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關鍵詞:超級電容器 增程式 電動公交車
作為人們生活中必不可少的出行工具,公交車占據交通行業的重要地位,其以方便、實惠的優勢深得人們的喜愛,但是隨著其數量的不斷擴大,尾氣排放所造成的環境污染、燃料費用所造成的高額運行成本,也不斷困擾著交通行業和百姓的生活,本人希望提出一個行之有效的對策,既促進交通事業的發展,又能減少環境污染。
1、技術背景
城市公交客車作為城市公共交通的主要運輸車輛,其主要特點是運行距離短;車輛平均運行速度低,啟動頻繁,起步加速快,制動及怠速時間長(約占整個運行周期的50%);另外我國南北地區溫度差別高達60℃,在-30~35℃間。上述工況導致現有內燃機驅動的公交車輛存在能耗大,環境污染嚴重等問題。目前,電動車大致分為混合式和純電動兩種方式。儲能裝置多以電池為主。主要存在以下問題:(1)電池儲能式電動客車充電時間長,充電站占地面積大。目前電池儲能式電動客車的充電時間一般在3~6小時,因此只能在夜間集中充電。按照每條線路40臺車計算,每條線路需要一座占地面積在1200~1600m2的充電站。一個擁有200條線路的繁華城市在市區中拿出24萬平方米~32萬平方米的地方建充電站,顯然是無法實現的。(2)北方城市冬季氣溫低,電池能量的使用效率低。我國北方城市夜間最低溫度在-30℃左右,而且大多數車輛夜間停在道路兩旁,沒有暖庫,因此夜間低溫充電困難;即使解決了充電問題,白天運行時電池的有效輸出能量減少20~40%。(3)動力電池的循環使用壽命短。目前電池儲能式電動客車以裝備鋰離子電池為主,在現有技術下,高壓鋰離子電池組的循環使用壽命在600次以內,因此在公交車中的使用壽命為兩年,即在車輛壽命周期內,每臺車需要3~4套電池,成本難以接受。(4)城市公交客車利用電池實現增程混合動力驅動沒有實際意義。增程式混合動力車的經濟性能和環保性能更接近純電動車,但前提是車輛每日平均行駛里程在50km以內(純電動行駛)。城市公交客車每日行駛距離在200~300km,采用增程混合動力驅動模式與采用輕度混合動力驅動模式的效果是相同的,而電池成本是輕度混合動力模式的3~5倍。
2、增程式混合動力公交車設計提出的基礎
針對電池作為儲能設備所存在的問題,提出了利用超級電容器儲能的增程式混合動力電動客車理念。超級電容器的特點是充電快,壽命長,低溫特性好,成本低。它利用超級電容器的快速充電特性作為增程式混合動力客車的儲能裝置,在車輛正常運行時,利用終點站的充電設備充電,然后由超級電容器驅動車輛行駛到另一個終點站,再充電后返回,實現全天純電動行駛。當車輛在意外情況下,單次運行距離超過15km時利用車載發電機組發電驅動車輛行駛。
3、系統的組成
利用超級電容器儲能的增程式混合動力公交車,主要由底盤,車身,電機驅動系統,超級電容器能量包,車載充電裝置,輔助系統和低壓供電系統構成。
電機驅動系統由主牽引電機和電機控制器組成。
超級電容器能量包由超級電容器組件,發電機組和能源管理系統組成,能量包的輸入輸出端口與開關箱聯接,開關箱與車載充電機和電機控制器(變頻器或斬波器)相聯接。
車載充電裝置由受電弓,受電弓控制器和車載充電機組成。
輔助系統由電動助力總成,電動空壓機組總成和電動空調機組構成,低壓供電系統由DC/DC逆變器,蓄電池組成。
4、工作模式
功率補償:車輛在離站行駛中,電容器能量包向電機驅動系統供電,電機控制器根據駕駛員的控制指令(加速踏板)控制牽引電機的輸出轉速和轉矩,通過變速箱和后橋驅動車輪以不同的速度轉動。
能量回饋:當車輛滑行或剎車制動時,牽引電機的工作模式由牽引轉變為發電,其發出的電能由電機控制器反饋到能量包中的超級電容器中。
增程行駛:在車輛需要駛離線路到15km以外的地方時,能量包中超級電容器的電壓因能量消耗下降到充電的設定值時,能源管理系統在檢測不到受電弓控制器可以充電的指令時,啟動發電機組給電容器充電,并將車輛驅動模式由全電動驅動轉換為由發電機組供電,電容器提供功率補償的驅動模式運行。
5、前景展望
利用超級電容器儲能的增程式混合動力公交車解決了公交車節能環保的問題,在線路正常運營時實現純電動模式行駛,即減少了能源成本,又降低了發動機的尾氣排放和車輛行駛噪音。同時車輛又具備長距離行駛的能力和低溫行駛能力。利用超級電容器儲能的增程式混合動力公交車必將成為電動汽車行業上的一個新的亮點。
6、結語
綜上所述,我們可以發現,利用超級電容器儲能的增程式混合動力公交客車,具有現實意義,可以達到節能環保的目的,值得多部門加以深入的探討。
關鍵詞:技能培訓;考試成績;SPSS軟件
作者簡介:何琳(1964—),女,廣西玉林人,廣西工業職業技術學院副教授,高級技師,研究方向為職業教育課程與教學論。
基金項目:本文系廣西新世紀教改工程重點項目“基于多元學業評價理論的高職教育考核模式研究與實踐”(編號:2011JGZ096,主持人:張良軍)成果之一。
中圖分類號:G710
文獻標識碼:B
文章編號:1001-7518(2012)14-0095-02
一、研究對象與研究方法
(一)研究對象
廣西某高職院校2010-2012屆學生低壓維修上崗證(即電工上崗證)考試成績。
(二)統計法
應用SPSS軟件對2010-2012屆學生的電工上崗證考試成績進行基本描述性統計,相關性和差異性統計檢驗。
二、電工培訓基本情況
學生在學校參加電工培訓,培訓結束后參加由廣西安全生產監督管理局組織的電工上崗證考核,包括理論考核和實操考核。2010-2012屆共有1647人參加培訓和考證,其中2010屆492人,2011屆570人,2012屆585人;男生1502人,女生145人;計劃內培訓1223人,計劃外培訓424人;電子應用技術專業113人,機電一體化專業431人,生產過程自動化專業254人,制冷專業200人,電力專業106人,電氣自動化專業319人,汽車維修專業224人。
三、結果與分析
(一)總體成績
1.描述性統計。統計結果表明,總體理論成績比實操成績要好;成績偏度和峰度都不趨于零,都不能看成正態分布,但理論成績較趨于正態分布。
2.成績相關性。總體理論成績與實操成績相關性檢驗,相關系數為0.244,顯著性(雙側)為:0.000,在 0.01 水平(雙側)上顯著相關,即理論成績與實操成績極其相關。也就是說,理論成績好的學生實操成績就好,相反,理論成績差的學生實操成績也差。
(二)不同樣板差異性檢驗
1.各屆學生成績差異性。統計結果,三屆學生的理論成績有差異,均值:2012屆79.98,2010屆78.42,2011屆71.73。三屆學生的實操成績相差不大,2012屆70.61, 2010屆70.36,2011屆70.34。
采用單因素方差分析,對不同屆學生的理論成績進行比較。結果發現:理論成績存在顯著的屆之間差異(F=143.090,P=0.000)。F統計量是平均組間平方和與平均組內平方和的比,如果控制變量的不同水平對觀察變量有顯著差異,那么觀察變量組間離差平方和必然大,F值也就比較大;相反,F值也就比較小;F的相伴概率P小于顯著水平,則拒絕零假設,認為控制變量不同水平下各總體均值有顯著差異;反之,則認為控制變量不同水平下各總體均值沒有顯著差異[1]。另外,采用LSD法多重比較的結果表明,三屆之間的相伴概率都小于0.05,說明三屆理論成績之間都存在顯著差別[1]。同理,對不同屆學生的實操成績進行比較。結果發現:實操成績不存在顯著屆之間的差異(F=0.151,P=0.860)。對比檢驗結果得,屆之間理論成績的差異程度比實操成績的要大。
2.男女學生成績差異性。統計結果,男女學生的理論成績相差較大,女生81.02,男生76.24。男女學生的實操成績相差不大,女生71.04,男生70.38。從成績分布來看,男生的實操成績最不趨于正態分布,而男生的理論成績、女生的理論和實操成績比較接近正態分布。另外,分四層(屆、性別、專業和培訓方式)統計均值表明:2012屆計劃內機電專業女生的理論成績最好,均值89.20;2011屆計劃外汽修專業女生的理論成績最差,均值66.00。2010屆計劃內機電專業女生和2011屆計劃內電子專業女生的實操成績最好,均值77.50;2010屆計劃外制冷專業女生的實操成績最差,均值63.00。
采用兩獨立樣本T檢驗,理論成績的F統計量6.780,t 檢驗結果:t=-6.725,相伴概率為0.000,小于顯著水平0.05,則男女學生的理論成績平均值存在極其顯著差異。同理,實操成績的F統計量2.504,t=-0.817,相伴概率為0.414,大于顯著水平0.05,則男女的實操成績平均值不存在顯著差異。對比T檢驗結果,男女生之間理論成績的差異程度比實操成績的要大。
3.計劃內與計劃外培訓學生成績差異性。統計結果,計劃內與計劃外培訓學生的理論成績相差不大,計劃內76.97,計劃外75.76。計劃內與計劃外學生的實操成績相差較大,計劃內71.71,計劃外66.78,計劃外的標準差較大。從偏度和峰度分析結果看,計劃內的理論成績最趨于正態分布,而計劃外的實操成績最不趨于正態分布。
對理論成績采用兩獨立樣本T檢驗,F=2.351,t=2.273,t的相伴概率為0.023,小于0.05,拒絕T檢驗的零假設,也就是說,計劃內與計劃外培訓學生的理論成績平均值存在顯著差異。同理,對實操成績采用兩獨立樣本T檢驗,F=7.658,t=7.933,t的相伴概率為0.000,小于顯著水平0.05,拒絕T檢驗的零假設,則計劃內與計劃外培訓學生的實操成績均值存在極其顯著差異。對比T檢驗結果可得,計劃內與計劃外培訓學生之間理論成績的差異程度比實操成績的要小。
4.不同專業學生成績差異性。統計結果,理論均值排名依次為:電力79.59—生產過程自動化78.05—機電77.60—汽修77.58—電子76.34—電氣74.62—制冷73.73。實操均值排名依次為:生產過程自動化73.95—機電71.83—電力70.88—電氣70.70—電子69.87—汽修67.43—制冷66.04;根據7個專業理論成績和實操成績偏度與峰度分析結果比較,生產過程自動化專業實操成績的分布最趨于正態分布,而制冷專業的實操成績最不趨于正態分布。
采用單因素方差分析,對不同專業學生的理論成績進行比較。結果發現:理論成績存在顯著的專業之間差異(F=9.675,P=0.000)。同理,對不同專業學生的實操論成績進行比較。結果發現:實操成績存在顯著的專業之間差異(F=20.762,P=0.000)。對比檢驗結果得,專業之間理論成績的差異程度比實操成績的要小。
四、結論
(一)電工上崗證理論成績和實操成績都屬于中等水平,理論成績比實操成績要好,說明高職學理論知識比操作技能掌握得好。實操成績與理論成績正相關。兩種成績偏度和峰度都不趨于零,都不能看成正態分布,相對而言,理論成績較實操成績趨于正態分布。
(二)在理論成績方面,屆之間存在顯著差異,2012屆最好,2011屆最差;而實操成績方面不存在屆之間的顯著差異。另外的研究表明,電工上崗證理論成績與學生前期的電工應用技術成績正相關,說明各屆大學生電工理論基礎有顯著差異,同時也說明,各屆大學生在電工培訓中理論知識掌握程度有顯著差異,而技能操作培訓效果無顯著差異。
(三)女生比男生的理論成績和實操成績都好,但是理論成績存在性別間顯著差異,而實操成績無顯著差異。說明女大學生的電工理論基礎比男生的好,還說明女生的電工培訓效果比男生的好。女大學生剛進入大學時,實操技能基礎一般比男生差,但是電工考證的實操成績不比男生差,這是女生在大學期間努力學習的結果,在電工基礎實驗以及電工培訓中女生表現都比男生積極。
(四)計劃內比計劃外培訓學生的理論成績和實操成績都要好。理論成績存在顯著差異性,而實操成績存在極其顯著差異性;即實操成績的差異性比理論成績的差異性要大。說明計劃內比計劃外培訓學生的電工基礎要好,還說明計劃外培訓效果沒有計劃內的好。
(五)不同專業學生的理論成績和實操成績都有差異,而且,實操成績的差異性比理論成績的差異性要大。說明不同專業的電工理論基礎和技能操作基礎有顯著差異,還說明不同專業的電工培訓效果不同。
五、建議
(一)要使考試成績趨于正態分布,除了加強電工培訓單位的科學性管理外;還要提高考核部門的理論考核和實操考核的科學性,可以定期對理論試卷和實操試卷進行分析,發現問題要及時修正。2012屆的理論成績最不趨于正態分布,應該對2012屆的理論試卷進行科學性分析,如檢查試題區分度、難度、效度等。三屆學生的實操成績都不成正態分布,應該對實操試卷進行科學性分析,除了檢查試題區分度、難度、效度外,在每年考證前,還應對考評員進行培訓,這樣可以使考證評分更具有科學性。
(二)根據實操成績與理論成績正相關的特點,可以在前期的電工應用技術或電工電子技術課程下功夫,要求學生學好電工理論知識為考取電工上崗證做好準備。還可以在電工培訓中,利用各種方法使學生牢固掌握電工理論知識,進而提高學生的電工實操技能的水平。
(三)在電工培訓中,要加強對男生的管理,以便提高男生的考試成績,同時使男生的考試成績趨于正態分布。特別要關心計劃外培訓女學生,首先,要讓她們克服怕電的心理;其次,培訓教師要熱情而耐心對計劃外培訓的女學生進行理論和操作指導;再有,對她們進行榜樣教育,讓考取電工上崗證的女學生對正在培訓的女學生傳授經驗。
(四)加強計劃外培訓班的管理,可以成立臨時班委會,協助培訓教師管理臨時培訓班的紀律;還可以采用導生制,即培訓教師選出幾位或十幾位平時成績好的學生充當指導教師,讓他們與平時成績差的學生組成互助小組,好學生帶動差學生進行學習,提高培訓效率。另外,增強計劃外培訓教師的責任意識,對計劃外培訓學生補習電工理論知識,增加計劃外培訓學生的技能操作訓練時間,切實提高學生的操作能力,提高技能培訓實效,進而使學生的實操成績接近正態分布。
(五)對電工基礎差的專業,在電工培訓中可以增加輔導時間;還可以開設電工技能考證網站,讓有意向報考電工上崗證的學生瀏覽,讓學生提前做好準備,如:學好電工應用技術或電工電子技術,做好每一個電工實驗;還可以通過網站學習和鞏固電工基礎知識,再有,可以開發電工技能模擬操作實驗,讓學生上網學習,以提高學生的技能操作水平。
關鍵詞:面向對象;程序設計;Java;教學方法
作者簡介:馮中毅(1971-),男,甘肅白銀人,蘭州城市學院信息工程學院,副教授;董海棠(1973-),女,甘肅隴西人,蘭州交通大學機電工程學院,副教授。(甘肅 蘭州 730070)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)25-0107-02
面向對象是一種對現實世界進行抽象的方法,是程序設計技術發展到一定階段的產物。通過面向對象的方法,將現實世界中的事物和關系抽象成對象、類、繼承、消息等,在進行軟件開發時,實現對現實世界的抽象與建模。面向對象的方法以利于理解的方式對復雜系統進行分析、設計和編程。同時,面向對象也能有效提高編程的效率,通過封裝技術,消息機制可以像搭積木一樣快速開發出一個全新的系統。面向對象主要涉及面向對象的分析、面向對象的設計和面向對象的實現。“面向對象程序設計”課程除了講授面向對象的概念、方法之外,更重要的是要選擇一種充分體現了面向對象概念及方法的程序設計語言。該程序設計語言可以讓學生學習面向對象分析、設計和編碼技術,并為學生今后的職業發展打下堅實的基礎。
Java語言就是一個很好的選擇,它具有跨平臺、純粹的面向對象、適合于單機和網絡編程等諸多優點。在桌面系統(Java SE)、企業分布式計算(Java EE)以及嵌入式設備(Java ME)的開發和應用上,Java語言都提供了簡單且高效的解決方案,且Java語言的使用基于免費的開源代碼。
在講授“面向對象程序設計”課程的過程中,以Java語言作為主要教學內容,經過長期的教學積累,針對該課程教與學中存在的一些問題有了一些經驗和解決方案。包括教材和參考書的選用、面向對象概念的講授、Java語言教學的安排、開發環境的選取、教學和實驗內容的篩選等方面,在文中給出了一些行之有效的方法。
一、“面向對象程序設計”課程的教學準備
1.教材和參考書的選用
選用的教材是否合適,與學生的學習效果密切相關。對于學生來說,首先教材要難度適中,否則在學習過程中會產生畏難情緒,甚至過高估計學習的難度以至于放棄這門課程的學習。其次,教材內容要及時更新并有較好的覆蓋面,以避免與當前的主流編程實踐脫節。最后,教材應該配有實驗指導書,以作為上機實驗時的材料。根據蘭州城市學院信息工程學院(以下簡稱“我院”)學生的具體情況,選用的教材是《Java2實用教程(第四版)》和該書配套的實驗指導書。除教材之外還應給學生推薦一些參考書,以加深和拓寬教學內容,開闊學生在專業學習上的視野。
由于面向對象及Java語言與網絡的密切關系,給學生推薦的參考書有《Java程序設計之網絡編程》。該書的內容將重點放在了兩個方面,一個重點是Java面向對象基礎編程,另一個重點是網絡編程,包括網絡通信技術、Servlet和JSP技術、Java EE流行框架,有助于學生對其主要技術的了解,有利于后續課程的學習。《Java編程思想(中文版)》選擇國外經典教材作為學生學習的參考書,學生在閱讀中文版參考書的同時,可以再找來英文原版教材對照閱讀,能使學生加強對所學知識的理解,也使學生了解到這一課程在國外的教學內容。
2.教學安排
“面向對象程序設計”課程在大三第一學期開設,學生在此前已學習過C/C++高級語言程序設計、計算機組成原理、數據結構、數據庫原理及應用、計算機網絡等課程,已具備比較全面的專業基礎知識,所以該課程的教學設計重點放在面向對象技術、Java語言基礎、JDBC編程、Java網絡編程。此外Java語言的基本語法類似于C語言,其面向對象的特征類似于C++語言。鑒于此,“面向對象程序設計”課程理論課時數為36學時,上機實踐學時數為36學時,根據多年的教學實踐,這樣的安排是比較合理的。
3.開發環境的選取
Java編程在初學時通常選用Java SE提供的Java軟件開發工具箱:JDK(Java Development Kit),是命令行的編程環境,需要用其他的純文本編輯器來建立Java源程序。使用Windows自帶的記事本來編輯源程序,每次都需要打開cmd窗口輸入許多命令,如編譯命令、運行命令等。這種方式有助于學生對于Java程序的編輯、編譯和運行過程的理解,但缺點也是顯而易見的。從編輯到運行程序的過程非常繁瑣,源代碼中的錯誤不易發現,如果編寫的是Applet程序,還要另外編寫html文件。雖然目前也有許多很好的Java集成開發環境(Integrated Development Environment,IDE)可用,例如NetBeans、MyEclipse等,但這些系統界面復雜,運行緩慢,耗費內存,而且會屏蔽掉一些知識點,不利于Java語言的初學者。在Java語言學習的后期,可以再去熟悉和掌握一個流行的Java集成環境,如上面提到的集成開發環境。當前MyEclipse開發環境的使用者較多。
在教學中,教師使用了一種既簡單又方便Java初學者使用的Java程序編輯器JCreator。首先安裝JDK,然后安裝JCreator,安裝完畢后需要簡單的配置。方法如下:在菜單的Configure中選擇Options,出現Options對話框,選擇JDK Profiles,點New命令按鈕,選擇JDK的安裝目錄。按此方法配置后,還可適當優化JCreator的Java開發環境,使它更適于編輯、編譯、運行、調試Java程序。在講授到Java網絡編程的內容時,再介紹Eclipse和MyEclipse的安裝和使用。
二、教學內容和實驗內容的重組
根據“面向對象程序設計”課程的后續課程及學生未來職業的需求,在教學實踐中將課程內容劃分為五個模塊,分別為Java語言基礎、面向對象開發技術、Java核心類庫和集合框架、JDBC編程、Java網絡編程。主要知識點及學時分配如表1所示:
對于以上知識點的上機實踐教學,采用了任務驅動教學法,學生上機實踐的關鍵是要找到合適的任務來激發學生的學習興趣。任務要既能夠體現核心知識點,又能夠應用于實際中。所以選取有價值的實例作為學生的上機任務,就能使學生積極地參與到教與學的過程中。根據以上分析,在表2中列出了與表1五個模塊的各知識點相對應的上機任務。
三、“面向對象程序設計”課程的教學方法改革
教學中的兩條主線就是理論和實踐。在理論課的教學中要重視選取恰當的案例,通過對小型案例的講解分析,讓學生分層次地理解面向對象程序設計的理論知識和Java語言的內容。再通過讓學生獨立或在教師指導下完成與理論內容緊密聯系的上機任務,鞏固所學知識,提高實踐技能,加深對理論知識的理解。
五個教學模塊中的相應知識點與上機實踐任務是按照由易到難來安排的,在教學中是分階段按步驟地讓學生掌握面向對象程序設計的知識和技術。在理論課的教學中首先通過小的案例介紹理論知識,再通過上機課中的任務來鍛煉實踐技能。在這一過程中學生不僅能學到知識和技能,還能體驗面向對象程序設計技術的發展歷程,積累更多的開發經驗和職業素養。
在理論課和上機實踐課兩個教學情境中,樹立學生是學習主體的意識,讓學生全程主動參與教學過程。案例解析式的理論課教學情境,教師提出問題,學生能主動分析問題并提出解決方案,大大提高了學生的學習興趣。上機實踐課堂上,任務驅動式的教學情境充分調動了學生積極性,在教師的指導下或學生獨立完成任務都更能激發學生的學習成就感,幫助學生樹立起完成下一階段任務的信心,大大提高學生學習效率和課堂教學效果。
四、結束語
“面向對象程序設計”課程的教學過程中,必須要兼顧理論與實踐的教學,提高學生參與度。在教學內容的安排上要體現出由易到難,知識與技能并重的特點。教材和參考書的選擇不但要考慮教學內容的先進性,更要考慮學生的特點。文中的這些做法及安排經過實踐證明可以有效地提高教學效果,在后續的具有類似知識體系的課程中(如Java EE課程等)也可推廣。
參考文獻:
[1]耿祥義,張躍平.Java2實用教程[M].第四版.北京:清華大學出版社,2012.
關鍵詞:EDA;電子技術;教學方法;改革
作者簡介:習聰玲(1979-),女,陜西渭南人,嘉興學院機電工程學院,講師。(浙江嘉興314001)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)12-0095-02
一、“電子技術基礎”課堂教學改革背景和意義
1.課堂教學改革背景
“電子技術基礎”課程是高等學校工科測控專業、電信專業及電氣專業等學科專業本科生必修的一門重要專業基礎課程,是進一步學習“微機原理”、“高頻電子技術”等課程的基礎。根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》(以下簡稱《綱要》)方案的思考,對高等教育提出了新的發展要求:高等教育承擔著培養高級專門人才、發展科學技術文化、促進社會主義現代化建設的重大任務。提高教學質量是高等教育發展的核心任務,是建設高等教育強國的基本要求。著力培養信念執著、品德優良、知識豐富、本領過硬的高素質專門人才和拔尖創新人才。牢固樹立主動為社會服務的意識,全方位開展服務。推進產學研用結合,加快科技成果轉化,規范校辦產業發展。適應國家和區域經濟社會發展需要,建立動態調整機制,不斷優化高等教育結構。優化學科專業、類型、層次結構,促進多學科交叉和融合。為深入貫徹《綱要》的指導精神,創新人才培養模式,亟需深化教育教學改革,創新教育教學方法,探索多種培養方式,以適應國家創新型人才培養的要求、學校應用型人才培養目標的需要。
2.課堂教學改革意義
人類步入21世紀,進入信息時代。課堂教學也要適應現代社會的發展。“課堂實踐式教學模式”教學注重基礎理論與工程實踐相結合,有助于激發學生在理論學習的同時,注重實踐環節,提升工科學生的實踐意識、動手能力、設計能力和創新能力,從基礎理論教學開始培養工科學生的工程應用觀念。“課堂實踐式教學模式”就是借助虛擬實驗現代計算機仿真工具,將工程實踐和工程應用中的實驗環節和實踐過程引入課堂,使學生在學習基礎理論的同時,自然參與到理論的實驗來源和工程應用的探索過程。“課堂實踐式教學模式”確定了以應用為目的,理論聯系實際的工程教育理念,重點培養學生的工程應用能力和創新設計能力,力求使課堂發生如下轉變:由課堂的單純理論教學模式向理論與實踐相結合的教學模式轉變;學生由理論學習只知其因的書生形式向實踐教學的既知其因又知其用的工程應用形式轉變;教法由師講生聽的“理論推導”方式向師生在課堂共同實驗的“理論―實驗―理論―應用”方式轉變,目的是使學生由單一地掌握學科理論型向綜合學會工程應用型轉變。
二、EDA 技術引入的必要性
“電子技術基礎”課程包括“模擬電子技術”和“數字電子技術”兩門課程,“電子技術基礎”教學采用的仍然是傳統的教學方法:教師片面追求課程的理論性和系統性,過分強調了基本原理、基本定律的來源、釋義、驗證或推導過程,然后通過一定的驗證性實驗鞏固所學內容。教師在課堂上往往是填鴨式教學,黑板、粉筆和講解就是課堂的全部內容。此外,因課程和實驗內容與應用實踐脫節,學生往往不知學為何用,在學習過程中缺乏足夠的學習興趣和動力。EDA 技術改善電子技術基礎課程教學將EDA 技術引入教學,可以使一些語言和文字難以表達或難以理解的現象、復雜的變化過程,通過EDA 的模擬隨時以圖形、表格及曲線顯示出來。學生在此過程中,可以不斷修改電路和參數,即時觀察輸出效果,以加深對電子線路本質的理解,全面掌握所學內容。這樣,不僅增加了教學的層面,提高了學生學習的興趣,而且還可以收到事半功倍的效果。另一方面,由于電子技術課程本身的特點:內容多而雜、知識面廣。[1]
EDA是Electronic Design Automation電子設計自動化的縮寫,是隨著集成電路和計算機技術飛速發展應運而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具。其以實驗開發系統為設計工具,融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術的最新成果,自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的邏輯編譯、分割、綜合及優化、布局布線、仿真,直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作。EDA 技術的教學應用軟件主要有EWB、PSPICE、protel99、Max+Plus II、QuartusII、ActiveHDL、Modelsim 等。它們的共同特點是自動化、數據處理能力強、功能豐富完善、開放性和交互性良好。將EDA 技術引入教學,可以使抽象的理論形象化、復雜的電子線路實際化,并可以不斷地修改電路和參數,即時觀察輸出結果,以加深對電子線路本質的理解,全面掌握所學內容。這樣,不僅改變傳統教學中理論與實際嚴重脫節的問題,還提高學生學的興趣,能收到事半功倍的效果。因此,引入EDA 技術,改革和優化“電子技術基礎”課程的教學方法、實踐環節已經成為必然。
三、“電子基礎基礎”課程課堂實踐式教學模式的實施過程
“課堂實踐式教學模式”主要引入課堂虛擬實驗教學形式,針對“電子技術基礎”課程中的基礎理論、基本概念和基礎應用,在課堂上通過實驗形式進行驗證,并在實驗過程討論理論的適用范圍、參數變化和影響關系,通過課堂對實驗過程討論激發學生學習興趣,活躍課堂學習氣氛,調動學生的積極性。[2]
1.“電子技術基礎”基本概念
“電子技術基礎”是電氣、電子信息和測控專業的專業基礎課,“三基”教學是課程的重點,即培養學生的基本概念、基礎理論和基本技能。在電子技術中存在有較多的基本概念,如康華光《模擬電子技術》教材的第三、四章和第七章,提出的PN結的形成、小信號模型、正負反饋,以及在《數字電路技術基礎》教材中第四、六章介紹的競爭冒險現象、161芯片形成的計數器基本概念。在原有教學模式下介紹這些內容時往往比較抽象,學生難以理解這些看不到、摸不到的東西。引入驗證性EDA仿真和動態軟件顯示的教學方法,使學生看到這些原理的實現過程及這些概念的實際現象,并可以通過實驗直觀看到RC電路如何振蕩出正弦波并如何轉化為三角波和矩形波。更直觀地看到161等芯片構成的計數器如何計數,以及人們生活中的數字鐘如何來工作的。這些對學生都比較抽象,如果能通過EDA教學軟件仿真就可以讓學生有一定的認識,同時可以激發學生對本門課程的興趣。[3]
2.在“電子技術基礎”理論應用中引入應用案例
“電子基礎基礎”是一門專業基礎課,其涉及的很多內容可直接作為后續課的應用基礎,或直接在工程中實際應用,如《模擬電子電路》教材中的第七、八章中反饋放大電路、功率放大電路,放大電路的最大功率輸出等實際工程應用問題,第三章的RC電路在工程中可用作延時器、振蕩器等應用,第十章整流二極管在線性電源中的應用等等。在《數字電子電路》中多諧振蕩器和和555定時器都是經常在工程領域中用到的。但在傳統的教學模式中很少涉及如何運用《電子基礎基礎》的這些知識,學生在學習了電子技術基礎后,往往只是掌握了這些理論知識,而不知如何將這些理論應用的工程中去,解決工程實際問題。在課堂實踐式教學模式中插入應用案例的虛擬實踐,可使學生在掌握理論的同時,學會如何去應用這些理論。例如可以組織一些電子設計比賽,這樣學生就可以把電子技術的理論和單片機結合在一起,做出一些電子產品,或者實現一些邏輯功能。給學生提出了工程應用中的難題就存在于基本理論中的概念。
四、應用案例舉例
對于RC正弦波振蕩電路,電路的構成如圖1所示。
由此引申出信號源電路,以下是設計信號源電路,如圖2,這樣可以在課堂上通過EDA仿真讓同學有更直觀的概念,如圖3。
五、課堂教學改革預期目的與實施效果
基于EDA的“電子技術基礎”課堂實踐式教學模式改革將針對“電子技術基礎”課程中的這些基礎概念與工程應用要點,設計出對應虛擬實驗案例,在課堂上演示、討論,豐富“電子技術基礎”課堂內含。預期通過兩年的課程教學改革,使“電子技術基礎”課程的所有基本概念、基礎定律和理論應用結點多建立相應的EDA和應用案例程序,在“電子技術基礎”的所有課堂中引入基于虛擬實驗實踐的教學模式。
參考文獻:
[1]康華光,陳大欽.電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2005.
關鍵詞:教學設計;Premiere cs5;遮罩效果
中圖分類號:TP317.4
1 教學設計
1.1 教學內容分析。本節課的教學內容是Premiere“應用遮罩”一章中的內容,主要內容是利用Premiere軟件自帶的遮罩效果制作出精美的視頻。通過具體的例子引出新授課的內容,讓學生理解“遮罩”的含義以及它的使用方法,通過探索研究,使學生逐步掌握動感視頻制作的技巧。本課參考教材為《中文版Premiere Pro cs5多媒體制作實用教程》,該書由聶竹明、蔡冠群等編著,清華大學出版社出版。本次課教學參考時間為2學時。
1.2 教學對象分析。本課學習對象為中職類學校計算機專業二年級學生,他們已經對計算機專業課程,如Photoshop、Flash等有所了解能進行相應操作,同時具備一些自我創新的能力,但仍離不開老師的主導作用。中職計算機專業學生由于課程設置需要,他們的動手實踐很強,思維活躍,通過一年多的學習,能夠熟練使用一些計算機軟件,并對Premiere有極大的興趣,希望通過對該軟件的學習能制作出質量較高的視頻作品。學生在本次課之前已經學習了Premiere cs5的基礎知識,能制作出簡單的視頻切換、視頻運動效果、視頻特效,并對幀、軌道、序列等專業名詞有初步了解,但理解不夠充分,還需要進一步加強。
1.3 教學目標。(1)知識與技能。能夠熟練使用各種遮罩效果,用語言準確清晰地描述各種遮罩的基本原理及制作方法;能夠熟練使用軟件制作出該課所講的例子;靈活使用該課所講授的知識和技巧制作出好的動感視頻;(2)過程與方法。在分析、探索、制作視頻的過程中充分體會各種遮罩的效果不同之處,掌握遮罩的原理;通過親自動手實踐,完成老師講解的視頻例子,通過理論和實際相結合,在實際操作中掌握各種遮罩效果的使用并加以理解;(3)興趣與成就感。通過親自動手操作和主動探索,感受運用Premiere制作視頻的樂趣,體驗完成視頻的成就感;樹立了學生的自信心;激發學生的學習主觀能動性,培養創新意識和學習興趣,培養自主學習和探究的能力。
1.4 教學重點和難點。(1)重點:遮罩的概念和遮罩原理及使用方法;(2)難點:各種遮罩效果的使用;“遮”的原理;哪些對象可以作為遮罩。
1.5 教學方法。教學方法:講授法、演示法、任務驅動法、自主探究法。
1.6 教學設備。計算機、多媒體網絡教室軟件、投影機、CAI課件。
1.7 設計理念。通過生動精美的例子導出本課,通過對兩個教學視頻實例的分析,在學生理解了遮罩原理的基礎上展示形象化的實例(雷達掃描效果),進行逐步遞進式的任務驅動,讓學生主動探索研究,使學生充分掌握和理解遮罩的原理、制作方法及操作技巧,出淺入深地掌握所學知識。
2 教學過程
2.1 情景導入,引出新課。老師用紙筒觀察周圍環境,用手電打光在每個墻上或學生身上,讓學生體會這種效果,老師講述“坐井觀天”的故事。學生在聽過故事之后分組討論,總結兩個實例中的相同點和不同點,老師補充并總結,從而引出本課內容―遮罩的使用。此環節的目的在于讓學生通過身邊的具體事物體會遮罩應用的原理,學生在分組討論中,激發他們學習的興趣,吸引他們的注意力,調動學習自主性,利于導入新課。
2.2 分析案例,探索新知。觀看兩個例子,說明遮罩的原理,遮罩是一個輪廓,為對象定義遮罩后,將建立一個透明區域,該區域顯示其下層圖像。使用遮罩透明方式需要為透明對象指定一個遮罩對象。老師對實例提出問題:(1)要產生遮罩效果,有幾種方法?在同一軌道中可否實現?和Flash有什么不同?(2)需要多條軌道做遮罩時各條軌道之間的關系如何?(3)視頻中遮罩軌道和被遮罩軌道中分別有什么對象?被遮罩軌道的內容是什么?(4)兩個例子中都是文字,但遮罩效果有什么不同?(5)如何讓遮罩軌道內容運動起來?
學生通過觀察對視頻進行分析,回答老師提出的問題。老師引導學生回答并進行補充,最后對問題進行總結。明確指出Premiere中的遮罩和Flash中不一樣,Flash中需要兩個圖層,一個是遮罩層,提供形狀,另外一層是被遮罩層,提供被遮擋的內容,而Premiere是利用特效實現遮罩效果,有圖像遮罩、軌道遮罩、差異遮罩、移除遮罩、16無用信號遮罩、8無用信號遮罩、4無用信號遮罩7種方式。軌道遮罩需要兩條以上軌道,圖像遮罩只要一條軌道中有內容就可以。
2.3 自主探究,親身實踐。在學生理解并掌握遮罩基本使用方法后,引導學生利用遮罩效果實現玫瑰心的動態效果。(1)老師展示“玫瑰心”視頻,預留問題,引導學生對視頻進行分析;1)制作該視頻需要幾條軌道?并敘述一下簡要的制作過程。2)遮罩層是什么對象?3)“心”如何動起來?學生通過觀察視頻進行討論,研究出實現遮罩效果的方法;學生在計算機上邊操作邊討論,根據老師講授的內容制作這個遮罩效果,老師加以引導,學生思路豁然開朗。老師總結,重點指出心“動”的關鍵是被遮罩圖片位置的改變;(2)老師引導學生利用其他遮罩鍵做出其它遮罩效果,看看有什么不同?學生經過對比觀察,做出相應結論。學生親手實踐,完成各種遮罩的效果;(3)老師展示“水珠視頻”實例,提出問題。1)此例中遮罩效果要用到工具,是鋼筆工具簡單還是圓形工具簡單?2)遮罩效果中“合成方式”中選用“Luma遮罩”還是“Alpha遮罩”效果好?學生觀察并分析,討論后動手操作總結出:利用圓形工具較為簡單,“合成方式”中選用“Luma遮罩”效果更好。
此環節設計在于,通過形象逼真的視頻效果引導學生對遮罩各種方法的使用,在原視頻基礎上激發學生的求知欲和學習興趣,進一步修改完善自己的作品,通過討論培養學生的探索意識和協作意識,通過任務驅動讓學生利用所學知識進行“舉一反三”,培養學生的創新能力的自學能力。
2.4 評價總結,提高認識。學生上機操作結束后,互相點評視頻效果,老師給予總結。好的視頻作品上傳到學校網站。此環節設計在于,通過學生互相點評,讓學生對自己在本節課的學習成果有一個正確的認知,在作品對比中找到自己存在的不足和差距,把好的視頻作品上傳學校網站,樹立學生的自信心和成就感,提高學習的主動性和積極性。
2.5 總結教學,拓展任務。教師總結本課教學內容,針對本課所講知識安排課后作業,讓學生在網上或其他途徑找一些視頻作品,分析哪些地方用到遮罩,采用哪種遮罩方法,期望同學們能夠靈活運用,制作出更好的視頻作品。學生通過老師的點評和總結,認真完成拓展任務。此環節設計在于,通過總結讓學生能夠正確認識自己的不足和差距,明確學習目標,端正學習態度,調動他們的學習興趣,鼓勵學生積極主動的學習Premiere軟件,發揮他們的創新能力。
3 教學反思
本課先預設情景,引出實例,讓學生通過觀察提出需要解決的問題,從而引出本課所講授的學習內容;學生經過自由討論、分析,親自動手上機操作完成實例解決提出的問題。整個教學環節層層遞進,逐步激發學生的探索意識、分析問題、解決問題的能力,讓學生由被動的聽課者成為課堂教學中的主導者。整節課學生處于探究狀態,充分發揮學生之間的相互合作的能力。部分學生可以順利完成教學任務,個別學生需要降低任務難度,適當進行分層教學。
本課教學已在課堂中實踐,取得較好的教學效果,基本達到預期的教學目標。
參考文獻:
[1]何健寧.Premiere Pro CS中巧用轉場和濾鏡制作字幕特效[J].計算機光盤軟件與應用,2013(01):174-175.
[2]降華,王雷.《FLASH遮罩動畫制作》教學設計[J].計算機光盤軟件與應用,2013(03):283-284.