毕业设计(论文)-基于Flex的CAI课件设计与制作.doc
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1、 本科毕业设计说明书(论文) 第26页 共26页1 CAI概述随着计算机技术的发展,以多媒体技术和网络通讯技术为核心的现代教育技术,引起了人们的广泛关注。计算机辅助教学(CAI)是现代教育技术的重要内容,它被认为是继文字的出现、学校创立、活字印刷之后的第四次教育革命,随着教育改革的发展和社会信息化的推进,要求大力推广和普及计算机辅助教学1。1.1 CAI相关概念1.1.1 CAI及CAI课件简介计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction简称CAI),是利用以计算机为中心的丰富的教学资源,改进传统教学模式,以人机交互对话方式学习,为教学提供一个逼真形象的教学环境2
2、。CAI课件是根据教学目标,把特定的教学内容,包括教学目的、内容、实现教学活动的方法、教学的顺序、控制策略等,用计算机语言描述,经调试可运行的程序。其特点是,实现交互操作;提供丰富的资源,适应学习策略,能自测反馈。CAI课件设计依据现代教育思想,把教学设计、知识结构设计、交互界面设计、显示设计等多种设计,利用计算机综合设计、开发的过程3。1.1.2 CAI的历史发展与现状CAI的前身是机器教学,源于美国心理学家斯金纳(BFSkinner)1958年发表的教学机器。同年,教学机器理论被IBM公司沃斯顿研究中心应用于计算机上,并设计了世界上第一个计算机教学系统,标志着CAI的诞生4。后在美国政府及
3、军事部门的支持,大批CAI项目被开发、应用。这些教学系统的设计思想完全超越了教学机器的限制,形成了智能化CAI。与此同时Logo程序语言的出现,标志着CAI另一个分支的形成将计算机用作认知工具,它的迸一步发展最终形成了今天作为生成学习环境(computer as learning environment)的计算机辅助教学思想。随着多媒体计算机的出现,CAI进一步发展。人机教育方式上,用图片、文字、声音、视频等多种形式表达教学信息;信息组织方式上,通过超文本技术,形成超媒体系统,能较好地适应学生的思维过程。随着Internet新兴发展,CAI产生了飞跃发展,进入到新的发展阶段。这时虚拟现实在教育
4、中得到了应用,国外许多学校中进行了虚拟现实应用的实验,在建构主义学习理论的应用和多媒体、计算机网络的广泛使用等方面上取得了引人注目的效果。由于多媒体和Internet在教育中的广泛应用,CAI有效促进教育改革、提高教学质量。我国80年代初,开始CAI的研究和应用开展。1996年,我国成立“全国中小学计算机教育研究中心”对CAI的发展起到了巨大的推动作用5。90年代之后,随着计算机普及,CAI很快被多数学校接纳,在这之后与之相关的研究更加丰富。后来Internet在学校中的应用有了较大发展,2000年己有500多所高校、科研单位和中小学入网。CAI才真正开始起步发展。目前多媒体技术、网络通讯技术
5、日趋成熟,现代信息技术迅速发展,信息化时代即将来临。世界各国政府都在积极采取措施,以适应信息化社会,而加强信息技术教育成为共识。各国都在加强本国的信息技术教育,我国政府也认在采取有效措施。教育部作出了“从2001年起用5到10年左右时间,在全国中小学基本普及信息技术教育,全面实施校校通工程,以信息化带动教育的现代化,努力实现基础教育的跨越式发展”的决定6。在国家的教育政策支持下,学校设备的不断完善、教师培训的广泛开展,多媒体技术与学科正在逐步整合。加强了列CAI软件的开发和管理,包括对CAI软件的规范化和评价工作。CAI在学方面的应用也越来越深入,呈现了良好的发展势头。1.2 CAI课件设计分
6、析1.2.1 CAI课件的模式课件模式反映了利用计算机进行教学活动时,完成各个教学子目标所表达教学内容的交互方式。合理地选择模式,可使制作出的课件质量及应用在教学上的效果都得到提高。常用的7种模式:操练与练习、单元指导、游戏智力、模拟观察、发现学习、问题求解、辅助测试7。无论何种类型的课件, 都是教学内容与教学处理策略两大类信息的有机结合。具体讲,课件包括:向学习者提示的各种教学信息;用于对学习过程进行诊断、评价、处方和学习引导的各种信息和信息处理;为了提高学习积极性,制造学习动机,用于强化学习刺激的学习评价信息;用于更新学习数据、实现学习过程控制的教学策略和学习过程的控制方法。1.2.2 C
7、AI课件的设计流程CAI课件是科学、艺术、技术相结合的产物,其设计与制作涉及到多种学科的知识和技能,一般由课程专家、教学设计人员、心理学家,有经验的学科教师、教育科研人员、美术人员、软件设计人员,有时还需要音乐工作者、摄录像人员等共同参加,组成课件开发小组8。CAI课件的开发过程,并不是简单的课堂搬家、文字教材的翻版和各种媒体的汇集,一个好的课件是要通过课件的整体策划和编制,能映射出设计者的教学思维过程,以学生的学习过程为中心,运用计算机的特殊功能,体现出对教学辅助的呈现要素、动机要素、过程要素、互动要素。课件的制作程序:(1) 设计课件的系统结构:(a) 课件标题要简炼,导言要阐明教学目标,
8、呈现课件基本结构;(b) 根据课件的主要框架和教学目的,确定课件的菜单及实表达教学内容;(c) 将教学内容划分成若干个知识单元,每个单元所达到的教学目标。(2) 脚本的编写:CAI课件要在教材内容中加入声音和画面,明确主题、素材美观、生动直观、层次分明,文字稿本的画面要具体、有可视性、解说词正确,既要通俗易懂又要精练概括。脚本的编写就是重新再次创作、再加工和再组织教学内容;对教学内容进行分解;通过创意和构想,确定课件设计的最佳方案。(3) 素材的采集:包括文字、图形、动画、声音等,并把素材制作成计算机能使用的格式文件保存。(4) 课件的创作:一般可运用多媒体创作工具,其特点是方便、灵活、操作简
9、单或结合程序设计语言编程创作。(5) 课件调试:可以检查以下几点:能否从制作电脑中移到其他电脑上使用;能否在不同环境的多台电脑上运行;课件通过投影仪投在屏幕上,颜色、线条和图形会失真,文字大小也要变化,应注意调整。1.2.3 制作课件平台的选择目前CAI课件开发技术落后,系统设计不合理,开发过程多少都存在一些问题:可复用性低,大部分课件的开发技并不支持面向对象开发方法,或提供较低级的支持,导致程序代码的可复用性低;可维护性差,CAI课件学习内容规模庞大,运行环境复杂,大部分课件开发不支持面向对象,同时缺少软件工程思想和方法的应用,因此维护困难;开发成本高,CAI课件大多为针对具体教学内容的一次
10、性开发9。课件需求增加和交互性提高,其开发周期就越长,成本也越高;界面呆板,互动性交互性不强,不能满足学生自主学习的要求,而且功能较单一,对学生主动学习的吸引力不够。寻求新的技术解决方案解决CAI课件存在的问题是课件开发者们亟待解决的重要问题。而随着富互联网应用(RIA,Rich Internet Applications)的发展,各种RIA技术的不断出现,为CAI课件的开发提供了有效可行的技术路线和解决方案。其中Adobe Flex作为用于开发RIA客户端的主流技术,其构建的RIA应用提供内容丰富的用户界面,且完全支持面向对象的开发,完全符合课件开发的需求。2 开发工具Flex简介2.1 F
11、lex的编译原理Flex的编译过程就是通过把MXML文件转换成面向对象的AS类,然后结合程序中指定的图片和声音等一些信息,统一编译成二进制的SWF文件,当用户向服务器发出MXML文件的HTTP请求后,服务器执行如下步骤:将MXML文件编译成SWF文件;将编译后的SWF文件保存到服务器的缓存里;将SWF文件返回客户端。2.2 Flex框架(1) Flex框架等同于Flex类库,是ActionScript类的集合。(2) Flex框架是基于ActionScript类写成的,定义了空间,容器和管理器等,用于简化RIA的构建。(3) Flex可以应用于J2EE和.net平台,Flex开发者使用只管的基
12、于XML的MXML来定义丰富的用户界面,由Flex服务器翻译成SWF格式的客户端应用程序,在Flash Player中运行。(4) Flex中结合了标准的语言、各种扩展用户界面及数据组件。发人员能够快速构建具有丰富数据演示,强大客户端逻辑和集成多媒体的Flex应用程序。使用Flex构建的应用程序能够在常见的桌面平台上运行,支持对应用程序外观进行完全自定义,并支持各种连接到后端数据和服务的方法11。2.3 Flex元件2.3.1 MXML(1) MXML是flex中用来布局用户界面组件的一种XML语言,主要功能是用来描述屏幕布局,标识用户界面组件。(2) 这种标记语言还可以来声明程序中的非可视化
13、组件,即描述各种效果、定义数据模型以及数据绑定与访问12。(3) MXML提供开发人员一个无需写代码的“所见即所得”的编程方式,用来快速构建Flex程序,甚至可以用来构建完整的应用程序。2.3.2 ActionScriptActionScript是Flex的脚本语言,与JavaScript相似的面向对象的编程语言,主要用来扩展RIA应用,能够实现Flex程序交互性、数据处理等功能13。(1) 虽然MXML标签很大程度地简化了屏幕布局和许多基本任务,但实际上都是通过AS脚本语言来实现的14。而且复杂功能只能通过AS语言来编写实现。(2) 单纯使用MXML和ActionScript都有可能构建出应
14、用程序,但两者兼用是更为普遍和明智的15。(3) MXML适用于屏幕布局和基本数据功能16;AS最适合用于用户交互,复杂的数据功能,以及任何FLex类库中没有的数据功能。(4) ActionScript完全由Flex Player提供本地支持,并且运行不需要加载任何附加的库17。所有本地类都封装在“flash”包的最顶层包中。Flex在编译时,那些类都会包含在一个.swf文件中,同时,所有Flex框架的类都在“.mx”包中。2.4 Flex组成元素Flex表现层服务器包含Flex应用框架和Flex运行服务,而Flex框架又包含MXML描述语言和ActionScript程序语言和Flex类库;M
15、XML是基于xml的标记语言,用于应用程序用户界面的布局;ActionScript定义客户逻辑和程序控制,是一种类似于javascript的墙类型面向对象语言,可用于定义事件监听器和处理器,设置或检索组件属性值,处理回调函数等;ActionScript是Flash Player可以理解的编程语言,也是Flex应用的基础18。ActionScript也是MXML的基础,可以完成MXML所不能完成的任务(如控制事件,控制错误,绑定数据对象到Flex控件,定义用户组件);Flex类库提供可扩展的组件(如容器和控件),数据绑定,行为以及其他功能,Flex类库则包含了Flex组件,管理器和行为控制19。
16、2.5 Flex应用Flex的具有跨平台物性,而且还能像桌面应用程序一样有着较好的响应性与丰富性,器生成的.Swf文件能在Web广范传播,所以有着非常广的应用领域。目前已广泛应用于各种商业领域,如电子商务、游戏开发,Web应用服务,如网页站点建设,教学系统,企业业务流程自动化等方面20。3 操作系统进程控制实验的CAI设计本次CAI课件设计的主要目是用来辅助学习操作系统的进程的,CAI课件不仅有层次讲述了要学习的知识结构,还可以模拟进程的实验,形象逼真的展示了进程的几种基本状态。本章节主要讲述CAI课件的设计目的、相关素材的收集与编辑、课件设计的思路与步骤及课件功能的实现。3.1 知识单元的教
17、学内容3.1.1 有关进程概念(1) 进程的定义与特征较典型的进程定义有:进程是程序的一次执行;进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动;进程是程序在一个数据集合上运行的过程,它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位;在引入了进程实体的概念后,我们可以把传统OS中的进程定义为:“进程是进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位”。其特征包括以下几点:(a) 结构特征:程序段、相关的数据段、PCB构成了进程实体。(b) 动态性:进程是进程实体的一次执行过程。(c) 并发性:多个进程实体,同存于内存中,能在一段时间内同时运行。(d) 独立性:独立运行和资源调度的基本单
18、位。(e) 异步性:各自独立的、以不可预知的速度向前推进。(2) 进程的三种基本状态 进程执行是的间断性,决定了进程可能具有多种状态。实际上,运行中的进程有三种基本状态:(a) 就绪状态:进程一旦获得CPU就可以投入运行的状态。(b) 执行状态:进程获得CPU正在运行的状态。(c) 阻塞状态:进程由于等待资源或某个事件的发生而暂停执行的状态。进程的这三种状态在一定条件下可以相互转换。处于就绪状态的进程在分配处理机后就转为当前执行进程,即变成执行状态;如果正在执行的进程的分配的时间片被暂停执行,它便又回到就绪状态;如果以为某件事件使进程执行受阻,就进入了阻塞状态。(3) 进程控制块进程控制块(P
19、CB,Process Control Black),是OS中最重要的记录型数据结构,PCB中记录了操作系统需要的、描述进程情况及控制进程运行所需的一切信息。在PCB中主要包括四个方面的信息:进程标识符;处理机状态;进程调度信息;进程控制信息。3.1.2 进程控制(1) 进程的创建(Creation of Process)首先申请空白PCB,其次为新进程分配资源,然后初始化进程控制块,最后将新进程插入就绪队列,如果进程就绪队列能够接纳新进程,便将新进程插入就绪队列。(2) 进程的阻塞与唤醒正在执行的进程,由于某事件无法继续工作,进程便调用阻塞原语block把自己阻塞;当阻塞进程期待的事件出现时,
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