《结晶学及矿物学》现代远程教学系统的设计与实现.pdf

中国地质大学 硕士学位论文 结晶学及矿物学现代远程教学系统的设计与实现 姓名杨建虎 申请学位级别硕士 专业矿物学、岩石学、矿床学 指导教师陈敬中 2001.5.1 摘要 1 远 程 教 育 是 计 算 机 网 络 和 多 媒 体 技 术 相 结 合 的 新 一 代 教 育 技 术 。 利 用 远 程 教 育 ， 广 大 受 教 育 者 可 突 破 传 统 教 育 在 教 育 资 源 和 教 育 方 法 等 方 面 的 限 制 ， 实 现 优 秀 教 育 资 源 和 教 育 方法不受时间和空间等约束地共享， 受教育者可以 根据自 己的业务水平和时间情况安排自 己的学习计划和学习进度， 实现传统教育无法做到的“ 个性化教育” ; 同时， 教学过程中 充 分利用文本、图形/ 图像、 音频和动画等多种媒体进行交互， 从而激发学习兴趣， 提高教育 质量。 远程教育为普及教育、实施继续教育和岗位培训提供了一种十分有效的手段。 多媒体教学系统是利用多媒体计算机把文字、图 形、图 像、声音、动画、影像等多 种 媒体综合起来辅助教学的软件。 它突破了传统媒体的“ 线性限制’ ， ，以随机性、 灵活性、 全 方位、 立体化的方式把信息形象、 生动的呈现给学习 者， 它的知识密度大，表现力强，能 很好的激发学习者的学习兴趣。 现代社会是一个信息社会， 传统的教育体制和教学模式难以 适应信息社会中知识爆炸 式增长以及不断更新换代的教育需求。为 适应这一社会发展的特点，需要研制和开发适合 各层次需要的 丰富多彩的多媒体课件。 结晶学及矿物学是一门 基础自 然学科，是宝石学、 岩石学、 矿床学、 地球化学、 地质学、晶体化学，固体物理等专业学科的重要基础，学生对 结晶学及矿物学课 程学 习的好坏，直接影响到以 后对专业课的学习。 近几十年来， 对 结晶学及矿物学的教学均采用标本、 模型、 挂图 等形式， 近几年 又采 用投影、 幻灯等进行讲解。 这些 方式 所取 得的 教学效果 远不能 令人满意， 不能实 现教 学目的，而且也不能适应现代化教学的发展。 利用多媒体计算机丰富的交互功能，可以 对课程里基本的、不易于理解的内容进行动 态的 模拟，并使各种媒体有机结合，可以 将学生的 注意力从对空间内 容的想象转移到具体 的空间物体上来，这非常有利于学生对课程的学习。 结晶学及矿物学 教学系统主要是利用多媒体技术， 将各种教学媒体如文字、 声音、 图 像、 动画等有机的结合在一起， 并按照各种媒体内 在的联系建立起它们之间的逻辑链接， 使 其 成 为 具 有 交 互 功 能 的 系 统。 货- 本文系统的阐述了 荃于I n t e m e t 的A u t h o r w a r e 环境下多 媒体课件制作的全过程， 从系 统的分析、设计，到系统的实现及发行都进行了 较为详尽的阐述。 详细分析了多媒体教学系统设计如脚本设计、界面设计、 结构设计的内容、 方法、原 则及要求。 详细分析了多媒体教学系统中 所用的各种媒体信息如静态图 像、 动画、 音频、 文本等 的制作方法、对存储格式的要求以及各自 所应用的软件选择。 详细分析了A u t h o r w a r e 平台下多媒体教学系统中各种媒体信息如静态图 像、 动画、 音 频、 文本等的实现方法。 详细分析了系统的两种不同的发行方法、 所需注意的问题以及发行时各自 所应包含的 内容。 〔 根 据 完 成 一 部 分 使 用 一 部 分 的 思 想 把制作完成的部分及时的应用于教学实践中 ， 在系统制作过程中， 根据平时的教学情况， ，并根据应用中出现的问题以及同学们提出的 建议进行了多次的修改和完善。我们也在在校本科生和研究生中进行了一定的教学效果调 查，实践证明，使用本系统后的教学质量比以往有了较大程度的提高。 本系统对 A u t h o r w a r e环境下多媒体教学软件的开发过程中 遇到的问 题进行了 一定的 探讨， 对系统中所用到的各种媒体文件的格式进行了 验证， 并提出了自 己的认识和建议 1 . 对I n t e rn e t 上发行所用声音应用S W A格式， 通过应用A u t h o r w a r e 自 带的转换工具， 可以将 W A V格式转换为S W A格式。 2 . A u t h o r w a r e 制作的应用程序网上发行时， 不能使用M I D I 格式的 音乐。 因 此， 网上 发行，一般不能实现两种音乐的同时播放。 3 ，应用程序网上发行所用动画应用F L C或F L I 格式，或P r e m i e r e 软件制作的A V I 格 式， 其它如用3 D S M a x 制作的A V I 格式， 无法在I n t e rn e t 上播放。 4 . 系统中 应用的 静态图 像文件， 应采用位图J P E G或G I F 格式。 它们所占 存储空间相 对较少，可以提高程序运行效率。 5 为提高网 上运行的效率， 最好将库文件作为应用程序的内 部文件打包。 这样虽然增 大了 程序的大小， 但较快地提高了网上运行的 速度。 6 . 对以 外部形式存在的文件， 发行时必须保证文件与程序文件在同 一目 录下或在程序 所在目 录的子目 录下。 这样程序运行时才不会出 错。 7 .对程序中 所用到的 字体文件， 最好采用W i n d o w s 的默认字体。这样可以避免程序 运行时出 现排版格式的错误。 8 . 对于应用程序中所用到的文件名或图标名称， 应该采用英文文件名， 而且文件名的 长度不应大于8 位字符。 如采用中文文件名， 程序在调用时容易出 现文件无法正确调入的 错误;文件名大于8 位， 进行光盘刻录时， 易出 错。 9 . 应用程序打包发行时， 必须带上所有媒体类型的外部驱动以 及具有外部链接关系的 文件。否则， 程序运行时，就会出 现文件找不到的 错误。 1 0 . 应用 程序I n te rn e t 上 运行时， 必须保证 计算机上安 装了A u t h o r w a r e W e b P l a y e r 插 件 ， 否 贝 。程 序 不 能 正 常 运 行 。今 关 键 词 远 程 教 学奋 多 媒 体 C A I \ 教 学 系 纷 结 晶 学 丫 矿 物 学‘像统 设 计 网 络 .曰 .. .口 .. .. .. .. .. ABS T RACT D i s t anc e E d u c a t i o n i s a n e w g e n e r a t i o n o f e d u c a t i o n t e c h n o l o g y d u e t o t h e c o m b i n a t i o n o f c o m p u t e r n e t w o r k and m u l t i m e d i a t e c h n o l o g y . U s i n g l o n g - d i s t a n c e e d u c a t i o n , m any e d u c a t e e c an b r e a k t h r o u g h t h e l i m i t a t i o n s o f e d u c a t i o n al r e s o u r c e s i n tr a d i t i o n al e d u c a ti o n , and r e a l i z e e x c e l l e n t e d u c a t i o n a l r e s o u r c e s and e d u c a t i o n a l m e t h o d s s h a r e d r e g a r d l e s s o f ti m e an d s p a c e ; T h e e d u c a t e e c an a rr ang e h i s o w n s t u d y p l an a n d s t u d y s c h e d u l e a c c o r d i n g t o h i s p r o f e s s i o n al l e v e l an d t i m e , r e al i z i n g “ p e r s o n al e d u c a t i o n “ w h i c h c an n o t b e a t t a i n e d勿 tr a d i t i o n al e d u c a t i o n ; A t t h e s a m e t i m e , i n 也 。 c o u r s e o f t e a c h i n g , T h e e d u c a t e e c a n m a k e f u l l u s e o f m an y k i n d s o f m e d i a s u c h as t e x t , i m a g e , a u d i o , v i d e o , s o as t o s t i m u l a t e t h e i n t e r e s t o f s t u d y , e n h anc e t h e q u a l i t y o f e d u c a t i o n . Mu l t i m e d i a e d u c a ti o n al s y s t e m i s a k i n d o f a s s i s t e d e d u c a t i o n al s o ft w a r e , w h i c h i n t e g r a t e d m any m e d i a s u c h as t e x t , i m a g e , a u d i o , v i d e o u s i n g m u l ti m e d i a c o m p u t e r . I t b r o k e t h r o u g h t h e “ l i n e a r l i m i t a t i o n “ o f tr a d i t i o n al m e d i a , p r e s e n t e d t h e k n o w l e d g e an d i n f o r m a t i o n v i s u al l y and v i v i d l y t o t h e e d u c a t e e t h r o u g h t h e m o d e o f r and o m i c i t y , fl e x i b i l i t y , o m n i b e a r i n g , i t h as t h e f e a t u r e o f h i g h k n o w l e d g e d e n s i t y and h i g h p r e s e n t a t i o n , i t c an s t i m u l a t e t h e i n t e r e s t o f e d u c a t e e e as i l y . M o d e m s o c i e t y i s an i n f o r m a t i o n s o c i e t y , t h e tr a d i t i o n al s y s t e m an d m o d e o f e d u c a ti o n i s d i f fi c u l t t o m e e t t h e n e e d o f k n o w l e d g e e n h an c i n g e x p l o s i v e l y o f i n f o r m a t i o n l i f e and it s e x c h ang e m e n t c o n t i n u al l y . C ry s t al l o g r a p h y and M i n e r al o g y i s a b as i c n a t u r al s u b j e c t , i t i s t h e i m p o r t a n t b as e o f g e m o l o g y , p e tr o l o g y , g i t o l o g y , g e o c h e m i s t ry , g e o l o g y , c ry s t a l c h e m i s t r y . s o l i d s t a t e t h e o ry , m a t e r i a ls s c i e n c e e t c . T h e p e r f o r m anc e o f t h i s s u b j e c t , w i l l i n fl u e n c e d i r e c t l y t h e i r a c h i e v e m e n t s o f t h e i r m a j o r k n o w l e d g e l a t e r o n . I n r e c e n t y e a r s , t h e t e a c h i n g o f C ry s t a l l o g r a p h y an d M i n e r al o g y a d o p t e d m o s t l y t h e f o r m s s u c h as s p e c i m e n , m o d e l , w al l m a p e t c , s u b s e q u e n t l y p ro j e c t i o n a n d m a g i c l a n t e rn w e r e a d d e d , b u t al l t h e s e m e t h o d s c a n n o t m e e t t h e n e e d o f e d u c a ti o n e ff e c t , c an n o t a tt a i n t h e p u r p o s e o f t e a c h i n g , f u r th e r m o r e , t h e y c a n n o t m e e t t h e d e v e l o p m e n t o f m o d e r n e d u c a ti o n . U s e t h e ri c h al t e m ant f u n c ti o n o f m u l t i m e d i a c o m p u t e r , W e c a n s i m u l a t e d y n a m i c a l l y t h e m o s t b as i c b u t i m p o rt a n t p a r ts o f t h e s u b j e c t , m a k e al l k i n d s o f m e d i a i n t e g r a t e h a r m o n i o u s l y , t h i s c an tr ans f e r t h e a tt e n ti o n s o f e d u c a t e e fr o m t h e i m a g i n a ti o n o f s p a c i al c o n t e n t s t o t h e u n d e r s t a n d i n g o f c o n c r e t e s p a c i al o b j e c t , w h i c h i s b e n e f i c i al t o t h e s t u d y o f t h e s u b j e c t . T h e t e a c h i n g s y s t e m o f C ry s t a l l o g r a p h y and M i n e r a l o g y i s a s y s t e m w h i c h h a s t h e a l t e m ant f u n c ti o n s b as e d o n m u l t i m e d i a t e c h n o l o g y t o m a k e al l k i n d s o f t e a c h i n g m e d i a s u c h as t e x t , a u d i o , v i d e o i n t e g r a t e h a r m o n i o u s l y and s tr i k e u p t h e l o g i c a l i n t e g r a ti o n s a m o n g t h e m a c c o r d i n g t o t h e i r i n t e rn al r e l a t i o n s . T h e a r t i c l e e x p a t i a t e d s y s t e m a t i c al l y t h e w h o l e c re a ti o n p r o c e s s o f m u lt i m e d i a t e a c h i n g s y s t e m u n d e r t h e e n v i r o n m e n t o f A u t h o r w a r e b as e d o n I n t e rn e t . F r o m t h e anal y z a t i o n and d e s i g n a t i o n t o t h e r e a l i z a t i o n a n d p u b l i c a t i o n , w e a l l e x p a t i a t e d d e l i b e r a t e l y . A n a l y z e d d e t a i l e d l y t h e c o n t e n t , m e t h o d , p r i n c i p l e a n d r e q u e s t o f m u l t i m e d i a t e a c h i n g s y s t e m d e s i g n a t i o n s u c h a s s c r i p t d e s i g n a t i o n , i n t e r f a c e d e s i g n a t i o n , s t r u c t u r e d e s i g n a t i o n e t c . A n a l y z e d d e t a i l e d l y t h e c r e a t i o n m e t h o d , t h e r e q u e s t o f s t o r a g e f o r m a t a n d t h e s e l e c t i o n o f i t s a p p l i e d s o f t w a r e o f a l l k i n d s o f m e d i a i n f o r m a t i o n s u c h a s s t a t i c i m a g e . v i d e o , a u d i o , t e x t i n m u l t i m e d i a t e a c h i n g s y s t e m. A n a l y z e d d e t a i l e d l y t h e r e a l i z a t i o n m e t h o d o f a l l k i n d s o f m e d i a i n f o r m a t i o n s u c h a s s t a t i c i m a g e , v i d e o , a u d i o , t e x t i n m u l t i m e d i a t e a c h i n g s y s t e m u n d e r t h e e n v i r o n m e n t o f A u t h o r w a re . A n a l y z e d d e t a i l e d l y t h e t w o k i n d s o f d i ff e r e n t p u b l i c a t i o n m e t h o d , t h e p r o b l e m s s h o u l d b e r e g a r d e d a n d t h e c o n t e n t s s h o u l d b e i n c l u d e d w h e n p u b l i c i z e d . A c c o r d i n g t o t h e t h o u g h t o f “ o n e p a rt f in i s h e d , o n e p a r t u s e d “ , d u r in g t h e c o u r s e o f c r e a t i o n , i n t e g r a t e d t h e t e a c h i n g i n s t a n c e a t o r d i n a ry t i m e s , w e m a k e t h e f i n i s h e d p a r t s a p p l i e d t o t h e t e a c h i n g p r a c t i c e i n t i m e , a n d m o d i f i e d m a n y t i m e s a c c o r d i n g t o t h e p r o b l e m s a p p e a re d i n a p p l i c a t i o n a n d t h e s u g g e s t i o n s o f t e a c h e r s a n d s t u d e n t s . T h e p r a c t i c e p r o v e d t h a t t h e q u a l i ty o f t e a c h i n g i m p r o v e d l a r g e l y t h a n b e f o r e . T h e a r t i c l e d i s c u s s e d t h e p r o b l e m s m e t e d d u r i n g t h e d e v e l o p m e n t u n d e r t h e e n v i r o n m e n t o f A u t h o r w a r e , a n d p u t f o r w a r d m y o w n s u g g e s t i o n s 1 . T h e a u d i o f o r m a t s h o u l d b e S W A o n i n t e r n e t , w h i c h c a n b e a t t a i n e d f r o m W A V t h r o u g h t h e o r d e r o f A u t h o r w a re. 2 . Wh e n t h e p r o g r a m r u n s o n I n t e rn e t , i t c a n n o t u s e t h e f o r m a t o f M I D I . 3 . Wh e n t h e p r o g r a m r u n s o n I n t e r n e t , t h e v i d e o s h o u l d t a k e t h e f o r m a t o f F L C F L I , o r t h e f o r m a t o f A V I c r e a t e d 勿p r e m i e re . 4 . T h e f o r m a t o f s t a t i c i m a g e s h o u l d t a k e t h e f o r m a t o f J P E G o r G I F , t h e y h a v e r a t h e r s m a l l s i z e a n d c a n e n h a n c e t h e r u n n i n g e ff i c i e n c y . 5 . I n o r d e r t o e n h a n c e t h e r u n n i n g e f f i c i e n c y o n i n t e m e t , it i s b e tt e r t o p a c k a g e t h e l i b fi l e s a s i n t e rna l f i l e s . b . A s t o t h e e x t e rn a l f i l e s , m u s t b e g u a r a n t e e d t h a t t h e s e fi l e s b e u n d e r t h e s a m e d i re c t o ry w it h p r o g r a m fi l e s o r u n d e r t h e l o w e r d i re c t o r i e s , o r i t w i l l b e w r o n g w h e n r u n n i n g . 7 . A s t o t h e f o n t s f i l e s i n t h e p r o g r a m , i t i s b e t t e r t o u s e t h e t o l e r a n t f o n t s o f WI N D O WS , o r t h e p r o b l e m s o f t y p e s e t f o r m a t w i l l b e a p p e a r e d . 8 . A s t o t h e f i l e n a m e o r i c o n n a m e , E n g l i s h n a m e s h o u l d b e a d o p t e d a n d t h e l e n g t h o f t h e f i l e n a m e s h o u l d b e n o l o n g e r t h a n 8 , o r p r o b l e m s m a y b e a p p e a r e d w h e n e n g r a v e d . 9 . Wh e n t h e p r o g r a m p u b l i c i z e d , i t i s i m p e r a t i v e t o t a k e t h e e x t e rn a l d r i v e r s o f m e d i a m e d i a fi l e s a n d 伽 e x t e rn a l f i l e s . o r t h e fi l e s c a n n o t b e f o u n d w h e n r u n n i n g . 1 0 . W h e n r u n n i n g o n t h e i n t e m e t , t h e p l u g i n u n i t o f A u t h o r w a r e W e b P l a y e r m u s t b e i n s t a l l e d r i g h t l y , o r t h e p r o g r a m m e c a n n o t b e r u n . K e y Wo r d s d i s t a n c e e d u c a t i o n m u lt i m e d i a - C A I t e a c h i n g s y s t e m m i n e r a l o gy s y s t e m - d e s i g n a t i o n n e t w o r k 中国 地质大学硕士学位论文 第一章 绪 论 妇. 1 远程教学研究现状 远程教学 D i s t a n c e E d u c a t i o n 是计算 机网 络和多 媒体技术相结 合的 新一代教育技术。 利用远程教学， 广大受教育者可突破传统教育在教育资 源 师资、 教材、 实验和演示设备等 和教育方法 统一进度、 集中式和单向 传授等 等方面的限制，实现优秀教育资源和教育方 法不受时间 和空间等约束地共享， 受教育者可以 根据自 己的业务水平和时间情况安排自己 的学习计划和学习 进度， 实现传统教育无法做到的“ 个性化教育” 同时， 教学过程中充分 利用文本、 图形/ 图 像、 音频和动画等多种媒体进行交互， 从而激发学习兴趣， 提高教育质 量. 因 此， 远 程教 学 为 普 及教 育、 实 施 继 续教 育 和岗 位 培 训 提 供了 一 种 十 分 有效的 手 段w 1 . 1 . 1 国内外远程教学的发展 t 国外远程教学的发展 国 外的网上教学，尤其是美国、加拿大、 英国、 澳大利亚等国的网上教育已发展的 相 当 成熟，这不是一所学校能办到的， 整个国家、甚至好几个国家都参与到其中。 每一个网 站都是由许多相关的教育部门或公司建立的，而各网站之间又有非常广泛联接，整个体系 呈网 状结构， 无论你想学习什么知识和技能， 你完全可以 到网 上找到你所需要的资 料和帮 助。目 前，西方许多发达国家都在网 络教学方面投入大量的人力和物力，一些成功的系统 也 取 得 了 巨 大 的 社 会 效 益 和 经 济 效 益 。 如 美 国 的 电 子 大 学 网 络 E U N E le c t r o n i c U n iv e r s it y N e t W o r k 其主要 作用是向 学员 提供 软件及主机系 统的 使用， 支持 学生完成在线 O n - L i n e 课程， 并负责行政管理、 协同 合作等， 课程的内容由学生自 主决定。 英国 一家公司正在英国北部地区进行一项实验， 将几十所学校与学生家庭连在一起，使教 师和学生在任何地点都可以共享这几十所学校的资 源。 由于大学拥有较多的资金来源和可靠的技术支持， 并且有成型的 理论研究， 使得高等 院校有能力自 创网 校。目 前的高等教育站点主要由 各高 校独立创建， 且自 成体系， 规模较 大， 如 加利佛 尼亚州立大学 C a l if o rn i a S t a t e U n iv e r s it y 在自 己 的2 3 个分校都建立了 相 应的 远 程教 育 站 点， 各 有 特色 又 系 统 运 行; 科 罗 拉 多 州立 学 校 C o l o r a d o S t a t e U n iv e r s it y 在5 7 个国 家建立了自己的教育站点， 整个系统规模运行。 有的站点由高 校、 教育部的 联合 体共同 创建， 如 加利佛 尼亚 虚拟大学 C a l if o rn ia V i r tu a l U n iv e r s it y 、 北伊利诺斯大学 N o rt h e rn I l li n o is U n iv e r s it y 。 有一 些站点由 一 些公司 创建， 如 国 家技术学院 N a tio n a l 杨 建 虎 结 晶 学 及 矿 物 学 现 代 远 程 教 学 系 统 的 设 计 与 寒 翌 2 0 0 1 . 4 T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y . 持和教学资源 ，如 还有一些站点由大学和联合体创建，并为这些大学提供技术支 印第安那高等教育交流系统 I n d i a n a H i g h e r E d u c a t i o n T e le c o m m u n i c a t i o n S y s t e m . 网 上高 等教 育 主 要是高 层 次 学 历 教 育 和 大 学后 继续 教 育， 主 要开展研究生课程进修和学历教育、第二学士学位教育、本科教育等。 2 国内远程教学的发展 近年来，随着我国 计算机网 络的日 益发展，中国教育科研网 C E R N E T 及其他一些网 络己 开通并与国际互连网 I n t e rn e t 连通， 加之以 程控交换机为基础的公共电 话网的普及率 不断提高和有线电视广播网的覆盖率越来越广，为开展远程教育提供了有利的基础条件。 由教育部批准，己 经有清华大学、 湖南大学、 北京邮电大学和浙江大学四所高校成为首批 面向 社会招生的远程教育试点院 校，目 前还有北京大学、东北大学、上海交大和辽宁大学 等1 0 多所高校己 经建成了 远程教学系统或网上教室， 还有一 些大学正在建设中。 这些试点 学校的工作重点主要放在高层次学历教育和大学后继续教育上，主要开展研究生课程进修 和学历教育、第二学士学位教育、本科教育等。北京中关村兴建了“ 中关村地区教育与 科 研 示范网” T h e N a t io n a l C o m p u t in g a n d N e tw o r k in g F a c i l it y o f C h in a ， 简 称N C N F C ， 其 主 要 功能 1 实 现科技软件共享; 2 C A I 课件共 享; 3 书目 文献信息 共享; 4 电 子邮 件系 统。 哈 尔 滨工 业大学在1 9 年利用I n t e rn e t 由 美国S y r a - c u s e 大学开设了4 门 课 程， 形成“ 跨国 课堂” ， 5位博士在国内 选学了美国 大学的课程。 华东师范大学参加了美国A T 为了 大 力促进我校教学现代化改革，培养和造就大批创新人才; 为了 尽快形成以 地学为特色的 信 息产业生长点，大力提高我校技术创新能力和在国内 外的 知名度， 促进我校信息产业出 效 益、 出 人才; 为了适应新形式下教学的需要， 实现教学现代化，