多媒体技术应用论文
[日期:2005年9月2日]来源:中央电化教育中心作者:[字体:大中小]
一，多媒体教育应用的意义
20世纪90年代以来，多媒体技术迅速崛起并蓬勃发展。它的应用已经遍及国民经济和社会生活的各个领域，正在给人类的生产方式、工作方式乃至生活方式带来巨大的变革。特别是由于多媒体具有图片、文字、声音甚至活动图像的特点，能够提供最理想的教学环境，必然会对教育教学过程产生深远的影响。这种深刻的影响可以用一句话来概括:多媒体技术将改变教学模式、教学内容、教学手段和教学方法，并最终导致整个教育思想、教学理论乃至教育制度的根本性变革。多媒体技术之所以对教育领域具有如此重要的意义，是因为多媒体技术本身具有许多对教育教学过程特别有价值的特点和功能。这些特点和功能是其他媒体(如幻灯片、投影、电影、录音、录像、电视等)所不具备或不完全具备的。).首先需要说明的是，这里所说的多媒体技术是以计算机为中心的多媒体技术。在前几年的一些书中，提到了多媒体组合教学。那种多媒体的概念是不同的。它只是几种媒体的简单组合(例如，组合幻灯片、投影、录音和录像)。如今的多媒体技术是以计算机为中心，融合了语音处理技术、图像处理技术和视听技术，通过模数转换将语音信号和图像信号转换成统一的数字信号。在此之后，计算机可以方便地存储、处理、控制、编辑和转换它们，还可以查询和检索它们。显然，这与原来的各种媒体形式的组合完全不同，因为它集成了几种通过计算机处理不同媒体信息的技术。集成方法是通过模数转换将所有转换成数字；而且为了便于处理和传输，需要对数据进行压缩，传输到指定地点后再进行恢复。有一套由计算机实现的复杂技术。所以现在的多媒体技术实际上是通过多媒体计算机来体现的。我将从多媒体计算机的特点和功能四个方面来说明它对教育应用的重大意义。
1，多媒体电脑的交互性有利于激发学生的学习兴趣，发挥认知主体的作用。
人机交互和即时反馈是计算机的显著特点，是其他任何媒体所不具备的。多媒体电脑进一步将电视的视听融合功能与电脑的交互功能结合起来，产生了图文并茂、丰富多彩的全新人机交互方式，并能即时反馈。这样的互动方式对教学过程意义重大，可以有效激发学生的学习兴趣，使他们产生强烈的学习欲望，从而形成学习动机。交互是计算机和多媒体计算机所独有的。正是由于这一特点，多媒体计算机不仅是一种教学手段，而且是改变传统教学模式乃至教学思想的重要因素。
众所周知，在传统的教学过程中，一切由老师决定。教学内容、教学策略、教学方法、教学步骤甚至学生做的练习都是老师事先安排好的，学生只能被动地参与这个过程，也就是处于被灌输的状态。在多媒体计算机等交互式学习环境中，学生可以根据自己的学习基础和兴趣选择自己想学的内容，可以选择适合自己水平的练习。如果教学软件编制的比较好，甚至可以选择教学模式，比如可以采用个别化教学模式或者咨询讨论模式。让电脑像学习伙伴一样和你讨论交流。换句话说，学生在这样一个互动的学习环境中有了主动参与的可能，而不是一切都由老师安排，学生只能被动接受。根据认知学习理论的观点，人的认知不是由外界刺激直接赋予的，而是由外界刺激与人的内部心理过程相互作用而产生的。只有充分发挥学生的主动性和积极性，才能获得有效的认知。这种主动参与为学生的主动性和积极性创造了良好的条件，即能真实地体现学生的认知主体作用。
2.多媒体计算机提供的外部刺激的多样性有利于知识的获取和保持。
多媒体计算机提供的外界刺激不是单一的刺激，而是多种感官的综合刺激。这对知识的获取和保持非常重要。实验心理学家Treicher做过两个著名的心理学实验。一个是关于人类信息的来源，即人类获取信息的主要途径。他通过大量实验证实，人类获得的信息83%来自视觉，11%来自听觉，加起来94%。另外3.5%来自嗅觉，1.5%来自触觉，1%来自味觉。多媒体技术可以用手看、听、操作。这样，通过各种感官的刺激获得的信息量，比单纯听老师讲课获得的信息量强得多。信息和知识是密切相关的，你可以通过获取大量的信息来掌握大量的知识。他还做了另一个实验，是关于知识保持，也就是记忆的持久性。结果是这样的:人们一般能记住65，438+00%的所读内容，20%的所听内容，30%的所见内容，50%的所听所见内容，70%的交流内容。也就是说，如果你能听到看到，然后通过讨论交流，用自己的语言表达出来，对知识的维护会比传统教学的效果好很多。这说明多媒体计算机在教学过程中的应用不仅非常有利于知识的获取，而且非常有利于知识的保持。
3.超文本功能可以实现对教学信息最有效的组织和管理。
超文本是根据人脑的联想思维方式非线性地组织和管理信息的先进技术。如果管理的信息不仅仅是文字，还包括图形、图像、声音等媒体信息，那就成了超媒体系统，换句话说，超媒体就是多媒体加超文本。事实上，目前大多数多媒体系统使用超文本来组织和管理信息。因此，一般来说，我们也可以不区分超媒体系统和多媒体系统，即把超文本看作是多媒体系统的独特功能。
如果一本书是用超文本组织的，它就完全不同于传统的文档或印刷书籍。此时，文本(文章、段落或句子或单词)根据它们的相互关系被组织成文本网络。这本书不在乎第一页或最后一页。从哪一段开始读，接下来读什么，都是读者自己的意愿。选择下一段文本的依据不是顺序或索引，而是文本之间的语义联系。认知心理学的研究表明，人类思维具有联想特征。在阅读或思考的过程中，人们往往会因为联想而从一个概念或话题转移到另一个相关的概念或话题。因此，以超文本的非线性、网络化方式组织管理信息，比传统文本的线性、有序方式更符合人的思维特点和阅读习惯。
超文本之所以具有上述优势，是由其结构特点决定的。超文本的基本结构由节点和链接组成。节点用来存储各种信息，节点的内容可以是文本、声音、图形、图像或一幅运动图像；节点大小可以是一个窗口，也可以是一帧或几帧中包含的数据，用链来表示节点之间的关联(即各种信息)。有许多不同类型的节点和链，从而形成各种多媒体系统。
利用多媒体的超文本功能实现教学信息的组织和管理具有以下优点:
(1)根据教学目标的要求，可以将包含不同媒体信息的各种教学内容整合成一个有机的整体。在传统的印刷教材中，关于声音和运动图像的内容无法与文字内容融为一体，只能以教科书、录音带和录像带的形式单独出版。显然，这样的教材内容一定是单调枯燥的，和超文本组织的图文并茂、丰富多彩的电子教材是不一样的。
(2)根据教学内容的要求，将各种教学要求不同的教材融为一体。教学过程中的每个教学单元都包括课文、习题、练习、问题、测试、测试答案以及相应的演示或实验。将这些教学内容相关、教学要求不同的教材整理在课堂上、课后复习或自学中，无疑是有益的。然而，按照传统的文本来组织和管理教学内容是不可能的。
(3)根据学生的知识基础和水平，相关学科的预备知识和开拓视野所需的补充知识可以形成一个有机的整体。因材施教是优化教学过程的重要目标之一。但由于学生之间的差异很大，传统的印刷教材无法满足差生、一般生和优秀生对教学内容的不同需求，而在多媒体电子教材中却很容易，只要利用超文本功能设置与预备知识相关的热键和与补充知识相关的热键即可。
4.多媒体计算机可以作为一种认知工具来实现理想的学习环境。
从80年代中期到90年代初，计算机在教育领域的广泛应用表现在两个方面:一是作为数据处理工具(如各种数据库和电子表格处理软件的应用)；第二，作为文字处理工具(比如WPS和WORD软件)。近年来，计算机作为一种工具在教育领域有了很大的发展，它是教学过程中一种有效的认知工具。
众所周知，在过去的20年里，强调刺激-反应，将学习者视为对外界刺激的被动反应，即知识灌输的对象的行为主义学习理论，已经让位于强调认知主体内部心理过程，将学习者视为信息加工的主体的认知学习理论。随着心理学家对人类学习过程认知规律研究的不断深入，认知学习理论的重要分支——建构主义学习理论逐渐在西方流行起来。由于多媒体计算机和网络通信技术的各种特点，它特别适合于实现建构主义学习环境。换言之，多媒体计算机和网络通信技术可以作为建构主义学习环境中理想的认知工具，有效地促进学生的认知发展。因此，随着多媒体计算机和互联网的迅速发展，建构主义学习理论日益显示出其强大的生命力，并在世界范围内扩大其影响力。
下面我们将从学习的意义(即什么是学习)和学习的方法(即如何学习)两个方面来简要阐述建构主义学习理论的基本内容。
(1)，学习的意义
学习是获取知识的过程。建构主义认为，知识不是由教师获得的，而是学习者在一定情境即社会文化背景下，在他人(包括教师和学习伙伴)的帮助下，使用必要的学习材料，通过意义建构的方式获得的。因为学习是在一定情境即社会文化背景下，借助他人，即通过人际合作活动进行意义建构的过程，建构主义学习理论认为“情境”、“合作”、“会话”、“意义建构”是学习环境中的四大要素或属性。
“情境”:学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容意义的建构。这就对教学设计提出了新的要求，也就是说，在建构主义学习环境下，教学设计不仅要考虑教学目标的分析、学习者特点的分析和媒体的选择与利用，还要考虑有利于学生建构意义的情景的创设，并将情景的创设作为教学设计最重要的内容之一。
“协作”:协作发生在整个学习过程中。协作在学习材料的收集和分析、假设的提出和验证、学习成果的评价和意义的最终建构中起着重要的作用。
“交谈”:交谈是协作过程中不可或缺的环节。学习小组成员必须通过交谈讨论如何完成规定的学习任务的计划；此外，协作学习过程也是一个对话过程，在这个过程中，每个学习者的思维成果(智慧)被整个学习群体所共享，因此对话是实现意义建构的重要手段之一。
“意义建构”:这是整个学习过程的终极目标。要建构的意义是指事物的本质、规律和内在联系。帮助学生在学习过程中建构意义，就是帮助学生对当前学习内容所反映的事物的本质和规律，以及这个事物与其他事物的内在联系，达成更深层次的理解。这种理解在大脑中的长期储存形式就是当前所学内容的认知结构，也就是所谓的“图式”。
(2)关于学习方法
建构主义主张在教师的指导下以学习者为中心进行学习，也就是说，它既强调学习者的认知主体作用，又不忽视教师的主导作用。教师是意义建构的帮助者和促进者，而不是知识的提供者和煽动者。学生是信息加工的主体，是意义的主动建构者，而不是知识的被动接受者和被灌输者。
学生要成为意义的积极建构者，这就要求学生在学习过程中从以下几个方面发挥主体作用:
(1)要用探索和发现来建构知识的意义；
②在建构意义的过程中，要求学生积极收集、分析相关数据和资料，对所学问题提出各种假设并加以验证；
(3)要求学生尝试将当前学习内容中反映的内容与自己已经知道的内容联系起来，并认真思考这种联系。“联系”和“思考”是意义建构的关键。如果能把协作学习中接触和思考的过程与协商过程(即交流和讨论的过程)结合起来，学生意义建构的效率和质量会更高。谈判有两种:自我谈判和交际谈判(也称为内部谈判和社会谈判)。自我协商指的是和自己争论什么是对的。交际谈判是指学习小组之间的讨论和辩论。
教师应该成为学生意义建构的帮助者，这就要求教师在教学过程中从以下几个方面发挥主导作用:
①激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机；
(2)通过创设符合教学内容要求的情景和新旧知识衔接的线索，帮助学生建构所学知识的意义。
(3)为了使意义建构更加有效，教师应在可能的条件下组织协作学习(讨论和交流)，并引导协作学习的过程，使其向有利于意义建构的方向发展。指导的方法包括:提出适当的问题，引起学生的思考和讨论；尝试在讨论中循序渐进地引导问题，加深学生对所学知识的理解；要启发和诱导学生自己发现规律，自己纠正和补充错误的或片面的认识，避免直接灌输给学生。
下面我们通过两节实践课来说明如何使用多媒体计算机和网络通信技术作为认知工具来实现这样的学习环境。
第1课:澳大利亚“穆尼彭斯中心小学”实验
实验班是六年级，有30个学生。老师的名字叫Andrea，目前的教学内容是关于奥运会的。像往常一样，Andrea鼓励她的学生们围绕教学内容拟定一些话题(如奥运会的历史和澳大利亚在历届奥运会上取得的成绩)，并确定媒体在解决这些问题中的作用，要求学生们以多媒体的形式直观生动地表达他们选择的问题。在图书馆和互联网上查阅资料一段时间后，两个孩子，梅切尔勒和沙拉，制作了一个关于奥运会历史的多媒体演示软件。在给全班同学播放软件之前，老师提醒大家观察分析软件的内容和特点。播出后立即讨论。一个学生说，从奥运会的时间轴上，他注意到奥运会是每四年举办一次。另一个学生提出了不同的观点。他认为情况并非总是如此。比如1904，1906，1908每两年举办一次。还有同学注意到，在时间轴上的1916、1940、1944这几年，奥运会都没有举办。这时候老师问:“这些年为什么不办奥运会了？”有同学回答说这些年发生了一些重要事件，有同学回答说发生了战争，有同学更准确的指出1916的关闭是因为一战，而1940和1944的关闭是因为二战。经过讨论和协商，我们决定对米切勒和沙拉开发的多媒体软件做两个补充:①说明一战和二战对举办奥运会的影响；②对奥林匹克历史早期的几届过渡性(两年一届)奥运会进行专项说明。这时，一个小朋友提出，把希特勒的照片扫描到时间轴上1940的点上，表示他发动了二战。老师问班上其他人:“你们有什么不同意见吗？”萨拉举手大声回答:“我不同意用希特勒的照片。我们应该用一张能真实反映二战给人民带来的巨大灾难(如大规模轰炸或大规模屠杀犹太人)的照片来唤起人们对希特勒的仇恨。”老师表扬了莎拉的演讲。
从上面的例子可以看出，针对这个教学单元的教学设计主要是让学生利用多媒体电脑构建一个关于奥运会某一专题(如奥运会的历史或澳大利亚在历届奥运会上的成绩)的场景，从而激发学生的学习兴趣和主动探索，然后通过讨论逐步引导对相关教学内容的更深入理解。在这节课中，学生始终处于主动探索、主动思考、主动建构意义的认知主体地位，但离不开教师事先精心的教学设计和协作学习过程中画龙点睛的指导；教师在整个教学过程中说的很少，但对学生建构意义有很大的帮助，充分体现了教师主导作用和学生主体作用的结合。整个教学过程围绕着建构主义的认知环节，如场景、合作、对话、意义建构等，自始至终都是在多媒体计算机环境中进行的(同时利用互联网实现信息查询)，所以上面的例子是一个很好的实现以多媒体计算机和互联网为认知工具的建构主义学习环境的例子。
第二课:澳大利亚“魏徵·伯克小学”的实验
实验班由三年级和四年级的学生组成。负责实验的老师是玛丽，科学课上的教学内容是动物。玛丽对这个教学单元的教学设计主要是让学生用多媒体电脑设计一个关于当地动物园的电子导游，从而建立一个有利于“动物”概念建构的场景。玛丽认为这种情况对学生很有吸引力，因此可以有效地激发他们的学习兴趣。她把实验班分成几个小组，每个小组负责开发一个动物园里亭子的多媒体演示。玛丽让孩子们自己选择:他们想开发哪个展厅，选择哪个动物；你愿意收集相关的动物图片，还是愿意为图片写相应的文字描述？还是直接用多媒体工具做软件，由孩子自己选择。然后在此基础上组成不同的学习小组。
这样，每个展厅都成了学生的研究对象，孩子们围绕自己的任务想尽办法收集资料。比如他们去动物园相应的展厅实地观察动物的习性和生态，去图书馆和网上查询相关资料，以便获取动物图片和撰写说明。每组完成指定任务后，玛丽组织整个实验班进行交流讨论。这种围绕一定情境的自主探究学习模式，不仅极大地促进了学生的学习自觉性，而且充分体现了学生的认知主体作用。而且以此为基础的合作学习，只要教师引导得当，将是加深学生对概念理解，帮助学生建构知识意义的有效途径。例如，在班级交流中演示动物“袋鼠”时，玛丽问了全班一个问题:“什么是有袋动物？除了袋鼠还有其他有袋动物吗？”一些学生引用袋熊和袋鼠。于是玛丽让学生们讨论这三种有袋动物的异同，从而锻炼和发展孩子在相关背景下辨别和比较事物的能力。这是利用多媒体计算机和互联网作为认知工具实现建构主义学习环境的又一个例子，从而有效地帮助学生建构他们当前所学内容的意义，促进学生认知能力的发展。
二，多媒体教育应用的发展趋势
结合国外各类教育技术杂志(如ET、ETS、EMI、JRCE、AJDE...)近年来，与以往的“ED_MEDIA”世界大会(即“教育多媒体与超媒体”世界大会，简称ED_MEDIA World Congress，这是全球每年举办一次的最大规模的多媒体教育应用国际会议)相比，我们可以看到当前多媒体教育应用有以下值得注意的发展趋势:
1.多媒体技术与网络通信技术的结合
1995年底，国际信息领域最引人注目的事件之一是美国SUN公司在互联网上推出“WWW浏览器HotJava”，这是SUN公司用Java语言开发的一种全新的动态可执行浏览器。其突出特点是其动画功能，可以为用户提供超文本格式的图形、图像、声音、动画、漫画等各种媒体信息；并且可以将静态的文档变成动态可执行的代码，彻底改变了互联网浏览器只能用来在互联网上查询和检索信息的局面，为互联网的教育应用开辟了新的广阔前景，因为HotJava的动态可执行特性无异于给了用户一个远程交互的功能。例如，一个用户可以使用HotJava编写Java应用程序，实现模拟一个化学反应的页面，而其他3W用户不仅可以看到模拟的页面，还可以使用HotJava浏览器与之进行交互(例如，可以改变化学反应过程中的一些参数，以观察不同的反应过程和结果)。利用HotJava的这种动态可执行特性，用户不仅可以在检索一些重要文献或教材时看到静态页面，还可以通过点击一个图标或热键看到模拟实验或算法执行过程的可视化演示。显然，这样的交互功能与第一代互联网浏览器(如Mosaic、Netscape)只能查看静态页面的效果有着本质的区别，对教育应用(尤其是远程教育应用)意义重大。可以说，HotJava的出现不仅是互联网浏览器的一大创新，也是多媒体技术与网络通信技术结合的理想结合点。此后，基于互联网的多媒体教育应用日益发展(今年6月在美国波士顿举行的ED_MEDIA世界大会上，大会交流的121多媒体教育应用论文中，使用3W server和HotJava实现了多媒体技术与网络通信技术相结合的教育应用论文*。目前，不仅西方发达国家在大力发展基于互联网的多媒体教育应用，台湾省、香港等地区也在这一领域投入了相当大的人力物力(目前台湾教育技术界的主力几乎都投入了这一研究领域)。这是多媒体教育应用中值得我们关注的新趋势，也是目前发展最快的趋势。我们必须赶上。
2.多媒体技术与仿真技术的结合。
多媒体计算机与仿真技术的结合能产生一种强烈的幻觉，使身处其中的人投入到当前的虚拟现实世界中，对其真实性毫不怀疑。这项技术通常被称为“虚拟现实”(简称VR)。换句话说，虚拟现实是多媒体技术和仿真技术相结合而产生的交互式人工世界，在其中可以创造一种身临其境和完全真实的感觉。进入虚拟现实环境，通常需要佩戴一个特殊的头盔(head_mounted display)，它可以让你看到并感受到计算机生成的整个人工世界。为了与虚拟环境进行交互，还需要佩戴一副数据手套——它使佩戴者不仅能够感知，还能够操作虚拟世界中的各种物体。
由于设备昂贵，VR技术主要用于少数高难度的军事和医学模拟训练以及一些研究部门。但是VR技术在教育培训领域有着不可替代的、非常令人鼓舞的应用前景，所以这个发展趋势也应该引起我们的重视。例如，达特茅斯医学院开发的一种“交互式多媒体虚拟现实系统”，可以让医务工作者体验和学习如何应对各种战场医疗的实际情况。使用该系统的实习生可以感受到计算机模拟导致的各种病人的危险症状，他们可以从系统中选择一些操作规则来处理当前的伤害，并可以立即看到这种处理的后果。为了让实习生获得更深层次的体验，系统还可以模拟各种外科手术，包括普通外科手术到复杂的人体器官置换。这种虚拟环境使医学院校学生能够在不冒任何医疗事故风险的情况下，在病房内反复练习各种实际操作，并尝试选择不同的技术治疗方案，以检验自己的判断是否正确，训练一定的技能。
VR技术在教育中应用的另一个例子是创建虚拟物理实验室。物理学根据自身的性质，提出了很多“如果……会怎样”的问题，最好通过直接观察物理力对各种物体的作用来探究。休斯顿大学和美国国家航空航天局约翰逊航天中心的研究人员建立了一个名为“虚拟物理实验室”的系统，可以用来直观地研究重力和惯性等物理现象。使用该系统的学生可以做包括万有引力定律在内的各种实验，可以控制和观察改变重力大小和方向引起的各种现象，以及它们对加速度的影响。通过这种方式，学生可以获得第一手的感性材料(直接经验)，从而达到对物理概念和规律的更深层次的理解。
VR技术在化学教学中也取得了显著的效果。北卡罗来纳大学的科学家开发了一种虚拟现实系统，允许用户用手操纵分子运动。用户可以戴上头盔，使用数据手套进行反馈控制，使分子以某种方式结合。不难看出，这个VR系统不仅在教学上意义重大(比如可以直接观察蛋白质的分子结构)，在科研上也有很大的价值，因为以新的方式组合的分子结构很可能是治疗某种疾病的新药，或者是工业上需要的特殊材料。
随着多媒体技术和仿真技术的深入研究，实现“虚拟现实”的理论方法也有了很大的发展。最初，VR的应用离不开昂贵的特殊硬件或辅助设备(如头盔、数据手套、高分辨率图形工作站等。).近年来，这种情况开始改变。例如，在今年6月举行的ED-MEDIA世界大会上，出现了一个名为“QTVR”的全新系统。这套系统已经实际应用到学习型城市的设计和规划中，其优异的性价比令人惊叹！QTVR技术在模拟原理上与普通VR技术有很大不同:它不使用头盔、数据手套等硬件来制造幻觉，而是使用360度全景摄影技术拍摄的高质量图像来生成逼真的虚拟场景。因此，在Windows操作系统或Macintosh操作系统的支持下，用户可以在普通的微型计算机上(不使用高端图形工作站)，用鼠标和键盘(不戴头盔和数据手套)真正感受到与VR技术中相同的虚拟场景。
学习城市设计和规划的学生可以使用QTVR系统创建一个逼真的虚拟城市。当学生改变城市场景的视图时(例如，向左或向右看，向上或向下看，将摄像头移近或移远目标等。)，观察到的场景仍能正确保持，让人产生真正的环城观光的错觉。同时，城市中的各种物理实体(如建筑物、道路、桥梁、树木、车辆和地形等。)可以用鼠标随意拿起并操纵(比如可以旋转从不同角度观察，也可以进入建筑内部的各个房间观看)。
更不可思议的是，由于先进的图像压缩算法，QTVR系统中用于表现城市中虚拟场景的360度高质量全景照片的存储容量出乎意料