无线同屏技术在建筑制图课程中的应用研究

张重，董学杰

[摘 要] 在建筑制图教学的十年中，发现教师面对全体学生讲解时，不能收到有效的回馈信息，而学生易看不清黑板和图纸示例，沟通效果较差；面对个体讲解时，需要进行重复多次的讲解，教师感觉累，学生等待时间长，沟通效率低。传统教具黑板视觉识别清晰度低，投影机加投影幕等电教设备无法消除教师操作对演示内容的遮挡，影响信息的有效传达。研究应用无线同屏技术，解决建筑制图课程传统教学模式中存在的问题，给出了经过实践检验并证明可行的无线同屏解决方案。以高端会议共享设备可立享（ClickShare）为核心，使用带有摄像头的触屏设备推送讲课内容，大屏幕高清电视作为接受端同步共享授课全程。以典型教学场景为例，证明在建筑制图课程中使用无线同屏技术带来了教学模式的进化，并指出了目前方案可以改进的短板，提出了优化的方向。

[关 键 词] 无线同屏；建筑制图；教学模式

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）01-0137-03

一、建筑制图课程传统教学模式的问题

传统的建筑制图课程，教师使用三角板、圆规、粉笔在黑板上绘制图样，全体学生看黑板演示听老师口述讲解。教与学的问题源于两方面：一方面黑板长时间使用后的粉笔痕迹不易清理干净，即使用彩色粉笔，图底对比度也很低，严重影响视觉识别。另一方面，授课过程相当于教师向所有学生广播信息，由于缺乏信号回馈，教师并不能确定学生是否已收到信息，也不能确定接受程度。这就需要教师走下讲台巡视学生完成练习的情况，针对出现的问题再单独指导。多个学生出现同样问题，就必须多次重复讲解。

电气化教学的典型设备是投影机配合投影幕，教师可以将事先准备好的静态图像或者动态视频通过电脑投影到幕布。问题是，讲解制图知识时，核心内容应该是图纸上的信息，而不是操作的人，但是制图人的身体和工具对图纸的遮挡无法避免，易造成干扰，分散了学生的注意力。

电教化的另一种常用设备是展示台，可以将小尺寸图样放大投影到幕布，一般规格是A4纸大小（即297×210，单位毫米），也可以做过程演示。问题同样是绘图人和制图工具不能隐藏，对图纸有遮挡，影响信息的有效传达。教学还是广播模式，不能即时得到广播效果的回馈。

在画大图的阶段，教师使用往届学生完成的真图，悬挂在教室的固定位置，用做实物展示。学生一般使用智能手机拍照后，回到各自座位比对样图直到完成最终图纸。教学存在同样的问题：面对全体讲解时，教师不能直接收到回馈信息，而学生看不清图纸示例，沟通效果差；面对个体讲解时，需要重复多次，教师感觉累，学生等不及，沟通效率低。

如果两种教学模式能够结合起来，即教师在教室任意角落发现学生有问题，可以在针对单人讲解的同时，将问题及讲解过程共享给其他学生，就可以即保证一对一教学的最佳沟通效果，又兼顾向其他学生广播，提高了教学效率，改进了教学效果，并解决视觉识别和演示遮挡的问题。

传统的教学模式，教师和投影幕布都位于讲台区，与学生就座区域分开。如果显示设备放在学生就座区域，教师不再站在讲台上讲课，而是坐在学生身边，面对面讲解，同时向全体学生分享一对一讲解的高质量教学服务。这将是教学模式的进化。

二、无线同屏技术的启示

高端摄影棚，数码相机配合无线传输底座，可以直接在大屏幕显示器实时同步显示摄影师镜头刚刚拍摄的片子，客户可以同步完成选片工作。

如果这样的无线同屏技术应用于教学，将带来极大便利。

教师使用触屏设备替代传统的纸笔，面对面沟通，一对一讲解，同时通过无线同屏技术，将解答的全过程共享给教室内的每一个学生，既能保证家教级的最佳教学效果，又能兼顾教学广播，具有同样问题的学生可以同步学习，避免了重复讲解，提高了教学效率，也节省了教师精力。

使用现代化高清大屏幕显示设备替代传统黑板，提高了视觉识别的清晰度；使用触屏设备配合触屏笔绘制图样，对图纸的典型问题拍照，添加注解，放大显示，大屏幕同屏仅显示图纸线条生成过程和批注信息，看不到操作人和操作工具，图纸的内容成为教学的核心，成功消除了绘图工具和操作者自身对教学演示的遮挡和干扰。

三、组建无线同屏系统

将一对一教学的过程即时分享给其他学生的无线同屏系统有3个组成部分：投屏设备、大屏幕共享显示终端、同屏共享模块。

投屏设备在教师对学生进行1对1讲解时使用，是教师与学生个体之间的沟通界面；显示终端负责向学生全体即时广播教师与学生个体沟通的全过程；同屏共享模塊负责投屏设备与显示终端之间的信号传输。

（一）投屏设备

综合衡量设备的便捷性和性价比，Windows平台的SurfacePro更适合于建筑制图类课程的教学工作。

以SurfacePro3为例，电脑、平板二合一，可以触屏操作，需要看细节时，两只手指就可以直接实现局部放大。可以外接键盘、蓝牙连接鼠标和触控笔，500万像素前后双摄像头。Win10操作系统，可以使用所有Windows平台软件，例如，SketchUp，AutoCAD，Photoshop，Office，OneNote，OneDrive等。

（二）显示设备

容纳40人的制图教室一般面积在100平米以上，长方形布局，考虑设备的最优观看距离，传统的投影机和幕布适合沿教室长边方向布置，大屏幕高清电视作为无线同屏设备接收端适合沿教室短边方向布置，65寸以上的画面就足以覆盖整个教室。

（三）无线同屏共享的核心

巴可（Barco）公司的可立享（ClickShare），可以在30米距离内，轻松将笔记本电脑或移动设备上的内容无线分享到演示屏幕上。

使用2.4GHz和5GHz无线频段，视频高达30fps，音频同步，良好解决了掉线问题。

无需线缆、无须驱动、无需设置、无需等待，USB接口即插即用，只需单击一次投屏按钮，就可以将演示和讲解变成完全的分享体验。

支持多种设备：台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机。兼容多种系统：Windows，Mac OS，Linux ，iOS，Android。

台式机及笔记本电脑使用USB接口物理连接发射端，按一下按键，即刻共享同屏。

安卓手机、苹果手机、iPad、平板电脑，需要下载应用，在APP内，也可以轻松一键共享静态内容。

支持AirPlay，苹果产品通过Airplay连接还可以实现动态内容共享。

支持多用户同时使用，按住共享键2秒钟，两个不同讲解人的讲解内容可以便捷切换。也就意味着教师和学生可以针对问题，各抒己见，平等讨论，观众可以分享知识碰撞的火花。

四、无线同屏系统的典型工作场景

建筑制图课程可以分为两个阶段，前一个阶段讲解投影的基本原理，点线面体投影的基本规律，主要锻炼培养学生的空间想象能力和逻辑推理能力。后一个阶段画大幅面建筑平面图，贯彻《房屋建筑制图统一标准》和建筑行业相关规范，主要磨炼学生追求细节、精益求精的耐心，培养精细操作能力。

（一）投影阶段

已知建筑实体的两个视图，求第三个视图，即通称的“二求三”，是训练空间想象能力常用的方法，也是制图课公认的难点。传统的教学方法，教师在黑板上画图，面对全体学生泛讲，在逻辑推理过程中学生跟不上教师的思维过程而掉线的情况时有发生，而教师由于缺乏信息回馈，并不能及时发现。

使用无线同屏技术，教师坐在学生身边，面对面使用平板电脑和触控笔完成讲解。SurfacePro自带的触屏笔支持256级压感，配合直尺三角板等多种传统工具使用，借助OneNote软件，不论是画图还是批注都很方便。可以插入图片、表格、超级链接等多种对象，可以画多种颜色不同粗细的线条，支持录入文字，可以方便添加各种图形和箭头，完成系统图和分析图。对老师来说，是非常好的授课软件；对学生来说，是很好的笔记软件。

讲解过程中教师一旦发现学生走神或者卡壳，即时与学生互动沟通，迅速调用SketchUp软件演示二维图形生成三维实体的过程，画线、封面、推拉出实体的建模过程完美模拟了加法建模和减法建模过程中的形体分析。有了三维模型，变换观察角度即可直接得到二维视图，剖切面工具可以生成任意位置的剖视图，非常适合用来帮助学生锻炼提高空间想象能力。

（二）大图阶段

《房屋建筑制图统一标准GB50001》要求的细节很多，传统教学模式下，真图做演示，公开讲解问题，大多数学生看不清楚示例图纸，教师不得不对每一个出问题的学生都讲一遍，重复多次，才能保证教学效果，这让任课教师苦不堪言。

利用无线同屏技术，教师审图，发现学生图纸中出现的问题，即刻拍照，插入OneNote软件，触屏操作放大显示图纸细节，触控笔勾画批注，能够彻底解决传统黑板的视觉识别问题。一对一教学的同时，讲解过程全程共享，所有人都能清楚地看到问题所在，一个典型问题只需要讲解一次，避免了繁重的重复工作。

不论是习题课还是课堂答疑，使用OneNote讲解，全过程的记录都可以保存到微软的OneDrive云，支持多用户同时操作，学生可以随时随地访问教师共享的教学资料，浏览课堂笔记，大幅提高了学习效率。

SurfacePro设备净重仅800克，单臂便可掌握，教师可以移动授课，随时随地发现问题，解决问题。

当教师不是站在讲台，高高在上的时候，跟学生之间的物理隔阂也就消失了。坐在学生身边面对面讲解，小班授课的模式，明显提高了教学质量，同时兼顾了传统广播式教学的公正公平，也更有利于營造融洽的师生关系。

五、实际使用中的问题

在智能手机摄像头普遍实现了2000万像素的时代，SurfacePro3的摄像头仅为500万像素，这样的分辨率还是低，图像颗粒感明显，画质显粗糙，相信微软的下一代产品SurfacePro4能很好地解决这一问题。

SurfacePro只有一个USB接口，必须插接可立享的物理按钮才能传输同屏信号至大屏设备。USB口被占用后，无法使用蓝牙鼠标，对一些非常依靠鼠标操作的绘图软件和建模软件来说，就必须改为触屏操作，而目前大多数软件对触屏笔支持并不好。复杂图形和模型的操作，演示效率就比较低。相信当符合Miracast（无线投屏）认证的设备普及起来之后，只有一个USB接口将不再是选用SurfacePro的缺憾。

可立享（ClickShare）作为办公演示业内的高端产品，本身突出的卖点就是高品质无线传输，相较于市面上常见的同屏产品，掉线很少。但是，当模型复杂起来，频繁切换不同观察角度时，SketchUp软件的实时操作会明显卡顿，动画演示过程还是会有掉线的情况发生。这并不单纯是可立享的原因，SketchUp软件占用系统资源高，SurfacePro3的硬件性能相对低，也是一部分原因。希望SurfacePro的下一代会大幅解决类似问题。

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