多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺(tái)的創(chuàng)建及應(yīng)用

潘偉民　馬致明　陳惠敏　阿力甫·沙吾提　門衛(wèi)偉

摘 要:開展信息化教學(xué)是解決少數(shù)民族地區(qū)教育資源不足、教育觀念相對(duì)滯后、教育改革進(jìn)程緩慢等問題的有效手段之一,但如何建設(shè)并有效利用滿足少數(shù)民族教學(xué)需要、符合不同民族認(rèn)知特點(diǎn)的雙語數(shù)字化多媒體教學(xué)資源,則是需要認(rèn)真研究的問題。本文結(jié)合新疆維吾爾自治區(qū)教育廳“維語、哈語、漢語計(jì)算機(jī)輔助大學(xué)物理教學(xué)軟件”項(xiàng)目,就少數(shù)民族地區(qū)開展雙語數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的一些方法和策略進(jìn)行了探討,期望能對(duì)同行有所借鑒。

關(guān)鍵詞:多語種 大學(xué)物理 雙語 多媒體 模擬實(shí)驗(yàn) 信息化教學(xué)

中圖分類號(hào):G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1673-8454(2009)13-0056-04

一、背景概述

當(dāng)以網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)開展的信息化教學(xué)已經(jīng)成為世界發(fā)達(dá)國家和國內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)學(xué)生獲取知識(shí)的有效途徑之時(shí),我國少數(shù)民族地區(qū)所面臨的“教育觀念相對(duì)滯后,教育改革進(jìn)程緩慢;教育基礎(chǔ)薄弱,普及義務(wù)教育和發(fā)展其他各類教育相對(duì)遲緩;教師隊(duì)伍數(shù)量不足、質(zhì)量不高;教育投入不足,辦學(xué)條件難以改善”等特殊困難和問題卻日漸突出,如何解決這些難題已成為教育主管部門關(guān)注的焦點(diǎn)。[1]

新疆地域廣闊,教學(xué)語言眾多,由于受歷史、社會(huì)、自然條件,特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等多種因素影響,新疆高等教育還面臨著一些特殊挑戰(zhàn):高考錄取的少數(shù)民族考生的理科綜合成績(jī)平均及格率不足10%!如何保證少數(shù)民族高等教育質(zhì)量是廣大理科教師不得不深思的一個(gè)問題。

大學(xué)物理是許多專業(yè)的重要基礎(chǔ)課,對(duì)于少數(shù)民族學(xué)生來說又是一門非常難學(xué)的課程。一方面是因?yàn)槲锢斫虒W(xué)中通常要借助演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供大量的感性材料,幫助學(xué)生達(dá)到理解和掌握知識(shí)的目的;但在實(shí)際教學(xué)中,由于受客觀條件及時(shí)空的限制,有些實(shí)驗(yàn)無法做,有些實(shí)驗(yàn)又不易觀察和控制。另一方面,大學(xué)物理中許多理論都是用抽象而又復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來表示,非常薄弱的理科基礎(chǔ)使少數(shù)民族學(xué)生只憑想象和邏輯思維很難真正理解和掌握其物理內(nèi)涵。這些因素給教學(xué)帶來諸多不便,降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也使大學(xué)物理的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量難以保證。

在教育技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天,積極推進(jìn)民族教育手段現(xiàn)代化進(jìn)程、大力開展雙語數(shù)字化資源建設(shè)與應(yīng)用是彌補(bǔ)和解決這些難題行之有效的途徑。在新疆維吾爾自治區(qū)教育廳的資助下,我們自主開發(fā)了一套“維語、哈語、漢語計(jì)算機(jī)輔助大學(xué)物理教學(xué)軟件”,并將其投入使用,取得了明顯的成效。本文結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)施就少數(shù)民族地區(qū)開展雙語數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的一些方法和策略進(jìn)行了探討,希望能夠?qū)φ谶M(jìn)行這方面研究的同行有所啟示。

二、多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺(tái)的創(chuàng)建

1.物理問題的選擇

在對(duì)少數(shù)民族師生進(jìn)行廣泛調(diào)查的基礎(chǔ)上,我們選擇了同方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成、振動(dòng)方向相互垂直的兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成、橫波與縱波、駐波、自由振動(dòng)阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)和簡(jiǎn)諧振動(dòng)、麥克斯韋速率分布率、范德瓦爾斯方程、顏色的合成與分解、楊氏雙縫干涉、夫瑯和費(fèi)單縫衍射、夫瑯和費(fèi)圓孔衍射、RLC串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)、RLC串聯(lián)電路的性質(zhì)、串聯(lián)諧振等比較典型的15個(gè)問題。這些問題涉及大學(xué)物理中一些非常重要的知識(shí)點(diǎn),既是以往教學(xué)中少數(shù)民族學(xué)生難以理解和掌握、教師不易講授的難點(diǎn)之一,同時(shí)也是師生們最希望用計(jì)算機(jī)圖像、動(dòng)畫等形式來進(jìn)行模擬的內(nèi)容。

2.開發(fā)平臺(tái)的確定

大學(xué)物理多媒體模擬實(shí)驗(yàn)的“儀器”是計(jì)算機(jī),要通過計(jì)算機(jī)高級(jí)語言來實(shí)現(xiàn)物理模型與物理圖像、物理規(guī)律的對(duì)接。Visual Basic(簡(jiǎn)稱VB)是最早誕生的面向?qū)ο蟮目梢暬绦蛟O(shè)計(jì)語言,除了具有豐富的數(shù)值計(jì)算功能和強(qiáng)大的繪圖功能以外,還能處理維吾爾文和哈薩克文等少數(shù)民族文字,完全勝任多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺(tái)的創(chuàng)建。此外,VB也是我區(qū)許多理工科專業(yè)開設(shè)的計(jì)算機(jī)語言類課程,用其作為開發(fā)工具也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)VB的興趣和動(dòng)力。綜合各種因素我們選用VB6.0作為開發(fā)平臺(tái)。

3.總體設(shè)計(jì)思想

多語種大學(xué)物理多媒體雙語模擬平臺(tái)是在構(gòu)建物理模型和數(shù)學(xué)模型的前提下,利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)來模擬物理現(xiàn)象,詮釋物理規(guī)律,演示運(yùn)動(dòng)過程,并由此構(gòu)建適用于新疆少數(shù)民族的民漢雙語課堂模擬演示平臺(tái)和課后自主學(xué)習(xí)平臺(tái)。因此課件的設(shè)計(jì)既要遵循物理模型和物理規(guī)律,又要符合少數(shù)民族學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),更重要的是要通過交互式模擬課件將抽象繁瑣的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成生動(dòng)形象的物理圖像,給學(xué)生提供一些實(shí)際難以獲得的感性知識(shí),彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足,幫助學(xué)生克服因基礎(chǔ)薄弱所產(chǎn)生的理解困難,并順利完成向理性認(rèn)識(shí)的過渡。[2]

模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)具有很強(qiáng)的人機(jī)交互性,物理參數(shù)的輸入方式要盡可能方便好用,如振幅、頻率、波長(zhǎng)、波速、屏距、縫距、電阻、電容等參數(shù)均可由滾動(dòng)條或列表框來提供和變換,各種單色光源可借助調(diào)色板進(jìn)行選擇等。所有模擬過程都能做到參數(shù)與現(xiàn)象之間的隨調(diào)隨變、直接響應(yīng),而不需要再去單擊按鈕等其他工具,就如同在真實(shí)儀器上操作一樣。各類運(yùn)動(dòng)過程要用逼真的動(dòng)畫進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示,并能隨參數(shù)的變化而進(jìn)行連續(xù)的變化;為了便于分析和講解,同時(shí)也考慮到少數(shù)民族學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和知識(shí)水平,界面中提供單步行進(jìn)和連續(xù)行進(jìn)兩種演示控制手段。有些周期性的運(yùn)動(dòng)或特殊狀態(tài)借助音效來渲染效果,不要時(shí)又可以隨時(shí)關(guān)閉。當(dāng)參數(shù)變化而引發(fā)物理現(xiàn)象的改變時(shí),通過文字、配音等方式逐步提示和引導(dǎo)學(xué)生尋求其中所蘊(yùn)含的物理規(guī)律。

此外,用戶可根據(jù)需要隨意選擇維語、哈語和漢語三種語言的文字和配音,并能按雙語教學(xué)的要求進(jìn)行任意組合。

4.課件開發(fā)制作

任何一個(gè)多媒體課件的開發(fā)都是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,要涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、教育技術(shù)學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)及所應(yīng)用的學(xué)科,是人員、過程和問題的有機(jī)交織,在課件開發(fā)中所倡導(dǎo)的原則是“學(xué)科教學(xué)規(guī)律的遵從、軟件工程方法的掌控、人機(jī)交互思想的滲透、教育技術(shù)理念的融合”。[3]

為了貫徹這些原則,我們組成了強(qiáng)大的維語、哈語、漢語計(jì)算機(jī)輔助大學(xué)物理教學(xué)軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì):由既懂專業(yè)又懂教學(xué)規(guī)律的維族、哈族和漢族大學(xué)物理教師組成學(xué)科組,負(fù)責(zé)模型的建立、模擬計(jì)劃的制定、課件的測(cè)評(píng)以及各種語言之間的翻譯;由精通軟件開發(fā)的各族計(jì)算機(jī)教師組成課件制作組,負(fù)責(zé)模擬環(huán)境的創(chuàng)建、程序代碼的編寫以及程序的組裝和調(diào)試;由發(fā)音純正的校園之聲廣播站的維族、哈族和漢族大學(xué)生播音員組成配音組,負(fù)責(zé)課件的背景配音。這樣從建立模型、制定模擬計(jì)劃、創(chuàng)建模擬環(huán)境、編寫程序代碼、組裝調(diào)試、各種語言之間的翻譯、配音、測(cè)評(píng)、試用等各個(gè)環(huán)節(jié)均有專業(yè)人士參與。在開發(fā)過程中,我們突出課件的交互性和實(shí)用性,始終堅(jiān)持將優(yōu)秀的教學(xué)理念融入課件的每一環(huán)節(jié),這些措施保證了課件的質(zhì)量和總體設(shè)計(jì)思想的實(shí)現(xiàn)。

在攻克各類動(dòng)態(tài)圖像的實(shí)現(xiàn)、光學(xué)現(xiàn)象中光強(qiáng)的控制、民文字符的正確定位顯示、大批民文文字的處理、民文下拉式菜單的實(shí)現(xiàn)、多文種語音的正確切換等技術(shù)難關(guān)后,終于開發(fā)制作出15個(gè)多語種大學(xué)物理多媒體雙語模擬課件。

5.系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建及特色

為了便于使用和管理,我們對(duì)所開發(fā)的三種語言的15個(gè)子課件進(jìn)行了集成,所有子課件均可由系統(tǒng)主界面統(tǒng)一調(diào)用。同時(shí)為了滿足新疆各族師生雙語教學(xué)的需要,系統(tǒng)中的所有子課件均實(shí)現(xiàn)了界面文字和配音語言之間的多向組合,從而形成了維文漢語(界面文字是維吾爾文、配音是漢語,以下類同)、維文維語、哈文漢語、哈文哈語、漢文漢語、漢文維語和漢文哈語7個(gè)系列。進(jìn)入主界面后,先選擇擬使用的系列,然后進(jìn)入子界面后再選擇相應(yīng)的課件即可,系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

界面文字和配音語言之間的多向組合(組合方式如圖2所示)是本系統(tǒng)的一大特色,這種方式非常適合新形勢(shì)下少數(shù)民族地區(qū)開展的信息化教學(xué)和雙語教學(xué)。

三、多語種大學(xué)物理雙語模擬平臺(tái)的應(yīng)用

1.應(yīng)用方式

為了滿足各種教學(xué)需要,我們將本系統(tǒng)安裝在有關(guān)的多媒體教室,同時(shí)也將其放在校園網(wǎng)上。因此,本系統(tǒng)既可用于教師課堂教學(xué)時(shí)的演示和講解,也可用于學(xué)生課后復(fù)習(xí)時(shí)的思考和探索;既可用于民語言班級(jí),又可用于漢語言班級(jí);對(duì)于民語言班級(jí),根據(jù)雙語教學(xué)的需要和學(xué)生的理解能力,既可選用純民文課件,也可選用純漢文課件,還可選用多語種語音文字按特定方式組合的課件;學(xué)生可以復(fù)制并使用有配音文件的課件,也可以下載并使用無配音文件的課件(考慮到網(wǎng)速等因素)。

2.應(yīng)用案例

下文給出三種不同文字界面的三個(gè)不同課件的應(yīng)用案例。

(1)駐波

本課件用來模擬兩列相向而行的簡(jiǎn)諧波合成時(shí)的各種情景。左行波和右行波的振幅、頻率可以單獨(dú)控制,行波的速度也可由滾動(dòng)條來調(diào)節(jié);左行波和右行波的位置可以上下分開,也可以居中合并;合成的效果可以保留視覺暫留,也可以取消;模擬可采用單步合成的方式,也可采用連續(xù)合成的方式。通過對(duì)各種不同參數(shù)的動(dòng)態(tài)模擬及必要的雙語語音或文字提示,學(xué)習(xí)者從中可以很容易地得出駐波形成的條件及其他一些物理場(chǎng)景。圖3是維文界面下該課件的運(yùn)行效果圖。

(2)夫瑯和費(fèi)單縫衍射

本課件用動(dòng)態(tài)方式模擬出了夫瑯和費(fèi)單縫衍射條紋隨波長(zhǎng)和孔徑的變化情況。界面中提供了簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)裝置,孔徑大小可由滾動(dòng)條調(diào)節(jié),光源顏色可借助簡(jiǎn)易調(diào)色板在紅、黃、綠、青、藍(lán)、白中任選。課件中逼真地模擬出了各個(gè)行波的傳播過程以及衍射條紋的疏密和間距隨波長(zhǎng)和孔徑的變化情況。圖4是哈文界面下該課件的運(yùn)行效果圖。

(3)自由振動(dòng)、阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)

本課件用來模擬自由振動(dòng)、阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)。其中還可演示受迫振動(dòng)下的簡(jiǎn)諧振動(dòng)、受迫振動(dòng)下的阻尼振動(dòng)等。彈簧振子的振幅、頻率和初相,強(qiáng)迫力的振幅和頻率、阻尼因數(shù)以及振動(dòng)速度等都可以單獨(dú)控制,模擬可采用單步行進(jìn)的方式,也可采用連續(xù)行進(jìn)的方式。當(dāng)參數(shù)變化時(shí),所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)狀態(tài)名稱以及該振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型均在課件窗口中給出。圖5是漢文界面下該課件的運(yùn)行效果圖。

3.應(yīng)用情況及效果

本模擬平臺(tái)以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)物理圖像為主,以文字、語音、動(dòng)畫、音效為輔,借助計(jì)算機(jī)的仿真模擬能力和計(jì)算能力將那些在教學(xué)中難以講述和理解的問題形象化,把抽象、繁瑣的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成具體的物理圖像,在屏幕上演示或模擬出在實(shí)驗(yàn)室中無法操作或難以控制的物理現(xiàn)象,給各族學(xué)生提供了常規(guī)教學(xué)中無法實(shí)現(xiàn)的情景,使他們得到本來無法獲得的直觀認(rèn)識(shí)。

項(xiàng)目開發(fā)成功后,我們?cè)谛陆畮煼洞髮W(xué)、昌吉學(xué)院、新疆醫(yī)科大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)等不同院校、不同專業(yè)、不同民族的大學(xué)物理教學(xué)中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。從考試結(jié)果對(duì)比及調(diào)查問卷來看,本平臺(tái)的適用性很好,師生們普遍認(rèn)為有了這套雙語模擬軟件后曾經(jīng)難講、難理解的內(nèi)容變得通俗易懂了,既有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,同時(shí)也為改善教學(xué)手段、攻克教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)、提高教學(xué)質(zhì)量起到了很好的輔助作用。

2005年10月,項(xiàng)目組成員門衛(wèi)偉老師以本模擬課件為素材制作的“醫(yī)用物理學(xué)”課件獲得第五屆全國多媒體課件大賽三等獎(jiǎng),并被錄入中國教育資源網(wǎng)。2007年1月,本項(xiàng)目獲得新疆維吾爾自治區(qū)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)。

四、結(jié)束語

模擬實(shí)驗(yàn)是理科教師制作CAI課件的重要手段,是利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的關(guān)鍵之一。模擬實(shí)驗(yàn)不僅要客觀合理地提供材料,使學(xué)生有清楚、直觀的了解,而且更重要的是要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位,啟發(fā)學(xué)生思維,發(fā)展學(xué)生的想象力,開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

開發(fā)和應(yīng)用多語種雙語CAI課件是解決少數(shù)民族地區(qū)教育資源不足、教育觀念相對(duì)滯后、教育改革進(jìn)程緩慢等問題的有效手段,也是改善辦學(xué)條件、推進(jìn)民族教育手段現(xiàn)代化進(jìn)程、提高少數(shù)民族教育質(zhì)量的重要途徑。

雖然我們?cè)谛陆嗝褡逭Z言大學(xué)物理雙語CAI課件的開發(fā)和應(yīng)用方面進(jìn)行了一些探索,取得了一定的成效,得到了廣大師生和有關(guān)部門的認(rèn)可,但是我們的力量畢竟還很薄弱,我們所做的工作還非常有限。希望能有更多的有識(shí)之士參與到CAI課件的開發(fā)和應(yīng)用當(dāng)中,壯大我區(qū)尤其是雙語CAI課件研發(fā)和推廣的隊(duì)伍,為提高我區(qū)教育質(zhì)量,促進(jìn)教學(xué)手段現(xiàn)代化做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]國務(wù)院關(guān)于深化改革加快發(fā)展民族教育的決定[EB/OL].http://www.edu.cn/20041126/3122334.shtml.

[2]宋清.大學(xué)物理計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)的MATLAB開發(fā)[J].高等函授教育(自然科學(xué)版),2005(8):5-8.

[3]宋繼華等.對(duì)外漢語教學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程開發(fā)的理論原則[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2004(2):113-118.