淺談VR技術(shù)對(duì)強(qiáng)化制圖實(shí)踐教學(xué)的影響

雷瑛 李娜

摘?要：本文主要研究如何加強(qiáng)高等?？茖W(xué)校針對(duì)機(jī)械制造相關(guān)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的過(guò)程中《機(jī)械制圖》實(shí)踐教學(xué)效果。通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段《機(jī)械制圖》的講授特點(diǎn)和未來(lái)學(xué)生進(jìn)入職業(yè)生涯對(duì)相關(guān)知識(shí)的需求進(jìn)行分析，提出應(yīng)用型人才在實(shí)際工作中對(duì)制圖素養(yǎng)的要求。針對(duì)制圖實(shí)踐教學(xué)存在的難點(diǎn)，對(duì)比常見教學(xué)方式的改革并總結(jié)其特性。最后，聯(lián)系現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，提出利用VR技術(shù)在《機(jī)械制圖》實(shí)踐教學(xué)中展開交互式教學(xué)來(lái)強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)效果，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最大限度提高學(xué)習(xí)能動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖;實(shí)踐教學(xué);VR技術(shù)

一、概述

隨著高職教育的普及性提高，高等教育進(jìn)入快速發(fā)展階段。高等?？茖W(xué)生成為企業(yè)技能人才的主流，企業(yè)對(duì)高等專科學(xué)校畢業(yè)生的綜合素質(zhì)高度重視。學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用能力備受的關(guān)注，而這些多體現(xiàn)在對(duì)高職學(xué)生“職業(yè)素養(yǎng)”的要求，動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。

技術(shù)型人才大多分布在企業(yè)生產(chǎn)的第一線，具備一定的實(shí)踐應(yīng)用能力會(huì)使他們的職業(yè)生涯更加廣闊，而這些都需要一定的基礎(chǔ)理論支持。作為機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，機(jī)械制圖課程是其重要的技術(shù)基礎(chǔ)理論課程。該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖、讀圖和繪圖能力的培養(yǎng)非常重要，課程學(xué)習(xí)一方面要求學(xué)生具備一定空間想象力和抽象思維力，學(xué)習(xí)中還需要掌握機(jī)械制圖的一系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);另一方面，要求學(xué)生在熟悉掌握制圖基本理論知識(shí)之后，能利用合理的表達(dá)方案繪制出機(jī)械產(chǎn)品零件圖和裝配圖，是一門兼顧理論性和實(shí)踐性的重要的傳統(tǒng)課程。但是，《機(jī)械制圖》這門課程的抽象特性，使得這門不可撼動(dòng)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)效果并不理想?？傮w原因不外乎：課程對(duì)學(xué)生自身的思維方式要求很高，需要學(xué)生具備一定的抽象思維能力、空間像能力、邏輯思維能力;由于現(xiàn)實(shí)體教學(xué)的局限，對(duì)這些初學(xué)者在眾多繁忙課業(yè)中進(jìn)行該能力的培養(yǎng)是非常困難的。為了解決制圖學(xué)習(xí)難上手，難堅(jiān)持，總體學(xué)習(xí)效果會(huì)掣肘學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力，我們通過(guò)不同方式該課程的學(xué)習(xí)進(jìn)行全方位探討。

二、教學(xué)中對(duì)制圖素養(yǎng)的的要求

圖是全世界的通用語(yǔ)言，工作過(guò)程中，雖然各國(guó)語(yǔ)言表達(dá)不同，但是通過(guò)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的圖紙我們能夠明白它所傳達(dá)的信息。學(xué)好機(jī)械制圖是機(jī)械制造行業(yè)從業(yè)人員的必備技能;同時(shí)，學(xué)好機(jī)械制圖是機(jī)械行業(yè)從業(yè)人員解決實(shí)際問題和實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的重要保證;另外，機(jī)械制圖中的零件圖和裝配圖在機(jī)械加工制造中的應(yīng)用非常普遍，而這些都說(shuō)明《機(jī)械制圖》實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過(guò)程中的重要性。

《機(jī)械制圖》課程對(duì)于大多數(shù)高職高專院校學(xué)生來(lái)說(shuō)都具有很大的難度。而且，不同專業(yè)對(duì)制圖的掌握內(nèi)容的廣度，深度各有不同，因此在教學(xué)過(guò)程中，制圖相關(guān)知識(shí)的講授會(huì)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，分階段，分層次的講解。從最初的點(diǎn)、線、面投影學(xué)習(xí);逐步增加難度，進(jìn)入到第二階段的平面、曲面、空間投影的學(xué)習(xí)以及簡(jiǎn)單體的相慣;這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程初階段，制圖理論較好接受，隨著元素增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、高度抽象化，學(xué)習(xí)越來(lái)越困難，造成很多學(xué)生對(duì)后續(xù)部分失去了學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于制圖學(xué)習(xí)過(guò)程中與實(shí)際生產(chǎn)工作聯(lián)系更為緊密的標(biāo)準(zhǔn)件、常用件的繪制和裝配圖的識(shí)別和繪制等重要部分知難而退，使其在今后的實(shí)際工作發(fā)展中受到很大的局限性。

三、現(xiàn)有機(jī)械制圖教學(xué)中常用的方法

（1）利用正、逆性思維培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力。在幾何要素進(jìn)行投影時(shí)深刻認(rèn)知并掌握“長(zhǎng)對(duì)正、寬相等、高平齊”九字真言。反過(guò)來(lái)構(gòu)思實(shí)物時(shí)利用正投影的逆過(guò)程，反復(fù)訓(xùn)練，應(yīng)用這種逆向思維鍛煉、培養(yǎng)學(xué)生的空間抽象思維。但是，從實(shí)踐教學(xué)效果中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于較簡(jiǎn)單幾何體投影，該方法效果明顯，當(dāng)投影物體復(fù)雜，綜合度高時(shí)，難以起到相應(yīng)效果。

（2）利用教具進(jìn)行教學(xué)，提高學(xué)生的識(shí)圖、讀圖、制圖能力。為了提高學(xué)生的制圖能力，教學(xué)過(guò)程中引進(jìn)了很多真實(shí)的模型、教具，引導(dǎo)并激發(fā)學(xué)生的抽象思維能力，這種教學(xué)方式在一定程度上起到了一定的效果。但在較為復(fù)雜的零部件、組合體中，模型體積太大，模型加工太過(guò)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)其預(yù)期的目的。

（3）開展現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，提高制圖課程學(xué)習(xí)效果?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)將機(jī)械制圖課堂搬到生產(chǎn)一線進(jìn)行實(shí)習(xí)教學(xué)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，加深課堂理論知識(shí)，增加識(shí)圖、讀圖能力，側(cè)面激勵(lì)學(xué)生，增加對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的興趣。但是，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)教學(xué)時(shí)，學(xué)生對(duì)企業(yè)環(huán)境、工作過(guò)程和生產(chǎn)環(huán)境的認(rèn)識(shí)過(guò)于理想化，對(duì)于突發(fā)事件，缺乏應(yīng)有的心理準(zhǔn)備;由于社會(huì)閱歷較少，學(xué)生往往缺乏安全意識(shí)，因此會(huì)造成很多安全事故，存在較多隱患，實(shí)際操作倍受限制。

四、新形勢(shì)、新教學(xué)方法的探討

現(xiàn)代社會(huì)，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展日趨成熟，為了提高《機(jī)械制圖》課程的教學(xué)效果，在依托于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)上進(jìn)行了較大改革--采用VR技術(shù)結(jié)合AR技術(shù)提高機(jī)械制圖課堂教學(xué)質(zhì)量。VR技術(shù)時(shí)綜合利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真學(xué)、多媒體技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理和多傳感器技術(shù)，模擬人的感覺器官功能，使人沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能通過(guò)人的語(yǔ)言、手勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互的多維信息空間。我們通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中的“身臨其境”，能夠突破空間、時(shí)間限制，感受到真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

目前，國(guó)外的一些公司已經(jīng)研究出應(yīng)用VR技術(shù)的教育系統(tǒng)，在互動(dòng)和虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中，利用電腦和VR顯示器，配合觸控筆，形成一個(gè)高逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，學(xué)生通過(guò)操縱虛擬的3D物體，可多角度、全方位進(jìn)行觀察，分析。在《機(jī)械制圖》及相關(guān)課程教學(xué)過(guò)程利用VR技術(shù)設(shè)計(jì)逼真的三維虛擬環(huán)境，能夠使學(xué)生置身于虛擬的3D學(xué)習(xí)環(huán)境中，體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)不可能觀察到的各部件以及重要部件獨(dú)立工作的原理。學(xué)習(xí)過(guò)程中，自己動(dòng)手操作儀器，一定程度上激發(fā)學(xué)生的主觀積極性，從而更好地了解構(gòu)件的構(gòu)造;同時(shí)，還可以利用并行虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在學(xué)生之間，或者學(xué)生和指導(dǎo)教師之間進(jìn)行互動(dòng)，共享學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)能動(dòng)性;另一方面，利用VR技術(shù)，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)，可以突破時(shí)空限制，在條件具備時(shí)隨時(shí)隨地利用VR教學(xué)設(shè)備學(xué)習(xí)。而這些特性相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，既節(jié)約了學(xué)習(xí)時(shí)間，降低了學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率;利用VR技術(shù)還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程真人“面對(duì)面”答疑解惑，總體學(xué)習(xí)效果跟好。

五、結(jié)語(yǔ)

從各方面對(duì)比，理論上VR技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)越性。但是，受到硬件技術(shù)的局限，其發(fā)展還不完善，另外，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開發(fā)花費(fèi)巨大，VR教育系統(tǒng)必須要建立一個(gè)龐大的資源庫(kù)，而目前對(duì)于一般的學(xué)校而言，做到這些含很困難。未來(lái)，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)體教育有機(jī)結(jié)合，我們將會(huì)取得跟好的成績(jī)，VR技術(shù)在機(jī)械制圖實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的應(yīng)用對(duì)未來(lái)的教育效果的影響不可估量。

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