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数据结构多媒体CAI系统的研究与开发

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    • 1、本文由【中文word文档库】 搜集整理。中文word文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word文档数据结构智能多媒体CAI系统的研究与开发抚 顺 石 油 学 院计算机科学与技术系 基础教学部 魏海平 邱继英 温 涛 纪玉波 佟 义第一章 前言 我国的CAI(Computer-aided instruction)的研究早在六十年代就开始了,在八十年代得到了较大的发展,但此时开发的教学软件起点比较低,水平不够高,低水平重复的状况比较多,到了九十年代随着计算机多媒体技术的飞速发展为CAI的发展提供了良好的条件。但是现在国内的一些CAI产品还存在一些问题,各类基础教育软件所占的比例相当高,而真正用于课堂教学的多媒体应用软件微乎其微,在细节上说就是界面图象太幼稚、呆板,造型差,没有想象力,交互能力差,开发与使用者脱节等。多媒体技术是集图象处理技术、视频处理技术、声音处理技术和三维动画技术为一体的边缘交叉学科。它把众多的视听信息集成到计算机平台上,使人机界面形象生动,多种形式的信息通过听觉、视觉和感觉同时启动大脑的形象思维和逻辑思维,使使用者获取信息的效

      2、果最佳,人们使用多种感官,用多种形式交换信息,这非常符合人们日常交流的习惯,引起人们浓厚的兴趣,这正是多媒体技术发展的原因。正是由于多媒体技术具有以上特点,所以在CAI技术中引入多媒体技术给学习者以身临其境的感觉,通过集视觉、听觉为一体的新颖的学习环境来强化课程教育,并简化教学过程,必将大大提高学生的学习兴趣和求知欲。可以说,多媒体CAI系统是将来计算机辅助教学系统的主要发展方向。本课题正是基于以上原因而研究开发的。第二章数据结构课程教学的现状“数据结构”课程是计算机科学与技术专业的一门最重要的专业基础课程之一,是本专业和相关专业的必修课程。因此,“数据结构”课程教学质量的好坏,直接影响到对相应专业技术的掌握和人才的培养。“数据结构”是研究数据之间的关系以及对数据如何进行有效处理的学科。其教学目的是介绍一些最常用的数据结构,阐明数据结构内在的逻辑关系,讨论它们在计算机中的存储表示,并结合各种典型的应用说明它们在进行各种运算(操作)时的动态性质及实际的执行算法。通过对不同存储结构和相应算法对比以及上机编程练习,增强根据求解问题的性质选择合理的数据结构并控制求解算法的空间、时间复杂性的能力

      3、。由此可见“数据结构”是一门理论性和实践性均很强的课程。在教学中学生最感困难的是对数据结构在进行各种运算(操作)时的动态性质及实际的算法执行时结构的变化状态的理解。我们也曾经开发过基于非多媒体计算机平台的CAI系统,也曾经使用过其它院校开发的数据结构CAI软件,虽然起到了一定的作用,但是由于其仅仅是单一的演示系统,界面比较呆板,演示过程只表现了从一个状态到另一个状态的状态之间的跳跃式的过程,动感不强,功能单一,视觉效果差,而音频效果更谈不上,效果不佳。所以进一步改革教学方法和手段,仍然是提高教学质量最迫切需要的。第三章 多媒体智能CAI系统的研究与分析 多媒体技术的迅速发展为教学方法和手段的改革提供了契机。同时传统的人工智能技术的应用也为CAI系统插上了翅膀。二者有机的结合必将推动CAI进入一个崭新的时代。 通过我们的分析和研究可知,整个教学过程包含了两个客体即教师和学生,其中教师负责课程的讲解、答疑、布置作业和评价学生的学习状况;学生进行学习、复习、做练习和提出问题。为了完成以上功能本CAI系统应具有以下特点: 能抓住学生的注意力。采用多媒体技术,使本软件的学习过程具有能引起学习者注

      4、意的形式,但不能过分强调娱乐性。 实现交互式教学。计算机起到的是一个家庭教师的作用,学生在学习过程中始终能得到教师的帮助和指导,教师能了解学生所作出的每一步努力,鼓励他们向最终的目标前进多媒体技术的迅速发展为教学方法和手段的改革提供了契机。同时传统的人工智能技,及时纠正他们学习上的偏差。CAI系统与学生之间不断地相互适应和进行调节,使得强制性学习变成自觉性的学习。 学习内容具有连贯性和一致性。CAI系统的每一个部分都有不同的主题,要使得各部分内容相互协调形成一个有机的整体,使学生在学习每一部分时都对其它部分的学习有所启发,做到举一反三,触类旁通,使学生能学到更广泛更多的知识。 能及时给出反馈信息。要求CAI系统对学生的学习给出适当的反馈信息,如本部分的要点、对学生错误的提示及修正、提示解题思路和给出正确答案。 对教学内容划分难度级别。难度级别的划分可以使学生选择适合自己的学习次序或学习内容,以浓厚学生的学习兴趣。 根据以上特点我们把整个CAI系统划分为:多媒体教学演示系统、测试系统、指导及答疑系统、学习及教学评价系统。具体为: 多媒体教学演示系统。根据“数据结构”课程教学内容及教学计划

      5、和进度的安排,将教学内容分成多个课件,代替教师的授课过程。这部分要求通过文本窗口、动态图形窗口、控制窗口和背景讲解声音的同步使整个教学演示过程生动活泼,达到既能引起学生的兴趣又容易理解和记忆的目的,充分发挥多媒体技术的优势。 测试系统。根据学生的不同程度和要求进行组卷,并给出分析和评价结果。 指导及答疑系统。负责采用交互的方式给学生辅导答疑,并布置作业。做到充分利用导师(专家)的经验和知识,发挥导师(专家)的作用。 学习及教学评价系统。根据辅导答疑及考试的结果所获得的信息对教学效果进行评价,以此作为教师修订教学计划的依据。系统所需的数据(或知识)应包括:课件数据库(存储有关教学内容所涉及的算法、数据结构以及教学策略等信息),试题库(存储生成试卷及布置作业所需的试题),课程内容的原理、要点及难点、解题方法及思路信息数据库(用于辅导答疑),教学、学习及测试的历史数据库(用于积累教学资料,为进行教学分析和评价提供依据)。为此,本系统的结构如下图所示:多媒体系统界面 多媒体教学 考试系统 指导及答疑 学习及教学 演示系统 系统 评价系统 数 据 接 口 各类信息数据源第四章 多媒体智能CAI系

      6、统的开发第一节 系统开发的软件及硬件环境 一、系统开发的硬件环境:Pentium/586/133微机,16M内存, 8倍速CDROM, 2.5G硬盘,声卡,视卡。 二、系统开发的软件环境:中文Windows 95,Visual Foxpro 3.0,Borland Dephi 3.0。第二节 目前工作成果 经过我们的工作,目前已取得的成果为: 完成了多媒体教学演示系统,但还需进一步完善; 已完成了数据结构试题库管理及试卷生成系统; 完成了试卷的分析及综合评价功能; 完成了多媒体导师系统的开发。各部分的具体功能介绍如下:一、多媒体教学演示系统本系统是一个运用多媒体技术对数据结构算法动态的执行过程进行描述的教学系统。它可根据用户对算法的输入数据和过程执行的控制方式(如单步执行或连续执行方式)的不同要求,通过图形、动画、语音和文字等形式将算法的执行过程以及在算法执行过程中相应数据结构的动态变化过程展现出来。整个系统使用鼠标点击按钮的驱动方式,每个按钮对应一个功能,并配有语音解说、背景音乐以及演示音乐,整个系统的所有算法的演示速度和声音音量大小随时可以调节。系统一直处于等待鼠标点击状态或执行动

      7、作状态,直到选择了退出动作为止。本系统采用多媒体和面向对象的编程方法,为用户提供一个有声有色的学习天地,使用户在学习的同时得到全身心的享受。1 系统内容整个系统包括十大部分的内容,除系统设置之外,其余九部分是同清华大学出版社出版的,由严蔚敏教授主编的数据结构教科书中从第二章至第十章的内容相对应,可以说本系统包括了整个教材讲授的主要的算法。各部分演示的算法有:1、 链表1 链表的建立2 链表的插入3 链表的删除2、 栈1 表达式求值2 栈的输入输出序列3 汉诺塔问题4 皇后问题 5 迷宫问题3、 串的模式匹配1 古典算法2 KMP算法3 求NEXT函数值4 求NEXT修正值5 按NEXT函数值进行匹配6 按NEXT修正值进行匹配4、 广义表1 求广义表的深度2 复制广义表3 遍历广义表5、 二叉树1 遍历二叉树 前序遍历 中序遍历 后序遍历 二叉树的线索化 按前驱线索化 a)前序线索化 b) 中序线索化 c)后续线索化 按后续线索化a) 前序线索化b) 中序线索化c) 后序线索化6、 图(1) 图的建立 有向图的建立 无向图的建立 图的遍历 深度优先搜索 广度优先搜索 有向图 有向图的权

      8、值输入a) 自动提示权值输入b) 随机权值输入 最短路径 拓扑排序4 无向图 无向图的权值输入a) 自动提示权值输入b) 随机权值输入 最小生成树7、 存储管理1 边界标识法2 伙伴系统3 紧缩存储8、 查找 二叉数排序树的插入和删除 二叉平衡树的插入和删除9、 排序 简单排序 直接插入排序 表插入排序 冒泡排序 简单选择排序 高效排序 快速排序 堆排序 希尔排序 归并排序10 系统设置 调节算法速度 调节解说音量 调节背景音乐音量 运行环境 硬件: PC486以上微机或兼容机 支持256色以上的显示卡 16M内存 16位音效卡 软件:Windows95 或Windows NT的操作系统。 安装和启动整个系统已设计成标准的Windows 95安装软件,和其它的一切正版软件一样具有友好的安装界面和良好的灵活性。用户只要按照系统的提示进行安装即可顺利完成本系统的安装工作;在安装完成以后,在windows95的程序栏中会自动生成本系统的启动菜单,用户只要点击该菜单即可启动本系统。二、数据结构试题库管理及试卷生成系统本系统拥有数据结构题库,能够由计算机随机产生或者由用户自由输入试卷信息生成试卷,试卷可以标准和题签两种形式输出,系统功能完善,操作方便。数据结构题库与试卷生成系统的主要功能如下:l 数据结构题库数据维护:该模块主要是完成对题库中的数据进行一般性的维护和对题库中的题目进行适当的扩充。l 数据结构试卷生成:该模块的主要功能是通过自动或手工方式生成数据结构试卷。l 数据结构试题浏览:该模块的主要功能是对已生成的试卷进行必要的浏览和替换修改。l 数据结构试卷输出:该模块的主要功能是对已经生成的试卷进

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