基于工業設計原理的機械CAD基礎自主學習系統

摘 要:以往以機械CAD為基礎的自主學習系統中較少考慮人性化設計因素。在此，提出一種基于工業設計原理進行機械CAD基礎學習系統設計的新思路，從人機界面、色彩設計、文字設計及人機交互等方面進行了詳細設計，更多地考慮到學習系統的人性化設計因素。從工業設計原理出發，制作了新的自主學習系統，使學生更樂于接受，系統更易于學習，取得了良好的效果。該新思路同樣適用于其他課程學習系統的設計。

關鍵詞:機械CAD基礎; 自主學習系統; 工業設計原理; 人機交互

中圖分類號:G434;TP311 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)10-0069-03

Mechanical CAD Basis Self-learning System Based on Industrial Design Principle

YAN Cheng-xin

(College of Mechanical Engineering，China University of Petroleum， Dongying 257061， China)

Abstract: Because of the less consideration of personalization factors in the past design of mechanical CAD basis self-learning system， a novel thought for mechanical CAD basis self-learning system design based on industrial design principle is presented. The detailed design for the human-machine interface， color design， text design and human-machine interaction was performed in system design， in which more personalization factors were considered. New mechanical CAD basis self-learning system was developed by the aid of the industrial design principles. Students are more willing to learn by the new system. The practical learning results demonstrate that the new system is effective. The new thought is also suitable for the design of other courses′ self-learning systems.

Keywords: mechanical CAD basis; self-learning system; industrial design principle; human-machine interaction

0 引 言

《機械CAD基礎》是高等學校機械基礎類專業的一門重要技術基礎課程，主要講述CAD原理、數據庫結構、二維圖形技術、三維造型技術等內容，通過課程的學習，使學生掌握CAD技術的基礎知識，為后續的CAD/CAM、機械設計、課程設計等課程學習打下基礎[1-2]。

隨著計算機技術的發展，越來越多的課程都使用以計算機為手段的電子教學系統。電子教學手段可以激發學生的學習興趣，提高課程的學習效率[3]。以往的《機械CAD基礎》自主學習系統大都由非工業設計專業的任課老師自己制作，較少從工業設計角度考慮人機界面、色彩設計、文字設計及人機交互設計等因素，缺乏人性化設計。本文運用工業設計原理，對原有的自主學習系統進行重新設計，取得了良好的教學效果，并為其他課程的自主學習系統設計提供了良好的思路。

1 系統結構設計

1.1 系統結構

根據課程的知識結構，共分緒論、工程數據結構與數據庫、圖形處理原理、工程圖樣的繪制、三維幾何造型等內容，因此設計系統結構如圖1所示。

圖1 自主學習系統結構

1.2 開發工具

以往的學習系統開發使用Authorware+Powerpoint制作模式，文件占用磁盤空間大，不利于網絡傳輸，影響了系統的在線使用。Flash技術現已經廣泛用于網頁、網站學習系統的制作，用它制作的網頁具有如下優點[4]:

(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;

(3) 兼容性好，交互性強。因此本文使用Flash技術作為學習系統制作的主要開發手段。

2 系統的設計原則

從工業設計角度出發，自主學習系統的設計主要應從界面設計、色彩設計、文字設計及人機交互設計等幾方面進行考慮。

2.1 界面設計

界面設計是自主學習系統設計的重要部分，是用戶在與計算機交互時對所用的溝通符號的設計。界面是用戶與系統交互的窗口，用戶通過界面向計算機輸入信息進行控制、查詢和操作，系統則通過界面向用戶提供課程信息[5]。好的界面設計，有助于學習者對知識的理解和記憶，方便對系統的使用，激發學習興趣。

界面設計主要應遵循以下原則:

(1) 一致性。一致性指系統界面整體上的一致感。對于具有同樣功能的操作對象，在表現形式上要力求一致，起控制作用的按鈕和圖標也應一致。

(2) 適應性。由于用戶個別差異的存在，系統設計應盡量讓不同的用戶均可以獲得他們所需要的學習方式。對不同認知風格的用戶應提供不同的學習與操作方法。

(3) 靈活性。體現靈活性的系統應允許用戶能用與他的知識技能和經驗相稱的方式進行交流，如顯示或不顯示提示，允許缺省設置，建立用戶記憶等。

(4) 易學易用性。一個好的學習系統應該易學易用，便于上手，否則無論采用的技術多先進，設計的功能多復雜，但用戶對它都會望而生畏，這樣這個系統就沒有生命力，學生就不愿意使用。

2.2 色彩設計

學習系統的設計要用到各種各樣的顏色，協調搭配的色彩可以吸引用戶的視覺感官，從而引起用戶的注意[6]，只要色彩使用恰當，就能促進用戶對屏幕上各部分內容的識別，突出差異，使內容顯示更為醒目，更富有趣味性。

色彩的運用應注意如下原則:

(1) 避免同時使用太多顏色;

(2) 用色彩起強調作用;

(3) 視野的中心多選用紅、綠色，而邊沿則比較適于采用藍、黃、黑色三種顏色。相對來說，邊緣部分的色彩不易引起注意，所以必要時可采用閃爍、動畫等其他技巧來配合。

2.3 文字設計

課件的文字設計應考慮以下幾點因素:

(1) 文字內容要逐步引入。對于每一屏文字資料，應該隨著講課過程逐步顯示，符合學習的認知規律。

(2) 要采用合適的字體、字號與字形。文字的字號要適中，選擇的字體要醒目，對于中文一般宜采用宋體、黑體和隸體。對于文字內容中關鍵性的標題、結論、總結等，要用不同的字體、字號、字形和顏色加以區別。

(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，長時間閱讀不至于疲勞。一般文字顏色都以亮色為主，背景顏色都以暗色為主。

2.4 人機交互

人機交互指人與計算機之間使用某種對話手段，以一定交互方式，為完成特定任務而進行的人機之間信息交換的過程[7]。人機交互設計主要應遵循的原則有:友好性、靈活性、功能性、明確性、一致性、可靠性、圖形化。

該系統的人機交互內容在遵循以上設計原則的基礎上，選用“按鈕”和“點擊對象”的交互方式，支持鼠標和鍵盤，避免了層次太多的交互菜單，可以方便地在各章節間跳轉。

3 系統的詳細設計

3.1 片頭動畫與片尾動畫模塊

動畫在制作過程中主要依靠動作補間技術來完成[8]。在整體的構圖上主要由四部分構成。按鈕層加入腳本如下:

進入主界面時:

on (press) {loadMovie(“index.swf”，0);

}

退出時:

fscommand(“quit”);

3.2 主交換模塊

主交換子模塊是學習系統的核心，它控制了5個學習內容的調用。根據圖1的系統結構制作了7個按鈕，分別是緒論、工程數據結構與數據庫、圖形處理原理、工程圖樣的繪制、三維幾何造型、實例演示及退出系統。每個按鈕中都寫入相應的調用語句，以進入相應章節。

3.3 緒論模塊

這一模塊的二級制作內容包括CAD技術概論、CAD系統組成、CAD技術的應用及CAD發展趨勢。

根據這部分知識的特點，采用了二層導航的方式進行動畫演示。

3.4 工程數據結構與數據庫模塊

這一模塊的二級制作內容包括工程數據概述、圖形數據結構及工程數據庫。

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航的方式制作的。

3.5 圖形處理原理模塊

這一模塊的二級制作內容包括圖形變換、圖形的裁剪、消除隱藏線和實體的表現。

這一章在制作上主要是通過按鈕的導航方式來完成的。每個知識點均放在不同的場景中，以方便修改。在這一章中使用了大量的視頻文件，根據視頻文件的大小，采用了直接導入視頻文件的方法，使視頻文件在庫中以一個文件的形式存在，隨時可以調用。

3.6 工程圖樣的繪制模塊

該模塊的二級制作內容包括工作界面、繪圖準備、圖形繪制、圖形編輯、圖案填充、文字處理、圖形復用、尺寸標注、輔助繪圖及繪圖舉例。

該模塊中主要采用逐幀動畫的方式進行演示。將演示的內容分別放置在不同的關鍵幀中，通過按鈕來完成幀間跳轉，其控制流程見圖2。

圖2 逐幀動畫制作截圖

3.7 三維幾何造型模塊

該模塊的二級制作內容包括造型環境、三維面創建、三維實體創建、三維實體編輯、效果圖的表現及特征造型法。該模塊同樣也采用逐幀動畫的方式進行演示。

3.8 實例演示模塊

實例演示模塊是通過調用多個視頻來完成對二維動畫、三維動畫的演示。在制作過程中這部分采用逐幀動畫的形式來完成。

3.9 腳本語言ActionScript

ActionScript是Flash的腳本語言。正是由于Flash中增加了ActionScript語言，才使用戶創作出來的動畫具有很強的交互性[9]。它是從類似JavaScript，面向對象的語言擴展和重建而來的，同樣需要具有事件、數據類型、對象和語法等。

ActionScript具有標準的實施方案以及靈活的圖形和音頻功能，該課件開發中章節的跳轉，影片的調用和控制都使用到了腳本語言。使用ActionScript調用影片的程序段如下:

on (press)

{

// loadmovie(\"1.swf\"，2)

unloadMovie(\"mc1\");

1oadMovie(\"1.swf\"，\"mc1\");

root.mcl.x=0;

root.mcl.y=0;

root.mc1.xscale=90

root.mc1.yscale=90

// root.mc1.width=800

// root.mc1.height=600

}

4 結 語

課程的自主學習系統設計除了包含基本教學內容外，還應當考慮到人機界面、色彩設計及人機交互等技術性問題。本文基于工業設計原理對課程組原來設計的機械CAD基礎自主學習系統進行了重新設計，制作了新的自主學習系統。新系統已在教學中使用了三屆，學生普遍反映界面更加簡潔清新，內容跳轉更加容易，課件整體更加人性化，更加符合自主學習的學習規律，因此取得了良好的教學效果，深受學生的歡迎。

參考文獻

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[9]劉志廣，楊二霞，劉素花.基于外部數據傳遞構建綜合化學實驗網絡虛擬實驗室[J].計算機與應用化學，2008，25(1):115-119.

[10]代美泉，吉曉民.CAD繪圖軟件中圖層的應用研究[J].現代電子技術，2009，32(24):45-48.