（课程与教学论专业论文）《模拟电子技术基础》cai课件的优化策略研究与实践.pdf

摘要 计算机辅助教学中，课件质量的好坏直接影响着教学质量。本文对c a i 课 件设计的优化理论及其在模拟电子技术基础( 下文中简称模电) 教学中的 应用进行了研究。 首先，本文依据学习理论、系统科学和教学设计理论，分别从教学内容、 教学媒体和教学方法的选择与组合，以及开发平台、课件结构和屏幕设计等方面 提出了教学策略设计和课件系统设计优化策略。c a i 课件在教学内容方面要能够 提供系统明确的知识结构体系，教学媒体和教学方法应依据教学内容、教学要求 和学生特点等因素来选择和组合。合理的课件结构既要能显示课件的主要内容， 又要保证课件使用的灵活性。屏幕设计应做到布局合理、整洁美观、符合教学要 求。 其次，以优化策略为依据制定设计方案，以p o w e r p o i n t 为平台制作了以知 识点平面无序呈现的课件结构和按钮式素材呈现方式为主要特点的模电c a i 课件。 最后，结合国内外各种评价指标体系和课件类型以及学科特点，制定了模 电c a i 课件评价指标体系。 关键词：模拟电子技术基础，c a i 课件，优化策略，实践，评价指标体系 a b s t r a c t t h eq u a l i t yo fc a ic o u r s e w a r ei sv e r yi m p o r t a n tt oc o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ( c a i ) i n t h i sp a p e r , o p t i m i z e ds t r a t e g i e so fc o u r s e w a l e ：d e s i g na n di t su s ei nf u n d a m e n t a l so fa n a l o g e l e c t r o n i c s ( f a e ) t e a c h i n gh a v e b e e nr e s e a r c h e d f i r s t ，a c c o r d i n gt ol e a r n i n gt h e o r i e s ，s y s t e ms c i e n c ea n di n s t r u c t i o nd e s i g nt h e o r i e s ， o p t i m i z e ds t r a t e g i e sw e r ea d v a n c e df r o mt w oa s p e c t s ：i n s t r u c t i o ns t r a t e g i e sd e s i g na n ds y s t e m d e s i g no fc o u r s e w a r ef r a m e i ti ss u g g e s t e di n t h i sd i s s e r t a t i o nt h a tt h ec a ic o g r s e w a r es h o u l d a f f o r das y s t e m i ca n ds p e c i f i ck n o w l e d g ef r a m e w o r k ，t h ec h o i c eo ft e a c h i n gm e d i aa n dt e a c h i n g m e t h o ds h o u l dr e f e rt ot h ei n s t r u c t i o nc o n t e n t ，o b j e c t i v e sa n ds t u d e n t s c h a r a c t e r i s t i c s a r a t i o n a lc o u r s e w a r ef r a m ei sr e q u i r e dc a l ln o to n l ys h o wt h em a i nc o n t e n t ，b u ta l s o a s s u r et h ea g i l i t yo fu s e t h es c r e e nd e s i g ni sr e q u i r e dt oh a v eam a e o n a b l e ，n e a ta n da t t r a c t i v e l a y o u t ，a n da c c o r dw i t ht h et e a c h i n gr e q u e s t s s e c o n d ，u n d e rt h eg u i d a n c eo ft h eo p t i m i z e ds t r a t e g i e s ，af a e c a ic o u r s e w a r e ，w h i c h c h a r a c t e r i z e db yac o u r s e w a r ef r a m eo fk n o w l e d g ep o i n t sw i t ho u t - 0 f o r d e rp r e s e n ta n dm a t e r i a l s p r e s e n tw i t hab u t t o ns t y l e ，w a sd e s i g n e dw i t hp o w e r p o i n t a tl a s t ，r e f e r r i n gt ot h ee v a l u a t i o ns y s t e m so fh o m ea n da b r o a d ，c o n s i d e r i n gt h es u b j e c t c h a r a c t e r sa n dc o a r s e w a r es t y l e ，ae v a l u a t i o ns y s t e ma i m e da t f a ec a ic o u r s e w a r ew a sm a d e k e yw o r d s ：f u n d a m e n t a l so fa n a l o ge l e c t r o n i c s ，c a ie o u r s e w a r e ，o p t i m i z e ds t r a t e g i e s ， p r a c t i c e ，e v a l u a t i o ns y s t e m 一、绪论 1 1 研究背景与意义 根据我国高等工科教育改革基本精神，要为社会培养厚基础、宽口径的高素 质人才，以适应现代化建设需要。为适应改革要求，各高校对专业基础课都进行 了适当的课时压缩，然而教材和教学内容却基本没有变化。模拟电子技术基础 作为我国高等院校电子、通信、计算机及其他理工专业( 包括师范类物理专业) - - 重要的专业基础课，也面临着同样的问题。那么，如何在有限的课堂教学时 间内，既增加教学传播信息量，又保证教学质量? 引入计算机辅助教学( c o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ，c a i ) 是一个行之有效的手段。 在我国，随着经济建设的发展和国力的提高，各级各类学校的教育技术现代 化也得到了较好的发展。尤其是各高校，都投入了大量的资金来配备多媒体教室， 然而其实际使用率却不高，或者没能充分的发挥其作用“1 。计算机辅助教学的发 展之所以举步维艰，困难重重，黎加厚先生认为一个重要的原因就是教学软件的 不足。一份对某权威杂志刊载的1 7 7 种自s 购软件的调查大致反映了我国教学软件 的现状：面向中小学的光盘占所有光盘的5 7 ，其中试题库类占3 8 ，百科知 识类占1 6 ，各年级分科教学的软件占4 3 ，但这些软件大部分仅适用于个别 化学习，或为电子练习册，或为课本搬家，信息量很少，不太符合课堂要求，很 难作为课堂教学使用。而且这些教育、教学类多媒体课件选题面比较窄，多为 计算机、外语等大众型课件，面向学科的专业型课件极其稀少。3 ，尤其是针对高 校各专业课的课件更是少之又少，而且利用率比较低“1 ，教学效果和使用效益 也没能达到预期。造成这种状况的原因是多方面的，其中，比较重要的原因就是 课件的开发问题。这就为制作面向学科、专业针对性强的多媒体课件提供了一个 广阔的创作空间，它既是满足本学校教学需要，也是顺应当前计算机辅助教学发 展需要的。 1 2c a i 的几种基本模式。” 多媒体计算机辅助教学的教学模式反应了人们利用计算机进行教学活动的 交互方式。通过对目前所广泛采用的c a i 课件模式的研究，根据计算机在教学活 动中所起的作用，我们可将课件归为以下几种类型： 1 教案讲义型教师根据各种要求，事先编写脚本，然后通过某一制作平 台完成课件。这类课件主要突出了教师的教，学生处于相对被动的地位。由于传 统意义的课堂教学已有相当的历史，这类课件仍然是目前课件的主要形式。 2 课堂演示型它也需要教师事先编写脚本。在课堂教学中，教师结合演 示c a i 课件讲授教学内容。它的内容可以是整章、整节的，也可以是独立的知识 点，可以通过文本、图形、声音、图像和动画等多种信息媒体，形象生动地表现 教学内容。从而取代了传统的黑板、挂图、投影、幻灯、录像等教学手段，使用 方便，而且演示效果更好。 3 练习型练习模式主要是通过大量反复地练习，并对学生的解答作出实 时评价。它适于一些简单的言语信息学习内容，例如单词的记忆、历史事实、概 念及原理的学习。 4 模拟型模拟是指在控制状态下对某种现象的表现，是利用计算机，通 过人机对话模拟自然科学和社会科学中的现象或过程，使学生了解事物的本质和 规律。 5 游戏型计算机游戏是一种有趣而又带有刺激性的活动。游戏型c a i 课 件将知识的学习溶入到游戏中，寓教于乐，使学生在玩中进行无意识学习，充分 调动学生的学习积极性。游戏模式更适于中小学生的自学。由于此类课件的开发 有很高的技术要求，因此一般由专门的教育软件公司开发。 6 测试型测试型课件主要用于检查学习者对指定内容学习的有效性。它 可以及时随机地组卷，及时统计考试结果，并给予评价。测试型c a l 课件丰富了 考试形式。 实际的课件开发中，一般采取一种或多种形式相结合。一个优秀的课件应当 是多种模式的有机组合。本文将根据具体教学内容的需要，采取以课堂演示型为 主，教案讲义型和模拟型为辅的组合模式。 1 3c a i 的国内外发展“_ ” c a d ( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t r u c t i o n ) 即计算机辅助教育，它包含髓方面的含 义：一是c a i 课件( c o u r s e w a r e ) 的开发与应用，二是c a i 教学开发平台的开发 与应用。回顾c a i 的发展历程有利于我们对c a i 的应用及发展的研究。 2 1 3 1c i 的国外发展 美国人在i t 业占尽先机，在计算机辅助教学方面也率先走出了第一步。计 算机与美国中小学结合的历史可以追溯到2 0 世纪2 0 年代的程序教学系统。随着 计算机技术的进步，教学机器逐步被计算机所取代。1 9 5 8 年，美国i b m 公司推 出世界上第一个计算机教学系统。5 0 6 0 年代的c a i 研究，其支撑理论为行为 主义学习理论，主要为小步、小分支程序设计，以辅助课堂教学为主要目的。到 7 0 年代，c a i 的应用范围扩大。c a i 系统也由简单的刺激反应过程，发展到 了重视学生学习过程的心理反应规律，重建学生的知识能力体系。这时的研究已 经把工程化的思想、教育方法、教育心理学、学生特征及教师的优秀教学经验等 综合到了c a i 之中了。典型的有i b m 公司开发的i i s ( i n t e r a c t i v ei n s t r u c t i o n s y s t e m ) 交互式教学系统和i i a s ( i n t e r a c t i v ei n s t r u c t i o na u t h o r i n gs y s t e m ) 交互式教学写作系统( 含有教师备课、学生学习、试题管理与考试等部分) 。 8 0 9 0 年代初，现代教育技术已经成为政府的重要工程。c a i 已成为一大产业， 不仅在发达国家中得到广泛的应用，而且在发展中国家，如印度、巴西等也得到 了长足的发展。到9 0 年代中后期，随着计算机硬软件技术、网络技术的发展， c a i 的功能得到了很大的扩展，已经实现了网络教学异地辅导。c a i 的媒体也变 得丰富多彩，文本、图像、音频、视频的恰当应用，使得学习内容丰富，易学易 懂，学习效率高。 1 3 。2c l 的国内发展 我国的c a i 发展起始于上个世纪6 0 年代，由于受当时国内具体情况的限制， 6 0 7 0 年代的c a i 研究仅局限于理论探索。8 0 年代中后期，正式在高校成立c a i 研发中心，一些有条件的学校开始动手制作c a i 课件。这一时期研制的教学软件 起点较低，低水平的重复状况较多。从9 0 年代，c a i 开始在全国蓬勃发展，c a i 软件，包括题库、学科教学、百科知识等大量涌现，但真正能用于辅助课堂教学 的很少。 目前，c a i 的发展日益受到重视。c a i 工作已经列入普通高等学校基础课程 教学指导委员会的工作计划，同时列入教材计划建设之中。另外，教育部制定了 相关条例，把c a i 建设作为学校的一个评价指标，列入全国普通高等学校本科教 学评估考核指标体系中，占有一定的权重系数。 3 1 3 3 本课题的研究现状 国家教育部2 0 0 1 年发文明确要求本科院校至少要3 0 的课程采用多媒体教 学“。1 ，普通高校开展c a i 工作己成为各级领导和教育工作者的共识。各高校相继 投入大量的资金和人力用于多媒体教室建设和c a i 课件开发。 模电是我国高等院校电子类专业一门重要的专业基础课，而电子技术又 是信息时代发展基础之一，因此，模拟电子技术的教学具有重要地位。目前，已 有部分高校开发了相应的教学软件。哈尔滨工业大学开发的模拟电子技术基础 课程教学辅助系统已经于2 0 0 0 年由高等教育出版社出版，并且在2 0 0 1 年获国 家教学成果二等奖。山东大学1 9 9 7 年开始进行电子基础课程立体化教材建设， 在纸质教材脱稿后就着手编制自己的课件，结束了2 年多的使用购买课件的历史 “。华中科技大学在其精品课程网上发布了模拟电子技术课件，可以在线使用“。 四川i 大学、深圳大学、西京大学和桂林电子工业学院等学校也都在校园网上发布 了自己的模拟电子技术基础课件“4 “。以上课件有其可取之处，例如哈工大、 山东大学和华中科技大的课件对一些较为抽象的教学内容，制作了相应的动画配 合讲解，解决了学生学习中的部分困难。其不足之处在于未能充分全面的考虑教 学效果和使用效益，例如：课件采用线性结构，即内容按制作教师的授课顺序出 现，其素材的调用顺序和演播步骤是固定的，课件使用的灵活性不够，限制了教 师在教学中的主观能动作用；在素材形式的选用和屏幕布局方面具有较大的随意 性，尚未综合注意到学生认识过程的有效性。多媒体教学中，课件质量直接影响 教学效果，从有关机构或单位购买的教学课件，在内容上和操作上会有一些偏差。 目前有关课件的报道大多是效果报告或具体课件的制作报告，相关的系统报 道比较少见，尤其是关于模电的更为少见。因此，本文将针对研究现状，报 据各种学习理论、教育学理论和教学实践经验，对c a i 课件优化设计理论及其在 模电教学中的应用进行探讨。 4 二、各种理论对课件优化的指导意义 计算机辅助教学是以现代学习理论、教育传播理论、系统科学理论为理论基 础的，是许多教育科学理论的具体应用和发展。学习理论反映的是人的学习心理 结构特点和规律，是获得理想学习效果的方法的理论依据。教育传播学属传播学 中的一个分支，泛指教育信息的传播活动，它是根据预先制定的教学目标，对确 定的教育对象传播知识、技能和思想意识的过程。信息论、控制论、系统论称为 系统科学理论o “，简称“三论”，它深刻地提示了自然、人类社会和思维领域的 奥秘和规律，是多媒体教学的重要理论基础，为多媒体教学直接提供了重要的思 维方式和系统技术手段。教学设计是运用现代学习与教学心理学、传播学、教学 媒体论等相关的理论与技术，来分析教学中的问题和需要、设计解决方法、试行 解决方法、评价试行结果，并在评价基础上改进设计的个系统过程。教学设计 理论可以帮助教学设计者有效地使用现代化教学媒体，编制相应的媒体教材。 2 1 学习理论“7 。”l 2 0 对c a i 课件设计影响较大的主要有行为主义学习理论、认知主义学习理论和 建构主义学习理论。 2 1 1 行为主义学习理论 在c a i 课件编制中，最初使用的主要是行为主义学习理论，其中影响最大的 应首推斯金纳的强化学说。该学说对早期c a i 产生了巨大影响，对今天的课件设 计仍有重要价值。该学说认为课件就是要在人机之间形成刺激反应强化 过程。根据斯金纳的教学理论，可采用以下原则来指导课件的编制： ( 1 ) 小步子原则把教学内容进行明确的分割，分割成许多细小的单元即 知识点，并按知识点之问的逻辑关系组合起来，形成一个框面，引导学生一步步 循序渐进地掌握知识。对知识点划分的大小可根据具体教学内容和任务来确定， 而不必像斯金纳主张的越小越好。分割学习内容、寻找知识点、建立内容的呈现 框面是课件设计的重要环节。 ( 2 ) 接近原则反应在刺激之后立即出现。否则，如果刺激和反应之间的 时间间隔过长，那么反应被淡化，达不到学习目的。这就要求：一、通过技术手 段使课件每屏所显示的内容在保证信息密度适中的条件下，呈现最大的信息量， 而且操作方便；二、教师能熟练的使用计算机及课件的各种功能。 2 1 2 认知主义学习理论 行为主义学习理论认为学习起因于对外部刺激的反应，而认知主义理论则认 为人的认知是由外界刺激和认知主体内部心理过程相互作用的结果。学生不是被 动的知识接受者，而是积极的信息加工者。人并不是对所有作用于感官的信息都 兼收并蓄，而是在认知结构的控制、影响下，只对某些信息给予注意，受到注意 的信息被选择接收并得到加工。学习就是个体在与环境的相互作用过程中，使其 认知结构不断完善发展的过程。所谓认知结构即过去的经验，可概括为积累获得 的、有层次组织的、稳定知识的整体。认知结构的清晰性、稳定性、概括性和包 摄性等等直接影响到知识的学习和迁移。 认知主义学习理论对c a i 课件的启示：一、课件结构方面，要注意知识体系 的建构，引导学生从整体上把握所学知识，教学内容的呈现也要结构清楚，各部 分之间的层次及相互关系要明确：二、“以其知之，喻其不知，使其知之”，要注 意发现教学内容和学生现有的认知结构间的联系，并以合适的方式呈现，充分利 用不同媒体的优势激发学生的学习动机。 2 1 3 建构主义学习理论“” 建构主义是认知主义的进一步发展。行为主义者和认知主义者研究学习时持 有的是一种客观主义立场，强调学习当中客观性的一面，而忽视了其主观性的一 面。而且他们研究的是经过简化的学习，忽视了学习的社会性、情景性特征。随 着认知主义理论的发展，人们对学习的研究进一步深化，越来越强调主动性在建 构认知结构过程中的重要作用，并对认知过程中如何发挥个体的主动性作了较深 的探索，从而逐渐发展形成了建构主义学习理论。该理论把“情境”、“协作学习”、 “交流”和“意义建构”作为学习的四个要素，认为世界是客观存在的，但对世 界的理解会因人而异。我们头脑中的知识并不是对客观世界的准确表现，而是以 自己的经验加以解释的，带有很强的主观性。由于每个人的经验各异，因此，对 客观世界的解释或建构也是多样化的。这就启发我们在教学中要注重培养学习者 主动建构的能力，即让学习者学会如何进行学习，学习过程也应该是灵活多样的。 根据建构主义学习理论，我们设计c a t 课件时要注意以下两个方面： 一是课件的灵活性，即设计的课件有多个学习起点和学习途径。建构主义强 6 调事物的复杂性和多样性，认为知识是由围绕关键概念所组成的网络结构，学习 可以从任一起点开始，从网络的任何部分随机进入或开始。遵循灵活性原则，就 是要为学习者从多角度、多层次进入学习活动提供基础，为灵活地展开学习内容 过程创造良好条件。因此，我们在课件中应该有一个清晰的知识网络结构提供给 使用者，并且网络结构的任何一个节点均可作为学习起点，进而展开学习内容。 二是要充分重视学生在计算机辅助教学中的主观能动作用。课件内容不必面 面俱到，对问题的解释、知识的总结能省则省，能简不繁。教师在使用c a i 课件 教学时，也应控制问题的展开速度，多与学生进行交流、诱导、启发，留给学生 积极参与思考的时间和空间，让学生主动形成对客观事物的认识和解决问题的方 案，培养学生的建构能力。 以上三种学习理论对我们运用计算机辅助课堂教学进行课件编制及使用策 略都有一定的指导意义。行为主义学习理论的“刺激一反应一强化”理论对教学 内容的有效组织及呈现有很大的帮助作用，要求制作者在设计屏幕界面时呈现的 信息要基础、有序、有效。认知主义学习理论则要求知识的呈现要结构化、层次 化，讲究整体性、清晰性和稳定性；媒体的使用要有效地吸引学生的注意力，激 发学生兴趣。建构主义学习理论的指导意义主要体现在课件使用方面，要求课件 能为使用者从多角度、多层次进入学习活动提供基础，为灵活地展开学习内容过 程创造良好条件。 2 2 教育传播理论 本文所要研究的是主要用于辅助课堂教学的c a i 课件，而课堂教学是教育传 播的基本形式，因此，教育传播理论也是研究多媒体辅助教学的理论基础之一。 传播是指人们运用一定的媒体或形式送出和接收信息的活动，是一个信息交 换、交流的过程。教育传播泛指教育信息的传播活动，它是按照确定的教学目标， 通过教育媒体将相应的教育内容传递给特定的教育对象的过程。课堂教学是一个 由传播者( 教师) 对教学信息( 教学内容) 进行编码、加工，通过一定的信道和 媒介作用于受传者( 学生) ，再将信息反馈给传播者的一个完整过程，它完全符 合一般的传播学模式，即美国政治学家拉斯韦尔1 9 4 8 年提出的“5 w ”论：w h o ， s a y sw h a t ，i nw h i c hc h a n n e l ，t ow h o m ，w i t hw h a te f f e c t s ”，中文为“谁，说什么， 通过什么渠道，对谁说，产生什么效果”。相应的教育传播过程为：教师( 或其 7 他教学信息源) 一教学内容一教学媒体一教学对象一教学评价。传播的最终效果 不是由教学传播过程中某一要素决定的，而是由组成信息传播过程的各要素及它 们之间的相互关系共同决定的。从信息源教师来看，影响教学信息传递效果 的因素主要有传播技能、教学态度、知识水平等；从教学内容和教学媒体来看， 也有诸多因素影响传播效果，如教学内容的选择及安排、教学信息传递符号( 文 字、图像、体态语、音乐等) 的选择；从教学对象学生的角度来看，其先前 的知识水平、学习兴趣和动机、能力倾向等因素都对信息的传播、接收和理解起 着决定作用；教学评价主要是对信息传播效果的一个反馈，以便随时对传播过程 进行调整和控制，以达到预期教学目标。 可以看出，教学传播过程是一个涉及众多相互联系和相互制约因素的动态过 程，其中的每一个环节都对信息传播的通畅性、有效性及学生对教学内容的理解 和学习任务的完成有较大的影响。因此，教师在编制和使用c a i 课件以辅助课堂 教学时，应充分考虑以上各要素及其相互关系，运用系统方法在众多因素的动态 联系中探索真正导致教学效果的原因，从而确定合理的教学方案。 2 3 系统科学理论。“ 咀信息论、控制论、系统论为基础构成的系统科学，是信息时代高科技发展 下认识世界和改造世界的方法论，已广泛应用于各领域。从系统科学的角度，把 课堂教学看成是一个系统，从整体出发，分析组成课堂教学系统的各个要素( 如 教学目标、教学内容、教学媒体、教师和学生等) ，充分认识各要素之间、要素 与系统之间的层次关系及相互作用，有利于有效、迅速地达到教学的优化。 2 3 1 系统科学理论的重要范畴 ( 1 ) 系统和要素 所谓系统，是指一些相互关联、相互作用的诸要素组成 的具有特定功能的有机整体。而要素就是构成系统的组成成分。系统与要素的区 分是相对的，在一定条件下可能相互转化。每个系统对于更大一级的系统来说则 是一个要素，而系统中的一个要素又可看成子系统，它又是由若干要素构成的。 在c a i 辅助课堂教学设计中，我们可以把课堂教学看成是一个复杂的、多层 次的动态系统，教学目标、教学内容、教学媒体( c a i 课件) 、教学方法、教师 和学生等则是其中的各个要素。但相对于课件内容、素材、呈现策略、屏幕设计、 试用与评价等而言，c a i 课件则又可被称之为一个系统。运用系统科学理论指导 8 教学就是依据系统和要素的辩证关系，从整体出发，分析各要素之间、要素与系 统之间的层次关系及其相互作用，然后再进行综合，构筑系统的最优化结构，这 就是系统分析与要素分析方法。 ( 2 ) 结构与功能 结构是系统内部各要素之间的联系形式或相互作用的方式，亦即诸要素在时 空上、逻辑上的排列组合方式或组织形式。功能是指系统与环境相互作用中所呈 现的能力。系统的结构与功能也是相互依存、相互制约的对立统一体。结构决定 功能，一定的功能则由具有一定结构的系统产生。 依据结构与功能辩证关系的原理，在c a i 课件辅助教学中，就是要调整教学 系统的结构，即设计教师、内容、课件、学生等诸要素之间不同的联系方式，从 多种可能的方案中，选择最好的系统方案，形成最优化的教学结构，从而优化教 学系统的功能，获得最佳教学效果。 ( 3 ) 过程与状态 系统特性的量度即状态，系统状态随时空的变化即过翟。过程与状态也是对 立统一的辩证关系，相互依存，不可分割。可以通过研究状态去分析过程，也可 以通过研究过程来分析状态。 在设计多媒体教学过程时应注重分析教学的具体状态，如教师的准备状态、 学生的认知水平状态、学生的心态、媒体的使用状态，要使教师教的状态与学生 学的状态统一协调起来，适当调节教学形式、教学方法、教学速度及媒体的呈现 状态，使教学过程和谐统一地推进。 2 3 2 系统科学理论的三大原理 ( 1 ) 整体原理整体性是系统的根本属性，是指系统中各要素是相互作用、 相互依存的。整体原理要求我们从整体出发，着眼于要素之间的联系和作用，通 过其联系和作用的巧妙组合，来提高整体功能。即从整体上去认识部分，再从部 分综合到整体，在认识部分的基础上理解整体。 ( 2 ) 有序原理指任何一个系统中的要素及子系统必须按一定的顺序和层 次排列。在教育中，强调处理好教学系统内部要素之间，以及外部环境之间的关 系，使它们之间的信息交换处于开放、有序的状态。条件和规模完全一样的系统， 有序性不同，功效也就大不相同，可以表现为正功效( 与系统目的一致的功效) 、 9 无功效( 零功效) 、虚功效( 与系统目的无关的功效) 或负功效( 与系统目的相反的 功效) 。 ( 3 ) 反馈原理反馈，原为电子学术语，是指把放大器输出电路中的一部 分能量送回输入电路的过程。反馈原理认为，任何系统只有通过反馈信息，才能 实现控制。在教学中强调信息传递的双向性，反馈使教师能及时了解学生的学习 态度和学习效果，调整教学方法和信息的传递速度，保证教学按预期的目标进行。 2 4 教学设计理论。2 1 教学设计是从教学系统的整体功能出发，综合考虑教师、学生、教材、媒体、 评价等各个方面在教学中的地位与作用，使之相辅相成，互相促进，产生整体效 应。本文主要讨论的是教学媒体设计理论对c a i 课件的指导意义。教学媒体是承 载和传播( 递) 教学信息的载体和工具。不同的媒体运用在教学过程中，所表现 的教学功能是各不相同的，各有其适用的局限性。c a i 课件是以多媒体计算机为 硬件环境，多媒体软件为平台所创作的，能够综合多种教学媒体的功能和优势， 可以认为它本身就是一种多媒体。因此，这里要讨论的教学媒体设计主要是针对 具体教学内容的素材( 文本、图片、动画、声音等) 的选择与利用。 为了使媒体的应用更具体、更有效，达到预期的教学效果，确保学生达到教 学目标，就必须进行教学媒体设计，选择最合适、最有效的媒体。媒体的选择与 利用是教学设计中相当重要的一环，其注意要点对于c a i 课件素材的选择与利用 同样适用。一般来说要注意以下几点： ( 1 ) 媒体与教学内容的统一性要达到这种统一性，必须坚持两个出发点： 一是从教学目标出发。要达到不同的教学目标，就要采用不同的教学媒体。例如 要求学生了解晶体管的外观和结构与要求学生掌握饱和失真和截止失真的分析 就是两种不同的教学目标，前者只要用图片展示，辅以教师说明就足以达到效果， 而后者则适合采用动画模拟，通过改变参数得到不同的输出结果，让学生在掌握 失真的分析方法的同时获得失真现象的感性认识。二是从所教的学科内容出发。 各门学科的性质不同，同一学科内章节内容也有不同，这对教学媒体的选择都有 不同的要求a 例如讲解模电里面放大电路中各电量瞬时变化的波形等这些较 为抽象的教学内容时，就应采用动画模拟使这些不可见的现象形象化，加深学生 对理论的理解。 1 0 ( 2 ) 媒体与认知水平的相容性不同年龄阶段的学习者由于认知水平的不 同，对媒体的相容性也不同，因此选择教学媒体必须考虑他们的年龄特征。如小 学生的认知特点是直观形象思维占优势，对他们应尽量避免抽象的概念。随着年 龄的增长，学生的抽象和概括能力得到发展，为他们选用的教学媒体种类可以广 泛一些，内容也可增加理性分析的分量。但切忌越多越好的思想，应该少而精， 凡是可以用语言或动作即能准确及时表达的内容，则不用计算机来辅助。 此外，教学媒体设计还要注意其艺术性和效益性。艺术性就是要求各素材的 处理及课件的屏幕设计能以完美的艺术形式和手段去表现教学内容，调动学生积 极的情感，激发学生的创造意识。效益性则要求选择的素材能最有效的传递教学 信息：提高教学信息量同时保证学生接收的效果。 选择了最佳教学媒体并不完全等于有了最佳的教学效果。为了获得真正的最 佳效果，设计与应用教学媒体必须遵循心理学的基本原理：一、注意与教学媒体。 人们在单位时间内只能注意到环境中的- - d 部分，而且是有选择地从中选出那些 对自己有意义的事物作为注意对象。因此，呈现教学信息时就做到主题突出，尽 量删除无关的背景及多余的细节。二、信息呈现策略与教学效果。教学设计者通 过对教学媒体信息的组织与处理能有效地吸引和控制学习者的注意，促进对学习 材料的感知。教学设计者应对教学内容的意义进行挖潜，尽可能地使学习内容之 问产生联系，使学习材料和学习者的认知结构之间建立联系，从而促进学习。另 外，突出关键信息和重复也可提高教学效果。 1 1 三、模拟电子技术基础c a i 课件的优化策略及实践 3 1 教学策略设计 教学策略是为了实现教学目标，完成教学任务而采用的教学方法、形式和媒 体等因素的总体考虑。教学策略主要有三类”：内容型策略、方法型策略和形式 型策略。内容型策略主要是强调知识结构和追求知识发生过程，即结构化策略和 问题化策略，它指导着如何进行教学设计和课件结构设计。方法型策略是以教学 方法和技术为中心的策略，它指导如何呈现信息可能会获得最佳教学效果。形式 型策略即我们平常所说的教学模式，本文所讨论的c a i 课件主要是用于辅助课堂 教学，教学模式可确定为集体授课演示教学模式，因此以下主要对内容裂策略和 方法型策略所涉及的几个方面加以讨论。 3 1 1 教学内容的优化设计汹2 7 1 教学内容是学生学习的对象，是教与学相互作用的中介，也是教学过程中教 学信息编码、传输、接收与反馈的对象。根据学习理论，教学内容的设计就是要 将其进行明确的分割，形成知识点，并使知识点充分的组织化、有序化，形成系 统的知识结构。提供明确、清晰的学科知识结构体系，使教学内容具有系统性、 科学性和逻辑性，是教学内容组织和展开的基本原则。 知识点是教学活动中传播知识信息的基本单位。教师以知识点为线索，逐次 展开教学内容，并以知识点为单位，进行教学表达设计，是现代教学设计的基本 方法。 按内容不同，知识点大致可分为以下几类：事实一般指名词术语、事件 名称或可确定的事实，如：半导体三极管，场效应管，p n 结的单向导电性等。 概念指描述事物的属性、特征的专有名词，它具有确定的定义，一般较为抽 象。如：反向饱和电流，放大电路的输入、输出电阻等。原理指描述事物过 程的机制、因果关系、逻辑关系及其多个概念的组合关系的知识。如各种电子元 件或放大电路的工作原理。技能指各种动手操作方法、技巧及肢体运动技能 等。例如阅读和分析模拟电路原理图，查阅电子器件手册和合理选择器件的能力 等。问题解决指发现问题、分析问题、解决问题的程序和方法，如b j t 的小 信号模型分析法，利用虚短或虚断估算电路电压放大倍数的方法等。 知识点的划分要以教科书的内容为基本依据，但不能受其限制，尤其不能与 教科书的章节目录等同起来，应按教学需要和知识的内在逻辑，重新组织内容， 必要时打破原章节安排，加以重构，并且把学科的最新进展加进去。每一个知识 点均应相互独立、具体明确，划分规模适当，必要时可再拆分为“知识亚点”， 以便于突破重点，解决难点。各知识点的排列组合，要讲究内在逻辑，便于学生 了解知识点的有机联系，从而形成符合科学逻辑的知识结构体系。 系统性是合理的知识结构体系的主要特征。教学内容的系统性主要体现在学 科内容的完备性、知识的整体性上，而不是零碎的、残缺的知识。其次，系统性 还体现在将教学内容作为一个系统的整体，采用要素分析方法，将之分解为一个 个要素，进一步将要素分解为子要素，并加以有序地组合起来，使各知识点次序 井然，关系紧密。所谓层次性，就是把教学内容划分为不同的深浅层次，逐次展 开，并鲜明地指示出这种层次关系，使学生听起来层次分明，产生一定的层次感 和节奏感。内在逻辑性是教学内容组织的“粘合剂”，它能使各个知识点有机串 联起来，使之成为一个联系紧密的知识整体，而不是大量知识的单纯罗列与堆 积，这就要求对教学内容的组织形式进行重构。本文中对模拟电子技术基础 的内容重构是基于康华光主编的电子技术基础( 模拟部分) ( 高等教育出版社， 1 9 9 9 年，第四版) 和童诗白、华成英主编的模拟电子技术基础( 高等教育出 版社，2 0 0 1 年，第三版) 两本教材的内容编排形式，再根据学生的认知结构和 任课教师多年的教学经验而完成的。 知识结构体系通常以树枝状结构及提纲形式表示，如图3 - 1 。 半 导 体 材 料 f 本征半导体的概念 f 基础知识 晶体结构 【载流子 耋季 杂质半导体 三篓辜喜蒹 【p n 结形成 羹鬈霆耄 。单向导电性 反向偏置 【导通 图3 - 1 模拟电子技术基础知识结构体系( 举倒) 3 1 2 教学媒体的优化设计 教学媒体的选择、组合与设计，是继教学内容的分析与设计之后又一重要的 教学设计步骤。媒体是为表现教学内容服务的，媒体的类型、内容和质量水平直 接关系到教学信息传输与表达的效果，其选择是依据教学内容与媒体特性来进行 的。 如何选择媒体才能最优地表现教学内容，一般要注意以下几点”“： 一、媒体与教学目标要统一。二、媒体的选择要少而精。媒体过多，学生感 到目不暇接，容易分散注意力；媒体太少，教学内容表现不充分，学生不能充分 感知，就谈不上教学优化。因此，凡是自b 用语言、动作或简单的媒体就能准确及 时地表达的内容，就不用复杂的媒体。三、要精选择优。在一组均可表达同一教 学内容的媒体中，应选择使用最方便，能达到最佳教育传播效果的媒体。四、媒 体的抽象适度要适当。媒体的选择并不是要其将教学内容表现的越具体、越形象 越好，而是要与学生的认知水平相符。适当的抽象程度，能留给学生一定的思考 和想像的空间，培养学生的抽象思维能力，提高其认知层次。 一种教学信息，往往需要多种媒体从不同方面进行表达，这就涉及到媒体组 合的问题。根据多媒体组合教学的研究与实践，在进行媒体组合设计时，应遵循 以下原则“”： 目标性原则即根据教学内容及教学目标的具体要求来确定媒体的组合。这 是科学地组合媒体的基本依据，也是媒体组合的总原则。为了形式上的多样而滥 用多种媒体，会削弱教师的指导作用，减少学生思考与主动思维的过程，会使学 生如走马观花，产生适得其反的效果。 多感官配合原则。心理学研究表明， 人类各种感觉器官的功能作用是各不相同 的，五官获得知识的比率依次：视觉8 3 ，听觉1 1 ，嗅觉3 5 ，触觉1 5 ， 味觉1 。而且同时利用两种知觉比利用单 一知觉的学习效率高。实验证明，对于同 表3 - l 保持比率的对比 记忆保持比率 学习方式 三小时左出三天屙 单用听觉 6 0 1 5 单用视觉 7 0 4 0 视听并用 9 0 7 5 样的教学内容采用不同的教学方式，学生获得知识所能保持记忆的比率是不同的 ( 如表3 - 1 所示) 。 大信息量原则教学媒体的组合必须有利于增加教学信息量，这是媒体内容 组合的基本原则。如果所组合的两个媒体的教学信息是等值的，就不应将之组合 在一起使用。一般来说，把在信息表达特性方面互补的媒体组合应用，可提高教 学信息量。 因此，多种媒体的组合应用，应根据多感官的配合原则来设计，使之协调统 一，相互补充，以符合学生的学习和认知规律，提高课堂教学效果。 根据以上讨论，我们以双极型三极管( b j t ) 部分为例，其媒体的选择设计 可表示为表3 - 2 表3 - 2 媒体的选择( 以b j ? 为例) 教学内容媒体文本图片 动画 声音( 画中音) 结构及类型 内部载流子的传输 电流分配关系 三种组态 放大作用 特性曲线 主要参数 3 。1 3 教学方法的优化设计 教学方法是将教师、学生、教学内容、教学媒体有机合理地组织起来并付诸 教学行为的“软件”，它是以教学目标为导向，以教学内容为基础的。教学方法 各类繁多，各有其相对的优势和不足。教学方法的选用通常有以下几个原则： ( 1 ) 以教学目标为导向选用的教学方法必须符合教学目标的要求。如知 识、理解层次的内容，教学信息传输量大，在课堂教学中易采用讲演法。其具体 形式则可灵活多样，可播放边讲解分析，也可讲解一演示一概括，还可采用问题 引导和演示讲解相结合。对应用、分析等中等目标层次的教学内容，可选用引导 式教学、问题教学法、分析法等。 ( 2 ) 以学生特征为依据学生的年龄阶段不同，其心理特征、接受能力、理 解能力、记忆和思维的能力和方式有较大的差异，选用的教学方法应与学生的年 龄特征相适应。高等学校中，学生的形象思维、抽象思维已经得到了较高水平的 发展，可多选用分析法、综合法、归纳法和演绎法等，并适当的穿插讨论法、自 觉辅导法等。 ( 3 ) 以教学内容为基础教学方法与教学内容是紧密相关的，不同性质的教 学内容，选用的教学方法也应有所区别。对于结构类型等描述性内容，应选用直 观( 图例、图示) 教学法；而理论性、逻辑性强的内容，宜采用分析讲解的方法。 ( 4 ) 以现有条件为依托教学条件是制约教学方法选用的主要因素，它既包 括教学资源条件，也包括教师的自身条件。 教学有法，法无定法，法贵在活，教学方法的基本问题在于选择，将教学方 法凝固化是错误的，而只有根据学科、学生的特点，合理选用教学方法，灵活地 组合、综合，并在实践中总结提高、应用和创新，才能真正地提高教学效果，也 才能使教学方法不断丰富、深化和发展。 3 2 课件系统的优化设计 3 2 1 课件开发平台的选择 课件开发平台的特点及功能影响着课件结构的组织、资料的安排方式及功能 的实现，因此选择适当的课件开发平台是极为重要的。 目前市场上用于课件开发的平台种类繁多，按其组织结构和安排资料方式可 分为+ 川： ( 1 ) 基于卡片的或页的开发平台，如洪图、t o o l h o o k 、方正奥思、p o w e r p o i n t 等，多用于制作类似目录索引或资料库类等系统。 ( 2 ) 基于图标的开发平台，如a u t h o r w a r e 等。创作者可以按照事件的顺序 适当地把图标放置到程序流程线上，并且填写内容，比较适合用于交互式教学课 件系统的开发。 ( 3 ) 基于时间的开发平台，如d i r e c t o r 、f l a s h 等，有一个直观的时间轴， 有多个通道，可安排多个对象同时呈现，可控制演播，可用于制作模拟类课件或 素材。 ( 4 ) 基于编程语言的开发平台，如v b 、d e l p h i 、v i s u a lc + + 等。其保留了传 统语言的特性，提供一些可直接取用的工具，如绘图工具、按钮工具等，为创作 提供了很好的环境，程序员可比较的轻松的来设计多媒体程序。 ( 5 ) 基于网络h t m l ( d h t m l ) 格式的开发平台，如f r o n t p a g e 、d r e a m w e a v e r 等。 正确选择合适的开发平台，将会大大加快开发进程，节省人力和资金，有利 于将主要精力投入到脚本和课件的设计中，提高课件开发的质量和效率。开发平 台的选择通常需要分析教学内容，并考虑到开发及使用人员对开发平台的熟悉程 度和软件自身的特点，以保证课件开发的可行性，以及使用者对课件及时修改的 可操作性。因此，选择开发可从以下几个方面综合加以考虑： ( 1 ) 开发平台本身功能强大，各种类型的的资料容易集成，有传统教学 无法比拟的效率优势。易学易用，让使用者一看就能灵活自如地使用，而无须 花过多时间去专门学习其操作方法。这与其高效性和灵活性通常很难两全其美， 因此选择开发平台时，还应考虑其界面是否友好直观、操作是否简单方便、能否 使一个完全不懂程序设计或对计算机不太熟悉的教师能在很短的时间内掌握其 操作，以便能轻松地制作和修改课件。这在一定程度上可以激励教师教改的积极 性，将自己的教学经验融入到课件的开发中。兼容性强。c a i 课件开发平台除 了能在其系统中直接创建和编辑媒体对象外，而应能引用外部媒体素材。平台支 持的素材格式越多，越能节约开发时间。 ( 2 ) 课件类型和