基于Web的多媒體CAI課件開發過程中若干問題的研究和實踐
【關鍵詞】 多媒體，CAI課件，Web,頁面優化
1.引 言
傳統類型的課件或者由于投資成本大（如基于編程為主的整體式課件），或者由于升級更新困難（如基于CDROM的多媒體課件），已不能滿足日益發展的需要。為了解決以上矛盾，伴隨著Web的出現和Web技術的發展，基于Web的多媒體CAI課件應運而生了。
作為這種全新類型課件的平臺，Web本身具有統一的協議標準，良好的跨平臺特性和前所未有的廣泛的覆蓋性的優點。在其上開發出來的軟件有著統一的良好的GUI界面，能夠支持多種多媒體格式，可提供高度的交互性，與其他的應用程序有著方便良好的接口，特別是本身便以超聯接作為組織形式，因此其非常合適作為課件開發平臺。另一方面，用以開發、維護基于Web的軟件的工具大多可以免費獲得，基于Web的課件對運行的軟硬件平臺也沒有什么很高的特殊要求，這使得基于Web的CAI課件的開發維護費用相對低廉；目前種種“所見即所得”的全圖形化的開發和維護工具也使得對開發維護人員的技術水平要求相對降低；由于各網頁之間相對獨立，因此可以十分容易的對課件進行升級更新。另外在網絡教學中，基于Web頁的課件可以以網頁為單位在網絡中傳輸，具有較快的傳輸速度，在目前較低的帶寬下仍具有較好的應用前景。 考慮到基于Web的多媒體CAI課件的以上優點，我們在對國家教育部重點項目“博物館類CAI課件建設”進行總體設計時選擇了它作為項目總體方案。但在項目建設過程中，我們發現由于目前Web技術發展的局限性，使基于Web的課件方案也存在一些不足，主要是面臨網絡帶寬、網絡傳輸速度、平臺兼容性等問題的困擾。因此，在開發過程中必須對課件頁面進行優化，以使之能夠在Web上很好的運行。另外，由于相對來說Web是一種全新的開發平臺，而Web技術發展又非常的快，所以課件中一些功能如導航、查詢等的技術實現便成為開發過程中突出的技術難點。為此，我們在項目開發過程中，特別在這些方面作了重點研究，并取得了一定的成果。
2.課件頁面優化的原則和方法
頁面優化問題雖然涉及到多方面，但其根本的立足點和目的是以下兩個：一個是加快頁面下載速度;另一個則是使頁面能象設計者所預先設想的那樣在用戶眼前顯示，在Web上這主要需要解決一個兼容性的問題。下面就分別從這兩個目的出發，討論一下對頁面進行優化時所依據的原則和實現方法。
2.1加快頁面下載速度的優化
傳統上,在加快頁面下載速度方面所做的努力，僅僅局限于減少多媒體元素的使用數量和降低使用質量,以取得較小的文件大小，從而加快頁面文件在網絡上的傳輸速度以達到加快下載速度的目的.我們認為，僅依靠這方面的努力是遠遠不夠的。所謂的頁面下載速度便可分成以下三部分：下載時間，渲染時間和可視性，好的設計者應通過頁面優化在三這者中找到一個平衡點，進而產生理想的下載，從用戶點擊請求到頁面總體框面顯示僅一眨眼時間，在頁面完全渲染完前用戶便可以從中搜索自己需要的信息。
2.1.1加快頁面下載的普遍原則
1） 去除不必要的多媒體效果和內容: 可以用普通按鈕取代圖形動態按鈕，用靜態圖像取代GIF動畫，減少圖形化的花哨文字標題，這些措施至少可以讓頁面下載時間縮短一半。
2） 用一切手段減少各種多媒體元素的大小。
3） 優先使用相同的圖形或多媒體內容: 缺省的Netscape和IE都會在RAM或硬盤上設置緩存來保存最近用到的圖形和文件，如果瀏覽器認識相同的文件名，則它會讀緩存，從而大大提高效率。
4）提供低帶寬備用內容: 如果你的文件格式不被認識或瀏覽器關掉了圖形開關，這些備用內容就可派上用場了。
5） 對不是所有人都有必要或想看到的大型多媒體文件另置一頁，在原來的頁上僅提供一個按鈕或低分辨率圖形，邊上注明所鏈接文件的大小和預計下載時間。
2.1.2 對圖形的優化處理
1） 減少圖形文件大小: 減少文件大小對加快下載速度有著突出的貢獻,可以通過以下一些方法來減小圖形文件大小。· 減小圖形面積---這可以通過剪切圖形或按比例收縮圖形來實現，要注意的是，按比例收縮后有可能在圖形上出現一些色斑。
· 注意顏色安排---通過降低色彩深度，使每一象素有較少的位數可使文件變小。而在一行內不要放入過多顏色將使文件進一步壓縮，這對GIF文件更加有效，因為GIF僅是顏色的列表，它為每一行設置一個顏色列表，因此, 當沿水平方向改變顏色時，應盡量使用更多的相同顏色片段；基于相同的原因，當使用連續色調時，應盡量從頂部向底部延展，而不要在左右方向上延展。
· 調整圖像中的對比水平---大多數圖像軟件都提供重潤色選項,如伽瑪(Gamma)較正和加亮(highlight)/中調(midtone)/陰影(shadow)來改變一個圖像內的對比。縮減這些值，通常可以減少文件尺寸。
· 抑制抖動---抖動是指用現有調色板中顏色值來接近調色板中沒有的顏色，它傾向于增大GIF文件的大小，通過選擇通用安全216色調色板和用圖形程序里選擇“No Dither”選項可消除抖動。
2） 在HTML文件中為圖形設置WIDTH和HEIGHT屬性: 用WIDTH和HEIGHT屬性來放大和壓縮圖示面積并不能加快下載，但它可以使瀏覽器在下載圖片前便確定正確的頁布局，先把文字和其他后繼內容顯示出來，是用戶在下載圖片的同時便可開始瀏覽。
3） 隨同符號使用 LOWSRC屬性: 這個屬性允許我們指定另一個圖形文件，它將首先下載，并在由SRC屬性指定的圖形文件之前顯示出來，一般由它指定一個低分辨率、低色度的與SRC圖形相同大小的圖形，這樣下載將變快。
4） 使用交錯式GIF和漸進式JPEG：交錯式GIF和漸進式JPEG是對原來圖形標準的擴展。其中交錯式GIF向后兼容而漸進式JPEG不能。當下載后在頁面上顯示時效果就如同它是從一套百頁窗后顯露出來一樣。盡管他們不能加快下載速度，但用戶的感覺卻是加快的。
2.1.3 對表格〈TABLE〉的優化處理
雖然用〈LAYER〉和在頁面布局時可以做到精確定位，但那也許只是將來的理想方案。在目前，為了得到一個真正跨瀏覽器，跨平臺的設計方案，還得用表格進行局。
表格也許是目前網頁中用得最多的布局元素，因此，對表格的優化就顯得特別有價值，雖然這部分優化并不能減少下載時間，但由于瀏覽器需要在填充表格內容前完全理解表格的結構，所以適當的表格運用將大大縮短網頁的渲染時間。在使用表格時應注意做到：
1) 將一個單一的大表格拆成多個小表格：這將加快頁面顯示速度，尤其當頁面很長而用表格進行整體布局時更是如此。
2) 對〈TABLE〉、〈TD〉適當使用Width屬性：在這一點上應注意單元格內的內容的寬度，你定義的單元格寬度至少應與內容寬度一致，以避免瀏覽器的過濾作用對其進行兩次渲染。
3) 千萬不要嵌套表格：這將使表格處理時間以倍速上升，如果一定要嵌套，至少應盡
使被嵌套表格保持簡單。
4) 不要將太新的擴展多媒體元素放入表格：這將使瀏覽器迅速崩潰。
其他多媒體元素的優化處理
1) 對動畫部分的優化： 對Direct或 Authorware動畫應盡量壓縮幀數，并使用shareware流式傳輸處理，對一般網頁上常見的GIF動畫，FLASH動畫或JavaScript動畫應盡量少用，因為他們一般除裝飾效果外很難有什么其他作用卻會使頁面尺寸急劇增加。
2) 對背景音樂的優化：優先選用midi格式，采樣僅需8位、11kHz即可。如果需要語音朗讀的話，盡可能使用男聲，這可以采用更低的設置。盡量將聲音做成可選設置，優先選用流式聲音傳輸格式。
3) 對腳本程序的優化：許多網頁制作者認為頁面中的 JavaScript等腳本語言不會使頁面變慢，然而大多數的腳本語言都是解釋語言，而非編譯語言，這就意味著他們裝載后還需被分析，這也構成了頁面渲染時間的一部分，在使用腳本語言時，應注意做到：
盡量將腳本嵌入頁面中，而不使用SRC屬性，因為這將引起對服務器的另一次請求，既加重了服務器負荷，又延長了總的下載時間。
· 如果用腳本控制Plug-in 或 DHTML，盡量用一個內置的裝載和運行更快的函數來替代自己編寫的函數。
2．2 對兼容性的優化
在兼容性問題上，既要考慮課件對各種操作系統和硬件平臺的兼容性，更要考慮課件對各種瀏覽器的兼容性。
2.2.1 在平臺兼容性上的優化
當課件在INTERNET上發布時，你無法設想你的用戶會在怎樣配置的機器上使用怎樣的操作系統，好在Web本身的跨平臺特性已為我們很好地解決了這個問題，使我們免于多次開發，但為了使課件能夠在各種平臺上正常顯示，仍需要我們在定義潛在用戶群時考慮許多細節，包括：顯示器的分辨率和色深，對音頻和視頻的支持情況，各種平臺上相同字體的差異，各種平臺上顯示調色板之間的差別等等。
2.2.2 在瀏覽器兼容性上的優化
與由于瀏覽器不兼容帶來的影響相比，由于平臺不兼容對課件開發所帶來的影響幾乎可以忽略不計了，各大主流瀏覽器開發廠商或者由于商業上的考慮而故意制造不兼容情況，如Netscape和IE；或者為了追蹤技術發展不得不造成新版本某些部分事實上不向后兼容，如Netscape Communicator 4.5與以前版本對JavaScript的處理；再加上其他難以計數的各種非主流瀏覽器，如何消除瀏覽器兼容性對課件開發的影響，才是課件開發者所真正要關心的問題。
在這次課件項目開發中，考慮到Netscape 和IE加起來占了瀏覽器使用總數的90%以上，而且均可以從網上免費得到，所以開發以IE 4.0 版為主，同時兼顧Netscape 4.0 以上版本；對某些重要的功能，如果兩者需用不兼容技術實現，則分別開發兩個版本，由服務器對用戶瀏覽器進行判別后分別下載。在腳本語言方面，由于JavaScript是唯一大多數主流瀏覽器均支持的語言，所以成為唯一選擇。由于IE支持所有Netscape擴展標簽，所以標簽選用上優先考慮Netscape標簽。
3.課件中導航、查詢、測試功能的實現
3.1 導航功能的實現
在本課件中導航功能采用以下幾種方案來實現。一種是每一頁底部均有的導航鈕，這個方案主要提供課件預定學習順序；一種是導航圖，它指出用戶現在正處于整個課件的什么位置；一種是查詢方案，這個方案提供在整個站點內搜索相關頁的功能；還有一種便是樹型目錄，它與教材目錄相同，可用于輔助檢索。樹型導航目錄為單獨的一頁，顯示在左邊的框內。一開始顯示各章標題，單擊章標題號后目錄展開，顯示這一章下面的節的標題，未展開的章標題及其前的標記為藍色，展開后標記轉為紅色，再次點擊已展開的章標題后目錄將恢復原樣。整個目錄還可擴展，在節標題目錄下加入第三層，用以顯示每一節下的各小節標題內容，樹型導航部分中每個標題點擊后都將在右側框架中顯示對應頁的內容。
3.2 查詢功能的實現
查詢功能其實可以用FrontPage98內置的Search Form(檢索表單)組件下的Active Elements來實現，其功能非常強大。但目前由于FrontPage未發行中文版，因此其對中文的查詢不能很好的支持。我們現在在課件中的查詢功能是用JavaScript實現的，它通過維護一個關鍵詞及包含頁面URL的對應詞典表來實現查詢，整個課件總頁面數將在一千頁左右，常用的關鍵詞有幾百個,在這種規模下這個查詢程序的工作仍將是有效的。
3.3 測試功能的實現
雖然課程考試的題目需要有專門的試題庫系統自動生成，但每個單元后的練習題和單元測驗題卻可用網頁加腳本的形式簡單實現，從而大大減輕服務器和數據庫的負荷。試題以選擇題形式出現，選項多少不受限制。程序經過簡單改動還可提供填空題的形式。
4. 對基于Web的多媒體CAI課件發展方向的一些探討
首先，從功能上說，根據學生學習課件后取得的效果，可把課件分為“知識和技能的獲取”型，“應用知識分析和解決問題”型，“創造性的解決問題”型三種；而從目前課件開發情況看，以第一類居多，第二類較少，第三類幾乎還是空白。我們認為，在這方面應加強研究的力度，應加快發展的步伐。而這需要教育學家和計算機專家的共同努力，關鍵在于教學理論和認知模型的創新。
其次，從內容組織方式來說，目前課件基本都是通過超鏈接的方式組織起來的，學生可以根據自己的學習速度進行學習、交叉索引也比較方便，這與以前固定速度的教師傳授或單一方向的印刷課本相比，當然是個較大的進步；但課件各部分的內容及組織結構仍是預先固定好的，彈性較小。我們認為，理想的課件應能夠根據學生的知識結構，學習類型和學習情況動態生成學習內容及組織結構。在動態組織這方面，目前我們能做到的還只是根據學生對每一小節后習題的完成情況動態增加一些預先準備好的補充頁，這對于因材施教是遠遠不夠的，這方面的改進還有待于在課件中提高智能化程度來解決。
5．結束語
基于Web的多媒體CAI課件是未來多媒體課件的主要形式，也是將來發展網上教學的一個資源基礎。但目前已完成的優質實用課件還很少，對此類課件的開發模型，開發工具，開發技術等的研究也很少。我們認為，只有加緊對這類課件的研究開發，才有可能使網上教學早日進入實用領域。本文所提到的方法和技術都是我們在基于Web的多媒體CAI課件開發過程中實際所應用的，實踐證明是行之有效的。
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