第 5 章 多媒体计算机辅助教学
计算机辅助教学技术是一种新的教育技术，它被认为是人类教育史上继文字出现、学校创立、活字印刷之后的第四次革命。它代表着一种新的教学思想与教学方式，反映了一所学校教学手段现代化的程度。本章介绍计算机辅助教学的基本内容，其中包括计算机的教育应用方式、计算机辅助教学的基本模式、多媒体课件开发过程、人工智能的教育应用等。
计算机技术在教育领域的应用内容十分广泛。一般说来，我们可以从多个角度对它的应用方式进行分类。
从计算机应用的功能上来看，计算机在教育领域中的应用方式包括：
1 、计算机辅助教学 (Computer Assisted Instruction, 简称 CAI)
CAI 指的是用计算机帮助或代替教师执行部分教学任务，传递教学信息，对学生传授知识和训练技能，直接为学生服务。
2 、计算机管理教学 (Computer Managed Instruction, 简称 CMI)
目前人们对 CMI 的理解有两种：从狭义上看，认为 CMI 是利用计算机指导整个教学过程的教学管理系统，它的功能包括管理教学计划和教学资源，以及帮助教师构造测验和评分等；从广义上看，则认为是计算机在学校管理中的各项应用，包括教学管理、学校行政管理、学校其它资源管理等等。
从计算机应用的对象来看，计算机在教育中的应用又可以分成三个方面（ 3L ）：
1 、学习计算机 (Learn about computer) 。即把计算机作为学习对象，其内容包括计算机的基础知识、基本技能及其对社会的影响等三部分。
2 、用计算机学习 (Learn with computer) 。即学生可以把计算机作为学习工具，主要包括用计算机来完成获取和保存信息、处理和交流处理等任务。
3 、从计算机学习 (Learn from computer) 。即教师把计算机作为一种辅助的教学工具来辅助教学、辅助测试、管理教学与辅助备课等工作。
计算机辅助教育 (Computer Based Education, 简称 CBE) 是计算机技术在教育领域中应用的统称，它涉及教学、科研和管理等教育领域的各个方面。随着现代信息技术的发展，计算机在教育领域的应用引起了人们的充分重视并取得巨大的进展，它在国际信息处理协会 (IFIP) 八十年代中期对 53 项计算机应用课题发展前途的评选中就名列第六位。
“ 多媒体 ” 一词译自英文 “Multimedia” ，而该词又是由 mutiple 和 media 复合而成的。多媒体技术是指把文字、声音、图像、动画、视频等多种媒体的信息通过计算机进行交互式综合处理的技术。即通过计算机 , 用多种媒体手段来存储、传播和处理信息的技术。它涉及到计算机硬件、软件和图像处理、信号处理、人工智能、网络和通信等等广泛的技术领域。
多媒体技术的主要特点体现在它的集成性、交互性和多样性。其中交互性也是多媒体技术与电视、电影等单向信息提供手段的主要区别。
采用多媒体技术来辅助教学，能使学生的多种感官得到刺激，最大限度地汲取信息与知识。从教育心理学角度看，人们从听觉获得的知识能记忆大约 15% ，从视觉获得的知识能记忆大约 25% ，但如果同时使用这两种知识传递手段，就能够接受知识的 65% 。又据美国的一项调查表明，采用多媒体教学方法后，成功率比普通教学方法提高 38% ，而教学时间却节省了 31% 。
在多媒体教学中，我们将用于执行教学任务的多媒体软件称为多媒体课件（ Multimedia Courseware ），简称课件。
超文本和超媒体是多媒体课件中两个十分重要的概念。
所谓超文本（ Hypertext ），就是一种用计算机来实现连接课件中相关页面的结构，这里的文本指得是文字信息，在一个课件页面中把某些文字用链接向其他页面，该文本以醒目的形式显示，读者在浏览页面时可以通过该链交叉引用其他相应页面。在被链接的页面中又可以链接别的页面。
随着多媒体技术的发展，在超文本结构中，除文字外还可以链接图像、视频、声音等多媒体信息，因此人们引出了超媒体概念。换言之，超媒体 (Hypermedia) = 超文本 + 多媒体。
教学模式是在一定的教育思想指导下建立的比较典型、稳定的教学程序或构型。从不同角度可以对教学模式作不同的分类。例如，教学论学者根据教学过程的重心偏向教和学的不同方面，将教学模式分为：问答模式、授课模式、自学模式、合作模式、研究模式等五种。如表 4 － 6 所示，这 5 种模式自上向下模式构成一个顺序发展的序列，在该序列中学生的学习主动性逐渐增强，而教师的主导性则逐渐减弱。
表 5 － 1 基于教学论的教学模式
模式名称 |
主要特点 |
教学过程 |
问答模式 |
师生问答，启发教学 |
提问 → 思考 → 答疑 → 练习 → 评价 |
授课模式 |
教师中心，系统授课 |
授课 → 理解 → 巩固 → 运用 → 检查 |
自学模式 |
学生中心，自学辅导 |
自学 → 解疑 → 练习 → 自评 → 反馈 |
合作模式 |
互教互学，合作教育 |
诱导 → 学习 → 讨论 → 练习 → 评价 |
研究模式 |
问题中心，论文答辩 |
问题 → 探索 → 报告 → 答辩 → 评价 |
计算机辅助教学的模式也称信息化教学模式。我国学者从认识论和价值观两个维度来考察教学模式，提出了信息化教学模式的一个分类框架 （祝智庭， 1996 ）。我们知道，就认识论角度看，存在着两种较为对立的观点：客观主义与建构主义，就价值观角度来看，也有两种较为对立的观点：个体主义与集体主义。借助二维坐标系，将个人主义 — 集体主义、客观主义 — 建构主义分别做为描述不同教育文化差别的维度，就得到如图 5 － 1 所示的关于计算机辅助教学模式的分类框架。该分类框架将计算机辅助教学模式分为以下四类：
第 Ⅰ 类：客观主义 ? 个体主义（即：教师为中心 ? 个别化）；
第 Ⅱ 类：建构主义 ? 个体主义（即：学生为中心 ? 个别化）；
第 Ⅲ 类：建构主义 ? 集体主义（即：学生为中心 ? 集体化）；
第 Ⅳ 类：客观主义 ? 集体主义（即：教师为中心 ? 集体化）。
信息资源管理系统和网络通信系统是信息化条件下各类教学模式的共同基础。
图 5 － 1 计算机辅助教学的主要模式及其分类
下面我们对图 5 － 1 分类框架中的主要模式进行介绍。需要指出的是，教学模式的划分是相对的，在具体的教学活动中，各种教学模式往往相互结合使用。
1 ）操练与练习
操练与练习 (Drill and practice) 模式主要用于实现教学过程中学生练习阶段的功能，这是多媒体教学最常用的模式。该模式并不向学生传授新知识和新技能，只是用来巩固和熟练某些知识和技能，这些知识和技能是学生已经通过其它途径学会了的。图 5-2 是小学生加法运算的操练与练习课件的一个实例界面。
与传统的教师布置的操练与练习相比，采用多媒体手段进行操练与练习的主要优点在于： (1) 可以及时反馈相关的信息； (2) 能够以多媒体方式有效地激励学生； (3) 可以将学生的成绩及时加以保存。
图 5-2 小学加法的操练课件
2 ）个别指导
个别指导型也称指导型 (Tutorials) ，它是由计算机扮演讲课教师的角色，目的在于向学生传授新的知识或技能。这是能较好体现计算机个别化教学特点的一种模式，常常用于学生自学或者补习功课。
多媒体教学个别指导模式的优点主要表现在以下三方面： (1) 学生参与程度高； (2) 有利于个别化教学的开展； (3) 教学效率高。
3 ）教学测验
测验 (Test) 是教学过程的重要一环。因此，计算机辅助测验 (Computer Based Testing ，简称 CBT) 也是 CAI 或多媒体教学的一个重要组成部分。 CBT 的主要内容包括自动出试卷、联机测验或自动阅卷、测验数据分析等三个方面。
按照评分方式的不同，可以把测验分成主观性测验和客观性测验两类。主观性测验包括口试、写作、翻译、回答问题等，其优点是有利于测定考生的综合认识能力，但评分标准不太好掌握，测验结果在较大程度上依赖于教师的主观判断。客观性测试又称标准化测试 ( 考试 ) ，它可以弥补主观性测验的上述缺点。该种测试通常采用是非题、多项选择题、匹配题等形式，每个题目一般十分简短，答案唯一，而且题量较大，内容的覆盖面较广，所以客观性测验题的评分简单、准确，测验结果的可信度高。事实上，用计算机来实现的测试正是这类客观性测验。
4 ）模拟
模拟 (Simulation) 也称为仿真，就是用计算机来模仿真实自然现象或社会现象。模拟是科学家们常用的一种科学研究方法，而将模拟用于教学则是近十多年以来发展起来并越来越受到人们重视的新方法。
模拟在教学中的应用十分广泛，从自然科学、管理科学到工程技术的许多学科教学中都可以采用。随着多媒体计算机技术的发展，模拟的效果更是令人叹止。模拟在教学中的应用可以分为以下几个方面：实验模拟 ，管理模拟 , 训练模拟。
在教学过程中采用计算机模拟手段，其优点主要表现在： (1) 高效、安全； (2) 低成本； (3) 形象逼真，容易引起学生的兴趣。
图 5 － 3 电磁感应实验模拟实例
5 ）问题解决
问题解决也称问题求解 (Problem Solving) ，它是指在教学中运用计算机作为工具，让学生自己去解决那些与实际背景较接近的问题，其主要目的是培养学生解决实际问题的能力。
问题求解给学生提供创造性解决问题的机会，通过解决问题的过程来应用、检验和精炼已经掌握了的概念和知识。
问题求解模式通常有两种实施方法：
特定的问题求解。
工具性问题求解。
工具性问题求解所涉及的工具软件主要包括：文字处理软件、数据库软件、绘图软件、符号计算软件、计算机高级语言等。例如， “Mathematica” 就是一个著名的符号运算软件，网站 http://www.wolfram.com/ 中提供有该软件的在线运行版本，人们可以通过该软件解决多项式计算、因式分解、不定积分等各种各样的符号运算问题。事实上，在高校的理工科和中学的数、理、化等学科中，都可以利用该类符号运算软件来解决大量的问题。图 5 － 4 就是用 Mathematica 软件进行因式分解、不定积分、函数作图的运行实例。
图 5 － 4 Mathematica 的运行实例
6 ）教学游戏
教学游戏 (Instrutional Games) ，就是计算机以游戏的形式呈现教学内容，产生一种带有竞争性的潜在的学习环境，从而激发学生积极参与，起到 “ 寓教于乐 ” 的作用。
7 ）智能授导
智能授导系统（ Intelligent Tutoring System ； ITS ）旨在通过学生与计算机进行双向问答式对话，利用人工智能技术来模拟 “ 家庭教师 ” 的行为。一个理想的智能授导系统应能理解学生用自然语言表达的提问，不仅要具有学科领域知识，而且要知道它所教学生的学习风格。
8 ）微型世界
微型世界（ Microworld ）是指利用计算机系统构造一种可供学习者自由探索的学习环境。其基本特点是学生可操纵模拟环境中的对象，可建构自己的实验系统、测试实验系统的行为。例如，一个名为 “ 电子工作台 ” （ Electronic Workbench ； EWB ）的软件系统，允许学习者利用它提供的 “ 元件 ” 构造各种模拟电路和数字电路，并能动态测试电路的性能。有一种适合儿童学习的 LOGO 语言，由于它提供的 “ 图龟 ” 世界允许学习者进行操纵并观察其反应，因此也被认为是一种微型世界。一般说来，微型世界和教学模拟、教学游戏有密切的关系。
9 ）情景化学习
情景化学习（ Situated Learning ）就是在多媒体技术创设的接近实际的情境下进行学习，利用生动、直观的形象有效地激发联想，使学习者能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化当前学习到的新知识。情景化学习是建构主义学习的主要研究内容之一，它的主要方法包括抛锚式学习、认知学徒等。
认知学徒模式主要采用示范、教练、扶助等方法，类似于传统的师徒传技授艺模式。在这里，教师的作用可以由智能代理来实现。
10 ）案例学习
案例学习（ Case Studies ）为学生提供来自实际案例的资料，在丰富的信息环境中让学生以调查员的角色去搜集资料、调查案情，进行分析和决策。而教学查询系统本质上是数据库系统和信息检索技术的教学应用。
11 ）基于资源的学习
基于资源的学习（ Resources － Based Learning ）就是要求学生利用各类资源进行自学。现代信息技术，特别是多媒体与计算机网络技术的应用，为学习者提供了极为丰富的电子化、数字化学习资源，例如数字化图书馆、电子阅览室、多媒体电子书等。此外，因特网上也蕴藏着无穷无尽的学习资源，学习者可以通过各种检索机制，方便快捷地获取自己所需要的知识进行高效的学习。在第 6 章 6.3 节中，我们将介绍基于因特网的资源性学习。
12 ）探究性学习
探究性学习（ Inquiry Learning ）要求学生利用计算机或网络系统的信息服务功能，从学科数据库中检索出所需的信息，通过信息收集和推理之类的活动，得出对预设（通常由教师所给）问题的解答。
探究性学习与案例学习、基于资源的学习相比，它们的实质都是数据库系统和信息检索技术的教学应用，但是它们的数据组织与范围是不同的。探究性学习的数据库通常按学科范围组织而成，案例学习的数据库是围绕有一定实际背景的事例来组织的，而基于资源学习的资源通常无预定范围。
13 ）认知工具
一般认为，计算机作为学习工具，按照它们对学习者支持作用的不同，可以分为效能工具和认知工具两大类。效能工具（ productivity tools ），重在帮助人们提高工作效率，例如文字处理系统、电子报表系统等。认知工具（ Cognitive tools ）也称为智力工具，乔纳森（ Jonassen, 1996 ）认为，认知工具是指可以帮助学习者发展批判性思维、创造性思维和综合思维能力的软件系统。乔纳森还提出了鉴别一个软件工具是否可作为认知工具的 9 项标准：计算机化、现成的应用软件、用户（在经济上）可承担、可用于表示知识、可泛化（可用于不同领域）、可支持批判性思维、学习可迁移、简单而功能强大的知识表示形式、易学易用。乔纳森认为，数据库、电子报表、语义网络工具、专家系统外壳、计算机化通讯工具、超媒体工具等都是认知工具。其中有些工具如数据库软件通常都被作为处理数据的有力工具，但它们完全可作为认知工具来用。
14 ）计算机支持协作学习
计算机支持协作学习（ Computer-Supported Cooperative Learning 或 Computer-Supported Collaborative Learning; CSCL ）强调利用计算机网络支持学生同伴之间的交互活动，例如，在计算机网络的支持下，学生们可突破地域和时间上的限制，进行学伴互教、小组讨论与练习、小组课题等协作性学习活动。而个别化 CAI 则注重于人机交互活动对学习的影响。
15 ）计算机支持讲授
计算机支持讲授（ Computer － Supported Tutoring ）包括计算机多媒体在课堂教学中的多种应用。例如，电子讲稿制作与演示、用网络化多媒体教室支持课堂演示、示范性练习、师生对话、小组讨论等。计算机在课堂教学中的应用使传统的教学形式得到新生，并且有助于教师在信息化时代的教学过程中继续发挥其应有的作用。
16 ）虚拟教室
虚拟教室（ Virtual Classroom ，简称 VC ）是指在计算机网络上利用多媒体通讯技术构造的学习环境，允许身处异地的教师和学生互相听得着看得见，不但可以利用实时通讯功能实现传统物理教室中所能进行的大多数教学活动，还能利用异步通讯功能实现前所未有的教学活动，如异步辅导、异步讨论等。
一个高质量课件的开发是一项复杂的系统工程，需要开发小组中全体人员的通力合作，因此需要对开发过程的各个步骤和任务作出具体的规定以作为行动的指南。由于不同的课件开发人员对开发的理解程度、文化背景，以及兴趣爱好等方面所存在的差异，导致了各种不同的多媒体课件开发模型的出现。一般说来，多媒体课件开发的以下几个阶段：环境分析、教学设计、脚本设计、软件编写、评价与修改是最为基本的，由此所构成的多媒体课件开发步骤如图 5-5 所示。
图 5 － 5 多媒体课件的开发步骤
多媒体课件的环境分析主要包括课件目标分析、课件使用对象分析和开发成本估算等任务。
在这里，教学目标不仅包括该学科领域以及教学内容的范围，而且应对教学提出具体要求。比如，学习新概念；巩固已经学过的知识；训练求解某种问题的能力；要求掌握的程度及检查方法等等。
课件使用对象分析，即分析学习者在从事新的学习或进行练习时，其原有知识水平或原有的心理发展水平对新的学习的适合性。该项分析通常涉及以下三个方面：
① 学习者的一般特点，包括年龄、性别、文化程度、工作经历、学习动机，以及文化背景等；
② 学习者对学习内容的态度以及已经具备相关的基础知识与技能；
③ 学习者使用计算机的技能。
开发多媒体课件的成本估算通常也是不可缺少的。在这里，开发的总费用一般包括开发组成员的劳务费用；各种参考资料购买；磁盘、打印纸等各类消耗材料；以及软件维护费等。
教学设计是课件开发过程中最能体现教师教学经验和教师个性的部分，也是教学思想最直接和具体的表现。该阶段的主要任务包括详细分析教学内容、划分教学单元、选择适当的教学模式等。
教学内容分析指的是根据前述确定的教学目标，具体划分出教学内容的范围，揭示教学内容各组成部分之间的联系。
根据教学内容将课程教材按段落和时间分成若干课，此即课分配。因为在多媒体教学过程中不再考虑黑板书写及教师的思考等时间，所以多媒体教学的每课时间应比传统的课堂教学课时短一些。接着，把每课内容按单纯的教学目的划分成若干个相对独立的小块，一个小块就是一个教学单元。教学单元划分的依据是教学大纲，应当仔细地分析教材和参考书，把教学目标逐步演化成一系列的教学单元。并根据教学内容的难易程度和知识体系情况，选择控制教学单元前进的策略，即确定课件的结构方式。
上述一个教学单元的功能，就是进行一小段相对独立的教学活动。一般说来，在一个教学单元中主要进行一个新概念或一个知识点的教学，然后从学生那里取得回答信息，并对回答作出反馈。为此，需要具体确定要传授的教学内容，详细规定呈现教学内容的信息形式、向学生提出的问题，以及对学生回答问题的各种可能答案作出预计并准备相应的反馈信息。
一般说来，个别指导型模式主要适用于呈现信息和引导学习两个阶段；操练与练习型模式适用于练习和评价阶段；模拟型模式则适用于上述四个阶段的任意组合；教学游戏模式主要用于练习阶段；问题求解模式通常适用于呈现信息、引导学习以及练习这三个阶段。一般地，我们也可在一个教学单元中同时采用多种教学模式进行有机结合，从而适应不同的教学需要。
有关教学设计的详细内容请参见本书第 9 章。
脚本是在教学设计基础上所作出的计算机与学生交互过程方案设计的详细报告，是下一阶段进行软件编写的直接蓝本，是课件设计与实现的重要依据。因此，脚本设计阶段也是课件开发过程中由面向教学策略的设计到面向计算机软件实现的过渡阶段。
从脚本所描述的内容来看，多媒体课件的脚本可分为文字脚本和制作脚本两种。前者是由教师按照教学要求对课件所要表达的内容进行的文字描述；后者则犹如影视制作中的分镜头脚本，是在文字脚本基础上改写而成的能体现软件结构和教学功能，并作为软件编制的直接依据的一种具体描述。换言之，一般认为：
文字脚本是多媒体课件 “ 教什么 ” 、 “ 如何教 ” 和 “ 学什么 ” 、 “ 如何学 ” 的文字描述，它包括教学目标的分析、教学内容和知识点的确定、学习者特征的分析、学习模式选择、教学策略的制订、媒体的选择等任务。
制作脚本是在文字脚本的基础上，依据教育科学理论和教学设计思想，进行课件交互式界面以及媒体表现方式的设计，将文字脚本进一步改编成适合于计算机实现的形式。
脚本的描述并无规定格式，但所包含的内容是基本一致的，即在脚本中应注明计算机屏幕上要显示的内容 ( 包括文字、动画、图像和影像等 ) 、音响系统中所发出的声音，以及这些内容输出的具体顺序与方式。
在多媒体课件的脚本设计中，计算机屏幕布局的合理与否，在一定程度上反映了课件的质量。在脚本设计中，通常都将屏幕划分为若干个功能区，使得同一个课件中各种类型的信息都有相对固定的位置，以避免学生每次化时间在屏幕上寻找而无法集中精力学习教学内容。图 5 － 6 给出了一种适合于指导型和练习型课件的典型的屏幕功能区划分，当然，图中的划分也不是一成不变的，它可以随着信息容量的变化而作相应调整。
图 5-6 课件界面布局的例子
该阶段的任务是将教学设计阶段所确定的教学策略，以及脚本设计阶段所得出的制作脚本用某种计算机语言或多媒体软件工具加以实现。
为了提高效率，应该尽量收集、利用现有的多媒体素材，根据课件内容需要进行编辑加工。在多媒体素材采集、编辑完成后，就可以用多媒体创作（编辑）工具进行集成。
若所制作课件的结构或处理流程十分复杂，或者准备做为商品化软件发行，则可采用计算机高级语言进行编程，例如， Visual Basic 、 C ＋＋语言等。
课件程序编写完成后应当进行仔细的调试，调试的目的是为了找出程序中隐含的各种可能错误并加以排除，其中包括教学内容上和计算机语言文法上的各种错误。
一个完整的课件，除了在程序中包含联机帮助功能以外，还必须提供相关的文档，例如学生手册、教师手册、技术手册等。因此，在课件程序编写和调试结束后，还必须编写相应的文档。
此外，课件评价与修改是课件开发过程中的一个重要内容，该项工作实际上存在于课件开发的环境分析、教学设计、脚本设计、软件编写的每一个阶段之中。
由于多媒体课件类型、应用对象的多样性，目前国内外评价多媒体课件质量的指标体系不尽相同，但是其基本内容还是比较一致的。具体内容我们将在第 10 章 10.4 节中做详细介绍。
多媒体素材是指多媒体课件中所用到的各种听觉、视觉材料。一般地，根据素材在磁盘上存放的文件格式不同，可将素材划分为文本 (Text) 、声音 (Sound) 、图像 (Image) 、动画 (Movie) 、视频 (Video) 等种类。
由于计算机不能直接识别照片、录音带、录象带中的信息，为了将它们当中所包含的信息转换为计算机能够识别的课件素材，则需要专门做一些工作。我们把从现有的各种资料中提取信息，将其转换为多媒体编辑工具可以引用的素材的过程，称为多媒体素材的 “ 采集 ” 与 “ 编辑 ” 。由于文本素材的制作比较简单，下面仅对声音、图像、动画、视频等多媒体素材的主要特点和文件格式作简单介绍。
一、声音素材
在多媒体课件中，语言解说和背景音乐是课件的重要组成部分。按照声音的内容不同，可以将多媒体课件中的声音划分为解说、效果声与音乐声等类型。
声音素材的常用文件类型包括：
（ 1 ）波形声音文件
波形声音是 Windows 操作系统下的标准数字音频，它是对实际声音的采样。因此，它可以重现各种类型的声音，包括噪声、乐声，以及立体声、单声等。该文件的扩展名为 WAV
波形声音的主要缺点是文件的容量较大。例如，以 16 位量化级 44.1K 采样率进行采样的一分钟单声道声音文件大约可达 5MB ，因此，它不适合于长时间记录高质量的声音。
由于原始声音数据量太大，我们的解决方法之一是利用硬件或软件方法进行压缩，另外一种方法是适当降低音质，例如，对于一般人的声音，使用 8 位量化级和 11.025K 采样率就可以比较好地进行还原，这样可以将数据量降至原来的 1/8 。
（ 2 ） MIDI 文件
MIDI （ Musical Instrument Digital Interface ）文件即乐器指令数字接口文件，文件扩展名为 MID 。 MIDI 文件中的数据是一系列指令。它将乐器弹奏的每个音符表示为一串数字，用来代表音符的声调、力度、长短等，在发声时，经过声卡上的合成器将这组数字进行合成并通过杨声器输出。
与波形文件相比， MIDI 文件的容量要小得多，因此在多媒体课件中的应用广泛。它的主要缺陷是表达能力有限，无法重现自然声音；其次是 MIDI 文件只能记录有限的几种乐器的组合，比如许多中国民族乐器的乐声就不能记录。
（ 3 ） MPEG Layer 3 文件
它是目前最流行的声音文件格式之一，因其压缩率大，在网上音乐、网络可视电话等方面应用十分广泛，但音质与 CD 唱片相比要差一些。该文件的扩展名为 MP3 。
（ 4 ） CD Audio 文件
即音乐 CD 唱片所采用的文件格式，其扩展名为 CDA 。该格式文件所记录的是声音的波形流，音质纯正，缺点是无法编辑且文件长度太大。
二、图像（图形）素材
一般来说，图像格式大致可以分为两大类：
（ 1 ）位图（ Bitmap ）类：以二维点阵形式来描述图像；
（ 2 ）矢量图 (Vector graphic) 类：它在绘制线条、矩形、圆形等等的基础上去创建图像，矢量图像实际上是存储了表示许多单个对象的一系列指令。一般说来，矢量类图像的表达细致、真实，缩放后的分辨率不变，同时，它所需的存储空间也比较小。
在介绍图像格式前有必要先了解一下几个主要指标：分辨率、色彩数、灰度。图像的分辨率包括屏幕分辨率和输出分辨率，前者用每英寸行数表示，数值越大则质量越好；后者衡量输出设备的精度，以每英寸的像素点数表示。图像的色彩数和图像灰度用位（ bit ）表示，通常写成 2 的 n 次方， n 代表位数。当图像达到 24 位时，可表现 2 24=1677 万种颜色，即真彩。灰度的表示法也类似。
图像素材的常用文件类型包括：
（ 1 ） BMP 格式
BMP （ Bit Map Picture ）格式是 Windows 使用的基本图像格式，是一种位图格式文件，用一组数据 (8 位至 24 位 ) 来表示一个像素的色彩。大多数图像软件（例如 Windows 下的画笔软件）都支持 BMP 格式。 BMP 格式文件的规模比较大。
(2)GIF 格式
GIF （ Graphics Interchange Format ）格式是目前因特网上使用的最重要的图像文件格式之一，主要用于在不同平台上进行图像交流传输。 GIF 格式文件的压缩比比较高，文件规模较小，但它仅能表达 256 色图像。目前的 GIF 格式文件还支持图像内的小型动画，它使得因特网上的网页显得生动活泼。
(3)JPG 格式
JPG （ Joint Photographic Expert Group ）格式也称 JPEG 格式，是一种十分流行的图像格式，它采用了 JPG 方法进行压缩，因此文件可以非常小，而且可以通过降低压缩比来获得较高质量的图像。但 JPG 格式是一种有损压缩，因此不适宜于存储珍贵的图像资料或原始素材。
三、动画素材
动画是由一系列的图像画面组成的队列，画面中的内容通常是逐渐演变的，因此当动画播放时给人的感觉是画面中的对象在变化和运动。
Flash 是目前最为流行的动画格式， Flash 文件的扩展名为 SFW 。与 GIF 和 JPG 格式的文件不同， Flash 动画是由矢量图组成的，不管怎样放大、缩小，它还是清晰可见。 Flash 动画的文件很小，便于在互联网上传输，而且它采用了流技术，能一边播放一边传输数据。 交互性更是 Flash 动画的迷人之处，可以通过点击按钮、选择菜单来控制动画的播放。 Flash 动画的编辑软件的简单介绍请参见本章 5.4.3 节。
四、视频素材
视频素材也称影像素材，它是指在多媒体课件中所播放的一种既有活动画面又有声音的文件。一般说来，视频画面的质量比动画要差一些，因此它不可能完全取代动画素材。
视频素材的常用文件类型包括：
（ 1 ） AVI 视频文件
AVI(Audio Video Interleaved) 是 Windows 使用的标准视频文件，它将视频和音频信号交错在一起存储，兼容好、调用方便、图象质量好，缺点是文件体积过于庞大。 AVI 视频文件的扩展名为 AVI 。
（ 2 ） MPG 视频文件
MPG （ Motion Picture Experts Group ）文件家族中包括了 MPEG-1, MPEG-2 和 MPEG-4 在内的多种视频格式。通过 MPEG 方法进行压缩，具有极佳的视听效果。就相同内容的视频数据来说， MPG 文件要比 AVI 文件规模要小得多。
（ 3 ） DAT 视频文件
DAT 是 VCD( 影碟 ) 或卡拉 OK-CD 数据文件的扩展名。虽然 DAT 视频的分辨率只有 352×240 ，然而由于它的帧率比 AVI 格式要高得多，而且伴音质量接近 CD 音质，因此整体效果还是不错的。播放 DAT 视频文件的常用软件有 XingMPEG 、超级解霸等。
（ 4 ） RM 和 ASF 视频文件
RM （ Real Video/Audio 文件的扩展名）和 ASF （ Advanced Streaming Format ）是目前网络课件中常见的视频格式，又称流（ Stream ）式文件格式。它采用流媒体技术进行特殊的压缩编码，使其能在网络上边下载边流畅地播放。上述格式视频文件的播放软件主要有 RealPlayer 和 Windows Media Player 等。
一、声音的录制与编辑
多媒体计算机的数字音频系统由计算机、声卡、以及外部音频部件如麦克风、音箱和耳机等组成，如图 5 － 7 所示。在声卡中，模数转换器把从麦克风和其他音频源来的音频模拟信号转换成数字信号，数模转换器把存储在计算机中的数字信号变回模拟信号，通过放大器放大或直接输出该信号进行声音播放。
图 5 － 7 多媒体计算机的数字音频系统
在制作多媒体课件时，通常都是利用上述声卡及专用软件来完成声音的录制、编辑和播放。录制与编辑声音素材的最简便的方法就是使用 Windows 自带的 “ 录音机 ” 程序，下面就以此为例作简单介绍。
1 、声音的录制
制作多媒体课件的过程中，录制声音并保存为 WAV 格式文件的方法主要有以下几种：用麦克风录制声音文件、截取正在运行的程序中的声音。
(1) 用麦克风录制声音文件
• 准备：首先将麦克风插入声卡的麦克风（ MIC ）插口，双击 Windows 任务栏右边的小喇叭图标，弹出音量控制对话窗口，如图 5-8 所示，单击 " 选项 " 菜单中的 " 属性 " 命令，在弹出的窗口中，选择 " 录音 " 选项，单击 " 确定 " 按钮。
图 5-8 音量控制对话窗
• 录音： 单击任务栏上的 " 开始 "→" 程序 "→" 附件 "→" 娱乐 "→" 录音机 " ，打开 Windows 环境下的录音机程序。单击录音机程序上的 " 录音按钮 " ，此时即可通过麦克风进行录音。完毕后，单击 " 停止按钮 " 即可结束录音，如图 5-9 所示。为了保存录制好的声音文件，只需单击图中 " 文件 " 菜单中的 " 保存 " 命令即可。
图 5-9 Windows 中的录音机
(2) 截取正在运行的程序中的声音
• 做好录音前的准备工作，并打开录音机程序，其方法前所述。
• 打开所要运行的程序（例如，课件、游戏软件等），并找到想要录制的内容。
• 激活 Windows 录音机程序，并单击录音机上的 " 录单按钮 " 。如果上一步打开的程序窗口是满屏的，可以按快捷键 ALT+TAB 来切换窗口，使录音机窗口处于被激活状态。
• 激活待运行的程序，或按快捷键 ALT+TAB 切换到待运行程序的窗口，播放想要录制的声音。
• 要结束录音时，只需激活录音机程序（可按快捷键 ALT+TAB ），按 " 停止按钮 " 。最后，保存声音文件即可。
• 在声音录制或采集时，声卡和麦克风的质量将直接影响到所录制的声音文件的质量。此外，采样位数与采样频率的决定是十分关键的。一般说来，采样频率越高、采样位数越大，声音质量就越好，但相应的声音文件也越大。在 Windows 录音机中 , 为了设置录音质量 , 可以在 “ 编辑 ” 菜单中选择 “ 音频属性 ” ，然后在 “ 录音 ” 栏中选择高级属性，然后在弹出的窗口中调节 “ 采样率转换质量 ” ，一般情况下都选择 “ 一般 ” ，若要录制高质量的声音则需要调节到 “ 最佳 ” 。
2 、声音文件的编辑
(1) 声音文件的插入
在声音素材的编辑过程中，对于分别进行录制的声音文件 A 和 B ，有时需要将文件 B 插入到文件 A 中，操作如下。
• 打开文件 A ：只需启动录音机程序，单击 “ 文件 ” 菜单下的 “ 打开 ” 命令，在弹出的窗口中，打开一个已录制好的声音文件 A 。
• 确定文件 B 的起始位置：调整录音机的滑块并定位，滑块的位置是文件 B 待插入的位置。
• 插入文件 B ：单击 “ 编辑 ” 菜单下的 “ 插入文件 ” 如图 5-10 所示。此时弹出一个窗口，在窗口中找到要插入的声音文件 B ，单击 “ 打开 ” 按钮。此时声音文件 B 就插入到声音文件 A 中了。
图 5 － 10 用录音机插入声音文件
• 保存新文件：单击 “ 文件 ” 菜单中的 “ 另存为 ” 命令，在弹出的窗口中，选择保存路径及输入文件名并单击 “ 保存 ” 按钮，此时所保存的新文件就是由原来的文件 A 和 B 组成的。
(2) 前景声音和背景音乐的合成
例如，我们需要将已经录制的课文朗读声音文件配上背景音乐，过程如下。
• 打开一个背景音乐文件：启动录音机程序，单击 “ 文件 ” 菜单下的 “ 打开 ” 命令，在弹出的窗口中，打开一个背景音乐文件，通常应尽量选择音量较小的声音文件。
• 前景声音与背景音乐的合成：单击 “ 编辑 ” 菜单下的 “ 与文件混合 ” 命令，如图 5-9 所示。在弹出的 “ 与文件混合 ” 的对话框中，选择一个已录制好的朗读声音文件。单击 “ 打开 ” 按钮，此时，朗读声与背景音乐就合成在一起了。
• 保存新生成的声音文件：单击 “ 文件 ” 菜单中的 “ 另存为 ” 命令，在弹出的窗口中，选择保存路径及输入文件名后，单击 “ 保存 ” 按钮即可。
(3) 其他的编辑功能
除了上述简单的编辑以外，还可以利用 Windows 的录音机软件对声音文件进行其他的编辑和加工。例如，把声音的多余部分剪掉，在朗读声与背景音乐合成之前降低背景音乐的音量，给某一声音添加回音等等。其操作方法与上述基本相似，这儿就不详细介绍了。
事实上，用来进行声音素材处理的软件很多，例如 Ulead Audio Editor 、 CooleditPro 等等，这些软件的编辑、合成及效果等功能远比 Windows 的录音机程序要强大，它们所生成的声音文件格式也较多。如果需要时，还可以通过专用软件对声音文件的不同格式进行相互转换。
二、图像的获取
图像是多媒体课件中必不可少的素材。在课件制作中，除了自己绘制图像外，还可以利用屏幕捕捉软件、扫描仪等工具来获取现有的图像。
用于屏幕捕捉的软件很多，例如 SnagIt 就是一个常用的是屏幕捕捉软件。它不仅可以捕捉屏幕上的静态图像，还可以捕捉动态屏幕影像和屏幕文字。下面就以该软件为例来说明屏幕图像的获取方法。
1 、捕捉屏幕上的图像
• 准备工作。打开屏幕捕捉软件 SnagIt5 ，在弹出的操作界面上单击 “Image Capture” 按钮，如图 5-11 所示。
图 5 － 11 屏幕捕捉软件 SnagIt 的主界面
• 单击 “Imput” 菜单下的 “Region” 命令，即确定输入源为屏幕的任何区域，如图 5 － 12 （ a ）所示；单击 “Output” 菜单下的 “File” 和 “Preview Window” 命令，确定输出方式是以文件形式保存，并且有显示捕捉结果的预览窗口，如图 5 － 12 （ b ）所示。
（ a ） Input 菜单 （ b ） Output 菜单
图 5 － 12 SnagIt 软件的 Input 、 Output 菜单
• 捕捉图像。在 SnagIt 主界面上单击 “Capture” 按钮，或者按 “Ctrl+Shift+P” 键，这时就可以通过拖动鼠标来确定屏幕上的区域， SnagIt 将自动把所确定区域的图像捕捉进预览窗口。
• 保存图像。单击预览窗口上的绿色三角按钮，在弹出的窗口中选择保存路径和类型，并输入文件名，单击 “ 保存 ” 按钮即可将捕捉来的图像存入磁盘。在图 5 － 1 （ b ）的 Output 菜单中，单击 Properties 命令，就可以在 Image File 对话框中选择所保存图像的文件格式，它们可以是 BMP 、 JPG 、 GIF 、 TIF 等格式。
2 、通过扫描仪获取图像
对于从书本、杂志、照片等非数码资源中获取图像，扫描仪是一类最常用的工具。扫描仪的工作原理和复印机相似，用一列光传感器电子化地捕捉图像。传感器每次把一行光转换成颜色和光强，直到整个页面被扫过。各类扫描仪的性能有很大的不同，在分辨率方面可以达到 100DPI （每英寸的点数）到 1000DPI 的质量。
扫描仪由软件控制，这些软件将计算机与扫描仪连接起来。由软件管理传感器的预热，控制扫描仪的机械运动，将扫描出来的图像经过转换后保存到硬盘上。该扫描软件由于扫描仪的类型不同而不同，但是无论使用哪种扫描软件，扫描图像的大体步骤如下：预扫描 → 设定扫描区域 → 扫描 → 保存图像
三、图像的编辑
通过上述手段获取了数字化图像以后，通常还需要对图像进行编辑或加工。图像编辑工具十分丰富，从 Windows 自带的 “ 画笔 ” 软件到功能十分强大的 Photoshop 软件都可选用。利用它们能完成基本的绘制图像功能，并具有对从外部文件输入的图像数据进行编辑修改的能力。
Adobe 公司开发的 Photoshop 是一款位图和矢量图绘画、图像编辑、网页图像设计、网页动画制作、网页制作等多种功能集于一体的大成之作，它一直占据着图形图像编辑软件的领袖地位，是多媒体课件制作中不可缺少的图像素材编辑软件， Photoshop 的主界面如图 5 － 13 所示。
图 5-13 Photoshop 软件的主界面
Photoshop 的主要功能可分为图像编辑、图像合成、校色调色及特效制作等：
图像编辑是图像处理的基础，可以对图像做各种变换如放大、缩小、旋转、倾斜、镜像、透视等；也可进行复制、去除斑点、修补、修饰图象的残损等。
图像合成则是将几幅图像通过图层操作、工具应用合成完整的，传送意义明确的图像，这是图像素材编辑必经之路。 Photoshop 提供的绘图工具让外来图像与创意很好地融合，成为可能使图像的合成无衣无缝。
校色调色是 Photoshop 中深具威力的功能之一，可方便快捷地对图像的颜色进行明暗、色彩的调整和校正，也可在不同颜色进行切换以满足图像在不同多媒体作品中的应用。
特效制作在 Photoshop 中主要由滤镜、通道及工具综合应用完成。包括图像的特效创意和特效字的制作，如油画、浮雕、石膏画、素描等常用的传统美术技巧都可由 Photoshop 特效完成。而各种特效字的制作更是众多多媒体课件设计中热衷于 Photoshop 的原因。
Photoshop 经过多次升级后编辑能力进一步完善，可操作性大大提高。例如，在 Photoshop 的工具箱中，修复笔刷（ Healing Brush tool ）就是一个很棒的功能，它能让用户毫不费力的祛除照片上的灰尘、划痕、污点及皱纹。它不仅仅起到复制的作用，当从图内或从其它图片区域复制时，它能自动保留阴影、亮度、纹理和其它属性。如图 5-14 为修复笔刷对图片人物所做的祛除皱纹的效果。
图 5-14 修复笔刷对图片所做的除皱效果
下面以一简单实例介绍如何实现两幅或多幅图像内容的有机组合：
1 、选择所需内容
从图像中选取所需内容是进行图像处理的基础操作，各种图像的处理往往是基于图像选取，并在所选区域上进行的。这就要求学习者必须首先掌握好各种选择工具的使用方法，使图像选取尽可能精确、合适，为以后的各种操作提供方便。在 Photoshop 中选择所需内容有多种途径，你可以先试一下位于工具箱上方的几种选择工具：若所需内容的颜色比较单一或相近，可用魔棒工具快速选取；若内容与其他部分色彩区别较大即边界比较好勾勒，可用磁性套索工具选取；若所需内容是矩形或圆形等比较规则的图形，就可直接使用矩形或圆形选取工具。
在文件菜单中打开一幅海鸥在空中飞翔的图片，如图 5-15 所示。从图中可以发现整个海鸥的色调比较相近，故可采用魔棒工具来选取所需内容。由于一次操作并不能将内容全部选中，因此可借助选项条中的增加选区或减少选区来完成对海鸥的选择。
图 5-15 魔棒工具对海鸥的选取
2 、移动调整内容
移动工具相对选择工具来说其操作方法要简单很多，只是应注意所移动的范围和对象是否正确。
内容的大小、方向、变形等调整可依靠编辑菜单下的相应变换命令进行，操作也并不复杂，调整满意后在修改范围内双击鼠标或单击工具箱中任一工具后，在弹出的提示中选择 “ 是 ” 即可。
打开另一幅大海风光图片，并使两幅图的位置有些交错，并用移动工具直接将前面已选海鸥拖到海面上。
由于海鸥的大小、方向、位置等并不一定符合要求，就需要我们充分利用编辑菜单下变换命令中的缩放、旋转等操作并结合移动工具使海鸥似戏水状位于海面之上如图 5-16 所示。到此，图像的合成基本完成，下面的润色将使效果更加逼真。
图 5-16 调整海鸥大小、方向、位置
3 、增加各种效果
对图像的选择、粘贴、调整等工作只是 Photoshop 的基本操作，但必须通过不断地学习、实践才能熟练运用。而层、滤镜、蒙版、通道等运用起来就比较灵活，没有什么固定的套路。需要充分调动你的想象力和创造力，以制作出绚丽多彩的作品。下面通过层的基本操作和运用一个简单滤镜来看看能产生的效果。
在层控制面板内，拖动海鸥所在层到面板下方的新建层按钮上创建一个新的海鸥层，但在画面上并没有什么变化显示出来，这是由于两个相同的海鸥重叠在一起的缘故。用 “ 编辑 ” 菜单下的 “ 变换 → 垂直翻转 ” 命令及工具箱内的移动工具将新层转变为海鸥在海水中的倒影，为真实些，可再适当调整该层的不透明度，然后使该倒影层向下和海面层合并。
用鼠标点击合并后的层，使其处于操作状态，并用圆形选择工具在水面上拖出一个大小适宜的椭圆形选区。选择 “ 滤镜 → 扭曲 → 水波滤镜 ” ，并根据图片具体情况设定对话框中的参数，以产生海鸥尾部触碰到海水时所溅起的涟漪，这时，海鸥的倒影有逐渐融入海水中之感。
四、视频信息的采集与编辑
多媒体计算机的视频采集（捕捉）系统由计算机、视频采集卡、以及外部视频设备如录像机、摄像机等组成，如图 5 － 17 所示。视频采集卡的作用是将录像带、光盘等视频源上的模拟视频信息转换成数字视频信息。在视频采集卡中，模数转换器负责把从视频源传来的模拟视频流转换成数字视频流，音频捕捉线路所捕捉的数字音频信息可以和数字视频信息结合在一起，通过硬件压缩芯片执行某种压缩算法，输出的便是经过压缩的视频数据文件。也有的视频采集卡不带硬件压缩芯片，而通过压缩软件对视频数据进行压缩。
图 5 － 17 多媒体计算机的视频采集系统
一般来说，视频采集卡提供了连续采集、单帧采集和视频图像的数字化播放等功能。为了对数字化视频信息进行编辑加工，可以采用专门的视频编辑软件。例如， Adobe 公司的 Premiere 软件， Ulead 公司的 Video Studio 软件。
Premiere 是一个基于非线性编辑的视音频编辑软件，被广泛应用于电视编辑、广告制作、电影剪辑等领域，是 PC 机平台上应用最为广泛的视频编辑软件。非线性编辑系统实现了将传统的电视节目后期制作系统中的切换机、录像机、录像机、录音机、编辑机、调音台、字幕机、图形创作系统等设备集成于一台计算机内，用计算机来处理、编辑图像和声音等，再将编辑好的视音频素材输出成各种格式的文件或通过录像机录制在磁带上。 Premiere 就是一个非常优秀的非线性编辑软件，运用 Premiere 进行视音频编辑，制作影视作品时，一般工作流程为：
1.Premiere 软件的主界面
当启动 Premiere 时，就会出现如图 5 － 18 所示的程序界面，其中： Monitor 的左边窗口用于监视源信号，右边窗口用于输出预监视； Timeline 窗口是进行视音频编辑的工作区域； Project 窗口是用于管理素材源的工作面板； Navigator 窗口用于显示当前编辑区的映射图； Transitions 面板提供了 Preimere 的几十种过渡特技； Video 面板提供了 Premiere 的数十种视频特技。
图 5 － 18 Premiere 界面
2. 素材的采集和导入
通过 File 菜单中 Capture 命令，借助编辑平台的视音频捕捉卡，可以采集来自各种介质上的视音频素材；或者通过 File 菜单中的 Import 命令，直接导入计算机硬盘中各种格式的的视音频素材，包括 AVI 、 MOV 格式视频文件， WAV 、 MP3 格式音频数据文件，动画 FLC 格式文件， PTL 格式字幕文件， BMP 、 JPG 、 PCX 、 TIF 格式图像文件等。所有采集和导入的素材都将出现在 Project 窗口中。
3. 素材的加载
时间线窗口有多个轨道放置视频和音频素材，是用于把素材汇编成影视作品的。用鼠标选取工程项目库中的相应素材，然后拖到时间线的相应视音频轨上，即实现了素材的加载。
4. 素材的剪辑
利用时间线窗口中的剪辑工具，根据分镜头稿本，剪除掉不需要的视音频素材，并进行整理，使素材很好的组接在一起。
5. 特技的叠加
在 Premiere 中，所有过渡特技都在 Transitions 面板中，创建过渡特技的方法就是从 Transitions 面板中将所需特技拖拉到时间线上的过渡特技轨上（在 Video 1A 和 Video1B 之间，使 A 和 B 轨中的视频很好地组接在一起。同样，所有视频特技都在 Video 面板中，创建视频特技的方法就是从 Video 面板中将所需特技拖拉到时间线上的相应素材上。 Premiere66.0 增加了编辑关键帧的功能，使用户可以轻易地在轨道中添加，移动，删除和编辑关键帧，关键帧的加入使 Premiere 对于控制高级的二维动画游刃有余。
6. 字幕的制作
通过 File 菜单中的 New 级联菜单中的 Title 命令，制作标题字幕、新闻唱词、片头字幕、片尾字幕等，并生成 PTL 字幕文件，同时会出现在工程项目库中，然后将字幕文件拖到时间线上，叠加到相应就的视频上，需要特技时可叠加合适的特技。
7. 作品的预览
通过 Timeline 菜单中的 Preview 命令，或者直接按 Enter 键， Premiere 会显示建立预览对话框，并给出节目的总长度以及生成预览文件所需的时间。生成预览文件之后，将会在监视窗口中显示预览，按 Enter 键进行反复预览并进行修改，直到符合要求。
8. 作品的输出
当在时间线窗口中完成了素材的剪辑之后，并且对预览结果感到满意后，便可以输出可单独播放的影视文件。通过 File 菜单中 Export Timeline 命令， Premiere 可以输出很多类型的文件，包括 Video for Windows 格式的 AVI 文件， Quick Time for Windows 格式的 MOV 文件，也可以是位图序列、动画文件 FLC ， Real video 格式的 RM 文件等，也可以通过录像机录制在磁带上，使其作品可以在各种计算机平台以及网络中很好地传播。
多媒体素材集成工具也称多媒体创作软件，这是一种能够把文本、声音、图像、动画、视频等素材集成为一个交互式的多媒体作品（或课件）的工具软件。
多媒体创作软件通常提供一个 “ 所见即所得 ” 的编辑环境，所有的素材均可以直接引入该环境中并根据需要设置其属性。在多媒体创作软件的编辑环境下，可以从软件的总体结构上对其进行删除、拷贝、粘贴等操作，因而可大大提高多媒体软件的制作效率。
多媒体创作软件按其对多媒体素材的安排与组织方式的不同，大致可以划分为基于页面的工具、基于图标的工具、基于时间的工具等三种类型。
1 、基于页面的工具
基于页面（ Page-Based ）的工具也称卡片式创作软件。这一类多媒体创作软件，对于各种多媒体信息的管理，采用的是类似于书本的一 “ 页 ” 或一叠 “ 卡片 ” 在组织全书的信息。在这里， “ 页 ” 是 “ 书 ” 中的基本单位，一个书 “ 页 ” 就是显示于屏幕上的一个窗口，它可以是一个前景和一个背景的组合，页中可以包括文本、按钮、视频等对象。该类软件的最大优点就是简单易学，很适合于初级用户制作简单的多媒体课件。
微软 Office 系列软件中的 Powerpoint （ http://www.microsoft.com/office/ ）就是一个最为简单、实用的基于页面的多媒体创作软件，它的编辑环境如图 5 － 19 所示。在这里，一 “ 页 ” 也被称之为一张 “ 幻灯片 ”(Slide) 。此外，方正奥思多媒体创作工具（ Founder Author Tool ），是一个国产的基于页面的多媒体创作软件 , 它的基本制作单位是一个具有时间属性的动态页，通过层次结构管理器来安排页之间的逻辑关系。
图 5 － 19 Powerpoint 编辑界面的例子
FrontPage （ http://www.microsoft.com/office/ ）和 Dreamweaver （ http://www.macromedia.com/software/Dreamweaver/ ）也是两个典型的基于页面（网页）的多媒体创作软件。它们使用超文本标记语言（ HTML ），通过超链接技术对多媒体信息进行组织和管理，由于其动态交互功能强大，在网络多媒体课件的制作中得到广泛应用。图 5-20 为 FrontPage 的编辑环境界面。
图 5-20 FrontPage 编辑界面的例子
2 、基于图标的工具
基于图标的工具也称图标式（ Icon-Based ）创作软件。它通过流程图将各种图、文、声、象、动画和视频信息用形象的图标方式依次连接在流程图中，从而形成一个完整的多媒体课件。
基于图标的创作软件的一个典型例子就是 AuthorWare （ http://www.macromedia.com/software/authorware/ ），它的编辑环境界面如图 5 － 21 所示。 AuthorWare 中提供了十余种图标，利用它编辑多媒体课件时，可以先按要求分别制作好各种多媒体素材，然后在 AuthorWare 下将各种素材编辑整理并集成为交互式软件。
图 5 － 21 AuthorWare 编辑界面的例子
3 、基于时间的工具
在基于时间 (Time-Based) 的多媒体创作软件中，对于各种多媒体信息的管理是以时间顺序来决定的。
Flash （ http://www.macromedia.com/software/flash/ ）就是基于时间的多媒体创作软件的一个典型代表，其编辑环境界面如图 5 － 22 所示。事实上， Flash 是一个动画创作软件，因此涉及帧、舞台、时间轴等概念。其中一帧就是一幅静态画面，舞台是为各个帧编辑内容的地方，制作完成后的各个帧可以按时间轴上设定的顺序进行播放。
图 5-22 Flash 编辑界面的例子
人工智能（ Artificial Intelligence ，简称 AI ）是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。换言之，它研究如何用计算机模仿人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、思考、规划以及问题求解等思维活动，来解决需要人类专家才能处理的复杂问题 [3] 。例如，咨询、诊断、预测、规划等决策性问题。人工智能也是一门涉及数学、计算机科学、控制论、信息学、心理学、哲学等学科的交叉和边缘学科。与一般的信息处理技术相比，人工智能技术在求解策略和处理手段上都有其独特的风格。
人工智能的研究始于 1956 年。几十年来，人们从问题求解、逻辑推理与定理证明、自然语言理解、博弈、自动程序设计、专家系统、学习以及机器人学等多个角度展开了研究，已经建立了一些具有不同智能程度的计算机系统。例如，能够求解微分方程、设计分析集成电路、合成人类自然语言，而具备语音识别、手写体识别的多模式接口、疾病诊断专家系统等则更与人们的工作、生活密切相关。
人工智能的研究与应用曾因计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考，导致与实际需求的差距过远而一度走入低谷。随着计算机速度的提高、存储容量的扩大、价格的降低以及网络技术的发展，计算机已经具备了足够的条件来运行一些高要求的人工智能软件。 20 世纪 90 年代以来，人工智能研究与应用又出现了新的高潮。目前，人工智能的研究热点是 : 智能接口、数据挖掘、 Agents 及多 Agents 系统。
智能接口技术研究如何使人们能够方便自然地与计算机进行交流。它在较大程度上依赖于知识表示方法的研究与应用。目前，智能接口技术在文字与语音的识别、语音合成、图像识别、机器翻译以及自然语言理解等方面已经取得了显著成果，上述技术已经开始实用化。
数据挖掘就是从大量有噪声的、不完全的、模糊的实际应用数据中提取隐含在其中，但又是潜在有用的信息和知识的过程。事实上，数据库、人工智能和数理统计是数据挖掘和知识发现的技术支柱。主要研究内容包括发现算法、数据仓库、可视化技术、知识表示方法、半结构化和非结构化数据中的知识发现、网上数据挖掘等。
Agents （通常译作 “ 代理 ” 或 “ 主体 ” ）是具有信念、愿望、意图、能力、选择等心智状态的实体，比 “ 对象 ” 有更高的智能程度，且有较大的自主性。 Agents 试图自治地、独立地完成任务，而且可以和环境进行交互，与其他 Agents 通信。多 Agents 系统主要研究在逻辑上或物理上分离的多个 Agents 之间进行协调智能行为，最终实现问题求解，主要应用在对现实世界和社会的模拟、智能机械等领域。
5.5.2 人工智能的教育应用
一、人工智能在教育中的典型应用
随着人工智能技术的发展和教育信息化的深入，人工智能技术在教育领域的应用正日益受到人们的重视，这里仅介绍人工智能技术在教育中较为典型的几项应用。
1 ．智能计算机辅助教学
智能计算机辅助教学（ Intelligent Computer Assisted Instruction ，简称 ICAI ）是以认知科学和思维科学为理论基础，综合人工智能技术、教育心理学等多门学科的知识对学生实施有效教育的一门新的教育技术。
ICAI 系统主要由图 5 － 23 所示的三个基本模块组成：
（ 1 ）知识库。它包含学科知识（教学内容）和教学知识（教学策略）两部分内容；
（ 2 ） “ 学生模型 ” 模块。它指明学生知道什么和不知道什么，代表了学生的智能活动；
（ 3 ） “ 教师模型 ” 模块。它提供教学策略，负责指导系统如何向学生呈现教材，代表了教师的智能活动。
此外， ICAI 系统通常还包括一个具有自然语言处理功能的智能人机接口（即人机界面）。
图 5 － 23 ICAI 的基本结构
在上图中，教师模型的作用相当于现实教学中的教师，它可以根据知识库中的内容和学生模型推断出每个学生的学习能力、认知特点和当前知识水平，根据学生的不同特点选择最适当的教学内容与教学策略，并可对学生进行有针对性的个别指导，从而做到因才施教。具有自然语言接口则可以实现人 — 机自然语言方式的对话，使 ICAI 系统能够与人类教师相媲美。
在传统的计算机辅助教学（ CAI ）中，教学信息是按预置的教学流程提供给学生的。换言之，无论学生的起点如何，面对的都将是完全一致的教学过程，这显然不利于学生主观能动性的发挥。而 ICAI 系统则将教学内容与教学策略分开，通过智能系统的搜索与推理，动态生成适合于个别化教学的内容与策略；通过智能诊断机制判断学生的学习水平，分析学生产生错误的原因，并向学生提出学习建议；通过对学生资料库中全体学生出现错误分布的统计，智能诊断机制向教师提供教学重点与方式、测试重点与方式，以及题型的建议；为教师提供友好的教学内容、测试内容维护界面，无需改变软件的结构即可调整教学策略；通过对学生模型、教学内容、测试结果的智能分析，向教学督导人员提供对任课教师教学业绩评价的参考意见。
ICAI 的最早探索是 Carbonell 在 1970 年研制的 SCHOLAR 系统。这是一个教授南美洲地理的系统，它的知识库采用由事实、概念和过程组成的语义网络形式，使用苏格拉底对话方式进行教学，通过推理机制产生对学生底提问并对学生的应答作出评价，系统设法诊断出学生的错误概念，引导学生自己纠正错误。事实上， SCHOLAR 系统的推理机制是与语义网络的内容无关的，因此只要替换相关的知识就可适用于其他的学科领域。
ADELE(Agent for Distance Education － Light Edition) 是一个用于临床医学诊断的一个典型 ICAI 系统，由美国南加利福尼亚大学信息科学学院研制。 ADELE 由模拟角色、解释引擎、会话管理器三部分组成，可以利用因特网进行远程教学。在基于病例的临床诊断应用中， ADELE 系统向学生提供某一特殊的医学条件和病例，让学生通过练习和 ADELE 系统适当的引导来学习临床医学知识。 ADELE 运行中的一个实例界面如图 5 － 24 所示。
图 5 － 24 ADELE 系统运行实例
2. 专家系统
所谓专家系统 (Expert Systems) ，就是在一个特定领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机软件系统。专家系统将某一领域的专家知识、经验加以总结，形成规则，存入计算机中建立知识库，并采用合适的控制策略，按输入的原始数据进行推理、演绎，从而作出判断和决策。一般来说，一个高性能的专家系统应具有以下特征：
• 启发性：不仅能使用逻辑性知识，也能使用启发性知识。
• ? 透明性：能向用户解释它的推理过程，回答用户的一些问题。
• ? 灵活性：知识库的知识便于修改、补充和精练。
专家系统通常由六个部分组成，它们分别是：
（ 1 ） 知识库 (Knowledge Base) ：用于存放从领域专家那儿获得的、关于某个领域的专门知识。在这里，产生式规则（ If…Then… ）是一种常用的知识表示方式。知识库通常以文件形式存储于计算机中的外部介质上，专家系统运行时被调入内存。
（ 2 ） 推理机（ Inference Engine ）：能够依据知识库中的知识和一定的策略进行推理，即能够根据知识和事实推导出结论。推理机和知识库构成了一个专家系统的基本框架。
（ 3 ） 综合数据库：也称动态数据库、工作存储器、黑板等。综合数据库用于存放推理所需的初始事实、推理结果和控制信息等。需要说明的是，该数据库只在系统运行期间才产生、变化和撤销，因而是一个 “ 动态 ” 的库，它与传统意义上的 “ 数据库 ” 有本质的差异。
（ 4 ） 解释模块：负责向用户解释专家系统的行为和结果。在推理过程中，它可向用户解释系统的行为，回答用户诸如 “Why” 之类的问题，推理结束后，它可向用户解释结果是怎样得来的，回答诸如 “How” 之类的问题。解释模块是实现系统透明性的主要部件。
（ 5 ） 知识获取模块：负责管理知识库中的知识（例如知识的添加、修改与删除），维护知识库的一致性和完整性。
（ 6 ） 人机界面：为了方便用户的使用，大多数专家系统采用图像、图标、自然语言等用户熟悉的信息表示手段。
目前，在因特网上有一些示范性的小型、实用专家系统可供用户在线使用。例如，专家系统网站 http://www.expertise2go.com/shop/desktop.htm / 中的 “PC 机配置顾问（ Desktop PC Product Advisor ） ” 专家系统，可以通过人－机对话方式，根据用户的实际需求来制定出合理的 PC 机硬、软件配置方案。图 5 － 25 给出了该系统的运行结果的一个实例界面。人们也可以通过该专家系统来感受人类专家解决问题的思路与过程，增加对人工智能知识学习的兴趣。
图 5 － 25 “PC 机配置顾问 ” 专家系统界面实例
此外，人们还研制出了称之为专家系统外壳（ Expert System Shell ）的专家系统开发工具，它们便于学习和使用，能够帮助用户方便地生成新的专家系统，从而大大缩短了系统开发时间并极大程度地推动专家系统在教育领域内的应用。
由于专家系统中都包含有知识库和推理机两个基本模块，推理机事实上起着 ICAI 系统中 “ 教师模型 ” 模块的作用，因此只需在一般专家系统中再加入一个 “ 学生模型 ” 模块，就构成了智能计算机辅助教学（ ICAI ）系统的基本结构。
3. 自然语言处理
自然语言处理研究使用计算机理解和生成自然语言的理论和技术。研究自然语言理解的目的是提高人 — 机交换信息的能力，使人更容易以自然的方式与计算机进行沟通。
目前，自然语言处理的研究主要集中在手写文字识别、书面语句的理解、机器翻译、口语的理解等方面。例如，在机器翻译方面， “ 看世界 ” （ http://www.readworld.com/tran/index.html ）和 “ 鲁能信息港网译中心 ” （ http://www.luneng.com/translate/livetrans.htm ）就是两个不错的在线翻译网站。该网站提供有在线方式的英－汉、汉－英文本翻译、网站即时英－汉翻译、邮件翻译等功能，它十分适宜于人们进行机器翻译的学习与体验。
4. 人工神经网络
人工神经网络是基于模仿生物大脑的结构而构成的一种信息处理系统。人工神经网络具有以下基本特点：
• ? 学习能力：可以通过训练抽象出训练样本的主要特征，从而表现出强大的自适应能力。学习能力是神经网络智能程度的重要体现，
• ? 分布性：在神经网络中，信息分散在各个神经元的连接上。神经网络的信息分布特性使其具有强大的容错和记忆联想能力。
• ? 并行性：各个神经元在处理信息时是独立进行的，这种并行处理使得信息处理的速度大大加快。
从实现智能的基本思路上看，人工神经网络与专家系统的最大区别在于：专家系统属于人类智能的功能模拟，而人工神经网络则偏重对人脑结构的模拟。
5 ．智能代理
在基于因特网的现代远程教学中，智能代理（ Agent ）已经受到人们的高度重视，并已逐渐成为在教学领域实现智能化的一种重要技术。智能代理在教学中的应用包括：
• 作为教师代理。智能代理系统作为教师代理，可以运用自身的推理机制，在了解学生实际情况的前提下，产生恰当的教学策略，以便实施因材施教，有的放失地指导学生。例如在图 7 － 11 中，浮在主窗口上的那位大夫就是 ADELE 系统的代理，即 ICAI 系统中的教师代理。
• 作为学生代理。智能代理系统作为学生代理，可以充当学习者的学习伙伴或知心朋友，与学习者进行平等的讨论、交流，从而克服网络教育环境中学习者之间交流不足的缺点，提高网络教学的效率。
• 实现智能化信息服务。智能代理技术应用于信息服务领域，可以充分发挥其主动性、智能性和协作性等特征，为用户提供方便、简单的信息搜索和处理手段，提高学习者的信息获取与处理能力。例如，将智能代理技术应用于网络信息搜索，就能够在信息交互过程中进行 “ 学习 ” ，获得用户的兴趣、爱好和思维方式等信息，从而系统可以主动、定期地为用户查找信息，并根据用户搜索信息的变化，自动调整 “ 知识库 ” 中的通用字和关键字，使之能够有效地适应专门领域的信息搜索工作。
二、人工智能教育应用的研究动向
中国计算机辅助教育（ CBE ）学会 2002 年学术年会的主题是 “ 人工智能与教育 ” ，下面列出该次会议的研究领域，它在一定程度上反映了人工智能教育应用的当前研究动向。
1 、 人工智能（含神经网络、模糊理论等）的发展现状
２、 人工智能在教育领域的研究与进展
３、 认知理论及其在教育领域的应用
４、 人工智能在现代远程教学中的应用
５、 数据挖掘、知识获取在 CBE 中的应用
６、 搜索引擎、自然语言理解在 CBE 中的应用
７、 智能型教学软件的理论、技术与开发
８、 智能型教学软件的范例
９、 智能教学软件的开发环境与工具
１０、 智能答疑与智能考试系统
１１、 智能教学系统的评价理论与指标体系
１２、 Agent 在 CBE 领域的研究与实践
１３、 计算机支持的协同工作系统在教学中的应用
１４、 人工智能与教育领域中的其他研究与实践
从计算机应用的功能上来看，计算机辅助教育 (CBE) 包括：计算机辅助教学 (CAI) 、计算机管理教学 (CMI) 等两个方面。从计算机应用的对象来看， CBE 又可以分成：学习计算机、用计算机学习、从计算机学习等三个方面。
多媒体技术是指把文字、声音、图像、视频等多种媒体的信息通过计算机进行交互式综合处理的技术。多媒体技术的主要特点体现在它的集成性、交互性和多样性。
从不同角度可以对计算机辅助教学的模式作不同的分类。从认识论、价值观两个维度来考察，可以将计算机辅助教学的模式分成四类：（ Ⅰ ）客观主义 ? 个体主义（教师为中心 ? 个别化）；（ Ⅱ ）建构主义 ? 个体主义（学生为中心 ? 个别化）；（ Ⅲ ）建构主义 ? 集体主义（学生为中心 ? 集体化）；（ Ⅳ ）客观主义 ? 集体主义（教师为中心 ? 集体化）。信息资源管理系统和网络通信系统是各类模式的共同基础。
多媒体课件的开发通常包括环境分析、教学设计、脚本设计、软件编写等阶段。一个完整的课件，除了在程序中包含联机帮助功能以外，还应当提供相关的文档。
多媒体素材是指多媒体课件中所用到的各种听觉和视觉材料。多媒体素材的采集、编辑与集成是多媒体课件制作中的重要技术。
智能计算机辅助教学（ ICAI ）是以认知科学和思维科学为理论基础，综合人工智能技术、教育心理学等多门学科的知识对学生实施有效教育的一门新的教育技术。
ICAI 系统主要由知识库、学生模型模块、教师模型模块等三个基本模块组成。