基于A R 技術的液壓專業教材體系改革

李一紅 李寧 王華敏

傳統液壓專業教材側重于理論知識，教材中圖例多且復雜，存在學生難以通過教材上的黑白圖例理解液壓元件結構和原理的現象，且教材更新速度慢，不利于學生及時拓展新的知識。隨著“互聯網+”時代的到來，大數據、VR技術、AR技術等新興信息技術為教材變革提供了新的可能。基于AR技術的液壓專業教材具有豐富的教學素材，利用移動設備等手持終端配合教材能更好的輔助教學，增加學生學習的高效性和自主性，提出了基于AR技術的液壓專業教材體系改革策略，為液壓專業教材改革提供了有益的嘗試與探索。

一、傳統液壓教材的困境

1.側重于理論知識。傳統液壓教材中理論部分偏難，涉及較多的基本原理和公式推導，系統性和邏輯性較強，無法體現對學生實踐操作能力的培養。例如在液壓與氣壓傳動教材中，注重公式的推導，而對公式在液壓領域的實際應用的描述較少;存在較多篇幅講解泵、馬達和液壓缸的流量和閥類元件的靜態特性和動態特性，而對理論知識和工程應用如何聯系應用較少，無法適應高等職業技術學校理論教學與實踐教學并重的需要。

2.教材更新速度慢。傳統紙質教材的更新速度較慢。一方面是因為傳統基礎學科本身更新較慢，另一方面，受到傳統教材印刷出版、發行方式的限制，出版教材更新速度慢。導致教材中知識內容陳舊，雖然基礎專業知識不會過時，但是《液壓與氣壓傳動》教材速度更新慢在一定程度上不利于學生接受先進的科學技術和掌握先進的專業領域知識，不利于培養學生的創新能力，也不利于學生就業后與企業迅速接軌。

3.教材圖例多、內容復雜。以姜繼海《液壓與氣壓傳動》教材為例進行說明，教材中圖例400多幅均為黑白印刷，其中大多數為元件結構原理圖。為了表達清楚元件內部結構，教材中多采用剖面圖，要求學生具備較強的專業識圖能力才能聯想出元件的結構，導致學生在理解上存在困難。學生往往因為無法準確識記教材中的圖形，出現畏難情緒，難以學懂弄通教材中的知識，出現“教師難教，學生難學”的客觀情況，學習效果難以保證。

二、基于AR技術的液壓教材的特征

增強現實技術（AR）是將真實環境與虛擬信息集成實現對現實增強或補充。在教材中使用這項技術能夠實現教材中二維圖形到三維模型的轉換、三維實物與虛擬環境的結合，虛擬與現實的結合。基于AR技術的職業院校液壓維修專業液壓教材有如下幾點特征。

1.豐富的素材。基于AR技術的液壓教材，可以采用電子書和紙質教材的形式呈現。它的紙質教材與傳統教材相比，外觀上沒有什么區別，仍然采用黑白印刷，但是運用了新興信息技術以后，基于AR技術的液壓教材包含更為豐富的教學素材，在傳統教材內容的基礎上增加了彩色圖片、三維模型、動畫、視頻等資源，供給學生學習使用，在學習現實環境的基礎上，還可以看到移動設備增強信息，滿足學生在現實世界感受虛擬空間的事物，增加趣味性與互動性。學生只需要使用手機、pad等移動終端，利用相應的APP就可以獲取豐富多彩的教學資源，實現碎片化學習。

2.可以輔助實踐教學。液壓專業課程應當將理論教學和實踐環節同等重視起來。基于AR技術的液壓教材，將數字化教學資源與實踐操作有機結合起來，有助于實現理實一體化。例如，在上課的時候要教師演示泵的性能測試實驗，在缺少試驗設備或者試驗設備損壞的情況下，此時教師就可以使用AR教學設備，既可以節約課堂上連接液壓回路的時間，又可以給學生進行教學演示。學生課下可以通過APP掃描教材中的識別碼，及時獲取教學資源，實現碎片化學習，鞏固提高。

3.易促進自主性學習。基于AR技術的液壓教材中存在豐富的教學資源，有利于學生養成自主學習的習慣，在視覺上，教材利用AR技術突破原有的靜態的視覺觀看方式，代之以動畫、視頻、豐富的三維模型來表達信息，學員可以利用碎片化時間進行學習，課堂上、課后和在今后的工作崗位上都可以實現終身學習。當學生在自主學習的過程中，可以借助豐富的素材資源解決遇到的問題。例如，當學生在學習溢流閥章節的內容時，很多學生根據復雜的圖例無法理解溢流閥的結構，因此難以理解溢流閥工作原理，這很大程度上打消了學生學習的積極性。而基于AR技術可以通過手持終端掃描教材上的二維碼觀看溢流閥的三維模型，還可以對模型進行旋轉和拆分，便于學生進行理解，不僅能提升學生學習的自信心，還能促進學生養成自主學習的好習慣。

三、基于AR技術的液壓專業教材體系改革策略

基于AR技術的液壓專業教材體系改革，突出“理實結合”的理念。全面梳理傳統紙質教材中的知識點，區分重難點內容及教學素材的呈現方式，建立教材資源庫，并依次制作素材，利用二維碼技術和AR技術實現資源的呈現，并能夠對教材資源庫進行維護和更新。

1.梳理教學知識點。一般液壓基礎知識主要包含七大部分：緒論、流體力學基礎、動力元件、執行元件、控制元件、執行元件和輔助元件。通過梳理，各部分關鍵知識點教材資源的表現形式如表所示。

2.制作素材。教材上的素材的呈現方式和制作方式如下：二維平面圖采用像素較高的圖片，三維模型依靠3Dmax、Unity3D等軟件進行處理，二維動畫采用Flash軟件制作，三維動畫資源一般采用3Dmax軟件或者3Dvia制作;視頻資源主要是利用攝像機進行拍攝并進行后期處理。

3.手機軟件（APP）開發。目前，手機已經成為人們生活中不可缺少的智能終端產品，手機軟件（APP）是可以支撐互聯網學習的主要平臺，學生可以使用手機和平板電腦等移動終端設備，在wifi網絡全面覆蓋的狀態下，進行有效學習。但是由于手機和平板電腦受限于存儲容量和網絡帶寬，教材配套資源可以儲存到云端，采用特殊的方式壓縮和加密，讓使用過程中更加省流。為了避免學生上課玩手機，可以定制專用于教學的終端設備，根據學生人數進行配發，學生通過掃描教材中的二維碼，方便快捷的查看教材中的彩色圖片、三維模型等資源。

4.適時更新與維護。基于AR技術的液壓專業教材，主要通過掃描識別碼獲取資源，而資源庫和后臺要進行定期的維護，教師也可以根據需要不斷補充新的資源或者更新原有教學資源，幫助學生了解最新的科技成果和前沿技術。

液壓技術基礎課程是一門理論和實踐性均較強的綜合性課程，傳統教材不利于學生理解學習，且由于大部分學校液壓元件缺乏，導致學生的實踐環節難以順利組織完成，往往存在學習效果不佳的現象。本文提出了基于AR技術的液壓專業教材體系改革策略，不僅豐富了教學資源，還能夠利用AR終端設備掃描，獲取液壓元件的三維模型結構，輔助學生理解學習液壓元件原理，更好的彌補實踐環節的不足，還有助于學生養成自主學習的習慣。

（作者單位：陸軍工程大學軍械士官學校）