一種《機械圖樣識讀自學系統》的設計

鄭耿樂

摘 要：同時隨著信息化教學技術的飛速發展，自主探究式學習，愈發符合諸多教學理論指導思想。支撐自主探究式學習中應用的理論依據主要包括：認知主義理論、建構主義理論和"經驗之塔"理論。設計一種應用于《機械圖樣識讀》課程的自主學習系統可以有效的解決目前我校課程教學中存在的諸多問題。

關鍵詞：機械；課程；自主學習系統

機械圖樣識讀作為機械類專業學員重要的一門專業基礎課程，這門課的主要目的建立起學員二維空間視圖與三維空間立體之間相互變換的橋梁，使學員具讀懂制國家標準的工程圖形的能力。制圖課程的教員多年來一直致力于教學方式的創新，目前，普遍還釆用紙質的教案或者PPT電子教案，這種教案在教學過程中比較地死板、有約束，這樣使得學員是被動的接受知識，這樣教員與學員以及學員與學員之間的溝通與交流就會受到阻礙。本文針對目前教員的教學方式與學員的學習方法帶有一定局限性，致力于提供機械圖樣識讀學員啟主學習系統，將PROE三維建模技巧運用于機械圖樣識讀課程的整個環節中，既能引導教員的主導教學作用，又能體現學員自主學習作用。為了學習者更深的理解機械圖樣識讀教學系統的方法，同時能夠“沉浸式”的練習，系統結構的組織以匯總和對比為主，學習者們可以通過自主學習學會本系統的內容，借助使用PROE三維建模方法的方法來學習三視圖以及組合體的形成過程，最終使學習者們能夠達到融會貫通。

一、系統需求分析

自學系統的設計務必要找到目前機械圖樣識圖課程教學的“痛點”和“興奮點”，所謂“痛點”即學習者在學習過程過程中的難點，“興奮點”即學員對課程教學的自我期望。為做好系統的需求分析，課題組針對我校多年的教學實踐和近兩年的教學對象進行了前過程的分析，力圖找準“痛點”和“興奮點”。

我校的教學目前多數還停留在傳統的講授教學階段，致使學員及空間想象能力不足，不能充分發揮學員的自主學習能力。從課程考核結果來看，學員不會靈活運用形體分析法和線面分析法。教員即便是給出立體的形狀（軸測圖），學員也難以完成“補識圖”和“補漏線”的練習。究其原因主要是前期教學過程對于理論學習偏為重視，造成學員缺乏實際操作能力。用傳統的教學方法按傳統的教材內容培養的學員只會單向思維，不會多向（發散、逆向）思維，缺乏創造性思維能力。盡管教員采取項目式教學，學員在完成課堂工作任務后，由于沒有掌握好其思想內涵遇到新的工程圖依舊讀圖困難。用傳統的思維方法難以完成，若掌握了現代幾何建模的思維方法和現代幾何建模技術，如PROE中的拉伸、回轉即可，不但能很容易地想象出立體的形狀，而且還能創造性地想象出多個形狀即作出多個解。綜上所述，教學的“痛點”在于“組合體”，“興奮點”在于掌握一種快速建模的方法。

二、系統內容設計

隨著計算機輔助設計應用的不斷深入，工業產品設計思想的表達，已經突破了二維圖紙電子化的框架，轉向了三維實體的建模。很多工業產品的設計，普遍使用了虛擬樣機技術，為了提升系統交互性，基于VR的自主探究式學習中的實現不同于傳統的教學和自我學習，包含的內容如圖一所示來實現學員的自主探究學習。

三、系統關鍵技術

系統主要利用多媒體技術和VR技術，借助文字，聲音，圖像，動畫，視頻使自學系統內容更加形象生動，教學效果明顯提高。

（1）多媒體技術

多媒體技術可以很方便地將相互關聯的學科知識聯系起來，這使得學員的學習內容可以相互交叉貫穿，進而融匯于一體，便于學員聯想激發創新思維，鍛煉和提高他們的自主探索能力。因此，利用多媒體教學，能更好的體現“教為主導，學為主體”的教學思想，積極培養學員的思維和空間想象能力，最終達到提升學習效果的根本目的。

（2）VR技術

VR是一口綜合性技術學科，它是多種學科相結合的，其相關的技術也是非常之廣泛。而VR要實現出人為設想出的虛擬環境，讓學習者在學習過程中可進行自主探究，要依靠三大主要技術支持，即實物虛化、虛物實化和計算機處理技術。所謂實物虛化是指將現實世界中的物體通過一些關鍵技術形成虛擬環境中的事物，帶給使用者較真實的虛擬環境，送些關鍵技術主要包括構建空間跟蹤、視覺跟蹤、視點感應和聲音定位等；虛物實化是指讓使用者從虛擬環境中獲得如同現實一般的感官認知；計算機處理技術是一個綜合技術的總稱，主要包括含幾方面的技術：高性能的數據轉換、預處理技術；多信息融合技術、數據圧縮和數據庫生成技術；聲音空間化和多種聲音的合成技術；逼真、實時的圖像生成與顯示技術。

總之，研究本課題的目的是為了實踐一種全新的學習模式而做的大膽嘗試，它將傳統教學方法與計算機信息技術相結合，形成動畫、虛擬現實相結合的方法，并把信息化教學和傳統教學手段（黑板、課本、模型、掛圖等）有機結合，使得學習內容既直觀形象又具有互動性。在實際使用過程中，學習者體會到這種信息化教學的優點是直觀、生動、便捷。對于學員難以理解的截交線、相貫線、組合體識讀、圖樣的畫法，還有實踐性較強的標準件和常用件以及掛圖、模型不容易看清楚的零件圖和裝配圖的內容采用動畫的形式來講授。這種新的自學系統以它特有的魅力引導、刺激學員的視覺、聽覺等多重感官，將枯燥的學習過程變得生動活潑，而且大大激發了學員的學習熱情和學習興趣，同時減輕了學員的學習負擔和心理壓力，使學員在輕松愉快的環境中自然地進入積極的思維狀態，情緒也由消極被動轉變成積極主動，從而對知識由被動的接受轉變成主動的需要。經過我們的初步嘗試，大多數學員對這種自學系統比較滿意，教學質量和效率也大幅度提高。

參考文獻

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