Inventor在船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)課程中應(yīng)用的可行性探討

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。通過對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]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）10-0232-02

一、課程教學(xué)背景

船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)是我校開設(shè)的一門船舶專業(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，是對船舶結(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)中高級教材，學(xué)生通過分析圖紙、辨別部件、確定工藝流程、分工協(xié)作、制作模型的方法來模擬船舶建造過程，加深對船舶結(jié)構(gòu)、識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，在遇到實(shí)際問題時(shí)自主探索、創(chuàng)新突破。

在課程教學(xué)過程中，學(xué)生對船舶模型制作的熱度很高，動(dòng)手能力較強(qiáng)，但是學(xué)生對船舶結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、船體圖紙的識別以及構(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)過船舶結(jié)構(gòu)和船體識圖等相關(guān)專業(yè)的理論知識，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)平滑的過渡。

在平常的教學(xué)過程中，教師通常會(huì)展示已有的船舶結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生參考對比。根據(jù)所給圖紙與模型對比，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)容越來越多，這樣的教學(xué)方式無法滿足課程教學(xué)的要求。

二、Autodesk Inventor軟件簡介

Inventor是美國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平臺開發(fā)的三維機(jī)械制圖和詳圖軟件，它提供了一條無風(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，對解決船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)教學(xué)中遇到的問題有一定的幫助。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)生理解難的問題，優(yōu)化教學(xué)過程，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)識感知船體結(jié)構(gòu)。學(xué)生對船舶結(jié)構(gòu)的認(rèn)識還停留在理論層面，當(dāng)學(xué)生面對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)生首先需要識別出所給圖紙的結(jié)構(gòu)形式，然后利用所學(xué)船體識圖的知識，去辨識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，這個(gè)對學(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有展示出來的結(jié)構(gòu)。如此簡單直觀的視覺感受給學(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)生模型裝配的過程，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在模型構(gòu)建裝配中沒有以船舶實(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)生對船舶建造工藝還只停留在理論層面，沒有實(shí)際觸底。（2）課堂上所給的圖紙包括模型無法標(biāo)注船舶裝配的過程和工藝，學(xué)生無從參考。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。通過局部零部件的展示，學(xué)生對各部件的工藝知識得到了鞏固，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)畫效果不斷播放，給學(xué)生一定的參考和影響，讓學(xué)生對裝配流程深入記憶。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)生的視覺感官，激發(fā)學(xué)生的三維識別能力。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)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，改善個(gè)別學(xué)生對學(xué)習(xí)船舶專業(yè)片面的認(rèn)知，樹立正確的專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)和規(guī)劃。

對船舶專業(yè)的學(xué)生來說，船舶結(jié)構(gòu)美學(xué)是一門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)生在理解和制作過程中有更生動(dòng)、更直觀的感受，將理論知識和實(shí)踐相連接，鞏固學(xué)生知識。Inventor是一個(gè)很好的臺階，讓學(xué)生在理解和轉(zhuǎn)化過程中更加方便和簡單，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