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随着我国经济建设的推进和国际交往的扩大,社会对经济学人才的需求呈多元化趋势发展,经济学人才的培养逐渐向具有多方面知识和能力的宽口径、应用型、复合型人才培养模式转变。近几年,教育界的同仁已经开始借鉴国外经济学教学理念即要求学生具备较高的数据分析和应用能力,这就对经济学专业统计学课程的建设和改革提出了新的要求。近几年,专家学者结合国内社会和经济发展现状,研究了具有中国特色和地域特点的教学模式并取得了一定的成果。研究的主要内容是如何将理论教学和实验教学有效结合以及如何进行多媒体教学。具体体现在以下几个方面:
一、课程教学体系和教学内容研究
更新和充实教学内容,反映学科与实践发展的最新动态,适应改革开放对人才知识与素质结构提出的新要求,形成科学的课程内容体系,以求更好的体现经济学专业所具有的实践性、应用性很强的学科特点。根据几年的教学实践,我认为,在《统计学》教学过程中,应当注重经济类人才综合素质和能力的培养,并以此为基点对课程教学目标进行了调整,形成了以三大统计阶段为核心的课程体系结构与内容。
1、统计学基本知识的讲授。主要介绍统计学的基本概念、形成与发展过程、统计学的几大代表理论、统计学的基本任务和职能等,目的是让学生对统计学有一个最基本的认识和了解。
2、统计调查与统计整理的讲授。主要是对统计调查方法、调查手段、数据整理技术、如何进行分组作业等内容进行讲解,目的是让学生熟练掌握统计过程的前两个步骤,即统计调查与
3、统计分析方法的讲授。重点讲授综合指标、动态数列、统计指数、抽样调查、相关分析与回归分析等具体的统计分析方法,目的是培养和加强学生解决社会经济具体问题的能力。
上述三大块内容是一个有机联系的整体,统计学基本知识是学习统计学的基础,而统计分析方法则是统计学的最核心内容。
二、教学方法与手段的研究
1、提高教材质量,增加教学材料的信息量
大力提高“面向21世纪”规划教材或高等教育出版社重点教材的使用比重,保证高质量教材进入课堂。双语教学课程全部采用国外原版教材,同时提本文由收集整理高自编教材的质量和水平,修订和编写出适应我专业培养人才需要的系列配套教材,最终建成具有鲜明特色的教材新体系。当然,除了现有的固定教材外,教学中还需要采用辅助材料,即课堂补充材料。其作用主要表现在:充实教学内容;增加学科的趣味性。这些材料来源可以摘自近期期刊、重要会议纪要、统计年鉴、国家统计局公布的统计资料、相关学科的教材、网络媒体等。
2、教学方法的多样化
统计学是关于大量资料的搜集、整理、传输和开发利用的方法论科学。作为经济学专业的基础课,承担着为其它各门专业课提供相关数据处理技术和数据分析方法的重要任务,通过统计学的学习,着重提高学生运用数据和分析数据的能力。
改革“灌输式”的教学模式,积极探索实验数据分析、统计调查等教学手段,采用启发式、阅读式、讨论式、研究式等教学方法,即把课外自学与课堂讲授、课外调查与实验分析、课内实践与课外科研三种方法灵活运用于教学过程中。讲授与自学——夯实基础;调查与分析——突破重难点;课内实践与论文科研——培养能力,做到教与学的双向互动。
统计学的教学应以互动形式为主,逐渐提高学生在课堂中的地位,与教师共同探讨问题,分析数据。在教师的引导下,学生在潜移默化中就把该课程内容构造在自己的知识体系当中。教学中应注重学生个性发展,突出教学过程中以学生为主体的教学理念,培养学生自主学习的能力;合理利用实验课时,调整实验难易度,加大学生实践机会,提高学生自主学习和创造性学习能力;结合案例教学,比如对于经济学专业的学生可以设计用几何平均数计算投资的平均收益率、运用标志变异指标考察投资组合的风险大小等。深入浅出的介绍这些方法的基本思想、并用excel、spss等软件进行分析。既激发了学生的兴趣、扩大了学生的视野,也使统计学的课堂不再是教师1块黑板、1支粉笔、1本教材、1张嘴巴就能将一门专业课程从头讲到尾。
3、拓宽培养途径,重视第二课堂的开发
开展学术讲座、科技活动及丰富多彩的社会实践活动。将所学理论知识具体运用到社会实践中,从而发现社会经济现象的一般规律。
这一切的根本出发点就是以传授知识为手段,以达到学生灵活运用理论知识的能力,使之成为适应社会发展需要的复合型人才。随着教师和学生观念的转变,加上教师的潜心钻研,我校统计学的课程设置更为合理、科学,也逐步适应了社会发展需要,达到了复合型经济类人才的培养要求。
4、教学手段的现代化
在教学手段上,《统计学》课程全部采用多媒体课件教学。在吸收国内外《统计学》课件优点的基础上,用powerpoint制作了一套质量较高的课件。在课件中以excel作为计算工具,实现powerpoint文档与excel文档的超级链接。同时,我们积极与国内外同行进行交流,获得了许多统计处理软件及教学课件,有利于我们不断改进,获得最佳的教学效果。学生对于这样的教学觉得具有时代感、新鲜感,可接近,易于接受。
随着计算机技术的发展,网络上也提供了许许多多的统计资源。为了让学生能充分利用网络这一现代手段学习统计学,我们除了提供一些统计网站给学生参考之外,还将部分多媒体教室与校园网连接,这样,教师在课堂上就可以直接调用网络数据,如一些统计信息、统计案例、国外的统计课件等等,使信息量大大增加,有效地开拓了学生的视野。今后,网络教学是我们发展的一个方向。
1.1主要内容
“统计与概率”的主要内容有:收集、整理和描述数据,包括简单抽样、整理调查数据、绘制统计图表等;处理数据,包括计算平均数、中位数、众数、方差等;从数据中提取信息并进行简单地推断;简单随机事件及其发生的概率.
1.2?热葜飨?
这部分课程内容的主线为[2]:
(1)数据分析过程:让学生参与收集、整理、描述和分析数据的活动,了解数据处理的过程;
(2)数据分析方法:掌握必要的收集数据、整理数据、描述数据和分析数据的方法;
(3)数据的随机性:体会样本和总体的关系.通过表格、折线图、趋势图等,感受随机现象的变化趋势;
(4)随机现象及简单随机事件发生的概率:通过列表、画树状图等方法列出简单随机事件所有可能的结果,以及指定事件发生的所有可能结果,从而了解并获得事件的概率.
1.3核心概念
《课标(2011年版)》提出了十个核心概念,本部分主要涉及三个:
(1)数据分析观念:了解在现实生活中有许多问题应当先做调查研究,收集数据,通过分析做出判断,体会数据中蕴涵着信息;了解对于同样的数据可以有多种分析的方法,需要根据问题的背景选择合适的方法;通过数据分析体验随机性,一方面对于同样的事情每次收集到的数据可能不同,另一方面只要有足够的数据就可能从中发现规律.数据分析是统计的核心[1].
(2)应用意识:结合“统计与概率”的知识,使学生经历收集数据、整理数据和分析数据的过程,让学生认识到现实生活中蕴涵着大量的和统计与概率有关的问题,这些问题可以用统计与概率的知识和方法加以解决,在解决的过程中逐步发展学生的应用意识.
(3)推理能力:推理是数学的基本思维方式,也是人们学习和生活中经常使用的思维方式.在“统计与概率”知识的教学中,结合具体内容,培养学生的统计推理能力.
1.4学习目标
初中阶段“统计与概率”部分的学习目标为[3]:体会抽样的必要性以及用样本估计总体的统计思想,进一步学习描述数据特征的方法,根据数据处理的结果做出合理的统计推断;进一步体会概率的本质含义,能计算简单事件发生的概率,能够应用概率的知识解决问题,体会统计与概率之间的联系,以及统计与概率在制定决策时的作用.
(1)经历数据统计的全过程(提出问题、确定样本、收集数据、整理和描述数据、分析数据、作出决策和预测);
(2)掌握统计与概率的一些基本知识和方法;
(3)感受客观世界的不确定性,初步形成对事件发生概率的认识;感悟一些随机现象的规律;
(4)运用统计与概率的知识和方法进行推理,作出合理的决策,并进行交流,逐步提高应用意识;
(5)能用随机的观念认识并解释现实世界,增强发现和提出问题的能力、分析和解决问题的能力;2宏观教学建议
统计和概率主要是通过对数据的收集、整理、描述和分析以及对客观事件发生可能性的刻画,来帮助人们更好的制定决策,这部分内容已成为一个公民的必备素养,是数学核心素养的重要组成部分.是义务教育阶段唯一培养学生用随机的观点来理解世界的课程内容,使学生掌握基本的统计与概率的知识和方法,形成数据分析的观念,在面对不确定情境或大量数据时,能作出更合理的决策,具有重要的教育价值[4]:
“数据分析观念”是统计和概率部分的核心,因为这部分内容与实际生活有着密切的联系,所以这部分内容的教学应围绕如何培养学生的数据分析观念及应用意识展开.
2.1经历知识的产生过程
在《课标(2011年版)》中,数据分析观念包含三层意思:
第一,经历数据分析的过程,体会数据中蕴涵着信息;
第二,掌握数据分析的基本方法,根据问题的背景选择合适的方法;
第三,通过数据分析,感受数据的随机性[2].
本部分内容“承载”着培养学生数据分析观念的任务,形成数据分析观念的有效方法就是让学生投入到数据分析的全过程中去.学生经历这样的过程,不仅能学习一些具体的知识和方法,同时还能体会到数据中蕴涵着大量有价值的信息,进而提高自己运用数据分析问题、解决问题的能力.教学中应“设计必要的数学活动,让学生通过观察、实验、猜测、推理、交流、反思等,感悟知识的形成和应用”[1].
案例1加权平均数概念的学习过程[5].
对于加权平均数的概念,教师可设计以下问题,让学生去独立思考、相互交流,进而发现新的知识.
(1)你过去已经学过平均数.你能举例说明如何计算一组数据的平均数吗?如果已知一组数据为x1,x2,…,xn,这组数据的平均数应该怎样计算?
(2)为满足顾客的需要,某商场将15kg奶糖、3kg酥心糖和2kg话梅糖混合成什锦糖出售.已知奶糖的售价为每千克40元,酥心糖为每千克20元,话梅糖为每千克15元.混合后什锦糖的售价应为每千克多少元?
小亮认为:混合后每千克什锦糖的售价是三种糖单价的平均数,即40+20+153=25(元).
小莹认为:在总体中三种糖的质量不相等,计算每千克什锦糖的售价时,应求出混合后三种糖的总价格,再除以它们的总质量数,即40×15+20×3+15×215+3+2=34.5(元).
你同意上面谁的算法?与同学交流.
(3)上面小莹列出的算式还可以作以下变形:
40×15+20×3+15×215+3+2=40×1520+20×320+15×220=34.5(元).
由此可见,什锦糖的单价不仅与混合前奶糖、酥心糖和话梅糖的单价有关,也与混合后这三种糖的质量在什锦糖质量中所占的比值有关.
(4)由问题(3)所列出的算式可以看出,数据40,20,15对什锦糖单价影响的“重要程度”是不一样的.你发现这三个数据影响平均数大小的“重要程度”可以通过哪三个比值反映出来?
(5)某车间工人日加工零件数如下表所示,仿照(3)中小莹列出的算式,你能计算出平均每个工人日加工零件的个数吗?
在这个问题中,数据20,22,24,25出现的次数是不同的,因此,全部数据的平均数,不仅受上述4个数据大小的影响,还要受到它们占这组数据总件数40的比值440,840,2040,840的影响.这就是说,这些比值的大小分别代表了上述四个数据影响平均数大小的“重要程度”.
因此,我们把比值440,840,2040,840分别称作数据20,22,24,25的权.
(6)在加权平均数的计算公式中,所有数据的权的和是多少?对比加权平均数与以前学过的平均数的意义,你能说出二者有什么联系吗?
设计意图学生在小学第二学段已经学习了“平均数”的概念,问题(1)就是引导学生回忆这个问题的,本设计也就是在这个基础上产生的(这个基础本质上反映出引进加权平均数的可行性).为了体现《课标(2011年版)》提出的“现实性”要求,让学生加深对“数学来源于生活“的认识,设计了两个实际问题:第一个实际问题(求“什锦糖”的售价),这是个求平均数的问题.部分学生受思维定势的影响,可能会根据小学学过的平均数的求法,得到小亮的结果.为了让学生自己发现这种计算方法的错误,引起认知上的冲突,由小莹给出了另外一种计算方法.学生通过独立思考、相互交流能判断出小莹的解答是正确的.之后,通过对小莹列出的算式的变形,引出问题(3)中的算式,目的在于使学生感受到一组数据的平均数不仅与这组数中各个不同数据的大小有关,也与各个不同数据在总体中所占的比重,即各个数据影响平均数的“重要程度”有关.初步感受加权平均数中的“权”的意义.第二个实际问题,即问题(5)中计算“平均每个工人日加工零件的个数”,这也是个求平均数的问题.通过问题(5),学生再次感受到如果各个数据出现的次数与总次数的比值不同,在计算平均数时它们的重要程度也不相同(体现了引入新概念的必要性).因此,需要对学生原认知结构中平均数的计算方法进行加工改造,引出权的概念和加权平均数的计算公式,由平均数概念扩充到加权平均数概念及其求法,扩大了学生原有的数学认知结构.
2.2培养学生的应用意识
《课标(2011年版)》指出,数学教学应当“根据课程内容,设计运用数学知识解决问题的活动.……这样的活动要有利于提高发现和提出问题的能力、分析和解决问题的能力,增强应用意识和创新意识”[1].在“统计与概率”知识的教学中,应注重设计贴近学生生活的情境,使他们经历收集数据、整理数据和分析数据的过程,逐步发展应用意识[2].
案例2怎样的记分规则才合理[6].
青年歌手大奖赛的决赛在甲、乙两名歌手之间进行,9位评委的评分(10分为满分)情况如下表所示(单位:分):
(1)将甲、乙两名歌手的得分适当进行分组整理,并列成统计表;
(2)分别求出甲、乙两名歌手得分的平均数、中位数和众数;
(3)由(2)的结果,分析甲、乙两名歌手中谁的演唱水平较高;
(4)如果以平均分为标准区分比赛的名次,那么制订怎样的计分规则比较合理?
设计意图为培养学生能对日常生活中的有关统计问题做出分析判断,培养学生的数据分析观念和应用意识,特设计了以上四个问题:(1)要求学生先把题目中出现的评委对甲、乙两名歌手打分的原始数据适当进行分组、整理,并用统计图表分别描述;(2)分别计算两组数据的平均数、中位数和众数,使学生进一步感受这三个统计量计算方法的区别;(3)要求学生根据问题(2)的结果,利用平均数、中位数和众数对甲、乙的演唱水平进行评价,这实际上是对两组数据的集中程度从不同角度进行比较.学生通过解答这个问题,能认识到如果在一组数据中出现个别差异较大的数??时,用不同的统计量评价时,结果是不一样的.(4)制定计分规则是为了消除个别差异较大的数据对平均数的影响,采取去掉两个极端数据后再求平均数的方法,使评价的结果尽量做到客观公正,这实际上是对问题(2)中求平均数方法的改进.
2.3加强统计推理训练
统计推理是国际公认的统计学习目标之一,让学生具备根据不确定的情境做出决策以及处理统计信息的能力,是培养学生数学核心素养的重要措施之一.在“统计与概率”部分的教学中,应结合具体知识,对学生进行统计推理训练,不断提高学生的说理能力,从而实现《课标(2011年版)》指出的“了解利用数据可以进行统计推理,发展建立数据分析观念”[1]的课程目标.
案例3这种游戏公平吗?(2016年山东威海中考题)
一个盒子里有标号分别为1,2,3,4,5,6的六个小球,这些小球除标号数字外都相同.
(1)从盒中随机摸出一个小球,求摸到标号数字为奇数的小球的概率;
(2)甲、乙两人用这六个小球玩摸球游戏,规则是:甲从盒中随机摸出一个小球,记下标号数字后放回盒里,充分摇匀后,乙再从盒中随机摸出一个小球,并记下标号数字.若两次摸到小球的标号数字同为奇数或同为偶数,则判甲赢;若两次摸到小球的标号数字为一奇一偶,则判乙赢.请用列表法或画树状图的方法说明这个游戏对甲、乙两人是否公平.
析解(1)因为标号为1,2,3,4,5,6的六个小球中,标号数字为奇数的有三个,所以摸到标号数字为奇数的小球的概率为:36=12.
(2)画树状图:
如上图所示,共有36种等可能的情况,两次摸到小球的标号数字同为奇数或同为偶数的有18种,摸到小球的标号数字为一奇一偶的结果也有18种,由此可求出P(甲)=1836=12,P(乙)=1836=12.
显然这个游戏对甲、乙两人是公平的.
关键词:精品课建设;教学内容改革;计算机系统结构
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)09-0048-02
“计算机系统结构”课是“计算机科学与技术”专业本科生开设的一门专业必修课,开设时间为本科第六学期,48学时(理论课42学时;实验课6学时)。它是一门综合课程,从全局和系统的角度介绍计算机系统设计所必须了解和掌握的知识,把前续的“计算机组成原理”、“操作系统”、“编译原理”、“数据结构”、“汇编语言程序设计”等课程中所学的软硬件知识有机的结合起来,从而建立起计算机系统的完整概念。学习本课程旨在使学生从总体结构、系统分析这一角度来研究计算机系统,对于培养系统地分析和解决问题的能力,培养抽象思维能力有非常重要的作用。由哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院硬件教学团队承担的“计算机系统结构”课程在2003年评为省级精品课程基础上,于2008年又被评为“教育部—Intel”精品课。精品课程建设是教育部组织开展的旨在提高高等院校教学水平而推出的“高等学校教学质量和教学改革工程”中的具有战略意义的举措之一,是高等学校教学改革与建设的一项具有标志性的工作[1-2]。本文以本科生课程教学为核心,根据本课程教学内容特点,详细介绍课程教学内容建设及改革思考,以求交流同行经验,促进课程建设更快发展。
一、课程内容和特点
我校“计算机系统结构”本科生课程主要采用李学干教授等编著的《计算机系统结构》作为教材,内容主要包括计算机系统结构概论、数据表示、寻址方式与指令系统、存储、中断、总线与I/O系统、存储体系及流水和指令级高度并行的超级机等内容[3]。想要顺利学习这门课程的内容,需要学生很好地掌握“计算机组成原理”、“操作系统”、“编译原理”、“数据结构”、“汇编语言程序设计”等课程的知识点。如在讲解“RISC结构采用的基本技术”时,其中一项基本技术是“优化设计编译系统”,涉及到常规的优化技术和手段,如将公用的子表达式消除、将常量移到循环体外等编译优化技术。在“计算机系统结构”课程中只能通过举例的方式列举某些优化技术,而详细的优化技术的原理需要学生在编译技术课程中详细学习。同样,在“中断系统”一节中,又涉及到大量的操作系统的知识,作为“计算机系统结构”课程需要重点从全局的角度讲解中断系统中软硬件是如何配合工作的及软硬件功能的分配原则。学生要清晰地掌握这个知识点,就需要在之前开设的“操作系统”、“计算机组成原理”课程中掌握其中涉及到的基本原理。因此,在讲授计算机系统结构课程时,一个很重要的问题就是如何划分同其他课程有“交叉”的授课内容。实质上这个“交叉”仅是知识覆盖面上的交叉,并不是实质的知识点的交叉。
二、教学内容改革探讨
1.与“计算机组成原理”的内容划分及协调。在同与“计算机系统结构”课程内容有“交叉”的课程中,最容易造成授课内容划分不清楚的是“计算机组成原理”课程。如何合理划分这两门课内容是课程教学组织过程中需要关注的重要问题之一。表1详细描述了“计算机组成原理”和“计算机系统结构”在教学内容和教学目标上的不同,虽然两门课程的覆盖面有一定相似之处,都包括指令系统、I/O系统、存储系统等,但是课程的授课目标和具体的知识点并不相同。“计算机组成原理”课程重点讲解基本概念和基本运行原理,而“计算机系统结构”课程主要讲授高级语言、编译、操作系统和硬件结构的关系及从量化的角度重点讲解如何优化计算机性能。如两门课程讲授内容都包括了“指令系统”,“计算机组成原理”课程重点讲解具体的寻址方式,其中包括“变址寻址”和“基址寻址”格式,而“计算机系统结构”课程则从计算机系统优化的角度引出“变址寻址”和“基址寻址”技术。在“计算机系统结构”课程的“数据表示”章节中指出,为了提高计算机的运算速度,对向量、阵列数据结构的实现提供直接支持,才增设变址寄存器硬件存放变址值,从而在指令寻址中增加了“变址寻址”方式。而“基址寻址”技术是在“程序在主存中的定位技术”章节中讲解的,其主要解决在不准修改指令地址码时如何实现逻辑地址空间到物理地址空间变换的问题,这又涉及到操作系统课程内容。所以,“计算机组成原理”和“计算机系统结构”课程在讲授内容的面上有重叠,但是讲授的目的和重点是不同的。
2.教学内容的更新.随着计算机技术的发展,近年来我们逐步从以下几个方面对“计算机系统结构”课程内容进行更新:①不断更新课程中的实例内容.我校的“计算机系统结构”课程的教学内容立足于基础性、前沿性和时代性,重视结合实际案例,与时俱进,及时吸收和反映本学科的最新研究成果,合理地维持“更新与保留”的适当比例。如讲授“指令系统的发展和改进”章节时,教材中详细描述了RISC和CISC指令集的特征,但是书中举得例子却是60、70年代在IBM 360、IBM370机器上采用的技术,学生听起来枯燥、乏味。我们对课程内容进行了适当的更新,从现在比较“火”的嵌入式智能手机的微处理器设计说起,对比采用RISC指令系统的ARM处理器和采用CISC指令系统的Atom处理器的功耗和计算性能的优缺点,来解释不同指令系统的优缺点。②加大课程内容的深度.“计算机系统结构”是将“计算机组成原理”、“操作系统”、“编译原理”、“数据结构”、“汇编语言程序设计”等课程中所需的软硬件知识有机结合起来的课程,所以在讲授课程内容时需要以问题为切入点,从高层次应用入手,逐渐深入引出本门课需要讲授的知识点。如在讲解“物理主存中信息的存储分布”知识点时,首先启发学生思考:大家在采用C语言编程声明结构体数据类型时,是否考虑了其中各种成员变量的声明顺序。也就是说当结构体中成员变量的声明顺序不同时,对计算机的存储资源会产生什么样的影响?此时就要考虑编译器为每个结构体成员变量分配内存时,做了什么事情?其中为什么要求编译器需要满足“信息在存储器中按整数边界对齐”?这样以编程语言为示例,逐层深入,最终落实到“计算机系统结构”课程需要掌握的知识点上,在这个过程中既帮助学生梳理了之前学习的专业内容,又达到帮助学生学习从总体结构、系统分析这一角度来研究计算机系统,培养他们系统地分析和解决问题的能力的目的。③引入部分多核技术知识点.由于Intel、IBM及AMD等公司的多核技术的出现,改变了原有的片上单核处理器的架构,分别出现了同构多核和异构多核架构,这要求计算机系统结构的设计者和学习者需要充分研究多核架构技术,这样才能有助于实现程序的性能优化。为了使本科学生更多的了解多核处理器结构,针对课程的特点及难点,以单核处理器体系结构为教学基础,适当扩充片上多核处理器架构的介绍,这样保证学生扎实的掌握基础知识的同时,又可以紧跟技术发展的新方向。
一门优秀的课程,决不是一朝一夕能够建成的,其教学内容的锤炼优化、不断更新,教学方法与手段的不断探索,教材的编写和完善等无不需要长时间的不断探索、认真思考、总结经验,甚至需要几代人的努力。本文将“计算机系统结构”课程中的教学实践进行归纳总结,阐述了其中关于教学内容改革的做法,以求交流同行经验,促进课程建设更快发展。在改革教学内容的实践中,我们发现精品课的建设需要以学科建设为立足点,同样也可以建设精品课为契机,促进学科、专业的进一步发展。
参考文献:
[1]陈国定,吴立言,李建华,等.精品课程建设的思考与启迪(机械类课程报告论坛文集)[G].北京:高等教育出版社,2006.
1.1网络系统设计的教学内容在想尽的网络系统需求分析的基础上,用户就可以进行网络系统设计了。网络系统的设计要考虑很多因素,如网络通信协议、网络规模、网络拓扑结构、网络功能、网络操作系统、网络应用系统等。在进行网络设计过程中一定要遵循网络系统设计的有关步骤和原则。拓扑结构是将各种物体的位置表示成抽象位置。在网络中,拓扑结构形象的描述了网络的安排和配置,包括各种节点和节点的相互关系。拓扑结构不关心事物的细节,也不在乎相互的比例关系,只将讨论范围内事物之间的相互关系,通过图形表示出来。网络通信需要每个参与通信的实体都具有相应的IP地址。不同的网络可以有不同的地址编码方案。VLAN的设计与地址规划方法是密切相关的。这是这部分的重点和难点。网络操作系统对网络的性能有着至关重要的影响。网络操作系统的选择原则是随着市场、技术及生产厂商的变化而变化。
1.2网络系统集成设备的教学内容计算机网络设备是计算机网络系统中重要的组成部分,其主要功能是传输数据和存储数据。经常使用的网络设备包括网卡、交换机、路由器、防火墙、不间断电源、存储设备和服务器等。本部分对网络系统集成中经常使用的设备的工作原理和分类方式进行详细介绍。明确设备选型过程中需要重点考虑考察的性能指标,理解设备选型过程中需要注意的事项。服务器技术主要是让学生了解选择服务器的指标有哪些以及在服务器中采用的典型技术。为了保证可靠性,服务器中采用的典型技术包括磁盘阵列技术、双机热备份技术、容灾数据备份技术。
1.3网络管理与网络安全的教学内容随着计算机网络技术的快速的发展,很多企事业单位都建立了自己的网络。为了让网络更好地为企事业单位服务,需要对建设的网络进行管理。要管理好网络,需要随时掌握整个网络的状态,并对网络及时进行网络升级和防毒等,保护网络安全。这部分主要讲解与网络管理、网络安全相关的内容。将叫教学知识重心放在学生对于网络管理相关定义及具体手段的把握上,同时能够知道一定的解决网络故障问题的策略;正确理解网络安全相关定义及其相关的加密技术。
1.4网络综合布线系统的教学内容综合布线系统是网络集成系统中十分重要的子系统,主要是指建筑物的综合布线系统。这里我们所说的传输介质具体而言就是在网络中负责传输信息的载体,常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。
2多种教学方法的选择
2.1教学内容特点分析表1所示的教学内容在学习上具有各自的难点,具体如表2所示。
2.2教学手段的选定要想实现教学质量的进一步增强,要结合具体教学内容的实际特征,选择相对应的教学手段。主要表现如下表3。
3所得教学效果分析
根据上述我们所规划的教学措施,开展了教学工作。在32学时中,各部分课程内容所占据的时间比重参见下图1。在教学过程中我们设置了四堂实验课程。全部的学生都在规定的时间范围内做完了实验,另外还有一些学生在课下自己做完了提高部分的内容。在招投标模拟实习的整个实践环节中,每个学生根据自己扮演的角色提交了相应的文档并做了报告。模拟实习的成绩分布为:优秀的占4%,良好的占30%,中等的占64%,及格的仅占2%。根据模拟实习成绩和学生的反映可以看出,模拟实习对于他们理解整个招投标过程、集成方案的设计以及各种集成技术的应用有较好的效果。所有学生所取得的笔试成绩参见图2。从图中我们可以了解到成绩良好的学生占到了所有学生的百分之十六,成绩中等的学生占到了所有学生的百分之四十六,成绩及格的学生占到了所有学生的百分之十六,符合我们最初的效果所想。
4结束语
“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的,涉及机械学、电子学和信息科学的新兴交叉学科[1]。作为机械类专业的一门重要课程,《机电一体化系统设计》对培养学生的创新能力和机电产品设计能力具有重要作用[2]。由于综合了多门学科,该课程所涉及的知识点量多面广,而且有些内容学生在相关的课程中接触过,如果在教学过程中不加注意,容易使本门课程变成“炒剩饭”,影响学生的学习兴趣和教学效果。本文针对课程学习中存在的问题,结合作者多年的教学经验,从教学内容、教学方式两个方面提出了改革措施。
一、课程存在问题
《机电一体化系统设计》的教学内容各部分内容差别很大,连续性差,教师在讲授过程中,必须将各个章节的内容有机联系起来;此外,各部分内容又相对独立,若讲授时一视同仁,不分主次,往往给学生造成是在重温旧知识的感觉,甚至搞不懂学习这门课程的真正目的是什么[3]。《机电一体化系统设计》的主要任务是使学生树立正确的系统设计思想,培养理论联系实际、调查研究、刻意创新的能力,使学生掌握机电有机结合的理论、机电一体化系统设计的基本规律及基本方法,具备机电一体化产品的设计能力。仅靠传统的课堂授课是无法实现这个任务目标的,必须从教学内容和教学方式上作出改革。
二、教学内容改革
1.以系统设计思想为主线。机电一体化的目的是提高产品或系统的附加价值,即多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源,并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展,从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。因此,机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑,应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计;然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计;最后对系统性价比进行衡量,得出优化设计方案,选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。以上三个环节相互影响,一般在绪论里讲第一个环节,在此环节让学生了解一个典型的机电一体化系统或产品整体上的五大功能构成和五大功能要素,在进行系统整体方案设计时可能有多种选择,需要结合系统的功能要求、技术指标和成本控制多方面因素进行综合评价,优化出最佳的方案。以设计精密数控机床为例,从总体上对其五大功能和功能要素进行分解,分解的结果可以用功能矩阵来表示[4],最终设计方案的选择取决于能否提高产品或系统的附加价值。第二个环节分别讲述构成机电一体化的功能要素,尽管每一功能要素在内容上相对独立,但它们作为机电一体化系统或产品组成部分,通过广义接口联系在一起,彼此相互影响,学生只有认识了这一点,才能从总体上把握机电一体化的系统设计思想。还以设计精密数控机床为例,为了达到高精度,可以选用精密机械,但这势必造成系统成本的增加,而且,成本有可能随着精度要求的提高成几何倍数增加。另一个可行的方法是采用软件补偿来提高精度,但这会对微机控制系统和传感检测系统提出新的要求。第三个环节是对系统性能的综合评价,评价的结果不符合要求时还有可能需要对整体方案或各个功能要素重新选择,直至满足要求为止。在课程讲述过程中,仅仅介绍系统设计思想,既抽象又枯燥,若能结合实际案例,学生就会在潜移默化中逐渐领略机电一体化系统设计方法的精髓。一般教材在后面的章节中都会给出很多的案例,建议这些案例不要都放在最后讲,找出一个或几个典型案例,在讲授每一部分内容时都结合该案例,并将系统设计方法融于其中,既利于学生对知识的掌握,又能起到举一反三的作用,便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。
2.以理论联系实际为导向。高等学校培养的是具有创新能力的高级应用型人才,即具有较高的综合素质,宽厚扎实的专业理论,并能将理论应用于解决实际问题,且有创新实践能力的高级专门人才。机电一体化系统设计综合性较高,知识点量多面广,并且内容抽象,学生很难在有限的课时内完全掌握;而对于从事该门课程教学的教师来讲,不能只注重理论知识的讲解,要以理论联系实际为导向。为此,课前要做大量的准备,广泛积累素材以丰富课堂教学效果,将抽象的道理通俗化、形象化,加深学生的印象。如有时教材上只介绍某些元部件的工作原理,学生即使明白其工作原理了,但对其长什么样却知之甚少,更谈不上怎么用了。可以利用网络平台下载很多产品样本,产品样本主要是推销产品用,一般会详细介绍产品的外形和应用,将教材和样本二者结合在一起讲述,无形中就将理论和实际联系在一起了。此外,还可以在授课过程中加强演示验证内容,俗话说百闻不如一见,有的知识应用性较强,理论比较抽象,很难通过讲的方式让学生掌握,但通过实验或者观看视频等,立刻就拨开云雾见晴天了。如在讲光电编码器时提到,光电编码器的输出信号可以经过2倍频或4倍频以提高检测分辨率,用语言描述时学生不容易理解,把光电编码器信号引出来,用示波器一看,一目了然。当然也可以通过《机电一体化系统设计》课程设计,让学生利用所学亲自参与机电一体化产品设计,在设计过程中通过查阅资料、技术调研、设计加工、组装调试等可进一步加强学生理论联系实际的能力。
三、教学方式改革