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1、摘要: 机械制造工艺基础课程的学习特点决定了积件库开发的必要性, 以机械知识内容为模块来构架积件库能脱离教材版本的约束, 更具有灵活性、适应性。关键词: 机械制造工艺; 积件库; 构建机械制造工艺基础是中等职业学校机械类专业的一门专业基础课, 主要研究机械制造的工艺方法和工艺过程。该学科的突出特点是与生产实践关系密切, 需要学生利用感性知识加强对课程内容的理解, 这就要求教师应利用多媒体技术在课堂上再现生产过程的情景, 从而使学生获得感性认识。多媒体技术引入课堂一般有课件和积件两种形式, 课件存在着通用性不强、灵活性和开放性较差等缺点, 而以多媒体素材为基础的积件则克服了课件的不足, 它具有高
2、度的灵活性和可重组性, 能够让教师在教学活动中真正做到以不变( 积件) 应万变( 教学实际) , 是教师个性与创造性充分发挥的技术保障。一、构建机械制造工艺基础积件库的必要性1.机械制造工艺基础的教学现状需要构建积件库目前, 机械制造工艺基础大多仍是“一支粉笔”、“一块黑板”的传统式教学, 造成了教师在讲台上开机床、学生在课桌上加工零件的现象。究其原因主要有两方面: 一是机械制造所涉及的机械加工设备广, 一般学校要配齐所有的机械加工设备几乎是不可能的, 从而制约了学生的感性认识; 二是即使有了加工设备, 因为班级学生人数多, 受场地等因素的限制, 现场组织教学也比较困难, 势必造成教和学两难的
3、局面。而利用计算机多媒体辅助教学将会在很大程度上改变这种教学现状。利用多媒体的动画、视频、图像、声音等素材直观形象地再现机床运动原理、机械加工过程, 教学效果必将事半功倍, 所以开发一套机械制造工艺基础多媒体积件库已成为当务之急。2.机械制造工艺基础的课程知识特点适宜于积件系统的构建积件是在课件的基础上开发出来的新一代多媒体教学软件。课件是以一堂课的内容为单位而设计的多媒体计算机软件, 只能适用于某一特定的教学情境,很难适应千变万化的教学情况。积件则是以各个知识点为单位设计的多媒体软件, 它的内容可以是讲述一个概念、一个定理, 或者是一个实验过程、一个加工过程等。无论课程体系如何变化, 教材版
4、本如何变化, 只要知识点不变, 积件都可被师生应用于当前教学活动中。机械制造工艺基础课程知识广泛, 包括铸造、锻造、焊接、车削、刨削、插削、拉削、钻削、镗削、铣削、磨削、齿面加工、精密加工、特种加工等机械制造方法, 每一种机械加工又包括多种加工方法, 每一种加工方法就是一个知识点, 且互相独立、自成单元, 因此, 可将每一个知识点制作成积件微单元。如车削加工中, 车削的方法有外圆柱面车削、内孔的车削、端面的车削、车槽、车圆锥面、车成型面、车螺纹等, 在圆锥面车削中又可分为斜置上滑板法、偏移尾座法、靠模法等, 其他的各种车削也可细分成多种方法, 将这些车削方法一一做成三维动画, 模拟加工现实,
5、生动地再现工作场景, 这就是积件的微单元。再将这些微单元组合成积件, 推广应用于教学实际中, 这将会在一定程度上提高学生时生产实践的感性认识。二、机械制造工艺基础积件库的构架机械制造工艺基础积件库构架方式可以根据机械知识内容编排, 不按某一种教材目录或顺序来安排, 这样积件能脱离教材版本的约束, 不会因为教材不同无法使用,可以更灵活地应用于课堂, 适应性也更强。可将积件库分成机床、刀具、加工原理、加工方法、加工特点、加工实例等6 大模块。每个模块下又有许多子模块, 具体结构参看“机械制造工艺基础积件库构架图”。三、机械制造工艺基础积件库构建方法和工具积件的开发一般分为积件库开发和积件组合平台开
6、发两部分。( 一) 积件库的开发积件库的开发包括机械制造工艺中大量的图形、图像、视频、动画、声音、文本、图表等素材的收集处理和制作, 这些多媒体素材的获得及处理可以通过以下几种途径。1.图像图形制作各种机床、刀具、附件的类型和结构, 需要大量的图片来表达, 这些图片的获得可以通过这些途径: 一是通过互联网工具下载收集。在互联网上有很多国内外的机床制造企业, 企业网站上一般都有该公司的产品图可以下载收藏; 二是通过扫描仪扫描获得。通过参加大型的机床展览会等, 收集各个机床展览公司的宣传图册, 然后归类进行扫描获得图像; 三是通过数码相机到机械贸易公司、代理公司、企业生产现场等地方进行实物拍照,
7、然后导入电脑获取图像。通过以上方法获得的图像以及图像的格式、大小、背景、风格都不统一, 还需要通过专业图像软件进行处理。一是统一图像的尺寸大小、格式、背景和清晰程度;二是截去一些不需要的图像内容, 或者添加一些必要的文字说明或其他的标记和符号。如在介绍车床各部分的结构时, 需要加上每部分的名称及指引线, 使图像更清晰、更适合于教学。常用的图像处理工具有photoshop 和cordraw 等软件,前者更适合在图像上添加文字说明, 或调整图片大小、统一背景等, 而后者可以将图像的光栅图片处理成矢量图,生成的矢量图容量小, 便于制作FLASH 动画。2.动画制作在机床运动、机械加工原理、加工方法等
8、积件制作中,需要大量的动画来实现。动画分成两种类型: 一是三维实体动画, 二是加工模拟动画。三维实体动画主要应用于机床的运动、加工原理模块中, 用来更直观地再现机床的各种运动方式。一般的制作过程是先在三维机械造型软件里进行机床主要部件、刀具、工作台等实物的三维造型,然后分别导入到三维动画制作软件进行运动轨迹设计,最后渲染生成三维动画文件( 如AVI 动画文件) 。在从三维造型软件导入到三维动画软件的过程中, 需要将文件格式进行转换, 转换成动画软件所需要认识的格式。根据笔者的使用和比较, 转换成.stp 格式面的丢失比较少, 效果好。加工模拟动画可应用于各种加工方法中, 加工方法的模拟一般通过
9、如下过程制作: 先在三维造型软件中进行刀具、毛坯、工件等建模, 然后导入到三维数控软件或数控模块中进行数控编程和刀轨的生成, 然后进行加工模拟, 利用屏幕录像软件将其录制, 也可以利用数控软件自带的录像功能进行保存。另一个加工方法模拟是通过生成的数控程序或生成的刀轨, 用专业的模拟软件进行加工模拟。常用的三维造型软件有Solidwork、Unigraphics、Pro/ E 等, 其中UG 在一些曲面上功能比较强并且有CAM 模块, 可以在一个软件里生成刀轨和模拟动画操作;Solidwork 软件比较容易掌握, Pro/ E 软件应用广泛。他们所生成的文件还可以互相转换, 可以根据造型的复杂程
10、度选择相应的软件来造型。常用的专业数控软件有MASTERCAM、CIMISTORN 等, 可以把三维造型软件生成的造型文件通过格式转换( 常转成IGES、STEP 等) 导入到这些CAM 软件, 编制数控程序和GM 代码, 然后进行切削模拟动画。另外, 专业的仿真软件有VIER 软件, 仿真效果更具有真实性。3.视频采集视频具有现场感和真实感, 积件库中的各种加工实例用视频来再现生产加工过程, 可以使学生获取的感性知识更为直接和牢固。视频的采集可以通过数码摄像机到机械加工现场拍摄获得, 再用专业软件剪辑加工成教学所需的视频文件。视频文件一般为MEPG 格式或AVI 格式, 使用中一定要注意不论
11、何种视频文件, 都会占用很大的磁盘空间, 可以使用“WindowsMedia 编码器”进行压缩处理。( 二) 积件组合平台的开发: 多媒体素机械制造工艺基础积件库构架图材的集成平台组合平台涉及到底层软件的设计开发, 经过计算机多媒体教学的几年发展和探索, 以网络浏览器为基础的积件组合平台已成为积件平台发展的主流方向, 可以将前面制作和收集的各种多媒体素材组合成积件库。常用的网站设计软件制作软件Frontpage、Dreamware 等都可以作为积件库组合新开发的工具软件。机械制造工艺基础多媒体教学积件库具有直观性、灵活性、动态性和开放性等特点, 积件库的不断丰富和完善,必将为机械制造工艺基础的
12、课堂教学注入新的活力, 用传统教学方法无法克服的教学“难点”也将迎刃而解, 过去一些不可能实现或很难实现的教学设计思想也将得以实现,可以说机械制造工艺基础多媒体积件库的开发和应用将迎来课堂教学的一个划时代的变革。参考文献:1程智.关于从因特网上获取教育资源的问题及解决方法J.电化教育研究, 2001, ( 9) .2刘燕.因特网教学资源的开发与运用模式的探究J.现代教育技术, 2002, ( 4) .3王吉庆.因特网课堂教学漫谈J, 电化教育研究,2002, ( 3) .4杨军, 春晖.浅谈基于Web 方式的网络教学信息资源的建设J.电化教育研究, 2003.5季隽.积件库管理系统的现状与未来J.中国电化教育, 2000, ( 8) .6黎加厚, 王旭卿.第二代课堂教学软件: 积件J.多媒体世界.1997, ( 10) .7郑小军, 王屹, 卢文华.论多媒体CAI 课件( 积件) 开发的模式和多媒体素材库( 积件库) 的规划与建设J.电化教育研究.2000, ( 9) .
浅谈机械制造工艺基础积件库的构建
