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摘要:利用Flash开发工具,设计矢量化图形的以通用组件为单元的数字电子技术课件,通过编写组件控制的AS脚本,不仅使之操作简单、快捷,而且应用灵活、多变,达到一个组件多示例演示的功能,并且为多媒体课件的资源整合和架构设计提供了良好的技术基础。
关键词:通用组件;课件;多示例演示;资源整合;架构设计
作者简介:于国防(1965-),男,山东高青人,中国矿业大学(徐州)信电学院,副教授,工学博士,主要研究方向:图像处理与模式识别、多媒体计算机技术。(江苏 徐州 221116)张玉杰(1978-),男,河南夏邑人,徐州空军学院后勤指挥系,讲师,工学硕士,主要研究方向:地理信息系统及多媒体计算机技术。(江苏 徐州 221000)
计算机技术的迅猛发展,促进了教学手段的更新和提高。多媒体教学是利用多媒体技术、网络技术发展起来的具有代表性的现代教育技术,它集图、文、声、画、视频于一体,集成性好、资源丰富,是以往其他媒体达不到的。而且,多媒体技术的应用,大大提高了学生的学习和创新能力,[1,2]改善了教学媒体的表现力和交互性,使媒体展示的内容更具体,更有利于知识的传播。但是,如何制作出高质量的多媒体课件,并把它合理地应用于课堂教学,是每一位教师都应认真思考和研究的问题。[3]
数字电子技术是一门与生活、生产紧密联系,实践性、操作性都很强的学科。其内容丰富,有大量的电路和电子元件需要学生记忆,且有许多图景很抽象,不利于学生理解。针对这一特点,笔者在借鉴现有数字电子技术课程多媒体课件开发相关技术的基础上,[4-6]利用具有矢量图形设计及流媒体播放功能的Macromedia Flash开发工具,研究开发了一套以通用组件为单元的实用型数字电子技术多媒体课件。
一、通用型组件设计方法
以下选取六个主要设计示例,逐一加以介绍和分析。
1.数制与编码的进位计数制
图1所示为数制转换的进位计数制法通用组件,其初始状态为:左括号中显示一个字母N,表示待转换的数值;左括号右下角显示一个字母R,表示待转换数值的数制;右括号为空,是转换结果的显示区,其右下角的10表示将转换为十进制的数;“解:”之后是一个右指向的动态按钮,它是数制转换开始的“启动按钮”。
转换方法及过程如下:
(1)将左括号中的字母N改写为欲转换的数值(如1110110)。(2)将左括号右下角的字母R改写为欲转换的数制(如2),需要注意的是:N与R的数值关系必须正确,另外,如果这两个数值超限,组件将给出错误提示。(3)点击启动按钮,第一个等号及乘积项依次动态出现。(4)重复步骤(3),+号及其后的乘积项将继续依次出现,直至第二个等号及其后的转换结果出现,同时,右括号中显示该结果,转换结束。
如需转换其他数值及数制,只需修改N和R,按上述步骤进行即可。
2.数制转换的基数除法
图2所示为数制转换的基数除法通用组件,其初始状态为:左括号中显示一个字母N,表示待转换的数值,左括号右下角的10表示只限转换十进制数;右括号右下角显示一个字母R,表示转换后的数制;右括号为空,是转换结果的显示区;“解:”之后是一个右指向的转换 “启动按钮”。
转换方法及过程如下:
(1)将左括号中的字母N改写为欲转换的数值(如95)。(2)将右括号右下角的字母R改写为欲转换的数制(如2),同样,N和R这两个数值如果超限,组件将给出错误提示。(3)点击启动按钮,被除数(如95)、除号(竖横折线)及除数(如2)依次动态出现,且随后将顺序显示每次除后的“余数”(如1),并且,“低位→高位”也将同时显示,以此表示转换结果的描述顺序。(4)上一次除的商(如47)将作为下一次除的被除数(如47),只要依次点击被除数,除号、除数及余数(如1)将继续依次动态出现,直至右括号中显示该结果,转换过程结束。
如需转换其他数值及数制,只需修改N和R,按上述步骤进行即可。
3.逻辑代数基础的组合逻辑电路设计
图3所示为与逻辑及与门通用组件,该组件的特点主要包括:逐层展开,关联互动。
其初始状态为:清晰显示6个黑色圆底盘的序号(如①、②、……、⑥),同时隐约可见每个序号后浅灰色的学习主题(如“与逻辑关系式”、“状态描述式”以及“与符号”等)。
序号后的学习主题之所以首先以不明显的颜色显示,是考虑到教师讲课逐层逐项地边演示边讲解,所以,实际上,不仅是学习主题不明显,更主要的是其所对应的内容也暂时隐藏,当鼠标移至主题上时,其将以清晰的黑色显示,同时,序号的底盘也由黑色变为橙色,此时如果点击了该主题,则其将以棕色显示,并且其对应的内容会以动画形式展现。
操作方法及过程如下:
(1)点击主题①,展示其对应的“与逻辑关系式”:F=A·B。
(2)点击主题②,展示其对应的“状态描述式”:
0·0=0
0·1=0
1·0=0
1·1=1
(3)点击主题③,展示其对应的“‘与’运算真值表”,但是这将以动画形式逐步显示,即:
首先,与运算符号(·)和等号(=)消失;
其次,三条横线由上到下依次动画展现,接着一条竖线动画展现,最终构成一个真值表。
(4)点击主题④,展示一个由两个开关(A、B)和一个指示灯(F)构成的220V供电的串联电路,点击开关,其状态将在开(0)与闭(1)之间转换,并且,两个开关的状态将决定指示灯的亮(1)或灭(0)。
(5)点击主题⑤,展示一个由两个二极管(VDA、VDB)和一个电阻(R)构成的EC供电的简单与逻辑电路,其两个输入端初始分别显示A、B,输出显示F。点击A或B时,其数值将按A(B)→0→1 →A(B)的顺序循环显示,并且A、B值将决定F为0、1或F,并且,真值表将使对应的状态以醒目的红色显示。
(6)点击主题⑥,展示一个二输入与门符号,其操作及显示与(5)相同。
总之,(3)～(6)的各对应项(A、B及F)之间同步联动显示过程,有利于知识的整体分析和综合理解。
4.时序逻辑电路的移位寄存器
图4所示为移位寄存器的原理及其应用通用组件(省略了驱动电路部分),其初始状态为:隐约可见的两个浅灰色学习主题“追踪彩灯”和“环形计数器”。鼠标移至其上时,其黑色显示,点击后棕色显示并展示其对应的内容。
操作方法如下:
(1)每点击“手动CP”一次,其输入值在0与1之间转换一次,同时,寄存器输出(Q1、Q2、Q3、Q4)随之变化一次,如果此时追踪彩灯已展示,则灯光将按红、黄、蓝、绿顺序向右移动一位,形成追踪效果。
(2)每点击“+自动脉冲快”一次,寄存器将以连续且加快的脉冲方式变化状态,并同时控制彩灯追踪;但若点击“-自动脉冲慢”,寄存器将以连续且减慢的脉冲方式变化状态,并同时控制彩灯追踪。
(3)点击寄存器的“增加置数控制”(初始状态以浅灰色显示),可将寄存器置数为一个0三个1的状态(Q1=0、Q2=1、Q3=1、Q4=1),这种状况下,彩灯将以一种暗光追踪的风格显示。
(4)点击彩灯的“背景控制”,可控制彩灯区域的黑色背景在有与无之间转换。黑色背景使全部彩灯在一个“全黑”的环境中更醒目地显示,达到一种模拟黑夜的效果。
5.数模与模数转换的ADC
图5所示为A/D转换器通用组件,其初始状态为:输入(IN0～IN7)全为空;输出(D0～D7)全为0,对应的8个指示灯全黑;地址锁存与译码的地址端和控制端均为0;8路模拟开关输出为空;CLOCK脉冲数值为0;数据锁存及缓冲器为空,其输出允许为0(暂时不允许输出)。
操作方法如下:
(1)点击待转换信号输入端(如设:ADDA=0、ADDB=0、ADDC=0,以转换IN0)。
(2)选择8个中的任意输入端(如IN0)。
(3)拖到“电压”滑块为输入端设定待转换的电压(如N0=3.5V)。
(4)点击译码器的“地址锁存允许”ALE,使之为1,启动译码。
(5)点击“START”A/D转换启动按钮,可见脉冲由0开始逐级增加,当达到8个时,转换结束。
(6)点击数据锁存及缓冲器的“输出允许”端,设置为1,此时可见,转换输出结果为:10110011,同时,可见相应的8个输出指示灯为:亮、灭、亮、亮、灭、灭、亮、亮。
至此,转换全部结束,模拟量3.5的对应二进制数字量为10110011,并且,转换期间,转换器内部相应器件及过程均动画顺序直观显示。
如果待转换电压范围不是0～5V,可修改VCC、VR+和VR-数值(如使之均为+12V或-12V,此时,IN0～7的最大输入,即滑块至最上端时,电压将为12)。
另外,对于内容较多的节,采用Flash的多场景规划设计,将多项内容设计在一个文件中,通过节目录跳转切换(如图5的“返回上页”和“返回首页”),使操作更简单、主题更明确。
6.通用型电路分析与组合设计
图6所示为通用型电路分析与组合的通用组件,通过该组件,不仅教师可以另外设计书中未包含或课件事先未设计的电路内容,而且还可以灵活地在屏幕上组合设计自己的电路,直接展示给全班学生,便于课堂分析与讲解。实际上,该组件就是一个简单的数字电子技术课程多媒体课件的设计工具。
通用型电路分析与组合功能包括:
(1)一个控制模块:“设计控制”,以此实现对工作区对象的移动、旋转及划线连接等操作。
(2)五个器件模块:“逻辑门”、“组合器件”、“时序器件”、“存贮模数”和“分立器件”,包含了主要参考书中的各类常用集成或分立器件,只要选择这些模块的对应菜单项即可将器件添加到当前工作区,并可通过控制模块对其进行布局控制,特别是其中的多数器件均可实际操作,如果点击指示灯,可使之在亮与灭之间转换,如果点击七段数码管,可使之在0-8之间循环转换,如果点击卡诺图,其中的参数值则可在X、0、1及mx之间循环转换。
(3)一个信息显示模块:“符号文本”,该模块可以添加包含诸如∑或∏等在内的各种常用数字电子技术用到的符号,以显示诸如函数表达式等的信息,另外,还可为器件或电路添加有关的标准或参数值等。
(4)一个卡诺圈模块:包含了常用的1、2、4和8方圈,以不同颜色显示,并可以多个方向放置,可方便地与卡诺图配合使用,为卡诺图的讲解提供了非常简单、灵活、直观的操作。
(5)一个帮助模块:提供操作帮助,使应用者几乎不需专门学习,就能快速熟悉并正确使用该组件。
二、结束语
组件形式的多媒体课件设计,不仅便于以PPT或Authorware等方式进行资源整合,而且将其内嵌网页中,设计成B/S应用模式,则既可以网络版方式运行(如http://...),也可以单机版方式运行(如C:\...),极大地增强了其应用环境的适应性。
参考文献:
[1]郝智慧.多媒体技术在教学中利与弊的分析[J].长春理工大学学报(社会科学版),2003,16(4):105-107.
[2]高智勇.计算机多媒体教学论[J].高等教育与学术研究,2008,
(8):93-96.
[3]吴开源.浅谈多媒体课件制作及其应用[J].中等职业教育,2006,
(20):38-39.
[4]何召,兰崔阳.现代教育技术在《电子技术基础》课程教改中的应用[J].中国电力教育,2008,(9):132-133.
[5]王晓刚.《电力电子技术》教学改革的探索[J].电气电子教学学报,2007,29(2):13-15.
[6]丹梅,等.信号与系统课程多媒体辅助教学的实践与思考[J].高等教育研究学报,2009,21(1):71-73.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:通用组件;课件;多示例演示;资源整合;架构设计
作者简介:于国防(1965-),男,山东高青人,中国矿业大学(徐州)信电学院,副教授,工学博士,主要研究方向:图像处理与模式识别、多媒体计算机技术。(江苏 徐州 221116)张玉杰(1978-),男,河南夏邑人,徐州空军学院后勤指挥系,讲师,工学硕士,主要研究方向:地理信息系统及多媒体计算机技术。(江苏 徐州 221000)
计算机技术的迅猛发展,促进了教学手段的更新和提高。多媒体教学是利用多媒体技术、网络技术发展起来的具有代表性的现代教育技术,它集图、文、声、画、视频于一体,集成性好、资源丰富,是以往其他媒体达不到的。而且,多媒体技术的应用,大大提高了学生的学习和创新能力,[1,2]改善了教学媒体的表现力和交互性,使媒体展示的内容更具体,更有利于知识的传播。但是,如何制作出高质量的多媒体课件,并把它合理地应用于课堂教学,是每一位教师都应认真思考和研究的问题。[3]
数字电子技术是一门与生活、生产紧密联系,实践性、操作性都很强的学科。其内容丰富,有大量的电路和电子元件需要学生记忆,且有许多图景很抽象,不利于学生理解。针对这一特点,笔者在借鉴现有数字电子技术课程多媒体课件开发相关技术的基础上,[4-6]利用具有矢量图形设计及流媒体播放功能的Macromedia Flash开发工具,研究开发了一套以通用组件为单元的实用型数字电子技术多媒体课件。
一、通用型组件设计方法
以下选取六个主要设计示例,逐一加以介绍和分析。
1.数制与编码的进位计数制
图1所示为数制转换的进位计数制法通用组件,其初始状态为:左括号中显示一个字母N,表示待转换的数值;左括号右下角显示一个字母R,表示待转换数值的数制;右括号为空,是转换结果的显示区,其右下角的10表示将转换为十进制的数;“解:”之后是一个右指向的动态按钮,它是数制转换开始的“启动按钮”。
转换方法及过程如下:
(1)将左括号中的字母N改写为欲转换的数值(如1110110)。(2)将左括号右下角的字母R改写为欲转换的数制(如2),需要注意的是:N与R的数值关系必须正确,另外,如果这两个数值超限,组件将给出错误提示。(3)点击启动按钮,第一个等号及乘积项依次动态出现。(4)重复步骤(3),+号及其后的乘积项将继续依次出现,直至第二个等号及其后的转换结果出现,同时,右括号中显示该结果,转换结束。
如需转换其他数值及数制,只需修改N和R,按上述步骤进行即可。
2.数制转换的基数除法
图2所示为数制转换的基数除法通用组件,其初始状态为:左括号中显示一个字母N,表示待转换的数值,左括号右下角的10表示只限转换十进制数;右括号右下角显示一个字母R,表示转换后的数制;右括号为空,是转换结果的显示区;“解:”之后是一个右指向的转换 “启动按钮”。
转换方法及过程如下:
(1)将左括号中的字母N改写为欲转换的数值(如95)。(2)将右括号右下角的字母R改写为欲转换的数制(如2),同样,N和R这两个数值如果超限,组件将给出错误提示。(3)点击启动按钮,被除数(如95)、除号(竖横折线)及除数(如2)依次动态出现,且随后将顺序显示每次除后的“余数”(如1),并且,“低位→高位”也将同时显示,以此表示转换结果的描述顺序。(4)上一次除的商(如47)将作为下一次除的被除数(如47),只要依次点击被除数,除号、除数及余数(如1)将继续依次动态出现,直至右括号中显示该结果,转换过程结束。
如需转换其他数值及数制,只需修改N和R,按上述步骤进行即可。
3.逻辑代数基础的组合逻辑电路设计
图3所示为与逻辑及与门通用组件,该组件的特点主要包括:逐层展开,关联互动。
其初始状态为:清晰显示6个黑色圆底盘的序号(如①、②、……、⑥),同时隐约可见每个序号后浅灰色的学习主题(如“与逻辑关系式”、“状态描述式”以及“与符号”等)。
序号后的学习主题之所以首先以不明显的颜色显示,是考虑到教师讲课逐层逐项地边演示边讲解,所以,实际上,不仅是学习主题不明显,更主要的是其所对应的内容也暂时隐藏,当鼠标移至主题上时,其将以清晰的黑色显示,同时,序号的底盘也由黑色变为橙色,此时如果点击了该主题,则其将以棕色显示,并且其对应的内容会以动画形式展现。
操作方法及过程如下:
(1)点击主题①,展示其对应的“与逻辑关系式”:F=A·B。
(2)点击主题②,展示其对应的“状态描述式”:
0·0=0
0·1=0
1·0=0
1·1=1
(3)点击主题③,展示其对应的“‘与’运算真值表”,但是这将以动画形式逐步显示,即:
首先,与运算符号(·)和等号(=)消失;
其次,三条横线由上到下依次动画展现,接着一条竖线动画展现,最终构成一个真值表。
(4)点击主题④,展示一个由两个开关(A、B)和一个指示灯(F)构成的220V供电的串联电路,点击开关,其状态将在开(0)与闭(1)之间转换,并且,两个开关的状态将决定指示灯的亮(1)或灭(0)。
(5)点击主题⑤,展示一个由两个二极管(VDA、VDB)和一个电阻(R)构成的EC供电的简单与逻辑电路,其两个输入端初始分别显示A、B,输出显示F。点击A或B时,其数值将按A(B)→0→1 →A(B)的顺序循环显示,并且A、B值将决定F为0、1或F,并且,真值表将使对应的状态以醒目的红色显示。
(6)点击主题⑥,展示一个二输入与门符号,其操作及显示与(5)相同。
总之,(3)～(6)的各对应项(A、B及F)之间同步联动显示过程,有利于知识的整体分析和综合理解。
4.时序逻辑电路的移位寄存器
图4所示为移位寄存器的原理及其应用通用组件(省略了驱动电路部分),其初始状态为:隐约可见的两个浅灰色学习主题“追踪彩灯”和“环形计数器”。鼠标移至其上时,其黑色显示,点击后棕色显示并展示其对应的内容。
操作方法如下:
(1)每点击“手动CP”一次,其输入值在0与1之间转换一次,同时,寄存器输出(Q1、Q2、Q3、Q4)随之变化一次,如果此时追踪彩灯已展示,则灯光将按红、黄、蓝、绿顺序向右移动一位,形成追踪效果。
(2)每点击“+自动脉冲快”一次,寄存器将以连续且加快的脉冲方式变化状态,并同时控制彩灯追踪;但若点击“-自动脉冲慢”,寄存器将以连续且减慢的脉冲方式变化状态,并同时控制彩灯追踪。
(3)点击寄存器的“增加置数控制”(初始状态以浅灰色显示),可将寄存器置数为一个0三个1的状态(Q1=0、Q2=1、Q3=1、Q4=1),这种状况下,彩灯将以一种暗光追踪的风格显示。
(4)点击彩灯的“背景控制”,可控制彩灯区域的黑色背景在有与无之间转换。黑色背景使全部彩灯在一个“全黑”的环境中更醒目地显示,达到一种模拟黑夜的效果。
5.数模与模数转换的ADC
图5所示为A/D转换器通用组件,其初始状态为:输入(IN0～IN7)全为空;输出(D0～D7)全为0,对应的8个指示灯全黑;地址锁存与译码的地址端和控制端均为0;8路模拟开关输出为空;CLOCK脉冲数值为0;数据锁存及缓冲器为空,其输出允许为0(暂时不允许输出)。
操作方法如下:
(1)点击待转换信号输入端(如设:ADDA=0、ADDB=0、ADDC=0,以转换IN0)。
(2)选择8个中的任意输入端(如IN0)。
(3)拖到“电压”滑块为输入端设定待转换的电压(如N0=3.5V)。
(4)点击译码器的“地址锁存允许”ALE,使之为1,启动译码。
(5)点击“START”A/D转换启动按钮,可见脉冲由0开始逐级增加,当达到8个时,转换结束。
(6)点击数据锁存及缓冲器的“输出允许”端,设置为1,此时可见,转换输出结果为:10110011,同时,可见相应的8个输出指示灯为:亮、灭、亮、亮、灭、灭、亮、亮。
至此,转换全部结束,模拟量3.5的对应二进制数字量为10110011,并且,转换期间,转换器内部相应器件及过程均动画顺序直观显示。
如果待转换电压范围不是0～5V,可修改VCC、VR+和VR-数值(如使之均为+12V或-12V,此时,IN0～7的最大输入,即滑块至最上端时,电压将为12)。
另外,对于内容较多的节,采用Flash的多场景规划设计,将多项内容设计在一个文件中,通过节目录跳转切换(如图5的“返回上页”和“返回首页”),使操作更简单、主题更明确。
6.通用型电路分析与组合设计
图6所示为通用型电路分析与组合的通用组件,通过该组件,不仅教师可以另外设计书中未包含或课件事先未设计的电路内容,而且还可以灵活地在屏幕上组合设计自己的电路,直接展示给全班学生,便于课堂分析与讲解。实际上,该组件就是一个简单的数字电子技术课程多媒体课件的设计工具。
通用型电路分析与组合功能包括:
(1)一个控制模块:“设计控制”,以此实现对工作区对象的移动、旋转及划线连接等操作。
(2)五个器件模块:“逻辑门”、“组合器件”、“时序器件”、“存贮模数”和“分立器件”,包含了主要参考书中的各类常用集成或分立器件,只要选择这些模块的对应菜单项即可将器件添加到当前工作区,并可通过控制模块对其进行布局控制,特别是其中的多数器件均可实际操作,如果点击指示灯,可使之在亮与灭之间转换,如果点击七段数码管,可使之在0-8之间循环转换,如果点击卡诺图,其中的参数值则可在X、0、1及mx之间循环转换。
(3)一个信息显示模块:“符号文本”,该模块可以添加包含诸如∑或∏等在内的各种常用数字电子技术用到的符号,以显示诸如函数表达式等的信息,另外,还可为器件或电路添加有关的标准或参数值等。
(4)一个卡诺圈模块:包含了常用的1、2、4和8方圈,以不同颜色显示,并可以多个方向放置,可方便地与卡诺图配合使用,为卡诺图的讲解提供了非常简单、灵活、直观的操作。
(5)一个帮助模块:提供操作帮助,使应用者几乎不需专门学习,就能快速熟悉并正确使用该组件。
二、结束语
组件形式的多媒体课件设计,不仅便于以PPT或Authorware等方式进行资源整合,而且将其内嵌网页中,设计成B/S应用模式,则既可以网络版方式运行(如http://...),也可以单机版方式运行(如C:\...),极大地增强了其应用环境的适应性。
参考文献:
[1]郝智慧.多媒体技术在教学中利与弊的分析[J].长春理工大学学报(社会科学版),2003,16(4):105-107.
[2]高智勇.计算机多媒体教学论[J].高等教育与学术研究,2008,
(8):93-96.
[3]吴开源.浅谈多媒体课件制作及其应用[J].中等职业教育,2006,
(20):38-39.
[4]何召,兰崔阳.现代教育技术在《电子技术基础》课程教改中的应用[J].中国电力教育,2008,(9):132-133.
[5]王晓刚.《电力电子技术》教学改革的探索[J].电气电子教学学报,2007,29(2):13-15.
[6]丹梅,等.信号与系统课程多媒体辅助教学的实践与思考[J].高等教育研究学报,2009,21(1):71-73.
(责任编辑:麻剑飞)