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摘 要：在“电磁场理论”课程教学中，计算机辅助教学（CAI）手段能帮助学生理解晦涩难懂的概念和公式，在很大程度上帮助教学。但同时CAI课件也疏远了师生间的距离、加上自身存在一些先天不足以及限制教师教学的灵活性等缺点。因此教师需要改进CAI课件的质量；CAI课件应该突出教学内容的重点；同时为适应差异性学生群体的多种类多层次需求，可以开发个性化的CAI课件；并且与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）等。
关键词：电磁场理论 计算机辅助教学 不足 改进
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（b）-0134-02
电磁场理论是工科光、电类专业学生必修的一门基础课程，它对于后续相关课程的学习及学生综合应用能力的培养具有不可替代的重要作用。但由于该课程的概念抽象、理论性强，并且涉及到大量的数学公式及复杂的理论分析和推导过程，很多学生偏偏抽象思维能力较差，自主学习的意识不强。这使得在采用传统的教学模式授课中教师讲得吃力，学生听得乏味，理论难以理解，学习后又很快遗忘，课堂教学效果不理想。计算机辅助教学（CAI：Computer Aided Instruction）借助声、光和动画等元素的配合，能将某些深奥抽象、微观和瞬时动态的内容以动态、形象的方式呈现出来，因而教学效果的提升非常明显。本文就作者利用CAI在“电磁场理论”课程教学中的实践经验，发现的不足之处和改进措施进行了总结与探讨。
1 教学经验总结
《电磁场理论》是一门公认的难学难教的工科本科基础课程，起点高，抽象的概念和公式多，难以理解。我们对《电磁场理论》课程的教学方法进行了多轮的有益探索和改革实践，经过多年的不懈努力，在本课程建设和教学改革实践方面取得了初步成效，2011年经学校评审成为校级核心课程建设项目，课程的教学水平也得到进一步提升和认可。通过CAI手段，能在很大程度上帮助教师的教学[1-4]。CAI从根本上影响和改变学校的教学过程。可以使得原本抽象、枯燥的数据用各种动态模型表示出来，从而大大提高了教学和科学研究的直观性。
首先，CAI能减轻教师的教学负担，把教师从板书中解放出来投入到讲解中去，提高了教学效率；同时也能在很大程度上优化学生的认知过程，提高学习兴趣。传统教学方法只强调电磁场经典理论和单纯的公式推导，知识过于枯燥，形式上也较为单一，缺乏应用背景和紧密跟踪最新发展前沿的相关内容。这样不但导致理论与实际应用脱节，也很难激发学生的学习热情。针对教学中出现的这些情况，把电磁场理论的相关原理和知识用图片、动画、声音等多媒体手段形象地展示出来，使抽象概念图形化和可视化。因而能够有效地调动学生的智力因素和非智力因素，激发学生的学习兴趣和内部动机，增强学习的主动性和积极性，让学生能比较容易地理解抽象复杂和晦涩难懂的内容，充分激发学生的学习积极性，提高了学习效率。
其次，CAI能将晦涩难懂的内容直观形象地展示出来，缩短学生对所学知识理解和掌握的时间，加速认知进程，提高学习效率和质量。比如什么叫圆偏振光，通常学生很难理解，可以通过动画把一个线偏振光极化方向在传播过程中旋转的过程展示出来，让学生一看就能明白。
再次，CAI能更好地突出教学重点和突破教学难点，利用二维三维动画技术和视频技术使抽象、深奥的信息的知识简单化、直观化，缩短了客观实物与学生之间的距离。CAI可以向学生提供当时当地无法看到和看清的事物、现象和过程，可以把微观的物体放大，把宏观的世界缩小，能将瞬态的过程通过慢镜头动画演示，完全突破时间和空间的束缚。比如介质的极化/磁化过程，可以通过动画演示电偶极子/磁偶极子随外加电场/磁场发生定向旋转的整个过程，帮助学生理解。
最后，多媒体环境可以使得教师有更多的时间去接触每一个学生，也有更多的时间去考虑课程设计等其他方面的问题。多媒体技术使得因材施教成为可能，学生的自主学习使得教师将更多的时间花费在更加需要的地方。多媒体环境可以更好的激发学生兴趣，集中学生的注意力，培养学生的探索钻研精神。CAI课件还能起到帮助学生自学和复习，提高学习效率等作用。
2 不足之处与改进措施
不可否认CAI具有许多独特的优势，但是作者在“电磁场理论”课程教学实践中也发现其存在一些不足之处，亟待改进。
2.1 不足之处
2.1.1 CAI课件疏远了师生间的距离
CAI课件在技术上拉近知识距离的同时却疏远了教师与学生之间的距离。师生间原有的依赖关系被对CAI的依赖关系所取代。这样会抑制师生间的情感交流，削弱学生人际交往能力以及合作精神等素质的培养。多媒体教学只是作为教学的一个重要补充，并非要取代传统的教学和教室。它将教师从传统的教学中解脱出来，使得学生更加体会到学习的乐趣。但它无法代替教师教给学生一些重要的价值观和道德观： 如理想、纪律、责任以及协作精神等。
2.1.2 CAI课件自身的不足
虽然CA I课件能调动学生多种感官共同参与学习， 但调动的范围和程度很难满足差异性学生群体的多种需求。现实中过多的感官刺激反而在客观上分散了学生部分注意力， 影响了课堂教学的正向效果。同时很多现有的CAI课件不注意针对学习者的学习心理特征，不能够很好地起到辅助教学的作用。学生在学习时的随意性很大，很容易转移、变换其学习的关注点和注意力，如果在课件中仅仅以文字和图片等多媒体手段表达学科的知识点（也就是仅仅用CAI课件替代教师板书），容易造成学习起来难以对课程长久集中注意力；同时也没有发挥计算机多媒体、网络、虚拟现实等技术的优势。
2.1.3 CAI课件限制了教师教学的灵活性
教学是一种特殊的认知活动，课堂教学的精髓是师生的相互交流和相互影响。由于CAI课件模式化乃至固化了教学的内容和策略，学习者的学习仍然是被动的，个性化指导的针对性不强，因而在一定程度上排斥了师生的相互作用和课堂教学的丰富生动性。 2.2 改进措施
2.2.1 改进CAI课件的质量
一个高质量的CAI课件，应该主题明确，因材施教，尽量扩大师生交互；突出个别化、差异化学习，调动每一个学习者，把形式多样的知识提供给学习者，为学习者提供方便快捷的学习环境与条件，有效地向学习者提出问题和反馈信息；并能充分巧妙地利用计算机网络资源。根据学习原理，针对学习者个体差异性的特点，并以他们为主体，精心设计制作CAI课件，激发和调动学习积极性，提高学习质量。课件要求主题明确、交互性强，又便于自主学习。课件展现给学习者的不仅是条理清楚的讲解，而且还要对他们学习进行经常性的评价和反馈。
2.2.2 教学不能单纯依赖CAI课件
CAI只是教学的辅助手段，而不是主要手段，不能主次不分。CAI是在教学大纲指导下对教学方法与教学手段的改变，它基本上没有改变教学内容，更没有改变教学结构。课堂教学的主体还是教师的讲授和师生的良好互动，CAI的作用是通过多种多媒体手段辅助教师的讲授，达到“教师主导，学生为主体”的目的。
2.2.3 CAI课件不能华而不实
如果CAI课件堆砌了大量的声音和图像信息，学生的视听感官受到强烈冲击，反而会分散学习的注意力，使思维受到了限制，不利于想象力的发挥。因此，CAI课件绝对不能华而不实。使用CAI的真正目的并不在于向学生展示图文并茂的教学画面，而是力求在CAI课件中突出重点，让学生真正地掌握所学知识。
2.2.4 开发个性化的CAI系统（PCAI）
传统CAI课件的缺陷可以概括为：缺乏差异化的个体适应能力、缺乏交互能力、缺乏创造能力和缺乏纠错能力。为适应差异性学生群体的多种类多层次需求，可以开发个性化的CAI课件（PCAI）。PCAI （Personalized Computer Assisted Instruction）主要包括：能根据学生的个体差异自动生成各种层次的问题与练习；并且自动根据学生的学习水平与接受程度选择与调整学习内容和进度；在了解教学内容进度的基础上自动解决问题，生成解答；对教学内容有解释和咨询的能力；能自动诊断学生的错误、分析原因并采取相应的纠正措施；能自动评价学生的学习行为；能自动评价教师的教学行为等几个方面。
2.2.5 与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）
由于上课时间的限制，课堂上还是以教师教授知识为主，师生互动式交流有限。而与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）就能在非上课时间上实现更大程度上的师生互动式交流。ICAI （Interactive Computer Assisted Instruction）是利用计算机把文字、图像、影像等多媒体内容与网络通信技术结合起来进行教学的软件。它突破了传统CAI教学的“线性限制”，以交互性、立体化的方式把信息知识形象生动地呈现给学习者。具有交互性强、知识密度大、表现力强，能很好地激发学习者的学习兴趣等优点。并且可以网上提交和批改作业，网上提问和解答以及网上查阅和下载相关资料等等。这样师生就能非实时、非线性、一对一地完成最大限度的互动式交流。
ICAI把多媒体技术和网络通信技术紧密结合起来，将大大地扩展CAI系统的功能。更重要的是实现了网上CAI教学信息资源的共享。它是一种特别适用于远程教学的交互式CAI技术，使学生能够从多种信息交互中获得大量有用信息，并可以与别的学习者共享资源并交流意见等。如在网上建立各种教学信息平台，教师和学生可以根据数学大纲的要求，通过调用信息中心的各种资源进行教学和学习；通过网络通信技术为教、学之间提供了有效的交流渠道，为师生交流和参加学术讨论提供了便利条件；通过网络学生可以根据自己的水平选择所需内容，实现差异化教学；通过网络还可以把集体教学和个别教学结合起来，有利于真正的因材施教。
3 结语
在“电磁场理论”课程教学中，CAI课件能在很大程度上帮助学生理解晦涩难懂的概念和公式。但同时CAI课件也疏远了师生间的距离、加上自身存在一些先天不足以及限制教师教学的灵活性等缺点。因此教师需要改进CAI课件的质量；教学不能单纯依赖CAI课件；CAI课件不能华而不实，应该突出教学内容的重点；同时为适应差异性学生群体的多种类多层次需求，可以开发个性化的CAI课件；与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）等。
参考文献
[1] 师书恩，孟月萍.计算机辅助教学[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
[2] 闫寒冰，祝智庭.CAI理论在信息化教育中的新发展[J].外语电化教学，2001（80）：59-63.
[3] 陈名松.计算机辅助教学（CAI）的发展与研究[J].桂林电子科技大学学报， 2007，27（2）：146-151.
[4] 任骏原.“电子技术”课程CAI教学模式的探索[J].电气电子教学学报， 2009，31（4）：99-100.
关键词：电磁场理论 计算机辅助教学 不足 改进
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（b）-0134-02
电磁场理论是工科光、电类专业学生必修的一门基础课程，它对于后续相关课程的学习及学生综合应用能力的培养具有不可替代的重要作用。但由于该课程的概念抽象、理论性强，并且涉及到大量的数学公式及复杂的理论分析和推导过程，很多学生偏偏抽象思维能力较差，自主学习的意识不强。这使得在采用传统的教学模式授课中教师讲得吃力，学生听得乏味，理论难以理解，学习后又很快遗忘，课堂教学效果不理想。计算机辅助教学（CAI：Computer Aided Instruction）借助声、光和动画等元素的配合，能将某些深奥抽象、微观和瞬时动态的内容以动态、形象的方式呈现出来，因而教学效果的提升非常明显。本文就作者利用CAI在“电磁场理论”课程教学中的实践经验，发现的不足之处和改进措施进行了总结与探讨。
1 教学经验总结
《电磁场理论》是一门公认的难学难教的工科本科基础课程，起点高，抽象的概念和公式多，难以理解。我们对《电磁场理论》课程的教学方法进行了多轮的有益探索和改革实践，经过多年的不懈努力，在本课程建设和教学改革实践方面取得了初步成效，2011年经学校评审成为校级核心课程建设项目，课程的教学水平也得到进一步提升和认可。通过CAI手段，能在很大程度上帮助教师的教学[1-4]。CAI从根本上影响和改变学校的教学过程。可以使得原本抽象、枯燥的数据用各种动态模型表示出来，从而大大提高了教学和科学研究的直观性。
首先，CAI能减轻教师的教学负担，把教师从板书中解放出来投入到讲解中去，提高了教学效率；同时也能在很大程度上优化学生的认知过程，提高学习兴趣。传统教学方法只强调电磁场经典理论和单纯的公式推导，知识过于枯燥，形式上也较为单一，缺乏应用背景和紧密跟踪最新发展前沿的相关内容。这样不但导致理论与实际应用脱节，也很难激发学生的学习热情。针对教学中出现的这些情况，把电磁场理论的相关原理和知识用图片、动画、声音等多媒体手段形象地展示出来，使抽象概念图形化和可视化。因而能够有效地调动学生的智力因素和非智力因素，激发学生的学习兴趣和内部动机，增强学习的主动性和积极性，让学生能比较容易地理解抽象复杂和晦涩难懂的内容，充分激发学生的学习积极性，提高了学习效率。
其次，CAI能将晦涩难懂的内容直观形象地展示出来，缩短学生对所学知识理解和掌握的时间，加速认知进程，提高学习效率和质量。比如什么叫圆偏振光，通常学生很难理解，可以通过动画把一个线偏振光极化方向在传播过程中旋转的过程展示出来，让学生一看就能明白。
再次，CAI能更好地突出教学重点和突破教学难点，利用二维三维动画技术和视频技术使抽象、深奥的信息的知识简单化、直观化，缩短了客观实物与学生之间的距离。CAI可以向学生提供当时当地无法看到和看清的事物、现象和过程，可以把微观的物体放大，把宏观的世界缩小，能将瞬态的过程通过慢镜头动画演示，完全突破时间和空间的束缚。比如介质的极化/磁化过程，可以通过动画演示电偶极子/磁偶极子随外加电场/磁场发生定向旋转的整个过程，帮助学生理解。
最后，多媒体环境可以使得教师有更多的时间去接触每一个学生，也有更多的时间去考虑课程设计等其他方面的问题。多媒体技术使得因材施教成为可能，学生的自主学习使得教师将更多的时间花费在更加需要的地方。多媒体环境可以更好的激发学生兴趣，集中学生的注意力，培养学生的探索钻研精神。CAI课件还能起到帮助学生自学和复习，提高学习效率等作用。
2 不足之处与改进措施
不可否认CAI具有许多独特的优势，但是作者在“电磁场理论”课程教学实践中也发现其存在一些不足之处，亟待改进。
2.1 不足之处
2.1.1 CAI课件疏远了师生间的距离
CAI课件在技术上拉近知识距离的同时却疏远了教师与学生之间的距离。师生间原有的依赖关系被对CAI的依赖关系所取代。这样会抑制师生间的情感交流，削弱学生人际交往能力以及合作精神等素质的培养。多媒体教学只是作为教学的一个重要补充，并非要取代传统的教学和教室。它将教师从传统的教学中解脱出来，使得学生更加体会到学习的乐趣。但它无法代替教师教给学生一些重要的价值观和道德观： 如理想、纪律、责任以及协作精神等。
2.1.2 CAI课件自身的不足
虽然CA I课件能调动学生多种感官共同参与学习， 但调动的范围和程度很难满足差异性学生群体的多种需求。现实中过多的感官刺激反而在客观上分散了学生部分注意力， 影响了课堂教学的正向效果。同时很多现有的CAI课件不注意针对学习者的学习心理特征，不能够很好地起到辅助教学的作用。学生在学习时的随意性很大，很容易转移、变换其学习的关注点和注意力，如果在课件中仅仅以文字和图片等多媒体手段表达学科的知识点（也就是仅仅用CAI课件替代教师板书），容易造成学习起来难以对课程长久集中注意力；同时也没有发挥计算机多媒体、网络、虚拟现实等技术的优势。
2.1.3 CAI课件限制了教师教学的灵活性
教学是一种特殊的认知活动，课堂教学的精髓是师生的相互交流和相互影响。由于CAI课件模式化乃至固化了教学的内容和策略，学习者的学习仍然是被动的，个性化指导的针对性不强，因而在一定程度上排斥了师生的相互作用和课堂教学的丰富生动性。 2.2 改进措施
2.2.1 改进CAI课件的质量
一个高质量的CAI课件，应该主题明确，因材施教，尽量扩大师生交互；突出个别化、差异化学习，调动每一个学习者，把形式多样的知识提供给学习者，为学习者提供方便快捷的学习环境与条件，有效地向学习者提出问题和反馈信息；并能充分巧妙地利用计算机网络资源。根据学习原理，针对学习者个体差异性的特点，并以他们为主体，精心设计制作CAI课件，激发和调动学习积极性，提高学习质量。课件要求主题明确、交互性强，又便于自主学习。课件展现给学习者的不仅是条理清楚的讲解，而且还要对他们学习进行经常性的评价和反馈。
2.2.2 教学不能单纯依赖CAI课件
CAI只是教学的辅助手段，而不是主要手段，不能主次不分。CAI是在教学大纲指导下对教学方法与教学手段的改变，它基本上没有改变教学内容，更没有改变教学结构。课堂教学的主体还是教师的讲授和师生的良好互动，CAI的作用是通过多种多媒体手段辅助教师的讲授，达到“教师主导，学生为主体”的目的。
2.2.3 CAI课件不能华而不实
如果CAI课件堆砌了大量的声音和图像信息，学生的视听感官受到强烈冲击，反而会分散学习的注意力，使思维受到了限制，不利于想象力的发挥。因此，CAI课件绝对不能华而不实。使用CAI的真正目的并不在于向学生展示图文并茂的教学画面，而是力求在CAI课件中突出重点，让学生真正地掌握所学知识。
2.2.4 开发个性化的CAI系统（PCAI）
传统CAI课件的缺陷可以概括为：缺乏差异化的个体适应能力、缺乏交互能力、缺乏创造能力和缺乏纠错能力。为适应差异性学生群体的多种类多层次需求，可以开发个性化的CAI课件（PCAI）。PCAI （Personalized Computer Assisted Instruction）主要包括：能根据学生的个体差异自动生成各种层次的问题与练习；并且自动根据学生的学习水平与接受程度选择与调整学习内容和进度；在了解教学内容进度的基础上自动解决问题，生成解答；对教学内容有解释和咨询的能力；能自动诊断学生的错误、分析原因并采取相应的纠正措施；能自动评价学生的学习行为；能自动评价教师的教学行为等几个方面。
2.2.5 与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）
由于上课时间的限制，课堂上还是以教师教授知识为主，师生互动式交流有限。而与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）就能在非上课时间上实现更大程度上的师生互动式交流。ICAI （Interactive Computer Assisted Instruction）是利用计算机把文字、图像、影像等多媒体内容与网络通信技术结合起来进行教学的软件。它突破了传统CAI教学的“线性限制”，以交互性、立体化的方式把信息知识形象生动地呈现给学习者。具有交互性强、知识密度大、表现力强，能很好地激发学习者的学习兴趣等优点。并且可以网上提交和批改作业，网上提问和解答以及网上查阅和下载相关资料等等。这样师生就能非实时、非线性、一对一地完成最大限度的互动式交流。
ICAI把多媒体技术和网络通信技术紧密结合起来，将大大地扩展CAI系统的功能。更重要的是实现了网上CAI教学信息资源的共享。它是一种特别适用于远程教学的交互式CAI技术，使学生能够从多种信息交互中获得大量有用信息，并可以与别的学习者共享资源并交流意见等。如在网上建立各种教学信息平台，教师和学生可以根据数学大纲的要求，通过调用信息中心的各种资源进行教学和学习；通过网络通信技术为教、学之间提供了有效的交流渠道，为师生交流和参加学术讨论提供了便利条件；通过网络学生可以根据自己的水平选择所需内容，实现差异化教学；通过网络还可以把集体教学和个别教学结合起来，有利于真正的因材施教。
3 结语
在“电磁场理论”课程教学中，CAI课件能在很大程度上帮助学生理解晦涩难懂的概念和公式。但同时CAI课件也疏远了师生间的距离、加上自身存在一些先天不足以及限制教师教学的灵活性等缺点。因此教师需要改进CAI课件的质量；教学不能单纯依赖CAI课件；CAI课件不能华而不实，应该突出教学内容的重点；同时为适应差异性学生群体的多种类多层次需求，可以开发个性化的CAI课件；与网络技术结合，开发交互式CAI系统（ICAI）等。
参考文献
[1] 师书恩，孟月萍.计算机辅助教学[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
[2] 闫寒冰，祝智庭.CAI理论在信息化教育中的新发展[J].外语电化教学，2001（80）：59-63.
[3] 陈名松.计算机辅助教学（CAI）的发展与研究[J].桂林电子科技大学学报， 2007，27（2）：146-151.
[4] 任骏原.“电子技术”课程CAI教学模式的探索[J].电气电子教学学报， 2009，31（4）：99-100.