Использование средств мультимедиа в учебном процессе

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«АЛТАЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Международный институт экономики, менеджмента и  информационных систем

Кафедра «Информационные  системы в менеджменте»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ МУЛЬТИМЕДИА В УЧЕБНОМ  ПРОЦЕССЕ

(курсовая работа)

Выполнила студентка1 курса

283 группа

Петренева Мария  Алексеевна

(подпись)

Научный руководитель

Драгун Игорь  Анатольевич

(подпись)

Работа защищена

200_г.

Оценка  

Барнаул 2009

Содержание

Введение

Современный этап развития человечества обусловлен переходом  к всеобщей информатизации, внедрению компьютерных технологий в различные сферы человеческой жизни. В связи с этим первичной становится проблема применения современных методов и средств обработки информации в практической деятельности. Огромную роль в решении этой проблемы играет применение мультимедиа технологий, известных своими обширными положительными качествами в различных областях. Мультимедиа продукты нашли широкое применение в рекламных, демонстрационных и различных информационных сферах, однако самое широкое применение мультимедиа технологии нашли в области образования. Использование мультимедиа в учебном процессе позволяет изменить характер учебно-познавательной деятельности студентов, активизировать самостоятельную работу студентов с различными электронными средствами учебного назначения.

Цель работы – изучить возможность применения мультимедийных технологий в различных видах учебной деятельности, а также при помощи изученных мной языков программирования создать собственное мультимедийное приложение.

Основные задачи:

• Рассмотреть применение средств мультимедиа на каждом этапе учебной деятельности
• Проанализировать эффективность использования мультимедиа технологий
• Дать краткое понятие мультимедиа и некоторых ее форматов
• На примере языков Visual FoxPro и Visual Basic создать мультимедийное приложение

Как предмет исследования будет рассматриваться применение мультимедийных технологий на различных этапах учебного процесса; как объект – непосредственно мультимедийные технологии.

Актуальность  изучения этой темы состоит в том  что, использование различных средств  мультимедиа в процессе обучения позволяет многократно повысить уровень и качество образования, к чему стремятся все образовательные учреждения.

Первая глава  будет посвящена понятию мультимедиа, ее классификации, роли в повседневной жизни людей, а также некоторые форматы мультимедиа, которые используются в данной работе. 

Во второй главе речь пойдет о мультимедийных технологиях, таких как видеолекции, мультимедиа лекции, традиционные аналоговые обучающие издания: электронные тексты лекций, электронного задачника или базы данных, презентации, 3-х мерные анимированные модели объектов и некоторых других, а также о конкретных этапах учебной деятельности и эффективности применения данных технологий.

В третьей главе  будет представлена разработка wav-, avi-,mp3-player, на языках Visual FoxPro и Visual Basic.

Глава 1 Понятие мультимедиа

Мультимедиа. Это  слово, а точнее понятие, часто упоминается  в разговорах о компьютерах, о  компьютерной периферии, при обсуждении тех или иных программных продуктов  и даже в разговорах о таких вещах, как телевидение или кинематограф. Так что же такое мультимедиа? Трудно дать краткое и точное определение этому понятию.

Мультимедиа:

- это технология, позволяющая объединить данные, звук, анимацию и графические изображения, переводить их из аналоговой формы в цифровую и обратно.

- это современная компьютерная информационная технология, позволяющая объединить в компьютерной системе текст, звук, видеоизображение, графическое изображение и анимацию (мультипликацию).

 - это сумма технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных, как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук, речь.

В общем, мультимедиа (лат. Multum + Medium) — одновременное использование различных форм представления информации и ее обработки в едином объекте-контейнере. Например, в одном объекте-контейнере. Например, в одном объекте-контейнере (англ. container) может содержаться текстовая, аудиальная, графическая и видео информация, а также, возможно, способ интерактивного взаимодействия с ней. Термин мультимедиа также, зачастую, используется для обозначения носителей информации, позволяющих хранить значительные объемы данных и обеспечивать достаточно быстрый доступ к ним (первыми носителями такого типа были CD - compact disk). В таком случае термин мультимедиа означает, что компьютер может использовать такие носители и предоставлять информацию пользователю через все возможные виды данных, такие как аудио, видео, анимация, изображение и другие в дополнение к традиционным способам предоставления информации, таким как текст[6].

Три направления мультимедиа

1. Первое это "мультимедиа как идея" т.е. это новый подход к хранению информации различного типа. По мере развития компьютерной техники становилась возможность обработки все более разнообразной информации: начав с чисел компьютер освоил работу с текстом, затем в сферу его интересов попали звук и изображение, сегодня компьютер свободно обращается с озвучением, фрагментами видео. Однако до последнего времени казалось, что текст - это текст, числа - нечто другое, даже оцифрованные и введенные в компьютер звуки и изображения продолжали восприниматься как совершенно различные вещи, работой с ними занимались разные люди в разных специализированных учреждениях.  Сейчас кажется даже странным, что только более через 10 лет после начала компьютерной обработки изображения, речи, синтеза музыки возникла идея, которая получила название мультимедиа.
2. Второе значение мультимедиа - это так называемое оборудование, которое позволяет работать с информацией различной природы. Это мультимедиа платы, мультимедиа комплексы, и, наконец, мультимедиа центры.
3. А третье значение мультимедиа это "мультимедиа продукт". Продукт, составленный из данных всевозможных типов, да еще такой, в котором можно сориентироваться; каталог, энциклопедия - вот то лицо мультимедиа, что повернуто к пользователю. Чаще всего такой продукт ассоциируется с CD(DVD)-ROM.  Мультимедиа продукт может содержать не меньше информации, чем довольно большой музей или библиотека, а поскольку в принципе он доступен любому, значит он должен быть организован так, чтобы в нем можно было разобраться без специального образования. Для этого создается система меню и перекрестных ссылок, которая служит путеводителем в море данных. По главному меню можно оценить структуру материала и быстро отыскать нужный раздел, при желании легко можно пропустить неинтересное, получить справку, если вдруг встретилось непонятное слово или углубится в детали[7].

Классификация мультимедиа

Мультимедиа может  быть грубо классифицирована как линейная и нелинейная. Аналогом линейного способа представления может являться кино. Человек, просматривающий данный документ никаким образом не может повлиять на его вывод. Нелинейный способ представления информации позволяет человеку участвовать в выводе информации, взаимодействуя каким-либо образом со средством отображения мультимедийных данных. Участие человека в данном процессе также называется «интерактивностью». Такой способ взаимодействия человека и компьютера наиболее полным образом представлен в категориях компьютерных игр. Нелинейный способ представления мультимедийных данных иногда называется «гипермедиа». В качестве примера линейного и нелинейного способа представления информации, можно рассматривать такую ситуацию, как проведение презентации. Если презентация была записана на пленку и показывается аудитории, то при этом способе донесения информации просматривающие данную презентацию не имеют возможности влиять на докладчика. В случае живой презентации, аудитория имеет возможность задавать докладчику вопросы и взаимодействовать с ним прочим образом, что позволяет докладчику отходить от темы презентации, например поясняя некоторые термины или более подробно освещая спорные части доклада. Таким образом, живая презентация может быть представлена, как нелинейный (интерактивный) способ подачи информации.

Если говорить о мультимедиа как о некоторой  технологии представления информации, то необходимо упомянуть два аспекта – аппаратный и программный.

Аппаратная  сторона мультимедиа может быть представлена как стандартными средствами (графический адаптер, монитор, звуковая карта, привод CD-ROM и так далее), так  и дополнительными (видеокарта с  телевизионным входом/выходом, приводы CD-R, CD-RW, DVD и др.) 
Программная сторона мультимедиа может быть разделена на чисто прикладную (сами приложения, предоставляющие пользователю информацию в том или ином виде), а также специализированную, в которую входят средства, используемые для создания мультимедийных приложений. К этой категории можно отнести профессиональные графические редакторы, редакторы видеоизображений, средства для создания и редактирования звуковой информации и т.п. 
Одними из первых пользовательских мультимедийных программ были компьютерные игры. Они являются наиболее распространенным программным продуктом, в полной мере использующим преимущества технологии мультимедиа: графика высокого разрешения, анимация, звуковое, музыкальное и голосовое сопровождение присутствуют во всех современных играх. В книге М. Кирмайера «Мультимедиа» мультимедиа определена как сочетание возможностей создания видеоэффектов со звуковыми эффектами при управлении с помощью диалогового (интерактивного) программного обеспечения. Диалог означает, что пользователю в общении с компьютером отводится самая активная роль. Он может давать компьютеру свои указания и требовать их исполнения. А может обойтись и без этого, спланировав работу своих мультимедиа-приложений и возложив их исполнение целиком на компьютер. 
Видеоэффекты могут быть представлены показом сменных компьютерных слайдов, мультфильмов и видеоклипов, смешением изображений и текстов, перемещением (скроллингом) изображений, изменением цветов и масштабов изображения, мерцанием и постепенным исчезновением изображения и т.д. Они обычно идут в сопровождении речи и музыки. Сочетание видео и аудиоэффектов значительно повышает объем информации, которая поступает от компьютера к пользователю, и обеспечивает эффективное и одновременное восприятие ее двумя важнейшими органами чувств человека – зрительное восприятие и слух[7].

Немного из истории

В России мультимедиа  появилась примерно в конце 80х годов, и она не использовалась на домашних компьютерах, а использовалась только специалистами. Поэтому в статьях газет и журналов тех лет она упоминалась редко. Только в 1993 году многие поняли или начали понимать важность направления, осознавать роль, которую технология мультимедиа предстоит сыграть в 90е годы. Слово мультимедиа стало вдруг таким модным и в нашей стране, и все новые команды и организации поднимают этот флаг. Образовались новые коллективы разработчиков систем и конечных продуктов мультимедиа; появились потребители таких систем и продуктов, при чем весьма нетерпеливые. Конференция, состоявшаяся 25-26 февраля 1993 года, как бы открыла сезон мультимедиа в России[6].

Мультимедиа сегодня

Мультимедиа сегодня - это прекрасные игры с мощной графикой и квадрофоническим звуковым сопровождением, превращение ПК в управляющий центр бытовой акустической и видео-аппаратуры, возможность работы с энциклопедиями и справочниками на маленьких дисках с огромным объемом информации и ее быстрым поиском, это легко доступное программное обеспечение.

Различные формы предоставления информации делают возможным интерактивное  взаимодействие потребителя с информацией. Онлайн мультимедиа все в большей степени становится объектно-ориентированной, позволяя потребителю работать над информацией, не обладая специфическими знаниями. Например, для того, чтобы выложить видео на YouTube или Яндекс.Видео, пользователю не требуется знаний по редактированию видео, кодированию и сжатию информации, знаний по устройству web-серверов. Пользователь просто выбирает локальный файл и тысячи других пользователей видеосервиса имеют возможность просмотреть новый видеоролик.

Различные форматы  мультимедиа данных возможно использовать для упрощения восприятия информации потребителем. Например, предоставить информацию не только в текстовом  виде, но и проиллюстрировать ее аудиоданными или видеоклипом[6].

Некоторые форматы мультимедиа

1. AVI (Audio Video Interleave)

Файлы с расширением .avi содержат аудио-видео данные. AVI это аббревиатура с английского Audio Video Interleave - Аудио и Видео Чередование. Формат файлов с расширением .avi известен как медиа-контейнер. Файл-контейнер с расширением .AVI был представлен в ноябре 1992 компанией Microsoft как часть технологии Video for Windows. AVI- файлы могут содержать в себе аудио и видео данные, что позволяет синхронно воспроизводить видео со звуком. Как и DVD , AVI файлы поддерживают многопотоковое аудио-видео. Файл AVI является формат-контейнером, который может содержать вместе видео и аудио данные, сжатые с использованием кодеков. AVI-файлы могут содержать различные виды сжатых данных, к примеру DivX для видео-информации и MP3 для аудио. Все AVI файлы имеют расширение .AVI, но " внутри" они могут существенно отличаться. Так если MP3 и JPG файлы построены на использовании только основного вида компрессии данных (MPEG Audio Layer 3 и JPEG), AVI файл может содержать различные виды компрессированных данных (например, DivX - видео + WMA - аудио или Indeo - видео + PCM - аудио), в зависимости от того, какой кодек используется для кодирования/декодирования. Все AVI файлы выглядят одинаково “снаружи” (имеют расширение .AVI), но “внутри” они могут отличаться очень сильно. AVI это формат файлов для разработанного фирмой Microsoft метода сжатия, записи и воспроизведения движущих изображений и звука на компьютере с использованием программных средств (Video for Windows). О AVI - файлах стало известно с появлением Windows 3.1, с тех пор прошло много времени, и теперь это наиболее общеизвестный формат для представления видео. Росту его популярности во многом способствовало появление DivX кодека[8].

2. WAV(Waveform Audio File Format)

Данный формат является основным аудио форматом для многих систем воспроизведения цифрового звука и используется как стандартный формат звуковых файлов в персональных компьютерах. К тому же, он имеет солидный набор спецификаций, изрядно пополнившийся за последнее время. Его полное название - Microsoft RIFF/WAVE - Resource Interchange File Format/Wave - формат файлов передачи ресурсов/волновая форма, и создан он был инженерами Microsoft и Intel.

С целью уменьшения объема и потока звуковых данных в WAVE-форме используются различные специальные алгоритмы компрессии/декомпрессии (кодеки), т.к. обычные алгоритмы сжатия информации здесь не дают эффекта. Сжатие аудиоданных возможно лишь с некоторой потерей информации, но учет психофизиологических особенностей восприятия звука (например, не все частоты в слышимом диапазоне существенны для восприятия), позволяет в ряде случаев сделать эти потери практически незаметными. Следует, однако, учитывать очень высокую чувствительность человеческого слухового аппарата, особенно к временным характеристикам звука. Наиболее известными являются следующие кодеки, используемые в мультимедиа под Windows:

• PCM (Pulse Code Modulation) – импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) – сжатие может достигаться только за счет выбора меньших значений величин H, B и C (фактически, это несжатый звук); квантование происходит по равномерной шкале из 2^B значений;
• DPCM (Differential PCM) – дифференциальная ИКМ (ДИКМ)– выборка представляется своей разностью от предыдущей, что требует меньше B битов; сжимает в несколько раз;
• ADPCM (Adaptive DPCM) – адаптивная ДИКМ (АДИКМ) – то же, что ДИКМ, только квантование происходит не по равномерной шкале, а с учетом динамики изменений амплитуды; сжимает в несколько раз;
• MPEG (Motion Picture Experts Group) – стандарты Группы экспертов в области кино; для сжатия звуковой информации используются стандарты MP2 и MP3; применяется психоакустическая компрессия, при которой удаляются звуки, не воспринимаемые человеческим ухом (подробнее метод MPEG рассматривается в разделе "Технологии сжатия видео"); сжимает в несколько десятков раз при довольно высоком качестве;
• RealAudio – метод, разработанный фирмой RealNetworks, сжимает в несколько десятков раз, но с невысоким качеством; используется в Интернете для проигрывания звуковых файлов в реальном времени[8].

3. JPEG(Joint Photographic Experts Group)

На  сегодняшний день JPEG является одной  из ярких иллюстраций результатов  исследований в области развития технологий сжатия изображений. Аббревиатура JPEG происходит от названия комитета по стандартам Joint Photographic Experts Group (Объединенная группа экспертов по фотографии), входящего в состав Международной организации по стандартизации (ISO). В 1982 году ISO сформировала группу экспертов по фотографии (PEG), возложив на нее обязанности по проведению исследований в области передачи видеосигналов, неподвижных изображений и текстов по каналам ISDN (интегральная цифровая сеть связи). Перед PEG была поставлена задача разработать набор промышленных стандартов по передаче графических данных и данных изображений с помощью цифровых коммуникационных сетей.

В 1986 году подгруппой СС1ТТ были начаты исследования методов сжатия цветных и полутоновых  данных для факсимильной связи. Применяемые  при этом методы сжатия цветных данных очень напоминали те, которые исследовались группой JPEG. Поэтому было принято решение объединить ресурсы этих групп для совместной работы над единым стандартом.

В 1987 году ISO и ССIТТ объединили свои группы в  комитет, который должен был провести исследования и выпустить стандарт сжатия данных, который применялся бы обеими организациями. Новый комитет получил название JPEG.

Создатели JPEG смогли предусмотреть множество  коммерческих программ на базе разрабатываемой  технологии, поскольку потребители  ожидали маркетинговых предложений  по получению изображений и мультимедиа. Большинство из ранее разработанных методов сжатия были мало пригодны для сжатия данных полноцветных многоградационных изображений, содержащих сотни и тысячи цветов, характеризующих реальный мир. В тот период очень малое число файловых форматов могли поддерживать растровые изображения с глубиной цвета 24-бит/пиксел и более.

Например, формат GIF позволял сохранять только изображения с максимальной глубиной цвета 8 бит/пиксел, т.е. не более 256 цветов. Его алгоритм сжатия (LZW) мало подходил для сканированных изображений.

Форматы TIFF и BMP позволяли хранить данные глубиной 24-бит/пиксел, но их версии, существовавшие до JPEG, позволяли применять только схемы кодирования, которые плохо  сжимали этот тип данных изображения (LZW и RLE, соответственно).

JPEG явился  методом сжатия, позволяющим сжимать  данные полноцветных многоградационных  изображений с глубиной от 6 до 24 бит/пиксел с достаточно высокой  скоростью и эффективностью. Сегодня  JPEG - эта схема сжатия изображений,  которая позволяет достичь очень высоких коэффициентов сжатия. Правда, максимальное сжатие графической информации, как правило, связано с определенной потерей информации. То есть, для достижения высокой степени сжатия алгоритм так изменяет исходные данные, что получаемое после восстановления изображение будет отличаться от исходного (сжимаемого). Этот метод сжатия используется для работы с полноцветными изображениями высокого фотографического качества

JPEG не  был определен в качестве стандартного  формата файлов изображений, однако на его основе были созданы новые или модифицированы существовавшие файловые форматы[8].

Глава 2 Использование мультимедийных технологий в учебном процессе

Мультимедийные  технологии, являются на сегодняшний  день наиболее «модным», востребованным направлением использования информационно-компьютерных технологий в сфере образования.

В широком смысле «мультимедиа» означает спектр информационных технологий, использующих различные  программные и технические средства с целью наиболее эффективного воздействия на пользователя (ставшего одновременно и читателем, и слушателем, и зрителем). Благодаря применению в мультимедийных продуктах и услугах одновременного воздействия графической, аудио (звуковой) и визуальной информации эти средства обладают большим эмоциональным зарядом и активно включаются как в индустрию развлечений, так и в практику информационных учреждений.

Экспериментально  установлено, что при устном изложении  материала обучающийся за минуту воспринимает и способен переработать до одной тысячи условных единиц информации, а при «подключении» органов зрения до 100 тысяч таких единиц. Поэтому совершенно очевидна высокая эффективность использования в обучении мультимедийных средств, основанных на зрительном и слуховом восприятии материала.

Мультимедийные продукты предоставляют широчайшие возможности для различных аспектов обучения. Одними из основных возможностей и преимуществ средств мультимедиа в случае их применения в образовательном процессе являются:

• одновременное использование нескольких каналов восприятия учащегося в процессе обучения, за счет чего достигается интеграция информации, доставляемой несколькими различными органами чувств;
• возможность симулировать сложные реальные эксперименты;
• визуализация абстрактной информации за счет динамического представления процессов;
• возможность развить когнитивные структуры и интерпретации учащихся, обрамляя изучаемый материал в широкий учебный, общественный, исторический контекст, и связывая учебный материал с интерпретацией учащегося.

В качестве основного технического средства мультимедийных технологий, безусловно, выступает компьютер, оснащенный необходимым программным обеспечением и мультимедийным проектором. Естественно, что компьютер не заменяет собой преподавателя, а является лишь средством осуществления педагогической деятельности, его помощником[1].

Особенности мультимедиа курсов по видам учебной деятельности

Методы и  средства обучения раскрываются в формах организации учебного процесса, в  основных видах учебной деятельности. Основным видом учебной деятельности, направленным на первичное овладение знаниями, является лекция. Главное назначение лекции - обеспечить теоретическую основу обучения, развить интерес к учебной деятельности и конкретной учебной дисциплине, сформировать у обучающихся ориентиры для самостоятельной работы над курсом. Традиционная лекция имеет несомненные преимущества не только как способ доставки информации, но и как метод эмоционального воздействия преподавателя на обучающихся, повышающий их познавательную активность.

Специалисты выделяют три основных типа лекций, применяемых при очном обучении для передачи теоретического материала: вводная лекция, информационная лекция и обзорная лекция. В зависимости от предмета изучаемой дисциплины и дидактических целей могут быть использованы такие лекционные формы, как проблемная лекция, лекция-визуализация, лекция-пресс-конференция, лекция с заранее запланированными ошибками и др[2].

Применение  информационных технологий позволяет  изменить способы доставки учебного материала, традиционно осуществляемого во время лекций, с помощью специально разработанных мультимедиа курсов. Для организации изучения теоретического материала могут быть использованы следующие виды мультимедиа курсов.

• Видеолекция. Лекция преподавателя записывается на видеопленку. Методом нелинейного монтажа она может быть дополнена мультимедиа приложениями, иллюстрирующими изложение лекции. Такие дополнения не только обогащают содержание лекции, но и делают ее изложение более живым и привлекательным для студентов. Несомненным достоинством такого способа изложения теоретического материала является возможность прослушать лекцию в любое удобное время, повторно обращаясь к наиболее трудным местам.
• Мультимедиа лекция. Для самостоятельной работы над лекционным материалом могут быть разработаны интерактивные компьютерные обучающие программы. Это учебные пособия, в которых теоретический материал благодаря использованию мультимедиа средств структурирован так, что каждый обучающийся может выбрать для себя оптимальную траекторию изучения материала, удобный темп работы над курсом и способ изучения, максимально соответствующий психофизиологическим особенностям его восприятия. Обучающий эффект в таких программах достигается не только за счет содержательной части и дружеского интерфейса, но и за счет использования, например, тестирующих программ, позволяющих обучающемуся оценить степень усвоения им теоретического учебного материала.
• Традиционные аналоговые обучающие издания: электронные тексты лекций, опорные конспекты, методические пособия для изучения теоретического материала и т. д[2].

В процессе чтения лекций также целесообразно использование  презентаций – набора слайдов, представляемых в определенном порядке. Презентация  демонстрируется на большом экране с помощью мультимедийного проектора и служит иллюстрацией к рассказу преподавателя. В качестве информационного наполнения презентации могут быть использованы различные виды информации (текстовая, аудио, графическая, анимация, видео и др.).

В качестве рекомендаций по применению презентаций на лекциях можно выделить следующие положения:

• слайды презентации должны содержать только основные моменты лекции (основные определения, схемы, анимационные и видеофрагменты, отражающие сущность изучаемых явлений),
• общее количество слайдов не должно превышать 20 – 25,
• не стоит перегружать слайды различными спецэффектами, иначе внимание обучаемых будет сосредоточено именно на них, а не на информационном наполнении слайда,
• на уровень восприятия материала большое влияние оказывает цветовая гамма слайда, поэтому необходимо позаботиться о правильной расцветке презентации, чтобы слайд хорошо «читался»,
• необходимо четко рассчитать время на показ того или иного слайда, чтобы презентация была дополнением к лекции, а не наоборот.

Следующим видом  учебной деятельности являются практические занятия - форма организации учебного процесса, направленная на закрепление теоретических знаний путем обсуждения первоисточников и решения конкретных задач, проходящее под руководством преподавателя. Использование информационных технологий требует изменения характера организации практических занятий и усиления их методической обеспеченности.

Практические  занятия по решению задач могут быть проведены с помощью электронного задачника или базы данных, в которых собраны типовые и уникальные задачи по всем основным темам учебного курса. При этом электронный задачник может одновременно выполнять функции тренажера, т.к. с его помощью можно сформировать навыки решения типовых задач, осознать связь между полученными теоретическими знаниями и конкретными проблемами, на решение которых они могут быть направлены.

Лабораторные  работы позволяют объединить теоретико-методологические знания и практические навыки учащихся в процессе научно-исследовательской деятельности. Лабораторная работа - форма организации учебного процесса, направленная на получение навыков практической деятельности путем работы с материальными объектами или моделями предметной области курса.