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关键词:统计学;案例教学法;应用
《统计学》是一门应用性极强的方法论科学,它的产生和发展始终与实践紧密联系在一起,职业学校的学生是将来直接面向社会的应用型、实用型人才,而不是理论型人才,因此统计学教学要突出学而有用、学而能用、学而致用的特点。案例教学法在教学中是一个非常实用、非常有实效的教学方法。
一、在统计学中运用案例教学的必要性
案例教学着眼点在于学生创造能力以及实际解决问题的能力的发展,不是复制性地让学生被动地接受细节的知识和技巧,实际上是一种“做中学”的形式,它在经验和活动中获取知识,增进才干。案例教学本质上是一种模拟实践的过程,它对激发学生专业学习兴趣、培养学生专业素质、提高学生在实践中探究学习方法的自觉性、有效地将理论知识转化为专业技能等方面都发挥了重要作用。在教学中教师实际上更多地从讲台前站到了学生的背后,只起着一个启发者的作用,这既调动了学生的积极性,也可使学生有展示自己能力的机会。通过案例不仅可以获得认识的知识,而且有利于提高其表达讨论能力,增强面对困难的自信心。
统计学的产生与发展与社会活动密切相关,这门学科的强大生命力在于它的高度实践性,其研究的出发点和归宿点都是社会实践服务。而教学的对象都基本没有经历过社会实践的锻炼与积累,在接受统计学这门实践性要求较高的课程时,由于没有感性认识而一头雾水,无从理解。而在案例教学中,学生在教师的指导下,通过对案例情况的熟悉,运用所学的统计理论和统计方法对案例中待解决问题进行分析和研究,对计算过程和计算结果进行分析和评价,大大地缩短了教学与实际生活的差距。
二、案例教学法在统计学教学中的应用
1.精选教学案例。案例是组织案例教学的基础,在统计学案例教学中,最费时又倍感艰辛的是找到适用的案例。目前教辅材料中大部分案例都注重理论分析,部分学校也开始一些自编案例辅导教材,但这些案例的背景资料或数据材料介绍不足,影响学生在充分占有资料的基础上做出正确的理解、分析与判断;有些只是纯粹事实的描述和罗列,让学生无法应用自身的知识基础进行思考与解决。
选择有价值的适用案例不容易,首先要广泛收集和整理案例资料,例如,充分利用案例教材、参考书、报刊杂志、网络资源,还可以向其它职业院校学习取经。其次是根据教学的需要,把现有的案例材料进行修改、补充、完善。第三是开展实际调查,将实际问题转化为教学案例。
2.开展案例讨论。为了达到预期的案例教学效果,必须有组织地开展案例讨论。例如,在介绍“算术平均数”这一内容时,采用学生们所熟悉的“平均分数”、“平均身高”、“职工平均工资”为实例,进行讨论。讨论可以采用个人发言、集体辩论或是班级讨论的形式。也可采取小组讨论的形式进行,每小组指定一名组长,一名秘书负责记录工作。讨论时小组中每个成员都要发言,提出自己的看法和理论依据供组内讨论和补充,最后各小组要有一名代表进行总结发言,阐述本组就案例问题所达成的共识以及存在的争议。教师通过这个实例引导学生归纳、总结、抽象出“算术平均数=总体标志总量/总体单位总量”的公式,认识算术平均数的普遍特征,让学生能从具体中归纳出一般。
3.适时点评与总结。在组织学生讨论和分析交流案例的过程中,适当地进行几次阶段性点评是很有效的。对学生在讨论中不够深入的问题或关键遗漏点指出来,引导学生结合案例进行深入的分析,针对学生在案例讨论中的积极表现,适时地给予表扬和鼓励,以激发学生的学习兴趣。点评可以采取教师点评或小组交流时的交叉点评,小组交叉点评更能吸引学生的注意力、兴趣和激情。每次案例讨论结束,教师要及时进行总结,首先分析学生的表现是否积极,讨论气氛是否热烈,考虑问题是否深入透彻,分析问题的时候是否是利用了已学的理论知识。通过教师的总结,使对案例问题的讨论在原有讨论分析的基础上有所升华,从而使学生在案例教学中所获得的知识更具有完整性、条理性、系统化。
三、实施案例教学法应注意的问题
1.不要把案例教学与举例教学混淆。案例教学是以案例为基本教学材料,将学习者引入教育实践的情境中,通过师生之间、生生之间的多向互动、平等对话和积极研究等形式进行教学。其目的是训练学生思维能力,提高教学效率,增强教学效果。采用案例教学时要注意,不要把案例教学当成是举例教学。案例教学要把学生放在实际的环境中,让其通过对周围环境和事件本身的分析、讨论、交流,做出正确的判断和决策,提高分析问题和解决问题的能力;案例教学是组织学生进行自我学习、锻炼能力的一种手段;在案例教学中,学生居于主要地位。而举例是使一个较难理解的理论通俗易懂,是辅助教师说明问题的一种手段;在举例教学中,教师居于主要地位。
【关键词】统计学教学案例
案例教学法最先运用于法学界和医学界,其后运用于管理界,它是通过对一个具体情境的描述,引导学生对这些情境进行讨论的一种教学方法。《统计学》是高职院校经济类专业开设的一门专业基础课,与社会生活的关系密切。通过教学实践我认为,在《统计学》授课中正确运用案例教学法,能得到比较好的教学效果。
一、运用统计案例教学的必要性
统计教学包括教学目的、教学内容和教学方法三个基本要素。教学目的是教学的核心,教学内容和教学方法都是为实现教学目的而服务的。统计教学以学生为中心,是统计教师的“教”和学生的“学”相结合的双边活动,因此既要调动教师的积极性,也要调动学生的积极性,这样才能较好地实现统计教学的目的。
统计案例教学是指在教师的指导下,学生通过对案例情况的熟悉,运用所学的统计理论和统计方法对案例中待解决问题进行分析和研究,对计算过程和计算结果进行分析和评价,从而选择一个最优解决方案的过程。
与一般的课堂讨论不同,案例教学是以现实中的实践问题和实际观测数据为依据,以学生为主角,学生运用所学的统计理论和方法,对从社会实践中获得的第一手资料进行讨论、分析、研究和论证,选取最优的解决问题的办法,老师只起引导作用。统计案例教学本质上是一种模拟统计实践的过程,它对激发学生专业学习兴趣、培养学生专业素质、提高学生在实践中探究学习方法的自觉性、有效地将理论知识转化为专业技能等方面都发挥了重要作用。
二、统计学案例教学的特点
案例教学法改变了传统教学方法教学内容死板、教学方式单一和教学效果不佳的缺点,从对学生进行素质教育和培养创造能力的角度,弥补了传统教学方法的不足。与传统教学方法相比,它具有以下几个鲜明的特点。
1.强调学生学习的主动性和积极性。
传统教学方法的主要目的是让学生了解、掌握知识,其一成不变的教学内容和模式,学生味同嚼蜡,学生只是被动地吸收知识,最后得到的效果就是使其不思进取缺乏新意。统计案例教学是以学生为中心,学生是教学的主体,教师是组织者和引导者,引导所有学生积极参与在讨论中,各抒己见。学生与学生之间有一种信息的交流,学生会积极思考,相互启发、讨论,他们会觉得这一学习过程很有趣,会主动积极地参与到这一过程中,对抽象的理论知识能有更直观、透彻的理解。
2.重视学生分析问题、解决问题能力的培养。
传统讲授法是教给学生正确答案,下结论的教学方法。统计案例教学注重引导学生运用所学知识来解决实际问题,教学案例与教科书上的例题不同,例题的作用是单一的、有限的,通过例题只是掌握和熟练所学的统计方法及计算公式,而案例的作用是多方面的,它让学生了解了分析问题的思路,要解决什么问题,如何解决,应用什么理论和方法,需要什么数据,怎样解读计算结果,并根据分析结果,提出针对性的对策和措施,训练学生综合运用所学知识去解决实际问题的能力,激发学生学习的兴趣和求知的欲望。
3.注重教师在教学中的“导演”作用。
在传统讲授法中,教师的教色是讲解员,强调的是老师对学生的一种“单向”传递,教师的责任在于把自己知道的书本知识传授给学生,师生之间互动、交流很少。案例教学中,教师的角色是导演者,其角色是指导案例教学的全过程,课前要有针对性地精选案例,课堂上组织案例讨论过程,去解决讨论中发现的问题,最后要进行总结,对整个讨论情况做出评价,因此在案例教学过程中,教师和学生之间不是简单的知识“单向”传递,而是师生之间思想、心得、智慧的“双向”交流,教师和学生都承担了更多的教与学的责任。
三、案例教学中应注意的几个问题
案例教学法有很多自己的独到之处,经过近百年的探索,在美国和世界各地得到了广泛的应用,显示了案例教学法的重要作用和强大生命力。但全面运用案例教学法时要注意以下一些问题。
1.首先应编写出本专业特色的案例教材,建立教学案例库。
教学案例应该本着“以用促学,学以致用”的原则,围绕不同的教学内容建立。每个案例都必须是真实事例,并配有相应的数据库以供选择各种统计方法进行分析,为了使学生对案例有全面深入的了解,还需对每个案例所涉及的数据的取得程序和方法、调查表的表式、样本点的分布、数据的含义以及案例的约束条件等作具体说明。
教学案例要突出“精”和“新”,所谓“精”就是不求量多,但求质高,所谓“新”就是案例要与时进步,具有时代特征。对此作者在教学实践中有体会:如每逢年末,组织学生适时地搜集国家统计局、地方统计局、网络系统等公布的有关统计方面的主要资料和数据做与教学相关的新的案例,学生在完成案例的编写过程中,既锻炼搜集资料、整理资料的能力,也提高学生们运用知识的能力,正是统计课的一个教学目的,因此这项工作能取得一举两得的效果。
2.统计案例教学方法应和传统授课方法相结合。
案例是为教学目的服务的,应与所对应的理论知识有直接联系,即案例教学一定要在理论基础上进行。只有将基本概念、基本原理理解得透彻,才能充分开展案例讨论,取得实效。而在理论知识普及和更新方面,传统讲授式教学法具有其独到之处,它能全面、系统地向学员传授基本概念和基本知识。但在讲授中要注意理论部分力求少而精,并注意启示学员学习的主动性、自觉性,使学员在系统掌握知识、技能的同时,提高分析问题和解决问题的能力。
3.统计案例教学方法对授课教师提出了很高的要求。
它要求统计教师不仅要融会贯通统计理论和方法,而且要对案例中问题的解决思路和方法有熟练的把握。在案例教学中学生是主角,教师起引导作用,针对不同的统计教学案例,教师只有事先亲自采用各种方法进行计算和分析,才能对学生使用哪些统计方法和统计分析软件进行计算和分析提出建议,并对学生采用不同的分析方法和得到的分析结果作出比较透明的比较和评价。因此加强师资队伍的建设,提高教师的整体素质,是案例教学法对教师提出的更高的要求。
4.实施统计案例教学过程中采用多媒体辅助教学,可以增加教学效果。
多媒体辅助教学方式是在授课过程中利用计算机、投影仪、网络等多种现代媒体,在多媒体教室进行授课的方式。国外学者的研究成果表明,人们的学习有1.0%是通过味觉,1.5%是通过触觉,3.5%是通过嗅觉,11.0%是通过听觉,83.0%是通过视觉取得的。因此在实施统计案例教学的过程中,通过采用多媒体手段配合案例教学,能方便快捷地处理统计图形、统计图表,使教学过程变得直观、形象,与传统黑板加粉笔教学相比,多媒体教学还能节约板书时间,增大课堂信息量,而且图文并茂、动感力强的课件又能增强学生的注意力和提高学习兴趣,使教学效果达到最佳。
【参考文献】
[1]闫晓波。非统计专业统计课程的建设问题[J].北方经贸,2002,(2):116~117.
一、引言
我国高等职业类院校主要培养的是高技能性、应用性的专业人才。统计学基础课程是一门专门研究客观现象所带了丝事实反映的方法论科学,它具有综合性、系统性、应用性等特点。这门课程作为专业基础课,在我国的高职院校财会、贸易、管理类专业普遍开设,也是当代应用型人才的必备知识。近年来,为适应高职院校人才培养的需要,不少高职院校都对本院校的该课程进行了一系列的教学改革,以期望发挥统计学基础课程的作用。但是就目前的教学效果来看,教师对于这门课程的教学仍然以传统教学模式为框架,教学效果与教学目标尚存在较大的差距。因此,对高职院校开设的统计学基础课程的实际应用进行探究,对于高职学生而言,可以进一步的深化课程的理论性学习,同时也有利于提高课程的教学质量和课程的实践应用性。
二、统计学基础教学现状及存在的问题
笔者结合自己多年的教学经验及对学生的课程教学效果的评估研究来看,传统的统计学教学主要存在的问题如下:
(一)重视理论教学,忽视应用研究
就目前学生反映的情况来看,教师对于统计学基础这门课堂的教学过分的倚重理论性知识的讲解,而忽略了对这门课程的应用性问题探索。相对而言,高职学生学习的知识专业性更强,更倾向于实用化和实践性。学生通过该课程的学习,不仅需掌握相关的理论知识,更重要的是能以此为工具,在采集到相关的数据后,能将这些数据转化为反映事实的重要信息,通过这些信息来为决策者提供参考等。这也是目前我国高职院校学生普遍欠缺的能力。
(二)忽略与相关学科联系,课程教学内容整合力度小
统计学基础是一门专业性较强的基础课,它与概率等、线性代数等学科联系非常的紧密。但是在课程教学中,教师大多注重自身知识体系的完整性,忽略了统计基础与相关学科的内在联系,从而造成在教学内容上与其他课程多有交叉重复现象。
(三)课程设计缺乏创新性
目前,高职院校的教学大多以全课堂教学为主。统计学基础这样的专业课也是进行教师填鸭式的教学模式。这种陈旧的教学模式显示不符合当前教学目标及学生的就业需求。另一方面,也不利于充分调动学生的思维积极性和创造性。对于课程本身而言,没有起到培养学生发现问题、研究问题、解决问题的能力。
三、案例教学法的特点
案例教学是以案例为基本教学材料,将学习者引入教育实践的情境中,通过师生之间、生生之间的多向互动、平等对话和积极研究等形式,提高学习者面对复杂教育情境的决策能力和行动能力的一系列教学方式的总和。教学案例具有以下特征:①案例要具有很强的故事性;②案例要含有教育两难问题;③案例要蕴涵深刻的教育学或教育心理学等科学的理论、原则与原理;④案例要具有新颖性、讲究时效性;⑤案例的背景要清晰。
案例教学并不单纯是一种教学方法,它实际上是以教学内容的变化为前提条件的。案例教学也并不单纯是一种教授法,它实际上也是以学生行为的转变为前提条件的。如果学生仍然热衷于自己先前的角色,把自己置身于教学过程之外,只是作为一个旁观者,案例教学也就失去了意义。案例教学甚至不能简单地定位在方法上,它所设计的层面是多样、复杂的,如果教育观念还是固守于传统既定知识,培养一统人才上,案例教学的运用也就显得多余了。
四、案例教学法在统计学基础教学中的应用
案例教学法注重案例开发的过程和方法。目前学校开发案例有两种不同的做法。一种是全面系统的开发,即由学校行政做出总体部署,各学科的教师有计划地开发案例。另一种是零零星星的开发,即个别教师所进行的案例开发。如果学校的领导力量强,多数教师的综合素质水平比较高,可进行全面系统的案例开发。
关键词: 多元统计分析 案例教学 教学方法
一、多元统计分析课程的特点
多元统计分析是近几十年来从经典统计学中迅速发展起来的一个分支,是一种综合分析方法,它能够在多个对象和多个指标互相关联的情况下分析它们的统计规律。随着计算机的广泛应用及统计软件的普及,多元统计方法已被广泛应用于自然科学、工程技术、生命科学、经济管理和社会科学领域,同时也促进了理论的发展。
多元统计分析属于是概率统计的一部分,复杂的数学推导、论证,繁琐的矩阵、线代计算,深奥的概率知识、抽象的概念和理论是这门课程的特点。如果有的学生学习在高等数学和概率统计的过程中没有打好基础,在最初看到该课程中大量的数学符号、公式推导时,就很容易产生畏难情绪。因此,我们在教学过程中需要配合各种统计软件包如SAS,SPSS的操作,通过简单的操作和计算,可以使学生利用多元统计分析方法解决实际问题更为简单方便,而适合的案例教学更能够将多元统计的理论和方法呈现于学生面前,加深学生对分析方法的认识和理解。
二、案例教学的特点
案例教学是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗·哥伦布·朗代尔于1870年首创的教学方法,后经哈佛企管研究所所长郑汉姆推广,并从美国迅速传播到世界许多地方,被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。在20世纪80年代,案例教学引入我国,逐渐应用于教学过程中,并被广大教师认可。
案例教学是一种通过模拟或者重现现实生活中的一些场景,让学生把自己纳入案例场景中,通过讨论或者研讨的方式来进行学习的一种教学方法。学生在教师的指导下,根据教学目的要求,对案例进行调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动,通过实例学习分析问题和解决问题的方法或道理,进而提高分析问题和解决问题的能力。一般来说,案例教学具有以下几个特点。
(1)案例的目的性。教师在教学中通过选择具有代表性的问题,让学生在案例的阅读、分析、讨论中,建立起一套适合自己的逻辑思维方法和思考问题的方式,以提高学生分析问题、解决问题的能力。
(2)案例的真实性。案例所描述的问题应是真实、客观的,不应加入编写者的主观想法。通过对真实案例的认识,学生根据自身对问题的理解,自觉利用所学的知识,得出自己的结论。
(3)案例的综合性。教学中应用的案例应具有丰富的内容,需要学生综合运用各种知识和灵活的技巧来处理。例如,教师可以通过分析、比较,研究各种各样的成功的和失败的管理经验,抽象出某些一般性的管理结论或管理原理,让学生通过自己的思考或者他人的观点来拓宽自己的视野,加深对基本原理和概念的理解。
(4)案例的实践性。通过教学案例,学生可以在课堂上接触并学习到社会实际问题,实现从理论到实践的转化。在案例分析中,不存在所谓的标准答案,学生可以独立思考,建立独特的、适合于自己的思维方式。
(5)教学的互动性。在案例教学过程中,教师引导学生参与到案例中,教师与学生之间、学生与学生之间的交流、互动贯穿其中,促使每个学生主动地探索知识,寻求规律,自觉地将所学知识转化为解决问题的能力。
综上所述,与传统教学方式相比,案例教学可以很好地鼓励学生进行独立思考。在案例教学中,学生拿到案例后,先要进行消化,然后查阅必要的理论知识。这不仅加深了对知识的理解,还加快了知识向能力的转换,在能力培养上起到了积极的推动作用。
三、案例教学在多元统计分析教学中的应用
多元统计是一门应用性很强的学科,因此,在教学中只有密切联系实际,学生所学的知识才能得以巩固和加深。由于学生平时很少有参加实践的机会,因此理论和实践难以紧密结合,更谈不上用所学的知识和方法去解决实际问题。案例教学则以学生为中心,通过对实际问题的研究、思考、剖析和辩论等一系列交互式探索,对分析问题做出明智判断,同时加深对学习内容的理解。
例如,在学习聚类分析时,老师布置学生从自己感兴趣的问题出发采集数据,要求样本量不低于30个,指标不低于5个。有人收集学生在某学期的各科考试成绩,有人收集学生的日常消费数据,还有人收集学生使用网络的相关数据,等等。根据收集到的数据特点进行聚类分析,在聚类中可以考虑不同的类的个数(如三类或四类),也可以考虑不同的聚类算法(系统聚类法或快速聚类法)进行聚类操作,还可以考虑使用不同的距离公式来计算,从而得到多组分析结果。在此基础上,通过对不同方法得到的聚类结果进行分析,可以比较出究竟是哪一种方式最适合实际数据,得到的分类结果最理想,从而引导学生理解聚类的原理和思想,掌握各种算法的异同。在这个过程中,会涉及指标的选择、问卷的设计、数据的收集、数据的整理、方法的选择、结果的分析与比较。各组学生通过合作和讨论,加深了对学习内容的理解,提高了学习的兴趣。
在学习因子分析方法时,老师给出的案例是根据上市公司的财务数据进行评价。上市公司的年报数据可以通过上网查找获得,使用十分方便。在初始分析时,老师使用统计软件SPSS的默认设置进行操作,通过得到的结果引导学生思考:按照默认操作得到的两个因子能否涵盖原有内容的大部分信息,满足分析要求?每个因子代表哪些原始指标,是否具有可解释性?如果不能得到满意的结果,就可以使用软件再次计算,并根据需要修改设置,比如提取因子的个数、旋转的方法、因子的得分,等等。对于新的结果再次进行分析,特别是根据公因子所代表的原始指标考虑其命名,使因子具有可解释性,比如体现资金实力的因子、体现盈利能力的因子、体现管理能力的因子。通过深层次的分析,学生能够熟练掌握软件的操作方法和分析实际数据的能力。
在案例分析的基础上,老师可以提出类似的问题让学生自己分析,达到举一反三的目的。具体做法是将学生分成若干小组,每组由3至5人组成,要求各小组仿照教学案例自主选题,从实际问题出发,学会应用多元统计方法来分析和处理问题。通过这种方式,学生能够分工合作,共同完成数据收集、选取、整理、计算、分析、决策,最终形成分析报告,这种练习既锻炼了学生团队合作精神,又培养了撰写报告的能力。
四、结语
多元统计分析的教学过程是一项复杂的系统工程,通过实践我们发现,案例教学是一种行之有效的教学方式,非常适合于该课程的教学。通过具体案例的分析,学生摆脱了理论学习的困惑,自觉地将所学知识应用于实际问题,真正做到了理论联系实际。在教学过程中,如何将学生的被动学习变为主动学习,如何在教学过程中有效地开展研究性学习、协作性学习、探索性学习,是教学中需要进一步探讨的重要内容。案例教学对案例资源的选择、实验设计、考核方式等均有较高的要求,在应用中还存在一些问题有待改进,我们只有总结经验,不懈努力,才能争取更大的进展。
参考文献:
[1]刘琳,丁琨.案例教学在多元统计分析课程中的应用研究[J].农业与技术,2009(6):129-131.
[2]薛薇.统计分析与SPSS的应用[M].中国人民大学出版社,2011,1.
[3]刘银萍,安丽微.多元统计分析课程教学的探索与实践[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2011(8):96-97.
关键词:认知结构;整体认识;欣赏学生
中图分类号:G633.6 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2014)09-0148
一、设计思路
在“概率与统计”这一课中,学习整体性认识统计和渗透统计的思想观念尤为重要。因此,笔者通过让学生观看视频、整体感受,以及利用实际问题来认识统计调查的整体过程和方法;利用学生感兴趣的话题整体运用知识解决问题。让学生始终带着明确的目的、整体的思路、自然的思考去认知。体现“整体――局部――整体”的认知过程。
二、课堂实录
1. 视频引入――整体感受
师:请大家观看我国今年第一季度经济情况的新闻会片段,请注意片段中出现的数据:今年以来,国民经济运行出现了积极变化,整体表现好于预期。初步核算第一季度国民生产总值65745亿元,按可比价格计算同比增长6.1%,其中第一产业增加值4700亿元……
师:片段中有许多数据,为了清楚了解,我已将它们做成一张表格
师:该发言人得出的第一季度经济情况是好,还是坏?他的依据是什么?
生:好,根据很多同比增长的数据。
师:这就说明了,我们在生活中需要一些数据来了解世界的现状以及变化规律。这些数据这么重要,他是怎么得到的呢?
生:应该是调查后,统计得到的。
师:你真棒,已经具有统计的思想观念,请大家用掌声对她表示欣赏。(同学们掌声热烈,表情愉悦)由此引出所讲的内容。
2. 解决问题――整体认识
师:首先来解决身边的问题,我们学校重视文化建设,每年举办科技节、读书节、体育节、艺术节4个“文化节”活动。如果班长想了解全班同学对这4个“文化节”的喜爱情况,然后在班级举办一些活动,你认为他该怎么做?
生1:可以找个时间在班里表决一下。
生2:可以用问卷调查统计。
师:大家的方法都对。实际上大家都是想得到数据,即收集数据。
那么,如何去收集数据呢?方法有很多,例如刚才这位同学说的问卷调查就是常用的方法。如果用问卷调查,我们先要做什么?
生:设计问卷。
师:怎么设计?问题是什么?选项是什么?
生:问题是:下面四个“文化节”中,你最喜欢的是什么?选项:A.科技节 B.体育节 C.读书节 D.艺术节 。
师:如果大家都将问卷写好交给课代表,他能直接看出情况吗?
生:不能,答案还没有整理,可用表格整理。
教师赞赏同学们的讨论能力、学习能力,并说明用计算机制做表格方便,出示:
教师介绍设计表格的横、列内容,以及用划记法记录数据。
师:刚才我们用问卷调查的方法收集数据,针对这个问题有其他更简便的方法吗?
生:可以让大家直接举手。
教师按照他的方法现场得到表格:
师:如果要更直观地看出表中的信息,你有什么办法?
生:可以用条形图。
师:对,可以用条形图直观描述数据,如何画条形图呢?
教师和学生共同探讨画条形图的方法。并出示:
师:由图得出大家最不喜欢的“文化节”是什么?喜欢它的有几个人?你是怎么看出的?
生:大家最不喜欢的“文化节”是“科技节”,只有4人。我是先找到最矮的条形,它标示是4人,对应横轴是表示“科技节”。
师:正确,大家的思维都很有条理性。每个条形既要看它横轴表示什么,也要看它纵轴的高度表示的数值。在条形图中能看出各部分占总数的比例吗?
生:不能,可以用扇形图直观反应。
教师赞扬同学们反应真快。并出示:
师:你能根据扇形图得出大家喜欢“文化节”的情况吗?
生:由图可知,大家最喜欢体育节,喜欢它的人数占总人数的41.2%。
师:如果让大家自己画扇形图,你会怎么画?
师生共同探讨画图方法,并强调关键是计算各扇形圆心角的度数,圆心角=360°×比例。
师:现在有两种统计图都可以直观描述数据,它们有什么异同点?
生:相同点是都很直观,都能反应各部分的大小;不同点是条形图是反应具体的数值,扇形图是反应各部分占的百分比。
师:你的比较能力、概括能力好强啊!最后,你根据这些数据分析得出什么结论?建议班长在哪些“文化节”中多举办活动?
生1:我得出的结论是大家最喜欢“体育节”,所以建议班长在“体育节”中多举办活动。
生2:我建议学校取消“科技节”。
生3:不行,我建议改正“科技节”,让更多的人喜欢它。
师:大家说得都对,只是分析问题的角度不同,都是根据数据的分析来决策的。回顾这次统计调查,经过了哪些步骤?
生:就是黑板上写的这些过程。
师:在这次调查中,全班同学是要考察的对象,我们对全体对象进行了调查。像这样考察全体对象的调查方法叫全面调查。例如:2010年我国进行的第六次人口普查,就是全面调查。
3. 巩固检测――发展能力
由学生独立完成课本课后练习:1、2。
激趣应用:如果了解全班同学对《西游记》中的主要人物:唐僧(道德)、孙悟空(能力)、沙僧(规矩)、猪八戒(性格)的喜爱情况,来判断大家的价值取向。你会怎么做?
学生口头表述解决过程,完整地运用本节的内容。
4. 小结提升――形成结构
学生独立回答,教师边引导边出示课件反映主要知识框架:
三、体会与反思
1. 进行有效的整体性教学
学生在视频引入中有效地整体感受知识;从整体过程中学习局部知识,表现为学生对每一环节目的明确,从一个环节到下一个环节过渡自然,整个过程始终保持学习的主动性;在知识应用中,学生条理清晰、知识提取流畅,充分说明了整体性教学的有效性。
2. 抓住内容的本质
统计调查的核心是“让数据说话”。本节课借助计算机统计数据和绘制统计图表,将学生学习的重点放在理解统计的思想和从事统计的活动上来。
3. 培养学生的能力、渗透统计的观念
本节课通过问题的解决这一核心,给学生充分的思考时间和空间,通过合作、交流用统计调查的途径发展了各方面的能力,渗透了统计的思想观念。
4. 学生的情感得到了充分满足
本节课教师用欣赏的眼光积极评价学生的表现,让学生体会成功的喜悦,增强学习的兴趣和自信心。特别是热烈的掌声既将学生的思维充分地打开,也将学生的情感一次又一次地推向。
5. 教学设计和实施的不足之处
为了强调整体性设计,本节课的容量偏多,还有进一步推敲整合的空间。由于是公开课,过多重视课堂完善,个别环节不够开放,例如应用问题只是让学生口头分析讲述,没有实际实施。
参考文献:
[1] 吴亚萍.“新基础教育”数学教学改革指导纲要[M].桂林:广西师范大学出版社,2009.
一、案例教学法的实施
根据案例教学法设计要求,在郑州航院信息统计职业学院会统系的统计学教学中运用了该教学方法。包括“郑州市高职生消费行为研究”总项目、五个子项目(调研方案设计、统计调查、统计整理、统计分析、统计分析报告)、15个引导案例,即“1+5+15”的项目案例体系,在36课时内完成教师与学生互动的以典型案例的项目学习过程;之后安排36课时的实践,模仿“郑州市高职生消费行为研究”项目完成各项目小组的自选项目。通过项目分解,使统计教学过程流程化;以完成项目任务为目标设计典型案例引导项目学习,分阶段实施,由浅入深,层层递进。案例教学主要包括项目学习与项目实践两个阶段:第一阶段:示范项目学习,包括以下几个步骤:第一步,示范项目引入与项目分解。我们设计了“郑州市高职生消费行为研究”统计教学示范项目,根据统计工作流程将项目分解为郑州市高职学生消费行为调研方案设计、郑州市高职学生消费行为调查、郑州市高职学生消费行为资料整理、郑州市高职学生消费行为统计分析、郑州市高职学生消费行为统计分析报告五个子项目。第二步,选取典型案例,引导项目学习。针对每一个项目任务,选取相对应的典型案例进行课堂案例教学,创设各种情景,完成学生对统计学知识的建构;学生通过课堂案例模仿,课后案例实践开展项目学习。第三步,展示示范项目成果。向学生演示已完成的“郑州市高职生消费行为研究”调研项目,点评示范项目的完成情况,对项目开发中的统计调查与分析方法进行总结,巩固与完善学生的统计学知识,激发学生的求胜欲和创造激情。第一阶段的教师角色定位是组织者与知识建构的引领者,通过教师设计、组织、实施示范项目与案例教学,引导学生主动参与项目学习,帮助学生完成主体性学习参与和知识建构。第二阶段:项目实践,包括以下几个步骤:第一步,划分项目实施小组。在统计学开课之初,在遵从学生个人意愿的前提下,按照科学性、异质性与平衡性的分组原则,依据学生的学习成绩、知识结构、学习能力、性格特点等方面均衡搭配,将学生合理地编入各项目组。每组人员为5~8名,共10组。各组推举出“项目经理”(组长),全面负责项目的实施,组织小组的学习讨论。第二步,项目具体实施。由项目经理负责组织,针对本组项目任务开展研究讨论,进行明确的具体分工。第三步,师生共同评定每个学生的实践项目成绩。首先由教师根据项目教学目的与要求,提出各项目完成情况的评价体系,明确各项目具体的测评内容及打分标准。然后根据各项目的完成情况,按学生自评、小组评议、教师评定的程序,客观公正地给出每个学生的实践项目成绩。第二阶段的教师角色定位是学生的导师和顾问。教师以单独或协作的方式,判断学生完成项目方面的学术要求,帮助制定和选择能够满足这些需求的计划,同时提醒学生所忽略的步骤,了解学生在项目研究进展的情况,及时提供线索、暗示和反馈,对项目全过程实施质量控制,最后做好项目评估。该阶段的学生角色定位是实践者与协作者。通过项目实践,小组成员分工协作,展开交流、讨论。
二、案例教学法实施效果分析
为了检验以案例为引导项目教学法的教学效果,以郑州航院信息统计职业学院会统系会计专业为实验对象,将2011级会计一班设置为实验组,引入案例教学;将会计二班设置为对照组,仍然采用传统的教学方法。教学结束后,我们对实验组和对照组的班级进行了问卷调查,以评价两种统计学教学方式。问卷采用五级李克特量表对学习效果、实践能力、综合素质、学习体验四个方面共8问题进行了测量,从非常同意、比较同意、说不准、不太同意、很不同意分别设为5分、4分、3分、2分、1分,计算每个班级的累加得分与平均得分,进行比较分析。调查结果可以看出,在学习兴趣和求知欲、知识理解和记忆、知识融会贯通、技能培训、创新能力、团队协作、学习快乐、学习成就感方面,采用案例教学法的实验组得分要明显高于采用传统教学法的对照组。案例法教学实验班的学生,统计学成绩大多集中在80~90分之间,平均成绩为81.43分;非项目法教学对照班的学生,统计学成绩大多集中在70~80分之间,平均成绩为73.57分。这表明接受案例教学法学生的统计学成绩明显高于非项目教学班的学生,而且成绩变动的标准差较小,也表明案例教学对于学生协作学习,知识共享,共同提高有明显的效果。
综上所述,在高职统计学教学中采用案例教学法,以案例作引导,通过典型案例来创设情境,并通过参照案例来参与项目学习与实践,是充分调动学生学习积极性、创造性、加强专业技术实训与实践能力培养的有效方式。
关键词:案例教学;概率论与数理统计;案例选择
作者简介:李春丽(1979-),女,湖北荆门人,武汉科技大学理学院,讲师。(湖北武汉430065)
基金项目:本文系科技部项目(项目编号:2009IM010400-1-25)、武汉科技大学教研项目(项目编号:2011x056)的研究成果。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)14-0083-02
案例教学(Case-teaching 或Case Method)是指通过提供一个真实的或模拟的具体情景,有选择地把问题呈现出来,让学生置身于该情景之中,在教师的组织下,通过对案例的阅读、思考、分析、讨论和交流,开发学生发现、分析和解决实际问题的能力。它强调以学生为主体,以培养学生的自主学习能力、实践能力和创新能力为目的。[1]简单点说“案例教学”就是指在教学时要从问题到理论,再从理论到应用,而不是从概念到概念、从理论到理论。早在古希腊和古罗马时代,案例教学法就有了最早的雏形,其中最著名的莫过于哲学家苏格拉底所采用的“问答式”教学法。案例教学作为一种教学方法在国外有悠久的历史,尤其在法律和医学领域中效果出色且明显,我国也在逐步尝试这种教学方法。下面将对案例教学法在“概率统计”课程中的运用做一些探讨。
一、传统教学方法的缺陷
“概率论与数理统计”是研究随机现象统计规律性的一个数学分支,它来源于实际生活,广泛运用于实际生活,而且也是很多大学后续课程的基础。因此,该课程一直是大专院校开设的一门主要基础数学课程,也是理学、工学、经济学硕士研究生入学考试的一门必考课。这门课程的重要性无需赘述,但是目前学生学习的状况却不容乐观,究其原因,很多同学觉得该课程太枯燥了,理论性太强,因此没有兴趣。当然,作为一门数学课程,它有数学理论课程的共性:理论深奥,难懂;试题复杂多变;应用不能立竿见影。目前的教材及教师授课都存在重理论、轻应用的特点,缺少该课程本身的特色及特有的思想方法,使许多初学者产生了厌学情绪。
产生这种现状的原因在很大程度上归咎于统教学模式的机械化。在传统的教学模式下,学生获取知识的主要途径就是老师灌输,学生被动接受。这种“填鸭式”的教学忽略了学生的主体地位,同样也没有发挥出概率论与数理统计这门学科的特点。
二、案例教学法在“概率论与数理统计”课程教学中的适应性
“概率论与数理统计”虽然是数学学科的一个分支,但它又有别于其他数学学科,就是它非常直观,这门学科里面绝大多数概念都直接来自于实践。概率统计中的思想方法、原理、公式等理论的引入,最能激发学生兴趣并使其印象深刻的做法就是从贴近生活现实的问题即案例引入,如果遇上的问题不能用已有的理论解决,则意味着人们必须创设新的理论。这些新问题怎样解决?于是,新的概率统计的思想方法、原理、公式等理论便产生了。创设的新的概率统计理论可以解决哪些问题?典型案例即实践中的问题又出来了。正如张家军所说“突出的实践性在案例教学中,它没有直接简单地告诉学生一个真实的社会组织在干什么,而是让学生在社会生活方面发生过的案例中充当角色,学生运用已有的知识,通过自己的分析、思考,得出自己的判断,作出自己的决策,实现从理论到实践的转化”。[2]
案例教学与传统教学的区别是学生在校园内就能接触并学习到大量的社会实际问题,弥补实践的不足和实际运作能力匮乏的缺陷。所以在概论与统计的教学中应处处有案例,随时能点亮学生智慧的火花。案例教学法是针对这门学科的一个非常好的教学方法。
三、案例的选择
案例教学的目的实际上是希望学生从实际问题出发,掌握理论知识,进一步运用到实践。为了达到这个目的,首要问题就是选择案例。这实际上是案例教学中最重要也是最困难的地方,主要取决于老师的选择。为了发挥案例的最大作用,在每个教学的环节应该慎重选择案例。比如说,处在概念的引入阶段时,案例发挥的作用应该是启发学生提出概念,并且理解概念的必要性与合理性,而且不能占据太多的时间。此时选择的案例一定要简单,具有代表意义,让学生直观上就能明白下面的概念要表达的含义,也许学生提炼的语言和思想并不那么精练、准确,但通过与下面精确概念的比较,就能达到由现象进入本质的效果。
可以看这样一个引入最大似然估计概念的案例:有一个学生和一个猎人去打猎,看到一只兔子跑过,听到一声枪响,兔子应声倒下,问:这一枪最有可能是哪个人放的。这是一个非常直观的问题,设置在课堂上既简单又能够说明事情。通过这个问题,学生的积极性都调动起来了,绝大多数同学都会回答这一枪一定是猎人放的。进一步,老师要引导学生揭示其中的原因,同学们会有不同的答案,都处在现象上面说明问题,最后老师可以根据学生的答案做总结:这一枪最可能是猎人放的。这里面有一个“小概率原理”:就是一个小概率事件在一次试验中是不可能发生的,假如这一枪是学生放的,说明学生一枪就击中兔子的概率是很大的,这显然是不合逻辑的,因此这一枪最有可能是猎人放的。进一步老师可以根据这个例子,引入最大似然估计的思想:在一次抽样中,取到了某个样本,说明这个样本出现的可能性最大,那么使得这个样本出现的可能性达到最大的参数值就是最大似然估。通过案例这种直观工具,加入学生的讨论,会让抽象的理论更加具体,使枯燥的课堂生动起来。
当然,在教学的中间环节,教师也可以设置一些案例,让学生利用所学的概念和定理来解决实际问题。这样的案例也要分成几种,一种就是课堂上就能解决的,相对要简单一些,可能处理的是某个单一的问题;另外一种就是课后处理的案例,这种案例相对复杂,综合性更强一些,因为学生课后有足够的时间,有时甚至需要查阅一些文献,建立一些数学模型。
四、案例的应用
对于“概率论与数理统计”这门课程来说,一个非常重要的教学目的就是挖掘出概率原理的原始思想。传统教学的讲授方式往往直白地将定义、定理等的精确表达方式呈现在学生的面前,而这些经过加工的精练语言往往抹杀了最初的思想。案例教学试图弥补这种缺点,再现原始思想。
这就要解决一个关键问题,如何运用案例。原始思想一般都来自于某些灵感的火花,或者说某种顿悟。案例实际上起到了这种效果,让学生参与到案例的分析上来,仁者见仁,智者见智,提出自己的思想,在老师和其他学生的诱导和启发下,往往使得问题的本质浮出水面,老师需要做的就是总结和提炼这些闪光的思想。
下面看一个案例应用的例子:区间估计从理论上直接阐述是比较抽象的,但其在实际生活中处处可见,为了引入这个概念,老师可以先引入一个医学上的案例:血常规报告单上会有很多项目,看看其中一项白细胞指标,见表1。
在上面的单位下,正常人的白细胞指标参考值为:4.0~10.0,即当你的化验结果上白细胞数量结果显示是在4.0~10.0之间时,证明你的这项指标是正常的,那么这个参考值是如何得到的呢?如何理解参考值4.0~10.0的含义?
这是一个非常常见的案例,学生也容易理解。若干学生首先会想到,这个参考值是根据若干的正常人白细胞的数量推断出来的,老师可以适当启发,为什么推断的值不用一个点(即点估计),而用一个区间。学生可能回答,即使正常人,白细胞数量也不一样,取一个区间更合理一些。进一步,老师可以发问,为什么是参考值,所谓“参考”应该如何理解,学生可能会回答,即使有些人指标不落在4.0~10.0之间,他的白细胞数量也可能是正常的,4.0~10.0只是一个参考,并非绝对的。
实际上,通过这些提问,区间估计的直观概念已经出来了,老师的工作就是将学生的回答总结起来:所谓参考值其实就是正常人的白细胞落在4.0~10.0的可能性,不妨认为这个可能性取值至少为95%(根据需要取值)。那么上述参考值4.0~10.0可以理解为:设白细胞数量为参数θ,那么。区间下限4.0和上限10.0是根据抽取的样本确定的,95%可以理解为正常人的白细胞落在这个区间的可信程度,这就是所谓的“置信度”。
有了这个案例,后面区间估计的概念就是把这个案例里面的具体数值抽象化,学生对照着理解,就会非常容易。案例分析使学生掌握了从具体到抽象的认识方法,揭示了隐含在案例中的概率统计思想,寻求带有普遍指导意义的内在规律,使之上升到理论高度。
案例教学中教师的主要责任在于启发、引导学生进行独立思考,一定要让学生自己提出见解,并去分析、解决问题,当学生见解不统一时,再由教师引导学生展开辩论,逐步统一认识。从而培养学生分析问题、解决问题的能力。
五、案例教学法的应用效果
案例教学法改革了传统的灌输式教学方法,充分发挥教学互动的优点,体现了学生是教学主体,使原本枯燥刻板的数学概念、数学理论变得直观易懂。案例教学法的讨论模式既丰富了教学形式,又要求学生灵活地运用所学知识,模拟解决实际问题,促使学生主动思考、分析、解决问题。同时,学生间、师生间的合作分析与研讨,还锻炼和提高了学生合作共事与交流协作的能力。就如张宝臣所阐述:“一个出色的案例,是教师与学生就某一具体事实相互作用的工具;一个出色的案例,是以实际生活情景中肯定会出现的事实为基础所展开的课堂讨论。它是进行学术探讨的支撑点;它是关于某种复杂情景的记录;它一般是在让学生理解这个情景之前,首先将其分解成若干成分,然后再将其整合在一起。”[3]
案例教学使学生在对案例的探究过程中和现有理论及实践基础上,将典型案例所涉及的理论逐个分解、逐步细化;同时,教师结合案例的应用,用通俗易懂的教学方式将这些理论讲细、讲透,让学生真正理解并掌握案例所涉及的理论知识,从而降低专业课的理论难度。
在“概率论与数理统计”教学中采用案例教学法,学生普遍加深了对概念的理解,对理论的掌握,并且比其他教学法更易接受。学生的实践意识、学以致用的信心和决心更多更强,并且在学习“概率论与数理统计”的过程中,提高了学生的语言表达能力和合作协调能力,具有很好的教学效果。
参考文献:
[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社,2007.
[2]张家军,靳玉乐.论案例教学的本质与特点[J].中国教育学刊,2004,
[关键词]机电一体化系统设计;案例教学;学习兴趣;创新能力
当前我国正在实施《中国制造2025》规划,这对我国工程教育特别是机械工程教育提出了更高的要求,机械装备制造企业迫切需要具备机、电、控制、信息处理等多学科融合的机电装备设计制造复合型人才。机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业课,它涉及机械技术、电工电子技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息处理技术等相关技术,是该专业所有专业课中工程性、实践性、综合性最强的一门课程,该课程后续的教学环节为毕业设计。机电一体化系统设计课程的任务是在先修课程的基础上,从系统工程观点出发,综合运用各种专业知识,分析机电一体化产品的各组成要素之间的关系,实现机电系统要求的功能。因此,该课程对于学生全面了解和掌握所修其他课程的联系,建立机电一体化的系统思维体系,培养综合运用专业知识的能力,具有重要的作用。机电一体化系统设计的教学内容包括机械系统设计、传感器测试、电机与驱动、微机原理与接口、微型计算机控制等内容。各部分内容之间相对独立,课程自身的理论体系不突出,缺乏整体感。另外这些教学内容中的有些内容在先修课程机械原理、机械设计、数控技术与数控机床、机械工程测试技术、微机原理与接口、单片机原理与接口、微型控制技术等课程中均有所涉及,极易造成教学内容的重复,给学生一种重复教学的感觉,从而降低学生对本门课程的兴趣。针对上述问题,我校在实施机电一体化系统设计教学中,以实现机械、电子、控制、信息等各异技术融合为目标,以实现闭环运动控制系统的伺服性能为出发点,以系统接口设计为主线,以案例教学为教学手段将以上教学内容有机结合,实施案例教学改革。[1][2][3]
一、绪论教学案例设计
绪论部分是机电一体化系统设计课程的关键部分,该部分对于学生理解本门的课程的特点和体系结构具有重要的作用,该部分主要突出机电一体化系统的特点、组成、设计方法以及接口等。在教学过程中,我们首先对数控车床与非数控车床两个案例在结构、功能、优缺点上进行对比,机电设备与非机电设备的区别在于增加了大脑“控制器”和神经“传感检测单元”,从而提高了设备的自动化程度、精度和效率等。通过数控机床、机器人、AGV小车、数控雕刻机等案例介绍机电一体化系统的组成部分及各组成部分的功能,强调控制器和传感检测单元在机电一体化系统中的作用。另外在讲解这部分内容时,突出机电一体化系统各组成部分之间的接口连接,通过机械接口(联轴器、传动机构等)、电子电气接口(A/D、D/A、放大器、光电耦合器)、通信接口(232串行口、USB、以太网接口等)、软件协议接口(TCP/IP协议、USB协议等)等案例,讲解接口在机电一体化系统中运动、能量、信息传输变换中的作用,强调机电一体化系统通过接口将各异技术集成在一起,形成特定的功能。在机电一体化技术方向方面,主要强调当前“机械功能电子化,电子功能软件化”的发展趋势,通过伺服电机变速代替变速箱,无刷直流电机代替传统电刷直流电机,电子表代替机械表,电子秤代替机械秤,高能束加工代替刀具切削加工等案例讲解机械功能电子化的发展趋势及带来的优势。通过软件PID控制算法代替硬件PID控制器,可编程控制器PLC代替逻辑继电器电路,可编程逻辑阵列FPGA代替专用芯片等案例讲解硬件功能软件化的趋势及优势。通过以上案例,让学生深刻认识机电一体化技术的发展方向及带来的优点。在绪论部分实施案例教学,可以避免相关知识点的填鸭式和说教式教学,使学生对机电一体化系统设计这门课程有一个系统的认识,强化了学生对机电一体化系统组成、功能、设计方法等知识点的认识。
二、机械系统教学案例设计
由于教学对象是机械专业的大四学生,多数学生一看到“机械系统设计”这个标题就感觉这部分没有新的内容,认为该部分内容是机械设计课程内容的重复,甚至认为这部分内容非常简单,没有必要在课堂上讲。恰恰相反,机械系统设计是机电一体系统设计中最为关键的一部分。因此,在开始讲解这部分内容前,应该首先点明机电一体机械系统设计与普通机械设计的区别,提高学生对该部分内容的兴趣。在课堂教学中,该部分首先通过如图1所示的机械一体化系统中典型的闭环控制系统,说明机电一体化产品中的机械系统与非机电一体化产品中的机械系统最大的区别在于:机电一体化产品中的机械系统是微型计算机控制的闭环系统的组成部分,因此在进行机械系统设计时必须要考虑机械系统的结构参数(惯性、刚度、摩擦、阻尼、传动间隙、固有频率)对闭环系统伺服性能(快速性、稳定性、准确性)的影响。基于这一区别,展开讲解机械系统的结构参数对闭环系统伺服性能的影响,以及如何从机械系统设计的角度提高整个闭环系统的性能。机械系统设计部分的另外一个重要内容是传动机构设计,通过齿轮传动案例中的间隙、刚度等对伺服性能的影响,说明在机电一体化系统中应该尽可能缩短传动链,提高闭环伺服系统的性能,并以伺服电机变速代替传动机构变速、直线电机、力矩电机、电主轴等作为缩短传动链的案例;只有当电机与负载不能匹配的时候才考虑使用传动链进行力矩、速度、转动惯量的转换。齿轮传动链设计部分包括最佳传动比的选择、传动级数的选择、传动比的分配等,这三部分内容的讲解都围绕提高伺服性能为根本目标,重点讲解最小转动惯量原则、输出轴转角误差最小原则分配传动比。为了区别机械设计,本部分除重点讲解齿轮传动链设计外,还通过数控机床旋转进给工作台、A/C轴双摆角铣头、机器人关节减速器等案例讲解了双导程蜗杆蜗轮传动结构、谐波减速器、RV减速器的各自原理以及在机电一体化系统中的应用。
三、计算机测控系统教学案例设计
计算机测量控制系统是机电一体化系统的核心,它负责采集机械部件的运动信息,并与给定值比较,生成运动控制指令。该部分的教学内容在机械工程测试技术、数控技术与数控机床、单片机原理与接口、微机控制技术等课程中均有涉及,因此,在本课程教学中将传感器、伺服电机、工业控制机结合起来,以工业控制机为中心,以接口为桥梁,将相关内容通过案例整合在一起。首先简单介绍增量式旋转编码器、光栅、感应同步器等位移测量传感器的位移测量和辨向原理,由于上述传感器直接输出相位相差90度的正弦信号,因此随后重点讲解传感器的接口电路如何对正弦信号处理获得相位相差90度方波信号,以及如何完成变相细分等功能。在控制电机部分,重点介绍了步进、直流、交流电机的功率驱动电路,如斩波恒流功放电路、PWM原理、SP-WM原理等,比较了三种电机在扭矩和功率输出特性上的不同点。最后以8051单片机为处理器,使用Proteus软件设计了教学案例[4][5],涉及位移传感器测量接口电路和D/A转换接口电路,PID数字控制等知识点。
四、机电一体化系统教学案例设计
机电一体化系统是一个机械、电子、控制、信息等各异技术相融合的系统,在机电一体化系统设计课程的最后一章,以电脑刺绣机为设计实例,通过对这一典型机电一体化系统的设计过程,使学生能够根据设计需求综合应用机械系统设计、传感器测试、电机与驱动、微机原理与接口、微型计算机控制等各方面知识来设计一个机电一体化的系统。如图2所示,刺绣工艺的动作包括绣框在x、y两个方向的直线往复运动和绣针在z方向的连续上下往复直线运动,通过这两类运动的配合和刺料机构的作用形成线迹,绣框在x、y两个方向的移动距离决定了线迹的长度和方向,绣品由线迹的集合构成。绣针在织物上方时,绣框沿x、y两个方向移动到指定的位置,当绣针自上而下落到织物表面时,绣框停止移动,在刺料机构的作用下即完成一针线迹的动作。根据机电一体化系统的几个功能要素,电脑刺绣机由微机控制系统(控制与信息处理单元)、移框步进电动机及主轴电动机(驱动与执行单元)、x、y、z三个方向的传动机构及刺料机构(机械传动单元)、针杆位置传感器(传感检测单元)、220V单相交流电源(动力单元)、机架(机械结构单元)以及各部分之间的接口组成。由刺绣打版机输出的刺绣花样数据保存在电脑刺绣机的EPROM或磁盘中,电脑刺绣机的工作过程如下:控制微机启动主轴运转,由刺料机构带动旋梭和针杆运动,微机从刺绣花样数据文件中顺序读取每一针的x、y相对位移坐标,根据坐标数据通过两个电机的协调运转驱动绣框在平面内进行移动,微机通过读取针杆位置检测器的信号使绣框的平面移动与刺料机构的运动相互配合。电脑刺绣机设计参数的计算主要包括x、y、z三个方向运动件的运动参数和动力参数的计算、结构参数计算以及品质参数、环境参数和界面参数的确定。运动参数计算主要包括主轴转速范围的确定、绣框位移计算、绣框位移与主轴转动的运动配合、绣框运动速度计算、主轴转速计算、x、y步进电动机工作频率及传动比计算、移框加速度计算等;动力参数计算主要包括刺料机构驱动功率计算、移框步进电动机驱动力矩计算等;结构参数计算主要指刺绣机工作台面的长、宽、高三个方向尺寸的计算及机头头距的计算;品质参数主要包括系统可靠性、传动精度等;环境参数包括工作电压、环境温度、环境湿度等;界面参数则用于表征机器的人—机对话方式和功能。系统各部分之间通过接口进行连接,主要的接口包括微机系统前向通道与各传感器模块的接口以及微机系统后向通道与各功率驱动模块的接口,各接口通过采用光电隔离技术防止外部模块对微机系统的回馈干扰以及防止强电信号对微机电源的干扰。尽管电脑刺绣机由微机对刺绣工艺实行全面控制,但刺绣过程会出现断线、断针等随机因素。为保证刺绣工艺的准确进行,系统必须对针杆位置、绣线通断状况、绣框极限位置进行实时检测,因此,系统必须包含绣针布上布下位置检测、针杆最高位置检测、断线检测、绣框越界检测等传感检测模块。各传感器模块与微机系统前向通道之间需要进行接口设计,另外,微机系统后向通道与电机驱动模块之间也需要进行接口设计。微机控制系统是电脑刺绣机系统的核心,根据用户要求和工艺分析,控制微机除完成用户的基本要求外,还应具备花样存储与选择功能、记忆功能、工作状态显示功能、各种进退针功能等功能。微机控制系统设计除满足上述设计要求外,还应对控制微机的软硬组成方案进行初步设计。
五、结束语
针对机电一体化系统设计课程工程性、实践性、综合性最强的特点,围绕机械一体化闭环伺服系统的各组成要素,实施案例教学,通过典型案例实现理论教学和实践教学相结合的教学方法,不但加深了学生对机电一体化系统的理解,而且提高了学生学习兴趣、自学能力和创新能力,取得了良好的教学效果。
[参考文献]
[1]杨普国,孙佘一,陈俊.项目式案例教学方法的研究与实践[J].昆明冶金高等专科学校学报,2011(5):83-86.
[2]赵丽梅,李焜.机电一体化技术课程中案例化教学改革与实践[J].大学教育,2016(3):106-107.
[3]覃金昌,陈志.基于Simulink和GUI的机电一体化课程案例仿真教学研究[J].机械工程师,2016(5):22-24.
[4]李琦,王基,刘永葆.《机电一体化系统设计》课程教学改革与实践[J].高等教育研究学报,2010(1):100-101.
(江苏省宜兴第一中学, 214206)
摘要:技术课程标准对学生提出了有别于其他学科的独特要求,即希望通过本学科的学习能够提高学生理解技术、评价技术、管理技术和使用技术的素养,培养学生密切联系实际,自主地、有创造性地解决生活中遇到的问题的能力。在通用技术课堂教学中,教师选取合适、有效的教学案例不仅能够吸引学生的注意力、调动学生的思维,更能培养学生的学科兴趣,引导学生深刻理解课程目标,从而牢固掌握并能灵活运用技术知识。
关键词 :通用技术 教学案例 选择与思考
高中通用技术作为一门以设计学习和操作学习为主要特征的课程。它强调的是学生对技术及其设计的思想和方法的掌握;强调的是学生探究技术本质和运用技术原理解决实际问题能力的提高;强调的是学生对技术的终身学习和技术创新意识的培养。因此,在学生掌握知识和技能的基础上,思维得到发展、能力得到提高是本学科真正的教学目标。
在平时的课堂教学中,最能够激发学生思维的不是学生的听讲,而是课堂上的师生对话,而这种对话通常情况是由教师提供的教学案例引发的。教学案例具有启动学生思维和引导思维方向的作用,教师选择什么样的教学案例,学生就会有选择地注意这一方面的信息,教学效果就会事半功倍。那么如何让课堂教学案例更适合通用技术的课程性质呢? 如何让课堂教学更加有效呢? 关键是如何将教师要教授的内容转化成学生想学的东西。这也是教师选择课堂教学案例的出发点。
一、选取贴近生活的教学案例,引导学生解决实际问题
在苏教版必修模块“技术与设计1”中(以下涉及教材均为苏教版),教材对通用技术给出了明确的定义:通用技术是在日常生活中应用广泛,且对广大学生的发展具有迁移价值的技术。因此,通用技术课堂教学中应该尽可能地选取贴近学生日常生活的教学案例,应该让学生能够从日常生活的体验中真切地感受技术的价值,让学生能够切实理解技术与人们需求之间的密切关系;从解决实际问题的过程中学习通用技术,让学生的学习成为解决实际问题的过程,真正做到学以致用。
笔者在教学“技术的性质”时,选取了“高压钠灯的发明过程”作为教学案例。高压钠灯是一种发光效率很高的电光源,并且耗电少、寿命长、透雾能力强、不诱虫,但钠蒸气放电时产生1000℃以上的高温,具有很强的腐蚀性,玻璃管根本无法承受,所以高压钠灯的研制遇到了技术瓶颈。直到有了透明陶瓷,高压钠灯才得到实际应用。在教学中,设想借助高压钠灯成功得到应用的过程引出如下问题:人们为什么需要这种电光源?一个新产品或者一项新技术的问世是否需要技术创新? 是否需要多方面知识的支持? 废旧高压钠灯对环境是否有危害?如何保护高压钠灯的发明专利? 从而导出技术的目的性、创新性、综合性、两面性和专利性五大性质。该案例与教学内容具有较强的关联性,并且引出了教材介绍的所有的技术性质,整体感比较强。但是由于高压钠灯通常在车站、广场、码头等大型公共场所使用,学生在日常生活中很少接触。课堂上,学生对这个案例的反应并不强烈,学习兴趣也不浓厚。学生对教师的提问反馈较少, 课堂活动的参与度不高,师生互动缺乏动力,从而导致教师讲授较多,学生讨论思考不够积极,更没有达到引导学生运用通用技术知识解决实际问题的目的,教学效果没有设想中的理想。所以,远离学生生活实际的教学案例应尽量避免。
而在必修模块“技术与设计2”第二单元《流程与设计》中“流程的设计”的教学中,我设计了“为学校设计一份高一寄宿新生开学报到的流程”这样一个教学案例。首先,我先让学生说一说自己第一天到学校报到的情形。这个出现在学生真实生活中的案例对学生来说既熟悉, 又有让他们去思考的地方。并且,我在开始教学内容前宣布了最后要把大家设计的流程拿出来比一比,看看谁设计得最合理、最科学、最方便。学生的兴趣一下就来了,学习积极性也很容易地被调动起来。在设计环节,学生讨论热烈、互动较多。最后,他们不但设计出了很好的开学报到流程,更掌握了运用流程设计的步骤来解决平时学习、生活中流程问题的方法,教学效果比较理想。
二、选取关注热点的教学案例,引导学生提高技术素养
技术是因人而生,为人服务的。技术课程标准更是把对技术的理解、评价、管理和使用的能力作为学生需要具备的技术素养。笔者认为,学生能否正确理解技术,客观评价技术,科学管理技术,合理利用技术,关键在于学生能否真正理性地看待技术。选取社会热点的教学案例可以让学生置身于全社会共同讨论的氛围中接受全方位的信息,从而更全面、理性地看待技术。例如,2008 年,笔者在教学苏教版通用技术教材《技术与设计1》第一章第二节《技术的性质》中“技术两面性”时,选取了当时热议的“三鹿奶粉事件”作为课堂教学案例。当时,铺天盖地的新闻、评论让学生很容易从各种媒体上得知关于三聚氰胺对人身体产生的危害。由此,学生会了解到,技术如果被人不道德地、非法地使用,会给人类带来巨大危害。课堂上,笔者组织学生展开讨论,对奶粉事件发表了自己的观点。随后,笔者又让学生思考:三聚氰胺除了毒性,有没有益处?待学生思考之后,笔者向学生展示了三聚氰胺在工业生产中的一些应用,如用来制造洁白、耐摔打的日用器皿、卫生洁具;制造抗皱、抗缩、不易腐烂的高级纸张,像纸币、军用地图等。此时,学生明白了技术既有正面的实用价值,也会因为人们使用、处理得不恰当或是不道德地、非法地使用带来负面影响。选取社会热议的事件作为教学案例,学生不但能够切身地感受真实事件、接受到大量的信息,更能够通过网络等方式参与社会大讨论,结合事实真正形成理性地看待技术的意识。
三、选取注重启发的教学案例,引导学生自主探究
通用技术是一门立足实践的课程,要求学生能够通过动手实践来物化已学的知识,也要求学生能够通过动手实践来探究技术。通用技术选取的课堂教学案例应该尽量考虑能够启发学生理解、掌握将要学习的知识内容,引导他们自己去探究原因,从而自主建构知识体系。
例如,在苏教版通用技术教材《技术与设计1》第二章第二节《设计中的人机关系》的“人机关系要实现的目标”这部分内容的教学活动中,笔者选取了“水池灌水”这个案例。首先,在屏幕上向学生展示了如图1所示的水池和3 个大小相同、外形不同的实物铁皮水桶(A 桶,没木把手,桶口卷边圆润;B 桶,有木把手,桶口没卷边、扁平锋利;C 桶,有木把手,桶口卷边圆润)。接着,笔者请每个学习小组派一名学生上台近距离观察3 个水桶?然后组织组内学生讨论:要向离水龙头10 米远的水池灌水,你们会选择哪一个水桶?并说明理由。经过一番热烈的讨论, 学生给出了一致的答案:C 桶。理由是A 桶没有木把手,容易勒手,B 桶桶口扁平锋利, 容易弄伤手或在提水过程中划伤腿, 相比较C 桶用得舒服又不易弄伤自己。紧接着,笔者又让学生讨论第二个问题:有1 千克、3 千克、5 千克、10 千克、15 千克容量,规格不同的C 形桶5 只(如图2),你会选择哪一个给10 米外的水池灌水?为什么?这次,笔者有意让一男一女两名学生分别说出他们的选择。结果,女生选了3 千克的桶,男生选了10 千克的桶。但是,他们却有相同的理由:一是选择太大的桶虽然一次可以运更多水, 但每一次用时较长,人比较容易累,也比较耗时;二是选择过于小的桶,虽然每次可以轻松地提走一桶水,但每次的运水量太少,来回的次数较多,人也容易累,最终耗时也不会少。因此,他们虽然选择的桶不一样,但却是最适合自己的桶。这样, 基于学生仔细地分析、充分地讨论,顺利得出合理的人机关系要实现的舒适、安全、健康、高效四大目标。通过这样的案例启发,又有了情景体验,经过自主思考和充分讨论, 学生自己就能够探究技术的本质, 自行建构起自己的知识体系, 对知识这样的理解和掌握远比教师讲授要来得牢固、有效。
四、选取引发思考的教学案例,培养学生创新意识
技术的本质在于创造,通用技术不仅仅注重对学生劳动观念的培养和技术技能的训练, 更注重提高学生解决实际问题的能力,尤其是学生创新意识的培养。《普通高中技术课程标准(实验)》也把注重学生创造潜能的开发作为通用技术课程的基本理念。因此,在通用技术教学中,教师应该尽可能地选取能够引发学生思考的案例,有意识地培养学生的创新意识。
笔者曾经有幸听了一堂通用技术课,至今难忘。这节课的教学内容是苏教版通用技术教材《技术与设计1》第一章第二节《技术的性质》,执教教师选取了“乒乓球捡球器的发明制作”作为该堂课的教学案例。一上课,教师在讲桌上放了十几个乒乓球。学生的注意力一下子就被吸引过来了。这时,教师问:“平时我们打乒乓球时,是怎么收拾掉在地上的乒乓球的呢? ”学生都说是自己去捡的。教师又问:“那我们能不能发明一个捡乒乓球的工具来帮助我们捡乒乓球呢? ”从而引出了技术的目的性,并逐步引导学生“设计”出了能逐个捡球的第一代捡球器。接下来,这位教师在解决了单个捡球的基础上又循序渐进地提出了“如何解决倒球”以及“如何能连续捡球和方便倒球”的问题,他始终在利用“设计发明”不断遇到的层层深入的技术“难题”引发着每一位学生不断思考,不断提出各种各样新颖又奇特的想法。捡球器也从既能逐个捡球又能方便倒球的二代捡球器发展到了能一次捡多个球又方便倒球的三代捡球器。在师生一起“设计发明”捡球器的过程中,教师非常自然顺畅地让学生了解了技术的五大性质。由于学生亲身参与了设计,在对技术专利性的学习中, 学生就能从发明者的角度来理解。如何收拾散落的乒乓球是学生平时生活中经常能遇见的, 有着深刻的亲身体验。从一开始,学生就表现出了浓厚的学习兴趣,对教师的提问反馈积极。随着设计的不断深入,学生思考主动,课堂参与度高,师生互动频繁,教学内容自然而然地转化为学生要掌握的知识。学习过程不但成了学生运用技术实际解决问题的过程,更是培养学生创新意识的过程。
参考文献:
[1] 中华人民共和国教育部.普通高中技术课程标准(实验)[S]. 北京: 人民教育出版社,2003