关键词:油品分析 实验 教学 课程设计
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)01(a)-0000-00
1 《油品分析》课程特点
1.1 危险性大
(1)着火爆炸的危险。课程中检验的主要对象―石油产品,其主要的特性就是易燃、易爆、易挥发、有毒,而且油品着火不同于其它物品着火,它有着极强的迅速蔓延能力,急剧的燃烧就是爆炸。在常温下一些轻质油品会自燃,何况课程中大部分化验项目,都要对油品进行加热,甚至点火,这无疑都更大程度地增加了课程的危险性。另外,检测过程中要用到大量的化学试剂,如乙醇、乙醚、石油醚、苯、丙酮均为易挥发、易燃烧、易爆炸的物品,因而火灾危险性也非常大。
(2)中毒的危险。油品是由多种元素(C、H、O、N、S)组成的化合物,具有一定的毒性,通过皮肤接触可使人中毒。油品易挥发,油蒸汽可通过呼吸道侵入人体,使人中毒。
(3)触电的危险。化验用到各种加热或制冷的电器设备,内部结构复杂,学生必须熟悉掌握电器原理和使用方法,否则稍有使用不当或思想麻痹大意,很可能发生触电事故。
1.2 实验项目多且规范性强
基层油库化验室所检测的30余项油品基础理化指标项目全部在该课程要求之内。而且所有实验项目的实验方法标准、石油产品技术标准、分析仪器均为全国或石油化工系统统一的标准。所以要求实验操作步骤、实验条件必须规范化、标准化。
1.3 实验过程抽象,计算复杂,学生理解难度大
由于检测过程中遇到各种各样的化学反应,对于基础比较薄弱的学生来讲,抽象的反应过程理解起来难度较大。许多检测方法仪器原理复杂且不便拆装,学生想出要了解仪器的内部结构和原理单靠老师口头讲解是非常困难的。另外,测定过程条件均比较苛刻,形象具体地讲解实验条件还需借助先进的教学手段。
2 利用多媒体手段设计《油品分析》课程的意义
多媒体作为一种现代教学的手段,已被广泛应用于理论教学当中。对于实验课程,也应充分利用多媒体的多种优势,最大限度地辅助实验教学的实施。
2.1 简化过程,便于理解
多媒体手段可充分利用视、听、说向学习者提供声、像、图、文等综合信息,这样更有利于学习者长时间保持注意力。特别是利用二维、三维动画及虚拟技术可以在多媒体中模拟出仪器设备的内部结构及虚拟出某些现象科学的规律原理等,可以帮助学习者显著提高认识、理解这些规律原理本质的程度。
2.2 节约课时,便于自学
传统的实验教学是将学生分成若干小组,一个小组一个小组地轮流学习和实验。多媒体的运用将解决学生围观可视性差的矛盾,将仪器内部结构以三维动画的形式清晰地展示给所有学员,同时授课,学时可缩短几倍。另外,学生的基础参差不齐,有了多媒体课件,学生可以根据自身掌握的情况,随时自行查阅所学内容,避免了课上统一进度的弊端。
2.3 节约试样,减少污染
多媒体课件的应用可实现电脑模拟操作环节,可一改传统的重复失败所造成的试样大量消耗和废液的产生。一方面大大节约了实验用油,另一方面降低了废液处理所带来的环境污染和经济浪费。
鉴于此,将每一个实验项目以多媒体课件的形式,从试验所用仪器设备、操作过程到数据计算等各方面加以分析、诠释,使各个环节简单、直观、明了地展现出来,形成了一套可视性强、可读性好、适用面广,推广性强的学习软件。使学生对本课程的学习变得简单容易,益于普及。
3 课程设计思路
本课程中,实验项目复杂多样,既有化学反应的实验,也有物理指标的检测,但课程设计思路可以统一为两大模块:一是学习模块;二是测验模块。各功能模块由不同的组件组成,课件具有结构合理、交互性强、界面友好等特点。
4 课程设计方案
4.1 项目的总体设计
首先进行项目分析,课件的目标分析,使用对象分析和开发成本估算。然后确定总体设计方案。课件要有较强的交互性,制作此课件的目的是普及方法,就应该适应各层次培训人员的需要。再次是详细确定多媒体课件的内容和功能。在教学理论的指导下,详细分析教学内容、划分教学单元,做好课件内容设计。按照国家标准方法精编提纲,正确表达实验方法的知识内涵,选择适当的教学模式。使结构内容设计达到巧妙新颖、信息适量、媒体和谐的要求。
4.2 课件的程式设计
课件程式设计中最重要的就是脚本的编写,脚本是是教学目标的详细注解,是程序设计的蓝本。脚本包括多媒体教材内容的文字描述、解说词、整体框架设计、版面布局、各部分的具体表现方法等多方面内容。
4.3 素材的准备和梳理
素材是一种课件制作中不可缺少的要素,它决定着软件设计的生动性、观赏性和准确性。我们按照总体方案的要求和脚本设计进行素材的准备,收集所需的文本、图片、视频、配音、声音、动画素材等,然后进行梳理,将它们分别冠以一定意义的名称分类存入素材目录备用。
4.4 课件的制作完成
在课件的实现部分,最主要的就是制作动画和编制程序。动画的制作又包括界面的设计和内容动画的设计。设计界面,首先要满足用户的实际需要,制作出生动活泼,富于艺术效果,具有较强的吸引力的界面,但一定要注意要突出教学内容,不能喧宾夺主。
4.5 课件的测试和试用
在制作完成以后,应对课件进行了多方面、全方位的测试,对不妥之处进行精雕细琢,以求课件的尽可能地完善。
参考文献
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多媒体作为一种现代教学的手段,已被广泛应用于理论教学当中。对于实验课程,也应充分利用多媒体的多种优势,最大限度地辅助实验教学的实施。
1.1简化过程,便于理解
多媒体手段可充分利用视、听、说向学习者提供声、像、图、文等综合信息,这样更有利于学习者长时间保持注意力。特别是利用二维、三维动画及虚拟技术可以在多媒体中模拟出仪器设备的内部结构及虚拟出某些现象科学的规律原理等,可以帮助学习者显著提高认识、理解这些规律原理本质。
1.2节约课时,便于自学
传统的实验教学是将学生分成若干小组,一个小组一个小组地轮流学习和实验。多媒体的运用将解决学生围观可视性差的矛盾,将仪器内部结构以三维动画的形式清晰地展示给所有学员,同时授课,学时可缩短几倍。另外,学生的基础参差不齐,有了多媒体课件,学生可以根据自身掌握的情况,随时自行查阅所学内容,避免了课上统一进度的弊端。
1.3节约试样,减少污染
多媒体课件的应用可实现电脑模拟操作环节,可一改传统的重复失败所造成的试样大量消耗和废液大量产生。一方面大大节约了实验用油,另一方面降低了废液处理所带来的环境污染和经济浪费。鉴于此,将每一个实验项目以多媒体课件的形式,从试验所用仪器设备、操作过程到数据计算等各方面加以分析、诠释,使各个环节简单、直观、明了地展现出来,形成了一套可视性强、可读性好、适用面广,推广性强的学习软件。使学生对该课程的学习变得简单容易,益于普及。
2课程设计思路
该课程中,实验项目复杂多样,既有化学反应的实验,也有物理指标的检测,但课程设计思路可以统一为两大模块:一是学习模块;二是测验模块。各功能模块由不同的组件组成,课件具有结构合理、交互性强、界面友好等特点。
3课程设计方案
3.1项目的总体设计
首先进行项目分析,课件的目标分析,使用对象分析和开发成本估算。然后确定总体设计方案。课件要有较强的交互性,制作此课件的目的是普及方法,就应该适应各层次培训人员的需要。再次是详细确定多媒体课件的内容和功能。在教学理论的指导下,详细分析教学内容、划分教学单元,做好课件内容设计。按照国家标准方法精编提纲,正确表达实验方法的知识内涵,选择适当的教学模式。使结构内容设计达到巧妙新颖、信息适量、媒体和谐的要求。
3.2课件的程式设计
课件程式设计中最重要的就是脚本的编写,脚本是是教学目标的详细注解,是程序设计的蓝本。脚本包括多媒体教材内容的文字描述、解说词、整体框架设计、版面布局、各部分的具体表现方法等多方面内容。
3.3素材的准备和梳理
素材是一种课件制作中不可缺少的要素,它决定着软件设计的生动性、观赏性和准确性。我们按照总体方案的要求和脚本设计进行素材的准备,收集所需的文本、图片、视频、配音、声音、动画素材等,然后进行梳理,将它们分别冠以一定意义的名称分类存入素材目录备用。
3.4课件的制作完成
在课件的实现部分,最主要的就是制作动画和编制程序。动画的制作又包括界面的设计和内容动画的设计。设计界面,首先要满足用户的实际需要,制作出生动活泼,富于艺术效果,具有较强的吸引力的界面,但一定要注意要突出教学内容,不能喧宾夺主。
3.5课件的测试和试用
在制作完成以后,应对课件进行了多方面、全方位的测试,对不妥之处进行精雕细琢,以求课件的尽可能地完善。
1、网络信息编辑基本知识理论与实践无法结合。
出现这种现象的原因一方面在于校内网络信息编辑教学实验内容较为单调,一般主要是围绕基本业务网络信息编辑核算等网络信息编辑的基本工作方面的设计,而对于现阶段企业或其他机构经营管理所需要的网络信息收集、网络信息处理、网络信息编辑和网络信息检查等网络信息编辑管理内容方面的实验内容却很少涉及,造成学生在实践过程中对工作内容不熟悉,对学生的综合专业能力造成有失全面的严重影响。
2、现阶段校外网络信息编辑实习收效不佳。
在网络信息编辑学习中,学校大多采用组织学生到校外的企业或机构进行实习的方式,以促进学生的实践能力,这在一定程度上促进了学生的发展,但是,由于学校普遍对实习教学环节疏于管理,造成学生校外实习流于形式。
网络信息编辑学生实习点多面广,学校没有办法对学生进行统一或集中管理,在这种情况下,学生的工作也无法得到学校老师的有效指导,影响其工作得到有效的开展与提高,实习效果差强人意。再次,学校的网络信息编辑教学偏重于理论传授,在实习的时间安排上较为有限,不能进行全面的实习指导,学生不能及时消化书本上的东西,也不能及时进行实践演练,长期下去对学生的专业发展不利。
随着市场经济的发展,学校应该在加强学生德、智、体、美等方面发展的基础上逐步加强学生基础理论知识和基本网络信息编辑理论知识的学习,培养学生对于各个方面有一个较为全面的掌握。例如在教学中,对于网络稿件和网络多媒体资源进行采集、筛选、整合、改写的过程中,教师应该掌握其重难点,做好信息资源文案策划和编写等工作,以提高网络信息编辑处理的效率。
首先,学校应该完善课程设计,针对网络信息编辑学年级和学生水平的不同设计符合学生需求的课程,例如在低年级的学生应该更有针对关于网络信息编辑理论和实验课程设计的研究性地进行基础网络信息编辑课程的设计和教学,帮助学生更多地掌握网络信息编辑基础知识。其次,还要适当增加其他学科教学,帮助学生掌握网络信息编辑应用相关的计算机网络知识、编辑处理知识,为学生的网络信息编辑知识的学习打下坚实基础。
职业学校应根据网络信息编辑的特点,积极整合现有的实验室资源,构建校级基础实验平台、学科基础平台和专业实验平台,以保证的网络信息编辑实践教学体系的有效实施。同时,采用“请进来,走出去”的办法,多与企业和其他机构合作,走校企合作,工学交替,联合办学等新路,开拓创新,解决职业学校自身难以解决的瓶颈问题,以满足专业教学的实践要求,为网络信息编辑学生的实践提供更好的保障。
教师在课前需要做好准备工作。针对不同的教学内容,教学设计也需要有所不同。教师在课前将课上的知识进行梳理,一些比较简单的知识需要学生自己去学习体会,只有一些比较复杂、难以理解的知识才需要教师耐心讲解。同时,因为不同学校的教学内容也会有所不同,所以教师设计的多媒体课件要有针对性和特殊性,不能仅仅从网上下载公共课件来作为教学手段使用。根据不同学生的理解能力和学习能力的不同,设计相应的教学方案,结合多媒体教学手段,将复杂的知识简单化,方便学生知识的吸收和理解。同时,教师也不能完全依赖于多媒体教学,将一些机械、公式推导的知识例如数学中的定理推导解释用多媒体方式展现出来,限制学生的思维空间。
虽然先进的教学手段给教学带来了极大的方便性,让教师在课堂不用向以往那么辛苦。但是教师仍然不能忽略和学生的交流,要注意学生课上的动态,而不是点击PPT放映就可以了。教学过程并不是一个单方面传授知识的过程,而是双向的知识获取和理解的过程。即便是使用了多媒体教学手段,教师还是需要对学生进行提问,让学生有机会可以提出自己的疑惑,表达自己的看法。例如,在进行网络信息编辑教学的时候,教师针对教学内容放了一段相关的视频,视频播放完毕之后要询问学生的想法和见解,让他们谈谈自己的感受,这样便于加深学生对知识的理解,提高学生的自主思考能力和学习能力。
四、小结
综上所述,在网络信息编辑的教学中,职业学校应该正视存在问题,积极面对不足,加大网络信息编辑资源整合力度,树立明确的目标定位,加强学生网络信息编辑理论知识和实践能力的培养,构建职业学校网络信息编辑实践教学体系,促进学生网络信息编辑综合能力的培养和提高。
当前物流管理实验实训教学已经成为各个学校重点建设领域,从中国知网的相关文献检索来看,据不完全统计,截止2013年,已有160篇涉及物流实验教改的学术论文。内容涵盖课程体系建设;仿真模拟,实验平台设计。对于高校物流管理专业实验实训课程问题的分析既有类同性,也有各自学校的不同特点。本文结合上海第二工业大学物流管理专业实验实训课程建设过程中存在的问题,经过深入分析后总结如下:
(1)课程问题。包括数量与质量两个维度,从数量维度而言,尽管实验实训课程学时有限。实验实训课程通常安排在学期最后三周以及一些任课教师的课程实验,由于学生数量较多,学时数、实验场地受限等因素,个人缺乏足够的动手机会与时间。学生对于实验仅存在初步感性认识,缺乏深刻的理性思考。从质量维度而言,实验实训课程最大的问题并非内容多为验证性实验,而是缺乏设计,不同实验之间缺乏逻辑性,与实际企业应用脱节明显。从而直接导致学生在实验过程中的目的性不清,并不了解为何要做这项实验,当然也无法发挥学生的主观能动性。
(2)参与主体问题。包括教师与学生两个维度。从教师维度而言,由于化工物流实验实训课程的专业性较强,仪器设备使用较多,因而对于教师的理工类理论实验能力要求较高。此外实验设备由于使用损耗而导致测试性能不佳也会增加教师的授课难度。这都要求开设实验实训课程的教师团队制定完整的实验教学手册,对于相关设备原理以及现场操作过程中问题有所了解。从学生维度而言,物流管理专业属于经管领域的学科,学生中文科生占比较高,化学基础本身就比较薄弱,而前置课程中化学实验教学的作用并未完全体现。这也导致了部分学生对于学习难度的估计存在过度现象。
(3)考核问题。实验实训课程的考核方式历来是个难点问题。在实验教学中通常按照出勤率、教师的主观评判给定学生最终考核结果,因此偶有同学因缺勤导致课程不及格,而通过率还是很高。这种考核体制客观上也使得学生对于实验实训课程的重视程度远低于理论考试课程。
2实验实训课程设计实践的思路
结合本院物流管理专业(化工物流方向)正在开展的专业实验实训课程教改实例,对本专业实验实训课程设计思路进行探讨与分析,包括课程设计、教学手段、考核方法、信息反馈四项模块,其中又以课程设计为重中之重。
2.1课程设计模块—基于事件逻辑的发展原理
实验实训课程中最大的问题存在于不同实验之间逻辑性不强,割裂明显。学生在实验课程中对于开展的几项实验并不明确其目的。因此在本次实验实训课程改革中,重点放在了课程设计模块上,设计原理基于事件逻辑的发展顺序。本团队通过测定某种待运物资运输前后基本理化性质,让学生了解到该物资在运输过程中涉及化工物流安全的相关知识点。本文以某一组实验群为例进行说明,整个实验的步骤、测试内容以及所需实验设备,如图2所示,可以清楚的看到该化工物流全过程实验具备清晰的逻辑性特征。考虑到实验室设在中外运化工物流公司中,基于安全环保健康的因素,因此选择了实验样品为普通某类油品。将该油品先行测定粘度指标后,放置于振动平台,通过水平垂直双轴振动,模拟实际路况。在振动过程中,采用积分平均声级计对该样品在机械振动中噪音进行测定;利用非接触式温度测量等设备对于振幅过程中的热辐射进行定量测试;利用手持式挥发性有机化合物检测仪对于振动过程中局部受热而释放的气体进行定性测定;振动结束后可采用静电仪和氧指数测试仪对实验对象进行验证性实验,同时对于模拟路况振动后的原样进行粘度测定,通过两次的粘度值的比较,了解并分析物流运输过程对于样品的影响因素。图2的实验群具有清晰的逻辑顺序,学生在实验实训过程中目的性将得到了有效的提升,对于危化品物流过程中存在的安全隐患也有了深刻印象。这一类的实验群设计,不仅仅可应用于常规的实验实训课程,也可以纳入到多门主干课程的理论学习中,包括物流化工基础、安全科学原理、环境健康安全等课程。
2.2教学手段模块—结合实验与实地的“双实”教学方式
物流管理专业是一门实践性比较强学科,化工物流管理又是将管理学、工学、理学多学科融合的一个方向。在本科阶段的学习中,实验实训课程的重要性尤为明显。然而当前不仅仅是学生,包括部分教师在内存在着重理论、轻实验的传统教育思想,与本专业的特性与发展存在差距。本团队在深刻探究物流管理专业的发展规律,特别是结合本校化工物流这一特色专业,提出了结合实验与实地教学的“双实”方式:即通过学院长期产学研合作单位中国外运化工物流有限公司的现场建设本专业的实验实训基地。实验实训基地的建设不仅仅完善了物流管理专业学生现场教学培训机制,更有利于促进提高本专业学生的实践能力。让学生在企业现场看到见、摸得着,从而对于企业发展过程中实际的问题深入思考。在双实的教学方式下,实验实训基地的发展能及时吸纳企业层面的意见与建议,逐步增加新的实验项目,包括新建的物流振动试验平台以及物联网信息技术中心。此外,双实的教学方法也有利于教师进行特殊品运输安全的科学研究。
2.3考核方法模块—培养教师及学生的团队考核策略
过去的实验实训课程作为考核课程,考核对象是本专业的学生,并且未采用试卷的方式,纳入到学校考试周。本团队尝试将考核对象拓展到课程的主客体,即包括授课主体(教师)以及上课对象(学生)。一方面,教师层面将现有的实验设备进行汇总,要求每位教师根据自己课程选择若干项实验项目,进行针对性学习;同时教师间进行课程设计,构建关联性实验群。另一方面,学生层面根据学生文理学科背景、性别等因素进行分组,以组的形式完成设计好的某一项或者几项实验群。这是考虑到本文中设计的实验群中实验项目数量与质量并不低,学生以组的形式,发挥团队协作精神,也有效提高时效性,避免一位学生一台设备,其他人边上排队的现象发生。
2.4信息反馈模块—收集企业学生教师的反馈意见
在实验实训课程的设计与推进过程中,能否及时收集并吸纳企业、学生以及教师的反馈意见是教改重要保障。过去的实验实训课程,对于授课主体(教师)以及授课对象(学生)的考量因素占据主要地位,而企业信息反馈稍显不足,这与实验实训课程的定位与培养目的存在偏差,这也是学生在此类课程中目的性不强,重视程度不够的因素之一。在教学手段模块中采用了“双实”的方法,让企业与教师、学生呈现零距离,有利于本团队及时了解企业一线员工对于实验实训课程中开展的项目的意见与建议。此外,教师通过上海市教委产学研项目,深入企业一线,当企业、学生与教师三大主体的意见出现相交,便是实验实训课程需要重点修正的地方。当然,企业更关注的是当前实际碰到的问题的解决方式,即怎么做的问题,学生则关注的是通过实验实训课程能够学到哪些知识,即为什么要做的问题,而教师需要兼顾到理论与实际,既要有学科研究的超前性,也要体现出实际应用性,兼顾到学生与企业两者的需求。信息反馈模块正是为我们提供课程设计优化的重要一环。
3结论
本文详细介绍了上海第二工业大学物流管理系化工物流实验实训课程设计与开况,分析了实验实训课程存在的问题,并详细介绍了基于课程设计、教学手段、考核方法、信息反馈四项模块的课程建设内容。当然这一系列的课程建设仍然存在问题,包括经管学科的学生的化工基础薄弱,实验室设备有限,维护成本较高等问题。然而基于企业、学生、教师三主体的实验实训课程开发是最贴近实际工作,也是提高学生实践能力最有效的手段。因此在未来的课程建设中,必须要以此为基本原则,逐步优化课程建设。
【关键词】生物医学工程;生物医学电子学;生物电位放大器;电子设计自动化
【Abstract】In order to strengthen the electronic engineering technology training for Biomedical Engineering students, the Biomedical Electronics experiment course was designed for the students. The biological potential amplifier was selected as the experiment subject; In the experiment, student will be required to combine the simulation based on the electronic design automation software and practical operation to complete the design work of the biological potential amplifier, verify its function, and measure its important performance; the experiment was arranged in the early stage of the theoretical courses. Practice shows that the students have a more depth understanding of the characteristics of different methods in electronic engineering technology through the training of biomedical electronics experiments. Therefore, the curriculum design of the experiment is successful.
【Key words】Biomedical Engineering; Biomedical Electronics; Biological potential amplifier;Design automation
0 引言
生物医学工程专业涉及多种学科和技术,具有很强的综合性[1];但与此同时,该专业的本科生培养工作也具有很高的难度,原因就在于学生学习的内容多而不精,在择业时常常无法体现出能力优势。因此,从培养生物医学工程专业本科生的角度而言,应该在对学生进行综合素质培养的同时、加强特定专业技能的训练,为学生的就业和继续深造打下良好的专业基础[2]。
医学电子仪器方式是上海理工大学生物医学工程专业的一个重要方向,在课程设置上,专注于培养学生的电子工程技术[3]。这其中,生物医学电子学[4]是生物医学工程专业的重要专业课程之一,其教学目的是让学生掌握医学电子仪器中带有共性的电子器件、电子线路及电子学设计方法,因此是引导学生学习将电子工程技术应用于生物医学工程专业的重要环节。生物医学电子学实验是该课程的配套实验,目的是在于通过有代表性的实验课题,引导学生学以致用、将课堂内容融会贯通于实践之中。因此,生物医学电子学实验是生物医学工程专业的一门重要实验,需要进行慎重的实验选题、认真的实验设计和细致的实验安排。为此,进行了相关的课程设计和实践工作,详述如下。
1 课程设计思想
上海理工大学生物医学工程专业的生物医学电子学实验被安排于第五学期,和生物医学电子学理论课平行设置。此前,学生已经通过电路原理、模拟电子技术基础、数字电子技术基础和电子技术技能训练等课程的培养,具备了一定的电子工程技术基础。生物医学电子学实验的总课时为16学时,在有限的课时内,让学生得到最大程度的专业训练,具有一定难度。在此背景下,展开生物医学电子学实验的课程设计工作。
首先要解决的问题是实验选题。生物医学电子学实验的选题,应该能够突出生物医学电子学的特色,具有代表性。经过研究,多个生物医学电子学的相关教材中,都将生物电位放大器(Biopotential Amplifier),即仪表放大器(instrumentation amplifier),放在了相当重要的位置上[5]。生物电位放大器,是用于放大心电、肌电和脑电等信号的专用放大器;这些信号具有的特点包括:由生物体内的电活动产生、属于微弱的差分信号、非常容易被更加强烈的共模噪声淹没;而生物电位放大器具有很好的共模抑止特性,最适于放大这些存在于强烈共模噪声背景下的微弱差分信号[6];因此,生物电位放大器在生物医学电子学中占有重要地位,以生物电位放大器为主题开展生物医学电子学实验,不仅具有代表性,而且能够引导学生在前期的课程基础上有所提高。
其次要解决的问题是实验设计。围绕生物电位放大器这个主题开展实验设计工作,需要使实验具有一定深度,但同时又要保证大部分同学有能力在限定的课时内完成任务。经过反复论证设计,最终决定生物电位放大器相关实验由两部分组成:基于电子设计自动化(Electronic design automation, EDA)软件的设计仿真实验和动手实践实验。在第一部分实验中:学生基于LM324[7]完成生物电位放大器的设计工作;仿真验证设计结果;仿真测试其差模增益幅频响应曲线[8]。在第二部分实验中:学生在面包板上动手搭建生物电位放大器;并在实验室中,使用各种设备测试差模增益幅频响应曲线。上述实验设计的优点在于:通过设计仿真工作,让同学们尽快掌握生物电位放大器的原理,同时,基于EDA软件开展电路工作,符合发展趋势[9];通过设计仿真和动手实践相结合,互为验证,比较差异,容易引发思考,更加深刻的体会电子工程技术中不同手段的特点;对生物电位放大器的重要参数进行仿真、测量和总结,有利于学生们在更深地程度上掌握生物电位放大器。
最后要解决的问题是实验安排。由于生物医学电子学实验是生物医学电子学理论课程的配套实验,因此在进度安排上必须要统筹考虑;此外,实验设计决定了生物医学电子学实验适宜集中精力完成,而不是分散到每周进行,集中完成实验能够取得更好的效果。为此,在生物医学电子学理论课程中,生物电位放大器相关内容被安排在课程的早期进行讲解;紧随其后,利用课余和周末时间,在一周内完成生物医学电子学实验。这样安排的好处是:学生能够在课程的开始阶段,就体会到了如何将理论应用于实际,引发学习兴趣。
2 实验内容展示
下面以一位学生的实验情况为例,说明课程设计效果。
1)生物电位放大器的设计和仿真
a)生物电位放大器的设计:
基于lm324设计一个基于三运放的仪表放大器,用于生物电位测量,仿真电路原理图如图1所示。增益公式如公式(1)所示,其中:R1、R2、R5和R6都选用10KΩ的电阻;R3和R4都选用24KΩ的电阻;Rg为增益电阻,当Rg为无穷大时,(这里选用600MΩ),增益约为1倍,当Rg为5.6kΩ时,增益约为10倍,当Rg为470时,增益约为100倍,当Rg为47时,增益约为1000倍。
A=(2*R3/Rg+1)*R2/R1(1)
b)对所设计的生物电位放大器进行仿真,验证其功能
如图1所示:使用+Vdm/2和-Vdm/2两个信号源组合成模拟心电信号的差模输入信号Vdm,峰值为10mV,频率为18Hz;使用Vcm仿真工频干扰产生的共模信号,峰值为500mV,频率为50Hz。取Rg为5.6kΩ,输入、输出信号对比图如图2所示。由图可见,差模输入信号被放大约10倍,但50Hz共模输入信号在输出信号中全无踪迹,因此该生物电位放大器正确的实现了预期目的:放大差模信号、抑制共模信号。
c)对所设计的生物电位放大器进行仿真,测量其性能,频率范围设定在0.1Hz-5MHz之间:
对图1的生物电位放大器进行仿真,测量其差模增益频率响应,如图3所示。图中从上到下的短划线、虚线、点划线和实线分别代表差模增益约为1000倍、100倍、10倍和1倍时的幅频响应。由图3可见,放大倍数越小时的幅频响应截止频率约高:差模增益约1000倍时,幅频响应在1kHz左右就开始截止;差模增益约100倍时,幅频响应在10kHz左右开始截止;差模增益约10倍时,幅频响应在100kHz左右开始截止;差模增益约1倍时,幅频响应在1MHz左右开始截止。
2)生物电位放大器的实践实验
动手实现所设计的生物电位放大器。使用的器材包括:面包板、lm324、10KΩ电阻、24KΩ电阻、5.6KΩ电阻、470Ω电阻、47Ω电阻和导线等,电阻均为5%精度;使用的仪器包括SPF05数字合成函数信号发生器、DS1000数字示波器和电源。测试所得到差模增益频响曲线如图4所示。其中,差模增益随频率变化的趋势与仿真所得的结果基本类似,除了差模增益为1时的截止频率出现在了100kHz左右。
3)实验分析
相比于实际实现的生物电位放大器,仿真实验而得的结果具有更好、更理想的特点。其原因在于:仿真时避免了器件差异造成的影响,需要匹配的电阻和运放可以做到完全匹配,同时也避免了人为测量失误造成的影响,因此可以排除随机误差。仿真实验更容易实施,对于理解理论课内容大有裨益;但动手实验更加真实,且可以提高动手能力、积累实验经验,对于理解真实情况、解决实际问题非常有好处;两者可以互为补充。
3 结论
为了避免生物医学工程专业本科生培养博而不精的问题,在对学生进行综合素质培养的同时,应该加强特定专业技能的训练;上海理工大学生物医学工程专业医学电子仪器方向在课程设置上专注于培养学生的电子工程技术;生物医学电子学实验作为该专业的重要课程生物医学电子学的配套实验,在引导学生“入门”、引发专业兴趣等方面,具有重要作用;为此,对该实验进行了相关的课程设计工作。实践表明,通过生物医学电子学实验的训练,学生对专业的认知程度、对技术的理解程度和对知识的掌握程度,都得到了提升,这些能力的加强有助于学生对其它专业课程的学习和掌握。因此,该实验的课程设计是成功的,今后将沿此方向继续推进。
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关键词:项目课题模式;GIS原理;课程设计
中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)08-1828-03
地理信息系统(Geographic Information System,简称GIS)是一门集计算机科学、人工智能、网络通讯技术、地理学、测绘学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等为一体的新兴边缘交叉学科,它的涉及面广、技术性强、应用领域多。目前,全国有500多所高校开设了与GIS相关的专业和课程[1]。但各个高校所依托的学科部门不同,在GIS教学课程设计上也各有侧重。但“GIS原理”作为该专业的一门重要的、核心基础课程,在很多学科专业都有学习。以我系为例,我系现有地理科学、旅游管理、城乡规划和GIS四个专业,除旅游管理外,其他三个专业都开设了该课程,旅游管理也有一门专门的“旅游GIS”作为选修课。而该门课程理论性和实践性都很强,只学理论或者只学实践都是不合理的。因此,我系该课程的安排都是理论和实践并重,在教学方法上不断探索和改进,探索先进有效的教学理念和方法已经成为GIS教学的教改热点。
基于项目课题的教学模式,也称为项目驱动的教学模式,是一种建立在建构主义教学理论基础上的新方法,建构主义学习理论认为,知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定的情境下,借助他人的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构方式获得的探究式教学模式。与传统的教学方法相比,“项目驱动”教学法能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望,充分调动学生的学习积极性和主动性,从而培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力和协作、创新、探索的精神[2]。该文主要探讨基于项目课题模式的“GIS原理”课程设计方案。
1 地理信息系统实验课程教学现状分析
1.1 国内外现状教学现状
国外教学灵活多样,学生采用小课堂,教师不再是课堂的主体,学生也不是被动的接受和听课,而是通过自己发掘的问题,采用小组讨论的方式进行探讨。我国在“GIS原理”教学中,大多还采用传统的授课式,实验安排也是按照理论-实践-理论-实践的大体思路[3-4]。该方法具有一定有优点,学生在理论知识学过后马上进行相应的实验,便于对所学的理论知识尽快的消化和理解,这有利于后续理论知识的学习;但该方法对实验课程采取分散学习的方法,学生仅仅熟悉部分的软件操作,自身很少进行技能的总结和联通,容易造成学过就忘、考过就忘的现象。通过对很多同学调查发现,70%的同学都认为,该方法不利于实验课学习。
1.2 我校“GIS原理”教学现状
根据教育部教学改革精神,我校对GIS专业实验教学进行讨论,加重应用型学科的实验教学部分,增强学生动手能力和综合分析问题的能力。在专业课开设上,实验课比重上升,一种方式是将原理论部分和实验部分课时量均比较大的课程,分为两门课程,实验课作为技术学习单独列为一门课程,以GIS二次开发为例,原来的一门课程54个学时,现在修改为两门课,一门课以理论为主,另一门为专门实践课,两门课程的学时总计84学时,大幅度提升了实验时间。第二种方式是在原理论课程基础上,增加了为期一周的专业课程设计。通过一周的专项实验来全面提升学生的动手能力和独立解决问题的能力。如“GIS原理”、“计算机地图制图”、“遥感技术与应用”等。
2 课程设计要求
2.1 注重实验项目的综合性、连贯性
实验内容设计不能仅仅依靠参考书一个小项目一个小项目的完成,实验数据要求学生自己获取,项目尽可能跟老师的科研课题或参与的横向课题一致,这样既保证了项目的意义,又能充分利用教师的科研成果。实验不再是枯燥的简单操作,而有了一定的研究价值。
2.2 培养学生独立解决问题的能力
实验项目以小组为单位,小组成员可对实验中遇到的问题进行讨论,并查阅相关的资料进行解决。实验具体方案也由小组成果共同制定,方案的正确与否在后一阶段的实验中会得以检验。通过学生独立自主思考,而不是老师按步骤指导来完成项目。
2.3 项目阶段由易到难,总体难易程度适宜
实验项目设计难易适当,既不打击学生的学习兴趣,又不过于简单。各阶段内容由易到难,循序渐进,一步步培养学生的兴趣。尽可能结合老师自身的项目完成,项目具有更多的实践价值。
3 基于项目课题模式的GIS专业实验课程设计
项目驱动教学模式基于项目课题模式的实验课程,摈弃传统教学中教师和学生的教与学的主动被动关系,以课题模式设计实验内容,避免传统教学对实验内容独立演示,菜单操作,学生简单重复模拟的弊病,注重对软件应用的独立性和自主性,提高自主分析问题和解决问题的能力。教师通过设定的课题,要求学生个人或者以小组模式进行问题分析和讨论,并学会自主查询相关资料以帮助对问题的解决,这种方式能最大的让学生参与到问题的分析与解决中来,而不是老师提出解决思路,步骤,学生仅仅完成机械性操作。
以“GIS原理”为例,传统教学强调知识点,如数据编辑与采集、数据格式转换,空间数据库建立,空间分析等等,每个实验之间是相互独立的,并且都由教师预先准备好实验数据,教师提出任务和具体要求,学生只需按每个实验分步完成就可以了。该方法让学生在实验中注重简单的操作而忽略了对问题的分析和每步数据之间的衔接性,在以后参与实际项目时,学生稍微遇到点问题就不知从何入手。
在此基础上,我们提出将所有实验内容串联起来,通过一个较为完整的系统性项目,让学生从数据准备开始全部自己完成,如果前期数据完成不好,则会影响到后期的进一步数据处理,通过该种方法,锻炼学生在完成项目时全面思考,注意前后数据间的衔接和分析。
3.2 基于项目课题模式的课程实验设计
根据以上基本思路,我系“GIS原理”课程实验设计采取项目课题模式,整个课程实验为期1周,学生采用小组模式,5人左右为一个实验小组,共同负责一个实验项目。项目题库由专业教研室老师共同讨论拟定,一般10-15个供选择,各实验小组在题库中自由选择项目。一经选定,后续的所有实验阶段都以该项目为准,不能随意变更。下面以实验项目“乡镇级土地利用数据库建立及成果分析”为例,介绍该课程的设计思路。
每一个阶段都会进行成果汇报,各小组推选1~2人进行该组项目的成果报告,并进行成果展示,同时对遇到的问题及解决办法进行交流,其他组同学可以提问并给出好的建议。全班所有同学对改组实验结果进行成绩评定,学生评价与教师评价各占50%,最为该组实验成绩。四个阶段的平均成绩作为该组最后的实验课程成绩。
4 结论
我系通过对该课程的综合改革,实验教学安排上,随理论课堂的实验课时由以前的28课时减少到14课时,但在课程结束后,专门开设为期1个星期的专业课程设计。这样,既满足了学生平时对软件基本操作的学习,同时又满足了对项目课题的综合性实习;既结合理论进行了验证性实验,又有较大规模的综合能力培养,学生独立处理问题和分析问题的能力得到较大的提升。基于项目课题模式的课程实验设计,能尽可能地带动学生完成一个完整的项目或课题,且各阶段相互衔接,也可以促进学生在每一个后续阶段对前一阶段的结果进行检验和改正。我系学生通过该方法的学习,反馈回来的意见总体较好,很多同学表示,通过为期一周的学习,对软件应用不再迷茫和畏惧,综合能力得到提升,团队协作也进一步加强。
参考文献:
[1] 刘国栋,王政霞.案例教学法在GIS原理教学中的应用与实践[J],矿山测量,2011,6(3):90-92.
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[5] 田雨,林宗坚.地理信息系统GIS课程实验教学体系改革[J].实验室研究与探索,2006,25(11).
目前,已有很多高校在进行高等数学实验课程的尝试,也取得了相对良好的效果。数学实验课程的开设为未来高等数学教育模式的改革指明了方向。人们看到,必须冲破传统数学教育观念的束缚,重新审视高等数学教育在整个高等教育中的地位和作用,定位现代高等数学教育目标,推进高等数学教育模式改革,才能培养出具有国际竞争力的高素质人才。虽然在一些学校中,高等数学实验课程的开设取得了良好的效果,使很多学生受益。但目前总体来说,这类课程还处于不断地革新和完善过程中。如何准确地把握这类课程的教学内容和方法还有待于进一步探索和实践。目前,高等数学实验课程存在的主要问题在于以下几个方面:(1)大部分数学实验类课程是孤立于原有高等数学课程体系之外的,实验内容没有和原有的教学内容形成有机的结合,没有真正的起到实验辅助教学的作用。(2)现有的大部分数学实验类课程的设计片面追求自成体系,遍地开花、内容臃肿,冲淡了这类课程实践性的特点,也使得很多专业不愿开设相关课程。(3)目前大部分数学实验课程的设计完全由数学教师完成。对于不同学科、专业的学生采用了相同的实验设计,缺乏针对性,完全为了实验而实验,无法充分调动学生的积极性。
二、高等数学实验课程设计的基本原则
笔者结合自己高等数学的教学实践,通过阅读大量相关文献以及和相关教师探讨,认为高等数学实验课程设计应遵循以下几个原则:
1.实验课程设计应有侧重点
实验课程是辅的,是对原有高等数学教学的有益补充,不追求自成体系,应集中在高等数学核心概念和重要内容。高等数学原有的体系是经过多年积累的,实验课程的融入不应打破原有的体系结构,它应该成为“山路上”的风景,使人在“登山”的路上忘记疲惫,而不是成为山脚下的一处花园,让人忘记“登山”。
2.实验课程的设计应分层次、立体化
传统高等数学教学方式主要的问题在于学生对于一些抽象概念缺乏直观的理解,抑或是学生不了解一些数学工具的具体作用,进而缺乏对数学的兴趣。实验课程的设计应重点围绕这些问题进行考虑。(1)设计一些演示实验对一些抽象概念给予直观形象的描述;(2)对一些有着重要应用背景的概念、方法,通过设计实验让学生学会通过软件计算相关的问题;(3)可以结合数学建模的内容,设计一些探索性综合实验,充分激发学生的合作和创新精神,提高学习的积极性。
3.实验课程的设计应“因地制宜”
实验的内容应与专业相结合,不应由数学教师独立完成。以往的数学实验课完全由数学老师独立设计完成,没有充分考虑学生的专业背景以及未来的应用领域。而这些方面对于学生对实验课程的兴趣有着重要关系。因而在高等数学实验课程设计中,应征求不同专业背景教师的意见。
4.实验课程设计应有实效性
要从培养应用型、复合型人才的角度来设计高等数学实验课程体系。实验课程的设计应以学生为中心、以问题为主线、以培养能力为目标。开设高等数学实验课程最终的目的是让学生更好地掌握高等数学知识,因而实验课程的设计不能流于表面,应注重教学的实效性。
三、高等数学实验课程改革的基本方案
1.教学内容
在保持原有高等数学教学的基本框架下,从三个层次设计高等数学实验内容。第一,针对一些抽象不易理解的数学概念设计相关的演示实验,这一部分的内容直接嵌入原有的课堂教学当中,主要以教师演示为主,其目的是增加学生对一些抽象概念的直观认识,不需要增加学时。第二,针对高等数学中一些重要的内容,围绕目前广泛应用的Matlab软件,设计一些实验使学生能够顺畅的应用数学软件完成诸如求导数、积分、傅里叶变换、解微分方程等的计算方法。这一部分的内容应结合高等数学理论课程的进程,以实验课形式使学生在教师指导下完成对相关软件编程的掌握。这部分是数学教师能够直接完成的,相关专业可以结合自身专业特点对实验课的内容进行相应的删减。这一部分Matlab基础教学和练习需要4~6个学时,高等数学相关的一些计算可以控制在6~10个学时。第三,结合全国大学生数学建模竞赛的相关试题,以及和相关专业的教师进行探讨,结合学生的专业特点设计综合性实验,这一部分课程可采用相对开放性的方式开设。教师在课堂通过2~4个学时讲述相关实验内容的核心模型,具体内容的完成可让学生课下通过查阅相关文献最终完成。
2.教学模式
实验课程的教学应以学生为中心,除了演示实验外,更应以学生独立操作为主,教师辅导为辅。让学生在软件辅助下完成一些复杂的数学运算,处理相关的数学问题。实验过程中,教师应通过问题引导学生的学习,促进学生的思考。实验过程可采用分组的形式,而对于教学内容可进行分块处理,把思想方法接近的实验结合到一起来做。实验教学应该与理论教学相协调,实验课程的安排应该围绕理论课程的进程来进行。
四、开设高等数学实验课程应注意的一些问题
1.正确处理学习数学基础理论课和相关软件使用的关系
要正确处理学习数学基础理论和相关软件使用的关系,需要时刻铭记实验课程是辅的,不能因软件强大的计算能力而忽视对数学基础的学习,避免学生过分依赖数学软件。
2.注重教师素质的提高
再好的方案都是需要人来执行的,任课教师的素质直接决定了最终实验课程改革的成败。要促成教师观念的转变,对于一些长期从事高等数学教学的人员,尤为重要。新的教学模式对一些老教师提出了更高的要求,要求他们掌握通用的数学软件并具备一定的编程能力。
3.要在实验内容的设计上下硬功夫
近年来,一些数学实验课程的开设,带来了一些负面影响,甚至有人因此而否定数学实验课程。数学实验课程有它固有的优势,而实验中出现的某些弊端,多数是因为选材不当造成的。因此,要想更好地开展数学实验课程,在内容设计上还有很长的路要走,需要从事高等数学教育的人不懈努力。
五、结束语
总之,高等数学实验课程的改革势在必行,它已成为高等数学课程教学改革的必然趋势。在改革中一定要恪守一些基本原则,内容选择和方案设计要与实际相结合。实验课程教学改革对高校从事高等数学课程教学的教师提出了更高的要求,向传统的教学模式和观念提出了挑战,也为高等数学教学未来的发展指明了方向。本文是笔者在高等数学教学改革与实践中获得的一点粗浅的认识和体会,愿与各位同仁交流、分享。
【关键词】网络营销;实验教学;企业网站;诊断与评价
网络营销课程概述
网络营销是以互联网为主要手段的一种新型营销方式,是企业整体营销策略的一个重要组成部分。在现代企业经营中的重要地位和作用促使网络营销课程成为各大学电子商务专业争相开设的必修课程。
1.网络营销课程的内容体系
由于网络营销研究人员的研究视角和知识背景不同,对于网络营销的理解有较大的差异,因此对于网络营销内容体系的构建也大不相同。常见的网络营销教材的内容体系有:4P延伸模式(传统市场营销模式),互联网技术模式,消费者行为模式等。本文介绍冯英健教授所著的《网络营销基础与实践》教材中构建的内容体系结构。
该书以网络营销实践应用为导向,在归纳网络营销实践应用方法的基础上,总结出网络营销的方法体系及一般规律。其内容分为三个层次:网络营销的理论基础;网络营销的方法体系以及网络营销实践与管理。分别介绍了网络营销的职能、原理;网络营销基础环境和主要方法;网络营销职能的实现方法及网络营销管理。
2.网络营销课程特点
(1)综合性。网络营销的内容包括企业网站建设,搜索引擎营销,许可Email 营销,Web2.0营销,网络广告,网上销售,网上市场调研,网络营销效果评价等。涉及到市场营销学,经济学,管理学,计算机科学以及心理学等多门学科,是一门综合性很强的学科。
(2)实践性。网络营销的理论来源于网络营销企业的实践经验,具有较强的应用性。实践性和可操作性也是网络营销的一个重要特征。并且学习网络营销的最终目的也是将其用到实际企业营销中去,实现网络营销的各项具体职能。
网络营销实验教学
网络营销课程的特点决定了网络营销实验教学在教学过程中的重要地位和作用。然而由于种种原因,国内大部分院校对实验教学重视不够,实验课时不够。多数学校的实验课程都是依托电子商务实验室的模拟仿真系统,学生只能练习前台的部分操作,以虚拟实验为主,缺乏真实的商业环境和企业参与,无法提高学生实际市场运作能力。有的将网络营销实验变成计算机实验,要求学生编程序或建网站,或要求学生浏览网站和网页,在网上购物等,对实验内容缺乏统一认识。
在《网络营销课程实验教学研究》中,作者分析了当前网络实验教学中存在的问题,并提出了网络营销实验课程的内容设置,包括:企业网站的诊断与评价,搜索引擎优化,网络广告的分析与设计,企业客户服务分析,在线问卷调查的设计,网络营销综合实验等六部分。下面将以企业网站优化思想和原则为例,介绍以互联网为工具的网络营销实验课程设计。
基于Internet的网络营销实验课程设计
企业网站是网络营销的一种重要渠道。企业网站建设与网络营销效果有直接的关系,没有专业化的企业网站作为基础,网络营销的方法和效果将受到很大限制,因此网络营销策略的基本任务之一就是建立一个网络营销导向的企业网站。网络营销导向的企业网站建设是网络营销课程中的重要内容之一。其细节内容包括:企业网站建设的一般要素,网站建设对网络营销的影响,常见网络营销导向企业网站存在的典型问题,网站优化原则,网址评价与网站诊断。这些内容的实践性特别强,如果只采用讲授的方法,学生恐怕很难真正理解,更难具备实际操作能力。因此,在此处设计一节实验课程是十分必要的。
互联网是网络营销的主要手段,也是网络营销实现的前提条件。很自然,以互联网为工具,进行网络营销课程教学和实验是必要的、可行的方法和手段。
1.实验教学目的
让学生通过详细浏览一些企业网站,了解这些企业网站存在的普遍问题,并根据这些问题提出建设性意见和建议,也就是掌握网站优化的基本思想和原则。
2.实验教学准备
本次实验课在电子商务实验室进行,要求实验室具有接入互联网的计算机;有黑板,能够进行板书。
3.实验教学过程
(1)总体思路
在规定时间内,让学生自己浏览感兴趣的网站,并要求学生在浏览网页过程中完成预先设置的问题。归纳总结学生的答案,得出关于网站建设普遍存在的问题。针对这些问题,让学生去网上寻找解决策略,最终得出网站优化的原则和方法。
(2)具体环节设计
①要求每个学生预先写出自己最想了解的企业和最想了解企业的相关信息,并以此作为学生浏览企业网站的目的。这样做的目的是了解学生对那些网站感兴趣,同时了解这些网站是否便于浏览,学生能否在预定时间内找到答案,这也是考察网站是否具有良好的易用性。
②设置相关问题,作为浏览网页时的思考题目。这些题目的设置是必要的,并且是经过详细思考的,应该能够反映当前企业网站普遍存在的问题。一般可以设置以下问题:
――你所浏览的是哪个企业的网站?
――你对该企业网站布局的整体印象如何?哪些方面较好?哪些方面欠缺?
――网站栏目设置是否合理?是否能快速找到你所需要的信息?
――通过浏览该企业网站,你是否对该企业有了十分详细的了解?网站信息是否全面?
――你对该企业网站的顾客在线服务是否满意?
――你认为该企业网站是否具有促销意识?
――你认为网页下载速度快慢?
――你在该网站是否能看到其他企业网站的链接?
――企业网站上企业的联系方式是否可用?
③归纳总结学生提出的各网站普遍存在的问题。每个学生在浏览企业网站是肯定对该企业网站布局、结构、内容设置等有自己的看法。通过总结学生的看法和对以上问题的答案,归纳出目前多数企业网站普遍存在的问题。强调这些问题是影响网络营销的关键因素,必须作出相应的调整。
④针对企业网站存在的每一个问题,让学生提出解决办法,并找出在此方面做的比较好的其他企业网站。
⑤归纳总结出网站优化的原则和方法。针对以上具体操作和分析,由教师归纳总结出网站优化的基本思想和原则。
(3)课后作业
根据我们总结出的网站优化的思想和原则,为你课上所浏览网站设计一个优化方案,要提出具体措施和解决途径。
总结
互联网作为信息交流的工具,因其巨大的信息量和方便的交流形式,越来越受到人们的亲睐。将其用到教学中,它可以是学生主动学习的园地,师生交流的平台,教师授课的教学工具。作为一种教学工具或辅助教学手段,互联网将会发挥更重要的作用。应用计算机互联网辅助教学必将成为一种新颖和重要的形式。
参考文献:
[1]冯英健.网络营销基础与实践.北京:清华大学出版社,2007(8)
[2]孙玉玲.网络营销课程实验教学研究.全国商情,2009(20)
[3]王丽君.网络营销课程实践教学的研究与探索.丽水学院学报,2008(6)
关键词:微波器件;实验教学;课程设计
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)14-0242-02
前言:
现代社会,微波技术已经蔓延到我们生活的各个方面。一大批商业应用,包括蜂窝电话、无线局域数据网、车载毫米波防撞雷达、通信卫星、全球定位系统(GPS)、射频识别技术、超宽频带无线通信和雷达系统等均与微波技术的发展和研究密不可分。随着微波器件的飞速发展,无线通信频段逐渐提高,技术快速更新,可以预见,将来具有丰富实践经验的微波技术人才将越来越抢手。
国内外理工院校一般都开设有电磁场、微波技术、微波电路等专业课程,但是学生在学完课程后,往往学到和记忆的只是一堆公式,理解专业知识仍旧停留于抽象层面,不能较快将理论知识应用于实践,体现在具体工作中表现为专业思维不够、实践创新能力不足。比如在2011年全国大学生电子设计竞赛中,北京航空航天大学共31支队伍参赛有21队获奖,其中选择高频类题目共有6支参赛队,仅有1组获得北京市三等奖,在未获奖的10支队伍中占据高频类题目占据50%。另外根据微波专业的特点,从业者需要具备较强的数学和电磁基础,而且很多能力必须要在实践中体会、锻炼和提高。就业市场的要求反过来对教学中的实验实践环节提出了更高要求。
一、国内外现状
国内外诸多大学针对微波专业教学实验环节展开了研究。比如美国马萨诸塞大学、佐治亚理工学院等学校上世纪80年代末期就开展了教学改革,研究主要集中在:电磁和微波类课程设置、实验改革等方面[1-2]。国内北京航空航天大学、清华大学、浙江大学、北京理工大学、哈工大等知名高校近年也开展了一系列电磁场与微波教学及实验实践方面的改革,涉及到课程体系设计、实验手段改进、采用网络虚拟教学等[3-8]。北京航空航天大学的全绍辉副教授在微波专业核心课程“微波技术”教学中设计并构建了“微波学堂”网,将课程教学、实验实践环节通过网上交流互动的形式体现出来,大大提高了学生的学习兴趣和课程教学效果[3]。但是由于微波仪器价格昂贵,组建大规模多台套的微波实验装置,对于高校来说是不现实的,所以高校实验课程往往一般是采用软件仿真,或者是频段集中在低频,而且大多是针对无源电路,缺少微波有源电路的实验课程。本文作者长期担任微波电路、电子实验任课教师,承担多项微波测量系统研制任务,结合作者多年工程经验和教学经历,力争设计符合当今社会研究热点的微波电路实验课程。
二、设计原则
1.设置合理的实验内容,提高学生的学习兴趣和思维能力。微波器件课程涉及的经典器件理论知识都是上个世纪诞生的,几十年来基本没有大的改变,而且涉及到物理、材料、数学等领域,学习起来比较枯燥,容易丧失兴趣。在课程设计中应该有意识地引入一些背景知识的介绍,通过介绍社会热点问题可以提高学生的直观理解能力和学习兴趣,同时使教学内容与时俱进,有效地将微波技术的最新发展和成果介绍给学生,比如超材料、量子力学在微波器件制造领域的应用。进一步引导、激发学生对当前热门技术领域的相关系统组成的探究兴趣,比如无线传感网络、智能家居、室内定位、NFC等热门技术,引导学生自发地去探究各种专业技术的理论原理,配以综合性、系统化的多种类的实验、实训模块。使学生带着问题,更高效、主动地进行学习与实践。
2.采用灵活实验模式,培养学生创新能力。现在很多高校设置了开放实验室,目的就是充分利用实验资源,发挥实验室的潜力与效益。其开放包括时间开放和内容开放,实验课程内容包括必修内容和选修内容,学生可以根据实际情况自由选择时间和内容来完成实验课程。并且结合各级别的电子竞赛,实验室教师和学生都可以拟定题目,由实验室提供实验条件,由学生选择时间完成。这样做有利于分层次教学,培养出具有较强实验能力的尖子学生。总之,多模式、多内容和多目标的开放实验室,会彻底改变教学实验模式,使单一的“填鸭式”教学向分层次、多元化教学发展,达到素质教育培养目的。
3.更新完善实验手段,加强互动。微波实验不同于低频、高频实验,它使用的仪器造价是一般仪器的几十倍甚至上百倍,而且对实验环境要求也高于普通实验。因此,搭建大规模、多台套的微波实验环境,对于大多数高校来说难度较大,为了开展好微波实验的教学,必须走物理实验与虚拟实验相结合的新路子。传统的物理实验就是利用有限的实验经费购置一些必要的实验仪器和器件,学生在授课老师的带领下搭设实验装置并操作仪器来完成实验。基本上通过物理实验,学生可以直观了解微波测量的特点,从而掌握微波测量的原理和常用微波仪器的使用方法。图1就是我们设计的混频器实验示意图,通过实验学生可以掌握微波信号源和频谱仪的使用,了解混频器的工作原理和关键参数。
虚拟实验就是利用计算机多媒体技术和EDA技术模拟真实的实验环境,学生可以通过软件,在计算机上的虚拟实验装置中,选择不同的参数,来完成整个实验过程。虚拟实验优点在于形象生动地增强学生感性认识,而且可以多人同时进行,时间更加灵活,并且可以实现网络实验教学。但现有的实验软件成本也不便宜,而且功能过于复杂,不太适合教学。还需要专业人士投入更多精力开发研制出更加专业规范的实验教学多媒体软件。我校全绍辉老师组织学生开发了一套Smith圆图模拟软件[9],通过这一软件能够帮助学生迅速地掌握圆图基本规律。学生开发此类软件的过程,也是对长线理论复习、整理、归纳的过程。
三、教学实践
在2014年秋季学期作者承担的本科课程《微波器件与电路》授课过程中,采用开放式实验教学,第一批实验题目提前给学生公布,涉及到常用的微波无源器件和有源器件:功分器、耦合器、混频器、VCO、放大器等等,由学生自由选择时间,提前和作者所在的微波实验室助教约定实验时间,由助教协助学生独立完成实验任务,并撰写实验报告。选取成绩良好的学生进行第二批实验,第二批实验涉及常用的微波电路,如图2,学生利用实验室提供的微波器件就搭建了一套简单的线性扫频测量雷达,可以实现测量运动速度、测量雷达目标隐身特性等功能。
一学期的教学实践表明这种实验教学模式效果良好,大大提高了学生的学习兴趣,锻炼了学生的动手能力,培养了学生的独立科研能力。
四、结论
本文在以往国内外微波专业实验课程教学改革的基础上,结合工程经验需求,设计了适合专业需求的微波器件与电路实验课程,可以满足培养微波电路和系统设计专业人才的需求,在以后的教学过程中,会进一步完善课程设置。
参考文献:
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大学物理实验(设计性实验)
实验报告
指导老师:王建明
姓 名:张国生
学 号:XX0233
学 院:信息与计算科学学院
班 级:05信计2班
重力加速度的测定
一、实验任务
精确测定银川地区的重力加速度
二、实验要求
测量结果的相对不确定度不超过5%
三、物理模型的建立及比较
初步确定有以下六种模型方案:
方法一、用打点计时器测量
所用仪器为:打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等.
利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带,找出起始点0,数出时间为t的p点,用米尺测出op的距离为h,其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2,将所测代入即可求得g.
方法二、用滴水法测重力加速度
调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、取半径为r的玻璃杯,内装适当的液体,固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转,这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面
重力加速度的计算公式推导如下:
取液面上任一液元a,它距转轴为x,质量为m,受重力mg、弹力n.由动力学知:
ncosα-mg=0 (1)
nsinα=mω2x (2)
两式相比得tgα=ω2x/g,又 tgα=dy/dx,dy=ω2xdx/g,
y/x=ω2x/2g. g=ω2x2/2y.
.将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出,将转台转速ω代入即可求得g.
方法四、光电控制计时法
调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法五、用圆锥摆测量
所用仪器为:米尺、秒表、单摆.
使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动,用直尺测量出h(见图1),用秒表测出摆锥n转所用的时间t,则摆锥角速度ω=2πn/t
摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ,而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得:
g=4π2n2h/t2.
将所测的n、t、h代入即可求得g值.
方法六、单摆法测量重力加速度
在摆角很小时,摆动周期为:
则
通过对以上六种方法的比较,本想尝试利用光电控制计时法来测量,但因为实验室器材不全,故该方法无法进行;对其他几种方法反复比较,用单摆法测量重力加速度原理、方法都比较简单且最熟悉,仪器在实验室也很齐全,故利用该方法来测最为顺利,从而可以得到更为精确的值。
四、采用模型六利用单摆法测量重力加速度
摘要:
重力加速度是物理学中一个重要参量。地球上各个地区重力加速度的数值,随该地区的地理纬度和相对海平面的高度而稍有差异。一般说,在赤道附近重力加速度值最小,越靠近南北两极,重力加速度的值越大,最大值与最小值之差约为1/300。研究重力加速度的分布情况,在地球物理学中具有重要意义。利用专门仪器,仔细测绘各地区重力加速度的分布情况,还可以对地下资源进行探测。
伽利略在比萨大教堂内观察一个圣灯的缓慢摆动,用他的脉搏跳动作为计时器计算圣灯摆动的时间,他发现连续摆动的圣灯,其每次摆动的时间间隔是相等的,与圣灯摆动的幅度无关,并进一步用实验证实了观察的结果,为单摆作为计时装置奠定了基础。这就是单摆的等时性原理。
应用单摆来测量重力加速度简单方便,因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质,即决定于重力加速度g和摆长l,只需要量出摆长,并测定摆动的周期,就可以算出g值。
实验器材:
单摆装置(自由落体测定仪),钢卷尺,游标卡尺、电脑通用计数器、光电门、单摆线
实验原理:
单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径,摆锥质量远大于线的质量的条件下,将悬挂的小球自平衡位置拉至一边(很小距离,摆角小于5°),然后释放,摆锥即在平衡位置左右作周期性的往返摆动,如图2-1所示。
f =p sinθ
f
θ
t=p cosθ
p = mg
l
图2-1 单摆原理图
摆锥所受的力f是重力和绳子张力的合力,f指向平衡位置。当摆角很小时(θ<5°),圆弧可近似地看成直线,f也可近似地看作沿着这一直线。设摆长为l,小球位移为x,质量为m,则
sinθ=
f=psinθ=-mg =-m x (2-1)
由f=ma,可知a=- x
式中负号表示f与位移x方向相反。
单摆在摆角很小时的运动,可近似为简谐振动,比较谐振动公式:a= =-ω2x
可得ω=
于是得单摆运动周期为:
t=2π/ω=2π (2-2)
t2= l (2-3)
或 g=4π2 (2-4)
利用单摆实验测重力加速度时,一般采用某一个固定摆长l,在多次精密地测量出单摆的周期t后,代入(2-4)式,即可求得当地的重力加速度g。
由式(2-3)可知,t2和l之间具有线性关系, 为其斜率,如对于各种不同的摆长测出各自对应的周期,则可利用t2—l图线的斜率求出重力加速度g。
试验条件及误差分析:
上述单摆测量g的方法依据的公式是(2-2)式,这个公式的成立是有条件的,否则将使测量产生如下系统误差:
1. 单摆的摆动周期与摆角的关系,可通过测量θ<5°时两次不同摆角θ1、θ2的周期值进行比较。在本实验的测量精度范围内,验证出单摆的t与θ无关。
实际上,单摆的周期t随摆角θ增加而增加。根据振动理论,周期不仅与摆长l有关,而且与摆动的角振幅有关,其公式为:
t=t0[1+( )2sin2 +( )2sin2 +……]
式中t0为θ接近于0o时的周期,即t0=2π
2.悬线质量m0应远小于摆锥的质量m,摆锥的半径r应远小于摆长l,实际上任何一个单摆都不是理想的,由理论可以证明,此时考虑上述因素的影响,其摆动周期为:
3.如果考虑空气的浮力,则周期应为:
式中t0是同一单摆在真空中的摆动周期,ρ空气是空气的密度,ρ摆锥 是摆锥的密度,由上式可知单摆周期并非与摆锥材料无关,当摆锥密度很小时影响较大。
4.忽略了空气的粘滞阻力及其他因素引起的摩擦力。实际上单摆摆动时,由于存在这些摩擦阻力,使单摆不是作简谐振动而是作阻尼振动,使周期增大。
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