（载运工具运用工程专业论文）交互式多媒体cai的设计与实践.pdf

西南交通大学研究生学位论文 摘 鳓1 8 7 2 6 要、 本文分析了实现多媒体c m 的各种方法，并以a u t h o r w a r e 编程软件开发 机车柴油机交互式多媒体c m 课件的具体实践，说明了利用多媒体著作工具 进行多媒体应用开发的优点及其开发步骤。详细阐述了多媒体c a i 所需的多 媒体素材的制作方法，包括三维动画、视频、图形图像、背景音乐、解说词 和文本。讨论了运用面向对象编程方法实现三维图形实时交互，采用v c + + 和3 d 图形开发软件，成功地开发了“部件交互”模块；介绍和比较了开发 三维图形实时交互的方法：论述了应| ：| 程序汉化的原理、汉化工具的选择、 汉化的具体步骤，以实现“部件交互”的汉化效果。最后讨论了多媒体网络 教学环境下的新的教学模式和软硬件组成，分析了多媒体课件上网运行的可 行性，以研究的方式提出多媒体教室的设计，讨论了多媒体课件上网运行要 做的工作。 l 关键词j多媒体c a i 课件a u t h o r w a r e 实时交互 西南交通大学研究生学位论文 a b s t r a c t t h em e t h o d so fp r o g r m n m i n gm u l t i m e d i ac a is o f t w a r ea r e a n a l y z e di nt h i st h e s i s t h ei n t e r a c t i v em u l t i m e d i ac a i c o u r s e w a r eo f l o c o m o t i v ed i e s e le n g i n ei s d e v e l o p e ds u c c e s s f u l l yb yi n e a n s o f a u t h o r w a r e ，w h i c hs h o w st h ea d v a n t a g ea n ds t e p so fu s i n gm u l t i m e d i a d e v e l o p i n g t o o l si n d e s i g n i n g m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n t h e ni ti s e x p o u n d e di nd e t a i lt oc r e a t es o u r c em a t e r i a l sn e e d e di nc o u r s e w a r e s u c ha s3 da n i n r a t i o n ，v i d e o ，g r a p ha n di m a g e ，b a c k g r o u n dm u s i c ， c a p t i o n a n d t e x t n e x t ，i t i s e x p l m n e d t o a p p l yo b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n gt o a c h i e v e3 dg r a p hw i t hr e a l t i m ei n t e r a c t i o n s o m e w a y sa r ei n t r o d u c e da n dc o m p a r e d w i t h t h eh e l po fv c + + 4 0a n d3 d d e v e l o p i n g t o o l s t h em o d e ln m n e d c o m p o n e n t s i n t e r a c t i o ni s d e v e l o p e d a f t e rt h a t ，i n t h e t h e s i s ，t h ep r i n c i p l e a n d s t e p s o f t r a n s l a t i n ge n g l i s hi n t oc h i n e s ea b o u ta p p l i c a t i o np r o g r a m s ，w h i c h a r e w r i t t e ni n e n g l i s h i s d i s c u s s e d t h e a p p l i c a t i o n o f c o m p o n e n t s i n t e r a c t i o ni st r a n s l a t e di n t oc h i n e s ew i t ht h et o o l sh e l p f i n a l l y , i ti s p r e s e n t e d f o r an e wt e a c h i n gm o d e iu n d e rt h en e t w o r kt e a c h i n g e n v i r o n m e n ta n dd e s i g n e dh a r dw a r ea n ds o f t w a r e a f t e ra n a l y z i n gt h e f e a s i b i l i t yo f m u l t i m e d i ac a is o f t w a r er u no nt h en e t w o r k s ，ap l a no f m u l t i m e d i ac l a s s r o o mi sp u tf o r w a r d 。a n dt h ew o r kt h a ts h o u l db ed o n e i sp o i n t e do u tt op u tt h em u l t i m e d i ac a is o f t w a r eo nt h en e t w o r k s 1 k e y w o r d s j m u l t i m e d i ac a ic o u r s e w a r ea u t h o r w a r e r e a l t i m ei n t e r a c t i o n c d9 9 5 0 l 西南交通大学研究生学位论文第1 贞 前言 由于计算机、多媒体、网络技术的发展，以“教师”为主的传统教学受 到了挑战。多媒体教学以其媒体素材的多样性、学习的交互性、教学内容的 形象生动性和网络化教学为信息时代的教育带来了全新的局面。 多媒体辅助教学软件是实现多媒体教学的一个重要手段，通过它可以实 现某一课程的计算机授课，从而代替教师或减轻教师的工作量。通过多媒体 辅助教学软件的帮助，学生可以掌握课程的知识，增加对学习对象的感性认 识，提高学习的积极主动性，提高学习的效率，改善教学质量。 课件是利用计算机软硬件环境实现课程教学功能的应用软件。采用适当 的多媒体著作工具，辅以程序设计语言，可以开发出专用和通用的多媒体谋 件。课件开发要遵循多媒体创作规范和软件工程的要求，为提高课件质量， 必须要有高质量的脚本、精美丰富的素材、清晰简洁的结构、方便的导航和 友好的界面。 机械类课程教学具有理论性、实践性以及综合性强等特点，而传统的教 学方式由于缺乏理想的媒体，只能借助于部分实物、挂图、木制模型等静态 教学手段，机械的运动关系难以表达清楚，课堂教学效率较低，已经很难适 应现代化教学要求。因此开发和应用机械类课程多媒体教学软件，具有重要 的现实意义。 本论文将通过创建一个机车柴油机交互式多媒体教学软件的具体过程， 介绍多媒体教学软件的特点、创作规范、多媒体著作工具的选择和多媒体应 用程序的编制、多媒体素材的制作、三维图形实时交互的实现与研究，同时 也介绍了网上教学的实现方法。 西南交通大学研究生学位论文筇2 页 第章多媒体c a i 概述 1 1c a i 介绍 计算机辅助教学( c m ，c o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o n ) 的兴起是计算机在 教学领域中最富有成效的信息革命，是计算机技术的一个非常重要的应用， 而且由于近年来微机技术、网络技术、多媒体技术、超媒体技术及相应软件 的发展应用，促进了c a i 的飞速发展。多媒体c m 以其集成性、形象性和自 适应性等显著特点越来越受到人们的重视，其图、文、声并貌的优势给传统 的教学带来了勃勃生机。随着计算机进入千家万户，多媒体c a i 软件以其丰 富多彩的内容，活泼的表现力，对于人们的学习环境产生了巨大的影响。 课件( c o u r s e w a r e ) 是用来控制计算机实现教学功能的软件，它是教学内 容与教学逻辑的结合体。c a i 的教学形式是人们利用先进的计算机技术来开 发学习资源，通过谋件作为媒体，使得计算机与人之问进入交互工作方式， 达到掌握知识的目的。 1 l ，1c 甜发展概况 1 9 5 8 年美国i b m 沃斯顿研究所设计出了第一个计算机教学系统，标志着 c a l 的产生。c a i 经历了4 0 多年的发展，在理论研究、技术开发和实际应j h 方丽均取得了很大进展，可概括为以下四个方面。 l ，认知理论和认知模型的研究 c a i 的理论研究曾经历了三种刁i 同的研究模式：5 0 年代经典研究模式； 6 0 年代系统研究模式；7 0 年代开始的智能化研究模式，这是现阶段最受重视 的c 灿理论研究。 2 ，智能专家系统( i t s ) i t s 主要研究的课题是知识的表示、获取和利用，i t s 既是一个学科领域 知识的专家系统，又是一个具有教学指导能力的教学专家系统。目前，国内 外有关i t s 的研究仍处于探索阶段。 3 ，新技术、新概念在c a i 中的应用 只读存储光盘( c d - r o m ) 和交互视盘( i v d ) 已广泛应用于c m ，以便 存储大量信息。在研究和开发c a i 过程中不断涌现新概念，如多媒体、超媒 体、软件复用技术( 软部件可复用的软件单元，软件构架软件组装 西南交通大学研究生学位论文第3 页 的描述) 。 4 ，智能计算机辅助教学( i c m ) i c a i 是由专家系统和人工智能技术支持的c a i 深入发展的高级阶段， 是当前c a i 的主要发展趋势。i c a i 涉及知识的表达、知识库的建立、字词和 句法分析判断等高层次的复杂问题，是一个极具吸引力的学术方向。 我国c a i 的发展主要经历了以下四个阶段。 1 、自发的探索阶段教师在其学科领域自选课题，依据兴趣编制了各种各 样的教学课件，相当于电子讲稿。该阶段始于6 0 年代。 2 、开发课件著作工具阶段开发专门制作c a l 课件的著作工具软件，在 此阶段国内开发了方正奥思、飞鹰、合力、m i t 、银河金钥匙等课件著作二r ： 具。该阶段始于8 0 年代，现在还不断有新的著作工具诞生。 3 、以计算机网络和多媒体支持的阶段这足c a i 的“群体”教学形式， 在计算机网络支持下，c a 的个体化教学形式的受益面扩大，学生可以从网 络中共享课件。目前国内已有一些品牌多媒体教学网做支持，如苦丁香多媒 体教学网l s m e n e t ，金山顶尖多媒体视听教学系统，“鹏博士”多媒体辅助 教学系统，巨龙t o p 9 8h a r d 多媒体教学网等。该阶段始于9 0 年代网络发 展的时期。 4 、以专家系统和人工智能支持的阶段c a j 的高级阶段，即智能c a i ( i c a i ) ，是今后一段时期c a i 的发展方向。 1 1 2c a i 的基本原理与模式 1 ，传统教学的基本过程 传统教学的基本过程是一个循环过程，如图11 所示。 西南交通大学研究生学位沦文第4 贞 2 ，c a i 的基本原理 c a i 是教师利1 j 计算机为学生提供个别化学习环境，学生通过与计算机 交互而进行学习的种教学形式。在教学过程中，计算机用来呈现教学计划、 教学内容和控制学习进程等。学生通过与计算机的交互作j | 进行学习的基本 过程如图1 2 所示。可见学生接受的教育是一个自主的多循环反复过程。 1 2c a i 的基本原理示意图 3 ，c a i 的基本模式 c a l 的基本模式也称教学策略，反映了利用计算机进行教学活动的交互 方式，通常有以下几种：训练、对话、模拟、游戏、计算机辅助测验、问题 解答和发现学习等，在实际的c a 课件中，可包含一种或多种模式。 1 1 3c a i 的功能要求 c a i 体现了全新的教育思想和方法，与传统的课堂授课方式相比，在教 学形式上有如下功能要求： 1 ，个别化教育( 时间、内容、进度由学习者自己控制) ，充分体现个别化教 育思想和学习者的个体差异。 西南交通火学研究生学位论文第5 页 2 ，交互性学习( 以学习者为主动方) ，以促进学习为根本目的，改进原来的 学习顺序。 3 ，教学演示( 以教师为主) ，教师讲演过程的电子化，充分利用多种媒体把 教学内容生动展现在学习者面前。 4 ，异地教学，利用计算机网络，町实现异地( 远程) 教学、复习，这是社 会对教育的要求。 1 2 多媒体c a i 课件 1 2 1 多媒体技术概述 1 、多媒体术语 媒体( m e d i u m ) 一词来自于拉丁文，为中介的、中间的意思。媒体是信 息的承载体，是人与人之间赖以沟通及交流观念、思想或意见的中介物，例 如文字，图形，声音、动画、图像等均属于媒体。 多媒体( m u l t i m e d i a ) 是利用计算机或其他电子手段传递的文本、图形， 声音、动画、图像和视频信息的组合。在计算机领域里，多媒体是指计算机 处理的信息，可由文本、图形，声音、动画、图像等多种媒体承载。 超文本( h y p e r t e x t ) 是种按信息之间关系非线形地存储、组织、管理 和浏览信息的计算机技术。它将自然语言文本和计算机交互转移或动态显示 线形文本结合在一起，本质就是在文档内部和文档之间建立关系，从而给文 本以非线形的组织。 超媒体( h y p e r m e d i a ) 就是用超文本技术管理多媒体信息，简单地表示 为：超媒体= 超文本+ 多媒体。超媒体综合 ，多媒体的表现力和超文本的灵活 性和交互性。图l3 为多媒体术语关系示意图。 2 、多媒体技术 西南交通大学研究生学位论文第6 页 多媒体技术是指能够同时获取处理、编辑和展示两个以上不同类型信息 的媒体技术。它源于8 0 年代末是9 0 年代计算机的热门领域。它把电视式的 视听信息传播能力与计算机交互控制相结合创造出集图、文、声、像j 二一体 的新型信息处理系统。多媒体技术不仅将在未来的信息市场扮演一个举足轻 重的角色，必将对大众传媒、人类的学习环境产生巨大的影响。 3 、多媒体的主要特点 ( 1 ) 集成性：多媒体的集成性包括两个方面，一是用以存储信息的实体的集 成，即视频设备、音响设备、存储系统和计算机的集成：二是承载信息的载 体的集成，即文本、数字、图形、声音、动画和视频图像的集合。 ( 2 ) 控制性：多媒体并不是多种设备的简单组合，而是以工作站为控制中心， 来加工处理各种外设所输入的多媒体数据。 ( 3 ) 交互性：计算机发展初期，数值是人机交互的主要手段，后来发展到文 字输入和输出，8 0 年代，由于计算机图形技术的飞速发展，图形界面成为人 机交互的主要方式。而进入9 0 年代，图标、多窗口、触摸屏等人机接口更 趋于自然。 4 、多媒体系统的基本构成 多媒体系统包括主机、声像输入输出设备、控制设备、各类功能卡和各 种软体。表1l 由下而上看第一层为视听输入输出设备，包含各种媒体，输 入输出外部设备及网络等。第二层为硬件与多媒体输入输出控制板，包括主 机与各种外部设备的接口卡( ob o a r d ) 。第三层为多媒体系统软件，含在操 作系统，输入输出控制界面( i oi n t e r f a c e ) 。第四层为多媒体构造软件系统， 包括对象的构造、生产、处理咀及窗口环境建立的系统，如图形用户环境 ( g u e ) ，多媒体扩充与工具( m e & t ) 等。第五层为媒体创造软件，利j h 这 些软件制作媒体文件，如图画产生工具( p a i n t d r a w ) ，2 d 3 d 动画制作工具 ( 2 d 3 da n i m a t i o n ) ，视频设计与编辑( v i d e oc r e a t i o n c a p t u r ea n de d i t i n g ) 系统、音响设计与编辑( a u d i oc r e a t i o n c a p t u r ea n de d i t i n g ) 系统以及多媒体 公共程序与数字剪辑艺术( m u l t i m e d i au t i l i t i e sa n dd i g i t a lc l i pa r t ) 系统等。 第六层为多媒体的编辑系统，这是多媒体编制节目的环境，包括脚本语言 ( s c r i p t i n gl a n g u a g e s ) ，图标导向的编辑( i c o n b a s e di m p l e m e n t a t i o n ) ，时间 导向的编辑( t i m e l i n e b a s e di m p l e m e n t a t i o n ) 等。设计者可以利用这个多媒 体编辑系统来创作各种文教、商业、娱乐等多媒体节目。第七层为多媒体播 出系统，它们可以在计算机上播出，也可以是单独播出的系统，如c d i 西南交通大学研究生学位论文第7 页 ( c o m p a c t d i s ki n t e r a c t i o n ) 等。最上层为多媒体节目的储存媒介，即多媒体 成品，可以发行出售。 表l1 发行节目 多媒体播出系统 多媒体编辑系统 多媒体创作软件 多媒体构造软件 多媒体系统软件 硬件与多媒体输入输出控制板 视频输入输出设备 多媒体系统基本构成 1 2 2 多媒体c a 课件的教学优势 现代教育学在对人的认知规律的研究中发现，人类接受外界信息时，是 通过视、听嗅、触、味这五种感觉方式进行的，其中以视觉获得的信息量最 大，听觉次之，如表12 所示。另外心理学家研究记忆规律时发现，各种感 官及其组合的信息保持能力各不相同，如表1 2 所示。 上述研究表明，在学习过程中同时使用听觉和视觉，能够明显提高学习 效率和记忆强度，如果给学生以复述的机会，即以交互的方式进行学习，其 效果更加明显。 表1 2 味觉触觉嗅觉听觉视觉 i1 o 15 3 5 1 1 0 8 3 0 _ 人类通过感官获得知识的比重 表1 3 读听看看与听交谈 i1 0o 2 0 0 3 0 o 5 0o 7 0o 人类记忆与感官之间的关系 西南交通大学研究生学位沦文第8 页 由j 二多媒体技术中包含了计算机交互技术、大容量的信息存储与管理技 术，在系统中采用了超文本结构，可以在多剩，媒体间方便地切换，教师可以 根据教学地实际需要和效果，刘教学内容进行动态地组织和修改，学生也可 以根据自己地实际能力来安排学习进度，克服了传统线形结构的缺陷。 多媒体环境下的c a i 课件，是功能更强、适用于个别化教育的教学环境， 它不仅具有计算机交互性特点，还具有视听设备在图像和声音呈现上的优势， 它所提供的教学环境更能激发学生学习的主动性和积极性，提高教学效率， 改善教学效果。 与其它媒体相比，多媒体c a i 课件的教学优势在于以下几点： ( 1 ) 集成性特点多样的信息表现形式。通过司时或交互地呈现文字、 图象、声音、动画等信息形式，它能为学生提供一个生动逼真地教学环境， 激发学生的学习积极性，强化学生的记忆，提高学习效率，改善学习效果。 ( 2 ) 交互性特点动态的教学过程。利用计算机的交互技术和高速检 索技术，使用者可以快速方便地选择教学内容，有利于教师根据教学现场的 情况，及时调整教学内容和教学方式，加强教师对教学过程的有效控制。 ( 3 ) 形象性特点强大的运动表现能力。利用采集的影像、制作的动 画等具有运动性质的视觉素材，展现物体的运动规律，可加强学生对运动规 律的理解，提高其空间想象能力。 ( 4 ) 极高的课堂利用率。课堂上需要的大量文字、图像等信息全部通过 系统演示出来，可省去教师课堂上大量的板书和作图时间，提高课堂效率。 ( 5 ) 模块化的内容组织方式。全部教学内容按章节模块化设计存储，并 提供优良的用户界面，不但可提供教师使用，岜可以供学生对整个教学内容 进行查询和浏览，为学生提供自主学习的条件，有利于发挥学生的主观能动 性。 硒南交通大学研究生学位论文第9 页 第二章多媒体c a i 课件的创作 传统的以教师为主的课堂教学已经很难适应现代化教学的要求，多媒体 技术的教学已经势在必行。本章首先介绍多媒体c a 的创作规范和著作工具， 然后分析机械类课程的教学现状，进f i i 提出多媒体教学软件的开发和应用一 般过程。 2 1 多媒体c a i 的创作规范 2 1 1c a i 课件的开发流程 开发一个多媒体c a i 课件也就是开发多媒体应用软件，根据软件工程对 软件的制作要求和多媒体应用软件的特点，多媒体c a i 课件开发的一般流程 如图2 1 所示。r 1 确定 选题 结束 编写 脚本 多媒体 素材制作 客户 使用 利用多媒体 著作工具编 制c a i 课件 图2 1 多媒体课件开发一般流程示意图 编制有关 程序 试运行 图示的课件开发流程可划分为四个阶段：确定选题、编写脚本、具体创 作、检验修改后交付使用。 第一阶段：确定选题。目的是要搞清楚设计的使用对象、学科内容、运 行环境、目标和规范。 第二阶段：编写脚本。编写脚本即是安排教学内容。脚本应由具有丰富 教学经验的教师编写。 第三阶段；具体创作。即将课程内容转换成计算机课件的实际材料，包 括三项工作：一是利用多媒体编辑软件准备多媒体数据：二是利用多媒体著 作工具制作c a i 课件；三是编制有关驱动程序和专用程序。 西南交通大学研究生学位论文第1 0 员 第四阶段：检验修改。课件开发完后，进行试运行以检验修改，根据修 改意见对课件进行修改，最后得到能实现预定目标的c a i 课件。 2 1 2c a i 课件的开发方法 由于多媒体技术的飞速发展，为多媒体c a i 课件的开发提供了良好的软 硬件环境，因此，现阶段的开发多媒体课件，在方法上比较灵活。开发方法 的不同，对于课件的开发速度及质量有很大的影响，在开发个c a i 课件之 前，必须先选择一个比较合理的开发工具和方法。 开发一个多媒体c a i 课件通常有三种方法： 1 、利用程序设计语言开发c a i 课件。如v c + + 、b c + + 、v b 。这种方法开 发多媒体c a i 课件，在课件的功能设计上有很大的灵活性，但是需要设计 人员有很高的程序设计技术和技巧，课件的制作周期长、效率低、易出错、 工作量火。 2 、利用著作工具开发c a i 课件。多媒体著作工具通常适用于开发内容丰富 的多媒体c a l 课件。优点是能使c a i 课件开发者从繁杂的程序设计中解 放出来，致力于课件脚本的创作，提高课件的应用水平，并且可以缩短开 发周期，缺点是不如程序设计语言灵活。 3 、著作工具与程序设计语言相结合。结合上述两种方法的优点，以著作 j 具为主，程序设计浯言为辅，既能在短时间内开发出高质量的c a i 醵件， 又能弥补著作工具在某些功能上的不足，增加灵活性。本文所述的课件就 是采用了这种方法进行开发的。 实际上。随着超媒体、网络的发展，现在还有一种开发多媒体c a i 课件 的方法，即利用网页语言h i m l 进行超文本链结，也可方便快捷的实现图、 文、声并貌的效果。 2 1 3c a i 课件的设计准则 多媒体c a i 课件的设计者，在综合考虑了内容的表达，各种媒体的运l j 操作方法、开发工具等多种因素，同时还应进一步考虑课件的结构、界面、 屏幕以及设计标准等。 一、课件的总体结构设计 1 、确定合理的结构 一个多媒体课件能否达到预期的效果，除了具有丰富的图形，生动的动 幽南交通大学研究生学位论文第ll 贞 画，优美的音乐，和谐的色彩等必，1 i 可少的因素外，总体结构的设计也是重 要问题。多媒体项目不同于传统的程序设计，它要同几种媒体打交道，凶此， 合理的确定信息结构与整体布局变得尤为重要。 多媒体c a i 课件应该尽量发挥计算机的交互功能，让使j 甜者根据自己的 意愿安排学习内容和顺序，交互的概念应赁彻于课件设计的始终。课件的结 构有两类，类是线性结构，另一类是非线性结构。线性结构是按照教学设 计人员规定的教学单元内容和顺序形成的一种c a 课件的结构。这种结构个 别化的特点不够突出，界面形式单调，难丁二实现交互性。非线性结构可分为 两剩：网状结构和树状结构( 如图2 2 和23 示) 。 图2 2 网状结构 网状结构中，各知识点的连接不是唯一的，没有确定的继承关系，网状 结构中最能体现复杂事物之间的联系和认识过程，然而，学习者在各节点间 来回跳转是很容易迷航，刁i 易确定自己目前所在的位置。因此，如何设计合 理的“导航图”帮助学习者定位是课件设计者的一项重要的研究工作。 树状结构具有明显的层次结构和继承关系，从下层节点到上层节点的连 接是唯一的，其中的每一分支都可以看成为线性的。树状结构较为合理。它 最能够体现各部分内容的所属关系，并能给使用者一个总体概念和清晰的思 路，既避免了顺序结构的思维局限性，又不会产生网状结构常导致的“迷航” 的弊端。本论文所述的课件就是遵循这种结构。 图2 3 树状结构 西南交通大学研究生学位论文第1 2 员 2 、设计目录主题 目录主题也称导航图，它是项目的入口点，是项目的查询中心，其作用 如同书中的目录一样，帮助使用者查找课件中的各个部分。通常导航图列山 了项日中所有类型的内容，并提供各类内容之问的交叉跳转。导航图中第一 层内容包含的均是核心材料，然后通过相关主题交叉跳转来提供其他层次中 的信息。但是在某些情况下，信息所表示的是前一屏幕的后续部分而不是其 他层的信息内容。这种情况下，可建立个浏览顺序，帮助读者从头至尾的 顺序地阅读这一系列主题中的内容，以加深理解。在柴油机课件中同录主题 设汁为多层。 3 、确定交叉跳转 许多制作工具，使用主题问的交叉跳转可将相关的主题连接起来。使用 者可选择图象或单词作为跳转区。并指定要转向的主题。交叉跳转能让使削 者很方便和快速地获取自己所需的信息，但主题的交叉跳转也有些缺陷， 如大量的跳转使查找过程过于复杂，课件设计者对跳转的正确性检测需花许 多时闷。因此，为快速准确地找到主题，机车柴油机交互式多媒体c a i 采用 了从树根到树枝再回到树根的跳转方法，而树枝问是不可跨越的。 二、c a i 课件的屏幕设计 良好的屏幕设计对激发学生使用课件的积极性，有着重要的作用。c a 课件设计者在进行屏幕设计时，对屏幕上出现的各种信息( 文本、酬形、图 象、动画视频) 以及声音应作出既符合教材要求，又突出c a i 特征的布局， 三、背景音乐与声音( 解说词) 课件中全部背景音乐应具有同样的风格，为避免曲调单一，每一相对独 立的教学单元一段音乐，音乐的运行时间由学生通过交互方式决定，因而无 法事先确定音乐播放的长短，为此，应编制一段脚本，将其镶嵌在背景的脚 本里。执行的结果是每进入一个页面就返回该页的页号，并检查该部分背景 音乐是否放完，如播放完毕再从头开始，如果转入另一主题，则关闭此段音 乐，开始另一段音乐。 课件中的声音文件是对页面上的内容的解说，录制声音应采用同一颞率 和同样的音量。属于页面上的解说，则一一进入页就播放，属于按钮自带的声 音则在触及它们时才播放。在柴油机多媒体教学软件中，作者多采用上述方 法。 西南交通大学研究生学位论文第13 页 2 2 多媒体c a i 课件的常用开发工具 2 21 著作工具概述 多媒体c a l 课件的著作： 具( 编辑软件) 是一种高级的软件程序，其目 的是提供给设计者一个自动生成代码的综合环境，使设计者可以将由文字、 图形图像、动画、视频等对象构成的不同的内容和各种功能结合在一起，彤 成一个结构完整的节目。故多媒体c a i 著作工具通常应包括生产、编辑、输 入输出各利，形式的数据，以及将各种数据组合成为一个连续性系列的基本工 作环境。 2 2 2 著作工具应具备的功能 多媒体著作工具与多媒体编辑器是相辅相成的，它们之间的数据连接可 以通过文件、剪切板或对象链按和嵌入( o l e ) 方式进行。多媒体著作工具 有两个重要特征： l ，对各种媒体的集成能力，可以在同一屏幕上融合各种多媒体要素，并可 提供分支、循环等控制手段，使之具有人机对话的功能； 2 ，支持一系列视听设备的数字信号输入，如录像机、影碟机、图像扫描仪 等设备，以使得多媒体c a i 课件具有更和谐、生动的声光效果。 一个完整的多媒体著作工具应具有以下几方面的功能： 1 ，编程环境 2 ，超级连接 3 ，媒体数据输入能力 4 ，支持动画、视频的播放 5 ，外部应用程序连接 6 ，用户界面处理能力 2 23 著作工具的分类与选择 目前，已有的多媒体著作工具，根据它们提供的编辑方式不同，大致可 分为以下几种： 1 、基于脚本的著作工具 这种著作工具，提供一套脚本( s c r i p t ) 语言以卡或页的形式进行多媒 西南交通大学研究牛学位论文第1 4 页 一一 体编程。例加m a c r o m e d i a 公司的d i r e c t o r ，a s y m e t r i x 公司的m u l t i m e d i a t o o l b o o k 等都是基于脚本的著作= 】_ 具。 2 、基j 二流程的著作工具 a u t h o r w a r e ，i c o na u t h o r 都是使用流程图( f l o w c h a r t ) 的方式来安排节 目的流程。一个流程图是由许多图符( i c o n ) 组合而成的，而i c o n 就扮演类 似于脚本的角色，对于整个节目的流程一一日了然。a u t h o r w a r e 是一种面向对 象的编辑软件，适合交互式课件的开发，该软件在创作工作市场上一直处于 领先的地位。本教学软件就是选择了此种著作工具。 3 、基于时序的著作工具 编制多媒体节目除了要安排节日的内容及流程外，还要考虑各种媒体资 源的同步控制。a c t i o n ! 就是基于时序( t i m e l i n e b a s e d ) 的著作工具，一个 a c t i o n 节目，通常是由多个类似t o o l b o o k 的p a g e 的场景( s c e n e s ) 组成。 我们可以直接在场景内安排各种对象的位置关系，而且可以用t i m e l i n e 来控 韦弘于象闻的同步或先后关系。a c t i o nf 的交互功能较差。 选择多媒体著作工具时，还要考虑下列因素： ( 1 ) 独立的播放程序；是否可以在w i n d o w s 下独立运行： ( 2 ) 多媒体数据文件管理：是否将节目与多媒体数据分开存放； ( 3 ) 扩充性考虑：是否提供外挂的动态链接库，是否支持o l e 及d d e ： ( 4 ) 中文的支持；是否支持中文。 2 3 多媒体c a i 在机械类课程教学中的应用 2 _ 3 1 目前机械类课程教学现状分析 机械类课程是指机械类专业的专业课和技术基础课，它们具有理论性、 实践性及综合性强的特点。目前，各类学校对这类课程大多采用传统方式教 学，教师主要借助黑板、粉笔、挂图、模型等教辅工具向学生传授知识。但 从课程的内容特点、目标要求和学生的实际情况看，作者认为机械类课程教 学面临着以下问题： 1 、缺乏理想的教学媒体，机械运动关系难以描述清楚。机械类课程中存 在大量的反映机械运动特性的基本概念和基本理论。对于这些知识的真正理 解和掌握，必须建立在对生产实践活动的大量感性认识和一定的时空想象能 力的基础上。但各类学校的学生几乎都是从小学到中学或再升大学，基本上 西南交通大学研究生学位论文第1 5 页 不具备生产实践方面的感性认识，也缺乏足够的时空想象能力。在目前的教 学条件下，教师一般只能借助传统的教学媒体对学生进行讲授，往往达不到 预期的效果。 2 、课堂教学实践利用率低，对学生能力培养不够。机械类课程教学包括 基本知识的传授，基本技能和解决问题能力的培养等三个方面的要求。前者 主要通过课堂教学达到，后两者则要在课堂教学的基础上进行大量的实际训l 练才能达到。在目前的教学条件下，教师的课堂教学时间有很大一部分花在 了板书、绘图、教具的调整和使用，以及对零部件运动关系的口头描述上。 由f 课堂时间利用率低，课堂教学时间过长，留给学生的训练时间短，不利 于学生能力的培养，也不利于扩充学生的知识面。 3 、教学方式单一，很难作到因材施教。教学过程应该是双向的。教师向 学生传授知识，学生边听课，边思考，理解知识，回答教师提出的问题：教 师则根据学习者的反馈，及时调整教学内容和教学方法。但在现有的教学条 件f ，教学内容的调整既费时费力，面对紧张的教学任务，不易因材施教。 从上面的分析可知，目前机械类课程教学中存在的问题主要还是教学媒 体的功能不强造成的，它已严重影响了教学效果的进一步改善。开发和使用 先进的教学媒体，改革教学方式，是当前机械类课程和其他课程教学中的一 项紧迫任务。 2 - 3 2 多媒体教学软件的开发与应用 比起传统教学方式，应用多媒体技术进行辅助教学具有无法比拟的教学 优势，可以有效解决机械类课程教学中存在的各种问题。多媒体教学软件的 开发要按照上一节的多媒体c a i 创作规范来实施。 1 、分析教学需求 根据各种课程教学内容的特点把教学内容划分成一个个独立的知识点t 然后分析确定每个知识点教学目标以及媒体表现形式。 2 、制作多媒体的数据元素 在实际课堂教学中，学生面对的是各种不同形式媒体的有机组合，这些 媒体形式就是表中所列出的文字、动画、声音、图形、视频，它们又成为多 媒体系统的数据元素，一般可采用专门的软件工具制作。 3 、编制多媒体教学软件 上述的声音、图形( 图象) 、文本、动画、视频等数据元素，在计算机中 西南交通大学研究生学位论文第16 页 是采用不同的文件格式存储的。为了按照教学要求，把上述文件单独或同刚 表现出来并能够随机调用，必须将这些素材根据其联系划分成不同层次、不 同关系的单元，然后在多媒体的专用设计工具( 如a u t h o r w a r e ) 的作用下形 成网状结构( 形成超文本) ，最后采用模块化的分析与设计技术把这些数据元 索继承起来，形成一个完整的软件系统。 4 、实施课堂教学 课堂教学的实施可以分为以下三种模式。 ( 1 ) 单机一大屏幕演示模式 将计算机与大屏幕投影电视连接起来，面向整个课堂进行演示性教学。 该模式基本上能发挥多媒体教学优势，而且硬件简单，价格便宜，实施方便。 但整个教学过程完全由教师个人控制，学生不能自由地选择学习内容。 ( 2 ) 主机一终端一大屏幕演示模式 在上一模式的基础上，再连接多台微机终端。授课时，教师控制主机， 每1 或多个学生占有一台终端。这种模式除了可以实现上一模式的功能外， 在授课过程中，各终端均可与主机进行简单交流。如教师可以向各终端发送 测验题，学生可以在终端上给出回答。各终端也可以向主机要求重新学习某 段演示，起到课堂提问和重复讲解的作用，学生在一定范围内直接参与操作， 可以更好地发挥其主观能动性，有利于因材施教。 ( 3 ) 计算机网络模式 将所有的计算机联网，每个学生享有网络中的一台计算机，在计算机网 络中进行教学。授课时，整个网络在教师的控制下工作，教师与学生以及学 生与学生之间均可以进行通信联络，所有网络资源均可全课堂共享。 在这种模式下学生有充分的自主选择教学内容，有利于发挥学生的主观 能动性和能力。但这种模式对硬件设备及教学软件的要求高，教师与学生都 必须能熟练地操作计算机。 以上三种模式可根据实际情况进行选择。本论文所述的机车柴油机多媒 体c m 软件基本上可以应用于上述教学模式，不过对于计算机网络模式须对 硬件环境和c a i 进行相应改造，将在第六章中介绍。 西南交通大学研究生学位论文第1 7 页 第三章机车柴油机多媒体c a i 系统设计 3 1 开发方法和开发环境 3 1 1 开发方法的选择 我们已经知道开发一个多媒体课件有三种方法：程序设计语言开发和著 作工具开发以及著作工具与程序设计相结合。它们各有特点，由于柴油机课 件内容繁多。结构复杂，多媒体素材较多，为了能在短时间内开发出高质量 的c a 课件，我们采用了著作工具与程序设计相结合的方法，以著作工具为 主，程序设计为辅，集中二者优点，把精力集中致力于课件脚本的创作和素 材的制作，提高c a i 课件的档次。 本课件选用的著作工具是a u t h o r w a r e4 0 ，完成课件的框架和控制。 a u t h o r w a r e 是一个优秀的交互式应用程序制作软件，它是一种基于设计图标 和流程线结构的编辑平台，同时具有丰富的函数和程序控制功能，将编辑系 统和编程语言很好地融合到一起。它允许谋件制作者使用图片、动画和声音 等信息来制作一个交互式应用程序。现在a u t h o r w a r e 己经支持w i n d o w s 的 a c t i v e x 标准，可逐渐走向网络应用。 本课件之所以采用a u t h o r w a r e 作为著作工具，这是由于a u t h o r w a r e 具 有以下几个特色： l ，a u t h o r w a r e 提供了全面交互创作应用程序的能力。课件制作者可方便地 组织程序的整体结构，使得整个程序更有逻辑性。提供了1 3 个没计按钮，打 开每个按钮，则会提供一个设置环境或创作工具，使整个创作轻松方便。 2 ，a u t h o r w a r e 提供了直接在屏幕上编辑对象的功能。它可以在屏幕上编辑 图、文、动画等，可以在程序内加入声音，还可以在计算机外部接入视频硬 件。它具有一定的图形处理功能，可创作些图形和简单的二维平面动画， 也可导入由外部程序制作的图形。 3 ，多样化的交互手段。a u t h o r w a r e 提供了如按钮、热区、热物、目标区、 下拉菜单、正文输入、按键、次数限制、时间限制、条件等交互响应手段。 4 ，提供了模块功能，减少了课件制作者的重复操作，从而能够快速创建多 媒体软件的框架。 5 ，多样化的文字处理能力。文字的字体、颜色、大小、位置均可以控制处 西南交通大学研究生学位论文第1 8 页 理，并可以导入外部文本，支持中文显示。 6 ，强大的数据处理能力。a u t h o r w a r e 具有丰富的系统函数和变量，课件制 作者也可以自己定义函数和变量，可以实现各种数据处理。强大的复制粘贴 拖放功能，使与外部数据的共享交换变得非常方便。 7 ，a u t h o r w a r e 是结构化、可视化升发平台。面向对象可视化编程，程序流 程也是可视的。由主流线和设计图标组成应用程序。主流线上可以进行分支， 分支流线称为支流线。分支结构满足程序独立化设计要求。 8 ，具有动态链接功能，很容易把其它程序或成果导入。 9 ，能编译成在w i n d o w s 下独立播放的可执行文件( e x e ) ，可以脱离开发环 境，容量相对减少。 本课件采用的程序设计语言是v c + + ，用它制作专用应用程序和动态链 接库，完善课件功能。 开 发 环 境 m p c 组成 c p u ：多能奔腾以上 硬盘：25 g 以上 内存：3 2 m b 以上 显卡：3 d 4 m b 显存 多媒体操作系统： p w i n d o w $ 9 5 9 8 n t 程序设计语言：v c h 0 著作工具： a u l h o r w a t c4 0 磺斟 m i d i 文本 图形图像 动画 视频 图3 1 机车柴油机交互式多媒体c a i 开发环境 3 1 2 开发环境的建立 麦克风 录音软件 m i d i 音效库 w o r d i b 事本 a u t o c a dr 1 4 3 d s m a x 3 d s p a i n t s h o p 工作站及动画软 件、扫描仪，数 字相机、动画视 频编辑软件 v c d 录象带 m p e g 多媒体压 缩卡及软件 西南交通大学研究生学位论文第1 9 页 根据本课件多媒体内容的特点声音、动画视频、图像都具有大量数 据，对汁算机的速度、容量要求较高。硬件部分要求配置多能奔腾1 6 6 以上 的微机，内存不小于3 2 m b ，硬盘不小于2 5 g 。如图3l 所示为机车柴油机 交互式多媒体c a 开发环境。 3 2 机车柴油机系统分析 交通运输在当今社会的经济发展中起着重要的作用，而铁路运输在交通 运输中占去半壁江山。机车牵引着货车或客车，行驶在祖国的大江南北，方 便了于家万户和众多的企业。机车又分为内燃机车、电力机车、蒸汽机车三 种。内燃机车由于效率高、工作性能好、运行可靠、受环境影u l 自d , 等优点， 占据了机车中的大半。柴油机是内燃机车的热能动力机械，是一种往复活塞 压缩燃烧式内燃机。燃料在气缸中燃烧，推动活塞上下往复运动，连杆通过 活塞销将活塞和曲轴连接起来，它们将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运 动，从而把燃料中的化学能转变为机械能，为保证这一能量转化过程，柴油 机应包括以下几个部分： 1 ，曲柄连杆机构 曲柄连杆机构或称为运动件，是柴油机中作功、传递和输出功的机构，由 活塞连杆组和曲轴组等部件组成。 2 ，固定件 固定件是柴油机安装和支承机体的基础，为柴油机提供燃烧作功的场所， 它主要由机体、主轴承、气缸、气缸盖、油底壳及安装支承座。 3 ，配气机构 配气机构主要包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门、及气门弹簧等机件， 以正确的时间地开闭气门，达到排出废气和充入新鲜空气的目的，为柴油机 循环地工作创造条件。 4 ，增压系统 增压系统主要包括增压器、中冷