基于網絡課程平臺的信息化教學設計與實踐

[摘 要] 信息化教學大賽是促進職業院校信息化教學發展的一個重要賽事，重在考查職業院校教師在教學過程中合理有效地利用信息技術來突出教學重點和解決教學難點的能力。介紹了2016年北京市職業學校信息化教學大賽的參賽作品——《3D測量技術與逆向工程》課程教學模塊“手持式掃描儀點云數據采集”的信息化教學設計，并探討了大賽對教師信息化教學能力發展的促進作用。

[關 鍵 詞] 信息化教學設計；網絡課程平臺；手持式掃描儀；點云數據

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）01-0150-02

近年來，隨著信息技術的迅猛發展，以計算機和互聯網為主的信息技術迅速滲透于社會的各個領域，尤其是教育領域。[1]信息技術突破了時空限制，突破了學習圍墻，擴展了學習方式，使師生在信息獲取的途徑上處于平等地位，有利于師生之間的積極互動。2012年9月，全國教育信息化工作電視電話會議提出：“信息技術的深度應用，迫切要求教與學的雙重革命。”教育信息化的核心內容是信息化教學。[2]為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020年）》第十九章關于“加快教育信息化進程”的文件精神，自2010年起，教育部牽頭舉辦全國職業院校信息化教學大賽。各職業院校積極組織教師參加此項比賽。大賽項目主要包括信息化教學設計比賽、信息化課堂教學比賽和信息化實訓教學比賽。

筆者參加了2016年北京市信息化教學比賽，具體賽項為信息化教學設計比賽的高職組（專業課程三組裝備制造大類），并獲得市賽二等獎。大賽重在考查職業院校教師在教育教學過程中如何合理有效地利用信息技術來突出教學重點和解決教學難點的能力。本文詳細介紹大賽作品——《3D測量技術與逆向工程》課程的教學模塊“手持式掃描儀點云數據采集”的信息化教學設計，并探討大賽對教師信息化教學能力發展的促進作用。

一、教學分析

（一）教學內容

我院模具設計與制造專業的核心課程《3D測量技術與逆向工程》，主要體現了先進的逆向工程技術，包含四個學習模塊：3D測量技術、逆向建模技術、快速成型技術和綜合性設計案例。“手持式掃描儀的三維點云數據采集”屬于學習模塊一，其內容依據了教育部頒布的專業教學標準，結合了模具設計工程師職業崗位技術技能要求，授課地點在一體化網絡實訓室，共4課時。本次課主要學習如何利用手持式掃描儀采集具有自由曲面的中等大小物體的外形三維數據。

（二）學情分析

授課對象為模具設計與制造專業（快速原型設計方向）二年級學生，他們已學習完《機械制圖》《計算機輔助設計》《工業設計》等課程，掌握識圖技術、正向產品設計技術，對材料、模具設計工藝也有一定的知識基礎，了解現代工業設計的未來發展趨勢及技術。此外，學生具備產品造型設計的專業能力以及二維和三維設計軟件的操作能力；會使用思維導圖繪制軟件；能熟練使用網絡課程平臺。他們樂于學習新技術，喜好被肯定，有團隊協作意識，但缺乏系統化的思維能力，抽象思維能力也較弱。

（三）教學目標

根據專業標準和課程標準，結合職業崗位需求，確定本次課三個維度的教學目標，其中知識目標是基礎，技能目標是提升，素質目標是歸宿，三者之間相互滲透，融為一體。

1.知識目標：學習手持式掃描儀數據采集的原理以及影響三維點云數據采集完整性的因素。

2.技能目標：掌握手持式掃描儀的正確操作方法，并且能夠利用手持式掃描儀采集物體完整的三維點云數據。

3.素質目標：培養學生收集處理信息能力、自主學習能力和系統化思維能力，同時樹立責任意識、質量意識和團隊協作意識。

（四）重點、難點

根據學生的學習特點和能力水平，確定本次課的教學重點和教學難點。

1.教學重點：手持式掃描儀的工作原理；三維點云數據采集的方案編制。

2.教學難點：三維點云數據的完整采集。

二、教學策略

應用信息化的教學手段，本次課將傳統的課堂教學延展為課前自學、課上導學和課后眾創三個環節。課前，學生登錄網絡課程平臺，通過動畫、微課視頻等網絡課程資源自學手持式掃描儀的工作原理和操作技能，并通過在線測試檢驗自學效果。課上，學生利用動畫深入理解點云數據采集、拼接的原理；借助網絡課程平臺中的資源庫和闖關游戲，分析三維掃描的影響因素；繪制思維導圖，提煉點云數據完整采集策略；通過視頻學習，糾正采集動作，并在網絡課程平臺中展示小組點云數據采集成果，進行比對、互評。

在教學策略的設計上，最重要的是做到以學生為主體。首先，要激發學生的學習興趣，通過真實的企業案例，豐富有趣的掃描對象引起學生興趣；其次，課前的微課、動畫學習任務，并利用在線測試促進學生主動學習。教師還在網絡課程平臺的學習資源庫中，提供了各種信息資源，支持學生有效自學；最后，通過教師思維導圖、設計掃描方案書的框架等方式引導正確學習方向，從而提高學習質量和學習效率。

三、教學過程

教學過程是運用信息化的教學手段，解決教學的重點、難點，最終達到教學目標的過程。根據學生的認知規律和學習特點，將本次課的教學過程分為課前自學、課上導學和課后眾創，其中課上導學又分為五個階段：課程引入、知識探究、方案制定、任務實施和總結評價。

（一）課前自學

教師通過課程微信群或QQ群下發自學任務，學生接收到任務，登錄網絡課程平臺，觀看三維動畫、微課視頻，完成Flash測試和與課程知識點相關的多選題。教師通過在線測試結果及時了解學生的自學情況，相應調整教學策略。

（二）課上導學

1.課程引入

教師分析課前測試結果，可以看出學生測試反映出來的問題與教學重點相一致。通過提問，確認學生對原理知識的理解不到位，教師在下一個環節中利用三維動畫引領學生加深對原理的理解。

2.知識探究

首先，利用“點云的由來”三維動畫讓學生理解掃描得到的點云數據，實質就是掃描對象表面密集點的三維坐標和紋理信息，點云疏密程度與掃描精度有關。再通過“激光掃描工作原理”三維動畫，解釋點云數據的獲取方法。手持式掃描儀發出條狀激光對產品表面進行掃描，利用CCD相機接受其反射光束，并根據三角測距原理計算獲得掃描儀與掃描對象之間的坐標關系。最后，再利用“三維立體掃描”動畫讓學生理解標定點在三維立體數據采集中起到的拼接與過渡作用。

隨后，學生在網絡課程平臺的資源庫中，學習掃描影響要素相關知識點，查看激光掃描儀數據采集真實案例，并借助教師開發的闖關游戲，將原理性的理論知識與實際數據采集中的影響因素相聯系，檢驗學生的理論學習效果。闖關游戲分四關：第一關，材質分析。根據掃描儀的激光反射原理判斷掃描對象顯影處理的方法。第二關，形狀分析。根據數據拼接原理選擇合理的標定點粘貼方案。第三關和第四關，分別是環境分析和精度分析。

知識探究環節通過動畫展示、資源庫學習和闖關游戲相結合的信息化手段，將復雜問題簡單化，抽象問題形象化，有效解決了教學難點，并為后面掃描方案的制定奠定了知識基礎，達到理論指導實踐的目的。

3.方案制定

教師創設本次課的教學情境，某日用品公司對已有產品進行改良設計，需要采集產品的外形三維數據，并提出完整、精準的掃描數據要求。每組學生按照教學情境任務書中的要求，圍繞四種不同類型產品展開討論，繪制“三維點云數據采集策略”的思維導圖，分析三維掃描的影響因素，提煉點云數據完整采集的方法，將數據采集過程中涉及的各個細節因素進行梳理，并系統化地展現出來。

各小組將繪制好的思維導圖上傳到網絡課程平臺中，進行小組間的互評、討論。教師通過提交的思維導圖了解學生學習狀況，及時進行引導。根據討論結果，各小組完善思維導圖，并在網絡課程平臺上填寫具體的《產品掃描方案書》。

4.總結評價

各小組將最終數據上傳到網絡課程平臺，進行匯報展示。然后，小組間完成點云數據互評，小組內完成職業素養互評。最后，由教師總結不同類型典型零件的數據采集方案，對課程的重點、難點進行總結提升，達成課程培養目標。

（三）課后眾創

利用學院眾創空間，將產品設計創業公司的任務、案例引入課程，在網絡課程平臺上發布，學生自主申請，進行創意產品外形數據的采集，提交點云數據，并由相關企業專家進行點評。

四、教學效果

（一）利用信息化技術，有效解決教學的重、難點問題

本次課利用動畫、微課、闖關游戲、思維導圖等多種信息化技術手段，使學生輕松理解掃描儀的工作原理，對手持式掃描儀三維點云數據的完整采集形成系統化的思維模式，有效解決了教學的重、難點問題。

（二）基于網絡課程平臺，高效實現學生的多元化評價考核

基于網絡課程平臺，將學生的考核評價分為四個部分：課前自測和游戲闖關由系統自動給分，生成過程性考核成績；小組之間對思維導圖和三維掃描數據進行互評，得到操作技能成績；根據學生操作過程的表現，組內互評得到職業素質成績；課后的眾創項目由企業專家評分，生成學生項目拓展成績。最終高效實現學生的多元化評價考核。

（三）根據學生的實時反饋，及時調整不同階段的教學策略

在教學的各個環節中，教師通過網絡課程平臺及時了解學生的學習狀態，比如課前預習、課上闖關、提交的思維導圖和掃描數據等，及時調整不同階段的教學策略。

在信息化技術迅猛發展的大環境下，加快推進信息化技術和高職教育的深度融合，有效利用信息化技術推動職業教育教學改革勢在必行。作為高職院校的教師，應該以信息化比賽為契機，全面學習研究信息化環境下的教學新模式。

參考文獻：

[1]王曉玲.淺談信息化教學設計的思考和實踐[J].中國市場，2015（7）：159-162.

[2]劉允云.“心血管系統解剖”章節信息化課堂教學[J].中國校外教育，2014（12）：78-80.

[3]嚴敏.“光伏技術應用”課程信息化教學設計[J].職教通訊，2016（15）：7-9.