機械專業(yè)一線教師在教學中應用信息技術的有益探索

吳婧斯 何東海 秦玉芳 劉慧姝 呂 琳 楊益其 杜 昕

中國人民解放軍陸軍勤務學院油料系 重慶 401311

當前,在信息技術的推動下,無論是教學理念還是教學方式均發(fā)生了較大的改變。2019年2月《中國教育現代化2035》[1]提出了教育信息化是教育系統(tǒng)性變革的內源性動量,是教育現代化的核心驅動力。隨后《國務院關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》[2]的出臺,更是明確了信息技術與教育教學融合應用的發(fā)展方向。蔡寶來也闡釋和建構了適應教育信息化2.0時代的智慧教學新模式[3]。但正如馬克思哲學原理中“否定之否定規(guī)律”所描述的那樣,事物發(fā)展總是螺旋式上升或波浪式前進的,經歷曲折是事物發(fā)展的必然過程。在我們享受信息技術發(fā)展帶來益處的同時,也浮現出了許多需要迫切解決的新問題。作為一線教師,在教學上也必須順勢而為,努力提升自身能力素質,才能更好地利用信息技術服務教育教學工作。尤其對機械專業(yè)的高等教育來說,具有明顯的實踐特征,教師必須注重在教學中培養(yǎng)學生的工程意識和工程素養(yǎng),才能為學生解決工程實際問題打下良好基礎,真正提高學生日后的適崗能力。

對教師的挑戰(zhàn)及必要性

隨著信息技術的不斷發(fā)展,逐漸催生出了各種智慧課堂、智慧教材以及融媒體課件[4]。有虛擬技術、計算機技術參與的多種教學模式的出現使學生積累知識的來源不單局限于課堂上教師的講授或某一本教材,而對傳統(tǒng)的師生關系造成沖擊。并且隨著信息技術在教育領域中的發(fā)展和應用,越發(fā)突顯出了傳統(tǒng)教育理念及教學方式無法滿足當前時代教與學的需求。尤其在機械類專業(yè)教學中,傳統(tǒng)教學方式會花費教師大量在黑板上手工繪圖的時間,并且在講解裝配體零件動態(tài)影響時,對學生的空間想象能力具有較高要求。這就使得其形象化、空間化、信息化、便捷化的快速表達更是需要借助層次豐富的信息技術來實現。比如在內燃機教學中零件結構的認識、零件工作原理的動態(tài)演示、零部件虛擬拆裝的交互式體驗、課件的推送及線上線下的配合教學?？梢哉f,信息技術的應用不光在傳播知識的質量上有顯著提高,更是打破了傳統(tǒng)教學時間及空間上的束縛,同時加快了信息傳播的速度。這樣一來,便要求教師要做到與時俱進,不斷創(chuàng)新教學理念與教學方式,注重學生綜合能力如工程意識和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。

方法及途經

1 CAD主流專業(yè)軟件在課件開發(fā)中的合理應用

課件制作的精良程度從很大程度上能直接影響教學質量和教學效果,而機械類課程往往涉及投影規(guī)律、投影視圖、剖視圖、零件圖和裝配圖及動態(tài)折裝等內容[5],要求學生具有良好的空間幾何分析、構想和圖解能力。這時,課件中常規(guī)的二維結構圖或平面動畫(如圖1所示,某H型發(fā)動機結構的三視圖),只能幫助學生建立對零件或裝配體最基本的結構認識,若要進一步講清楚零部件的設計思想和設計原理,則需要借助三維建模甚至運動仿真工具。

圖1 某H型發(fā)動機結構的平面三視圖

比如在《內燃機》教學中,如圖2所示,是用Solid Works三維建模軟件搭建的某H型發(fā)動機在工作過程中不同曲軸轉角下的發(fā)動機裝配體模型,利用該模型可以幫助學生很清楚的觀察到發(fā)動機的總裝結構及子結構,以及零部件之間的裝配關系,同時可運用Solid Works中的運動仿真模塊模擬該發(fā)動機在實際工作過程的動態(tài)效果,幫助學生深入理解發(fā)動機的機械設計原理和設計理念。這就要求教師能有意識的在課件中對各類CAD主流行業(yè)軟件加以運用,在遇到傳統(tǒng)教學中多數只有二維平面圖的局限時,可以嘗試如UG、Proe、Solidworks、Catia等專業(yè)軟件進行建模演示。一方面幫助學生提升工程思維和工程素養(yǎng),一方面也對教師自身的專業(yè)技能加以拓展和應用,從而更好地服務于教學。

圖2 某H型發(fā)動機工作過程演示圖

另外對于《機械制圖》教學中存在的大量作圖講解,還可將作圖題目鏈接到相應的作圖軟件,在課堂上為學生現場繪圖講解。比如:簡單零件三視圖的畫圖步驟就可直接鏈接到AutoCAD二維繪圖軟件中,對其畫圖步驟進行實時示范,而在Solidworks三維建模軟件中可事先建好同一物體的三維模型,利用Solidworks自帶的工程圖出圖功能直接做出平面的三視圖,將其與之前AutoCAD所作圖形進行比較,以此從正向和逆向兩個方面結合起來學習,讓學生更容易理解知識點從哪里來,到哪里去。同時該教學過程也從一定程度上強化培養(yǎng)了學生的工程思維。

除此以外,在PPT課件的制作中,還需要對教學的具體內容進行設計,根據與課程內容的聯系和貫通,確定演示目的和對象。進一步根據教學內容及教學過程的精細化程度,來匹配制定演示策略[6]。

2 借助信息技術設計智慧教材

以陸軍勤務學院機械類課程為例,所采用教材還是傳統(tǒng)的紙媒教材作為教學內容的主要指導和依據,其呈現內容主要包括文字、圖表及圖片。而紙媒教材的文字描述和圖片呈現并不能直觀地向學生展示機械立體結構以及零件裝配過程,尤其對于空間想像能力欠佳的學生來說挑戰(zhàn)更大。無法實現教材的信息化和立體化,也就不能很好地激發(fā)學生學習的興趣。最關鍵的是,在學生完成課堂上的學習之后,課下還需要借助教學資源庫中的視頻動畫、虛擬現實操作等內容進行知識拓展和測試訓練,恰恰這部分內容更需要在智慧教材的基礎上借助于信息技術平臺來實現。

對于智慧教材的設計,主要把握以下四個方面:

①教材內容基于理論基礎知識,結合崗位能力需求,合理安排教材內容和結構,將知識點和技能點有機結合,立足于培養(yǎng)學生的工程意識和工程能力。

②教材內容形式呈現系統(tǒng)化、多元化,并且能做到對重要知識點有料有據有支撐。比如借助信息技術,將紙質教材中的知識點或圖片進行二維碼[7]關聯,通過微信掃一掃,可以直接觀看錄播授課視頻或可直接打開三維模型文件,對模型進行旋轉、縮放等觀測以進行深度學習。對于裝配體的學習,還可通過關聯的二維碼,觀看動態(tài)裝配視頻,學習裝配細節(jié)及工作原理。如圖3,活塞的裝配。

圖3 活塞的裝配

③針對機械類課程的大量習題,仍然利用微信掃碼功能,可以鏈接到每個習題的做題步驟視頻講解及答案,教師對答案可選擇性設置開放時間,實現習題的及時輔導。

④智慧教材中配套添加教學資源庫,借助信息技術,提供豐富且高質的教學拓展資源。有但不僅限于文字圖片、視頻動畫和PPT等資源,做為課堂教學的補充。

3 AR虛擬現實技術[8]及MR混合現實技術[9]助力實踐教學

對于內燃機課程的學習,關注的是內燃機兩大機構及五大系統(tǒng)的構造、工作原理以及內燃機的使用維護。比如對于配氣機構搖臂軸的拆裝訓練,即可通過使用AR技術進行,讓學生在虛擬環(huán)境中對搖臂軸進行自主拆裝(如圖4),使學習對其三維型態(tài)和組裝過程有更直觀的認識。而MR混合現實技術可以使真實和虛擬世界對象實時進行交互,并及時反饋給學生,不用受制于時間及空間的局限,使學生達到完全沉浸于真實環(huán)境中的效果。

圖4 利用AR技術實現搖臂軸的拆裝訓練

利用這種方式開展實訓教學,一方面能夠幫助學生重建內燃機的空間結構,對內燃機的工作原理、拆裝、檢測等有更深刻的認識,另一方面能讓學生在主觀上有較強的參與感及獲得感,同時生動逼真的素材還可激發(fā)學生的學習興趣。

除了重點關注教學中以假亂真的實訓效果,利用AR/MR技術開展教學還能有效減輕實驗室由于內燃機運轉、排放、噪音等問題帶來的安全隱患以及不適。同時教學設備還可通過軟件升級的辦法來適應當前教學內容中由于油料裝備的更新或內燃機技術的發(fā)展帶來的變化,而減少非必要的設備購置。做到了教學成本的節(jié)約,更提高了學生的學習效率。

4 信息技術提升教師“器商”

在當今信息快速溝通的年代,各類短視頻、微視頻越來越盛行,它們以簡短且有趣新穎的特點而被越來越多人喜歡,我們的學生做為年輕一代自然很容易接受這類新生事物并且被它們所影響。為了能適應學生的學習習慣,并且教師在專業(yè)技能上有進一步突破,我們的教師則需要掌握更新穎的手法制做微課或教學視頻的技能,更多的是在這個過程中借助各類軟件技術進行優(yōu)劣互補集成開發(fā),最終達到應用整合的目的,使我們的教學素材更加多彩,對學生來說晦澀難懂的專業(yè)課程變得更加友好也更加具有可閱讀性和可學習性。

功欲善其事,必先利其器。比如我們用Aniation3D實現字體3D炫酷效果(如圖5)、用office 2019實現動畫自助制做、用iSpring Suite實現課件交互式應用、用口袋動畫讓PPT飛奔、用Focusky實現頁面深度縮放、用FGF生成電子相冊制作flash素材、用訊飛實現語音錄入、用錄音吧實現語音轉文字、用inpaint處理圖像細節(jié)、用Photozoom實現圖片無損放大,用Camtasia制做教學視頻(圖6)、用Audition處理視頻聲音等等。正如沒有完美的個人但可以組建完美的團隊一樣,沒有完美的軟件但有完美的軟件技術組合。將簡單的技術練到熟練應用的程度也是教師的核心競爭力[10]。

圖5 Aniation3D實現字體3D效果

圖6 Camtasia制作微課

只有一線老師的“器商”提升了,掌握的軟件技術豐富了,制作多媒體微課程的活力才能起來,最終才能達到提升教學質量的目的。

持續(xù)發(fā)展

當今時代,信息技術飛速發(fā)展,各類新知識新事物層出不窮,知識更新周期大大縮短,專業(yè)教學中信息技術應用的途徑又豈止以上寥寥幾點。一線教師更應積極響應國家號召,順應教學需求,著眼于未來人才培養(yǎng)的需要。除了練好基本功夫,還要勤于實踐思考,敢于追蹤學科前沿,勇于突破自身舒適區(qū),樹立終身學習觀[11],才能有機會接受并掌握新的信息技術,有效掌握的新信息技術反過來又能服務于教學實踐工作,教師才能將所學所用內化為自身可持續(xù)發(fā)展的教學能力。在當今科技蓬勃發(fā)展的信息技術時代才能跟得上步伐,最終為培養(yǎng)人才提供高質量養(yǎng)料。