（机械设计及理论专业论文）基于助教型与助学型的工程图学cai模式研究.pdf

摘要 浙江大学硕士学位论文 摘要 为了适应新世纪经济发展的需要，提出了复合型人才的培养目标，其实质 就是人才的知识、素质、能力的综合培养。探索新的工程人才培养模式，首先 要转变教育思想观念，更新教学手段j 本文6 c 寸基于助教型与助学型的工程图学 c a i 模式进行了研究。 、，”d 1 1 以教学思想转变为先导，建立了与人才培养模式相适应的工程图学课程新 教学内容体系，确立了以学生为中心的教学模式。c a i 是教学改革的有效 手段，同时探讨了工程图学c a i 技术的几种模式。 2 借助于公共平台与综合提高相结合的课程体系，以综合提高阶段的“尺寸 标注”教学改革为僦进行了尺寸标注的综合、提高和拓展的教学改革探 索，以期建立以学生为中心的助教型c a i 教学过程新模式。 、。， 3 以结构功能对应角度进行零件图的教学改革为例通过助学型c a i 练习模 式，建立了一个开放的、以学生为中心的学习环境，有效地提高了学生的 自学能力、分析问题和解决问题的能力。 4 开发和研制了助教型、助学型c a i 课件。研究和设计了助学型c a i 课件 中绘图环境，并实行了绘图练习的智能化判断。 $ 对基于自主化学习的网络环境下的工程图学c a i 系统作了初步研究和探 讨。 最后，对全文进行了总结，并对进一步的研究工作作了展望。 关键词工程图学，课程体系，助教型，助学型，c a i 模式，多媒体技术，网 络 a b a 丁r a c t 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t i no r d e rt oa d o p tt h er e q u i r eo fe c o n o m i cd e v e l o p m e n ti nt h en e w c e n t u r y , i t sr a i s e d t h ee d u c a t i o n a lo b j e c to ft h ei n t e g r a t i o ni nk n o w l e d g e ，q u a l i t ya n d a b i l i t y t h e r e f o r e ， t h ee d u c a t i o n a lt h o u g h tm u s tb ef i r s t l yc h a n g e da n dr e n e w a lt h et e a c h i n gm e a n s t h i s p a p e r s t u d i e st h e t e a c h i n g - a n ds t u d y - h e l pc o m p u t e ra s s i s t e d i n s t r u c t i o n m o d e l so f e n g i n e e r i n g g r a p h i c s f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ec h a n g eo f t h et e a c h i n gt h o u g h tf o u n dt h en e wc o u r s es y s t e m o fe n g i n e e r i n gg r a p h i c s ，w i 也r e g a r dt ot h ee d u c m i o n a lo b j e c t ，a n de s t a b l i s ht h e t e a c h i n gm o d e l sw i t hs t u d e n t sa tt h ec e n t r a l c a ii sa ne f f i c i e n c ym e a n sf o rt h e t e a c h i n gr e f o r m m e a n w h i l e j t sd i s c u s s e ds e v e r nc a im o d e l s s e c o n d l y , r e c u rt ot h ec o u r s es y s t e mw i t ha s s o c i a t i o no fb a s i cf l a ta n di n t e g r a t e d i m p r o v e m e n t ，a sa ne x a m p l e ，t h et e a c h i n gr e f o r mo f d i m e n s i o n i np h a s eo ft h e i n t e g r a t e di m p r o v e m e n t ，p u tu pt h ei n t e g r a t i o n ，i m p r o v e m e n ta n dd e v e l o p m e n to f d i mi no r d e rt os e tu pan e wt e a c h i n g - h e l pc a im o d e lw i t ht h es t u d e n t sa tt h e c e n t r a j t h i r d l y , p u tu pt h et e a c h i n gr e f o r mo f “p a r td r a w i n g ”i np h a s eo ft h ei n t e g r a t e d i m p r o v e m e n tf r o mt h ev i e w p o i n to fs t r u c t u r e - f u n c t i o nc o r r e s p o n d i n g t h r o u g ht h e s t u d y i n g h e l p c a ip r a c t i s e m o d e l ，c r e a t ea no p e ns t u d y - e n v i r o n m e n tw i t ht h e s t u d e n t sa sc e n t r a la n d e f f e c t i v e l yi m p r o v et h es t u d e n t s s e l f - s t u d y i n ga b i l i t ya n dt h e a b i l i t y t oa n a l y z ea n ds o l v e p r o b l e m f o u r t h l y , d e v e l o p m e n ta n dr e a l i z a t i o no nt h et e a c h i n g h e l pc a ic o u r s e w a r e m a k e t h e d e s i g na n dr e s e a r c h o n s t u d y i n g - h e l p c a ic o u r s e w a r e ，c r e a t et h e d r a w i n g e n v i r o n m e n ta n d c a r r yo u tt h ei n t e l l e c t u a l l ye s t i m a t i n go f t h ew o r k f i f t h l y , r e s e a r c ha n dd i s c u s sc a io fe n g i n e e r i n gg r a p h i c sb a s e do ns e l f - s t u d y i n g u n d e rn e t w o r k p r i m a r y a tl a s t ，s u m m a r i z et h ew h o l e p a p e ra n dm o r e o v e rp r o s p e c tt h ea d v a n c e dr e s e a r c h w o r k k e y w o r d se n g i n e e r i n gd r a w i n g ，c o u r s es y s t e m ，t e a c h i n g h e l p ，s t u d y i n g h e l p ，c a i m o d e l s ，m u l t i m e d i at e c h n o l o g y , n e t w o r k l i 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 本章摘要介绍了工程图学教学内容和课程体系改革、c a i 研究现状及本 文研究的主要内容。 1 1 引言 适应现代化社会、经济、科技、文化及教育的发展趋势，转变教育思想， 更新教育观念，改革人才培养模式，实现教学内容、课程体系、教学方法和手 段的现代化，提高教育质量，培养适应2 l 世纪需要的各类专门人才，是当前 我国教学改革的总目标。计算机辅助设计( c a d ) 技术的发展和应用水平已 成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。c a d 技术 从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理 方式，将它变为图形工作站上的交互设计，从而在设计和制造领域里产生了一 场革命。这场革命不仅对于工程技术领域，而且对于整个高等教育领域，特别 是对工程图学课程产生了重大影响。工程图学是一门量大面广的工科基础课 程，许多理科、经济学科和管理学科也开设这门课程。我国的图学教育在二十 世纪六十年代前主要是学习前苏联的模式，并且几十年来在教学内容和课程体 系上变化不大。随着计算机技术、先进制造技术的发展，c a d c a m 的应用， 企业的发展需要从手工制图过渡到计算机绘图，要求实现制图设计及产品数据 管理的一体化，这就对工程图学教学提出了新的更高的要求，原有的工程图学 课程体系已明显不适应当前科技发展的需要。改革工程图学及其相关课程体 系、教学内容、教学方法和手段势在必行。 1 2 关于工程图学课程教学改革 工程图学课程教学改革主要包括教学内容和课程体系、教学方法和手段的 改革。 基于跨世纪人才培养模式，现代高等教育应充分注重体现学生的个性和培 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 养学生的创新思维与能力，教学除了要传授知识和技能之外，更重要的是最大 限度地开发学生的智力，提高整体素质。就工程图学来说基于现代学科之间相 互交叉渗透的趋势，突破专业制图的课程界限，从培养具有综合设计和创新才 能的人才的目标出发，重新审视传统的体系严密、自成格局的教学体系既要 把适合人才培养模式的基本思想和方法保留下来，又要结合本世纪最伟大的 发明与科学技术计算机及信息技术，使学生在交叉学习的过程中，既具备 图形表达与处理能力，又具备面向实践的设计能力、综合适应能力。 11 2 1 1 教学内容和课程体系改革 面向2 l 世纪的高等教育改革，要求注重能力和综合素质的培养，体现创 新能力的培养。从这个角度，工程应用能力、创新思维能力、计算机应用能力 是新时代对技术人才的要求所反映在工程图学课程改革中具有业务特征性质的 能力要求。它要求我们在课程改革中，不再过分强调自身的学科体系而探索与 其它相关学科的协调配合，建立新的课程内容和体系，逐步由狭隘的专业对口 教育转向适应性教育。教学内容要实现理论与实践的统一必须注入工程设计意 识。引入设计概念、强化设计构思、进行形体构型设计作为课程内容改革的一 个切入点。从设计层面上看，制图只是设计思想的一种表达手段，要真正掌握 制图，必须介入设计概念；反之，掌握制图工具，提高构型想象力又将促进设 计水平和能力的提高。富有创造力的工程设计绘图给予学生更多的是动力和能 力的培养，激发学生的兴趣，也带动教学工作从以教师为中心向以学生为中心 的转移。同时，也有利于系列课程整合、优化的教学改革。 我国目前的工程图学教学内容和课程体系基本上是延续了近5 0 年的前苏 联模式，这种教学系统存在着画法几何与工程图学相脱节；工程教学与工程实 践联系不够紧密，忽略了工程技术应用实例在工程教学中的充分体现与剖析： 工程图学与机械系列基础课程自成体系，过分强调各自的系统性和完整性等弊 端。这样就导致了工程图学教学环节中缺乏应有的相互关系和相互渗透，影响 了学生对工程知识的掌握以及对学生工程素质、能力的培养。 教学改革中，改革延续了近5 0 年的苏联模式，改革工程图学的教学内容 和课程体系，积极探索研究画法几何与工程图学，工程图学与机械系列基础课 程间的相互关系，以及工程教学与工程实践的相互关系，并加强其相互衔接、 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 相互渗透。 顺应计算机图学发展的时代要求，在工程图学教学中引入计算机图学思 想，计算机图学教育，并随时充实、丰富计算机绘图教学内容，加强计算机绘 图与传统的制图基础内容的相互融合，积极开展“甩图板”工程。必须指出的 是：计算机的广泛应用，c a d c a p p c a m 一体化，实现无纸生产，或无图纸 生产，并不等于无图生产。技术人员可以用更多的时间进行创造性的设计，而 创造性的设计离不开运用图形工具进行表达、构思。所以，随着c a d 和无纸 生产的发展，图形的作用不仅不会削弱，反而显得更加重要。 在此基础上，主要形成了两种模式的教学新体系，并作了有益尝试，有所 突破。 1 基础平台与综合提高相结合的课程体系 图1 1基础平台与综合提高相结合课程体系框架 该课程体系框架如图1 1 所示。它的特色主要体现在基础平台与综合提高 相结合、工程图学与后续课程整体优化以及工程图学与计算机绘图进一步融 和。在这个体系中，工程图学的教学分为两个阶段：第一阶段把制图与数学、 物理、化学、外语、计算机一起作为培养大学生的基本素质课程，面向理工经 管类学生开设；第二阶段的重点是综合提高，深入了解工程中、产品中的有关 问题，面向机械类、土建类学生开设。该教学新体系与人才培养模式相适应， 体现了知识、素质和能力的综合培养教育，基本体现了以学生为中心的教学宗 旨，同时有利于与相关课程进行系列化整合、优化的教学改革。 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 2 工程图学一体化的课程体系 计算机工程图学基础( 非机械类) i画法几何机械制图计算机绘图互换性 现代机械工程图学( 机械类) 图形处理技术( 机械类) 图1 2 工程图学一体化课程体系框架 该课程体系框架如图1 - 2 所示。它是基于新世纪对图形提出的要求，即： 具有较高的分辨率，提高图形的清晰度；图形的快速生成，提高图形的智能化： 图形反映的信息要多，提高图形的信息化；图形的设计要有利于提高图形的传 输：图形与图像的紧密结合，建立的以画法几何、机械制图、计算机绘图三者 融合为一体的课程体系。在教学内容上，既注重计算机绘图技术的融合，又考 虑专业系列课程改革的内容协调与调整。由过去的画法几何同工程图学的机械 性叠加转变为由画法几何、工程图学、计算机绘图、现代设计思想和理念相互 渗透。非机械类由于后续课程中机械方面知识的缺乏，则以制图、设计概念、 力学知识、计算机绘图的融合为主。 1 2 2 教学方法和手段的改革 教学是教师传授知识和学生学习的共同活动。在教学活动中，教师起主导 作用，但学生是教学活动的主体，教师的主导作用在于充分调动学生的主动性、 4 釜二里堕堡一一塑坚苎董翌型兰兰i ! ! 羔 积极性。因此，教学方法的改革应朝着有利于调动学生积极性的方向发展。 由于计算机及相关技术的不断发展，传统的工程图学课受到了挑战， 一方面要增加新知识，另一方面教学学时又急剧锐减，使传统的教学方法和教 学手段已不适应新学科和新技术发展的需要。计算机辅助教学的研究与应用是 解决这一突出矛盾的有效方法。 计算机辅助教学，简称c a i ，是英文c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n 的缩 写。从广义上讲，计算机辅助教学是指计算机在教育领域的广泛应用，包括在 教学、研究和管理中以各种方式使用计算机；狭义的计算机辅助教学是指教师 将计算机用作教学媒体，为学生提供一个学习环境，学生通过与计算机的交互 对话进行的一种教学形式。采用多媒体计算机辅助教学，可以充分发挥多种媒 体的综合表现能力，可以加强三维立体和二维平面之间的对应关系，从教学方 法和教学手段上，提高学生学习的主动性和积极性，从客观上提高工程图学的 教学效果。 多媒体技术已经广泛应用于教学，许多院校研制开发了各种形式的c a i 课件，但由于存在着经费、技术力量等方面的差别，有的学校全面采用了c a i 课件辅助教学，教师基本甩掉了粉笔：有的学校部分采用c a i 课件：有的则 尚未采用。无论如何，全面采用多媒体技术是教学手段改革的必然趋势，特别 是象工程图学这样以培养学生形象思维能力和空间想象力为主的课程，采 用计算机辅助教学具有重要意义。但是，有必要强调指出的是，多媒体c a i 的使用是为了帮助而不是替代教师教学。多媒体可以强化、促进学生学习，并 能辅助教师教学，但它的作用的发挥依赖于教师。实践表明，能否有效地使用 教学媒体，教师起了重要作用。c a i 课件不能完全代替师生间的课堂交流，在 应用各种模式( 助教模式、助学模式、综合模式) 的c a i 中，灵活组织教学 内容，提高教学软件的利用率，同时结合传统教学，综合运用直观教学和录像、 投影等电化教学媒体、多种教学仪器和设备，从而提高教学质量教学效率，促 进教学方式的改革。 笙二童堕堡里堕三查兰婴兰! 羔垫 1 3c a i 的产生和研究现状 科学技术的发展对社会各方面提出了新的要求，特别是对教育提出了更为 迫切的要求。信息时代对教育提出的要求主要表现在以下几个方面。 1 教育面要扩大 教育在信息时代，由于电子技术、计算机特别是网络技术的飞速发展，可 以通过各种媒体方式传播信息，全球网更是把全世界联系在一起。知识以加速 度的方式积累，形成所谓的“知识爆炸”。这就向教育提出了这样的要求：如 何解决人们的学习时间、接受能力和理解能力有限与知识激增的矛盾。 2 教育要向终身教育转变 知识更新的加快，影响到人们职业的更换，新产业的不断涌现，老的产业 不断变更，要求人们必须具有较广泛的知识基础才能适应职业更换的需要。这 就要求人们不断学习，终身学习，教育必须进行变革以适应人们不断更新知识 的要求。 3 教育要向创新教育转变 信息时代要求人们的知识和智力高度发展，教育活动的主要目标是发展人 的智力、创造力，培养善于学习、善于思维、具有创新能力的学生。 因此，教学要改革，从以学校教育为中心向终身教育转变；从培养记忆力 向培养创造力转变；从专业划分过细、过窄向一般基础教育转变。教育者和学 习者要勇于学习和使用新的教育技术。计算机辅助教学经过4 0 多年的发展， 已经成为教育技术手段现代化的强大武器和现代教学改革的关键。计算机和教 育是c a i 的两个支点。从系统的观点出发，c a i 主要研究三个方面的问题： 计算机科学、教育学和计算机与教育的关系，进一步地，系统科学、心理学( 特 别是教育心理学) 及传播学各自从不同的角度为计算机科学和教育学提供理论 支持，并直接或间接地对c a i 产生影响。 6 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 计算机科学是c a i 赖以存在的物质基础，它的发展和应用直接促进了c a i 的兴起。从计算机诞生到现在几十年的时间里，计算机在硬件、软件及技术等 方面都得到了飞速的发展，这种快速的发展使计算机在教育中承担了一个越来 越重要的角色。8 0 年代中期，计算机作为工具的观念逐渐被人们接受家庭 计算机逐渐增多，软件开发发展迅速，在各门课程中使用计算机辅助教学软件 非常流行；9 0 年代，计算机多媒体、计算机网络的发展给信息技术在教育中 的应用提供了更大的可能性，再加上人们对计算机辅助教学软件如何使用才更 能达到促进教学的效果的思考，进步提出了“整合”的概念，把计算机教育 整合到学生的各门课程当中去，并提出要通过计算机在教育中的应用解放学习 者的重要思想：2 1 世纪的今天，信息技术日新月异，多媒体技术、网络技术 等已渗透到教育领域的各个方面，特别是i n t r a n e t i n t e m e t 技术的飞速发展，基 于i n t e m e t 的新型教学，突破了局域网多媒体教学在资源、距离和规模上的限 制，将多媒体网络教学推向全世界，“网上大学”、“远程教学”、“全球教室” 等批新型的教育教学系统迅速发展，局域网、校园网上多媒体教学走向全球 网络是必定无疑的。为多媒体c a i 技术开辟了广阔的空间，实现实时交互的 计算机多媒体教学，将是现代教育的大趋势。 教育学是研究教育现象及其规律的学科，是c a i 产生的社会基础。c a i 作为一种崭新的教学形式，受教育学基本原理的指导，同时，也充实了教育学 本身。教育活动的四个要素是教育者、受教育者、教学内容和教育手段。在c a i 系统中，教育者即为课件，教育内容、教育方法体现在课件之中，教育媒介是 计算机，受教育者是课件的用户。教育信息时代的到来对教学理论提出了新的 要求，传统教育暴露出一些固有的弊端。要培养具有创新精神，富于创造力的 学生，变学校教育为终身教育，教师要以学生为中心因材施教，应用c a i 教 学将取得较好的效果。 教育心理学是开发c a i 的心理学基础，课件作为一种辅助教学软件，很 大程度上得益于心理学家，特别是教育心理学家的研究成果。国内外教育工作 者及教育心理学家为我们提供了许多教学理论和教学方法，这些方法对课件设 计有指导作用，有的则可以直接作为课件的教学模式，对这些方法加以系统的 归纳和应用是课件应研究的问题。从普通心理学的角度来看，开发的课件要能 充分引起学习者的注意，刺激其感官知觉，培养其学习兴趣，能有效帮助其理 解和记忆知识，并有效的激发其学习动机。 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 c a i 是一个教学系统，自觉地利用系统科学研究c a i 系统的结构及功能、 要素及其关系、输入及输出、信息及控制，有助于更好地设计和利用c a i 系 统。可以说，系统科学是研究c a i 系统的又一重要的理论依据。同时，c a l 研究的目的之一又是构造完善的c a i 系统模型。 教育系统是一种传播系统，传播学的理论对c a i 系统分析、设计及使用 都有切实的指导意义。传播学是研究人类一切传播行为和过程发生、发展的规 律以及传播与人和社会关系的新兴学科，c a i 作为一个教学系统，通过计算机 软件和硬件资源，将特定的教学内容传授给学习者，使之达到教学目标的要求， 所以c a i 系统同样又是一个传播系统，人们关于传播的丰富的研究成果可以 用来指导课件的设计或起参考作用。 由上述分析可以看出，计算机辅助教学( c a d 的产生和发展有其广泛的 基础，对c a i 有着不同程度的影响，c a i 是由计算机科学、教育学、传播学 和教育心理学的科学指导、有机组合构建而成：c a i 作为一门新兴学科，在以 上科学的指导下，它得到了飞速的发展。 1 3 2 多媒体c a i 课件的基本类型 随着计算机的发展，多媒体技术成为当代计算机技术关注的热点之一，它 是信息载体包括文字、图形、图像、声音等媒体的集成。多媒体具有集成性和 交互性。集成性是指把数字、文字、声音、图像和动画有机地集成在一起，并 把结果综合地表现出来，使得人机关系不再是单一的文字、图像和声音处理， 而是产生一种和谐的整体效果；交互性是指让信息传播者和接受者相互之间的 信息进行实时交换。所以，多媒体维护了电脑的“交互性”特色，它具有接受 用户指挥的能力，可以根据用户要求执行不同的工作，用户成了真正的主角， 使她们产生前所未有的思想空间和创造资源。 计算机辅助教学c a i ，目前正在向成熟的阶段发展，它是计算机科学、教 育学、心理学等多门学科交叉形成的- - i 综合性新兴学科。它既是计算机的一 个应用领域，又代表一种新的教育技术和教育方式。c a 的最大优点是它具有 个别性、交互性、灵活性和多样性。它改变了在固定的时间和地点、以班为单 位集体授课的传统教学模式和单一的教学环境，使教师和学生面临的是一种全 新的教学。 塑二茎堑丝 塑坚查竺婴土! 丝堡塞 多媒体技术的发展给c a i 带来了新的活力。多媒体计算机辅助教学m m c a i ( m u l t i m e d i ac o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ) ，是2 0 世纪9 0 年代多媒体技术发 展起来后，多媒体技术与c a i 技术相结合的产物。多媒体计算机的出现，被 称为计算机的一场革命，它具有能够综合处理文字、图像、声音、图形的能力， 显示了在计算机辅助教育方面的非凡才能，很快成为c a i 发展的重要方向。 从教育心理学的角度来看，学生在获得知识的时候若仅靠听觉，那么3 小时后能保持7 0 ，3 天后只能保持1 0 ；若仅靠视觉，则3 小时后能保持7 2 ， 3 天后可保持2 0 ；若综合依靠视觉和听觉，3 小时后可以保持8 5 ，3 天后 可仍能保持的信息量可高达6 5 。可见综合应用多种信息媒体，可以极大地 提高教学的效果。 多媒体技术将声、文、图集成于一体，使传递的信息更丰富、形象，这 是一种更合乎自然的交流环境和方式。人们在这种环境中通过多种感觉器官来 接受信息，可以加速理解和接受知识信息的过程，并有助于接受者的联想和推 理等思维行动。此外，多媒体的形式还可以激发信息接受者的兴趣和注意力。 所有这些都可以大大提高知识信息传递中的效率。由于多媒体技术中包含了计 算机交互技术和大容量存储管理技术，在系统设计中采用了超文本结构，克服 了传统的线性结构的缺陷：并且更有助于我们对信息进行灵活地选择和组织， 使得多媒体c a i 系统容易根据教学的实际效果对教学的进程、教材进行动态 的修订和组织。这样，知识信息的包装就不再象以前那样一旦组织好就一成不 变的静态的了，使学生可以完全摆脱课表的限制，按照自己的实际能力和具体 情况来安排学习进度教学内容可以因人而异地改变和调整。所以，整个教学 过程的组织是动态的。这种动态的特性对教学来说是非常有利的，它使得学习 者在接受知识的过程中不再处于被灌输的被动地位，而是处于主动的地位，可 以根据自己的特殊需求做到对知识的选择各取所需，从而实现真正意义上的“因 材施教”。 可见，m m c a i 将能给学生个身临其境的环境，在这种新颖的环境中学 习，必定能大大地提高学生的兴趣和求知欲，使学生的注意力更为集中，因此 提高了学习效率。 c a i 课件可设计使用于不同的学习环境、学习条件，并以不同的学习形 式达到不同的学习目的。根据多媒体计算机教学软件的学习形式和作用不同， 可以将多媒体教学软件分为以下几种基本类型，实际的c a i 开发中，同一课 9 塑二童堕堡 塑坚查兰堡! ：堂竺丝生 件可包含一种或多种形式： 1 课堂演示型 这种类型的多媒体教学软件是为了解决某一学科的教学重点与教学难点 而开发的。应用多媒体计算机的功能，将教学内容以多媒体的形式，形象、生 动地呈现出来，既有形象逼真的图像、动画，又有悦耳的音乐，其景象可与电 影电视媲美，而且可以控制自如，能与教师学生交互。运用计算机可以演示那 些用语言难以表达的、变化过程复杂的或者肉眼看不到的教学内容。另外还可 将优秀的教学经验，用形象直观的动画，配以清晰的讲解，有效地让学生思考 和理解。这样的讲解演示课件有利于学生理解概念。这种模式注重对学生的启 发、提示、反映问题解决的全过程，主要用于课堂演示教学。这种类型的教学 软件要求画面要直观，尺寸比例较大，能按教学思路逐步深入地呈现。 2 个别学习型 个别学习型c a i 是主流。这种类型是让计算机扮演教师的角色，进行个 别化教学活动，使其教学效果最佳。个别学习型的多媒体教学软件具有完整的 知识结构，能反映一定的教学过程和教学策略，在教学设计过程中，要分析、 得知学生什么地方不明白，设法讲得更透。可以将教学内容分解成许多教学单 元，将知识分解成相关的知识片，形象生动地逐步讲解演示，边讲边练，逐步 深入，此外还提供相应的练习供学生进行学习和评价，并设计许多友好的界面 让学生进行人机交互活动。这种教学模式要求把一个完整的概念，从具体实例 入手，从正反两方面，从具体到抽象，逐步展开。利用个别学习型多媒体教学 软件。可以让学生在个别化的教学环境中自主地进行学习。学生能够根据自己 的意愿和兴趣选择学习内容。 3 练习训练型 对于某种技能的掌握，需要较长的时间、较大的训练量。由于教学教授 时间有限，以计算机代替人工进行这样的训练较为经济、方便，并能取得较好 的效果。要让学生通过大量的反复操练与练习。较好地掌握所学的知识。这种 多媒体教学软件主要是通过问题的形式来训练和强化学生某方面的知识和能 力。 一般是由计算机提出问题，让学生回答，然后计算机判断学生是否回答 正确。用计算机进行训练和操练，可以方便地收集数据、记录全过程。收集和 1 0 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 分析这些数据，可用于完善训练和改进教学。它有三种方式：提问方式、应答 方式和反馈方式。提问方式用于是非题、选择题或填空题；应答方式要求一题 一答，适当给予反馈信息，根据不同的情况分别作出“指出错误”、“要求重答”、 “给出答案”和“辅导提示”等不同形式的反馈。按这样的方法，通过让学生 回答一组难度渐增的问题，以达到巩固所学知识和掌握基本技能的目的。 根据教学目标和教学内容设计一些练习题，对学生进行考核，从而了解 学生对内容的掌握程度，起到强化、矫正的作用。 这种类型的c a i 涉及题目的编排，学生回答信息输入，判断回答以及反 馈信息组织，记录学生成绩等。应有比较完善的操练系统，题库在设计时要保 证具有定比例的知识点覆盖面，以便全面地训练和考核学生的能力和水平。 应能按学生情况组卷，让学生回答、判题，并能统计分析学生的学习情况，以 有利于教师了解学生的学习情况。 另外，考核目标要分为不同等级，逐渐上升，并根据等级目标设计题目 的难易程度。利用计算机，实现训练的自动化。 4 资料库型 这种类型的多媒体教学软件只提供某类教学资料或某种教学功能，并不 反映具体的教学过程。它包括各种电子模型挂图库、电子工具书、电子字典以 及各类语音库和动画库等。这种类型的多媒体教学软件在使用时可以根据教学 需要事先选定有关片段，配合教师讲解，在课堂上进行辅助教学，很好地发挥 计算机和教师两方面的优势，也可供学生在课外进行资料查阅使用。 5 教学游戏型 教学游戏程序的设计常常用来产生一种竞争性的学习环境。游戏的内容、 过程都与教学目的联系起来。这种类型的多媒体教学软件是把科学性、趣味 性和知识性融为一体，寓教于乐，通过游戏的形式，教会学生掌握学科的知 识和能力，并引发学生对学习的兴趣。教学软件进行设计时，应注意要求趣 味性强、游戏规则简单等。 1 。4 本文研究的主要内容 计算机辅助教学是近几年发展起来的一种现代化教学手段。它对提高教学 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 效果起到了积极的作用。本文结合工程图学教学改革对基于助教型和助学型的 工程图学c a i 模式进行了研究，主要有以下几方面的内容： 1 教学思想转变对工程图学课程教学改革的引导，对教师、学生提出的 要求，以学生为中心的教学模式的确立，c a i 作为一种有效手段如何 促进教学思想的转变等问题的提出和研究探讨。 2 基于学生为中心的助教型c a i 模式在教学中的具体问题具体分析和研 究，探讨该模式下以学生为中心、教师为主导的教学方法。 3 基于学生为中心的助学型c a i 模式在教学中如何体现学生的主动学 习、教学过程中如何培养学生的工程意识，如何创造以学生为中心的 开放的学习环境，如何培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能 力。 4 助教型c a i 和助学型c a i 的研制。体现教师的教学风格的、可以方便 修改和补充的开放式助教演示型c a i 课件的开发平台选择及其制作： 交互式多媒体工程图学c a i 课件的设计和研制；助学练习型c a i 课件 的绘图环境的实现、题库的设计、练习的智能化设计。 5 基于自主学习的工程图学网上教学多媒体课件的研究和开发初探。工 程图学网上多媒体c a i 模式如何体现学生为中心；网上多媒体c a i 课 件的特点，工程图学网上多媒体c a i 课件的制作模式、结构设计、脚 本设计的初步研究和探讨。 蔓三童三堡里兰! 型垫查堕些壁堡壅一一塑望查堂堡圭兰垡笙皇一 第二章工程图学c a i 技术的几种模式 本章摘要以教学思想转变为先导，从工程图学作为培养大学生基本素质 的基础课程定位出发，建立了与人才培养模式相适应的工程图学课程新教学内 容体系，确立了以学生为中心的教学模式。c a i 是实现以学生为中心的教学模 式的重要手段，同时探讨了工程图学c a i 的几种模式。 随着现代科学技术发展的高度分化又高度综合的趋势进一步明显，按照传 统的教学思想、教育模式和教学方法、教学手段培养的单一学科的专门人才的 高等教育已经难以适应我国社会经济发展和教学改革的需要。为了适应这需 要，提出了复合型人才的培养目标。为了培养“基础知识扎实、专业知识面宽、 工作能力强、人文素质高”的优秀人才，首先应在实际的教学中转变教学思想， 转化人才培养模式。教学思想转变是先导，课程体系是灵魂，师资水平的提高 是关键，以学生为中心是根本，c a i 是有效手段。 2 1 知识、素质、能力的综合培养 高校课程内容和教学体系不应单纯追求某学科自身知识的系统性、完整 性，而应强调科学技术本身的综合性和整体性。因此，打破传统的学科知识结 构，将相关学科知识重新组合，形成新的课程体系势在必行。工程图学作为一 门专业技术基础课，涉及机械、土木、电子、化工以及经济、管理等学科。它 既是机械基础的先修课程，又是可以与数学、物理、化学甚至外语、计算机一 起作为培养大学生基本素质的基础课程。经过广大的基础课教育工作者近年来 的积极探索，以基础课的重新定位，加强基础课教学为主要内容的教学思想的 确立、形成和完善已成为复合型人才培养过程中转变教学思想，转化人才培养 模式的根本任务和指导思想。作为同样有基础课性质的工程图学课程的教学思 想转变也应沿着这一根本性的指导思想进行，以满足适应课程改革发展的需要， 实现复合型人才培养目标。 笙三里三堡堕堂! 型垫查竺凸登堡壅j 型曼型墅坠坚型塑垒j ! 一 2 1 。1 基础课的重新定位 随着知识经济、信息时代的到来，教育事业的发展，许多人士认为大学教 育是一种基础性的、普及性的通材教育，而不是专业性的教育，对于相当一部 分重点大学学生来说，本科学历不是他们的最终学历，许多偏于专业的问题通 过研究生教学可以迎刃而解。另一方面，基础知识是普及性、基础性且具有相 对稳定性的知识，在人才的知识、素质、能力的综合培养中将起到重要作用。 基础课必须进行重大改革以适应新世纪人才培养模式的需要，基础课的重新定 位势在必行。基础课将走向相对独立性、相对主动性、相对多样性。 1 依附性一相对独立性 基础课只是为专业课服务的依附性思想需要得到改变，随着科学技术的飞 速发展，专业更新的加快，使基础课在新时期人才培养中成为并非只为专业课 服务的，而是具有相对的独立性的人才综合素质培养的基础平台，它将成为科 学素质培养的主渠道、基础理论和基本知识培养的重要环节、学习能力培养的 基本环节、创新能力培养的温床。 正是由于科学技术的飞速发展，专业更新快，而基础相对稳定，高等教育 的基础化趋势，赋予了基础课更为艰巨和重要的任务。 2 被动性一相对主动性 从社会需求一专业一基础课的被动模式，到基础课一专业( 桥梁) 一 面向社会的相对主动模式，基础课有了更大的主动权，可以从基础课自身特点 出发，可以从知识、素质、能力综合培养的总体要求出发，摒弃过时内容，引 入创新体系，构筑宽广的基础课平台。 另一方面，本科阶段基础课的比重不断加大，估计要达到9 0 左右，在形 式上要达到这一目标已经不太容易。高等教育的基础化趋势对基础课教学提出 了“宽口径、厚基础、大容量、新内容”的时代要求，如何使基础课在培养学 生知识、素质、能力中真正起到主导作用，基础课的相对主动性显得更加重要。 3 单一性一相对多样性 基础课教学的相对多样性特点则不论是从教学内容和教学主体还是从教学 方法、教学手段来说，都有了更高的要求以及更为丰富的含义。 笙三童三堡里堂! 型垫查塑壁塑茎塑垦查兰堡圭兰垡堡! ! 一 对教师来说，从单纯教学或以教学为主向教学和科研结合的方向发展a 一 个教师一辈子只教- - f 课的时代是一去不复返了。 对学生来说，从知识掌握到知识、素质、能力的综合培养。从学会到会学， 从知其然更知其所以然，从模仿到创新，从被动到主动，要给学生压力，更要 给学生动力、兴趣和可操作性。 从教学方法来说，从“满堂灌”转变为“启发式”进一步进展到“以学生 为中心”的教学模式，实际上对教师提出了更高的要求。教学手段则从单一的 黑板、粉笔、教具发展到多媒体集成、多感官参与的c a i 教学，形成了图、文、 声、像并茂的教学系统，实现从单向交流式到交互式、集成式方向发展和多种 媒体的结合。 从教学内容来说，基础课教学由单门系统性向多门整合性发展。不断拓宽 基础，不断填补课程间的间隙，不断培养学生的全局把握能力、综合分析问题 以及解决问题的能力。 从教学主体来说，必须真正体现学生的主体地位和教师的主导地位。充分 发挥学生的主动性、积极性和创造性，充分注重教师的个人教学特色、风格和 魅力。 基础课必须走出相对封闭的传统教学空间，融入相对开放的教学科研结合、 多种媒体结合、多门课程结合的综合培养、教学相长的教学空间，从而完成基 础课的重新定位。 2 1 2 对工程图学课程地位的认识 工程图学在七类工科基础课程教学基地中，处于较为特殊的地位。对学生 的工程教育中的工程图形知识，不仅工科类学生需要掌握，而且对不少专业的 学生来说，工程图学可能是唯一的- - f 与工程有关的课程，是获得与图形和工 程相关知识的唯一途径。因此它可以与数学、物理、化学甚至外语、计算机一 起作为培养大学生的基本素质课程，完全可以淡化专业色彩；另外，它又是机 械基础的直接先修课程，而且它不仅包含机械制图，还包括土木制图、建筑制 图、水工制图等，说明其又具有较强的专业色彩，包含更广泛的专业面，它是 基础性和实用性的结合体。基于工程图学这种特殊地位，构建“基础平台”和 第二章工程图学c a i 技术的几种模式 浙江大学硕士学位论文 “综合提高”相结合的新的工程图学教学内容和课程体系是必要的。 2 1 3 教学内容的改革、课程体系的建立 基于对培养大学生基本素质的基础课程工程图学特殊地位的认识，工 程图学教学思想的转变应注入新形势下的教育观念，建立新的注重基础性、可 持续性的教学内容和课程体系。“基础平台”与“综合提高”相结合的课程体系 体现了这一点。即第一学期不分学科、专业，面向机械类、工科类、理科类、 管理类、医科类、农学类甚至部分文科类学生开设具有公共性质的图学课程， 将原有的按专业纵向分割演变为横向平台建构，把图形技术作为大学一年级学 生公共知识平台的组成部分，即图学教育基础平台。使图形知识也将和数学、 外语、计算机知识一样，也将成为市场经济激烈竞争中所需的基本知识、基本 方法和基本技能，对拓宽学生知识基础，拓宽人才培养口径具有非常重要的意 义。第二学期则根据学科类别、专业的需要加深，进行综合提高。如机械类注 重工程图学与机械基础系列课程的整体优化，以机械制图系列基础课程的综合 设计和创新能力为主线，将“画法几何”、“机械制图”、“计算机绘图”有机地 融合于一体，保留并加强投影理论，进一步强化空间概念，联系工业产品，加 强工程意识，突出计算机绘图及c a d 技术。 1 课程内容体系与人才培养模式相呼应 工程图学应在知识、素质和能力的综合培养中发挥重要作用，以便与人才 培养模式的改革相适应，同时从单门课程优化的低级阶段走向多门课程整合的 高级阶段。 传授知识注重基础性，兼顾针对性 已经延续近五十年的工程图学课程体系已经明显地不适应新世纪人才培养 的需要，作出全面改革势在必行。作为工程图学教学基地建设的阶段成果，已 经初步建立起课程体系框架。根据拓宽基础的指导思想，构建了宽口径、厚基 础的统一的图形表达、图形思维平台，从而形成工程图学课程的第一层次。第 一层次课程适用于理工科各专业，甚至包括文科、农科和医科等各学科，着重 手工草图、仪器绘图和计算机绘图三种绘图能力的综合培养，注重形象思维方 式和其它思维方式的融合，兼顾工程意识启蒙。针对机械、电子和土建、水利 等专业，构件工程图学的第二层次，以“图形表达为核心，形象思维为主线， 6 第二章工程圈学c a i 技术的几种模式 浙江大学硕士学位论文 突出工程意识为原则，着重介绍分析问题、解决问题的方法，注重培养计算 机应用能力，突出建立工程概念。 提高素质注重形象思维，兼顾多向思维 高素质的重要表现是强思维能力，进一步突出本门课程在形象思维培养中 的作用。形象思维是与逻辑思维对应的重要思维方法，在介绍形象思维的同时， 介绍逻辑思维、逆向思维、创新思维等思维方法，从而在更大的范围内拓展学 生的思维空间。 培养能力注重创新开拓性，兼顾历史继承性 工程图样已经被证明是工程信息的有效载体，工程图样本身已从纸的时代 逐渐发展到电子时代，但这并不意味着工程图样的消亡，“无纸生产”并非“无 图生产”。工程图学课程将从仪器绘图为主发展到手工草图、仪器绘图、计算机 绘图并举的新局面，任务更为艰巨，教师将付出更多努力，学生将得到更强的 能力培养。 2 基础平台与综合提高相结合的课程体系 工程图学新课程体系特色主要体现在基础平台与综合提高相结合、工程图 学与后续课程整体优化以及工程图学与计算机绘图进一步融合等方面。 基础平台与综合提高相结合 工程图学在机械基础系列课程中的最大特色就在于它的基础性。 工程图学应该与拓宽基础的要求相协调，同时对很多专业而言，工程图学 可能是唯一的- - 1 3 与工程有关的课程。因此，建立一个学期的工程图学基础平 台，以一般的工程处理技术( 包括计算机图形处理技术) 和最基本的设计方法 作为工程图学课程的主要内容，包含画法几何、投影基础、零件图、装配图等 传统内容，又融进计算机绘图、构形造型、科学研究与工程实际中