運用工業(yè)設(shè)計原理對機械CAD自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行優(yōu)化改善

《機械CAD基礎(chǔ)》是高等學(xué)校機械基礎(chǔ)類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要講述CAD原理、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、二維圖形技術(shù)、三維造型技術(shù)等內(nèi)容，通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握CAD技術(shù)的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)的CAD／CAM、機械設(shè)計、課程設(shè)計等課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

隨著計算機技術(shù)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(xué)系統(tǒng)。電子教學(xué)手段可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課程的學(xué)習(xí)效率。以往的《機械CAD基礎(chǔ)》自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)大都由非工業(yè)設(shè)計專業(yè)的任課老師自己制作，較少從工業(yè)設(shè)計角度考慮人機界面、色彩設(shè)計、文字設(shè)計及人機交互設(shè)計等因素，缺乏人性化設(shè)計。本文運用工業(yè)設(shè)計原理。對原有的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行重新設(shè)計，取得了良好的教學(xué)效果，并為其他課程的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計提供了良好的思路。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)課程的知識結(jié)構(gòu)，共分緒論、工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(nèi)容，因此設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 開發(fā)工具

以往的學(xué)習(xí)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(luò)傳輸，影響了系統(tǒng)的在線使用。Flash技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于網(wǎng)頁、網(wǎng)站學(xué)習(xí)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(shù)作為學(xué)習(xí)系統(tǒng)制作的主要開發(fā)手段。

2 、系統(tǒng)的設(shè)計原則

從工業(yè)設(shè)計角度出發(fā)，自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計主要應(yīng)從界面設(shè)計、色彩設(shè)計、文字設(shè)計及人機交互設(shè)計等幾方面進行考慮。

2.1 界面設(shè)計

界面設(shè)計是自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)計，有助于學(xué)習(xí)者對知識的理解和記憶，方便對系統(tǒng)的使用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

界面設(shè)計主要應(yīng)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(biāo)也應(yīng)一致。

（2）適應(yīng)性。由于用戶個別差異的存在，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)盡量讓不同的用戶均可以獲得他們所需要的學(xué)習(xí)方式。對不同認(rèn)知風(fēng)格的用戶應(yīng)提供不同的學(xué)習(xí)與操作方法。

（3）靈活性。體現(xiàn)靈活性的系統(tǒng)應(yīng)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(shè)置，建立用戶記憶等。

（4）易學(xué)易用性。一個好的學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)該易學(xué)易用，便于上手，否則無論采用的技術(shù)多先進，設(shè)計的功能多復(fù)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(xué)生就不愿意使用。

2.2 色彩設(shè)計

學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計要用到各種各樣的顏色，協(xié)調(diào)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(dāng)，就能促進用戶對屏幕上各部分內(nèi)容的識別，突出差異，使內(nèi)容顯示更為醒目，更富有趣味性。

色彩的運用應(yīng)注意如下原則：

（1）避免同時使用太多顏色；

（2）用色彩起強調(diào)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(shè)計

課件的文字設(shè)計應(yīng)考慮以下幾點因素：

（1）文字內(nèi)容要逐步引入。對于每一屏文字資料，應(yīng)該隨著講課過程逐步顯示，符合學(xué)習(xí)的認(rèn)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(nèi)容中關(guān)鍵性的標(biāo)題、結(jié)論、總結(jié)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(wù)而進行的人機之間信息交換的過程。人機交互設(shè)計主要應(yīng)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(nèi)容在遵循以上設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，選用“按鈕”和“點擊對象”的交互方式，支持鼠標(biāo)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(zhuǎn)。

3 、系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)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(shù)來完成。在整體的構(gòu)圖上主要由四部分構(gòu)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(xué)習(xí)系統(tǒng)的核心，它控制了5個學(xué)習(xí)內(nèi)容的調(diào)用。根據(jù)圖1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制作了7個按鈕，分別是緒論、工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(yīng)的調(diào)用語句，以進入相應(yīng)章節(jié)。

3.3 緒論模塊

這一模塊的二級制作內(nèi)容包括CAD技術(shù)概論、CAD系統(tǒng)組成、CAD技術(shù)的應(yīng)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(dǎo)航的方式進行動畫演示。

3.4 工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫模塊

這一模塊的二級制作內(nèi)容包括工程數(shù)據(jù)概述、圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(nèi)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(dǎo)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(dǎo)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(diào)用。

3.6 工程圖樣的繪制模塊

該模塊的二級制作內(nèi)容包括工作界面、繪圖準(zhǔn)備、圖形繪制、圖形編輯、圖案填充、文字處理、圖形復(fù)用、尺寸標(biāo)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(nèi)容分別放置在不同的關(guān)鍵幀中，通過按鈕來完成幀間跳轉(zhuǎn)，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(nèi)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(diào)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?qū)ο蟮恼Z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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)，影片的調(diào)用和控制都使用到了腳本語言。使用ActionScript調(diào)用影片的程序段如下：

4 、結(jié) 語

課程的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計除了包含基本教學(xué)內(nèi)容外，還應(yīng)當(dāng)考慮到人機界面、色彩設(shè)計及人機交互等技術(shù)性問題。本文基于工業(yè)設(shè)計原理對課程組原來設(shè)計的機械CAD基礎(chǔ)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進行了重新設(shè)計，制作了新的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)。新系統(tǒng)已在教學(xué)中使用了三屆，學(xué)生普遍反映界面更加簡潔清新，內(nèi)容跳轉(zhuǎn)更加容易，課件整體更加人性化，更加符合自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)規(guī)律，因此取得了良好的教學(xué)效果，深受學(xué)生的歡迎。