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基于軟件工程思想的交互式課件設計研究

課件 時間:2018-05-20 我要投稿
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  20世紀90年代,隨著信息高速公路的興建,有人提出了教育信息化的概念,到現在教育信息化已成為全球的發展趨勢。信息技術應用于教與學已是教育發展過程中不可逆轉的趨勢。隨著教育信息化改革的迅速發展,先進教學手段在世界范圍內得到推廣。教育信息化的基本特征之一便是交互性,交互性能實現人機之間的雙向溝通和人人之間的遠距離交互學習,能夠促進師生、生生之間的多向交流。隨著教育信息化的推廣,多種交互技術被推廣應用到了課堂教學中,交互式課件是最直接的體現。但是交互式課件著重體現課件的交互性,在現實的教學過程中由于交互式課件制作的時間成本大、對教師的要求較高,使得許多一線教師望塵莫及。為了高效率、高質量地開發出交互式課件,其設計開發過程必須規范、科學、合理。筆者認為有必要采用一種高效和集中的設計開發管理方式來規范整個過程,而軟件工程思想的基本目標為“多、快、好、省”,恰恰就是高效率地管理和開發軟件。如果能將軟件工程思想應用于Articulate Storyline2開發的交互式多媒體課件過程中,則對滿足教學需要、實現教學效果起到事半功倍的作用。

  Articulate Storyline2由Articulate發布,同時推出了中文版,不僅對操作界面進行了漢化,而且增加了滑塊、動作路徑、時間軸控制等令人眼前一亮的新功能。由于其類似于PPT的直觀的用戶界面,豐富的任務角色,前所未有的互動性,靈活的測試功能,可隨時隨地發布課件,以及對學生的跟蹤和反饋等優點,使得能夠對課程外觀和行為進行更多控制,能夠輕松創建各種交互效果,一線教師能夠快速掌握及應用其軟件。

  交互式課件的概述

  多媒體課件是根據教學大綱的要求和教學的需要,經過嚴格的教學設計,以多種媒體的表現方式和超文本結構制作而成的課程軟件。交互式多媒體課件是在傳統課件的基礎上增強課件的多媒體性和交互性設計,通過課件的巧妙設計,創設恰當的學習情境,提供豐富的學習資源,引導正確的學習方式,培養學習者主動探索和自主學習的能力,輔助課堂及網絡教學達到優質、高效的教學效果。

  交互式課件針對不同的教學功能有不同的課件分類,如:課堂演示型、自主學習型、練習測試型、教學游戲型、資料工具型等,本文的交互式課件所針對的類型是自主學習型交互式課件的設計與開發。自主學習型交互式課件是由計算機扮演教師的角色,采用分步呈現信息和指導學習者的方法,系統地教授知識和技能,其目的一般是供學習者自學時使用。這種類型的數字交互式課件結構清晰完整,能夠提供詳細的說明和豐富的學習內容,及時測試、反饋和掌握學習者的學習情況,并根據每個學習者的特點進行相應的指導,從而實現個別化的自主學習。

  相比傳統課件,交互式課件具有以下特點:①良好的集成性,能將圖片、視頻、動畫、音頻等素材合理運用;②給學習者提供一個自由、可操作的學習環境;③良好的交互性,學習者自選學習內容,自定學習進度;④傳統課件呈線性結構,而交互式課件高度模塊化、結構化,內容層次清晰。

  軟件工程的思想

  IEEE在軟件工程術語匯編中定義軟件工程是把系統化的、規模化的、可度量的途徑應用于軟件開發、運行和維護的過程,即把工程化的思想應用于軟件中。[2]當前國際上已經形成了多種比較成熟的軟件工程方法,為軟件系統開發提供了一套提高效率的途徑,并使所開發的軟件系統具有良好的結構及較高的可靠性、復用性和可維護性。

  軟件生存周期是指一個軟件產品從定義、開發、維護到廢棄的時間總和。國家標準《計算機軟件開發規范》將軟件生存周期劃分為可行性研究、項目計劃、需求分析、總體設計、詳細設計、編碼實現、集成測試、確認測試、系統運行和維護,每個階段都有相對獨立的任務,總體可歸納為軟件定義階段、軟件開發階段、軟件維護階段。

  軟件過程則是軟件生存周期中一系列有序的軟件生產活動的流程。為了高效率、高質量地開發出軟件產品,把軟件生存周期中各項開發活動的流程用一個合理的框架開發模型來規范描述,即軟件生存周期模型,也叫做軟件過程模型。[2]近年來已經出現了多種各具特色的軟件過程模型,先前較為普遍的有:瀑布模型、快速原型模型、螺旋模型、增量模型、噴泉模型等。這些模型的一般過程都包括計劃、開發、維護三個階段,分別是“怎么做”“做什么”“如何改”(“What—How—Change”)。本文主要依照帶反饋環的瀑布模型進行交互式課件的設計開發。帶反饋環的瀑布模型中,上一階段的活動完成并經過評審之后才能進入下一階段的活動。其突出優點是有專門的評審小組對該項活動實施的工作進行評審,得到確認后才能繼續進行下一項活動,否則進行返工。在此,評審小組可以選擇專家評審、同行評審以及學習者評審。即使這樣也不能掩蓋其突出缺點:缺乏靈活性,尤其是無法解決軟件需求不明確或不準確的問題。所以,在交互式課件的需求分析尤其是學習者需求分析階段,可以快速制作出實驗原型讓學習者進行測試。

  圖1 帶“反饋環”的瀑布模型

  基于軟件工程思想的交互式課件的開發過程

  類比軟件生存周期一般模型及帶“反饋環”的瀑布模型,課件的設計開發過程分為三個階段:課件計劃階段、課件開發階段、課件維護階段。選擇《中國四大地理區域劃分》為教學案例進行設計和開發,《中國四大地理區域劃分》屬于初中地理中圖版七年級下冊的教學內容。通過交互式多媒體自學的形式,可以讓學生掌握四大地理區域的劃分;掌握秦嶺—淮河一線的重要地理意義這兩大主要內容。交互式學習可以激發學生的學習興趣,使學生產生強烈的學習欲望,從而激發學生的學習動機,促進認知主體的作用發揮;同時還采用隨堂測驗和課后測試題,及時鞏固學習者的知識,促進知識的獲取和保持。該課件涉及各種交互方式的使用,運用的各種類型資源非常多,教學內容又是教學的基礎,課件制作起來有一定的代表性和難度,具有很強的參考價值。

  該案例的開發選擇Articulate Storyline2作為開發軟件,故選擇其作為開發工具。

  1. 課件計劃階段

  (1)課件任務立項

  該階段對所設計開發的交互式課件的名稱、教學目的和規模等做出明確的界定,以及選擇恰當的同行評審小組成員,得到對即將設計開發軟件系統概括性的描述文檔,同行評審是提高質量、提高生產力、提高效率的重要因素。在課件開發的早期階段,在無法進行測試時進行同行評審可以發現部分缺陷,而不至于隨著課件的開發問題越來越大,修復代價也越大;其次,對于教師自身,在進行課件開發時,一旦他們知道自己的工作成果要接受同行評審,要將自己的成果公布于眾,他們就會花費更多的精力把工作做得更好,以保障課件質量。所以,在課件開發的整個過程中,同行評審必不可少,且同行評審不等同于測試。交互式課件在開發過程中,同行評審小組成員包括該學科組所有成員、課件開發教師、信息技術教師。

  表1 交互式課件立項表

  說明

  課件名稱 《中國地理四大區域的劃分》交互式課件

  課件性質 □課堂演示型 □√自主學習型 □練習測試型 □教學游戲型 □資料工具型

  課件

  開發目的 本著以學生為中心、激發學生的學習動機的理念,在軟件工程的指導下,設計開發學生參與課程的交互式課件。

  同行評審小組成員 地理學科組所有成員、教師本身、信息技術教師

  (2)需求分析

  需求分析是課件計劃階段最重要的階段,也是整個課件開發過程的基礎,課件的設計、開發、運行實施都是以需求分析的結果作為基礎來完成相應的任務。在此將需求分析按照參與人員進行分類,可以分為面向學生進行需求分析、面向教師進行需求分析。需求分析結束后,撰寫需求分析規格說明書。由同行進行評審,評審通過后進入下一個環節。

  ①學習者需求分析:學習者是交互式課件的最終使用者和受益者,因此對學習者進行需求分析是最關鍵的一步。每個學習者具有不同的先前知識、技能、態度、期待、風格,進行學習者需求分析的目的便是了解學習者的學習準備、學習需求、認知風格,以便為之后的教學系統設計提供依據。如果說一個課件不能在教學方式上符合學生的特點、興趣、愛好、認知規律,那么很難想象它會是一個成功的課件。所以學習者需求分析可以從學習準備、學習需求、認知風格三個方面展開。學習準備:包括學習者先前的開展自主學習的經驗儲備和學習者的知識技能基礎,比如:之前是否有過利用交互式課件進行自主學習的經歷經驗,計算機水平如何等,可以通過訪談法和問卷調查法獲得數據。學習需求:主要是了解學生對課程內容和交互方式兩方面的學習興趣和學習期待,比如:學習者希望在課件中有怎樣的交互方式,學習者是否滿足基本的學習任務,是否需要有更高層次的需要,這時教學設計者就要考慮是否實施差異教學策略,進行教學目標和教學任務的分層化。認知風格是指個體在認知過程中所表現出來的習慣化的行為模式。這里主要是了解學生喜歡怎樣的交互方式的設計、怎樣的課件呈現形式等。軟件的功能性需求可以采用快速原型的方法來進行,快速做出實驗原型,對課件的基本功能讓學習者進行測試,讓被測試學生提出自己的疑問和需求。軟件開發的經驗:如果把課件應用于教學之后,發現學生學習效果不顯著,這時再對課件進行修復,則花費的時間精力都比較大。

  ②教師需求分析:教師的信息技術能力也是要考慮的要素之一,這里主要對教師的計算機操作能力和軟件操作能力進行分析把握,有助于確定合適的開發技術。PowerPoint、Flash、Authorware、Dreamweaver、Director、Storyline等軟件都可以制作出優秀的交互式課件,教師在進行媒體的選擇時要依據“最大價值率”原則,考慮自身的能力以及對軟件的熟悉程度。此外,教師是教學系統的設計者,是交互式課件的程序開發者,是教學內容最準確的把握者,征求同學科教師的意見看法也是一個不錯的選擇。有經驗的教師會提出很多建設性的意見,可以對同學科教師進行訪談。比如可以了解到:課件怎樣的呈現方式是學生更容易接受和理解的;教學內容如何交互設計更有利于學生自主學習。這些都是保證課件正常發揮作用的有效方法。

  (3)制定項目計劃

  項目計劃是以需求分析為基礎制定的詳細的整體計劃,涉及實施的各個環節,但不能只在口頭上說,而是要進行交互設計,需要用描述文檔來記錄整個課件的設計過程。從計劃開始,到開發測試,最后到運行維護結束,計劃的準確性和合理性關系著整體項目的成敗。教師在課件開發過程中養成習慣,會避免很多不必要的麻煩。然后撰寫書面報告,進行同行評審,通過后進入課件開發階段。

  2. 課件開發階段

  (1)總體設計階段

  總體設計是針對“如何宏觀地解決問題”,確定課件的總體結構及功能模塊。在此包括教學設計、課件結構設計兩部分內容。

  ①教學設計

  教學設計是指運用系統方法分析研究教學過程中相互聯系的各部分的問題和需求,在連續模式中確立解決問題的方法步驟,然后評價教學成果的系統計劃過程。教學設計包括教學內容分析、教學目標分析、教學方法和策略三部分內容。

  (2)課件結構設計

  交互式課件作為一個應用于學生自學的學習軟件,其設計人員必須通過已獲取的各項需求來確定其模塊結構,從而得出意義明確的功能模塊。案例交互式課件《中國地理四大區域的劃分》中,根據軟件工程思想開發的交互式課件模塊結構如圖1所示。

  圖1 交互式課件總體框架

  (2)詳細設計階段

  詳細設計階段是以總體設計為依據,主要確定課件結構中的內部細節,為課件制作提供依據,包括課件的交互式設計、素材準備與加工、界面設計三部分內容。

  ①交互式設計

  交互式設計是交互式多媒體課件的重點部分,交互類型主要包括觸發器交互、菜單交互、熱區交互、測試與調查、拖放式交互等。

  觸發器交互是指在多媒體課件將某一對象設置為觸發器,單擊對象時會啟動某種效果,可以是彈出某個畫面或啟動某種動畫動畫,實現“人—機”的一次交互響應。比如:按鈕響應是互動式多媒體中使用最多的一種交互形式。點擊圖2中“學習內容”按鈕,便會進入內容首頁。

  圖2 《中國四大地理區域劃分》首頁

  熱區交互是指在多媒體課件中,將某一區域設置為熱區,點擊時便會出現相應的響應。如圖3、圖4:中國地圖中,將西北地區設置為熱區,操作者只要點擊這個區域,便跳出一個頁面出現這個區域的基本介紹。

  圖3

  圖4

  菜單交互是指點擊菜單項可以實現一個模塊到另一個模塊的過渡。比如:在多媒體課件中,實現課件導航功能的便是菜單交互。菜單交互一般包含下拉式菜單和彈出式菜單兩種形式。在圖4中呈現的是菜單屬于彈出式菜單。

  圖5 拖放式交互

  拖放式交互是指設置某一對象拖動到目標區域后松開,如果拖放正確則在該位置不變,如果錯誤則返回原位置。如圖5所示,在選擇地理區域劃分時,拖動屬于青藏地區的圖片到方框內,拖動正確則顯示成功,拖動錯誤則返回原位置。

  測試與調查是在多媒體課件中,某些插件可以實現制作多種類型的測試題和制作問卷調查表,測試題學生直接作答,會有相應的反饋信息;調查表可以對學生的各種情況進行統計。如:iSpring等也已有眾多研究。

  ②素材準備與加工

  要想完成課件制作,前期的準備工作必須充分,這個環節體現為素材的收集和加工。根據內容的具體要求對所需的素材進行選擇、加工、處理和制作。教師可以在現有的素材庫中選取,也可以根據實際需要自己制作。

  ③界面設計

  以學習者為中心的交互式課件的設計不能只將焦點放在美學上,或只是巧妙美化一些外觀,創建浮華的動畫效果。界面設計的目的是為了實現教學功能,達到更好的教學效果,是為教學需要服務的。

  (3)課件制作階段

  將設計好的教學課件總體邏輯結構、規格說明書及教學過程控制等利用相應開發工具進行交互式課件制作。

  (4)課件測試階段

  傳統軟件工程觀認為,軟件各開發周期的測試要優先于操作和維護。其實,軟件的測試驗證過程應在其設計開發的每個過程中。當測試僅限于單一階段并限制了后面的開發階段時,會出現一些嚴重的后果。同理,課件測試過程應該包括生命周期的每個階段。在此階段的測試主要包括兩部分內容:課件的完整性測試和課件的可用性測試。

  課件的完整性測試,即①測試課件的正確性,檢查菜單、熱鍵的鏈接是否正確等;②測試課件運行環境的可靠性,如:屏幕顏色是否正確,動畫和聲音是否能正確播放;③測試課件內容的完整性,檢查課程內容是否需增減,內容安排是否合理,解說詞與動畫是否同步,屏幕界面布局是否合理等。

  課件的可用性測試,可用性研究的總體目標是度量應用程序中某種或者某一組功能的有效性。在以學生為中心的設計里,遠遠不是主觀的想法和推測,僅憑直覺、猜測是不可行的,要有確定的數據通過觀察用戶、度量用戶的表現、記錄用戶的意見來測試軟件設計的過程。

  測試完成之后,建立文檔并與課程教師共同進行評審,確定是否進入下一步。

  3. 課件維護階段

  將課件放在實際的教學環境中進行評估反饋,根據反饋結果對課件進行更改和完善,為了使其具有較長的生命力,做的每一項修改都應準確地記錄下來,作為正式的文檔資料進行保存。

  總 結

  軟件開發是一項系統工程,需要用戶、系統分析員、程序員、開發管理人員等的積極參與、合作。課件開發同樣需要學生、教師、技術人員、學科組各種人員、學校領導的積極參與與合作。如何實現課件與學生更好的交互,激發學生學習興趣固然重要;而提高開發效率,優化教學效果也不可或缺,所以在交互式課件的開發中引入軟件工程的思想,綜合交互式課件自身的獨特特點,用最短的時間做出最優秀的交互式課件將離我們不再遙遠。

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