吳婧斯 何東海 秦玉芳 劉慧姝 呂 琳 楊益其 杜 昕

中國人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院油料系 重慶 401311

當(dāng)前,在信息技術(shù)的推動(dòng)下,無論是教學(xué)理念還是教學(xué)方式均發(fā)生了較大的改變。2019年2月《中國教育現(xiàn)代化2035》[1]提出了教育信息化是教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)源性動(dòng)量,是教育現(xiàn)代化的核心驅(qū)動(dòng)力。隨后《國務(wù)院關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》[2]的出臺(tái),更是明確了信息技術(shù)與教育教學(xué)融合應(yīng)用的發(fā)展方向。蔡寶來也闡釋和建構(gòu)了適應(yīng)教育信息化2.0時(shí)代的智慧教學(xué)新模式[3]。但正如馬克思哲學(xué)原理中“否定之否定規(guī)律”所描述的那樣,事物發(fā)展總是螺旋式上升或波浪式前進(jìn)的,經(jīng)歷曲折是事物發(fā)展的必然過程。在我們享受信息技術(shù)發(fā)展帶來益處的同時(shí),也浮現(xiàn)出了許多需要迫切解決的新問題。作為一線教師,在教學(xué)上也必須順勢而為,努力提升自身能力素質(zhì),才能更好地利用信息技術(shù)服務(wù)教育教學(xué)工作。尤其對(duì)機(jī)械專業(yè)的高等教育來說,具有明顯的實(shí)踐特征,教師必須注重在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程素養(yǎng),才能為學(xué)生解決工程實(shí)際問題打下良好基礎(chǔ),真正提高學(xué)生日后的適崗能力。

對(duì)教師的挑戰(zhàn)及必要性

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,逐漸催生出了各種智慧課堂、智慧教材以及融媒體課件[4]。有虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)參與的多種教學(xué)模式的出現(xiàn)使學(xué)生積累知識(shí)的來源不單局限于課堂上教師的講授或某一本教材,而對(duì)傳統(tǒng)的師生關(guān)系造成沖擊。并且隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用,越發(fā)突顯出了傳統(tǒng)教育理念及教學(xué)方式無法滿足當(dāng)前時(shí)代教與學(xué)的需求。尤其在機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中,傳統(tǒng)教學(xué)方式會(huì)花費(fèi)教師大量在黑板上手工繪圖的時(shí)間,并且在講解裝配體零件動(dòng)態(tài)影響時(shí),對(duì)學(xué)生的空間想象能力具有較高要求。這就使得其形象化、空間化、信息化、便捷化的快速表達(dá)更是需要借助層次豐富的信息技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。比如在內(nèi)燃機(jī)教學(xué)中零件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)、零件工作原理的動(dòng)態(tài)演示、零部件虛擬拆裝的交互式體驗(yàn)、課件的推送及線上線下的配合教學(xué)。可以說,信息技術(shù)的應(yīng)用不光在傳播知識(shí)的質(zhì)量上有顯著提高,更是打破了傳統(tǒng)教學(xué)時(shí)間及空間上的束縛,同時(shí)加快了信息傳播的速度。這樣一來,便要求教師要做到與時(shí)俱進(jìn),不斷創(chuàng)新教學(xué)理念與教學(xué)方式,注重學(xué)生綜合能力如工程意識(shí)和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。

方法及途經(jīng)

1 CAD主流專業(yè)軟件在課件開發(fā)中的合理應(yīng)用

課件制作的精良程度從很大程度上能直接影響教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果,而機(jī)械類課程往往涉及投影規(guī)律、投影視圖、剖視圖、零件圖和裝配圖及動(dòng)態(tài)折裝等內(nèi)容[5],要求學(xué)生具有良好的空間幾何分析、構(gòu)想和圖解能力。這時(shí),課件中常規(guī)的二維結(jié)構(gòu)圖或平面動(dòng)畫(如圖1所示,某H型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的三視圖),只能幫助學(xué)生建立對(duì)零件或裝配體最基本的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí),若要進(jìn)一步講清楚零部件的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)原理,則需要借助三維建模甚至運(yùn)動(dòng)仿真工具。

圖1 某H型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的平面三視圖

比如在《內(nèi)燃機(jī)》教學(xué)中,如圖2所示,是用Solid Works三維建模軟件搭建的某H型發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中不同曲軸轉(zhuǎn)角下的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配體模型,利用該模型可以幫助學(xué)生很清楚的觀察到發(fā)動(dòng)機(jī)的總裝結(jié)構(gòu)及子結(jié)構(gòu),以及零部件之間的裝配關(guān)系,同時(shí)可運(yùn)用Solid Works中的運(yùn)動(dòng)仿真模塊模擬該發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過程的動(dòng)態(tài)效果,幫助學(xué)生深入理解發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)理念。這就要求教師能有意識(shí)的在課件中對(duì)各類CAD主流行業(yè)軟件加以運(yùn)用,在遇到傳統(tǒng)教學(xué)中多數(shù)只有二維平面圖的局限時(shí),可以嘗試如UG、Proe、Solidworks、Catia等專業(yè)軟件進(jìn)行建模演示。一方面幫助學(xué)生提升工程思維和工程素養(yǎng),一方面也對(duì)教師自身的專業(yè)技能加以拓展和應(yīng)用,從而更好地服務(wù)于教學(xué)。

圖2 某H型發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程演示圖

另外對(duì)于《機(jī)械制圖》教學(xué)中存在的大量作圖講解,還可將作圖題目鏈接到相應(yīng)的作圖軟件,在課堂上為學(xué)生現(xiàn)場繪圖講解。比如:簡單零件三視圖的畫圖步驟就可直接鏈接到AutoCAD二維繪圖軟件中,對(duì)其畫圖步驟進(jìn)行實(shí)時(shí)示范,而在Solidworks三維建模軟件中可事先建好同一物體的三維模型,利用Solidworks自帶的工程圖出圖功能直接做出平面的三視圖,將其與之前AutoCAD所作圖形進(jìn)行比較,以此從正向和逆向兩個(gè)方面結(jié)合起來學(xué)習(xí),讓學(xué)生更容易理解知識(shí)點(diǎn)從哪里來,到哪里去。同時(shí)該教學(xué)過程也從一定程度上強(qiáng)化培養(yǎng)了學(xué)生的工程思維。

除此以外,在PPT課件的制作中,還需要對(duì)教學(xué)的具體內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)與課程內(nèi)容的聯(lián)系和貫通,確定演示目的和對(duì)象。進(jìn)一步根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過程的精細(xì)化程度,來匹配制定演示策略[6]。

2 借助信息技術(shù)設(shè)計(jì)智慧教材

以陸軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)械類課程為例,所采用教材還是傳統(tǒng)的紙媒教材作為教學(xué)內(nèi)容的主要指導(dǎo)和依據(jù),其呈現(xiàn)內(nèi)容主要包括文字、圖表及圖片。而紙媒教材的文字描述和圖片呈現(xiàn)并不能直觀地向?qū)W生展示機(jī)械立體結(jié)構(gòu)以及零件裝配過程,尤其對(duì)于空間想像能力欠佳的學(xué)生來說挑戰(zhàn)更大。無法實(shí)現(xiàn)教材的信息化和立體化,也就不能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。最關(guān)鍵的是,在學(xué)生完成課堂上的學(xué)習(xí)之后,課下還需要借助教學(xué)資源庫中的視頻動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)操作等內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)拓展和測試訓(xùn)練,恰恰這部分內(nèi)容更需要在智慧教材的基礎(chǔ)上借助于信息技術(shù)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于智慧教材的設(shè)計(jì),主要把握以下四個(gè)方面:

①教材內(nèi)容基于理論基礎(chǔ)知識(shí),結(jié)合崗位能力需求,合理安排教材內(nèi)容和結(jié)構(gòu),將知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)有機(jī)結(jié)合,立足于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程能力。

②教材內(nèi)容形式呈現(xiàn)系統(tǒng)化、多元化,并且能做到對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)有料有據(jù)有支撐。比如借助信息技術(shù),將紙質(zhì)教材中的知識(shí)點(diǎn)或圖片進(jìn)行二維碼[7]關(guān)聯(lián),通過微信掃一掃,可以直接觀看錄播授課視頻或可直接打開三維模型文件,對(duì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放等觀測以進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。對(duì)于裝配體的學(xué)習(xí),還可通過關(guān)聯(lián)的二維碼,觀看動(dòng)態(tài)裝配視頻,學(xué)習(xí)裝配細(xì)節(jié)及工作原理。如圖3,活塞的裝配。

圖3 活塞的裝配

③針對(duì)機(jī)械類課程的大量習(xí)題,仍然利用微信掃碼功能,可以鏈接到每個(gè)習(xí)題的做題步驟視頻講解及答案,教師對(duì)答案可選擇性設(shè)置開放時(shí)間,實(shí)現(xiàn)習(xí)題的及時(shí)輔導(dǎo)。

④智慧教材中配套添加教學(xué)資源庫,借助信息技術(shù),提供豐富且高質(zhì)的教學(xué)拓展資源。有但不僅限于文字圖片、視頻動(dòng)畫和PPT等資源,做為課堂教學(xué)的補(bǔ)充。

3 AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[8]及MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)[9]助力實(shí)踐教學(xué)

對(duì)于內(nèi)燃機(jī)課程的學(xué)習(xí),關(guān)注的是內(nèi)燃機(jī)兩大機(jī)構(gòu)及五大系統(tǒng)的構(gòu)造、工作原理以及內(nèi)燃機(jī)的使用維護(hù)。比如對(duì)于配氣機(jī)構(gòu)搖臂軸的拆裝訓(xùn)練,即可通過使用AR技術(shù)進(jìn)行,讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中對(duì)搖臂軸進(jìn)行自主拆裝(如圖4),使學(xué)習(xí)對(duì)其三維型態(tài)和組裝過程有更直觀的認(rèn)識(shí)。而MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使真實(shí)和虛擬世界對(duì)象實(shí)時(shí)進(jìn)行交互,并及時(shí)反饋給學(xué)生,不用受制于時(shí)間及空間的局限,使學(xué)生達(dá)到完全沉浸于真實(shí)環(huán)境中的效果。

圖4 利用AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)搖臂軸的拆裝訓(xùn)練

利用這種方式開展實(shí)訓(xùn)教學(xué),一方面能夠幫助學(xué)生重建內(nèi)燃機(jī)的空間結(jié)構(gòu),對(duì)內(nèi)燃機(jī)的工作原理、拆裝、檢測等有更深刻的認(rèn)識(shí),另一方面能讓學(xué)生在主觀上有較強(qiáng)的參與感及獲得感,同時(shí)生動(dòng)逼真的素材還可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

除了重點(diǎn)關(guān)注教學(xué)中以假亂真的實(shí)訓(xùn)效果,利用AR/MR技術(shù)開展教學(xué)還能有效減輕實(shí)驗(yàn)室由于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、排放、噪音等問題帶來的安全隱患以及不適。同時(shí)教學(xué)設(shè)備還可通過軟件升級(jí)的辦法來適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容中由于油料裝備的更新或內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶來的變化,而減少非必要的設(shè)備購置。做到了教學(xué)成本的節(jié)約,更提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4 信息技術(shù)提升教師“器商”

在當(dāng)今信息快速溝通的年代,各類短視頻、微視頻越來越盛行,它們以簡短且有趣新穎的特點(diǎn)而被越來越多人喜歡,我們的學(xué)生做為年輕一代自然很容易接受這類新生事物并且被它們所影響。為了能適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣,并且教師在專業(yè)技能上有進(jìn)一步突破,我們的教師則需要掌握更新穎的手法制做微課或教學(xué)視頻的技能,更多的是在這個(gè)過程中借助各類軟件技術(shù)進(jìn)行優(yōu)劣互補(bǔ)集成開發(fā),最終達(dá)到應(yīng)用整合的目的,使我們的教學(xué)素材更加多彩,對(duì)學(xué)生來說晦澀難懂的專業(yè)課程變得更加友好也更加具有可閱讀性和可學(xué)習(xí)性。

功欲善其事,必先利其器。比如我們用Aniation3D實(shí)現(xiàn)字體3D炫酷效果(如圖5)、用office 2019實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫自助制做、用iSpring Suite實(shí)現(xiàn)課件交互式應(yīng)用、用口袋動(dòng)畫讓PPT飛奔、用Focusky實(shí)現(xiàn)頁面深度縮放、用FGF生成電子相冊制作flash素材、用訊飛實(shí)現(xiàn)語音錄入、用錄音吧實(shí)現(xiàn)語音轉(zhuǎn)文字、用inpaint處理圖像細(xì)節(jié)、用Photozoom實(shí)現(xiàn)圖片無損放大,用Camtasia制做教學(xué)視頻(圖6)、用Audition處理視頻聲音等等。正如沒有完美的個(gè)人但可以組建完美的團(tuán)隊(duì)一樣,沒有完美的軟件但有完美的軟件技術(shù)組合。將簡單的技術(shù)練到熟練應(yīng)用的程度也是教師的核心競爭力[10]。

圖5 Aniation3D實(shí)現(xiàn)字體3D效果

圖6 Camtasia制作微課

只有一線老師的“器商”提升了,掌握的軟件技術(shù)豐富了,制作多媒體微課程的活力才能起來,最終才能達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

持續(xù)發(fā)展

當(dāng)今時(shí)代,信息技術(shù)飛速發(fā)展,各類新知識(shí)新事物層出不窮,知識(shí)更新周期大大縮短,專業(yè)教學(xué)中信息技術(shù)應(yīng)用的途徑又豈止以上寥寥幾點(diǎn)。一線教師更應(yīng)積極響應(yīng)國家號(hào)召,順應(yīng)教學(xué)需求,著眼于未來人才培養(yǎng)的需要。除了練好基本功夫,還要勤于實(shí)踐思考,敢于追蹤學(xué)科前沿,勇于突破自身舒適區(qū),樹立終身學(xué)習(xí)觀[11],才能有機(jī)會(huì)接受并掌握新的信息技術(shù),有效掌握的新信息技術(shù)反過來又能服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐工作,教師才能將所學(xué)所用內(nèi)化為自身可持續(xù)發(fā)展的教學(xué)能力。在當(dāng)今科技蓬勃發(fā)展的信息技術(shù)時(shí)代才能跟得上步伐,最終為培養(yǎng)人才提供高質(zhì)量養(yǎng)料。