（车辆工程专业论文）《汽车设计》多媒体网络教学系统研究.pdf

摘要 随着汽车工业的飞速发展，大量新技术、新结构不断出现，对汽车教学提出 了更高的要求，采用传统的教学方式和教学素材己经很难胜任汽车设计课程 的教学要求。如何有效完成本门课程的教学任务，给学生留下深刻的理性和感性 认识已成为当前急于解决的问题。因此，开发一套该课程的多媒体教学辅助系统 已经十分必要。 本课题结合“汽车设计”课程本身的特点和现今多媒体的发展状况，探讨了 如何将现代多媒体技术应用于汽车设计计算机辅助教学上，研究了多媒体技 术中媒体的采集、制作以及合成方式，为此本文基于a u t h o r w a r e 平台开发出“汽 车设计”多媒体教学辅助系统。在系统设计过程中，利用3 d sm a x 和f l a s h 等动画 设计软件虚拟再现了汽车各部件的结构、工作原理和运动方式，使教学更加生动、 活泼；利用g o l d w a v e 、l a m e 图形界面m p 3 压缩器等音频处理软件有效压缩了系统 中的音频媒体文件，进而减少了整个系统的磁盘占有量；巧妙而综合地利用了按 钮、热区域、文本框等多种交互响应类型和超文本链接、g o t o 语句、导航图标等 跳转链接功能，成功的完成了本系统的交互设计；在面向c dr o m 打包发布的基础 上，对源程序进行优化处理，实现了课件的网络发布。 关键字：c a i 汽车设计3 d sm a xa u t h o r w a r e 音频 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ea u t o m b i l ei n d u s t r y ，ag r e a td e a lo fn e wt e c h n o l o g y a n ds 仃u c n l r ew a su s e di nt h ev e h i c l e w h i c hs e tah i g h e rr e q u e s tt ot h ea u t o m o b i l e t e a c h i n g u s i n gt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n gw a ya n dt e a c h i n gs o u r c eb e c a m ed i f f i c u l tt o s a t i s f yt h er e q u e s to ft h e ”a u t o m o b i l ed e s i g n ”t e a c h i n g h o wt oa c c o m p l i s ht h e t e a c h i n gd u t ys oa st ol e a v e sb e h i n dt h ep r o f o u n dr a t i o n a la n dp e r c e p t u a lk n o w l e d g e t os t u d e n t sh a db e c o m eae x i g e n tp r o b l e mt ob es o l v e d s od e v e l o p i n gas e tt h e m u l t i m e d i aa s s i s t e di n s t r u c t i o ns y s t e mo ft h ec u r r i c u l u ma l r e a d yb e c a m ee x t r e m e l y n e c e s s a r y c o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e ”a u t o m o b i l ed e s i g n ”c u r r i c u l u mw i t ht h e n o w a d a y sm u l t i m e d i ad e v e l o p m e n tc o n d i t i o n ，t h i st o p i cd i s c u s s e dh o w t oa p p l yt h e m o d e mm u l t i m e d i at e c h n o l o g yi nc a io f ”a u t o m o b i l ed e s i g n a l s oi th a ds t u d i e di n t h em u l t i m e d i at e c h n o l o g yi nt h ea r e ao ft h em e d i ag a t h e r i n g ，m a n u f a c t u r ea n d s y n t h e s i s b a s e do nt h ea u t h o r w a r es o f t w a r e ，a n ”a u t o m o b i l ed e s i g n m u l t i m e d i a c a is y s t e mh a db e e nd e v e l o p e d b ym e a n so ft h e3 d sm a xa n df l a s hs o f t w a r e ，t h i s s y s t e mr e a p p e a r e dt h e s t r u c t u r eo fv a r i o u sa u t o m o b i l ep a r t sa n dt h e i rw o r k i n g p r i n c i p l ea n dm o v i n gm o d e ，w h i c hm a d et h et e a c h i n gm o r ev i v i d l ya n dl i v e l y ；u s i n g g o l d w a v ea n dl a m em p 3e n c o d e r a u d i o f r e q u e n c y s o f t w a r e e f f e c t i v e l y c o m p r e s s e dt h es y s t e ma u d i om e d i ad o c u m e n t ，s oi tc o u l dr e d u c et h eo v e r a l ls y s t e m p o s s e s s i v ea m o u n t ：m a n yk i n d so fa l t e r n a t e l yr e s p o n s i b l et y p e ss u c ha st h eb u t t o n ，h o t s p o t ，t e x te n t r ya n ds oo n ，a n dt h ef u n c t i o no fj u m p st r a n s f e r sa n dl i n ki n c l u d i n gt h e h y p e r t e x tl i n k ，g o t os e n t e n c e ，n a v i g a t i o n i c o nh a db e e n u s e di n g e n i o u s l ya n d c o m p r e h e n s i v l y ，w h i c hw a sm o r eh e l p f u lt oc o m p l e t es u c c e s s f u l yi nt h ei n t e r a c t i v e d e s i g n i no r d e rt or e a l i z et h en e t w o r kp u b l i s h i n go ft h ec o u r s es o f t ，s o u r c ep r o g r a m w a so p t i m i z e do nt h eb a s eo ff a c i n gt ot h ec d r o mp a c k a g e k e yw o r d ：c a ia u t o m o b i l ed e s i g n3 d sm a xa u t h o r h 7 a r ea u d i o f r e q u e n c y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 敝储签名州够扣辟，日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签 导师签名： 引c 昆1 哪0 年gb ，z 日 ，锌6 月r 蝈 第一章绪论 1 1 选题背景 从2 1 世纪我国人才培养要求、教育改革方向和专业调整趋势看，专业课教学 学时数目将会越来越少，而随着汽车工业技术的不断发展，讲授的内容越来越多。 因此教师的讲解越来越困难，以往在课堂讲解中虽然配合一些教学挂图和教学模 型，但由于各方面条件的限制，学生所见到的实物和设备寥寥无几，缺乏感性认 识，很难建立起对汽车进行设计的整体概念，学生难学难懂，往往挫伤学生学好 该门课程的积极性，达不到预期的教学效果。如何在新的形势下采用新的教学手 段来提高学生的学习兴趣和学习效果，是目前车辆工程学科教师迫切需要解决的 问题。多媒体是利用计算机或其他电子设备传递的文本、图形、图像、声音、动 画和视频的组合。多媒体的应用领域非常广泛，包括产品演示、远程教学、公共 查询系统等诸多方面“3 。c m 是计算机辅助教学( c o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o n ) 的简称，是计算机应用于教育领域的一个主要方面，目前它正逐步形成为一门现 代教育技术的新学科，并正向信息化的方向发展，是各国计算机应用和教育技术 研究的重要课题“1 。中共中央国务院关于深化教育改革，全面推进素质教育的决 定中指出：实施素质教育其根本宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力。面 向2 1 世纪振兴教育的行动计划对教育提出了新的要求，大力开展计算机教学， 积极开展计算机辅助教学是全面实施素质教育的需要，也是培养学生创新能力的 需要。“工欲善其事，必先利其器。”在信息技术迅猛发展的今天，科学技术的 进步促进了教学技术的不断发展进步，多媒体计算机辅助教学为教学方法和教学 手段的改革开辟了一个崭新的前景。1 。我们的专业课教师也可以借助先进的多媒 体技术，利用计算机辅助教学。 论文依据长安大学教学研究课题“汽车设计网络教学系统的研究”，研究开 发了“汽车设计”多媒体教学系统，旨在改善“汽车设计”课程的教学手段，提 高教学质量。“汽车设计”是车辆工程专业的必修专业课程，内容量大，课时少， 并且随着现代汽车技术的不断发展，新技术、新结构不断出现，使得“汽车设计” 课程的图形及文本任务量越来越大，采用传统的教学方式和使用传统的教学素材 己经很难胜任本门课程的教学要求。这样c a i 教学系统在该课程中的应用就呼之 欲出，成了该课程发展的必然结果，成为教育技术现代化的必然趋势。正因如此， 我们提出了本课题，并在原有前辈的基础上进行了有益的补充。 1 2 计算机辅助教学的产生和发展 1 2 1 国外计算机辅助教学的发展 纵观计算机辅助教学发展，从c a i 的开发方式及依托的技术来看，我们可以 将它分为以下四个阶段： ( 1 ) 以计算机硬件开发为主的阶段。在c a i 发展初期，计算机被用来模仿教 学机器。人们把打字机、终端机、投影机等输入输出设备和计算机相组合，或给 计算机加装特定的硬件，成为一个特定的教学辅助机器，从而实现辅助教学的目 的。例如1 9 5 8 年，美国i b m 公司用一台i b m 6 5 0 计算机连接一台电传打字机，设计 了一个教二进制算术的计算机教学系统，c a i 以此为起点逐渐发展起来。 ( 2 ) 以计算机语言开发为主的阶段。随着计算机技术的发展，c a i 的开发重点 逐渐转向语言开发。这个时代开始的标志是美国伊里诺依大学在2 0 世纪6 0 年代初 开发的柏拉图( p l a t o ) 系统。该系统的设计思想已经比较明显地脱离教学机器时 代的限制。此后，c a i 系统开发便逐渐走上了以开发编程语言实现复杂教学模拟 的路子 4 。2 0 世纪6 0 年代中期，己有数种写作语言问世，其中比较著名的有：系 统发展公司中p l a n i t 、i b m 公司的c o u r s e w r i t e r 以及伊里诺依大学的c a t o 。现在 仍然有很多以计算机语言开发为主体的c a i 软件，例如许多高校运用v b ，c c + + 等 高级语言开发的实验数据处理和模拟过程雕 c a i 软件垆j 。 ( 3 ) 以多媒体对象为主的开发阶段。自2 0 世纪8 0 年代末以来，多媒体技术飞 速发展。尤其是m i c r o s o f t 公司推出的w i n d o w s 操作平台，使得多媒体计算机迅速 普及。鉴于多媒体信息含量大、表现力强等优点，广大的教育工作者将多媒体计 算机技术应用于c a i ，即产生了多媒体c a i 。许多国家都在多媒体计算机辅助教学 领域给予了极大的重视：日本从1 9 9 2 年开始，文部省实施“多媒体教育软件研究 与发展规划”。目前共有9 0 所中小学和1 2 个机构参与这项多媒体教育软件的研究 与发展计划。另外，文部省于1 9 9 4 年建立了一个“制订多媒体时代教育政策”的 工作组，该工作组于1 9 9 5 年1 月提交了一份关于“面向多媒体社会的教育政策” 的研究报告，并于i 9 9 5 年开始实施【7 j 。法国1 9 9 7 年制定了一项为期三年的“多媒 体教学发展计划”，计划至u 2 0 0 0 年从幼儿园到大学的每个学生都要加入多媒体学 习活动：幼儿应学习计算机图画与操作；小学低年级学生学习电子邮件通信；小 学高年级学生学习使用w e b 网络服务器；初中学生学习在i n t e r n e t 上操作：大学生 均建立个人网址。计划中还指出，拟将目前的教师培训学院和教师进修学院合并， 增设1 0 0 个计算机专业教师、培训1 0 0 0 名年轻博士从事多媒体教学，并将新教学 技术作为教师继续培训的最重要内容【8 j 。美国克林顿政府在1 9 9 6 年宣布了“技术 文化的挑战”方案，规定“每个教室都与信息高速公路连接：所有的教师和学生 在他们的教室中都将拥有现代化的多媒体计算机。显然，只有当学生和教师能够 使用多媒体计算机时，它们才能成为有效的教学工具”。2 0 0 1 年元月2 3 日，美国 本届当选总统乔治沃克布什在题为不让一个孩子掉队的教育报告中重申了 四个教育目标中的一个就是所有的教师和学生在教室里都将可以直接使用现代 的多媒体电脑 9 1 。在美国政府积极倡导计算机辅助教学的同时，美国的高校也积 极响应政府的号召。美国马里兰大学在a t & t 集团的资助下，设计建造了一个利用 计算机多媒体技术的教学课堂，并于1 9 9 1 年秋季开始投入使用【l o i 。美国伦赛勒工 业大学的计算机多媒体技术用于物理教学改革的研究项目一s t u d i op h y s i c s 项 目荣获1 9 9 5 年美国国家大学本科教学改革最高奖励这所大学的教学改革工作恰 恰可代表美国物理教学改革的水平】。美国麻省理工学院于2 0 0 2 年正式启动新型 多媒体数字图书馆系统，此系统具备处理该校教师和研究人员每年完成的总计1 万多份数字化科研成果的能力。这些成果包括期刊论文、技术报告和会议论文等， 囊括了文本、音频、视频和图片等各类媒体格式。有关人士认为该系统有可能成 为世界其他高校搜集、保存和利用电子化科研成果的样板【l ”。 ( 4 ) 以网络应用为主的开发阶段。从9 0 年中期开始，以全球信息高速公路的 迅速发展为标志，c a i 进入网络阶段【13 1 。其特征是教学资源网络化、全球化，可 以提供多种形式的网上教学资源，建构主义学习理论的基本概念和思想己渗透到 教育技术领域，其中影响最大的就是对学习环境的设计。学习环境是学习者可以 在其中进行自由探索和自主学习的场所，在此环境中学生可以利用各种工具和信 息资源来达到自己的学习日标与传统的c a i 系统相比，网络版学习环境能够积累 大量的信息资源【1 4 1 ；可以克服了时间和地域的限制，允许在教师和学生以及学生 之间进行动态的交澍1 5 l ；可以为每个学生提供平等的受教育的机会，在同一教育 水平下进行学习是教育战略中重要的一点，有利于激发学生的主观能动性；不同 教育背景的学生需要机会来体验个别的或者自我直接教育，从而使个体教育同自 我学习成为可能。互联网教育能够通过系统监测学生的特殊需要、能力或者学习 经验，并且及时给与学生反馈，由于学习是动态的、积极的、学生乐于学习的同 时强化了学习效果，从而提高了教育效果和教育成绩。网络版学习环境包括网络 教育、远程教育、在线教育等多种提法。从世界范围看，美国、瑞典、丹麦等发 达国家远程教育的发展水平都较高。最新的数据表明，美国4 0 的高等学校向全 社会提供各类远程教育，接受远程教育的学生占全日制在校学生的3 2 。前不久， 麻省理工学院宣布将把几乎所有的教材放置到互联网上供学生免费下载。这项名 为m i to p e nc o u r s ew a r e ( 麻省理工学院公开课程开发) 的计划耗资1 亿美元，计 划在未来1 0 年内把讲座笔记、阅读目录等相关材科都放置到互连网上，提供的课 程类别达到2 0 0 0 种以上。 1 2 2 我国计算机辅助教学的发展 我国计算机技术应用于教学改革的工作，从2 0 世纪6 0 年代至今先后经历了三 个阶段的发展【l 。 ( 1 ) 从2 0 世纪6 0 年代开始，n 7 0 年代结束。由于国内的具体情况，当时从事 这项工作的人很少，也没有走出研究室的范围。 ( 2 ) 2 0 世纪8 0 年代，计算机辅助教学有了较大的发展。大学、中学、小学的 教师对此很感兴趣，一些有条件的学校的教师开始自己动手研制教学软件。一些 高等学校在微型机上开发了计算机语言教学系统、数学、物理辅助教学软件包以 及辅助英语教学系统【1 7 】。在此期间，计算机辅助教育开始引起我国教育主管部门 的重视。1 9 8 6 年，原国家教委基教司成立了“全国中学计算机教育技术研究中 心”专门负责全国中、小学c a i 课件的研制与开发【l8 j ；1 9 8 7 年，成立了全国计算 机辅助教育学会。这个时期研制出的教学软件，起点还比较低，水平也不够高， 低水平重复的情况比较多。 ( 3 ) 2 0 世纪9 0 年代开始以来，计算机辅助教学在国内引起了各个方面的兴趣。 教育界、学术界、出版界和一些相关的公司都对此密切关注，尤其是教育行政部 门更加予以重视。高等教育司在1 9 9 3 年和1 9 9 4 年分别组织高等工科院校和理科院 校成立了c a i 协作组，组织和指导高等学校c b e 的应用和研究工作【1 7j 。高等教育司 还于1 9 9 6 年底确立了一个“九五”国家重大科技攻关项目：“计算机辅助教学软 件研制开发与应用” 1 9 1 。国家教委己制定有关条例，把c a l 2 1 2 作开展作为学校评 价的一项指标。启动2 1 1 工程中，把各校的c a i 建设作为申请进入2 1 1 的一个必要 条件。目前的c a i 课件开发队伍主要包括大学理工科、师范院校。师范院校对c a i 从教育学、心理学、认知理论方面研究较多。工科院校硬件设备比较好，教改要 求迫切，某些课程已经开发出成套的c a i 课件。国家教委与高等教育出版社拨款 l j j 万元制作了各类大学理科计算机辅助教学软件及试题库。华南理工、西南交 大、清华大学、北京航空航天大学等分别研制了专用教学软件。国内c a i 课件的 运行环境、质量评价操作方法等逐渐完善 2 。1 9 9 9 年初国务院发布的面向二十 一世纪振兴行动计划中明确提出：实施“现代远程教育工程”，形成开放式教 育网络，构建终身学习体系。2 0 0 0 年7 月己经建成卫星视频包括与中国教育科研 网国家主干网相结合的远程教育系统。这是一个具有双向交互功能的现代远程教 育卫星宽带多媒体传输平台。“现代远程教育工程计划到2 0 1 0 年，基本建成各 类高等远程教育所需要的远程教育教学和课程体系。中国的远程高等教育长期由 专门的院校承担，即著名的中央广播电视大学，随着社会的发展，仅仅依靠中央 广播电视大学一所院校的师资力量，还是难以满足众多的高等教育需求。早在 1 9 9 6 年，清华大学校长王大中率先提出发展现代远程教育即网络教育；1 9 9 7 年， 湖南大学与湖南电信合作，建立了中国第一所网上大学。1 9 9 8 年9 月，国家教育 部正式批准清华大学、北京邮电大学、浙江大学和湖南大学4 所高校和中央广播 电视大学为国家现代远程教育第一批试点院校，在实践中积极探索现代远程教育 的教学模式与管理方式。2 0 0 0 年7 月国家教育部批准中国人民大学等巧所高校为 开展现代远程教育第二批试点院校。同月又批准北京师范大学等1 1 所高校开展现 代远程教育试点。2 0 0 1 年全国网络高等教育学生总人数已达5 5 7 1 8 人。c a i 的发展 始终与媒体技术的发展紧密地联系在一起1 2 “。随着多媒体技术的起步，多媒体教 育软件的开发和应用也呈现了蒸蒸日上的趋势。 国内多媒体教育软件目前主要包括以下几类。“： ( 1 ) 学校教育类。这一领域的厂商主要有：树人、园丁、鹏博士、翰林汇、科 利华、苦丁香家教等。著名的品牌有科利华公司的c s c 教育软件、翰林汇多媒体 课堂、树人家庭教育系列软件等。其中c s c 教育软件作为电脑家教类的著名软件， 被列为国家级火炬计划项目。 ( 2 ) 电脑学习类。电脑学习类软件包括电脑操作类和应用软件学习类两类。 如：o f f i c e 办公系统的应用、p c 组装实验室、跟我学3 ds t u d i o 、学习c o r e ld r a w 等。 ( 3 ) 外语学习类。如走遍美国、轻轻松松背单词等。 ( 4 ) 专业技能学习类。包括学音乐、学法律等的软件。这方面的代表作品有 微软的贝多芬：第九交响曲。对目前各类多媒体教育软件进行统计，得出 各类多媒体教育软件的相对比例大约是：电脑学习类占4 7 、外语学习类占3 9 、 学校教育类占9 、专业技能学习类占5 。从上面统计我们可以看出，多媒体教学 软件主要是面向计算机学习和外语学习的，面向大专院校的各类学科专业的多媒 体教学软件是目前教学软件中的薄弱环节。这就为制作面向学科、专业性强的多 媒体教学软件提供了一个广阔的发展空间。 1 3 多媒体计算机辅助教学的优越性 与传统的教学手段相比，多媒体计算机辅助教学优越性体现在以下几个方 面： ( 1 ) 生动形象，可以更好地激发学生学习兴趣，集中学生注意力。从某种意 义上讲，激发学生的学习热情比直接教给学生知识更重要、因为课堂教学不可能 教给学生一生需要的知识，而主动求索和开拓进取的精神则会使学生终身受益。 近年来，由于扩招，学生人数激增，教师经常要面对三、四个班进行大课堂教学， 若用传统的教学方法教学，单调枯燥的讲解往往使学生难于集中注意力听讲，交 头接耳、看课外书等现象屡见不鲜，教师在授课同时，经常不得不花大力气想方 设法维持课堂秩序、采用多媒体教学，文、图、声、像并茂，非常清晰的大屏幕 投影，易于吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，提高教学质量【2 ”。 ( 2 ) 减轻教师工作强度，提高课堂效率。多媒体教学能够大大减少教师在课 堂上板书和画图的时间，提高课堂时间利用。借助于计算机强大的储存功能和数 据处理能力，教师只须用一只小小的鼠标，就可以避免多次交换使用录音机、录 像机、幻灯机、实物投影仪、挂图等等，既节约了宝贵的时间，又大大提高了信 息输出型2 0 ”】。 ( 3 ) 易于突破教学中的重点和难点。多媒体教学可将许多抽象难懂的内容变 得生动有趣，把空间的距离变近或变远，把微观的事物放大，把宏观的事物缩小， 突破时空限制，可使学生在短时间内建立感性认识【2 “。 ( 4 ) 具有交互性。这是计算机多媒体技术的最突出特性，它能使信息发送和 接收两者之间进行实时的交换，而不像电视、广播那样，人们只是被动接收节目 内容 1 9 】。 ( 5 ) 长期有效的保存教学素材。可以有效持久地保存教师的教案，把教师从 重复劳动中解脱出来，把主要精力用于提高教学质量上。制作的课件可以刻录到 光盘上，实现永不磨损。学生可以克服时间和空间的限制进行学习，对教学内容 可以进行回放1 2 4 j 。 ( 6 ) 能实现远程教学与资源共享。教师不仅可以利用计算机分别对学生进行 个别化教学，而且还可以通过计算机网络进行远程教学，实现资源共享。 1 4 课题的研究意义和内容 1 4 1 课题的研究意义 汽车设计课程的特点和传统教学方式的瓶颈所在： ( 1 ) “汽车设计”是一门涉及多个学术领域的学科，而不同的学术领域要求 采用不同的教学方法和教学手段、选用不同的教学素材、甚至要求不同的教学场 所，采用传统的教学方式很难组织起一个统一有序的教学形式。而这一点，运用 多媒体的集成性可以达到。 ( 2 ) 它也是一i q 内容抽象的学科。仅使用描述性的文字和补充说明性的图形、 图表很难描述清楚其设计思想。这样，二维、三维的模拟动画就显得很有必要。 ( 3 ) 图表繁多是“汽车设计”课程的又一大难点。采用传统的教学方式进行 教学常常会陷入教师在匆忙板书复杂图表而学生在无奈等待的尴尬局面。而多媒 体c a i 的及时响应性，不仅可以大大提高教学效率，提高教学素材的准确性，而 且可以把教师从繁重的重复工作中解放出来，使他们可以集中精力进行知识点提 炼，思索怎样更好的组织教学。 ( 4 ) “汽车设计”的文字教材及其辅导材料都是以线性结构来组织，知识内 容的结构及顺序都是以教为主，阅读时顺序性很强。学生学习自由度不大，灵活 性不强。不利于学生进行发散性思维，联想原有的知识，获得新的知识。而采用 非线性结构组织教学素材的c a i 可以避免这一不利因素。 ( 5 ) 汽车设计多媒体c a i 也可以解决教学经费紧张，教学设备陈旧的困难， 在一定程度上可以代替部分实习内容。 因此，开发汽车设计多媒体c a i 课件具有较大的理论意义和实用价值。 1 4 2 课题的研究内容 ( 1 ) 探讨多媒体课件设计与c a i 学习理论、多媒体技术之间的关系，并在此基 础上提出一个c a i 系统的开发思路； ( 2 ) 多媒体技术中媒体的采集、制作以及合成方式； ( 3 ) 如何将现代多媒体技术应用于汽车设计多媒体辅助教学上； ( 4 ) “汽车设计”多媒体教学系统中音频素材的压缩技术和动画设计； ( 5 ) 通过对课程特点、教学对象、运行环境、教学模式、课件类型、系统开 发工具等多个方面系统而全面的分析，开发出“汽车设计”多媒体教学系统； ( 6 ) 实现系统的网络发布，以此扩大系统的影响范围。 第二章c a i 系统设计 2 - 1多媒体c a i 系统的特点 2 1 1 多媒体的定义及发展 多媒体是当今人们为了体现计算机技术发展成果而发明的新名词，是人们对 计算机技术的肯定，多媒体不仅继承了原有媒体的优点和长处，而且取得长足进 步，促进了信息时代技术的发展。 媒体来自“m e d i a ”这个复数形式的拉丁音译，现代意义的媒体是随着现代 报业的发展而来的大众媒体，是指面向大众承载和传播新闻信息的传播工具，例 如报社、电台、电视台等。 传播学领域内，现代媒体是用印刷、广播、影视等方法作为传播方法( 也就 是专业所指的媒介) 。面向视觉的媒介有报刊、杂志，面向听觉的有广播、磁带， 视听兼有的是电影、电视等等。电子领域内，通常所说的“媒体”( m e d i u m ) 包括 其中的两点含义。一是指信息的物理载体( 即存储和传递信息的实体) ，如书本、 挂图、磁盘、光盘、磁带以及相关的播放设备等；另一层含义是指信息的表现形 式( 或者是传播形式) ，如文字、声音、图像、动画等。多媒体计算机中所说的 媒体，是指后者而言，即计算机不仅能处理文字、数字之类的信息，而且还能处 理声音、图形、电视图像等各种不同形式的信息。电子计算机出现以后，特别是 随着计算机“奔腾时代”的到来，借助p c 机进行精美的多媒体演示已经不是什么 难事。加上互联网时代的到来，电脑也具有现代媒体的一切功能，个人信息发布 几乎不受硬件的限制，唯一的区别就在于受众的范围和效果。电脑成为新一代 “媒体”以后，他不仅用现代媒体的全部功能，还能够实施互动( 同时进行的双 向传播) ，涉及领域几乎无所不包，对于这个新生的、几乎全能的、能够互动 的传播手段，人们统称之为多媒体。多媒体是相对于现代媒体而言的。多媒体的 英文单词是m u l t i m e d i a ，它有m e d i a 和m u l t i 两部分组成，一般理解为多种媒体的 总和。多媒体技术不是各种信息媒体的简单组合，他把文本( t e x t ) 、图形 ( g r a p h i c s ) 、图像( i m a g e s ) 、动画( a n i m a t i o n ) 和声音( s o u n d ) 等形式的 信息结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，能支持完成一系列交互式 操作的信息技术。这使得多媒体就享有了一个综合的概念，将现代媒体中的媒体 概念和媒介概念合二为一。但是，多媒体技术中的媒体多数情况下还是现代媒体 概念中的媒介，即信息的表现形式或传播形式，如文本、图形、图像、动画、音 响等这些变形是经过电脑处理后的综合体现。多媒体技术的发展改变了计算机的 使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用品变成了信息社会的普通工具， 广泛应用于工业生产管理、学校教育、公共信息咨询、商业广告，甚至家庭生活 与娱乐等领域。多媒体产品以其美妙的声音，精美的图形、图像，富有动感的动 画，以及独有的互动形式，极大的刺激了电脑的普及，使电脑、光驱的生产数量 逐年大幅提高，与此相关的书籍、杂志、报纸和光盘一批又一批的出版发行。多 媒体不再只停留在高档的专业用户手中，它已经深入到千家万户。 2 1 2 多媒体c a i 系统的特点 多媒体技术集图、文、声、像于一体，实现了信息传播一体化，在教育中的 应用前景十分广阔。多媒体环境下的c a i 课件，功能更强，适用于个别化教学的 教学环境。多媒体c a i 系统较之以往的c a i 系统呈现了如下的特点： ( 1 ) 集成性强。 众所周知，人类的感知行为包括视觉，听觉和触觉三种不同模态，多媒体信 息可以很好地适应不同个体在认知形态上的个体差异。 人类的学习过程是通过自身的眼、耳、鼻、舌、身等感官把外界的信息传递 到大脑，经过分析、综合而获得知识的过程。人类过的来源是多方面的，特瑞赤 拉( t r e i c h e e r ) 认为，人类的学习，1 o 是通过味觉，1 5 是通过触觉，3 5 是通过嗅觉，1 1 o 是通过听觉，8 3 o 是通过视觉。特瑞赤拉在阐述人类的技艺 和感官之间的关系时还指出：人们一般可以记住自己阅读到的1 0 ，听到的2 0 ， 看到的3 0 ，看到的和听到的5 0 ，交谈时所说的7 0 。这说明在人类获取知识的 过程中，视觉起了极其重要的作用。 c a i 系统完全提供了这样一种学习环境和综合型的学习方式，学习者在其间 能够最大限度地发挥各种感官的功能，如多媒体中的文字、图像、动画、视频可 以作用于视觉，旁白解说，示范朗读，背景音乐可作用于听觉，一致的界面，友 好的交界式操作则更是发挥了人的眼、耳、手等感官的协同作用。 ( 2 ) 信息结构多样化，高度交互。 在现代的多媒体教学软件开发系统中，越来越多地引入了超媒体( h r p e r m e d i a ) 的概念和方法，目的是将多维的教学媒体信息用以超媒体结构实施有效的组织， 最终开发出灵活多样、便于控制、适应性强、并具有全方位立体信息空间的多媒 体教学软件。在超媒体结构化的多媒体教学软件中，他的最大特点是能引发学习 者的想象力和创造力，并满足个体化学习要求。如动画可以千变万化，随心所欲 的去创作；图像可以使原来肉眼看不清楚的东西放大，旋转，做出各种奇妙的变 化；学习者不但可以通过友好的交互选择和感知，而且还能亲自动手编辑和创作。 这种多媒体c a i ，充分利用了多媒体技术的交互性，可以在c a i 中实现文字、图像、 声音、图形、动画等各种信息以交互方式传递，增强t c a i 系统的交互性，使学 习者真正参与到教学中去，成为教学的主体，最大限度地发挥学习者的能动性。 ( 3 ) 界面友好、操作简便。 在现行的多媒体计算机系统中，不管是系统软件还是应用软件，都提供了非 常友好的用户界面，可以使学习者不必有任何心理障碍和负担，便可轻松自如， 得心应手地完成各种学习操作。 ( 4 ) 信息量大，重现力强。 利用多媒体系统先进的声音与图像压缩处理技术可以在极短的时间内存储、 传输、展现大量的图、文、声并茂的教学信息，这在一般的教学软件中是根本不 可能的。由于多媒体信息的存储和处理过程都是数字化的，这就使得多媒体教学 系统可以高质量地实现原始图像和声音的再现，编辑和特技处理，使真实图像， 原始声音，三维动画以及特技效果的一体化达到实用而完美的程度。 ( 5 ) 信息操作运行多样化。 系统中的信息除了输入、输出、存储、检索等常规操作外，还要进行图像声 音的压缩和恢复，图形的分解和合并，部分图像和图形的输出及多媒体的特殊操 作。 2 2c a i 系统的设计原则及要求 2 2 1 c a i 系统的设计原则 在c a i 系统软件的开发过程中，核心问题是c a i 课件的开发。c a i 课件能为学 习者提供一定的学习环境，通过学习者的参与完成教学任务。因此，由多媒体c a i 展开的教学活动，应满足学习理论指出的学习规律，这也是进行c a i 课件设计时 所应遵守的原则。在多媒体c a i 课件的发展过程中，曾经出现过三种学习理论提 供的设计原则。 ( 1 ) 行为学习理论提供的设计原则 行为心理学认为，学习起因于对刺激的反应。认为把学习者置于一个特定环 境里，给他以特别的刺激，当它做出明确反应时学习就发生了。在这一理论指导 下，c a i 的设计十分强调刺激、反应和强化。根据行为学习理论，提出了四点c a i 课件设计原则。 接近原则 即反应必须在刺激之后立即出现，如果刺激和反应之间的时间间隔过长，与 刺激相对应的反应将被淡化。 重复原则 重复练习能加强和促进记忆。 反馈与强化原则 学习者必须得到有关反应的适当信息，反馈正是给学习者提供了关于他的反 应的结果，说明反应是正确的，或是错误的。如果反应多次出现，则反馈具有强 化的功能，特别是在错误的反应之后，反馈具有更重要的意义。 提示及其衰减原则 提示及其减少涉及到提供几个刺激或变换刺激以形成所期望的反应。在减少 提示的条件下，朝着所期望的反应引导学习者，从而完成学习。 ( 2 ) 认知学习理论提供的设计原则 认知理论认为，刺激作用于学习者的感观，使神经系统产生相应的活动。认 知理论是从内部心理过程来解释人类的行为，强调人的知识是由外界刺激和认识 主体内部心理过程相互作用的结果。根据这种理论，把学习过程解释为每个人根 据自己的态度、需要、兴趣和爱好并利用过去的知识与经验对当前的学习内容做 出主动的，有选择的信息加工过程。根据认知理论，为c a i 设计提出了以下原则。 科学性原则：为了正确地引导学习者学习，必须保证课件中所要表达的知 识具有科学性，措辞要准确，行文要流畅，符合知识的内在逻辑体系和学生的认 知结构，同时还要考虑课件使用对象的不同特点。为此，在“汽车设计”c a i 课 件的设计中要做到： 1 ) 先确立明确的目标，围绕此目标展开教学； 2 ) 课件所呈现的教学内容，包括字幕、动画、声音、图形等，都要意义明确， 准确无误； 3 ) 规范语言和图例，消除歧义性。本课件虽然主要是供助教而用，但也兼顾 助学。当教师不在场时使用本课件，如果呈现的内容含糊其辞，或者表达方式过 于特殊，就容易给学生造成误解，若不能及时得到纠正，就会对学习产生不良影 响； 4 ) 学以致用，在课件中联系大量实际问题进行论述。 学习规律原则：教学软件的任务是帮助教师搞好课堂教学，帮助学生学好 有关课程，起到辅导、测试、练习等作用。其关键的原则就是要符合学习规律， 引导学生独立地进行有效的学习。“汽车设计”c a i 系统注意了以下几点： 1 ) 开始时，提供充分的材料，呈现该课程的总体结构、内容概况和学习流程， 使学习者了解学习的目的以及要达到的具体目标； 2 ) 贯彻少而精的原则，突出重点； 3 ) 注意前后知识点之间的联系，启发学习者回忆已经学过的有关内容，从而 自然过渡到对新学习内容的注意； 4 ) 分散学习难点，及时提供练习和测验，在确信学生己经掌握的情况下继续 向后学习，保证学习的质量。 主动性原则：为了收到良好的学习效果，应该让学习者在学习过程中按照 自己的实际情况来主动进行学习。一个好的教学软件，应该让学习者具有相当的 主动性。为了做到这一点，在“汽车设计”c a i 系统中采取了以下措施： 1 ) 用计算机具有的图形、动画、声音等多媒体功能，增加学习内容和教学过 程的趣味性，使学生容易进入积极的学习状态，并能持久保持； 2 ) 提供充分的纲要性材料，使学习者在学习之前就对课程教学要求有个明 确的认识，有目的地去进行学习。 个别化原则：学习者的学习水平和接受能力是有差别的，在课件设计中应 充分考虑学习者的具体情况，允许学习者根据自己的能力和需要在一定程度上选 择学习内容和进度。 教学设计原则：要重视教学设计，即要注意分析学习者的特征、要分析教 学目标和教学内容的结构、要设计符合学生认知心理的知识表现形式，设计能够 有力地促进主动建构知识意义的学习策略。 最佳界面效果原则：为了加强教学效果，课件设计中应仔细考虑界面的教 学效果； 1 ) 计算机屏幕上显示的文字要简练，意义要明确； 2 ) 画面的内容要尽量围绕教学内容： 3 ) 画面要清晰，通过加粗、放大或音响效果等技术来突出教学重点； 4 ) 画面的布局要合理调配，注意文字和图形的平衡； 5 ) 界面要美观，符合学生的视觉心理：形式富于变化，使教学生动活泼； 6 ) 界面风格要统一，提示信息要规范、详细、准确、恰当，操作简单方便， 不需要大量的预备技能。 实用原则：计算机技术的发展为我们提供了声、文、图、像、动画等多种 表现手法，我们在设计课件时应量“需”而用，不能为了追求所谓的“先进性” 而堆砌各种多媒体功能。 内容和结构分离的原则：在“汽车设计”c a i 课件设计过程中，应尽量将 课件内容和结构分离，这主要是出于以下两点考虑： 1 ) 课件是以“汽车设计”各分支为单元分别展开的，为了提高课件的开发效 率，单元课件的结构应具有很强的通用性。将内容和结构分开，课件的编写效率 会得到很大的提高，也保证了课件风格的总体一致性； 2 ) 由于受课件开发者知识水平和开发能力的限制，软件本身不可能是十全十 美的，需要在实用过程中不断改进。同时，随着学科和社会实践对课程内容要求 的变化，教学内容也会有所变化。这样就要求在使用过程中对课件的内容进行删 减和修改。课件内容和结构相分离将使这种维护工作比较容易实现。 2 2 2 c a i 开发的基本要求 c a i 作为一种新的教学手段，要根据教学目标实现一定的教学目的，因此在 开发c a i 过程中应达到以下的基本要求： ( 1 ) 正确表达学科知识内容 在c a i 中，教学内容是用多媒体信息来表示的。各种媒体信息都必须是为了 表现某一个知识内容，为达到某一层次的教学目标而设计或选择的。而且各个知 识点之间应建立一定的关系与联系的形式，以形成具有学科特色的知识结构体 系。 ( 2 ) 反映教学过程和教学策略 在c a i 中通过多媒体信息的选择与组织，系统结构、教学程序、学习导航、 问题设置、诊断评价等方式来反映教学过程和教学策略。一般在多媒体c a i 中大 都包含有知识讲解、举例说明、媒体演示、提问诊断和反馈评价等部分。 ( 3 ) 具有友好的人机交互界面 交互界面是学习者和计算机进行信息交换的通道。在c a i 中，交互界面形式 包括有窗口、菜单、按钮、图表和快捷键等。 2 3 c a i 系统的设计理论 课程软件( 简称课件) 是一种具备一定教学功能的计算机辅助教学软件，它包 括教学中的各种信息及其处理。开发一个c a i 课件也就是开发一个多媒体应用软 件，根据软件工程对软件制作的要求及多媒体教学软件的基本要求，c a i 课件作 品开发的一般流程如下图。 图2 - 1c a i 课件作品开发的一般流程 ( 1 ) 目标分析 根据教学内容，明确要实现的教学目标，以及实现教学目标的途径教学 策略的分析，确定课件的框架和表现方法：进行课件的总体设计。 ( 2 ) 脚本编写 课件的脚本是课件的设计蓝图，作者应该根据教学目标，确定课件的具体表 现方法和内容，直到每一屏幕( 页) 的具体内容安排，如各种媒体的排放位置、媒 体元素出现的时刻、交互方式以及画面的链接等，都要非常具体和明确。脚本的 设计还要根据创作工具的特点以及人接受信息的心理特征等综合因素来考虑。脚 本的设计过程实际上就是一个创意过程，创意的好坏取决于对教学内容的理解程 度以及创作人员的水平，对课件的最终质量有很大的决定作用。 ( 3 ) 素材准备 多媒体课件中的基本元素素材，有相当一部分要事先准备好，如文字、 图像、声音、动画、影像等原始素材，需要通过一定的方法采集或制作，有些还 需要预处理和编辑，如课件中需要的某一图像的数据，我们可以通过图像素材库 ( 如素材光盘)