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【本科教学】在线教学经验分享-线上线下混合+知识体系更新+工程能力提升,培育船海专业卓越工程师

发布时间:2020-06-28 10:48:00

线上线下混合+知识体系更新+工程能力提升,培育船海专业卓越工程师

交通学院船舶工程系  向祖权

一、课程概况

《船舶建造工艺学G》是海洋工程大类的核心专业必修课程,共40学时2.5学分。课程涵盖了船舶建造从生产准备到交船全过程的理论与方法,主要介绍造船工程概论、船体放样、构件号料、船体钢料加工、中间产品制造、船台装配,船舶舾装和涂装、船舶下水、船舶试验与交船等工艺阶段的内容、方法和工艺要求。

课程授课对象为船舶与海洋工程专业 “卓越工程师”培养ZY170126名学生,课程为国家级精品资源共享课程,网址为:http://www.icourses.cn/sCourse/course_4082.html教学方式采用线上自学和线下讲课(疫情下改为线上讲授)混合式教学法。

课程目标是通过本课程的学习,让学生了解国内外造船新工艺研究和应用动态;掌握船舶建造的基本理论、工艺原则、工艺装备、工艺方法和基本操作技能;初步具备从事船体生产设计和解决船舶建造实际工艺问题的能力,为今后从事船舶建造工程技术和管理工作以及进行相关的科学研究工作打下基础。

二、本次课程改革的根本目标

本次课程改革的根本目标主要是要达到以下3个目的:

1.在有限的课堂学时内系统完整地讲授课程教学内容

船舶建造工艺学涉及的知识面和知识点繁多,最近10年来学时基本上维持在64学时,2019年调整到56学时,今年降低到40学时(含4学时课堂试验),按照以往的教学方式要完成课程内容的系统性讲授几乎不可能,因此本次课改采用线上线下混合式教学法来弥补课堂学时不够的问题。

2.梳理课程知识体系,按自编教材内容组织教学

随着造船工艺技术的发展,船舶建造工艺方法产生了巨大的变化,目前教材中讲授的部分知识点过于陈旧,而新的技术和方法又没有得到及时更新。结合新编教材书稿,对课程知识结构体系和内容进行更新与完善,使课堂传授知识与造船企业现有最新技术同步,让学生了解最新的造船工艺技术与方法。

3.强化工程能力提升,培育船舶与海洋工程卓越工程师

本课程的授课对象是船舶与海洋工程专业卓越工程师试点班,“卓越计划”人才培养注重培养学生的工程能力和创新能力,本次课改的重心将围绕如何提高学生分析问题、解决问题的能力来进行。

三、课程改革的总体设计

本次课改的总体指导思想主要为:

1)充分利用课程线上资源,采用线上线下混合式教学方法。

2)以知识难点、重点为导向,进行课题授课和自主学习内容的取舍。

3)以知识拓展形式,增加最新造船工艺技术的讲解和研讨。

4)在课堂讲授中引入研讨、互动、项目导向等教学方式。

5)改革课程评价方式。

四、本次课改教学内容、方法、手段改革

1.课程内容更新情况

由于现有教材是2000年编写的,最近20年造船工艺技术突飞猛进,结合自己新编教材的书稿,上课内容整体更新率在50%左右,在课程内容更新上主要体现在以下方面:

1)在第一章中增加了造船工艺技术发展历程、我国造船工艺技术与国外的差距及具体体现、造船工艺技术的发展方向,以及现代造船模式下体现空间分道策略的造船工艺流程。

2)在第四章中增加了减小气割变形的工艺措施、自动型材切割流水线、边缘打磨、自动倒圆机、逆直线绘制实例、型材成形检验方法、万能弯板机加工工艺、辊弯机对中方法、三维数控弯板机、板材成形检验方法。

3)在第五章中增加了部件装焊工艺、中组立、总组立、肋板拉入法、片体化建造法、胎架制作实例、双层底分段船厂建造装焊工艺实例、顶边舱分段框架建造法和片体化建造法实例、大合拢装焊顺序、船台无余量装焊工艺、船台搭载变形与预防。

4)在第七章针对船体分段划分最新工艺技术进行了划分原则的更新、以实例方式展示了分段划分图、船台吊装顺序图、船台吊装定位线图的绘制要求与表达内容。

2.教学策略与方法

1)合理安排线上线下课时,解决课时严重缺失问题

本专业人才培养定位主要是面向船体建造,因此将第六章船舶舾装与涂装、第九章船舶试验与交船规定为课下自学,主要以了解为主。

对于好理解的非重点和难点内容,提前做好授课规划,一共安排了28学时用于学生在爱课程网上进行线上学习,36学时用于课堂讲授和拓展新的造船工艺。通过线上自主学习和线下课堂主讲的有机结合,既达到了以往64学时课堂讲授内容的效果,又补充拓展了最新的造船工艺技术。

2)优化课程知识体系,以知识拓展形式紧扣现代造船工艺技术

对现有船舶建造工艺相关知识体系进行梳理,摒弃过时的知识点,引入最新的工艺技术,合理分配各知识点的权重,优化知识体系结构。例如以往对手工放样中的理论型线和肋骨型线放样、数学放样原理与样条光顺、边缘切割各种加工方式原理等内容花费不少学时进行讲解,但目前这些内容已不是造船工艺的技术关键,因此本次课改均一笔带过,而对于片体化分段建造法、中组立、总组立、无余量上船台、船台搭载变形精度控制等最新工艺技术进行了重点拓展与补充。

3)注重多种教学方法的有机结合,激发学生学习兴趣

打破传统教学思维,改变过去课堂上教师一人唱独角戏的填鸭式教学局面,树立学生为主体,教师为主导的理念。采用课堂讲授、课下自学、线上自学、课堂提问检查线上自学效果、提交自学报告、课堂讨论等多种方法完成教学。在课堂讲授中,充分利用计算机、图片、视频、动画等现代化技术手段与资料辅助教学,根据知识点性质不同,灵活应用探讨式、项目导向式、启发式、互动式等教学方法,激发学生学习热情。

4)以工程实例为引导,科研服务教学,培养学生工程应用能力与创新意识

在讲述船体构件机械剪切、气割等工艺原则时,用典型案例进行讲述,让学生更加容易理解并记住工艺原则;将船舶先进制造技术团队在数控肋骨冷弯机、数控弯板机、数控胎架、数控样条等方面的科研成果引入型材和板材的自动化加工部分的讲述,培养学生创新意识;在讲述分段建造、船体分段划分原则时,除讲授基本原理和工艺原则外,结合船厂实际建造项目,启发学生应用课堂上讲述的基本方法解决实际工程问题,培养学生分析问题、解决问题的能力。

3.具体改革方法举例

1)以船厂鸟瞰图、平面布置图为平台,介绍船舶建造工艺主要阶段及其工作内容

在第一章讲述船舶建造工艺阶段时,以往就是直接告诉学生船舶建造主要工艺阶段分为生产准备、构件加工、中间产品制造、船舶总装、船舶下水等阶段,学生由于初次接触,对船舶建造一无所知,因此在理解上存在一定困难。本次课改以日本大岛造船厂的总体布置图(如图1所示)为平台进行讲解,取得了非常好的教学效果。

           

 

 

 

                      

                                                                             

                                                                                          1 大岛造船厂布置图

 

对照厂区布置图来讲述船舶建造工艺阶段,可以让学生建立整个建造工艺过程的整体概念,明晰造船物料的流向,每个工艺阶段的完成区域,各工艺阶段需要哪些关键工艺装备,更重要的是可以结合船舶车间的具体布置,向学生介绍现代造船模式下成组技术和空间分道的内涵,特别是“空间分道”,对于学生来说是非常难以理解的,但结合图1来讲解,就会变得非常易于理解。

2)线下自学分段基本建造方法,以甲板分段为例,互动式讲述其装焊工艺

提前要求学生课前在爱课程网上学习分段类型定义、分段装焊基本方法中的插入法、放射法、框架法、分离法的原理、优缺点和适用情形。

                     

                   

                                               

                  图2 甲板分段结构图              3 分段装焊方案一

 

课堂上首先以提问的形式,考查学生对各种装焊方法的理解情况;然后补充讲解肋板拉入法、片体化建造法的装焊原理;然后给出了甲板分段的结构图,以提问方式,一步步启发学生读懂图纸,让学生对分段结构特点、纵横构件交叉断续状况、不同船体构件的数量有了全面的理解;然后以互动教学方式引导学生应用线上自学的各种分段建造方法,从建造基面、工艺装备、装焊顺序等方面提出自己的分段建造方案,并对学生提出的方案进行可行性和合理性点评;最后用动画的形式,针对该分段的建造展示了四种不同的装焊工艺方案,并对四种方案的优缺点和适用性进行了分析和对比,让学生明白同一个建造任务,可以有不同的建造工艺方法,但一定要根据建造对象的特点、船厂的生产条件、精度控制要求等方面来制定最优的方案。

3)以具体项目为导向,培养学生工程应用能力和创新意识

教材上讲述的分段建造案例,为了配合基本原理的理解而采用结构非常简单、构件数量不多、尺寸也不大。随着船舶大型化发展,船厂建造的船体分段越来越复杂,其装焊工艺和教材上讲述的方法差异很大,学生如果一味套用教材上的方法,到了实际工作中将无所适从,因此本次课改以青山船厂承造的38000T散货船的505C双层底分段建造为例,引导学生要在掌握基本建造方法的基础上,推陈出新,为该分段的建造提出创新性装焊方法。

                     

 

 

4 双层底分段结构图                   5 揭掉外底板和纵骨后的分段结构图

 

    如图4和图5所示,该分段结构相当复杂,构件数量繁多,如果还是采用教材上讲述的装焊工艺,分段建造周期会很长、焊接变形不易控制,施工条件也不好,因此给学生讲解了采用片体化建造的思路及其工艺过程。

 

                6 分段片体化分解方案

 

 

课堂上不仅讲解了如何对该分段进行片体化分解,而且讲述了为什么要这样来建造,这样建造的优势在哪里,也详细论述了其建造工艺过程。通过该实例,很好地培养了学生具体问题具体分析,灵活应用所学知识,创新性地提出工程解决方案的能力和意识。

4)分段划分工艺原则导向,结合工程实例,训练学生工程应用能力

针对卓越工程师班培养计划没有“船舶建造工艺学课程设计”这个实践环节,导致其毕业设计过程中进行船体分段划分时无所适从,分段划分图不知如何表达等问题,本次课改在以往只是单纯讲解分段划分工艺原则的基础上,以14000T散货船的分段划分为例,论述了如何灵活应用限制分段最大重量原则、原材料最大尺度原则、船体结构强度合理性、施工工艺合理性等工艺原则来进行分段划分,同时详细讲解了分段划分图的绘制要求,表达内容等,为毕业设计和学生参加工作打下了坚实的基础。

  

                        

                                         图7 分段划分图的绘制与表达

5)将团队研究成果与课程教学紧密结合,激发学生创新潜能

将团队在解决造船瓶颈技术“三弯一焊”(数控肋骨冷弯加工、数控复杂曲度冷弯加工、数控弯管、自动化焊接)中的研究成果,结合课程第四章船体构件加工进行讲述,重点介绍了船体构件加工中存在的旁弯、倒边、回弹、自动检测等问题及其解决关键技术,引导学生如何分析工程问题并提出创新性的解决方案。

4.课程考核方式改革

考核方式采用笔试(考查)、平时成绩、实验综合评价方式,总评计算方式如下:

综合总评成绩=笔试成绩×65%+(考勤成绩×25%+作业成绩×25%+线上自学报告成绩×25%+课堂表现成绩×25%)×30%+试验成绩×5%

具体设计如下:

1)笔试、平时成绩、线上自主学习、实验各自按100分量化;

2)笔试试卷包含AB两个部分内容,A部分为老师课堂讲授内容,分值为80分;B部分为学生线上自主学习内容,分值为20分。笔试成绩占总评成绩的65%

3)平时成绩包含考勤、课后作业、线上自学报告、课堂表现(含课堂回答问题、互动、研讨等方面表现)4个方面,每个方面按100分量化,每个方面占平时成绩的25%;平时成绩占课程总评成绩的30%

4)试验成绩由实验室老师按100分量化打分,占课程总评成绩的5%

与之前的考核方式相比,本次考核方式改革的优势主要体现在以下几个方面:

1)与以往考题类型相比,本次考题类型取消了填空题、名词解释、简答题,以综合应用题为主,避免了学生死记硬背,主要考察学生对基本知识和工艺方法的灵活应用,强调学以致用。

2)考核内容加入自主线上学习部分,结合课堂上有针对性地对自主线上学习内容进行提问,可以起到督促学生完成线上自学任务的作用,以往对于自学内容均不进行出题考核,学生学了还是没学,没有办法进行评估。

3)平时成绩以往主要是考核出勤和作业情况,本次课改加入了线上自学报告和课堂表现,从整个教学过程来看,学生线上自学后均按规定提交了自学报告,起到了良好的督促学生完成线上学习的作用,而且课堂回答问题情况良好,在超过50次的提问过程中,只有1个学生被点名回答问题时,不在线,其它时候均在线且基本上能正确回答问题。

五、总结

本次课改主要针对教学内容、科研服务教学、教学方法、考核方式展开,大量的船舶建造现场工艺图片、视频和动画贯穿整个课程PPT,让教学难点和重点变得易于理解,即加深了学生对特定建造工艺方法的理解,也让他们直观地了解到将来就业的工作环境和工作内容。以工程案例为载体,结合探讨式、启发式、互动式等教学方法,提高了学生的参与度和学习兴趣,学生的创新能力、工程实践能力和工程素养得到了一定程度的提升,通过本课程的学习,让学生了解了船舶建造工艺技术的发展动态,掌握了船舶建造各工艺阶段的工作内容和主要方法,为后续的课程设计、毕业设计打下了良好的基础,并具备了从事船舶建造工程设计和制造的必备理论与技能。

在取得良好改革成效的同时,亦存在一些不足之处:

1)由于课程总学时从去年的56学时断崖式减少到今年的36学时,尽管采用了线上线下混合式教学方法,用线上自学弥补了部分学时的缺失,但第一次按照36学时组织教学,在教学内容取舍和教学进度安排上存在部分不合理的地方,有时候为了赶进度,出现开快车的现象。

2)由于疫情的影响,本来想更新实验课程内容的想法未能实现,继续沿用了以往的实验项目,只能在明年的教学过程中去改革。

3)由于疫情的特殊性,采用腾讯会议线上教学方式,由于不是面对面授课,仅闻其声,从未谋面,在师生情感交流方面存在缺失。总感觉课上完了,却没有以往那种“教书育人”的成就感。

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