工程制图CAI课件中学习情境的设计

陈彩萍1，谭建荣2



工程制图CAI课件中学习情境的设计

陈彩萍，谭建荣

（1. 太原大学，山西太原030009；2. 浙江大学工程及计算机图学研究所，浙江杭州 310027）

学习情境的设计是课件开发过程的重要组成部分，如何将学习内容融入具体的情境是课件开发的关键。论文介绍了体现真实绘图情境、由形到图、形象直观、仿真学习情境的设计方法。课件开发中以适应学生的认知结构、真实性、选择性、吸引力和整体性为学习情境设计的基本原则，以Powerpoint为平台，应用AutoCAD、Solidworks、Flash和3DSmax等多媒体技术，针对学习中的重点和难点内容，设计不同的学习情境，有利于培养学生的形象思维能力和创新能力。

工程图学；课件开发；学习情境；教学改革

工程制图是以正投影原理为理论基础，用二维图形和符号来表达三维空间物体的一门学科。学生要进行三维的形与二维的图之间互相转换的思维活动，需要有较强的空间想象能力。学生在学习过程中若没有具体的情境支持，往往只能凭空想象，很难建立起“形”与“图”之间的关系，而不能很好地完成绘图和读图的任务。在CAI课件开发中，如何创设良好的学习情境，引导学生带着真实的任务进入学习状态，使学习直观化和形象化，是教学中值得重视的问题。

1 CAI课件学习情境设计思路

学习情境是学习者可以在其中进行自由探索和自主学习的场所，情境设计是为了帮助学习者理解、内化学习内容。因此，在制作CAI课件时，要求教师认真分析教学目标、教学内容和学习对象。针对特定的教学目标，将学习内容安排在情境化的真实的学习活动中，让学生通过参与真实的问题求解等实践活动而获得更有效的学习。由于工程制图课程中对基本概念的理解、绘图方法的学习是以图为主，所以用于呈现教学内容和教学策略的CAI课件，应尽量增加直观教学，创设具有丰富素材的学习环境，以便学习者根据自己的兴趣、爱好去主动发现、主动探索。

为了设计出满足教学要求的课件，根据工程制图课程的特点，我们以PowerPoint为创作平台，用AutoCAD或Solidworks来构建三维立体，用AutoCAD或PowerPoint自带的绘图功能绘制二维平面图形，用Flash和3DSmax制作动画，创设一个灵活显示教学内容、实现互动的学习情境，为学生提供认知建构的环境。

2 CAI课件学习情境设计原则

CAI课件不仅是教师教学的工具，同时也是学生学习的认知工具，应把设计的重点放在内容的表达和如何有效地传达教学信息上。为此,在课件的设计中要遵循以下几项原则。

（1）学习情境的设计要符合学生的认知结构。学习情境设计是教师设计教学活动的首要内容，也是学生在学习中要应用和感受的最直接的介质，在设计课件时，对学生的认知结构进行分析，寻找学习主题与学生认知结构的结合点，用最符合学生认知心理的外部刺激去促进对知识的理解和应用，完成学习内容的意义建构。

（2）学习情境的设计要尽可能真实。只有在真实情境中所提出的问题才最具有针对性，对问题的解决才更能显出它的价值和意义。因此，在CAI课件的设计中，应使图形与实际问题相联系，尽量采用来自于工程实际的例子，即使是对一些特殊内容的处理，也应尽可能地接近真实。

（3）学习情境的设计要有选择性。CAI课件应该围绕学习主题，从不同方面提供多变与多样化的学习情境。作为教学活动的组织者、引导者，教师首先要对学习主题有正确的理解，尊重学生认知能力的不同与差异，以情境创设的多样性去实现学生的选择性，以多变的交互性去激活学生的主动性。

（4）学习情境的设计要有吸引力。CAI课件作为一种认知工具，应该新颖、生动、有趣、富有美感和吸引力，去满足学生对未知领域探索的好奇心。学习情境的设计要富有变化，善于创新，既要让情境与学生的生活经验有一定的联系，又要有新的信息刺激，使学生处于亢奋状态，积极主动地学习。

（5）学习情境的设计要有整体性。对CAI课件的设计要充分考虑多媒体的特性，既要考虑到文字、图形、动画、视频图像、声音的协调，还要保证在非线性的结构中系统总体的统一与完整，最大限度的发挥出多媒体技术的优势。

3 CAI课件学习情境设计方法

利用信息技术和信息资源，创设接近真实学习情境的方式多种多样。工程制图是使人们掌握图形载体表达的方法和理解工程对象的理论和方法，同时使空间思维能力，特别是形象思维能力得到有效训练的课程。在教学实践中根据不同的教学内容，设计不同的学习情境，来提高学生的创造性思维能力。

3.1 利用PowerPoint的动画功能，设计具体绘图情境

工程制图课程的特点是围绕“图形”进行教学的，CAI教学课件必然以图为主，且强调绘图过程，图形的形成要符合制图的标准和规定。在课件制作过程中，充分利用PowerPoint自带的绘图功能，以及在幻灯片中对图形要素出现的先后顺序和所画图线的方向等进行自定义动画设置，这些都可起到吸引学生的注意力、突出重点的作用，特别是在点线面的投影中使用，有较好的效果。图1(a)所示为完成四边形的水平投影的画图过程。图1(b)为在PowerPoint中设置动画的界面。课件中描述绘图过程的动画效果与手工绘图过程完全一致，这样就创设了一个全真的绘图过程情境，好象一只无形的手在绘制图形，有效地引导学生掌握绘图的基本方法和步骤，培养学生的空间想象能力，达到使用多媒体教学课件的理想效果。

(a) 作图分步过程

(b) 动画的设置

图1 四边形水平投影的求解过程

对于复杂的二维图形可以采用AutoCAD画出图形，再导入到PowerPoint中进行图形的动画设置。

3.2 构建虚拟三维模型库，创建由形到图的学习情境

画图和读图是工程制图教学过程中的两大任务。画图是由三维的形到二维的图的一个过程，课件开发中，为了使其简明、直观、形象、生动，建立以图说文的概念，利用AutoCAD和Solidworks制作了大量的三维模型，创建了由形到图的学习情境，帮助学生建立空间概念，增强空间思维能力，提高学习的主动性和积极性。图2为课件中模型库的界面，在课件中点击小图标可以将图形放大观看。

读图是画图的逆过程，模型库同样可以帮助学生建立图与形之间的关系，来降低学习难度。

图2 模型库界面

3.3 利用三维动画演示，设计仿真的学习情境

动画是课件的点睛之笔，在教学中适当地应用动画可以吸引学生的注意力。例如，在讨论两回转体相贯的问题中，若两回转体轴线垂直相交，直径变化对相贯线的影响时，由于一般情况下相贯线是封闭的空间曲线，根据两个相贯体直径的变化，相贯线的走向也发生变化，学习中很难想象，利用3DSmax将其制作为三维动画，就能形象、生动地展示复杂形体的形成过程，准确清晰地表达出相贯线的形状及走向，如图3所示，可以实时地、动态地观察相贯线的变化。并且还可在CAI课件中设置超链接，与AutoCAD中的多视口(Right、Top) 或与3DSmax界面显示联系起来，如图4所示，直观地观察二维视图中相贯线的形状、画法，教学中可根据学生的反映和要求随时改变图形，营造逼真的学习情境。应用同样的方法，通过对基本立体进行挖切、叠加等操作，观察不同类型的组合体的组合形式及连接处的曲线变化，再结合CAI课件中平面作图过程的分析讲解，相贯体、组合体等教学中的重点和难点问题就迎刃而解了。

图3 动画演示相贯线的变化

图4 多视口显示相贯线的画法

3.4 利用PowerPoint的路径功能，设计图样画法情境

PowerPoint强大的动画功能可以实现工程制图中图形的动态演示，特别是其动作路径功能可以扩展动画范围，它能让幻灯片上的图形沿着各种设定的路径运动，这些路径包括：直线、曲线、斜线、随意绘制的线条等。在图样画法中对物体有不同的表达方法，例如全剖、半剖、局部剖等的作图过程，可先在AutoCAD中将二维图形画好，然后导入到PowerPoint中，通过设置动作路径实现图形的动画演示。如图5显示的是半剖视图画法的动作路径设置，从演示过程就可清楚地知道半剖视图的画法，给学生一个动态的学习情境，使其身临其境，有效地掌握不同机件的表达方法。

(a) 动作路径设置

(b) 合成的半剖视图

图5 半剖视图的动作路径设置

4 结束语

工程制图CAI课件学习情境设计方法多样，每一种方法之间又有相互的联系，最终将课件构成为一个统一的整体。在课件制作中利用多媒体展示的灵活性，根据不同的教学内容，创设与教学内容相关、与工程实际问题相联系的、形象直观的情境，有利于学生空间想象能力和空间分析能力的提高，有利于理解制图中的重点和难点问题，可以有效地实现创造性思维能力的培养。

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Learning Situation Design in Courseware of Engineering Graphics

CHEN Cai-ping, TAN Jian-rong

( 1. Taiyuan University, Taiyuan Shanxi 030009, China; 2. Engineering and Computer Graphics Institute, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, China )

The design of learning situation is an important part in the courseware development process. How to introduce the learning content into the specific scenario is the key to the courseware development. This article describes the real mapping situation, from shape to the drawing, visual image and simulation learning environment design approach. In the courseware development process, we aim at meeting the students' cognitive structure, authenticity, selectivity, attractiveness and holisticity, using Powerpoint as a platform, using AutoCAD, Solidworks, Flash and 3DSmax as the multimedia technology, analying the students' difficulties in their study, designing different learning situations in order to develop their image thinking and innovation ability.

engineering graphics; courseware development; learning situation; teching reform

TB 23

A

1003-0158(2011)01-0138-05

2009-06-16

陈彩萍（1963-），女，山西平陆人，教授，硕士，主要研究方向为工程图学、CAD/CAM等。