AR 技术在液压传动翻转课堂教学中应用的探讨

王智林，朱节宏

(北海职业学院，广西 北海536000)

0 引言

近年来，随着互联网、移动通讯和人工智能技术的不断深入发展，信息技术所引发的科技浪潮对教育领域的各方面带来了极大的冲击，同时也带来巨大的驱动力，推动教育不断变革与发展。2019 年是职业教育的里程碑，教育部积极响应全国人大代表与全国政协委员的建议和提案，着力解决职业教育热点难点问题，并决取得了新进展。2019 年初，《国家职业教育改革实施方案》(简称“职教20 条”)应运而生，明确职业教育的定位——职业教育与普通教育是两种不同教育类型，具有同等重要地位。在贯彻落实《国家职业教育改革实施方案》的背景下，需要重点关注并研究解决高职教育在教师、教材、教法中存在的问题，以便进一步深化内涵建设。新的时代背景下，教师、教材、教法都应该引入新理念和新技术。随着“互联网+职业教育”迅猛发展，教师运用现代信息技术更新教材和改进教法成为新常态，新技术在实验、实训、实习等教学过程的关键环节的应用尤为重要。

1 AR 技术概述

AR 技术(全称Augmented Reality，又名增强现实)，最早于1990 年提出，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。随着智能移动通讯终端性能的不断提升，AR技术应用日益广泛。

2 液压传动翻转课堂教学现状

液压传动是汽车维修、港口机械、机电一体化、工业机器人等专业必修的一门重要基础课程，其传统的授课方式是理论讲授与实践操作相结合。但是经调查统计，很多高职院校普遍存在理论授课与实践操作课时分配不均的现象，教学效果也普遍较差，分析其原因，可大致归结为：课程知识的覆盖面较广，内容较复杂；所编教材复杂，概念与图例过多；课程的实践性较强，但大部分高职院校受实践教学硬件设施的限制，导致学生对元件的认识不够清晰，教学效果不理想。因此为了提高学生学习积极性，提升教学效果，近年来各高职院校除了加大硬件设施的投入，同时还引入翻转课堂这一教学模式。

翻转课堂最早起源于美国，目前被越来越多的高职院校所采用。这种教学方式有别于传统授课的“灌输式”。翻转课堂要求教师重新调整课堂内外的时间，将学习的主导权转移给学生。课前，教师将制作的PPT 课件、动画和微课短视频线上推送给学生。学生在课前通过这些推送的信息资料完成自主学习，并完成相应的练习，师生在线进行反馈答疑，互动交流。课内，教师不再是知识讲授者的角色，而是以引导员和协助者的角色，帮助学生自行提出问题，并解决问题，从而对课程知识有更深层次的理解，将知识内化。翻转课堂模式与混合式学习、 探究性学习、其他教学方法和工具在含义上有所重叠，都是为了让学习更加灵活、主动，让学生的参与度更强。翻转课堂这种教学模式下，教师所提供的PPT 课件、动画和微课短视频等信息资料对学生自主学习的帮助巨大，但是液压传动系统的元件结构和系统回路对于高职院校的学生而言依旧显得较为复杂，即使在自主学习的过程中一直与教师保持交流互动，可能仍需要花费较长的时间精力进行想象和推演才能学会弄懂。所以液压翻转课堂的教学实践效果仍然有较大的提升空间，但是需要引入更优化的教学资料或者技术来进行教学辅助。

3 AR 技术在液压传动翻转课堂教学中的应用策略

长期以来，我们在教育教学过程中对于自主学习中互动性的理解往往都片面的局限于学生与教师之间的交流互动，而实际上学生与知识之间的互动对自主学习的意义更为重要。不论是液压传统教学中的书面文字知识，亦或是翻转课堂中的图片、动画和微课短视频等多媒体知识，都不具备动态的可交互性，学生与其之间无法形成学习互动，只是在被动接受知识信息。而AR 技术的出现正好提供了一种技术平台或者途径，为实现学生与知识本身之间的互动交流提供了可能性。目前，大学生智能移动通讯终端的持有率为100%，智能移动终端的高覆盖率及其通讯的实时性，具有得天独厚的时空优势，围绕智能移动终端深入开展信息化教学将是未来的教育教学发展趋势。

现阶段，AR 技术在液压翻转课堂中的应用主要集中在开发立体交互式教材和网络在线自主学习资源。由于液压传动课程自身的特点，传统教材即使图文并茂，大多数的学生在面对传统教材时都会感到晦涩难懂，无法做到高效阅读。基于AR 技术，可在传统教材的图例中添加识别码，通过智能移动终端扫描识别码［1-2］，甚至可以利用自主识别，通过摄像头自动追踪平面图形，不需要人工选择识别区域或者识别码，经过自动精准的图像识别，通过Web 端管理后台及云服务器将数据库中的数据传输给个人智能移动终端，实现即时的 AR 的立体呈现［3-4］，通过终端的显示屏幕将纸质教材的图形动起来，能直观体现液压元器件内部结构及或者液压回路中液体控制等复杂过程，极大提升了教材的趣味性，同时学生的阅读效率也将大大提高；针对液压翻转课堂教学的课前自主学习，文字说明、二维图、三维立体模型的二维展示图、 动画和微课视频等资源虽然为学生提供了丰富学习资源，但是仍不足以让学生更高效的自学。而教师将基于AR 技术的数字资源推送给学生后，学生的智能移动终端出现相对应的液压传动元器件或者液压回路系统的三维模型，只要通过手指在屏幕上轻点或者滑动，就可以轻松的对模型进行旋转、缩放、移动、拆解组装、剖切和模拟运行等操作，同时还可以随时调取其中的零件并高亮显示零件及其名称。这类AR 数据资源基于屏幕单触点或者多触点应用程序，只需要学生在模拟场景中用手势就可以与屏幕中的模型进行交互，使用者与设备将的交互要求较低，具备极佳的人机交互性和普及性［5］。

下一阶段，AR 技术在液压传动翻转课堂中的应用将进一步深化，主要体现为：利用AR 增强现实教学软件依托计算机仿真技术、多媒体技术和AI 人工智能技术，最大限度地还原真实的实训场景，通过学生个人智能移动终端，摆脱实训场地、仪器、设备、材料等硬件条件的制约，可以让更多的学生充分参与到虚拟实践其中。对于难以实施、成本高、系统复杂或者据有危险性的场景实践，在虚拟环境中都可以生动形象地进行交互式的操作，并且学生可重复实践练习，直至理解消化相应知识，以最少的消耗达到最优化的学习效果。

4 AR 技术在液压传动翻转课堂教学中的优势

4.1 虚实结合

AR 技术将虚拟图像套在实际图形上或者真实环境中，通过虚拟液压元器件和回路系统，来增强学生对实体的真实感受，强化对液压元器件实物的认知。方便学生记忆和理解在翻转课堂教学中的重难点知识。

4.2 实时性强

通过智能移动终端的摄像头扫面教材图形，就可以同步在屏幕上显示虚拟物体；在高速发展的互联网时代背景下，云数据通过网络即时传输，AR 数据库的学习资源，只需手指轻点就可将虚拟物体即时呈现在屏幕中。使得液压翻转课堂教学不再局限于教室和电脑前，也弱化了课前、课内和课后的时间界限，翻转课堂的教学不再受时空限制，随时随地都可进行，更有利于时间的充分利用。

4.3 降低难度

原本晦涩难懂的原理性或者结构性知识，在交互式三维虚拟实物的立体呈现下，变的简单明了，随着理解难度的减低，学生一旦学懂弄通了，对液压传动课程的接受程度就会提高。而AR 技术借助个人智能移动终端的屏幕使学生轻松体验到有如真实情境的感受，学习的趣味性提高了，学生对这门课程的学习兴趣自然也会随之提高。

4.4 便于拓展

AR 技术由跨平台的个人移动通讯终端——Web端管理后台及云服务器——数据库3 大部分串连组成，只需要通过Web 端管理后台及云服务器，将新的教学资源数据上传到数据库，学生在通过个人终端调取AR 教学资源时就可直接获得拓展后的资源数据。

5 结束语

在大数据、云计算、物联网以及人工智能快速发展并不断融合的时代背景之下，越来越多的信息化技术将融入到教育教学当中。翻转课堂或者慕课(MOOC)都是教学模式未来发展的趋势。在这类教学模式下，“教”与“学”的过程有别于传统模式，如何能提高教学效果，如何调动学生的学习兴趣和主动性，为学生提供最佳的自主学习资源和空间，这些问题都是必须解决的。AR 技术正好因其良好的人机交互性为这些问题提供了解决办法，为进一步推进教育教学模式的信息化、科技化提供助力。