海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)及其在教學(xué)中的應(yīng)用

陳振雷 石凡 于春令

摘? 要：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以為教師提供更多的教學(xué)資源和教學(xué)手段，幫助其更好地組織和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和參與度。基于其豐富多樣的教學(xué)資源和靈活的教學(xué)方法，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在當(dāng)前的教學(xué)活動(dòng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。該文以船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)學(xué)科的課程改革為背景，詳細(xì)闡述結(jié)合工程案例的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)過(guò)程及其在教學(xué)中的應(yīng)用。該文所建立的海洋工程結(jié)構(gòu)物虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生更加深入了解船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)方法與流程，提高學(xué)生實(shí)際工程設(shè)計(jì)、分析的能力。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；教學(xué)平臺(tái)；工程案例；教學(xué)效果；工程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2024）10-0027-04

Abstract： Virtual simulation experiments can provide teachers with more teaching resources and methods， help them better organize and implement teaching activities， and improve students' learning effectiveness and participation. Based on its rich and diverse teaching resources and flexible teaching methods， virtual simulation experiments play an increasingly important role in current teaching activities. This article takes the curriculum reform of the discipline of ship and marine engineering structure design as the background， and elaborates in detail on the construction process of a virtual simulation experimental platform combined with engineering cases and its application in teaching. The virtual simulation experiment of marine engineering structures established in this article can help students gain a deeper understanding of the design methods and processes of ships and marine engineering structures， and improve their practical engineering design and analysis abilities.

Keywords： virtual simulation experiment; teaching platform; engineering cases; teaching effectiveness; engineering design

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是一種基于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和模型仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)方法。它通過(guò)在計(jì)算機(jī)環(huán)境中創(chuàng)建虛擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景幫助人們體驗(yàn)在真實(shí)環(huán)境中的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作，能夠?yàn)楦鱾€(gè)領(lǐng)域的研究人員和學(xué)習(xí)者提供高效、安全、靈活的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[1-2]。

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境下可以通過(guò)虛擬設(shè)備或界面對(duì)各種實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行控制和調(diào)整，如操控虛擬儀器、調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)或觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱峁└佣鄻踊膶?shí)驗(yàn)環(huán)境，它能夠幫助學(xué)習(xí)者模擬和研究不同的實(shí)驗(yàn)情況，觀察和分析不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)結(jié)果的影響。另外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還具有低成本、低風(fēng)險(xiǎn)、可重復(fù)和易于學(xué)習(xí)等多方面的優(yōu)點(diǎn)，因此，該實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括如科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)等各個(gè)方面。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，研究人員和學(xué)習(xí)者可以在虛擬世界中快速進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)分析和學(xué)習(xí)各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，幫助改進(jìn)理論模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和提高實(shí)踐技能[3-4]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)壳霸诮虒W(xué)活動(dòng)中已經(jīng)起到了十分重要的作用，成為教學(xué)活動(dòng)中的一個(gè)必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠?yàn)榻處熀蛯W(xué)生提供多方面的支持[5-6]。

豐富的教學(xué)資源：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以提供豐富多樣的教學(xué)資源，包括虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、模擬器、交互式學(xué)習(xí)材料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。這些資源可以作為教師教學(xué)的輔助工具，豐富教學(xué)內(nèi)容，幫助教師更好地展示和解釋教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生更好地進(jìn)入到學(xué)習(xí)狀態(tài)中。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)活動(dòng)：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以用于設(shè)計(jì)和組織各類學(xué)習(xí)活動(dòng)，如實(shí)驗(yàn)課、小組討論、問(wèn)題分析與解決等。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求，選擇和設(shè)計(jì)合適的虛擬實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)課程理論知識(shí)的理解，幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。

自主學(xué)習(xí)支持：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供一個(gè)更加自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。教師可以根據(jù)教學(xué)計(jì)劃為學(xué)生提供虛擬實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)文檔、教程和任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)前后獨(dú)立完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和操作。教學(xué)過(guò)程中，教師還可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測(cè)和評(píng)估學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)展，及時(shí)給出指導(dǎo)和建議。

教學(xué)評(píng)估和反饋：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠幫助教師記錄學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作和結(jié)果。根據(jù)仿真教學(xué)平臺(tái)中記錄的學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師能夠及時(shí)有效地了解學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)所學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握程度。據(jù)此，教師能夠更好地了解到學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，可以及時(shí)給予學(xué)生反饋和指導(dǎo)，幫助他們更好地掌握實(shí)驗(yàn)技能和理論知識(shí)。

教學(xué)創(chuàng)新和研究：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)榻處熖峁┮粋€(gè)用于教學(xué)創(chuàng)新的研究平臺(tái)。教師可以通過(guò)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、探索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方法和應(yīng)用等，拓展教學(xué)方法，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)水平和專業(yè)能力。

總的來(lái)說(shuō)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以為教師提供更多的教學(xué)資源和教學(xué)手段，幫助他們更好地組織和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和參與度。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)也為教師的教學(xué)創(chuàng)新和教學(xué)研究提供了機(jī)會(huì)和支持。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，寧波大學(xué)船舶與海洋工程系基于結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)方向建設(shè)了“海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、運(yùn)行分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”的虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目。本文將詳細(xì)闡述該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程及其在教學(xué)中的應(yīng)用。

一? 平臺(tái)介紹

（一）? 項(xiàng)目背景

基于數(shù)值模擬方法的船海工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，其利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)物進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和分析。

在這種設(shè)計(jì)方法中，首先需要建立數(shù)學(xué)模型來(lái)描述船舶或海洋工程結(jié)構(gòu)物的行為。這些模型通常涉及流體力學(xué)、固體力學(xué)及相應(yīng)結(jié)構(gòu)分析等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化，建立合適的數(shù)學(xué)方程和邊界條件，可以準(zhǔn)確地描述結(jié)構(gòu)物在不同工況下的運(yùn)動(dòng)、受力和變形等情況。

然后利用計(jì)算機(jī)仿真軟件，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算模型，并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過(guò)數(shù)值方法，可以對(duì)結(jié)構(gòu)物的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，包括船舶的航行性能、動(dòng)力性能、海洋工程結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和可靠性等方面。

為了提高學(xué)生在船海工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)相關(guān)課程方面的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力，我們建立了“海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、運(yùn)行分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”教學(xué)網(wǎng)站。該教學(xué)網(wǎng)站是基于船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)方向的仿真教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生提供了一個(gè)安全、高效、全面的學(xué)習(xí)平臺(tái)，以促進(jìn)他們對(duì)結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)領(lǐng)域的深入理解和實(shí)踐能力，為未來(lái)的研究和學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）? 教學(xué)目標(biāo)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括以下三個(gè)方面的教學(xué)內(nèi)容。

1）借助于SPD三維設(shè)計(jì)軟件的教學(xué)與實(shí)操環(huán)節(jié)，結(jié)合船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)[7-8]，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物三維模型建立與虛擬裝配，讓學(xué)生了解船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)方法與流程。

2）利用Hypermesh、Fluent、Abaqus等工程仿真分析軟件，對(duì)某船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)工況下力學(xué)性能仿真建模計(jì)算[9-10]，并對(duì)應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理分析與評(píng)估，讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)物的力學(xué)性能分析方法。

3）利用虛擬仿真教學(xué)環(huán)境的實(shí)時(shí)交互功能，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)物的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)以及典型設(shè)計(jì)工況參數(shù)，對(duì)比分析結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)物力學(xué)性能的優(yōu)化評(píng)估方法。

本虛擬實(shí)驗(yàn)仿真教學(xué)平臺(tái)旨在通過(guò)以上教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作和分析，逐步掌握船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)的方法和流程，同時(shí)也能夠理解和應(yīng)用相關(guān)的理論知識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生提供了一個(gè)綜合性的學(xué)習(xí)平臺(tái)，能夠更好地促進(jìn)其對(duì)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)領(lǐng)域的深入理解和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

二? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）? 仿真實(shí)驗(yàn)

本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要包括以下三部分仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1）船體結(jié)構(gòu)建模設(shè)計(jì)。以某26000DWT散貨船為例，采用SPD三維設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的三維模型建立與裝配。利用SPD三維設(shè)計(jì)軟件，學(xué)生可以根據(jù)船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)規(guī)范以及相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)該散貨船的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模。他們將學(xué)習(xí)如何創(chuàng)建船舶的主體結(jié)構(gòu)，包括船體外殼、船艙、甲板等主要部分。通過(guò)在軟件中使用幾何圖形、曲線和曲面等工具，學(xué)生可以逐步繪制出船舶各個(gè)結(jié)構(gòu)部分的幾何特征。

通過(guò)這一實(shí)踐過(guò)程，學(xué)生能夠通過(guò)SPD三維設(shè)計(jì)軟件獲得對(duì)該散貨船結(jié)構(gòu)的全面了解。他們將學(xué)習(xí)如何應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的三維模型建立與裝配。這為他們進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析提供了良好的基礎(chǔ)。

2）船舶結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度仿真分析。選取上述散貨船船體中典型橫剖面剛架、舷側(cè)板架、船底外板為例，采用Hypermesh、Abaqus前后處理及仿真分析軟件，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)工況下仿真建模及應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，并進(jìn)行相應(yīng)后處理分析與評(píng)估?；贖ypermesh軟件，學(xué)生將學(xué)習(xí)船體結(jié)構(gòu)中剛架、舷側(cè)板架及船底外板的三維網(wǎng)格劃分過(guò)程中；同時(shí)學(xué)生還將學(xué)習(xí)使用Abaqus軟件來(lái)建立相應(yīng)的數(shù)值模型，包括船體結(jié)構(gòu)的材料屬性、接觸條件和加載條件等，并運(yùn)行仿真計(jì)算。在仿真計(jì)算完成后，學(xué)生將進(jìn)行相應(yīng)的后處理分析與評(píng)估。他們可以通過(guò)Abaqus軟件提供的后處理工具，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行可視化展示，并針對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形等方面進(jìn)行評(píng)估。

通過(guò)以上的仿真建模、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算和后處理分析與評(píng)估過(guò)程，學(xué)生將能夠深入了解該散貨船船體中典型橫剖面剛架、舷側(cè)板架、船底外板的力學(xué)性能。他們可以分析結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高船體的性能和可靠性。

3）船舶流體性能仿真分析。選取長(zhǎng)21 m、舷高2.6 m的小船為計(jì)算分析對(duì)象，采用ICEM CFD、ANSYS Fluent兩款工程仿真分析軟件，就網(wǎng)格數(shù)量、航行速度、吃水深度等因素進(jìn)行船舶阻力性能CFD計(jì)算與分析。圖1為船舶流體性能仿真分析界面。首先，在ICEM CFD軟件中，學(xué)生將根據(jù)小船的幾何形狀和尺寸，創(chuàng)建相應(yīng)的計(jì)算域。然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以構(gòu)建合適的計(jì)算網(wǎng)格。學(xué)生需考慮網(wǎng)格的精細(xì)程度，確保足夠細(xì)致的劃分以捕捉小船的細(xì)節(jié)，并保證CFD仿真計(jì)算的收斂性及準(zhǔn)確性。

此外，學(xué)生將利用ANSYS Fluent軟件進(jìn)行船舶阻力性能的CFD計(jì)算與分析。他們將設(shè)定航行速度、吃水深度等邊界條件，并進(jìn)行仿真計(jì)算。Fluent軟件將根據(jù)初始設(shè)定的條件和計(jì)算網(wǎng)格，模擬小船在水域中的航行過(guò)程。

在仿真計(jì)算完成后，學(xué)生將進(jìn)行相應(yīng)的后處理分析與評(píng)估。他們可以通過(guò)Fluent軟件提供的后處理工具，分析小船周圍的流場(chǎng)、壓力分布、力與阻力情況等，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果評(píng)估小船的阻力性能。通過(guò)比較不同網(wǎng)格數(shù)量、航行速度和吃水深度等因素對(duì)阻力的影響，學(xué)生可以深入了解這些因素對(duì)小船性能的影響程度。

通過(guò)以上的船舶阻力性能的CFD計(jì)算與分析，學(xué)生可以獲得關(guān)于小船的阻力特性、流場(chǎng)分布等方面的重要信息。他們可以根據(jù)仿真結(jié)果評(píng)估小船的航行性能，針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以提高小船的推進(jìn)效率和航行穩(wěn)定性。

（二）? 實(shí)際工程案例分析

本平臺(tái)同時(shí)給出了某空調(diào)閥板的工程案例分析。該案例旨在分析該閥板在工作過(guò)程中的疲勞失效過(guò)程，建立相應(yīng)的閥板有限元仿真模型并實(shí)現(xiàn)閥板疲勞斷裂過(guò)程的故障再現(xiàn)，從而理清閥板的失效機(jī)理。本案例將基于所建立的仿真模型對(duì)閥板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高其工作壽命，結(jié)合有限元計(jì)算驗(yàn)證分析過(guò)程的合理性，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化直至滿足要求。整個(gè)仿真過(guò)程主要分為三個(gè)階段：有限元模型建立、強(qiáng)度分析及疲勞分析。圖2為該閥板的CAD及失效模型。

通過(guò)分析空調(diào)閥板在工作過(guò)程中的疲勞失效過(guò)程，學(xué)生可以深入理解材料疲勞與斷裂機(jī)制，以及與其相關(guān)的工程設(shè)計(jì)原則。這有助于學(xué)生理解材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論知識(shí)及其與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)系。其次，通過(guò)建立相應(yīng)的閥板有限元仿真模型，并實(shí)現(xiàn)閥板疲勞斷裂過(guò)程的故障再現(xiàn)，學(xué)生能夠親身體驗(yàn)到有限元分析方法在解決工程問(wèn)題中的重要性和實(shí)用性。他們可以學(xué)習(xí)如何使用專業(yè)的仿真軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析，并理解仿真結(jié)果與實(shí)際工程問(wèn)題的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此外，通過(guò)基于所建立的仿真模型對(duì)空調(diào)閥板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，學(xué)生可以了解到工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)化思路和方法。他們將學(xué)習(xí)如何定量評(píng)估不同設(shè)計(jì)方案的性能指標(biāo)，并通過(guò)有限元計(jì)算驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)構(gòu)的合理性。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新思維。最后，整個(gè)仿真過(guò)程分為有限元模型建立、強(qiáng)度分析和疲勞分析三個(gè)階段，通過(guò)逐步實(shí)施不同的分析任務(wù)，學(xué)生可以掌握一個(gè)完整的工程仿真流程。他們將學(xué)會(huì)如何做出合理的假設(shè)和簡(jiǎn)化，并學(xué)習(xí)到如何選擇合適的材料參數(shù)和加載條件，這有助于提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力和工程實(shí)踐能力。

（b）? 吸氣閥板開(kāi)裂前? ? ? ?（c）? 吸氣閥板開(kāi)裂后

三? 教學(xué)應(yīng)用

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要面向船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)方向的學(xué)生，整個(gè)教學(xué)實(shí)施過(guò)程總共分為4個(gè)部分，具體實(shí)施過(guò)程如下。

（一）? 課前預(yù)習(xí)

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為網(wǎng)上公開(kāi)的教學(xué)資源，24小時(shí)向?qū)W生開(kāi)放。在開(kāi)始虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，要求學(xué)生提前瀏覽虛擬仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站的相關(guān)內(nèi)容，預(yù)習(xí)關(guān)于SPD三維設(shè)計(jì)軟件、流體力學(xué)及固體力學(xué)仿真計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，做好虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的相關(guān)準(zhǔn)備。

（二）? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要結(jié)合工程力學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和船體結(jié)構(gòu)等相關(guān)課程展開(kāi)，在開(kāi)始虛擬仿真實(shí)驗(yàn)之前，授課教師需要講解相關(guān)船體結(jié)構(gòu)、數(shù)值計(jì)算方法、數(shù)學(xué)物理方法等相關(guān)知識(shí)，幫助學(xué)生更好地理解虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容和注意事項(xiàng)。同時(shí)教師還需要演練整個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程，與學(xué)生進(jìn)行充分討論，幫助學(xué)生分析并解決實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問(wèn)題。

（三）? 案例練習(xí)

完成課程學(xué)習(xí)后，繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課后的自主練習(xí)過(guò)程。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的實(shí)際工程案例基礎(chǔ)上，向?qū)W生布置練習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生復(fù)現(xiàn)案例中的工程仿真流程，學(xué)會(huì)實(shí)際工程案例中模型建立、強(qiáng)度分析和疲勞分析等仿真分析方法。同時(shí)要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交仿真模型、計(jì)算文件并撰寫相應(yīng)的學(xué)習(xí)報(bào)告。練習(xí)過(guò)程要求所有學(xué)生必須獨(dú)立自主完成。

（四）? 綜合評(píng)價(jià)

教師根據(jù)學(xué)生提交的分析結(jié)果和學(xué)習(xí)報(bào)告進(jìn)行考核評(píng)估，指出存在的問(wèn)題并給出相應(yīng)的考核分?jǐn)?shù)。同時(shí)教師需要分析學(xué)生的整體學(xué)習(xí)情況并詢問(wèn)學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的學(xué)習(xí)感受，找出課程教學(xué)中可能存在的問(wèn)題后進(jìn)行課程總結(jié)并在下一次課程教學(xué)前及時(shí)改正。

四? 結(jié)束語(yǔ)

本文所建立的海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、運(yùn)行分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是面向船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)方向?qū)W生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具有以下特點(diǎn)。①學(xué)生可以根據(jù)自身情況，在課程學(xué)習(xí)前后反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的相關(guān)內(nèi)容，并在遇到問(wèn)題時(shí)可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中積極留言向?qū)W科教師咨詢。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)相對(duì)自由和輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能夠不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制。②該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要包括仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程案例分析，能夠?yàn)榻處煹恼n堂理論教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充和擴(kuò)展，讓學(xué)生在獲得課堂知識(shí)的同時(shí)，也能夠了解到工程實(shí)際問(wèn)題及其解決方法，對(duì)提高工科學(xué)生的工程分析能力和解決問(wèn)題能力有較好的促進(jìn)作用。

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