CAI在《電磁場(chǎng)理論》教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：在“電磁場(chǎng)理論”課程教學(xué)中，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）手段能幫助學(xué)生理解晦澀難懂的概念和公式，在很大程度上幫助教學(xué)。但同時(shí)CAI課件也疏遠(yuǎn)了師生間的距離、加上自身存在一些先天不足以及限制教師教學(xué)的靈活性等缺點(diǎn)。因此教師需要改進(jìn)CAI課件的質(zhì)量；CAI課件應(yīng)該突出教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)；同時(shí)為適應(yīng)差異性學(xué)生群體的多種類多層次需求，可以開(kāi)發(fā)個(gè)性化的CAI課件；并且與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，開(kāi)發(fā)交互式CAI系統(tǒng)（ICAI）等。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)理論 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 不足 改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0134-02

電磁場(chǎng)理論是工科光、電類專業(yè)學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程，它對(duì)于后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)具有不可替代的重要作用。但由于該課程的概念抽象、理論性強(qiáng)，并且涉及到大量的數(shù)學(xué)公式及復(fù)雜的理論分析和推導(dǎo)過(guò)程，很多學(xué)生偏偏抽象思維能力較差，自主學(xué)習(xí)的意識(shí)不強(qiáng)。這使得在采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式授課中教師講得吃力，學(xué)生聽(tīng)得乏味，理論難以理解，學(xué)習(xí)后又很快遺忘，課堂教學(xué)效果不理想。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI：Computer Aided Instruction）借助聲、光和動(dòng)畫等元素的配合，能將某些深?yuàn)W抽象、微觀和瞬時(shí)動(dòng)態(tài)的內(nèi)容以動(dòng)態(tài)、形象的方式呈現(xiàn)出來(lái)，因而教學(xué)效果的提升非常明顯。本文就作者利用CAI在“電磁場(chǎng)理論”課程教學(xué)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)的不足之處和改進(jìn)措施進(jìn)行了總結(jié)與探討。

1 教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

《電磁場(chǎng)理論》是一門公認(rèn)的難學(xué)難教的工科本科基礎(chǔ)課程，起點(diǎn)高，抽象的概念和公式多，難以理解。我們對(duì)《電磁場(chǎng)理論》課程的教學(xué)方法進(jìn)行了多輪的有益探索和改革實(shí)踐，經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，在本課程建設(shè)和教學(xué)改革實(shí)踐方面取得了初步成效，2011年經(jīng)學(xué)校評(píng)審成為校級(jí)核心課程建設(shè)項(xiàng)目，課程的教學(xué)水平也得到進(jìn)一步提升和認(rèn)可。通過(guò)CAI手段，能在很大程度上幫助教師的教學(xué)[1-4]。CAI從根本上影響和改變學(xué)校的教學(xué)過(guò)程?？梢允沟迷境橄?、枯燥的數(shù)據(jù)用各種動(dòng)態(tài)模型表示出來(lái)，從而大大提高了教學(xué)和科學(xué)研究的直觀性。

首先，CAI能減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，把教師從板書中解放出來(lái)投入到講解中去，提高了教學(xué)效率；同時(shí)也能在很大程度上優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程，提高學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)教學(xué)方法只強(qiáng)調(diào)電磁場(chǎng)經(jīng)典理論和單純的公式推導(dǎo)，知識(shí)過(guò)于枯燥，形式上也較為單一，缺乏應(yīng)用背景和緊密跟蹤最新發(fā)展前沿的相關(guān)內(nèi)容。這樣不但導(dǎo)致理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，也很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。針對(duì)教學(xué)中出現(xiàn)的這些情況，把電磁場(chǎng)理論的相關(guān)原理和知識(shí)用圖片、動(dòng)畫、聲音等多媒體手段形象地展示出來(lái)，使抽象概念圖形化和可視化。因而能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的智力因素和非智力因素，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)部動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，讓學(xué)生能比較容易地理解抽象復(fù)雜和晦澀難懂的內(nèi)容，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)習(xí)效率。

其次，CAI能將晦澀難懂的內(nèi)容直觀形象地展示出來(lái)，縮短學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)理解和掌握的時(shí)間，加速認(rèn)知進(jìn)程，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。比如什么叫圓偏振光，通常學(xué)生很難理解，可以通過(guò)動(dòng)畫把一個(gè)線偏振光極化方向在傳播過(guò)程中旋轉(zhuǎn)的過(guò)程展示出來(lái)，讓學(xué)生一看就能明白。

再次，CAI能更好地突出教學(xué)重點(diǎn)和突破教學(xué)難點(diǎn)，利用二維三維動(dòng)畫技術(shù)和視頻技術(shù)使抽象、深?yuàn)W的信息的知識(shí)簡(jiǎn)單化、直觀化，縮短了客觀實(shí)物與學(xué)生之間的距離。CAI可以向?qū)W生提供當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)責(zé)o法看到和看清的事物、現(xiàn)象和過(guò)程，可以把微觀的物體放大，把宏觀的世界縮小，能將瞬態(tài)的過(guò)程通過(guò)慢鏡頭動(dòng)畫演示，完全突破時(shí)間和空間的束縛。比如介質(zhì)的極化/磁化過(guò)程，可以通過(guò)動(dòng)畫演示電偶極子/磁偶極子隨外加電場(chǎng)/磁場(chǎng)發(fā)生定向旋轉(zhuǎn)的整個(gè)過(guò)程，幫助學(xué)生理解。

最后，多媒體環(huán)境可以使得教師有更多的時(shí)間去接觸每一個(gè)學(xué)生，也有更多的時(shí)間去考慮課程設(shè)計(jì)等其他方面的問(wèn)題。多媒體技術(shù)使得因材施教成為可能，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)使得教師將更多的時(shí)間花費(fèi)在更加需要的地方。多媒體環(huán)境可以更好的激發(fā)學(xué)生興趣，集中學(xué)生的注意力，培養(yǎng)學(xué)生的探索鉆研精神。CAI課件還能起到幫助學(xué)生自學(xué)和復(fù)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率等作用。

2 不足之處與改進(jìn)措施

不可否認(rèn)CAI具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是作者在“電磁場(chǎng)理論”課程教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)其存在一些不足之處，亟待改進(jìn)。

2.1 不足之處

2.1.1 CAI課件疏遠(yuǎn)了師生間的距離

CAI課件在技術(shù)上拉近知識(shí)距離的同時(shí)卻疏遠(yuǎn)了教師與學(xué)生之間的距離。師生間原有的依賴關(guān)系被對(duì)CAI的依賴關(guān)系所取代。這樣會(huì)抑制師生間的情感交流，削弱學(xué)生人際交往能力以及合作精神等素質(zhì)的培養(yǎng)。多媒體教學(xué)只是作為教學(xué)的一個(gè)重要補(bǔ)充，并非要取代傳統(tǒng)的教學(xué)和教室。它將教師從傳統(tǒng)的教學(xué)中解脫出來(lái)，使得學(xué)生更加體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。但它無(wú)法代替教師教給學(xué)生一些重要的價(jià)值觀和道德觀： 如理想、紀(jì)律、責(zé)任以及協(xié)作精神等。

2.1.2 CAI課件自身的不足

雖然CA I課件能調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官共同參與學(xué)習(xí)， 但調(diào)動(dòng)的范圍和程度很難滿足差異性學(xué)生群體的多種需求?，F(xiàn)實(shí)中過(guò)多的感官刺激反而在客觀上分散了學(xué)生部分注意力， 影響了課堂教學(xué)的正向效果。同時(shí)很多現(xiàn)有的CAI課件不注意針對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)心理特征，不能夠很好地起到輔助教學(xué)的作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)的隨意性很大，很容易轉(zhuǎn)移、變換其學(xué)習(xí)的關(guān)注點(diǎn)和注意力，如果在課件中僅僅以文字和圖片等多媒體手段表達(dá)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)（也就是僅僅用CAI課件替代教師板書），容易造成學(xué)習(xí)起來(lái)難以對(duì)課程長(zhǎng)久集中注意力；同時(shí)也沒(méi)有發(fā)揮計(jì)算機(jī)多媒體、網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

2.1.3 CAI課件限制了教師教學(xué)的靈活性

教學(xué)是一種特殊的認(rèn)知活動(dòng)，課堂教學(xué)的精髓是師生的相互交流和相互影響。由于CAI課件模式化乃至固化了教學(xué)的內(nèi)容和策略，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)仍然是被動(dòng)的，個(gè)性化指導(dǎo)的針對(duì)性不強(qiáng)，因而在一定程度上排斥了師生的相互作用和課堂教學(xué)的豐富生動(dòng)性。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 改進(jìn)CAI課件的質(zhì)量

一個(gè)高質(zhì)量的CAI課件，應(yīng)該主題明確，因材施教，盡量擴(kuò)大師生交互；突出個(gè)別化、差異化學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)每一個(gè)學(xué)習(xí)者，把形式多樣的知識(shí)提供給學(xué)習(xí)者，為學(xué)習(xí)者提供方便快捷的學(xué)習(xí)環(huán)境與條件，有效地向?qū)W習(xí)者提出問(wèn)題和反饋信息；并能充分巧妙地利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源。根據(jù)學(xué)習(xí)原理，針對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)體差異性的特點(diǎn)，并以他們?yōu)橹黧w，精心設(shè)計(jì)制作CAI課件，激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。課件要求主題明確、交互性強(qiáng)，又便于自主學(xué)習(xí)。課件展現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的不僅是條理清楚的講解，而且還要對(duì)他們學(xué)習(xí)進(jìn)行經(jīng)常性的評(píng)價(jià)和反饋。

2.2.2 教學(xué)不能單純依賴CAI課件

CAI只是教學(xué)的輔助手段，而不是主要手段，不能主次不分。CAI是在教學(xué)大綱指導(dǎo)下對(duì)教學(xué)方法與教學(xué)手段的改變，它基本上沒(méi)有改變教學(xué)內(nèi)容，更沒(méi)有改變教學(xué)結(jié)構(gòu)。課堂教學(xué)的主體還是教師的講授和師生的良好互動(dòng)，CAI的作用是通過(guò)多種多媒體手段輔助教師的講授，達(dá)到“教師主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的目的。

2.2.3 CAI課件不能華而不實(shí)

如果CAI課件堆砌了大量的聲音和圖像信息，學(xué)生的視聽(tīng)感官受到強(qiáng)烈沖擊，反而會(huì)分散學(xué)習(xí)的注意力，使思維受到了限制，不利于想象力的發(fā)揮。因此，CAI課件絕對(duì)不能華而不實(shí)。使用CAI的真正目的并不在于向?qū)W生展示圖文并茂的教學(xué)畫面，而是力求在CAI課件中突出重點(diǎn)，讓學(xué)生真正地掌握所學(xué)知識(shí)。

2.2.4 開(kāi)發(fā)個(gè)性化的CAI系統(tǒng)（PCAI）

傳統(tǒng)CAI課件的缺陷可以概括為：缺乏差異化的個(gè)體適應(yīng)能力、缺乏交互能力、缺乏創(chuàng)造能力和缺乏糾錯(cuò)能力。為適應(yīng)差異性學(xué)生群體的多種類多層次需求，可以開(kāi)發(fā)個(gè)性化的CAI課件（PCAI）。PCAI （Personalized Computer Assisted Instruction）主要包括：能根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異自動(dòng)生成各種層次的問(wèn)題與練習(xí)；并且自動(dòng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平與接受程度選擇與調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)度；在了解教學(xué)內(nèi)容進(jìn)度的基礎(chǔ)上自動(dòng)解決問(wèn)題，生成解答；對(duì)教學(xué)內(nèi)容有解釋和咨詢的能力；能自動(dòng)診斷學(xué)生的錯(cuò)誤、分析原因并采取相應(yīng)的糾正措施；能自動(dòng)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為；能自動(dòng)評(píng)價(jià)教師的教學(xué)行為等幾個(gè)方面。

2.2.5 與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，開(kāi)發(fā)交互式CAI系統(tǒng)（ICAI）

由于上課時(shí)間的限制，課堂上還是以教師教授知識(shí)為主，師生互動(dòng)式交流有限。而與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，開(kāi)發(fā)交互式CAI系統(tǒng)（ICAI）就能在非上課時(shí)間上實(shí)現(xiàn)更大程度上的師生互動(dòng)式交流。ICAI （Interactive Computer Assisted Instruction）是利用計(jì)算機(jī)把文字、圖像、影像等多媒體內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行教學(xué)的軟件。它突破了傳統(tǒng)CAI教學(xué)的“線性限制”，以交互性、立體化的方式把信息知識(shí)形象生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。具有交互性強(qiáng)、知識(shí)密度大、表現(xiàn)力強(qiáng)，能很好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣等優(yōu)點(diǎn)。并且可以網(wǎng)上提交和批改作業(yè)，網(wǎng)上提問(wèn)和解答以及網(wǎng)上查閱和下載相關(guān)資料等等。這樣師生就能非實(shí)時(shí)、非線性、一對(duì)一地完成最大限度的互動(dòng)式交流。

ICAI把多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，將大大地?cái)U(kuò)展CAI系統(tǒng)的功能。更重要的是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上CAI教學(xué)信息資源的共享。它是一種特別適用于遠(yuǎn)程教學(xué)的交互式CAI技術(shù)，使學(xué)生能夠從多種信息交互中獲得大量有用信息，并可以與別的學(xué)習(xí)者共享資源并交流意見(jiàn)等。如在網(wǎng)上建立各種教學(xué)信息平臺(tái)，教師和學(xué)生可以根據(jù)數(shù)學(xué)大綱的要求，通過(guò)調(diào)用信息中心的各種資源進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為教、學(xué)之間提供了有效的交流渠道，為師生交流和參加學(xué)術(shù)討論提供了便利條件；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)生可以根據(jù)自己的水平選擇所需內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還可以把集體教學(xué)和個(gè)別教學(xué)結(jié)合起來(lái)，有利于真正的因材施教。

3 結(jié)語(yǔ)

在“電磁場(chǎng)理論”課程教學(xué)中，CAI課件能在很大程度上幫助學(xué)生理解晦澀難懂的概念和公式。但同時(shí)CAI課件也疏遠(yuǎn)了師生間的距離、加上自身存在一些先天不足以及限制教師教學(xué)的靈活性等缺點(diǎn)。因此教師需要改進(jìn)CAI課件的質(zhì)量；教學(xué)不能單純依賴CAI課件；CAI課件不能華而不實(shí)，應(yīng)該突出教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)；同時(shí)為適應(yīng)差異性學(xué)生群體的多種類多層次需求，可以開(kāi)發(fā)個(gè)性化的CAI課件；與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，開(kāi)發(fā)交互式CAI系統(tǒng)（ICAI）等。

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