三维课件在船舶辅机教学中的应用实践

王利　向阳

摘要：“船舶辅机”是航海类专业的核心主干课程，STCW马尼拉修正案及最新的考试大纲对于船舶辅机的教学提出更高的要求。本文考察了三维课件开发和应用的现状，分析了三维课件的重要特点，以案例的形式分享了运用三维课件在《船舶辅机》课程教学中的应用情况，三维课件丰富的功能以及恰当的运用，对于课程的教学具有重要的促进作用。

关键词：三维课件；船舶辅机；应用实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0194-02

一、前言

“船舶辅机”作为航海类专业的核心主干专业课程，也是国家海事局海船船员适任考试的必考科目。2012年1月1日生效的STCW公约马尼拉修正案，以及2012年3月1日实施的《中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则》（简称《11规则》），对海船船员的职业资格标准提出了更高的要求，2012年7月1日正式实施的《中华人民共和国海船船员适任考试大纲》，在理论考试的内容上进行了调整。“船舶辅机”的教学内容包含了除船舶柴油机以外的所有动力设备，包括船用泵、活塞式空气压缩机、船舶制冷装置、船舶空气调节装置、船舶液压设备、造水机和船用锅炉等设备。在理论教学中，学生对这些设备的内部构造及工作原理并熟悉，造成授课教师进行大段的文字描述的情形下，学生对知识点的理解仍然茫然，降低了课堂理论教学的效果。而三维课件的理论教学中的运用，既方便了教师对理论的介绍，也便于学生对于知识点的理解。本文阐述了三维课件在教学中的重要特点，分享了在船舶辅机教学中三维课件的应用实践情形。

二、三维课件的发展现状

为了提高教学质量和教学效果，许多教师在授课过程中，都已经开发并运用三维课件进行教学，为课程的教学改革提高了很好的探索意义。目前教学领域对于三维课件对于教学的促进作用具有统一的认识，对于三维课件制作应用从多个方面进行了探索研究，取得了很多成果。李文俊等[1]运用3DS MAX动画技术制作了模拟双分子反应过程的位能面MCAI课件，使学生可以从不同方向观察位能面图；陈军等[2]采用三维建模技术与虚拟现实技术相结合，基于UNITY3D平台设计了交互式教学课件，探索了机械构造类设备的三维课件的制作，使得课件可以360度全视角观察，交互控制性更加灵活，并可随时进行拆卸和装配的功能；贾志欣等[3]采用SOLIDWORKS软件完成零件的三维实体和装配模型，并制作出三维装配动画，使学生掌握零件图和装配图的表达，激发学生学习兴趣，受到较好的学习效果；陈敏等[4]结合机械制造工艺课程的教学实践，介绍了有关机械制造工艺三维动画仿真多媒体CAI课件开发与研究的体会；支国明等[5]运用JAVA脚本语言实现教学的交互动态演示及运用VRML虚拟现实建模语言在INTERNET上实现了三维虚拟交互式课件；徐媛[6]针对多媒体课件缺乏互动性和探索性的问题，分析了应用VRML创建交互式课件的特点，提出了基于VRML交互式三维课件的实现方法；刘书华等[7]充分利用FLASH和SOLIDWORKS两款软件的优势，从三维机械装配图的绘制、设计数据的绑定、动画的交互实现等方面介绍了机械类三维多媒体课件的制作。蔡金玲[8]从理论、技术和实践三个角度分析和探讨了三维引擎在三维课件开发的问题，介绍了应用3DS MAX和UNITY3D等开发工具进行三维课件开发的具体过程，提出了三维课件在教学资源开发和应用中的一些建议。

三、三维课件的主要特点

课件的发展经历了从二维结构示意图到三维完整结构显示，从结构静止展示到动态显示，从结构的单向展示到互动操作的过程。目前，运用最多的还是三维课件，具有沉浸式交互功能虚拟现实的三维课件将是未来发展的一个方向，也对授课教师三维课件的制作能力和水平提出了更高的要求。与二维课件相比，当前的三维课件具有以下特点：

（一）更直观全局展示机械结构

二维课件能够通过三视图或者局部放大剖分图的形式展示结构整体和局部细节，但对于结构整体的完整理解和把握，需要学生具有很好的空间想象能力，能够从看到的二维图形自动的在头脑中勾画出三维的结构，才能跟上教师的授课节奏。这存在以下几个问题：（1）这种从二维到三维的想象能力对于大多数学生而言，并不是一件很容易的事情，一旦完成不了这种想象转换，上课将很茫然；（2）学生在想象转换的过程中无法保证所构想结构的正确性，这将会导致学生对于结构具有错误的理解；（3）学生在课堂中所进行的空间想象转换会分散学生的注意力，从对知识点的理解分散到去想象揣测结构的三维结构，影响授课效果。而采用三维的课件，能够使学生一目了然的获取结构的整体形式，对结构具有正确的认识，将注意力放在课程的知识点上，上课的注意力更能集中，提高上课效果；

（二）更直观展示结构中零件的装配位置

虽然二维形式也能展示结构零件的装配过程，显示零件的装配位置，但这种展示只能是示意性的，因为实际的结构往往具有复杂的三维结构和内部的复杂构造，采用二维的方式往往只能从不同视图来展示某一个侧面的一部分结构零件装配关系和装配位置，无法从全局上认识和了解结构整体。而且介绍结构零件之间的装配关系时，需要不同切换视图，对于学生而言这会产生理解上的混乱。而采用三维课件展示，能够从三维空间来展示结构的零件装配，而且可以随自己的意愿来调整观看的视角，能够从不同的视角观察结构零件整体的装配情况，对于把握结构零件的位置及其功能有更加直观方便的理解。现在已经能够实现结构零件的三维动画装配过程演示，更加生动形象的展示结构特点。

（三）更直观展示结构中零件局部特征

结构中的某些零件局部细节，以及一个零件对另一个零件之间的相互作用关系对于结构整体功能具有重要的影响。当采用二维形式展示时，通过不同视角形式需要想象力去重构三维图形，不便于学生理解和接受。而采用三维视图形式展示时，可以通过拉近视图对结构细节方法显示，能够更加直观的看到具体特征细节，对着这些细节，再结合理论讲解，学生能够容易了解结构和理解知识点。当前的三维课件能够实现运动仿真功能，在不失结构零件三维模型的基础上，能够从不同视角更加清晰的了解结构零件之间的运动关系，这对于结构工作原理的讲授更加直观形象，更容易让学生理解。

四、三维课件的运用实例

课件的运用是一种技术，更是一种艺术。课件是理论教学中的辅助手段，只要运用得到，可以对教师将知识点的讲解和学生对知识点的理解都能起到很好的促进作用。在笔者讲授《船舶辅机》教学实践中，在运用三维课件进行理论讲解时，起到了很好的教学效果。笔者在讲授船用泵中的双作用叶片泵时，采用三维课件进行课程理论教学。这些课件是采用PROE软件来建模和装配，在授课过程中，对于这些课件的运用都是直接在PROE软件中进行展示，这样可以随时的变换观察的视角，也可以随时拉近视角观察结构及其零件的局部特征。

在授课时，首先展示双作用叶片泵的整体结构，变换视角从不同角度进行观察，让学生从整体上对双作业叶片泵有所认识；然后采用运用结构分解图，观察双作用叶片泵是由哪些零件所组成，每个零件的名称、位置和形状，然后通过装配动画的形式演示零件之间的装配关系，让学生了解零件是如何组装起来的；对于其中左右配油盘的安装方式和作用，采用局部装配的方式展示配油盘和定子及转子之间的装配，并且通过装配动画局部的详细展示装配过程中的注意事项。对于左右配油盘的结构差异和工作原理，采用将零件局部放大，并进行对比的方式进行展示讲解。

通过运用三维课件的三维展示和三维动画功能，配合双作用叶片泵的理论讲解，使得授课过程中教师更加方便形象的展示课本中大量的文字描述，使学生对于知识点的把握更加直观方便，印象深刻。笔者深刻体会到，这样的授课方式明显的提高了教学效果和学生的学习效果。

五、结论

三维课件对于船舶辅机课程中各种机械设备的理论讲授起到了很好的辅助作用，一方面将课本中需要详细文字介绍的内容，以三维的形式直观的展示出来，便于授课教师有针对性的开展理论教学，也便于学生更快更好的掌握知识点。三维课件的制作水平和合理的应用，将对船舶辅机课程的教与学两方面产生很好的促进作用，能够很好的改善和提高教学的成效。

参考文献：

[1]李文俊，赵国新，郭广生，等.3DS MAX三维动画在化学动力学MCAI课件中的应用[J].计算机与应用化学，2000，17（3）.

[2]陈军，蔡金玲.基于Unity3D三维多媒体课件的设计与制作[J].现代计算机：专业版，2015，（34）.

[3]贾志欣，李红林.基于三维零件图及装配图的多媒体课件设计及制作[J].机电工程，2005，22（8）.

[4]陈敏，王明红，唐勤生，等.机械制造工艺三维动画仿真多媒体CAI课件开发[J].上海工程技术大学教育研究，2005，（2）.

[5]支国明，陈松乔.基于Web的多媒体课件设计[J].计算机工程与应用，2001，37（13）.

[6]徐媛.交互式三维课件的研究与实现——以VRML为基础[J].科技视界，2012，（23）.

[7]刘书华，焦林.利用Flash软件开发SolidWorks三维动画课件[J].西安航空技术高等专科学校学报，2011，29（3）.

[8]蔡金玲.三维引擎在三维多媒体课件开发中的应用与研究[D].华南理工大学，2014.