摘 要:以往以機(jī)械CAD為基礎(chǔ)的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)中較少考慮人性化設(shè)計(jì)因素。在此，提出一種基于工業(yè)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行機(jī)械CAD基礎(chǔ)學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新思路，從人機(jī)界面、色彩設(shè)計(jì)、文字設(shè)計(jì)及人機(jī)交互等方面進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，更多地考慮到學(xué)習(xí)系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)因素。從工業(yè)設(shè)計(jì)原理出發(fā)，制作了新的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，使學(xué)生更樂于接受，系統(tǒng)更易于學(xué)習(xí)，取得了良好的效果。該新思路同樣適用于其他課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞:機(jī)械CAD基礎(chǔ); 自主學(xué)習(xí)系統(tǒng); 工業(yè)設(shè)計(jì)原理; 人機(jī)交互

中圖分類號:G434;TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)10-0069-03

Mechanical CAD Basis Self-learning System Based on Industrial Design Principle

YAN Cheng-xin

(College of Mechanical Engineering，China University of Petroleum， Dongying 257061， China)

Abstract: Because of the less consideration of personalization factors in the past design of mechanical CAD basis self-learning system， a novel thought for mechanical CAD basis self-learning system design based on industrial design principle is presented. The detailed design for the human-machine interface， color design， text design and human-machine interaction was performed in system design， in which more personalization factors were considered. New mechanical CAD basis self-learning system was developed by the aid of the industrial design principles. Students are more willing to learn by the new system. The practical learning results demonstrate that the new system is effective. The new thought is also suitable for the design of other courses′ self-learning systems.

Keywords: mechanical CAD basis; self-learning system; industrial design principle; human-machine interaction

0 引 言

《機(jī)械CAD基礎(chǔ)》是高等學(xué)校機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)[1-2]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的課程都使用以計(jì)算機(jī)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[3]。以往的《機(jī)械CAD基礎(chǔ)》自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)大都由非工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的任課老師自己制作，較少從工業(yè)設(shè)計(jì)角度考慮人機(jī)界面、色彩設(shè)計(jì)、文字設(shè)計(jì)及人機(jī)交互設(shè)計(jì)等因素，缺乏人性化設(shè)計(jì)。本文運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)原理，對原有的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，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(jì)提供了良好的思路。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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(diǎn)[4]:

(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(qiáng);

(3) 兼容性好，交互性強(qiáng)。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(jì)原則

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

2.1 界面設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)是自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，是用戶在與計(jì)算機(jī)交互時(shí)對所用的溝通符號的設(shè)計(jì)。界面是用戶與系統(tǒng)交互的窗口，用戶通過界面向計(jì)算機(jī)輸入信息進(jìn)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[5]。好的界面設(shè)計(jì)，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(jì)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(gè)別差異的存在，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yàn)相稱的方式進(jìn)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(gè)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(jìn)，設(shè)計(jì)的功能多復(fù)雜，但用戶對它都會望而生畏，這樣這個(gè)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(jì)

學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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[6]，只要色彩使用恰當(dāng)，就能促進(jìn)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(yùn)用應(yīng)注意如下原則:

(1) 避免同時(shí)使用太多顏色;

(2) 用色彩起強(qiáng)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(lán)、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(shí)可采用閃爍、動畫等其他技巧來配合。

2.3 文字設(shè)計(jì)

課件的文字設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)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(shí)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(jī)交互

人機(jī)交互指人與計(jì)算機(jī)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(jìn)行的人機(jī)之間信息交換的過程[7]。人機(jī)交互設(shè)計(jì)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(jī)交互內(nèi)容在遵循以上設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，選用“按鈕”和“點(diǎn)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(jì)

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(bǔ)間技術(shù)來完成[8]。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(jìn)入主界面時(shí):

on (press) {loadMovie(“index.swf”，0);

}

退出時(shí):

fscommand(“quit”);

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(gè)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(gè)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(shí)例演示及退出系統(tǒng)。每個(gè)按鈕中都寫入相應(yīng)的調(diào)用語句，以進(jìn)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(diǎn)，采用了二層導(dǎo)航的方式進(jìn)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(shí)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(gè)知識點(diǎn)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(gè)文件的形式存在，隨時(shí)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(jìn)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。

圖2 逐幀動畫制作截圖

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(shí)體創(chuàng)建、三維實(shí)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(jìn)行演示。

3.8 實(shí)例演示模塊

實(shí)例演示模塊是通過調(diào)用多個(gè)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(qiáng)的交互性[9]。它是從類似JavaScript，面向?qū)ο蟮恼Z言擴(kuò)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(shí)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:

on (press)

{

// loadmovie(\"1.swf\"，2)

unloadMovie(\"mc1\");

1oadMovie(\"1.swf\"，\"mc1\");

root.mcl.x=0;

root.mcl.y=0;

root.mc1.xscale=90

root.mc1.yscale=90

// root.mc1.width=800

// root.mc1.height=600

}

4 結(jié) 語

課程的自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了包含基本教學(xué)內(nèi)容外，還應(yīng)當(dāng)考慮到人機(jī)界面、色彩設(shè)計(jì)及人機(jī)交互等技術(shù)性問題。本文基于工業(yè)設(shè)計(jì)原理對課程組原來設(shè)計(jì)的機(jī)械CAD基礎(chǔ)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，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。

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