)Solid Edge课程模块化案例教学重要意义

要求学生学会Solid Edge软件设计的几大重要部分，传统的三维制图教学方法，在每一节中，先将本节中涉及的菜单栏和工具栏讲授一遍，然后让学习练习命令的使用，这样的教学通常存在一些问题，一方面学生不在相应的环境中，单一学习命令的积极性不高，学过后不使用容易忘记；另一方面就是有些讲授的工具使用率较低，往往只是单纯的学习。根据传统教学的特点，再对照模块化案例教学具有的特征，案例教学方式与我们想达到的教学目标相吻合。因此，我们将课程分为几个模块，在每一个模块选择案例，精心设计，使案例能够容纳所要讲授的知识点，既能够使学生提升专业应用能力，又能够对理论知识有所掌握，通过这种教学模式，达到融会贯通的教学效果。在Solid Edge三维造型的学习过程中，选择案例法教学，对于案例法教学，仍有两种可供选择的实施方式，一种是基于这个案例，教师先讲解菜单栏和工具栏，让学生练习使用，然后通过对案例图形的绘制，将本模块中的知识点掌握；另一种方法与之相反，首先给学生抛出一个案例，教师教会学生完成，然后通过学生反复练习将其中知识点掌握。这两种方法可以根据案例的特点以及难易程度选择不同的教学方式。

采用模块化案例教学方式，案例教学是教学关键之处，这个环节进行的好坏直接对教学效果产生直接影响。因此，在这一模块，教师要精心设计案例内容，把握住中心思想，讲案例就是让学生学会操作技能，同时还能够对其中蕴含的理论知识有所掌握。在演示案例操作教学时，教师要充分调动学生的积极性，让学生反复练习，将案例蕴含的知识点掌握之后，让学生完成新的案例，检测学生学习的效果，通过这种方式，使学生真正做到举一反三。

二、教学设计及案例选取

本课的教学设计内容以案例为主线，通过四个案例作品来学习Solid Edge中软件操作界面与基本设置、二维草图的绘制原则、三维实体设计、曲面设计以及装配设计功能等。我们将不同环节案例学习所包含的知识点和要求总结如下：

(一)二维草图的绘制

任务：手绘制吊钩二维图形、利用软件绘制吊钩二维图形。包含知识点：1.创建用户文件目录；2.启动Solid Edge ST5软件；3.设置零件设计环境；4.设置模型显示；5.显示Solid Edge工作界面；6.草绘环境的；7.顺序建模的选取(较多使用)；8.绘制各种直线、绘制圆、椭圆、圆弧、圆角；9.偏移草图、对称偏置草图；10.删除图元、直线的操纵、圆弧的操纵、缩放草图实体、移动草图实体、镜像图元、修建图元、延伸草图实体、包含、旋转轴、转化为曲线、填充；11.约束显示、Solid Edge软件所支持的约束种类、创建几何约束、删除约束；12.草图关系检查；13.标注线段长度、标注一点和一条直线之间的距离、标注两点间的距离、标注两条平行线间的距离、标注直径、标注半径、标注两条线段之间的角度、修改不同类型尺寸标注、移动尺寸、修改尺寸值后的小数位数、修改尺寸值、删除尺寸。

教师解析：让学生手绘图形，完成后再上机用软件绘制图形，将机械制图课程与三维软件制图课程融合形成一个模块，对比手绘和软件绘制的异同之处，有助于对二维图形绘制的全面掌握。

本图形在上机绘制时要充分利用其图形中的对称特点，以及二维草图中的约束。其上机绘制图形如下图图1所示。

图1 吊钩

(二)零件设计

任务：扇叶固定座

包含知识点：1.新建一个零件三维模型、创建一个拉伸特征作为零件的基础模型、添加其他拉伸模型、保存其他拉伸特征；2.模型的移动、旋转、与缩放、模型的试图定向、模型的剖切；3.路径查找器的使用；4.设置零件模型的材料；5.特征的编辑、编辑定义、编辑轮廓、动态编辑、修改特征名称、查看特征父子关系、删除特征、特征的隐藏、特征的抑制、特征的多级撤销/重做功能；6.旋转特征的一般过程、旋转切削特征的一般过程；7.倒角特征；8.圆角特征、等半径圆角；9.创建倒圆角；10.创建孔特征(直孔)的一般过程、创建螺孔；11.特征的重新排序和插入操作；12.特征的一般复制、特征的镜像复制；13.矩形阵列、环形阵列、沿曲线的阵列、删除阵列；14.创建扫掠拉伸特征的一般过程、创建扫掠除料的一般过程；15.创建一个旋转特征；16.法向特征。

教师解析：该实体模型要重点掌握成角度平面的创建，方向位置的选择要精确，另外就是扇叶的阵列即选取圆形阵列，其图形如图2所示(图2略)。

(三)曲面设计

任务：微波炉调温旋钮的设计

包含知识点：1.关键点曲线、数据表曲线、相交曲线、投影曲线、交叉曲线、缠绕曲线、沿面曲线、曲线分割；2.拉伸、旋转、扫掠曲面、蓝面曲面、有界曲面、偏移曲面、复制曲面；3.曲面曲率的显示、曲面斑马条纹的显示；4.曲面的圆角、曲面的修剪、曲面的延伸、曲面的缝合、分割面、删除面；5.闭合曲面的实体化、用曲面替代实体表面、开放曲面的加厚。

教师解析：微波炉调温旋钮的设计模型是一个典型利用曲面造型的图形，其中包含了曲面设计中大部分工具，在本模型设计中，要重点掌握曲面与实体的转化过程其图形如图3(图3略)所示。

(四)装配设计

任务：构件装配滑块

包含知识点：1.贴合约、面对齐、轴对齐约束、插入约束、角度约束、相切约束、平行约束、匹配坐标系约束、固定约束、快速装配；2.新建一个装配三维模型、装配第一个零件、装配第二个零件；3.零件的阵列、零件的矩形阵列、零件的镜像；4.显示与隐藏、停用与激活；5.手动爆炸、自动爆炸、爆炸图的显示配置；6.修改装配体中零部件；7.修改装配体中零件的尺寸、更改零件的材质外观。

教师解析：本模型需要建立三个装配体，包含二个子装配，一个总装配，现将子装配按照相应的装配约束装配，然后将子装配安装到总装配中，其图形如图2所示。

图2 总装配过程

三、教学方案的创新点分析

工科课程在各个大学的课程体系设置中都是难度较高的学科，它融合了理论性和实践性，采用与其他专业课程相类似的教学方法难以取得较好的教学效果，因此在学习Solid Edge这门实用性软件课程的时候，我们采用模块化案例法教学方法，将软件的学习分为几大模块，每一模块采用综合性案例来体现相关知识点，学生在学习案例作品的过程中，既能掌握相应的操作过程，在反复的练习中将知识点内容掌握，这样既提升了学习的积极性和趣味性，又达到较好的教学效果。其次，这种模块化案例教学对推动工科课程教学体系改革也起到了助力作用，同时也给教师开拓丰富多样的教学方法提供了思路。

(一)模块化案例教学的实践价值

在机械专业这种纯工科的课程体系中，能够熟练绘制二维和三维图形对学生来讲是需要必备的一种能力，在这种情况下，对于本门课程，我们不再采用普通工科专业课程的教学方法，采用新颖的模块化案例教学法，根据现有学生的学习效果，表现出了其存在的实践价值。

(二)教学的综合化

Solid Edge模块化案例法教学是以案例产品作为教学载体，这个载体也就是所要画的图形往往是在本专业中见到或者用到比较多的，通过对这样图形的绘制，将理论教学和实践教学结合在一起进行综合学习。通过此特点，我们看出，这样的学习过程和我们单项技能训练的学习过程有所区别，这样的教学有侧重点，我们本节课中学习的产品包含哪些知识点，我们针对这些知识点，对本课程来说，就是操作工具，我们重点学习这些工具在画图时的应用之处。

(三)重视学生的实践课程

模块化案例法教学其综合性的体现就在于学生在课堂上有大量的动手操作，这种模式的教学，很显然不能以教师的授课为主，避免了教学过程中教师的“满堂灌”、“独角戏”，实现以学生的实践、操练为主。在这种软件实践课程中，教师讲的越多，对于学生来说，练得就越少，教师的操作越多，学生就会越懒惰，要想达到好的教学效果，必须让学生多画图，大量的作品练习能够让学生“熟能生巧”。

(四)体现“学生为主体，教师做主导”的教学特点

模块化案例教学法其初衷就是注重学生在学习中的实践和操作过程，这种特点下的教学必然是节节课程都是综合课程，要想在课堂上得到好的教学效果，必须以学生的学习作为主体，教师扮演指导的作用，学生要想出色的完成本节的作品，其自身的主动性和积极性必然提高，其专注力提升，学生主动参与课程，避免了学生在课堂中的被动性，如何在课堂中将作品的完成度与学生成绩相结合，势必学生的积极性会更高，采用这样的教学方法更能提升教学品质。

(五)推动教师进行教学方法改革

模块化案例教学方法能够有效的提升教学效果，提高学生的积极性和主动性，其表现看起来教师在课堂上变得轻松，不再是节节课嗓子嘶哑，但是其教学的工作量并没有减少，对于在课堂上使用的案例，教师需要更加精心的选择，对教学方式进行更加缜密的设计，多方位思考案例如何体现知识点，学生如何学习并掌握知识点，并且随着教学改革的进行，案例也要及时更新，根据学生在课堂上的表现，要充分总结，选用案例的难易程度也直接影响到学生的积极性，案例较为简单时，学生很快完成，课堂效率不高，案例太难，学生学习程度参差不齐，完成度较低又很难保证学生对知识点的掌握，影响教学推动，因此，即使是模块化案例教学这种方法，教师也要不断的思考，如何在这种教学方法基础上，开拓更多的教式教法，着实提升教学效果。

(六)推动实现人才培养目标

高校学生扩展，要想提升学生竞争力，对于工科专业学生来讲，走出校门，对接工作岗位，能够较快的上手工作，企业在较短的时间内实现利益的增长，无意加大了学生之间的竞争程度，学校要保证学生的就业度，在教学上就不能墨守成规，采用更多的教学方法来实现教学目标，对于Solid Edge这门课程的学习，采用模块化案例教学法提升学生专业软件操作技能，助力实现人才培养目标。

总之，模块化案例教学法具有很强的实践价值，对于工科抽象难懂的知识，通过划分模块，通过案例的学习进而掌握教学知识点，实现教学目标。对于教学改革，也起到了积极的推动作用。