（教育技术学专业论文）多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究.pdf

_ 摘要 伴随着现代信息技术的迅速发展，多媒体教学软件在教学中的应用越来越普遍。无 论是教师还是学生都体会到了教育软件的优势所在，已有无数的一线教师把更多的精力 投入到多媒体教学软件的设计与开发上。然而，由于一线教师缺乏教学软件设计理论的 指导与开发技术上的支持，使得许多一线教师在多媒体教学软件的设计与开发上存在误 区，主要表现在：第一，不知道开发什么样的软件能够帮助学生学习；第二，教师没能 真正了解多媒体教学的优势所在，只是把它当作了演示的工具而没把它当成学习的平 台：第三，教学软件的设计者们都把如何更加精彩地呈现各种各样的多媒体信息作为设 计的核心任务，忽视了教学软件与作为信息的主动加工者的交互，使得教学软件不知不 觉中陷入了媒体技术的束缚。 针对该问题，本研究立足于国内外有关人机交互特性的阐述和实践经验的总结，尝 试将学习理论、教学设计理论、沉浸理论应用于多媒体教学软件人机交互设计中，并对 影响人机交互的要素进行分析与设计，创设出满足学习者需求的虚拟交互学习环境，实 现人机的及时的、虚拟的对话，从而更有效地激发学生学习动机，增强学习效果，促进 学习迁移。 在本研究中，笔者首先对多媒体教学软件及其人机交互的基本概念进行了阐释，探 析了学习理论、教学设计理论与沉浸理论对多媒体教学软件交互设计的指导作用，以此 为基础，对影响多媒体教学软件人机交互设计的几个关键要素进行了设计，包括：人机 交互策略、人机交互界面、人机交互类型、人机交互模式与控制方法、人机交互情感与 帮助。最后以多媒体教学软件“田忌赛马 个案为例，结合中学生的交互需求对软件进 行了人机交互设计与开发。旨在为一线教师和专门的教育软件开发人员提供指导和帮 助，并希望在一定程度上促进多媒体教学软件人机交互性的研发。 关键词：多媒体教学软件，人机交互，交互设计，开发 w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n b e c o m e sm o r ea n dm o r ep o p u l a ri n e d u c a t i o n a ls o f t w a r e ，a n dan u m b e r m u l t i m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t w a r e h o w e v e r , m a n yt e a c h e r sh a v em i s c o n c e p t i o na b o u tt h ed e s i g na n d d e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t w a r e ，b e c a u s ef r o n t - l i n et e a c h e r s a r el a c ko fe d u c a t i o n a l s o f t w a r ed e s i g nt h e o r yi n s t r u c t i o na n dt e c h n o l o g ys u p p o r t t h em a i nm a n i f e s t a t i o n s ：f i r s t ，t e a c h e r sd on o t k n o ww h i c hk i n do fs o f t w a r ec a nh e l ps t u d e n t sl e a r n i n g ；s e c o n d ，t l l e yd on o tr e a l l yu n d e r s t a n dt h e a d v a n t a g e so fm u l t i - m e d i at e a c h i n g ，j u s tt r e a ti ta sat o o lf o rt h ed e m o n s t r a t i o nn o tal e a r n i n gp l a t f o r m ； t h i r d ，t h ed e s i g n e r so fe d u c a t i o n a ls o f t w a r et h i n kt h ec o m i s s i o ni s t op r e s e n ta 而d ev a r i e t yo f m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n ，a n dn e g l e c t e do fi n t e r a c t i n gb e t w e e ne d u c a t i o n a ls o f t w a r ea n da c t i v ep r o c e s s o ro f i n f o r m a t i o n ，w h i c hm a k i n gt h ee d u c a t i o n a ls o f t w a r et r a p p e di n t o t h es h a c k l e so fm e d i at e c h n o l o g y u n k n o w i n g l y f o rt h ep r o b l e m ，t h ea u t h o ra t t e m p ta tp u t t i n gl e a r n i n gt h e o r y , i n s t r u c t i o n a ld e s i g nt h e o r ya n d i m m e r s i o nt h e o r yu s ei n t oh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nd e s i g no ft h em u l t i m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t w a r e ， w h i c hb a s i n go nt h ee l a b o r a t i o no fd o m e s t i ca n df o r e i g nh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n d t h es u m m a r yo fp r a c t i c ea n de x l 3 l e ：r i e n c e ，a n dh o p i n gt oc r e a t eav i r t u a li n t e r a c t i o nt om e e tt h en e e d so f l e a r n e r sl e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，r e a l i z a t i o nt h ev i r t u a ld i a l o g u et i m e l yb e t w e e nm a nm a c h i n e ，s oa st o s t i m u l a t es t u d e n t sl e a r n i n gm o t i v a t i o nm o r ee f f e c t i v e l y , e n h a n c el e a r n i n ge f f i c i e n c ya n dp r o m o t el e a r n i n g t r a n s f e r i nt h i ss t u d y , t h ea u t h o re x p l a i n e dt h eb a s i cc o n c e p t so fm u l t i - m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t w a r ea n d h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，a n da n a l y z e dt h eg u i d i n gi n s t r u c t i o no fi n t e r a c t i o nd e s i g no ft h el e a r n i n g t h e o r y , i n s t r u c t i o n a ld e s i g nt h e o r ya n di m m e r s i o nt h e o r yt ot h em u l t i m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t w a r e ；a sab a s i s ， t h ea u t h o rd e s i g n e ds e v e r a lk e yd e m e n t sf o rt h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o nw h i c hh a v ea ni m p o r t a n t i m p a c t ，i n c l u d i n g ：h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o ns t r a t e g i e s ，h u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c e ，h u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o nc o n t e n ta n dw a y s ，h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o nm o d e l sa n dc o n t r o lm e t h o d s ，h u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o ne m o t i o n a la n dh e l p s t h el a s tp a r t ，w ed e s i g na n dd e v e l o ph u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o ns o f t w a r e c o m b i n e dw i t ht h en e e do fm i d d l e s c h o o ls t u d e n t ，w i t ht h ee x a m p l eo fm u l t i - m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t w a r e t i a nj is a im a t h e p u r p o s ei st op r o v i d eg u i d a n c ea n da s s i s t a n c ef o rt e a c h e r sa n ds p e c i a ld e v e l o p e r s ，a n d h o p e st op r o m o mt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tf o rm u l t i m e d i ae d u c a t i o n a ls o f t - w a r e sh u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o n k e yw o r d s ：m u l t i m e d i ae d u c a t i o n a ls o f h v a r e ，h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，i n t e r a c t i v ed e s i g n 目录 摘要。i a b s t r a c t i i i 目录v 第一章绪论1 1 1 论文研究综述1 1 1 1 研究背景及问题的提出l 1 1 2 课题来源与研究意义2 1 1 3 主要研究内容与研究方法3 1 1 4 论文结构安排4 1 2 多媒体教学软件的人机交互研究现状4 1 2 1 国外研究现状4 1 2 2 国内研究现状5 第二章多媒体教学软件与人机交互的概述7 2 1 多媒体教学软件7 2 1 1 多媒体课件与多媒体教学软件7 2 1 2 多媒体教学软件的分类8 2 1 3 多媒体教学软件的特点9 2 1 4 多媒体教学软件的作用1 0 2 2 人机交互lo 2 2 1 人机交互的概念1 l 2 2 2 人机交互的框架模型一1 1 2 2 3 人机交互的信息处理1 2 2 3 多媒体教学软件中人机交互的重要性1 2 2 3 1 增强学习者的参与性1 3 2 3 2 帮助学习者获得更多信息量1 3 2 3 3 学习者变被动为主动1 1 3 v 第三章多媒体教学软件人机交互设计的理论基础1 5 3 1 学习理论15 3 1 1 行为主义学习理论1 5 3 1 2 认知主义学习理论1 7 3 1 3 建构主义学习理论18 3 2 教学设计理论1 9 3 2 1 教学设计理论的认识1 9 3 2 2 对多媒体教学软件人机交互设计的指导2 0 3 3 沉浸理论2 l 3 3 1 沉浸理论的认识。2 1 3 3 2 对多媒体教学软件人机交互设计的指导2 l 第四章多媒体教学软件的人机交互设计与开发分析2 3 4 1 多媒体教学软件的人机交互设计2 3 4 1 1 人机交互策略设计2 3 4 1 2 人机交互界面设计2 4 4 1 3 人机交互类型设计2 7 4 1 4 人机交互模式与控制方法设计2 8 4 1 5 人机交互的情感化与帮助设计3 l 4 2 多媒体教学软件人机交互的开发3 2 4 2 1 人机交互开发原则3 2 4 2 2 多媒体教学软件的人机交互开发工具3 3 4 2 3 人机交互开发的完整步骤3 6 第五章多媒体教学软件“田忌赛马”的人机交互案例开发3 9 5 1 “田忌赛马”多媒体教学软件开发的必要性分析3 9 5 2 “田忌赛马人机交互设计的前期分析3 9 5 2 1 学习者的特征分析3 9 5 2 2 人机交互的需求分析4 0 5 2 3 任务分析4 3 5 3 “田忌赛马”多媒体教学软件的人机交互设计4 3 v i 攻读学位期间发表的学术论文及科研成果6 5 独创性声明6 7 关于论文使用授权的说明。6 7 v i i 在近几年的教育改革大潮中，信息技术的迅速发展和广泛应用对教育与培训产生了 革命性影响，使得多媒体教学软件的开发成为现代化教育的关键，多媒体技术作为一种 新的技术，进入计算机系统，大大拓宽了计算机在教育活动中的应用范围。 据1 9 9 9 年底不完全统计【1 1 ，全国中小学开展信息技术教育的学校近6 万所，每年接 受信息技术教育的学生接近3 0 0 0 万人；拥有计算机1 6 5 万台，计算机教室接近1 0 万个， 建设校园网的学校近3 0 0 0 所。信息技术教育教学内容从传授计算机基本知识转到利用 计算机和网络作为工具帮助学生更好地自主学习和探讨；教师利用计算机教学从传统的 课件制作转到注意课程的整合上；信息技术课程教学也正在克服淡出学习技术的观点， 更加注重对学生进行人文、伦理、道德和法制的教育。 我国教育部在基础教育课程改革纲要( 试行) 中提出【2 】：“大力推进信息技术在教 学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、 学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势， 为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具”。 ( 2 ) 问题的提出 多媒体教学软件在教学中有很大的优势，深受教师和学生的喜爱，但是很多教育工 作者表示多媒体教学软件在实际教学中并没有起到应有的教学效果。为了弄清缘由，笔 者对河北省辛集市育红小学曾经使用过的教育软件进行调查，结果发现在1 0 8 件多媒体 多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究 教学软件和课件作品中，有8 6 件是演示型课件，其页面做的很漂亮，色彩很鲜艳，并 夹杂了好多动画小图片，甚是吸引眼球，但是仔细研究旱边的内容后才知道，课件的全 部内容大都来自于课本，只是对课本重点内容进行了简单提炼做成了p o w e r p o i n t 。另外 有1 5 件作品是由a u t h o r w a r e 和f l a s h 等工具制作而成，这些软件做的都漂亮，既有优 美的背景音乐还又精彩的小动画，但分析其特点，除了好看外跟前边的p o w e r p o i n t 作品 没有什么区别，仍然是典型的书本搬家和书本电子化，始终没有脱离演示工具的特点。 之所以出现这种情况，笔者认为第一，教师缺乏多媒体教学软件开发的理论基础与实践 能力，不知道什么样的软件能够帮助学生学习；第二，教师没能真正了解多媒体教学的 优势所在，只是把它当作了演示的工具而没把它当成学习的平台。第三，教学软件的设 计者们都把如何更加精彩地呈现各种各样的多媒体信息作为教学软件设计的核心任务， 忽视了教学软件与作为信息的主动加工者的学习者的交互，导致学生、教育软件和教师 三者的分离。 我们知道，多媒体教学软件的本质功能不仅仅是展示课堂内容，它的更大优势就是 能够创设虚拟的交互式学习环境，例如动画、游戏以及模拟训练等，通过多种信息呈现 形式去刺激他们的感官，感知知识的形成过程。现今一线教师开发的多媒体教学软件无 论从形式上还是功能上与之相比差距还很大，因此，为了帮助一线教师有效解决此问题， 笔者试图对多媒体教学软件的人机交互设计与开发进行研究，以期能够帮助一线教师走 出误区，开发出能够迎合素质教育要求的高质量多媒体教学软件。 1 1 2 课题来源与研究意义 笔者之所以选择此课题，是因为笔者在研究生期间对多媒体教学软件的开发做了很 多的实践工作，对多媒体教学软件的人机交互设计与开发有了很深的理解，又因在帮助 导师申请河南省教育厅自然科学“基础研究 项目：教育软件的游戏性策略研究中阅读 了大量的有关教育软件设计与开发的资料，为此研究打下了坚实的理论基础，故此选择 了此课题。 本研究是在本研究是在理论探讨的基础上进行案例设计与开发，对多媒体教学软件 的开发具有很强的指导意义。 ( 1 ) 实现“人机对话一、“人机交流一，为教育带来新气象 多媒体教学软件是提供给学生进行操作、浏览和探索软件系统，有效的人机交互不 仅能够解决学生在学习时的迷航现象，为学生节省时问和精力；同时，有效的“人机交 2 第一章绪论 流 对开发学生的探索能力和独自解决问题的能力起到很大的帮助作用。 ( 2 ) 帮助一线教师制作出高质、高效的多媒体教学软件 人机交互性研发是当今多媒体教学软件开发的主要形式，是优化当前教学资源的有 效途径。研究开发多媒体教学软件的基本理论及人机交互实现技术，无疑对教师进行软 件开发是一种理论和技术的提高，对其开发高质、高效的自主学习型软件打下基础。 ( 3 ) 促进教育媒体的深入研究 教育技术发端于教育媒体，教育媒体既是教育系统的有机组成部分，又是教育传播 必不可少的要素，离开教育媒体这一核心，教育技术就成了无源之水，无本之木，这也 是美国教育技术学研究的最为广泛、最为深入的一个问题。特别是当前的多媒体教学软 件已经成为信息化教育资源的主要表现形式，与信息化教育有着密切的关系。所以当前 情况下，对作为教育媒体重要组成部分的多媒体教学软件进行深入地研究不仅是教育媒 体发展的需要，也是促进教育信息化快速发展的必须。 1 1 3 主要研究内容与研究方法 ( 1 ) 主要研究内容 本研究立足于国内外有关人机交互特性的阐述和实践经验的总结，尝试将学习理 论、教学设计理论、沉浸理论应用于多媒体教学软件人机交互设计中，创设出满足学习 者需求的虚拟交互学习环境，实现人与机器的及时的、虚拟的对话，从而更有效地激发) 学生学习动机，增强学习效果，促进学习迁移。 ( 2 ) 研究方法 文献研究法：文献研究法主要指搜集、鉴别、整理文献，并通过对文献的研究， 形成对事实科学认识的方法。本文通过c n k i 、g o o g l e 、百度等多种搜索方式收集大量 的相关文献，对其进行整理、分析，并对前人的工作进行归纳总结，为本研究的顺利进 行做了铺垫。 问卷调查法：是指用书面形式间接搜集研究材料的一种调查手段。通过向调查者 发出简明扼要的征询单( 表) ，请示填写对有关问题的意见和建议来间接获得材料和信息 的一种方法。本文在设计“多媒体教学软件田忌赛马时对学生的交互需求信息进 行了收集，归纳总结出了教育软件设计中的交互模块需求。 案例研究法：理论如果离开了案例的检验和支持就将失去信服力，同时在对案例 的研究中，也可以更好理解理论的实质。第五章主要是在对多媒体教学软件人机交互理 3 多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究 论基础进行是实例开发，用例证的方式来说明人机交互设计的具体实现方法。 1 1 4 论文结构安t q 本文的研究内容分为六章，具体安排如下： 第一章绪论，主要包括研究综述( 论文的研究背景、研究意义、研究内容和方法) 和多媒体教学软件的人机交互研究现状( 国外研究现状与国内研究现状) 。 第二章多媒体教学软件与人机交互的基本认识：包括多媒体教学软件的概念、特 点、在教育中的作用；人机交互的概念、方式、基本模式及其作用的概述。 第三章多媒体教学软件人机交互设计的理论基础，包括学习理论( 行为主义学习 理论、认知主义学习理论、建构主义学习理论、人本主义学习理论) 、教学设计理论与 沉浸交互理论。 第四章多媒体教学软件的人机交互设计与开发分析。对影响人机交互的因素进行 了设计，包括：人机交互策略设计、人机交互界面设计、人机交互类型、人机交互模式 与控制方法设计、人机交互情感与帮助设计；对人机交互开进行了分析，包括：人机交 互开发原则、人机交互开发工具与人机交互开发步骤。 第五章多媒体教学软件田忌赛马的人机交互案例开发。对“多媒体教学软件 田忌赛马 进行人机交互的设计与开发。 第六章总结与展望。总结了研究成果，列举了研究不足之处和将来的研究方向。 1 2 多媒体教学软件的人机交互研究现状 笔者在g o o g l e 上和c n k i 上查阅了国内外有关“人机交互和“h u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o n 的各类信息，发现国外文献中专门研究人机交互的文章比较多，特别是在 2 0 世纪9 0 年代以后，人机交互在文献中出现的频率明显提高，并呈现上升的趋势。而 国内人机交互的研究起步比较晚，大概起始于8 0 年代初，直到9 0 年代后期才引起了国 内研究人员的广泛关注。 1 2 1 国外研究现状 6 0 年代，斯金纳在巴甫洛夫的经典性条件反射理论的基础上，提出了操作性条件反 射原理，设计和发明了“程序教学 和“教学机器”，揭开了机器教学的新篇章。 8 0 年代后，国外对教育软件的研究提升到了一个更高的层次，他们不仅关注教育软 4 件信息展示方 下，许多国外 p e r r y 和 活性、使用者的控制和反馈、错误信息的提示、以及信息的呈现方式【3 1 。 l a u r i l l a r d 指出在远程教学中，计算机课件本身不可能实现教师和学生的平等地位， 而能实现其平等地位的是计算机程序【4 1 。 l i v e n g o o d 认为，设计交互教学程序首先必须做的工作就是分析学习者特点，给学 习者自己控制学习顺序与学习进度的权利。理想的交互教学要适合每个学习者的知识水 平、进度、以及学习方法【5 1 。 b o r s o o k 和h i g g i n b o t h a m 经过多年的人交互工作后提出，人机交互的最高境界就是 实现类似于人与人之间的交流那样，这也是所有人机交互设计所追求的最高目标【6 1 。 s i m s 在2 0 0 0 年提出“演员策略 的方法【7 1 ，强调在设计多媒体课件或教学环境时， 应将学习者作为环境的一部分整合到环境设计中，使学习者作为一个演员参与其中，而 l 不是一个观众，这样即使学生利用课件独立学习，也能了解到教师的教学策略与指导方 法。 2 1 世纪初期，随着多媒体技术与通讯技术的发展与普及，国外对人机交互的研究重 点放在了交互技术与交互界面的研究上，以期通过对计算机程序的控制与人机接口的优 空 化实现最有效的人机交互设计。 ? 1 2 2 国内研究现状 在8 0 年代，中国虽然也有了计算机人机交互的研究，但是只是局限在几个重点高 校的初步探讨，到了9 0 年代，多媒体技术的飞速发展为教育软件的开发提供了硬件和 软件基础，从而出现了研究的热潮。 北京大学计算机系人机交互与多媒体研究室于1 9 8 4 年建立。实验室主要从事研究 方向包括图形软件与可视化、人机交互与用户界面、虚拟现实与多媒体等【8 1 。 2 0 世纪9 0 年代后，多媒体技术得到了飞速发展，多媒体教育软件逐渐成为了教育 现代化的一面旗帜。随着多媒体技术发展的热潮，我国的多媒体教育软件市场上也涌现 出了一批专业的多媒体教育软件公司，比如巨人、科利华、华软、中基等。这些专业的 多媒体教育软件公司主要开发一些多媒体教学系统、多媒体软件制作平台、资源库、以 及教学管理系统等。 s 多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究 1 9 9 6 年，国家教委基础教育司颁布了“中小学计算机多媒体教育软件规划【9 】，明 确地提出了我国“九五 期间计算机多媒体教育软件研制开发的目标和实施目标的主要 措施。同年国家计委又将“计算机辅助多媒体教育软件研制与开发”列入国家“九五” 重大科技攻关项目。1 9 9 9 年教育部推出了面向2 1 世纪教育振兴行动计划【1 0 1 ，又为 我国的多媒体教育软件发展指明了新的方向。 1 9 9 8 年后，我国相继研制成功一些面向中小学数学课程的智能教育平台软件，如几 何专家【1 1 1 、体验数学m a mx p 12 1 、超级画板 1 3 , 1 4 】等，这些软件都实现了动态几何、符 号计算、智能推理、函数作图、自动解题等功能，其中，智能推理和自动解题这两项功 能，是智能教育平台系列软件的主要特色。 2 0 0 6 年统计，我国中小学教育行业软件产品投资额达到2 6 9 亿元，从2 0 0 2 年至2 0 0 6 年的五年间，投入教育软件市场的资金至少翻了五番。国家统计局等单位曾对全国中小 学校长和教师的进行了调查，结果表明有超过9 5 的被访者认为中国教育软件将会有一 个美好的明天。 由以上可知，多媒体教学软件的开研究已有数十年的历史，但是大部分教育软件的 开发都要由专门的开发公司和研究机构来承担，而直接承担教学任务的一线教师确不能 根据自己的需求开发出适合学生需要的多媒体教学软件，仅有一分能开发也大都是一些 演示型课件，无法实现软件的人性化交互功能。随着教师信息技术能力的增强与开发软 件的不断完善，开发出适应自己教学或学习者自主学习的多媒体教学软件已经成为可 能。因此如何利用现有的开发工具和网络资源，开发出适应学习者需求的强交互性多媒 体教学软件将成为研究的热点。 6 第二章 第二章多媒 多媒体教学软件很重要的一个特性就是人机交互性，有效的人机交互不仅能激发学 生的学习兴趣，还能使学生更深入的沉浸到的虚拟学习环境，通过与环境的交互实现自 主探索学习。早在八九十年代，就开始有了多媒体教学软件的研究，但是那时只是注重 操作上的简单与界面的美观，直到2 0 年代末，研究者们才逐渐认识到人机交互的重要 作用，并把人机交互的研究推向了高潮。 2 1 多媒体教学软件 多媒体技术应用教学之后，出现了“多媒体课件和“多媒体教学软件两个概念， 通常情况下不对这两个名称进行区分，它们都是多媒体技术用于教学的产品，其目的都 是辅助教学或学习，只是在使用范围或表现形式上存在着略微的不同。 2 1 1 多媒体课件与多媒体教学软件 ( 1 ) 多媒体课件 多媒体课件简单来说就是老师用来辅助教学的工具，创作人员根据自己的创意，先 从总体上对信息进行分类组织，然后把文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种媒 体素材在时间和空间两方面进行集成，使他们融为一体并赋予它们以交互特性，从而制 作出各种精彩纷呈的多媒体应用软件产品。它的主要作用的辅助课堂教学f 1 5 1 。 ( 2 ) 多媒体教学软件 多媒体教学软件可分为教师在课堂上使用的教学软件和课后辅助学生学习的学习 软件。前者是指电子备课系统、多媒体课件或一些工具软件等教师使用的教学软件，后 者是指幼儿英语、中考、高考的题库及其他以辅助学生学习为目的的学习软件。教育软 件是各种多媒体技术的集成体，利用性能卓越的硬件设备，根据创作者的创意以及教学 设计思想，形成具有教学功能，含有学科教学内容的，并通过科学合理的软件设计，将 文字、声音、图形、图像、动画及影像等多媒体素材向学习者展现各种教学信息的交互 性软件产品。其突出特点是具有良好的交互功能，使计算机与学习者能方便的进行各种 信息传递和信息处理，并对学习者的学习过程进行评价、处理、引导等。 7 多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究 ( 3 ) 两者之间的关系 由多媒体课件与多媒体教学软件的定义可知，多媒体教学软件不仅包括课堂上辅助 教师教学的软件，还包括学习自主学习的辅助软件，它的范围远远大于多媒体课件的范 围，它们具有包含于被包含的关系。 图2 - 1 多媒体课件与多媒体教学软件关系 2 1 2 多媒体教学软件的分类 ( 1 ) 按在教学中所起的作用分类 根据在教学中所起的作用不同，我们通常把多媒体教学软件分为两种，助教型和助 学型。助教型教学软件往往是一些展示型软件，由教师在课堂上演示操作，注重对学生 的启发和提示，着重反映解决问题的全过程，体现教学重点和难点。 助学型教学软件也叫辅学型教学软件，通常情况下主要是帮助学生进行自主学习。 所以，在设计助学型教学软件时要充分考虑到知识结构的完整性、突出一定的教学过程 和教学策略，提供相应的形成性联系供学生进行自我评价。同时，助学型教学软件更为 关注的是人性化的界面设计和强有效的人机交互，以最大程度的方便学生使用，顺利完 成学习任务为目的。助教型与助学型教学软件的对比，如表2 1 所示。 表2 - 1 助教型与助学型教学软件 8 分类概念特点 为解决某一学科的教学重点与教学难点而 注重对学生的启发和提示， 助教型教育 开发的，知识点可以不连续，主要用于课堂着重反映问题解决的全过 软件 演示教学，也称课堂演示型教学软件。程，体现了教学重点教学难 点。 具有完整的知识结构，反映一定的教学过程通过界面的设计，让学习者 助学型教育 和教学策略，提供相应的形成性练习供学生进行人机交互操作，可以让 软件 进行学习评价，也称自主学习型教学软件。学生自主进行学习。 第二章多媒体教学软件与人机交互的概述 ( 2 ) 按表现形式 多媒体教学软件按表现形式可分为展示型、演示型、资料型、交互型和综合型5 种 类型： 展示型多媒体教学软件。展示型多媒体教学软件指将教学内容以软件的形式进行播 放，主要作用是再现课本知识，化静为动，化繁为简，变抽象为具体，重在说明知识本 身的内容。主要特点是只将教材内容变换成多媒体教学软件的演示方式，并不可以体现 知识的内在规律，常用工具p o w e r p o i n t 制作此类软件。 资料型多媒体教学软件。资料型多媒体教学软件是指存储大量反映教学内容的数据 或资料，在课堂教学中可以对教学资料或数据进行分析和提炼，从中获取知识信息，掌 握教学内容。资料型多媒体教学软件可帮助学生学会大量资料或数据的分析方法和综合 能力。常用各种数据库进行软件制作，或者利用网络技术汇集教学内容。 演示型多媒体教学软件。演示型多媒体教学软件是指利用动画、图解等方式进行教 学内容的演示，讲解课本知识的原理和规律。以说理为主，以表现只是内容为辅。通过 对教学内容的演示，提示了事物发生、发展和变化的内在规律。 交互型多媒体教学软件。教学型多媒体教学软件是指在可见中进行人机对话，计算 机针对教学和学生的操作进行不同的回应，重在说明人与机之间信息沟通。 综合型多媒体教学软件。综合性多媒体教学软件是指以上几种类型的综合运用，一 个优秀的多媒体教学软件往往需要综合多种优势，才能实现预期的教学目标。 2 1 3 多媒体教学软件的特点 多媒体技术通常具有四个主要特性，集成性、智能性、交互性、沉浸性。多媒体教 学软件作为多媒体教学的组成部分，同样具有这三种特性，其中交互性比其它两种特性 占据了更为重要地位。 在学习者使用多媒体教学软件学习活动中，教师并不出现，整个过程只有学生与机 器之间的交互( 或称人机对话) ，是多媒体教学软件扮演了教师的角色。智能教学软件就 像传统课堂教学一样，可以通过提问、测试等方式来了解学习者的学习状况，了解学习 者是否达到相应的教学目标，是否就可以呈现后面的内容，是否就继续相应部分内容的 学习。此外，软件能像教师一样为学生提供反馈信息，并及时地把相应的信息呈现给学 习者，以利于学习者及时的解决难题，便于灵活地掌握学习的节奏【i 6 1 。 9 多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究 2 1 4 多媒体教学软件的作用 ( 1 ) 激发学习动机 多元智能理论创立者h o w a r dg a r d n e r 曾经说过：“很多时候教育的问题在于我们的 孩子想不想学”，他所说的“想不想学 实际上就是有没有学习动机的问题。学习动机 是学习过程中的一个核心要素，对整个学习过程影响很大【1 7 】。多媒体教学软件能融视、 听、说于一体，动态和静态交替运用、组合流通，有利于激发学生的学习动机和创造欲 ( 2 ) 改变学习方式 多媒体教学软件不仅能改变教师的教学方式，更能改变学生的学习方式。传统的课 堂学习，学生只能做到被动的听老师独自，虽然学生偶尔也有发言的机会，但是很少， 学生的思维往往是跟着教师走。而多媒体教学软件则体现了学生学习的独立性，要求学 生自主发现问题和解决问题，开阔思维的同时增强了他们的创新性。 ( 3 ) 增强认知能力 多媒体教学软件是模拟的学习情境，它的所有展示内容都是由虚拟的符号、声音、 图像和视频组成。从图形符号和声音中探求知识，这就需要学生有很强的知识表征能力。 而在多媒体教学软件中最能体现学生自主性的是其强大的交互性，学习者在学习的过程 中完全可以按着自己的思维进行操作，探索中完成学习任务。这无疑增强了学生的知识 探求和问题解决能力。 2 2 人机交互 交互的英文是i n t e r a c t i o n ，由i n t e r 和a c t i o n 构成，意思是相互作用。这表明，要想 有发生交互作用，交互对象必须至少有两个，而且它们之间的交互是相互的。在人与计 算机的交互中，主要包括两种形式的交互：有形交互和无形交互。有形交互是“人 与 “计算机”或者“人的肢体部分 与“计算机输入设备 的交互，例如人手操作鼠标、 键盘、触摸屏等方式发出指令，计算机通过屏幕显示和声音给予信息反馈。无形交互是 指从对象之间的信息传递来看，存在着大量无形信息交互，例如，人大脑的反应与计算 机程序之间的交互。有形的人机交互研究有助于交互设备的研发与更新，无形的人机交 互研究能够使研究者了解人机信息传递规律，更快更好的达到“机为人用”的目的。 l o 第二章多媒体教学软件与人机交互的概述 2 2 1 人机交互的概念 在计算机科学领域中人机交互研究作为一门技术学科，主要研究人与计算机之间的 信息交流与通信。而在教育教学领域，人机交互则被看作为研究学习者与媒体交互学习 的一种技术或方法理念。 在计算机科学领域，人机交互是研究人与计算机之间通过相互理解的交流与通信， 在最大程度上为人们完成信息管理，服务和处理等功能，使计算机真正成为人们上作学 习的和谐助手的一门技术科学【1 8 】。 在教育教学的领域，人机交互活动可简单定义为：在教学过程中，教育( 教学) 媒 介与学习者之间的双向信息传播拇】。这种交互是由教学中最主要的三种要素相互作用完 成，包括学生与教师之间、教师与媒体之间、学生与媒体之间的信息传递、交流和反馈 的动态过程。 2 2 2 人机交互的框架模型 人机交互的框架模型是a b o w d 和b e a l e 在n o r m a n 模型【2 l 】的基础上提出来的，此模 型对对n o r m a n 模型进行了扩充。如图2 2 所示： 图2 - 2 人机交互基本模型【2 2 】 在模型中，为了同时反映用户和交互系统系统的特征，将交互分为四个组成部分： 系统，用户，输入和输出。交互过程表现为：信息在四个部分之间的流动和对信息描述 方式的转换上。其中输入与输出正好作为了用户与系统交互的界面( 又称人机接口或用 户界面) 。用户首先建立目标，通过机器的输入界面把信息传输到系统内部，系统内部 对信息进行分析与解释，将分析的结果通过输出界面表达出来，最后用户对输出界面显 示的信息进行观察。整个交互周期共包括四个阶段：目标建立，执行，表示和观察。其 中，前两个阶段负责对用户意图的理解：后两个阶段负责对系统输出的解释和评价。 多媒体教学软件的人机交互设计与开发研究 2 2 3 人机交互的信息处理 人机交互是指人与计算机之间使用某种对话手段，以一定的交互方式，为完成确定 任务而进行的人机之间信息交互的过程。即用户通过输入设备将自己的想法、问题、指 令传递到计算机中，计算机根据相应的软件发出指令对用户的输入通过输出设备进行反 馈，从而构成人机之间信息的双向传递。据此可以实现人对计算机的控制、人向计算机 求助、人与计算机的协作、通过计算机进行人与人之间的交流，等等。 在人机交互系统中，计算机内部的复杂的信息处理和存储系统可以认为是一个“黑 箱 ，对于计算机用户来讲，他们对计算机系统的状态和运行过程的理解和操作都是通 过用户界面( u s e ri n t e r f a c e ) 实现的。计算机的输出设备，包括显示器、喇叭等将系统 的信息以人能够感知的方式提供给用户，同时，计算机的输入设备，包括键盘、鼠标、 话筒等可以接受用户的各种操作指令，并传达给计算机内部。从系统的整体来看，信息 在人机内部的处理与交互过程可以看作一个内部循环的过程。在循环中，人是信息的主 体，负责发出信息指令，对信息的循环过程起控制的作用。人机交互的信息处理过程如 图2 3 所示： 计算机处理信息过程 人处理信息过程 图2 3 人机交互的1 言思处理 2 3 多媒体教学软件中人机交互的重要性 多媒体教学软件中有效的人机交互设计不仅能够摆脱以教师讲授为主的传统填鸭 式教学，还能通过多种信息的呈现方式刺激学习者的感官，增强学习者的学习兴趣与学 习参与性，使他们由传统的被动灌输知识的“奴隶”变为主动探索学习的“主人 。 1 2 2 3 1 增强学习者的 多媒体教学软件是 策略的计算机教学程序 作，并对学生的学习做 程序，它的最大特点就 按键、输入文本、拖动 2 3 2 帮助学习者获 人类对于信息的接收和产生主要在五个感觉空间内，即视觉、听觉、触觉、嗅觉和 味觉，其中前三者接收和产生了9 5 以上的信息量【2 4 1 。但是计算机还远远不能与人类 相比，在信息交互方面只处于初级水平。多媒体就是要把机器处理的信息多样化或多维 化，使之在信息交互的过程中，具有