人工智能背景下中职《机械制图》课程教学改革实践研究
摘 要：随着近年来人工智能技术的发展，人工智能已给现代社会带来了积极的变革。面对新一代人工智能发展的机遇，高校在不断推动人工智能与教育深度融合，为教育变革提供新方式。该文利用人工智能化技术手段，结合现代化教学模式、方法，完成《机械制图》课程信息化教学实践研究，增加课堂趣味性，提高教学质量。
关键词：人工智能 信息化教学 机械制图 教学质量
人工智能（Artificial Intelligent，AI）是用于模拟和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新兴技术科学，它已成为引领未来的战略性技术[1-2]。随着近年来人工智能技术的发展，人工智能已给现代社会带来了积极的变革[3]。2017 年国务院印发了《新一代人工智能发展规划》提出了“智能教育”的概念，旨在利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革等[4]。2018年教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》指出，面对新一代人工智能发展的机遇，高校要不断推动人工智能与教育深度融合、为教育变革提供新方式，从而引领我国人工智能领域科技创新、人才培养和技术应用示范[4]。
机械制图是高等职业技术学校机械类专业学生必修的一门重要专业技术基础课程。相对于文化类课程，机械制图课程的专业性较强。在实际学习中学生缺乏空间想象能力，缺乏图物相互转换的动态过程，难度较大，不易学会。在当前人工智能快速发展的时代背景下，如何将人工智能与《机械制图》课程结合起来，实现全面的智能信息化教育？该文利用人工智能化技术手段，结合现代化教学模式、方法，完成《机械制图》课程信息化教学实践研究，提高学生对课程的学习效果，增强学习自信心。
1 传统《机械制图》课程教学存在的问题
传统《机械制图》课程教学主要以讲授法为主，采用灌输式填压式教学模式，教师是主角，学生是配角。教师作为知识的施予者将知识传递给学生，学生被动听课，缺乏主动探究知识的过程，教学质量不高。
图4 学生现场展示
学生在学习该课程时需要多次反复进行平面到三维，三维到平面的思维转换，对学生空间思维能力要求较高，学生通常会感到枯燥难懂，甚至产生学习负面情绪。在传统课堂中教师很难在有限的课堂时间内快速定位、判定每一位学生的画法问题，纠正所有学生的错误。
教师在传统课堂教学过程中采用黑板绘图方式，结合教学模型进行演示，整体教学活动单一枯燥，课堂沉闷。黑板绘图效率低，占用课堂时间较多，不够直观，信息量小。在教学过程中使用的教学模型老旧单一，无法满足现代化制造环境下人才培养需求。
2 AI技术背景下《机械制图》课程改革的教学设计
信息化教学是与传统教学相对而言的现代教学的一种表现形态，它是在现代教学理念指导下，重视现代信息技术在教学中的作用，充分利用现代教育技术手段，应用现代教学方法，调动多种教学媒体、信息资源，构建良好的教学与学习环境，在教师组织和指导下，充分发挥学生主动新、积极性、创造性，使学生能够真正成为知识、信息的主动构建者，从而达到良好的学习效果[5-7]。
以下就以《机械制图》课程中《螺纹紧固件（螺柱）连接画法》为例详细讨论。
2.1 教学分析
授课对象已掌握投影基本知识、基本视图画法、剖视图画法等内容，已基本具备利用CAD软件绘制图形的技能，仍需要进一步学习螺纹紧固件等标准件的画法，为后续零件图、装配图的画法学习夯实基础。该部分内容教学重点：内外螺纹的旋合绘制方法；螺柱连接装配图正确绘制方法。鉴于学生空间思维能力有所差异，如何正确理解并绘制螺柱装配连接各配合部分成为教学难点。通过综合分析，拟定教学策略为：采用虚实结合、动静结合、师生互动的教学手段，借助智慧教室，利用网络教学平台、偏正互动投影技术、微课、动画、智慧批阅等多种智能信息化技术，将虚拟情景与实际教学相结合。
2.2 教学设计
（1）课前准备：知识预习，准备新课。课前学生运用网络教学平台提前学习螺纹基本理论知识，完成相应测试，得到“课前预习分”。教师查看后台数据分析情况，及时了解学生预习效果，适时调整教学策略，优化教学方案。
（2）课堂实施：虚实结合，任务实施。在开始上课前，学生登录学习通APP绘制与教师相同的签到手势进行签到 ，系统平台自动得出每位学生的“考勤分”。
图5 CAD绘图
图6 智能批阅
图7 师生课后互动
图8 综合评价
教师现场展示螺柱真实的装配过程 ，确定该节课任务同时明确学习重、难点。在任务学习过程中，内外螺纹配合的画法相对困难，学生不仅要区分各线型的意义，还要掌握内外螺纹重叠区域的表达方法，线条多而复杂。通过讲解结合动画的形式，让学生了解制图的规范要求、理顺画图思路、快速掌握画图方法，解决教学重点。利用抢答环节调动学生参与积极性，巩固学习内容，得到该环节“课堂积极参与分”。
利用偏正互动投影技术 构建3D虚拟空间，让学生身临其境感受螺柱装配过程及其装配三视图的形成过程，符合学生认知规律，有助于更好地掌握螺柱连接三视图画法，突破教学难点（见图4）。
为充分发挥学生主观能动性，学生分小组进行讨论并合作查阅国标计算参数。每位学生根据计算结果利用CAD辅助制图软件完成螺柱连接装配图绘制并上传智能评价系统（见图5）。螺纹紧固件为标准件，其结构、尺寸、画法、标记等各个方面已经完全标准化，学生根据参数绘制的图形应与标准图形完全一致。根据以往教学经验及数据统计分析，总结得到学生绘制螺柱连接装配图时会产生的5个错误点。智能评价系统比对比学生上传图形与标准图形得出“任务完成分”，学生根据系统提示错误处明确错误原因，及时修正（见图6）。教师在后台跟进智能评价系统反馈的结果，及时关注学生完成情况及质量，针对个性问题单独指导，共性问题集体答疑。
（3）课后学习：课后拓展，举一反三。课后学生根据已学知识举一反三，完成网络教学平台拓展习题（见图7），通过课后习题巩固所学内容，提高绘图技能，网络教学平台自动批阅得出“作业完成分”。教师后台关注学生课后作业完成情况，利用课堂交流群与学生互动沟通，及时答疑。
（4）综合评价。根据学生各项完成情况，智能系统自动汇总各项成绩，得出每位学生本节课的综合成绩，综合成绩=课前预习分+考勤分+课堂积极参与分+任务完成分+作业完成分（见图8）。
2.3 教学效果
（1）构建虚拟空间助理解，抽象学习形象化。在教学过程中，利用偏正互动投影技术将抽象单一的线条规范转为易理解的空间平面过渡过程，符合思维认知，使抽象学习形象化。
（2）智慧批阅助自查，课堂学习自主化。利用智慧批阅系统帮助学生自查绘图错误点，使学生学的明白，练得充分，对于整门课程的教学学习均有很强的适用性、推广性。
（3）信息化课堂在身边，交流学习全程化。信息化教学使学习不再局限于课堂范围内，学生可以灵活掌握学习时间、地点、手段，合理安排自我时间，实现更高的学习效率。
3 结语
我们教师在面对新一代人工智能与教育发展深度融合的大环境下，需要不断进行教学改革，探讨合适的教学模式，提高教学质量。针对传统教学的特点与不足，充分利用信息化、智能化教学手段，使课堂教学更为形象、直观、新颖、有效，激发学生学习的主动性与积极性，提高学生的学习能力、协作能力和创新能力。
参考文献
[1] 方廷健.人工智能:面向21世纪的重要学科[J].模式识别与人工智能,1995(S1):3-4.
[2] 金文忻 吴丹 陈秀珍 黄克 周凌云 AI技术背景下《机械制图》课程信息化教学实践研究[J] , 江苏农林职业技术学院2019年度教育科学研究课题
[3]王晓阳.人工智能能否超越人类智能[J].自然辩证法研究,2015(7):104-110.
[4]李文静,栗觅,奥顿.论人工智能时代高等教育改革[J].未来与发展,2019(3):67-71.
[5]刘永辉.信息化教学视域下的课堂教学行为分析[J].科技资讯,2019(33):160-161.
