基于MR技術(shù)的學(xué)期項(xiàng)目課教學(xué)改革研究

賈玉坤　沈姝君　周海丹　陳進(jìn)熹　洪尉尉

摘 要：以學(xué)期項(xiàng)目為主線，將MR技術(shù)引入其中，在項(xiàng)目整個(gè)生命周期中，讓學(xué)生在虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界合并的可視化環(huán)境中完成學(xué)期項(xiàng)目，同時(shí)在學(xué)生與虛擬環(huán)境的互動(dòng)中完成必要的理論學(xué)習(xí)、技能練習(xí)和素質(zhì)培養(yǎng)。據(jù)此培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。實(shí)踐證明，MR技術(shù)引入學(xué)期項(xiàng)目課激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)性、積極性。

關(guān)鍵詞：MR技術(shù);學(xué)期項(xiàng)目課;教學(xué)改革

MR即混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Mixed Reality），是對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，具有將虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行合并形成新的可視化環(huán)境，并在虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界與用戶之間搭起一條交互反饋的信息線路，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的無縫鏈接。[3]學(xué)生既可與虛擬物體實(shí)現(xiàn)交互，又可與真實(shí)世界實(shí)現(xiàn)交互，為學(xué)生帶來良好的互動(dòng)體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)的真實(shí)感，讓學(xué)生有一種“身臨其境”的體驗(yàn)，MR突破了傳統(tǒng)的空間、時(shí)間限制。此外MR還能為學(xué)生提供視覺、觸覺及嗅覺的感知。隨著技術(shù)的不斷革新，全新的移動(dòng)互聯(lián)終端為MR技術(shù)的擴(kuò)展研究也可提供更為廣闊的平臺(tái)。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

《學(xué)期項(xiàng)目課程》是機(jī)電一體化專業(yè)課題體系中重要的核心課，整個(gè)課程學(xué)生自由組合八人一組，完成一個(gè)教師指定的機(jī)電一體化項(xiàng)目，即項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、整機(jī)裝配調(diào)試。主要授課對(duì)象是大二或者大三學(xué)生。采用理論課形式或者實(shí)訓(xùn)周的形式，項(xiàng)目分成多個(gè)任務(wù)點(diǎn)，確定項(xiàng)目的功能，進(jìn)行功能分析，提出功能指標(biāo)，構(gòu)思整機(jī)方案，三維造型，繪制加工圖紙，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成項(xiàng)目要求產(chǎn)品，最后書寫項(xiàng)目報(bào)告并進(jìn)行分組答辯。綜上該學(xué)期項(xiàng)目課在實(shí)施中存在以下主要問題：

（1）項(xiàng)目產(chǎn)品制作過程中，學(xué)生材料安排不合理，加工水平有待提高，故會(huì)造成大量材料的浪費(fèi)。

（2）由于學(xué)生材料加工水平不同，有的學(xué)生快，有的學(xué)生慢，會(huì)造成有些組提前完成項(xiàng)目任務(wù)，而有些組則完不成任務(wù)，導(dǎo)致任務(wù)最后答辯環(huán)節(jié)參差不齊。

（3）授課教師團(tuán)隊(duì)單一，授課團(tuán)隊(duì)主要由專業(yè)組教師和實(shí)訓(xùn)教師組成，成員單一，可適當(dāng)增加企業(yè)有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師。

2 教學(xué)改革目標(biāo)

（1）教學(xué)中的項(xiàng)目均使用企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)案例作為教學(xué)載體貫穿整個(gè)課程的項(xiàng)目教學(xué)過程，構(gòu)建基于真實(shí)項(xiàng)目的一體化教學(xué)內(nèi)容體系，讓學(xué)生在MR混合現(xiàn)實(shí)世界中完成理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的學(xué)習(xí)，依此建立完整知識(shí)體系。[2]

（2）充分運(yùn)用MR技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維造型、輸出工程圖、控制系統(tǒng)裝調(diào)、整機(jī)裝調(diào)等，既可以減少不必要的材料浪費(fèi)，又可以采取互動(dòng)教學(xué)模式能夠極大地增加教學(xué)活動(dòng)的靈活性和趣味性，使學(xué)生沉浸在“身臨其境”的用戶體驗(yàn)中。

（3）建立一套以工作量及MR輸出效果考核為基礎(chǔ)的激勵(lì)制度，切實(shí)根據(jù)教師指導(dǎo)實(shí)績進(jìn)行有效的管理與工作量考核。

3 教學(xué)改革實(shí)施

《學(xué)期項(xiàng)目課程》是針對(duì)職業(yè)崗位某一發(fā)展階段的能力要求設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐課程，要求具有綜合性、創(chuàng)新性與實(shí)踐性等特點(diǎn)。利用MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以把學(xué)生的構(gòu)思轉(zhuǎn)換成無需佩戴眼鏡即能夠看見的虛擬物體和現(xiàn)實(shí)環(huán)境結(jié)合后的場(chǎng)景，使之提升至即看即感受的數(shù)字化空間視覺效果，極大的提高了項(xiàng)目開發(fā)過程中的所見即所得，且可以根據(jù)實(shí)際情況隨意修改，直到滿意為止，且整個(gè)過程無需加工，做到“無材料化”設(shè)計(jì)，從而節(jié)省時(shí)間及材料成本。

考慮到學(xué)期項(xiàng)目的復(fù)雜度較高，實(shí)施過程中對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神要求較高，所以有必要循序漸進(jìn)，將課程項(xiàng)目拆分成5個(gè)實(shí)踐任務(wù)（子項(xiàng)目），即方案設(shè)計(jì)、MR三維造型、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、MR裝配調(diào)試、編寫產(chǎn)品說明書。其中MR三維造型、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、MR裝配調(diào)試采用MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，既可以減少不必要的材料浪費(fèi)，又可以采取互動(dòng)教學(xué)模式能夠極大地增加教學(xué)活動(dòng)的靈活性和趣味性，使學(xué)生沉浸在“身臨其境”的用戶體驗(yàn)中。

根據(jù)《學(xué)期項(xiàng)目課程》課程內(nèi)容的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容分為兩個(gè)階段實(shí)施，其中第一階段和第二階段的教學(xué)時(shí)數(shù)分別占總學(xué)時(shí)的20%和80%。[2]

第一階段講解5個(gè)任務(wù)（子項(xiàng)目），即方案設(shè)計(jì)、MR三維造型、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、MR裝配調(diào)試、編寫產(chǎn)品說明書，大綱要求的理論知識(shí)和實(shí)踐內(nèi)容涵蓋其中。依此為第二階段的教學(xué)，即課程團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目研發(fā)建立良好的基礎(chǔ)。

第二階段要求將MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于課堂實(shí)踐教學(xué)。學(xué)生根據(jù)自己選取的項(xiàng)目，按照5個(gè)子任務(wù)完成項(xiàng)目相關(guān)功能，并將MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)中。項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)、合作完成，構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境，將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于課堂實(shí)踐教學(xué)。教師可以利用相關(guān)設(shè)備模型來檢測(cè)實(shí)際的應(yīng)用效果;通過在現(xiàn)有的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，補(bǔ)充新的評(píng)價(jià)內(nèi)容完成實(shí)踐研究結(jié)果的詳細(xì)評(píng)價(jià)。如下圖為基于MR的教學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)圖。

4 結(jié)語

利用時(shí)下流行的MR（Mixed Reality）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)《學(xué)期項(xiàng)目課三》課程進(jìn)行重新開發(fā)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一套行之有效的教學(xué)方法，學(xué)生在與虛擬環(huán)境的互動(dòng)中完成必要的理論學(xué)習(xí)、技能練習(xí)和素質(zhì)培養(yǎng)。在教學(xué)過程中學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從相對(duì)被動(dòng)的地位到主導(dǎo)地位的轉(zhuǎn)換，且極大的減少了教學(xué)過程中材料的浪費(fèi)。該教學(xué)改革也可以推廣到其他課程的教學(xué)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫輝.船舶混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)應(yīng)用展望[J].航海技術(shù)，2016（4）.

[2]賈玉坤，等.基于CDIO模式的學(xué)期項(xiàng)目課教學(xué)改革探索[J].科技風(fēng)，2019（17）：75.

[3]孔璽.混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其教育應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)在遠(yuǎn)距離教育，2019（3）：82-83.