CAXA虚拟设计在通用技术课上的应用

摘　要：本文主要探讨了通用技术课程中虚拟设计技术的应用。分别从引入虚拟设计的必要性、虚拟设计软件简介、课堂应用虚拟设计的探索等方面对通用技术实践的新途径进行了分析研究。在技术上具有一定的前瞻性和创新性，也“为学生智慧插上腾飞的翅膀，让虚拟世界成为设计的课堂”作了有益探讨。

关键词：通用技术；虚拟设计；CAXA
　　1.在通用技术课程中使用和开展虚拟设计的必要性和重要性
　　转眼间，《通用技术》这门课在河南省已经开设近三年了。面对这个全新的领域，没有太多可以借鉴的经验，老师们都在进行艰苦的摸索和探索。
在通用技术课堂上，理论知识通过讲授可以跟学生说清楚，但是谈到动手实践就成了摆在很多通用技术老师面前的大难题：大部分中学目前都尚未配备专门的通用技术实验室，没有让学生结合课本进行动手实践的条件。这就造成了老师大部分时间都在讲述较为枯燥的理论知识，课堂效率无法得到显著提高。
　　一个偶然的机会，我在学科交流中接触到了ＣＡＸＡ这款三维设计软件，它友好的界面和强大的功能引发了我极大的兴趣。CAXA四个字母，其涵义是""领先一步的计算机辅助技术和服务""（Computer Aided X Alliance - Always a step Ahead）。CAXA可以完成绘图设计、加工代码生成、连机通讯等功能，集图纸设计和代码编程于一体。它还专为教学领域提供了很多模块化的三维模型（例如圆柱、长方体、球体等），配合软件中的三维球等各种工具，可以很方便快捷的设计出各种模型来。
　　这时我就开始考虑：既然学校暂时还没有配备通用技术实验室，能不能让学生使用这款软件来进行虚拟设计呢？这样既可以弥补设施缺乏的不足，又能够换一种全新的方式来让学生体验动手实践的快乐，最终达到培养学生的创新精神和技术素养的目的。
　　2.在虚拟实验教学中培养学生的设计与创新能力——通用技术虚拟设计软件简介
虚拟技术，是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器、网络，以及并行处理技术等多个信息技术分支的最新发展成果，为我们创建和体验虚拟世界提供了有力的支持，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟制造技术可以提前发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而实现产品一次性制造成功，达到降低成本、增强产品竞争力的目的。
例如“波音777”飞机的设计就是采用虚拟制造技术的典型范例。开发周期从通常的8年减少到5年。其设计、装机、测试均在计算机中完成模拟，保证一次试制成功。由此可见，三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，是培育创新型人才的重要手段。因此，在学校加大三维创新设计方面的教育、三维技术普及化是必然的趋势。
虚拟设计有主要有以下几个显著的优点：
　　（1）多感知性
　　所谓多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的感知功能。 CAXA提供了很多现成的贴图和模型，学生可以方便快捷的将自己的设计很直观形象的表达出来。
　　（2）沉浸感
　　又称临场感，它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。对于学生来说，这是虚拟设计的魅力所在，他们可以从中体验到类似于实践动手设计的乐趣，全神贯注的投入到设计中来。
　　（3）交互性
　　交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。 　　　　（4）真实性
是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌面落到地面等。
　　3.在通用技术课堂上应用CAXA进行虚拟设计的探索
　　对于中学来说，使用虚拟设计进行动手实践主要有以下优点：
A、可以利用现有的计算机教室安装虚拟设计软件，前期投入少；
B、学生自由发挥的空间较大，完善修改方便，基本没有耗材的浪费；
C、使用图纸生成功能结合相关模型制作设备，可以将设计作品转换成实物模型。
　　我首先用一周的时间对CAXA软件进行了充分的熟悉和操作，通过对教材的分析，我选择《技术与设计2》（豫教版）第一章第四节作为虚拟设计实践课。学生经过第一章前几节的学习，已经了解了结构的概念和影响结构强度与稳定性的因素，并能够对简单的结构进行受力分析。在此基础上，为了巩固学生对结构的认知，我安排第四节作为动手实践课，引导学生运用结构的相关知识利用三维设计软件进行简单结构的设计，使学生亲身体验结构设计的一般过程，并在设计过程中掌握结构设计的基本要求和准则。（上本节课前最好先安排一次上机，让学生熟悉一下CAXA软件的界面和最基本操作）
下面就以这节课为例来简单介绍一下CAXA技术在通用技术课上的应用：
整体设计
　　（1）题目：《结构的模型或原型的设计与制作》
　　（2）教材分析
　　本节内容通过列举生活中的 “架桥机”、“鸟巢”、“水立方”等典型实例来引入“三维模型”这一概念。使学生能够运用CAXA进行虚拟的简单结构设计。
　　（3）学情分析
　　学生经过前几节的学习，了解了结构的概念和影响结构强度与稳定性的因素，并能够对简单的结构进行受力分析。因此，本节课主要引导学生运用结构的相关知识利用三维设计软件进行简单结构的设计，使学生亲身体验结构设计的一般过程，并在设计过程中掌握结构设计的基本要求和准则。
　　（4）教法、学法

　　1）问题探究法
　　2）案例列举法
　　3）启发式教学法
　　4）图示法（包括视频）
　　5）概括总结法
　　6）动手操作法 
　　（5）教学资源
　　教学视频、图片，能够容纳60人的微机教室一个，教学用软件CAXA一款。
　　（6）重点难点
　　重点：学会针对目标进行方案的设计；掌握结构设计的基本要求和基本设计准则。
　　难点：CAXA软件的熟练操作与使用；按照设计的一般原则使用软件进行简单结构的虚拟设计。
　　（7）课时安排
　　上机练习一课时，理论讲述与实践操作一课 时。
　　（8）本节小结
　　1）CAD技术简介；
　　2）制作模型或原型的意义；
　　3）结构设计的基本要求；
　　4）结构设计的一般步骤；
　　（9）布置作业
　　观察上海东方明珠电视塔的照片，从结构的特点、功能等相关知识出发，使用CAXA软件设计一个东方明珠三维效果图。
　　（10）课后反思：
　　经过近段时间的学习和摸索，我感觉可以在今后结合这款软件针对《技术与设计》教材的部分章节进行有针对性的实践，让学生在动手实践中感受到设计和创新的精髓，另一方面也可以提高学生的学习兴趣和动手实践能力，弥补了实验设施缺乏的不足。
　　4.总结：让虚拟世界成为设计的课堂
　　随着虚拟设计技术的日益进步，它也不再是只能由少数专业人士掌握的技术，CAXA软件友好的界面，简单的操作使得学生也可以利用它来进行设计，充分发挥自己的想象力和创造力，把脑海中的灵感与创意通过虚拟世界呈现出来，并最终转化成为实物模型。
经过对CAXA软件的操作与练习，看到自己亲手用电脑设计出来的作品，学生才真正体会到了以前所学习的技术与设计的有关思想。就让我们一起走入奇妙的“卡萨”世界，为学生智慧插上腾飞的翅膀，让虚拟世界成为设计的课堂！ 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/243032.html