赖鹏辉　许辉熙　何应鹏

【摘 要】近年来，随着社会对技能型人才的需求越来越高，大多数高校均设置了相应专业的相关仪器操作实训课程。但学生对操作步骤的不熟练和对知识点理解的不透彻导致了实训效果不理想。传统的教学模式需要改变，计算机辅助教学（CAI）则提供了很好的平台，如何开发出高效、直观、可操作性强的计算机辅助教学实训软件成为了研究的热点。本文主要探讨了CAI技术在水准测量实训教学软件开发中的应用。

【关键词】测量仪器；实训；计算机辅助教学；软件

1 开发背景

计算机辅助教学（Computer Aided Instruction），以下简称CAI，是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话的方式与学生讨论教学内容、安排教学过程、进行教学训练的技术。

当代大学为培养学生的实践操作技能，大多开设了仪器和工具的操作使用实训课程。例如测绘专业的水准仪、全站仪操作实训。目前的学生实训仪器的购置费用较高。而就使用情况来看，因学生对仪器操作方法的不熟练，对操作原理理解的不透彻而造成的仪器损坏与实训成绩不理想的情况也愈发严重。

如何解决上述问题？显然，在电脑日益普及使用的年代，CAI技术辅助进行实训教学软件的开发成为一个不错的选择，CAI软件与传统的教学方式有以下优点[1]：

1）能充分利用软件的交互优势，实现教师与学生的互动；

2）适用性强，有电脑即可操作，不受限于任何地理环境与天气影响；

3）数据分析能力更精确，易错点难点软件可以自动分析，教室可针对分析重新讲解。

笔者就其开发的水准测量自主学习系统对测量仪器计算机辅助教学实训软件的开发过程与其运行原理做简要分析。

2 开发过程

开发平台：易语言5.11。

开发工具：3DMAX，PHOTOSHOP，POWERPOINT，FLASH。

运行环境：Windows。

软件模拟仪器：DS3水准仪。

参考教材：《建筑工程测量（第二版）》，卢正主编，化学工业出版社。

图1为软件开发流程示意图，图2为软件运行流程示意图，图3为水准测量自主学习系统界面。

3 软件特点

传统的CAI软件由学科教师编写稿本，计算机技术人员编程实现开发成小型的教学软件[2]。与传统的CAI软件相比，水准测量自主学习系统具有以下特点：

1）采用更加多元化的开发工具。不仅使用了传统的多媒体教学课件，更是实现了整个仪器的3D结构模拟仿真，直观性与操作性更强。仪器操作演示动画能让学生更加深入地理解仪器的操作流程，对老师课堂教授的内容能起到补充作用。

2）更侧重学生的自主学习。因此，交互性设计得更全面，例如软件中有两次读数，两次读数都是根据随机模拟高差而生成的读数，软件不会提供数据答案，而是通过提示让软件使用者自己理解高差测量原理并读数记录，可多次循环操作加深记忆。

3）十分注重仪器操作的直观感觉。在编程模拟气泡移动步骤中，加入了模拟波动的算法，让气泡移动不显得虚假，更真实的模拟仪器现实使用的情况，在仪器粗平阶段，气泡的移动较慢，在学生理解下底座调节螺旋的操作规律之后，可选择自动粗平，设计更加人性化。

4）在使用望远镜读数阶段，仪器最主要的操作是调节焦距，为使学生更直观地了解调焦旋钮的操作，在编程的时候采用了透明度模拟调焦，操作步骤显得十分真实。

5）本软件突出特点就是纠错，传统的CAI软件只是注重模拟教学，对于易错点也是老师的随堂讲解，而在仪器的实际操作中很容易被忽略。水准测量自主学习系统在对流程控制方面更加严格，错误的步骤操作会发出警告并提示返回上一步骤重新操作，否则不能进行下一步操作，这对树立优秀的仪器操作习惯奠定了基础。

6）软件还具有数据反馈机制，在学生使用软件之后，关于操作步骤的正确率以及读数的准确度都会及时反馈给教师，教师通过对反馈数据的分析，可以了解学生在哪些知识点了解不足和操作问题，从而提醒老师应该在哪些知识点对学生做进一步的讲解。

4 软件使用效果对比测试

在软件开发完成以后，我们选择了两个测量班进行使用情况内测，两个班由同一老师教学，一个班使用本套软件进行辅助教学，另一个班则不使用。在老师讲解课程两天后进行DS3水准仪操作实训，根据对实训结果分析，得到以下结论（表1）：

表1 系统使用效果对比测试结果

以上结果分析表明：使用本自主学习软件能极大的提高学生对DS3水准仪的操作能力和读数技巧，对老师的课堂教学起到了很大的辅助作用。

5 小结

在软件的开发伊始，征求了许多老师、听取了很多同学的意见和建议，最终才确定了开发方案，在编译过程中，也积累了很多的关于实训类CAI软件的开发经验。首先，在进行开发之前，应该就软件的定位和主要功能做一个细致的用户调查，弄明白老师和同学们需要的是什么，而我们要实现的是什么，这样开发出来的软件才有意义。第二，对于实训类CAI软件的开发，更侧重的应该是学生的自主学习，学生与软件的交互很重要，即学生能利用软件達到仪器实训操作的基本技巧，这是这类软件的开发原则。第三，实训类CAI软件主要是实训仪器操作的辅助教学软件，虽不能完全代替实训仪器的教学作用，但是要达到良好的辅助教学效果，必须要做到高仿真的模拟仪器的使用与操作，不然就失去了这类软件的真正作用。

以中国知网（CNKI）以文献来源，利用其高级检索功能和篇名字段检索出“计算机辅助教学论文”2425篇[3]，检索“计算机辅助教学实训软件”检索出符合全字段的论文屈指可数。这说明在应用在实训类的CAI软件还较少，随着高校对实训教学的重视，相信以后计算机辅助教学实训软件的开发将越来越好。

【参考文献】

[1]刘振江.浅谈机械制造专业计算机辅助教学软件的应用要点[J].电子制作， 2014（5）：114-114.

[2]刘建勋.计算机辅助教学在中学物理教学中的应用[J].科技视界，2013（9）： 93-93.

[3]佟矿.计算机辅助教学的现状与发展[J].中国医学教育技术，2013，27（3）：255-257.

[责任编辑：田吉捷]