基于“理虚实一体化”的船舶管系课程实践

王飞显

（武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050）

船舶管系的生产与安装在船舶建造过程中工作量占比大、耗时长，是造船工程的重要内容之一。船舶的安全性、可靠性离不开船舶管路系统，从事船舶设计、建造的人员均要具备船舶管系基础知识，船舶管系课程应运而生，它是船舶动力工程技术专业、轮机工程技术专业的专业核心课程。课程课时不多但内容多样，要求学生掌握船舶管子的加工、管系的安装、管系识图与放样设计等内容。《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》强调要推动职业学校“课堂革命”，加强实践性教学[1]，传统的教学模式已无法跟进新时代的需求。针对船舶管系课程的改革问题，有学者提出了实施“项目驱动”、“教学做”一体化教学模式[2]，以及实体模型通过CAD 软件二次开发的参数化教学[3]。目前在较少的课时安排下，让学生掌握船舶管系课程理论知识、了解船舶智能制造先进技术、具备一定操作实践经验是学者们研究的问题，基于“理虚实一体化”的船舶管系课程更是没有。本文以船舶管系课程中的“管子的加工”实训课程为例，首次开展了基于“理虚实一体化”的课程教学实践研究，从理论基础知识、虚拟仿真软件、操作实践三个方面完成课程系统教学，并将船舶智能制造技术应用到教学过程中，取得了良好的教学效果。

1 “理虚实一体化”课程改革设计

船舶管系课程内容涵盖了管子的加工、管系的安装、管路系统原理设计、管系放样等。管子的加工实训用到了切割机、弯管机、校管平台，在设备操作使用上有一定的安全隐患；传统管系课程实训模式下需要用到大量的管子材料、昂贵的设备，势必会增加实训成本。因此，针对船舶管系的实训课程，在传统理论结合实践的教学模式基础上，增加虚拟仿真软件教学，采用基于“理虚实一体化”的教学模式，具有现实意义。

“理”指的是理论基础知识，可通过线上及线下模式教学。线上可采用智慧职教、超星学习通等云课堂，运用课程教学资源，如授课计划、ppt、动画、习题系统等，构成一套完整的学习模式。云课堂教学是对传统教学方式的一种改革，打破了时间和空间上的限制，创造更大的自由度，随时随地将教与学互联[4]。线下可通过任务引领的方式，给学生布置实训课题任务，引导学生自主学习。“虚”指的是虚拟仿真，借助虚拟仿真软件实施教学，如运用仿真系统软件完成弯管和校管过程模拟。虚拟仿真可以营造一种身临其境的学习体验，让学生在软件中不断摸索、反复练习，为实践教学做好准备工作，也节约了实训成本。“实”指的是操作实践，在“理”与“虚”的基础上再进行操作实践，能够强化学生的练习、巩固基础知识，并验证在“理”与“虚”中任务的完成情况，总结问题。操作实践包含了设备的操作使用，实物的加工、制作等。

通过“理虚实一体化”的系统教学，能解决传统教学模式中存在的理论和实践相分离的问题，让学生使用仿真软件的同时回顾理论知识，又能结合操作实践强化动手能力，提高学习兴趣，全方位掌握船舶管系课程内容，并了解船舶智能制造先进技术。

2 “理虚实一体化”课程实践

结合船舶管系课程的教学要求及船舶动力工程技术专业学生实际情况，以“管子的加工”课程为例，开展基于“理虚实一体化”的教学模式。通过任务引领的方式，以学生为主体，完成理论基础知识教学、虚拟仿真软件教学、操作实践教学，教学模式如图1所示。

图1 “理虚实一体化”教学模式图

2.1 理论基础知识教学

教师简单介绍实训课程，让学生了解实训课程内容，包含管子切割、弯管、校管。教师布置管子的加工任务，任务一要求学生依据图纸中的管子参数，写出详细的管子加工工艺流程，图纸如图2 所示。在教学过程中，教师起引导作用，为学生提供云课堂资源，让学生回顾理论知识并自主完成任务。

图2 管子加工图纸

2.2 虚拟仿真软件教学

2.2.1 弯管虚拟仿真教学

针对管子加工任务二，学生运用弯管机仿真系统软件，实现弯管工艺虚拟教学，软件主界面如图3所示。以弯管流程为主线，学生将管子参数输入到软件，创建三维模型。加载弯管机芯杆头、料夹、弯模，创建弯管虚拟环境。弯管机设备及模具操作、参数输入等虚拟操作与实际设备操作一致，实现接近真实的数控弯管机的模拟操作界面和加工设备。

图3 弯管虚拟仿真软件主界面

仿真过程中实时观察到了管道弯曲效果，如图4 所示。图（a）完成管子送进、加紧肋夹、加紧管夹，图（b）完成管子首段弯制，图（c）完成管子续弯。弯管工艺效果逼真，学生可根据图纸反复练习管道弯制，掌握弯管工艺流程。

图4 弯管虚拟仿真三维图

2.2.2 校管虚拟仿真教学

针对管子加工任务三，学生运用平台校管仿真软件完成校管。依次选择法兰划线、管子管段安装、法兰定位，学生只有选择正确的操作顺序才能进入到下一步操作，如图5所示。

图5 校管虚拟仿真图

操作过程中会显示当前步骤完成的内容及进度，加深了学生对校管流程的掌握。在校管仿真软件的3D模块中，学生还可以穿戴VR设备，在虚拟的校管场景中操作完成划线、安装、焊接工作，工程接近真实场景，将智能制造技术应用到了教学之中。

2.3 操作实践教学

将学生以6人为一组进行分组，选一名动手能力较强的学生作为小组长进行学习，然后以两人为单位进行操作实践和考核。学生根据任务四和任务五，完成管子切割、弯管的操作实践，锻炼学生的实操能力，并将虚拟仿真与操作实践联系对比。

2.3.1 管子切割的操作实践

针对管子加工任务四，学生按照任务一中计算得到的管子弯曲长度，运用MH-350 型号的液压半自动金属圆锯机床完成管子切割。设备实操中学生掌握了圆锯机床的操作流程，包括上料、出料，工件的夹持、松开、进刀、退刀、正切等，得到了特定长度的管段，用于下一步的弯管操作。

2.3.2 弯管的操作实践

针对任务五，采用三种不同型号弯管机分别操作，让学生全面了解弯管工艺，分别是手动液压弯管机、电动平台弯管机、单头液压弯管机，参数如表1所示。学生将管子装入弯管机后，操作手动液压弯管机的快慢手摇泵，通过液压作用完成手动弯管；操作电动平台弯管机，电源开启后轮模转动，配合压条完成自动弯管；运用微电脑控制单头液压数控弯管机，通过人机对话式操作，输入相应的参数，实现全自动弯管，经与任务二中的虚拟弯管比较，发现弯管过程一致、弯管效果较为接近。

表1 参数值

3 教学效果评价

基于“理虚实一体化”的管子加工实训课程的考核合格率达到了97%，取得了良好的教学效果。针对教学效果进行了课程教学满意度调查，学生对该教学模式下的实训课程表示认可，学习自主性大大提高。学生表示通过任务引领的教学方式，能清晰明确自己的学习思路及学习目的，在虚拟仿真软件中能不断练习。学生反馈在3D模式下通过VR操作设备特别逼真，接触到了船舶智能制造相关技术。“理虚实一体化”教学模式解决了传统教学模式下“难理解”“难实现”的问题，增加学生对学习的兴趣[5]。将船舶智能制造技术应用到课程中，为学生提供了接近现实的虚拟仿真环境，可以自主摸索与反复练习。然而，还有些地方也需要进一步的完善：

（1）虚拟仿真软件和实际的操作实践间还有一定差距，主要体现在设备型号、管材物料的差异。

（2）离实际企业的船舶管系智能制造还有一定差距，为了能让学生接触实际的船舶建造岗位工作，可通过校企共建船舶管系智能型实训基地[6]。既能让学生接触到现代智能化的船舶管系实训内容，又能让学生适应企业工作环境、培养实践技能，同时为企业输送专业的技术人才，形成共赢的局面。

4 结语

船舶管系课程需要将理论基础与操作实践相结合，针对目前的课程现状，对“理虚实一体化”教学模式展开应用研究。结果表明，该教学模式能将理论知识与实践教学更好的融会贯通，教学效果显著。提高了学生的学习主动性，加强了学生的专业素养、动手能力，以培养出适应企业需要的专业人才。在实践环节还可以采用校企合作共建船舶管系实训室的方式对学生展开进一步培训，成为能直接输送企业的技术人才。