《模擬電子技術》ＣＡＩ課件的研制與開發

【摘要】本文介紹了《模擬電子技術》CAI系統的研制與開發工作。系統包括四大模塊：課堂學習模塊、習題測試模塊、課間小憩模塊和答疑反饋模塊。課件的總體框架、模塊與目錄導航以及Web頁面設計采用Dreamweaver網頁工具開發實現；課件提供的成果生動表達了模擬電子技術的教學內容，為實現教學手段現代化做了有益的嘗試。

【關鍵詞】《模擬電子技術》CAI，課件，多媒體，網絡教學

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097（2007）05—0078—08

高職教育《模擬電子技術》課程是電子、電氣、信息類專業的一門重要技術基礎課程，涉及的專業和學生人數眾多，在整個專業教學過程中有十分重要的地位。但因該課程內容多、概念強，并引入了工程分析的觀點，教學時需要畫大量的電路圖、波形圖，而且內容也比較抽象，給初學者帶來很大困難，教學費時費力，學生接受效率低。所以改革該課程的教學方法和手段，提高技術應用能力，受益面廣，示范作用強，其重要意義不言而喻。

在計算機硬件已經成熟的今天，現代教育技術進入課堂最大的障礙是多媒體軟件的制作水平是否符合課堂的實際情況，是否符合教師的教學心理和學生的認知規律。如何組織力量，本著求實的態度，遵循系統的方法，研制出更多科學性、教育性、藝術性、技術性兼備并突出高職教育特色的優質CAI課件，是擺在我們面前的一個重要課題。

一、本CAI系統的分析與定位

1. 目標任務分析

本系統的任務是以高職教育《模擬電子技術》教材為藍本，結合任課教師的教學經驗和研究成果，在分析課程重點、難點和知識點提煉基礎上，合理組織教學信息，選用恰當的系統集成工具和媒體制作工具完成CAI課件系統的設計與制作工作，使系統的總體結構和教學信息組織形式更加合理，同時在交互性和導航設計上提升到一個新的高度，在多媒體素材創作上做出一定的貢獻。

2. 課程特點分析

模擬電子技術是研究各種電子器件、電子電路及其在各領域中的應用技術。近年來發展迅猛，分支龐雜，如無線電通信、工業自動控制、電子儀器儀表、微型計算機、家用電器等，成為現代科學技術的一個重要組成部分，本課程也已成為電子電氣類等專業學生的必修課之一。

多年來對本課的教學實踐表明，當講解諸如PN結的形成及單向導電性、晶體管內部載流子運動過程及電流分配關系、放大電路中各電量瞬時變化的波形等這些較為抽象教學內容時，雖然也借助了投影、電教片等教學手段，但教學效果并不理想。同時也是概念多，公式推導、計算紛繁復雜，并引入了工程分析的觀點，內容跨度極廣的學科。其特點可以概括如下：

(1) 內容多，跨度大，涉及領域廣泛，要求同時使用多種媒體來表達。

(2) 內容大都比較抽象，概念性強、半導體器件及電路的非線性等，口述難以表達。

(3) 插圖、數表和公式多，推理計算復雜，板書困難。

(4) 教學時要畫大量的電路圖、波形圖，使教師沒有充足的時間進行教學演練和表達。

(5) 工程性（即近似性）和實踐性都很強。

3. 教學對象分析

對教學對象進行分析，目的是為了解學習者的學習情況及學習風格，為教學內容的選擇和組織、學習目標的編寫、教學活動的設計、教學方法和模式的選擇與運用等提供依據。

(1) 起點能力分析。所謂起點能力是指學習者已經具備的有關知識與技能的基礎，以及對有關學習的認知水平和態度。由于課程的現代性特征、內容新穎實用的特點以及大二學生已經具備了一定的專業基礎這樣一個事實，不難得出他們對學習本課程的欲望和興趣是很強烈的，所以，教學對象對本課程的態度是積極配合的，關鍵是能否設計出一個優秀的課件來滿足他們強烈地學習要求。

(2) 一般特點分析。一般特點是指學習者的心理和社會特點，包括年齡、認識成熟度、學習動機、個人對學習的期望、生活經驗、文化背景等。作為大二學生，其認知水平已經從具體認知過渡到了抽象認知，具備了一定的抽象思維能力，隨著年齡的增長，已經開始籌劃自己的前程，因此他們的學習目的明確，動機強烈。所以在面向他們的課件設計中要盡量避免故弄玄虛，華而不實，而盡力做到樸實實用的風格。

4. 教學模式和課件類型的選擇與確定

根據教學目的和教學形式的不同，CAI的教學模式主要分為以下幾種類型：

⑴ 講解演示型；⑵ 個別指導型；⑶ 操作與練習型；⑷ 教學模擬型；⑸ 虛擬現實型；⑹ 合作學習型。根據本課程的內容特點，所具備的技術條件，硬件、軟件環境，人力物力資源等方面因素，切實可行的教學模式應該是講解演示型。當然，無論哪一種形式，都很少作為一個獨立的CAI課件存在，往往運用多種形式，只不過以某一種形式為主。

以教學信息的產生、提示方法的不同作為出發點，根據課件的制作特點、制作水平和采用的技術的不同，CAI課件可分為: ⑴框面型；⑵自動生成型；⑶數據型；⑷人工智能型等四種類型。由上面的分析不難看出，本課件最適宜的形式是框面型。

5. 系統開發工具的分析與選擇

CAI系統不同于一般的系統，因多媒體的介入，使它的開發工具本身就不是單一的，包含媒體集成工具和媒體制作工具兩類。前者用來進行系統集成，而后者用作素材準備。

從目前多媒體技術領域看，多媒體應用程序的開發一般采取兩個途徑：一是利用高級程序設計語言，如VisualBasic、VisualC++、Delphi等；二是利用多媒體著作工具，如Authorware、ToolBook、Director、Dreamweaver軟件等。

上述兩種方法各有利弊，利用程序設計語言要編寫大量的語言代碼、開發周期長、程序調試比較艱難。多媒體著作工具則具有開發周期短、操作使用比較簡單的特性，但靈活性稍差。多媒體著作工具無須編程開發多媒體應用程序的長處，恰又是它的短處，其工具開發商們已注意到這一點，為使著作工具勝任更多的多媒體應用程序開發任務，增強其靈活性，將語言編程與多媒體著作工具結合在一起，如Authorware、Director、Dreamweaver等都具有這樣的功能。經反復比較，決定選用Dreamweaver作為實現本CAI系統的基本開發工具(也即集成平臺)。

二、本CAI系統的設計

從多媒體CAI課件的表現形式上看，通常由以下幾個主要組成部分：⑴封面、導言；⑵ 知識內容；⑶ 練習部分；⑷ 跳轉關系；⑸ 導航策略；⑹ 交互界面等。

1. 系統總體結構設計

本系統的總體結構如圖1所示。共分為四大模塊：課堂學習、習題測試、課間小憩和答疑反饋。其中課堂學習、習題測試和答疑反饋是一個完整的CAI系統所必需的。課堂學習模塊是本系統最主要的模塊，也是本系統的主體內容，主要用它完成教學功能。習題測試模塊是用來評估課堂學習的效果，也是一個完整的CAI系統不可少的部分。課間小憩模塊僅為欣賞娛樂部分，其目的是將學生帶入歌聲動聽的休閑空間，用以調節教學氣氛，提高學習效率。答疑反饋模塊，是為教師和學生提供一個交流窗口，讓學生在這里自由地發表討論問題，把不懂的問題在這里留下，等待教師的回復，從而解決疑難。

本課件總體框架、目錄導航結構及Web頁面設計采用Dreamweaver工具開發實現。各種多媒體素材以插件形式插入Web頁面，并配以相應的激活熱區或驅動程序；Web頁面以HTML格式，按其在總體框架中所在章節層次存入相應的文件夾，將其章節目文件名超級鏈接到課件數據庫中，各熱鍵間、文件間、頁面間的切換用超文本技術實現。

2. 系統教學過程設計

教學過程設計是CAI課件設計的核心環節。它包含教學順序、教學環節、教學方法設計等方面，其實質是解決好如何實施“教”和如何引導“學”的問題。因此，根據教學內容的特點和教學對象的具體情況，在精心設計內容結構的基礎上，合理確定教學展開的順序和教學活動的環節，明確教學方法，充分發揮多媒體CAI的教學特長，提高教學效率。

⑴教學順序的安排。教學順序的基本類型有縱向發展式、橫向展開式和層次分解式等幾種。

縱向發展式：可使各種教學內容按照時間順序或邏輯順序進行排列，使之有一條明確的主線。這種順序與事物本身的發展規律一致，段落層次清楚，便于視聽元素的組合。橫向展開式：即平行的教學順序，適用于表現那些內容相對獨立，可以分類、分塊的教學內容。層次分解式：便于表達那些需要由淺入深地認識客觀規律的教學內容。各部分教學內容的關系，不是時間上前后發展的順序，而是一個由表及里、由因到果、由淺入深的關系。

基于《模擬電子技術》課程內容組織上的特點：章與章之間的內容相對獨立，而每章的內容卻有自身嚴密的邏輯組織關系，又考慮到學習者能夠自己調整學習順序的需要，以及本課件系統以助教為主的定位基調，故本系統的教學過程設計是以教為主的順序，主要以教學內容的內在聯系和知識層次關系為依據，整體教學內容以橫向展開式安排，而每章的教學內容則以縱向發展式來安排，兩種相結合，力求達到使教學順序的安排既符合知識本身的邏輯結構，又能滿足學習者不同學習順序要求的目的。

⑵教學環節的設計。應用多媒體CAI教學與常規的課堂教學在教學環節上應是一致的。在課件設計過程中，應遵循教學的基本原則和一般規律，參考常規教學經驗，設計好課件的教學環節。典型教學過程由以下幾個環節組成：①闡明教學目標；②呈現教學內容；③剖析重點難點；④滲透學法指導；⑤合理設置反饋；⑥適時歸納總結。

本系統的教學環節按照上述要求設計：開始進入章節的學習，首先呈現給學習者的是可以相互切換的教學內容和系統導航指引；對章、節、目（即小節）所列出的知識點均是該單元的重點和難點，均進行深入剖析；一段理論分析后，一般有一個實例計算題。本課件的章、節、目結構如圖2所示。

3. 系統教學信息組織形式的設計

系統的總體結構設計只是從大局上劃分了功能模塊，并沒有觸及本系統最核心的部分：教學信息的組織形式。所以，本系統的結構設計有必要進一步細化到每一章的具體結構及流程。

本課件的教學信息組織形式在大框架上依照教材的組織形式，即按章、節、小節來組織。超文本技術及超文本網絡結構思想的引入，使其從本質上與傳統教材有很大不同。各章節之間可以自由靈活的鏈接和跳轉。

《模擬電子技術》是一門內容龐雜的學科，為了使用戶總攬整個學習內容，自由靈活地選擇學習內容，針對課程特點及知識結構和性質，本系統的教學信息組織形式采用網狀結構。該結構的優點是能靈活實現章、節、小節及頁面之間的自由跳轉，缺點是跳轉關系復雜，制作難度大。從橫向看，章與章之間可以進行直接鏈接，而不管當前所處的位置是節、小節還是頁面；從具體的某一頁面角度出發，不僅可以直接跳轉到本章的各節和本節的各小節，進行本章內容的全面快速學習和瀏覽；而且可以直接進行章與章之間的跳轉，進行不同章節的內容學習和瀏覽。網狀結構如圖3所示。

4. 系統導航設計

多媒體教學軟件的屏幕顯示結構與印刷媒體不同，為了使學習者知曉系統的整體內容，明了自己在系統內容中的位置，不致迷失方向，只有依靠系統導航來實現。本系統設計了兩種導航管理模式：模塊內容導航和課堂學習模塊內目錄導航。

⑴模塊內容導航。實現本系統的四大模塊：課堂學習、習題測試、課間小憩、答疑反饋間的自由跳轉。如圖4所示。

⑵課堂學習模塊內目錄導航。采取了類似于資源管理器的導航管理模式對教學內容進行全面的導航和管理，稱為導航鏈。如圖5所示。

導航鏈類似于一個整體內容的結構圖，在結構圖上的每一項內容都是可以鏈接的。圖5是本系統的一個典型的界面設計模式，其中頂部就是常駐的模塊內容導航和狀態顯示區域，界面左側就是常駐的導航鏈，界面右側的矩形框就是真正的教學內容展示區。

導航鏈的鏈接過程：當點擊進入某一章時，在左側區域首先可以看到打開的節目錄，當學習者想對某一節進行學習并點擊選中后，即打開小節目錄，同樣，當學習者選中某一小節后，本小節的內容就會立即出現在展示區。在導航鏈進行鏈接的同時，展示區內容也將隨著學習者的選擇而同步變化。

為了配合導航任務，本系統還在內容展示區的最上部設置了一個狀態條。該狀態條顯示當前的章、節、小節名，使學習者更加清楚自己所處的位置，從而實現了更好的導航和指示，使學習者更加輕松自如地控制學習流程。不僅使學習者能夠清楚地把握自己所處的位置，能夠自由地進行鏈接跳轉，提高學習者的學習興趣，而且可以清晰的表示出知識的整體結構，有利于學習者對知識進行整體把握。

5. 系統界面設計

界面是人和計算機進行信息交換的通道。學習者通過界面向計算機輸入信息進行詢問、操縱和控制，計算機通過界面向用戶提供信息以供閱讀、分析、判斷。

⑴窗口的設計。窗口設計有兩個原則，一是在數量上不宜太多，否則屏幕過于復雜也就失去了區分的意義；二是窗口大小要合適，內容過多時要考慮采用滾動條。遵照該原則，把屏幕分為兩個基本區域，如圖5所示。左邊的固定區域既利于導航，又可顯示當前所處的位置，同時也可使右側的內容展示窗口大小合適，不至于出現滿屏都是學習內容的枯燥局面。課件封面和主頁面的設計效果如圖6、圖7所示。

⑵聲音的設計。聲音主要包含語音、音樂和音效三種類型，本系統在聲音設計中把重點放在音效的設計上。音效的功能主要是提起注意和提供反饋。比如：在翻頁時，采用的是翻書聲，在由節目錄打開小節目錄時，采用的是快門聲，返回時使用的又是清脆悅耳的叮當聲。這樣，只要聽到了相應的音效，實際上也就明確的告訴了用戶該交互已經被激活，不至于使用戶陷入莫名的等待中。

⑶文字、圖形、圖像的設計。①文字、畫面內容簡潔、突出重點；內容簡明扼要，以提綱式和結論性為主。有些實在舍不去的內容，如名詞解釋、數據資料、圖表等，可采用熱字、熱區形式提供，閱讀完后自行消失。②采用合適的字體與字號。字體要醒目，一般采用宋體、黑體和隸書。對于關鍵性的標題、結論、總結等，用不同的字體、字號、字形和顏色加以區別。字號一般選擇“28號”及“28號”以上的；電路圖的線段粗細選擇“2.25磅”及“2.25磅”以上的，既能看清楚，又便于學生記筆記。③文字和背景的顏色搭配。文字和背景顏色搭配一是要醒目易讀，二是長時間觀看不疲勞。文字顏色以亮色為主，背景顏色以暗色為主。以下列出幾種具有較好視覺效果的顏色搭配方案。

文字顏色／背景顏色：白色／藍色；白色／黑色；白色／綠色；白色／紅色；黃色／藍色；黃色／黑色；黃色／紅色等。課件教學頁面設計效果如圖8所示。

⑷ 圖形、圖像格式處理。對于圖像文件，采用壓縮比大文件格式，如JPEG格式，并把顏色數量減少到256色或16色，對于圖形文件，用Photoshop處理為透明的GIF89a格式，該格式的文件不僅尺寸小很小，而且可以指定某種顏色為透明色，非常適合在網頁中使用；或者直接用“Save for Web”保存為適合于網頁使用圖形圖像格式。

⑸ 圖的內容要便于觀察。圖形圖像等畫面設計盡可能大些，圖的主要內容處在屏幕的視覺中心，便于學生觀察。電路圖、波形圖的處理，用不同形式分層展開，并用不同的色彩區分各個部分。

⑹ 對于動畫和視頻圖像，具有重復演示功能。學生可能一次沒看清，設計了重復播放按鈕，教師可以根據教學實際，重復播放。

6. 系統腳本設計

腳本設計是將課件的教學內容、教學策略具體化，即研究課件每一屏的呈現信息、畫面設計、交互方式以及學習過程的控制。它是教學目標實現的手段和方法，是在教學內容、教學策略、教學模式、媒體選擇等已確定的基礎上進行的。通常分兩步進行，第一步是文字腳本，第二步為制作腳本。

文字腳本由有經驗的教師編寫，它是課件制作的基本藍圖，是課件制作的第一步。其基本要求是：主題明確、素材精確、形象直觀、層次清楚。文字稿本一般情況下以卡片為單位進行編寫，卡片分為兩類：

一類是課件知識層次結構表，表征課件中各知識單元、知識點的層次類屬關系，實際使用時參考表1形式填寫。這種分層方法類似于教科書中“篇、章、節、小節...”的目錄結構。這里的“篇、章”屬于知識單元的范疇，用U（unit）表示；“節、小節”是屬于該知識單元之下的一類知識點的綜合，用S(Section)表示；“頁”是屬于該“節”之下的一類知識點或一個單元的知識點，用p(Page)表示。如：“電子流與空穴流P222”在課件中的惟一標識是U1S1P2P22P222，即在文字稿本卡中的頁編號。

另一類是課件教學設計稿本卡，它詳細描述了各知識單元之間、知識單元內部各知識點內容及其之間的邏輯關系和控制方式。實際使用時參考表2所示的CAI課件教學設計稿本卡的形式填寫。表中內容略。

制作腳本由熟悉課件開發的人員進行創作，是課件制作的技術施工圖。要使課件設計中出現的每一個畫面，每一個素材，每一個問題，每一次出現的時間盡可能做到有根有據，符合學習理論、教學規律、視聽原則、操作方法。使用時參考表3所示的制作腳本卡形式填寫。表中內容略。

三、課件系統的集成過程

從本質上說，Dreamweaver是一個網頁制作軟件，與其說用它來制作課件，不如說把課件當成站點。因此制作課件的過程實質上就是建立教學站點的過程，這就要求課件的全部內容都要采用HTML格式的文件，并且提前制作好了網頁所需要的各種素材。

設計制作的“習題測試”、“課間小憩”和“答疑反饋”等模塊的主網頁，如圖9、10、11所示。

四、課件的主要特色

（1）教學設計。本課程內容組織上的特點：章與章之間的內容相對獨立，而每章的內容卻有自身嚴密的邏輯關系，考慮到學習者能夠自己調整學習順序的需要，以及本課件系統以助教為主的定位基調，故主要以教學內容的內在聯系和知識層次關系為依據，整體教學內容以橫向展開式安排，而每章的教學內容則以縱向發展式來安排，兩種相結合，力求達到使教學順序的安排既符合知識本身的邏輯結構，又能滿足學習者不同學習順序要求的目的。

（2）信息組織形式。本課件的教學信息組織形式在大框架上依照教材的組織形式，即按章、節、小節來組織。超文本技術及超文本網絡結構思想的引入，使各章節之間可以自由靈活的鏈接和跳轉。系統導航清晰，教學信息組織合理，既符合學習者的心理，也符合教師的習慣。

（3）系統集成。本課件總體框架、模塊與目錄導航以及Web頁面設計采用Dreamweaver網頁工具開發實現；在知識點提煉基礎上，對本課程中的重點和難點作了較詳細的分析，針對其中較抽象的內容配以動畫演示和大量實物圖片，使教學內容生動化和形象化。

五、課件的使用效果

本課件是我院教育部立項的國家級教改專業“工業電氣自動化技術”高職高專試點項目的研究成果之一。是在教學改革與實踐基礎上，結合多年教學、科研和生產實踐經驗設計制作而成的，是教改教材《模擬電子技術》課程的配套多媒體CAI教材，它集中了研制教師多年的實踐教學心得，也體現了我院三年來教改試點課程教學改革的成果。

本課件開發完成后，經過了兩年多時間、18個教學班級的實際使用，邊實踐、邊修改完善，教學效果良好，深受廣大師生好評，也贏得了外校同行和有關評審專家的肯定。2003年9月，榮獲陜西省現代教育技術成果獎；2004年11月，榮獲陜西高校青年教師多媒體教學課件競賽“優秀課件” 獎；2005年12月，榮獲首屆陜西省職業技術教育科研成果獎。

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