基于director8自动控制原理多媒体实验教学课件的制作

1基于Director8《自动控制原理》多媒体实验教学课件的制作卢荣德陈宗海杨丽丁垚（中国科学技术大学自动化系合肥230027）摘要：本文全面地介绍了基于Director8开发的《自动控制原理》多媒体实验教学课件，详细地阐述了该课件的设计目标、实现过程及其关键技术。关键词：实验教学课件；多媒体；Director8；《自动控制原理》。引言自进入九十年代以来，多媒体技术迅速兴起、蓬勃发展，其应用已遍及国民经济与社会生活的各个角落，正在对人类的生产方式、工作方式乃至生活方式带来巨大的变革。这种变革的深刻影响将会改变教学模式、教学内容、教学手段、教学方法，最终导致整个教育思想、教学理论甚至教育体制的根本变革。本教学设计基础是认知学习理论，它是以教育传播过程为对象，采用系统科学方法进行的一种实验教学过程和操作程序。该实验教学软件的教学设计，就是应用系统科学的观点和方法，按照教学目标和教学对象的特点，合理地选择实际教学媒体信息，并在系统中有机地组合，形成优化的教学系统结构。该软件是根据实验教学目标设计的、表现特定的实验内容的教学媒体。它是按照呈现信息、具体实验操作、得出实验结论这样的教学路径完成实验教学任务的。呈现信息主要是呈现实验内容的教学信息，对学生进行感知。具体实验操作主要是对实验内容进行实验操作和演示说明，加强学生对实验教学内容理解和在虚拟实验环境下培养学生动手能力。得出结论主要是对所做实验内容归纳与总结，以便让学生对所做的实验内容从感性上升为理性认识。在《自动控制原理》实验教学中，经常要给出输入波形、自动控制原理实验电路和输出波形之间的信号变化关系，在具体实验中，往往要求根据输入信号和变化点找到输出信号的对应点以及信号频率、幅值变化的物理含义等，实验前在黑板上难以讲清，实验中因概念模糊又很难动手做好，造成理论与实践在具体操作中难以紧密结合。再者由于《自动控制原理》概念多、特别抽象等特点，使整个实验教学在抽象思维中不直观，学生难以理解和动手操作。若能将其电路特点、信号的物理性质，用高度概括的形式，将电路图用实物部件取代，电路信号转变为声音或可随输入信号变化的动态波形。一方面可大缩短理解时间，另一方面增强实验教学的感染力，使理论与实践在虚拟实验环境中联系得更加紧密，提高学生的实验积极性和创造性，使整个教学效果大大提高。多媒体应用软件Director、3DSMax、Authorware、ToolBook等为实现这种好想法提供了可探索的途径，本课题采用Director8进行制作的。1．目标分析自动控制技术是当今发展较快的学科之一，它是高等院校自动控制工程等专业学生的必修基础课。自动控制原理是一门实践性很强的技术基础课，它不仅要求学生掌握一定的理论知识，而且要求学生能够熟悉常用模拟控制器的功能，具有解决工程实际问题的能力。实验是教学中的实践环节，是实际技能的培养过程。但是实验过程中元器件繁多，内容复杂，因此可以采用计算机辅助教学对《自动控制原理》实验课程进行教学改革，已达到提高实验教学质量的目的。通过计算机辅助教学，可以把这门课程内容通过文本、图形、图像、动画、视频和声音等人们所熟悉媒体信息，把实验教学信息与学生感官联系在一起。将《自动控制原理》实验课程的内容划分为各个不同的任务，还可以将各人物划分为不同的子对象。这样就可以用多媒体教学软件呈现实验教学内容。利用实验教学软件图文并茂、声情交融、讲练结合、正误提示、界面友好以及便于操作等特点，充分调动学生的动手做实验积极性，使学生在实验中真正由被动变为主动，从而有效地提高实验教学质量。2．脚本编写2“自动控制原理”实验多媒体实验内容控制系统实验1实验2实验N实验....传统的教学软件采用线性结构，由于这种结构只能采取顺序模式，因此限制了学生的思维方式和知识获取。大量的研究表明，人们在获取知识的思维方式是跳跃性的和联想式的。所以针对这种特点，现在教学软件都采用非线性的超媒体结构。超媒体结构包括树状结构和网状结构，若采用树状结构，可以把知识分解成知识点，他们之间并无强制性的联系，可以是孤立的。通过树状结构的组织，当学生阅读时，可以按某种逻辑关系把一部分知识点提取出来，成为有联系的，可以主动地有针对性的阅读。“自动控制原理”多媒体实验教学软件的总体结构设计，如图1所示。图1“自动控制原理”实验多媒体教学软件的总体结构图由于多媒体教学软件是由若干个相对独立的单元组成，每个单元都可用卡片的形式来进行描述，并按照教学过程的先后顺序综合起来进行排序，已形成一定系统。表1是“自动控制原理”实验多媒体教学软件文字稿本卡片如表1所示。序号内容多媒体类型呈现方式1自控多媒体实验教学课件主界面:A.背景图案；B.背景音乐；C.进入按钮。文本、图案、声音、动画文本+图案+声音+动画同时出现2教学课件目录界面文本、图案、声音文本+图案+声音同时出现3多媒体自控的介绍和特点；N个实验目的、原理、步骤和结果；实验电路原理图及演示波形图；每界面的背景和音乐及各按钮。文本、图案、声音、动画、图形文本+图案+声音+动画+图形同时出现4自控多媒体实验教学课件主界面:A.背景图案；B.背景音乐；C.退出按钮。文本、图案、声音、动画文本+图案+声音+动画同时出现表1多媒体实验教学软件文本卡片3．素材准备该教学软件的素材就是各种媒体文件，如：文本(Text)、图像(Image)、动画(Animation)、声音（Audio）等格式。这些素材一般可以从网上下载或是由别的专业软件来完成，它们中的一部分当然也能由Director8本身生成。多媒体教学软件中文本的制作有三种：一是利用文字处理软件进行键盘录入：二是扫描印刷品；三是直接在多媒体著作工具上输入并进行加工修饰。Director8这个多媒体制作工具就具有文本的输入、编辑、排版和修饰能力。图形与图像是学生最容易接受的信息，一幅图画可以形象、生动、直观地表现出大量的信息。图形与图像是帮助分析、理解教材和解释现象等常用的媒体元素。在教学中，往往需要利用动画来模拟事物的变化过程。在许多教学过程中，利用计算机动画来表现事物甚至比视频图像的效果更好。因此较完善多媒体实验教学软件都应配有动画以加强教学效果。在多媒体教学软件中，背景音乐是不可缺少组成部分。多媒体技术主要有两种声音，即波形声音和MIDI。而在多媒体教学软件中使用最多是波形声音(wav文件)。4．创作设计3该软件分为十六个界面，此教学系统的功能如下：在主菜单界面中，学习者可以选择需要学习的章节，也可以选择退出来结束学习；在每一章节的分界面中可以选择下一实验或该章电路的原理图，也可以回主菜单界面；在该教学软件运行时，播放轻松的背景音乐。在该教学系统中使用的角色都非常简单，大都是利用Director自己的文本窗口创作出来的，背景图案和一些小动画角色是从外部引入的。利用Director的Import命令可以导入各种类型的文件。在角色表中导入角色的步骤如下：（1）打开ImportFiles对话框，有3种方式：◆在角色表中选定一个单元，单击鼠标右键，弹出快捷菜单，选择Import命令。◆在角色表中选定一个单元，单击标准工具栏的中的导入按钮。◆在角色表中选定一个单元，选择File︱Import命令。(2)在ImportFilesinto“Internal”对话框中选定要导入的角色文件。(3)单击Import按钮，关闭对话框。角色表窗口如图2所示。图2角色表窗口4．1各界面的生成由于教学系统是由十六个分界面组成的，所以首先的任务是将整个分界面的架子创建起来。首先需要对舞台和电影进行一定的设置：图3人机接口框图图4教学系统分界面（1）单击File∣New∣Movie命令，创建一个新的电影文件。(2)单击Modify∣Movie∣Properties命令，弹出如图所示的显示Movie选项卡的PropertyInspector对话框。（3）在Movie选项卡中，将电影舞台的大小设置成640×480。其他的设置可以使用Director的默认值。（4）保存电影文件。接下来开始搭建教学系统的基本结构，具体的步骤如下：（1）选中第1通道的第1帧。4（2）从角色表窗口中拖动背景角色到舞台上，调整精灵的大小，使它能覆盖整个舞台。调整精灵的长度，使其为从第1～28帧。（3）同样的道理，从角色表窗口中拖动7,8,gif116,gif009角色到舞台上。可以看到这些精灵在舞台上看起来由一个白边界区域，使用背景透明，墨水效果可以去掉它。使用墨水效果对角色没有任何影响。选择这些精灵，然后按住Ctrl键并单击鼠标右键，弹出墨水效果菜单，选择BackgroundTransparent效果。可以看到精灵边上白区域没有了。（4）将7，gif116，gif009精灵的长度都调整为从1～28帧。8精灵的长度调整为从第5～28帧。（5）前面在说精灵的长度时都是使用帧的概念，在Director中还提供了更快捷准确的表示帧的方法，那就是标记（marker）。（6）在本软件的设计中将要使用标记。在编排表的标记通道中，单击需要做标记的地方，将会出现一个小的倒三角和一个文本框。小的倒三角表明了标记的位置，文本框中可以输入标记的名称：第一页，第二页，实验一等。在标记通道的第一帧上单击，然后在文本框中输入“第一页”。通过以上的操作，编排表已完成。这样第一个界面就创建完了，由于其他的界面创建方法都与第一个比较相似。4.2过渡效果通道过渡效果使电影在帧与帧之间产生一个简短的动画，在该动画中精灵可以移动、出现、消失，也可以是整个舞台的变化。Director在其自身的应用程序内部内置了许多过渡效果，以便用户选择使用。一旦在电影中定义了一个过渡效果后，该过渡效果就作为一个电影的角色出现在角色表中，用户可以从角色表中将它们拖动到过渡效果通道中直接使用。在本软件中，从编排表中选择过渡效果通道的第1帧和第276帧，然后双击它们，弹出FrameProperties：Transition对话框。在对话框左边的Categories列表框中，选择Dissolve，然后在窗口左边的Transitions列表框中选择Dissolve，Pixes。该过渡效果是像素逐渐溶解出现的效果。在对话框下面的Duration滑动标尺上可以设置该过渡效果的持续时间，本例中设置它为2s。单击ok按钮。总结其中的规律是，如果需要某一个精灵出现时使用过渡效果，必须在该精灵的第1帧上设置过渡效果，并且在该帧上没有其他的精灵首次出现，否则过渡效果会作用到其他精灵上。4.3声音通道一个多媒体软件如果没有声音效果，那么它的效果至少减弱一半。在Director电影中的声音有许多类型，如音乐、音响效果、背景音乐和画外音等。如果将声音输入到声音角色表，就可以将这些类型的声音添加到电影中。在Director中播放声音的途径有好几种，在本软件中主要是利用声音通道的功能来播放声音。现在角色表中已经引入了一个名称为FF8-Julia的声音角色，将要使用它作为背景音乐，一直播放下去，具体步骤如下：在角色表窗口中选择FF8-Julia角色，双击它，弹出显示Sound选项卡的PropertyInspector对话框。在该选项卡中，显示了该声音角色的基本属性，包括名称、大小、所属的角色表名称等。单击选项卡右边的Play按钮，可以预听声音。选中Loop复选框，因为教学软件中需要它作为背景音乐，并不停播放。在编排表窗口种选择声音1通道的第1帧，然后从角色表窗口种选择FF8-Julia，将它拖动到编排表中刚才选中的那一帧。调整该精灵的长度，使它的长度能覆盖整个电影的长度。在控制面板中弹机回退按钮，然后播放电影，可以听一听效果如何。到此为止，已经设置完了电影的背景音乐。4.4脚本通道脚本通道，顾名思义是用来放置脚本的。在Director中，脚本也是当成一个角色的，因此可以将脚本角色放置在脚本通道中。到此为止，教学软件已经能基本上运行了，但还没有用户控制界面。此时，就要利用脚本通道来实现控制。教学软件的要求是：在每一个界面5的最后，电影都会自动停下来，等待用户的选择，是退出应用程