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计算机辅助教学系统的设计与实现一、引言计算机辅助教学系统（Computer-Aided Instruction，CAI）是在教师的指导下，利用计算机来完成教学过程中的教学设计、实施、控制和评价等一系列教学活动的系统。
目前，计算机辅助教学系统已经成为现代教育教学的重要工具之一。
其设计与实现的关键在于如何充分利用计算机的优势，优化教学环节，提高教学效果。
二、CAI系统设计的基本架构CAI系统的设计基本架构包括学习内容设计、教学策略设计、学习资源设计、学生评价设计和系统实现设计等几个方面。
1. 学习内容设计：学习内容设计是整个CAI系统的核心，涉及到教学目标、知识点的选择和设计、教学过程的安排等方面。
其中，教学目标的设定应该明确、具体，能够达到评价的标准。
知识点的选择和设计应该符合学生的认知水平，能够针对不同的学生开展不同形式的教学过程。
2. 教学策略设计：教学策略设计是CAI系统中教师指导学生进行学习的基本方法和手段。
教学策略的设计应该遵循教育心理学的原理，包括激发兴趣、启发思维、探究问题、锻炼操作、反思总结、分享交流等方面。
此外，教学策略还需要根据学生的特点进行个性化的设计，以满足学生的不同学习需求。
3. 学习资源设计：学习资源设计是CAI系统中提供给学生的各种学习材料和资源，包括教材、电子书、图片、视频、音频等。
学习资源的设计应该符合教学目标和教学策略，减小学生学习的困难程度，让学生更加自主地学习教材中的知识和技能。
4. 学生评价设计：学生评价设计是对学生学习成果的评估和反馈，其目的在于了解学生学习情况，纠正学习方法和不足之处。
学生评价设计应该以学习目标为导向，充分关注学生的学习成果、学习态度和学习习惯等方面，为学生制定个性化的学习计划提供有效的反馈。
5. 系统实现设计：系统实现设计是CAI系统开发的技术实现，包括系统的前端界面设计、后端数据库设计和系统架构设计等方面。
系统实现应该满足教学目标和教学策略的需求，同时也要兼顾用户体验和系统可维护性等方面。
《画法几何》计算机辅助教学系统CAISDG
孙丽凤;赵丽
【期刊名称】《青岛建筑工程学院学报》
【年(卷),期】1999(020)001
【摘要】研究开发了一个基于ＯＯＰ程序设计方法的一法几何计算机辅助教学系
统（ＣＡＩＳＤＧ）。
该系统具有直观的汉化图形用户界面，利用多窗口以及下拉菜单等手段，使学生置身于一个轻松愉快的教学环境中。
【总页数】5页(P102-105,112)
【作者】孙丽凤;赵丽
【作者单位】青岛建筑工程学院计算机系;青岛建筑工程学院计算机系
【正文语种】中文
【中图分类】O185.2
【相关文献】
1.画法几何及机械制图计算机辅助教学系统 [J], 徐兵;吕祥蓉;龚石钰;
2.建筑类专业画法几何与阴影透视计算机辅助教学系统的研究与展望 [J], 龚伟;汪颖
3.画法几何计算机辅助教学系统 [J], 王晓燕
4.画法几何与机械制图资源共享与协同发展研究——画法几何与机械制图课程教学信息化改革 [J], 丁雨
5.画法几何学的创立及其教育——纪念蒙日《画法几何学》公开发表200周年 [J], 刘克明;张子清
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计算机图形学教学实验辅助系统的设计与实现的开题报告一、选题背景和意义随着计算机图形学的快速发展，成为了计算机科学中的一个重要分支，应用范围异常广泛，比如计算机游戏、动画制作、虚拟现实等等。
因此，计算机图形学教学也越来越具有重要意义。
但是，传统的图形学教学方式存在一些问题，如课堂时间不够充分、学生缺乏实践机会、缺少系统性的教学资料等等。
为了解决这些问题，实现更加高效、全面的计算机图形学教学，需要设计一套计算机图形学教学实验辅助系统。
二、研究内容本课题旨在设计并实现一套计算机图形学教学实验辅助系统，主要包括以下内容：1. 系统架构设计：根据计算机图形学的教学内容，设计系统结构，包括前端数据展示、后端数据处理和存储。
2. 实验模块设计：根据计算机图形学的教学计划，设计对应的实验模块，如光线跟踪、三维建模、动画制作等等。
3. 实验数据处理：实验数据的预处理和后处理，在进行实验时，需要对数据进行一些预处理，比如图像处理、数据传输等，实验完成后，还需要进行数据存储、处理、分析等。
4. 实时性保障：实验过程需要保证实时性，避免实验时间过长或者实验结果出现延迟，影响用户使用体验。
5. 用户界面设计：设计直观友好的用户界面，提高用户使用体验。
三、预期目标和成果本课题的预期目标是：1. 实现一套基于Web端的计算机图形学教学实验辅助系统，该系统可以满足计算机图形学教学的需求，提供具有多样性的实验模块，方便用户进行实验。
2. 设计对应的实验数据处理功能，能够对实验数据进行预处理和后处理，保存实验结果。
3. 实验过程中保证实时性，保证实验流畅进行。
4. 设计直观友好的用户界面，提升用户使用体验。
通过本课题的研究，可以为计算机图形学的教学提供一种新的解决方案，提高教学效率和教学质量，同时也有助于促进计算机图形学的研究与发展。
四、研究方法和技术路线本课题主要采用如下研究方法和技术路线：1. 需求分析和系统设计：通过对计算机图形学教学实验的需求分析，根据用户需求设计系统结构和实验模块。
《计算机绘图教学辅助系统》使用说明
一、运行环境：
中文WIN95/98/NT/2000/XP
中文Powerpoint97/2000
二、使用说明：
1.确保您的计算机上已正确地安装了中文WIN95/98/NT/2000/XP 操作系统和中文Powerpoint97/2000；
2.建议退出当前正在运行的所有中文Powerpoint97/2000的程序窗口；
3.选择光盘中“计算机绘图教学辅助系统.pps”文件，并用鼠标双击该文件；
4.单击“上一页”、“下一页”按钮可前后翻页；单击“返回”按钮可返回到该章的节目录页；单击“退出”按钮可返回到系统的章目录页。
5.在任一画面上点击鼠标右键，根据菜单提示选择“定位”－“按标题”即可选择目录项到达课件的任意位置。
计算机辅助教学系统设计与实现一、引言计算机辅助教学系统是一种利用计算机技术进行教学辅助的教育模式。
它可以极大地提高教学效果，提高学生的学习兴趣和学习积极性，但是，计算机辅助教学系统的设计和实现需要重视各个方面的问题。
本文将从需求分析、设计思路、实现步骤、功能实现等方面，全面介绍计算机辅助教学系统的设计和实现。
二、需求分析在计算机辅助教学系统设计和实现之前，需要进行全面的需求分析。
根据不同用户群体的需求，我们可以将需求分为以下几点：1. 学生需求：（1）可视化展示课程内容，便于理解和掌握；（2）学习过程中需要获取及时的反馈，以便及时调整学习方向；（3）需要有针对性的练习题目，以便巩固所学的知识；（4）需要有适当的挑战性，以便培养自信和学习动力。
2. 教师需求：（1）能够方便地录制、编辑、发布教学视频，提高教学效果；（2）能够管理学生的学习情况，方便及时调整教学方向；（3）需要有自适应的课程管理系统，能够根据教学内容和学生需求，进行智能分配；（4）需要有较好的数据分析功能，以便了解学生的学习情况和教学效果。
3. 管理员需求：（1）需要有非常安全且稳定的系统架构，以保证教学过程的安全和稳定性；（2）需要有完善的系统管理模块，以便方便管理用户权限、教学内容等；（3）需要有完善的系统备份和恢复机制，以便保证信息的完整性和可靠性。
三、设计思路基于以上需求分析，我们可以进行系统的设计思路。
整个系统采用前后端分离架构，将开发难度和复杂性降到最低限度，降低维护成本和开发成本。
前端部分采用Vue.js进行构建，实现了用户登陆、注册、课程浏览、视频播放、学习进度的记录等功能；后端部分采用Django框架进行构建，实现了系统在事务中必须执行的交互、事务处理、性能管理等系统功能，同时支持MySQL数据库，实现了对数据的增删改查、用户权限控制、系统管理员的管理等功能。
四、实现步骤1. UI设计：设计简洁美观的用户界面，提高用户体验感。
基于MATLAB GUI的高等数学计算机辅助教学演示系统的
开发
刘兵
【期刊名称】《计算机时代》
【年(卷),期】2017(000)005
【摘要】根据高等数学课程的教学现状和高等数学课程中重要数学概念的几何意义及其所蕴含的数学思想,利用MATLAB语言进行GUI编程,开发出了针对于高等数学各个教学模块的辅助教学演示系统.该系统演示内容全面、交互性好、操作简单、演示直观性强利于对概念的理解.应用该系统,可激发学生的学习兴趣,改善教学效果,提高教学质量.
【总页数】5页(P64-67,71)
【作者】刘兵
【作者单位】承德石油高等专科学校,河北承德 067000;河北省仪器仪表工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】G642
【相关文献】
1.基于MATLAB GUI的极限动态辅助教学演示系统的设计与实现 [J], 刘兵;;
2.基于MATLAB GUI的极限动态辅助教学演示系统的设计与实现 [J], 刘兵
3.基于MATLAB GUI的定积分动态辅助教学演示系统的设计与实现 [J], 刘兵
4.基于MATLAB GUI的图像处理演示系统 [J], 张新景;王勇;史颖刚
5.基于MATLAB GUI的导数辅助教学演示系统的开发 [J], 刘兵
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计算机辅助几何造型技术第三版课程设计一、课程设计背景在计算机科学技术的发展中，计算机辅助设计技术已经成为现代设计领域中不可或缺的一部分。
几何造型技术是计算机辅助设计领域中的一项重要技术，可以应用于建筑设计、汽车设计、航空航天设计等各个领域。
计算机辅助几何造型技术第三版课程旨在通过教授基本几何造型原理和使用几何造型软件进行实践操作来培养学生计算机辅助几何造型技术的实践能力和理论思维能力。
二、课程设计目标本课程设计的目标，主要是使学生掌握几何造型技术的使用和基础原理，培养学生的计算机辅助设计能力。
具体可分为以下几个方面：1.学习几何造型原理，能够进行简单的几何造型计算；2.掌握几何造型软件的使用方法，能够进行简单的几何造型设计；3.通过实践操作，掌握几何造型的制作过程，培养实践能力；4.培养学生的团队合作意识和沟通能力，能够独立完成一个小型几何造型项目。
三、课程设计内容本课程设计内容主要包括以下几个部分：3.1 几何造型原理1.基础几何概念的回顾及其应用；2.几何体建模基础原理；3.自由曲面设计基础原理。
3.2 几何造型软件1.几何造型软件的种类及其使用方法；2.SolidWorks软件的使用方法；3.Pro/E软件的使用方法；4.AutoCAD软件的使用方法。
3.3 实践操作1.设计小型几何形体；2.计算几何体表面积和体积；3.制作自由曲面模型；4.进行网格优化和细化。
3.4 项目实践1.小组项目设计；2.撰写终稿及展示。
四、考核方式本课程设计的考核方式将通过以下几种方式来完成：1.期中考试：占总成绩的40%；2.课程作业：占总成绩的30%；3.项目评估：占总成绩的20%；4.课堂表现：占总成绩的10%。
五、总结通过本次计算机辅助几何造型技术第三版课程设计的学习和实践操作，学生可以掌握基本几何造型原理，能够进行简单的几何造型计算，并且掌握几何造型软件的使用方法，能够进行简单的几何造型设计。
在项目实践中，学生将获得更加完整和深入的实践体验，可以培养学生实践能力和团队合作意识。
计算机辅助几何设计之教学演示系统
中国科学技术大学数学系
科学计算与计算机图形学实验室
摘要
计算机辅助几何设计教学演示系统（CAGD教学系统）是一个教学软件. 它可以用来交互地演示CAGD课程内的基本曲线与曲面的几何形状与几何性质. 其界面是用MFC类库构成, 几何绘图所用语言为OpenGL函数. 程序设计采用了面向对象的方法, 各类曲线曲面的绘制用的是最常用的算法.
关键词
计算机辅助几何设计, 计算机辅助教学, OpenGL
1 背景
计算机辅助几何设计（Computer Aided Geometry Design）这门课主要研究各类几何曲线, 曲面的性质和应用[1]. 开发CAGD教学系统的目的, 是为了辅助CAGD 这门课的课堂教学. 现在教师在讲授此课中遇到的一个问题普遍是, 当讲述某类曲线、曲面的几何特性时, 无法直观地把它们展示给学生. 在黑板上手工画出图形难度很大, 且无法交互地展示对曲线、曲面的各种操作. 现在的市场上有不少几何造型的系统（如3D Studio）, 但它们并不适于教学使用, 不能按教学上的要求, 对特定曲线、曲面演示其几何特性.
在教学软件类中, 还没有CAGD 这方面的真正软件. 因此我们在利用中国科技大学数学系CAGD小组多年来的科研成果，开发出自己的CAGD教学软件.
2 系统综述
我们所开发的教学系统, 采用面向对象的设计技术. 其界面, 利用VC++ 的MFC 类库；作图显示, 借助OpenGL 的API函数. 由MFC 产生界面比较方便, 因为它具有相当好的消息处理机制, 可以节省很多时间；而OpenGL 的绘图功能, 用于三维作图近乎完美.
软件分成以下三大模块：
1)系统框架模块. 主要实现文件存取、数据输入、绘图环境设置、对图形的操作消息输入等功能.
2)通用图形模块. 主要实现对几何物体属性的包装.
3)几何对象模块. 包括八个子模块：Bézier 曲线、曲面模块, B-Spline 曲线、曲面模块, Coons 曲面模块, 隐式曲面模块.
实现对这些几何对象的各种几何变换、添加顶点、删除顶点、升阶、降阶、拼接、分离提取、求值等操作. 另外添加一些常用的图元如环、球、四面体等, 这些几何体采用OpenGL的命令直接绘制.
3 几何数据结构模型
本软件使用的数据结构中, 所包含的几何信息有：曲面Surface、曲线Curve、离散点Point. 所包含的拓扑信息有：物体MyObject、图元Unit、控制顶点Vertex. 具体含义说明如下：
a)离散点Point：三维空间中的一个位置；
b)曲线Curve：曲线看作把一些离散点列用线段连接而成；
c)曲面Surface：曲面看作把离散点网格用线段连接（或并填充）而成；
d)控制顶点Vertex：用来控制NURBS 曲线曲面的生成的那些离散点（不一定在曲线曲面上）；
e)图元Unit：可作图的单元, 标记曲线曲面的特性, 用以标记一个可作图几何对象；
f)物体MyObject：由图元组成的可操作几何对象.
4 模块结构
1）系统框架模块
在这个模块里, 实现各个系统元素的协调. 它的结构如图1所示：
图1 系统框架模块
具体实现时, 我们设计了几个主要类, 它们之间的关系如图2所示:
图2 类之间的关系
以上几个类构成了系统框架模块.
2）通用绘图模块由下面几个类构成：点（CPoint3D）、线（CCurve）、面（CSuface）、图元（CUnit）、物体（CMyObject）. 这几个类描述了简单的几何数据结构.
3）几何对象模块由这些类描述：Bezier曲线类（CBezierCurve）、Bezier曲面类（CBezierSurface）、B样条曲线（CBSplineCurve）、B样条曲面（CBSplineSurface）、Coons曲面（CCoonsSurface）、隐式曲线（CImplicitCurve）、隐式曲面（CImplicitSurface）. 它们都称为几何图元类, 都由CUnit类继承而来. 在使用时, 这些类的对象作为CMyObject类的成员变量来调用绘制的.
5系统状态
为了协调对各处几何对象的操作, 我们设置了一些状态. 把整个系统分为三个状态：缺省的不做任何操作的状态、创建几何对象状态、修改几何对象状态. 创建状态下, 又细分为用鼠标点击创建和用键盘输入创建两个子状态. 在修改状态下, 再由两个变量来组合确定最终状态的修改状态. 一个变量是选择层次, 一个是操作. 在CCAGDDoc中定义了一个结构tagStatus, 这个结构内的变量和取值如图3和图4所示：
NONE_STA TUS
CREATE_BYMOUSE
m_RenderStatus = CREATE_STA TUS m_CreateMethod=
CREATE_BYKEY
MODIFY_STA TUS
图3 系统的状态设置
MOVE
ROTATE SELECT_MYOBJECT
m_Modifier = SCALE m_SelectLevel = SELECT_UNIT
DELETE SELECT_VERTEX
ADD
图4 系统的修改状态下子状态设置
6 界面描述
1）总体界面. 使用标准的Window 窗口框架. 客户区分为四个视区（组成一个大视区）和一个控制区（如图5所示）. 分别记为Top, Front, Left, Perspective, 对应地, 在四个视区显示世界坐标系中从顶面、前面、左面、任意视点观察到的场景. 在四个小视区中的任一个中双击鼠标右键, 可切换至全视区；在全视区中双击, 可切换回四个小视区. 控制区内, 分为“创建”和“修改”两个大栏. 创建栏下, 提供了创建几何对象的操作. 修改栏提供了修改已创建了的几何对象的操作.
图5 主界面图
2）为了更方便地进行交互操作, 我们加上快捷菜单, 提供当前状态下的可以进行的常用操作. 例如, 在选中了一个图元时, 右击鼠标可以弹出快捷菜单, 此时进行平移、旋转、伸缩、设置变换基准（基准有X、Y、Z、XY、YZ、ZX坐标轴）、显示图元属性、设置选择的层次.
3）选择的方式. 要对几何对象进行操作, 当然要先选定它们. 在屏幕上双击鼠标左键, 可选中所绘的几何对象. 我们设定了三个选择层次：选择物体（Select MyObject）、选择图元（Select Unit）、选择顶点（Select Vertex）. 例如, 如果当前的选择层次是选择顶点, 则在绘制了几何图元的区域内双击, 可以选中在光标附近的顶点, 该顶点所在图元以红色画出, 该顶点以粗大的尺寸画出, 随后就可以针对该顶点进行各种操作了. 选择的方式之二是在控制区内进行, 在控制区内以组合框列举出了已画出的几何物体.
4）对图形的操作. 可以用鼠标拖动对图形进行移动、旋转、伸缩等操作. 另外, 为了方便观察, 可以用键盘的方向键旋转视点（但不改变图形的几何数据）, 按Home 键或h 或H 键可以恢复到缺省的视点位置.
7 讨论
本软件系统自1998年8月19日开始着手讨论、试验, 到1999年1月10正式开发, 1月25日完成文档设计. 第二学期开学后, 于4月10日完成现版本的开发. 由于时间等因素, 上述功能有些还正处在实现过程中.
我们认为在下述方面，可以对现在版本做进一步的改进：
1)对界面功能全面具体实现. 现版本中, 有的界面组件只是列出了接口, 功能并未具体实现.
2)实现较完善的几何数据结构.
3)实现对各几何对象的未实现的操作, 例如拼接, CSG操作等.
4)优化代码, 取消对MFC 中的CArray 引用. 现版本中, 引用CArray 没有带来预想的好处, 却带来代码的复杂性和低效率.
参考文献
[1] G. Farin, Cuves and Surfaces for Computer Aided Geometric Design, Academic Press, Boston, Third edition, 1993.。
