（教育技术学专业论文）基于虚拟摄影棚的高质量教育资源制作技术研究与应用.pdf

中文摘要 教育资源是教育信息化的基础，随着网络技术、多媒体技术、数字广播技术的 不断丰富和发展，出现大量不同层次、不同属性的教育资源。在教育教学的实践过 程当中，虽然目前存在较多的教育资源，但对已有教育资源的使用率不高，更多关 注的是对教育资源数量的追求，教育资源的质量却不尽如人意，低水平重复开发的 现象依然存在。 虚拟摄影棚技术是目前多媒体技术及数字化技术的研究热点，它被广泛应用在 广播电视领域，经过长时间的观察和实践，利用虚拟摄影棚技术，可以创设逼真的 教学环境，丰富教学手段，制作出既可为教师的备课提供丰富、优质的教学素材， 同时也可为学生利用高质量资源获取信息及自主学习提供条件，为全面推进素质教 育和实现教育信息化提供有效的支持。 本论文基于华中师范大学低成本虚拟摄影棚平台，通过对教育资源制作的理论 基础、虚拟摄影棚原理及关键技术的研究，总结出了基于虚拟摄影棚技术制作高质 量教育资源的设计方法和制作流程，为教育教学实践提供优秀的数字文化资源。 全文共分六个部分。第一部分为绪言，阐述了本学位论文的研究背景、意义及 国内外的研究现状，并指出了本论文的主要工作。第二部分对教育资源制作的理论 基础进行讨论，并简要介绍了虚拟摄影棚的原理及所涉及到的关键技术。第三部分 对基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的设计进行分析，阐述了基于虚拟摄影棚进行 教育资源设计的原则、方法及如何利用虚拟摄影棚技术来实现。第四部分为全文的 重点，主要对虚拟摄影棚进行高质量教育资源具体制作流程进行阐述。首先是对虚 拟摄影棚场景进行布置，接着对虚拟摄影棚现场效果进行调整，并结合桌面控制软 件进行操作，然后是虚拟摄影棚现场的录制，最后是论述教育资源后期的编辑与合 成。第五部分以制作大连情景英语教学片为实例，详细阐述了对虚拟摄影棚制作高 质量教育资源的应用。第六部分进行全文的总结和展望。 关键词：虚拟摄影棚；高质量；教育资源制作技术 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t e d u c a t i o n a lr e s o u r c e si sb a s e do ne d u c a t i o n a li n f o r m a t i o n i z a t i o n 嘞t h e d e v e l o p m e n t o ft h en e 姗o r kt e c h n i q u e ，m u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n d d i g i t a l b r o a d c a s t i n g ，t h e r ei sp l e n t yo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa tv a l i o u sl e v e l sa n dv a r i o u s a t t r i b u t e s i nr e c e n tp r a c t i c eo fe d u c a t i o na n dt e a c h i n g ，t h e r ei sal o to fe d u c a t i o n a l r e s o u r c e s ，b u tt h eu t i l i z a t i o nr a t i oo ft h e mi sn o th i g ha n dm o r ea t t e n t i o ni sp a i dt ot h e q u a n t i t yo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e s h o w e v e r , t h eq u a l i t yo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e si s f o u n dt ob eu n s a t i s f a c t o r ya n dt h er e p e a t i n gd e v e l o p m e n ta ：al o wl e v e ls t i l le x i s t s n o w a d a y sv l r t u a ls t u d i ot e c h n o l o g y i saf o c u si nt h er e s e a r c ho fm u l t i m e d i a t e c h n o l o g ya n dd i g i t a lt e c h n o l o g y , w h i c hi sw i d e l yu s e di nr a d i oa n dt e l e v i s i o nf i e l d t h r o u g hal o n gp e r i o do fo b s e r v a t i o na n dp r a c t i c e ，w ef r e dt h a tn o to n l yc a l lw ec r e a t e t h ev i v i dt e a c h i n ge n v i r o n m e n t , e n r i c ht e a c h i n gm e a n s ，m a k ea l la b u n d a n c eo ft e a c h i n g m a t e r i a l so fh i g hq u a l i t yf o rt e a c h e r s l e s s o np r e p a r a t i o n , b u ta l s ow ec a np r o v i d e c o n d i t i o n sf o rs t u d e n t sw h oo b t a i ni n f o r m a t i o na n dd os e l f - d i r e c t e dl e a r n i n gb ym e a n so f n u “x 塔o fh i g aq u a l i t y a n dw ee a rp r o v i d ee f f e c t i v es u p p o r tf o rp u s h i n gf o r w a r d q u a l i t y - o r i e n t e de d u c a t i o na n da c h i e v i n gt h eg o a lo fe d u c a t i o n a li n f o r m a t i o n i z a t i o nb y v i r t u a ls t u d i ot e c h n o l o g y t h et h e s i st a l k sa b o u tt h el o wc o s tv i r t u a ls t u d i op l a t f o r mo fh u a z h o n gn o r m a l u n i v e r s i t y t h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h e o r e t i c a lb a s i so fm a k i n ge d u c a t i o n a lr e s o u r c e s a n dt h ep r i n c i p l ea n dt h ek e yt e c h n o l o g i e so fv i r t u a ls t u d i o ，w es u mu pt h em e t h o do f d e s i g na n dt h ep r o c e d u r eo fm a k i n ge d u c a t i o n a lr e s o u r c e so fh i g hq u a l i t yo w i n gt o v i r t u a ls t u d i ot e c h n o l o g ya n ds u p p l ye x c e l l e n td i g i t a lc u l t u r er e s o u r c e st ot h ep r a c t i c eo f e d u c a t i o na n di n s t r u c t i o n 1 1 kt h e s i sc o n s i s t so fs i xp a r t s p a r to n ei st h ep r e f a c et h a ts t a t e st h eb a c k g r o u n do f r e s e a r c ha n ds i g n i f i c a n c eo ft h e t h e s i sa n dt h ec o n d i t i o no fh o m ea n da b r o a da n di ta l s o e l a b o r a t e st h em a i nc o n t e n t so ft h et h e s i s p a r tt w od i s c u s s e st h et h e o r e t i c a lb a s i so f m a k i n ge d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dm a k e sab r i e fr e p r e s e n to nt h ep r i n c i p l ea n dk e y t e c h n o l o g i e so fv i r t u a ls t u d i o p a r tt h r e em a k e sa na n a l y s i so ft h ed e s i g no fb e s t e d u c a t i o n a lr e s o u r c e sb a s i n go nv i r t u a ls t u d i o ，a n dr e p r e s e n t st h ep r i n c i p l ea n dm e t h o d o fm a k i n ge d u c a t i o n a lr e s o u r c e sb a s i n go nv i r t u a ls t u d i oa n dh o wt ob r i n ga b o u ti t p a r t f o u ri sm o r ei m p o r t a n ti nt h et h e s i sw h i c hm a i n l ye x p o u n d st h ec o n c r e t ep r o c e d u r eo fm a k i n g b e s te d u c a t i o n a lr e s o u r c e sb yu s eo fv i r t u a ls t u d i o t h ef i r s ts e q t i o nt a l k sa b o u tm a k i n g a r r a n g e m e n t sf o rt h es c e n e t h e na d j u s t st h es p o te f f e c t so ft h ev i r t u a ls t u d i oi nc o m b i n a t i o n w i t ho p e r a t i n go ns o f t w a r e 1 1 l en e x ts e c t i o ni sr e c o r d i n g ，a n dt h el a s ts e c t i o nr e l a t e st h e l a t e r - s t a g ee d i ta n dc o m p o s i t i o no fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e s p a r tf i v es t a t e st h ea p p l i c a t i o no f v l f t u a ls t u d i of o rm a k i n gb e s te d u c a t i o n a lr e s o u r c e si nd e t a i l sb yt h ee x a m p l eo f m a k i n gs i t u a t i o n a ld i a l o g u eb yd a l i a nu n i v e r s i t y f 砌l y , w em a k eas u m m a r ya n d p r o s p e c t k e yw o r d s ：v m u a ls t u d i oh i g hq u a l i t y t h ep r o d u c i n gt e c h n o l o g yo f e d u c a t i o n a l 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：生而莉日期：知j 7 年乡月弓口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。同意华中师范大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的 全部或部分内容。 本人已经认真阅读“c a l l s 高校学位论文全文数据库发布章程，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。圃童途塞握窒卮进卮! 旦堂生；旦二生；旦三生筮壶! 作者签名： 生而茅j 日期：少7 年f 月汆日 导师签 日期： 日 叼细护竺 爱 y 莉咽 之私 名 一 戤 考规 作日 一 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 第一章绪论 1 1 课题研究背景和课题来源 随着时代的进步，知识作为第一生产力日益表现出其强大作用。传统的教育方 式已无法满足现代教育的需求。计算机作为一种新兴媒体，随着生产成本的不断下 降，以计算机为媒介的新型教育方式在教育中越来越多的被普遍采用。信息网络化 正迅猛地向前发展，其发展趋势将引发人类教育的深刻革命。使人类构筑以主动性 学习、个性化教育为特征的终生教育体系成为可能，实现任何人、任何时间、任何 地点、任何知识点开始、选择任何课程。教育资源是实施网络教育的关键，它可为 教师的备课提供丰富、优质的教学素材，同时也为学生利用教育资源获取信息及自 主学习提供条件，为全面推进素质教育和实现教育信息化提供有效的支持。 研究发现教育资源在应用过程中主要存在以下问题： 1 缺乏围绕综合课程的主题资源 虽然网上教育资源容量很大，但是在开展综合课程某一主题的教学活动时，却 发现现有的教育资源库中适用的资源严重不足，以学科逻辑体系划分的资源远远不 能满足教学的要求。 2 教育资源使用率低 教育资源只有用于教学过程、用于学生的学习，才能发挥它应有的作用，而目 前我国的教育资源应用却存在一个毋庸置疑的事实，那就是：已有教育资源在教学 中的使用率很低。很多学校尽管拥有各种教育资源，但往往由于缺乏对教育资源的 深入应用，教育资源根本没有发挥其应有的作用。 3 教育资源的质量不高 目前市面上存在的大量视频教育资源，动辄十多g 到几十个g 字节，而这些 视频资源要么是整堂课的全程录像，要么就是长时间的教学参考片，而缺少对高质 量教育资源的关注。 目前，“低水平重复开发”的现象依然存在，对教师需要什么样的教育资源， 哪些类型的教育资源可以促进学生的学习，学生喜欢的教育资源具备的特征是什么 等等，还缺乏进一步的研究，致使教育资源的开发过于的单一，因而开发出的大量 教育资源不符合教师和学生的需求。 虚拟摄影棚是近年来新兴的融合三维技术、多媒体技术和网络技术于一身的综 合媒体技术。目前，它被广泛应用在广播电视领域，在各种电视栏目中创建虚拟的 背景，在各项重大的体育赛事中搭建虚拟的环境。它的出现不仅丰富了摄影棚的表 现手段，为观众呈现了更加丰富的视觉体验，还节省了大量摄影棚建设的时间和经 费。因为它不但可以利用计算机来合成各种各样模拟现实生活的场景，甚至还可以 创建一些抽象的只能在想象中存在的空间形式。这些虚拟场景的搭建，不仅方便而 且使用的方式十分灵活。可以说，虚拟摄影棚的出现为整个电视媒体的发展起到了 相当的推动作用。 经过长时间的观察和实践，研究发现虚拟摄影棚在创设教学环境，丰富教学手 段发面也有着自身独特的优势。特别是在素质教育得到广泛认同的今天，教育不再 仅仅是传道授业解惑的过程，学习的目的也不再是单纯的掌握知识，信息加工能力 和学习能力越来越成为当今社会衡量人才的标准。在这样的形势下，虚拟摄影棚的 技术优势凸现出来，它在教育资源制作方面有着不可比拟的优势。在它的帮助下， 教育从注重知识学习向知识、技能、情感教育相互融合的方向发展；在它的帮助下， 我们的教育从利用教学条件的层次向创造教学条件的层次发展。 综上所述，利用虚拟摄影棚技术制作教育资源，既符合教师需要，又可以对学 生的学习方法和学习过程进行指导，以满足学校和师生对高质量教育资源的需求。 本课题基于华中师范大学的虚拟摄影棚平台，为虚拟摄影棚系统的应用和推广 奠定了基础。 1 2 国内外研究现状 随着网络技术、通讯技术和多媒体技术的出现，教育资源有着丰富的表现形式， 在教学知识的传递过程当中，人们交换的信息类型不只是一种，而是多种信息类型 的综合体，是当今教育资源制作发展的重要方向之一。 目前国内的教育资源大致可以为二大类，一类是多媒体软件制作的教学课件， 如p o w e r p o i n t 、a u t h o r w a r e 、f l a s h 、几何画板、方正奥思等 3 1 。另一类是基于网络 环境的网络课件，它也是课件的一种，是比较特别的一种课件，因为它是应用于网 络环境下，并且往往是结合网络课程来开展网络教学的。要制作网页课件，可能用 到需要“网页三剑客”( f l a s h 、f i r e w o r k 、d r e a m w e a v e r ) ，或类似f r o n t p a g e 、p h o t o s h o p 、 f l a s h 的组合。而要开发媒体丰富、交互功能完善的网络课程，除了“网页三剑客” 外，还可能需要用到流媒体课件制作工具、虚拟现实课件制作工具等。 在国际上，网络教育资源制作早己引起了一些发达国家的高度重视，且发展极 为迅猛，著名的麻省理工学院近日宣布( 4 j ，麻省理工学院互动计划将构筑世界上规 模最大的网上大学，该学府将把几乎所有的教材放置到互联网上供学生免费下载， 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 届时学生将可以在利用互联网获得麻省理工大学的教材，免费远程进修相关课程。 同时也出现了许多网络教育资源制作的工具，如m a c r o m e d i ac a p t i v a t e ，可以快速开 发软件模拟演示及模拟操作类课件，具有较强的后期编辑功能；还有a r t i c u l a t e 、 p o w c n r c r e a t o r 、p r e s e n t a t i o nm a k e r 等等。 虚拟摄影棚是由电视节目制作系统和计算机系统结合而成的一种新兴数字文 化产品制作系统，它只有演员和道具，无需实际场景，将计算机制作的虚拟三维场景 与摄像机现场拍摄的演员表演的( 或是现场拍摄的其它电视画面) 活动图像进行数 字化的实时合成，使演员的表演与虚拟背景达到同步变化，从而实现前景与背景的 完美结合。1 9 9 3 年美国就展示了他们的虚拟摄影棚系统，在荷兰i b c i 国际广播展 览会上f 6 】，许多公司也都展示了他们的虚拟摄影棚系统。如美国的电影“泰坦尼克 号 许多镜头是采用虚拟背景制作的，1 9 9 8 年法国世界杯足球赛采用虚拟摄影棚技 术进行电视转播等【1 0 1 。中国中央电视台也购买了一台m i n d s e t 虚拟摄影棚系统，并 利用虚拟摄影棚系统制作出许多优秀的电视节目，如：科技博览、每日佳艺、春节 歌舞晚会等等邛l 。 1 3 论文的研究意义及目的 随着科技的进步和社会的发展，虚拟摄影棚平台成为高质量多媒体教育资源制 作领域中的研究热点。随着人们的生活水平的日益提高，人们对教育资源的需求也 不断提高，认识的广度和深度也都大大提高了，希望更快捷、更方便地获得更多的 高质量的教育资源，基于虚拟摄影棚的教育资源作品恰好满足了大众的这方面需 求。本课题中采用虚拟摄影棚技术制作教育资源，可以广泛地应用于大型企业培训 部门、教师培训部门、大中专院校和网络教育学院等部门，进行高质量的教学课件 的制作。 虚拟摄影棚依靠自己相对比较成熟的技术、广泛的适应性、相对低廉的价格和 日趋简化的使用方式脱颖而出，成为现代教育技术领域的新亮点。利用虚拟摄影棚 进行教育资源的制作，可以达到如下几个目标： 增加教学容量，提高教学效率：在资源的制作过程中，充分的利用摄影棚 的抠像合成技术，整合课外的相关教学素材，扩充课本的教学内容，在不增加教学 时问前提下，教学过程中教学内容的密度在不断的增加。 激发学生的学习兴趣，更好地发挥学生的主体作用：通过虚拟摄影棚搭建 的教学环境，为教学内容的同化创造了便于接受的通道。 突破重点难点：将一些复杂抽象的过程形象化模拟出来，提高教学质量； 3 扩大学生的知识领域，促进学生创造思维的发展，培养学生的创新能力： 将传统的知识传授为主的教学过程，转变为向综合知识、技能、情感能力等素质教 育。 虚拟摄影棚的引入改变了以往教育资源枯燥，单一的表现形式，使教与学的结 合方式更加多样，不仅丰富了知识传播的手段，升级了虚拟教学的形式，还使得很 多原来不便于课堂教学表达的教学内容可以进行形象化的模拟；更重要的是由于虚 拟摄影棚的介入，使得教师不再孤立面对学生，而是结合大量虚拟背景、教学内容 相关的素材一起，改善整个教学的教学效果，为人们的终身学习提供优质的教育资 源。 1 4 论文的主要工作与组织结构 本论文主要完成了以下工作： 1 研究了教育技术学的相关理论，包括戴尔的“经验之塔”、建构主义理论、 教学系统设计理论。 2 研究了虚拟摄影棚的基本原理。 3 提出了基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的设计原则和设计方法，它能够 较好地表现教学内容，为学生自主学习提供前提条件。 4 提出了基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的制作流程，并结合具体的桌面 控制软件，总结出操作的步骤和方法。 5 针对具体的教学内容进行教育资源的制作，并对进一步的发展前景进行了 展望。 论文的组织结构如下： 第一章绪论：包括论文的研究背景、研究现状、研究意义和论文的主要工作 及结构安排的简单介绍。 第二章教育资源制作的理论基础与虚拟摄影棚原理：分析教育资源制作的理 论基础，包括戴尔的“经验之塔”、建构主义理论、教学系统设计理论，这些是本 文进行教育资源设计的基础；其次简要的介绍了虚拟摄影棚的原理及所涉及到的关 键技术。 第三章基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的设计：阐述了基于虚拟摄影棚进 行教育资源设计的原则、方法及如何利用虚拟摄影棚技术来实现，为教育资源的制 作做好铺垫。 第四章基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的制作：对基于虚拟摄影棚制作教育 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i $ 资源的流程进行详细的阐述，首先是对虚拟摄影棚场景进行布置，接着对虚拟摄影 棚现场效果进行调整，并结合桌面控制软件进行操作，然后是虚拟摄影棚现场的录 制，最后是论述教育资源后期的编辑与合成。 第五章基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的应用个案大连情景英语： 以大连情景英语教学为实例，论述基于虚拟摄影棚制作高质量教育资源的应用。 第六章总结与展望：对全文作了一个总结，讨论了本文的主要工作和今后需 要继续做的工作。 5 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i $ 第二章教育资源制作理论基础与虚拟摄影棚原理 2 1 教育资源制作理论基础 教育资源是指教育过程中，教师和学生用来完成学习活动的各种学习条件。根 据“做”的学习经验，包括有目的的直接的经验，设计的经验和戏剧化的经 验。 “观察”的学习经验，包括观摩演示、野外旅行、展览会、电视、电影， 录音、广播，和照片。 “抽象的”的学习经验，包括视觉符号和言语符号。 因此，“经验之塔”的理论要点可以概括为以下四点： ( 1 ) “塔”中底层的学习经验最具体，越向上越抽象。它根据不同教材和方法所 提供的学习经验的具体程度将它们分类，是教师根据学生需求和能力，根据教学任 务性质选择合适媒体的理论指南1 9 1 。 ( 2 ) “塔”的分类基础：具体或抽象的程度与学习的难易无关。各类学习经验是 相互联系相互渗透的。教学中应充分利用各种学习途径，使学习者的直接经验与间 接经验产生有机联系。 7 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s ( 3 ) 教学应从具体经验入手，逐步过渡到抽象，防止矗言语主义打二一从概念到 概念的做法【1 1 】。有效的学习方法，应该是首先给学生丰富的具体经验。学生只记忆 一些普遍法则和概念，没有具体经验作支撑是不行了。学习间接经验应尽可能以直 接经验作为充实的基础，同时，也要适时引导学生向抽象思维发展。 ( 4 ) 每个人的经历都受时空限制。位于“塔静腰阶层的视听教学媒体能为学习者 提供一种戴尔所谓的“替代经验 ，有助于突破时空的限制，解决教学中具体经验 和抽象经验的矛盾，弥补各种直接经验的不足。 2 1 2 建构主义理论 建构主义是学习理论由行为主义发展到认知主义以后的进一步发展，是学习者 与环境相互作用中主动建构内部心理表征的过程。它强调以学习者为中心，认为“情 境 、“协作 、“会话力和搿资源 是建构主义学习环境中的基本要素或基本属性l l 引。 l 、建构主义理论的基本观点 建构主义本身派别很多，如认知建构主义、社会性建构主义、激进建构主义等 等，尽管存在着分歧，但大多数的建构主义学者对学习还是有以下几点共识： 1 强调以学习者为中心，学生的知识不是通过教师传授得到的，而是在一定 的情境下，借助于他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构方式而获得的； 2 学习是学习者主动地构建内部心理表征的过程，它不仅包括结构性的知识， 而且包括大量的非结构性的经验背景； 3 强调学习的情境性，重视教学过程对情境的创设，教学资源对学生意义的 建构起着重要的作用。 建构主义是当代教育心理学中的一场革命，是现代学习理论的发展与突破。它 在教学领域带来了学习观和教学观的根本性变革，学习具有自主性、情境性和社会 性；学习者不再是外界刺激的接受者，而是知识的主动建构者：教师不再是知识的 灌输者，而是意义建构的帮助者、促进者；教材不仅是教师传授的内容，而且是学 习者意义建构的对象：教学媒体不仅是教师的教学手段，而且是学习者的认知工具。 2 、建构主义理论下的师生关系 行为主义注重外部刺激的设计，认知主义着重知识结构的建立，建构主义则关 心学习环境的设计。建构主义理论强调以“学”为主的教学思想，改变了传统的以 “教 为主的教学思路，也使师生关系发生了一系列的变化。 在建构主义理论指导下进行学习，学生要成为意义的主动建构者，要求他们在 学习过程中要发挥主体作用，用探索方法、去发现，去建构知识的意义。在建构意 义过程中，学生主动去搜集并分析有关的信息和资料，对所学习的问题要提出各种 8 硕士学位论丈 m a s t e r st i t e s i s 假设并努力加以验证：并要把当前学习内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事 物相联系，对这种联系加以认真的思考，则建构意义的效率会更高、质量会更好。 在学生学习的过程当中，教师要成为学生建构意义的帮助者，要不断激发学生 的学习兴趣，帮助学生形成学习动机【州；通过创设符合教学内容要求的情境和提示 新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义。 为了使知识的建构更有效，教师应在可能的条件下组织协作学习( 开展讨论与 交流) ，并对协作学习过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。引导的方 法包括：提出适当的问题以引起学生的思考和讨论；在讨论中设法把问题进一步引 向深入以加深学生对所学内容的理解：要启发诱导学生自己去发现规律、自己去纠 正和补充错误的或片面的认识。 2 1 3 教学系统设计理论 教学设计是依据对学习需求的分析，提出解决问题的最佳方案，使教学效果达 到优化的系统决策过程。它以传播理论、学习理论和教学理论为基础，应用系统科 学理论的观点和方法，调查、分析教学中的问题和需求，确定目标，建立解决问题 的步骤，选择相应的教学活动和教育资源，评价其结果，从而使教学效果达到最优 化【1 5 l 。 在教学系统设计模式当中，主要分为两种：一类是以“教”为主的教学系统设 计，另一类是以“学”为主的教学系统设计。以“学”为主的教学系统设计基于建 构主义理论的以“学”为主的教学设计，重视“情景”、“协作”在教学中的重要作 用，强调发挥学习者在学习过程中的主动性和建构性，有利于创造型人才的培养， 满足信息社会对人才所提出的种种要求【l6 。以“学”为主的教学设计包括以下几个 方面： 1 教学目标分析 传统的以教为主的教学设计中教学目标的分析，就是从教学大纲所规定的总教 学目标出发逐步确定出各级子目标并画出它们之间的形成关系图。而以学为主的教 学目标分析，是对整门课程及各教学单元进行分析，以确定当前必需学习与掌握的 知识“主题”，这些学习主题包含在教学目标所需要的教学内容之中。 2 情境创设 建构主义认为，学习总是与一定的社会文化节背景即“情境”相联系的，创设 与当前学习主题相关的、尽可能真实的情境，可以有效地激发联系，利用自己原有 的认知结构中的有关知识与经验去同化和索引当前学习到的内容；如果原有的知识 不能同化新的知识，则要引起顺应的过程。总之，通过同化与顺应才能达到对新知 9 硕士学位论炙 m a s t e r st l e s i s 识意义的建构。 3 信息资源设计 信息资源设计是指确定学习本主题所需信息资源的种类，每种资源在学习本主 题过程中起到什么作用。当学习在获取有关的信息资源，或如何有效利用信息资源 遇到问题或困难的时候，教师应该及时的帮助。 4 自主学习策略设计 自主学习策略的设计，是以学为主的教学设计的核心内容之一，在建构主义发 展的过程当中，逐步形成了几种常用的教学策略，分别是搿支架式教学策略”、搿抛 锚式教学策略 和“随机进入教学策略 、“启发式教学策略 、靠自我反馈教学策略 。 尽管教学策略具体形式多种多样，但始终有一条主线贯穿始终这就是“自主探 索，自主发现 。 5 协作式教学策略设计 协作学习的目的是为了在个人自主学习的基础上，通过小组讨论、协商和角色 扮演等不同策略，以进一步完善和深化对主题的意义建构。协作学习被看做是为多 个学习者提供对同一问题用多种不同观点进行观察比较和分析综合的机会，这种机 会显然将对问题的深化理解、知识的掌握运用和能力的训练提高大有裨益。 6 学习过程与学习效果评价设计 评价形式包括小组对个人评价和学生个人的自我评价。根据小组评价和自我评 价的结果，就为学生设计出一套可供选择并有一定针对性的补充学习材料和强化练 习，最终达到符合要求的建构。 7 教学结构设计 教学结构设计不仅是以教为主教学设计的核心内容，也是以学为主教学主设计 的重要内容与落脚点，如果在以学为主的教学设计中忽略了这一环节，将无法保证 整个教学活动进行的前后呼应、连贯及完整性。 2 2 虚拟摄影棚原理及关键技术 虚拟摄影棚技术是在高速图形计算机技术和视频色键技术的基础上发展起来 的演播室技术，该技术可以实现计算机制作的虚拟场景与摄像机拍摄的人物、景物 活动画面的完美结合。 虚拟摄影棚的原理，是演员在虚拟摄影棚中的绿色或蓝色背景前进行现场表 演，由摄像机采集前景视频信号的同时，摄像机跟踪系统采集到的摄像机运动参数 被送到图形计算机中，计算机根据这些参数实时生成相应的虚拟场景，使背景的空 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 间透视关系和前景保持一致。最后，前景信号经过抠像机处理后与来自计算机的虚 拟背景实时合成，生成视频信号。 一般来说，虚拟摄影棚系统主要涉及到三个关键技术： 2 2 1 摄像机跟踪技术 摄像机跟踪技术负责检测摄像机的各种运动参数，包括判断摄像机、主持人、 计算机虚拟场景之间的对应位置关系，并将其值传递给实时生成虚拟场景的计算 机。对于摄像机而言，它的运动状态有摇移、俯仰、变焦、调焦、光圈、沿光轴旋 转，以及位置和高度共8 个参数。在拍摄的过程中，这些参数的改变会引起所拍摄 图像视野与视角的改变，为了模拟人物所在的环境，计算机必须根据这些参数不断 调整背景。 目前虚拟摄影棚中应用较多的跟踪技术主要有机械传感器和图形识别两种方 式。机械传感器跟踪方式原理很简单，即在支持水平和俯仰运动的云台上安装机电 传感器，再通过机电传感器获得每台摄像机的方向信号。用于跟踪变焦和聚集的传 感器附在每个镜头上与齿轮相吻合，跟踪系统通过r s - 2 3 2 或r s - 4 2 2 串行数据线将 数据发送到控制计算机，要获得正确的透视合成效果，就要使虚拟背景的立体透视 关系实时的跟上真实摄像机拍摄的状态变化。为此，摄影棚中的虚拟摄像机应跟踪 真实摄像机机头的左右摇移镜头、镜头推拉等。 2 2 2 虚拟场景生成技术 虚拟场景生成技术负责根据接收到的摄像机运动参数生成与前景空间关系一 致的虚拟场景图形。虚拟场景可分为二维和三维两种，二维场景只是一个平面图形， 因此只能作为背景平面出现在真实人物的背后，而三维虚场景具有z 轴方向的厚度。 二维虚拟场景既可以是来自录像机或摄像机的活动视频，也可以是静止图像 等，通常与色键技术相结合，将在特定的绿背景下拍摄的人物或道具称为前景， 抠像后叠加在另一个作为虚拟场景的图像上，把现场视频与虚拟场景实时地无缝地 合成在一起，在视觉上和艺术上产生独特的效果。 三维虚拟场景的制作运用了先进的建模软件，利用它的l o d 技术、实例技术 及其模型优化技术等，建立了逼真的三维场景。取得摄像机参数后，将其转换成三 维场景制作软件所需的“虚拟摄像机”的参数，用以控制三维场景的实时变换，使 虚拟场景的观察视角与实际摄像机一致，从而产生真实的视觉效果。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 2 3 抠像合成技术 虚拟摄影棚的抠像合成技术，是摄像机在绿色或蓝色背景中拍摄的真实景物， 在色键技术中，先指定色度和饱和度值，图像中与这个指定数据相同的区域将被抠 去，然后这个区域被计算机生成的虚拟场景所替代，完成图像的合成。在合成前景 和背景图像时，为使摄影棚拍摄的前景图像与计算机生成的虚拟场景准确地合成， 不但要保持两个摄像机的参数一致，而且要让两个摄像机保持同步。 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第三章基于虚拟摄影棚的高质量教育资源的设计 3 1 基于虚拟摄影棚高质量教育资源的设计原则 任何一种教育资源都是为了实现一定的教育、教学的目标而设计的，这决定了 它的设计不是一种随心所欲，漫无边际的行为，必须在一定的原则指导下进行。基 于虚拟摄影棚的高质量教育资源设计也不例外，在制作教育资源时需要把握好设计 原则，充分把虚拟摄影棚技术这种先进的手段融于高质量教育资源的制作中，使学 习者能够沉浸于一种预先建构的特定环境之中，轻松自如地学习知识获取技能，就 会体现其他教育资源所缺少的巨大优势，充分实现教学目的。 因此，基于虚拟摄影棚教育资源的设计应遵循以下几个原则： l 、教学性 适应学科知识特点，适应教学对象特点，是制作高质量教育资源应重点关注的 问题。教育资源是为了让学生更好地理解课本知识而设计的，设计应源于教材又要 高于教材，突出教学重点、难点，扩充教材之外的知识。然而，并非所有的内容都 需要借助于虚拟摄影棚技术。应该在分析具体的教学内容、明确要达到的教学目标 的基础上，选择适合用于虚拟摄影棚表现的内容， 这是基于虚拟摄影棚进行高质量教育资源设计的首要工作。尤其对那些学生难 以理解，抽象复杂，教师用语言和常规方法不易讲清，需要借助虚拟摄影棚技术才 能表达清楚的内容，可以利用多媒体动画演示的形式，采用虚拟摄影棚技术，调动 文字、图形、图像、声音、视频、动画等多种媒体信息为教学服务，使学生的学习 兴趣倍增，注意力集中，思维活跃，增强对知识的理解和记忆。 教育资源中涉及的媒体信息越多，其相互间的协调就越重要，如果对它们间的 关系处理不好的话，极易使学生的感官互相冲突，影响学习效果。根据教育心理学 原理，具有审美情趣的教学过程能充分调动学员的各种感官，使其在轻松愉快的情 境中接受知识，增强学习兴趣，提高学员的记忆力，达到最佳的学习状态。所以， 教学内容在教育资源中的表现形式要符合学生的心理需求。不同年龄阶段的学生， 在心理特征、认知结构、思维方式上存在很大差异，在相同教学环境下，接受知识 信息的能力也各有不同。因此，教育资源的设计要充分考虑学生的特点。 2 、科学性 科学性是指利用虚拟摄影棚技术制作的教育资源所展示的一切都要科学、严 谨，不仅要有系统的科学知识体系，在表现手法和形式上要符合学习者的认知规律 和思维特点，所引用的资料必须准确，内容表述清晰、准确、无二义。利用虚拟摄 影棚技术制作教育资源，主要体现在对资源的教学设计中，包括教学内容的确定、 教学方法的选择等。科学性是教育资源的灵魂，教育资源如果不具备科学性，也就 不会有任何使用价值。 3 、技术性 技术性是利用虚拟摄影棚的各项相关技术，根据教学设计的要求，来进行选择 相应的技术，既可以轻松的创设与学习情境相协调的环境，制作出各种逼真的场景， 也可以对一些抽象复杂的教学内容和概念进行动画演示，使学生获取直观的形象。 制作出来的教育资源不仅画面清晰、动画连续、色彩搭配有美感、快慢适度、交互 设计合理，而且还满足稳定性、易于操作、易于维护等技术特点。 此外，由于虚拟摄影棚因为不受时间、空问、资金、人员等方面的限制，背景 的创设可以自由的发挥。这样既可以创设出教育资源中所需的现实场景，又可以创 设在现实中难于实现的场景甚至是想象的空间。摄影棚的摄像机运动自如，可以进 行多台多角度拍摄，因此可以从不同侧面完整展现一个连续的过程。 4 、规范性 规范性是指利用虚拟摄影棚制作的教育资源，资源属性完备，符合教育资源 建设技术规范中所规定的属性，属性值属于必需数据元素、可选数据元素或扩展 数据元素的取值范围，有合法的知识产权。 5 、艺术性 高质量教育资源应当具有强烈的吸引力、感染力和表现力，应当是内容和美的 形式的统一，不仅能取得良好的教学效果，而且使人赏心悦目，让人获得美的享受， 说明具有较高的艺术性，这样的教育资源可以说是好的内容与美的形式的完美结 合。当然，要做到这一点是很不容易的。不仅要求制作人员的美术基础扎实，而且 还要具备一定的审美情趣。主要表现有： 界面色彩柔和；搭配合理，画面要符合学生的视觉心理。 为使对象更加逼真，可以采用3 d 效果。 动画要流畅，无停顿、跳跃的感觉，但运动的对象不要超过两个。 配音要恰当，且音色优美。 3 2 教学内容的设计 一 教学内容是指为实现一定的教学目标而要求学习者系统学习的知识、技术和行 为经验的总和。分析教学内容的目的是为了更好的确定教学的范围、深度和广度， 1 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 解决教什么的问题。 3 2 1 教学内容的选择 对教学内容的设计，是对所需要制作资源的内容进行分析，明确制作的资源各 个组成部分之间的联系，可以为后一步的教学过程设计安排奠定基础。 对教学内容的选择，通常可以从三个方面来进行考虑，首先确定利用虚拟摄影 棚制作的教育资源内容所覆盖的广度和深度，从学科的内容出发，源于教材而又高 于教材；其次，对所选择的内容确定要表达的核心内容，也就是学生所要掌握的重 点和关键点；最后，对所选择的内容按新旧知识之间的联系，安排其呈现的顺序。 利用虚拟摄影棚制作教育资源，首先要选择好表达的主题，因为并非所有的教 学内容都适合或者都需要运用虚拟摄影棚技术。主题若选择不当，就会出现喧宾夺 主、画蛇添足的现象，达不到应有效果。就物理、化学和生物等一些基础学科而言， 在选择主题时须从教学的实际需要和运用虚拟摄影棚技术的特长出发来考虑。如在 生物教学中，有些生物概念很抽象，学生不易掌握；有些生物现象难以或者根本无 法用实验来演示，学生难以建立图景；有些生物模型很复杂，学生难以接受等。诸 如此类问题，在教学中，若能充分运用虚拟摄影棚技术强大的前景和背景展示功能， 将生物模型动态模拟的素材融合教师的教学之中，就会使这些教学难点得以有效的 突破，达到事半功倍的效果。 3 2 2 制作方式的选择 根据所制作教育资源的教学内容，我们使用虚拟摄影棚进行制作教育资源的对 策大致可以分为三类： 一、文科类教学内容，可以利用虚拟摄影棚技术创设与学习情境相协调的环境， 生动丰富的虚拟场景能烘托气氛，激发灵感，促进艺术文化学习的教学效果。 二、理科类教学内容，可以利用虚拟摄影棚技术创设虚拟实验环境，解决实验 演示教学中遇到的各种难题，实现教师连贯的讲授与多角度实验环境设施的展示， 呈现准确细致的实验过程。先将所要进行的实验在计算机中生成虚拟的背景，然后 进行存储，老师可以一边讲解，一边演示实验过程，看上去整个过程犹