基于工業(yè)設(shè)計(jì)原理的機(jī)械CAD基礎(chǔ)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)

《機(jī)械CAD基礎(chǔ)》是高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要講述CAD原理、數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、二維圖形技術(shù)、三維造型技術(shù)等內(nèi)容，通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握CAD技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)的CAD／CAM、機(jī)械設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的課程都使用以計(jì)算機(jī)為手段的電子教學(xué)系統(tǒng)。電子教學(xué)手段可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程的學(xué)習(xí)效率。以往的《機(jī)械CAD基礎(chǔ)》自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)大都由非工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的任課老師自己制作，較少?gòu)墓I(yè)設(shè)計(jì)角度考慮人機(jī)界面、色彩設(shè)計(jì)、文字設(shè)計(jì)及人機(jī)交互設(shè)計(jì)等因素，缺乏人性化設(shè)計(jì)。本文運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)原理。對(duì)原有的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，取得了良好的教學(xué)效果，并為其他課程的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了良好的思路。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，共分緒論、工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形處理原理、工程圖樣的繪制、三維幾何造型等內(nèi)容，因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 開(kāi)發(fā)工具

以往的學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用Authorware+Powerpoint制作模式，文件占用磁盤空間大，不利于網(wǎng)絡(luò)傳輸，影響了系統(tǒng)的在線使用。Flash技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于網(wǎng)頁(yè)、網(wǎng)站學(xué)習(xí)系統(tǒng)的制作，用它制作的網(wǎng)頁(yè)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)文件占用空間小，便于傳輸和攜帶；

(2)圖形、文字處理能力強(qiáng)；

(3)兼容性好，交互性強(qiáng)。因此本文使用Flash技術(shù)作為學(xué)習(xí)系統(tǒng)制作的主要開(kāi)發(fā)手段。

2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

從工業(yè)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要應(yīng)從界面設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、文字設(shè)計(jì)及人機(jī)交互設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行考慮。

2.1 界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)是自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，是用戶在與計(jì)算機(jī)交互時(shí)對(duì)所用的溝通符號(hào)的設(shè)計(jì)。界面是用戶與系統(tǒng)交互的窗口，用戶通過(guò)界面向計(jì)算機(jī)輸入信息進(jìn)行控制、查詢和操作，系統(tǒng)則通過(guò)界面向用戶提供課程信息。好的界面設(shè)計(jì)，有助于學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解和記憶，方便對(duì)系統(tǒng)的使用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

界面設(shè)計(jì)主要應(yīng)遵循以下原則：

(1)一致性。一致性指系統(tǒng)界面整體上的一致感。對(duì)于具有同樣功能的操作對(duì)象，在表現(xiàn)形式上要力求一致，起控制作用的按鈕和圖標(biāo)也應(yīng)一致。

(2)適應(yīng)性。由于用戶個(gè)別差異的存在，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量讓不同的用戶均可以獲得他們所需要的學(xué)習(xí)方式。對(duì)不同認(rèn)知風(fēng)格的用戶應(yīng)提供不同的學(xué)習(xí)與操作方法。

(3)靈活性。體現(xiàn)靈活性的系統(tǒng)應(yīng)允許用戶能用與他的知識(shí)技能和經(jīng)驗(yàn)相稱的方式進(jìn)行交流，如顯示或不顯示提示，允許缺省設(shè)置，建立用戶記憶等。

(4)易學(xué)易用性。一個(gè)好的學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)該易學(xué)易用，便于上手，否則無(wú)論采用的技術(shù)多先進(jìn)，設(shè)計(jì)的功能多復(fù)雜，但用戶對(duì)它都會(huì)望而生畏，這樣這個(gè)系統(tǒng)就沒(méi)有生命力，學(xué)生就不愿意使用。

2.2 色彩設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要用到各種各樣的顏色，協(xié)調(diào)搭配的色彩可以吸引用戶的視覺(jué)感官，從而引起用戶的注意，只要色彩使用恰當(dāng)，就能促進(jìn)用戶對(duì)屏幕上各部分內(nèi)容的識(shí)別，突出差異，使內(nèi)容顯示更為醒目，更富有趣味性。

色彩的運(yùn)用應(yīng)注意如下原則：

(1)避免同時(shí)使用太多顏色；

(2)用色彩起強(qiáng)調(diào)作用；

(3)視野的中心多選用紅、綠色，而邊沿則比較適于采用藍(lán)、黃、黑色三種顏色。相對(duì)來(lái)說(shuō)，邊緣部分的色彩不易引起注意，所以必要時(shí)可采用閃爍、動(dòng)畫(huà)等其他技巧來(lái)配合。

2.3 文字設(shè)計(jì)

課件的文字設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)因素：

(1)文字內(nèi)容要逐步引入。對(duì)于每一屏文字資料，應(yīng)該隨著講課過(guò)程逐步顯示，符合學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律。

(2)要采用合適的字體、字號(hào)與字形。文字的字號(hào)要適中，選擇的字體要醒目，對(duì)于中文一般宜采用宋體、黑體和隸體。對(duì)于文字內(nèi)容中關(guān)鍵性的標(biāo)題、結(jié)論、總結(jié)等，要用不同的字體、字號(hào)、字形和顏色加以區(qū)別。

(3)文字和背景的顏色搭配要合理。文字和背景顏色的搭配要醒目，易讀，長(zhǎng)時(shí)間閱讀不至于疲勞。一般文字顏色都以亮色為主，背景顏色都以暗色為主。

2.4 人機(jī)交互

人機(jī)交互指人與計(jì)算機(jī)之間使用某種對(duì)話手段，以一定交互方式，為完成特定任務(wù)而進(jìn)行的人機(jī)之間信息交換的過(guò)程。人機(jī)交互設(shè)計(jì)主要應(yīng)遵循的原則有：友好性、靈活性、功能性、明確性、一致性、可靠性、圖形化。

該系統(tǒng)的人機(jī)交互內(nèi)容在遵循以上設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，選用“按鈕”和“點(diǎn)擊對(duì)象”的交互方式，支持鼠標(biāo)和鍵盤，避免了層次太多的交互菜單，可以方便地在各章節(jié)間跳轉(zhuǎn)。

3 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 片頭動(dòng)畫(huà)與片尾動(dòng)畫(huà)模塊

動(dòng)畫(huà)在制作過(guò)程中主要依靠動(dòng)作補(bǔ)間技術(shù)來(lái)完成。在整體的構(gòu)圖上主要由四部分構(gòu)成。按鈕層加入腳本如下：

進(jìn)入主界面時(shí)：


3.2 主交換模塊

主交換子模塊是學(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心，它控制了5個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容的調(diào)用。根據(jù)圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制作了7個(gè)按鈕，分別是緒論、工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形處理原理、工程圖樣的繪制、三維幾何造型、實(shí)例演示及退出系統(tǒng)。每個(gè)按鈕中都寫入相應(yīng)的調(diào)用語(yǔ)句，以進(jìn)入相應(yīng)章節(jié)。

3.3 緒論模塊

這一模塊的二級(jí)制作內(nèi)容包括CAD技術(shù)概論、CAD系統(tǒng)組成、CAD技術(shù)的應(yīng)用及CAD發(fā)展趨勢(shì)。

根據(jù)這部分知識(shí)的特點(diǎn)，采用了二層導(dǎo)航的方式進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示。

3.4 工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

這一模塊的二級(jí)制作內(nèi)容包括工程數(shù)據(jù)概述、圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及工程數(shù)據(jù)庫(kù)。

在本模塊的制作方法上，主要是采用Flash本身提供的幻燈片功能加上加鈕導(dǎo)航的方式制作的。

3.5 圖形處理原理模塊

這一模塊的二級(jí)制作內(nèi)容包括圖形變換、圖形的裁剪、消除隱藏線和實(shí)體的表現(xiàn)。

這一章在制作上主要是通過(guò)按鈕的導(dǎo)航方式來(lái)完成的。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)均放在不同的場(chǎng)景中，以方便修改。在這一章中使用了大量的視頻文件，根據(jù)視頻文件的大小，采用了直接導(dǎo)入視頻文件的方法，使視頻文件在庫(kù)中以一個(gè)文件的形式存在，隨時(shí)可以調(diào)用。

3.6 工程圖樣的繪制模塊

該模塊的二級(jí)制作內(nèi)容包括工作界面、繪圖準(zhǔn)備、圖形繪制、圖形編輯、圖案填充、文字處理、圖形復(fù)用、尺寸標(biāo)注、輔助繪圖及繪圖舉例。

該模塊中主要采用逐幀動(dòng)畫(huà)的方式進(jìn)行演示。將演示的內(nèi)容分別放置在不同的關(guān)鍵幀中，通過(guò)按鈕來(lái)完成幀間跳轉(zhuǎn)，其控制流程見(jiàn)圖2。

3.7 三維幾何造型模塊

該模塊的二級(jí)制作內(nèi)容包括造型環(huán)境、三維面創(chuàng)建、三維實(shí)體創(chuàng)建、三維實(shí)體編輯、效果圖的表現(xiàn)及特征造型法。該模塊同樣也采用逐幀動(dòng)畫(huà)的方式進(jìn)行演示。

3.8 實(shí)例演示模塊

實(shí)例演示模塊是通過(guò)調(diào)用多個(gè)視頻來(lái)完成對(duì)二維動(dòng)畫(huà)、三維動(dòng)畫(huà)的演示。在制作過(guò)程中這部分采用逐幀動(dòng)畫(huà)的形式來(lái)完成。

3.9 腳本語(yǔ)言ActionScript

ActionScript是Flash的腳本語(yǔ)言。正是由于Flash中增加了ActionScript語(yǔ)言，才使用戶創(chuàng)作出來(lái)的動(dòng)畫(huà)具有很強(qiáng)的交互性。它是從類似JavaScript，面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言擴(kuò)展和重建而來(lái)的，同樣需要具有事件、數(shù)據(jù)類型、對(duì)象和語(yǔ)法等。

ActionScript具有標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施方案以及靈活的圖形和音頻功能，該課件開(kāi)發(fā)中章節(jié)的跳轉(zhuǎn)，影片的調(diào)用和控制都使用到了腳本語(yǔ)言。使用ActionScript調(diào)用影片的程序段如下：

4 結(jié) 語(yǔ)

課程的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了包含基本教學(xué)內(nèi)容外，還應(yīng)當(dāng)考慮到人機(jī)界面、色彩設(shè)計(jì)及人機(jī)交互等技術(shù)性問(wèn)題。本文基于工業(yè)設(shè)計(jì)原理對(duì)課程組原來(lái)設(shè)計(jì)的機(jī)械CAD基礎(chǔ)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，制作了新的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)。新系統(tǒng)已在教學(xué)中使用了三屆，學(xué)生普遍反映界面更加簡(jiǎn)潔清新，內(nèi)容跳轉(zhuǎn)更加容易，課件整體更加人性化，更加符合自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)規(guī)律，因此取得了良好的教學(xué)效果，深受學(xué)生的歡迎。