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简述云计算的基本概念范文1
关键词 微机原理 理论教学 教学过程 形象化方法
《微机原理》课程是高等院校理工科专业的一门重要的计算机技术基础课程,特别对于测控技术、电子信息、通信工程及电类相关专业本科生来说,是学生学习和掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计及常用接口技术的入门课程。《微机原理》课程是一门理论性、实践性及应用性均很强的课程,该课程的主要任务是使学生从理论和实践上掌握现代微型计算机的系统基本组成和工作原理、编程技术、硬件的连接,建立微机系统的整体概念,使学生掌握微机电子控制系统软、硬件开发的基本方法,且具有初步的开发能力。
由于《微机原理》课程的知识点比较零散、抽象、理论性很强,学生普遍感到摸不着,看不见,不好学。以往学习成绩很不理想,更不用说能够把所掌握的软、硬件开发的知识有效地运用到简单系统的开发上,为此,笔者从合理组织教学内容,精心设计教学过程,采用多种教学手段和方法,特别将形象化教学法应用到理论教学过程中,收到了良好的教学效果。
一、教学内容的合理组织
本课程以Intel 8086微处理器为背景,从应用角度,结合典型微机系统设计系统阐述微机的基本原理;微处理器、微型计算机和微机系统的基本概念;详细介绍计算机运算基础、微处理器的内部编程结构、半导体存储器的分类、基本组成、存储容量的扩展及其设计、指令系统及汇编语言程序设计的基本方法、输入/输出系统的基本概念、I/O接口的编址方式以及控制方式;中断的基本概念及中断技术。简单介绍常用可编程I/O接口芯片的特点和使用技巧,以达到《微机原理及应用》课程的完整性。
本课程涉及内容多且零散、前后内容有所交错,学生初次接触时往往觉得难学,所接收到的知识比较散,理不出个头绪来,因而,在教学过程中将相关的内容科学地组合到一起,以CPU—存储器—接口这样的微机系统结构为基础,以“CPU寻址获取待处理的数据—计算——输出”这样简单工作原理模型为主线,以“必需、够用”为原则,将课本上那些零散的知识点连接起来,使得学生即可以对相关内容进行总体上的把握,又可对某一个具体的知识点进行纵向的扩展和横向的比较,对本课程知识的掌握大有益处。
二、教学过程的设计
理论课教学的实施主要是在课堂上通过教师进行知识传授。教师在教学的过程中,扮演着极为重要的角色,教师对教学内容的准备,重点、难点的处理,课上的教学艺术直接影响着教学效果。通常,教师要经历“教学准备、教学过程的设计、课中处理教学重点、难点,上课过程利用各种教学手段和方法集中学生的注意力,并设法保持学生的注意力,引导学生跟上教师的思路。教师在掌控教学过程中是要事先做好课堂教学过程的设计,这一过程我们主要通过引导提出问题、分析问题、解决问题来实现。用由表及里,解刨麻雀的方法,由简单问题逐步深入,引出核心知识点。
例如,第1章绪论中通过学生们对PC机的认知开始讲解微型计算机系统的概念及组成,进而脱掉外衣,去掉打印机、显示器等外围设备,呈现给学生的是微型计算机,再去掉存储设备、外围接口,就剩下整个系统的控制中心-微处理器,这样讲述微处理器、微型计算机、微型计算机系统的概念,学生容易记忆,其效果:第一同学们由熟悉的系统开始认知,较易理解概念及它们之间的区别;第二,引出本课程的重点。其效果远比介绍微处理器加设备再加外设的方式要好。
设计用对比的、发展的方式介绍8086、80386、Pentium IV微处理器的特点、组成,深入研究各类微处理器的内在规律与联系,使学生懂得学习和掌握本课程的核心内容和知识就能够动态地吸收新技术、新知识,能够主动地追赶上学科发展的步伐,。即完成了对微处理器发展的讲解,相应地也调动了学生学习本课程的积极性,打消了学生那种“为什么用奔腾学86”的抱怨。
在讲解微计算机的组成一节,我们将微型计算机看作一台简单的计算器,有存储器、微处理器(控制器)、运算器、输入/输出接口组成,这些部分则由总线(控制总线、地址总线、数据总线)连接起来,并通过对简单算式(3+2)*6的处理,将其工作过程简述为“得到运算数据——计算——输出运算结果”三个步骤,得到要运算的数据即寻址,计算和三步骤的协调则由微处理器(好比人的大脑)控制,按照汇编程序指令执行,计算则在微处理器控制下,由运算器完成,输出运算结果则由输入/输出接口送出。在讲解上述内容的过程中,一方面引出微处理器组成及工作原理、存储器、寻址(找数据)、指令、汇编程序设计、输入\输出接口、总线时序等完成整个运算过程所涉及的内容,即本课程的主要内容;一方面学生们就会不自觉地想探究:存储如何存储的数据,存储后的数据,大脑怎样找到,计算机的大脑的结构是怎样设计的,各部分结构如何完成运算和控制协调功能?计算的中间结果如何处理?等等。我们这样设计教学过程,不仅引起学生的探究欲望,而且将本课程核心内容和知识点有机的结合起来,使学生对微型计算机系统工作过程有一个完整的、系统的概念。
由于学生通常较容易理解、掌握信号与系统、数字信号处理这一类逻辑推导性和规律性很强的课程,而对微机系统这样多部分协调工作的抽象的概念理解困难,我们通过这样的设计课程内容和授课过程,让学生从全局的高度理解系统,进而研究局部内容。
接下来,讲述的是存储器寻址方式、汇编语言程序调试软件、指令系统和汇编程序设计方法。工作模式配置、三总线和总线周期(读写时序)、I\O口寻址方式、接口技术、存储芯片。最后以总结本课程核心内容和知识点的方式,介绍CPU的引脚。
一般的教材将存储器、指令系统、寻址方式和CPU结构分别放在不同的章节。Intel8086CPU编程结构中,有通用寄存器AX、BX、CX、DX和专用寄存器BP、SP、DI、SI和指令指针寄存器IP和段寄存器等14个16位寄存器可供程序员使用,这14个寄存器贯穿了整个课程内容_工作过程、寻址、指令系统、汇编语言程序设计、I/O接口,因此将这14个寄存器的功能和用法是本课程教学的关键。我们在进行80x86微处理器结构的讲解时,将存储器的结构及编址内容、部分指令、寻址方式、段定义伪指令加入进来,例如,在讲解累加器AX的作用后,学生们会产生疑问:AX的值是如何来的?为此,我们引入MOV AX,1234H,同时交代这是立即数寻址方式,也为寄存器赋值;作为与立即数寻址的表示式的对比,引入MOV AX,「1234H表示直接寻址存储器内容,引入寻址方式作为讲解AX寄存器实例设计的教学过程,即给学生明析的AX概念,同时为后续章节的讲解作了铺垫。
在讲解专用寄存器、段寄存器和地址加法器功能时,引入存储器编址。存储器是分段的,段地址和有效地址分别存储在段寄存器DS、ES、SS、CS和专用寄存器BP、DI、SI、SP中,这时可以介绍存储器的其他寻址方式(相对寻址、间接寻址);而存储器的分段的地址如何找到?物理地址=段地址x16+偏移地址,目的在于学生可以联系实际应用来理解段寄存器、通用寄存器、地址加法器的功能;介绍存储器的同时,引导学生探究存储器段如何分配,CPU如何知道?可以简单介绍段定义伪指令,目的是让学生在学习过程中不断完善对微机系统的理解,将抽象问题逐步明朗化。达到更好的理解和掌握CPU编程结构中各部件的功能和实际作用。后续的各部分章节则再系统讲解相应内容-指令系统、存储器、汇编语言设计。引入实例更加深入学生对CPU内部组成元件的理解和和掌握,也为后续章节的学习埋下伏笔。
本理论课教学过程的设计思想是尽可能地将零散的知识点有机地结合起来,遵循重系统轻局部、重工作过程的原则逐步使抽象的系统概念明朗化,使学生容易理解、容易掌握。经过实践,一般在讲解汇编语言程序设计时,同学们已基本掌握了微型机的工作过程,取得了较好的教学效果。
三、形象化教学法的应用
课堂教学效果的提高除了合理的组织教学内容,设计教学过程外,还采用多种教学方法,特别是形象化教学法。
形象化教学法即用日常熟悉的、简单的、容易理解的现象解释陌生的、复杂的、抽象的、不易了解事物和不易理解的概念。或应用视频形象化地将复杂的工作过程和抽象的概念展示出来。形象化教学法有效的提高了学生对抽象概念和事物的理解。
在“微机原理”课程中,存储器编址和寻址方式是学生不易理解的难点,我们将存储器比作一幢办公大楼,每个房间好比存储器的每个存储单元,为了方便使用和管理,通常办公楼房间的门牌号是按楼层号+序号进行编排的,每个楼层有不同的单位或职能部门。存储器的存储单元地址的编排也类似,段地址好似楼层号,不同的段有不同的用途;偏移地址好似门牌号中的序号,由于我们到了相应楼层后,只找序号就可以找到相应的房间,因此偏移地址也称为有效地址。例如,办公楼201房间有4位老师,其中2是楼层号,01是本楼层房间序号,房间的内容为4位老师;相应的,若存储器地址为21000H,2000H为段地址,存储在CPU内部的数据段寄存器DS中,1000H为该段的一个存储单元,存储在通用寄存器中,存储单元内部存储的是数据或是一个存储单元的有效地址数据。于是段寄存器中的数据和通用寄存器中的数据通过CPU内部地址累加器输出地址信息21000H,这样CPU执行部件就可以在内存找到相应的数据。通过这样形象化的比拟,学生很容易理解段地址、偏移地址(有效地址)、物理地址的概念。有了对存储器地址和存储单元内容的理解,就很容易的理解各种寻址方式,这样也可以对看不见的存储器内部结构有清析的概念,同时借助DEBUG软件可以很好地掌握各种寻址方式下存储器的变化。
形象化教学法在寻址方式教学中的应用是采用多媒体动画展示,例如,堆栈PUSH和出栈POP这一对指令的学习中,以前很多同学掌握了堆栈的物理意义和作用以及压栈\出栈的原则“选进后出或后进先出”,但是遇到如下程序段,就感到疑惑:先进为什么先出了?
PUSH AX
PUSH BX
POP AX
POP BX
其中AX=1234H,BX=5678H,对于这样的问题,除了强调指令的用法,我们还用多媒体动画的形式展示,屏幕左面为动漫存储器的变化,右边为逐条显示指令,这样每显示一条指令,左边图像显示变化,这样形象、直观的讲解指令,同学们很容易了解到堆栈指令将寄存器内容压入堆栈段,出栈则是将内存中的内容送入指令中的寄存器,同时也可很好的理解SP指针加减2的变化规律。
四、结论
总之,通过合理设计教学过程,组织教学内容,采用形象化教学方法,学生基本能够掌握微型计算机原理课程的核心内容和知识点,特别是在存储器编址和寻址方式这一难于理解的部分。经过几年来的摸索,微机原理课的教学效果得到明显提高,学生的学习热情也得到提高。以下为近几年测评的结果。05-06通信工程平均成绩74分,06-07和07-08年采用形象化教学法、合理的设计教学过程,学生平均成绩分别为82分和83分,而且不及格人数也从05-06年以前的6、7人下降为3人,普遍成绩明显提高。因此,笔者认为合理的内容安排和教学过程的组织,采用形象化教学方法可以极大地提高“微机原理”课的理论课教学效果。
参考文献
1.阎波.关于微机系统原理与接口技术课程的改革与探索.电子科技大学学报社科版,2005;7(增刊)
2.卢桂琳.简化微型机工作过程的模型的教学方法在〈微型机原理〉教学中的应用.中国科技信息,2007;(5)
简述云计算的基本概念范文2
关键词:数学学习;思维定势;负迁移
心理学家告诉我们:在解决问题的过程中,如果以前曾以某种想法解决某类问题并多次获得成功,则以后凡是遇到同类问题时,也会重复同样的想法,这种思维的习惯性倾向称为定势。因此从心理学的角度来看,思维定势是头脑中已形成的知识、技能、经验和固有的、习惯的思考问题的角度、方法等,是一种思维的定向预备状态。心理学又告诉我们:一种学习对另一种学习的影响即为知识的迁移。迁移现象在教学过程中是普遍存在的,下面就思维定势的正、负迁移现象作简要的分析,并在此基础上探讨减少数学学习中负迁移的教学对策。
一、思维定势正、负迁移现象简述
在许多情况下,思维定势表现为思维的趋向性或专注性,能驱使对某一问题深入理解,如在数学学习中,加法学习有助于乘法学习,方程知识的学习有助于不等式的学习,平面几何的学习有助于立体几何的学习等,这些思维定势中已有的知识技能对学习新知识技能的促进,我们称之为正迁移,这是思维定势产生积极影响的有益方面。但是,有时思维定势也会产生明显的消极影响,容易引起思维的僵化等,如在学习不等式的同解性时受方程有关知识的影响,由(-2)x>2,错误地得到x>-1;在学习对数运算法时受m(a+b)=ma+mb的影响而错误地得到lg(a+b)=lga+lgb等,在这种情况下,出于定势的妨碍,学生不容易改变思维方向,变成已有知识技能干扰新知识技能的学习掌握,这都体现着学习的负迁移作用。
二、思维定势负迁移对数学学习的影响
1.受已有数学知识基础影响的负迁移
不少学生往往以现有的基础为依据去解题,而当题目表达方式或概念发生变化后仍错误地套用已有经验就难免发生各种错误。这是因为学生没有切实掌握知识,引起的思维混乱。
例如:在学习任意角的三角函数时,由过去只研究0°~360°范围的角扩大到任意角。问题一:锐角是第一象限的角吗?问题二:第一象限角一定是锐角吗?由于学生对锐角的概念基本都很熟悉,所以对问题一会很快得出肯定的结论。受问题一的影响,学生会认为问题二的回答也是肯定的。这样的回答很明显是因为学生觉得第一象限的角仍局限在0°~360°范围内,还未能及时将角的概念扩大到任意的角,由此而引起的概念不清。
2.受习惯化思维方式影响的负迁移
在数学学习和解决问题时,由于某些习惯的影响,会使学习者在学习或思考问题时,形成一种刻板的习惯,一种固定的模式,不容易改变思维方向,遇到类似的新问题时,总是墨守陈规,以习惯的、固定的思考去解题,使得单调思维窄化造成学习上的负迁移。
例2:一个池塘水草的覆盖面积每天增长一倍,第8天长满了整个池塘。问:第7天水草覆盖面积是池塘面积的多少?在思维定势负迁移的作用下,学生总习惯于从第一天水草的覆盖面积开始计算。事实上,这道题只要反过来想一想,就是一道十分简单的题目:第8天长满池塘,第7天不就应该是1/2吗?
3.受个性品质影响的负迁移
良好的个性品质是指有正确的学习目的、学习兴趣和毅力,具有实事求是、独立思考、勇于创新的学习态度。这些非智力因素是要通过数学学习要尽量培养的个性品质。如若缺乏这些品质,则在解决问题的过程中,探索肤浅,遇难即退,解决问题的成功率往往很低。因此这些因素都会对学生数学学习中的思维定势起到直接的影响和作用。
例如:集体回答某个问题时,我们经常看到一名学习好的学生回答后,好多学生会跟着“鹦鹉学舌”。究其原因,大多数学生在思考过程中,本来已有了某种正确的决策,但缺乏足够的勇气和胆略,害怕回答有误,继而改变初衷,甚至人云亦云,致使问题不能获得正确的解决。
三、减少数学学习中思维定势负迁移的教学对策
由于数学学习要以学生一定的思维发展水平为前提,因此教师在教学过程中要与学生思维发展的进程相吻合,采取有效的对策,充分发挥正迁移的作用,尽量避免思维定势负迁移作用的发生,既不应使学生轻易地得到解决,也不能使他们力所不及、无法解决,而是经过学生的努力可以解决与接受的,这样才能起到促进思维的发展和提高数学能力的作用。
1.根据学生认知特点设计课堂教学
数学知识面广、类多、量大,因此,教师应尽力遵循学生的认知规律,设计出符合学生认知特点的教学方法。而在数学教学中巧妙地寻找设置悬念的做法能激发学生的学习动机和兴趣,使学生积极感知学习对象,增强记忆力,也是有效地克服思维定势负迁移的途径之一。
(1)设“疑”。“学起于思,思源于疑”,疑能使学生心理上感到困惑,产生认知冲突,进而拨动其思维之弦。例如在学习集合的概念时,设计以下问题:①全部正方形;②学校图书馆里所有的书;③本班中所有高个子的同学;④某次数学测验后各位同学的考分。以上四个条件所指的对象哪个不能组成集合?学生对于“不能”产生了“疑”,心理上产生了悬念“为什么”。问题的解决根据集合中元素的三个特性(确定性、互异性、无序性)进行学习、分析,学生对条件③“为什么不能”由生“疑”继而释“疑”。
(2)精“问”。一个耐人寻味而又富有吸引力的问题可激起学生的思维浪花。因此,教学中适当地选择、安排、提出好的问题能凝聚学生的注意力,唤起好胜心和创造力,让学生坐不住,欲解决而后快。例如:“225是几位数?用对数计算。”这样提出问题,学生不怎么感兴趣。如果换一种问法:“某人听到一则谣言后一小时内传给两人,这两人在一小时内每人又分别传给两人,如此下去,一昼夜能传遍一千万人口的大城市吗?”这样发问,学生便有了解决此问题的兴趣和积极性,效果就大不一样了。想先,谁都认为这是办不到的事,但经过认真计算,结论出人意料,居然发现确能传遍!这样得出的结论使学生会记得很牢固。
(3)创“难”。创“难”的作用是凝聚学生注意力,使学生看到所学知识的最高点,经常保持一种学习的未完成感,激发学生的思维。例如,在讲“对数”一章之前,可提出问题:给你一张厚度为0.01cm的薄纸(长任意),你知道要对折多少次,它就可以超过珠穆朗玛峰的高度(8848米)?这对学生来说既难又有趣,因为还没学过对数知识,那么答案如何得知?设置这个悬念后,学生心中便始终有一个解决此难题的目标。在学习了对数知识之后,再用对数来解决这个问题,居然发现只要对折27次就可以超过珠峰的高度,这让学生惊叹不已。
(4)求“变”。求“变”就是在教学中对典型的题目进行有目的、多角度、多层次的演变,使学生始终感到问题“新”、“奇”,感到数学的奇妙多变。例如:在讲授组合数的性质时,有如下问题:从5本不同的书中每次取出3本,可以有多少种取法?讲完后,可将题目变成:从a1,a2,a3,…,an+1这n+1个不同元素中,每次取出m个元素,可以有多少种不同的取法?在这些取法中有多少种是含有a1的?有多少种是不含有a1的?从以上的结果可以得到一个怎样的结论?等等。这样变换使学生再度陷入问题的探索之中,而且这种求“变”还可以培养学生的发散思维,从而引出了组合数的性质:。
2.重视对比,注意运用反例和特例
反例和特例有鲜明的直观特征,这是由于学生解题时往往错误地运用基本概念、性质或忽视公式、定理等的使用条件而得出一些错误的结论。为了引起学生的注意,教学时有意搜集一些学生易犯而又意识不到的错误结论,找出致误原因,这样既易于为学生接受,也利于克服思维定势,深化思维,所以也是消除思维定势负迁移的有效方法之一。
例如:已知x∈ ( 0 ,π),求的最小值。
(此题可先让学生进行思考、运算,再回答。)
常见的错解为:考虑到sinx为正数,便直接套用均值不等式来求:,最后得出2为所求最小值。
分析:这是学生最易犯的错误:直接套用公式计算,却不注意该满足的基本条件。在利用均值不等式 时,应满足a>0,b>0;当且仅当a=b时取等号;a+b或为定值,即应满足“一正、二定、三相等”三个条件。但在上述解法中,当时,sin2x=4>1是不可能的。
在分析了以上错解的原因后,注意在满足三个条件的情况下,一般可采取拆项的解法。本题正确解法应为:
,当且仅当即sinx=1时取等号,则所求的最小值应为。
通过对反例、特例的分析,可以让学生更好地掌握运用所学的知识,不仅起到举一反三的效果,还可培养学生严谨的逻辑思维。
3.增加学习的针对性,深刻理解概念、公式、定理的实质
数学学习中产生负迁移,往往是由于对概念没有正确的理解或混淆不清,特别是容易发生在那些新旧知识之间形式类似而实质相异的问题上,如误认为是约分;认为(a+b)3=a3+b3等等。因此,为了防止负迁移,在教学中要注意增加学习的针对性,引导学生深刻理解概念,对定理、公式、法则中的条件、结论及实用范围要讲解透彻,对容易混淆的知识要加以比较,或举实例予以澄清。一般来说,经过适当的指正和练习,负迁移是可以消除的。
例如:对(a+b)3=a3+b3的错误要用实例要说明:
设a=2,b=3,显然(2+3)3≠23+33,从而可说明(a+b)3≠a3+b3。
4.培养优良的思维品质,以形成改组思维定势的基础
在学习过程中,如果受到思维定势的消极影响,会使思维活动受到束缚,导致呆板的思考,而如果对学生进行思维灵活性训练,就容易迅速跳出原来的框框,而使问题得到新的解题思路。所以,在教学中多增加类似“一题多变”、“一题多解”方面的练习,可培养学生思维的广阔性、灵活性,善于多方向、多角度地思考问题,并筛选出最好办法,对学生形成积极的思维定势和克服消极的思维定势将产生重要作用。
四、结 语
思维定势是客观存在的,数学学习中学生思维定势的负迁移是一种常见而又不可避免的现象。因此在数学教学中,既要积极发挥它的正迁移作用,更应该努力克服其负迁移作用,采取相应的对策,优化我们的教学策略,注意知识、方法的正迁移,引导学生尽快建立积极的思维定势,这样不仅能减少学生们解题错误的发生,且将有利于学生数学思维灵活性和创造性的培养,建立灵活多样的思维模式,从而全面提高学生的思维品质和数学应用能力。
参考文献:
[1] 黄希庭.心理学[M].上海:上海教育出版社,1997:189.
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【关键词】化学 选修课 教学探讨
环境化学是环境科学专业的重要分支学科之一,是一门多学科交叉的综合性学科。环境化学主要是从化学的角度出发,研究环境污染机理及其控制的学科,主要研究水、大气、土壤和生物环境中化学物质的来源、反应、迁移、效应和归宿,以及人类活动对这些过程影响的科学。环境化学作为化学专业学生的选修课,主要侧重研究我们周围环境问题中的化学机理,比如化学反应过程,污染物的转化及迁移路径等。化学专业学生具备较扎实的化学基础,对我们更深入地研究环境中热点问题及其作用机理提供了有力的支持,因此在化学专业开设环境化学专业选修课十分有必要,同时也为我们培养环境方面专业人才提供保障。本文从《环境化学》课程的教学目的、教学内容、教学与实践相结合三方面进行讨论,试图探索化学专业《环境化学》选修课程的新教学思路与教学方法。
一、教学目的
环境化学作为化学类专业学生的专业选修课,可以通过本课程的教学学习,使学生能够应用化学基本理论知识和方法,掌握和了解由化学物质(主要是污染物)而引起的环境问题及规律。贵州师范大学化学专业主要为各级中小学培养具有现代教育理念,具有较高环境素质和创新精神的化学老师。因此在化学专业开设《环境化学》选修课程,不但可以让学生了解掌握化学物质在环境中迁移、转化、降解等规律,而且可以提高他们的环保意识和环境素养。具有较高环境素养的师资,对我国中小学生的环境教育有直接影响,为全民环保意识的提高有促进作用。
二、教学内容
环境化学作为一门交叉性学科,其研究范围广泛,内容丰富,不同专业的学生所选教材要求不同。为满足化学专业人才培养需求,我们选用由化学工业出版社出版王凯雄主编的《环境化学》作为教材。该书主要以化学原理为主线,简述阐明环境化学的有关基本概念、原理及其在环境污染与控制中的应用,主要侧重化学反应相关机理,比较适合化学专业学生的学习。全书内容按环境圈层分为四个部分,分别为水环境化学、大气环境化学、土壤环境化学及生物环境化学。其中,水环境化学、大气环境化学和土壤环境化学是我们讲授的重点部分,讲授内容需要结合化学专业特点,重点讨论这些环境问题中的化学机理,例如,在水环境化学中,碳酸盐系统酸碱化学平衡计算、重金属的溶解、迁移转化过程,水体中氮氧化物的氧化还原转化等均涉及到无机化学与分析化学的知识;在大气环境化学中,关于大气光化学自由基反应、臭氧空洞的形成及光化学烟雾产生机理等均涉及到物理化学的知识。因此,在化学专业开设环境化学专业选修课能够让学生更好地理解环境问题的产生机理及其反应过程,而且更有针对性,学生可以通过改变化学反应过程为目前存在的一些环境问题找出治理方案。
三、教学与实践相结合
环境化学是一门交叉性学科,综合性很强,所授内容不但涉及化学、环境科学方面的知识,还需要涉及地质学、大气科学、土壤学等相关学科的知识,具有很强的时代特色和新颖性[3][4]。因此在环境化学教学过程中,结合实际生产、生活中出现的环境问题进行思考或探讨,不仅能激发学生的学习兴趣和求知欲望,帮助学生更深刻地了解和掌握这些环境问题所产生的原因及机理,而且有利于学生提高环保意识,增加保护环境的责任感。例如,在讲解酸雨的形成机理时,应该详细讲述酸雨形成的原因,主要是由于化工厂烟气、燃煤、汽车尾气等酸性气体的排放所造成的,并举例说明我们生活中土壤酸化,建筑物损害,森林毁坏等现象都是由于酸雨造成的,这样能够让学生们感受到所学习的知识能和生活息息相关。在讲解水体富营养化的形成机制时,应该介绍水体富营养化的产生原因,是水体中氮磷等营养元素超标藻类等水生生物大量繁殖致使水质下降富营养化,而导致水体中氮磷超标主要原因是工业废水、生活污水特别是含磷洗涤剂产生的污水未经处理直接排放,可以通过控制污染源排放,减少含磷洗涤剂的使用等方法来治理水体富营养化。采用提出问题――探究原因――如何解决的教学模式层层推进,学生可以更好地了解环境化学的研究思路和研究方法,有利于提高学生的科研能力及环境素质。
总之,在《环境化学》课程教学过程中,根据化学专业和师范学校的特点,积极探索和尝试新的教学形式,不仅可以让学生更全面系统地掌握环境化学的基础知识,还可以提高学生的环境素质和环保意识,而且还激发了学生对环境化学的学习兴趣,很好的培养了学生分析问题解决问题的能力,为我国中小学教育培养了具备较高环境素养的师资力量。
基金项目:贵州师范大学博士科研启动基金项目。
参考文献:
[1]王凯熊.环境化学[M].北京:化学工业出版社,2006.
[2]戴树桂.环境化学[M].北京:高等教育出版社,2006.
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[关键词] GIS;坡地城市;市政规划
中图分类号:TU99文献标识码: A
地理信息系统(Geographic Information System),简称GIS,作为一项新技术于20 世纪80年代中期开始应用于中国的城市规划领域。在设计部门更多的用到GIS 的空间分析功能,GIS空间分析目前已广泛应用于水污染监测、城市规划与管理、地震灾害预警和损失估计、洪水灾害分析、矿产资源评价、道路交通管理、地形地貌分析、土方计算、医疗卫生、国防建设等领域。例如笔者曾用GIS 生成土地适应性分析图辅助规划方案的制定,GIS技术辅助洋浦经济开发区的水文分析, 利用 A u t o C A D 软件、Automap 软件完成 ,为规划的设计提供科学合理决策依据。总之GIS 引入竖向规划领域,可以提高规划工作的效率,改善规划成果的准确性和合理性。
1 GIS应用于坡地城市地形地貌分析
地形地貌分析是总体规划阶段重要的一项内容,其分析结果可指导城市土地利用规划的编制。一般可根据国家行业标准《城市用地竖向规划规范》CJJ 83-99中的规定,结合坡地城市的特点,把城市用地分为四类:①山地,其用地地形坡度i>50%,生态环境好,植被覆盖率高;②丘陵台地,地形坡度25%
坡地城市山地丘陵较多,地形复杂,地形地貌是影响坡地城市规划区内用地适宜性评价的主要因素,利用GIS技术建立规划区的地形数据库,生成三维地形数字模型,通过Arcgis(地理信息系统)的空间与三维分析功能,对坡地城市规划区内用地的高程、坡度进行分析,并结合地质条件分析、生态敏感性分析、基础设施支撑能力分析等方法,对规划区用地适宜性进行综合评价。
1.1坡地城市地形地貌分析案例
云浮市都杨镇地势呈现西北部、东南部高,中部、东北部低的态势,属于典型的坡地城市。图1-1、1-2分别为利用GIS生成的现状高程分析图和现状坡度分析图,现状高程图中可看出最高点位于规划区东侧,高程为310米,最低点位于规划用地中北部大涌河谷地,高程为2.3米,最大高差为307米。现状坡度图中可看出规划区东西两侧及中部部分地区坡度较大,基本在20%以上。中部大涌河两侧河谷地区及用地西侧部分地区坡度较小,基本在8%以下。
结合规划区丘陵地貌特点,高程越大的用地土地可利用率越低,高程越小的用地越有利于建设开发,将规划区用地分为一类用地、二类用地和三类用地,其中一类用地高程不大于50米,适宜建设,面积约占规划总用地的73.6%;其中二类用地高程在50-150米之间,采取工程措施后方可进行建设,面积约占规划总用地的20.5%;其中三类用地高程大于150米,不适宜建设,面积约占规划总用地的5.9%。
结合《城市用地竖向规划规范》(CJJ83-99)相关要求,将规划区用地按照坡度分为三类,分别是一类用地、二类用地和三类用地。其中一类用地坡度不大于8%,适宜建设,约占规划总用地的43.0%;二类用地坡度在8%和25%之间,需采取一定工程措施后方可进行建设,约占规划总用地的33.3%;三类用地坡度在25%以上,不适宜建设,约占规划总用地的23.6%。
2 GIS应用于坡地城市防洪排涝分析
2.1 基于ARCGIS的排水流域分析
ARCGIS提供的水文分析模块主要用来建立地表水的运动模型,辅助分析地表水流从哪里产生以及要流向何处,再现水流的流动工程。同时,通过水文分析工具的应用,也可以有助于了解排水系统和地表水流过程的一些基本概念和关键过程,以及怎样通过ARCGIS水文分析工具获取更多的水文信息。
图2-1是利用ARCGIS来再现水流的流动过程图。为了了解其再现水流的真实性,将模拟的排水分区图和现状排水分区图进行拟合,从图中可以看出,模拟的排水分析图几乎真实的再现了现状的排水分区。但在进行地表水流模拟时,由于内插的原因、真实地形(如喀斯特地貌)的存在以及无法精确的填充阙值和洼地,使得模拟的排水分区的一些小支流的水流方向不能完全的和现状的拟合。但由于ARCGIS分析功能的强大以及其比较真实的再现了现状的排水分区和流向,我们可以将其作为河道水系现状分析以及在改造规划时的参考。
2.2 基于ARCGIS的防洪淹没线分析
利用GIS技术对易受内涝危险的区域进行分析,见图2-2。红色部分代表处于淹没线以下的位置,容易被河水淹没,对于淹没区内的用地,通常需要加高处理,以消除洪涝的威胁。根据淹没线分析,可以判断城市防洪设置的标高是否合理。此外,应尽量利用天然河道水系,避免大范围的填埋,增加河道对雨洪的调蓄功能。建议建筑设计中考虑采用新型材料,降低雨水径流系数,同时考虑分散式雨水收集回用方式,使雨水洪峰流量尽量维持在开发前的水平。
3 GIS应用于坡地城市土方计算
计算土方体积的方法很多,常用的大致可归纳为以下五类。(1)用求体积公式估算;(2)断面法;(3)等高线法;(4)方格法;(5)DEM法。目前最常用的是方格法和DEM法。
前三种方法是简易算法,精度比较低。而方格网法精度比较高,且能明确反映填挖位置,但由于工作量大,通常只适用于地形变化较平缓的场地。如遇到地形复杂、面积较大的地块,方格网法的计算量会徒然骤增,其工作效率将大减,这不利于在设计方案推敲阶段将地形改造的因素纳入考虑范围。然而,如果运用GIS的地图叠加功能,土方工程量的计算难题将迎刃而解。
首先,利用ArcGIS的CreateTIN工具(3DAnalyst),将设计前后的地形生成不规则三角网数字地形模型。这里也可以采用InterPolate to Raster(3DAnalyst)以插值法生成栅格数字地形模型。其次,计算土方量变化。将设计前后的地形模型用CutlFill工具(3DAnalyst)分析。结果以栅格表示,其中蓝色代表填方,红色代表挖方,灰色表示不变的区域。各处填挖方的量可以查询栅格模型数据表的Volume值,土方变化总量则通过求和获得。
如图3-1所示。
为了更直观的表达填挖方情况,还可作进一步的处理。将地形变化前后的栅格数据模型利用RasterCaleulate(SPatialAnalyst)工具进行差值计算,得出每个栅格的高程值的变化量。体用图层Symbology设置,以颜色区分数值,这样就可以非常直观的显示土方量的变化情况,为竖向设计的调整和土方填挖的调配提供依据。如图3-2所示。
此外,通过GIS对规划区进行土方平衡,并结合坡地城市土石方量定额指标经济造价等因素,也可以来用来反馈用地土方平衡方案是否合理。
4 结语
在竖向规划体系中运用GIS 技术可以为竖向规划的管理和编制决策提供有力支持。同时根据GIS的分析成果也可以反馈给规划的编制,使成果更具科学性和合理性。
虽然GIS 在规划中的应用日益广泛和深入,但也应看到GIS 应用的局限性。GIS 并不是万能的,它不能解决规划中的一切问题,而且离开竖向规划的专业知识GIS 将不能发挥作用。从长远来看,只有把竖向规划的知识和GIS 有机结合起来构建基于知识的GIS 系统,才能更加充分发挥GIS在竖向规划中的应用潜力,从而实现GIS 和城市规划更为紧密的结合。
参考文献:
1戴慎志,陈践. 城市给水排水工程规划【M】.合肥:安徽科学技术出版社,2001.
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【关键词】BOPPPS模型 教学设计 飞行力学基础 研究型教学
湖南省普通高等学校教学改革研究项目“计算机硬件技术基础系列课程研究型教学改革的探索与研究”;国防科学技术大学“高素质新型军事人才培养”导航技术及应用MOOC课程项目。
中图分类号:G642.2 文献标识码:A
引 言
大学年轻老师专业知识丰富,但往往缺乏教育理论和教学经验,在授课过程中采用“满堂灌”“一言堂”等传统授课形式的不在少数。导致台上老师眉飞色舞,台下学生死气沉沉,授课效果欠佳。很多老师想改变这种现状却不知道从何入手。BOPPPS模型是北美地区高校教学技能培训机构Instructional Skills Workshop(ISW)提出的一种有效的课程设计模式,旨在提高教师的授课技能[1]。BOPPPS模型强调学生参与,是一种注重教学互动和反思的闭环反馈教学模式,体现了“学生为主体、教师为主导”的教育理念,为开展研究型教学改革提供了切实可行的实施方法。
《飞行力学基础》[2]是自动化专业、仿真专业、导航专业、飞行器设计专业等相关专业学生的专业基础课,这门课符号多、公式多、理论抽象,学生普遍反映“难学”,年轻老师更觉得“难教”。本人在讲授《飞行力学基础》课程时实施研究型教学改革,采用BOPPPS模型进行教学设计,以参与式学习为核心,充分发挥学生的主动性,使他们不再是被动的知识接受者,而真正成为学习的主体,取得了良好的教学效果。本文详细介绍BOPPPS模型的内涵及其在研究型教学课堂中的设计应用,希望对大学年轻教师在课堂教学设计方面有所帮助。
BOPPPS模型的内涵
BOPPPS模型将教学过程分为六个阶段(也称为六要素)[3],依次为B―Bridge-in(引入)、O―Objective or Outcome(学习目标)、P―Pre-assessment(课前摸底)、P―Participatory Learning(参与式学习)、P―Post-Assessment(课内评估)、S―Summary(总结)。下面逐一介绍BOPPPS模型六要素的内涵,并阐释其在教学设计中的地位与作用。
1.引入(Bridge-in,B)
即指引入本次课的教学内容。目的是将学生的注意力吸引到将要讲授的内容上来。对于理工类课堂教学,学生自身的学习热情可能不是那么高,这时引入尤为重要。如果一开始不能有效地吸引学生的注意力,学生对所讲授的内容不感兴趣,那么可能整堂课学生都把自己当作“局外人”,从而出现“台上老师眉飞色舞,台下学生死气沉沉”的局面。如果引入部分能够引起学生的注意,激发出学生的兴趣,学生才会去深入思考所学内容“和我有什么关系”“我为什么要学”“在实际中有什么用”等,学生才会真正成为学习的主体。“良好的开端是成功的一半”,一个好的引入就是一个至关重要的开端,要尽可能抓住学生的心。
2.学习目标(Objective or Outcome,O)
学习目标是指课堂学习结束后,学生应该知道什么、会做什么,在什么条件下能够做到什么程度。明确学习目标有以下几方面作用:
①为老师选取授课材料和设计课堂活动提供依据;
②为学习效果评估提供依据;
③为学生的整个学习过程提供指引作用;
④有助于学生进行自我评估,在课堂学习结束时能回答“我学会了吗”。
因此,学习目标既是课程学习的出发点,也是落脚点。一般来说,理工类知识具有评判标准明确、学习效果可预估的特点,因此在描述学习目标时,要明确以下三个要素:能够做什么,在什么条件下,达到什么标准。
3.课前摸底(Pre-assessment,P)
课前摸底也叫前测,通过摸底,一方面帮助学生回顾先导知识,为后续的学习作铺垫;另一方面可以让教师了解学生的知识基础,帮助老师调整授课节奏与形式。比如:研究生课程中学生可能来自不同的学校或者不同的专业,知识结构差别较大。摸底中很可能会发现,有些学生已经具备了相当多的背景知识,另一些学生则欠缺先导课程的学习。此时如果仍采用“一言堂”的授课形式,就会出现这样的情况:有些学生觉得是在“炒剩饭”,毫无新鲜感;另一些学生则听得云里雾里,收获甚微。这种情况下可以采用学生分组讨论的形式组织学习,通过学生之间的教与学使得不同起点的学生都有收获。分组依据来自于摸底的结果,因此,课前摸底是有效开展教学活动的重要前提。
4.参与式学习(Participatory Learning,P)
参与式学习是课堂教学的主体部分,参与式学习教学活动的设计是研究型教学实施中很重要的一环,组织得好能够有效地提升教学效果。参与式学习强调学生的主动参与,通过设计教学活动,激发学生调动自身的积极性,使大脑、眼、耳、口和手等都投入进来,通过主动学习达到预期的学习目标。根据布鲁姆教学法可知,参与式学习使学生学得更积极、深入和持久,而不是考试后将所学知识“还给老师”。参与式学习有赖于教师的精心设计,这就要求老师及时更新教学理念,积极开展研究型教学。下面尝试解答老师们可能的疑问和困惑。
疑问1:这门课几十年都是采用单纯讲授的形式,有必要改为参与式学习形式吗?
解答:请老师思考以下问题,这些问题中如果有一个回答“是”,那么就有必要改为参与式学习形式;回答“是”的问题越多,改变就越紧迫。
①你是否经常碰到这种情况:自己备课很辛苦、课上讲得也辛苦,但大部分学生提不起兴趣,感觉自己的辛苦付出没有得到应有的回报。
②大部分学生学习之后,虽然能够通过考试,但是会觉得自己没收获。
③大部分学生在日后的工作中用到所学知识时,需要重新自学。
疑问2:理工类课程比较枯燥、抽象,如何采用参与式学习形式?
解答:理论来源于实践,应用于实践;工科知识更是与实践密不可分。找到所讲授知识与实际生活的结合点,使枯燥、抽象的理论情境化、具体化,从而形成便于开展参与式学习的形式。另外,大学生是自学能力和创造性都比较强的群体,要相信学生的能力、尊重学生的主体地位。学生之间的相互学习甚至是学生之间的教与学往往使学生学得更深刻。
疑问3:采用参与式学习形式比单纯讲授花时间,内容讲不完怎么办?
解答:首先,单纯讲授可以把内容讲完,但能否达到教学目标呢?我们习以为常的“满堂灌”式授课效果可以回答这个问题。因此,开展参与式学习是必要的,也是必需的。因为合理的教学评估是看学生学了多少,而不是老师讲了多少。其次,参与式学习不一定比单纯讲授花时间,这需要老师的精心设计,老师要起到“主导”作用。最后,参与式学习形式可以促使学生自学部分内容,有些内容还可以采用课后作业的形式要求学生自学;总之,一切以效果为标准来选取。
5.学习效果评估(Post-assessment,P)
学习效果评估回答两个问题:“学生学到了什么”和“学生达到学习目标了吗”。课堂上及时开展学习效果评估,一方面能够调动学生的学习积极性,帮助学生达到一门课的总体目标;另一方面能够帮助老师反思教学设计,及时作出适当调整。与课后作业的形式相比,课堂学习效果评估更及时、更全面。
6.总结(Summary,S)
课程总结为学生提供一个回顾所学内容并将所学内容系统化的机会,促动学生反思自己学到了什么。总结通常包括对所学内容的回顾,帮助学生形成总体认识。老师还可以在总结部分指出本次课内容在整门课中的地位,或为下次课的学习埋下伏笔。总结通常比较简短,但不可或缺。
BOPPPS模型的应用形式和设计方法
通过上述对BOPPPS模型六个要素内涵的阐释,可以看出,BOPPPS是一种有效的教学组织模式,它在教学实施过程中按照“教学目标―参与式学习―教学评估―教学目标”这个闭环来展开,注重教学互动和反思,能够引导学生主动思考,积极开展研究性学习,符合教育的基本规律和要求。下面将BOPPPS模型各要素的具体应用形式和设计方法加以归纳,并举例提供教学设计参考。
1.引入(B)
引入通常应比较简短,可以采用以下形式:
①讲一个与课堂主题相关的故事;
②提一个与学生个人生活或经历相关的问题;
③叙述一个不同寻常的事实或论述;
④回顾之前的知识,引出新内容,建立课堂主题和已学知识的关联。
例如,在《飞行力学基础》课堂学习中,在介绍“空气动力”的基本概念时,我将新兴的翼装飞行装置作为引入。我是这样设计的:首先播放一小段翼装飞行的视频,之后提出问题“请大家思考人穿上翼装之后为何能飞”,从而引出“空气动力”这一学习主题。这个引入方式,既能吸引学生眼球,又能促使学生思考“空气动力在物理世界中有什么用”,从而成功地将学生的注意力吸引到空气动力这个知识点上来。
2.学习目标(O)
虽然每次课的学习目标只是一两句话,但要写出一个明确、恰当的学习目标需要老师慎重考虑、反复斟酌。学习目标的描述应该以“学生”为主语,阐明学生能够做什么,同时指出条件以及便于进行学习效果评估的指标。比较下面两个学习目标:
(a)学生能够理解变质量质点基本方程;
(b)给出变质量质点基本方程,学生能够解释影响运载火箭推力大小的两个因素。
表述(a)不明确,因为“理解”这种行为是看不到的,导致老师无法评估学生学习效果。类似的,在描述学习目标时还要避免使用“了解”“掌握”这些动词。
表述(b)则具备学习目标描述的三个要求。“解释”得好坏是可评估的,条件是“给出变质量质点基本方程”,评估指标是对“影响运载火箭推力大小的两个因素”作出解释。
学习目标表述中谓语动词的选择可以参照Bloom教育目标分类学[4]。按照Bloom教育目标分类学,学习目标可以分为六个层次:记忆、理解、应用、分析、评价和创造,每个层次都有一些常用动词。例如“理解”层次的动词有:描述、解释、简述、区别、预言、比较等。
3.摸底(P)
摸底通常采用非正式问答的形式,也常通过摸底引出新知识点的学习。例如,由于变质量质点基本方程是由常质量质点动量定理推导出来的,所以在开始学习“变质量质点基本方程”时,可以问学生“在座各位能讲述常质量质点动量定理的内容吗”,然后通过学生的回答帮助全体学生回忆起常质量质点动量定理,为变质量质点基本方程的学习打下基础。当老师对学生的知识结构不太确定时,摸底也可以采用正式的测试,以便全面评估学生对先导知识知晓的程度。
4.参与式学习(P)
选择参与式学习的组织形式时,要考虑到学生的知识水平和学习能力,“因材施教”才会取得好效果。下面列出几种有效的参与式学习组织形式。
①分组讨论 分组讨论随时可以应用,少至两人一组,多至五六人一组,就一个问题在规定的时间内展开讨论;讨论结束后由小组代表(自愿或随机挑选)汇报讨论结果。老师要对讨论过程进行监督与引导,在讨论结束后要进行总结。
②角色扮演 创造机会,使学生能够扮演学习者之外的角色。比如要学生作报告,听学生作点评。再比如分组讨论中有些学生也会扮演“教师”的角色。
③动手推算 理工科知识的学习少不了画图、解方程、推公式,如果这些都由老师代劳,学生只是看一看、听一听,学习效果就会大打折扣。老师可以通过合适的设疑和适当的引导,要求学生动手画一画、算一算、推一推,这些参与式学习活动使学生思维保持活跃,从而通过自主学习和探究获得新知识。
④专题研讨 “专题研讨”的组织方法一般以学生分组合作的形式完成。实施过程是教师提前布置研讨题目,学生通过查阅技术文献、独立思考并完成方案论证和设计,教师适时指导,最后由学生演示汇报、教师讲评。“专题研讨”大多以问题为导向,侧重于对专业综合性问题提供解决方案。“专题研讨”是研究型教学活动最实用的组织形式之一。
⑤案例分析 理工科知识来源于生活,应用于生活。教师结合相关知识点设计贴近生活的案例,引导学生进行自主探究,并对探究学习过程作出总结和提炼。案例分析是传统课堂中也非常常用的教学方法,但在研究型教学课堂中不仅要通过案例分析给出结论,更要注重引导学生参与,让学生主动投入并经历探究的过程,从而得出结论,回归教育的本真――“自主学习,自我教育”。
5.学习效果评估(P)
课堂上,可以采用以下学习效果评估的形式:
①课堂观察 在整个教学过程中,注意学生的眼神、面部表情和肢体动作,注意听学生提出的问题,从而判断其对所讲授的内容是否感兴趣,他们是否听懂了。
②课堂测试 在学习完一个或多个知识点时,设计填空、判断、选择或简答题进行课堂小测试,及时检验学生的学习效果。对于选择题,答题器Clicker[5]是一个非常有用的工具,支持单选和多选,可以实时记录每个学生的选题结果并进行统计,使老师对全体学生对该知识点的掌握情况一目了然。
③卡片反馈 在下课前进行,大约需要5分钟。提出一两个问题,要求每个学生在小卡片上回答问题并上交。问题主要是帮助学生对自己所学进行总结与反思,例如 “你今天学到的最重要的东西是什么”,“这次课的难点是什么”,“还有什么问题没有解决”等。
④自我检查 教师列出本次课所学知识清单,学生根据自己的学习情况对照打分,并把检查结果统计上交。
6.总结(S)
总结可以由教师讲述进行,也可以引导学生来完成。可以采用板书或口述,也可以事前做好PPT,如果由教师在PPT上展示,要注意结合动画逐项展示,以留给学生回顾思考的空间。
教学设计案例
在应用BOPPPS模型进行教学设计时,一般首先要明确学习目标(O),然后设计能够有效帮助学生实现学习目标的参与式学习活动(P)以及检验学生是否达到学习目标的学习效果评估方式(P);在上述要素确定后,再结合具体的教学情况,灵活设计引入(B)、摸底(P)与总结(S)。
《飞行力学基础》课程中导弹空间运动模型是教学重点,也是难点,其特点是变量多、空间关系复杂[2]。下面以发射坐标系中,导弹主动段空间运动模型的教学实施为例,介绍BOPPPS模型的应用。
引入部分主要阐述建立导弹空间运动模型的必要性,通过播放一段导弹飞行的动画视频来吸引学生的注意力,在视频中同步给出导弹飞行的实时速度、高度、姿态及射程。播放完毕提出如下问题让学生思考:“导弹飞行时的速度、高度等参数可以直观反映导弹的飞行状态,是导弹测控人员关心的参数,那么根据所学的导弹矢量运动方程如何得到这些参数呢?”学生思考后,老师引导学生得出答案:将导弹矢量形式的运动方程在合适的坐标系中投影获得标量方程,即建立相应坐标系中的导弹空间运动模型。这样的引入方式不但能快速入题,也巧妙地关联到学习目标,还回答了“为什么要学”。
本次课的学习目标是能够建立发射坐标系中的导弹主动段空间运动模型,具体可以分解为以下几点:①能够清晰地描述建模的思路,即首先将矢量形式的导弹质心动力学方程在发射坐标系中进行投影,并将矢量形式的导弹绕质心运动方程在弹体坐标系中进行投影,然后增加补充方程以求解投影过程中引入的变量。②能够计算导弹质心动力学方程和绕质心转动方程中每一项矢量在相应坐标系中的投影。③能够列出投影过程中引入的变量并建立补充方程。
导弹主动段运动模型的建立需要用到变质量质点系的质心运动方程和绕质心转动方程以及导弹受力/力矩分析。摸底部分要帮助学生回顾上述知识,进而列写出导弹的质心运动方程和绕质心转动方程,自然过渡到本次课的主体。针对上述学习目标,课堂教学采用以下参与式学习方式:
①示范与角色扮演:对于矢量运动方程投影部分,各矢量项的投影思路都是矢量分解与坐标转换,其中,引力的投影过程最为复杂。因此,这部分教学采用示范与角色扮演的形式,即老师示范讲解引力在发射坐标系的投影过程,然后由学生自学其他项的投影并进行讲解。通过“独立思考―动手推算―展示讲解”这样一个学习过程,学生对每一个物理量的理解会更深刻、更透彻。
②分组讨论:对于投影过程中引入变量的分析,由于涉及变量数目多,且要用到之前四次课导弹受力分析的知识,因此可以采用分组讨论的方式,两至三人一组,列出每一个矢量项投影所引入的变量。在分组讨论之前,老师可以就引力投影所引入的变量进行示范讲解。在分组讨论之后,由小组代表汇报讨论结果,老师进行讲评。
实践表明,通过上述参与式学习方式引导学生自主探究,有效地促进了学生对运动方程物理意义的理解,使学生更容易理清复杂多变量之间的关系,避免老师单纯讲解带来的枯燥与疲劳感。
对于学习效果评估,除了在整个教学过程中观察学生反应之外,还可以提出思考题,如:如何在发射坐标系中建立导弹再入飞行段运动模型。由于再入飞行段与主动段相比受力更为简单,如果学生掌握了主动段建模的思路与过程,就应该能够建立再入飞行段的运动模型。此外,还可以采用前面提到的多种方法,对检验学习效果大有裨益。
总结部分进一步理清建模思路,画出变量之间的逻辑关系,指出方程求解的思路。作为拓展训练,提供一个导弹空间运动模型计算的例程,鼓励学生课后解读程序,提升理解力和应用水平。
结束语
从1978年ISW创办至今,多年的ISW培训经验表明,BOPPPS模型是一种具有很强操作性的有效课程设计模式,BOPPPS模型的核心是为学生创造一个轻松愉快的自主探究学习的氛围,调动学生学习的积极性和参与性。只要学生愿意学,就会有收获;只有学生真正参与到学习过程中来,通过自主探究学习才能学得更深刻,这与我们一直坚持的“学生为主体、教师为主导”的研究型教育教学理念是一致的。因此,BOPPPS模型为大学老师提供了一条开展研究型教学的捷径;按照BOPPPS模型六要素设计每一堂课,可以提高教学设计的效率,增强授课自信心。
参考文献:
[1] Janice B. Johnson,etc.“Instructional Skills Workshop Handbook For Participants”ISW Advisory Committee,2006.
[2]胡小平、吴美平、王海丽:《导弹飞行力学基础》,国防科技大学出版社,2006。
[3]陈卫卫:《基于BOPPPS模型和问题驱动教学法培养计算思维的教学设计》,《工业和信息化教育》2014年第6期。
[4]洛林・安德森:《布鲁姆教育目标分类学》,蒋小平等译,外语教学与研究出版社,2009。