《橋梁工程》多媒體課件的開發(fā)與研究

李運生， 張彥玲， 侯忠明

（1.石家莊鐵道學院土木工程分院，河北石家莊 050043；2.北京交通大學土建學院，北京 100044）

《橋梁工程》多媒體課件的開發(fā)與研究

李運生1， 張彥玲1， 侯忠明2

（1.石家莊鐵道學院土木工程分院，河北石家莊 050043；2.北京交通大學土建學院，北京 100044）

基于《橋梁工程》教材，利用多媒體技術，開發(fā)制作了《橋梁工程》多媒體教學課件，使用大量的Flash動畫來表現(xiàn)施工過程和一些結構構造。介紹了課件的特點、開發(fā)過程及技術關鍵，為類似工程專業(yè)課的多媒體課件的研發(fā)提供參考。

多媒體；課件；計算機輔助教學；橋梁工程

多媒體教學是當今教育發(fā)展的趨勢，尤其是近幾年計算機技術的迅速發(fā)展，為多媒體教學奠定了一定的硬件基礎，使多媒體教育的普及進一步成為了可能。傳統(tǒng)的課堂教學模式是教師+學生+黑板，手段單一，限制了教學內容的擴充。而CAI（Computer-Aided Instruction，計算機輔助教學）技術則可將多學科的相關知識集成在一起，增加課堂教學的信息量，同時可以省去教師課堂板書的時間，是一種很有前途的教學方法。

一、《橋梁工程》課程特點

《橋梁工程》課程包括鋼筋混凝土橋和鋼橋兩大部分，共100學時，是土木工程專業(yè)的重點學位課程，主要講授橋梁的相關構造、設計和計算，以及各類橋梁的施工方法。在授課方法上，以往采用課堂教學板書為主的形式，教師要在黑板上徒手畫出橋梁的各部分細部構造，既浪費時間，效果又不好，對于施工過程，就只能進行語言描述，學生并不能完全理解。因此，本課程特別適于采用多媒體教學的形式，通過大量的圖片、Flash動畫及3D視頻來豐富了教學內容，提高學生的學習興趣。

二、多媒體教學軟件開發(fā)概述

多媒體教學軟件本質上是一種計算機應用軟件，它的開發(fā)過程和方法與一般的軟件工程有著許多相同的地方。事實證明，根據(jù)軟件工程學的理論，計算機軟件的開發(fā)過程包括問題定義、可行性研究、需求分析、總體設計、詳細設計、編碼和單元設計與綜合測試幾個步驟。對于《橋梁工程》多媒體教學課件的開發(fā)來說，總體上也要經(jīng)過以上步驟，但也有其自身的特點：

（1）豐富的表現(xiàn)力：多媒體課件不僅可以豐富的多媒體技術表現(xiàn)造型各異的橋梁世界，還可以對語言文字難以表達的受力原理等進行模擬，更重要的是，可以對本來需要到現(xiàn)場觀摩的復雜的施工過程以動畫或視頻的形式再現(xiàn)，如此等等。這樣，就使原本艱難的教學活動充滿了魅力，大大提高了教學質量。

（2）良好的交互性：多媒體課件不僅可以在內容的學習使用上提供良好的交互控制，而且可以運用適當?shù)慕虒W策略，指導學生學習。一些重要的內容可以進行詳細講解，而一些知識可以由學生按照個人興趣選擇學習。

（3）極大的共享性：網(wǎng)絡技術的發(fā)展，多媒體信息的自由傳輸，使得教學資源在全世界交換、共享成為可能。以網(wǎng)絡為載體的多媒體課件，提供了教學資源的共享。學生在課下可以使用網(wǎng)絡隨時在線或下載相關資料，方便而靈活。

多媒體課件在教學中的使用，改善了教學媒體的表現(xiàn)力和交互性，明顯地提高了教學效果。作為實踐性很強的理工科的學生，多媒體課件的使用無疑使學生更能全方面、更直接地了解工程的實際問題。

三、課件開發(fā)過程

（一）前期準備

本多媒體課件內容囊括了《鋼筋混凝土橋》、《鋼橋》、《橋梁工程》等內容，涉及了簡支梁、連續(xù)梁、拱橋、斜拉橋、懸索橋、鋼橋等方面的問題，需要網(wǎng)頁設計、編程、圖像處理、繪圖、動畫制作、視頻處理等方面的技術。另外，還要對專業(yè)課的知識深刻理解，才能編排出高質量的內容。內容是課件的核心，教材選擇十分重要，應參考多本教材的內容［1-3］，使內容豐富多彩。

（二）資料收集

資料收集工作主要包括工作軟件的準備、課件編排內容的整理以及素材收集等。工作軟件需要以下幾類：

（1）網(wǎng)頁制作軟件：采用Dreamweaver 4.0，它不但界面友好，操作較為方面，有強大的站點管理功能，而且在代碼生成過程中不會產(chǎn)生太多的冗余代碼。

（2）動畫制作軟件：平面動畫使用Flash。在一般的繪圖和動畫中，選用5.0版本，主要因為它較小，運行較快，可以完全滿足需要；在多媒體制作選擇MX版本，主要是它對多媒體支持較好，可以支持引進諸如avi、mov、wmv、mp3、asf等眾多流行媒體。三維動畫的制作選擇AutoDesk VIZ 4，格式轉換使用WinMPG Video Convert。

（3）圖像處理軟件：Adobe PhotoShop 7.0版本。

（4）文字識別軟件：漢王OCR 5.0增強版。

（5）文字錄入軟件：Word 2003，主要用來公式及少量文字的錄入。

在課件內容的編排上，參考了一些有豐富教學經(jīng)驗的老教師的教案，以教材內容為主線，加入了一些最新的示例和研究成果。

在素材收集上，從各類相關網(wǎng)站下載了大量的橋梁圖片，及施工過程圖片，并將一些在施工現(xiàn)場排的施工過程照片進行了掃描；另外，為了制作動畫，采用CAD按實際施工圖紙繪制了大量源圖。

（三）整體開發(fā)計劃

設計方面總的指導思想是：

（1）方便老師教學?？傮w設計思想是：教學內容可以快速切換，避免多次跳轉和點擊；設計成框架形式，左側為各個章的鏈接，下面為各章中各節(jié)的鏈接，并且與各章對應。內容顯示區(qū)大小應合適（見圖1）。

圖1 界面的框架結構

（2）各小節(jié)的目錄做成仿WINDOWS資源管理器的形式，可以展開，可以合上，此節(jié)內容一目了然，形式靈活，結構緊湊，教師可以有選擇地教學（見圖2）。

圖2 小節(jié)目錄的結構

（3）在網(wǎng)頁里使用仿彈出對話框技術。從形式上看，類似Windows里的彈出對話框，但實質上是不同的，是用Html里的圖層和JavaScript語言來實現(xiàn)的拖動層技術，可以一次打開多個圖層，可以任意拖動，使用十分方便，并且沒有當點擊鏈接或拖動時圖層時瀏覽窗口跳動的問題（見圖3）。

圖3 拖動層的使用

（4）使用模板。格式可以統(tǒng)一，大大減少了代碼數(shù)量。模板定義了可編輯區(qū)、格式，各小組可以很方便地使用。另外，在格式或文字需要調整或變動時，并不需要對大量的網(wǎng)頁逐一進行調整，只要對模板進行更新即可。

（四）技術關鍵

（1）為了使用上的方便，采用了“全屏顯示”的鏈接，點擊可實現(xiàn)全屏顯示（按F11也可），關閉時采用ALT+F4關閉，這樣使課件既能保證在頁面瀏覽時的方便，又能增大顯示主要內容的區(qū)域。

（2）網(wǎng)頁中拖動層的實現(xiàn)使用了Dreamweaver里的行為（Behaviors）里的拖動層（Drag-layer）來實現(xiàn)。但問題是：當拖動圖層或“關閉”（隱藏）圖層時，即當空鏈接觸發(fā)鼠標事件時，網(wǎng)頁就會跳到最頂端，給瀏覽網(wǎng)頁帶來很大的不方便。原因是當觸發(fā)空鏈接（＃）時，網(wǎng)頁會重新加載，解決辦法就是在“?！焙蠹由弦粋€或多個字符，如“＃a”，“＃hhh”等，可以避免滾動條的跳動。

（3）在目錄模板中使用列表時，列表項默認有●、○、□等符號，不美觀，用一般方法去不掉，用CSS樣式表可以換成自己想要的圖標。

（4）在Flash中如果不用動作指令雖然也可做出簡單的動畫，但這些動畫不是交互的，有些過程甚至不能實現(xiàn)。如果要想實現(xiàn)一些特殊的過程或在動畫播放時控制其運行，這就要用到動作指令進行高級編程。利用Actions可以在動畫播放過程中對事件或信息做出處理或做出反應，利用這種特性可以創(chuàng)建功能較全的界面元素，如控制滑標、發(fā)送按鈕、程序菜單等等。我們在網(wǎng)頁中使用的一些Flash導航條中使用了Actionscript的“getURL（）”等方法可以實現(xiàn)諸如全屏、在特定位置打開新窗口等。

（5）為了讓學生不用去現(xiàn)場而能直觀地、多視角、全方位地了解一些典型橋梁的結構，采用3D建模技術，對上承式拱橋和中承式拱橋進行建模，并渲染輸出為視頻。由于橋梁模型結構的復雜性，在視頻制作時著重考慮以下幾個步驟：（a）預先定義二維幾何模型和相關的幾何拓撲關系；（b）材質的使用及三維模型的轉換；（c）生成三維線框模型及視頻的輸出；（d）Flash播放器對視頻的控制等。

四、課件的特色

本課件和其它同類課件相比，有自己的特色，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，在表現(xiàn)效果上注重與實際效果結合。在設計期間多次在多媒體教室進行測試，找出顯示器顯示效果與投影機顯示效果的差別，不斷進行修改，以期取得最佳的效果。

其次，注重實際教學效果。在內容編排時參考多種教材，力求找到最佳的編排方式，并考慮到教學的需要，參考了教師的教案，并適當應用于教學，在教學過程中發(fā)現(xiàn)問題，進行必要的修改，以適應教學需要。

再次，注意表現(xiàn)形式。課件表現(xiàn)形式多樣，包含了大量的交互式的Flash動畫、橋梁圖片、視頻資料等，能形象地表現(xiàn)施工過程，這一部分是課件制作的核心。動畫部分主要包括橋梁構造細節(jié)動畫和施工過程動畫。其中構造細節(jié)動畫主要通過圖文并茂的形式進行，施工過程動畫注重表現(xiàn)工序，并能根據(jù)需要控制播放；另外，本課件注重細節(jié)，比如使用了頁面切換效果，動畫使用動態(tài)載入效果，排版仔細到標點符號等。

最后，課件界面非常美觀，主色調為黃綠色，色調比較柔和，給人一種溫馨的感覺，按鈕式樣采用立體，鑲嵌在背景之中，與整個頁面融為一體，整體感覺簡約大方，能大大提高學生的學習興趣。

五、結束語

經(jīng)過長期的不懈努力，本課件制作完成以后，得到了任課教師和專家的一致認可，目前已應用于實際教學，受到了同學們的好評。

整個課件涉及到的教學內容豐富，信息量大，共制作Flash動畫（包括交互式動畫、片頭和片尾動畫、首頁動畫和一般Flash制作的插圖）628幅（擴展名：*.swf）；網(wǎng)頁數(shù)量達705個（擴展名：*.htm）；資料圖片136個（擴展名：*.jpg）；用Word和PhotoShop處理的公式圖片數(shù)量1 002個

［1］廖元裳.鋼筋混凝土橋［M］.北京：中國鐵道出版社，1997.

［2］姚玲森.橋梁工程（公路與城市道路工程專業(yè)用）［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［3］李富文，伏魁先，劉學信.鋼橋［M］.成都：西南交通（擴展名：*.gif）；鏈接數(shù)量10 000余個。大學出版社，1992.

［4］高軍鋒.Adobe Photoshop 7.0經(jīng)典范例教程［M］.北京：北京希望電子出版社，2002.

［5］盧驍.Flash 4高級用戶手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

The Development of Multimedia Courseware for Bridge Engineering

LI Yun-sheng1，ZHANG Yan-ling1，HOU Zhong-ming2
（1.School of Civil Engineering，Shijiazhuang Railway Institute，Shijiazhuang 050043，China 2.School of Civil＆Architecture Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）

Based on the Bridge Engineering，the multimedia CAI courseware is developed using multimedia technology.In the courseware，a large numbers of Flash Movies are used to manifest the process of construction as well as a great lot of illustrations.In the paper，the characteristics，developing process and the technique keys of the courseware are presented.

bridge engineering；multimedia；courseware；interactive

G431

A

16740386（2010）010010204

2008 11 12

李運生（1970-），男，博士，副教授。研究方向：橋梁工程。