基于AR的高職機(jī)械制圖課程信息化教學(xué)體系改革

白 銀

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽·宿州 234000）

隨著社會(huì)的發(fā)展，在人工智能、機(jī)器人、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、VR 等信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步的形勢(shì)下，各行各業(yè)都在進(jìn)行信息化、數(shù)字化改革，高職的教育教學(xué)方式也要隨著新技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行相應(yīng)的改革，從單一枯燥的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)化為包含數(shù)字校園、互動(dòng)課堂、在線教育、移動(dòng)教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)安全、教學(xué)評(píng)價(jià)、教育游戲等一體的信息化教學(xué)方式[1]，本文以《機(jī)械制圖》課程為例改革教學(xué)方法。

一、機(jī)械制圖課程教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段大多數(shù)機(jī)械制圖課程教學(xué)是以課堂理論講解為主，實(shí)際操作為輔，雖配有多媒體教室和些許零件模型以及教具，但也不能完全滿足教學(xué)需求，上課過程中還需借助三維inventor 軟件、中望3D 等軟件做出的三維模型的動(dòng)畫展示才能讓學(xué)生對(duì)零件有一定的認(rèn)識(shí)，那就需要任課老師在課前做大量的準(zhǔn)備工作，除此之外，對(duì)任課老師的要求也比較嚴(yán)格，除了掌握機(jī)械制圖的相關(guān)技能知識(shí)外，還要掌握一定的三維軟件的操作能力。從課程性質(zhì)來看，課程要求學(xué)生要具有一定的空間想象能力，但課堂教學(xué)方法單一，理論教學(xué)與實(shí)際又脫節(jié)，使得部分學(xué)生會(huì)因?yàn)榭臻g物體很難想象清楚而對(duì)本課程產(chǎn)生抵觸心理，影響課堂教學(xué)效果。面對(duì)種種問題，需要構(gòu)建新的機(jī)械制圖教學(xué)方法。

二、課程改革思路

（一）教學(xué)模式四轉(zhuǎn)變

教學(xué)體系的改變體現(xiàn)在四個(gè)方面，改變傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，改變傳統(tǒng)的以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰ε囵B(yǎng)為中心，改變傳統(tǒng)的以課堂為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)習(xí)為中心，改變傳統(tǒng)的以考試為中心轉(zhuǎn)化為以過程評(píng)價(jià)為中心。

（二）教學(xué)方法與學(xué)習(xí)方法轉(zhuǎn)變

一直以來，老師上課都是按照教學(xué)大綱的任務(wù)要求按部就班的講授課程的知識(shí)點(diǎn)，分章節(jié)分模塊進(jìn)行任務(wù)講授，而新的課程教學(xué)是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式為學(xué)生提供模擬情境，圍繞任務(wù)展開學(xué)習(xí)，以任務(wù)的完成結(jié)果檢驗(yàn)和總結(jié)學(xué)習(xí)過程等，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)探究、思考和學(xué)習(xí)。通過教師對(duì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式的對(duì)比與調(diào)研，80%以上的學(xué)生更愿意接受任務(wù)驅(qū)動(dòng)方法，從學(xué)生參與度、活躍度，作業(yè)的質(zhì)量、課堂的效果等多方面等有明顯的提高。課堂教學(xué)也從以往傳授知識(shí)為主的教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理念; 將硬灌式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)和小組研討能夠使學(xué)生處于積極學(xué)習(xí)的狀態(tài)，學(xué)生也能根據(jù)自己對(duì)當(dāng)前問題的理解，運(yùn)用共有的知識(shí)和自己特有的經(jīng)驗(yàn)提出解決方案和解決辦法。

（三）考試方法轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的考核考試包含其中考試成績(jī)、期末考試成績(jī)、平時(shí)成績(jī)、實(shí)踐操作成績(jī)、平時(shí)作業(yè)等，需要老師們平時(shí)一定要做好記錄，保留好數(shù)據(jù)才能在期末總評(píng)的時(shí)候給學(xué)生公平的綜合成績(jī)。而信息化教學(xué)以基本考核評(píng)價(jià)，教師評(píng)價(jià)，學(xué)生互評(píng)三個(gè)方面綜合考評(píng)結(jié)果作為學(xué)生修完本門課程的成績(jī)?；究己嗽u(píng)價(jià)指的是線上學(xué)習(xí)、簽到、討論等活動(dòng)的參與、任務(wù)的完成，平時(shí)作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、線下期末考試成績(jī)、實(shí)踐操作成績(jī)等所得到的綜合積分，教師評(píng)價(jià)是教師對(duì)每一個(gè)學(xué)生的綜合評(píng)價(jià)積分，學(xué)生互評(píng)是學(xué)生小組之間或個(gè)人之間互相評(píng)價(jià)積分，最終把三個(gè)積分按照70%、20%、10%的比例進(jìn)行匯總得到學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的最終成績(jī)。這個(gè)成績(jī)能夠體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，也能體現(xiàn)學(xué)生在老師眼中的表現(xiàn)以及在同學(xué)眼中的表現(xiàn)，不僅可以看出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也能看出學(xué)生各方面的綜合素質(zhì)。

三、信息化教學(xué)過程實(shí)施

（一）課程目標(biāo)

《機(jī)械制圖》 課程主要從制圖的基本知識(shí)，投影，軸測(cè)圖，標(biāo)準(zhǔn)件，各類零件圖，裝配圖等六大塊來培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械圖樣的繪圖能力和識(shí)圖能力。本課程主要研究怎樣將空間物體用平面圖形表達(dá)出來，怎樣根據(jù)平面圖形將空間物體的形狀想像出來。從正投影的基本理論入手，培養(yǎng)學(xué)生的圖形表達(dá)能力、識(shí)圖能力、空間想象和思維能力及繪圖實(shí)際技能，采用“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式，使學(xué)生能夠掌握正投影法的基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用，熟悉正確執(zhí)行制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及其有關(guān)規(guī)定，能夠閱讀比較復(fù)雜的機(jī)械圖樣，繪制（含零部件測(cè)繪）一些常用零件的機(jī)械圖樣，完整地標(biāo)注尺寸，并養(yǎng)成認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)。

（二）教學(xué)實(shí)施過程

1.課程引入

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師或?qū)W生通過使用先進(jìn)的AR 技術(shù)導(dǎo)入課程[2]。AR 全稱Augmented Reality，即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，是把課本上靜止的、抽象的視圖、實(shí)物圖、圖片等內(nèi)容利用手機(jī)上提前下載好的APP 進(jìn)行掃描，轉(zhuǎn)化成立體的，動(dòng)感的可操作的三維圖片。這需要學(xué)生提前安裝教材所指定的AR 掃描軟件，并下載與教材配套的AR 素材，也可教師提供資源共享。在內(nèi)容講解之前，先讓學(xué)生掃描所要繪制的圖片，得到三維立體圖，并通過手指進(jìn)行放大、縮小及旋轉(zhuǎn)，幫助學(xué)生理解機(jī)件的內(nèi)型和外型，達(dá)到對(duì)課本上知識(shí)點(diǎn)理解和掌握的要求。

2.教學(xué)方法與教學(xué)手段

教學(xué)方法分任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、情景模擬法和模塊教學(xué)法三種，任務(wù)驅(qū)動(dòng)按小組分配任務(wù)，圍繞任務(wù)自主探索，比如要畫一個(gè)軸承座組合體三視圖，老師下達(dá)任務(wù)要求學(xué)生對(duì)軸承座進(jìn)行分解，按步驟一個(gè)一個(gè)去繪制各個(gè)分解部分，再檢查加深圖線并進(jìn)行合理的尺寸標(biāo)注。學(xué)生借助平臺(tái)資源通過自主學(xué)習(xí)和小組研討來完成任務(wù)。這就需要老師提前做好功課，除了上傳PPT、習(xí)題等資料外，還要利用三維軟件提前把教材中的平面圖進(jìn)行三維建模，再把建模的零件存儲(chǔ)成圖片、視頻、動(dòng)畫等格式上傳到平臺(tái)資源庫里供學(xué)生使用。

情景模擬法即把自己放置到實(shí)際操作的情境中，如在進(jìn)行尺寸標(biāo)注帶孔底板時(shí)，假設(shè)自己正在加工工件，那么先加工什么就先繪制什么，這里先有底板后有孔，這樣學(xué)生就知道先畫底板，后畫孔，尺寸標(biāo)注的順序也同樣可以參考加工順序，如此繪制的圖出錯(cuò)率也低，更有利于學(xué)生對(duì)繪圖工程的掌握。

把教學(xué)內(nèi)容劃分為各個(gè)模塊，即采用模塊化教學(xué)[3]，以油泵、千斤頂、滑動(dòng)軸承等裝配體為子模塊，每一個(gè)子模塊裝配體的零件圖都或多或少的包含了基本視圖、剖視圖、局部放大圖、局部剖視圖，標(biāo)題欄，技術(shù)要求等一些分散的知識(shí)點(diǎn)，繪制一套完整的油泵的圖紙就可以把這些分散的知識(shí)點(diǎn)串起來。再由裝配體模塊的難易程度從易到難逐步學(xué)習(xí)這些模塊，就可以把這些知識(shí)點(diǎn)由淺入深熟記于腦子里。

信息化教學(xué)包含了在線慕課、AR、動(dòng)畫、課件等多種教學(xué)手段，與專業(yè)教學(xué)目標(biāo)及課程體系改革相配合，按照專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的定位和課程的教學(xué)要求，精選整合教學(xué)內(nèi)容，選用適應(yīng)且具有高職教育特色的新形態(tài)信息化一體教材。這種新形態(tài)教材包含了在線慕課、AR、動(dòng)畫、課件等多種信息化教學(xué)資料，和超星數(shù)字學(xué)習(xí)平臺(tái)一起形成線上線下混合聯(lián)動(dòng)教學(xué)。線下通過掃描課本中的二維碼可以觀看微課視頻對(duì)知識(shí)點(diǎn)的細(xì)微講解，還可以通過掃描AR圖標(biāo)看到課本上平面圖相對(duì)應(yīng)的三維立體圖，并能使用手指放大、縮小和旋轉(zhuǎn)。AR 資源可以使用unity軟件自己制作[5]，部分AR 資源也可以從《機(jī)械制圖》課本上得到，無需再進(jìn)行建模，相比之前借助建模軟件進(jìn)行建模方便了很多。AR 的使用不僅直觀、方便，更有利于學(xué)生對(duì)零部件結(jié)構(gòu)原理的理解。線上學(xué)習(xí)分為課前、課中、課后三個(gè)階段，課前學(xué)生可以觀看老師上傳到平臺(tái)的微視頻、PPT 等資源，完成課前預(yù)習(xí)；課中教師下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)并講解、利用數(shù)字平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，學(xué)生之間也可以分組討論，教師下發(fā)課堂測(cè)試試題檢測(cè)學(xué)生對(duì)本小節(jié)內(nèi)容的掌握程度，最后借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行課中教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，教師進(jìn)行重難點(diǎn)點(diǎn)評(píng)、錯(cuò)誤點(diǎn)點(diǎn)評(píng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作點(diǎn)評(píng)等促進(jìn)教學(xué)并糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)方法；課后學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的相關(guān)熱點(diǎn)對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)，不僅能鞏固所學(xué)，還能擴(kuò)大知識(shí)面。

3.考核與評(píng)價(jià)

課程學(xué)習(xí)完成后，學(xué)生需要進(jìn)行相應(yīng)的考核來鑒定自己是否達(dá)到課程要求?？己讼到y(tǒng)由常規(guī)考核和項(xiàng)目考核兩部分組成，具體權(quán)重見表1?？己撕细窈?，網(wǎng)絡(luò)課程會(huì)頒發(fā)學(xué)習(xí)成果證書以示鼓勵(lì)。此外，課程教學(xué)還與職業(yè)資格鑒定相結(jié)合，實(shí)行雙證制教育。

表1 教學(xué)考核與評(píng)價(jià)

（三）實(shí)施效果

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在各類高職院校已普遍展開，為了跟上形式的發(fā)展，我校也開始進(jìn)入智慧課堂建設(shè)的隊(duì)伍中，通過一學(xué)期的網(wǎng)絡(luò)信息教學(xué)的試行效果來看，平臺(tái)使用率較高，學(xué)生活躍度明顯比傳統(tǒng)課堂教學(xué)要高漲，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的出勤年率由90%達(dá)到了99%，曠課學(xué)生明顯減少，作業(yè)的準(zhǔn)確率由60%提高到80%，考試的通過率也從80%提高到95%，教學(xué)質(zhì)量得到了一定的提升。顯然，混合式教學(xué)有利于發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)作用，積極尋求知識(shí)，發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。信息化混合式教學(xué)以能力培養(yǎng)為主線,把思維教學(xué)與思維訓(xùn)練滲透于教學(xué)之中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維品質(zhì)和素質(zhì)，提高教育質(zhì)量都有著十分重要的意義。教學(xué)中根據(jù)當(dāng)代高職學(xué)生的年齡心理特征，因材施教，運(yùn)用啟發(fā)式和討論式方法，也收到了良好的教學(xué)效果[4]。

結(jié) 語

通過信息化教學(xué)的實(shí)施有助于攻克教學(xué)重難點(diǎn)，提升教學(xué)效果。從實(shí)際出發(fā)，依據(jù)新的國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成了新的信息化《機(jī)械制圖》課程體系，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得到了提升，學(xué)生的主體作用得到了體現(xiàn)，學(xué)習(xí)效率也得到了提高，新的教學(xué)手段通過多措并舉強(qiáng)化了學(xué)生技能，通過多元拓展提升了學(xué)生素質(zhì)。