UG NX建模软件在机械产品造型设计课程教学中的实践与探讨——以直齿圆柱齿轮为例

高 洁

（晋城职业技术学院，山西 晋城 048026）

机械产品造型设计是高职院校机械制造与自动化、模具设计与制造等专业的基础课程，涵盖了产品参数设定和造型设计等流程。目前，设计机械产品造型的软件主要有3DMAX、CAXA、UGks、Pro/E、CATIA等，上述软件都具有强大的产品设计功能。［1］我院3D打印技术应用、数控仿真与加工、模具设计与加工等课程均采用UG建模软件，同时，省赛和国赛高职组“工业产品造型设计与制造”赛项也采用UG建模软件。为了保持一致性，避免不同软件之间的数据转换，本课程选用UG软件设计产品造型，能够实现在产品设计、模具设计、数控编程与仿真加工等课程之间的无缝对接。

一、传统的机械产品造型设计课程教学

机械产品造型设计在机械设计和加工过程中起到重要的作用，对该课程的教学一直是各机械专业教师的研究热点。［2］目前国内高职院校已经普及该课程，但传统教学模式存在着欠缺，一是造型设计理论知识讲解偏多，无法调动学生积极性，学生学习兴趣不大，导致教学成效不显著；二是一定程度上限制了学生的创新意识，很难自主表达产品的设计思路；三是传统课程中理论教学模式主要是以PPT配合板书的形式来讲授，教学大纲里规定的知识点，讲授内容基本能够面面俱到，但是很少存在立体化的、直观的三维模型或者装配机构的运行展示，导致学生觉得枯燥无味，不容易理解，影响学习的积极性，教学效果并不理想。部分学生对知识点的掌握不透彻，只是机械地去按照步骤操作，并不思考为什么这样做。因此，如何针对学生在有限的学习过程中更全面地掌握机械产品造型设计课程是值得教学工作者思考的问题。

二、机械产品造型设计课程教学探讨思路

借助我国高职院校教育改革的热潮，［3］同时基于近几年教学经验的总结及思考，本人通过结合中德合作项目、转变教学思路、分析教学过程、多项目考核、反思教学结果等途径，对该课程课堂教学设计进行了进一步规划与设计。教学课程设计中，以学生专业职业能力作为开发课程的基石，依托在工作岗位中具体的任务能力需求，以学生为中心，进行项目分层式教学，引导不同层次学生变为课程设计的主要参与者，成为课堂活动主体，提高学生学习兴趣、职业能力和创新技能，让学生收获不一样的感受和体验。

项目分层式驱动教学法的内涵是基于完整教学项目的一种教与学的模式，教师可以通过摸底考查、交流沟通以及作业检查等方式了解学生并作记录进行分类，从学生的基础知识、专业知识、应用操作和创新思维方面观察学生，对学生进行对应的项目分层式教学，基础比较弱的学生可以对教师提供的固定模型进行基本产品造型建立，之后采用项目驱动式的教学循序渐进。其余学生可以完成专业领域内完整的项目任务并在此基础上进行自主创新设计（斜齿轮、齿轮轴、零件装配甚至实物加工等）。项目分层式驱动教学法优点在于完成教学任务的过程中将学生作为主体，不再以教师为核心，教师起到答疑解难的作用，可以让学生在学习的各阶段明确学习目标，提高建模能力，［4］通过完整的项目掌握对应的相关知识点，既能够完成正常的教学，又能够对接专业技能大赛。

三、机械产品造型设计课程教学实践——以直齿圆柱齿轮为例

（一）教学对象分析

课堂中教学对象主要是高职院校的学生，学生来源主要有两类，一种是通过国家组织的普通中考的学生，学习能力比较弱；另外一种是社会上闯荡了几年又返校的学生，学习能力可以说基本没有，而且很多还带有社会上的一些坏习惯。学生之中存在明显的差异性，学习能力、理解能力以及变通能力都比较差。为确保每个学生接受相匹配的教育，能够最大化地体现自己的专业价值，可通过摸底考查选择符合学生个性成长的课程规划。本项目将以三个方向作为相应的动态层次，各占20%、60%、20%的比例，将学生进行精准划分，前期根据学习软件的能力及表现适当调整，做到灵活教学。

（二）教学目标分析

对不同小组学生设定不同的教学目标，满足不同学生的发展需求。例如A组学生通过基本操作，能够完成机械零件的三维造型即可；B组学生应完成零件模型且充分理解各个专业知识点；C组学生除了要完成以上要求外，还应学会自行查阅相关资料，拓展知识面。

（三）教学设计实施过程

传统机械产品造型设计课程教学是教师按教材讲，学生按步骤做，学生在学习过程中对于专业知识点的理解、独立思考问题的习惯以及解决问题的能力都比较薄弱，因此新课堂依据项目分层式驱动教学方式规划教学过程。（见图1）

图1 教学过程

1.教师考核分组

教师对学生进行分组，根据分组情况制定不同的教学目标，本项目中将学生分为三组，20%的学生完成基础模型直齿圆柱齿轮的建立，60%的学生完成模型建立和工程图的生成，最后20%的学生在此基础上进行进一步的创新拓展。

2.分配任务

教师将提前准备好的任务工作页发放给各小组，讲解基础知识，提供相关专业手册，要求学生们了解齿轮模型的参数、结构、功能等相关信息，同时让学生们明白机械产品设计的最终目的是需要进行加工装配，这样设计出的产品才符合工业生产实际。

3.小组讨论

小组按照教师给定的工作页，结合手册或网络视频收集资料，制定设计方案。这个过程需要所有学生参与，针对性地分析问题和解决问题，充分调动学生的积极性。

4.确定设计过程

小组讨论后各自制定项目设计方案，完成直齿圆柱齿轮的造型设计和创新设计，设计内容包括：草图绘制、造型功能、工程图设置、装配以及创新点设计等。确定结果后，提交齿轮建模流程和产品创新设计说明书（包含设计初衷、结构功能、创新点等），通过工作页和PPT等形式表达，在这个过程中，学生可以大胆展开想象，培养创新设计能力和语言表达能力。

5.教师答疑解难

教师为学生提供开放的学习平台，引导学生自主探索，在完成任务过程中遇到UG建模软件使用、齿轮参数设置、装配零件要求以及创新设计可行性等问题，教师应及时进行引导，辅助学生解决问题，使学生能够顺利实施任务。该过程以学生为主、教师为辅，将学生被动学转为主动学，增强学生的自信心。

6.完成设计

学生完成齿轮设计后，将设计过程制作成PPT或者视频，采用答辩的形式讲解齿轮的设计过程，锻炼了学生的语言和文字表达能力，既为小组间相互学习和交流提供平台，也体现了团队分工协作能力。

7.小组作品展示

各小组代表将整理好的作品进行展示：下图分别为一组（见图2）、二组（见图3）、三组（见图4）齿轮设计作品。一组完成了齿轮模型的设计，二组完成了齿轮模型设计和齿轮工程图的制作，三组完成了齿轮和齿轮轴模型设计并通过3D打印技术生成产品。

图2 直齿圆柱齿轮造型

图3 直齿圆柱齿轮工程图

图4 3D技术成型产品

8.作品点评

小组和小组进行互评，教师对小组进行点评。评价过程中教师指出齿轮创新设计亮点，比如添加齿轮轴模型创意新颖，使学生能够深入了解装配的相关知识。同时小组产品之间做对比，让学生明白哪种设计是合理的，哪种是不太合理的，这种评价方式可以让学生在今后的项目设计过程中尽情发挥自己的创意，激发学生的学习热情。

四、结语

目前，项目分层式教学过程的实施达到了预期的教学效果。在设计过程中，针对不同类别学生设置不同要求的项目教学目标，重点培养学生独立操作能力、对机械产品造型进行创新设计的能力以及以小组为单位协同解决问题的能力；在教学过程中通过分组教学、项目设计、任务展示等环节，提高了学生对该课程的探讨兴趣，体现了学生的自我价值，培养了学生团队协作、语言沟通、计算机应用等能力；在专业技能方面，针对不同学生培养了他们的实践、思考和创新能力。在今后的教学过程中根据具体出现的教学不足进行灵活微调，真正做到教师在教学过程中能够起到组织、引导、答疑解难的作用，教学团队的整体职业能力、素质和学生的综合实践技能都得到不断提高，教师的专业技能和指导竞赛的能力也进一步提升，实现真正意义上的师生双赢。［5］