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一、引 言
汉语是我国的语言,其中官方通用语言为普通话,学习汉语主要是通过老师上课教、学生课后根据书本上的汉语拼音学习的方式进行。这种方法对教师的依赖性过大,虽然教师通过普通话测试,但是仍然有一部分教师存在口音问题,同时这种学习方式对学生的普通话发音没有办法进行严格的评判。随着计算机多媒体技术的发展,可以使用计算机通过评测系统进行计算机辅助语言学习。而目前汉语普通话测试主要也是基于计算机辅助语言学习(computer assisted language learning ,简称call)[1]进行的。本文从这个角度出发,首先获取模型设计的基频数据,设计并实现k-gmm模型,并初步分析这一技术应用于计算机辅助语言学习中的价值。
二、基于k-gmm模型的
一种汉语声调识别技术
汉语是声调语言,其单音节的声调模式共有五种,分别为阴平、阳平、上声、去声和轻声,[2]本文主要针对前四种声调进行分析。汉语最重要的信息是通过声调的基频保持的,它是提高语音生动性的重要因素。因此声调识别在汉语识别中十分关键,必须选用准确有效的方式方法提取基频,并对其进行必要的处理。必要的处理手段主要有插值平滑处理、重采样处理以及归一化处理。[3]通过这些必要的处理后,再通过建立一个识别模型才能够实现声调的识别。识别模型的好坏在一定程度上决定了识别率的高低,因此本文为了实现非特定人声调识别而建立了k-gmm模型。
(一)基频提取算法原理
为了保证提取基频的准确性,同时又要满足算法的复杂度较低以及算法的计算量小的要求,可选择自相关算法提取基频,并对基频数据进行后处理,得到一个较好的基频数据输入模型。算法框图如图1所示。
假定随时间的变化语音信号的特性变化缓慢,因此可以将信号分割成一些短段(分帧)再加以处理,这些短段可以看作是来自一个持续声音片断,这个持续声音片段具有固定特性。算法中就是将语音信号看作是短时平稳过程,对其短段进行语音信号处理的。
图1 基频提取算法框图本文由收集整理
1. 语音信号的预处理
通过对语音的研究表明:[4]成年男性、成年女性基频范围分别在70~250hz、160~400hz,而儿童的基频范围最高可达500hz。因此选用60~900hz的带通滤波器对语音信号进行滤波,完成预处理,这样可以剔除一部分非语音音频的基频数据。
2. 自相关计算
使用信号{x(n)}的短时自相关函数计算,获取基频数据,如公式(1)所示。
rn(k)=x(m)·x(m+k)·hk(n-m) (1)
其中:hk(n-m)=w(n)·w(n-k)
rn(k)就是自相关计算所得的基频结果,它是信号在第n个样本附近截取的一段信号。
3. 插值平滑
通过自相关计算得到的基频,存在数据丢失的情况,这主要是因为一些浊音部分的基频为0,导致基频序列不连续。针对这一情况需要进行丢失数据的处理。通常可采用插值平滑的方式进行。这里采用基于拉格朗日(lagrange插值)插值的插值平滑处理,如公式(2)所示。
pn(x)=lk(x)yk=j ≠ 0 (2)
根据实际应用模型可知,每个汉字的基频曲线应该是平滑的,字与字之间的基频过渡也应该是平滑的。基于这种思想,结合普通话语音的特点,选取lagrange插值平滑处理中的值为3。使用lagrange插值法选取已知点时,选择四个点,断点前后各两个点,其中在断点前要分别选择一个最靠近的已知点和一个与该断点有一定距离的已知点。在断点后也以相同的方法选取已知点,注意选取距离一般不超过10。
采用自相关计算提取的基频,选取n值为3的lagrange插值进行平滑处理后,如图2所示。通过分析,可以看出平滑后的基频曲线效果较好。
4. 重采样处理
为了便于建立识别模型,必须保证每个字或词的特征数相同,因此需要对数据进行重采样处理。重采样的基本步骤如下:
(a)平滑处理前
(b)平滑处理后
图2 插值平滑处理前后对比
假设特征维数设定为m维,对应在[0,1]上的点间隔1/(m-1)。再假定在二维坐标系中取n个点,用于对应提取某个字的n个基频数据,二维坐标系中纵坐标为该点对应的基频数据值,横坐标为0到1,其间隔为1/(n-1)。其中m<n并且1 (m-1)>1/(n-1)。
(1)取原始数据的第一个点为重采样的第一个点。
(2)计算重采样的第二个点。根据重采样的第二个点x横坐标为1/(m-1),位于区间[1/(n-1),2/(n-1)],选择线性插值运算在其所在区间上进行插值运算,可得到其对应的重采样数值y,如公式(3)所示:
y=(f2-f1)(n-1)x+2f1-f2 (3)
这里假设点1/(n-1)对应的原始基频为f1,点2/(n-1)对应的原始基频为f2。
(3)依次选取不同的横坐标点x,可求出重采样的所有数据y。
5. 归一化处理
提取的基频数据经过以上处理后效果有一定的改善,但针对汉语声调自身的特点,为了选择一种较有效的识别模型,必须先分析说话人的声调分布情况。[5]由于每个人的发音特点和口音各不相同,相同字的基频曲线有很大差异,但是每个人的整体频域范围差异却不显著。因此,可以通过归一化处理让识别模型能够处理大部分人的语音,即将所有的基频数据处理到同一个数量区域内。基于此,采用归一化公式(4)计算:
=(f-fmin)/(fmax-fmin) (4)
式中fmax表示单个说话人基频上限的90%,fmin表示单个说话人基频下限的1.1倍。由于获取当前说话人的基频上下限很困难,因此fmax和fmin的值使用当前语音样本频率的上限和下限值来代替。
要注意的是经过插值平滑的基频数据需要取对数运算后才可以进行归一化。这主要是由于录音时可能出现发音抖动,使得某个频率值过大或过小,因此要剔除频率过高点或过低点。
(二)基于k- gmm的声调识别
1. k-gmm模型设计
对于特定人的识别,k-means聚类算法[6]能够得到较好的识别率。但在非特定人识别模型中,由于每个人的频域不同,此方法存在很大的缺陷。
高斯混合模型(gmm)是具有混合高斯密度函数的隐马尔科夫模型(hmm),高斯混合模型由多个高斯分布线性加成在一起构成其概率密度函数,用来描述特征矢量在概率空间的分布情况,更适用于非特定人的识别,基于此本本文由收集整理文提出了k-gmm模型。
以单字组为例,k-gmm模型识别的算法思想如下:
(1)对已知的声调训练样本按声调进行分类,单字组声调分为四类。将每一种声调的训练样本按照k-means聚类算法进行聚类,并且求出聚类后的每一类的每一维特征的均值uikj和?滓2ikj方差,以及这一类占整个这个声调的权重?棕ik,其中i=1,2,3,4;j=1,2…,m;k=1,2。k值采用遍历搜索法求出,这里取2。
(2)由(1)求出的均值和方差,按照gmm模型求出其对应的概率密度函数pikj,如公式(5)所示。
pikj(x:?滋ikj,?滓2ikj)=e (5)
(3)求出每种声调的每一类的特征矢量的概率密度函数。由于可以将特征矢量的每一维特征看作是独立的,因此其概率密度函数就是每一维的概率密度的乘积,如公式(6)所示。
pik=pikj (6)
(4)以(1)(2)(3)为基础,将测试样本xn带入到四类声调对应的所有模型中,求出其概率密度函数值pik。
(5)将每一类进行加权求和,通过公式(7)进行。然后求出基频数据所有模型的最大值max(pi),此最大值对应的值就为测试样本的声调。
pi=?棕ikpik (7)
注意,由于基频的数值进行了归一化处理,因此,求出的概率密度函数值会很小,为了便于处理,将其值取对数。
(三)实验结果分析
利用标准语音库863语料样本的单字组的训练和测试样本,训练样本为104组,测试样本为103组。采用上述的基频提取算法,以k- gmm模型作为识别模型进行实验。实验结果(基频特征维数为15)见表1。
从实验结果中可以看出该模型对声调的识别率还是较高的。同时利用该模型对不同的基频特征维数分别进行了实验,发现特征维数不能太小,也不能太多。特征维数太小不能体现基频的大部分信息,特征维数越多,信息体现得越全面。但是特征维数太多会加大运算量。实验表明,特征维数选择在10到30之间时,识别率没有明显变化。表1中的数据是基频特征维数为15时的实验结果。
三、计算机辅助语言学习中
对声调识别的应用研究
目前计算机辅助语言学习虽然经过了一段时间的发展,但是主要还是停留在课堂使用多媒体教学的层面上,对于激发学生学习兴趣、培养学生自主学习的能力等方面做得还不够。鉴于此,声调识别技术应用方向和价值主要体现在以下几方面。
(一)计算机辅助语言学习中对声调识别的应用方向
1. 计算机辅助语言学习语音评测系统
应用声调识别技术可以开发关于语音发音评测的评测系统。该技术的应用可以使得计算机识别人的语音变为可能,当然仅仅依靠声调识别技术是不能够完全识别语言的,但是这是识别语言非常重要的组成部分。通过识别的语音再进行相关评测技术的评测即可得到发音者的语音评测结果。通过语音评测系统可以使学习者自行进行发音评测。
2. 交互型计算机辅助语言学习应用软件
应用声调识别技术可以开发关于语音的相关交互型的学习软件。该类软件可以展示正确的语音、识别发音者的语音,可以由发音者的语音控制某些进程动作的执行,进行语音练习和学习。如一些语音小游戏,可通过语音控制游戏的进行。使用这些交互型的计算机辅助语言学习应用软件,使得学习者可以在一个交互的环境中自主地进行想要学习和练习的内容。
(二)计算机辅助语言学习中对声调识别的应用价值
1. 促进计算机辅助语言学习的新应用
目前计算机辅助语言学习主要依靠多媒体辅助教学的形式来完成,这一形式注重“教”而忽略了“学”,同时在很大程度上阻断了教师和学生的交流与联系。[7]这对汉语这一具有丰富信息量的语言学习是十分不利的,因此计算机辅助语言学了注重“教”也要注重“学”。在学生学习汉语的过程中,很大一部分时间是在课下进行的,而汉语言的发音是学习语言的最基本的要素之一,发音是否标准是衡量普通话好坏的一个重要标准。因此对于学习者要进行发音的评测,如何让评测发音在教师不在场的情况下进行是目前遇到的普遍问题。利用本文这种识别率较高的声调识别技术开发普通话评测系统即可解决这一问题。这一问题的解决可以促进计算机辅助语言学习的发展,给计算机辅助语言学习提供新的应用研究方向。
2. 促进、激发学生的学习兴趣,提高学生自主学习的能力
计算机辅助语言学习过程中,教师通过多媒体课件、视频、音频、电视录像等技术手段来激发学生的学习兴趣,但往往容易忽略和学生的互动性。[8]随着多媒体技术软硬件的发展,现在可以开发一些学习型的应用软件,利用这些软件可以和学生互动,弥补课堂互动性差的不足。使用高质量的声调识别技术可以开发针对语音学习的软件,使得学生可以和计算机互动,评测发音准确度。甚至通过开发一些互动语音小游戏,让学生在玩的过程中学习,来进一步激发学生的学习兴趣。通过这些方式可以避免学生单纯依赖教师上课进行学习,为学生课下自主学习提供了新的环境,有助于提高学生的自主学习能力。因此,这一语音声调识别技术有一定的实用价值。
【关键词】高中 政治 课堂 研究性学习
【中图分类号】G633.2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)04-0061-01
1.前言
研究性学习是一种全新的学习方式,它的核心为培养学生的创新能力和实践精神。研究性学习要求学生能够在开放的学习环境中自己发现问题,之后再自己主动去探究问题的答案。在高中政治课堂中开展研究性学习是高中政治课程改革的必然要求,是提高政治教学水平,转变学生学习方式的重要途径。
2.研究性学习的含义和特点
在教育部出台的《普通高中‘研究性学习’实施指南(试行)》中明确指出,研究性学习是学生在教师指导下,从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究,并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。自2000年开始,我国普通高中课程计划中就增加了研究性学习的要求,这代表研究性学习已经进入我国的高中课程领域。
研究性学习具有很多特点。首先,研究性学习带有很好的开放性,无论是内容还是学习空间,学习地点还是信息来源,都不再具有传统教学方式的局限性,涉及到社会、自然界以及人类发展等多个方面。其次,研究性学习具有明显的探究性。学生学习的方式再也不是被动的理解和记忆老师传授的东西,而是自己选择研究课题,主动提出问题并积极的探索答案,是一个完全自主学习的过程。良好的实践性也是研究性学习的一大特点,它更强调理论和实际应用之间的联系,更加关注学生利用理论知识解决实际问题的能力。
3.高中政治实施研究性教学的重要意义
3.1发挥学生的主体地位,转变学生的学习方式
传统的政治课程中主要是传授课本中的知识,一般是按照政治学科知识逻辑体系进行教学活动,主要由教师控制整个学习过程,学生自主学习的空间很小。而在研究性学习的过程中,主要以学生自主学习为主,以学生的探索性学习为基础。学生作为学习的主体,能够自己主动的去搜集相关资料,获取相关知识,探索研究相关课题,这样也就让学生的认识活动上升为理性认识,更加有利于培养学生的道德情感。另外,传统的政治教学中,学生一般采取接受性的学习方式,通过教师传授去掌握相关知识和技能,非常不利于学生养成良好的学习态度和正确的价值观。而研究性学习方式,通过教师在教学过程中创设的教学情境,学生能够主动进行探索实践,从而培养良好的科学精神和创新思维,在收集处理信息以及问题分析上面也得到前所未有的进步。
3.2有利于学生创新精神和实践能力的培养
研究性学习的基本目标就是培养学习的创新精神和实践能力,能够对学生的学习策略进行健康完善,全面发展学生的认知能力和非智力因素。通过学生的亲身实践,还能够培养学生科学的学习态度和正确的价值观,更有利于将学生培养成创造性人才,具有很强的创新精神和创造性思维,很高的实践操作技能和实际问题的解决能力。
3.3有利于学生的全面发展
在传统的政治教学中,对于学生的个性发展和其他方面的潜能并不重视,严重忽略了学生的个性特征。以学生为主体的研究性学习关注的就是学生的人生观和价值观,以及今后发展的各种精神品质的培养。研究性教学更加符合思想政治教学中对于学生德、智、体、美、劳等综合素质的培养和发展的要求。
4.高中政治课堂开展研究性学习的步骤、方法
课堂内开展研究性学习一定要结合政治课程的重点,着重发现学生自己发现问题、提出问题、思考问题和解决问题的能力。问题探究教学策略是课堂内进行研究性学习主要策略。在这个过程中,问题发挥了很重要的作用,其根本目的在于激发学生的探究兴趣,引起学生的思考,培养学生分析问题解决问题的能力。这个过程的操作步骤如下:
(1)提出问题。首先教师要引导学生提出问题,再用语言和肢体语言营造活跃的课堂气氛,鼓励学生提出问题。教师还要注意帮助树立信心,帮助学生打破思维定式,这样才能培养学生提出问题的能力。教师还要对学生提出的问题进行甄别,从而选择适合进行研究性学习的课题。
(2)自学教材。教师要让学生深入的研究课本,并且搜集相关资料,寻找解决问题的线索,逐步形成自己的观点。在这个过程中,教师要培养学生构建知识结构和学习思路的能力,要培养学生结合自己的实践和经验主动思考学习的能力。自学教材能够在课堂内进行,也可以在课下进行。
(3)讨论问题。通过问题讨论环节,有助于拓展学生的学习思路,完善自己的观点。学生在讨论问题的过程中,还能够进行心理沟通和信息共享,同时有助于解决问题。在学生讨论问题的过程中,教师要及时对学生学习过程中遇到的难点问题进行解答和点拨。
(4)归纳总结。对于学生提出和讨论过的问题要及时进行概括整理和归纳总结,从而形成完整的知识网络。总结主要由教师进行,语言要精练,对学生的研究成果做适当的点评和补充,从而拓展学生的学习思路。
5.结束语
作为综合实践活动课程的重要组成部分,研究性学习已经正式列入课程计划在高中新课程方案中实施。在研究性学习过程中,教师要教会学生怎样学习,怎样思考,并且帮助学生养成严谨求实的科学态度以及勇于探索的进取精神。
参考文献:
[1]应俊峰著:《研究型课程》,天津教育出版社,2001年版。
[2]滑著:《研究性学习导论》,吉林教育出版社,2001年版。
1“研究性学习”的教学含义
随着《全日制普通高级中学课程计划》和《全日制普通高级中学数学教学大纲》的实施,以及新的高中教材在全国逐步推广使用,“研究性学习”正成为高中教学研究的热点.教育部门的各级领导、教研员、任课教师对“研究性学习”的理解还处在探索阶段,认识还不统一.尤其是对“什么是‘研究性学习’?”“什么样的课是‘研究性学习’的课?”“研究性学习与探究性学习有什么区别?”等问题在认识上还存在分歧.我们认为有必要搞清楚“研究性学习”的含义,适当扩大“研究性学习”这一概念的外延,这样我们把“研究性学习”划分了三个层次.
1.1含有课程意义的必修课
“研究性学习”最初是在《全日制普通高级中学课程计划》中提出的,它是该课程计划中规定的高中课程项目之一.把“研究性学习”、“劳动技术教育”、“社区服务”和“社会实践”统一划归为“综合实践活动”,属于必修课程,规定了课时安排和具体要求.这种意义的“研究性学习”属于课程范畴,但它没有统一的教材,属于校本课程的范围.它所涉及的教学内容不同于数学、物理、化学、地理、生物等学科,而具有明显的综合性.它一般在课下和校外进行,具有鲜明的实践性.
1.2写进课本的“研究性学习”课题
在《全日制普通高级中学数学教学大纲》中规定:“每个学期至少安排一个研究性学习课题”.新教材执行新大纲,在相应的章中单独设立一节,以“研究性课题”给出具体的教学内容,如“分期付款中的有关计算”、“向量在物理中的应用”、“线性规划的实际应用”、“多面体欧拉公式的发现”、“杨辉三角”等.教材中的“研究性学习”给出了具体的课题,这些课题大部分属于课外内容,或具有实际意义或具有研究探索的意义,但都属于数学内容.它与上一层次没有材的“研究性学习”不同,它既有教材,又具有学科性.
1.3课堂教学中的“研究性学习”
随着教学改革的深入,只用以上两种层次的“研究性学习”来培养学生的创新意识和应用意识已感到不足.如何使用课本的教材内容,使用“研究性学习”的方法,在日常教学的过程中进行学生创新意识和应用意识的培养,就成了课堂教学改革的方向.于是这种使用课本内容进行“研究性学习”的课堂教学被称之为“研究性学习”的教学模式或方法,简称为“研究性学习”.
不过开始时,有些报刊中的文章使用“自主探究性学习”的提法以和第一层次的“研究性学习”相区别.但随着改革的深入,现在大部分文章已不再使用“探究性学习”的字样,而都使用“研究性学习”了.这种变化也说明了随着课程和教学改革的深入,对“研究性学习”的理解正向纵深发展,给“研究性学习”注入了新的内涵,使它更具生命力.
三个层次的“研究性学习”其区别在于所选用的素材不同,所研究的对象不同,而使用的方法却是一样的,都具有研究性和探索性.本文下面所提及的“研究性学习”是指“研究性学习”教学模式的简称,它的真实含义是“研究性教学”.
2“研究性学习”的教学特性
如何使用课本内容,引导学生进行探索与发现的课堂教学,是我们要研究的重点.为此,我们首先应该明确以引导学生参加“研究性学习”为主的教学模式应该具备哪些特性,只有这样才能为教学设计、具体实施以及教学评价提供依据.
2.1自主性
学生的自主学习是相对于传授式学习而言的,自主性的主要标志是学生学习的主动性.学生是课堂教学的主人,他们应积极主动参与教学活动,主动获取知识,是课堂教学的主体.对主体性的评价,不能只看学生的活动所占课堂教学时间的比例,关键是看学生的思维是否真的被调动起来了,他们的学习是否积极主动.
自主性的第二个标志是个体性或独立性.课堂虽是集体学习的场所,但课堂的学习活动却是从个体开始的,其最终目的也是为了提高每一个学生的思维水平.因此,课堂教学过程中首先要强调学生个体的作用与发展,让每个学生在教学活动中尽量做到:信息自己采集,数据自己处理,问题自己提出,课题自己选定.提倡独立钻研,独立思考,独出心裁,以培养独创精神.
2.2协作性
协作性是在个体性和独立性的基础上体现的,两者的关系是相辅相成的,在学生的自主独立思维活动被调动起来之后,在解决问题的过程中,往往会遇到思维障碍,此时通过学生与学生之间的思维沟通,通过相互协作,往往会使思维障碍得以克服,并加快解决问题的速度.学生之间进行相互沟通与交流的学习也被称为“合作学习”.“合作学习”可以培养学生的协作意识和团队精神,学会与人沟通和交流的方法.
合作学习可划分为两个层次.一是小组内的合作学习,几人一组,人数不多,便于沟通,有利于互相启发,与个体研究能紧密结合.二是班级性的大型思维展示,这也是一种合作学习.这种形式的合作学习范围大,人数多,用于展示研究成果和思维过程,并开展讨论和争论.两种层次的合作学习可在课堂中多次交替开展,有利于学生创新思维的培养.
2.3研究性
前两个特性都是从学生在“研究性学习”中的地位、作用以及学习的方式等方面简述的,并没有对研究的方法、研究的过程给以突出说明.我们认为,“研究性学习”最本质的属性是“研究”二字,“研究性学习”的教学模式不同于讲授式,也不同于自学式,它的主要过程是:提出问题—研究探索—得出结论.其中所研究问题的性质很重要,无论是由学生提出,还是由教师给出,所提出的问题应该是开放的,只有素材而没有结论.这样才具有研究的意义.可以这样说,问题的开放性决定了教学模式的研究性.
“研究性学习”的研究性还应表现在研究过程中对研究方法的实践.研究不应该盲目进行,而应体现出方法性.也就是说在研究的过程中,要教给学生一些研究问题的基本方法,通过研究的实践,使他们从中学会研究的方法.我们认为学习实践研究的方法比得到的研究结论更为重要.
在“研究性学习”的教学活动中,最经常使用的研究方法有:归纳性研究方法、类比性研究方法、试验性研究方法和实验性研究方法.课堂教学过程中是否突出强调并使用相关的研究方法是“研究性学习”研究性的重要标志.
“研究性学习”的教学特性,除上面所述的三种以外,还具有开放性、实践性、创新性等其他特性.但我们认为后三种特性的本质属性不如前三种突出,有的还可以包含在前三种之中,因此就不再赘述.
3“研究性学习”的教学设计
如何进行“研究性学习”的教学设计?怎样实施课堂教学的“研究性学习”?这些问题应该是我们研究的重点.我区“研究性学习”的教学研究工作刚刚起步,只搞了几节市、区级的研究课,在听取了专家和同行们的意见之后,又进行了深入的思考,产生了一些新的想法.现将“研究性学习”在教学设计时应重点考虑的几个问题整理如下.
3.1两个体现
作为教研活动的“研究课”,在备课之初首先应该考虑这节课要给听课教师展示什么,打算起到什么示范作用,准备达到什么目的.对于“研究性学习”的研究课,应重点突出以下两条.
3.1.1体现新教学理念
什么是新的教学理念?什么是数学教学的新理念?我们认为应该从教学目的出发,在新的高中教学大纲中去寻找答案.
在新的高中教学大纲中对数学课的教学目的进行了新的划分,共分为三个层次.第一层提出的是一般能力要求,可归纳为“三层问题”,即“提出问题、分析问题和解决问题的能力”;“两种意识”,即“创新意识和应用意识”;“四类能力”,即“探究能力”、“建模能力”、“交流能力”和“实践能力”.第二层提出的是数学思维能力要求,把空间想象和运算等都包含在内.第三层是人格、品德和素质的要求,表现为“兴趣”、“信心”、“精神”、“价值”和“世界观”.
与原大纲相比较,我们认为“提出问题”的能力、“创新意识和应用意识”、“探究能力”、“建模能力”、“交流能力”和“实践能力”等都颇具新意.如果我们在备课之初抓住其中的一两项,认真地去设计在教学过程中如何实现,不失为是新教学理念的体现.
3.1.2体现新的教学设计思想
在党的“十六大”上,提出了“发展要有新思路,改革要有新突破,开放要有新局面,各项工作要有新举措”的工作要求.数学课的教学模式与教学设计怎样体现“新”字,是我们需要研究的又一个问题.我们不能墨守陈规,因循守旧或小打小闹,止步不前,而必须解放思想,打破原有的教学设计的思维框架,在教学模式和教学设计上有所突破.要大胆创新,独出心裁,别出新意,以体现课堂教学改革的新思路.
最近进行的一节以数列为载体的“研究性学习”课,包括了等差数列和等比数列的定义、通项公式、前n项和公式等主要内容.教学顺序不是先研究完等差数列再研究等比数列,而是横向与纵向交叉进行.在研究完等差数列的定义之后,类比研究等比数列的定义;在研究完等差数列的通项公式之后,类比研究等比数列的通项公式,最后再顺次研究等差数列、等比数列的前n项和公式.这种改革不失为一种大胆的尝试,不仅课堂教学容量大,而且知识之间的横纵向联系十分紧密,不仅学生在研究方法上有所收益,而且有利于知识结构的形成.
3.2两个突出
一节课只有45分钟,不可能涉及过多的教学目的,不可能面面俱到,因此一节“研究性学习”研究课的教学设计抓主要矛盾和主要过程是十分必要的.
3.2.1突出一个主题
主题的确定,可以从教材内容上考虑,可以从教学方法上考虑,但最主要的还是从教学目的和培养目标上考虑.一节课如果从总的教学目标考虑,不应有过多的项目,要把主题选好,然后再在这个主题下进行具体设计.
最近进行了一节函数复习的“研究性学习”研究课.开始时打算由两个具体的函数解析式,通过研究它的定义域、值域、奇偶性、单调性、最大(小)值,并画出它的草图来复习函数的概念、性质与图象.但后来任课教师考虑到给出的函数解析式过于抽象,不如由实例引出,使其具有实际意义.这是个很好的建议,并在此基础上又作了进一步的发展,既然引入的是实例,那么结尾也应给予呼应,也应再回到应用问题.于是前后共出现三道应用题,并且还涉及了字母的讨论.这样一来,由原来侧重于创新意识,变成了应用意识与创新意识并重;由一个主题变成了两个主题.如果照此设计实施,可能一个目标也完成不了.又经过讨论,最后决定只由应用问题引出函数解析式,把由解析式到函数图象的“研究性学习”、培养创新意识确定为本节课的主题.
3.2.2突出一条主线
我们这里所说的主线是指教师与学生的关系、学生与学生的关系在“研究性学习”中的位置.作为“研究性学习”的研究课,必然要把学生的自主学习放在首位.在课堂中,学生的自主性与协作性的关系如何处理?以哪一个特性为主更好呢?在常规教学中学生主体作用的发挥、课堂活跃的程度,往往用教师提问次数的多少、学生回答问题所占时间的多少来评价.为了改变这种现象,我们提出,在现阶段“研究性学习”的研究课,要突出“合作学习”的作用.一节课中,在不同的教学环节应设计出不同类型的合作学习方式,以“合作学习”为主线,将“合作学习”贯穿于课堂教学的始终.
3.3两个侧重
无论什么课型,就教学过程而言,都可以划分为引入环节、主体环节和结尾环节.不言而喻,一节课的中心和关键必然是中间的主体环节,必然要把设计的重点放在这一环节中.正因为如此,往往容易忽视对引入和结尾的教学设计,于是我们在“研究性学习”研究课的教学设计中,加强了对这两个环节的考虑.
3.3.1侧重引入环节的教学设计
引入环节是课堂教学的首要环节.这一环节设计得好坏,直接影响一节课的教学效果.对于“研究性学习”的研究课,引入环节的教学设计,我们提出了三层考虑,即提出问题—制造悬念—激发兴趣.
问题的提出,可以由教师直接给出,也可以由学生自己提出;可以由实际问题引出,也可以用数学问题引出;可以由旧内容引出,也可以开门见山直接给出.但无论采用哪种方法,都要注意贯彻主题和主线.能由学生提出的,最好就不由老师给出;能由实际问题引出的,最好就不用数学问题引出;能由旧知识引出的,最好就不开门见山.在提出问题时,应该是先大后小,先难后易,先一般后特殊,以给学生多留一些思考的余地,少一些提示,以增加课堂“研究性学习”的气氛.
制造悬念是设置问题的一种技巧.对学生那些似知非知,似懂非懂,似是而非的新内容,对那些可能产生负迁移,可能发生错误的新方法,教师应精心设计一些带有悬念的问题,让学生自己思考,“勾”起学生参与解决问题的欲望,最终达到激发兴趣的目的.
3.3.2侧重小结环节的教学设计
复习小结是课堂教学的最后一个环节,常规做法是由老师或学生总结本节的知识内容,也有教师更深入一步,总结本节课所涉及的重要思想和方法.但作为“研究性学习”的研究课,到此我们仍觉不够.由于“研究性学习”的课堂教学把研究方法放在了重要的位置上,因此我们提出,在总结数学知识和数学方法的基础上,还应更深入一步,“在学完了这节课之后,你还学会了哪些解决问题的一般方法?”希望学生自己总结出在思维方法上的收获.开始时,学生肯定会不适应,说不到点子上.我们觉得,随着改革的深入,在多次使用“研究性学习”的教学模式进行教学之后,学生解决问题的方法会逐渐积累.通过总结,解决问题的能力会逐步提高.
4两个希望
教学设计是在课堂教学之前教师的教学设想,但在课堂教学具体实施的过程中,往往很难完全实现,这是正常的现象.尤其是在调动学生参与,启发学生思维时,课堂上学生会怎样表现?设计与实际之间往往会有较大的差异,设计时难度也会更大.于是,我们只好用“希望”二字来表达我们对课堂教学中学生活动的一种企盼,也是对教师在教学设计时提出的较高要求.
4.1希望产生障碍或出现错误
研究的过程从来就不可能一次成功,产生思维障碍,出现这样或那样的错误是正常和自然的.为了使学生学会思维、实践研究的方法,我们希望教师在全班讨论时,不要只叫会的,只听对的,相反,应从出现错误的,产生障碍的开始,要求学生不要只讲结果而应讲出产生错误和出现思维障碍的原因,讲出解决的办法,讲出思维的全过程.
没有失败,哪有成功?我们也应该让学生尝试失败,并从中总结经验和教训,逐渐学会由失败走向成功.
[关键词] 高中数学;研究性学习
“研究性学习”课程已作为必修课正式开始实施了,研究性学习就是要让学生主动地参与研究过程,获得亲身体验,培养其良好的科学态度和学会进行科学研究的方法。下面我结合高中数学新教材教学中开展研究性学习的实践谈点自己的看法。
一、研究性学习
1、研究性学习的概念。 研究性学习是学生在老师指导下,在学科领域或现实生活情境中,通过学生自主探究式的学习研究活动,在摄取已有知识或经验的基础上,经过同化、组合和探究,获得新的知识、能力和态度,发展创新素质的一种学习方式。
2、研究性学习的特点:开放性、探究性、实践性。
3、研究性学习的目标。研究性学习强调对所学知识、技能的实际运用,注重学习的过程和学生的实践与体验。需要注重以下几项具体目标:1)获取亲身参与研究探索的体验;2)培养发现问题和解决问题的能力;3)培养收集、分析和利用信息的能力;4)学会分享与合作;5)培养科学态度和科学道德;6)培养对社会的责任心和使命感。
二、高中数学研究性学习
1、数学研究性学习。数学研究性学习是学生数学学习的一个有机组成部分,是在基础性、拓展性课程学习的基础上,进一步鼓励学生运用所学知识解决数学的和现实的问题的一种有意义的主动学习,是以学生动手动脑主动探索实践和相互交流为主要学习方式的学习研究活动。用于数学研究性学习的材料应是建立在学生现有知识经验基础之上,能够激起学生解决问题的欲望,体现数学研究的思想方法和应用价值,有利于营造广阔的思维活动空间,使学生的思路越走越宽,思维的空间越来越大的一种研究性材料。在研究性学习的过程中,学生是学习的主人,是问题的研究者和解决者,是主角,而教师则在适当的时候对学生给予帮助,起着组织和引导的作用。数学研究性学习的评价不仅仅关心学习的结果,而且更重要的是关注学生参与学习的程度、思维的深度与广度,学生获得了哪些发展,并且特别注意学生有哪些创造性的见解,同时对学生的情感变化也应予以注意。
2、数学研究性学习课题的选择。数学研究性学习课题主要是指对某些数学问题的深入探讨,或者从数学角度对某些日常生活中和其他学科中出现的问题进行研究。要充分体现学生的自主活动和合作活动。研究性学习课题应以所学的数学知识为基础,并且密切结合生活和生产实际。
新高中数学新教材将按《新大纲》的要求编入以下课题,供参考选用,当然教学时也可由师生自拟课题。提倡教师和学生自己提出问题。
新高中数学新教材研究性学习参考课题有六个:数列在分期付款中的应用,向量在物理中的应用,线性规划的实际应用,多面体欧拉定理的发现;杨辉三角,定积分在经济生活中的应用。其教学目标是:(1)学会提出问题和明确探究方向;(2)体验数学活动的过程;(3)培养创新精神和应用能力;(4)以研究报告或小论文等形式反映研究成果,学会交流。
3、数学开放题与研究性学习。研究性学习的开展需要有合适的载体,即使是学生提出的问题也要加以整理归类。作为研究性学习的载体应有利于调动学生学习数学的积极性,有利于学生创造潜能的发挥。实践证明,数学开放题用于研究性学习是合适的。
数学开放题的常见题型,按命题要素的发散倾向分为条件开放型、方法开放型、结论开放型、综合开放型;按解题目标的操作模式分为规律探索型、量化设计型、分类讨论型、数学建模型、问题探求型、情景研究型;按信息过程的训练价值分为信息迁移型、知识巩固型、知识发散型;按问题答案的机构类型分为有限可列型、有限混沌型、无限离散型、无限连续型。
数学开放题有利于为学生个别探索和准确认识自己提供时空,便于因材施教,可以用来培养学生思维的灵活性和发散性,使学生体会学习数学的成功感,使学生体验到数学的美感。因此数学开放题用于学生研究性学习应是十分有意义的。
4、数学研究性学习中开放题的编制方法。
1)以一定的知识结构为依托,从知识网络的交汇点寻找编制问题的切入点。
2)以某一数学定理或公设为依据,编制开放题。
3)从封闭题出发引申出开放题。
4)为体现或重现某一数学研究方法编制开放题。
5)以实际问题为背景,体现数学的应用价值编制开放题。将数学开放题作为数学研究性学习的一种载体,首先必须有适合的问题,如何编制能够用于研究性学习的开放题,这是值得研究的。在研究性学习的教学实践中,有充满活力和创造力的学生的参与,必将促进对这一问题认识的深化和提高。
目前,“研究性学习”仍属于初创、实验阶段,还存在许多方面的问题,同时也给我们广大教师提出了新的挑战,让我们共同走进“研究性学习”吧!
[参考文献]
[1]李建平、普通高中如何实施研究性学习
[2] 程太生、普通高中开设“研究性学习”的实践与思考
关键词:高中;生物;研究性学习
研究性学习在2000年1月颁布的《全日制普通高级中学课程计划(试验修订稿)》中,确定为综合实践活动板块的一项内容,这是学生的必修课之一。作为教师,如何把研究性学习应用于课堂教学以提高教学质量,是许多教师正在积极探索的问题。笔者旁听过这类的教改课,刊物上发表的研究性学习的文章也很多。但是,这类教改课许多都是作为示范课,并没有推广的价值,从发表的文章可见,也只是泛泛而谈,也没有实际的可操作性。究其原因,这类教改课所完成的教学内容有限,不能在正常的教学活动中完成全部教学计划。本文就如何在生物学课堂教学中渗透研究性学习进行探讨。
一、生物学课堂教学中应用研究性学习的必要性
1.激发学生学习生物学的兴趣
生物学的教学内容许多都是描述性的和结论式的,不像数学课逻辑性强,也不像语文课富有情感。生物学的课堂教学则枯燥乏味,造成学生难学,老师难教,久而久之对生物学这门课程产生厌烦情绪。采用研究性学习则可改变这种状况,生物学本身就是一门实验学科,许多结论都来自于实验。采用类似科学发现的过程进行教学,则能激发学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师,在强烈的好奇心驱使下产生探究心理,使得枯燥乏味的被动学习变成主动学习,学生会喜欢上生物学这门课程。
2.学习科学研究的方法
研究性学习是按照科学发展的规律来进行的教学,在教学过程中,使学生不仅感受到科学研究的氛围,更能从中学到科学研究的一般方法。即发现和提出问题,提出假设,设计实验,进行实验验证假设,解释现象并得出结果。发现和提出的问题必须是有意义和价值的,假设是经过推理提出来的,设计的实验要做到单一变量的原则,在解释现象和得出结论的过程中,学生应学会加工、整理、归纳、比较、分类、概括等方法。
3.培养学生自主学习
研究性学习的一系列活动,逐步培养了学生观察、发现、解决问题的能力。生活中遇到的一般生物学现象,能用所学到的生物学知识给予解释。遇到的生物学难题也能按照研究性学习中获得的方法提出解决方案,培养了学生独立解决问题的能力。研究性学习逐步摆脱了被教师牵着走的学习方法,养成自主学习的习惯。
二、课堂教学中开展研究性学习的探讨
开展研究性学习,教师是关键,教师要理解研究性学习的含义,并不是要求学生在课堂教学中以科学家的身份作研究,而是以类似科学研究的方法主动地获取知识,其本质还是学习。目的是改变学生的学习方式,增加学生的学习兴趣,提高学习效率。
教师在开展研究性学习的课堂教学中,扮演的角色是导演,是引导者,而不是在台上唱独角戏。学生的一切思维活动都按照导演的思路来进行。个别内容简单的教学可以按照研究性学习的各个环节进行,但是,大多数的教学内容都无法在课堂教学中完成。各个环节的进行,不要求学生进行真实的实验来亲身体验,可以模拟或者讲解的方式进行。教师主要任务是把学生导演成科学家,把学生带到科学研究的情境当中,至于研究的结果可以不按导演的设计来达到目标,让学生自己得出结论。
研究性学习的课堂教学中,创设情景,提出问题这个环节很重要,关系到课堂教学的成败。这个环节实际上就是导入环节。这里的导入与其他课程的导入不一样,导入有复习旧课导入新课、故事导入、实验导入、问题导入、板书导入等,而研究性学习的导入主要是创设情境,提出问题。如何创设情境、提出问题是教师需要钻研的问题。创设情境,就是摆放各种道具,搭建一个科研的场景,叙述事件的发生。提出问题,就是事件发生的过程中,引导学生发现问题,提出问题。以吸引学生的注意力,产生好奇心、激发学生的学习兴趣。