基于反應(yīng)器的制圖作業(yè)批改CAI系統(tǒng)研究

沈培玉， 周洪軍

（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

工程制圖是一門具有較強(qiáng)實踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課程，其中讀圖與繪圖練習(xí)是教學(xué)過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生需要完成較大量的繪圖作業(yè)。作業(yè)的流程一般可分為：做作業(yè)、改作業(yè)、訂正錯誤三個過程，其中存在三個問題：一是教師批改制圖作業(yè)的工作量很大，效率低周期長；二是學(xué)生在做作業(yè)和訂正錯誤的過程中，疑惑不能得到教師的及時指導(dǎo)與解答，影響此環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)效果；三是做作業(yè)和訂正錯誤兩個過程間隔的時間較長，影響此環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)效率。

近年來，工程制圖課程與計算機(jī)繪圖的結(jié)合已成為課程教學(xué)的一大特點(diǎn)，且在計算機(jī)自動批改制圖作業(yè)的研究和應(yīng)用方面也取得了很大進(jìn)展。作業(yè)自動批改系統(tǒng)可提取學(xué)生作業(yè)圖形文件和答案圖形文件中的圖形數(shù)據(jù)，采用圖元數(shù)據(jù)比較法進(jìn)行作業(yè)批改[1]。借助網(wǎng)絡(luò)功能，還可進(jìn)行遠(yuǎn)程提交作業(yè)、批改作業(yè)，縮短了學(xué)生與教師間的信息反饋周期[2]。這些研究成果，雖然使教師得以解脫批改作業(yè)的繁重工作，但在批改作業(yè)時都直接給出了答案結(jié)果，缺少訂正作業(yè)錯誤這一過程，影響了學(xué)生作業(yè)練習(xí)過程中自主學(xué)習(xí)的效果。筆者利用AutoCAD的開發(fā)接口ObjectARX中的數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器機(jī)制[3]，監(jiān)視 AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫中各種圖線的增減與變化，并將作業(yè)練習(xí)中三個相互孤立的過程整合在一起，以提高作業(yè)練習(xí)的學(xué)習(xí)效果和效率。

1 作圖過程監(jiān)視的原理

1.1 反應(yīng)器

ObjectARX是開發(fā)AutoCAD應(yīng)用程序的編程環(huán)境，而反應(yīng)器是圖形編輯系統(tǒng)與 AutoCAD之間交互的媒介，用以處理AutoCAD事件。常見的ObjectARX反應(yīng)器有編輯反應(yīng)器、實體反應(yīng)器、對象反應(yīng)器、圖形數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器、文檔管理反應(yīng)器等[4]，其中，編輯反應(yīng)器用于監(jiān)視AutoCAD各種命令及AutoLISP的運(yùn)行情況；數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器用于監(jiān)視AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫中對象的創(chuàng)建、刪除、編輯等事件。

學(xué)生在AutoCAD環(huán)境下做作業(yè)過程中，每開始執(zhí)行一個命令時，就會觸發(fā) commandWillStart事件，而命令結(jié)束時又會觸發(fā)commandEnded事件。如果在圖形中增添一條圖線，或是對已有的一條圖線進(jìn)行了編輯操作，就會觸發(fā)一次objectAppended事件。若是刪除了一條圖線，將觸發(fā)一次objectErased事件。如果使用復(fù)制操作一次增添了多條圖線，將會觸發(fā)相應(yīng)次數(shù)的objectAppended事件，刪除操作也同樣如此。

1.2 事件處理函數(shù)

以數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器為例，在ObjectARX應(yīng)用程序中，只要從數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器AcDbDatabaseReactor類派生出一自定義的 DataChange類，并重載objectAppended（）和objectErased（）兩個處理函數(shù)，就能在處理函數(shù)中得到學(xué)生在做作業(yè)的過程中所增改的圖線對象ID，并將其按圖線的類別分別記錄到相應(yīng)的對象 ID數(shù)組中，從而實現(xiàn)程序?qū)W(xué)生作圖過程的實時監(jiān)視。

2 程序系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的開發(fā)使用了AutoCAD的二次開發(fā)技術(shù)ObjectARX 2008，用Visual Studio.NET 2005編程。系統(tǒng)的總流程如圖1 所示。

系統(tǒng)由選題與初始化模塊、監(jiān)視模塊和作業(yè)批改模塊構(gòu)成，并為AutoCAD新增兩個命令：“selt”選題命令和“refer”批改命令。

2.1 選題與初始化模塊

通過交互界面，由學(xué)生指定練習(xí)題目后，對圖形數(shù)據(jù)庫及有關(guān)數(shù)組和變量進(jìn)行初始化設(shè)置。插入題目圖形，并從答案數(shù)據(jù)文件中讀取答案圖元的有關(guān)數(shù)據(jù)。然后創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器對象，進(jìn)入學(xué)生解題狀態(tài)。

答案數(shù)據(jù)文件是事先由程序根據(jù)答案圖形文件按規(guī)定格式轉(zhuǎn)換生成。這樣做的目的，是為了避免學(xué)生在作業(yè)時查看答案圖形，影響作業(yè)的練習(xí)效果。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2.2 作業(yè)批改模塊

根據(jù)由監(jiān)視模塊生成的學(xué)生所繪圖線的對象ID數(shù)組記錄，逐一提取每個ID所對應(yīng)圖線的有關(guān)數(shù)據(jù)，與答案圖元數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、判別和記錄。然后，分別統(tǒng)計出畫對圖線數(shù)、畫錯圖線數(shù)和漏畫圖線數(shù)，在命令窗口中給出相應(yīng)的提示，并在繪圖區(qū)使用指定的顏色標(biāo)示出畫錯的圖線。

3 應(yīng)用及其效果

3.1 應(yīng)用實例

為便于程序的操作執(zhí)行，系統(tǒng)在 AutoCAD中增添一個下拉菜單項“讀圖練習(xí)”，如圖2所示。啟動AutoCAD后，在做作業(yè)練習(xí)前，可點(diǎn)選下拉菜單中的“加載程序”項，加載本應(yīng)用程序。在結(jié)束作業(yè)練習(xí)時，可點(diǎn)選下拉菜單中的“卸載程序”項，將本應(yīng)用程序從內(nèi)存中卸載。

圖2 增添的下拉菜單

點(diǎn)選下拉菜單中的“選題”項，將打開選題對話框。學(xué)生選定題目后進(jìn)入解題狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 解題狀態(tài)

解題時，可以不受限制地使用各種繪圖與編輯命令進(jìn)行作圖。解題完成后，不需保存圖形文件，點(diǎn)選下拉菜單中的“批改作業(yè)”項，對所做作業(yè)進(jìn)行自動批改。如果作業(yè)中存在錯誤，本程序?qū)⒔o出提示和標(biāo)示，如圖4所示。

學(xué)生可根據(jù)所給提示，對錯誤之處進(jìn)行改正和完善。之后，可再次點(diǎn)選下拉菜單中的“批改作業(yè)”項，對訂正后的作業(yè)進(jìn)行自動批改。如果訂正后的作業(yè)還有錯誤存在，可再次重復(fù)上述訂正過程，直至解題正確為止。

在解題過程中，如遇到有自己不能解決的錯誤，還可將此題目與解答存盤保留下來，以便以后向他人請教。

圖4 作業(yè)批改結(jié)果

3.2 應(yīng)用效果

本“交互式”作業(yè)自動批改系統(tǒng)不只是對學(xué)生作業(yè)進(jìn)行靜態(tài)批改，還對學(xué)生利用 AutoCAD做練習(xí)的繪圖操作過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，對錯誤之處給出提示，學(xué)生如同能始終得到教師的及時引導(dǎo)，對作業(yè)練習(xí)起到了促進(jìn)作用。本系統(tǒng)經(jīng)過一學(xué)期兩個班的教學(xué)應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，利用AutoCAD 2008作為練習(xí)平臺，交互界面友好，操作簡便。通過系統(tǒng)應(yīng)用的反饋信息表明，本系統(tǒng)在圖學(xué)類課程的教學(xué)中，一方面避免教師批改作業(yè)的重復(fù)勞動，減輕了教師的負(fù)擔(dān)；另一方面學(xué)生在計算機(jī)上做作業(yè)，得到了計算機(jī)繪圖方面的大量訓(xùn)練，不再覺得作業(yè)的枯燥，激發(fā)了作業(yè)練習(xí)的興趣，提高了學(xué)習(xí)的積極性和自覺性。使用該系統(tǒng)的班級與平行班相比，由于學(xué)生得到了系統(tǒng)給予的及時引導(dǎo)，能主動從系統(tǒng)習(xí)題庫中選擇更多的題目加以練習(xí)，對于錯誤的問題不再等待教師的解答，而是主動分析、思考，充分發(fā)揮了學(xué)習(xí)的主觀能動性，提高了學(xué)習(xí)效率。由于學(xué)生在作業(yè)時，不斷地想象、構(gòu)思，及時糾正錯誤，很好地培養(yǎng)了空間想象能力和邏輯思維能力，同時也加強(qiáng)了計算機(jī)繪圖的能力，使課程的教學(xué)效果得到提高。

4 結(jié) 論

本系統(tǒng)運(yùn)用ObjectARX反應(yīng)器機(jī)制，實時監(jiān)視作業(yè)練習(xí)的解題過程，對作業(yè)練習(xí)的三個過程進(jìn)行整合，解決了目前工程制圖CAI系統(tǒng)設(shè)計中普遍存在的一些問題。學(xué)生在使用本系統(tǒng)中，可有效地培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，以及自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力。在好勝心理的驅(qū)使下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情大增，提高了作業(yè)練習(xí)的學(xué)習(xí)效率和課程教學(xué)效果。

[1]覃 群, 陳光霞. AutoCAD 環(huán)境下機(jī)械矢量圖形比較的實現(xiàn)方法[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2003, 24(4):133-137.

[2]李哲林, 陳錦昌, 劉就女, 等. 工程制圖網(wǎng)絡(luò)習(xí)題集及智能批改系統(tǒng)的研究[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2004,25(4): 154-158.

[3]陳 衫, 王 寧, 郭劍峰. 用 ObjectARX 開發(fā)AutoCAD 2000應(yīng)用程序[M]. 北京: 人民郵電出版社，2000.278-281.

[4]秦洪現(xiàn), 崔惠嵐, 孫 劍, 等. Autodesk系列產(chǎn)品開發(fā)培訓(xùn)教程[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007.98-103.