“制圖基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革

沈琴 項(xiàng)陽 唐覺明

[摘 要] 通過對“制圖基礎(chǔ)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀以及所存在的問題分析，根據(jù)教育信息化的時代要求，對該課程進(jìn)行教學(xué)改革，提出構(gòu)建工程圖學(xué)虛擬教學(xué)平臺，通過沉浸式情境學(xué)習(xí)促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，提升教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)模式;教學(xué)改革;虛擬教學(xué)平臺

[作者簡介] 沈琴，上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院教師。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）19-0119-02? ? [收稿日期] 2019-08-12

黨的十九大做出中國特色社會主義進(jìn)入新時代的重大判斷，開啟了加快教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國的新征程。在新時代背景下，必須聚焦人才培養(yǎng)的新需求，推進(jìn)教育信息化。同時，2019年教育部辦公廳印發(fā)《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》，強(qiáng)調(diào)深入落實(shí)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》，實(shí)施好教育信息化“奮進(jìn)之筆”，加快推動教育信息化轉(zhuǎn)換升級，積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，堅持高質(zhì)量發(fā)展，以教育信息化支撐和引領(lǐng)教育現(xiàn)代化。“制圖基礎(chǔ)”作為機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，一直備受機(jī)械相關(guān)專業(yè)各高校的重視，他們都在著力構(gòu)建與教育信息化方針及教學(xué)體系相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，不斷發(fā)掘出適應(yīng)新時代的教學(xué)方法。經(jīng)過不斷的探索和創(chuàng)新，本文針對“制圖基礎(chǔ)”課程教學(xué)中遇到的問題，結(jié)合教育信息化的要求，提出建立工程圖學(xué)虛擬教學(xué)平臺，利用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)，讓學(xué)生能夠身臨其境地學(xué)習(xí)，從而提高教學(xué)效果。

一、“制圖基礎(chǔ)”課程現(xiàn)狀

工程圖樣是按照國家標(biāo)準(zhǔn)繪制的，用來進(jìn)行產(chǎn)品信息的表達(dá)、定義和傳輸?shù)拿浇?，是工程設(shè)計和施工中的重要技術(shù)文件[1]?！爸茍D基礎(chǔ)”是研究繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法，是機(jī)械技術(shù)人才在培養(yǎng)過程中的一門重要的基礎(chǔ)課程，適用于機(jī)械類各專業(yè)以及與機(jī)械專業(yè)教學(xué)要求相近的其他專業(yè)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)后從事的機(jī)械設(shè)計、加工、維修等工作提供必要的理論知識和基本作圖方法。它既有系統(tǒng)的理論又有較強(qiáng)實(shí)踐性，學(xué)生需要不斷地在平面和空間之間進(jìn)行思維轉(zhuǎn)換，即通過三維實(shí)體繪制出平面圖形，通過二維平面圖形想象出三維立體模型。

目前的教學(xué)模式下，“制圖基礎(chǔ)”的理論知識和繪圖邏輯主要采用課堂講授方式，而學(xué)生形象思維的建立主要通過課上或?qū)嶒?yàn)室陳列的立體實(shí)物模型，以及三維模型動畫的展示。但是，一些“制圖基礎(chǔ)”課程教師的教學(xué)方式仍采用傳統(tǒng)的“滿堂灌”，教師在講臺上講，學(xué)生坐著聽，這樣很容易造成學(xué)生大腦的疲乏，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生吸收的知識也十分有限[2]。這種單一化的教學(xué)方法使模型資源只能局限在課堂上進(jìn)行展示，學(xué)生在課后很難獲得有效的資源，無法實(shí)現(xiàn)資源共享。此外，教學(xué)中交互性較差，學(xué)生大多是被動的觀看，無法實(shí)際操作?？臻g想象力差的學(xué)生無法在短短幾分鐘的講解中想象出立體模型，對所講內(nèi)容一知半解，更不可能融會貫通了。基于此，關(guān)于“制圖基礎(chǔ)”的課程教學(xué)，需要利用先進(jìn)的信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法，除了傳統(tǒng)的授課模式以外，還應(yīng)探索新的提高教學(xué)質(zhì)量的方式方法。

二、“制圖基礎(chǔ)”課程改革

“制圖基礎(chǔ)”課程具有很強(qiáng)的形象性，它以形象思維為基礎(chǔ)，需要學(xué)生調(diào)動聯(lián)想和想象。但由于現(xiàn)有的板書和PPT教學(xué)模式的局限性，部分學(xué)生無法完全想象出立體模型，教學(xué)效果欠佳。如果在教學(xué)過程中采用情境教學(xué)法，將課程教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合在教學(xué)情境中，發(fā)揮情境形象、直觀、生動等優(yōu)勢，使學(xué)生主動參與課程學(xué)習(xí)，凸顯學(xué)生的主體地位，能充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，能夠讓人身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中VR技術(shù)就是利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中。AR技術(shù)就是讓參與者與虛擬對象進(jìn)行實(shí)時互動，從而獲得一種奇妙的視覺體驗(yàn)，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到在真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教學(xué)的一個重要手段，如何充分合理運(yùn)用這一手段也是探討教學(xué)改革的熱點(diǎn)。工程圖學(xué)虛擬教學(xué)平臺的建立和使用，正是抓住多媒體的有利條件，將VR和AR技術(shù)應(yīng)用于“制圖基礎(chǔ)”的教學(xué)中。它整合了教學(xué)所需資源，并將教育資源與移動終端有效地整合和優(yōu)化，構(gòu)建虛擬的教學(xué)環(huán)境，采用情境教學(xué)法，將教學(xué)與助學(xué)、自學(xué)的功能均融為一體。該虛擬教學(xué)平臺主要包括工程圖學(xué)AR輔助學(xué)習(xí)平臺和工程圖學(xué)沉浸式虛擬拆裝實(shí)踐平臺，以此通過信息化手段優(yōu)化“制圖基礎(chǔ)”的教與學(xué)。

“制圖基礎(chǔ)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容就是從空間模型到二維圖形，再從二維圖形到空間模型，將AR技術(shù)應(yīng)用于“制圖基礎(chǔ)”課程教育，符合學(xué)生的認(rèn)知心理。工程圖學(xué)AR輔助學(xué)習(xí)平臺以教材和習(xí)題集等現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)材料為基礎(chǔ)，將虛擬的立體模型套在現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)材料上，逼真的展示可直接互動的三維立體模型。通過AR交互和教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生能從平面與空間兩重維度來理解題目和知識點(diǎn)，更好地提高空間想象的思維能力。基于AR技術(shù)的虛擬移動模型室可安裝于學(xué)生的各種智能手機(jī)、平板電腦等，既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，又大大擴(kuò)展了學(xué)習(xí)的時間和空間，使實(shí)例教學(xué)將不再僅僅局限于課堂、實(shí)驗(yàn)室和模型室，而是可以隨時隨地的進(jìn)行。

“制圖基礎(chǔ)”課程中裝配圖內(nèi)容整合了該課程大量的基本內(nèi)容，既重要又有難度。學(xué)生在繪制裝配圖和拆畫零件圖時，對于裝配關(guān)系以及內(nèi)部零件圖的畫法總是感到抽象和困難。工程圖學(xué)沉浸式虛擬拆裝實(shí)踐平臺可以幫助學(xué)生解決這一難題，它利用可穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)身臨其境的沉浸式工程實(shí)踐體驗(yàn)，通過外接VR設(shè)備的聽覺、視覺、觸覺等感知方式模擬實(shí)際拆裝機(jī)械設(shè)備、部件的過程，并配有拆裝和測繪步驟糾錯和實(shí)時指導(dǎo)，讓學(xué)生猶如進(jìn)入真實(shí)的場景中。并且預(yù)制多種設(shè)備供不同專業(yè)需求的學(xué)生進(jìn)行拆裝和測繪訓(xùn)練學(xué)習(xí)，使得原本復(fù)雜的裝配圖課程學(xué)習(xí)變得簡單易行，具有較強(qiáng)的可操作性。這樣的教學(xué)方式，不僅使得課堂教學(xué)簡單有效，而且能夠切實(shí)提高學(xué)生的空間思維能力及空間分析能力。

三、結(jié)語

“制圖基礎(chǔ)”課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備較好的空間想象能力，但是傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以在短時間內(nèi)啟發(fā)學(xué)生的空間思維，教學(xué)效果欠佳。隨著教育信息化和教學(xué)改革的發(fā)展，需要尋求新的、有效的教學(xué)方式。

課程建設(shè)與改革是一項(xiàng)科學(xué)性強(qiáng)、涉及面廣、任務(wù)艱巨、影響深遠(yuǎn)的系統(tǒng)工程[3]。工程圖學(xué)虛擬教學(xué)平臺的建立將通過情境教學(xué)法改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)由以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、隨時隨地學(xué)習(xí)，提高學(xué)生參與感、交互性，讓學(xué)習(xí)資源發(fā)揮的效用越來越大。逐步實(shí)現(xiàn)教師備課的信息化、課堂教學(xué)的多樣化、學(xué)生學(xué)習(xí)的個性化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的仿真化，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]付貴.淺談工程制圖教學(xué)方法的探索與實(shí)踐[J].機(jī)電教育創(chuàng)新，2018（3）：100，105.

[2]葉衛(wèi)東，成玫.提高工程制圖教學(xué)質(zhì)量的探索[J].大學(xué)教育，2019（7）：56-58.

[3]楊建校，肖漢寧，陳石林，歐陽婷.《材料工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)的思考[J].教育教學(xué)論壇，2019（21）：209-211.

Teaching Reform of the Course of? "Cartography Basis"

SHEN Qin， XIANG Yang， TANG Jue-ming

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract：This article analyzes the teaching status and existing problems of the course of? "Cartography Basis". Based on the requirements of education informationization， it proposes to construct a virtual teaching platform for engineering graphics， which can promote the development of students' spatial imagination through immersive situational learning.

Key words：teaching model; teaching reform; virtual teaching platform