王宛蘋,胡曉萍,胡建萍

(杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院,浙江杭州 310018)

電路基礎(chǔ)CAI系統(tǒng)開發(fā)及教學(xué)方法研究

王宛蘋,胡曉萍,胡建萍

(杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院,浙江杭州 310018)

本文主要介紹一種自主開發(fā)的電路基礎(chǔ)CAI教學(xué)課件及其在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用,該課件集電子教案、試題管理、習(xí)題指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)為一體,綜合DreamweaverMX、Authorware6.5、PowerBuilder8.0、VC++及Flash等多種軟件進(jìn)行開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明,該系統(tǒng)的應(yīng)用有效地提高了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)、理解能力及學(xué)習(xí)效率,是將教與學(xué)統(tǒng)一起來的一種較為理想的教學(xué)軟件。

CAI系統(tǒng);教學(xué)方法;網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí);課件應(yīng)用

電路基礎(chǔ)是電子、通信、自控、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等幾乎所有工科學(xué)生電類知識(shí)學(xué)習(xí)的入門課程,同時(shí)也是學(xué)生從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程,如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)習(xí)效果,使之真正理解和掌握電路理論的基本概念和分析方法,并能靈活地運(yùn)用到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中,一直是從事本課程教學(xué)的教師著力解決的課題。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,多媒體CAI技術(shù)已經(jīng)成為廣大教育工作者改革教學(xué)方法、更新教學(xué)手段、提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。[1]目前關(guān)于電路基礎(chǔ)的CAI課件多數(shù)限于電子教案或?qū)嶒?yàn)教學(xué)軟件,而缺乏綜合性的開發(fā)和設(shè)計(jì)。為適應(yīng)新形式下對(duì)人才培養(yǎng)的需要,探索一條有利于學(xué)生個(gè)性發(fā)展,啟迪學(xué)生創(chuàng)新精神的新路子,我們研制開發(fā)了集理論教學(xué)、習(xí)題指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)仿真和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)為一體的CAI教學(xué)軟件。該軟件的成功開發(fā)使得教師的課堂教學(xué)以及學(xué)生課前課后的學(xué)習(xí)、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力訓(xùn)練、數(shù)據(jù)分析能力培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來,并且利用CAI的新手段、新工具加深學(xué)生感性認(rèn)識(shí),利于學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)更扎實(shí)地掌握電路基礎(chǔ)理論知識(shí),提高分析問題解決問題的綜合能力。

一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)軟件除了工作穩(wěn)定可靠,并能為用戶提供方便快捷的操作外,還應(yīng)有一個(gè)和諧、自然、令人賞心悅目的界面。有鑒于此,我們首先對(duì)PowerBuilder軟件設(shè)計(jì)的界面進(jìn)行美化,并自制了5種不同風(fēng)格的背景,使用者可自由轉(zhuǎn)換背景風(fēng)格,以適應(yīng)自己的審美習(xí)慣。整個(gè)課件由4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成,其系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。電子教案子系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)版包含了中英文兩個(gè)版本的網(wǎng)絡(luò)課件;其中英文網(wǎng)絡(luò)課件采用了國(guó)際知名大學(xué)原版教材——由Charles KAlexander,Matthew N O Sadiku合著的《Fundamentals of Electric Circuts》。[2]

二、系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)及特點(diǎn)

(一)電子教案子系統(tǒng)

電子教案子系統(tǒng)內(nèi)容重點(diǎn)突出、簡(jiǎn)明、扼要,對(duì)教學(xué)難點(diǎn)提供了詳細(xì)的分析思路和多樣化的分布演示過程。該子系統(tǒng)教學(xué)版利用Authorware6.5開發(fā),采用一種層級(jí)框架結(jié)構(gòu)制作。此系統(tǒng)的第一層顯示各章內(nèi)容,第二層顯示各節(jié)內(nèi)容,第三層實(shí)現(xiàn)各小節(jié)知識(shí)點(diǎn)的顯示及例題的演示。各層連接均采用導(dǎo)航按鈕方式,通過框架、導(dǎo)航、交互等功能的綜合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了頁面之間的跳轉(zhuǎn)。同時(shí)還可利用搜索模塊,輸入“關(guān)鍵字”來搜索查找并瀏覽相關(guān)頁面。

圖1 系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)框圖

本子系統(tǒng)例題解答部分的設(shè)計(jì)更是獨(dú)具匠心,利用軟件中的熱字、熱區(qū)逐步顯示每一步驟,并配合擦除,等待,移動(dòng),交互以及各種豐富的顯示特效,使其解答過程靈活多樣、生動(dòng)有趣、直觀形象、交互強(qiáng)大,充分發(fā)揮多媒體輔助教學(xué)的特點(diǎn),達(dá)到了圖文并茂、動(dòng)態(tài)顯示效果,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

(二)試題管理子系統(tǒng)

試題管理子系統(tǒng)由PowerBuilder8.0軟件開發(fā),試題庫采用PB自帶的ASA本地?cái)?shù)據(jù)庫,應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫通過設(shè)置ODBC來實(shí)現(xiàn)。該試題庫中包含有計(jì)算題、選擇題、填空題和判斷題四種基本題型。當(dāng)進(jìn)入試題管理子系統(tǒng)時(shí),本軟件在ODBC中自動(dòng)配置數(shù)據(jù)源后,便可在程序代碼中連接數(shù)據(jù)庫并對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查看、刪除、修改、添加、統(tǒng)計(jì)、檢索等各種操作,同時(shí)能以word形式顯示試題的內(nèi)容及電路圖,從而可快速、方便地瀏覽試題。

(三)試題自測(cè)子系統(tǒng)

試題自測(cè)子系統(tǒng)由PowerBuilder8.0軟件開發(fā)。該子系統(tǒng)用于學(xué)生課后進(jìn)行自我測(cè)試和練習(xí)。學(xué)生在利用該系統(tǒng)進(jìn)行練習(xí)時(shí),需先確定電路單元、題型、難易程度、數(shù)量,然后進(jìn)入自測(cè)窗口,若選擇判斷題或選擇題,寫出答案后,系統(tǒng)會(huì)直接給出正確與否的評(píng)判,如果選擇計(jì)算題或填空題,在填寫答案后通過與系統(tǒng)參考答案對(duì)比來判斷此題是否正確,當(dāng)需要進(jìn)一步提示時(shí),選擇查看答案按鈕,系統(tǒng)會(huì)給出詳細(xì)的解題過程。

(四)實(shí)驗(yàn)?zāi)M子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)包含實(shí)驗(yàn)?zāi)M和儀器介紹兩部分內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M部分采用Visual C++軟件編制,該軟件由控制、輸入、輸出、實(shí)驗(yàn)?zāi)M四部分構(gòu)成。其中控制部分管理著其它部分的操作和運(yùn)行;輸入部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取;而模擬部分則根據(jù)輸入?yún)?shù)模擬實(shí)驗(yàn)過程,并通過輸出部分繪出波形曲線,同時(shí)輸出和顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為便于使用者靈活地調(diào)整和觀察曲線。該系統(tǒng)提供了許多快捷工具鍵和電路參數(shù)控制對(duì)話框。當(dāng)實(shí)驗(yàn)電路的元器件參數(shù)改變或輸入信號(hào)隨時(shí)間連續(xù)變化時(shí),子系統(tǒng)將即時(shí)動(dòng)態(tài)地畫出此時(shí)的輸入、輸出曲線,并顯示一些重要的電路特性值。此外,還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)描述窗,了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容及需要掌握和思考的問題。

儀器使用指導(dǎo)軟件采用交互功能豐富的Authorware6.5進(jìn)行開發(fā),該系統(tǒng)采用的是一種層次管理結(jié)構(gòu),通過交互圖標(biāo)響應(yīng)選擇按鈕類型,并利用計(jì)算圖標(biāo)中的G OTO函數(shù)實(shí)現(xiàn)各按鈕間的跳轉(zhuǎn)。這樣就可方便、快捷地彈出所需儀器,當(dāng)選中某一按鈕時(shí),系統(tǒng)能及時(shí)顯示該按鈕功能。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前,可以利用掛在校園網(wǎng)上的多媒體課件非常直觀的進(jìn)行儀器使用的學(xué)習(xí),避免因儀器不熟悉而造成實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)的現(xiàn)象,從而可以在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)選擇更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以提高實(shí)驗(yàn)效率及分析解決問題的能力。

三、網(wǎng)絡(luò)及雙語教學(xué)課件的開發(fā)

為滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,便于學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí),在開發(fā)教學(xué)版電子課件的同時(shí),利用DreamweaverMX軟件開發(fā)了與其配套的網(wǎng)絡(luò)版教學(xué)課件,該課件采用表格結(jié)構(gòu),網(wǎng)頁頂部含網(wǎng)頁主題的圖片、章節(jié)的導(dǎo)航欄和思考題答案鏈接,用戶可以方便地跳轉(zhuǎn)到各大章節(jié)及查看各章的思考答案。而各章節(jié)內(nèi)部頁面的瀏覽則可通過左邊浮動(dòng)導(dǎo)航欄實(shí)現(xiàn)。為保證頁面的美觀,本課件將公式及電路圖均以圖片的形式輸入,并轉(zhuǎn)為透明背景。

為適應(yīng)雙語教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì),同時(shí)為滿足不同層次英文水平的學(xué)生需求,我們開發(fā)和設(shè)計(jì)了英文版網(wǎng)上教學(xué)課件。該課件以我校電子類專業(yè)雙語教學(xué)所采用的國(guó)際知名大學(xué)原版教材作為素材,利用DreamweaverMX軟件進(jìn)行開發(fā)。在課件內(nèi)容的選擇上注重簡(jiǎn)捷、實(shí)用、重點(diǎn)突出,所有電路圖均采用CorelDRAW 10軟件繪制,并利用Photoshop進(jìn)行處理。本課件同樣采用了浮動(dòng)菜單導(dǎo)航欄,使瀏覽各頁面更為方便快捷。

四、課件在教學(xué)中的應(yīng)用

教學(xué)實(shí)踐說明利用本教學(xué)系統(tǒng)軟件輔助教學(xué)能夠大大增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及感性認(rèn)識(shí)。例如在該CAI系統(tǒng)的教學(xué)課件中,動(dòng)態(tài)的演示了應(yīng)用網(wǎng)孔電流法建立電路方程的過程,[3]在實(shí)際演示過程中以不同的顏色區(qū)分各個(gè)網(wǎng)孔電流,如圖2所示。首先設(shè)三個(gè)網(wǎng)孔電流分別為 Im1、Im2、Im3,當(dāng)點(diǎn)擊網(wǎng)孔1的文字時(shí),隨著電路圖紅色箭頭 Im1電流的顯示,方程左邊顯示出網(wǎng)孔1上的所有電阻之和乘以本網(wǎng)孔電流Im1,接著電路中顯示黃色箭頭Im2,與此同時(shí)方程左邊繼續(xù)顯示網(wǎng)孔1與網(wǎng)孔2的公有電阻R3乘以 Im2,然后再隨著藍(lán)色箭頭 Im3出現(xiàn),方程左邊顯示網(wǎng)孔1與網(wǎng)孔3的公有電阻 R1乘以 Im3,最后在方程右邊顯示網(wǎng)孔1上的所有電壓源電位升的代數(shù)和。其它網(wǎng)孔方程的建立同上,其網(wǎng)孔電流的顯示與方程建立同步進(jìn)行,這種圖文并茂的演示和講解給學(xué)生留下了深刻的印象。

圖2 網(wǎng)孔方程建立演示

該CAI系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)軟件部分可以形象、逼真地演示課堂教學(xué)中比較抽象或難以理解的理論知識(shí)。如微積分電路的形成,當(dāng)電路中電阻或電容參數(shù)發(fā)生改變時(shí),電路的充放電時(shí)間常數(shù)將隨之發(fā)生變化,其實(shí)驗(yàn)軟件將動(dòng)態(tài)地描繪出整個(gè)曲線的變化過程,并且同時(shí)給出此時(shí)電路的時(shí)間常數(shù)和電路工作狀態(tài)。學(xué)生可一目了然地觀察到從微分電路到積分電路變化的整個(gè)過程。又如在對(duì)一階或二階動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行分析時(shí),當(dāng)電路參數(shù)或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí),由于電路從一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間極短,用一般儀器也很難觀察到此區(qū)間電路的工作狀況,從而使學(xué)生很難對(duì)整個(gè)電路的工作過程建立一個(gè)完整的概念。然而當(dāng)我們把開發(fā)的實(shí)驗(yàn)軟件應(yīng)用到教學(xué)環(huán)節(jié)中,就可以將整個(gè)電路的工作過程生動(dòng)、形象地演示出來。

由于完全采用多媒體教學(xué)存在著一些不足,如信息量過大、信息滯留時(shí)間短,不利于聯(lián)想記憶和認(rèn)知水平的提高。[4]因此在課堂教學(xué)中我們將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與多媒體教學(xué)手段相結(jié)合,在講解新知識(shí)及進(jìn)行邏輯推導(dǎo)時(shí)常采用傳統(tǒng)教學(xué)方法,而教學(xué)中的難點(diǎn)及較抽象的內(nèi)容,則借助教學(xué)軟件采用動(dòng)畫的形式展現(xiàn),這樣即可強(qiáng)化直觀效果、豐富感知材料,又可將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化,便于同學(xué)理解,以達(dá)到事半功倍的效果。同時(shí)利用多媒體軟件加大課堂習(xí)題的練習(xí),豐富教學(xué)內(nèi)容。

此外,由于學(xué)時(shí)所限,一些自學(xué)內(nèi)容及課堂上尚未完全消化理解的內(nèi)容,可利用網(wǎng)上教學(xué)課件繼續(xù)學(xué)習(xí),這種自主學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式,更能充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的自主地位,有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率。[5]而對(duì)于選擇雙語教學(xué)的學(xué)生來說,可采用英文版網(wǎng)上教學(xué)課件進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。另外網(wǎng)上英文教學(xué)課件為需要提高外語應(yīng)用能力的學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)學(xué)習(xí)外語的環(huán)境和機(jī)會(huì),有助于學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中吸取不同文化精髓,對(duì)學(xué)生的專業(yè)發(fā)展非常有益。[6]

五、結(jié)束語

本課件在本校本科教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用,并取得了良好的效果。由于該課件內(nèi)容完整,形式多樣、界面美觀、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng),因而獲得浙江省第四屆高校教師自制多媒體教學(xué)軟件評(píng)比一等獎(jiǎng)。盡管我們?cè)诮虒W(xué)改革中取得了一點(diǎn)進(jìn)展,但要更好地運(yùn)用多媒體課件來激發(fā)學(xué)生的求知熱情,引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考,就必須不斷地完善和更新課件內(nèi)容,以獲得更佳效果。

[1] 俎云霄,李巍海,高英,等.電路分析基礎(chǔ)多媒體教學(xué)課件的研制[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(4):79-81.

[2] Charles KAlexander,Matthew N O Sadiku.Fundamentals of Electric Circuts[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000.

[3] 胡建萍,馬金龍,王宛蘋,等.電路分析[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[4] 吳小紅 .電子技術(shù)CAI課件在教學(xué)上的應(yīng)用[J].甘肅科技,2007,8(4):244-245.

[5] 徐國(guó)平.網(wǎng)絡(luò)中的教學(xué)模式探析[J].教育探索,2007(4):110-111.

[6] 閆鈞華.電路基礎(chǔ)課程雙語教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2007,9(1):95-97.

Development of CAI System for Fundamentals of Electric Circuits and its Teaching Method

WANG Wan-ping,HU Xiao-ping,HU Jian-ping
(School of Electronic&Information,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou Zhejiang310018,China)

This paper mainly introduces an independent development of CAI systemfor fundamentals of electric cir

cuits and its application to teaching practice.The CAI courseware integrates the teaching-courseware,the test questions management,the paper design and management,the exercises guidance,the simulated experiment and e-learning together,which developed with the aid of Dreamweaver MX,Authorware 6.5,Power Builder 8.0,VC++and Flash.The teaching practice proves that it is an effective teaching software for it improves the students’perceptual knowledge,their understanding and learning efficiency.

CAI system;teaching method;e-learning;courseware application

G642 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):

1001-9146(2010)01-0067-04

2009-10-26

王宛蘋(1957-),女,江蘇鎮(zhèn)江人,副教授,電路與系統(tǒng).