机械制图课教学虚拟机件三维示教系统的开发与应用
刘伟，刘之汀，滕健，孔德隆
（北京交通大学机电学院机械系，100044）
摘要：机械制图课程的教学难点是让学生熟练运用工程图样表达机器零部件的结构形状和技术要求，教学中非常需要示教机件模型。但是现有的有限的实物机件无法方便地带入课堂，实物教学模型亦无法人手一份，为此，我们基于虚拟机件的思想，开发出了简单易用的三维（简称3D）电子机件模型示教软件，并建立了丰富的3D 电子机件模型库，弥补了有限实物模型的诸多不足。现已成功运用于两届机械类本科生的教学过程之中，解决了教学过程中的突出难点，受到了师生的欢迎。
关键词：机械制图 虚拟机件
现代计算机技术的普及和CAD 技术的成熟，为教学资源电子化的研制创造了条件，并使得电子化的教学手段蓬勃发展。虚拟机件可以较好地取代实物机件和教学模型，是师生们期待已久的新型电子教具。现代相对成熟的3D 特征造型软件品种繁多，使用之前需要安装，需要学习复杂的操作过程，使得初学者望而生畏，而专为教学应用设计的虚拟机件3D示教系统则完全无需特征造型的复杂知识，单击鼠标就可实现所需的三维操作，使使用者可将注意力集中于探索和分析机件的三维结构，从而可辅助解决机械制图课程的教学难点。
一、研究背景
机械制图课程的教学目标是培养工科学生对复杂空间几何问题的分析和求解能力，对实际机件的深刻理解和熟练表达能力。在实施课程教学的过程中，突出的困难表现在以下几方面：①教学对象是直接由高中升入大学的新生，他们毫无工程经验，对实际机件缺乏感性认知；②学生对建立二维投影与三维机件的严格对应关系感到困难重重；③学生的习题作业总是存在少线、多线之类的错误……，这些困难阻碍了多数学生的学习进程，并需要教师耗费大量精力进行重复解释，因此非常需要实物机件和模型等教具。
传统的教学手段采用实物模型，给初学者以非常真实的视觉感受和触感，并且可任意调整观察模型的方向。但是却存在着如下使用问题：①虽然将实物教学模型带入课堂示教具有形象生动的特点，但却因教师体力有限而无法多带实物模型进入课堂。②实物模型的制作相当麻烦和费时，且需占用相当大的储藏空间，任何一所高校都无法制作足够的模型供教学选用，通常在需要时只能从有限的实物教具中选择，实无充分的选择余地。③为了帮助学生增强感性认识，只能不断地带学生到模型室观察实物模型。目前，每个课堂的学生人数都很多，无法人人拥有同一模型，教师想要跟拥有不同模型的每一位同学进行交流更是不可能的。④实物模型数量有限，不允许学生将其带离模型室或教室，这使学生课后自习更加不方便。⑤现有实物模型的最大问题在于很难与日益更新的教材模型步调一致，无法及时地将新型工业产品模型引入课堂，给学生带来很多学习的困惑。
计算机软、硬件技术和3D 特征实体造型技术的蓬勃发展，使得构造精确逼真的虚拟3D机件模型成为可能。全国上下各高校的教师们借助已有的丰富的商品化特征造型软件，已经制作了多种形式的教学用电子模型，有真实感的静态机件模型图片、固定播放顺序的模型旋转电影片段或模型演示课件等，这种方式完全克服了传统实物模型在教学过程中不易携带的缺陷，并且可以在一定程上帮助学生解决三维结构形状分析的困难。
尽管教师运用丰富的商品化特征造型软件制作虚拟机件模型已经比制作实物模型容易得多，但针对新生的特点，又不宜将操作相对复杂的三维实体特征造型软件引入课堂，因为更多的全新概念无疑会令新生学习生疏的概念雪上加霜，从而影响他们对教学重点和难点的学习，于是研制具有简易交互功能的虚拟机件示教系统就显得尤为必要。虚拟机件3D 示教系统可以彻底解决静态图片或电影片段（固定播放顺序）在表现机件方面生硬的缺点，能够更生动地模仿实物模型，并可实现随意更换观察角度的操作。因这一示教系统的操作极为简易，很容易将真实感很强的3D 动态模型引入课堂教学。
二、虚拟机件3D 示教系统的功能特点
针对工程制图教学过程中的突出难点和现有教学技术手段存在的不足，运用计算机图形学软件开发技术，结合教师们丰富的教学经验，避开商品化软件的烦琐功能，突出解决教学难点，我们构思了系统的基本功能：
①系统可形象生动地表达教学所需要的各种复杂3D 机件实体模型，并避免出现复杂的特征造型功能和概念，以使操作简便；
②要避免图像模型只有单一死板的观察方向，且完全不同于电影式的固定顺序播放，可用鼠标对虚拟模型进行任意方向的旋转等交互式操作，随意选择对实体的观察方向，达到所动即所得；
③具有三视图投影功能，可自动对3D 机件模型进行实时的三视图投影；
④设有体视对方式，可对机件模型进行动态体视观察，增强立体感；
⑤它不依赖于任何三维实体造型或CAD 软件系统就可独立运行；利用任意的三维造型软件都可以为它扩充机件实体模型。
系统的典型界面如图1所示，左上角、右上角和左下角是三视图投影界面，右下角是轴测观察模式。只需要按下左键移动鼠标就可以改变轴测观察方向，并实现实时的动态三视图投影。
该系统是在计算机平台下应用VC ＋＋开发环境、结合OPenGL 图形库开发的，实现了所构思的软件功能要求。配合我校使用的全国优秀教材《机械制图》（第5版，同济大学等编），我们借用商品化的三维特征造型软件制作了全部数字化3D 机件实体模型，建立了模型库。该系统无需安装，操作简便容易，不需要额外的操作培训，很容易引入课堂作为教学辅助工具，使每位师生拥有一套机器零件模型库的设计初衷成为现实。
三、系统的教学应用
虚拟机件3D 示教系统具有用传统实物模型进行教学所具有的生动逼真的优点，又克服了实物模型在制作、携带和存储等过程中所带来的诸多严重不便。不仅教师间可轻易实现虚拟3D 机件模型的共享，而且可轻松发放给每位学生。
该系统从预研到完善，已实际应用于任课教师的教学过程之中，累计16个班次（约480名学生），即：2007级本科生“机械制图”课程的教学过程（2007.9至2007.12），2006级部分本科生的“机械制图”课程教学过程（2006.9至2006.12）。该系统深受师生的欢迎和好评，大家普遍认为它能大量节省立体与其投影关系的分析时间，具有启发性，且形象生动，从而可以加强学生对复杂机械零件结构形状与投影关系的深刻认识。同时，该系统界面简洁友好，极大地激发了学生学习“机械制图”课程和探索科学的热情。
该系统的实际应用情况已经达到了初期研究所期待的目标，计划在今后的教学中依然继续使用，并继续丰富机件模型库。
四、结论
虚拟机件3D 示教系统的构思、实现和实际教学应用情况表明，它解决了现有实物模型在教学过程中所无法克服的诸多不足，彻底改变了静态的图片模型和固定播放顺序的动画模型的呆板，不仅能够实时地动态展示任意复杂程度的三维机件实体模型，而且能够用鲜艳色彩生动形象地展示3D 机件模型，是值得在工程制图类课程中推广和使用的新型教学工具和手段。这一思想也可在需要示教模型的同类课程中推广和拓展应用。这一自主研发的特色教学工具，在国内同行中还未见报道，应属先进教学工具。希望本文的思想方法对相关课程教学工具的研发亦有所启迪。
然而，工程理念的教学过程是十分复杂的，绝不是单个教学手段或工具所能全面涵盖的，教学手段还需要不断探索和丰富。“机械制图”教学中还用很多问题等待我们去发现和解决，比如：我们现在已有多种教学手段和媒体技术，如果能将多种教学手段和媒体技术有机地融为一体，将使得教师能将精力更集中于课堂内容的教学，而不是不断地忙于在各媒体技术和手段之间进行频繁的切换操作，有助于提高教学的课堂效果和质量。由此可见，教学手段和工具的改进还需要不断探索，承前继后，循序渐进。
当前，世界顶尖高等学校正在实施CDIO（Conceive Design ImPlement OPerate）的工科教育理念，实践已经证明这是一个培养创造性工程师的有效教育模式，因此，围绕构思、设计、实现和运作这种“做中学”的理念，我们还需探索如何更好地为学生提供构思和设计的零部件素材，这也是我们今后教学研究的努力方向。
体验式人力资源管理教学方法研究
刘颖琦，叶龙，刘岚
（北京交通大学经济管理学院，100044）
摘要：人力资源管理是一门实践性极强的应用性课程。在教学过程中，改变“以教师为中心”的教学思想，从学生学习和应用的要求出发，为学生提供体验式学习环境，促使其积极思考、亲身参与人力资源管理操作活动，可以提高学生的知识理解程度和技术应用能力，是培养出具有创新精神和实践能力的高素质人才的良好途径。
关键词：人力资源管理 教学改革 体验式教学
人力资源管理课程是管理类专业的专业基础课，是一门研究人的行为的科学性与艺术性的课程。其理论来源于管理实践，但形成由概念、原理、原则、方法构成的理论体系后有了高度概括、抽象的特点，而管理者所面临的日常管理活动却永远是丰富多彩、变化不息的。
因此，在人力资源管理的教学与研究中，使学生能够身临其境就显得至关重要。笔者结合长期的课堂教学实践经验，总结出一套体验式教学方法，通过为学生提供综合性管理案例环境、实验操作环境和社会、科研项目实践机会，使学生亲身体验人力资源管理实务操作，对人力资源管理学科产生系统的学习观念。
一、体验式教学的原理
（一）教学理论基础
随着时代对人才素质要求的不断提高，高等教育基本范式产生了变化，从以教师和内容为中心的旧的“代理式”教导范式转变为以学生为中心并由学生控制的学习范式，这种学习范式在本质上是“经验性”的。只有在高参与度的学习中，当承担个人责任的参与者在认知、情感与行为方面运用知识、技能和态度时，经验性学习才会存在。其要义所在为，当个人积极地涉及具体经验时才会产生学习。与此相应的情境认知理论认为，认知过程基本上是建立在活动情境之中，注重真实情境中有意义、有目的的行为。认知灵活性理论则强调学习者通过多种方式同时建构自己的知识，以便在情境发生根本性变化的时候能够作出适宜的反应。这些方法的关键在于将复杂的知识灵活运用于新的实例情境中，强调知识的聚合。
体验式教学的特点是能够为学生提供全面的实践仿真环境，在师生互动中教师可根据学生的学习程度及时调整教学内容、方式并进行指导，协助学生在智力与情感双方面投入，促使学生积极思考和决策，通过亲自操作和体验，建构自己的知识体系。
（二）教学对象分析
目前，高校中人力资源管理课程的主要授课对象，既包含以人力资源管理为深造或工作目标的管理类学生，也包括需要该方面知识、技能作为企业管理操作基础的“非专业方向”学生。这些学生都已具有管理学的基本理论知识，接触过较为丰富的经济管理类背景信息，有一定的相关知识分析能力，能够在教师的指导下开展循序渐进的案例分析、讨论、实验、实习活动。但对这两类教学对象的教学理念略有不同：对于非专业方向学生，要注重其基础知识的积累，并帮助他们建立各门课程知识之间的联系，扩展知识广度；而对于专业方向学生，应强化学习深度，注重其通过接触“精、尖、新”的前沿理论与具体实践，提高创新意识。
二、体验式教学的应用
基于以上教学原理和教学对象分析，体验式教学是以实践型本科教育为目标，以现代化教学、实验手段为依托，以高素质教学科研团队为核心的一种教学方式，其目的在于加强学生在人力资源管理方面的知识积累，培养其实践意识及实践能力。
体验式教学的方法主要包含有案例教学、实验教学和社会、科研项目实践教学3部分。
（一）案例教学
案例是对组织中某种实际情形的描述，常常涉及组织所面临的决策、挑战、机会、问题或议题等，从而使案例参与者能够象征性地步入特定决策者位置，并且能将个人的思路变为集体的智慧，将战略性的束之高阁的理论框架变为解决现实问题的可操作的实践。
在案例教学法实施过程中，教师应保证学生主体意识的持续积极性，避免过分参与，只针对学生的参与情况及时给予引导式的提问。同时，应根据学生的反馈效果和学科发展情况及时调整案例，确保案例具有明确的学习目标、综合性强、知识覆盖面广、信息含量大、具有明晰的线索和发人深思的疑难问题或冲突情节，并且学生经过努力可以获得相关的信息。
在案例教学法的实践中，案例的选材和实施方式应紧密结合学生的特点。