基于工業(yè)設計原理的機械CAD基礎自主學習系統(tǒng)

《機械CAD基礎》是高等學校機械基礎類專業(yè)的一門重要技術基礎課程，主要講述CAD原理、數(shù)據(jù)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(xù)的CAD／CAM、機械設計、課程設計等課程學習打下基礎。

隨著計算機技術的發(fā)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(tǒng)。電子教學手段可以激發(fā)學生的學習興趣，提高課程的學習效率。以往的《機械CAD基礎》自主學習系統(tǒng)大都由非工業(yè)設計專業(yè)的任課老師自己制作，較少從工業(yè)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(yè)設計原理。對原有的自主學習系統(tǒng)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(tǒng)設計提供了良好的思路。

1 系統(tǒng)結構設計

1.1 系統(tǒng)結構

根據(jù)課程的知識結構，共分緒論、工程數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)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(tǒng)結構如圖1所示。

1.2 開發(fā)工具

以往的學習系統(tǒng)開發(fā)使用Authorware+Powerpoint制作模式，文件占用磁盤空間大，不利于網(wǎng)絡傳輸，影響了系統(tǒng)的在線使用。Flash技術現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于網(wǎng)頁、網(wǎng)站學習系統(tǒng)的制作，用它制作的網(wǎng)頁具有如下優(yōu)點：

(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(tǒng)制作的主要開發(fā)手段。

2系統(tǒng)的設計原則

從工業(yè)設計角度出發(fā)，自主學習系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)則通過界面向用戶提供課程信息。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(tǒng)的使用，激發(fā)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)靈活性的系統(tǒng)應允許用戶能用與他的知識技能和經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)就沒有生命力，學生就不愿意使用。

2.2 色彩設計

學習系統(tǒng)的設計要用到各種各樣的顏色，協(xié)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，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(guī)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(qū)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。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(tǒng)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(jié)間跳轉。

3 系統(tǒng)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。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：


3.2 主交換模塊

主交換子模塊是學習系統(tǒng)的核心，它控制了5個學習內容的調用。根據(jù)圖1的系統(tǒng)結構制作了7個按鈕，分別是緒論、工程數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)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(tǒng)。每個按鈕中都寫入相應的調用語句，以進入相應章節(jié)。

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(tǒng)組成、CAD技術的應用及CAD發(fā)展趨勢。

根據(jù)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(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)庫模塊

這一模塊的二級制作內容包括工程數(shù)據(jù)概述、圖形數(shù)據(jù)結構及工程數(shù)據(jù)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(xiàn)。

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(jù)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。

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(huán)境、三維面創(chuàng)建、三維實體創(chuàng)建、三維實體編輯、效果圖的表現(xiàn)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(chuàng)作出來的動畫具有很強的交互性。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(shù)據(jù)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(fā)中章節(jié)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：

4 結 語

課程的自主學習系統(tǒng)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(yè)設計原理對課程組原來設計的機械CAD基礎自主學習系統(tǒng)進行了重新設計，制作了新的自主學習系統(tǒng)。新系統(tǒng)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(guī)律，因此取得了良好的教學效果，深受學生的歡迎。