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【關(guān)鍵詞】小波分析;信息與計(jì)算科學(xué);現(xiàn)狀分析;課程建設(shè)
小波分析是近年來應(yīng)用廣泛的一種方法,有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)背景,在許多方面找到了有效的應(yīng)用,被譽(yù)為數(shù)學(xué)顯微鏡,MATLAB軟件提供了很好用的小波工具箱[1],為我們解決實(shí)際問題提供了很大的方便,不少學(xué)校已把小波分析列為信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)本科生選修課。通過對小波課程的學(xué)習(xí),能夠讓學(xué)生掌握小波分析的基本理論、基本思想以及小波工具箱的應(yīng)用,能夠讓學(xué)生用常見的各種小波變換來解決實(shí)際應(yīng)用問題[2-3]。
1 小波分析課程概要
小波變換的概念是1974年由J.Morlet首次提出的[1],20世紀(jì)70年代,A.Calderon表示定理的發(fā)現(xiàn)、Hardy空間的原子分解和無條件基的深入研究為小波變換的誕生奠定了良好的基礎(chǔ)。1986年著名數(shù)學(xué)家Y.Meyer構(gòu)造出了一個(gè)真正的小波基,并與S.Mallat合作建立了構(gòu)造小波基的有效多分辨分析方法,此時(shí)小波分析才逐漸蓬勃發(fā)展起來,值得一提的是比利時(shí)女?dāng)?shù)學(xué)家I.Daubechies撰寫的《小波十講》對小波的普及和進(jìn)一步的發(fā)展起了非常至關(guān)重要的推動(dòng)作用。小波分析的理論研究與小波分析的應(yīng)用是緊密地結(jié)合在一起的,它的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面:
(1)在圖像與信號(hào)壓縮的應(yīng)用方面。它的特點(diǎn)是壓縮比高,壓縮速度快,壓縮后能保持信號(hào)與圖像的特征不變,而且在傳遞中可以抗干擾?;谛〔ǚ治龅膲嚎s方法很多,比較成功的有小波變換零樹壓縮、小波包方法、小波變換向量壓縮等。
(2)在工程技術(shù)等方面的應(yīng)用。小波可用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)視覺、生物醫(yī)學(xué)圖像處理等方面。
(3)在信號(hào)分析的應(yīng)用方面。小波分析可以用于邊界的處理與濾波、信噪的分離、信噪的提取、信號(hào)的識(shí)別以及多尺度邊緣檢測等。
2 教學(xué)內(nèi)容基本要求
關(guān)履泰在1989至1992年間到美國Texas A&M大學(xué)崔錦泰教授處訪問,當(dāng)時(shí)正值小波研究的蓬勃發(fā)展時(shí)期,他在有限區(qū)間小波、多重小波分析、小波在圖形學(xué)等方面的應(yīng)用作了一定的工作。由他主編的《小波方法與應(yīng)用》一書參考了大量的書籍和文獻(xiàn)。由于現(xiàn)在MATLAB的普遍使用,而且它還有專門的小波工具箱。關(guān)履泰專門為本科生教學(xué)編著的《小波方法與應(yīng)用》一書,也采用了MATLAB數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行程序?qū)嶒?yàn)。
通過本課程的學(xué)習(xí),要求學(xué)生了解小波與傅里葉分析的發(fā)展歷史;掌握多分辨分析的思想;掌握小波變換[1],包括:Fourier變換、連續(xù)小波變換、離散小波變換;了解框架;掌握分解與重構(gòu)算法、尺度函數(shù)與小波的構(gòu)造;了解多元小波分析、小波包分解;掌握快速算法,了解重分算法;會(huì)用MATLAB小波工具箱;能夠用各種小波變換解決實(shí)際應(yīng)用問題[4]。本課程是信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的重要專業(yè)方向理論選修課程,在教學(xué)方法上,采用課堂講授、課堂討論、課后自學(xué)等教學(xué)形式。
課堂講授:本課程屬于理論課程,在傳授知識(shí)原理的前提下,配合實(shí)際應(yīng)用例子,由淺入深,善于誘導(dǎo),使學(xué)生從被動(dòng)吸收知識(shí)的狀態(tài)下,轉(zhuǎn)化到主動(dòng)索取知識(shí)的狀態(tài)中來,并采用多媒體輔助教學(xué),加大課堂授課的知識(shí)含量。注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的基本素質(zhì)。
課后自學(xué):為培養(yǎng)學(xué)生整理歸納,綜合分析和處理問題的能力,教師在每章都安排少量的內(nèi)容,課上教師只給出自學(xué)的提綱,不作詳細(xì)的講解,課后讓學(xué)生自學(xué)。
課堂討論:此目的是讓學(xué)生開拓思路,活躍課堂學(xué)習(xí)氣氛,教師需認(rèn)真組織,安排重點(diǎn)發(fā)言,充分調(diào)動(dòng)每名同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情和積極性,做好總結(jié)。
課外作業(yè):為讓學(xué)生鞏固所學(xué)的知識(shí),每章都布置一定量的課外作業(yè),讓學(xué)生課后獨(dú)立完成。
課程實(shí)驗(yàn):用matlab語言或C語言完成一些算法設(shè)計(jì)題,培養(yǎng)學(xué)生的算法設(shè)計(jì)能力。
3 教學(xué)上存在的一些問題
3.1 對小波分析的課程設(shè)置定位還不夠明確
信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的課程開設(shè)在多數(shù)學(xué)校沒有將計(jì)算機(jī)、應(yīng)用數(shù)學(xué)等信息技術(shù)課程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,只是將數(shù)學(xué)課程和計(jì)算機(jī)的課程進(jìn)行拼盤迭加,沒有突出“以數(shù)學(xué)課程為基礎(chǔ),以解決信息技術(shù)領(lǐng)域問題為目標(biāo)”這一專業(yè)特色。對于小波分析的課程設(shè)置同樣也沒有經(jīng)驗(yàn),有時(shí)甚至無從下手,本課程的設(shè)置還需要進(jìn)一步的探索。
3.2 課程的教材仍比較緊缺
目前適合應(yīng)用型本科高校教學(xué)的小波分析教材,尤其是從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)編寫、適應(yīng)于為信息與計(jì)算科學(xué)類專業(yè)學(xué)生講授的小波分析教材比較緊缺。為適應(yīng)不同類型院校和不同層次要求的課程需求,教材建設(shè)也需要層次化、多樣化。目前,專門為應(yīng)用型本科高校信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)專門編寫的教材有關(guān)履泰編著的《小波方法與應(yīng)用》,此教材理論基礎(chǔ)知識(shí)偏難,理論推導(dǎo)較復(fù)雜,要想把本課程很好的應(yīng)用到本科生的教學(xué)實(shí)踐中,還需要在今后的教學(xué)實(shí)踐過程中給予進(jìn)一步積極的探索和改革。
3.3 從大學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備角度看:信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)是新興學(xué)科,處于發(fā)展期,教師在該領(lǐng)域的研究尚且剛剛起步,更別提教學(xué)成果了,這也必然影響著本專業(yè)小波分析課程的教學(xué)與實(shí)踐。目前,中國高等教育已進(jìn)入大眾化時(shí)代,這將導(dǎo)致大學(xué)生的就業(yè)不存在統(tǒng)包統(tǒng)分的問題,而是要公平地參與社會(huì)競爭。所以為了能更好的適應(yīng)社會(huì),大學(xué)生應(yīng)多學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí),多積累大量的理論基礎(chǔ)知識(shí)。
4 理論與實(shí)踐教學(xué)的探索
小波課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上,豐富了信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。本課程通過基礎(chǔ)理論知識(shí)的教育,以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各環(huán)節(jié)的訓(xùn)練,有助于培養(yǎng)學(xué)生解決軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)、信息處理、科學(xué)計(jì)算等實(shí)際問題的能力[5-6]。
4.1 課程體系
信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助。因此小波分析課程的教學(xué)內(nèi)容除了核心的理論知識(shí)外,還應(yīng)該增加實(shí)驗(yàn)?zāi)K,信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生進(jìn)入通訊、電子技術(shù)、軟件等行業(yè)是一個(gè)重要的就業(yè)方向,它們可以在這些企業(yè)非常高效的從事信息安全與網(wǎng)絡(luò)安全、計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)等工作,因此,本專業(yè)開設(shè)該課程是非常必要的。所以開設(shè)好小波分析課程是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)之一,有利于信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),當(dāng)然也有利于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
4.2 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
學(xué)生報(bào)考信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的時(shí)候,絕大多數(shù)學(xué)生看中是“信息”的內(nèi)涵,他們心中選擇的是非數(shù)學(xué)類專業(yè)而是信息類專業(yè)。所以開設(shè)小波分析課程,必須強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),可以選擇以一維、二維小波分解與重構(gòu)的理論知識(shí)為主體,注重課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié),來提高學(xué)生的軟件應(yīng)用能力和實(shí)際動(dòng)手能力。
實(shí)例一,噪聲信息多包含在具有較高頻率細(xì)節(jié)里,在對信號(hào)進(jìn)行了小波分解后,利用有限閾值等形式對所分解的小波系數(shù)進(jìn)行權(quán)重處理,再對信息進(jìn)行重構(gòu)即可達(dá)到信息去噪的目的。利用小波工具箱可直接將一維白噪聲信號(hào)noissin進(jìn)行一級(jí)haar小波分解,如圖1,我們從圖中可以清晰的看到原始信號(hào)s的平均信息a1和細(xì)節(jié)信息d1。
實(shí)例二,二維小波分解與重構(gòu)是利用一系列的一維小波分解與重構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的?;贖aar小波的二維小波分解與重構(gòu)的過程如下:function[LL,HL,LH,HH]=mydwt2(x),利用小波工具箱直接將二維圖像woman進(jìn)行一級(jí)haar小波分解與重構(gòu),如圖2,我們從圖中可以清晰的看到原始圖像被分解為LL,HL,LH,HH四個(gè)部分。
圖1 一維信號(hào)的一級(jí)haar小波分解
圖2 二維圖像的一級(jí)haar小波分解與重構(gòu)
4.3 繼續(xù)深造
信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生具有良好的數(shù)學(xué)思維能力和扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),他們掌握了計(jì)算科學(xué)的基本方法與技能,因此他們繼續(xù)深造可選擇的方向很廣泛,他們可繼續(xù)攻讀自動(dòng)控制、計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、信息科學(xué)、金融信息等專業(yè)的碩士學(xué)位,也可攻讀具有行業(yè)特色且與信息與計(jì)算關(guān)系緊密的一些專業(yè)的碩士學(xué)位。此外,小波分析及其應(yīng)用、小波分析的理論及其在醫(yī)學(xué)圖像處理中的應(yīng)用等均是本專業(yè)考研的主要研究方向。如果本科階段把小波分析課程學(xué)好了,無疑為以后研究生階段的學(xué)習(xí)和研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
4.4 師資隊(duì)伍建設(shè)
國內(nèi)很多高校的信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)都開設(shè)了小波分析課程,如國防科技大學(xué),中國科技大學(xué),中山大學(xué)等,這些學(xué)校該課程的發(fā)展都較成熟,所以可以通過引進(jìn)和培養(yǎng)等途徑,培養(yǎng)一批從事小波分析課程教學(xué)的青年教師參與小波分析的課程進(jìn)修和教改調(diào)研,通過選派相關(guān)教師去諸如以上這些全國前列的高校進(jìn)行調(diào)研、交流,這對小波分析課程的今后發(fā)展,帶來很大的幫助。
4.5 第二課堂
教師可以鼓勵(lì)刻苦鉆研的學(xué)生參與他們的科研工作,學(xué)生們可以憑借其出色的扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和數(shù)學(xué)建模能力來解決實(shí)際應(yīng)用問題。
5 結(jié)論
有關(guān)該專業(yè)小波分析課程的教學(xué)計(jì)劃、培養(yǎng)模式、課程體系、培養(yǎng)目標(biāo)、教材編寫等一系列課程建設(shè)問題,我們將繼續(xù)積極進(jìn)行進(jìn)一步的探索與研究。我們希望通過本文能夠?qū)π畔⑴c計(jì)算科學(xué)專業(yè)小波分析課程的開設(shè)、建設(shè)與發(fā)展作出一點(diǎn)有益的貢獻(xiàn)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]關(guān)履泰.小波方法與應(yīng)用[M].高等教育出版社,2007:1-165.
[2]教育部數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)數(shù)學(xué)類教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).關(guān)于《信息與計(jì)算科學(xué)》專業(yè)辦學(xué)現(xiàn)狀與專業(yè)建設(shè)相關(guān)問題的調(diào)查報(bào)告[J].大學(xué)數(shù)學(xué),2003,19(1):1-5.
[3]教育部數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì) 數(shù)學(xué)類教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)教學(xué)規(guī)范(試行稿)[S].大學(xué)數(shù)學(xué),2003,19(1):6-10.
[4]周曉晶.開展3+1培養(yǎng)模式科學(xué)地發(fā)展地實(shí)踐信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)的建設(shè)[J].大學(xué)數(shù)學(xué),2012,28(4),155-158.
所謂物理教學(xué)與信息技術(shù)的融合,本文將其界定為通過將信息技術(shù)有效融合于初中物理學(xué)科的教學(xué)過程來營造一種新型教學(xué)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)一種既能發(fā)揮教師主導(dǎo)作用又能充分體現(xiàn)學(xué)生主體地位的以“自主、探究、合作”為特征的教與學(xué)的方式,從而把學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性充分地發(fā)揮出來,使傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變革,從而使學(xué)生的創(chuàng)造精神與實(shí)踐能力的培養(yǎng)真正落到實(shí)處?!叭诤稀币布础罢稀钡娜齻€(gè)基本屬性為:營造新型教學(xué)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)新的教與學(xué)的方式、變革傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)。
二、多媒體技術(shù)與初中物理融合教學(xué)的積極作用
1.模擬教學(xué)情境,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
初中物理課所研究或描繪的物理場景中,有相當(dāng)一部分不僅不方便在課堂上實(shí)驗(yàn)展現(xiàn),就是在學(xué)生們的生活中也很少有機(jī)會(huì)見到。對于這樣的情況,若采用多媒體課件制作動(dòng)畫來模擬,則效果相當(dāng)好。在熱學(xué)部分,微觀尺寸下的分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)是無法直接觀察的,可以用一個(gè)GIF格式的動(dòng)態(tài)圖片來模擬展示;電學(xué)部分的《磁生電》一節(jié),發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子線圈在磁場中的旋轉(zhuǎn)過程也不便直接觀察,可以用FLASH制作一個(gè)動(dòng)畫來模擬線圈在磁場中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期等。這樣的技術(shù)手段彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)中不直觀的缺陷,增添了物理課程的魅力和趣味性。
眾所周知,興趣是最好的老師。只有學(xué)生對學(xué)科本身產(chǎn)生了興趣,才會(huì)真正用心來學(xué)習(xí)和探究此門學(xué)科。初中階段的學(xué)生,心智尚未成熟,對學(xué)科學(xué)習(xí)的好壞絕大多數(shù)由興趣而定。而運(yùn)用多媒體技術(shù)輔助教學(xué),則能激發(fā)學(xué)生興趣。
2.優(yōu)化教學(xué)效果,提高課堂效率。
通過多媒體課件的演示,既有助于教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn),又能合理安排課堂教學(xué)計(jì)劃,使教學(xué)過程能夠按照預(yù)設(shè)的思路前進(jìn)。特別是對很多無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí),多媒體課件教學(xué)更能凸顯其極大的優(yōu)勢。如,在《光的色散》這節(jié)時(shí),用來演示的玻璃磚以及紅色激光的反射光路由于尺寸較小,不易觀察。將其制作成課件,這時(shí),玻璃磚和反射光路在大屏幕上顯示得非常清晰,同學(xué)們都看得一清二楚。這些做法,利用信息技術(shù),把一些較大的物理場景真實(shí)地“搬”進(jìn)了教室。信息技術(shù)通過這些途徑,使物理課的教學(xué)效率、課堂質(zhì)量發(fā)生了一次巨大的飛躍。
3.改變“教”、“學(xué)”角色,融洽師生關(guān)系。
傳統(tǒng)的教學(xué)模式,因教學(xué)資源的限制,是教師怎么教學(xué)生就怎么學(xué),教師完全處于主導(dǎo)者的地位,而學(xué)生永遠(yuǎn)是被動(dòng)性地去接受,久而久之,形成了教師教得累、學(xué)生學(xué)得煩且無學(xué)習(xí)效果的現(xiàn)象。多媒體技術(shù)的參與,決定了新的課堂教學(xué)模式是互動(dòng)的、全員參與的。利用多媒體技術(shù),能讓全體學(xué)生始終積極參與。信息技術(shù)具有很強(qiáng)的制作性、靈活性、自述性,因此,教學(xué)中對教材的依賴性減小了,教師的角色從知識(shí)的傳播者變化為學(xué)習(xí)的組織者和引導(dǎo)者,甚至成為與學(xué)生共同學(xué)習(xí)的伙伴;學(xué)生也因新型教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì),對學(xué)科產(chǎn)生了濃厚的興趣,并產(chǎn)生了自主求知的欲望。
三、多媒體技術(shù)與初中物理融合教學(xué)的反思
通過理論分析和教學(xué)實(shí)踐,我們可以發(fā)現(xiàn),將初中物理教學(xué)與多媒體技術(shù)相融合,不僅是新時(shí)代教育事業(yè)改革的方向,也是新課程理念的具體表現(xiàn),是值得借薦甚至是推廣的一種新型教學(xué)模式。同時(shí),也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到在初中物理教學(xué)與多媒體技術(shù)融合的過程中,要注意避免走入一些誤區(qū)。
1.注重課件花樣,忽視教學(xué)實(shí)效。
我們在教學(xué)過程中不能因?yàn)橄胱プW(xué)生的眼球、激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,花盡心思用多媒體制作包含音頻、視頻、動(dòng)畫等各種花樣的課件做秀,不注重教學(xué)實(shí)效。那么,這樣的課堂給學(xué)生留下深刻印象的是花花綠綠的動(dòng)感畫面,往往是動(dòng)畫播放完畢,學(xué)生的注意力不能及時(shí)轉(zhuǎn)移到課堂教學(xué)中來,影響教學(xué)的進(jìn)行。這樣學(xué)生不僅學(xué)不到知識(shí),更起不到改進(jìn)教學(xué)效果、改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的作用了。
2.依賴模擬實(shí)驗(yàn),忽視傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。
由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需要相關(guān)的儀器設(shè)備、相應(yīng)的技術(shù)手段與技巧,做實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)且容易失敗,這些都導(dǎo)致了一些老師認(rèn)為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)很麻煩,不如教學(xué)課件簡單明顯、成功率高,喜歡用模擬實(shí)驗(yàn)代替所有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),用鼠標(biāo)敲擊的虛擬過程代替本該親自動(dòng)手完成的實(shí)驗(yàn),這恰恰是違背素質(zhì)教育精神的。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在開發(fā)學(xué)生探究樂趣,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)精神,鍛煉學(xué)生堅(jiān)韌不拔的毅力,鼓勵(lì)學(xué)生不怕遭受挫折,從失敗中吸取教訓(xùn)、總結(jié)規(guī)律、體驗(yàn)生活等方面,有著模擬實(shí)驗(yàn)無法取代的教育功能。
3.依賴多媒體技術(shù),忽視教師的引導(dǎo)功能。
一、信息技術(shù)改變了教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式
傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式主要是聲音、文字和圖像,主要通過書、紙的記錄和傳播。信息技術(shù)作為呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的重要工具可以將多種媒體方便、快速地集成,實(shí)現(xiàn)對教育資源的有效整合。它可以提供多種媒體的刺激,有利于知識(shí)的獲取和保持;它可提供超文本特性,實(shí)現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容最有效的組織與管理。它還以提供網(wǎng)絡(luò)傳遞的方式,實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的有效開放。比如:在學(xué)習(xí)古詩《回鄉(xiāng)偶書》時(shí),學(xué)生可以借助多媒體課件解決不懂的字詞;也可以通過網(wǎng)絡(luò)開展自主學(xué)習(xí),深入了解作者所處的時(shí)代背景,還可以搜集、整理、學(xué)習(xí)更多的回鄉(xiāng)詩,認(rèn)識(shí)更多詩人。這樣從簡單到復(fù)雜,可以滿足各層面學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,實(shí)現(xiàn)“教科書+多媒體+網(wǎng)絡(luò)”的現(xiàn)代化功能。
二、信息技術(shù)改變了教師的教學(xué)方式
過去老師們備課總是依賴教材和教參,現(xiàn)在教師備課除了在新課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上認(rèn)真鉆研教材外,還會(huì)花大量時(shí)間上網(wǎng)查找各種資料,制作課件。過去,語文老師上課僅憑一張嘴,充當(dāng)演員或?qū)а莸慕巧=裉?,語文老師上課更多的是注重培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和自主探究能力,充當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)的協(xié)助者和合作伙伴。網(wǎng)絡(luò)為教師提供了豐富的教學(xué)資源,老師可以隨時(shí)上網(wǎng)查找自己需要的各種圖片、音頻、視頻材料。比如,一位教師在備《新型玻璃》一課時(shí),利用網(wǎng)絡(luò)查找到許多新型玻璃和生活中許多新型物品的圖片和文字等資料,并且制成小小的網(wǎng)站,學(xué)生可以在學(xué)習(xí)中自由瀏覽。當(dāng)學(xué)生看到這些圖片時(shí),顯得十分興奮,對課文所描寫的“新型的玻璃”不僅有了形象直觀的認(rèn)識(shí),還認(rèn)識(shí)了許多其他新型物品,激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造新型物品的欲望。因此,信息技術(shù)形象直觀、有聲有色的特有優(yōu)勢,縮短了時(shí)空距離,把遠(yuǎn)方的東西呈現(xiàn)在學(xué)生眼前,把復(fù)雜的東西變得簡單,把抽象的東西化為具體,促進(jìn)了學(xué)生多種感官直接參與揭示事物本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系的教學(xué)過程,從而縮短學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的過程,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,有利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)和情感、意志等非智力因素的開發(fā)。
在多媒體、網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)環(huán)境下,以“學(xué)”為中心的交互式教學(xué)方式有了得天獨(dú)厚的土壤,教學(xué)方式由傳統(tǒng)的以“教”為中心逐漸向以“學(xué)”為中心轉(zhuǎn)變。教學(xué)方法由原來基于歸納和演繹的講解轉(zhuǎn)變?yōu)榛谇榫皠?chuàng)設(shè)、主動(dòng)探索、協(xié)作學(xué)習(xí)、會(huì)話商討、意義建構(gòu)等多種新型教學(xué)方法的綜合運(yùn)用。通過整合,把語文學(xué)科和信息技術(shù)有機(jī)融為一體,強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)服務(wù)于具體任務(wù),學(xué)生以一種自然的方式對待信息技術(shù),把信息技術(shù)作為認(rèn)知工具,學(xué)生使用計(jì)算機(jī)獲取、處理信息就像使用電話、鉛筆、橡皮那么自然,使學(xué)生在潛移默化中得到鍛煉,培養(yǎng)學(xué)生綜合處理問題的能力。
三、信息技術(shù)改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式
在小學(xué)語文學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)中,根據(jù)學(xué)生特點(diǎn),在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)揮多媒體及網(wǎng)絡(luò)交互性強(qiáng)、資源豐富的優(yōu)勢,創(chuàng)造寬松、和諧的學(xué)習(xí)氛圍,學(xué)生通過主動(dòng)建構(gòu)知識(shí),提高了創(chuàng)新能力及解決實(shí)際生活問題的能力。經(jīng)過閱讀教學(xué),學(xué)生對課文內(nèi)容有了較深刻的理解,在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用媒體鼓勵(lì)學(xué)生深入探究,發(fā)表創(chuàng)造性的見解。如教學(xué)《草原》一文的最后一句話“蒙漢情深何忍別,天涯碧草話夕陽”時(shí),老師先錄制剪輯了一些草原美麗的風(fēng)光畫面,還有穿蒙漢服裝的人或坐或站,或抱或握手,或流淚或深情交談的畫面,并配上音樂播放給學(xué)生看。學(xué)生一下子進(jìn)入了情景,仿佛自己也成了其中一員,這時(shí)讓學(xué)生說說最后一句話的意思,學(xué)生顯得輕車熟路。學(xué)完這句話,學(xué)生仍沉浸在畫面中,見此情景,老師趁機(jī)引導(dǎo),鼓勵(lì)他們展開想象:“你能把這幅情景說得比作者還要好嗎?”學(xué)生插上了想象的翅膀,思維更活躍了。他們在現(xiàn)代教育媒體創(chuàng)設(shè)的情境中馳騁想象,使早已蓄積的情感得以盡情釋放,使課堂氣氛達(dá)到了新的。再如學(xué)完《只有一個(gè)地球》一課后,有許多學(xué)生繼續(xù)在網(wǎng)上查詢、收集了很多資料,有一個(gè)學(xué)生寫了《小鳥的哀求》的童話,真是想象奇特,情真意切,非常精彩。
四、信息技術(shù)改變了師生的互動(dòng)方式
學(xué)生的好奇心強(qiáng),尤其是一幫天真活潑的小孩子,愛聽生動(dòng)有趣的故事,是他們共同的心理特征。教師在課堂教學(xué)的導(dǎo)入部分若能抓住學(xué)生的這個(gè)心理因素,化學(xué)生的好奇心為濃厚的學(xué)習(xí)興趣,就能起到意想不到的效果。
如在教學(xué)小學(xué)四年級(jí)的課文《新型玻璃》時(shí),我們可以這樣導(dǎo)入:同學(xué)們,在一個(gè)伸手不見五指的夜晚,一個(gè)人影躥進(jìn)了陳列著珍貴字畫的展覽館,他此行的目的是為了劃破玻璃,偷里面的珍貴字畫。當(dāng)他的玻璃刀剛剛觸及玻璃的時(shí)候,頓時(shí)院子里響起了急促的報(bào)警聲。警察立即趕來,把這個(gè)小偷給抓住了。同學(xué)們一定會(huì)奇怪地問:“這是什么玻璃???怎么一接觸它就發(fā)出報(bào)警聲呢?”DD同學(xué)們,這就是一種新型玻璃。請大家打開課本14課,這就是今天我們要學(xué)習(xí)的課文《新型玻璃》。
又如在小學(xué)二年級(jí)的《坐井觀天》,我們也可以用故事導(dǎo)入的方法:“小朋友們,你們喜歡聽故事嗎?”[邊講邊播放多媒體課件]“在很久很久以前,有一口古老的井,在這口井里,生活著一只可愛的青蛙,這只青蛙在這口井里生活了許多許多年,可是它從沒跳出過這口井,哪也沒去過。有一天,從天上飛來了一只小鳥……”[老師講到這里停下來,孩子們肯定會(huì)迫不及待地嚷著讓老師繼續(xù)講。]這時(shí),老師再告訴學(xué)生:“孩子們,故事講到這里,老師也忘記后面的故事情節(jié)了,不過不用急,在我們的課本里寫著呢!請大家打開課本《坐井觀天》,拿起課本自己大聲地朗讀,看看后來發(fā)生了什么事情,請你告訴老師,好嗎?”
這樣,“吊”起了學(xué)生學(xué)習(xí)的胃口,學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性也就自然來了。
二、直觀式導(dǎo)入
所謂直觀,也就是用感官直接接受的、直接觀察的。采取直觀式導(dǎo)入,可以使抽象的知識(shí)具體化、形象化,為學(xué)生架起由形象向抽象過渡的橋梁,為學(xué)生理解新知識(shí)提供感性材料,更好地激起他們尋求探索方法的興趣。于是,我們可以充分利用觀看圖畫、影片,欣賞音樂等方式直接刺激學(xué)生的眼、耳、鼻等感官,調(diào)動(dòng)起他們學(xué)習(xí)的積極性。
1、觀察圖畫。著名特級(jí)教師于永正老師在教學(xué)《驚弓之鳥》時(shí)這樣導(dǎo)入:小朋友,我在黑板上畫一樣?xùn)|西,你們看畫的是什么?(于老師用彩色筆在黑板上畫了一張弓,接著又畫上弦與箭)[在學(xué)生一一指出后],于老師又緩緩地說:“大家知道有了弓,有了箭,才能射鳥。可是古時(shí)候,有個(gè)叫更羸的人只拉弓不射箭,就把一只大雁射了下來,這是怎么回事呢?今天,我們就來學(xué)習(xí)第二十七課《驚弓之鳥》,學(xué)了你也就明白這是怎么一回事了。
在這個(gè)導(dǎo)入中,于老師以圖、畫、照片、影象等導(dǎo)入課文,不但激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺感官,使學(xué)生對事物有個(gè)形象的感知,同時(shí)再配以啟發(fā)性的提問,也就大大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,有力地發(fā)揮了學(xué)生的主體性。
2、導(dǎo)入要注意趣味性。杜威說:“成年人只有通過對兒童的興趣不斷地予以全面的觀察,能夠進(jìn)入兒童的生活里面,才能知道他要做什么?!?/p>
設(shè)計(jì)導(dǎo)入要做到引人入勝,使教材內(nèi)容以新鮮活潑的面貌出現(xiàn)在學(xué)生面前。這樣能最大限度地引起學(xué)生的興趣,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性,有利于引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生去接受新教材,防止學(xué)生產(chǎn)生厭倦心理。
從心理學(xué)研究表明,如果強(qiáng)迫學(xué)生學(xué)習(xí),學(xué)生對所學(xué)的東西是不會(huì)保留在記憶里的。如果學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容感興趣,就會(huì)表現(xiàn)出主動(dòng)、積極和自覺,學(xué)習(xí)時(shí)輕松愉快,不會(huì)造成心理上沉重的負(fù)擔(dān),學(xué)習(xí)效率自然會(huì)高。因此,教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)導(dǎo)入使學(xué)生處于渴望學(xué)習(xí)的心理狀態(tài),以便引發(fā)學(xué)生的思維,使他們以最佳的心理狀態(tài)投身到學(xué)習(xí)活動(dòng)中,為整個(gè)課堂教學(xué)過程打下良好基礎(chǔ)。
從形式上看,教師可以從解題入手,單刀直入;也可以從文中提出問題,引起懸念,順勢導(dǎo)入;此外,引一條格言,打個(gè)比方,解釋一個(gè)典故,介紹作者生平軼事等,都可能引起學(xué)生的極大興趣;還可以通過讓學(xué)生猜謎語、做智力游戲、做實(shí)驗(yàn)等形式喚起學(xué)生求知欲、激發(fā)學(xué)習(xí)情趣的,所以教師的導(dǎo)語設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能的生動(dòng)活潑、形式多樣。當(dāng)然,導(dǎo)語設(shè)計(jì)追求生動(dòng)、活潑、有趣,但絕不能故弄玄虛、嘩眾取寵,那樣反而會(huì)沖淡和影響新課教學(xué)。
3、導(dǎo)入要注意靈活性?!皩?dǎo)”無定法,切忌生搬硬套。對于不同的教材和教學(xué)內(nèi)容,應(yīng)采用不同的課堂導(dǎo)入方式;即使同一教材、同一教學(xué)內(nèi)容,課堂導(dǎo)入對不同的班級(jí)也要有不同的導(dǎo)入設(shè)計(jì),使用不同的導(dǎo)入方法。這需要我們根據(jù)所教班級(jí)的具體特點(diǎn),進(jìn)行具體分析而定。如較沉穩(wěn)班級(jí)和較活躍班級(jí)的導(dǎo)入設(shè)計(jì)應(yīng)有所不同。對于同一個(gè)班級(jí)來講,課堂導(dǎo)入的方法也要經(jīng)常變換,這樣才有利于保持學(xué)生的新鮮感。
另外,對課堂上的“突發(fā)事件”的處理,也是最能反映老師的應(yīng)變機(jī)智和駕馭課堂能力,它要求我們避免簡單化,多講點(diǎn)方法和技巧。
4、導(dǎo)入要注意啟發(fā)性?!皢l(fā)性”是指導(dǎo)語要有思考的余地,能引起思索。
導(dǎo)入如果對學(xué)生接受新內(nèi)容具有啟發(fā)性,就能使學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。在導(dǎo)入時(shí),教師可以通過一些淺顯而簡明的事例,使學(xué)生得到啟發(fā),引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題,激發(fā)學(xué)生解決問題的強(qiáng)烈愿望,調(diào)動(dòng)學(xué)生思維活動(dòng)的積極性,促使他們更好地理解新內(nèi)容。
啟發(fā)性的關(guān)鍵在于啟發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)。而思維往往是從問題開始,又深入問題之中,它始終與問題緊密聯(lián)系,學(xué)生有了問題就要去思考、去解決,這便為學(xué)生順利地理解新的學(xué)習(xí)內(nèi)容創(chuàng)造了前提條件。它能使課堂教學(xué)獲得好的教學(xué)效果。因此,導(dǎo)入能否引起學(xué)生的積極思維,能否使學(xué)生創(chuàng)造出思維上的矛盾沖突,能否使他們產(chǎn)生“新奇”感,是導(dǎo)入成敗的關(guān)鍵所在。
5、導(dǎo)入要注意嚴(yán)密性。導(dǎo)語設(shè)計(jì)不能模棱兩可,含糊其詞,導(dǎo)語的語言和形式都應(yīng)恰當(dāng)、準(zhǔn)確。無論設(shè)疑、引證、說明、比喻等都要明確、精當(dāng)、不使學(xué)生產(chǎn)生歧意和誤解,使學(xué)生思維順勢進(jìn)入新課的正確軌道。當(dāng)然導(dǎo)語也要注意思想性,不能只顧及了知識(shí)性、趣味性而忽視了教育性、思維性。
本文擬就如何在物理教學(xué)中回歸學(xué)生的主體地位,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用談幾點(diǎn)體會(huì)。
一、建立新型的師生關(guān)系,激發(fā)學(xué)生的主體意識(shí)
目前越來越多的教師已充分認(rèn)識(shí)到學(xué)生主體地位的重要性,在課堂上想方設(shè)法為學(xué)生提供參與的機(jī)會(huì),讓學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中掌握知識(shí)。教學(xué)中卻經(jīng)常會(huì)遇到這樣尷尬的局面:課前教師為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而精心設(shè)計(jì)的問題,學(xué)生因?yàn)榫o張語無論次、答非所問,甚至少數(shù)性格內(nèi)向的學(xué)生因害羞,閉口不答,教師因此而感到束手無策。這樣不僅浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間,影響了教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),而且體現(xiàn)學(xué)生主體、實(shí)現(xiàn)“三維目標(biāo)”也成了一句空話。換位思考,畢竟在課堂上,眾目睽睽之下,不遠(yuǎn)處還站著一位教師,學(xué)生在如此巨大的心理壓力之下,能暢所欲言嗎?能最大限度地發(fā)揮學(xué)生的自主性、能動(dòng)性和創(chuàng)造性嗎?為此,教師首先必須幫助學(xué)生克服心理障礙,建立一種平等、民主、合作的新型師生關(guān)系,才能讓學(xué)生在課堂上自由自在地表現(xiàn)自己。
同時(shí),教師與學(xué)生的關(guān)系又是十分微妙的,它需要師生之間長時(shí)間的交流與溝通,不斷加深了解。只有這樣,平等、民主、合作的新型師生關(guān)系才能建立。
二、創(chuàng)設(shè)問題情境,回歸學(xué)生的主體地位
中學(xué)生有很強(qiáng)的求知欲,時(shí)常表現(xiàn)在思想上的困惑和疑問,正是這些思想和認(rèn)識(shí)問題驅(qū)動(dòng)著學(xué)生去追求知識(shí)、探索直理。教師可以通過自然現(xiàn)象、物理故事、實(shí)驗(yàn)課件、實(shí)例或復(fù)習(xí)、討論等來創(chuàng)設(shè)問題情境,以問題為契機(jī),適時(shí)引導(dǎo),釋疑解惑,幫助學(xué)生完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。
例如在講授“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)課時(shí),首先創(chuàng)設(shè)情境——演示“牛頓管”實(shí)驗(yàn)。將金屬片、小羽毛、小軟木塞、小玻璃球等放到“牛頓管”里,將“牛頓管”迅速倒立過來,讓學(xué)生仔細(xì)觀察管內(nèi)物體的下落情況;然后把“牛頓管”里的空氣抽出去,再將“牛頓管”迅速倒立起來,再次讓學(xué)生觀察管內(nèi)物體的下落情況。對比兩次所觀察的現(xiàn)象,金屬片、小軟木塞和玻璃球比小羽毛在有空氣的“牛頓管”中下落得快,因?yàn)椤霸街氐奈矬w下落的越快”,似乎是不用解釋,理所當(dāng)然。但金屬片、小羽毛、小軟木塞和玻璃球在“沒有空氣”的“牛頓管”中下落一樣快,學(xué)生感到不可思議,驚訝之后就有問題提出:這是為什么?這一情境所引發(fā)的好奇心,自然將學(xué)生引入到教學(xué)內(nèi)容之中,并積極參與尋求解決問題的答案。在教師的引導(dǎo)下,通過對問題的分析、討論、總結(jié),知道了金屬片、小軟木塞和玻璃球比小羽毛在有空氣的“牛頓管”中下落得快,是因空氣的阻力對輕重不同的下落物體影響不同所致,并總結(jié)出“物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng),叫自由落體運(yùn)動(dòng)”。通過進(jìn)一步的引導(dǎo)推廣,使學(xué)生知道,所有的自由落體運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同,與物體自身的輕重、形狀和體積大小沒有關(guān)系。這樣的教學(xué)模式讓學(xué)生在學(xué)到知識(shí)的同時(shí)又體驗(yàn)到了知識(shí)的構(gòu)建過程,使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體,學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性都得到了充分的發(fā)揮。
三、嘗試探究教學(xué),發(fā)展學(xué)生的主體能力
探究教學(xué)實(shí)質(zhì)上是一種模擬性的科學(xué)研究活動(dòng)。它包括相互聯(lián)系的兩個(gè)方面:一是有一個(gè)以學(xué)為中心的探究學(xué)習(xí)環(huán)境。這個(gè)環(huán)境中有豐富的教學(xué)材料、各種教學(xué)儀器和設(shè)備等,而且這些材料是圍繞某個(gè)知識(shí)主題來安排,而不是雜亂無章。讓學(xué)生在民主和諧的課堂氣氛中,大膽地作出種種設(shè)想,并自由尋找所需要的信息,以自己的方式檢驗(yàn)自己的設(shè)想。二是給學(xué)生必要的指導(dǎo)和幫助,使學(xué)生在探究中有一個(gè)明確的方向。這種指導(dǎo)和幫助主要是一些有一定內(nèi)在結(jié)構(gòu)、能揭示各現(xiàn)象間聯(lián)系的各種教學(xué)材料,以及在關(guān)鍵時(shí)候給學(xué)生必要的提示等。例如,在探究“功與物體速度變化的關(guān)系”的教學(xué)時(shí),由于直接探究力對物體做功與物體的速度變化之間的定量關(guān)系比較復(fù)雜,如果教師不注重引導(dǎo),學(xué)生可能就會(huì)迷失方向,無法完成探究。因此教師必須發(fā)揮主導(dǎo)作用,幫助學(xué)生制定科學(xué)的探究方案,將復(fù)雜的定量關(guān)系進(jìn)行簡化,并考慮如何減小實(shí)驗(yàn)誤差,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等,同時(shí)提供必要的實(shí)驗(yàn)器材。探究過程中學(xué)生難免會(huì)遇到一些困難和問題,教師應(yīng)給予必要的指導(dǎo)和點(diǎn)拔,對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的操作不規(guī)范甚至錯(cuò)誤,應(yīng)及時(shí)給予糾正;對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有價(jià)值的大膽創(chuàng)新應(yīng)給予鼓勵(lì);對數(shù)據(jù)誤差較大的實(shí)驗(yàn)小組,應(yīng)幫助他們分析原因,指導(dǎo)學(xué)生擬定改進(jìn)方案。只有這樣把學(xué)生看成學(xué)習(xí)的主體、認(rèn)識(shí)的主體、發(fā)展的主體,才能充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,營造寬松和諧的學(xué)習(xí)氣氛,最大限度地發(fā)展學(xué)生的主體能力。
由于受到傳統(tǒng)教學(xué)思想的影響和高考束縛,回歸學(xué)生的主體地位不是一蹴而就的,需要全社會(huì)的認(rèn)可、高考制度的進(jìn)一步改革和家長的理解,教師在教學(xué)中才能大膽地讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與到教學(xué)活動(dòng)中去,并充當(dāng)教學(xué)活動(dòng)的主角,使學(xué)生真正回歸主體地位,從而最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)