多媒体技术和软件在理工科专业课程教学中的应用

刘伟慈 梁瑞生

摘 要 理工科专业课程的特点主要表现为概念多、公式多、知识点分散、理论性强及实践性高等，运用传统板书或者一般的多媒体教学方式，教学内容比较枯燥无味，难以吸引学生的注意力，学习效果不理想。针对理工科专业课程的特点及教学过程中存在的问题，结合在教学过程中积累的一些经验，对多媒体技术和相关软件的运用进行探讨。

关键词 多媒体；理工科专业课程；虚拟实验室；Maple

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）03-0020-02

1 前言

理工科专业课程存在理论抽象、实践性强、内容多、难教难学等困难，因此在创建高水平应用型理工科大学过程中，激发学生的学习主观能动性，增强对理工科专业课程的学习兴趣，提高课堂质量及教学效率最为关键。教育部于2005年1月颁布《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》，明确指出：“要鼓励教师按照教育规律和课程特点，推动多媒体辅助教学，不断提高教学效果。”[1]在大学理工科专业课程教学中合理利用多媒体技术及相关软件，可以有效激发学生的兴趣并极大地提高课堂教学质量，达到教学相长。

利用多媒体计算机技术及相关教学软件进行辅助教学，可以极大地丰富课程教学内容，使教师表达方式更加多样化。如在课堂上播放一些能够说明问题的、富有趣味的视频或图片，可以吸引学生的注意力，扩展他们的形象设计思维，从而不断提高学习兴趣，加强生生互动及师生互动，提升课堂质量。本文将探讨理工科专业课程教学中多媒体技术和相关软件的应用。

2 理工科专业课程教学存在的问题

理工科课程改革的核心目标就是不断培养学生的创新思维及能力，但大部分理工科理论课程的安排上都是“概念定理—证明—练习题”这一流程，对基本的理论背景和实际应用都牵涉较少。而理工科实验课程大部分以基础训练为主，实验指导书将实验仪器设备、实验原理、实验步骤等写得非常详细，学生只是按照说明书的流程在实验箱上完成简单操作，通过实验结果验证结论、定律及定理，如证明一些已知的数据和波形；解决实际应用问题的开放性及综合性设计实验的数量不多，学生也很少自己查资料、动脑筋去研究设计实验方案，选择实验方法，甚至对新知识、新技术不敏感而不能及时结合它们进行实践。因此，对于学生创新能力的培养是没有帮助的。

3 多媒体技术及相关软件应用在理工科专业课程教学中的优势

1）多媒体技术及相关软件能够生动地将理工科专业课程（如电路、信号与系统等）内容以模拟演示的形式展示出来，能很好地抓住学生的注意力和激发学习兴趣。将具体的形象展示给学生，一方面通过创设理工科专业课程情境帮助学生理清思路，另一方面帮助学生形成抽象与形象之间的对应关系，加深学生对专业知识课程理论方面的理解。

2）运用多媒体及相关软件使教学更加立体，让学生体验到立体教学，同时可以优化加深学生的课堂印象，优化教学内容，节省课堂教学时间，显著提高教学质量，使课程教学更加符合教学改革趋势，达到既定的教学目标。多媒体技术及相关软件的及时使用，可以大量节省画图和板书的时间，提高教学效率，真正事半功倍。

3）多媒体技术结合相关软件的教学活跃了课堂氛围，及时反馈课堂的教学效果。多媒体技术和相关软件在教学中的灵活运用，使呆板的理论教学显得更加灵活，通过宏观现象将微观抽象的事物可视化展现出来，让学生更容易接受课堂知识，开拓创新思维。

4 多媒体技术及相关软件应用在理工科专业课程教学中的误区

忽略了教师的主导作用和学生的主体地位 很多教师认为传统教学方法是守旧过时的，而多媒体课件和相关教学软件体现的是先进的教育理念，从而在课堂教学中非常依赖多媒体课件和相关软件。许多教师备课时更注重素材准备、复制资料，然后课堂上展示图片和放映视频，忽略了自己的主导作用和学生的主体地位，不能与学生在课程内容上互动，不能激发学生对理工科专业课程的学习兴趣。

理工科所有的课程都使用多媒体课件或偏重软件演示 多媒体技术和相关软件的迅猛发展使得大部分教师抛弃传统教学，全面使用这一新的教学方式。但是多媒体技术和相关软件的使用必须结合课程特点，并非所有的课程都适合。如专业基础课中的复变函数和积分变换注重逻辑推理过程，物理课程的探索求解过程对于理解物理机制也很关键。教师通过板书可以引导学生掌握推导过程和理解解题思路，加强师生互动、生生互动，引起学生探索欲望，激发学习兴趣。学生在推导求解过程中享受乐趣，能更好地理解和掌握公式定理及物理机制。若是这一推导过程只是以多媒体形式展示给学生，学生难以及时掌握其内在机制。

另外，虚拟实验只是模拟实验，并不能提高学生动手实验的能力，无法代替真实的实验环节。只有多媒体技术和相关软件与传统教学方式紧密结合，才能更好地激发学生的学习興趣，提高课堂质量和教学效率。

学生过度依赖多媒体课件 因为多媒体课件更生动、直观，所以有些学生上课不带教材，课堂上只看课件，只听教师灌输，依赖课件听课，不动脑、不互动。一些学生甚至跟不上多媒体课件的演示，课堂学习效率低下。

5 多媒体技术结合相关软件在理工科专业课教学中的应用

传统教学手段与多媒体教学技术相结合 理工科专业知识学习需要进行一系列的逻辑思维过程。多媒体课件在文字、图像、声乐、色彩等方面的应用，极大地丰富了课堂内容，能够多样化地刺激和诱导学生的视听觉，抓住他们的注意力，激起学习兴趣，调动学习积极性，真正提高课堂教学质量和效率。理工科专业课程有些概念和物理机制比较抽象，难以理解。教师一方面可以通过板书引导学生理解逻辑推导过程，另一方面利用多媒体技术将物理过程进行展示，并让物理机制通过现象的展示来揭示，从而帮助学生加强对物理概念和物理机制的理解和掌握。如用多媒体课件来模拟实验，可以让学生在脑中形成深刻的印象，变抽象为形象，让学生从身临其境的情境中领悟到其中的原理、方法及方式，从而增强教学效果。

虚拟实验室在教学中的应用 建设虚拟实验室，运用一些虚拟软件合理安排实验教学内容，解决仪器设备缺少的难题并提高教学的安全性、创新性及开放性。将实验课程内容制作成虚拟的多媒体课件，学生可以利用这些课件进行自主练习，提高综合实验素质，使真实实验向综合实验发展[2]。真实实验和虚拟实验相结合，使学生实验不再受实验资源和仪器设备的限制，将有助于学生开阔眼界、拓宽思维空间，提高创新能力和实践动手能力。虚拟实验多媒体课件具有易复制的特性，学生可以根据自己的学习时间随时安排实验，通过虚拟实验观察实验现象、操作实验仪器，改进实验方向。这种“身临其境”的实验极大地开拓了学生思维，而专家教师的“临场”指导也让学生受益良多。学生还可以通过实验室的协同功能和异地学习者共同学习、讨论开展实验，加深对于实验的理解，提高对实验仪器设备的熟练使用程度，建立实验的直观认识，巩固所学内容，从而在客观上实现实验室空间和时间上的延伸。

理工科专业课程虚拟实验室丰富了实验内容，开放式实验教学和先进的虚拟仿真等电路仿真的主流软件已在理工科实验教学模式中被广泛推广和应用。

借助MATLAB软件将数学函数可视化 理工科专业基础课中，有些课程的函数理论是本科阶段的重要知识点，其数学理论部分较难理解。如“复变函数与积分变换”需要在四维空间中显示复变函数的图形，教师可以借助MATLAB软件将复变函数可视化，使抽象问题直观化、具体化，以加深学生对复变函数特征的理解[3]。

利用Maple数学软件解决函数的计算问题 Maple具有非常强大的数值和符号计算功能，灵活多变的二维、三维以及动画制作技术。Maple语言在数学、计算机学、物理、经济和工程技术等领域广泛应用。教师可以应用Maple数学软件解决复数计算、构造解析函数、留数计算、积分计算、函数展开为级数及复函数作图等问题，这样既解决了学生为之头痛的繁复计算问题，也有益于激发学习兴趣及提高学习积极性，并提升运用数学知识解决实际问题的能力。

教师采用新技术新设备把自己从放映员的角色中解脱出来 在多媒体教学中，一方面，教师需要随时控制多媒体课件的内容讲解和页面切换，大多数时间站在讲台上，活动范围有限；另一方面，教师视线长时间地集中在电脑屏幕

上，不能及时观察学生，不方便应用肢体语言，极大地影响师生间的交流和沟通，不能很好地开展师生互动。随着科技的发展，如激光翻页笔、电子手写屏、无线麦克风等新技术新设备的出现，可以帮助教师从放映员的角色中解脱出来，有助于随时、随地、随心所欲地对教学媒体进行控制。

6 结论

教师在实际课程教学中需要实现传统教学、多媒体教学和相关软件教学的有机结合，要发挥主导作用，考虑学生学习主体的逻辑思维需求，合理安排多媒体课件和教学内容，有效控制教学节奏，突出教学重点和难点，并结合多媒体技术和相关软件技术，从而充分挖掘学生學习的积极性，激发学习兴趣，提高教学效率和质量。

参考文献

[1]教育部.关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见[EB/OL].[2005-11-21].http：//old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_734/200507/8296.html.

[2]任红杰.关于高校互动式教学的思考[J].高校理论战线，2007（5）：43-46.

[3]彭芳麟.数学物理方程的MATLAB解法与可视化[M].北京：清华大学出版社，2004.