基于虛擬現實技術的中職《機械制圖》課程改革與創新研究

冷紫旭 趙東澤 趙子玉 王冬雪

摘 要：傳統的中職《機械制圖》課程采用課堂說教式教學，并配以多媒體技術進行講解，這種教學方法使得知識變得相對枯燥，難以激發學生的學習興趣。通過虛擬現實（Virtual Reality）技術，打破以往的教學環境，創造出虛擬的三維空間，使得學生在虛擬空間內能自如地操縱機械零件，學習《機械制圖》的相關知識。

關鍵詞：中職 機械制圖 虛擬現實技術

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0127-02

作為仿真技術的一種，虛擬現實技術是計算機技術、人機交互技術、傳感技術等多種技術的高度集合，具備感知性、交互性和自主性3個特征。感知性是指使用者除了具有視覺外，還具有聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等。成熟的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。交互性是指使用者對虛擬現實技術構成的模擬三維空間內物體的可操作程度和從模擬三維空間內物體得到反饋的程度。自主性是指模擬三維空間內的物體依據物理定律運動的程度。

《機械制圖》作為中等職業學校機械類專業的一門專業基礎課，通過有效的知識點教學和大量的實際操作，使學生在知識目標上掌握機械制圖的基本知識，在能力目標上具備機械類專業所必需的空間想象能力、繪圖能力、識圖能力和創新能力，在情感目標上形成對《機械制圖》課程的學習興趣。

虛擬現實技術與中職《機械制圖》課程的結合，可以打破傳統教學中的諸多瓶頸，通過模擬三維空間的構建，為學生提供了更加直觀的零件模型進行學習，使他們掌握最為直接的機械產品拆裝過程，以提升他們的空間想象能力、繪圖能力、創新能力等，為機械專業的學習打下良好基礎，從而激發他們對機械學科的學習熱情。

1 傳統的《機械制圖》課程中存在的問題

《機械制圖》作為中等職業學校機械類專業的一門專業基礎課，大部分學校都沿用了板書為主、多媒體技術為輔的傳統教學方法。教師在教學中普遍使用多年來在本課程中積累的教學方法進行教學，例如：板書作圖和幻燈片的動畫演示，教學成果并不顯著。因為中等職業學校學生活潑好動，且本課程中板書和繪圖較多，機械零件的形狀和機械產品的拆裝并不直觀，所以學生會明顯感到枯燥無味，從而對本課程提不起興趣。當前，中等職業學校《機械制圖》課程急需改變傳統教學模式，通過相應的課程改革，提升教學效果，激發學生的創新能力。

2 虛擬現實技術與職業教育的結合

虛擬現實技術是傳統數字計算機技術廣泛使用后，誕生的更高水平的多媒體技術，涵蓋了計算機技術、人機交互技術、傳感技術等多種技術，它利用計算機模擬三維空間，通過多種傳感設備使用戶沉浸到它所創造的三維動態視景和實體行為的系統中，實現用戶與模擬三維空間的自然的交互。由于虛擬現實技術具有巨大優越性，它在各領域都有廣泛的應用前景，在教育領域也不例外。虛擬現實技術作為一種全新的多媒體技術，將為教育領域注入新的活力和生機，一改以往的傳統教學模式，帶給教育前所未有的重大變革。

正因為虛擬現實技術有著沉浸性高、人機交互性好、易操作等特點，所以虛擬現實技術已被應用于職業教育，這既是虛擬現實技術快速發展的成果，也是現代職業教育技術發展的需要。虛擬現實技術目前應用于職業教育中有教學仿真平臺、教學課件制作、虛擬實驗室平臺等。

3 基于虛擬現實技術的課程改革方法

依托虛擬現實技術，把《機械制圖》中學生感到抽象難懂的內容，如機械零件的結構、機械產品的拆裝等用直觀的、形象的三維模型展示出來，通過動態演示方式給學生展示出逼真的零件結構和裝配關系。基于虛擬現實技術的課程制作的模擬三維空間與傳統教學方法相比，感知性、交互性和自主性更強，知識傳播速度更快。

《機械制圖》課程中的虛擬現實技術教學，主要包括虛擬零件模型、虛擬拆裝等。虛擬零件模型的建立主要是展示零件的形狀及結構。通過零件的模型展示，可以提高學生對機械零件的認知能力。虛擬拆裝主要應用在本課程的裝配圖學習過程中，傳統的裝配圖教學難以使學生深入其中，教師講起來比較困難，學生理解也比較吃力，而虛擬拆裝可以對減速器等機器的零件圖、裝配圖、裝配過程、工作原理等進行虛擬三維空間中的動畫演示，提供了可以對減速器等機器進行虛擬拆裝的虛擬教學環境。

4 本課程改革與創新研究的意義

4.1 改善傳統教學方法

傳統教學方法下的中職《機械制圖》課程往往受到環境等條件的限制，難以使學生從課堂上學習到真正的機械零件結構和機械產品拆裝過程。通過虛擬現實技術與《機械制圖》課程的結合，打造出與本課程相關的模擬三維空間，讓學生深入虛擬環境中學習本課程的知識點，從而突破傳統教學方法、提高教學質量。

4.2 節約教學資源和資金投入

借助計算機技術、人機交互技術、傳感器技術等技術融為一體的虛擬現實技術，相比于購買傳統教學方法下的教學設備，可節約大量教學資源和資金投入。因為目前大部分中職學校的資金都比較緊張，能夠投入到《機械制圖》這類專業基礎課程上的經費少之又少，教學設備得不到及時更新，最終達不到理想的教學效果。而虛擬現實技術可以通過網絡技術、人機交互技術等搭建出模擬三維空間，使學生可以對機械零件和機械產品進行學習和簡單操作，大大提高了教學效果，不同的教學場景只需通過計算機技術進行改變，這樣可節約大量教學資源和資金的投入。

4.3 提升教學效果、激發學生的創新能力

從事中職的機械教育，必須跟上時代發展的步伐，創新教育理念和教學機制，大力發展創新教育，培養更多的機械類創新人才。基于虛擬現實技術的《機械制圖》課程，使學生不再受制于傳統教學中的條件限制，可以在虛擬現實技術創造的模擬三維空間內自如地進行操作和訓練，有效提升他們的空間想象能力，從而激發他們在機械領域的創新能力。

5 結語

在以往的機械類教學中，學生始終處在兩種環境中，一種是知識經驗環境，另一種是書本、板書的文字環境，兩者通常相互脫離，即書本上的理論知識往往脫離于實踐操作。基于虛擬現實技術的《機械制圖》課程改革，突破了傳統教學瓶頸，可以提高學生的識圖能力、空間想象能力和創新能力。目前在職業學校中的機械專業虛擬教學活動的研究，也取得了很大進展。因此，虛擬現實技術在中職機械類專業教學中有著令人鼓舞的美好前景，必將推動如《機械制圖》這類機械專業課程的改革和創新教育的發展。

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