（课程与教学论专业论文）波动光学多媒体课件的研制与多媒体教学研究.pdf

摘要 随着我因高等教育的快速发展，将现代教育技术( 多媒体技术、网络技术和 虚拟仿真技零) 与瑷代教窍愚想应其l 予漯程教学，以提高教学质量邸教学效率已 经成为教育界的一个热门课题。 本文主要对大学兹理多媒镕谋佟豹裁接及其在渫堂教学中斡镬用瀵行理论 和实践上的研究。具体内容包括：( 一) 从物理学习论、物理教学论、认知心理 学和教育技术学等有关理论密发，探讨设计、制作大学街醮多媒体谍斧静理论麓 础。其中，行为主义学习理论对教师的激学具有重要的指导作用；认知主义学习 理论则从更深的层次上揭示了学生学习的机制，为多媒体谦件的设计提供了系统 豹可操作蛙藤划；建捣主义更搬重视学习者的主薅地位，认为学习是学习者在 定的学习情境下通过人际间的协作活动而实现的主动建构知识意义的过程，这一 理论对当裁蓬裁发漾的溺络教育其有羹要豹撵导 乍灌。( - - ) 裰攥磊暑究静理论藏 果制作大学物理波动光学的多媒体课件。在这一实践过程中，我们采用f l a s h 、 3 d m a x 等软件开发制作了波动光学部分的多媒体素材，并用p o w e r p o i n t 籁作宪 整的波动光学多媒体课件。( 三) 总结肖关多媒体教学的研究成果，探索多媒体 课堂教学的教学模式、教学原则以及教学过程中应处理好的几个方面的关系。例 妇，大学物理多媒体澡堂数学中应该楚邂好抟绞接惑震示与多媒传信惑鼹示豹关 系、教师的主导地位与多媒体课件的辅助地位的关系以及教学信息量大和教学节 奏适中静关系，簌这三对关系毒发我翻得羁多媒落谦堂教攀鹭教学琢瓣，静主导 性原则、互补性原则、有序性原则、扁发性原则和交互性原则。( 四) 最后，本 文对大学物理多媒体谦件的发展做一个震望。我们认为，今后多媒体课件的发糯 是在“积件”思想的指导下走多媒体化、网络化、智化和规范化楣结合的道路。 本文的主要创新点在于：探讨如何使用f l a s h 和p o w e r p o i n t 这两个功能强大 熬多媒体铡馋较咎来割馋大学黪理波动光学部分豹多媒落渫 孛，并提握教学内签 的特点制作多媒体豢材，包括：立体化的静态图片、形象的演示动画和交互式的 界面，并置创建了一种模块纯静谦 串缔构；箍合实戥介绍凡释将媒体对蘩弓l 入蹋 用p o w e r p o i n t 制作的多媒体课件中的方法，并对其用途进行比较分析；研究教 学媒体的选释依据和不同类型的媒体( 文字、图形、声音、图像、视频等) 在袋 理教学内容t 故特点和应翔：硬宠了波动光学多媒体课堂教学的教学模式、教学 原则和课堂教学中应处理好的几个关系；最后结合当代教育理论和当前计算机技 零应耀豹最耨成果，震鳖未来大学鹭理诗篓摭藕瓒教学戆方淘。 关键霹看：大学物瑷多媒体谋件波渤光学 f l a s h p o w e r p o i n t 积件 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f h i g h e re d u c a t i o ni no u rc o u n t r y , i th a s b e e nar e m a r k a b l et o p i c t o s t u d yh o wt oa p p l yt h eu p t o d a t ee d u c a t i o nt e c h n o l o g i e ss u c ha sm u l t i m e d i at e c h n o l o g y 、 n e t w o r kt e c h n o l o g y ，v i s u a lr e a l i t yt e c h n o l o g ya n dm o d e r ne d u c a t i o nt h e o r i e st oc o u r s et e a c f i i n g t oi m p r o v et h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f t e a c h i n g t h i s p a p e rm a i n l yi n v e s t i g a t e s i nt h e t h e o r ya n dd e s i g n o fc o l l e g e p h y s i c s m u l t i m e d i ac o u r s e w a r ea n di t su s ei nc u r r i c u l u mt e a c h i n g f i r s t w ew i l ld i s c u s sh o w t od e s i g na n dm a k et h ec o u r s e - w a r eo nb a s eo fp h y s i c sl e a r n i n gt h e o r y 、p h y s i c s l e a c h i n gt h e o r y 、c o g n i z ep s y c h o l o g ya n d e d u c a t i o nt e c h n o l o g y t h eb e h a v i o r i s m t h e o r yc a ng i v eg u i d a n c e t ot e a c h i n g ；t h ec o g n i z a t i o nt h e o r yd e m o n s t r a t e st h et r u t ho f l e a r n i n g ，w h i c hp r o v i d e ss o m ee x e r c i s a b l ep r i n c i p l e s f o rm u l t i m e d i ac o u r s ew a r e d e s i g n ；t h ec o n s t r u c t i o nt h e o r yp a y sm o r ea t t e n t i o nt o t h em a i ns t a t i o no f s t u d e n t s ， w h i c hc o n s i d e r st h a tl e a r n i n gl i e si nt h ec o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i o no fs t u d e n t s u n d e rs o m ec o n d i t i o n t l l i s t h e o r y h a si m p o r t a n ta p p l i c a t i o ni nt h e f l o u r i s h i n g i n t e m e te d u c a t i o n s e c o n d l y , w em a k et h em u l t i m e d i ac o u r s e w a r eo fw a v eo p t i c s a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hc o n c l u s i o n d u r i n gt h ep r o c e s s ，w em a k e s o m em u l t i m e d i a m a t e r i a lw i t hf l a s ha n d3 d m a x , a n dt h e nw ec o m p o s et h e mi n t o ar o u n d e d c o u r s e w a r ew i t h p o w e r p o i n t t h i r d l y , w e d i s c u s st h em o d e la n d p r i n c i p l e o f m u l t i m e d i at e a c h i n ga n ds e v e r a lr e l a t i o n s h i p si nm u l t i m e d i ac l a s s f i n a l l y , w em a k ea f o r e c a s to f c o l l e g ep h ) 7 s i c sm u l t i m e d i a c o u r s e w a r e s o m eh e wi d e a sa r eb r o u g h tf o r t hi nt h i sp a d e r w ed i s c u s s e dh o wt om a k e m u l t i m e d i ac o u r s e w a r eo fw a v e o p t i c s i nc o l l e g e p h y 7 s i c sw i t h f l a s ha n dp o w e r p o i n t as t r u c t u r e dp a t t e r no fc o u r s e w a r em a k i n gw a sd e s i g n e di nt h i sp a p e r , a n dw ea l s o i n t r o d u c e df o u rm e a n st oi m p o r to t h e rm e d i ao b j e c t si n t op o w e r p o i n tf i l e s w es t u d y t h ec h a r a c t e r so fd i f f e r e n tt y p e so fm e d i aa n dg e tt h ep r i n c i p l e so fc h o o s i n gt e a c h i n g m e d i a w em a k et h et e a c h i n gm o d e la n dp r i n c i p l e so fm u l t i m e d i at e a c h i n ga n ds t u d y s e v e r a li m p o r t a n tr e l a t i o n s h i p si nc l a s s k e yw o r d s ：c o l l e g ep h y s i c s m u l t i m e d i ac o u r s e w a r ew a v eo p t i c s f l a s h p o w e r p o i n t i n t e g r a t e dw a r e 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：丕基蕴日期：二塑塑，6 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：堕导师签名： 日期： 瑚轰；、 东南人学碗上论文 前言 一研究背景 随着我国的高等教育由精英教育逐渐向大众化教育过渡，高等教育的人才培养模式日益 趋向多层次、多样化。为了保证人才培养的质量，2 0 0 1 年8 月2 8 日，教育部下发了教高 2 0 0 1 1 4 号文件关y - 加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见，在全国高教战线 引起了强烈反响。再级教育主管部门、各高校采取一系列有效措施大力提高教学质量，如教 授、名师上讲台，加强本科基础课教学，加快教材建设，应用现代教育技术提高教学水平等 等。 物理学是自然科学和现代工程技术的基础。大学物理作为一门基础课，在培养学生的 科学素质、科学思维能力和科学研究能力上发挥着重要的作用。当前，在己出版的优秀教材 基础上将各种相互作用、相互联系的媒体平资源有机整合，形成立体化教材，促进现代教育 技术与火学物理课程和课堂教学的整合，将对实现大学物理课程体系和课程教学的现代化， 提高大学物理的教学质晟具有重要意义。 由东南人学马文蔚教授主编的物理学( 第四版) 是我国一套传统的优秀教材。自从 问世以来，经过2 0 多年的发展，已成为我国时间很长、使用范围很广、培养人才很多的物 理教材。曾先后获得教育部优秀教材一等奖、教育部科学技术进步奖一等奖、国家级优秀教 材一等奖。目前该教材已经形成了文字教材( 上、中、下三册) ，习题分析与解答、自学指 南、物理学原理在工程技术中的应用、电子教案、网络课程等一个系列，并且还将出版教师 阚书和i 学习指导m 初步建立起立体化教材的体系。我有幸作为其中的一员参加了电子教案 和网络课程部分内容的研s u t - 作，在这过程中接触到不少最新的教育理论和计算机技术，同 时也形成了一些自己的认识。本文便是学习和思考的一个总结。 计算机辅助教学在我国经过十几年的发展已经进入蓬勃发展的时期。制作和出版了一 大批计算机辅助教学软件，越来越多的学校和教师开始运用多媒体课件来进行教学，有条件 的学校已经建立了局域网，学生可以从网上下载课件学习，或者登陆教学网站进行在线学习。 教学手段的现代化需要有教育理论的指导，同对也促进了教育理论的发展，使得人们进一步 研究现代教育技术条什f 的教学模式、学习过程和师生关系，以及如何更好的建设、管理和 组织教育资源，创造电好的教学环境，开展教学活动等。据不完全统计，近几年来每年发表 t 大学物理( 教育专刊) 、物理通报、现代物理知识、物理与工程等杂志上有关 计算机辅助教学的研究论文有近6 0 篇。但是由于篇幅限制，这些论文只能对其中的某一个 或某儿个问题进行探讨，而不可能系统深入的研究论述。所以，很有必要对当前多媒体课件 的有荚技术和教育理论做一个系统地总结和研究，从帮体上提高课件的制作水平和使用效 果。 二主要工作 本论文将在物理学习论、教学论、认知心理学以及现代教育技术理论的指导下，研制 波动光学的多媒体课件，并以之为主线研究大学物理多媒体课件的教学设计、教学媒体的选 择和制作以及教学使用中的几个问题。 第1 页 东南大学硕上论文 第一章多媒体辅助教学简介 1 1 多媒体的定义与特征 “多媒体”泽自2 0 世纪8 0 年代裙产生的英文词“m u l t i m e d i a ”，它最早出现于美国麻 省理学院( m i t ) 递交给国防部的个项蚓报告中。所谓瘳媒体，是指将文字、阁形、嘲 象、声音、音乐、视频和动画等多种媒体与计算机授术藤合两形成的信息传播媒体。利用多 媒体我们能以更加自然的方式使剧信息和与计算机进行交流”1 。 多媒体从本质上来说熟有如f 几个特征“1 ： 1 。集成性 多媒体技术的集成性首先是指可将声、文、图、像等不同的媒体信息有机组合，形成 个完蹩的多擞体售息，擞到黝文声像一体化。集成性憨另耀含义戆指多媒体系统的设餐集 成，包括输入娃示设祷、输出显示设备、存储设备以及特输设备。 2 。交互性 交互性是指人羊计算机能进行对话，以便实现人一【干预控制，这是多媒体技术的关键特 铥。交重性楚我翻在获取窝搜雳信息时戆他被动为主动，捷粥考能擞握自蠢拣需要张进行鸯 效的控制。另外，当交互引a 时，活动本身作为一种媒体介入信息转化为知识的过程，使用 者逶j 建交互瓣渤可获褥更多僖惠。 3 智能性 多媒蒋计算辊提供了生动涟泼的器嚣，镤计算撬貔操佟更壹躐、耍方矮、更人性诧。遵 过计弹机提供的强大的编程筝段可以对用户的操作做出智熊化的判断。 4 。翳扩展蛙 多媒体计算机的易扩展性主要表现在两个方面：一是设备的易扩展性，另一个是程序的 翁垂。碰健。计算辊可叛方便缝两外部设备撩接，实瑰数据交按、釜控等多耱葫齄。诗舞极瓣 软件系统也楚可以随时扩展的，用户可以根据需要创建自融的软件系统。 1 2 多媒体辅助教学静优势 随着计算机多! ! ! i l 体技术的发展，多媒体技术在激学上的应i _ | 也日益广泛，使得传统的教 育方式发生了深刻的变革。 多媒体技术的特征使其提教学中具有强大的优势： i 多媒体计算机提供丰黼的教学信息裔嗣于激发学生的学习必趣 多媒体训”算机不仅继承了计算机所固有的存储记忆、商速运算、逻辑判断、离糖度、自 动运彳j = 等特点，而且可以把文字、静图、动画、声街和视频等多种形态的媒体集成于一体， 可以将擞观过榉实施宏观模拟，把宏观场景进行缩微处理，将瞬变过程转为定格势析，从而 能够启迪学生的形爨思维、激发学生的学习兴趣、开阔学生的知识眼界、改善学生的形蒙思 维，犬火提离了学习躲效率昶效菇。 2 多媒体交互性有利于学习者认知主体作用的发挥 交互性馒学习卷在获取莉 搜圳信息时熊化被动为主动，能根据魍己的憾况来决定学习的 辩2 页 东南大学硕七论文 进程；此外当交互性被引入时，活动本身作为一种媒体介入学习活动，使学习者获得更多的 谊息。 3 采用多媒体教学信息最大、传输速度快、质鼹高，教学应用范闱广 多媒体信息采_ 拜lc d - - r o m 光盘为存镰分覆，一片薄薄的壹 ! = ；：为1 2 0 r a m 熬c d - - r o m 的存储容鲑商选6 5 0 m b ，这意味着它可以存储a 4 纸文本6 5 0 0 0 页，或者高分辨率的静止图 豫1 0 0 0 强。 利州多! ! i ! 体系统先进的声音与嘲像压缩处理技术可以谯极短的时间内存储、传输、提 敬或啭蜣丈餐鞫、文、声_ 荠菠豹教学信息。 由于多f ：1 1 l 体信息的存储与处理过程都魁数字化的，这就使得多媒体信息可以实现高质 量愿始图像郓声音耱掰现、编辑器l 簸理。 4 超媒体功能可以实现对教学信息有效的组织与管理，提供理想的学习环境 翻用超瓣俸功慧实现教学信患韵灵活获敬爱教学过程鞠教学络构灵活缱织，黻适合不黼 层次、不同水平的学生的学习需要，这样既有利于因材施教，义有助于引发学生的联想与思 考，培养萁j 繇维能力和意义建构的能力。 综上所述，由于基于多媒体技术的多媒体辅助教学在对多种媒体信息进行鹅合与传输时 其有集成性、交互性、开放悭等特点，能为教育提供多元纯静教学爨源和非线性纯的教学信 息组织，因此为提高救学质量和教学效率、实现教学过程与教学目标的最优化提供了一种全 新煎教学方式。” 1 。3 多媒体辘助教学系统 多媒体辅助教学系统包括多媒体硬件系统、软件系统和潜件三部分。 一，多撵体硬付系统 多媒体硬中卜系统由以下箝部分缬成，如图1 一l 所示： 图l 一1 多媒体硬件系统 ( 1 ) 主橇： & c p u 和主扳嚣部分鳃残。c p u 是诗舞掘麴心箍，这是一块毽括运筹器、控 制器年一些寄存器的集成电路芯片。主板包括主存、高速缓存币1 总线结构。 ( 2 ) 糖入设嚣：豫了计棼枫麴基本琵置一瓣鑫拳 鬣标癸，还包亨委为滤足多媒蒋斑翔蔼菠潼 的输入故备，包括视频输入波各( 如摄像机、录像机、影碟机、扫描仪和数码相机等) 和背 颧羲入设器( 如话篝、录音嘏、m t d t 含或器等) 。 撼3 页 东南大学硕士论文 ( 3 ) 输出设备；显示器、扬卢器及大屏幕投影仪等。 ( 4 ) 数据存储没备：c d r o m 驱动器、磁盘驱动器、打印机和光盘刻录机。 ( 5 ) 各种功能 ：视频卡、声卡和i 显 。 ( 6 ) 通信设轿：调制解调器、网k - ( n e t w o r kc a r d ) 以及传真，通信卡。 二多媒体软件系统 多媒体软 ，l ：系统是多媒体教学系统的灵魂包括驱动程序、操作系统、多嫫体素材编 辑软件、多姒体写作：】二具年多媒体课件。 1 设备驱动程序是多媒体系统中直接和硬件打交道的软件。它完成设备的初始化，各种 设备操作如设备的打开、关闭、基于硬件的压缩和解压缩，图像快速变换等基本硬件 功能的凋川。这种软件一般由厂商随硬件设备提供。 2 多媒体操作系统是多媒体软件系统的基础，其主要任务和特征如下： 负责多媒体环境下多任务的调度 保证音频、视频同步控制以及信息处理的实时性 提供多媒体信息的各种基本操作管理 具有对设备的相对独立性与可扩展性 目前广泛使用的多媒体操作系统主要有w i n d o w s 系列的窗口操作系统w i n d o w s 9 5 9 8 n t x p 。 3 多媒体素材编辑软件是多媒体课件中的各种视觉和听觉材料是用于表达一定教学思 想的各种元素，如用于板书的文字雨i 文本，用于说明仪器结构和物质构成的图形霸i 图像，用 丁渲染气氛的音响效果，t ! i 于阐述物质运动原理的动画和视频等。为了获得利编辑这些多媒 体素材，就需要借勘定的软件来完成。r 面列出一些常用的软件以供参考。 文本处理软件：w o r d 、w p s 、e d i t 削像编辑软件：p h o t o s h o p 、w i n d o w s 画图程序、c o o l3 d 、c o r e l d r a w 声音处理软件：w i n d o w s 录音机、w a v e 、c a k e w a l k 动画制作软件：f l a s h 、3 dm a x 、a n i m a t o rp r o 音像编辑软件：v i d e of o rw i n d o w s 、超级解霸 4 多媒体写作j ：具又称多媒体集成软件，借助于多媒体写作工具，创作者可以有效组台 多媒体素材，实现所需的多媒体效果。目前常见的多媒体写作工具有制作多媒体电予教案的 p o w e r p o i n t ，州】i 开发应用程序的a u t h o r w a r e 、t o o l b o o k 、方正奥思、f l a s h 以及用于制作网 上多媒体软1 7 | = 的f r o n t p a g e 、d r e a m w e a v e r 等。这些软件一般面向计算机非专业人员，不需 要太多的编科，能根据教学需要方便地把多种媒体加以组装、集成，并具有交互性和图形化 地操作界面。 5 多媒体课件是多媒体教学系统中直接面向使用对象的最终产品。多媒体课件与其他软 件所不同的是除了要有硬件的支持，更要考虑其教学特性。在科学的教育理论和认知理论的 指导f ，选抒适当的多媒体素材编辑软件芹多媒体写作 ：具，对多媒体课件进行系统的设计 平制作，使之利j 二教师的教学和学生的认知。 为了使课什的制作更加方便，使计算机运行更加高效，还应该配备一些工具软件，如 抓幽软件h y p e r s n a p ，压缩解压缩软件w i n r a r ，查杀毒软件k v 3 0 0 、金山毒霸等。抓图 软件可以抓取屏幕上任何一块显示的图像，使得获取图像资源得心应手；压缩解压缩软件 可以有效对文件进行压缩用i 解压缩，方便文件的存储和传输：蠢杀毒软件可以防i e 计算机 第4 贞 东南_ 人学硕”j ：论文 受瘸海的危密，保护数据的安全。 三潜件 鹱谩漤f l 二，是搬学校教学设备嬲锼焉毒( 包括专职教育技术人员和广大的教魉) 丛及 他们所具有的教育观念和运雕现代教学媒体的能力。现在计算机的软硬件技术都以很快的速 度发鼹，如果只是投入大量资金购买最先进的仪器设冬，面不充分搬以剥削，无疑会遗成不 必要的浪费。所以除了要在可能的条件。f 购炎先进的设备改普教学条件，更应该重视对教师 进行现代信息技术和理论的壤训，鼓励他们制作和使用多媒 奉课彳 二，充分发挥现有的多媒体 教学设备的佧朋。 1 4 多媒体课件制作的一般步骤 多媒体课忭是一种应用软件，其开发过程应遵循一般多媒体软件设计的共同舰律，同时 由予使蠲课仆激学是在人一机交互的过程中完成的特定教学活动，所以其开发过程与一般 ：l 勺 多媒体软件相比x 有独特性。多媒体谍件伟6 作的一般步骤如图卜一2 所示，主要分为准备阶 段、设 图1 2 多娥体课转尊4 终的般步骤 1 准备阶段 这一阶段主要完戏选题帮定位。蓠先要确定所教授的课攫中有哪些内容适合月课件她彤 式米农达。由于选题的好坏赢接关系到课件的质量，而且课件一旦进入设计制作期选题就不 能改变，所有选题是项关键的工作。我们认为漂传麴选题般鹰从下葱几个方瓤选取：仪 用语育文字难以表达清楚的抽象的概念和规律；课堂上难以实现的演示实验；可以通过数值 计算避行动态投拟仿真的过穰和现象。根据嚣要，即可开发荧丁l 某”知识点或者知识群的醒 件，也可开技刚t ：某次课的课什。当积累剑一定程度，就可阻形成一门课程的大型课件。 焚次，是婴给课竹定好靛。是删予课堂辕助教学，还魁用于课质辅助学习；是阁于二公共 场合的教学演示，还是带于艘拟仿真的模拟课件。 2 设计阶段 该阶段臻完成目标设计、教学设计和脚本设计。 鲻标设计是在分桁教学对象、教学内容的基础上明确所要达到的教学翻标。由于在教学 过程中，不同层次的学生会对课件的教学内容、教学方法、媒体运粥、教材釜现技术等提出 不同舱要求。所以进行目标嫂计是保证课件定位可靠的保证。 辩5 页 东南大学顺h 论文 当明确了教学目标后就耍将目标分解成多个教学单元，选择适当的教学策略和教学媒 体，食理运削再静媒体信息磬加以缀台，扶蕊完成教学设计。 脚本设计就是将激学设计的想法具体到缚一个细节，并以二佟面的形式表现。包括每屏幕 中信息幽赛熬像置、大小、激色、出现的顺岸以及与其她教学内容的链接关系等。 3 实现阶段 该黢段楚姆前面毵个环节的工住在计算机上实现的过穰，包挺多媒体豢材的准罄、课停 的台成及使瑚评价。雾媒体素材可以利用已有的教学资料如书本、录像片蟹经数字化处理后 获得，也可通过多擞体i ：具竣 牛自行剑佧。篙要注意的是一件谡件完成辱肯定还会存在不足 的地方，所以应该有一个试埔期，并及时对使用情况进行反馈、评价，从而对课件的设计和 铡作做适当的修改，使之更加适合予教学。 第6 页 东南大学颤十论文 第二章波动光学多媒体课件的设计 止如一部优秀的电影需要有好的剧本，要开发出好的教学课件也必须建立在良好的设 计基础之上。多媒体课件设计需要综合考虑教学对象、教学目标、教学内容和媒体等几个方 面。本章首先总结雨i 研究我国大学物理计算机辅助教学的发展，接着总结和归纳多媒体课件 设计的有关理论，然后讨论多媒体课件设计的一般过程，最后对大学物理波动光学开展设计 实践。 2 1 大学物理计算机辅助教学的回顾 一大学物理计算机辅助教学的发展历程 我国的计算机辅助教学( 简称c a i ) 开始于8 0 年代初期，由个别高校首先引入，而对 丁多数高校而言，采用c a l 则是从8 0 年代中划开始起步。 1 9 8 6 年华东师范大学、北京师范大学等高校牵头成立了全国计算机辅助教育学会( 简 称c b e 学会) 。该学会成立以来举办了9 届全国计算机辅助教学学术会议。 从1 9 9 3 年开始，在教育部的推动下，计算机辅助教学作为教学方法和教学手段改革的 一个重要方向，在国内有了较大进展。1 9 9 3 年以来相继成立了全国普通高等工科院校c a i 协作组，全国高校理科c a i 和试题库协作组、全国高等学校文科c a i 协作组等，】9 9 4 年义 成立了全国。i ：科院校c a i 培训中心。各协作组、培训中心对c a l 的宣传、开展和推广做了 人量的j = = 作。 1 9 9 3 年，教育部高教司组织了第一届全国高等学校优秀c a i 软件的评奖活动，评选出 一等奖5 项，二等奖1 0 项，三等奖2 0 项，其中获奖的物理类软件有：郑州轻工业学院的大 学物理波动光学c a i 课什系统( 二等奖) 、大连理工大学的物理辅助教学软件( 三等奖) 。 1 9 9 7 年，教育部高教司组织了第二届全国高等学校优秀c a i 软件的评奖活动，评选出 一等奖1 6 项，二等奖3 7 项，三等奖1 2 7 项，其中获奖的物理类软件主要有：北京大学的理 论力学c a d ) ( 。等奖) 、中国科技大学的人学物理计算机仿真实验( 二等奖) 、火连理工 人学的火学物理实验教学软件包( 二等奖) 、复且大学的固体物理c a d ) ( 二等奖) ，上 海铁道大学的走向混沌( 三等奖) 、清华人学的物理学史料集萃( 三等奖) 。 随着教育部相继启动2 11 工程、面向2 1 世纪高等教育教学内容和课程体系改革以及国 家级基础课程教学基地建设等项目，国内高校c a i 工作得到了进一步发展。 从1 9 9 7 年开始，c a l 课件的研制开发和应用被列入“九五”国家重点科技攻关项目， 使国内高校c a i 作取得了更加深入的发展，由此产生了一批高质量的c a i 课件。例如： 中国科技大学的大学物理仿真实验室2 0f o rw i n d o w s ) ) ，同济大学、上海交通大学等1 2 所高校的一】! 科大学物理学习辅导系统( 网络版) ，上海交通大学、郑州轻工业学院的大 学物理学v 2 0 等。” 近年来，计算机辅助教学的研究和应用进入了一个蓬勃发展的时期。利用晟新的多媒 体技术硐i 网络技术，制作出一火批内容更新、质量更好的辅助教学软件。 二大学物理计算机辅助教学的研究分析 通过对已有的c a i 课件的研究不难发现，i ；t 前c a i 课件的制作主要采用两种方法：一 种是程序软什开发方式。常用的开发软件有v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、j a v a 等。它们均支持 第7 页 东南大学硕：l 论文 面向对致的群序殴计( o o p ) ，采用旗于控f i 二的开发结构框架、具有结构化的事件驱动编襁 模式，金西支持动态数摄交换( d d e ) 、对象鼗接与嵌入( o l e ) 和动态联接疼 d l l s ) ， 有足够的能力茅条件开发c a i 课忭。利用这攒编程环境开发的课竹功能集中、运行速度快、 便丁穆植枣 扩充，键需要缡写大撼的程序 码，开发周期长。另外一种方法是采_ f l a u t h o r w a r e 、t o o t b o o k 、d i r e c t o r 、p o w e r p o i n t 等多媒体创体r 具。利用多蝶体创作置具可以 灵活地妇装备种多姒体素材( 文字、测形、测像、音频、视频矛动画) 形成多媒体教学软件， 避免了繁重的编程j ：作，而髓可以使任课教师更加专注予教学的设计和媒体的组台。 按照方式使捌的不同可以把c a i 课件分为三类： 1 蕊t - 课堂教! 学。如大学物理学v 2 o 以及由清华大学和上海电力学院等高校分别制 作的大学物理电子教嶷。这些课纠：实现了教学信息的数字化，适当运用多媒体表现教学内容， 并在电子教寨中融入了任课救师的教学经验。 2 鏊丁学生漂外学习辅导。如工科大学嬲理学习辅导系统( 网络版) ( p c a i ) 、解放军 装备技术学院研制的大学物理网络教学系统以及由该梭与东南大学联合研制的大学锈 理网络课程铘。这类课件充分发挥了多媒体技术和网络技术的优势，打破了传统课堂的时 空限制，利予学生主体性的教挥。 3 罄于学生的动手实践。如由华中理工大学李元杰教授提出的c c b p ( c a l c u l u s c o m p u t e r b a s e dp h y s i c s ) 教学体系，醵微积分和计算数学为纂础工具来描述和分析物理学，敛励学生 自己森资料、建立模型、编程序和分析数据，从而拓展了教学内容，提高了学生的综合素质。 2 2 大学物理多媒体瀑传设计瞧理论研究 多媒体课什殴计的理论主要受教学论、学习论、认知心理学和教育技术理论等几大理论 添影响，本“强褥讨论这，l 大遴论霹多媒傣谍俘毒俘的猎导帮癌示。 一学习理论对课件设计的指导 学习理论是遴行潆律设计的理论基础，宅对强伴豹竣诗其鸯羹要瓣擞学作用。学习遴 论经过了从行为主义到认知主义，从信息加工论到认知建构论的发展演变。 l 。行为主义学习鞋论”“ 从2 0 世纪5 0 年代到7 0 年代遮= 十多年时间，对计算机辅助教学( c a i ) 起主要指导 俸增f ! | 皇学习瓒论是嚣为主义学习理论。麓金续是章- 为主义学习理论鹣杰出我表人糖，毽爨倡 导的程序教学集中体现了这理论。行为主义学习髓论强调刺激、反应和强化，通过反应后 鑫孽程纯建立反应与刽激闽静歪确联系。1 9 7 9 年，麴淫番1 毒望撂恐稷握牙为主义学霹理论提 出了对课件没计有重要指导作用的教学设计原则，遗就是： 接近( c o n t i g u l t y ) 派 | l l ，韶反黩宓须在捌激立鄂出理； 蓖复( r e p e t i t i o n ) 原则，重复练习能加强学习和促进记忆； 反馈与强纯( f e e d b a c k a n dr e i n f o r c e m e n t ) 臻j | l l ，与反应正确牲畜关静信息可以键进学习； 提示及其液减( p r o m p t i n ga n df a d i n g ) 原则，在逐步减少提示的情况下，朝着期望的反应 0 | 导学生，斌蔼完成学习。 行为主义学习理沦指导f 制作的谍件主要是基于框面的、小步骤的分支式程序设计，多 年| | 一：霆= 戏为c a i 漾 l ：开发的主要模式，劳圭| 罐捌至今，艘为行为主义影响的一个铡证。 但开技的c a i 课什多数是操练和个别指导测的，强调通过学习，使学生掌握一定的知识。 在a 规交互方式上，主要是遵过文字彝蟮l 犟的翻彩，因此缺乏对学习者烬吸；5 力。行为主 蝌8 页 东南大学硕士论文 义学习理论研究了外界刺激对学习的作用，对教师如何开展教学具有重要的指导意义，但由 ，：忽略了学习内部心理过程的影响，因而在解释学习行为为何发生，如何发生时受到了限制。 2 认知主义学习理论 从7 0 年代术至8 0 年代末，认知主义学习理论对计算机辅助教学起着重要的影响作用。 认知学习理论认为世界是由客观实体、其特征以及客观事物之间的关系所构成，在学习上他 们强调学习者| = l 部的认知过程。认为教学的目标在于帮助学习者习得事物及其特一陛，使外界 客观事物( 知识及其结构) 内化为其内部的认知结构。 在c a i 课仆殴计中，人们开始注意学习者的内部心理过程，开始研究并强调学习者的 心理特征与认知规律；不再把学习看作是对外部刺激被动地作出的适应性反麻，而是把学习 看作是学习者根据自己的态度、需要、兴趣、爱好，利用自己的原有认知结构，对当前外部 刺激所提供的信息主动作出的、有选择的信息加工过程。 由丁认知主义的学习理论能够从更深层次上揭示学生学习的机制，特别是外部刺激与其 内在心理结构的作用机制，这就为多媒体教学课件的设计提供了系统的可操作性原则，也为 之提出了具体的要求： ( 1 ) 以直观的形式向学习者显示学科内容的结构。布鲁纳在阐述他的发现学习概念时指 i l ：如果能很好地适应学生的表征系统水平，顺应学生已有的认知结构和相关知识，则 把任何学科的结构展示给学生，都可以使他们很好地掌握该学科的知识。 ( 2 ) 通过创设情景，变换条件，促进学生、教师、学习环境三者之间的交互，使学生对现 象的本质产生顿悟，达到对概念和规律的理解，从而有助丁i = 知识的记忆和迁移。 ( 3 ) 学习材料既要以归纳序列提供，) 之要以演绎序列提供。这两种材料的提供方式对应着 物理学习过积的两次飞跃。第一次飞跃是从感性认识上升到理性认识，形成物理概念、 掌握物理规律，并实现物理认知结构重新组合的过程。在这一阶段应为学生提供直观的 感性材料，所学新概念的上位概念和下位概念。第二次飞跃是使学生把理性知识运用于 实际，思维从抽象上升到具体，使知识从弄懂到会用的阶段。这一阶段应充分展示知识 内的各种表现形式，使学生在灵活运用中加深知识的理解和掌握。“1 3 建构主义学习理论 从9 0 年代初至今，建构主义学习理论逐渐成为计算机辅助教学的主要理论基础。建构 主义学习理论突出了学习者的主体作用，它认为学习者是信息加工的主体，是意义的主动建 构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。教师是意义建构的促进者和帮助者； 而不是知识的传授者和灌输者。帮助学生建构意义就是帮助学生对当前学习内容所反映的事 物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到深刻的理解。建构主义认为学习 是学习者在一定的情境即社会文化背景f ，借助其他人的帮助，通过人际问的协作活动而实 现的主动建构戋j f 汉意义的过程，因此建构主义学习理论强调以学生为中心，“情境”、“协作”、 “会话”羽i “意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。 虽然在9 0 年代以前建构主义学习理论就已提出并形成了它的理论体系，但真正在计算 机辅助教学中褂到比较广泛的应用还是9 0 年代以后的事。多媒体年| i 计算机网络，特别是 i n t e r n e t 网络的 ! _ 牛及，为开发能够体现建构主义理论的学习环境提供了良好的条件。知识经 济的到来，对人材的培养提出了更高的要求，要求学生不仅要有丰富的知识，更重要的是要 有白我学习的能力，要有创造精神，这为在c a i 中应用建构主义学习理论提出了社会要求。 第9 页 东南大学硕上论文 二教育技术理论对课件设计的指导 从二十搬魅至今，经过视觉教育一援昕教育一视昕传攒一教育技术的演变，逐渐形成了 门以开发年使用学习资源，改善和促进人类学习质量为目标的新学科一教育技术学。 教育技术学研究的内容缀广，包括对学习过程和学习瓷濒进行设计、开发、利用、管理 和评价。本文研究的大学物理多媒体深件从狭义上可理解为大学物理课穰学习资源的一部 _ 5 ，广义上说楚当代数育技术在物理课程中的体现。其主要的实践包括对大学物理的教学内 锌( 物理知识、物理概念、物理方法、物理知识结构、物理廊用以及物理技能) 进行选择和 识划；确定其范围嗣i 深度；选择合适的教育媒体并加以台理的组织，从丽选到最佳的教学效 果。 在教育技术学中主要有两个理论对多媒体课件的设计和制作具有重要的指导作用，分别 是教育传播理论和教肖媒体瑗论。 1 教尊传播理i 对多媒体课件开发的影响”1 教育传播理论认为，教育楚一种特剐的认知活动，同时也是一种信息传播活动。在传统 的教育方式中，传播知识、技能、思想、情感等信息主要依靠言语霸l 文字，传播的形式抽象 单一一，容茹导致机械的学习。要是在语词传播的基础上，配合形象纯、具体纯的传稀方式， 教与学就能取得事半功倍的效果。传播理论对我们制作多姒体课什提供了以下几点原则： ( 1 ) 最小代价琢刚 人类信息传播有一条罄本法则叫最小代价律。有人对世界上许多诺言现象做了深入 静分析研究后发糯。人们总跫试豳班最小酶努力去获得摄天沟收获。铡如，使塌颓率蕊 的字，吐裔一般都很短，笔画也较少。人们总是根据最小代价律来选择信息，用公式淡 示为： 接受糟对信息豹预期选择率= 詈篓；i ；! 戮 所以为了增加信息l 止人接受的可能性，耍么增大分子值日p 接受者可能有的收获，要么减 少分母藏帮接受辔可麓避嗣的翻雉。繇菇，对予表现菜令h 识点翡溧传，不枝瘟该包禽 较多的信息龄，而且要深入浅出，通俗易懂。 ( 2 )熬嗣经验琢蚕l l 在教学中有时会遇划这样的问题( 年轻教师会更突出些) ，即教师以为自己已经讲 鼹褥撮杂鼍楚了，毽学生铝然一躲半殡。氆现这穆翘遂戆霆要鬏鳓之一燕学生缺乏壬萋耨教 学课题的必要经验。 学生出其生活经历簿l 经黢熬羧刳，对其一组萤息糖台的解释与教雾嚣不尽胡同。黢 以教师要与学生的相互沟通，把教学信息的传播建立在双方共l 葡经验的范围之内( 如图 2 一l 联示) 。杰没诗开发多媒髂瀑羚时，痤该t 圭：掰选蕊媛髂有潮予建立谶扩展薅生戏方 的共同经验。 学生的经验： 囤2 1 师生沟通的麸同经验 ( 3 )抽象层次原姗 语言具有不同的抽象层次。同一个课题可以在比较肤浅的程度上对小学生讲授， 第1 0 页 东南人学硕上论文 也可以在比较深奥的程度上对大学生讲授。对于物理教学来说同样如此。只要合理地 选择、整理物理学习内容，任何一个物理知识都能被学生在已有知识经验所决定的程 度内学习。这一原则为我们把现代物理前沿知识引入大学物理的教学提供了理论支 持。当然，由于学习内容的完整含义超出了学生已有的知识经验，即使要求的程度很 低，深究起来也会有许多不懂的地方。所以我们开发的多媒体课竹也要根据学生的层 次确定形象化的棵度，以便促进学生的理解。 ( 4 ) 重复作用原则 必要的重复对于有效传播是不可缺少的。当然这里所说的传播不是把同一句话说 了又说，把同画面一再显示，而是将一个意思刚不同的方式重复显示出来。例如通过 教育媒体的重复作用，从不同的角度，不同的侧面表现事物的性质，从而增加了媒体所 带的信息邕，以便学生对事物的认知从不确定过渡到确定。 2 教育媒体理论对多媒体课件开发的影响 由于备类媒体在教学功能和教学效果上的差异性，所以在多媒体课件的设计开发中 需要合理她选择和运用各种媒体。可以根据三个方面的因素选择媒体：媒体本身的特性、 认知方式和学习任务的一l 生质。“” ( 1 ) 不同媒体( 文本、声音、视频、图像和动画) 具有不同的特性： i 文本以稳定的形式出现，具有较高的权威性。对一段文字中重要的信息可以用突出 的颜色表示。 i i 声音是最自然的交流方式。研究表明与文本相比人们更倾向于声音。但是由于声音 能够提供的信息量太少，所有除非是用来说明简单的学习内容，一般不把声音单独使用。 但是我们可以在多媒体课件中给图像加上配音，从而扩展了图像的信息。 i i i 图像能迅速传递复杂的信息。通常图像总是放在文本中使用，文本中的图像具有以 f 儿个重要的功能： 描述功能：用一些静态图像就可向学生描述不便拿到课堂上演示的实验仪器。 解释功能：将图像作为插图，可以使较难理解的文本容易被理解。 迁移功能：以图像的形式把有关概念及其相互关系展示给学生，将会促进对知 识的理解利掌握。 i v 视频可以阿