CAI技術(shù)在水準(zhǔn)測量實訓(xùn)教學(xué)軟件開發(fā)中的應(yīng)用

賴鵬輝　許輝熙　何應(yīng)鵬

【摘 要】近年來，隨著社會對技能型人才的需求越來越高，大多數(shù)高校均設(shè)置了相應(yīng)專業(yè)的相關(guān)儀器操作實訓(xùn)課程。但學(xué)生對操作步驟的不熟練和對知識點理解的不透徹導(dǎo)致了實訓(xùn)效果不理想。傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要改變，計算機輔助教學(xué)（CAI）則提供了很好的平臺，如何開發(fā)出高效、直觀、可操作性強的計算機輔助教學(xué)實訓(xùn)軟件成為了研究的熱點。本文主要探討了CAI技術(shù)在水準(zhǔn)測量實訓(xùn)教學(xué)軟件開發(fā)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】測量儀器；實訓(xùn)；計算機輔助教學(xué)；軟件

1 開發(fā)背景

計算機輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction），以下簡稱CAI，是在計算機輔助下進行的各種教學(xué)活動，以對話的方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)過程、進行教學(xué)訓(xùn)練的技術(shù)。

當(dāng)代大學(xué)為培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作技能，大多開設(shè)了儀器和工具的操作使用實訓(xùn)課程。例如測繪專業(yè)的水準(zhǔn)儀、全站儀操作實訓(xùn)。目前的學(xué)生實訓(xùn)儀器的購置費用較高。而就使用情況來看，因?qū)W生對儀器操作方法的不熟練，對操作原理理解的不透徹而造成的儀器損壞與實訓(xùn)成績不理想的情況也愈發(fā)嚴(yán)重。

如何解決上述問題？顯然，在電腦日益普及使用的年代，CAI技術(shù)輔助進行實訓(xùn)教學(xué)軟件的開發(fā)成為一個不錯的選擇，CAI軟件與傳統(tǒng)的教學(xué)方式有以下優(yōu)點[1]：

1）能充分利用軟件的交互優(yōu)勢，實現(xiàn)教師與學(xué)生的互動；

2）適用性強，有電腦即可操作，不受限于任何地理環(huán)境與天氣影響；

3）數(shù)據(jù)分析能力更精確，易錯點難點軟件可以自動分析，教室可針對分析重新講解。

筆者就其開發(fā)的水準(zhǔn)測量自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)對測量儀器計算機輔助教學(xué)實訓(xùn)軟件的開發(fā)過程與其運行原理做簡要分析。

2 開發(fā)過程

開發(fā)平臺：易語言5.11。

開發(fā)工具：3DMAX，PHOTOSHOP，POWERPOINT，F(xiàn)LASH。

運行環(huán)境：Windows。

軟件模擬儀器：DS3水準(zhǔn)儀。

參考教材：《建筑工程測量（第二版）》，盧正主編，化學(xué)工業(yè)出版社。

圖1為軟件開發(fā)流程示意圖，圖2為軟件運行流程示意圖，圖3為水準(zhǔn)測量自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)界面。

3 軟件特點

傳統(tǒng)的CAI軟件由學(xué)科教師編寫稿本，計算機技術(shù)人員編程實現(xiàn)開發(fā)成小型的教學(xué)軟件[2]。與傳統(tǒng)的CAI軟件相比，水準(zhǔn)測量自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)具有以下特點：

1）采用更加多元化的開發(fā)工具。不僅使用了傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)課件，更是實現(xiàn)了整個儀器的3D結(jié)構(gòu)模擬仿真，直觀性與操作性更強。儀器操作演示動畫能讓學(xué)生更加深入地理解儀器的操作流程，對老師課堂教授的內(nèi)容能起到補充作用。

2）更側(cè)重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。因此，交互性設(shè)計得更全面，例如軟件中有兩次讀數(shù)，兩次讀數(shù)都是根據(jù)隨機模擬高差而生成的讀數(shù)，軟件不會提供數(shù)據(jù)答案，而是通過提示讓軟件使用者自己理解高差測量原理并讀數(shù)記錄，可多次循環(huán)操作加深記憶。

3）十分注重儀器操作的直觀感覺。在編程模擬氣泡移動步驟中，加入了模擬波動的算法，讓氣泡移動不顯得虛假，更真實的模擬儀器現(xiàn)實使用的情況，在儀器粗平階段，氣泡的移動較慢，在學(xué)生理解下底座調(diào)節(jié)螺旋的操作規(guī)律之后，可選擇自動粗平，設(shè)計更加人性化。

4）在使用望遠鏡讀數(shù)階段，儀器最主要的操作是調(diào)節(jié)焦距，為使學(xué)生更直觀地了解調(diào)焦旋鈕的操作，在編程的時候采用了透明度模擬調(diào)焦，操作步驟顯得十分真實。

5）本軟件突出特點就是糾錯，傳統(tǒng)的CAI軟件只是注重模擬教學(xué)，對于易錯點也是老師的隨堂講解，而在儀器的實際操作中很容易被忽略。水準(zhǔn)測量自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)在對流程控制方面更加嚴(yán)格，錯誤的步驟操作會發(fā)出警告并提示返回上一步驟重新操作，否則不能進行下一步操作，這對樹立優(yōu)秀的儀器操作習(xí)慣奠定了基礎(chǔ)。

6）軟件還具有數(shù)據(jù)反饋機制，在學(xué)生使用軟件之后，關(guān)于操作步驟的正確率以及讀數(shù)的準(zhǔn)確度都會及時反饋給教師，教師通過對反饋數(shù)據(jù)的分析，可以了解學(xué)生在哪些知識點了解不足和操作問題，從而提醒老師應(yīng)該在哪些知識點對學(xué)生做進一步的講解。

4 軟件使用效果對比測試

在軟件開發(fā)完成以后，我們選擇了兩個測量班進行使用情況內(nèi)測，兩個班由同一老師教學(xué)，一個班使用本套軟件進行輔助教學(xué)，另一個班則不使用。在老師講解課程兩天后進行DS3水準(zhǔn)儀操作實訓(xùn)，根據(jù)對實訓(xùn)結(jié)果分析，得到以下結(jié)論（表1）：

表1 系統(tǒng)使用效果對比測試結(jié)果

以上結(jié)果分析表明：使用本自主學(xué)習(xí)軟件能極大的提高學(xué)生對DS3水準(zhǔn)儀的操作能力和讀數(shù)技巧，對老師的課堂教學(xué)起到了很大的輔助作用。

5 小結(jié)

在軟件的開發(fā)伊始，征求了許多老師、聽取了很多同學(xué)的意見和建議，最終才確定了開發(fā)方案，在編譯過程中，也積累了很多的關(guān)于實訓(xùn)類CAI軟件的開發(fā)經(jīng)驗。首先，在進行開發(fā)之前，應(yīng)該就軟件的定位和主要功能做一個細致的用戶調(diào)查，弄明白老師和同學(xué)們需要的是什么，而我們要實現(xiàn)的是什么，這樣開發(fā)出來的軟件才有意義。第二，對于實訓(xùn)類CAI軟件的開發(fā)，更側(cè)重的應(yīng)該是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，學(xué)生與軟件的交互很重要，即學(xué)生能利用軟件達到儀器實訓(xùn)操作的基本技巧，這是這類軟件的開發(fā)原則。第三，實訓(xùn)類CAI軟件主要是實訓(xùn)儀器操作的輔助教學(xué)軟件，雖不能完全代替實訓(xùn)儀器的教學(xué)作用，但是要達到良好的輔助教學(xué)效果，必須要做到高仿真的模擬儀器的使用與操作，不然就失去了這類軟件的真正作用。

以中國知網(wǎng)（CNKI）以文獻來源，利用其高級檢索功能和篇名字段檢索出“計算機輔助教學(xué)論文”2425篇[3]，檢索“計算機輔助教學(xué)實訓(xùn)軟件”檢索出符合全字段的論文屈指可數(shù)。這說明在應(yīng)用在實訓(xùn)類的CAI軟件還較少，隨著高校對實訓(xùn)教學(xué)的重視，相信以后計算機輔助教學(xué)實訓(xùn)軟件的開發(fā)將越來越好。

【參考文獻】

[1]劉振江.淺談機械制造專業(yè)計算機輔助教學(xué)軟件的應(yīng)用要點[J].電子制作， 2014（5）：114-114.

[2]劉建勛.計算機輔助教學(xué)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技視界，2013（9）： 93-93.

[3]佟礦.計算機輔助教學(xué)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2013，27（3）：255-257.

[責(zé)任編輯：田吉捷]