潘偉民　馬致明　陳惠敏　阿力甫·沙吾提　門衛(wèi)偉

摘 要:開展信息化教學(xué)是解決少數(shù)民族地區(qū)教育資源不足、教育觀念相對滯后、教育改革進程緩慢等問題的有效手段之一,但如何建設(shè)并有效利用滿足少數(shù)民族教學(xué)需要、符合不同民族認知特點的雙語數(shù)字化多媒體教學(xué)資源,則是需要認真研究的問題。本文結(jié)合新疆維吾爾自治區(qū)教育廳“維語、哈語、漢語計算機輔助大學(xué)物理教學(xué)軟件”項目,就少數(shù)民族地區(qū)開展雙語數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的一些方法和策略進行了探討,期望能對同行有所借鑒。

關(guān)鍵詞:多語種 大學(xué)物理 雙語 多媒體 模擬實驗 信息化教學(xué)

中圖分類號:G434 文獻標識碼:B文章編號:1673-8454(2009)13-0056-04

一、背景概述

當以網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)開展的信息化教學(xué)已經(jīng)成為世界發(fā)達國家和國內(nèi)發(fā)達地區(qū)學(xué)生獲取知識的有效途徑之時,我國少數(shù)民族地區(qū)所面臨的“教育觀念相對滯后,教育改革進程緩慢;教育基礎(chǔ)薄弱,普及義務(wù)教育和發(fā)展其他各類教育相對遲緩;教師隊伍數(shù)量不足、質(zhì)量不高;教育投入不足,辦學(xué)條件難以改善”等特殊困難和問題卻日漸突出,如何解決這些難題已成為教育主管部門關(guān)注的焦點。[1]

新疆地域廣闊,教學(xué)語言眾多,由于受歷史、社會、自然條件,特別是經(jīng)濟發(fā)展水平等多種因素影響,新疆高等教育還面臨著一些特殊挑戰(zhàn):高考錄取的少數(shù)民族考生的理科綜合成績平均及格率不足10%!如何保證少數(shù)民族高等教育質(zhì)量是廣大理科教師不得不深思的一個問題。

大學(xué)物理是許多專業(yè)的重要基礎(chǔ)課,對于少數(shù)民族學(xué)生來說又是一門非常難學(xué)的課程。一方面是因為物理教學(xué)中通常要借助演示實驗為學(xué)生提供大量的感性材料,幫助學(xué)生達到理解和掌握知識的目的;但在實際教學(xué)中,由于受客觀條件及時空的限制,有些實驗無法做,有些實驗又不易觀察和控制。另一方面,大學(xué)物理中許多理論都是用抽象而又復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來表示,非常薄弱的理科基礎(chǔ)使少數(shù)民族學(xué)生只憑想象和邏輯思維很難真正理解和掌握其物理內(nèi)涵。這些因素給教學(xué)帶來諸多不便,降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時也使大學(xué)物理的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量難以保證。

在教育技術(shù)高度發(fā)達的今天,積極推進民族教育手段現(xiàn)代化進程、大力開展雙語數(shù)字化資源建設(shè)與應(yīng)用是彌補和解決這些難題行之有效的途徑。在新疆維吾爾自治區(qū)教育廳的資助下,我們自主開發(fā)了一套“維語、哈語、漢語計算機輔助大學(xué)物理教學(xué)軟件”,并將其投入使用,取得了明顯的成效。本文結(jié)合該項目的實施就少數(shù)民族地區(qū)開展雙語數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的一些方法和策略進行了探討,希望能夠?qū)φ谶M行這方面研究的同行有所啟示。

二、多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺的創(chuàng)建

1.物理問題的選擇

在對少數(shù)民族師生進行廣泛調(diào)查的基礎(chǔ)上,我們選擇了同方向的簡諧振動的合成、振動方向相互垂直的兩個簡諧振動的合成、橫波與縱波、駐波、自由振動阻尼振動和受迫振動、圓周運動和簡諧振動、麥克斯韋速率分布率、范德瓦爾斯方程、顏色的合成與分解、楊氏雙縫干涉、夫瑯和費單縫衍射、夫瑯和費圓孔衍射、RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)、RLC串聯(lián)電路的性質(zhì)、串聯(lián)諧振等比較典型的15個問題。這些問題涉及大學(xué)物理中一些非常重要的知識點,既是以往教學(xué)中少數(shù)民族學(xué)生難以理解和掌握、教師不易講授的難點之一,同時也是師生們最希望用計算機圖像、動畫等形式來進行模擬的內(nèi)容。

2.開發(fā)平臺的確定

大學(xué)物理多媒體模擬實驗的“儀器”是計算機,要通過計算機高級語言來實現(xiàn)物理模型與物理圖像、物理規(guī)律的對接。Visual Basic(簡稱VB)是最早誕生的面向?qū)ο蟮目梢暬绦蛟O(shè)計語言,除了具有豐富的數(shù)值計算功能和強大的繪圖功能以外,還能處理維吾爾文和哈薩克文等少數(shù)民族文字,完全勝任多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺的創(chuàng)建。此外,VB也是我區(qū)許多理工科專業(yè)開設(shè)的計算機語言類課程,用其作為開發(fā)工具也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)VB的興趣和動力。綜合各種因素我們選用VB6.0作為開發(fā)平臺。

3.總體設(shè)計思想

多語種大學(xué)物理多媒體雙語模擬平臺是在構(gòu)建物理模型和數(shù)學(xué)模型的前提下,利用計算機多媒體技術(shù)來模擬物理現(xiàn)象,詮釋物理規(guī)律,演示運動過程,并由此構(gòu)建適用于新疆少數(shù)民族的民漢雙語課堂模擬演示平臺和課后自主學(xué)習(xí)平臺。因此課件的設(shè)計既要遵循物理模型和物理規(guī)律,又要符合少數(shù)民族學(xué)生的認知特點,更重要的是要通過交互式模擬課件將抽象繁瑣的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成生動形象的物理圖像,給學(xué)生提供一些實際難以獲得的感性知識,彌補傳統(tǒng)教學(xué)的不足,幫助學(xué)生克服因基礎(chǔ)薄弱所產(chǎn)生的理解困難,并順利完成向理性認識的過渡。[2]

模擬實驗平臺應(yīng)具有很強的人機交互性,物理參數(shù)的輸入方式要盡可能方便好用,如振幅、頻率、波長、波速、屏距、縫距、電阻、電容等參數(shù)均可由滾動條或列表框來提供和變換,各種單色光源可借助調(diào)色板進行選擇等。所有模擬過程都能做到參數(shù)與現(xiàn)象之間的隨調(diào)隨變、直接響應(yīng),而不需要再去單擊按鈕等其他工具,就如同在真實儀器上操作一樣。各類運動過程要用逼真的動畫進行動態(tài)演示,并能隨參數(shù)的變化而進行連續(xù)的變化;為了便于分析和講解,同時也考慮到少數(shù)民族學(xué)生的認知特點和知識水平,界面中提供單步行進和連續(xù)行進兩種演示控制手段。有些周期性的運動或特殊狀態(tài)借助音效來渲染效果,不要時又可以隨時關(guān)閉。當參數(shù)變化而引發(fā)物理現(xiàn)象的改變時,通過文字、配音等方式逐步提示和引導(dǎo)學(xué)生尋求其中所蘊含的物理規(guī)律。

此外,用戶可根據(jù)需要隨意選擇維語、哈語和漢語三種語言的文字和配音,并能按雙語教學(xué)的要求進行任意組合。

4.課件開發(fā)制作

任何一個多媒體課件的開發(fā)都是一項系統(tǒng)工程,要涉及計算機科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)及所應(yīng)用的學(xué)科,是人員、過程和問題的有機交織,在課件開發(fā)中所倡導(dǎo)的原則是“學(xué)科教學(xué)規(guī)律的遵從、軟件工程方法的掌控、人機交互思想的滲透、教育技術(shù)理念的融合”。[3]

為了貫徹這些原則,我們組成了強大的維語、哈語、漢語計算機輔助大學(xué)物理教學(xué)軟件研發(fā)團隊:由既懂專業(yè)又懂教學(xué)規(guī)律的維族、哈族和漢族大學(xué)物理教師組成學(xué)科組,負責(zé)模型的建立、模擬計劃的制定、課件的測評以及各種語言之間的翻譯;由精通軟件開發(fā)的各族計算機教師組成課件制作組,負責(zé)模擬環(huán)境的創(chuàng)建、程序代碼的編寫以及程序的組裝和調(diào)試;由發(fā)音純正的校園之聲廣播站的維族、哈族和漢族大學(xué)生播音員組成配音組,負責(zé)課件的背景配音。這樣從建立模型、制定模擬計劃、創(chuàng)建模擬環(huán)境、編寫程序代碼、組裝調(diào)試、各種語言之間的翻譯、配音、測評、試用等各個環(huán)節(jié)均有專業(yè)人士參與。在開發(fā)過程中,我們突出課件的交互性和實用性,始終堅持將優(yōu)秀的教學(xué)理念融入課件的每一環(huán)節(jié),這些措施保證了課件的質(zhì)量和總體設(shè)計思想的實現(xiàn)。

在攻克各類動態(tài)圖像的實現(xiàn)、光學(xué)現(xiàn)象中光強的控制、民文字符的正確定位顯示、大批民文文字的處理、民文下拉式菜單的實現(xiàn)、多文種語音的正確切換等技術(shù)難關(guān)后,終于開發(fā)制作出15個多語種大學(xué)物理多媒體雙語模擬課件。

5.系統(tǒng)平臺的構(gòu)建及特色

為了便于使用和管理,我們對所開發(fā)的三種語言的15個子課件進行了集成,所有子課件均可由系統(tǒng)主界面統(tǒng)一調(diào)用。同時為了滿足新疆各族師生雙語教學(xué)的需要,系統(tǒng)中的所有子課件均實現(xiàn)了界面文字和配音語言之間的多向組合,從而形成了維文漢語(界面文字是維吾爾文、配音是漢語,以下類同)、維文維語、哈文漢語、哈文哈語、漢文漢語、漢文維語和漢文哈語7個系列。進入主界面后,先選擇擬使用的系列,然后進入子界面后再選擇相應(yīng)的課件即可,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

界面文字和配音語言之間的多向組合(組合方式如圖2所示)是本系統(tǒng)的一大特色,這種方式非常適合新形勢下少數(shù)民族地區(qū)開展的信息化教學(xué)和雙語教學(xué)。

三、多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺的應(yīng)用

1.應(yīng)用方式

為了滿足各種教學(xué)需要,我們將本系統(tǒng)安裝在有關(guān)的多媒體教室,同時也將其放在校園網(wǎng)上。因此,本系統(tǒng)既可用于教師課堂教學(xué)時的演示和講解,也可用于學(xué)生課后復(fù)習(xí)時的思考和探索;既可用于民語言班級,又可用于漢語言班級;對于民語言班級,根據(jù)雙語教學(xué)的需要和學(xué)生的理解能力,既可選用純民文課件,也可選用純漢文課件,還可選用多語種語音文字按特定方式組合的課件;學(xué)生可以復(fù)制并使用有配音文件的課件,也可以下載并使用無配音文件的課件(考慮到網(wǎng)速等因素)。

2.應(yīng)用案例

下文給出三種不同文字界面的三個不同課件的應(yīng)用案例。

(1)駐波

本課件用來模擬兩列相向而行的簡諧波合成時的各種情景。左行波和右行波的振幅、頻率可以單獨控制,行波的速度也可由滾動條來調(diào)節(jié);左行波和右行波的位置可以上下分開,也可以居中合并;合成的效果可以保留視覺暫留,也可以取消;模擬可采用單步合成的方式,也可采用連續(xù)合成的方式。通過對各種不同參數(shù)的動態(tài)模擬及必要的雙語語音或文字提示,學(xué)習(xí)者從中可以很容易地得出駐波形成的條件及其他一些物理場景。圖3是維文界面下該課件的運行效果圖。

(2)夫瑯和費單縫衍射

本課件用動態(tài)方式模擬出了夫瑯和費單縫衍射條紋隨波長和孔徑的變化情況。界面中提供了簡易的實驗裝置,孔徑大小可由滾動條調(diào)節(jié),光源顏色可借助簡易調(diào)色板在紅、黃、綠、青、藍、白中任選。課件中逼真地模擬出了各個行波的傳播過程以及衍射條紋的疏密和間距隨波長和孔徑的變化情況。圖4是哈文界面下該課件的運行效果圖。

(3)自由振動、阻尼振動和受迫振動

本課件用來模擬自由振動、阻尼振動和受迫振動。其中還可演示受迫振動下的簡諧振動、受迫振動下的阻尼振動等。彈簧振子的振幅、頻率和初相,強迫力的振幅和頻率、阻尼因數(shù)以及振動速度等都可以單獨控制,模擬可采用單步行進的方式,也可采用連續(xù)行進的方式。當參數(shù)變化時,所對應(yīng)的振動狀態(tài)名稱以及該振動的數(shù)學(xué)模型均在課件窗口中給出。圖5是漢文界面下該課件的運行效果圖。

3.應(yīng)用情況及效果

本模擬平臺以實時動態(tài)物理圖像為主,以文字、語音、動畫、音效為輔,借助計算機的仿真模擬能力和計算能力將那些在教學(xué)中難以講述和理解的問題形象化,把抽象、繁瑣的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成具體的物理圖像,在屏幕上演示或模擬出在實驗室中無法操作或難以控制的物理現(xiàn)象,給各族學(xué)生提供了常規(guī)教學(xué)中無法實現(xiàn)的情景,使他們得到本來無法獲得的直觀認識。

項目開發(fā)成功后,我們在新疆師范大學(xué)、昌吉學(xué)院、新疆醫(yī)科大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)等不同院校、不同專業(yè)、不同民族的大學(xué)物理教學(xué)中進行了推廣應(yīng)用。從考試結(jié)果對比及調(diào)查問卷來看,本平臺的適用性很好,師生們普遍認為有了這套雙語模擬軟件后曾經(jīng)難講、難理解的內(nèi)容變得通俗易懂了,既有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,同時也為改善教學(xué)手段、攻克教學(xué)重點和難點、提高教學(xué)質(zhì)量起到了很好的輔助作用。

2005年10月,項目組成員門衛(wèi)偉老師以本模擬課件為素材制作的“醫(yī)用物理學(xué)”課件獲得第五屆全國多媒體課件大賽三等獎,并被錄入中國教育資源網(wǎng)。2007年1月,本項目獲得新疆維吾爾自治區(qū)教學(xué)成果三等獎。

四、結(jié)束語

模擬實驗是理科教師制作CAI課件的重要手段,是利用計算機輔助教學(xué)的關(guān)鍵之一。模擬實驗不僅要客觀合理地提供材料,使學(xué)生有清楚、直觀的了解,而且更重要的是要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位,啟發(fā)學(xué)生思維,發(fā)展學(xué)生的想象力,開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

開發(fā)和應(yīng)用多語種雙語CAI課件是解決少數(shù)民族地區(qū)教育資源不足、教育觀念相對滯后、教育改革進程緩慢等問題的有效手段,也是改善辦學(xué)條件、推進民族教育手段現(xiàn)代化進程、提高少數(shù)民族教育質(zhì)量的重要途徑。

雖然我們在新疆多民族語言大學(xué)物理雙語CAI課件的開發(fā)和應(yīng)用方面進行了一些探索,取得了一定的成效,得到了廣大師生和有關(guān)部門的認可,但是我們的力量畢竟還很薄弱,我們所做的工作還非常有限。希望能有更多的有識之士參與到CAI課件的開發(fā)和應(yīng)用當中,壯大我區(qū)尤其是雙語CAI課件研發(fā)和推廣的隊伍,為提高我區(qū)教育質(zhì)量,促進教學(xué)手段現(xiàn)代化做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻:

[1]國務(wù)院關(guān)于深化改革加快發(fā)展民族教育的決定[EB/OL].http://www.edu.cn/20041126/3122334.shtml.

[2]宋清.大學(xué)物理計算機模擬實驗的MATLAB開發(fā)[J].高等函授教育(自然科學(xué)版),2005(8):5-8.

[3]宋繼華等.對外漢語教學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)的理論原則[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2004(2):113-118.