传动机构MMCAI课件的研究与设计.docx
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传动机构MMCAI课件的研究与设计
“传动机构”MMCAI课件的研究与设计
摘要多媒体计算机辅助教学(MMCAI)作为一种先进的教学手段已在教学中广泛使用。
基于MMCAI的设计原则,根据MMCAI教学特点,针对机械设计基础中"传动机构"这一教学重点和难点,从教学设计和结构设计两方面进行了研究,并设计出传动机构MMCAI课件,在教学中获得了积极而又理想的教学效果。
关键词传动机构;多媒体;MMCAI
中图分类号:
G436文件标识码:
A文章编号:
1671-489X(2007)04-0059-04
ResearchandDesignaboutTransmissionMechanismMMCAICourseSoftware//ChenWei
AbstractMultimediaComputerAssistedInstruction(MMCAI)isanadvancedmethodwhichisextensivelyusedintheteaching.AccordingtotheMMCAIdesignprincipleandtheMMCAIteachingcharacteristics,andaimingatfocalpointanddifficultpointintransmissionmechanismaboutthemachinedesignfoundation,thepapercarriesontheresearchfromtheteachingandstructuredesign,anddesignstransmissionmechanismMMCAIcoursesoftware.Itisobtainedtoidealeffectintheteaching.
Keywordstransmissionmechanism,Multimedia,MMCAI
Author'saddressJiangsuRadio&TVUniversity,Nanjing210036
1引言
在机械设计基础课程中,传动机构贯穿于整个课程的教学过程中,它是课程的核心内容,也是学习后继专业课程的重要基础。
在广播电视大学的机械设计基础课程中,传动机构一直是机械或机电类教学的重点、学生学习的难点。
虽然教材对各种传动装置的结构、传动原理描述详细,加之授课老师精心讲解,由于学生没有感性认识,学生也很难尽快地理解和掌握;电视录像中图像不十分清晰,画面停留时间短暂,不能实现交互控制;应用教学挂图也不易把各种传动机构的结构和传动原理交代清楚,因为挂图毕竟是静态的。
这些都一直困扰着教师和学生。
如何上好“传动机构”一直是教师们探讨的问题。
计算机技术的飞速发展,给教学手段增添了新的工具。
多媒体计算机辅助教学(MMCAI)作为一种先进的教学手段已在教学中广泛使用。
它改变了传统的教学方法,使教学模式、教学思想、教学内容、教学手段,乃至教育思想和教育观念都发生了重大的变化。
根据多年的教学经验,在研究MMCAI课件的基础上,设计了“传动机构”MMCAI课件,并尝试着用于教学,使学生在课堂中就可以看到各种传动机构的结构、传动形式和传动过程,极大地增加了对传动机构的感性认识,获得积极而又理想的教学效果。
2MMCAI教学特点
多媒体技术的集成性、交互性和实时性决定了MMCAI在教学上的特点,主要表现为:
1)信息传递能力强。
通过同时或交替呈现的文本、图形、图像、声音以及动画等多种信息形式,为学生提供了一个生动逼真的学习环境,激发学生的学习积极性,强化学生的记忆,提高学习效率,改善学习效果。
2)信息组织方式自然。
采用非线性的超媒体技术管理信息,其结构类似于人类思维的联想跳跃方式,揭示和分解信息的复杂性,大大减少了学生的认知负担,便于学生很快接受知识。
3)个别化教学程度高。
利用计算机的交互技术和高速检索技术,使学生可以迅速方便地选择教学内容,不仅有利于教师根据教学现场情况及时调整教学内容,而且学生也可根据自己的实际能力来安排学习时间和学习进度,因而实现了因材施教,可最大限度地发挥学生的主观能动性,为学生提供一个培养创造能力的机会。
3“传动机构”MMCAI课件的研究
3.1设计原则
1)应具有良好的学习机制。
“传动机构”课件应当充分体现学生是学习的主体,教师是学习的主导这一教学基本规律。
这就要求,既要发挥学生的学习主动性,又要发挥教师的指导作用。
2)应具有很强的实用性。
使用课件的对象是学生,因此,要求课件具有很强的实用性。
即课件的教学内容、教学功能和教学手段的运用上,都要突出实用性。
3)应突出重点。
课件在教学内容上要突出重点,逻辑层次要清晰,要有一定的深度。
切勿书本搬家,简单堆砌,也反对空洞的花架子。
4)应体现教学功能。
在教学设计的总体构思、创意以及各种媒体的合理搭配上,要融合教师的教学经验以及学生的具体情况来进行。
应体现出教学功能,采用启发引导教学,将抽象内容可视化,使之生动形象,而且图文切换迅速、方便。
5)应使用方便。
课件要安装方便,运行安全可靠,用户界面友好,便于操作,还要便于自学。
6)应便于扩充,以适应补充教学内容的需要。
3.2总体构架
“传动机构”MMCAI课件的总体构架,如图1所示。
图1"传动机构"MMCAI课件的总体构架图
3.3教学设计
“传动机构”MMCAI是以中央广播电视大学出版社出版的《机械设计基础》中“第一篇中的第二至第五章”为蓝本,根据这些章节的教学内容的知识点,分析重点、难点,构造授课顺序,分析学生情况确定教学目标,进而合理选择设计教学媒体信息,充分利用文本、图形、图像、声音以及动画等媒体,并在系统中把它们进行有机地组合,形成优化的教学系统结构。
教学重点:
各种传动机构的结构和工作原理;
教学难点:
各种传动机构的传动关系。
3.4结构设计
“传动机构”MMCAI的结构主要是由平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和其他传动机构等模块所构成,而每一模块又是由机构装置、传动演示、工作原理和知识点分析等子模块组成。
整个系统突出了交互的特点和“动”的特征。
在悦耳的音乐声中,系统进入选择形式的交互界面,有目的地选择不同模块,可以随时返回或退出系统。
结构设计流程如图2
图2结构设计流程
系统的结构采用模块化设计方法,每个模块都可单独挂接在系统主控模块之下,这样既可以使系统的开发工作按软件工程的要求进行,又十分有利于系统的维护,即系统投入运行使用后,若需对某个模块进行修改或添加新的模块时,都不会影响其他模块和整个系统,修改和新增的模块可十分方便地挂接于系统之中。
这样也可使得采用本系统的用户对构成系统的各子模块进行选择,以适应自己的教学层次,同时又使系统十分方便地进行扩充。
1)编写脚本目标明确、思路清晰、内容精练。
易于表达的脚本是一个好的课件的开始,它能大大提高软件制作的质量和效率。
编制课件主要采用两种结构类型:
树型和网型。
树型,结构层次明确,易于由浅入深地组织信息,并且能够比较容易遍历各页。
缺点是形式不够活泼,信息交接速度慢。
网型(也称超媒体),类似于Internet上的网页,各页之间都有热点相互连接成网,可以加快信息的交接速度。
缺点是容易打乱思路,且不易遍历各页。
因而,本MMCAI中各模块采用了树形结构与网型结构相结合的方式来编写脚本软件。
其整个脚本程序思路清晰,角色生动活泼(脚本略)。
2)素材选用在本课件的设计中有大量的图形、图像、动画以及背景音乐和解说,合理地选用这些素材,对MMCAI极为重要。
声音音乐采用MIDI音乐和WAV音乐。
课间休息采用轻音乐以增加轻松愉快的气氛。
考虑到课程的严肃性,在进行学习时可控制音乐的播放。
解说采用WAV格式的文件。
在课程学习时,不但有文字、图形而且还伴随着解说,真正实现声、图、文并茂。
动听的背景音乐可使传动机构的演示效果更完美。
在传动演示模块中,声音的处理分为背景音乐的录制、编辑和配音的合成处理3个部分。
对声音录制时,采样频率、量化位数、通道个数是3个主要的技术指标,影响数字化声音的质量。
当采样频率越高,量化位数越多,采用立体声获得音质越好。
对录制结果在恢复时,应降低采样频率,避免失真。
背景音乐是利用多媒体控制接口(MCI)与声卡联接,把CD光碟里的音乐录制下来。
在工作原理模块和知识点分析模块中,使用了配音解说,这个声音文件的制作处理过程与上述大致相同,只是在录制时,录入的不是CD音乐,而是麦克风上传来的声音。
图形传动机构中的图(机械制图)大多数是在AutoCAD下绘制的。
由AutoCAD绘制的图形通常以DXF格式储存,以DXF格式储存的图形是ASCII或二进制的矢量图。
对于PC机,大多数CAD应用软件(如AutoCAD、CadKey、FastCAD等)及一些图像应用软件(如CorelDRAW等)都支持这种格式。
DXF已经成为事实上的工业标准,但这种格式存储效率不高,而且要全面读取DXF文件是相当困难的。
所以,通常可以用AutoCAD软件将所需图形制作完成,然后将图形按窗口元文件格式(WMF)转存,或按位图格式(如PCX、GIF等)转存。
WMF文件储存的仍然是矢量图形,当它转回到AutoCAD中或由其他基于Windows的应用软件读出时不会降低分辨率。
知道文件格式的详细解释,在编制MMCAI课件时就可以用编语言对其进行解码调用。
(3)图像
凡是记录在纸上的,拍摄在照片上的,显示在屏幕上的所有具有视觉效果的画面都可以称为图像。
根据图像记录方式的不同,图像可以分为两大类:
一类是模拟(analog)图像,一类是数字(digital)图像。
用计算机来进行处理的图像多是数字图像。
数字图像在计算机中以一定的文件格式储存在存贮设备上(如磁盘、光盘、磁带等)。
常见的图形文件格式有:
BMP、DIB、GIF、JPG、PCX、TGA及TIFF等。
数字图像在多媒体CAI软件中是不可缺少的。
数字图像主要通过3种方法获得,即,印刷品、照片、工程图纸一般通过扫描仪输入到计算机;视频图像须通过专用的视频输入系统输入计算机;数字图像也可通过专用绘画(paint)软件(如Photoshop\CorelDRAW等)或动画制作软件制作。
动画动画技术是MMCAI软件的重要组成部分,特别是机构的传动,应用动画技术可使学生迅速理解机构运动关系和工作原理。
在微机上实现动画的方法主要有帧动画、位块动画、实时动画和调色板动画。
帧动画和位块动画一般用专业动画软件事先制作完成并保存在磁盘上,在CAI软件中编制动画播放子程序,在需要的地方播放动画。
帧动画和位块动画的主要区别在于:
帧动画通常用于演示复杂的、具有真实感的三维实体模型的运动;而位块动画因其所占内存少、播放速度快。
实时动画则在动画实现过程中实时生成每一帧图像。
实时动画对硬件要求较高,生成速度较慢,而且受到图像及物体相互运动的复杂程度的限制,其优点是实时动画可以让用户使用输入设备进行人机交互,更利于学习。
在多媒体CAI软件中使用较频繁。
调色板动画的特点是采用彩色循环技术,使静止的画面通过颜色的变化产生动态的视觉效果。
4“传动机构”MMCAI课件设计
4.1环境要求
1)硬件要求:
根据"传动机构"内容的要求,由于对声音、图像和动画的处理要用到大量的数据,对计算机的速度、容量有较高的要求。
要求配置586以上的微机,内存不小于32兆,16位声卡。
操作系统最好是Win98以上。
SB16声卡、S3显卡、.28逐行彩显、有源音箱、平板式扫描仪。
2)软件要求(开发工具):
由于"传动机构"课件要求较高,因此在设计中所用到的软件也较多,具体有多媒体课件写作工具、动画制作工具、图形处理工具、声音处理工具以及其他一些工具。
①写作工具:
Authorware在设置跟踪用户反应的交互方面更有优势,而Director在控制动画和声音方面更加灵活有效。
因此,Director更适用于形象的塑造和渲染,Authorware更适合逻辑方面的教育思想传达和相互作用。
另外,Authorware提供了对Director非常友好的接口。
用Authorware做主控,用Director做交互要求较少而画面变化较复杂的动画控制。
②动画制作工具:
对于三维动画选用3DSMax5.0。
该软件是目前在微机上制作三维动画的常用软件,只要画出一个动作的始态和终态,中间过渡就可以由软件自动生成。
其做出的动画可以生成.AVI、.FLC等多种视频格式的文件;对于动画编辑软件,选用Premiere。
③图形处理工具:
图形处理选择PhotoShop7.0。
它在功能、图形处理等方面都很强大。
④声音处理工具:
声音处理软件用CoolEdit96。
它可实现声音的录入、格式转换以及声音的编辑等功能。
⑤其他工具:
三维模型的建立和零件图的绘制运用AutoCAD2002;在涉及到数据库的操作时用到了Access和ODBC(公用数据库接口)。
4.2“传动机构”中的差速传动的设计
图3为设计的差速传动装置中的一帧动画。
1)建立三维模型用AutoCAD2002软件建立差速传动装置中各零件的三维模型。
2)动画制作将建立的三维模型,通过接口输入到3DSMAX中。
在3DSMax中,建立一部摄像机和三盏泛光灯场景,并安置在较佳的位置上。
在引入差速传动装置的三维模型之后,就可进行动画设计。
图3差速传动装置
4.3“传动机构”MMCAI课件设计
用同样的方法可以设计出其他"传动机构"的动画演示,这就形成了传动演示模块。
至于其他模块设计,其方法相似,不再赘述。
将上述设计的模块连同背景图形、声音等合成到写作工具Authorware中,就完成了“传动机构”MMCAI课件的设计。
将课件在教学中进行试用并进行评估,根据反馈的意见和建议进行修正、完善,这样就完成了课件的最终设计。
5结束语
随着多媒体网络技术的不断完善,为教师和学生之间、学生与学生之间建立起更为便捷的交流平台,可将教学中的各个环节和各种教学资源向学生开放,便于教师实行因材施教,也便于学生自主学习,优化教学过程。
还可以进行远程教学,实现教学资源共享,解决教师资源不足等问题。
因此,MMCAI是教学改革深入发展的必然,也是教学方法现代化的发展趋势。
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- 传动 机构 MMCAI 课件 研究 设计
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