CAI技术在金属塑性成形工艺及模具课程中的应用
［摘要］根据材料成型及控制专业教学的需要,开发了金属塑性成型工艺及模具课程计算机辅助教学(CAI)软件。该课件采用丰富的图形、图像、动画等多媒体方式表现教学内容,在教学中达到了优化教学过程的效果。文章论述了用Autehorware开发多媒体CAI课件的目的、步骤及方法。
［关键词］计算机辅助教学(CAI)；Authorware；冲压；模具设计
一、前言
金属塑性成型工艺与模具设计课程是材料成型及控制工程专业本科教学中一门重要的主干课程。课程主要教授学生金属板料冲压加工理论、工艺以及冲压模具的结构设计等专业内容,具有内容繁杂、知识涵盖面宽、实践性和综合性强等特点。冲压工艺的种类较多,包括冲裁、弯曲、拉深、翻边及胀形等,各工艺中坯料的受力状态和变形方式存在较大的不同,实现工艺的模具也各有不同，而且工艺与模具设计的内容,虽然有相关的理论基础,但更多的是从实际生产中总结出来规律性经验而形成的技术知识 。因此,本门课程的教学需要与实践紧密联系。但由于学生毫无实践经验,缺乏对工艺及模具的感性认识,给本课程的教学带来很大的困难,学生感到枯燥难懂,不能抓住重点,难以熟练掌握和应用相关的工艺知识,达不到满意的教学效果。
CAI 技术以计算机为媒体工具,充分利用计算机的直观模拟、高速处理等特点,通过人与计算机之间的交互活动,采用文字、图形、影像、声音、动画等多种表现形式将知识信息形象、生动、直观地提供给学生。CAI 改变了教学方式，突破了传统教学手段上的局限,能够使繁杂变得简单、使抽象变得具体,特别是对于实践性强的课程,能将实际生产的工艺过程以影像、动画等生动的形式表示,从而增强学生的感性认识和学习兴趣,提高教学效果。
CAI技术应用于《金属塑性成型工艺及模具设计》教学，将教材中各种知识融入到生动具体、易教易学的CAI课件，将大大提高教学质量，提高学生的学习效果。
二、课件的总体设计思路
1将课程的内容按教学计划安排的顺序进行综合归纳整理。在充分调研基础上，依据多年的教学经验，针对专业要求，合理安排课程的教学内容。
在计算机辅助教学应用之前，由于许多图形及模具结构无法演示，课程以工艺理论、工艺计算为主，模具设计部分学时所占的比例较少。经过充分的调研，结合收集的资料，重新对教学内容和学时做出合理的安排和规划。适当增加了模具结构设计部分的学时，通过应用课件的“模具成型动画演示”部分进行教学，收到了良好的教学效果。
2合理规划每章节的内容。课件按讲授的章节顺序组织内容，操作界面上显示有正文所在的章、节及小标题，段落分明。课件在每章每节中增添了图形、图片及多媒体动画等内容，如各种工艺生产的零件图片，工艺过程模拟动画，模具的工作过程演示等等，增强了学生的感性认识和学习兴趣。
CAI技术在金属塑性成形工艺及模具课程中的应用3随着材料科学的快速发展，课件应将当前的新材料、新技术、新工艺融进来，并且在实际教学的应用中，能够随时进一步完善和改进教学内容并且能够方便地进行增加、修改。
三、CAI课件的开发
系统的设计主要是建立软件合理的结构和框架。在进行系统总体设计时,按照结构化和模块化原则,将各个课件系统划分为各个相互独立,又相互关联的主模块,再视具体内容将各模块细分为各个子模块。在确定软件结构时,采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构,各个模块之间的接口则采用编程手段来实现,这样整个系统就变得易于理解、实现和维护。图1所示为CAI 课件的系统设计。
图1CAI 课件的系统设计1工作平台及编辑软件
考虑目前计算机在教育行业应用的现状,本课件选Windows 为运行平台，选择Autehorware作为本课件开发平台和编辑软件。Autehorware是一个功能强大的可视化编程软件,可以设计优美的人机交互图形界面;通过链接功能,能实现对声音、图形、影像、动画的嵌入和控制,编制出各种不同功能的多媒体软件。而且Atehorware 有较好的应用基础,非常适用于CAI 课件的开发。
2应用Authorware开发CAI课件的方法
Authorware最大的特色是它将整个编制过程表现为直观的屏幕编辑和一系列人机交互式的参数填写过程，大大简化了软件编制工作。它提供了一个面向对象的创作环境，使用13个功能图标(Icon)，不同的图标被看作为不同的对象，可随意穿插或叠合。只要双击图标就可直接往里放置多媒体信息，所以创作人员面对的是有意义的对象元素，而这些多媒体信息是可视的。Authorware的功能强大，提供了250多个系统变量和函数，具有极强的数据采集能力，还可通过Windows DLL外部动态连接库，实现自定义函数的功能。此外，Authorware还具备超文本功能和数据库功能。
用Authorware制作多媒体软件的思路就是将整个软件分割为几个功能块，然后将各个功能块再经过一层或多层的分割，变成一些比较简单的步骤。最后通过一个总控程序以及多个分控程序，将各个部分进行链接，成为一个具有各种功能的软件。图2为课件的图标导航设计，图3为课件的界面。
3模具结构及原理动画
动画是计算机辅助教学的主要方式,动画能形象地模拟实际事物的物理过程和运动规律,将难于理解的成形工艺、模具动作过程及相关概念以生动形象的画面表达出来。合理的选择和应用动画可以帮助学生理解和掌握教学内容,提高教学效果。本课件中的动画主要是工艺过程、模具结构和工作原理三维动画,这些动画采用3DStudioMAX软件制作,直接生成AVI文件，支持多种播放软件的播放。
3DStudioMAX是近些年来出现在PC平台上的
图2课件的图标导航设计
图3课件的界面
最优秀、应用最广泛的三维动画软件。其界面友好、操作简易快捷,制作实现了所见即所得的功能。其功能非常强大,被誉为三维造型及动画制作的大师。图4为模具动画演示界面。
图4模具动画演示界面结论
1顺应课程的需求开发了金属塑性成形工艺及模具课程CAI课件。
2本课件在材料成型及控制专业金属塑性成型工艺及模具设计课程中应用，取得了满意的教学效果。
3应用课件进行的教学实践表明：多媒体课件具有设计科学化、结构合理化的特点,以全新的现代教学模式取代了以往呆板、陈旧的教学模式，大大提高了学习效率和教学质量。CAI的应用对优化教学过程、提高教学质量、改善教学效果起到了不可替代的作用。
参考文献
［1］程晓宇等试论现代教育技术与模具制造专业系列课程改革模具制造，2006，（7）.
［2］王慧芳多媒体教学软件的设计与制作北京:电子工业出版社,2001.
〔责任编辑：张婧〕作者简介: 王丽风 (1964年生)女,在读博士,副教授,从事材料成型与控制工程专业科研教学工作
作者简介:刘晓晶(1966年生)女,在读博士,副教授,从事材料成型与控制工程专业科研教学工作
