工程制圖網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源系統(tǒng)的規(guī)劃與開發(fā)

孫 昂，劉德良，曹淑華

(大連海事大學(xué)交通裝備學(xué)院，遼寧 大連 116026)

一、引言

工程圖樣作為工程信息的載體，是工程技術(shù)人員交流思想、表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果的重要工具。工程制圖講授圖樣畫法、圖樣閱讀方法，是航海院校輪機(jī)工程等專業(yè)學(xué)生必修的重要基礎(chǔ)課。近些年來，由于知識(shí)容量的快速增加，原有的學(xué)時(shí)已無法全面完成大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容和要求，而且授課班型由小變大，教師批改作業(yè)工作量繁重，個(gè)別輔導(dǎo)和課后答疑難以進(jìn)行。

目前高校的工程制圖課程一般采用多媒體教學(xué)。多媒體教學(xué)雖然具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于多媒體教學(xué)信息量大，教學(xué)信息在屏幕上停留短暫，學(xué)生缺乏課堂記錄和獨(dú)立思考過程，導(dǎo)致部分學(xué)生很難理解和消化當(dāng)堂所學(xué)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握的熟練程度下降，對(duì)學(xué)科重點(diǎn)內(nèi)容不了解，在機(jī)械設(shè)計(jì)等后續(xù)課程需要用到時(shí)已基本忘記。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，知識(shí)的傳播方式發(fā)生著深刻的變化，將課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合是解決學(xué)時(shí)短、課程內(nèi)容多的有效辦法［1－5］。其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在:(1)基于Web 的工程制圖網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)在任何聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上都能進(jìn)行學(xué)習(xí)，不受地點(diǎn)的限制;(2)實(shí)現(xiàn)老師和同學(xué)的網(wǎng)絡(luò)交流和討論，提高了討論的深度和廣度;(3)把現(xiàn)代技術(shù)和傳統(tǒng)的課堂教學(xué)很好地結(jié)合起來，建立智能化的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并對(duì)學(xué)生作具體指導(dǎo)，彌補(bǔ)課堂教學(xué)存在的不足。本文在廣泛查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校自身特點(diǎn)，規(guī)劃和開發(fā)了一套包括課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)一體的教學(xué)資源系統(tǒng)。本文就此進(jìn)行探討。

二、系統(tǒng)構(gòu)建的指導(dǎo)思想

本系統(tǒng)的定位是服務(wù)于教師和學(xué)生。服務(wù)于教師，要求本系統(tǒng)提供教師講課的基本平臺(tái)即電子教案、與本課程相關(guān)聯(lián)的詳細(xì)知識(shí)介紹以及優(yōu)秀教學(xué)資源。為使系統(tǒng)能更好地服務(wù)于學(xué)生，系統(tǒng)需要構(gòu)建一種生動(dòng)高效的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的自學(xué)興趣，提高教學(xué)效果。在課堂教學(xué)的電子教案編寫中采用“基于問題驅(qū)動(dòng)”的方式，通過問題的提出、問題的分析、問題的解決、問題的延伸等環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體(見圖1)。

圖1 基于問題驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)示例

網(wǎng)絡(luò)課程按知識(shí)點(diǎn)組織內(nèi)容，包括視頻授課、文字資料、典型例題、練習(xí)題、資源擴(kuò)展等相關(guān)內(nèi)容，有機(jī)地融合各種學(xué)習(xí)資源，全方位多角度地對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)闡述和詮釋，有利于學(xué)生深刻理解知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力(見圖2)。

圖2 知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)合工程制圖課程的特點(diǎn)和具體教學(xué)內(nèi)容，采用現(xiàn)代教學(xué)手段，通過多媒體課件、動(dòng)畫、虛擬模型等形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，采用三維動(dòng)畫與二維投影圖形的同步顯示技術(shù)，幫助學(xué)生正確理解和利用二維圖形對(duì)三維幾何形體的表達(dá)。

三、系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

將系統(tǒng)從功能上分成課堂教學(xué)、課后輔導(dǎo)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)三大部分，采取模塊化組織，各模塊具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1．課堂教學(xué)模塊

課堂教學(xué)模塊服務(wù)于教師，為教師提供一個(gè)講課的基本平臺(tái)，每個(gè)教師可以在基本電子教案的基礎(chǔ)上結(jié)合所教的專業(yè)進(jìn)行擴(kuò)充，同時(shí)也可作為學(xué)生課后復(fù)習(xí)的資料。具體內(nèi)容如下:

(1)電子教案。該內(nèi)容是工程制圖網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的核心之一。電子教案基于問題驅(qū)動(dòng)的思想設(shè)計(jì)教學(xué)過程，并通過多媒體課件、動(dòng)畫、虛擬模型等形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，采用三維實(shí)體與二維投影圖形的同步顯示技術(shù)，幫助學(xué)生正確理解和利用二維圖形對(duì)三維幾何形體的表達(dá)(見圖4)。(2)教學(xué)視頻。為了幫助學(xué)生課外學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，將各章的難點(diǎn)作為重要知識(shí)點(diǎn)錄制了教學(xué)錄像，包括基本體繪制及截切、組合體畫圖及看圖、剖視圖的種類及繪制，每個(gè)視頻控制在30 分鐘以內(nèi)。

圖4 基于問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)法

(3)擴(kuò)展資源。工程制圖是與生產(chǎn)實(shí)際緊密相關(guān)的一門課程，特別是標(biāo)準(zhǔn)件、零件圖和裝配圖三章，講授的都是與生產(chǎn)實(shí)際有關(guān)的技術(shù)內(nèi)容。而本門課程在大一就開始授課，學(xué)生根本沒有接觸過實(shí)際生產(chǎn)。為了幫助學(xué)生了解生產(chǎn)實(shí)際，加深對(duì)課堂講述的實(shí)際工程知識(shí)的理解，擴(kuò)展資源包含了與工程制圖相關(guān)的機(jī)械加工和工藝知識(shí)。

2．課后輔導(dǎo)模塊

課后輔導(dǎo)模塊服務(wù)于學(xué)習(xí)檢查，解決當(dāng)前學(xué)生多教師無法及時(shí)批改的問題。具體內(nèi)容如下:

(1)習(xí)題解答。將課程的全部習(xí)題做成動(dòng)畫形式，給出答案和動(dòng)態(tài)立體模型，幫助學(xué)生觀察和理解。

(2)解題指導(dǎo)。為了使學(xué)生掌握課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，編制了解題指導(dǎo)子模塊。首先解題過程采用交互式，每一步都先提問，引導(dǎo)學(xué)生思考;再給出解答，逐步深入，引導(dǎo)學(xué)生完成問題的分析過程及解題過程;最后為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，每道題都配一道相應(yīng)的擴(kuò)展題目，讓學(xué)生在前面分析的基礎(chǔ)上獨(dú)立完成。

(3)常見問題。針對(duì)學(xué)生常犯的一些錯(cuò)誤，編制了常見問題子模塊。為了使學(xué)生對(duì)錯(cuò)誤印象深刻，第一步讓學(xué)生自己動(dòng)手做，然后給出幾種常犯的錯(cuò)誤讓學(xué)生指出并分析錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，最后采用動(dòng)畫展示錯(cuò)誤原因，給出立體模型及正確答案。

3．網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊加強(qiáng)師生之間、同學(xué)之間的交流，促進(jìn)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和思考。具體內(nèi)容如下:

(1)用戶登錄。主要提供建立用戶信息、驗(yàn)證用戶身份的功能。學(xué)習(xí)者通過用戶名和密碼登錄后使用在線課堂，可觀看教學(xué)錄像。

(2)資源瀏覽下載。課堂教學(xué)和課后輔導(dǎo)的內(nèi)容全部掛在網(wǎng)上，可供學(xué)生瀏覽或下載。

(3)反饋交流模塊。該模塊包括用戶論壇和教師在線輔導(dǎo)兩個(gè)部分。

對(duì)于在論壇里發(fā)布新的解題方法和提出新問題的同學(xué)，任課教師可以在成績(jī)考核時(shí)加分獎(jiǎng)勵(lì)。這種激勵(lì)機(jī)制促進(jìn)了學(xué)生的獨(dú)立思考，每個(gè)學(xué)期都會(huì)有學(xué)生針對(duì)不同的問題提出自己的新方法，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。

四、系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)技巧

由于工程制圖課程性質(zhì)的特殊性，要求在教學(xué)中使用大量的圖片、三維模型及零部件的拆裝動(dòng)畫，因此整套系統(tǒng)占用的計(jì)算機(jī)資源比較大，為便于使用，應(yīng)盡量做到文件小而圖像清晰生動(dòng)，所以模型及動(dòng)畫制作必須選擇合適的軟件和方法。

課堂教學(xué)和課后輔導(dǎo)模塊中的視圖全部采用AutoCAD 繪制，對(duì)應(yīng)的三維模型采用Solidworks 完成，與習(xí)題集配套的三維實(shí)體轉(zhuǎn)化成．sat 格式，放于flash 中生成動(dòng)畫。與課堂教學(xué)配套的三維實(shí)體轉(zhuǎn)化成．eprt 格式，利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器eDrawings 快速地瀏覽三維實(shí)體模型，可將三維實(shí)體模型放大、旋轉(zhuǎn)和剖切，對(duì)裝配體模型進(jìn)行爆炸分解，動(dòng)畫演示其工作原理。為了減少系統(tǒng)所占用的計(jì)算機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的快速瀏覽與下載，除裝配體工作原理和拆裝采用三維動(dòng)畫，其余動(dòng)畫均為二維。為了使二維動(dòng)畫具有立體效果，采用flash 與AutoCAD、Solidworks 三種軟件配合完成。

五、結(jié)論

工程制圖課程網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)目前在教學(xué)中已得到應(yīng)用和推廣。課程的電子教案以其生動(dòng)形象深受學(xué)生喜歡。課后輔導(dǎo)模塊得到了師生們的認(rèn)可，既減輕了教師批改作業(yè)的繁重負(fù)擔(dān)，也可為學(xué)生隨時(shí)答疑解惑。輪機(jī)、船舶等專業(yè)學(xué)生學(xué)完本課程后學(xué)以致用，在參加機(jī)械設(shè)計(jì)大賽時(shí)，采用工程制圖課程中學(xué)過的計(jì)算機(jī)三維建模和二維繪圖技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在比賽中取得了較好的成績(jī)。幾年來的教學(xué)實(shí)踐表明，這種以多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段的現(xiàn)代教育模式，為工程圖學(xué)的教學(xué)改革和培養(yǎng)高素質(zhì)人才提供了一條有效的途徑。

［1］何永玲．基于網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)的工程圖學(xué)教育研究與實(shí)踐［J］．裝備制造技術(shù)，2010(8):191－193．

［3］張 志，洪漢玉．利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)造《畫法幾何及機(jī)械制圖》課程教學(xué)輔導(dǎo)平臺(tái)［J］．中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2008(7):20－21．

［3］劉萬強(qiáng)，佘永健，張海英．工程圖學(xué)開放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與探討［J］．科技教育，2010(8):203－204．

［4］李慶華，劉曉杰，賀春山．工程圖學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研制［J］．長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(2):1－2．

［5］李慶華，劉曉杰，賀春山．機(jī)械制圖課程網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)體系的構(gòu)建［J］．現(xiàn)代企業(yè)教育，2010(10):237－238．