地理信息系统多媒体CAI课件的研制
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摘要
随着计算机技术(包括软、硬件技术)的不断发展,计算机在各级学校之间广泛普及。教师计算机水平的提高,为推广CAI奠定基础。CAI的应用,将改变传统的教学方式,减轻教师负担,方便学生学习,提高教学质量,变知识教学为能力教学,变学校教育为终身教育。从培养片面性人才,转向培养复合性人才,不仅是教育改革的当务之急,还是关系到国计民生的长远大计。
    本研究正是在这样一个大时代背景之下,以及学校为迎接2006年教学评估而积极推进多媒体教学的小环境下产生的。研究希望以现代的高新技术为基础,研制、开发出一个地理信息系统多媒体CAI课件。
    本论文《地理信息系统多媒体CAI课件的研制》是吉林大学新世纪教育教学改革工程项目“虚拟现实多媒体地理信息系统CAI课件”项目的主要组成部分。项目主要的研究目的是为了进一步发展我校地理信息系统学科专业,发挥作为为数不多的能够招收该专业本科和研究生的综合性大学在我国国民经济中的重要作用,总结以往在地理信息系统教学过程中的经验教训,应用最先进的计算机技术建立一个合适的地理信息系统多媒体课件。论文作为整个课件研制的成果,主要内容是详细阐述了课件的制作过程:包括详细分析与设计、制作方法研究以及内容实施。课件以软件工程的思想和传统的课件开发模型―迪克-开利(W.Dick&L.Carry)模型为设计指导思想。通过分析现有的多媒体开发软件,采用了多媒体CAI创作软件Authorware 6.5完成。Authorware 6.5是目前公认的交互能力最强的多媒体创作工具之一,它采用可视化的编辑环境,不需要直接编写程序的优点。这样可以使课件的设计模块化,结构清晰明了,同时提高了编程效率。另外,论文介绍的另一个重点是课件中数字高程模型部分的实现,为了以更形象、更直观的方式讲解这部分课程,采用了开放图形库OpenGL 与流行的可视化开发环境VC++结合的方法,充分发挥各自的优势,建立三维地形可视化模型,并在此基础上进行了相关的分析,取得了预期的效果。
    论文主要包括五章,具体内容如下:
    第一章中主要介绍了一些基本内容、基本概念。计算机辅助教育作为一
    
    
    门新兴的学科,形成了自身的概念。论文在简述介绍计算机辅助教学的发展趋势:网络化、多媒体化和智能化的基础上着重说明了说明计算机辅助教学是现代化教育的必然选择。介绍了多媒体CAI的概念、基本原理、分类和特点。通过这一部分的介绍,对计算机辅助教学和多媒体CAI有一定的了解。
    第二章在课件的需求分析中主要介绍了课件制作软件工程的开发思想,分析了《地理信息系统》课程教学现状,以及CAI课件的开发的必要性。设计了课件开发的预期目标。从而对整个《地理信息系统》CAI课件的研制有了全面的认识。
     第三章课件的设计中主要介绍了课件设计的原则,并在此基础上,进行了教学内容的设计:介绍了教学的重点、难点和具体的教学目标。将教学目标分解成许多知识点,以便于在制作中根据各自的特征采用不同的制作方法加以实现。此外还分析了课件使用的对象。课件的教学模式是辅助教学模式,并以一个脚本卡片的例子来说明课件的脚本设计。
    第四章课件的制作中首先介绍了选择课件的制作工具标准。选择Authorware作为开发工具以及Authorware的优点是:基于主流线和设计图表结构的多媒体编辑平台。具体地阐述了如何用Authorware制作媒体素材,这一部分是课件组织中的核心和基本元素,是教育信息传递的实体,介绍用文本、图形、图像、动画、声音等进行制作,以及在制作中遇到的问题的解决方法,例如,如何实现声画同步。
    第五章课件中三维地形模型实现的相关技术,主要介绍了课件中一个重要的知识点:数字高程模型(DEM)的实现。这部分内容采用OpenGL 与VC++结合来实现三维地形模型的设计。在介绍开发软件OpenGL的相关知识的基础上,介绍了三维地形模型的开发思路,按照地形显示的基本过程介绍每一步是详细制作方法。在制作的三维地形模型上,加入光照效果、雾化效果,并叠加了地物(树木)。然后进行了坐标查询、空间距离查询和坡度分析,还对所用的格网生成采用了优化方法。
     整个课件涉及地理信息系统课程主要章节:介绍GIS数字化、空间数据结构、数据模型与数据库、空间分析、GIS系统设计及数字高程模型、GIS产品输出、GIS与遥感等内容。课件充分利用了Authorware强大的功能,基本上实现了理论与实践并重,可视化与交互性结合使用,使最终的课件美观、实用,基本上达到了预期的目的,帮助学生更好地理解并掌握这一课程,
    
    
    并使学生能解决一些实际问题。通过教学实践,还要进一步改进此课件,使其更好地达到教学目标的要求。
With the development of science and technology, computer is common in all kinds of schools. The improving of teachers’ computer skill lays the foundation of Computer –assisted instruction (CAI) putting into popularization use. The application of CAI makes the traditional teaching manner change and decreases teacher’s burden. And also it makes students study easily and enhances teaching quality. And it alters the knowledge teaching into the ability teaching and transforms the school education to life education. The aim of the education is cultivating a person from unilateral ability to composite one. This is not only the urgent affairs of education reform but also the connection the development of national economy and the people's life.
    Under the background of new era and for the purpose of the education evaluation, the multimedia CAI is encouraged to study. The thesis “Research and realization of multimedia CAI of GIS” one part of the research project “Virtual Reality and multimedia GIS CAI”, which is one of the new century education reform projects, is sponsored by Jilin University. The aim of the project is about to support GIS specialty construction in order to play an important role in our country’s economy development and summarizes the GIS teaching experiences to design a multimedia GIS CAI which adopts the advance computer technology. The thesis is mainly focus on the procedure of designing and realizing the GIS CAI. It includes particular analyses and arrangement, designing methods research and their realization. The CAI designing methodology is guided by the software engineering and CAI conventional exploitation model named W.Dick & L.Carry model. After analyzed common used multimedia software, the CAI is realized by Authorware version 6.5 toolkits. The Authorware version 6.5, which is using the visual compile environment and avoiding make program directly, is one of the most powerful interactive multimedia designing software. The advantages of Authorware make the designing CAI modularization, and clarity of framework and efficiency of programming. In addition, the DEM in the CAI is realized in the last part of the thesis. It is realized by OpenGL and VC++ software in order to establish the 3D visual model. The good result is achieved.
    The thesis can be divided into five parts which summaries respectively as follows.
    The first chapter mostly introduces the fundamental conception of CAI.CAI is a new technique which has its generation,prosperous and development. In the
    
    
    chapter, the basic principle, classification and characteristic of multimedia CAI are listed.
    The second chapter named requirement analysis maily discusses what and how to do requirement analysis of CAI according to software engineering. The text of “geographic information system” course is analyzed and the necessary of the GIS CAI is emphasized. The goal of GIS CAI is about to realize.
    In the third chapter, firstly the principle of designing CAI is described. And then, the teaching contents including the emphases, the difficult and the detail teaching material are devised. They are divided into several messages outline which use different designing methods to realize according their characters. In addition, a CAI script is used to be an example.
    The fourth chapter implements of CAI are introduced. And the advantages of Authorware are presented detail. In this part, how to use the media materials, the core and basic element in the CAI and transferring education information, such as text, image, graphics, animation and sound is illustrated. And how to solve the problems which met during the designing procedure, such as how to realize synchronization between sound and image, are mentioned.
    In the fifth part, correlative technique of realizing 3D model is narrated. DEM is the important key point in GIS. The OpenGL and VC++ programming language are combined to build the 3D terrain model step by step introduced here. And the software made in the research not only can display 3D terrain, but also can add light and fog, the t
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