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多媒体CAI课件基础知识
第1章多媒体CAI课件基础知识
本章主要介绍多媒体技术的基本概念以及在计算机辅助教学这一新兴的教育技术领域的应用，介绍多媒体电子出版物的发展、计算机辅助教学的基本概念，并且描述多媒体CAI制作理论设计思想、教学设计原理、CAI课件分类等基本知识。
为了更好地制作和应用多媒体CAI课件，本章还较为详细地介绍与此相关的计算机网络技术、多媒体制作技术和相关技术，同时还介绍多媒体CAI课件制作条件。
本章学习重点
∙了解多媒体电子出版物的特点和发展趋势；
∙了解计算机辅助教学的各种方法与手段；
∙掌握CAI制作的基本知识和分类；
∙了解CAI制作的基本原则。
1.1多媒体电子出版物
多媒体电子出版物（Multi-mediumElectronicPublications，MEP）是以电子数据的形式，把文字、图形图像、动画、声音、影像等信息贮存在电、光、磁、胶片等非纸质载体上，并通过计算机或网络通信来播放以供人们阅读的出版物。
也有专家认为多媒体电子出版物是把多媒体信息经过精心组织、编辑，以图、文、声、像等多种形式表现并且由计算机及其网络对这些信息以内在的统一方式进行存储、传送、处理及再利用的电子出版物。
多媒体电子出版物一般认为包括电子图书、电子期刊、电子新闻报纸、电子手册与说明书、电子公文或文献、电子图画、电子广告、电子声像制品等。
多媒体电子出版物是计算机、视频、通信、多媒体等高技术与现代出版业相结合的产物，它将文字、声音、图形图像、动画、视频等多媒体信息集成在磁、光、电介质上，其内容丰富多彩，情节五光十色。
目前，多媒体电子出版物正在教育、百科、旅游、家庭、娱乐等领域崭露头角。
多媒体电子出版物的传播媒体形态，包括软盘、只读光盘、交互式光盘、图文光盘、照片光盘和集成电路卡等。
其中光盘和网络传输站点是多媒体电子出版物的主要载体。
多媒体电子出版物提倡“无纸”，是一种顺应时代潮流的“绿色出版物”。
光盘版、联机版出版物的开发，可节省大量的木材资源，有利于保护地球生态。
多媒体电子出版物最具特色的是以下5个优点：
存储容量大，一张光盘可以存储几百本长篇小说；可以集成文本、图形、图像、动画、视频和音频等多种媒体信息；运输与携带方便，检索迅速；可长期保存，不会出现纸质出版物那样变色、发霉、虫蛀和粉化等；能及时传播，通过因特网可立即发行到国内外各地；价格低廉，单位成本是普通图书的几分之一，甚至几百分之一。
专家预测，今后全球的多媒体电子出版产业将以年平均24%的增长率发展，多媒体电子出版物在出版物中所占的份额将越来越大。
印刷媒介与电子媒介的竞争，将成为数字化时代最引人注目的现象之一。
同时，在现代教育技术的普及中，多媒体电子出版物中计算机辅助教学课件占有很大的比例。
1.2计算机辅助教学
计算机辅助教学（ComputerAssistedInstruction，CAI）是利用计算机作为主要的教学媒体来进行教学活动，即利用计算机来辅助教师执行教学。
计算机辅助教学一词在国家教育部制定的《计算机辅助教学软件制作规范》定义为：
以数字方式将表现学科教学内容和教学过程的图、文、声、像、动画以及活动影像等信息通过计算机系统存储、加工、传输和呈现，用户可通过人机交互方式使用，以便辅助教师教和学生学。
随着科学的进步与时代的发展，计算机辅助教学已被大部分教师认可。
计算机辅助教学手段的应用，以其软件多方位、立体化的开发和利用，以及储存信息量大、画面丰富、多种媒体综合运用等特点，在教学过程中为学生建立了一个动态教学环境，开阔学生的视野，丰富学生的想象力，调动学生的学习兴趣，从而大大提高课堂教学效率。
（除特别说明外，本书CAI即表示利用多媒体技术的计算机辅助教学）。
1.2.1基本概念
CAI教学是把计算机作为一种新型教学媒体，将计算机技术运用于课堂教学、实验课教学、学生个别化教学（人机对话式）及教学管理等各教学环节，以提高教学质量和教学效率的教学模式。
由于采用了CAI教学，学生不再仅仅向教师学习，而且可以通过知识库和专家系统学习，可以通过课件光盘学习，可以通过网络在网上学习等。
教师则着重于提高学生的分析问题和解决问题的综合能力和加强他们的整体素质。
同时由于知识更新速度加快，要求人们不断学习，不断更新知识，以学校为主的教育将转向终身教育，学校的教育体制和功能也将发生显著的变化。
所以在这种情况下，传统的教育观念发生了根本的改变。
现在学生由过去的被动学习在很大程度上变成了主动学习。
在学习内容选择、学习进度控制上，学生有很大主动性。
特别是在有多媒体技术和网络支持下的计算机辅助教学中，学生可共享更多的教学资源，学习方式、学习地点和学习时间安排都有很大的灵活性，更适应于个性不同的每个学生。
这样，教育方式也会发生巨大改变。
采用了CAI教学，教师除了具有传统的教师职能以外，更重要的职能是对教学信息进行加工，使之具有可在计算机辅助教学中应用的各种形式，例如多媒体光盘、因特网网页、信息数据库等。
同时学校也可以没有明显的校园界限，教育资源向公众开放，学生没有年龄的限制，学习则是由学生根据自己的需要和情况安排与选择。
在这种环境下的教师和教育机构的职能都与传统教学模式有极大的不同。
在教育中采用了以多媒体技术、网络等支持的计算机辅助教学，使教育研究中也出现了新教育模式下的认知理论及其应用研究、人-机界面的心理学研究、人的视听分配和信息综合的特征研究等一系列新的研究领域和课题。
因此它对教育内容和教育研究也产生了很大的影响。
由此可见，正是因为采用了CAI教学，使得赋予教育以新的内容与概念，推动了教育的变革，使其适应社会的发展。
它也有利于变被动教育为主动教育、变应试教育为素质教育。
这不仅是教育方法和技术的更新，而且将深入地影响到教育结构、教学体制和教学管理的整体改革，从而促进教育的现代化。
1.2.2学习模式
从20世纪80年代末开始，随着计算机技术、多媒体技术、网络技术的迅速发展，以及信息技术被引入教育科学和教育理论研究，CAI教学发展进入了一个新的阶段。
尤其是自20世纪90年代后期起人工智能、虚拟技术、超文本和超媒体技术的实用化，CAI教学内容的组织和呈现方式表现出多样化特点。
我国CAI教学起步较晚，但发展较快。
从20世纪70年代末期开始，我国开始了CAI教学的研究和应用实践。
1978年教育部在华东师范大学和北京师范大学首先成立了现代教育技术研究所，专门从事电视和计算机等高新技术在教育领域中的应用研究。
20世纪80年代初期有些高校研制了一些CAI教学系统，如华东师范大学的“微机辅助BASIC语言教学系统”。
1987年上海成立了中国CAI教学学会，该学会对推动我国CAI教学的发展起了很大的作用。
同年在国家“七五”攻关项目中，列入了两项CAI教学方面的专题项目，一项是面向大专院校，另一项是面向中小学。
20世纪90年代，我国许多师范院校成立了电化教育系或电教中心，同时，国家在“九五”科技攻关项目中，各学科出现了一些较为优秀的教学软件。
这些都为我国多媒体CAI教学的发展奠定了良好的基础。
我国当前流行的几种CAI教学主要学习模式。
1．以学生-计算机交互为中心的交互形式
这种形式包括个体化学习乃至基于生-机交互的群体学习，甚至还可以包括基于网络的生-机交互学习。
这种学习显然是以“课件”概念为代表的学习，这种学习形式的存在以市场上推出的形形色色CAI教学课件为标志，适宜于个别化学习的传统“课件”式CAI教学软件，积极地展示计算机的交互性能，这种辅助教学形式在面向知识选择能力和自我控制能力较强的成人，在继续教育方面起到了明显的作用；在中小学生的学习时也起到了一定的辅助作用。
2．CAI授课的形式
面对面的人际交流永远是充满魅力的交流，其存在是永远不可代替的。
计算机走进课堂，可以使这种交流锦上添花，更加充分地提高效率。
如何使计算机进入课堂，国内也已经有了许多成功的理论探讨与实践，需要继续认真研究的是：
针对不同的学习者，针对不同的教学内容，如何在传授知识中实现具象与抽象的最佳平衡这种教学形式在我国当前教育改革实践中的重要作用，通过人与人之间的直接交流而获得的学习对任何一个学习者来说都是必不可少的。
3．基于Internet的学习形式
Internet学习方式的最大优点在于，它突破了传统课堂对人数及地点的限制，只要传输带宽足够，软件支持交互式操作，人们可以完成非常生动活泼的学习过程。
而且，认知学徒理论、十字交叉形理论、教练理论以及支架理论等教学方法都支持这种教学模式。
利用Internet，传统的CAI教学功能有了非常大的拓展，真正实现了互动式教学过程。
实现这种模式可分为下列方式：
（1）实时式讲授
在这种模式中，教师和学生可以不在同一地点，师生之间可以通过视频进行实时交流，就如同在一个教室中一样。
这种实时交互式远程教学系统将网络、多媒体及虚拟现实技术结合起来，达到双方或多方实时交互。
（2）非实时式讲授
这种模式是由教师将教学要求、教学内容以及教学评测等材料编制成HTML文件，存放在Web服务器上，学生通过浏览这些网页来达到学习目的。
（3）个别辅导模式
这种教学方式可通过基于Internet的CAI课件以及教师与单个学生之间的密切通信来实现，个别指导可以在学生和教师之间通过电子邮件非实时地实现，也可以通过Internet上的在线交谈方式实时实现。
（4）群体讨论模式
这种Internet教学模式适用于协同学习理论。
实现群体讨论学习的方式有多种，最简单实用的是利用现有的BBS。
这种系统具有用户管理、讨论管理、文章讨论、实时交流、用户留言、电子邮件等诸多功能，因而很容易实现集群讨论模式。
（5）探索学习模式
这种Internet教学模式适合于认知学徒理论和教练教学理论。
通过Internet发布一些适合由特定的学生对象来解决的问题，要求学生解答。
（6）协作学习模式
在基于Internet的协作学习过程中,通过竞争、协同、伙伴、角色这些模式来实现。
CAI技术的发展，可以看出人类学习理论、计算机技术对其起到了巨大的推动作用，同时也看到社会的发展现状对它的期望和约束。
基于这种原因，CAI的未来发展将会呈现出多态性。
（1）应用方式的多样化
除了能提供交互环境的CAI软件之外，用于课堂演示和帮助教师备课的CAI软件也将得到发展。
（2）多种学习资源的集成化
计算机不能说成是唯一的学习资源。
重要的是各种学习资源（包括教师）的综合运用，发挥各种媒体的各自的独特作用，从而形成各种学习资源集成的优化的学习环境。
（3）研究、使用和教师培训的互动
CAI软件的研究和应用的根本目的在于改革教学、提高学生的培养质量。
把研究、应用和教师培训有机地结合起来，以研究促进应用，反过来又以应用促进研究，使其形成互动机制，是保证CAI正确发展的有效途径。
1.2.3CAI课件制作规范
教育研究部门、高等院校、中小学内的电教人员是CAI教学软件制作的主要力量。
CAI课件制作的标准化问题值得注意。
本书仅简略介绍2007年12月由国家教育部制定的《计算机辅助教学软件制作规范》（ProductionRegulationofComputerAssistedInstructionSoftware）。
其引言指出：
“本规范规定了计算机辅助教学（CAI）软件的术语、硬件运行环境、软件运行环境、网络运行环境、表现形式以及文件格式、文档编写要求等。
本规范适用于各级各类高等学校、出版单位以及计算机软件公司研制、开发、推广和使用的高等教育用计算机辅助教学软件。
”
该规范共分九大部分，规定了CAI教学软件的术语、硬件运行环境、软件运行环境、网络运行环境、表现形式以及文件格式、文档编写要求等。
第一部分为引言；第二部分术语介绍计算机辅助教学的定义和相关的名词术语，包括课件脚本、文字脚本、制作脚本等；第三部分介绍硬件运行环境；第四部分介绍软件运行环境；第五部分介绍网络运行环境；第六部分介绍出版要求；第七部分介绍CAl表现形式要求；第八部分介绍文档编写；第九部分介绍CAI软件开发规程。
规范由国家教委“计算机辅助教学软件制作规范研究”项目组负责起草，并委托国家教委高等教育文、理、工、农、医CAI与试题库协作组共同解释。
1.2.4CAI课件制作条件
根据目前多媒体电子出版物的开发系统组成情况看，CAI课件制作系统存在着单机制作环境和网络制作环境两大类。
CAI课件制作系统从其网络组成形式，又可分成对等网络制作系统及客户机/服务器网络制作系统两大类。
1．硬件设备
1）多媒体微型计算机
用于开发CAI课件的微机最低配置要求包括：
CPU为PⅡ，主频450MHz；内存512MB；显示卡为1280×1024分辨率，24位真彩色（具备图形功能）；硬盘100GB以上；高保真立体声音箱；优质麦克风等。
2）专用板卡类
音频处理卡、文本/语音转换卡、视频采集/播放卡、VGA/TV转换卡，视频压缩/解码卡（MPEG卡，JPEG卡）等。
3）外部设备类
图像扫描输入设备：
分辨率为1440×1440DPI的平板式彩色扫描仪、摄像头、数字照相机、数字摄像机；图像输出设备：
彩色激光打印机或高分辨率彩色喷墨打印机；数据记录设备：
光盘刻录机。
4）网络通信类
电话拨号上网设备：
56Kb/s调制解调器（Modem）；网络适配器（俗称网卡），一般使用NE2000的10MB网卡或100MB即插即用的其他型号的网卡。
5）其他多媒体处理工具
关于其他各类媒体处理工具，在本书的第4章将有较为详细的介绍。
2．软件条件
1）多媒体操作系统
多媒体操作系统又称多媒体核心系统（MultiMediaKernelSystem）。
它应具有实时任务调度、多媒体数据转换和同步控制机制，对多媒体设备的驱动和控制，以及具有图形和声像功能的用户接口等。
例如，Microsoft公司在PC上推出的WindowswithMultimediaExtension1.0或MultimediaDevelopmentkil。
2）多媒体系统开发软件工具
多媒体系统开发软件工具也称为媒体处理系统工具，或称为多媒体系统开发工具软件，是多媒体系统重要组成部分。
多媒体创作软件工具。
例如Macromedia公司的Extreme3D，为三维图形视觉空间的设计和创作，提供了包括建模、动画、渲染以及后期制作等功能。
3）数据库对多媒体的支持
多媒体系统开发软件涉及到数据库技术，包括关系数据库和面向对象数据库（OODB）。
Foxpro、Access、Paradox、Sybase、Oracle等一批商品化的扩展关系型多媒体数据库的出现，使扩展关系数据的方法上了一个新台阶。
3．创作开发人员条件
CAI课件制作队伍一般由专业教师编导、文字编辑、美术编辑、视频编辑、音频编辑和软件工程师组成。
通常采用工作组制，每个工作组由3～5人组成，其中主要人员有软件工程师（可兼编导、音频编辑或视频编辑）、文字编辑和美术编辑。
一般情况下，CAI课件开发小组应包含以下人员：
1）专业教师、专家和脚本设计人员
该人员应对开发CAI课件的学科领域具有充分的了解，能对系统所表达的主题内容的精确性负责。
这类人员还应该承担着脚本编写工作，负责完成所表达内容的组织工作。
脚本设计人员的职责是在原始讲稿的基础上，写出能够用多媒体信息表现的创作脚本，这种脚本设计应有一定的格式，对每一帧画面上出现的内容及格式有明确的说明。
2）媒体素材制作人员
媒体素材制作人员的任务是制作CAI课件中需要的各种媒体数据。
这类人员应能利用各种设备，如扫描仪、摄像机、录音设备和电视制作设备，制作出CAI课件脚本中所要求的声音、图像、文本、电视片段、动画等。
3）美术音乐设计人员
美术音乐设计人员用来创造在屏幕上显示的电子美术和在计算机上出现的电子音乐。
美术音乐设计人员除了决定节目的整体外观、包括背景颜色、字体格式及使用界面的色调等外，还要决定个别区域所使用的音、视频要素，负责CAI课件内容讲解部分的语音对话、背景音乐、特殊音响等。
4）交互媒体创作人员
创作人员应十分熟悉多媒体的表现手法，熟悉创作工具的性能。
这些工作包括CAI课件需求分析、网页制作任务确定、超链接的内容组织、创作概念形成和超文本流程绘制等。
如果需要编写程序，还应协助CAI课件软件人员完成程序的编制。
5）计算机硬件维护和软件编程人员
硬件维护人员应保证CAI课件正常运行的网络工作环境。
计算机硬件维护和软件编程人员有责任建立一个统一的工作平台，以适应CAI课件软件的顺利运行。
软件编程人员负责CAI课件软件的编写、多媒体数据库的开发和整个CAI课件的日常维护与管理。
1.2.5CAI课件播放条件
随着现代化教学系统在各大院校的不断推进，CAI课件播放条件就是建立集多功能教室系统、多媒体教学系统、演播系统于一体的新型现代化教育的教室。
这里初步介绍一个多媒体CAI课件教学环境。
CAI课件教学环境整个系统要高效率地完成教学任务，结合各个系统，充分发挥各个系统的功能，实现现代化的教学。
1．多媒体显示系统
多媒体显示系统由高亮度、高解析度的液晶投影机和电动屏幕构成；完成对各种图文资料的大屏幕显示。
2．多媒体电教室A/V系统
多媒体电教室A/V系统由计算机、DVD、VCR（录像机）、实物展台、功放、音箱等A/V设备构成；完成对各种图文信息（包括各种软体的使用、DVD/CD碟片、录像带、各种实物、声音）的播放功能；实现多媒体电教室的现场扩音、播音，配合大屏幕投影系统，提供优良的视听效果。
3．智能型多媒体中央控制系统
多媒体电教室各种电子设备要求能集中控制。
包括：
要求操作简单、人性化、智能化；要求整个系统可靠性高；尽量多地体现出各种设备的卓越功能，让所有设备工作在最佳状态，发挥设备的最大功效；能够控制投影机，进行开/关机、输入切换等功能；并实现屏幕的上升、停止、下降功能；能够控制DVD、VCR进行播放、停止、暂停等功能；能够控制实物展台进行放大、缩小等功能；能够控制音量，进行音量大小的调节功能；能够实现音视频、VGA信号自动切换控制功能。
4．多媒体电教室功能
1）多媒体显示系统的控制
通过主机后的串口（RS232/IR接口），控制投影机的所有功能，如开/关机、VIDEO/VGA输入切换等；并且能够自动实现关联动作，如关闭系统时，自动将投影机关闭；通过控制投影机的输入切换（VIDEO、VGA1、VGA2、VGA3），实现对视频图像、计算机图像、预留计算机图像的切换；通过内置4路强电继电器，控制屏幕的上升、下降、停止；并且能够自动实现关联动作，如投影机开时，屏幕自动下降，投影机关时屏幕自动上升。
2）实现A/V系统的控制
通过主机后的红外控制口和红外发射棒，控制DVD（录影机、实物展台）的所有动作，如播放、暂停、停止、快进、快退、上一曲、下一曲、菜单、上/下/左/右等；并且可以自动将DVD录像机、实物展台的图像切换到投影机，投影机自动选择视频输入，自动将DVD录像机、实物展台的声音切换到功放；通过主机内置的音频切换模块，自动切换DVD、VCR、计算机的音频输入；通过主机内置的音量控制模块，控制功放输出音量的大小；通过主机内置的视频切换模块，自动切换DVD、VCR、实物展台、预留视频的图像到投影机。
3）网络的接入
通过专用光纤，与控制主机联接进入学校的校园网，连通Cernet、Internet，获取更大的教学资源，并可以进行远程教育，开办视频网络课堂等。
1.3多媒体技术的基本概念
多媒体集文本、声音、图像、视频和动画等为一体，是计算机处理信息多元化的技术和手段。
多媒体技术本质上是一种计算机接口技术，它采用图形交互界面、窗口选择操作等，使人机交互能力增强，有利于人与计算机之间的信息交流。
如何熟练地应用多媒体技术是制作相对完美的多媒体CAI课件的基石和基本功。
1.3.1媒体及媒体的分类
国际电报电话咨询委员会（ConsultativeCommitteeforInternationalTelegraphandTelephone，CCITT）是一个负责开发通信标准的国际组织。
目前，该组织已经成为国际电讯联盟标准化组（ITU-T）。
该组织将媒体信息表示和传播的形式载体分为5类：
感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体和传输媒体。
感觉媒体：
指直接作用于人的感觉器官，使人产生直接感觉的媒体。
如引起听觉反应的声音、引起视觉反应的图像等。
感觉媒体又可以分为视觉类媒体、听觉类媒体和触觉类媒体。
视觉和听觉类媒体是信息传播的内容，触觉类媒体是实现人机交互的手段。
表示媒体：
指传输感觉媒体的中介媒体，即用于数据交换的编码。
如图像编码、文本编码和声音编码等。
表示媒体是承载信息的载体，如文字、声音、图像、动画、视频等。
表现媒体：
指进行信息输入和输出的媒体。
如键盘、鼠标、显示器等。
存储媒体：
指用于存储表示媒体的物理介质。
如磁盘、光盘、磁带等。
传输媒体：
指传输表示媒体的物理介质。
如电缆、光缆和电磁波等。
1.3.2多媒体的定义
“多媒体”一词译自英文Multimedia，从字面上看，多媒体就是由单媒体复合而成的。
多媒体技术从不同的角度有着不同的定义。
在视觉媒体上，包括图形、动画、图像和文字等媒体，在听觉媒体上，则包括语言、立体声响和音乐等媒体。
有人定义多媒体是“文字、图形、图像以及逻辑分析方法等与视频、音频以及为了知识创建和表达的交互式应用的结合体”。
现在多媒体这个名词或术语几乎已经成为文字、图形、图像和声音的同义词，也就是说，一般人都认为，多媒体就是声音、图像与图形等的组合，所以在一般的文章中也就一直沿用这种不太准确的词。
目前人们对多媒体的理解，主要仍是指文字、图形、图像、声音等人的器官能直接感受和理解的多种信息类型，这已经成为一种较狭义的多媒体的理解。
在计算机和通信领域，信息中包含的正文、图形、声音、图像、动画和视频都可以称为媒体。
从计算机和通信设备处理信息的角度来看，可以将自然界和人类社会原始信息存在的形式——数据、文字、有声的语言、音响、绘画、动画、图像（静态的照片和动态的电影、电视和录像）等，归结为三种最基本的媒体：
声、图、文。
目前人们所说的多媒体，是指能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个或以上不同类型信息媒体的技术，这些信息媒体包括文字、声音、图形、图像、动画和活动影像等。
1.3.3多媒体的元素
多媒体包括文本、图形、静态图像、声音、动画、视频剪辑等基本要素。
不同的文档格式是为不同的情况而设定的，互不兼容。
1．文本
文字是一连串人们能理解的字符，可算是最基本的沟通媒体。
它包括普通文本、图形文字和动态文字。
具体可分为以下几类，如图1-1所示。
（1）记事本文档（TXT）：
只有ASCII码，没有任何格式化编码。
（2）文本文档（DOC）：
包含文字及格式化编码，但需使用特别软件打开及导出。
（3）RTF（RichTextFormat）文档：
包含文字及格式化编码，而且是跨平台的，可用一般文件处理软件打开及导出。
（4）PDF（PortableDocumentFormat）文档：
能保留原文件的版面设定及排版格式。
图1-1文本类型及格式间的转换
（5）线性文本与非线性文本超文本（Hypertext）。
用超文本技术开发的多媒体软件更接近学习者联想的特点，更符合学习者的身心特点，十分方便信息的查寻与检索，在多媒体应用中具有很大的潜力称之为非线性文本超文本。
但是，超文本的开发所花的工作量远远超过线性文本的开发。
2．图片
图片包括图形（Graphic）和图像（StillImage）两种。
与文本信息相比，图片信息一般比较直观，抽象程度较低，阅读容易，而且图片信息不受宏观和微观、时间和空间的限制，许多内容都可用图片来表现。
图形指的是从点、线、面到三维空间的黑白或彩色几何图，也称矢量图（Vecto
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