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 621000）

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

大學(xué)物理；CAI課件；封閉；寫作系統(tǒng)；理論物理

1 CAI教學(xué)及CAI軟件開發(fā)中的問題

1.1 封閉式的課件開發(fā)

目前，大學(xué)物理CAI課件的開發(fā)總的來說是封閉式的［1］。開發(fā)者各自根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗，進(jìn)行課件的腳本設(shè)計，完成程序創(chuàng)作，個人與個人之間，團隊與團隊之間，學(xué)校與學(xué)校之間很少有接觸和溝通，形成了封閉式的開發(fā)局面。

這種封閉式的開發(fā)帶來的弊端是：由于課件開發(fā)人員僅局限于一個人或少數(shù)的幾個人，課題被封閉在某個或幾個小圈子里，人力物力受到了很大的限制，課件只能挑選一些重點和難點課題來制作，課件交付使用后，也沒有有效的課件升級和維護(hù)手段，是一種短期的行為，不能從長遠(yuǎn)和系統(tǒng)的角度來進(jìn)行開發(fā)。對課件成果也進(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)物理課件的開發(fā)帶來了很多問題：

（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)，用戶如要真的在教學(xué)中使用計算機輔助教學(xué)，常要為一堂課購買多個課件，但這些課件并不是在統(tǒng)一的平臺下開發(fā)的，運行環(huán)境、操作方式各不相同，難以整合在一起，給教學(xué)帶來了很大的困難。并且，購買的課件往往又是封裝好的應(yīng)用程序，程序代碼［2］也沒有公開，也就是沒有繼續(xù)開發(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，組織力量自己開發(fā)。但由于各學(xué)校的技術(shù)力量、經(jīng)費投入、和開發(fā)起點的不同，造成了大家在低層次上的不斷重復(fù)。

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

（3）教學(xué)資源浪費。封閉式的開發(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，課件開發(fā)散兵游勇，造成了教學(xué)資源的很大浪費。又特別是對于知識體系嚴(yán)謹(jǐn)，教學(xué)容量巨大，需要系統(tǒng)地開發(fā)的大學(xué)物理課件，問題則更為突出。

（4）成果不能積累，沒有可持續(xù)發(fā)展的潛力。從計算機軟件工程的角度來看，課件的開發(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，可擴展的。但長期以來這個問題沒有得到足夠的重視，使得課件的創(chuàng)作成果不能積累，項目沒有可持續(xù)發(fā)展的潛力，當(dāng)有新的要求時，又不得不全部從零點開始

1.2 大學(xué)物理CAI的理論研究不足

CAI無疑能給大學(xué)物理教學(xué)帶來益處，但并不是將CAI簡單地搬進(jìn)課堂就能取得滿意的效果。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，課程的知識結(jié)構(gòu)，教學(xué)策略或建構(gòu)過程的設(shè)計，學(xué)生的心理模型的設(shè)計等都有獨到之處。在大學(xué)物理CAI中應(yīng)如何進(jìn)行實驗教學(xué)，概念教學(xué)，理論教學(xué)，解決問題教學(xué)等都有其獨特的規(guī)律，這些都值得認(rèn)真的研究。但遺憾的是，到目前為止還沒有大學(xué)物理CAI理論的系統(tǒng)研究。

1.3 物理CAI沒有自己的寫作系統(tǒng)

不少學(xué)科已經(jīng)有了自己的專門課件制作系統(tǒng)軟件。如數(shù)學(xué)的Mathematica，“幾何畫板”等?；瘜W(xué)的Hypen，Kemwind等。這些學(xué)科專用制作系統(tǒng)為本學(xué)科課件制作帶來了很大的方便。但迄今為止，物理學(xué)科還沒有一種自己的專門制作系統(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)往往無法滿足物理學(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)等幾個大不相同的部分。另外還有實驗物理學(xué)、理論物理學(xué)以及近代物理學(xué)的各分支，每個門類都有其自身的特點，但它們又都有物理學(xué)共同的一些特點。如能開發(fā)出物理學(xué)科專門的寫作系統(tǒng)，將會給物理課件的編制提供極大的方便。

1.4 理論物理CAI的開發(fā)不夠

縱觀現(xiàn)行大學(xué)物理CAI的開發(fā)，普通物理學(xué)部分開發(fā)得較多，而理論物理（如理論力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)等）則相對較少。這也許是普通物理學(xué)部分的知識體系是基礎(chǔ)知識，相應(yīng)的CAI開發(fā)起來要容易一些，而理論物理的知識體系相對地要深入一些，相應(yīng)的CAI開發(fā)起來要困難一些。但正因為理論物理部分的知識體系更為抽象，更為難教難學(xué)，就更有必要加強理論物理CAI的開發(fā)。

2 改進(jìn)措施

2.1 大力倡導(dǎo)開放式的課件開發(fā)［3］

開放是指在大學(xué)物理課件開發(fā)過程中，應(yīng)遵循統(tǒng)一的規(guī)范，協(xié)同開發(fā)、代碼公開成果共享。鼓勵有識之士加入開發(fā)隊伍，共同開發(fā)、共同享有。

（1）開放課題，所有用戶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)展等方面全面開放。用戶可以根據(jù)自己的經(jīng)驗、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發(fā)之中。既可以只提出一個想法或只寫一個腳本讓他人去編寫程序，也可以申請一個腳本來編程創(chuàng)作，甚至可以負(fù)責(zé)某個部分的長期開發(fā)和維護(hù)。

（2）開放程序代碼。用戶可以自由獲取程序代碼，并在其基礎(chǔ)上自由開發(fā)。要強調(diào)的是，真正意義上的程序代碼開放，除了將源程序公開外，更重要的是程序必須要有可讀性，可維護(hù)性和可擴展性。這就意味著程序開發(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。向用戶提供課件開發(fā)技術(shù)規(guī)范和開發(fā)工具，以此為所有開發(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)同開發(fā)。在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布網(wǎng)絡(luò)教材的同時，也在網(wǎng)上向用戶公開程序代碼，技術(shù)規(guī)范，開發(fā)工具和待開發(fā)項目等。用戶可通過電子郵件，QQ群等申請開發(fā)項目，或提出新的研究課題，加入開發(fā)隊伍。

開發(fā)活動大部分在互聯(lián)網(wǎng)上公開進(jìn)行，開發(fā)隊伍在網(wǎng)上招募，成果和項目及時在網(wǎng)上發(fā)布，不受時間、空間（地域）的限制，使所有有志于開發(fā)的人員都加入到這一活動中來。

對于那些信息量大，知識體系較復(fù)雜的課件，它的創(chuàng)作是一個長期的過程，不可能一蹴而就，通過開放式開發(fā)，可以將教學(xué)一線的教師聯(lián)合起來，相互交流，相互促進(jìn)，相互協(xié)作，建立一只長期穩(wěn)定的開發(fā)隊伍。在課件創(chuàng)作過程中群策群力，使課件集眾家之長，具有更強的生命力。

2.2 加強大學(xué)物理CAI的理論研究

對大學(xué)物理CAI開發(fā)及教學(xué)過程中所涉及到的理論問題進(jìn)行系統(tǒng)的研究。開發(fā)過程中，大學(xué)物理的知識結(jié)構(gòu)，力、熱、電、光、原各自的知識特點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、物理過程等，在開發(fā)過程中，怎樣將這些問題體現(xiàn)出來，這些都應(yīng)該進(jìn)行深入、系統(tǒng)地研究。在教學(xué)過程中，怎樣將物理學(xué)科的知識特點、計算機輔助教學(xué)的教學(xué)方式、大學(xué)生對物理知識的認(rèn)知特點等結(jié)合起來，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自己的寫作系統(tǒng)

特別是常用的物理圖像、表格、符號，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，使用時就可以直接調(diào)用，這樣就可為物理CAI的開發(fā)帶來很大的方便。

2.4 加強理論物理CAI的開發(fā)

專門制作理論物理（理論力學(xué)、電動力學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)等）的CAI課件，為抽像、深奧、難懂、難教、難學(xué)的理論物理的教學(xué)帶來方便。

3 結(jié)束語

總之，在大學(xué)物理CAI的教學(xué)與軟件開發(fā)中，應(yīng)提倡開放式的《大學(xué)物理》CAI課件的開發(fā)，加大理論物理部分的開發(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自己的寫作系統(tǒng)。

［1］胡林.開放式開發(fā)物理類遠(yuǎn)程教育網(wǎng)絡(luò)教材［J］.大學(xué)物理，2000（6）：37－38.

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

［3］胡林.開放式開發(fā)物理類遠(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)物理實驗，2007（1）：8－11.

［5］龔玲平，陳素芳.遠(yuǎn)程實踐教學(xué)模式的構(gòu)建與實現(xiàn)［J］.實驗科學(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］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2006，4（1）：87－88.

［7］戴存禮.大學(xué)物理實驗開放式教學(xué)的實現(xiàn)［J］.大學(xué)物理實驗，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，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，2006（1）：46－48.

［10］鄧先金，陳瑜.物理學(xué)中的模型研究［J］.實驗科學(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，高級實驗師，研究方向：物理學(xué)。