论文部分内容阅读
在我国，课件的开发速度远远跟不上教学的需求，原因在于课件开发效率极低，主要表现为重复开发，没有积累。积件的重复利用特性可以降低我国课件开发总成本，是提高开发效率的有效手段。
笔者认为，如果能使得制作课件的时间缩小为半个小时至一小时（接近于PPT课件制作），积件化课件制作将会得到普及，并成为主流。
一、物理积件的特点
如果把物理课件的组成模块看作一级积件的话，图表、信息、例题、资料、练习并非物理积件所独有，应属于通用积件，因此，实际意义上的积件主要是指物理实验部分。
物理是典型的实验科学，很多教师认为模拟实验现象不如让学生亲自动手做。这种观点有一定道理，但不应该就此抹煞实验模拟类积件，此类积件具有安全、可重复操作、演示效率高和可对比观察等优点。因此实验模拟积件与真实实验应共同存在，两者起到相辅相成的作用。
物理模拟现实比较复杂，要开发一个好的物理积件库，必须要构建不可视对象的积件。例如力是不可视对象，它只有作用于物体才能够表现出来。
二、物理积件库的三层构想及开发实践
1.物理积件库的三层构想
按照笔者构想，每一个积件库可以分为三个层级。分别为素材层面的整合类积件库；具有属性方法对象层面的积件库；以侦听和注册等手段来组织，以“自动交互”为目的的积件库。每一层级都以上一层级为基础构建，逐步增加开发难度与功能。
第一层级很容易构建，绘制或者征集整套的物理仪器图库，如全套电学仪器图库、光学仪器图库、理学仪器图库，其中包括简单的动画即可。
第二层级较为复杂，它为所有仪器元件增加电阻、电功率、额定电压，为组件的运转制作动画（如电机转动动画、灯点亮动画等）；为各种仪器元件增加类似“通电（电压）”方法，如灯泡的通电方法需要接受一个电压参数，灯泡会根据电压决定亮度。这些属性和方法不一定都用到，但是完成后，第三层级的积件就有了建立的基础。
第三层级在第二层级的基础上进行开发，两者的区别在于，如果使用第二层级的积件制作课件，需要由使用者进行逻辑判断（如电路是否需要连通），使用第三层级进行制作，系统会自动判断电路是否连通。
2.物理积件库的具体开发
使用Flash软件进行课件的积件式开发是当前的积件式开发的一个重要分支，它有望成为主流。
物理积件库可以分为四个库，按照开发规模大小依次为：力与运动、电学、光学、机械波。光学部分内容少而且独立，本文篇幅所限，所以在此仅讨论电学、力与运动。
（1）电学部分开发
第一层级积件库建设：只要整理一套风格统一的可视仪器库便可形成（如下图）。
第二层级积件库建设：要给各种仪器元件增加各种属性（如电阻，额定电压）；此外，要根据不同仪器，增加不同“加压”连通函数。连通函数可以传递“电压”参数，如小灯泡的连通是这样的，灯泡.加压(“电压数”)。一个滑动变阻器调节灯亮度的核心代码为：
灯泡.omEnterFrame=function(){
if(开关.连通){
灯泡.加压(灯泡.电阻*(电池.电压/(电池.电阻 变压器.电阻 灯泡.电阻)));
}
Else{
灯泡.断开();
}
}
此代码的作用是根据各个仪器元件的属性决定灯泡亮度。电路之间的逻辑关系是由编程来体现，不是根据电路连接自动作出判断的。
第三层级积件库建设：它比第二层级的积件使用少了编程与逻辑过程，但这又对积件开发提出了更高的编程要求。鉴于实现此模式有几种不同的架构，笔者推荐以基于导线和触点的电路连接为架构。落实到技术上，即为每一个仪器元件增加触点，导线必须连接到触点才算连接完成，系统根据导线的连接方式计算电路的电压电流、最终决定电器以及整个电路的状态，此方案设计的好处是允许多触点仪器的存在（如滑动变阻器和许多测试仪器入电流表就有多个触点，另外它还具有仿真实验室的效果，甚至还可以使用简单元件来实现复杂仪器的组装）。
（2）力与运动学部分开发
力与运动学部分包括微观热学、电磁力学部分、功与机械能部分、机械运动、碰撞等，它是物理学科最大的一部分内容。物理现象通常是通过物体运动表现的，这种运动又是不可视的，因此第一层级的力学部分积件库涉及不到力和运动，通常仅仅绘制一些常见的物理仪器。第二层级就要构建运动类，Flash自带Tween类就能解决开发运动类所需的基本功能，对于使用者来说，掌握运动类的方法和属性会有一些难度，如下例的代码是控制一个小球跳动，直到能量损失完停止。
#include "lmc_tween.as"
$tweenManager.broadcastEvents = true;
小球.弹起 = true;
小球.高度 = 200;
衰减系数 = 0.2;
跳跃时间 = 1;
小球.onPress = function() {
小球.tween("_y", 小球._y 小球.高度, 跳跃时间, "easeInQuad");
};
小球.onTweenEnd = function() {
if (小球.弹起) {
小球.tween("_y", 小球._y-小球.高度, 跳跃时间, "easeOutQuad");
} else {
小球.tween("_y", 小球._y 小球.高度, 跳跃时间, "easeInQuad");
小球.高度 = 小球.高度*(1-衰减系数);
跳跃时间 = 跳跃时间*(1-衰减系数);
}
小球.弹起 = !小球.弹起;
};
小球.addListener(小球);
第三层级因为减少编程量，使用的优势凸显。笔者建议，开发者应多下工夫直接开发第三层级积件库。
其构想是：跳过运动类开发，直接开发力类，物体的运动完全由力控制，由力来决定物体的运动形态，以便减少运动类的开发工作量。以下代码是一个假想的复杂模拟实例：在一个悬挂在点电荷电场中的小球保持静止，细绳偏转一定角度。按下按钮，绳子断掉后，小球在重力和电荷力的合力下向电荷运动。可以随时按照相按钮拍下小球的位置。
重力=New 力(“重力”);
电场力=New 力(“电场力”,电荷);
弹力=New 力(“弹力”,细绳);
小球相机= New 相机(“小球”);
弹力.添加(小球);
重力.添加(小球);
电磁力.添加(小球);
按钮.onPress=function(){
弹力.取消(小球);
//相机.照相();//或者在这里启动一下相机：
}
照相按钮.onPress=function(){
相机.照相();
}
弹力根据小球的质量，带电量自动计算受到力的大小，决定细绳偏转角度。绳子断裂后，系统自动根据受力决定小球的运动轨迹（并不一定是直线）。
三、怎样组织人员建设物理积件库
物理积件库开发复杂度高，开发人员需要既有教学经验，又有编程能力。然而这样的人才少之又少，所以人员的组织有两个方向：一是挑选程序员，配以教师交流。二是挑选老师，培训编程。前者的优势在于产品开发快，技术比较专业；可一旦失去资金支持，资源库的更新和维护就跟不上。后者问题是开发周期长，前期不够规范；优势在开发后期，经过培训的这些老师自己可以更新和维护。
最理想的人员组织形式为前期专业人员开发，同期教师培训。对不以营利为最终目的的开源项目来说，培训应该和开发同步进行。如采取结对编程进行开发，再同步予以培训，虽然进度会慢一些，但是能够培养出技术骨干，方便后期推广和维护。
（作者单位：山东天鸿书业多媒体开发中心）
笔者认为，如果能使得制作课件的时间缩小为半个小时至一小时（接近于PPT课件制作），积件化课件制作将会得到普及，并成为主流。
一、物理积件的特点
如果把物理课件的组成模块看作一级积件的话，图表、信息、例题、资料、练习并非物理积件所独有，应属于通用积件，因此，实际意义上的积件主要是指物理实验部分。
物理是典型的实验科学，很多教师认为模拟实验现象不如让学生亲自动手做。这种观点有一定道理，但不应该就此抹煞实验模拟类积件，此类积件具有安全、可重复操作、演示效率高和可对比观察等优点。因此实验模拟积件与真实实验应共同存在，两者起到相辅相成的作用。
物理模拟现实比较复杂，要开发一个好的物理积件库，必须要构建不可视对象的积件。例如力是不可视对象，它只有作用于物体才能够表现出来。
二、物理积件库的三层构想及开发实践
1.物理积件库的三层构想
按照笔者构想，每一个积件库可以分为三个层级。分别为素材层面的整合类积件库；具有属性方法对象层面的积件库；以侦听和注册等手段来组织，以“自动交互”为目的的积件库。每一层级都以上一层级为基础构建，逐步增加开发难度与功能。
第一层级很容易构建，绘制或者征集整套的物理仪器图库，如全套电学仪器图库、光学仪器图库、理学仪器图库，其中包括简单的动画即可。
第二层级较为复杂，它为所有仪器元件增加电阻、电功率、额定电压，为组件的运转制作动画（如电机转动动画、灯点亮动画等）；为各种仪器元件增加类似“通电（电压）”方法，如灯泡的通电方法需要接受一个电压参数，灯泡会根据电压决定亮度。这些属性和方法不一定都用到，但是完成后，第三层级的积件就有了建立的基础。
第三层级在第二层级的基础上进行开发，两者的区别在于，如果使用第二层级的积件制作课件，需要由使用者进行逻辑判断（如电路是否需要连通），使用第三层级进行制作，系统会自动判断电路是否连通。
2.物理积件库的具体开发
使用Flash软件进行课件的积件式开发是当前的积件式开发的一个重要分支，它有望成为主流。
物理积件库可以分为四个库，按照开发规模大小依次为：力与运动、电学、光学、机械波。光学部分内容少而且独立，本文篇幅所限，所以在此仅讨论电学、力与运动。
（1）电学部分开发
第一层级积件库建设：只要整理一套风格统一的可视仪器库便可形成（如下图）。
第二层级积件库建设：要给各种仪器元件增加各种属性（如电阻，额定电压）；此外，要根据不同仪器，增加不同“加压”连通函数。连通函数可以传递“电压”参数，如小灯泡的连通是这样的，灯泡.加压(“电压数”)。一个滑动变阻器调节灯亮度的核心代码为：
灯泡.omEnterFrame=function(){
if(开关.连通){
灯泡.加压(灯泡.电阻*(电池.电压/(电池.电阻 变压器.电阻 灯泡.电阻)));
}
Else{
灯泡.断开();
}
}
此代码的作用是根据各个仪器元件的属性决定灯泡亮度。电路之间的逻辑关系是由编程来体现，不是根据电路连接自动作出判断的。
第三层级积件库建设：它比第二层级的积件使用少了编程与逻辑过程，但这又对积件开发提出了更高的编程要求。鉴于实现此模式有几种不同的架构，笔者推荐以基于导线和触点的电路连接为架构。落实到技术上，即为每一个仪器元件增加触点，导线必须连接到触点才算连接完成，系统根据导线的连接方式计算电路的电压电流、最终决定电器以及整个电路的状态，此方案设计的好处是允许多触点仪器的存在（如滑动变阻器和许多测试仪器入电流表就有多个触点，另外它还具有仿真实验室的效果，甚至还可以使用简单元件来实现复杂仪器的组装）。
（2）力与运动学部分开发
力与运动学部分包括微观热学、电磁力学部分、功与机械能部分、机械运动、碰撞等，它是物理学科最大的一部分内容。物理现象通常是通过物体运动表现的，这种运动又是不可视的，因此第一层级的力学部分积件库涉及不到力和运动，通常仅仅绘制一些常见的物理仪器。第二层级就要构建运动类，Flash自带Tween类就能解决开发运动类所需的基本功能，对于使用者来说，掌握运动类的方法和属性会有一些难度，如下例的代码是控制一个小球跳动，直到能量损失完停止。
#include "lmc_tween.as"
$tweenManager.broadcastEvents = true;
小球.弹起 = true;
小球.高度 = 200;
衰减系数 = 0.2;
跳跃时间 = 1;
小球.onPress = function() {
小球.tween("_y", 小球._y 小球.高度, 跳跃时间, "easeInQuad");
};
小球.onTweenEnd = function() {
if (小球.弹起) {
小球.tween("_y", 小球._y-小球.高度, 跳跃时间, "easeOutQuad");
} else {
小球.tween("_y", 小球._y 小球.高度, 跳跃时间, "easeInQuad");
小球.高度 = 小球.高度*(1-衰减系数);
跳跃时间 = 跳跃时间*(1-衰减系数);
}
小球.弹起 = !小球.弹起;
};
小球.addListener(小球);
第三层级因为减少编程量，使用的优势凸显。笔者建议，开发者应多下工夫直接开发第三层级积件库。
其构想是：跳过运动类开发，直接开发力类，物体的运动完全由力控制，由力来决定物体的运动形态，以便减少运动类的开发工作量。以下代码是一个假想的复杂模拟实例：在一个悬挂在点电荷电场中的小球保持静止，细绳偏转一定角度。按下按钮，绳子断掉后，小球在重力和电荷力的合力下向电荷运动。可以随时按照相按钮拍下小球的位置。
重力=New 力(“重力”);
电场力=New 力(“电场力”,电荷);
弹力=New 力(“弹力”,细绳);
小球相机= New 相机(“小球”);
弹力.添加(小球);
重力.添加(小球);
电磁力.添加(小球);
按钮.onPress=function(){
弹力.取消(小球);
//相机.照相();//或者在这里启动一下相机：
}
照相按钮.onPress=function(){
相机.照相();
}
弹力根据小球的质量，带电量自动计算受到力的大小，决定细绳偏转角度。绳子断裂后，系统自动根据受力决定小球的运动轨迹（并不一定是直线）。
三、怎样组织人员建设物理积件库
物理积件库开发复杂度高，开发人员需要既有教学经验，又有编程能力。然而这样的人才少之又少，所以人员的组织有两个方向：一是挑选程序员，配以教师交流。二是挑选老师，培训编程。前者的优势在于产品开发快，技术比较专业；可一旦失去资金支持，资源库的更新和维护就跟不上。后者问题是开发周期长，前期不够规范；优势在开发后期，经过培训的这些老师自己可以更新和维护。
最理想的人员组织形式为前期专业人员开发，同期教师培训。对不以营利为最终目的的开源项目来说，培训应该和开发同步进行。如采取结对编程进行开发，再同步予以培训，虽然进度会慢一些，但是能够培养出技术骨干，方便后期推广和维护。
（作者单位：山东天鸿书业多媒体开发中心）