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關(guān)鍵詞:嵌入式 智能車競賽 教學改革
1引言
嵌入式系統(tǒng)及應用是一門專業(yè)性、實踐性很強的課程。在傳統(tǒng)的教學當中,教師一般按照教材的知識點順序講述,教授基礎(chǔ)知識為主要方面,并未與實踐緊密結(jié)合,使得學生學完后根本不懂得自己所學的知識有何用處。課程中設(shè)有實驗學時,均是以8051系列實驗箱為基礎(chǔ),做一些基本的實驗。由教師講述實驗內(nèi)容、實驗原理及實驗步驟,學生照指導書上的統(tǒng)一實驗步驟完成相同的實驗。這樣學生就會只注重如何去連線,怎么去編寫程序,而不重視實驗原理,不明白為何這樣去連線,對程序編寫也是一知半懂。若遇到自行設(shè)計硬件電路時,學生就不知該從何下手了。這樣,課程的教授沒有真正起到應用于實踐中,沒能培養(yǎng)學生的實踐能力。
全國大學生“飛思卡爾杯”智能車大賽是為培養(yǎng)大學生嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力和創(chuàng)新意識的一種探索性工程實踐活動。將飛思卡爾智能車競賽與嵌入式教學相結(jié)合,形成一種新的教學模式,可為嵌入式教學注入新的活力。對進一步深化高等工程教育改革,培養(yǎng)學生獲取知識、應用知識的能力及創(chuàng)新意識有著重要的意義。
2課堂教學內(nèi)容改革
2.1理論教學
要讓學生認真、積極的去學習一門課,首先要讓學生先對這門課產(chǎn)生興趣。如果學生對這門課有什么用沒有感性的認識,就很難產(chǎn)生興趣,教學效果自然就不好。將智能車競賽與理論授課相結(jié)合,能很大程度提高學生學習的興趣。
下面分別從理論授課各大部分講述如何與智能車競賽相結(jié)合:
(1)概述。在理論教學之前,可以先讓學生在整體上對嵌入式課程學習的作用有一個整體、感性的認識。使用完整的智能車作為演示,講明單片機在其中的重要作用。逐個講解智能車的各個部分與本門課程所學知識的關(guān)聯(lián),讓學生對于本門課程有一個感性的認識。
(2)嵌入式處理器。處理器芯片部分的講解不再遵循一般上課時對于單片機課程的做法,而是遵循先整體-后部分的原則,先介紹引腳、結(jié)構(gòu)、存儲器大小及映射,而后講解智能車上需要用到的知識,也不是枯燥地去灌輸各模塊內(nèi)寄存器的用法,而是將原理與實際應用結(jié)合起來介紹。
(3)存儲器。以智能車存儲器擴展,用于存儲運動路徑信息為例,講解擴展原理。最后再用所學原理解決智能車存儲器擴展該實際問題。
(4)中斷。以智能車避障,使用超聲波傳感器產(chǎn)生中斷為實例來講解中斷部分內(nèi)容。
(5)接口。定時器/計數(shù)器在智能車中的運用非常的多,可以以定時記錄編碼器反饋的脈沖數(shù)以獲智能車當前時速為例來講解該知識點。A/D與D/A轉(zhuǎn)換的應用在智能車中最為廣泛,可以以電磁傳感器獲取信號來判斷智能車位置信息為例來講解A/D轉(zhuǎn)換原理,以電機速度控制為例來講解D/A轉(zhuǎn)換原理。
總之,將智能車制作的整個過程慣穿于理論教學中,使學生所學的知識前后形成一個整體,有利于學生對于各知識點的理解,并且對知識體系形成整體的認識。
2.2實驗教學
目前的嵌入式教學中的實驗均使用的是C51實驗箱,包含了配套的基礎(chǔ)實驗和綜合實驗。在實際的教學過程當中,在做基礎(chǔ)實驗時,學生也不太理解實驗原理,只是照著實驗指導書上一步一步去做。對教學內(nèi)容的理解的幫助有限。這也在很大程度上影響了教學的效果。實驗課中有些雖然能夠起到一定的實踐和創(chuàng)新學習的作用,但是缺少與工程實際問題相結(jié)合的內(nèi)容,無法激發(fā)學生的學習研究興趣,不利于學生綜合能力的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
將實驗箱中的基礎(chǔ)實驗與智能車制作相結(jié)合,使用理論授課中所講解的智能車制作的實例,應用于實驗中,可使得理論與實踐結(jié)合的更加緊密。
例如,A/D、D/A轉(zhuǎn)換的實驗,可以讓學生體驗如何將電磁傳感器獲得的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,在程序中分析處理,再將程序中的數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號控制電機轉(zhuǎn)動。
3引入競賽實踐教學
為了進一步地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、科學思維能力和綜合分析能力,將知識運用于實踐當中,無疑是最有效的方式。可以將大賽的技術(shù)成果融入到教學系統(tǒng)中。針對學有余力的學生,可將整個車模系統(tǒng)分成幾個部份。每一個部分作為一個綜合的實驗題目,由幾個學生共同參與。這樣沒有參加比賽的學生也能夠吸收和共享比賽的精化。這將極大地激發(fā)學生的學習興趣和學習熱情,培養(yǎng)學生的系統(tǒng)設(shè)計和創(chuàng)新能力。
以教師為主導,以學生為主體,充分調(diào)動學生的積極性。在教學過程當中,教師的主要工作為布置任務、積極引導、組織講評及總結(jié),其余絕大部分的時間都是學生在團隊協(xié)作下實施整個項目,自行創(chuàng)新,找出問題、解決問題。這樣既鍛煉了學生的獨立創(chuàng)新能力,又培養(yǎng)了團隊協(xié)作的精神。學生的主體地位得到了很好的發(fā)揮。
4結(jié)束語
實踐證明,將競賽類成果經(jīng)過優(yōu)化應用于廣泛的教學中,可以用最低的成本、最優(yōu)化的資源使學生能綜合應用所學知識,從工程實踐角度去分析問題、解決問題,培養(yǎng)本科生獲取知識、應用知識的能力及創(chuàng)新意識。培養(yǎng)其日后從事科學、技術(shù)的研究能力,激發(fā)他們在工作崗位上的創(chuàng)新與探索潛能,有利于高等教育和軍隊院校實踐類教學的改革,可以為社會培養(yǎng)出會動腦更能動手的高素質(zhì)人才。
參考文獻:
[1]袁斌,馬冬梅.單片機實驗教學的改革與實踐[J].實驗室科學,2011,(4):57-59.
教學目標
知識目標
1.知道在國際單位制中力的單位.
2.會使用彈簧測力計.
(1)會觀察彈簧測力計的量程和最小刻度.
(2)會正確使用彈簧測力計,知道使用前要先調(diào)零.
(3)會正確讀數(shù)并記錄測量結(jié)果.
能力目標
培養(yǎng)學生的觀察能力及分析問題的能力.
情感目標
通過彈簧測力計的學習和使用,培養(yǎng)學生嚴謹、求實的科學精神.
教學建議
教材分析
教材首先通過項羽與文弱書生力的作用效果的不同,引出“我們就是利用力產(chǎn)生的效果的大小來測量力的.”
本節(jié)主要講述力的單位和用彈簧測力計測量力.教材首先通過文字和插圖說明力是有大小的,因此需要進行測量,可以通過力的作用效果來測量力的大小.對于力的單位,課本中只講了牛頓,因為這是國際單位制中的單位,也是我國的法定計量單位.由于初中無法講解牛頓這個單位是怎樣規(guī)定的,課本中只是給出了單位的名稱、符號,并通過例子使學生認識1N的力有多大.
教材簡單介紹了彈簧測力計是根據(jù)彈簧受到的拉力越大,伸長就越長這個道理制作的,并通過幾個插圖說明彈簧秤的構(gòu)造和使用方法.教材重點講解了學生實驗——練習正確使用彈簧測力計.
有關(guān)“彈簧測力計”的教學建議
教師可把彈簧測力計發(fā)給學生讓學生觀察,也可用大型演示彈簧測力計進行講解.引導學生觀察彈簧測力計的外形和內(nèi)部構(gòu)造;鋼制彈簧、掛鉤、指針及刻度.對彈簧測力計測力的原理可作簡單的說明:在一定的范圍內(nèi)彈簧的伸長跟加在它上面的力成正比.即力增大幾倍,伸長也增大幾倍.講刻度時應該明確單位、零刻度線、每一小格、每一大格所代表的示數(shù)以及彈簧測力計的量程.要強調(diào)測量時不得超過量程.教師可帶領(lǐng)學生讀出幾個演示的數(shù)據(jù).
最后向?qū)W生簡單介紹其他的測力計,指出彈簧測力計只是測力計的一種.
有關(guān)“力的單位”教學建議
教師可向?qū)W生直接說明國際上力的通用單位是牛頓,簡稱牛,要學生記?。⑼ㄟ^舉例使學生對1N的大小形成具體觀念.除了課本中的例子外,還可以補充一些學生常見的例子,例如一個中等大小的蘋果對手的壓力大約是1N;一個質(zhì)量是40kg的同學對地面的壓力大約是400N;還可以讓學生拿起兩個雞蛋,感受一下1N的力有多大.至于牛頓這個單位是怎樣規(guī)定的,就不必講了.
有關(guān)課堂實驗的教學建議
本實驗的目的是使學生學會正確使用彈簧測力計.可先引導學生閱讀教材,再按實驗步驟去做.2、3、4、5步都是為了讓學生多使用幾次彈簧測力計.實驗中要求學生認真觀察和讀數(shù),把實驗結(jié)果記錄下來.在做第3、第4步時,要向?qū)W生說明勻速的要求.對于程度好的學生,在實驗基礎(chǔ)上可讓他們思考為什么第3、第4步兩次拉力大小不同,啟發(fā)學生去發(fā)現(xiàn)問題.還可以讓學生把測出的自己頭發(fā)拉斷時的力跟課本中給出的各年齡組的頭發(fā)的數(shù)據(jù)比較,以提高興趣.
本節(jié)后面的“想想議議”問題,可在學生開始實驗前討論,來回拉動幾次掛鉤,可以避免彈簧破殼子卡?。绻麖椈蓽y力計使用前指針不指在零位置,應進行校正.對程度好的學生可以提出:除調(diào)零外,有沒有其他的解決辦法.(提示:可以作零點誤差的調(diào)整.)
有關(guān)新課引入的教學建議
測量是由力有大小引入的.學生根據(jù)自身的經(jīng)驗不難懂得力有大?。處熆梢詼蕚湟粋€拉力器,請男女學生各一名分別拉,大家觀察.然后引導學生討論,為什么彈簧伸長程度是不同的,引出力有大小的區(qū)別.為了準確地搞清力的大小,就要進行力的測量.并指出在物理學中是利用力產(chǎn)生的效果的大小來測量力的.
教學設(shè)計示例
師生互動活動設(shè)計
組織學生練習正確使用彈簧測力計,會正確讀數(shù).
課時安排1課時
教具、學具準備彈簧秤、木塊、長木板、一根頭發(fā)、拉力器
教學設(shè)計示例
(一)引入課題
測量是由力的大小引入的.學生根據(jù)自身的經(jīng)驗不難懂得力有大?。疄榱酥庇^,可以準備一個拉力器,請男女學生各一名分別拉,大家觀察,然后引導學生討論以下問題:
1.彈簧為什么伸長了?
2.兩位同學拉彈簧時,彈簧的伸長相同嗎?為什么不同?
3.哪位同學的拉力大?怎么知道他的拉力大?
歸納:拉力使彈簧伸長;拉力大小不同,彈簧的伸長不同;拉力越大,彈簧伸長越大.利用彈簧的伸長可以測量力的大?。?/p>
由為什么彈簧伸長的長度不同,引出力有大小的區(qū)別.為了準確地搞清力的大小,就要進行力的測量.并指出在物理學中是利用力產(chǎn)生的效果,主要是力使物體發(fā)生形變的大小來測量力的.
(二)新課教學
1.力的單位
教師可直接向?qū)W生說明國際上通用的力的單位是牛頓,簡稱牛,要學生記?。處熆梢詼蕚鋬蓚€普通雞蛋,使學生對1N的大小形成具體觀念.
除了課本中的例子外,還可以補充一些學生常見的例子,例如一個中等大小的蘋果對手的壓力大約是1N;一個質(zhì)量是40kg的同學對地面的壓力大約是400N;至于牛頓這個單位是怎樣規(guī)定的,就不必講了.
2.彈簧測力計
有了力的單位還不夠,要測量力的大小還需要有測量工具.測量力的工具是測力計,常用的測力計是彈簧秤.
(1)彈簧秤的原理
教師可準備一個彈簧,找學生用不同的力去拉彈簧.
教師講解:我們知道,彈簧受到拉力就要伸長,拉力越大,彈簧伸長的越長.彈簧秤就是根據(jù)這個原理制成的.
(2)彈簧秤的構(gòu)造
教師可把彈簧測力計發(fā)給學生讓學生觀察,也可用大型演示彈簧測力計進行講解.引導學生觀察彈簧測力計的外形和內(nèi)部構(gòu)造;鋼制彈簧、掛鉤、指針及刻度.講刻度時應該明確單位、零刻度線、每一小格、每一大格所代表的示數(shù)以及彈簧測力計的量程.要強調(diào)測量時不得超過量程.教師可帶領(lǐng)學生讀出幾個演示的數(shù)據(jù).
(3)學生實驗:練習使用彈簧秤
讓學生先閱讀課本實驗部分,然后按步驟進行實驗,并把數(shù)據(jù)記在筆記本上.實驗中教師巡回檢查,及時解決問題.
彈簧秤的量程:
最小分度:
水平拉木塊的力:
在斜木板上拉木塊的力:
拉斷頭發(fā)的力:
教師在總結(jié)學生實驗的基礎(chǔ)上進一步講解.同一個木塊在空中靜止和勻速直線上升時,拉力大小相等.拉著木塊在桌面上勻速直線運動時所需要的力遠比拉著它勻速上升時的拉力小得多.正因為這個道理,很多沉的東西我們搬不動,但是可把它推動.人的頭發(fā)的強度隨人的年齡大小而變,成年人的頭發(fā)強度大,小孩和老人的頭發(fā)強度?。?/p>
最后向?qū)W生簡單介紹其他的測力計,指出彈簧測力計只是測力計的一種.
(三)總結(jié),擴展
可適當向?qū)W生介紹一些有關(guān)科學家胡克和牛頓的生平,擴展學生的知識面.
探究活動
測力計的發(fā)展
【課題】測力計的發(fā)展
【組織形式】學生活動小組
【活動流程】
提出問題;猜想與假設(shè);制訂計劃與設(shè)計實驗;進行實驗與收集證據(jù);分析與論證;評估;交流與合作.
【參考方案】
利用網(wǎng)絡查找相關(guān)信息;調(diào)查市場上測量力的工具和其使用情況.總結(jié)測力計的發(fā)展概況.
【備注】1、寫出探究過程報告.
2、發(fā)現(xiàn)新問題.
體驗力的大小
【課題】體驗力不同大小的感覺
【組織形式】學生活動小組
【活動流程】
提出問題;猜想與假設(shè);制訂計劃與設(shè)計實驗;進行實驗與收集證據(jù);分析與論證;評估;交流與合作.
【參考方案】
用測力計等工具體驗不同力的大小的感覺;調(diào)查市場上測量力的工具和其使用情況.
關(guān)鍵詞:生物統(tǒng)計學;統(tǒng)計思維;應用意識
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)44-0191-03
生物統(tǒng)計學是利用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的原理和方法研究生物數(shù)量性狀變化規(guī)律的一門學科,是應用數(shù)學領(lǐng)域的重要學科分支[1]。它涵蓋了生物學試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)整理、統(tǒng)計分析方法的選擇以及統(tǒng)計結(jié)論的得出與解釋等內(nèi)容。生物統(tǒng)計學不僅廣泛應用于傳統(tǒng)的生物學、生態(tài)學、醫(yī)學、藥學和農(nóng)學等各學科專業(yè)中,也是現(xiàn)代分子生物學研究中數(shù)據(jù)分析的重要工具[2]。數(shù)據(jù)分析與處理能力是當今生物學領(lǐng)域科研工作者的必備技能之一,且隨著生物組學時代的來臨,生物統(tǒng)計學的應用更加廣泛和深入,生物統(tǒng)計學在高校生物學課程體系中的位置也愈發(fā)重要,肩負著培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)分析技能和科研素養(yǎng)的重要使命。因此,生物統(tǒng)計學已成為我國高等院校生物科學類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程,也是廣東海洋大學水產(chǎn)養(yǎng)殖學專業(yè)的一門專業(yè)必修課。
然而,生物統(tǒng)計學課程不同于其他的理論基礎(chǔ)課和專業(yè)課,其最大特點是概念抽象、公式復雜、計算煩瑣,是一門教師和學生普遍反映難教、難學、難懂的課程,這也導致學生缺乏學習興趣和動力,難以取得預期的教學效果[3]。為此,本文將結(jié)合筆者近年來水產(chǎn)生物統(tǒng)計學的教學實踐,就如何培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力和應用意識進行分析和探討,以期為水產(chǎn)生物統(tǒng)計學課程的教學提供一定的參考。
一、統(tǒng)計思維能力培養(yǎng)
生物統(tǒng)計學作為一門工具學科,是一種思維方法(或統(tǒng)計思想)在生物學中的應用。學習生物統(tǒng)計學就是要學會利用統(tǒng)計思想分析問題和解決問題。姚亮等(2015)歸納了四條統(tǒng)計思想,分別是或然性思想、小概率原理、大概率原理和信息最大化原理。這些統(tǒng)計思想存在于生物統(tǒng)計學理論體系的各個角落,共同構(gòu)成了統(tǒng)計學學科的思想基礎(chǔ)。為此,生物統(tǒng)計學的課堂中,教師應將核心統(tǒng)計思想的闡述貫穿于基礎(chǔ)理論知識講解中,努力幫助學生理解復雜統(tǒng)計理論和方法的思想本質(zhì)。
1.注重核心統(tǒng)計思想的講解是培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力的首要任務。生物統(tǒng)計學教學活動中,由于較多的數(shù)學推理與計算等難點需要講解,因此會占用教師較多的授課時間和精力,從而面臨能力培養(yǎng)難于知識傳授的困境,這就與“知識傳授與能力培養(yǎng)”的高等教育課程基本培養(yǎng)目標相違背。另一方面,正是因為生物統(tǒng)計學課程較大的教學與學習難度,才更需要學生掌握核心的統(tǒng)計學思想及應用統(tǒng)計學思想思考問題的思維模式,這樣才有助于學生更深層次地理解理論性較強的具體統(tǒng)計理論與方法,并將其靈活運用于解決各種實際科研問題。
舉例來說,若某事件發(fā)生的概率很小,其在一次(或極少次)試驗中幾乎不可能發(fā)生,統(tǒng)計學上將該事件稱為小概率事件。小概率事件對應的小概率原理是假設(shè)檢驗理論的思想基礎(chǔ),幾乎所有假設(shè)檢驗的推理均是依據(jù)小概率原理來進行的。具體來說,首先假定原假設(shè)成立并進行檢驗統(tǒng)計量的計算,推導出其為一小概率事件,那么依據(jù)小概率原理則有理由相信原假設(shè)在概率上是不成立的;反之,若無小概率事件的發(fā)生,則無充分理由質(zhì)疑原假設(shè)。顯然,小概率原理是假設(shè)檢驗理論最為關(guān)鍵的思想基礎(chǔ)。倘若教師在講授假設(shè)檢驗理論之前注重小概率事件原理的講解,便能幫助學生更好地理解統(tǒng)計推斷的推理過程和判斷依據(jù)。同樣,注重或然性現(xiàn)象(隨機性現(xiàn)象)、大概率原理以及信息最大化原理等統(tǒng)計思想的講解,對于幫助學生透徹理解統(tǒng)計學基本理論、培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力均具有十分重要的作用。
2.模型構(gòu)建訓練及實例結(jié)合教學是培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力的主要途徑。源于數(shù)學學科分支的統(tǒng)計學可以理解為對現(xiàn)實問題的抽象概括,即現(xiàn)實統(tǒng)計問題的模型化表達。比如,生物統(tǒng)計學中的方差分析將總變異分解為組內(nèi)變異和組間變異兩部分,分別代表誤差和試驗的處理效應,并將生物學中的各種控制試驗采用統(tǒng)一的符號及線性公式來描述,進而計算統(tǒng)計量來衡量因素的效應值。教學過程中教師可要求學生將實際科研問題中的因素、水平、重復、組間、組內(nèi)等具體名詞代入方差分析的理論線性模型,反復開展模型構(gòu)建訓練,以加深對方差分析的理解。再如假設(shè)檢驗,一般將檢驗過程分為“假設(shè)提出”、“選擇及計算統(tǒng)計量”、“確定顯著性水平”和“統(tǒng)計推斷”四個步驟,而任何實際問題的假設(shè)檢驗分析均可構(gòu)建為由這四個步驟構(gòu)成的模型。課程講授初期務必嚴格要求學生遵守“四步走”的分析流程,進行統(tǒng)計模型的構(gòu)建訓練,不斷增強學生對該統(tǒng)計模型的熟悉程度,這樣做,讓同學們在更好地掌握統(tǒng)計學理論知識的同時,又培養(yǎng)了其模型思維能力。
實例結(jié)合教學是生物統(tǒng)計學教學的重要方法,也是模型構(gòu)建訓練的重要組成部分。課堂教學活動中,教師可選擇一些貼近生活、科研與生產(chǎn)的實例來講解抽象的統(tǒng)計學理論和模型。比如,筆者在講解假設(shè)檢驗理論時,選用水產(chǎn)飼料裝包機工作是否正常的實例來講解假設(shè)檢驗的基本步驟。首先提出原假設(shè)和備擇假設(shè),講解兩種假設(shè)各自表示的實際含義;根據(jù)“裝包機是否工作正?!奔啊邦~定標準”確定檢驗統(tǒng)計量為樣本均值并計算;確定P值后,做出統(tǒng)計推斷,并解讀統(tǒng)計結(jié)論所代表的實際統(tǒng)計學含義。
通過以上模型構(gòu)建訓練和實例結(jié)合教學,將抽象的統(tǒng)計學理論、方法與具體的實際問題相結(jié)合,達到化繁為簡的目的,進而提高生物統(tǒng)計學的教學效果。當然,模型訓練與實例結(jié)合教學是一項系統(tǒng)工程,需要教師投入更多的時間和精力備課,并循序漸進地將其貫穿于整個生物統(tǒng)計學的教學過程。
3.計算機輔助分析訓練是培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力的有效措施。生物統(tǒng)計學基本理論往往涉及復雜的推理和計算過程,而作為生物專業(yè)的學生并無必要完全掌握其中的每一個具體細節(jié)和過程。從生物統(tǒng)計學課程的教學目的來看,基本原理和知識的講解固然非常重要,但更應強調(diào)對學生的生物學試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集、分析以及處理技能的培養(yǎng)。生物統(tǒng)計學教學的最高目標是讓學生從抽象、復雜的統(tǒng)計學知識中解放出來,學會利用計算機統(tǒng)計工具高效地進行生物數(shù)據(jù)的分析、處理和解釋。更為重要的是,計算機輔助分析過程中的數(shù)據(jù)錄入、統(tǒng)計方法的選擇與應用、適用前提條件的判斷以及結(jié)果的解釋等各環(huán)節(jié)的實訓操作是學生對統(tǒng)計思想、統(tǒng)計模型的再次復習和鞏固,是培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力的有效措施。
二、統(tǒng)計應用意識培養(yǎng)
生物統(tǒng)計學是探討生物學研究的試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集與整理、分析與推論,并最終從樣本信息中獲取有關(guān)總體的科學可靠的結(jié)論的科學,是將數(shù)學方法應用于生物學研究領(lǐng)域的工具學科,是生物科學應用型人才的必備知識,也是廣大科研工作者從事科學研究的重要工具和手段。因此,著力培養(yǎng)學生綜合運用生物統(tǒng)計學知識和方法的能力、增強學生分析問題與解決問題的能力,進而提高學生的綜合素質(zhì)和科學素養(yǎng)是生物統(tǒng)計學課程教學的又一目標。
1.教材選擇與課程內(nèi)容體系的優(yōu)化。教材是體現(xiàn)教學內(nèi)容和教學要求的知識載體,也是教學最基本的工具,它不僅是教師進行教學的依據(jù),而且是學生獲取知識的重要資料。生物統(tǒng)計學課程主要包括統(tǒng)計理論知識和統(tǒng)計軟件的使用兩部分內(nèi)容,二者相互依存,不可分割。因此,教師應結(jié)合課程屬性,選擇統(tǒng)計理論與實際學科相結(jié)合、統(tǒng)計原理與試驗設(shè)計相結(jié)合、統(tǒng)計學方法與統(tǒng)計軟件相結(jié)合的生物統(tǒng)計學教材進行教學較為合適;同時選擇若干具有一定實用性且難易程度、側(cè)重點不同的參考書讓學生課后參考學習,以取長補短,開闊學生視野。其次,在生物統(tǒng)計學課程課時減少和教學內(nèi)容增加的現(xiàn)實背景下,課程內(nèi)容體系的編排和優(yōu)化在兼顧該課程的理論性的同時,更要突出其應用性和實踐性。也就是說要根據(jù)教學內(nèi)容的難易程度和理論的系統(tǒng)性,合理分配學時;盡量壓縮復雜統(tǒng)計學定理的證明和公式數(shù)理推導等內(nèi)容,相應增加統(tǒng)計學基本理論和統(tǒng)計分析方法及其應用的內(nèi)容。
2.加強生物統(tǒng)計學的計算機輔助實驗教學,重視知識的應用性。計算機技術(shù)的發(fā)展給統(tǒng)計學帶來了巨大的變化,它幫助科技工作者擺脫了繁重的手工計算的麻煩,同時計算機技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)在統(tǒng)計學中的應用,為培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力,提高其綜合素質(zhì)提供了廣闊的空間。因此,教學過程中應適當壓縮統(tǒng)計學理論的教學時間,注重統(tǒng)計學軟件的操作,增加學生上機操作時間。筆者在各基本理論知識講授完畢之后,開設(shè)相應實驗課程,講授統(tǒng)計軟件的使用方法和演示例題的計算及分析過程;同時,要求學生結(jié)合實例,進行計算機軟件的操作,重點掌握統(tǒng)計軟件的數(shù)據(jù)錄入、儲存,各種基礎(chǔ)統(tǒng)計方法的選擇與應用、適用前提條件的判斷、結(jié)果的解釋等內(nèi)容。在計算機輔助實驗教學中,利用統(tǒng)計軟件把基本原理與統(tǒng)計方法的實際應用有機結(jié)合起來,不僅使復雜的統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理工作變得簡單,而且充分調(diào)動了學生的主觀能動性和學習興趣,從而提高了學生的統(tǒng)計學應用能力。
3.合理運用案例教學和專題訓練,強調(diào)知識應用性。生物統(tǒng)計學課程的理論性強、內(nèi)容抽象,照本宣科的傳統(tǒng)教學方法,更會使學生失去學習興趣,不利于培養(yǎng)學生獨立思考能力,且難以取得良好的教學效果。案例教學是實現(xiàn)以應用能力培養(yǎng)為導向的生物統(tǒng)計學課程教學改革目標的一個重要手段。教師將生物學領(lǐng)域的科研工作或生產(chǎn)實踐等案例貫穿到教學過程中,應用統(tǒng)計學理論知識對試驗設(shè)計、方案制訂、樣品采集與測量、數(shù)據(jù)收集整理、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等各個研究步驟進行講解與分析,既增強了學生的學習興趣,又培養(yǎng)了學生的統(tǒng)計學思維及統(tǒng)計學應用能力。教師在案例選擇上,盡量減少陳舊的、與社會發(fā)展不相適應的實例,及時增加統(tǒng)計學課程呈現(xiàn)的新理論、新方法和新應用,將反映專業(yè)發(fā)展最前沿的成果實例轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容,使學生在掌握統(tǒng)計學理論的同時及時了解專業(yè)技術(shù)發(fā)展和應用的最新動態(tài),與時俱進,適應專業(yè)發(fā)展的需要,提高學生的科研素質(zhì)。
專題訓練是培養(yǎng)生物統(tǒng)計學應用能力、達到從感性認識到理性認識的又一有效途徑。教師可以將統(tǒng)計學課程內(nèi)容分為若干模塊,每一模塊包含若干統(tǒng)計學方法,并分專題講解各種統(tǒng)計方法和理論在生物學中實際應用。通過專題訓練培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決問題的思維習慣,引導學生合理、科學地應用統(tǒng)計學方法,進而逐步掌握生物統(tǒng)計學的基本原理及常用統(tǒng)計方法。
4.改革考核方式,突出統(tǒng)計工具的運用能力??荚囀歉叩仍盒5囊粋€重要教育制度,考試成績是檢驗教學質(zhì)量和學生學習效果的一項重要指標??己朔绞降暮侠砼c否,決定著教學效果的好壞以及學生學習積極性能否得到最大限度地調(diào)動。目前我國許多高校的考試制度和考核方式缺乏一定合理性和靈活性,如以閉卷考試為主和限定的考試題型等。就生物統(tǒng)計學課程而言,這種考核方式不能真正體現(xiàn)生物統(tǒng)計學課程的本質(zhì)屬性,不能全面考察學生對生物統(tǒng)計學原理的掌握及運用能力。為此,筆者認為生物統(tǒng)計學的考核方式應實行考查學生掌握理論知識與統(tǒng)計方法應用技能結(jié)合情況的綜合考核方式,將考核成績分為三個部分:平時成績(占20%,包括課堂表現(xiàn)、出勤率、作業(yè)情況)、理論考試成績(30%)和上機操作考試成績(50%)。閉卷考試命題應突出基礎(chǔ)性和實用性,少出或不出理論性強但無實際應用的偏題,同時考慮學生掌握基本知識的程度及靈活應用知識的能力;上機操作考試部分是在計算機上進行試驗數(shù)據(jù)的整理、輸入、分析和統(tǒng)計結(jié)論的獲得等,是考查學生應用統(tǒng)計學軟件對常用統(tǒng)計方法的分析運用能力。采取閉卷考試和上機操作考試有機結(jié)合的考核方式,同時加大上機操作的考核比重,既調(diào)動了學生學習的主動性,擺脫了單純的應試考核模式,又培養(yǎng)了學生運用統(tǒng)計學理論和方法解決實際問題的能力,提升了學生的統(tǒng)計學應用能力。
三、結(jié)語
針對生物統(tǒng)計學課程的屬性和特點,筆者認為生物統(tǒng)計學的教學既要注重學生統(tǒng)計思維能力的培養(yǎng),也要重視學生統(tǒng)計學應用意識的培養(yǎng)。為此,本文探討了培養(yǎng)學生統(tǒng)計思維能力的主要途徑和方法,主要包括統(tǒng)計思想講解、模型構(gòu)建訓練與實例結(jié)合教學及計算機輔助分析訓練;同時,本文還從教材選擇與課程內(nèi)容體系的優(yōu)化、加強計算機輔助實驗教學、合理運用案例教學和專題訓練及改革傳統(tǒng)考核方式等方面闡述了培養(yǎng)學生統(tǒng)計學應用意識的教學策略。隨著生物組學時代的來臨,科研數(shù)據(jù)分析和處理能力將顯得尤為重要,相信以上教學方法和策略的應用,將會顯著提高學生運用生物統(tǒng)計學知識分析問題、解決問題的能力,幫助學生抓住生物統(tǒng)計學的發(fā)展和應用機遇。
參考文獻:
[1]張力,甘乾福,吳旭.SPSS19.0(中文版)在生物統(tǒng)計中的應用[M].廈門大學出版社,2013.
【關(guān)鍵詞】小學自然;物理教學;電化教育;滲透
一、電教媒體原理的滲透
物理學是現(xiàn)代科學技術(shù)的基礎(chǔ),現(xiàn)代化的電教媒體更離不開物理基礎(chǔ)知識。在物理教學中,結(jié)合教學內(nèi)容滲透電教媒體原理教學,有水到渠成之效。如教了凸透鏡成像規(guī)律后,可向?qū)W生補充投影的原理,教師邊講解邊操作,學生就能深刻理解投影器的成像原理。此外,還可向?qū)W生介紹投影器各個鏡頭的作用和各部光束的形狀,教師邊分析邊用一塊紙板從投影器玻璃板起,垂直向上移動,從紙板上可觀察到光束越來越小,到成像鏡頭附近,光束最小最亮,溫度最高,即為會聚點,紙板很快冒煙燃燒起來。這一現(xiàn)象學生大為驚奇,課堂氣氛頓時活躍起來。
二、在課堂教學的各個環(huán)節(jié)中滲透
電化教學的優(yōu)越性只有運用到課堂教學的各個環(huán)節(jié)中,才能表現(xiàn)得淋漓盡致,才能使學生充分地學習。因此,作為中師物理教師首先要認真研究電教媒體在課堂教學中的作用,然后在教學的各個環(huán)節(jié)中有的放矢地運用電教媒體。這樣做既能幫助學生輕松愉快地學習知識,又能為學生起帶頭作用,起示范作用,使他們從中得到學習和鍛煉,為將來熟練運用電教媒體進行小學教學奠定堅實的基礎(chǔ)。
1.實驗教學
實驗教學與電化教學相結(jié)合,能創(chuàng)造出更佳的教學效果。例如,靜電實驗演示。由于靜電壓高,使通常的絕緣體在高壓下成了導體;因靜電量少,電荷很快會“漏掉”。此外,一般驗電器可見度較低,有關(guān)靜電演示,學生不易觀察清楚。分析了上述原因,我用絕緣性能好的透明度高的有機玻璃制作了一個微型投影驗電器。結(jié)合投影演示,取得靈敏度高,可見度大的效果,使難以演示的靜電實驗獲得成功。
2.講解概念
有許多物理概念比較抽象,運用電教媒體可化抽象為形象,突破難點。例如,“波的干涉”這一概念就是一個教學難點。首先用《振動的合成》投影片,從振動的合成講解波的疊加和波的不相干性,讓學生深刻理解波的疊加原理,進而用發(fā)波水槽進行波的干涉演示(投影到銀幕上,便于全班學生觀察);在演示實驗的基礎(chǔ)上,用線疊波紋投影片化動為靜,將干涉現(xiàn)象停留在銀幕上,讓學生仔細觀察;然后再用《波的干涉原理》投影片講解干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生,最后用紅綠兩色互補原理制作的《波的干涉圖樣》投影片來講解穩(wěn)定干涉的條件。這樣學生就能深刻理解波的干涉的概念。
3.導入新課
運用電教媒體烘托課堂氣氛,容易啟發(fā)學生的積極思維。如教“樂音”一節(jié),用錄音機播放事先錄制好的樂音和噪聲,能烘托出強烈的氣氛,學生聽了樂音感到是一種美的享受,聽了噪聲感到是一種折磨。在此基礎(chǔ)上導入新課。
4.復習和課堂小結(jié)
電教手段用于復習課中,可以重點突出在短時間內(nèi)系統(tǒng)地復習彼此有關(guān)的物理現(xiàn)象。例如,我利用一張表現(xiàn)光在兩種不同媒質(zhì)界面上所呈現(xiàn)的活動投影片,可以復習光的反射定律、折射定律、臨界角和全反射現(xiàn)象,另一方面運用投影片進行復習和課堂小結(jié),可幫助理順知識間的體系,概念之間的聯(lián)系,使學生達到概念明、思路清的目的。
5.創(chuàng)設(shè)情境
利用電教媒體創(chuàng)設(shè)情境,可以使學生有身臨其境之感。例如,聲音傳播產(chǎn)生的多普勒效應,在課堂上很難用實驗再現(xiàn)出來,學生也就很難體會這一現(xiàn)象。用錄音機事先錄下火車迎面駛來和背離而去的汽笛聲,在課堂上播放,學生感到像在火車站臺上聽到的汽笛聲一樣,再將錄音機的聲音輸送到示波器上觀察波形疏密的變化,就能獲得較好的效果。
6.進行科學史和愛國主義教育
學習物理不單單是學習科學家發(fā)現(xiàn)的結(jié)論和定律,還要讓學生了解他們的成長史和發(fā)明史,以加強思想教育。如近代物理部分,教材介紹到的物理學家有30多個。他們對物理學都有杰出的貢獻,在發(fā)明創(chuàng)造中融入了他們的拼搏和汗水。運用錄像或投影、錄音來介紹他們的事跡,能增強藝術(shù)感染力,容易啟發(fā)學生按照科學的方法,去學習,去發(fā)現(xiàn)問題。
我國在物理科學技術(shù)方面也有著輝煌的成就,如古代青銅鏡的使用、火箭的發(fā)明、地磁偏角的發(fā)現(xiàn)、指南針的發(fā)明,今天的人造地球衛(wèi)星技術(shù)、火箭發(fā)射技術(shù)、秦山核電站、大亞灣核電站、北京正負電子對撞機及標志著核技術(shù)水平的中國環(huán)流器一號。運用錄像介紹這些富有教育意義的事跡,形象生動,能使學生深受教育。如講反沖運動中的火箭原理時,可向?qū)W生播放我國2號成功發(fā)送澳星的現(xiàn)場實錄。那激動人心的場面,能使學生從心底里發(fā)出:中國真?zhèn)ゴ螅?/p>
通過以上教學滲透,在學生充分認識電教媒體的優(yōu)點和作用的基礎(chǔ)上,結(jié)合小學教材內(nèi)容,引導學生進行電教設(shè)計。如在學生認識到運用投影可提高可見度后,教師可結(jié)合小學自然課本中所講授的靜電現(xiàn)象,固體、液體的熱脹冷縮現(xiàn)象,溫度計的刻度等微弱現(xiàn)象的實驗,讓學生進行投影設(shè)計和操作,提高他們運用電教媒體的能力。
三、在選修課中滲透
選修課《小學自然教法研究》是以培養(yǎng)小學自然教師為主要目標的。在這門課中,教師首先要研究電教媒體對優(yōu)化自然教學的作用,然后結(jié)合教材內(nèi)容提出具體問題,引導學生進行研究。如講到啟發(fā)式教學法,我就提出小學自然“大氣壓力”一課是個教學難點,指導學生運用電教媒體進行啟發(fā)教學,學生為此設(shè)計了兩張投影片。第一張投影片畫了地球上空2000~3000米高的大氣,由疏到密,重重壓在地球表面上,壓在一切物體上,形象地說明了大氣的存在和分布特點;第二張投影片畫了大氣壓托住細管里長長的水柱、著名的馬德堡半球?qū)嶒?,小細管沿大細管上升實驗。用吸管插入封閉的橘子水瓶能抽出橘子水嗎?用此說明大氣壓的存在。學生看了半信半疑,再用實驗一一演示,學生對大氣壓的存在深信不疑。這種投影和演示實驗相結(jié)合的教學方法,很好地解決了這一教學難點。
四、在課外活動中滲透
課外活動是學習物理知識的廣闊天地,也是學習電教知識的廣闊天地。如舉行優(yōu)化課堂教學專題講座,舉行錄音、錄像、電影技術(shù)培訓,舉行電腦操作培訓,廣泛發(fā)動學生制作投影教具和投影片。
五、在教育實踐中滲透
教師在進行實驗前往往要先對實驗原理、器材、步驟、注意事項等做較詳細的介紹,并做一些示范。但往往會出現(xiàn)如下問題:
1注意力分散
在教師介紹實驗器材時是學生注意力最不集中之時。例如在學生實驗《練習使用打點計時器》時,有的學生在固定打點計時器,有的學生穿紙帶,有的學生在調(diào)整電源電壓。當教師叫學生回答器材名稱時,因大多數(shù)同學看不清教師所指部位,所以只是管自己邊看邊摸。又例如有一些學生開始是聽教師在講,但當教師講了如何選擇電源電壓后,就只顧自己動手不再聽講了,這種情況在實驗課中是十分普遍的。
究其原因,我們認為這是由于信息相互干擾的結(jié)果。當教師介紹實驗器材時,由于學生看不清教師手上的器材,肯定得看自己桌上的器材,這樣的話,學生接受的視覺信息來自實驗桌上,而聽覺信息來自教師,教師對學生的引導能力就大大下降,出現(xiàn)大量學生注意力不集中現(xiàn)象也就不奇怪了。由于學生聽講時的不認真,導致一些學生在十分基本的知識點上也要發(fā)生錯誤,而聽覺信息來自教師,教師對學生的引導能力就大大下降,出現(xiàn)大量學生注意力不集中現(xiàn)象也就不奇怪了。由于學生聽講時的不認真,導致一些學生在十分基本的知識點上也要發(fā)生錯誤。
2儀器無端損壞
在教師介紹實驗原理時也是學生注意力不集中之時。除了前面所述的由于信息干擾這一原因外,主要原因是因為教師只利用靜態(tài)的示意圖及板書,講解對學生產(chǎn)生的吸引力不及實驗器材對學生產(chǎn)生的吸引力大。很多同學在教師講解實驗原理時一直在擺弄實驗器材,例如在"測玻璃的折射率"這個實驗中,當教師在講解實驗原理時,有不少學生在擺弄玻璃磚,導致實驗器材無端損壞。
3熱鬧而無序
學生注意力相對集中及積極參與是在"儀器安裝及調(diào)節(jié)""操作并記錄數(shù)據(jù)""數(shù)據(jù)分析及處理"這三個階段。在這三個階段學生的積極性雖然很高,但實驗效果并不好,這是因為由于學生在前面幾階段的基礎(chǔ)沒有打好,導致學生的操作無序,通過實驗操作并沒有達到培養(yǎng)學生良好的操作技能這一目標。
針對以上問題,進行了如下的思考與設(shè)計。
一、變視聽信息相互干擾為協(xié)調(diào)一致
視聽信息相互干擾大大影響了教師對學生的控制與引導,使開始階段的信息傳輸受阻,降低了課堂教學的效率,這對于以動作技能為特征的學生實驗課來說,確實是一個致命的問題。
我認為在開始講解器材作用與介紹實驗原理時一定要讓學生的頭抬起來,為了做到這一點,我們認為可以用視頻展示臺將實驗器材放大,這樣學生既可以看到清晰的儀器,又可以聽教師講解。在實驗原理講解時,力求用生動活潑的形式來吸引學生的注意力。
例如在《練習使用打點計時器》中制作了"打點計時器工作原理"的動畫。在動畫中,交流電的大小與方向的變化通過電流表的指針偏轉(zhuǎn)來表現(xiàn),振片的磁極變化通過與(綠色圃中小學教育網(wǎng))永久磁鐵對應的顏色變化來反映,打點周期通過周期為0.02s的一個小時鐘來表達。
又如在《測定玻璃的折射率》實驗時,在操作步驟講解時,由于學生還沒有實際看大頭針像的經(jīng)驗,教師很難用語言把物像"遮擋"及其本質(zhì)講清楚,通過制作動畫很好地突破了這一教學難點。由于動畫生動形象,所以大大提高了學生的注意力,整個學習過程十分順利,教學效率大大提高。
二、用動作技能的學習規(guī)律指導動作技能的學習
學生的動作技能是比較缺乏的,具體表現(xiàn)在參加實驗考查時,既便面對十分簡單的實驗,例如"打點計時器的使用""用萬用表測電阻"學生也是手不斷地抖,看一步操作步驟做一步,根本達不到熟練程度。另外不同組的學生其操作常常各不相同,經(jīng)常出現(xiàn)錯誤的操作方法,例如在《用玻璃測折射率》這一實驗時,有的學生用玻璃磚作工具固定大頭針。
究其原因,我認為這是由于教師不熟悉動作技能的學習規(guī)律的緣故。有的教師把動作技能的學習等同于知識的學習,認為我己經(jīng)把它講清楚了,你們也就會了。有的教師由于自己已經(jīng)掌握了動作技能,而認為動作技能的學習很簡單。其實既使是比較簡單的騎車、游泳等動作技能,哪個人是一學就會的呢?只有通過教師很好的示范作用,(示范的可見性非常重要)學生實驗操作的正確率才會大大提高,教學效果及教學的吸引力大大提高。
三、加強對實驗操作過程及數(shù)據(jù)處理的反饋
研究表明,只有不斷地進行反饋,學生不良的操作行為才能得到糾正。教學中學生的操作過程與實驗數(shù)據(jù)的處理通常得不到及時反饋,正是由于對學生的操作過程缺乏有效的反饋,使得學生對自己的操作顯得隨便,正是因為對學生的操作過程缺乏有效的反饋,學生常常覺察不到自己操作上存在的錯誤與不規(guī)范。
就數(shù)據(jù)處理來說,因為學生的實驗數(shù)據(jù)都是記載在實驗冊中,而且數(shù)據(jù)處理過程中的錯誤,在實驗冊的批改中難以發(fā)現(xiàn),如在打出紙帶后,位移的測量有的學生采取分段測量,驗證機械能守恒定律中測量點的選取不同等。
另外,從完成實驗到上交實驗冊再到教師批改后發(fā)還給學生,需要一周多時間,這時學生與教師都早已進入另一種教學與學習情景,教師對學生在實驗時出現(xiàn)的抄襲數(shù)據(jù)、湊數(shù)據(jù)的現(xiàn)象也因不能及時反饋而難以發(fā)現(xiàn)與糾正,既使教師在批改實驗冊時發(fā)現(xiàn)并在課堂中加以指出,也會因事過境遷而使學生觸動不大,這樣長此以往,學生肯定無法形成良好的科學素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞:霍爾效應 磁場 教學方案 綜合能力
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1672-1578(2015)10-0028-01
大學物理實驗是理工科學生進入大學后所開設(shè)的一門重要的基礎(chǔ)性實驗課程,其目的是使學生養(yǎng)成一個好的實驗習慣和嚴謹求實的科學態(tài)度,培養(yǎng)學生的實驗觀察能力,實驗操作能力,發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,總結(jié)、歸納和撰寫實驗報告的能力,團結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識等。
1 實驗中學生存在的主要問題[1]
大多數(shù)學生對實驗目的不明確,實驗原理不清楚,實驗內(nèi)容和步驟不熟悉,在沒有老師的指導下基本上不能獨立完成實驗。另外,在實驗中不能用所學的物理理論知識去分析觀察到的實驗現(xiàn)象和判斷所測實驗數(shù)據(jù)的正誤,團結(jié)協(xié)作精神和動手、動腦的能力較差。撰寫實驗報告不規(guī)范,大部分學生的實驗報告抄書,缺乏歸納、總結(jié)能力和對實驗數(shù)據(jù)的處理能力等。
2 實驗教學方案的設(shè)計
為了解決和克服以上存在的問題,提高實驗教學的效果,設(shè)計合適的實驗教學方案是非常重要的。
2.1課外引導學生預習實驗
借助網(wǎng)絡把要完成該實驗必須掌握的幾個關(guān)鍵問題上傳到網(wǎng)絡學堂。(1)霍爾效應法測螺線管磁場的原理是什么?(2)測量磁感應強度要測的關(guān)鍵物理量是什么?(3)采用什么方法測霍爾電壓?讓學生針對性的預習實驗,老師在網(wǎng)上答疑,提高實驗預習的效果。
借助網(wǎng)絡把實驗儀器的操作使用上傳到網(wǎng)絡學堂。拍攝教師介紹使用實驗儀器螺線管磁場實驗儀和螺線管磁場測試儀測量霍爾電壓的視頻并上傳到網(wǎng)絡學堂,讓學生身臨其境,這比起只看實驗教材中的圖片和文字介紹更容易讓學生掌握實驗儀器的使用。
借助網(wǎng)絡把預習實驗報告的樣本上傳到網(wǎng)絡學堂。學生進入大學后第一次寫實驗預習報告,不知道怎么寫。把預習實驗報告的樣本上傳到網(wǎng)絡學堂以供學生參考,讓學生能比較規(guī)范的寫出預習實驗報告。
2.2考查學生預習實驗的效果
在上課前首先檢查學生是否按要求完成了預習報告,然后隨機抽查每個小組成員對實驗預習中提出的幾個問題,由每小組學生共同回答,并作為預習實驗成績。這樣有利于促使學生認真預習實驗,提高預習實驗的效果。再者,老師可根據(jù)學生回答問題的情況、針對性地對實驗進行現(xiàn)場講解和指導,提高實驗教學效率。
2.3提高學生的學習興趣
興趣是最好的老師。通過介紹霍爾效應及其應用來提高學生對該實驗的興趣。
2.3.1霍爾效應及其發(fā)展
霍爾效應[2]是載流試樣在與之垂直的磁場中由于載流子受洛侖茲力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而在垂直于試樣和磁場方向的試樣兩個端面上產(chǎn)生電勢差的現(xiàn)象?;魻栃诓粩嗟陌l(fā)展和應用,
馮?克利青在極強磁場和極低溫度下發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應,它的應用大大提高了測量有關(guān)基本常數(shù)的準確性??茖W家們在2010年的研究中發(fā)現(xiàn)了無需外磁場的量子霍爾效應(量子化反?;魻栃?,這一發(fā)現(xiàn)為低能量耗散的新型電子器件設(shè)計指出了一個新的發(fā)展方向。
2.3.2霍爾效應的應用[3]
利用霍爾效應原理制成的霍爾元件是一種磁電轉(zhuǎn)換元件,又稱霍爾傳感器。霍爾傳感器被用在日常生活所用的電器如洗衣機、錄像機、電飯煲、電冰箱等中。同時它在工程技術(shù)和科學技術(shù)中也有著廣泛的應用,如確定半導體的類型、確定載流子的濃度、測量磁場強度、測量電流強度、測量微小位移、壓力傳感器、車用傳感器、電磁無損探傷、磁流體發(fā)電等?;魻杺鞲衅髟陲w機、軍艦、航天器、新軍事裝備及通訊中應用也相當廣泛。
2.4重點講授,指導學生做實驗
用霍爾效應法測螺線管磁場是采用的間接測量法。教師重點講授是怎樣得出用霍爾效應法測螺線管磁場的原理式B=■ [4]?為什么要采用電流和磁場換向的對稱測量法來測量霍爾電壓[5]?教師邊講邊演示電流和磁場換向的對稱測量法測量霍爾電壓的方法[6]。然后教師對學生進行個別指導和答疑,并對學生所測的原始數(shù)據(jù)進行檢查簽字。
2.5指導學生撰寫規(guī)范的實驗報告
實驗報告是在預習報告的基礎(chǔ)上進行補充、修改和完善。它包括實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗內(nèi)容和步驟、實驗數(shù)據(jù)記錄、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗誤差討論。把往屆學生寫得較好的實驗報告上傳到網(wǎng)絡學堂上讓學生作為參考。教師著重講解實驗數(shù)據(jù)的分析和處理,培養(yǎng)學生處理和分析實驗數(shù)據(jù)的能力。
3 結(jié)語
總之,要提高大學物理實驗教學效果,在大學物理實驗教學中要采用多種教學方法和教學手段,充分發(fā)揮學生的學習主動性,培養(yǎng)學生的實驗綜合素質(zhì)和能力。
參考文獻:
[1]王本菊.理工科學生學學物理實驗的現(xiàn)狀及其對策[J].四川師范大學學報(自然科學版),2013第36卷.
本節(jié)課講解燃燒的條件及滅火的原理,是初中階段的一個教學重點.本節(jié)通過創(chuàng)設(shè)問題情景學生從生產(chǎn)生活實際發(fā)現(xiàn)和提出問題老師引導學生設(shè)計解決問題的方案學生親自實施探究方案總結(jié)歸納形成結(jié)論的方法來組織教學.在教師的引導啟發(fā)下充分發(fā)揮學生的自主性,使學生在實驗中發(fā)展學習的興趣,體現(xiàn)科學探究的過程.
二、教學目標
使學生認識燃燒的條件,知道滅火的簡單原理和方法,知道遭遇火災時如何自救,增強消防安全意識.通過對燃燒條件、滅火原理的探究活動,進一步使學生認識和體驗科學探究的過程,初步學會用探究的方法學習化學.能用化學科學知識解釋日常生活中某些燃燒、滅火的現(xiàn)象和原因.
三、教學重點與難點
重點:燃燒的條件.難點:滅火的原理和方法
四、教學準備
酒精燈、小木條、小煤塊、蠟燭、坩堝鉗、棉質(zhì)手帕、酒精溶液、燒杯、水、棉花團、多媒體課件
五、教學過程
創(chuàng)設(shè)情景播放篝火,野炊,某住宅起火場面.
火是一種燃燒現(xiàn)象.火能造福人類,但如使用不當,也會給人類造成災難,為了使火能更好地造福于人類,我們有必要對燃燒與滅火進行一番研究.
設(shè)計意圖通過創(chuàng)設(shè)情景,激發(fā)學生探究燃燒本質(zhì)與燃燒條件的興趣.從而激活了課堂,激發(fā)了同學們的求知欲.
活動探究,求索新知
講解同學們在學習氧氣的性質(zhì)時,對燃燒有了一定的認識,那么請同學們舉出自己學過或生活中看到過的燃燒事例并與大家交流.
提問根據(jù)以上事例,你能否歸納和描述什么是燃燒?燃燒有什么樣的特征?
學生歸納燃燒的定義和特征.
設(shè)計意圖讓學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗與已有的知識體系.對燃燒進行從感性到理性的再認識.
制定方案,設(shè)計實驗
布置任務我們的假設(shè)要用實驗來驗證它是否成立.我們一起來先制定實驗方案,設(shè)計實驗步驟.
師生互動,設(shè)計實驗方案.交流討論,評價實驗方案的合理性.形成優(yōu)化實驗方案.
設(shè)計意圖創(chuàng)設(shè)情景,讓學生自己用科學探究的學習方式去研究物質(zhì)燃燒所需要的條件.
分組實驗,觀察感知
布置任務教師根據(jù)師生共同制定出的實驗方案,讓學生自己動手完成實驗過程,分析實驗現(xiàn)象,得出正確結(jié)論.
教師活動教師巡視,及時肯定學生的正確操作,并糾正學生的錯誤操作,指導學生觀察實驗現(xiàn)象.
學生活動學生分組實驗.
設(shè)計意圖讓學生在實踐中探索,在活動中體驗,在嘗試中感悟,從而激發(fā)了同學們對探究的熱情.
交流總結(jié),得出結(jié)論
布置任務請同學們交流實驗結(jié)果,并對每一個實驗展開討論,形成正確的認識.
思考并回答
實驗1結(jié)論:燃燒與物質(zhì)的本性有關(guān),物質(zhì)必須有可燃性才能燃燒.
實驗2結(jié)論:可燃物的燃燒需要氧氣.
實驗3結(jié)論:可燃物的燃燒必須達到燃燒所需要的最低溫度.
設(shè)計意圖使學生掌握科學探究的一般過程讓學生形成對實驗現(xiàn)象的處理分析能力.
魔術(shù)表演燒不壞的手帕.
提問手帕怎么燒不壞呢?
介紹幾種不同物質(zhì)的著火點.
提問為什么不同的物質(zhì)點燃方式不一樣?
學生思考并回答不同物質(zhì)的著火點不同.
設(shè)計意圖創(chuàng)設(shè)問題情境,讓學生利用所學的新知解決實際問題.
改進實驗,深入探索
提問這三個條件是否缺一不可?還是滿足一個就可以? 讓我們來用實驗驗證.觀看視頻,白磷在水中的燃燒.
提問開水中的白磷為什么不能燃燒?后來補充了什么條件,開水中的白磷燃燒起來了?
小結(jié)燃燒的三個條件必須同時滿足,可燃物才能燃燒.
設(shè)計意圖通過視頻激發(fā)學生解決問題的興趣,從而加深對燃燒條件的理解.
展火三角,鞏固新知
教師及時展示“火三角”,強調(diào)必須同時滿足三個條件,缺一不可.
設(shè)計意圖強化新知.為滅火原理作好理論準備.
過渡任何事情都是一分為二的.燃燒在造福人類的同時,也有用火不當和失控而引起的災難.
通過展示一組火災圖片,顯示出大火的無情和慘痛,從而引出滅火的必要.
點拔根據(jù)燃燒所需三個條件,我們怎樣滅火呢?
學生活動觀看,感受.反推理解新知,思考得出結(jié)論:滅火就是破壞燃燒的條件!
設(shè)計意圖引導學生辯證看事情,掌握原理,知識就能造福人類.讓學生學會逆推法,從而獲得新認識.
師生互動,一顯身手
場景教師給出指定的器材,讓同學們嘗試用不同的方法熄滅燃著的蠟燭.然后交流、討論得出其滅火所用原理.
遷移運用老師出示滅火事例,學生選擇合理方法,指出其原理.
設(shè)計意圖通過現(xiàn)場的實踐,拓展了視野,培養(yǎng)了學生發(fā)散思維能力.體現(xiàn)從書本知識回歸生活的教學理念.
提問討論萬一發(fā)生火災時,你應采取什么措施?介紹火災自救辦法.
設(shè)計意圖提出問題讓學生利用所學的新知識解決實際問題.將所學綜合運用于自身生活中.
消防安全,防患未然
播放視頻介紹幾種常見的滅火器的滅火原理和滅火范圍.認識一些與消防有關(guān)的圖標.聯(lián)系生活,思考應當在哪些地方張貼這些圖標.
設(shè)計意圖觀看視頻,拓展視野,了解各種滅火器的使用方法,掌握基本的消防知識.
六、教學反思
【關(guān)鍵詞】媒體運用 化學教學 學生發(fā)展
中學教學要大力開展以創(chuàng)新為主的素質(zhì)教育,這已成為廣大教育工作者的共識,教育的改革必然落實到教學方法和教學手段的改革上,媒體作為一種手段在落實教學任務和培養(yǎng)學生能力方面已經(jīng)顯示出其強大的生命力,在課堂教學中實施媒體運用是一個很好的突破口。
一、輔助教學之媒體,越直觀越好
在教學中,對于媒體的選擇,首先應根據(jù)具體教學內(nèi)容而定,但是在具體的課堂教學中,如果選擇的媒體太多太復雜,花時太長,那么很難完成教學任務。因此,媒體的選擇只要能夠說明問題,越簡單、越直觀越好。例如:在講金剛石和石墨是同素異形體這一內(nèi)容時,利用模型展示,使學生很直觀地看到金剛石和石墨的物理性質(zhì)差異很大的原因是碳原子的排列不同而引起的,這樣可提高學生的空間結(jié)構(gòu)的想象能力,使得原來看似枯燥的內(nèi)容也能激起學生的學習興趣,使學生能夠積極地參與到你的教學之中,真正成為學習的主人。
二、實驗是化學教學的基礎(chǔ),是一種最重要的教學媒體
化學教學過程中離不開實驗,實驗是學生學習化學理論,掌握實驗操作技能,培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W素質(zhì)必不可少的過程。特別是在課堂教學中,實驗以其真實性、直觀性,給學生第一手感情材料,任何模擬、比喻、描述,都必須基于實驗基礎(chǔ)上,幫助學生理解教材內(nèi)容,從而提高課堂效果。因此在日常的化學教學中加大了實驗力度?;瘜W實驗由于要求各不相同,所以在授課時采用不同的教學方式。
1、巧妙地安排色彩強烈、變化明快的小實驗,引入新課
學生往往對色彩強烈的實驗有很強的好奇心,利用這個“奇”,可以培養(yǎng)學生的學習興趣,使他們愿意參與到你的教學之中。如九年級化學中,在講緒言這一節(jié)內(nèi)容時,增加幾個小實驗。清水變牛奶,牛奶又變清了;白紙自燃;釘在黑板上的白紙上出現(xiàn)了“學好化學課”五個大紅字等。把學生情緒高漲的引入了化學的自由天地,為新課教學奠定了良好的基礎(chǔ)。又如在引入氧化還原反應時,演示用擦亮的銅絲加熱,表面發(fā)黑,生成氧化銅,現(xiàn)在這黑色的氧化銅能不能再變紅色的銅?學生急于知道能還是不能?學起來當然有勁啦!學生容易被新異的現(xiàn)象或內(nèi)容所吸引,這是好奇心理,可激發(fā)他們的求知欲,使得在新課教學中學生樂于參與到你的教學中,激發(fā)其學習興趣。
2、根據(jù)實驗內(nèi)容不同,采用不同實驗教學方法
(a)先演示后講授
在演示實驗課中采用先演示后講授的方法,這種方法可通過實驗現(xiàn)象的觀察啟發(fā)學生積極思維,引導學生分析討論,得出結(jié)論來獲得新的知識,但這種實驗一定要現(xiàn)象明顯,學生觀察后不易發(fā)生誤解才可以通過先演示后講授的方式進行。例如:在講氫氧化鈉和二氧化碳能否發(fā)生反應時,由于這兩者反應沒有明顯的現(xiàn)象,學生很難判斷是否反應,而且課本上的實驗方法很難操作。所以,在實驗時一改以往的方法,把二氧化碳氣體收集在塑料瓶中,將氫氧化鈉溶液放人塑料滴管中,中間加橡皮塞密封,上課時讓一名學生將氫氧化鈉溶液滴入盛有二氧化碳的塑料瓶中,同時不斷搖動使氫氧化鈉與二氧化碳充分接觸,結(jié)果塑料瓶縮小了,然后請學生分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因,最終學生清楚的了解其中的化學反應:2 NaOH+CO2Na2CO3+H2O,這樣學生容易理解又使學生記憶深刻。
(b)邊演示邊講授
有的演示實驗可以采用先演示后講授,但也有不適合的。對于那些難度不大說服力又很強的實驗采用邊演示邊講授揭示的方法。如:二氧化錳催化作用的實驗,如果用三支試管分別裝KCIO3,MnO2及KCIO3和MnO2的混合物,輪流加熱,試驗放氧氣的程度,這樣做比較繁瑣,現(xiàn)改用丁形管試驗,邊演示邊講授,操作時先將丁形管豎起,先加少量KCIO3待它完全落到試管底部,然后將試管放平,用小藥匙向試管平直部分放少量MnO2,然后邊演示邊講解。先用酒精燈加熱二氧化錳,用帶火星木條接近,觀察不到有何變化。說明二氧化錳受熱未發(fā)生什么反應,沒有氧氣放出。然后將酒精燈移到氯酸鉀處加熱,待KCIO3加熱到熔化時(400度以上),用帶火星的木條試驗有氧氣放出。然后停止加熱,這時用帶火星木條接近,木條不能復燃,說明溫度已低于氯酸鉀的分解溫度,因此沒有氧氣放出。這時立即將試管放直使二氧化錳落到氯酸鉀中,木條立即劇烈燃燒起來,這說明二氧化錳的催化作用。用一支丁型管做二氧化錳催化作用的實驗,操作簡便,對比明顯,邊演示邊講解,教學效果極佳。
三、利用錄象輔助教學真實可信
對于一些較復雜、有危險、要求高、時間長的實驗,不適合在課堂上演示,則可拍成錄象,在課堂上播放。這樣既保證了實驗的真實性和直觀性,又便于學生觀察實驗現(xiàn)象,同時也提高了課堂教學密度。例如在講碳不完全燃燒產(chǎn)生一氧化碳這一反應時,可以聯(lián)系到煤爐里的化學反應,但許多同學從沒看到過煤爐,如果把煤爐燃燒情況拍成錄象在課堂上播放,學生一下子就對煤爐中如何產(chǎn)生一氧化碳產(chǎn)生極大的好奇心理和興趣。
四、運用計算機軟件模擬化學反應原理
慧墻”。
近日,上海市科協(xié)將“科普智慧墻”送到17個區(qū)縣的部分社區(qū),是為了讓更多的人走近科學,體驗科學的樂趣,揭開科學的神秘面紗,從而提升社區(qū)居民的科學素質(zhì)。該項目也是上海市科協(xié)推進社區(qū)科普益民計劃的重點項目之一。
在游戲中體驗科學
石泉街道的張先生最近時常帶著兒子去社區(qū)文化中心,他說:“那里裝上了‘科普智慧墻’,讓兒子去玩玩,看看和課本的知識有什么區(qū)別,還挺有意思的?!?/p>
“科普智慧墻”展板是在一塊砧板大小的纖維板上,通過科學實驗的形式展現(xiàn)原本枯燥的物理、數(shù)學、地理、天文等知識。讓科學走近百姓,以實現(xiàn)科學與公眾的對話。像前面提到的“人體發(fā)電”實驗就是通過雙手接觸展板上的銅板和鋅板,接通電源后,在電流表顯示出產(chǎn)生電流的大小。通過實驗可以觀察到,不同的人發(fā)電量不同,手的潮濕程度對電流大小也有影響,手與金屬板接觸面積也會影響電流的大小。通過一個簡單的實驗就把一連串有關(guān)電流的知識交代明白了,在充滿趣味性的游戲過程中普及了科學知識,體驗了科學方法。
科普試點顯實效
作為第一批試點單位的浦東新區(qū)濰坊社區(qū),安裝“科普智慧墻”已有近一年的時間。社區(qū)居民王阿姨邊玩著實驗展板,邊對記者說:“這些裝置掛在墻上挺新鮮的。很多科普知識我們略知一二,但是你讓我說我又說不上來,現(xiàn)在做做實驗,看看原理還是能學點知識的,科學好像沒有想象的那么神秘?!?/p>
“科普智慧墻”展板有別于以往的科普畫廊和科普電子屏,它更注重互動性和趣味性。展板面積不大,而且比較薄,一般可懸掛在走廊的墻壁上,不會影響人們正常通行,適合社區(qū)室內(nèi)場地緊張的現(xiàn)狀。值得一提的是,“科普智慧墻”不但適用于中心城區(qū),更適用于郊區(qū)。該項目在某種程度上相當于一個小型科技館,有益于向更多人群普及科學知識。
吸收民意再創(chuàng)新
“這個實驗真的不錯,但是對我們老年人來說,如果加點生活常識方面的內(nèi)容那就更好了?!币晃簧鐓^(qū)居民提出了自己的建議。