多媒體技術和軟件在理工科專業課程教學中的應用

劉偉慈 梁瑞生

摘 要 理工科專業課程的特點主要表現為概念多、公式多、知識點分散、理論性強及實踐性高等，運用傳統板書或者一般的多媒體教學方式，教學內容比較枯燥無味，難以吸引學生的注意力，學習效果不理想。針對理工科專業課程的特點及教學過程中存在的問題，結合在教學過程中積累的一些經驗，對多媒體技術和相關軟件的運用進行探討。

關鍵詞 多媒體；理工科專業課程；虛擬實驗室；Maple

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）03-0020-02

1 前言

理工科專業課程存在理論抽象、實踐性強、內容多、難教難學等困難，因此在創建高水平應用型理工科大學過程中，激發學生的學習主觀能動性，增強對理工科專業課程的學習興趣，提高課堂質量及教學效率最為關鍵。教育部于2005年1月頒布《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》，明確指出：“要鼓勵教師按照教育規律和課程特點，推動多媒體輔助教學，不斷提高教學效果。”[1]在大學理工科專業課程教學中合理利用多媒體技術及相關軟件，可以有效激發學生的興趣并極大地提高課堂教學質量，達到教學相長。

利用多媒體計算機技術及相關教學軟件進行輔助教學，可以極大地豐富課程教學內容，使教師表達方式更加多樣化。如在課堂上播放一些能夠說明問題的、富有趣味的視頻或圖片，可以吸引學生的注意力，擴展他們的形象設計思維，從而不斷提高學習興趣，加強生生互動及師生互動，提升課堂質量。本文將探討理工科專業課程教學中多媒體技術和相關軟件的應用。

2 理工科專業課程教學存在的問題

理工科課程改革的核心目標就是不斷培養學生的創新思維及能力，但大部分理工科理論課程的安排上都是“概念定理—證明—練習題”這一流程，對基本的理論背景和實際應用都牽涉較少。而理工科實驗課程大部分以基礎訓練為主，實驗指導書將實驗儀器設備、實驗原理、實驗步驟等寫得非常詳細，學生只是按照說明書的流程在實驗箱上完成簡單操作，通過實驗結果驗證結論、定律及定理，如證明一些已知的數據和波形；解決實際應用問題的開放性及綜合性設計實驗的數量不多，學生也很少自己查資料、動腦筋去研究設計實驗方案，選擇實驗方法，甚至對新知識、新技術不敏感而不能及時結合它們進行實踐。因此，對于學生創新能力的培養是沒有幫助的。

3 多媒體技術及相關軟件應用在理工科專業課程教學中的優勢

1）多媒體技術及相關軟件能夠生動地將理工科專業課程（如電路、信號與系統等）內容以模擬演示的形式展示出來，能很好地抓住學生的注意力和激發學習興趣。將具體的形象展示給學生，一方面通過創設理工科專業課程情境幫助學生理清思路，另一方面幫助學生形成抽象與形象之間的對應關系，加深學生對專業知識課程理論方面的理解。

2）運用多媒體及相關軟件使教學更加立體，讓學生體驗到立體教學，同時可以優化加深學生的課堂印象，優化教學內容，節省課堂教學時間，顯著提高教學質量，使課程教學更加符合教學改革趨勢，達到既定的教學目標。多媒體技術及相關軟件的及時使用，可以大量節省畫圖和板書的時間，提高教學效率，真正事半功倍。

3）多媒體技術結合相關軟件的教學活躍了課堂氛圍，及時反饋課堂的教學效果。多媒體技術和相關軟件在教學中的靈活運用，使呆板的理論教學顯得更加靈活，通過宏觀現象將微觀抽象的事物可視化展現出來，讓學生更容易接受課堂知識，開拓創新思維。

4 多媒體技術及相關軟件應用在理工科專業課程教學中的誤區

忽略了教師的主導作用和學生的主體地位 很多教師認為傳統教學方法是守舊過時的，而多媒體課件和相關教學軟件體現的是先進的教育理念，從而在課堂教學中非常依賴多媒體課件和相關軟件。許多教師備課時更注重素材準備、復制資料，然后課堂上展示圖片和放映視頻，忽略了自己的主導作用和學生的主體地位，不能與學生在課程內容上互動，不能激發學生對理工科專業課程的學習興趣。

理工科所有的課程都使用多媒體課件或偏重軟件演示 多媒體技術和相關軟件的迅猛發展使得大部分教師拋棄傳統教學，全面使用這一新的教學方式。但是多媒體技術和相關軟件的使用必須結合課程特點，并非所有的課程都適合。如專業基礎課中的復變函數和積分變換注重邏輯推理過程，物理課程的探索求解過程對于理解物理機制也很關鍵。教師通過板書可以引導學生掌握推導過程和理解解題思路，加強師生互動、生生互動，引起學生探索欲望，激發學習興趣。學生在推導求解過程中享受樂趣，能更好地理解和掌握公式定理及物理機制。若是這一推導過程只是以多媒體形式展示給學生，學生難以及時掌握其內在機制。

另外，虛擬實驗只是模擬實驗，并不能提高學生動手實驗的能力，無法代替真實的實驗環節。只有多媒體技術和相關軟件與傳統教學方式緊密結合，才能更好地激發學生的學習興趣，提高課堂質量和教學效率。

學生過度依賴多媒體課件 因為多媒體課件更生動、直觀，所以有些學生上課不帶教材，課堂上只看課件，只聽教師灌輸，依賴課件聽課，不動腦、不互動。一些學生甚至跟不上多媒體課件的演示，課堂學習效率低下。

5 多媒體技術結合相關軟件在理工科專業課教學中的應用

傳統教學手段與多媒體教學技術相結合 理工科專業知識學習需要進行一系列的邏輯思維過程。多媒體課件在文字、圖像、聲樂、色彩等方面的應用，極大地豐富了課堂內容，能夠多樣化地刺激和誘導學生的視聽覺，抓住他們的注意力，激起學習興趣，調動學習積極性，真正提高課堂教學質量和效率。理工科專業課程有些概念和物理機制比較抽象，難以理解。教師一方面可以通過板書引導學生理解邏輯推導過程，另一方面利用多媒體技術將物理過程進行展示，并讓物理機制通過現象的展示來揭示，從而幫助學生加強對物理概念和物理機制的理解和掌握。如用多媒體課件來模擬實驗，可以讓學生在腦中形成深刻的印象，變抽象為形象，讓學生從身臨其境的情境中領悟到其中的原理、方法及方式，從而增強教學效果。

虛擬實驗室在教學中的應用 建設虛擬實驗室，運用一些虛擬軟件合理安排實驗教學內容，解決儀器設備缺少的難題并提高教學的安全性、創新性及開放性。將實驗課程內容制作成虛擬的多媒體課件，學生可以利用這些課件進行自主練習，提高綜合實驗素質，使真實實驗向綜合實驗發展[2]。真實實驗和虛擬實驗相結合，使學生實驗不再受實驗資源和儀器設備的限制，將有助于學生開闊眼界、拓寬思維空間，提高創新能力和實踐動手能力。虛擬實驗多媒體課件具有易復制的特性，學生可以根據自己的學習時間隨時安排實驗，通過虛擬實驗觀察實驗現象、操作實驗儀器，改進實驗方向。這種“身臨其境”的實驗極大地開拓了學生思維，而專家教師的“臨場”指導也讓學生受益良多。學生還可以通過實驗室的協同功能和異地學習者共同學習、討論開展實驗，加深對于實驗的理解，提高對實驗儀器設備的熟練使用程度，建立實驗的直觀認識，鞏固所學內容，從而在客觀上實現實驗室空間和時間上的延伸。

理工科專業課程虛擬實驗室豐富了實驗內容，開放式實驗教學和先進的虛擬仿真等電路仿真的主流軟件已在理工科實驗教學模式中被廣泛推廣和應用。

借助MATLAB軟件將數學函數可視化 理工科專業基礎課中，有些課程的函數理論是本科階段的重要知識點，其數學理論部分較難理解。如“復變函數與積分變換”需要在四維空間中顯示復變函數的圖形，教師可以借助MATLAB軟件將復變函數可視化，使抽象問題直觀化、具體化，以加深學生對復變函數特征的理解[3]。

利用Maple數學軟件解決函數的計算問題 Maple具有非常強大的數值和符號計算功能，靈活多變的二維、三維以及動畫制作技術。Maple語言在數學、計算機學、物理、經濟和工程技術等領域廣泛應用。教師可以應用Maple數學軟件解決復數計算、構造解析函數、留數計算、積分計算、函數展開為級數及復函數作圖等問題，這樣既解決了學生為之頭痛的繁復計算問題，也有益于激發學習興趣及提高學習積極性，并提升運用數學知識解決實際問題的能力。

教師采用新技術新設備把自己從放映員的角色中解脫出來 在多媒體教學中，一方面，教師需要隨時控制多媒體課件的內容講解和頁面切換，大多數時間站在講臺上，活動范圍有限；另一方面，教師視線長時間地集中在電腦屏幕

上，不能及時觀察學生，不方便應用肢體語言，極大地影響師生間的交流和溝通，不能很好地開展師生互動。隨著科技的發展，如激光翻頁筆、電子手寫屏、無線麥克風等新技術新設備的出現，可以幫助教師從放映員的角色中解脫出來，有助于隨時、隨地、隨心所欲地對教學媒體進行控制。

6 結論

教師在實際課程教學中需要實現傳統教學、多媒體教學和相關軟件教學的有機結合，要發揮主導作用，考慮學生學習主體的邏輯思維需求，合理安排多媒體課件和教學內容，有效控制教學節奏，突出教學重點和難點，并結合多媒體技術和相關軟件技術，從而充分挖掘學生學習的積極性，激發學習興趣，提高教學效率和質量。

參考文獻

[1]教育部.關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見[EB/OL].[2005-11-21].http：//old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_734/200507/8296.html.

[2]任紅杰.關于高校互動式教學的思考[J].高校理論戰線，2007（5）：43-46.

[3]彭芳麟.數學物理方程的MATLAB解法與可視化[M].北京：清華大學出版社，2004.