《大學(xué)物理》應(yīng)用CAI教學(xué)的思考

鄧先金

·課程教學(xué)改革·

《大學(xué)物理》應(yīng)用CAI教學(xué)的思考

鄧先金

（西南科技大學(xué) 理學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000）

《大學(xué)物理》是公認(rèn)的難點(diǎn)課程，其高度的抽象性，給教與學(xué)都帶來(lái)了一定的困難，在《大學(xué)物理》教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，使抽象、空洞的內(nèi)容形象化，無(wú)疑給《大學(xué)物理》的教學(xué)帶來(lái)了生機(jī)。但是，在《大學(xué)物理》CAI教學(xué)及CAI軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，也存在著一些不盡如意的地方：例如，封閉式的課件開(kāi)發(fā)，理論研究不足，沒(méi)有自己的寫(xiě)作系統(tǒng)，理論物理CAI的開(kāi)發(fā)不夠等。文中對(duì)在《大學(xué)物理》CAI教學(xué)及軟件開(kāi)發(fā)中存在的上述值得注意的問(wèn)題作了一定的分析，并針對(duì)性地提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

大學(xué)物理；CAI課件；封閉；寫(xiě)作系統(tǒng)；理論物理

1 CAI教學(xué)及CAI軟件開(kāi)發(fā)中的問(wèn)題

1.1 封閉式的課件開(kāi)發(fā)

目前，大學(xué)物理CAI課件的開(kāi)發(fā)總的來(lái)說(shuō)是封閉式的［1］。開(kāi)發(fā)者各自根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行課件的腳本設(shè)計(jì)，完成程序創(chuàng)作，個(gè)人與個(gè)人之間，團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)之間，學(xué)校與學(xué)校之間很少有接觸和溝通，形成了封閉式的開(kāi)發(fā)局面。

這種封閉式的開(kāi)發(fā)帶來(lái)的弊端是：由于課件開(kāi)發(fā)人員僅局限于一個(gè)人或少數(shù)的幾個(gè)人，課題被封閉在某個(gè)或幾個(gè)小圈子里，人力物力受到了很大的限制，課件只能挑選一些重點(diǎn)和難點(diǎn)課題來(lái)制作，課件交付使用后，也沒(méi)有有效的課件升級(jí)和維護(hù)手段，是一種短期的行為，不能從長(zhǎng)遠(yuǎn)和系統(tǒng)的角度來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。對(duì)課件成果也進(jìn)行封閉式地保護(hù)，不輕易提供給他人使用，阻斷了相互之間間的交流與合作。

這些弊端的存在給大學(xué)物理課件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很多問(wèn)題：

（1）課件創(chuàng)作重復(fù)。各種課件各持一面，往往只覆蓋課程體系的某些部分，相互間交替重復(fù)，用戶(hù)如要真的在教學(xué)中使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，常要為一堂課購(gòu)買(mǎi)多個(gè)課件，但這些課件并不是在統(tǒng)一的平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的，運(yùn)行環(huán)境、操作方式各不相同，難以整合在一起，給教學(xué)帶來(lái)了很大的困難。并且，購(gòu)買(mǎi)的課件往往又是封裝好的應(yīng)用程序，程序代碼［2］也沒(méi)有公開(kāi)，也就是沒(méi)有繼續(xù)開(kāi)發(fā)的接口，使得一些學(xué)校為了能靈活支配課件，不得不白手起家，組織力量自己開(kāi)發(fā)。但由于各學(xué)校的技術(shù)力量、經(jīng)費(fèi)投入、和開(kāi)發(fā)起點(diǎn)的不同，造成了大家在低層次上的不斷重復(fù)。

（2）課件開(kāi)發(fā)散亂，不系統(tǒng)。由于封閉式的開(kāi)發(fā)，相互之間缺乏了交流與合作，有些部分重復(fù)開(kāi)發(fā)，而有些部分又沒(méi)有任何開(kāi)發(fā)，至今大學(xué)物理都還沒(méi)有得到完整系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

（3）教學(xué)資源浪費(fèi)。封閉式的開(kāi)發(fā)，使大家各自為政，資源不共享，相互之間不交流不合作，技術(shù)不借鑒，人力物力不集中，課件開(kāi)發(fā)散兵游勇，造成了教學(xué)資源的很大浪費(fèi)。又特別是對(duì)于知識(shí)體系嚴(yán)謹(jǐn)，教學(xué)容量巨大，需要系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)的大學(xué)物理課件，問(wèn)題則更為突出。

（4）成果不能積累，沒(méi)有可持續(xù)發(fā)展的潛力。從計(jì)算機(jī)軟件工程的角度來(lái)看，課件的開(kāi)發(fā)應(yīng)該有統(tǒng)一的規(guī)范。特別是課件的程序代碼，應(yīng)該是可維護(hù)的，可擴(kuò)展的。但長(zhǎng)期以來(lái)這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到足夠的重視，使得課件的創(chuàng)作成果不能積累，項(xiàng)目沒(méi)有可持續(xù)發(fā)展的潛力，當(dāng)有新的要求時(shí)，又不得不全部從零點(diǎn)開(kāi)始

1.2 大學(xué)物理CAI的理論研究不足

CAI無(wú)疑能給大學(xué)物理教學(xué)帶來(lái)益處，但并不是將CAI簡(jiǎn)單地搬進(jìn)課堂就能取得滿(mǎn)意的效果。從CAI的編制到使用都應(yīng)該有學(xué)習(xí)理論和教學(xué)理論作為指導(dǎo)。大學(xué)物理的教學(xué)和學(xué)習(xí)不同于其他學(xué)科，課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，教學(xué)策略或建構(gòu)過(guò)程的設(shè)計(jì)，學(xué)生的心理模型的設(shè)計(jì)等都有獨(dú)到之處。在大學(xué)物理CAI中應(yīng)如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，概念教學(xué)，理論教學(xué)，解決問(wèn)題教學(xué)等都有其獨(dú)特的規(guī)律，這些都值得認(rèn)真的研究。但遺憾的是，到目前為止還沒(méi)有大學(xué)物理CAI理論的系統(tǒng)研究。

1.3 物理CAI沒(méi)有自己的寫(xiě)作系統(tǒng)

不少學(xué)科已經(jīng)有了自己的專(zhuān)門(mén)課件制作系統(tǒng)軟件。如數(shù)學(xué)的Mathematica，“幾何畫(huà)板”等?；瘜W(xué)的Hypen，Kemwind等。這些學(xué)科專(zhuān)用制作系統(tǒng)為本學(xué)科課件制作帶來(lái)了很大的方便。但迄今為止，物理學(xué)科還沒(méi)有一種自己的專(zhuān)門(mén)制作系統(tǒng)。物理課件的制作基本上都是使用一些通用系統(tǒng)，但這些通用系統(tǒng)往往無(wú)法滿(mǎn)足物理學(xué)科的一些特殊要求。物理學(xué)科非常龐大復(fù)雜，單是普通物理學(xué)就有力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)等幾個(gè)大不相同的部分。另外還有實(shí)驗(yàn)物理學(xué)、理論物理學(xué)以及近代物理學(xué)的各分支，每個(gè)門(mén)類(lèi)都有其自身的特點(diǎn)，但它們又都有物理學(xué)共同的一些特點(diǎn)。如能開(kāi)發(fā)出物理學(xué)科專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)作系統(tǒng)，將會(huì)給物理課件的編制提供極大的方便。

1.4 理論物理CAI的開(kāi)發(fā)不夠

縱觀現(xiàn)行大學(xué)物理CAI的開(kāi)發(fā)，普通物理學(xué)部分開(kāi)發(fā)得較多，而理論物理（如理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等）則相對(duì)較少。這也許是普通物理學(xué)部分的知識(shí)體系是基礎(chǔ)知識(shí)，相應(yīng)的CAI開(kāi)發(fā)起來(lái)要容易一些，而理論物理的知識(shí)體系相對(duì)地要深入一些，相應(yīng)的CAI開(kāi)發(fā)起來(lái)要困難一些。但正因?yàn)槔碚撐锢聿糠值闹R(shí)體系更為抽象，更為難教難學(xué)，就更有必要加強(qiáng)理論物理CAI的開(kāi)發(fā)。

2 改進(jìn)措施

2.1 大力倡導(dǎo)開(kāi)放式的課件開(kāi)發(fā)［3］

開(kāi)放是指在大學(xué)物理課件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)遵循統(tǒng)一的規(guī)范，協(xié)同開(kāi)發(fā)、代碼公開(kāi)成果共享。鼓勵(lì)有識(shí)之士加入開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，共同開(kāi)發(fā)、共同享有。

（1）開(kāi)放課題，所有用戶(hù)都全方位地參與到課題的研發(fā)。課題從功能定義，軟件腳本，程序創(chuàng)作，維護(hù)和發(fā)展等方面全面開(kāi)放。用戶(hù)可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)、能力和興趣，有組織地、有系統(tǒng)地、不同程度地參與到課題的開(kāi)發(fā)之中。既可以只提出一個(gè)想法或只寫(xiě)一個(gè)腳本讓他人去編寫(xiě)程序，也可以申請(qǐng)一個(gè)腳本來(lái)編程創(chuàng)作，甚至可以負(fù)責(zé)某個(gè)部分的長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)和維護(hù)。

（2）開(kāi)放程序代碼。用戶(hù)可以自由獲取程序代碼，并在其基礎(chǔ)上自由開(kāi)發(fā)。要強(qiáng)調(diào)的是，真正意義上的程序代碼開(kāi)放，除了將源程序公開(kāi)外，更重要的是程序必須要有可讀性，可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。這就意味著程序開(kāi)發(fā)要有更高的要求，必須是面向?qū)ο蟮暮湍K化的。

（3）遵循統(tǒng)一的創(chuàng)作規(guī)范。向用戶(hù)提供課件開(kāi)發(fā)技術(shù)規(guī)范和開(kāi)發(fā)工具，以此為所有開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)。

（4）在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布成果，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)同開(kāi)發(fā)。在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布網(wǎng)絡(luò)教材的同時(shí)，也在網(wǎng)上向用戶(hù)公開(kāi)程序代碼，技術(shù)規(guī)范，開(kāi)發(fā)工具和待開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等。用戶(hù)可通過(guò)電子郵件，QQ群等申請(qǐng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，或提出新的研究課題，加入開(kāi)發(fā)隊(duì)伍。

開(kāi)發(fā)活動(dòng)大部分在互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)進(jìn)行，開(kāi)發(fā)隊(duì)伍在網(wǎng)上招募，成果和項(xiàng)目及時(shí)在網(wǎng)上發(fā)布，不受時(shí)間、空間（地域）的限制，使所有有志于開(kāi)發(fā)的人員都加入到這一活動(dòng)中來(lái)。

對(duì)于那些信息量大，知識(shí)體系較復(fù)雜的課件，它的創(chuàng)作是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，不可能一蹴而就，通過(guò)開(kāi)放式開(kāi)發(fā)，可以將教學(xué)一線的教師聯(lián)合起來(lái)，相互交流，相互促進(jìn)，相互協(xié)作，建立一只長(zhǎng)期穩(wěn)定的開(kāi)發(fā)隊(duì)伍。在課件創(chuàng)作過(guò)程中群策群力，使課件集眾家之長(zhǎng)，具有更強(qiáng)的生命力。

2.2 加強(qiáng)大學(xué)物理CAI的理論研究

對(duì)大學(xué)物理CAI開(kāi)發(fā)及教學(xué)過(guò)程中所涉及到的理論問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的研究。開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大學(xué)物理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，力、熱、電、光、原各自的知識(shí)特點(diǎn)以及他們之間的互相聯(lián)系，概念、公式、定理及他們的相互關(guān)聯(lián)，物理現(xiàn)象、物理過(guò)程等，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，怎樣將這些問(wèn)題體現(xiàn)出來(lái)，這些都應(yīng)該進(jìn)行深入、系統(tǒng)地研究。在教學(xué)過(guò)程中，怎樣將物理學(xué)科的知識(shí)特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的教學(xué)方式、大學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的認(rèn)知特點(diǎn)等結(jié)合起來(lái)，這些也都應(yīng)該進(jìn)行深入、系統(tǒng)地研究。

2.3 創(chuàng)作物理CAI自己的寫(xiě)作系統(tǒng)

特別是常用的物理圖像、表格、符號(hào)，比如電學(xué)中的電阻、安培表、光學(xué)中的三棱鏡、凸透鏡，磁學(xué)中的線圈、螺線管等，在系統(tǒng)總設(shè)置好這些基本的圖像、符號(hào)，使用時(shí)就可以直接調(diào)用，這樣就可為物理CAI的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的方便。

2.4 加強(qiáng)理論物理CAI的開(kāi)發(fā)

專(zhuān)門(mén)制作理論物理（理論力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等）的CAI課件，為抽像、深?yuàn)W、難懂、難教、難學(xué)的理論物理的教學(xué)帶來(lái)方便。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，在大學(xué)物理CAI的教學(xué)與軟件開(kāi)發(fā)中，應(yīng)提倡開(kāi)放式的《大學(xué)物理》CAI課件的開(kāi)發(fā)，加大理論物理部分的開(kāi)發(fā)力度，盡快系統(tǒng)地研究《大學(xué)物理》CAI的理論體系，創(chuàng)作物理CAI自己的寫(xiě)作系統(tǒng)。

［1］胡林.開(kāi)放式開(kāi)發(fā)物理類(lèi)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)教材［J］.大學(xué)物理，2000（6）：37－38.

［2］譚浩強(qiáng).開(kāi)放式開(kāi)發(fā)物理類(lèi)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)教材《C程序設(shè)計(jì)》［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000：157－158.

［3］胡林.開(kāi)放式開(kāi)發(fā)物理類(lèi)遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)教材［J］.大學(xué)物理，2000（6）：38－39.

［4］鄧先金，陳瑜.物理模型的構(gòu)建［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2007（1）：8－11.

［5］龔玲平，陳素芳.遠(yuǎn)程實(shí)踐教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2006，4（2）：58－60.

［6］鄧先金，陳瑜.大學(xué)物理CAI的必要性及功能與作用［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2006，4（1）：87－88.

［7］戴存禮.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)放式教學(xué)的實(shí)現(xiàn)［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2007（1）：78－81.

［8］鄧先金，陳瑜.關(guān)于cai的思考［J］.現(xiàn)代物理知識(shí)，2006（1）：22－23.

［9］孔令明，熊良翠，林秀華.創(chuàng)造力的培養(yǎng)與研究［J］.現(xiàn)代物理知識(shí)，2006（1）：46－48.

［10］鄧先金，陳瑜.物理學(xué)中的模型研究［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2006，4（2）：74－76.

Thinking for CAI Teaching of University Physics

DENG Xianjin
（College of Science，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621000，China）

University physics of the is a generally accepted academics，the abstraction give taught and learned to all bring a difficulty. Introducing in a calculator extended education in the teachingmake abstract and empty contents image turn，but，in teaching and develop process of software of CAI in university physics also exist some unsatisfied place，for example，close type of lesson piece development，theory research shortage，there is no own writing system，the developing of theory physical CAI is insufficient，etc.This paper analyzed the questions in CAIof teacher in university physics and put forward somemeasures ofmelioration accordingly.

university physics；CAI；closure；writing system；theory physics

G423.07；TP391；G434

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.062

2013－11－12；修改日期：2013－11－29

鄧先金（1963－），男，碩士研究生，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：物理學(xué)。