《地球科学概论》多媒体CAI课件的设计与开发
摘要 《地球科学概论》多媒体CAI 课件是为了配合面向21世纪的教学改革和适应地学发展的需要研制的。在《地球科学概论》多媒体CAI 课件的设计与开发过程中，我们遵循了以下的原则：1）从课程内容出发、以服务教学为目的；2）高起点、高标准；3）选择合适的开发工具；4）模块化；5）规范化。课件的开发流程依次为：1）脚本编写和课件设计；2）素材收集；3）模块的划分和制作；4）模块的集成和测试。《地球科学概论》多媒体CAI 课件具有信息量丰富，图、文、声、动态模拟并茂，交互性强，易于操作等特点，用于教学可以改进了传统的教学模式和手段的不足。
关键词：CAI 多媒体 地球科学
CAI课件具有直观、美观、立体感强、可进行动态模拟、容易操作、交互性强、信息量大等一般教科书难以相比的优点，利用CAI进行教学（教师讲授和学员自学）可以改变传统的以教师为中心的教学方式，充分调动学员的学习积极性、启发主动思维、增加学习乐趣，从而起到其它方法无法替代的教学效果。CAI在21世纪的教育中得到广泛应用是一种必然的趋势[ ]。《地球科学概论》是地学各专业本、专科生必修的专业基础课和非地学专业本科生选修课。课程系统地介绍与地学有关的基础知识，涉及到了许多概念、术语，如地球的层圈构造、矿物结晶格子，以及如板块构造等一些不易理解的地质现象和过程，传统的书本加教师讲授的学习模式往往花费了大量的时间，而学员却难以完全理解和接受。利用多媒体CAI课件，通过各种实物图片和示意图、文字及声音说明、二维和三维动画、录象剪辑再配以交互式的学习方式，则可以达到良好的教学效果。本文将讨论开发地学专业基础课程《地球科学概论》CAI 课件的一些原则和经验，以期引起讨论，进一步提高开发水平。
1、《地球科学概论》课程分析和课件的总体设计
研制和开发《地球科学概论》CAI课件的目的是配合面向21世纪的教学改革，提供有效的教学工具。《地球科学概论》以传统的《普通地质学》、《地质学原理》为基础，引进和增加了其它相关内容，如环境、灾害问题、行星地质等，力求从更广阔的领域和当今人类社会可持续发展对地学的需求的角度阐明地学问题。《地球科学概论》是地学专业的基础课程，具有：1）知识点多；2）要求学员具有较强的空间和形象思维的能力，课程教学中需要大量的实物和模型；3）课程内容涉及到大量的动态过程，教学效果往往取决于教师的讲课技巧和学员的想象能力；4）实践性强；5）知识更新速度快等特点。目前国内外流行教材在形式和内容上都难以满足当前的教学需要，需要改革、更新和补充。《地球科学概论》CAI 课件研制和开发正是为了满足这种需求，以配合正在进行的教学改革。
CAI 课件的具体形式有资料型、示教型、自学型、模拟仿真型、联网型、协作型等[ ]，不同的CAI课件形式的选择应以开发的目的和课程的内容出发，选择适合于表现这门课程的组织方式和表现形式。同时，CAI课件不同于电子图书，不能仅仅满足于把课本内容搬上计算机。它也不同于一般的娱乐性多媒体课件，而应该充分突出资料的准确性、逻辑推理的合理性、结构和界面有利于学习，符合教学规律的特点。因此，CAI课件形式的设计和选择必须充分考虑教学需求和课程特点。基于上述考虑，在设计《地球科学概论》CAI课件时，考虑到课程中有大量描述性内容，所以《地球科学概论》的形式选择了以示教和自学型为主，兼有资料型的特点。具体表现为课件的内容和结构从课程大纲出发，但可以对其内容进行顺序或随意的浏览，同时注意针对不同的内容采用了不同的表现手法：对一般的内容用文本说明加示意图和实物图片的方法表现；对难解立体结构和作用过程用三维模型和动态模拟的方式表示。例如对火山喷发等内容用了录象剪辑，而对海底扩张、大陆漂移等内容则采用了三维动画模拟等表现手法。
为了丰富《地球科学概论》CAI课件的内容，体现其信息量大的特点，在研制过程中，我们尽量广泛地进行了资料的收集，尽可能的扩大素材的来源。《地球科学概论》多媒体CAI 课件的素材来源主要有：1）参考国内流行教材，如《普通地质学》、《地质学原理》、《动力地质学》等现有教材；2）国外同类教材和参考书，如Earth，Physical Geology，The Dynamic Earth 等；3）国内外公开发表的相关论文；4）我系教师在教学和科研过程中积累的大量可供利用的素材，包括图件、照片，模型等。5）自制素材。
2、《地球科学概论》课件的设计及开发原则
通过对课件的总体设计，明确了要实现的目标，即可着手进行具体的设计和开发。在《地球科学概论》的设计和开发过程中，我们遵循了如下的原则：
1、 高起点、高标准的原则，以求在今后若干年内无需进行实质性的改动，更好地发挥其效应。如《地球科学概论》在对国内外优秀教材和同类课件以及CAI课件特点的深入研究和对比的基础上，对课件进行了总体设计，在内容上力求反映地球科学的基础知识以及最新进展；选择Win95 和Windows NT 作为运行平台，采用了多媒体技术以及超文本和超媒体的浏览方式等等。
2、 模块化设计原则。在进行大型的程序设计时一般都采用模块化的方法。《地球科学概论》课程内容庞杂，地学的发展日新月异，新知识、新理论层出不穷，课程内容更新迅速，所以，课件的易维护、易修改、易扩充就显的更为必要，采用模块化设计原则，可以最大限度的满足这种需求。
3、 合适的开发工具的选择以及进一步开发。多媒体CAI开发工具有：（1）通常的高级程序设计语言，如Visual C++、Visual Basic、Delphi等，其特点是灵活性高，可以实现各种复杂的功能，但需要编程来实现，对开发者要求较高，且工作量大。（2）多媒体编著工具，如ToolBook、Authorware、国内的方正奥思等，其特点是应用简单，一般都提供全面的交互式程序设计的功能和多媒体播放功能等，但有时灵活性不够，无法实现一些复杂的功能。（3）专用的教学课件开发工具，如几何画板、WinCLASS等，但只在特定的领域和专业里有效[ ][ ]。所以，开发工具的选择应从课件要实现的功能出发，本着易于开发的原则选择合适的开发工具，必要时，可以利用多种工具实现不同的功能，在课件中相互调用，但缺点是各模块间的数据和信息交互较为复杂；另外，可以在原有工具的基础上作进一步的开发。
4、 界面风格的一致性、易操作性和美观性。选择统一、美观、易操作的人机用户界面，可以使非计算机专业的学员不经过或只经过很短时间的学习便可掌握课件的使用，提高课件的利用率。
5、 课件制作的规范性和合理的分工协作。制订严格的课件制作规范和规定，可以使课件开发工程化成为可能。合理的分工协作，可以最大限度地加快课件的开发周期并降低成本。
3、开发流程
《地球科学概论》CAI课件开发流程如下：
1、 脚本编写：脚本的编写应该建立在对课程内容的认真分析的基础上。一个好的脚本应该包括文字脚本和制作脚本两部分[ ]。文字脚本由课件设计人员和负责课程教学的教师共同完成，其内容包括教学目的、详细的知识点、学员的情况、教学策略等内容。制作脚本是课件制作的主要依据，其内容包括：1）、课程内容在课件中的表现形式的详细描述，包括课件总体的框架的设计，以及对不同的内容选择不同的表现手法；2）、课件要实现的功能的详细描述；3）、课件的制作规范，包括界面的格式、文字的字体和大小、版面格式、图片的格式和大小、一般的命名规则等制作规范；4）、课件的风格，也即课件的整体格调，可以通过课件的制作体现，单独将其提出，可以使课件制作人员有一个整体和明确的认识。
2、 课件的设计及模块的划分：在脚本的基础上，对课件进行整体的设计，划分出所需要的功能模块和内容模块。功能模块包括显示和播放各种媒体的模块、程序的连接及跳转的模块等。功能模块必须定义标准的接口。内容模块即反映课程具体内容的模块。当然，功能模块和内容模块的划分也不是绝对的。通过将课件分解为功能模块和内容模块在很大程度上解决了课件开发中地学专业人员编程困难，计算机专业人员对课程内容不熟悉的矛盾，从而可以使二者可以扬长避短，充分发挥各自长处，加快开发速度，缩短开发周期。《地球科学概论》之下划分出了课件中所需要的程序的连接、跳转、各类媒体的播放、课程内容的浏览和索引等一系列的功能模块和按章节划分的十四个大的内容模块，分别由不同专业人员为主进行开发，达到了很好的效果。
3、 素材收集和制作：根据脚本收集素材并制作成课件中所需的文件。一个多媒体CAI课件的成功与否，在很大程度上决定于其各种素材的质量和丰富程度。在课件开发的每一步都有可能回过头来重新补充和制作所需的素材。在《地球科学概论》的开发过程中，我们收集并制作了大量的素材，包括各种矿物岩石的图片、各种地质体和地质现象的照片和示意图、录象剪辑以及二、三维动画，诸如板块漂移、海底扩张的三维模拟等，使课件内容详实而生动。收集完成的素材使用了现有的图形图象制作和编辑工具进行处理加工，取得了很好的效果。
4、 功能模块的制作：将所需的功能模块按照标准的接口制作好以备后用。定义了标准接口的功能模块可以方便地实现课件中各种素材的连接，生成所需的源代码，免去烦琐的编程，大大加快开发速度。
5、 课程内容模块的制作：将素材用功能模块按照脚本和制作规范的要求连接好。
6、 模块的集成和连接：将各模块连接编译成可执行文件，在可以满足当前需求的前提下，充分利用多媒体编著工具实现组装和连接，提高课件开发的效率和质量。
7、 调试和测试：对编译好的程序进行调试和测试，发现问题，并回到相应的开发阶段，改正错误。
开发过程中要随时检查完成情况和发现新问题，及时回到相应的开发阶段进行补救。另外，可以根据实际情况对开发流程作相应的调整，如素材的收集和制作与功能模块的制作可以分别由不同人员同步进行，以加快开发速度。
在课件的使用过程中，应不断收集反馈意见，对课件作相应的修改，并及时补充新的内容，删节旧的和过时的内容，以发挥其应有的效用，作到真正为教学服务。
4、《地球科学概论》的系统功能及特点
1、 课件利用了多媒体技术，将图、文、声、动画、录象剪辑有机地结合在一起，创造了一个教学目的明确、教学内容直观、生动活泼、形式新颖的学习环境，部分地提供了一个模拟的野外环境，可以达到了传统教学手段无法达到的效果。
2、 界面美观、简洁、一致，易于操作。
3、 课件有丰富的信息量，不仅包含了以往《地球科学概论》课程的所有内容，而且有大量的图片、动画、录象剪辑等内容。
4、 在相关的章节中以附录的形式加入了各种课外知识和科技动态的内容，可供有兴趣的学员阅读和参考，以扩大其知识面，同时并不加重一般学员的负担。如我们在介绍地核的内容时就加入了对“地核游离”的介绍。
5、 课件采用了超文本和超媒体技术，具有较强的交互性，可以对教学内容进行顺序和任意的浏览。
6、 由于采用了模块化设计技术，所以，课件的维护、修改和扩充都较为方便，可以随时对其进行增、删和修改。另外，经过适当的修改后就可制作为适合不同对象的不同版本。
5、结束语
由于开发《地球科学概论》多媒体CAI 课件尚无先例可以借鉴，同时课件还正在开发过程中，所以本文对课件的设计和开发所作的讨论，只是一种尝试，不足之处，还望批评指正。
本研究受到了西北大学面向21世纪教学内容和课程体系改革计划“地球科学概论”多媒体CAI课件的研制与开发项目和省教委基金地质信息系统的二维子系统项目的资助，在此一并感谢。
