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关键词:核心素养;物理教学;物理思维;科学方法
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)10-0039-3
基于物理核心素养的课程改革和教学改革正逐渐渗透到物理教育及课堂教学中。物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”等四个方面的要素构成[1]。目前人们的教学设计能较好地关注学生知识与技能、实验探究能力等核心素养指标的落实,但是受传统教学影响,对培养学生“主动发展”意识落实不足,关注学生“科学态度与责任”的教学考虑薄弱,教学中往往一带而过,忽视了物理知识教育的价值取向;对物理思维方法、学生发展潜能培养在教学中也重视不足。我们在基于物理核心素养下的课堂教学进行了一些探索,下面以人教版高中物理选修3-1中“电动势”的教学为例探讨物理核心素养指标的落实。
“电动势”的教学设计与核心素养培养。
1 创设情境,培养学生强烈的问题意识
【教学过程】:
演示1:请学生做助手制作两个果汁电池,将其串联带动电子钟工作;
演示2:利用温差发电演示器,演示用热水和冷水温差发电带动小风扇转动;
展示图片:太阳能电板给卫星提供源源不断的电力;
请学生思考:从以上两个实验和一个图片中同学们能发现哪些研究课题?
【设计理念】:问题意识是激发学生创造性思维的关键因素,我们通过两个有趣的实验和一个图片构建问题环境,激起学生的好奇心和求知欲,培养学生的问题意识,让学生通过实验、观察、分析综合、抽象概括得出研究课题,培养学生的参与实践意识以及主动发展意识,有效地培养了学生的“科学思维”“实验探究”核心素养。
2 演示实验,概括结论
【教学过程】:
演示3:手摇发电机使小灯泡点亮;
演示4:利用制作的太阳能发电装置,带动小风扇转动;
引导学生观察思考:水果(果汁)电池、温差发电、手摇发电机、太阳能风车装置的能量转化情况。
引导学生探讨得出结论:电源是将其他形式的能转化为电能的装置。
【设计理念】:通过四个演示实验,培养学生的观察力,并对观察到的实验现象进行分析、归纳,再抽象、概括,发现共性,得出的结论,使学生真正亲身感受到各种形式的能量向电能转化的现象和电源的作用,实验别是利用热水冷水温差发电、太阳能发电实验引起了学生浓厚的探索兴趣。这样设计可以有效地培养学生“物理观念”(包括能量观、守恒观等)及“科学思维”,使学生的科学实验与科学思维同行。
3 研讨教学,探讨电源工作原理
【教学过程】:
引导学生想象并交流:“假如你就是正电荷,请走进电源内部,研究并讨论电源的工作原理,并将分组研讨的成果向大家展示”,给学生提供以下三个研讨指向做参考:
研讨指向1:讨论形成持续电流的条件;
研讨指向2:正电荷在电源外部运动情况,什么作用使其运动,做功情况及能量转化情况;
研讨指向3:联想抽水机,试分析电源内部正电荷的受力情况、做功情况及能量转化情况,讨论电源的工作原理。
学生小组研讨后,请学生代表到前台汇报展示研讨成果,得出原理:电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
【设计理念】:采用“研讨式”教学法,让学生分组自主进行讨论。“假如你就是正电荷走进电源内部”很好地培养了学生的科学想象力;利用建模、类比科学研究方法,通过分析、推理论证等解决了电源工作原理新问题;在研讨过程中提高了学生主动与他人合作的意识,展示环节学生可以分享成功的喜悦,没有展示的学生可以进行“质疑”,展开二次讨论。“研讨式”教学法可以很好地培养学生的自主发展意识,增强主动与他人合作交流的精神,愿与他人分享自己的见解,敢于坚持正确观点,勇于修正错误,形成良好的“科学思维”习惯,体验探索自然规律的艰辛,从而获得对个人终身发展有利的成就感和喜悦感。
4 生活类比,概念形成
【教学过程】:
问题:不同的电源非静电力不同,它们把其他形式的能转化为电能的本领相同吗?
图片展示生活中搬运物体的两个人搬运本领的描述方法;
演示自制抽水机的工作过程,让学生观察,探讨描述自制抽水机和灭火用抽水机本领的研究方法,得出结论:本领可以用搬运相同质量的物体,重力势能增加多少来判断,即重力势能增加多,本领大。并引导学生阅读教材,类比并思考回答:不同的电源非静电力把其他形式的能转化为电能的本领如何描述?得出结论:电动势概念。
1.把电量为q的电荷从电源负极移到正极,非静电力做功W与电荷量q的比值,称作电动势。
2.表达式:E=。
3.单位:1 V=1 。
4.物理意义:反映电源将其他形式的能转化为电能的本领,电动势在数值上等于非静电力把1 C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。
【设计理念】:学生自主阅读教材,提取重要信息,并类比生活中的事实,利用比值定义法研究电源,建立电动势概念,最终形成物理概念。通过这样的教学设计在帮助学生建立物理观念(概念)时,使学生认识到物理知识与生活有着紧密的联系,了解物理概念建立的过程和方法,培养学生自主学习的意识及创新品质,强化“物理观念”和“科学思维”等核心素养的培养。
5 科学探究,得出新知
【教学过程】:
学生探究实验:探究电源的参数(电源的内阻),参考探究步骤如下:
①请用数字式多用电表测量一节干电池的电动势,然后再测量两个水果(或果汁)电池串联后的电动势。
②将小灯泡分别接到一节干电池和水果(或果汁)电池上,观察小灯泡是否发光。
③试探究其原因。
学生分组探究,并分组展示探究成果,最终形成结论:电源有内阻。
【设计理念】:通过这一环节的设置,让学生经历实验探究过程的发现问题、合理猜测、分析论证、合作交流等过程,体验科学研究方法的应用和科学探究的精神。有效地培养学生的“实验探究”素养,增强学生主动解决问题的意识以及实事求是的科学态度。
6 回顾历史,展望未来
【教学过程】:
图片展示电池与人类文明的发展史:从第一个伏打电堆到现今的核电池,介绍电池发展的历史与人类文明的发展密切相关;介绍当代电池发展与环境的关系;介绍我国电池发展的现状和未来前景。
【设计理念】:通过介绍电池的发展史,让学生感受到电源的发展史也是物理学的进步史;联系电池发展与人类文明发展,明确物理知识是为人们生活和科学发展服务的,体现科学研究的价值,培养学生参与科学研究的热情;介绍当代电池发展与环境的关系,培养学生的可持续发展意识,增强学生的社会责任感;介绍我国电池发展的现状和未来发展前景,让学生学会进行创新性的思考,可以增强学生的民族自豪感和振兴中华的使命感,愿意为我国的科学事业做出贡献。
核心素养的培养对学生的终身发展有着极其重要的作用,物理学作为自然科学中最重要的一个分支,是人类科学文化的重要组成部分,是人类探索自然的前提,是技术发展的基础。因此,物理核心素养的培养显得尤为重要,物理教学中培养学生的物理核心素养,任重而道远。
参考文献:
[1]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理,2015(8):1―2.
关键词:创新;集体企业;培训;实践;大培训体系
中图分类号:F27文献标识码:A
原标题:以员工成长为中心,构建电力企业大培训体系
收录日期:2014年4月2日
一、引言
杭州萧山电力集体资产经营中心(以下简称经营中心)为集体所有制非公司制法人,作为萧山区供电公司集体资产投资的平台。中心所属企业主要有萧山电力承装有限公司、杭州欣美成套电器制造有限公司、浙江欣美科技有限公司等,主营:220千伏及以下输变电工程施工承包、机电设备安装工程施工承包、电力设备制造、电力工程设计、电力物资供应、汽车修理与运输、教育培训等。
自2012年以来,随着萧山区供电公司所属集体企业重组整合工作的全面完成,通过构建统一平台,优化资源配置,建立了健全规范的管理体系和内控机制。经营中心在制定企业发展规划,明确发展方向、战略目标和功能定位的基础上,为及时适应市场变化,把教育培训放在突出重要位置,以员工成长为中心,通过创新方式、丰富内容、完善机制,构建集体企业大培训体系,实现了技术技能水平与管理水平“双提升”。
二、教育培训工作的理念与思路创新
(一)理念创新。我中心认为,企业的培训体系应“以员工成长为核心”,以培养优秀人才、提升员工综合素质为根本,以员工的自我实现为最高目标,创造 “大培训体系”,将大多数员工培养成具有一专多能、全面发展的高素质人才。
(二)工作思路创新。这种理念上的创新,对企业人力资源管理工作提出了更高的要求,要求建立起企业与员工间双向的互动关系,而不仅仅是企业至员工的单向途径。这就需要创新培训工作的思路,摒弃传统的企业培训模式,构建有利于员工成长的“大培训体系”。所谓“大培训体系”,是在以下几个方面拓展培训体系的范畴:
1、拓展培训的组织机构和组织形式。从单一的“人力资源部门一家管理”拓展为“各职能部门相互配合、生产部门及单位具体实施”的管理模式。这种改变的核心就在于培训与管理、培训与实践的结合更加密切,其结果是调动所有单位、部门参与到培训体系中,不但可以降低培训成本,还能使学习效果更为显著。
2、拓展培训的方法。从单一的“填鸭式培训”拓展为“因人施教”的素质教育。为员工量身制订职业生涯规划,并依据实际发展情况进行动态调整,为其发展的各个阶段安排提升能力、拓宽思路的培训项目,引导其寻找自我定位,提出自我发展的需求。这种改变的核心就在于从根本上改变被动式的培训模式,加入了被培训员工的主观能动性,使培训更具有针对性,增强了培训的效果。
3、拓展培训的内容。从单一的“专业培训”、“技能培训”拓展为“综合素质培训”。对于新入职的员工,依据其自身的学习、工作背景,为其制定详尽的培训计划,合理安排理论学习与实践活动,并注重培养其沟通能力、表达能力和心理素质的锻炼。对于在职员工,依据其自身发展需要,为其安排专业方面或管理方面的培训,以加强其专业素养、综合能力或管理能力。这种改变从根本上摆脱了“干什么学什么,学什么干什么”的培训理念,员工不但可以系统地学习本专业的知识,还能通过广泛获取其他专业知识来提高综合素质,为员工更好、更快的成长营造一个积极的氛围。
4、提高培训的系统性。在分析内外部环境的前提下,针对人力资源管理工作中存在的问题,近年来本中心以培训工作为抓手,着力解决员工培养问题,提出了“以员工成长为核心,构建大培训体系”的创新理念,不再像以前一样仅仅依托培训来培养员工,而是从员工入职的时刻就开始树立大培训的概念,从工作岗位安排、工作内容、教育培训等各方面多维度来培养员工。
三、教育培训工作的实践创新
按照创新理念和思路,我中心在“大培训体系”建设方面进行了一些有益的探索、实践和创新。通过创建分层、分类申报培训项目、统一组织实施、专业评估效果的培训模式,层层科学分解、有效落实,强化人才培养和开发。
(一)建立多维度的培训平台。以员工能力的提升为中心,搭建框架清晰、内容充实、适合员工自身成长需求的多维度培训平台,包括员工个性需求分析、适应性考察、职业生涯规划、业务知识培训、技能培训、岗位适应性锻炼、绩效考核、综合评定等内容。切实落实企业培训体系,落实培训效果。
(二)建立多层次的培训内容。针对不同层次、不同需求的培训对象,中心为他们量身制订了切合实际、目的性强的多层次培训内容。从业务划分层面,有管理人员培训、专业技术人员培训、辅助生产人员培训;从专业技术层面,有概预算培训、财务培训、安全监督培训、土建施工培训等;从员工分层角度,有新员工培训、在职员工培训、后备干部培训等。
1、破冰式培训(培训对象:新员工)。为了使每年新入职的员工能够尽快转换角色,融入到集体中,开展了新员工入职培训和实习期培训。入职培训的主要目的在于加强新员工对企业的了解,包括企业发展史、规章制度等。实习期培训主要目的是依据新员工的专业背景,为其配备指导老师,签订师徒合同,分四个阶段制定详细的培训计划,并对每个阶段的培训情况进行考核测评。实习期培训旨在培养他们积极的学习态度,塑造正确的思维模式,探索适合的学习方法,快速完成角色转换。
2、拓展式培训(培训对象:生产一线技能及专业技术人员)。实施专项技能开展岗位技能考试通过定期的、有组织的、方式独特的培训,为不同专业提供“换位思考”和交流沟通的平台,经过一定时期的培训,给予培训反馈,以达到提升能力、进而增强公司整体人力资源实力的目标。
3、提升式培训(培训对象:管理人员)。如何加强对管理岗位员工培训的力度,以提升其管理能力和管理水平一直是多年来困扰企业的问题之一。秉承“以员工成长为核心”的培训理念,从管理员工一入职开始就对其制定“量体裁衣”的培训计划,如对入职并安排在管理岗位的员工实行轮岗实习制度。
4、高素质培训(培训对象:中层干部和后备干部)。培训时,将中层干部、后备干部分为多个不同研究方向的课题小组,结合当前形势和工作实际,围绕研究主题,进行调查分析和研讨,对干部进行高素质培训。通过此次培训使干部增强系统分析问题的能力,加强了与公司领导的沟通理解,加强了从大局出发思考问题的能力,为组建更高效的组织运转模式打下了基础。
(三)建立灵活互动的培训方式。专业技术人员既是企业发展的源动力,也是企业创新的根本,而提高专业技术人员知识水平、能力是培训工作的重中之重。本公司秉承“以员工成长为核心”的理念,针对不同需求的专业技术人员,建立了灵活互动的培训方式,包括一线生产培训、对具备执业资格员工的培训、对安全管理人员的培训。
1、交流培训活动、劳模工作室。为了加强员工之间、部门及单位之间的交流学习活动,中心各部门及单位在 “大培训”体系的指导下,创建劳模工作室并以此为创新载体,建立并维持了内容丰富、形式各样的常态化交流活动,例如每周三题、自家讲坛、标准化宣贯、新技术授课、“百问百答”等活动,促进知识传播与经验交流,打造灵活的、交互式培训模式。
2、执业资格培训。制定并了《执业资格人员管理办法》,使执业资格队伍的建设有制度可依,积极为准备考取各类执业资格的人员提供咨询和报名服务,按需制定执业资格人员培养计划,为提升员工的执业资格提供了帮助。
3、专项培训。为了发挥公司兼职培训师的力量,组织开展了多种培训活动,其中“典型施工案例培训”、“专业知识系列讲座”、新员工“师带徒”等专项培训,为专业技术人员的技能知识提升提供多道助推作用。
4、干部轮训制度。根据中心多年的人力资源管理经验,通过对干部岗位适宜度的评估,我们得出可能某个干部对于本岗位工作并不适合,但却有另外的专业知识或者管理优势的结论。针对这种情况,专门制定了干部轮训制度,为更多的领导干部找到了最符合自身优势的岗位,使他们能在最适合自己的岗位上发挥更大的作用。
5、建立专业题库。建立各专业技术题库,为培训效果考核提供支持。培训效果的考核一直以来都是一个难题,出题考试作为考核实际学习效果的方式之一,在目前的培训领域得到广泛的应用。在安装公司中推广应用“百问百答”口袋卡,百问百答题库契合施工现场实际,百问百答口袋卡能随身携带,成为工程施工过程中答疑解惑的主要帮手。
6、职业生涯规划。培养人才,第一步要识别人才,洞悉“明天”的人才标准,明晰培养的方向;第二步要“选对”人才,能够发现有潜质的员工,将他作为“因材施教”的对象,并与部门目标相连;第三步才是培养人才,培养的重点在于“育”,在工作、学习中观察、评估、锤炼、激励。因此,为员工制定职业生涯规划就显得尤为重要。
7、创新型内审活动。中心以内审活动为契机,创新内审活动的形式,加强各部门间的交流沟通,为培训管理工作的有效开展起到助推作用。此项创新型内审活动,一方面充分调动了各部门参与到活动中,从不同的角度审查管理体系的运行情况;另一方面又给各兼职内审员、各部门搭建了一个相互交流、学习的平台,促进他们共同提高。
(四)建立行之有效的培训效果评价体系。除了建立多维度的培训体系、多层次的培训内容、灵活互动的培训方式外,实施有效的效果评价是保障“以员工成长为根本,构建大培训体系”顺利实施的关键。程序包括:开展前期调研,成立有关工作机构,制定管理办法及实施细则,梳理、修订有关制度、文件,全面组织实施。采取分组互评、逐年改进等创新思路,加强各部门间沟通与换位思考,促进各项接口业务的开展,达到了共同促进、共同提高的目的。搭建了培训评价系统后,培训工作的管理实现了由“粗放化”到“精细化”的转变,考核结果及时、公开,实现了实时监控、专业评估,企业可以通过培训评价的结果监测培养效果,实现持续性改进。
四、结语
“以员工成长为核心”的大培训体系作为电力集体企业创新员工教育培训的有力手段,给企业成长带来了活力,使我中心及所属企业员工的积极性进一步提高,潜力进一步发挥,为管理和经营带来了更多的效益,企业业务迈上新台阶,企业经济效益得到稳步提升,工作效率显著提高,实现了员工与企业的良性互动,实现了电力集体企业的持续健康发展。
主要参考文献:
[1]施峻.电力企业人力资源培训的问题与对策[J].丽水学院学报,2005.4.
[2]颜爱民.人力资源管理理论与实务[M].长沙:中南大学出版社,2004.
[3]孙健,纪建悦.人力资源开发与管理――理论、工具、制度、操作[M].北京:企业管理出版社,2004.12.
[关键词]教学效果 流体力学 专题讨论 学习兴趣
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)09-0106-03
一、流体力学教学的特点
高等教育不仅是知识的传授,更为重要的是能力的培养。能力的培养不仅包括学习知识的能力,还包括将所学知识灵活加以运用,解决实际问题的能力。这些能力的培养很难依靠传统的教学手段来获得,需要不断探索新型的课程教学体系。[1]
流体力学作为一门既具有基础课程性质又具有鲜明专业技术特点的课程,是实践上述教学思想的理想平台。[2]流体力学以牛顿运动定律、质量守恒定律和热力学基本定律为基础,研究在力的作用下流体的状态,流体与固壁、流体与流体、流体与其他运动形态间的相互作用,是力学的重要分支之一。一方面,流体力学与每个人的日常生活紧密相连;另一方面,流体力学覆盖了众多理工科专业领域,它所衍生出的研究方法正在向金融、管理等领域渗透,成为兼具深厚研究底蕴与前沿研究方向的学科。
二、一般工科院校流体力学教学的特点及存在的主要问题
以西安建筑科技大学为例,流体力学课程定位为建筑环境与设备工程、给水排水工程、环境工程、环境科学及土木工程等专业的主干课程,是进一步学习工程热力学、传热学、河流动力学、流体输配管网及其他专业课程的基础,对后续专业课教学起着非常重要的作用。长期以来,因概念抽象、学生缺乏工程概念和工程背景,使得流体力学课程既难教也难学,要想让学生将学到的知识与相关的实际问题结合起来尤为困难。
尽管流体力学具有悠久的历史,丰富的内涵和外延,但是作为专业基础课,流体力学为专业课服务的定位极大地限制了课程的教学时间。在学生素质参差不齐的情况下,使得培养学生扎实的基础和拓宽知识面两方面不能兼顾,顾此失彼。这一问题的存在不但限制了学生学习的积极性,也不利于培养学生在工程中分析问题和解决问题的能力。因此有必要对这一问题进行研究,找到解决问题的方法,改善流体力学教学的效果。
三、流体力学专题讨论的教学形式
对流体力学教学途径的探索和改革一直在开展,其中提高学生学习的兴趣是改善教学效果的核心,而专题讨论是有效的手段之一。现阶段,不同学校的专题研讨具有以下特点:第一,内容不局限于书本知识,而是更接近学术前沿,甚至是尚未完全成熟的理论;第二,讨论专题不同但都保持一致的风格,既需要学生独立思考,形成自己独特的见解,又需要小团队的协作精神;第三,研讨内容的选择更多地考虑了人的因素,讨论题目大都是基于任课教师和学生的兴趣。
哈佛大学率先在专题讨论的教学模式上进行了尝试。他们采用专门的新生研讨课的形式,由教授直接面向一年级新生开设,至今已有50余年的历史。通过新生研讨课,学生的学习热情得到提高,更为重要的是它为学生提供了浓厚的学术气氛。一般情况下,新生研讨课每年的主题都会发生变化或完全不同,而为了保证教授和学生之间的充分交流,学生人数一般会有所限制。
其他院校也有在不同课程中开展专题讨论课的教学实践。清华大学从2003年起就开始由流体力学的知名学者为新生开设了“智能流体及应用”的研讨课,得到了新生的普遍欢迎和好评。麻省理工学院从1986年开始尝试,每门研讨课的学生为8至10人,每年有800至900名新生参加,主要在大一、大二学生中进行。加州伯克利分校的流体力学新生研讨课则着眼于生活,更加注重应用,具有鲜明的特色。中国科学院力学研究所主要以流体力学史和经典流体力学问题的课前讨论为主,面向硕士和博士研究生。这些尝试都证明新颖的教学形式可以提高学生的兴趣,使学生带着问题进入正式课程的学习,增加学生学习的积极性,对学生具有非常正面的影响。
四、流体力学小专题讨论的实施、效果分析及后续工作
在借鉴国外高校和国内知名院校经验的基础上,我们开展了课前小专题讨论提高流体力学教学效果的改革尝试。这一方式已在西安建筑科技大学环境与市政工程学院的不同专业进行了尝试,其中在环境工程专业开展了两轮尝试,其余专业各开展了一轮尝试。目前已汇总了学生的研讨论题50余份,在此基础上对实施过程进行分析,得到一些有益的结果,下面从小组人数、内容选择、时间安排、讨论形式、成绩评定及教师作用五个方面进行阐述。
讨论小组中学生的组成、人数是实施这一举措的关键。在实施过程中我们尝试了以自由组合、按学号分组等方法组建讨论小组,每个小组学生的人数通常按照总课时和班级总人数来确定,每个组员分工负责、各司其职,例如分别负责资料收集、PPT制作和讲解工作。根据上述原则,在不同的班级中,小组的成员人数在1至4人间变化。从讨论效果可以看到,确定小组成员的人数是专题讨论中的关键环节。当小组人数较少时,一般选题不够深入,PPT的质量略显粗糙;而当小组人数较多时,专题讨论质量会上升,但会导致部分学生的参与流于形式。此外,讨论课初始阶段学生的示范作用非常重要,当这一阶段专题讨论的质量非常高时,往往能带动和影响后续学生专题讨论的质量,反之则起到不良的示范作用,因此很有必要在最初的实施过程里加以重点引导。在有多个行政班的情况下,还可以考虑穿插安排,在各个专业班级之间形成无形的竞争关系,这可以在一定程度上提高学生参与的积极性。
专题讨论的时间安排在课前5~10分钟为宜。这一安排的主要出发点是在不影响整体教学进度的情况下,将小规模的专题讨论有机地融入课堂教学,而不需要额外安排时间,这是我们区别于以往其他院校专题讨论课的最主要的方面。小专题讨论以清楚阐述一个主题为原则,避免过大的论题造成时间的拖沓。学生课前预先准备好演示所需的硬件条件,可以有效提高时间的利用率。按照一次课2×50分钟计算,每次10分钟的小专题讨论所占用的时间完全可以通过其他环节的调整获得,不影响教学计划的正常进行。
考虑到学生的知识面和授课进程,在讨论内容方面以流体力学范围内目标明确的小专题或流体力学史及流体力学经典问题为主。后者的选择主要是考虑到课程初期学生对流体力学没有认识或认识比较粗浅,可以通过国内外人物介绍和经典问题进行一段时间的过渡。在课程的中后期,学生的论题选题大都具有明确的针对性和时代气息。从现有的选题来看,学生的选题非常灵活和广泛,典型论题包括绿茵场上的流体力学、拳头大的雨滴见过没有、水旋石球、汽车阻力、高尔夫球效应等。选题内容与教材衔接紧密,其中有关边界层绕流阻力问题所占比例最大,约为40%,其次依次为流体力学史、伯努利方程、湍流及虹吸现象等。需要特别指出的是,在实施过程中需要对工程问题与科学问题加以区分引导,这主要是考虑到工科院校学生对工程问题的关注程度较高,而忽略了基础科学问题,教师有意识地引导将有助于弥补这一缺陷。
讨论通过PPT的形式进行展示,学生讲解后回答其他同学提出的简短问题。在条件许可的情况下,多媒体的运用可以使得其他学生更好地接受所讲述的内容,而且有助于锻炼学生凝练问题和阐述问题的能力,为他们提供展示能力的机会。尽管如此,多媒体讲述并不是唯一的选择,实物演示和提问式互动都可以很好地提升问题的阐述效果。例如,在讲述纸飞机的问题中,由于学生课前准备充分,将讲述中所提到的九种纸飞机的叠法都以实物的形式呈现在课堂上,并分发到其他同学手中,依据实物讲解其中纸飞机的稳定性、飞行距离等性能,效果突出。解答其他同学提出的问题是互相学习的过程,目前这一环节在实际讨论中因为时间受限而不能过度展开,需要在今后的实施过程中加以改进。
教师的定位是这一举措中的又一关键环节。任课教师通常需要对论题进行点评和拓展,并依据小专题讨论的总体效果将其计入平时成绩。教师在本方法中的引导尤为关键,这就要求教师具有较为宽广的知识面,要详细了解流体力学的发展史。教师应在平时不断学习和积累相关的知识,加强对有关前沿内容的跟踪和了解,并能够积极地在基本的教学任务之外主动参与到本环节中来。同时,在教学中对所讨论中涉及的内容进行再次强调,引导学生参与到课堂教学中来,提高他们学习的主动性。另外,讨论课也为师生之间的交流提供了一个平台,有利于加强师生间的沟通。最后,尽管学生对于讨论课的热情与讨论课的成绩评定没有直接的关联,但是计入平时成绩仍是必要的手段。
五、结论与讨论
流体力学作为物理学和力学的一部分,理论内涵丰富,同时又兼具工程问题的典型特点,是不同专业后续课程的基础,它的研究方法和研究思想具有很大的普遍性,研究内容也在不断地更新和发展。
通过引入小专题讨论的形式,增强了学生学习流体力学课程的积极性,强化了学生创造性思维和能力的培养,使得学生在跨出校门或进入更高层次学习阶段时具备很好的起点。从教学效果来看,该方法可以使学生更好地领会课程核心的内容,加深对伯努利方程、边界层扰流阻力等重点、难点内容的理解,扩展了知识面,了解流体力学在新能源、环境、纳米科技等新兴领域中的应用。在实施过程中,大部分学生都热情参与,表现出新时期大学生的特点。通过学生自选题、给定前沿问题或与专业相关的典型问题,可以使学生带着问题进入正式课程的学习,有效避免了直接接触复杂数学推导而带来的枯燥感。
小专题讨论方式仍有大量后续工作需要开展。首先,需要研究面向不同专业引入针对性小专题研讨的可能性,确定小专题讨论的合理规模、形式和不同专业的侧重点,形成具有继承性的教学传统。其次,在后续工作中,需要对专题讨论的素材进行整理,并针对部分学生继续培养其科研兴趣,或结合其他本科生教学活动,如本科生科研训练项目和大学生创新性实验计划等,继续对选题进行深入研究。最后,形成学生PPT课件集锦,供后续学生选题使用,或在课堂教学中进行相关引导。该方法的研究可以在有丰富内涵和历史的大课时专业基础课中加以推广,如大学物理、固体力学等。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 戴世强.授之以“鱼”,还是授之以“渔”?――学习和实践钱伟长教学方法论的一些体会[J].上海大学校报(电子版),2007:513.
[2] 樊洪明.在“流体力学”教学中应努力实现传授知识与增长能力的统一[J].建筑教育改革理论与实践,2006,(8):268-271.
[3] 刘建龙,王汉青,寇广孝.激发学习兴趣提高流体力学教学效果[J].中国电力教育,2008,(20):60-61.
[4] 辛军哲.在流体力学课程中实践启发式教学的几点体会[J].高等建筑教育,2004,13(2):51-53.
[5] 朱克勤,任仲泉.关于美国几所著名高校的流体力学新生研讨课[J].力学与实践,2005,27(1):78-80.
谈到不断出现的清洁能源经济,其潜在力很容易被人夸大其词。当我在2000年首次涉足开始关注的时候,这个内容(新能源)就已经有人振臂高呼,称之为“下一代互联网”。可以肯定,这是一个让人怀疑的奇特说法,难免会重复互联网突然爆发,然后死亡的老路。
当然,大部分观点并没有迷失方向。从风、太阳、潮汐和地球中利用能源并把能源通过智能化的方式提供给家庭、企业和交通工具的业务潜力巨大无比,代表着下一波创新和财富制造的方向。在过去的十多年里,有关清洁能源技术的咒语,就像反对互联通一样,时而声大,时而声小,但是绝没有消失。
互联网也非如此。数以千计的志同道合之徒聚到一起创建了“宠物网”(),众多企业和数不尽的技术组成了一个生态体系,给我们日常生活带来了数字技术,尽管也有过艰难困苦的日子,这些都已成为现实,并且进展顺利。互联刚已经成为了商业和媒体的支柱,深深扎入了我们的日常生活。如果没有互联刚,生活会是怎样,这个很难想象。互联网提供了数不尽的薪资优厚的工作,止许多人富有无比。
新的清洁能源经济将会迎头赶上,尽管把它和互联网相提并论还不合时宜。当今世界会发生什么一直是让人争论不休的话题,但是能源技术、信息技术、建筑技术和交通技术以及相关产品、服务的结合引发了更多的争议。这项业务正在不断改变着我们以及更下一代人的生活,至少会像过去互联网一样影响着我们。
能源:会像信息那么便宜吗?
一个办法就是看下计算机技术的不断演进而发生的事情就可以理解了。看一下过去50年计算机技术的发展史来做个比较吧:第一套计算机系统是由一些大型计算机用线连接到一排“聋哑”的终端上组成的。之所以这么说,是因为它们的主要目的是到主机上去获取信息。现在个人电脑都已经高度智能化,也能功能自动化,可以和主机系统和其他电脑双向对话。现在各种东西之间似乎都会相互交谈,何况还能以无线的方式沟通。一台计算机可以和其他数十亿的电脑交谈,也可以和电视、电话、家庭娱乐系统沟通,在不久的将来,还可以和汽车、冰箱和手表一起交流。
数以百计的创新发明,几千家企业一起奋斗,使得数码储存,微电子速度,软件标准,通信带宽,还有其他难以计数的东西价格急剧下降。各类东西变得非常小巧智能化,而且以后还会不断改进。信息已经非常便宜有效,无处不在,几乎是免费可得。我们不再担心花费在打电话、写东西、上网或者下载等方面的时间,至少费用就已经不是个问题。
能源体系正在沿着类似的轨迹发展。“主机系统”就是你所在的当地的能源站点,它们很可能供应着煤和天然气。那么,“哑巴”终端呢?很可能你坐的地方就有一个:它们是家庭,企业和其他大部分的大楼,只能从其他“主机”上接收“信息”(电能)。
关注丰富度,而不是稀缺性
只要我们安装了太阳能和其他可更新的系统来发电的话,就会有越来越多的家庭和企业走向智能化,而且在能源方面可以自给自足。由于智能仪表和其他设备的出现,这些企业和家庭将来可以和动能化的植物双向交流。绝大部分使用电能的东西,比如冰箱,照明以及加热和制冷系统,都将会和供电系统来“交谈”,随着岁月的流逝,电能供需的变化,电价会在适当的时候,也许会不知不觉地降下来。
插入式电动交通工具和混合型汽车会使用更大容量的电池,如果需要还会把富余的电能卖给供电系统,也许在停电的时候给一个家庭,一个单位来提供电能,或者电力的使用效率会大大提高。就像计算机一样,几乎每样东西都可以和其他东西来“对话”了。
而大部分的对话都会以无线连接的方式进行。
疑惑,也是难得的机会,就在于此:是什么让几百项创新发明,几千家企业一起努力,让能源这么便宜,有效,无处不在,甚至是几乎免费呢?噢,还是缓口气吧。硅谷和其他技术发展前沿的那些地方,许多投资者和企业家都在思考着,这个问题非常重要,让人挠头,也是有点异想天开。令人遗憾的是:绝大多数能源政策方面的对话是相互矛盾的,他们要么只是关注从现有的资源中如何发电,产生更多的电量,要么只是关注清洁技术会如何影响电力的效能。更应该让人瞩目的是,我们应该关注能源的丰富性,而不是能源的稀缺性。
到2018年,3250亿美元的“清洁能源”的市场
这不是天上掉下的馅饼而已。能源、水、交通、建筑,所有这些都是几千亿美元的市场规模。一个名为“清洁边际”的研究小组递交的2009年度“能源发展趋向报告”预言,在生物燃料、太阳能和风能这三项技术结合的市场,会从2008年的1 160亿美元发展到2018年的3250亿美元的规模。这还不包括其他那些产出能源的技术,以及联动起来的那些电动交通工具、智能化产品、储存设备和难以计数的开关、路由和软件等产品。
这就是为什么有数以千计的创业者,更不用说那些数百家成熟的商业巨头们也在虎视眈眈,从通用到谷歌、波音和百思买,他们都在期待,创建一条清洁能源生态体系。就算破产了,通用汽车仍在开会,想要为接插式的电动化交通工具设计一套智能化的标准化架构。很少有企业看清其全貌,但所有这些企业都知道,他们正处在一个变革的行列中。
这会让那些明智的企业家,投资者和首席执行官们来把这个技术发展引向。这个变革需要那些竞争者,现有的市场竞争,这类技术的早期用户,开放的技术创新和初始接触的芸芸大众一起来开拓其商业模式,相互合作,共同推进。在这个发展道路上,不可避免地会出现错误的开端,言过其实的企业,兼并,也会出现那种人们喜欢看到的投资者们相互残杀的局面。
听起来很熟悉吧?确实如此。这更像我们生活中每天碰到的互联网。
新的待起之业?
KEITH BRADSHER
木炭早已过时。工业革命之 前,炼铁工为获得能将铁矿转为金 属的碳,将大片森林焚烧在木炭炉 中。当时,一位叫阿伯拉罕-达比 (Abraham Darby)的炼铁工发现 焦炭也可以起到同样的作用。从此以 后,木炭炉逐渐淡出工业舞台,而能 够提炼焦炭的煤炭开始兴起,随之增 长的还有近代大气层中的二氧化碳。
近年来,人类对应全球变暖的方 法是重新启用木炭――真是讽刺的可 爱。当然,对现代消费者还需重新包 装,于是现在取名叫“生物碳”。但 也有人认为生物碳能为克服全球问题 提供新出路――通过一个简单的方法 把大气中的二氧化碳分离出来,埋在 地下,这样同时也可提高土壤质量。
有此共同想法的人们近日相聚于 科罗拉多大学,在北美生物碳研讨会 上共商巨细。会议上讨论了获取生物 碳的各种方法、各种原材料的优劣 以及能够达到的最大效益。
将木炭埋于地下可能会提高土壤 肥力的想法出现于一个多世纪以前, 一名叫赫伯特-史密斯(Herbert Srrfith)的探险者发现巴西的亚马逊 热带雨林中有几片异常肥沃的土地。 雨林中的大多数土壤都严重风化、矿 物质流失。但这片所谓的“亚马逊 黑土”(terra preta:葡萄牙语“黑 土”的意思,是一种骨骼、粪便和木 炭的混合物,最初在哥伦布之前的时 代用于改善亚马逊流域中部的贫瘠土 壤――译者注),或“黑土地”却相 当肥沃。
这片土壤上曾住有古代居民,但 肥沃程度之高绝不像居民偶然造成, 而更像是将植物燃烧后的残余故意埋 入土壤。最近,一些现代农民――在 荷兰土壤学家维姆・宋布鲁克(Wire Sombroek,2003年逝世)的指导 下――开始类似做法。
烤炭
结果十分惊人。根据国际生物 碳倡导组织(International Biochar Initiative)成员朱莉・梅杰(Julie Major)提供的信息,缅因州的一个 游说团将由玉米秆制成的生物碳埋入 哥伦比亚大草原中,结果使当地的 作物产量远高于周边无碳土壤。乔 治亚州立大学的克里斯托弗・斯迪 纳(Christoph Steiner)报道说, 从鸡粪中制造的生物碳也可以使蒂夫 顿的沙土肥沃起来。美国农业部的大 卫・莱尔德(David Laird)表示, 生物碳有助于土壤矿物质的流失,包 括硝酸盐、磷酸盐和钾,从而有助于 提高美国中西部土壤的肥沃性。
这些都很有趣。然而,让农业界 外人士开始关注生物碳的确是中期内 用生物碳将大气中的二氧化碳分离出 来的想法。宋布鲁克曾于1992年就其 可能性发表文章,直至现在才被人们 重视。
在正常的碳循环中,植物生长时 会吸收二氧化碳,死亡腐烂后,二氧 化碳重新回到大气中。但如果经过高 温分解――在低氧环境下有控制地燃 烧――它将会形成木炭,其大部分是 永久碳。虽然从本质上讲生命都是碳 元素构成的复杂体,但生物体无法处 理永久碳。因此木炭在长时间内不会 腐烂。如果在土壤中焚烧,它就会长 时间地留在那里。一些亚马逊黑土已 有千年之久了。
此外,与未经过处理的土壤相 比,含生物碳的土壤会释放较少的甲 烷和一氧化二氮。原因可能是生物碳 充当了分解这些气体的催化剂。由于 甲烷和一氧化二氮是比二氧化碳更有 害的温室气体,从而温室效应能得到 更好的控制。同时,生物碳的获取过 程能带来有益的副产品,包括不完全 燃烧产生的热能,可用作燃料的气体 混合物“合成气”,以及一种重油。
综合考量――将生物碳埋入土 壤,取代化石燃料产能,获取气、油 等副产品――康奈尔大学的约翰尼 斯莱曼(Johannes Lehmann)和太 平洋西北国家实验室的吉姆・阿莫 奈特(Jim Amonette)认为一年减 少lO到20亿吨的碳排放量是可以做到 的。目前碳的年排放量高达97亿吨。 然而,事实上做出这些估计数据的计 算模型仍不完善,研究人员对相关影 响因素的了解不够多也不够准确:比 如,多少原料可用来转化生物碳,多 少土地可以埋入生物碳,土地处理生 物碳的限度有多大?阿蒙耐特博士的 估计是在不伤害土地生产力的前提下 可向每公顷土壤埋入50吨生物碳―― 这一数字超过了以往任何试验中埋入 的生物碳的数量。一些土壤也许可以 处理更多。
但也并非所有 人都支持生物碳的想 法。英国游说团“生 物碳观测”担心人们 对生物碳趋之若鹜, 只为了将植物高温处 理再埋入土壤就将 处女地变为柳枝稷 (switchgrass)等 类似作物的专门种植 场。这种形式的种植 会释放二氧化碳和甲 烷,但如果用现有土 地种植这些作物,就 需要开辟新的土地来 种植食用作物。康 奈尔大学的另一位 研究员凯利・罗伯茨 (Ketli Roberts) 在会上指出,纵观全 局,如果为了获取生 物碳而专门种植柳枝稷,的确弊大于 利。她认为,用玉米秆、杂草等园圃 废物、木材的边角料等做原料会取得 更好的效果。
如果生物碳确实可行,剩下的 问题就是应该具体怎样实行。获取 木炭不是问题。高温分解炉很容易制 造,可用的模型从便携式到成千上万 美金工厂规模的大器械都有。此外, 佛蒙特州的派利特期货公司(Petbt Futures)的约克-吉尔(Jock Gill)告诉与会人员他的一个青年学 徒已发明出一种可以持续填料的烧 炉,不用再一批一批地放进原材料。 如果这项发明真的成功,它就将成为 那种过去使其他企业腾飞的突破。
单是能够提高土壤质量一点好 处就足够说服一些农民制造、填埋生 物碳。剩下的就需要更多的刺激,比 如减少的碳可补偿其他地方的碳排 量。在发达国家,欧洲已限定二氧化 碳排放上限,来换取二氧化碳排放许 可。美国也许近期也会这样做。排放 二氧化碳的工业会向农民支付一定费 用,由农民买烧炉炼木炭、收集农场 废物。这就意味着要计算出制造多少 什么样的生物碳才等同于减少一吨二 氧化碳排放量,也需要充分的警察监 管。
木炭草图
关键词:智慧城市;城市规划;探讨
中图分类号: R126 文献标识码: A
1 智慧城市的基本内涵
很多专家学者、城市、企业从不同角度提出了智慧城市的概念,大致可以分为三类:技术论角度,强调应用物联网、云计算、新一代互联网等新技术应用于城市管理、服务领域。应用论强调以信息技术为基础,以解决城市问题为核心,建立完善的公共管理、服务应用系统。系统论强调智慧城市是城市的进化,类似于一个生命体的大系统,通过感知、认识、学习、成长等环节的培育发展,不断增强自身的智慧化水平。
智慧城市可以概括为:在城市化与信息化融合等背景下,围绕改善民生、增强企业竞争力、促进城市可持续发展等关注点,综合利用物联网、云计算等信息技术手段,结合城市现有信息化基础,融合先进的城市运营服务理念,建立广泛覆盖和深度互联的城市信息网络,对城市的资源、环境、基础设施、产业等多方面要素进行全面感知,并整合构建协同共享的城市信息平台,对信息进行智能处理利用,从而为城市运行和资源配置提供智能响应控制,为政府社会管理和公共服务提供智能决策依据及手段,为企业和个人提供智能信息资源及开放式信息应用平台的综合性区域信息化发展过程。而在这一过程中,发挥作用的不仅是信息技术创新的因素,更重要的是经济社会层面创新的因素。
2 智慧城市建设为城市规划编制提供支持
现代城市及其管理是一类开放的复杂巨系统,新一代全面感知技术的应用更增加了城市的海量数据。从数字城市时代开始,建设城市一级共享数据仓库,如基础地理空间数据库、人口基础数据库、法人基础数据库、宏观经济数据库、城市公共交通数据库、城市基础设施数据库、城市公共安全数据库、城市公共卫生数据库等就为城市规划编制提供了大量基础数据,智慧城市时代,更多的感知技术使我们拥有获取实时的、详尽城市数据的能力。如车联网技术使城市道路上运行的车辆信息可以被实时获取,利于我们应用这些数据构建交通模型,科学的编制交通规划和交通设计。
智慧城市时代,城市各种信息之间将是高度融合,构建一个完整的虚拟城市模型,基于云计算,通过智能融合技术的应用实现对海量数据的存储、计算与分析,并引入综合集成法(综合集成研讨厅),通过人的“智慧”参与,将大大提升规划编制的科学化。
3“智慧城市”背景下的城市规划创新
智慧城市是当前最先进的信息技术的大聚会,是信息技术对城市的重构,虽然城市的基础是在传统城市的基础上成长起来的,但是与传统城市有着截然不同的基质。本文将从理念与实践两大视角出发,分析“城市规划理念创新”与“城市规划实践创新”的具体表现。
3.1 城市规划理念创新
3.1.1 深度融合“和谐社会”理念注重中长期规划
智慧城市是一个庞大复杂的系统,也被称为“系统的系统”,它实现了智慧城市的和谐性,而智慧城市的和谐管理机制,是各个智慧系统之间和谐运行的最重要的保障。智慧城市是“创新 2.0 时代以人为本的可持续创新城市”,因此,智慧城市管理的根本出发点在于“以人为本”,注重通过扩大公众参与和社会协同,以此提升城市管理的公共价值,进而构建有利于创新涌现的城市环境。而智慧城市的规划管理理念创新注重管理的柔性化、信息化、民主化、精细化和动态化。这样的管理理念有利于和谐社会的构建。第一是柔性化,智慧城市的拟人化属性表明智慧城市的核心价值是以人为本,“尊重人、关心人、培养人、激励人、开发人的潜力将成为城市管理的核心内容和主导思想;第二是信息化,智慧城市是信息社会的产物,智慧城市运行中最为重要的资源是信息资源,而智慧城市建设的兴起必将推动城市管理信息化的跨越式发展,对城市各类海量信息的获取、处理、运算、综合分析,将成为城市管理的基础工作和关键点;第三是民主化,智慧城市建设为市民广泛参与城市管理提供了有效的技术工具和实现途径,大大降低了实现城市管理民主化的成本;第四是精细化,智慧城市在人类城市发展史上首次实现了城市虚拟空间与实体空间的融合,物联网的广泛应用已使得城市的每个物体都有了自己的“身份证”,小到井盖、果皮箱,大到停车场、立交桥全都有属于自己的身份代码,并被实时感知。新一代信息技术的应用将使得整个城市量化管理的程度不断提高、城市实时反应的能力不断增强,从而使得整个城市的管理日益精细;第五是动态化,智慧城市的建设为城市管理由静态转向动态提供了实现条件,每一个被感知和互联的城市部件的运行情况,都被实时记录,如果一旦出现问题,将会在第一时间被发现,使得问题能够得到及时解决,为城市管理赢得主动。
3.1.2 深入理解“以居民需求为中心”理念
智慧城市的应用体系包罗万象,有智慧交通、智慧医疗、智慧水电、智慧市政、智慧节能减排、智慧教育等,主要共性和智慧城市技术建构的三个体系一一对应,都涉及大量的数据收集、整合和处理。现阶段主要从以下三个方面开始实践。智慧交通、智慧医疗、智慧教育是目前人们最为关切的话题,而智慧城深入理解以居民需求为中心理念,对交通、医疗、教育作了从新的规划。第一是智慧交通,智慧城市通过信息资源的自动整合与智能服务具有超强的分析和预测能力,为交通运输的安全、高效提供支撑。智慧交通是充分利用信息通信技术,通过人、运输设备和交通网络三者之间的相互感知、智慧互动,形成完全自动化的交通状态;第二是智慧医疗,智慧医疗核心是智慧医院的建设,从建设的系统性来看,智慧医院可分为数字医院和提升应用两个部分组成;第三是智慧教育,通过使用先进的智慧城市的三个技术层,可为满足学习者的不同需求,甚至可以成为学习者的指导方向,为学习者提供各种学习服务,实现运用知识和创新知识的教育体系,可以逐步实现社区教育体系和实时的获取知识的系统,实现虚拟化校园,实现每个人的终身学习。
3.2 城市规划实践创新
3.2.1 智能的公共服务设施布局和智能的城市基础设施规划
新公共服务设施系统将推动分散的数据集中到综合平台,创建一个专注于管理系统与数据的统一过程,减少公共服务设施的布局限制。同时智慧城市对交通布局和主要基础设施布局提出更高的需求,对道路网络和城市基础设施进行智慧布局和建设,通过对基础设施的智慧建设,能够减少资源浪费。另外,通过智慧城市基础设施和公共服务设施分配,达到对水资源、电力、油和其他资源的合理分配和使用,提高资源利用效率和减少资源浪费。同时,加强对高能耗、高资源消费、高污染工业的监控,减少环境的负面效应,实现“两型”社会及可持续发展目标的双赢。
3.2.2 城市系统规划与智慧的城市布局
城市发展的支撑要素和约束进行综合评价,通过收集、分析、核算数据与建模来合理使用资源、实施生态环境保护和满足防灾需求,以科学划分适建区、限建区、禁建区的范围。同时评估城市地形、气候相关的地理水文数据,协调生态系统、城市规划和建设需求、土地使用特征和工程适宜性的需求,为城市建设和功能区域的土地选择提供科学的基础,形成统一的协调的有机整体。
4 结束语
随着各种智能化技术应用的兴起,城市信息化正向智能化发展,智慧城市是新一轮信息技术展的综合体现,是全新的事物,无疑对其的研究是一个意义非凡的课题。因此,要加强对智慧城市的理论研究,从而推动智慧城市的建设。
作者简介:江毅,男,汉,1979-,四川成都人,讲师,博士研究生,研究方向:城乡统筹、智慧城市、城乡规划设计
参考文献: