丁曉梅

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,杭州 311112)

0 引言

《船舶動(dòng)裝設(shè)計(jì)》課程是船舶工程技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課程，主要涉及船舶推進(jìn)系統(tǒng)的選型及布置、傳動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)、管路系統(tǒng)的布置安裝及船舶機(jī)械設(shè)備在整船中的合理布置設(shè)計(jì)。這是一門綜合了《船舶柴油機(jī)》、《船舶管系》、《船舶輔機(jī)》等多門專業(yè)課程知識(shí)并對(duì)實(shí)踐性、操作性和綜合性要求均較高的設(shè)計(jì)課程。

1 目前應(yīng)用的教學(xué)法

在目前的教學(xué)中，是基于學(xué)生對(duì)上述的專業(yè)課程均已扎實(shí)掌握的基礎(chǔ)上，以原理及設(shè)計(jì)理念、規(guī)范要求、布置原則等方面為重點(diǎn)，通過學(xué)習(xí)，綜合運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)出正確的軸系布置圖、艉軸艉管總圖、動(dòng)力管路和船舶系統(tǒng)的各個(gè)系統(tǒng)圖并完成相應(yīng)的機(jī)艙設(shè)備布置。

目前的教學(xué)法采用的是傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)教學(xué)法，注重于基本的理論、規(guī)則規(guī)范、設(shè)計(jì)思路的學(xué)習(xí)過程。知識(shí)結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)體系的系統(tǒng)性和完備性，但對(duì)于最終學(xué)生能否根據(jù)已學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)出合格的圖紙的結(jié)果并不是非常重視。

頭腦中進(jìn)行三維構(gòu)思而用二維表達(dá)的方式，通過主視圖、俯視圖及側(cè)視圖等傳統(tǒng)的基本視圖表達(dá)動(dòng)力裝置與設(shè)備的布置信息，學(xué)生的三維空間想象力的高低在很大程度上決定了對(duì)該課程內(nèi)容的掌握上。另外多數(shù)學(xué)生沒有實(shí)船工作的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)真正的船舶結(jié)構(gòu)、艙室布置的概念來自于理論性教學(xué)，這些因素同樣也限制了學(xué)生對(duì)這門課程的靈活掌握。

如果繼續(xù)沿用目前傳統(tǒng)的正向教學(xué)法，不能完全滿足專業(yè)的需求，且二維模式的教學(xué)使學(xué)生的思維停留在平面模式，不能從三維的角度全盤考慮設(shè)計(jì)方案，眼光只注重于事物的一個(gè)面點(diǎn)，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 成果導(dǎo)向教學(xué)法理論

成果導(dǎo)向教學(xué)是根據(jù)學(xué)生通過教學(xué)最終所取得的學(xué)習(xí)成果來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的一個(gè)教學(xué)法[1]。教育系統(tǒng)中的一切都集中圍繞著所有學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)必需能夠做到的去組織。首先明確完成課程教學(xué)后應(yīng)取得的學(xué)習(xí)成果(要求)，即學(xué)生能做到什么，然后按此要求組織課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)，以確保所期望的學(xué)習(xí)成果能夠發(fā)生。該理論沒有一個(gè)特定的教學(xué)方法，而是讓教師可以靈活運(yùn)用各種教學(xué)法來實(shí)現(xiàn)最終的學(xué)習(xí)成果。課堂、機(jī)會(huì)和評(píng)價(jià)都應(yīng)以幫助學(xué)生達(dá)到特定的成果為目標(biāo)，教師的角色在成果實(shí)現(xiàn)的過程中只是指導(dǎo)者和輔助者。

傳統(tǒng)的課程教學(xué)是以學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)、基礎(chǔ)理論的掌握為重點(diǎn)而進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的，注重于教的過程。而成果教學(xué)則以最終學(xué)習(xí)成果開始反向設(shè)計(jì)課程[2]，即從期望學(xué)生達(dá)到的最終學(xué)習(xí)成果開始，向后確立“支持”學(xué)習(xí)成果，并以此進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和教學(xué)。如果課程內(nèi)容對(duì)于達(dá)到最終學(xué)習(xí)成果或“支持”學(xué)習(xí)成果是真正重要的，則必須保留在課程中。但如果一些課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)成果只有輕微關(guān)聯(lián)，則有可能被刪除。

成果導(dǎo)向教學(xué)明確了在課程結(jié)束時(shí)應(yīng)該取得什么成果，在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生明白要學(xué)會(huì)什么，而教師則明確要教會(huì)學(xué)生什么。

3 3D虛擬數(shù)字化教學(xué)

傳統(tǒng)的平面教學(xué)法對(duì)工程類學(xué)科教學(xué)而言，存在平面化、抽象化弊端。但3D虛擬數(shù)字化模型可將復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容形象化，立體化，利用計(jì)算機(jī)三維建模，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的交互顯示[3]，可實(shí)現(xiàn)任意角度、方向、層次觀察模型結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系，還能通過任意切割展示出平面圖紙中無法立體展示的結(jié)構(gòu)。所建模型可用多色彩任意搭配，按操作者的意愿任意旋轉(zhuǎn)便于觀察細(xì)節(jié)。同時(shí)可通過隱藏功能，將外部結(jié)構(gòu)隱去，僅呈現(xiàn)其內(nèi)部構(gòu)件，有助于學(xué)生在三維空間中觀察各構(gòu)件的形狀及相互間的位置關(guān)系，掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

4 成果導(dǎo)向與3D虛擬數(shù)字化教學(xué)在課程中的實(shí)踐

《船舶動(dòng)裝設(shè)計(jì)》課程是一門操作性極強(qiáng)的課程，在教學(xué)中，充分發(fā)揮成果導(dǎo)向教學(xué)與3D虛擬數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長避短，完美融合并應(yīng)用于該課程的教學(xué)過程中。明確“最終”學(xué)習(xí)成果，并將其作為該課程設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。所有需掌握的知識(shí)與技能都圍繞著最終的成果。

在《船舶動(dòng)裝設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)時(shí)，將以原有的知識(shí)內(nèi)容為本的教育轉(zhuǎn)化到看重學(xué)生能力的成果為本的教育上，確定分階段的學(xué)習(xí)成果以及最終的學(xué)習(xí)成果。要達(dá)到最終的成果——能進(jìn)行基本的動(dòng)力裝置布置設(shè)計(jì)，則需要將課程分成船舶結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、機(jī)艙結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、船舶艉軸艉管裝置設(shè)計(jì)、管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、船舶設(shè)備選用、機(jī)艙設(shè)備布置這六個(gè)模塊，每個(gè)模塊學(xué)習(xí)結(jié)束都有一個(gè)階段性的成果，而這一成果又是后一階段模塊學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。當(dāng)課程教學(xué)結(jié)束時(shí)，最終的成果則是各個(gè)模塊階段成果的綜合體。

如在船舶結(jié)構(gòu)的認(rèn)知模塊中，其學(xué)習(xí)成果是一艘船的三維結(jié)構(gòu)模型。所以進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)成果確定作為載體的知識(shí)內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)的選取以完成船舶結(jié)構(gòu)3D模型為目的。學(xué)生要完成最終的成果，就必須以三維建模軟件為工具，根據(jù)所學(xué)的船體結(jié)構(gòu)知識(shí)，認(rèn)真研究船舶總布置圖、基本結(jié)構(gòu)圖及型線圖，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)各組成部分與型式有一個(gè)清晰的概念，并將這個(gè)概念以三維模型表達(dá)出來。在繪制船體三維結(jié)構(gòu)時(shí)，每個(gè)學(xué)生都會(huì)因?yàn)閷?duì)知識(shí)點(diǎn)掌握的程度存在個(gè)體的差異，而產(chǎn)生不同的疑難點(diǎn)。但為完成任務(wù)，學(xué)生只能自己去探索，查漏補(bǔ)缺，解決問題，培養(yǎng)了高層次的解決問題能力。船舶結(jié)構(gòu)的三維建模彌補(bǔ)了學(xué)生沒有到過實(shí)船的缺憾，在設(shè)計(jì)中易建立起一個(gè)全局的觀念。如在設(shè)計(jì)橫骨架式雙層底結(jié)構(gòu)的船舶時(shí)，學(xué)生就會(huì)去復(fù)習(xí)已學(xué)過的各種船舶結(jié)構(gòu)形式，對(duì)各構(gòu)件的作用、形式和相互間的關(guān)系有了一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，才能設(shè)計(jì)出如圖1所示的由船舶各結(jié)構(gòu)組成的船舶結(jié)構(gòu)三維模型，如圖2所示。

圖1 船舶雙層底結(jié)構(gòu)、舷側(cè)結(jié)構(gòu)、下甲板結(jié)構(gòu)及舷墻結(jié)構(gòu)

圖2 某船的部分船舶結(jié)構(gòu)三維模型

在完成船舶3D模型的基礎(chǔ)上，選取機(jī)艙段結(jié)構(gòu)作為下一階段的起點(diǎn)。下一模塊的學(xué)習(xí)成果是將艉軸艉管結(jié)構(gòu)安裝在該船舶機(jī)艙段3D模型中。明確了該階段的最終結(jié)果，學(xué)生圍繞相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)有關(guān)軸系設(shè)計(jì)理念、相關(guān)規(guī)范，通過計(jì)算確定軸系的設(shè)計(jì)值，并選用軸系附件，并在徹底明確各部件的功能與相互位置關(guān)系后，設(shè)計(jì)出圖3所示的艉軸艉管裝置三維模型。

在管路設(shè)計(jì)模塊中，其最終成果是各管路系統(tǒng)的實(shí)船布置模型。學(xué)生根據(jù)該船的設(shè)備選用，通過規(guī)范，根據(jù)計(jì)算選用相關(guān)的管路設(shè)備和確定艙柜的容量，確定各相關(guān)艙室、油(水)柜的位置，確定各管路的走向。在這一階段，因?yàn)橛辛藱C(jī)艙段的模型，學(xué)生在布置管路時(shí)會(huì)綜合考量各管路系統(tǒng)的相互位置，避免管路間的干涉與碰撞，合理布置系統(tǒng)。而在傳統(tǒng)的教學(xué)中，管路的布置是在AutoCAD中完成的。平面布置的管路僅是原理圖，沒有一個(gè)三維空間作參考，學(xué)生對(duì)如何合理地綜合布置各管路沒有一個(gè)清晰的構(gòu)圖。而船舶三維模型的建立可進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面、拓展設(shè)計(jì)的深度與廣度。

圖3 某船的艉軸艉管裝置剖視圖模型

在課程的最后階段是進(jìn)行機(jī)艙設(shè)備選用與規(guī)劃布置模塊，明確成果是機(jī)艙布置三維模型，就有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)的船舶柴油機(jī)、船舶輔機(jī)、船舶電氣等知識(shí)，學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)規(guī)則規(guī)范等有關(guān)知識(shí)點(diǎn)后，選用相應(yīng)的船用設(shè)備，再結(jié)合各設(shè)備的自身功能，考慮設(shè)備間合理的相對(duì)位置，使其既能發(fā)揮出設(shè)備自身的功能，又能滿足各設(shè)備相互之間的功能、聯(lián)系和要求，完成機(jī)艙的布置。因?yàn)檫@個(gè)布置是在三維模型中完成的，彌補(bǔ)了學(xué)生實(shí)船經(jīng)驗(yàn)不足的敝端，學(xué)生在布置時(shí)既能按照規(guī)范的要求又能充分考慮到機(jī)艙空間的不規(guī)則的特點(diǎn)，達(dá)到正確布置機(jī)艙設(shè)備的教學(xué)要求。最終的成果如圖4-6所示。

圖4 某船機(jī)艙底艙主要設(shè)備布置三維模型

從建立某船舶機(jī)艙段模型，到根據(jù)該船技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出船舶的艉軸艉管裝置模型，再到在該船舶模型中，按照規(guī)則規(guī)范的要求，布置管路系統(tǒng)，到最終通過一系列的計(jì)算，選用合適的船舶機(jī)艙設(shè)備，并將設(shè)備合理地布置在船舶機(jī)艙模型中。在這個(gè)教學(xué)過程中，是以最終的動(dòng)力裝置布置為成果的，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)時(shí)，緊緊圍繞這個(gè)成果，有目的的進(jìn)行教學(xué)。

圖5 某船機(jī)艙平臺(tái)主要設(shè)備布置三維模型

圖6 某船機(jī)艙布置三維模型

整個(gè)教學(xué)過程中，最初的項(xiàng)目任務(wù)是比較簡(jiǎn)單的，隨著教學(xué)的進(jìn)一步開展，以及學(xué)生知識(shí)水平的上升，逐漸提高任務(wù)難度，以保證學(xué)習(xí)效果的最大化。

5 結(jié) 語

以成果為導(dǎo)向和3D數(shù)字化教學(xué)而設(shè)計(jì)的《船舶動(dòng)裝設(shè)計(jì)》課程教學(xué)，首先明確了本課程對(duì)學(xué)生畢業(yè)時(shí)能力的要求。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也非常清楚認(rèn)識(shí)到該課程的地位與作用。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生為取得最終學(xué)習(xí)成果，除了學(xué)習(xí)新的知識(shí)點(diǎn)外，還需要復(fù)習(xí)整理其它專業(yè)課所學(xué)的知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理并綜合運(yùn)用，才能最終完成任務(wù)，其自學(xué)能力、多維化思維能力及創(chuàng)新能力也在同步增長。同時(shí)這些任務(wù)的完成都必須依靠三維設(shè)計(jì)軟件這一工具，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)《船舶動(dòng)裝設(shè)計(jì)》課程的同時(shí)，其三維建模能力也得到提升，就業(yè)渠道也從單一的船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域向工業(yè)設(shè)計(jì)、交通工具設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)和建筑施工設(shè)計(jì)等領(lǐng)域拓展。

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