CAI技術在水準測量實訓教學軟件開發中的應用

賴鵬輝　許輝熙　何應鵬

【摘 要】近年來，隨著社會對技能型人才的需求越來越高，大多數高校均設置了相應專業的相關儀器操作實訓課程。但學生對操作步驟的不熟練和對知識點理解的不透徹導致了實訓效果不理想。傳統的教學模式需要改變，計算機輔助教學（CAI）則提供了很好的平臺，如何開發出高效、直觀、可操作性強的計算機輔助教學實訓軟件成為了研究的熱點。本文主要探討了CAI技術在水準測量實訓教學軟件開發中的應用。

【關鍵詞】測量儀器；實訓；計算機輔助教學；軟件

1 開發背景

計算機輔助教學（Computer Aided Instruction），以下簡稱CAI，是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話的方式與學生討論教學內容、安排教學過程、進行教學訓練的技術。

當代大學為培養學生的實踐操作技能，大多開設了儀器和工具的操作使用實訓課程。例如測繪專業的水準儀、全站儀操作實訓。目前的學生實訓儀器的購置費用較高。而就使用情況來看，因學生對儀器操作方法的不熟練，對操作原理理解的不透徹而造成的儀器損壞與實訓成績不理想的情況也愈發嚴重。

如何解決上述問題？顯然，在電腦日益普及使用的年代，CAI技術輔助進行實訓教學軟件的開發成為一個不錯的選擇，CAI軟件與傳統的教學方式有以下優點[1]：

1）能充分利用軟件的交互優勢，實現教師與學生的互動；

2）適用性強，有電腦即可操作，不受限于任何地理環境與天氣影響；

3）數據分析能力更精確，易錯點難點軟件可以自動分析，教室可針對分析重新講解。

筆者就其開發的水準測量自主學習系統對測量儀器計算機輔助教學實訓軟件的開發過程與其運行原理做簡要分析。

2 開發過程

開發平臺：易語言5.11。

開發工具：3DMAX，PHOTOSHOP，POWERPOINT，FLASH。

運行環境：Windows。

軟件模擬儀器：DS3水準儀。

參考教材：《建筑工程測量（第二版）》，盧正主編，化學工業出版社。

圖1為軟件開發流程示意圖，圖2為軟件運行流程示意圖，圖3為水準測量自主學習系統界面。

3 軟件特點

傳統的CAI軟件由學科教師編寫稿本，計算機技術人員編程實現開發成小型的教學軟件[2]。與傳統的CAI軟件相比，水準測量自主學習系統具有以下特點：

1）采用更加多元化的開發工具。不僅使用了傳統的多媒體教學課件，更是實現了整個儀器的3D結構模擬仿真，直觀性與操作性更強。儀器操作演示動畫能讓學生更加深入地理解儀器的操作流程，對老師課堂教授的內容能起到補充作用。

2）更側重學生的自主學習。因此，交互性設計得更全面，例如軟件中有兩次讀數，兩次讀數都是根據隨機模擬高差而生成的讀數，軟件不會提供數據答案，而是通過提示讓軟件使用者自己理解高差測量原理并讀數記錄，可多次循環操作加深記憶。

3）十分注重儀器操作的直觀感覺。在編程模擬氣泡移動步驟中，加入了模擬波動的算法，讓氣泡移動不顯得虛假，更真實的模擬儀器現實使用的情況，在儀器粗平階段，氣泡的移動較慢，在學生理解下底座調節螺旋的操作規律之后，可選擇自動粗平，設計更加人性化。

4）在使用望遠鏡讀數階段，儀器最主要的操作是調節焦距，為使學生更直觀地了解調焦旋鈕的操作，在編程的時候采用了透明度模擬調焦，操作步驟顯得十分真實。

5）本軟件突出特點就是糾錯，傳統的CAI軟件只是注重模擬教學，對于易錯點也是老師的隨堂講解，而在儀器的實際操作中很容易被忽略。水準測量自主學習系統在對流程控制方面更加嚴格，錯誤的步驟操作會發出警告并提示返回上一步驟重新操作，否則不能進行下一步操作，這對樹立優秀的儀器操作習慣奠定了基礎。

6）軟件還具有數據反饋機制，在學生使用軟件之后，關于操作步驟的正確率以及讀數的準確度都會及時反饋給教師，教師通過對反饋數據的分析，可以了解學生在哪些知識點了解不足和操作問題，從而提醒老師應該在哪些知識點對學生做進一步的講解。

4 軟件使用效果對比測試

在軟件開發完成以后，我們選擇了兩個測量班進行使用情況內測，兩個班由同一老師教學，一個班使用本套軟件進行輔助教學，另一個班則不使用。在老師講解課程兩天后進行DS3水準儀操作實訓，根據對實訓結果分析，得到以下結論（表1）：

表1 系統使用效果對比測試結果

以上結果分析表明：使用本自主學習軟件能極大的提高學生對DS3水準儀的操作能力和讀數技巧，對老師的課堂教學起到了很大的輔助作用。

5 小結

在軟件的開發伊始，征求了許多老師、聽取了很多同學的意見和建議，最終才確定了開發方案，在編譯過程中，也積累了很多的關于實訓類CAI軟件的開發經驗。首先，在進行開發之前，應該就軟件的定位和主要功能做一個細致的用戶調查，弄明白老師和同學們需要的是什么，而我們要實現的是什么，這樣開發出來的軟件才有意義。第二，對于實訓類CAI軟件的開發，更側重的應該是學生的自主學習，學生與軟件的交互很重要，即學生能利用軟件達到儀器實訓操作的基本技巧，這是這類軟件的開發原則。第三，實訓類CAI軟件主要是實訓儀器操作的輔助教學軟件，雖不能完全代替實訓儀器的教學作用，但是要達到良好的輔助教學效果，必須要做到高仿真的模擬儀器的使用與操作，不然就失去了這類軟件的真正作用。

以中國知網（CNKI）以文獻來源，利用其高級檢索功能和篇名字段檢索出“計算機輔助教學論文”2425篇[3]，檢索“計算機輔助教學實訓軟件”檢索出符合全字段的論文屈指可數。這說明在應用在實訓類的CAI軟件還較少，隨著高校對實訓教學的重視，相信以后計算機輔助教學實訓軟件的開發將越來越好。

【參考文獻】

[1]劉振江.淺談機械制造專業計算機輔助教學軟件的應用要點[J].電子制作， 2014（5）：114-114.

[2]劉建勛.計算機輔助教學在中學物理教學中的應用[J].科技視界，2013（9）： 93-93.

[3]佟礦.計算機輔助教學的現狀與發展[J].中國醫學教育技術，2013，27（3）：255-257.

[責任編輯：田吉捷]