面向對象思想對多媒體CAI的啟示

 多媒體技術是20世紀80年代發(fā)展最迅速、最活躍的技術。大量的科學工作者和教師正在為推動多媒體技術的發(fā)展進行著不懈的努力，取得了可觀的成果、產(chǎn)生了大量的論文。然而，目前國內還沒有專門的學術性較強的刊物來刊載多媒體研究方面的論文，因此對散見于各種學術刊物上的相關文章進行整理和分析就顯得很有必要。通過對多媒體技術內容相關發(fā)表在2011年的核心期刊上的論文進行分析得出結論：對多媒體應用系統(tǒng)的研究熱度比去年（2010年）有所升溫，這說明多媒體相關技術越來越多地被應用在實際系統(tǒng)中，并且“其他應用”類的文章數(shù)目和所占比例的增加，也說明多媒體應用呈現(xiàn)出多樣性的特點。多媒體技術在教育領域里的應用也越來越廣泛，相關文章也大量涌現(xiàn)，大部分都是應用到具體的學科教學的文章，再就是關于課件開發(fā)流程，開發(fā)工具及改進的文章也較多，而且刊物級別也不高。多媒體CAI是多媒體技術在教育領域里的應用之一。從目前的研究現(xiàn)狀來看，把多媒體CAI作為一個系統(tǒng)工程整體來研究，成為一個整體體系，還沒有這么做的。查閱并分析了大量的相關文獻發(fā)現(xiàn)，對多媒體CAI研究的內容界定也說法不一，通過研究分析最終確定本文的多媒體CAI的研究內容。同時找出了多媒體CAI現(xiàn)在存在的不足，將運用面向對象的思想，從宏觀和微觀兩個層面上，分析當前的不足，提出解決當前不足的方法，并提出了企事業(yè)聯(lián)盟運行平臺架構和理論基礎。
1 多媒體CAI概念
多媒體CAI概念的由來首先要追溯到媒體的概念。媒體一詞來源于拉丁語“Medium”，音譯為媒介，意為兩者之間。它是指人借助用來傳遞信息與獲取信息的工具、渠道、載體、中介物或技術手段。媒體在計算機中的兩種含義：一是指存儲新的物理實體，如磁盤、磁帶、光盤等；二是指信息的表現(xiàn)形式或載體，如文字、圖形、圖像、聲音、動畫和視頻等。多媒體技術中的媒體通常指后者。多媒體的英文單詞是Multimedia，它由media和multi兩部分組成。一般理解為多種媒體的綜合。多媒體就是多重媒體的意思，可以理解為直接作用于人感官的文字、圖形、圖像、動畫、聲音和視頻等各種媒體的統(tǒng)稱，即多種信息載體的表現(xiàn)形式和傳遞方式。通常情況下，多媒體并不僅僅指多媒體本身，而主要是指處理和應用它的一套技術。因此，多媒體實際上常被看作多媒體技術的同義詞。多媒體教育是多媒體技術眾多應用領域之一。多媒體教育中的一種重要形式是計算機輔助教學軟件的運用。計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction簡稱CAI）是一門綜合計算機科學、教育學、心理學等課程相結合的邊緣交叉學科，包括將計算機直接用于為教學目的服務的各類應用。按照課程內容相關性對教學軟件進行分類，在教學軟件中，內容特定軟件為課件，內容相關軟件為學習資源，內容無關軟件為學習工具。媒體、多媒體、多媒體教育和CAI，它們之間的關系如圖1所示。
這里所研究的多媒體CAI等于多媒體加CAI。廣義上指教學軟件總稱。并不是特指課件本身。因此，這里的多媒體CAI包含的內容如表1所示。
2 多媒體CAI的現(xiàn)狀
目前，多媒體CAI課件開發(fā)人員的組成由組織管理人員、CAI教師、學科教師、編程人員、藝術教師等人員組成。開發(fā)課件的組織機構一般是學校或者是專門進行軟件開發(fā)的公司，如果學校組織教師進行開發(fā)，一般都是面向個人的教學軟件，無法成套，成體系。因為學校有關資金和一些實際情況制約著。如果是專門進行軟件開發(fā)的公司進行CAI課件的開發(fā)，又會存在教育性不強，價格昂貴等一系列問題。當然，在這方面也有做的很好的公司，如東北師范大學理想信息技術研究院，這是一所有高校科研團隊支持的進行中小學教育軟件設計和開發(fā)的公司，目前的產(chǎn)品已經(jīng)投入市場并且很成熟，而且已經(jīng)占據(jù)了中小學的大部分市場。另外還有洪恩教育軟件公司在國內也比較知名。針對目前我國多媒體CAI發(fā)展的現(xiàn)狀，歸納出多媒體CAI現(xiàn)狀存在以下幾點不足：①開發(fā)機構分散，不系統(tǒng)，導致開發(fā)人員也分散，各干各自的。②開發(fā)出的教學軟件也是不成體系的，各自為各自的服務，不能成系列，成套，成批。③開發(fā)出的教學軟件由于是各自開發(fā)的，通用性不強，可移植性不強。④開發(fā)人員之間沒有組織結構，相互之間沒有溝通，聯(lián)系，重復開發(fā)，資源浪費。⑤開發(fā)人員層次不同，水平參差不齊，導致開發(fā)的教學軟件也良莠不齊。
3 面向對象思想
在對多媒體CAI進行設計和開發(fā)時可以借鑒面向對象的編程思想是非常必要的，因為這有助于設計出可擴展的、靈活的和模塊化的多媒體CAI。下面對多媒體CAI中的面向對象思想作詳細分析。
面向對象是一種新興的程序設計方法，或者說它是一種新的程序設計范型，其基本思想是使用對象，類，繼承，封裝，消息等基本概念來進行程序設計。面向對象（Object，Oriented，OO）是當前計算機界關心的重點，它是90年代軟件開發(fā)方法的主流。面向對象的概念和應用已超越了程序設計和軟件開發(fā)，擴展到很寬的范圍。如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、交互式界面、應用結構、應用平臺、分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理結構、CAD技術、人工智能等領域。應用領域現(xiàn)在可以擴展到多媒體教育領域了。面向對象的特征如下：
①對象唯一性：每個對象都有自身唯一的標識，通過這種標識，可找到相應的對象。在對象的整個生命期中，它的標識都不改變，不同的對象不能有相同的標識。
②封裝性：在面向對象思想中，封裝指的是使對象成為黑箱的概念，這樣當使用對象時就不知道它的內部工作原理。在模式方面，這一概念就變成了創(chuàng)建這樣的類型：類型是預先定義的，并且只要引用該類型就可以很容易地在任何地方創(chuàng)建和交換數(shù)據(jù)。這樣便實現(xiàn)了面向對象思想中的封裝性。
③繼承性：繼承性是子類自動共享父類數(shù)據(jù)結構和方法的機制，這是類之間的一種關系。在定義和實現(xiàn)一個類的時候，可以在一個已經(jīng)存在的類的基礎之上來進行，把這個已經(jīng)存在的類所定義的內容作為自己的內容，并加入若干新的內容。軟件重用是面向對象設計的另一個重要部分?？梢酝ㄟ^繼承實現(xiàn)軟件重用。在編程語言中，通過子類提供這一能力。
在軟件開發(fā)中，類的繼承性使所建立的軟件具有開放性、可擴充性，這是信息組織與分類的行之有效的方法，它簡化了對象、類的創(chuàng)建工作量，增加了代碼的可重性。采用繼承性，提供了類的規(guī)范的等級結構。通過類的繼承關系，使公共的特性能夠共享，提高了軟件的重用性。
④多態(tài)性：多態(tài)性是指相同的操作或函數(shù)、過程可作用于多種類型的對象上并獲得不同的結果。不同的對象，收到同一消息可以產(chǎn)生不同的結果，這種現(xiàn)象稱為多態(tài)性。多態(tài)性增強了軟件的靈活性和重用性。
4 面向對象思想的多媒體CAI
根據(jù)面向對象思想中的去藕合和內聚的設計模式，宏觀上，首先需要成立一個企事業(yè)聯(lián)盟，該企事業(yè)聯(lián)盟基于多媒體CAI資源建設平臺來展開工作，由政府、學校、公司共同構成。其中該聯(lián)盟中的學校代表事業(yè)單位或科研機構，公司代表企業(yè)，政府作為紐帶。用來解決第一點不足，開發(fā)機構分散，不系統(tǒng)，導致開發(fā)人員也分散，各干各自的情況。該企事業(yè)聯(lián)盟體現(xiàn)的是面向對象思想中的整合的思想。把多媒體CAI看待成是一個整體工程來進行管理，企事業(yè)聯(lián)盟作為這個整體工程的總的管理者或者是組織機構。通過這個企事業(yè)聯(lián)盟來制定統(tǒng)一的制作規(guī)范，建設教學軟件資源庫，人才培養(yǎng)計劃，統(tǒng)一的培訓機制，形成資源共建共享機制；不斷發(fā)展擴大規(guī)模，吸收新力量；定期舉行政府、學校、公司的資源建設交流會、研討會，加強政府、學校、公司之間的聯(lián)系與溝通。該企事業(yè)聯(lián)盟注重破除政府、學校、公司之間的溝通壁壘，實現(xiàn)相互之間價值增值；以提高多媒體CAI的教學軟件質量，共建共享教學軟件資源為根本出發(fā)點，以滿足公司盈利需要，以提升學校的教育教學質量，以政府為紐帶來實現(xiàn)這三者之間的深度融合和互動。政府、學校、公司三者關系如圖2所示。
其次以企事業(yè)聯(lián)盟為后盾加上協(xié)同的理論基礎發(fā)展成為企事業(yè)聯(lián)盟運行平臺架構。如圖3所示。
該企事業(yè)聯(lián)盟運行平臺的理論基礎來源于德國著名物理學家哈肯（Hermann Haken，1971）提出協(xié)同的概念?！皡f(xié)同創(chuàng)新”是指創(chuàng)新資源和要素有效匯聚，通過突破創(chuàng)新主體間的壁壘， 充分釋放彼此間“人才、資本、信息、技術”等創(chuàng)新要素活力而實現(xiàn)深度合作。另（Veronica Serrano·Thomas Fischer，2007）提出了基于協(xié)同創(chuàng)新的合作績效變化理論。該理論主要從行為互動維度（X軸）、資源整合維度 （Y軸）兩個維度來動態(tài)描述協(xié)同創(chuàng)新對合作績效產(chǎn)生的重要影響。其中，行為互動維度主要包含互惠信息、共同約定、系統(tǒng)協(xié)調、優(yōu)化同步等協(xié)同要素，資源整合維度主要包含信息、目標、性能、行動等創(chuàng)新要素。如圖4所示。
企事業(yè)聯(lián)盟運行平臺架構給多媒體CAI的發(fā)展提供了良好的環(huán)境支持。有了這個發(fā)展平臺，微觀上，可以按照面向對象的軟件工程思想來系統(tǒng)的開發(fā)多媒體CAI軟件，需求分析階段，設計階段，編碼階段，單元測試階段，驗收測試階段，維護階段。軟件開發(fā)是一項系統(tǒng)工程，經(jīng)過學生、教師、編程人員等各類人員的通力合作，并結合具體學科的特點，以此提高開發(fā)效率，保證軟件質量。
第三，在企事業(yè)聯(lián)盟運行平臺架構下，進一步開展多媒體CAI的設計、開發(fā)和研究。有了統(tǒng)一的規(guī)范，加之企事業(yè)聯(lián)盟運行平臺架構，通過面向對象的特征的啟示，得出以下的解決辦法。
①由面向對象的封裝性得出可以建立多媒體CAI資源庫（積件庫）。在面向對象思想中，封裝指的是使對象成為黑箱的概念，這樣當使用對象時就不知道它的內部工作原理。我們可以把課件也看成是封裝好的一個一個積件，有些使用者直接可以拿過來二次使用，而不用去考慮這個積件是怎么編程的，怎么生成的，增強了重用性。同時加強這類可編輯課積件的研制和開發(fā)，組織人力物力財力聯(lián)合攻關，開發(fā)出豐富、實用的可編輯積件系統(tǒng)并推廣應用。
②由面向對象的繼承性得出可以開發(fā)出一些課件、積件、軟件的二次開發(fā)工具。這些二次開發(fā)工具留有進一步生成課件的接口，同時集成了一些其他開發(fā)工具，這些工具也可以重新封裝，作為新的使用工具，使用者不用考慮其原理和背后的編程代碼，直接拖過來就可以使用，大大的降低了軟件開發(fā)的難度，更利于一線教師開發(fā)出更符合教學目標的課件或者教學軟件。
③由面向對象的多態(tài)性得出可以從資源庫里原有的積件加以改進生成新的多媒體CAI，并不用徹底從頭開發(fā)，這就需要在積件的編制和開發(fā)過程中要注意遵守統(tǒng)一規(guī)范和標準，并留有接口，注重資源整合和共享。
5 結語
隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，多媒體CAI的發(fā)展已經(jīng)朝著智能化、協(xié)同化、網(wǎng)絡化和集成化的方向前進。多媒體CAI與當今的物聯(lián)網(wǎng)技術，人工智能，虛擬現(xiàn)實技術等有機的結合，其未來的發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)出：
①智慧化：像智慧校園，智慧城市，智慧交通一樣，智慧教育也將越來越多的影響多媒體CAI的未來發(fā)展。這需要當前很多先進技術的配合發(fā)展，如物聯(lián)網(wǎng)技術，云技術，網(wǎng)絡技術等。②游戲化：將越來越多的教育游戲引入多媒體CAI中，使學習變得越來越輕松，寓教于樂。③體驗化：將可穿戴技術引入多媒體CAI中，學習者將身臨其境，同時也可以根據(jù)學習者特點，選擇適合學習者的多媒體CAI資源，按照自己的人腦的聯(lián)想的思維方式，非線性地組織多媒體信息，改變以往的學習感悟；虛擬現(xiàn)實技術的引入讓學生置身于逼真的仿真環(huán)境，學習和探索現(xiàn)實世界中不可能接觸到的事物，為學生提供一種新型的學習環(huán)境。這些都將讓學習者有全新的體驗。
經(jīng)過無數(shù)科研工作者和學者的不懈努力，如果再能得到國際的專家的指導和幫助，相信多媒體CAI的未來發(fā)展會更好。