（机械电子工程专业论文）工程制图网络课程的设计与研究.pdf

中文摘要 中文摘要 工程制图网络课程的设计与研究 研究生：顾国清 导师：史金飞教授 学校：东南大学 推广应用多媒体计算机辅助教学( m c a i ) 方法，对改善教学效果、提高教学效率、促进教学手 段的变革和教学的现代化管理有重要的意义。对于工程制图课程，根据其教学内容的认知特点，普 遍需要进行图示、剖切、装配等形象化的讲解，采用网络课程教学是一种经济实用的方法。 本文首先对工程制图网络课程进行了系统分析，给出了教学功能设计、教学模式设计、知识结 构设计、脚本设计等。 其次，阐述在d r c a m w e a v e r 环境下。对既定的课件结构、课件模式、表现风格、人机交互界面 的实现方法。 然后，分析了在网页中利用数据库进行教学管理和测试的步骤和方法，并对课程中实现该功能 的程序进行了解释。 最后，在网络课程的素材制作方面，利用c u l t 3 d 对三维实体进行编辑并应用于网络课程中，进 而顺利实现虚拟三维实体的网络传输。 工程制图网络课程已开发完成，并成功应用于教学。它内容详实、媒体丰富、功能充足、控制 方便、交互性好、易于维护，较好满足教学的需要，受到师生们的一致好评。 关键词：工程制图多媒体技术三维网络课程 a b s t r a c t t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho fw e bc o u r s e ，a r eo f e n g i n e e l u n gd r a w i n gc o u r s e b yg uc , u o - q i n g s u p e r v i s e db yp r o f s h il i n - f e i s o u t h e a s t u n i v e r s i t y i ti ss i g n i f i c a n tt op o p u l a r i z ea n da p p l ym u l t i m e d i ac o m p u t e r - a s s i s t e di n s t r u c t i o nw h i c hc a ni m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo f i n s t r t m t t o l la st ot h ec h a r a c t e r i s t i co f c o g n i z a n c ea n dt h ec o n t e n to f e n g i n e e r i n gd r a w i n g u r 辩，i ti sn e c e s s a r yt ou s eg r a p h i c ，c u t a w a yv i e w , a s s e m b l ya n do t h e rv i s u a lw a yt op e r f o r mt e a c h i n g a n dw e bc 讲s 暑w 骶i sa ne c o n o m i c a la n dp r a c t i c a lw a yt oa c h i e v et h ep u r p o s e f i r s to fa l l ，t h i st h e s i sd e s i g n st h es t r u c t u r eo ft h ec o u r 辨，t h em o d eo ft h ec o b r s e w a r e 。t h es t y l eo f r e p r e s e n t a t i o n , t h ef i a m e w o r ko fk n o w l e d g e , s c r i p ta n ds oo nb ya n a l y z i n gt h ew e bc o l i r s e w s r co f e n g i n e e r i n gg r a p h i c s t h e n , t k i st h e s i si n t r o d u c e st h ew a yt or e a l i z et h es t r u c t u r ea n dm o d eo ft h ec o u t - s e w a l - e t h es t y l eo f r e p r e s e n t a t i o n , t h eg u iu n d e rt h ei ) r c a n w 州a v e rd e v e l o p i n ge n v i r o n m e n t a f t e rt h a t t h et h e s i sa n a l y s e st h em e t h o d sa n ds t e p st om a n a g et h et e a c h i n ga n de x a m i n a t i o nb yt h e d a t a b a s et e c h n o l o g y , a n di ta l s oe x p l a i n st h ep r o g r a mw h i c hr e a l i z et h o s ef u n c t i o m f i n a l l y , t h et h e s i si n u o d u c e st h et e c h n o l o g yo f p r e p a r i n gt h em a t e r i a lu s e db yt h ew e be n u l t t e ，e s p e c i a l l y t h ec u l t 3 dw h i c hi su s e dt oe d i tt h e3 dd b j e c t su s e di nt h ew e bc o l mt oi m p l e m e n tt h en e t t r a n s p o r to f 3 d d b j e c t s t h ew e bc o b l 3 e w a r eo f e n g i n e e r i n gd r a w i n ge n u t h a sc o m p l e t e da n da p p l i e dt ot e a c h i n g b e c a u s eo f i t sp a r t i c u l a rc o n t e n t ，r e a c hm e d i a ，a b u n d a n c ef u n c t i o u s ，e a s yc o n t r o l ，w e l ld e s i g ng u i ，e a s ym a i n t e n a n c e ， i tm e e t st h er e q u i r e m e n to f t e a c h i n ga n dr e c e i v ea d m i r a t i o nf r o mt e a c h e r sa n ds t u d e n t s k e y w o r d s ：e n g i n e e r i n gd r a w i n g , m u l t i m e d i at e c h n o l o g y , 3 d 。w e b0 0 u r $ e - - 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 一躲社严 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 垫坐日 期： 第一章绪论 1 1 课题的背景 第一章绪论 一网络课程的普遍应用是教育技术发展的必然 计算机辅助教学是一种利用计算机进行辅助教学的新型教学方式，它与传统的以教师为中心的 单向灌输式教学相比，最显著的区别在于它的交互性、集成性和自适应性。网络课程的交互性使教 学变成了学生与计算机的双向交流，学生能自己控制教学进程，参与教学活动，从而极大地提高了 学习兴趣；网络课程的集成性又使学生能充分利用多种媒体进行学习，并使教学中的多个过程( 讲 课、听课、自检、自学和考试等) 融为一体。作为一种新的教学方式，网络课程随着计算机技术的 广泛应用，已经显示出了强大的生命力，并越来越广泛地应用到教学活动的各个环节。 二现代教育迫切要求使用网络课程 近年来江苏中等职业教育发展较快，在校生规模不断扩大，对外培训和远程教育人数逐渐增多。 同时，各个学校教育投入加大，教育装备得到了较大的改善。初步调查统计，目前8 0 以上的省级 重点职业中学和职教中心都开通了校园网，各校都拥有较多数量的多媒体教室，建成了一定数量的 电子阅览室，基本具备了开展网络教学的条件。例如：江苏省吴中职业高级中学，1 9 9 9 年，学校在 教学上加大投入，在“教育技术中心”的基础上建立了校园网和功能多样的多媒体教室，2 0 0 2 年每 个教室配备了4 3 寸背投电视和实物投影仪，每个教室接通网线，所有教师都配备了笔记本电脑，为 使用和推广网络课程教学提供了物质基础。各校教师清醒地认识到要满足教学要求，保证教学质量 和提高教学效率，发展多媒体网络课程教学是一种必然和有效的途径。 三工程制图网络课程设计与开发的必要性 工程制图课程是机械类或近机类专业的- - i , 一j 对实践要求很高的专业基础课程。目前，在中等职 业学校中，因条件限制仍普遍采用传统的借助挂图进行课堂教学的方法。教学过程中，许多有关投 影原理、三视图形成、组合体视图、表达方法等内容，因缺少实物的参照，很难依靠挂图讲解透彻， 特别是“立体”的问题更是教学中的一大困难。而使用制图模型进行直观教学，不但成本高，而且 效率较低，对于种类繁多的组合体和各式各样的结构形式，显然不能解决问题。多媒体网络课程技 术能够把文字、图形、图像、动画、声音和视频等多媒体信息，更可以建立电子模型库，通过计算 机进行交互式综合处理，以多种方式呈现各种教学内容，帮助或代替教师执行教学任务。采用多媒 体教学方法。充分利用多媒体技术手段来解决工程制图课程教学中的具体问题，是一种经济实用、 效率高、效果好的辅助教学方法。 1 2 课题的意义 综上所述，根据目前教育发展状况，进行工程制图网络课程的设计与开发课题的研究是非常必 要和有意义的： 一适应和促进教学手段的变革 校园网的建成为教育资源的网络化提供了物质基础，网络课程将面临一个很大的需求，教学形 式和手段的变革使师生之间的交流不再局限于课堂和实验室。在此形势下，通过开发和使用工程制 图网络课程有助于更新观念，适应和促进传统教学条件、教学模式、教学体制的重大变革，提高计 算机管理教学的水平。 二改善教学效果 通过使用多种教学媒体来传递教学信息，改变以往教学方式中教学媒体单一、教学信息单调传 1 东南大学工程硕士学位论文 递的方式，利用多媒体人机交互方式使学生对知识获得直观形象的认识。从而调动学生学习的积极 性和主动性，使学生成为学习的主体，获得最佳的教学效果。 三提高教学效率 加入w t o 后，教育作为一种服务必将走向市场，教学效益与教学效率紧密相关。采用多媒体 网络课程教学手段，人机交互所获得的信息量显著增多。相对地可节省教学课时；网络课程可部分 代替教师的劳动，从而减轻教师的劳动强度，缓解学校普遍存在的因扩大招生而带来的师资紧缺的 矛盾，也就提高了教学效率。 四设计同类课程的课件模式，提高课件开发效率 工程制图课程是一门机械类课程。机械类课程的范围很广，就教学手段而言有其共同的需要： 教学过程中往往都需要对各种平面图形、立体图、各类零件、部件、机械结构装配等内容进行图示、 剖开等形象化的讲解。采用多媒体计算机辅助教学方法正好可以满足这种需要。因此，工程制图网 络课程开发的基础上，设计出一种相对统一的、符合标准的、模板式的模式，以便于课程开发者进 行“移植”，减少因重复开发而造成的各种浪费，提高多媒体课程的开发效率。 1 3 国内外网络课程的研究现状 目前，世界各国对网络教育的发展给予了前所未有的关注，都试图在未来社会中让教育处于一 个优势的位置，从而走在社会发展前列。世界经合组织的研究表明，从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年，全世界 的远程教育市场规模正以每年增加4 5 的速度扩张着。到2 0 0 0 年，全世界有7 0 0 0 万人通过远程教 育方式进行学习。美国是目前远程教育规模最大的国家，有4 4 的高校向全社会提供各种远程教育， 接受远程高等教育的学生约占全日制在校学生的3 2 ，此外，还有2 l 的高校计划在今后3 年内开 展远程教育。美国远程教育开设的学历、学位课程达到4 9 万门，基本覆盖了美国高等学校的所有 学科和专业。目前，网络大学增到3 0 0 多所，约有8 0 所大学允许通过网络学习获得学位1 1 j 。 要进行远程教育就必须使用网络课程，国外先进国家的网络课程标准突出了三个方面： 一突出了交互的重要性。 二重视学习环境的创设。 三教学管理与支持内容占有很大比重。 网络课程的建设已引起我国教育部门和教育专家、学者的广泛关注，进行了大量的研究、实践， 并取得了一些阶段性的成果。在教育部召开启动新世纪网络课程建设工程研讨会上，与会专家讨论 了网络课程建设的理论基础、原则、技术规范、方法等，提出了现代远程教育资源建设技术规范 ( 试行稿) ，为课程的开发提供了一个方向。在实践方面，3 l 所高校的网络学院和各中小学网校都 在积极开发网络课程，如浙江大学远程教育学院4 个专业设置了5 7 门网络课程，清华大学网络学堂 仅2 0 0 0 年秋季6 个专业提供4 2 门课程，其它高校也正在开发大量的网络课程；中小学网校则更多， 几乎囊括了所有中小学现行课程体系中的课程。但是中等职业学校成系统的专业课网络课程还不多 见，并且开发网上课稃时，教师与课程开发脱节的问题比较突出，教师主要负责网上课程教材的编 写工作，而网上课程的建设则是技术人员的事情。 按照金伯格( g i n s b u r g ，1 9 9 8 ) 等人的分法，网络课程可以分为三代：第一代是通过网页给学 习者提供教学材料和有关资料，以及与其它的有关教育网连接；第二代是除了在网上提供学习材料 外，还要求学习者通过电子邮件、电子公告栏、网上练习和测量进行异步双向交流；第三代是除了 第一代、第二代外，还要求通过网上交谈室、电话会议、视频会议或m u d s ( m o o s ) 系统进行同 步双向交流。当前世界网络课程正向第三代发展吲。我国的网络课程大部分处于第二代，有一些还 处于第一代，只有极少数高校网络学院采用视频会议系统，如北京邮电大学、浙江大学、湖南大学、 清华大学的网络学院。基于网络课程教学的效果也并不是很理想，大部分高校网络学院都在其它省， 市开办教学点，部分沿用传统课堂教学来提高教学效率。 2 - 第一章绪论 对网络课程进行深入细致分析，我国的网络课程总体上具有以下特点 3 1 ： 一几乎所有的网络课程都非常重视教学内容的“讲解”、“演示”环节，不同院校不同学科各 展所长，如流媒体视频、文本、f l a s h 动画等，更有使用虚拟现实等技术的，以尽可能将课程知识讲 全、讲细、讲系统，且大部分教学内容皆按印刷课本章节顺序编排。 二网页的设计在布局、风格、色彩、链接、超文本等诸方面已相当专业化，基本不存在什么 问题。 三学科特点非常突出。不同学科在栏目设计、技术实现，及内容安排上皆能发挥学科所长、 突出学科优势、符合学科特点。比如，语言学科能为学生提供大量的听、读训练和情景对话；工科 则利用各种图片、虚拟现实技术、f l a s h 动画等演示与讲解原理与过程；其它学科如法学的案例分析、 模拟法庭的角色扮演；医学的各种病理图片、体内器官动画，药剂配方图表等。 对已开展网络教育一些高校网络学院( 远程教育学院) 和中等职业学校的网络课程建设进行了 网上调研，发现网络课程建设存在一些共同的问题1 4 j 。 一导航系统不够便捷 互联网给学习者提供了丰富的超媒体资源，为学习者创造出了一种由他们自行控制的学习环境， 如果缺乏导航系统，就会使一些学习者迷航，产生一种无从适从的感觉，从而降低学习的效率，久 而久之，会使学习者的信心受到影响。g a y l e 等人( 1 9 9 9 ) 的教育实验显示，在航行中高分组的学 习者是靠自信、系统指示与练习为基础来做航行决定的，他们较少依靠好奇、熟悉和兴趣等来产生 航行决定，而且在学习之后的测验中所得分数也比较高。目前已有大部分课程给出课程单元数、学 时数、学习目标，而在以下方面涉及不多：没有建立帮助学习者了解学习该课程所需要的知识水平、 自己的知识层次、学习进度和学习方法的系统；一门课程的组织是线性的，不是层次状或网状的， 也不支持学习单元之间的查询、检索功能，学习单元之间的切换只能靠前进、后退或从头开始实现， 不便于跳跃性学习；学习者只能靠记忆来确定自己的学习位置，不能记录学习者的学习路径、学习 心得，学习者一旦中断学习进程，只能重新从头开始进入；没有便捷的检索方式来帮助学习者使用 网上图书馆中的资料，学习者只能中断学习进程，进入“图书馆”才能查阅；缺少课程学习的帮助 系统，学习者只能按自己的上网知识来进行操作。 二网上教学管理不完善 评价与反馈是教学中不可或缺的环节。网络教学也必须对学习者作出评价( 作业和考试) ，最好 还要考虑学习者自身的评价、同伴的评价，而这两种对于学习者来说比获得学习成就更有效。要获 得每个学生学习情况，就必须收到每个学生的学习反馈，网络课程也就必须准确的实现网上教学管 理功能，包括对学生的管理和考试管理。不少网络课程在这方面做得还很不够，只是学生自测，没 有监督和记录，管理上不尽科学完善。 三自主学习资源交互不够 自主学习是网络教育的一大特色。学习者通过自主学习，实现学习活动的时空分离。课程设计、 开发时必须考虑师生、生生之间同步、异步的交互，让学习者感到自己学习活动并不是孤立的，并 非只有计算机和自己在对话，而是始终有人一起参与的，是人性化的。目前网络课程在自主性学习 方面只是体现学习者自己学习这一点，并没有为他们提供种种有利于进行交互的自主学习资源，更 有一些网络课程只是适合教师课堂教学，不适合学生自学，一旦学生自学，因课程缺少交互性而学 生提不起学习兴趣，半途而废。 另外，网络在学习环境设计、教学内容的表现等方面形式还比较单一。 1 4 工程制图网络课程的特殊性及其设计难点 工程制图网络课程具有自身的特殊性，课程内容中许多地方都是图形、图纸和立体图，涉及比 较复杂的零件图和装配图。这些素材必须用计算机绘制，其在屏幕上呈现出来，需要用到比较大型 - 3 东南大学工程硕士学位论文 的绘图专业软件，如：a u t o c a d 、s o l i d w o r k s 等。 这些图形信息容量很大，要在计算机上直接进行传输难度很大，即使能传输，对计算机硬件要 求和网络性能要求很高，一般设备达不到这个标准。即使能在网络上传输，作为接收用户，也必须 装上这些绘图软件才能观看到图形。 而网络课程的要求是希望学习者能够实时地与计算机进行交互，传输速度迅速。学习者更希望 工程制图网络课程中有大量动画素材，直观地呈现电子模型，构建虚拟场景，学习者能够身临其境， 便于理解，提高学习效率。 以上这些对工程制图网络课程的设计提出了很高的要求，也是目前工程制图网络课程急需突破 的难点。 1 5 工程制图网络课程设计和开发的目标 根据中等职业学校的教学要求，工程制图网络课程应包括江苏省中等职业学校机械工程专业教 学指导委员会制定的工程制图课程教学大纲所规定的内容，教学对象为初中生，学制三年。这 些学生学习基础较差，空间想象力较差，而学习工程制图是在第一学期，学生没有学过电脑，计算 机应用能力一片空白。基于这样的教学现状及网络课程研究领域的发展趋势，本网络课程应达到如 下教学目标： 一，适应新的教育发展形势，符合职业中学培养目标的要求，体现教学方法与教学手段的改革， 充分利用多媒体技术和课程软件的作用，并通过研究学生，教师、教材三者之间的关系在内容体系 上促进本课程教学改革的发展。 二发挥多媒体计算机的特点，结合认知规律，着重把教学中的重点、难点和传统教学形式不 易讲清的内在规律充分展示出来；以教育学、心理学为指导，为学生创造一个良好的学习环境，使 学生的知识和能力得到最大的锻炼和提高。 三使教学形象、直观、生动，增强学习者的学习兴趣和主动性，提高学习质量和效率。 四尽可能地用计算机代替教师完成教学任务。 本课程现阶段主要考虑了信息呈现的细致、全面、生动和多样；然后周密设计对学生学习效果 的测试单元，根据测试的结果，判断学生掌握知识的构成和程度，给出相应的反馈信息以指导学生 进一步补充学习和深化，初步实现智能化的个别指导系统；课程能够使三维虚拟立体模型呈现。所 以，本软件致力于实现如下目标： 一能够建立合理的工程制图网络课程的设计思想、开发模式和表现风格。 二，设计较为便捷的导航系统，可以建立实时信息交互和反馈系统。让学习者能够通过鼠标r 方便地进行导航，较快地找到各项教学资源，做到操作简便易学。 三。运用数据库，设计比较科学的教学管理和网络测试功能。学生可以随时进行考试并获得有 效成绩。 四在网络课程中使用虚拟现实技术，使学生直接浏览虚拟立体模型，通过交互获得身临其境 的感觉，突破工程制图教学中的一大难点。 1 6 本文内容简介 本文按照工程制图网络课程的开发过程，围绕其教学目标和制作目标的实现，主要研究相关的 设计开发理论以及具体实现的思想和方法。 首先论述本课题的背景和意义，然后在叙述有关网络课程的基础理论，国内外研究概况的基础 上，依据本课程的教学需求，切合实际地提出工程制图网络课程的设计和开发目标。 一4 第一章绪论 针对工程制图网络课程开发的规范、基本任务、开发环境与应用环境。分析工程制图网络课程 开发过程中应考虑的问题，确定课程的开发主题、模式、结构及其脚本制作方法。 研究在d r e a m w e a v e r 环境下，工程制图网络课程的结构、模式和表现风格的实现方法。 阐述工程制图网络课程的网上教学管理和测试系统的设计。 研究工程制图网络课程中的三维模型获取及处理方法，并能够实现在网络上顺利传输。 阐述工程制图网络课程中三维对象的网络表现体系及其设计，以及工程制图网络课程的使用。 - 5 东南大学工程硕士学位论文 第二章工程制图网络课程的系统设计 网络课程的设计是一项系统工程，对设计规范、设计要求、设计过程事先必须进行统筹规划。 只有把设计工作的各个方面考虑周全，设计才具有系统性和完整性。本章将对工程制图网络课程设 计的各个环节作较为具体的说明，为此项研究工作定下基础和方向。 2 1 工程制图网络课程的设计规范 作为一种软件产品，网络课程的设计、制作与发行过程，都必须按照软件工程的一系列规范( 国 家标准g b ) 进行。但是，网络课程同时又是用于教学领域的一种特殊软件，它有自己的特殊过程 与规律，应该通过长期的开发实践来逐步熟悉和掌握它们。开发过程中应参照国家教育部 原国家 教委) “计算机辅助教学软件制作规范研究”项目组负责起草、国家教育部在1 9 9 7 年颁布的多媒体 课件制作规范( 试行) ，p r o d u c t i o nr e g u l a t i o no f c o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ( c a i ) s o f t w a r e 4 1 。 本规范规定了计算机辅助教学( c a d 软件的术语、硬件运行环境、软件运行环境、网络运行环境、 出版要求、表现形式要求、文件格式、文档编写要求、c a i 软件开发规程等。 本规范也适用于各级各类中等职业学校、出版单位以及计算机软件公司研制、开发、推广和使 用的中等教育用计算机辅助教学软件。 2 2 工程制图网络课程的基本任务 网络课程是一种根据教学目标设计的表现特定的教学内容，反映一定教学策略的计算机教学系 统。它可以用来存储、传递和处理教学信息，能让学生进行交互操作，并对学生的学习作出评价的 教学媒体。因此，网络课程应该完成的基本任务是： 一正确和生动地表达本学科的知识内容 网络课程中，教学内容是用多媒体信息来表示的。教师应按照教学的目的、学生的情况，对所 要教的内容进行加工和处理，决定教授的内容、星现方式。通过文字、图形图象、三维立体等形式 呈现给学生。各种媒体信息都必须是为了表现某一个知识的内容，为达到某一层次的教学目标而设 计或选择的。各个知识点之间应建立一定的关系与联系的形式，以形成具有学科特色的知识结构体 系。 二反映本学科的教学过程和教学策略 在网络课程中，通过多媒体信息的选择与组织、系统结构、教学程序、学习导航、反馈评价等 方式来反映教学过程和教学策略。一般在多媒体教学软件中大都包含有知识的讲解、举例、说明、 媒体的演示、反馈和评价等部分。 三学生和计算机进行信息交换的交互接口 交互接口是学生和计算机进行信息交换的信道，交互接口的形式包括有窗口、菜单等。在网络 课程中应该具有友好的人机交互接口。学生通过自己的感觉器官，接受教师的教学信息，理解讲授 的内容。 四个性化学习功能 网络课程应该具有多种形式的反馈信息，鼓励学生自主学习；学生可以根据自己的具体情况， 来选用网络提供丰富的学习资源，决定适合自己的学习方法和学习内容，开展有效的学习，从而提 高学习的针对性和学习效率。 6 - 第二章工程制图网络课程的系统设计 2 3 课程的开发环境与应用环境 2 3 1 课程的开发环境 网络课程开发所依赖的计算机软硬件环境如图2 - 1 所示 2 3 2 课程的应用环境 图2 1工程制图网络课程的开发环境 网络课程在教学中的应用离不开各种多媒体计算机教学环境，目前，在学校中实现多媒体教学 的环境主要有以下几种： 一多媒体综合电教室 这种教学环境通常是在一般综合电教室的基础上，增加多媒体计算机、闭路电视系统和扩音设 备等。 二多媒体网络教室 这种教学环境建有几十个学生工作站，可作为学生个别化学习的环境，也可进行课堂集中演示 教学。一般是在局域网的基础上建成多媒体的网络系统，还可将c a i 网络教室与i n t e x n c t 相连，进 行多媒体远程教学。 三学科多媒体专用教室 这种教学环境根据学科的教学特点和需要，在综合电教室或小型计算机网络的基础上，增添专 门的硬件装置或软件系统，使之具有特殊的教学作用和功能，适应不同学科的技能训练要求。 四多媒体电子阅览室 这种教学环境由多台多媒体计算器组成互联网，供学生第二课堂或课外自己进行个别化学习使 用，也可将多媒体电子阅览室与i n t e m e t 相联，学生可上网进行信息的检索和利用处理。 7 东南大学工程硕士学位论文 2 4 课程的开发过程 网络课程的开发步骤可以因人而异，但大体相同。工程制图多媒体网络课程的开发流程如图2 2 所示，主要由以下几个阶段组成：课程系统分析、脚本制作、多媒体资料制作、系统制作、系统测 试。详细过程如下面所述。 2 5 课程的系统分析 这一阶段又分为以下三个步骤： 2 5 1 确定开发主题 课程系统分析 上 脚本制作 l 中 多媒体资料制作 动视音图图文 画频频像形本 制制制制制制 作作作作作作 上 系统制作 上 系统测试 图2 - 2课程开发流程 课程开发主要由两个紧密联系的阶段组成，即课程设计和课程实现。前者从教学的角度设计课 程的结构及内容，后者从程序设计的角度完成课程设计的要求。确定开发主题是课程设计中非常重 要的一步，它一经确定就直接影响了课程的具体实现。其首要任务就是确定教学内容、教学对象及 相关参考资料等教学要素。 “工程制图”是一门集基础理论知识和生产实践知识相结合的专业基础课程，对于中职教学来 说，其目的是以培养学生识图和分析读图的能力。主要涉及画法几何基础和机械制图、有关国家制 图国家标准、其它行业制图等内容。在这些内容中，由于传统教学方法的局限，缺少演示和实物参 照，学生空间想象力不够，使学生对知识理解困难，学习积极性不高。通过利用多媒体技术的交互 性和集成性来有效解决这些难点，是开发多媒体课程的目的之一，同时还希望为课程教育思想和教 学模式的改革提供有效的工具与方法，并为研究和探讨多媒体网络课程技术在机械类课程教学领域 - 8 第二章工程制图网络课程的系统设计 中应用的可行性和适用性提供评价依据。 根据课程的知识特点确定开发的主题。在此过程中确立教学内容、教学对象、课程需求和收集 有关参考资料。在教学内容确定后。进一步将教学内容分解成许多知识点，并考虑到教学对象的特 征和社会需要，各个知识点的教学目标确定为了解、理解、应用、分析、综合等不同层次。 2 5 2 确定课程的模式 当确定了教学内容、教学对象以及有关资料后，应根据课程的知识结构体系和课程的规模，选 取适当的课程模式。其主要内容为：确定教学信息的呈现方式、选取合理的教学方式( 即教学策略) 、 确定课程的主体功能( 教学、测试或管理) 等方面。课程模式对整个课程的设计和课程的最终教学 效果有着很大的影响。 课程的模式( 或类型) 主要由课程欲达到的目的及期望的功能、课程中知识体系的结构和规模 等方面决定，它可以依据以下三个因素进行选取：教学信息的呈现方式、教学方式( 即教学模式) 、 课程的功能。依据教学信息的呈现方式课程可以分为框面型，生成型、数据库型和智能型；而根据 教学方式又可分为个别指导型、训练与练习型、模拟方式、对话( 咨询) 方式、问题求解型、发现 学习方式和游戏型；从课程的功能方面看，课程又可分为教学型、测试型和管理型。在进行具体课 程开发时，可综合运用以上的各种模式，以求得良好的教学效果。 从多媒体课程的总体功能上讲，根据课程的开发目的，课程应采用教学型模式，但为了较好地 达到课程预定的教学目标，课程也采用了自学型模式，因此本课程的功能模式是教学型与自主学习 相结合，在课程的程序中含有教学模块和自学模块。 工程制图课程大体包括1 4 章内容，知识点层次分明重点突出，因此本课程采用框面型模式来呈 现教学信息。框面型课程适用于小型课程，它是目前课程制作采用最广泛的一类，其显著特点在于 教学内容和控制方式都固定在一系列框面中，课程中一般没有专门的教学策略库和学科知识库。 按照教学目标选择教学模式( 或教学方式) 是课程系统分析中应仔细考虑的问题，能否用最合 适的教学模式来完成课程的教学任务将直接影响课程的教学质量。依据工程制图课程内容和教材教 学要求，课程综合采用了多种教学模式。对于工程制图课程中的基础概念、基础理论和要求重点理 解与掌握的知识，采用个别指导模式，该模式以模拟个别讲授的教学情景，让计算机充当教师角色 为特征，它既为学生提供了个别化学习环境，又为学生提供了预习、复习的理想工具；对工程制图 中需要形象化教学的内容，采用模拟方式即通过二、三维动画以动画方式进行模拟，以期以形象、 生动、直观的教学来帮助学生较好地理解与掌握该部分教学内容；此外，工程制图课程中还采用训 练与练习模式，以便帮助学生熟练掌握工程制图课程的基本知识和读图分析的能力。 总之，工程制图多媒体课程是面向学生的个别指导型课程，它既具有知识传授、能力的培养与 训练的功能，又可作为初学者的教程和学生复习与自学的工具。 2 5 3 课程结构设计 正确、丰富而又结构合理的知识结构体系是实现有效教学的基础。因此，在多媒体课程中必须 分析课程教学内容的知识结构，将其分解为若干个知识单元，每个知识单元又包含着干个知识点， 找出各个知识点、知识单元之间的关系和联系方式，不同联系方式形成了不同的教学结构，不同的 教学结构体现了不同的教学策略。 一知识结构设计 根据工程制图课程知识内容的特点，其知识结构可由图2 - 3 所示： 二课程结构 工程制图课程的总体结构设计的依据是课程的开发思想、课程知识结构体系和课程模式的选取。 从总体上说，课程由课程学习、在线讨论、网上答疑、作业提交、网上自测、视频点播、相关资源 9 - 东南大学工程硕士学位论文 等七大模块组成。 工程制图课程的各模块之间既相互独立，便于使用者根据自身情况选取合适的模块，又可以方 便灵活地进行相互跳转进行访问，有机地实现了课程的教学、指导、测试等功能。课程结构如图2 3 所示： 2 6 课程的脚本制作 图2 - 3工程制图网络课程的结构设计 脚本制作是多媒体课程开发中的一项重要内容。规范的多媒体课程脚本，对保证课程质量，提 高课程的开发效率，将起到积极的作用。 脚本是联系课程内部结构与框面的桥梁，因此脚本设计是课程设计的一个重要方面。多媒体课 程是通过适当地组织各种多媒体信息以达到相应的教学目的，而编写脚本是组织信息的第一步。编 写脚本还必须对屏幕布局、图文比例、色调、音乐节奏、显示方式和交互方式进行设计，确定其相 互关系、排列位置以及激活方式等。这一阶段实际上是一个创意过程。 2 6 1 脚本制作的目的 一脚本是多媒体课程设计思想的具体体现 通过编写脚本，可以设计各种信息的排列、显示和控制，并考虑信息处理中的各种编程方法和 技巧，规范和有效的脚本，既能充分体现课程的思想和要求，又能对课程的制作给予有力的支持。 二脚本为多媒体课程的制作提供直接的依据 脚本不仅反映了教学设计的各项要求，还给出要显示的各种教学内容及其位置的排列，基于学 生学习情况的各种处理和评价，显示的特点和方法等，为多媒体课程的制作提供了直接的依据。 三脚本是沟通学科教师与课程开发人员的有效工具 在多媒体课程的开发中，除了具有丰富教学经验的学科教师和软件开发人员外，还需要有教学 - 1 0 - 第二章工程制图网络谭程的系统设计 设计人员参与。教学设计人员的主要工作是由学科教师编写的文字脚本，按照教学设计的思想和方 法编写成课程制作脚本，并作为课程制作的蓝本。 多媒体课程脚本的制作，包括文字脚本的编写和制作脚本的编写两部分内容。 2 6 2 文字脚本的编写 文字脚本是按照教学过程的先后顺序，用于描述每一环节的教学内容及其呈现方式的一种形式。 一般情况下，文字脚本的编写由学科专业教师来完成。完整的文字脚本应包含有学生的特征分析、 教学目标的描述、知识结构流程图、问题的编写和一系列文字脚本卡片等。 当学生特征分析、教学目标描述、知识结构流程图、问题编写等步骤完成后，就可以制作文字 脚本卡片，即可以用卡片的形成来尽心描述，并按照教学过程的先后顺序综合起来进行排序，形成 一定的系统，这种卡片称为文字脚本卡片文字脚木卡片一般包含有序号、内容、媒体类型和呈现 方式等，其基本格式图2 4 所示： 序号内客媒傩类型呈现方式 2 6 3 制作脚本的编写 图2 4多媒体课件文字脚本格式 文字脚本是学科专业教师按照教学过程的先后顺序，将知识内容的呈现方式描述出来的一种形 式，它还不能作为多媒体课程制作的直接依据，因为多媒体课程的制作，还应考虑所呈现的各种媒 体信息内容的位置、大小、显示特点。所以需要将文字脚本改写成制作脚本。多媒体课程的制作脚 本要能体现课程的系统结构和教学功能，并作为课程制作的直接依据的一种形式。通常多媒体课程 制作脚本应包含课程系统结构说明、知识单元的分析、屏幕设计、链接关系的描述和制作脚本卡片 等。 一课程系统结构说明 根据教学内容的知识结构流程图，并考虑课程在实际应用中的具体情况，可以建立课程的系统 结构。它反映了整个课程的主要框架及其教学功能。 二知识单元的分析 知识单元是多媒体课程的主要部分。通常知识单元即为某个知识点或构成知识点的知识要素， 但也可以是教学补充材料或相关的问题和练习。不同的知识单元在屏幕设计和链接关系上有很大的 区别。知识单元的呈现是由若干屏幕来完成的，屏数的确定可以参考文字脚本中与该知识单元相对 应的卡片数，并确定各屏幕之间的关系。 三屏幕设计 该部分内容将在下一章中介绍。 四链接关系的描述 多媒体课程的超媒体结构是通过链接关系来实现的。在制作脚本中。可以从“进入方式”和“键 出方式”两方面来描述节点与节点之间的联系。 五制作脚本卡片 1 1 东南大学工程硕士学位论文 多媒体课程是以一屏一屏的内容呈现给学生并让学生进行学习的。每一屏幕如何设计与制作， 应该有相应的说明。综合以上各个方面的内容，设计制作脚本卡片，它可以用来描述每一屏幕的内 容和要求，作为课程制作的直接依据。其一般格式如图2 - 5 所示： 屏幕组成媒体信息信息呈现 编写 交互方式 示意图内容说明 2 7 本章小结 图2 - 5脚本格式示意图 本章阐述了工程制图网络课程的设计过程，课程设计必须符合现有的课程设计规范；明确了本 课程的设计任务；选择并说明了本课程的开发环境与应用环境；确定并计划了本课程的开发过程。 对课程进行了结构设计，对课程的脚本制作编写流程作了说明，为本课程的研究与开发作了统筹规 划。 - 1 2 第三章课程结构、模式和表现风格的实现 第三章课程结构、模式和表现风格的实现 课程知识结构、课程模式、课程表现风格的设计及其实现，不但要考虑课程的特点，更要考虑 学习者的特点，也是网络课程设计的重点，便捷、醒目、亮丽的接口能够提起用户的注意，吸引学 生深入地去学习。 3 1 课程的知识结构实现 m a c r o m e d i a 公司推出的d r e a m w e a v e r 作为多媒体网页的制作工具具有功能强大、易于使用等显 著特点，为用户提供了一种友好的多媒体软件开发环境，可以帮助用户制作与课堂教学或练习有关 的多媒体软件，c s s 制作是具有自己特定接口风格的应用程序模板，形成较统一的网页风格。在用 户使用时，可按照系统向导的提示，完成应用程序的知识结构设计，包括在其中设置链接教学中的 章、节、小测验等。通过连接还可以在课程中设计a c c e s s 登录( 姓名、学号、密码) 程序和设计 利用o d b c 接口对数据库的访问程序，实现系统安全性管理和对学生的学习及答题情况进行跟踪纪 录。 课程的知识采用树状结构安排。课程内容根据中职近机械类专业的教学要求，共分为十四章， 每章分为数节，包括课程内容学习、网上答疑讨论、作业练习和自测、自学素材和资源等。 3 2 课程交互模式 3 2 1 常用交互方式 图3 - 1课程知识结构设计 人机交互接口是用户与计算机之间传递交换信息的媒介，是用户使用计算系统的综合操作环境。 它集中体现了计算机系统的输入、输出功能及用户对系统进行操作的控制功能。其核心内容为用户 与计算的交互方式和屏幕的显示风格。常用人机界面交互方式主要有： 一菜单接口型 其特征为；各种可能的选择项以菜单项的形式显示在屏幕上，让用户选择。这种交互方式使用 户易学易用、不易出错、并减轻记忆量，但其功能受系统菜单所限且反应速度慢。 二功能键 使用功能键代替输入命令和选取功能菜单。该方式能加快操作速度、减少出错率和输入量，其 缺点在于缺少标准化、功能键过多会使速度减慢并易造成混乱。该方式特征为系统驱动具有高度结 构形式的输入表格，让用户按要求填写。它最大优点在于使用容易、方便直观，但只适用于输入资 料较少且会占用较多的屏幕空间。 三图标 使用图标来代表文本菜单项，它能形象逼真地反映菜单的功能，但其会占用较大的空间，有时 需添加文字说明。 1 3 东南大学工程硕士学位论文 四命令语言 便用命令语言时，用户输入命令给系统。系统解释命令并完成规定的功能。命令语言使用起来 具有快速、高效、精确、简明，灵活的特点，其缺点在于需学习记忆命令语法，且要严格按语法规 则使用。 五直接操作接口 该方法广泛使用窗口、图标、菜单、按钮、对话框等基本接口部件来表示系统，编程较难且需 图形显示和指示设备。 3 2 2 人机交互接口设计 人机交互接口设计在多媒体课程的设计过程中占有重要地位。多媒体课程作为一个交互系统， 是通过人机对话来实现其教学功能的。交互系统应由参与交互的实体和实体间的交互作用及其环境 组成。人机交互接口是任何交互系统中最为关键的部件之一。用户对交互接口的印象如何，直接决 定了他们对课程系统的评价与使用兴趣。因此设计出昆好的人机交互接口是开发高质量多媒体课程 的首要前提。 交互方式设计的基础源于对用户使用需求的分析，及对现代流行的几种人机界面交互特点的比 较。工程制图网络课程的用户主要是中等职业学校的学生，设计时力求简便。 3 2 3 交互接口的特点 综合以上对交互方式的分析，再结合d r e a m w e a v e r 所具有的强大交互功能，工程制图网络课程 采用直接操纵接口。该方式的基本设计思想是把计算机系统环境下的各目标以文字形式在屏幕上直 接表示，并可以让用户直接通过这些目标完成和系统的交互，而不必通过中间代码来访问对象目标， 而且直接呈现的文字是和目标相联系的。 工程制图网络课程人机交互接口的特点为：广泛使用按钮、菜单、窗口和文字等接口部件来表 示应用目标，这些部件都具有形象、直观、可视的特点，使人机界面具有尽可能广的应用范围。对 用户在计算机方面的知识能力没有较高的要求，即使没有太多计算机使用经验的用户也能运用自如。 用户可根据接口预测课程系统的行为，具有高度的交互性。主接口中，所有可执行目标都得到 了显示，可以直接通过点击鼠标来执行相应功能，且其结果可立即反馈给用户，而且所有操纵过程 及效果是可观察的。 接口设计具有一致性，例如通过点击鼠标左键来执行模块、当鼠标移到图标、按钮、菜单上时 鼠标指针会变成相应形状等，都以一致方式完成对所有目标的显示和操纵，减少了用户的记忆学习 负担，有利于标准化人机界面的构成。 人机界面能够提供及时的反馈信息。系统具有预验证功能，只有有效的交互才能发生效果；提 供对用户出错的容错机制，当用户出现错误操作后，系统一般给出相应反馈，以使用户出错后仍可 以继续进行下去。 3 2 4 屏幕设计 良好的屏幕设计对激发学生使用课程的积极性和有效地与计算机交换信息都有十分重要的作 用。屏