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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果工程制图课程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
2、，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
3、，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。 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
4、式中循序渐进的传授知识过程，启发学生思维，及时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。 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
5、：通过大屏幕动画演示，模拟传统教学方式的作图板书，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。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。电子教案制作方便，修改
6、容易。教学过程是一个动态的过程。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
7、要任务是培养学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
8、，使学生实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。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课件
9、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，使课堂教学资源，各个教学要
10、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。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”等知识点为核心，分别制作的“小课件”就构成了电子
11、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，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。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”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
12、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
13、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。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
14、养学生的创新意识。 2.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，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
15、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
16、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
