汪凱

[摘? ? ? ? ? ?要]? 理虛實(shí)一體化是現(xiàn)今職業(yè)學(xué)校專業(yè)課程教學(xué)模式的一個(gè)發(fā)展方向。在船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)的課程中采用理虛實(shí)一體化教學(xué)模式，將三維虛擬軟件融入課堂。通過(guò)對(duì)Inventor在船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用分析，探討虛擬軟件在船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課程教學(xué)中展示構(gòu)建、鍛煉學(xué)生空間想象能力、提高課堂教學(xué)成效的可行性。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 理虛實(shí)一體化;結(jié)構(gòu)美學(xué);三維虛擬軟件

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）10-0232-02

一、課程教學(xué)背景

船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)是我校開(kāi)設(shè)的一門(mén)船舶專業(yè)課程。課程以企業(yè)的造船流程及工藝為參考，確定相關(guān)理論知識(shí)和教學(xué)項(xiàng)目，主要涉及船舶結(jié)構(gòu)和船舶工藝的拓展知識(shí)，是對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的深入學(xué)習(xí)和了解。船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)是中等職業(yè)學(xué)校船舶制造與修理專業(yè)中高級(jí)教材，學(xué)生通過(guò)分析圖紙、辨別部件、確定工藝流程、分工協(xié)作、制作模型的方法來(lái)模擬船舶建造過(guò)程，加深對(duì)船舶結(jié)構(gòu)、識(shí)圖課程和船舶裝配工藝等內(nèi)容的了解，同時(shí)增強(qiáng)參與者動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。學(xué)生需具備船舶概論、船舶結(jié)構(gòu)、船體識(shí)圖和船舶建造等理論基礎(chǔ)。

船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)是以模擬企業(yè)實(shí)踐建造為核心，以學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和動(dòng)手操作為主體，讓學(xué)生在操作中鞏固已學(xué)知識(shí)，在遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)自主探索、創(chuàng)新突破。

在課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)船舶模型制作的熱度很高，動(dòng)手能力較強(qiáng)，但是學(xué)生對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、船體圖紙的識(shí)別以及構(gòu)件制作的工藝流程還不是非常到位。雖然學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)船舶結(jié)構(gòu)和船體識(shí)圖等相關(guān)專業(yè)的理論知識(shí)，但要把一張圖紙上的船舶結(jié)構(gòu)圖構(gòu)想成一個(gè)空間的模型并用給予的材料制作成模型，學(xué)生在課堂實(shí)際操作中還存在著一定問(wèn)題。由于學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，模糊抽象的理論知識(shí)和落地的模型制作之間似乎還缺少一座合適的橋梁，讓學(xué)生可以進(jìn)行一個(gè)平滑的過(guò)渡。

在平常的教學(xué)過(guò)程中，教師通常會(huì)展示已有的船舶結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生參考對(duì)比。根據(jù)所給圖紙與模型對(duì)比，在腦海中構(gòu)建三維模型，然后制作模型。由于學(xué)校已有的模型數(shù)量有限，隨著教學(xué)的不斷深入，圖紙內(nèi)容越來(lái)越多，這樣的教學(xué)方式無(wú)法滿足課程教學(xué)的要求。

二、Autodesk Inventor軟件簡(jiǎn)介

Inventor是美國(guó)AutoDesk公司推出的一款三維可視化實(shí)體模擬軟件。Inventor三維設(shè)計(jì)軟件是基于AutoCAD平臺(tái)開(kāi)發(fā)的三維機(jī)械制圖和詳圖軟件，它提供了一條無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的二維到三維轉(zhuǎn)換路徑，能以操作者的進(jìn)度轉(zhuǎn)換到三維。Inventor軟件改變傳統(tǒng)的CAD工作流程，簡(jiǎn)化了復(fù)雜三維模型的創(chuàng)建。

Inventor可以重復(fù)利用已有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，生動(dòng)地表現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。借助其中全面關(guān)聯(lián)的模型，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)中的任何變化都可以反映到裝配模型和工程圖文件中。Inventor可快速裝配獨(dú)立的零件和子裝配，以定義完整的模型結(jié)構(gòu)驗(yàn)證產(chǎn)品是否可以正確裝配。

三、Inventor在教學(xué)中的應(yīng)用

在課堂實(shí)踐過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)Inventor可以合理運(yùn)用到船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)的課堂教學(xué)中，對(duì)解決船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)教學(xué)中遇到的問(wèn)題有一定的幫助。充分考慮學(xué)校現(xiàn)有的硬件設(shè)施和師資力量，船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課程教學(xué)中采用Inventor建立數(shù)字模型，數(shù)字化模型融入教學(xué)，降低學(xué)生理解難度，能更好地解決學(xué)生理解難的問(wèn)題，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高課程教學(xué)效果，打造理虛實(shí)一體教學(xué)模式。

以船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課程項(xiàng)目二——箱型中底桁制作教學(xué)為例。箱型中底桁是在雙層底中線面處設(shè)置的，沿船長(zhǎng)方向的一條水密的箱型通道。箱型中底桁的結(jié)構(gòu)是船舶中最強(qiáng)力的構(gòu)建，構(gòu)建本身是比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)將Inventor融入船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)的課堂，讓虛擬的模型和理論實(shí)操相結(jié)合，探討Inventor在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

1.利用三維建模軟件，三維剖析展示模型，讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)感知船體結(jié)構(gòu)。學(xué)生對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還停留在理論層面，當(dāng)學(xué)生面對(duì)課堂上拿到的平面圖紙，很難構(gòu)想出真正的船舶結(jié)構(gòu)。課堂中學(xué)生拿到箱型中底桁制作圖紙（如圖1），圖紙里中只有俯視圖和正視圖，學(xué)生首先需要識(shí)別出所給圖紙的結(jié)構(gòu)形式，然后利用所學(xué)船體識(shí)圖的知識(shí)，去辨識(shí)圖紙上的每一條線是什么結(jié)構(gòu)，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是哪一個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸，在此基礎(chǔ)上才能把各個(gè)零部件合理地構(gòu)建起來(lái)，這個(gè)對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高。

此時(shí)，在課堂教學(xué)中引入Autodesk Inventor等三維建模軟件，構(gòu)建數(shù)字化三維箱型中底桁結(jié)構(gòu)，利用Inventor界面，各個(gè)角度展示模型的結(jié)構(gòu)，并且利用Inventor的剖切觀察功能，合理剖切模型，觀察模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖2），讓學(xué)生可以直觀感受到圖紙上沒(méi)有展示出來(lái)的結(jié)構(gòu)。如此簡(jiǎn)單直觀的視覺(jué)感受給學(xué)生在落地的船舶結(jié)構(gòu)和理論的船舶圖紙之間搭建了一座很好的橋梁，幫助學(xué)生理解和記憶結(jié)構(gòu)，讓后續(xù)的模型制作能夠科學(xué)制作，提高了課堂教學(xué)效率。

2.軟件模擬構(gòu)建裝配，深入了解船舶裝配工藝及流程，打造學(xué)生的工匠精神。在船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)的課堂中，學(xué)生把所給予的圖紙，構(gòu)想出船體結(jié)構(gòu)，合理進(jìn)行放樣和下料，然后進(jìn)行模型制作。在課堂教學(xué)實(shí)踐中，仔細(xì)觀察學(xué)生模型裝配的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在模型構(gòu)建裝配中沒(méi)有以船舶實(shí)際生產(chǎn)中的裝配工藝和裝配流程在操作，這與船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課程中鞏固船舶裝配工藝和深入了解船舶裝配工藝流程的教學(xué)目的相違背。有的學(xué)生根本不知道他制作這個(gè)模型為了什么，胡亂地制作和裝配模型以完成教學(xué)內(nèi)容，更沒(méi)有培養(yǎng)出認(rèn)真鉆研制作模型的工匠精神。究其原因主要有兩點(diǎn)：（1）學(xué)生對(duì)船舶建造工藝還只停留在理論層面，沒(méi)有實(shí)際觸底。（2）課堂上所給的圖紙包括模型無(wú)法標(biāo)注船舶裝配的過(guò)程和工藝，學(xué)生無(wú)從參考。合理地運(yùn)用Autodesk Inventor等三維建模軟件可以適當(dāng)解決這個(gè)問(wèn)題，創(chuàng)建船舶結(jié)構(gòu)的數(shù)字模型，利用Autodesk Inventor的切片、裝配等功能，向?qū)W生展示各個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的裝配工藝、部件裝配順序、部件間斷連續(xù)和裝配余量設(shè)置等。

例如上述箱型中底桁的制作，利用Inventor的剖面觀察和切片功能展示箱型中底桁船底橫骨過(guò)焊孔的工藝、船體橫骨與船底縱桁的余量設(shè)置和裝配工藝。通過(guò)局部零部件的展示，學(xué)生對(duì)各部件的工藝知識(shí)得到了鞏固，在實(shí)踐制作中合理運(yùn)用。運(yùn)用Inventor的裝配功能，模擬裝配各個(gè)構(gòu)建，演示各個(gè)部件的裝配順序，構(gòu)建的間斷選擇以及裝配理論線（如圖3）。數(shù)字三維模型以動(dòng)畫(huà)效果不斷播放，給學(xué)生一定的參考和影響，讓學(xué)生對(duì)裝配流程深入記憶。利用三維軟件，將模型進(jìn)行深入的剖析和動(dòng)態(tài)模擬裝配，學(xué)生真正了解造成的工藝流程，將已學(xué)理論知識(shí)在模型制作中得以落實(shí)，知道自己在做什么，認(rèn)真、專業(yè)地去完成每一次教學(xué)項(xiàng)目，打造學(xué)生精益求精的工匠精神。

3.數(shù)字三維建模軟件教學(xué)，鍛煉學(xué)生三維識(shí)別能力，培養(yǎng)學(xué)生興趣，發(fā)散學(xué)生思維。船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)的課程注重學(xué)生自己動(dòng)手制作能力和自主學(xué)習(xí)的能力，學(xué)生對(duì)課程興趣較大，在此基礎(chǔ)上，Inventor軟件進(jìn)一步提高課堂的數(shù)字化和信息化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓教學(xué)效果得到升華。在課程教學(xué)中，Inventor讓學(xué)生頻繁接觸三維模型，把學(xué)生腦海中構(gòu)想的結(jié)構(gòu)直觀地展示在熒屏上，完善的數(shù)字模型不斷彌補(bǔ)腦海中殘缺的構(gòu)想模型，刺激學(xué)生的視覺(jué)感官，激發(fā)學(xué)生的三維識(shí)別能力。此外，三維建模也是船舶在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)的課堂教學(xué)中穿插船體結(jié)構(gòu)三維建模也是讓學(xué)生了解在現(xiàn)在的造船過(guò)程中，如何運(yùn)用現(xiàn)代化數(shù)字化科技去完成模船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)、型構(gòu)建分析和模擬造船等任務(wù)。激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，改善個(gè)別學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)船舶專業(yè)片面的認(rèn)知，樹(shù)立正確的專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)和規(guī)劃。

對(duì)船舶專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)是一門(mén)既重要又艱巨的專業(yè)課程，它需要學(xué)生以理論的平面圖紙為基準(zhǔn)制作成落地的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)學(xué)生的理論基礎(chǔ)、空間想象能力和動(dòng)手制作能力要求很高。Inventor是一個(gè)很好的教學(xué)輔助工具，它在課程教學(xué)中的應(yīng)用，合理展示了船舶機(jī)構(gòu)的三維模型、構(gòu)建的機(jī)構(gòu)、零部件的裝配等，讓學(xué)生在理解和制作過(guò)程中有更生動(dòng)、更直觀的感受，將理論知識(shí)和實(shí)踐相連接，鞏固學(xué)生知識(shí)。Inventor是一個(gè)很好的臺(tái)階，讓學(xué)生在理解和轉(zhuǎn)化過(guò)程中更加方便和簡(jiǎn)單，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課程的教學(xué)成效。

◎編輯 王 敏