基于WEB和FLASH的交互式仿真课件设计

余燕芳 衢州广播电视大学 324000

基于WEB和FLASH的交互式仿真课件设计

余燕芳 衢州广播电视大学 324000

实验教学条件的有限性制约了当前实验教学的效果，运用交互式仿真课件进行实验教学是对传统实验教学极好的辅助和补充。本文提出了一种基于WEB和FLASH的交互式仿真课件的设计技术，结合一个具体实例说明了该技术可以广泛地应用在实际教学中。本技术结合了虚拟仿真技术、计算机技术、网络技术等多个方面，解决了目前实验教学中缺乏交互性、对实验条件要求较高的缺陷。

交互式仿真课件；网络技术；虚拟仿真技术

1.引言

随着信息技术在各个领域的高度普及和应用，从事计算机教学的教育者们也越来越重视计算机课件在实验教学中的应用[1]。将多媒体技术与实验教学整合起来，在实验教学中应用先进的计算机课件是对传统教学的一个极好的补充[2]。目前大多数课件由于其交互性、仿真性和智能性不够，并不能真正体现课件在教学中的作用，因此开发交互仿真智能性教学课件即成为教育界越来越受到关注的问题[3-4]。

2.智能交互式网络学习环境设计的理论支持

基于WEB和FLASH的交互式仿真课件设计方法的基本原理：在Web中创建出一个可视化的实验操作环境，通过操作这些虚拟的实验仪器或设备，即可进行各种复杂的实验，达到与真实实验环境相一致的教学要求和目的。它是虚拟仿真技术、计算机技术、网络技术与专业理论知识多方面结合的结晶，同时也解决了目前远程网络教学中缺乏实验教学环节的难题，必将促进远程教学质量的大幅度提高。

2.1 建构主义理论指导下的网络学习环境设计

建构主义(constructivism)认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境下，借助于他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得的，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境的四大要素或四大属性。

(2)自主学习设计。自主学习是指不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题，而是由教师向学生提供解决该问题的有关线索，并要特别注意发展学生的“自主学习”能力。根据自主学习的设计思想，网络化学习环境设计就要遵从以下三个要素：发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈。网络学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自主学习的场所。在这一过程中学生不仅能得到教师的帮助与支持，而且学生之间也可以相互协作和支持。

2.2 认知灵活性理论指导下的超文本学习环境设计

认知灵活性理论是由斯皮罗等人提出并倡导的。它接受了建构主义的基本观点：学习是学习者主动建构内部心理表征的过程。根据建构主义认知灵活性理论，结合Internet 信息呈现的特点，要取得好的学习效果，在超文本学习环境的设计上应符合以下要求：（1）在此学习环境中学习材料应避免过分简化内容领域，支持依赖情境的知识。（2）在超文本教学内容设计中，认知灵活性理论强调把概念具体到一定的实例中，与具体情境联系起来。（3）在组织学习内容时，要求学习内容必须高度相互联结而不是分隔的。（4）能够提供充分事件之间的链接。（5）学习活动最好要有多种表征，从不同的角度呈现同一概念的不同材料，或者从不同概念的不同角度反复呈现同样的材料。

2.3 Internet合作学习环境的设计

合作学习指的是学习者结成对或分成小组、甚至大组一起工作，来实现分享的目标。这种学习策略在理论根源上受到建构主义和人本主义的共同影响。网络环境下的合作学习不是信息的交换或教学内容的传递，而是一个社交性、共同经营的过程——从学习者与他人的互动中，共同去创造学习的新意义。

在网络化的学习环境中要充分发挥学生之间的合作精神，这就要求设计时应遵循以下几方面：(1)支持合作动机结构，观众是促使Internet学习的重要动机，要向他们提供容易的方法和渠道，可以公开展示小组合作的成果；(2)强化个人权责，针对小组成员，此学习网络要设计出有趣的活动、特殊的奖励方式，要让成员彼此了解个人的贡献程度与重要性；(3)支持合作空间结构，此种学习环境中要提供不同的小组空间，让小组的成员可以感到彼此，产生团队心理，在学习过程中容易相互接触、相互教导、分享资源、互助的完成任务。

2.4 情境学习理论指导下网络化学习环境中设计

情境学习(situated learning)特指“设身处地于某种环境或位置的学习”。基于情境学习理论可以把情境的创设分为以下几类：(1)直观情境的创设，利用多媒体特点，把教学内容展现在学生面前，让学生通过外部多种刺激迅速感知教学内容；(2)问题情境的创设，在网络学习环境下创设问题情境可以激发学生的学习兴趣，培养学生的独立探索问题的能力；(3)协作情境的创设，利用网上交流工具创设协作化学习环境，对高级认知能力的发展、合作精神的培养和良好的人际关系的形成都有明显的促进作用。目前常用的协作化的教学情境有竞争式、协同式、伙伴式、角色式等多种不同的形式。

基于以上分析可以看出：四大学习理论对网络学习环境的设计有着重大的指导意义，在它们指导下设计出的学习环境能充分调动学生的积极性，发挥首创精神，使教师与学生之间有了更为密切的联系。

3.智能交互式网络学习环境设计的技术支持

在设计网络实验课件功能时，主要有以下几个方面的侧重点：(1)以网站的形式提供服务，在有效的用户管理和内容组织的条件下，利用站内丰富的资源满足用户的教学活动需求；(2)以提供多媒体网络课件作为网站主要内容，同时提供可以在网络上使用的实验平台以满足用户的学习需求；(3)具有用户登陆和管理功能，一方面为合法用户提供有效的教学服务，同时防止恶意用户对教学内容的乱用甚至破坏；(4)提供BBS讨论区，用于网络教学和实验平台用户之间讨论教学活动中的问题或者进行经验交流；(5)提供留言系统以方便用户与管理人员联系。整个课件是基于WEB的B/S结构，用户直接到浏览器上学习并参加实验。

长叶山兰属山兰属(Oreorchis Lindl)，该属在我国有11种，长叶山兰与其他种的区别在于：本种叶2枚，狭长28 cm左右，宽1.5～2 cm；总状花序短缩，花较小，密生于顶端；唇瓣基部至下部3裂，唇盘上的胼胝体呈纵褶片状(封三,图Ⅲ)。在我国陕西南部、甘肃南部、浙江、福建北部、台湾、湖北和四川亦有分布。

3.1 动态服务器网页

ASP(动态服务器网页Active Server Pages的简称)是功能强大而且易于学习的Web服务器端脚本编程技术。利用这项技术，可以创建动态的、快速的、交互性的Web站点，产生交互式动态网页。在ASP 的脚本中，可以通过面向对象编程(OOP)的方法引用系统组件和ASP的内置组件。

3.2 可扩展的标记语言

XML(Extensible Markup Language，可扩展的标记语言)是一种新兴的网络页面标记语言，是标准广义标记语言(Standard Generalized Markup Language，SGML)的一个子集，也是目前网络上流行的HTML语言的延伸。与HTML不同的是，XML语言能把数据与数据表示(例如界面)分开。这种特性能够让XML适合在网络上不同计算环境中采用一致的信息表示方式。XML技术能够按照一定的语法和词汇表定义各种专业知识，而且还能够以文本的方式在网络上传递，让各种联网的计算机能够解释这些知识，并协同工作完成不同的计算任务。

3.3 智能MS-Agent 技术

MS-Agent(Microsoft Agent)的出现对网络课程的设计和开发产生了重大影响。主要因为MS-Agent提供了语言交流的功能，使学习者与计算机的语言的交互作用成为可能。MS-Agent是一个基于PC机上微软Windows平台的卡通式的人机交互系统，较Office助手具有更强大的功能，它不仅能够在任何Windows程序调用，而且支持语音识别和语音信息与文本信息的综合输出。可提高人机交互能力和课程内容信息的导航能力，同时还可以提高课程学习的易用性和娱乐性。

3.4 智能检索技术

在网络教学中，为了丰富学习者的学习内容提供了含有大量与课程内容相关资料(如链接资源、论文库、习题库、案例库和电子辞典等)的资源库。这样对信息的查询提出了严峻的挑战，为了使大家能够快速而准确的检索到所需的信息，我们采用智能搜索技术，其核心就是将搜索关键字进行自动分组，经过实践得出两字匹配为最佳。

3.5 Flash技术

交互仿真智能性计算机实验课件的开发平台很多，在对开发平台进行选择时，当以能真正体现课件的交互性、仿真性和智能性为先决条件，其中以Macromedia Flash为最有效的制作开发工具。首先Flash有丰富的图形处理功能，开发软件支持矢量图绘制，能保证图形图像缩放自如而不失真；其次随着Flash新版本的不断推出，这一开发软件更加注重脚本语言的发展，目前Flash所推出的Action Script 3.0已经是一种类似于Java的面向对象编程语言，为实现课件的交互性和智能性提供了更好的技术支持。因此本文所阐述的课件均是以Flash为开发平台制作开发的。

4.交互式仿真方法

基于WEB和FLASH的交互式仿真课件的制作方法有其自身独有的特点，不能和计算机实验的分类一一对应，有的制作方法可运用于多种计算机实验中。

4.1 按钮控制

按钮是交互动画的基础，它具有多种状态，并且会响应鼠标事件，执行指定的动作，是实现动画交互效果的关键对象。Flash中的很多事件都是由鼠标对按钮控制而触发的，因此按钮控制在Flash制作课件中占有非常重要的地位。按钮控制是指通过鼠标点击按钮来触发事件发生的控制过程，按钮控制代码必须加在按钮元件上。

4.2 帧控制

帧控制是通过状态判断来控制事件的，是普遍运用于计算机课件中的一种控制方法，其显著特点是动作代码必须放在相应的关键帧上，是用来控制动画播放到某一帧时的动作的，我们所开发的每一个课件的初始静止状态均是通过帧控制来实现的。

4.3 初始化控制

初始化是指在场景中事先设置两个相同的对象，其中一个对象可见，而另一个对象不可见，当用户拖拽可见对象与不可见对象发生冲突时，不可见对象即转换成可见对象，而可见对象则转换成不可见对象。这种控制方法一般都放在第一帧，所以叫做初始化。

4.4 随机控制

随机控制是发生在两个对象之间的冲突，其中一个对象的移动是随机的，不受时间和空间的限制，当这个移动的对象在某一时间或空间与另一对象交叉时，通过冲突检验法检测出其所处的状态并做出相应的事件响应。

4.5 冲突检验法

冲突是指舞台上的两个元素(影片剪辑实例)交叉重叠在一起，可使用MovieClip对象的hitTest()方法进行冲突检验。在ActionScript中，有两种主要的冲突类型。

用户引起的冲突：这种类型的冲突是指用户单击和拖拽对象(影片剪辑对象)。在冲突中，除了用户所操作的鼠标外，只有一个对象，是发生在鼠标和单一对象之间的冲突。

由脚本或时间引起的冲突：这种类型对象之间的冲突发生在随机地把对象移动到与其他对象发生冲突的位置时才发生冲突。

4.6 标记移动法

标记移动法即通过标记的移动来判断状态以控制事件的发生，这是在制作计算机实验课件中用途比较广泛的一种制作方法。此方法中，所用到的标记都是影片剪辑，这些标记的移动是在后台完成的。

4.7 按钮隐藏法

按钮隐藏法是指通过按钮的显现与隐藏来实现对事件发生的控制。

计算机实验课件虽然可分为如上所列的各种设计开发方法，但在实际操作中往往是各种方法相互融合，经常出现在同一个实验课件的制作过程中，在开发制作课件时就要根据课件的实验步骤所要求的动作事件具体对待，不能一味地强调其独立性，只有这样才能使计算机实验课件真正具有交互性和智能性。

5.仿真优化方法

在应用虚拟现实建模语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)创建虚拟现实场景，应该对虚拟现实场景建模进行优化。建模时应该兼顾场景的逼真程度、文件的传输速度和执行性能等三方面的因素。鉴于此，笔者使用了以下虚拟现实场景建模优化措施。

5.1 建模时要尽量考虑使用原语

原语是定义基本三维物体的节点类型，包括立方体、圆锥、圆柱、球和文本。在进行VRML 场景建模时，对于规则的三维物体，应当有效地使用原语。对于需重复出现的物体，可采用重复引用的方法。这样就可有效降低场景的复杂度，减小文件量。

5.2 注意与场景有关的多媒体文件的引用

在使用与场景有关的多媒体文件时应遵循性能和效果折中的原则，在保证一定质量的前提下尽量减小文件的规模。例如：声音文件尽量选用MIDI 格式，视频数据如果是十分必要的就用MPEG1格式，贴图文件在不影响视觉效果的前提下，可以尽量降低分辨率。

5.3 对复杂的场景进行分割

用Inline节点可以将复杂的VRML 场景分成几个较小和较简单的场景，Inline节点可以在视点离它足够近的时候才被读取和装入。这样就可以实现场景的分阶段下载和装入，改善执行性能。

5.4 基于Extend的仿真优化

笔者采用仿真软件EXTEND对交互式智能课件产品进行仿真，借助于EXTEND软件对离散事件系统仿真的强大支持，可以实现对交互式智能课件产品的实时评价。EXTEND是由美国Image That公司开发的可对离散和连续时间系统仿真的高灵活性、高可扩展性仿真平台。

采用EXTEND软件对交互式智能课件产品进行仿真，以期望达到以下目标：(1)介绍一个知识点的场景数目尽量不超过10个；(2)场景之间切换的反应时间间隔应不大于0.03秒；(3)能使课件内容的准确率达到99.5%以上；(4)能使课件由于误操作而产生的错误率不高于0.5%。

6.仿真实例

平台制作和调试所使用的服务器环境使用了一个叫PHP HOME的服务器软件提供，并以Word 2003中的表格操作为例。Word 2003是全球通用的字处理软件，适于制作各种文档，如信函、传真、公文、报刊、书刊和简历。与以前的版本相比较，Word 2003的界面更友好、更合理，功能更强大，为用户提供了一个智能化的工作环境。

课件运行时，实验所需掌握的操作步骤和方式通过操作者控制鼠标来控制，对操作者的操作步骤正确与否的判断则是通过按钮来控制的。操作完成后，只要点击相应按钮就可知道操作是否正确，针对不同的操作错误还做出了相应的简单提示。本实验重点强调操作者的动手操作过程，因此该课件的交互手动操作占据课件的大部分，通过对操作行为的判断得出相应的结论。在实际实验中，由于时间、人力和财力的关系，不可能用让操作者不断尝试错误来对学习者进行操作技能的强化训练；而在实际学习中，这种通过错误的强化改正错误的方法是行之有效的。因此，本课件就传统计算机实验教学给予了极好的辅助和补充，从而能使教学过程更生动直观，更能提高学习者的学习兴趣，对培养学习者的能力起到了传统计算机实验教学所不能达到的效果。

本文的实例以Word 2003中的表格操作为例，如图1所示，当前实验的目的是对表中人员的年龄按照降序排列。本文开发的网络实验平台的界面借用了Word 2003本来的界面，学生在网络实验平台中操作和在Word 2003中操作的效果是等同的。如果学生在操作过程中，忘记了下一步的具体操作步骤，则可以点击“操作提示”按钮，系统则给出下一步操作的提示(如图2)。如果学生操作成功，则操作结束后，系统会给出“操作成功”的提示(图 3)。

图1 Word 2003中表格排序的实验例题

图2 点击“操作提示”后系统给出的操作提示

本课件运用了标记控制、按钮控制、冲突控制等多种技术手段，是目前交互仿真智能性课件中能体现其交互智能性课件特性的典范，是目前课件制作上的一个突破。本文开发的网络实验平台使模拟操作实验运用于课堂成为可能，使目前的计算机专业实验课件的制作迈上了一个新的台阶。

本文基于WEB和FLASH的交互式仿真课件设计方法，结合教师的身份、特性以及现代教学的某些观点，对网络多媒体课件的制作、设计过程做了较为详细的论述，对实际的网络多媒体课件设计有一定的指导作用。多媒体课件是近几年以来在中小学中逐步普及应用的教学手段，由于它交互性强、表现形式丰富、容易为学生接受、有利于分层教学、信息量大等优点，已经逐步取代了传统电教手段中的幻灯片、录音、录像等，处于电教的主体地位。本文方法优势在于教师自己编写课件的实用性、针对性极强，大部分课件都是针对某个年级、某几节课专题设计的；所以采用本文方法开发出来的课件具有以下特点：开发周期短、实用性高、针对性强、成本(硬件)低、维护难度低、开发进度容易控制、质量较高、可靠性稳定性高、可移植程度高。

网络多媒体课件中最突出的特点是：信息量较大，可以进行点对点的人人交互方式和大众讨论一般交互方式。网络多媒体课件的中心不再是多媒体的表现形式，而是网络的交互。聊天室的功能一般是提供一个虚拟的空间，让网络上的学生在这里自由发表、讨论自己的问题，聊天室的反馈不再是课件中预先内置的，而是其他的使用者，它所容纳的知识量，不再是教师的知识量，而是聊天室内全体用户的知识量。通过聊天室，学生可以将某个知识点中的疑问或自己的心得提出来讨论，在整个讨论过程中，他们可能会遇到与自己完全不同的观点，从而进一步促使他们进行思考，至此，学生学习到的不再是单纯的知识点，而是获取这个知识点的过程。这样就可以达到“知其然，亦知其所以然”。

7.结束语

图3 系统会给出的“操作成功”提示

本文的主要创新点：提出了一种基于WEB和FLASH的交互式仿真课件的设计技术，结合一个具体实例说明了该技术可以广泛地应用在实际教学中。本技术结合了虚拟仿真技术、计算机技术、网络技术等多个方面，解决了目前实验教学中缺乏交互性、对实验条件要求较高的缺陷。交互式仿真教学课件不仅可以克服传统实验教学的不足，而且可以增强学生学习的兴趣，提高学生的感性认识，培养学生的科学素养，是传统实验教学的有力补充。

[1]顾伟农, 焦峪平, 王明远.我国体育教学CAI课件制作与运用的现状及对策研究[J].广州体育学院学报.2003, (5): 99-101.

[2]王立刚.关于智能多媒体教学软件的研究[J].边疆经济与文化.2006.(3): 157-159.

[3]鱼泳, 谢百治.关于智能化多媒体课件的设计研究[J].中国医学教育技术.2006,(2): 152-155.

[4]何克抗.信息技术与课程深层次整合的理论与方法[J].中国大学教学.2005, (5):43-48.

G434

A

“浙江广播电视大学2009年度科学研究课题（教改课题）”

余燕芳(1976-)，女(汉族)，浙江衢州人，学士，讲师。研究方向为计算机信息安全与智能化信息处理。