專業(yè)課教師制作煤礦機械設備三維模型的必要性分析

摘 要：教學中三維實體設備模型用于彌補煤礦機械設備“看不見、進不去、動不得、難再現(xiàn)”等不足具有無可替代的優(yōu)勢。本文結合筆者自身參與三維模型制作的體會對專業(yè)課教師參與煤礦機械設備三維模型制作的必要性進行了分析。

關鍵詞：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

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

煤礦機械設備的普遍特點是機體龐大，拆裝困難。部分結構屬于精密安裝或不可拆卸安裝，在教學中設備有些部位或裝置需要進行剖切或外殼透明化處理才能充分清楚地了解其內部結構。使用真實設備教學的局限性在以上這些方面表現(xiàn)的非常突出。制作和使用三維實體設備模型可以很好地解決這些問題，教學中三維實體設備模型用于彌補煤礦機械設備“看不見、進不去、動不得、難再現(xiàn)”等不足具有無可替代的優(yōu)勢。

優(yōu)秀的三維設備模型不僅需要制作者必須具備熟練應用三維造型軟件的能力，還必須具有煤礦機械設備的專業(yè)知識以及從教與學兩個視角對模型制作進行的教學設計。作為煤礦機械設備類的專業(yè)課教師，我從2010年開始陸續(xù)制作一些設備的三維模型，這當中既有自發(fā)的根據(jù)教學需要制作的，也有和其他老師其它部門合作制作的。共計制作了11類設備，200余件模型。下面對專業(yè)課教師參與煤礦機械設備三維模型制作的必要性進行一些分析。

1 專業(yè)課教師參與制作可以提高煤礦機械設備三維模型的適用性

教師參與制作是決定機械設備三維模型是否具有適用性的重要因素。從機械設備的專業(yè)性和使用者的應用體驗兩方面來考慮，最好是教這門課的老師自己動手制作，用什么就做什么，需要什么就呈現(xiàn)什么。雖然有些教師不會使用三維造型軟件，但是可以提出需求。在煤礦機械設備的教學中遇到了哪些不便于展示、無法呈現(xiàn)、學生理解不了想象不到的問題;模型需要具備哪些功能、教師如何使用、學生如何自主學習。這些問題教師是最清楚的人，所以教師要主動參與到一些模型的制作項目中來。曾經(jīng)就有實訓教師找到我說學生看不懂劃規(guī)的制作圖，能不能制作一個可以實現(xiàn)多角度觀察劃規(guī)的結構和裝配的三維圖。這就是一個貼近教學實際的需求，不但需要根據(jù)劃規(guī)三視圖準確建模還要制作爆炸圖動態(tài)演示裝配過程。所以準確的教學需求是推動三維設備模型制作的原動力，這其中教師的參與至關重要。機械設備的三維造型，以及后續(xù)的三維資源庫建設必須要以教學需求為導向、結合專業(yè)特點，體現(xiàn)專業(yè)標準、庫內資源的最小單元須是獨立的知識點或完整的表現(xiàn)素材，單體結構完整、屬性標注全面，便于學生學習和教師使用。具有這些特點的三維設備模型基本上就是教學中適用的，但也還需要具有操作的便利性以及交互性等特點，再有就是教師根據(jù)教學設計需要的一些功能了，站在教師教學的角度制作的教具一定是適用于教學的。

2 專業(yè)課教師參與制作可以提高煤礦機械設備三維模型的仿真性

一些做三維造型的公司在計算機專業(yè)技能方面能力很強，但是對煤礦設備知識就是一片空白了。在這個基礎上制作的煤礦設備三維造型很難做到真實準確，甚至會有一些錯誤。這些模型整體上的特點是只能看整體，不能看細部結構，往往就只有一個外形結構。難怪老師們對這種教具不滿意，感覺教學效果不理想了。教師參與到設備的三維造型項目中可以從專業(yè)的角度對模型的仿真程度提出要求和建議，這種優(yōu)勢互補的合作可以很好的保證模型的仿真性。我與計算機專業(yè)的老師合作制作的《采煤機械數(shù)字化模型庫》在2017年獲得寧夏高等教育教學成果獎二等獎，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、主通風機和壓風機等三類設備的三維模型。在與他們的合作中我負責編寫腳本，模型中需要表現(xiàn)的設備結構和內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，好的腳本是保證模型具有真實性和適用性的前提，而各自發(fā)揮專業(yè)特長的合作方式能充分保證腳本的高質量和模型的高質量。煤礦主提升機、主通風機和壓風機三維模型成功制作不但豐富了相關專業(yè)的教學手段，提升了教學效果，也為煤礦企業(yè)的職工培訓提供了強力支撐。在2018年，這三類設備的三維模型分別獲得了神華寧夏煤業(yè)集團公司技術創(chuàng)新成果三等獎。

3 專業(yè)課教師參與制作可以促進煤礦機械設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，應該具有哪些功能，沒有比教師更清楚的人了，所以教師非常有必要參與到機械設備三維模型制作的項目中來。

如果不考慮三維模型的知識產(chǎn)權問題，我認為最好給教師提供三維模型的源程序，這樣操作起來會有更大的自主性，也便于專業(yè)課教師根據(jù)教學需求進行二次開發(fā)和制作。但是現(xiàn)實中三維模型的制作方出于知識產(chǎn)權的考慮都會對模型進行封裝，這種經(jīng)過封裝的三維模型我在教學中也用過，可以說很不好用，我的很多教學意圖都實現(xiàn)不了，使用中有種受限的感覺。

最為理想的方式是專業(yè)課教師自己就能熟練應用三維造型軟件，自己動手制作設備的三維模型，這樣就不存在知識產(chǎn)權的問題了，怎么用都行。

其次是教師參與三維模型制作，可以從教師教學的視角對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

隨著我國裝備制造業(yè)水平的提升，煤礦機械設備更新?lián)Q代越來越快，教材相關內容卻明顯陳舊和滯后。教材中關于主壓風機的內容還是活塞式壓風機，而煤礦中這類壓風機都已經(jīng)淘汰，目前廣泛使用的是單螺桿和雙螺桿壓風機;通風系統(tǒng)還在講反風道反風，而現(xiàn)在一些煤礦應用的新式軸流式通風機通常采用兩級葉輪對旋式結構，兩級葉輪互為導葉，可以反轉實現(xiàn)反風。這說明教材的內容迫切需要更新，教師的專業(yè)知識同樣迫切需要更新。

在編寫煤礦主提升機、主通風機和壓風機三維模型腳本的過程中，我多次深入煤礦查看設備，比較清晰的掌握了目前煤礦這三類設備的使用情況。特別是在編寫腳本中為了把新舊設備的不同在模型中反映清楚，要把新舊設備反復對照，這個過程增加了我對新設備的了解。為了增強設備模型的仿真性，設備結構、零部件特征都必須要與原設備一致。平常教學中沒注意到的設備細節(jié)，不認識的裝置，在這次編寫腳本的過程中通過請教煤礦的專業(yè)人員和查閱資料學到了很多知識。一次在煤礦了解主通風機，不認識風機外殼上的一處裝置，詢問現(xiàn)場的技術人員，他們只是含糊的說可能是消音器，后來我根據(jù)收集的資料和設備結構圖搞清楚了這個裝置的名稱和作用。在與技術人員討論并得到確認后，在模型腳本中對此裝置做了要求。

鏡頭3：隔爆型電動機的冷卻。

語音：隔爆型電動機裝在密封隔流腔內，通過扁管與大氣相通，對電動機進行冷卻散熱，電動機冷卻空氣取自于大氣。密封隔流腔置于風筒內，抽出的瓦斯氣體不與電機接觸，提高防爆安全性。

畫面：模型表現(xiàn)扁管的結構特征和安裝位置，動畫呈現(xiàn)電動機冷卻氣流的流動過程。

類似這樣的例子還有很多，通過參與煤礦設備三維模型制作能夠了解設備的最新情況，更新滯后的專業(yè)知識，還能精準掌握設備的細節(jié)特征。這些知識的獲取將對今后專業(yè)課的教學和實訓工作帶來巨大幫助。

5 結語

十年來自己根據(jù)教學需要制作了數(shù)量眾多的三維模型，這當中遇到了很多困難。一開始三維造型軟件不會用，經(jīng)過不懈努力終于掌握了基本功能。開始為煤礦機械設備做三維造型時，又面對設備體型大，拆、裝、測量困難的問題，需要搜集并查看大量的圖紙資料?？梢哉f對每一個設備進行三維造型都是一個艱辛的歷程，但是這個過程又是一個非常有助于提升教師專業(yè)能力的過程，甚至可以說是一條捷徑。

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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。寧教職成辦[2017]152號，《礦山機械》第一負責人：徐瑞鋒;

2、寧夏工業(yè)職業(yè)學院教改項目。《泵類設備數(shù)字化模型庫建設》第一負責人：徐瑞鋒。

作者簡介：徐瑞鋒（1971-），男，天津人，本科，講師，研究方向：礦山機械。