“制圖基礎”課程教學改革

沈琴 項陽 唐覺明

[摘 要] 通過對“制圖基礎”課程的教學現狀以及所存在的問題分析，根據教育信息化的時代要求，對該課程進行教學改革，提出構建工程圖學虛擬教學平臺，通過沉浸式情境學習促進培養學生的空間想象能力，提升教學效果。

[關鍵詞] 教學模式;教學改革;虛擬教學平臺

[作者簡介] 沈琴，上海工程技術大學機械與汽車工程學院教師。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）19-0119-02? ? [收稿日期] 2019-08-12

黨的十九大做出中國特色社會主義進入新時代的重大判斷，開啟了加快教育現代化、建設教育強國的新征程。在新時代背景下，必須聚焦人才培養的新需求，推進教育信息化。同時，2019年教育部辦公廳印發《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》，強調深入落實《教育信息化“十三五”規劃》《教育信息化2.0行動計劃》，實施好教育信息化“奮進之筆”，加快推動教育信息化轉換升級，積極推進“互聯網+教育”，堅持高質量發展，以教育信息化支撐和引領教育現代化。“制圖基礎”作為機械專業人才培養方案中的主干專業基礎課程，一直備受機械相關專業各高校的重視，他們都在著力構建與教育信息化方針及教學體系相適應的教學內容，不斷發掘出適應新時代的教學方法。經過不斷的探索和創新，本文針對“制圖基礎”課程教學中遇到的問題，結合教育信息化的要求，提出建立工程圖學虛擬教學平臺，利用虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術和增強現實（Augmented Reality，AR）技術，讓學生能夠身臨其境地學習，從而提高教學效果。

一、“制圖基礎”課程現狀

工程圖樣是按照國家標準繪制的，用來進行產品信息的表達、定義和傳輸的媒介，是工程設計和施工中的重要技術文件[1]。“制圖基礎”是研究繪制和閱讀工程圖樣的原理和方法，是機械技術人才在培養過程中的一門重要的基礎課程，適用于機械類各專業以及與機械專業教學要求相近的其他專業，為后續課程的學習以及畢業后從事的機械設計、加工、維修等工作提供必要的理論知識和基本作圖方法。它既有系統的理論又有較強實踐性，學生需要不斷地在平面和空間之間進行思維轉換，即通過三維實體繪制出平面圖形，通過二維平面圖形想象出三維立體模型。

目前的教學模式下，“制圖基礎”的理論知識和繪圖邏輯主要采用課堂講授方式，而學生形象思維的建立主要通過課上或實驗室陳列的立體實物模型，以及三維模型動畫的展示。但是，一些“制圖基礎”課程教師的教學方式仍采用傳統的“滿堂灌”，教師在講臺上講，學生坐著聽，這樣很容易造成學生大腦的疲乏，很難激發學生的學習興趣，學生吸收的知識也十分有限[2]。這種單一化的教學方法使模型資源只能局限在課堂上進行展示，學生在課后很難獲得有效的資源，無法實現資源共享。此外，教學中交互性較差，學生大多是被動的觀看，無法實際操作。空間想象力差的學生無法在短短幾分鐘的講解中想象出立體模型，對所講內容一知半解，更不可能融會貫通了。基于此，關于“制圖基礎”的課程教學，需要利用先進的信息技術改進教學方法，除了傳統的授課模式以外，還應探索新的提高教學質量的方式方法。

二、“制圖基礎”課程改革

“制圖基礎”課程具有很強的形象性，它以形象思維為基礎，需要學生調動聯想和想象。但由于現有的板書和PPT教學模式的局限性，部分學生無法完全想象出立體模型，教學效果欠佳。如果在教學過程中采用情境教學法，將課程教學內容有機融合在教學情境中，發揮情境形象、直觀、生動等優勢，使學生主動參與課程學習，凸顯學生的主體地位，能充分調動學生的主觀能動性。

隨著社會生產力和科學技術的不斷發展，能夠讓人身臨其境的虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術和增強現實（Augmented Reality，AR）技術應運而生。其中VR技術就是利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，使用戶沉浸到該環境中。AR技術就是讓參與者與虛擬對象進行實時互動，從而獲得一種奇妙的視覺體驗，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。多媒體教學是現代教學的一個重要手段，如何充分合理運用這一手段也是探討教學改革的熱點。工程圖學虛擬教學平臺的建立和使用，正是抓住多媒體的有利條件，將VR和AR技術應用于“制圖基礎”的教學中。它整合了教學所需資源，并將教育資源與移動終端有效地整合和優化，構建虛擬的教學環境，采用情境教學法，將教學與助學、自學的功能均融為一體。該虛擬教學平臺主要包括工程圖學AR輔助學習平臺和工程圖學沉浸式虛擬拆裝實踐平臺，以此通過信息化手段優化“制圖基礎”的教與學。

“制圖基礎”的學習內容就是從空間模型到二維圖形，再從二維圖形到空間模型，將AR技術應用于“制圖基礎”課程教育，符合學生的認知心理。工程圖學AR輔助學習平臺以教材和習題集等現實學習材料為基礎，將虛擬的立體模型套在現實的學習材料上，逼真的展示可直接互動的三維立體模型。通過AR交互和教學內容的有機結合，使學生能從平面與空間兩重維度來理解題目和知識點，更好地提高空間想象的思維能力。基于AR技術的虛擬移動模型室可安裝于學生的各種智能手機、平板電腦等，既增強了學生學習的趣味性，又大大擴展了學習的時間和空間，使實例教學將不再僅僅局限于課堂、實驗室和模型室，而是可以隨時隨地的進行。

“制圖基礎”課程中裝配圖內容整合了該課程大量的基本內容，既重要又有難度。學生在繪制裝配圖和拆畫零件圖時，對于裝配關系以及內部零件圖的畫法總是感到抽象和困難。工程圖學沉浸式虛擬拆裝實踐平臺可以幫助學生解決這一難題，它利用可穿戴設備，實現身臨其境的沉浸式工程實踐體驗，通過外接VR設備的聽覺、視覺、觸覺等感知方式模擬實際拆裝機械設備、部件的過程，并配有拆裝和測繪步驟糾錯和實時指導，讓學生猶如進入真實的場景中。并且預制多種設備供不同專業需求的學生進行拆裝和測繪訓練學習，使得原本復雜的裝配圖課程學習變得簡單易行，具有較強的可操作性。這樣的教學方式，不僅使得課堂教學簡單有效，而且能夠切實提高學生的空間思維能力及空間分析能力。

三、結語

“制圖基礎”課程的學習需要學生具備較好的空間想象能力，但是傳統的教學模式難以在短時間內啟發學生的空間思維，教學效果欠佳。隨著教育信息化和教學改革的發展，需要尋求新的、有效的教學方式。

課程建設與改革是一項科學性強、涉及面廣、任務艱巨、影響深遠的系統工程[3]。工程圖學虛擬教學平臺的建立將通過情境教學法改善教學效果，提高教學質量，實現由以“教”為中心向以“學”為中心的轉變，實現學生自主學習、隨時隨地學習，提高學生參與感、交互性，讓學習資源發揮的效用越來越大。逐步實現教師備課的信息化、課堂教學的多樣化、學生學習的個性化、實驗教學的仿真化，從而提升教學質量。

參考文獻

[1]付貴.淺談工程制圖教學方法的探索與實踐[J].機電教育創新，2018（3）：100，105.

[2]葉衛東，成玫.提高工程制圖教學質量的探索[J].大學教育，2019（7）：56-58.

[3]楊建校，肖漢寧，陳石林，歐陽婷.《材料工程基礎》課程教學的思考[J].教育教學論壇，2019（21）：209-211.

Teaching Reform of the Course of? "Cartography Basis"

SHEN Qin， XIANG Yang， TANG Jue-ming

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract：This article analyzes the teaching status and existing problems of the course of? "Cartography Basis". Based on the requirements of education informationization， it proposes to construct a virtual teaching platform for engineering graphics， which can promote the development of students' spatial imagination through immersive situational learning.

Key words：teaching model; teaching reform; virtual teaching platform