构建机械设计基础课程设计网络教学平台

王莉静　郭　洁

[摘要]本系统利用现有的计算机辅助设计及协同设计技术,针对《机械设计基础课程设计》中以图形为主的设计方式而开发设计。本系统主要包括三大功能模块,分别是交互学习模块、教师管理模块和系统管理模块,并在交互学习模块的设计中重点实现了机械图形在线交互功能和远程协助功能,在保证资源共享的基础上提高了师生间的网络交互能力。

[关键词]课程设计,网络教学,图形交互,远程协助。

[中图分类号]TH11[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2009)04-0050-03

0引言

《机械设计基础课程设计》是一门重要的实践类课程,在培养学生的工程意识、综合应用能力和创新能力等方面起着重要作用。该课程选择通用机械传动装置——圆柱齿轮减速器作为设计题目,因为减速器设计基本上包括了机械设计课程中的全部主要内容,包括设计任务分析、传动方案确定、传动装置的总体设计、零件的设计计算和选择、装配图和零件图的绘制和编写设计计算说明书等。

而随着现代信息技术的发展、计算机的普及,社会要求大幅度提高教学质量与教学效率;要求学校培养出具有更多的发散性思维、批判性思维和创造性思维的创造型人才。丰富现有的学习资源、创设个性化的学习环境,是因材施教教学理论的要求,也是时代发展和社会进步的需要。所以,实现个性化的交互式教学是网络教学改革的主要方向。

因此,本系统的研究正是在日趋完善的校园宽带网的硬件基础上,结合Web的开放式技术、协同设计技术,构建具有远程协作功能和图形交互功能的机械设计教学系统。在设计开发中,根据《机械设计基础课程设计》中以图形为主的重实践性、重创造性的特点,结合CAD应用软件,实现了《机械设计基础课程设计》图形在线浏览和远程协助功能,为学生和教师的协助学习提供有力支撑。

1交互式网络教学模式的含义及特点

网络教学是指以计算机网络、卫星通讯网络和电信通讯网络为介质,在以多媒体网络课程为核心的网络环境中展开教学与学习活动的组织形式。交互式网络教学不同于传统教学,也不同于单一的电化教学,它是一种建立在充分尊重科学的教学规律和学生个性发展需要基础上的教学模式,汲取以教师为中心和以网络系统为中心的两种教学模式的优点,使二者优势互补,相得益彰[1]。这种教学模式为学生提供图文音像并茂的交互式人机界面,提供符合人类联想思维与联想记忆特点的、按超文本结构组织的大规模知识库与信息库,形成人机交互、师生交互、生生交互、资源共享、优势互补的综合式教学模式,为学习者实现探索式、发现式学习创造有利条件[2]。

2系统的开发设计

2.1系统的开发环境和模式

本系统的教学平台是在Internet环境下实现的,采用B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)网络开发模式。在B/S网络开发模式下,客户端只需安装浏览器以及相应的操作系统、网络协议即可,所有应用软件的开发、维护、升级等工作由服务器承担。本系统以Windows为开发平台,使用Microso SQL Server2000网络数据库和ASP.NET编程语言[3]。客户端可以通过浏览器访问系统提供的服务,系统不允许匿名访问,它要求用户提供用户名/密码,通过验证后才能进入相关操作,以此追踪用户身份。在此系统中,学生可以在客户端查看数据库中的信息、并下载与其课程设计相关的信息,也可以向教师提问。而教师可以随时更新数据库,随时答疑,同时实现机械设计中图形的修改。

2.2系统的总体框架设计

本系统的主要功能是:各式减速器零部件浏览及选用、设计减速器步骤查询及计算、学生设计图形浏览及修改、答疑讨论等功能。本系统主要是为学生的课程设计和交流提供一个网络平台,所以在系统的设计中应遵循以下原则:学生空间能为学生构建自主设计和学习的环境;而在教师空间,教师能为学生上传减速器设计所需的设计资料,实时、非实时的引导和帮助学生进行课程设计,并通过AutoDdesk公司的VoloView3.0控件实现课程设计中图形的Web浏览、修改和批注。本系统流程结构图如图1所示。

2.3登陆及远程协助

登陆分为管理员登陆、教师登陆和学生登陆三种不同权限。三者登陆时都从表中调出用户名和密码,进行验证,根据用户名和用户组的不同,确定其应有的权限。当用户名是Admin时为管理员——最高级用户,直接转入管理员管理界面;当用户名不是Admin,而usergroup=2时,则为教师用户,进入教师管理界面;当usergroup=1时,则为普通学生用户,进入学生操作界面。

远程协助的实现是在系统中嵌入WindowsXP“远程协助”控件和腾讯及时通软件。当学生在设计中需要帮助时,可在局域网内发邮件或者利用腾讯及时通软件申请协助。申请得到确认后,教师就可通过Internet网络远程控制学生的计算机,通过传送语音和视频信息,帮助学生处理在减速器设计中遇到的问题,就像是面对面的设计指导。

2.4交互学习模块

交互学习模块是设计者查询减速器设计过程、交流心得、解惑答疑的场所。如图1所示,此模块主要包括:减速器设计步骤查询区、减速器零部件浏览区、在线答疑区和问题讨论区。

在减速器设计步骤查询区,学生根据各自的设计任务按照系统提示,进行减速器传动装置的总体设计,如:确定传动方案、选定电动机型号、合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数。然后,再按照系统提示进行减速器中传动零件的设计计算。课程设计者可根据传动零部件的设计计算结果,在减速器零部件浏览区确定出所需零部件的结构、尺寸。

在线答疑区由教师定时组织学生参与实时答疑。该模块在进行文字、语音交流的基础上,主要实现图形的在线实时浏览、编辑和远程网络协助功能。由于机械的二维图形都和Autocad软件的图形标准兼容,但Autocad软件的图形并不能直接在浏览器中显示。因此,本模块利用Autodesk公司发布的Volo View浏览控件,并在Web服务器端进行了注册(也可以利用Volo View express免费控件在客户端使用),通过此控件的二次开发,使用户可以利用Internet网络远程对CAD图形实现基本的移动、缩放和红点批注等功能[4,5],如图2所示。

问题讨论区中的聊天室主要用于同步交流,可以实时的进行设计内容的讨论,也可以在教师或小组组长的组织下定期召开网络会议。其中发言的内容可以由系统记录下来供日后浏览。

2.5教师管理模块

教师管理模块主要进行教学资源的网络发布和学生问题的管理。包括:各式减速器零部件发布区、问题管理区和减速器设计过程的资源发布区。

各式减速器零部件发布区提供给教师一个后台管理平台的入口,教师通过该平台可以将不同类型零部件显示出来,使学生可以在任何时间登陆该网址,并根据传动零部件设计的计算结果确定零部件的结构和尺寸,如图3所示。

在问题管理区,教师将学生课程设计时,容易出错的地方以动态的方式在网页中展现出来,便于在课程设计中引起学生的注意。

在减速器设计过程的资源发布区,教师提供与课程设计相关的辅导材料、设计案例、以往学习者的发言记录、成果等资源,并对其进行管理。资源来源包括教师推荐的资源和学习者搜集共享的资源。利用该模块,教师可以进行资源的修改、删除、在线编写、上载附件等操作,学生可以浏览、评论、下载、上传、搜索相关教学资源。

2.6系统管理模块

系统管理模块提供用户管理和系统的使用帮助。用户管理模块可提供不同用户的注册、登陆权限管理。本系统将用户分为教师、学生、管理员三种类型,分别具有不同的权限。其中管理员具有最高权限,可以对系统进行管理,也可以参加知识库的构建;教师主要参与知识库的构建活动,也可以对学生提出的问题进行解答;学生可以学习网站提供的各项资源,也可以互相讨论或者向教师提问。

帮助指导模块提供系统使用的帮助、学习策略指导的发布、浏览检索、求助指导、实时预警。帮助信息可以设置不同的指导范围,包括公开帮助信息、小组帮助信息、个人帮助信息,以呈现给不同的使用者。

3结束语

交互式网络教学不但有时空灵活的优势,而且有利于各种交互活动的开展,能更好弥补传统教育交互不足(尤其是师生交互和生生交互不足)的缺陷,特别在培养学生创新能力、个性发展方面达到了显著的效果。本《机械设计基础课程设计》网络教学系统的设计依托校园计算机网络,构建网络教学支撑平台,极大地丰富了课程设计教学资源,本系统主要实现了以下功能:①完成了有关《机械设计基础课程设计》中有关设计内容的发布、问题管理、知识点讨论等功能;②通过Internet网络,实现了教师对学生的远程协助功能;③实现了《机械设计基础课程设计》中图形在线浏览和编辑功能。

该系统拓展了学习的渠道,方便了师生的学习,在培养学生综合素质等方面发挥了重要作用,并受到了广大教师和学生的好评。

参考文献

1刘哲.构建个性化的交互式网络教学[J].吉林师范大学学报:自然科学版,2008,(5):123-124.

2刘淳,章强,等.交互式网络教学平台的研究与实现[J].南京大学学报:自然科学版,2006,42(1):30-36.

3赛奎春.ASP工程应用与项目实践[M].北京:机械工业出版社,2005:4.

4Nada D,Brenda B.Online learning:concepts,strategies and application[J].New Jersey,2004:25-30.

5Shen J,Gu G Q.Interactive architecture model for network teaching[J].Journal of Southeast University,2002,32(1):6-10.

Construct network teaching system of

curriculum design of mechanical design basic

WANG Li-jing,GOU Jie

(Tianjin Institute of Urban construction,Tiajin,300384,China)

Abstract This system introduces a cooperation-study system of curriculum design of mechanical design basic mechanical teaching based on computer-aided design technology and the coordination design technology.This system consists of interactive discussing module,teacher administrating module and the system administrating module.And the system develops on-line interactive function of mechanical drawings and long-distance aid function according to the characteristics of mechanical field.

Key wordscurriculum design,network teaching,interactive discusses about mechanical drawing,long-distance aid.