工程制图标准件CAI课件的研制

工程制图“标准件”CAI课件的研制宗士增徐建成李桂红（南京理工大学制造工程学院，南京210094）摘要：计算机辅助教学（CAI）课件是利用多媒体技术表现教学过程的一种软件。本文介绍了工程制图“标准件”CAI课件的设计思想、教学策略以及课件的结构，并对课件中导航结构、运行模式、界面风格等特色内容进行了说明。关键词：多媒体；计算机辅助教学；课件；标准件；分类号：TP399进入九十年代以后，为了适应新技术的发展给教育带来的巨大影响，教育部制定并实施了“面向二十一世纪高等工程教育教学内容和课程体系改革计划”。制图类系列课件作为该计划的立项项目，从1996年开始启动，经过国内十二所高等学校三年多的共同努力，于1999年完成了课件的开发任务并通过了教育部的鉴定。作者代表南京理工大学参加了“标准件”CAI课件的研制工作。1研制课件的必要性“工程制图”课程教学涉及大量的图形表达，注重学生空间想象力的培养，强调由空间到平面、由平面到空间的思维过程。多媒体技术作为一门新技术，是把文本、图形、图像、动画、视频图像、声音等多种运载信息的媒体结合在一起，通过计算机进行综合处理和控制，将多媒体的各个要素进行有机的组合,完成一系列随机交互操作的信息技术。其独特的优点与“工程制图”教学特点不谋而和。将多媒体技术用在“工程制图”教学上，就形成了一种全新的“工程制图”计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction—CAI）方式。计算机辅助教学软件（CAI课件）可以通过使用文字、解说以及编程技术来配合传统教学培养学生的抽象思维能力，训练学生使用左脑；通过音乐、图形、动画及视频来培养学生的形象思维能力，开发右脑。在使学生左右脑并用、和谐发展过程中，CAI课件有着不可替代的作用。2课件的教学设计教学设计是以传播理论和学习理论为基础，以系统论的观点和方法研究教学系统、教学过程、制定教学实施计划，使教学效果优化。其着眼于激发、促进、辅助学生的学习，解决学生学什么内容（教学目标），如何进行学习（教学策略），如何及时获取反馈信息（教学评价）等问题。科学严谨的教学设计是制作优秀课件的前提条件。2.1教学目标教学目标主要是通过教与学使学生在认知领域、情感领域、动作技能领域达到的既定标准，要求在教学设计中必须明确给出。根据“标准件”部分的特性，本课件的教学目标使用了行为目标的表述方法，将学习结果行为的条件、状态以及要达到的程度、标准用行为动词表达出来。如：“在10分钟内完成4道关于螺纹连接画法的选择题，要求全对”，其特点是：教学目标不是教师的主观臆测，而是由学习者的行为给出的。2.2教学策略教学策略设计主要包括教/学模式确定、教学媒体选择、教学活动设计。在实际教学过程中，为了达到不同的教学目的，CAI可采用不同的教学策略。根据“标准件”部分的特性，本课件确定了面向教师辅助教学，兼顾学生自学的模式；选择了以视频、动画、图像、声音为主的媒体表达方式，充分表达课程内容，加强学生的感知能力。在教学活动中，课件提供了正向直线型主学习序列，介绍最主要、最基本的学习内容，保证所有学生均能顺利完成各部分内容的学习；同时还提供了分支型的辅助学习序列，适应于个别教学，因材施教。2.3教学评价教学评价是按一定的价值标准，对学生学习的发展变化及构成其变化的诸种因素所进行的价值判定。其目的在于判断每个学习阶段的计划和指导的效果，以便改进今后的指导计划和指导方法。在教学过程中，常使用诊断性评价和形成性评价，发现学生的学习难点，调整教学目标。本课件运用教学评价理论，采用阶段测试的方法评价学生的学习效果，检查学生对重点、难点问题的了解程度。3课件的程序设计课件教学设计的成果不能直接用来编程实现，还必须以其为基础编制相应的脚本[3]，再来编制程序。本课件的编程过程中，首先应用了先进的视频及声音数据采集、三维动画设计、平面图形绘制、图像处理等软硬件技术，进行了大量的素材制作，然后在Authorware多媒体集成平台上进行了课件集成。下面给出了课件集成中一些关键技术的实现方法。3.1导航结构CAI课件应具有良好的可操作性和内容更新取舍的灵活性，使学生易于接受、掌握所学的内容。因此，必须设计合理的课件结构，保证实施多媒体计算机辅助教学效果最优。多媒体CAI课件的结构是教学软件中各部分教学内容的相互关系及其呈现形式，它反映了教学软件的主要框架和教学功能，其实质是多媒体信息的组织结构，且大多采用非线性超媒体结构。由于课程知识点关系复杂，使用者经过多层次调用后会迷失方向。为了解决“迷航”弊端，本课件采用树状结构模型[3]，提供导航图导航措施（如图1）。在制作中，导航图是以超文本网络形式形成的结构图，其中含有超文本网络结构中的节点及节点之间的联系。每一个节点处应用JumpFileReturn()函数调用子程序，进行相应内容的学习，结束后返回至主程序出口处并显示在导航图中的位置。3.2运行模式为了方便教师辅助教学和学生自学，系统提供了自动/手动运行模式。在导航图中可以通过按钮进入下一级菜单选择所需运行模式。其中手动运行模式，方便教师根据自己授课需求、学生学习反应，游历于课件网络节点之间，指导学习；自动运行模式使学生可沿老师预置的学习路径顺序学习课件的基本内容，无须考虑如何螺纹的结构要素螺纹的种类螺纹的规定画法螺纹的代号及标注螺栓连接双头螺柱连接螺钉连接普通平键半圆键楔键螺纹的形成螺纹及螺纹连接件标准件部分销滚动轴承键图1“标准件”CAI课件导航图Fig.1ThenavigationoftheCAIcoursewareofstandardizeddetail运行方式学习，学到哪里，系统自动导航。这种运行模式是通过给全程变量赋值，利用程序中的判断语句进行不同调用实现的。3.3解说与音乐同步完整的课件中利用声音解说内容是必不可少的，同时背景音乐也有着不可替代的作用。二者的同步播出，增加了课件的效果，同时也带来了实现上的困难。本课件制作中采用了MIDI和WAV两种格式文件同时调用的方法，解决了二者的同步问题。课件还通过调用VB编写的外部函数，解决了解说与背景音乐的开关、音量调节问题，使二者和谐的展现出来。3.4暂停与继续互换因为课件的设计是面向大多数学生，所以会产生少数学生认为课件运行速度过快或过慢的情况。这时可以通过程序设定的按键控制解决慢的问题，通过按钮解决快的问题。暂停运行的目的是使当前正在运行的视频、动画、解说、音乐等所有内容全部停下，等待继续运行命令。继续运行命令发出后，所有内容均从暂停位置开始继续运行。这一技术的实现是通过诸如VideoPause()，VideoPlay()的大量函数控制完成的。3.5界面风格课件运行过程中的界面风格如图2所示。主要有图形展示窗、文字说明窗、操作按钮等三部分组成。图形展示窗是为了适应涉及工程图样的大量图形、图像、动画及视频图像的展示要求而专门设计的，对于课程内容的表达起到了关键作用。图中所示内容为螺栓连接装配图动画的一祯。文字说明窗是对当前图形展示窗所展示内容进行的必要说明，与解说配套，起到画龙点睛的作用。操作按钮主要是针对课件运行中的各种状态进行控制，位于页面的最下一行。课件中大部分的页面都包括这三个窗口，保持界面的连贯性。4结束语工程制图“标准件”CAI课件研制成功后，在南京理工大学等国内近二十所高校进行了两年的教学实践。从反馈的信息来看，使用课件教学与传统教学相比能明显的提高学生的学习兴趣，使单位时间内传授的知识量增加30%左右，效果明显，具有广泛的应用价值。本课件与其他工程制图系列课件一起被认为是我国工程教育的一项有意义的科研成果，是本门课程教学方法、教学手段改革的重大成果。参考文献1．李克，黄晓地，谢幼如.多媒体技术教学应用.北京:电子工业出版社.19962．付德荣.计算机辅助教学软件设计.北京:电子工业出版社.19953．徐建成,宗士增.多媒体《工程制图》课件设计探索与实践.南京理工大学学报.1998.22(3).285-288图2课件界面风格Fig.2Theinterfacestyleofcourseware暂停运行MakingofCAICoursewareofStandardizedDetailInEngineeringDrawingZongShizengXuJianchengLiGuihong(SchoolofManufacturingEngineering,NUST,Nanjing210094)ABSTRACTThecoursewareofcomputeraidedinstruction(CAI)isasoftwareforexpressinginstructingprocedurebyusingthetechnologyofmultimedia.Thispaperintroducestheidea,tacticsofinstructionandstructureofthecoursewareofstandardizedetail,thengivingsomeexplanationaboutcharacteristiccontentsuchasnavigationstructure,runningmodelandinterfacestyle.KEYWORDSmultimedia,computeraidedinstruction,courseware,standardizedetail