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。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專業(yè)課過渡的重要專業(yè)基礎課程,如何調動學生學習熱情、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)網的快速發(fā)展,多媒體CAI技術已經成為廣大教育工作者改革教學方法、更新教學手段、提高教學質量的重要途徑。[1]目前關于電路基礎的CAI課件多數限于電子教案或實驗教學軟件,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、數據分析能力培養(yǎng)有機地結合起來,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)的結構設計

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)構成,其系統(tǒng)的主體結構如圖1所示。電子教案子系統(tǒng)中的網絡版包含了中英文兩個版本的網絡課件;其中英文網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)功能的實現及特點

(一)電子教案子系統(tǒng)

電子教案子系統(tǒng)內容重點突出、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構制作。此系統(tǒng)的第一層顯示各章內容,第二層顯示各節(jié)內容,第三層實現各小節(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了頁面之間的跳轉。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)主體結構框圖

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本地數據庫,應用程序訪問數據庫通過設置ODBC來實現。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中自動配置數據源后,便可在程序代碼中連接數據庫并對數據庫進行查看、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;輸入部分負責數據的存取;而模擬部分則根據輸入參數模擬實驗過程,并通過輸出部分繪出波形曲線,同時輸出和顯示實驗結果。為便于使用者靈活地調整和觀察曲線。該系統(tǒng)提供了許多快捷工具鍵和電路參數控制對話框。當實驗電路的元器件參數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,還可以根據實驗描述窗,了解實驗目的、內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構,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函數實現各按鈕間的跳轉。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象,從而可以在有限的實驗教學時間內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)了與其配套的網絡版教學課件,該課件采用表格結構,網頁頂部含網頁主題的圖片、章節(jié)的導航欄和思考題答案鏈接,用戶可以方便地跳轉到各大章節(jié)及查看各章的思考答案。而各章節(jié)內部頁面的瀏覽則可通過左邊浮動導航欄實現。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)分各個網孔電流,如圖2所示。首先設三個網孔電流分別為 Im1、Im2、Im3,當點擊網孔1的文字時,隨著電路圖紅色箭頭 Im1電流的顯示,方程左邊顯示出網孔1上的所有電阻之和乘以本網孔電流Im1,接著電路中顯示黃色箭頭Im2,與此同時方程左邊繼續(xù)顯示網孔1與網孔2的公有電阻R3乘以 Im2,然后再隨著藍色箭頭 Im3出現,方程左邊顯示網孔1與網孔3的公有電阻 R1乘以 Im3,最后在方程右邊顯示網孔1上的所有電壓源電位升的代數和。其它網孔方程的建立同上,其網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發(fā)生改變時,電路的充放電時間常數將隨之發(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,當電路參數或結構發(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容,則借助教學軟件采用動畫的形式展現,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,豐富教學內容。

此外,由于學時所限,一些自學內容及課堂上尚未完全消化理解的內容,可利用網上教學課件繼續(xù)學習,這種自主學習的網絡教學方式,更能充分體現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,可采用英文版網上教學課件進行課前預習、課后復習。另外網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).