基于国家级精品课程水声学多媒体案例教学的探索与实践

基于国家级精品课程水声学多媒体案例教学的探索与实践

高校开展案例教学源于19世纪70年代哈佛大学法学院，后流传于欧美和其他国家，它最先运用于法学和医学教育，后逐渐扩展到管理学和其他学科。

目前，绝大部分高校的硬件设备日趋完善，教师的计算机运用能力也不断提高，多媒体技术日益成熟，在这种情况下，多媒体案例教学应运而生。它运用启发和研讨的教学模式，能够充分调动学生的学习积极性，使学生充分参与课堂教学，激发和提高他们的创造性思维。

水声学课程是我校水声工程学院电子信息工程专业（水声）和水声工程专业的一门专业基础课，具有极强的理论性和工程实践性2010年被评为国家级精品课程。该课程是水声物理、水声工程、水声技术等专业课程的基础，在专业人才培养过程中占有极其重要的地位。授课对象为三年级本科生，他们刚刚开始接触专业课程，基础薄，对工程实际知之甚少，对知识点的理解与把握都较为抽象和困难，难以将理论与实践联系起来，因此在传统的教学中教与学、学与用脱节，学生感觉该课程太抽象、太难学，课堂教学效果较差。笔者结合水声学课程特点及丰富的科研案例，在该课程中进行了多媒体案例教学的探索与实践。

1 水声学国家级精品课程建设的背景和特点

1.1 水声学精品课程建设的背景

水声学精品课程为适应21世纪水声学科发展的需要，为培养理论和实践全面发展的水声工程专业创新型人才而提出。在几十年的教学积累和几代教师共同努力的基础上，从更新教学内容、改革教学方法、完善教材建设、丰 富教学资源等几方面进行了深入研究和探索。针对水声学课程的特征，课程组大胆地尝试了科研服务于教学，现代化多媒体技术应用于教学的教学方法，获得了一些经验。 水声学是一门工程科学，它涵盖了水声物理与水声工程两部分内容，因此具备较深的理论性，同时又包含较强的工程性。水声学作为水声工程学院本科生培养中一门重要的专业基础课，是本科生毕业后从事水声领域有关工作或继续深造水声工程专业硕士、博士的重要基础。通过本课程的学习，培养学生掌握水声学的基本概念和解决水声学问题的一般方法，为今后更早更快地进入水声学领域的科学研究工作打好基础。

课程建设前期是在前苏联专家的协助下完成的，继承了前苏联同类课程的优点，后又吸收了英美等国水声学及相关课程的内容。延续了几十年的教学历程，经过几代教师的努力，该课程现已形成特有的理论体系和课程内容。特别是以大量工程实践为背景的多媒体案例教学方法更成为该课程鲜明的特色。

2 水声学课程案例教学法的素材整理

从本质上说，案例教学是指教师针对教学内容，选择恰当案例，并以案例为基本素材，将学生引入真实情境中，通过师生、生生之间的平等对话和研讨，促使学生充分理解所学知识重点、难点的教学形式。对于水声学课程来说，形象具体地体现知识点，加速学生的理性认识，将课本知识与工程实践情形有效联系起来，是提高教学效果的一个重要问题。为了达到这个目的，充分利用多媒体设备和技术，我们在多媒体案例教学的素材选择和设计上进行了精心准备。

2.1 与教学内容相关的动画演示素材

多媒体案例教学不仅仅是为了提高学生的学习兴趣，它也是一种能更好地服务于教学的现代化工具。水声学课程所要求的多媒体动画既要注重其形式的美观，更要注重其科学性。如简正波驻波分布动画、线性负梯度典型声线动画等，在内容上，这两个动画分别与波动理论、射线理论相匹配，初步解决了学生对简正波和声波传播过程难理解的问题；在形式上，这两个动画直观描述了实际物理量的变化规律，达到了抽象的声学理论形象化的目的。这就可以看出，在课程内容上和多媒体案例素材上，它的形式可以有很多种。如它可以是对课程理论内容的延续，也可以是课程理论内容的实际应用以及任课教师的科研案例运用，使学生对课程理论内容的理解更加透彻，一目了然，激发学生的学习热情。

2.2 面向学生的启发式引导素材

多媒体案例可以启发学生、引导学生思考，激发他们的创造性思维。水声工程专业具有较强的工程实践性，学院一直致力于在学习理论知识的同时，锻炼学生现场解决实际问题的能力，在发挥创新精神的同时，学生不断提出新的思路和想法。如水声学课程中设计的目标散射声场指向性测量，就是利用交互界面设计好模拟的声场应用场景和测量过程，学生也可以根据测量数据自行设计相关参数，完成应用过程，得出结论，并给出应用改进方案等。此外，将某些科研成果转化为多媒体素材并应用于教学中，可以使教学内容更加丰富、逼真、有说服力，同时也可以提高学生的学习兴趣。

2.3 利用音频、视频播放辅助素材

视频案例过多，会使学生产生眼花缭乱的感觉，不仅在理论学习上得不到帮助，还会适得其反。因此，要适当控制多媒体视频案例，将其作为辅助素材反映教学内容，再现工程现场。为了让学生更好地了解水声学课程的应用，在多媒体课件中编辑了第二次世界大战中的潜艇战役和泰坦尼克号撞冰山的视频；为了让学生更深刻地理解舰船尾流的物理特征，在水声学课程中录制了一段舰船尾流的视频。此外，该课程还根据混响实验测量数据编辑了混响的音频素材来辅助混响特性的教学。

3 多媒体案例教学的课堂实施

典型的案例教学法需要花大量的时间，对于学时比较紧张的水声学课程来说，必然会有大量的知识内容无法在课堂学习，不利于学生系统掌握相关的理论知识。因此，多媒体案例教学更能彰显其灵活高效的特点。

3.1 设疑激趣，呈现案例

高校的课程教学非常重视绪论部分，希望“第一锤就敲在学生的心上”，像磁石一样把学生吸引住。所以学院要求每门必修课程的绪论部分由资深教授讲解，任课教师有选择地进行案例教学，将学生的好奇心激发出来以利于后续教学。

在讲解水声学的应用时，提出这样的问题：大西洋潜艇战役中德军取胜还是盟军取胜？泰坦尼克号为什么会撞击冰山而沉没？这两个问题看似历史问题，但其中体现出了水声学在军用和民用两方面的应用，而且也是学生感兴趣的问题。为此，在多媒体课件中插入这两个历史事件的视频剪辑。在课程学习之前，学生只看到影片中场面的雄伟壮观。在课程学习之后，学生回答了事情发生的原因，做到了“知其然知其所以然”。类似问题可以在日常的授课过程中进行凝练，这对多媒体案例的实施，做好教与学至关重要。

3.2 案例例证，加深理解

水声工程领域的大部分课程理论性特别强，在采用案例例证方法后，可以将抽象问题具体化，使学生更容易理解课程内容。但任课教师一定要记住，案例只是一个举证，不要“本末倒置”。例如，在对射线声学理论与波动理论作比较时，书本上是用简单、直观、能够求解较为复杂的海洋声信道中声传播问题等词语来描述射线理论的优点，很抽象。为此，在水声学多媒体课件中引入了三维特征声线计算软件，在授课现场计算并绘制了存在海底山和涡流海洋波导中三维的声波传播路径，结合此图很好地解释了深海声道的声传播特征。此案例的给出足以让学生信服书本上关于射线理论优点的描述，无须再作更多的讲解。

3.3 启发引导，展开讨论

任课教师在要求学生对案例讨论前，大多会由浅入深地引导学生。水声学课程在讲解声呐目标的目标强度时，根据强度的定义式，声呐目标的目标强度值都应小于零（根据能量守恒定律，散射声波的强度要小于或等于入射声波的强度，两者比值的分贝数即目标强度值必然小于等于零），但在参考文献和教科书上都能看到目标强度大于零的情况，这是什么原因呢？这种有关书本内容“正误”的问题，学生很感兴趣，讲解该内容之前可以让学生讨论一段时间。为了回答该问题，学生必然会自主地去学习，寻找答案，这便是教学中的启发引导。当教师对内容讲解后，学生通过学习回答此问题，则表明他们已经理解了目标强度的物理概念。理解了目标强度的定义之后，对目标强度测量的原理、注意事项等问题便可迎刃而解。

4 对多媒体案例教学法的实践效果分析

4.1 教师在多媒体案例教学中的角色定位

在多媒体案例教学中，教师所担负的主要任务有：激发学生的兴趣，使他们认识案例及其案例所反映问题的重要性；把该案例与课程中其他相关内容联系起来；监督案例分析的情况，通过探究提问等方式挖掘出有待进一步解决的问题，检查学生的思维活动并提供相关证据。

4.1.1 辩证地进行点评

由于教师对课程内容非常了解，所以在学生进行实际问题讨论或证明时，不要中途打断学生的思路，不要按照以往的案例发展反向引导学生，而应让学生自己找出正确的方法，但如果学生偏离问题很远，教师可以适当地从辩证的角度引导学生和客观地进行评价。 任课教师在进行案例分析时，可以刻意留一些小问题让学生思考，鼓励学生动脑筋，激发他们的想象力，尤其对那些有一定道理的个人见解，更应当给与保护和鼓励。应当告诉学生，案例讨论的参与性和创新性比讨论结果更为重要。

4.2 推广价值

学校拥有丰富的多媒体教学资源，水声工程学院拥有充足的科研案例，课程可以用多媒体案例教学法进行授课。多媒体案例教学将形象生动的科研案例带到了课堂，大大拓宽了学生的知识面，激发了学生的学习兴趣，教学效果的提升不言而喻。

多媒体案例教学法将复杂的物理问题简单化，将抽象的工程问题具体化，从而加深了学生对重点、难点内容的理解，加深了学生的印象。学生对知识点的理解也从感性认识上升到理性认识。多媒体案例教学法将水声工程领域的世界前沿课题及时地带到了课堂，学生的学习目标更加明确，学习动力更加充足，有利于创造性思维和研究型人才的培养。

5 结束语

实践证明，作为一种新颖的教学法，通过在水声学课程教学中运用大量的科研案例辅助教学，极大地激发了学生的学习兴趣，学生能很好地理解课程的学习目的，对知识点的掌握更加牢固，课堂教学效果得到显著提升。