吳振增 姚晶宏 鄧秀春 丁曉紅

摘 ?要：工程制圖課程具有抽象、枯燥等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式具有很大的局限性，對(duì)學(xué)生的空間思維想象能力要求很高，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣低、效率也不高。將MR技術(shù)融入課程教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的空間想象能力。MR技術(shù)的引入既增強(qiáng)了學(xué)生的制圖能力，又提高了教育教學(xué)質(zhì)量及效果，是一種實(shí)用的好方法。

關(guān)鍵詞：混合現(xiàn)實(shí)技術(shù);工程制圖;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2021）29-0127-05

Abstract： The course of "Engineering Cartography" has the character of abstract and kind of boring， and the traditional teaching mode has great limitations. It has high requirements on students' spatial thinking ability， and students' learning interest is low. Their learning efficiency is not high. Integrating Mixed Reality （MR） technology into classroom teaching can stimulate students' interest in learning and improve their spatial imagination ability. The introduction of MR technology not only enhances students' drawing ability， but also improves the teaching quality and effect. It is a good practical method.

Keywords： Mixed Reality Technology; Engineering Cartography; educational reform

一、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義及在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR;又稱(chēng)為Hybrid Reality）技術(shù)，是利用在現(xiàn)實(shí)世界中導(dǎo)入仿真場(chǎng)景信息，在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、虛擬場(chǎng)景和使用者這三者之中建立一種相互反饋的數(shù)據(jù)閉環(huán)，來(lái)提高使用者體驗(yàn)的逼真感，具有實(shí)時(shí)交互性和構(gòu)想性等特征[1-2]。如圖1所示，實(shí)體世界（Real Environment， RE）和模擬世界（Virtual Environment， VE）是實(shí)體-模擬通聯(lián)體的兩個(gè)末端，增強(qiáng)實(shí)體（Augmented Reality， AR）位于通聯(lián)體的實(shí)體處，將模擬對(duì)象集成到實(shí)體世界的環(huán)境中;增強(qiáng)模擬（Augmented Virtuality， AV）位于通聯(lián)體的模擬處，把實(shí)體目標(biāo)結(jié)合到數(shù)字世界的環(huán)境中[3]。混合現(xiàn)實(shí)是處在通聯(lián)體內(nèi)部，把實(shí)體和模擬要素按一定程度產(chǎn)生無(wú)縫融合的產(chǎn)物。以數(shù)字化、信息化、智能化為基礎(chǔ)特點(diǎn)的第三代科技革命，把人工智能（Artificial Intelligence， AI）、5G通信、模擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality， VR）等新興網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)漸漸變成促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的重要方法，并實(shí)時(shí)改變著大家的衣食住行。這些年，虛擬仿真技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，由VR的面世到AR的出現(xiàn)，再?gòu)腗R來(lái)到大眾視野，為使用者提供了優(yōu)于現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)[4]。2016年頒布的《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》指出：“要大力發(fā)展自然人機(jī)交互技術(shù)，尤其是在虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方面”[5]。混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)最大的不同點(diǎn)是，MR能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬和現(xiàn)實(shí)之間的相互轉(zhuǎn)變，不僅可以在虛擬中保留現(xiàn)實(shí)，還可以把現(xiàn)實(shí)改變成虛擬[6-7]。信息技術(shù)不斷進(jìn)步，科技發(fā)展如火如荼，MR因可以帶來(lái)身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使得教育領(lǐng)域?qū)ζ涞年P(guān)注日漸高漲。一方面，MR技術(shù)強(qiáng)大的交互系統(tǒng)能夠給學(xué)生的學(xué)習(xí)挖掘巨大機(jī)會(huì);另一方面，MR技術(shù)給老師與學(xué)生上課感受的策劃者帶來(lái)了更多教育機(jī)會(huì)[8]。在教學(xué)人員與科研工作者的一起奮斗下，這些年，MR技術(shù)已經(jīng)在場(chǎng)館教育、教學(xué)變革、實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)設(shè)、師資培養(yǎng)、建筑與航天技能培訓(xùn)等領(lǐng)域得到了不錯(cuò)的使用成效[9]。把MR技術(shù)融入課堂講授過(guò)程能夠引入傳統(tǒng)教學(xué)所不能呈現(xiàn)的真實(shí)場(chǎng)景，提供更真實(shí)的上課體驗(yàn)[10-11]。

二、工程制圖課程的特點(diǎn)及存在問(wèn)題

工程制圖這門(mén)課的特點(diǎn)有：內(nèi)容比較抽象性，上課缺乏趣味性等，需要同學(xué)們具有較好的三維空間想象能力。以往的工程制圖上課形式是以老師和書(shū)本為核心，同學(xué)只能被動(dòng)地從老師那獲得信息，上課時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的師生協(xié)作，同學(xué)們的讀書(shū)主動(dòng)性較低[12-14]?，F(xiàn)在，很多學(xué)校工程制圖的上課模式仍按照以往的上課形式進(jìn)行教學(xué)，主要存在著下面這些問(wèn)題。

（一）授課的觀念過(guò)時(shí)

以往工程制圖這門(mén)課的上課形式為“灌輸式”教育，即“老師說(shuō)，學(xué)生聽(tīng)”。首先，工程制圖這門(mén)課有很多的例題和例圖，老師必須使用很多時(shí)間去準(zhǔn)備、編寫(xiě)授課PPT，在上課時(shí)以解說(shuō)和演示為主，與學(xué)生進(jìn)行交流的時(shí)間較少， 降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，上課效率也較差。其次，這門(mén)課的首要目的是訓(xùn)練學(xué)生的三維空間想象力，學(xué)生的思維要不停地在空間三維圖形與平面的三視圖之間進(jìn)行變換，此為工程制圖這門(mén)課授課時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)。粉筆板書(shū)和課堂PPT一起的授課形式還是比較單調(diào)，上課比較枯燥，學(xué)生對(duì)于課堂講授的知識(shí)也不容易記住。

（二）上課的材料有限

現(xiàn)在很多學(xué)校的工程制圖這門(mén)課使用的是固定的一本教學(xué)材料，學(xué)生自主查看網(wǎng)上的教育資源的能力不足，沒(méi)有適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，這就導(dǎo)致學(xué)生可以預(yù)習(xí)的材料僅限于課本，在課后可以做的題目和作業(yè)也只有試題冊(cè)，有的老師的授課PPT僅僅是把課本上的材料進(jìn)行簡(jiǎn)單地復(fù)制粘貼，授課內(nèi)容相對(duì)單調(diào)，這樣毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)制約學(xué)生接收信息的其他途徑。