多媒体课件制作和教学的探索

王心芬

（江苏科技大学数理学院，江苏 镇江 212003）

多媒体课件制作和教学的探索

王心芬

（江苏科技大学数理学院，江苏 镇江 212003）

结合电动力学课程教学实践，指出开发研制多媒体课件的思路和方法，认为多媒体课件质量的优劣关键取决于课件的教学设计。探讨了教师应充分发挥多媒体课件的优势，更新教学模式，逐步实现培养学生能力，提高课程教学质量的目的。

多媒体课件；电动力学；教学探索

在21世纪多媒体和数字技术正逐步深入应用到课堂教学的大趋势下，如何利用信息工具，深化对高校理工类专业基础理论课程的教学改革，才能较显著地提高课堂教学质量，培养学生的能力，是高校教师值得深入探讨与实践的问题。

电动力学是高校理论物理、应用物理及相关专业的一门重要的理论基础课，它对于这些专业后续课程的学习以及从事相关科研都具有重要意义。由于这门课程本身的特点，较艰涩难懂，数学基础要求较高，学时有限等原因，影响了学生的学习兴趣和这门课教学质量的提高。近年来我们遵循“主导——主体相结合”的教育思想，[1]以开发研制优质的电动力学多媒体课件为起点，探索课程教学由较单一的传授式教学模式向探究式学习教学模式转变，在实践中收到良好的效果。

1 开发研制多媒体课件

众所周知，在课堂教学中恰当使用多媒体辅助教学，有着其他教学手段不可比拟的优势。[2]那么开发和制作优质的多媒体课件就成为首要问题。多媒体教学课件可理解为根据教学目标设置的，表现特定教学内容和反映一定教学策略的计算机教学软件。优质的多媒体教学课件应能达到，通过辅助教师的“教”或促进学生自主地“学”来突破课堂教学中的重点和难点，起到提高课堂教学质量与效率的作用。

在电动力学多媒体课件的开发制作过程中，我们根据该课程教材体系和教学目标，充分调动课题组教师的聪明才智，将课程内容以文字、图形图像和动画视频等多种媒体元素在时间和空间两方面进行集成，在优化整合课题组教师的教学思想和经验方法的基础上，将这些媒体元素融为一体并赋予它们以良好的交互特性。

1.1 课件的内容编写

心理学家布鲁纳认为：不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。因此多媒体课件的开发除了要保证内容的科学正确，符号、图表和公式的规范等基本要求以外，首先要对课件内容从整体上把握，强调课程的“范式”。[3]

电动力学内容大体上分为电磁场的普遍规律、静电场和静磁场、电磁波的传播、电磁波的辐射、狭义相对论和带电粒子与电磁场相互作用六大模块，它们构成电动力学的整个理论体系，麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式是整个体系的理论基础，这就是电动力学课程结构的“范式”。因此在课件中每个模块的内容设计上，要以麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式为出发点，把各模块内容放在这个理论框架的大背景中，展现每个模块的重点内容，突破每个模块难点内容，强调各模块之间的横向和纵向联系。

例如，静电场和静磁场这个模块，是通过引入标势和矢势，将求解静电和静磁问题的麦克斯韦方程组转化为求解标势和矢势满足的泊松方程的边值问题；电磁波的传播这个模块是将麦克斯韦方程组化为波动方程来讨论电磁波在无界和有界空间中的传播，并利用边值关系来讨论电磁波在介质界面上的反射和折射。这两个模块都是以麦克斯韦场方程组为出发点，分别将其转化为泊松方程和波动方程来求解，这是纵向联系；而两者又是在有不同介质存在时的边值问题，这是横向联系。课件的编写上要把这种各模块之间的横向和纵向联系体现出来，引导学生建立界面上的电荷电流影响界面两边的电磁场的物理图像，帮助学生理解边值关系和边界条件在定解问题中的重要性，从而掌握边值问题这个难点内容。而对于教材中增加的现代化和应用热点内容的处理，如光子晶体、光学空间孤子、高速运动带电粒子的辐射和原子光陷阱等则独立编成一章，为课件在内容学习的取舍上提供良好的交互控制。

1.2 课件的教学设计

多媒体课件质量的优劣关键取决于课件的教学设计。近年来在“主导——主体相结合”的教育思想指导下，比较盛行优势互补的“学教并重”教学设计。体现在多媒体课件教学设计上，即根据每章节的具体教学内容和特点，确定教学目标，分析学生认知现状，选择适当的教学策略，使多媒体课件能起到创设情境、突破重难点、辅助教师的“教”和促进学生的“学”的作用。

具体到电动力学多媒体课件的结构设计上，每一章设计了章首即第零节内容，用简明的语言介绍本章知识框架、基本要求、重难点内容和相联系的实际应用问题。在每一节的节首也设计了首张幻灯片，用不同方法来创设情境引入课题。多媒体课件章首和节首的设计，有利于学生在课堂上理解掌握课程骨架，更快地适应较大信息量的多媒体教学模式，起到导学的作用。特别是用不同方法来创设情境引入课题，则可激发学生的学习兴趣。例如，光子晶体节首幻灯片中除了上方一段导学的文字内容以外，还通过链接了一段光子晶体和左手材料讲座的视频录像来引入课题，左下角资料夹形状的图标便是链接按钮，见图1。

图1 光子晶体首张幻灯片设计

图2 课件补充教材中省略的推导步骤

电动力学多媒体课件按节独立编写，每节基本上是一堂课的教学内容，包括一到两个知识点，称为堂件，堂件的教学设计要充分考虑到教师课堂教学中教学策略的选择。教师依据课型结构特点，要选择适合的教学媒体和教学方法，这些都是以堂件的教学设计为基础的。声音、动画、视频和板书等教学媒体；讲授式、讨论式或渗透式等教学方法，是要通过堂件精心的教学设计来逐步展现的，要符合学生的认知规律。

在多媒体堂件的教学设计中，师生随堂互动的思考讨论题不可忽视。一方面这些题目的编写在教学设计中能体现课件制作教师一定的创意，需要教师在研读教材或参考一些课外资料的基础上自行编写，也可将学生历年来提出的一些共性问题进行总结编出一些思考讨论题等。另一方面，这些题目也是促进学生自主学习的客观前提。

1.3 课件的媒体呈现

多煤体课件能综合处理文字、图形、图像、视频、动画和声音等多种教学信息，教学内容的组织可采用超文本链接结构。在课件的媒体呈现上，应该尽可能具有丰富的表现力，这样才可以使原本比较抽象的教学活动充满一些魅力，真正发挥多媒体教学的优势。

结合电动力学课程理论性强且有大量的公式推导等学科特点，恰当地利用多媒体的图、文、声、像特性，通过情境创设帮助学生形成认知冲突——使学生意识到自己对某个问题或某种事物的认识或了解存在缺陷，而这个问题或事物具有独特的意义或某种重要性，从而激发起学生想要去了解或学习的强烈欲望。例如，狭义相对论一章是电动力学课的难点，课件中通过插播几段精心设计的录像来创设情境，引导学生发挥想象，帮助学生认识到电动力学只有在新的时空观基础上才能发展成为完整的、适用与任何惯性参考系的理论。从而激发学生主动学习相对论时空理论的愿望，掌握麦克斯韦方程组的四维协变形式。

我们认为开放性的优质多媒体课件的媒体呈现应具备以下特点：课件的界面设计要布局合理、图文并茂；课件中的图形图像的处理要科学规范、形象生动；课件中动画的制作要按教学要求适度添加，恰到好处地展示课程内容；课件的导航设计要策略化，保证有一定的按钮和详细的链接。在导航按钮的设计上还要特别注重相邻堂件幻灯片之间的过渡和衔接，尽量克服多媒体课件授课翻页过快的缺点，按钮设计方便重难点内容的回放，保证学生实际获取的信息量与授课信息量基本同步。

2 电动力学多媒体教学探索

教学软件和资源要通过教师的运用来发挥作用，将制作成功的优质教学课件引入电动力学课堂教学后，我们如何利用多媒体教学工具，为培养学生的能力，提高电动力学课程教学质量的目的而服务？为此我们尝试进行更新教学模式的改革探索，由较单一的传授式教学模式向探究式学习教学模式转变，下面介绍一些我们的做法。

2.1 利用多媒体课件的范式，尝试分层次教学

教学改革首先是思想观念的转变，教师是教学的主导，起着关键作用。教师必须对所教课程的现状与发展的形势有着理性的分析，目前许多高校对专业基础课程的授课学时都在缩减，而这些课程的教学内容却日渐丰富，如郭硕鸿著《电动力学》第3版又增加了一些新“窗口”内容。[4]在课时的限制和学生今后从业目标不同的现实情况下，如果教师只立足于尽可能多地传授给学生知识而不考虑学生的接受能力，则教学效果不一定会好。所以我们尝试了分层次教学，利用电动力学多媒体课件内容结构的“范式”，使每位学生学有所得。

第一，课堂教学熟记框架。根据电动力学多媒体课件内容的“范式”编写特点和堂件教学设计，教师以传授基本概念、基本理论和基本方法为首要任务，课堂上对每一个知识点的教学，全力捕捉具核心地位的物理思想，将课程基本内容完整的展现给学生，使绝大部分学生在课堂上能掌握电动力学课程框架，理解电磁场理论的物理意义，了解电动力学和其他科学科的联系及其相关的科技成就。课堂教学中对理论的推导和运用要有所侧重，例如对于思路和方法相似的推导过程相对淡化；对于书中一些难度跳跃较大的理论推导可作为习题讨论课的内容等。

第二，课后作业分层要求。对于课后作业，我们拓宽题目类型，对不同的学生分层次要求，有基本题和提高题可供选择。基本题包括课后较容易的习题，了解理论的大致应用和读书报告等；提高题则包括课后较繁难的习题，严格的理论推导证明和撰写小论文等。学生可以通过课间、问题夹放在作业中或网上答疑等方式向教师提问，教师则努力给学生提供多方面、多渠道接受知识和答疑解惑的途径。

第三，课外学习自主探究。在课堂上已掌握电动力学课程基本知识的基础上，课下充分发挥多媒体课件的教学功能，帮助那些有升学意向的学生进行深入学习。教师可以直接将课件拷贝给学生，或者学生也可以进入校园网络课堂浏览和下载课件进行自主学习。由于开发制作的多媒体课件教学设计中对重难点内容的学习有一定的导航帮助、理论公式的推导思路明晰、对某些专题内容的讨论有一定的深度、典型例题解答过程规范详细，补充了课本上一些省略的推导步骤等等，见图2。所以学生普遍反映根据电动力学多媒体课件来学习，思路更明确，能更快地理解和掌握课程内容，提高了学习效率。

2.2 灵活运用教学方法，激发学生探究热情

课堂教学实践表明，学生只有在听得懂的基础上才能充分激发他们的学习兴趣和探究热情，所以我们依据电动力学课堂教学内容和课型结构特点，充分发挥多媒体课堂教学优势，灵活优化多种教学方法，力图使抽象难懂的理论知识变得形象生动，提高教学质量。

在学习电动力学第一章电磁现象的普遍规律内容时，充分发挥多媒体课件可以手写、慢放和回放等交互功能，采用“启发讨论式”教学方法。这一章内容是对电磁学内容的复习和提高，得出麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式是整个体系的理论基础的结论。“启发讨论式”教学法的优点是在老师的启发提问的“牵引”下，学生注意力高度集中，气氛活跃，记忆深刻。

在电动力学课程中，静电与静磁虽然本质上相异，但在研究方法上十分相似，因此可以发挥多媒体课件丰富的链接、回放等功能，采用“类比式”教学方法讲解静磁场。多媒体课件中该章节的堂件教学设计也是如此，在采用“讲授式”教学方法重点讲解静电场，使学生掌握静电场的各种分析方法之后，“类比式”教学方法会比较容易使学生理解静磁场的分析方法，这样既节省授课学时，又有助于知识融会贯通，从而达到事半功倍的教学效果。

对于电磁波的传播和辐射的学习，这部分内容理论密切联系生产和生活实际，应用性较强，可以采用“渗透式”教学方法。多媒体课堂教学的优势正好能使“渗透式”教学方法得到充分的发挥。通过多媒体课件中链接的部分逼真图片和视频资料等，向学生介绍一些电磁场理论的研究前沿和近代科技成就，如微波技术应用等。使学生感到学有用武之地，从而激发他们的学习兴趣和探究热情。

2.3 鼓励学生参与多媒体课件制作，培养学生能力

现在大学理工科专业的学生，对多媒体等计算机信息技术比较感兴趣，也有一定的计算机语言基础，自主学习能力较强，所以只要教师能够适当的引导，学生进行探究性学习是可行且颇有收效的。而学生在参与的过程中同时也培养了他们的自学和创新能力。

例如在电动力学多媒体课程教学改革中，教师可以通过开展专题讲座等形式，积极引导学生参与多媒体课件制作、练习写读书报告或小论文。像对光子晶体和左手材料，光学空间孤子的相关理论、应用领域及发展前景，我国同步辐射光源及其科学应用等选题，教师可以选择一至二个作为专题讲座，扩大学生视野，使学生了解经典电动力学可以对近年的一部分研究热点做出一定程度上的解释，激发他们自主学习的兴趣。在此基础上，结合分层次教学，可以推荐一些与电动力学内容相关的科普题目供部分学生选择进行自学探究，并将学生这些自学探究成果中的优秀作品通过超文本链接到多媒体教学课件上，进一步丰富多媒体课件中与教学内容相配套的背景资料。

图3 用MATLAB绘制的电场线

图4 MATLAB与PPT优化组合

此外，对于基础较好的学生可以介入一些相关课题研究，为将来毕业设计打下基础。图3是应用物理专业学生用所学MATLAB语言绘制的对称分布三个点电荷电场线分布图，并将其插入到多媒体课件中去。如果只是使用POWERPOINT中自带的绘图工具要绘制出这样的图形，几乎是不可能的。而学生使用MATLAB绘制出电场线图形，就可以很容易制作出精美的课件，见图4。

这种将MATLAB与POWERPOINT软件优化组合制作多媒体课件，是有效地实现学生自主探究学习的方式之一。应用物理专业的学生对这种探究性学习给出了较高的评价：自主制作一节多媒体课件，写一篇研究报告或论文需要查看许多参考书与资料，完成之后感觉收获特别多，不仅对电动力学这门课程中某些内容有了更深刻的理解，而且学到了许多信息检索的方法、资源制作的技术。

为了鼓励学生参与自学探究，我们改革了学生成绩评定办法。学生制作的多媒体课件，撰写的小论文和读书报告等课程实践活动的成绩，按一定比例纳入期末总成绩之中。这种有效激励学生积极参与课程学习的方式，一定程度上改变了电动力学课程难教难学的尴尬局面，让学生感到自己是学习的主人，提高了电动力学课程的教学质量。

3 结语

在多媒体教学改革实践过程中，多媒体课件的开发设计和多媒体教学探索是一个值得长期研究的课题。我们只是结合电动力学课程的教学实践，强调了教师应以开发研制优质的多媒体课件为起点，从充分发挥多媒体教学优势的角度来采取相应的教改措施，尝试进行更新教学模式的改革探索，由较单一的传授式教学模式向探究式学习教学模式转变，激发学生的学习兴趣和探究热情，从而达到培养学生能力，提高电动力学课程教学质量的目的。希望这种探索的思路和方法能对其他课程的多媒体教学起到抛砖引玉的作用。

[1]何克抗.教育信息化与高校教学深化改革[J].中国大学教学，2007，（10）：66～67.

[2]郑伟.电动力学课堂教学探索[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2008，26（3）：380～381.

[3]熊万杰，陆建隆.对电动力学课程改革的探索[J].现代物理知识，2003，15（3）：56～57.

[4]郭硕鸿.电动力学第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

责任编辑：陈 凤

2010－09－04

江苏省现代教育技术研究“十一五”规划2009年度滚动课题（项目编号：2009-R-13571）

王心芬（1962-），女，安徽无为人。江苏科技大学数理学院副教授，研究方向：电磁学、电动力学。