智慧教室場(chǎng)景下工程圖學(xué)教學(xué)芻議

司東亞 汝艷 夏玲麗

摘 要：隨著大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧教室作為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生，軍隊(duì)院校如何利用智慧教室提升教學(xué)信息化水平成為亟待研究的問(wèn)題。本文以工程圖學(xué)教學(xué)為例，分析了軍隊(duì)院校智慧教室建設(shè)的必要性和需要重點(diǎn)關(guān)注的若干問(wèn)題，對(duì)于在智慧教室場(chǎng)景下開(kāi)展工程圖學(xué)教學(xué)具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：軍隊(duì)院校;智慧教室;工程圖學(xué);教學(xué)模式;虛擬模型庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)不斷出現(xiàn)，給很多行業(yè)帶來(lái)了顛覆性影響，高校課堂在新技術(shù)的沖擊下也迎來(lái)變革和創(chuàng)新的“新時(shí)代”。傳統(tǒng)教學(xué)手段已不能滿(mǎn)足新時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的迫切要求，智慧教室作為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生。智慧教室是基于新興信息技術(shù)構(gòu)建的以互動(dòng)為核心，能夠提供個(gè)性化師生服務(wù)，進(jìn)行智能化管理，實(shí)現(xiàn)多元化交互教學(xué)，物理環(huán)境與虛擬環(huán)境相融合的學(xué)習(xí)場(chǎng)所[1-3]。地方高校在智慧教室建設(shè)方面起步較早，雖積累了一定的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，但目前整體上仍處于探索階段，尚未大規(guī)模推廣應(yīng)用，軍校智慧教室建設(shè)目前也正在試點(diǎn)推進(jìn)。

軍校工程圖學(xué)教學(xué)與地方高校相比存在一定特殊性，突出體現(xiàn)在：由于校園網(wǎng)絡(luò)與地方互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，很多先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)教育軟件無(wú)法直接應(yīng)用到課堂教學(xué)，信息化教學(xué)手段、技術(shù)運(yùn)用不充分，利用PPT等傳統(tǒng)教學(xué)手段開(kāi)展工程圖學(xué)教學(xué)在軍校課堂上仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。以智慧校園與智慧教室建設(shè)為契機(jī)，提升工程圖學(xué)教學(xué)信息化水平，迫切需要開(kāi)展智慧教室場(chǎng)景下工程圖學(xué)教學(xué)有關(guān)問(wèn)題的研究，有效推動(dòng)智慧教室以及智慧教育理念在軍隊(duì)院校落地生根。

1 工程圖學(xué)課程教學(xué)的主要矛盾

馬克思主義哲學(xué)的矛盾觀認(rèn)為矛盾無(wú)處不在且貫穿事物發(fā)展的始終，矛盾雙方相互統(tǒng)一又相互斗爭(zhēng)，推動(dòng)事物不斷發(fā)展。工程圖學(xué)教育的基本矛盾是“教”與“學(xué)”的矛盾，它貫穿于教學(xué)全過(guò)程和各個(gè)環(huán)節(jié)，包括技術(shù)革新在內(nèi)的圖學(xué)教學(xué)改革，其目的即是推動(dòng)基本矛盾向良性方向發(fā)展，促進(jìn)圖學(xué)教學(xué)水平的提高。

矛盾的復(fù)雜性和不平衡性表明：事物都不是由單一矛盾構(gòu)成的，在由多種矛盾構(gòu)成的矛盾體系中，主要矛盾居于支配地位，對(duì)事物發(fā)展起決定作用。工程圖學(xué)作為一門(mén)技術(shù)科學(xué)，它以圖形系統(tǒng)來(lái)研究和認(rèn)識(shí)客觀世界，“看圖”與“讀圖”過(guò)程都離不開(kāi)空間思維能力。工程圖學(xué)課程既將空間思維能力作為基礎(chǔ)和載體，又是將其作為培養(yǎng)目標(biāo)。在某種意義上，空間思維能力培養(yǎng)的重要性甚至超出課程所涉及的理論和方法本身，學(xué)員空間思維能力與課程教學(xué)對(duì)其要求的差距是影響教學(xué)質(zhì)量的主要矛盾[4]。

在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中筆者也發(fā)現(xiàn)，教學(xué)效果和學(xué)員學(xué)習(xí)水平提升的主要制約因素就是個(gè)體之間空間思維能力的差異，空間思維能力較強(qiáng)的學(xué)員根據(jù)三視圖可以快速想象出物體的空間幾何形狀，空間思維能力較差的學(xué)員則需要借助實(shí)物教具或三維CAD模型。傳統(tǒng)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)員空間思維能力方面主要存在兩個(gè)方面的弊端：一是傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師單向知識(shí)灌輸為主，不能動(dòng)態(tài)了解學(xué)員學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)需求，學(xué)員被動(dòng)學(xué)習(xí)為主，主動(dòng)探索意識(shí)不強(qiáng);二是培養(yǎng)學(xué)員空間思維能力的手段單一，以往針對(duì)空間思維能力較差的學(xué)員，多是鼓勵(lì)其手工切割橡皮或者手工捏橡皮泥等，這種方法原始且落后，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、費(fèi)資金，而且制作出來(lái)的模型粗糙、演示效果差，學(xué)員嘗試一段時(shí)間后多數(shù)選擇放棄。因此，尋求更加高效的方法提升學(xué)員空間思維能力成為當(dāng)前軍校工程圖學(xué)教學(xué)亟待解決的問(wèn)題。

在解決學(xué)員空間思維能力培養(yǎng)這一教學(xué)主要矛盾方面，智慧教室可選途徑和手段更加豐富，例如可以鼓勵(lì)學(xué)員借助信息化的手段建立三維虛擬模型，也可以直接調(diào)用虛擬模型庫(kù)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)、剖切等操作多維度、高效、直觀地了解幾何體的空間形狀、組合方式、鄰接形式等。例如，在當(dāng)前工程圖學(xué)課堂教學(xué)中，相貫線知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)于空間思維能力較差的學(xué)員來(lái)說(shuō)是很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橄嘭灳€通常不是二維的平面曲線，而是三維的空間曲線，且影響相貫線的因素非常多，如幾何體形狀、大小和相對(duì)位置等?，F(xiàn)階段教學(xué)中主要依靠PPT圖片靜態(tài)展示各種相貫線，演示手段單一且枯燥，不能調(diào)動(dòng)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣。在智慧教室場(chǎng)景下，則可以通過(guò)構(gòu)建相貫線虛擬模型庫(kù)，讓學(xué)員主動(dòng)觀察各種形式的相關(guān)線，自主歸納總結(jié)相貫線影響因素，通過(guò)構(gòu)建生動(dòng)、直觀、富有科技感的虛擬場(chǎng)景，有效促進(jìn)學(xué)員空間思維能力的培養(yǎng)，進(jìn)而提高教學(xué)效果。

2 智慧教室場(chǎng)景下工圖教學(xué)若干問(wèn)題

2.1 教師與教室“人機(jī)融合”問(wèn)題

首先，智慧教室作為新生事物，與傳統(tǒng)教學(xué)場(chǎng)景有根本性的差異，應(yīng)使工程圖學(xué)任課教員盡快掌握智慧教室所涉及的各種先進(jìn)技術(shù)，如設(shè)備自動(dòng)化控制、多屏顯示、無(wú)線投影、課堂教學(xué)錄播、遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)等[5]，熟悉智慧教室教學(xué)設(shè)施、空間布局等，為各種教學(xué)手段的靈活運(yùn)用打下基礎(chǔ)。

其次，智慧教室場(chǎng)景下的教學(xué)與課程特征、學(xué)員培養(yǎng)層次密切相關(guān)，應(yīng)“因課施教、因材施教”，目前尚無(wú)成熟的能夠充分體現(xiàn)智慧教室特色的教學(xué)模式可供借鑒。因此，在教學(xué)試點(diǎn)階段應(yīng)突出工程圖學(xué)課程特色，優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)，以三維模型直觀教學(xué)為載體，著力解決工程圖學(xué)教學(xué)的主要矛盾，即學(xué)員空間思維能力培養(yǎng)問(wèn)題。

再次，為實(shí)現(xiàn)智慧教室物理環(huán)境與虛擬環(huán)境的有機(jī)融合，需要任課教員付出很多的精力來(lái)摸索和研究，因此，應(yīng)盡可能安排專(zhuān)門(mén)人員專(zhuān)職從事教學(xué)試點(diǎn)工作，或者安排專(zhuān)項(xiàng)研究課題做支撐，為智慧教室的推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

2.2 智慧教室場(chǎng)景下教學(xué)模式創(chuàng)新問(wèn)題

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來(lái)的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序，必須蘊(yùn)含特定的教學(xué)理論或教學(xué)思想，有利于達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，能提供可參考的有一定操作性的教學(xué)活動(dòng)結(jié)構(gòu)或程序，以及具有與之相配套的基本教學(xué)方法[6]。唯物主義哲學(xué)認(rèn)為：物質(zhì)決定意識(shí)，意識(shí)是物質(zhì)世界發(fā)展的產(chǎn)物。相對(duì)而言，智慧教室屬于物質(zhì)范疇，教學(xué)模式則屬于意識(shí)范疇，智慧教室相對(duì)于傳統(tǒng)教室在結(jié)構(gòu)組成、內(nèi)容形式上產(chǎn)生了顛覆性的變化，按照物質(zhì)決定意識(shí)、意識(shí)對(duì)物質(zhì)具有能動(dòng)作用的原則，智慧教室場(chǎng)景下的教學(xué)模式也應(yīng)改革、創(chuàng)新，以適應(yīng)教學(xué)環(huán)境條件的變化，從而正確地指導(dǎo)教師有效開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)應(yīng)是學(xué)習(xí)者自己建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程，這種建構(gòu)無(wú)法由他人來(lái)代替。知識(shí)體系建構(gòu)過(guò)程一定不是單純?cè)谡n堂上完成的，而必須通過(guò)學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成[4]。因此，智慧教室場(chǎng)景下工程圖學(xué)教學(xué)模式創(chuàng)新核心問(wèn)題是適應(yīng)智慧教學(xué)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2.3 信息化教學(xué)資源自建與引入問(wèn)題

2.3.1 虛擬模型庫(kù)建設(shè)

智慧教室的建設(shè)應(yīng)不止于物理環(huán)境的信息化改造，更重要的是虛擬教學(xué)資源的打造。對(duì)于工程圖學(xué)教學(xué)而言，構(gòu)建多樣化的虛擬模型庫(kù)在培養(yǎng)學(xué)員空間思維能力方面優(yōu)勢(shì)明顯，建立虛擬模型庫(kù)成為迫切需求，應(yīng)作為工程圖學(xué)智慧教室虛擬環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。關(guān)于虛擬模型庫(kù)的建設(shè)，公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)較多，為模型庫(kù)開(kāi)發(fā)者提供了可以借鑒的成功案例。例如，楊小平[7]等為了解決《工程制圖》傳統(tǒng)教學(xué)中掛圖和實(shí)物模型資源受限的問(wèn)題，以SolidWorks為開(kāi)發(fā)平臺(tái)建立了虛擬模型庫(kù)，通過(guò)EDrawing軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，通過(guò)Dreamweaver軟件構(gòu)建學(xué)習(xí)平臺(tái)，使抽象難懂的模型結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、直觀，增強(qiáng)了學(xué)生的空間想象力和繪圖能力，為“工程制圖”教學(xué)改革提供了參考。虛擬模型庫(kù)的建設(shè)應(yīng)以自建為主，盡可能地與自編教材以及課程教學(xué)內(nèi)容相同步、相配套，對(duì)于軍隊(duì)院校來(lái)說(shuō)，可以引入豐富多樣的裝備案例，突出軍事特色和工程應(yīng)用背景。

以我院“工程圖學(xué)”課程教學(xué)為例，為適應(yīng)工程圖學(xué)智慧教學(xué)的需要，授課教員基于虛擬仿真技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以u(píng)nity3D軟件為平臺(tái)，自主開(kāi)發(fā)了面向?qū)W員電子書(shū)包端（安卓版）的、針對(duì)我院自編教材及習(xí)題集典型知識(shí)點(diǎn)的AR資源及APP教學(xué)軟件，該AR資源涵蓋了教學(xué)大綱要求的主要內(nèi)容，綜合采用三維動(dòng)畫(huà)、三維模型、三維交互、二維互動(dòng)等多種形式，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)內(nèi)容的三維可視化。具體而言，學(xué)生安裝APP后，使用APP軟件掃描圖冊(cè)或者教材等印刷品上的圖片，三維資源即刻顯示在平板上，學(xué)生可以觸摸操作，旋轉(zhuǎn)、縮放結(jié)構(gòu)模型，觀看工作原理及作圖過(guò)程，操作非常方便，學(xué)生易于上手使用。

三維模型除了可以通過(guò)觸摸操作自由旋轉(zhuǎn)、縮放、平移觀察，還可以在模型之上添加感應(yīng)熱點(diǎn)，通過(guò)單擊等觸發(fā)方式彈出圖文介紹;對(duì)內(nèi)部形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)剖切模型展示復(fù)雜內(nèi)形。這些優(yōu)點(diǎn)是手工切割橡皮或者手工捏橡皮泥無(wú)法做到的，學(xué)生可以從這種原始、落后、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且模型粗糙、演示效果差的“體力勞動(dòng)”中解脫出來(lái)，專(zhuān)注于空間構(gòu)想和思維訓(xùn)練，新穎且實(shí)用的學(xué)習(xí)形式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

需要注意的是，虛擬模型庫(kù)是一把“雙刃劍”，實(shí)際教學(xué)過(guò)程中需要正確地引導(dǎo)學(xué)生合理地進(jìn)行利用，避免學(xué)生產(chǎn)生怠惰心理。例如，學(xué)生在完成工程圖學(xué)習(xí)題集的過(guò)程中，有的學(xué)生不去進(jìn)行空間思維的訓(xùn)練，而是在解答題目之前直接查看三維虛擬模型，反而達(dá)不到預(yù)期教學(xué)效果。要避免此類(lèi)情形，需要對(duì)模型庫(kù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，比如對(duì)模型庫(kù)的開(kāi)放權(quán)限進(jìn)行限制，學(xué)生只能在完成練習(xí)且教員開(kāi)放權(quán)限之后才能進(jìn)行查看等。

2.3.2 引入互聯(lián)網(wǎng)資源

軍校智慧教室是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”在軍事教育領(lǐng)域的拓展，軍校智慧教室應(yīng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，最主要途徑的就是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)建設(shè)。在資源建設(shè)方面，雖然自建資源雖然針對(duì)性強(qiáng)，但是開(kāi)發(fā)效率不高，需要耗費(fèi)大量的人力物力，因此，除了整合軍網(wǎng)資源、推廣移動(dòng)學(xué)習(xí)終端等，要積極地引入地方機(jī)構(gòu)和高校優(yōu)質(zhì)資源，進(jìn)一步推動(dòng)圖學(xué)課程智慧教學(xué)落地見(jiàn)效。在探索構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)平臺(tái)方面，課程組在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了由化學(xué)工業(yè)出版社研發(fā)的CIDP制造業(yè)數(shù)字資源平臺(tái)，該平臺(tái)能為廣大用戶(hù)提供了大量的、形式多樣的與工程圖學(xué)相關(guān)的資料庫(kù)和信息源。

為了提高CIDP制造業(yè)數(shù)字資源平臺(tái)使用效益，需要在該通用平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，拓展資料庫(kù)和信息源的參考功能，更好地為我院師生的教學(xué)服務(wù)，為此，課程組提出了基于CIDP搭建工程圖學(xué)課程智慧教學(xué)平臺(tái)的設(shè)想。主要途徑是借助CIDP制造業(yè)數(shù)字資源平臺(tái)上的已有資源，整合自建的工程圖學(xué)課程資源，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)資源的重構(gòu)、重塑。通過(guò)該平臺(tái)可以進(jìn)行指定范圍（班級(jí)或課堂）內(nèi)的資源共享與交流，為日常教學(xué)活動(dòng)提供與教材配套的教學(xué)參考資源，提供與教學(xué)活動(dòng)相關(guān)的輔助功能，如教員與學(xué)員的組班功能、教學(xué)內(nèi)容和資源分享功能、內(nèi)容與習(xí)題的講解、作業(yè)發(fā)布與電子作業(yè)管理功能、測(cè)試管理功能，學(xué)員測(cè)評(píng)功能等，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工程圖學(xué)課程的知識(shí)單元解析，在整合和開(kāi)發(fā)原有的教學(xué)素材基礎(chǔ)上，打造動(dòng)態(tài)開(kāi)放、高效教學(xué)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的課堂，既方便教員組織、定制教學(xué)內(nèi)容，又方便教員對(duì)班級(jí)學(xué)員的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)管理和對(duì)教學(xué)效果的及時(shí)反饋，進(jìn)一步探索工程圖學(xué)智慧教學(xué)模式改革，致力于提高工程圖學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量。

傳統(tǒng)的教室只是單純的教學(xué)場(chǎng)所，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧教室是對(duì)傳統(tǒng)教室在內(nèi)容和形式、空間與時(shí)間上拓展和延伸。借助校園無(wú)線網(wǎng)的覆蓋，信息空間與物理空間無(wú)縫對(duì)接，教師和學(xué)生可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，通過(guò)合適的終端設(shè)備順暢地通信，開(kāi)展更加廣泛、高效、便捷的師生互動(dòng)、學(xué)生之間的交流，極大提高了智慧教室的利用效率，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)效益的最大化。

結(jié)語(yǔ)

本文探討了軍隊(duì)院校在工程圖學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，尤其是傳統(tǒng)教學(xué)手段在培養(yǎng)學(xué)員空間思維能力、解決教與學(xué)主要矛盾方面存在諸多局限性，軍校智慧教室建設(shè)為解決工程圖學(xué)教學(xué)中存在的矛盾問(wèn)題提供了更加有效的途徑。分析了智慧教室場(chǎng)景下工程圖學(xué)教學(xué)存在的人機(jī)融合、軟硬件融合、教學(xué)模式創(chuàng)新、信息資源建設(shè)等方面的問(wèn)題?；谥腔劢淌议_(kāi)展工程圖學(xué)教學(xué)，需要教員盡快熟悉教學(xué)硬件環(huán)境、設(shè)施設(shè)備等，豐富虛擬教學(xué)資源，包括自建資源與引進(jìn)成熟地方資源，同時(shí)創(chuàng)新教學(xué)模式，使軟硬件協(xié)同作用，將智慧教室建設(shè)與課程特色相融合。最后以工程圖學(xué)AR虛擬教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)以及CIDP制造業(yè)數(shù)字化資源定制平臺(tái)建設(shè)突破口，在信息化教學(xué)資源自建與引入問(wèn)題上開(kāi)展了積極地探索與嘗試，可以為其他軍隊(duì)院校工程圖學(xué)智慧教室建設(shè)以及智慧教學(xué)提供經(jīng)驗(yàn)參考，同時(shí)可以為促進(jìn)軍隊(duì)院校教育信息化水平提升提供有益借鑒。

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基金項(xiàng)目：2020年度學(xué)院自主立項(xiàng)項(xiàng)目“基于CIDP的機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與研究”，編號(hào)：2021JGKT008

作者簡(jiǎn)介：司東亞（1987— ），男，漢族，河南商丘人，工學(xué)博士，講師，炮兵防空兵學(xué)院機(jī)械工程系教員，研究方向：機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)。