基于软件工程思想的交互式课件的设计研究

张凯鑫

【摘 要】文章主要介绍了软件工程思想方法，运用软件工程思想基于带“反馈环”的瀑布模型分析了Articulate Storyline2交互式课件的设计过程，实践创作开发了基于软件工程思想的《中国四大地理区域划分》交互式课件，对于一线教师交互式课件的设计与开发具有一定的指导作用。

【关键词】软件工程思想；交互式课件；设计

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2016）05-0069-05

引 言

20世纪90年代，随着信息高速公路的兴建，有人提出了教育信息化的概念，到现在教育信息化已成为全球的发展趋势。信息技术应用于教与学已是教育发展过程中不可逆转的趋势。随着教育信息化改革的迅速发展，先进教学手段在世界范围内得到推广。教育信息化的基本特征之一便是交互性，交互性能实现人机之间的双向沟通和人人之间的远距离交互学习，能够促进师生、生生之间的多向交流。随着教育信息化的推广，多种交互技术被推广应用到了课堂教学中，交互式课件是最直接的体现。但是交互式课件着重体现课件的交互性，在现实的教学过程中由于交互式课件制作的时间成本大、对教师的要求较高，使得许多一线教师望尘莫及。为了高效率、高质量地开发出交互式课件，其设计开发过程必须规范、科学、合理。笔者认为有必要采用一种高效和集中的设计开发管理方式来规范整个过程，而软件工程思想的基本目标为“多、快、好、省”，恰恰就是高效率地管理和开发软件。如果能将软件工程思想应用于Articulate Storyline2开发的交互式多媒体课件过程中，则对满足教学需要、实现教学效果起到事半功倍的作用。

Articulate Storyline2由Articulate发布，同时推出了中文版，不仅对操作界面进行了汉化，而且增加了滑块、动作路径、时间轴控制等令人眼前一亮的新功能。由于其类似于PPT的直观的用户界面，丰富的任务角色，前所未有的互动性，灵活的测试功能，可随时随地发布课件，以及对学生的跟踪和反馈等优点，使得能够对课程外观和行为进行更多控制，能够轻松创建各种交互效果，一线教师能够快速掌握及应用其软件。

交互式课件的概述

多媒体课件是根据教学大纲的要求和教学的需要，经过严格的教学设计，以多种媒体的表现方式和超文本结构制作而成的课程软件。交互式多媒体课件是在传统课件的基础上增强课件的多媒体性和交互性设计，通过课件的巧妙设计，创设恰当的学习情境，提供丰富的学习资源，引导正确的学习方式，培养学习者主动探索和自主学习的能力，辅助课堂及网络教学达到优质、高效的教学效果。

交互式课件针对不同的教学功能有不同的课件分类，如：课堂演示型、自主学习型、练习测试型、教学游戏型、资料工具型等，本文的交互式课件所针对的类型是自主学习型交互式课件的设计与开发。自主学习型交互式课件是由计算机扮演教师的角色，采用分步呈现信息和指导学习者的方法，系统地教授知识和技能，其目的一般是供学习者自学时使用。这种类型的数字交互式课件结构清晰完整，能够提供详细的说明和丰富的学习内容，及时测试、反馈和掌握学习者的学习情况，并根据每个学习者的特点进行相应的指导，从而实现个别化的自主学习。

相比传统课件，交互式课件具有以下特点：①良好的集成性，能将图片、视频、动画、音频等素材合理运用；②给学习者提供一个自由、可操作的学习环境；③良好的交互性，学习者自选学习内容，自定学习进度；④传统课件呈线性结构，而交互式课件高度模块化、结构化，内容层次清晰。

软件工程的思想

IEEE在软件工程术语汇编中定义软件工程是把系统化的、规模化的、可度量的途径应用于软件开发、运行和维护的过程，即把工程化的思想应用于软件中。[2]当前国际上已经形成了多种比较成熟的软件工程方法，为软件系统开发提供了一套提高效率的途径，并使所开发的软件系统具有良好的结构及较高的可靠性、复用性和可维护性。

软件生存周期是指一个软件产品从定义、开发、维护到废弃的时间总和。国家标准《计算机软件开发规范》将软件生存周期划分为可行性研究、项目计划、需求分析、总体设计、详细设计、编码实现、集成测试、确认测试、系统运行和维护，每个阶段都有相对独立的任务，总体可归纳为软件定义阶段、软件开发阶段、软件维护阶段。

软件过程则是软件生存周期中一系列有序的软件生产活动的流程。为了高效率、高质量地开发出软件产品，把软件生存周期中各项开发活动的流程用一个合理的框架开发模型来规范描述，即软件生存周期模型，也叫做软件过程模型。[2]近年来已经出现了多种各具特色的软件过程模型，先前较为普遍的有：瀑布模型、快速原型模型、螺旋模型、增量模型、喷泉模型等。这些模型的一般过程都包括计划、开发、维护三个阶段，分别是“怎么做”“做什么”“如何改”（“What—How—Change”）。本文主要依照带反馈环的瀑布模型进行交互式课件的设计开发。带反馈环的瀑布模型中，上一阶段的活动完成并经过评审之后才能进入下一阶段的活动。其突出优点是有专门的评审小组对该项活动实施的工作进行评审，得到确认后才能继续进行下一项活动，否则进行返工。在此，评审小组可以选择专家评审、同行评审以及学习者评审。即使这样也不能掩盖其突出缺点：缺乏灵活性，尤其是无法解决软件需求不明确或不准确的问题。所以，在交互式课件的需求分析尤其是学习者需求分析阶段，可以快速制作出实验原型让学习者进行测试。

图1 带“反馈环”的瀑布模型

基于软件工程思想的交互式课件的开发过程

类比软件生存周期一般模型及带“反馈环”的瀑布模型，课件的设计开发过程分为三个阶段：课件计划阶段、课件开发阶段、课件维护阶段。选择《中国四大地理区域划分》为教学案例进行设计和开发，《中国四大地理区域划分》属于初中地理中图版七年级下册的教学内容。通过交互式多媒体自学的形式，可以让学生掌握四大地理区域的划分；掌握秦岭—淮河一线的重要地理意义这两大主要内容。交互式学习可以激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，从而激发学生的学习动机，促进认知主体的作用发挥；同时还采用随堂测验和课后测试题，及时巩固学习者的知识，促进知识的获取和保持。该课件涉及各种交互方式的使用，运用的各种类型资源非常多，教学内容又是教学的基础，课件制作起来有一定的代表性和难度，具有很强的参考价值。

该案例的开发选择Articulate Storyline2作为开发软件，故选择其作为开发工具。

1. 课件计划阶段

（1）课件任务立项

该阶段对所设计开发的交互式课件的名称、教学目的和规模等做出明确的界定，以及选择恰当的同行评审小组成员，得到对即将设计开发软件系统概括性的描述文档，同行评审是提高质量、提高生产力、提高效率的重要因素。在课件开发的早期阶段，在无法进行测试时进行同行评审可以发现部分缺陷，而不至于随着课件的开发问题越来越大，修复代价也越大；其次，对于教师自身，在进行课件开发时，一旦他们知道自己的工作成果要接受同行评审，要将自己的成果公布于众，他们就会花费更多的精力把工作做得更好，以保障课件质量。所以，在课件开发的整个过程中，同行评审必不可少，且同行评审不等同于测试。交互式课件在开发过程中，同行评审小组成员包括该学科组所有成员、课件开发教师、信息技术教师。

表1 交互式课件立项表

说明

课件名称 《中国地理四大区域的划分》交互式课件

课件性质 □课堂演示型 □√自主学习型 □练习测试型 □教学游戏型 □资料工具型

课件

开发目的 本着以学生为中心、激发学生的学习动机的理念，在软件工程的指导下，设计开发学生参与课程的交互式课件。

同行评审小组成员 地理学科组所有成员、教师本身、信息技术教师

（2）需求分析

需求分析是课件计划阶段最重要的阶段，也是整个课件开发过程的基础，课件的设计、开发、运行实施都是以需求分析的结果作为基础来完成相应的任务。在此将需求分析按照参与人员进行分类，可以分为面向学生进行需求分析、面向教师进行需求分析。需求分析结束后，撰写需求分析规格说明书。由同行进行评审，评审通过后进入下一个环节。

①学习者需求分析：学习者是交互式课件的最终使用者和受益者，因此对学习者进行需求分析是最关键的一步。每个学习者具有不同的先前知识、技能、态度、期待、风格，进行学习者需求分析的目的便是了解学习者的学习准备、学习需求、认知风格，以便为之后的教学系统设计提供依据。如果说一个课件不能在教学方式上符合学生的特点、兴趣、爱好、认知规律，那么很难想象它会是一个成功的课件。所以学习者需求分析可以从学习准备、学习需求、认知风格三个方面展开。学习准备：包括学习者先前的开展自主学习的经验储备和学习者的知识技能基础，比如：之前是否有过利用交互式课件进行自主学习的经历经验，计算机水平如何等，可以通过访谈法和问卷调查法获得数据。学习需求：主要是了解学生对课程内容和交互方式两方面的学习兴趣和学习期待，比如：学习者希望在课件中有怎样的交互方式，学习者是否满足基本的学习任务，是否需要有更高层次的需要，这时教学设计者就要考虑是否实施差异教学策略，进行教学目标和教学任务的分层化。认知风格是指个体在认知过程中所表现出来的习惯化的行为模式。这里主要是了解学生喜欢怎样的交互方式的设计、怎样的课件呈现形式等。软件的功能性需求可以采用快速原型的方法来进行，快速做出实验原型，对课件的基本功能让学习者进行测试，让被测试学生提出自己的疑问和需求。软件开发的经验：如果把课件应用于教学之后，发现学生学习效果不显著，这时再对课件进行修复，则花费的时间精力都比较大。

②教师需求分析：教师的信息技术能力也是要考虑的要素之一，这里主要对教师的计算机操作能力和软件操作能力进行分析把握，有助于确定合适的开发技术。PowerPoint、Flash、Authorware、Dreamweaver、Director、Storyline等软件都可以制作出优秀的交互式课件，教师在进行媒体的选择时要依据“最大价值率”原则，考虑自身的能力以及对软件的熟悉程度。此外，教师是教学系统的设计者，是交互式课件的程序开发者，是教学内容最准确的把握者，征求同学科教师的意见看法也是一个不错的选择。有经验的教师会提出很多建设性的意见，可以对同学科教师进行访谈。比如可以了解到：课件怎样的呈现方式是学生更容易接受和理解的；教学内容如何交互设计更有利于学生自主学习。这些都是保证课件正常发挥作用的有效方法。

（3）制定项目计划

项目计划是以需求分析为基础制定的详细的整体计划，涉及实施的各个环节，但不能只在口头上说，而是要进行交互设计，需要用描述文档来记录整个课件的设计过程。从计划开始，到开发测试，最后到运行维护结束，计划的准确性和合理性关系着整体项目的成败。教师在课件开发过程中养成习惯，会避免很多不必要的麻烦。然后撰写书面报告，进行同行评审，通过后进入课件开发阶段。

2. 课件开发阶段

（1）总体设计阶段

总体设计是针对“如何宏观地解决问题”，确定课件的总体结构及功能模块。在此包括教学设计、课件结构设计两部分内容。

①教学设计

教学设计是指运用系统方法分析研究教学过程中相互联系的各部分的问题和需求，在连续模式中确立解决问题的方法步骤，然后评价教学成果的系统计划过程。教学设计包括教学内容分析、教学目标分析、教学方法和策略三部分内容。

（2）课件结构设计

交互式课件作为一个应用于学生自学的学习软件，其设计人员必须通过已获取的各项需求来确定其模块结构，从而得出意义明确的功能模块。案例交互式课件《中国地理四大区域的划分》中，根据软件工程思想开发的交互式课件模块结构如图1所示。

图1 交互式课件总体框架

（2）详细设计阶段

详细设计阶段是以总体设计为依据，主要确定课件结构中的内部细节，为课件制作提供依据，包括课件的交互式设计、素材准备与加工、界面设计三部分内容。

①交互式设计

交互式设计是交互式多媒体课件的重点部分，交互类型主要包括触发器交互、菜单交互、热区交互、测试与调查、拖放式交互等。

触发器交互是指在多媒体课件将某一对象设置为触发器，单击对象时会启动某种效果，可以是弹出某个画面或启动某种动画动画，实现“人—机”的一次交互响应。比如：按钮响应是互动式多媒体中使用最多的一种交互形式。点击图2中“学习内容”按钮，便会进入内容首页。

图2 《中国四大地理区域划分》首页

热区交互是指在多媒体课件中，将某一区域设置为热区，点击时便会出现相应的响应。如图3、图4：中国地图中，将西北地区设置为热区，操作者只要点击这个区域，便跳出一个页面出现这个区域的基本介绍。

图3

图4

菜单交互是指点击菜单项可以实现一个模块到另一个模块的过渡。比如：在多媒体课件中，实现课件导航功能的便是菜单交互。菜单交互一般包含下拉式菜单和弹出式菜单两种形式。在图4中呈现的是菜单属于弹出式菜单。

图5 拖放式交互

拖放式交互是指设置某一对象拖动到目标区域后松开，如果拖放正确则在该位置不变，如果错误则返回原位置。如图5所示，在选择地理区域划分时，拖动属于青藏地区的图片到方框内，拖动正确则显示成功，拖动错误则返回原位置。

测试与调查是在多媒体课件中，某些插件可以实现制作多种类型的测试题和制作问卷调查表，测试题学生直接作答，会有相应的反馈信息；调查表可以对学生的各种情况进行统计。如：iSpring等也已有众多研究。

②素材准备与加工

要想完成课件制作，前期的准备工作必须充分，这个环节体现为素材的收集和加工。根据内容的具体要求对所需的素材进行选择、加工、处理和制作。教师可以在现有的素材库中选取，也可以根据实际需要自己制作。

③界面设计

以学习者为中心的交互式课件的设计不能只将焦点放在美学上，或只是巧妙美化一些外观，创建浮华的动画效果。界面设计的目的是为了实现教学功能，达到更好的教学效果，是为教学需要服务的。

（3）课件制作阶段

将设计好的教学课件总体逻辑结构、规格说明书及教学过程控制等利用相应开发工具进行交互式课件制作。

（4）课件测试阶段

传统软件工程观认为，软件各开发周期的测试要优先于操作和维护。其实，软件的测试验证过程应在其设计开发的每个过程中。当测试仅限于单一阶段并限制了后面的开发阶段时，会出现一些严重的后果。同理，课件测试过程应该包括生命周期的每个阶段。在此阶段的测试主要包括两部分内容：课件的完整性测试和课件的可用性测试。

课件的完整性测试，即①测试课件的正确性，检查菜单、热键的链接是否正确等；②测试课件运行环境的可靠性，如：屏幕颜色是否正确，动画和声音是否能正确播放；③测试课件内容的完整性，检查课程内容是否需增减，内容安排是否合理，解说词与动画是否同步，屏幕界面布局是否合理等。

课件的可用性测试，可用性研究的总体目标是度量应用程序中某种或者某一组功能的有效性。在以学生为中心的设计里，远远不是主观的想法和推测，仅凭直觉、猜测是不可行的，要有确定的数据通过观察用户、度量用户的表现、记录用户的意见来测试软件设计的过程。

测试完成之后，建立文档并与课程教师共同进行评审，确定是否进入下一步。

3. 课件维护阶段

将课件放在实际的教学环境中进行评估反馈，根据反馈结果对课件进行更改和完善，为了使其具有较长的生命力，做的每一项修改都应准确地记录下来，作为正式的文档资料进行保存。

总 结

软件开发是一项系统工程，需要用户、系统分析员、程序员、开发管理人员等的积极参与、合作。课件开发同样需要学生、教师、技术人员、学科组各种人员、学校领导的积极参与与合作。如何实现课件与学生更好的交互，激发学生学习兴趣固然重要；而提高开发效率，优化教学效果也不可或缺，所以在交互式课件的开发中引入软件工程的思想，综合交互式课件自身的独特特点，用最短的时间做出最优秀的交互式课件将离我们不再遥远。

（作者单位：陕西师范大学教育学院）