Inventor在船舶結構美學課程中應用的可行性探討

汪凱

[摘? ? ? ? ? ?要]? 理虛實一體化是現今職業學校專業課程教學模式的一個發展方向。在船舶結構美學的課程中采用理虛實一體化教學模式，將三維虛擬軟件融入課堂。通過對Inventor在船舶結構美學課堂教學中的應用分析，探討虛擬軟件在船舶結構美學課程教學中展示構建、鍛煉學生空間想象能力、提高課堂教學成效的可行性。

[關? ? 鍵? ?詞]? 理虛實一體化;結構美學;三維虛擬軟件

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）10-0232-02

一、課程教學背景

船舶結構美學是我校開設的一門船舶專業課程。課程以企業的造船流程及工藝為參考，確定相關理論知識和教學項目，主要涉及船舶結構和船舶工藝的拓展知識，是對船舶結構的深入學習和了解。船舶結構美學是中等職業學校船舶制造與修理專業中高級教材，學生通過分析圖紙、辨別部件、確定工藝流程、分工協作、制作模型的方法來模擬船舶建造過程，加深對船舶結構、識圖課程和船舶裝配工藝等內容的了解，同時增強參與者動手能力和團隊協作能力等。學生需具備船舶概論、船舶結構、船體識圖和船舶建造等理論基礎。

船舶結構美學是以模擬企業實踐建造為核心，以學生自主性學習和動手操作為主體，讓學生在操作中鞏固已學知識，在遇到實際問題時自主探索、創新突破。

在課程教學過程中，學生對船舶模型制作的熱度很高，動手能力較強，但是學生對船舶結構的認知、船體圖紙的識別以及構件制作的工藝流程還不是非常到位。雖然學生已經學習過船舶結構和船體識圖等相關專業的理論知識，但要把一張圖紙上的船舶結構圖構想成一個空間的模型并用給予的材料制作成模型，學生在課堂實際操作中還存在著一定問題。由于學生的實踐經驗較少，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，讓學生可以進行一個平滑的過渡。

在平常的教學過程中，教師通常會展示已有的船舶結構模型，讓學生參考對比。根據所給圖紙與模型對比，在腦海中構建三維模型，然后制作模型。由于學校已有的模型數量有限，隨著教學的不斷深入，圖紙內容越來越多，這樣的教學方式無法滿足課程教學的要求。

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體模擬軟件。Inventor三維設計軟件是基于AutoCAD平臺開發的三維機械制圖和詳圖軟件，它提供了一條無風險的二維到三維轉換路徑，能以操作者的進度轉換到三維。Inventor軟件改變傳統的CAD工作流程，簡化了復雜三維模型的創建。

Inventor可以重復利用已有的設計數據，生動地表現設計意圖。借助其中全面關聯的模型，結構模型設計中的任何變化都可以反映到裝配模型和工程圖文件中。Inventor可快速裝配獨立的零件和子裝配，以定義完整的模型結構驗證產品是否可以正確裝配。

三、Inventor在教學中的應用

在課堂實踐過程中，我們發現Inventor可以合理運用到船舶結構美學的課堂教學中，對解決船舶結構美學教學中遇到的問題有一定的幫助。充分考慮學?，F有的硬件設施和師資力量，船舶結構美學課程教學中采用Inventor建立數字模型，數字化模型融入教學，降低學生理解難度，能更好地解決學生理解難的問題，優化教學過程，提高課程教學效果，打造理虛實一體教學模式。

以船舶結構美學課程項目二——箱型中底桁制作教學為例。箱型中底桁是在雙層底中線面處設置的，沿船長方向的一條水密的箱型通道。箱型中底桁的結構是船舶中最強力的構建，構建本身是比較簡單的結構?，F將Inventor融入船舶結構美學的課堂，讓虛擬的模型和理論實操相結合，探討Inventor在課堂教學中的應用。

1.利用三維建模軟件，三維剖析展示模型，讓學生直觀認識感知船體結構。學生對船舶結構的認識還停留在理論層面，當學生面對課堂上拿到的平面圖紙，很難構想出真正的船舶結構。課堂中學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，學生首先需要識別出所給圖紙的結構形式，然后利用所學船體識圖的知識，去辨識圖紙上的每一條線是什么結構，每一個標準是哪一個結構的尺寸，在此基礎上才能把各個零部件合理地構建起來，這個對學生的空間想象能力要求較高。

此時，在課堂教學中引入Autodesk Inventor等三維建模軟件，構建數字化三維箱型中底桁結構，利用Inventor界面，各個角度展示模型的結構，并且利用Inventor的剖切觀察功能，合理剖切模型，觀察模型內部結構（如圖2），讓學生可以直觀感受到圖紙上沒有展示出來的結構。如此簡單直觀的視覺感受給學生在落地的船舶結構和理論的船舶圖紙之間搭建了一座很好的橋梁，幫助學生理解和記憶結構，讓后續的模型制作能夠科學制作，提高了課堂教學效率。

2.軟件模擬構建裝配，深入了解船舶裝配工藝及流程，打造學生的工匠精神。在船舶結構美學的課堂中，學生把所給予的圖紙，構想出船體結構，合理進行放樣和下料，然后進行模型制作。在課堂教學實踐中，仔細觀察學生模型裝配的過程，發現學生在模型構建裝配中沒有以船舶實際生產中的裝配工藝和裝配流程在操作，這與船舶結構美學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目的相違背。有的學生根本不知道他制作這個模型為了什么，胡亂地制作和裝配模型以完成教學內容，更沒有培養出認真鉆研制作模型的工匠精神。究其原因主要有兩點：（1）學生對船舶建造工藝還只停留在理論層面，沒有實際觸底。（2）課堂上所給的圖紙包括模型無法標注船舶裝配的過程和工藝，學生無從參考。合理地運用Autodesk Inventor等三維建模軟件可以適當解決這個問題，創建船舶結構的數字模型，利用Autodesk Inventor的切片、裝配等功能，向學生展示各個節點結構的裝配工藝、部件裝配順序、部件間斷連續和裝配余量設置等。

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置和裝配工藝。通過局部零部件的展示，學生對各部件的工藝知識得到了鞏固，在實踐制作中合理運用。運用Inventor的裝配功能，模擬裝配各個構建，演示各個部件的裝配順序，構建的間斷選擇以及裝配理論線（如圖3）。數字三維模型以動畫效果不斷播放，給學生一定的參考和影響，讓學生對裝配流程深入記憶。利用三維軟件，將模型進行深入的剖析和動態模擬裝配，學生真正了解造成的工藝流程，將已學理論知識在模型制作中得以落實，知道自己在做什么，認真、專業地去完成每一次教學項目，打造學生精益求精的工匠精神。

3.數字三維建模軟件教學，鍛煉學生三維識別能力，培養學生興趣，發散學生思維。船舶結構美學的課程注重學生自己動手制作能力和自主學習的能力，學生對課程興趣較大，在此基礎上，Inventor軟件進一步提高課堂的數字化和信息化，激發學生的學習興趣，讓教學效果得到升華。在課程教學中，Inventor讓學生頻繁接觸三維模型，把學生腦海中構想的結構直觀地展示在熒屏上，完善的數字模型不斷彌補腦海中殘缺的構想模型，刺激學生的視覺感官，激發學生的三維識別能力。此外，三維建模也是船舶在生產設計中非常重要的一個環節，在船舶結構美學的課堂教學中穿插船體結構三維建模也是讓學生了解在現在的造船過程中，如何運用現代化數字化科技去完成模船舶生產設計、型構建分析和模擬造船等任務。激發學生對專業學習的興趣，改善個別學生對學習船舶專業片面的認知，樹立正確的專業學習目標和規劃。

對船舶專業的學生來說，船舶結構美學是一門既重要又艱巨的專業課程，它需要學生以理論的平面圖紙為基準制作成落地的結構模型，對學生的理論基礎、空間想象能力和動手制作能力要求很高。Inventor是一個很好的教學輔助工具，它在課程教學中的應用，合理展示了船舶機構的三維模型、構建的機構、零部件的裝配等，讓學生在理解和制作過程中有更生動、更直觀的感受，將理論知識和實踐相連接，鞏固學生知識。Inventor是一個很好的臺階，讓學生在理解和轉化過程中更加方便和簡單，循序漸進地培養學生的綜合能力，提高船舶結構美學課程的教學成效。

◎編輯 王 敏