工程水文学CAI课件建设

1工程水文学CAI课件建设徐向阳，刘俊，孙成群，杨辉（河海大学水资源环境学院，江苏南京210098）摘要：工程水文学是国内外高校很多专业开设的一门专业基础课程，针对这门课程的特点和教学要求编制了CAI课件。在编制过程中以工程水文学全国统编教材为蓝本，选择Director多媒体制作软件作为开发平台，充分考虑到课件通用性、示范性、主动性、交互性、开发性和可扩展性等原则，较好完成课件编制工作。关键词：工程水文学；CAI课件；多媒体；Director工程水文学是分析流域水文基本规律和水文实用计算方法的一门专业基础课程，包括水文数据采集、流域产汇流计算、水文预报、水文计算等大量的信息，涉及大量野外感性认识和实践环节内容。传统的工程水文学的课堂黑板授课方式知识信息量少，表现形式落后，教学进度慢，不能满足工程水文学课程的要求，也不能反映现代科学技术在水文方面的应用。因此，针对全国各专业的对工程水文学教学要求，进行了工程水文学计算机辅助教学系统（CAI）的研制，力求建立一个体现基础性、先进性、前沿性，反映新科学、新领域、新技术的工程水文学课件。一、CAI课件的编制原则1.通用性和示范性工程水文学是全国高校水利、水电、交通、环境、资源、地理、农业、市政等学科普遍开设的重要专业基础课，大部分学校是作为必修或限选课设置的。工程水文学是一门相对比较成熟的课程，各学校课程内容大同小异。因此，在编制课件时强调采用教育部主持最新出版的全国统一教材，编制内容应基本满足大部分学校，尤其是211工程类高校课程教学大纲的要求。在此基础上，课件的教学内容要精选优化，体现基础性、先进性和前沿性；符合国内外同类课程的改革趋势和建设方向，以示范性课程作为建设要求。为了使课件质量从根本上满足通用性和示范性课程要求，要求具有教授和副教授职称，并具有至少10年以上水文学教学经历的一线教师直接参与课件内容的制作2.多样性和艺术性充分利用计算机多媒体的功能，包括图像、动画、视频、声音、计算软件、公式、表格、文本等，紧密结合工程水文学课程教学的需要，采用各种相应的表现形式，借以辅助教师论述各种水文现象和技术方法，理解传统的黑板教学方法无法很好表现且学生难以理解的水文问题。例如，水在流域的运动过程及规律；降雨的时空分布；水文气象信息采集与观测；洪水发生过程及后果等。在课件界面艺术设计上要注重教学的视觉效果，使得界面优美、文字清楚、切换简捷，同时必须符合本学科的科学气质，体现课程特点，保证教学效果。3.主动性和交互性课件应体现以学生为主体的思想。强调以学生为中心，教师为主导，注重自主学习设计。为了满足这一点，课件设计中要加强基本概念，注意加入启发性的教学设置，留给学生一定的思考和解决问题的余地，同时注意设计适合各种不同能力学生的课件结构。课件应具备上网发布和网上交互的功能，借助于互联网的功能，通过学生自学，学生与老师间、学生与学生间的交流讨论，促进学生自主性学习、研究性学习和个性发展。4.开放性和可扩充性根据国际现代高等教育要求，先进的CAI课件的最显著的特点是开放性和可扩展性。教育部要求精品课程必须使用网络进行教学与管理，相关的教学大纲、教案、习题、实验指导、参考文2献目录等要上网并免费开放，鼓励将网络课件、授课录像等上网开放，实现优质教学资源共享，带动其他课程的建设。课件设计上要考虑到未来课件内容增减和扩充，使得编制人员容易对课件进行升级，并通过网络或其他途径，传送给有关的课件使用者，在一定期间内基本满足课程教学的各种扩展要求。二、CAI课件的总体设计1.教学设计课程学习内容采用模块化的组织方法，模块组织结构具有开放性和扩充性。各模块之间的划分具有相对的独立性，基本以知识点或学习单元为依据。一般，以工程水文学教材中的章节为基础划分学习单元，每一节可以根据具体知识内容划分为若干页显示。每一个学习单元的内容有：课程要求、学习目标、课时安排、学习方法、学习重点、学习难点、知识点、单元小结、课后练习、单元测试，以及与单元知识体系有关的参考学习资源等。学习内容的表现形式采用文字、表格、框图、示意图加以说明和表示，抽象内容用图片和动画表现，以视频和图象背景资料支持并配音阐述重点过程。根据工程水文学内容及学科发展，给出一些相关的思考题或热点问题，引导学生到网络课件中去寻求答案以激发学生的学习兴趣和创新意识2.结构设计课程的总体结构分为教学内容和网上交互两大部分。教学内容部分包括课程简介、课程内容、习题、教学录象、实验指导、解题指南、考试卷、学生阅览室或学习资源、学习帮助、教师工作室、素材库。主要为学生学习和教师备课使用。网上交互部分包括教师简介、课程简介、教学大纲、课程作业、辅导答疑、专家论坛、考评、学习帮助等。3.界面设计主体为菜单式结构，界面上设置不同内容的按钮，各个学习模块和各章的切换按钮，学习内容的导航按钮，内容讲解界面设计成弹出式窗口。课程内容是课件的主体部分，采用树枝状逐页进展结构，可以通过目录进入相应的章节。名词解释、关键词采用色字并结合热键来显示具体的解释内容和说明。提供参考资料、视、音频等超文本的链接按钮。相关知识点间的关联用超链接来跳转。课程内容原则上对一个知识点的讲解都放在一个页面内，采用左右式结构方式，左边为知识点的主干说明，右边为对该知识点的详细说明，包括图片、动画、视频等。每一页面设置上一页、下一页以及返回按钮。返回形式采用以向上一级返回的形式。每一节视内容多少设第一页至第几页。每一页设有每一章、节的标题。4.网上交互设计课件具有上网发布功能，设计网上交互功能，让教师和网络学生进行网上交流。网上交互功能主要包括：（1）通过网上交流了解根据网络学生学习情况，按规定时间进行辅导答疑：通过网络教师向学生布置课程作业，学生通过网络提交作业后，教师对作业进行评判后返回学生。（2）设置网络公告栏、问题提交处、网上论坛、讨论区等，学生和教师可以就有关工程水文学的各类问题在网上进行提问、回答和讨论。（3）设立网络教师工作室，主要是提供给从事工程水文学教师群进行授课教案、教学研究、观点争鸣、学术论文等方面的交流和讨论；（4）建立素材库，包括与工程水文学有关的论文、图表、图象、视频、音频等资料。三、CAI课件编制1.章节设置通过对国内外工程水文学教材的调研，由河海大学作为第一主编单位，水利水电出版社2000年10月出版印刷的全国统编教材工程水文学（第三版）是各高校的通用教材，至2001年8月已3印13000册。因此，以工程水文学（第三版）[1]为蓝本，汇总国内外其它版本工程水文学教材优点[2]，作为编制工程水文学课件教学内容的基础。由于工程水文学（第三版）内容包含面较广，约需要90学时上下，而目前我国高校非水文类专业工程水文学教学安排普遍定为3学分48学时左右，不可能完成该教材的全部内容。同时，教材中若干章节内容和深度远超过非水文类工程水文学教学大纲的要求。为此，参照教育部若干重点院校工程水文学教学大纲，确定课件中课程内容所包括的章节，主要包含以下11章内容：（1）水文学简介；（2）水文循环与径流形成；（3）流域产流与汇流计算；（4）水文预报；（5）水文统计的基本知识及方法；（6）设计年径流计算；（7）由流量资料推求设计洪水；（8）由雨量资料推求设计洪水；（9）可能最大暴雨与洪水；（10）水文模型；（11）河流泥沙。其中，第9－11章为选修。包括选修在内，课程共3.5学分56学时。2.课程内容确定每一章节的课件内容，包含文字、图片、图表、视频素材、动画草图、解说等，根据课堂教学需求，对所需表现和加工的内容提出具体的要求和说明。针对各章节内容，划分为若干个知识点，将课程内容与知识点对应列出。对每一章节撰写的课前学习指导，用于指导学生在课前预习本章节内容，初步理解课中将讲述的内容的要点。课前学习指导内容包括教学要求、学习目标、本章节主要内容、知识点、重点、难点等。在每一章结束后要有章小结，使得同学对本章内容前后贯通。针对课程要求，收集整理每章的习题与思考题，制作习题集与思考题集电子版，按章节分类。对每一章习题与思考题，选择典型例题，通过计算机功能，列出详细求解步骤及过程，并说明解题依据的原理及出处。对一般性习题，仅给出答案，供学生参考。根据课程进展，进行阶段测试，布置测试题。学生学完某个知识点或某个章节后进行自我练习、测试，以检验学生掌握的程度以及训练学生分析问题的能力。在课程全部结束后，给出整门课程的复习提纲，最后进行课程考试。阶段测试和考试卷题型包括填空题、选择题、是非题、计算题、简答题、问答题、证明题等。设计的课件软件可以自动阅卷，成绩显示，给出评价结果，测试结果记录在案。3.多媒体内容课件中多媒体建设部分包括视频、动画、图像、框图、表格、文字、计算软件、录象等制作。视频：涉及河流、地貌、暴雨、台风、洪水、干旱、水利工程实况录象，主要从水利、地理、气象、高校等部门及音像商店获得后加以剪辑和重新配音，必要时实地录制。视频还包括工程水文学教师课堂讲课的录象，由学校电教中心专门录制。动画：主要是对一些通过文字、图表、视频等手段无法表现或不能较好表达课程中一些基本知识，如流域径流形成过程中，壤中流和地下水是如何形成和运动的；流域蒸发过程及云的形成与运动；地球上的水文循环过程等。由从事工程水文学的教师提出设计要求，多媒体专业人员实施完成。主要采用FLASH4动画制作软件编制。图像：涉及地理、气象、水文、工程的实况图像和各种示意图，由数学物理方程所定义的过程线。几乎每一章都有较多图形、图片、像片等，它们主要来源于工程水文学教材及其它书籍的图形拷贝，水利气象部门提供的素材，音像制品商店出售的光盘，网上下载资料等，必要时自行绘制。框图：指各种程序运算、计算步骤的流程图，自行绘制加工后，通过多媒体功能动态显示。表格：主要按工程水文学教科书表格复制改编后，填彩加工。计算软件：将工程水文学有关计算编制成为可执行程序，在有关章节通过超级连接进行调用。如频率适线、设计暴雨洪水的同频率缩放、新安江模型等程序等，可以采用VB、VC等可视语言编制。文字：文字一般用28号以上字号，背景颜色应该比较素雅。浅色背景时文字可以黑色为基4本颜色，视重点、强调、区分等要求可以加以蓝、红、深绿等色彩。深色背景时文字可以白色为基本颜色，配以黄、红、浅绿等文字色彩。各种媒体间的切换、调用、合成要求简捷明了，使用方便，不易出错。在表现形式上虽然要求新颖和艺术，但必须保持课程科学性的本质，不能影响学生对课程内容的注意和理解。4.开发平台和集成课件开发选用了Director80集成软件，它是Micromedi公司开发的优秀多媒体制作软件，支持多种平台和国际互联网。Director是一种基于演员对象和时序性的多媒体集成工具，由3个部分组成，可以形象地称作角色、节目单和舞台。角色是指文字、声音等的教学素材；节目单是角色表演的时间安排；舞台则是计算机屏幕的显示区域。利用Director开发的多发媒体软件，整个过程就象导演一部电影那样，需要把声音、图象、舞台上的动作、变换效果、节奏和特殊效果集成起来[3]。通过Director编制集成的运行系统，具有文件小，运行速度快的特点，且用户界面友好、人性化、丰富多采，从视觉、听觉等各个方面满足工程水文学课件编制需求。另外，Director的网络功能十分强大，可以直接生成网页文件，在ＩＥ等浏览器中运行，为远程教育提供了的方便。由于Director修改方便、特殊效果丰富、音频和视频操作简单，不需要太多的编程经验，较适于非专业程序员使用[4]。在多媒体课件的制作过程中，需要对大量的静态和动态图像进行处理，对计算机的配置，提出了更高的要求。根据多媒体课件制作的经验，建议使用PentiunⅣ以上主机；128MB以上内存；20GB以硬盘上；VGA256显示器色，32MB以上显存；16位以上声卡；操作平台最好采用Windows2000或WindowsXP。工程水文学课件采用通用的课件编制平台并提供原代码。这两点是课件开放性的实质性基础，保证采用课件的教师可以根据教学的内容和要求，随时修改课件内容及修正课件