多媒體教育應用的發展趨勢

摘要：HotJava的出現不僅是Internet瀏覽器的重大革新，也為多媒體技術與網絡通信技術的結合找到了最理想的結合點：從此基于Internet網的多媒體教育應用就日益發展起來。“快速虛擬”開辟了多媒體技術與仿真技術結合的新途徑，為“虛擬現實”技術的大眾化鋪平了道路。實現智能多媒體輔助教學系統的關鍵是：建構適合輔助教學需要的多媒體系統和設法使多媒體系統具有智能。多媒體技術對學生關于當前所學知識的意義建構是非常有利的，也是其它媒體或其他教學環境無法比擬的。

關鍵詞：多媒體技術 網絡通信技術 虛擬現實 建構主義

綜合近年來國內外多種教育技術雜志上所刊登的主要論文以及國際上每年召開一次的規模最大的有關多媒體教育應用的國際會議（即“教育多媒體與超媒體”世界大會）上所發表論文的基本觀點，可以看出當前多媒體教育應用有以下幾個值得注意的發展趨勢：

一、多媒體技術與網絡通信技術的結合

1995年末，在國際信息界有一件最引人注目的大事，就是美國SUN公司在Internet上推出了“WWW瀏覽器HotJava”，這是SUN公司用Java語言開發的一種全新的可動態執行的瀏覽器。其突出特點是具有動畫功能，可向用戶提供超文本格式的圖形、圖像、語音、動畫與卡通等多種媒體信息；并能把靜態文檔變成可動態執行的代碼，這就徹底改變了Internet瀏覽器只能用來查詢檢索Internet網上信息的狀況，為Internet的教育應用開辟了新的廣闊前景，這是因為HotJava的動態可執行特性無異于賦給用戶一種遠程交互的功能。

例如，一個用戶可以利用HotJava編寫一段Java應用程序以實現仿真的頁面，而其它的3W用戶只要使用HotJava瀏覽器就不僅可以看到這個仿真頁面，還可以與之進行交互。

利用HotJava的這種動態可執行特性，用戶在檢索到某些重要文獻或教學資料時，不僅能看到靜止頁面還可通過點擊某個圖標或熱鍵而看到圖文聲并茂的仿真實驗或算法執行過程的直觀演示。顯然，這樣一種交互功能和用第一代Internet瀏覽器只能觀看靜態頁面的效果相比是有本質不同的，它對于教育應用（尤其是遠距離教育應用）具有特別重要的意義。

可以說，HotJava的出現不僅是Internet瀏覽器的重大革新，也為多媒體技術與網絡通信技術的結合找到了最理想的結合點：從此基于Internet網的多媒體教育應用就日益發展起來。目前不僅西方發達國家在大力開發基于Internet的多媒體教育應用，就是臺灣、香港等地區也在這方面投入相當多的人力和物力。這是多媒體教育應用中十分值得引起我們重視的一個新趨勢，也是當前發展最快的一個趨勢，我們必須迎頭趕上去。

二、多媒體技術與仿真技術的結合

多媒體計算機和仿真技術結合可以產生一種強烈的幻覺，使得置身其中的人全身心地投入到當前的虛擬現實世界中，并對其真實性絲毫不產生懷疑，通常把這種技術稱之為“虛擬現實”（VirtualReality，簡稱VR）。

換句話說，虛擬現實是由多媒體技術與仿真技術相結合而生成的一種交互式人工世界，在這個人工世界中可以創造一種身臨其境的完全真實的感覺。要進入虛擬現實的環境通常需要戴上一個特殊的頭盔，他可以使你看到并感覺到計算機所生成的整個人工世界。為了和虛擬環境進行交互，還需要戴上一副數據手套──它使穿戴者不僅能感知而且能操作虛擬世界中的各種對象。

由于設備昂貴，目前VR技術還主要是應用于少數高難度的軍事和醫療模擬訓練以及一些研究部門，但是在教育與訓練領域VR技術有不可替代的非常令人鼓舞的應用前景，所以這一發展趨勢也應引起我們的注意。

VR技術在教育中應用的另一個例子是創建一種虛擬的物理實驗室。物理學按其本身的性質提出了許多“如果……將會怎樣”的問題，這些問題最好通過直接觀察物理作用力對各種客體的作用效果來進行探索。

休斯頓大學和NASA（美國國家航空和宇航局）約翰遜空間中心的研究人員建造了一種稱之為“虛擬物理實驗室”的系統，利用該系統可以直觀地研究重力、慣性這類物理現象。使用該系統的學生可以做包括萬有引力定律在內的各種實驗，可以控制、觀察由于改變重力的大小、方向所產生的種種現象，以及對加速度的影響。這樣，學生就可以獲得第一手的感性材料（直接經驗），從而達到對物理概念和物理定律的較深刻理解。

隨著對多媒體技術和仿真技術研究的深入，實現“虛擬現實”的理論方法也有很大發展。原來應用VR離不開昂貴的專用硬件或輔助設備（如頭盔、數據手套、高分辨率的圖形工作站等），近年來這種情況開始有所改變。

例如在ED-MEDIA世界大會（即“教育多媒體與超媒體”世界大會）上，出現了一種全新的稱作“QTVR”（快速虛擬）的系統。這種系統已實際應用于學習城市的設計與規劃，其優異的性能價格比令人驚嘆！QTVR技術與普通VR技術在使用的仿真原理上有很大不同：它不是利用頭盔和數據手套這類硬件來產生幻覺，而是使用360度全景攝影技術所拍攝的高質量圖像來生成逼真的虛擬情景。因此它允許用戶在Windows操作系統或是Macintosh微機的操作系統支持下，在普通微機上（無需用高檔的圖形工作站）只利用一只鼠標和一個鍵盤（無需戴頭盔和數據手套）就能真實地感受到和VR技術中一樣的虛擬情景。

學習城市設計與規劃的學生利用QTVR系統可以創建一座逼真的虛擬城市，當學生改變城市場景的視圖時（例如向左或向右，朝上看或朝下看，攝像機頭向目標移近或移遠等），被觀察的場景仍能正確保持并能使人產生環繞該城市瀏覽觀光的真實幻覺。與此同時，城市中的各種物理實體（如建筑物、道路、橋梁、樹木、交通工具和地形等等）可以用鼠標任意拾取并進行操縱（例如使其旋轉，以便從不同角度進行觀察，并且還可以進入到建筑物內部的各個房間去觀看）。

更令人難以置信的是，由于采用了先進的圖像壓縮算法，在QTVR系統中，用來表征城市某個虛擬場景的360度高質量全景照片的存儲容量竟只有550K字節左右。

顯然，QTVR對于學習城市設計與規劃的學生是非常適宜的，甚至對于實際的城市設計與規劃人員也是非常實用的，因為它可以使學生或設計人員隨時改變城市的布局并立即感受到新布局所產生的效果，從而對設計或規劃及時作出修改或補充。顯然按這種方式設計與按傳統的圖紙設計或按CAD設計，其效率和質量將有天壤之別。

QTVR的重要意義在于，它開辟了多媒體技術與仿真技術結合的新途徑，為“虛擬現實”技術的大眾化鋪平了道路。從此，VR技術將有可能走出高級研究院與大學的“象牙之塔”，以優質價廉的全新面貌逐步普及到各個教育領域，甚至進入中小學課堂。

三、多媒體技術與人工智能技術的結合

把多媒體技術引入輔助教學系統可以大大改善輔助教學環境，更容易激發學生的學習積極性和主動性，從而能顯著提高教學效果。但是多媒體系統由于缺乏推理機制和學生模型的支持，所以不能確定學生的知識水平和認知特點；不能根據學生自己的意愿和理解能力去提供適合該生的學習材料，并作出有針對性的指導，即不能作到因材施教。

智能輔助教學系統由于具有“教學決策”模塊、“學生模型”模塊（用于記錄學生的認知結構和認知能力）和“自然語言接口”，因而具有能與教師相媲美的下述功能：

1.了解每個學生的學習能力、認知特點和當前知識水平；

2.能根據學生的不同特點選擇最適當的教學內容和教學方法，并可對學生進行有針對性的個別指導；

3.允許學生用自然語言與“計算機導師”進行人機對話（由于機器理解自然語言問題尚未解決，目前絕大多數智能教學系統還難以做到這點）。

但是智能輔助教學系統過分強調教師的指導作用，而且目前的智能輔助教學系統其教學方式都比較單調，難以作到圖文、音像并茂，因而在激發學生興趣，提高學生的主動性、積極性方面受到較大的限制。

由以上分析可見，在多媒體教學系統和智能輔助教學系統之間存在性能互補關系，將二者結合起來就可以揚長避短，從而研制出高性能的新一代智能輔助教學系統。

實現智能多媒體輔助教學系統的關鍵是：建構適合輔助教學需要的多媒體系統和設法使多媒體系統具有智能。

要使多媒體教學系統具有智能，主要涉及學生模型建造和人工智能領域的知識表示與知識推理，后者要求探索出一種適合于多媒體環境的新的知識表示方法和相應的推理機制。

四、多媒體技術與建構主義學習理論的結合

建構主義學習理論是認知學習理論的一個重要分支，建構主義的起源應追溯至皮亞杰的兒童思維發展理論，可謂源遠流長。

但是自八十年代初期以來，盡管認知心理學已逐漸取代行為主義心理學占據了統治地位，而建構主義學習理論在很長一段時期內并未產生明顯的影響。直至近年來，隨著多媒體技術的日益普及，建構主義學習理論才逐漸引起人們的廣泛的注意，按照建構主義學習環境進行教改試驗研究的學校也日漸增多。

建構主義學習環境包含四大屬性或四大要素，即“情景”、“協商”、“會話”和“意義建構”。顯然，多媒體技術的特性與功能最有利于四大屬性的充分體現，例如：

1.“情景”——建構主義學習理論強調創設真實情景，把創設情景看作是“意義建構”的必要前提，并作為教學設計的最重要內容之一。而多媒體技術正好是創設真實情景的最有效工具，如果再與仿真技術相結合，則更能產生身臨其境的逼真效果。

2.“協商”與“會話”——協商與會話過程主要通過語言（少數場合用文字）作媒介，這就要求計算機輔助教學系統必須有語音功能，即要用多媒體計算機才能支持。

3.“意義建構”——建構主義學習理論認為，意義建構是學習的目的，它要靠學生自覺、主動去完成。教師和外界環境的作用都是為了幫助和促進學生的意義建構。

多媒體技術由于能提供界面友好、形象直觀的交互式學習環境（有利于學生的主動探索、主動發現），能夠提供圖、文、聲并茂的多重感官綜合刺激（有利于學生更多、更好地獲取關于客觀事物規律與內在聯系的知識），還能按超文本方式組織與管理各種教學信息和學科知識（有利于發展聯想思維和建立新舊概念之間的聯系），因而對學生認知結構的形成與發展，即對學生關于當前所學知識的意義建構是非常有利的，也是其它媒體或其他教學環境無法比擬的。

正是由于上述原因，近年來建構主義學習理論在西方尤其是在美國有較大的發展，加上HotJava的出現使多媒體教育應用與Internet網進一步融合，而網絡又為“協商”、“辯論”、“會話”這類教學模式的應用提供了最理想的條件，它可以不受時空和地域的限制，這樣就使建構主義學習環境更趨完善，建構主義學習理論也就日漸風行。

當然，這不等于說建構主義學習理論是萬應靈丹，能解決學習領域的一切問題，例如，情感領域和動作技能領域的教育目標就不一定能通過建構主義學習環境來達到，但是就認知領域的教育目標而言，借助多媒體技術（若有條件還可結合網絡通信技術）實現的建構主義學習環境，確實非常有利于學生認知結構的形成與發展則已得到愈來愈多試驗的證實。這是值得我們國內教育界認真思索與借鑒的。

參考文獻：

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