【正文】 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)課件寫作系統(tǒng)姚顧波北京師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所導(dǎo)師：何克抗教授論文展示　[摘 要] QuickTime VR是QuickTime Virtual Reality 的簡稱。是一種基于靜態(tài)圖象處理的，在微機平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級的桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)，具有圖片級的細(xì)節(jié)分辨率，真實性很強。它不需要數(shù)據(jù)手套、頭盔式顯示器等特殊的硬件設(shè)備，它的出現(xiàn)使得以往專業(yè)實驗室中成本昂貴的虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的普及和應(yīng)用有了廣闊的前景。Internet 作為一條連接世界的信息高速公路，具有其他任何媒體不可比擬的資源優(yōu)勢。根據(jù)教學(xué)設(shè)計的理論將虛擬現(xiàn)實技術(shù)有機地融入到教學(xué)軟件的設(shè)計中，可以創(chuàng)建真實的情景學(xué)習(xí)環(huán)境，具有巨大的應(yīng)用潛力。[關(guān)鍵詞] 教學(xué)設(shè)計、建構(gòu)主義、情景認(rèn)知、認(rèn)知靈活性、主動學(xué)習(xí)環(huán)境、QuickTime，QuickTime VR，虛擬現(xiàn)實、交互、沉浸?！∧夸浺?、理論基礎(chǔ)1．基于Internet的遠(yuǎn)距離教學(xué)2．當(dāng)前的課件寫作系統(tǒng)概述3. 以“學(xué)”為中心的ID理論二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜述1．虛擬現(xiàn)實及其基本特征2．虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)類型的劃分3．問題的提出和研究的方向三、國內(nèi)、外在該領(lǐng)域的研究成果概述1．國外情況2．國內(nèi)情況四、QuickTime VR技術(shù)開發(fā)與研究的技術(shù)基礎(chǔ)1．QuickTime基礎(chǔ)2．QuickTime VR的基本概念及其產(chǎn)品的基本開發(fā)流程五、系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)1．系統(tǒng)研究的目標(biāo)2．研究過程參考文獻(xiàn)　一 理論基礎(chǔ)1．基于Internet的遠(yuǎn)距離教育在人類文明發(fā)展歷史長河的最近幾千年內(nèi)，信息技術(shù)跨越了好幾個臺階。從數(shù)千年前烽火臺上的狼煙傳遞信息到秦皇朝的快馬驛路；從百年前出現(xiàn)的有線電報到今天四通八達(dá)的電話傳真；到20世紀(jì)的最后十年內(nèi)，人類已經(jīng)大踏步地跨進了以計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托的時代，我們把它稱為信息時代。信息時代的特征之一就是計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用。計算機網(wǎng)絡(luò)就是計算機信息儲存、加工和傳遞等技術(shù)的協(xié)同產(chǎn)物。作為信息技術(shù)基礎(chǔ)的計算機網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)今信息社會建設(shè)和發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，是近年來發(fā)展最快的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。國際互連網(wǎng)絡(luò)棗Internet就是計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最新高度。世界信息化的進程給人類社會的再一次騰飛帶來了新的機遇，由于Internet本身就是在教育科技領(lǐng)域內(nèi)首先發(fā)展起來的，它反過來當(dāng)然對教育系統(tǒng)也會產(chǎn)生巨大的影響。國際上教育比較發(fā)達(dá)的國家，如美國，千千萬萬中學(xué)和小學(xué)都建立了校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并連接到互連網(wǎng)絡(luò)上。其中的K12計劃，就是將全美國教育系統(tǒng)無論大小學(xué)校的教育改革的情況都放在網(wǎng)上進行交流，及時學(xué)習(xí)先進的教育思想，收到很好的效果。這種方式的教育給人類帶來了一個極好的機會，那就是，以現(xiàn)代信息計算機互連網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)向教育界銳意改革的人們提供了一個從傳統(tǒng)應(yīng)試教育模式向現(xiàn)代的、更合理、更全面、更有效的教育模式轉(zhuǎn)化的途徑。抓住了這個機會，就有可能將我們的教育事業(yè)推向一個新的高度；否則，將會使得我們與先進的教育思想的差距進一步拉大。在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離教育中，我們大多通過郵政系統(tǒng)投遞學(xué)習(xí)材料，或者通過電視廣播播放函授教材。這種遠(yuǎn)距離教學(xué)模式的最大缺點是缺乏教學(xué)過程中的實時交互。在通過郵政系統(tǒng)實現(xiàn)的遠(yuǎn)距離教育中，可以實現(xiàn)一些交互性，但時間長，手續(xù)繁瑣，費時費力，而在電視廣播中，學(xué)生則處于無可選擇的被動接收之中。由于傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式的諸多局限性，從而造成教學(xué)效率低下，學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性不高。如何幫助學(xué)員解決疑難問題，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，是我們遠(yuǎn)距離教育系統(tǒng)中急需解決的問題之一。由于Internet具有影響范圍廣，能夠方便快捷的傳遞信息，具有近乎實時的交互性，本身又是一個巨大無比的信息庫等諸多優(yōu)點。利用Internet作為遠(yuǎn)距離教育的新型手段，為我們解決傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式中存在的問題帶來了希望?；贗nternet的遠(yuǎn)距離教育是最近在Internet網(wǎng)上高速發(fā)展的一個領(lǐng)域。在Internet上實現(xiàn)遠(yuǎn)距離教育，就是以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，教師通過網(wǎng)絡(luò)把教學(xué)信息傳給每個學(xué)員，學(xué)生通過連網(wǎng)的計算機來進行學(xué)習(xí)和接受信息。利用遠(yuǎn)距離的高速數(shù)字通信線路，我們可以在計算機網(wǎng)絡(luò)上運行五種典型的教學(xué)方式：雙向式授課、協(xié)作學(xué)習(xí)、個別化學(xué)習(xí)、網(wǎng)上答疑和試題庫。利用Internet，可以在諸多學(xué)校之間共享優(yōu)秀的教師資源，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，縮短由于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的先后而引起的教育水平的差異。利用Internet來進行遠(yuǎn)程教學(xué)，與傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育模式相比，有如下優(yōu)勢：1) 極大的增強了教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的交互性、打破了教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的相對孤立狀態(tài)。這種交互性是近乎實時的、而且可以利用多種渠道實現(xiàn)，比如：電子郵件，BBS，WWW，基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)，網(wǎng)上在線交談等等。2) 學(xué)習(xí)的異步性：利用網(wǎng)絡(luò)進行遠(yuǎn)距離教育，可全天24小時進行，每個學(xué)員都可以根據(jù)自己的實際情況來確定學(xué)習(xí)時間、內(nèi)容和進度，可隨時在網(wǎng)上下載相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容或向老師和同學(xué)請教。3) 學(xué)習(xí)信息的廣泛性：網(wǎng)絡(luò)同多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)虛擬圖書館、虛擬實驗室、虛擬課堂等；可為學(xué)生提供多層次、全方位的學(xué)習(xí)資源，可引導(dǎo)學(xué)生由被動式學(xué)習(xí)向主動式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。4) 評價的及時性：在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離教育中，對學(xué)生進行評價是件非常困難的事，要耗費大量的人力和物力，而學(xué)習(xí)過程中的形成性評價是提高學(xué)習(xí)效率的有效途徑。通過網(wǎng)絡(luò)上的電子題庫和自動評價系統(tǒng)，可使學(xué)生及時得到有關(guān)自己學(xué)習(xí)過程的反饋及有針對性的診斷，使得學(xué)生能夠及時調(diào)整自己的學(xué)習(xí)。利用Internet進行遠(yuǎn)距離教育的上述優(yōu)良特性，克服了傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離教育的局限性，它將形成一種主動的、協(xié)作的、開放的學(xué)習(xí)模式，并充分考慮雙向教學(xué)環(huán)境，采取有提問、有反饋、有交流的教學(xué)方法，既保留了傳統(tǒng)電教中的生動形象性和不受時間空間限制等優(yōu)點，又有相互訪問，雙向交流，學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)內(nèi)容廣泛等優(yōu)良特性，它可以適用于學(xué)校教育、成人教育、繼續(xù)教育等各類遠(yuǎn)距離教育的需要。它必將在我國和世界范圍內(nèi)的遠(yuǎn)距離教育領(lǐng)域起越來越重要的影。2．當(dāng)前的課件寫作系統(tǒng)概述1）交互式可視化多媒體集成環(huán)境CAI課件最初是用通用程序設(shè)計語言直接編寫的，這些語言有Visual Basic、Delphi、Visual C++等。程序設(shè)計語言有較強的計算功能、邏輯判斷、圖形和字符處理功能，控制靈活、代碼的執(zhí)行效率比較高，但是這種開發(fā)方式費事費力、開發(fā)的周期長、成本高，而且不能有效地將教學(xué)設(shè)計的思想方便地應(yīng)用于開發(fā)過程中。因此，課件開發(fā)成為計算機輔助教育的瓶頸。寫作系統(tǒng)是個非編程的課件生成系統(tǒng)，通常分為兩類，樣板型寫作系統(tǒng)和集成型寫作系統(tǒng)。前者依據(jù)某種教學(xué)策略提供樣板結(jié)構(gòu)，寫作者根據(jù)系統(tǒng)提示填入適當(dāng)?shù)男畔?，系統(tǒng)自動形成可使用的課件，如天津大學(xué)開發(fā)的CACAS中文有聲課件寫作系統(tǒng)。集成型寫作系統(tǒng)同時提供寫作語言和豐富的樣板給作者，既有方便性，又有充分的靈活性，如美國Online公司的OASYS系統(tǒng)。隨著微機系統(tǒng)性能的不斷提高與多媒體技術(shù)的發(fā)展，以及形象直觀的圖形用戶界面的普及，出現(xiàn)了一些優(yōu)秀的交互式多媒體著作系統(tǒng)，其中比較著名的有：Hppercard、Authorware、Director、ToolBook等，它們都能夠集成文字、圖形、聲音、動畫、視頻等多媒體信息，實現(xiàn)各種信息的超文本鏈接，對部分媒體提供可視化的編輯環(huán)境。此外，它們還支持寫作語言，為課件寫作者更加精確、靈活地控制課件的運行方式提供了條件。這類多媒體寫作工具是目前使用的最為廣泛的，它們大體可以分為四個主要的類別：基于頁面（框面、卡片、幀）的，基于流程線（圖標(biāo)）的，基于時序的和基于腳本的。國外一些通用的多媒體集成工具在價格、功能等方面與國內(nèi)的課件開發(fā)需求還有很大的差距。于是國內(nèi)的有識之士紛紛著手研制適合我們自己需要的課件寫作系統(tǒng)，誕生了一批有特色的寫作系統(tǒng)。①方正奧思方正奧思是由北京大學(xué)計算機研究所開發(fā)的一個可視化的交互式多媒體集成環(huán)境。它具有很強的文字、圖形編輯功能，支持豐富的媒體播放方式和動態(tài)特技效果，能實現(xiàn)靈活的交互方式，能以層次結(jié)構(gòu)組織信息并支持超文本鏈接。它具有以下特點：采用基于樹形結(jié)構(gòu)的信息組織方法，支持超文本鏈接；采用基于時間描述的多層次多媒體同步模型，充分支持頁內(nèi)多個媒體對象的同步，協(xié)調(diào)播放要求；它提供了七種組對象，分別是串行、串接、并行、并接、并先、選擇、動畫，實現(xiàn)了七種預(yù)定的同步關(guān)系；提供了目標(biāo)確定的路徑動畫和路徑確定的路徑動畫這兩種運動方式；具有方便的、開放的數(shù)據(jù)庫管理功能，支持多媒體數(shù)據(jù)的存儲和檢索。②JBMT多媒體課件寫作工具JBMT是北大青鳥軟件公司開發(fā)的一個多媒體課件寫作工具。除具備常見的多媒體寫作工具的基本功能外，它還提供多種做練習(xí)的方式、判題、評分、記分及反饋處理的方法，具有豐富的數(shù)學(xué)處理能力，包括表達(dá)式自動排版和直觀顯示、數(shù)值計算、符號演算、函數(shù)繪圖等。它支持寫作語言，提供了比較齊全的語句。③積件管理系統(tǒng)積件是由教師和學(xué)生根據(jù)教學(xué)需要自己組合多媒體教學(xué)信息資源的教學(xué)軟件系統(tǒng)。它是積件庫和積件組合平臺的有機結(jié)合，其中積件庫包括多媒體教學(xué)資源庫、微教學(xué)單元庫、資料呈現(xiàn)方式庫、教與學(xué)策略庫、網(wǎng)上環(huán)境積件資源庫，為師生利用積件組合平臺制作教學(xué)軟件提供了充足的素材來源和多種有效途徑；靈活易用的積件組合平臺則是充分發(fā)揮師生創(chuàng)造力的有力工具。積件思想是對多媒體教學(xué)信息資源和教學(xué)過程進行準(zhǔn)備、檢索、設(shè)計、組合、使用、管理、評價的理論與實踐的高度概括，其內(nèi)核主要體現(xiàn)在積件的基元性和可積性。第一代教學(xué)軟件（課件）是事先由教學(xué)設(shè)計確定的有固定程序的、定型情節(jié)的、模式化的、封閉的、整體的，不適應(yīng)于千變?nèi)f化的現(xiàn)實課堂教學(xué)。積件思想是繼第一代教學(xué)軟件棗課件之后的新一代的教學(xué)軟件系統(tǒng)模式和教學(xué)媒體理論。2）Internet環(huán)境下的寫作工具Internet的廣泛使用，極大地改變了信息資源的組織方式與傳遞形式，同時也影響了人們的工作、生活、學(xué)習(xí)方式。由于WWW的信息管理和通信方式與單機的巨大差別，可視化多媒體集成環(huán)境已經(jīng)不能使用Internet網(wǎng)上應(yīng)用的要求，新的適用于網(wǎng)絡(luò)運行的編程語言便產(chǎn)生了。WWW技術(shù)的主要組成部分之一就是HTML語言（HyperText Markup Language），它實現(xiàn)了WWW上信息的超文本聯(lián)接。Java是一種支持Internet網(wǎng)上編程的獨立于平臺的程序設(shè)計語言，它能夠充分利用分布在網(wǎng)上的學(xué)習(xí)環(huán)境，具有良好的跨平臺性、面向?qū)ο笮裕液唵我讓W(xué)。Java applets用來產(chǎn)生動畫，圖象和聲音，管理運行數(shù)據(jù)，能夠被用戶從網(wǎng)上下載并通過瀏覽器來運行，它擴展了HTML的功能，因此它可以被認(rèn)為是Internet網(wǎng)上的多媒體寫作工具。VRML（Virtual Reality Modeling Language）的推出改變了信息局限于二維空間的歷史，它允許人們通過瀏覽器操縱三維空間的虛擬現(xiàn)實環(huán)境和對象。IMCAS（Internet Multimedia Courseware Authoring system ）是美國猶他洲（Utah）洲立大學(xué)研制的一個寫作平臺，它與上述寫作平臺的明顯不同就是，它運用Java語言進行設(shè)計，運行與Internet 的Web服務(wù)器和客戶機上。它包括一個網(wǎng)上教學(xué)發(fā)送工具（IIDT）、網(wǎng)上寫作工具（IIAT）和四個知識/數(shù)據(jù)庫。IIAT是個典型的網(wǎng)上課件寫作工具。用它開發(fā)一個課件需要三個步驟：知識獲取、課程構(gòu)建（curriculum construction）和教學(xué)策略形成。知識獲取包括讓寫作者提供內(nèi)容知識然后以幀的形式存放在知識庫中，產(chǎn)生問題并存儲于問題庫中，確定媒體表現(xiàn)形式并將相應(yīng)媒體形式存于資源庫中。課程構(gòu)建包括設(shè)置預(yù)定學(xué)習(xí)者的特征，設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)，選擇教學(xué)內(nèi)容，形成課件結(jié)構(gòu)，決定教學(xué)序列。3．以“學(xué)”為中心的ID理論1）認(rèn)知建構(gòu)主義[1]建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和學(xué)習(xí)環(huán)境強調(diào)以學(xué)生為中心，不僅要求學(xué)生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構(gòu)者；而且要求教師要由知識的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動建構(gòu)意義的幫助者、促進者?？梢娫诮?gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，教師和學(xué)生的地位、作用和傳統(tǒng)教學(xué)相比已發(fā)生很大變化。這就意味著教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)過程中采用全新的教學(xué)模式(徹底摒棄以教師為中心、強調(diào)知識傳授、把學(xué)生當(dāng)作知識灌輸對象的傳統(tǒng)教學(xué)模式)、全新的教學(xué)方法和全新的教學(xué)設(shè)計思想。以“學(xué)”為中心的教學(xué)設(shè)計理論正是順應(yīng)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境的上述要求而提出來的，因而很自然地，建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論就成為以“學(xué)”為中心的教學(xué)設(shè)計的理論基礎(chǔ)[1]。⑴ 強調(diào)以學(xué)生為中心[1]傳統(tǒng)的ID理論是以“教”為中心的，強調(diào)教師的“教”。其教學(xué)設(shè)計的目的是如何幫助教師把課備好、教好，而很少考慮學(xué)生“如何學(xué)”的問題。它有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮，有利于按教學(xué)目標(biāo)的要求來組織教學(xué)。但是在個別化的學(xué)習(xí)中，按這種理論設(shè)計的教學(xué)系統(tǒng)中學(xué)生的主動性、積極性往往受到一定的限制，難以充分體現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知主體作用。建構(gòu)主義強調(diào)充分發(fā)揮學(xué)生的認(rèn)知主體作用，重視學(xué)生在學(xué)習(xí)中的首創(chuàng)精神。[1]⑵ 強調(diào)“情境”對意義建構(gòu)的重要作用[1]建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)總是與一定的社會文化背景即“情境”相聯(lián)系的，在實際情境下進行學(xué)習(xí)，可以使學(xué)習(xí)者能利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)經(jīng)驗去同化當(dāng)前學(xué)習(xí)到的新知識，從而賦予新知識以某種意義；如果原有經(jīng)驗不能同化新知識，則要引起“順應(yīng)”過程，即對原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)進行改造與重組?？傊ㄟ^“同化”與“順應(yīng)”才能達(dá)到對新知識意義的建構(gòu)。在傳統(tǒng)的課堂講授中，由于不能提供實際情境所具有的生動性、豐富性