基于三维模型与动画的高职机械类专业微课程资

1 研究背景

“微课程”的生命力在于其知识点表现形式的多样化和趣味性，其基础素材的开发显得尤为重要[1-3]。当前的高职机械类专业课程的相关知识点因专业性过强，且前后关联衔接紧密，对于复杂的机械机构缺乏直观有效的表达与演示教学素材，以传统素材为主录制的教学视频（课例片段）对学生缺乏吸引力，难以激发其学习兴趣，从而导致微课程有效性和利用率低下。在传统的机械类专业课程教学素材中，机械零件结构与形状特征、机械部件结构与装配与运动原理等认知性知识点通常是应用二维图形及文字表达说明，缺乏直观性和趣味性。以这种素材所开发的微课程视频缺乏吸引力。实物产品照片和录像可起到一定的弥补作用，但机械零部件实物外壳不透明、色彩单一，难以清楚表达复杂的内部结构，且制作成本较高，不能很好地满足教学需求。

针对这一现状，本研究将三维模型与动画引入机械类专业微课程资源设计与开发：即通过开发机械机构相关知识点的三维模型图片与动画演示等教学素材融入微课程，以提高机械类专业微课程资源的直观性、趣味性，同时降低资源开发成本。

2 研究目的与意义

2.1 研究目的

工业4.0环境下的现代制造业的突出特点就是生产的智能化及其对人才素质的复合化与高素质要求。新时期，作为服务制造业转型升级的现代职业教育必须顺应时代发展潮流，突破传统式发展的思维模式，实现新的超越和转型发展[4]。为解决高职机械类专业课程教学资源不能充分共享、资源陈旧、适应性差等一系列问题为目的，以适应企业岗位需求，提高学生制图与识图能力和空间想象能力，激发学生的专业学习兴趣，培养学生解决实际生产加工制造过程中出现的相关问题的基本能力为出发点，在原有课程建设工作的基础上，与企业合作，开发研究了符合教学实际的基于三维模型与动画的机械类专业课程的数字化资源，以期为学生提供优质的教学服务，促进学生的知识，技能和情感的成长，以及学生合作、交流、创新能力的提高。

2.2 研究意义

2.2.1 现实意义与应用价值

结合高职机械类的专业特点及学生的学习兴趣和学习习惯，通过系统分析机械类专业课程各知识点的性质与特点，开发出三维模型图片与动画演示等微课程资源，有效提升了微课程的有效性和利用率，方便学生以自主快捷的方式学习，较好地解决教与学中的重点难点问题。同时，在教与学的过程中，课程资源可不断丰富、改进及更新，不仅可降低开发成本，而且让学生本身参与资源的二次开发，培养学生的创新思维与数字化创新设计与表达能力。

2.2.2 理论意义与参考价值

通过研究此类三维模型及动画教学资源的开发与应用中存在的问题，提出科学合理的解决方案，使师生树立自主应用信息化技术开发和应用微课程教学资源的观念，并为其它相关专业的微课程教学资源的开发提供参考。

3 研究内容

3.1 三维模型与动画微课程资源的设计和开发

三维模型与动画微课程资源开发主要包括以下几个方面：一是针对机械制图与识图能力培养的机械零件形状与结构演示。从《机械制图》课程中选取典型机械零件，制作其三维模型的动态演示、剖面切割、三视图投影等动画演示。比如，部分高职学生的空间抽象思维能力较弱，无法直接将零件剖视图与其三维实物建立表达关系，进行二维制图与识图时往往无法判断各位置的线条关系，通过三维模型及动态演示，可让学生直观地看到三维模型与二维剖视图的对应关系，举一反三，就能很快建立这种逻辑思维能力，从而提升空间想象能力与制图识图能力[5]。如图1中所示零件，通过建立三维模型，使三维模型以动画的形式进行360°的外部形状展示；随后变成剖面，进行内部结构形状展示；最后剖面旋转至正方向，随即形成了二维剖视图。这样学生能很快掌握剖视力的各线条关系而做出准确判断。

图1 机械零件剖视图的表达

二是针对机械原理认知与机构分析能力培养的机械部件装配与运动演示。从《机械基础》、《机械原理》等课程中选取典型平面连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构、机床变速箱等机械部件，制作三维装配模型及运动仿真。对于有外壳的机械传动部件，要掌握其内部结构及运动关系，复杂晦涩的二维工程图很难满足目前高职教学的需求，微课程的素材如果只是采用教材上的示意图很难激发学生的兴趣，识图能力较弱的学生很难跟进课程的进展，也很难进行有效的自学[6]。实物拆装固然可以满足部分机械机构的教学需求，但这种以掌握机构原理的课程，如果安排大量时间进行拆装实训，不仅耗时耗力，对教学场地和实训器材种类提出更高的要求，从而提高了教学成本高，而且因为实物封闭不透明，无法完全分解，一些内部机构及运动关系还得借助二维示意图和理论讲解来完成，教学效果并不什么明显。如图2所示的马达减速器，通过构建三维模型，可以根据授课内容设置各类零件的三维展示动画，部件装配动画及运动仿真，即可通过同一模型完成各类不同需求的动画制作，这种碎片化的素材再配以文字或语言解说能有效提高微课程的有效性，方便学生自主学习。

文章来源：《人才资源开发》 网址: http://www.rczykfzzs.cn/qikandaodu/2021/0317/906.html