（教育技术学专业论文）基于java+applet技术建设大学物理教学资源.pdf

b u i l d i n gu n i v e r s i t yp h y s i c st e a c h i n gr e s o u r c e sb a s e do n j a v a a p p l e t b y h u a n gs i w e i at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe d u c a t i o n l n e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h a n gz h i j u n ，2 0 1 0 ， - + ，v 、 一0 o 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 童疼个 醐m p 年7 月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期： 日期： 月日 月z 日 4r，l 年年 卜 q 扣 埘 基于j a v a a p p l e t 技术建设大学物理教学资源 摘要 j a v a 语言是编程语言史上的一个里程碑，在此基础上形成的j a v aa p p l e t 技 术是综合了计算机图形学、多媒体技术、网络技术的新技术，近年来在很多领域 得到了快速的发展和应用。随着信息社会的发展，传统的计算机辅助教学软件越 来越不能满足现代教学的需要，具有强大的运算功能以及交互功能的j a v aa p p l e t 技术正是在这种环境中应运而生的。 j a v aa p p l e t 是由j a v a 语言编写的小应用程序的简称，它具有逼真的界面设 计功能、强大的绘图和运算功能以及一系列事件交互和响应机制。由j a v aa p p l e t 创建的大学物理教学资源，可以生动的表现物理现象，有利于学生的直观性学习。 本论文首先分析了大学物理教学和资源建设的现状、存在的问题，提出了本 课题研究的意义；其次分析了利用j a v a a p p l e t 技术进行大学物理资源建设的理 论基础，并阐述了各个理论的特征以及对j a v aa p p l e t 用于资源建设的支持；然 后重点介绍了j a v a 语言和j a v aa p p l e t 技术、j a v aa p p l e t 建设大学物理教学资源 的设计过程、具体的实现案例分析等。在具体的案例分析中，详细讲述了作者设 计的三个案例：机械波的波动方程演示、机械波的叠加原理以及单摆的简谐运动 现象。 本研究成果对于促进大学物理教学，提高大学物理教学质量，改进大学物理 教学资源建设等提供了可借鉴的方法，对于促进大学物理教学的网络化、现代化 等具有理论意义和实践意义。 关键词：大学物理教学；资源建设；j a v aa p p l e t 技术；交互技术 i i 硕十学位论文 a bs t r a c t j a v al a n g u a g ei sam i l e s t o n ei nt h eh i s t o r yo fp r o g r a m m i n gl a n g u a g e s j a v a a p p l e tw h i c hc o m e sf r o mj a v ad e v e l o p sr a p i d l yi nr e c e n ty e a r sc o m b i n i n gc o m p u t e r g r a p h i c s ，m u l t i m e d i a ，n e t w o r k i n gt e c h n o l o g ya n ds oo n w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e i n f o r m a t i o ns o c i e t y , t h et r a d i t i o n a lc o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o ns o f t w a r ec a nn o tm e e t t h en e e d so fm o d e r ne d u c a t i o n ，p o w e r f u lc o m p u t i n gc a p a b i l i t i e sa n di n t e r a c t i v e f e a t u r e so ft h ej a v aa p p l e tt e c h n o l o g yi sb o r no u ti nt h i se n v i r o n m e n t j a v aa p p l e th a sar e a l i s t i ci n t e r f a c ed e s i g nf e a t u r e s ，p o w e r f u lg r a p h i c sa n d c o m p u t i n gc a p a b i l i t i e s ，a n di n t e r a c tw i t has e r i e so fe v e n t sa n dr e s p o n s em e c h a n i s m s t e a c h i n gr e s o u r c e sc r e a t e db yj a v aa p p l e tc a nh a v eav i v i dp e r f o r m a n c eo fp h y s i c a l p h e n o m e n aa n dh e l pt h es t u d e n t st ol e a r n t h i sp a p e rf i r s ta n a l y z e st h es t a t u so ft h et e a c h i n go fu n i v e r s i t yp h y s i c sa n d c o n s t r u c t i o no fu n i v e r s i t yp h y s i c sr e s o u r c e s ，p r o b l e m s ，p r o p o s e dt h es i g n i f i c a n c eo f t h i sr e s e a r c hp r o j e c t ；t h e na n a l y z e st h e o r e t i c a lb a s i so ft h eu s eo fj a v aa p p l e t t e c h n o l o g yf o rt h ec o n s t r u c t i o no ft h eu n i v e r s i t yp h y s i c a lr e s o u r c e s ，a n dd e s c r i b e d t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ev a r i o u st h e o r i e sa n ds e a r c h e df o rt h es u p p o r to ft h et h e o r i e s ； t h e nf o c u s e so nj a v al a n g u a g ea n dj a v aa p p l e tt e c h n o l o g y , j a v aa p p l e tc o l l e g e p h y s i c st e a c h i n gr e s o u r c e sb u i l d i n gd e s i g np r o c e s st oa c h i e v es p e c i f i cc a s ea n a l y s i s i nt h es p e c i f i cc a s es t u d y , t h ea u t h o rd e t a i l st h ed e s i g no ft h et h r e ec a s e s ：t h ew a v e e q u a t i o n s h o w st h em e c h a n i c a l w a v e ，w a v es u p e r p o s i t i o np r i n c i p l ea n d t h e p h e n o m e n o no fs i m p l eh a r m o n i cm o t i o np e n d u l u m t h er e s u l t so ft h i s s t u d yp r o v i d em e t h o d s t h a tc a nb er e f e r e e df o rt h e i m p r o v e m e n to ft h eu n i v e r s i t yp h y s i c st e a c h i n ga n dt h ec o n s t r u c t i o no ft e a c h i n g r e s o u r c e s a n di th a st h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rt h ep r o m o t i o no ft h e m o d e r n i z a t i o no ft h et e a c h i n go fu n i v e r s i t yp h y s i c s k e yw o r d s ：t e a c h i n go fu n i v e r s i t yp h y s i c s ；c o n s t r u c t i o no ft e a c h i n gr e s o u r c e s ； j a v aa p p l e t ；i n t e r a c t i v et e c h n i q u e i i i 基于j a v aa p p l e t 技术建设大学物理教学资源 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引v i i 第1 章绪论1 1 1j a v aa p p l e t 技术概述一1 1 1 1j a v aa p p l e t 技术的概念1 1 1 2j a v aa p p l e t 技术的特征1 1 1 3j a v aa p p l e t 技术在教育领域的应用1 1 2 课题研究的背景及意义2 1 2 1 课题研究的背景2 1 2 2 课题研究的意义4 1 3 国内外关于该课题的研究现状5 1 3 1 国外j a v aa p p l e t 技术的应用5 1 3 2 国内j a v aa p p l e t 技术的应用5 1 4 论文的研究内容和研究方法5 1 4 1 论文的研究内容5 1 4 2 论文的研究方法6 1 5 论文的组织框架6 第2 章j a v aa p p l e t 技术在教学中应用的理论基础7 2 1 媒体教学理论7 2 1 1 媒体教学理论的内涵7 2 1 2 选择教学媒体的依据一7 2 1 3 媒体教学理论对本课题的支持8 2 2 情境认知理论8 2 2 1 情境认知理论的内涵8 2 2 2 情境认知理论对本课题的支持9 2 3 探究式学习理论1 0 2 3 1 探究式学习的含义1 0 2 3 2 探究式学习的特征1 0 2 3 3 探究式学习理论对本课题的支持1 1 第3 章j a v a 以及j a v aa p p l e t 技术简介1 2 i v 硕i l 学位论文 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 第4 章 4 1 4 2 第5 章 5 1 5 2 5 3 j a v a 的特点1 2 3 1 1j a v a 程序设计语言语法简单1 2 3 1 2j a v a 语言是一种安全的语言1 2 3 1 3j a v a 是典型的面向对象的12 j a v a 程序13 j a v a 环境1 3 j a v a 程序开发工具和开发环境1 4 本课题中涉及到j a v a 中几个关键概念1 4 3 5 1 图形用户界面1 4 3 5 2 绘图17 3 5 3 多线程和动画1 9 3 5 4 监听机制和交互2 0 j a v aa p p l e t 的教学资源建设的分析与设计2 3 大学物理教学的前端分析2 3 4 1 1 教学目标分析2 3 4 1 2 教学内容分析2 4 4 1 3 学习者特征分析2 4 大学物理教学资源的设计2 5 4 2 1 物理建模2 5 4 2 2 具体设计2 5 4 2 3 程序的调试2 6 j a v aa p p l e t 建设大学物理教学资源的实现2 7 利用j a v aa p p l e t 技术模拟机械波波动函数2 7 5 1 1 选题目的及意义2 7 5 1 2 课题的物理内涵小2 7 5 1 3 程序建模一2 8 5 1 4 具体设计2 8 5 1 5 关键代码及截图3 0 利用j a v aa p p l e t 技术模拟波的叠加原理3 6 5 2 1 选题目的及意义3 6 5 2 2 课题的物理内涵3 6 5 2 3 程序建模3 7 5 2 4 具体设计3 8 5 2 5 关键代码以及程序演示截图3 9 用j a v aa p p l e t 模拟单摆的简谐运动4 7 v ， 基于j a v aa p p l e t 技术建设大学物理教学资源 5 3 1 选题目的及意义4 7 5 3 2 课题的物理内涵一4 7 5 3 3 程序建模4 8 5 3 4 具体设计4 8 5 3 5 关键代码及截图4 9 总结5 7 参考文献5 9 致 射6 2 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 3 v i 硕一l 二学位论文 插图索引 图3 1j a v aa p p l e t 窗口的创建1 5 图3 2j a v aa p p l e t 中组件的创建1 7 图3 3j a v aa p p l e t 中的坐标系统1 7 图3 4j a v aa p p l e t 中绘图18 图3 5j a v aa p p l e t 中的线程创建2 0 图3 6 监听机制1 2 2 图3 7 监听机制2 2 2 图5 1 程序1 设计流程图2 8 图5 2j a v aa p p l e t 坐标体系3 0 图5 3 案例1 经过布局后的界面3 1 图5 4 名= 8 0 ，t = 6 ，t 5 时的波形图3 4 图5 5 五= 8 0 ，t = 6 ，t 6 时的波形图3 4 图5 6 名= 8 0 ，t = 6 ，t 7 时的波形图3 4 图5 7 五= 8 0 ，t = 6 ，t 6 时的波形图3 5 图5 8 五= 1 6 0 ，t = 6 ，t 6 时的波形图3 5 图5 9a = 8 0 ，丁= l2 ，t l2 时的波形图3 6 图5 10 波的传播3 6 图5 1 1 程序2 的流程图一3 7 图5 12 案例二布局4 0 图5 1 3v = 8 0 0 ，f = 2 0 ，五= 2 0 ，两波向右传播时4 4 图5 1 4v = 8 0 0 ，f = 2 0 ，z = 2 0 ，两波传播方向相反时4 4 图5 15t l ，v = 8 0 0 ，f = 2 0 ，z = 2 0 ，两波传播方向相反时4 6 图5 16t l ，v = 4 0 0 ，f l = 2 0 ，五= 2 0 ，两波传播方向相反时4 6 图5 17t o 5 ，v = 8 0 0 ，f = 2 0 ，六= 2 0 ，两波传播方向相同时4 6 图5 18f 0 5 ，v = 8 0 0 ，f = 2 0 ，；= 2 0 ，两波传播方向相同时4 7 图5 1 9v = 8 0 0 ，f = 1 9 ，五= 2 0 ，拍现象4 7 图5 2 0 单摆4 8 图5 21 单摆布局一51 图5 2 2 单摆绘图后一5 4 图5 2 3 控制演示1 5 5 图5 2 4 控制演示2 5 5 图5 2 5 控制演示3 5 6 v l i 硕j j 学位论文 第1 章绪论 1 1j a v aa p p l e t 技术概述 1 1 1j a v aa p p l e t 技术的概念 j a v aa p p l e t 是用美国s u n 公司推出的j a v a 语言编写的小应用程序。因为j a v a 语言具有跨平台、兼容性的特点，j a v aa p p l e t 小应用程序也具有“在不同的平台 使用，实现的效果基本一致的特点。同时，因j a v a 语言具有强大的绘图、动 画、多线程的功能，j a v aa p p l e t 小应用程序可以实现图形绘制、字体和颜色控制、 动画和声音的插入、人机交互及网络交流等功能。此外，j a v aa p p l e t 小应用程序 使用时被嵌入到基本的网页中，当用户访问这样的页面时，a p p l e t 被下载到用户 的计算机上执行，因此，它的执行速度不受网络带宽的限制，用户可以更好地欣 赏a p p l e t 带来的多媒体效果。 j a v aa p p l e t 技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术，它融合了 计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、数字图像处理、网络技 术等多个信息技术，已经涉及到多种研究和应用领域，被认为是2 l 世纪重要的 发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。 1 1 2j a v aa p p l e t 技术的特征 j a v aa p p l e t 技术作为j a v a 语言的衍生物，具有如下的特征： ( 1 ) 面向对象，是指把要解决的问题中的各种物理实体对象映射到计算机程 序中的变量。这样做，符合人们日常思维习惯，降低、分解了程序设计的难度， 提高了整个问题求解过程的可控性、可监测性和可维护性【2 】。 ( 2 ) 交互性，在编程实现的虚拟情境下，程序的使用者可以按照自己的意愿， 通过更改程序参数、移动或拖拽鼠标等方式实现与计算机的动态交互，从而实现 从不同角度来理解问题。 ( 3 ) 使用简单且安全，使用时，只需用一行网页代码就可将它插入到网页里 面，不需要像其他程序一样经过繁琐的安装才能使用。在运行时，它不会破坏系 统资源，因此很安全。 1 1 3j a v aa p p l e t 技术在教育领域的应用 j a v aa p p l e t 技术融合了数字图像处理、计算机图形图像学、多媒体技术等多 个信息技术分支。近年来，被广泛的应用在商业、娱乐等各个领域。由于j a v a a p p l e t 技术强大的交互及图形绘制功能，近来被广泛地应用在物理、化学等实验 基于j a v aa p p l e t 技术建设大学物理教学资源 性很强的学科，对教育领域做出了巨大贡献。j a v aa p p l e t 技术在教育领域的具体 应用有以下形式： 1 开发基于网络的多媒体课件 由于j a v aa p p l e t 具有平台无关性、绘图交互功能强大等特点，j a v aa p p l e t 开发网络多媒体课件具有其它软件像a u t h o r w a r e 、p o w e r p o i n t 等无法比拟的优 势，因此，越来越被广泛地应用在多媒体课件开发中。 2 网络远程教学 j a v aa p p l e t 的交互性，虚拟现实技术的情境模拟化，使学习者在身临其境中 实现与程序的交互，更加有利于学生的学习。 1 2 课题研究的背景及意义 1 2 1 课题研究的背景 1 教育手段的现代化趋势 2 0 世纪9 0 年代开始的教育信息化，带来了教育领域的一场深层次的变革。教 育手段的现代化是教育信息化的重要表现。相对于传统的教学手段，现代化的教 学手段主要有以下优势： 一是能提供多样性的外部刺激，提高教学效果。现代化的教学手段能充分地 刺激学生的眼、耳、身等多种感觉器官，改善人脑获取信息的功能，促进学生的 记忆、思考等认知活动的积极开展，激发学生对事物内容的想象力，缩短学生对 事物认识所需的时间，增强学生对知识的保持度，提高教学效果。 二是能节约时间，有利于提高课堂教学效率。在课堂上教师通过现代化教学 手段系统，把需要教师用很多口舌和比比划划才能讲清楚的内容，通过现代化教 学手段图文并茂、生动形象、简洁明快地演示出来，让学生一看就会，一听就懂。 这样教师就可在有限的时间内讲授更多的内容，从而增大信息量，有效的扩大课 堂信息容量，提高教学效率。 三是能创设生动优美的学习情景，有利于激发和培养学生的学习兴趣。教师 课前精心设计制作的课件，可以把学生看不见的微观的东西变为可以看见的宏观 的东西，把历史的东西变为现实的东西，把平面的东西变为立体的东西，把静止 的东西变为运动的东西，把无声音的东西变为有声音的东西，把无色的东西变为 色彩鲜艳的东西，使文字、图像、动画和声音及色彩等融于一体。使学生的眼、 耳等多个感觉器官，在轻松愉悦的环境中，得到了生动、形象、和谐的丰富信号 刺激。大脑获得了多种类、多层次的知识信号，引发学生的学习兴趣。 四是有利于促进教学改革和实现教学过程的开放。现代化教学手段和现代网 络通信技术相结合，使课堂教学冲破了空间和时间的限制，一方面可使教师在教 学过程中，实现与网络上教学资源的共享，以优化教学内容，另一方面可使学生 2 硕l j 学位论文 在任何时候、任何地点进行自主的学习，使课堂教学得到无限的延伸，实现教学 过程的开放【3j 。 2 大学物理教学资源建设的现状分析 ( 1 ) 大学物理学科教学分析 物理学就是研究物质的结构与相互作用的基本规律以及时空属性的科学。它 建立在观察及严格的科学实验的基础上，经过科学的归纳与总结，形成基本的概 念与定律【4 1 。 在一些基本的研究范畴内，例如牛顿力学，较容易通过日常的观察及较简单 的实验演示手段得到体验。但到了更深入的层次上，例如爱因斯坦相对论，演示 的手段则越来越难以表现。这时的教学，更多地或是几乎全部地，依赖于在原有 知识的基础上地进行逻辑的推理、抽象的思考、数学的推演来完成。到大学阶段， 在课堂教学上，就很少出现实验演示。教师大多习惯于使用大量的板书，引导学 生抄写笔记，以此作为传授知识，及训练学生书写、思考、推演能力的手段。这 种传统的教学模式能起良好的作用，需要两个重要的基本条件：一是优秀的、有 丰富经验的教师，二是教师所面对的是一群比较优秀的学生，缺一不可。然而， 事实上，随着我国高等教育的扩招及大众化进程，高中毕业生的原有知识基础良 莠不齐，很多学生认为物理难学、难用，对物理学科的兴趣不大；另一方面，随 着科学技术的日新月异的发展，这种传统的教学模式还局限在传统知识的传授， 与实际接轨不足。大学物理对学生全面提高科学素质，起到不可替代的作用，特 别是对学习后继课程及毕业后接触新知识、新理论和新技术，激发探索和创新精 神方面起了至关重要的作用。但多年来，我国的物理教学模式基本上由教师以粉 笔在黑板上做理论推导，得出结论。这种只用一根粉笔和一块黑板的教学模式， 使本是实验性极强，且对提高学生分析、解决实际问题有极大帮助的大学物理课 程，变成了实用性较差的、抽象的纯理论假设课程【5 6 】。 ( 2 ) 大学物理教学资源建设的现状 。 教学资源指的是在学校教学过程中，支持教与学的所有资源。即一切可以被 师生开发和利用的在教与学中使用的物质、能量和信息，包括学习材料、媒体技 术、教学环境以及人力资源等【_ 川。 顾名思义，大学物理教学资源就是支持物理教学的所有资源。现阶段，我国 高等教育大学物理教学资源主要包括： 第一，物理教科书，包括各种纸质的教材、讲义、讲授纲要等，是教师备课、 上课的主要依据，在各种教学资源中居主导地位。它有利于教师系统地传授知识， 答疑解惑，但主要依靠文字、图片等传达信息，信息传达方式较单一，教材内容 较陈旧，与科技发展不适应。 第二，多媒体教学课件，是教师根据一定的教学目标，利用多种媒体形式制 3 基于j a v aa p p l e t 技术建设人学物理教学资源 作而成的电子演示文稿。包括利用p o w e r p o i n t 、a u t h o r w a r e 、f l a s h 等软件制作 而成的多媒体课件。优点是通过将文字、图片、视音频、动画等多种素材融合在 一起，能极大地刺激学生的感官，提高学生学习的兴趣。缺点是各种软件受技术 的局限，在跨平台、容量、动画交互等方面还有待提升。 第三，优秀物理教学案例，如研究性教学案例、主体探究物理教学模式案例、 基于物理资源的物理教学案例、研究性物理实验教学案例等。通过对各种个案的 学习，教师和学习者能借鉴成功经验，提高教学效果。 第四，物理试题，通过试题的练习，学生巩固了所学知识，加深了印象。 第五，物理教学文献，主要包括物理教学改革信息动态、优秀的物理教学研 究论文、现代教育和教学理论、物理书刊、物理学杂志电子版等。 在上述各种物理教学资源中，除物理教科书这个传统的教学资源外，多媒体 教学课件在当今大学物理课堂居于首要地位。这种多媒体教学课件虽然运用了一 些媒体技术，但大部分只是将书本上的知识点以文本、图片的形式迁移到电子演 示文稿中，对提高学生的学习热情，培养学生的学习能力方面作用不大。此外， 这些课件中还有一些运用其它技术手段编写的动画资源，这些动画虽然形式新 颖，但因技术手段的限制，有的运行需要一定的平台支持，有的在精确性方面得 不到很好的控制。因此，探索建设一种既能合理、科学的传授知识又能引导、激 发学生的学习热情的教学资源是一个值得深思的问题。 1 2 2 课题研究的意义 教育的信息化，必将给全球教育带来一场深刻的变革。作为高等学校基础课 程的大学物理，必将从教育理念、教学模式、教学方法、教学资源等方面进行革 新，以适应信息时代的要求。作为主要的教学资源的多媒体教学课件，将从理念 上、技术上更加适应这场变革。p o w e r p o i n t 、a u t h o r w a r e 、f l a s h 等传统的技术手 段都只能粗略地演示物理过程，展示物理现象；m a t l a b 、c 语言等因平台及编程 复杂的限制，难以大范围的使用。 本课题利用j a v aa p p l e t 技术将大学物理教学中难以用肉眼观察到的现象用 精确的程序模拟的方式演示出来，对于大学物理教学有着实际的意义： ( 1 ) 丰富了大学物理教学资源的建设。 ( 2 ) 促进了大学物理教学模式的改革。传统的大学物理教学，完全依靠教师 的口头讲授及推演，学生学习兴趣不高。本课题利用j a v aa p p l e t 技术建立交互 的程序界面，从视觉、听觉上等多方面加强教学效果，为大学物理教学改革提供 较好的尝试方法。 4 硕卜学位论文 1 3 国内外关于该课题的研究现状 1 3 1 国外j a v aa p p l e t 技术的应用 j a v aa p p l e t 技术为大学物理教学资源的建设提供了一条新思路。目前，国外 有许多专业的团队从事j a v aa p p l e t 技术的大学物理资源的开发，取得了非常显 著的成果。具体如下【8 】： ( 1 ) d a v i d s o n 学院的w o l f g a n gc h r i s t i a n 等人建立的网站提供了一批非常实用 且美观的p h y s l e t s 教学资源，网址是：h t t p ：w e b p h y s i c s d a v i d s o n e d u a p p l e t s a p p l e t s h t m l 。 ( 2 ) 美国弗吉尼亚大学的m i c h a e lf o w l e r 教授及其团队研制的物理教学资源 成果展示在其网站f o w l e r sp h y s i c sa p p l e t s 上，网址是：h t t p ：g a l i l e o a n d e i n s t e i n p hy s i c s v i r g i n i a e d u m o r e _ s t u f f a p p l e t s 。 1 3 2 国内j a v aa p p l e t 技术的应用 相较而言，我国将j a v aa p p l e t 技术应用到大学物理教学资源建设的研究中 起步较晚，和国外技术较先进国家相比，还有一定的差距。但随着技术的成熟， 国家的重视，相继也有了一定的发展和应用，这其中比较著名的有以下几例： ( 1 ) 华中科技大学李元杰教授及其团队研制的大学物理j a v a 学件15 0 例 可作为高等非物理专业的基础物理网络教学资源，它覆盖了非物理专业大学物理 教材的全部内容，其中许多模型的设计是国内、外同类教材中不多见的。软件内 容新颖、直观、完整。对非物理专业的基础物理教学内容中重要和常用的知识点 进行讲解和模型设计演示。其中的模型演示均由j a v a 语言编程实现，可以根据 使用者选择的参数，动态实时的进行演示，既具有良好的交互性，又保证了模型 演示的科学性和准确性。 ( 2 ) 台湾师范大学黄福坤教授及其团队为中学及大学教师服务的j a v aa p p l e t 小程序教学资源，内容涉及到光学、电磁学、力热学等。其网址是： h t t p ：w w w p h y n t n u e d u t w n t n u j a v a i n d e x p h p 。 1 4 论文的研究内容和研究方法 1 4 1 论文的研究内容 本论文以提高传统的大学物理教学资源建设的质量的研究为背景，基于媒体 教学理论、情景认知理论、探究式学习理论、相似学理论，结合j a v aa p p l e t 技术、 h t m l 标记语言，重点对运用j a v aa p p l e t 技术建设大学物理教学资源的模式、案例 进行研究。 在整个运用j a v aa p p l e t 技术实现大学物理教学资源的建设过程中，通过对 基于j a v aa p p l e t 技术建设大学物理教学资源 大学物理教学资源建设的现状中出现的不足进行分析，利用j a v aa p p l e t 技术对 物理问题进行程序建模，并通过实现动态交互，然后通过定量化的计算实现程序 的演示。 1 基于j a v aa p p l e t 技术的物理仿真模型的建构 分析具体的物理问题所要表达的物理内涵，将具体的物理问题当中涉及到的 物理概念、物理量用程序的类、变量的方式一一表达出来，实现现实量向计算机 语言的转变。 2 图像的绘制 使具体的物理概念、物理量具备程序的意义以后，再根据具体的物理概念、 物理量之间的相互关系，进行相应的转化，把要表现的主要物理内涵用程序直观 的图形图像展示出来。 3 动画的生成及交互的实现 将那些连续的物理过程利用j a v a 语言的多线程技术用动画的方式展现出来， 此外，在需要进行多组数据对比的演示中，采用事件处理机制来进行监听。 1 4 2 论文的研究方法 在课题研究中，本论文采用文献研究法、理论分析法、经验总结法、定性分 析法、定量计算法及行动研究法相结合的方法。 首先，在课题开始时，为了了解国内外对该课题的研究现状，本人利用图书 馆、国内外数据库期刊、搜索引擎等方法重点对j a v aa p p l e t 的发展应用、大学物 理教学资源建设的现状、j a v a 语言对大学物理教学的支持技术等进行收集、整理 并得出自己的观点。 其次，通过理论需求分析，结合大学物理教学实际的需要以及学生的学习心 理，采用定性分析、定量计算等方法来编制实际的j a v aa p p l e t d 、应用程序，编制 完成后，通过经验总结等方法，指导程序的改进以及后续的制作。 再次，利用担任大学物理试验助教的机会，采用行动研究法，亲自参与到大 学物理试验的演示及教学，搜集学生的反馈意见以及对学习感到有困难的地方， 为以后编制程序找准方向与突破点。 1 5 论文的组织框架 论文共分为六章，第一章为绪论部分，主要介绍课题的背景及研究意义、国 内外的研究现状以及主要研究内容和方法；第二章阐述j a v aa p p l e t 技术在教育领 域应用的理论基础，包括媒体教学理论、情景认知理论、探究式学习理论及相似 学理论；第三章主要介绍j a v a 语言及j a v aa p p l e t 技术；第四章主要介绍利用j a v a a p p l e t 技术建设大学物理教学资源的设计与实现；第五章主要介绍利用j a v a a p p l e t 技术制作的三个案例；第六章为总结部分。 6 硕十学位论文 第2 章j a v aa p p l e t 技术在教学中应用的理论基础 2 1 媒体教学理论 2 1 1 媒体教学理论的内涵 2 0 世纪3 0 年代至5 0 年代是视听教育在美国广泛开展的时期。美国教育家爱德 加戴尔( e d g e r d a l e ) 在其出版a u d i o - v i s u a lm e t h o d si nt e a c h i n g ( 视听教育) 一书中提出了著名的“经验之塔”理论。戴尔认为人类学习主要通过两个途径来 获得知识，一是由自身的直接经验获得，二是通过间接经验获得。他提出的“经 验之塔”理论把人类学习的经验依据抽象程度的不同分成三类十个层次【9 】。依照 戴尔的经验之塔理论，人类学习经验的三大类经验分别为一一做的经验、观察的 经验和抽象的经验，并将获得这三类经验的方法分为十种。从底层的有目的的直 接经验到最顶层的语言符号经验，“经验之塔 理论论述了教育应从具体经验入 手，逐步过渡到抽象，这才是较有效的学习方法。“经验之塔”理论告诉我们， 观察的经验具有承前启下的作用，而观察的经验是通过观摩示范、野外旅行、参 观展览、电视电影、广播、录音、照片、幻灯等途径获得。因此，他指出“教学 ” 中所采用的媒体越是多样化，所形成的概念就越丰富越牢固。媒体有提供学习经 验，凝聚抽象概念，协助学生思考及窜连旧经验等功能。媒体配合妥善的教学方 法，可以显著地改善学生的学习”【1 0 】。 。 2 1 2 选择教学媒体的依据 教学媒体不同，它适合表现的教学内容也不相同，亦即任何教学媒体并不是 适合于任意教学，每种媒体都应该有其最适合的教学应用领域。对不同的教学场 合选择教学媒体时要遵循一定的原则，即要根据每种教学媒体对于促进不同的教 学目标的完成的特性和功能来选择。具体选择媒体的依据如下】： 1 合理利用教学媒体的特性 不同的教学媒体有其不同的特性，媒体的特性主要表现在传达范围、表现力、 重现力、交互性及控制力等方面，因此不同的媒体其功能也不尽相同。比如，有 的媒体适合展现音效；有的媒体适合体现动画；还有的媒体可以提供给用户参与、 交互的机会。 2 教学设计中其它要素的影响 教学设计包括教学目标的制定、学习者特征分析、教学内容的选择与组织、 教学方法与策略的选择以及教学媒体的选择等诸多因素。选择一定的教学媒体是 为了更好的呈现教学内容，优化教学方法，符合学习者的学习心理，从而实现一 7 基于j a v aa p p l c t 技术建设大学物理教学资源 定的教学目标。因此，教学媒体