基于虚拟现实技术的《机械设计》课程慕课（MOOC）教学研究
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【摘 要】针对《机械设计》类工科课程的特点，将虚拟现实技术应用于慕课课程建设中，使学生在网上观察到真正的三维动态模拟，并可以进行实时的交互操作，极大提高了学生的参与性和主动性，可以收到更好的教学效果。
【关键词】虚拟现实技术;机械设计;慕课
中图分类号： TH122;TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）10-0132-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.055
Research on MOOC Teaching of Mechanical Design Course Based on Virtual Reality Technology
ZHANG De-zhen
（College of Mechanical and Vehicular Engineering Linyi University， Linyi Shandong 276005， China）
【Abstract】According to the characteristics of the engineering course of Mechanical Design，the application of virtual reality technology in the course construction of Mu Course is introduced to enable students to observe real three-dimensional dynamic simulation on the Internet. It can interact in real time.It greatly improves students’participation and initiative， and can achieve better teaching results.
【Key words】Virtual reality technology; Mechanical design; Mooc
0 前言
2018年4月13日，教育部正式发布《教育信息化2.0行动计划》，把信息技术手段有效应用于教学与科研，使教学手段科技化、教育传播信息化、教学方式现代化，促进教育改革，从而适应正在到来的信息化社会提出的新要求。相较传统的高等教育方式，出现了一种全新的在线教育模式-大规模网络开放课程（MOOC），将分布于世界各地的授课者和学习者通过Internet连通起来进行学习的方式方法。MOOC在全球范围迅速兴起并规模普及，刷新了传统的高等教育格局，给高等教育和社会发展带来重大机遇的同时，也对高等教育的未来提出了新的挑战。但是，相对于课堂教学，慕课等网络教学模式还存在一些不足。网络课程的制作多局限于教学资源的提供，像视频、图像、动画、声音、课件等，而课堂授课的另一个因素师生互动则很难得到体现。对于一些实践性很强的工科类课程，网络课程中难以见到具有真实感的三维立体图形，有些课件甚至是简单的将课本搬到了Web上，网络远程教学的优势未能得到充分发挥。目前我国教育科研网上的教学资源也较少，内容大多是一些文本信息，信息表现形式比较单一，交互可控性也较有限，大部分功能简单。因此，需要进行优质高效的网络课件的开发来满足日新月异的信息化教学需求。
高等学校工科类课程，如：机械制图、机械原理、机械设计、机床结构等，三维立体运动结构较多，比较抽象，学生难以理解。教师在课堂上只能借助于一些三维模型大体验式一遍，或是学生到工厂实习时才有机会接触一些实际的三维机构。这些教学方式对学生接受知识来说效果都不是很好，面对将来蓬勃发展的网络远程教育更是无能为力了。目前国内的高校都在进行课程教学改革，也做出了一些机械课程的网络课件，但由于受网速的限制，三维机构运动的模型大都是用flash等二维软件做的，这样做出来的效果也是二维的，表达效果不好。人们也用虚拟的三维机构来形象直观的表达运动过程，有些课件用3DMAX、OpenGL、CATIA等软件做出的三维动画来表达三维模型的运动，表达效果较好一些。但这样学生只能被动的接受，不能主动的参与，不能进行交互控制。
虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为21世纪三大前景最好的计算机技术。为了克服传统的动态模拟方法在网络应用方面的不足，人们提出了虚拟现实建模语言（VRML）.应用VRML，可编写某一机构的具有交互作用的三维动画，进而更加形象地表示机构的外形、运动过程、工作状态等，编写的动画又可以在网上异地浏览、交互操作。因此，将虚拟现实技术引入慕课等网络课件制作，可以使学生在网上观察到真正的三维动态模拟，并可以进行实时的交互操作，极大提高了学生的参与性和主动性，可以收到更好的教学效果。现在网速和软件制作水平的提高为将虚拟现实技术引入网络教学提供了可能。
1 虚拟现实技术在网络教学方面发展现状
经查阅大量文献，了解到国内许多高校和单位正在研究虚拟現实技术在网络教学方面的应用。但大部分都是理论性的描述（如论文）《基于VRML的虚拟现实中三维建模技术的研究》，或是构建一个网络虚拟现实系统（如论文《网络环境下虚拟产品定制设计》），还有就是溅起虚拟现实模型来，做一个虚拟场景，用于网络展示（如论文网络虚拟现实制作系统研究及其实现）。至于建好模型后，如何给模型添加运动，如何进行交互控制，则涉及较少。虽然有人利用VRML的节点做过给模型运动（如论文《虚拟现实建模语言VRML在机构运动显示方面的应用》），这种方法对于较少构件的简单运动还较方便，但对于复杂构件之间的相互协调运动就较为繁琐。针对这种情况，研究了一种新的机构运动的仿真方法，利用3dsMAX、AutoCAD、Pro-E等软件做出三维模型，利VRML、Cult3D、Viewpoint、360度环视等虚拟现实应用软件实现三维模型的仿真运动，本方法已应用于牛头刨床机构和活塞曲柄机构的运动仿真。 2 课程建设实施方案
在前期研究的基础上，将自己的研究应用于《机械设计》课程慕课的网络教学，用虚拟现实技术来实现传统仿真方法无法实现的效果，实现网络教学的远程、交互、实时性。将制作完成的三维运动模型嵌入慕课课程中，让学生在通过慕课学习的过程中，可以异地、远程、适时的操作三维模型或运动机构，了解机器的内部构造及运动原理。
一般网络虚拟现实系统的实现过程如下：三维软件设计建模——系統将模型导入——建立和编辑虚拟环境——加入多媒体交互和脚本编辑——发布于Web。
首先成立项目小组，制定实施计划。调研已有的《机械设计》类课程的网络教学模式和教学平台，分析其中的有点和缺点。研究本项目的慕课课程教学模式。吸收4-5名学生加入项目组，指导学生建立课程中所用的三维运动模型。拍摄授课视频、设计测验题目，设计实验完成方法。利用慕课建设平台，综合课程的各种素材，完成《机械设计》慕课课程并用于学生测试使用。最后根据测试结果修改慕课课程相关内容。
3 结束语
基于虚拟现实技术的《机械设计》课程慕课（MOOC）针对《机械设计》类工科课程的特点，将虚拟现实技术应用于慕课课程建设中，用虚拟现实技术实现其它软件工具在工科类课程网络教学中不能实现的功能和效果，用三维的、可交互操作的、可通过网页展示的模型表达，效果要远远大于文字、flash二维动画、图片、视频等媒体方式，可实现运动机构精确的仿真，提升学生学习兴趣及效果。
【参考文献】
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[4]刘文亮.基于VRML的虚拟现实中三维建模技术的研究[D].武汉：武汉理工大学物流工程系，2003.
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