（机械制造及其自动化专业论文）diamond机械手基础知识教学课件及演示平台设计与实现.pdf

摘要 本文密切结合天津大学以d i a m o n d 机器人为载体，支持技术创新的系列课 程改革与实验教学平台建设，将其基础理论知识和相关课程及实验相结合，形 成独特的教学体系的需求，利用p h o t o s h o p 、3 d sm a x7 、a u t h o r w a r e 、 p o w e r p o i n t 等软件，系统的研究了d i a m o n d 多媒体教学课件的脚本设计、素材 处理、堂上课件设计、实验平台制作及其课件设计等问题，并将研究成果应用 于指导d i a m o n d 教学课件的开发过程，论文取得如下成果。 口在素材制作方面创作了大量的三维动画，通过动画演示让学生了解d i a m o n d 的工作原理，对抽象概念进行生动形象的表现、模拟、再现传统教学手段无 法表现的内容，并通过生动的分解动画形式，将d i a m o n d 结构中不易拆或不 能拆的各个部件展示给学生，使学生对d i a m o n d 的组成和安装位置有了直观 的印象。利用p h o t o s h o p 进行图像处理，将黑白图像变成彩色图像，以突出 重点、突破难点，在教学过程中有效地提高了教学效率。 口在堂上课件设计方面采用超链接的方式进行交互设计，可实现对相关内容的 任意播放。利用a u t h o r w a r e 强大的扩展功能，提出一种采用o l e 技术在 a u t h o r w a r e 环境中播放p o w e r p o i n t 幻灯片的设计方案。该方案不仅简化了课 件的程序设计，并且修改、维护课件比较容易。 口利用多媒体技术模拟实验教学，将不同类型的媒体信息所代表的教学内容组 成一个有机的整体，打破了传统的线性教学模式。根据实验教学的特点增设 了一些具有丰富表现力的特色功能，并利用不同构型的演示程序给学生提供 形象、生动的现场模拟，既安全成本又低。 口本课件通过调试、打包、调用a v i 外部文件，使编制的程序能够完全脱离 a u t h o r w a r e 环境并在w i n d o w s 下正常运行。 关键词： 多媒体，素材处理，课件设计，交互 a b s t r a c t t of o r mt h en o v e lt e a c h i n gs y s t e mb yi n t e g r a t i n gb a s i ck n o w l e d g eo fd i a m o n d r o b o ti n t ot h er e l a t e dc u r r i c u l u ma n dt h ee x p e r i m e n ta n ds u p p o r tt h et e c h n o l o g i c a l i n n o v a t i o nf o rt h es e r i e sc u r r i c u l u mr e f o r ma n dt h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n gp l a t f o r m c o n s t r u c t i o n ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e a l sw i t hd i a m o n dm u l t i m e d i at e a c h i n gc o u r s e w a r e s c r i p td e s i g n ，s o u r c e m a t e r i a l p r o c e s s i n g ，t h e c l a s s r o o mc o u r s e w a r ed e s i g n ， e x p e r i m e n tp l a t f o r mm a n u f a c t u r ea n di t sc o u r s e w a r ed e s i g nb yu s i n gp h o t o s h o p ，3 d s m a x7 ，p 0 w e r p o i n t ，a n da u t h o r w a r es o f t w a r e s ，t h er e s u l t sh a sb e e na p p l i e dt o d e v e l o p i n gt h ed i a m o n dt e a c h i n g c o u r s e w a r e t h e f o l l o w i n gw o r kh a sb e e n a c c o m p l i s h e d 口t h em a s s i v et h r e ed i m e n s i o n a la n i m a t i o n sh a v eb e e nc r e a t e di nt h es o u r c e m a t e r i a lp r o c e s s i n g ，t h es t u d e n t su n d e r s t a n dt h ep r i n c i p l eo fd i a m o n dr o b o t t h r o u g ht h ea n i m a t i o nd e m o n s t r a t i o n ，s i m u l a t i n ga n dr e a p p e a r i n gt h ea b s t r a c t c o n c e p tv i v i d l y , w h i c hc a n tb ep r e s e n t e dc l e a r l yb yt r a d i t i o nt e a c h i n gm e t h o d ， a n dt h ep a r t sd i f f i c u l tt od i s a s s e m b l ef r o mt h ed i a m o n dr o b o ta r es h o w nt ot h e s t u d e n t st h r o u g ht h ev i v i dd e c o m p o s i t i o na n i m a t i o n ，w h i c hm a d et h es t u d e n t h a v et h ed i r e c t v i e w i n gi m p r e s s i o no fc o m p o s i t i o na n da s s e m b l i n gt ot h e d i a m o n dr o b o t w i t ht h ea i do fp h o t o s h o ps o f t w a r e t h eb l a c k a n d - w h i t ei m a g e s h a v eb e e nt u r nt ot h ec o l o ri m a g eb yt h ei m a g e r yp r o c e s s i n gt oe m p h a s i z et h e k e yp o i n t sa n dt h ed i f f i c u l t i e sa n di m p r o v et h et e a c h i n ge f f i c i e n c y i nt h e t e a c h i n gp r o c e s s 口i n t e r a c t i v ed e s i g nb yu s i n go fu l t r al i n kh a sb e e np r e s e n t e di nt h ec l a s s r o o m c o u r s e w a r ed e s i g nt or e a l i z eb r o a d c a s t i n gf r e e l y w i t ht h ep o w e r f u le x p a n s i o n f u n c t i o ni na u t h o r w a r es o f t w a r e ，t h es o l u t i o nt ob r o a d c a s tt h ep o w e r p o i n ts l i d e i nt h ea u t h o r w a r ee n v i r o n m e n te m p l o y i n gt h eo l e t e c h n o l o g yh a sb e e np r o p o s e d a sar e s u l t ，t h ec o u r s e w a r ep r o g r a m m i n gh a sb e e ns i m p l i f i e da n de a s i l yt o r e v i s ea n dm a i n t a i n 口 u s i n gt h em u l t i m e d i at e c h n o l o g y t os i m u l a t e e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g 。t h e d i f f e r e n tt y p eo fm e d i ai n f o r m a t i o ns i g n i f i n gd i f f e r e n tt e a c h i n gc o n t e n th a sb e e n p u tt o g e t h e ri n t ow h o l e ，b r e a k i n gt h et r a d i t i o n a l l i n e a re d u c a t i o n a lm o d e l a d d i t i o n a l l y s o m ee x p r e s s i v ef u n c t i o n sh a v eb e e np r e s e n t e dt o s a t i s f yt h e i i r e q u i r e m e n to fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，a n dt h ev i v i ds c e n ea r ed e m o n s t r a t e dt o t h es t u d e n t se m p l o y i n gd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o nd e m os e c u r e l ya n dc h e a p l y 口t h ec o u r s e w a r ec a l lb er u ni n d e p e n d e n t l yi nw i n d o w sf r o mt h ea u t h o r w a r e e n v i r o n m e n tb yd e b u g ，p a c k e dp r o c e d u r e ，t r a n s f e r r i n ge x t e r i o rd o c u m e n t k e yw o r d s ：m u l t i m e d i a ，s o u r c em a t e r i a lp r o c e s s i n g ，c o u r s e w a r ed e s i g n ，i n t e r a c t i v e i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 司兰德 签字日期：励3 年，月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规 定。特授权墨盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同 意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：司兰萄 签字目期：脚孑年月引日 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 第一章绪论 机器人以其知识密集、技术含量高的特点早在上世纪8 0 年代就进入我国 高校实验室作为研究和实验对象，更有部分高校将其纳入授课范畴。但鲜有高 校将其贯穿于整个工科机械类教学课堂和实验体系中。天津大学黄田教授于 2 0 0 1 年发明了具有我国自主知识产权的一种全铰接2 平动自由度高速并联机构 d i a m o n d 机构( 图卜1 ) ，具有简单 轻型模块化的特点，在食品、医药电子 和包装等轻工业领域获得了成功应用。 d i a m o n d 机器人是典型的机电一体化产 品，知识涵盖机械设计、制造和控制三 大课程。近年来，英国w a r w i c k 大学、 西安交通大学、浙江工业大学等分别引 进d i a m o n d 机器人作为实验教学演示设 各但由于缺乏d i a m o n d 机器人的基础 知识，未能将其引入课程教学中。 2 0 0 6 年，天津大学将d i a m o n d 机器 人纳入支持技术创新的系列课程改革与 实验教学平台建设项目中，以d i a m o n d 机器人为载体，将其基础理论知识和相 关课程及实验相结合，形成独特的教学 体系( 图卜2 ) ，目前属国内首创。通过 开展多项堂上和实践教学，对培养学生 知识刨新取得了良好的效果，但采用的 仍然是传统教学模式，即教室和实验室 分开上课，教师在课堂上讲解，借助书本 语言和板书这些比较单一的媒体学生则 图1 - 1d i 锄o n d 机构 图卜2d i a m o n d 机器人教学体系 一 圆 吣网 田 第一章绪论 靠眼看、耳听、手写等方式被动地接受，且设计类、制造类及控制类三大系列 课程尚未真正有机结合，形成统一的教学模式。 d i a m o n d 并联机构是一项新技术，它所涉及的控制、运动、工作过程及原 理较难懂，教师在讲授这些知识时，学习者只能通过对平面图的抽象想象，学 习过程显得枯燥无味，这样使得学习者很难透彻了解其工作原理及系统结构， 甚至有的学生课后不知老师所讲何物。如果采用多媒体课件授课，则使教学内 容的表达方式有了本质的改变，它可以把文字、声音、图形、图像、视频、动 画等多种媒体有机地集成一体，使学生通过多个感官来获取相关信息，使枯燥 的教学内容变得富有情趣，激发学生强烈的求知欲，这无疑是有利于提高教学 质量的 1 1 。在实验室上课，由于设备少而同学多，听课效果并不佳。如果把这 部分内容改用多媒体课件教学，采用动静结合的办法，既有图片文字的说明， 又有程序的演示和应用实例视频，不仅提高了学习效率，同时也增加了同学们 的学习兴趣。 鉴于以上情况，开发d i a m o n d 基础知识教学课件及演示平台，将堂上教学 和实验教学融为一体，打破传统的教学模式，不仅可以提高教学质量，增大信 息量，而且对弥补设备的不足具有现实的意义。 1 2c a i 国内外发展状况 c a i ( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ，简称c a i ) ，1 9 5 8 年美国i b m 公司沃斯顿 研究中心设计了世界上第一个计算机教学系统，c a i 以此为起点逐渐发展起 来，接着1 9 6 0 年美国依利诺斯大学开始研制了p l a t o ( p r o g r a m m e dl o g i cf o r a u t o m a t i ct e a c h i n go p e r a t i o n ) 教学系统，1 9 6 3 年斯坦福大学与i b m 公司合作研 制了i b m1 5 0 0 教学系统。日本在1 9 6 3 年前后开始研究c a i 系统，“电研总 开发了日本最初的c a i 系统。加拿大也于1 9 6 8 年由国家研究院，安大略教育研 究所和女王大学等1 1 所大学联合开发了用于实现个别教育与测验的c a l 工程。 进入7 0 年代，由于计算机技术的迅速发展，廉价的微型计算机大量涌进社会和学 校，使c a i 得到迅速发展。 8 0 年代初期，华东师范大学和北京师范大学等校成立了“全国计算机辅助 教育学会( c b e ) 。1 9 9 0 年西安交通大学举办了两次c a i 研讨班；1 9 8 9 、1 9 9 1 年清华大学受国家教委委托又举办了两次c a i 研讨班。我国在“七五”、“八 五”期间，将许多c a i 课题列入国家重点科技攻关项目，增大投资，并有计划地 第一章绪论 组织科研机关、企业、学校的技术力量开发大量的教学软件。1 9 9 3 年第4 季 度，高等工业学校c m 协作组织成立。1 9 9 4 年5 月，理科c a i 协作组相继成 立，1 2 月“农科协作组也相继成立，同时国家教委决定分期分批制订各科 c a i 和试题库研究规划，对各学科c a i 和试题进行立项研究，按项目进行审批 立项、拨款资助、成果鉴定和推广使用管理瞄1 。因此用c a i 技术展现d i a m o n d 知识，既顺应了当前的教育趋势，同时，势必为促进我国c a i 的大力发展贡献 一份力量。 1 3 多媒体课件设计的理论基础 自从1 9 5 8 年美国i b m 公司成功研制第一个计算机辅助教学( c a i ) 系统，从而 宣告人类开始进入计算机教育应用时代以来，计算机辅助教学的理论基础曾有过 三次大的演变【3 1 ：行为主义学习理论、认知主义学习理论和建构主义学习理论。 1 3 1 行为主义学习理论 行为主义认为人们的认识完全是由刺激( 即客观事物) 本身的特性决定的， 如同镜子反射物体一样，认识主体完全是被动的，只能消极的摹写现实。行为 主义学习理论第一次作为理论基础的时间是从6 0 年代初至7 0 年代末，这是计算 机辅助教学的初级阶段。由于早期的c a i 是由“程序教学”发展而来，其创始 人是行为主义心理学家斯金纳，因此在计算机辅助教学发展的初期，其理论基 础也就不可避免地要打上行为主义学习理论的深刻烙印。 美国心理学家斯金纳( b f s k i n n e r ) 【4 j 的强化学说对程序教学理论和实践及早 期c a i 的课件设计产生了重要影响。 1 3 2 认知主义学习理论 认知主义主张学习就是将外在事物的关系( 结构) 内化为学习者自己的心理 结构( 认知结构) 的过程。为了便于将外在的客观事物的关系内化成学习者内在 的认知结构，该理论特别强调基本概念的形成，强调概念与概念之间的关系， 强调概念与命题、命题与命题之间的关系。 认知主义学习理论是作为理论基础的第二次，时间是从7 0 年代末至8 0 年代 末，这是计算机辅助教学的发展阶段。这一时期将认知学习理论应用于c a i 的 第一章绪论 著名学者是安德逊( a n d e r s o n ) 。他于8 0 年代初期根据认知学习理论提出一种思 维适应控制方法( a d a p t i v ec o n t r o lo f t h o u g h t , 简称a c t ) ，该方法强调高级思维 的控制过程，试图揭示思维定向与思维转移的控制机制和控制原则。 从这个基本思想出发，对课件知识内容的设计和开发就要注重概念特征的 突出，教学的基本原则是： ( 1 ) 逐渐分化的原则 所谓逐渐分化原则是指先让学习者了解最一般的、包摄性最广的概念，然 后根据具体细节对内容逐渐加以分化。 依照这个原则，课件的这种逐步分化呈现形式，其优点在于包摄程度大的 内容给后学的新内容提供一个“固定点”，用来“同化新的知识。 ( 2 ) 综合协调原则 所谓综合协调原则是指要对不同学科中相关的内容加以综合协调，使学习 者的认知结构进一步分化和完善。 遵循这个原则，对课件内容的设计不仅要注意本学科的知识体系，把握好 内部的逻辑联系，还要注意将有关知识向其他学科延伸，或对相关知识点给予 更多辅助信息的支持。多媒体技术正能实现这个目的。 ( 3 ) 类别化处理原则 所谓类别化处理原则是指对教学内容所表达的事物和现象要依据它们的属 性或关键特征进行分类处理。 为了帮助学生有效地获得概念，促进其思维发展，在课件设计中要注意对 知识内容的分类化处理。尤其是多媒体课件不仅呈现事物的形象，更要揭示事 物的属性或特征，有助于学生形成概念。 ( 4 ) 积极参与原则 所谓积极参与原则是指在学习过程中，学习者不是被动地接受刺激后才作 出反应，而是积极主动地参与学习活动。 认知理论在学习方法上倡导发现学习和接受学习的形式。但无论“发现 还是“接受”都主张学习者内部积极的思维活动，使学习者已有的认知结构产 生“同化”或“顺应 的变化。这项原则为课件的交互性设计赋予新的、更高 水平的含义。 该理论在本课件中有较多的应用。本课件的脚本编写根据此理论设计。另 外，采用灵活多变的交互方式和菜单按钮根据学习者思维活动的变化进行学习， 4 第章绪论 从而提高学习者的学习效率。 1 3 3 建构主义学习理论 在现代教育领域，人们通常把建构主义理论( c o n s t r u c t i v i s m ) 作为学习的理 论依据，建构论的核心观点在于，知识乃是由学习者建设或构造而来的，学习 是一种适应性的活动，是认识、发现和理解意义的过程【5 1 6 j 。它是由个体通过自 身的体验、在一定的环境或体系下构建而形成的。因此学习是一个动态变化和 适应的过程，其目的不在于发现固定不变的真理，而在于发现意义，形成理解 和共识。 建构主义学习理论作为理论基础的第三次，时间是从9 0 年代初至今，这是 计算机辅助教学的成熟阶段。建构主义的最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰 ( j p i a g e t ) 【j 7 1 ，他坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展。 根据建构主义的基本观点，我们可以概括出如下课件设计原则： ( 1 ) 开放性原则 开放性原则亦称随机性原则，是指设计的多媒体c a i 课件应有多个学习起 点和多条学习路径。建构主义理论强调事物的复杂性和多样性，对事物的了解 或对知识的掌握应从多层次、多角度入手，认为知识是围绕着关键概念所组成 的网络结构，学习可以从网络的任何部分随机进入或开始。 ( 2 ) 自上而下的原则 自上而下的原则是指多媒体c a i 课件内容最好是由整体向具体展开，即先 给学习者呈现整体性的任务将他们带入一个较完整的问题情景之中。然后，让 学习者根据自己的经验，尝试对问题的解决，最后使学习者在尝试解决问题的 过程中找出和掌握相关的、具体的知识和方法。这是一种富有创造性的新思 路。 ( 3 ) 情境性原则 情境性原则是指多媒体c a i 课件要给学习者提供与其现实生活相类似的或 真实的情境，以利于学习者在这种环境中去探索或发现问题、解决问题，从而 促进学习的质量。建构主义认为真实性的学习情境或任务可以使学习者了解自 己要解决的问题，产生主人翁的责任感。同时，这种情感又是整体性和富有挑 战性的，容易激发学习者的内部动机，有利于培养学习者解决问题的能力和探 索精神。 第一章绪论 在本课件中建构主义学习理论主要应用在超文本结构设计中。本课件将根 据知识的网状结构设计教学进程，具体表现为学习者需从多点随机切入学习进 程，并根据实际需要灵活跳转产生出多种学习路径，例如热区、控制按钮等。 1 4 课件制作工具 创作多媒体课件的制作工具很多，常见的有p o w e r p o i n t 、f l a s h 、a u t h o r w a r e 等，p o w e r p o i n t 使用简单且无须复杂的编程，在p o w e r p o i n t 幻灯片中可以插入 各种现成的对象，如文字、图片、图形、艺术字、声音和影片等，也可以绘制图 形；对幻灯片上的对象可以设置动画效果，如对象进入或退出画面的方式、用闪 烁和着色强调对象、让对象按指定的路径运动；幻灯片之间可以设置多种切换效 果并通过按钮的设置实现幻灯片间的任意跳转。p o w e r p o i n t 素材处理能力强，但 交互能力较弱，不适合制作交互性很强的多媒体课件。 a u t h o r w a r e 制作工具克服了p o w e r p o i n t 制作工具的一些缺陷，其最突出的 特点是交互性强，但其本身对素材的处理能力不是很强，它主要将其他软件处理 的素材进行整合，并添加交互功能。因而，本文将采用a u t h o r w a r e 和p o w e r p o i n t 两种工具，结合它们各自的优点，在a u t h o r w a r e 中使用对象( o l e ) 插入的方 式导入p o w e r p o i n t 制作的课件，实现这两个软件的无缝对接，使制作出来的多 媒体课件不仅具有演示功能，而且具有强大的交互能力。 1 5 本文研究的主要内容 本文试图将堂上教学和实验教学合二为一来开发多媒体课件，主要从课件 制作的前期准备、课件制作和后期完善这几个方面，根据各自不同的授课内容 提出一套行之有效的开发方法，并完成课件的开发。 在课件制作的前期准备方面，本文着重于脚本设计和多媒体素材处理的研 究。 口脚本设计是课件制作的直接依据，通过对多媒体课件要表现的教学内容， 确定课件开发的具体方法，如规定每个单元中计算机向用户传递什么信 息，用户如何控制和选择学习内容等描述。脚本设计可以提高软件的开发 效率，排除无效劳动。本文将采用表格式和卡片式两种脚本格式作为课件 开发依据。 6 第一章绪论 口多媒体素材的合理运用是表现多媒体课件质量的关键。多媒体素材主要分 为五大类，即文本、图形与图像、音频、视频和动画，不同的素材具有不 同的表现力、不同的文件格式以及不同的处理方法。本文利用p h o t o s h o p 对 图像进行了灰度图处理，去除图像中的文字、将黑白图像变成彩色图像等 处理。由于w i n d o w s 自带的录音机功能较简单，录制的噪音较大，本课件 利用专门的音频处理软件g o l d w a r e 来录音，并利用降噪功能使录音达到良 好的效果，还利用超级解霸v 9 对视频文件进行拆分、合并等问题。本课件 的部分内容是d i a m o n d 结构，运用动画的形式有利于结构的表达与理解， 本文将利用3 d sm a x7 等软件进行动画制作，以满足课件制作的要求。 课件制作包括堂上教学课件制作和实验教学课件制作。本文主要从课件的 结构设计、屏幕画面设计、交互设计和导航设计提出了自己的设计思路。 口结构设计主要指课件的教学信息结构与组织形式的编排和规划。多媒体教 学课件将由以下几个基本部分组成：封面；导言；知识内容；跳 转关系；导航；交互。本课件的结构设计主要按照以下步骤进行：设 计课件的封面与导言；设计教学内容；设计屏幕与屏幕之间的跳转关系； 导航设计等。 口屏幕画面设计是对教学内容呈现舞台的设计，它体现了课件设计者的设计 思路和设计风格。它设计的好坏影响屏幕界面的友好、美观。本课件主要 从屏幕版面、字体形象和颜色搭配等方面进行了设计，具体详见第三章。 口交互设计主要指人机之间交互信息的组织形式。本课件根据不同的教学形 式采用不同的交互方式，即在堂上教学课件中从封面进入各章学习内容时 采用热区交互方式，而在实验教学课件中则采用按钮的交互形式；堂上教 学课件的教学方式采用无菜单交互而实验教学课件中采用菜单交互。另 外，本课件还将采用热对象交互形式，以减少屏幕文字。 口导航设计主要指各种教学信息之间可以跳转，便于学习者主动地、创新地 进行学习，明确清晰的导航必将给学习者指明当前学习的路径、可达信息 领域及学习内容之间的关系。 本课件的后期完善主要是对课件进行必要的片尾设计、调试运行和解决打包 后的程序完全脱离a u t h o r w a r e 环境并正常运行的问题，主要包括：可调用a v i 外部文件，正确使用库中各种格式图像，产生特殊屏幕过渡效果等问题。 综上所述，全文内容编排如下： 第一章阐述课题的研究背景和意义，c a i 国内外发展状况，多媒体课件设 第一章绪论 计的理论基础，多媒体课件的制作工具，并提出本文研究的主要内容。 第二章主要描述脚本设计和不同素材的处理方法及制作过程。 第三章主要规划堂上课件的设计过程，提出课件的系统结构设计、屏幕 界面设计、交互方式设计和导航设计的方法并完成设计，最后实现a u t h o r w a r e 和p o w e r p o i n t 无缝对接。 第四章侧重研究实验教学平台的设计，根据实验教学的目标，详细设计 实验教学的内容和实验课件。 第五章主要是对前面的程序进一步完善，完成片尾设计、调试及打包处 理，做好多媒体作品发行前的准备工作。 第六章给出全文结论与工作展望。 各章均以引言开始，简要介绍该章的研究内容及目的；以小结结尾，简要 归纳该章所得结论。 8 第二章脚本设计和素材处理 2 1 引言 第二章脚本设计和素材处理 众所周知，要制作一个多媒体课件要花费大量的人力和时间，如果最终的 效果不能符合实际教学要求，说明这是一项无效劳动，所以在多媒体课件制作 过程中，首先要进行脚本的编写。脚本也称作为“稿本”，脚本的设计阶段是 课件开发过程中从面向教学策略的设计到面向计算机软件实现的一个过渡，是 课件设计和课件制作的桥梁。因此，规范的多媒体课件脚本，对保证软件的质 量水平，提高软件开发效率，具有积极的作用。 然而，脚本也是一种软件，每一种软件都有生命周期，在使用的过程中要 不断地进行维护i 脚本的主要特征有：有效地表示课件中的各种信息；给 出课件设计的思路f 8 】。课件在使用过程中要不断适应变化的运行环境，并且会 根据知识的更新，增加有关功能或者对原有的功能进行修改和完善，那么，对 脚本进行维护可有效保护已有的投资和心血。 多媒体课件的开发离不开素材的准备，素材是课件的基础，恰当地选择多 媒体课件素材，能使课件的表现力更加丰富，有利于最大限度地调动学生学习 的积极性。大量的实践证明，多媒体教学软件开发人员5 0 - 6 0 的时间都用在 多媒体课件素材的获取和制作上面，所以素材的搜集与制作应根据脚本的需要 来进行。 一个有自己特色的课件，主要表现在素材的创意上。素材的创意包括两个 方面：一是选材创意，注重选择那些极具表现力和适用特点的材料作为多媒体 课件素材；二是制作创意，选用合适的制作技术使最终形成的课件更具教学形 象化和艺术感染力1 9 】。 本章根据教学要求，编写d i a m o n d 教学课件的脚本，并给出了脚本编写实 例。然后依据相应的脚本，准备d i a m o n d 多媒体课件的素材。多媒体素材主要 分为五大类，即文本、图形与图像、音频、视频和动画。本文利用p h o t o s h o p 对 图像进行灰度图处理，去除图像中的文字、将黑白图像变成彩色图像等处理。 利用专门的音频处理软件g o l d w a r e 来录音，并利用降噪功能使录音达到良好的 效果。利用超级解霸v 9 对视频文件进行拆分、合并。本课件中尤其是d i a m o n d 9 第二章脚本设计和素材处理 结构，运用动画的形式有利于结构的表达与理解，本文利用3 d sm a x7 软件进行 动画制作，以满足课件制作的需要。 2 2 脚本设计 脚本设计就是把将选定的教学内容编写成思路清晰、内容精炼、重点难点突 出、易于计算机表达的脚本。脚本编写是一项烦琐而又细致的工作，为了保证软 件内容的正确性和表达方法的先进性，本文编写了d i a m o n d 机械手相关的脚本。 在编写脚本的过程中，严格按照教学内容要求，遵循教学规律，优化教学内容。 软件脚本包括相关知识单元、知识点、教学目标、序号、内容、媒体呈现方式等， 充分利用声、图、画等的多重组合来达到最佳效果，使相关系统内容活泼，并对 后来的软件设计、多媒体素材创作提供了直接的依据【l 。 脚本设计是多媒体课件的重要环节，脚本设计要达到如下的要求： 1 脚本要具体体现多媒体教学软件设计思想 通过撰写脚本，要设计各种信息的排列、显示和控制，并考虑信息处理中的 各种编程法和技巧，规范和有效的脚本，既要充分体现软件思想和要求，又要能 对软件的制作给予有力的支持。 2 脚本要能成为多媒体教学软件的制作提供直接的依据 脚本不仅要反映教学设计的各项要求，还要给出要显示的各种内容及其位置 排列，为多媒体教学软件的制作提供直接依据。 3 脚本要成为沟通学科教师与软件开发人员的有效工具 在多媒体课件开发中，除了教学经验丰富的学科教师和软件开发人员外，还 需要教学设计人员参与。教学设计人员的主要工作是将由学科教师编写的文字脚 本，按照教学设计的思想和方法编写成软件制作脚本，并成为软件制作的蓝本。 进行脚本编写和结构设计时，在广泛搜集素材的基础上，本课件对d i a m o n d 机械手进行了深入的研究，确定了如下的设计内容： ( 1 ) 首先介绍d i a m o n d 机械手组成、工作原理及应用，在详细介绍各个零、 部件的结构时，采用将零、部件从系统中取出的方式，或采用将系统中的一些部 件取为透明材质的方法，使读者对d i a m o n d 机械手有一个初步的认识。 ( 2 ) 重点介绍d i a m o n d 机械手的运动学分析、刚体动力学及伺服系统、控 制系统，使以往的机械设计、制造和控制课程与d i a m o n d 基础知识联系在一起。 ( 3 ) 在掌握d i a m o n d 机械手基本理论知识的基础上，建立计算机模拟实验 1 0 第二章脚本设计和素材处理 室，给读者提供直观、形象、身临其境的感受。脚本设计示例详见表2 一l 、2 2 。 表2 - 1堂上教学脚本设计示例 序号景物时间( s ) 画面 及说明】解说词【及备注】 1 0 字幕 4第一章概述第一章概述 1 1 字幕 4第一节d i a m o n d 机第一节d i a m o n d 机构 构的组成 的组成 c l a v e l ( 法国) 发明的机 构，1 9 8 4 ；n a u m a n n ( 瑞 典) 发明的t r i c e p t 机械 图片 2 0 并联机构成功范例手，1 9 8 8 ；m o n s c h a u ( 德国) 发明的z 3 头， 2 0 0 2 d i a m o n d 并联机构是一 1 2 种新型2 平动自由度全 图片 2 0 并联机构结构图 铰接并联机构，由动静 平台和两对支链组成， 静平台通过两个支链 与动平台连接，形成闭 环并联结构。 d i a m o n d 机构在两个与 机架相连的主动臂驱 动下，末端执行器可实 现2 维平动。由于驱动 动画3 0d i a m o n d 机械手分 电机被固定在机架上， 捡电池 从动臂被制成轻杆，因 而可使动平台获得很 高速度和加速度。特别 适合于在一个平面内 需要高速运动，而在与 之正交方向需要长距 步进或缓进的场合。 第二章脚本设计和素材处理 表2 - 2 实验教学脚本设计示例 序号景物时间( s ) 画面【及说明】解说词【及备注】 5 1 字幕 5 精彩动画欣赏精彩动画欣赏 图片 4 d i a m o n d 原型d i a m o n d 原型 的主要组成 d i a m o n d 原型 动画 依次指点 5 2 手抓手抓实现对不同类 动画 6 0 型物体的抓取 动平台动平台在平面内作 两自由度平动 主、从动杆组主、从动杆组组成 平行四边形机构 静平台静平台与动平台构 成闭环并联机构 步进电机 步进电机将脉冲信 号变为相应直线位 移或角位移的数 模转换器 字幕 5 工作界面工作界面 状态显示灯界面状态显示灯介绍 按钮界面按钮界面介绍 坐标显示界面坐标显示区域介绍 5 3 图片 3 0 0 程序弹出界面程序弹出界面介绍 机械手调整界面机械手调界面介绍 轨迹编译界面轨迹编译界面 动画 6 0 演示程序两个工件的抓放 本课件一共分为五章，其余各章节脚本设计类似，在此不一一列出。 第二章脚本设计和素材处理 2 3 素材处理 媒体素材是传播教学信息的基本元素，素材的处理是课件制作中最重要的 一环【1 1 】。以下将从文本、图形与图像、音频( 声音) 、视频、动画等几种形式准 备本文所需多媒体课件素材。 2 3 1 文本素材的处理 文本是多媒体课件中一项必不可少的内容，是学生获取知识的重要来源。课 件的文本内容不是越多越好，过多的文本会使画面失去魅力，使观众厌烦，所以文 本内容应力求简明扼要，突出重剧眩】。对那些实在舍不去的文本材料，如名词解 释、数据资料、图表等，可用热字，热区的交互形式呈现，阅读完后可自行消失。 文本引入时，可采用多种多样的动画效果，也可伴有清脆悦耳的音响效果，以引 起学生的注意。标题和结论性文字要醒目突出；一般的内容用宋体。另外，文本 与背景的色彩对比要明显，文本和背景颜色搭配的原则一是醒目、易读；二是要 避免视觉疲劳。 根据上述文本素材的特点，本课件文本素材的脚本模式如图2 - 1 所示： 文件名：塞奎塞挝处堡( 统二卡片号：盟 说明：l 节的标题用白色字体+ 红色底色； 2 知识点标题用白色字 体+ 豆绿色底色； 3 文本区字体用黄色； 4 图形区用热区交互； 5 前一页、后一页和返 t。 回为动作按钮。 图2 - 1 文本素材脚本的一般模式 具体实例如图2 - 2 所示。 第二章脚奉设计和素材处理 图22 文本素材应用 232 图形与图像素材的处理 图形、图像是两种不同类型的素材。图形又称为矢量图形，是用数学方式绘 制的曲线和其他几何体组成的图形，可随意放大而不改变清晰度。图像又称为位 图，由像素构成，分辨率的大小决定图像的大小，低分辨率的图像放大后会模糊 不清。 教学中如恰如当地将罔形、图像引入课堂，不仅可以使学生获取更多的知识， 而且可以激发学生的学习兴趣。本课件中的图形素材均采用a u t o c a d 2 0 0 6 绘制， 图像素材是通过互连网下载、扫描仪扫描、屏幕截图、数码相机拍摄等多种途径 获得。有时获取的图像素材不能完全满足要求，在本谋件中都是借助图像处理软 件p h o t o s h o p 来完成的。p h o t o s h o p 在图形、图像素材处理、图像色彩调整、特 效字制作、图像编辑等方面都具有强大的功能【1 ”。 课件中的很多图像是从书籍中扫描的黑白图像，为了使图像突出重点，吸引 同学们的注意力，本课件利用p h o t o s h o p 对其进行了加工处理，使黑白图像变成 彩色图像。以d i a m o n d 并联机构结构图为例说明： ( 1 ) 在p h o m s h o p 中打开图像将前景色设置为填充色，选用多边形套索 工具| p j 创建选区，然后按a i r + d e l e t e 键，即可将选区填充为前景色的颜色，这 第二章脚本设计和素材处理 j ， 。：i 业气 茸，i 乎， 盏黟 揣k 静毫 母咀 0t 巍蓼餐架 t j 臼广 、 文 鼬 从动杆 口 动帕7 越手爪 圈2 - 3 将选区填充为前景色的颜色 ( 2 ) 为了使图像具有较强的立体感，对选区的边缘添加了黑色的边框通 过“编辑”呻“描边”命令来实现。 ( 3 ) 重复上述步骤，对于应用多边形套索工具i p 坏好选取的一些区域应用 魔棒工具弋，完成全图，如图2 - 4 所示。 图2 4 将d i a m o n d 并联机构结构图变为彩色 2 33 音频素材的处理 朋黪 攀霉一腑 第二章脚本设计和素材处理 多媒体课件若仅凭视觉元素传递信息，容易给学生单谓的感觉合理地加入 一些声音能够对教学内容起渲染、强化、承上启下的作用，可阻增加课件的真实 感，扩大课件的表选能力| 1 “。 本谍件中的音频素材在多媒体课件中的作用主要有三个方面：是用于配音 解说，用咀叙述、说明教学内容等；二是作为背景音乐，可以起到烘托气氛的作 用；三是用于人机交互时的提醒效果。 利用w i n d o w s “附件”程序自带的“录音机”录音时噪音较大并且功能 较简单。而目前流行的录音和声音处理软件g o l d w a r e 的录音效果较好，具有十 分专业的各种功能【l “。本课件采用该软件录音时为了保证声音质量，采样频率为 4 41 k h z ，采样深度为1 6 位，单声道录音方式。虽然录音时是在安静的环境中 录制，但还是有很多的杂音出现。通过选择g o l d w a r e 菜单中的降噪器，消除了 声音文件的环境噪音，获得了良好的效果。另外，课件中还选择了一段轻快的音 乐作为上课的前奏，以活跃课堂气氛，并设定了背景音乐的开关按钮，教师可以 通过单击“音乐播槲暂停”按钮来控制音乐的开关，如图2 - 5 所示。对于人机交 互时的提示音，本文为简化工作量，直接调用w i n d o w s 系统音乐。 图2 - 5 “音乐播放暂停”按钮的设置 2 34 视频素材的处理 视频素材具有直观、形象、生动的特点，是多媒体课件中经常采用的一种表 达方式。视频素材多数来自现有的视频节目，这些视频素材往往不能直接应用于 第二章脚本设计和素材处理 课件教学，还需要根据课程内容，对视频素材进行编辑处理1 1 8 1 。 本课件的视频素材主要采用超级解霸v 9 进行处理的。在课件制作过程中， 不仅利用超级解霸v 9 对视频文件进行拆分、合并，然后直接生成a v i 格式的 文件，而且还使用馏级解霸”软件进行了截图处理。 2 3 5 动画素材的处理 动画是课件中使用的重要元素，它可以将抽象的教学内容，复杂的工作原理， 以形象直观的动画形式呈现给学生，弥补常规教学的不足，有利于学生理解教学 内容口。动画在教学中往往具有以下独特的作用： ( 1 ) 删繁就简，揭示本质 动画与建立在拍摄真实景物基础之上的活动影像相比，更能选择形象和动 作加以表现，更能有效地去粗存精，更好地突出主体形象和关键动作。 ( 2 ) 分解形象与运动 动画能分解重叠物使物体各部分形象及其相互关系完整、清楚地呈现出