工程制圖CAI課件中學(xué)習(xí)情境的設(shè)計

陳彩萍1，譚建榮2

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工程制圖CAI課件中學(xué)習(xí)情境的設(shè)計

陳彩萍，譚建榮

（1. 太原大學(xué)，山西太原030009；2. 浙江大學(xué)工程及計算機(jī)圖學(xué)研究所，浙江杭州 310027）

學(xué)習(xí)情境的設(shè)計是課件開發(fā)過程的重要組成部分，如何將學(xué)習(xí)內(nèi)容融入具體的情境是課件開發(fā)的關(guān)鍵。論文介紹了體現(xiàn)真實繪圖情境、由形到圖、形象直觀、仿真學(xué)習(xí)情境的設(shè)計方法。課件開發(fā)中以適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、真實性、選擇性、吸引力和整體性為學(xué)習(xí)情境設(shè)計的基本原則，以Powerpoint為平臺，應(yīng)用AutoCAD、Solidworks、Flash和3DSmax等多媒體技術(shù)，針對學(xué)習(xí)中的重點和難點內(nèi)容，設(shè)計不同的學(xué)習(xí)情境，有利于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力和創(chuàng)新能力。

工程圖學(xué)；課件開發(fā)；學(xué)習(xí)情境；教學(xué)改革

工程制圖是以正投影原理為理論基礎(chǔ)，用二維圖形和符號來表達(dá)三維空間物體的一門學(xué)科。學(xué)生要進(jìn)行三維的形與二維的圖之間互相轉(zhuǎn)換的思維活動，需要有較強(qiáng)的空間想象能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中若沒有具體的情境支持，往往只能憑空想象，很難建立起“形”與“圖”之間的關(guān)系，而不能很好地完成繪圖和讀圖的任務(wù)。在CAI課件開發(fā)中，如何創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生帶著真實的任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，使學(xué)習(xí)直觀化和形象化，是教學(xué)中值得重視的問題。

1 CAI課件學(xué)習(xí)情境設(shè)計思路

學(xué)習(xí)情境是學(xué)習(xí)者可以在其中進(jìn)行自由探索和自主學(xué)習(xí)的場所，情境設(shè)計是為了幫助學(xué)習(xí)者理解、內(nèi)化學(xué)習(xí)內(nèi)容。因此，在制作CAI課件時，要求教師認(rèn)真分析教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)對象。針對特定的教學(xué)目標(biāo)，將學(xué)習(xí)內(nèi)容安排在情境化的真實的學(xué)習(xí)活動中，讓學(xué)生通過參與真實的問題求解等實踐活動而獲得更有效的學(xué)習(xí)。由于工程制圖課程中對基本概念的理解、繪圖方法的學(xué)習(xí)是以圖為主，所以用于呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)策略的CAI課件，應(yīng)盡量增加直觀教學(xué)，創(chuàng)設(shè)具有豐富素材的學(xué)習(xí)環(huán)境，以便學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的興趣、愛好去主動發(fā)現(xiàn)、主動探索。

為了設(shè)計出滿足教學(xué)要求的課件，根據(jù)工程制圖課程的特點，我們以PowerPoint為創(chuàng)作平臺，用AutoCAD或Solidworks來構(gòu)建三維立體，用AutoCAD或PowerPoint自帶的繪圖功能繪制二維平面圖形，用Flash和3DSmax制作動畫，創(chuàng)設(shè)一個靈活顯示教學(xué)內(nèi)容、實現(xiàn)互動的學(xué)習(xí)情境，為學(xué)生提供認(rèn)知建構(gòu)的環(huán)境。

2 CAI課件學(xué)習(xí)情境設(shè)計原則

CAI課件不僅是教師教學(xué)的工具，同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具，應(yīng)把設(shè)計的重點放在內(nèi)容的表達(dá)和如何有效地傳達(dá)教學(xué)信息上。為此,在課件的設(shè)計中要遵循以下幾項原則。

（1）學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要符合學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)情境設(shè)計是教師設(shè)計教學(xué)活動的首要內(nèi)容，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)中要應(yīng)用和感受的最直接的介質(zhì)，在設(shè)計課件時，對學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，尋找學(xué)習(xí)主題與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的結(jié)合點，用最符合學(xué)生認(rèn)知心理的外部刺激去促進(jìn)對知識的理解和應(yīng)用，完成學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義建構(gòu)。

（2）學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要盡可能真實。只有在真實情境中所提出的問題才最具有針對性，對問題的解決才更能顯出它的價值和意義。因此，在CAI課件的設(shè)計中，應(yīng)使圖形與實際問題相聯(lián)系，盡量采用來自于工程實際的例子，即使是對一些特殊內(nèi)容的處理，也應(yīng)盡可能地接近真實。

（3）學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要有選擇性。CAI課件應(yīng)該圍繞學(xué)習(xí)主題，從不同方面提供多變與多樣化的學(xué)習(xí)情境。作為教學(xué)活動的組織者、引導(dǎo)者，教師首先要對學(xué)習(xí)主題有正確的理解，尊重學(xué)生認(rèn)知能力的不同與差異，以情境創(chuàng)設(shè)的多樣性去實現(xiàn)學(xué)生的選擇性，以多變的交互性去激活學(xué)生的主動性。

（4）學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要有吸引力。CAI課件作為一種認(rèn)知工具，應(yīng)該新穎、生動、有趣、富有美感和吸引力，去滿足學(xué)生對未知領(lǐng)域探索的好奇心。學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要富有變化，善于創(chuàng)新，既要讓情境與學(xué)生的生活經(jīng)驗有一定的聯(lián)系，又要有新的信息刺激，使學(xué)生處于亢奮狀態(tài)，積極主動地學(xué)習(xí)。

（5）學(xué)習(xí)情境的設(shè)計要有整體性。對CAI課件的設(shè)計要充分考慮多媒體的特性，既要考慮到文字、圖形、動畫、視頻圖像、聲音的協(xié)調(diào)，還要保證在非線性的結(jié)構(gòu)中系統(tǒng)總體的統(tǒng)一與完整，最大限度的發(fā)揮出多媒體技術(shù)的優(yōu)勢。

3 CAI課件學(xué)習(xí)情境設(shè)計方法

利用信息技術(shù)和信息資源，創(chuàng)設(shè)接近真實學(xué)習(xí)情境的方式多種多樣。工程制圖是使人們掌握圖形載體表達(dá)的方法和理解工程對象的理論和方法，同時使空間思維能力，特別是形象思維能力得到有效訓(xùn)練的課程。在教學(xué)實踐中根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計不同的學(xué)習(xí)情境，來提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

3.1 利用PowerPoint的動畫功能，設(shè)計具體繪圖情境

工程制圖課程的特點是圍繞“圖形”進(jìn)行教學(xué)的，CAI教學(xué)課件必然以圖為主，且強(qiáng)調(diào)繪圖過程，圖形的形成要符合制圖的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。在課件制作過程中，充分利用PowerPoint自帶的繪圖功能，以及在幻燈片中對圖形要素出現(xiàn)的先后順序和所畫圖線的方向等進(jìn)行自定義動畫設(shè)置，這些都可起到吸引學(xué)生的注意力、突出重點的作用，特別是在點線面的投影中使用，有較好的效果。圖1(a)所示為完成四邊形的水平投影的畫圖過程。圖1(b)為在PowerPoint中設(shè)置動畫的界面。課件中描述繪圖過程的動畫效果與手工繪圖過程完全一致，這樣就創(chuàng)設(shè)了一個全真的繪圖過程情境，好象一只無形的手在繪制圖形，有效地引導(dǎo)學(xué)生掌握繪圖的基本方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，達(dá)到使用多媒體教學(xué)課件的理想效果。

(a) 作圖分步過程

(b) 動畫的設(shè)置

圖1 四邊形水平投影的求解過程

對于復(fù)雜的二維圖形可以采用AutoCAD畫出圖形，再導(dǎo)入到PowerPoint中進(jìn)行圖形的動畫設(shè)置。

3.2 構(gòu)建虛擬三維模型庫，創(chuàng)建由形到圖的學(xué)習(xí)情境

畫圖和讀圖是工程制圖教學(xué)過程中的兩大任務(wù)。畫圖是由三維的形到二維的圖的一個過程，課件開發(fā)中，為了使其簡明、直觀、形象、生動，建立以圖說文的概念，利用AutoCAD和Solidworks制作了大量的三維模型，創(chuàng)建了由形到圖的學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)生建立空間概念，增強(qiáng)空間思維能力，提高學(xué)習(xí)的主動性和積極性。圖2為課件中模型庫的界面，在課件中點擊小圖標(biāo)可以將圖形放大觀看。

讀圖是畫圖的逆過程，模型庫同樣可以幫助學(xué)生建立圖與形之間的關(guān)系，來降低學(xué)習(xí)難度。

圖2 模型庫界面

3.3 利用三維動畫演示，設(shè)計仿真的學(xué)習(xí)情境

動畫是課件的點睛之筆，在教學(xué)中適當(dāng)?shù)貞?yīng)用動畫可以吸引學(xué)生的注意力。例如，在討論兩回轉(zhuǎn)體相貫的問題中，若兩回轉(zhuǎn)體軸線垂直相交，直徑變化對相貫線的影響時，由于一般情況下相貫線是封閉的空間曲線，根據(jù)兩個相貫體直徑的變化，相貫線的走向也發(fā)生變化，學(xué)習(xí)中很難想象，利用3DSmax將其制作為三維動畫，就能形象、生動地展示復(fù)雜形體的形成過程，準(zhǔn)確清晰地表達(dá)出相貫線的形狀及走向，如圖3所示，可以實時地、動態(tài)地觀察相貫線的變化。并且還可在CAI課件中設(shè)置超鏈接，與AutoCAD中的多視口(Right、Top) 或與3DSmax界面顯示聯(lián)系起來，如圖4所示，直觀地觀察二維視圖中相貫線的形狀、畫法，教學(xué)中可根據(jù)學(xué)生的反映和要求隨時改變圖形，營造逼真的學(xué)習(xí)情境。應(yīng)用同樣的方法，通過對基本立體進(jìn)行挖切、疊加等操作，觀察不同類型的組合體的組合形式及連接處的曲線變化，再結(jié)合CAI課件中平面作圖過程的分析講解，相貫體、組合體等教學(xué)中的重點和難點問題就迎刃而解了。

圖3 動畫演示相貫線的變化

圖4 多視口顯示相貫線的畫法

3.4 利用PowerPoint的路徑功能，設(shè)計圖樣畫法情境

PowerPoint強(qiáng)大的動畫功能可以實現(xiàn)工程制圖中圖形的動態(tài)演示，特別是其動作路徑功能可以擴(kuò)展動畫范圍，它能讓幻燈片上的圖形沿著各種設(shè)定的路徑運動，這些路徑包括：直線、曲線、斜線、隨意繪制的線條等。在圖樣畫法中對物體有不同的表達(dá)方法，例如全剖、半剖、局部剖等的作圖過程，可先在AutoCAD中將二維圖形畫好，然后導(dǎo)入到PowerPoint中，通過設(shè)置動作路徑實現(xiàn)圖形的動畫演示。如圖5顯示的是半剖視圖畫法的動作路徑設(shè)置，從演示過程就可清楚地知道半剖視圖的畫法，給學(xué)生一個動態(tài)的學(xué)習(xí)情境，使其身臨其境，有效地掌握不同機(jī)件的表達(dá)方法。

(a) 動作路徑設(shè)置

(b) 合成的半剖視圖

圖5 半剖視圖的動作路徑設(shè)置

4 結(jié)束語

工程制圖CAI課件學(xué)習(xí)情境設(shè)計方法多樣，每一種方法之間又有相互的聯(lián)系，最終將課件構(gòu)成為一個統(tǒng)一的整體。在課件制作中利用多媒體展示的靈活性，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)、與工程實際問題相聯(lián)系的、形象直觀的情境，有利于學(xué)生空間想象能力和空間分析能力的提高，有利于理解制圖中的重點和難點問題，可以有效地實現(xiàn)創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)。

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Learning Situation Design in Courseware of Engineering Graphics

CHEN Cai-ping, TAN Jian-rong

( 1. Taiyuan University, Taiyuan Shanxi 030009, China; 2. Engineering and Computer Graphics Institute, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, China )

The design of learning situation is an important part in the courseware development process. How to introduce the learning content into the specific scenario is the key to the courseware development. This article describes the real mapping situation, from shape to the drawing, visual image and simulation learning environment design approach. In the courseware development process, we aim at meeting the students' cognitive structure, authenticity, selectivity, attractiveness and holisticity, using Powerpoint as a platform, using AutoCAD, Solidworks, Flash and 3DSmax as the multimedia technology, analying the students' difficulties in their study, designing different learning situations in order to develop their image thinking and innovation ability.

engineering graphics; courseware development; learning situation; teching reform

TB 23

A

1003-0158(2011)01-0138-05

2009-06-16

陳彩萍（1963-），女，山西平陸人，教授，碩士，主要研究方向為工程圖學(xué)、CAD/CAM等。