基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的中職《機(jī)械制圖》課程改革與創(chuàng)新研究

冷紫旭 趙東澤 趙子玉 王冬雪

摘 要：傳統(tǒng)的中職《機(jī)械制圖》課程采用課堂說教式教學(xué)，并配以多媒體技術(shù)進(jìn)行講解，這種教學(xué)方法使得知識變得相對枯燥，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)，打破以往的教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)造出虛擬的三維空間，使得學(xué)生在虛擬空間內(nèi)能自如地操縱機(jī)械零件，學(xué)習(xí)《機(jī)械制圖》的相關(guān)知識。

關(guān)鍵詞：中職 機(jī)械制圖 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0127-02

作為仿真技術(shù)的一種，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)的高度集合，具備感知性、交互性和自主性3個(gè)特征。感知性是指使用者除了具有視覺外，還具有聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等。成熟的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。交互性是指使用者對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)成的模擬三維空間內(nèi)物體的可操作程度和從模擬三維空間內(nèi)物體得到反饋的程度。自主性是指模擬三維空間內(nèi)的物體依據(jù)物理定律運(yùn)動(dòng)的程度。

《機(jī)械制圖》作為中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過有效的知識點(diǎn)教學(xué)和大量的實(shí)際操作，使學(xué)生在知識目標(biāo)上掌握機(jī)械制圖的基本知識，在能力目標(biāo)上具備機(jī)械類專業(yè)所必需的空間想象能力、繪圖能力、識圖能力和創(chuàng)新能力，在情感目標(biāo)上形成對《機(jī)械制圖》課程的學(xué)習(xí)興趣。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與中職《機(jī)械制圖》課程的結(jié)合，可以打破傳統(tǒng)教學(xué)中的諸多瓶頸，通過模擬三維空間的構(gòu)建，為學(xué)生提供了更加直觀的零件模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，使他們掌握最為直接的機(jī)械產(chǎn)品拆裝過程，以提升他們的空間想象能力、繪圖能力、創(chuàng)新能力等，為機(jī)械專業(yè)的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)，從而激發(fā)他們對機(jī)械學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情。

1 傳統(tǒng)的《機(jī)械制圖》課程中存在的問題

《機(jī)械制圖》作為中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，大部分學(xué)校都沿用了板書為主、多媒體技術(shù)為輔的傳統(tǒng)教學(xué)方法。教師在教學(xué)中普遍使用多年來在本課程中積累的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，例如：板書作圖和幻燈片的動(dòng)畫演示，教學(xué)成果并不顯著。因?yàn)橹械嚷殬I(yè)學(xué)校學(xué)生活潑好動(dòng)，且本課程中板書和繪圖較多，機(jī)械零件的形狀和機(jī)械產(chǎn)品的拆裝并不直觀，所以學(xué)生會明顯感到枯燥無味，從而對本課程提不起興趣。當(dāng)前，中等職業(yè)學(xué)?！稒C(jī)械制圖》課程急需改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過相應(yīng)的課程改革，提升教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與職業(yè)教育的結(jié)合

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛使用后，誕生的更高水平的多媒體技術(shù)，涵蓋了計(jì)算機(jī)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)模擬三維空間，通過多種傳感設(shè)備使用戶沉浸到它所創(chuàng)造的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)用戶與模擬三維空間的自然的交互。由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有巨大優(yōu)越性，它在各領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，在教育領(lǐng)域也不例外。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種全新的多媒體技術(shù)，將為教育領(lǐng)域注入新的活力和生機(jī)，一改以往的傳統(tǒng)教學(xué)模式，帶給教育前所未有的重大變革。

正因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著沉浸性高、人機(jī)交互性好、易操作等特點(diǎn)，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被應(yīng)用于職業(yè)教育，這既是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)快速發(fā)展的成果，也是現(xiàn)代職業(yè)教育技術(shù)發(fā)展的需要。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前應(yīng)用于職業(yè)教育中有教學(xué)仿真平臺、教學(xué)課件制作、虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺等。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課程改革方法

依托虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把《機(jī)械制圖》中學(xué)生感到抽象難懂的內(nèi)容，如機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、機(jī)械產(chǎn)品的拆裝等用直觀的、形象的三維模型展示出來，通過動(dòng)態(tài)演示方式給學(xué)生展示出逼真的零件結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課程制作的模擬三維空間與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，感知性、交互性和自主性更強(qiáng)，知識傳播速度更快。

《機(jī)械制圖》課程中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)，主要包括虛擬零件模型、虛擬拆裝等。虛擬零件模型的建立主要是展示零件的形狀及結(jié)構(gòu)。通過零件的模型展示，可以提高學(xué)生對機(jī)械零件的認(rèn)知能力。虛擬拆裝主要應(yīng)用在本課程的裝配圖學(xué)習(xí)過程中，傳統(tǒng)的裝配圖教學(xué)難以使學(xué)生深入其中，教師講起來比較困難，學(xué)生理解也比較吃力，而虛擬拆裝可以對減速器等機(jī)器的零件圖、裝配圖、裝配過程、工作原理等進(jìn)行虛擬三維空間中的動(dòng)畫演示，提供了可以對減速器等機(jī)器進(jìn)行虛擬拆裝的虛擬教學(xué)環(huán)境。

4 本課程改革與創(chuàng)新研究的意義

4.1 改善傳統(tǒng)教學(xué)方法

傳統(tǒng)教學(xué)方法下的中職《機(jī)械制圖》課程往往受到環(huán)境等條件的限制，難以使學(xué)生從課堂上學(xué)習(xí)到真正的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)和機(jī)械產(chǎn)品拆裝過程。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與《機(jī)械制圖》課程的結(jié)合，打造出與本課程相關(guān)的模擬三維空間，讓學(xué)生深入虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)本課程的知識點(diǎn)，從而突破傳統(tǒng)教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量。

4.2 節(jié)約教學(xué)資源和資金投入

借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感器技術(shù)等技術(shù)融為一體的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，相比于購買傳統(tǒng)教學(xué)方法下的教學(xué)設(shè)備，可節(jié)約大量教學(xué)資源和資金投入。因?yàn)槟壳按蟛糠种新殞W(xué)校的資金都比較緊張，能夠投入到《機(jī)械制圖》這類專業(yè)基礎(chǔ)課程上的經(jīng)費(fèi)少之又少，教學(xué)設(shè)備得不到及時(shí)更新，最終達(dá)不到理想的教學(xué)效果。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等搭建出模擬三維空間，使學(xué)生可以對機(jī)械零件和機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行學(xué)習(xí)和簡單操作，大大提高了教學(xué)效果，不同的教學(xué)場景只需通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行改變，這樣可節(jié)約大量教學(xué)資源和資金的投入。

4.3 提升教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力

從事中職的機(jī)械教育，必須跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，創(chuàng)新教育理念和教學(xué)機(jī)制，大力發(fā)展創(chuàng)新教育，培養(yǎng)更多的機(jī)械類創(chuàng)新人才?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的《機(jī)械制圖》課程，使學(xué)生不再受制于傳統(tǒng)教學(xué)中的條件限制，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造的模擬三維空間內(nèi)自如地進(jìn)行操作和訓(xùn)練，有效提升他們的空間想象能力，從而激發(fā)他們在機(jī)械領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。

5 結(jié)語

在以往的機(jī)械類教學(xué)中，學(xué)生始終處在兩種環(huán)境中，一種是知識經(jīng)驗(yàn)環(huán)境，另一種是書本、板書的文字環(huán)境，兩者通常相互脫離，即書本上的理論知識往往脫離于實(shí)踐操作?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的《機(jī)械制圖》課程改革，突破了傳統(tǒng)教學(xué)瓶頸，可以提高學(xué)生的識圖能力、空間想象能力和創(chuàng)新能力。目前在職業(yè)學(xué)校中的機(jī)械專業(yè)虛擬教學(xué)活動(dòng)的研究，也取得了很大進(jìn)展。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中職機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中有著令人鼓舞的美好前景，必將推動(dòng)如《機(jī)械制圖》這類機(jī)械專業(yè)課程的改革和創(chuàng)新教育的發(fā)展。

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