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工程水文學(xué)CAI課件建設(shè)徐向陽，劉俊，孫成群，楊輝（河海大學(xué)水資源環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098）摘 要：工程水文學(xué)是國內(nèi)外高校很多專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，針對(duì)這門課程的特點(diǎn)和教學(xué)要求編制了CAI課件。在編制過程中以工程水文學(xué)全國統(tǒng)編教材為藍(lán)本，選擇Director多媒體制作軟件作為開發(fā)平臺(tái)，充分考慮到課件通用性、示范性、主動(dòng)性、交互性、開發(fā)性和可擴(kuò)展性等原則，較好完成課件編制工作。 關(guān)鍵詞：工程水文學(xué)；CAI課件；多媒體；Director工程水文學(xué)是分析流域水文基本規(guī)律和水文實(shí)用計(jì)算方法的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括水文數(shù)據(jù)采集、流域產(chǎn)匯流計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、水文計(jì)算等大量的信息，涉及大量野外感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容。傳統(tǒng)的工程水文學(xué)的課堂黑板授課方式知識(shí)信息量少，表現(xiàn)形式落后，教學(xué)進(jìn)度慢，不能滿足工程水文學(xué)課程的要求，也不能反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在水文方面的應(yīng)用。因此，針對(duì)全國各專業(yè)的對(duì)工程水文學(xué)教學(xué)要求，進(jìn)行了工程水文學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)（CAI）的研制，力求建立一個(gè)體現(xiàn)基礎(chǔ)性、先進(jìn)性、前沿性，反映新科學(xué)、新領(lǐng)域、新技術(shù)的工程水文學(xué)課件。一、CAI課件的編制原則1. 通用性和示范性工程水文學(xué)是全國高校水利、水電、交通、環(huán)境、資源、地理、農(nóng)業(yè)、市政等學(xué)科普遍開設(shè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，大部分學(xué)校是作為必修或限選課設(shè)置的。工程水文學(xué)是一門相對(duì)比較成熟的課程，各學(xué)校課程內(nèi)容大同小異。因此，在編制課件時(shí)強(qiáng)調(diào)采用教育部主持最新出版的全國統(tǒng)一教材，編制內(nèi)容應(yīng)基本滿足大部分學(xué)校，尤其是211工程類高校課程教學(xué)大綱的要求。在此基礎(chǔ)上，課件的教學(xué)內(nèi)容要精選優(yōu)化，體現(xiàn)基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和前沿性；符合國內(nèi)外同類課程的改革趨勢(shì)和建設(shè)方向，以示范性課程作為建設(shè)要求。為了使課件質(zhì)量從根本上滿足通用性和示范性課程要求，要求具有教授和副教授職稱，并具有至少10年以上水文學(xué)教學(xué)經(jīng)歷的一線教師直接參與課件內(nèi)容的制作2. 多樣性和藝術(shù)性充分利用計(jì)算機(jī)多媒體的功能，包括圖像、動(dòng)畫、視頻、聲音、計(jì)算軟件、公式、表格、文本等，緊密結(jié)合工程水文學(xué)課程教學(xué)的需要，采用各種相應(yīng)的表現(xiàn)形式，借以輔助教師論述各種水文現(xiàn)象和技術(shù)方法，理解傳統(tǒng)的黑板教學(xué)方法無法很好表現(xiàn)且學(xué)生難以理解的水文問題。例如，水在流域的運(yùn)動(dòng)過程及規(guī)律；降雨的時(shí)空分布；水文氣象信息采集與觀測；洪水發(fā)生過程及后果等。在課件界面藝術(shù)設(shè)計(jì)上要注重教學(xué)的視覺效果，使得界面優(yōu)美、文字清楚、切換簡捷，同時(shí)必須符合本學(xué)科的科學(xué)氣質(zhì)，體現(xiàn)課程特點(diǎn)，保證教學(xué)效果。3. 主動(dòng)性和交互性課件應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)生為主體的思想。強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，注重自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。為了滿足這一點(diǎn)，課件設(shè)計(jì)中要加強(qiáng)基本概念，注意加入啟發(fā)性的教學(xué)設(shè)置，留給學(xué)生一定的思考和解決問題的余地，同時(shí)注意設(shè)計(jì)適合各種不同能力學(xué)生的課件結(jié)構(gòu)。課件應(yīng)具備上網(wǎng)發(fā)布和網(wǎng)上交互的功能，借助于互聯(lián)網(wǎng)的功能，通過學(xué)生自學(xué)，學(xué)生與老師間、學(xué)生與學(xué)生間的交流討論，促進(jìn)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展。4. 開放性和可擴(kuò)充性根據(jù)國際現(xiàn)代高等教育要求，先進(jìn)的CAI課件的最顯著的特點(diǎn)是開放性和可擴(kuò)展性。教育部要求精品課程必須使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行教學(xué)與管理，相關(guān)的教學(xué)大綱、教案、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄等要上網(wǎng)并免費(fèi)開放，鼓勵(lì)將網(wǎng)絡(luò)課件、授課錄像等上網(wǎng)開放，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，帶動(dòng)其他課程的建設(shè)。課件設(shè)計(jì)上要考慮到未來課件內(nèi)容增減和擴(kuò)充，使得編制人員容易對(duì)課件進(jìn)行升級(jí)，并通過網(wǎng)絡(luò)或其他途徑，傳送給有關(guān)的課件使用者，在一定期間內(nèi)基本滿足課程教學(xué)的各種擴(kuò)展要求。二、CAI課件的總體設(shè)計(jì)1. 教學(xué)設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容采用模塊化的組織方法，模塊組織結(jié)構(gòu)具有開放性和擴(kuò)充性。各模塊之間的劃分具有相對(duì)的獨(dú)立性，基本以知識(shí)點(diǎn)或?qū)W習(xí)單元為依據(jù)。一般，以工程水文學(xué)教材中的章節(jié)為基礎(chǔ)劃分學(xué)習(xí)單元，每一節(jié)可以根據(jù)具體知識(shí)內(nèi)容劃分為若干頁顯示。每一個(gè)學(xué)習(xí)單元的內(nèi)容有：課程要求、學(xué)習(xí)目標(biāo)、課時(shí)安排、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)重點(diǎn)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)、單元小結(jié)、課后練習(xí)、單元測試，以及與單元知識(shí)體系有關(guān)的參考學(xué)習(xí)資源等。學(xué)習(xí)內(nèi)容的表現(xiàn)形式采用文字、表格、框圖、示意圖加以說明和表示，抽象內(nèi)容用圖片和動(dòng)畫表現(xiàn)，以視頻和圖象背景資料支持并配音闡述重點(diǎn)過程。根據(jù)工程水文學(xué)內(nèi)容及學(xué)科發(fā)展，給出一些相關(guān)的思考題或熱點(diǎn)問題，引導(dǎo)學(xué)生到網(wǎng)絡(luò)課件中去尋求答案以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的總體結(jié)構(gòu)分為教學(xué)內(nèi)容和網(wǎng)上交互兩大部分。教學(xué)內(nèi)容部分包括課程簡介、課程內(nèi)容、習(xí)題、教學(xué)錄象、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、解題指南、考試卷、學(xué)生閱覽室或?qū)W習(xí)資源、學(xué)習(xí)幫助、教師工作室、素材庫。主要為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師備課使用。網(wǎng)上交互部分包括教師簡介、課程簡介、教學(xué)大綱、課程作業(yè)、輔導(dǎo)答疑、專家論壇、考評(píng)、學(xué)習(xí)幫助等。3. 界面設(shè)計(jì)主體為菜單式結(jié)構(gòu)，界面上設(shè)置不同內(nèi)容的按鈕，各個(gè)學(xué)習(xí)模塊和各章的切換按鈕，學(xué)習(xí)內(nèi)容的導(dǎo)航按鈕，內(nèi)容講解界面設(shè)計(jì)成彈出式窗口。課程內(nèi)容是課件的主體部分，采用樹枝狀逐頁進(jìn)展結(jié)構(gòu)，可以通過目錄進(jìn)入相應(yīng)的章節(jié)。名詞解釋、關(guān)鍵詞采用色字并結(jié)合熱鍵來顯示具體的解釋內(nèi)容和說明。提供參考資料、視、音頻等超文本的鏈接按鈕。相關(guān)知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)用超鏈接來跳轉(zhuǎn)。課程內(nèi)容原則上對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解都放在一個(gè)頁面內(nèi)，采用左右式結(jié)構(gòu)方式，左邊為知識(shí)點(diǎn)的主干說明，右邊為對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的詳細(xì)說明，包括圖片、動(dòng)畫、視頻等。每一頁面設(shè)置上一頁、下一頁以及返回按鈕。返回形式采用以向上一級(jí)返回的形式。每一節(jié)視內(nèi)容多少設(shè)第一頁至第幾頁。每一頁設(shè)有每一章、節(jié)的標(biāo)題。4. 網(wǎng)上交互設(shè)計(jì)課件具有上網(wǎng)發(fā)布功能，設(shè)計(jì)網(wǎng)上交互功能，讓教師和網(wǎng)絡(luò)學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上交流。網(wǎng)上交互功能主要包括：（1）通過網(wǎng)上交流了解根據(jù)網(wǎng)絡(luò)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行輔導(dǎo)答疑：通過網(wǎng)絡(luò)教師向?qū)W生布置課程作業(yè)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)提交作業(yè)后，教師對(duì)作業(yè)進(jìn)行評(píng)判后返回學(xué)生。（2）設(shè)置網(wǎng)絡(luò)公告欄、問題提交處、網(wǎng)上論壇、討論區(qū)等，學(xué)生和教師可以就有關(guān)工程水文學(xué)的各類問題在網(wǎng)上進(jìn)行提問、回答和討論。（3）設(shè)立網(wǎng)絡(luò)教師工作室，主要是提供給從事工程水文學(xué)教師群進(jìn)行授課教案、教學(xué)研究、觀點(diǎn)爭鳴、學(xué)術(shù)論文等方面的交流和討論；（4）建立素材庫，包括與工程水文學(xué)有關(guān)的論文、圖表、圖象、視頻、音頻等資料。三、CAI課件編制1. 章節(jié)設(shè)置通過對(duì)國內(nèi)外工程水文學(xué)教材的調(diào)研，由河海大學(xué)作為第一主編單位，水利水電出版社2000年10月出版印刷的全國統(tǒng)編教材工程水文學(xué)（第三版）是各高校的通用教材，至2001年8月已印13000冊(cè)。因此，以工程水文學(xué)（第三版）1為藍(lán)本，匯總國內(nèi)外其它版本工程水文學(xué)教材優(yōu)點(diǎn)2，作為編制工程水文學(xué)課件教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)。由于工程水文學(xué)（第三版）內(nèi)容包含面較廣，約需要90學(xué)時(shí)上下，而目前我國高校非水文類專業(yè)工程水文學(xué)教學(xué)安排普遍定為3學(xué)分48學(xué)時(shí)左右，不可能完成該教材的全部內(nèi)容。同時(shí)，教材中若干章節(jié)內(nèi)容和深度遠(yuǎn)超過非水文類工程水文學(xué)教學(xué)大綱的要求。為此，參照教育部若干重點(diǎn)院校工程水文學(xué)教學(xué)大綱，確定課件中課程內(nèi)容所包括的章節(jié)，主要包含以下11章內(nèi)容：（1）水文學(xué)簡介；（2）水文循環(huán)與徑流形成；（3）流域產(chǎn)流與匯流計(jì)算；（4）水文預(yù)報(bào)；（5）水文統(tǒng)計(jì)的基本知識(shí)及方法；（6）設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算；（7）由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水；（8）由雨量資料推求設(shè)計(jì)洪水；（9）可能最大暴雨與洪水；（10）水文模型；（11）河流泥沙。其中，第911章為選修。包括選修在內(nèi)，課程共3.5學(xué)分56學(xué)時(shí)。2. 課程內(nèi)容確定每一章節(jié)的課件內(nèi)容，包含文字、圖片、圖表、視頻素材、動(dòng)畫草圖、解說等，根據(jù)課堂教學(xué)需求，對(duì)所需表現(xiàn)和加工的內(nèi)容提出具體的要求和說明。針對(duì)各章節(jié)內(nèi)容，劃分為若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，將課程內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)列出。對(duì)每一章節(jié)撰寫的課前學(xué)習(xí)指導(dǎo)，用于指導(dǎo)學(xué)生在課前預(yù)習(xí)本章節(jié)內(nèi)容，初步理解課中將講述的內(nèi)容的要點(diǎn)。課前學(xué)習(xí)指導(dǎo)內(nèi)容包括教學(xué)要求、學(xué)習(xí)目標(biāo)、本章節(jié)主要內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)等。在每一章結(jié)束后要有章小結(jié)，使得同學(xué)對(duì)本章內(nèi)容前后貫通。針對(duì)課程要求，收集整理每章的習(xí)題與思考題，制作習(xí)題集與思考題集電子版，按章節(jié)分類。對(duì)每一章習(xí)題與思考題，選擇典型例題，通過計(jì)算機(jī)功能，列出詳細(xì)求解步驟及過程，并說明解題依據(jù)的原理及出處。對(duì)一般性習(xí)題，僅給出答案，供學(xué)生參考。根據(jù)課程進(jìn)展，進(jìn)行階段測試，布置測試題。學(xué)生學(xué)完某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或某個(gè)章節(jié)后進(jìn)行自我練習(xí)、測試，以檢驗(yàn)學(xué)生掌握的程度以及訓(xùn)練學(xué)生分析問題的能力。在課程全部結(jié)束后，給出整門課程的復(fù)習(xí)提綱，最后進(jìn)行課程考試。階段測試和考試卷題型包括填空題、選擇題、是非題、計(jì)算題、簡答題、問答題、證明題等。設(shè)計(jì)的課件軟件可以自動(dòng)閱卷，成績顯示，給出評(píng)價(jià)結(jié)果，測試結(jié)果記錄在案。3. 多媒體內(nèi)容課件中多媒體建設(shè)部分包括視頻、動(dòng)畫、圖像、框圖、表格、文字、計(jì)算軟件、錄象等制作。視頻：涉及河流、地貌、暴雨、臺(tái)風(fēng)、洪水、干旱、水利工程實(shí)況錄象，主要從水利、地理、氣象、高校等部門及音像商店獲得后加以剪輯和重新配音，必要時(shí)實(shí)地錄制。視頻還包括工程水文學(xué)教師課堂講課的錄象，由學(xué)校電教中心專門錄制。動(dòng)畫：主要是對(duì)一些通過文字、圖表、視頻等手段無法表現(xiàn)或不能較好表達(dá)課程中一些基本知識(shí)，如流域徑流形成過程中，壤中流和地下水是如何形成和運(yùn)動(dòng)的；流域蒸發(fā)過程及云的形成與運(yùn)動(dòng)；地球上的水文循環(huán)過程等。由從事工程水文學(xué)的教師提出設(shè)計(jì)要求，多媒體專業(yè)人員實(shí)施完成。主要采用FLASH4動(dòng)畫制作軟件編制。圖像：涉及地理、氣象、水文、工程的實(shí)況圖像和各種示意圖，由數(shù)學(xué)物理方程所定義的過程線。幾乎每一章都有較多圖形、圖片、像片等，它們主要來源于工程水文學(xué)教材及其它書籍的圖形拷貝，水利氣象部門提供的素材，音像制品商店出售的光盤，網(wǎng)上下載資料等，必要時(shí)自行繪制。框圖：指各種程序運(yùn)算、計(jì)算步驟的流程圖，自行繪制加工后，通過多媒體功能動(dòng)態(tài)顯示。表格：主要按工程水文學(xué)教科書表格復(fù)制改編后，填彩加工。計(jì)算軟件：將工程水文學(xué)有關(guān)計(jì)算編制成為可執(zhí)行程序，在有關(guān)章節(jié)通過超級(jí)連接進(jìn)行調(diào)用。如頻率適線、設(shè)計(jì)暴雨洪水的同頻率縮放、新安江模型等程序等，可以采用VB、VC等可視語言編制。文字：文字一般用28號(hào)以上字號(hào)，背景顏色應(yīng)該比較素雅。淺色背景時(shí)文字可以黑色為基本顏色，視重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)、區(qū)分等要求可以加以藍(lán)、紅、深綠等色彩。深色背景時(shí)文字可以白色為基本顏色，配以黃、紅、淺綠等文字色彩。各種媒體間的切換、調(diào)用、合成要求簡捷明了，使用方便，不易出錯(cuò)。在表現(xiàn)形式上雖然要求新穎和藝術(shù)，但必須保持課程科學(xué)性的本質(zhì)，不能影響學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的注意和理解。4. 開發(fā)平臺(tái)和集成課件開發(fā)選用了Director8 0集成軟件，它是Micromedi公司開發(fā)的優(yōu)秀多媒體制作軟件，支持多種平臺(tái)和國際互聯(lián)網(wǎng)。Director是一種基于演員對(duì)象和時(shí)序性的多媒體集成工具，由3個(gè)部分組成，可以形象地稱作角色、節(jié)目單和舞臺(tái)。角色是指文字、聲音等的教學(xué)素材；節(jié)目單是角色表演的時(shí)間安排；舞臺(tái)則是計(jì)算機(jī)屏幕的顯示區(qū)域。利用Director開發(fā)的多發(fā)媒體軟件，整個(gè)過程就象導(dǎo)演一部電影那樣，需要把聲音、圖象、舞臺(tái)上的動(dòng)作、變換效果、節(jié)奏和特殊效果集成起來3。通過Director編制集成的運(yùn)行系統(tǒng)，具有文件小，運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，且用戶界面友好、人性化、豐富多采，從視覺、聽覺等各個(gè)方面滿足工程水文學(xué)課件編制需求。另外，Director的網(wǎng)絡(luò)功能十分強(qiáng)大，可以直接生成網(wǎng)頁文件，在等瀏覽器中運(yùn)行，為遠(yuǎn)程教育提供了的方便。由于Director修改方便、特殊效果豐富、音頻和視頻操作簡單，不需要太多的編程經(jīng)驗(yàn)，較適于非專業(yè)程序員使用4。在多媒體課件的制作過程中，需要對(duì)大量的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行處理，對(duì)計(jì)算機(jī)的配置，提出了更高的要求。根據(jù)多媒體課件制作的經(jīng)驗(yàn)，建議使用Pentiun以上主機(jī)；128MB以上內(nèi)存；20GB以硬盤上；VGA256顯示器色，32MB以上顯存；16位以上聲卡；操作平臺(tái)最好采用Windows2000或WindowsXP。工程水文學(xué)