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一、挖掘教材資源,適時進行可持續發展教育
在小學數學教材中有豐富的環境教育素材,教師在課堂教學中要有意識地挖掘教材資源,選擇有利于學生學習的、形象生動的素材,充分發揮環保素材的教育意義。在傳授數學知識的同時,結合小學生的現實生活,在其中滲透環境保護知識,潛移默化地對學生實施可持續發展教育。
1.保護水資源。例題:一個滴水水龍頭每天會浪費掉1.5千克的水,那么每年大約會浪費多少水?
2.吸煙的害處。例題:2012年某國由于吸煙造成的死亡是32520人,是機動車引起死亡的12倍,那么由于吸煙造成的死亡人數比機動車引起的死亡人數多多少?
3.愛護樹木。例題:①山上種有柏樹和松樹,其中柏樹有210課,比松樹少90棵,那么山上有多少棵松樹?②1公頃森林在生長季節內5天能夠吸收4.5噸的二氧化碳,那么800平方米的森林每天能夠吸收多少二氧化碳?
4.水土流失的嚴重性。例題:①地球上每天有800萬噸的水土流失,這些流失的水土如果用能裝10噸的卡車來運,需要多少輛能運完?②每輛卡車長度是8米,如果將這些車排列起來,總長度是多少?
在課堂教學中,讓學生通過計算了解到環境保護的重要性,增強學生的可持續發展觀念。如果學生發現800萬噸流失的水土需要80萬輛卡車才能運完,這些量化信息就會使學生感到驚訝,感受到水土流失的嚴重性。
此外,除了教材中已有的環境保護和可持續發展教育素材,教師要主動學習和小學數學有關的環境知識,尋求數學知識中包含的環境問題,將數學學習與可持續發展教育有機結合,增強學生的環保責任感。
二、開展實踐活動,感受環保的重要性
在教學“校園的綠化面積”這一內容時,可將學生進行分組,讓學生先上網收集校園綠化設計的資料,調查可進一步進行綠化的地點,設計出校園綠化方案,并計算出校園綠化所需的成本,最后由每組派代表向全班做方案介紹。
1.校園綠化方案設計過程。①分組確定校園里所需綠化的地方。②指導學生通過圖書、網絡查找出適合種植的植物資料。③充分運用所學的圖形知識,設計出綠化方案,并分別計算各類植物的種植面積。④根據每種植物的價格,計算出整個綠化過程所需的成本。
2.各小組派出代表展示綠化設計方案。在數學課堂上,各小組分別展示綠化設計圖,并介紹本組的校園綠化方案。再在各組間互相討論,評出哪種綠化方案能使校園最美麗,哪種方案最經濟合理。教師可指導學生將所有綠化方案集合起來,辦成專刊,進行全校展覽。
三、利用廢物制作綠色學具,強化可持續發展意識
在教學過程中,要盡可能使環境知識和可持續發展觀念貼近學生的生活實際,使學生能更好地了解如何在生活中保護環境。如,讓學生知道生活中的廢物是如何產生的,如何減少廢物的出現;讓學生了解哪些廢物是不可再利用的,哪些廢物是可以再利用、可以反復使用的。引導學生在生活與學習時,主動、仔細地觀察,積極思考,利用一些廢棄物制作學具,變廢為寶,這樣既能提高教學效率,又能將可持續發展觀念貫穿于數學課堂中。這樣的課堂活動不僅能激發學生參與的積極性與主動性,還可在培養數學思維、提高空間想象力的同時,增強學生的環保意識和可持續發展觀念。
在教學“圓柱體體積”時,可指導學生收集廢棄的易拉罐作為學具使用;在教學“長方體和正方體”時,可讓學生在課余時間收集廢棄的火柴盒、飲料盒、牙膏盒等作為學具。還可開展有關環保的討論,讓學生意識到自己在實際生活中不自覺地在制造污染,破壞環境,指導學生從我做起、從小事做起,在生活與學習活動中注意節約資源,減少廢物的出現,避免廢棄物污染對周圍環境造成的影響。這樣的教學實踐在提高小學數學課堂教學質量的同時,可以強化學生的可持續發展意識。
關鍵詞:虛擬現實技術;醫學教育;桌面式虛擬現實;沉浸式虛擬現實;增強現實
目前虛擬現實技術已經應用到娛樂、制造、軍工、醫療、教育等各個行業。醫學教育與其他教育有所不同,醫學教育不僅要講述醫學知識,還要結合醫學領域的最新發展動態,更要著重培養學生的動手能力。醫學教育具有實驗資源和臨床機會有限、教學內容抽象等特點,可通過具有虛擬性、沉浸性、互動性、多感性等特點的虛擬現實技術更真實、形象地展示教學內容,從而增強學習者的積極性、提高其感知力和想像力,甚至可以讓學生自己調控學習節奏,進而提高教學質量。
1虛擬現實技術的特點與種類
虛擬現實是通過計算機技術生成一個接近于真實世界的虛擬環境。這個虛擬環境不僅可以提供逼真立體的視覺,還能提供聽覺、味覺、觸覺、嗅覺等多種感覺,使得用戶可以完全沉浸其中,并且可以與其進行交互。通常根據用戶對虛擬世界沉浸度和交互方式的不同,將虛擬現實技術分為三大類:桌面式虛擬現實、沉浸式虛擬現實和增強現實。本文詳細介紹這3種技術的概念和特征,分別探討這3種虛擬現實技術在醫學教育領域的應用及其優缺點。
1.1桌面式虛擬現實
桌面式虛擬現實系統利用計算機圖像等技術構建一個模擬的3D空間,一般可通過顯示器在二維平面顯示三維模型圖像,通過鍵盤和鼠標實現人機交互。桌面式虛擬現實系統的實現較為簡單、技術相對成熟,但它不能完全與現實空間相隔離,用戶還是會受到外界環境的干擾,與虛擬模型的交互也只是簡單的選擇、拖拽、旋轉等操作,相較于真實環境的互動還有很大差距。
1.2沉浸式虛擬現實
沉浸式虛擬現實技術利用計算機3D圖像處理技術、傳感技術、多媒體技術模擬產生一個3D的虛擬空間,用戶可以借助特定的輸入設備(工作站、虛擬現實手套、虛擬現實手柄、三維位置傳感器等)和輸出設備(頭盔顯示器、PC顯示器、手機、耳機等)與該虛擬空間進行交互。通過3D圖像處理技術,用戶帶上頭盔顯示器能產生立體的視覺;通過音頻處理技術,用戶的左右耳可以感受到不同的立體聲音;在虛擬手套中增加觸點等方式讓用戶體驗到觸覺。因此,沉浸式虛擬現實使得用戶在虛擬空間中沉浸度更高,達到視覺、聽覺和觸覺等多感官的模擬。通過虛擬現實手柄和虛擬現實手套,用戶可以進行自由操作;通過位置傳感器對用戶的運動進行實時跟蹤,根據用戶的運動軌跡實時變換用戶的視角;通過虛擬現實手套實時獲得用戶手部的姿態;通過力學反饋裝置用戶可以施加不同大小的力,系統根據用戶力的大小使虛擬物體發生形變。因此,沉浸式的虛擬現實可以讓用戶實時操控一個虛擬世界,如同在真實世界中的互動。沉浸式虛擬現實技術與桌面式虛擬現實的區別在于:(1)多感知:桌面式虛擬現實只能給用戶提供視覺這一種感覺,而沉浸式虛擬現實通過虛擬現實頭盔提供視覺,通過耳機實現聽覺,通過虛擬現實手套實現觸覺,通過手柄實現力覺,可為用戶提供多種感覺的互動。(2)沉浸感:沉浸式虛擬現實完全與現實世界相隔離,創建的虛擬空間十分逼真,并通過多感知讓用戶如同在真實世界中。(3)交互性:沉浸式虛擬現實可讓用戶的手通過虛擬現實手套等設備在虛擬空間內部與虛擬對象進行交互,同時可感覺到虛擬對象的重量等。桌面式虛擬現實系統只能通過鼠標在虛擬對象的外部進行操作。
1.3增強現實
增強現實(AugmentedReality,AR)技術是沉浸式虛擬現實的一種變體,區別在于增強現實將虛擬的3D對象和真實環境相結合[1]。AR技術仍需使用頭盔顯示器、虛擬現實手套等設備。AR技術還具備虛實結合、互動性、實時性和三維配準的特點。(1)虛實結合:沉浸式虛擬現實形成了一個完全合成的3D空間,用戶無法感知到真實的世界。AR技術允許用戶看到真實的世界,它將虛擬出來的物體疊加到真實世界。(2)互動性和實時性:AR技術將現實和虛擬世界相結合,就需要AR技術可以準確地根據現實世界的情況來合成虛擬對象,用戶借助虛擬對象來完成現實世界的任務,因此需要AR技術必須具備實時性和互動性。(3)三維配準:可以實現虛擬對象和真實世界相互匹配,通過進行三維坐標的配準來實現。
2虛擬現實技術在醫學教學中的應用及其優勢
醫學教學存在專業名詞多、結構復雜、實驗對象特殊的特點。傳統的醫學教學一般采用理論及實驗教學的方法,教學資源有多媒體課件、教科書、圖譜、視頻、尸體標本、教學模型等。這些傳統的教學資源一直沿用到現在,但在教學中存在一些問題,如教科書、圖譜、課件等只能呈現二維平面的圖像,沒有立體效果也不能進行實時互動。應用虛擬現實技術能夠克服這些缺點,為醫學教學提供先進的教學方法。
2.1桌面式虛擬現實的應用及其優勢
目前,桌面式虛擬現實系統已經在基礎醫學、中醫等多個領域發揮著重要的作用。基礎醫學應用較廣泛的是虛擬解剖人體。隨著美國、中國、韓國等相繼開發了本國的虛擬數字人,國內外已經先后建立了多套桌面式的人體解剖學虛擬仿真軟件,如中國數字人公司中國數字人系統、上海橋媒公司3Dbody軟件等。這些軟件既可以彌補尸體標本的不足,方便教師進行課堂教學,又可以更加直觀、靈活地讓學生進行課堂和課外學習。除此之外,桌面式虛擬現實系統還包括基礎醫學實驗的仿真軟件、中醫穴位的虛擬仿真系統等。這些應用可以作為學生實驗和操作前的指導工具,模擬實驗的操作過程,學生可以不限次數的重復操作演練虛擬模型,教師在一旁加以指導,糾正他們在操作過程中的錯誤。這樣既可以有效降低實驗風險,又有助于提高教學質量。在醫學教學中使用桌面式虛擬現實系統有以下優勢:(1)使用方便:只需要一臺PC機就可以顯示出3D效果,方便教師進行課堂教學和學生進行課下學習。(2)立體直觀:桌面式虛擬現實軟件可以提供虛擬的3D場景,如在解剖學實驗中,學生可以看到各個組織器官的名稱、位置結構以及周圍神經血管的分布狀態,各個組織器官的位置關系,也可以移動、分割、放大、縮小、旋轉各個組織器官。這樣學生可以非常直觀地學習人體結構。(3)提高教學效率:桌面式虛擬現實可以提供多視角的3D模型,讓學生了解解剖結構并建立組織器官之間的結構關系,進而加強對人體結構名詞的記憶。學生可以反復在課下進行醫學實驗的演練,進一步提高教學效果。(4)降低教學成本:桌面式虛擬現實系統開發難度遠低于沉浸式虛擬現實和增強現實,可以節約實驗資源,提高學生的學習效率與質量。當然,桌面式虛擬現實系統也存在不足。在模擬實驗及手術時,桌面式虛擬現實系統無法讓用戶觸摸到真實的物體,如在中醫針灸療法的學習中,學習者無法感知到施針的方向和力度,僅能通過鼠標進行點擊,與醫學真實的實驗及手術差距較大。
2.2沉浸式虛擬現實在醫學中的應用及其優勢
隨著VR硬件設備的不斷升級和配套計算機技術的逐漸成熟,沉浸式虛擬現實在各領域的應用產品層出不窮。Google、Oculus、HTC等公司保持著高密度VR產品的推出,國內也開發出了3Glasses、蟻視、暴風魔鏡等VR頭盔顯示器。沉浸式虛擬現實硬件的價格逐漸降低,VR配套開發軟件逐漸成熟,開發應用于醫學教學和臨床手術指導的沉浸式虛擬系統已成為可能。在醫學教學實踐中,學生佩戴頭盔顯示器,通過沉浸式虛擬現實系統,避免現實世界的干擾,完全沉浸在虛擬教學當中,可以把書本的知識立體地呈現在三維場景當中。2016年,DeFaria等[2]在進行神經解剖課程的教學中運用了沉浸式虛擬現實技術,采用VRWorx2.6軟件制作海馬體心室表面的虛擬現實3D互動視頻。學生在學習后分別進行理論和實驗操作測試,結果顯示沉浸式虛擬現實系統相較于傳統教學而言,并不是單純地為了讓學生記憶人體解剖結構名稱,而是讓學生更好地了解人體解剖結構。2016年,HuangHM等[3]對使用VR4-MAX沉浸式虛擬現實系統進行醫學課程學習的167名大學生進行問卷調查,通過調查學生的學習態度,發現沉浸式虛擬現實技術對學生的感知性有積極的影響。在臨床手術培訓過程中,沉浸式虛擬現實系統已經應用于眼科手術、微創手術、內窺鏡手術、骨科手術、牙科手術等醫療培訓[4]。
相比于桌面式虛擬現實系統只能通過鼠標在二維平面的拖拽進行臨床操作,沉浸式虛擬現實系統通過VR圖像技術、力學反饋、運動捕捉等模擬器創設更加真實的臨床實驗場景,該場景可無限次重復使用來彌補在臨床實踐中機會不均等、經驗積累緩慢等不足,從而達到臨床技能培訓的目的。2008年,MacielA等[5]開發了腹腔鏡手術的模擬器VBLAST。通過圖像處理技術、力學反饋設備和運動捕捉系統構建的虛擬腹腔鏡模擬器取代物理腹腔鏡手術模擬箱。外科醫生可以通過VBLAST實現腹腔鏡手術中縫合、剪切等基本操作的練習。該系統具有良好的圖形渲染、力學交互能力,可以根據力的方向和大小顯示物體形變過程,還能將手術操作技能進行客觀量化并且能更好地適應達芬奇手術機器人的使用。2011年,Chalasani等[6]開發了超聲引導下的前列腺活檢模擬器,它可以根據使用者的動作及技能好壞區分使用者是新手還是專家。隨著科技的發展,結合機器學習研究者又提出了虛擬現實自適應系統,這些系統可以根據使用者的水平及使用需求制訂相應難度的培訓內容[7]。在基礎醫學和臨床醫學教學中,沉浸式虛擬現實系統還有很多不足之處:(1)模型的真實度欠佳;(2)不具備對比和評判不同模型的教學效果的標準;(3)長期觀看VR圖像會造成視覺疲勞,力學反饋的真實度和實時性欠佳。
2.3增強現實的應用及其優勢
AR技術能增強用戶與現實世界的感知和互動,通過虛擬對象所傳遞的信息幫助用戶完成現實世界的任務。目前,AR在醫學領域的應用包括醫學可視化、手術輔助等。增強現實不僅僅是一項新的技術,它還可以用來提高醫學教育水平,最終影響患者的治療效果[8]。早在1992年,北科羅拉多大學就將超聲影像疊加在患者身上,使醫生具有“透視眼”。目前增強現實系統已經被醫生用作輔助手術的可視化工具。如可以幫助護士更好地找到靜脈;實時地采集MRI和CT數據進行圖像融合,與患者體表形態相對應,還可以根據患者的運動情況進行相應調整,呈現給醫生患者身體的內部視圖。AR技術還被應用于機器人輔助技術。Renaissance機器人被廣泛地應用于脊柱外科手術當中[9]。術前,將CT數據合成3D圖像,規劃手術區域和螺釘的長度、方位和角度。術中,透視機器人軟件分析患者的患病位置,并與術前的CT圖像進行配準,根據實際手術情況微調螺釘的角度及位置,機器人會自動置入螺釘。Renaissance機器人可以降低學習難度,幫助學習者建立脊柱立體概念,增強椎弓根置釘的安全性,縮短學習周期[10]。MAKOplasty機器人手臂輔助醫生進行膝關節和髖關節置換。術前通過CT數據建立3D視圖,手術中使用NDI運動捕捉系統進行三維配準,機器人根據患者情況個性化精準設計假體,真正實現手術的微創化和精準化。隨著機器人輔助手術技術的發展,已經有越來越多的基于AR技術的輔助手術機器人被投入臨床教學中。
3結語
虛擬現實技術應用于醫學教育可以提高教學質量,豐富教學手段。本文提到的3種不同的虛擬現實技術有其各自的優缺點,可以根據學習者的實際情況設置不同的學習難度。桌面式虛擬現實設備價格較低廉、操作較簡單,通過二維平面展現3D圖像,更適用于醫學教學中基本概念的學習。沉浸式虛擬現實系統隨著硬件設備的不斷發展,設備的價格逐漸趨于大眾化。沉浸式虛擬現實系統創建的模型給學生提供的觸覺、聲音、圖像更加逼真,更接近真實的臨床、實驗場景。相比于桌面式虛擬現實系統,更適合啟發式教學。增強現實在醫學教學中的應用是虛擬現實技術未來的發展方向,隨著醫學對精準化的要求,增強現實仍需要解決一些問題,才能使其在醫學教育領域應用得更加廣泛和有效。
參考文獻:
文獻標志碼:A
文章編號:1009―4156(2014)08―038-04
一、問題提出
新疆南疆地區義務教育階段和高中階段數學課程于2001年和2009年進入新課程改革實施階段。新課程改革宗旨是為了學生的學習和學生的全面發展,進一步促進民族地區的基礎教育公平。一是基礎教育數學課程改革從課程理念、目標、實施評價等方面的根本性變化,需要教師教學實踐的轉變。二是基礎教育的目標是培養學生跨文化能力和獲得自我發展能力。新疆南疆是民族聚居地區,其民族文化和價值觀念呈現多元化的特征,與之相應的是,教師需要面對多元文化和新課程理念的挑戰。繼續教育是教師面對挑戰的重要形式。本研究主要運用問卷調查法和訪談來分析教師繼續教育需求:繼續教育課程設置的內容、結構和教學理念的針對性有效性,以及教師的主體地位、學習特點和需求,為新形勢下民族地區教師教育研究提供有價值的參考。
二、對象與方法
(一)問卷對象及特征
問卷對象的教師來自新疆南疆地區兩所重點中學:喀什民族完全中學和漢族完全中學;三所普通中學:一所市屬中學、一所師院附屬中學和一所縣屬完全中學。共發放問卷155份,回收152份,回收率為98%。
(二)問卷方法及數據處理
問卷設計關注五個方面:第一,教師性別、年齡、學歷、職稱、教齡、基本情況和學源結構;第二,教師對自己專業發展狀況的評估,包括計算機操作熟練程度和數學學科素養;第三,教師接受的繼續教育課程設置及培訓的基本情況;第四,教師對參加繼續教育課程的評價;第五,教師對繼續教育課程設置的期望。為避免問卷設計的片面性,并減少在實施中受到主觀因素的影響,盡量獲取客觀數據,研究采用個別訪談、實地考察、案例分析、資料分析、座談和專家咨詢的方法。訪談主要內容關注教師多元文化意識和素養。
三、結果與分析
(一)中學數學教師的結構及基本情況
五所學校基本情況顯示,在教師學源結構中,90%畢業于喀什師范學院,以及新疆師范大學、新疆大學、石河子大學、陜西師范大學等西部師范類與綜合性高校。在師資結構中,學歷為本科及以上教師99.15%,青年教師85.08%。其中,教齡為1―3年占43.28%,4―8年占29.85%,高級職稱的教師占29.85%,且較均勻地分布于中學各年級段。數據分析表明:其一,喀什師范學院作為地方師范院校對新疆南疆地區教育事業發展的貢獻;其二,凸顯了師資學源結構單一,阻礙了教師與其他地區和高校教育信息、資源互通和交流;其三,雖然師資隊伍學歷達標,但教師呈現年輕、教齡短、職稱低的特征,存在各分類層次分配不均的問題,大部分教師處于教師專業化發展的起步和成長階段。因此,通過繼續教育做好教師專業發展的引路人是課程設置的核心問題。
(二)教師專業發展現狀及自我評價
調查數據表明,56.52%的教師近三年沒有公開發表文章,且75.41%的文章發表非核心和省級期刊。但86.36%的教師認為職前教育的知識和技能可以或基本滿足現實工作的需要,82.61%的教師對專業發展現狀表示滿意和基本滿意。且訪談中從教3年左右的教師了解教師專業化發展重要性,卻不知從何做起。“教育是一項豐富復雜困難,且持續發展的職業。無論初期培訓的時間和質量如何,認為這已足夠的想法是不切實際的”。新課程對教師提出新要求,教師專業化發展規定了教師的職業要求、教師專業能力以及在能力發展中提升自我專業化水平。以上要求決定了教師專業化能力不限于教師上好一節課,處理好教學常規,而應具備課程意識,成為主動的課程資源開發者、反思者和研究者。因此,幫助中學教師認同和深刻理解新課程與教師專業化發展理念是繼續教育課程設置的重點。
(三)已接受繼續教育課程的基本情況
數據顯示,教師已參加的繼續教育課程較多地涉及數學教育心理學、數學教育測量與評價、中學數學中的數學史、中學數學教學思想提煉等數學教育理論與實踐課程;繼基礎教育新課程改革后,繼續教育又增開中學數學教學設計、數學新課程研究、中學數學典型案例分析、新課程背景下中學數學教學實施等基于新課程的理論與實踐課程。仍存在部分課程開設不足問題,包括數學教學課件制作、數學文化、普通高中數學課程標準中選修內容選講、高中數學模塊教學與課例分析等。繼續教育的有效性有賴于采用多樣化實施方式,并互為補充,如系統數學教育理論講授、教學實踐問題專題討論、數學教學藝術專題講座、中學數學新課程理論及專題講座和實地參觀訪問等教學組織形式。調查數據顯示,教師已參加繼續教育的教學組織形式(見表1)呈單一化而非多樣化,其中:47.17%的教師表示課程實施較少或很少采用“中學數學新課程理論及專題講座”方式;71.11%的教師表示課程實施較少或很少采用“實地參觀訪問”方式。
(四)教師對所參加繼續教育課程的評價
調查數據顯示,41.79%的教師對繼續教育課程設置不滿意。其中,32.84%的教師認為繼續教育課程設置中現代信息技術所占比重的評價偏大,31.35%的教師認為現代信息技術所占的比重不足。教師是繼續教育學習的主體,課程設置只有滿足教師的需求,教師才能通過課程的學習達到主動的自我建構。訪談表明,教師評價繼續教育缺乏指導實踐的價值,存在實現“學習一學用一指導教學”之間的矛盾。另外,對繼續教育占用寒暑假時間、施加人事和職稱評聘制度強制性,影響課程教學和學習效率。
(五)教師對繼續教育課程設置的期望
數據表明,教師繼續教育課程性質問題,有72.73%與18.18%的教師認為應體現實踐性與創新性上。在知識結構上,58.33%的教師對數學的最新進展缺乏了解,25.00%的教師認為知識面太窄。對于教師繼續教育重點問題(見表2),分別有75.00%、59.01%、79.66%和82.54%的教師認為是拓寬數學學科領域知識、提高綜合數學素養、培養數學教育研究能力和發展數學教學能力。設置數學教學技能課程,包括教學設計技能、教學語言技能、課堂教學技能、多媒體的制作及運用技能和開發課程資源技能,教師認可度(見表3)分別為67.21%、63.93%、61.90%、76.36%和57.41%。調查可知,教師關注自身綜合數學素養、教學技能和能力的提高,對自我專業化發展有著較高的預期,66.67%的教師有通過教師繼續教育提高學歷的意愿。
(六)教師對多元文化背景的審視
研究表明,新疆南疆地區的多元文化特征是實施多元文化教育的必然。教師應具備多元文化素養,在任教的學科領域形成多元文化基礎,成為面向所有學習者的高效率的教師。數據顯示(見表4、表5、表6),多數教師具備多元文化的自覺意識,表現在:43.54%的教師認為非常了解學生的文化背景;85.48%的教師認為學生文化背景對中學數學教學是挑戰;72.59%的教師偶爾或經常檢視對不同文化背景學生的態度或偏見。針對民族地區對于中學數學課程標準和統編教材適應性問題的研究,14.52%的教師認為現行中學數學課程和教材對于民族多元文化是非常重視的;77.42%的教師認可學校有必要開設地方課程或校本課程或開發相應的教材。應該說,教師多元文化素養的養成并非一蹴而就的,是知識、方法、理念和能力等方面合力的結果。調查表明,56.45%的教師不了解所教班級里學生的文化背景;69.35%的教師有意將本地不同民族文化融入數學教學中滿足不同文化背景學生的需要,但在文化融入教學實踐中不知怎樣做。在訪談中,在民族中學執教四年的漢族教師談及自己的成功經驗,認為與民族學生搞好關系是教學成功的關鍵,獲取學生的信任和尊重是學生投入數學學習興趣的動力。在與“雙語”實驗班教師的座談中,教師關注如何才能引導學生的學習興趣,以及幫助學生體會數學與生活的密切關系。
調查數據的綜合分析表明,教師的教育需求體現在:第一,教師職業發展的需求。面對教育計劃的變更、專業領域內的發展(教學的數學概念和其他學科新的互動等);面對教育的諸多發展及成果(教育教學研究成果對教學方法和手段的變化帶來挑戰),教師需要適應新的不同的多元異質化的教學對象,確保不同學段學習的連貫性、多學科之間合作的需要。第二,個人因素需求。新人職教師對職業認識不足,在自我身份的轉變上存在困難,專業化發展需要引導,數學學科素養和教育素養有待提高等。
四、課程設置探析
多元文化教育理論要求教師在教育過程中,把對學生的主觀偏見和好惡放置一旁,不因學習者的語言、家庭經濟條件、外貌、性別、民族、信仰等差異而區別對待,以不同的方式方法對不同文化背景、個性特征、性別特征的學生進行教學與指導,實現多元文化理念、價值觀的滲透。MPCK理論框架從四個方面構建教師“數學教學內容知識”:數學學科知識(MK);一般教學法知識(PK);有關數學學習的知識(CK);教育技術知識(TK)。基于以上兩個理論的應用,初步探求民族地區中學數學教師繼續教育課程設置。
(一)多元文化課程
1.多元文化理論課程
多元文化理論課程設置的目的:加深教師對多元文化教育的理解,增進文化多樣性的歷史洞察;理解少數民族的生活方式,特別是與學校教育有關的行為和態度;認識并消除個人的偏見,積極與其他民族群體進行交往;在教學中尊重文化多元性。對教師意識形態、性格等方面的研究與培養,使教師能從另一個角度審視是否存在民族偏見,重新認識在社會中角色以及改善師生關系,課程設置包括多元文化教育、文化多元論、多元民族意識、人際關系等專題。
2.多元文化實踐課程
多元文化實踐課程設置的目的:培養教師對數學學科知識及教材的審視態度,使他們在教室中創造多元文化的氛圍,幫助學生理解相互之間的文化。借助有關多元文化數學教育典范和概念知識、主要族群團體的數學文化知識,平衡數學課程、教材和教法,滿足不同文化背景的學生數學學習的需求。考慮學生的文化環境,需要教師與學生家庭的有效溝通,吸收和利用家庭資源,幫助學生了解所面對文化、班級的溝通方式。多元文化實踐作為物質一時空特點的隱性課程,課程實施需要家長、社區的充分參與,以及學校環境、圖書資源、課外活動的相應配合。
(二)數學專業知識
1.數學專業課程
數學專業課程設置的目的:樹立正確的數學觀,不斷更新和拓展教師的數學知識(主要包括數學概念、數學法則、數學公式、數學題目等方面的知識),具備合理的知識和能力結構(包括數學思想方法以及數學史知識),提高數學素養,能夠從高觀點看中學數學教學。課程設置包括:現代數學(離散數學、組合數學、模糊數學、數值分析、分形幾何等發展動態、基本內容、重要思想方法及其應用)概覽;經典高等數學(數學分析、高等代數、高等幾何等的結構與思想)專題;數學思想發展史精講;數學建模與問題解決導讀;數學方法論選講等。
2.數學教育類課程
數學教育類課程設置的目的:樹立正確的數學教育觀,認識數學教育發展歷史趨勢,具備合理的數學教育基礎理論結構、基本技能和有關數學學習的知識,能有意識地運用理論指導教學實踐,成為會思考研究的科研型教師。課程設置包括:新數學課程標準的基本理念探討;近現代數學教育思想研究;中學數學教育基礎理論與實踐;數學教育哲學專題;數學教育心理學;中學數學教材與學法分析;數學教育測量與評價;中學數學典型案例分析;中學數學中的數學史;數學文化;普通高中數學課程標準中選修內容選講;中學數學教學思想提煉;新課程背景下的中學數學教學實施;高中數學模塊教學與課例分析;中學數學習題理論與解題研究;中學數學學業測試與評估;中學數學教學專題研究(數學課堂教學情境設計、數學教學技能訓練、數學教學與個性發展研究)等。
(三)教育與教研課程
教育與教研課程設置的目的:增強教師對于教育價值、教育與人的發展、教育本質的認識,從整體上了解教育現象,加強中學教育的縱橫聯系能力,加深對于學科教育的理解,拓寬教育研究和課程開發的視野和思路,實現將教育理論應用于實踐的自覺。課程設置包括:現代教育思想專題;國外教育改革動態;教育社會心理學專題;教育生態學或教育環境學;基礎教育改革與發展專題;學校管理、班級管理的理論與實踐等。
(四)現代教育技術類課程
現代教育技術類課程設置的目的:具備傳統教學媒體的知識以及有關現代教育技術的知識和相關教學軟件操作等方面的知識,幫助教師實現多媒體輔助數學教學,會用軟件展示平面和空間圖形,表達并探究函數關系、無限現象,表達并探究數學建模,利用軟件探究幾何構造,作為啟發式工具解決數學應用問題或反思批判其應用性。突破傳統教學在時間、空間上的限制,開闊學生知識視野,調動聽覺、視覺,獲得全面而深刻的感受。課程設置包括:計算機輔助數學教學專題(幾何畫板的制作、z+z智能平臺);數學專業文獻檢索與利用;現代教育技術專題等。
(五)通識類課程
通識類課程設置的目的:培養具有良好的思維習慣、審美情趣、文化品位、科學素養和人文關懷,具有相應的藝術欣賞與表現知識,具備健全人格、社會責任感、思辨能力和創新精神的現代教師。課程設置包括:人文科學類(文學、哲學、藝術);社會科學類(政治、經濟、法學、管理學);科學技術類(物理、化學、工程、材料等工程技術領域);技能類(溝通與表達能力、寫作能力);體育類(運動、美學)和心理學(教師心理健康)。
關鍵詞:C語言;函數;調試技術
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)11-0085-02
C語言是一門函數式語言。學習C語言編程必須學好函數的使用。筆者在多年的教學過程中,發現學生在學習函數的過程存在一些問題。雖然這些內容教師在課堂上都十分認真地講解,但有些學生還是覺得內容很抽象,不容易理解。程序調試技術一般用在程序查錯上。在程序調試的過程中,可以看到程序的執行過程,包括函數的調用過程、形參實參的傳遞,變量的內存地址等內容,這樣可以很直觀地給學生講解函數的相關內容,因此筆者在函數的教學中使用了程序調試技術,使教學內容不再抽象,而是具體化,使學生能夠更好地掌握相關知識,達到了較好的結果。
程序調試技術在函數教學中的具體使用:
1.通過調試技術直觀地查看函數的調用過程。首先設計一個簡單的使用函數的實例,jc函數實現計算n的階乘。在main函數中通過函數調用來求任意一個整數的階乘。double jc(int n),{ double mul=1;//……2,int i;for(i=1;i
2.通過程序調試技術了解函數參數傳遞過程和局部變量的概念。在函數教學中,形參和實參的關系往往是學生容易出錯的地方。形參和實參是兩個不同的變量,實參的作用就是給形參傳值。而函數的形參以及函數內定義的變量都是函數的局部變量,只能在該函數中使用。而在調試中通過查看變量的值可以很清晰地看到這些知識的作用,則比較生動具體。在上例中,程序在斷點停下后,選擇debug工具欄中的watch項,打開watch對話框,在對話框中輸入num和n,如圖3所示,此時num的值是5,而由于jc函數還沒有被調用,形參n還不存在。然后選擇Step into(F11)項,跟蹤進到jc函數內部查看,注意觀察watch對話框的變化,發現n的值變為5,而num失效了,如圖4所示。這說明程序的執行進入到jc函數,形參變量n被創建并從實參獲得了值5。而num是main函數的局部變量,在其他函數中如jc函數中是無法訪問的,從而失效。
3.通過調試技術加強對指針做函數參數的內容的理解。在講解函數的過程中,指針做參數是重點和難點之一。教師在教學過程中強調指針做形參,可以突破局部變量的限制而訪問到其他函數的局部變量,這在以后的函數使用中經常用到。但學生覺得很難理解。筆者通過調試技術運行一個實例,查看實際的運行過程,來加深學生對內容的理解。首先設計一個簡單的指針做參數的實例。void fun(int * q){*q=10;//…….2}int main(){int n=89;int * p=&n;fun(p);//…….1printf("n=%d\n",n);return 0;},在標號1處設置斷點。調試運行該程序,在斷點處停下,p是fun函數的實參。此時選擇debug工具欄中的watch項,打開watch對話框,分別輸入p和&n,如圖5所示,它們值相同,都是0x0012ff44,表示n的內存地址。然后選擇Step into項跟蹤進入fun函數內部執行,由于p和n是main函數的局部變量,在fun函數內部無法訪問,它們的值失效。然后,在watch對話框中再輸入q和*q,則可以看到如圖6的內容。說明形參q從實參p獲得了值0x0012ff44,即q也保存了main函數中n的地址,而*q的意思是通過q保存的地址訪問該地址所表示的變量。繼續單步執行,返回到main函數執行,此時查看n的值,果真變為了10。即在fun函數內部通過指針變量改變了main函數中局部變量的值。
筆者在實際的函數教學中采用了程序調試技術,讓學生直觀地看到了程序的運行過程,從而加深了學生對函數調用過程、參數傳遞、指針做參數等內容的理解。學生反應良好。計算機技術總是在不斷的發展,教師還要不斷地探索更好的教學方法,使C語言課程的教學質量進一步提高。
參考文獻:
[1]譚浩強.C程序設計(第四版)[M].清華大學出版社,2010.7.
關鍵詞 遠程教育;基于WWW;遠程教學支撐系統;同步多媒體
Abstract The Techniques and Methods of Distance Learning for Teachers in Guangdong Province are introduced in this paper. Development of distance learning in China is a new type of topic. The Technique presented in this paper is a model of constructing cyber university and distance education.
Key words Distance learning; Based WWW; Distance learning support system; Synchronizing multimedia
一、簡介
當今世界,科學技術突飛猛進,知識經濟初見端倪,世界范圍內的經濟、科技及綜合國力的競爭日趨激烈。進入數字化、信息化時代的二十一世紀,人們對教育的需求日益增加。現代遠程教育是利用計算機技術、網絡技術、多媒體技術等現代信息技術手段開展起來的新型教育模式,將最大限度利用現有教育資源,是實現高等教育的大眾化、現代化、終生化和國際化的新型教育形式和必然途徑。 運用現代遠程教育開展中小學教師繼續教育,可以打破時空的限制,隨時隨地學習;能創造出一個信息化的學習環境,有利于提高學習質量;可以送教上門;讓人人享有教育;能克服人多、地廣等客觀條件的限制,能解決工學矛盾;可以請最好的教師,運用最好的教材進行教學,提高教學質量;可以使廣大中小學教師接受高水平的教育和培訓。
二、目標、任務、主要內容及技術路線
廣東省建設教育強省的宏偉目標對我校為基礎教育服務提出了更高的要求。實現建設教育強省的宏偉目標,關鍵在師資;尤其是基礎教育的發展和提高關鍵在于師資的數量和質量。省委、省政府要求到2001年,在充實中小學教師缺額的同時,使98%以上的小學教師,95%以上的初中教師、70%以上的高中教師和60%以上的職業中學、技工學校教師達到國家規定的學歷標準或任職標準。因此,利用現代遠程教育具有辦學開放性的特點,打破傳統的、封閉的辦學模式,可以在任何時間、任何地點、學習任何由優秀教師開設的課程,有助于建立起一種滿足終身學習要求的教育保障體系,有助于普遍提高教育質量和師資水平,實現教育現代化,使廣東成為教育強省。
1、目標和基本思路
廣東省開展中小學教師繼續教育遠程教育的基本思路是:以珠江三角洲教育現代化為龍頭,以廣州、深圳、珠海大中城市為先導,逐步向東西兩翼和山區腹地分層次推進。到2002年,遠程教育覆蓋面達廣州、深圳、珠海和珠江三角洲400多個城鎮中2800所中小學。到2004年,現代遠程教育輻射全省5000所中小學。發展目標是:通過開展現代遠程教育,為建設廣東教育強省服務,對廣東省基礎教育的改革和發展產生重要作用,為國內師范院校開展遠程教育探索出一條切實可行的技術路線。
2、主要任務
主要任務是:通過開展現代遠程教育,為廣東省教育事業特別是基礎教育培養高素質的師資和各類高層次教育人才。
3、技術路線
廣東省中小學教師繼續教育現代遠程教育采取的是基于WWW的遠程教學系統和基于www光盤多媒體授課課件壓縮系統相結合的技術模式。中小學教師可以在校外教學點多媒體室(校外教學點設在網絡條件教好的中小學)或家庭就近上網的方式,通過互聯網來訪問和學習;同時在校外教學點多媒體室或家庭本機操作,學習壓縮在光盤中的多媒體授課課件。該技術模式可以分為五大模塊:
(1)基于WWW的遠程教育系統
基于WWW的遠程教育系統提出了一個 基于Internet的網上虛擬集成學習環境。AnswerWeb系統、Web遠程測試系統、Web遠程交流環境、多媒體作業系統以及基于Web的網絡大學管理系統。
AnswerWeb系統----在一般學習過程中,提問與回答是提高學習效率的關鍵。而通常在一個領域的知識學習過程中,不同學生的問題往往具有相似性。另外,對學生所提的問題加以匯總和分析可以總結出教師在教學過程中的得失,作為反饋可以使教師能夠及時高效地調整教學方法,從而大大縮短了經驗教師的培養周期。
AnswerWeb即是在這樣的背景下提出的基于 Web的網絡自動答疑系統。通過關鍵字匹配、 搜索算法,和問題勾連技術,可以使學生在學習中快速得到問題的解答。系統提供問題分析功能,以使教師充分利用學生的問題資源,從而提高教學質量
Web遠程測試系統----基于Web的測試系統支持學生入網測試。學生只要接入Internet,可以從在何地點進行實時考試,考試完畢后立即可以得 到成績,同時教師可以立即統計、分析該次網上考試的學生成績以評價學生的學習情況,以及試卷的難易程度。本系統實時紀錄考生的考試狀態,若考生因網絡失敗而導致考試的異常中斷,其可以在下次登錄到系統中時,自動恢復到上次考試的中斷點。
Web遠程交流環境----遠程交流環境提供了一個基于Web的,異地師生交流的場所多媒體作業系統----多媒體作業系統為學生和教師提供了一個基于 Internet的作業、作業完成和提交的環境。 教師可以通過網絡將預先編輯好的基于各種媒體的作業 ------ 文本、圖片和語音,在 Web中。同時分散在各地的學生可以通過 Internet 瀏覽教師的作業,并可以利用本系統完成并提交作業。
基于Web的網絡大學管理系統----本系統綜合管理虛擬大學的教師、學生以及各類課程的信息。提供學員注冊、課程安排、分數查詢和交費情況等信息。
(2)基于光盤的多媒體課件壓縮系統
該系統利用最先進的多媒體壓縮技術把老師授課過程具有文字、圖片、音頻和視頻的多媒體課件壓縮在光盤上,然后郵寄給校外教學點,安裝在多媒體室的服務器上(網絡條件較好的校外教學點可以直接通過網絡線路下載多媒體課件),也可以直接郵寄給校外學生。學生在本機的多媒體環境下學習,根據教學計劃來安排自己的學習進度。
(3)遠程教學綜合信息庫
教學資源庫包含教育信息本地化、教學素材、教學課件、教學案例、習題庫、實習軟件工具庫等。
(4)網絡課程建設
中學教師繼續教育數學學科核心課程6 門
數學教學設計
高中數學教學疑難問題研究
數學教育比較與研究
數學方法論
國內外數學教改動態
現代教育技術在中學數學教學中的應用案例分析
中學教師繼續教育化學學科核心課程5 門
化學習題教學研究
化學競賽指導
日用化學選講
新材料、新能源專題
現代教育技術在化學教學中的應用案例分析
中學教師繼續教育英語學科核心課程5 門
聽說能力訓練專題研究
閱讀與寫作能力培養
英語視、聽、說
關鍵詞: 圖書館知識服務繼續醫學教育作用
作為在科技領域中發展最為迅速的學科之一,醫療科學隨著時代的發展和進步也在產生不同的變化。這就要求之前雖然經受過專業教育的醫務工作者,要結合時代的發展和進步,來采取多種方式進行新知識的學習和吸收,從而避免出現原掌握知識的退化,加強醫護人員的繼續醫學教育。與此同時,在市場競爭和自然競爭中,出現了新病種,這就需要相關醫護人員要不斷的加強自身的學習,不斷的提高自身的職業道德水平和職業技術水平,從而最大限度的適應現代醫學科學的發展。醫務人員學習新知識、新理論、新技術、新方法, 注重針對性, 實用性、先進性, 是創造性思維的一種終身性的醫學教育, 其特點是自導學習, 而不是老師指導下的培訓。本文詳細探討和研究了圖書館知識服務在繼續醫學教育中的重要作用,其還為醫護人員提供了有利的技術支持與全面的素材,從而更高水平的展現了醫院圖書館的教育職能,在一定程度上強化了醫護人員有效使用圖書館的意識與自覺地接受終身教育積極性。
一、繼續醫學教育的必要性
21世紀是經濟迅速發展和社會不斷進步的時期,也極大的促進了醫學科技的迅猛發展,醫學模式也在逐漸發生轉變,從傳統生物醫學轉向更加注重生物―心里―社會醫學。這就要求相關醫務工作者要結合醫學科學的發展和模式轉變來切實的增強自身的職業道德素質和服務水平,要不斷的充實自身的醫學新知識,開展新技術的學習,從而有效的增強醫學理論與醫學技術水平,進行知識結構的優化組合。眾所周知,作為緊張并且繁忙的臨床工作,相關醫護人員很難有空余時間與精力去專業學校學習,這就導致產生了接受教育的急迫性同相關工作性質特點之間產生了矛盾。為了有效的解決這一難題,繼續教育以其靈活、結合實際、針對性強等優點成為行之有效的培養途徑。同傳統的學歷教育和職業教育相比較,繼續教育更加開放,具有較高的層次,使其能夠成為實現醫護人員終身教育的主要方式和途徑。在這種條件下,開展繼續醫學教育在一方面能夠有效的滿足醫學研究人員的提高個人層次與專業素質的需求,在另一方面也能夠有效的提高醫院醫療水平,提高核心競爭能力,從而增加醫院經濟效益與社會效益,促進整個國家醫療衛生事業長遠健康的發展。
二、 圖書館在繼續醫學教育中的作用
2.1圖書館工作的轉變為繼續教育提供條件
當前圖書館在繼續醫學教育中發揮著重要的作用,具體而言,其作為在醫院的信息化系統管理中的一個重要的節點,其有效的發揮信息中心的作用,從而從各個方面和層次對醫務人員獲取、評估和使用情報的能力進行提高和培養,從而以此當做日后醫護工作的重要突破點,促進臨床醫護人員能夠有效的結合信息情報意識和醫學專業知識之間的關系。具體而言,在現實生活中,可以在醫院的圖書館內設立相關網絡課堂和有問必答等之類的欄目,從而充分的發揮因特網的巨大優勢,不斷的拓展和加深醫療信息。與此同時,還要不斷的搜集同本單位專業具有密切關系的醫學信息,進行相關信息簡報的編寫和宣傳。
2.2圖書館員素質的提高為繼續醫學教育提供了方便
隨著時代的發展和進步,當前現代化管理對情報人員提出了更高的標準和要求,應用到現實中,則是要求圖書館員不斷的轉變服務觀念,強化對相關醫護人員的業務技能和知識的培訓,從而不斷的培養一批年富力強,具有廣博知識和技能,同時熟練業務、服務熱情周到的業務骨干。提高圖書管理員的職業道德素質和能力,可以積極主動的收集和提供專業全面的醫學文獻信息服務,為廣大醫護人員進行繼續醫學教育提供方便。在具體的工作過程中,并不是對資料進行簡單的收集與整理,而需要相關管理人員結合自身情況,對浩瀚的信息資源進行深層次的研究和加工,使用全方位和多樣化的服務方式,對服務領域進行不斷的擴展,與此同時加深管理員的服務層次和水平,促進信息服務朝著更快、更深、更專的方向發展。
2.3圖書館在繼續教育中起到橋梁與紐帶的聯系作用
作為知識傳播系統的重要組成部分,圖書館能夠在進行先進知識和科技成果傳播的過程中,將其有效的轉變為現實生產力,從而在此之中起到橋梁與紐帶的聯系作用。眾所周知,知識創新和技術創新是一項比較復雜和龐大的系統工程,這在一方面需要相關科研工作部門進行知識生產宣傳和培訓,在另一方面則需要圖書管理員進行知識信息的收集、加工、管理和服務,從而在最大程度上增強知識的傳播與應用。
三、醫院圖書館的教育職能
隨著經濟的發展和社會的進步,不斷的增強了圖書館的教育職能。在現實生活中,醫院圖書館在擁有浩瀚文獻資料與信息的基礎上,不斷的進行知識和信息的更新與積累,從而有效的豐富和擴展醫護人員學習和積累新知識的方式與途徑,并為其學習提供有利的條件。具體而言,醫務人員可以進行一些同本專業有關聯的文獻期刊開展閱讀,這也是其進行繼續醫學教育的合理和最佳方式,而護士人員可以充分的利用圖書館,從而不斷的增加自身素質,提高護理水平,這在另一方面也展示了繼續醫學教育的重要作用。
3.1 醫務人員利用文獻檢索繼續教育
這在現實生活中,主要表現為醫護人員通過計算機進行醫療文獻的檢索,從而開展醫護人員的繼續醫學教育工作,這也是提高醫護人員的整體業務素質和職業技術水平,提高醫護人員的信息素質和專業水平的重要方式,同時也是增強醫務人員科學研究水平與服務質量的有效途徑。相關,醫務人員可以通過對醫學文獻信息的學習和檢索,從而及時有效的了解最新的醫學科研動態,與此同時進行先進臨床診療技術的學習與傳播,以此來提高自身醫學經驗和方法。這就要求圖書館要開展系統性文獻檢索培訓,以此來增加醫護人員的信息意識,有效的增強其信息能力和道德水平。在實際生活中,受到技術條件和經濟條件所限,一些基層衛生技術人員由于未經受過正規的檢索培訓,因此當其面對一流的計算機和設備與豐富的電子信息資源時,常常舉足無措。這主要是因為當前其所擁有和掌握的文獻檢索知識,已經遠遠落后于時展的潮流,而當前通過自學或者其他途徑來有效的獲取文獻檢索知識與技能又存在著較大的困難。因此通過開展系統性的文獻檢索培訓,能夠有效的幫組醫務人員詳細的了解和掌握計算機檢索與網絡檢索的基本原理,從而有效的獲取和利用專業文件信息。
摘要:本文探討了程序可視化技術在程序設計語言教學中的應用問題,并介紹了筆者所設計的用VB編寫的冒泡排序算法的程序可視化應用實例。
關鍵詞:程序;可視化;教學
中圖分類號:G642
文獻標識碼:B
引言
可視化技術充分發揮了人對幾何圖形圖像的認知能力,采用視覺方法為科學研究、工程設計領域和教學應用提供了新的解決方法或學習方法,成為近10年來計算機科學中的熱點,其理論和技術也日益成熟,并運用到計算機科學的許多領域。程序可視化就是利用計算機的圖形對所研究的程序的功能和行為進行圖形模擬。在這個模擬可視化的過程中困難的是最大限度地使模擬出的圖形易被人們理解。而且每一個不同的程序就要使用不同的方法進行圖形的可視化模擬。這都給程序可視化的研究帶來了許多的困難。但是隨著計算機多媒體通信技術的不斷進步。計算機日益支持各種高級的人機接口形式。能給人們提供更多的圖形表現形式。以滿足人們各種不同的表現方式。
程序可視化直觀地將程序用圖形來表示。圖形能給人直觀的感覺,使難懂的程序變得明了和富有表現力。可視化可分為多種,如程序可視化、數據可視化和算法可視化。程序可視化包含程序執行的動態表現。程序可視化能幫助我們理解程序是如何實現的。它的效率如何。這個程序與其他程序有和不同之處。因此有必要進行程序可視化的應用研究。
由于每一個程序的不同,所以就沒有一種程序可視化的模擬方法是萬能的,即既可以用于這一程序可視化,又可以適用與其他的程序可視化。對各個程序可視化問題需采用不同的方法,從這一點來說,程序可視化是一門藝術,只要靈活運用,精心設計,就能達到易于理解和藝術化的境界。目前Windows操作系統為我們提供了優美的圖形化設計環境,而許多面向對象的程序設計語言使人們有了更多的選擇余地。
計算機的普及應用和軟件的開發利用,計算機輔助教學在課堂教學中的作用越來越大,特別是在較難理解的課程的課堂教學中的作用更為明顯,因為它可以將聲、光、電有機地融為一體,使學習者耳目一新,同時又激發了他們的學習興趣,達到了事半功倍的效果。然而計算機程序設計語言課程自身的輔助教學卻遠落后于其他課程的計算機輔助教學在課堂教學中的應用。這是我們計算機語言程序設計課程教學的教師對此沒有足夠重視。本文提出的程序可視化技術在計算機語言程序設計課程教學中的應用。能夠利用計算機的圖形展示程序的功能,能激發學習者的學習興趣。
1程序可視化的過程
可視化技術運用于科學研究的全過程。可視化處理過程從大量原始數據的采集開始,通過過濾,去除干擾因素及噪音,經過映射將數據轉化為基本的幾何圖形元,利用它們,并結合設計好的圖形生成模型,采用圖形圖像技術,繪制成圖,最終反映給用戶。其流程如圖1。
在框圖中,各模塊獨立作用,完成獨立的功能,并將處理過后的消息傳遞給其他模塊。通過準確設計模塊的工作任務,用戶就能避免重復的編程設計。由于模塊功能獨立運行,因此為系統的并行實現提供了可能性。
2程序可視化的應用設計
本文實現程序的可視化方法是在原用于教學的源程序中插入一小段程序用于實現程序的可視化,而不破壞源程序的結構。這樣可以使本方法具有一定的通用性,也便于程序的學習和理解。這一小段用于程序可視化的程序不會破壞源程序的正常運行。是否加入這一小段程序,僅僅在于是否使這個源程序有可視化的功能而已。這種方法特別適合于初學程序設計的人員,以及在程序設計語言教學中的應用。在這里我們使用的是可視化編程語言Visual Basic。
Visual Basic是極其有特色和功能強大的軟件,主要表現在:所見即所得的程序界面設計,基于對象的設計方法,極短的軟件開發周期,較易維護的生成代碼。它也是我們學習計算機程序語言的入門高級語言。在這里所說的可視化程序語言主要指的是程序設計過程的可視化,即所見即所得的程序界面設計,不同于本文在這里討論的程序可視化。程序可視化是為了把程序運行過程的可視化。即把程序運行過程用圖示的方法顯示出來。
在本例程序中,我們是用不同大小的圓表示不同大小的數據,這在冒泡排序程序中是很形象化的,形象地再現了冒泡的過程。在其他的排序程序中可以探討其他的表現方式,以最能再現該程序的過程特點為目標。
3程序可視化的應用實例
以在高級程序語言教學中最常見的冒泡排序程序為例。可視化的冒泡排序程序如下:
For i = 1 To 5‘原程序部分
For j = 1 To 5 - i
If a(j) > a(j + 1) Then
t = a(j)
a(j) = a(j + 1)
a(j + 1) = t
For k = 1 To 5‘插入的可視化部分程序
Circle (i * 3000 + j * 800, 300 + 1000 * k), 38 * a(k), 99 * i
Text1(k - 1).Text = Str(a(k))
Next k
End If
Sleep (1000) ‘延時等待
Next j
Next i
For i = 1 To 5‘插入的可視化部分程序
Text1(i - 1).Text = Str(a(i))
Print a(i)
Circle(18800,800 + 1000 * i),30 *a (i),5
Next i
程序運行結果如下圖所示:
從以上的程序運行結果可以清楚地看出本程序的運行共交換了幾次,比較兩個相鄰圖形,即可知道每次交換的是哪兩個數據。在這里的數據是從文本框數組中輸入的。我們在程序運行中可以改變這些數據以便于觀察不同數據時的排序過程。我們可以把本可視化的部分程序插入選擇法排序程序中同樣能得到該程序可視化的效果,也能清楚地分辨出這兩種排序程序的不同之處。
參考文獻
[1] 但靜培等. 基于編譯技術的程序可視化[J]. 計算機應用研究,2002,(10):51-52.
【關鍵詞】虛擬技術 實踐教學 傳感器 檢測技術
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2013)02-0234-02
目前在我院傳感器與檢測技術實踐教學中,學生通過操作實物模塊來實現各個參數的測試,但因受實驗硬件條件的限制,檢測中測量參數無法實現自由改變,這對它的特性分析帶來了一定的局限性。同時學生在反復練習過程中,設備容易損壞,其性能也會受到影響,這對課程的實踐教學帶來了一定的局限性。因此在實踐教學中引入了虛擬技術教學,通過虛擬的操作面板,用LabvIEw仿真軟件來實現相關參數的測試。
一、虛擬儀器簡介及虛擬技術在實踐教學中的意義
(一)虛擬儀器的含義
所謂虛擬儀器,就是用戶在通用計算機或者工作站平臺上,根據測試任務的需求來定義和設計儀器功能,通過數據采集卡,利用軟件來處理采集進來的數據,實現用戶自擴展傳統儀器的所有功能。
(二)虛擬技術在實踐教學中的意義
在傳感器與檢測技術實踐教學中引用虛擬技術,學生通過虛擬平臺的學習,可以提高學生的初步分析及感性認識,鞏固學生的理論知識。學生可以不受實踐硬件條件的限制,通過虛擬操作面板設計、選擇,及大地彌補了設備的不足。學生可以不用擔心損壞設備問題而大膽地進行實踐,并根據實踐情況及時進行改進和優化,省去了大量繁瑣的工作,節省了大量時間。
利用虛擬技術,可以徹底打破檢測技術受空間及時間的限制,如一些需要長時間才能觀察的變化過程,通過虛擬技術,可以在很短的時間內呈現給學生。虛擬制造技術還可以應用計算機、交互外設及軟件來構建一個虛擬的生產環境,使學生能如同在制造現場一樣,與熒屏上出現的制造過程進行自由交流。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬和虛物實化,通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。
利用虛擬技術,可豐富課堂教學內容,展示全方位、多角度的教學內容。將實訓等技能訓練搬到課堂中進行,由于這些虛擬的訓練系統無任何危險,學生可以反復練習,直至掌握操作技能為止。在課程教學中可以在虛擬實訓室中進行訓練,可以節約大量昂貴的儀器設備費用。解決在教學現場訓練實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題,從而有效節約教育成本。
二、基于虛擬技術在傳感器與檢測技術實踐教學中應用的基本思路
傳感器與檢測技術實踐教學模塊中是由多光電檢測模塊、溫度檢測模塊、環境檢測模塊、力檢測模塊等組成。就其中的溫度檢測模塊來說明虛擬技術在實踐教學中應用的基本思路。基于虛擬技術的溫度檢驗技術,主要是通過LabvIEw平臺構建虛擬畫面,模擬仿真實際的溫度檢驗儀器,檢驗儀器通過軟件實現部分功能。主要思路是:通過溫度傳感器獲取現場溫度信號,經過信號調理,通過數據采集卡采集數據,再由信號選擇、調理之后送入計算機,由測控軟件進行分析、顯示、存儲等,利用虛擬仿真技術,能完成實體設備無法實現的大部分功能,最終通過數據參數的變化,來自動實現對溫度的檢測。
在原有溫度檢測模塊操作中,學生只能在現有硬件條件下實現電路的構建,完成溫度到電壓信號的轉變,但現有的硬件無法實現電壓信號的變化到實際監測環境中溫度的變化。而虛擬儀器中可視化圖形編程語言平臺,提供豐富、功能強大的數據處理軟件包,通過虛擬溫度程序框圖構建及虛擬的溫度運行結果畫面監測,能直觀的反映溫度的變化情況,與企業實際運行環境一致,非常方便學生的學習,提高學生學習的激情。
三、基于虛擬技術的K型熱電偶溫度檢測的實現
基于虛擬技術K型熱電偶溫度檢測的硬件實現是由計算機、加上數據采集及電路組成;軟件實現運用編程方法,通過建立動態模型庫來實現溫度仿真檢測。采用虛擬技術進行檢測優點突出,即可以縮短檢測時間、可減少工作量、提高效率;數據檢測時可及時保存、顯示,方便讀數。
(一)硬件實現
K型熱電偶溫度檢測系統主要由虛擬儀器和信號接口采集組成。溫度檢測過程中首先由熱電偶傳感器檢測溫度變化,采用運算放大器對取樣電阻兩端的信號進行差分運算放大并轉換為電信號,輸出的信號以過通道選擇送到數據采集卡,最后由計算機進行處理。
K型熱電偶電路如圖:
(二)軟件實現
基于虛擬技術K型熱電偶溫度檢測系統,軟件部分采用參數庫及函數庫調用模式。模型庫的開發主要建立在LabVIEW仿真模塊上。這些工具為建立K型熱電偶溫度檢測系統的模型庫提供了一個完整的平臺。基于虛擬技術K型熱電偶程序連接圖如下:
K型熱電偶溫度檢測結果可以在面畫中進行顯示,如下:
四、結束語
隨著虛擬技術的不斷發展,在實踐教學中廣泛采用。虛擬技術應用在傳感器與檢測技術實踐教學中,能夠在各個檢測模塊中直觀地反映測量的現象,這樣有利于拓展學生的思路、提高學生的學習積極性。
參考文獻:
[1]傅曉程.虛擬技術在電工電子實驗中的應用[D].浙江大學碩士學位論文.2007,10:1-32
【關鍵詞】虛擬現實技術 建筑裝飾 微課教學
【Abstract】With the development of virtual reality technology, virtual reality technology is increasingly integrated into the teaching, the virtual reality technology in architectural design of micro teaching with traditional production methods elusive advantage; modern interior design education and curriculum integration of theory and the practice is a great supplement.
【Keyword】Virtual reality technology;Building Decoration;Micro Teaching
近年來微課形式的出現吸引了不少教育研究者和一線教師。微課作為傳統教育的輔工具,為師生提供了一種全新教學模式。在裝飾設計教學中微課的運用豐富了教學手段,有助于提高裝飾設計教學質量,但是傳統的微課拍攝方式存在不少問題,比如:拍攝出來的微課視頻清晰度不高,視頻的畫面單一不生動、錄制的過程讓老師感到拘束等問題。由于各種現實條件限制,導致裝飾設計微課質量不高。但是近年來虛擬現實技術迅猛發展,在很多領域得到運用,虛擬現實技術也以極快的速度融入教育教學中,同時也在建筑裝飾設計教育教學中得到了一定的運用,虛擬現實技術能將三維空間的環境清晰的再現出來,能使學習者直接與虛擬裝飾環境中的各種對象進行交互作用,從而使虛擬現實技術在裝飾設計微課中的運用成為一種選擇,在微課中結合虛擬現實技術并通過多種形式參與到教學的過程中去,從而能夠較好的把控整個教學過程。
首先,虛擬現實技術和裝飾設計微課具有互補性。虛擬現實技術和裝飾設計微課可以相互滲透、相互融合,可以提高裝飾設計微課的質量。裝飾設計微課以視頻為主要載體,核心組成內容是課堂教學視頻,課堂教學視頻包含教師講授視頻、演示視頻,裝飾設計中很多課程內容環節需要對建筑空間重構演示,這些重構演示效果是課堂講授永遠無法達到的,而采用裝飾空間施工現場拍攝視頻往往周期比較長,有些工地施工工期長達幾年,花費大量時間而且拍攝效果也不近人意;虛擬現實技術利用計算機建立虛擬的建筑裝飾結構模型并生成逼真的三維空間,結構構件可以進行拆分,利用動畫漫游可以清晰再現裝飾空間,所以利用虛擬現實技術進行建筑空間重構可以較好的解決講授課程中難以說明的知識點。
其次,虛擬現實技術和裝飾設計微課情景化的互通。裝飾設計微課資源組成的“情景化”與虛擬現實技術強調的“臨場感”具有相似性,虛擬現實技術的“臨場感”在裝飾設計微課中的運用更具有“情景化”的感受。裝飾設計微課營造真實的、具體的、典型案例化的教與學情景中,虛擬現實技術用計算機建立虛擬的建筑裝飾模型并生成逼真的三維視、聽空間,通過虛擬現實設備,對虛擬建筑裝飾世界進行互動。使用者進行位置變換和移動時,電腦能夠及時進行復雜的運算,將精確的三維影像反饋,制作成漫游視頻,使之產生身臨其境的感受。學生在這種仿真的、比較具體的、典型案例化的教學情景中可易于實現“隱性知識”、“默會知識”等高階思維能力的學習,進一步提高學生學業水平。
第三,虛擬現實技術和裝飾設計微課共通性。虛擬現實技術與裝飾設計微課在使用時間上有共通性。裝飾設計微課教學時間不長,一般5-10分鐘左右;虛擬現實在建筑裝飾設計教學中的應用不僅僅是一個設計工具,而且還是一個演示媒體,它用計算機建立虛擬的建筑裝飾模型并生成逼真的三維視、聽等效果,微課制作者可以完全按照自己的構思去構建裝飾“虛擬”的空間,并可以任意變換主體在房間中的位置,進行漫游技術處理,生成漫游動畫,其效果逼真,具有較強的臨場感,而且制作5-10分鐘相對來說比較經濟,費時不多而且簡便實用。
第四,虛擬現實技術和裝飾設計微課經典示范案例性。“微課”選取的教學內容一般要求主題突出,追求真實、具體、典型案例化的教與學情景。虛擬現實技術在裝飾設計工程技術中的運用,往往可以用來構建經典示范案例;在裝飾設計微課教學中,往往有大量的裝飾施工案例,這種案例如果使用拍攝視頻的形式來制作,具有很長的周期,有些項目施工周期達到四、五年,甚至更久,而且裝飾施工項目中的結構構造不容易通過拍攝體現;而虛擬現實技術在裝飾工程中的運用可以打破空間、時間的限制,利用虛擬現實技術,可以徹底打破時間與空間的限制。大到建筑群,小到裝飾面板、螺絲釘,都可以進入其內部進行結構構建和觀察。一些需要長時間的裝飾施工過程,通過虛擬現實技術,可以在很短的時間內呈現出來。例如,裝飾裝修一個大型酒店,其施工過程往往需要幾年,而虛擬現實技術在短時間內就可以實現。所以在裝飾設計微課中通過虛擬現實技術具有較大的優勢。
總之基于裝飾設計微課的特征,綜合運用虛擬現實技術,可以構成了一個主題鮮明、形象逼真、具有臨場感、結構緊湊的裝飾設計微課“主題單元資源包”,營造了一個真實的“微教學資源環境”。教師和學生在這種具體的、典型案例化的教與學情景中可易于實現裝飾工程“隱性知識”、“默會知識”等高階思維設計能力的學習并實現裝飾技能、風格的模仿和提升,從而迅速提升教師的課堂教學水平、促進教師的專業成長,提高學生學業水平。
參考文獻:
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