一、游戏设计
游戏化学习设计的内涵在于做到娱乐性和教育目标的平衡[5]，即寓教于乐。游戏的建构应围绕抽象化的学习内容、支持游戏的技术工具[6]、游戏规则、学习者的偏爱及背景[6]、学习者的动机和学习者的技能发展等方面开展。为此，虚拟积木游戏将在Solid-Works2014虚拟设计环境中开展，利用零件建模功能开发几何单元，利用虚拟装配功能实现几何单元的组合。基于工程制图习题集组合体构型的统计，选择四棱柱和圆柱作为组合体构型的基本几何单元；同时考虑到游戏的易学性，针对基本几何单元的扩展建模操作仅限于拉伸和切除拉伸。
二、游戏内容
游戏内容基于组合体视图的读和画开展。组合体视图的读和画决定了学生理解和表达工程图纸中“形”的能力，这种能力的提高对机械工程后续课程的学习、课程设计及毕业设计都有积极的促进作用。
1.照猫画虎。“照猫画虎”游戏是为了学生能熟悉虚拟设计环境下的建模和装配操作，保证学生将现实中搭积木的过程迁移到虚拟环境中。首先让学生观察实体积木单体的结构，引导其思考如何通过平面形状获得三维构型，然后在SolidWorks2014虚拟设计环境中实现这一过程，让学生熟悉虚拟环境中的拉伸和切除拉伸操作。这两种操作将使得学生可以灵活地构建虚拟积木单体；接下来让学生运用虚拟积木单体搭建构型，引入重合、距离、同心等概念，并指导学生将这些概念转变为虚拟装配中的约束，使学生能在虚拟环境下通过约束操作对虚拟积木单体进行虚拟装配。
2.堆石成屋。“堆石成屋”游戏是针对几何单元做叠加操作的游戏，用于提高学生对叠加式组合体的形体分析能力。让学生参照二维图样，把已知的虚拟积木单体装配起来，还原二维图样的三维形貌。
3.镂月裁云。“镂月裁云”游戏是针对几何单元做去除操作的游戏，用于提高学生对挖切式组合体的形体分析能力。让学生在观察形体的基础上，制订挖切步骤，最后在虚拟环境下通过挖切操作获得参考形体，游戏过程如图2所示。
4.化面为体。“化面为体”游戏是让学生阅读二维图样，通过对几何单元的叠加或挖切或叠加和挖切还原形体的三维面貌，用于锻炼学生的读图能力。学生们在游戏过程中，通过对二维图样的分析，综合运用拉伸、拉伸切除和装配操作，完成对形体的三维建模操作，游戏形式如图3所示。这个游戏难度最高，学生会在虚拟环境中反复进行二维、三维的互逆转换，在尝试、分析和归纳中理解和习惯二维刻画三维的表达模式。这种在游戏中的尝试—纠错自学习模式充分调动了学生的主观能动性，使学生在完成游戏的成就感中掌握了知识和技能。
三、游戏效果
通过在课堂上引入虚拟积木游戏，激发了学生学习工程制图的兴趣，很多学生开始主动学习。图4展示了引入虚拟积木游戏的某班级和传统教学某班级的期末考试成绩对比。除了成绩的提高外，更为重要的是引入虚拟积木游戏的班级的学生学会了更多的软件操作，主动对身边的实物进行了虚拟建模，并融入了自己的想法，体验到了设计的乐趣。图5展示了学生部分作品。
四、结论
通过将工程制图的学习内容进行游戏化设计，以游戏作为学习内容的载体，在很大程度上激发学生的求知欲。尝试—纠错自学习的游戏过程充分调动了学生的主观能动性，使学生在完成游戏内容的同时增强了读图和画图的能力。在课堂中引入虚拟积木游戏，提高了学生的成绩，更为学生打开了设计创意之门。
作者：梁杰 单位：郑州大学
