AR技術(shù)在機(jī)械制圖中的應(yīng)用探究

王小芳

摘 要：在課堂教學(xué)中使用AR機(jī)械制圖APP，改變了教師的授課方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)習(xí)知識變成了知識信息的輸入和輸出的體驗過程。直觀、生動、有趣的交互式體驗，使學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)，同時手機(jī)APP的使用，突破時空限制，促進(jìn)了教學(xué)模式的改革，提高了教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖 教學(xué)模式 AR技術(shù)

機(jī)械制圖是機(jī)械類專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程之一，是一門研究圖形的學(xué)科，著眼于識圖和繪圖能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，是通過黑板、投影或者掛圖，出示二維機(jī)械樣圖，讓學(xué)生想象三維立體，或者由軸測圖，再畫出二維圖形。稍微復(fù)雜點(diǎn)的機(jī)械零件圖，學(xué)生就感覺“燒腦”，難以想象，大多數(shù)學(xué)生會產(chǎn)生畏難心理，慢慢就失去了興趣，導(dǎo)致教學(xué)效率難以提高。特別是復(fù)雜的裝配圖，其中要涉及的零件，少則十幾個，多則幾十個零件，這些零件之間有著復(fù)雜的關(guān)系。而且各零件的表達(dá)方法也不盡相同，如半剖、全剖、局部剖、旋轉(zhuǎn)剖等等，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，很難讓學(xué)生分析清楚。但是識讀裝配圖，又是工科機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必須具備的基本技能，從機(jī)械的設(shè)計、制造到技術(shù)交流等都要用到裝配圖，因此從事工程技術(shù)的工作人員都必須能讀懂裝配圖。長期以來，如何讓學(xué)生學(xué)會識讀裝配圖的問題，一直困擾著機(jī)械制圖教學(xué)。

AR技術(shù)，即增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality），是一種將虛擬圖像與現(xiàn)實生活場景相結(jié)合的技術(shù)，它利用計算機(jī)生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環(huán)境，使用戶在真實場景中，通過虛擬世界的場景與規(guī)則，實現(xiàn)對現(xiàn)實場景的增強(qiáng)效果，虛擬場景與現(xiàn)實場景疊加到一個畫面或空間，兩種信息相互補(bǔ)充，給用戶呈現(xiàn)感官效果上的真實環(huán)境，使得虛擬物體從感官上成為真實世界的組成部分，從而達(dá)到超越現(xiàn)實的感官體驗。以VR技術(shù)為基礎(chǔ)的“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新型教材，利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，引入大量的3D模型，使用Android和iPhone智能手機(jī)掃描課本二維碼，安裝魔眼APP，就可以通過拍攝課本機(jī)械樣圖，得到相應(yīng)的3D模型，在三維空間中隨意旋轉(zhuǎn)觀看，并且能夠?qū)?D模型進(jìn)行拆分，有效地解決了機(jī)械制圖的難點(diǎn)問題，推動了機(jī)械制圖教學(xué)的改革，在課堂教學(xué)中有著積極的意義。

一、虛實結(jié)合的教學(xué)環(huán)境，拓展想象空間，降低想象難度

在機(jī)械制圖中，需要將立體放置于三維空間的投影系中，想象它在三維空間各個投影面上的投影，然后將三維空間展開成二維平面，并畫出各個面上的立體的投影，同樣，如果給出二維平面的投影，要求學(xué)生能想象出三維空間立體形狀。學(xué)生在這一過程中，需要很強(qiáng)的空間想象能力。很多學(xué)生由于空間想象力比較弱，在學(xué)習(xí)過程中感覺很吃力。例如，在切割體投影的教學(xué)中，切割后產(chǎn)生的截交線的形狀難以想象，特別是曲面體切割，學(xué)生經(jīng)常因想象不出具體形狀，無法畫出正確圖形。在增強(qiáng)現(xiàn)實的環(huán)境中，學(xué)生通過手機(jī)的魔眼APP，拍攝課本和練習(xí)冊上的二維圖樣，就可以看到切割體的實體圖，并且用手指操縱實體，在三維空間中旋轉(zhuǎn)任意角度查看，如同將實體拿在手中查看一樣，學(xué)生可以從不同的角度觀看，想象出各個投影面上的投影，再對照現(xiàn)實環(huán)境中的二維投影圖，學(xué)習(xí)投影圖的畫法。AR技術(shù)的應(yīng)用，降低了學(xué)生的想象難度，同時幫助學(xué)生拓展思維空間，想象類似實體畫法。

二、直觀展現(xiàn)、實時互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，古人亦云：“知之者不如好之者，好知者不如樂之者”。90后的高職學(xué)生，比較厭煩單調(diào)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，喜歡人機(jī)交互的靈活教學(xué)方式。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，直觀展示課本中對應(yīng)機(jī)械樣圖的實體，降低了學(xué)生的空間想象難度，解除了學(xué)生對機(jī)械制圖的畏難心理，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時實時互動的環(huán)境和豐富的色彩，帶給學(xué)生多重感官刺激，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在識讀裝配圖課程中，學(xué)生學(xué)習(xí)齒輪泵裝配圖的識讀，齒輪泵包含十幾個零件，裝配圖中各個零件的畫法不同。傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生難以區(qū)分齒輪泵的零件，無法想象出裝配關(guān)系，因而不愿意學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容。在增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的環(huán)境中，學(xué)生不僅可以任意角度查看齒輪泵的結(jié)構(gòu)，而且可以在手機(jī)上拆解齒輪泵零件，再重新組裝。在拆解組裝的過程中，理解齒輪泵的裝配關(guān)系，分析齒輪泵的結(jié)構(gòu)。學(xué)生對虛擬拆裝齒輪泵很感興趣，學(xué)習(xí)的積極性高，在拆裝過程中，很多問題迎刃而解，大大提高了學(xué)習(xí)效率，學(xué)習(xí)效果顯著提高。原本復(fù)雜枯燥的學(xué)習(xí)過程，變成具有無限生機(jī)和活力的學(xué)習(xí)體驗。學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，在愉悅的學(xué)習(xí)氛圍中，自然有序的練習(xí)、討論，感悟知識，體驗過程，反思結(jié)果。

三、利用移動工具，突破時空限制

在機(jī)械制圖的“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新型教材中，利用手機(jī)APP實現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實效果，突破了課堂上的時空限制，學(xué)習(xí)環(huán)境更加自由靈活。學(xué)生在課前、課中、課后隨時隨地可以用手機(jī)APP，進(jìn)入到增強(qiáng)現(xiàn)實的環(huán)境中學(xué)習(xí)。課前，學(xué)生可以拍攝課本的機(jī)械樣圖，根據(jù)老師推送的課前任務(wù)，預(yù)習(xí)或者學(xué)習(xí)課堂中的基礎(chǔ)知識。課中，學(xué)生之間，教師和學(xué)生之間，通過增強(qiáng)現(xiàn)實環(huán)境中的交互操作，理清重點(diǎn)，掌握難點(diǎn)；在制圖練習(xí)中，對于想象困難的機(jī)械樣圖，也可以通過觀察增強(qiáng)現(xiàn)實中的實體模型得以解決。課后，學(xué)生對于課堂中有疑問的知識點(diǎn)，通過微課和手機(jī)APP，再次學(xué)習(xí)解決。

四、革新教學(xué)模式，促進(jìn)知識構(gòu)建

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）技術(shù)被稱為繼語言、文字、印刷、電話和互聯(lián)網(wǎng)之后的第六次信息革命的核心技術(shù)，在機(jī)械教學(xué)中廣受青睞，它充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生沉浸在虛擬與現(xiàn)實世界相疊加的環(huán)境中，在教師的引導(dǎo)下，自主探索，解決問題，提高能力。在識讀裝配圖的過程中，學(xué)生根據(jù)教師下達(dá)的任務(wù)，課前利用手機(jī)APP，獲取AR資源，認(rèn)識齒輪泵的零件結(jié)構(gòu)，自主研究，解決老師提出的問題。課中教師針對齒輪泵的裝配圖，設(shè)計研究項目，學(xué)生在AR環(huán)境中，觀察齒輪泵并按照正確的方法拆分齒輪泵，對照裝配圖，分析討論，歸納總結(jié)識讀裝配圖定的方法。更好地實現(xiàn)了課堂教學(xué)的翻轉(zhuǎn)，體現(xiàn)了學(xué)生的主題地位，提高了學(xué)習(xí)效果。

學(xué)生獲取學(xué)科知識，大多是在一定的學(xué)習(xí)情境中，借助于他人（包括教師、學(xué)習(xí)伙伴等）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料和學(xué)習(xí)工具，通過學(xué)習(xí)者的相互協(xié)作、對學(xué)習(xí)資料的搜索與分析探究，提出問題、提出設(shè)想，進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解決問題以及對某些學(xué)習(xí)成果的評價，從而實現(xiàn)自身學(xué)科知識的建構(gòu)。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，為學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)建了直觀易懂的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生在虛擬情景中直觀地觀察機(jī)械實體結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)實情景中，學(xué)生和學(xué)生之間、學(xué)生和教師之間討論分析二維的機(jī)械樣圖，解決問題，熟悉機(jī)械樣圖，學(xué)會識讀和繪制機(jī)械樣圖，從而構(gòu)建完整的機(jī)械制圖知識體系。

五、豐富教學(xué)資源，提高教學(xué)效率

AR豐富的教學(xué)資源，彌補(bǔ)了機(jī)械制圖實物模型資源的短缺。傳統(tǒng)教學(xué)中，為了降低學(xué)生的空間想象難度，讓學(xué)生更好地理解機(jī)械樣圖表達(dá)的內(nèi)容，需要制作大量的機(jī)械實物模型。這些模型，大部分用于教師拿在手中給學(xué)生展示，距離教師遠(yuǎn)的學(xué)生，根本看不清楚。由于資金、場地各方面的原因，學(xué)生不能人手一個模型。而且，制圖需要大量的練習(xí)模型，制作模型的成本會很高，許多復(fù)雜的模型，難以制造。AR技術(shù)不僅給學(xué)生提供了這些模型，讓學(xué)生隨意觀察，而且對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組合體模型，可以拆分每一個零件，隨意觀察每一個零件以及這些零件的位置、配合關(guān)系等。這種零件的拆分與組合的效果，是傳統(tǒng)模型難以達(dá)到的。

在AR環(huán)境中，給每個教師、學(xué)生都配備了自己的模型資源庫，可以隨時隨地拿出來觀看。這種資源新穎神奇，完全顛覆了傳統(tǒng)的教具，不僅節(jié)省了模型成本和存儲空間，而且具有強(qiáng)烈的吸引力，學(xué)生喜歡使用，在使用過程中，自然而然地獲取知識，獲得好的教學(xué)效果。

通過在課堂教學(xué)中使用AR機(jī)械制圖APP，改變了教師的授課方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)習(xí)知識變成了知識信息的輸入和輸出的體驗過程。直觀、生動、有趣的交互式體驗，使學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)，教學(xué)效率自然提高。

參考文獻(xiàn)

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