基于增強現實技術的高職機械制圖信息化教學模式的探討
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摘 要：基于增強現實技術的高職機械制圖信息化教學模式把增強現實技術、互聯網信息技術和傳統的機械制圖課堂教學結合起來，為學生創建智慧學習環境，充分發揮學生課堂學習的主體地位，提升學生的自學能力和創新能力。同時能夠幫助教師引導和監控教學過程，利用云平臺大數據，讓課堂教學變得高效和有彈性，結合線上線下的學習特點來提升教學質量。
關鍵詞：增強現實技術機械制圖線上線下教學模式
增強現實技術是虛擬現實技術的擴充與延伸，是將虛擬的環境或事物實時疊加到真實情境中，真實世界與虛擬情境疊加在一個空間中，并且通過屏幕等設備進行交互，形成一個交互的三維立體空間。將增強現實技術融入機械制圖課堂教學，可以突破時空限制，實時交互，激發學生學習興趣，讓學生喜歡學習，享受學習的樂趣與幸福；同時機械制圖的共享資源課程與在線開放課程的創建，為學生學習機械制圖提供了豐富的課程資源和拓展資源，教師在實際教學中，利用線上線下的優秀資源，在網絡教學平臺上，建立一種新型教學模式，充分發揮學生的自主性，有效地去學習，提高課堂教學質量和效果?，F以機械制圖課程為例，對基于增強現實技術的信息化教學模式進行探討。
一、教材與教學內容的改革
機械制圖課程是工科類專業的一門重要的基礎課程，主要是培養學生三維形體與相關位置的空間邏輯思維和形象思維能力、空間分析和構形能力以及識讀和繪制零件圖與裝配圖的能力，課程以投影理論為基礎，注重理論知識、畫圖能力和看圖能力的綜合訓練。以前的教材主要是文字加圖片的形式展現，教材以模塊化為主，按照機械制圖由淺入深、由簡單到復雜的知識體系順序編寫。學生學習這樣的教材內容，在初期基礎知識階段的學習興趣較濃，隨著知識難度的增加，到了零件圖和裝配圖模塊的學習階段，由于理解和繪制難度的增大，學生的學習興趣會逐漸降低，導致學生對制圖課程的學習內容不能完全掌握。為提高學生的學習興趣，加強學生對知識點掌握的全面性，應對教學內容進行優化整合，并編寫出基于AR的“互聯網+”新型數字化教材，將增強現實技術融入到教材中，對于復雜的、難以想象的圖形，學生通過手機端掃描課本平面圖就可以得到360°隨意觀察的立體圖，并且通過手指滑動虛擬圖形，對復雜的零件圖和裝配圖進行拆裝、切割、查看內部結構。同時，新型數字化教材在每個知識點旁邊有相應的二維碼，學生通過掃描二維碼，打開知識點的微課講解，隨時隨地學習該知識點的相關內容。整個教材內容以項目的形式進行劃分，總共劃分為10個項目，每個項目中又包含了具體任務，“解決任務”就是每一堂課的目標。項目從簡單到復雜，依托實際工程中的機械零部件，除基礎理論知識外，每一個項目都是機械零部件中的一個部分，教學內容的實用性增強，學生在完成項目的過程中，不僅掌握了機械零部件識讀與繪制的知識和技能，還能了解到機械零部件的結構和功能。
二、教學環境和資源的改革
改革之前的教學環境是以普通教室為主，所用的教學資源主要有課本、課件和基礎實例模型，形式比較單一。教師在利用課件講授時，坐在后面的同學對作圖細節看不清楚，特別是復雜的零件。教學使用的實例模型數量少，一般只用于教師演示，而且缺少零件圖、裝配圖等對應的模型。教師在講解復雜零件的圖形時，學生只能通過平面圖想象立體零件，由于難度大，學生的興趣降低，學習效果差。
在基于增強現實的云教室中，學生通過手機掃描課本的二維碼，直接可以看到虛擬的實體模型和零件，通過手指滑動屏幕，進行全方位觀察，而且復雜的虛擬現實零件可以進行虛擬拆裝。教師將制作好的教學資源，例如微課、課件、動畫、視頻、虛擬仿真、習題等上傳云平臺，教師在課堂上講解的課件等，同時顯示在學生端設備上，學生不僅可以看清楚教師講授的內容，而且可以自主查看相關的資源。豐富的課內、課外資源滿足了不同層次學生的發展需求。
三、教學方法改革
以前機械制圖的教學方法完全以課堂教學為主。每節課教師利用黑板加課件進行知識點的講解，輔助展示部分基礎模型，幫助學生理解。然后學生模仿教師的繪制方法，進行圖形的分析和繪制，教師進行輔導。在整個教學過程中，教師利用課堂時間講授需占用大量時間，特別是零件圖與裝配圖，講解煩瑣，這時學生會感到枯燥乏味，導致部分學生不愿意聽講而不再繼續學習，課堂學習效果差。學生在課堂上的練習時間短，知識點和繪制方法的遺忘情況嚴重。課后學生與教師的交流少，教師不能及時輔導學生，學生的學習情況也不能及時反饋。
在基于增強現實技術的信息化教學模式中，教師充分發揮增強現實技術與云平臺相結合的優勢，線上線下混合式教學，以學定教來設計教學過程。
下面以“識讀零件圖”課程為例，課前、課中、課后的教學設計如下：
課前教師更新資源，通過云平臺發布課前預習任務——日常生活中見到的水龍頭的核心部件是什么？它是怎樣工作的？學生登錄學生端接受任務。根據任務要求，學生分小組，利用AR教材、云平臺的開放資源課程、輔助動畫、視頻等自學零件圖的相關內容，探討并完成教師發布的課前知識測試。學生根據自己的愛好，在豐富的教學資源中選擇自己感興趣的自學內容表現形式學習，并將完成任務情況提交云平臺。教師根據學生的測試情況，知識點的掌握程度，進行在線答疑交流，并確定課程的教學重點。
在課堂上，教師首先讓各小組展示課前任務的有關資料。教師播放球閥的動畫視頻，并引導學生仔細觀察，分析其結構和原理，讓學生直觀的看到水龍頭的工作過程，予以驗證之前的討論情況。為了讓學生進一步了解水龍頭各零部件之間的相對位置和裝配關系，現將學生置身于球閥的增強現實虛擬車間，充當一名“拆卸工”。來完成球閥的拆卸與裝配。軟件自帶糾錯功能，如拆裝零件順序不正確，會給予操作提示。學生在拆裝過程中遇到問題，可以通過平臺發布尋求其他小組幫忙，對提出問題和解答的同學，在云平臺都有經驗值的獎勵。對于學生無法解答的問題，教師則在學生完成拆裝后，給予解答。在學生掌握了球閥的工作原理及各零部件的結構、裝配關系后，教師給出球閥主要零部件閥桿、閥蓋、閥體零件圖。學生分析讀圖，在這個過程中，可以使用手機APP，掃描AR教材的零件圖，獲得立體圖，來幫助學生分析。學生讀圖后講述結果、填寫任務單完成零件圖的識讀。
教師結合學生讀圖情況，針對易錯、較難知識點等方面進行歸納和總結，使學生對所讀零件圖形成完整的認識。并對學生最終提交的零件圖任務單進行評分。
課后，教師發布不同層次的作業，學生根據自己的學習情況，完成作業。學生在完成作業時遇到困難時，可以通過云平臺的微課等資源，自己尋求解決方法，或者通過云平臺向同學、老師尋求幫助。在完成作業過程中達到對課堂知識的鞏固。
四、考核評價的改革
以前機械制圖課程的考核采用的是平時考核和期末考核相結合的方式進行?？己说膫戎攸c在于學生在課堂上的學習過程和學習效果，對于學生自學能力和創新能力的評價有所欠缺。另外，在學習過程的考核中，由于課堂的統計比較麻煩，通常只記錄完成任務的考核分數，對其他的過程記錄較少。
線上線下混合教學模式的應用，使機械制圖課程的考核更具全面性。課前的檢測評價、課中問題討論答疑評價、任務完成過程中的師生共評、生生互評、小組間評價、課后的拓展任務評價涵蓋了整個教學過程。課前課中課后的在線評價快捷、數據全面。在整個學習過程中，學生的參與都有經驗值的記錄。在云平臺，教師可以查看學生的每個任務評價成績，也可以綜合起來查看學生的評價數據。這樣就形成了及時、全面、公平的教學評價。
基于增強現實技術的高職機械制圖信息化教學模式把增強現實技術、互聯網信息技術和傳統的機械制圖課堂教學結合起來，為學生創建智慧學習環境，充分發揮學生課堂學習的主體地位，提升學生的自學能力和創新能力。同時能夠幫助教師引導和監控教學過程，利用云平臺大數據，讓課堂教學變得高效和有彈性，結合線上線下的學習特點來提升教學質量。
參考文獻
[1]王海琴，趙水.基于“互聯網+課程”背景下的教學模式探討——以“工業機器人三維建模技術應用”課程為例[J].新課程研究（中旬刊），2017（9）.
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