多媒體課件制作和教學的探索

王心芬

（江蘇科技大學數理學院，江蘇 鎮江 212003）

多媒體課件制作和教學的探索

王心芬

（江蘇科技大學數理學院，江蘇 鎮江 212003）

結合電動力學課程教學實踐，指出開發研制多媒體課件的思路和方法，認為多媒體課件質量的優劣關鍵取決于課件的教學設計。探討了教師應充分發揮多媒體課件的優勢，更新教學模式，逐步實現培養學生能力，提高課程教學質量的目的。

多媒體課件；電動力學；教學探索

在21世紀多媒體和數字技術正逐步深入應用到課堂教學的大趨勢下，如何利用信息工具，深化對高校理工類專業基礎理論課程的教學改革，才能較顯著地提高課堂教學質量，培養學生的能力，是高校教師值得深入探討與實踐的問題。

電動力學是高校理論物理、應用物理及相關專業的一門重要的理論基礎課，它對于這些專業后續課程的學習以及從事相關科研都具有重要意義。由于這門課程本身的特點，較艱澀難懂，數學基礎要求較高，學時有限等原因，影響了學生的學習興趣和這門課教學質量的提高。近年來我們遵循“主導——主體相結合”的教育思想，[1]以開發研制優質的電動力學多媒體課件為起點，探索課程教學由較單一的傳授式教學模式向探究式學習教學模式轉變，在實踐中收到良好的效果。

1 開發研制多媒體課件

眾所周知，在課堂教學中恰當使用多媒體輔助教學，有著其他教學手段不可比擬的優勢。[2]那么開發和制作優質的多媒體課件就成為首要問題。多媒體教學課件可理解為根據教學目標設置的，表現特定教學內容和反映一定教學策略的計算機教學軟件。優質的多媒體教學課件應能達到，通過輔助教師的“教”或促進學生自主地“學”來突破課堂教學中的重點和難點，起到提高課堂教學質量與效率的作用。

在電動力學多媒體課件的開發制作過程中，我們根據該課程教材體系和教學目標，充分調動課題組教師的聰明才智，將課程內容以文字、圖形圖像和動畫視頻等多種媒體元素在時間和空間兩方面進行集成，在優化整合課題組教師的教學思想和經驗方法的基礎上，將這些媒體元素融為一體并賦予它們以良好的交互特性。

1.1 課件的內容編寫

心理學家布魯納認為：不論我們選教什么學科，務必使學生理解該學科的基本結構。因此多媒體課件的開發除了要保證內容的科學正確，符號、圖表和公式的規范等基本要求以外，首先要對課件內容從整體上把握，強調課程的“范式”。[3]

電動力學內容大體上分為電磁場的普遍規律、靜電場和靜磁場、電磁波的傳播、電磁波的輻射、狹義相對論和帶電粒子與電磁場相互作用六大模塊，它們構成電動力學的整個理論體系，麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式是整個體系的理論基礎，這就是電動力學課程結構的“范式”。因此在課件中每個模塊的內容設計上，要以麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式為出發點，把各模塊內容放在這個理論框架的大背景中，展現每個模塊的重點內容，突破每個模塊難點內容，強調各模塊之間的橫向和縱向聯系。

例如，靜電場和靜磁場這個模塊，是通過引入標勢和矢勢，將求解靜電和靜磁問題的麥克斯韋方程組轉化為求解標勢和矢勢滿足的泊松方程的邊值問題；電磁波的傳播這個模塊是將麥克斯韋方程組化為波動方程來討論電磁波在無界和有界空間中的傳播，并利用邊值關系來討論電磁波在介質界面上的反射和折射。這兩個模塊都是以麥克斯韋場方程組為出發點，分別將其轉化為泊松方程和波動方程來求解，這是縱向聯系；而兩者又是在有不同介質存在時的邊值問題，這是橫向聯系。課件的編寫上要把這種各模塊之間的橫向和縱向聯系體現出來，引導學生建立界面上的電荷電流影響界面兩邊的電磁場的物理圖像，幫助學生理解邊值關系和邊界條件在定解問題中的重要性，從而掌握邊值問題這個難點內容。而對于教材中增加的現代化和應用熱點內容的處理，如光子晶體、光學空間孤子、高速運動帶電粒子的輻射和原子光陷阱等則獨立編成一章，為課件在內容學習的取舍上提供良好的交互控制。

1.2 課件的教學設計

多媒體課件質量的優劣關鍵取決于課件的教學設計。近年來在“主導——主體相結合”的教育思想指導下，比較盛行優勢互補的“學教并重”教學設計。體現在多媒體課件教學設計上，即根據每章節的具體教學內容和特點，確定教學目標，分析學生認知現狀，選擇適當的教學策略，使多媒體課件能起到創設情境、突破重難點、輔助教師的“教”和促進學生的“學”的作用。

具體到電動力學多媒體課件的結構設計上，每一章設計了章首即第零節內容，用簡明的語言介紹本章知識框架、基本要求、重難點內容和相聯系的實際應用問題。在每一節的節首也設計了首張幻燈片，用不同方法來創設情境引入課題。多媒體課件章首和節首的設計，有利于學生在課堂上理解掌握課程骨架，更快地適應較大信息量的多媒體教學模式，起到導學的作用。特別是用不同方法來創設情境引入課題，則可激發學生的學習興趣。例如，光子晶體節首幻燈片中除了上方一段導學的文字內容以外，還通過鏈接了一段光子晶體和左手材料講座的視頻錄像來引入課題，左下角資料夾形狀的圖標便是鏈接按鈕，見圖1。

圖1 光子晶體首張幻燈片設計

圖2 課件補充教材中省略的推導步驟

電動力學多媒體課件按節獨立編寫，每節基本上是一堂課的教學內容，包括一到兩個知識點，稱為堂件，堂件的教學設計要充分考慮到教師課堂教學中教學策略的選擇。教師依據課型結構特點，要選擇適合的教學媒體和教學方法，這些都是以堂件的教學設計為基礎的。聲音、動畫、視頻和板書等教學媒體；講授式、討論式或滲透式等教學方法，是要通過堂件精心的教學設計來逐步展現的，要符合學生的認知規律。

在多媒體堂件的教學設計中，師生隨堂互動的思考討論題不可忽視。一方面這些題目的編寫在教學設計中能體現課件制作教師一定的創意，需要教師在研讀教材或參考一些課外資料的基礎上自行編寫，也可將學生歷年來提出的一些共性問題進行總結編出一些思考討論題等。另一方面，這些題目也是促進學生自主學習的客觀前提。

1.3 課件的媒體呈現

多煤體課件能綜合處理文字、圖形、圖像、視頻、動畫和聲音等多種教學信息，教學內容的組織可采用超文本鏈接結構。在課件的媒體呈現上，應該盡可能具有豐富的表現力，這樣才可以使原本比較抽象的教學活動充滿一些魅力，真正發揮多媒體教學的優勢。

結合電動力學課程理論性強且有大量的公式推導等學科特點，恰當地利用多媒體的圖、文、聲、像特性，通過情境創設幫助學生形成認知沖突——使學生意識到自己對某個問題或某種事物的認識或了解存在缺陷，而這個問題或事物具有獨特的意義或某種重要性，從而激發起學生想要去了解或學習的強烈欲望。例如，狹義相對論一章是電動力學課的難點，課件中通過插播幾段精心設計的錄像來創設情境，引導學生發揮想象，幫助學生認識到電動力學只有在新的時空觀基礎上才能發展成為完整的、適用與任何慣性參考系的理論。從而激發學生主動學習相對論時空理論的愿望，掌握麥克斯韋方程組的四維協變形式。

我們認為開放性的優質多媒體課件的媒體呈現應具備以下特點：課件的界面設計要布局合理、圖文并茂；課件中的圖形圖像的處理要科學規范、形象生動；課件中動畫的制作要按教學要求適度添加，恰到好處地展示課程內容；課件的導航設計要策略化，保證有一定的按鈕和詳細的鏈接。在導航按鈕的設計上還要特別注重相鄰堂件幻燈片之間的過渡和銜接，盡量克服多媒體課件授課翻頁過快的缺點，按鈕設計方便重難點內容的回放，保證學生實際獲取的信息量與授課信息量基本同步。

2 電動力學多媒體教學探索

教學軟件和資源要通過教師的運用來發揮作用，將制作成功的優質教學課件引入電動力學課堂教學后，我們如何利用多媒體教學工具，為培養學生的能力，提高電動力學課程教學質量的目的而服務？為此我們嘗試進行更新教學模式的改革探索，由較單一的傳授式教學模式向探究式學習教學模式轉變，下面介紹一些我們的做法。

2.1 利用多媒體課件的范式，嘗試分層次教學

教學改革首先是思想觀念的轉變，教師是教學的主導，起著關鍵作用。教師必須對所教課程的現狀與發展的形勢有著理性的分析，目前許多高校對專業基礎課程的授課學時都在縮減，而這些課程的教學內容卻日漸豐富，如郭碩鴻著《電動力學》第3版又增加了一些新“窗口”內容。[4]在課時的限制和學生今后從業目標不同的現實情況下，如果教師只立足于盡可能多地傳授給學生知識而不考慮學生的接受能力，則教學效果不一定會好。所以我們嘗試了分層次教學，利用電動力學多媒體課件內容結構的“范式”，使每位學生學有所得。

第一，課堂教學熟記框架。根據電動力學多媒體課件內容的“范式”編寫特點和堂件教學設計，教師以傳授基本概念、基本理論和基本方法為首要任務，課堂上對每一個知識點的教學，全力捕捉具核心地位的物理思想，將課程基本內容完整的展現給學生，使絕大部分學生在課堂上能掌握電動力學課程框架，理解電磁場理論的物理意義，了解電動力學和其他科學科的聯系及其相關的科技成就。課堂教學中對理論的推導和運用要有所側重，例如對于思路和方法相似的推導過程相對淡化；對于書中一些難度跳躍較大的理論推導可作為習題討論課的內容等。

第二，課后作業分層要求。對于課后作業，我們拓寬題目類型，對不同的學生分層次要求，有基本題和提高題可供選擇。基本題包括課后較容易的習題，了解理論的大致應用和讀書報告等；提高題則包括課后較繁難的習題，嚴格的理論推導證明和撰寫小論文等。學生可以通過課間、問題夾放在作業中或網上答疑等方式向教師提問，教師則努力給學生提供多方面、多渠道接受知識和答疑解惑的途徑。

第三，課外學習自主探究。在課堂上已掌握電動力學課程基本知識的基礎上，課下充分發揮多媒體課件的教學功能，幫助那些有升學意向的學生進行深入學習。教師可以直接將課件拷貝給學生，或者學生也可以進入校園網絡課堂瀏覽和下載課件進行自主學習。由于開發制作的多媒體課件教學設計中對重難點內容的學習有一定的導航幫助、理論公式的推導思路明晰、對某些專題內容的討論有一定的深度、典型例題解答過程規范詳細，補充了課本上一些省略的推導步驟等等，見圖2。所以學生普遍反映根據電動力學多媒體課件來學習，思路更明確，能更快地理解和掌握課程內容，提高了學習效率。

2.2 靈活運用教學方法，激發學生探究熱情

課堂教學實踐表明，學生只有在聽得懂的基礎上才能充分激發他們的學習興趣和探究熱情，所以我們依據電動力學課堂教學內容和課型結構特點，充分發揮多媒體課堂教學優勢，靈活優化多種教學方法，力圖使抽象難懂的理論知識變得形象生動，提高教學質量。

在學習電動力學第一章電磁現象的普遍規律內容時，充分發揮多媒體課件可以手寫、慢放和回放等交互功能，采用“啟發討論式”教學方法。這一章內容是對電磁學內容的復習和提高，得出麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式是整個體系的理論基礎的結論。“啟發討論式”教學法的優點是在老師的啟發提問的“牽引”下，學生注意力高度集中，氣氛活躍，記憶深刻。

在電動力學課程中，靜電與靜磁雖然本質上相異，但在研究方法上十分相似，因此可以發揮多媒體課件豐富的鏈接、回放等功能，采用“類比式”教學方法講解靜磁場。多媒體課件中該章節的堂件教學設計也是如此，在采用“講授式”教學方法重點講解靜電場，使學生掌握靜電場的各種分析方法之后，“類比式”教學方法會比較容易使學生理解靜磁場的分析方法，這樣既節省授課學時，又有助于知識融會貫通，從而達到事半功倍的教學效果。

對于電磁波的傳播和輻射的學習，這部分內容理論密切聯系生產和生活實際，應用性較強，可以采用“滲透式”教學方法。多媒體課堂教學的優勢正好能使“滲透式”教學方法得到充分的發揮。通過多媒體課件中鏈接的部分逼真圖片和視頻資料等，向學生介紹一些電磁場理論的研究前沿和近代科技成就，如微波技術應用等。使學生感到學有用武之地，從而激發他們的學習興趣和探究熱情。

2.3 鼓勵學生參與多媒體課件制作，培養學生能力

現在大學理工科專業的學生，對多媒體等計算機信息技術比較感興趣，也有一定的計算機語言基礎，自主學習能力較強，所以只要教師能夠適當的引導，學生進行探究性學習是可行且頗有收效的。而學生在參與的過程中同時也培養了他們的自學和創新能力。

例如在電動力學多媒體課程教學改革中，教師可以通過開展專題講座等形式，積極引導學生參與多媒體課件制作、練習寫讀書報告或小論文。像對光子晶體和左手材料，光學空間孤子的相關理論、應用領域及發展前景，我國同步輻射光源及其科學應用等選題，教師可以選擇一至二個作為專題講座，擴大學生視野，使學生了解經典電動力學可以對近年的一部分研究熱點做出一定程度上的解釋，激發他們自主學習的興趣。在此基礎上，結合分層次教學，可以推薦一些與電動力學內容相關的科普題目供部分學生選擇進行自學探究，并將學生這些自學探究成果中的優秀作品通過超文本鏈接到多媒體教學課件上，進一步豐富多媒體課件中與教學內容相配套的背景資料。

圖3 用MATLAB繪制的電場線

圖4 MATLAB與PPT優化組合

此外，對于基礎較好的學生可以介入一些相關課題研究，為將來畢業設計打下基礎。圖3是應用物理專業學生用所學MATLAB語言繪制的對稱分布三個點電荷電場線分布圖，并將其插入到多媒體課件中去。如果只是使用POWERPOINT中自帶的繪圖工具要繪制出這樣的圖形，幾乎是不可能的。而學生使用MATLAB繪制出電場線圖形，就可以很容易制作出精美的課件，見圖4。

這種將MATLAB與POWERPOINT軟件優化組合制作多媒體課件，是有效地實現學生自主探究學習的方式之一。應用物理專業的學生對這種探究性學習給出了較高的評價：自主制作一節多媒體課件，寫一篇研究報告或論文需要查看許多參考書與資料，完成之后感覺收獲特別多，不僅對電動力學這門課程中某些內容有了更深刻的理解，而且學到了許多信息檢索的方法、資源制作的技術。

為了鼓勵學生參與自學探究，我們改革了學生成績評定辦法。學生制作的多媒體課件，撰寫的小論文和讀書報告等課程實踐活動的成績，按一定比例納入期末總成績之中。這種有效激勵學生積極參與課程學習的方式，一定程度上改變了電動力學課程難教難學的尷尬局面，讓學生感到自己是學習的主人，提高了電動力學課程的教學質量。

3 結語

在多媒體教學改革實踐過程中，多媒體課件的開發設計和多媒體教學探索是一個值得長期研究的課題。我們只是結合電動力學課程的教學實踐，強調了教師應以開發研制優質的多媒體課件為起點，從充分發揮多媒體教學優勢的角度來采取相應的教改措施，嘗試進行更新教學模式的改革探索，由較單一的傳授式教學模式向探究式學習教學模式轉變，激發學生的學習興趣和探究熱情，從而達到培養學生能力，提高電動力學課程教學質量的目的。希望這種探索的思路和方法能對其他課程的多媒體教學起到拋磚引玉的作用。

[1]何克抗.教育信息化與高校教學深化改革[J].中國大學教學，2007，（10）：66～67.

[2]鄭偉.電動力學課堂教學探索[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2008，26（3）：380～381.

[3]熊萬杰，陸建隆.對電動力學課程改革的探索[J].現代物理知識，2003，15（3）：56～57.

[4]郭碩鴻.電動力學第3版[M].北京：高等教育出版社，2008.

EXPLORATION ON MULTIMEDIA COURSEWARE MAKING AND TEACHING

WANG Xin-fen
（ Dept of Mathematics and Physics， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang Jiangsu 212003）

Combining practice with classroom teaching of electrodynamics， the ideas and methods are proposed in multimedia electrodynamics courseware making.The merits of multimedia courseware depends critically on the quality of teaching design.This paper shows that teachers should give full play to the advantage of multimedia courseware，renewal educational model，gradually train the ability of students，and improve the quality of the ultimate goal of teaching.

Multimedia courseware； Electrodynamics； Teaching Explore

G642

：A

：1672－2868（2010）06－0119－05

責任編輯：陳 鳳

2010－09－04

江蘇省現代教育技術研究“十一五”規劃2009年度滾動課題（項目編號：2009-R-13571）

王心芬（1962-），女，安徽無為人。江蘇科技大學數理學院副教授，研究方向：電磁學、電動力學。