CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)立體詞典系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的進(jìn)步，CAD/CAM/CAE軟件課程在各院校越來(lái)越普及。針對(duì)其教學(xué)的特點(diǎn)和傳統(tǒng)教學(xué)資源存在的問(wèn)題，提出了基于“立體詞典”的CAD/CAM/CAE軟件通用教學(xué)資源制作方案。以視頻演示為核心，圍繞單個(gè)軟件功能為基本單位來(lái)制作教學(xué)資源，并以詞典的方式將這些單元組織起來(lái)。教師可方便地利用詞典中的基本教學(xué)單元，采用“搭積木”的方式快速、靈活地組合出各種個(gè)性化的教學(xué)“套餐”。以UG教學(xué)為例，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，大大提高了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

【關(guān)鍵詞】立體詞典;CAD/CAM/CAE;教學(xué)資源

【中圖分類號(hào)】G40-057【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【論文編號(hào)】1009—8097(2010)09—0095—04

引言

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)作為一項(xiàng)在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用的信息技術(shù)，它推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)的必不可少的手段[1]。三維CAD系統(tǒng)具有可視化好、形象直觀、設(shè)計(jì)效率高、能方便地與CAE系統(tǒng)相連進(jìn)行仿真分析和提供數(shù)控加工信息等優(yōu)勢(shì)，取代傳統(tǒng)二維CAD系統(tǒng)已成為必然趨勢(shì)[2]。

CAD/CAM/CAE軟件的教學(xué)特點(diǎn)有別于傳統(tǒng)的教學(xué)科目，它是工程類專業(yè)的通用、必修課程，教學(xué)強(qiáng)度高、課時(shí)長(zhǎng)、更新快。教學(xué)資源制作要求高、工作量大、生命周期短，教師每年需要花大量時(shí)間制作和更新教學(xué)資源。隨著CAD/CAM/CAE軟件課程在各院校的普及，針對(duì)其教學(xué)方面的研究越來(lái)越得到關(guān)注[3-5]。

目前，CAD/CAM/CAE軟件的傳統(tǒng)教學(xué)資源存在以下幾方面的問(wèn)題:(1)結(jié)構(gòu)不完整，配置不合理:現(xiàn)有的教學(xué)資源仍以各種教材為主，僅在隨書(shū)光盤(pán)中附以少量的、簡(jiǎn)單的視頻演示及練習(xí)素材，基本上沒(méi)有演示文檔和試題庫(kù)、教學(xué)大綱等教學(xué)參考資料，因此還遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上完整的教學(xué)資源。(2)靈活性、通用性較差:現(xiàn)有的教學(xué)資源，無(wú)論是教材還是視頻課件，都比較“固化”，難以靈活調(diào)整以滿足不同層次、不同深度、不同學(xué)時(shí)的教學(xué)需要，更無(wú)法承擔(dān)學(xué)生課后練習(xí)的輔導(dǎo)功能，因而不適于作為通用教學(xué)資源。(3)內(nèi)容更新慢，更新成本高:現(xiàn)有的教學(xué)資源更新升級(jí)速度很慢，難以跟上軟件更新的節(jié)奏。即使是一些軟件生產(chǎn)廠商發(fā)行的“官方”教材，也往往不能得到及時(shí)的更新，而視頻資源更新的速度就更慢了。

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)的特點(diǎn)，提出了基于“立體詞典”的CAD/CAM/CAE軟件通用教學(xué)資源制作方案。并以UG教學(xué)為例，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，徹底解決了傳統(tǒng)教學(xué)資源所存在的問(wèn)題，不但減輕了教師負(fù)擔(dān)，而且提高了教學(xué)效率和效果。

一 基于“立體詞典”的CAD/CAM/CAE通用教學(xué)資源制作方案

1 立體詞典的概念

“立體詞典”是本方案提出的一種新型教學(xué)資源，是通用教學(xué)體系的核心，它包括兩方面含義:

(1)所謂“立體”是指，其集視頻、靜態(tài)圖文頁(yè)面、教學(xué)演示文檔、操作練習(xí)素材于一體，通過(guò)視聽(tīng)的方式進(jìn)行教授，與傳統(tǒng)的教材相比，具有“立體”的特點(diǎn)。

(2)所謂“詞典”是指，其以軟件功能單元或?qū)嵗秊榛締挝粊?lái)制作教學(xué)演示視頻、PPT文檔、練習(xí)素材，形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的基本教學(xué)單元，如圖1所示，這相當(dāng)于詞典中單個(gè)詞匯的注釋，并將所有基本教學(xué)單元按其對(duì)應(yīng)的功能名稱，以詞典的方式進(jìn)行組織、管理和使用。

2 基于“立體詞典”的通用教學(xué)資源的優(yōu)勢(shì)

(1)以視頻演示為核心，結(jié)構(gòu)合理，效果明顯

以視頻形式為主，其它形式為輔的教學(xué)資源結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)了CAD/CAM/CAE軟件的教學(xué)規(guī)律。在規(guī)模較大的教學(xué)培訓(xùn)中，可起到重要的輔助作用，有效增強(qiáng)培訓(xùn)效果。

(2)易于制作和維護(hù)，更新成本極低，品質(zhì)更可靠

由于教學(xué)資源是圍繞單個(gè)功能來(lái)組織的，由一個(gè)個(gè)相互獨(dú)立的基本教學(xué)單元所組成，因此非常適合采用多人并行制作的方式，效率高、成本低、品質(zhì)可靠。特別是，當(dāng)軟件版本升級(jí)時(shí)，只需要更新相應(yīng)的基本教學(xué)單元即可，簡(jiǎn)單易行，成本低廉。

(3)面向二次開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性資源，靈活多變

作為教學(xué)資源的基本核心，立體詞典的結(jié)構(gòu)是完全開(kāi)放的和模板化的。教師可方便地利用詞典中的基本教學(xué)單元，采用“搭積木”的方式組合構(gòu)造各種個(gè)性化的教學(xué)“套餐”，以適應(yīng)不同層次、不同深度和不同學(xué)時(shí)的教學(xué)需要。

(4)應(yīng)用范圍廣，通用性好

如前所述，以立體詞典為核心的教學(xué)資源，不僅可直接用于教學(xué)，還可用于個(gè)性化教學(xué)資源的二次開(kāi)發(fā)。同時(shí)，也適合于自學(xué)、遠(yuǎn)程教育、培訓(xùn)等多種教育形式。

二 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)立體詞典主要由學(xué)習(xí)軟件、試題系統(tǒng)和教學(xué)資源三個(gè)模塊組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1 學(xué)習(xí)軟件

學(xué)習(xí)軟件從總體上可以分為學(xué)習(xí)功能和管理功能兩個(gè)子模塊，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3示。

(1)學(xué)習(xí)功能

學(xué)習(xí)功能以目錄樹(shù)的方式有序地列出了學(xué)習(xí)軟件所包含的所有基本教學(xué)單元，可以對(duì)基本教學(xué)單元進(jìn)行查詢，對(duì)相關(guān)文檔瀏覽查看，對(duì)相關(guān)視頻進(jìn)行點(diǎn)播觀看。習(xí)題資源提供了將各個(gè)教學(xué)單元的相關(guān)練習(xí)下載到指定練習(xí)文件夾的功能，便于學(xué)生進(jìn)行操作練習(xí)。課件資源只對(duì)教師用戶開(kāi)放，教師可以下載課件資源，若有需要，還可以對(duì)課件內(nèi)容進(jìn)行修改和整合，以滿足課堂教學(xué)的實(shí)際需求。試題資源提供了通往試題系統(tǒng)的接口。

(2)管理功能

系統(tǒng)配置可以指定教學(xué)資源目錄、默認(rèn)軟件、默認(rèn)顯示方式、練習(xí)放置文件夾、練習(xí)文件擴(kuò)展名和視頻文件擴(kuò)展名。通過(guò)課時(shí)設(shè)置，可以利用詞典中的基本教學(xué)單元，組合出個(gè)性化的教學(xué)課時(shí)安排，以滿足不同層次、不同深度和不同學(xué)時(shí)的教學(xué)需要。

2 試題系統(tǒng)

結(jié)合CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)的課程考核要求，基于Internet，開(kāi)發(fā)了適合于教師出題及學(xué)生測(cè)試的試題系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。

(1)試題管理

試題庫(kù)的建立:建立試題庫(kù)時(shí)，首先需要設(shè)置課程信息建立與課程一一對(duì)應(yīng)的試題庫(kù)，并輸入每門(mén)課程的章節(jié)內(nèi)容。知識(shí)點(diǎn)根據(jù)課程教學(xué)大綱的要求進(jìn)行設(shè)置，將試題與知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，以便于根據(jù)試題的得分率了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。除此之外，還可設(shè)置各門(mén)課程所支持的試題類型，如單選題、多選題、填空題、判斷題、操作題等。最后，設(shè)置試題的難度等級(jí)，比如可以分為簡(jiǎn)單、一般、較難、很難四個(gè)級(jí)別。

試題的維護(hù):用戶可以添加試題并設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，如所屬科目、所屬章節(jié)、知識(shí)點(diǎn)、題型、難度等，并且可以根據(jù)一定的條件瀏覽試題庫(kù)中的試題。具有修改權(quán)限的用戶可以對(duì)試題的內(nèi)容或某些屬性進(jìn)行修改。

(2)自動(dòng)組卷

輸入試卷的一些基本參數(shù)，例如考試科目、試卷難度、試卷名稱、考試時(shí)間、題型、題量、知識(shí)點(diǎn)比例等，利用合適的算法，自動(dòng)地生成試卷。若用戶對(duì)生成的試卷不滿意，可以對(duì)自動(dòng)生成的試卷進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，然后可以導(dǎo)出電子試卷供傳統(tǒng)的筆試之用。

(3)在線測(cè)試

具有考試管理權(quán)限的教師用戶，可以進(jìn)行考試前的安排，如初始化考場(chǎng)信息表，確定考試地點(diǎn)、日期和時(shí)間，為每位考生的計(jì)算機(jī)分配IP地址等。考前準(zhǔn)備完成后，考生進(jìn)入考試登錄界面，進(jìn)行在線答題，考生必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)交卷，系統(tǒng)在答題界面上顯示剩余時(shí)間。考生交卷后，系統(tǒng)對(duì)客觀題自動(dòng)評(píng)分，主觀題提交給教師判分。自動(dòng)評(píng)分子模塊還具有統(tǒng)計(jì)分析的功能。可以統(tǒng)計(jì)全班成績(jī)分布情況、計(jì)算各分?jǐn)?shù)段的學(xué)生人數(shù)、分析各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的得分率。

3 教學(xué)資源

教學(xué)資源是構(gòu)成立體詞典的基礎(chǔ)，CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)立體的教學(xué)資源種類繁多、形式多樣。按照資源形式分為教材、視頻演示文件、PPT演示文稿、練習(xí)素材、試題庫(kù)、教學(xué)計(jì)劃6種類型;按照資源內(nèi)容分為功能、綜合練習(xí)、工程案例3種類型。

(1)按資源形式分類

教材資源可以分為印刷版和電子版。通過(guò)印刷版教材，教師和學(xué)生可以了解立體詞典包含了哪些軟件功能及各個(gè)功能的作用，主要起索引的作用。電子版教材、視頻演示文件、PPT演示文稿、練習(xí)素材這4種形式的教學(xué)資源，是圍繞單個(gè)軟件功能來(lái)組織的，通過(guò)學(xué)習(xí)軟件可以將它們有機(jī)地組合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的教學(xué)作用。

試題庫(kù)和習(xí)題集不同，它不是試題的簡(jiǎn)單集合，而是經(jīng)過(guò)特殊處理的具有較大信息量的試題的有機(jī)組合，并且可以對(duì)其進(jìn)行科學(xué)、有效、經(jīng)濟(jì)、靈活的管理。試題系統(tǒng)不僅可以管理試題庫(kù)，還可以利用這些試題自動(dòng)生成考卷。立體詞典的教學(xué)計(jì)劃可以供教師直接使用，也可以其為參考，制作個(gè)性化的教學(xué)計(jì)劃。

(2)按資源內(nèi)容分類

從資源內(nèi)容的角度來(lái)看，功能是教學(xué)資源的最小單位。綜合練習(xí)則是通過(guò)若干功能命令，完成預(yù)期的操作結(jié)果。工程案例則是充分利用軟件的功能命令，完成實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或造型。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)采用循序漸進(jìn)的方式，要求學(xué)生牢牢掌握單個(gè)功能的基本知識(shí)和操作方法。在此基礎(chǔ)上，可以做一定量的綜合練習(xí)，最后可以進(jìn)行工程案例的練習(xí)。

由于CAD/CAM/CAE軟件的教學(xué)資源數(shù)量巨大，更新快，可擴(kuò)充性強(qiáng)。為便于教學(xué)資源的管理和維護(hù)，將資源庫(kù)分為兩種基本的單元，即公共資源庫(kù)和個(gè)人資源庫(kù)，如圖5所示。公共資源庫(kù)中的資源只有管理員才有添加、修改、刪除的權(quán)限。同樣地，個(gè)人資源庫(kù)中的資源只有其所有者才有查看、添加、修改、刪除的權(quán)限。但是，用戶可以查看并下載公共資源庫(kù)的資源到其個(gè)人資源庫(kù)，成為其個(gè)人資源庫(kù)的一部分，此時(shí)，用戶對(duì)這部分資源就具有了所有的管理權(quán)限。為了使資源共享并得到充分的利用，用戶可以向管理員提出將其資源添加到公共資源庫(kù)的申請(qǐng)。管理員審核后，可以將符合制作要求和規(guī)范的資源添加到公共資源庫(kù)，這樣就保證了教學(xué)資源的規(guī)范性和可擴(kuò)展性。

三 應(yīng)用實(shí)例

以SQL Server為數(shù)據(jù)庫(kù)，采用Java、VC++等語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)立體詞典的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

圖6為基于“立體詞典”的CAD/CAM/CAE軟件通用教學(xué)資源系統(tǒng)的主界面。左邊的視圖中列出了UG的綜合實(shí)例和軟件功能，可以在上面的搜索中進(jìn)行特定內(nèi)容的檢索。

當(dāng)雙擊樹(shù)形視圖UG軟件功能中的某一基本功能單位時(shí)，右邊視圖即顯示所對(duì)應(yīng)的教材文檔，如圖7所示。此時(shí)，當(dāng)點(diǎn)擊上面的查看視頻按鈕時(shí)，即可打開(kāi)該功能單位所對(duì)應(yīng)的教學(xué)視頻資源。同樣可以點(diǎn)擊復(fù)制練習(xí)文件按鈕，將所對(duì)應(yīng)的練習(xí)文件資源復(fù)制到系統(tǒng)默認(rèn)的文件夾，學(xué)生可以再用相應(yīng)的三維軟件打開(kāi)進(jìn)行練習(xí)。當(dāng)點(diǎn)擊打開(kāi)PPT文檔按鈕時(shí)，可將所對(duì)應(yīng)的PPT文檔打開(kāi)。同時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)的默認(rèn)配置進(jìn)行修改，教師也可根據(jù)教學(xué)的要求，進(jìn)行學(xué)時(shí)配置，按照學(xué)時(shí)來(lái)組織左邊的列表，這些列表可以保存在文件中，發(fā)放給學(xué)生用于自學(xué)使用，或者用來(lái)規(guī)劃教師的教學(xué)過(guò)程。

點(diǎn)擊進(jìn)入考試系統(tǒng)按鈕，輸入用戶名和密碼，可以進(jìn)入在線考試系統(tǒng)。在試題管理平臺(tái)中，如圖8所示，可以配置試題，對(duì)試卷的分?jǐn)?shù)進(jìn)行設(shè)置，從而自動(dòng)生成試卷，實(shí)現(xiàn)一人一卷。

四 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)的特點(diǎn)，所提出的基于“立體詞典”的CAD/CAM/CAE軟件通用教學(xué)資源制作方案徹底解決了傳統(tǒng)教學(xué)資源存在的問(wèn)題。以UG教學(xué)為例，開(kāi)發(fā)的相應(yīng)軟件系統(tǒng)的實(shí)踐表明，系統(tǒng)內(nèi)容充實(shí)、體系完整、靈活組合、自由擴(kuò)充，是一個(gè)全新的CAD/CAM/CAE軟件教學(xué)通用資源庫(kù)。任意組合成的各種教學(xué)套餐可充分滿足個(gè)性化的教學(xué)需求，從而大大提升教學(xué)效率和效果，讓老師從繁重的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)!

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