王莉靜　郭　潔

[摘要]本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的計算機輔助設(shè)計及協(xié)同設(shè)計技術(shù),針對《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》中以圖形為主的設(shè)計方式而開發(fā)設(shè)計。本系統(tǒng)主要包括三大功能模塊,分別是交互學習模塊、教師管理模塊和系統(tǒng)管理模塊,并在交互學習模塊的設(shè)計中重點實現(xiàn)了機械圖形在線交互功能和遠程協(xié)助功能,在保證資源共享的基礎(chǔ)上提高了師生間的網(wǎng)絡(luò)交互能力。

[關(guān)鍵詞]課程設(shè)計,網(wǎng)絡(luò)教學,圖形交互,遠程協(xié)助。

[中圖分類號]TH11[文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2009)04-0050-03

0引言

《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》是一門重要的實踐類課程,在培養(yǎng)學生的工程意識、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力等方面起著重要作用。該課程選擇通用機械傳動裝置——圓柱齒輪減速器作為設(shè)計題目,因為減速器設(shè)計基本上包括了機械設(shè)計課程中的全部主要內(nèi)容,包括設(shè)計任務(wù)分析、傳動方案確定、傳動裝置的總體設(shè)計、零件的設(shè)計計算和選擇、裝配圖和零件圖的繪制和編寫設(shè)計計算說明書等。

而隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展、計算機的普及,社會要求大幅度提高教學質(zhì)量與教學效率;要求學校培養(yǎng)出具有更多的發(fā)散性思維、批判性思維和創(chuàng)造性思維的創(chuàng)造型人才。豐富現(xiàn)有的學習資源、創(chuàng)設(shè)個性化的學習環(huán)境,是因材施教教學理論的要求,也是時代發(fā)展和社會進步的需要。所以,實現(xiàn)個性化的交互式教學是網(wǎng)絡(luò)教學改革的主要方向。

因此,本系統(tǒng)的研究正是在日趨完善的校園寬帶網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)上,結(jié)合Web的開放式技術(shù)、協(xié)同設(shè)計技術(shù),構(gòu)建具有遠程協(xié)作功能和圖形交互功能的機械設(shè)計教學系統(tǒng)。在設(shè)計開發(fā)中,根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》中以圖形為主的重實踐性、重創(chuàng)造性的特點,結(jié)合CAD應(yīng)用軟件,實現(xiàn)了《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》圖形在線瀏覽和遠程協(xié)助功能,為學生和教師的協(xié)助學習提供有力支撐。

1交互式網(wǎng)絡(luò)教學模式的含義及特點

網(wǎng)絡(luò)教學是指以計算機網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)和電信通訊網(wǎng)絡(luò)為介質(zhì),在以多媒體網(wǎng)絡(luò)課程為核心的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中展開教學與學習活動的組織形式。交互式網(wǎng)絡(luò)教學不同于傳統(tǒng)教學,也不同于單一的電化教學,它是一種建立在充分尊重科學的教學規(guī)律和學生個性發(fā)展需要基礎(chǔ)上的教學模式,汲取以教師為中心和以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為中心的兩種教學模式的優(yōu)點,使二者優(yōu)勢互補,相得益彰[1]。這種教學模式為學生提供圖文音像并茂的交互式人機界面,提供符合人類聯(lián)想思維與聯(lián)想記憶特點的、按超文本結(jié)構(gòu)組織的大規(guī)模知識庫與信息庫,形成人機交互、師生交互、生生交互、資源共享、優(yōu)勢互補的綜合式教學模式,為學習者實現(xiàn)探索式、發(fā)現(xiàn)式學習創(chuàng)造有利條件[2]。

2系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計

2.1系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和模式

本系統(tǒng)的教學平臺是在Internet環(huán)境下實現(xiàn)的,采用B/S(Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模式。在B/S網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模式下,客戶端只需安裝瀏覽器以及相應(yīng)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議即可,所有應(yīng)用軟件的開發(fā)、維護、升級等工作由服務(wù)器承擔。本系統(tǒng)以Windows為開發(fā)平臺,使用Microso SQL Server2000網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和ASP.NET編程語言[3]?？蛻舳丝梢酝ㄟ^瀏覽器訪問系統(tǒng)提供的服務(wù),系統(tǒng)不允許匿名訪問,它要求用戶提供用戶名/密碼,通過驗證后才能進入相關(guān)操作,以此追蹤用戶身份。在此系統(tǒng)中,學生可以在客戶端查看數(shù)據(jù)庫中的信息、并下載與其課程設(shè)計相關(guān)的信息,也可以向教師提問。而教師可以隨時更新數(shù)據(jù)庫,隨時答疑,同時實現(xiàn)機械設(shè)計中圖形的修改。

2.2系統(tǒng)的總體框架設(shè)計

本系統(tǒng)的主要功能是:各式減速器零部件瀏覽及選用、設(shè)計減速器步驟查詢及計算、學生設(shè)計圖形瀏覽及修改、答疑討論等功能。本系統(tǒng)主要是為學生的課程設(shè)計和交流提供一個網(wǎng)絡(luò)平臺,所以在系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則:學生空間能為學生構(gòu)建自主設(shè)計和學習的環(huán)境;而在教師空間,教師能為學生上傳減速器設(shè)計所需的設(shè)計資料,實時、非實時的引導和幫助學生進行課程設(shè)計,并通過AutoDdesk公司的VoloView3.0控件實現(xiàn)課程設(shè)計中圖形的Web瀏覽、修改和批注。本系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3登陸及遠程協(xié)助

登陸分為管理員登陸、教師登陸和學生登陸三種不同權(quán)限。三者登陸時都從表中調(diào)出用戶名和密碼,進行驗證,根據(jù)用戶名和用戶組的不同,確定其應(yīng)有的權(quán)限。當用戶名是Admin時為管理員——最高級用戶,直接轉(zhuǎn)入管理員管理界面;當用戶名不是Admin,而usergroup=2時,則為教師用戶,進入教師管理界面;當usergroup=1時,則為普通學生用戶,進入學生操作界面。

遠程協(xié)助的實現(xiàn)是在系統(tǒng)中嵌入WindowsXP“遠程協(xié)助”控件和騰訊及時通軟件。當學生在設(shè)計中需要幫助時,可在局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)郵件或者利用騰訊及時通軟件申請協(xié)助。申請得到確認后,教師就可通過Internet網(wǎng)絡(luò)遠程控制學生的計算機,通過傳送語音和視頻信息,幫助學生處理在減速器設(shè)計中遇到的問題,就像是面對面的設(shè)計指導。

2.4交互學習模塊

交互學習模塊是設(shè)計者查詢減速器設(shè)計過程、交流心得、解惑答疑的場所。如圖1所示,此模塊主要包括:減速器設(shè)計步驟查詢區(qū)、減速器零部件瀏覽區(qū)、在線答疑區(qū)和問題討論區(qū)。

在減速器設(shè)計步驟查詢區(qū),學生根據(jù)各自的設(shè)計任務(wù)按照系統(tǒng)提示,進行減速器傳動裝置的總體設(shè)計,如:確定傳動方案、選定電動機型號、合理分配傳動比及計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)。然后,再按照系統(tǒng)提示進行減速器中傳動零件的設(shè)計計算。課程設(shè)計者可根據(jù)傳動零部件的設(shè)計計算結(jié)果,在減速器零部件瀏覽區(qū)確定出所需零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸。

在線答疑區(qū)由教師定時組織學生參與實時答疑。該模塊在進行文字、語音交流的基礎(chǔ)上,主要實現(xiàn)圖形的在線實時瀏覽、編輯和遠程網(wǎng)絡(luò)協(xié)助功能。由于機械的二維圖形都和Autocad軟件的圖形標準兼容,但Autocad軟件的圖形并不能直接在瀏覽器中顯示。因此,本模塊利用Autodesk公司發(fā)布的Volo View瀏覽控件,并在Web服務(wù)器端進行了注冊(也可以利用Volo View express免費控件在客戶端使用),通過此控件的二次開發(fā),使用戶可以利用Internet網(wǎng)絡(luò)遠程對CAD圖形實現(xiàn)基本的移動、縮放和紅點批注等功能[4,5],如圖2所示。

問題討論區(qū)中的聊天室主要用于同步交流,可以實時的進行設(shè)計內(nèi)容的討論,也可以在教師或小組組長的組織下定期召開網(wǎng)絡(luò)會議。其中發(fā)言的內(nèi)容可以由系統(tǒng)記錄下來供日后瀏覽。

2.5教師管理模塊

教師管理模塊主要進行教學資源的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和學生問題的管理。包括:各式減速器零部件發(fā)布區(qū)、問題管理區(qū)和減速器設(shè)計過程的資源發(fā)布區(qū)。

各式減速器零部件發(fā)布區(qū)提供給教師一個后臺管理平臺的入口,教師通過該平臺可以將不同類型零部件顯示出來,使學生可以在任何時間登陸該網(wǎng)址,并根據(jù)傳動零部件設(shè)計的計算結(jié)果確定零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸,如圖3所示。

在問題管理區(qū),教師將學生課程設(shè)計時,容易出錯的地方以動態(tài)的方式在網(wǎng)頁中展現(xiàn)出來,便于在課程設(shè)計中引起學生的注意。

在減速器設(shè)計過程的資源發(fā)布區(qū),教師提供與課程設(shè)計相關(guān)的輔導材料、設(shè)計案例、以往學習者的發(fā)言記錄、成果等資源,并對其進行管理。資源來源包括教師推薦的資源和學習者搜集共享的資源。利用該模塊,教師可以進行資源的修改、刪除、在線編寫、上載附件等操作,學生可以瀏覽、評論、下載、上傳、搜索相關(guān)教學資源。

2.6系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊提供用戶管理和系統(tǒng)的使用幫助。用戶管理模塊可提供不同用戶的注冊、登陸權(quán)限管理。本系統(tǒng)將用戶分為教師、學生、管理員三種類型,分別具有不同的權(quán)限。其中管理員具有最高權(quán)限,可以對系統(tǒng)進行管理,也可以參加知識庫的構(gòu)建;教師主要參與知識庫的構(gòu)建活動,也可以對學生提出的問題進行解答;學生可以學習網(wǎng)站提供的各項資源,也可以互相討論或者向教師提問。

幫助指導模塊提供系統(tǒng)使用的幫助、學習策略指導的發(fā)布、瀏覽檢索、求助指導、實時預警。幫助信息可以設(shè)置不同的指導范圍,包括公開幫助信息、小組幫助信息、個人幫助信息,以呈現(xiàn)給不同的使用者。

3結(jié)束語

交互式網(wǎng)絡(luò)教學不但有時空靈活的優(yōu)勢,而且有利于各種交互活動的開展,能更好彌補傳統(tǒng)教育交互不足(尤其是師生交互和生生交互不足)的缺陷,特別在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、個性發(fā)展方面達到了顯著的效果。本《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng)的設(shè)計依托校園計算機網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學支撐平臺,極大地豐富了課程設(shè)計教學資源,本系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下功能:①完成了有關(guān)《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》中有關(guān)設(shè)計內(nèi)容的發(fā)布、問題管理、知識點討論等功能;②通過Internet網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了教師對學生的遠程協(xié)助功能;③實現(xiàn)了《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》中圖形在線瀏覽和編輯功能。

該系統(tǒng)拓展了學習的渠道,方便了師生的學習,在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)等方面發(fā)揮了重要作用,并受到了廣大教師和學生的好評。

參考文獻

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Construct network teaching system of

curriculum design of mechanical design basic

WANG Li-jing,GOU Jie

(Tianjin Institute of Urban construction,Tiajin,300384,China)

Abstract This system introduces a cooperation-study system of curriculum design of mechanical design basic mechanical teaching based on computer-aided design technology and the coordination design technology.This system consists of interactive discussing module,teacher administrating module and the system administrating module.And the system develops on-line interactive function of mechanical drawings and long-distance aid function according to the characteristics of mechanical field.

Key wordscurriculum design,network teaching,interactive discusses about mechanical drawing,long-distance aid.