“制图基础”课程教学改革

沈琴 项阳 唐觉明

[摘 要] 通过对“制图基础”课程的教学现状以及所存在的问题分析，根据教育信息化的时代要求，对该课程进行教学改革，提出构建工程图学虚拟教学平台，通过沉浸式情境学习促进培养学生的空间想象能力，提升教学效果。

[关键词] 教学模式;教学改革;虚拟教学平台

[作者简介] 沈琴，上海工程技术大学机械与汽车工程学院教师。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）19-0119-02    [收稿日期] 2019-08-12

党的十九大做出中国特色社会主义进入新时代的重大判断，开启了加快教育现代化、建设教育强国的新征程。在新时代背景下，必须聚焦人才培养的新需求，推进教育信息化。同时，2019年教育部办公厅印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》，强调深入落实《教育信息化“十三五”规划》《教育信息化2.0行动计划》，实施好教育信息化“奋进之笔”，加快推动教育信息化转换升级，积极推进“互联网+教育”，坚持高质量发展，以教育信息化支撑和引领教育现代化。“制图基础”作为机械专业人才培养方案中的主干专业基础课程，一直备受机械相关专业各高校的重视，他们都在着力构建与教育信息化方针及教学体系相适应的教学内容，不断发掘出适应新时代的教学方法。经过不断的探索和创新，本文针对“制图基础”课程教学中遇到的问题，结合教育信息化的要求，提出建立工程图学虚拟教学平台，利用虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术和增强现实（Augmented Reality，AR）技术，让学生能够身临其境地学习，从而提高教学效果。

一、“制图基础”课程现状

工程图样是按照国家标准绘制的，用来进行产品信息的表达、定义和传输的媒介，是工程设计和施工中的重要技术文件[1]。“制图基础”是研究绘制和阅读工程图样的原理和方法，是机械技术人才在培养过程中的一门重要的基础课程，适用于机械类各专業以及与机械专业教学要求相近的其他专业，为后续课程的学习以及毕业后从事的机械设计、加工、维修等工作提供必要的理论知识和基本作图方法。它既有系统的理论又有较强实践性，学生需要不断地在平面和空间之间进行思维转换，即通过三维实体绘制出平面图形，通过二维平面图形想象出三维立体模型。

目前的教学模式下，“制图基础”的理论知识和绘图逻辑主要采用课堂讲授方式，而学生形象思维的建立主要通过课上或实验室陈列的立体实物模型，以及三维模型动画的展示。但是，一些“制图基础”课程教师的教学方式仍采用传统的“满堂灌”，教师在讲台上讲，学生坐着听，这样很容易造成学生大脑的疲乏，很难激发学生的学习兴趣，学生吸收的知识也十分有限[2]。这种单一化的教学方法使模型资源只能局限在课堂上进行展示，学生在课后很难获得有效的资源，无法实现资源共享。此外，教学中交互性较差，学生大多是被动的观看，无法实际操作。空间想象力差的学生无法在短短几分钟的讲解中想象出立体模型，对所讲内容一知半解，更不可能融会贯通了。基于此，关于“制图基础”的课程教学，需要利用先进的信息技术改进教学方法，除了传统的授课模式以外，还应探索新的提高教学质量的方式方法。

二、“制图基础”课程改革

“制图基础”课程具有很强的形象性，它以形象思维为基础，需要学生调动联想和想象。但由于现有的板书和PPT教学模式的局限性，部分学生无法完全想象出立体模型，教学效果欠佳。如果在教学过程中采用情境教学法，将课程教学内容有机融合在教学情境中，发挥情境形象、直观、生动等优势，使学生主动参与课程学习，凸显学生的主体地位，能充分调动学生的主观能动性。

随着社会生产力和科学技术的不断发展，能够让人身临其境的虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术和增强现实（Augmented Reality，AR）技术应运而生。其中VR技术就是利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。AR技术就是让参与者与虚拟对象进行实时互动，从而获得一种奇妙的视觉体验，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。多媒体教学是现代教学的一个重要手段，如何充分合理运用这一手段也是探讨教学改革的热点。工程图学虚拟教学平台的建立和使用，正是抓住多媒体的有利条件，将VR和AR技术应用于“制图基础”的教学中。它整合了教学所需资源，并将教育资源与移动终端有效地整合和优化，构建虚拟的教学环境，采用情境教学法，将教学与助学、自学的功能均融为一体。该虚拟教学平台主要包括工程图学AR辅助学习平台和工程图学沉浸式虚拟拆装实践平台，以此通过信息化手段优化“制图基础”的教与学。

“制图基础”的学习内容就是从空间模型到二维图形，再从二维图形到空间模型，将AR技术应用于“制图基础”课程教育，符合学生的认知心理。工程图学AR辅助学习平台以教材和习题集等现实学习材料为基础，将虚拟的立体模型套在现实的学习材料上，逼真的展示可直接互动的三维立体模型。通过AR交互和教学内容的有机结合，使学生能从平面与空间两重维度来理解题目和知识点，更好地提高空间想象的思维能力。基于AR技术的虚拟移动模型室可安装于学生的各种智能手机、平板电脑等，既增强了学生学习的趣味性，又大大扩展了学习的时间和空间，使实例教学将不再仅仅局限于课堂、实验室和模型室，而是可以随时随地的进行。

“制图基础”课程中装配图内容整合了该课程大量的基本内容，既重要又有难度。学生在绘制装配图和拆画零件图时，对于装配关系以及内部零件图的画法总是感到抽象和困难。工程图学沉浸式虚拟拆装实践平台可以帮助学生解决这一难题，它利用可穿戴设备，实现身临其境的沉浸式工程实践体验，通过外接VR设备的听觉、视觉、触觉等感知方式模拟实际拆装机械设备、部件的过程，并配有拆装和测绘步骤纠错和实时指导，让学生犹如进入真实的场景中。并且预制多种设备供不同专业需求的学生进行拆装和测绘训练学习，使得原本复杂的装配图课程学习变得简单易行，具有较强的可操作性。这样的教学方式，不仅使得课堂教学简单有效，而且能够切实提高学生的空间思维能力及空间分析能力。

三、结语

“制图基础”课程的学习需要学生具备较好的空间想象能力，但是传统的教学模式难以在短时间内启发学生的空间思维，教学效果欠佳。随着教育信息化和教学改革的发展，需要寻求新的、有效的教学方式。

课程建设与改革是一项科学性强、涉及面广、任务艰巨、影响深远的系统工程[3]。工程图学虚拟教学平台的建立将通过情境教学法改善教学效果，提高教学质量，实现由以“教”为中心向以“学”为中心的转变，实现学生自主学习、随时随地学习，提高学生参与感、交互性，让学习资源发挥的效用越来越大。逐步实现教师备课的信息化、课堂教学的多样化、学生学习的个性化、实验教学的仿真化，从而提升教学质量。

参考文献

[1]付贵.浅谈工程制图教学方法的探索与实践[J].机电教育创新，2018（3）：100，105.

[2]叶卫东，成玫.提高工程制圖教学质量的探索[J].大学教育，2019（7）：56-58.

[3]杨建校，肖汉宁，陈石林，欧阳婷.《材料工程基础》课程教学的思考[J].教育教学论坛，2019（21）：209-211.

Teaching Reform of the Course of  "Cartography Basis"

SHEN Qin， XIANG Yang， TANG Jue-ming

（School of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China）

Abstract：This article analyzes the teaching status and existing problems of the course of  "Cartography Basis". Based on the requirements of education informationization， it proposes to construct a virtual teaching platform for engineering graphics， which can promote the development of students' spatial imagination through immersive situational learning.

Key words：teaching model; teaching reform; virtual teaching platform