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增强现实技术在机械制图教学中的应用探究

发表时间：2020/3/2 来源：《教育学文摘》2020年3月总第330期作者：冯爱平

[导读] AR，也称“混合现实”，是利用计算机生成的一种逼真的虚拟环境,通过各种传感设备使用户“沉浸”到该环境中,实现用户和环境直接进行自然交互。

烟台汽车工程职业学院机电系　山东　烟台　264000
　　摘　要：本文以AR技术与高职《机械制图》课程教学的有机结合为研究对象，剖析了AR技术与《机械制图》的课程特点，构建虚实结合的立体化教材，线上线下结合，以期培养出服务于新型产业的高素质技能型人才。
　　关键词：AR技术　机械制图　信息化
　　一、AR（增强现实）的概述及应用现状
　　AR，也称“混合现实”，是利用计算机生成的一种逼真的虚拟环境,通过各种传感设备使用户“沉浸”到该环境中,实现用户和环境直接进行自然交互。
　　我国对AR的研究起步较晚，国家“十三五”规划中提出“大力推进虚拟现实与增强现实等新兴前沿领域创新和产业化”。AR技术在教育教学领域的应用相对较少，尤其是在高职院校。就长远而言，AR必将进入课堂、进入校园、进入到我们的日常生活。
　　二、“机械制图”课程分析
　　机械制图是传递、交流技术信息及思想的媒介和工具，是工程界通用的技术语言，是高职工科院校必修的一门技术基础课程。工科类高职院校毕业的学生必须具备识读和绘制机械图样的基本能力，因而学生对于本课程的掌握程度直接关系到其毕业后能否熟练胜任工作岗位，对其有着举足轻重的作用。
　　三、“机械制图”教学特点与现状
　　机械制图课程以识图和绘图为核心，培养学生的空间思维能力，分析、表达机械问题，阅读和绘制机械图样的能力。理论知识相对枯燥，图形抽象，而目前的高职院校教师对于本门课程的教学基本是“老师讲，学生听”的填鸭式讲授模式，教学效果较差，无法达到预期教学目标。
　　课堂上，教师一张嘴、一本书，或辅以绘图工具、挂图、模型等教具，但始终还是处于表演者的地位，学生被动地“观看演出”，不可避免地会走神，教师则开启唱独角戏的模式，课堂的枯燥乏味会使学生对知识的内化吸收比例大幅下降。在课后作业练习的时候，部分学生无法自主完成，互相抄袭的现象就会不可避免，久而久之就会导致厌学甚至弃学的不良后果。教师批改作业，机械制图作业量相对繁重，费时费力，同时只能大致掌握学生的共同问题，无法精准记录每位学生的情况。

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课上作业点评，需要学生回顾知识，配合思考，原本对课堂知识掌握不好的学生更是无法跟上节奏，教学效果会持续下降。这种固有模式的教育限制了学生的自主能动性，使他们缺乏应有的创新思维，对于教育来讲便是一种失败。
　　四、AR技术在机械制图教学中的优势
　　1.丰富了教学手段，提升了学生的学习兴趣。
　　AR具有虚实结合、实时交互和三维立体的特征，能够为学生提供虚拟的学习环境，能为教师的教学实施创造高信息量的教学环境和多样化的教学手段。AR技术的出现弥补了传统教学的弊端，它所具有的良好的展示效果，受到了学生的青睐。在教学中，教师可以借助AR技术制作如课件、动画、立体化教材、虚拟仿真、闯关游戏等多种教学资源，采取线上线下混合教学模式，线下利用云班课、教学平台、视频等信息化资源，采用翻转课堂的形式，将与课堂相匹配的教学资源打包上传至教学软件APP，供学生下载学习；线上利用资源、软件和平台融入案例教学、任务驱动教学、演示教学等教学方法中，实现知识的内化吸收。课后，利用游戏测评，教师在线指导，采用情境教学等实现能力的升华，进而提升教学效果。在学习中，学生可以借助各种基于AR技术的信息化资源和手段，随时随地学习和与教师互动交流，极大地提升了学生的学习兴趣。有了AR技术，教学就有了较多新的特性和新的方式。
　　2.提高了学生的空间思维能力。
　　在AR出现以前，部分学生根本无法想象出零件的立体结构，只能模棱两可潦草作图。而借助AR技术，学生无法想清楚的图样，只需要用手机对准基于AR的立体化教材中相应图样“扫一扫”，与二维平面图形相对应的三维立体模型便会“活生生”地跃然纸上，学生可以清楚直观地看到图样的立体模型，并且可以对模型进行缩小、放大、旋转等操作，提升了学生的空间思维能力。
　　3.节约了教学成本，提升了学习效果。
　　基于AR技术的高职《机械制图》立体化教材，包含了各种三维立体模型、虚拟仿真等信息化资源，学生可以随时随地来完成知识的学习，享受立体模型带来的“视觉盛宴”。尤其是虚拟仿真，学生可以置身“实训车间”来完成各种机器零部件的拆卸与装配，而无需提供传统教学所必需的教具、模型、设备等，极大地节约了教学成本。AR技术的应用使得学生学习方式智能化，提高了学习效率。
　　针对《机械制图》课程的特点与现状，将具备虚实结合、实时交互和三维立体特征的AR技术引入课程教学中，改变了传统教学，开启了信息化网络教学。教师充当领航者，带领学生在虚拟的世界里尽情地遨游，极大地增加了学生的学习兴趣，提高了空间想象力，提升了教学效果，进而为新型产业化企业培养了大批量的高素质、技能型人才。
　　参考文献
　　[1]宋春雨基于移动终端的增强现实装配技术[D].广州，广东工业大学，2014。
　　[2]冯天涛宋月鹏许令峰浅析如何提高机械制图有效教学策略[J].教育教学论坛，2018，（22），188—189。