（机械制造及其自动化专业论文）《金属切削原理》网络多媒体课件的设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘 辱；够 要丁防j 7 。f m c a i 是整个教育界进行信息革命最具代表性的产物，是当今世界教育技术 发展的新趋向。金属切削原理( 陈日耀主编) 是机械专业的专业基础课教材， 主要讲述刀具的切削参数和切削过程中刀具、工件的各种状态。由于课程的主要 内容涉及三维空间的概念和跨越时间的过程，使用传统的教学方式进行教学时难 以表达出这样的内容。因此本文制作了金属切削原理多媒体教学课件，旨在 使用多媒体的手段表现多维的时间、空间概念，反映刀具实际的加工状态，并体 现m c a i 系统的优点。 由于a u t h o r w a r e 5 2 在多媒体制作软件领域的领先地位，在完成文本、图片、 动画、视频等教学素材的制作后，本文使用了a u t h o r w a r e 5 2 制作多媒体教学课 件，完成课件的结构性设计和素材集成。 随着校园网络的普及，多媒体网络教学已成为趋势。本文通过对网络架构的 分析，设计了教学网络的模型。运用网络技术完成了多媒体教学网站的建设，实 现了多媒体课件在网上发布的实时性、同步性：制作了网上教学的实时答疑模块 和b b s 系统。 多媒体数据库是多媒体技术研究的重点，在引进面向对象技术后，多媒体数 据库技术进入了开发的阶段。本文使用o o d b 的技术建立了一种多媒体数据库模 型并使用a s p 技术实现了对它的访问。 在本文中，以上三个部分之间有一定的独立性，同时又紧密联系。本文中以 上三个部分都有相应的程序得以实现。 关键词：m c a i 多媒体课件网络教学多媒体数据库 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t m c a ii st h em o s tr e p r e s e n t a t i v er e s u ho ft h ei n f o r m a t i o nr e v o l u t i o nc a r r i e do nb y t h ew h o l ee d u c a t i o nc i r c l e ；a l s oi t st h en e wt r e n do ft h e d e v e l o p m e n t o ft i l e e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y i nt h em a c h i n e r ys p e c i a l t y ”m e t a lc u t t i n gp r i n c i p l e ”( w r i t t e nb y c h e n ) i sab a s i cp r o f e s s i o n a lc o u r s e ，a n dt h em a i nc o n t e n to fi t i st r e a t e do ft h r e e d i m e n s i o n a ls p a c ei d e aa n dt i m ep r o c e s s s oi ti sd i 伍c u l tt oe x p l e s st h e mb yt r a d i t i o n a l t e a c h i n g m o d ei nc l a s s i nt h i s p a p c r , t h e ”m e t a lc u t t i n gp r i n c i p l e m u l t i m e d i a c o u i - s e w a r ew a sm a d et oe x p r e s st h et h r e ed i m e n s i o n a ls p a c ea n dt i m ep r o c e s si d e a , t o e x p r e s st h ea c t u a ls t a t eo f t o o lm a c h i n i n g a n de x p r e s s t h ev i r t u eo f m c a i a st h ea u t h o r w a r e 5 2i st h el e a d e ro fm u l t i m e d i as o f t w a r e ，t h em u l t i m e d i a c o u r s e w a r ea n dt h e c o n f i g u r a t i o n o ft h ec o u r s e w a r eh a v eb e e nd o n e b y t h e a u t h o r w a r e 5 2a f t e rt h et e a c h i n gm a t e r i a lj u s tl i k et e x t , p i c t u r e ，c a r t o o na n dv i d e ow a s c o m p l e t e d w i t ht h ep o p u l a r i s a t i o no ft h es c h o o l y a r dn e t w o r k , i ti sat r e n dt ot e a c hs t u d e n t s b ym u l t i m e d i an e t w o r ke d u c a t i o n t h r o u g ha n a l y s i n gn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n ，t h e a u t h o rd e s i g n e dam o d e lo fe d u c a t i o n a ln e t w o r ka n dc o m p l e t e dan e t w o r ks i t eo f m u l t i m e d i ae d u c a t i o n n er e a l t i m ea n ds y n c h r o n o u sr e l e a s eo ft h em u l t i m e d i a c o u r s e w a r ew a sa c h i e v e d ，ar e a l t i m ea n s w e rm o d u l ea n dab b s s y s t e mw a sc o m p l e t e d i na d d i t i o n m u l t i m e d i ad a t a b a s ei st h ee m p h a s e so ft h em u l f i m e d i at e c h n o l o g yr e s e a r c h m u l t i m e d i ad a t a b a s ei si n e x p l o i t a t i o np h a s ew h e nt h eo b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y b r i n g si n t ou s e ，am u l t i m e d i ad a t a b a s em o d u l ew a sd e s i g n e dw i t h0 0 d bt e c h n o l o g y , a n dc a nb ea c c e s s e db ya s p t e e h n o l o g y i nt h i sp a p e rt h et h r e ep a r t sa r e i n d e p e n d e n t a n di nc o n t a c tw i t he a c ho t h e r , a n da l l o f t h e mw e r er e a l i z a t i o nb y p r o g r a m k e y w o r d s ：m c a im u l t i m e d i ac o u r s e w a r en e t w o r ke d u c a t i o n m u l t i m e d i ad a t a b a s e 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题来源 1 绪论 本课题是为了适应当前各高校广泛开展多媒体网络教学的形势，在华中科技 大学工艺装备及自动化系的本科专业课教材金属切削原理的基础上，对其进 行多媒体教学的改进和研究。 1 2 本文研究的目的和意义 本文研究的目的在于： 设计金属切削原理多媒体课件并使它运用于m c a i 中。 本文研究的意义在于： ( 1 ) 配合高等教育体制改革，改进教学手段。m c a i 课件具有型式多样生动 活泼、高度交互、因材施教、信息量大、重现力强、界面友好、操作简便等特点， 可以替代教师进行系统讲授，减轻教师机械繁琐的劳动。 ( 2 ) 丰富教学资源，提高教学效率。金属切削原理多媒体课件设计是将 一本优秀教材和一种先进的教学方法进行有机结合的过程。它可以利用m c a i 的 优点，把金属切削原理这门专业性较强、感性认识薄弱的学生理解起来不太 直观的机械专业的基础课变成一门容易理解、非常直观的课程，同时也可以使以 往枯燥乏味、单向讲授的课堂变成生动活泼、双方交互的课堂。有利于增加学生 的感性认识，有利于增强学习效果、增加学生的主动性，有利于贯彻因材施教的 原则，学生可以根据自己的需要选择教学内容和时间，有利于激发学生的兴趣、 提高学习效率，有利于提高学生综合能力，保证和提高教学质量。 ( 3 ) 充分利用校园网的优势，扩大教学覆盖范围。而且可以使金属切削 原理走出课堂不再是一个教师面对几十个学生，而是一个主机面向无数个终端， 不再受地域、时间的限制，极大的提高了教学效率，充分体现了信息时代的特征。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 文献综述 1 3 1m c a i 系统的发展和特点嘲“ 随着计算机和网络通信技术的日益成熟和发展，人类社会将进入一个高度发 达的信息社会。伴随信息社会的主要特征是人类的一切社会活动f 工作、学习、交 往等) 和生活方式发生根本变化，其中最为赏心悦目的是计算机教育，一般称之为 计算机辅助教学。它是计算机应用于教育领域的主要方面。c a i 以计算机替代或 帮助教师执行部分教学任务，模拟教师的教学形为，形成有序的教学信息、向学 习者传授知识，训练其技能，达到激发学习者的学习积极性和主动性，提高教学 效率和增强教学效果的目的。典型的c a i 系统是在学习者和计算机之间的一系列 交互活动中展开教学的。计算机主要以文字、图形等方式呈现各种信息，学习者 则通过显示设备与计算机“对话”，用键盘或其它设备输入信息，适时控制计算 机的“讲解”速度。 c a i 具有形象生动、信息储存量大、交互性强、适合个别学习等特点。在c a i 环境中，学习者根据自己的水平与需要选择学习内容，高度民主地体现了学生的 主体地位。随着9 0 年代多媒体技术的逐渐发展和成熟，多媒体技术被引入c a i 系统中，c a i 系统进而又发展为多媒体计算机辅助教学( m u l t i m e d i ac a i ) ，m c a i 是迄今为止c a i 发展的较高阶段。 m c a i 作为一种新的教学系统，它以提高教学质量、提高教学效果、培养学 生的多种能力、实现有效学习为根本目的。它具有集成性、控制性和交互性的特 点。 集成性：多媒体系统的集成性一是表现信息的载体的集成，即文本、图像、 数字、声音、动画和视频的集成；二是用于存储信息的实体的集成，即系统是一 种由视频设备、音响设备、存储系统和计算机的集成。 控制性：多媒体系统不是多种设备的简单组合，而是以计算机为控制中心， 加工处理来自各种周边设备的多媒体，使其在不同的流程中出现。计算机是整个 多媒体信息的控制中枢。 交互性：多媒体系统是利用图形菜单、图标、多窗1 ：3 等美观形象的图形界面 作为人机交互界面，使人机接口更接近自然。 华中科技大学硕士学位论文 1 3 2 多媒体技术 多媒体技术是计算机综合处理图、文、声、影像等信息的技术，具有集成性、 实时性和交互性。多媒体技术所包含的主要内容有多媒体数据压缩解压算法，多 媒体数据存储技术，多媒体计算机硬件平台，多媒体开发和创作工具，多媒体数 据库，超文本和超媒体，多媒体系统数据模型，多媒体通信等。【5 】【6 1 多媒体数据压缩解压算法：对图像而言主要有静态图像压缩标准j p e g 和动 态图像压缩标准m p e g ，m p e g 同时有音频压缩算法，它是第一个高保真音频压 缩国际标准，可以完全独立的应用。【7 1 多媒体数据存储技术：多媒体信息的存在和表现有多种形式，包含有文字、 数据、矢量图形、位图、数字化声音、数字化视频等。主要通过光存储技术将其 存储于c d r o m 光盘上和通过分布式数据库存储多媒体信息。i s 多媒体计算机硬件平台：多媒体的主流机为多媒体个人计算机m p c ，其上包 含有音频卡、视频卡、图像扫描仪、光盘驱动器、打印机接e l 、交互控制接口、 网络接口、图形加速卡、功能强大的高速中央处理器和大容量的存储空间。f 9 】【1 0 1 多媒体开发和创作工具：多媒体开发工具包括图形开发工具，图像开发工具 和各种媒体开发工具。多媒体创作工具特指方便用户创作具体课件的软件包，它 除了具有对各种素材进行综合加工、处理、编辑的功能外，还可以将原始数据汇 集成播放序列，并为响应用户的输入提供结构化的方法和语言。多媒体创作工具 大致分为五类：以页为基础的创作工具，代表性的有t o o lb o o k ；以图符为基础 的创作工具，代表性的有a u t h o r w a r e ：以时间为基础的创作工具；以传统程序语 言为基础的创作工具，代表性的有v i s u a lc + + ，v i s u a lb a s i c ；还有其它的专用刨 作工具。 t l l 1 2 】 多媒体系统数据模型：其任务是能够表示各种不同数据构造及其属性特征， 能够指出不同媒体数据之间的相互关系，包括相互之间的信息语意关系和媒体特 征之间的关系。 1 4 1 多媒体数据库：多媒体数据管理需要综合大小不一，类型各异的多媒体数据， 因而多媒体数据库以关系数据库标准化语言s q l 实现，几种主要的数据库产品如 d b 2 ，o r a c l e 等都实现了s q l 。 1 5 1 超文本和超媒体：h t m l 标记语言编写的网页超文本信息实现了互联网上的 华中科技大学硕士学位论文 多媒体信息动态查询，在超文本系统中有两大类查询搜索机制：内容搜索和结构 搜索。 多媒体通信：它是多媒体技术和通信技术的完美结合，把计算机的交互性， 通信网络的分布性和多媒体信息的综合性融为一体，提供了全新的服务。实现多 媒体通信的关键技术主要是声音、视频、动画的传输技术、多媒体传输的实时性 和同步性的问题、通信协议统一和标准化的问题。【1 6 1 3 3m c a i 技术国内外发展动态 一 目前m c a i 技术已发展成为一种专门的研究领域，在这个领域中，由于网络 技术、数据库技术、人工智能技术等各种引进和使用，m c a i 技术出现了以下的 发展方向和趋势： ( 1 ) 网络化m c a i 随着计算机网络技术的发展，m c a i 也朝着网络化方向发展。一个网络化的 教学环境有利于加强教师与学生、学生与学生之间的信息交流。利用计算机网络 实施远程教学有许多特点和优势，主要表现在：全球性、共享性、交互性、个别 性等方面。 ( 2 ) 积件 数据库技术应用于姒c i 系统中，派生出一种针对多媒体课件的数据库一积 件库。并产生了一种新的教学软件一积件。 积件由积件库和组合平台构成。积件库是教学资料和表达方式的集合，可以 将大量的知识信息素材提供给教师和学生，作为课堂教材自由使用。有些积件库 是以知识点为基础的( p r o j e c tb a s e d ) 按一定检索和分类规则组织的素材资料的集 合。 积件组合平台是供教师和学生使用来组合积件库，并最终用于教学使用的软 件环境。积件组合平台的使用非常方便。其特点是：无须程序设计，可以方便地 组合积件库的各类知识点，易学易用。 ( 3 ) 智能化m c a i m c a i 研究的目标是想用计算机来部分代替教师复杂的脑力劳动，实现这个 目标的关键在于提高m c a i 的智能化程度。由于人工智能研究的进展，使i c a i 4 华中科技大学硕士学位论文 和计算人工智能的关系日益密切，这是当前m c a i 研究的难点和重点，也是m c a i 研究的前沿。 1 3 4 m c a i 技术国内外研究热点 目前m c a i 技术的研究热点主要集中在网络化和存储技术方面。在网络化方 面：分布式多媒体网络教学已进入应用阶段。存储技术方面：多媒体数据库模型 的设计和超媒体数据库的理论模型已经建立并进入了开发的阶段。以下就这两方 面的内容作进一步的阐述。 ( 1 ) 分布式多媒体技术：f 1 7 1 1 1 8 】【j 9 】 m c a i 技术的网络化使得分布式多媒体技术应运而生，分布式多媒体信息系 统的基本目标之一就是建立需要处理和管理多种信息( 特别是与时间相关的信息) 的表示，建立适应多种信息类型并支持人机交互的信息模型。保证各种信息模型 在网络上的同步传输和支持多媒体信息模型的网络通信协议是分布式多媒体系 统面临的基本问题。 多媒体信息模型的表达方式 a 运动和静止 信息的表示可以用静止的和运动的形式来描述。诸如文字、图形、图像都属 于静止的形式。运动的信息需要信息在时间上有延续，用于表示特别的信息，如 视频、广播声音、动画图形等。 b 时间和空间 多媒体数据和信息在空间和时间上都是具有一定意义的。空间的意义是指表 现时要占据一定的显示空间，表现在显示器上是以一定的模式和大小显示所需要 的信息。例如静态的图像、静态的图形、静态的文字等。时间上的意义是指在表 现时需要时间。例如声音，无论输入和输出，如没有时间就根本听不到。但它在 空间上却没有要求，根本不需要空间。动态的过程在运行对也是需要时间的，无 时间也就无所谓运行。 c 离散和集成 我们说多媒体数据是离散的，首先是指在各媒介之间没有特定的统一形式。 很难找到一种能把所有不同媒介信息组合到一起的统一数据结构，因为各种媒介 华中科技大学硕士学位论文 的数据在形式上、数量上和对它们的处理都有很大的不同。字符需要按字库显示， 也可以合成为语音，变为执行命令，甚至成为别的什么东西。语音数据、图形图 像数据、视频数据、动画、声响、音乐所处理的方法都不同。所以，对多媒体数 据的处理不能像对其他类型的数据一样，只用单一处理方法或事先指定方法，而 必须根据具体的媒介采用不同的处理方法。面向对象的方法是一种很有前途的将 多媒体数据进行统一的结构和方法。 d 同步和异步 同步和异步是多媒体信息中两个很重要的特征。所谓异步，是指时间上不能 预知何时发生。要对异步信息进行协调，需要特别的协议信息。例如电子邮件、 基于计算机的电子会议系统等都是异步对话型媒介，属于自律分散协调型。使用 它们全靠相互之间的协议，而不是靠时间上的约束。换句话说，这种协调是较为 松散的。同步的要求相对就要高些，常常是指同时的、多通道的、实时的等情况 下的要求。例如超文本的外部表现和内部指针的同步，使外在的媒介和内部的媒 介存储始终保持着对应的关系。 流( s t r e 锄d 技术【2 0 】【2 1 】【2 2 】【2 3 1 1 2 4 】 正是由于多媒体信息丰富的表达形式，要求分布式多媒体系统必须支持多种 信息类型，包括各类静态性媒体，如文本、图片。还应支持各种时基类动态媒体， 如音频和视频等。动态类媒体不仅要求在播放时是连续的，而且在实时性上、在 与其他媒体的同步上都有较高的要求。 流技术的出现正是为了解决动态媒体播放时的同步性和实时性的问题。流技 术使动态媒体在播放前并不全部下载( 也可支持完全下载) ，只将开始部分存入 缓存，动态媒体的数据流随时传送、随时播放，只在开始时有一些延迟。从广义 上看，流式传输主要指通过网络传送媒体( 主要是视频、音频) 的技术的总称， 这里特定为通过因特网将多媒体信息传送到客户机。流式传输分为实时流式传输 限e a l t i m es t r e a m i n g ) 和顺序流式传输( p r o g r e s s i v es t r e a m i n g ) 。 流传输技术的原理为：根据因特网是采用分组交换技术的t c p ( t r a n s f e r c o n t r o lp r o t o c 0 1 ) i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 协议的网络集合，数据首先被分组( p a c k e t ) ， 然后分别送到目的地。每个分组有目的地址，路由器根据地址决定最佳路径。由 于网络状态时刻变化，每个分组所走的路径不同，到达的时间不一定相同。流式 传输使用缓存来弥补延迟和抖动的影响，并重新组合报文，使得多媒体数据能连 华中科技大学硕士学位论文 续输出。缓存采用环行链表的数据结构。在流式传输的实现方案中，一般采用 h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) t c p ( t r a n s f e r c o n t r o l p r o t o c 0 1 ) 来传输控制信 息，而用r t p ( r e n - t i m ep o s i t i o n ) u d p ( u s e rd a t a g a mp r o t o c 0 1 ) 来传输实时声音数 据。 支持多媒体信息的网络通信协议 a 流控传输协议s c t p ( s t r e a m c o n t r o lt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 1 2 5 1 s c t p 协议主要提供了多路流和多地址的传输功能 。多路流：该特性尤其利于多媒体数据的传输，当多路流中的任何一路发生 数据丢失时，仅该出错流受到影响，其他流仍可照常传输。 多地址：多地址允许单一s c t p 用户端口对应一个p 地址集，即一个s c t p 用户端口在数据传输中使用多个口地址代表本端口上的特定s c t p 应用。 b r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp m t o c o ) 协议f 2 6 】 r t p r t c p 提供适合于实时数据( 例如音视频信息) 传输的端到端网络传输机 制，它既适合于点对点传输又适合于多点传输。 r t p 协议：互联网上大量数据的实时传输一般采用由r t p u d p 结合起来进 行工作的方法。r t p 运行在u d p 之上，在应用程序内部实现。 r t p 协议的工作原理：r t p 采用时间戳( t i m e s t a m p ) 来控制单一媒体数据流， 但它本身并不能控制不同媒体数据流间的同步。若要实现不同数据流之间的同 步，必须由应用程序参与完成。r t p 中使用了混合器( 把多个视频流混合成一个视 频流) 和翻译器( 网关或传输路径上编码格式转换器) ，因此它提供了当分组到达信 宿后进行包传输路径回溯的机制，这种机制通过r t p 包头中的s s r c 和c s r c 域 来完成。r t p 的设计目的是传输实时数据流，而不是可靠的数据流，因此它不提 供有关错误检测和包顺序监控的机制。 - c r s v p ( r e s o u r c e r es e rv a t i o np r o t o c 0 1 ) l 办 ) y t l s l l 2 7 1 r s v p 是未来i n t e r n e t 集成服务网的一部分，它允许i n t e r n e t 应用程 序在带宽有限，可用带宽不可预测的情况下获得具有特殊q o s 的流传输服务。 r s v p 工作原理：当一个主机请求获得具有特殊q o s 的数据流传输的时候， r s v p 就会对沿着数据流传输路径的每一个路由器发送此请求，并且使路由器和 主机都保持各自的状态以便提供所需服务。r s v p 带着此请求经过传输路径上每 一个节点，在各个节点上，r s v p 都试着为数据流传输保留资源。 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 多媒体数据库技术口8 】【2 9 】【3 0 】【3 l 】【3 2 1 目前国内外对多媒体数据库的研究主要集中在以下几个方面：多媒体数据库 模型的研究、多媒体数据库的访问、多媒体积件库的开发和多媒体素材的集成等。 多媒体数据模型的研究 在数据库技术领域中引入面向对象的技术，形成了一种新的数据库，即面向 对象数据库( o o d b ) 。面向对象的数据类型比扩充的关系模型更自然、功能更强， 支持一般的数据类型、嵌套对象、计算机的深入和专门应用、长数据和瞬时数据 及持久事务。它包括对象、类、继承、封装、多态等面向对象概念，以表达和管 理复杂嵌套对象，允许逐步细化复杂实体。具有存储和检索任意长数据和定义管 理任意数据类型的能力，表达和管理数据库变化的能力及表达和操作各种有用的 语义模型概念的能力。 在多媒体环境下，采用面向对象的概念，每个实体都被模型化为对象，每个 对象都是某个类的实例，支持抽象数据类型a d t 和继承性。多媒体数据类型采 用扩充其语义的分类、聚集、联合、归纳和综合等5 种数据抽象。它用多媒体查 询语言( m s q l ) 进行管理，维护，提供检索服务。 多媒体数据库的访问 在i n t e m e t i n t r a n e t 上访问多媒体数据库主要涉及用户如何对数据库进行查询 和w e b 服务器与多媒体数据库的通信等问题。用户、w e b 服务器和多媒体数据库 之间的访问路径大致如下： 用户通过w e b 浏览器向w e b 服务器发出查询数据库的请求，w e b 服务器通 过c g i ( c u r r e n c yg a t e w a yi n t e r f a c e ) 和a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 对数据库 提出查询。 c o l ( 通用网关接口) 是一种w e b 站点上的可以用来与访问w e b 站点的用户 实现交互的接口。通过提供接口，c g i 允许开发者使用各种编程工具来实现对数 据库的操作。 a p i ( 应用程序接口) 是在c g i 的基础上开发出来的一种新的标准，它解决 了c g i 调用进程而使内存被占用的缺点。 j a v a 、a s p 脚本类程序语言都支持c g i 和a p i 接口，提供了面向对象的应用 程序框架，具有程序的模块化和模块的可重用性的优点，同时这些语言能够嵌入 w e b 网页中，给网上实现对数据库的查询带来了极大的方便。这些语言已成为实 华中科技大学硕士学位论文 现网上多媒体数据库访问的主要工具。 多媒体积件库的开发【3 3 】【3 4 1 多媒体积件是指多媒体素材，包括文本、图片、声音、动画和视频等。之所 以被称为积件，是因为多媒体素材被组织在一个数据库中，当制作一个多媒体文 件时，这些素材直接从数据库中调用，就象“搭积木”一样，这样的多媒体数据 库就被称为“积件库”。 积件库是o o d b ( 面向对象数据库) 的发展，由于o l ed b ( 对象链接和嵌 入数据库) 接口的支持，各种形式、各种格式的多媒体素材可以直接被“写”入 数据库中，可以被数据库管理系统所调用。积件库目前正处于开发的阶段。 多媒体素材的集成【3 5 】【3 6 】 多媒体创作工具多种多样，但是由于掌握任何一种创作工具都有定的难 度，因此一种新的创作工具- - s m i l ( s y n c h r o n i z e d m u l t i m e d i a i n t e g r a t i o nl a n g u a g e ) 被提了出来。s m i l 的目的是：定义一种描述多媒体信息的单一格式，这种多媒 体信息能够被多种多样的浏览器和播放器阅读和执行。用户只需要提取多媒体文 件并将它们组合，不需要任何的编辑基础。 s m i l 提供以下的特性： 简化创作工具：目前，很少有人开发w e b 上的同步多媒体信息，因为这需要 专门的创作工具或者要进行编程。而创建s m i l 文件与h t m l 文件类似，只需一 个简单的文本编辑器就可完成。开发者不用学习复杂的脚本语言。 促进信息的国际化：s m i l 可满足对多语言的需求。例如，s m i l 文件可以在 同一页面中包括汉语和英语的音频文件，然后根据用户的参数设置自动选择下载 中文或英文版本。 与w e b 体系结构紧密集成：s m i l 中包括所有w e b 用户熟悉的部件，如u r l 、 基于c s s 的页面布局、基于h t m l 的超链接等。 积件库和s m i l 技术给出了未来m c a i 系统的一些构想：它可以把些已经 制作出来的多媒体课件片段，而不是完整的课件，存放在数据库中统一管理，系 统的用户在客户端就可以通过浏览器直接从数据库中检索到需要的片段，并指定 一个播放顺序，由系统把这些片段自动串起来，从而构成一个完整的课件，而用 户最多自己再添加少部分课件片断即可完成整个课件的制作。这样既可以提高课 件的制作效率，又有利于资源的共享。这种系统将是未来m c a i 系统的发展方向。 华中科技大学硕士学位论文 1 4 本文的主要研究工作 根据以上对m c a i 技术的论述，本文对多媒体网络教学系统的研究的重点放 在以下三个方面：多媒体教学课件的制作、多媒体教学网络的设计和多媒体数据 库的建立和访问。 ( 1 ) 制作了套新的金属切削原理多媒体课件素材和具有集成性、控 制性、交互性的多媒体教学课件。制作了新型的交互式的动画来反映刀具的空间 几何参数，实现了书本教学无法达到的效果；制作了视频反映出各种不同的切削 状态和切屑变形，使现实生产加工中无法观察到的微观的切削状态通过多媒体的 表现手段表现出来；通过对课件制作脚本和课件整体结构的设计，利用 a u t h o r w a r e 5 2 制作出具有强大交互性的多媒体教学课件。同时规划了课件素材的 格式为多媒体谋件的网上发布做了技术准备。 ( 2 ) 研究了多媒体教学网络的架构，对多媒体教学网络的体系结构根据功 能上的用途设计出了逻辑上的规划，并对各个逻辑模块的功能作出解释。 研究了多媒体教学网络逻辑模块中的网络教学运作模块的实现，建立了一个 符合教学功能的教学网站：利用a u t h o r w a r e 5 2 的w e bp l a y e r 将第二章所制作的 多媒体课件进行了基于w e b 功能的打包，使之满足网上数据流的传输速率实现 了实时性和同步性，并将其进行网上发布，实现了网上教学功能；建立了网上的 b b s 系统和实时交流系统，给教师和学生提供了网上对话的场所，体现出网络教 学的跨地域和跨时间的优点。同时，规划了多媒体数据库的网上查询页面。 ( 3 ) 研究了多媒体数据库的数据模型的设计思路，引入了面向对象的技术， 使用m i c r o s o f ta c c e s s 建立了金属切削原理多媒体素材数据库的模型。通过 使用a d o 部件和o l ed b 接口，使用a s p 语句实现了对所设计的多媒体素材数 据库的访问。 华中科技大学硕士学位论文 2 多媒体课件的制作 2 1 金属切削原理课程的特点和改进 2 1 1 金属切削原理课程的特点 金属切削原理是机械制造专业的一门专业基础课，它的主要内容是以切 削刀具的几何角度、金属的切削变形、切削热、刀具磨损和工件材料的加工性等 内容组成，同时还包括磨削这一个单独部分。金属切削原理是- - i 、 和实践结 合的很紧密的课程，它其中的某些内容是很有特色的：如刀具的几何角度涉及三 维空间的几何关系；如金属的切削过程及切屑的变形涉及一个跨越时间的过程， 了解和掌握这一过程的基本特点和基本规律是学习本课程的关键点，也是学习的 难点：如工件材料的加工性不仅仅要指出材料难易差别，还要反映出什么样的状 态是难加工的，什么样的状态是容易加工的。 正是由于以上部分的独特性，通过传统的教学手段，在书本或黑板上使用平 面、静态的板书方式难以表达清楚，这就出现了一个教学内容和教学手段之间的 矛盾。而多媒体的手段可以将动态、立体的内容表达得很清楚，因此使用多媒体 来制作教学课件，实行计算机辅助教学是解决以上矛盾的有效途径。 2 1 2金属切削原理课程的改进 通过多媒体的手段解决教学内容和教学手段之间的矛盾，它的实质是使用多 媒体改进传统的教学手段、使用多媒体形式的素材替代传统的教学内容。 ( 1 ) 多媒体创作工具对教学手段的改进 多媒体在教学活动中对教学手段的最大改进就是使教学活动离开了黑板，离 开了二维的平面的教学空间，进入了由时间、空间组成的多维的教学空间。这一 改进非常适合金属切削原理课程的特点，同时多媒体手段所具有的交互性、 控制性、集成性可以大大提高教学效果，加深对教学内容的记忆。 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 多媒体素材对教学内容的改进 教学内容在多媒体课件中就是素材，进行多媒体改进就是选定和制作多媒体 的素材。根据金属切削原理课程的特点，我们运用多媒体技术，将课件的素 材分为四个种类：文本、图片、动画和视频。这四种素材的用途如下： 文本素材： 文本素材反映教学的主要内容，是课件的主干，其他素材都是为它作出的说 明和阐释。多媒体课件中的文本是对课程中的重点内容的提炼，通过重点内容的 显示能够加强对课程的核心问题的理解和记忆。 图片素材 4 金属切削原理课程中的图片是比较小的，而且有些图片为了反映出刀具 的几何角度作出了相当多的标注，显得很复杂。当使用多媒体手段制作图片素材 后，图片不仅能够很清晰的显示，同时可以使用多媒体手段中的交互技术使图片 放大，将刀具切削部分的结构及要表达的各个平面、角度等清晰的表达出来。 动画素材 我们利用动画能够仿真的优点，使用动画素材可以反映出三维的几何空间或 刀具几何角度标注的顺序，这是多媒体技术对金属切削原理课程的重要的改 进，它能真正体现出时间、空间的概念。 视频素材 金属切削原理课程具有很强的实践性，而视频素材则能反映实际加工的 状态，不仅如此，视频还能反映出肉眼所无法观测到的高速、微观的切削状态， 在这一点上，它比加工实践、现场观察更具有显示的能力。因此使用多媒体手段 引进视频素材也是对金属切削原理课程的内容的一大改进。 通过以上对多媒体手段改进金属切削原理课程的分析，可以看出：多媒 体手段运用于金属切削原理课程中是很有必要的，多媒体课件必须充分体现 出金属切削原理教学特点，多媒体素材必须充分反映教学内容。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 多媒体课件开发流程 2 2 1 多媒体课件的开发规范 3 7 】【3 8 】【3 9 作为一种软件产品，多媒体教学课件的设计、制作和发行都必须按照软件工 程的一系规范进行，在此，我们参照国家教育部在1 9 9 7 年颁布的多媒体课件的 制作规范，制定我们金属切削原理多媒体课件的制作规范： ( 1 ) 术语： 课件：实现和支持特定课程的计算机辅助教学软件及配套的教学资料。 脚本：是计算机辅助教学软件的设计和实现的依据，包括文字脚本和制作脚 本。 ( 2 ) 硬件运行环境 c p u p e n t i u m ( 5 8 6 ) 1 6 6 以上 r a m3 2 m 以上 h d3 0 0 m 以上 c d2 4 x 以上 分辨率6 4 0 x 4 8 0 x 16 色 ( 3 ) 软件运行环境 操作系统：w i n d o w s 9 8 中文环境：简体中文g b 2 3 1 2 ( 4 ) 网络运行环境 网络操作系统：w i n d o w sn t 4 0 以上 网络类型：校园网、i n t e m e t 网络工作方式：c l i e n t s e r v e r 、支持无盘工作站 ( 5 ) 出版要求 参见国家教育部在1 9 9 7 年颁布的多媒体课件的制作规范。 华中科技大学硕士学位论文 2 2 2 课件开发流程规划 多媒体课件开发的通用模式由多媒体专家b r i a n b l u m 提出，是一种分层设计 的开发模型，模型图见图2 1 ： 图2 - 1b r a i nb l u m 多媒体开发模式 本文依据b r i a nb l u m 提出的分层模型将金属切削原理多媒体教学课件的 程序流程设计分为四个步骤：依次是总体方案设计、课件脚本设计、课件制作和 测试评价、发布。 ( 1 ) 总体方案设计： 总体方案的设计是解决所确定教育思想怎样用相应的计算机技术实现的问 题。其核心是发挥多媒体技术的优势，将文本、图片、动画、视频、音频有机结 合，用来形象、生动的反应教学内容和教学艺术，达到良好的教学目的。 4 华中科技大学硕士学位论文 金属切削原理多媒体教学课件的总体方案设计思路是：以重点突出而语 言精练的文本为课件的骨架；以高质量而且紧密结合教学内容的图片为课件的血 肉；难点、重点的部分配以动画以提高教学质量：选取有针对性的视频来扩展学 生的视野，丰富教学内容，让学生通过多媒体教学走出课堂，学习到书本上学不 到的更多的相关知识。 ( 2 ) 课件脚本的设计 金属切削原理多媒体教学课件按照陈日耀主编的金属切削原理教材 作为蓝本，根据传统教学的章节将课件分为若干个知识点，每个知识点由各种素 材组成，根据各个知识点的内在联系和授课教师的讲解思路，最终形成课件文字 脚本。 金属切削原理多媒体教学课件制作脚本采用树状结构，制作脚本的设计 见2 4 节。 ( 3 ) 课件制作 课件制作分为素材采集、制作和课件制作两部分，详见2 3 2 4 节 ( 4 ) 测试评价、发布 金属切削原理多媒体教学课件的测试评价分为以下几个部分： 课件内容测评：是否真正反映了教学的主要内容和基本目的。 脚本设计测评：是否满足人机交互的要求。 素材测评：主要表现为文本的字体、图片的格式、动画的大小、视频的格式 等内容是否在多媒体制作软件a u t h o u w a r e 5 2 上正常的使用。 课件打包后的测评：主要表现为课件是否具有广泛的通用性，就是说课件能 否在另外的计算机上正常的使用。 最终将制作好的课件在网络上或使用c d r o m 发布。 2 3 素材的制作 因为课件脚本的制作和课件的集成都要使用a u t h o r w a r e 5 2 ( 见下节) ，因此 本文将课件素材的制作提前。 依据上文对教学内容的论述，多媒体形式课件的素材涉及的是解决教学内容 的方面问题，金属切削原理课件的多媒体素材共分为四种：文本、图片、动 华中科技大学硕士学位论文 画和视频。 2 3 1 文本的制作 ( 1 ) 素材内容：金属切削原理的章节重点和多媒体教学的要求，本文在 保持各个章的基本结构的前提下，将金属切削原理课程的重点加以提炼，确 定了所需要的文本。 ( 2 ) 素材数量：文本共约3 0 0 0 0 字，共分为1 2 章。 使用软件：m i c r o s o f tw o r d 、n o t e b o o k ( 3 ) 素材制作：输入到m i c r o s o f tw o r d 文档中；根据课件脚本的格式和显示 页面的大小将w o r d 文档分割成每一个页面，存入n o t e b o o k 中，文件格式为d 汀a 2 3 2 图片的制作 ( 1 ) 素材内容：根据金属切削原理教材上的图片进行了一些删减和补 充，保留了各个章节中反映主要教学内容的图片。 ( 2 ) 素材数量：图片共计1 1 0 张。 ( 3 ) 素材制作 图片的格式： ( 以下所讲述的图片不包括网络上下载的图片) 图片的格式分为两种：矢量格式和位图格式a a 矢量格式的优点： 图片能任意缩放，便于制作，我们通常使用的制图软件如a u t o c a d 和 c o r e l d r a w 都是矢量绘图软件。 b 位图格式的优点： 具有高质量的色彩效果。 图片制作软件： 课件最终使用的图片是位图格式的，但位图格式的图片我们难以直接制作， 因此我们将绘制矢量格式图形的软件a u t u c a d 、c o r e l d r a w 和绘制位图格式图 形的软件p h o t o s h o p 结合在一起来完成图片的制作。下面对这三种软件的使用方 华中科技大学硕士学位论文 式进行分析： a a u t o c a d 是专用的工程制图软件，而金属切削原理课程中的图片大 部分都是属于机械制图的范畴，有大量的图片有标注尺寸和剖视图。使用 a u t o c a d 是非常适合制作课件的图片素材的，但是由于a u t o c a d 制作出来的图 片的线条是h a i r l i n e ( 头发线) ，无法加粗，因此a u t o c a d 只能被用来制作图片 的初稿。 b c o r e l d r a w 不仅可以制作工程制图，还能对矢量线条加粗，制作出具有 彩色效果的矢量图片。同时它能对图片进行矢量格式和位图格式的输出。因此本 文使用它来编辑a u t o c a d 制作的初稿图片。 c p h o t o s h o p 是对位图格式图片加工、渲染的软件，它有强大的图片的编辑 能力，使图片具有非常强的视觉效果。本文使用它对图片进行最后的渲染，使课 件的图片具有清晰的表达效果和很强的说服力。 图片的制作 使用软件：a u t o c a d 、c o r e l d r a w 、p h o t o s h o p 。 制作方法：金属切削原理课件的图片分为两种：表格形式和工程图片形式， 下面我们分别讲述这两种形式图片的制作： a 表格形式： 这种图片的制作最好采用c o r e l d r a w ， 因为它可以直接制作表格，步骤如下： 1 在c o r e l d r a w 中使用表格工 具，根据表格的行列数，选定表格