【摘要】? ? AR技術(shù)融入教育行業(yè),給教學(xué)過(guò)程帶來(lái)新變化。根據(jù)學(xué)校教學(xué)現(xiàn)狀,汽修專(zhuān)業(yè)人數(shù)多、實(shí)訓(xùn)課程工位少,教師選取任務(wù)難度不適宜的現(xiàn)狀,研究AR交互教學(xué)模式,利用AR技術(shù)優(yōu)勢(shì),增強(qiáng)學(xué)生的立體理解。采用AR教學(xué)實(shí)驗(yàn)班開(kāi)展研究,教師將工作任務(wù)導(dǎo)入構(gòu)建AR教學(xué)輔助軟件,驗(yàn)證AR技術(shù)在汽修課程教學(xué)中的應(yīng)用效果。
【關(guān)鍵詞】? ? 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)? ? 汽修課程? ? 中職教學(xué)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),英文全稱(chēng):Augmented Reality(簡(jiǎn)稱(chēng)“AR”),是一種將虛擬信息與真實(shí)世界巧妙融合的技術(shù),廣泛運(yùn)用了多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、智能交互、傳感等多種技術(shù)手段,將計(jì)算機(jī)生成的文字、圖像、三維模型、音樂(lè)、視頻等虛擬信息模擬仿真后,應(yīng)用到真實(shí)世界中,兩種信息互為補(bǔ)充,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的“增強(qiáng)”[1]。 AR是滿足三維基本特征的系統(tǒng),AR能彌合真實(shí)與虛擬對(duì)象差距。計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展,也帶來(lái)了AR技術(shù)的成熟,它的身影也慢慢地出現(xiàn)在教育行業(yè)里,如市場(chǎng)上隨處可見(jiàn)的AR童書(shū)。
一、中職汽修課程AR教學(xué)概述
中等職業(yè)學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生是面向職業(yè)的,需要學(xué)習(xí)技術(shù)技能類(lèi)實(shí)踐課。AR技術(shù)引入中職課堂,需要幫助教師解決技術(shù)技能的操作演示,近年各地有師資培訓(xùn)中心通過(guò)組織教師培訓(xùn),讓越老越多老師認(rèn)識(shí)了AR,也學(xué)習(xí)了AR的設(shè)計(jì)運(yùn)用。如廣東省2020年職業(yè)院校教師素質(zhì)提高計(jì)劃培訓(xùn)里就有項(xiàng)目是關(guān)于汽車(chē)專(zhuān)業(yè)增強(qiáng)AR現(xiàn)實(shí)資源開(kāi)發(fā)與信息化教學(xué)應(yīng)用。故此,我校汽修專(zhuān)業(yè)設(shè)立實(shí)驗(yàn)班開(kāi)展起AR教學(xué)。
1.1我校汽修課程教學(xué)現(xiàn)狀
AR教學(xué)實(shí)驗(yàn)班來(lái)源自汽修專(zhuān)業(yè)2年級(jí),學(xué)生有大量的工學(xué)一體化課程,接受做中學(xué),學(xué)中做的模式。但班里人數(shù)是42人,非小班教學(xué),教學(xué)資源分配上捉襟見(jiàn)肘,實(shí)訓(xùn)工位無(wú)法同時(shí)滿足要求,造成教學(xué)效率低,其他學(xué)生缺乏實(shí)車(chē)訓(xùn)練降低參與學(xué)習(xí)興趣。
1.2汽修專(zhuān)業(yè)AR教學(xué)的優(yōu)勢(shì)
AR教學(xué)能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層理解。它可提升學(xué)生對(duì)概念的學(xué)習(xí)進(jìn)度,讓抽象概念變得具體化,讓圖片轉(zhuǎn)化為三維立體模型,AR教學(xué)輔導(dǎo)工具可使不理解文本學(xué)習(xí)材料的學(xué)生受益,降低學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的難度。
AR教學(xué)能降低場(chǎng)地工位不足對(duì)教學(xué)的制約。很多實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)受到場(chǎng)地設(shè)備等影響,學(xué)生平均接觸工位的時(shí)間較短,造成教學(xué)效果不理想。譬如發(fā)動(dòng)機(jī)課,2人/工位,這對(duì)場(chǎng)地大小與臺(tái)架數(shù)目要求都很高,現(xiàn)將汽車(chē)部件(如發(fā)動(dòng)機(jī))虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)形象化導(dǎo)入AR軟件后,學(xué)生利用AR教學(xué)輔導(dǎo)工具則可以隨時(shí)隨地將發(fā)動(dòng)機(jī)具現(xiàn)化出來(lái),進(jìn)行拆裝演示操作或認(rèn)知各部件的位置與形狀。
AR教學(xué)可以給老師提供新的表達(dá)方式。AR系統(tǒng)使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)化,在缺少汽車(chē)類(lèi)設(shè)備的情況下,教師利用形象的AR數(shù)字資源進(jìn)行課堂教學(xué),擺脫P(yáng)PT類(lèi)課件的平面化教學(xué)。
學(xué)校的教學(xué)環(huán)境里,加入這種AR技術(shù)的教學(xué)十分創(chuàng)新,特別是在新能源汽車(chē)崛起的時(shí)代,舊的教學(xué)資源已經(jīng)不能滿足教學(xué),教師能根據(jù)實(shí)際需求,更好地設(shè)計(jì)、實(shí)施增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)汽車(chē)教育項(xiàng)目,以滿足智能社會(huì)的發(fā)展和信息時(shí)代的需要。
二、中職汽修課程AR教學(xué)理念
中職汽修課程AR教學(xué)遵循“以學(xué)生為主體,以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念[2]。課堂里沿用工作任務(wù)導(dǎo)向教學(xué)法,培養(yǎng)學(xué)生崗位意識(shí),結(jié)合原來(lái)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備和新添加的AR等數(shù)字資源,學(xué)生可自主學(xué)習(xí)。通過(guò)對(duì)教學(xué)的交互模式進(jìn)行改變,將部分師生間的交互引導(dǎo)為學(xué)生與AR軟件的交互,同時(shí)也做好分組,鼓勵(lì)小組成員間的交互,老師可以有更多時(shí)間巡邏實(shí)訓(xùn)室,優(yōu)化課堂教學(xué)效果。
學(xué)生與AR軟件的交互主要體現(xiàn)在:對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生不必閱讀教材中大段文字描述,直接借助軟件里的手機(jī)攝像頭掃描圖片可出現(xiàn)視頻演示,學(xué)生更利于記憶,同時(shí)學(xué)生可以放大、旋轉(zhuǎn)觀看零件及工具的 3D 模型;對(duì)實(shí)操技能的學(xué)習(xí),不必圍繞工位看教師演示,直接用 AR 識(shí)別軟件進(jìn)行掃描圖片,出來(lái)相關(guān)實(shí)操步驟的動(dòng)畫(huà),認(rèn)識(shí)相關(guān)工具的使用,看不懂的可以選擇反復(fù)觀看[3]。
三、中職汽修課程AR教學(xué)應(yīng)用
中職汽修課程融合AR教學(xué)資源,教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力,AR教學(xué)資源的可用性,從中職專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容層面出發(fā),組織課程內(nèi)容,投入設(shè)計(jì)AR教學(xué)輔助軟件。AR教育可以提高任務(wù)導(dǎo)向法的參與度,引導(dǎo)學(xué)生利用AR軟件進(jìn)行課程學(xué)習(xí),以App的形式將AR技術(shù)引入到汽修課程教學(xué)中,能夠切實(shí)為師生帶來(lái)極大的便利,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。
3.1組織課程內(nèi)容
根據(jù)我校汽修專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案,發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、電氣設(shè)備等課程都需要工學(xué)一體化教學(xué)。對(duì)應(yīng)的課程需要大量的實(shí)訓(xùn)工位,AR教學(xué)內(nèi)容可根據(jù)各種實(shí)訓(xùn)的工作崗位任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì),特別是工位不足的課程內(nèi)容優(yōu)先融入AR教學(xué),化解教學(xué)矛盾。而且汽車(chē)模型的設(shè)計(jì)耗時(shí)不短,在組織AR教學(xué)內(nèi)容時(shí),優(yōu)先組織局部?jī)?nèi)容,如汽車(chē)電控課程里的各種傳感器,后期再組織整體內(nèi)容,如整合前期設(shè)計(jì)完成的各種傳感器加入到整個(gè)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的框架中,循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)3D教學(xué)模型,減輕設(shè)計(jì)初期的工作量。
3.2設(shè)計(jì)AR教學(xué)輔助軟件
為了將AR技術(shù)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源,教師要做好課前備課,設(shè)計(jì)好對(duì)應(yīng)課程內(nèi)容的AR教學(xué)輔助軟件。簡(jiǎn)單步驟如下:第一步,利用三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件(3DMAX)制作課程相關(guān)的汽車(chē)部件模型,模型數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)物的真實(shí)大小,便于學(xué)生產(chǎn)生正遷移;第二步,將對(duì)應(yīng)的模型和教學(xué)資源導(dǎo)入實(shí)時(shí)3D互動(dòng)內(nèi)容創(chuàng)作平臺(tái)(Unity 3D),加入控制按鈕、聲效等要素賦予模型運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)、拆裝等功能,能進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng),產(chǎn)生學(xué)習(xí)沉浸體驗(yàn);第三步,獲取高通Vuforia插件應(yīng)用權(quán)限,設(shè)計(jì)AR識(shí)別圖后,生成對(duì)應(yīng)安卓端或IOS端的輔助軟件。
3.3實(shí)施具體教學(xué)
以汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)內(nèi)容為例,可設(shè)置知識(shí)點(diǎn):發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)主要傳感器的形狀和位置;技能點(diǎn):檢測(cè)傳感器的電阻、電壓、波形。教師提前設(shè)計(jì)好電控發(fā)動(dòng)機(jī)及傳感器3D模型,生成AR輔助軟件,在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上實(shí)操前,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立或分組進(jìn)入AR軟件里學(xué)習(xí)與模擬實(shí)操。
學(xué)生在課堂中應(yīng)用智能手機(jī)或者教學(xué)智能平板,打開(kāi)AR輔助軟件進(jìn)行人機(jī)交互,學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)的主要部件的理論知識(shí)、主要傳感器的位置、實(shí)操訓(xùn)練所需工量具的正確使用方法,配合任務(wù)工作頁(yè),完成熟練確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)電子燃油噴射系統(tǒng)主要傳感器位置和主要傳感檢測(cè)的教學(xué)目標(biāo)。
四、教學(xué)中存在的問(wèn)題
AR技術(shù)教學(xué)存在一定局限性,畢竟那都是軟件設(shè)計(jì)者的“繪制”,并非汽車(chē)的本真與全部。其中真中有假,假中有真,真真假假,令人難分,可最終還是“虛擬”的,誠(chéng)然沒(méi)有真實(shí)維修汽車(chē)的效果。容易使學(xué)生“先入為主”,造成對(duì)真實(shí)知識(shí)和現(xiàn)實(shí)的偏面認(rèn)知,若軟件設(shè)計(jì)時(shí)出錯(cuò),還可能會(huì)讓學(xué)生“誤入歧途”!
課程里應(yīng)用AR教學(xué)需要教師過(guò)多的備課時(shí)間,教師難以快速部署AR內(nèi)容,整個(gè)課程下來(lái),需要的模型數(shù)目眾多,設(shè)計(jì)耗時(shí)巨大,非一名老師可以獨(dú)立完成,建議申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)聯(lián)合相關(guān)教學(xué)資源類(lèi)企業(yè)合作制作。課堂中,教師或?qū)W生發(fā)現(xiàn)AR軟件里的交互界面異常,素材出錯(cuò)等情況,影響AR軟件的使用,教師難以及時(shí)對(duì)AR軟件重新編輯。在實(shí)際使用中,還需要學(xué)校能提供專(zhuān)用的智能平板設(shè)備給學(xué)生使用,或開(kāi)放學(xué)生使用個(gè)人手機(jī)的權(quán)限,建議是大屏幕的,效果更好。
從AR教學(xué)實(shí)驗(yàn)班的嘗試?yán)锇l(fā)現(xiàn),AR教學(xué)確實(shí)方便了“教”與“學(xué)”的過(guò)程,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,能流暢地在虛擬與真實(shí)的環(huán)境中進(jìn)行互動(dòng)。但萬(wàn)事皆有度,AR等先進(jìn)信息技術(shù)是一懸掛在學(xué)校和教師頭上的達(dá)摩克斯之劍,在教學(xué)中當(dāng)適時(shí)應(yīng)用、適度應(yīng)用,拒絕濫用,做到以實(shí)訓(xùn)工位實(shí)操為主,AR軟件為輔,不能讓學(xué)生脫離實(shí)際??萍荚谶M(jìn)步,在虛擬領(lǐng)域還有更高科技的混合現(xiàn)實(shí)(MR)技術(shù),人機(jī)交互將逐漸廣泛地應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域,教師需要主動(dòng)學(xué)習(xí),走在教學(xué)創(chuàng)新的大路上。
參? 考? 文? 獻(xiàn)
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羅文政(1984.08),男,漢族,廣東廣州,助理講師,研究方向:汽修教學(xué)。