基于增强现实技术的高职机械制图信息化教学模式的探讨
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摘 要：基于增强现实技术的高职机械制图信息化教学模式把增强现实技术、互联网信息技术和传统的机械制图课堂教学结合起来，为学生创建智慧学习环境，充分发挥学生课堂学习的主体地位，提升学生的自学能力和创新能力。同时能够帮助教师引导和监控教学过程，利用云平台大数据，让课堂教学变得高效和有弹性，结合线上线下的学习特点来提升教学质量。
关键词：增强现实技术机械制图线上线下教学模式
增强现实技术是虚拟现实技术的扩充与延伸，是将虚拟的环境或事物实时叠加到真实情境中，真实世界与虚拟情境叠加在一个空间中，并且通过屏幕等设备进行交互，形成一个交互的三维立体空间。将增强现实技术融入机械制图课堂教学，可以突破时空限制，实时交互，激发学生学习兴趣，让学生喜欢学习，享受学习的乐趣与幸福；同时机械制图的共享资源课程与在线开放课程的创建，为学生学习机械制图提供了丰富的课程资源和拓展资源，教师在实际教学中，利用线上线下的优秀资源，在网络教学平台上，建立一种新型教学模式，充分发挥学生的自主性，有效地去学习，提高课堂教学质量和效果。现以机械制图课程为例，对基于增强现实技术的信息化教学模式进行探讨。
一、教材与教学内容的改革
机械制图课程是工科类专业的一门重要的基础课程，主要是培养学生三维形体与相关位置的空间逻辑思维和形象思维能力、空间分析和构形能力以及识读和绘制零件图与装配图的能力，课程以投影理论为基础，注重理论知识、画图能力和看图能力的综合训练。以前的教材主要是文字加图片的形式展现，教材以模块化为主，按照机械制图由浅入深、由简单到复杂的知识体系顺序编写。学生学习这样的教材内容，在初期基础知识阶段的学习兴趣较浓，随着知识难度的增加，到了零件图和装配图模块的学习阶段，由于理解和绘制难度的增大，学生的学习兴趣会逐渐降低，导致学生对制图课程的学习内容不能完全掌握。为提高学生的学习兴趣，加强学生对知识点掌握的全面性，应对教学内容进行优化整合，并编写出基于AR的“互联网+”新型数字化教材，将增强现实技术融入到教材中，对于复杂的、难以想象的图形，学生通过手机端扫描课本平面图就可以得到360°随意观察的立体图，并且通过手指滑动虚拟图形，对复杂的零件图和装配图进行拆装、切割、查看内部结构。同时，新型数字化教材在每个知识点旁边有相应的二维码，学生通过扫描二维码，打开知识点的微课讲解，随时随地学习该知识点的相关内容。整个教材内容以项目的形式进行划分，总共划分为10个项目，每个项目中又包含了具体任务，“解决任务”就是每一堂课的目标。项目从简单到复杂，依托实际工程中的机械零部件，除基础理论知识外，每一个项目都是机械零部件中的一个部分，教学内容的实用性增强，学生在完成项目的过程中，不仅掌握了机械零部件识读与绘制的知识和技能，还能了解到机械零部件的结构和功能。
二、教学环境和资源的改革
改革之前的教学环境是以普通教室为主，所用的教学资源主要有课本、课件和基础实例模型，形式比较单一。教师在利用课件讲授时，坐在后面的同学对作图细节看不清楚，特别是复杂的零件。教学使用的实例模型数量少，一般只用于教师演示，而且缺少零件图、装配图等对应的模型。教师在讲解复杂零件的图形时，学生只能通过平面图想象立体零件，由于难度大，学生的兴趣降低，学习效果差。
在基于增强现实的云教室中，学生通过手机扫描课本的二维码，直接可以看到虚拟的实体模型和零件，通过手指滑动屏幕，进行全方位观察，而且复杂的虚拟现实零件可以进行虚拟拆装。教师将制作好的教学资源，例如微课、课件、动画、视频、虚拟仿真、习题等上传云平台，教师在课堂上讲解的课件等，同时显示在学生端设备上，学生不仅可以看清楚教师讲授的内容，而且可以自主查看相关的资源。丰富的课内、课外资源满足了不同层次学生的发展需求。
三、教学方法改革
以前机械制图的教学方法完全以课堂教学为主。每节课教师利用黑板加课件进行知识点的讲解，辅助展示部分基础模型，帮助学生理解。然后学生模仿教师的绘制方法，进行图形的分析和绘制，教师进行辅导。在整个教学过程中，教师利用课堂时间讲授需占用大量时间，特别是零件图与装配图，讲解烦琐，这时学生会感到枯燥乏味，导致部分学生不愿意听讲而不再繼续学习，课堂学习效果差。学生在课堂上的练习时间短，知识点和绘制方法的遗忘情况严重。课后学生与教师的交流少，教师不能及时辅导学生，学生的学习情况也不能及时反馈。
在基于增强现实技术的信息化教学模式中，教师充分发挥增强现实技术与云平台相结合的优势，线上线下混合式教学，以学定教来设计教学过程。
下面以“识读零件图”课程为例，课前、课中、课后的教学设计如下：
课前教师更新资源，通过云平台发布课前预习任务——日常生活中见到的水龙头的核心部件是什么？它是怎样工作的？学生登录学生端接受任务。根据任务要求，学生分小组，利用AR教材、云平台的开放资源课程、辅助动画、视频等自学零件图的相关内容，探讨并完成教师发布的课前知识测试。学生根据自己的爱好，在丰富的教学资源中选择自己感兴趣的自学内容表现形式学习，并将完成任务情况提交云平台。教师根据学生的测试情况，知识点的掌握程度，进行在线答疑交流，并确定课程的教学重点。
在课堂上，教师首先让各小组展示课前任务的有关资料。教师播放球阀的动画视频，并引导学生仔细观察，分析其结构和原理，让学生直观的看到水龙头的工作过程，予以验证之前的讨论情况。为了让学生进一步了解水龙头各零部件之间的相对位置和装配关系，现将学生置身于球阀的增强现实虚拟车间，充当一名“拆卸工”。来完成球阀的拆卸与装配。软件自带纠错功能，如拆装零件顺序不正确，会给予操作提示。学生在拆装过程中遇到问题，可以通过平台发布寻求其他小组帮忙，对提出问题和解答的同学，在云平台都有经验值的奖励。对于学生无法解答的问题，教师则在学生完成拆装后，给予解答。在学生掌握了球阀的工作原理及各零部件的结构、装配关系后，教师给出球阀主要零部件阀杆、阀盖、阀体零件图。学生分析读图，在这个过程中，可以使用手机APP，扫描AR教材的零件图，获得立体图，来帮助学生分析。学生读图后讲述结果、填写任务单完成零件图的识读。
教师结合学生读图情况，针对易错、较难知识点等方面进行归纳和总结，使学生对所读零件图形成完整的认识。并对学生最终提交的零件图任务单进行评分。
课后，教师发布不同层次的作业，学生根据自己的学习情况，完成作业。学生在完成作业时遇到困难时，可以通过云平台的微课等资源，自己寻求解决方法，或者通过云平台向同学、老师寻求帮助。在完成作业过程中达到对课堂知识的巩固。
四、考核评价的改革
以前机械制图课程的考核采用的是平时考核和期末考核相结合的方式进行。考核的侧重点在于学生在课堂上的学习过程和学习效果，对于学生自学能力和创新能力的评价有所欠缺。另外，在学习过程的考核中，由于课堂的统计比较麻烦，通常只记录完成任务的考核分数，对其他的过程记录较少。
线上线下混合教学模式的应用，使机械制图课程的考核更具全面性。课前的检测评价、课中问题讨论答疑评价、任务完成过程中的师生共评、生生互评、小组间评价、课后的拓展任务评价涵盖了整个教学过程。课前课中课后的在线评价快捷、数据全面。在整个学习过程中，学生的参与都有经验值的记录。在云平台，教师可以查看学生的每个任务评价成绩，也可以综合起来查看学生的评价数据。这样就形成了及时、全面、公平的教学评价。
基于增强现实技术的高职机械制图信息化教学模式把增强现实技术、互联网信息技术和传统的机械制图课堂教学结合起来，为学生创建智慧学习环境，充分发挥学生课堂学习的主体地位，提升学生的自学能力和创新能力。同时能够帮助教师引导和监控教学过程，利用云平台大数据，让课堂教学变得高效和有弹性，结合线上线下的学习特点来提升教学质量。
参考文献
[1]王海琴，赵水.基于“互联网+课程”背景下的教学模式探讨——以“工业机器人三维建模技术应用”课程为例[J].新课程研究（中旬刊），2017（9）.
[2]平和光，杜亚丽.互联网+教育：机遇、挑战与对策[J].现代教育管理，2016（1）：13-18.
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