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[摘要]针对船舶电气类课程现有教学模式及其实训平台的不足，建立新型高效、高性价比、可编辑可扩展可移植的模型库和生动逼真的仿真平台，同时首次提出强大的虚拟模型库与3D打印技术相结合的微课堂来提升未来航海教育在应对新的竞争形势时的一种解决思路和实现途径，是我们对航运船舶电气类相关课程培训模式和未来船员职业规划的大胆尝试和可行性探索。也是未来必然的发展趋势。
[关键词]微教学课堂；三维虚拟教模；虚拟模型库；3D打印技术；船舶电气；培训模式
引言
现代船舶无论从容量还是规模上都不断扩大，机电设备不断的更新换代，保护装置日益复杂，对船电管理人员的管理水平和要求越来越高。如何在教学中提高船员的船电管理意识和运行维护水平，有利于提高船舶电力系统运行的安全性、稳定性、可靠性和经济性，成为了轮机学员船舶电气培训的重中之重和迫切要求。
船舶电站在绝大多数情况下都是正常运行状态，船电管理人员难以在正常操作和事故处理中得到充分训练。在当前的船舶电气类教学模式下采用传统黑板+挂图+多媒体提出了挑战，缺乏对船舶电站的感性认识积累与操作处理故障思维的启发与诱导。以微课程技术和信息化网络环境为依托，借助虚拟现实的实现方式，强大的虚拟模型库与3D打印技术相结合的微课堂是现有的微教学课堂视频、文字、图像、PPT等教学模式的补充和扩展，该课题的研究和探索将对未来微课程教学的展示方式和互动模式具有划时代的意义，是未来航海教育综合发展的需要和趋势。该研究成果将更好地服务于船舶驾驶和轮机等电气设备相关技能培训的需要，为实现双证复合型船员培训即驾机合一的航海教育和培训模式做前瞻性的探索和调研。最后，在3D打印技术与模型库结合的基础上提出一种新的设计和产品原型制造方法来提升航海教育在应对新的竞争形势时的一种解决思路，为新型船舶模拟器的研发设计提出一种新的设计思路和实现途径。
1船舶电气类虚拟教学平台
船舶电气类虚拟教学平台设计流程图如图1所示。船舶电气类虚拟教学平台构建方法如下
在Pro/e 5.0/3DS MAX/VRML编辑软件中建立船舶电气类虚拟教学平台所需各个系统的三维模型，用VRML语言、Java脚本语言对导出的虚拟场景.wr1文件进行修改、拓展，设置交互功能及实现船舶电气设备虚拟操作的编写，在Cult3D上实现虚拟交互控制功能，实时渲染服务器端的数据文件，在远程客户端逐帧、实时地显示3D图形，在Web上实现完整的虚拟现实仿真系统，达到界面友好、操作简单、功能完善、生动逼真、实时交互性强的要求。利用三维模型转换软件将模型格式统一成通用的三维模型的描述文件格式，通过内置嵌入接口语言Java和Javascfipt，增加VRML的共享性和交互性，构建模型库和通用的仿真软件可以嵌套和对接。采用模型化和虚拟交互控制技术构建船舶电气类虚拟教学平台，将机舱虚拟动态设备模型和仿真软件包移植到支持虚拟可视化的网络平台，通过交互控制和模型优化技术，提供学员多角度全方位地实时仿真和直观互动操作，为构建新型船舶电气类虚拟教学平台提供了全新的技术手段和科学直观的论证视野。对场景中的视点绑定、视点动画、信息交互等关键技术实现船舶电气类虚拟教学平台开发（如图2所示），同时利用模型优化来减少场景文件的复杂度。图2船舶电气类虚拟教学平台开发虚拟漫游图
三维图形生成和显示的实时性是产生虚拟现实感觉的首要条件，要使其在网络上实现快速的传输、数据交换和实时交互，这就要求计算机生成的三维场景文件和数据计算量相当的小。例如把机舱内的舱室分为：集控室、发电机室、甲板等，利用场景分块技术可有效地降低场景的复杂程度。在VrmlPad中进行代码的调试和浏览测试，并利用代码优化软件和LOD技术进行代码的优化和程序的完善。如使用原型、多使用简单节点造型、利用GZIP工具压缩文件等来简化场景，提高渲染速度。借助三维虚拟模型库，在船舶电气设备微教学授课中能将复杂的机电设备的外形与内部结构、复杂的操作过程，以及相互贯通的变化趋势，装配体中零件之间的衔接关系，加上三维虚拟模型漫游和可动态截切模型效果（如图3所示机舱空压机虚拟漫游由远及近示意图），能使学生深入了解零件各部分结构，充分展示教学知识的重难点，使其更加清晰、生动、形象，学生的感性认识增强。同时借助高效、便捷、跨领域的网络化平台，不受空间和时间的限制，可以从三维模型库里直接调用、拉伸、旋转、放样、抽壳、倒角、优化、LOD等实体造型变换，方便快捷地创建任何复杂三维虚拟场景和繁杂多样的大型实体模型后期维护更新。学生可以根据自己的学习方式和接受能力进行自主互动学习，所获得的信息是海量的，途径是多样的。
3三维虚拟教模
船舶电气虚拟教模是一种全新的辅助教学模式，是信息技术高速发展到一定阶段对现代教育模式的冲击和教学高速信息化的推广。虚拟教模是以三维为主，注重学员参与互动的二次建模开发，培养学生的综合设计和实践能力，以船舶电气类科研促进教学环节的改革，使得电气类课程的学习变得更为形象、直观、可视化，提高教学效率和精确度。
在3D打印技术与模型库结合的基础上提出一种新的设计和产品原型制造方法来提升航海教育在应对新的竞争形势时的一种解决思路（如图4主机机旁操作视频截图和虚拟教模展示），也是为新型船舶模拟器的研发设计提出一种新的设计思路和实现途径。既是虚拟现实仿真技术自身发展的要求，也是未来航海教育综合发展的需要和趋势。同时将该研究成果更好地服务于船舶驾驶和轮机等相关电气技能培训的需要，对于推广和构建新型的船舶电气虚拟教学模式改革具有里程碑的探索和启发意义。
4微教学课堂
船舶电气设备微教学视频制作流程图如图5所示。
随着信息技术的发展和教学规模的扩大，传统的模式存在某些难以突破的瓶颈，需要探索新的教学模式，船舶电气类课程的教学模式将由传统的偏重理论讲述转向以网络和虚拟现实技术为依托的虚拟教学模式，特别是基于三维虚拟模型库的微教学课堂诞生将开辟一种新的技术架构，提高大规模虚拟教学活动的性能，推动船舶电气类课程虚拟教学模式的改革和长足发展。强大的虚拟模型库与3D打印技術相结合的船舶电气设备微教学课堂为虚实交互操作模型的研发做理论探索和知识支持，有利于电力推进船型的电气设备更新换代、船舶中高压电站的控制和研发、船舶电气设备控制技术的提高和理论探索（如图6手动并车视频截图、图7锚机机旁操作虚拟演示视频截图）。微教学课堂提供生动形象交互操作，方便远程教学的实现，有利于弥补传统教学方式的不足，是轮机工程专业资源库建设的后续拓展和延伸补充，是教学改革模式和新型教学方式的探索，是云数据云技术综合传统教学资源合理利用的技术尝试，中英文双语教学改革的初探，有别于传统中文教学模式的探索，有助于新时代大学生走出国门、走向世界，成为国际上双语复合型船舶电气管理船员。
5结论
航运各界人士和全国各大航海院校教育改革的再挖掘，特别是可持续性教学资源优化配置、教学改革升级乃至模式转型创新，协同相关航运领域同步变革，优化及改进现行的教学模式来满足日益增长的船舶电气特定应用的教学需求是一个值得研究的领域，有着较强的实际意义和实践价值。本课题研究船舶电气仿真微课程教学探析既是虚拟教学学习的践行者，又是未来教育新模式的倡导者。不仅仅是弥补传统教育的不足，而是未来航运教育新模式的开启，更是现代教育改革的未来走向和使命。提高未来航运教育的技术创新和高水准、国际化教学模式研发，利于复合型船员船电管理能力的成长和提高。
[关键词]微教学课堂；三维虚拟教模；虚拟模型库；3D打印技术；船舶电气；培训模式
引言
现代船舶无论从容量还是规模上都不断扩大，机电设备不断的更新换代，保护装置日益复杂，对船电管理人员的管理水平和要求越来越高。如何在教学中提高船员的船电管理意识和运行维护水平，有利于提高船舶电力系统运行的安全性、稳定性、可靠性和经济性，成为了轮机学员船舶电气培训的重中之重和迫切要求。
船舶电站在绝大多数情况下都是正常运行状态，船电管理人员难以在正常操作和事故处理中得到充分训练。在当前的船舶电气类教学模式下采用传统黑板+挂图+多媒体提出了挑战，缺乏对船舶电站的感性认识积累与操作处理故障思维的启发与诱导。以微课程技术和信息化网络环境为依托，借助虚拟现实的实现方式，强大的虚拟模型库与3D打印技术相结合的微课堂是现有的微教学课堂视频、文字、图像、PPT等教学模式的补充和扩展，该课题的研究和探索将对未来微课程教学的展示方式和互动模式具有划时代的意义，是未来航海教育综合发展的需要和趋势。该研究成果将更好地服务于船舶驾驶和轮机等电气设备相关技能培训的需要，为实现双证复合型船员培训即驾机合一的航海教育和培训模式做前瞻性的探索和调研。最后，在3D打印技术与模型库结合的基础上提出一种新的设计和产品原型制造方法来提升航海教育在应对新的竞争形势时的一种解决思路，为新型船舶模拟器的研发设计提出一种新的设计思路和实现途径。
1船舶电气类虚拟教学平台
船舶电气类虚拟教学平台设计流程图如图1所示。船舶电气类虚拟教学平台构建方法如下
在Pro/e 5.0/3DS MAX/VRML编辑软件中建立船舶电气类虚拟教学平台所需各个系统的三维模型，用VRML语言、Java脚本语言对导出的虚拟场景.wr1文件进行修改、拓展，设置交互功能及实现船舶电气设备虚拟操作的编写，在Cult3D上实现虚拟交互控制功能，实时渲染服务器端的数据文件，在远程客户端逐帧、实时地显示3D图形，在Web上实现完整的虚拟现实仿真系统，达到界面友好、操作简单、功能完善、生动逼真、实时交互性强的要求。利用三维模型转换软件将模型格式统一成通用的三维模型的描述文件格式，通过内置嵌入接口语言Java和Javascfipt，增加VRML的共享性和交互性，构建模型库和通用的仿真软件可以嵌套和对接。采用模型化和虚拟交互控制技术构建船舶电气类虚拟教学平台，将机舱虚拟动态设备模型和仿真软件包移植到支持虚拟可视化的网络平台，通过交互控制和模型优化技术，提供学员多角度全方位地实时仿真和直观互动操作，为构建新型船舶电气类虚拟教学平台提供了全新的技术手段和科学直观的论证视野。对场景中的视点绑定、视点动画、信息交互等关键技术实现船舶电气类虚拟教学平台开发（如图2所示），同时利用模型优化来减少场景文件的复杂度。图2船舶电气类虚拟教学平台开发虚拟漫游图
三维图形生成和显示的实时性是产生虚拟现实感觉的首要条件，要使其在网络上实现快速的传输、数据交换和实时交互，这就要求计算机生成的三维场景文件和数据计算量相当的小。例如把机舱内的舱室分为：集控室、发电机室、甲板等，利用场景分块技术可有效地降低场景的复杂程度。在VrmlPad中进行代码的调试和浏览测试，并利用代码优化软件和LOD技术进行代码的优化和程序的完善。如使用原型、多使用简单节点造型、利用GZIP工具压缩文件等来简化场景，提高渲染速度。借助三维虚拟模型库，在船舶电气设备微教学授课中能将复杂的机电设备的外形与内部结构、复杂的操作过程，以及相互贯通的变化趋势，装配体中零件之间的衔接关系，加上三维虚拟模型漫游和可动态截切模型效果（如图3所示机舱空压机虚拟漫游由远及近示意图），能使学生深入了解零件各部分结构，充分展示教学知识的重难点，使其更加清晰、生动、形象，学生的感性认识增强。同时借助高效、便捷、跨领域的网络化平台，不受空间和时间的限制，可以从三维模型库里直接调用、拉伸、旋转、放样、抽壳、倒角、优化、LOD等实体造型变换，方便快捷地创建任何复杂三维虚拟场景和繁杂多样的大型实体模型后期维护更新。学生可以根据自己的学习方式和接受能力进行自主互动学习，所获得的信息是海量的，途径是多样的。
3三维虚拟教模
船舶电气虚拟教模是一种全新的辅助教学模式，是信息技术高速发展到一定阶段对现代教育模式的冲击和教学高速信息化的推广。虚拟教模是以三维为主，注重学员参与互动的二次建模开发，培养学生的综合设计和实践能力，以船舶电气类科研促进教学环节的改革，使得电气类课程的学习变得更为形象、直观、可视化，提高教学效率和精确度。
在3D打印技术与模型库结合的基础上提出一种新的设计和产品原型制造方法来提升航海教育在应对新的竞争形势时的一种解决思路（如图4主机机旁操作视频截图和虚拟教模展示），也是为新型船舶模拟器的研发设计提出一种新的设计思路和实现途径。既是虚拟现实仿真技术自身发展的要求，也是未来航海教育综合发展的需要和趋势。同时将该研究成果更好地服务于船舶驾驶和轮机等相关电气技能培训的需要，对于推广和构建新型的船舶电气虚拟教学模式改革具有里程碑的探索和启发意义。
4微教学课堂
船舶电气设备微教学视频制作流程图如图5所示。
随着信息技术的发展和教学规模的扩大，传统的模式存在某些难以突破的瓶颈，需要探索新的教学模式，船舶电气类课程的教学模式将由传统的偏重理论讲述转向以网络和虚拟现实技术为依托的虚拟教学模式，特别是基于三维虚拟模型库的微教学课堂诞生将开辟一种新的技术架构，提高大规模虚拟教学活动的性能，推动船舶电气类课程虚拟教学模式的改革和长足发展。强大的虚拟模型库与3D打印技術相结合的船舶电气设备微教学课堂为虚实交互操作模型的研发做理论探索和知识支持，有利于电力推进船型的电气设备更新换代、船舶中高压电站的控制和研发、船舶电气设备控制技术的提高和理论探索（如图6手动并车视频截图、图7锚机机旁操作虚拟演示视频截图）。微教学课堂提供生动形象交互操作，方便远程教学的实现，有利于弥补传统教学方式的不足，是轮机工程专业资源库建设的后续拓展和延伸补充，是教学改革模式和新型教学方式的探索，是云数据云技术综合传统教学资源合理利用的技术尝试，中英文双语教学改革的初探，有别于传统中文教学模式的探索，有助于新时代大学生走出国门、走向世界，成为国际上双语复合型船舶电气管理船员。
5结论
航运各界人士和全国各大航海院校教育改革的再挖掘，特别是可持续性教学资源优化配置、教学改革升级乃至模式转型创新，协同相关航运领域同步变革，优化及改进现行的教学模式来满足日益增长的船舶电气特定应用的教学需求是一个值得研究的领域，有着较强的实际意义和实践价值。本课题研究船舶电气仿真微课程教学探析既是虚拟教学学习的践行者，又是未来教育新模式的倡导者。不仅仅是弥补传统教育的不足，而是未来航运教育新模式的开启，更是现代教育改革的未来走向和使命。提高未来航运教育的技术创新和高水准、国际化教学模式研发，利于复合型船员船电管理能力的成长和提高。