《多媒体技术》课程建设规划草案

多媒体技术是信息技术的主要组成部分，它集超文本、图形、图像 声音等多种媒质信息于一体，是多学科交叉的生长点。自从1994年开设《多媒体技术》课程以来，电子工程系、计算机科学系、管理学系和中文系的多个专业均开设此课程，它也是全院的公共选修课和石牌地区六所高校的名师讲座课程，于1998年评为省级重点课程，在本课程的支持下大力改造实验室。本课程是电子工程系的必修课，每年上课的学生数达250人。在评为省级重点课程后，我们的压力更大了，如何建设好这门课程，将是艰巨的，任重而道远。我们必须制订课程建设规划，主要目标是加强师资队伍的建设，提高现代教育技术意识，努力发展多媒体技术的良好环境，争取在三年或更长一些时间内，逐步形成四个基地：教材编写基地、理论研究基地、实验训练基地、师资培养基地。

一．建立以信息化为核心的现代教学管理体系

我们应考虑课程建设、课程改革对教学管理影响的全面性和深刻性，客观决定了教学管理和改革不能是简单地调整和修补，而应从管理思想、管理体制、管理模式、管理方法诸方面进行全方位改革，建立以信息化为核心的现代教学管理体系。

1、确立新的教学管理指导思想和原则

指导思想和原则是对教学管理的总的认识和要求，是搞好各项教学管理工作的根本依据。要根据党和国家教育方针，依据科学的教育管理理论、长期的经验做法和本专业特点，确定教学管理指导的认识，体现创新、开放、系统的观念，体现对科学、高效的信息化管理方法手段的运用要求等，为本校的教学管理工作提供明确可行的依据。

多媒体教学的设计思路应与国际先进的现代教育观念接轨，除了体现视、听功能以外，更重要的是实现人机交互，提高单元学时的信息量。

2、建立健全教学管理新体制

组织体制是实施有效管理的基础，一方面要从管理机构上予以完善，另一方面要提高组织机构的人员素质。根据现代教学管理指导思想的要求和现有管理体制往往缺少检查、督促机制、信息反馈职能弱化、决策科学化水平不高等情况，应从管理上入手进行改革。

其中，系领导是一个系的教学管理的指挥协调中心，由教研室会议(办公会议)、网络会议等形式实现；一般由各专业科学的专家教授组成，负责对各专业的教学工作和各项教学活动进行监督、指导；执行系统为教学管理控制执行机构，由教研室和系教务人员组成。

3、制订完善信息化管理法规体系

法规是搞好管理的基本依据，依照规章、遵循标准进行管理中信息化管理的突出要求。制订完善信息化教学管理法规体系，一方面要对原有的教学规章制度进行补充完善；另一方面，要会对信息化工作和信息化条件下教学和管理的新特点，增加有关法规内容。首先要遵循国家有关教育技术、网络信息的法规。我国1992年制定了《国家教育管理信息系统标准》，这是学校开发应用网络信息技术的重要法规依据。其次，要科学制订网络信息条件下各项教学工作规范标准，如《学科(课程)建设标准》、《优质课标准》、《教学文件输规范》、《网络信息工作规范》、《教学信息采集标准》、《教学信息资源建标准》等，为各项工作提供可操作的标准依据。

4、建立目标───计划管理操作模式

有了健全的教学管理体制和法规标准体系，重要的就是采用什么样的方式来进行管理操作，这也一直是学校教学管理的难点。长期以来，我们主要采用的是计划管理模式，近几年来，有人使用目标管理模式。新的形势下，哪一种模式更为适合，需要进行科学的比较分析。

计划管理模式是用计划去组织、指导、协调、控制人们共同工作，以实现组织目标的一种管理方式。计划管理基本上是自上而下实行指令的纵向传递，根据指令制定各级计划，要求下层按计划办事。其优点是注重全面性、整体性，不足之处是忽视人的积极性和管理过程中的信息反馈与协调控制。计划管理的基本过程是“计划、执行、检查、总结”的周期性有序循环，呈赖旋式上升趋势。计划管理的核心是制定计划体系，依赖于科学的预测和决策，因而对信息调查和分析处理能力要求较高。

目标管理模式是以目标为中心进行管理的一种系统管理方式。目标管理是通过全系统自上而下地建立目标，各级人员主动制定措施，组织实施，并进行适时考评调控，保证目标落实。其优点是重视调动全体人员的积极性，强调分权管理；注重适时检查评价和信息反馈调节，注重成果目标，但全局性控制上不如计划管理。目标管理的基本过程包括“目标的确定、展开、实施、考评”四个环节，其核心是确立具体、可行的目标体系、反馈控制和调节平衡的工作，需要充分的决策信息和及时可靠的评价。

所谓“目标─计划”教学管理模式，就是以目标─计划为核心进行管理的新方式。“目标─计划”模式通过教学工作目标的确定和展开，教学工作计划的拟制安排，以及相配套的教学检查、考评、信息反馈等措施，保证各级计划的实施，最后实现各级具体目标和学校教学工作总目标。“目标─计划”模式的基本过程包括“目标决策、计划安排、授权实施、检查督导、考评反馈”五个环节。

(1) 目标决策:根据上级的要求、学校的任务和环境的变化，确定年度教学工作总目标，并把学校总目标从上到下而层分解，形成学校、部系、教师个人目标方向一致、具体可行的教学工作目标体系。目标决策要充分依靠系统内外的相关信息，采用先进的信息处理和决策方法进行科学决策。

(2) 计划安排:根据各层级管理目标的要求，把各级系统的教学工作任务、时间、人才、物力和工作项目等各种管理要素科学地组织起来，确定其先后顺序，构成学校计划、部系计划、教研组和教师个人协调一致、符合现实情况的教学工作计划体系。计划安排依赖于对未来的判断，要充分运用学校教学系统发展的历史资料和现实发展动态信息，进行科学的预测和决策，燕利用计划评审技术和网络关键路线等技术进行具体的计划安排。

(3) 授权实施:按目标分权和授权，将权限和目标同时交给下级单位和个人，实现目标、责、权、利的统一，充分调动目标责任者的主动性、积极性；同时要求按计划实施，允许目标责任者按目标校正计划，自我控制。

(4) 检查督导:根据教学工作目标和计划，进行定期、不定期的教学检查评价，了解计划执行中的情况，督促各级单位和人员按计划实施，指导帮助他们克服困难，保证阶段教学工作计划和目标的实现。并根据教学检查反馈的信息，在允许范围内适时调整阶段教学工作实施计划，以确保最终计划和目标的实现。

(5) 考评反馈:对各级教学工作计划完成情况和目标成果进行考核、评价，实施奖惩，实现激励和反馈控制。考核评价主要是对最终计划完成和目标成果的考核，可采取目标体系遂项考评与标准化考试、课程达标、优秀教学成果评定等具体方式相结合的方法，保证考核评价既严格、准确，又方便、可行。要实现严明的奖惩，只有把目标责任与考核和奖励这三项工作有机结合起来，做到论功行赏，赏罚分明，才能使目标─计划“管理的重要基础。因此，建立专门的教学管理信息系统，进行教学管理信息的处理、存贮和传递，是建立和完善现代教学管理体系的重要任务。

二. 做好教学文件、教学管理的建设工作

1. 教学文件

根据广东信息产业发展的需要制定教学计划、授课内容、理论和实践的比例等，不断更新内容，把培养学生创新意识、创造能力作为教改的重要内容。建立了教研室课程建设研讨制度，有课程建设规划、教学进度表，实验指导书、习题集、中外文参考书目、指导青年教师协议书等文件。

2. 教学管理

教学管理是保证教学正常进行的必要手段，更重要的是使教育环节更科学，更具系统性，实现教育与理论研究、应用开发的一致性。我们进行了如下管理：

l 建立认真的教学管理制度，及时制定新学期的工作计划，正建立试题库，

l 本课程组成良好的教师梯队，并形成制度化管理。

l 制定教研室教师工作规程、制定教研室集中研讨或备课制度、建立教研室教师互相听课制度、新教师授课规定等管理制度，组建教师梯队。

l 每年召开教学研讨会，并鼓励教师参加校内外的教学法交流活动；

要求教师一年至少发表一篇教学研究论文，每年指导毕业设计。

3. 四个基地的建设

努力发展多媒体技术的良好环境，争取在三年或更长一些时间内，逐步形成四个基地：教材编写基地、理论研究基地、实验训练基地、师资培养基地。

4．开展虚拟实验的研究和实践

多媒体技术(MT)和信息技术(IT)为教学、实验和实训的发展带来了新的契机，同时也为高等教育的现代化带来新的机遇、需求和挑战。在信息技术迅猛发展的大环境中，教育技术信息化和集成环境研究的技术竞争已经在全球展开。虚拟现实技术进入高校教学能形象生动地表现教学内容，有效地营造一个跟随技术发展的教学环境，提高学生掌握知识、技能的效率，达到优化教学过程，提高教学质量的目的。

在教育资源有限的情况下，怎样才能满足高等教育实践训练的需要，又能面对技术日新月异而实验设备日显落后带来的反差，如何寻找一个有效的解决方法？单靠主管部门的经济投入只能有限地缓解这个困难，而问题的真正解决还要依赖于新的思维方式，开创新的教学环境，使用没有时空局限的虚拟媒体教学。现代教育技术要求把多媒体技术、虚拟现实技术、网络技术及控制技术综合运用并引入课堂，展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程，虚拟各种实验设备和实训环境；充分发挥现代信息技术的集成性、控制性和交互性，生动地表现教学内容；综合处理超文本、图形、图像、动画、视频、声音等多媒体信息。多种媒介的信息同时作用于学生的各个器官，有助于提高学生的理解能力、实践能力。对虚拟现实的研究证明，人类对于图像、声音等感官信息的理解能力远远大于对数字和文字等抽象事物的理解能力。

虚拟现实的特征可归纳为三个“I”，即沉浸、交互、构想(Immersion、Interaction、Imagination)。

1.沉浸是指虚拟现实向使用者提供了全身心进入的环境。在人与机器交互过程中，人所感觉的是自己置身于这一特殊界面(虚拟环境)之中，从虚拟空间的内部向外观察，而不是作为一个旁观者由外向内观察，从而更逼真地观察所研究的对象，将抽象的数据信息变换成熟的体验，以从中获取知识。

2.交互性的产生在于虚拟环境是一个封闭的回路系统，将仿真现实环境的图像、音响和语言、压力等等通过人机接口系统作用到使用者的感官，并通过传感器测试及跟踪使用者的行为与反应，实时调整生成的图像序列，使用者通过交互方式感知和响应虚拟环境。

3.构想性是指虚拟现实向使用者提供了发挥想象力的机制，它改变过去人只能从定量计算为主的的结果中得到启发，转变到人可能从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识。

一.半实物仿真的虚拟实验室构思

虚拟现实环境是由图像、图形识别与生成系统；声音、触感的识别与产生系统；网络通信系统；人工智能系统和传感器系统等不同功能、不同层次的系统所构成的集成系统，虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。就教育理论而言，虚拟现实实现人的临场化，参与者与虚拟环境是互相作用、互相影响的一个整体的两个方面，它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之以由学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。虚拟实验既可以缩短训练的时间，又可以获得直观、真实的效果，还能对那些不可视的结构原理和不可重组的精密设备作仿真实训，一方面培养学生操作、维护和检修的技能，另一方面培养学生自我训练的意识和创新能力。

虚拟技术应用在电气工程实训领域，将使复杂的技能训练、宏观的效果设计、微观的解剖分析、动态的过程仿真等方面的工作方式与观念带来变革。例如，高难度和危险环境下的作业训练；把复杂设备虚拟解体后的部件作6个自由度的浏览，以了解其结构、又可以让学生训练设备的重组与调试；用于远程异地多人协同工作的虚拟环境；面向设计的虚拟现实还可对电子电路设计方案的性能作预测试与评价；工业上的虚拟制造等。

虚拟现实系统构成复杂且设备十分昂贵，需集成高性能的计算机软硬件及先进的传感器。为了将虚拟环境中的物体形象、动作、声音进行转换，将人的动作(如转动、走动、手势等)变成作用信息，再通过反馈使人能获得视觉、听觉、触觉的感受，使用的设备有摄像机、压力传感器、视觉跟踪器、惯性仪、语音识别系统。例如，3-D功能的头盔显示器(HMD)、数据手套(Data Glove)、数据衣(Data Suit)、跟踪设备(Tracking Equipment) 、控制球(Cyberpuck Controller)、三维立体声耳机(Three Dimensional Earphone)等。

电气工程虚拟演练实验室的建设考虑到教育部门，尤其是提供给大批学生操作的环境难以采用头盔显示器、数据手套、数据衣等昂贵设备，为此，我们开展虚拟现实与半实物仿真方法的研究，采用虚实结合的形式制作，控制台上各种接触器、继电器、各种开关等均采用实际器件，电动机及控制设备面板也是真的实物，而控制过程及逐层拆卸所观察到的360度浏览效果是由高速计算机虚拟的，通过投映眼镜或大屏幕投映呈现在操作者面前。虚拟实验室的功能模块采用挂入式结构，可以随学科、专业的扩充在现有设备的基础上进行重组，不断增加模块，不断生成新的功能。

采用虚拟技术，学生不必真正把他们设计出来的电气设备、机械零件、传输线或车间建造起来就可以“亲身体验”。这种虚拟现实与半实物仿真可以满足大部份教学和训练的要求，大大减少经费的投入，并可向网络学校、虚拟教育延伸。

二. 虚拟演练实验室的方案概略

1. 虚拟实验室的设计构思

对于工科院校，理论与实践并重，普通实验室主要是对课程的理论作出科学验证或展开演绎，让学生加深理论的认识，同时通过实验培养创新意识和科学、严谨的治学作风。对于专业技术课程，培养学生的实践能力就是十分重要的教学环节，实际工作能力的培养应在车间式的工业训练中心进行。面对技术发展快，设备难以更新的现象，为了使“设备型号常新”，而减轻资源投入就要使用虚拟技术。而通过虚拟技术反过来保护了昂贵的真实设备、减少误操作的危险、缩短占用设备的时间，可以在实操前让学生通过虚拟演练，掌握技术要领，熟练后再进工业中心实训，这样将大大提高工业中心的使用效率，取得更理想的效果。

在增强动手能力训练的教学环节中，我们探讨建立“理论——实验(理论验证) ——演练（虚拟）——实践(技术能力)”的教学模式，虚拟演练实验室VRDL（Virtual Reality Drill Library）是这一模式的中间环节，起到普通实验室与工业训练中心的桥梁作用，具有先进性和组合性，仿真度强，又能减少重大设备、材料的重复投入。它的易扩充、易改变实训项目、不易过时、不易被淘汰、省钱、省地、安全的特点，特别适合于高校实训教育的多样性和多变性。

通过开展虚拟现实技术进入高校教学的研究，我们以正在建设电气工程虚拟演练实验室，采用半实物虚拟仿真的方案，把多媒体技术、虚拟现实技术、网络技术、分布式视频数据管理综合运用并引入课堂，展现那些在传统的教学模式中无法实现的教学过程，虚拟各种实验设备和实训环境，虚拟操作时的反应和设计效果；发挥现代信息技术的集成性、控制性和交互性的作用。许多课程的实训可以使用虚拟演练的方法进行，例如：机电专业课的实践教学要求学生掌握车床、刨床的结构与维修。而教材的所介绍的设备往往比现实使用的落后，再按课本购买旧式设备不可取，新型的数控车床相当昂贵，即使购买，既不可能、也无必要买一款多台，这些都可在虚拟实验室以半实物仿真的方法进行，操作部分如按钮、仪表、开关等使用实物，可操作；机床的控制面板是仿真的，车床的运作过程是虚拟的，由大屏幕投映或各自的计算机显示器对学生的控制作出反应。其反应部分如转速变化、传输带传送速度变化、内部结构分解、器件拆卸组装、 高压设备误操作造成的火花、爆炸、声响等采用显示器显示或屏幕投影。

虚拟演练实验室是基于高速计算机网络的分布式多媒体系统，具有如下的优点：

l 具有可伸缩性。增加、删除或修改某些仿真器不会扰乱整个系统。

l 相互协作的仿真器不需要在位置上相连。通过使用局域网络或远程通讯系统，在各地的仿真器都可以参加同一个项目的演练，具有更直观、更身临其境的仿真效果。

虚拟演练实验室可开设以下的训练项目：

(1)变配电、高压操作 包括变配电站、电力输送工程的模拟仿真系统；抗灾与防灾的应变处理虚拟演练系统；施工过程、高压操作的虚拟演练系统；突发事件的仿真等。

(2) 机电CAD/CAM设计 包括机电系统结构测试的虚拟设计；配合设备功能与人体特性的工业外形虚拟设计；机电系统组成部件的配合与布局虚拟设计；机电设备故障处理；数控车/铣/钻加工的虚拟演练等。

(3) 功率器件及过程控制的可视化 包括晶闸管、大功率晶体管等功率器件的触发、整流、逆变控制和自动控制的电流、转速、温度、系统稳定性、机械冲击的可视化计算；过程控制的虚拟仿真、虚拟仪表的使用等。

(4) 电子线路的虚拟设计 电子线路设计、机械设计、建筑装饰设计、服装设计各种设计效果的先期显示和验证, 电子线路板的性能及元器件代换的反求工程。

2. 虚拟演练实验室的预期效果：

从教学角度看：采用虚拟技术，学生不必真正把他们设计出来的电气设备、机械零件、传输线或车间建造起来就可以“亲身体验”；

从研究角度看：与传统的模拟表现技术相比，计算机虚拟仿真技术能够提供给研究人员更丰富的实验环境，达到“用现代教育技术传授专业技能”的目的。

虚拟现实技术进入高校教学的研究将对探索、发展现代教育思想、提高教育技术水平、改善实验实训环境、优化教学过程，培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。并将有助于解决不可视、不可摸、不可入、危险性场所的实验等问题，解决高校普遍存在的实训设备不足、型号落后、难以更新换代跟上科技发展的困难。综合运用多媒体技术、虚拟现实技术和网络技术，避免采用数据头盔等极其昂贵设备的半实物仿真方案，能充分发挥虚拟现实技术的集成性、控制性和交互性的特点, 这种方式还可向网络学校、虚拟教育延伸。

5．提高学生动手能力

培养学生的创新意识和创造能力，为激发学生的学习热情，每年至少一次举办多媒体制作大赛，组织学生参加科研。鼓励教师指导学生以积件和网络化的模式开发课件。

电子工程系

1998．2．18