三維建模技術(shù)在輪機專業(yè)教學改革中的應用

王斌

摘 要：翻轉(zhuǎn)課堂是目前高職教學改革的主要方向。本文結(jié)合“例會制”教學模式運行實踐，探索了翻轉(zhuǎn)課堂的應用及需要改進的方面，同時分析了三維模型在輪機專業(yè)教學中的應用，為實現(xiàn)輪機數(shù)字化教學奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：三維建模 翻轉(zhuǎn)課堂 信息化

課 題：本文系基金項目：2016年度青島港灣職業(yè)技術(shù)學院教學研究項目（項目編號：GW2016B10）研究成果。

輪機設(shè)備作為船用設(shè)備，對學生來說接觸較少，學生在入學前根本沒有接觸過這類設(shè)備，因此在輪機機械基礎(chǔ)、船舶管理這類理論性較強的課程中，學生由于缺乏對船舶設(shè)備的了解，經(jīng)常感覺教師的教學內(nèi)容生澀難懂。

在傳統(tǒng)的教學中，教師主要依靠掛圖、照片或?qū)嵨镞M行導入和講解。但是，掛圖、照片的直觀性較差，很難調(diào)動學生的學習積極性，而實物設(shè)備雖然不存在這一問題，但由于部分設(shè)備的體積較小，在一個班中總會有部分學生反映看不清楚，影響了學生的學習興趣。而微課等“互聯(lián)網(wǎng)+”時代課程的興起，使得碎片化學習成為一種重要的學習方式，但實驗室的使用有其規(guī)范性和時間性，成為制約學生學習的瓶頸。在輪機專業(yè)教學中引入三維建模與仿真技術(shù)，使傳統(tǒng)的實體設(shè)備與三維數(shù)字模型相結(jié)合，成為輪機專業(yè)教學改革的一個重要方向，本文對三維建模技術(shù)在輪機專業(yè)教學改革中的應用進行了詳細的分析。

同時，90后的學生是信息時代的“原住民”，這些學生天生對電子產(chǎn)品存在著濃厚的興趣，沉迷于電腦、手機仿佛成為這些學生的代名詞，如何把學生在這方面的愛好引導到對學習和今后發(fā)展有利的方向上來，也是本文研究的一個重要方面。

一、“例會制”教學的探索與三維模型的建立

1.教學的組織與實施

目前，高職教學改革都比較重視翻轉(zhuǎn)課堂和探究式教學的應用，但這些教學方法都需要教師投入較多的精力，在課堂人數(shù)較多時，教師很難顧及到每一名學生，因此這些教學方法的效果受到一定的限制。為了制備船舶主要輪機零件的三維模型，同時探索翻轉(zhuǎn)課堂等先進教學理念的應用方法，筆者采取了興趣小組+“例會制”的工作方式。

筆者從學生中選取對計算機的學習興趣濃厚，有一定制圖基礎(chǔ)的12名學生，組成了三維建模興趣小組，由這一小組來完成三維模型的建立。為探索翻轉(zhuǎn)課堂，在小組的活動中，筆者嘗試了“例會制”教學模式。這一模式模擬企業(yè)的真實工作方式，以興趣小組作為企業(yè)的一個項目組，教師為項目負責人，小組成員為項目組成員，每學期明確一個測繪項目，要求全體成員在期末必須完成這一項目;然后將目標分解成為若干個任務(wù)，每周每個小組成員都有自己需要完成的工作。而每堂課即為一次“例會”，在會上，首先由每一名學生報告自己在上一次例會后工作的進展情況和存在的問題，之后由教師對每個人的工作情況進行點評，并對學生遇到的問題進行分析講解，最后布置本次的任務(wù)分工;而學生則在課后自行進行測繪，學習三維建模技巧并進行練習。通過這一方式，改變了以前課堂教師講、學生記的傳統(tǒng)教學模式，使學生真正感覺到自己的學習是為了完成某一工作而不是應付教師或應付考試，因此取得了較好的學習效果。

2.教學實例

齒輪泵由于其結(jié)構(gòu)較為簡單，便于測繪，成為第一個要完成的任務(wù)。在這一任務(wù)的完成過程中，將該設(shè)備拆解為若干個零件，每個學生負責一個零件的繪制。下面以負責繪制泵體的學生的任務(wù)完成過程為例，分析學生的學習軌跡，該任務(wù)用6課時。

（1）基本操作技巧的掌握。對學生而言，Pro＼＼E這款軟件在之前的學習中并沒有接觸過，所以第一堂課首先給學生介紹軟件的安裝和基本繪圖理念，并對學生進行了任務(wù)分工，使學生明白自己的努力方向;在第二堂課上，負責繪制泵體的學生匯報自己已經(jīng)學會使用Pro＼＼E繪制基本圖形，并展示了自己安裝的軟件、測量實物所得的基本尺寸及手繪草圖，并給全體學生展示了其繪制的基本幾何體，此時教師查閱學生繪制的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該生應用的是軟件默認單位——英寸，并當場予以指出。同時，鑒于該生在課后任務(wù)的完成過程中無明顯錯誤，尺寸錯誤不屬于學生在上次課中的應知應會內(nèi)容，因此教師對該生此次作業(yè)的評價為優(yōu)秀，并以此為契機，完成了模板選用、公制單位與英制單位轉(zhuǎn)換的講解。此次任務(wù)為學生需要完成基本結(jié)構(gòu)的繪制。

（2）基本結(jié)構(gòu)的繪制。第二堂課學生展示了自己繪制的齒輪泵泵體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但只完成了泵體主要部分的繪制，未繪制中間部分的凹陷和側(cè)面孔，教師評價為良好，并講解了基準面的選擇及轉(zhuǎn)換、布爾運算等繪圖技巧，此次任務(wù)為繼續(xù)完成結(jié)構(gòu)

繪制。

第三堂課學生已經(jīng)基本完成結(jié)構(gòu)的繪制，展示后發(fā)現(xiàn)在肋板等細節(jié)上存在較多問題，因此此堂課就以此為主，兼顧其他學生存在的問題進行了講解，課后學生完成繪制的零件。

在這一系列過程中，學生始終明白自己的學習目標就是完成零件的繪制，因此對教師的講解有較高的學習熱情。這樣不是教師逼迫學生學習，而是學生需要教師的幫助。教師由課堂的主導者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生完成任務(wù)的幫助者，不再是教師要求學生學習什么，而是學生為了完成任務(wù)需要教師提供怎樣的服務(wù)。有了這一角色的轉(zhuǎn)換，就使得學生在課堂上由被迫學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，課堂效率有了極大的提升。

（3）成果及收獲。目前，這一模式已經(jīng)運轉(zhuǎn)了三個學期，學生先后完成了齒輪泵、離心泵、分油機等輪機設(shè)備主要零部件的測繪。這樣不但成功地使學生對電子產(chǎn)品的興趣由手機、游戲轉(zhuǎn)到三維建模上來，培養(yǎng)了學生的一技之長，而且在設(shè)備的拆裝與測繪過程中，使學生認識了輪機的各種設(shè)備，走入了專業(yè)，為今后的專業(yè)知識的學習打下了一個較好的基礎(chǔ)。最后，這一模式還積累了數(shù)字化模型，為數(shù)字化教學改革打下了堅實的基礎(chǔ)。

但是，在這一嘗試中也存在著一定的問題，其中最重要的就是每次例會效率相對于傳統(tǒng)的課堂是較低的。因為面對12名學生，基本每次例會的時間就要1.5小時左右，才能完成對每名學生工作的點評和存在問題的講解，如果將這種方式推廣到課堂上，則面對三四十名學生，而且學生的水平參差不齊，教師難以在課堂有限的時間內(nèi)完成評價與分析，所以如何在有限的時間內(nèi)提高效率，成為今后研究的一個重要方向。

3.三維模型在輪機專業(yè)教學中的應用

（1）在教學中利用三維模型進行演示分析。在課堂教學過程中，充分利用三維模型的直觀性進行演示，使學生能夠看到立體化的實物模型，并通過模擬拆裝使學生了解實際設(shè)備的機構(gòu)、組成及各部件的相互關(guān)系。這一方式相對于傳統(tǒng)的対實物的拆裝、講解的最大優(yōu)點就是能夠在多媒體設(shè)備下對設(shè)備的重要部位進行放大，使教室里的每一名學生都可以看清具體的結(jié)構(gòu)。例如在講齒輪泵的結(jié)構(gòu)時，就利用了由興趣小組所繪制的數(shù)字三維模型，通過數(shù)字三維模型，不但可以給學生展示設(shè)備的外觀結(jié)構(gòu)，還能對設(shè)備進行分解，使學生直觀地看到設(shè)備中各零部件的安裝位置及相互關(guān)系。但是在以前使用齒輪泵實物時，據(jù)調(diào)查，大約只有在教師身邊的十余名學生可以清楚地看見拆裝過程，而后面的學生就只能聽講，這就使得部分學生的學習積極性下降，玩手機現(xiàn)象增加，而三維模型則能確保每一名學生都能看清、聽清。

（2）數(shù)字三維模型在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課程中的應用。在課堂中，三維模型所起的作用主要是替代實物模型，這方便了教師的講解和學生的觀察，但數(shù)字三維模型最大的作用卻是在網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)中。目前，隨著各種網(wǎng)絡(luò)教學平臺的普及，以及翻轉(zhuǎn)課堂等先進教學理念的應用，學生越來越傾向于進行碎片化的學習。但輪機專業(yè)的大部分課程強調(diào)的是實際而具體的工作，學生很難憑空想象設(shè)備的結(jié)構(gòu)，這曾經(jīng)成為學生在課后學習的短板，也使得教師在課堂上不得不花費大量的時間來進行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的講解。這就背離了翻轉(zhuǎn)課堂的“課下掌握知識、課上內(nèi)化知識的要求”，成為教學改革的一個難點問題。

為解決這一問題，筆者在數(shù)字化學習平臺上上傳了相應設(shè)備的三維模型，學生可以下載并使用Pro/E等軟件自行打開設(shè)備的三維模型，不但可以對設(shè)備、零件等進行360度的觀察，而且可以利用三維模型進行虛擬拆裝。這樣可以使學生能夠直觀地看到設(shè)備的結(jié)構(gòu)與配合，并且通過拆裝了解設(shè)備不同零件的相互關(guān)系，同時配合教師的微課講解與相應的教學資料，學生基本都能提前完成對內(nèi)容的掌握。這樣在課堂上可用于分析、發(fā)言的時間大幅度增加。以齒輪泵的結(jié)構(gòu)講解為例，在未上傳相關(guān)資料的時候，一個教學單元（90分鐘），教師講解的時間大約可占60%～70%，而采用數(shù)字化學習中心并上傳相關(guān)資料后，講解時間降為30%～40%。這使得教師可以將更多的精力用于組織課堂活動，指導學生學習、討論上，也大大提高了學生對課堂的參與情況，提高了課堂教學的效果。

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，目前企業(yè)中三維建模技術(shù)的應用與普及日趨成熟，把三維建模技術(shù)從企業(yè)重新引回到學校，作為教學的輔助手段，成為一個重要的研究方向。同時，在三維模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)全新的VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)，模擬實際工作場景，也必將成為教學技術(shù)改革的一個重要手段。

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（作者單位：青島港灣職業(yè)技術(shù)學院）