维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国教育信息化》发行部：ｃｙｌ＠ｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 软件开发 开发多媒体智能ＣＡＩ系统的 几个关键问题木 李勇帆，赵晋琴，李科峰 （湖南第一师范学院信息技术系，湖南长沙４１０００２） 摘要：随着多媒体计算机技术、网络技术、人工智能技术及现代教育理论的发展，多媒体智能ＣＡＩ系 统的开发与应用已是当前现代教育技术领域的一个热点。本文在剖析了多媒体智能ＣＡＩ系统的基本结构的 基础上，阐述了开发多媒体智能ＣＡＩ系统的几个关键性问题。 关键词：开发多媒体智能ＣＡＩ系统关键问题 中图分类号：Ｇ４３４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—８４５４（２００８）１１－００３７—０４ 一、多媒体智能ＧＡＩ系统的结构特性 而发展起来的。与ＣＡＩ系统相比。它具有更全面的功能 多媒体智能ＣＡＩ系统是一种根据教学目标设计 和更完善的教学环境，比如：它能及时回答学生提出的 的，表现特定教学内容，反映一定教学策略，具有人工 问题；能够诊断学生错误的原因；能根据学生的反应呈 智能的计算机教学程序系统。它是引入人工智能技术 现不同的教学内容；在人机会话方面具有一定的自然 基金项目：湖南省教育厅科技研究项目（０５Ｃ０４６）——基于多媒体技术的虚拟仿真实验系统的开发与应用 ５．交互功能优化设计 据库的字段类型的表示差异等因素。对需导入的数据在 在网站上要有网站联系方式、留言板、论坛甚至聊天 导入的系统数据库前要进行数据预处理，进行必要的格 室等互动模块，这样就可以及时从用户处得到网站使用 式转换，消除数据歧义。对于需要导出的数据，要定义好 过程中的反馈信息，这对网站维护、开发非常重要。交互 数据接１：２．对数据类型、格式等信息进行详细的说明。 功能的设计要本着简单实用的原则。交互功能在使用后． 六、总结与展望 要有专人负责管理，对用户提出的意见要及时回复。 在互联息迅速膨胀的今天．构建“信息清晰、可 ６．安全性优化设计 理解”的基于信息构建的网站是互联网网站发展的方向。 安全性设计要考虑以下几个因素：信息安全、病毒危 越来越多的传统网站会通过重建、改造来实现信息构建 害、系统稳定性。信息安全是每一个网站都要重视的问 在网站建设上的应用并从中得到实惠。信息构建理论及 题，一旦网站被黑客攻破，网站的信息就可能毁于一旦。 应用的研究将更加深入，信息构建技术也将广泛应用到 为提高系统安全性。建议做到以下两点：一是经常备份系 更广泛的领域，发挥更大的作用。⑩ 统数据，二是隐藏网站后台维护页面。使用长密码并经常 参考文献： 更换管理员用户密码。系统稳定性设计的目标是保障平 …１周晓英．信息构建目标及其在网站中的实现Ⅱ】，情 台长期稳定运行，要达到这一点，在平台投入使用之前要 报资料工作．２００４（２）：５—８， 对系统代码编写逻辑、平台运行性能等因素进行测试，测 ［２】颜端武，蒋琳，基于１Ａ理论的网站评价研究Ⅱ】．江西图书 试过程应贯穿软件开发的全过程。从功能模块的黑盒测 馆学刊ＯＬｓＪ），２００５（１）：１５—１６， 试、白盒测试到系统的集成测试及压力测试。没有好的测 ［３１￣ｏｌ记，沈祥兴，网站信息构建决定因素分析Ⅱ】，情报科学， 试就没有好的软件。 ２００７（２）， ７＿网站接口设计 ［４】王翠萍．论信息构建在个性化信息资源组织中的应用ｏ】， 若网站需要与其它系统进行数据交互，网站接口设 图书情报工作．２００７（１）：７９—８１． 计是不可缺少的一个环节，对于数据导入功能，要充分考 ［５】张军．基于信息构建的网站工程化建设流程【Ｉ】．现代图 虑导人数据库的类型、导人数据库中字段类型与目标数 书情报技术．２００７（２）：３５—３８， 维普资讯 http://www.cqvip.com 软件开发 语言处理能力等。多媒体智能ＣＡＩ系统所具有的这些功 能，是由它的系统结构决定的。典型的多媒体智能ＣＡＩ系 统主要由多媒体教材知识库、学生模型、个别指导模块 （包括指导策略和逻辑推理）及人工接口等部分组成。 在这些结构中，对教学效果影响较大、能够促进教师 教学与学生自主学习有效开展的主要是学生模型和教材 知识库。而从教学内容、教学功能的丰富程度来看，教材 知识库（或叫知识库）则具有核心的地位。它不仅仅存放 知识，还要考虑知识的表示方式、存放形式，更要考虑知 识的获取过程、获取手段、获取工具的选择与应用．因为 它们将直接影响到知识库的建立、维护和完善。知识获取 模块是负责建立与扩充知识库，以及对知识库的一致性、 安全性等进行维护的系统，它可以仅仅是一个知识编辑 程序，也可以是一个复杂的知识获取系统，用来完成知识 自动获取、自动知识求解等功能。 多媒体智能ＣＡＩ系统的开发．是借助多媒体计算机 和网络技术及人工智能技术，其具有如下基本特性： １．教学信息集成的多媒体性 多媒体智能ＣＡＩ系统呈现的教学信息是由文本、图 形、动画、声音、活动视频等多种媒体信息集合 经过加工 和处理所形成的，因此具有多媒体的集成性，图、文、声、 像并茂．这比传统的教学信息资源只是单纯提供文字信 息资源丰富得多。因此，用多媒体智能ＣＡＩ系统进行教 学，不仅可以形象、直观地传递知识内容，而且能够灵活 地适应各种不同类型的学习者学习。 ２．教学信息处理的保真性 多媒体智能ＣＡＩ系统中的教学信息是利用多媒体计 算机技术存储、传输、处理的多种媒体信息资源，并将这 些媒体信息资源由模拟信号转换成数字信号，由于数字 信号可以达到对位的直接操作．便于对信息进行处理，同 时对数字信号的处理只需区分…０’和“１”，不像模拟信号 要求严格的波形还原，所以数字信号的可靠性远比模拟 信号高，即使出错。对它的纠正处理也容易实现。因此，多 媒体智能ＣＡＩ系统的教学信息的保真度高。 ３，教学信息组织的超文本性 超文本是一种非常新颖的文本信息管理技术，它以节 点为单位组织教学信息，一个节点就是一个信息块，通常 用于表达一个的概念或思想体系，节点的信息形式可 以是文本、图形、图像、音频、动画等，也可以是这些媒体的 组合：在节点与节点之间通过表示它们关系的链加以连接， 构成表达特定教学内容的信息网络，链表示不同节点间的 联系，是每个节点指向其它节点，或从其它节点指向该节 点的指针。超文本在多媒体智能ＣＡＩ系统中最简单的体现 形式是文本的某一页（或某一屏）与其它页相联系，而复杂 ３８中国教育信息化／２００８．１１（高教职教） 《中国教育信息化》鳊辑部：ｍｉｓ＠ｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 的形式则是每一屏的某一词语都能与另一部分或几部分 相联系。由于这种超文本组织信息的方式与人类联想记忆 方式有相似之处，从而可以有效地表达和处理教学信息。 ４．教学信息表现的交互性 多媒体智能ＣＡＩ系统的交互性是指学习者可以与计 算机的多种教学信息媒体进行交互式操作，为学习者提 供有效控制和使用教学信息的手段。因此交互性是多媒 体智能ＣＡＩ系统的最突出特征，没有交互性的多媒体智 能ＣＡＩ系统不能称为真正意义上的多媒体智能ＣＡＩ系 统。在实际应用中，多媒体智能ＣＡＩ系统的交互性主要体 现在其具有友好的人机交互界面。 友好的人机交互界面是学习者和计算机进行信息交 换的通道．多媒体智能ＣＡＩ系统的交互界面主要有菜单、 图标、按钮、窗口及热键等。相对于其它计算机应用领域， 多媒体智能ＣＡＩ系统中的人机交互问题更为复杂，其特 殊性与深刻性主要表现在不仅要考虑视觉和听觉的模式 识别问题．还要相当深入地触及人的更高层次的心理活 动，除感知外。还有如表象、记忆、思维和情绪等。因此。多 媒体智能ＣＡＩ系统交互功能主要在于它能提高学习者对 信息表现形式的选择和控制能力，同时，也能提高信息表 现形式的逻辑思维和创造能力的结合程度，在顺序、符号 信息等方面扩展学生的信息处理能力。借助交互性，学习 者不是被动地接受文字、图形、声音和图像，而是主动地 进行检索、提问和回答，这样多媒体智能ＣＡＩ系统除了提 供学习者按照自己的意愿来解决问题外，更可以借助这 种交谈方式的沟通来帮助学习、思考，进行系统的查询或 统计，以达到增进知识及解决问题的目的。 ５．教学过程呈现的可诊断性 多媒体智能ＣＡＩ系统是通过对多种教学媒体信息的 选择与组织、系统结构、教学程序设计、学习导航、问题设 置、诊断评价等方式来反映教学过程和教学策略。因此， 多媒体智能ＣＡＩ系统大都包含有知识讲解、举例说明、媒 体演示、提问诊断及反馈评价等环节 在多媒体智能ＣＡＩ系统中，通常设置一些问题作为 形成性练习．向学习者提问并要求学习者做出反应。通过 问题的提出与回答，可便于学习者进行思考与操练，也可 了解学习者的学习情况，并做出相应的评价，使学习者获 得的知识得到巩固。对于学习者的反应，多媒体智能ＣＡＩ 系统能做出相应的反馈，及时指出错误，肯定正确，给出 评价信息，能使学习者对所学内容加深理解并得到巩固。 显而易见．这种充满创造性的学习过程，是其它任何一种 教学媒体无法比拟的。 二、开发多媒体智能ＣＡＩ系统的几个关键问题 多媒体智能ＣＡＩ系统在教学过程中的应用效果主要 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国教育信息化》发行部：ｃｙｌＯｍｏｅ．ｅｄｕ．ｃｎ 取决于课件的开发质量。开发高质量、高效率、交互性强、 实用价值高的多媒体智能ＣＡＩ系统，除了要充分遵循学 习理论、教育学原理、心理学规律，并考虑学生的学习风 格、认知水平、接受能力外，还需充分注意以下问题： １．注意优化多媒体智能ＣＡ／系统的选题 选题是决定多媒体智能ＣＡＩ系统质量和价值的关 键，实施选题的优化策略主要有四个方面：一是必要，即 所选的内容应该是教学中的重点、难点，又是比较抽象、 难以理解的内容；二是可行，即所选的内容是学校现有的 多媒体硬件和软件环境能够实现的，并且开发出的课件 可以在一般常规的教学环境中能演播与使用．同时能发 挥出多媒体计算机集图像、文字、动画、声音和视频于一 体的特长；三是性价比高，即投入和产出比要高，有好的 经济效益，对于用常规方法能够较好讲清的内容，就没有 必要浪费人力和物力，用课件辅助教学。比如：生物课中 人体的内部器官的结构教学，就无须用多媒体智能ＣＡＩ 系统来演示，完全可用挂图标明；物理课中阿基米德定律 和电磁感应及电压、电流的测量等教学，采用实验演示效 果最佳；而化学课中“电子云”的教学，借助多媒体智能 ＣＡＩ系统的动画，就能形象、生动地表达电子云这一原子 微观现象；四是所选的内容应能在学生学习心理发展的 三个“关键期”起到显著的优化作用：一优兴奋期，即所选 内容能通过多媒体智能ＣＡＩ系统引人人胜的情景创设来 吸引学习者的注意，激发其学习兴趣，使学习者的心理产 生某种兴奋，形成良好的学习动机和情绪状态；二优高峰 期，所谓高峰期，对学习者来说是他们求知最迫切的时 候，从教材来看，是重点需要落实、难点需要突破的时候， 在这个关键时刻，恰当运用多媒体智能ＣＡＩ系统突破难 点，可激发学习者的潜能，起到事半功倍的效果：三优强 化期，即利用多媒体智能ＣＡＩ系统教学信息的海量集成、 交互及超文本与超媒体等功能，帮助学生进行归纳综合， 以达到巩固知识、强化记忆的目的。 ２．注意多媒体智能Ｃ＾Ｊ系统的表现艺术 在开发多媒体智能ＣＡＩ系统过程中．其表现艺术的 运用应注意以下三方面： （１）内容形式不可牵强附会，以免偏离教学的主要目 标。多媒体智能ＣＡＩ系统的表现形式虽然丰富多样，但其 应用的目的是服从和服务于教学，而不能喧宾夺主，以免 冲淡教学主题。比如物理教材中有关汽车内燃机运行过 程的教学，只要用计算机的平面动画演示，就可让学生弄 清楚来龙去脉，没有必要再去制作三维动画，否则，将会 使学生的注意力放在计算机多媒体的神奇上．而忽视教 学内容本身。 （２）表现形式要简洁明了，呈现信息的容量要适当。 软件开发 表现形式的花哨．虽然从心理上加深刺激了学习者的感 知能力．但会导致主次不分，分散学习者的注意力。另外， 呈现信息的容量要适当，多媒体智能ＣＡＩ系统教学内容 的呈现主要以屏或框的形式，每一屏常常包含声音、动 画、视频、文本、图形、图像、按钮及菜单等。这些信息以视 觉、触觉、听觉等刺激传人学习者的信息加工系统（大 脑），如果不同的内容信息过多，就会造成注意分散：一方 面造成重要信息选择困难：另一方面造成容量有限的信 息加工系统超载。特别是系统中应用多媒体教学信息素 材要注重教学的实际内容．切忌流于形式。 （３）艺术性和教育性及科学性的有机统一，以便有效 地突破教学中的难点和重点。在多媒体智能ＣＡＩ系统的 设计与制作过程中，要通过艺术性、教育性、科学性及教 育性的有机统一．来有效地突破教学中的难点和重点。比 如生物课中《血液的循环》的教学，血液循环的途径是其 重点．学生理解血液在循环途径成分的变化是其难点，为 此有一位教师采用３Ｄ ＭＡＸ设计了一个三维动画效果的 多媒体智能ＣＡＩ系统，真实地反映其变化过程，并可以控 制其过程．将动态的渐变过程用解剖的形式表现出来，借 助多媒体智能ＣＡＩ系统控制整个体循环、肺循环的各个 环节．在三维立体动画血液循环流程图中，血液从左心室 出发，通过血管再流回心脏，整个血液循环的过程清清楚 楚，血液成分的变化也一目了然，通过一动一画，一问一 答的形式，化复杂抽象为简单形象，分步将完整的血液循 环动画效果展现给学生。这样教师借助多媒体智能ＣＡＩ 系统的模拟，使学习者通过“引其观、诱其思、导其问”，到 “探其源、穷其理”。最后帮助学生“排其难、解其疑”。 ３．注意多媒体智能ＣＡ／系统结构的优化组合 由于多媒体智能ＣＡＩ系统信息量大，具有集成性、交 互性、可控性及智能导航性等特点，因此，我们必须根据 教学设计的结果对系统的整个软件体系结构做好设计和 规划，确定系统中教学内容组织的框架结构和基本风格。 根据各种教学媒体的呈现特性．在多媒体智能ＣＡＩ系统 的结构设计中可跨越教学媒体的类型，可选择以下几种 优化组合结构： （１）层次树型组合结构 按这种结构编制的多媒体智能ＣＡＩ系统是根据教学 的需要将教学信息素材按“树”的结构形式进行组织，利 用菜单进行选择。由于其层次分明，常用于逐级展开的教 学过程中，学习者沿着一个树状分支展开学习活动，该树 状结构可以由教学内容自然形成（如现场录制的音频和 视频图像等），也可以是合成的，包括任意地对各种多媒 体数据类型施加时间约束。因此由这类结构编制的多媒 体智能ＣＡＩ系统的主要特点有：一是采用基于时间的多 Ｃｈｉｎａ Ｅｄｕｃａｔｏｉｎ Ｉｎｆｏ ３９ 维普资讯 http://www.cqvip.com 蛋软件开发 媒体同步机制，使系统制作者可以充分描述多个教学信 息素材之问的同步和协调配合，实现复杂的演示效果：二 是采用事件驱动机制，使编制的系统具有很强的交互性． 所谓事件驱动机制，指的是在每个编辑合成单位中的各 个对象，例如一段文字、一幅静图、一段动态视频及一段 声音等都可以识别和响应多种事件．例如鼠标的点按、对 象的进入、退出等来执行制作人员预先对该教学单元指 定的一连串动作。这种看似简单的事件驱动机制却可以 帮助教师充分地实现复杂多媒体智能ＣＡＩ系统的艺术构 思。由于这类结构的多媒体智能ＣＡＩ系统能提供多种对 象进入、退出过渡特技、动态效果，故而可使多媒体智能 ＣＡＩ系统的表达更加丰富多样、生动活泼。 （２）流程图标组合结构 按这种结构编制的多媒体智能ＣＡＩ系统交互性极强． 其教学信息素材的呈现是以教学对象或事件的顺序来组 织的，可以形成超级链接．并以流程图为主，将各种静图、 图像、动态视频、动画、声音、控制按钮等一个个排列在流 程图中，形成完整的结构体系。在编制多媒体智能ＣＡＩ系 统时。首先从制作工具提供的图标库中选择一些适当的图 标，创建出一个预期程序的流程图。这些图标代表了菜单 选择、图形、图像、声音及计算等，流程图从图形上展示了 整个程序的逻辑关系，待流程图建好后，再加入具体教学 内容的媒体素材，然后，通过重新安排图标或调整它们的 属性来编辑整个系统的逻辑结构。这种模式适宜于制作 “个别化自主学习”和“研究性”等助学型多媒体智能ＣＡＩ 系统。由于这类多媒体智能ＣＡＩ系统交互性极强，因此，演 播这类系统时，学习者可以在一定范围内自由地航行，但 同时受主流教学信息的线性引导和分层逻辑组织的影响。 （３）网状结构组合结构 网状结构也就是超媒体结构，是以超文本的非顺序 结构为基础，对各类教学信息，如图片、声音、图像及动画 等进行有效处理，主要由节点、链和网络三个要素构成， 将需制成课件的教学内容划分为若干个学习单元，单元 内容可以是一段课文、一个概念、一组测验、一幅图表、一 段程序等等。通过这些单元将多媒体智能ＣＡＩ系统中教 学内容涉及的所有内容都包容进去．单元和单元之间按 照一定的线索发生关联。这些单元实际上就是超媒体结 构中一个个“节点”，而单元间特定的上下文顺序和某些 单元间基于某一关键字建立起来的跳转关系就是“链”， 学习者通过许多设置好的关键字或“上文”、“下文”关系 在学习内容构成的网络中选择学习内容。因此，使用这类 多媒体智能ＣＡＩ系统，学习者在教学内容单元间可自由 航行，没有预置路径的约束。按这种模式编辑合成的多媒 体智能ＣＡＩ系统可以上传至校园网，适合于网络远程教 ４０中国教育信息化／２００８，１ １（高教职教） 《中国教育信息化》编辑部：ｍｉｓ＠ｍｏｅ－ｅｄｕ．ｃｎ 学使用。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的逐渐普及与流行，设计与创作网 络式多媒体智能ＣＡＩ系统是时下教学改革的热点．同时 也是多媒体智能ＣＡＩ系统发展的一大趋势。教师在自己 计算机上制作好的网络课件．上课时，通过校园局域网， 在多媒体教室可以访问．甚至还可以通过Ｉｎｔｅｍｅｔ与其它 学校的教师交流。 ４．注意多媒体智能ＣＡＩ系统的智能导航 在使用多媒体智能ＣＡＩ系统进行教学时，学生往往 因不熟悉学习环境而无所适从，或因信息量过大、层次过 繁、超文本链接过杂而迷航。为了确保学习的高质量，编 制的多媒体智能ＣＡＩ系统必须要有智能提示、检索、导航 图及书签号等导航功能。 （１）智能提示导航 采用这种导航策略．通常是在多媒体智能ＣＡＩ系统 中设置专门智能提示菜单，当学习者在学习过程中遇到 问题和困难时，智能菜单将提供解决的办法和途径以引 导学习者不至于迷航。 （２）检索导航 采用这种导航策略。通常是由多媒体智能ＣＡＩ系统 给学习者提供一套检索方法供学习者查询。学习中首先 是查询控制节点或索引节点，然后再逐步跟踪相关节点 以缩小检索范围，直到找到所需的教学信息。其中，控制 节点或索引节点可以利用关键词、标题、时间顺序或知识 树等多种方式设置。 （３）导航图导航 这种导航策略也称为浏览导航图，即在多媒体智能 ＣＡＩ系统中以图形化的方式设置出的超文本网络的结构 导航图。图中包含有超文本网络结构中的节点及各节点 之间的联系，借助导航图学习者可以方便地确定在网络 中的位置和继续学习的方向，并观察教学信息是如何连 接的。导航图中每个节点都是一个信息单元，学习者可以 直接进入某个节点进行学习。 （４）书签号导航 采用这种导航策略．通常是由多媒体智能ＣＡＩ系统 提供若干书签号，学习者在浏览过程中．对认为是主要的 或感兴趣的节点就设置指定序号的书签．以后只要输入 书签号．就可以快速地回到设置书签的节点上。⑩ 参考文献： 『１１李勇帆．高等学校计算机精品课程教材——多媒体ＣＡＩ 课件开发导论『Ｍ１，北京：中国铁道出版社，２００７，３， 【２】李勇帆．多媒体课件编制工艺及其优化策略Ｕ】．网络科 技时代，２００１（６）， 【３】赵呈领等，ＩＣＡＩ系统中知识获取——计算机与教育【Ｍ】， 北京：电子工业出版社．１９９７、１１、
