電路基礎CAI系統(tǒng)開發(fā)及教學方法研究

王宛蘋,胡曉萍,胡建萍

(杭州電子科技大學電子信息學院,浙江杭州 310018)

電路基礎CAI系統(tǒng)開發(fā)及教學方法研究

王宛蘋,胡曉萍,胡建萍

(杭州電子科技大學電子信息學院,浙江杭州 310018)

本文主要介紹一種自主開發(fā)的電路基礎CAI教學課件及其在教學實踐中的應用,該課件集電子教案、試題管理、習題指導、實驗模擬及網(wǎng)絡學習為一體,綜合DreamweaverMX、Authorware6.5、PowerBuilder8.0、VC++及Flash等多種軟件進行開發(fā)和實現(xiàn)。實踐證明,該系統(tǒng)的應用有效地提高了學生的感性認識、理解能力及學習效率,是將教與學統(tǒng)一起來的一種較為理想的教學軟件。

CAI系統(tǒng);教學方法;網(wǎng)絡學習;課件應用

電路基礎是電子、通信、自控、計算機、機械等幾乎所有工科學生電類知識學習的入門課程,同時也是學生從基礎課向?qū)I(yè)課過渡的重要專業(yè)基礎課程,如何調(diào)動學生學習熱情、提高學習效果,使之真正理解和掌握電路理論的基本概念和分析方法,并能靈活地運用到后續(xù)課程的學習中,一直是從事本課程教學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方法、更新教學手段、提高教學質(zhì)量的重要途徑。[1]目前關于電路基礎的CAI課件多數(shù)限于電子教案或?qū)嶒灲虒W軟件,而缺乏綜合性的開發(fā)和設計。為適應新形式下對人才培養(yǎng)的需要,探索一條有利于學生個性發(fā)展,啟迪學生創(chuàng)新精神的新路子,我們研制開發(fā)了集理論教學、習題指導、實驗仿真和網(wǎng)絡學習為一體的CAI教學軟件。該軟件的成功開發(fā)使得教師的課堂教學以及學生課前課后的學習、練習、實驗動手能力訓練、數(shù)據(jù)分析能力培養(yǎng)有機地結(jié)合起來,并且利用CAI的新手段、新工具加深學生感性認識,利于學生在較短的時間內(nèi)更扎實地掌握電路基礎理論知識,提高分析問題解決問題的綜合能力。

一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計

一個優(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,還應有一個和諧、自然、令人賞心悅目的界面。有鑒于此,我們首先對PowerBuilder軟件設計的界面進行美化,并自制了5種不同風格的背景,使用者可自由轉(zhuǎn)換背景風格,以適應自己的審美習慣。整個課件由4個子系統(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)絡版包含了中英文兩個版本的網(wǎng)絡課件;其中英文網(wǎng)絡課件采用了國際知名大學原版教材——由Charles KAlexander,Matthew N O Sadiku合著的《Fundamentals of Electric Circuts》。[2]

二、系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及特點

(一)電子教案子系統(tǒng)

電子教案子系統(tǒng)內(nèi)容重點突出、簡明、扼要,對教學難點提供了詳細的分析思路和多樣化的分布演示過程。該子系統(tǒng)教學版利用Authorware6.5開發(fā),采用一種層級框架結(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,第三層實現(xiàn)各小節(jié)知識點的顯示及例題的演示。各層連接均采用導航按鈕方式,通過框架、導航、交互等功能的綜合運用實現(xiàn)了頁面之間的跳轉(zhuǎn)。同時還可利用搜索模塊,輸入“關鍵字”來搜索查找并瀏覽相關頁面。

圖1 系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)框圖

本子系統(tǒng)例題解答部分的設計更是獨具匠心,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,交互以及各種豐富的顯示特效,使其解答過程靈活多樣、生動有趣、直觀形象、交互強大,充分發(fā)揮多媒體輔助教學的特點,達到了圖文并茂、動態(tài)顯示效果,更能激發(fā)學生的學習熱情。

(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本地數(shù)據(jù)庫,應用程序訪問數(shù)據(jù)庫通過設置ODBC來實現(xiàn)。該試題庫中包含有計算題、選擇題、填空題和判斷題四種基本題型。當進入試題管理子系統(tǒng)時,本軟件在ODBC中自動配置數(shù)據(jù)源后,便可在程序代碼中連接數(shù)據(jù)庫并對數(shù)據(jù)庫進行查看、刪除、修改、添加、統(tǒng)計、檢索等各種操作,同時能以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)試題自測子系統(tǒng)

試題自測子系統(tǒng)由PowerBuilder8.0軟件開發(fā)。該子系統(tǒng)用于學生課后進行自我測試和練習。學生在利用該系統(tǒng)進行練習時,需先確定電路單元、題型、難易程度、數(shù)量,然后進入自測窗口,若選擇判斷題或選擇題,寫出答案后,系統(tǒng)會直接給出正確與否的評判,如果選擇計算題或填空題,在填寫答案后通過與系統(tǒng)參考答案對比來判斷此題是否正確,當需要進一步提示時,選擇查看答案按鈕,系統(tǒng)會給出詳細的解題過程。

(四)實驗模擬子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)包含實驗模擬和儀器介紹兩部分內(nèi)容。

實驗模擬部分采用Visual C++軟件編制,該軟件由控制、輸入、輸出、實驗模擬四部分構(gòu)成。其中控制部分管理著其它部分的操作和運行;輸入部分負責數(shù)據(jù)的存取;而模擬部分則根據(jù)輸入?yún)?shù)模擬實驗過程,并通過輸出部分繪出波形曲線,同時輸出和顯示實驗結(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)控制對話框。當實驗電路的元器件參數(shù)改變或輸入信號隨時間連續(xù)變化時,子系統(tǒng)將即時動態(tài)地畫出此時的輸入、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)實驗描述窗,了解實驗目的、內(nèi)容及需要掌握和思考的問題。

儀器使用指導軟件采用交互功能豐富的Authorware6.5進行開發(fā),該系統(tǒng)采用的是一種層次管理結(jié)構(gòu),通過交互圖標響應選擇按鈕類型,并利用計算圖標中的G OTO函數(shù)實現(xiàn)各按鈕間的跳轉(zhuǎn)。這樣就可方便、快捷地彈出所需儀器,當選中某一按鈕時,系統(tǒng)能及時顯示該按鈕功能。學生在做實驗前,可以利用掛在校園網(wǎng)上的多媒體課件非常直觀的進行儀器使用的學習,避免因儀器不熟悉而造成實驗時間過長的現(xiàn)象,從而可以在有限的實驗教學時間內(nèi)選擇更多的實驗項目,以提高實驗效率及分析解決問題的能力。

三、網(wǎng)絡及雙語教學課件的開發(fā)

為滿足不同層次學生的學習需求,便于學生課前預習、課后復習,在開發(fā)教學版電子課件的同時,利用DreamweaverMX軟件開發(fā)了與其配套的網(wǎng)絡版教學課件,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導航欄實現(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。

為適應雙語教學的發(fā)展趨勢,同時為滿足不同層次英文水平的學生需求,我們開發(fā)和設計了英文版網(wǎng)上教學課件。該課件以我校電子類專業(yè)雙語教學所采用的國際知名大學原版教材作為素材,利用DreamweaverMX軟件進行開發(fā)。在課件內(nèi)容的選擇上注重簡捷、實用、重點突出,所有電路圖均采用CorelDRAW 10軟件繪制,并利用Photoshop進行處理。本課件同樣采用了浮動菜單導航欄,使瀏覽各頁面更為方便快捷。

四、課件在教學中的應用

教學實踐說明利用本教學系統(tǒng)軟件輔助教學能夠大大增強學生的學習熱情及感性認識。例如在該CAI系統(tǒng)的教學課件中,動態(tài)的演示了應用網(wǎng)孔電流法建立電路方程的過程,[3]在實際演示過程中以不同的顏色區(qū)分各個網(wǎng)孔電流,如圖2所示。首先設三個網(wǎng)孔電流分別為 Im1、Im2、Im3,當點擊網(wǎng)孔1的文字時,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行,這種圖文并茂的演示和講解給學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)中的實驗軟件部分可以形象、逼真地演示課堂教學中比較抽象或難以理解的理論知識。如微積分電路的形成,當電路中電阻或電容參數(shù)發(fā)生改變時,電路的充放電時間常數(shù)將隨之發(fā)生變化,其實驗軟件將動態(tài)地描繪出整個曲線的變化過程,并且同時給出此時電路的時間常數(shù)和電路工作狀態(tài)。學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過程。又如在對一階或二階動態(tài)電路進行分析時,當電路參數(shù)或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時,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,從而使學生很難對整個電路的工作過程建立一個完整的概念。然而當我們把開發(fā)的實驗軟件應用到教學環(huán)節(jié)中,就可以將整個電路的工作過程生動、形象地演示出來。

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

此外,由于學時所限,一些自學內(nèi)容及課堂上尚未完全消化理解的內(nèi)容,可利用網(wǎng)上教學課件繼續(xù)學習,這種自主學習的網(wǎng)絡教學方式,更能充分體現(xiàn)學生在教學中的自主地位,有助于提高學生的學習效果和學習效率。[5]而對于選擇雙語教學的學生來說,可采用英文版網(wǎng)上教學課件進行課前預習、課后復習。另外網(wǎng)上英文教學課件為需要提高外語應用能力的學生創(chuàng)造了一個學習外語的環(huán)境和機會,有助于學生在專業(yè)課程學習中吸取不同文化精髓,對學生的專業(yè)發(fā)展非常有益。[6]

五、結(jié)束語

本課件在本校本科教學中得到了廣泛應用,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、操作簡單、實用性強,因而獲得浙江省第四屆高校教師自制多媒體教學軟件評比一等獎。盡管我們在教學改革中取得了一點進展,但要更好地運用多媒體課件來激發(fā)學生的求知熱情,引導學生創(chuàng)造性地進行學習和思考,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.電路分析基礎多媒體教學課件的研制[J].電氣電子教學學報,2008,30(4):79-81.

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

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

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

[5] 徐國平.網(wǎng)絡中的教學模式探析[J].教育探索,2007(4):110-111.

[6] 閆鈞華.電路基礎課程雙語教學的研究與實踐[J].南京航空航天大學學報,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">文獻標識碼:B文章編號:

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).