（机械制造及其自动化专业论文）基于web的超媒体课件及其集成制作系统的研究与开发.pdf

直立堕窒堕盔奎堂亟堂焦鲨塞 摘要 本文对超媒体技术和超媒体计算机辅助教学软件( h c a i ) 进行了比较深入、系 统的研究，并以大学机械专业英语为素材，开发出超媒体课件集成制作系统，提 出了“填充式”超媒体课件创作方式，从而为新一代的教育形式远程教育做出了 有益的探索和实践。 、( 论文的主要工作包括以下几个方面： 1 提出了超媒体课件创作的集成化思想和“简单填充、自动完成”的超媒体课 件设计新思路： 2 对超媒体课件的制作做了详细的研究工作。通过对超媒体元素的合理组织和 管理，并利用二维动画、平面设计和脚本语言，创作出大学机械专业英语超媒体 课件模板。 3 使用v i s u a lc + + 开发出超媒体课件集成制作系统。在开发过程中，完成了软 件的数据模型和结构模型的设计，并对系统的总体框架进行了建立和分析，应用了以 课件模板来“填充”创作超媒体课件的新方法j 关键词：超媒体课件模横集成制作系统 f 墨! 竖! 盟塑燮签竖! l ：墨基堡盛型堡墨堕盟塞塑兰堑堡 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h et h e o r yo f h y p e r t e x ta n dh y p e r m e d i ac o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ( h c a i ) h a sb e e ns t u d i e dc o m p r e h e n s i v e l ya n ds y s t e m a t i c a l l y w e h a v ed e v e l o p e dt h e s o f t w a r eu s e dt om a k et h eh y p e r m e d i ac o u r s e w a r eo fc o l l e g em e c h a n i c a le n g l i s ha n d h a v ec a r r i e do u tan e wi d e af o r c o n s t r u c t i n gh y p e r m e d i a c o u r s e w a r e r a p i d l y a n d e f f i c i e n t l y t h em a i n w o r ki nt h ep a p e ri sa sf o l l o w s ： 1 t h ei d e ao f i n t e g r a t i o nh a sb e e nb r o u g h to u td u d n g t h ec o u r s eo f d e v e l o p i n gt h e s o f t w a r e a n dw ef o u n da ne f f i c i e n tm e t h o dt oa u t o m a t i c a l l yc o n s t r u c tc o l l r s e w a l eb y f i l l i n gh y p e r m e d i am a t e r i a li n t oi t 2 t h eb u i l d i n go f h y p e r m e d i ac o u r s e w a r ei ss t u d i e dp a r t i c u l a r l y w ed e v e l o p e dt h e t e m p l a t e o fc o l l e g em e c h a n i c a le n g l i s ho nt h eb a s i so fo r g a n i z i n ga n d m a n a g i n g h y p e r m e d i a e l e m e n t sa n d t a k i n ga d v a n t a g eo f 2 da n i m m i o n ，2 d d e s i g na n ds c r i p t 3 b ym e a n s o ft h e d e v e l o p i n gl a n g u a g e “v i s u a l c h ”t h es o f t w a r e “t h e h y p e r m e d i ac o u r s e w a r eo fc o l l e g em e c h a n i c a le n g l i s hi n t e g r a t e dd e v e l o p i n gs y s t e m h a sb e e nd e v e l o p e d d u r i n gt h ed e v e l o p i n gc o u r s e ，t h em o d e lo fd a t aa n dt h em o d e lo f s o f t w a r es t r u c t u r eh a v eb e e nc o m p l e t e d t h ef r a m e w o r ko f t h es y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e d a n d a n a l y z e d k e y w o r d s ：h y p e r m e d i a c o u r s e w a r e t e m p l a t ei n t e g r a t e dd e v e l o p i n gs y s t e m 童室堕窒堕丕盔堂堡主堂垡丝兰 第一章绪论 i n t e m e t 是全球最大的计算机网络，也是全球最大的信息源。在i n t e r n e t 网络上联 机的用户，通过自己电脑中的浏览器可以很方便地查阅i m e m e t 上各个w e b 服务器 上以各种形式如：文字、图形、图像、音频和视频等媒体形式存储的信息。同时，随 着计算机技术的发展，c a i ( c o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ) 的研究、开发和应用也进入 了一个较高的层次。 计算机辅助教学( c a i ) ，概括地说就是人们利用先进的电子技术和计算机来开 发人以及人以外的资源，去实现最优化的教学目的。具体地讲，计算机辅助教学是利 用计算机为媒介，通过计算机程序的运行，来实现课堂教学、辅导答疑、实验仿真以 及测验考试等教学活动。计算机辅助教学是教育技术的重要组成部分，它的产生和发 展对促进教育、教育技术的变革与发展有着巨大的推动作用。多媒体技术的发展对 c a i 产生了巨大的影响，多媒体技术使得信息的表现形式丰富多彩，利用可视、可听 的信息来代替只能阅读的信息，用简洁形象的图片信息来代替抽象冗长的文字信息。 多媒体技术在计算机中的应用也为计算机教育带来了生机和活力。多媒体在教育中的 应用和发展，改变了教学模式、教学内容、教学手段和教学方法，并最终导致整个教 育思想、理论，甚至教学体制的根本变革。 1 1m c a i 与h c a i 计算机辅助教学是一种建立在众多近、现代学科及计算机技术，尤其是多媒体信 息技术和网络信息技术上的教学方式。这是一门集教育学、计算机学以及美学交叉、 融会在一起的学科。 1 1 1m c a i 和h c a i 的基本概念 在9 0 年代，大容量硬盘和光盘等存储设备的出现，为计算机存储大量图像和声 音素材提供了可能：新的压缩、解压缩技术为图像信息的存贮和输入提供了技术手段。 特别是前些年发展和成熟起来的多媒体技术，它将文本、图形、图像、动画和声音等 信息进行综合的处理和控制，使其根据需要进行有序的组合，随机的出现，这正是早 期c a i 软件系统需要解决的问题。应用多媒体技术设计和编制的c a i 软件系统，具 有综合处理图、文、声、像的能力，改变了原来c a i 中将知识信息仅以单一视觉或 堇王堕! 盟塑堡堡堡笪丛基堡堕型堡墨丝盟塞墨量丝壅 一一一 者听觉符号表现的方法，使学习者能通过多种感官获取知识信息，增强理解能力，提 高学习效率。应用多媒体技术开发的c a i 软件即称之为m c a i 课件。 基于i n t e m e t 的c a i 教学软件，也就是超媒体c a i 教学软件( 简称为h c a 卜 h y p e r m e d i a c o m p u t e r a s s i s t e d i n s t r u c t i o n ) ，是利用现代的通讯技术、计算机技术、多 媒体技术、和现代教学方法进行教学活动的一个系统。这种教学系统突破时空的局限， 可以使处于不同地域的学生和不同地域的老师相互交流，可实现人机交互和及时反 馈。教学是一种双向沟通的过程，任何单向的教学，其教学效果都是有限的。利用h c a i 的教学活动改变了传统的教学模式，大大扩充了教学手段，扩大了教学内容，并有非 常广泛的用户群。 1 1 2m c a i 与h c a i 的比较 现在我们常见的c a l 课件大多使用a u t h o r w a r e 、d i r e c t o r 、t o o l b o o k 之类的工具 集成，这样获得的课件是m c a i 课件。这样做的优点是课件自成一体，独立性强，具 有完整的版权，从形式到内容都得到较好的保护。这种类型的课件中不乏优秀之作， 但在实际的教学实践中被教师广泛使用的却很少。因为正是这种课件的独立性和完整 性使课件的灵活应用受到一定程度的限制。教师的课堂教学是一个动态的、与学生交 互的过程，一成不变的c a i 课件很难适应千变万化的教学实际，课件既定的体系结 构与教师的教学需要有较大的距离。教师在教学过程中需要添加一些自己积累的素 材，发挥由经验而形成的个人魅力，选用各种不同风格的教学方法。因此，c a i 课件 需要给教师留出较大的自由空间，不能束缚教师对教材、教学内容、教学方法的实时 处理。这也正是目前大多数课件所欠缺的。这些课件适合于学生的自学，适合于课堂 教学的局部运用。而不适合于课堂教学的整体运用。 i n t e m e t 网上的w e b 页是一个共享的资源宝库，其中的资源极为丰富，且可通过链 接随意调用，也能方便用户修改。这种信息的组织方式可赢接应用于c a i 课件的设 计，由此创建那种教师能够自由编辑、扩充内容的课件。h c a i 课件正是以w e b 页形 式组织素材，以w e b 页开发方法建立课件体系结构，以w e b 网站形式管理内容的辅 助教学软件作品。 h c a i 课件与m c a i 课件一样，都需要许多素材，按一定的顺序组织而成，它们 的不同之处主要表现在三方面：首先，在于素材集成方式不一样。h c a i 课件使用超 文本标记语言( h t m l ) 组织素材，创建扩展名为h t m 的h t m l 文件，用户使用h t m l 的重点在于建立可自由跳跃的文档结构。其次，h c a i 课件只需要通用的浏览器查看 内容，它不是直接可运行的e x e 文件。第三方面的不同是课件的管理方法。h c a i 课件的管理可以采用网站的管理方法，各种素材文件和h t m l 文件共存在某个文件 南京航空航天大学硕士学位论文 夹下，支持远程管理。 开发者 用户 管理者 图1 1 基于w e b 的超媒体课件的开发和应用环境 从图1 1 可看出，h c a i 课件的开发和应用类似于网页的开发和应用，所不同的 是它们的目标，c a i 课件注重于知识表达和教学设计。在熟悉h t m l 的规范后，就可 使用文字编辑工具开发h c a i 课件，当然也可以使用专用的网页编辑器，它们不仅提 供语法的校对，还支持众多的模板和特效。专用的网站管理器为我们提供了更强大的 功能，比如课件的发布、课件的上传下载等。 1 , 1 3i t c a i 的特点和优点 可见，这种基于w 曲的h c a i 课件，特别适用于教师的课堂教学。教师在备课 时可根据教学要求、教学经验、学生素质、本人的学识等情况，及时方便地补充课件 的内容、调整课件的结构。编写基于w e b 的课件，就像教师写教案一样自在，通过编 写提纲、链接素材就能生成h c a i 课件。教师经过年复年的素材积累和教学实践， 就能得到大量实用的数字化的辅助教学资源。 h c a i 课件的优点表现在以下几个方面： 1 从课件内容看，基于w e b 的h c a l 课件支持更多的媒体类型。它不仅支持常 用的文字、图像、声音、动画、视频的众多格式，还支持网络上的众多媒体。比如虚 拟现实场景、流媒体。w e b 的开发和应用环境是目前最开放的，传统的课件开发工具 对媒体文件格式的支持能力根本无法与w e b 相比，而且w e b 具有很好的扩展性，只 要在浏览器中安装新媒体的支持插件，就能在课件中展现新媒体的风采。 2 从课件形式看，基于w e b 的h c a i 课件就是一个超媒体系统，课件内容的组 织依靠超链接，h t m l 文件中提供了链的锚点，链的目标节点就是用于教学的素材， 这种由节点和超链接构成的网络近似于知识表达的语义图。因此，基于w 曲的c a i 课件容易设计，开发简单。动态的h t m l 技术正日趋成熟，它们为课件的外观美化 提供了可能。 3 从课件的使用角度看，基于w e b 的h c a i 课件是通过浏览器运行，这为课件 基于w e b 的超媒体课件及其集成制作系统的实现与研究 的跨平台使用提供了可能。c a i 课件具有w e b 页的所有特征，它的易用性很突出， 上过i n t e m e t 的用户都会使用它。在基于网络的应用环境中，c a i 课件资源的共享大 大减轻了重复开发的开支，这种继承自w e b 的共享性也是其他形式课件无法比拟的。 4 从课件的开发角度看，基于w e b 的h c a i 课件的编写如同文字编辑排版，是 容易掌握的技术，使用任何一种文字处理软件都能打开课件文件，内容的变更很容易。 w e b 的开放性和网络性是信息共享和信息重用的基础，可以通过风格、模板的选用、 素材的重组( 在课件中素材的应用是非嵌入式的) 提高课件的开发效率。 5 从课件的管理角度看，基于w e b 的c a i 课件可在单机和网络中运行，安装了 w e b 服务器( 个人w e b 服务器或专用w e b 服务器) 后，可方便管理课件的各种文件。 远程用户可方便地上传或下载课件，实现课件的异地开发和管理。这种基于w e b 的 c a i 课件不仅设计方法简单、内容更改容易，而且支持媒体类型众多、素材来源丰富， 更具与使用的软硬件平台无关的优点。 1 2h c a i 的研究现状 在早期的c a i 中，我们采用的一般是m c a i 。但是实践证明，这种c a i 方式具 有很大的局限性。比如，课件的存在形式为集成的整体，一般制作为可执行文件，导 致课件的扩展性差；每个教师根据自己得教学情况都制作出自己的m c a i 课件，从而 产生不同版本的课件，课件的重用性很差：m c a i 课件不能在w e b 上发布和运行， 就算通过i n t e m e t 下载，也只能在用户本机上运行。所以，这许多的局限性导致了 m c a i 不能大力的推广。 随着计算机、多媒体、互联网络等高新技术的不断发展，教育所受到的影响是最 大和最直接的。其中最引人注目之处就是，基于w e b 的c a i 技术在网络技术的推动 下的出现和蓬勃地发展，它昭示着现代远程教育的基本走势。 随着网络技术、信息技术和多媒体技术的发展，许多国家例如美国、英国、法国、 日本等国政府都大力提倡和发展基于网络技术的远程教育。美国政府的n i i 研究计划 和下一代i n t e m e t 网研究计划都把远程教育作为重要的网络技术应用工程加以研究， 并提出了把i n t e m e t 网接入每一所学校，使每一个学生都能够在网络环境下学习的要 求。马来西亚政府正在实施一项名为“多媒体超级走廊”的国家计划。我国政府也非 常关注教育信息化。最近，教育部正在加紧筹划“现代远程教育工程”，积极推动教 育信息化，把应用现代教育技术作为教育改革和发展的重要动力，努力占领“制高点”。 最近，经国务院批准的教育部面向2l 世纪教育振兴行动计划中已把实施“现代 远程教育工程”列为重要内容。中国的远程教育将进入一个新的时期。显而易见，基 于w e b 的远程教育模式将替代早期单向的远程教育模式，如广播、电视函授。在我 南京航空航天大学硕士学位论文 国，许多大学都建立了基于w e b 的远程教育系统，如清华大学图书馆i n t e r n e t 教 室、中国科技大学网络教室、上海交大远程教育中心等。而作为这些基于w e b 的远 程教育系统而言，其重要的组成部分就是h c a i 课件。这些超媒体课件主要是采用 h t m l 标记语言进行书写，也包含大量的脚本语言如j a v a s c r i p t 、v b s c r i p t 等，也可 以连接后台数据库甚至使用j a v a 小程序来完成课件的制作。 随着通讯技术和网络技术地发展，基于i n t e r n e t 的计算机教学和计算机辅助教学 将逐渐普及，所以有必要对这一方向进行一些探索。针对这种情况，我们开发了这个 以大学机械专业英语为模板的超媒体课件集成制作系统，主要目的是为了简化降 低课件的制作难度和制作者的工作强度，使教师将重点放在课程的内容设计和表达形 式上，从而达到调动学生积极性和提高教学质量的目的。 1 3 本文的工作 本文就具有极大发展潜力的基于w e b 的超媒体课件进行了深入、系统的研究， 阐述了超媒体技术在教育和辅助教学中的重要作用，并在超媒体课件的制作方面做出 一些尝试，从而为超媒体技术更加广泛、有效地应用于教学活动中提供一些新的思路。 论文的主要工作包括以下几个方面： 1 提出了超媒体课件创作的集成化思想和“简单填充、自动完成”的超媒体课 件设计新思路。创作环境的集成化有助于提高课件制作效率，大大减少了各媒体编辑 软件之间的切换频率；“简单填充、自动完成”的思想，则是对已有的课件模板进行 抽象化，使制作者只需简单地进行媒体素材填充，就可以自动生成优秀的超媒体课件， 从而降低了课件创作的难度，减少了重复性劳动，实现了课件制作的快捷性和批量化。 2 对超媒体课件的制作做了详细的研究工作。通过对超媒体元素的合理组织和 管理，以大学机械专业英语为素材，并利用j a v a s c f i p t 、v b s c r i p t ，、h t m l 等语 言和f l a s h4 0 、d r e a m v e a v e r3 0 及p h o t o i m p a c t5 0 等软件创作出大学机械专业英 语超媒体课件模板。在课件模板的开发过程中，完成了其中全部内容的创作，使该 课件图文并茂，声音、动画、影像合理调度，从而使学生在轻松欢快的气氛中，接受 教育，增长知识。该课件克服传统多媒体课件的单向模式，将老师和学生之间的交互 式活动融如其中，使教学生动活泼，教学质量提高。 3 使用v i s u a lc + + 开发出超媒体课件集成制作系统。在开发过程中，完成了软件 的数据模型和结构模型的设计，对系统的总体框架进行了建立和分析，并在其中应用 了以课件模板来进行“填充式”课件创作的新思路。 基于w e b 的超媒体课件及其集成制作系统的实现与研究 第二章课件设计中的超媒体技术 超媒体技术是近年迅速兴起的一项计算机技术，简单地说是一种按人脑的联想思 维方式非线性地存储、管理、控制和展示信息的技术。超媒体技术不仅可以有效地管 理文字信息，而且可以有效地管理图像、图形、声音、动画和视频等各种各样的媒体， 应用超媒体技术，可以使一些在普通条件下无法实现或无法观察到的过程与现象生动 而形象地表现出来，可大大增强对抽象事物及其过程的理解与感受。 可见，超媒体技术是： 1 允许用户以一种非线性的、关联的态度与系统进行交互并且可以进行信息组 合的技术； 2 允许信息的展示是动态的，即不只是要指出展示什么，还要表明如何展示的 技术； 3 使信息能“活”起来，用户能直接与信息进行一些交互操作的技术； 4 一种用来连接、浏览大量异质信息的技术。 2 1 超媒体的基本概念及其特点 超媒体是由节点( n o d e ) 和表达节点之间关系的链( l i n k ) 组成的非线性网络结 构，用户可对其进行浏览、注释等操作。超媒体中的信息以节点为基本单位，一个节 点就是一个信息块，通常用于表达一个相对独立的概念或者思想体系：节点的信息形 式可以是文本、图形、图像、音频、动画、一段计算机程序等，也可以是上述各种媒 体形式的组合。链表示不同节点之间的关系，是每个节点指向其他节点，或从其他节 点指向该节点的指针。实际上，超媒体结构是多媒体的超文本结构，是一种非线性的 信息管理系统，它是收集、存储、浏览离散信息，以及表示信息之间关系的技术。由 此可见，在非线性的超媒体结构中，节点、链和网络是超媒体的三个基本要素。 如图2 1 ，是一个简单的超媒体文本结构，其中节点为a 、b 、c 、d 和e 。我们 停留在节点信息a 时可以点动l i n k l 、l i n k 2 和l i n k 3 三个链接跳转到相应的信息块， 从而到达其他节点b 、c 和d 。而a 、b 、c 、d 和e 就组成了一个非线性、联想跳 跃的网状结构。 南京航空航天大学硕士学位论文 图2 1 超媒体文本结构图 超媒体具有三个最基本的特点：综合性、交互性和无结构性。 1 综合性。超媒体包含各种各样的媒体信息及其综合体，不仅极大丰富了学习 环境，而且也因为可以使用大量的各种各样的工具，使得制作超媒体教材比使用通常 的工具制作c a i 课件容易得多。 2 交互性。学习者和超媒体系统可以自由地实现人机交互。学习者的c a i 学习 过程是从人机交互开始的，这包含两个方面的意义：首先，该系统允许学习者发出 各种学习指令，并能有效地辨认这些指令；另一方面，根据学习者的要求，系统会给 出与学习者水平相对应的学习内容和学习进程。 3 无结构性。教学设计必须基于某个目标和选择相关的教学内容，并将该内容 系统化，以形成结构化的教材。c a i 课件就是这种基于教学设计的结构化教材。尽管 c a i 学习过程给了学生某些选择的余地，但是这只是一种局限在固定的结构化区域之 内的选择。虽然不同的学习者有不同的要求和学习内容以及不同的学习方法，但是这 些都是为了达到同样的目标，并且都是在固定的结构化区域中产生的。利用超媒体技 术制作的h c a i 课件，学习者可以自己制定学习目标，选择学习内容和学习途径。使 用同一个超媒体系统的不同学习者也许会有不同的学习目标，然而超媒体本身并不与 学习目标，特别是那些具体的、简单的学习目标相关联。超媒体不像普通学习材料那 样具有基于某个学习目标的特性，而是可以被看成无结构的教材。这种无结构化的教 材满足了大量的不同学习者和不同学习目的的需要。 同时，超媒体的交叉索引结构为其无结构特性提供了很好的基础和有利的条件一 一它具有丌放性和可扩充性。超媒体具有很好的扩充能力，学习者可以根据自己的需 要方便地修改和扩充其中的节点和链，从而更改整个系统的结构，而整个超媒体系统 可以是个永远不会完成的媒体结构。这种特性使得超媒体成为广大使用者所喜闻乐 薹王坠! 塑塑塑堡堡壁壁基堡盛型堡墨堕丝塞鎏量堑窒 一 见的媒体形式，并在教育领域中广泛应用。教学过程中，教师能连接、编辑、修改和扩 充节点中的内容和节点间的链接关系，从而有效地组织信息，提高教学效率。 2 2 超媒体组成要素 前面已经提出过，超媒体是由相对独立的节点信息和表达它们之间关系的链所 组成的信息网络，即节点、链和网络是超媒体的三要素。 2 2 1 超媒体的节点 节点是超媒体表达信息的基本单位，它是描述某个特殊主题的数据集合。节点 中可以定义链与其他节点的连接。实际上，超媒体网络是由具有复杂的链接结构的节 点所组成。节点内容可以是文本、图形、图像、视频、音频、计算机程序等，也可以 是它们的组合形式。 1 本身可以是一个文献或者被定义成一个由节点表现的对象，为文本建链，链 源一般是文本节点中的字词，称为热字。 2 位图图像和图形节点是由位图图像和图形媒体组成的节点。在位图图像上建 立链，链源是图像上的某一个敏感区，称之为热区：对于图形节点，链源是某一图元， 点中图元就能够激活一个链接。 3 视频节点的一个特性是时间连续性，节点的链源与时间有关，即视频的某几 帧，成为热点。 4 音频的节点也是基于时间的媒体。 5 混合媒体节点是多个单媒体构成的节点，即上述节点中各种媒体的混合。 6 组织型节点是组织节点的节点，如索引、结构查询，包括各种媒体节点的目 录节点和索引节点。 为了保证所设计的节点的有效性，最重要的是必须先分析学习目标、任务、材料、 要进行的活动、整体的概念和超媒体系统的网状结构形式。节点是超媒体中最小的信 息单元，也是学习任务中最小的一个知识点。因此，在对学习任务进行分析的基础上， 我们就可以确定超媒体的节点。在设计节点的过程中。不仅要考虑学习任务及其分析 结果。还要考虑学习者的学习潜力。例如，对于所有的学习者而言，如果有若干个节 点都与相同的学习有关，则这些相关的节点就可以被视为是一个节点并进行设计。这 样可以在很大程度上简化超媒体网状结构的复杂程度。设计节点时的一个原则是不要 将节点设计得太小。如果节点太小，同样的信息量势必要分为很多个节点。网状结构 就会变得庞大、过于复杂，这对超媒体的设计以及对学习者的学习都是十分不利的。 南京航空航天大学硕士学位论文 同样，不应将节点设计得太大，节点太大意味着节点中的某些内容不是每个学习者都 需要的，因此对于那些不需要学习节点中所有内容的学习者而言，这无异于浪费他们 的时间却又无甚收获。因此设计节点时必须将学习内容和必要的基础知识放在不同的 节点中，尽量提高节点的利用效率。 2 2 2 超媒体的链 链用来连接相关的节点，也是组成超媒体的基本单位，是超媒体的灵魂。链用 来连接相关的节点。链形式上是从一个节点指向另一个节点的指针，本质上表示不同 节点间存在着信息联系。在超媒体系统中，定义的各节点可用链连接起来，链的功能 强弱，直接影响节点信息的表现力，也影响网络的结构。 链的一般结构分为：链源、链宿及链的属性。链源可以是热字、热区、热点、 媒体对象或节点本身；链宿是链的目的，一般是节点；链的属性决定链的类型。 根据链的功能，链的类型基本分为：基本结构链、组织链和推理链。 1 基本结构链是主要链形式，是建立超媒体时事先定义的。它又包括基本链、 交叉索引链、节点内注释链。基本链是建立节点之间基本顺序的链，这有些类似于一 本书由章、节、小结和段落等组成的结构。它使信息在总体上呈现出层次结构。基本 链的链源和链宿都是节点。交叉索引链将节点连接成交叉的网状结构。交叉索引链的 链源可以是热字、热区、热点和单媒体对象及按钮，链宿为节点。节点内注释链是一 种注释链，被注释源可以是热字、热区、热点或单媒体对象等。注释链的链源和链宿 均在同一节点内，一般这种节点都是混合媒体节点。采用节点内注释链的好处是不用 另设节点，在需要时注释才会出现。 2 组织链用于节点的组织。 3 推理链用于智能超媒体中，这种链是实时建立的，是一种虚链或动态链。另 外还有自动链接和类型链等。自动链接是超媒体中个非常重要的概念，它允许系统 自动地把当前节点与相似主题或满足某些条件的其他节点链接在一起。它可以对超媒 体进行基于内容的检索，检索时输入某些主题、特征或条件，超媒体能将满足该主题、 特征或条件的节点自动链接起来，提交用户浏览。类型链超媒体用户描述两个节点问 的关系，即用户可定义链的类型。这样在条链迁移之前，用户可预先知道目标节点 的属性：另外允许用户对节点进行预查询，易于开发智能超媒体。 超媒体系统中的链体现了学习内容之间的逻辑关系。超媒体的网状结构安排了学 习任务的知识语义网络，因此从这个意义上讲，设计超媒体中的链必须基于任务的分 析结果，而这正是由任务分析所得出的知识结构决定的。在设计链和网状结构时，必 须考虑学习者的学习方法、学习风格和所使用的材料。学习内容的相互关系主要可设 9 基于w e b 的超媒体课件及其集成制作系统的实现与研究 计成近网络状结构。当学习者学习一个节点时，可以获得一些帮助和注释信息，而这 些信息通常是嵌在学习内容中的。这种嵌入的层次不应设计得太深，否则学习者在返 回时很有可能会迷路。 2 2 3 超媒体的网络 超媒体中由节点和链构成的网络是一个语义网，节点之间的连接是靠计算机的 推理、演绎，而超文本是通过交互式的浏览、查询。由此可见，超媒体的信息网络 在建立信息联系的同时，也表现出作者的思维轨迹。它不仅提供了知识、信息，而 且还蕴涵着对它们的分析、推理等，其内涵极为丰富。超媒体具有多方面、多层次 的表现力，为人们提供了一种全新的写作方法，它不局限于单一媒体的线形表达， 而是多媒体的网络式表达。 另外，用户在浏览较大型超媒体系统时，很容易迷失方向，不知道自己在超媒 体网络中身在何处，也不知道下一步该沿哪条链继续浏览。所以，系统必须要有强 有力的导航工具，以便查看浏览线路，判断当前节点方位。目前解决迷路问题的方 法主要包括用户界面方法、结构化方法、搜寻查询方法和人工智能方法等。 1 用户界面方法。通过改善用户界面来帮助导航。它将超媒体数据库中的节点 及节点之间关系部分或全部以图形方式显示出来，使用户对节点内容、节点之间关系 和系统的整体轮廓有清晰认识。 2 结构化方法。对一个复杂系统描述的最佳途径是分层抽象，所以将超媒体结 构化，即按树结构对系统进行组织，将信息块依其相似性分组，叶子节点对应于单个 信息块，非叶子节点对应于信息组，离根节点越近的非叶子节点，其予节点对应的信 息组之间的相似程度越低。 3 搜寻查询方法。该方法是现有的浏览功能的扩展，利用该方法用户给出查询 目标信息的要求。系统会自动定位要查询的信息。目前该方法已被认为是解决用户迷 路问题的一种基本手段。 4 人工智能方法。基于知识的技术在解决迷路问题方面非常有用。目前给超文 本提供智能机制来帮助用户导航，主要有两种方法：一是将智能机制作为一种外部机 制。将基于知识的智能系统作为与超媒体系统本身独立的外部实体，对用户或系统建 模，通过标准的编程接口创建、访问和修改超文本超媒体网络中的信息，用以指导网 络中的信息检索。二是在超文本或者超媒体系统中嵌入知识，使得系统本身能主动地 处理存储在网络中的信息。嵌入的知识包括结构语义和上下文知识。 如图2 2 ，展示了超媒体网络的非线性结构。 0 南京航空航天大学硕士学位论文 n o d e n o d e 图2 2 超媒体的网状非线性结构 2 3 超文本传输协议h t t p l i n k h t t p ( h y p e r t e x t t r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 为客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 间的通讯 提供了请求响应的握手方式。其通信过程为： h t t p 的请求消息用方法来表示请求和目的地，h 1 v r p 的响应消息以状态码来表 示响应类型。客户机可以向服务器发出多种不同类型的信息，其中最常见的有：g e t 、 h e a d 、p o s t 。其中g e t 用于请求一个w e b 页，服务器接到请求后将返回u i u 所 指定地点的文档。服务器返回的信息包括所使用的h ”p 版本，请求的状态以及文档 的m i m e 类型。h e a d 请求则要求服务器发送题头信息，p o s t 请求用于要求服务器 接收信息。通过h t t p 协议，用户能够在任一操作平台( 例如u n i x ) e f t ，建立h t m l 程 序，并将这一程序传往其他平台( 例如m a c i n t o s h ) ，如图2 3 所示。h t t p 协议将所传送 的文档中的特定标记联系起来，这样客户软件才能正确地解释所获得的数据。如果数 据和协议间的关系不存在，那么客户机将无法知道如何将文档转换成所需要的h t m l 代码格式。 一m 9 | 向 竺!性 图2 3 利用h t t p 协议访问w e b 服务器 基丁二w e b 的超媒体课件及其集成制作系统的实现与研究 2 4 超媒体参考模型 超媒体系统的体系结构一般由三部分组成：媒体展现层( 或者称为用户层) ；超 媒体抽象机制，用来管理节点和链结构；数据库层，用来存储数据和网络访问。下面 就讨论几种常用的超媒体系统的参考模型。 1 超媒体抽象机( h a m ) h a m ( h y p e r m e d i a a b s t r a c tm a c h i n e ) 实质上是被提出得最早的超媒体系统的参 考模型，被认为是超文本，超媒体领域的一个重要的里程碑。h a m 是基于事务的超媒 体存储系统服务器，它用来处理网络环境的多用户。超媒体存储系统是上下文、节点、 链和属性的集合，它们构成了一个网络式超媒体结构图。可以从h a m 对象及其上的 操作两个方面对h a m 进行分析，h a m 的存储模型包括五种类型对象( 图、上下文、 节点、链和属性) ；h a m 模型同时也包括五种操作，分别是创建、删除、销毁、提取 数据和筛选数据。h a m 能够保留这些对象的记录，允许通过过滤机制对其进行有选 择的访问，并能通过安全机制进行访问限制。 图是h a m 的最高层次对象，通常一个超媒体文档只包含一个图，一个图中可以 包含一个或多个上下文，图是h a m 的最高层次对象，通常一个超媒体文档只包含一个 图，一个图中可包含一个或多个上下文。上下文对图中的数据进行有目的的分割，每个 上下文一般有一个父上下文和零个或多个子上下文。每当一个图产生时，就产生一个 上下文作为图树的根。一个上下文可以包含零个或多个节点和链。节点中可以包含任 意数据，分为可存档、不可存档或仅能追加三种类型。一般情况下节点总是和链联系 在一起的，一个链定义了源节点和目的节点的关系，链是双向的，链没有类型，但可以利 用链的属性进行模拟。属性可以附加于上下文、节点或链。属性值的类型可以是任意 的，如字符串、整数、浮点数或用户自定义类型等。 h a m 只是描述了超媒体系统的一部分，仅仅是底层的机制，它紧密地与文件系 统联系在一起，位于文件系统和用户界面之间，其结构如图2 4 所示。 用户界面 心用程序、i i 具 h a m 土机文件系统 图24h a m 结构图 南京航空航天大学硕士学位论文 2 t r e l l i s 超媒体参考模型 t r e l l i s 参考模型在逻辑上分为五个层次：抽象节点层、抽象超文本层、具体上下 文层、具体超文本层和可视超文本层。它们又可以分为三大类：抽象类、具体类和可 视类。 抽象节点层的表现方法是相互独立的，它使相互关联的节点形成超链接，而且这种 关联是在较低的抽象层上形成的。抽象节点层由结构、抽象内容、抽象按钮和抽象容 器构成。在抽象节点层的节点还没有真正地连接在一起，只是形成一个超媒体链接的 必要条件。这种连接是在抽象超文本层完成的。在抽象超文本层还没有描述这些连接 是怎样在超文本的显示中体现出来，这个任务由具体上下文层完成。抽象超文本层包 含内容结构连接、按钮结构连接和容器结构连接。抽象层定义了内容元素和结构之间 的关系，但没有给出在内容的显示构成中链是怎样实现的。具体上下文层则重点指出 了怎样把超文本的抽象表示映射成物理表示，具体内容给出了超文本的面向物理的描 述，如对抽象内容进行怎样的格式化使其适应显示区域等。具体超文本层定义了具体 内容元素的集合，在集合中内容的具体表示已经与按钮的具体表示结合起来。此层次 把这些具体的表示映射成显示窗口的集合，这些映射产生具体窗口表示，它们需要已经 确定的具体窗口之间的基于链的内在关系的支持。 可视超文本层确定了从具体超文本到为用户可视化表示的具体实现细节。t r e l l i s 模型是允许在分布式环境下浏览超文本而提出来的，可视超文本层体现了这一假设。 任何一个可视超文本段都和一个单独的用户联系起来，并且每个段都对浏览者提供了 多个活动的具体窗口。t r e l l i s 超文本参考模型的层次结构如图2 5 所示： 用户浏览用户浏览用户浏览 图2 5t r e i | i s 超媒体参考模型的层次结构图 - - 抽象层 具体层 可视层 基于w e b 的超媒体课件及其集成制作系统的实现与研究 3 d e x t e r 超媒体参考模型 d e x t e r 超媒体参考模型分成五个层次，分别为运行时间层、播放规规范层、存储 层、定位机制和元素内部层。由于其合理而清晰的模型构造，所以，我们在课件和程 序设计中采用了该超媒体参考模型。所以将在第四章进行详细讨论。 2 5 将超媒体技术应用于教学中 随着计算机技术的发展，越来越多的超媒体技术被应用于现代教育中，在教育中 广泛地使用超媒体必然会对教育产生较大的影响，并改变我们的教学方式和手段。 利用超媒体技术便于存储和使用信息的特点，我们可以对超媒体信息进行压缩， 这就极大地提高了信息存储的效率和使用的便利性。这种信息结构使得查询、阅读和 使用信息变得非常容易。从教学角度看，超媒体对于管理和编辑教学内容以及控制教 学进度具有极其重要的意义。 而且，将超媒体技术应用于教学中，有利于开阔学生的思维。超媒体的信息结构 形式给学习者的发散性思维提供了有利的条件。这是一种发散思维的工具，而这种思 维方式是问题解决和创造性思维的基础。这和我们在教学中培养学生的创造性、积极 性和独立学习的能力的教学目标是吻合的。超媒体为学习者提供了实现这些目标的条 件和实现方法。 同时，我们将超媒体技术应用于教学中，使其成为个别化学习的工具。我们习惯 地认为使用c a i 进行个别化教学是在计算机的控制下实现的。计算机根据学习者的 目标和学习特性、课本的内容以及对学习者学习过程的判断提供相应的学习材料。学 习者的学习目标、内容和路径都是固定的和预先设定的。每个学习者的不同学习行为 是由c a i 课件的分支结构决定的。然而，在超媒体系统中，学习者可以自己决定学习 目标。学习者可以根据自己的学习经验、技能和特征决定他们的需要、路径，并进行 有效的学习。这种学习不是由超媒体，而是由学习者自己决定的。超媒体并不控制学 习者的学习，而只是提供学习的某些条件和环境。 超媒体技术对于研究教学过程提供了有效手段。通过超媒体可以清楚地展示学习 者的学习特征模式。分析学习过程和路径，可以获得大量的相关信息，包括学习目标 和学习材料以及这两者之间的相互关系和相互影响以及对学习者的指导。 南京航空航大大学硕七学位论文 第三章超媒体课件的设计与实现 我们进行超媒体课件集成制作系统的开发时，采用了“简单填充、自动完成”的 设计思想。在具体地程序设计中，将要使用到超媒体课件模板，这个模板作为课件自 动生成器的参考原型，将运用于所有的课件。所以，设计好这个模板至关重要。在这 一章中，我们将以大学机械专业英语为素材，来设计超媒体课件模板。从本质上 讲，对这个模板的设计过程，就是一个课件的创作过程，我们通过这一设计过程，来 阐述在一般超媒体课件制作过程中需要遵循的设计思想和应该注意的问题。 3 1 课件的设计 创作超媒体课件的设计流程一般为：选题脚本创作程序设计调试修 改几个阶段。如图3 1 所示： i选择课题、确定且标 i l熟悉内容、制作脚本 l l制作素材、编制脚本 i l涮试运行、攀定推广 3 1 1 选择课题，确定目标 图3 1h c a i 课件设计流程 课件设计的第一个环节就是如何选择教学内容，并确定这个课件所能实现的教学 目标。 一般来说，几乎每个学科都能进行超媒体辅助教学，但是对那些可以用常规方法 就能达到教学目的的教学内容，就完全没有必要进行计算机辅助教学，否则就只是人 力物力的浪费。大学机械专业英语是大学教育中较为重要的课程。这门课程对于 扩展学生的专业词汇和培养学生养成良好的英语阅读习惯有着重要的意义，从而为他 们以后通过外语专著获得新知识打好峰实的基础。由于本门课程的固有特点，传统的 基于w e b 的超媒体课彳，f ：及其集成制作系统的实现与研究 教师讲解容易造成教学的呆板和内容的枯燥，形成了大学教育的一个薄弱环节。于是， 在课堂上调动学生的积极性和激发学生的学习热情就显得非常的重要。采用超媒体辅 助教学就能够使学生在轻松的气氛中学习知识和增长知识。经过我们如上进行的可行 性分析，开发这个超媒体辅助教学课件是有必要，而且是可行的。 选题确定后，我们就需要同时分析和确定课题实施所能达到的目标，要符合教学 总目标的要求，这些要求主要包括以下几个方面：首先是能够满足课程教学的基本要 求。教学的基本要求就是要有利于讲授和理解教学的内容，有利于引发学生的思考， 有利于培养学生的听说读写的能力，有利于帮助学生掌握学习方法。其次要满足学生 的基本要求。了解学生的学习态度、基础情况、能力结构、学习风格等特点，使课件 适应教学学生的口味，以调动和发挥他们的学习积极性、创造性，增强学习效果。此 外要充分发挥超媒体的非线性链接与人类思维的非线性的相似性。根据教学内容的特 点，精心设计制作超媒体素材，集图文声像的综合表现形式，有效地调动学习者的注 意力，从而提高理解和记忆能力，提高学习效率。 只有通过上述的分析，才能确定课件的设计目标，才能设计出真正适用的课件。 3 1 2 熟悉内容，制作脚本 教材是教学的基本依据，也是超媒体课件设计的蓝本，只有把握好教材的内容， 深刻理解教材的知识结构和内容体系，才能实施有效的教学。 脚本的设计是超媒体课件的重要环节，它的作用相当于电影、电视作品中的剧本 的作用，是程序设计人员开发课件的依据。从制作脚本的过程看，脚本创作通常分为 两个步骤：第一步是文字脚本，第二步为编辑脚本。 文字脚本是由有经验的教师编写，因为他们精通教学内容，熟悉教学方法和教学 对象。脚本中对教学内容的选择，教学结构的布局，视听形象的表现，解说和音响的 设计等方面进行周密的考虑和安排。因此，文字脚本就像建筑的设计图一样，是超媒 体课件最初阶段的总体