多媒體CAI系統(tǒng)在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

熊飛　徐夢(mèng)婕

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和多媒體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，計(jì)算機(jī)多媒體的應(yīng)用已深入到了教育領(lǐng)域的各個(gè)方面。本文介紹了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)多媒體系統(tǒng)的原理，通過(guò)一個(gè)CAI課件實(shí)例——基本放大器實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)分析了多媒體CAI系統(tǒng)在電子技術(shù)教學(xué)中的開發(fā)應(yīng)用。多媒體與仿真技術(shù)的應(yīng)用使得本系統(tǒng)與其他CAI 系統(tǒng)相比，功能更強(qiáng)大。

【關(guān)鍵詞】多媒體；CAI；仿真；放大器

一、CAI簡(jiǎn)介

1、CAI的介紹

CAI是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer-Assisted Instruction）的縮寫，是指利用計(jì)算機(jī)媒體幫助教師進(jìn)行教學(xué)或利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。CAI是計(jì)算機(jī)科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)等多門學(xué)科交叉形成的一門綜合性新興學(xué)科。它既代表一個(gè)十分廣闊的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，又是一項(xiàng)重要的教育技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是教師將計(jì)算機(jī)用作教學(xué)媒體，學(xué)生通過(guò)與計(jì)算機(jī)的交互作用進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)形式，CAI軟件能充分利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大，快速處理圖象，聲音，動(dòng)畫等功能，產(chǎn)生出圖文并茂，聲色俱全的視聽效果，達(dá)到改善學(xué)習(xí)環(huán)境，優(yōu)化教學(xué)效果的目的，完成傳統(tǒng)教學(xué)方式難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)任務(wù)。

教育信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)奠定了CAI堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。新的科技成果層出不窮，知識(shí)呈加速增長(zhǎng)。教育信息技術(shù)論、教育控制系統(tǒng)論、教育傳播學(xué)和教育技術(shù)的心理學(xué)基礎(chǔ)幫助人們科學(xué)地分析人類學(xué)習(xí)行為的機(jī)理，為CAI奠定了理論基礎(chǔ)。信息社會(huì)的發(fā)展，要求廣泛地進(jìn)行計(jì)算機(jī)教育，這為CAI的產(chǎn)生和發(fā)展提出了社會(huì)要求和提供了社會(huì)環(huán)境；計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使CAI的發(fā)展成為可能；而學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用和指導(dǎo)，是CAI能不斷發(fā)展成為一個(gè)新的學(xué)科并成為教育技術(shù)的重要組成部分的靈魂。

我國(guó)的計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用實(shí)踐始于80年代初，習(xí)慣上將計(jì)算機(jī)的各類教育應(yīng)用統(tǒng)稱為CBE（計(jì)算機(jī)輔助教育），將計(jì)算機(jī)直接支持教與學(xué)的各類應(yīng)用統(tǒng)稱為CAI，將計(jì)算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理任務(wù)的各類應(yīng)用統(tǒng)稱為CMI（Computer Managed Instruction，計(jì)算機(jī)管理教學(xué)），并且將CAI和CMI看作為構(gòu)成CBE領(lǐng)域的兩個(gè)大的方面。

2、多媒體CAI系統(tǒng)

當(dāng)今，CAI軟件系統(tǒng)主要有三種：

（1）有廣泛內(nèi)容的分布式系統(tǒng)。利用有線電視系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊，各個(gè)終端與CAI中央系統(tǒng)相連。

（2）智能系統(tǒng)。模仿具有豐富經(jīng)驗(yàn)的教師的智能和思想，可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況調(diào)整教學(xué)策略。

（3）多媒體CAI 系統(tǒng)。多媒體技術(shù)的應(yīng)用，使得聲音、圖像和視頻及文字可以很容易進(jìn)行處理，且可以得到生動(dòng)的教學(xué)效果。這意味著計(jì)算機(jī)與人類離得更近。多媒體的顯著特點(diǎn)是其集成性和交互性。

二、多媒體CAI系統(tǒng)在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的開發(fā)應(yīng)用

下面，我們就詳細(xì)地介紹我們新近開發(fā)的具有仿真功能的多媒體CAI系統(tǒng)中的一個(gè)課件——“基本放大電路實(shí)驗(yàn)”。

1、“基本放大電路實(shí)驗(yàn)”簡(jiǎn)介

只有一個(gè)晶體管的基本放大電路是電子線路中一個(gè)很重要的單元電路。這一實(shí)驗(yàn)的目的是：掌握放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試與調(diào)整；掌握放大器的電壓增益的測(cè)試方法；學(xué)習(xí)如何測(cè)量放大器的輸入輸出電阻；進(jìn)一步熟悉常用電子儀器的使用。通過(guò)做基本放大電路實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更好地理解放大電路的原理與特性。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們需要組成電路，并選擇元器件的參數(shù)，同時(shí)，還要通過(guò)改變?cè)骷膮?shù)，分析電路的失真情況。此外，還要測(cè)試放大器的電壓增益，以和理論值進(jìn)行比較。

2、“基本放大電路實(shí)驗(yàn)”課件的分析（見圖1）

基本放大電路實(shí)驗(yàn)的課件主要包括四個(gè)部分：背景知識(shí)，實(shí)驗(yàn)原理，電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

背景知識(shí)包括儀器的使用，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢?shí)際實(shí)驗(yàn)操作的視頻演示等。

實(shí)驗(yàn)原理部分詳細(xì)介紹了本實(shí)驗(yàn)的工作原理，討論了電路靜態(tài)工作點(diǎn)的變化與電路失真之間的關(guān)系，電路輸入輸出電阻的測(cè)量方法，影響放大器電壓增益的因素等。

電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，就是一個(gè)虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，虛擬了一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在此做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以從元件盒中方便地取出所需要的元器件，測(cè)試所需的實(shí)驗(yàn)儀器則在右上角的儀器架上。在下方的通用實(shí)驗(yàn)板上，可以構(gòu)成一些簡(jiǎn)單的電子線路。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)。每一個(gè)學(xué)生都有自己不同的標(biāo)識(shí)，教師可以在本機(jī)上或是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)批改學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

事實(shí)上，這四個(gè)部分并不是彼此獨(dú)立的。可以在虛擬電子實(shí)驗(yàn)室里取得所需要的元器件和實(shí)驗(yàn)儀器，構(gòu)成一個(gè)“真實(shí)”的電路，而儀器上的數(shù)據(jù)可以直接用于實(shí)驗(yàn)報(bào)告；在任何時(shí)刻，也都可以得到關(guān)于“真實(shí)”電路的理論分析；若對(duì)某一實(shí)驗(yàn)儀器不熟悉，可以直接進(jìn)入背景知識(shí)，看看有關(guān)儀器的使用。

使用MICROMEDIA 公司的AUTHORWARE多媒體編輯系統(tǒng)來(lái)作為整個(gè)CAI系統(tǒng)的多媒體開發(fā)平臺(tái)。在背景知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理部分，用AUTHORWARE將聲音、圖像以及動(dòng)畫集成在一起，幫助學(xué)生更清楚地理解實(shí)驗(yàn)原理以及相關(guān)知識(shí)。用3D Studio MAX制作了大量的用于電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的3D模型，以得到一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

為了能夠在學(xué)生不管設(shè)計(jì)出什么樣的電路或者給出什么樣的參數(shù)的情況下，都能得到一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就必須采用仿真技術(shù)。如果沒有仿真技術(shù)，那系統(tǒng)充其量只是某一個(gè)或某一些典型電路的演示而已。因此，采用美國(guó)加州大學(xué)伯克萊分校的電路仿真程序SPICE作為仿真的內(nèi)核。從伯克萊得到了SPICE3F5版的源程序（用C語(yǔ)言編寫的），將其修改編譯為WINDOWS的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（spice.dll），供實(shí)驗(yàn)環(huán)境程序調(diào)用。整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境是用Visual Basic語(yǔ)言編寫的，每一個(gè)儀器（如示波器、多用表、信號(hào)源等等）也做成一個(gè)ActiveX控件供實(shí)驗(yàn)環(huán)境程序調(diào)用。而整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境作為一個(gè)ActiveX控件，在AUTHORWARE中可方便地調(diào)用。通過(guò)這種辦法，將各種媒體與仿真緊密地聯(lián)系在了一起。

參考文獻(xiàn)：

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[3]《電路檢測(cè)技術(shù)》，海軍航空技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，1997.3

[4]Cheng benmao， Zhao jingcheng， A multimedia CAL system on circuit & electronic technology experiments， Proc. of ICCE99， Chiba， Japan，1999.11.

作者簡(jiǎn)介：

熊 飛 （1985—）南京炮兵學(xué)院-牽引火炮系-軍事基礎(chǔ)教研室，助教。

徐夢(mèng)婕 （1987—） 南京炮兵學(xué)院-外訓(xùn)系-翻譯室，助教。