張德珍

【摘 要】針對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》類工科課程的特點(diǎn)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于慕課課程建設(shè)中，使學(xué)生在網(wǎng)上觀察到真正的三維動(dòng)態(tài)模擬，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互操作，極大提高了學(xué)生的參與性和主動(dòng)性，可以收到更好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);慕課

中圖分類號(hào)： TH122;TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）10-0132-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.055

Research on MOOC Teaching of Mechanical Design Course Based on Virtual Reality Technology

ZHANG De-zhen

（College of Mechanical and Vehicular Engineering Linyi University， Linyi Shandong 276005， China）

【Abstract】According to the characteristics of the engineering course of Mechanical Design，the application of virtual reality technology in the course construction of Mu Course is introduced to enable students to observe real three-dimensional dynamic simulation on the Internet. It can interact in real time.It greatly improves studentsparticipation and initiative， and can achieve better teaching results.

【Key words】Virtual reality technology; Mechanical design; Mooc

0 前言

2018年4月13日，教育部正式發(fā)布《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，把信息技術(shù)手段有效應(yīng)用于教學(xué)與科研，使教學(xué)手段科技化、教育傳播信息化、教學(xué)方式現(xiàn)代化，促進(jìn)教育改革，從而適應(yīng)正在到來的信息化社會(huì)提出的新要求。相較傳統(tǒng)的高等教育方式，出現(xiàn)了一種全新的在線教育模式-大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程（MOOC），將分布于世界各地的授課者和學(xué)習(xí)者通過Internet連通起來進(jìn)行學(xué)習(xí)的方式方法。MOOC在全球范圍迅速興起并規(guī)模普及，刷新了傳統(tǒng)的高等教育格局，給高等教育和社會(huì)發(fā)展帶來重大機(jī)遇的同時(shí)，也對(duì)高等教育的未來提出了新的挑戰(zhàn)。但是，相對(duì)于課堂教學(xué)，慕課等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式還存在一些不足。網(wǎng)絡(luò)課程的制作多局限于教學(xué)資源的提供，像視頻、圖像、動(dòng)畫、聲音、課件等，而課堂授課的另一個(gè)因素師生互動(dòng)則很難得到體現(xiàn)。對(duì)于一些實(shí)踐性很強(qiáng)的工科類課程，網(wǎng)絡(luò)課程中難以見到具有真實(shí)感的三維立體圖形，有些課件甚至是簡單的將課本搬到了Web上，網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)的優(yōu)勢未能得到充分發(fā)揮。目前我國教育科研網(wǎng)上的教學(xué)資源也較少，內(nèi)容大多是一些文本信息，信息表現(xiàn)形式比較單一，交互可控性也較有限，大部分功能簡單。因此，需要進(jìn)行優(yōu)質(zhì)高效的網(wǎng)絡(luò)課件的開發(fā)來滿足日新月異的信息化教學(xué)需求。

高等學(xué)校工科類課程，如：機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等，三維立體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)較多，比較抽象，學(xué)生難以理解。教師在課堂上只能借助于一些三維模型大體驗(yàn)式一遍，或是學(xué)生到工廠實(shí)習(xí)時(shí)才有機(jī)會(huì)接觸一些實(shí)際的三維機(jī)構(gòu)。這些教學(xué)方式對(duì)學(xué)生接受知識(shí)來說效果都不是很好，面對(duì)將來蓬勃發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育更是無能為力了。目前國內(nèi)的高校都在進(jìn)行課程教學(xué)改革，也做出了一些機(jī)械課程的網(wǎng)絡(luò)課件，但由于受網(wǎng)速的限制，三維機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的模型大都是用flash等二維軟件做的，這樣做出來的效果也是二維的，表達(dá)效果不好。人們也用虛擬的三維機(jī)構(gòu)來形象直觀的表達(dá)運(yùn)動(dòng)過程，有些課件用3DMAX、OpenGL、CATIA等軟件做出的三維動(dòng)畫來表達(dá)三維模型的運(yùn)動(dòng)，表達(dá)效果較好一些。但這樣學(xué)生只能被動(dòng)的接受，不能主動(dòng)的參與，不能進(jìn)行交互控制。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并稱為21世紀(jì)三大前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)。為了克服傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬方法在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的不足，人們提出了虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言（VRML）.應(yīng)用VRML，可編寫某一機(jī)構(gòu)的具有交互作用的三維動(dòng)畫，進(jìn)而更加形象地表示機(jī)構(gòu)的外形、運(yùn)動(dòng)過程、工作狀態(tài)等，編寫的動(dòng)畫又可以在網(wǎng)上異地瀏覽、交互操作。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入慕課等網(wǎng)絡(luò)課件制作，可以使學(xué)生在網(wǎng)上觀察到真正的三維動(dòng)態(tài)模擬，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互操作，極大提高了學(xué)生的參與性和主動(dòng)性，可以收到更好的教學(xué)效果?，F(xiàn)在網(wǎng)速和軟件制作水平的提高為將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了可能。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方面發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)查閱大量文獻(xiàn)，了解到國內(nèi)許多高校和單位正在研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方面的應(yīng)用。但大部分都是理論性的描述（如論文）《基于VRML的虛擬現(xiàn)實(shí)中三維建模技術(shù)的研究》，或是構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（如論文《網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下虛擬產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)》），還有就是濺起虛擬現(xiàn)實(shí)模型來，做一個(gè)虛擬場景，用于網(wǎng)絡(luò)展示（如論文網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)制作系統(tǒng)研究及其實(shí)現(xiàn)）。至于建好模型后，如何給模型添加運(yùn)動(dòng)，如何進(jìn)行交互控制，則涉及較少。雖然有人利用VRML的節(jié)點(diǎn)做過給模型運(yùn)動(dòng)（如論文《虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)顯示方面的應(yīng)用》），這種方法對(duì)于較少構(gòu)件的簡單運(yùn)動(dòng)還較方便，但對(duì)于復(fù)雜構(gòu)件之間的相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)就較為繁瑣。針對(duì)這種情況，研究了一種新的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的仿真方法，利用3dsMAX、AutoCAD、Pro-E等軟件做出三維模型，利VRML、Cult3D、Viewpoint、360度環(huán)視等虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)三維模型的仿真運(yùn)動(dòng)，本方法已應(yīng)用于牛頭刨床機(jī)構(gòu)和活塞曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。

2 課程建設(shè)實(shí)施方案

在前期研究的基礎(chǔ)上，將自己的研究應(yīng)用于《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程慕課的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)仿真方法無法實(shí)現(xiàn)的效果，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的遠(yuǎn)程、交互、實(shí)時(shí)性。將制作完成的三維運(yùn)動(dòng)模型嵌入慕課課程中，讓學(xué)生在通過慕課學(xué)習(xí)的過程中，可以異地、遠(yuǎn)程、適時(shí)的操作三維模型或運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，了解機(jī)器的內(nèi)部構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)原理。

一般網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程如下：三維軟件設(shè)計(jì)建模——系統(tǒng)將模型導(dǎo)入——建立和編輯虛擬環(huán)境——加入多媒體交互和腳本編輯——發(fā)布于Web。

首先成立項(xiàng)目小組，制定實(shí)施計(jì)劃。調(diào)研已有的《機(jī)械設(shè)計(jì)》類課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式和教學(xué)平臺(tái)，分析其中的有點(diǎn)和缺點(diǎn)。研究本項(xiàng)目的慕課課程教學(xué)模式。吸收4-5名學(xué)生加入項(xiàng)目組，指導(dǎo)學(xué)生建立課程中所用的三維運(yùn)動(dòng)模型。拍攝授課視頻、設(shè)計(jì)測驗(yàn)題目，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)完成方法。利用慕課建設(shè)平臺(tái)，綜合課程的各種素材，完成《機(jī)械設(shè)計(jì)》慕課課程并用于學(xué)生測試使用。最后根據(jù)測試結(jié)果修改慕課課程相關(guān)內(nèi)容。

3 結(jié)束語

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程慕課（MOOC）針對(duì)《機(jī)械設(shè)計(jì)》類工科課程的特點(diǎn)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于慕課課程建設(shè)中，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)其它軟件工具在工科類課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中不能實(shí)現(xiàn)的功能和效果，用三維的、可交互操作的、可通過網(wǎng)頁展示的模型表達(dá)，效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于文字、flash二維動(dòng)畫、圖片、視頻等媒體方式，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)精確的仿真，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及效果。

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