信息技术革命引发了教育行业的一次深刻变革。教育就是学生利用“感知能力”学习，教学模式即为教育的“产品形态和服务模式”。VR技术为传统教育注入新鲜血液的同时，也将带来一场吐故纳新、与时俱进的变革，基于VR技术的教学模式，推动越来越多的教育活动通过重塑学习方式回归教育本质。
(资料图片仅供参考)
工程图学抽象性较强，对空间想象力要求较高，而虚拟现实技术创建的虚拟世界，具有沉浸感、交互性、构想性等特征，如何运用VR技术探索教育教学新模式，成为工程图学教学改革的大趋势。
山东建筑大学进行了工程图学“VR+”教学模式改革项目，陈清奎担任项目负责人，本项目团队为2004年成立的山东建筑大学虚拟现实研究所核心成员。
一．前期参与项目基础
多年来，团队以虚拟仿真教学应用实践为研究目标，重点进行了VR教学资源建设、3D版教材编写和建设、VR教学资源共享平台建设、虚拟仿真实验教学中心建设、VR教学模式改革等方面的科研及教学改革工作，取得了众多“VR+教学”方面的成果，包括：
1.教学资源建设
（1）主持建设“全国高等学校机械工程学科虚拟仿真实验共享平台”；
（2）主持开发《液压与气压传动》（3D版）等12本教材的配套1100多个碎片化VR/AR教学资源。
2.教研项目
（1）主持教育部新工科第二批教学实践项目-基于VR云平台的机械类专业全时空教学模式构建与实践，2020年；
（2）主持教育部2020年度教育信息化应用实践共同体项目-基于“VR云平台”的装备制造类专业“全时空教学模式”,2021年；
3.教学成果
（1）获批“国家级建筑工程及装备虚拟仿真实验中心”，2013年；
（2）机械工程学科‘VR+’教学模式创新构建与实践，山东省优秀教学成果一等奖，2018年；
（3）《液压与气压传动》（3D版），山东省优秀教材，2020年；
（4）《液压基本回路拼装虚拟仿真实验》，山东省一流课程，2020年；
（5）《钢筋混凝土构件虚拟仿真实验》，山东省一流课程，2020年；
（6）获得VR教学方面的软件著作权30余项。
二．本项目改革思路及举措
本项目将虚拟现实技术与工程图学课程教学深度融合，将VR技术与教学三要素（教师、学生、教学资源）深度融合，建设工程图学VR教学资源和“VR+教学云平台”，构建基于VR云平台的工程图学“全时空”教学模式：教师使用VR教学资源的“VR+课堂教学”模式、学生使用“VR+教学云平台”的“VR+自主学习”模式，实现“老师易教、学生易学”，进行线上线下、课内课外讲授及辅导，支持学生在线学习，让学生使用电脑、手机不限时间、不限地点的自主学习，从而对传统的高校教学模式实现突破性的优化和升级。
具体举措：
1．调研与策划
走访高校，调研新一代信息技术在工程图学教学中的应用情况，了解各高校教学平台应用范围及存在问题，确定开发的VR教学资源、建设VR教学平台、构建“全时空”教学模式的总体思路和目标。
2. VR教学资源开发
根据工程图学课程教学大纲要求，完成教学资源建设整体方案设计，开发140个碎片化知识点的VR教学资源。
以VR教学资源为核心，建设其他辅助、配套的教学资源，如：教学大纲、PPT课件、作业练习、考试题库等，做好资源分类和资源组织，形成课程各个教学环节的完整课程资源库。
3．建设“VR+”教学云平台
本项目研究并构建了基于虚拟化技术的、支撑“全时空”教学模式的云计算服务平台，并提供完备的平台应用管理功能。主要工作包括：
（1）构建企业级基础设施云平台；
（2）实现VR资源虚拟化应用；
（3）开发云平台管理系统。
4. 构建“全时空”教学模式
“VR+教学云平台”服务于教学活动中的主要角色（教学管理、老师、学生），贯穿于教学活动的各个阶段（课前、课中、课后），实现“时时是学习之时，处处是学习之地”的“全时空”教学模式，打造“没有围墙的大学”。应用“VR+教学云平台”的“全时空”教学模式，如图1所示。
“全时空”教学模式中的典型教学活动如下：
教师使用基于“VR+教学云平台”的PPT（含链接的知识点VR教学资源）授课。学生用电脑或手机登录“VR+教学云平台”，进入相应课程模块，学习相应VR教学资源，学习活动需要在教师指定的时间内自主完成。虚拟仿真教学资源系统自动对学生的学习和训练进行成绩评定。通过以上教学方式，实现课堂互动、练习、习题批改等，达到了“教”与“学”的融合，教师“边导边教”、学生“边学边练”，培养学生“自主探究”、“协作学习”、“分析归纳”的创新能力，达到“老师易教、学生易学”的目的，有效构建了“全时空”教学模式。
三．案例实施成果及成效
本项目主要成果包括：
（1）解决传统教学痛点，开发VR教学资源
按照教育部工程图学教学大纲要求，选取了140个知识点，利用3D建模、Unity 3D等技术，开发碎片化VR教学资源，嵌入PPT课件，超链接各知识点的VR教学资源，授课中点击运行调用；出版了 AR版教材，利用手机微信“扫一扫”功能，扫描教材中配套二维码，学生即可在手机上交互触控操作三维可视化教学内容。
（2）改革教育教学环境，创建“VR智慧课堂”
改革传统课堂教学载体，创建了1块150吋VR“黑板”、3块82吋VR“黑板”、学生手机、课堂管理系统等组成的“VR智慧课堂”；VR“黑板”具有3D投影、触控操作、自由板书等功能，教师通过VR“黑板”手绘视图、轴测图，利用虚拟三角板、圆规等绘图工具，示范引导绘图过程；学生佩戴便携式3D眼镜，即时观看“3D”影像教学资源，形象展示零部件的内外结构；学生分组讨论，构建学生自主讨论、沉浸体验、交联互动的课堂教学模式。VR智慧课堂如图2所示。
（3）开发VR教学云平台，实现全时空教学模式
开发与课堂教学内容配套的“VR+工程图学”教学云平台，通过浏览器，利用PC电脑、Pad、手机、VR“黑板”等终端，完成模型课前预习与在线考核。开发了VR“实验小品”平台，平台支持无插件搭建，激发学生主动创造实验素材。同时，在智慧树MOOC平台上，建设了基于VR“黑板”录制的在线课程，全面支持不限时空的VR资源在线学习。
实施成效：
本案例成果，可广泛应用于各相关高校，为合作公司---戴尔集团所从事的教育产业形成了新的业务增长点，包括与其核心硬件产品（电脑、服务器等）集成应用的教学软件，以及构建各学校的VR智慧教室、VR云平台等，为全面落实教育信息化2.0、提升学校的教学质量做出了较大贡献，满足了企业、高校的教学改革需求。
四．本项目的创新点及特色
1.教学理念创新
以学习动机理论为指导，创新提出了利用VR技术进行学习动机激励的教育教学理念，实践“教学练训创”教学体系，充分调动“教-学”双向激励，实现学生由“要我学”到“我要学”的转变。
2.“教”“学”模式创新
创建了三维可视、师生互动、生生互动的“VR+教学模式”，充分利用VR技术的沉浸性、交互性、构想性，在“雨课堂”、VR“黑板”、互联网、手机构建的教学环境下，形成了教师“示范引导”+学生“沉浸体验”“手脑并用”的“动起来”的课堂形态，让学生“头抬起来了、脑转起来了、手动起来了”。
3.教育技术应用创新
系统化建设了3D版教材和多终端、多版本的VR课堂教学及在线学习资源（二维码即扫即用）,研发了VR“黑板”、VR资源共享平台，实施了VR技术在教学资源与条件装备建设方面的应用创新。
五．本项目应用及推广情况
2020年3月7号人民日报社人民数字版对陈清奎的《机械制图》课程做了专题报道，“VR+教学模式”极大提高了学生的参与度和浓厚兴趣，在每年的学生评教中，学生均给出了很高的分值（均排学院前10%）。后续课程对本课程的教学认可度逐年增高。
在2019年中国工程图学年会上，陈清奎受邀作了“应用VR/AR技术的工程图学教学改革”报告，进行经验推广，中国图学学会理事长孙家广院士给予了很高的评价：通过你们的教学改革，使我们的学生从“要我学”变成“我要学”，这就是天壤之别的变化，这就是人才培养“质”的变化...，我很兴奋，我都恨不能跟你们一起教这个课了。
近3年，陈清奎先后受邀到全国机械工程院长联席会、教育部工程图学课程教指委等会议和西安交通大学、西北工业大学等50余所高校作报告80余场，介绍推广“VR+教学”经验。
本项目成果已在全国近100所学校使用。
