余志偉

摘要：闡述了開發(fā)工程制圖CAI教學(xué)系統(tǒng)的必要性，對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、界面設(shè)計(jì)、素材處理等進(jìn)行了分析，實(shí)踐表明該教學(xué)系統(tǒng)在提高了教學(xué)效率和質(zhì)量的同時(shí)，也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：工程制圖;系統(tǒng)開發(fā);CAI

中圖分類號(hào)： TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）31-0098-02

1 引言

工程制圖是探討繪制機(jī)械圖樣的理論、方法和技術(shù)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程從點(diǎn)、線、面的空間投影規(guī)律入手，逐步拓展到空間立體的投影，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和空間分析能力。在現(xiàn)有的教學(xué)方法中，主要是通過(guò)制作PPT來(lái)講授課程。由于PPT功能比較單一，多媒體素材兼容性不強(qiáng)，對(duì)于需要大量使用平面動(dòng)畫、三維動(dòng)畫和各種播放插件的制圖課程而言，已經(jīng)顯得力不從心。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各種多媒體軟件的出現(xiàn)，為設(shè)計(jì)和開發(fā)專用的CAI教學(xué)系統(tǒng)提供了良好的開發(fā)環(huán)境。CAI教學(xué)系統(tǒng)將文字、聲音、圖片和視頻等多媒體素材集于一體，自成一套獨(dú)立的應(yīng)用環(huán)境，能夠以靈活、方便的人機(jī)交互方式進(jìn)行操作，豐富了現(xiàn)有的教學(xué)方法和手段，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量。

2 CAI教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)容及特點(diǎn)

2.1教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)容

該教學(xué)系統(tǒng)共包含7章：1）制圖的基本知識(shí);2）基本體和切割體;3）組合體畫法;4）組合體讀圖;5）機(jī)件形狀表達(dá)方法;6）標(biāo)準(zhǔn)件和常用件;7）零件圖與裝配圖。每章內(nèi)容又包括若干小節(jié)，全面地反映工程制圖課程的所有教學(xué)內(nèi)容。

2.2教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）系統(tǒng)最大的特點(diǎn)體現(xiàn)在一個(gè)“新”字上。本系統(tǒng)打破傳統(tǒng)教材從點(diǎn)、線、面入手，然后進(jìn)入空間立體的教學(xué)體系，而是從空間立體出發(fā)，使點(diǎn)、線、面的分析自然融合到空間立體之中。這種獨(dú)特的創(chuàng)新，符合由具體到抽象、再由抽象到具體的辯證唯物主義認(rèn)識(shí)規(guī)律[1]。

2）易用性和易維護(hù)性是本系統(tǒng)的另一大特點(diǎn)。系統(tǒng)由7大模塊，52個(gè)小模塊組成，各個(gè)模塊獨(dú)立封裝，自成體系，能夠方便地實(shí)現(xiàn)章、節(jié)、頁(yè)之間的自由切換，操作方便。還可以根據(jù)不同學(xué)校教師授課的習(xí)慣，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的修改和擴(kuò)充。

3）充分利用多媒體技術(shù)，模擬教師解題的過(guò)程。通過(guò)平面動(dòng)畫分解解題的每一個(gè)步驟，詳細(xì)具體，使學(xué)生易于接受。利用三維動(dòng)畫，重建立體實(shí)型，并通過(guò)過(guò)程控制，方便教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)。

3 CAI教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境

Windows系統(tǒng)是目前使用最廣泛的電腦操作系統(tǒng)，常用的開發(fā)軟件有Visual C++、Java、PowerPoint和Director MX等。Visual C++、Java學(xué)習(xí)起來(lái)難度較大，需要一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)和編程經(jīng)驗(yàn)的教師才能較好地掌握。PPT對(duì)于復(fù)雜的多媒體編輯能力和兼容性又顯得不足。Director MX具有易學(xué)易用、功能強(qiáng)大和兼容性好的特點(diǎn)，幾乎支持目前所有類型的聲音、動(dòng)畫文件[2]，能方便實(shí)現(xiàn)對(duì)各種素材文件的控制和播放。經(jīng)過(guò)綜合比較，選用Director MX作為CAI教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)工具。

4 CAI教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程

4.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

CAI教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)，遵循一般軟件的開發(fā)過(guò)程，按照軟件工程的思想，經(jīng)歷問(wèn)題定義、可行性研究、需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼和單元設(shè)計(jì)、綜合測(cè)試、維護(hù)等階段[3]。具體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

4.2系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

CAI教學(xué)系統(tǒng)的界面是人機(jī)交互的窗口，設(shè)計(jì)的時(shí)候要體現(xiàn)出操作簡(jiǎn)便、風(fēng)格一致和交互友好的特點(diǎn)。在系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)中，章節(jié)標(biāo)題和教學(xué)內(nèi)容匹配，跳轉(zhuǎn)控制明確、高效。在教學(xué)界面設(shè)計(jì)中，合理搭配文字、圖片、視頻等多媒體素材，教學(xué)重點(diǎn)突出，視覺效果良好。系統(tǒng)界面和教學(xué)界面如圖2、3圖所示。

4.3多媒體素材處理

4.3.1 文字類素材處理

文字類素材是占比最大的一類。Director MX提供了對(duì)文字的處理，但功能較弱。通過(guò)先將文字在Word2010中錄入和排版，用Flash MX軟件將文字矢量化，輸出swf文件格式，再用Director MX對(duì)該類文件直接調(diào)用。經(jīng)過(guò)這樣處理以后，文字放大顯示時(shí)邊緣不會(huì)出現(xiàn)鋸齒現(xiàn)象，提高顯示的清晰度和閱讀效果。

4.3.2 圖片類素材處理

圖片是素材中格式較多的一類，最常用的有BMP、JPG、GIF和PNG等。BMP優(yōu)點(diǎn)是圖像信息較豐富，缺點(diǎn)是不支持壓縮，占用磁盤空間過(guò)大。JPG的優(yōu)點(diǎn)是支持高級(jí)壓縮，缺點(diǎn)是壓縮會(huì)降低圖片的質(zhì)量。GIF優(yōu)點(diǎn)是支持無(wú)損耗壓縮和透明度動(dòng)畫，缺點(diǎn)是只支持256色調(diào)色板。PNG汲取了GIF和JPG二者的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是不支持動(dòng)畫應(yīng)用效果。在CAI教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)中，PNG和GIF格式文件是使用最多的。

4.3.3 平面動(dòng)畫類素材處理

平面動(dòng)畫主要是用來(lái)講解作圖的具體過(guò)程，將傳統(tǒng)教學(xué)中黑板作圖的優(yōu)點(diǎn)引入到CAI 教學(xué)系統(tǒng)中，選用的軟件是Flash MX。由于和Director MX是同一家公司的產(chǎn)品，軟件界面風(fēng)格統(tǒng)一，操作習(xí)慣類似。動(dòng)畫對(duì)作圖過(guò)程每一步都能進(jìn)行前進(jìn)、后退和暫停的控制，動(dòng)畫輸出格式也是swf格式，Director MX中直接調(diào)用，兼容性好。

4.3.4 三維建模類素材處理

三維建模類素材是制作難度較大，費(fèi)時(shí)最多的一類。常用的軟件主要有AutoCAD、UG NX、SolidWorks等軟件。其中AutoCAD三維造型功能較弱，UG NX專業(yè)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度較大。而SolidWorks是第一款基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維造型軟件[4]，功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易用而被作為建模軟件的首選。

4.3.5 三維動(dòng)畫類素材處理

三維動(dòng)畫類素材是用來(lái)動(dòng)態(tài)表達(dá)零件的空間形狀和機(jī)器的裝配連接關(guān)系。常用的軟件主要有3dmax、Maya、Lightwave 3D等。其中3Dmax具有系統(tǒng)配置要求低、插件豐富、動(dòng)畫制作能力強(qiáng)的特點(diǎn)，常作為三維動(dòng)畫軟件的首選。動(dòng)畫制作時(shí)，可以直接調(diào)用三維建模類素材，再進(jìn)行光照、材質(zhì)和渲染等處理，最后輸出avi格式文件，用DirectorMX進(jìn)行集成。

5 結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)實(shí)踐表明，該CAI教學(xué)系統(tǒng)集成度高、兼容性好、交互性強(qiáng)。豐富了現(xiàn)有的教學(xué)方法和教學(xué)手段，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高了工程制圖課程的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 萬(wàn)勇.工程制圖基礎(chǔ)[M].3版.北京：高等教育出版社，2010.

[2] 方仲瑋.Director.11多媒體開發(fā)應(yīng)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3] 丘威，李代平.基于面向?qū)ο筌浖こ谭椒ǖ腃AI開發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J].上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，23（3）：74-78.

[4] 陸明.SolidWorks 2018中文版從入門到精通[M].北京：中國(guó)青年出版社，2019.

【通聯(lián)編輯：唐一東】