1、OBE理念下“线上线下，虚实结合”的轮机动力设备拆装实践课程教学研究王明峰李聚宝43OBE理念下“线上线下，虚实结合”的轮机动力设备拆装实践课程教学研究王明峰李聚宝（广州航海学院轮机工程学院广东广州510 7 2 5）摘要：针对当前轮机工程专业实践课程存在的一些问题，动力拆装设备更新速度慢，与实船应用有明显差异，且在新冠疫情背景下，无法及时有效组织实船和实物训练，文章以OBE为核心理念，借助虚拟仿真装配技术，构建“课内+课外”、“线下+线上”、“现实+虚拟”的混合式新型教学模式，希望培养出能胜任现代化船舶工作的合格轮机员。关键词：OBE虚拟仿真装配轮机工程1引言OBE先进教育理念与新工科建设和
2、发展相呼应，为新形势下的轮机工程专业学科建设提供了新思路。虚拟仿真教学是OBE理念的应用典范，是教育信息化建设的具体实践。我国制定的加快推进教育现代化实施方案（2 0 18 2 0 2 2 年）中指出，要着力构建基于信息技术的新型教育教学模式，促进信息技术与教育教学深度融合，开展国家虚拟仿真实验教学项目等建设。虚拟仿真装配教学融合前沿信息科技技术与工科实践教学，具有感官真实、体感强和操作逼真的特点，丰富了学习资源，适应了现代教育技术的发展，保证了教学效果，是培养适应新时代船员的强有力工具，促进航运行业的发展。2动力设备拆装新实训平台建设动力设备虚拟装配系统主要有3个场景，即机舱漫游场景、零件库
3、场景和拆装场景。机舱漫游场景可以展示机舱的整体情况，可对每个设备的运行、连接情况和安装处所等全局展示。零件库场景可以展示每个设备子零件库，包含主要关键零部件，并有每个部件的外观、尺寸、性能等参数显示。拆装场景提供多种培训模式，针对不同学员匹配相应等级的智能化操作，能对零部件进行正向组装成整机，和整体反向拆解零件。2.1手势识别技术收稿日期：2 0 2 3-0 3-15作者简介：王明峰（19 7 2-），男，河南省人，高级轮机长，研究方向：轮机工程及虚拟仿真。传统的动力设备虚拟装配系统内浏览和操作，大多都是基于方向键、摇杆、触摸屏等常规的操纵方式，本系统加入了采用计算机视觉的手势识别操作方式，采
4、用基于瑞芯微RK3568的核心控制单元，双目摄像头采集手动作图像，基于OpenCV计算机视觉和机器学习软件库开发手势识别软件。手势图像采集后去噪，特征信息增强，去除多重背景亢余信息，利用分割算法分离出手势信息，提取多种手势特征参数，进一步分类和描述，再通过手势识别算法和模型对目标手势进行识别。手势控制单元最终将预动作控制命令和位移信息发送给3D动力设备虚拟装配系统，控制其完成相应动作。借助手势识别技术，赋予用户直接逼真的操控体验，灵活切换场景和操控视角，提高在漫游空间里自由行走的沉浸感。2.2动力设备机舱漫游场景本系统以大型集装箱船实船机舱为基础，采用3DMAX构建了整体和设备的三维模型，船体
5、结构、机舱布局、设备参数等为基本参考实物。而且，对很多局部细节深度刻画，特别是实操考证培训相关的设备和零件，提高和保证了系统的真实性。Unity3D能满足实时三维内容煊染创作展示，打造可视化产品，响应速度快，交互式运营，是虚拟体验强的3D通用平台。机舱大量模型构建后，导入进Unity，处理机舱漫游场景和交互操作动作，学员带入感强，无太多不适应感。采用高效的碰撞检测机制，合理控制摄像机，应用三维拾取控制算法在虚拟空间内操控多种交互点。部分虚拟现实界面，如图1所示。442.4装配场景学员可以打开设备背景，如身临真实的动力设备机舱环境，全方位体验装配过程，可肉眼观察，通过手势或者鼠标键盘等多种方式操
6、作虚拟零件。也可以关掉背景，排除可能干扰，在空旷环境内，天津航海2023年第2 期系统包含机舱的几大主要系统，主要由模拟机舱集控台、PMS系统、主机遥控系统、压缩空气系统、燃油供应系统、压载水系统和水雾灭火系统等几部分组成，可以开展机舱内多系统原理、工作逻辑、日常操作的业务训练，操作员获得如临其境的机舱真实场景。在虚拟漫游中，不断体验和学习各种设备的外部形态、连接协同方面的知识内容，还（a）主机舱四层虚拟现实界面可以交互式操作，借助对话提示框或者语音辅助功能，获得专业知识的深度讲解，为培训者提供了新型自主学习平台，大大地扩展了训练内容。2.3零件库场景船舶动力设备机舱设备种类和数量众多，按照设
7、备工作的关联紧密程度，划分为多个大系统，如主机控制系统、燃油日用系统、滑油日用系统、高（b）舵机虚拟现实界面温淡水系统、低温淡水系统和高压空气系统等等。每个大系统内有多个设备集合，每个设备有子零件集合。根据以上关系，整个零件库按照树状结构组织。操作学员可找到设备，再进一步找子零件，也可以按照零件名去搜索，同名的零件也有备注设备归属信息。然后就可以操作零件3D模型，从尺寸、属性等不同方面去学习。（c）主发电机虚拟现实界面每个设备整体模型，是由众多子零件3D模型组合而成。子零件3D模型包含外观和尺寸信息、定位和关联信息、物理属性信息三种信息。依据零件图纸，可以生成外观和尺寸信息。物理属性信息能体现
8、零件材料特性、接口类型、表面纹理、色泽等信息，充实零件模型，赋予真实感觉。零件之间定位和关联信息，能引导操作者找到零件间的约束，快速地组装操作。柴油机的主要部件，如图2（d）燃油单元虚拟现实界面图1动力设备机舱部分漫游场景燃烧室部件缸盖缸套活塞组件连杆曲轴主轴承机架机座图2 柴油机各主要部件组成图专心完成装配任务。拆装动画展示功能，可供学员逐步了解和掌握设备的组成结构、拆装顺序和拆装流程，并对设备的工作流程和特点也做了基本介绍。虚拟拆装部分软件截图，如图3所示。所示。柴油机各主要部件曲柄连杆机构主要固定件贯穿螺栓OBE理念下“线上线下，虚实结合”的轮机动力设备拆装实践课程教学研究电喷二冲程主机
9、驾能检修模双系统或装的零件。考试功能。设置拆装的设备对象，限定考试时间，后台也可以观察和录像记录，并对每一步的操作过程自动评分。2.5混合式新型教学模式a主机纵向半剖图努力开展和实践基于OBE理念的新工科建设，冲程主机智能检修楼拟系统设计项目式学习教学模式。将船舶动力设备拆装课程设置为若干个项目，细化每个项目的学习成果、课程方案、评价体系和拓展应用。建立“课前预习考核、实验操作表现、实验过程考核、课程效果评价”全过程课程评价体系，教学完成后，进行教学效果问卷调查，并进行总结，对教学过程中存在的b主机三维展示问题进行改善。荣油机折装动力设备拆装新实训平台，在应用中被不断改铺助机械拆装挖机拆装空压
10、机拆装分油机拆装主机与轴系清量电工彩量护c拆装系统主界面参考图MTITT王明峰李聚宝智能提醒功能。学员在学习和练习阶段，每一步的操作过程，都能够主动提醒和引出下一步要拆进和完善，与现有的船舶主机拆装和辅机拆装实验室优势互补，从实验装备上保证轮机工程专业的教学实践开展，培养出符合现代化船舶需要的合格轮机员。3结束语在OBE理念的指导下，以虚拟仿真技术为平台，结合现有的实验设备，建立了“课内+课外”、“线下+线上”、“现实+虚拟 的混合式新型教学模式，改革了学生评价体系，设置了教学效果反馈通道，为培养出优秀的轮机员提供了可靠保障。45气闯机格快险参考文献1刘勤安，邢辉基于OBE工程教育模式的 船舶
11、柴油机 课程教学d拆装系统子界面参考图改革 J高教学刊，2 0 18(7)：32 邢辉，毕鹏杰，刘勤安基于成果导向教育（OBE)的轮机工程专业教学改革 J航海教育研究，2 0 17(1)3胡凡迪。基于OBE理念的项目式学习教学模式设计与应用研究D.辽宁师范大学4吴洁、范世东、杨志勇、朱汉华。新工科背景下轮机工程专业实验实训平台建设 J航海教育研究，2 0 2 0，37(4)：65高跃峰，张均东，赵俊豪，等虚实结合船舶柴油机拆装实验教学实践 J航海教育研究，2 0 2 1，38(4)：6e空压机拆装场景参考6王永坚，陈景锋“虚实结合”轮机工程专业船员实操模式探究J集美大学学报：教育科学版，2 0 12，13(2)：57叶晓华，刘招安“船舶辅机”“互联网+”混合式教学改革的研究与实践 J青岛远洋船员职业学院学报，2 0 188杨万霞，”互联网+背景下高校虚拟仿真实验教学体系的构建与应用 J吉林省教育学院学报，2 0 2 1，37(2)：49于生慧，花莉，张蕾，等.OBE理念导向的虚拟仿真混合教学体系的构建一-以固体废物处理与处置课程为例 J广东化工，2021,48(12):210 佟伶基于OBE理念的线上线下混合式羽毛球教学模式的构建与f分油机拆装场景参考实践分析 J，当代体育科技，2 0 2 2，12(5)：3图3虚拟拆装部分软件截图
