环境设计制图课程“虚实结合”教学模式的构建研究

杨杰 孙丹枫 马磊

摘  要：“环境设计识图与制图AR学习平台”基于互联网和移动平台建设，针对传统教学中出现的问题，设计了十一个知识点，形成了线上线下多元化的教学环境。通过虚实结合的教学模式，学生可以利用碎片化的时间进行自主学习，实现了边学习边娱乐的全新教学模式，培养了学生的空间逻辑思维能力，提升了学生对于环境设计制图课程的学习兴趣，促进了学生综合素质的提高。

关键词：环境设计制图课程;虚实结合;虚拟仿真

基金项目：本文系江苏省高校哲学社会科学研究基金项目“基于虚拟仿真技术的课程教学平台构建——以环境设计制图课程为例”（2020SJA0816）;江苏高校“青蓝工程”资助项目（20200415）研究成果。

一、引言

环境设计制图涉及艺术和科学两大领域，属于现代环境科学研究基础上的边缘性学科，是每一位环境设计师实现设计思路和理念的必修课程，同时，也是环境设计师与业主、施工方之间沟通的橋梁。环境设计制图课程是所有高职院校环境设计专业的必修课之一，通过课程的学习，旨在使学生能够初步掌握环境设计表现中平面图、立面图、剖面图以及透视图的制图方法。但是，由于课堂教学中比较抽象的空间逻辑关系难以再现，教师示范效果差，学生三维空间构建能力弱等诸多因素影响，教学效果并不理想。针对以上问题，以重庆出版社出版的教材《环境设计识图与制图》为基础，开发了《环境设计识图与制图AR学习平台》，力求有针对性地提出环境设计专业创新及发展的对策。

二、“环境设计识图与制图AR学习平台”的构建

“环境设计识图与制图AR学习平台”是以重庆出版社出版的教材《环境设计识图与制图》为基础、以移动互联网为平台、以增强现实为技术手段构建的APP软件，具有以下作用和功能。1.平台针对教材中11个知识点（三视图形成、剖面图形成、建筑平面图形成、建筑剖面图形成、楼梯平面图形成、室内平面图形成、室内天花平面图形成、室内立面图形成、室内详图形成、透视图术语和透视图及视点、视高）入手，培养学生的空间逻辑思维能力，解决了建筑切片展示难、三维立体空间在二维空间平面投影难等难以理解的问题。2.通过互联网和智能移动平台随时随地存储、下载相关数据，并且记录学生过程性实践和单元考核数据供教师线上批阅。3.学生实现了“课前预习、课堂学习，课后复习”全过程覆盖的学习流程，教师通过“环境设计识图与制图AR学习平台”布置和批阅课前任务书，通过课前任务书了解学生的预习情况，课堂学习中针对学生完成的课前任务书点对点解决问题，再分派项目去分组完成，课后布置作业并要求预习下堂课的内容。教师通过“环境设计识图与制图AR学习平台”对学生的学习情况做到全监控，实现了平台的“完整、高效、可视、便捷”。4.软件开发根据用户的需求和权限进行一定限制，开发了三种用户框架，不同的程序框架针对不同的受众。学生用户主要的权限是学习、查阅资料、上传课业报告、交流论坛和个人信息资料;教师权限主要是在学生用户权限的基础上包含了上传学习资料和学习任务书，班级管理权限和学生报告批阅权限;后台数据管理员负责网站平台的安全，如服务器硬件维护、网站平台空间及密码数据库管理等。权限最小的为学生，权限最大的是数据管理员，后台框架设计思路如图1所示。

（一）名词术语

透视图是一种通过二维平面表现三维立体空间的特殊的绘图方式，其中包含了大量名词术语，通过三维模型展示和图文注释来描述空间形态结构，再解释透视画法中约定俗成的规范化名词术语，例如视点（EP）、立点（SP）、视高（EL）、消失线（VPL）等。学生完成学习后，可以通过访问“课业考核”模块进行线上考试测试学习情况。关于名词术语的考核分为两种，一种是根据名词术语中对应的词组找到三维模型中对应的位置;另一种是根据三维模型找到匹配的名词术语。通过多次考核可以加深学生对于专业名词术语的印象。

（二）切片描述

投影图、剖面图和断面图是环境设计制图课程中非常重要的知识点。光线照射在物体上，会在平面上留下影子，承载影子的平面形成就是投影图;物体被假想的平面剖切开，对留下的部分做平行正投影，得到的投影图就是剖面图;对留下来的部分仅仅描绘出剖切面和物体的断面投影为断面图。“环境设计识图与制图AR学习平台”的11个增强现实知识点一共做了九个切片模型（三视图形成、剖面图形成、建筑平面图形成、建筑剖面图形成、楼梯平面图形成、室内平面图形成、室内天花平面图形成、室内立面图形成、室内详图形成），切片图也是学生在学习过程中较难掌握的知识点，通过访问“切片描述”模块进行观摩学习可以直观地了解投影图、剖面图和断面图的形成过程。

（三）视频动画

“视频动画”模块把制图基础、建筑工程制图、室内设计制图、景观设计制图、透视图和轴测图六大章节中重要的原理知识点，利用三维动画的方式进行呈现。视频运用了眼下最流行的FaceRig软件进行辅助，把二次元卡通角色作为任课教师，通过电脑摄像头匹配真人教师的面部表情进行面部动作。真人教师把面部动作数据匹配给二次元卡通角色，卡通角色被赋予生命，动画视频中授课的教师变成了学生感兴趣的卡通角色。在语言上加入网络术语，营造出轻松诙谐的授课环境。每部视频动画长度不要超过10分钟，讲述清楚一个知识点即可。视频下方可以通过弹幕让学生和学生之间、学生和教师之间进行互动交流。这种方式目前在主流视频网站屡见不鲜，然而用于教学软件的目前还比较少。

（四）交互展示

“交互展示”模块可以把教材中的平面图、立面图、投影图、剖面图和断面图形成的原理过程进行分步骤展示，把物体进行假想切片，对保留的物体进行投影，投影结束后形成图纸，最后加入图幅图框形成一张完整的符合国家制图标准的图纸。每个步骤都加入了人机交互界面，学生通过触屏可以自由放大缩小、360°自由旋转物体，步骤之间的逻辑关系可以自由选择，强化学生对教材中知识点的掌握情况。

（五）图纸展示

“环境设计识图与制图AR学习平台”共有300余张大小各异、种类不一的平面图、立面图、投影图、剖面图和断面图等数字图纸。学生可以通过访问“图纸展示”模块，检索关键词找到资源库中学习急需的图纸。另外，单元课程结束后，学生可以把完成的手绘图纸通过手机拍照上传至教学平台，在“图纸展示”模块选择“比对作业”按钮，将教学资源库中的图纸和手绘图纸进行重叠匹配，进一步检查作业的准备度和规范度，系统会生成报告上传给教师，标注学生作业的完成度和匹配度。

三、环境设计制图课程“虚实结合”教学模式的实施

在實践教学过程中，学生可以把教材扉页中的二维码通过手机摄像头扫描进行安装，通过互联网，学生可以随时随地充分利用碎片化的时间，访问“环境设计识图与制图AR学习平台”APP软件。使用步骤如下：1.点击软件中的三维模型体块，了解其特定的术语，并通过展开注释学习其内在含义。2.点击软件中的虚拟切片对模型进行切割，通过学习了解并掌握投影图、剖面图和断面图在制图中的用法。3.点击软件中的不同章节的icon，通过二次元卡通角色的讲解，几分钟学会一个知识点。4.点击软件主界面中的“案例”icon，学习教材中平面图、立面图、投影图、剖面图和断面图形成的原理，并且对于模型进行自由编辑。5.点击软件中的检索栏，找到课业中需要的图纸资料进行参考学习。完成以上5个步骤的学习后可以进行手绘图的绘制，然后把绘制完毕后的手绘图纸拍照扫描到APP软件进行比对。比对率超过95%的为合格，低于95%的需要学生回到主界面扫码重新学习，直到最后比对通过。通过后系统会自动生成报告，发送给任课教师等待批阅。教师批阅完毕后，上传评语和登分，同时把较为优秀的作业发送至“交流学习”板块设为“精华贴”，供学生们参考交流。

“虚实结合”的教学模式，学生可以通过互联网和移动平台在虚拟世界中边学习边娱乐，学习娱乐两不误，不仅提升了学生的空间想象力，规范了制图标准，还培养了他们的学习兴趣，实施过程如图2。

四、结语

虚拟仿真技术对于数字图像的要求是非常苛刻的，优秀的虚拟仿真作品通常包含巨大的三维文件、数字图像以及视频素材。开发人员需要在软件运行时，在图像品质和运行速度之间找到平衡点，这是由于网络带宽不够造成的。伴随着5G的普及，互联网革命的下半场即将开始，虚拟仿真技术必定受到其红利的影响，突破长期被束缚的传输樊篱将易如反掌。今后，新媒体技术、人工智能、人机交互等信息系化手段将会出现在我们生活的方方面面，传统的学习模式也将会被逐渐颠覆。“环境设计识图与制图AR学习平台”系统基于移动平台打造，使学生获取知识的手段更加便捷，传统教材在履行本职工作的同时，也作为数字化教材的载体，提升了学生的求知欲、实践能力、观察能力和独立思考的能力。目前，正着手进一步丰富该平台中的虚拟仿真资源的建设，力求实现更大规模的开发与应用。

参考文献：

[1]陈国辉，刘有才，等.虚拟仿真实验教学中心实验教学体系建设[J].实验室研究与探索，2015（8）：169-172.

[2]杜月林，黄刚，等.建设虚拟仿真实验平台探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2015（12）：26-29.

[3]杨叔子.创新源于实践[J].实验室研究与探索，2004（8）：1-3，10.

[4]李琰，吴建强，齐凤艳.开放与自主学习模式下的实验教学体系[J].实验室研究与探索，2012（1）：134-137.

作者简介：

杨杰，硕士，正德职业技术学院讲师。

孙丹枫，硕士，南京航空航天大学金城学院艺术与传媒学院教师。

马磊，硕士，常熟理工学院纺织服装与设计学院副教授，高级工艺美术师。