環境設計制圖課程“虛實結合”教學模式的構建研究

楊杰 孫丹楓 馬磊

摘? 要：“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”基于互聯網和移動平臺建設，針對傳統教學中出現的問題，設計了十一個知識點，形成了線上線下多元化的教學環境。通過虛實結合的教學模式，學生可以利用碎片化的時間進行自主學習，實現了邊學習邊娛樂的全新教學模式，培養了學生的空間邏輯思維能力，提升了學生對于環境設計制圖課程的學習興趣，促進了學生綜合素質的提高。

關鍵詞：環境設計制圖課程;虛實結合;虛擬仿真

基金項目：本文系江蘇省高校哲學社會科學研究基金項目“基于虛擬仿真技術的課程教學平臺構建——以環境設計制圖課程為例”（2020SJA0816）;江蘇高?！扒嗨{工程”資助項目（20200415）研究成果。

一、引言

環境設計制圖涉及藝術和科學兩大領域，屬于現代環境科學研究基礎上的邊緣性學科，是每一位環境設計師實現設計思路和理念的必修課程，同時，也是環境設計師與業主、施工方之間溝通的橋梁。環境設計制圖課程是所有高職院校環境設計專業的必修課之一，通過課程的學習，旨在使學生能夠初步掌握環境設計表現中平面圖、立面圖、剖面圖以及透視圖的制圖方法。但是，由于課堂教學中比較抽象的空間邏輯關系難以再現，教師示范效果差，學生三維空間構建能力弱等諸多因素影響，教學效果并不理想。針對以上問題，以重慶出版社出版的教材《環境設計識圖與制圖》為基礎，開發了《環境設計識圖與制圖AR學習平臺》，力求有針對性地提出環境設計專業創新及發展的對策。

二、“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”的構建

“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”是以重慶出版社出版的教材《環境設計識圖與制圖》為基礎、以移動互聯網為平臺、以增強現實為技術手段構建的APP軟件，具有以下作用和功能。1.平臺針對教材中11個知識點（三視圖形成、剖面圖形成、建筑平面圖形成、建筑剖面圖形成、樓梯平面圖形成、室內平面圖形成、室內天花平面圖形成、室內立面圖形成、室內詳圖形成、透視圖術語和透視圖及視點、視高）入手，培養學生的空間邏輯思維能力，解決了建筑切片展示難、三維立體空間在二維空間平面投影難等難以理解的問題。2.通過互聯網和智能移動平臺隨時隨地存儲、下載相關數據，并且記錄學生過程性實踐和單元考核數據供教師線上批閱。3.學生實現了“課前預習、課堂學習，課后復習”全過程覆蓋的學習流程，教師通過“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”布置和批閱課前任務書，通過課前任務書了解學生的預習情況，課堂學習中針對學生完成的課前任務書點對點解決問題，再分派項目去分組完成，課后布置作業并要求預習下堂課的內容。教師通過“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”對學生的學習情況做到全監控，實現了平臺的“完整、高效、可視、便捷”。4.軟件開發根據用戶的需求和權限進行一定限制，開發了三種用戶框架，不同的程序框架針對不同的受眾。學生用戶主要的權限是學習、查閱資料、上傳課業報告、交流論壇和個人信息資料;教師權限主要是在學生用戶權限的基礎上包含了上傳學習資料和學習任務書，班級管理權限和學生報告批閱權限;后臺數據管理員負責網站平臺的安全，如服務器硬件維護、網站平臺空間及密碼數據庫管理等。權限最小的為學生，權限最大的是數據管理員，后臺框架設計思路如圖1所示。

（一）名詞術語

透視圖是一種通過二維平面表現三維立體空間的特殊的繪圖方式，其中包含了大量名詞術語，通過三維模型展示和圖文注釋來描述空間形態結構，再解釋透視畫法中約定俗成的規范化名詞術語，例如視點（EP）、立點（SP）、視高（EL）、消失線（VPL）等。學生完成學習后，可以通過訪問“課業考核”模塊進行線上考試測試學習情況。關于名詞術語的考核分為兩種，一種是根據名詞術語中對應的詞組找到三維模型中對應的位置;另一種是根據三維模型找到匹配的名詞術語。通過多次考核可以加深學生對于專業名詞術語的印象。

（二）切片描述

投影圖、剖面圖和斷面圖是環境設計制圖課程中非常重要的知識點。光線照射在物體上，會在平面上留下影子，承載影子的平面形成就是投影圖;物體被假想的平面剖切開，對留下的部分做平行正投影，得到的投影圖就是剖面圖;對留下來的部分僅僅描繪出剖切面和物體的斷面投影為斷面圖。“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”的11個增強現實知識點一共做了九個切片模型（三視圖形成、剖面圖形成、建筑平面圖形成、建筑剖面圖形成、樓梯平面圖形成、室內平面圖形成、室內天花平面圖形成、室內立面圖形成、室內詳圖形成），切片圖也是學生在學習過程中較難掌握的知識點，通過訪問“切片描述”模塊進行觀摩學習可以直觀地了解投影圖、剖面圖和斷面圖的形成過程。

（三）視頻動畫

“視頻動畫”模塊把制圖基礎、建筑工程制圖、室內設計制圖、景觀設計制圖、透視圖和軸測圖六大章節中重要的原理知識點，利用三維動畫的方式進行呈現。視頻運用了眼下最流行的FaceRig軟件進行輔助，把二次元卡通角色作為任課教師，通過電腦攝像頭匹配真人教師的面部表情進行面部動作。真人教師把面部動作數據匹配給二次元卡通角色，卡通角色被賦予生命，動畫視頻中授課的教師變成了學生感興趣的卡通角色。在語言上加入網絡術語，營造出輕松詼諧的授課環境。每部視頻動畫長度不要超過10分鐘，講述清楚一個知識點即可。視頻下方可以通過彈幕讓學生和學生之間、學生和教師之間進行互動交流。這種方式目前在主流視頻網站屢見不鮮，然而用于教學軟件的目前還比較少。

（四）交互展示

“交互展示”模塊可以把教材中的平面圖、立面圖、投影圖、剖面圖和斷面圖形成的原理過程進行分步驟展示，把物體進行假想切片，對保留的物體進行投影，投影結束后形成圖紙，最后加入圖幅圖框形成一張完整的符合國家制圖標準的圖紙。每個步驟都加入了人機交互界面，學生通過觸屏可以自由放大縮小、360°自由旋轉物體，步驟之間的邏輯關系可以自由選擇，強化學生對教材中知識點的掌握情況。

（五）圖紙展示

“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”共有300余張大小各異、種類不一的平面圖、立面圖、投影圖、剖面圖和斷面圖等數字圖紙。學生可以通過訪問“圖紙展示”模塊，檢索關鍵詞找到資源庫中學習急需的圖紙。另外，單元課程結束后，學生可以把完成的手繪圖紙通過手機拍照上傳至教學平臺，在“圖紙展示”模塊選擇“比對作業”按鈕，將教學資源庫中的圖紙和手繪圖紙進行重疊匹配，進一步檢查作業的準備度和規范度，系統會生成報告上傳給教師，標注學生作業的完成度和匹配度。

三、環境設計制圖課程“虛實結合”教學模式的實施

在實踐教學過程中，學生可以把教材扉頁中的二維碼通過手機攝像頭掃描進行安裝，通過互聯網，學生可以隨時隨地充分利用碎片化的時間，訪問“環境設計識圖與制圖AR學習平臺”APP軟件。使用步驟如下：1.點擊軟件中的三維模型體塊，了解其特定的術語，并通過展開注釋學習其內在含義。2.點擊軟件中的虛擬切片對模型進行切割，通過學習了解并掌握投影圖、剖面圖和斷面圖在制圖中的用法。3.點擊軟件中的不同章節的icon，通過二次元卡通角色的講解，幾分鐘學會一個知識點。4.點擊軟件主界面中的“案例”icon，學習教材中平面圖、立面圖、投影圖、剖面圖和斷面圖形成的原理，并且對于模型進行自由編輯。5.點擊軟件中的檢索欄，找到課業中需要的圖紙資料進行參考學習。完成以上5個步驟的學習后可以進行手繪圖的繪制，然后把繪制完畢后的手繪圖紙拍照掃描到APP軟件進行比對。比對率超過95%的為合格，低于95%的需要學生回到主界面掃碼重新學習，直到最后比對通過。通過后系統會自動生成報告，發送給任課教師等待批閱。教師批閱完畢后，上傳評語和登分，同時把較為優秀的作業發送至“交流學習”板塊設為“精華貼”，供學生們參考交流。

“虛實結合”的教學模式，學生可以通過互聯網和移動平臺在虛擬世界中邊學習邊娛樂，學習娛樂兩不誤，不僅提升了學生的空間想象力，規范了制圖標準，還培養了他們的學習興趣，實施過程如圖2。

四、結語

虛擬仿真技術對于數字圖像的要求是非?？量痰模瑑炐愕奶摂M仿真作品通常包含巨大的三維文件、數字圖像以及視頻素材。開發人員需要在軟件運行時，在圖像品質和運行速度之間找到平衡點，這是由于網絡帶寬不夠造成的。伴隨著5G的普及，互聯網革命的下半場即將開始，虛擬仿真技術必定受到其紅利的影響，突破長期被束縛的傳輸樊籬將易如反掌。今后，新媒體技術、人工智能、人機交互等信息系化手段將會出現在我們生活的方方面面，傳統的學習模式也將會被逐漸顛覆?！碍h境設計識圖與制圖AR學習平臺”系統基于移動平臺打造，使學生獲取知識的手段更加便捷，傳統教材在履行本職工作的同時，也作為數字化教材的載體，提升了學生的求知欲、實踐能力、觀察能力和獨立思考的能力。目前，正著手進一步豐富該平臺中的虛擬仿真資源的建設，力求實現更大規模的開發與應用。

參考文獻：

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作者簡介：

楊杰，碩士，正德職業技術學院講師。

孫丹楓，碩士，南京航空航天大學金城學院藝術與傳媒學院教師。

馬磊，碩士，常熟理工學院紡織服裝與設計學院副教授，高級工藝美術師。