基于信息化教学的《机械制图》教材的二次开发

陆文琼

(宁波市北仑职业高级中学，浙江 宁波 315800)

0 引言

信息技术的飞速发展，深刻地改变了人们的生活方式和交流方式，也让教育插上了信息化的翅膀。从早期重视基础设施建设，到重视设备、资源和软件的配备，再到如今重视应用以及长期可持续发展，教育信息化正逐步朝教育现代化迈进。2018年4月18日，教育部(2018)颁布的《教育信息化2. 0行动计划》强调，要以教育信息化全面推动教育现代化，开启智能时代教育的新征程，每个人都要成为教育信息化的参与者、实践者、推动者和创造者[1][2]。教育信息化是由政府主导设计和规划的，教学信息化是由学校主导设计和规划的，而信息化教学则是一线教师要去实践和操作的[3]。我们可以从信息化教学着手，成为教育信息化的参与者和实践者，进而向推动者和创造者迈进。

1 机械制图教材二次开发的提出

1.1 机械制图对机械类专业学生的重要性

机械制图是机械类相关专业的学生必须掌握的一门技术基础课，该课程主要教授工程图样的识读和规范画法。工程图样是工程与产品技术信息的载体，也是每一位从事机械领域工作的技术人员都必须掌握的国际性的“工程语言”。

机械制图是一门直观、理论联系实际且集创造性与艺术魅力于一身课程[4]。要学好机械制图，不仅要求学习者掌握图样绘制的基本理论和方法，也要求学习者有严谨的工作作风，绘制的图纸能严格符合国家或国际标准，从而保证其信息传递的准确性。此外还要求学习者有良好的空间想象能力，这种能力可以在学习过程中逐渐培养和强化。

1.2 当前中职机械制图教材的局限性

目前，浙江省中职机械类专业应用的教材为省编机械制图教材，该教材采用“核心课程+教学项目”的课程模式，通过项目引领，任务驱动的方式激发学生的学习兴趣。整体来说形式独特，内容新颖，可圈可点，但是也存在着以下局限性。

(1)知识引入缺乏吸引力

现在的高中生均已经是00后，表面上，他们“少不经事”，事实上，他们非常深沉。对于从小在炫酷的声色世界中长大的他们，要打动他们显然需要花更多的精力。传统的教材在这方面显得有些力不从心，项目式教学的教材虽然考虑到这点，但是每个知识点的引入还是停留在简单的机械零件上，呆板的图片描述着与学生的生活相隔甚远的物件，并不具备太大的吸引力。

(2)视觉表达不够形象

在视图表达中，有些产品结构非常复杂，其表面或内部会形成错综复杂和截交线或相贯线，而这部分内容对于空间思维能力一般的学生来说，学起来非常吃力，甚至有些同学根本寸步难行。但是我们可以通过强化训练来提高这种空间想象力，传统的教材依靠静态的轴测图来表达，由于书本容量的限定，无法纳入太多的模型，内部表达也不如能动态显示各个角度的视频来得清晰。

(3)部分知识点分散不够系统

省编教材由于采用项目式教学，势必会打乱传统的知识架构，容易造成知识呈现上的不系统，以及知识点的分散问题。这对于初学者来说是个比较头疼的问题，特别是对于快餐文化影响下的当代高中生，他们更没有耐心去细细寻找和整理这些分散的知识点。

1.3 省编机械制图教材二次开发的遵循原则

教材的“二次开发”是相对于“一次开发”而言的。“一次开发”指的是专家、学者编制的教材，“二次开发”指的是教师和学生在“一次开发”的基础上，根据实际教学需求对教材内容做出合理调整或删减，并使之成为适合教学和学习需求的教学材料[5]。教材的“二次开发”不仅包括教师对现有教材的创造性使用，还包括教师对自己开发的新资源及其他整合资源[6]。

为了避免教材二次开发过程中出现随意性，尽量减少不严谨的情况发生，在本教材的二次开发过程中，遵循了以下原则。

(1)遵循课程标准

课程标准是国家对基础教育课程的基本规范和质量要求，是教材编写的依据，也是评价管理和评价课程的基础。教材的“二次开发”必须以课程标准为导向，教学的目标和内容不能偏离课程标准。因此，这里以课程标准为基础对教材进行分析，并且从学生的角度去把握教材的“二次开发”，使抽象的课程内容转化为具体、生动的教学内容[7]，从而体现教师对课程和教材的理解，并展示自己的教学风格。

(2)充分尊重教材

教材是课堂教学的依据，也是学生最基础的教学资源，因此教材的二次开发必须立足教材。在深入钻研教材的基础上，尽量尊重教材的已有设置，在教材原有的知识脉络上做整合和扩充。

(3)关注学生的视角

教学的主体是学生，教材的二次开发是为了学生能更好地理解教学内容，学生的视角自然是老师最该关心的问题。因此在开发过程中应尽可能关注学生的需求，设置情境激发学生的兴趣，提高他们的参与度。

2 基于信息化教学的《机械制图》教材二次开发的策略

如何利用信息化技术弥补传统教材的局限性，充分激发学生的学习兴趣，调动其学习积极性，下面从课内和课外两个层面展开开发思路。课内主要考虑对教材中教学内容的整合和扩充，满足课堂教学。课外主要是对配套习题册的开发，并应用网络教学平台，让学生利用好周末时间，强化练习，满足课后自主学习。图1是整个开发流程图。

图1 《机械制图》教材二次开发流程

2.1 基于信息化技术的课程内容开发与组织

2.1.1 教学内容表达和呈现方式构思

教学内容的表达和呈现既要以课程标准为指导，又要基于教材内容，同时需要充分考虑学生的认知规律，融入自己的教学风格。根据不同的教学单元，构思不同的教学方式。

对于简单图形的抄画，可以采用录屏方式。例如抄画平面图形这部分内容，看起来很简单，却有许多细节是必须掌握的，初学者容易轻视导致抄图的随意性，自然就无法保证图样的规范和准确。这时老师往往需要手把手地教，这种方式耗费大量的时间，而且学生的领悟力和动手能力有快慢，导致旱涝不均，教学节奏很难把握。因此，教师事先将图样画好，并将绘制过程全程录下来，再用视频编辑软件对内容进行编辑，将重复的内容快进，将细节部分重点标注。这样既能节约时间，也能重点突出，而且学生可以重复观看，加深理解；对于制图标准部分的内容，理论性强，先采用讲授法，再用诸如找茬游戏等方式提高学生的学习兴趣；对于复杂零件的内部结构表达，则采用3D软件造型，详细展示其内部结构，加深学生的图形记忆。

2.1.2 信息化资源的收集与制作

设计好每单元的教学内容该如何表达和呈现，该知识单元需要制作什么样的教学素材自然也就出来了。将这些资源按单元罗列，之后就可以收集和制作资源了。

一些通用的资源可以网上下载，与书本配套的资源需要自己制作。例如两圆柱相贯线的知识，教材中采用立体图、正面观察图、三视图来表达两圆柱直径的变化而形成的相贯线的变化。这里采用3D建模软件Inventor中参数化设计的功能，得到不同直径的圆柱相贯的情形，然后利用视频处理软件Camtasia合成做出动态演变的效果，比书本上原来的三种情形更有说服力。

此外，还可以制作PPT、word、图片或者其他形式的富文本，作为单元知识的补充、总结和拓展等。这些都可以丰富学生的自主学习内容，提高学习兴趣。

2.1.3 信息化资源与教材的有机整合

有了教学思路和教学资源，如何在课堂上有效实施呢？这个问题在信息技术被引入教学之初就受到人们的关注。不管是视频、Falsh动画、微课等可视化资源，还是将各种资源整合后的信息化教学模式，如慕课(MOOC)、SPOC、翻转课堂、云班课等，都被应用于教学。但是如何将丰富的教学资源高效地组织起来，同时又不限制教师的个体发挥，是个值得探讨的问题。

在此，我们基于教材，将各种教学资源与教材有机整合，搭建信息化的教学环境，用移动设备实现资源在课堂上的实时呈现。要实现这一目标，需要完成以下步骤：

(1)将资源上传至网络平台

当制作和收集好资源后，要把编排好的资源上传至网络平台。智能移动设备的普及和wifi的全覆盖，让上网变得无比便利。存储在网络平台的资源能随时被打开，反复浏览，打破时间和空间的限制。

(2)利用物联网技术生成二维码

如何以最快的方式检索和播放相关的教学资源？物联网的二维码技术给了我们最好的答案。扫码收付款、扫码乘车、扫码溯源等等，相信每个人的生活都已经与二维码密不可分。这里我们也来个扫码学习。

利用互联网可以便捷地制作二维码。根据每个教学资源的储存网址，在二维码生成网站生成二维码，将此二维码保存，并让二维码的名称跟该教学资源名称相同。这里制作二维码时可采用活码形式，优点是将来若想更换资源，不必同时更换二维码，为后续的修订带来便利。

制作完二维码，将其黏贴在教材的相应知识点的位置。这样不仅实现了教材与资源库的完美匹配，也解决了资源的快速检索和浏览问题。

(3)搭建课堂教学环境平台

二维码与教材整合后，只要扫一扫书中的二维码，就可以在手机上播放存在网络平台里的教学资源，并可以反复观看，便于学生在家里预习和复习。在日常的课堂教学中，中职生自控能力弱，不予使用手机。因此教师还需要利用同屏技术将手机的内容展现给学生，同时掌控教学进程。

同屏必须使两同屏的设备处于同一网络环境，如果教室的电子白板没有无线网卡，需要添置一个无线USB网卡。并且在手机和电子白板上同时安装一个可同屏的软件，然后让手机和白板连接同一个wifi，以便实现同屏播放。此外教师授课时，也可以实时拍摄学生的解题情况来进行针对性的讲解，生动的教态让课堂教学情境交融、栩栩生辉。

2.2 基于云班课平台的课后习题开发与练习

课内的学习进度和效率是教师比较容易把握的，而对于课外的时间，特别是周末的学习，是家长和教师都头疼的问题。学习主动性弱，手机依赖性强是中职生普遍存在的问题，平时住校没法玩手机，回到家都是变本加厉玩游戏。家长束手无策，寄希望于老师多布置些作业，让他们能多学习些时间。而事实上在缺乏有效监管的情况下，作业的多少并没有多大区别。所以设想通过云班课平台，在周末远程发布作业和测试，来监管学生周末对该课程的学习。同时平台会统计作业的完成情况，并根据设定的分值和答案给出测试成绩，非常高效。只要作业量不是很大，学生也愿意自主完成，日积月累下来对于理论性强的知识的掌握非常有帮助。基于云班课平台的课后习题的开发过程主要包括以下几个方面：

(1)习题和配套资源的制作

习题开发主要取材于与教材配套的习题册。对于一些理论性强的题目，直接将题目和答案打印成电子稿即可。对于补画缺线、补画三视图等绘图题的答案，必须利用3D造型软件绘制相应的实体并生成三视图，这样不仅能对题目进行重新设计和编排，而且软件自动生成的三视图既规范又准确。对于较难的题目，可以利用软件做出旋转，局部放大和剖切的效果，来降低理解难度。

(2)云班课的搭建和习题上传

有了电子资源，就可以建立云班课，并通知所有学生加入该云班课。将制作好的题目和答案上传。当然也可以上传其他必要的可视化资源供学生预习和复习。

(3)发布习题

教师可以事先约定大概会在周末的什么时间发布作业，或者利用其他通讯平台再次通知作业或测试已经发布，让学生在规定时间内完成。对于故意忽略不做的学生，应该采用相应的惩罚措施，当然对于完成及时优秀率高的学生也会给予一定的奖励。

(4)评价和诊断

云班课平台会给出学生在平台的学习时间，作业完成情况，以及测试成绩的统计。教师可以从多角度诊断学生的学习情况，例如从知识点层面去发现学生普遍存在的盲区，并找出原因和调整教学策略。或者从个体层面发现某个学生的学习情况，进步特别明显或者退步特别明显等，适当的给予鼓励和帮助。

3 基于信息化教学的《机械制图》教材二次开发的具体实施

下面我们将以截交线为例，阐述利用信息化技术对教材进行二次开发以及课堂应用的具体过程。

3.1 构思课程内容的组织与呈现方式

截交线的形式变化多样，特别是有些几何体，例如图？所示的圆锥的截交线的三视图绘制，对学生来说是一大难点。但是基本几何体的截交线形式就固定的几种，所谓的复杂的图形，只是几种不同截交类型的叠加罢了。因此在讲授形体分析法时，从简单的截交类型开始，不断强化记忆，接着展开变式训练，由简入难，练习两种和多种形式叠加的情况。

例如圆柱的截交线可以分成三种情况：截平面与圆柱垂直(垂切)、截平面与圆柱平行(平切)、以及截平面与圆柱倾斜(斜切)。所有的圆柱截交情形都从这三种演变而成，都是这三种情况的组合叠加。因此在学习这部分内容时，采用程式化的讲授方法。首先让学生掌握三种基本截交线的形状，熟记于心。接着变式训练，两两结合，例如垂切与平切、垂切与斜切等。最后针对三种截切方式结合的题展开训练。

图2 圆锥体截交例子

3.2 制作资源

根据课程内容制作各种形式的教学资源，包括图片、动画、视频等。例如在实践上述截交线的教学过程中，需要建立很多模型来完成一系列的演化和变式训练，这些模型可以通过Inventor软件制作完成。图？是圆筒切割的演变图之一。对于圆锥截交线，采用动态的演变方式更加直观，可以利用剖切视图录制动画效果。对于补画三视图的部分，可以采用动画强调重点，逐线演示。最后将这些资源命名后归类存放。

图3 圆筒截交线实例

3.3 搭建平台，实施教学

将制作或收集好的教学资源上传至网络平台，并生成名称与资源名同的二维码，将其黏贴在教材的对应位置。同时设置教室电子白板与手机的同屏环境，以便教师在授课时根据教学流程随时打开所需要的资源，并展示给学生。当然教师也可以通过该环境与学生有更多的互动，使课堂教学更丰富生动。

3.4 课后作业

将习题和答案上传至云班课，让学生在周末完成习题和测试。不仅能对学生周末的学习进行一定的监管，也是对课堂知识的巩固和延伸。

4 结语

应用信息化手段对机械制图教材进行二次开发，将各种教学资源有机整合，应用于课堂教学。首先可以使课堂变得紧凑，提高上课效率。其次，多种形式的教学资源展示，在吸引学生兴趣的同时，也让抽象的图形变得更直观易懂。此外，云班课平台的引入提高了学生对周末时间的利用率，促进知识的理解和吸收。通过以上的探索和实践，学生对于机械制图的学习兴趣、学习能力和创新能力，均有很大程度的提高。