第5章 多媒体计算机辅助教学

null第五章 多媒体计算机辅助教学 第五章 多媒体计算机辅助教学 学习目标学习目标理解计算机辅助教学、多媒体技术、 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 及其相关概念。1了解计算机辅助教学的基本模式及其特点。2熟悉多媒体课件的开发步骤，能够开发多媒体课件。3了解多媒体素材获取、编辑以及集成的基本方法与常用工具。4知道虚拟现实技术的特征，了解其常见技术的基本原理。5理解智能计算机辅助教学的基本概念。6引 言引 言计算机辅助教学技术是一种新的教育技术，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。5.1 概述5.1 概述5.1.1 计算机的教育应用 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方方面面。 早在20世纪80年代中期，国际信息处理协会(IFIP)组织对53项计算机应用课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 发展前途的评选中，计算机在教育领域的应用就名列第六位。5.1 概述5.1 概述 对于计算机在教育中的应用方式可从不同角度分类： 1．从应用功能看计算机的教育应用 从计算机应用的功能来看，计算机在教育领域中的应用方式包括以下两个方面： （1）计算机辅助教学 计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction,简称CAI)指的是用计算机帮助或代替教师执行部分或全部教学任务，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。 5.1 概述5.1 概述（2）计算机管理教学 计算机管理教学(Computer Managed Instruction,简称CMI)是计算机在教育领域的另一项重要功能。 目前，人们对CMI的理解有两种： 从狭义上看，认为CMI就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 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 和教学资源，以及帮助教师构造测验和评分等； 广义上看，则认为CMI就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。 5.1 概述5.1 概述2．从应用对象看计算机的教育应用 从计算机应用的对象来看，计算机在教育中的应用可以分成三个方面（3L）： （1）学习计算机(Learn about computer) 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) 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) 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。5.1 概述5.1 概述 5.1.2 多媒体课件 “多媒体”一词译自英文Multimedia，它由multiple和media复合而成。 一般认为，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。多媒体技术涉及计算机硬件、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。5.1 概述5.1 概述 多媒体技术的主要特点: 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。 在多媒体教学中，通常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。5.1 概述5.1 概述 超文本和超媒体 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。 在超文本结构中，除了文字链接以外，还可以对图像、视频、声音等多媒体信息进行链接，从而出现了超媒体(Hypermedia)的概念。 超文本(Hypertext)+多媒体（Multimedia）＝超媒体。5.1 概述5.1 概述 随着网络应用的普及，人们在网上使用视频点播（VOD）方式播放多媒体课件或电影时，会涉及到流媒体的概念。 流媒体指的是一类采用流式传输方式在网络上播放的媒体格式。 流媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分的数据存入用户计算机，在内存中对数据进行缓存并输出。流媒体的数据流随时传送随时播放。 与传统的下载方式相比，这种边下载边播放的流式传输方式可以极大地减少用户等待的时间。 。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式5.2.1 分类框架 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。 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。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式表5－1 基于教学论的教学模式5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式计算机辅助教学的模式也称信息化教学模式。 信息化教学模式的一个分类框架（祝智庭，1996）: 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式该框架将计算机辅助教学模式分为以下四大类： 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）。 第Ⅰ类是最为基本的教学模式，下面对它进行讨论。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式5.2.2 主要模式 1．基本模式 （1）操练与练习 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。 优点：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。 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式图5-2 操练与练习：小学加法运算 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式 （2）个别指导 也称指导型，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。 通常将教学内容划分成一些较小的教学单元，每个单元只讲授一个概念或知识点。在每个教学单元的教学中，计算机先在屏幕上讲解概念、知识或技能，然后向学生提问并检查他们的掌握情况。每隔若干个教学单元或学习结束时，计算机就针对所学过的内容来提问，这相当于平时的单元复习或总复习检查。 优点：(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。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式（3）教学测验 计算机辅助测验(Computer Based Testing，简称CBT)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。 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。 客观性测试又称标准化测试(考试)，通常采用是非题、多项选择题、匹配题等形式。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式计算机联机测验也称在线测验，指的是由计算机在屏幕上逐道显示题目，由学生通过键盘输入答案，计算机当场判断并予以评分。 计算机联机测验系统的优势之一，在于它能够进行“适应性”测验。 计算机自动阅卷处理，目前较多采用光学标记阅读仪(Optical Mark Reader,简称OMR) 。 计算机辅助测验分析主要包括测验项目分析、测验信度与效度计算，以及因素分析等。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式(4)教学模拟 用计算机来模仿真实自然现象或社会现象。 模拟在教学中的应用可以分为以下几个方面：5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式实验模拟：图5－3 教学模拟：电磁感应 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式 管理模拟。计算机模拟在管理领域的应用非常有助于学生在管理决策方面的能力和素质的培养。 训练模拟。由计算机控制的模拟训练器能够产生逼真的训练、操作环境，可以在节约很多训练时间和经费的前提下达到同样的训练目的。 计算机模拟的优点： ①高效、安全；②低成本；③形象逼真，容易引起学生的兴趣。 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式(5)问题解决 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。 问题求解模式的两种实施方法： 特定的问题求解。 工具性问题求解。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式图5－4 问题求解工具： Mathematica 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式(6)教学游戏 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。 与一般的电子游戏类似，教学游戏通常都有一套明确的规则，具有竞争性，最后一定有赢家和输家。 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式 2.其他模式 除了前面介绍过的基本模式，在计算机辅助教学中，以下教学模式也经常被采用。 (1)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。 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式 (2)案例学习 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。 (3)智能授导 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。 (4)基于资源的学习 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。 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式 (5)探究性学习 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。 (6)认知工具 以计算机为学习工具，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。5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式 (7)计算机支持的协作学习 简称CSCL，强调利用计算机网络支持学生同伴之间的交互活动。 (8)计算机支持讲授 包括计算机多媒体在课堂教学中的多种应用。 (9)虚拟教室 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进行大多数教学活动。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发 5.3.1 课件开发步骤5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发1．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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发课件使用对象分析，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； 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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发2．教学设计 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。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发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。 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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发3．脚本设计 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计的详细 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ，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。 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。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5-6 课件界面设计实例 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发 4．软件编写 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。 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。 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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发5.3.2 素材的采集与加工 1．多媒体素材 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。 根据素材的文件格式，可为文本(Text)、声音(Sound)、图像(Image)、动画(Movie)、视频(Video)等种类。 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式表5－2 常用媒体的文件扩展名 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式表5－2 常用媒体的文件扩展名 5.2 计算机辅助教学模式5.2 计算机辅助教学模式表5－2 常用媒体的文件扩展名 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发多媒体素材的主要特点和文件格式 （1）声音素材 ①波形声音文件 对实际声音的采样,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 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。 由于原始声音数据量太大，解决方法： 利用硬件或软件方法进行压缩； 适当降低音质。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发②MIDI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。 MIDI文件的容量要小得多。 主要缺陷: 表达能力有限，无法重现自然声音。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发③MPEG Layer 3文件 是目前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。 ④CD Audio文件 即音乐CD唱片所采用的文件格式，其扩展名为CDA。 缺点:无法编辑且文件长度大。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发（2）图像（图形）素材 ①位图（Bitmap）类： 以二维点阵形式来描述图像； ②矢量图(Vector graphic)类： 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。 图像格式的主要指标：分辨率、色彩数、灰度。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图像素材的常用文件类型： ①BMP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。BMP格式文件的规模比较大。 ②GIF格式 是目前Internet上使用的最重要的图像文件格式之一。 压缩比比较高，文件规模较小，但仅表达256色图像。 目前，GIF格式还支持图像内的小型动画。 ③JPG格式 也称JPEG格式，是一种十分流行的图像格式，它的文件可以非常小。 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。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发（3）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。 动画制作软件很丰富，流行的有Autodesk公司的Animator（二维动画）和3D Studio max （三维动画）。 Flash是目前最为流行的动画格式： Flash文件的扩展名为SFW。 Flash动画由矢量图组成，放大、缩小后仍十分清晰。 Flash动画的文件很小，且采用流技术，能边播放边传输。 Flash的迷人还在于它的交互性，可以通过点击按钮、选择菜单来控制动画播放。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发（4）视频素材 视频素材的常用文件类型包括： ①AVI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。 视频文件的扩展名为AVI。 ②MPG视频文件 包括了 MPEG-1, MPEG-2 和 MPEG-4等多种视频格式。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。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发③DAT视频文件 是VCD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。 ④RM和ASF视频文件 是目前网络课件中常见的视频格式，又称流式文件格式。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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发2．素材的采集与编辑 （1）声音的录制 多媒体计算机的数字音频系统如图所示。图5－7 多媒体计算机的数字音频系统5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发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。 Windows自带的“录音机”程序的界面如图所示。图5-8 Windows的“录音机”程序5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发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。 采样位数与采样频率也十分关键。 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。 （2）声音文件的编辑 应用Windows自带的“录音机”程序，还可以进行多种形式的编辑： 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。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5－9 屏幕捕捉软件SnagIt （3）图像的获取 除了绘制图像外，还可用屏幕捕捉软件、扫描仪等工具来获取。 用于屏幕捕捉的软件很多，SnagIt就是一个常用的屏幕捕捉软件。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发（4）图像的编辑 图像编辑工具十分丰富，从功能十分强大的Photoshop软件到Windows自带的简易“画图”软件都可选用。 采用图像编辑软件对图像进行编辑的一个实例：5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发（5）视频信息的采集与编辑 多媒体计算机的视频采集（捕捉）系统如图5－11所示。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发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。 视频编辑软件可以对数字化视频信息进行编辑加工。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频编辑软件，是PC平台上应用最为广泛的视频编辑软件，用户界面如图5－12所示。 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5－12 视频编辑软件Premiere 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发 5.3.3 素材集成及其工具 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，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。5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5－13 多媒体创作软件Powerpoint1、基于页面的工具5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5-14多媒体创作软件FrontPage 5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5－15多媒体创作软件AuthorWare 2、基于图标的工具5.3 多媒体课件的开发5.3 多媒体课件的开发图5-16多媒体创作软件Flash 3、基于时间的工具5.4 概念图及其应用5.4 概念图及其应用一、概念图的由来一、概念图的由来20世纪70年代初由美国康奈尔大学 的诺瓦克（Novak）及其同事 提出； 1984年Novak出版著作《学习如 何学习》(Learning How to Learn) 美国的《科学教育研究》杂志 （Journal of Research in Science Teaching）在1990年第四季度以专 刊的形式出版了一期《概念图展望》 （Perspectives on concept mapping）； 2004年9月14日至17日在西班牙召开了第一届概念图国际会议，并邀请Novak做了专场报告 。 Joseph D. Novak 概念图的应用领域概念图的应用领域第一届概念图国际会议主题 概念图评价 概念图在人文学科的应用 概念图在商业领域的应用 概念构图在外语教学中的应用 概念图作为研究工具 知识保存 概念构图在科学学科中的应用 小组构图 概念图在任务分析中的应用 从这些主题可以看出，概念图在国外得到了较广泛的运用，其功能从评价扩展到了教学策略、学习策略；其应用领域也从科学学科扩展到了人文学科、商业领域。 由于概念图的巨大应用前景，国外市场上开发的制作概念图的软件已多达十几种，如Inspiration、MindManager、MindDraw、FreeMind等 概念图在远程教育中的应用 概念图在数学教育中的应用 概念图在K-12教育中的应用 概念图促进协作 知识工程 技术支撑下的概念构图 选择构图结构 概念构图促进学习 教师教育和专业发展二、什么是概念图 二、什么是概念图 概念图（Concept Map）是用来组织与表征知识的工具。它通常是将有关某一主题不同级别的概念置于方框或圆圈中,再以各种连线将相关的概念连接,并用适当的连接语标示出概念间的关系，这样就形成了关于该主题的概念图。 Novak：一些加圈的概念用线相互连接，并且在连接线上用短语加以命名以表达两个概念间的关系。理想的概念图是分层次的，概念从上往下排列，并且只有连接线水平或者向上的时候用箭头表示。 Jonassen强调教学中概念间的关系并非都是分层次的，还有因果、循环等其他形式。乔纳森等学者认为概念图是“结构化知识”的图解。 Grasha则从概念图作用的角度加以阐释；Maxwell将概念图作为质的研究工具；Watters and Zhou更注重概念图在交流方面的作用。 三、概念图的理论基础 ——有意义学习理论 三、概念图的理论基础 ——有意义学习理论 奥苏贝尔指出，有意义的学习是将新知识和个体本身的知识结构中已有的相关知识相联结的过程。 概念与概念间的关系、学习者的先备知识这两者在有意义学习上扮演了重要的角色。 个体在学习新知识时，会将新知识与已有的先备知识产生联结，进而形成新的认知结构。 新经验的学习必须建立在旧经验的基础上，学习者必须将新知识和原有的知识相联结，加以统整组合，即有意义的将新概念与已知的概念相联结，才能达到有意义的学习 。四、概念图的制作步骤四、概念图的制作步骤围绕主题列出概念 挑选并阅读课本中关于某个主题的章节，标出重要概念和重要理论观点。 确定关键概念 确认理解主题所必要的关键概念，并将其列成清单。把含义最广、最有包容性、最抽象的概念作为关键概念，放在顶端。 将各级概念排序 从关键概念开始，把所有列出的概念从大到小，从一般到具体进行分类排序。在这过程中，可继续增加更多的概念，将最具体的概念放在最底层。 进行连接 寻找概念图不同部分概念之间交叉连线的联结，并标明连接线。将概念连接起来是画概念图最重要的一部分，常用于描述关系的连接词有“由……组成”、“包括”、“取决于”、“受…… 影响”、“引起”、“由……造成”等等。 确定各级连接的指向 当把概念连接起来后，就要用箭头表示概念间的关系。并非所有的连接都是单向的，还有相互依赖的双向连接。有时，有的连接可能是间接的，即通过另一概念相连，这种关系最好用交叉连接表示。 反思与完善 从整体上对画好的概念图进行反思，并不断修正、充实。概念图中的连结语概念图中的连结语Novak和Gowin(1984)，Holley, Dansereau, McDonald, Garland和Collins等学者提出过的连结语，归纳如下： 部分与隶属：部分、包含、构成、要素等。 特征与性质：特征、特色、性质等。 原因与结果：导致、因为……所以……、造成……、产生、能够等。 功能：用途、功用、用处等。 解释与定义：称为、表示、解释等。 位置、方向、路径：过程、程序、步骤、输入、输出等。 例证：实例、例如、譬如等。 类型：分类、分成、种类有、分为等五、概念图制作工具五、概念图制作工具MindManager 该工具软件运用形象思维方法，使信息同时刺激大脑两个半球，其编辑界面使得用户可以通过“形象速记法”创建并相互交流各种想法和信息。它设计了一个与人的思考方式一致的自然、直接的工作环境，因此能够减少所花费的时间、精力，减轻压力，从而提高工作效率。 （严格说来，MindManager是一个思维导图工具）null例： 用MindManager制作的概念图InspirationInspiration这是Inspiration公司开发的一个工具软件，现已发展到8.0版本。在不断的升级和完善过程中，形成了自己的特色： 构图方便，很容易掌握基本的操作。 界面友好，并提供大纲和图形两种视图。 软件自带有许多图标库。 提供多种类型的概念图模板。 具有文件格式转换功能，可将图形文件存为JPG、GIF、HTML格式，将大纲文件存为HTML格式 地址：http://www.inspiration.com/freetrial/index.cfmnull例：用Inspiration制作的概念图null例：用Kidspiration制作的概念图StarTreeStarTreeStarTree是Inxight公司开发的一个产品，其最初的目的是用于网站文件的管理，但由于其动态可视化的特点，非常适合于演讲展示以及师生间的交流。 StarTree提供网页输出功能，并且能动态拖动。 公司网址：http://www.inxight.com 其它的概念图制作软件其它的概念图制作软件TheBrain http://www.thebrain.com IHMC CMap Tools http://cmap.ihmc.us LifeMap http://www.robertabrams.net/conceptmap/lifemaphome.html ConceptDraw http://www.conceptdraw.com/en/products/mindmap/main.php VisiMap http://www.coco.co.uk六、概念图的教育应用六、概念图的教育应用诺瓦克的学生理查德（Richard Iuli）根据相关的研究结果，在参加第一届概念图国际会议的会议论文中对概念图的作用进行了总结 ： 呈现个体现有的知识结构； 鉴别迷思概念 （misconception） 揭示学生理解中的差距； 提升反思思维； 设计课程和教学材料； 评价学生学习； 评测项目的有效性； 便于小组成员间的交流及共享见解。 概念图的教育应用概念图的教育应用概念图在教学中的应用（教师角度） 复习 教学设计 教学评价 过程性评价工具 总结性评价工具 组织小组讨论 概念图在学习中的应用（学生角度） 作为信息组织工具 作为知识表征工具 作为交流工具 作为反思工具 作为计划工具 作为自我评价工具概念图的教育应用概念图的教育应用概念图在教学评价中的运用 作为形成性评价（过程性评价）工具，概念图制作可以使学习者个体思维可视化、外化 作为总结性评价工具，概念图为教师和学生提供的关于学生学习成绩的反映不是一个抽象的分数或等第，而是学生知识结构的具体再现 对于学生而言，概念图也是一种学习的自我评价工具 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用5.5.1 虚拟现实技术 1．虚拟现实技术概述 虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是多媒体技术广泛应用后兴起的更高层次的计算机用户接口技术，它利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“融入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然的交互。VR系统的关键特性VR系统的关键特性Immersion 沉浸Imagination 想象Interaction 交互VR沉浸：使参与者有“真实”的体验； 交互：提供方便的、丰富的人机交互手段； 想象：VR是针对某一特定领域、解决特定问题的应用，所以想象力是关键。5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用根据虚拟现实的技术手段不同，可以把虚拟现实技术分为以下两大类。 ①使用专用硬件实现的虚拟现实技术 譬如： 在视觉方面有头盔式立体显示器等； 在听觉方面有三维音响输出装置； 在力觉、触觉、运动感等方面有数据手套、数据衣，以及语音识别、眼球运动检测等装置。 由于硬件设施的价格昂贵、操作复杂，因此使用专用硬件的技术近期不可能普及。5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用②在个人计算机上实现的虚拟现实技术 可以应用VRML语言、全景环视技术、Java语言等等技术来实现虚拟现实，可以通过Internet传输相关信息，这时一般称其为网上虚拟现实技术。 优点：使用简单，便于推广。 随着Internet技术和虚拟现实技术的发展，通过Internet开展虚拟实验或虚拟教学正越来越被人们所重视。2．虚拟现实技术的教学应用 （1）全景环视技术及其应用2．虚拟现实技术的教学应用 （1）全景环视技术及其应用全景环视技术也称360°全景环视技术，或基于图像处理的Panorama（全景摄影）技术。 它是把相机环绕360°拍摄的一组照片拼接成一个全景图像，用一个专用的播放软件在Internet上显示。 观看者可以通过鼠标控制环视的方向，好像在一个窗口前浏览一个现实的场景。 参见网站：http://www.chinavr.net 例：PixMaker全景环视图片制作软件 例：PixMaker全景环视图片制作软件 http://www.pixaround.com.cn 例：网上故宫——全景环视技术例：网上故宫——全景环视技术http://chinavr.net/beijing/gugong.htm5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用图5-18 全景环视作品：故宫博物院5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用（2）VRML技术及其应用 VRML（The Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）是一种虚拟现实建模语言，也是在Internet上建立3D多媒体和共享虚拟世界的一个开放标准。 VRML常用于描述三维物体及三维场景，它能够在WWW上构建动态的、具有丰富的传感效应的虚拟环境。 VRML文档是一个扩展名为WRL的文本文件 或扩展名为WRZ的二进制文件（压缩格式） VRML文档一般包含如下部分： 文件头：给浏览器提供文件的版本信息 注释： 以＃号开始的说明文字 节点： 场景信息的单位。用来描述场景中的造型、灯光等 属性值：描述及改变节点属性的大小VRML文档实例: 一个半开口的圆柱体VRML文档实例: 一个半开口的圆柱体#VRML V2.0 utf8 Shape { #形状节点 appearance Appearance { #表面特性 material Material { } #使用默认材质和颜色 } geometry Cylinder { #几何特性 radius 3 height 6 side TRUE top FALSE bottom TRUE } }example2.wrl5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用VRML文档的编辑与显示 为了方便进行VRML文档的编辑，一般采用可视化的VRML文档编辑软件，例如Internet Space Builder、Canoma等。 编辑过的VRML文档可以在Internet上传输并由Web览器进行显示。在Web浏览器中显示VRML文档时需要预装一个简单的VRML插件。 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用图5-20 网上虚拟美术馆 VRML应用实例： EireNET（爱尔兰美术馆）是一个采用VRML技术建立的网上虚拟美术馆（www.dmc.dit.ie/guests/eirenet/eirenet/eirenet/thic2ra.htm）。5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用5.5.2 人工智能技术 1.人工智能概述 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。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。5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用2．人工智能的教育应用 （1）智能计算机辅助教学 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。 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用ICAI系统由三个基本模块组成： 知识库：包含学科知识和教学知识）； “学生模型”模块：指明学生知道什么和不知道什么，代表了学生的智能活动； “教师模型”模块：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。 智能人机接口：一个具有自然语言处理功能的人机界面。 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用在传统的CAI中，教学信息是按预置的教学流程提供给学生的，不利于学生主观能动性的发挥。 ICAI系统的优点：因材施教 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。 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用ICAI系统实例: ADELE 一个用于临床医学诊断的一个典型ICAI系统。 由模拟角色、解释引擎、会话管理器三部分组成。 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。 图5－22 ICAI系统实例：ADELE 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用（2）专家系统 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。 专家系统的特征： ①启发性：不仅能使用逻辑性知识，也能使用启发性知识； ②透明性：能向用户解释它的推理过程，回答用户的问题； ③灵活性：知识库的知识便于修改、补充和精练。专家系统的基本结构专家系统的基本结构知识获取部分解释部分工作 记忆区知识库推理机人——机 界 面5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用在Internet上有一些小型的专家系统可供用户在线使用。 例如，http://www.expertise2go.com/shop/desktop.htm 为了便于专家系统的开发，人们研制了称之为专家系统外壳（Expert System Shell）的专家系统开发工具，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。 例如，InterModller（http://www.parlog.com/）就是一个适合中学生使用的专家系统外壳。5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用图5－23 “动物识别”专家系统实例 InterModller5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用（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。 目前的研究与应用较多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。 5.5 新技术及其教学应用5.5 新技术及其教学应用（4）智能代理 在环境中自主地搜集信息并合理运作，有效地完成用户给定的任务。 智能代理在教学中的主要应用有： 教师代理：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。 学生代理：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。 智能化信息服务：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。本章习题本章习题什么是计算机辅助教育、计算机辅助教学？1试分析多媒体技术的主要特点。简述超媒体、流媒体的概念。 2计算机辅助教学的基本模式有哪几种？它们各有什么特点？3除本章给出的课件开发步骤外，试了解其他学者的不同说法并进行比较.4分别描述多媒体计算机的数字音频系统、视频采集系统的基本构成及其作用。 5本章习题本章习题试分析你所熟悉的图像编辑软件，对它们的适用范围进行比较。6试对你所了解的多媒体创作软件的优、缺点进行分析与比较。7什么是概念图？制作概念图的一般步骤是什么？8虚拟现实技术有那些主要特征？什么是分布式虚拟现实？ 6什么是ICAI？ICAI系统的基本模块各起什么作用？ 10综合实践综合实践至少包含10张幻灯片；对幻灯片母版进行美化；幻灯片中含有超链接和动画。 选择一个熟悉的专题，用Powerpoint制作一个课件（电子讲稿）。 具体要求是：和同伴一起对电子讲稿进行评价电子讲稿null