| 标题 | 三维建模技术在轮机专业教学改革中的应用 |
| 范文 | 王斌 摘 要：翻转课堂是目前高职教学改革的主要方向。本文结合“例会制”教学模式运行实践，探索了翻转课堂的应用及需要改进的方面，同时分析了三维模型在轮机专业教学中的应用，为实现轮机数字化教学奠定基础。 关键词：三维建模 翻转课堂 信息化 课 题：本文系基金项目：2016年度青岛港湾职业技术学院教学研究项目（项目编号：GW2016B10）研究成果。 轮机设备作为船用设备，对学生来说接触较少，学生在入学前根本没有接触过这类设备，因此在轮机机械基础、船舶管理这类理论性较强的课程中，学生由于缺乏对船舶设备的了解，经常感觉教师的教学内容生涩难懂。 在传统的教学中，教师主要依靠挂图、照片或实物进行导入和讲解。但是，挂图、照片的直观性较差，很难调动学生的学习积极性，而实物设备虽然不存在这一问题，但由于部分设备的体积较小，在一个班中总会有部分学生反映看不清楚，影响了学生的学习兴趣。而微课等“互联网+”时代课程的兴起，使得碎片化学习成为一种重要的学习方式，但实验室的使用有其规范性和时间性，成为制约学生学习的瓶颈。在轮机专业教学中引入三维建模与仿真技术，使传统的实体设备与三维数字模型相结合，成为轮机专业教学改革的一个重要方向，本文对三维建模技术在轮机专业教学改革中的应用进行了详细的分析。 同时，90后的学生是信息时代的“原住民”，这些学生天生对电子产品存在着浓厚的兴趣，沉迷于电脑、手机仿佛成为这些学生的代名词，如何把学生在这方面的爱好引导到对学习和今后发展有利的方向上来，也是本文研究的一个重要方面。 一、“例会制”教学的探索与三维模型的建立 1.教学的组织与实施 目前，高职教学改革都比较重视翻转课堂和探究式教学的应用，但这些教学方法都需要教师投入较多的精力，在课堂人数较多时，教师很难顾及到每一名学生，因此这些教学方法的效果受到一定的限制。为了制备船舶主要轮机零件的三维模型，同时探索翻转课堂等先进教学理念的应用方法，笔者采取了兴趣小组+“例会制”的工作方式。 笔者从学生中选取对计算机的学习兴趣浓厚，有一定制图基础的12名学生，组成了三维建模兴趣小组，由这一小组来完成三维模型的建立。为探索翻转课堂，在小组的活动中，笔者尝试了“例会制”教学模式。这一模式模拟企业的真实工作方式，以兴趣小组作为企业的一个项目组，教师为项目负责人，小组成员为项目组成员，每学期明确一个测绘项目，要求全体成员在期末必须完成這一项目;然后将目标分解成为若干个任务，每周每个小组成员都有自己需要完成的工作。而每堂课即为一次“例会”，在会上，首先由每一名学生报告自己在上一次例会后工作的进展情况和存在的问题，之后由教师对每个人的工作情况进行点评，并对学生遇到的问题进行分析讲解，最后布置本次的任务分工;而学生则在课后自行进行测绘，学习三维建模技巧并进行练习。通过这一方式，改变了以前课堂教师讲、学生记的传统教学模式，使学生真正感觉到自己的学习是为了完成某一工作而不是应付教师或应付考试，因此取得了较好的学习效果。 2.教学实例 齿轮泵由于其结构较为简单，便于测绘，成为第一个要完成的任务。在这一任务的完成过程中，将该设备拆解为若干个零件，每个学生负责一个零件的绘制。下面以负责绘制泵体的学生的任务完成过程为例，分析学生的学习轨迹，该任务用6课时。 （1）基本操作技巧的掌握。对学生而言，Pro＼＼E这款软件在之前的学习中并没有接触过，所以第一堂课首先给学生介绍软件的安装和基本绘图理念，并对学生进行了任务分工，使学生明白自己的努力方向;在第二堂课上，负责绘制泵体的学生汇报自己已经学会使用Pro＼＼E绘制基本图形，并展示了自己安装的软件、测量实物所得的基本尺寸及手绘草图，并给全体学生展示了其绘制的基本几何体，此时教师查阅学生绘制的结果，发现该生应用的是软件默认单位——英寸，并当场予以指出。同时，鉴于该生在课后任务的完成过程中无明显错误，尺寸错误不属于学生在上次课中的应知应会内容，因此教师对该生此次作业的评价为优秀，并以此为契机，完成了模板选用、公制单位与英制单位转换的讲解。此次任务为学生需要完成基本结构的绘制。 （2）基本结构的绘制。第二堂课学生展示了自己绘制的齿轮泵泵体的基础结构，但只完成了泵体主要部分的绘制，未绘制中间部分的凹陷和侧面孔，教师评价为良好，并讲解了基准面的选择及转换、布尔运算等绘图技巧，此次任务为继续完成结构 绘制。 第三堂课学生已经基本完成结构的绘制，展示后发现在肋板等细节上存在较多问题，因此此堂课就以此为主，兼顾其他学生存在的问题进行了讲解，课后学生完成绘制的零件。 在这一系列过程中，学生始终明白自己的学习目标就是完成零件的绘制，因此对教师的讲解有较高的学习热情。这样不是教师逼迫学生学习，而是学生需要教师的帮助。教师由课堂的主导者转变为学生完成任务的帮助者，不再是教师要求学生学习什么，而是学生为了完成任务需要教师提供怎样的服务。有了这一角色的转换，就使得学生在课堂上由被迫学习转变为主动学习，课堂效率有了极大的提升。 （3）成果及收获。目前，这一模式已经运转了三个学期，学生先后完成了齿轮泵、离心泵、分油机等轮机设备主要零部件的测绘。这样不但成功地使学生对电子产品的兴趣由手机、游戏转到三维建模上来，培养了学生的一技之长，而且在设备的拆装与测绘过程中，使学生认识了轮机的各种设备，走入了专业，为今后的专业知识的学习打下了一个较好的基础。最后，这一模式还积累了数字化模型，为数字化教学改革打下了坚实的基础。 但是，在这一尝试中也存在着一定的问题，其中最重要的就是每次例会效率相对于传统的课堂是较低的。因为面对12名学生，基本每次例会的时间就要1.5小时左右，才能完成对每名学生工作的点评和存在问题的讲解，如果将这种方式推广到课堂上，则面对三四十名学生，而且学生的水平参差不齐，教师难以在课堂有限的时间内完成评价与分析，所以如何在有限的时间内提高效率，成为今后研究的一个重要方向。 3.三维模型在轮机专业教学中的应用 （1）在教学中利用三维模型进行演示分析。在课堂教学过程中，充分利用三维模型的直观性进行演示，使學生能够看到立体化的实物模型，并通过模拟拆装使学生了解实际设备的机构、组成及各部件的相互关系。这一方式相对于传统的対实物的拆装、讲解的最大优点就是能够在多媒体设备下对设备的重要部位进行放大，使教室里的每一名学生都可以看清具体的结构。例如在讲齿轮泵的结构时，就利用了由兴趣小组所绘制的数字三维模型，通过数字三维模型，不但可以给学生展示设备的外观结构，还能对设备进行分解，使学生直观地看到设备中各零部件的安装位置及相互关系。但是在以前使用齿轮泵实物时，据调查，大约只有在教师身边的十余名学生可以清楚地看见拆装过程，而后面的学生就只能听讲，这就使得部分学生的学习积极性下降，玩手机现象增加，而三维模型则能确保每一名学生都能看清、听清。 （2）数字三维模型在构建网络课程中的应用。在课堂中，三维模型所起的作用主要是替代实物模型，这方便了教师的讲解和学生的观察，但数字三维模型最大的作用却是在网络课程的建设中。目前，随着各种网络教学平台的普及，以及翻转课堂等先进教学理念的应用，学生越来越倾向于进行碎片化的学习。但轮机专业的大部分课程强调的是实际而具体的工作，学生很难凭空想象设备的结构，这曾经成为学生在课后学习的短板，也使得教师在课堂上不得不花费大量的时间来进行基础结构的讲解。这就背离了翻转课堂的“课下掌握知识、课上内化知识的要求”，成为教学改革的一个难点问题。 为解决这一问题，笔者在数字化学习平台上上传了相应设备的三维模型，学生可以下载并使用Pro/E等软件自行打开设备的三维模型，不但可以对设备、零件等进行360度的观察，而且可以利用三维模型进行虚拟拆装。这样可以使学生能够直观地看到设备的结构与配合，并且通过拆装了解设备不同零件的相互关系，同时配合教师的微课讲解与相应的教学资料，学生基本都能提前完成对内容的掌握。这样在课堂上可用于分析、发言的时间大幅度增加。以齿轮泵的结构讲解为例，在未上传相关资料的时候，一个教学单元（90分钟），教师讲解的时间大约可占60%～70%，而采用数字化学习中心并上传相关资料后，讲解时间降为30%～40%。这使得教师可以将更多的精力用于组织课堂活动，指导学生学习、讨论上，也大大提高了学生对课堂的参与情况，提高了课堂教学的效果。 随着信息化技术的发展，目前企业中三维建模技术的应用与普及日趋成熟，把三维建模技术从企业重新引回到学校，作为教学的辅助手段，成为一个重要的研究方向。同时，在三维模型的基础上，开发全新的VR（虚拟现实）技术，模拟实际工作场景，也必将成为教学技术改革的一个重要手段。 参考文献： [1]谢贵兰.慕课、翻转课堂、微课及微视频的五大关系辨析[J].教育科学，2015（5）. [2]赵敬云，任娟.三维建模与仿真技术在机械类课程教学改革中的应用实践[J].河南机电高等专科学校学报，2012（1）. （作者单位：青岛港湾职业技术学院） |
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