AI技術(shù)背景下《機(jī)械制圖》課程信息化教學(xué)實(shí)踐研究

金文忻 吳丹 陳秀珍 黃克 周凌云

摘? 要：隨著近年來人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能已給現(xiàn)代社會(huì)帶來了積極的變革。面對(duì)新一代人工智能發(fā)展的機(jī)遇，高校在不斷推動(dòng)人工智能與教育深度融合，為教育變革提供新方式。該文利用人工智能化技術(shù)手段，結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)模式、方法，完成《機(jī)械制圖》課程信息化教學(xué)實(shí)踐研究，增加課堂趣味性，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：人工智能? 信息化教學(xué)? 機(jī)械制圖? 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G434;TH126-4 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）08（b）-0087-04

Research on the Information Teaching Practice of Mechanical Drawing under the Background of AI Technology

JIN Wenxin? WU Dan? CHEN Xiuzhen? HUANG Ke? ZHOU Lingyun

（Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry， Jurong， Jiangsu Praince， 212400 China）

Abstract： With the development of artificial intelligence technology in recent years， artificial intelligence has brought positive changes to modern society. Faced with the opportunity of the development of the new generation of artificial intelligence， colleges and universities are constantly promoting the deep integration of artificial intelligence and education to provide new ways for education reform. In this paper， artificial intelligence technology means， combined with modern teaching mode， method， complete the course of mechanical drawing information teaching practice research， increase the classroom interest， improve the quality of teaching.

Key Words： Artificial intelligence; Informatization teaching， Mechanical drawing; The quality of teaching

人工智能（Artificial Intelligent，AI）是用于模擬和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新興技術(shù)科學(xué)，它已成為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)[1-2]。隨著近年來人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能已給現(xiàn)代社會(huì)帶來了積極的變革[3]。2017 年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出了“智能教育”的概念，旨在利用智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革等[4]。2018年教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》指出，面對(duì)新一代人工智能發(fā)展的機(jī)遇，高校要不斷推動(dòng)人工智能與教育深度融合、為教育變革提供新方式，從而引領(lǐng)我國(guó)人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用示范[4]。

機(jī)械制圖是高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的一門重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。相對(duì)于文化類課程，機(jī)械制圖課程的專業(yè)性較強(qiáng)。在實(shí)際學(xué)習(xí)中學(xué)生缺乏空間想象能力，缺乏圖物相互轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過程，難度較大，不易學(xué)會(huì)。在當(dāng)前人工智能快速發(fā)展的時(shí)代背景下，如何將人工智能與《機(jī)械制圖》課程結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)全面的智能信息化教育？該文利用人工智能化技術(shù)手段，結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)模式、方法，完成《機(jī)械制圖》課程信息化教學(xué)實(shí)踐研究，提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信心。

1? 傳統(tǒng)《機(jī)械制圖》課程教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)《機(jī)械制圖》課程教學(xué)主要以講授法為主，采用灌輸式填壓式教學(xué)模式，教師是主角，學(xué)生是配角。教師作為知識(shí)的施予者將知識(shí)傳遞給學(xué)生，學(xué)生被動(dòng)聽課，缺乏主動(dòng)探究知識(shí)的過程，教學(xué)質(zhì)量不高。

學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)需要多次反復(fù)進(jìn)行平面到三維，三維到平面的思維轉(zhuǎn)換，對(duì)學(xué)生空間思維能力要求較高，學(xué)生通常會(huì)感到枯燥難懂，甚至產(chǎn)生學(xué)習(xí)負(fù)面情緒。在傳統(tǒng)課堂中教師很難在有限的課堂時(shí)間內(nèi)快速定位、判定每一位學(xué)生的畫法問題，糾正所有學(xué)生的錯(cuò)誤。

教師在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中采用黑板繪圖方式，結(jié)合教學(xué)模型進(jìn)行演示，整體教學(xué)活動(dòng)單一枯燥，課堂沉悶。黑板繪圖效率低，占用課堂時(shí)間較多，不夠直觀，信息量小。在教學(xué)過程中使用的教學(xué)模型老舊單一，無法滿足現(xiàn)代化制造環(huán)境下人才培養(yǎng)需求。

2? AI技術(shù)背景下《機(jī)械制圖》課程信息化教學(xué)設(shè)計(jì)

信息化教學(xué)是與傳統(tǒng)教學(xué)相對(duì)而言的現(xiàn)代教學(xué)的一種表現(xiàn)形態(tài)，它是在現(xiàn)代教學(xué)理念指導(dǎo)下，重視現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的作用，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)多種教學(xué)媒體、信息資源，構(gòu)建良好的教學(xué)與學(xué)習(xí)環(huán)境，在教師組織和指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)新、積極性、創(chuàng)造性，使學(xué)生能夠真正成為知識(shí)、信息的主動(dòng)構(gòu)建者，從而達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果[5-7]。

以下就以《機(jī)械制圖》課程中《螺紋緊固件（螺柱）連接畫法》為例詳細(xì)討論。

2.1 教學(xué)分析

授課對(duì)象已掌握投影基本知識(shí)、基本視圖畫法、剖視圖畫法等內(nèi)容，已基本具備利用CAD軟件繪制圖形的技能，仍需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)螺紋緊固件等標(biāo)準(zhǔn)件的畫法，為后續(xù)零件圖、裝配圖的畫法學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。該部分內(nèi)容教學(xué)重點(diǎn)：內(nèi)外螺紋的旋合繪制方法;螺柱連接裝配圖正確繪制方法。鑒于學(xué)生空間思維能力有所差異，如何正確理解并繪制螺柱裝配連接各配合部分成為教學(xué)難點(diǎn)。通過綜合分析，擬定教學(xué)策略為：采用虛實(shí)結(jié)合、動(dòng)靜結(jié)合、師生互動(dòng)的教學(xué)手段，借助智慧教室，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、偏正互動(dòng)投影技術(shù)、微課、動(dòng)畫、智慧批閱等多種智能信息化技術(shù)，將虛擬情景與實(shí)際教學(xué)相結(jié)合。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）課前準(zhǔn)備：知識(shí)預(yù)習(xí)，準(zhǔn)備新課。課前學(xué)生運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提前學(xué)習(xí)螺紋基本理論知識(shí)，完成相應(yīng)測(cè)試，得到“課前預(yù)習(xí)分”。教師查看后臺(tái)數(shù)據(jù)分析情況，及時(shí)了解學(xué)生預(yù)習(xí)效果，適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，優(yōu)化教學(xué)方案。

（2）課堂實(shí)施：虛實(shí)結(jié)合，任務(wù)實(shí)施。在開始上課前，學(xué)生登錄學(xué)習(xí)通APP繪制與教師相同的簽到手勢(shì)進(jìn)行簽到（見圖1），系統(tǒng)平臺(tái)自動(dòng)得出每位學(xué)生的“考勤分”。

教師現(xiàn)場(chǎng)展示螺柱真實(shí)的裝配過程（見圖2），確定該節(jié)課任務(wù)同時(shí)明確學(xué)習(xí)重、難點(diǎn)。在任務(wù)學(xué)習(xí)過程中，內(nèi)外螺紋配合的畫法相對(duì)困難，學(xué)生不僅要區(qū)分各線型的意義，還要掌握內(nèi)外螺紋重疊區(qū)域的表達(dá)方法，線條多而復(fù)雜。通過講解結(jié)合動(dòng)畫的形式，讓學(xué)生了解制圖的規(guī)范要求、理順畫圖思路、快速掌握畫圖方法，解決教學(xué)重點(diǎn)。利用搶答環(huán)節(jié)調(diào)動(dòng)學(xué)生參與積極性，鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，得到該環(huán)節(jié)“課堂積極參與分”。

利用偏正互動(dòng)投影技術(shù)（見圖3）構(gòu)建3D虛擬空間，讓學(xué)生身臨其境感受螺柱裝配過程及其裝配三視圖的形成過程，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，有助于更好地掌握螺柱連接三視圖畫法，突破教學(xué)難點(diǎn)（見圖4）。

為充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，學(xué)生分小組進(jìn)行討論并合作查閱國(guó)標(biāo)計(jì)算參數(shù)。每位學(xué)生根據(jù)計(jì)算結(jié)果利用CAD輔助制圖軟件完成螺柱連接裝配圖繪制并上傳智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)（見圖5）。螺紋緊固件為標(biāo)準(zhǔn)件，其結(jié)構(gòu)、尺寸、畫法、標(biāo)記等各個(gè)方面已經(jīng)完全標(biāo)準(zhǔn)化，學(xué)生根據(jù)參數(shù)繪制的圖形應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)圖形完全一致。根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)得到學(xué)生繪制螺柱連接裝配圖時(shí)會(huì)產(chǎn)生的5個(gè)錯(cuò)誤點(diǎn)。智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)比對(duì)比學(xué)生上傳圖形與標(biāo)準(zhǔn)圖形得出“任務(wù)完成分”，學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)提示錯(cuò)誤處明確錯(cuò)誤原因，及時(shí)修正（見圖6）。教師在后臺(tái)跟進(jìn)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)反饋的結(jié)果，及時(shí)關(guān)注學(xué)生完成情況及質(zhì)量，針對(duì)個(gè)性問題單獨(dú)指導(dǎo)，共性問題集體答疑。

（3）課后學(xué)習(xí)：課后拓展，舉一反三。課后學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)舉一反三，完成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)拓展習(xí)題（見圖7），通過課后習(xí)題鞏固所學(xué)內(nèi)容，提高繪圖技能，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)自動(dòng)批閱得出“作業(yè)完成分”。教師后臺(tái)關(guān)注學(xué)生課后作業(yè)完成情況，利用課堂交流群與學(xué)生互動(dòng)溝通，及時(shí)答疑。

（4）綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)學(xué)生各項(xiàng)完成情況，智能系統(tǒng)自動(dòng)匯總各項(xiàng)成績(jī)，得出每位學(xué)生本節(jié)課的綜合成績(jī)，綜合成績(jī)=課前預(yù)習(xí)分+考勤分+課堂積極參與分+任務(wù)完成分+作業(yè)完成分（見圖8）。

2.3 教學(xué)效果

（1）構(gòu)建虛擬空間助理解，抽象學(xué)習(xí)形象化。在教學(xué)過程中，利用偏正互動(dòng)投影技術(shù)將抽象單一的線條規(guī)范轉(zhuǎn)為易理解的空間平面過渡過程，符合思維認(rèn)知，使抽象學(xué)習(xí)形象化。

（2）智慧批閱助自查，課堂學(xué)習(xí)自主化。利用智慧批閱系統(tǒng)幫助學(xué)生自查繪圖錯(cuò)誤點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)的明白，練得充分，對(duì)于整門課程的教學(xué)學(xué)習(xí)均有很強(qiáng)的適用性、推廣性。

（3）信息化課堂在身邊，交流學(xué)習(xí)全程化。信息化教學(xué)使學(xué)習(xí)不再局限于課堂范圍內(nèi)，學(xué)生可以靈活掌握學(xué)習(xí)時(shí)間、地點(diǎn)、手段，合理安排自我時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更高的學(xué)習(xí)效率。

3? 結(jié)語

我們教師在面對(duì)新一代人工智能與教育發(fā)展深度融合的大環(huán)境下，需要不斷進(jìn)行教學(xué)改革，探討合適的教學(xué)模式，提高教學(xué)質(zhì)量。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)與不足，充分利用信息化、智能化教學(xué)手段，使課堂教學(xué)更為形象、直觀、新穎、有效，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

[1] Negnevitsky M. Artificial Intelligence： A Guide to Intel-ligent Systems[J]. Information& Computing Sciences，2002，48（48）：284-300.

[2] 方廷健.人工智能：面向21世紀(jì)的重要學(xué)科[J].模式識(shí)別與人工智能，1995（s1）：3-4.

[3] 王曉陽.人工智能能否超越人類智能[J].自然辯證法研究，2015（7）：104-110.

[4] 李文靜，栗覓，奧頓.論人工智能時(shí)代高等教育改革[J].未來與發(fā)展，2019（3）：67-71.

[5] 劉永輝.信息化教學(xué)視域下的課堂教學(xué)行為分析[J].科技資訊，2019（33）：160-161.

[6] 于千程.基于超星平臺(tái)在高職專業(yè)課《公司信貸》中混合式教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D].河北師范大學(xué)，2019.

[7] 王佳.淺析信息化教學(xué)及在中職“機(jī)械制圖”課程中的應(yīng)用[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2015，21（3）：60-64.