萬超 WAN Chao 包國治 BAO Guo-zhi

摘要： 船舶輪機系統(tǒng)實驗是輪機工程專業(yè)一門重要的實踐實訓課程，通過學習使學生對輪機設備和系統(tǒng)的組成、原理、選型、運行方法有全面的了解，會依照法律、法規(guī)和規(guī)范進行系統(tǒng)設計，提高學生解決工程設計問題的能力。隨著工程教育專業(yè)認證和互聯(lián)網信息技術的普及，建立線上教學實驗平臺，打破實驗條件限制，改革課程教學模式，拓展課程服務面向，更好的為行業(yè)人才的培養(yǎng)提供服務。

Abstract： Marine engineering system experiment is an important practical course for the major of marine engineering. Through learning， students will have a comprehensive understanding of the composition， principle， selection， and operation methods of marine equipment and systems， and will be able to design systems in accordance with laws， regulations and specifications， and improve their ability to solve engineering design problems. With the professional certification of engineering education and the popularization of Internet information technology， an online teaching experiment platform has been established to break the experimental conditions， reform the curriculum teaching model， expand the curriculum service orientation， and better provide services for the cultivation of industry talents.

關鍵詞： 船舶輪機系統(tǒng);虛擬仿真;實驗平臺

Key words： marine engineering system;virtual reality;experiment platform

中圖分類號：TP393? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0251-02

1? 課程建設背景

1.1 符合工程教育要求

工程教育認證現(xiàn)已成為高等教育發(fā)展的重要方向，其核心思想是OBE理念，倡導在學生的培養(yǎng)過程中，參照企業(yè)需求制定專業(yè)培養(yǎng)目標，重構培養(yǎng)方案，組建師資隊伍，構建實踐教學體系，為大學生能力素質提升服務。走訪調研發(fā)現(xiàn)，畢業(yè)生在“動手能力滿足企業(yè)崗位需求、工程素養(yǎng)符合企業(yè)技術內涵、團隊精神適應工作需要、創(chuàng)新意識促進企業(yè)發(fā)展”與企業(yè)需求不相適應[1]。傳統(tǒng)的教學目標和手段與工程教育理念、新工科思維脫節(jié)，不適應網絡信息時代大學生學習行為習慣。

1.2 支撐能力培養(yǎng)平臺

漸進式培養(yǎng)方法構建“意識引導、興趣激發(fā)、體驗增強、榮譽激勵、競爭創(chuàng)新”的能力提升路徑，實驗、實訓作為大學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法中的重要部分，在培養(yǎng)過程中發(fā)揮重要作用。實驗課程模塊、實踐課程模塊、創(chuàng)新課程模塊構建了豐富的課程教學體系，工程認知平臺、工程實訓平臺、科技創(chuàng)新平臺構建了優(yōu)良的平臺支撐體系，課程與平臺相互補充、相互耦合，共同支撐大學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 落實以人為本的理念

目前船舶輪機系統(tǒng)實驗教學存在以下問題：輪機系統(tǒng)實驗設備體積大、費用高。前期投入大，后期維護貴，開設過程受時間、地點等條件制約?，F(xiàn)場認知實驗，教師分身乏術，難以細致指導每位學生，教學效果難達預期[2]。輪機系統(tǒng)現(xiàn)場實驗分組進行，難以保證每個學生動手操作時間，導致學生不能深入了解輪機典型設備，不符合“以人為本”的教育理念。

1.4 滿足持續(xù)改進的需求

多過程融合的教學體系圍繞“課內教學、實踐認知、工程實訓、科技創(chuàng)新、團結協(xié)作”等方面開展建設，促進教學平臺間的有效銜接。以企業(yè)需求為源點，以能力產出為導向，構建支撐知識、能力、素質達成的閉環(huán)式培養(yǎng)體系。課程教學圍繞教學資源配置、學習環(huán)境改善、教學方法改革來開展，借助信息技術開發(fā)實驗教學平臺，通過運行、監(jiān)督、反饋機制，實現(xiàn)教育教學質量持續(xù)提升。

2? 實驗平臺建設

針對傳統(tǒng)船舶輪機系統(tǒng)教學中存在的教學方法單一，知識學習和訓練動手操作相互分離，學生缺乏學習主動性和創(chuàng)造性等問題，本文提出圍繞實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)建設船舶輪機系統(tǒng)虛擬仿真實驗平臺，包含船舶輪機系統(tǒng)虛擬認知實驗和柴油機虛擬仿真實驗兩部分，平臺架構如圖1。

2.1 船舶輪機系統(tǒng)虛擬認知實驗

實驗目標使學生熟悉基于實船實景建立的虛擬實驗環(huán)境，認知船上主要的輪機設備和位置、掌握設備布置方法和工作原理，掌握主要設備的英文標識。有別于傳統(tǒng)的航運駕駛類輪機工程專業(yè)，我校的輪機工程專業(yè)以船舶動力裝置設計制造為方向，專業(yè)認知實驗的地點通常屬于高危作業(yè)環(huán)境，存在較高的安全隱患，因此開發(fā)虛擬仿真實驗，可以規(guī)避現(xiàn)場風險、節(jié)約時間成本、降低教學開銷，有利于實驗組織和建設。該虛擬實驗設置2學時、11步，滿足實驗認知與考核。

2.2 柴油機虛擬仿真實驗

該實驗對船舶輪機系統(tǒng)的“心臟”——柴油機進行虛擬拆裝及動態(tài)仿真，使學生了解零部件結構形式，熟悉柴油機的工作原理和安裝工藝。船用設備特點是重量大，體積大，拆裝危險程度高。實驗用小型柴油機，成本高，損耗大，不發(fā)支撐大批量單人操作，限制了學生對拆裝工藝的掌握。船舶柴油機虛擬仿真實驗，突破各方面條件限制，實現(xiàn)虛擬環(huán)境中的無限次拆裝，降低了經濟成本，消除了安全隱患，增強了訓練和能力培養(yǎng)。該虛擬實驗設置2學時，涵蓋主要柴油機零部件的認知與拆裝。

2.3 功能原理

船舶輪機系統(tǒng)虛擬認知實驗以典型船舶為對象進行三維全景建模、建數據庫，設置交互“熱點”按鈕，實現(xiàn)實船場景漫游。設置實驗考核題庫，是學生在漫游中認知船上主要的輪機設備、熟悉輪機設備的位置、掌握輪機設備的布置方法和工作原理，掌握主要輪機設備的英文標簽。

柴油機虛擬仿真實驗構建虛擬場景，以典型船用柴油機為對象進行建模，其功能可實現(xiàn)360°三維認知、第一視角虛擬拆裝、仿真運行展示等，有利于學生掌握柴油機結構、核心零部件、組裝工藝和柴油機工作原理。

3? 課程創(chuàng)新特色

3.1 教學虛實結合

本實驗構建的三維場景來源于散貨船、全回轉拖輪、滾裝船、集裝箱船等典型船舶，利用全景相機進行了場景再造，猶如身臨其境。構建的柴油機模型來源現(xiàn)實機型，渲染逼真，仿真度、美觀度高。全景三維場景實船認知與虛擬認知結合、虛擬拆裝與實踐競賽結合、通過實船全景虛擬漫游和柴油機虛擬拆裝項目，采用交互式、體驗式教學方式，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生對船舶機艙復雜工程系統(tǒng)的感性認知，有效提升工程實踐能力。

3.2 資源在線共享

本實驗納入省級虛擬仿真實驗平臺共享運行，以服務教學、面向專業(yè)為目標。該實驗全網在線運行，可滿足大用戶同時在線學習。網絡平臺基于因特網和局域網雙架構，校外網訪問基于阿里云服務器，校內網訪問基于校內服務器，具有穩(wěn)性和快速響應的特點。另外，該實驗平臺直接為本單位創(chuàng)建的“江蘇省內燃機設計與拆裝技能大賽”提供賽事組織和訓練服務[3]，拓展了實驗功能和服務面向。

3.3 支撐人才培養(yǎng)

學校因海而生，因船而興，是江蘇船舶工業(yè)最重要的人才培養(yǎng)基地之一、科技創(chuàng)新平臺之一、學術交流中心之一，正向“國內一流造船大學”目標奮進。輪機學科是省級重點學科、國防特色學科，支撐學校船舶優(yōu)勢學科發(fā)展。輪機工程專業(yè)是國家一流專業(yè)建設點、國防科工委重點建設專業(yè)，具備“本-碩-博”培養(yǎng)體系，為江蘇船舶工業(yè)輸送了大批優(yōu)秀人才。學校發(fā)起成立“江蘇船舶與海洋類高校協(xié)同發(fā)展聯(lián)盟”，共同促進教學模式、教學方法、教學資源的共享共建，為江蘇造船業(yè)人才梯隊的建立奠定了堅實的基礎。

4? 課程應用情況

4.1 服務課程教學

面向輪機專業(yè)學生，作為理論必修課和實踐實訓課的輔助學習平臺，發(fā)揮其虛實結合功能，體現(xiàn)知識要點，支撐課程目標的能力素質達成;面向校內船舶相關專業(yè)，提供2學分公選課，開展16學時網絡平臺學習和16學時在實驗室現(xiàn)場操作，考核合格進行學分認定;面向校外學生，開設網絡課程，開放在線學習、仿真漫游、虛擬拆裝和網絡考試等模塊，對完成學習與考核的學生提供開放網絡課程學習證明，推動不同學校間相關課程的互認互通。

4.2 支撐省級賽事

柴油機虛擬仿真實驗所用柴油機原型為四洋柴油機廠生產的380機型，是“江蘇省柴油機設計與拆裝技能大賽”指定機型，該實驗為學生賽前訓練服務，在日常教學過程中將理論和實踐緊密結合。通過虛擬操作，使每個學生都能執(zhí)行完整的拆裝過程，充分體現(xiàn)了工程教育專業(yè)認證“以學生為中心”的理念，響應了教育部“以本為本”的高校定位。項目運行以來每年為校內外3千名課程或參賽學子提供學習和技能訓練，共同打造出深受學生喜愛的實踐訓練與創(chuàng)新競賽品牌活動，有利促進省內高校間大學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與交流，相關活動受到教育部、人民日報、省教育廳等權威媒體關注與報道[4]。

5? 總結展望

工程實踐與創(chuàng)新能力是工科專業(yè)學生的核心素養(yǎng)，是工程教育的重要目標。實驗實訓課程作為支撐目標達成的主要平臺，在人才培養(yǎng)過程中發(fā)揮不可替代的作用。著力于能力培養(yǎng)，改革傳統(tǒng)教學模式與方法，建立線上實驗平臺，開展線上線下相結合的虛擬仿真教學，融合了網絡信息技術的時代特征，規(guī)避了大型儀器設備現(xiàn)場教學的不利因素。豐富的實驗模塊，全場景的實驗環(huán)境，有利于學生沉浸于實踐訓練，對提高實驗認知，提升實踐能力，啟迪創(chuàng)新思維具有較好作用。后續(xù)，將持續(xù)開展仿真實驗平臺的建設與實踐，推動江蘇船海高校聯(lián)盟共建共享教學資源，為船舶類人才培養(yǎng)繼續(xù)探索前行。

參考文獻：

[1]萬超，楊興林，溫華兵，王軍.船舶動力類人才多過程融合漸進式培養(yǎng)探索與實踐[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（32）：24-27.

[2]包國治，夏兆旺.基于虛擬仿真技術的輪機工程專業(yè)認知與實踐的探討[J].價值工程，2017，36（33）：227-228.

[3]肖建昆，溫華兵.賽教結合的實踐課程網絡教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2018（37）：99-100.

[4]全省首屆柴油機拆裝技能大賽舉行[N].江蘇省人民政府網站，2014-11-18.