雷曉霓

武漢市第一輕工業(yè)學(xué)校 湖北 武漢 430051

塑料工藝與模具設(shè)計(jì)課程多媒體CAI課件的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)

雷曉霓

武漢市第一輕工業(yè)學(xué)校 湖北 武漢 430051

本文闡述了 《塑料工藝與模具設(shè)計(jì)》課程CAI課件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性，詳細(xì)介紹了它的設(shè)計(jì)思路、開(kāi)發(fā)步驟、方法及其特點(diǎn)。通過(guò)該課件建立知識(shí)化、可視化、交互性的教學(xué)工具來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)興趣及對(duì)問(wèn)題的深入理解程度。

多媒體 CAI課件 模具設(shè)計(jì) 教學(xué) CAD

一 多媒體CA1課件開(kāi)發(fā)的目的及意義

“塑料模具設(shè)計(jì)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，課程主要介紹塑料成型基本原理及工藝特點(diǎn),介紹各種塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝配關(guān)系及動(dòng)作原理。用傳統(tǒng)的教學(xué)方法即僅靠書(shū)本知識(shí)和一般的上課聽(tīng)講很難達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。雖然有很多教學(xué)模型可供參考，但一是模型數(shù)量有限；二是演示困難，內(nèi)部運(yùn)動(dòng)關(guān)系不易觀察；三是模型太重，攜帶不變。用掛圖講解也是一種可行的方案，但靜態(tài)圖形對(duì)學(xué)生看、老師講都非常吃力，而且平面圖形缺乏立體感。用以上教學(xué)方法授課學(xué)習(xí)難度較大，加上學(xué)時(shí)有限以及課堂授課手段單一，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)普遍感到吃力，有枯燥難懂的感覺(jué)，往往造成重點(diǎn)不能完全掌握、難點(diǎn)不能徹底吃透、疑點(diǎn)不能完全解開(kāi)，教學(xué)效果大打折扣的現(xiàn)象。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)已成為課程教學(xué)的一個(gè)重要手段。CAI以計(jì)算機(jī)為媒體工具，充分利用計(jì)算機(jī)的直觀模擬、高速處理等特點(diǎn)，通過(guò)人與計(jì)算機(jī)之間的交互活動(dòng)，采用文字、圖形、影像、聲音、動(dòng)畫(huà)等多種表現(xiàn)形式將知識(shí)信息形象、生動(dòng)、直觀地提供給學(xué)生。CAI改變了教學(xué)方式，突破了傳統(tǒng)教學(xué)手段上的局限，能夠使繁雜變得簡(jiǎn)單、使抽象變得具體，特別是對(duì)于實(shí)踐性強(qiáng)的課程，能將實(shí)際生產(chǎn)的工藝過(guò)程以影像、動(dòng)畫(huà)等生動(dòng)的形式表示，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，堤高教學(xué)效率和增強(qiáng)教學(xué)效果、優(yōu)化教學(xué)的目的。因此，開(kāi)發(fā)CAI課件，采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，改變《塑料工藝與模具設(shè)計(jì)》課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式對(duì)模具專業(yè)教學(xué)改革具有極大的意義。

二 課件的總體設(shè)計(jì)

本CAI課件根據(jù)《塑料工藝與模具設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)內(nèi)容分為教學(xué)、自學(xué)、檢測(cè)三個(gè)基本功能模塊，各個(gè)功能模塊相互獨(dú)立、又相互關(guān)聯(lián)，再視具體內(nèi)容，將各功能模塊細(xì)分為各個(gè)子模塊，直至無(wú)法再細(xì)化為止，實(shí)現(xiàn)相關(guān)工藝與模具設(shè)計(jì)的輔助教學(xué)功能。主要具有如下基本功能及特點(diǎn)：

1、教學(xué)功能模塊主要以教學(xué)內(nèi)容分塊，分為塑料成型基礎(chǔ)、注射成型模具設(shè)計(jì)、其他塑料成型模具設(shè)計(jì)三個(gè)基本模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)軟件可以分模塊運(yùn)行，以適合于不同教學(xué)階段不同內(nèi)容的教學(xué)要求。

2、自學(xué)功能模塊用于學(xué)生課后自學(xué)，包括學(xué)習(xí)指南、課程內(nèi)容、互動(dòng)教學(xué)各子模塊。

3、 檢測(cè)功能模塊用于檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，分為知識(shí)點(diǎn)測(cè)試、課堂小結(jié)測(cè)試、單元測(cè)試、章節(jié)測(cè)試、模擬測(cè)試等子模塊。

4、課件由操作界面正文、插圖、插表、動(dòng)畫(huà)、視頻、音樂(lè)、背景等組成，按講授的章節(jié)順序組織內(nèi)容，每節(jié)均由若干知識(shí)點(diǎn)、正文內(nèi)容、重要結(jié)論、實(shí)例、習(xí)題等組成。

5、制作了大量的三維圖形及三維動(dòng)畫(huà)．用于表達(dá)和顯示模塑成型工藝特點(diǎn)、模具結(jié)構(gòu)及工作原理。

6、有大量視頻反映實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)

7、課件含有大量有針對(duì)性的習(xí)題，包括 “判斷”、“選擇”、“填空”、“計(jì)算”、“思考”五種題型。教師可在課堂教學(xué)中隨時(shí)提問(wèn)，學(xué)生可在課后學(xué)習(xí)做題中，適時(shí)得到答案，并可把自己所做答案與標(biāo)準(zhǔn)答案比較，自行檢測(cè)學(xué)習(xí)效果。

8、課件中使用交互式和動(dòng)畫(huà)技術(shù)結(jié)合在一起，交互性強(qiáng)，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要來(lái)有選擇性地學(xué)習(xí)，所以可以作為助學(xué)版軟件來(lái)使用。

三 課件的腳本設(shè)計(jì)

腳本的編制是開(kāi)發(fā)CAI課件的前期工作。與一般計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件不同，CAI課件是將教學(xué)內(nèi)容展現(xiàn)給學(xué)生，達(dá)到傳授知識(shí)的目的，因此，CAI課件的腳本設(shè)計(jì)直接關(guān)系到課件的功能和操作性能。腳本在考慮操作性能的前提下根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，將腳本分為腳本大綱、文字稿本、制作腳本三部分。

1、腳本大綱就是將要表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容以提綱形式，按一定的模塊結(jié)構(gòu)羅列出來(lái)，以便在編程時(shí)能從總體上把握程序結(jié)構(gòu)和風(fēng)格，做到編程時(shí)條理清晰。從風(fēng)格和內(nèi)容上看，腳本大綱與系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)層次圖是一致的，應(yīng)該先有腳本大綱，再有系統(tǒng)設(shè)計(jì)。事實(shí)上，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案就是腳本大綱在系統(tǒng)分析中的具體反映。

2、文字稿本以腳本大綱為依據(jù)，按照教學(xué)過(guò)程的先后順序，來(lái)描述每一環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容及其呈現(xiàn)方式，文字稿本要主要包括解說(shuō)詞和用文字表述的畫(huà)面。 文字稿本要對(duì)用到的多媒體信息及其在教程中的表現(xiàn)形式提出總體要求，因此是整個(gè)課件設(shè)計(jì)過(guò)程的靈魂和核心?？紤]到本課件專業(yè)性極強(qiáng)，我們細(xì)分章節(jié)，以每小節(jié)為基本單元來(lái)編制文字稿本。

3、制作腳本是為適應(yīng)計(jì)算機(jī)編程的需要，以系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，而對(duì)文字稿本進(jìn)行的再創(chuàng)作。CAI課件是以一屏一屏的內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的，因此，我們以一屏為單位來(lái)編寫制作腳本，每一屏如何設(shè)計(jì)與制作應(yīng)予以具體的說(shuō)明。從軟件工程學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，制作腳本就相當(dāng)于系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，制作腳本完成后，就可以運(yùn)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)編制具體的多媒體程序。

下表為制作腳本舉例：

四 課件的實(shí)現(xiàn)方法

1、課件運(yùn)行平臺(tái)與編輯軟件

考慮目前計(jì)算機(jī)在教育行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀，本課件選擇Windows為開(kāi)發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)。Microsoft公司研制的Windows是功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，也是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的多媒體平臺(tái)，給CAI課件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供非常有利的條件。在課件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用的軟件主要是Authorware6.0、Flash和3DS MAX、Photoshop、AutoCAD、Pro／E等，此外還有Office、Movie Maker等。

Authorware為開(kāi)發(fā)者提供一種基于流程式的編程方法，是一個(gè)優(yōu)秀的交互式多媒體系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件，它可以將文本、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻和音頻等多媒體素材方便、有效地集成在一起，從而開(kāi)發(fā)出一個(gè)功能強(qiáng)大的多媒體CAI系統(tǒng)。Flash和3DS MAX以其友好方便的界面、簡(jiǎn)捷的操作和出色的渲染等特色，為用戶提供專業(yè)水準(zhǔn)的二、三維動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作天地；Photoshop集圖像創(chuàng)作、掃描、修改、合成及高品質(zhì)分色輸出等功能于一體，一直被譽(yù)為是最優(yōu)秀的圖像處理軟件之一；AutoCAD 用來(lái)繪制二維平面圖形；PRO／E則可以方便地造型出各種專業(yè)化的零件三維圖形。

2、課件素材的制作多媒體素材是指在課件中用到的各種聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)材料。本課件系統(tǒng)所涉及到的素材主要有：文字、圖像、圖形、動(dòng)畫(huà)、視頻、聲音等。

文字：Authorware不能很好地支持雙字節(jié)漢字，其修飾功能也不如Word強(qiáng)大，因此本課件主要采用Word2003來(lái)對(duì)漢字進(jìn)行編輯處理，也可以采用掃描方式輸入，如果采用掃描輸入，則要用文字識(shí)別工具進(jìn)行識(shí)別，轉(zhuǎn)換為可編輯文字，然后通過(guò)“剪貼板”轉(zhuǎn)調(diào)到Authorware中。

圖像：圖像制作和處理是較繁重的任務(wù)之一，本課件涉及到的圖像種類有：機(jī)床和模具圖、零件圖、界面、導(dǎo)航鈕、特殊標(biāo)識(shí)等。其中，機(jī)床和模具圖、零件圖均通過(guò)掃描儀錄入，存為JPG文件，然后利用Photoshop進(jìn)行專業(yè)處理，供Authorware調(diào)用。其它圖像素材，部分是直接用Photoshop制作，其余則是從各種素材庫(kù)截取，再利用Photoshop進(jìn)行必要的加工。

圖形：鑒于Authorware繪圖功能不盡如人意，本課件所涉及到的二維圖形基本上是用AutoCAD 2004完成，三維圖形采用Pro／EWildfire4.0完成，然后在Photoshop環(huán)境下進(jìn)行部分處理以增加其美觀度。

動(dòng)畫(huà)：動(dòng)畫(huà)是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的主要方式，動(dòng)畫(huà)能形象地模擬實(shí)際事物的物理過(guò)程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，將難于理解的成形工藝、模具動(dòng)作過(guò)程及相關(guān)概念以生動(dòng)形象的畫(huà)面表達(dá)出來(lái)。合理的選擇和應(yīng)用動(dòng)畫(huà)可以幫助學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果。本課件中動(dòng)畫(huà)主要是工藝過(guò)程、模具結(jié)構(gòu)和工作原理的二、三維動(dòng)畫(huà)，這些動(dòng)畫(huà)采用Flasht和3DS MAX軟件制作，直接生成swf、avi文件，再供Authorware調(diào)用。

視頻：觀看實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的影像是增加感性認(rèn)識(shí)的一種有效途徑，課件中的影像拍攝自典型的實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程，進(jìn)行數(shù)碼編輯后形成AVI文件，鑲嵌入課件中。

聲音：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)通常有兩種形式，一種是人機(jī)對(duì)話的個(gè)別化教學(xué)即助學(xué)型CAI，另一種是采用大屏幕投影的課堂輔助教學(xué)即助教型CAI。本課件測(cè)重于后一種形式，即以教師為中心、群體學(xué)生為對(duì)象的教學(xué)形式，故沒(méi)有為本課件配作解說(shuō)詞，但設(shè)置了背景音樂(lè)，配合不同的節(jié)奏以描繪不同的意境。

3、模具拆裝的交互性教學(xué)本課件可以使得教師與學(xué)生在多媒體教室里就能輕松地完成模具拆裝教學(xué)課程。該教學(xué)模塊包括動(dòng)畫(huà)演示模塊和手動(dòng)拆卸、安裝模塊。動(dòng)畫(huà)演示模塊是利用Flasht制作拆卸、裝配動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)制作之后利用Authorware6．0的Insert選擇Media選項(xiàng)，把動(dòng)畫(huà)插入到Authorware6．0中，這樣動(dòng)畫(huà)演示模塊也完成了。至于手動(dòng)拆卸模塊和手動(dòng)安裝模塊，首先利用Pro/E完成零件圖和裝配圖的儈制，然后用Authorware的OLE控件將零件圖和裝配圖導(dǎo)入，進(jìn)行流程圖的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)過(guò)程不再詳述。

4、計(jì)算機(jī)輔助工藝與模具設(shè)計(jì)一般CAI課件只是用于教學(xué)，在本課件中集成了CAD 方面的功能，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模塑成型工藝計(jì)算和模具的輔助設(shè)計(jì)。CAD分為兩部分：工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算以及模具的設(shè)計(jì)。進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算必須首先獲得加工零件的信息。因?yàn)镃AI課件中不包含繪圖功能，需要和CAD軟件結(jié)合，本課件選用Pro/E Wildfire 4.0。在Pro/E的零件模塊中繪制好零件圖，在模具設(shè)計(jì)模塊中創(chuàng)建模具模型，設(shè)置收縮率，設(shè)計(jì)分型面、澆道系統(tǒng)，生成型芯、型腔，再利用Pro/E系統(tǒng)的處掛模塊EMX來(lái)自動(dòng)產(chǎn)生模板及各個(gè)模座標(biāo)準(zhǔn)零件，最后還可利用Moldflow技術(shù)虛擬塑料注射成型。使用時(shí)通過(guò)輸入不同的數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可得到不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，而不同的設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的不同影響程度，均可通過(guò)動(dòng)畫(huà)直觀地反映出來(lái)。是一種將CAD設(shè)計(jì)方法與CAI設(shè)計(jì)方法融為一體的設(shè)計(jì)風(fēng)格，應(yīng)用于本課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使工程設(shè)計(jì)的真實(shí)性和CAI的形象化得到有機(jī)的結(jié)合，對(duì)于提高課程的教學(xué)質(zhì)量具有實(shí)際意義。

5、系統(tǒng)程序編制程序編制是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的核心。鑒于本課件內(nèi)容多、程序流程長(zhǎng)，因此，我們將教程劃分為節(jié)，以節(jié)為單元編成獨(dú)立的文件，再憑借Authorware提供的內(nèi)部函數(shù)將各章各節(jié)鏈接成一個(gè)整體。從整體上把握程序的流向，是程序編制的關(guān)鍵?？紤]到軟件的維修和調(diào)試，我們盡量使每章節(jié)的邏輯結(jié)構(gòu)保持風(fēng)格統(tǒng)一，并兼顧連貫性。同時(shí)為了增加趣味性，避免界面過(guò)于呆板和減少人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)話的乏味，在程序編制過(guò)程中，盡量出現(xiàn)動(dòng)態(tài)畫(huà)面，包括文本的動(dòng)態(tài)顯示，前后屏的動(dòng)態(tài)銜接等。熱區(qū)、熱對(duì)象及超文本的設(shè)置則著重考慮程序的鏈接。

五 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述方法制作的《塑料工藝與模具設(shè)計(jì)》多媒體課件是一個(gè)集視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)為一體的交互性教學(xué)軟件。它具有設(shè)計(jì)科學(xué)化、結(jié)構(gòu)合理化、組織邏輯化的特點(diǎn)，突出了重點(diǎn)、化解了疑點(diǎn)、突破了難點(diǎn)。它以一種全新的現(xiàn)代教學(xué)模式取代了以往呆板、陳舊的教學(xué)模式，將繁雜、枯燥、若澀、隱晦的學(xué)習(xí)內(nèi)容以淺顯、有趣、輕松、生動(dòng)的方式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，大大提高了學(xué)習(xí)效率和增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。同時(shí)也減少了教師機(jī)械、重復(fù)、繁瑣的勞動(dòng)，改善備課質(zhì)量、增加教學(xué)容量、提高教學(xué)效率。

1、王慧芳《多媒體教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)與制作》電子工業(yè)出版社，2001．

2、計(jì)算機(jī)教育圖書(shū)研究室《Authorware從入門到精通》航空工業(yè)出版社出版，2002．

3、冠群創(chuàng)作室《Authorware多媒體制作實(shí)用教程》機(jī)械工業(yè)出版社，2O00．

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The paper clarif es the necessity to develop the CAI for the subject《plastics technology and die design》,It introduces in detail the design idea、the developing step、the method and the features. The students’comprehension and study eff ciency would be improved by building the knowledgeable、 visual and interactive teaching tools．

Multimedia；Computer aided instruction；Die design；Teaching；Computer aided design