ＣＡＩ在計算機教學中的應用研究

摘要：以《計算機圖形學》這門課程為例，介紹多媒體CAI課件在計算機教學中的應用。文章重點論述了基于Authorware的多媒體教學軟件的設計思路和交互式功能、ActiveX控件、知識對象等關鍵技術的實現。經過教學實踐，該課件取得了較好的效果。

關鍵詞： CAI；多媒體；Authorware；交互式；計算機

中圖分類號：TP37文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)35-2067-03

Application and Research of CAI in the Computer Instruction

WEI Wei

(School of Information and Computer， Anhui Agricultural University， Heifei 230036， China)

Abstract: Take Computer Graphics as example， application of CAI in the computer instruction is given. The article focus on the design of multimedia instruction software based on authorware and implement of some key technology， like interactive function， ActiveX control， Knowledge Objects. In the teaching practice， the software has achieved good resulds.

Key words: CAI; multimedia; Authorware; interactive; computer

1 引言

隨著計算機和現代網絡技術的不斷發展，教學課件的應用水平也在不斷提高，傳統類型的課件往往不易更新或者不能充分滿足教師與學生之間的教學要求。為了解決此類問題，新型的多媒體計算機輔助教學（Computing Aided Instruction，CAI）課件相應產生[1]。多媒體教學具有形象生動的鮮明特征，它集圖形、圖像、文字、語音、音樂、視頻、動畫和交互技術于一體，使教學環境變得生動有趣，使學生掌握知識變得更加容易；它能夠達到各種不同層次內容的需求。多媒體CAI課件能夠充分實現高效、功能強大等優點，作為一種新的教學形式具有非常重要的意義和廣闊的發展前景。

目前，絕大多數課件都是針對課程一味的呈現板書的形式，內容空洞，交互性較差，與一般的課堂板書教學沒有多大區別，而CAI類課件的使用比傳統的課堂教學更加清晰的顯示出教師教學思路，因而當其應用于基礎知識講解時取得了較好的效果。然而，對于學習計算機科學與技術的學生來說，大多數相關科目都屬于既擁有理論推算也不乏實際操作等研究，單純的板書類課件對學習并不能起到充分的調動作用，尤其是一些動態的演示效果更加沒有生動的突出。為了使計算機類專業的學生能夠更好地將書本上的理論知識轉變為他們的實際能力，我們在CAI探索的基礎上設計了多媒體教學課件。該課件提供給學習者一個完善的內容、生動的演示以及具有強大交互式功能的知識教育和使用環境，更好的將CAI應用于計算機教學中去。下面主要介紹筆者設計的《計算機圖形學》課件的設計思路及關鍵技術實現：

2 功能實現

2.1 設計目標

Authorware是最常用的多媒體教學軟件開發工具，它采用了流程線的設計方式，用各種圖標實現條件、判斷，面向對象的設計方法，使用知識對象簡化了開發過程，支持數據庫；強大的擴展性，支持 ActiveX、Xtras，用戶自定義函數[2]。

利用Authorware7.0.1制作計算機圖形學多媒體課件，運用Authorware的面向對象的可視化編程，構建多媒體程序結構，包括添加多媒體界面、背景音樂、動畫元素、控制交互式功能，以及ActiveX控件、知識對象及庫和模塊的應用，制作出由清華大學出版社出版的《計算機圖形學》整本書的文字教學說明，并配有聲音講述、效果圖像、動畫演示、多功能查找、書簽、以及單元綜合測驗，實現真正的多種媒體相結合構建交互式多媒體教學課件[3-6]；并使用Photoshop制作相關效果圖，使用Flash加強課件的教學效果，加強計算機圖形學的教學效果。

2.2 總體方案

以清華大學出版社出版的《計算機圖形學》為制作藍本，多媒體CAI課件全面實現《計算機圖形學》的教學功能。主體包括三個功能模塊，分別是：進入課程，課程簡介，學習目標。其中“進入課程”是本課件的主題內容，有完整的運行界面，用戶登錄、退出等界面。內部教學內容又分為9個章節，其中含有聲音講述、引用視頻講解以及動畫和效果圖，每個章節后面都包括小測試等交互功能。真正實現多媒體CAI教學系統的友好界面，為教師課堂教學提供良好的交互性，提高教學效果。

“進入課程”模塊包括《計算機圖形學》的主題教學內容（9章），每個章節都有若干演示畫面，采用框架整合，并通過“返回”按鈕返回目錄，各個章節又采用群組進行管理。教學內容中多采用FLASH動畫進行演示過程。

整個課件界面素雅，保持清晰明確的教學風格，同時又不失大量的交互性以及動畫特效。

3 關鍵技術實現

3.1 交互技術

一個多媒體片段具有雙向的信息傳遞方式，即不僅可以向用戶演示信息，同時也允許用戶向片段傳遞一些控制信息，這樣多媒體片段就具有交互性。交互性是通過在片段中設置許多交互點來實現的，每一個交互點都給用戶一個對程序或其他用戶進行響應的機會。片段會對這些響應進行記錄和比較，然后根據響應結果來決定下一步應該運行哪一部分。在Authorware中是通過交互圖標在程序中實現交互功能的，可以提供各種交互方式，如按鈕、熱區域、熱文本以及文字輸入等。

通常有許多不同的方法允許用戶進行交互。根據不同的交互方法，用戶將采取不同的響應方法。在本實例中用戶登錄過程的制作就是典型的交互式設計，要求用戶輸入用戶名后選擇進入課程還是退出。采用文本輸入和按鈕兩種交互方式，界面和流程線以及熱區域的選擇如圖1、圖2所示：

圖1 用戶登錄界面和流程線 圖2 熱區域的交互設置和流程線

進入課程后在文本瀏覽方面可以用框架與導航圖標制作，結合二者使用可以進行翻頁、查找、返回等功能，其中還可以加入群組圖標，包括其它功能也加在內部。在本實例中使用導航圖標實現的功能包括：上一頁、下一頁、書簽、查找、測試、返回以及控制音頻講解。“上一頁、下一頁、查找”是導航圖標中屬性設置而成，書簽和測試采用群組圖標整理而成，“返回”使用GoTo語句調用。流程線如圖3所示。

3.2 知識對象

Authorware增加了知識對象（Knowledge Object）工具，以此為用戶提供了一種友好的多媒體軟件開發環境。知識對象的一個最大特點是簡單易學、使用方便，即使是對計算機程序設計不熟悉的人，也能夠利用知識對象所提供的功能，很快掌握操作方法，制作出多媒體軟件。其中主要包括Application和Quiz知識對象。Application知識對象可以幫助用戶制作一些與課堂教學或練習有關的多媒體軟件，特別適合制作 CAI應用程序。Quiz知識對象可以直接制作小測驗。

本實例通過使用Application知識對象直接對其進行修改整合，可以方便的創作出帶有書簽等功能的多媒體CAI課件，包括在其中設置教學中的章、節、小測驗等。還可以在軟件中加入登錄內容實現系統安全性管理。此時，整個多媒體CAI課件的結構框架已經基本形成，只需要將部分界面進行修改，添加文字腳本內容即可。其中對書簽的功能可以實現添加、刪除書簽。對熱區域進行顯示并指定章節的提出，用戶可以點擊章節標題達到添加書簽的目的，或者可以直接刪除書簽。流程如圖4所示。

本實例采用了小測驗的形式進行交互性的設計。測驗采用知識對象中的Quiz知識對象。打開Quiz知識對象向導中，Introduction簡單介紹Quiz的功能；Delivery options設置大小和存儲位置；Application Layouts設置測試界面；Genneral Quiz options用于設置測試選項；logon set up，Data tracking，Scoring，Generic feedback 等分別設置測試；Add question用于添加題目的類型。

3.3 ActiveX控件

前面幾個章節都采用了聲音配合文字圖像動畫的使用進行教學。在第七章中我們采用了視頻教學與文字圖像相結合的方式。本章的視頻采用了清華同方股份有限公司和清華大學計算機系制作的《計算機圖形學》視頻教程文件。采用了Authorware特有的ActiveX控件進行制作。

ActiveX技術是一種嵌入式程序技術，它其實就是OLE和 OCX的融合。其實質是允許一個應用程序插入到另外一個應用程序中運行，以便用第一個應用程序所創建的信息能夠成為第二個應用程序所創建的信息的一部分。Authorware調用控件的方法是通過ActiveX Xtra函數的“CallSprite”實現。

選擇“插入”菜單下的“控件”-“ActiveX”命令，打開“Select ActiveX Control”對話框，找到“Windows Media Player”控件，單及OK打開屬性，在URL一欄中指定視頻所在位置，輸入路徑。

拖入計算圖標，輸入SetIconProperty(IconID@\"play\"，#mask，@\"play\")和SetIconProperty(IconID@\"play\"，#invertmask，FALSE)。

SetIconProperty是系統函數，用于設置Sprite圖標的屬性。invertmask是用于遮擋頁面上其他的內容，這樣就可以同時播放視頻同時觀看課件。運行效果如圖5所示。

3.4 程序的調試與打包

整個《計算機圖形學》網絡教學課件制作完畢時要對程序進行調試并打包。調試可以通過播放和停止來進行調試，或者通過標志旗幟進行部分調試。當設計完成后要對程序進行發布，因為不可能所有用戶都要安裝Authorware7.0.1，因此打包的目的是使程序可以單獨運行。有2個版本，一個是需要一個run-time應用程序支持才能播放，另一個是把run-time和打包程序分開。在此選擇無需run-time，集成為exe文件。另外還要把使用過程中需要的自定義函數dmtoolsxtra等支持文件同時放到打包文件夾下。

4 小結

本文利用Authorware制作出《計算機圖形學》多媒體課件，圖文并茂、生動形象、交互性強，實現了真正的多種媒體相結合構建多媒體教學課件。這為《計算機圖形學》的教學提供了更加靈活的技術手段，也使學生在學習的同時得到樂趣，激發了他們的學習欲望。經過教學實踐，收到了較好的效果。這種課件的功能還有很多，可以根據實際需要進一步開發。

參考文獻：

[1] 張麗華. 《計算機應用基礎》多媒體課件的設計與實現[J]. 計算機與網絡，2007，(1):59-61.

[2] 楊象馳. 基于Authorware的多媒體教學軟件設計研究[J]. 計算機工程與設計，2004，25(5):697-699.

[3] Macromedia. Using Authorware 7. Adobe Corp.，2003.

[4] Simon Hooper. Authorware: An Introduction to Multimedia(2nd Edition)[M]. Prentice Hall，2000.

[5] 張軍征. 多媒體教學軟件設計與開發[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[6] 朱紅康. 多媒體Authorware 7.0 課件制作教程[M]. 北京：人民郵電出版社，2006.