邓先金

·课程教学改革·

《大学物理》应用CAI教学的思考

邓先金

（西南科技大学 理学院，四川 绵阳 621000）

《大学物理》是公认的难点课程，其高度的抽象性，给教与学都带来了一定的困难，在《大学物理》教学中引入计算机辅助教学，使抽象、空洞的内容形象化，无疑给《大学物理》的教学带来了生机。但是，在《大学物理》CAI教学及CAI软件开发过程中，也存在着一些不尽如意的地方：例如，封闭式的课件开发，理论研究不足，没有自己的写作系统，理论物理CAI的开发不够等。文中对在《大学物理》CAI教学及软件开发中存在的上述值得注意的问题作了一定的分析，并针对性地提出了相应的改进措施。

大学物理；CAI课件；封闭；写作系统；理论物理

1 CAI教学及CAI软件开发中的问题

1.1 封闭式的课件开发

目前，大学物理CAI课件的开发总的来说是封闭式的［1］。开发者各自根据自己的教学经验，进行课件的脚本设计，完成程序创作，个人与个人之间，团队与团队之间，学校与学校之间很少有接触和沟通，形成了封闭式的开发局面。

这种封闭式的开发带来的弊端是：由于课件开发人员仅局限于一个人或少数的几个人，课题被封闭在某个或几个小圈子里，人力物力受到了很大的限制，课件只能挑选一些重点和难点课题来制作，课件交付使用后，也没有有效的课件升级和维护手段，是一种短期的行为，不能从长远和系统的角度来进行开发。对课件成果也进行封闭式地保护，不轻易提供给他人使用，阻断了相互之间间的交流与合作。

这些弊端的存在给大学物理课件的开发带来了很多问题：

（1）课件创作重复。各种课件各持一面，往往只覆盖课程体系的某些部分，相互间交替重复，用户如要真的在教学中使用计算机辅助教学，常要为一堂课购买多个课件，但这些课件并不是在统一的平台下开发的，运行环境、操作方式各不相同，难以整合在一起，给教学带来了很大的困难。并且，购买的课件往往又是封装好的应用程序，程序代码［2］也没有公开，也就是没有继续开发的接口，使得一些学校为了能灵活支配课件，不得不白手起家，组织力量自己开发。但由于各学校的技术力量、经费投入、和开发起点的不同，造成了大家在低层次上的不断重复。

（2）课件开发散乱，不系统。由于封闭式的开发，相互之间缺乏了交流与合作，有些部分重复开发，而有些部分又没有任何开发，至今大学物理都还没有得到完整系统的开发。

（3）教学资源浪费。封闭式的开发，使大家各自为政，资源不共享，相互之间不交流不合作，技术不借鉴，人力物力不集中，课件开发散兵游勇，造成了教学资源的很大浪费。又特别是对于知识体系严谨，教学容量巨大，需要系统地开发的大学物理课件，问题则更为突出。

（4）成果不能积累，没有可持续发展的潜力。从计算机软件工程的角度来看，课件的开发应该有统一的规范。特别是课件的程序代码，应该是可维护的，可扩展的。但长期以来这个问题没有得到足够的重视，使得课件的创作成果不能积累，项目没有可持续发展的潜力，当有新的要求时，又不得不全部从零点开始

1.2 大学物理CAI的理论研究不足

CAI无疑能给大学物理教学带来益处，但并不是将CAI简单地搬进课堂就能取得满意的效果。从CAI的编制到使用都应该有学习理论和教学理论作为指导。大学物理的教学和学习不同于其他学科，课程的知识结构，教学策略或建构过程的设计，学生的心理模型的设计等都有独到之处。在大学物理CAI中应如何进行实验教学，概念教学，理论教学，解决问题教学等都有其独特的规律，这些都值得认真的研究。但遗憾的是，到目前为止还没有大学物理CAI理论的系统研究。

1.3 物理CAI没有自己的写作系统

不少学科已经有了自己的专门课件制作系统软件。如数学的Mathematica，“几何画板”等。化学的Hypen，Kemwind等。这些学科专用制作系统为本学科课件制作带来了很大的方便。但迄今为止，物理学科还没有一种自己的专门制作系统。物理课件的制作基本上都是使用一些通用系统，但这些通用系统往往无法满足物理学科的一些特殊要求。物理学科非常庞大复杂，单是普通物理学就有力学、热学、光学、电磁学、原子物理学等几个大不相同的部分。另外还有实验物理学、理论物理学以及近代物理学的各分支，每个门类都有其自身的特点，但它们又都有物理学共同的一些特点。如能开发出物理学科专门的写作系统，将会给物理课件的编制提供极大的方便。

1.4 理论物理CAI的开发不够

纵观现行大学物理CAI的开发，普通物理学部分开发得较多，而理论物理（如理论力学、电动力学、量子力学、热力学与统计物理学等）则相对较少。这也许是普通物理学部分的知识体系是基础知识，相应的CAI开发起来要容易一些，而理论物理的知识体系相对地要深入一些，相应的CAI开发起来要困难一些。但正因为理论物理部分的知识体系更为抽象，更为难教难学，就更有必要加强理论物理CAI的开发。

2 改进措施

2.1 大力倡导开放式的课件开发［3］

开放是指在大学物理课件开发过程中，应遵循统一的规范，协同开发、代码公开成果共享。鼓励有识之士加入开发队伍，共同开发、共同享有。

（1）开放课题，所有用户都全方位地参与到课题的研发。课题从功能定义，软件脚本，程序创作，维护和发展等方面全面开放。用户可以根据自己的经验、能力和兴趣，有组织地、有系统地、不同程度地参与到课题的开发之中。既可以只提出一个想法或只写一个脚本让他人去编写程序，也可以申请一个脚本来编程创作，甚至可以负责某个部分的长期开发和维护。

（2）开放程序代码。用户可以自由获取程序代码，并在其基础上自由开发。要强调的是，真正意义上的程序代码开放，除了将源程序公开外，更重要的是程序必须要有可读性，可维护性和可扩展性。这就意味着程序开发要有更高的要求，必须是面向对象的和模块化的。

（3）遵循统一的创作规范。向用户提供课件开发技术规范和开发工具，以此为所有开发的标准。

（4）在互联网上发布成果，利用网络进行协同开发。在互联网上发布网络教材的同时，也在网上向用户公开程序代码，技术规范，开发工具和待开发项目等。用户可通过电子邮件，QQ群等申请开发项目，或提出新的研究课题，加入开发队伍。

开发活动大部分在互联网上公开进行，开发队伍在网上招募，成果和项目及时在网上发布，不受时间、空间（地域）的限制，使所有有志于开发的人员都加入到这一活动中来。

对于那些信息量大，知识体系较复杂的课件，它的创作是一个长期的过程，不可能一蹴而就，通过开放式开发，可以将教学一线的教师联合起来，相互交流，相互促进，相互协作，建立一只长期稳定的开发队伍。在课件创作过程中群策群力，使课件集众家之长，具有更强的生命力。

2.2 加强大学物理CAI的理论研究

对大学物理CAI开发及教学过程中所涉及到的理论问题进行系统的研究。开发过程中，大学物理的知识结构，力、热、电、光、原各自的知识特点以及他们之间的互相联系，概念、公式、定理及他们的相互关联，物理现象、物理过程等，在开发过程中，怎样将这些问题体现出来，这些都应该进行深入、系统地研究。在教学过程中，怎样将物理学科的知识特点、计算机辅助教学的教学方式、大学生对物理知识的认知特点等结合起来，这些也都应该进行深入、系统地研究。

2.3 创作物理CAI自己的写作系统

特别是常用的物理图像、表格、符号，比如电学中的电阻、安培表、光学中的三棱镜、凸透镜，磁学中的线圈、螺线管等，在系统总设置好这些基本的图像、符号，使用时就可以直接调用，这样就可为物理CAI的开发带来很大的方便。

2.4 加强理论物理CAI的开发

专门制作理论物理（理论力学、电动力学、量子力学、热力学与统计物理学等）的CAI课件，为抽像、深奥、难懂、难教、难学的理论物理的教学带来方便。

3 结束语

总之，在大学物理CAI的教学与软件开发中，应提倡开放式的《大学物理》CAI课件的开发，加大理论物理部分的开发力度，尽快系统地研究《大学物理》CAI的理论体系，创作物理CAI自己的写作系统。

［1］胡林.开放式开发物理类远程教育网络教材［J］.大学物理，2000（6）：37－38.

［2］谭浩强.开放式开发物理类远程教育网络教材《C程序设计》［M］.北京：清华大学出版社，2000：157－158.

［3］胡林.开放式开发物理类远程教育网络教材［J］.大学物理，2000（6）：38－39.

［4］邓先金，陈瑜.物理模型的构建［J］.大学物理实验，2007（1）：8－11.

［5］龚玲平，陈素芳.远程实践教学模式的构建与实现［J］.实验科学与技术，2006，4（2）：58－60.

［6］邓先金，陈瑜.大学物理CAI的必要性及功能与作用［J］.实验科学与技术，2006，4（1）：87－88.

［7］戴存礼.大学物理实验开放式教学的实现［J］.大学物理实验，2007（1）：78－81.

［8］邓先金，陈瑜.关于cai的思考［J］.现代物理知识，2006（1）：22－23.

［9］孔令明，熊良翠，林秀华.创造力的培养与研究［J］.现代物理知识，2006（1）：46－48.

［10］邓先金，陈瑜.物理学中的模型研究［J］.实验科学与技术，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

邓先金（1963－），男，硕士研究生，高级实验师，研究方向：物理学。