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摘要: 桥梁科学与技术是桥梁工程建设的基础和灵魂。以建材技术、设计技术和施工架设技术为主干的桥梁技术体系,横向密切协同,纵向分化细密。直接服务于桥梁建设实践的桥梁科学,实用性、特殊性、现场性研究的特征明显。桥梁科学与技术互动相长、渗透融合,共同构成了统一的现代桥梁科学技术体系。以解决桥梁工程实践问题为核心的创新活动,是推动桥梁科学技术发展的直接动力。发端于桥梁建设前沿领域的高技术化、生态化、标准化、艺术化和专业化协作,是现代桥梁科学技术的五大发展趋势,将支撑和引领着未来的桥梁工程实践。
中图分类号: N031文献标志码: A 文章编号: 1009-4474(2012)02-0099-06
桥梁是一种特殊的建筑类型,也是反映一个时代文明程度的重要标志。桥梁建设多是在地质条件复杂的江河湖海、沟壑峡谷上展开的,施工难度大,建筑要求苛刻,极富挑战性,对科学研究与技术开发的依赖性较强。桥梁科学技术是在漫长的桥梁建设实践中逐步形成和发展起来的,已成为现代桥梁建设的坚实基础。剖析桥梁科学技术的体系结构,揭示桥梁科学技术的发展趋势,有助于自觉地推进桥梁科学技术进步,更好地服务于桥梁建设实践。
一、桥梁技术体系结构
桥梁技术与桥梁建设实践同步发生,互动共进。如何建构桥梁是桥梁技术开发所要解决的核心问题,进而又会派生出怎样建构才能使桥梁质量更高、成本更低、寿命更长、工期更短等一系列具体技术问题。克服地质、水文等自然因素的限制,不断提高空间跨越尺度,追求低成本、短工期、高载荷、高质量,始终是桥梁建设的基本目标。不同的桥梁建设任务,面对的地质、地形、地貌、水文、交通流量、建设资金、人文景观等自然与社会条件不同,需要综合考虑这些因素的影响,进而具体制定桥梁建设的最佳方案。因此,桥梁建设是一项充满挑战、富有创造性的实践活动。
在什么地方建桥?建设什么样的桥?用什么材料建桥?按什么程序建桥?始终是桥梁工程活动展开的轴心,也是孕育和催生桥梁技术的温床。从桥梁建设实践的演进历程看,早期的桥梁技术可以划分为桥梁作品技术形态与建构工艺流程技术形态两大体系〔1〕。前者是指凝结在桥梁作品中,由特定结构、功能单元等要素构成的技术系统;后者是指按照桥梁建构流程,由各环节的施工工艺、设备及其操作规范等要素构成的技术体系。桥梁技术属工程技术范畴,目标指向明确,实用性强。在桥梁技术体系中,桥梁作品技术形态处于主导地位,是建桥目的的技术体现,实现的是“建造什么”的职能;建构工艺流程技术形态是建桥手段的技术体现,从属并服务于桥梁作品的建构与塑造,实现的是“如何建造”的职能。桥梁作品技术形态与建构工艺流程技术形态之间相互作用、协同并进,展现出建桥目的与手段之间的内在联动性。
一般而言,桥梁作品技术形态结构相对复杂,集约度较高,稳定性较强,对建桥工艺流程技术形态的依赖性较弱。同一座桥梁可以通过多种建构工艺流程技术形态完成。相反,建构工艺流程技术形态结构松散,集约度较低,可塑性与流动性较强。同一建构工艺流程技术形态稍作调整,就可以建造多种形式的桥梁。建构工艺流程技术形态是实现桥梁设计与建设的技术前提,直接决定着桥梁建设能力与桥梁作品的技术性能。桥梁作品技术形态结构愈复杂、精度愈高,对建构工艺流程技术形态的要求就愈苛刻。在一定程度上可以说,有什么样的建构工艺流程技术形态,就有什么样的桥梁作品技术形态。因此,通过改进建构工艺流程技术,就可以达到提高桥梁建设速度与质量、降低建设成本的目的。反过来,新型桥梁的设计也必然要求原有建构工艺流程技术形态做出相应改进,甚至需要创建全新的建构工艺流程技术形态。例如,在20世纪60年代末,为了实现双曲拱桥无支架施工,郑皆连及其所带领的团队创造出了拱肋分段预制、缆索起重机吊运、钢丝绳扣挂、滑轮组减力、手摇绞车收放、松索合龙的双曲拱桥无支架吊装施工新工艺,推进了我国双曲拱桥建设的发展。
随着社会分工的深化,在桥梁技术演进过程中,逐步分化出了以建材技术、设计技术和施工架设技术为主干,横向密切协同,纵向分化细密的现代桥梁技术体系,如图1所示。设计技术是现代桥梁技术体系的“龙头”,扮演着“编剧者”的角色。它从具体建桥目标出发,立足建材技术与施工架设技术现状,构思和设计最佳的桥梁形态及其建构方案,直接描绘桥梁作品技术形态“蓝图”;同时,它也规范和引导着施工架设技术的发展,刺激建材技术的开发。材料是现代社会的三大支柱之一,建材技术是现代桥梁建设的物质基础,影响着桥梁设计方案的制定和设计蓝图的勾画。不同的建筑材料要求不同的施工架设工艺,建材技术的进步势必带动施工架设技术的革新;同时,作为建构桥梁的材料或单元,建材技术成果也会凝结在桥梁作品技术形态之中。例如,水泥、钢材、高强钢索等材料的出现,使现代新桥型不断涌现。施工架设技术是现代桥梁技术体系的“组织者”,扮演着“导演”和“演员”的双重角色。它以施工技术设备为依托,按照桥梁设计蓝图的编排顺序渐次展开建构过程,是实现桥梁设计方案的技术保障。当然,施工架设技术创新也会促进桥梁设计技术变革,刺激建材技术革新。
二、桥梁科学体系结构
实践是认识的基础和动力,桥梁建设实践与桥梁技术发展过程中必然会不断派生出众多认识问题。例如,不同类型桥梁结构的受力状况如何?桥梁基础的地质状况如何?水流、风力、地震等是怎样影响桥梁结构的等等,这些问题迫切需要及时分析和探究,从而催生了桥梁科学。同时,桥梁科学的发展又支撑和引领着现代桥梁技术创新。
与桥梁技术相比,桥梁科学的出现较晚,经历了一个漫长的孕育、分化和成长过程。人们对桥梁工程问题的早期认识大多停留在经验层面上,这些问题的解决也主要依赖长期的实践摸索与经验积累。近代以来,随着力学、数学、地质学等基础学科的快速发展,人们才开始尝试运用这些学科的理论与方法,分析和解决桥梁设计与建设问题,探讨桥梁工程的特点与规律,逐步形成了桥梁科学体系〔2〕。作为一门典型的工程科学,桥梁科学直接服务于桥梁建设实践,实用性、特殊性、现场性的研究特征明显。它立足于桥梁科学实验与技术试验,以相关科学理论与方法为基础,对桥梁建设过程中面临的实际问题进行理论分析,力图揭示这些问题的成因、属性、本质与规律,探寻解决它们的可能路径与方案,从而规范和引导桥梁工程实践与技术创新。
从逻辑结构上看,桥梁科学是以桥梁建设过程中遇到的实际问题为主线展开的,形成了一个包括桥梁勘测、设计、施工、检测、试验和养护等环节在内的复杂知识体系,如图2所示。其中,中间一排是桥梁建设的基本环节与主要问题,下面一排是解决这些问题的主要理论与方法。其实,解决任一实际问题所需要的理论工具与背景知识众多,早已超越了单一学科范围,这里未作详细标注。上面一排表示在解决这些实际问题的过程中所提炼出来的相关桥梁理论,它们彼此衔接,联为一体,形成了现代桥梁科学体系的分支领域。一般地说,每一座桥梁的建设都要经过规划与勘测、方案设计、结构设计、施工工艺流程、检测、试验与维护等环节,每一个环节都会遇到许多具体问题,都需要进行深入探究。需要说明的是,建设不同类型的桥梁遇到的实际问题各不相同,从而在纵向上派生出了多簇桥梁科学的分支学科。处于不同分支领域的相关知识单元之间在横向上又彼此衔接、互动共进,进而构成了处于演进之中的立体、开放的桥梁科学体系。
值得一提的是,桥梁科学与桥梁技术始终是在桥梁建设实践以及相关学科与技术进步的共同推动下发展的,问题与挑战层出不穷。缺少理论的实践是盲目的,脱离实践的理论则是虚妄的。在当今科学技术一体化的进程中,桥梁技术的科学化与桥梁科学的技术化进程不断加快,桥梁科学与桥梁技术之间互动相长,“道”、“术”相融,逐步形成了统一的桥梁科学技术体系。现代桥梁科学技术是处于社会文化环境之中的开放系统,与其他产业技术体系之间又存在着横向相干性,与科技、人文体系之间则存在着纵向构成关系,如图3所示。一方面,桥梁科学技术紧紧围绕着新的桥梁工程建设实践展开研究与开发;另一方面,它又及时而广泛地吸收相关学科与技术领域的新成果。正是通过这种纵横交错的立体文化网络,当代桥梁科学技术才融入了现时代的文化体系之中,与时俱进,步入了快速发展的规范化轨道。
三、桥梁科学技术的基本矛盾与创新驱动
跨越空间阻隔,连通此岸与彼岸,是桥梁工程建设的基本目标。在桥梁工程实践活动中,人们始终面临着跨越与垮塌之间的对立,这就构成了桥梁技术的基本矛盾;而导致垮塌的因素及其消除途径又是未知的,有待于进一步认识。在消除垮塌威胁或隐患,实现空间跨越的进程中,人们积累了丰富的经验,并揭示出不同地质条件、桥型、跨度、材质的桥梁的属性、特点与规律等,这些都是已知的。同时,面对具体的桥梁建设任务,桥位的水文地质状况如何?应当选择和设计什么样的桥型?如何进一步提高桥梁的技术性能?等等,往往又是未知的,需要进一步探究和论证。这就构成了桥梁科学的基本矛盾。这两类矛盾相互交织,互动转化,共同推动着桥梁科学技术的发展。事实上,桥梁科学技术就是在跨越与垮塌、已知与未知矛盾的不断形成与解决过程中发展的,而解决这两类基本矛盾的根本出路就在于创新。
桥梁建设是一项古老而常新的事业。这里的“新”根源于时代的发展会不断萌生出新的交通运输需求,提出新的桥梁建设任务。同样,桥梁科学技术也会主动迎接新挑战、探究新问题,通过创新途径改进桥梁结构与性能,提高建桥速度和效率;其他相关学科领域的新进展、新成果,也会渗入桥梁科学技术领域,从外部推动桥梁科学技术的发展。同时,人们挑战自我、探索未知领域的求知欲望,以及追求卓越技术效果、提高技术效率的内在要求,从内部驱动着桥梁科学技术进步。正是这种“外推内驱”的动力机制,促使桥梁科学技术的持续发展。
从桥梁科学技术的矛盾运动机制看,桥梁科技工作者是这些矛盾的认识者和解决者,创新是桥梁科学技术发展的动力之源。经济与社会发展会不断提出越来越高的桥梁建设要求,这是孕育新的桥梁科学技术矛盾形态的社会根源。然而,离开了桥梁专家们的创造性工作,这些矛盾是不会自行解决的。在桥梁工程实践中,具体的跨越与垮塌、已知与未知之间的新型矛盾,往往是现有桥梁理论与技术难以解决的,必须进行新的探索与尝试。桥梁科技工作者总是充分发挥各自的主观能动性,调动一切积极因素,想方设法展开技术创新与理论创新,最终成功地解决所面临的众多问题与挑战,进而推动桥梁科学技术的发展。“RB(LB)模块式多向变位桥梁伸缩装置”的研制过程就是一例〔3〕。宁波路宝集团自主研发的这一装置,通过变位铰构造主动适应桥梁的竖向、水平、扭转等多向变位运动,克服了原有悬臂式梳齿板和模数式伸缩装置的结构缺陷,解决了长大型、抗风型桥梁的多向变位和装置的抗疲劳难题。
面对不断产生的桥梁科学技术矛盾,广大桥梁科技工作者总是立足当代科学技术发展,积极探索、大胆创新,进而推动桥梁科学技术的不断发展和完善。由此可见,矛盾或问题是桥梁科学技术发展的起点,创新是解决桥梁科学技术难题的关键,是推动桥梁科学技术发展的直接动力。正是基于创新的这一原动力属性,当今众多企业、地区和国家都把科技创新列为优先发展战略,这成为当今时代的一个突出特征。
四、当代桥梁科学技术的发展趋势
支撑和引领现代桥梁建设实践,是桥梁科学技术的历史使命。随着经济社会的快速发展,在复杂地质条件下修建特大型、高难度、长寿命桥梁的任务被不断提上议事日程。例如,国道主干线同江至三亚线路就有5个跨海工程:渤海湾跨海工程、长江口跨海工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程以及琼州海峡工程。其中,难度最大的是渤海湾跨海工程,海峡宽57公里,建成后将成为世界上最长的桥梁〔2〕。这些大型工程既是当今桥梁科学技术面临的重大挑战,也是桥梁科学技术发展的历史机遇,预示着桥梁科学技术的锦绣前程。立足当代科学技术与桥梁建设实践,以实用、安全、经济、美观、低碳的桥梁建设原则为依据,展望桥梁科学技术的未来发展趋势,有助于增强推进桥梁科学技术发展的自觉性。
1.高新技术化趋势
当今高新技术成果向桥梁建设领域的全方位、多层次渗透,推动着桥梁技术体系内涵与外延的快速拓展。现代桥梁工程出现了结构精致化、功能多元化、布局集约化、施工机械化、控制自动化的发展趋势。同时,高速、重载、低耗、集约化、大流量的现代交通发展指向,也向桥梁建设提出了越来越高的要求。在现代桥梁的高新技术化进程中,桥梁设计技术形成了结构耐久性设计、全寿命设计、精细化设计、系统规划与中长期规划等新观念,并向动态设计、优化设计、模型模拟与计算机辅助设计方向推进。例如,“在设计阶段采用高度发展的计算机辅助手段,进行有效的快速优化和仿真分析,运用智能化制造系统在工厂生产部件,利用GPS和遥控技术控制桥梁施工。”〔4〕再如,在建设世界第一高桥——法国的米约大桥的过程中,施工人员就采用了全球卫星定位系统(GPS)纠正施工中可能出现的偏差,最终使大桥的垂直建筑误差小于5毫米。建材技术向高性能、构件化、多功能材料方向发展。“新材料应具有高强、高弹模、轻质的特点,研究超高强硅粉和聚合物混凝土、高强双相钢丝钢纤维增强混凝土、纤维塑料等材料取代目前桥梁用的钢和混凝土。”〔4〕施工架设技术则向精准化、机械化、信息化方向发展,施工速度进一步加快、质量不断提高。
在桥梁工程的高新技术化进程中,新桥型不断被创造出来,正朝着大跨径、结构轻型化、柔性、抗震、抗风、深水基础、整体及快速施工等方向推进。一大批特大型(如直布罗陀海峡桥、墨西拿海峡桥、马六甲海峡桥、港珠澳大桥、琼州海峡大桥、台湾海峡大桥、白令海峡大桥)、高难度(如桥墩高达343米的法国米约大桥,以及在多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱的青藏高原与水文地质条件复杂地区架设桥梁)的桥梁工程,逐步进入了规划与实施阶段,必将加快桥梁工程的高新技术化进程。
2.生态化趋势
第二次世界大战以来,肇始于工业化进程的环境污染、资源枯竭与生态危机日趋严重,迫使人们重新审视人与自然之间的关系,调整不适当的生产与生活方式,抑制技术活动的负面影响,从而形成了产业技术的生态化趋势。桥梁科学技术的生态化是全方位、多层次推进的,其中有许多问题需要认识、许多技术有待开发。这一趋势要求从规划、勘测、设计、施工、检测与维修到最终废弃、拆除的全过程都应尽量减少对生态环境的消极影响,降低资源消耗,减少环境污染。低碳化是生态化的具体表现形态,它促使建材技术向开发高质量、低消耗、长寿命、高性能,以及生产过程或废弃后的降解过程对环境影响最小的建筑材料方向发展。生态化还要求尽量采用对生态环境破坏较小的桥型与施工方案,力求使桥梁与周边的生态和人文环境和谐一致;尽可能选用低污染、耗能少的建筑材料与技术设备,提高桥梁的使用寿命等。例如,国际桥梁大师邓文中在修建美国北卡罗来纳州的Linn Cove桥时,为了保护植被和景区游览环境,创造并采用了从空中向下做桥墩的施工新工艺①。同时,生态化也促使桥梁施工架设技术向改善施工劳动条件,减少建筑材料与能源消耗,减少建筑垃圾、噪音以及对周边生态环境破坏的方向发展。
3.标准化趋势
由于地形地貌、通行需求、资金投入、建筑队伍等方面的差异,早期的桥梁作品大多是个别建造的,即一座桥梁一个设计与施工方案,而且多以分散、独立的方式建构,耗时费力,效率低下。同时,桥梁建设多依附于建筑行业,尚未形成专业化的桥梁设计与施工队伍。在工业革命的推动下,以机器大工业为核心的工业化生产方式开始向众多传统产业领域扩散,进而开启了工业化进程。在这一时代进程中,桥梁建设开始从传统建筑行业中分化独立出来,桥梁设计与施工环节也逐渐分离,逐步形成了一支相对稳定、分工细密的专业化桥梁建设队伍。
在不断探索新型桥梁及其建筑技术的同时,以往主要桥型的设计、施工方案和规范也被逐步固定下来,并得以传播和推广应用,成为大规模复制同类型桥梁的技术基础。为了提高建桥效率,产品互换性和生产流水线等工业化理念也被引入到桥梁工程领域,并开始采用工业化的成套技术改造和重塑桥梁行业的传统生产模式。桥梁建设的标准化要求统一设计与施工的类型、图纸、建材、构件与架设装备型号等,以提高施工质量和水平;以工业化方式批量生产不同规格的标准化的桥梁构件,以降低生产成本,提高产品的互换性,从而使桥梁行业形成了彼此配套、规范统一的工业化生产体系。例如,预制化是桥梁技术产业化、标准化的重要环节,也是建材产品链条向施工领域延伸的具体体现。在工厂中预先制作各种桥梁构件,形成规格化、系列化、通用化的预制产品,然后再根据施工进度要求运送到施工现场,按设计要求拼接、安装。这样既可以简化施工环节,缩短施工周期,也可以减少气候、场地等因素对桥梁建设的不利影响。
4.艺术化趋势
桥梁可视为一座具有实用功能的巨型雕塑,多成为当地的标志性建筑和人文景观,体现着桥梁设计理念、审美情趣、民族精神、价值观念等多重文化内涵,是追求经济价值的技术性与追求审美价值的艺术性的有机统一。随着社会物质财富的不断丰富,人们越来越认识到桥梁建筑造型的艺术价值,以及艺术性与经济性之间的内在统一,越来越要求桥梁兼具更为丰富的文化内涵,城市中的桥梁更成为人文景观中的关键性建筑物。因此,现代桥梁结构更加重视艺术造型,并刻意营造与周围环境和谐相融的人造景观。正如邓文中所强调的:“工程师们一定要将艺术化的理念贯穿于设计的全过程,提高自身对美的鉴赏力,而不是一味地抄袭和模仿;一定要对整体的美学环境有协调的规划,领悟美的多重表现形式;认识标志性建筑的突出特征是美,融入式的协调也是美。只有将艺术化在设计中的地位提升到足够的高度,我们才能够为子孙后代留下一个方便、舒适的环境,而不是留下一堆丑陋的构造物,让后代去叹气!”〔5〕因此,“21世纪的桥梁结构必将更加重视建筑艺术造型,重视桥梁美学和景观设计,重视环境保护,达到人文景观同环境景观的完美结合”〔4〕。
近年来,桥梁界关于最美桥梁的评选活动就是艺术化趋势的具体体现。在这一时代背景下,追求艺术美感,展示个性化的审美价值开始成为桥梁建筑的时尚。现代桥梁技术逐步呈现出艺术化、仿生化、人性化、个性化、精致化的发展趋势。除追求桥梁美感和景观设计、艺术造型以及与环境和谐相融等美学要求外,人们还重视桥梁的外装饰和内装修,使其与周围环境协调一致。例如,2008年初建成的芜湖鱼形单塔斜拉索临江桥,就巧妙地将桥塔外形设计成“鱼形”。这一鱼形索塔矗立于青弋江与长江的交汇处,犹如一条刚被钓上岸的大鱼,与长江、青弋江、沙滩、往来船舶、桥索等景物融为一体,生动别致,给人以强烈的视觉冲击与美感享受。
5.专业化协作趋势
社会分工泛指人们从事各种劳动的社会划分及其独立化、专业化过程,它有助于提高劳动生产率,是社会分化发展的必然趋势。自桥梁建设从建筑业中独立出来后,桥梁工程的分化就没有停止过。随着现代桥梁建设项目的激增、桥梁类型的丰富、桥梁技术指标的提高,桥梁工程的专业分化进一步加快。经济社会的快速发展对桥梁建设提出了越来越多、越来越高的要求,由此也派生出更多和更为复杂的科学技术难题,迫切需要开展深入细致的专题研究,从而促进了桥梁科学技术的专业分化。与此同时,在专业分工基础上展开的协同互动也日趋紧密:一方面,桥梁工程问题的解决需要多方面知识与技能的综合,有赖于其他学科与技术的支持;另一方面,从规划、设计、施工、检测到维护的桥梁工程的各个环节,都离不开来自不同专业领域人员的密切协作和共同努力。这种既分工明确又密切协作,既高度分化又高度综合的趋势,必将主导桥梁科学技术的未来发展。
应当说明的是,上述这五种发展趋势均发轫于当代桥梁工程的前沿领域,预示着桥梁科学技术的发展走向。因为桥梁科学技术始终是面向桥梁建设实践的工程科学与工程技术,沿着这五种发展趋势推进的未来桥梁建设实践,必然会遇到众多新情况、新问题、新挑战。正是这一系列问题的认识和解决进程,决定着未来桥梁科学技术的发展走向。
注释:
①参2010年8月9日甘卫星在重庆林同炎国际公司董事长办公室采访邓文中院士的录音。
参考文献:
〔1〕王伯鲁.技术究竟是什么——广义技术世界的理论阐释〔M〕.北京:科学出版社,2006:104.
〔2〕王伯鲁.桥梁大师:辉煌业绩与创新方法〔M〕.北京:中国科学技术出版社,2012:2,9.
〔3〕填补全球桥梁技术空白的国家发明奖——记宁波路宝集团自主研发的“LB多向变位桥梁伸缩装置”〔J/OL〕.(20070315)〔2011915〕.
【关键词】课前三分钟 兴趣 改进教学方式
【中图分类号】G622 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)09-0159-01
数学课课前三分钟要有鲜明的学科特色,老师应充分利用好这三分钟,让学生通过开展各种形式的活动,活跃气氛,振奋精神,从而以饱满的情绪进入课堂学习。那么,怎样才能巧用课前三分钟,激发学生数学情感,培养学生学习数学的兴趣呢?本人认为主要有以下几个方面:
一 巧用课前三分钟,提高学生口算能力
《数学课程标准》指出“义务教育阶段应突出体现数学的基础性和发展性。”“应重视口算,加强估算,提倡算法多样化。”口算是学习数学的基础,口算能力的高低,对学生基本的运算能力有着极其重要的影响。因此,要提高学生的口算能力,使其达到正确熟练的程度,必须通过一定数量的练习来实现,恰好每节课前三分钟给口算训练提供了时间上的保证。课前三分钟进行的口算训练的方法应多样化,例如:视算训练、听算训练、抢答口算、口算游戏、“对抗赛”、“接力赛”等。用孩子喜爱的计算游戏来提高他们大脑的运算技能,从而提高孩子的速算技能。只要坚持堂堂练、天天练,就能够大大提高学生的计算能力。
二 巧用课前三分钟,让学生学会“读课本”
苏霍姆林斯基曾说:“学会学习,首先要学会阅读。”数学阅读过程同一般阅读过程一样,是一个完整的心理活动过程,包含语言符号(文字、数学符号、术语、公式、图表等)的感知和认读、新概念的同化和顺应、阅读材料的理解和记忆等各种心理活动因素。学生仅靠课堂上听教师的讲授是难以丰富和完善自己的数学语言系统的,只有通过阅读,做好与数学教材语言的交流,才能规范自己的数学语言,增强数学语言的理解力,从而建立起良好的数学语言系统,提高数学语言的表达和交流能力。因此,充分利用“课前三分钟”为学生提供“读课本”的机会,就显得尤为重要。 老师需要巧用课前三分钟,教给学生一些读数学的方法。如学会整体地读图,能够用简单而完整的话说出整幅图的大意;学会有序地观察,可以按照“从左到右”或“从上到下”的顺序读信息;学会把自己看到的数学信息进行分类,注意采取各种形式训练学生能够把数学信息和问题完整地表述清楚。例如同桌互说、小组交流、集体说等,总之要让学生把数学教材中的每一个信息都看得明明白白,清清楚楚。
中、高年级的学生理解能力已经有了一定程度的提高,他们一般能够顺利地从教材中获取相关的信息,但是,教材中需要掌握的数学知识也越来越深,如概念、法则、性质、公式等需要熟记的知识也越来越多了。因此,老师需要巧用课前三分钟,指导学生在反复阅读教材内容的基础上,抓住关键的字、词、句,用笔画、圈,反复推敲、分析,引领学生熟记,做到熟能生巧。
三 巧用课前三分钟,让学生领悟数学的人文性
教师巧用课前三分钟给学生介绍一些有关数学家的故事、数学趣闻与数学史料等,鼓励学生读一些数学课本以外的科普读物,引导学生浏览一些数学网站等,开展关于阅读后的数学思考活动,以引起思想共鸣和模仿实践,这样可以激发学生数学情感,提高学生学习数学的兴趣、引发学生的求知欲。
在教学“数”的认识中,可以向学生介绍数的概念、起源,使学生体会数源于“数”(shǔ),量起源于量(liáng),向学生介绍数的原始表示法(结绳记数与刻痕记数)。通过原始社会石器与陶瓷的几何形状和图案,介绍原始人对简单形状与图案的认识,使学生感受到现实生活中充满了图形。
四 巧用课前三分钟,让学生感悟数学的趣味性
关键词:数学课堂;导入;激趣;认知水平;简洁紧凑;悬念;联系生活
中图分类号:G633 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2013)-12-0263-01
良好的开端是成功的一半,一节好课的导入就好比“凤头”,新课导入得好,不仅能吸引住学生,唤起学生的求知欲望,而且能点燃学生智慧的火花,使学生积极思考,勇于探索,主动地去学习,使教学达到预期的效果,因此,在课堂教学中,一定要重视课堂导入的艺术,下面谈谈自己的点滴体会。
一、课堂导入的要求
所谓课堂导入,是指教师在教学内容开始之前引导学生进入学习的行为,是创设良好课堂教学情境的重要一环。心理学家布鲁纳指出:“教学过程是一种提出问题和解决问题的持续不断的活动”。良好的课堂导入可以引起学生注意,激发学生兴趣,产生学习动机,迅速进入思维状态,使学生学习的思维由浅入深,进入一个特定的问题情境中。
1.导入必须服务于既定的教学目标,要根据既定的教学目标来精心设计,服务于教学目标,必须有利于教学目标的实现,使之成为完成教学目标的一个必要而有机的部分。
2.导入必须服务于教学内容,可以是新课内容的知识准备和补充,也可以是新课内容的组成部分。
3.导入必须符合于学生的认知水平,《新课程标准》指出学生是学习的主人,学生是教学的主体,教学效果要通过学生的学习过程来体现,新课导入的设计要符合学生认识事物的规律,要与学生的认知水平相适应。
二、课堂导入的方法
课堂导入的方法多种多样,以下就自身在教学过程中总结出来的几种常用的导入方法作简单的阐述。
1.悬念导入法。悬念导入法是在引入新课时,提出似乎与本课内容无多大联系,而实质上却紧密相连的典型问题,迅速激发学生思维的一种导入方法。亚里斯多德曾经讲过“思维自疑问惊讶开始。”设计悬念的目的主要有两点:一是激发兴趣,二是活跃思维。悬念一般是出乎人们预料,或展示矛盾,或让人迷惑不解,常能造成学生心理上的焦虑、渴望和兴奋,而这种心态正是教学所需要的“愤”和“悱”的状态。一般来讲,数学中的悬念需要教师在深入钻研教材与分析学生认知水平的基础上进行精心设计。
例如:在教学“圆周长”时,假如把地球近似看作一球体,绕着赤道用一根绳子捆紧,然后把绳子放长10米(假设绳子离地球表面距离均等),中间的空隙能容纳。A一支铅笔B一只老鼠C一只猫D一头牛,结果学生猜测的答案与正确答案相差甚远,使学生心理形成强烈的反差,形成悬念,激起了学生强烈的求知欲望。
2.复习导入法。知识绝不是孤立的,旧知识往往是新知识的基础,新知识往往是旧知识的延续。温故知新的教学方法,可以将新旧知识有机的结合起来,使学生从旧知识的复习中自然获得新知识,这也是课堂教学中最常用的一种导入方法。
例如:在讲授“零指数幂和负指数幂”时,先让学生回顾同底数幂的除法运算公式,am÷an=am-n(a≠0,m,n都是正整数,且m>n),然后让学生讨论当m=n和m﹤n时的情况,从而引入新课。
3.直接导入法。直接导入是最基本最常见的一种导入方式,上课一开始,教师就直接揭示课题,阐明对学生的学习目标,简洁明快地讲述或设问,引起学生的有意注意,使学生心中有数,诱发探求新知识的兴趣,把学生分散的注意力引导到课堂教学中来。例如:在教学《轴对称图形》时,我是这样引入的:同学们,有最快的方法剪出字母A,然后再出示:“北京古宫图”、“飞机”、“中国结”、“脸谱”等图形,让他们找找这些图形有什么共同特点?从而引入课题——轴对称图形。
4.联系生活导入法。《新课程标准》指出,“数学是人类生活的工具,数学能赋予人创造性,数学是一种人类文化。”认识到数学与现实生活之间的紧密联系,不断沟通生活中的数学与教科书上数学的联系,使生活和数学融为一体。这样的数学课程才能有益于学生理解数学、爱学数学,让数学成为学生发展的重要动力源泉。用贴近学生生活实际的学习材料,把学生熟悉、感兴趣的实例作为认识的背景材料,导入课题,不仅使学生感到亲切、自然,激发学生的学习兴趣,而且能尽快唤起学生的认知行为,促进学生主动思考,为课堂教学作好准备。
关键词: 路桥 施工 教学 方法
1.概述
路桥施工技术课程是高职路桥类专业一门重要的专业课程,是介绍施工技术和施工组织的学科,其覆盖面大,内容庞杂,综合性和实践性很强,涉及工程力学、工程测量、建筑材料、地质与水文、土力学与地基基础、工程制图、结构设计原理等基础学科知识,还涉及路基路面、公路勘测设计、桥梁工程、施工组织设计等专业课程。通过本课程学习,学生能够了解和掌握路桥工程的施工技术、施工工艺及原理、施工组织、具体实施操作等内容,并对本行业的发展趋势有一定的了解,培养学生的各种能力,提高其综合素质。
当今随着我国高职教学改革的深入,一个重要目标就是以服务为宗旨,以就业为导向,培养和造就具有综合职业能力和全面素质的直接从事生产、技术、管理和服务第一线的技能型、应用型的高级实用人才。以“必需”、“够用”为原则,满足教学需要,是目前的倡导趋势。实行的时候考虑到学生的接受能力不同,路桥施工课程的时间显得很紧张。在这种情况下,如何在较少的课时内将众多的内容通过不同的方法深入浅出地讲解明白,达到以上的培养目的,是值得思考的一个问题,笔者结合自身的教学实践对一些常用的教学方法进行了论述。
2.主要教学方法
2.1传统教学法
传统教学法以课堂讲授为主。依据大纲精心设计每堂课的授课内容,突出重点和难点,做到详略得当。对学生通过自学容易理解掌握的知识,在课堂上尽量少讲,重点在一些工艺、原理及计算,这样既节约了时间,适应了学时少的要求,同时,又能培养学生的自学能力,充分发挥学生的主动性。讲课内容要紧紧围绕大纲,但又不能完全拘泥于大纲。由于大纲不可能涵盖该课程最新的知识与最前沿的理论,所以,在讲授大纲规定内容的同时,还应补充介绍该领域新技术、新工艺、新材料的应用。如桩基工程中旋挖机的应用,土工合成材料在公路工程中的应用等,就此提出相关的一些问题,引导学生进行思考。这样,一方面可以使学生了解该学科的前沿发展,另一方面有利于培养学生的学习兴趣和学生的创新意识。
要加强课堂上和课后与学生的互动交流,尤其要重视学生在学习中遇到的疑点,问题就是前进的阶梯,共同的疑点集中讲解,小的疑点个别解释,这种做法不仅能增强师生的感情,激发学生的学习热情,使得学生的疑问能得到及时的反馈与解决,同时还能提高学生独立思考问题的能力,便于取得很好的学习效果。另外,布置适量的课后作业和思考题是必不可少的,一方面,学生做作业实际上是一个复习、巩固、提高的过程,思考题可以引导学生思考;另一方面,可以使一部分学生克服惰性,保证他们有一定的时间用于本课程的复习。作业要尽快批阅和及时发给学生,及时将作业中存在的问题在课上适当的时间提出来讲解,对做得好的要适当地予以表扬。合适的情况下,还可以采取一定形式的考核措施,如测验、课堂提问等,在传统教学中往往也是有一定效果的。
2.2工程案例教学法
案例教学法起源于上世纪二十年代,由美国哈佛商学院(Harvard Business School)所倡导,当时是采取一种比较独特的案例形式的教学,这些案例都是来自于商业管理的真实情境或事件,在一些具体条件下的做法及得到的效果。通过此种方式,有助于培养和发展学生主动参与课堂讨论,理论与实际相结合,提高学习动力。路桥施工技术课程是一门实践性很强的学科,案例是不可缺少的教学材料。学生不可能在有限的时间内接触大量的实际工程,而具体工程中遇到的施工难点也并非所有的工程都会遇到,这就要求教师能将实践经验的精华加以提炼,以丰富案例教学,从而给课堂教学带来丰富的实际经验。课堂教学中选择的案例不仅要具有综合性、典型性,还要有个性,能将所须考查的知识点贯穿起来,更重要的是要具有现实性,以培养学生辨别是非的能力与对现实的批判精神。如某一特定条件下的施工方案,有何优缺点,为什么要这样做?对一些施工设计、施工计算和施工方案的编制,学生往往感到束手无策,采用某个具体案例教学可使此部分内容变得直观易懂,从而取得较好的教学效果。
2.3现场教学法
现场教学是根据一定的教学任务,组织学生到工地、企业和其他场所,通过观察、调查或实际操作,使理论知识与社会实践相结合的一种教学形式和方法。相对于以传授间接知识为主的课堂教学,现场教学最显著的特点,在于直接接触认识对象(包括自然界与社会),并亲身参与社会实践活动,因此现场教学是学生获取丰富直接经验的有效手段,是理解和掌握理论知识的重要方法,对提高学生分析判断能力,增强运用知识解决实际问题的能力,以及对学生走出校门,尽快适应工作岗位和环境很有帮助。现场教学一般有短时间的参观和时间稍长的实习及调查等形式。
根据路桥施工技术课程的特点和课时,往往专门安排施工现场参观教学。通过到路桥施工现场身临其境感受施工氛围,见识施工场景,增进对道路桥梁施工工艺、施工质量控制要点的理解和掌握,通过对正在使用的新技术、新工艺、新材料的认识,补充丰富课堂理论知识,使学生了解施工技术未来发展的方向。更重要的是,通过参观实习,能够激发学生对本课程的热爱,为将来投身到路桥建设的事业做好准备。
现场实习过程中要求学生遵守纪律,认真听取施工技术人员和教师的讲解,结合课堂学习的知识,积极地提出疑问,主动地向现场施工人员请教,及时记录和整理当天的所见所闻及所感,并整理成实习报告。要求实习报告内容详实、条理清楚、字迹工整,并有字数和时间要求,能明确地反映参观实习的过程和收获。
2.4实物和仿真教学法
目前,在大多数高职院校路桥专业都设有仿真实训室,部分院校还建有实物,如南京交通职业技术学院的桥梁仿真室,有各种桥梁模型和真实的钢筋骨架,预应力施工设备,近期拟建真实的箱梁、板梁和墩柱等。利用这些实物和仿真模型来进行教学,对提高学生的感性认识和基本概念的掌握理解同样有很好的效果。在本课程课堂上,实物和实际工程图片等也可利用,如找出图片中存在的错误,再如讲到支架的时候,可以把碗扣支架或钢管及扣件、门式支架带进课堂,或在仿真室边展示边讲解。再如,预应力工程,可以模拟整个梁的张拉工序,这很容易使学生对这部分知识理解和掌握。
2.5多媒体教学法
多媒体教学手段的使用,使路桥施工课程的重点、难点均能通过具体形象的图片、视频、动画和音频等手段得到展示,既增大了信息量,节省了教学时间,又使相对较为乏味的施工课程教学变得生动直观。路桥施工技术课程中存在大量的施工工艺过程和技术构造,如果拘泥于传统的系统讲授法,教师表述起来困难抽象,学生接受起来也枯燥吃力,而完全在施工现场讲授并体会也不现实。运用多媒体教学则可以弥补这方面的一些不足,制作施工工艺过程和技术构造内容方面的多媒体课件时,可以从互联网获取各种信息,关于施工工艺的图片、视频、动画网上很多,也可以从同事或朋友及专业网站得到共享资源,还可以自己去施工现场拍摄照片和录像来作为制作素材,这大大提高了工作效率。当然,笔者通过实践和同事间的交流,发现多媒体教学也有一些不足,如不利于学生记笔记,一些施工场面宏大复杂,容易分散学生的注意力,不利于学生记忆,不太适用于理论知识方面的教学等等。
2.6对比和类比教学法
对比法就是将具有可比性的两个或两个以上的不同对象进行系统的比较和研究,得出研究对象的本质、特点和规律。路桥施工课程多处可以使用此法,如对沥青路面和水泥混凝土路面的施工,这样可以通过对比要点或形成反差,增强学生的印象,使学生深化理解,强化记忆,同时可以节省课堂时间。类比法是将具有一定共性的两个或两个以上的不同对象放在一起,先将其中一个做为典型,详细介绍,学习,在此基础上,再扩展到其他对象,类比法可以收到事半功倍的效果。如路拌法石灰土和水泥土的施工及路拌二灰土的施工,它们的工序都差不多,主要区别就在掺灰的把握及施工时间的控制。对比法与类比法二者亦有相通之处,贵在运用。
2.7讨论教学法
讨论式教学法要求在教师的精心准备和具体指导下,为实现一定的教学目标,通过预先设计一定的问题,在课堂上或通过其他形式,组织并启发学生就特定问题发表自己的见解,以培养学生的独立思考能力和分析判断能力,培养语言的组织和表述能力,以及对信息的反应处理能力。讨论式教学的环节大致包括:设计问题、提供资料、启发思路、组织讨论、得出结论。讨论法可以考查学生对基础知识的理解和掌握情况,真理越辩越明,通过其他同学的表达,澄清一些模糊概念,也可以帮助别人或自己纠正错误的认识,从而使学生巩固已有的理论知识。如在讲授桩基基础施工方法过程中,可以设计三个问题进行讨论:施工方法有几种?哪种方法最合理?为什么?第一步让学生分组讨论并让大家各抒己见,然后在自由讨论的基础上及时进行归纳补充,最后得出结论。通过讨论,学生对不同施工方法的优缺点有了深刻的理解,利于掌握,同时使学生的口头表达能力得到了锻炼。
2.8规范教学法
路桥及相关工程施工规范和规程是各方进行施工质量控制的依据,施工技术课程中涉及的主要规范有《公路路基施工技术规范》(JTGF10-2006)、《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003)、《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)、《公路工程质量检验评定标准(第一册土建工程)》(JTGF80/1-2004)、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)等,在讲解各种工程施工工艺时,应严格对照规范的要求提出控制要点,尽管在实际施工过程中得出的结果可能差别很大,但我们的出发点应该定在从严控制上,对具体的工程项目对应的规范条目,适当解释其来源和含义,从而培养学生从学校开始就具有严格的规范意识和质量意识,这有利于提高学生责任心和事业心,积极投身国家的经济建设。
2.9项目教学法
2003年7月德国联邦职教所制定以行动为导向的项目教学法,该法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动。在教学活动中,教师将需要完成的任务或需要解决的问题以项目的形式交给学生,在教师指导下,由学生自己按照实际工作的操作程序,以个人或小组工作方式,将项目进行分解,共同拟定行动计划,共同或分工完成整个任务。在项目教学中,学生通过亲自参与劳动,进一步理解和掌握课程要求的知识和技能,并运用于实践,体验创新的乐趣与艰辛,培养分析问题和解决问题的能力,培养团队精神和合作意识等。学生在解决问题的过程中,进行展示和自我评价,学习的重点在学习过程而非学习结果。
项目教学法是一套教学战略,有利于把分散的各知识点综合起来,可以引导学生对实践及现实生活中的问题进行深入地探讨学习,有利于师生之间教与学互动。教师在教学中不再占主导地位,而是成为学生学习过程中的引导者、指导者和监督者。成功的项目教学,可以极大地激发学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣和信心,较好地达到培养目标。
3.结语
路桥施工技术是一门实践性和综合性很强的课程,各个教学方法也不是相互孤立的,而是有相互联系的,根据学生的特点和不同的内容及各种条件进行灵活运用,并且在教学实践中不断总结提高,才能取得好的教学效果。
参考文献:
[1]张立山,董艳英,刘明远.土木工程施工课程教学改革与实践[J].河北职业技术学院学报,2006,(2):25-26.
关键词:教学方法;信息技术;艺术性
中图分类号:G718 文献标识码:B 文章编号:1672-1578(2013)07-0191-01
信息技术课要上好,教师是关键,他是导演,他不仅要有责任心,而且要知识广博,多才多艺,同时,更要努力地掌握教学艺术,更好地应用教学艺术,以教学知识本身的艺术魅力抓住每一位学生的心。在信息技术课教学中,刚开始,学生对计算机都怀着神秘、兴奋的心情,学习兴趣十分浓厚,并觉得信息技术课可以上网、聊天、打游戏,非常好玩,于是非常想学。但随着信息技术学科教学内容的不断深入,有的内容理论性非常强,需要记忆,且枯燥无味,知识难度增加,学生的学习兴趣就逐渐降下来了。
1.联系实际,形象比喻
教学语言是一门艺术,如果教师运用风趣的语言、适当的比喻或与众不同的思维,就能使学生在轻松愉快的气氛中掌握知识。计算机学科中有些教学内容比较抽象,不容易被学生接受和理解,作为老师应化繁为简,将深奥的理论讲得通俗易懂。在教学中巧用生活中的实例,形象比喻的方法最容易被学生接受。
例如,在讲计算机原理及结构时,可以将计算机比喻成一个人,人的感官系统(如手、脚、眼等)相当于计算机的输入设备,输入信息到CPU(相当于人的大脑)经过处理后,由输出设备(嘴巴等)输出来。
又如,讲到"内存"时,可比喻"内存"为一唱戏的舞台,舞台往往比较小,但它后面有很大的准备的地方(即外存)。而所有的程序都必须到舞台(内存)中来,才能表演。这样一讲,学生比较容易容易而且正确地理解。可以说比喻法是信息技术学科教学的一大特点,在本课程可大量运用。
2.须教有疑,灵活提问
学生的思维往往从提问问题开始。古语亦云:"学起于思,思源于疑。"课堂提问既是一种教学手段,又是一门教学艺术。宋代教育家朱熹说过:"读书无疑者,须教有疑。 "须教有疑",就是老师通过提问,使学生心中产生疑窦,激发他们的思维,使他们进入问题探索者的角色,这就需要老师注重课堂提问艺术。
提问可以是直问与曲问,正问与反问,单问与环问,独问与对问,还可以是明问与暗问,提问形式应根据教学需要与实际灵活运用,相互配合。
2.1 课堂提问应能做到设疑新颖,激趣。
2.2 问题的设计一定要有启发性,要真正提出事物的客观矛盾,形成问题的情境,引发学生展开积极、主动的思考与学习,从而获得"举一反三"的成效。
2.3 提问要注意时机,要问在学生"欲发而未发"之前,问在学生"似懂而非懂"之处,问在学生"无疑与有疑"之际,这样才能引导学生去积极思维。
2.4 提问要有层次性,注重差异。使不同层次的学生"跳一跳"都能"摘到果子"。
3.兴趣激励,巧设悬疑
兴趣是个水闸门",借助它,注意的水库被打开,并规定了流向。在高中信息技术学科教学中,采用兴趣激励法,将学生的学习兴趣转化为学习知识的动力,这样,学生在浓厚兴趣的推动下学习,一旦取得一定的成绩,就会产生学习的价值感、荣誉感和自豪感,学习兴趣得到进一步深化,形成良性循环。
例如,我在教学"网上寻宝"时,构建了以学法指导为中心,以小组协作模式组织课堂教学。 当学生急切想知道网上有哪些宝贝时,我向他们推出了搜索引擎"百度和 googl e",使学生知道利用这两种搜索引擎能搜索到任何他想知道的宝贝。接着,我 又以"我的宝贝"为题,使学生融合在一起,小组一起设计幻灯片。这种方法既 让学生了解了"powerpoint",又充分调动了学生学习的积极性。
又如在讲授画图软件的复制部分时,上课伊始,巧设悬疑:"同学们,孙悟空吹根毫毛能变出几十只小猴子,那我们只画一颗星,能不能变成满天星呢?"这一番妙语紧紧扣住学生的心,激起学生学习的兴奋点。在兴趣的驱动下学生很快就掌握了复制的方法。
在当前形势下,无论哪位教师都很难完全适应形势发展的需要。因此,教师和学生都需要不断地"充电"。课堂教学时,教师要努力营造活跃、宽松、快乐、协作、以学生为中心的课堂气氛,让我们的课堂生动活泼起来,让学生爱学、会学、知道自己要学什么、想学什么,激发学生的兴趣、爱好,从而让学生在应用中有所创新,有所收获。要上好信息技术课程这门课程,必须使用易于学生接受的语言和教学方法,使一些枯燥乏味的知识变得有趣、生动。同时要让学生把所学的知识和技能运用到实践中去,让学生感到信息技术课一定要学会,一定要学好。教学是艺术,艺术的发展是无止境的,它需要我们不断地去实践、探索、创新。
参考文献
[1] 《开放性主题活动课程》仇忠海,霍益萍出版日期:1999年12月
[2] 安桂清 研究型课程控微[J].课程.教材.教法,2000,(3)。
[3] 《现代教育技术》.苏州大学出版社.1998年版。