摘 要：教學(xué)中三維實(shí)體設(shè)備模型用于彌補(bǔ)煤礦機(jī)械設(shè)備“看不見(jiàn)、進(jìn)不去、動(dòng)不得、難再現(xiàn)”等不足具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合筆者自身參與三維模型制作的體會(huì)對(duì)專業(yè)課教師參與煤礦機(jī)械設(shè)備三維模型制作的必要性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：局限性;必要性;適用性;仿真性;操作的便利性;更新專業(yè)知識(shí)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.162

煤礦機(jī)械設(shè)備的普遍特點(diǎn)是機(jī)體龐大，拆裝困難。部分結(jié)構(gòu)屬于精密安裝或不可拆卸安裝，在教學(xué)中設(shè)備有些部位或裝置需要進(jìn)行剖切或外殼透明化處理才能充分清楚地了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。使用真實(shí)設(shè)備教學(xué)的局限性在以上這些方面表現(xiàn)的非常突出。制作和使用三維實(shí)體設(shè)備模型可以很好地解決這些問(wèn)題，教學(xué)中三維實(shí)體設(shè)備模型用于彌補(bǔ)煤礦機(jī)械設(shè)備“看不見(jiàn)、進(jìn)不去、動(dòng)不得、難再現(xiàn)”等不足具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)秀的三維設(shè)備模型不僅需要制作者必須具備熟練應(yīng)用三維造型軟件的能力，還必須具有煤礦機(jī)械設(shè)備的專業(yè)知識(shí)以及從教與學(xué)兩個(gè)視角對(duì)模型制作進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)。作為煤礦機(jī)械設(shè)備類的專業(yè)課教師，我從2010年開(kāi)始陸續(xù)制作一些設(shè)備的三維模型，這當(dāng)中既有自發(fā)的根據(jù)教學(xué)需要制作的，也有和其他老師其它部門合作制作的。共計(jì)制作了11類設(shè)備，200余件模型。下面對(duì)專業(yè)課教師參與煤礦機(jī)械設(shè)備三維模型制作的必要性進(jìn)行一些分析。

1 專業(yè)課教師參與制作可以提高煤礦機(jī)械設(shè)備三維模型的適用性

教師參與制作是決定機(jī)械設(shè)備三維模型是否具有適用性的重要因素。從機(jī)械設(shè)備的專業(yè)性和使用者的應(yīng)用體驗(yàn)兩方面來(lái)考慮，最好是教這門課的老師自己動(dòng)手制作，用什么就做什么，需要什么就呈現(xiàn)什么。雖然有些教師不會(huì)使用三維造型軟件，但是可以提出需求。在煤礦機(jī)械設(shè)備的教學(xué)中遇到了哪些不便于展示、無(wú)法呈現(xiàn)、學(xué)生理解不了想象不到的問(wèn)題;模型需要具備哪些功能、教師如何使用、學(xué)生如何自主學(xué)習(xí)。這些問(wèn)題教師是最清楚的人，所以教師要主動(dòng)參與到一些模型的制作項(xiàng)目中來(lái)。曾經(jīng)就有實(shí)訓(xùn)教師找到我說(shuō)學(xué)生看不懂劃規(guī)的制作圖，能不能制作一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)多角度觀察劃規(guī)的結(jié)構(gòu)和裝配的三維圖。這就是一個(gè)貼近教學(xué)實(shí)際的需求，不但需要根據(jù)劃規(guī)三視圖準(zhǔn)確建模還要制作爆炸圖動(dòng)態(tài)演示裝配過(guò)程。所以準(zhǔn)確的教學(xué)需求是推動(dòng)三維設(shè)備模型制作的原動(dòng)力，這其中教師的參與至關(guān)重要。機(jī)械設(shè)備的三維造型，以及后續(xù)的三維資源庫(kù)建設(shè)必須要以教學(xué)需求為導(dǎo)向、結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，體現(xiàn)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、庫(kù)內(nèi)資源的最小單元須是獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)或完整的表現(xiàn)素材，單體結(jié)構(gòu)完整、屬性標(biāo)注全面，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和教師使用。具有這些特點(diǎn)的三維設(shè)備模型基本上就是教學(xué)中適用的，但也還需要具有操作的便利性以及交互性等特點(diǎn)，再有就是教師根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)需要的一些功能了，站在教師教學(xué)的角度制作的教具一定是適用于教學(xué)的。

2 專業(yè)課教師參與制作可以提高煤礦機(jī)械設(shè)備三維模型的仿真性

一些做三維造型的公司在計(jì)算機(jī)專業(yè)技能方面能力很強(qiáng)，但是對(duì)煤礦設(shè)備知識(shí)就是一片空白了。在這個(gè)基礎(chǔ)上制作的煤礦設(shè)備三維造型很難做到真實(shí)準(zhǔn)確，甚至?xí)幸恍╁e(cuò)誤。這些模型整體上的特點(diǎn)是只能看整體，不能看細(xì)部結(jié)構(gòu)，往往就只有一個(gè)外形結(jié)構(gòu)。難怪老師們對(duì)這種教具不滿意，感覺(jué)教學(xué)效果不理想了。教師參與到設(shè)備的三維造型項(xiàng)目中可以從專業(yè)的角度對(duì)模型的仿真程度提出要求和建議，這種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的合作可以很好的保證模型的仿真性。我與計(jì)算機(jī)專業(yè)的老師合作制作的《采煤機(jī)械數(shù)字化模型庫(kù)》在2017年獲得寧夏高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，2015到2017年我與北京航天控制儀器研究所合作制作了煤礦主提升機(jī)、主通風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)等三類設(shè)備的三維模型。在與他們的合作中我負(fù)責(zé)編寫腳本，模型中需要表現(xiàn)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和內(nèi)容以及要采取的表現(xiàn)方法都要首先在腳本中體現(xiàn)出來(lái)，好的腳本是保證模型具有真實(shí)性和適用性的前提，而各自發(fā)揮專業(yè)特長(zhǎng)的合作方式能充分保證腳本的高質(zhì)量和模型的高質(zhì)量。煤礦主提升機(jī)、主通風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)三維模型成功制作不但豐富了相關(guān)專業(yè)的教學(xué)手段，提升了教學(xué)效果，也為煤礦企業(yè)的職工培訓(xùn)提供了強(qiáng)力支撐。在2018年，這三類設(shè)備的三維模型分別獲得了神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司技術(shù)創(chuàng)新成果三等獎(jiǎng)。

3 專業(yè)課教師參與制作可以促進(jìn)煤礦機(jī)械設(shè)備三維模型操作的便利性

教師是具體使用這些三維模型的人，是具體有使用需求的人。好用還是不好用，應(yīng)該具有哪些功能，沒(méi)有比教師更清楚的人了，所以教師非常有必要參與到機(jī)械設(shè)備三維模型制作的項(xiàng)目中來(lái)。

如果不考慮三維模型的知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，我認(rèn)為最好給教師提供三維模型的源程序，這樣操作起來(lái)會(huì)有更大的自主性，也便于專業(yè)課教師根據(jù)教學(xué)需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和制作。但是現(xiàn)實(shí)中三維模型的制作方出于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的考慮都會(huì)對(duì)模型進(jìn)行封裝，這種經(jīng)過(guò)封裝的三維模型我在教學(xué)中也用過(guò)，可以說(shuō)很不好用，我的很多教學(xué)意圖都實(shí)現(xiàn)不了，使用中有種受限的感覺(jué)。

最為理想的方式是專業(yè)課教師自己就能熟練應(yīng)用三維造型軟件，自己動(dòng)手制作設(shè)備的三維模型，這樣就不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題了，怎么用都行。

其次是教師參與三維模型制作，可以從教師教學(xué)的視角對(duì)三維模型封裝后操作的便利性和交互性提出要求，促使其在操作功能上貼近教師需求。

4 專業(yè)課教師參與模型制作有利于更新專業(yè)知識(shí)

隨著我國(guó)裝備制造業(yè)水平的提升，煤礦機(jī)械設(shè)備更新?lián)Q代越來(lái)越快，教材相關(guān)內(nèi)容卻明顯陳舊和滯后。教材中關(guān)于主壓風(fēng)機(jī)的內(nèi)容還是活塞式壓風(fēng)機(jī)，而煤礦中這類壓風(fēng)機(jī)都已經(jīng)淘汰，目前廣泛使用的是單螺桿和雙螺桿壓風(fēng)機(jī);通風(fēng)系統(tǒng)還在講反風(fēng)道反風(fēng)，而現(xiàn)在一些煤礦應(yīng)用的新式軸流式通風(fēng)機(jī)通常采用兩級(jí)葉輪對(duì)旋式結(jié)構(gòu)，兩級(jí)葉輪互為導(dǎo)葉，可以反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。這說(shuō)明教材的內(nèi)容迫切需要更新，教師的專業(yè)知識(shí)同樣迫切需要更新。

在編寫煤礦主提升機(jī)、主通風(fēng)機(jī)和壓風(fēng)機(jī)三維模型腳本的過(guò)程中，我多次深入煤礦查看設(shè)備，比較清晰的掌握了目前煤礦這三類設(shè)備的使用情況。特別是在編寫腳本中為了把新舊設(shè)備的不同在模型中反映清楚，要把新舊設(shè)備反復(fù)對(duì)照，這個(gè)過(guò)程增加了我對(duì)新設(shè)備的了解。為了增強(qiáng)設(shè)備模型的仿真性，設(shè)備結(jié)構(gòu)、零部件特征都必須要與原設(shè)備一致。平常教學(xué)中沒(méi)注意到的設(shè)備細(xì)節(jié)，不認(rèn)識(shí)的裝置，在這次編寫腳本的過(guò)程中通過(guò)請(qǐng)教煤礦的專業(yè)人員和查閱資料學(xué)到了很多知識(shí)。一次在煤礦了解主通風(fēng)機(jī)，不認(rèn)識(shí)風(fēng)機(jī)外殼上的一處裝置，詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員，他們只是含糊的說(shuō)可能是消音器，后來(lái)我根據(jù)收集的資料和設(shè)備結(jié)構(gòu)圖搞清楚了這個(gè)裝置的名稱和作用。在與技術(shù)人員討論并得到確認(rèn)后，在模型腳本中對(duì)此裝置做了要求。

鏡頭3：隔爆型電動(dòng)機(jī)的冷卻。

語(yǔ)音：隔爆型電動(dòng)機(jī)裝在密封隔流腔內(nèi)，通過(guò)扁管與大氣相通，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻散熱，電動(dòng)機(jī)冷卻空氣取自于大氣。密封隔流腔置于風(fēng)筒內(nèi)，抽出的瓦斯氣體不與電機(jī)接觸，提高防爆安全性。

畫面：模型表現(xiàn)扁管的結(jié)構(gòu)特征和安裝位置，動(dòng)畫呈現(xiàn)電動(dòng)機(jī)冷卻氣流的流動(dòng)過(guò)程。

類似這樣的例子還有很多，通過(guò)參與煤礦設(shè)備三維模型制作能夠了解設(shè)備的最新情況，更新滯后的專業(yè)知識(shí)，還能精準(zhǔn)掌握設(shè)備的細(xì)節(jié)特征。這些知識(shí)的獲取將對(duì)今后專業(yè)課的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)工作帶來(lái)巨大幫助。

5 結(jié)語(yǔ)

十年來(lái)自己根據(jù)教學(xué)需要制作了數(shù)量眾多的三維模型，這當(dāng)中遇到了很多困難。一開(kāi)始三維造型軟件不會(huì)用，經(jīng)過(guò)不懈努力終于掌握了基本功能。開(kāi)始為煤礦機(jī)械設(shè)備做三維造型時(shí)，又面對(duì)設(shè)備體型大，拆、裝、測(cè)量困難的問(wèn)題，需要搜集并查看大量的圖紙資料。可以說(shuō)對(duì)每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行三維造型都是一個(gè)艱辛的歷程，但是這個(gè)過(guò)程又是一個(gè)非常有助于提升教師專業(yè)能力的過(guò)程，甚至可以說(shuō)是一條捷徑。

參考文獻(xiàn)：

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在研課題：

1、寧夏回族自治區(qū)資源共享精品課建設(shè)。寧教職成辦[2017]152號(hào)，《礦山機(jī)械》第一負(fù)責(zé)人：徐瑞鋒;

2、寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院教改項(xiàng)目?！侗妙愒O(shè)備數(shù)字化模型庫(kù)建設(shè)》第一負(fù)責(zé)人：徐瑞鋒。

作者簡(jiǎn)介：徐瑞鋒（1971-），男，天津人，本科，講師，研究方向：礦山機(jī)械。