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-aidedinstruction）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。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：⒈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意的形式，但不能过分强调娱乐性。⒉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。⒊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。⒋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。⒌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：⒈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