教 学 简 报
第 253 期
中国科技大学教务处编
2000年9月5日
深化有科大特色的教学改革进展之六十九
在普通生物学多媒体教学软件的
研究中取得标志性成果
普通生物学多媒体系列教学软件是“九五”国家重点科技攻关计划──计算机辅助教学软件研制开发与应用项目的重点子专题，由北京大学、北京师范大学等9所著名高校联合研制。我们实验室研制的多媒体课件开发工具MCAI1.0最终被确定为该教学软件的开发工具，并且于1997年获原国家教委第二届优秀CAI评比一等奖。 普通生物学多媒体课件制作组使用MCAI1.0为开发平台，所制作的第一批光盘已由高等教育出版社出版发行。制作组成员系来自国内九所大学的生物系教师，他们在使用中一致认为MCAI1.0使用方便、功能实用，是一种较理想的多媒体课件开发平台。在此之后，根据用户的要求我们又相继开发了MCAI2.0以及将课件网络化的翻译工具NETMCAI。这里，我们扼要介绍一下这个系列软件的基本情况，并对开发工作中的若干经验进行总结。
1.普通生物学创作工具系列软件
1.1 MCAI1.0的设计思想与体系结构
MCAI1.0主要面向具有初步计算机操作能力的教师群体，使他们可以快速方便的制作出适合教学使用的各种多媒体课件。它提供了多种多媒体演示功能，主要有：关键字查询跳转、模拟教鞭、执行热点动作等。其中热点动作主要有：页面间跳转、播放动画、显示图像、播放声音、显示注释、执行外部程序、选择题、匹配游戏、热点移动、帮助文本、图像闪烁等。工具还提供了不同课件的集成功能，可以方便的将不同教师制作的课件集成为一个新的课件。总之，简单实用是MCAI1.0突出特点。
系统在设计中贯彻数据与程序相分离的思想，对数据表示格式进行了定义，规定了所使用的媒体文件格式。只要是按照标准制作的课件，就可以方便的与其它课件进行集成。
整个系统由课件组成。课件是一系列彼此关系比较密切的屏幕。每一个屏幕有一幅背景图以及一些热点。每一个热点是一个能够与用户进行交互的区域。每一个屏幕可以由一些关键字来查找该屏幕。
各种媒体数据用外部文件存放，数据库中只记录它们的名字。系统规定同种媒体文件应放在同一个目录下，并使用一个配置文件存放各种媒体文件的存放目录，而在数据库中只记录文件名。
支持的媒体有，图像：BMP、JPG、GIF格式；动画：AVI格式；声音：WAV、MIDI格式。
程序使用dBase关系数据库存储这些信息。总共有三种表：课件表、热点表、关键字表。
1．当用户查询关键字时，程序从关键字表中得到相应的热点表名称。
2．用户在课件的目录结构中选择某一屏幕时，程序从课件表中获得该屏幕的背景图像文件名和相应的热点表名。
3．程序显示某一屏幕时，根据对应的热点表名获得该屏幕各个热点区域的信息。
4．根据背景图像文件名从图像素材目录取得相应文件显示。根据热点区域的信息和用户动作取得相应素材，并按规定的方式演示。
1.2 MCAI2.0的改进
在使用中，九所高校生物系的教师提出了一些宝贵的改进意见。针对意见较为集中的问题，我们研制了升级版本MCAI2.0。它主要解决了两点问题：
1.将背景图像中的文字分离出来，可以单独编辑。MCAI1.0中，课件每一页面的背景是一幅图像，一般包含了说明性的文字。教师编写完成文字脚本，使用图像编辑工具将文字合成在图像上，然后转化成MCAI1.0支持的图像格式如BMP、JPG等。一旦格式转换后，图像中的文字将无法更改，而实践中，一般脚本需要反复进行大量琐碎的更改，比较麻烦。因此MCAI2.0编制了一个类TmoveChar封装了编辑功能，使用户在工具中可以随时改变文字脚本的内容、字体、位置等。
2．提高JPG格式图像的显示速度。MCAI1.0中调用外部程序解压JPG图像，一般需要5-10秒的时间，用户难以接受。MCAI2.0通过Delphi3.0中VCL控件的支持将这一过程在演示程序内部完成，使显示时间大为减少，可以忽略。
1.3 NETMCAI的网络化方案
MCAI1.0的一个明显的不足是它只能在本地计算机上运行，不能有效的进行资源共享。生物多媒体课件计划出版30张光盘，已经投入了大量的人力物力，因此随着课件网络化趋势的日益明显，出版社和制作者都迫切希望实现已有课件的网络化。
经过对各种Web技术的研究，我们认为绝大部分MCAI1.0课件的功能都能够在浏览器中表现出来，因此最终决定提供一个翻译工具实现课件的网络化。具体说就是，翻译工具根据课件每一屏幕的参数，生成一页网页，在网页上有相应的热点区域。最后的网络课件就是一些网页和媒体文件的集合。用户只需将这些文件传输至WWW服务器即可供网上浏览。
对于热点动作的实现，翻译程序NETMCAI从MCAI1.0课件的数据库中读取相应的参数，然后根据HTML文件的格式写入文件中。
2.开发工作的经验和体会
2.1系统的最初设计至关重要
此系统开发初期，决定由各高校生物系进行采集与编辑工作，我实验室负责进行系统集成。当时由于未能对各校工作进行有效的统一规划和制定软件开发规范，导致各校收集材料后各自用自己的方式编写其负责部分的软件界面，而只对其它学校提供完成的程序。这样，不仅各部分界面完全不统一，并且使集成成了不可能的工作。1996年7月，在北京师范大学举行的项目组会议上，北京师范大学提出了将程序与数据相分离，统一制定数据存储格式，用统一的程序读取数据的思想。他们当时提出了用数据库存放各页面相互关系及每个页面上的热点参数和动作，用一个演示程序读取数据库以生成页面和执行热点动作。最终这一设计方案被项目组采纳，实践证明这个方案是成功的，虽然制作课件的人员分布在全国各地，但出版前的集成工作却十分顺利。同时也正是由于数据独立于程序，才使得后来开发NETMCAI将课件翻译成网页成为可能。
将课件编制成一个独立的演示程序也是一种可供选择的设计方案，其相对于数据与程序相分离方案的突出的优点是易于保护媒体数据的版权。相比之下，为了降低开发难度，生物多媒体教学软件中的媒体数据都没有经过加密，版权保护主要依靠用户自觉遵守。这也是MCAI1.0美中不足之处。但由于软件的用途主要面向教学，因此这方面的矛盾不是非常突出。
总之，系统的设计需要考虑如：软件的用途、开发人员的情况、系统的可扩充性、版权保护、开发成本等多方面的因素，从而选择最佳方案。
2.2面向对象的编程技术
MCAI2.0中我们采用OOP(Object Oriented Programming)的编程方法，将背景文字封装在对象中，使扩展的功能尽量不与程序的其它部分发生联系，从而使发生潜在错误的可能性降至最低。实践证明，功能扩展的部分运行稳定可靠，达到了预期目的。
MCAI1.0的一大缺憾是没有采用OOP的编程方法。MCAI1.0中的热点区域具有不同的热点动作，其实是典型的对象，但是当时由于没有掌握OOP技术，程序中却通过设置大量的全局变量来记录其各种状态，使得程序的各部分互相影响。在开发中后期，开发人员主要的精力都被放在了解决程序中经常出现的莫名其妙的错误中。现在回想起来，如果采用OOP技术，程序的稳定性将会提高很多，从而节约大量的后期维护成本。
2.3简单易用性重于跨平台性。
为了使系统具有尽可能多的用户，起初我们十分重视网络版的跨平台性。我们以Client/Server为模式，客户端选择了一种跨平台的图形界面语言TCL/TK开发演示程序，服务器端以Linux为平台，MySQL为数据库，提供一个移植工具将MCAI1.0中dBASE数据库的信息转存至MySQL数据库中。 由于TCL/TK是一种解释执行语言，现在已经有了X-Windows、Win32、Macintosh下的解释程序，因此较好的解决了跨平台性的问题。系统曾经在校园网中试用，但最终却难以推广。其中主要的原因是不易安装。客户端需要安装对应平台的解释程序，安装完毕后还要进行一定的设置，一般用户对此步骤都感到困难。服务器端的安装与设置更为繁琐，在实践中除了对Linux系统十分熟悉的高级用户外，几乎都不能使系统正常工作。总的来说，这是一次不成功的网络化尝试，但也使我们深刻认识到：简单易用才是网络化要遵循的基本原则，
随着Internet的日益普及，Web技术不断发展，我们提出了通过浏览器实现MCAI1.0的各种功能的方案。为了保证最后浏览与MCAI1.0演示的效果一致，我们在考虑了最大可能通用性的基础上对客户端做出了一些限制：
1．使用Windows作为用户浏览课件的标准操作系统。这是因为MCAI1.0是在Windows平台上开发的，因此有些功能不可能在其他平台上实现。如MCAI1.0课件中允许调用外部程序，这些程序都是以Windows为平台运行。MCAI1.0支持的AVI格式文件是Windows标准的媒体格式，在其他平台上除非有特殊的软件支持，一般不能播放。
2．使用IE4.0及以上版本作为标准浏览器。虽然Windows平台上有多种浏览器，但是各种浏览器还是有差别的，如：IE与Navigator支持的JavaScript和HTML略有区别，ActiveX控件只能在IE上执行，Navigator显示汉字的可靠性不及IE等。另外，IE是Windows平台的标准配置程序，对Windows用户不会造成障碍。
通过这些限制，翻译工具NETMCAI综合运用JavaScript、ActiveX等技术，生成的网页实现了MCAI1.0的所有功能。当然，用户不接受这些限制也可以浏览课件，但有些功能可能不能实现。
基于浏览器的课件具有安装维护简便的显著优点。在有WWW服务器的主机上不需要安装任何其它程序，只需要进行很简单的设置就可以工作。这一点对于在技术力量薄弱的中小学推广显得更为重要。
3．总结
CAI软件是一种实践性很强的特殊应用软件，需要通过教学实践不断的改进。我们开发的系列软件还有很多不足之处，在以后的工作中，我们将继续根据用户的反馈意见加以完善。
刘政凯 何佳 狄 雨 朱建华