基于director8自动控制原理多媒体实验教学课件的制作.docx

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、3DS Max、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
“自动控制原理”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。

控制系统
实验内容
多媒体

实验N
实验....
实验2
实验1

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
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Import Files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Import Files into “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Property Inspector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。
（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Background Transparent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Frame Properties：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Property Inspector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，是退出应用程序还是继续学习下一章。实现控制的具体步骤如下：在编排表中选择脚本通道的第28帧，双击它，弹出脚本窗口：on exitFrame me
go to “第一页”
end
该语句的作用是使电影停留在该帧上。关闭脚本窗口。同样的方法，在脚本通道的第62，97，127，162，197，232，267，302，372，407，442，477，512，547，582，617帧上，也输入go to “标记名”的语句，这些语句的功能就是使电影在该界面处停下来。
下面就利用各个界面窗口下面的文字角色，如“请按这里” ，“退出” ，“原理图” ，“下一实验” ，“back”等，创建一些按钮，实现它们真正的功能。将电影定位在第一个界面，在舞台上选择“请按这里”文字的精灵，用鼠标右健单击它，弹出快捷菜单，单击Script命令，又弹出一个脚本窗口，不同的是它的脚本如下：
on mouseUp me
go to “第二页”
end
说明该脚本响应的事件是放开鼠标。其它按钮的实现方法和上面介绍的基本相似，按钮指示到哪，写脚本语言时就go to 到哪。通过上面的操作，利用脚本通道来实现电影控制就基本上实现了。
4.5 文本角色的创建
选择Window│Text命令以打开Text窗口，在Text窗口中建立的是文本角色，将建立的文本角色拖放到舞台上时文本角色就成为一个精灵。需要注意的是当对文本精灵边界进行缩放操作的时候，文本精灵不能改变大小和比例，文本中字体的大小是在编辑时由字号决定的。如果要对文本精灵进行编辑，就需要在Text窗口中直接修改对应的文本角色。要在Text窗口中打开文本角色，单击右键在他出的快捷菜单中可以对文本进行各种编辑操作。对文本进行操作是应该遵循先选择再操作的原则。先将需要的文字选中使其加亮显示，然后在快捷菜单中选择Size命令，会弹出下一级菜单，在菜单中选择需要的字号，确定后就完成了编辑过程。Font（字体）和Style（风格）命令与Size命令类似，都具有下一级菜单，可以在其中直接选择所需的字体和风格。
5．打包压盘
自控多媒体教学软件设计的最后一步就是产生一个最终的软件产品，该软件是一个可以独立于Director的可执行程序，将这种工作称为创建放映机。一个放映机会兼并一个独立的Director影片或几个影片，因而可以把它与所有的影片捆绑在一起形成一个程序文件。当用户运行一个放映机时，就像用Director打开了一个影片并且立即运行它，当影片结束时，放映机就退出。在Director中打开教学软件，单击File∣Create Project命令，弹出Create Project对话框。选择教学软件电影，单击Add按钮，这样教学软件电影就被加入到电影中了。单击Option按钮，弹出Project Options对话框，在该对话框中可以对放映机进行设置。选中Play Every Movie复选框，放映机会播放电影列表中的所有电影。为了决定放映机在屏幕上的显示，可以使用Options选项组，如选中Full Screen 单选按钮，将会使放映机以全屏的方式显示；如选中In a Window 单选按钮，将会使放映机在一个正常的窗口中，该窗口不能被重定义大小。当用户选择了该单选按钮后，如果再选中Show Title Bar 复选框，则放映机的窗口有一个标题栏。在Stage Size选项组中，如果选中Use Movie Settings单选按钮，则每一部电影都会按自己的舞台大小来放映。在Player选项组中，有三个选项，视用户决定。当所有的选项都设置好以后，单击ok按钮。在Create Project对话框重单击Create按钮，弹出Save Project对话框，在该对话框中输入放映机的名称，单击ok按钮。经过上面的步骤，教学软件放映机就创建完了。一个“自动控制原理多媒体实验教学软件”的设计也已大功告成。
6．结束语
（1）该多媒体实验教学一方面可使原来抽象、枯燥的实验教学内容用图形、动画等表现形式而变得直观并增加学生的学习兴趣，另一方面多媒体的交互性更可因材施教，提高学生实验的主动性和创造性。
（2）从语义层次网络与多媒体教学信息设计方面来看，本设计就是采用此种类似于语义网络的非线性结构的树状结构，它将各知识点之间的上下位概念关系、从属关系、并列关系等层次清晰地反映出来，知识之间的逻辑层次作为主信息流已表示出来。对学生的实验起到引导作用，学生能自由选择其中的任意节点进行实验，实验顺序可选择性的改变，这种以时间和空间为主要线索反映知识的结构，即构成了联想式的、非线性的超媒体文本结构，与学生联想、跳跃的思维方式相吻合。
（3）将 CAI课件用于自动控制原理实验教学,不仅是一种现代化实验教学手段的尝试,可有效地培养学生分析问题和独立思考的能力、设计实验的能力和动手能力,而且有利于实验室开放及提高学生的实验兴趣,从而提高了实验教学效果。
（4）《自动控制原理》本身属于理工科，逻辑抽象性比较强，枯燥烦味在所难免。在本设计中尽力突出其实验教学已有的新奇有趣的一面，而且利用多媒体高效的集成环境，将其重点用闪烁、动画等技术方法使之和其它信息区别开，或处理为热键、热区等吸引学习者注意力。
（5）该多媒体制作软件的应用把整个设计从繁重的编程中解放出来，较容易实现CAI制作。其优点不但可以反复给学生运用，而且也把教师的注意力集中到如何表达实验要点和对实验的外延、内涵的研究上，特别是学生创造力培养上来，同时可集中该实验的教师与学生的智慧于一体，更好地发挥计算机多媒体技术的积极作用。
（6）该多媒体教学信息在知识呈现的形式，内容深浅及广度、逻辑层次、顺序排列、辅助内容的选择等方面，均从教育、心理学理论的指导下进行。教学信息的结构和编排是否科学，是否符合学生的认知心理规律，直接关系和影响着教学软件的质量高低。
参考文献：
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[6] 严洪华，Authorware及其多媒体程序设计，北京：电子工业出版社，1998。
Establishing of Multimedium Experiment Teaching Courseware about 《Automation theory》 with Director8
Lu Rongde Cheng Zonghai Yang Li Ding Yao
（Dept. of automation of University of Science and Technology of China Hefei, 230027）
Abstract: This paper deals with establishing Multimedium experiment teaching courseware about 《Automation theory》 with director8,and the critical technology and the process about design purpose and implementation in this system is presented in detail.
Keywords: Experiment teaching courseware,Multimedia,Director8,《Automation theory》.

作者简介:
卢荣德,男,1968年生,大学讲师，现为中国科学技术大学自动化专业在职硕士。主要研究方向是：决策支持、系统仿真、过程控制等。曾发表论文15篇，译著一部。
陈宗海,男，1963年生，教授，博士生导师，现任中国科学技术大学自动化系主任。主要研究方向是：人工智能，系统仿真，过程控制和优化等。已获省部级科技进步奖八项，发表学术论文60余篇，出版《过程系统建模与仿真》专著一部。