1、工程制图课程 CAI 电子教案的设计与应用 【摘要】将计算机多媒体技术应用于工程制图课堂教学，能够较大地提升教学效率和教学质量，从而解放教育生产力，推进教学方式改革。CAI 电子教案必须注重“意义构建” ， 应体现课程的内容体系，应注意把握本学科的思维特征，注重对学生创新意识和思维能力的培养，应根据课程的内容特点和媒体的教学特征，对教学媒体进行合理的选择和设计。【关键词】工程制图教学；CAI 电子教案；教学设计；界面设计 1.计算机多媒体电子教案教学的基本特点 CAI（ComputerAssisted Instruction） ，即一种利用计算机多媒体技术作为教学手段的教学系统。随着计算机多媒
2、体技术应用于课堂教学，利用 CAI 电子教案授课已被广泛应用。同其他助教型 CAI 课件及录像教学不同，电子教案授课不是课堂教学中锦上添花的穿插式讲授，而是完全甩掉传统的黑板、粉笔的全程 CAI 教学。电子教案授课的工具即多媒体电子教案，是由任课教师根据学生的实际情况和课程教学要求，自行制作的、供自己使用的课堂演示型多媒体教学软件。上课时，由教师操作计算机，通过视频投影仪、投影大屏幕等设备将教案向学生演示。演示过程由教师随堂讲解，运行速度由教师手动控制，随着教师的教学思路和课堂节奏，将经多种媒体包装后的授课内容逐一详细深入地呈现。就总体而言，计算机辅助教学不仅取代了一部分传统教学的手段，而且能
3、实现传统教学方式无法达到的教学效果，还可以大大增加课程容量，提高课程密度。由于利用多媒体、网络通讯等手段，使课堂讲授更直观清晰、更具吸引力。因此不论从理解或记忆的角度看，计算机辅助教学都能更有利于学生掌握和巩固教学内容。 从具体的课堂教学过程看，CAI 教学的优越性是显而易见的。 1.1 有利于发扬光大传统教学方式中的精华。与传统授课方式一样，电子教案体现了教师个体的教学风格和创造性劳动，因为教案是教师根据对学生特点的把握，根据自己的教学经验和教学风格亲自编制的。在课堂教学中，由教师自行讲解，自行控制演示过程。因此，教师在课堂上完全能模仿传统教学方式中循序渐进的传授知识过程，启发学生思维，及时
4、获取学生的反馈信息，随时调整讲课的方式、节奏和进度；师生之间思想互动，情感交流，更利于教学呼应、教学相长，这正是课堂教学的精髓所在。因此，电子教案授课能有效发扬光大传统教学方式中的精华。 1.2 发挥了多媒体信息资源的优势。电子教案授课效果的优劣与教案本身的质量高低密切相关。电子教案融文本、图形、动画等多种媒体信息于一体，通过图文并茂的画面、形象逼真的动画，使得一些抽象难懂、枯燥无味的教学内容，变得生动、形象、具体，并着力对课程的重、难点内容进行渲染和剖析，拓展了学生的思维空间，活跃了课堂的气氛，使学生积极主动地参与学习过程，有利于达到最佳的教学效果。例如：通过大屏幕动画演示，模拟传统教学方式
5、的作图板书，过程高效、生动有趣，并且可以无限次数“重做”等等。计算机多媒体教学的效果是传统教学无可比拟的。 1.3 提高课堂的教学效率，解放了教育生产力。电子教案授课完全甩掉了传统的黑板、粉笔，节省了教师课堂板书、画图的时间，在相同的时间内使得课堂信息容量增大，丰富了授课内容，提高了教学效率。同时，由于教案中的教学素材，如文字、图表等用电子教案制作出来后可以永久保留，不需每次上课都重新设计、重新绘制。因此将教师从机械、繁琐、重复的劳动中解放了出来，能把更多的精力和时间用于富于创造性的教学和科研活动中，有利于保证教学质量和教师自身业务水平的提高。 1.4 电子教案制作方便，修改容易。教学过程是一
6、个动态的过程。教师在教学中，随着知识的不断更新，随着教学经验的不断积累，需要不断地补充、修改教案。在纸质载体的传统教案中，修改很困难，尤其是大幅度的修改，往往需要重写教案，耗时费力，使教师不胜其烦。而电子教案修改容易；教师可根据具体情况，对内容作局部的修改，对相应的教学素材作适当的调整，经“保存”后，即可形成一份新的教案，使教案常用常新，不断完善。另一方面，与传统教案相比，电子教案制作技术难度不大，制作周期短，依托目前流行的多媒体制作工具软件，普通学科教师可独立编制完成。 2. CAI 电子教案教学设计中的几个问题 工程制图课程是大学工科学生必修的一门技术基础主干课程。该课程的主要任务是培养学
7、生绘制和阅读工程图样的能力，以及对三维形状与相关位置空间的逻辑思维和形象思维能力。 长期以来，工程制图教学以传统的“黑板+粉笔”的模式为主，通过教师的讲解，辅以模型、挂图等直观教具的静态展示，引导学生分析空间几何关系，理解三维空间形体与二维平面图形之间的对应转换。显然，教学上存在着较大的局限性。 因此，工程制图课程多媒体电子教案应充分发挥计算机多媒体形式多样、形象生动、信息量大、重现力强等方面的优势，以弥补传统教学在直观感、立体感和动态感等方面的不足，将教学内容用多种媒体包装后以简洁明了的方式传授给学生，营造一个生动活泼，有利于对知识深入理解的教学环境，达到提高教学质量，提高学习效率，使学生实
8、现有效学习的根本目的。因此，根据课程教学大纲的要求和课堂教学规律，汲取传统教学的精华，溶入现代教学思想方法进行教学设计，是保证电子教案质量的关键所在。 2.1 电子教案必须注重“意义构建” ，打造好 CAI 与工程制图课程教学整合的基础。CAI 技术的发展为教学的改革提供了先进的物质条件，但要充分发挥 CAI 的多种优越功能，在教案设计时必须首先充分注重教学的意义构建。现代教育理论强调学生是认知的主体，是学习意义的主动构建者。整个学习过程的最终目的是完成学习者知识意义的构建，因而整个教案都要以“意义构建”为中心去设计和实施。 工程制图课程课堂教学是由多个要素所构成的一个复杂的系统。大量 CAI
9、 课件进入课堂，使得原本就复杂的教学系统构成要素发生了变化，也使得教学系统的操作更加复杂化。要使 CAI 与工程制图课程教学达到和谐统一，就需要对 CAI 与工程制图课程进行整合，使课程内容的各要素相互渗透，整体协调，使系统各要素及整体发挥最大效益。课程整合的目的是减少知识体系的分割及学科间隔离，把不同的知识体系有机联系起来。CAI 与工程制图课程的整合，不是简单的把 CAI 技术仅仅作为辅助教师课堂教学的演示工具，而是把它作为教与学的工具和培养学生各种素质的载体。要在现代教学理论指导下，把 CAI 作为促进学生自主学习的认知工具、丰富教学环境的创设工具，并将这些工具全面地应用到教学过程中，使
10、课堂教学资源，各个教学要素和教学环节，经过整理、融合，在系统优化的基础上产生聚集效应，从而使传统的教学模式得到根本的变革。 2.2 电子教案应体现课程的内容体系，它既不应是文字教材的翻版，也不应是传统教案的电子移植。电子教案的内容就是教师课堂演示的内容。教师在对课程内容深入剖析的基础上，去粗取精，提炼出课程各章节的框架体系，将对应的教学内容分解为若干个知识单元，再将每个知识单元细分为若干个知识点，然后，以知识点为核心制作电子教案中的微教学单元。例如，将“直线的投影”这部分内容作为一个知识单元，以单元内的“各类直线的投影特性” 、 “直线上点的投影特性” 、 “用直角三角形法求线段的实长”等知识
11、点为核心，分别制作的“小课件”就构成了电子教案中的多个微教单元。最后，将各个微教学单元按课程的内容体系和教师的讲课顺序编排。这样制作出来的电子教案在内容和结构上都具有相当的柔性；不拘泥于某一特定版本的教材，方便教师根据不同的教学对象和教学要求加工、重组教案。 在课堂教学中，电子教案应起到提纲挈领的作用，重点突出，简洁明了而不求面面俱到。细节内容可由教师讲解发挥（或由配套教材体现） ，有助于形成一个清晰明确的知识结构，有助于对教学内容的理解和把握。2.3 电子教案应注意把握本学科的思维特征，注重对学生创新意识和思维能力的培养。工程制图学科的思维特征是不断地完成“空间 平面” 、 “平面 空间 ”
12、的动态思维，即不断地画图和读图，由浅入深，循序渐进，这对于培养学生的空间思维能力起着十分重要的作用。在传统教学中，由于教学手段的局限，无法对思维的动态转换过程做形象直观的展示，容易使学生陷入极度的思考之中。在电子教案中，可以利用计算机强大的动态图形处理功能，充分展示图形的生成和转换过程，使抽象的理论按照它的本来面目形象直观地展示出来，让思维过程变得可视化。例如，在视图表达部分，通过动画、仿真等技术表现空间立体的平面抽象和平面图形的立体再现过程；在剖视面部分，着力表现剖切面切剖立体的过程和断面及断面后面的剩余部分生成平面图形的过程。通过让学生全面地了解、把握图形的生成和转换的全过程，不但促进了对
13、有关知识的学习，而且在潜移默化中培养了学生的空间思维能力。 运用 CAI 教案的目的是为了服务于教与学，提高课堂教学效率和质量，而不是用来为课堂教学做点缀。所以要注意发挥 CAI 的技术力量，去做传统教学器具或手段不能做或做得不完善的事情，从而更合理地优化教学资源，构建互动式、多样化的学习环境，激发学生的学习兴趣和理解能力，领悟工程制图的本质。学生的学习过程就是建立自己的认识和理解的过程，如果 CAI 教案只是用来验证知识的结论，就只能整固学生对知识的理解和记忆，而不能培养学生的创新意识和创新精神。所以，CAI 教案在设计和制作上都要从启迪创新角度出发，围绕教师的主导作用和学生的主体地位来进行
14、。通过提供生动、直观的学习材料，激发学生的联想，激活学生的有关知识、经验或表象，同化新知识，从中培养学生的创新意识。 2.4 电子教案应根据课程的内容特点和媒体的教学特征，对教学媒体进行合理的选择和设计。工程制图教学的特点是：以图为主，建立概念，说明原理，推导特性和规律；以图为主进行实践。从工程制图课程的内容来看，无论是基本理论的阐述，空间立体和构件的图示，还是空间几何问题的图解，都必须依托于图形。因此，图形（包括静图和动画）是工程制图课程的核心元素。在教案中，可以用大量的规范图形直观地展示基本概念、基本原理以及国家标准规定的各种画法及标注方法。文字主要用于基本概念、基本原理、基本方法的表达，
15、以及对知识的总结归纳、对图形的注释和关键提示。文字应简明扼要，切忌连篇累牍。运用 CAI 可以使许多抽象的概念和难以理解的空间逻辑关系变得生动有趣、直观形象，在数学中收到了事半功倍的效果。 动画能通过一幅幅画面艺术造型和动态模拟，将各种空间几何关系，各种动态的变化过程简要夸张地展现出来，具有很强的感染力和说明力。在教案中，应注意应用动画加强对课程重难点内容的渲染和剖析。例如，选择一些教师用口头和板书难以表达清楚的，学生难以理解和掌握的空间概念，层次复杂或难以想象的立体构造过程及投影作图过程用对应的二维或三维动画表达。 动画的画面设计，是影响动画效果的重要因素之一，好的动画设计应符合学生的认知规
16、律，体现以学生为主体、教师为主导的现代教育观念。例如，对于几何元素的相对位置、投影变换、截交相贯、组合体视图画法等强调作图过程和步骤的内容，用二维动画表达，动画的设计就应与作图的思路和手工作图步骤相一致。上课时，教师通过计算机键盘或鼠标手动控制，在投影大屏幕上一步一步地进行动画演示，模拟传统教学中教师在黑板上一笔一划的作图示范，效果惟妙惟肖。在演示过程中，根据学生的反馈信息，教师可以随时停下来讲解，并可以无限次地通过“重做”再现作图过程。三维动画设计应着眼于展示生动清晰的空间概念和形象直观的动态过程，以拓展学生的思维空间。比如，在讲组合体三视图这部分内容时，设计了这样一组三维动画：在对组合体进
17、行形体分析的基础上，制作出组成该组合体的各个基本形体的立体图，并将它们以不同的角度展示出来，然后象搭积木似地逐个组合在一起，最后将组合体慢慢地转动，让学生从不同的角度去观察：从组合体的内部到外部，从一个面到另一个面。栩栩如生的动画效果使学生直观地了解了组合体的构成、各形体之间的相对位置和表面过渡关系，并且印象深刻，为下一步学习主视图的选择和三视图的画法创造了良好的条件。实践表明，在电子教案中，通过合理选择和精心设计的教学媒体，能够帮助学生克服思维的“瓶颈” ，减轻了学生的认知负担，使教学内容更充实、更真实可信，强有力地激发了学生的学习兴趣，提高了课堂的教学效率，优化了课堂教学过程。 3. CA
18、I 电子教案的界面设计 良好的界面设计应做到：主题突出、图形清晰、文字简炼、视觉明确、色彩和谐、整体协调。 3.1 画面要直观。电子教案是用于课堂演示的，因此，画面一定要直观，即文字、图形、图象、动画等各种媒体信息应视觉清晰、准确无误、含义明确，不应有多义性。考虑到一部分学生距离屏幕较远。因此，教案正文部分的文字应设计得稍大些，整个画面颜色的对比可设计得稍强些，确保计划范围内的学生都能看得清楚，否则会影响课堂教学效果。 3.2 使学生的注意力始终集中在当前的教学内容上。为保证主题突出，每一画面应只设置一个概念及与此相关的教学信息。课堂演示时，画面上的各种信息应随着教师的教学思路和讲课的节奏逐步
19、呈现，使学生的注意力始终集中在当前的教学内容上。 3.3 画面信息的分布结构符合人的视觉心理规律。视觉心理学研究表明，根据人的眼动规律，人眼对画面的左上方区域总是最先注意到，而且观察频率最高，而画面右下象限为最低观察区域。因此，界面设计时，应尽可能将主要的教学信息或需要重点观察的对象放在画面的左上方区域。如果画面内容本身的特点决定了重点内容恰好落在观察频率低的区域，则可通过色彩对比，明暗变化或其他提示手段来吸引学生的注意力，保证学生对主要的教学信息优先、充分地感知。 3.4 将正文的大小标题用不同的字号加以合理的间隔。标题通常对内容起到概括和提纲挈领的作用。在教案中如果将正文的大小标题用不同的
20、字号加以合理的间隔（至少应相差两个字号） ，使标题与内容区分开来，会使学生在学习过程中自然注意到这些标题，以便于学生对教学内容的脉络结构形成一个清晰的认识。同理，将正文中的一些关键字（不可太多） ，用不同的颜色或不同的字体区别于其他的内容，也可起到画龙点晴的作用。 3.5 防止媒体应用中的负效应。连篇累牍的文字，拥挤、杂乱的画面布局，强烈的色彩对比，各种媒体信息呈现时大幅度的快速跳跃，令人眼花瞭乱的动画效果等等，诸如此类，都会耗费学生有限的注意力资源，使处于被动接受状态的大脑和眼睛不能持久适应，容易疲劳，造成媒体应用中的负效应。 4.结论 成功的 CAI 教学离不开高质量的电子教案的设计与应用
21、。在计算机多媒体技术日益普及的今天，教师自己开发制作多媒体课堂教学软件已逐步成为日常教学工作的一部分。如何利用好现有的 CAI 课件，编写适用于课堂教学的多媒体电子教案，应是我们在新形势下教学改革研究的重点课题。 参考文献 1.夏俊芳、赵纯清，工程制图教学中传统教学方式与 CAI 的有机结合（J） ，华中农业大学学报 (社会科学版)2003 年 04 期；6769 2.袁望姣，工程制图 CAI 课件（J） ，宜春学院学报， 2005 年 02 期; 5356 3.杜力、冯俊，工程制图教学中传统与现代教学手段的探（J）讨，重庆工商大学学报(自然科学版) 2004 年 05 期; 100102 4.刘希玲，工程制图教学中现代教学媒体的优化应用（J） ， 长沙铁道学院学报(社会科学版) 2004 年 03 期; 134135+143
