基于积件思想的物理多媒体素材库建设.doc

基于积件思想的物理多媒体素材库建设刘云山 冉俊霞 郝晓辉 （河北大学 河北 保定 071002）摘要：本文从物理教学的实际出发，说明了物理积件的主要特点、基本组成、制作要点，并说明了对物理积件的数据库管理及具体应用。关键字：物理积件 数据库管理 积件应用中图分类号：G64 The Construct of Physics Material Warehouse Based on The Idea of Integrable Ware Liu yun-shan Ran jun-xia Hao xiao-hui(College of Physics Science and Technology, Hebei University, Baoding 071002, China)Abstract: The main characteristic, the element of composing, the basic constitute and the point of process of physics Integrable ware were illuminated from the practice of physics teaching. The database management and detailed application of physics Integrable ware were illuminated also in this paper.Keywords: Physics integrable ware； Database management； Application of integrable ware 多媒体教学在物理教学中越来越显示出优越性，抽象过程、微观过程、极端过程以及复杂实验仪器的内部结构都适于多媒体课件形象表达。许多工作在一线的物理教师热切期望编写自具特色的电子教案和多媒体课件，但由于受条件、时间乃至技术的限制，苦于没有得心应手的多媒体物理素材而望而却步。基于积件思想的物理多媒体素材库的开发应用，为解决这一问题提供了可能。物理积件的引入，使广大教师得以从繁琐的素材制作中解放出来，腾出更多的时间和精力，更好地架构自己的教学思想，使现代化教育技术更好地服务于教学。1 物理积件的基本组成与特点积件是对多媒体教学信息资源和教学过程进行准备、检索、设计、组合、使用、管理、评价的理论与实践的高度概括。积件与课件的区别在于：积件所体现的是基元性（独立性）、可积性（重组性）、通用性（普适性）、开放性（扩充性），一般并不涉及更多的教学思想，只是表现某个知识点的微元课件，是为广大教师根据自己的教学目标制作多媒体课件所提供的基本素材，需要时可以将这些积件象搭积木一样进行组合拼接，构建具有自身特点、符合自己独特教学思想的实用课件。因为积件具有可以单独使用的独立性，不必依靠其他知识点作为补充和铺垫，所以它要求对知识点的讲解更精细、透彻、全面而富有针对性。积件可以表现一个概念、一种现象，也可以表现一个定理、一个物理过程甚至一个物理曲线等。如果说课件是一篇生动的文章，那么积件是其中的字、词、句，不同用户可根据需要灵活运用，构建不同特色的实用课件与电子教案，其基本特征是基原性和可积性。下图是物理积件的基本组成：物理积件教学资料库微教学单元库教学策略库教学呈现库自我测试库展示平台教学素材库教学方法库评价测试库目标测试库组合平台教学素材库准备了大量可供选择的教学资料和基本素材，是物理积件的核心；教学方法库提供了主要的教学方法、呈现方式等基本手段，这些并非独立存在的实库，而是一些虚库，大都融合在教学素材中或表现在组合平台中；评价测试库提供了不同层次的测试方法和手段，是检查教学效果、反馈学习信息和进行综合评价的必要环节；展示平台是对物理素材库进行展示和有效管理的平台，为用户检索、浏览、提取多媒体素材提供极大的方便；组合平台是用来整合素材构建电子教案和多媒体课件的工具。它们的有机结合和灵活运用将盘活物理积件，使之发挥最大的效益。2 物理教学素材库建设 在物理积件中，教学素材库的建设是一项非常艰苦细致的工作，是长期教学实践的提炼与升华，需要不断地积累与提高。物理教学素材库包括两个层面，教学资料库和微教学单元库。2.1 教学资料库建设教学资料库是经过收集整理或简单制作的教学过程中常用的最基本素材，包括文本、图形、声音、表格、曲线、公式、简单动画、视频片断等，这是一些最基础最原始的基本素材，一般不具有可塑性，只能简单引用或组合应用。教学资料库的建设是一项日积月累的经常性工作，有多种途径进行获取，比如图形扫描、文本录入、软件处理、数码拍照、视频摄像、现场录音、网络下载等。关键是要对搜集制备的资料按照门类、在教学中的作用、使用的频度进行科学合理的分类， 按照一定的标准进行规范和整理，便于数据库管理，方便用户浏览与选取。一般按资源管理器模式将这些资料分类存放在不同的文件夹中，再辅以数据库管理即可。还有一点需要注意，所收集制备的基本素材要体现多样性，即对同一个问题，最好从不同的侧面和角度去表现和描述，用不同的方式去表达，给用户以更多的选择空间。如透镜成像规律，可以有文字表达，简图描绘，还可以进行动画模拟。再如，对于动画模拟，既可以改变物距观察像的变化，又可以改变焦距观察物像规律，还可以移动透镜观察像的改变等等，总之，要多考虑几种可能，以适应不同用户的需求。2.2 微教学单元库建设微教学单元是物理积件的主体，实际上就是一些微型教学课件，只不过积件更是开门见山地直奔主题，画龙点睛地突出重点，个性鲜明地表现难点，这对设计者提出了更高的要求。由于物理教学的特殊性，决定物理积件应具有更强的交互功能和一些特殊要求。2.2.1过程可控：在物理积件中，除了通常意义上的交互功能外，为了更好地揭示物理规律，往往需要过程可控，应该能够方便地进行播放、暂停、回放，根据教学需要加快、减缓播放速度，甚至单步运行进行画面定格观察分析物理片断等。比如，热机中的四步冲程，应该做到既可以循环播放，表现四步冲程全过程，又可单步运行，观察每步冲程的单过程，还可以进行回放定格，反复研究某过程。2.2.2 参数可调：在许多物理过程中，参数的改变将导致物理状态的变化。在制作物理积件时应得到充分体现，这种参数可调不仅仅是定性的模拟，更应注重定量的仿真。这就需要根据物理变化的函数关系进行程序调控，比如，李萨茹图形的描绘，当改变相互垂直二振动的周期比、位相差，则合成的图形将按规律发生变化，这是严格在程序控制下进行的，给人以信服感。2.2.3 可操作性：物理是以实验为基础的科学，表现物理过程的积件应具备很强的可操作性，不能仅限于通过简单地点击菜单完成既定步骤，要能够用鼠标拖动虚拟实体进行动态操作。比如光路摆放、仪表调节、电路连接等，通过仿真操作、形象表达，增强真实感与认同感，使学生得到最切近真实的体验。2.2.4 局部放大：物理实验仪器中有些部件不易操作、某些部位难以观测，对该类积件的制作，应考虑将其单独划出进行局部放大，使之变得易于调控与观测。比如，在椭片法膜厚测量中，是通过光学读数显微镜进行起偏角和检偏角读取的，这在积件中不宜表现，一般将分划板独立出来进行局部放大，但一般不要远离虚拟实体本位，使用户自然联想到放大部分与实体的关联。如果可能，最好运用渐变、淡出、虚拟放大等技术，使放大部分由虚拟实体中抽出，形成自然过渡，引起用户注意。2.2.5 图文分合原则：一般情况下，所制作的物理图片或动画作为基本素材提供给用户，不宜添加过多的文字说明，以留给用户更多的自由空间。但对结论性的一些文本还是应该提供的，在呈现方式上很值得探讨，笔者认为最好采取以图为主，图文分合原则，以呈现物理图形、动画画面为主，即使需要表现文本，图、（动）画也不宜隐藏，最好进行缩小保留，以便进行图文对照，给学生留出联想思考空间。2.2.6 典型物理曲线描绘：在物理教学中，一些典型的物理曲线能够直观地描绘物理图象，揭示物理本质，因此，典型物理曲线是物理积件中必不可少的基本素材。这些物理曲线的描绘，是以物理定律、公式、原理为基础的，因此一般应严格按照函数关系进行描绘，而且最好做到三维动态变化，从不同侧面表现物理规律，反映物理真实。2.2.7 辅助画笔的运用：在物理教学中，经常需要进行重点标记、勾画简单图形、进行即兴发挥，为此，我们在制作Flash 素材时，特意设计了折叠式辅助画笔，可以方便地勾画方、圆、椭、矩、线，进行现场发挥，起到了很好的辅助教学作用，并活跃了课堂气氛，深受师生欢迎。2.2.8物理学史的穿插：在教学过程中适当穿插物理学史方面的内容，对于活跃学生思想，训练科学方法，发展科学思维，培养创新能力和激发学习热情都大有裨益。因此，对物理学史方面素材的积累也是一项很重要的工作，这方面的素材一定要翔实、准确，强调趣味性、思想性和启发生，最好做成网页形式，便于随时浏览和调用。2.2.9 演示实验：物理教学中的课堂演示是教学活动中的一个最为活跃的重要环节。它作为一种教学手段，在课堂上，通过配合教学内容进行表演示范，能够真实直观地再现物理现象，引导学生观察思考，深入认识基本概念和规律，达到“事半功倍”的效果。制作精美的物理演示实验积件是不可或缺的内容，其作用是实物演示的补充和升华，决不能代替实物演示，意在对演示过程中学生看不清或现象不够明显的内容进行放大描绘，使学生加深印象、掌握要领、深入探讨。同时要体现知识性、趣味性、科学性和创新性，激发学生的学习兴趣。2.2.10 生活中的物理：生活中的物理就在身边，由于与我们的生活相关所以更有说服力，往往在教学过程中被引用，但一般缺少适用的基本素材。因此，搜集、整理、制作这方面的素材是十分必要的，但选材一定要精彩、生动形象，能突出物理内涵，揭示物理本质。3 教学方法库与教学测试库建设3.1 教学方法库教学方法库包括教学策略库与呈现方式库，是指教学方法和策略，以及素材的呈现方式等。比如教学策略有一般讲述、启发问答、提示引导、习题练习、声效配合、动手操作等教学方式。呈现方式是指教学素材表达的方式，常用的有：上下、左右移动，大小、明暗、虚实变化，字体加粗、反相显示、加下划线、色彩改变等强调方式，上下翻页、超级链接等。这些都是并非独立存在的虚库，一般应融合在“微教学单元库”和后面述及的“积件组合平台中”，但在积件制作时要有这样的意识和考虑。3.2 教学评价测试库教学评价与测试是教学过程中必不可少的教学环节，其中包括教学效果的反馈，各种测试方法的提供与实施，测试结果的综合评价分析等。它应该具有很强的通用性（普适性），如对随堂测试、阶段小测、单项考核、综合测试、系统考核等不同的测试方式和方法都应普遍适用，只需选定类别，即可进入相应测试方式。对于学生自我测试，最好做成网络形式，方便学生随时随地进行自测，掌握学习情况。只要对考核项目、难度系数作出选定，就能实现难易程度不同、内容多少各异的不同层次测试目标。对不同课程（力、热、光、电、原）也应普遍适用，只需改变课程名称即可组成不同科目的测试环境。同时还要能够做到随机抽题、定制组卷，并考虑信息反馈、试卷分析等，这都需要强大的数据库支持。4 展示平台与组合平台4.1 展示平台的构建多媒体素材库具备大量的教学资源与基本素材，为用户选用创造了条件，但素材多如繁星，如何方便简捷地选取目标对象，是必须要考虑和解决的问题。除了对基本素材进行合理分类、规范命名外，还要构建方便实用的多媒体素材展示平台，方便用户对所需素材进行检索、浏览、演示、提取。这种展示平台，实际上是一种综合管理平台，要有很强的数据库管理功能，负责对数据进行分类、检索、筛选、展示浏览，并能方便地对选中的素材进行导出备用，同时还要满足不断更新的需要。为了实现上述目的，物理素材展示平台一般采取按门类、章节实行菜单的多级管理，比如：按力、热、光、电、原分类，再按章节、命题逐级构造菜单，用户很容易按照门类、章节索取目标对象。除此之外，还应具备较强的查询功能，只要输入查询关键字，即可方便地定位相关素材，当然，一般还应具备模糊查询功能，输入部分关键字，即可缩小检索范围，快速定位目标。查询不是目的，还要能够方便地对素材进行展示浏览，最终导出到指定位置备用。展示平台还应考虑到基本素材的除旧更新，应能方便地对过时素材进行清理删除，使新收集创作的素材添加进来，这就要求菜单必须设计成动态菜单，删除或更新素材后菜单选项将相应动态改变，实现对素材的有效管理。总之，只有方便灵活展示平台的建立，才能使素材库真正成为活库，发挥最大的效益与作用。4.2 组合平台的选择组合平台技术要求比较高，非专业人员很难做出高质量的组合平台，一般大多选用现成的软件，这就需要在制作物理积件时，充分考虑其在各种环境中的普适性。在诸多的多媒体软件中，普遍认为PowerPoint、Authorware或方正奥思都是不错的物理积件组合平台。随着计算机网络技术的发展，以网络作为积件的组合平台越来越显示出资源共享、便于远程教育的优越性，具有很强的生命力和发展前景。对具有一定编程基础的用户，可以用VB、V