環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)模式的構(gòu)建研究

楊杰 孫丹楓 馬磊

摘? 要：“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”基于互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)平臺(tái)建設(shè)，針對傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)了十一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，形成了線上線下多元化的教學(xué)環(huán)境。通過虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生可以利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了邊學(xué)習(xí)邊娛樂的全新教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生的空間邏輯思維能力，提升了學(xué)生對于環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

關(guān)鍵詞：環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程;虛實(shí)結(jié)合;虛擬仿真

基金項(xiàng)目：本文系江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究基金項(xiàng)目“基于虛擬仿真技術(shù)的課程教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建——以環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程為例”（2020SJA0816）;江蘇高?！扒嗨{(lán)工程”資助項(xiàng)目（20200415）研究成果。

一、引言

環(huán)境設(shè)計(jì)制圖涉及藝術(shù)和科學(xué)兩大領(lǐng)域，屬于現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)研究基礎(chǔ)上的邊緣性學(xué)科，是每一位環(huán)境設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路和理念的必修課程，同時(shí)，也是環(huán)境設(shè)計(jì)師與業(yè)主、施工方之間溝通的橋梁。環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程是所有高職院校環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的必修課之一，通過課程的學(xué)習(xí)，旨在使學(xué)生能夠初步掌握環(huán)境設(shè)計(jì)表現(xiàn)中平面圖、立面圖、剖面圖以及透視圖的制圖方法。但是，由于課堂教學(xué)中比較抽象的空間邏輯關(guān)系難以再現(xiàn)，教師示范效果差，學(xué)生三維空間構(gòu)建能力弱等諸多因素影響，教學(xué)效果并不理想。針對以上問題，以重慶出版社出版的教材《環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖》為基礎(chǔ)，開發(fā)了《環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)》，力求有針對性地提出環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新及發(fā)展的對策。

二、“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”的構(gòu)建

“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”是以重慶出版社出版的教材《環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖》為基礎(chǔ)、以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)、以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為技術(shù)手段構(gòu)建的APP軟件，具有以下作用和功能。1.平臺(tái)針對教材中11個(gè)知識(shí)點(diǎn)（三視圖形成、剖面圖形成、建筑平面圖形成、建筑剖面圖形成、樓梯平面圖形成、室內(nèi)平面圖形成、室內(nèi)天花平面圖形成、室內(nèi)立面圖形成、室內(nèi)詳圖形成、透視圖術(shù)語和透視圖及視點(diǎn)、視高）入手，培養(yǎng)學(xué)生的空間邏輯思維能力，解決了建筑切片展示難、三維立體空間在二維空間平面投影難等難以理解的問題。2.通過互聯(lián)網(wǎng)和智能移動(dòng)平臺(tái)隨時(shí)隨地存儲(chǔ)、下載相關(guān)數(shù)據(jù)，并且記錄學(xué)生過程性實(shí)踐和單元考核數(shù)據(jù)供教師線上批閱。3.學(xué)生實(shí)現(xiàn)了“課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)，課后復(fù)習(xí)”全過程覆蓋的學(xué)習(xí)流程，教師通過“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”布置和批閱課前任務(wù)書，通過課前任務(wù)書了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，課堂學(xué)習(xí)中針對學(xué)生完成的課前任務(wù)書點(diǎn)對點(diǎn)解決問題，再分派項(xiàng)目去分組完成，課后布置作業(yè)并要求預(yù)習(xí)下堂課的內(nèi)容。教師通過“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做到全監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的“完整、高效、可視、便捷”。4.軟件開發(fā)根據(jù)用戶的需求和權(quán)限進(jìn)行一定限制，開發(fā)了三種用戶框架，不同的程序框架針對不同的受眾。學(xué)生用戶主要的權(quán)限是學(xué)習(xí)、查閱資料、上傳課業(yè)報(bào)告、交流論壇和個(gè)人信息資料;教師權(quán)限主要是在學(xué)生用戶權(quán)限的基礎(chǔ)上包含了上傳學(xué)習(xí)資料和學(xué)習(xí)任務(wù)書，班級(jí)管理權(quán)限和學(xué)生報(bào)告批閱權(quán)限;后臺(tái)數(shù)據(jù)管理員負(fù)責(zé)網(wǎng)站平臺(tái)的安全，如服務(wù)器硬件維護(hù)、網(wǎng)站平臺(tái)空間及密碼數(shù)據(jù)庫管理等。權(quán)限最小的為學(xué)生，權(quán)限最大的是數(shù)據(jù)管理員，后臺(tái)框架設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

（一）名詞術(shù)語

透視圖是一種通過二維平面表現(xiàn)三維立體空間的特殊的繪圖方式，其中包含了大量名詞術(shù)語，通過三維模型展示和圖文注釋來描述空間形態(tài)結(jié)構(gòu)，再解釋透視畫法中約定俗成的規(guī)范化名詞術(shù)語，例如視點(diǎn)（EP）、立點(diǎn)（SP）、視高（EL）、消失線（VPL）等。學(xué)生完成學(xué)習(xí)后，可以通過訪問“課業(yè)考核”模塊進(jìn)行線上考試測試學(xué)習(xí)情況。關(guān)于名詞術(shù)語的考核分為兩種，一種是根據(jù)名詞術(shù)語中對應(yīng)的詞組找到三維模型中對應(yīng)的位置;另一種是根據(jù)三維模型找到匹配的名詞術(shù)語。通過多次考核可以加深學(xué)生對于專業(yè)名詞術(shù)語的印象。

（二）切片描述

投影圖、剖面圖和斷面圖是環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程中非常重要的知識(shí)點(diǎn)。光線照射在物體上，會(huì)在平面上留下影子，承載影子的平面形成就是投影圖;物體被假想的平面剖切開，對留下的部分做平行正投影，得到的投影圖就是剖面圖;對留下來的部分僅僅描繪出剖切面和物體的斷面投影為斷面圖。“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”的11個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)知識(shí)點(diǎn)一共做了九個(gè)切片模型（三視圖形成、剖面圖形成、建筑平面圖形成、建筑剖面圖形成、樓梯平面圖形成、室內(nèi)平面圖形成、室內(nèi)天花平面圖形成、室內(nèi)立面圖形成、室內(nèi)詳圖形成），切片圖也是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中較難掌握的知識(shí)點(diǎn)，通過訪問“切片描述”模塊進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)可以直觀地了解投影圖、剖面圖和斷面圖的形成過程。

（三）視頻動(dòng)畫

“視頻動(dòng)畫”模塊把制圖基礎(chǔ)、建筑工程制圖、室內(nèi)設(shè)計(jì)制圖、景觀設(shè)計(jì)制圖、透視圖和軸測圖六大章節(jié)中重要的原理知識(shí)點(diǎn)，利用三維動(dòng)畫的方式進(jìn)行呈現(xiàn)。視頻運(yùn)用了眼下最流行的FaceRig軟件進(jìn)行輔助，把二次元卡通角色作為任課教師，通過電腦攝像頭匹配真人教師的面部表情進(jìn)行面部動(dòng)作。真人教師把面部動(dòng)作數(shù)據(jù)匹配給二次元卡通角色，卡通角色被賦予生命，動(dòng)畫視頻中授課的教師變成了學(xué)生感興趣的卡通角色。在語言上加入網(wǎng)絡(luò)術(shù)語，營造出輕松詼諧的授課環(huán)境。每部視頻動(dòng)畫長度不要超過10分鐘，講述清楚一個(gè)知識(shí)點(diǎn)即可。視頻下方可以通過彈幕讓學(xué)生和學(xué)生之間、學(xué)生和教師之間進(jìn)行互動(dòng)交流。這種方式目前在主流視頻網(wǎng)站屢見不鮮，然而用于教學(xué)軟件的目前還比較少。

（四）交互展示

“交互展示”模塊可以把教材中的平面圖、立面圖、投影圖、剖面圖和斷面圖形成的原理過程進(jìn)行分步驟展示，把物體進(jìn)行假想切片，對保留的物體進(jìn)行投影，投影結(jié)束后形成圖紙，最后加入圖幅圖框形成一張完整的符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)的圖紙。每個(gè)步驟都加入了人機(jī)交互界面，學(xué)生通過觸屏可以自由放大縮小、360°自由旋轉(zhuǎn)物體，步驟之間的邏輯關(guān)系可以自由選擇，強(qiáng)化學(xué)生對教材中知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

（五）圖紙展示

“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”共有300余張大小各異、種類不一的平面圖、立面圖、投影圖、剖面圖和斷面圖等數(shù)字圖紙。學(xué)生可以通過訪問“圖紙展示”模塊，檢索關(guān)鍵詞找到資源庫中學(xué)習(xí)急需的圖紙。另外，單元課程結(jié)束后，學(xué)生可以把完成的手繪圖紙通過手機(jī)拍照上傳至教學(xué)平臺(tái)，在“圖紙展示”模塊選擇“比對作業(yè)”按鈕，將教學(xué)資源庫中的圖紙和手繪圖紙進(jìn)行重疊匹配，進(jìn)一步檢查作業(yè)的準(zhǔn)備度和規(guī)范度，系統(tǒng)會(huì)生成報(bào)告上傳給教師，標(biāo)注學(xué)生作業(yè)的完成度和匹配度。

三、環(huán)境設(shè)計(jì)制圖課程“虛實(shí)結(jié)合”教學(xué)模式的實(shí)施

在實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生可以把教材扉頁中的二維碼通過手機(jī)攝像頭掃描進(jìn)行安裝，通過互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地充分利用碎片化的時(shí)間，訪問“環(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”APP軟件。使用步驟如下：1.點(diǎn)擊軟件中的三維模型體塊，了解其特定的術(shù)語，并通過展開注釋學(xué)習(xí)其內(nèi)在含義。2.點(diǎn)擊軟件中的虛擬切片對模型進(jìn)行切割，通過學(xué)習(xí)了解并掌握投影圖、剖面圖和斷面圖在制圖中的用法。3.點(diǎn)擊軟件中的不同章節(jié)的icon，通過二次元卡通角色的講解，幾分鐘學(xué)會(huì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。4.點(diǎn)擊軟件主界面中的“案例”icon，學(xué)習(xí)教材中平面圖、立面圖、投影圖、剖面圖和斷面圖形成的原理，并且對于模型進(jìn)行自由編輯。5.點(diǎn)擊軟件中的檢索欄，找到課業(yè)中需要的圖紙資料進(jìn)行參考學(xué)習(xí)。完成以上5個(gè)步驟的學(xué)習(xí)后可以進(jìn)行手繪圖的繪制，然后把繪制完畢后的手繪圖紙拍照掃描到APP軟件進(jìn)行比對。比對率超過95%的為合格，低于95%的需要學(xué)生回到主界面掃碼重新學(xué)習(xí)，直到最后比對通過。通過后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成報(bào)告，發(fā)送給任課教師等待批閱。教師批閱完畢后，上傳評(píng)語和登分，同時(shí)把較為優(yōu)秀的作業(yè)發(fā)送至“交流學(xué)習(xí)”板塊設(shè)為“精華貼”，供學(xué)生們參考交流。

“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)模式，學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)平臺(tái)在虛擬世界中邊學(xué)習(xí)邊娛樂，學(xué)習(xí)娛樂兩不誤，不僅提升了學(xué)生的空間想象力，規(guī)范了制圖標(biāo)準(zhǔn)，還培養(yǎng)了他們的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)施過程如圖2。

四、結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)對于數(shù)字圖像的要求是非?？量痰?，優(yōu)秀的虛擬仿真作品通常包含巨大的三維文件、數(shù)字圖像以及視頻素材。開發(fā)人員需要在軟件運(yùn)行時(shí)，在圖像品質(zhì)和運(yùn)行速度之間找到平衡點(diǎn)，這是由于網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠造成的。伴隨著5G的普及，互聯(lián)網(wǎng)革命的下半場即將開始，虛擬仿真技術(shù)必定受到其紅利的影響，突破長期被束縛的傳輸樊籬將易如反掌。今后，新媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)交互等信息系化手段將會(huì)出現(xiàn)在我們生活的方方面面，傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式也將會(huì)被逐漸顛覆?！碍h(huán)境設(shè)計(jì)識(shí)圖與制圖AR學(xué)習(xí)平臺(tái)”系統(tǒng)基于移動(dòng)平臺(tái)打造，使學(xué)生獲取知識(shí)的手段更加便捷，傳統(tǒng)教材在履行本職工作的同時(shí)，也作為數(shù)字化教材的載體，提升了學(xué)生的求知欲、實(shí)踐能力、觀察能力和獨(dú)立思考的能力。目前，正著手進(jìn)一步豐富該平臺(tái)中的虛擬仿真資源的建設(shè)，力求實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的開發(fā)與應(yīng)用。

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作者簡介：

楊杰，碩士，正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

孫丹楓，碩士，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院藝術(shù)與傳媒學(xué)院教師。

馬磊，碩士，常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計(jì)學(xué)院副教授，高級(jí)工藝美術(shù)師。