三維課件在船舶輔機教學中的應用實踐

王利　向陽

摘要：“船舶輔機”是航海類專業的核心主干課程，STCW馬尼拉修正案及最新的考試大綱對于船舶輔機的教學提出更高的要求。本文考察了三維課件開發和應用的現狀，分析了三維課件的重要特點，以案例的形式分享了運用三維課件在《船舶輔機》課程教學中的應用情況，三維課件豐富的功能以及恰當的運用，對于課程的教學具有重要的促進作用。

關鍵詞：三維課件；船舶輔機；應用實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0194-02

一、前言

“船舶輔機”作為航海類專業的核心主干專業課程，也是國家海事局海船船員適任考試的必考科目。2012年1月1日生效的STCW公約馬尼拉修正案，以及2012年3月1日實施的《中華人民共和國海船船員適任考試和發證規則》（簡稱《11規則》），對海船船員的職業資格標準提出了更高的要求，2012年7月1日正式實施的《中華人民共和國海船船員適任考試大綱》，在理論考試的內容上進行了調整。“船舶輔機”的教學內容包含了除船舶柴油機以外的所有動力設備，包括船用泵、活塞式空氣壓縮機、船舶制冷裝置、船舶空氣調節裝置、船舶液壓設備、造水機和船用鍋爐等設備。在理論教學中，學生對這些設備的內部構造及工作原理并熟悉，造成授課教師進行大段的文字描述的情形下，學生對知識點的理解仍然茫然，降低了課堂理論教學的效果。而三維課件的理論教學中的運用，既方便了教師對理論的介紹，也便于學生對于知識點的理解。本文闡述了三維課件在教學中的重要特點，分享了在船舶輔機教學中三維課件的應用實踐情形。

二、三維課件的發展現狀

為了提高教學質量和教學效果，許多教師在授課過程中，都已經開發并運用三維課件進行教學，為課程的教學改革提高了很好的探索意義。目前教學領域對于三維課件對于教學的促進作用具有統一的認識，對于三維課件制作應用從多個方面進行了探索研究，取得了很多成果。李文俊等[1]運用3DS MAX動畫技術制作了模擬雙分子反應過程的位能面MCAI課件，使學生可以從不同方向觀察位能面圖；陳軍等[2]采用三維建模技術與虛擬現實技術相結合，基于UNITY3D平臺設計了交互式教學課件，探索了機械構造類設備的三維課件的制作，使得課件可以360度全視角觀察，交互控制性更加靈活，并可隨時進行拆卸和裝配的功能；賈志欣等[3]采用SOLIDWORKS軟件完成零件的三維實體和裝配模型，并制作出三維裝配動畫，使學生掌握零件圖和裝配圖的表達，激發學生學習興趣，受到較好的學習效果；陳敏等[4]結合機械制造工藝課程的教學實踐，介紹了有關機械制造工藝三維動畫仿真多媒體CAI課件開發與研究的體會；支國明等[5]運用JAVA腳本語言實現教學的交互動態演示及運用VRML虛擬現實建模語言在INTERNET上實現了三維虛擬交互式課件；徐媛[6]針對多媒體課件缺乏互動性和探索性的問題，分析了應用VRML創建交互式課件的特點，提出了基于VRML交互式三維課件的實現方法；劉書華等[7]充分利用FLASH和SOLIDWORKS兩款軟件的優勢，從三維機械裝配圖的繪制、設計數據的綁定、動畫的交互實現等方面介紹了機械類三維多媒體課件的制作。蔡金玲[8]從理論、技術和實踐三個角度分析和探討了三維引擎在三維課件開發的問題，介紹了應用3DS MAX和UNITY3D等開發工具進行三維課件開發的具體過程，提出了三維課件在教學資源開發和應用中的一些建議。

三、三維課件的主要特點

課件的發展經歷了從二維結構示意圖到三維完整結構顯示，從結構靜止展示到動態顯示，從結構的單向展示到互動操作的過程。目前，運用最多的還是三維課件，具有沉浸式交互功能虛擬現實的三維課件將是未來發展的一個方向，也對授課教師三維課件的制作能力和水平提出了更高的要求。與二維課件相比，當前的三維課件具有以下特點：

（一）更直觀全局展示機械結構

二維課件能夠通過三視圖或者局部放大剖分圖的形式展示結構整體和局部細節，但對于結構整體的完整理解和把握，需要學生具有很好的空間想象能力，能夠從看到的二維圖形自動的在頭腦中勾畫出三維的結構，才能跟上教師的授課節奏。這存在以下幾個問題：（1）這種從二維到三維的想象能力對于大多數學生而言，并不是一件很容易的事情，一旦完成不了這種想象轉換，上課將很茫然；（2）學生在想象轉換的過程中無法保證所構想結構的正確性，這將會導致學生對于結構具有錯誤的理解；（3）學生在課堂中所進行的空間想象轉換會分散學生的注意力，從對知識點的理解分散到去想象揣測結構的三維結構，影響授課效果。而采用三維的課件，能夠使學生一目了然的獲取結構的整體形式，對結構具有正確的認識，將注意力放在課程的知識點上，上課的注意力更能集中，提高上課效果；

（二）更直觀展示結構中零件的裝配位置

雖然二維形式也能展示結構零件的裝配過程，顯示零件的裝配位置，但這種展示只能是示意性的，因為實際的結構往往具有復雜的三維結構和內部的復雜構造，采用二維的方式往往只能從不同視圖來展示某一個側面的一部分結構零件裝配關系和裝配位置，無法從全局上認識和了解結構整體。而且介紹結構零件之間的裝配關系時，需要不同切換視圖，對于學生而言這會產生理解上的混亂。而采用三維課件展示，能夠從三維空間來展示結構的零件裝配，而且可以隨自己的意愿來調整觀看的視角，能夠從不同的視角觀察結構零件整體的裝配情況，對于把握結構零件的位置及其功能有更加直觀方便的理解?，F在已經能夠實現結構零件的三維動畫裝配過程演示，更加生動形象的展示結構特點。

（三）更直觀展示結構中零件局部特征

結構中的某些零件局部細節，以及一個零件對另一個零件之間的相互作用關系對于結構整體功能具有重要的影響。當采用二維形式展示時，通過不同視角形式需要想象力去重構三維圖形，不便于學生理解和接受。而采用三維視圖形式展示時，可以通過拉近視圖對結構細節方法顯示，能夠更加直觀的看到具體特征細節，對著這些細節，再結合理論講解，學生能夠容易了解結構和理解知識點。當前的三維課件能夠實現運動仿真功能，在不失結構零件三維模型的基礎上，能夠從不同視角更加清晰的了解結構零件之間的運動關系，這對于結構工作原理的講授更加直觀形象，更容易讓學生理解。

四、三維課件的運用實例

課件的運用是一種技術，更是一種藝術。課件是理論教學中的輔助手段，只要運用得到，可以對教師將知識點的講解和學生對知識點的理解都能起到很好的促進作用。在筆者講授《船舶輔機》教學實踐中，在運用三維課件進行理論講解時，起到了很好的教學效果。筆者在講授船用泵中的雙作用葉片泵時，采用三維課件進行課程理論教學。這些課件是采用PROE軟件來建模和裝配，在授課過程中，對于這些課件的運用都是直接在PROE軟件中進行展示，這樣可以隨時的變換觀察的視角，也可以隨時拉近視角觀察結構及其零件的局部特征。

在授課時，首先展示雙作用葉片泵的整體結構，變換視角從不同角度進行觀察，讓學生從整體上對雙作業葉片泵有所認識；然后采用運用結構分解圖，觀察雙作用葉片泵是由哪些零件所組成，每個零件的名稱、位置和形狀，然后通過裝配動畫的形式演示零件之間的裝配關系，讓學生了解零件是如何組裝起來的；對于其中左右配油盤的安裝方式和作用，采用局部裝配的方式展示配油盤和定子及轉子之間的裝配，并且通過裝配動畫局部的詳細展示裝配過程中的注意事項。對于左右配油盤的結構差異和工作原理，采用將零件局部放大，并進行對比的方式進行展示講解。

通過運用三維課件的三維展示和三維動畫功能，配合雙作用葉片泵的理論講解，使得授課過程中教師更加方便形象的展示課本中大量的文字描述，使學生對于知識點的把握更加直觀方便，印象深刻。筆者深刻體會到，這樣的授課方式明顯的提高了教學效果和學生的學習效果。

五、結論

三維課件對于船舶輔機課程中各種機械設備的理論講授起到了很好的輔助作用，一方面將課本中需要詳細文字介紹的內容，以三維的形式直觀的展示出來，便于授課教師有針對性的開展理論教學，也便于學生更快更好的掌握知識點。三維課件的制作水平和合理的應用，將對船舶輔機課程的教與學兩方面產生很好的促進作用，能夠很好的改善和提高教學的成效。

參考文獻：

[1]李文俊，趙國新，郭廣生，等.3DS MAX三維動畫在化學動力學MCAI課件中的應用[J].計算機與應用化學，2000，17（3）.

[2]陳軍，蔡金玲.基于Unity3D三維多媒體課件的設計與制作[J].現代計算機：專業版，2015，（34）.

[3]賈志欣，李紅林.基于三維零件圖及裝配圖的多媒體課件設計及制作[J].機電工程，2005，22（8）.

[4]陳敏，王明紅，唐勤生，等.機械制造工藝三維動畫仿真多媒體CAI課件開發[J].上海工程技術大學教育研究，2005，（2）.

[5]支國明，陳松喬.基于Web的多媒體課件設計[J].計算機工程與應用，2001，37（13）.

[6]徐媛.交互式三維課件的研究與實現——以VRML為基礎[J].科技視界，2012，（23）.

[7]劉書華，焦林.利用Flash軟件開發SolidWorks三維動畫課件[J].西安航空技術高等?？茖W校學報，2011，29（3）.

[8]蔡金玲.三維引擎在三維多媒體課件開發中的應用與研究[D].華南理工大學，2014.