多媒体教学软件系统结构设计-教育技术学

多媒体CAI是一种教学程序。多媒体教学软件的开发需要多方面的人员协调完成，如计算机设计人员、某学科方面的专业教师、美工人员等，他们组合成一个计算机多媒体教学软件开发小组，按照开发流程展开各自的工作。下面先来讨论计算机多媒体C AI的开发流程。由于不同类型的多媒体教学软件各具特点，经过多年的探索，不懈的努力，教育技术专家已经总结出一套通用的多媒体教学软件开发流程，这个开发流程对计算机多媒体教学软件的开发有一定的帮助和指导。从图中可以发现，多媒体教学软件的开发包括五个步骤，共13个环节。每个环节都有各自的特点，又是不可缺少和灵活安排的，可以用图7-17表示。

但需要指出：多媒体教学软件开发的这些环节并不是一成不变的，而是一个动态循环的过程。设计者和开发者在经过了需求分析、教学设计、制作编程和动态调试等环节之后，需要对开发出来的多媒体教学软件进行形成性评价，并根据评价的结构进行修改。经过多次循环之后，才能符合教学的要求。此外，在多媒体教学软件的使用过程中，当教学需求或外部环境发生变化时，还需要重新进行修改，以适应新的变化。下面我们对最能体现多媒体教学软件开发特点的几个环节着重进行讨论。

（一）教学设计

多媒体教学软件是一种教学系统，它和通常的教学系统——课堂教学系统的根本目的是一致的，不同的只是所采用的形态不同。如何确定多媒体教学软件的教学目标、教学内容、教学策略、分析学习者特征、选择合适的媒体信息、实现教学过程的控制以及实现诊断评价都是多媒体教学软件开发中教学设计环节需要解决的问题，教学设计是多媒体教学软件成功的关键。

（二）软件系统结构设计

图7-17　多媒体教学软件的开发流程

经过上面所述的教学设计工作之后，就可确保教学软件的教学性和科学性要求，但如何将这些知识内容在计算机上通过灵活多样的形式加以表达，发挥多媒体的优势，突破教学难点，突出教学重点，培养学生的能力和素质，还需要进行教学软件的系统设计。多媒体教学软件的系统设计是指对组成多媒体教学软件的各个要素功能和框架进行系统的规划，主要包括结构设计、诊断测试与教学控制设计、反馈设计、导航策略的设计、屏幕界面的设计等内容。

1.教学软件的结构设计

多媒体教学软件的系统规定了教学软件中各部分教学内容的相互关系及呈现的形式，它反映了教学软件的主要框架及其教学的功能。多媒体教学软件的系统结构大多采用非线性的超媒体结构，在此基础上形成了四种组织结构方式，学生顺序的接受信息，从当前帧到下一帧，是一个事先设置好的序列。如图7-18所示。

图7-18　线形结构

图7-19　树状结构

学生沿着一个树状分支展开学习活动，该树状结构按教学内容的自然逻辑形成。如图7-19所示。

多媒体教学软件中的网状结构是超文本结构，学生可在内容单元间自由航行，没有预置路径的约束。如图7-20所示。

学生可以在一定范围内自由地航行，但同时受主流信息的线形引导和分层逻辑组织的影响。如图7-21所示。

2.诊断测试与教学控制设计

图7-20　网状结构

图7-21　复合结构

诊断是为判定学生的准备知识是否满足新知识学习的需要和找出学生犯错误的原因而设计的教学环节。在以传授知识为主的多媒体教学软件中，诊断处理是必不可少的。在多媒体教学软件中，诊断一般通过测试来实现，测试题目要设计得具有诊断性，使之能够发现学生出错的原因或判断出学生的预备知识是否够用。根据诊断测试的结果，就可以由程序或学生来控制教学分支的转移，这也就是教学控制。诊断测试设计包括：要设计出能发现问题的提问（或测验题目）和对诊断结果的处理两个方面。诊断结果是各种可预期的问题或原因，通过教学控制转移到相应的教学分支以提供有针对性的知识或采取某种补救措施。诊断测试一般安排在进入新知识的学习之前或用于检测学习者对教学内容掌握的程度。

根据诊断测试的结果，我们可以选择相应地教学控制策略，这些教学控制策略有以下几种：

（1）计算机主动控制：教学流程完全由计算机控制，每一教学步骤都由计算机根据诊断测试的结果决定下一步向学生呈示什么内容。以程序教学方式建立的教学软件大多采取这种控制策略。

（2）学生主动控制：教学流程完全由学生控制，计算机根据学生的选择，检索教学信息并呈现给学生，学生主动参加测试和诊断，自主获取补救信息。以超文本方式建立的多媒体教学软件大多采取这种控制策略。

（3）计算机-学生交互控制：教学流程受计算机和学生双方交互活动的共同影响，允许学生与计算机间进行对话。此类控制策略主要用于智能计算机辅助教学系统。

（4）教师控制：教师通过计算机对教学信息加以控制并传播给学生，电子教室软件多采取这种控制策略。

（5）协同控制：学生之间以及教师和学生之间按照某种约定，选取教学信息和控制信息的流向。计算机支持的合作学习软件多采用这种策略。

3.反馈的设计

在学习者做出反应、表现出行为之后，应及时让学习者知道学习结果，这就是反馈。通过反馈信息，学习者能知道自己的理解与行为是否正确，以便及时改正。提供反馈的目的是要促进内部学习过程，通过反馈，学习者的成功学习得到肯定，受到一定的鼓励，从而增强信心。

4.导航策略的设计

由于超媒体系统信息量巨大，内部信息之间的关系很复杂，一旦进入该信息系统，用户容易迷失方向，不知道自己处在信息网络中的什么位置，因此，需要系统提供引导措施，这种措施就是导航。导航策略实际是教学策略的体现。这是一种避免学生偏离教学目标，引导学生进行有效学习，以提高学习效率的策略。在多媒体系统中，这种导航策略通常包括有检索导航、帮助导航、线索导航、浏览导航、演示导航、书签导航等。

5.屏幕界面的设计

界面设计一般包括屏幕版面设计、显示次序设计、颜色搭配设计、字体形象设计和修饰美化设计等内容。用来进行计算机辅助教学的多媒体软件，其屏幕的设计比一般的多媒体产品的要求更高，即除了追求屏幕的美观、形象、生动之外，还要求屏幕所呈现的内容具有较强的教学性。

（三）CAI课件脚本的编写与制作

现代教育技术正在深刻地冲击着教育的现有观念。以计算机为主体的教育技术将为高等教育面向21世纪实现“质量”和“效益”的两个根本性转变发挥巨大作用。随着计算机科学和现代通信技术的发展，计算机辅助教学（CAI）正以其独特的魅力在教育教学实践中扮演着重要角色，可以预言：以多媒体计算机为主要介质、以网络为框架的现代教育技术，将彻底改变教育的既有模式，配合传统教育中利用黑板加粉笔的原始教学形态，以其精致、高效、集约、有序的品质渗入到教育教学实践中去，为教育走向世界、未来、实现现代化提供坚实的技术保障。

稿本的编写是多媒体辅助教学（MCAI）软件系统设计与制作中的首要一环，这一环分为两个方面：文字稿本的编写和制作脚本（又称编辑稿本）的编写。

1.多媒体课件脚本编写应遵循的主要原则

多媒体课件脚本所具有知识的科学性、知识的趣味性和知识的创造性等特征，对脚本写作过程及参与编写人员的素质提出了较高的要求。为此，脚本的编写应遵循如下原则。(www.chuimin.cn)

（1）脚本应反映现代教育思想。现代教育已明确了教师和学生的主体地位，即教师是教学的主体，学生是学习的主体，教与学是相辅相成的统一过程。教育是基于学习者的认知特点、认知能力和认知风格的教学策略的实施过程，是学习者以问题为中心，而不是以学科为中心的主动探究的学习过程。为此，多媒体课件脚本的写作一定要体现学习者主动参与、交互式发现和探究学习的主导思想，使脚本尽量在空间上为学习者保留一块自主学习的园地，使得自我导向（self directed）学习倾向得以实现；同时，在兼顾多数学习者的平均程度和学习能力的基础上，在知识点的扩充、相关背景知识的纳入以及习题的增删等方面，尽量满足个别学习者提高的需要，贯彻因材施教、个别化教育的思想。

（2）脚本写作需与高性能电子计算机的特点相契合。计算机的主要特点就是信息存储容量惊人，运算速度极快，更为可贵的是计算机对各类信息资源能够多采取并行处理，提高了各信道信息资源的使用效率。为此，在脚本写作时，应尽量提供更多的相关知识，超脱那种黑板加粉笔式教学形态的时空制约；同时，脚本的写作要反映计算机对多种介质信息资源的并行处理能力，体现成人对信息资源加工的多通道性。认知科学早已揭示出学习的过程其实是对各信道的信息资源加以识别、输入、加工、输出的过程，是视觉、听觉、味觉、触觉等信道对信息进行综合处理的过程。据研究：仅靠视觉信道对信息进行加工，只能达到学习效果的80%，仅靠听觉信道，能达到学习效果的60%，而将视觉和听觉信道综合利用，就能增强学习效率70%。可见，对信息的多信道综合利用是提高学习效率的有效途径。为此，脚本应在计算机功能整体运行的可能范围内，把学科知识的学习过程尽量演化为对文字、图像、声音、卡通、图形等多媒体信息资源的综合利用过程，增强学习的效果。

（3）体现学科知识的内在逻辑关系。每门学科的发展都经历了漫长的岁月，从零星学说的提出，逐步发展为枝繁叶茂的参天大树，直到形成自成一体的学科体系。其间，现有学说不断受到挑战，既有的范式（paradigm）不断受到冲击，在新旧学说撞击矫正的过程中，学科知识得以“螺旋式上升”，最终成为一门独立的学科体系。因此，学科自身是否具备严密的逻辑关系是检验学科自身价值是否成熟的关键因素。学说的无序罗列不能成其为学科体系。因此，学科体系的完善首先是各学说之间有序有机的结构化，反映学科体系内各类范式、各种学说的从属序列关系。基于学科知识本身的内在逻辑关系，在对学科知识展开充分研讨的基础上，脚本在呈现知识内容时必须具有承递性、层次性和相属性，符合知识本来的内在逻辑。

2.制作脚本的特点

根据文字稿本的总体构思，将要表达的教学内容，分成一系列声画结合，可供制作处理的单元，并提出具体的技术要求，特别是交互性和可控性方面的技术要求，这就是制作脚本。

制作脚本的编写同样是一个艰苦的劳动过程，它绝不是简单的将文字稿本形象化，搬上屏幕就行了，而的确是一个艰巨的创作过程，甚至于绞尽脑汁。制作脚本的主要特点如下：

（1）制作脚本的加工对象。制作脚本不是“白手起家”的，文字稿本是它的加工对象和“输入数据”，即是说，制作脚本是依赖于文字稿本而再创作的。

（2）制作脚本的输出对象。制作脚本是创作MCAI软件的蓝本，它的使用对象或输出对象是具体实现MCAI的计算机技术人员，当然，它的编写者和使用者也可能同为一人。

（3）较强的交互性和可控性描述。制作脚本与文字稿本、影视剧本不同。一般影视剧本都是线性结构，没有什么交互性和可控性。多媒体教学软件一般具有非线性结构，具有较强的人机交互性和对学习内容进行控制选择的自由度，制作脚本中对此必然有所体现。因此，它具有较强的人机交互性和控制选择的设计描述，来实现MCAI软件的非线性超文本结构。

（4）比文字稿本更具体。由于文字稿本的作者一般对MCAI的制作技术可能了解不多，因而在教学内容的表达、画面的设计、解说的节奏、交互和控制等方面把握不准，也很难做到具体化。举例来说，文字稿本规定了一段教师讲述的内容，但是对于MCAI的实现来说，这段讲述内容究竟用男音还是女音，语速多少，是否配字幕，字幕如何呈现等可能并未述及。所以需要对文字稿本进一步加工，使之具体化，变得易于制作处理，这正是制作脚本所要解决的问题。

（5）使用多媒体专业术语和技术行话。制作脚本是MCAI软件设计和制作的技术施工图，设计者和施工者是计算机技术人员或多媒体技术人员。因此，要求在制作脚本中使用计算机多媒体专业术语和技术行话，如“交互”、“马赛克”、“淡入淡出”、“以开门方式展示”、“以百叶窗方式展示”、“按钮”、“热区”等等。从制作脚本到MCAI软件产品。中间的距离只有一步之遥了。

3.制作脚本的要求

（1）完整的总体构思。相对来说，原始文字稿本的编写较容易些，从文字稿本改编成创作脚本却是非常复杂的。它要考虑怎样开头，怎样结尾，怎样铺开阐述以及许许多多实现的细节，同时又要保证每个细节都紧紧围绕教学主题，恰如其分地表现教学内容。单元与单元之间，细节与细节之间联系有机，总体结构严谨，没有漏洞。

（2）明晰的结构层次。在总体构思的基础上，应形成明晰的软件层次结构。为此，应以文字稿本为依托，详细分析其知识结构和内容层次，恰当地划分出知识单元序列，形成网状或树状的结构流程图。只有结构明确、层次清晰，才能使设计制作“有从下手”，也避免编辑制作中的盲目性和支离破碎、无法收拢的局面出现。MCAI课件计算机基础知识教学一语言分类的制作脚本就有着清晰的层次结构，如图7-22所示

（3）方便制作，易于实现。既然制作脚本是一份MCAI软件的技术施工图，那么，就应该充分考虑将来施工制作时的方便性，了解设计和制作中所采用的软硬件环境以及当前所能达到的技术水平。例如，如果要在MCAI中引入AI（人工智能）技术的话，就要兼顾当前机器模拟智能的智能化程度，以保证MCAI制作脚本是易于实现的，避免没有坚强技术和物质支持的“海市蜃楼”。

图7-22　计算机语言树状结构流程图

（4）交互控制详细具体。在MCAI制作脚本的编写中，一定要高度重视交互性和可控性设计，因为这是MCAI与影视剧本的重要区别，是MCAI成功与否和水平高低的重要标志。人机交互的方式有十种之多，对每一种交互方式的特点都要了如指掌，恰当选择，具体加以规定。

（5）屏幕设计生动形象。MCAI主要以形象与形象、声音与声音、形象与声音之间的组接来表现教学内容。因此，必须用多媒体表现语言描述出形象的画面、生动的解说、美妙的音响来撰写制作脚本，保证将来呈现给学习者和使用者的每一屏幕都是高质量的。屏幕设计一般包括屏幕版面设计、显示方式设计、颜色搭配设计、字体字号设计、修饰美化设计以及声音同步设计等，应该做到布局合理、整洁美观、形象生动、符合教学要求，实现教育性、科学性、艺术性和技术性的完美统一。

4.制作脚本的格式

MCAI软件是以一屏一屏的教学内容呈现给学习者供学习者使用的。每一屏幕的内容包括与画面同步的声音如何设计与制作，应该有相应的说明，这样就形成了制作脚本，作为软件制作的直接依据。

多媒体计算机辅助教学软件每屏幕所呈现的教学媒体信息是十分丰富的，从而导致其制作脚本的描述复杂性。它是对文本、图形、图像、动画、视频和声音以及交互方式等多媒体信息的综合描述和同步设计。制作脚本的一般格式见表7-1所示。

表7-1　MCAI脚本格式

（1）声画描述：指本屏所呈现的一切教学内容（文本、图形、图像、动画、视频和声音等）的说明。类型指媒体信息类型，如动画和视频等；文件名指被编辑调用的文件名称，如“动画·AV（ISWF）”“、声音·W AV（MIDI）”等；技巧指编辑处理的说明，如闪烁、滚动、马赛克擦除等。

（2）交互描述：各种交互按钮或其他交互对象的有关说明。交互的类型很多，有按钮、按键、热区、热对象、目标区响应等10余种。对所采用的每一种类型都应指定具体的名称，如“返回上层”“、退出系统”等等。并且还应具体指定其形状以及在屏幕上的位置安排。

（3）链接关系：这是关于教学内容结点之间相互关系的链接的描述，依此实现MCAI软件的非线性超媒体结构。

（4）呈现说明：教学内容的呈现顺序和呈现方式等的说明。如顺序呈现、同时呈现等。

可以将上述格式预制成脚本卡片，使用中只需依实际情况，将有关内容填入即可，非常方便。一系列的脚本卡片叠加起来，即形成编辑稿本。

实际的MCAI软件制作脚本和上述格式不一定完全相同，这是因为具体的MCAI软件教学内容、教学目的不同，所取的多媒体素材不同，所用的软件工具和设计思想不同，描述的方便性不同。对上述基本格式依实际情况有所取舍和稍加变动，不仅是允许的，也是应该的，总之，以准确具体地描述屏幕设计为原则。

（四）CAI课件的制作、合成、测试与维护

1.CAI课件的制作

课件的系统设计和编写制作脚本的工作完成以后，就可以将有关文档交付计算机软件制作的技术和艺术人员，开始课件的制作工作。课件的制作过程一般有以下几个步骤：选用工具软件、制备媒体素材、集成和写作课件。

2.课件的合成

课件的合成就是根据课件制作脚本的要求，将用于呈现课件内容的各种媒体，按照一定的原则、结构方式组合起来，使课件的内容呈现稳定、连续、平滑，符合设计要求。该过程是课程内容再创作过程。在利用课件著作系统整合素材的过程中，要充分遵循认知学习理论、教育学原理、心理学，并考虑学习者的学习风格、认知水平、接受能力，使得学习内容的呈现达到最佳效果。

3.软件测试与纠错、维护升级

软件测试是为了发现程序中的错误而执行程序的过程，测试的目的是尽可能多地暴露程序存在的问题。软件测试的方法通常有黑盒测试和白盒测试两种。在实际测试过程中往往是采用二者相结合的方式。

软件测试过程包括模块测试和系统测试。模块测试是为了保证每个模块作为一个独立单元能正确运行，在这个测试步骤中所发现的是编码和具体设计的错误。系统测试是把经过测试的子系统装配成一个完整的系统来测试，在这个步骤中不仅应该发现具体设计和编码的错误，还要验证系统确实能实现系统说明书中指定的功能，而且系统的动态特性也应符合预定要求。测试的目的是发现错误，而纠错的目的是确定错误发生的确切位置，并找出原因以改正错误。常用的方法有归纳法和演绎法。归纳法就是从个别推断一般，这种方法从错误征兆出发，通过分析这些错误之间的关系，而找出故障；演绎法从一般原理或前提出发，经过排除和细化的过程推导出结论。用演绎法纠错时，开始先列出看来可能成立的所有原因或假设，然后一个一个地排除列举出的原因，最后证明剩下的原因确实是错误的根源。

最后，在多媒体教学软件交付使用以后，随着教学需求或外部环境的变化，对于网上多媒体教学软件，其形式和内容可能需要重新进行分析、设计和修改，以求不断完善。