基于MR技術的學期項目課教學改革研究

賈玉坤　沈姝君　周海丹　陳進熹　洪尉尉

摘 要：以學期項目為主線，將MR技術引入其中，在項目整個生命周期中，讓學生在虛擬世界與現實世界合并的可視化環境中完成學期項目，同時在學生與虛擬環境的互動中完成必要的理論學習、技能練習和素質培養。據此培養學生對知識的綜合運用能力，培養學生的職業道德，培養學生分析問題、解決問題的能力。實踐證明，MR技術引入學期項目課激發了學生的主動性、積極性。

關鍵詞：MR技術;學期項目課;教學改革

MR即混合現實技術（Mixed Reality），是對增強現實技術和虛擬現實技術的進一步發展，具有將虛擬世界與現實世界進行合并形成新的可視化環境，并在虛擬世界、現實世界與用戶之間搭起一條交互反饋的信息線路，實現現實世界與虛擬世界的無縫鏈接。[3]學生既可與虛擬物體實現交互，又可與真實世界實現交互，為學生帶來良好的互動體驗，增強學生體驗的真實感，讓學生有一種“身臨其境”的體驗，MR突破了傳統的空間、時間限制。此外MR還能為學生提供視覺、觸覺及嗅覺的感知。隨著技術的不斷革新，全新的移動互聯終端為MR技術的擴展研究也可提供更為廣闊的平臺。

1 教學現狀

《學期項目課程》是機電一體化專業課題體系中重要的核心課，整個課程學生自由組合八人一組，完成一個教師指定的機電一體化項目，即項目方案設計、機械設計、控制系統設計、整機裝配調試。主要授課對象是大二或者大三學生。采用理論課形式或者實訓周的形式，項目分成多個任務點，確定項目的功能，進行功能分析，提出功能指標，構思整機方案，三維造型，繪制加工圖紙，控制系統設計，完成項目要求產品，最后書寫項目報告并進行分組答辯。綜上該學期項目課在實施中存在以下主要問題：

（1）項目產品制作過程中，學生材料安排不合理，加工水平有待提高，故會造成大量材料的浪費。

（2）由于學生材料加工水平不同，有的學生快，有的學生慢，會造成有些組提前完成項目任務，而有些組則完不成任務，導致任務最后答辯環節參差不齊。

（3）授課教師團隊單一，授課團隊主要由專業組教師和實訓教師組成，成員單一，可適當增加企業有項目經驗的導師。

2 教學改革目標

（1）教學中的項目均使用企業實際生產案例作為教學載體貫穿整個課程的項目教學過程，構建基于真實項目的一體化教學內容體系，讓學生在MR混合現實世界中完成理論知識和實踐知識的學習，依此建立完整知識體系。[2]

（2）充分運用MR技術實現三維造型、輸出工程圖、控制系統裝調、整機裝調等，既可以減少不必要的材料浪費，又可以采取互動教學模式能夠極大地增加教學活動的靈活性和趣味性，使學生沉浸在“身臨其境”的用戶體驗中。

（3）建立一套以工作量及MR輸出效果考核為基礎的激勵制度，切實根據教師指導實績進行有效的管理與工作量考核。

3 教學改革實施

《學期項目課程》是針對職業崗位某一發展階段的能力要求設計的綜合實踐課程，要求具有綜合性、創新性與實踐性等特點。利用MR混合現實技術可以把學生的構思轉換成無需佩戴眼鏡即能夠看見的虛擬物體和現實環境結合后的場景，使之提升至即看即感受的數字化空間視覺效果，極大的提高了項目開發過程中的所見即所得，且可以根據實際情況隨意修改，直到滿意為止，且整個過程無需加工，做到“無材料化”設計，從而節省時間及材料成本。

考慮到學期項目的復雜度較高，實施過程中對學生團隊協作精神要求較高，所以有必要循序漸進，將課程項目拆分成5個實踐任務（子項目），即方案設計、MR三維造型、控制系統設計、MR裝配調試、編寫產品說明書。其中MR三維造型、控制系統設計、MR裝配調試采用MR混合現實技術來實現，既可以減少不必要的材料浪費，又可以采取互動教學模式能夠極大地增加教學活動的靈活性和趣味性，使學生沉浸在“身臨其境”的用戶體驗中。

根據《學期項目課程》課程內容的特點，教學內容分為兩個階段實施，其中第一階段和第二階段的教學時數分別占總學時的20%和80%。[2]

第一階段講解5個任務（子項目），即方案設計、MR三維造型、控制系統設計、MR裝配調試、編寫產品說明書，大綱要求的理論知識和實踐內容涵蓋其中。依此為第二階段的教學，即課程團隊項目研發建立良好的基礎。

第二階段要求將MR混合現實技術應用于課堂實踐教學。學生根據自己選取的項目，按照5個子任務完成項目相關功能，并將MR混合現實技術應用于項目設計中。項目自主設計、合作完成，構建學習環境，將混合現實技術應用于課堂實踐教學。教師可以利用相關設備模型來檢測實際的應用效果;通過在現有的教學評價體系，補充新的評價內容完成實踐研究結果的詳細評價。如下圖為基于MR的教學設計系統圖。

4 結語

利用時下流行的MR（Mixed Reality）混合現實技術，對機電一體化專業《學期項目課三》課程進行重新開發設計，構建了一套行之有效的教學方法，學生在與虛擬環境的互動中完成必要的理論學習、技能練習和素質培養。在教學過程中學生實現了從相對被動的地位到主導地位的轉換，且極大的減少了教學過程中材料的浪費。該教學改革也可以推廣到其他課程的教學中。

參考文獻：

[1]孫輝.船舶混合現實（MR）技術應用展望[J].航海技術，2016（4）.

[2]賈玉坤，等.基于CDIO模式的學期項目課教學改革探索[J].科技風，2019（17）：75.

[3]孔璽.混合現實技術及其教育應用現狀與展望[J].現在遠距離教育，2019（3）：82-83.