面向对象思想对多媒体CAI的启示

佟佳颖

摘要： 多媒体技术的研究在国内外经历了数十年的发展历程，作为多媒体技术在教育领域里应用的多媒体CAI，从国内目前的研究现状和视角来看，没有把多媒体CAI的研究作为一个系统工程整体来研究，缺少整体体系。鉴于此，首先在文献研究的基础上，确定了多媒体CAI的研究内容不单指狭义的课件，而是课件、学习资源和学习工具的总称。同时找出了多媒体CAI现在存在的不足，运用面向对象的思想，从宏观和微观两个层面上，对当前的不足提出解决办法，并提出了企事业联盟运行平台架构及其理论基础，并预测了多媒体CAI的未来发展趋势。

关键词： 多媒体技术；多媒体CAI；面向对象思想；协同创新；智慧教育

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0019-03

0 引言

多媒体技术是20世纪80年代发展最迅速、最活跃的技术。大量的科学工作者和教师正在为推动多媒体技术的发展进行着不懈的努力，取得了可观的成果、产生了大量的论文。然而，目前国内还没有专门的学术性较强的刊物来刊载多媒体研究方面的论文，因此对散见于各种学术刊物上的相关文章进行整理和分析就显得很有必要。通过对多媒体技术内容相关发表在2011年的核心期刊上的论文进行分析得出结论：对多媒体应用系统的研究热度比去年（2010年）有所升温，这说明多媒体相关技术越来越多地被应用在实际系统中，并且“其他应用”类的文章数目和所占比例的增加，也说明多媒体应用呈现出多样性的特点。多媒体技术在教育领域里的应用也越来越广泛，相关文章也大量涌现，大部分都是应用到具体的学科教学的文章，再就是关于课件开发流程，开发工具及改进的文章也较多，而且刊物级别也不高。多媒体CAI是多媒体技术在教育领域里的应用之一。从目前的研究现状来看，把多媒体CAI作为一个系统工程整体来研究，成为一个整体体系，还没有这么做的。查阅并分析了大量的相关文献发现，对多媒体CAI研究的内容界定也说法不一，通过研究分析最终确定本文的多媒体CAI的研究内容。同时找出了多媒体CAI现在存在的不足，将运用面向对象的思想，从宏观和微观两个层面上，分析当前的不足，提出解决当前不足的方法，并提出了企事业联盟运行平台架构和理论基础。

1 多媒体CAI概念

多媒体CAI概念的由来首先要追溯到媒体的概念。媒体一词来源于拉丁语“Medium”，音译为媒介，意为两者之间。它是指人借助用来传递信息与获取信息的工具、渠道、载体、中介物或技术手段。媒体在计算机中的两种含义：一是指存储新的物理实体，如磁盘、磁带、光盘等；二是指信息的表现形式或载体，如文字、图形、图像、声音、动画和视频等。多媒体技术中的媒体通常指后者。多媒体的英文单词是Multimedia，它由media和multi两部分组成。一般理解为多种媒体的综合。多媒体就是多重媒体的意思，可以理解为直接作用于人感官的文字、图形、图像、动画、声音和视频等各种媒体的统称，即多种信息载体的表现形式和传递方式。通常情况下，多媒体并不仅仅指多媒体本身，而主要是指处理和应用它的一套技术。因此，多媒体实际上常被看作多媒体技术的同义词。多媒体教育是多媒体技术众多应用领域之一。多媒体教育中的一种重要形式是计算机辅助教学软件的运用。计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction简称CAI）是一门综合计算机科学、教育学、心理学等课程相结合的边缘交叉学科，包括将计算机直接用于为教学目的服务的各类应用。按照课程内容相关性对教学软件进行分类，在教学软件中，内容特定软件为课件，内容相关软件为学习资源，内容无关软件为学习工具。媒体、多媒体、多媒体教育和CAI，它们之间的关系如图1所示。

这里所研究的多媒体CAI等于多媒体加CAI。广义上指教学软件总称。并不是特指课件本身。因此，这里的多媒体CAI包含的内容如表1所示。

2 多媒体CAI的现状

目前，多媒体CAI课件开发人员的组成由组织管理人员、CAI教师、学科教师、编程人员、艺术教师等人员组成。开发课件的组织机构一般是学校或者是专门进行软件开发的公司，如果学校组织教师进行开发，一般都是面向个人的教学软件，无法成套，成体系。因为学校有关资金和一些实际情况制约着。如果是专门进行软件开发的公司进行CAI课件的开发，又会存在教育性不强，价格昂贵等一系列问题。当然，在这方面也有做的很好的公司，如东北师范大学理想信息技术研究院，这是一所有高校科研团队支持的进行中小学教育软件设计和开发的公司，目前的产品已经投入市场并且很成熟，而且已经占据了中小学的大部分市场。另外还有洪恩教育软件公司在国内也比较知名。针对目前我国多媒体CAI发展的现状，归纳出多媒体CAI现状存在以下几点不足：①开发机构分散，不系统，导致开发人员也分散，各干各自的。②开发出的教学软件也是不成体系的，各自为各自的服务，不能成系列，成套，成批。③开发出的教学软件由于是各自开发的，通用性不强，可移植性不强。④开发人员之间没有组织结构，相互之间没有沟通，联系，重复开发，资源浪费。⑤开发人员层次不同，水平参差不齐，导致开发的教学软件也良莠不齐。

3 面向对象思想

在对多媒体CAI进行设计和开发时可以借鉴面向对象的编程思想是非常必要的，因为这有助于设计出可扩展的、灵活的和模块化的多媒体CAI。下面对多媒体CAI中的面向对象思想作详细分析。

面向对象是一种新兴的程序设计方法，或者说它是一种新的程序设计范型，其基本思想是使用对象，类，继承，封装，消息等基本概念来进行程序设计。面向对象（Object，Oriented，OO）是当前计算机界关心的重点，它是90年代软件开发方法的主流。面向对象的概念和应用已超越了程序设计和软件开发，扩展到很宽的范围。如数据库系统、交互式界面、应用结构、应用平台、分布式系统、网络管理结构、CAD技术、人工智能等领域。应用领域现在可以扩展到多媒体教育领域了。面向对象的特征如下：

①对象唯一性：每个对象都有自身唯一的标识，通过这种标识，可找到相应的对象。在对象的整个生命期中，它的标识都不改变，不同的对象不能有相同的标识。

②封装性：在面向对象思想中，封装指的是使对象成为黑箱的概念，这样当使用对象时就不知道它的内部工作原理。在模式方面，这一概念就变成了创建这样的类型：类型是预先定义的，并且只要引用该类型就可以很容易地在任何地方创建和交换数据。这样便实现了面向对象思想中的封装性。

③继承性：继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个已经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。软件重用是面向对象设计的另一个重要部分。可以通过继承实现软件重用。在编程语言中，通过子类提供这一能力。

在软件开发中，类的继承性使所建立的软件具有开放性、可扩充性，这是信息组织与分类的行之有效的方法，它简化了对象、类的创建工作量，增加了代码的可重性。采用继承性，提供了类的规范的等级结构。通过类的继承关系，使公共的特性能够共享，提高了软件的重用性。

④多态性：多态性是指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。多态性增强了软件的灵活性和重用性。

4 面向对象思想的多媒体CAI

根据面向对象思想中的去藕合和内聚的设计模式，宏观上，首先需要成立一个企事业联盟，该企事业联盟基于多媒体CAI资源建设平台来展开工作，由政府、学校、公司共同构成。其中该联盟中的学校代表事业单位或科研机构，公司代表企业，政府作为纽带。用来解决第一点不足，开发机构分散，不系统，导致开发人员也分散，各干各自的情况。该企事业联盟体现的是面向对象思想中的整合的思想。把多媒体CAI看待成是一个整体工程来进行管理，企事业联盟作为这个整体工程的总的管理者或者是组织机构。通过这个企事业联盟来制定统一的制作规范，建设教学软件资源库，人才培养计划，统一的培训机制，形成资源共建共享机制；不断发展扩大规模，吸收新力量；定期举行政府、学校、公司的资源建设交流会、研讨会，加强政府、学校、公司之间的联系与沟通。该企事业联盟注重破除政府、学校、公司之间的沟通壁垒，实现相互之间价值增值；以提高多媒体CAI的教学软件质量，共建共享教学软件资源为根本出发点，以满足公司盈利需要，以提升学校的教育教学质量，以政府为纽带来实现这三者之间的深度融合和互动。政府、学校、公司三者关系如图2所示。

其次以企事业联盟为后盾加上协同的理论基础发展成为企事业联盟运行平台架构。如图3所示。

该企事业联盟运行平台的理论基础来源于德国著名物理学家哈肯（Hermann Haken，1971）提出协同的概念。“协同创新”是指创新资源和要素有效汇聚，通过突破创新主体间的壁垒， 充分释放彼此间“人才、资本、信息、技术”等创新要素活力而实现深度合作。另（Veronica Serrano·Thomas Fischer，2007）提出了基于协同创新的合作绩效变化理论。该理论主要从行为互动维度（X轴）、资源整合维度 （Y轴）两个维度来动态描述协同创新对合作绩效产生的重要影响。其中，行为互动维度主要包含互惠信息、共同约定、系统协调、优化同步等协同要素，资源整合维度主要包含信息、目标、性能、行动等创新要素。如图4所示。

企事业联盟运行平台架构给多媒体CAI的发展提供了良好的环境支持。有了这个发展平台，微观上，可以按照面向对象的软件工程思想来系统的开发多媒体CAI软件，需求分析阶段，设计阶段，编码阶段，单元测试阶段，验收测试阶段，维护阶段。软件开发是一项系统工程，经过学生、教师、编程人员等各类人员的通力合作，并结合具体学科的特点，以此提高开发效率，保证软件质量。

第三，在企事业联盟运行平台架构下，进一步开展多媒体CAI的设计、开发和研究。有了统一的规范，加之企事业联盟运行平台架构，通过面向对象的特征的启示，得出以下的解决办法。

①由面向对象的封装性得出可以建立多媒体CAI资源库（积件库）。在面向对象思想中，封装指的是使对象成为黑箱的概念，这样当使用对象时就不知道它的内部工作原理。我们可以把课件也看成是封装好的一个一个积件，有些使用者直接可以拿过来二次使用，而不用去考虑这个积件是怎么编程的，怎么生成的，增强了重用性。同时加强这类可编辑课积件的研制和开发，组织人力物力财力联合攻关，开发出丰富、实用的可编辑积件系统并推广应用。

②由面向对象的继承性得出可以开发出一些课件、积件、软件的二次开发工具。这些二次开发工具留有进一步生成课件的接口，同时集成了一些其他开发工具，这些工具也可以重新封装，作为新的使用工具，使用者不用考虑其原理和背后的编程代码，直接拖过来就可以使用，大大的降低了软件开发的难度，更利于一线教师开发出更符合教学目标的课件或者教学软件。

③由面向对象的多态性得出可以从资源库里原有的积件加以改进生成新的多媒体CAI，并不用彻底从头开发，这就需要在积件的编制和开发过程中要注意遵守统一规范和标准，并留有接口，注重资源整合和共享。

5 结语

随着计算机技术、网络技术、物联网技术的发展，多媒体CAI的发展已经朝着智能化、协同化、网络化和集成化的方向前进。多媒体CAI与当今的物联网技术，人工智能，虚拟现实技术等有机的结合，其未来的发展趋势将呈现出：

①智慧化：像智慧校园，智慧城市，智慧交通一样，智慧教育也将越来越多的影响多媒体CAI的未来发展。这需要当前很多先进技术的配合发展，如物联网技术，云技术，网络技术等。②游戏化：将越来越多的教育游戏引入多媒体CAI中，使学习变得越来越轻松，寓教于乐。③体验化：将可穿戴技术引入多媒体CAI中，学习者将身临其境，同时也可以根据学习者特点，选择适合学习者的多媒体CAI资源，按照自己的人脑的联想的思维方式，非线性地组织多媒体信息，改变以往的学习感悟；虚拟现实技术的引入让学生置身于逼真的仿真环境，学习和探索现实世界中不可能接触到的事物，为学生提供一种新型的学习环境。这些都将让学习者有全新的体验。

经过无数科研工作者和学者的不懈努力，如果再能得到国际的专家的指导和帮助，相信多媒体CAI的未来发展会更好。

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