司東亞 汝艷 夏玲麗

摘 要：隨著大數(shù)據(jù)等技術的不斷發(fā)展，智慧教室作為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的產物應運而生，軍隊院校如何利用智慧教室提升教學信息化水平成為亟待研究的問題。本文以工程圖學教學為例，分析了軍隊院校智慧教室建設的必要性和需要重點關注的若干問題，對于在智慧教室場景下開展工程圖學教學具有一定指導意義。

關鍵詞：軍隊院校;智慧教室;工程圖學;教學模式;虛擬模型庫

中圖分類號：G434

近年來，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術不斷出現(xiàn)，給很多行業(yè)帶來了顛覆性影響，高校課堂在新技術的沖擊下也迎來變革和創(chuàng)新的“新時代”。傳統(tǒng)教學手段已不能滿足新時代對創(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”的產物應運而生。智慧教室是基于新興信息技術構建的以互動為核心，能夠提供個性化師生服務，進行智能化管理，實現(xiàn)多元化交互教學，物理環(huán)境與虛擬環(huán)境相融合的學習場所[1-3]。地方高校在智慧教室建設方面起步較早，雖積累了一定的建設經驗，但目前整體上仍處于探索階段，尚未大規(guī)模推廣應用，軍校智慧教室建設目前也正在試點推進。

軍校工程圖學教學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)絡與地方互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，很多先進的網(wǎng)絡教學資源和網(wǎng)絡教育軟件無法直接應用到課堂教學，信息化教學手段、技術運用不充分，利用PPT等傳統(tǒng)教學手段開展工程圖學教學在軍校課堂上仍然占據(jù)主導地位。以智慧校園與智慧教室建設為契機，提升工程圖學教學信息化水平，迫切需要開展智慧教室場景下工程圖學教學有關問題的研究，有效推動智慧教室以及智慧教育理念在軍隊院校落地生根。

1 工程圖學課程教學的主要矛盾

馬克思主義哲學的矛盾觀認為矛盾無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，推動事物不斷發(fā)展。工程圖學教育的基本矛盾是“教”與“學”的矛盾，它貫穿于教學全過程和各個環(huán)節(jié)，包括技術革新在內的圖學教學改革，其目的即是推動基本矛盾向良性方向發(fā)展，促進圖學教學水平的提高。

矛盾的復雜性和不平衡性表明：事物都不是由單一矛盾構成的，在由多種矛盾構成的矛盾體系中，主要矛盾居于支配地位，對事物發(fā)展起決定作用。工程圖學作為一門技術科學，它以圖形系統(tǒng)來研究和認識客觀世界，“看圖”與“讀圖”過程都離不開空間思維能力。工程圖學課程既將空間思維能力作為基礎和載體，又是將其作為培養(yǎng)目標。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，學員空間思維能力與課程教學對其要求的差距是影響教學質量的主要矛盾[4]。

在實際教學過程中筆者也發(fā)現(xiàn)，教學效果和學員學習水平提升的主要制約因素就是個體之間空間思維能力的差異，空間思維能力較強的學員根據(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員則需要借助實物教具或三維CAD模型。傳統(tǒng)教學在培養(yǎng)學員空間思維能力方面主要存在兩個方面的弊端：一是傳統(tǒng)課堂教學以教師單向知識灌輸為主，不能動態(tài)了解學員學習效果和學習需求，學員被動學習為主，主動探索意識不強;二是培養(yǎng)學員空間思維能力的手段單一，以往針對空間思維能力較差的學員，多是鼓勵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，不僅費時費力、費資金，而且制作出來的模型粗糙、演示效果差，學員嘗試一段時間后多數(shù)選擇放棄。因此，尋求更加高效的方法提升學員空間思維能力成為當前軍校工程圖學教學亟待解決的問題。

在解決學員空間思維能力培養(yǎng)這一教學主要矛盾方面，智慧教室可選途徑和手段更加豐富，例如可以鼓勵學員借助信息化的手段建立三維虛擬模型，也可以直接調用虛擬模型庫，通過旋轉、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，在當前工程圖學課堂教學中，相貫線知識的學習對于空間思維能力較差的學員來說是很大的挑戰(zhàn)，因為相貫線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、大小和相對位置等?，F(xiàn)階段教學中主要依靠PPT圖片靜態(tài)展示各種相貫線，演示手段單一且枯燥，不能調動學員學習興趣。在智慧教室場景下，則可以通過構建相貫線虛擬模型庫，讓學員主動觀察各種形式的相關線，自主歸納總結相貫線影響因素，通過構建生動、直觀、富有科技感的虛擬場景，有效促進學員空間思維能力的培養(yǎng)，進而提高教學效果。

2 智慧教室場景下工圖教學若干問題

2.1 教師與教室“人機融合”問題

首先，智慧教室作為新生事物，與傳統(tǒng)教學場景有根本性的差異，應使工程圖學任課教員盡快掌握智慧教室所涉及的各種先進技術，如設備自動化控制、多屏顯示、無線投影、課堂教學錄播、遠程互動教學等[5]，熟悉智慧教室教學設施、空間布局等，為各種教學手段的靈活運用打下基礎。

其次，智慧教室場景下的教學與課程特征、學員培養(yǎng)層次密切相關，應“因課施教、因材施教”，目前尚無成熟的能夠充分體現(xiàn)智慧教室特色的教學模式可供借鑒。因此，在教學試點階段應突出工程圖學課程特色，優(yōu)選教學內容，優(yōu)化教學環(huán)節(jié)，以三維模型直觀教學為載體，著力解決工程圖學教學的主要矛盾，即學員空間思維能力培養(yǎng)問題。

再次，為實現(xiàn)智慧教室物理環(huán)境與虛擬環(huán)境的有機融合，需要任課教員付出很多的精力來摸索和研究，因此，應盡可能安排專門人員專職從事教學試點工作，或者安排專項研究課題做支撐，為智慧教室的推廣積累經驗。

2.2 智慧教室場景下教學模式創(chuàng)新問題

教學模式是在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩(wěn)定的教學活動結構框架和活動程序，必須蘊含特定的教學理論或教學思想，有利于達成教學目標，促進學生主動學習，能提供可參考的有一定操作性的教學活動結構或程序，以及具有與之相配套的基本教學方法[6]。唯物主義哲學認為：物質決定意識，意識是物質世界發(fā)展的產物。相對而言，智慧教室屬于物質范疇，教學模式則屬于意識范疇，智慧教室相對于傳統(tǒng)教室在結構組成、內容形式上產生了顛覆性的變化，按照物質決定意識、意識對物質具有能動作用的原則，智慧教室場景下的教學模式也應改革、創(chuàng)新，以適應教學環(huán)境條件的變化，從而正確地指導教師有效開展教學實踐活動。

建構主義學習理論認為學習應是學習者自己建構知識的過程，這種建構無法由他人來代替。知識體系建構過程一定不是單純在課堂上完成的，而必須通過學生自主學習完成[4]。因此，智慧教室場景下工程圖學教學模式創(chuàng)新核心問題是適應智慧教學環(huán)境，促進學生自主學習。

2.3 信息化教學資源自建與引入問題

2.3.1 虛擬模型庫建設

智慧教室的建設應不止于物理環(huán)境的信息化改造，更重要的是虛擬教學資源的打造。對于工程圖學教學而言，構建多樣化的虛擬模型庫在培養(yǎng)學員空間思維能力方面優(yōu)勢明顯，建立虛擬模型庫成為迫切需求，應作為工程圖學智慧教室虛擬環(huán)境建設的重點內容之一。關于虛擬模型庫的建設，公開發(fā)表的文獻較多，為模型庫開發(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)教學中掛圖和實物模型資源受限的問題，以SolidWorks為開發(fā)平臺建立了虛擬模型庫，通過EDrawing軟件進行動態(tài)仿真，通過Dreamweaver軟件構建學習平臺，使抽象難懂的模型結構變得簡單、直觀，增強了學生的空間想象力和繪圖能力，為“工程制圖”教學改革提供了參考。虛擬模型庫的建設應以自建為主，盡可能地與自編教材以及課程教學內容相同步、相配套，對于軍隊院校來說，可以引入豐富多樣的裝備案例，突出軍事特色和工程應用背景。

以我院“工程圖學”課程教學為例，為適應工程圖學智慧教學的需要，授課教員基于虛擬仿真技術和增強現(xiàn)實技術，以unity3D軟件為平臺，自主開發(fā)了面向學員電子書包端（安卓版）的、針對我院自編教材及習題集典型知識點的AR資源及APP教學軟件，該AR資源涵蓋了教學大綱要求的主要內容，綜合采用三維動畫、三維模型、三維交互、二維互動等多種形式，實現(xiàn)了知識內容的三維可視化。具體而言，學生安裝APP后，使用APP軟件掃描圖冊或者教材等印刷品上的圖片，三維資源即刻顯示在平板上，學生可以觸摸操作，旋轉、縮放結構模型，觀看工作原理及作圖過程，操作非常方便，學生易于上手使用。

三維模型除了可以通過觸摸操作自由旋轉、縮放、平移觀察，還可以在模型之上添加感應熱點，通過單擊等觸發(fā)方式彈出圖文介紹;對內部形狀復雜的結構，可以通過剖切模型展示復雜內形。這些優(yōu)點是手工切割橡皮或者手工捏橡皮泥無法做到的，學生可以從這種原始、落后、費時、費力且模型粗糙、演示效果差的“體力勞動”中解脫出來，專注于空間構想和思維訓練，新穎且實用的學習形式更能激發(fā)學生的學習熱情。

需要注意的是，虛擬模型庫是一把“雙刃劍”，實際教學過程中需要正確地引導學生合理地進行利用，避免學生產生怠惰心理。例如，學生在完成工程圖學習題集的過程中，有的學生不去進行空間思維的訓練，而是在解答題目之前直接查看三維虛擬模型，反而達不到預期教學效果。要避免此類情形，需要對模型庫進行優(yōu)化升級，比如對模型庫的開放權限進行限制，學生只能在完成練習且教員開放權限之后才能進行查看等。

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”在軍事教育領域的拓展，軍校智慧教室應與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，最主要途徑的就是推動互聯(lián)網(wǎng)教學資源的開發(fā)建設。在資源建設方面，雖然自建資源雖然針對性強，但是開發(fā)效率不高，需要耗費大量的人力物力，因此，除了整合軍網(wǎng)資源、推廣移動學習終端等，要積極地引入地方機構和高校優(yōu)質資源，進一步推動圖學課程智慧教學落地見效。在探索構建“互聯(lián)網(wǎng)+”學習平臺方面，課程組在廣泛調研的基礎上，引進了由化學工業(yè)出版社研發(fā)的CIDP制造業(yè)數(shù)字資源平臺，該平臺能為廣大用戶提供了大量的、形式多樣的與工程圖學相關的資料庫和信息源。

為了提高CIDP制造業(yè)數(shù)字資源平臺使用效益，需要在該通用平臺的基礎上進行定制開發(fā)，拓展資料庫和信息源的參考功能，更好地為我院師生的教學服務，為此，課程組提出了基于CIDP搭建工程圖學課程智慧教學平臺的設想。主要途徑是借助CIDP制造業(yè)數(shù)字資源平臺上的已有資源，整合自建的工程圖學課程資源，實現(xiàn)課程教學資源的重構、重塑。通過該平臺可以進行指定范圍（班級或課堂）內的資源共享與交流，為日常教學活動提供與教材配套的教學參考資源，提供與教學活動相關的輔助功能，如教員與學員的組班功能、教學內容和資源分享功能、內容與習題的講解、作業(yè)發(fā)布與電子作業(yè)管理功能、測試管理功能，學員測評功能等，目標是實現(xiàn)工程圖學課程的知識單元解析，在整合和開發(fā)原有的教學素材基礎上，打造動態(tài)開放、高效教學和個性化學習的課堂，既方便教員組織、定制教學內容，又方便教員對班級學員的學習動態(tài)管理和對教學效果的及時反饋，進一步探索工程圖學智慧教學模式改革，致力于提高工程圖學課程的教學質量。

傳統(tǒng)的教室只是單純的教學場所，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧教室是對傳統(tǒng)教室在內容和形式、空間與時間上拓展和延伸。借助校園無線網(wǎng)的覆蓋，信息空間與物理空間無縫對接，教師和學生可以在任何時間和地點，通過合適的終端設備順暢地通信，開展更加廣泛、高效、便捷的師生互動、學生之間的交流，極大提高了智慧教室的利用效率，實現(xiàn)了建設效益的最大化。

結語

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

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[7]楊小平.虛擬模型庫在《工程制圖》教學中的應用[J].蘭州文理學院學報（自然科學版），2021，35（01）：115-118.

基金項目：2020年度學院自主立項項目“基于CIDP的機械基礎課程教學改革與研究”，編號：2021JGKT008

作者簡介：司東亞（1987— ），男，漢族，河南商丘人，工學博士，講師，炮兵防空兵學院機械工程系教員，研究方向：機械可靠性設計。