VR技术对强化制图实践教学的影响

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摘要:本文主要研究如何加强高等专科学校针对机械制造相关专业应用型人才培养的过程中《机械制图》实践教学效果。通过对现阶段《机械制图》的讲授特点和未来学生进入职业生涯对相关知识的需求进行分析，提出应用型人才在实际工作中对制图素养的要求。针对制图实践教学存在的难点，对比常见教学方式的改革并总结其特性。最后，联系现代计算机科学技术发展，提出利用vr技术在《机械制图》实践教学中展开交互式教学来强化实践教学效果，充分激发学生学习兴趣，最大限度提高学习能动性。

关键词:机械制图;实践教学;VR技术

一、概述

随着高职教育的普及性提高，高等教育进入快速发展阶段。高等专科学生成为企业技能人才的主流，企业对高等专科学校毕业生的综合素质高度重视。学生对所学理论知识的实践应用能力备受的关注，而这些多体现在对高职学生“职业素养”的要求，动手能力和解决实际问题的能力。技术型人才大多分布在企业生产的第一线，具备一定的实践应用能力会使他们的职业生涯更加广阔，而这些都需要一定的基础理论支持。作为机械工程相关专业的学生，机械制图课程是其重要的技术基础理论课程。该课程对培养学生识图、读图和绘图能力的培养非常重要，课程学习一方面要求学生具备一定空间想象力和抽象思维力，学习中还需要掌握机械制图的一系列国家标准;另一方面，要求学生在熟悉掌握制图基本理论知识之后，能利用合理的表达方案绘制出机械产品零件图和装配图，是一门兼顾理论性和实践性的重要的传统课程。但是，《机械制图》这门课程的抽象特性，使得这门不可撼动的重要专业基础课程学习效果并不理想。总体原因不外乎:课程对学生自身的思维方式要求很高，需要学生具备一定的抽象思维能力、空间像能力、逻辑思维能力;由于现实体教学的局限，对这些初学者在众多繁忙课业中进行该能力的培养是非常困难的。为了解决制图学习难上手，难坚持，总体学习效果会掣肘学生实践应用能力，我们通过不同方式该课程的学习进行全方位探讨。

二、教学中对制图素养的的要求

图是全世界的通用语言，工作过程中，虽然各国语言表达不同，但是通过统一标准的图纸我们能够明白它所传达的信息。学好机械制图是机械制造行业从业人员的必备技能;同时，学好机械制图是机械行业从业人员解决实际问题和实现技术创新的重要保证;另外，机械制图中的零件图和装配图在机械加工制造中的应用非常普遍，而这些都说明《机械制图》实践教学在应用型人才培养过程中的重要性。《机械制图》课程对于大多数高职高专院校学生来说都具有很大的难度。而且，不同专业对制图的掌握内容的广度，深度各有不同，因此在教学过程中，制图相关知识的讲授会从简单到复杂，分阶段，分层次的讲解。从最初的点、线、面投影学习;逐步增加难度，进入到第二阶段的平面、曲面、空间投影的学习以及简单体的相惯;这个学习过程初阶段，制图理论较好接受，随着元素增加，结构复杂化、高度抽象化，学习越来越困难，造成很多学生对后续部分失去了学习兴趣。对于制图学习过程中与实际生产工作联系更为紧密的标准件、常用件的绘制和装配图的识别和绘制等重要部分知难而退，使其在今后的实际工作发展中受到很大的局限性。

三、现有机械制图教学中常用的方法

(1)利用正、逆性思维培养学生的空间想象力。在几何要素进行投影时深刻认知并掌握“长对正、宽相等、高平齐”九字真言。反过来构思实物时利用正投影的逆过程，反复训练，应用这种逆向思维锻炼、培养学生的空间抽象思维。但是，从实践教学效果中发现，对于较简单几何体投影，该方法效果明显，当投影物体复杂，综合度高时，难以起到相应效果。(2)利用教具进行教学，提高学生的识图、读图、制图能力。为了提高学生的制图能力，教学过程中引进了很多真实的模型、教具，引导并激发学生的抽象思维能力，这种教学方式在一定程度上起到了一定的效果。但在较为复杂的零部件、组合体中，模型体积太大，模型加工太过复杂，难以实现其预期的目的。(3)开展现场教学，提高制图课程学习效果。现场教学将机械制图课堂搬到生产一线进行实习教学，通过现场实习，加深课堂理论知识，增加识图、读图能力，侧面激励学生，增加对机械制造行业的兴趣。但是，现场实习教学时，学生对企业环境、工作过程和生产环境的认识过于理想化，对于突发事件，缺乏应有的心理准备;由于社会阅历较少，学生往往缺乏安全意识，因此会造成很多安全事故，存在较多隐患，实际操作倍受限制。

四、新形势、新教学方法的探讨

现代社会，计算机科学技术发展日趋成熟，为了提高《机械制图》课程的教学效果，在依托于计算机科学技术上进行了较大改革--采用VR技术结合AR技术提高机械制图课堂教学质量。VR技术时综合利用计算机图形学、仿真学、多媒体技术、人工智能、计算机网络技术、并行处理和多传感器技术，模拟人的感觉器官功能，使人沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能通过人的语言、手势进行实时交互的多维信息空间。我们通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中的“身临其境”，能够突破空间、时间限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。目前，国外的一些公司已经研究出应用VR技术的教育系统，在互动和虚拟现实体验中，利用电脑和VR显示器，配合触控笔，形成一个高逼真的虚拟现实环境，学生通过操纵虚拟的3D物体，可多角度、全方位进行观察，分析。在《机械制图》及相关课程教学过程利用VR技术设计逼真的三维虚拟环境，能够使学生置身于虚拟的3D学习环境中，体验现场实训不可能观察到的各部件以及重要部件独立工作的原理。学习过程中，自己动手操作仪器，一定程度上激发学生的主观积极性，从而更好地了解构件的构造;同时，还可以利用并行虚拟现实系统，在学生之间，或者学生和指导教师之间进行互动，共享学习资源，激发学习兴趣，提高学习能动性;另一方面，利用VR技术，学生学习时，可以突破时空限制，在条件具备时随时随地利用VR教学设备学习。而这些特性相对于传统教学，既节约了学习时间，降低了学习难度，提高学生学习效率;利用VR技术还可以进行远程真人“面对面”答疑解惑，总体学习效果跟好。

五、结语

从各方面对比，理论上VR技术具有不可比拟的优越性。但是，受到硬件技术的局限，其发展还不完善，另外，虚拟现实软件开发花费巨大，VR教育系统必须要建立一个庞大的资源库，而目前对于一般的学校而言，做到这些含很困难。未来，把虚拟现实技术与实体教育有机结合，我们将会取得跟好的成绩，VR技术在机械制图实践教学过程的应用对未来的教育效果的影响不可估量。

参考文献:

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作者:雷瑛 李娜 单位:西安交通工程学院机械工程学院