智慧教室条件下机械识图绘图课程教学设计

王艳 黄海英 曹洪娜 程兆刚 孙立明

摘  要  机械识图绘图课程主要培养学员机械图样的识读与表达能力、图学思维与空间想象能力以及具有依据机械图样开展装备应用维护和管理的能力。智慧教室中先进的技术条件为课程教学模式、教学方法、教学手段的更新创造了条件。主要研究如何在智慧教室条件下落实以能力培养为导向的机械识图绘图课程教学设计，增强课程教学效果。

关键词  智慧教室；机械识图绘图；教学设计；课程思政

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）24-0037-04

0  引言

机械识图绘图是军士职业技术教育的任职基础必修课程，主要研究机械图样的表达与理解，为专业课程筑牢图样识读与绘制的基础，为装备的使用、维修提供由图识装的能力支撑。机械识图绘图课程教学过程中以识图与画图训练为核心，培养学员的空间想象和空间思维能力，提高机械形体绘图和读图能力，强化创新性形象思维能力。目前，为了提升学员的识图绘图能力，军地高校图学类课程教员一般是运用模型、零部件等实物教具以及多媒体课件、三维建模软件增强教学的直观性、形象性，帮助学员快速建立空间想象力。随着智慧教学环境的发展，智慧教室的硬软件功能可以为二维平面图形与三维空间形体的转换搭建更好的桥梁，提供更加形象生动的感官刺激，进行多角度全方位的形体展示和形式丰富、便捷高效的教学活动[1]。因此，在智慧教室条件下进行机械识图绘图课程教学设计，对增强教学效果具有一定的促进作用[2]。

1  教学目标

机械识图绘图课程融知识传授、能力培养、素质教育于一体，教学目标包括三个层面。

1.1  知识目标

理解图形表达的基本原理，熟悉机械制图的国家标准，掌握阅读、绘制机械图样的基本方法和计算机制图技术。

1.2  能力目标

能够实现空间三维形体与平面二维图形之间的相互转换，能够识读机械图样，具有依据机械图样开展装备运用维护和管理的能力。

1.3  素质目标

具备运用形象思维解决实际问题的工程素质；养成遵守规章、严谨细致的工作作风；传承精益求精、一丝不苟的工匠精神；增强文化自信，强化使命担当。

2  学情分析

2022年春季学期机械识图绘图课程的授课对象是2021级近机类某专业的军士学员。课程组基于智慧教室的投票、选择等功能进行问卷调查和空间想象能力测试，依据智慧教学系统的数据统计和分析结果进行学情分析。大多数学员是高中或中专文化程度，少数为大学程度。

在知识基础方面，所有学员在中学阶段学习过三视图的基本知识，28%的学员有图学课程的学习经历。

在学习特点方面，所有学员具备装备背景和实践经验，具有较强的动手实践能力；86%的学员学习目的明确，知道机械图样对岗位任职有极大的助力作用，对学习本课程有较强的兴趣；但是，学员的空间想象能力参差不齐，65%的学员图物转化能力较弱。

在认知能力方面，通过入学后第一学期对各门课程的学习，超过70%的学员认识到自己的文化基础不够扎实，认知理解能力不强，对于理论教学内容的理解和掌握略感吃力。

3  内容设计

机械识图绘图课程教学内容紧贴军士职业岗位任职需求，强化专业背景，突出学员主体，根据学情分析，教学内容设计扬长避短，对于理论教学的内容和难度以“实用为主，够用为度”，强化理论教学内容的基础性，兼顾系统性；对于专业技能的培训力度，以装备中的典型零部件作为教学实例，突出应用性。

3.1  构建模块化内容体系

课程以机械识图绘图基本知识为载体，以识图与画图训练为核心，以形体表达与机械图样识读为主线，构建“6+1”模块化课程内容体系，即投影基础、组合体、轴测图、机件常用表达方法、标准件、机械图样模块和计算机绘图模块，如图1所示。全程贯彻课程思政要求，有机融入思政元素，充分发挥任职基础课程育人功能。

3.2  突出重点难点

组合体、机件常用的表达方法和机械图样与专业任职能力联系更为紧密，为教学重点内容；读组合体视图、各种表达方法的综合运用以及零件图和装配图的识读，对空间想象力、综合运用能力要求更高，为教学难点内容，如图2所示。

3.3  注重动态更新

3.3.1  新知识

新增计算机绘图模块，将图学知识与信息技术相结合，使学员掌握快速高效的先进制图技术，为学员进行科技作品设计、3D打印制作等课外研学活动奠定基础。

3.3.2  新教材

选用2021年全国职业教育精品教材《机械制图》第四版。为了弥补地方教材“军味”不浓的劣势，课程组自编以装备为背景的机械识图绘图辅助教材。

3.3.3  新案例

及时更新课程教学中的案例图例，将装备零部件适当简化后作为教学案例；将国家级大学生科技竞赛一等奖作品“直升机应急逃生系统”“调幅式安全锯”等零部件图样规范化后作为训练图例，以激发学员学习兴趣，增强实践和创新意识。

4  实施策略

结合学情分析，根据教学内容设计，基于智慧教室条件，教学过程中采用方法讲练结合、手段虚实结合、评价全程考核、思政有机融合四大策略。

4.1  在教学方法上采用讲练结合策略

根据学员文化基础不够扎实，认知理解能力不强的学情，在教学过程中采用讲练结合的策略。通过“讲”学习知识，掌握方法；通过“练”促进思考，巩固所学。

在“讲”这一教学环节，多媒体课堂教学时，教员一般通过将PPT课件投影的方式进行授课，虽然相对于传统的“板书+挂图+实物模型”式教学课堂效率更高，但是在许多方面仍然有很大的局限性。比如在培养学员空间想象力的过程中，如何建立二维平面图形和三维空间形体之间的联系是需要解决的关键问题。而借助三维建模软件建立虚拟仿真模型结合三视图进行讲解是教员的常用做法。为了在建模软件中全方位多角度地展示虚拟仿真模型，教员需要在PPT课件和建模软件之间进行多次切换，空间想象力较弱的学员不能直观地将三视图与仿真模型进行比对，抓住它们之间的联系。智慧教室的双屏教学功能，使教员在讲课的时候既可以实现“课件+板书”的传统模式授课，又可以支持“课件+三维建模软件”的双线教学功能，对帮助学员建立图物联系起到促进作用[3]，如图3所示。

“讲练结合”的“练”这一教学活动直接影响课堂教学的效果和质量。在“练”的教学环节，一般的做法是教员布置一些补图补线的练习题，在课堂上留出一定的时间让学员练习实践；教员巡视指导，针对发现的问题在课上进行总结讲评。这样的课堂练习便于学员消化所学知识，有利于教员及时发现问题并当堂解决，但是这种“练”的形式比较单一，教员无法从整体上把握全班学员的学习情况。而智慧教室可以有效地解决这一教学问题。在课堂教学“练”的这一环节，智慧教室以丰富多样的练习形式激发学员的练习热情，以高效的数据统计为教员对学习效果的评价提供依据。在智慧教室条件下，“练”这一教学活动包括选择、投票、抢答、分组讨论、截屏互动、学员互评等多种练习方式，可以极大地活跃课堂氛围，增强练习效果[4]。智慧教学系统对学员练的过程、结果等进行全面的数据采集及分析，且练习结束即能实时反馈，使教员的教学更有的放矢。

4.2  在教学手段上采用图、物、仿真虚实结合策略

针对部分学员认知理解能力和空间想象能力不强的问题，充分运用将模型、仿真软件与图形相结合的教学手段，以增强教学的直观性。学校制图专修室、模型室有大量的示教模型、可分解模型及产品级的装配实体等模型；建成的专用智慧教室，自主研发的App教学平台，拥有大量的虚拟仿真模型；虚拟现实实践教学系统将现代信息技术与教学完美融合，使学员能沉浸式体验零部件装配、组合体构型等教学内容。

智慧教室中的虚拟仿真模型可与学员进行交互式的展示教学，相比传统多媒体教学的图片、视频、动画、Flash等素材，对学员有更大的吸引力。交互式模型可以多角度全方位展示零部件内部结构，揭示装配体工作原理，便于学员理解教员讲解的知识内容。针对课程教材中的实例，将每个组合体、零部件模型生成二维码（图4），学员需要时，可利用手机扫码，通过触摸手机屏幕旋转、缩放结构模型，观看工作原理及操作过程，拓展学习的时间和空间。虚实结合的教学手段在抽象与形象、平面与立体之间架起一座桥梁，对于培养学员的空间想象能力大有裨益，便于学员突破难点，理解掌握所学知识。

4.3  在考核评价上采用形成性考核与终结性考核相结合的全程考核策略

形成性考核占总成绩的30%，包括课堂表现、作业情况、测验情况、实践情况等，如图5所示。终结性考核占总成绩的70%，采取题库抽题、闭卷考试的方式进行。通过采用智慧教学系统，使教学全过程的信息得以采集，使形成性考核评价有据可循，实现教学过程的可追溯。

4.4  在课程思政上精选案例与教学内容有机融合

精选课程思政案例，在教学过程中自然结合、有机融入。通过理论教学与实践教学相结合，培养学员精益求精、一丝不苟的工匠精神；通过课程教学与专业实践、竞赛活动相结合，树立科技强国兴军的使命担当；通过传统文化与教学内容相结

合，增强文化自信、民族自豪感。例如：在轴测图课堂教学中，将中国传统文化中所蕴含的思维智慧融入轴测图的绘制过程，达到育文和育德相结合的思政教学目标；在读组合体视图的课堂教学中，选用优秀毕业学员的装备创新成果，简化后，作为读图模型，让模型有故事，让“有故事”的学员影响和激励新学员，将思政融入课堂，让学员心有所向。

5  结束语

通过2022年春季学期两个班次的智慧教室教学试点工作来看，智慧教室利用先进的信息化技术、硬软件设备，为课堂教学活动提供了更多的便利与手段，提升了教学效率和质量。从学员的反映来看，他们更喜欢在智慧教室环境下学习课程，认为智慧教学条件下更易激发学习兴趣，更易理解教学内容。从参加考核的六个班次成绩来看，智慧教室试点教学班次成绩位于前列。后续，机械识图绘图课程教学团队将加强智慧教学环境下的课程设计，对智慧教室进行特色化设计，融入机械识图绘图课程元素，嵌入零部件AR（增强现实）模型、精准作图软件等课程个性化软件，以智慧教室的先进教学功能实现学员快速准确地理解教学内容，提升学员的空间想象力、形象思维能力。

参考文献

[1] 李海胜，姚存治，刘开茗，等.智慧教室的设计与其对教学的影响探究[J].科技视界，2020（20）：38-40.

[2] 李茹，鲁明亮，马丽娟.基于智慧教室的高职物理教学的实践研究[J].职业教育，2020，19（3）：37-39.

[3] 张凯，杨再明，吕恋生，等.双屏智慧教室的建设与实践探究[J].中国教育信息化，2021（5）：91-96.

[4] 崔璐.智慧教室课堂互动策略研究[D].武汉：华中师范大学，2018.

作者：王艳、曹洪娜，陆军工程大学石家庄校区，讲师，研究方向为工程图学；黄海英、程兆刚、孙立明，陆军工程大学石家庄校区，副教授，研究方向为工程图学（050000）。