一种《机械图样识读自学系统》的设计

郑耿乐

摘 要：同时随着信息化教学技术的飞速发展，自主探究式学习，愈发符合诸多教学理论指导思想。支撑自主探究式学习中应用的理论依据主要包括：认知主义理论、建构主义理论和"经验之塔"理论。设计一种应用于《机械图样识读》课程的自主学习系统可以有效的解决目前我校课程教学中存在的诸多问题。

关键词：机械；课程；自主学习系统

机械图样识读作为机械类专业学员重要的一门专业基础课程，这门课的主要目的建立起学员二维空间视图与三维空间立体之间相互变换的桥梁，使学员具读懂制国家标准的工程图形的能力。制图课程的教员多年来一直致力于教学方式的创新，目前，普遍还釆用纸质的教案或者PPT电子教案，这种教案在教学过程中比较地死板、有约束，这样使得学员是被动的接受知识，这样教员与学员以及学员与学员之间的沟通与交流就会受到阻碍。本文针对目前教员的教学方式与学员的学习方法带有一定局限性，致力于提供机械图样识读学员启主学习系统，将PROE三维建模技巧运用于机械图样识读课程的整个环节中，既能引导教员的主导教学作用，又能体现学员自主学习作用。为了学习者更深的理解机械图样识读教学系统的方法，同时能够“沉浸式”的练习，系统结构的组织以汇总和对比为主，学习者们可以通过自主学习学会本系统的内容，借助使用PROE三维建模方法的方法来学习三视图以及组合体的形成过程，最终使学习者们能够达到融会贯通。

一、系统需求分析

自学系统的设计务必要找到目前机械图样识图课程教学的“痛点”和“兴奋点”，所谓“痛点”即学习者在学习过程过程中的难点，“兴奋点”即学员对课程教学的自我期望。为做好系统的需求分析，课题组针对我校多年的教学实践和近两年的教学对象进行了前过程的分析，力图找准“痛点”和“兴奋点”。

我校的教学目前多数还停留在传统的讲授教学阶段，致使学员及空间想象能力不足，不能充分发挥学员的自主学习能力。从课程考核结果来看，学员不会灵活运用形体分析法和线面分析法。教员即便是给出立体的形状（轴测图），学员也难以完成“补识图”和“补漏线”的练习。究其原因主要是前期教学过程对于理论学习偏为重视，造成学员缺乏实际操作能力。用传统的教学方法按传统的教材内容培养的学员只会单向思维，不会多向（发散、逆向）思维，缺乏创造性思维能力。尽管教员采取项目式教学，学员在完成课堂工作任务后，由于没有掌握好其思想内涵遇到新的工程图依旧读图困难。用传统的思维方法难以完成，若掌握了现代几何建模的思维方法和现代几何建模技术，如PROE中的拉伸、回转即可，不但能很容易地想象出立体的形状，而且还能创造性地想象出多个形状即作出多个解。综上所述，教学的“痛点”在于“组合体”，“兴奋点”在于掌握一种快速建模的方法。

二、系统内容设计

随着计算机辅助设计应用的不断深入，工业产品设计思想的表达，已经突破了二维图纸电子化的框架，转向了三维实体的建模。很多工业产品的设计，普遍使用了虚拟样机技术，为了提升系统交互性，基于VR的自主探究式学习中的实现不同于传统的教学和自我学习，包含的内容如图一所示来实现学员的自主探究学习。

三、系统关键技术

系统主要利用多媒体技术和VR技术，借助文字，声音，图像，动画，视频使自学系统内容更加形象生动，教学效果明顯提高。

（1）多媒体技术

多媒体技术可以很方便地将相互关联的学科知识联系起来，这使得学员的学习内容可以相互交叉贯穿，进而融汇于一体，便于学员联想激发创新思维，锻炼和提高他们的自主探索能力。因此，利用多媒体教学，能更好的体现“教为主导，学为主体”的教学思想，积极培养学员的思维和空间想象能力，最终达到提升学习效果的根本目的。

（2）VR技术

VR是一口综合性技术学科，它是多种学科相结合的，其相关的技术也是非常之广泛。而VR要实现出人为设想出的虚拟环境，让学习者在学习过程中可进行自主探究，要依靠三大主要技术支持，即实物虚化、虚物实化和计算机处理技术。所谓实物虚化是指将现实世界中的物体通过一些关键技术形成虚拟环境中的事物，带给使用者较真实的虚拟环境，送些关键技术主要包括构建空间跟踪、视觉跟踪、视点感应和声音定位等；虚物实化是指让使用者从虚拟环境中获得如同现实一般的感官认知；计算机处理技术是一个综合技术的总称，主要包括含几方面的技术：高性能的数据转换、预处理技术；多信息融合技术、数据圧缩和数据库生成技术；声音空间化和多种声音的合成技术；逼真、实时的图像生成与显示技术。

总之，研究本课题的目的是为了实践一种全新的学习模式而做的大胆尝试，它将传统教学方法与计算机信息技术相结合，形成动画、虚拟现实相结合的方法，并把信息化教学和传统教学手段（黑板、课本、模型、挂图等）有机结合，使得学习内容既直观形象又具有互动性。在实际使用过程中，学习者体会到这种信息化教学的优点是直观、生动、便捷。对于学员难以理解的截交线、相贯线、组合体识读、图样的画法，还有实践性较强的标准件和常用件以及挂图、模型不容易看清楚的零件图和装配图的内容采用动画的形式来讲授。这种新的自学系统以它特有的魅力引导、刺激学员的视觉、听觉等多重感官，将枯燥的学习过程变得生动活泼，而且大大激发了学员的学习热情和学习兴趣，同时减轻了学员的学习负担和心理压力，使学员在轻松愉快的环境中自然地进入积极的思维状态，情绪也由消极被动转变成积极主动，从而对知识由被动的接受转变成主动的需要。经过我们的初步尝试，大多数学员对这种自学系统比较满意，教学质量和效率也大幅度提高。

参考文献

[1]张哈.虚拟现实技术在医学教育中的应用研究脚[D].山东师范大学，2011：17-19.

[2]贾亦男.动画教学中的多媒体应用研究[J].黑龙江高教研究，2011，8：1003-2614.