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關鍵詞:統計學;案例教學法;應用
《統計學》是一門應用性極強的方法論科學,它的產生和發展始終與實踐緊密聯系在一起,職業學校的學生是將來直接面向社會的應用型、實用型人才,而不是理論型人才,因此統計學教學要突出學而有用、學而能用、學而致用的特點。案例教學法在教學中是一個非常實用、非常有實效的教學方法。
一、在統計學中運用案例教學的必要性
案例教學著眼點在于學生創造能力以及實際解決問題的能力的發展,不是復制性地讓學生被動地接受細節的知識和技巧,實際上是一種“做中學”的形式,它在經驗和活動中獲取知識,增進才干。案例教學本質上是一種模擬實踐的過程,它對激發學生專業學習興趣、培養學生專業素質、提高學生在實踐中探究學習方法的自覺性、有效地將理論知識轉化為專業技能等方面都發揮了重要作用。在教學中教師實際上更多地從講臺前站到了學生的背后,只起著一個啟發者的作用,這既調動了學生的積極性,也可使學生有展示自己能力的機會。通過案例不僅可以獲得認識的知識,而且有利于提高其表達討論能力,增強面對困難的自信心。
統計學的產生與發展與社會活動密切相關,這門學科的強大生命力在于它的高度實踐性,其研究的出發點和歸宿點都是社會實踐服務。而教學的對象都基本沒有經歷過社會實踐的鍛煉與積累,在接受統計學這門實踐性要求較高的課程時,由于沒有感性認識而一頭霧水,無從理解。而在案例教學中,學生在教師的指導下,通過對案例情況的熟悉,運用所學的統計理論和統計方法對案例中待解決問題進行分析和研究,對計算過程和計算結果進行分析和評價,大大地縮短了教學與實際生活的差距。
二、案例教學法在統計學教學中的應用
1.精選教學案例。案例是組織案例教學的基礎,在統計學案例教學中,最費時又倍感艱辛的是找到適用的案例。目前教輔材料中大部分案例都注重理論分析,部分學校也開始一些自編案例輔導教材,但這些案例的背景資料或數據材料介紹不足,影響學生在充分占有資料的基礎上做出正確的理解、分析與判斷;有些只是純粹事實的描述和羅列,讓學生無法應用自身的知識基礎進行思考與解決。
選擇有價值的適用案例不容易,首先要廣泛收集和整理案例資料,例如,充分利用案例教材、參考書、報刊雜志、網絡資源,還可以向其它職業院校學習取經。其次是根據教學的需要,把現有的案例材料進行修改、補充、完善。第三是開展實際調查,將實際問題轉化為教學案例。
2.開展案例討論。為了達到預期的案例教學效果,必須有組織地開展案例討論。例如,在介紹“算術平均數”這一內容時,采用學生們所熟悉的“平均分數”、“平均身高”、“職工平均工資”為實例,進行討論。討論可以采用個人發言、集體辯論或是班級討論的形式。也可采取小組討論的形式進行,每小組指定一名組長,一名秘書負責記錄工作。討論時小組中每個成員都要發言,提出自己的看法和理論依據供組內討論和補充,最后各小組要有一名代表進行總結發言,闡述本組就案例問題所達成的共識以及存在的爭議。教師通過這個實例引導學生歸納、總結、抽象出“算術平均數=總體標志總量/總體單位總量”的公式,認識算術平均數的普遍特征,讓學生能從具體中歸納出一般。
3.適時點評與總結。在組織學生討論和分析交流案例的過程中,適當地進行幾次階段性點評是很有效的。對學生在討論中不夠深入的問題或關鍵遺漏點指出來,引導學生結合案例進行深入的分析,針對學生在案例討論中的積極表現,適時地給予表揚和鼓勵,以激發學生的學習興趣。點評可以采取教師點評或小組交流時的交叉點評,小組交叉點評更能吸引學生的注意力、興趣和激情。每次案例討論結束,教師要及時進行總結,首先分析學生的表現是否積極,討論氣氛是否熱烈,考慮問題是否深入透徹,分析問題的時候是否是利用了已學的理論知識。通過教師的總結,使對案例問題的討論在原有討論分析的基礎上有所升華,從而使學生在案例教學中所獲得的知識更具有完整性、條理性、系統化。
三、實施案例教學法應注意的問題
1.不要把案例教學與舉例教學混淆。案例教學是以案例為基本教學材料,將學習者引入教育實踐的情境中,通過師生之間、生生之間的多向互動、平等對話和積極研究等形式進行教學。其目的是訓練學生思維能力,提高教學效率,增強教學效果。采用案例教學時要注意,不要把案例教學當成是舉例教學。案例教學要把學生放在實際的環境中,讓其通過對周圍環境和事件本身的分析、討論、交流,做出正確的判斷和決策,提高分析問題和解決問題的能力;案例教學是組織學生進行自我學習、鍛煉能力的一種手段;在案例教學中,學生居于主要地位。而舉例是使一個較難理解的理論通俗易懂,是輔助教師說明問題的一種手段;在舉例教學中,教師居于主要地位。
【關鍵詞】統計學教學案例
案例教學法最先運用于法學界和醫學界,其后運用于管理界,它是通過對一個具體情境的描述,引導學生對這些情境進行討論的一種教學方法。《統計學》是高職院校經濟類專業開設的一門專業基礎課,與社會生活的關系密切。通過教學實踐我認為,在《統計學》授課中正確運用案例教學法,能得到比較好的教學效果。
一、運用統計案例教學的必要性
統計教學包括教學目的、教學內容和教學方法三個基本要素。教學目的是教學的核心,教學內容和教學方法都是為實現教學目的而服務的。統計教學以學生為中心,是統計教師的“教”和學生的“學”相結合的雙邊活動,因此既要調動教師的積極性,也要調動學生的積極性,這樣才能較好地實現統計教學的目的。
統計案例教學是指在教師的指導下,學生通過對案例情況的熟悉,運用所學的統計理論和統計方法對案例中待解決問題進行分析和研究,對計算過程和計算結果進行分析和評價,從而選擇一個最優解決方案的過程。
與一般的課堂討論不同,案例教學是以現實中的實踐問題和實際觀測數據為依據,以學生為主角,學生運用所學的統計理論和方法,對從社會實踐中獲得的第一手資料進行討論、分析、研究和論證,選取最優的解決問題的辦法,老師只起引導作用。統計案例教學本質上是一種模擬統計實踐的過程,它對激發學生專業學習興趣、培養學生專業素質、提高學生在實踐中探究學習方法的自覺性、有效地將理論知識轉化為專業技能等方面都發揮了重要作用。
二、統計學案例教學的特點
案例教學法改變了傳統教學方法教學內容死板、教學方式單一和教學效果不佳的缺點,從對學生進行素質教育和培養創造能力的角度,彌補了傳統教學方法的不足。與傳統教學方法相比,它具有以下幾個鮮明的特點。
1.強調學生學習的主動性和積極性。
傳統教學方法的主要目的是讓學生了解、掌握知識,其一成不變的教學內容和模式,學生味同嚼蠟,學生只是被動地吸收知識,最后得到的效果就是使其不思進取缺乏新意。統計案例教學是以學生為中心,學生是教學的主體,教師是組織者和引導者,引導所有學生積極參與在討論中,各抒己見。學生與學生之間有一種信息的交流,學生會積極思考,相互啟發、討論,他們會覺得這一學習過程很有趣,會主動積極地參與到這一過程中,對抽象的理論知識能有更直觀、透徹的理解。
2.重視學生分析問題、解決問題能力的培養。
傳統講授法是教給學生正確答案,下結論的教學方法。統計案例教學注重引導學生運用所學知識來解決實際問題,教學案例與教科書上的例題不同,例題的作用是單一的、有限的,通過例題只是掌握和熟練所學的統計方法及計算公式,而案例的作用是多方面的,它讓學生了解了分析問題的思路,要解決什么問題,如何解決,應用什么理論和方法,需要什么數據,怎樣解讀計算結果,并根據分析結果,提出針對性的對策和措施,訓練學生綜合運用所學知識去解決實際問題的能力,激發學生學習的興趣和求知的欲望。
3.注重教師在教學中的“導演”作用。
在傳統講授法中,教師的教色是講解員,強調的是老師對學生的一種“單向”傳遞,教師的責任在于把自己知道的書本知識傳授給學生,師生之間互動、交流很少。案例教學中,教師的角色是導演者,其角色是指導案例教學的全過程,課前要有針對性地精選案例,課堂上組織案例討論過程,去解決討論中發現的問題,最后要進行總結,對整個討論情況做出評價,因此在案例教學過程中,教師和學生之間不是簡單的知識“單向”傳遞,而是師生之間思想、心得、智慧的“雙向”交流,教師和學生都承擔了更多的教與學的責任。
三、案例教學中應注意的幾個問題
案例教學法有很多自己的獨到之處,經過近百年的探索,在美國和世界各地得到了廣泛的應用,顯示了案例教學法的重要作用和強大生命力。但全面運用案例教學法時要注意以下一些問題。
1.首先應編寫出本專業特色的案例教材,建立教學案例庫。
教學案例應該本著“以用促學,學以致用”的原則,圍繞不同的教學內容建立。每個案例都必須是真實事例,并配有相應的數據庫以供選擇各種統計方法進行分析,為了使學生對案例有全面深入的了解,還需對每個案例所涉及的數據的取得程序和方法、調查表的表式、樣本點的分布、數據的含義以及案例的約束條件等作具體說明。
教學案例要突出“精”和“新”,所謂“精”就是不求量多,但求質高,所謂“新”就是案例要與時進步,具有時代特征。對此作者在教學實踐中有體會:如每逢年末,組織學生適時地搜集國家統計局、地方統計局、網絡系統等公布的有關統計方面的主要資料和數據做與教學相關的新的案例,學生在完成案例的編寫過程中,既鍛煉搜集資料、整理資料的能力,也提高學生們運用知識的能力,正是統計課的一個教學目的,因此這項工作能取得一舉兩得的效果。
2.統計案例教學方法應和傳統授課方法相結合。
案例是為教學目的服務的,應與所對應的理論知識有直接聯系,即案例教學一定要在理論基礎上進行。只有將基本概念、基本原理理解得透徹,才能充分開展案例討論,取得實效。而在理論知識普及和更新方面,傳統講授式教學法具有其獨到之處,它能全面、系統地向學員傳授基本概念和基本知識。但在講授中要注意理論部分力求少而精,并注意啟示學員學習的主動性、自覺性,使學員在系統掌握知識、技能的同時,提高分析問題和解決問題的能力。
3.統計案例教學方法對授課教師提出了很高的要求。
它要求統計教師不僅要融會貫通統計理論和方法,而且要對案例中問題的解決思路和方法有熟練的把握。在案例教學中學生是主角,教師起引導作用,針對不同的統計教學案例,教師只有事先親自采用各種方法進行計算和分析,才能對學生使用哪些統計方法和統計分析軟件進行計算和分析提出建議,并對學生采用不同的分析方法和得到的分析結果作出比較透明的比較和評價。因此加強師資隊伍的建設,提高教師的整體素質,是案例教學法對教師提出的更高的要求。
4.實施統計案例教學過程中采用多媒體輔助教學,可以增加教學效果。
多媒體輔助教學方式是在授課過程中利用計算機、投影儀、網絡等多種現代媒體,在多媒體教室進行授課的方式。國外學者的研究成果表明,人們的學習有1.0%是通過味覺,1.5%是通過觸覺,3.5%是通過嗅覺,11.0%是通過聽覺,83.0%是通過視覺取得的。因此在實施統計案例教學的過程中,通過采用多媒體手段配合案例教學,能方便快捷地處理統計圖形、統計圖表,使教學過程變得直觀、形象,與傳統黑板加粉筆教學相比,多媒體教學還能節約板書時間,增大課堂信息量,而且圖文并茂、動感力強的課件又能增強學生的注意力和提高學習興趣,使教學效果達到最佳。
【參考文獻】
[1]閆曉波。非統計專業統計課程的建設問題[J].北方經貿,2002,(2):116~117.
一、引言
我國高等職業類院校主要培養的是高技能性、應用性的專業人才。統計學基礎課程是一門專門研究客觀現象所帶了絲事實反映的方法論科學,它具有綜合性、系統性、應用性等特點。這門課程作為專業基礎課,在我國的高職院校財會、貿易、管理類專業普遍開設,也是當代應用型人才的必備知識。近年來,為適應高職院校人才培養的需要,不少高職院校都對本院校的該課程進行了一系列的教學改革,以期望發揮統計學基礎課程的作用。但是就目前的教學效果來看,教師對于這門課程的教學仍然以傳統教學模式為框架,教學效果與教學目標尚存在較大的差距。因此,對高職院校開設的統計學基礎課程的實際應用進行探究,對于高職學生而言,可以進一步的深化課程的理論性學習,同時也有利于提高課程的教學質量和課程的實踐應用性。
二、統計學基礎教學現狀及存在的問題
筆者結合自己多年的教學經驗及對學生的課程教學效果的評估研究來看,傳統的統計學教學主要存在的問題如下:
(一)重視理論教學,忽視應用研究
就目前學生反映的情況來看,教師對于統計學基礎這門課堂的教學過分的倚重理論性知識的講解,而忽略了對這門課程的應用性問題探索。相對而言,高職學生學習的知識專業性更強,更傾向于實用化和實踐性。學生通過該課程的學習,不僅需掌握相關的理論知識,更重要的是能以此為工具,在采集到相關的數據后,能將這些數據轉化為反映事實的重要信息,通過這些信息來為決策者提供參考等。這也是目前我國高職院校學生普遍欠缺的能力。
(二)忽略與相關學科聯系,課程教學內容整合力度小
統計學基礎是一門專業性較強的基礎課,它與概率等、線性代數等學科聯系非常的緊密。但是在課程教學中,教師大多注重自身知識體系的完整性,忽略了統計基礎與相關學科的內在聯系,從而造成在教學內容上與其他課程多有交叉重復現象。
(三)課程設計缺乏創新性
目前,高職院校的教學大多以全課堂教學為主。統計學基礎這樣的專業課也是進行教師填鴨式的教學模式。這種陳舊的教學模式顯示不符合當前教學目標及學生的就業需求。另一方面,也不利于充分調動學生的思維積極性和創造性。對于課程本身而言,沒有起到培養學生發現問題、研究問題、解決問題的能力。
三、案例教學法的特點
案例教學是以案例為基本教學材料,將學習者引入教育實踐的情境中,通過師生之間、生生之間的多向互動、平等對話和積極研究等形式,提高學習者面對復雜教育情境的決策能力和行動能力的一系列教學方式的總和。教學案例具有以下特征:①案例要具有很強的故事性;②案例要含有教育兩難問題;③案例要蘊涵深刻的教育學或教育心理學等科學的理論、原則與原理;④案例要具有新穎性、講究時效性;⑤案例的背景要清晰。
案例教學并不單純是一種教學方法,它實際上是以教學內容的變化為前提條件的。案例教學也并不單純是一種教授法,它實際上也是以學生行為的轉變為前提條件的。如果學生仍然熱衷于自己先前的角色,把自己置身于教學過程之外,只是作為一個旁觀者,案例教學也就失去了意義。案例教學甚至不能簡單地定位在方法上,它所設計的層面是多樣、復雜的,如果教育觀念還是固守于傳統既定知識,培養一統人才上,案例教學的運用也就顯得多余了。
四、案例教學法在統計學基礎教學中的應用
案例教學法注重案例開發的過程和方法。目前學校開發案例有兩種不同的做法。一種是全面系統的開發,即由學校行政做出總體部署,各學科的教師有計劃地開發案例。另一種是零零星星的開發,即個別教師所進行的案例開發。如果學校的領導力量強,多數教師的綜合素質水平比較高,可進行全面系統的案例開發。
關鍵詞: 多元統計分析 案例教學 教學方法
一、多元統計分析課程的特點
多元統計分析是近幾十年來從經典統計學中迅速發展起來的一個分支,是一種綜合分析方法,它能夠在多個對象和多個指標互相關聯的情況下分析它們的統計規律。隨著計算機的廣泛應用及統計軟件的普及,多元統計方法已被廣泛應用于自然科學、工程技術、生命科學、經濟管理和社會科學領域,同時也促進了理論的發展。
多元統計分析屬于是概率統計的一部分,復雜的數學推導、論證,繁瑣的矩陣、線代計算,深奧的概率知識、抽象的概念和理論是這門課程的特點。如果有的學生學習在高等數學和概率統計的過程中沒有打好基礎,在最初看到該課程中大量的數學符號、公式推導時,就很容易產生畏難情緒。因此,我們在教學過程中需要配合各種統計軟件包如SAS,SPSS的操作,通過簡單的操作和計算,可以使學生利用多元統計分析方法解決實際問題更為簡單方便,而適合的案例教學更能夠將多元統計的理論和方法呈現于學生面前,加深學生對分析方法的認識和理解。
二、案例教學的特點
案例教學是由美國哈佛法學院前院長克里斯托弗·哥倫布·朗代爾于1870年首創的教學方法,后經哈佛企管研究所所長鄭漢姆推廣,并從美國迅速傳播到世界許多地方,被認為是代表未來教育方向的一種成功教育方法。在20世紀80年代,案例教學引入我國,逐漸應用于教學過程中,并被廣大教師認可。
案例教學是一種通過模擬或者重現現實生活中的一些場景,讓學生把自己納入案例場景中,通過討論或者研討的方式來進行學習的一種教學方法。學生在教師的指導下,根據教學目的要求,對案例進行調查、閱讀、思考、分析、討論和交流等活動,通過實例學習分析問題和解決問題的方法或道理,進而提高分析問題和解決問題的能力。一般來說,案例教學具有以下幾個特點。
(1)案例的目的性。教師在教學中通過選擇具有代表性的問題,讓學生在案例的閱讀、分析、討論中,建立起一套適合自己的邏輯思維方法和思考問題的方式,以提高學生分析問題、解決問題的能力。
(2)案例的真實性。案例所描述的問題應是真實、客觀的,不應加入編寫者的主觀想法。通過對真實案例的認識,學生根據自身對問題的理解,自覺利用所學的知識,得出自己的結論。
(3)案例的綜合性。教學中應用的案例應具有豐富的內容,需要學生綜合運用各種知識和靈活的技巧來處理。例如,教師可以通過分析、比較,研究各種各樣的成功的和失敗的管理經驗,抽象出某些一般性的管理結論或管理原理,讓學生通過自己的思考或者他人的觀點來拓寬自己的視野,加深對基本原理和概念的理解。
(4)案例的實踐性。通過教學案例,學生可以在課堂上接觸并學習到社會實際問題,實現從理論到實踐的轉化。在案例分析中,不存在所謂的標準答案,學生可以獨立思考,建立獨特的、適合于自己的思維方式。
(5)教學的互動性。在案例教學過程中,教師引導學生參與到案例中,教師與學生之間、學生與學生之間的交流、互動貫穿其中,促使每個學生主動地探索知識,尋求規律,自覺地將所學知識轉化為解決問題的能力。
綜上所述,與傳統教學方式相比,案例教學可以很好地鼓勵學生進行獨立思考。在案例教學中,學生拿到案例后,先要進行消化,然后查閱必要的理論知識。這不僅加深了對知識的理解,還加快了知識向能力的轉換,在能力培養上起到了積極的推動作用。
三、案例教學在多元統計分析教學中的應用
多元統計是一門應用性很強的學科,因此,在教學中只有密切聯系實際,學生所學的知識才能得以鞏固和加深。由于學生平時很少有參加實踐的機會,因此理論和實踐難以緊密結合,更談不上用所學的知識和方法去解決實際問題。案例教學則以學生為中心,通過對實際問題的研究、思考、剖析和辯論等一系列交互式探索,對分析問題做出明智判斷,同時加深對學習內容的理解。
例如,在學習聚類分析時,老師布置學生從自己感興趣的問題出發采集數據,要求樣本量不低于30個,指標不低于5個。有人收集學生在某學期的各科考試成績,有人收集學生的日常消費數據,還有人收集學生使用網絡的相關數據,等等。根據收集到的數據特點進行聚類分析,在聚類中可以考慮不同的類的個數(如三類或四類),也可以考慮不同的聚類算法(系統聚類法或快速聚類法)進行聚類操作,還可以考慮使用不同的距離公式來計算,從而得到多組分析結果。在此基礎上,通過對不同方法得到的聚類結果進行分析,可以比較出究竟是哪一種方式最適合實際數據,得到的分類結果最理想,從而引導學生理解聚類的原理和思想,掌握各種算法的異同。在這個過程中,會涉及指標的選擇、問卷的設計、數據的收集、數據的整理、方法的選擇、結果的分析與比較。各組學生通過合作和討論,加深了對學習內容的理解,提高了學習的興趣。
在學習因子分析方法時,老師給出的案例是根據上市公司的財務數據進行評價。上市公司的年報數據可以通過上網查找獲得,使用十分方便。在初始分析時,老師使用統計軟件SPSS的默認設置進行操作,通過得到的結果引導學生思考:按照默認操作得到的兩個因子能否涵蓋原有內容的大部分信息,滿足分析要求?每個因子代表哪些原始指標,是否具有可解釋性?如果不能得到滿意的結果,就可以使用軟件再次計算,并根據需要修改設置,比如提取因子的個數、旋轉的方法、因子的得分,等等。對于新的結果再次進行分析,特別是根據公因子所代表的原始指標考慮其命名,使因子具有可解釋性,比如體現資金實力的因子、體現盈利能力的因子、體現管理能力的因子。通過深層次的分析,學生能夠熟練掌握軟件的操作方法和分析實際數據的能力。
在案例分析的基礎上,老師可以提出類似的問題讓學生自己分析,達到舉一反三的目的。具體做法是將學生分成若干小組,每組由3至5人組成,要求各小組仿照教學案例自主選題,從實際問題出發,學會應用多元統計方法來分析和處理問題。通過這種方式,學生能夠分工合作,共同完成數據收集、選取、整理、計算、分析、決策,最終形成分析報告,這種練習既鍛煉了學生團隊合作精神,又培養了撰寫報告的能力。
四、結語
多元統計分析的教學過程是一項復雜的系統工程,通過實踐我們發現,案例教學是一種行之有效的教學方式,非常適合于該課程的教學。通過具體案例的分析,學生擺脫了理論學習的困惑,自覺地將所學知識應用于實際問題,真正做到了理論聯系實際。在教學過程中,如何將學生的被動學習變為主動學習,如何在教學過程中有效地開展研究性學習、協作性學習、探索性學習,是教學中需要進一步探討的重要內容。案例教學對案例資源的選擇、實驗設計、考核方式等均有較高的要求,在應用中還存在一些問題有待改進,我們只有總結經驗,不懈努力,才能爭取更大的進展。
參考文獻:
[1]劉琳,丁琨.案例教學在多元統計分析課程中的應用研究[J].農業與技術,2009(6):129-131.
[2]薛薇.統計分析與SPSS的應用[M].中國人民大學出版社,2011,1.
[3]劉銀萍,安麗微.多元統計分析課程教學的探索與實踐[J].吉林師范大學學報(自然科學版),2011(8):96-97.
關鍵詞:認知結構;整體認識;欣賞學生
中圖分類號:G633.6 文獻標識碼:A 文章編號:1992-7711(2014)09-0148
一、設計思路
在“概率與統計”這一課中,學習整體性認識統計和滲透統計的思想觀念尤為重要。因此,筆者通過讓學生觀看視頻、整體感受,以及利用實際問題來認識統計調查的整體過程和方法;利用學生感興趣的話題整體運用知識解決問題。讓學生始終帶著明確的目的、整體的思路、自然的思考去認知。體現“整體――局部――整體”的認知過程。
二、課堂實錄
1. 視頻引入――整體感受
師:請大家觀看我國今年第一季度經濟情況的新聞會片段,請注意片段中出現的數據:今年以來,國民經濟運行出現了積極變化,整體表現好于預期。初步核算第一季度國民生產總值65745億元,按可比價格計算同比增長6.1%,其中第一產業增加值4700億元……
師:片段中有許多數據,為了清楚了解,我已將它們做成一張表格
師:該發言人得出的第一季度經濟情況是好,還是壞?他的依據是什么?
生:好,根據很多同比增長的數據。
師:這就說明了,我們在生活中需要一些數據來了解世界的現狀以及變化規律。這些數據這么重要,他是怎么得到的呢?
生:應該是調查后,統計得到的。
師:你真棒,已經具有統計的思想觀念,請大家用掌聲對她表示欣賞。(同學們掌聲熱烈,表情愉悅)由此引出所講的內容。
2. 解決問題――整體認識
師:首先來解決身邊的問題,我們學校重視文化建設,每年舉辦科技節、讀書節、體育節、藝術節4個“文化節”活動。如果班長想了解全班同學對這4個“文化節”的喜愛情況,然后在班級舉辦一些活動,你認為他該怎么做?
生1:可以找個時間在班里表決一下。
生2:可以用問卷調查統計。
師:大家的方法都對。實際上大家都是想得到數據,即收集數據。
那么,如何去收集數據呢?方法有很多,例如剛才這位同學說的問卷調查就是常用的方法。如果用問卷調查,我們先要做什么?
生:設計問卷。
師:怎么設計?問題是什么?選項是什么?
生:問題是:下面四個“文化節”中,你最喜歡的是什么?選項:A.科技節 B.體育節 C.讀書節 D.藝術節 。
師:如果大家都將問卷寫好交給課代表,他能直接看出情況嗎?
生:不能,答案還沒有整理,可用表格整理。
教師贊賞同學們的討論能力、學習能力,并說明用計算機制做表格方便,出示:
教師介紹設計表格的橫、列內容,以及用劃記法記錄數據。
師:剛才我們用問卷調查的方法收集數據,針對這個問題有其他更簡便的方法嗎?
生:可以讓大家直接舉手。
教師按照他的方法現場得到表格:
師:如果要更直觀地看出表中的信息,你有什么辦法?
生:可以用條形圖。
師:對,可以用條形圖直觀描述數據,如何畫條形圖呢?
教師和學生共同探討畫條形圖的方法。并出示:
師:由圖得出大家最不喜歡的“文化節”是什么?喜歡它的有幾個人?你是怎么看出的?
生:大家最不喜歡的“文化節”是“科技節”,只有4人。我是先找到最矮的條形,它標示是4人,對應橫軸是表示“科技節”。
師:正確,大家的思維都很有條理性。每個條形既要看它橫軸表示什么,也要看它縱軸的高度表示的數值。在條形圖中能看出各部分占總數的比例嗎?
生:不能,可以用扇形圖直觀反應。
教師贊揚同學們反應真快。并出示:
師:你能根據扇形圖得出大家喜歡“文化節”的情況嗎?
生:由圖可知,大家最喜歡體育節,喜歡它的人數占總人數的41.2%。
師:如果讓大家自己畫扇形圖,你會怎么畫?
師生共同探討畫圖方法,并強調關鍵是計算各扇形圓心角的度數,圓心角=360°×比例。
師:現在有兩種統計圖都可以直觀描述數據,它們有什么異同點?
生:相同點是都很直觀,都能反應各部分的大小;不同點是條形圖是反應具體的數值,扇形圖是反應各部分占的百分比。
師:你的比較能力、概括能力好強啊!最后,你根據這些數據分析得出什么結論?建議班長在哪些“文化節”中多舉辦活動?
生1:我得出的結論是大家最喜歡“體育節”,所以建議班長在“體育節”中多舉辦活動。
生2:我建議學校取消“科技節”。
生3:不行,我建議改正“科技節”,讓更多的人喜歡它。
師:大家說得都對,只是分析問題的角度不同,都是根據數據的分析來決策的。回顧這次統計調查,經過了哪些步驟?
生:就是黑板上寫的這些過程。
師:在這次調查中,全班同學是要考察的對象,我們對全體對象進行了調查。像這樣考察全體對象的調查方法叫全面調查。例如:2010年我國進行的第六次人口普查,就是全面調查。
3. 鞏固檢測――發展能力
由學生獨立完成課本課后練習:1、2。
激趣應用:如果了解全班同學對《西游記》中的主要人物:唐僧(道德)、孫悟空(能力)、沙僧(規矩)、豬八戒(性格)的喜愛情況,來判斷大家的價值取向。你會怎么做?
學生口頭表述解決過程,完整地運用本節的內容。
4. 小結提升――形成結構
學生獨立回答,教師邊引導邊出示課件反映主要知識框架:
三、體會與反思
1. 進行有效的整體性教學
學生在視頻引入中有效地整體感受知識;從整體過程中學習局部知識,表現為學生對每一環節目的明確,從一個環節到下一個環節過渡自然,整個過程始終保持學習的主動性;在知識應用中,學生條理清晰、知識提取流暢,充分說明了整體性教學的有效性。
2. 抓住內容的本質
統計調查的核心是“讓數據說話”。本節課借助計算機統計數據和繪制統計圖表,將學生學習的重點放在理解統計的思想和從事統計的活動上來。
3. 培養學生的能力、滲透統計的觀念
本節課通過問題的解決這一核心,給學生充分的思考時間和空間,通過合作、交流用統計調查的途徑發展了各方面的能力,滲透了統計的思想觀念。
4. 學生的情感得到了充分滿足
本節課教師用欣賞的眼光積極評價學生的表現,讓學生體會成功的喜悅,增強學習的興趣和自信心。特別是熱烈的掌聲既將學生的思維充分地打開,也將學生的情感一次又一次地推向。
5. 教學設計和實施的不足之處
為了強調整體性設計,本節課的容量偏多,還有進一步推敲整合的空間。由于是公開課,過多重視課堂完善,個別環節不夠開放,例如應用問題只是讓學生口頭分析講述,沒有實際實施。
參考文獻:
[1] 吳亞萍.“新基礎教育”數學教學改革指導綱要[M].桂林:廣西師范大學出版社,2009.
一、案例教學法的實施
根據案例教學法設計要求,在鄭州航院信息統計職業學院會統系的統計學教學中運用了該教學方法。包括“鄭州市高職生消費行為研究”總項目、五個子項目(調研方案設計、統計調查、統計整理、統計分析、統計分析報告)、15個引導案例,即“1+5+15”的項目案例體系,在36課時內完成教師與學生互動的以典型案例的項目學習過程;之后安排36課時的實踐,模仿“鄭州市高職生消費行為研究”項目完成各項目小組的自選項目。通過項目分解,使統計教學過程流程化;以完成項目任務為目標設計典型案例引導項目學習,分階段實施,由淺入深,層層遞進。案例教學主要包括項目學習與項目實踐兩個階段:第一階段:示范項目學習,包括以下幾個步驟:第一步,示范項目引入與項目分解。我們設計了“鄭州市高職生消費行為研究”統計教學示范項目,根據統計工作流程將項目分解為鄭州市高職學生消費行為調研方案設計、鄭州市高職學生消費行為調查、鄭州市高職學生消費行為資料整理、鄭州市高職學生消費行為統計分析、鄭州市高職學生消費行為統計分析報告五個子項目。第二步,選取典型案例,引導項目學習。針對每一個項目任務,選取相對應的典型案例進行課堂案例教學,創設各種情景,完成學生對統計學知識的建構;學生通過課堂案例模仿,課后案例實踐開展項目學習。第三步,展示示范項目成果。向學生演示已完成的“鄭州市高職生消費行為研究”調研項目,點評示范項目的完成情況,對項目開發中的統計調查與分析方法進行總結,鞏固與完善學生的統計學知識,激發學生的求勝欲和創造激情。第一階段的教師角色定位是組織者與知識建構的引領者,通過教師設計、組織、實施示范項目與案例教學,引導學生主動參與項目學習,幫助學生完成主體性學習參與和知識建構。第二階段:項目實踐,包括以下幾個步驟:第一步,劃分項目實施小組。在統計學開課之初,在遵從學生個人意愿的前提下,按照科學性、異質性與平衡性的分組原則,依據學生的學習成績、知識結構、學習能力、性格特點等方面均衡搭配,將學生合理地編入各項目組。每組人員為5~8名,共10組。各組推舉出“項目經理”(組長),全面負責項目的實施,組織小組的學習討論。第二步,項目具體實施。由項目經理負責組織,針對本組項目任務開展研究討論,進行明確的具體分工。第三步,師生共同評定每個學生的實踐項目成績。首先由教師根據項目教學目的與要求,提出各項目完成情況的評價體系,明確各項目具體的測評內容及打分標準。然后根據各項目的完成情況,按學生自評、小組評議、教師評定的程序,客觀公正地給出每個學生的實踐項目成績。第二階段的教師角色定位是學生的導師和顧問。教師以單獨或協作的方式,判斷學生完成項目方面的學術要求,幫助制定和選擇能夠滿足這些需求的計劃,同時提醒學生所忽略的步驟,了解學生在項目研究進展的情況,及時提供線索、暗示和反饋,對項目全過程實施質量控制,最后做好項目評估。該階段的學生角色定位是實踐者與協作者。通過項目實踐,小組成員分工協作,展開交流、討論。
二、案例教學法實施效果分析
為了檢驗以案例為引導項目教學法的教學效果,以鄭州航院信息統計職業學院會統系會計專業為實驗對象,將2011級會計一班設置為實驗組,引入案例教學;將會計二班設置為對照組,仍然采用傳統的教學方法。教學結束后,我們對實驗組和對照組的班級進行了問卷調查,以評價兩種統計學教學方式。問卷采用五級李克特量表對學習效果、實踐能力、綜合素質、學習體驗四個方面共8問題進行了測量,從非常同意、比較同意、說不準、不太同意、很不同意分別設為5分、4分、3分、2分、1分,計算每個班級的累加得分與平均得分,進行比較分析。調查結果可以看出,在學習興趣和求知欲、知識理解和記憶、知識融會貫通、技能培訓、創新能力、團隊協作、學習快樂、學習成就感方面,采用案例教學法的實驗組得分要明顯高于采用傳統教學法的對照組。案例法教學實驗班的學生,統計學成績大多集中在80~90分之間,平均成績為81.43分;非項目法教學對照班的學生,統計學成績大多集中在70~80分之間,平均成績為73.57分。這表明接受案例教學法學生的統計學成績明顯高于非項目教學班的學生,而且成績變動的標準差較小,也表明案例教學對于學生協作學習,知識共享,共同提高有明顯的效果。
綜上所述,在高職統計學教學中采用案例教學法,以案例作引導,通過典型案例來創設情境,并通過參照案例來參與項目學習與實踐,是充分調動學生學習積極性、創造性、加強專業技術實訓與實踐能力培養的有效方式。
關鍵詞:案例教學;概率論與數理統計;案例選擇
作者簡介:李春麗(1979-),女,湖北荊門人,武漢科技大學理學院,講師。(湖北武漢430065)
基金項目:本文系科技部項目(項目編號:2009IM010400-1-25)、武漢科技大學教研項目(項目編號:2011x056)的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)14-0083-02
案例教學(Case-teaching 或Case Method)是指通過提供一個真實的或模擬的具體情景,有選擇地把問題呈現出來,讓學生置身于該情景之中,在教師的組織下,通過對案例的閱讀、思考、分析、討論和交流,開發學生發現、分析和解決實際問題的能力。它強調以學生為主體,以培養學生的自主學習能力、實踐能力和創新能力為目的。[1]簡單點說“案例教學”就是指在教學時要從問題到理論,再從理論到應用,而不是從概念到概念、從理論到理論。早在古希臘和古羅馬時代,案例教學法就有了最早的雛形,其中最著名的莫過于哲學家蘇格拉底所采用的“問答式”教學法。案例教學作為一種教學方法在國外有悠久的歷史,尤其在法律和醫學領域中效果出色且明顯,我國也在逐步嘗試這種教學方法。下面將對案例教學法在“概率統計”課程中的運用做一些探討。
一、傳統教學方法的缺陷
“概率論與數理統計”是研究隨機現象統計規律性的一個數學分支,它來源于實際生活,廣泛運用于實際生活,而且也是很多大學后續課程的基礎。因此,該課程一直是大專院校開設的一門主要基礎數學課程,也是理學、工學、經濟學碩士研究生入學考試的一門必考課。這門課程的重要性無需贅述,但是目前學生學習的狀況卻不容樂觀,究其原因,很多同學覺得該課程太枯燥了,理論性太強,因此沒有興趣。當然,作為一門數學課程,它有數學理論課程的共性:理論深奧,難懂;試題復雜多變;應用不能立竿見影。目前的教材及教師授課都存在重理論、輕應用的特點,缺少該課程本身的特色及特有的思想方法,使許多初學者產生了厭學情緒。
產生這種現狀的原因在很大程度上歸咎于統教學模式的機械化。在傳統的教學模式下,學生獲取知識的主要途徑就是老師灌輸,學生被動接受。這種“填鴨式”的教學忽略了學生的主體地位,同樣也沒有發揮出概率論與數理統計這門學科的特點。
二、案例教學法在“概率論與數理統計”課程教學中的適應性
“概率論與數理統計”雖然是數學學科的一個分支,但它又有別于其他數學學科,就是它非常直觀,這門學科里面絕大多數概念都直接來自于實踐。概率統計中的思想方法、原理、公式等理論的引入,最能激發學生興趣并使其印象深刻的做法就是從貼近生活現實的問題即案例引入,如果遇上的問題不能用已有的理論解決,則意味著人們必須創設新的理論。這些新問題怎樣解決?于是,新的概率統計的思想方法、原理、公式等理論便產生了。創設的新的概率統計理論可以解決哪些問題?典型案例即實踐中的問題又出來了。正如張家軍所說“突出的實踐性在案例教學中,它沒有直接簡單地告訴學生一個真實的社會組織在干什么,而是讓學生在社會生活方面發生過的案例中充當角色,學生運用已有的知識,通過自己的分析、思考,得出自己的判斷,作出自己的決策,實現從理論到實踐的轉化”。[2]
案例教學與傳統教學的區別是學生在校園內就能接觸并學習到大量的社會實際問題,彌補實踐的不足和實際運作能力匱乏的缺陷。所以在概論與統計的教學中應處處有案例,隨時能點亮學生智慧的火花。案例教學法是針對這門學科的一個非常好的教學方法。
三、案例的選擇
案例教學的目的實際上是希望學生從實際問題出發,掌握理論知識,進一步運用到實踐。為了達到這個目的,首要問題就是選擇案例。這實際上是案例教學中最重要也是最困難的地方,主要取決于老師的選擇。為了發揮案例的最大作用,在每個教學的環節應該慎重選擇案例。比如說,處在概念的引入階段時,案例發揮的作用應該是啟發學生提出概念,并且理解概念的必要性與合理性,而且不能占據太多的時間。此時選擇的案例一定要簡單,具有代表意義,讓學生直觀上就能明白下面的概念要表達的含義,也許學生提煉的語言和思想并不那么精練、準確,但通過與下面精確概念的比較,就能達到由現象進入本質的效果。
可以看這樣一個引入最大似然估計概念的案例:有一個學生和一個獵人去打獵,看到一只兔子跑過,聽到一聲槍響,兔子應聲倒下,問:這一槍最有可能是哪個人放的。這是一個非常直觀的問題,設置在課堂上既簡單又能夠說明事情。通過這個問題,學生的積極性都調動起來了,絕大多數同學都會回答這一槍一定是獵人放的。進一步,老師要引導學生揭示其中的原因,同學們會有不同的答案,都處在現象上面說明問題,最后老師可以根據學生的答案做總結:這一槍最可能是獵人放的。這里面有一個“小概率原理”:就是一個小概率事件在一次試驗中是不可能發生的,假如這一槍是學生放的,說明學生一槍就擊中兔子的概率是很大的,這顯然是不合邏輯的,因此這一槍最有可能是獵人放的。進一步老師可以根據這個例子,引入最大似然估計的思想:在一次抽樣中,取到了某個樣本,說明這個樣本出現的可能性最大,那么使得這個樣本出現的可能性達到最大的參數值就是最大似然估。通過案例這種直觀工具,加入學生的討論,會讓抽象的理論更加具體,使枯燥的課堂生動起來。
當然,在教學的中間環節,教師也可以設置一些案例,讓學生利用所學的概念和定理來解決實際問題。這樣的案例也要分成幾種,一種就是課堂上就能解決的,相對要簡單一些,可能處理的是某個單一的問題;另外一種就是課后處理的案例,這種案例相對復雜,綜合性更強一些,因為學生課后有足夠的時間,有時甚至需要查閱一些文獻,建立一些數學模型。
四、案例的應用
對于“概率論與數理統計”這門課程來說,一個非常重要的教學目的就是挖掘出概率原理的原始思想。傳統教學的講授方式往往直白地將定義、定理等的精確表達方式呈現在學生的面前,而這些經過加工的精練語言往往抹殺了最初的思想。案例教學試圖彌補這種缺點,再現原始思想。
這就要解決一個關鍵問題,如何運用案例。原始思想一般都來自于某些靈感的火花,或者說某種頓悟。案例實際上起到了這種效果,讓學生參與到案例的分析上來,仁者見仁,智者見智,提出自己的思想,在老師和其他學生的誘導和啟發下,往往使得問題的本質浮出水面,老師需要做的就是總結和提煉這些閃光的思想。
下面看一個案例應用的例子:區間估計從理論上直接闡述是比較抽象的,但其在實際生活中處處可見,為了引入這個概念,老師可以先引入一個醫學上的案例:血常規報告單上會有很多項目,看看其中一項白細胞指標,見表1。
在上面的單位下,正常人的白細胞指標參考值為:4.0~10.0,即當你的化驗結果上白細胞數量結果顯示是在4.0~10.0之間時,證明你的這項指標是正常的,那么這個參考值是如何得到的呢?如何理解參考值4.0~10.0的含義?
這是一個非常常見的案例,學生也容易理解。若干學生首先會想到,這個參考值是根據若干的正常人白細胞的數量推斷出來的,老師可以適當啟發,為什么推斷的值不用一個點(即點估計),而用一個區間。學生可能回答,即使正常人,白細胞數量也不一樣,取一個區間更合理一些。進一步,老師可以發問,為什么是參考值,所謂“參考”應該如何理解,學生可能會回答,即使有些人指標不落在4.0~10.0之間,他的白細胞數量也可能是正常的,4.0~10.0只是一個參考,并非絕對的。
實際上,通過這些提問,區間估計的直觀概念已經出來了,老師的工作就是將學生的回答總結起來:所謂參考值其實就是正常人的白細胞落在4.0~10.0的可能性,不妨認為這個可能性取值至少為95%(根據需要取值)。那么上述參考值4.0~10.0可以理解為:設白細胞數量為參數θ,那么。區間下限4.0和上限10.0是根據抽取的樣本確定的,95%可以理解為正常人的白細胞落在這個區間的可信程度,這就是所謂的“置信度”。
有了這個案例,后面區間估計的概念就是把這個案例里面的具體數值抽象化,學生對照著理解,就會非常容易。案例分析使學生掌握了從具體到抽象的認識方法,揭示了隱含在案例中的概率統計思想,尋求帶有普遍指導意義的內在規律,使之上升到理論高度。
案例教學中教師的主要責任在于啟發、引導學生進行獨立思考,一定要讓學生自己提出見解,并去分析、解決問題,當學生見解不統一時,再由教師引導學生展開辯論,逐步統一認識。從而培養學生分析問題、解決問題的能力。
五、案例教學法的應用效果
案例教學法改革了傳統的灌輸式教學方法,充分發揮教學互動的優點,體現了學生是教學主體,使原本枯燥刻板的數學概念、數學理論變得直觀易懂。案例教學法的討論模式既豐富了教學形式,又要求學生靈活地運用所學知識,模擬解決實際問題,促使學生主動思考、分析、解決問題。同時,學生間、師生間的合作分析與研討,還鍛煉和提高了學生合作共事與交流協作的能力。就如張寶臣所闡述:“一個出色的案例,是教師與學生就某一具體事實相互作用的工具;一個出色的案例,是以實際生活情景中肯定會出現的事實為基礎所展開的課堂討論。它是進行學術探討的支撐點;它是關于某種復雜情景的記錄;它一般是在讓學生理解這個情景之前,首先將其分解成若干成分,然后再將其整合在一起。”[3]
案例教學使學生在對案例的探究過程中和現有理論及實踐基礎上,將典型案例所涉及的理論逐個分解、逐步細化;同時,教師結合案例的應用,用通俗易懂的教學方式將這些理論講細、講透,讓學生真正理解并掌握案例所涉及的理論知識,從而降低專業課的理論難度。
在“概率論與數理統計”教學中采用案例教學法,學生普遍加深了對概念的理解,對理論的掌握,并且比其他教學法更易接受。學生的實踐意識、學以致用的信心和決心更多更強,并且在學習“概率論與數理統計”的過程中,提高了學生的語言表達能力和合作協調能力,具有很好的教學效果。
參考文獻:
[1]姜大源.職業教育學研究新論[M].北京:教育科學出版社,2007.
[2]張家軍,靳玉樂.論案例教學的本質與特點[J].中國教育學刊,2004,
[關鍵詞]機電一體化系統設計;案例教學;學習興趣;創新能力
當前我國正在實施《中國制造2025》規劃,這對我國工程教育特別是機械工程教育提出了更高的要求,機械裝備制造企業迫切需要具備機、電、控制、信息處理等多學科融合的機電裝備設計制造復合型人才。機電一體化系統設計是機械設計制造及其自動化專業的一門重要專業課,它涉及機械技術、電工電子技術、自動控制技術、檢測技術、計算機信息處理技術等相關技術,是該專業所有專業課中工程性、實踐性、綜合性最強的一門課程,該課程后續的教學環節為畢業設計。機電一體化系統設計課程的任務是在先修課程的基礎上,從系統工程觀點出發,綜合運用各種專業知識,分析機電一體化產品的各組成要素之間的關系,實現機電系統要求的功能。因此,該課程對于學生全面了解和掌握所修其他課程的聯系,建立機電一體化的系統思維體系,培養綜合運用專業知識的能力,具有重要的作用。機電一體化系統設計的教學內容包括機械系統設計、傳感器測試、電機與驅動、微機原理與接口、微型計算機控制等內容。各部分內容之間相對獨立,課程自身的理論體系不突出,缺乏整體感。另外這些教學內容中的有些內容在先修課程機械原理、機械設計、數控技術與數控機床、機械工程測試技術、微機原理與接口、單片機原理與接口、微型控制技術等課程中均有所涉及,極易造成教學內容的重復,給學生一種重復教學的感覺,從而降低學生對本門課程的興趣。針對上述問題,我校在實施機電一體化系統設計教學中,以實現機械、電子、控制、信息等各異技術融合為目標,以實現閉環運動控制系統的伺服性能為出發點,以系統接口設計為主線,以案例教學為教學手段將以上教學內容有機結合,實施案例教學改革。[1][2][3]
一、緒論教學案例設計
緒論部分是機電一體化系統設計課程的關鍵部分,該部分對于學生理解本門的課程的特點和體系結構具有重要的作用,該部分主要突出機電一體化系統的特點、組成、設計方法以及接口等。在教學過程中,我們首先對數控車床與非數控車床兩個案例在結構、功能、優缺點上進行對比,機電設備與非機電設備的區別在于增加了大腦“控制器”和神經“傳感檢測單元”,從而提高了設備的自動化程度、精度和效率等。通過數控機床、機器人、AGV小車、數控雕刻機等案例介紹機電一體化系統的組成部分及各組成部分的功能,強調控制器和傳感檢測單元在機電一體化系統中的作用。另外在講解這部分內容時,突出機電一體化系統各組成部分之間的接口連接,通過機械接口(聯軸器、傳動機構等)、電子電氣接口(A/D、D/A、放大器、光電耦合器)、通信接口(232串行口、USB、以太網接口等)、軟件協議接口(TCP/IP協議、USB協議等)等案例,講解接口在機電一體化系統中運動、能量、信息傳輸變換中的作用,強調機電一體化系統通過接口將各異技術集成在一起,形成特定的功能。在機電一體化技術方向方面,主要強調當前“機械功能電子化,電子功能軟件化”的發展趨勢,通過伺服電機變速代替變速箱,無刷直流電機代替傳統電刷直流電機,電子表代替機械表,電子秤代替機械秤,高能束加工代替刀具切削加工等案例講解機械功能電子化的發展趨勢及帶來的優勢。通過軟件PID控制算法代替硬件PID控制器,可編程控制器PLC代替邏輯繼電器電路,可編程邏輯陣列FPGA代替專用芯片等案例講解硬件功能軟件化的趨勢及優勢。通過以上案例,讓學生深刻認識機電一體化技術的發展方向及帶來的優點。在緒論部分實施案例教學,可以避免相關知識點的填鴨式和說教式教學,使學生對機電一體化系統設計這門課程有一個系統的認識,強化了學生對機電一體化系統組成、功能、設計方法等知識點的認識。
二、機械系統教學案例設計
由于教學對象是機械專業的大四學生,多數學生一看到“機械系統設計”這個標題就感覺這部分沒有新的內容,認為該部分內容是機械設計課程內容的重復,甚至認為這部分內容非常簡單,沒有必要在課堂上講。恰恰相反,機械系統設計是機電一體系統設計中最為關鍵的一部分。因此,在開始講解這部分內容前,應該首先點明機電一體機械系統設計與普通機械設計的區別,提高學生對該部分內容的興趣。在課堂教學中,該部分首先通過如圖1所示的機械一體化系統中典型的閉環控制系統,說明機電一體化產品中的機械系統與非機電一體化產品中的機械系統最大的區別在于:機電一體化產品中的機械系統是微型計算機控制的閉環系統的組成部分,因此在進行機械系統設計時必須要考慮機械系統的結構參數(慣性、剛度、摩擦、阻尼、傳動間隙、固有頻率)對閉環系統伺服性能(快速性、穩定性、準確性)的影響。基于這一區別,展開講解機械系統的結構參數對閉環系統伺服性能的影響,以及如何從機械系統設計的角度提高整個閉環系統的性能。機械系統設計部分的另外一個重要內容是傳動機構設計,通過齒輪傳動案例中的間隙、剛度等對伺服性能的影響,說明在機電一體化系統中應該盡可能縮短傳動鏈,提高閉環伺服系統的性能,并以伺服電機變速代替傳動機構變速、直線電機、力矩電機、電主軸等作為縮短傳動鏈的案例;只有當電機與負載不能匹配的時候才考慮使用傳動鏈進行力矩、速度、轉動慣量的轉換。齒輪傳動鏈設計部分包括最佳傳動比的選擇、傳動級數的選擇、傳動比的分配等,這三部分內容的講解都圍繞提高伺服性能為根本目標,重點講解最小轉動慣量原則、輸出軸轉角誤差最小原則分配傳動比。為了區別機械設計,本部分除重點講解齒輪傳動鏈設計外,還通過數控機床旋轉進給工作臺、A/C軸雙擺角銑頭、機器人關節減速器等案例講解了雙導程蝸桿蝸輪傳動結構、諧波減速器、RV減速器的各自原理以及在機電一體化系統中的應用。
三、計算機測控系統教學案例設計
計算機測量控制系統是機電一體化系統的核心,它負責采集機械部件的運動信息,并與給定值比較,生成運動控制指令。該部分的教學內容在機械工程測試技術、數控技術與數控機床、單片機原理與接口、微機控制技術等課程中均有涉及,因此,在本課程教學中將傳感器、伺服電機、工業控制機結合起來,以工業控制機為中心,以接口為橋梁,將相關內容通過案例整合在一起。首先簡單介紹增量式旋轉編碼器、光柵、感應同步器等位移測量傳感器的位移測量和辨向原理,由于上述傳感器直接輸出相位相差90度的正弦信號,因此隨后重點講解傳感器的接口電路如何對正弦信號處理獲得相位相差90度方波信號,以及如何完成變相細分等功能。在控制電機部分,重點介紹了步進、直流、交流電機的功率驅動電路,如斬波恒流功放電路、PWM原理、SP-WM原理等,比較了三種電機在扭矩和功率輸出特性上的不同點。最后以8051單片機為處理器,使用Proteus軟件設計了教學案例[4][5],涉及位移傳感器測量接口電路和D/A轉換接口電路,PID數字控制等知識點。
四、機電一體化系統教學案例設計
機電一體化系統是一個機械、電子、控制、信息等各異技術相融合的系統,在機電一體化系統設計課程的最后一章,以電腦刺繡機為設計實例,通過對這一典型機電一體化系統的設計過程,使學生能夠根據設計需求綜合應用機械系統設計、傳感器測試、電機與驅動、微機原理與接口、微型計算機控制等各方面知識來設計一個機電一體化的系統。如圖2所示,刺繡工藝的動作包括繡框在x、y兩個方向的直線往復運動和繡針在z方向的連續上下往復直線運動,通過這兩類運動的配合和刺料機構的作用形成線跡,繡框在x、y兩個方向的移動距離決定了線跡的長度和方向,繡品由線跡的集合構成。繡針在織物上方時,繡框沿x、y兩個方向移動到指定的位置,當繡針自上而下落到織物表面時,繡框停止移動,在刺料機構的作用下即完成一針線跡的動作。根據機電一體化系統的幾個功能要素,電腦刺繡機由微機控制系統(控制與信息處理單元)、移框步進電動機及主軸電動機(驅動與執行單元)、x、y、z三個方向的傳動機構及刺料機構(機械傳動單元)、針桿位置傳感器(傳感檢測單元)、220V單相交流電源(動力單元)、機架(機械結構單元)以及各部分之間的接口組成。由刺繡打版機輸出的刺繡花樣數據保存在電腦刺繡機的EPROM或磁盤中,電腦刺繡機的工作過程如下:控制微機啟動主軸運轉,由刺料機構帶動旋梭和針桿運動,微機從刺繡花樣數據文件中順序讀取每一針的x、y相對位移坐標,根據坐標數據通過兩個電機的協調運轉驅動繡框在平面內進行移動,微機通過讀取針桿位置檢測器的信號使繡框的平面移動與刺料機構的運動相互配合。電腦刺繡機設計參數的計算主要包括x、y、z三個方向運動件的運動參數和動力參數的計算、結構參數計算以及品質參數、環境參數和界面參數的確定。運動參數計算主要包括主軸轉速范圍的確定、繡框位移計算、繡框位移與主軸轉動的運動配合、繡框運動速度計算、主軸轉速計算、x、y步進電動機工作頻率及傳動比計算、移框加速度計算等;動力參數計算主要包括刺料機構驅動功率計算、移框步進電動機驅動力矩計算等;結構參數計算主要指刺繡機工作臺面的長、寬、高三個方向尺寸的計算及機頭頭距的計算;品質參數主要包括系統可靠性、傳動精度等;環境參數包括工作電壓、環境溫度、環境濕度等;界面參數則用于表征機器的人—機對話方式和功能。系統各部分之間通過接口進行連接,主要的接口包括微機系統前向通道與各傳感器模塊的接口以及微機系統后向通道與各功率驅動模塊的接口,各接口通過采用光電隔離技術防止外部模塊對微機系統的回饋干擾以及防止強電信號對微機電源的干擾。盡管電腦刺繡機由微機對刺繡工藝實行全面控制,但刺繡過程會出現斷線、斷針等隨機因素。為保證刺繡工藝的準確進行,系統必須對針桿位置、繡線通斷狀況、繡框極限位置進行實時檢測,因此,系統必須包含繡針布上布下位置檢測、針桿最高位置檢測、斷線檢測、繡框越界檢測等傳感檢測模塊。各傳感器模塊與微機系統前向通道之間需要進行接口設計,另外,微機系統后向通道與電機驅動模塊之間也需要進行接口設計。微機控制系統是電腦刺繡機系統的核心,根據用戶要求和工藝分析,控制微機除完成用戶的基本要求外,還應具備花樣存儲與選擇功能、記憶功能、工作狀態顯示功能、各種進退針功能等功能。微機控制系統設計除滿足上述設計要求外,還應對控制微機的軟硬組成方案進行初步設計。
五、結束語
針對機電一體化系統設計課程工程性、實踐性、綜合性最強的特點,圍繞機械一體化閉環伺服系統的各組成要素,實施案例教學,通過典型案例實現理論教學和實踐教學相結合的教學方法,不但加深了學生對機電一體化系統的理解,而且提高了學生學習興趣、自學能力和創新能力,取得了良好的教學效果。
[參考文獻]
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(江蘇省宜興第一中學, 214206)
摘要:技術課程標準對學生提出了有別于其他學科的獨特要求,即希望通過本學科的學習能夠提高學生理解技術、評價技術、管理技術和使用技術的素養,培養學生密切聯系實際,自主地、有創造性地解決生活中遇到的問題的能力。在通用技術課堂教學中,教師選取合適、有效的教學案例不僅能夠吸引學生的注意力、調動學生的思維,更能培養學生的學科興趣,引導學生深刻理解課程目標,從而牢固掌握并能靈活運用技術知識。
關鍵詞 :通用技術 教學案例 選擇與思考
高中通用技術作為一門以設計學習和操作學習為主要特征的課程。它強調的是學生對技術及其設計的思想和方法的掌握;強調的是學生探究技術本質和運用技術原理解決實際問題能力的提高;強調的是學生對技術的終身學習和技術創新意識的培養。因此,在學生掌握知識和技能的基礎上,思維得到發展、能力得到提高是本學科真正的教學目標。
在平時的課堂教學中,最能夠激發學生思維的不是學生的聽講,而是課堂上的師生對話,而這種對話通常情況是由教師提供的教學案例引發的。教學案例具有啟動學生思維和引導思維方向的作用,教師選擇什么樣的教學案例,學生就會有選擇地注意這一方面的信息,教學效果就會事半功倍。那么如何讓課堂教學案例更適合通用技術的課程性質呢? 如何讓課堂教學更加有效呢? 關鍵是如何將教師要教授的內容轉化成學生想學的東西。這也是教師選擇課堂教學案例的出發點。
一、選取貼近生活的教學案例,引導學生解決實際問題
在蘇教版必修模塊“技術與設計1”中(以下涉及教材均為蘇教版),教材對通用技術給出了明確的定義:通用技術是在日常生活中應用廣泛,且對廣大學生的發展具有遷移價值的技術。因此,通用技術課堂教學中應該盡可能地選取貼近學生日常生活的教學案例,應該讓學生能夠從日常生活的體驗中真切地感受技術的價值,讓學生能夠切實理解技術與人們需求之間的密切關系;從解決實際問題的過程中學習通用技術,讓學生的學習成為解決實際問題的過程,真正做到學以致用。
筆者在教學“技術的性質”時,選取了“高壓鈉燈的發明過程”作為教學案例。高壓鈉燈是一種發光效率很高的電光源,并且耗電少、壽命長、透霧能力強、不誘蟲,但鈉蒸氣放電時產生1000℃以上的高溫,具有很強的腐蝕性,玻璃管根本無法承受,所以高壓鈉燈的研制遇到了技術瓶頸。直到有了透明陶瓷,高壓鈉燈才得到實際應用。在教學中,設想借助高壓鈉燈成功得到應用的過程引出如下問題:人們為什么需要這種電光源?一個新產品或者一項新技術的問世是否需要技術創新? 是否需要多方面知識的支持? 廢舊高壓鈉燈對環境是否有危害?如何保護高壓鈉燈的發明專利? 從而導出技術的目的性、創新性、綜合性、兩面性和專利性五大性質。該案例與教學內容具有較強的關聯性,并且引出了教材介紹的所有的技術性質,整體感比較強。但是由于高壓鈉燈通常在車站、廣場、碼頭等大型公共場所使用,學生在日常生活中很少接觸。課堂上,學生對這個案例的反應并不強烈,學習興趣也不濃厚。學生對教師的提問反饋較少, 課堂活動的參與度不高,師生互動缺乏動力,從而導致教師講授較多,學生討論思考不夠積極,更沒有達到引導學生運用通用技術知識解決實際問題的目的,教學效果沒有設想中的理想。所以,遠離學生生活實際的教學案例應盡量避免。
而在必修模塊“技術與設計2”第二單元《流程與設計》中“流程的設計”的教學中,我設計了“為學校設計一份高一寄宿新生開學報到的流程”這樣一個教學案例。首先,我先讓學生說一說自己第一天到學校報到的情形。這個出現在學生真實生活中的案例對學生來說既熟悉, 又有讓他們去思考的地方。并且,我在開始教學內容前宣布了最后要把大家設計的流程拿出來比一比,看看誰設計得最合理、最科學、最方便。學生的興趣一下就來了,學習積極性也很容易地被調動起來。在設計環節,學生討論熱烈、互動較多。最后,他們不但設計出了很好的開學報到流程,更掌握了運用流程設計的步驟來解決平時學習、生活中流程問題的方法,教學效果比較理想。
二、選取關注熱點的教學案例,引導學生提高技術素養
技術是因人而生,為人服務的。技術課程標準更是把對技術的理解、評價、管理和使用的能力作為學生需要具備的技術素養。筆者認為,學生能否正確理解技術,客觀評價技術,科學管理技術,合理利用技術,關鍵在于學生能否真正理性地看待技術。選取社會熱點的教學案例可以讓學生置身于全社會共同討論的氛圍中接受全方位的信息,從而更全面、理性地看待技術。例如,2008 年,筆者在教學蘇教版通用技術教材《技術與設計1》第一章第二節《技術的性質》中“技術兩面性”時,選取了當時熱議的“三鹿奶粉事件”作為課堂教學案例。當時,鋪天蓋地的新聞、評論讓學生很容易從各種媒體上得知關于三聚氰胺對人身體產生的危害。由此,學生會了解到,技術如果被人不道德地、非法地使用,會給人類帶來巨大危害。課堂上,筆者組織學生展開討論,對奶粉事件發表了自己的觀點。隨后,筆者又讓學生思考:三聚氰胺除了毒性,有沒有益處?待學生思考之后,筆者向學生展示了三聚氰胺在工業生產中的一些應用,如用來制造潔白、耐摔打的日用器皿、衛生潔具;制造抗皺、抗縮、不易腐爛的高級紙張,像紙幣、軍用地圖等。此時,學生明白了技術既有正面的實用價值,也會因為人們使用、處理得不恰當或是不道德地、非法地使用帶來負面影響。選取社會熱議的事件作為教學案例,學生不但能夠切身地感受真實事件、接受到大量的信息,更能夠通過網絡等方式參與社會大討論,結合事實真正形成理性地看待技術的意識。
三、選取注重啟發的教學案例,引導學生自主探究
通用技術是一門立足實踐的課程,要求學生能夠通過動手實踐來物化已學的知識,也要求學生能夠通過動手實踐來探究技術。通用技術選取的課堂教學案例應該盡量考慮能夠啟發學生理解、掌握將要學習的知識內容,引導他們自己去探究原因,從而自主建構知識體系。
例如,在蘇教版通用技術教材《技術與設計1》第二章第二節《設計中的人機關系》的“人機關系要實現的目標”這部分內容的教學活動中,筆者選取了“水池灌水”這個案例。首先,在屏幕上向學生展示了如圖1所示的水池和3 個大小相同、外形不同的實物鐵皮水桶(A 桶,沒木把手,桶口卷邊圓潤;B 桶,有木把手,桶口沒卷邊、扁平鋒利;C 桶,有木把手,桶口卷邊圓潤)。接著,筆者請每個學習小組派一名學生上臺近距離觀察3 個水桶?然后組織組內學生討論:要向離水龍頭10 米遠的水池灌水,你們會選擇哪一個水桶?并說明理由。經過一番熱烈的討論, 學生給出了一致的答案:C 桶。理由是A 桶沒有木把手,容易勒手,B 桶桶口扁平鋒利, 容易弄傷手或在提水過程中劃傷腿, 相比較C 桶用得舒服又不易弄傷自己。緊接著,筆者又讓學生討論第二個問題:有1 千克、3 千克、5 千克、10 千克、15 千克容量,規格不同的C 形桶5 只(如圖2),你會選擇哪一個給10 米外的水池灌水?為什么?這次,筆者有意讓一男一女兩名學生分別說出他們的選擇。結果,女生選了3 千克的桶,男生選了10 千克的桶。但是,他們卻有相同的理由:一是選擇太大的桶雖然一次可以運更多水, 但每一次用時較長,人比較容易累,也比較耗時;二是選擇過于小的桶,雖然每次可以輕松地提走一桶水,但每次的運水量太少,來回的次數較多,人也容易累,最終耗時也不會少。因此,他們雖然選擇的桶不一樣,但卻是最適合自己的桶。這樣, 基于學生仔細地分析、充分地討論,順利得出合理的人機關系要實現的舒適、安全、健康、高效四大目標。通過這樣的案例啟發,又有了情景體驗,經過自主思考和充分討論, 學生自己就能夠探究技術的本質, 自行建構起自己的知識體系, 對知識這樣的理解和掌握遠比教師講授要來得牢固、有效。
四、選取引發思考的教學案例,培養學生創新意識
技術的本質在于創造,通用技術不僅僅注重對學生勞動觀念的培養和技術技能的訓練, 更注重提高學生解決實際問題的能力,尤其是學生創新意識的培養。《普通高中技術課程標準(實驗)》也把注重學生創造潛能的開發作為通用技術課程的基本理念。因此,在通用技術教學中,教師應該盡可能地選取能夠引發學生思考的案例,有意識地培養學生的創新意識。
筆者曾經有幸聽了一堂通用技術課,至今難忘。這節課的教學內容是蘇教版通用技術教材《技術與設計1》第一章第二節《技術的性質》,執教教師選取了“乒乓球撿球器的發明制作”作為該堂課的教學案例。一上課,教師在講桌上放了十幾個乒乓球。學生的注意力一下子就被吸引過來了。這時,教師問:“平時我們打乒乓球時,是怎么收拾掉在地上的乒乓球的呢? ”學生都說是自己去撿的。教師又問:“那我們能不能發明一個撿乒乓球的工具來幫助我們撿乒乓球呢? ”從而引出了技術的目的性,并逐步引導學生“設計”出了能逐個撿球的第一代撿球器。接下來,這位教師在解決了單個撿球的基礎上又循序漸進地提出了“如何解決倒球”以及“如何能連續撿球和方便倒球”的問題,他始終在利用“設計發明”不斷遇到的層層深入的技術“難題”引發著每一位學生不斷思考,不斷提出各種各樣新穎又奇特的想法。撿球器也從既能逐個撿球又能方便倒球的二代撿球器發展到了能一次撿多個球又方便倒球的三代撿球器。在師生一起“設計發明”撿球器的過程中,教師非常自然順暢地讓學生了解了技術的五大性質。由于學生親身參與了設計,在對技術專利性的學習中, 學生就能從發明者的角度來理解。如何收拾散落的乒乓球是學生平時生活中經常能遇見的, 有著深刻的親身體驗。從一開始,學生就表現出了濃厚的學習興趣,對教師的提問反饋積極。隨著設計的不斷深入,學生思考主動,課堂參與度高,師生互動頻繁,教學內容自然而然地轉化為學生要掌握的知識。學習過程不但成了學生運用技術實際解決問題的過程,更是培養學生創新意識的過程。
參考文獻:
[1] 中華人民共和國教育部.普通高中技術課程標準(實驗)[S]. 北京: 人民教育出版社,2003