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大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 摘要 随着信息技术的迅速发展，多媒体技术方兴未艾，日臻完善，给计算机辅 助教学的发展注入了新的活力，推动着教学模式、策略和方法的革新。 本文首先对多媒体技术及计算机辅助教学的概念、特征、应用以及在国内 外发展状况和未来趋势进行了阐述，体现了多媒体计算机辅助教学领域中最新 的研究成果。同时，结合自身教学实践开发的软件项目马列理论多媒体计算 机辅助教学系统，详细阐述了如何运用多媒体技术、软件工程技术、数据库技 术来开发设计多媒体计算机辅助教学软件的原理和方法。 该系统的主要特点是： 第一，突破了传统的以教师为中心的马列理论教学模式，实现了以学生为 中心的现代教学模式； 第二，实现了a u t h o r w a r e 应用程序与多媒体数据库系统的有机结合； 第三，实现了简单的标准化考试程序； 第四，初步构建了网上互动教学系统。 本文旨在努力探索将多媒体技术应用于马列理论教学的方法，推动m c a i 的普及。 关键字：多媒体技术 多媒体计算机辅助教学 马列理论 大连理工大学硕士论文 在马列理论课中利用m c a i 的尝试 a b s t r a c t w i t h 血er a p i d d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h e t e c h n o l o g yo fm u l t i m e d i a ，w h i c hi si u s tu n f o l d i n gt ot l e w o r l da n d b e c o m i n gb r i s k e l d a yb yd a y 。b r i n g s 山e f l e s h v i g o r t ot h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ( c a i ) a n dp r o p e l st h e i a n o v a t i o no fm o d e s ，t a c t i c ea n dm e t h o d si ne d u c a t i o n t h e p a p e r f i r s tm a k e sa ne l a b o r a t i o no nt h e c o n e 印t ， c h a r a c t e r i s t i c s ，a p p l i c a t i o n ，d e v e l o p m e n t a n d t e n d e n c y i nb o t h d o m e s t i ca n do v e r s e ao fm u l t i m e d i aa n dc a j 、w h i c hr e f l e c t s 山el a t e s t a c h i e v e m e n t si nt h ef i e l do fm u l t i m e d i aa s s i s t e di n s t m c t i o na f t e r c o m p l e t i n g t h e p r o j e c t m a r x i s mm c a i i na c c o r d a n c ew i t ht h e w r i t e r s t e a c h i n gp r a c t i c e ，t h e a u t h o re l a b o r a t e dt h e p r i n c i p l e s a n d m e t h o d s ，a n dt o l du sh o w t ou s et h e mt o a p p l yd a t a b a s et e c h n o l o g y , m u l t i m e d i a t e c t m o l o g y , a n d s o t t w a r e e n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y t o d e v e l o pa n dd e s i g nt h em c a i s o f t w a r e t h em a j o rc h a r a c t e r i s t i c so f t h i ss y s t e ma sf o l l o w i n g ： f i r s t 。b r o k e nt h r o u 妨m et r a d i t i o n a lt e a c h e r - c e n t e r e dm a r x i s m t e a c h i n gm o d e sa n da c c o m p l i s h e dt h es t u d e n t c e n t e r e dm o r d e m t e a c h i n gm o d e s ； s e c o n d ， c o m b i n e dt h e a p p l i c a t i o np r o g r a md e s i g n e db y a u t h o r w a r ew i t hm u l t i m e d i ad a t a b a s eo r g a n i c a l l y ； t h i r d 。a c c o m p l i s h e d t h es t a n d a r dt e s ts y s t e m s i m p l y ： f o u r t h ，a c c o m p l i s h e d t h ei n t e r a c t i v ei n s t r u c t i o ns y s t e mt h r o u g h n e t p a r t l y t h ea i mo ft h i s p a p e r i s t r y i n g t of i n daw a yt o a p p l y t h e m u l t i m e d i at e c h n o l o g yt om a r x i s mt e a c h i n ga n dp u s h i n gf o r w a r dt h e p o p u l 撕z a t i o no f m c a i k e y w o r d s ：m u l t i m e d i at e c h n o l o g y m c a i m a r x i s m 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 第一章总论 1 、1 多媒体技术概况 一、一个崭新的技术时代 历史上，信息处理技术有四次革命性的飞跃：第一次是印刷术的出现：第 二次是无线电和电视的出现；第三次是计算机的出现；第四次则是多媒体的出 现。多媒体技术的出现和发展是计算机技术发展的必然趋势。在计算机发展的 初期，人们只能用数值这种媒体承载信息，人们使用的是机器语言。2 0 世纪 5 0 年代到7 0 年代，出现了高级程序设计语言，开始用文字作为信息的载体。 8 0 年代开始，人们致力于研究将声音、图形和图像作为新的信息媒体输入、 输出计算机，使计算机的应用更为直观、容易。1 9 8 4 年，a p p l e 公司的m a c i n t o s h 个人计算机，首先引进了“位映射”的图形机理，发展多媒体技术。特别是在 1 9 8 7 年8 月引入了“超级卡”( h y p e r c a r d ) 以后，使m a c i n t o s h 机成为使用 方便、能够处理多种信息媒体的计算机。1 9 8 6 年3 月p h i l i p s 和s o n y 联合推 出了交互式紧凑光盘系统c d i ，用户可以通过交互的方式来播放光盘的内容。 1 9 8 7 年3 月r c a 推出了交互式数字视频系统d v i ，它以计算机为基础，用标准 光盘来存储和检索静止图像、声音和其他数据。1 9 9 0 年儿月m i c r o s o f t 和 p h i l i p s 等1 4 家厂商组成多媒体市场协会并先后推出了第层次、第二层次、 第三层次的m p c 技术规范。1 9 9 2 年至1 9 9 4 年m p o e i 和m p e g i i 先后成为国 际标准获得通过。心e g i i i 、m p e g i v 标准在近几年也相继推出。1 9 9 2 年7 月， 在美国芝加哥召开了计算机图形学国际会议。1 9 9 2 年月1 1 月在美国拉斯维加 斯举行c o m d e x 9 2 博览会。i 9 9 3 年8 月1 日一6 日，在美国加利福尼亚阿纳海 召开了由美国计算机学会举办的第一届多媒体技术国际会议。1 9 9 4 年月日l o 月美国计算机协会( a c m ) 在旧金山召开了第二届多媒体技术国际会议。今天， 计算机技术有了突出的进展：超大规模集成电路的密度增加了；超大规模集成 电路的速度增加了；d v d ( 单面4 7 g b ) 的应用；双通道v r a m 、r d r a m 的引进； 网络技术的广泛使用等等。这些技术的发展，为多媒体技术的实现和发展提供 了良好的基础条件。随着社会信息化的加速和网络技术的进一步发展，多媒 体技术将进一步大放光彩，成为人们生活和工作不可缺少的一部分，为人类社 会的发展做出不可磨灭的贡献。 二、多媒体技术的概念 ( ) 媒体 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c j 的尝试 所谓媒体( 皿d i u m ) 是指承载信息的载体。媒体一词来自拉丁文m e d i u s ， 为中介的意思。媒体又称媒介、媒质，按照国际电信联盟( i t u ) 下属的国际 电报咨询委员会( c c i t t ) 的定义，分为以下五种：( 1 ) 感觉媒体。( 2 ) 表示 媒体。( 3 ) 显示媒体。( 4 ) 存储媒体。( 5 ) 传输媒体。在这五种媒体中，核心 是感觉媒体和表示媒体。 ( 二) 多媒体 多媒体( m u l t i 姬d i a ) 一词由多( m u l l 、i p l e ) 和媒体( m e d i a ) 复合而成， 从字面上看多媒体是由单媒体( m o n o m e d i a ) 复合而成，而事实也是如此。从 一般意义上看，多媒体可以理解为多种媒体信息的有机综合。人们谈论所谓多 媒体常泛指感觉媒体，但实际上多媒体技术所处理媒体主要是指表示媒体，首 先是数字媒体。 ( 三) 多媒体技术 多媒体技术是一种全新的电脑处理信息技术。早期的计算机只能处理单一 的字符信息，多媒体技术的出现，使计算机发展进化为能同时对文本、图像、 声音和视频等多媒体信息进行综合处理。因此，所谓的多媒体技术，是指研究 多种媒体信息综合处理的技术。这样，多媒体技术的含义可以归结为：用计算 机综合处理多种媒体信息，在各种媒体间按某种方式建立逻辑连接，使其集成 为具有交互能力的系统。 三、多媒体技术的特征 同传统的电脑技术相比，多媒体技术从本质上具有如下几个显著的特征： ( 一) 综合性。即信息媒体的综合性或多样化。( 二) 集成性。不仅指多媒体 系统的设备集成，而且也包含多媒体的信息集成和表现集成。( 三) 交互性。 向用户提供更加有效的控制和使用信息的手段。( 四) 同步性。多种感觉媒体 在显示上的表现是同步的。 四、多媒体技术的关键技术及其相关技术 多媒体技术是在一定技术条件下的高科技产物，它是多种技术的综合的结 晶。( 一) 压缩解压缩技术。在多媒体技术中，由于信息媒体的多样化，要 把音频和视频信号在有限的空间上存储和在现行的个人电脑总路线上正确传 输，必须采用压缩解压缩技术。( 二) 多媒体同步技术。在音频视频回放时， 必须实现同步输出。( 三) 多媒体传输技术。在多媒体技术中，信息的传输是 实现多媒体通信的关键。( 四) 多媒体声卡和视频卡技术。( 五) 多媒体存储技 术。在多媒体技术中，存储技术是前提条件。这是由多媒体的信息种类多样性 以及诸如静止图像、视频动态图像和声音等数字信息量大而决定的。 2 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a j 的尝试 ( 六) 多媒体触摸屏技术。这一技术伴随多媒体技术而产生的一种新的电 脑控制技术。( 七) 虚拟现实技术。虚拟现实( v r ) 是一种基于可计算信息的 沉浸式交互环境，即采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、昕、 触觉一体化的特定范围的虚拟环境。 五、多媒体技术实现的计算机系统多媒体计算机 多媒体个人计算机，即m p c ，就是集声、文、图、像于一体的具有多媒体 功能的个人计算机。从目前的m p c 系统来看，其基本特性可以大致归结为下列 几点：c d r o m ( 或d v d ) 驱动器；高质量的数字音响；图文并茂的显示；带有 管理多媒体的窗口软件通常是m i c r o s o f 公司的w i n d o w s 。 同普通计算机系统一样，多媒体计算机系统也是由多媒体硬件系统和多媒 体软件系统两大部分组成。多媒体计算机硬件系统由计算机主机、c d r o m 、声 音输入和输出设备、视频输入和输出设备、多媒体通讯传输设备等组合而成。 多媒体计算机软件系统可以划分为若干个层次：最底层，在多媒体硬件之上的 是多媒体硬件驱动程序，在它之上是多媒体软件支撑环境或称为多媒体操作系 统，接着是多媒体数据处理、编辑软件和多媒体创作工具软件，最上层是多媒 体应用软件。 六、多媒体技术的应用 随着多媒体技术的深入发展，其应用也越来越广泛，已经渗透到各个学科 领域和国民经济的各个方面。( 一) 分布式多媒体系统。包括分布式多媒体会 议系统、多媒体视频点播系统、多媒体监控和监视系统、远程医疗和远程教学 系统以及电视购物和家庭办公等多种应用系统。( 二) 电子出版物。现在书店 和图书馆中的电子书刊不断增加，未来的图书馆将走向数字化，实现无图书的 图书馆。另外，实现c a i ( 计算机辅助教学) 的课件也日益增多。 ( 三) 多 媒体家电。多媒体家电是计算机应用中的一个很大的领域。( 四) | 多媒体数据 库。多媒体数据库支持文字、文本、图形、视频、声音等多种媒体的集成管理 祁综合描述，支持同一媒体的多种表现形式，支持复杂媒体的表示和自理，能 对多种媒体进行检索和查询。多媒体技术的应用还有很多领域，如多媒体著 作工具、q c s c w ( 计算机支持的协同工作) 、多媒体网络、虚拟现实等等。 七、多媒体技术的发展前景和趋势 ( 一) 发展前景 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 多媒体化是信息系统或信息产业未来发展的极为重要的方向之一。最终的 结果，就是产生出新一代高度集成的、功能强大的、智能化的多媒体信息系统。 未来的“三电集成”、“三线合一”其结果都是系统的多媒体化。 ( 二) 发展趋势 多媒体技术的进一步发展趋势体现在以下几个方面：第一，完善计算机支 持的协同工作环境( c s c w c 0 m p u t e rs u p p o r dc o l l a b o r a t i v ew o r k ) 。目前 多媒体计算机的硬件体系结构及视频音频接口软件不断改进，尤其是采用了硬 件体系结构设计和软件、算法相结合的方案，使多媒体计算机的性能指标进一 步提高。但要满足计算机支撑的协同工作环境的要求，还需进一步地研究。第 二，智能多媒体技术。包括：( 1 ) 文字的识别和输入；( 2 ) 语音的识别和输入； ( 3 ) 自然语言理解和机器翻译。( 4 ) 图形的识别和理解；( 5 ) 机器人视觉和 计算机视觉；( 6 ) 知识工程以及人工智能的一些课题。第三，把多媒体信息实 时处理和压缩编码算法做到c p u 芯上片中。 ( 三) 多媒体技术在我国的发展 8 0 年代多媒体技术在美国兴起，随后引起电脑界的重视并得以迅速发展。 在我国，多媒体技术及其应用的发展起源于8 0 年代末。( 1 ) 在1 9 8 9 年，多媒 体技术在中国开始引起电脑界的注意。起初，电脑业专业人员主要把较多的工 作集中在多媒体应用系统的开发上。( 2 ) 大约是在1 9 9 0 年，我国的电脑业人 士意识到应该开发自己的多媒体软件工具、编辑软件和开发平台，以提高开发 多媒体应用系统的效率和质量。1 9 9 0 年- - 1 9 9 1 年这个时期，我们可以称之为 技术准备期。( 3 ) 从1 9 9 2 年初起，多媒体技术在我国进入了升温期。当时各 种报纸杂志中频频出现有关多媒体的文章，人们也可以看到种种应用实例。( 4 ) 1 9 9 3 1 9 9 4 年，多媒体技术开始进入应用时期。这期间我国的多媒体技术水 平有较大的提高( 如关键的压缩和解压缩技术、平台技术、多媒体数据库技术 等) ，与多媒体有关的产品也以不同规模推向市场。( 5 ) 1 9 9 5 年以后多媒体电 脑开始步入家庭，这也意味着多媒体技术的逐渐成熟。中国未来的多媒体市场 将无法估量。 一、c a i 产生和发展的历史 i 2 c a i 概况 c a i 的产生和兴起是教育领域中进行信息革命的最具有代表性的产物，它 标志着为适应信息社会的需要在教育领域中进行的又一次教育革命的开始。近 四十年来，c a i 的发展大体上经历了五个阶段：( 一) 1 9 5 8 1 9 6 5 年， 这是 c a i 发展的初期阶段。在这个时期，主要是以大学和计算机公司为中心开展 的软件硬件开发研究工作，并出现了一些具有代表性的系统。如美国伊里诺斯 4 大连理工大学硕士论文 在马列理论课中利用m c m 的尝试 大学研制的p l a t o 系统。( 二) 1 9 6 51 9 7 0 年，这一时期的特点是研究规模扩 大，并且将以前的研究成果投入应用。各国投入了大量的研究经费。同时，c a i 的制造业与销售业也有较大的发展。除了i b m 公司、c 1 ) c 公司和d e c 公司外， 1 9 6 6 年成立了c c c 公司，专门制造c a i 系统，并廉价出租各学校使用。( - - ) 1 9 7 0 1 9 7 5 年，这一时期c a i 的应用范围不断扩大，并进一步趋向实用化。 开发的科目除了数学，物理之外，在医学、语言学、经济学、音乐以及弱智儿 童教育、情报处理教育等多种学科领域均开展了c a i 的应用。另外，提出了人 工智能型c a i 的设计方案。( 四) 1 9 7 5 8 0 年代后期。 自1 9 7 5 年以后，大 型计算机辅助教育系统进一步完善，在7 0 年代初期微型机出现以后，标志着 计算机发展到了一个新的重要阶段。微型机进入教育领域之后，形成了极大的 冲击，低廉的价格、可靠的性能和相对容易的使用方法，使之成为多种教育环 境中的理想工具。在7 0 年代，对c a i 发展有重要意义的另外一件事是i c m ri n t e l l i g e n tc o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ) ，即智能计算机辅助教育环 境的出现。目前i c a i 已成为c m 发展的重要方向。( 五) 8 0 年代末以后。8 0 年代末和9 0 年代初，多媒体计算机的出现，被称为计算机的一场革命，它具 有能够综合处理文字、图像、声音、图形的能力，显示了在计算机辅助教育方 面的非凡才能，m c a i 很快成为c a i 发展的重要方向。 二、概念 计算机辅助教学，简称c a i 。从广义上讲，c a i 是指计算机在教育领域的 广泛应用，包括在数学、研究和管理中以各种方式使用计算机；狭义的c a i 是指教师讲计算机用作教学媒体，为学生提供一个学习环境，学生通过与计算 机的交互对话进行学习的一种教学形式。 m c a i ，即多媒体计算机辅助教学，是c a i 发展到一定阶段的产物。所谓 的m c a i ，简言之，就是应用多媒体技术，在多媒体硬件环境下开发的c a i 系 统，我们称之为m c a i 。 三、c a l 的特点 c a i 与传统的以教师为中心的单向交流式教学相比，最显著的区别在于 它的交互性、集成性和自适应性。( 一) 交互性是指c a i 实现了学生与计算机之 间的双向交流，学生能自己控制教学进度，参与教学活动，从而极大地提高学 习兴趣。( 二) 自适应性是指计算机能根据学生对问题的回答情况来决定教学内 容或进度，以适应各个学生的不同需要。( 三) 集成性是指使学生充分利用多种 教学媒体进行学习，并使教学中的几个过程( 讲课、听课、自检和考试) 融为 一体。 大连理工大学硕士论文 在马列理论课中利用m c a i 的尝试 四、c a i 的基本原理 c a i 是将计算机用作教学媒体，可以完成教学过程中对教学信息的处理 和传递。由于计算机在程序的控制下可以通过输出设备向学生呈现各种信息， 通过输入设备接收学生输入的各种信息，并对输入信息进行判断，根据判断结 果进行转移并提供有针对性的提示信息，因此，把具有教学功能的软件( 即课 件) 配置到计算机之后，计算机就能像教师一样，与学生构成教学系统，完成 一定的教学任务。学生通过与计算机的交互作用进行学习，其基本过程如下： ( ) 选择学习内容。( 二) 随机呈现教学内容。计算机将有关的教学内容按 一定的结构，用文字、图形、图像、动画、声音等形式呈现出来。( 三) 学生 接受教学信息。( 四) 计算机提问。( 五) 学生反应。( 六) 判断和反馈。计算 机接收学生的应答，判断学生回答的正确程度，根据不同情况给出适当的反馈 信息，必要时还要分析错误的原固。( 七) 反馈的强化作用。反馈在c a i 中是 非常重要的，它具有明显的强化作用。学生在作出反应之后，对计算机的反馈 信息特别关心，无疑使记忆非常深刻。( 八) 作出教学决策。根据学生对问题 的回答或测试情况，计算机作出下一步的决策：继续学习，或者复习，或者补 习或是结束。这些决策也可以由学生自己作出。 五、c a i 的基本模式 c a i 的基本模式也称教学策略，反映了利用计算机进行教学活动的交互 方式，通常有七种，但在实际c a i 课件中，可包含一种或多种模式： ( 一) 训练。是通过反复地练习而获得知识和技能。用于训练的程序分 为两类。一类是从计算机所存储的题目表中呈现教材，另一类是根据一个公式 或一种表格产生教材。 7 ( 二) 对话。是计算机与学生交互的主要形式。对话有两种类型：计算 机控制的对话，称为个别指导；学习者控制的对话，称为询问。 ( 三) 模拟。模拟是指在控制状态下对真实现象的表现。教学模拟大体 上有三种类型：任务执行模型、系统模型模拟、经验( 遭遇) 模拟。 ( 四) 游戏。游戏是指通过熟练地使用一套规则而成功达到目标的过程。 从教育目的来看，游戏可分为娱乐性游戏和教学性游戏。 ( 五) 计算机辅助测验( c a t ) 。利用计算机进行教学测验和评价，不仅 减少了教师大量的重复劳动，还能完成教师难以完成的工作。 ( 六) 河题解答。对于复杂的问题，学生利用计算机解决。学生先进行 分析、构造解决问题的表达式，然后设计和招执行计算机程序，最后得到正确 的结果。 ( 七) 发现学习。教师将学生置于构造好的环境中，并给他们提供探索、 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 分析和掌握新概念和原理的工具。 六、c a i 在教学活动中的作用 ( ) 有利于培养学生的学习兴趣，激发求知欲。 多媒体教学以大量视听信息、高科技表现手段来冲击学员的思维兴奋点， 加上虚拟现实技术和图形、图像、三维动画使教学内容表现得丰富多彩、形象 生动、使认知理论原理中情境学习理论等在教学中得到充分的体现，使学生变 被动学为主动学，创造性地进行学习。 ( 二) 利于突出教材重点难点，提高教学效率 多媒体可将抽象复杂的理论形象地表现出来，以解决教材重点、难点； 多媒体具有超大型媒体结构，学生在超媒体结构中学习，更能发挥其认知潜力， 加快获取知识的进度，提高获取知识的能力；运用多媒体教学，可减少教师教 学准备的重复性，同时多媒体和网络技术的结合，使信息检索更加方便快捷， 为教师的备课和研究提供极大便利。 ( 三) 用多媒体有利于实现因材施教。 由于多媒体教学采用图形交互界面、窗口交互操作，使人机交互能力大 大提高，这可以让学生在教学过程中具有决策权利，使他们能够根据自己的学 习需求和能力状况，选择适当的学习进度，可按要求选择内容，控制节奏，及 时反馈学习信息，真正做到教学信息的双向交流，实现了因材施教的教学方式。 ( 四) 运用多媒体教学有利于发挥教师的主导作用，提高教师的综合素质。 运用多媒体进行教学，教师不仅要熟练掌握计算机尤其是多媒体的使用， 而且还要能够运用多媒体手段设计和实施教学，科学地选择和编辑教学课件， 指导学生运用多媒体进行学习。 ( 五) 多媒体教学是扩大教学规模，实现远程教学的基础。 随着多媒体技术、网络技术和通信技术的发展，教育和教学活动不再局 限于狭小的教室和学校空间内，师生可在网上进行教学和交流。 ( 六) 多媒体教学有利于提高教学质量，实现素质教育。 多媒体教学课件在处理教学时数不断减少与教学信息量不断加大的矛盾 中发挥了无与伦比的巨大优势，它可以方便地实现素质教育，以适应现代教育 的需耍。 七、c a i 在教学中的应用 ( 一) 用于课堂演示教学； 这种教学方式主要以教师为中心。教师按照教学设计，选定适合本次教 7 大连理工大学硕士论文 在马列理论课中利用m c a i 的尝试 学的多媒体教学软件，然后进行教学活动。学生接受来自教师传递的教学信息 同时接受来自计算机传递的信息。 ( 二) 用于小组学习： 多媒体技术用于小组学习，是以学生小组活动为中心，学生利用多媒体 计算机进行学习的教学活动。 ( 三) 用于个别化学习； 多媒体计算机用于个别化学习，是学习者使用多媒体计算机独立进行学 习，与计算机之间发生交流的过程。在这种情况下，学生成为活动的中心和主 体。 ( 四) 用于训练与考试。 多媒体技术用于训练与考试，使得原来必须经过实际真实训练的内容，可 在多媒体教学系统上使用仿真软件来进行。 ( 五) 远程教学 这是指基于局域网、广域网，甚至i n t e i 计q e t 的开放性学习环境中的学习 模式。这种模式充分利用了网络所具有的信息容量大、资源共享、范围广、双 向交互等特点。 八、c a i 的发展概况和趋势 ( ) 国内概况： 我国开展c a i 的工作起步较晚。因而m c a i 的发展也比较晚。我国c a i 的 开展始于6 0 年代，近十余年的得到迅速发展。高等院校在c a i 的发展中起到 了带头及主力军的作用。我国c a i 的发展主要经历了以下四个阶段：第一，自 发的探索阶段。这一阶段在c a i 的教学环境、教学模式和制作课件的般原则 等方面都总结出了一套规律性的经验和见解，为开创我国的c a i 工作打下了一 个良好的基础。第二，开发课件著作工具阶段。利用高级语言编程制作课作， 工作量大，继承性差，所以出现了课件著作工具。第三，以计算机网络和多媒 体支持的m c a i 阶段。计算机网络和多媒体技术的迅速发展，为c a i 的普及提 供了极其有利的条件。在计算机网络支持下，c a i 的个体化教学形式的受益扩 大，学生可以从网络中的共享数据库调用所需的件。多媒体技术的应用直接导 致m c a i 的出现，为c a i 进入课堂提供了充分条件，这是c a i 的“群体”教学 形式。第四，以专家系统和人工智能支持的阶段。这个阶段是c a i 的高级阶段， 亦即智能c a i ( i c a i ) 阶段。 m c a i 和i c a i 将是今后一段时期内c a i 的发展方向。当前，全国高校正 在积极推广c a i ，重点大学大都建立了“c a i 实验中心”。国家教委组织成立了 “全国高等工业学校c a i 研究协作组”。1 9 9 7 年7 月在大连召开的国家教委c a i 协作组“工科c a i 课件开发及应用”研讨会以及1 9 9 8 年5 月在武汉召开的工 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 科c a i 协作组第三届年会，从一个侧面反映了我国c a i 研制开发的最新进展。 目前。国家教委投资6 0 0 多万人民币用于资助c a i 课件的研制与开发。国内的 c a i 开发必将取得更大的成就。 ( 二) 国外概况： 国外c a i 起步较早。计算机作为种信息处理工具，一经出现就引起了 教育工作者的高度重视，许多人在积极探索如何利用计算机进行辅助教学。 1 9 5 9 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 l 便以此为起点逐步发展起来。日本、加拿大、英国也先后于6 0 年代中期 和7 0 年代末8 0 年初开始研究c a i 系统。随着计算机技术的普及和发展，使得 c a i 得到迅速发展。在7 0 年代，对c a i 发展有重要意义的另外一件事是i c a i ( i n t e l l i g e n tc o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ) ，即智能计算机辅助教育环 境的出现。比较著名的i c a i 系统是卡波尔( j r c a r b o n e l ) 在1 9 7 0 年研制成 功的s c h o l a r 系统，此外比较著名的还有s o p h i e 、w e s t 、g v i d o n 等系统。目 前i c a i 己成为c a i 发展的重要方向。进入8 0 年代，多媒体技术和网络技术的 迅猛发展为c a i 注入了新的动力。i 9 9 0 年1 1 月，美国建立了一套分布于3 0 多个国家和地区的m c a i 系统“苹果计算机全球教育网”，使各国学生可 以通过因特网互通信息、互相学习。日本开发的p i n e n e t 系统也是一个面向 信息处理技术人员的多媒体教育网络系统。m c a i 是以计算机为主要媒体进行 的教育活动，即用计算机帮助教师执行教学功能的活动，它是使用图形、声音、 动画、图像等多媒体进行教学内容的呈现与传递，多媒体将文字、声音、图像、 图形、动画和视频集成一体，它代表着个广阔的计算机应用领域，又代表着 一种新的教育技术。 ( 三) 发展趋势： c a i 的发展趋势是与计算机技术、认知理论和教育学理论的发展密不可 分的。从目前来看，c a i 的发展有以下几种趋势：第一，与多媒体技术相结合， 形成m c a i ：第二，与网络通迅技术结合，形成网络c a i ；第三，与人工智能技 术相结合，形成智能c a i ；第四，与建构主义的教育学认知理论相结合。 因 此，c a i 的发展方向在于多媒体网络化和智能化，传统的基于行为主义学习理 论的c a i 将逐步让位于基于建构主义学习理论的c a i 系统。 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 一、开发背景 第二章系统分析 2 1 需求分析 马列理论课作为高等教育的门基础课程之一，其重要性是不言而喻的， 然而，人们对马列理论课的普遍印象是抽象、枯燥、刻板、缺乏生机活力。 究萁原因，并不在于理论自身，而在于传统授课方式方法没能够有效地展示 马列理论的鲜活性和时代感。因而，运用现代多媒体计算机技术开发出适合 马列理论课教学需要的m c a i 系统就成为当务之急。 本系统旨在利用最新的多媒体创作技术，创作出适合马列理论课教学需 要的m c a i 系统，改变传统的马列理论教学方式方法，提高教学质量。 二、开发目标 本系统力图达到如下目标： f 一1 优化课堂教学过程，增强课堂教学效果。 第一，浓缩教材精华，扩大教学容量。 马列理论课的教学内容知识面广，综合性强。从涉及的学科看，文理兼 有：从游历的空间看，遍及全球；从延展的时间看，更是历时上下几千年。 在课堂教学中，既不能过于详讲，也不能过于略讲。m c a i 的出现正好解决 了这一矛盾。m c a i 可以再现典型历史场景，使学生在几分钟内能跨越几二f 年的历史时空，纵横跋涉于广袤的多种学科领域，从而有效扩大了教学容量。 第二，变难为易，删繁为简，突破教学难点，突出教学重点。 马列理论教材中不仅包含许多历史知识，而且还有许多自然科学方面的知 识。由于受学生的知识基础和认识能力的限制，这些知识往往成了教学的难 点。m c a i 可以帮助我们化难为易，删繁为简。 第三，化抽象为形象，变枯燥为生动有趣，增强教学过程的趣味性和可信 性。 马列理论课教材中的大量的概念和原理很抽象，用传统的教学方法去讲解 很枯燥。同时，有许多概念、原理，由于学生对其缺乏感性知识，也使得教师 的讲解在学生心目中缺乏可信度，难以激发学生的求知欲和学习兴趣。m c a i 利用图形、图像、声音、动画技术等综合手段，将抽象问题形缘化，把枯燥的 丈字叙述变得生动有趣。 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 ( 二) 优化学生学习过程，提高教学质量 第一，多角度、多层次的信息刺激，强化学生对知识的记忆和理解。m c a i 声、图结合，将学生的眼、耳、手、脑等感觉器官均充分调动起来，强化了 学生对知识的记忆和理解。 第二，大容量的信息传输，适时的教师点拨，有利于培养学生的分析、 综合的思维能力。 第三，人机交互，双边互动，培养学生装在学习中的参与意识。 第四，扩展学生知识面，激活学生潜在的创造灵感。 三、功能要求 ( 一) 以全军统编的军队院校马列理论教材为蓝本，适合马列理论课堂 教学和学员自学的需要。 ( - - ) 具备多媒体特征，集声音、文字、图像、动画和录像于一体，使 内容和形式都丰富多彩。 ( 三) 具有包好的交互性，增强学生对教学的参与。 ( 四) 结构布局合理，操作灵活，界面友好。 四、数据要求 ( 一) 数据类型：文本、图片、声音、视频。 ( 二) 数据管理：按数据类型分类管理。 五、操作要求 以鼠标操作为主，键盘操作为辅。 六、运行要求 本系统既可运行于单机上，也可以在网上发布。只不过在单机上运行时， 互动教学模块的功能就难于实现了。 ( 一) 单机运行的环境要求：( 最低配置) 5 8 6 1 6 6 m h z c p u 、 3 2 m s d r a m 、s v g a 、8 x c d r o m 、w i n d o w s 兼容声卡、1 0 0 m 自由硬盘 空f 司、操作系统为w i n 9 x 的m p c 。 ( 二) 网上运行的环境要求：局域网或i n t e r n e t 。 2 2 开发模型 大连理工大学硕士论文 在马列理论课中利用m c a i 的尝试 开发模型是在软件工程实践中总结出来的软件开发的方法步骤。到目前 为止，主要有以下几种模型：瀑布模型、原型模型、螺旋模型、喷泉模型、 智能模型等。 根据系统的特点和功能要求，系统开发采用了传统的瀑布模型。瀑布模型 是由bw b o e h m 提出来的，是软件工程的基础模型，因而也被称为生存周 期模型，其核心思想是：从制作时间上按工序把问题化简，将功能实现与制作 分开，便于分工协作。用结构化分析与设计方法，将物理实现与逻辑表示分开， 从规模上将问题化简，将设计与实践结合，开发技术与管理技术结合，提出三 个开发阶段，七个流水依赖的步骤流程。 三个开发阶段是：定义阶段( 定义做什么的问题结构) 、开发阶段( 设计 如何做的体系结构) 、维护阶段。 七个步骤流程是：计划、需求分析、设计、编码、测试、运行维护、评价。 瀑布模型要求在软件产品生成之前对用户需求进行尽可能精确、完整的刻 商i 。， 、多媒体著作工具 2 3 开发工具 多媒体的著作工具主要有两大类：第一，可视化程序设计语言类。如v b 、 v c 、j a v a 、d e l p h i 等；第二，多媒体创作工具类。如a u t h o r w a r e 、d i r e c t o r 、 m u l t i m e d i a t o o l b o o k 、方正奥斯等。相比较而言，用第一类工具开发出的m c a i 在功能设计上有很大的灵活性，可以设计出有独特风格的新产品，但需要设计 人员有很高的程序设计技术和技巧，并且要熟悉w i n d o w s 应用程序的编制方 法，否则将达不到预期的效果，而且制作周期长，效率低，易出错，工作量大。 而用第二类工具进行创作，其优点是，能使创作者从繁杂的程序设计中解放出 来，而致力脚本的创作，提高应用水平，并且可以缩短开发周期。 本系统的开发所选择的是第二类工具中的a u t h o r w a r e60 ，主要基于以下 几方面原因： ( 一) 完全可视化的设计环境及先进的基于设计图标和流程图的程序设计 坛年长， 使用传统的方法设计程序，首先根据设计意图绘制程序流程框图，然后 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 着手实现每个模块。随着程序的增大，很有可能在成百上千行代码和几十个项 目文件中迷失方向。与其相比，使用a u t h o r w a r e 开发多媒体应用程序的过程 完全可视化，设计窗 2 1 中的流程图和设计图标使开发人员对整个程序的结构一 目了然，编写和修改程序的工作直接在程序流程图中完成，对程序的改动实时 反映在输出窗口中这正是开发人员长期以来梦寐以求的设计方式。 ( 二) 具备集成和处理各种多媒体数据的功能 从最简单的文本内容到最流行的f l a s h 矢量动画，甚至q u i c k t i m ev r 数 字化电影，a u t h o r w a r e 均可很好地运用和处理。a u t h o r w a r e 提供了对应于各 种多媒体数据的设计图标及其相应的多媒体处理函数，开发人员不用过分关心 多媒体数据的内部格式( 而这对于某些程序设计语言来讲是必须的) 。多媒体 数据根据使用需要，既可以保存在程序内部，也可以保存在程序的外部( 仅在 程序内部保存链接住处信息) 。 ( 三) 强大的交互控制功能和多样化的流程控制手段 a u t h o 九v a r e 提供了三种流程结构，1 1 种常用的交互方式，1 3 种导航方式， 以及多种反馈类型，因此使用a u t h o r w a r e 开发的多媒体应用程序可以拥有强 大的交互作用的控制能力。同其他多媒体创作工具相比，a u t h o r w a r e 的真正优 势就在于能够开发交互性很强的程序。 ( 四) 丰富的变量和函数 a u t h o 州a r e 同时提供了使用设计图标和编写代码两种设计手段，大量的系 统变量和系统函数，能够用于实现些较为底层或更高级的控制功能，使开发 人员在编写多媒体程序时对流程的控制更加得心应手。同时，由其他开发商开 发的丰富的外部扩展函数是对a u t h o r w a r e 系统函数的有益补充。 ( 五) 完善的调试手段 和其他程序设计语言一样，a u t h o r w a r e 提供了完善的调试手段：在程序中 增加断点，通过变量窗口实时跟踪和修改变量的值，通过控制台单步执行程序 以及在程序中添加调试信息等。 ( 六) 提供多种开发向导 a u t h o n a r e 为开发人员提供了多种开发向导，在其指引下，可以快速开发 多媒体应用程序或是常用的功能模块，从而大幅度提高工作效率。这些向导在 a u t h o n a r e 中称作知识模块，如果需要，开发入员也可以开发自己的知识模块。 ( 七) 可以使用库和模块选择板 a u t h o 九a r e 允许将现有的开发成果以库设计图标或模块的形式保存，在今 大连理工大学硕士论文 在马列理论课中利用m c 硝的尝试 后反复使用。开发人员只需将其拖动到流程图中，同时便于项目组内其他成员 共享，避免大量的重复劳动。 ( 八) 适合于不同层次的开发人员 普通的教学人员仅仅利用a u t h o r w a r e 提供的图标就可实现其教学设计思 想；一般的多媒体开发人员可在基于图标的开发模式基础上，灵活使用 a u t h o n a r e 所提供的系统变量和函数实现丰富的交互，开发产品级的多媒体软 件；高级开发人员或程序员则可以开发外部函数、a c t i v ex 控件，从而使 a u t h o r w a r e 的功能得到无限扩展。 二、多媒体数据库创建工具 针对本学科资料繁多、庞杂这一特点，系统在开发时使用了数据库这一高 效组织、存储数据的形式。 创建数据库的工具软件e e 较多，比如d e l p h i , s q l s e r v e r 、a c c e s s 等。 本系统选择了a c c e s s 作为多媒体数据库和题库的创建工具，主要基于以 下几点考虑： ( 一) 通用性。 a c c e s s 是当今最通用的数据库软件之一，不论是有经验的数据库用户， 还是初次使用数据库的用户，都可以方便地创建和管理数据库及数据表，进行 多种方式的数据筛选、分类、和查询。 ( 二) 强大的数据管理能力 a c c e s s 是真正的关系数据库管理系统。a c c e s s 具有主关键字和外部关键 字定义，并且在数据库中提供了完整性的引用，从而避免了不合理的更新和删 除。a c c e s s 数据表具有数据确认规则，以避免非精确数据在输入时被忽略。 它支持文本、数字、货币、日期时间、是否、备注及o e l 对象等字类型。 ( 三) 良好的向导 ( 四) 强大的动态数据交换( d d e ) 和对象链接与嵌入( o e l ) 功能。 ( 五) 简便的窗体和报表 ( 六) 灵活的数据查询 ( 七) w e b 特性的信息共享 1 4 大连理工大学硕士论文在马列理论课中利用m c a i 的尝试 ( 八) 全新的编程环境 ( 九) 丰富的内部函数和宏。 三、补充工具 ( 一) 软件工具：在系统开发过程中，先后使用了p o w e r p o i n t 、p h o t o s h o p 、 f r o n t p a g e 等软件； ( 二) 硬件工具：扫描仪、摄影机、数码相机、打印机等。 2 4 素材的采集、处理和管理方式 本系统素材分为两类：制作素材和内容素材。制作素材是指构建系统结构 时所需要的文字、声音、图像和视频资料；内容素材是指同学科内容密切相关 的文字