塑料工藝與模具設(shè)計課程多媒體CAI課件的開發(fā)與實現(xiàn)

雷曉霓

武漢市第一輕工業(yè)學(xué)校 湖北 武漢 430051

塑料工藝與模具設(shè)計課程多媒體CAI課件的開發(fā)與實現(xiàn)

雷曉霓

武漢市第一輕工業(yè)學(xué)校 湖北 武漢 430051

本文闡述了 《塑料工藝與模具設(shè)計》課程CAI課件系統(tǒng)開發(fā)的必要性，詳細(xì)介紹了它的設(shè)計思路、開發(fā)步驟、方法及其特點。通過該課件建立知識化、可視化、交互性的教學(xué)工具來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)興趣及對問題的深入理解程度。

多媒體 CAI課件 模具設(shè)計 教學(xué) CAD

一 多媒體CA1課件開發(fā)的目的及意義

“塑料模具設(shè)計”是一門實踐性很強的專業(yè)課，課程主要介紹塑料成型基本原理及工藝特點,介紹各種塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點、裝配關(guān)系及動作原理。用傳統(tǒng)的教學(xué)方法即僅靠書本知識和一般的上課聽講很難達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。雖然有很多教學(xué)模型可供參考，但一是模型數(shù)量有限；二是演示困難，內(nèi)部運動關(guān)系不易觀察；三是模型太重，攜帶不變。用掛圖講解也是一種可行的方案，但靜態(tài)圖形對學(xué)生看、老師講都非常吃力，而且平面圖形缺乏立體感。用以上教學(xué)方法授課學(xué)習(xí)難度較大，加上學(xué)時有限以及課堂授課手段單一，學(xué)生學(xué)習(xí)起來普遍感到吃力，有枯燥難懂的感覺，往往造成重點不能完全掌握、難點不能徹底吃透、疑點不能完全解開，教學(xué)效果大打折扣的現(xiàn)象。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助教學(xué)(CAI)已成為課程教學(xué)的一個重要手段。CAI以計算機為媒體工具，充分利用計算機的直觀模擬、高速處理等特點，通過人與計算機之間的交互活動，采用文字、圖形、影像、聲音、動畫等多種表現(xiàn)形式將知識信息形象、生動、直觀地提供給學(xué)生。CAI改變了教學(xué)方式，突破了傳統(tǒng)教學(xué)手段上的局限，能夠使繁雜變得簡單、使抽象變得具體，特別是對于實踐性強的課程，能將實際生產(chǎn)的工藝過程以影像、動畫等生動的形式表示，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，堤高教學(xué)效率和增強教學(xué)效果、優(yōu)化教學(xué)的目的。因此，開發(fā)CAI課件，采用計算機輔助教學(xué)，改變《塑料工藝與模具設(shè)計》課程傳統(tǒng)的教學(xué)方式對模具專業(yè)教學(xué)改革具有極大的意義。

二 課件的總體設(shè)計

本CAI課件根據(jù)《塑料工藝與模具設(shè)計》課程的教學(xué)內(nèi)容分為教學(xué)、自學(xué)、檢測三個基本功能模塊，各個功能模塊相互獨立、又相互關(guān)聯(lián)，再視具體內(nèi)容，將各功能模塊細(xì)分為各個子模塊，直至無法再細(xì)化為止，實現(xiàn)相關(guān)工藝與模具設(shè)計的輔助教學(xué)功能。主要具有如下基本功能及特點：

1、教學(xué)功能模塊主要以教學(xué)內(nèi)容分塊，分為塑料成型基礎(chǔ)、注射成型模具設(shè)計、其他塑料成型模具設(shè)計三個基本模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計思想進(jìn)行設(shè)計。整個軟件可以分模塊運行，以適合于不同教學(xué)階段不同內(nèi)容的教學(xué)要求。

2、自學(xué)功能模塊用于學(xué)生課后自學(xué)，包括學(xué)習(xí)指南、課程內(nèi)容、互動教學(xué)各子模塊。

3、 檢測功能模塊用于檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，分為知識點測試、課堂小結(jié)測試、單元測試、章節(jié)測試、模擬測試等子模塊。

4、課件由操作界面正文、插圖、插表、動畫、視頻、音樂、背景等組成，按講授的章節(jié)順序組織內(nèi)容，每節(jié)均由若干知識點、正文內(nèi)容、重要結(jié)論、實例、習(xí)題等組成。

5、制作了大量的三維圖形及三維動畫．用于表達(dá)和顯示模塑成型工藝特點、模具結(jié)構(gòu)及工作原理。

6、有大量視頻反映實際生產(chǎn)操作過程，增加學(xué)生的感性認(rèn)識

7、課件含有大量有針對性的習(xí)題，包括 “判斷”、“選擇”、“填空”、“計算”、“思考”五種題型。教師可在課堂教學(xué)中隨時提問，學(xué)生可在課后學(xué)習(xí)做題中，適時得到答案，并可把自己所做答案與標(biāo)準(zhǔn)答案比較，自行檢測學(xué)習(xí)效果。

8、課件中使用交互式和動畫技術(shù)結(jié)合在一起，交互性強，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要來有選擇性地學(xué)習(xí)，所以可以作為助學(xué)版軟件來使用。

三 課件的腳本設(shè)計

腳本的編制是開發(fā)CAI課件的前期工作。與一般計算機應(yīng)用軟件不同，CAI課件是將教學(xué)內(nèi)容展現(xiàn)給學(xué)生，達(dá)到傳授知識的目的，因此，CAI課件的腳本設(shè)計直接關(guān)系到課件的功能和操作性能。腳本在考慮操作性能的前提下根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，將腳本分為腳本大綱、文字稿本、制作腳本三部分。

1、腳本大綱就是將要表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容以提綱形式，按一定的模塊結(jié)構(gòu)羅列出來，以便在編程時能從總體上把握程序結(jié)構(gòu)和風(fēng)格，做到編程時條理清晰。從風(fēng)格和內(nèi)容上看，腳本大綱與系統(tǒng)總體設(shè)計時的結(jié)構(gòu)層次圖是一致的，應(yīng)該先有腳本大綱，再有系統(tǒng)設(shè)計。事實上，系統(tǒng)總體設(shè)計方案就是腳本大綱在系統(tǒng)分析中的具體反映。

2、文字稿本以腳本大綱為依據(jù)，按照教學(xué)過程的先后順序，來描述每一環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容及其呈現(xiàn)方式，文字稿本要主要包括解說詞和用文字表述的畫面。 文字稿本要對用到的多媒體信息及其在教程中的表現(xiàn)形式提出總體要求，因此是整個課件設(shè)計過程的靈魂和核心?？紤]到本課件專業(yè)性極強，我們細(xì)分章節(jié)，以每小節(jié)為基本單元來編制文字稿本。

3、制作腳本是為適應(yīng)計算機編程的需要，以系統(tǒng)總體設(shè)計方案為依據(jù)，而對文字稿本進(jìn)行的再創(chuàng)作。CAI課件是以一屏一屏的內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的，因此，我們以一屏為單位來編寫制作腳本，每一屏如何設(shè)計與制作應(yīng)予以具體的說明。從軟件工程學(xué)的觀點來看，制作腳本就相當(dāng)于系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計，制作腳本完成后，就可以運用程序設(shè)計語言來編制具體的多媒體程序。

下表為制作腳本舉例：

四 課件的實現(xiàn)方法

1、課件運行平臺與編輯軟件

考慮目前計算機在教育行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀，本課件選擇Windows為開發(fā)平臺和運行平臺。Microsoft公司研制的Windows是功能強大的操作系統(tǒng)，也是一個標(biāo)準(zhǔn)的多媒體平臺，給CAI課件的開發(fā)和應(yīng)用提供非常有利的條件。在課件開發(fā)過程中，采用的軟件主要是Authorware6.0、Flash和3DS MAX、Photoshop、AutoCAD、Pro／E等，此外還有Office、Movie Maker等。

Authorware為開發(fā)者提供一種基于流程式的編程方法，是一個優(yōu)秀的交互式多媒體系統(tǒng)開發(fā)軟件，它可以將文本、圖形、圖像、動畫、視頻和音頻等多媒體素材方便、有效地集成在一起，從而開發(fā)出一個功能強大的多媒體CAI系統(tǒng)。Flash和3DS MAX以其友好方便的界面、簡捷的操作和出色的渲染等特色，為用戶提供專業(yè)水準(zhǔn)的二、三維動畫創(chuàng)作天地；Photoshop集圖像創(chuàng)作、掃描、修改、合成及高品質(zhì)分色輸出等功能于一體，一直被譽為是最優(yōu)秀的圖像處理軟件之一；AutoCAD 用來繪制二維平面圖形；PRO／E則可以方便地造型出各種專業(yè)化的零件三維圖形。

2、課件素材的制作多媒體素材是指在課件中用到的各種聽覺和視覺材料。本課件系統(tǒng)所涉及到的素材主要有：文字、圖像、圖形、動畫、視頻、聲音等。

文字：Authorware不能很好地支持雙字節(jié)漢字，其修飾功能也不如Word強大，因此本課件主要采用Word2003來對漢字進(jìn)行編輯處理，也可以采用掃描方式輸入，如果采用掃描輸入，則要用文字識別工具進(jìn)行識別，轉(zhuǎn)換為可編輯文字，然后通過“剪貼板”轉(zhuǎn)調(diào)到Authorware中。

圖像：圖像制作和處理是較繁重的任務(wù)之一，本課件涉及到的圖像種類有：機床和模具圖、零件圖、界面、導(dǎo)航鈕、特殊標(biāo)識等。其中，機床和模具圖、零件圖均通過掃描儀錄入，存為JPG文件，然后利用Photoshop進(jìn)行專業(yè)處理，供Authorware調(diào)用。其它圖像素材，部分是直接用Photoshop制作，其余則是從各種素材庫截取，再利用Photoshop進(jìn)行必要的加工。

圖形：鑒于Authorware繪圖功能不盡如人意，本課件所涉及到的二維圖形基本上是用AutoCAD 2004完成，三維圖形采用Pro／EWildfire4.0完成，然后在Photoshop環(huán)境下進(jìn)行部分處理以增加其美觀度。

動畫：動畫是計算機輔助教學(xué)的主要方式，動畫能形象地模擬實際事物的物理過程和運動規(guī)律，將難于理解的成形工藝、模具動作過程及相關(guān)概念以生動形象的畫面表達(dá)出來。合理的選擇和應(yīng)用動畫可以幫助學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果。本課件中動畫主要是工藝過程、模具結(jié)構(gòu)和工作原理的二、三維動畫，這些動畫采用Flasht和3DS MAX軟件制作，直接生成swf、avi文件，再供Authorware調(diào)用。

視頻：觀看實際生產(chǎn)過程的影像是增加感性認(rèn)識的一種有效途徑，課件中的影像拍攝自典型的實際生產(chǎn)加工過程，進(jìn)行數(shù)碼編輯后形成AVI文件，鑲嵌入課件中。

聲音：計算機輔助教學(xué)通常有兩種形式，一種是人機對話的個別化教學(xué)即助學(xué)型CAI，另一種是采用大屏幕投影的課堂輔助教學(xué)即助教型CAI。本課件測重于后一種形式，即以教師為中心、群體學(xué)生為對象的教學(xué)形式，故沒有為本課件配作解說詞，但設(shè)置了背景音樂，配合不同的節(jié)奏以描繪不同的意境。

3、模具拆裝的交互性教學(xué)本課件可以使得教師與學(xué)生在多媒體教室里就能輕松地完成模具拆裝教學(xué)課程。該教學(xué)模塊包括動畫演示模塊和手動拆卸、安裝模塊。動畫演示模塊是利用Flasht制作拆卸、裝配動畫，動畫制作之后利用Authorware6．0的Insert選擇Media選項，把動畫插入到Authorware6．0中，這樣動畫演示模塊也完成了。至于手動拆卸模塊和手動安裝模塊，首先利用Pro/E完成零件圖和裝配圖的儈制，然后用Authorware的OLE控件將零件圖和裝配圖導(dǎo)入，進(jìn)行流程圖的設(shè)計，具體設(shè)計過程不再詳述。

4、計算機輔助工藝與模具設(shè)計一般CAI課件只是用于教學(xué)，在本課件中集成了CAD 方面的功能，運用計算機進(jìn)行模塑成型工藝計算和模具的輔助設(shè)計。CAD分為兩部分：工藝的設(shè)計計算以及模具的設(shè)計。進(jìn)行工藝的設(shè)計計算必須首先獲得加工零件的信息。因為CAI課件中不包含繪圖功能，需要和CAD軟件結(jié)合，本課件選用Pro/E Wildfire 4.0。在Pro/E的零件模塊中繪制好零件圖，在模具設(shè)計模塊中創(chuàng)建模具模型，設(shè)置收縮率，設(shè)計分型面、澆道系統(tǒng)，生成型芯、型腔，再利用Pro/E系統(tǒng)的處掛模塊EMX來自動產(chǎn)生模板及各個模座標(biāo)準(zhǔn)零件，最后還可利用Moldflow技術(shù)虛擬塑料注射成型。使用時通過輸入不同的數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行計算，可得到不同的設(shè)計結(jié)果，而不同的設(shè)計結(jié)果對產(chǎn)品質(zhì)量的不同影響程度，均可通過動畫直觀地反映出來。是一種將CAD設(shè)計方法與CAI設(shè)計方法融為一體的設(shè)計風(fēng)格，應(yīng)用于本課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，使工程設(shè)計的真實性和CAI的形象化得到有機的結(jié)合，對于提高課程的教學(xué)質(zhì)量具有實際意義。

5、系統(tǒng)程序編制程序編制是整個軟件設(shè)計的核心。鑒于本課件內(nèi)容多、程序流程長，因此，我們將教程劃分為節(jié)，以節(jié)為單元編成獨立的文件，再憑借Authorware提供的內(nèi)部函數(shù)將各章各節(jié)鏈接成一個整體。從整體上把握程序的流向，是程序編制的關(guān)鍵?？紤]到軟件的維修和調(diào)試，我們盡量使每章節(jié)的邏輯結(jié)構(gòu)保持風(fēng)格統(tǒng)一，并兼顧連貫性。同時為了增加趣味性，避免界面過于呆板和減少人機長時間對話的乏味，在程序編制過程中，盡量出現(xiàn)動態(tài)畫面，包括文本的動態(tài)顯示，前后屏的動態(tài)銜接等。熱區(qū)、熱對象及超文本的設(shè)置則著重考慮程序的鏈接。

五 結(jié)束語

通過上述方法制作的《塑料工藝與模具設(shè)計》多媒體課件是一個集視覺、聽覺為一體的交互性教學(xué)軟件。它具有設(shè)計科學(xué)化、結(jié)構(gòu)合理化、組織邏輯化的特點，突出了重點、化解了疑點、突破了難點。它以一種全新的現(xiàn)代教學(xué)模式取代了以往呆板、陳舊的教學(xué)模式，將繁雜、枯燥、若澀、隱晦的學(xué)習(xí)內(nèi)容以淺顯、有趣、輕松、生動的方式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性，大大提高了學(xué)習(xí)效率和增強學(xué)習(xí)效果。同時也減少了教師機械、重復(fù)、繁瑣的勞動，改善備課質(zhì)量、增加教學(xué)容量、提高教學(xué)效率。

1、王慧芳《多媒體教學(xué)軟件的設(shè)計與制作》電子工業(yè)出版社，2001．

2、計算機教育圖書研究室《Authorware從入門到精通》航空工業(yè)出版社出版，2002．

3、冠群創(chuàng)作室《Authorware多媒體制作實用教程》機械工業(yè)出版社，2O00．

……

The paper clarif es the necessity to develop the CAI for the subject《plastics technology and die design》,It introduces in detail the design idea、the developing step、the method and the features. The students’comprehension and study eff ciency would be improved by building the knowledgeable、 visual and interactive teaching tools．

Multimedia；Computer aided instruction；Die design；Teaching；Computer aided design