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教學(xué)軟件開發(fā)思想和模式
略論“超越具體課堂教學(xué)過程”的教學(xué)軟件開發(fā)思想和模式摘要：面向課堂教學(xué)的多媒體教學(xué)是一線教師最為關(guān)心的現(xiàn)代教育技術(shù)，但軟件普適性不足的問題大大制約了其發(fā)展。解決這一問題必須在軟件設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)建立“超越具體教學(xué)過程”的思想和模式，建議采用一線教師和專業(yè)人員共同參與的漸增型開發(fā)模式，協(xié)調(diào)好雙方主體的關(guān)系。文章還探討了“超越具體課堂教學(xué)過程”的教學(xué)軟件的特點，并就兩個案例進(jìn)行了簡要分析。
一、引言
計算機輔助教學(xué)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，從目前來看，主要方式是在課堂教學(xué)中通過演示、示范操作或個別學(xué)習(xí)來輔助教學(xué)過程。由于大班級教學(xué)組織形式的現(xiàn)狀和教育者的主客觀條件，這種應(yīng)用方式的存在具有合理性，并將在相當(dāng)長時間內(nèi)仍保持主導(dǎo)地位。而基于網(wǎng)絡(luò)的計算機輔助教學(xué)還存在很多軟硬條件上的困難。在對教師的調(diào)查中，面向課堂的教學(xué)軟件也是他們的主要需求。
從目前所使用的軟件資源來看，面向課堂教學(xué)的商業(yè)軟件所占比例很�。ㄉ虡I(yè)軟件主要轉(zhuǎn)向“家庭教師”和輔助備課系統(tǒng)），學(xué)校和基層電教部門的自主開發(fā)，特別是教學(xué)實施者參與下的自主開發(fā)，是主要的軟件資源來源。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展和平臺型開發(fā)工具的普及，中小學(xué)教師參與開發(fā)多媒體輔助教學(xué)軟件可行性越來越高，熱情也越來越高，并逐漸成為優(yōu)秀教師的參考條件之一和教師掌握現(xiàn)代教育技術(shù)的基本要求。
但從目前的現(xiàn)狀來看，基層教學(xué)軟件開發(fā)的水平發(fā)展不快，理論支持不足，鮮有推廣價值大的軟件作品。
因此，本文探討的主要對象是面向課堂教學(xué)的輔助教學(xué)軟件的開發(fā)思想，主要涉及基層軟件開發(fā)，但對于商業(yè)開發(fā)也具有研討意義。
二、教學(xué)軟件的課堂普適性問題
目前基層教學(xué)軟件開發(fā)除去媒體制作和編程水平的局限性，首要問題表現(xiàn)在實施環(huán)節(jié)的課堂普遍適用性。普適性差的首要原因，是很多軟件的設(shè)計和具體特定的課堂教學(xué)直接關(guān)聯(lián)，因而無法適用于多數(shù)的課堂。其主要表現(xiàn)在：
1.固化教學(xué)過程
以板書展現(xiàn)為主線，分條分目呈現(xiàn)，“一二三四”、“引入”、“小結(jié)”，將教學(xué)的過程基本固化。或?qū)⒕唧w問題的導(dǎo)入、分析、解決過程逐層展現(xiàn)，同樣是教學(xué)過程的固化。更有甚者，一個軟件覆蓋一節(jié)課的教學(xué)過程，從上課問候到下課再見都一應(yīng)俱全。試想，這樣的軟件如果換一個老師，甚至是同一個老師換一種教學(xué)思路，都將導(dǎo)致軟件的不適用。
2.線性思維的程序設(shè)計，缺乏基本的交互性
我們知道，軟件技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)媒體技術(shù)的根本特征就在于交互性。而直接體現(xiàn)教學(xué)過程的軟件，在設(shè)計中總停留在“先什么、再什么”的思維框架中，經(jīng)常創(chuàng)作出線性的軟件，如卡式結(jié)構(gòu)、翻頁結(jié)構(gòu)、線性動畫。在線性結(jié)構(gòu)的軟件中，媒體是按順序出現(xiàn)的，基本沒有什么規(guī)范的交互，往往是單擊鼠標(biāo)或按任意鍵就到了下一頁；要到達(dá)某一特定頁就要先經(jīng)歷之前所有的過程，誤操作提前進(jìn)入下一頁就得從頭再來。線性的軟件交互性差，靈活性差，不但不能廣泛適應(yīng)課堂教學(xué)，甚至在特定的課堂上（設(shè)計所預(yù)定的實施者）使用都存在很大問題。
3.采用簡單刺激，智能化程度低
受傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的支配，軟件設(shè)計中也模擬傳統(tǒng)教學(xué)過程。具體表現(xiàn)如：需要板書或講解的時候給文字信息，需要掛圖或投影片的時候給圖形畫面，需要動作模擬的時候給動畫或視頻，為吸引注意加入華麗的背景或特別的聲效，做練習(xí)正確錯誤時給千篇一律的聲音或文字反饋。這樣的軟件往往是對傳統(tǒng)教學(xué)過程的圖解化，對于降低知識陡度，解析教學(xué)難點作用并不大，主要的功能還在于引起學(xué)生的注意，增加直觀性，對學(xué)生的認(rèn)知心理作用還屬于“刺激─反應(yīng)”型。
4.特例疊加，缺少媒體連續(xù)性
很多教學(xué)內(nèi)容是研究事物的連續(xù)動態(tài)變化，比如數(shù)學(xué)中的圖像變換，物理中物理參量的變化，生物中的生理活動過程等。由于教師在教學(xué)過程中往往可能通過幾個特例進(jìn)行研究，因此軟件也被設(shè)計為幾個特例的疊加，比如幾個特殊值代入，或特例到特例之間的變化過程。不同的教師由于教學(xué)角度的不同，往往需要有目標(biāo)的選擇自己需要的特例或特殊值，甚至用整體和連續(xù)的方法研究問題，這樣軟件的普適性又會成為問題。只有媒體能滿足全程連續(xù)的變化，并能靈活控制，才能真實展現(xiàn)事物運動，保證適用于更多的教學(xué)過程。目前的軟件較少能夠做到。
5.多級分支的瀏覽結(jié)構(gòu)
目前教學(xué)軟件開發(fā)中比較推崇的結(jié)構(gòu)組織形式是多級分支，多層頁面。這種形式的軟件容易組織，結(jié)構(gòu)清晰，容易實現(xiàn)模塊化，但其容易出現(xiàn)的問題卻不易覺察。由于對象散布在過多的頁面上，彼此之間有聯(lián)系的需求就得不到體現(xiàn)，更容易成為簡單呈現(xiàn)的媒體；即使在其中實現(xiàn)超文本的鏈接，也只是簡單的跳轉(zhuǎn)而已。因此，只要收集和創(chuàng)作大量的多媒體素材，然后用多級分支結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，大型軟件就做成了。這樣使軟件設(shè)計走向簡單化，軟件僅僅成為素材的瀏覽器。這樣的軟件與課堂教學(xué)雖然不是線性對應(yīng)，但在媒體應(yīng)用方式上依然與傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程相對應(yīng)。
此外，過多過深的頁面層級，會使課堂操作繁復(fù)，到達(dá)特定內(nèi)容的線程加長，且用戶容易迷航。
以上教學(xué)軟件中普遍存在的普適性的缺陷，可能帶來以下問題：
1.軟件設(shè)計水平停滯不前
很多熱情參與軟件開發(fā)的教師，在若干次開發(fā)實踐后，始終在低水平、低效益上徘徊，難以有新的突破，逐漸失去開發(fā)熱情。
2.軟件一對一適用，難以廣泛推廣
一個軟件對應(yīng)一個人或一種教學(xué)過程設(shè)計，不能廣泛適用不同的教師和不同的教學(xué)設(shè)計，因而無法推廣。
3.重復(fù)開發(fā)的必然性
由于軟件和具體教學(xué)過程相對應(yīng)，使得重復(fù)開發(fā)成為必然，幾乎每一個課堂多媒體輔助教學(xué)的實施者都需要“量身定制”自己的軟件。很多老師迷惑，為一節(jié)課，下幾天、甚至幾個月的功夫值嗎？如果對每一課（或很多課）進(jìn)行這樣的開發(fā)是不現(xiàn)實的，那么教師運用現(xiàn)代教育技術(shù)豈不走向了窮途末路？此外，重復(fù)開發(fā)的另外一個理由是，對已有軟件的質(zhì)量并不接受。
4.基層開發(fā)軟件的交流和共享難以突破
除了小農(nóng)經(jīng)濟(jì)思想作怪，軟件普適性差成為影響軟件交流和共享的主要因素。試想，拿到別人的軟件，通常無法上到課堂上，頂多是觀摩參考借鑒，共享的意義就會大打折扣，交流的熱情也會消退�，F(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上的很多大型教育網(wǎng)站、個人站點都提供輔助教學(xué)軟件上傳和下載，為基層軟件開發(fā)交流提供了有效的方式，但軟件本身難以共享，卻是更難以解決的。
從筆者下載的大量輔助教學(xué)軟件來看，基本上都是針對課堂教學(xué)的，其中多數(shù)設(shè)計制作水平比較初級不說，直接對應(yīng)具體教學(xué)過程的又占了相當(dāng)多數(shù)。
三、傳統(tǒng)媒體的開發(fā)思想和模式是問題產(chǎn)生的根源
輔助教學(xué)軟件所運用的是軟件技術(shù)，是一個有別于傳統(tǒng)媒體技術(shù)的交互式系統(tǒng)。但就目前的計算機輔助教學(xué)軟件開發(fā)的主流理論來看，卻較少運用軟件工程理論，而是遵循普通媒體制作的基本方法，集中體現(xiàn)在對“腳本”的重視。其開發(fā)模式可以表述為“教學(xué)設(shè)計——腳本編寫——編碼實現(xiàn)”，與軟件開發(fā)的一般模式“需求分析——軟件設(shè)計——軟件編碼”是有明顯區(qū)別的。
對于“腳本”的解釋是，表演戲劇、拍攝電影等所依據(jù)的底本。它本身是一個依據(jù)時間軸的規(guī)定性解釋系統(tǒng)，由腳本到媒體是一個“實現(xiàn)”直觀化、可視化的過程。我們一般強調(diào)由有經(jīng)驗的學(xué)科教師來編寫腳本，并強調(diào)必須是“分鏡頭腳本”，解析為一個畫面如何布局，對象何時以何種方式出現(xiàn)，用戶發(fā)出什么動作后系統(tǒng)發(fā)生什么動作；用什么方式進(jìn)入下一個畫面，再重復(fù)這一套。依據(jù)這樣腳本的作品當(dāng)然更像一個傳統(tǒng)媒體作品。
同時，腳本來源于“教學(xué)設(shè)計”。教學(xué)設(shè)計在這里指的是某個人的或某種特定的教學(xué)設(shè)計，實質(zhì)上是教學(xué)過程的設(shè)計。教學(xué)過程“轉(zhuǎn)換”為腳本，腳本再“實現(xiàn)”為軟件，這樣的軟件必然與具體教學(xué)過程相關(guān)，失去了不同教學(xué)設(shè)計的選擇。
由此看來，教學(xué)軟件與具體教學(xué)過程相關(guān)的問題，源于傳統(tǒng)媒體的開發(fā)思想和模式。實現(xiàn)與具體課堂教學(xué)過程無關(guān)的教學(xué)軟件開發(fā)思想，還需要借助軟件工程的一般原理，用符合軟件工程的方法指導(dǎo)開發(fā)工作。
當(dāng)然，軟件工程通常是開發(fā)“大”程序的方法、工具和管理模式；而基層通常的教育軟件開發(fā)還只能稱之為“小”軟件，不可能完全對應(yīng)軟件工程的規(guī)范流程。但軟件開發(fā)就是軟件開發(fā)，并不是傳統(tǒng)的媒體制作，它無論怎樣的“小”，其基本思想必須能體現(xiàn)軟件開發(fā)的思想。其關(guān)鍵就在于必須能夠超越具體的課堂教學(xué)過程，使軟件能適應(yīng)更多的課堂和教學(xué)實施者。
四、“超越具體課堂教學(xué)過程”的教學(xué)軟件開發(fā)思想與模式
“超越具體課堂教學(xué)過程”是指課堂教學(xué)軟件從內(nèi)容上指向教學(xué)專題，而非課堂教學(xué)程序，功能上能較好的覆蓋課堂教學(xué)需求又能獨立于教學(xué)過程而存在，以便于廣泛適用于相關(guān)課堂教學(xué)的軟件開發(fā)思想。
1.面向?qū)ｎ}的軟件選題
軟件開發(fā)要超越具體的教學(xué)過程，首先要改變其設(shè)計的面向?qū)ο�，由面向教學(xué)過程轉(zhuǎn)為面向教學(xué)專題。因此軟件選題的對象不是一堂課，而是一個任務(wù)；可以是一個章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，也可以是跨章節(jié)的相關(guān)要素，我們統(tǒng)稱為專題。針對專題的軟件就可以形成課堂教學(xué)的平臺型軟件，可以充分支持課堂教學(xué)而不局限教學(xué)過程。
比如，數(shù)學(xué)中的圖像變換問題，物理中的落體與拋體問題，生物中細(xì)胞分裂問題等，都是一些典型的重點和難點內(nèi)容，有必要作為專題來研究，同時是一些能夠“可視化”的適宜媒體表現(xiàn)的專題。
軟件選題對于成功的開發(fā)具有關(guān)鍵意義，需要進(jìn)行必要性、可能性和軟件價值的論證。在嚴(yán)格的大型開發(fā)管理中要形成“軟件計劃任務(wù)書”。
2.教學(xué)需求分析作為軟件設(shè)計的依據(jù)
教學(xué)需求就是預(yù)期在課堂教學(xué)中，都需要什么樣的媒體、什么的媒體組織形式、什么樣的操作方式、對象或參量間什么樣的動態(tài)變化關(guān)系等。它不對應(yīng)某個具體的教學(xué)過程，但可以對所有教學(xué)設(shè)計中可能被用到的特性（內(nèi)容的或功能的）加以分析，對教學(xué)需求要素盡可能的發(fā)掘，篩選其中有意義的要素，盡可能在設(shè)計中加以涵蓋。
有了對軟件需求的界定，才能夠根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行軟件的設(shè)計。包括界面和風(fēng)格設(shè)計，模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，功能設(shè)計，主要對象或參量之間動態(tài)變化的描述等。
需求分析和軟件設(shè)計原則上要形成“軟件需求規(guī)格說明書”和“軟件設(shè)計說明書”，但在實際的開發(fā)中可以只體現(xiàn)為一份說明書。甚至在較小的軟件開發(fā)過程中，軟件的的需求和雛形就在設(shè)計者的頭腦中形成，用口頭交流的方式傳遞。
對于說明書，在專業(yè)領(lǐng)域需要用專門的形式化語言來描述，但這對于很多專業(yè)計算機人員可能都存在著困難。通常用自然語言加直觀圖示的描述是被許可的，有可能的話可以給出程序的模塊結(jié)構(gòu)圖或流程圖。
3.共同參與的漸增型開發(fā)模式
軟件開發(fā)最常用的兩種模式是瀑布型和漸增型。
瀑布型開發(fā)模式遵循軟件開發(fā)生命周期的劃分，大致是“計劃——需求分析——設(shè)計——編碼——測試——維護(hù)”這些階段，每一階段完成確定的任務(wù)后就交給下一階段。“教學(xué)設(shè)計——腳本編寫——編碼實現(xiàn)”的開發(fā)流程也試圖體現(xiàn)這一模式。但顯然，瀑布型開發(fā)模式比較適合于軟件需求比較明確、開發(fā)技術(shù)比較成熟、工程管理比較嚴(yán)格的場合下使用，基層教育軟件的開發(fā)顯然達(dá)不到這樣的要求。
漸增型開發(fā)模式并不要求一開始就有一個完整的軟件需求定義，通常是從部分需求出發(fā)，先建立一個不完全的系統(tǒng)，由需求者和設(shè)計者充分體驗和交流，加深對軟件需求的理解，反復(fù)擴充和完善。學(xué)科教師作為軟件的需求者，由于對計算機媒體缺乏深刻的理解，往往不能結(jié)合計算機的表現(xiàn)形式提出很好的軟件需求任務(wù)，需要專業(yè)人員的幫助和在開發(fā)過程中不斷認(rèn)識、不斷發(fā)掘有意義的需求要素去豐富和完善系統(tǒng)。最初完成的不完善系統(tǒng)稱之為原型，可以是界面或模塊結(jié)構(gòu)的軀殼，或主要的媒體表現(xiàn)形式的示范，能夠有效的成為學(xué)科教師和專業(yè)人員結(jié)合的媒介。因此，漸增型開發(fā)模式更適合于基層教育軟件任務(wù)的特點。
漸增型開發(fā)模式實際上并不需要嚴(yán)格按軟件生命周期的各個階段來劃分，其有關(guān)的軟件文檔也并不要求一開始就是完善的，可以在開發(fā)過程中逐漸形成。
此外，軟件的測試、修改和維護(hù)等，是軟件開發(fā)的應(yīng)有之意，此處不再討論。
五、“超越具體課堂教學(xué)過程”的教學(xué)軟件的基本特征
1.交互性
交互性主要指人機之間的交互，用戶通過交互界面輸入信息進(jìn)行控制和請求，計算機則通過交互界面提供信息和動作。從某種意義上來講，人機交互能力的強弱，是計算機軟件能否被使用者接受和信任的關(guān)鍵�！俺骄唧w課堂教學(xué)過程”的教學(xué)軟件首要特征就是很強的交互性，主要體現(xiàn)在以下方面：
（1）用戶對軟件進(jìn)程控制能力
對軟件的運行狀態(tài)，用戶必須有很高的控制能力，如動作的啟動、停止、重放，內(nèi)容的跳轉(zhuǎn)，速度的控制，參量的選擇等等。絕不能出現(xiàn)播放媒體時無法中斷，進(jìn)入一個練習(xí)后答案不正確就陷入死循環(huán)等。
媒體的線性組織方式是降低用戶控制權(quán)的方式，即便是為用戶提供翻頁結(jié)構(gòu)，仍不能保證直達(dá)目標(biāo)。
（2）功能特性自由取舍
在軟件設(shè)計中，對于有意義的教學(xué)需求都盡可能地體現(xiàn)在軟件的功能特性中，但是，并不是每一位教師或每一節(jié)課都可能用到這些特性，使用的時機、方式也不盡相同。因此，軟件應(yīng)設(shè)置若干特性的喚起方式，如開關(guān)項按鈕等，以保證除主體內(nèi)容外，多數(shù)的功能特性都可由用戶自由取舍。
（3）友好的用戶界面
友好的用戶界面是軟件易于學(xué)習(xí)、使用的關(guān)鍵，同時能大大提升與用戶的親和力。友好的用戶界面應(yīng)簡單明了，符合常規(guī)，風(fēng)格一致，反饋提示豐富得當(dāng)，有良好的容錯性。
如缺少明顯的交互提示標(biāo)志，讓用戶盲目尋找功能特性；畫面自動變化，沒有用戶干涉的機會；按鈕或提示方式、部位頻繁變化，用戶不容易掌握規(guī)律；過多的用戶鍵盤輸入，又缺少缺省值；誤操作將導(dǎo)致軟件出錯或鎖死等等常見現(xiàn)象，都是界面不夠友好的表現(xiàn)。再如用滑塊拖動或數(shù)字增減按鈕，就比直接輸入大量參數(shù)友好得多。
2.智能性
軟件的智能性相對于軟件簡單刺激的媒體展現(xiàn)方式。如果要求軟件的采用有助于學(xué)生意義建構(gòu)的過程，就首先要體現(xiàn)軟件內(nèi)部諸因素、諸對象之間的互動關(guān)系。
比如事物的運動變化總是受特定因素或參量的影響，而參量變化和事物運動之間的關(guān)系往往是教學(xué)的關(guān)注點。如果軟件中對象自動變化就成為簡單展現(xiàn)；而通過用戶主動干涉參量變化，導(dǎo)致對象的運動變化，就體現(xiàn)了事物內(nèi)部的聯(lián)系。
3.界面集成化
界面集成化是針對推崇多級分支和多層頁面的程序結(jié)構(gòu)而言的。多級分支結(jié)構(gòu)的教學(xué)軟件的缺點前文已有論述。
主張盡可能減少頁面層級，在單一的界面內(nèi)集成更多的對象、功能和特性。過多的對象不可能，而且也不主張在單一界面上平鋪堆砌，而應(yīng)該給用戶隨時激發(fā)、喚起、打開和關(guān)閉有關(guān)對象的權(quán)限，不轉(zhuǎn)換界面就能實現(xiàn)更多的操作。同時，因為對象在同一界面內(nèi)存在，就有可能通過算法實現(xiàn)交互技術(shù)，實現(xiàn)對象間的互動，體現(xiàn)事物內(nèi)在的聯(lián)系和運動規(guī)律。實現(xiàn)這樣的互動遠(yuǎn)比對象素材本身要難得多。
六、基層教學(xué)軟件開發(fā)適宜的組織方式
這里所說的軟件開發(fā)的組織方式指的是參與開發(fā)的人員之間的關(guān)系。目前最為常見的是學(xué)科教師同專業(yè)人員（如計算機教師）的合作開發(fā)。如果強調(diào)“超越具體課堂教學(xué)過程”的思想，那么對于開發(fā)工作的參與者，都會產(chǎn)生新的要求。
1.以項目任務(wù)為核心，突出雙方的主體性
以項目任務(wù)為核心，即指向一定的教學(xué)專題，而非特定的教學(xué)過程。這樣，學(xué)科教師不再是教學(xué)過程的記錄者或教案的搬家者，專業(yè)人員也不再是腳本的實現(xiàn)者，雙方都成為共同任務(wù)的創(chuàng)造者，雙方的主體地位才能得以發(fā)揮。
2.將軟件設(shè)計過程看作交流協(xié)作過程
通常成功的教學(xué)軟件制作過程并不是一個信息沿“教案——腳本——軟件”單向流動的過程，而是“基本需求——軟件原型——新的需求認(rèn)識——新的軟件模型……”這樣一個循環(huán)提高的過程。這個過程需要學(xué)科教師和專業(yè)人員深入持續(xù)的交流、對軟件反復(fù)體驗嘗試來實現(xiàn)。
3.專業(yè)人員要善于理解學(xué)科教師的思路，善于指導(dǎo)和提升教師的思想
讓一個學(xué)科教師提供一個成熟的書面軟件任務(wù)說明是不現(xiàn)實的，即便教師能提供，專業(yè)人員能否深入理解還存在很大問題。專業(yè)人員要善于在協(xié)作交流中領(lǐng)會教師的思路和意圖，對于軟件教學(xué)性、科學(xué)性的要求必須有學(xué)科教師的認(rèn)同。同時，教師對于計算機的特有功能領(lǐng)會不深，提出的要求往往不能體現(xiàn)計算機的特點和優(yōu)勢，這時，專業(yè)人員就應(yīng)該提出建議，幫助教師擴展思路，優(yōu)化設(shè)計。
4.學(xué)科教師必須投身軟件開發(fā)的過程，才能有發(fā)展和突破
提出一個任務(wù)或完成一個腳本，就等著軟件被生產(chǎn)出來，這種期望是不現(xiàn)實的。投入開發(fā)過程，不但是保證軟件質(zhì)量的需要，同時是學(xué)科教師在開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展和突破的需要。學(xué)科教師投身軟件開發(fā)過程，可以體驗軟件任務(wù)的形成過程、軟件的設(shè)計過程、素材的收集過程、功能的設(shè)想和實現(xiàn)過程，以及相關(guān)文檔的形成過程，才能深入理解軟件技術(shù)的特點，學(xué)會教學(xué)軟件需求分析和軟件設(shè)計的方法。
更進(jìn)一步，如果學(xué)科教師能夠較好地掌握開發(fā)技術(shù)，則更有可能成為優(yōu)秀的教學(xué)軟件開發(fā)人才。
七、“超越具體課堂教學(xué)過程”的教學(xué)軟件開發(fā)實例
1.正弦函數(shù)圖像變換發(fā)生器見于www.k12.com.cn中國中小學(xué)基礎(chǔ)教育教學(xué)網(wǎng)“教學(xué)軟件交流中心”，或mosw.yeah.net。
正弦函數(shù)圖像變換是高中代數(shù)的重點和難點問題，其課堂教學(xué)的主要需求可概括為：
一定范圍內(nèi)任意改變A、ω、Φ三個參數(shù)的值，函數(shù)圖像隨即發(fā)生動態(tài)的變化。任意多個狀態(tài)的圖像都可留有痕跡，以便相互比較。任何狀態(tài)都可以提供當(dāng)前函數(shù)值與自變量關(guān)系的列表，以便對照圖像與描點結(jié)果是否吻合。
系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)最終結(jié)果的界面如圖1。
圖1
函數(shù)當(dāng)前圖像（一個周期）以系列小球表示，其軌跡由A、ω、Φ三個參數(shù)決定，用戶可以有多種方式在0~5的范圍內(nèi)自由改變參數(shù)：一種方式是鍵盤輸入，通過“輸入［?］”的三個按鈕激活；另一種是通過拖動屏幕左下方的三組滑塊來改變參數(shù)，同時還提供了鍵盤、刻度值和漸變按鈕來驅(qū)動滑塊的移動。變化的步長也可以由用戶改變。
在小球軌跡處于任何狀態(tài)時，都可以通過“描線”功能描繪一條曲線，其粗細(xì)可控，顏色隨機產(chǎn)生；座標(biāo)系中可多條曲線共存。曲線可隨時被“擦除”，重畫。畫曲線時如果選擇“標(biāo)注”功能，則可為曲線標(biāo)注解析式。小球軌跡還可由“屏蔽”功能暫時屏蔽。
小球軌跡處于任何狀態(tài)，都可點擊“列表”按鈕，打開當(dāng)前函數(shù)值與自變量特殊值之間的列表。如圖2所列為圖1中當(dāng)前小球軌跡的函數(shù)值和自變量列表。
圖2
本軟件可以適用于所有相關(guān)內(nèi)容的課堂教學(xué)，做到了超越具體課堂教學(xué)模式。
2.植物細(xì)胞的有絲分裂本軟件精簡版見于www.k12.com.cn中國中小學(xué)基礎(chǔ)教育教學(xué)網(wǎng)“教學(xué)軟件交流中心”，或mosw.yeah.net。本軟件獲得首屆全國網(wǎng)絡(luò)課程和多媒體課件大獎賽二等獎，首屆全國中小學(xué)電腦制作及設(shè)計作品制作活動教師組二等獎。
細(xì)胞分裂是高中生物的重點和難點。這一生理過程牽涉到生命很本質(zhì)的變化，對于學(xué)生建立良好的生物學(xué)科觀很有意義，同時對學(xué)生認(rèn)識微觀世界的能力、觀察和想象能力、概括和表述能力、繪圖能力、實驗動手能力、數(shù)形結(jié)合能力等的培養(yǎng)都是良好的知識載體。但這一生理過程實在是難以觀察，實驗也有難度，認(rèn)識起來非常抽象�；谥参锛�(xì)胞有絲分裂這一專題，現(xiàn)概括的提出以下教學(xué)需求：
①軟件必須展現(xiàn)植物細(xì)胞有絲分裂全過程的清晰、連續(xù)的模式化的動畫。
動畫可以自如播放，可以任意分階段播放，可以控制速度，可以隨時掉轉(zhuǎn)到動畫的任一畫面。
②為幫助學(xué)生對各個時期特征的掌握，教師可能用到描述各時期特征的文字信息和口頭講解。
③在對細(xì)胞研究的基礎(chǔ)上，教學(xué)中還可能需要針對一個染色體在細(xì)胞周期中變化進(jìn)行專題研究，系統(tǒng)也應(yīng)能夠提供相應(yīng)的信息。
④在對模式圖研究的同時，必須提供顯微鏡下的實際照片相對照學(xué)習(xí)。包括各時期的典型照片和非典型的照片，以及不同角度的照片等。
⑤對于展現(xiàn)顯微鏡下細(xì)胞周期實際變化的視頻信息，如能與模式化動畫對照則更有利于形成完整的認(rèn)識。
⑥對于研究細(xì)胞周期中染色體、DNA、染色單體的含量問題，屬于能力提高還是應(yīng)試問題，有一定爭議。系統(tǒng)應(yīng)該包含此內(nèi)容，備教師上課之選。
⑦可提供針對最基本知識的交互式練習(xí)，備課堂之用。
基于以上需求，程序開發(fā)最終結(jié)果的主要界面如圖3所示。
圖3
①動畫與動畫的播放控制達(dá)到目標(biāo)。
動畫窗口之下的幾個按鈕和錄像機操作類似。長滑桿為進(jìn)度滑桿，滑塊被拖動時動畫就相應(yīng)跳轉(zhuǎn)�；瑮U上方的各時期的按鈕被點擊可以在區(qū)間內(nèi)播放動畫。短滑桿為速度控制滑桿。最后，點擊動畫窗口，可以打開和關(guān)閉動畫窗口，這個不起眼的功能，以備課堂教學(xué)中可能有的需求。
②同步輔助功能，是本軟件的一個亮點。
四個同步選項中的一個或多個被選中時，其動作的發(fā)生是依據(jù)動畫進(jìn)程自動協(xié)同控制的。即動畫進(jìn)行到哪個時期則展示哪個時期的內(nèi)容，如板書信息、口語講解、各時期典型照片；“同步曲線”若干圖像的變化與動畫完全同步。這體現(xiàn)了知識內(nèi)部的關(guān)聯(lián)，有利于學(xué)生的意義建構(gòu)過程。三條曲線都有各自的開關(guān)，可以打開和關(guān)閉。
③其他媒體的組織。
“圖片”按鈕導(dǎo)致在展示區(qū)（圖3中座標(biāo)系及圖像區(qū)域）展示圖片，并提供翻頁結(jié)構(gòu)導(dǎo)航欄，同時提供彈出菜單方式的直接跳轉(zhuǎn)操作。
“圖例”按鈕導(dǎo)致進(jìn)入以一個染色體為例的專題研究，是一個進(jìn)退自如的動畫控制及一組相關(guān)交互。
電影，由屏幕下方的一排“小攝像機”圖標(biāo)啟動相應(yīng)的電影，單擊帶禁止符號的圖標(biāo)中斷播放。圖標(biāo)位置和細(xì)胞分裂的相應(yīng)階段對應(yīng)。
④課堂練習(xí)、輔助文獻(xiàn)、幫助文件等，則不在此界面下出現(xiàn)，而進(jìn)入子程序操作。
所有操作都可使用鍵盤和鼠標(biāo)兩種方式。
本軟件較集中地體現(xiàn)了超越具體課堂教學(xué)過程的開發(fā)思想，較好地覆蓋了相關(guān)的教學(xué)需求，交互性良好，界面趨于Windows風(fēng)格，相關(guān)要素、功能和特性取舍自如，操作靈活。在單一界面上的豐富媒體的功能的合理組織，程序內(nèi)部對象間的互動設(shè)計體現(xiàn)了事物的運動規(guī)律。
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