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摘要:“三维造型设计”是培养学生掌握机电产品三维造型设计的一门计算机辅助应用技术的课程。在教学中提高多媒体教学使用技巧有助于加强学生对三维造型方法的理解和增强学生的实践动手能力和创新思维能力。本文結合该课程的特点,对教学中多媒体的使用方法和技巧进行总结和讨论。
关键词:三维造型;多媒体教学;方法技巧;实践能力
作者简介:刘红彬(1974-),男,河南许昌人,河南科技大学机电工程学院,讲师,工学博士,主要研究方向:摩擦学、轴承设计分析;薛玉君(1971-),男,河南焦作人,河南科技大学机电工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:摩擦学、特种加工。(河南洛阳471003)
计算机技术和计算机图形学的不断发展,为人们提供了强有力的设计工具,三维CAD/CAM/CAE集成化软件被广泛应用于制造业。然而,要快速且高质量地完成一个机电产品的造型设计必须根据机电产品的特点,总结出一套建模方法和技巧,这样才能大大缩短设计周期,提高设计效率,满足客户对产品的各种特殊需求,“三维造型设计”以使学生掌握一种如CATIA、Pro/E或UG等三维造型软件为目的,学习三维CAD造型基本原理,充分了解应用软件中的造型方法。目前主要的三维造型设itA~F都是以参数化为基础、以三维造型为设计模式的CAD/CAE/CAM集成软件,具有造型设计零件和装配设件、二维工程图制作、运动仿真等多项功能。这些软件在工业设计,尤其是机械设计与制造行业中有着广泛应用。学生通过学习软件的三维造型方法,可以创建三维实体模型,真实地反映机械零件的形状,并且系统能将三维模型转化为工程图,还能完成产品的装配设计。
多媒体教学是指教师利用多媒体计算机与预先制作好的多媒体课件开展课堂教学活动,即计算机辅助教学(Corepute AssitedInstrument,简称CAI),利用多媒体技术开展教学活动,课堂上除文字、公式和语言外,还有丰富的图片,动画等多种信息,丰富了课堂教学内容,扩大了学生视野,调动学生的学习积极性。因此。多媒体教学技术在教学中得到广泛应用,成为一种现代化教学手段。“三维造型设计”与其他课程不同,其最大特点是实践性强。课程目标是要求学生能够应用该软件进行零件设计和装配。对于这个功能强大、应用广泛的软件,如何利用好多媒体教学手段进行课程教学、实现课程目标,是值得探讨的问题,笔者在教学过程中合理利用多媒体教学手段,能迅速提高学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力,使其眼、脑、手得以协调发展,培养学生的创造性思维能力以及实践动手能力,从而在此基础上培养新型的造型设计人才。
多媒体教学是指在教学过程中,根据教学目标和教学对象的特点,通过教学设计,合理选择和运用现代教学媒体,并与传统教学手段有机组合,共同参与教学全过程,以多种媒体信息作用于学生,形成合理的教学过程结构,达到最优化的教学效果。为了实现这一目的,本文探讨了“三维造型设计”教学中应该把握的多媒体教学规律。
一、发挥多媒体知识信息的易操控和易组织性
多媒体教学可以大大提高学生在有限的教学学时内学到更多的三维造型设计原理和三维造型方法。较彻底地分解三维造型中复杂形体和复杂曲面的难度,减少学生对三维形体在大脑中从形象到抽象,再由抽象到形象的加工转换过程,充分传达教学意图。多媒体教学相对传统教学手段,实施操作更加灵活,控制方便。同时多媒体知识信息的便操作性有助于教师指导学生课外主动学习。在使用多媒体教学时,可以考虑将课堂与课外形式相结合,在课堂上安排精选课堂教学内容,突出重点,节省学时。此外,多媒体教学特别适合知识更新和随时在教学中增补三维造型软件的最新技术动向。教师可以自行完成多媒体教材的增删修改、吐故纳新,而传统教学中使用的幻灯、录像教材常依赖于专业人员和专业设备,更新周期相对较长。因此。多媒体容易使教师以学生为中心,其进行主动教育的主导意识进一步增强,教师在教学中可以将三维造型软件中一些便捷的操作和使用方法进行不断的更新。
多媒体教学中知识信息的网状结构特点有助于教学课件内容的组织,课件中知识信息结构是由结点和表达结点之间关系的链组成的网,可分成不同的关系和思维单元,符合人类认识记忆的规律,例如对体的造型方法和曲面的造型方法可以建立两个独立的知识点网状结构,同时又可以建立两个网状结构的联系。教师在进行教学、复习、上级实训等操作时,不必按教材原有的模式进行知识信息的讲解,可以任意组合,跳转,这是十种新的表达思想的方法。是一种新的教学思维工具,也是多媒体区别于其他媒体教学的一种先进的高级的表现形式和学习方式。
多媒体教学网状结构的信息组织特性,能根据不同情况提供有效的信息呈现方式,使学生自由地选择最适合自己的方式,成为信息处理的决策者,是一种学习者主动参与的知识结构的重组和建构活动,可以给教学和学习带来信息交流、思维方式的革命性变化。容易做到加强课堂上教与学的交流,调动联想思维,进行启发式、发现式教学,提高学习主动性,激发学生的创造性思维,多媒体教学起到了其他媒体难以起到的作用。
“三维造型设计”多媒体教学中信息组织结构可以按章节为纵向主线进入,从草图绘制入手,到实体和曲面设计,再到综合造型设计和装配设计,完成机械装配的三维造型。此外,也可以以某三维造型案例作为中心横向展开进行教学讲解。这种多样化的教学组织方式使学生的联想思维活跃起来,自然地将新旧知识相互联系。使各类知识融会贯通,并且以习惯的或全新的思维方式在大脑中对信息进行加工、提炼、存储,同时也开阔了思路,活跃了思维,锻炼了分析能力和判断能力。体现了强化智能训练,培养创造性思维的教育新思想。有助于学生从书架型,工匠型人才向研究型、创造型人才转化。
二、加强多媒体教学中教与学的交互性
交互性是多媒体教学独一无二的最具特色和优势的根本特性,交互陸也是多媒体教学相对传统教学的一项突出优势。教学中使用的“三维造型设计”多媒体课件是否能被其他教学手段所替代,是否是高层次、高水平及真正意义上的多媒体课件,也取决于它是否具有较强的交互性。特别是三维造型软件使用技法的操作,需要与学生有更深程度上的知识信良的交互来实现教学相长。
在加强教与学的交流方面,可以帮助教师在课堂上根据学生反馈的信息(如提问、课堂反映)快捷地调出各类信息资料,进行现场分析和答疑。以人机对话方式,灵活方便地进行启发式教学。课堂教学方式在多媒体特性的支持下,可以变得多种多样,如演示不同的三维造型方法,讨论不同方法实现的难易程度,造型方法技巧操作步骤采用结构树的导航形式,重点和难点内容给学生提供更多的咨询型方式,并且在教学过程中要将各种方式有机结合。这样既保证了教学的规范性、系统性、 条理性,又具有一定的自主性、多样性和灵活性,教与学的关系更为密切融洽。
目前针对“三维造型设计”课程的教学课件很多,相当比例的多媒体课件,对交互性的开发应用不够,或者说只是宽泛意义和简单意义上的交互性。在课件制作中,交互性不仅表现在对信息的控制、组织、传递,更重要的是能对信息的内容和形式进行分解、加工、改造、转换,新建,创造出一种新的信息内容和形式,并从这些变化中获得新的知识或验证知识。其核心意义是可改造可新建的可变性。与信息的灵活呈现、简单的判别等有着根本性的不同,而且交互性起到的作用,也不仅仅是节省学时,减轻教师劳动,丰富信息量和表现力等一般意义上的作用。
利用发挥多媒体人机交互性强的特性,对于在教学改革中进行学生的素质教育、技能训练,乃至创造性思维能力的培养具有积极的意义。它的优越性在“三维造型设计”课程中能得到很好的体现,可以把三维形体的制作过程放大处理,将逐步完成的过程在课堂中形象地展示给学生,并且根据在实践环节中学生的反馈找到教学改革的突破口和创新点,因此在实践课教学中,一些大型、抽象,形状复杂、难以重复,操作难度高、难以有时间保证的实例学习的操作训练和无法示教的教学内容,可以在学生实践中针对不同层次的学生,分对象实现三维造型的练习。
多媒体教学人机交互性强的特性在进行“发现式教学法”方面也很有意义。发现式教学法是一种现代启发式教学法,是根据学生已有的认知结构特点设定问题,让学习者带着疑问学习、探索,并且设置情景,提出假设,提示各种可能,将解决问题的各种思考过程装人教学程序中,引导学生寻求解决的思路和方法。在“三维造型设计”多媒体教学中,学生根据三维造型的方法步骤,一步步设计实体或曲面形体,能在实践中加深对三维造型原理的认识,发现和掌握造型方法的操作规律,发现式教学法,重在过程,而不是结果。这有助于提高学生的分析判断能力,逻辑思维能力、钻研求知能力及解决问题的能力。可以将学习知识与增强能力有机地统一起来,将信息交流与开发智能有机地统一起来,这样更符合现代教育的新思想、新观念。可为素质型和创造型人才的培养提供一种理想的教学环境。如在“曲面造型”教学中,教师可以对“风扇设计”的教学案例进行造型方法的操作示教,学生也可以结合“风扇设计”反复进行曲面操作练习。这能有效地实时地检测学生的学习情况和效果。根据学生对练习的掌握程度,以及学生在发现问题和解决问题方面所体现的能力,加大实践环节学习难度,可以让学生完成较为复杂和更接近工程实际的“汽车外壳造型设计”练习操作。教师及时指导难点,大大缩短了将知识转化为生产力的距离。
三、利用互联网资源进行多媒体教学
实现实时交互的计算机多媒体教学与网络资源连接,学生可以和教师进行在线式或离线式(如E—mail)信息交流,提出问题,接受指导,达到一定程度上的面对面教学的效果,这是另一层意义上的交互式教学。从目前的形势来看,学校校园网建设已基本完善,教室、学生宿舍和教师办公室的网络信息互通便利。在“三维造型设计”的多媒体教学中,辅助的网络教学与传统的作业提交与评阅以及集中答疑等教学辅助手段相比,发挥的作用也更大。一方面是传统教学在作业评阅后,仅能在课堂中将具有共性的问题集中讲解,另一方面,集中答疑方式。学生不能及时请教问题,可能造成问题遗漏,
网络资源由于覆盖面广,可以实现更大范围的信息资源共享,可以教会学生如何获得网络教学知识,让学生接受教育的方式也不再局限于课堂教育。目前一些名牌大学的“三维造型设计”课程有丰富精良的网络学习资源可以充分利用,学生不再是仅接受本学校的某一教学方式。另外,网络中一些高校和研究所的三维造型技术论坛也是学生提高自身能力的一个很好的平台。
在多媒体教学中倡导利用互联网资源有助于学生协作学习。协作学习是符合现代教育观念的先进的教学和学习方式。学生通过相互之间的协作交流,对学习的内容会有更深刻的理解,学习思路更开阔,学习方法更多样,智能培养更高效,学习效率也更高。
随着网络技术的发展,在现在或者将来,在校大学生不仅可以和同学及授课教师进行交流,还可以和国内外知名的专家教授进行交流,与硕、博士研究生及其他高层次专业人才进行交流。网络教学的多向性、反馈性,可以使学习者成为“三维造型设计”教学软件的设计者,通过学生在三维造型设计过程中的作品能充分看到学生所处的能力水平、存在问题以及具备的创新思想。一些经典的教学案例可以是从学生提出的问题和成果中产生,并以此完善“三维造型设计”课程教学设计和教学改革。这如同新产品是市场调查和客户思想的反映和体现。
互联网在多媒体教学中的应用价值是不可估量的,对于如何运用网络功能进行“三维造型设计”课件制作,如何开展该课程的多媒体教学以及实现教学方式的创新等问题,需要教育工作者共同深入探讨。
四 结束语
“三维造型设计”教学的实践表明。该课程适合采用多媒体教学。多媒体教学不仅能让学生掌握三维造型设计软件的方法和技能。而且还能培养学生的综合应用能力、猎取知识的能力。有利于开发学生的思维能力。多媒体教学缩短了教学与实践的距离,是一种教、学、做相结合的有效教学的手段和方法。
责任编辑 苏宇嵬
关键词:三维造型;多媒体教学;方法技巧;实践能力
作者简介:刘红彬(1974-),男,河南许昌人,河南科技大学机电工程学院,讲师,工学博士,主要研究方向:摩擦学、轴承设计分析;薛玉君(1971-),男,河南焦作人,河南科技大学机电工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:摩擦学、特种加工。(河南洛阳471003)
计算机技术和计算机图形学的不断发展,为人们提供了强有力的设计工具,三维CAD/CAM/CAE集成化软件被广泛应用于制造业。然而,要快速且高质量地完成一个机电产品的造型设计必须根据机电产品的特点,总结出一套建模方法和技巧,这样才能大大缩短设计周期,提高设计效率,满足客户对产品的各种特殊需求,“三维造型设计”以使学生掌握一种如CATIA、Pro/E或UG等三维造型软件为目的,学习三维CAD造型基本原理,充分了解应用软件中的造型方法。目前主要的三维造型设itA~F都是以参数化为基础、以三维造型为设计模式的CAD/CAE/CAM集成软件,具有造型设计零件和装配设件、二维工程图制作、运动仿真等多项功能。这些软件在工业设计,尤其是机械设计与制造行业中有着广泛应用。学生通过学习软件的三维造型方法,可以创建三维实体模型,真实地反映机械零件的形状,并且系统能将三维模型转化为工程图,还能完成产品的装配设计。
多媒体教学是指教师利用多媒体计算机与预先制作好的多媒体课件开展课堂教学活动,即计算机辅助教学(Corepute AssitedInstrument,简称CAI),利用多媒体技术开展教学活动,课堂上除文字、公式和语言外,还有丰富的图片,动画等多种信息,丰富了课堂教学内容,扩大了学生视野,调动学生的学习积极性。因此。多媒体教学技术在教学中得到广泛应用,成为一种现代化教学手段。“三维造型设计”与其他课程不同,其最大特点是实践性强。课程目标是要求学生能够应用该软件进行零件设计和装配。对于这个功能强大、应用广泛的软件,如何利用好多媒体教学手段进行课程教学、实现课程目标,是值得探讨的问题,笔者在教学过程中合理利用多媒体教学手段,能迅速提高学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力,使其眼、脑、手得以协调发展,培养学生的创造性思维能力以及实践动手能力,从而在此基础上培养新型的造型设计人才。
多媒体教学是指在教学过程中,根据教学目标和教学对象的特点,通过教学设计,合理选择和运用现代教学媒体,并与传统教学手段有机组合,共同参与教学全过程,以多种媒体信息作用于学生,形成合理的教学过程结构,达到最优化的教学效果。为了实现这一目的,本文探讨了“三维造型设计”教学中应该把握的多媒体教学规律。
一、发挥多媒体知识信息的易操控和易组织性
多媒体教学可以大大提高学生在有限的教学学时内学到更多的三维造型设计原理和三维造型方法。较彻底地分解三维造型中复杂形体和复杂曲面的难度,减少学生对三维形体在大脑中从形象到抽象,再由抽象到形象的加工转换过程,充分传达教学意图。多媒体教学相对传统教学手段,实施操作更加灵活,控制方便。同时多媒体知识信息的便操作性有助于教师指导学生课外主动学习。在使用多媒体教学时,可以考虑将课堂与课外形式相结合,在课堂上安排精选课堂教学内容,突出重点,节省学时。此外,多媒体教学特别适合知识更新和随时在教学中增补三维造型软件的最新技术动向。教师可以自行完成多媒体教材的增删修改、吐故纳新,而传统教学中使用的幻灯、录像教材常依赖于专业人员和专业设备,更新周期相对较长。因此。多媒体容易使教师以学生为中心,其进行主动教育的主导意识进一步增强,教师在教学中可以将三维造型软件中一些便捷的操作和使用方法进行不断的更新。
多媒体教学中知识信息的网状结构特点有助于教学课件内容的组织,课件中知识信息结构是由结点和表达结点之间关系的链组成的网,可分成不同的关系和思维单元,符合人类认识记忆的规律,例如对体的造型方法和曲面的造型方法可以建立两个独立的知识点网状结构,同时又可以建立两个网状结构的联系。教师在进行教学、复习、上级实训等操作时,不必按教材原有的模式进行知识信息的讲解,可以任意组合,跳转,这是十种新的表达思想的方法。是一种新的教学思维工具,也是多媒体区别于其他媒体教学的一种先进的高级的表现形式和学习方式。
多媒体教学网状结构的信息组织特性,能根据不同情况提供有效的信息呈现方式,使学生自由地选择最适合自己的方式,成为信息处理的决策者,是一种学习者主动参与的知识结构的重组和建构活动,可以给教学和学习带来信息交流、思维方式的革命性变化。容易做到加强课堂上教与学的交流,调动联想思维,进行启发式、发现式教学,提高学习主动性,激发学生的创造性思维,多媒体教学起到了其他媒体难以起到的作用。
“三维造型设计”多媒体教学中信息组织结构可以按章节为纵向主线进入,从草图绘制入手,到实体和曲面设计,再到综合造型设计和装配设计,完成机械装配的三维造型。此外,也可以以某三维造型案例作为中心横向展开进行教学讲解。这种多样化的教学组织方式使学生的联想思维活跃起来,自然地将新旧知识相互联系。使各类知识融会贯通,并且以习惯的或全新的思维方式在大脑中对信息进行加工、提炼、存储,同时也开阔了思路,活跃了思维,锻炼了分析能力和判断能力。体现了强化智能训练,培养创造性思维的教育新思想。有助于学生从书架型,工匠型人才向研究型、创造型人才转化。
二、加强多媒体教学中教与学的交互性
交互性是多媒体教学独一无二的最具特色和优势的根本特性,交互陸也是多媒体教学相对传统教学的一项突出优势。教学中使用的“三维造型设计”多媒体课件是否能被其他教学手段所替代,是否是高层次、高水平及真正意义上的多媒体课件,也取决于它是否具有较强的交互性。特别是三维造型软件使用技法的操作,需要与学生有更深程度上的知识信良的交互来实现教学相长。
在加强教与学的交流方面,可以帮助教师在课堂上根据学生反馈的信息(如提问、课堂反映)快捷地调出各类信息资料,进行现场分析和答疑。以人机对话方式,灵活方便地进行启发式教学。课堂教学方式在多媒体特性的支持下,可以变得多种多样,如演示不同的三维造型方法,讨论不同方法实现的难易程度,造型方法技巧操作步骤采用结构树的导航形式,重点和难点内容给学生提供更多的咨询型方式,并且在教学过程中要将各种方式有机结合。这样既保证了教学的规范性、系统性、 条理性,又具有一定的自主性、多样性和灵活性,教与学的关系更为密切融洽。
目前针对“三维造型设计”课程的教学课件很多,相当比例的多媒体课件,对交互性的开发应用不够,或者说只是宽泛意义和简单意义上的交互性。在课件制作中,交互性不仅表现在对信息的控制、组织、传递,更重要的是能对信息的内容和形式进行分解、加工、改造、转换,新建,创造出一种新的信息内容和形式,并从这些变化中获得新的知识或验证知识。其核心意义是可改造可新建的可变性。与信息的灵活呈现、简单的判别等有着根本性的不同,而且交互性起到的作用,也不仅仅是节省学时,减轻教师劳动,丰富信息量和表现力等一般意义上的作用。
利用发挥多媒体人机交互性强的特性,对于在教学改革中进行学生的素质教育、技能训练,乃至创造性思维能力的培养具有积极的意义。它的优越性在“三维造型设计”课程中能得到很好的体现,可以把三维形体的制作过程放大处理,将逐步完成的过程在课堂中形象地展示给学生,并且根据在实践环节中学生的反馈找到教学改革的突破口和创新点,因此在实践课教学中,一些大型、抽象,形状复杂、难以重复,操作难度高、难以有时间保证的实例学习的操作训练和无法示教的教学内容,可以在学生实践中针对不同层次的学生,分对象实现三维造型的练习。
多媒体教学人机交互性强的特性在进行“发现式教学法”方面也很有意义。发现式教学法是一种现代启发式教学法,是根据学生已有的认知结构特点设定问题,让学习者带着疑问学习、探索,并且设置情景,提出假设,提示各种可能,将解决问题的各种思考过程装人教学程序中,引导学生寻求解决的思路和方法。在“三维造型设计”多媒体教学中,学生根据三维造型的方法步骤,一步步设计实体或曲面形体,能在实践中加深对三维造型原理的认识,发现和掌握造型方法的操作规律,发现式教学法,重在过程,而不是结果。这有助于提高学生的分析判断能力,逻辑思维能力、钻研求知能力及解决问题的能力。可以将学习知识与增强能力有机地统一起来,将信息交流与开发智能有机地统一起来,这样更符合现代教育的新思想、新观念。可为素质型和创造型人才的培养提供一种理想的教学环境。如在“曲面造型”教学中,教师可以对“风扇设计”的教学案例进行造型方法的操作示教,学生也可以结合“风扇设计”反复进行曲面操作练习。这能有效地实时地检测学生的学习情况和效果。根据学生对练习的掌握程度,以及学生在发现问题和解决问题方面所体现的能力,加大实践环节学习难度,可以让学生完成较为复杂和更接近工程实际的“汽车外壳造型设计”练习操作。教师及时指导难点,大大缩短了将知识转化为生产力的距离。
三、利用互联网资源进行多媒体教学
实现实时交互的计算机多媒体教学与网络资源连接,学生可以和教师进行在线式或离线式(如E—mail)信息交流,提出问题,接受指导,达到一定程度上的面对面教学的效果,这是另一层意义上的交互式教学。从目前的形势来看,学校校园网建设已基本完善,教室、学生宿舍和教师办公室的网络信息互通便利。在“三维造型设计”的多媒体教学中,辅助的网络教学与传统的作业提交与评阅以及集中答疑等教学辅助手段相比,发挥的作用也更大。一方面是传统教学在作业评阅后,仅能在课堂中将具有共性的问题集中讲解,另一方面,集中答疑方式。学生不能及时请教问题,可能造成问题遗漏,
网络资源由于覆盖面广,可以实现更大范围的信息资源共享,可以教会学生如何获得网络教学知识,让学生接受教育的方式也不再局限于课堂教育。目前一些名牌大学的“三维造型设计”课程有丰富精良的网络学习资源可以充分利用,学生不再是仅接受本学校的某一教学方式。另外,网络中一些高校和研究所的三维造型技术论坛也是学生提高自身能力的一个很好的平台。
在多媒体教学中倡导利用互联网资源有助于学生协作学习。协作学习是符合现代教育观念的先进的教学和学习方式。学生通过相互之间的协作交流,对学习的内容会有更深刻的理解,学习思路更开阔,学习方法更多样,智能培养更高效,学习效率也更高。
随着网络技术的发展,在现在或者将来,在校大学生不仅可以和同学及授课教师进行交流,还可以和国内外知名的专家教授进行交流,与硕、博士研究生及其他高层次专业人才进行交流。网络教学的多向性、反馈性,可以使学习者成为“三维造型设计”教学软件的设计者,通过学生在三维造型设计过程中的作品能充分看到学生所处的能力水平、存在问题以及具备的创新思想。一些经典的教学案例可以是从学生提出的问题和成果中产生,并以此完善“三维造型设计”课程教学设计和教学改革。这如同新产品是市场调查和客户思想的反映和体现。
互联网在多媒体教学中的应用价值是不可估量的,对于如何运用网络功能进行“三维造型设计”课件制作,如何开展该课程的多媒体教学以及实现教学方式的创新等问题,需要教育工作者共同深入探讨。
四 结束语
“三维造型设计”教学的实践表明。该课程适合采用多媒体教学。多媒体教学不仅能让学生掌握三维造型设计软件的方法和技能。而且还能培养学生的综合应用能力、猎取知识的能力。有利于开发学生的思维能力。多媒体教学缩短了教学与实践的距离,是一种教、学、做相结合的有效教学的手段和方法。
责任编辑 苏宇嵬