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簡述云計算的基本概念范文1
關鍵詞 微機原理 理論教學 教學過程 形象化方法
《微機原理》課程是高等院校理工科專業的一門重要的計算機技術基礎課程,特別對于測控技術、電子信息、通信工程及電類相關專業本科生來說,是學生學習和掌握計算機硬件知識和匯編語言程序設計及常用接口技術的入門課程?!段C原理》課程是一門理論性、實踐性及應用性均很強的課程,該課程的主要任務是使學生從理論和實踐上掌握現代微型計算機的系統基本組成和工作原理、編程技術、硬件的連接,建立微機系統的整體概念,使學生掌握微機電子控制系統軟、硬件開發的基本方法,且具有初步的開發能力。
由于《微機原理》課程的知識點比較零散、抽象、理論性很強,學生普遍感到摸不著,看不見,不好學。以往學習成績很不理想,更不用說能夠把所掌握的軟、硬件開發的知識有效地運用到簡單系統的開發上,為此,筆者從合理組織教學內容,精心設計教學過程,采用多種教學手段和方法,特別將形象化教學法應用到理論教學過程中,收到了良好的教學效果。
一、教學內容的合理組織
本課程以Intel 8086微處理器為背景,從應用角度,結合典型微機系統設計系統闡述微機的基本原理;微處理器、微型計算機和微機系統的基本概念;詳細介紹計算機運算基礎、微處理器的內部編程結構、半導體存儲器的分類、基本組成、存儲容量的擴展及其設計、指令系統及匯編語言程序設計的基本方法、輸入/輸出系統的基本概念、I/O接口的編址方式以及控制方式;中斷的基本概念及中斷技術。簡單介紹常用可編程I/O接口芯片的特點和使用技巧,以達到《微機原理及應用》課程的完整性。
本課程涉及內容多且零散、前后內容有所交錯,學生初次接觸時往往覺得難學,所接收到的知識比較散,理不出個頭緒來,因而,在教學過程中將相關的內容科學地組合到一起,以CPU—存儲器—接口這樣的微機系統結構為基礎,以“CPU尋址獲取待處理的數據—計算——輸出”這樣簡單工作原理模型為主線,以“必需、夠用”為原則,將課本上那些零散的知識點連接起來,使得學生即可以對相關內容進行總體上的把握,又可對某一個具體的知識點進行縱向的擴展和橫向的比較,對本課程知識的掌握大有益處。
二、教學過程的設計
理論課教學的實施主要是在課堂上通過教師進行知識傳授。教師在教學的過程中,扮演著極為重要的角色,教師對教學內容的準備,重點、難點的處理,課上的教學藝術直接影響著教學效果。通常,教師要經歷“教學準備、教學過程的設計、課中處理教學重點、難點,上課過程利用各種教學手段和方法集中學生的注意力,并設法保持學生的注意力,引導學生跟上教師的思路。教師在掌控教學過程中是要事先做好課堂教學過程的設計,這一過程我們主要通過引導提出問題、分析問題、解決問題來實現。用由表及里,解刨麻雀的方法,由簡單問題逐步深入,引出核心知識點。
例如,第1章緒論中通過學生們對PC機的認知開始講解微型計算機系統的概念及組成,進而脫掉外衣,去掉打印機、顯示器等外圍設備,呈現給學生的是微型計算機,再去掉存儲設備、外圍接口,就剩下整個系統的控制中心-微處理器,這樣講述微處理器、微型計算機、微型計算機系統的概念,學生容易記憶,其效果:第一同學們由熟悉的系統開始認知,較易理解概念及它們之間的區別;第二,引出本課程的重點。其效果遠比介紹微處理器加設備再加外設的方式要好。
設計用對比的、發展的方式介紹8086、80386、Pentium IV微處理器的特點、組成,深入研究各類微處理器的內在規律與聯系,使學生懂得學習和掌握本課程的核心內容和知識就能夠動態地吸收新技術、新知識,能夠主動地追趕上學科發展的步伐,。即完成了對微處理器發展的講解,相應地也調動了學生學習本課程的積極性,打消了學生那種“為什么用奔騰學86”的抱怨。
在講解微計算機的組成一節,我們將微型計算機看作一臺簡單的計算器,有存儲器、微處理器(控制器)、運算器、輸入/輸出接口組成,這些部分則由總線(控制總線、地址總線、數據總線)連接起來,并通過對簡單算式(3+2)*6的處理,將其工作過程簡述為“得到運算數據——計算——輸出運算結果”三個步驟,得到要運算的數據即尋址,計算和三步驟的協調則由微處理器(好比人的大腦)控制,按照匯編程序指令執行,計算則在微處理器控制下,由運算器完成,輸出運算結果則由輸入/輸出接口送出。在講解上述內容的過程中,一方面引出微處理器組成及工作原理、存儲器、尋址(找數據)、指令、匯編程序設計、輸入\輸出接口、總線時序等完成整個運算過程所涉及的內容,即本課程的主要內容;一方面學生們就會不自覺地想探究:存儲如何存儲的數據,存儲后的數據,大腦怎樣找到,計算機的大腦的結構是怎樣設計的,各部分結構如何完成運算和控制協調功能?計算的中間結果如何處理?等等。我們這樣設計教學過程,不僅引起學生的探究欲望,而且將本課程核心內容和知識點有機的結合起來,使學生對微型計算機系統工作過程有一個完整的、系統的概念。
由于學生通常較容易理解、掌握信號與系統、數字信號處理這一類邏輯推導性和規律性很強的課程,而對微機系統這樣多部分協調工作的抽象的概念理解困難,我們通過這樣的設計課程內容和授課過程,讓學生從全局的高度理解系統,進而研究局部內容。
接下來,講述的是存儲器尋址方式、匯編語言程序調試軟件、指令系統和匯編程序設計方法。工作模式配置、三總線和總線周期(讀寫時序)、I\O口尋址方式、接口技術、存儲芯片。最后以總結本課程核心內容和知識點的方式,介紹CPU的引腳。
一般的教材將存儲器、指令系統、尋址方式和CPU結構分別放在不同的章節。Intel8086CPU編程結構中,有通用寄存器AX、BX、CX、DX和專用寄存器BP、SP、DI、SI和指令指針寄存器IP和段寄存器等14個16位寄存器可供程序員使用,這14個寄存器貫穿了整個課程內容_工作過程、尋址、指令系統、匯編語言程序設計、I/O接口,因此將這14個寄存器的功能和用法是本課程教學的關鍵。我們在進行80x86微處理器結構的講解時,將存儲器的結構及編址內容、部分指令、尋址方式、段定義偽指令加入進來,例如,在講解累加器AX的作用后,學生們會產生疑問:AX的值是如何來的?為此,我們引入MOV AX,1234H,同時交代這是立即數尋址方式,也為寄存器賦值;作為與立即數尋址的表示式的對比,引入MOV AX,「1234H表示直接尋址存儲器內容,引入尋址方式作為講解AX寄存器實例設計的教學過程,即給學生明析的AX概念,同時為后續章節的講解作了鋪墊。
在講解專用寄存器、段寄存器和地址加法器功能時,引入存儲器編址。存儲器是分段的,段地址和有效地址分別存儲在段寄存器DS、ES、SS、CS和專用寄存器BP、DI、SI、SP中,這時可以介紹存儲器的其他尋址方式(相對尋址、間接尋址);而存儲器的分段的地址如何找到?物理地址=段地址x16+偏移地址,目的在于學生可以聯系實際應用來理解段寄存器、通用寄存器、地址加法器的功能;介紹存儲器的同時,引導學生探究存儲器段如何分配,CPU如何知道?可以簡單介紹段定義偽指令,目的是讓學生在學習過程中不斷完善對微機系統的理解,將抽象問題逐步明朗化。達到更好的理解和掌握CPU編程結構中各部件的功能和實際作用。后續的各部分章節則再系統講解相應內容-指令系統、存儲器、匯編語言設計。引入實例更加深入學生對CPU內部組成元件的理解和和掌握,也為后續章節的學習埋下伏筆。
本理論課教學過程的設計思想是盡可能地將零散的知識點有機地結合起來,遵循重系統輕局部、重工作過程的原則逐步使抽象的系統概念明朗化,使學生容易理解、容易掌握。經過實踐,一般在講解匯編語言程序設計時,同學們已基本掌握了微型機的工作過程,取得了較好的教學效果。
三、形象化教學法的應用
課堂教學效果的提高除了合理的組織教學內容,設計教學過程外,還采用多種教學方法,特別是形象化教學法。
形象化教學法即用日常熟悉的、簡單的、容易理解的現象解釋陌生的、復雜的、抽象的、不易了解事物和不易理解的概念。或應用視頻形象化地將復雜的工作過程和抽象的概念展示出來。形象化教學法有效的提高了學生對抽象概念和事物的理解。
在“微機原理”課程中,存儲器編址和尋址方式是學生不易理解的難點,我們將存儲器比作一幢辦公大樓,每個房間好比存儲器的每個存儲單元,為了方便使用和管理,通常辦公樓房間的門牌號是按樓層號+序號進行編排的,每個樓層有不同的單位或職能部門。存儲器的存儲單元地址的編排也類似,段地址好似樓層號,不同的段有不同的用途;偏移地址好似門牌號中的序號,由于我們到了相應樓層后,只找序號就可以找到相應的房間,因此偏移地址也稱為有效地址。例如,辦公樓201房間有4位老師,其中2是樓層號,01是本樓層房間序號,房間的內容為4位老師;相應的,若存儲器地址為21000H,2000H為段地址,存儲在CPU內部的數據段寄存器DS中,1000H為該段的一個存儲單元,存儲在通用寄存器中,存儲單元內部存儲的是數據或是一個存儲單元的有效地址數據。于是段寄存器中的數據和通用寄存器中的數據通過CPU內部地址累加器輸出地址信息21000H,這樣CPU執行部件就可以在內存找到相應的數據。通過這樣形象化的比擬,學生很容易理解段地址、偏移地址(有效地址)、物理地址的概念。有了對存儲器地址和存儲單元內容的理解,就很容易的理解各種尋址方式,這樣也可以對看不見的存儲器內部結構有清析的概念,同時借助DEBUG軟件可以很好地掌握各種尋址方式下存儲器的變化。
形象化教學法在尋址方式教學中的應用是采用多媒體動畫展示,例如,堆棧PUSH和出棧POP這一對指令的學習中,以前很多同學掌握了堆棧的物理意義和作用以及壓棧\出棧的原則“選進后出或后進先出”,但是遇到如下程序段,就感到疑惑:先進為什么先出了?
PUSH AX
PUSH BX
POP AX
POP BX
其中AX=1234H,BX=5678H,對于這樣的問題,除了強調指令的用法,我們還用多媒體動畫的形式展示,屏幕左面為動漫存儲器的變化,右邊為逐條顯示指令,這樣每顯示一條指令,左邊圖像顯示變化,這樣形象、直觀的講解指令,同學們很容易了解到堆棧指令將寄存器內容壓入堆棧段,出棧則是將內存中的內容送入指令中的寄存器,同時也可很好的理解SP指針加減2的變化規律。
四、結論
總之,通過合理設計教學過程,組織教學內容,采用形象化教學方法,學生基本能夠掌握微型計算機原理課程的核心內容和知識點,特別是在存儲器編址和尋址方式這一難于理解的部分。經過幾年來的摸索,微機原理課的教學效果得到明顯提高,學生的學習熱情也得到提高。以下為近幾年測評的結果。05-06通信工程平均成績74分,06-07和07-08年采用形象化教學法、合理的設計教學過程,學生平均成績分別為82分和83分,而且不及格人數也從05-06年以前的6、7人下降為3人,普遍成績明顯提高。因此,筆者認為合理的內容安排和教學過程的組織,采用形象化教學方法可以極大地提高“微機原理”課的理論課教學效果。
參考文獻
1.閻波.關于微機系統原理與接口技術課程的改革與探索.電子科技大學學報社科版,2005;7(增刊)
2.盧桂琳.簡化微型機工作過程的模型的教學方法在〈微型機原理〉教學中的應用.中國科技信息,2007;(5)
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關鍵詞:數學學習;思維定勢;負遷移
心理學家告訴我們:在解決問題的過程中,如果以前曾以某種想法解決某類問題并多次獲得成功,則以后凡是遇到同類問題時,也會重復同樣的想法,這種思維的習慣性傾向稱為定勢。因此從心理學的角度來看,思維定勢是頭腦中已形成的知識、技能、經驗和固有的、習慣的思考問題的角度、方法等,是一種思維的定向預備狀態。心理學又告訴我們:一種學習對另一種學習的影響即為知識的遷移。遷移現象在教學過程中是普遍存在的,下面就思維定勢的正、負遷移現象作簡要的分析,并在此基礎上探討減少數學學習中負遷移的教學對策。
一、思維定勢正、負遷移現象簡述
在許多情況下,思維定勢表現為思維的趨向性或專注性,能驅使對某一問題深入理解,如在數學學習中,加法學習有助于乘法學習,方程知識的學習有助于不等式的學習,平面幾何的學習有助于立體幾何的學習等,這些思維定勢中已有的知識技能對學習新知識技能的促進,我們稱之為正遷移,這是思維定勢產生積極影響的有益方面。但是,有時思維定勢也會產生明顯的消極影響,容易引起思維的僵化等,如在學習不等式的同解性時受方程有關知識的影響,由(-2)x>2,錯誤地得到x>-1;在學習對數運算法時受m(a+b)=ma+mb的影響而錯誤地得到lg(a+b)=lga+lgb等,在這種情況下,出于定勢的妨礙,學生不容易改變思維方向,變成已有知識技能干擾新知識技能的學習掌握,這都體現著學習的負遷移作用。
二、思維定勢負遷移對數學學習的影響
1.受已有數學知識基礎影響的負遷移
不少學生往往以現有的基礎為依據去解題,而當題目表達方式或概念發生變化后仍錯誤地套用已有經驗就難免發生各種錯誤。這是因為學生沒有切實掌握知識,引起的思維混亂。
例如:在學習任意角的三角函數時,由過去只研究0°~360°范圍的角擴大到任意角。問題一:銳角是第一象限的角嗎?問題二:第一象限角一定是銳角嗎?由于學生對銳角的概念基本都很熟悉,所以對問題一會很快得出肯定的結論。受問題一的影響,學生會認為問題二的回答也是肯定的。這樣的回答很明顯是因為學生覺得第一象限的角仍局限在0°~360°范圍內,還未能及時將角的概念擴大到任意的角,由此而引起的概念不清。
2.受習慣化思維方式影響的負遷移
在數學學習和解決問題時,由于某些習慣的影響,會使學習者在學習或思考問題時,形成一種刻板的習慣,一種固定的模式,不容易改變思維方向,遇到類似的新問題時,總是墨守陳規,以習慣的、固定的思考去解題,使得單調思維窄化造成學習上的負遷移。
例2:一個池塘水草的覆蓋面積每天增長一倍,第8天長滿了整個池塘。問:第7天水草覆蓋面積是池塘面積的多少?在思維定勢負遷移的作用下,學生總習慣于從第一天水草的覆蓋面積開始計算。事實上,這道題只要反過來想一想,就是一道十分簡單的題目:第8天長滿池塘,第7天不就應該是1/2嗎?
3.受個性品質影響的負遷移
良好的個性品質是指有正確的學習目的、學習興趣和毅力,具有實事求是、獨立思考、勇于創新的學習態度。這些非智力因素是要通過數學學習要盡量培養的個性品質。如若缺乏這些品質,則在解決問題的過程中,探索膚淺,遇難即退,解決問題的成功率往往很低。因此這些因素都會對學生數學學習中的思維定勢起到直接的影響和作用。
例如:集體回答某個問題時,我們經??吹揭幻麑W習好的學生回答后,好多學生會跟著“鸚鵡學舌”。究其原因,大多數學生在思考過程中,本來已有了某種正確的決策,但缺乏足夠的勇氣和膽略,害怕回答有誤,繼而改變初衷,甚至人云亦云,致使問題不能獲得正確的解決。
三、減少數學學習中思維定勢負遷移的教學對策
由于數學學習要以學生一定的思維發展水平為前提,因此教師在教學過程中要與學生思維發展的進程相吻合,采取有效的對策,充分發揮正遷移的作用,盡量避免思維定勢負遷移作用的發生,既不應使學生輕易地得到解決,也不能使他們力所不及、無法解決,而是經過學生的努力可以解決與接受的,這樣才能起到促進思維的發展和提高數學能力的作用。
1.根據學生認知特點設計課堂教學
數學知識面廣、類多、量大,因此,教師應盡力遵循學生的認知規律,設計出符合學生認知特點的教學方法。而在數學教學中巧妙地尋找設置懸念的做法能激發學生的學習動機和興趣,使學生積極感知學習對象,增強記憶力,也是有效地克服思維定勢負遷移的途徑之一。
(1)設“疑”?!皩W起于思,思源于疑”,疑能使學生心理上感到困惑,產生認知沖突,進而撥動其思維之弦。例如在學習集合的概念時,設計以下問題:①全部正方形;②學校圖書館里所有的書;③本班中所有高個子的同學;④某次數學測驗后各位同學的考分。以上四個條件所指的對象哪個不能組成集合?學生對于“不能”產生了“疑”,心理上產生了懸念“為什么”。問題的解決根據集合中元素的三個特性(確定性、互異性、無序性)進行學習、分析,學生對條件③“為什么不能”由生“疑”繼而釋“疑”。
(2)精“問”。一個耐人尋味而又富有吸引力的問題可激起學生的思維浪花。因此,教學中適當地選擇、安排、提出好的問題能凝聚學生的注意力,喚起好勝心和創造力,讓學生坐不住,欲解決而后快。例如:“225是幾位數?用對數計算?!边@樣提出問題,學生不怎么感興趣。如果換一種問法:“某人聽到一則謠言后一小時內傳給兩人,這兩人在一小時內每人又分別傳給兩人,如此下去,一晝夜能傳遍一千萬人口的大城市嗎?”這樣發問,學生便有了解決此問題的興趣和積極性,效果就大不一樣了。想先,誰都認為這是辦不到的事,但經過認真計算,結論出人意料,居然發現確能傳遍!這樣得出的結論使學生會記得很牢固。
(3)創“難”。創“難”的作用是凝聚學生注意力,使學生看到所學知識的最高點,經常保持一種學習的未完成感,激發學生的思維。例如,在講“對數”一章之前,可提出問題:給你一張厚度為0.01cm的薄紙(長任意),你知道要對折多少次,它就可以超過珠穆朗瑪峰的高度(8848米)?這對學生來說既難又有趣,因為還沒學過對數知識,那么答案如何得知?設置這個懸念后,學生心中便始終有一個解決此難題的目標。在學習了對數知識之后,再用對數來解決這個問題,居然發現只要對折27次就可以超過珠峰的高度,這讓學生驚嘆不已。
(4)求“變”。求“變”就是在教學中對典型的題目進行有目的、多角度、多層次的演變,使學生始終感到問題“新”、“奇”,感到數學的奇妙多變。例如:在講授組合數的性質時,有如下問題:從5本不同的書中每次取出3本,可以有多少種取法?講完后,可將題目變成:從a1,a2,a3,…,an+1這n+1個不同元素中,每次取出m個元素,可以有多少種不同的取法?在這些取法中有多少種是含有a1的?有多少種是不含有a1的?從以上的結果可以得到一個怎樣的結論?等等。這樣變換使學生再度陷入問題的探索之中,而且這種求“變”還可以培養學生的發散思維,從而引出了組合數的性質:。
2.重視對比,注意運用反例和特例
反例和特例有鮮明的直觀特征,這是由于學生解題時往往錯誤地運用基本概念、性質或忽視公式、定理等的使用條件而得出一些錯誤的結論。為了引起學生的注意,教學時有意搜集一些學生易犯而又意識不到的錯誤結論,找出致誤原因,這樣既易于為學生接受,也利于克服思維定勢,深化思維,所以也是消除思維定勢負遷移的有效方法之一。
例如:已知x∈ ( 0 ,π),求的最小值。
(此題可先讓學生進行思考、運算,再回答。)
常見的錯解為:考慮到sinx為正數,便直接套用均值不等式來求:,最后得出2為所求最小值。
分析:這是學生最易犯的錯誤:直接套用公式計算,卻不注意該滿足的基本條件。在利用均值不等式 時,應滿足a>0,b>0;當且僅當a=b時取等號;a+b或為定值,即應滿足“一正、二定、三相等”三個條件。但在上述解法中,當時,sin2x=4>1是不可能的。
在分析了以上錯解的原因后,注意在滿足三個條件的情況下,一般可采取拆項的解法。本題正確解法應為:
,當且僅當即sinx=1時取等號,則所求的最小值應為。
通過對反例、特例的分析,可以讓學生更好地掌握運用所學的知識,不僅起到舉一反三的效果,還可培養學生嚴謹的邏輯思維。
3.增加學習的針對性,深刻理解概念、公式、定理的實質
數學學習中產生負遷移,往往是由于對概念沒有正確的理解或混淆不清,特別是容易發生在那些新舊知識之間形式類似而實質相異的問題上,如誤認為是約分;認為(a+b)3=a3+b3等等。因此,為了防止負遷移,在教學中要注意增加學習的針對性,引導學生深刻理解概念,對定理、公式、法則中的條件、結論及實用范圍要講解透徹,對容易混淆的知識要加以比較,或舉實例予以澄清。一般來說,經過適當的指正和練習,負遷移是可以消除的。
例如:對(a+b)3=a3+b3的錯誤要用實例要說明:
設a=2,b=3,顯然(2+3)3≠23+33,從而可說明(a+b)3≠a3+b3。
4.培養優良的思維品質,以形成改組思維定勢的基礎
在學習過程中,如果受到思維定勢的消極影響,會使思維活動受到束縛,導致呆板的思考,而如果對學生進行思維靈活性訓練,就容易迅速跳出原來的框框,而使問題得到新的解題思路。所以,在教學中多增加類似“一題多變”、“一題多解”方面的練習,可培養學生思維的廣闊性、靈活性,善于多方向、多角度地思考問題,并篩選出最好辦法,對學生形成積極的思維定勢和克服消極的思維定勢將產生重要作用。
四、結 語
思維定勢是客觀存在的,數學學習中學生思維定勢的負遷移是一種常見而又不可避免的現象。因此在數學教學中,既要積極發揮它的正遷移作用,更應該努力克服其負遷移作用,采取相應的對策,優化我們的教學策略,注意知識、方法的正遷移,引導學生盡快建立積極的思維定勢,這樣不僅能減少學生們解題錯誤的發生,且將有利于學生數學思維靈活性和創造性的培養,建立靈活多樣的思維模式,從而全面提高學生的思維品質和數學應用能力。
參考文獻:
[1] 黃希庭.心理學[M].上海:上海教育出版社,1997:189.
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【關鍵詞】化學 選修課 教學探討
環境化學是環境科學專業的重要分支學科之一,是一門多學科交叉的綜合性學科。環境化學主要是從化學的角度出發,研究環境污染機理及其控制的學科,主要研究水、大氣、土壤和生物環境中化學物質的來源、反應、遷移、效應和歸宿,以及人類活動對這些過程影響的科學。環境化學作為化學專業學生的選修課,主要側重研究我們周圍環境問題中的化學機理,比如化學反應過程,污染物的轉化及遷移路徑等?;瘜W專業學生具備較扎實的化學基礎,對我們更深入地研究環境中熱點問題及其作用機理提供了有力的支持,因此在化學專業開設環境化學專業選修課十分有必要,同時也為我們培養環境方面專業人才提供保障。本文從《環境化學》課程的教學目的、教學內容、教學與實踐相結合三方面進行討論,試圖探索化學專業《環境化學》選修課程的新教學思路與教學方法。
一、教學目的
環境化學作為化學類專業學生的專業選修課,可以通過本課程的教學學習,使學生能夠應用化學基本理論知識和方法,掌握和了解由化學物質(主要是污染物)而引起的環境問題及規律。貴州師范大學化學專業主要為各級中小學培養具有現代教育理念,具有較高環境素質和創新精神的化學老師。因此在化學專業開設《環境化學》選修課程,不但可以讓學生了解掌握化學物質在環境中遷移、轉化、降解等規律,而且可以提高他們的環保意識和環境素養。具有較高環境素養的師資,對我國中小學生的環境教育有直接影響,為全民環保意識的提高有促進作用。
二、教學內容
環境化學作為一門交叉性學科,其研究范圍廣泛,內容豐富,不同專業的學生所選教材要求不同。為滿足化學專業人才培養需求,我們選用由化學工業出版社出版王凱雄主編的《環境化學》作為教材。該書主要以化學原理為主線,簡述闡明環境化學的有關基本概念、原理及其在環境污染與控制中的應用,主要側重化學反應相關機理,比較適合化學專業學生的學習。全書內容按環境圈層分為四個部分,分別為水環境化學、大氣環境化學、土壤環境化學及生物環境化學。其中,水環境化學、大氣環境化學和土壤環境化學是我們講授的重點部分,講授內容需要結合化學專業特點,重點討論這些環境問題中的化學機理,例如,在水環境化學中,碳酸鹽系統酸堿化學平衡計算、重金屬的溶解、遷移轉化過程,水體中氮氧化物的氧化還原轉化等均涉及到無機化學與分析化學的知識;在大氣環境化學中,關于大氣光化學自由基反應、臭氧空洞的形成及光化學煙霧產生機理等均涉及到物理化學的知識。因此,在化學專業開設環境化學專業選修課能夠讓學生更好地理解環境問題的產生機理及其反應過程,而且更有針對性,學生可以通過改變化學反應過程為目前存在的一些環境問題找出治理方案。
三、教學與實踐相結合
環境化學是一門交叉性學科,綜合性很強,所授內容不但涉及化學、環境科學方面的知識,還需要涉及地質學、大氣科學、土壤學等相關學科的知識,具有很強的時代特色和新穎性[3][4]。因此在環境化學教學過程中,結合實際生產、生活中出現的環境問題進行思考或探討,不僅能激發學生的學習興趣和求知欲望,幫助學生更深刻地了解和掌握這些環境問題所產生的原因及機理,而且有利于學生提高環保意識,增加保護環境的責任感。例如,在講解酸雨的形成機理時,應該詳細講述酸雨形成的原因,主要是由于化工廠煙氣、燃煤、汽車尾氣等酸性氣體的排放所造成的,并舉例說明我們生活中土壤酸化,建筑物損害,森林毀壞等現象都是由于酸雨造成的,這樣能夠讓學生們感受到所學習的知識能和生活息息相關。在講解水體富營養化的形成機制時,應該介紹水體富營養化的產生原因,是水體中氮磷等營養元素超標藻類等水生生物大量繁殖致使水質下降富營養化,而導致水體中氮磷超標主要原因是工業廢水、生活污水特別是含磷洗滌劑產生的污水未經處理直接排放,可以通過控制污染源排放,減少含磷洗滌劑的使用等方法來治理水體富營養化。采用提出問題――探究原因――如何解決的教學模式層層推進,學生可以更好地了解環境化學的研究思路和研究方法,有利于提高學生的科研能力及環境素質。
總之,在《環境化學》課程教學過程中,根據化學專業和師范學校的特點,積極探索和嘗試新的教學形式,不僅可以讓學生更全面系統地掌握環境化學的基礎知識,還可以提高學生的環境素質和環保意識,而且還激發了學生對環境化學的學習興趣,很好的培養了學生分析問題解決問題的能力,為我國中小學教育培養了具備較高環境素養的師資力量。
基金項目:貴州師范大學博士科研啟動基金項目。
參考文獻:
[1]王凱熊.環境化學[M].北京:化學工業出版社,2006.
[2]戴樹桂.環境化學[M].北京:高等教育出版社,2006.
簡述云計算的基本概念范文4
[關鍵詞] GIS;坡地城市;市政規劃
中圖分類號:TU99文獻標識碼: A
地理信息系統(Geographic Information System),簡稱GIS,作為一項新技術于20 世紀80年代中期開始應用于中國的城市規劃領域。在設計部門更多的用到GIS 的空間分析功能,GIS空間分析目前已廣泛應用于水污染監測、城市規劃與管理、地震災害預警和損失估計、洪水災害分析、礦產資源評價、道路交通管理、地形地貌分析、土方計算、醫療衛生、國防建設等領域。例如筆者曾用GIS 生成土地適應性分析圖輔助規劃方案的制定,GIS技術輔助洋浦經濟開發區的水文分析, 利用 A u t o C A D 軟件、Automap 軟件完成 ,為規劃的設計提供科學合理決策依據。總之GIS 引入豎向規劃領域,可以提高規劃工作的效率,改善規劃成果的準確性和合理性。
1 GIS應用于坡地城市地形地貌分析
地形地貌分析是總體規劃階段重要的一項內容,其分析結果可指導城市土地利用規劃的編制。一般可根據國家行業標準《城市用地豎向規劃規范》CJJ 83-99中的規定,結合坡地城市的特點,把城市用地分為四類:①山地,其用地地形坡度i>50%,生態環境好,植被覆蓋率高;②丘陵臺地,地形坡度25%
坡地城市山地丘陵較多,地形復雜,地形地貌是影響坡地城市規劃區內用地適宜性評價的主要因素,利用GIS技術建立規劃區的地形數據庫,生成三維地形數字模型,通過Arcgis(地理信息系統)的空間與三維分析功能,對坡地城市規劃區內用地的高程、坡度進行分析,并結合地質條件分析、生態敏感性分析、基礎設施支撐能力分析等方法,對規劃區用地適宜性進行綜合評價。
1.1坡地城市地形地貌分析案例
云浮市都楊鎮地勢呈現西北部、東南部高,中部、東北部低的態勢,屬于典型的坡地城市。圖1-1、1-2分別為利用GIS生成的現狀高程分析圖和現狀坡度分析圖,現狀高程圖中可看出最高點位于規劃區東側,高程為310米,最低點位于規劃用地中北部大涌河谷地,高程為2.3米,最大高差為307米?,F狀坡度圖中可看出規劃區東西兩側及中部部分地區坡度較大,基本在20%以上。中部大涌河兩側河谷地區及用地西側部分地區坡度較小,基本在8%以下。
結合規劃區丘陵地貌特點,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設開發,將規劃區用地分為一類用地、二類用地和三類用地,其中一類用地高程不大于50米,適宜建設,面積約占規劃總用地的73.6%;其中二類用地高程在50-150米之間,采取工程措施后方可進行建設,面積約占規劃總用地的20.5%;其中三類用地高程大于150米,不適宜建設,面積約占規劃總用地的5.9%。
結合《城市用地豎向規劃規范》(CJJ83-99)相關要求,將規劃區用地按照坡度分為三類,分別是一類用地、二類用地和三類用地。其中一類用地坡度不大于8%,適宜建設,約占規劃總用地的43.0%;二類用地坡度在8%和25%之間,需采取一定工程措施后方可進行建設,約占規劃總用地的33.3%;三類用地坡度在25%以上,不適宜建設,約占規劃總用地的23.6%。
2 GIS應用于坡地城市防洪排澇分析
2.1 基于ARCGIS的排水流域分析
ARCGIS提供的水文分析模塊主要用來建立地表水的運動模型,輔助分析地表水流從哪里產生以及要流向何處,再現水流的流動工程。同時,通過水文分析工具的應用,也可以有助于了解排水系統和地表水流過程的一些基本概念和關鍵過程,以及怎樣通過ARCGIS水文分析工具獲取更多的水文信息。
圖2-1是利用ARCGIS來再現水流的流動過程圖。為了了解其再現水流的真實性,將模擬的排水分區圖和現狀排水分區圖進行擬合,從圖中可以看出,模擬的排水分析圖幾乎真實的再現了現狀的排水分區。但在進行地表水流模擬時,由于內插的原因、真實地形(如喀斯特地貌)的存在以及無法精確的填充闕值和洼地,使得模擬的排水分區的一些小支流的水流方向不能完全的和現狀的擬合。但由于ARCGIS分析功能的強大以及其比較真實的再現了現狀的排水分區和流向,我們可以將其作為河道水系現狀分析以及在改造規劃時的參考。
2.2 基于ARCGIS的防洪淹沒線分析
利用GIS技術對易受內澇危險的區域進行分析,見圖2-2。紅色部分代表處于淹沒線以下的位置,容易被河水淹沒,對于淹沒區內的用地,通常需要加高處理,以消除洪澇的威脅。根據淹沒線分析,可以判斷城市防洪設置的標高是否合理。此外,應盡量利用天然河道水系,避免大范圍的填埋,增加河道對雨洪的調蓄功能。建議建筑設計中考慮采用新型材料,降低雨水徑流系數,同時考慮分散式雨水收集回用方式,使雨水洪峰流量盡量維持在開發前的水平。
3 GIS應用于坡地城市土方計算
計算土方體積的方法很多,常用的大致可歸納為以下五類。(1)用求體積公式估算;(2)斷面法;(3)等高線法;(4)方格法;(5)DEM法。目前最常用的是方格法和DEM法。
前三種方法是簡易算法,精度比較低。而方格網法精度比較高,且能明確反映填挖位置,但由于工作量大,通常只適用于地形變化較平緩的場地。如遇到地形復雜、面積較大的地塊,方格網法的計算量會徒然驟增,其工作效率將大減,這不利于在設計方案推敲階段將地形改造的因素納入考慮范圍。然而,如果運用GIS的地圖疊加功能,土方工程量的計算難題將迎刃而解。
首先,利用ArcGIS的CreateTIN工具(3DAnalyst),將設計前后的地形生成不規則三角網數字地形模型。這里也可以采用InterPolate to Raster(3DAnalyst)以插值法生成柵格數字地形模型。其次,計算土方量變化。將設計前后的地形模型用CutlFill工具(3DAnalyst)分析。結果以柵格表示,其中藍色代表填方,紅色代表挖方,灰色表示不變的區域。各處填挖方的量可以查詢柵格模型數據表的Volume值,土方變化總量則通過求和獲得。
如圖3-1所示。
為了更直觀的表達填挖方情況,還可作進一步的處理。將地形變化前后的柵格數據模型利用RasterCaleulate(SPatialAnalyst)工具進行差值計算,得出每個柵格的高程值的變化量。體用圖層Symbology設置,以顏色區分數值,這樣就可以非常直觀的顯示土方量的變化情況,為豎向設計的調整和土方填挖的調配提供依據。如圖3-2所示。
此外,通過GIS對規劃區進行土方平衡,并結合坡地城市土石方量定額指標經濟造價等因素,也可以來用來反饋用地土方平衡方案是否合理。
4 結語
在豎向規劃體系中運用GIS 技術可以為豎向規劃的管理和編制決策提供有力支持。同時根據GIS的分析成果也可以反饋給規劃的編制,使成果更具科學性和合理性。
雖然GIS 在規劃中的應用日益廣泛和深入,但也應看到GIS 應用的局限性。GIS 并不是萬能的,它不能解決規劃中的一切問題,而且離開豎向規劃的專業知識GIS 將不能發揮作用。從長遠來看,只有把豎向規劃的知識和GIS 有機結合起來構建基于知識的GIS 系統,才能更加充分發揮GIS在豎向規劃中的應用潛力,從而實現GIS 和城市規劃更為緊密的結合。
參考文獻:
1戴慎志,陳踐. 城市給水排水工程規劃【M】.合肥:安徽科學技術出版社,2001.
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【關鍵詞】BOPPPS模型 教學設計 飛行力學基礎 研究型教學
湖南省普通高等學校教學改革研究項目“計算機硬件技術基礎系列課程研究型教學改革的探索與研究”;國防科學技術大學“高素質新型軍事人才培養”導航技術及應用MOOC課程項目。
中圖分類號:G642.2 文獻標識碼:A
引 言
大學年輕老師專業知識豐富,但往往缺乏教育理論和教學經驗,在授課過程中采用“滿堂灌”“一言堂”等傳統授課形式的不在少數。導致臺上老師眉飛色舞,臺下學生死氣沉沉,授課效果欠佳。很多老師想改變這種現狀卻不知道從何入手。BOPPPS模型是北美地區高校教學技能培訓機構Instructional Skills Workshop(ISW)提出的一種有效的課程設計模式,旨在提高教師的授課技能[1]。BOPPPS模型強調學生參與,是一種注重教學互動和反思的閉環反饋教學模式,體現了“學生為主體、教師為主導”的教育理念,為開展研究型教學改革提供了切實可行的實施方法。
《飛行力學基礎》[2]是自動化專業、仿真專業、導航專業、飛行器設計專業等相關專業學生的專業基礎課,這門課符號多、公式多、理論抽象,學生普遍反映“難學”,年輕老師更覺得“難教”。本人在講授《飛行力學基礎》課程時實施研究型教學改革,采用BOPPPS模型進行教學設計,以參與式學習為核心,充分發揮學生的主動性,使他們不再是被動的知識接受者,而真正成為學習的主體,取得了良好的教學效果。本文詳細介紹BOPPPS模型的內涵及其在研究型教學課堂中的設計應用,希望對大學年輕教師在課堂教學設計方面有所幫助。
BOPPPS模型的內涵
BOPPPS模型將教學過程分為六個階段(也稱為六要素)[3],依次為B―Bridge-in(引入)、O―Objective or Outcome(學習目標)、P―Pre-assessment(課前摸底)、P―Participatory Learning(參與式學習)、P―Post-Assessment(課內評估)、S―Summary(總結)。下面逐一介紹BOPPPS模型六要素的內涵,并闡釋其在教學設計中的地位與作用。
1.引入(Bridge-in,B)
即指引入本次課的教學內容。目的是將學生的注意力吸引到將要講授的內容上來。對于理工類課堂教學,學生自身的學習熱情可能不是那么高,這時引入尤為重要。如果一開始不能有效地吸引學生的注意力,學生對所講授的內容不感興趣,那么可能整堂課學生都把自己當作“局外人”,從而出現“臺上老師眉飛色舞,臺下學生死氣沉沉”的局面。如果引入部分能夠引起學生的注意,激發出學生的興趣,學生才會去深入思考所學內容“和我有什么關系”“我為什么要學”“在實際中有什么用”等,學生才會真正成為學習的主體?!傲己玫拈_端是成功的一半”,一個好的引入就是一個至關重要的開端,要盡可能抓住學生的心。
2.學習目標(Objective or Outcome,O)
學習目標是指課堂學習結束后,學生應該知道什么、會做什么,在什么條件下能夠做到什么程度。明確學習目標有以下幾方面作用:
①為老師選取授課材料和設計課堂活動提供依據;
②為學習效果評估提供依據;
③為學生的整個學習過程提供指引作用;
④有助于學生進行自我評估,在課堂學習結束時能回答“我學會了嗎”。
因此,學習目標既是課程學習的出發點,也是落腳點。一般來說,理工類知識具有評判標準明確、學習效果可預估的特點,因此在描述學習目標時,要明確以下三個要素:能夠做什么,在什么條件下,達到什么標準。
3.課前摸底(Pre-assessment,P)
課前摸底也叫前測,通過摸底,一方面幫助學生回顧先導知識,為后續的學習作鋪墊;另一方面可以讓教師了解學生的知識基礎,幫助老師調整授課節奏與形式。比如:研究生課程中學生可能來自不同的學?;蛘卟煌膶I,知識結構差別較大。摸底中很可能會發現,有些學生已經具備了相當多的背景知識,另一些學生則欠缺先導課程的學習。此時如果仍采用“一言堂”的授課形式,就會出現這樣的情況:有些學生覺得是在“炒剩飯”,毫無新鮮感;另一些學生則聽得云里霧里,收獲甚微。這種情況下可以采用學生分組討論的形式組織學習,通過學生之間的教與學使得不同起點的學生都有收獲。分組依據來自于摸底的結果,因此,課前摸底是有效開展教學活動的重要前提。
4.參與式學習(Participatory Learning,P)
參與式學習是課堂教學的主體部分,參與式學習教學活動的設計是研究型教學實施中很重要的一環,組織得好能夠有效地提升教學效果。參與式學習強調學生的主動參與,通過設計教學活動,激發學生調動自身的積極性,使大腦、眼、耳、口和手等都投入進來,通過主動學習達到預期的學習目標。根據布魯姆教學法可知,參與式學習使學生學得更積極、深入和持久,而不是考試后將所學知識“還給老師”。參與式學習有賴于教師的精心設計,這就要求老師及時更新教學理念,積極開展研究型教學。下面嘗試解答老師們可能的疑問和困惑。
疑問1:這門課幾十年都是采用單純講授的形式,有必要改為參與式學習形式嗎?
解答:請老師思考以下問題,這些問題中如果有一個回答“是”,那么就有必要改為參與式學習形式;回答“是”的問題越多,改變就越緊迫。
①你是否經常碰到這種情況:自己備課很辛苦、課上講得也辛苦,但大部分學生提不起興趣,感覺自己的辛苦付出沒有得到應有的回報。
②大部分學生學習之后,雖然能夠通過考試,但是會覺得自己沒收獲。
③大部分學生在日后的工作中用到所學知識時,需要重新自學。
疑問2:理工類課程比較枯燥、抽象,如何采用參與式學習形式?
解答:理論來源于實踐,應用于實踐;工科知識更是與實踐密不可分。找到所講授知識與實際生活的結合點,使枯燥、抽象的理論情境化、具體化,從而形成便于開展參與式學習的形式。另外,大學生是自學能力和創造性都比較強的群體,要相信學生的能力、尊重學生的主體地位。學生之間的相互學習甚至是學生之間的教與學往往使學生學得更深刻。
疑問3:采用參與式學習形式比單純講授花時間,內容講不完怎么辦?
解答:首先,單純講授可以把內容講完,但能否達到教學目標呢?我們習以為常的“滿堂灌”式授課效果可以回答這個問題。因此,開展參與式學習是必要的,也是必需的。因為合理的教學評估是看學生學了多少,而不是老師講了多少。其次,參與式學習不一定比單純講授花時間,這需要老師的精心設計,老師要起到“主導”作用。最后,參與式學習形式可以促使學生自學部分內容,有些內容還可以采用課后作業的形式要求學生自學;總之,一切以效果為標準來選取。
5.學習效果評估(Post-assessment,P)
學習效果評估回答兩個問題:“學生學到了什么”和“學生達到學習目標了嗎”。課堂上及時開展學習效果評估,一方面能夠調動學生的學習積極性,幫助學生達到一門課的總體目標;另一方面能夠幫助老師反思教學設計,及時作出適當調整。與課后作業的形式相比,課堂學習效果評估更及時、更全面。
6.總結(Summary,S)
課程總結為學生提供一個回顧所學內容并將所學內容系統化的機會,促動學生反思自己學到了什么??偨Y通常包括對所學內容的回顧,幫助學生形成總體認識。老師還可以在總結部分指出本次課內容在整門課中的地位,或為下次課的學習埋下伏筆??偨Y通常比較簡短,但不可或缺。
BOPPPS模型的應用形式和設計方法
通過上述對BOPPPS模型六個要素內涵的闡釋,可以看出,BOPPPS是一種有效的教學組織模式,它在教學實施過程中按照“教學目標―參與式學習―教學評估―教學目標”這個閉環來展開,注重教學互動和反思,能夠引導學生主動思考,積極開展研究性學習,符合教育的基本規律和要求。下面將BOPPPS模型各要素的具體應用形式和設計方法加以歸納,并舉例提供教學設計參考。
1.引入(B)
引入通常應比較簡短,可以采用以下形式:
①講一個與課堂主題相關的故事;
②提一個與學生個人生活或經歷相關的問題;
③敘述一個不同尋常的事實或論述;
④回顧之前的知識,引出新內容,建立課堂主題和已學知識的關聯。
例如,在《飛行力學基礎》課堂學習中,在介紹“空氣動力”的基本概念時,我將新興的翼裝飛行裝置作為引入。我是這樣設計的:首先播放一小段翼裝飛行的視頻,之后提出問題“請大家思考人穿上翼裝之后為何能飛”,從而引出“空氣動力”這一學習主題。這個引入方式,既能吸引學生眼球,又能促使學生思考“空氣動力在物理世界中有什么用”,從而成功地將學生的注意力吸引到空氣動力這個知識點上來。
2.學習目標(O)
雖然每次課的學習目標只是一兩句話,但要寫出一個明確、恰當的學習目標需要老師慎重考慮、反復斟酌。學習目標的描述應該以“學生”為主語,闡明學生能夠做什么,同時指出條件以及便于進行學習效果評估的指標。比較下面兩個學習目標:
(a)學生能夠理解變質量質點基本方程;
(b)給出變質量質點基本方程,學生能夠解釋影響運載火箭推力大小的兩個因素。
表述(a)不明確,因為“理解”這種行為是看不到的,導致老師無法評估學生學習效果。類似的,在描述學習目標時還要避免使用“了解”“掌握”這些動詞。
表述(b)則具備學習目標描述的三個要求?!敖忉尅钡煤脡氖强稍u估的,條件是“給出變質量質點基本方程”,評估指標是對“影響運載火箭推力大小的兩個因素”作出解釋。
學習目標表述中謂語動詞的選擇可以參照Bloom教育目標分類學[4]。按照Bloom教育目標分類學,學習目標可以分為六個層次:記憶、理解、應用、分析、評價和創造,每個層次都有一些常用動詞。例如“理解”層次的動詞有:描述、解釋、簡述、區別、預言、比較等。
3.摸底(P)
摸底通常采用非正式問答的形式,也常通過摸底引出新知識點的學習。例如,由于變質量質點基本方程是由常質量質點動量定理推導出來的,所以在開始學習“變質量質點基本方程”時,可以問學生“在座各位能講述常質量質點動量定理的內容嗎”,然后通過學生的回答幫助全體學生回憶起常質量質點動量定理,為變質量質點基本方程的學習打下基礎。當老師對學生的知識結構不太確定時,摸底也可以采用正式的測試,以便全面評估學生對先導知識知曉的程度。
4.參與式學習(P)
選擇參與式學習的組織形式時,要考慮到學生的知識水平和學習能力,“因材施教”才會取得好效果。下面列出幾種有效的參與式學習組織形式。
①分組討論 分組討論隨時可以應用,少至兩人一組,多至五六人一組,就一個問題在規定的時間內展開討論;討論結束后由小組代表(自愿或隨機挑選)匯報討論結果。老師要對討論過程進行監督與引導,在討論結束后要進行總結。
②角色扮演 創造機會,使學生能夠扮演學習者之外的角色。比如要學生作報告,聽學生作點評。再比如分組討論中有些學生也會扮演“教師”的角色。
③動手推算 理工科知識的學習少不了畫圖、解方程、推公式,如果這些都由老師代勞,學生只是看一看、聽一聽,學習效果就會大打折扣。老師可以通過合適的設疑和適當的引導,要求學生動手畫一畫、算一算、推一推,這些參與式學習活動使學生思維保持活躍,從而通過自主學習和探究獲得新知識。
④專題研討 “專題研討”的組織方法一般以學生分組合作的形式完成。實施過程是教師提前布置研討題目,學生通過查閱技術文獻、獨立思考并完成方案論證和設計,教師適時指導,最后由學生演示匯報、教師講評?!皩n}研討”大多以問題為導向,側重于對專業綜合性問題提供解決方案?!皩n}研討”是研究型教學活動最實用的組織形式之一。
⑤案例分析 理工科知識來源于生活,應用于生活。教師結合相關知識點設計貼近生活的案例,引導學生進行自主探究,并對探究學習過程作出總結和提煉。案例分析是傳統課堂中也非常常用的教學方法,但在研究型教學課堂中不僅要通過案例分析給出結論,更要注重引導學生參與,讓學生主動投入并經歷探究的過程,從而得出結論,回歸教育的本真――“自主學習,自我教育”。
5.學習效果評估(P)
課堂上,可以采用以下學習效果評估的形式:
①課堂觀察 在整個教學過程中,注意學生的眼神、面部表情和肢體動作,注意聽學生提出的問題,從而判斷其對所講授的內容是否感興趣,他們是否聽懂了。
②課堂測試 在學習完一個或多個知識點時,設計填空、判斷、選擇或簡答題進行課堂小測試,及時檢驗學生的學習效果。對于選擇題,答題器Clicker[5]是一個非常有用的工具,支持單選和多選,可以實時記錄每個學生的選題結果并進行統計,使老師對全體學生對該知識點的掌握情況一目了然。
③卡片反饋 在下課前進行,大約需要5分鐘。提出一兩個問題,要求每個學生在小卡片上回答問題并上交。問題主要是幫助學生對自己所學進行總結與反思,例如 “你今天學到的最重要的東西是什么”,“這次課的難點是什么”,“還有什么問題沒有解決”等。
④自我檢查 教師列出本次課所學知識清單,學生根據自己的學習情況對照打分,并把檢查結果統計上交。
6.總結(S)
總結可以由教師講述進行,也可以引導學生來完成??梢圆捎冒鍟蚩谑?,也可以事前做好PPT,如果由教師在PPT上展示,要注意結合動畫逐項展示,以留給學生回顧思考的空間。
教學設計案例
在應用BOPPPS模型進行教學設計時,一般首先要明確學習目標(O),然后設計能夠有效幫助學生實現學習目標的參與式學習活動(P)以及檢驗學生是否達到學習目標的學習效果評估方式(P);在上述要素確定后,再結合具體的教學情況,靈活設計引入(B)、摸底(P)與總結(S)。
《飛行力學基礎》課程中導彈空間運動模型是教學重點,也是難點,其特點是變量多、空間關系復雜[2]。下面以發射坐標系中,導彈主動段空間運動模型的教學實施為例,介紹BOPPPS模型的應用。
引入部分主要闡述建立導彈空間運動模型的必要性,通過播放一段導彈飛行的動畫視頻來吸引學生的注意力,在視頻中同步給出導彈飛行的實時速度、高度、姿態及射程。播放完畢提出如下問題讓學生思考:“導彈飛行時的速度、高度等參數可以直觀反映導彈的飛行狀態,是導彈測控人員關心的參數,那么根據所學的導彈矢量運動方程如何得到這些參數呢?”學生思考后,老師引導學生得出答案:將導彈矢量形式的運動方程在合適的坐標系中投影獲得標量方程,即建立相應坐標系中的導彈空間運動模型。這樣的引入方式不但能快速入題,也巧妙地關聯到學習目標,還回答了“為什么要學”。
本次課的學習目標是能夠建立發射坐標系中的導彈主動段空間運動模型,具體可以分解為以下幾點:①能夠清晰地描述建模的思路,即首先將矢量形式的導彈質心動力學方程在發射坐標系中進行投影,并將矢量形式的導彈繞質心運動方程在彈體坐標系中進行投影,然后增加補充方程以求解投影過程中引入的變量。②能夠計算導彈質心動力學方程和繞質心轉動方程中每一項矢量在相應坐標系中的投影。③能夠列出投影過程中引入的變量并建立補充方程。
導彈主動段運動模型的建立需要用到變質量質點系的質心運動方程和繞質心轉動方程以及導彈受力/力矩分析。摸底部分要幫助學生回顧上述知識,進而列寫出導彈的質心運動方程和繞質心轉動方程,自然過渡到本次課的主體。針對上述學習目標,課堂教學采用以下參與式學習方式:
①示范與角色扮演:對于矢量運動方程投影部分,各矢量項的投影思路都是矢量分解與坐標轉換,其中,引力的投影過程最為復雜。因此,這部分教學采用示范與角色扮演的形式,即老師示范講解引力在發射坐標系的投影過程,然后由學生自學其他項的投影并進行講解。通過“獨立思考―動手推算―展示講解”這樣一個學習過程,學生對每一個物理量的理解會更深刻、更透徹。
②分組討論:對于投影過程中引入變量的分析,由于涉及變量數目多,且要用到之前四次課導彈受力分析的知識,因此可以采用分組討論的方式,兩至三人一組,列出每一個矢量項投影所引入的變量。在分組討論之前,老師可以就引力投影所引入的變量進行示范講解。在分組討論之后,由小組代表匯報討論結果,老師進行講評。
實踐表明,通過上述參與式學習方式引導學生自主探究,有效地促進了學生對運動方程物理意義的理解,使學生更容易理清復雜多變量之間的關系,避免老師單純講解帶來的枯燥與疲勞感。
對于學習效果評估,除了在整個教學過程中觀察學生反應之外,還可以提出思考題,如:如何在發射坐標系中建立導彈再入飛行段運動模型。由于再入飛行段與主動段相比受力更為簡單,如果學生掌握了主動段建模的思路與過程,就應該能夠建立再入飛行段的運動模型。此外,還可以采用前面提到的多種方法,對檢驗學習效果大有裨益。
總結部分進一步理清建模思路,畫出變量之間的邏輯關系,指出方程求解的思路。作為拓展訓練,提供一個導彈空間運動模型計算的例程,鼓勵學生課后解讀程序,提升理解力和應用水平。
結束語
從1978年ISW創辦至今,多年的ISW培訓經驗表明,BOPPPS模型是一種具有很強操作性的有效課程設計模式,BOPPPS模型的核心是為學生創造一個輕松愉快的自主探究學習的氛圍,調動學生學習的積極性和參與性。只要學生愿意學,就會有收獲;只有學生真正參與到學習過程中來,通過自主探究學習才能學得更深刻,這與我們一直堅持的“學生為主體、教師為主導”的研究型教育教學理念是一致的。因此,BOPPPS模型為大學老師提供了一條開展研究型教學的捷徑;按照BOPPPS模型六要素設計每一堂課,可以提高教學設計的效率,增強授課自信心。
參考文獻:
[1] Janice B. Johnson,etc.“Instructional Skills Workshop Handbook For Participants”ISW Advisory Committee,2006.
[2]胡小平、吳美平、王海麗:《導彈飛行力學基礎》,國防科技大學出版社,2006。
[3]陳衛衛:《基于BOPPPS模型和問題驅動教學法培養計算思維的教學設計》,《工業和信息化教育》2014年第6期。
[4]洛林?安德森:《布魯姆教育目標分類學》,蔣小平等譯,外語教學與研究出版社,2009。