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【关键词】小波分析;信息与计算科学;现状分析;课程建设
小波分析是近年来应用广泛的一种方法,有很强的数学背景,在许多方面找到了有效的应用,被誉为数学显微镜,MATLAB软件提供了很好用的小波工具箱[1],为我们解决实际问题提供了很大的方便,不少学校已把小波分析列为信息与计算科学专业本科生选修课。通过对小波课程的学习,能够让学生掌握小波分析的基本理论、基本思想以及小波工具箱的应用,能够让学生用常见的各种小波变换来解决实际应用问题[2-3]。
1 小波分析课程概要
小波变换的概念是1974年由J.Morlet首次提出的[1],20世纪70年代,A.Calderon表示定理的发现、Hardy空间的原子分解和无条件基的深入研究为小波变换的诞生奠定了良好的基础。1986年著名数学家Y.Meyer构造出了一个真正的小波基,并与S.Mallat合作建立了构造小波基的有效多分辨分析方法,此时小波分析才逐渐蓬勃发展起来,值得一提的是比利时女数学家I.Daubechies撰写的《小波十讲》对小波的普及和进一步的发展起了非常至关重要的推动作用。小波分析的理论研究与小波分析的应用是紧密地结合在一起的,它的应用主要体现在以下几方面:
(1)在图像与信号压缩的应用方面。它的特点是压缩比高,压缩速度快,压缩后能保持信号与图像的特征不变,而且在传递中可以抗干扰。基于小波分析的压缩方法很多,比较成功的有小波变换零树压缩、小波包方法、小波变换向量压缩等。
(2)在工程技术等方面的应用。小波可用于计算机图形学、信号处理、计算机视觉、生物医学图像处理等方面。
(3)在信号分析的应用方面。小波分析可以用于边界的处理与滤波、信噪的分离、信噪的提取、信号的识别以及多尺度边缘检测等。
2 教学内容基本要求
关履泰在1989至1992年间到美国Texas A&M大学崔锦泰教授处访问,当时正值小波研究的蓬勃发展时期,他在有限区间小波、多重小波分析、小波在图形学等方面的应用作了一定的工作。由他主编的《小波方法与应用》一书参考了大量的书籍和文献。由于现在MATLAB的普遍使用,而且它还有专门的小波工具箱。关履泰专门为本科生教学编著的《小波方法与应用》一书,也采用了MATLAB数学软件进行程序实验。
通过本课程的学习,要求学生了解小波与傅里叶分析的发展历史;掌握多分辨分析的思想;掌握小波变换[1],包括:Fourier变换、连续小波变换、离散小波变换;了解框架;掌握分解与重构算法、尺度函数与小波的构造;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;会用MATLAB小波工具箱;能够用各种小波变换解决实际应用问题[4]。本课程是信息与计算科学专业的重要专业方向理论选修课程,在教学方法上,采用课堂讲授、课堂讨论、课后自学等教学形式。
课堂讲授:本课程属于理论课程,在传授知识原理的前提下,配合实际应用例子,由浅入深,善于诱导,使学生从被动吸收知识的状态下,转化到主动索取知识的状态中来,并采用多媒体辅助教学,加大课堂授课的知识含量。注重培养学生的学习兴趣,提高学生的基本素质。
课后自学:为培养学生整理归纳,综合分析和处理问题的能力,教师在每章都安排少量的内容,课上教师只给出自学的提纲,不作详细的讲解,课后让学生自学。
课堂讨论:此目的是让学生开拓思路,活跃课堂学习气氛,教师需认真组织,安排重点发言,充分调动每名同学的学习热情和积极性,做好总结。
课外作业:为让学生巩固所学的知识,每章都布置一定量的课外作业,让学生课后独立完成。
课程实验:用matlab语言或C语言完成一些算法设计题,培养学生的算法设计能力。
3 教学上存在的一些问题
3.1 对小波分析的课程设置定位还不够明确
信息与计算科学专业的课程开设在多数学校没有将计算机、应用数学等信息技术课程进行有机的结合,只是将数学课程和计算机的课程进行拼盘迭加,没有突出“以数学课程为基础,以解决信息技术领域问题为目标”这一专业特色。对于小波分析的课程设置同样也没有经验,有时甚至无从下手,本课程的设置还需要进一步的探索。
3.2 课程的教材仍比较紧缺
目前适合应用型本科高校教学的小波分析教材,尤其是从数学观点编写、适应于为信息与计算科学类专业学生讲授的小波分析教材比较紧缺。为适应不同类型院校和不同层次要求的课程需求,教材建设也需要层次化、多样化。目前,专门为应用型本科高校信息与计算科学专业专门编写的教材有关履泰编著的《小波方法与应用》,此教材理论基础知识偏难,理论推导较复杂,要想把本课程很好的应用到本科生的教学实践中,还需要在今后的教学实践过程中给予进一步积极的探索和改革。
3.3 从大学生的知识储备角度看:信息与计算科学专业是新兴学科,处于发展期,教师在该领域的研究尚且刚刚起步,更别提教学成果了,这也必然影响着本专业小波分析课程的教学与实践。目前,中国高等教育已进入大众化时代,这将导致大学生的就业不存在统包统分的问题,而是要公平地参与社会竞争。所以为了能更好的适应社会,大学生应多学习专业知识,多积累大量的理论基础知识。
4 理论与实践教学的探索
小波课程的知识结构体现在扎实的数学基础之上,丰富了信息与计算科学专业的基础理论知识。本课程通过基础理论知识的教育,以及实验教学的各环节的训练,有助于培养学生解决软件开发和设计、信息处理、科学计算等实际问题的能力[5-6]。
4.1 课程体系
信息与计算科学专业的知识结构以及发展离不开计算机技术的辅助。因此小波分析课程的教学内容除了核心的理论知识外,还应该增加实验模块,信息与计算科学专业的毕业生进入通讯、电子技术、软件等行业是一个重要的就业方向,它们可以在这些企业非常高效的从事信息安全与网络安全、计算机软件开发等工作,因此,本专业开设该课程是非常必要的。所以开设好小波分析课程是实现应用型人才培养目标的重要环节之一,有利于信息与计算科学专业培养目标的实现,当然也有利于应用型人才培养目标的实现。
4.2 实践教学环节
学生报考信息与计算科学专业的时候,绝大多数学生看中是“信息”的内涵,他们心中选择的是非数学类专业而是信息类专业。所以开设小波分析课程,必须强化计算机应用技术,可以选择以一维、二维小波分解与重构的理论知识为主体,注重课程设计与实践的教学环节,来提高学生的软件应用能力和实际动手能力。
实例一,噪声信息多包含在具有较高频率细节里,在对信号进行了小波分解后,利用有限阈值等形式对所分解的小波系数进行权重处理,再对信息进行重构即可达到信息去噪的目的。利用小波工具箱可直接将一维白噪声信号noissin进行一级haar小波分解,如图1,我们从图中可以清晰的看到原始信号s的平均信息a1和细节信息d1。
实例二,二维小波分解与重构是利用一系列的一维小波分解与重构来实现的。基于Haar小波的二维小波分解与重构的过程如下:function[LL,HL,LH,HH]=mydwt2(x),利用小波工具箱直接将二维图像woman进行一级haar小波分解与重构,如图2,我们从图中可以清晰的看到原始图像被分解为LL,HL,LH,HH四个部分。
图1 一维信号的一级haar小波分解
图2 二维图像的一级haar小波分解与重构
4.3 继续深造
信息与计算科学专业的毕业生具有良好的数学思维能力和扎实的数学基础,他们掌握了计算科学的基本方法与技能,因此他们继续深造可选择的方向很广泛,他们可继续攻读自动控制、计算数学、计算机应用、信息科学、金融信息等专业的硕士学位,也可攻读具有行业特色且与信息与计算关系紧密的一些专业的硕士学位。此外,小波分析及其应用、小波分析的理论及其在医学图像处理中的应用等均是本专业考研的主要研究方向。如果本科阶段把小波分析课程学好了,无疑为以后研究生阶段的学习和研究奠定了良好的基础。
4.4 师资队伍建设
国内很多高校的信息与计算科学专业都开设了小波分析课程,如国防科技大学,中国科技大学,中山大学等,这些学校该课程的发展都较成熟,所以可以通过引进和培养等途径,培养一批从事小波分析课程教学的青年教师参与小波分析的课程进修和教改调研,通过选派相关教师去诸如以上这些全国前列的高校进行调研、交流,这对小波分析课程的今后发展,带来很大的帮助。
4.5 第二课堂
教师可以鼓励刻苦钻研的学生参与他们的科研工作,学生们可以凭借其出色的扎实的数学基础知识和数学建模能力来解决实际应用问题。
5 结论
有关该专业小波分析课程的教学计划、培养模式、课程体系、培养目标、教材编写等一系列课程建设问题,我们将继续积极进行进一步的探索与研究。我们希望通过本文能够对信息与计算科学专业小波分析课程的开设、建设与发展作出一点有益的贡献。
【参考文献】
[1]关履泰.小波方法与应用[M].高等教育出版社,2007:1-165.
[2]教育部数学与统计学教学指导委员会数学类教学指导分委员会.关于《信息与计算科学》专业办学现状与专业建设相关问题的调查报告[J].大学数学,2003,19(1):1-5.
[3]教育部数学与统计学教学指导委员会 数学类教学指导分委员会.信息与计算科学专业教学规范(试行稿)[S].大学数学,2003,19(1):6-10.
[4]周晓晶.开展3+1培养模式科学地发展地实践信息与计算科学专业的建设[J].大学数学,2012,28(4),155-158.
所谓物理教学与信息技术的融合,本文将其界定为通过将信息技术有效融合于初中物理学科的教学过程来营造一种新型教学环境,实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的教与学的方式,从而把学生的主动性、积极性、创造性充分地发挥出来,使传统的以教师为中心的课堂教学结构发生根本性变革,从而使学生的创造精神与实践能力的培养真正落到实处。“融合”也即“整合”的三个基本属性为:营造新型教学环境、实现新的教与学的方式、变革传统教学结构。
二、多媒体技术与初中物理融合教学的积极作用
1.模拟教学情境,激发学习兴趣。
初中物理课所研究或描绘的物理场景中,有相当一部分不仅不方便在课堂上实验展现,就是在学生们的生活中也很少有机会见到。对于这样的情况,若采用多媒体课件制作动画来模拟,则效果相当好。在热学部分,微观尺寸下的分子无规则热运动是无法直接观察的,可以用一个GIF格式的动态图片来模拟展示;电学部分的《磁生电》一节,发电机中的转子线圈在磁场中的旋转过程也不便直接观察,可以用FLASH制作一个动画来模拟线圈在磁场中的一个旋转周期等。这样的技术手段弥补了传统教学中不直观的缺陷,增添了物理课程的魅力和趣味性。
众所周知,兴趣是最好的老师。只有学生对学科本身产生了兴趣,才会真正用心来学习和探究此门学科。初中阶段的学生,心智尚未成熟,对学科学习的好坏绝大多数由兴趣而定。而运用多媒体技术辅助教学,则能激发学生兴趣。
2.优化教学效果,提高课堂效率。
通过多媒体课件的演示,既有助于教学效果的实现,又能合理安排课堂教学计划,使教学过程能够按照预设的思路前进。特别是对很多无法进行实验的理论知识,多媒体课件教学更能凸显其极大的优势。如,在《光的色散》这节时,用来演示的玻璃砖以及红色激光的反射光路由于尺寸较小,不易观察。将其制作成课件,这时,玻璃砖和反射光路在大屏幕上显示得非常清晰,同学们都看得一清二楚。这些做法,利用信息技术,把一些较大的物理场景真实地“搬”进了教室。信息技术通过这些途径,使物理课的教学效率、课堂质量发生了一次巨大的飞跃。
3.改变“教”、“学”角色,融洽师生关系。
传统的教学模式,因教学资源的限制,是教师怎么教学生就怎么学,教师完全处于主导者的地位,而学生永远是被动性地去接受,久而久之,形成了教师教得累、学生学得烦且无学习效果的现象。多媒体技术的参与,决定了新的课堂教学模式是互动的、全员参与的。利用多媒体技术,能让全体学生始终积极参与。信息技术具有很强的制作性、灵活性、自述性,因此,教学中对教材的依赖性减小了,教师的角色从知识的传播者变化为学习的组织者和引导者,甚至成为与学生共同学习的伙伴;学生也因新型教学环节的设计,对学科产生了浓厚的兴趣,并产生了自主求知的欲望。
三、多媒体技术与初中物理融合教学的反思
通过理论分析和教学实践,我们可以发现,将初中物理教学与多媒体技术相融合,不仅是新时代教育事业改革的方向,也是新课程理念的具体表现,是值得借荐甚至是推广的一种新型教学模式。同时,也应该清醒地认识到在初中物理教学与多媒体技术融合的过程中,要注意避免走入一些误区。
1.注重课件花样,忽视教学实效。
我们在教学过程中不能因为想抓住学生的眼球、激起学生的学习兴趣,花尽心思用多媒体制作包含音频、视频、动画等各种花样的课件做秀,不注重教学实效。那么,这样的课堂给学生留下深刻印象的是花花绿绿的动感画面,往往是动画播放完毕,学生的注意力不能及时转移到课堂教学中来,影响教学的进行。这样学生不仅学不到知识,更起不到改进教学效果、改变传统教学模式的作用了。
2.依赖模拟实验,忽视传统实验。
由于传统实验需要相关的仪器设备、相应的技术手段与技巧,做实验费时且容易失败,这些都导致了一些老师认为传统实验很麻烦,不如教学课件简单明显、成功率高,喜欢用模拟实验代替所有的传统实验,用鼠标敲击的虚拟过程代替本该亲自动手完成的实验,这恰恰是违背素质教育精神的。传统实验在开发学生探究乐趣,培养学生动手能力和团队精神,锻炼学生坚韧不拔的毅力,鼓励学生不怕遭受挫折,从失败中吸取教训、总结规律、体验生活等方面,有着模拟实验无法取代的教育功能。
3.依赖多媒体技术,忽视教师的引导功能。
一、信息技术改变了教学内容的呈现方式
传统的教学内容呈现方式主要是声音、文字和图像,主要通过书、纸的记录和传播。信息技术作为呈现教学内容的重要工具可以将多种媒体方便、快速地集成,实现对教育资源的有效整合。它可以提供多种媒体的刺激,有利于知识的获取和保持;它可提供超文本特性,实现对教学内容最有效的组织与管理。它还以提供网络传递的方式,实现教学内容的有效开放。比如:在学习古诗《回乡偶书》时,学生可以借助多媒体课件解决不懂的字词;也可以通过网络开展自主学习,深入了解作者所处的时代背景,还可以搜集、整理、学习更多的回乡诗,认识更多诗人。这样从简单到复杂,可以满足各层面学生的学习需求,实现“教科书+多媒体+网络”的现代化功能。
二、信息技术改变了教师的教学方式
过去老师们备课总是依赖教材和教参,现在教师备课除了在新课程标准的基础上认真钻研教材外,还会花大量时间上网查找各种资料,制作课件。过去,语文老师上课仅凭一张嘴,充当演员或导演的角色。今天,语文老师上课更多的是注重培养学生的信息素养和自主探究能力,充当学生学习的协助者和合作伙伴。网络为教师提供了丰富的教学资源,老师可以随时上网查找自己需要的各种图片、音频、视频材料。比如,一位教师在备《新型玻璃》一课时,利用网络查找到许多新型玻璃和生活中许多新型物品的图片和文字等资料,并且制成小小的网站,学生可以在学习中自由浏览。当学生看到这些图片时,显得十分兴奋,对课文所描写的“新型的玻璃”不仅有了形象直观的认识,还认识了许多其他新型物品,激发了学生进行创造新型物品的欲望。因此,信息技术形象直观、有声有色的特有优势,缩短了时空距离,把远方的东西呈现在学生眼前,把复杂的东西变得简单,把抽象的东西化为具体,促进了学生多种感官直接参与揭示事物本质和内在联系的教学过程,从而缩短学生认识事物的过程,充分调动学生学习兴趣,有利于学生思维能力的培养和情感、意志等非智力因素的开发。
在多媒体、网络的教学环境下,以“学”为中心的交互式教学方式有了得天独厚的土壤,教学方式由传统的以“教”为中心逐渐向以“学”为中心转变。教学方法由原来基于归纳和演绎的讲解转变为基于情景创设、主动探索、协作学习、会话商讨、意义建构等多种新型教学方法的综合运用。通过整合,把语文学科和信息技术有机融为一体,强调信息技术服务于具体任务,学生以一种自然的方式对待信息技术,把信息技术作为认知工具,学生使用计算机获取、处理信息就像使用电话、铅笔、橡皮那么自然,使学生在潜移默化中得到锻炼,培养学生综合处理问题的能力。
三、信息技术改变了学生的学习方式
在小学语文学科的教学活动中,根据学生特点,在网络环境下发挥多媒体及网络交互性强、资源丰富的优势,创造宽松、和谐的学习氛围,学生通过主动建构知识,提高了创新能力及解决实际生活问题的能力。经过阅读教学,学生对课文内容有了较深刻的理解,在此基础上,运用媒体鼓励学生深入探究,发表创造性的见解。如教学《草原》一文的最后一句话“蒙汉情深何忍别,天涯碧草话夕阳”时,老师先录制剪辑了一些草原美丽的风光画面,还有穿蒙汉服装的人或坐或站,或抱或握手,或流泪或深情交谈的画面,并配上音乐播放给学生看。学生一下子进入了情景,仿佛自己也成了其中一员,这时让学生说说最后一句话的意思,学生显得轻车熟路。学完这句话,学生仍沉浸在画面中,见此情景,老师趁机引导,鼓励他们展开想象:“你能把这幅情景说得比作者还要好吗?”学生插上了想象的翅膀,思维更活跃了。他们在现代教育媒体创设的情境中驰骋想象,使早已蓄积的情感得以尽情释放,使课堂气氛达到了新的。再如学完《只有一个地球》一课后,有许多学生继续在网上查询、收集了很多资料,有一个学生写了《小鸟的哀求》的童话,真是想象奇特,情真意切,非常精彩。
四、信息技术改变了师生的互动方式
学生的好奇心强,尤其是一帮天真活泼的小孩子,爱听生动有趣的故事,是他们共同的心理特征。教师在课堂教学的导入部分若能抓住学生的这个心理因素,化学生的好奇心为浓厚的学习兴趣,就能起到意想不到的效果。
如在教学小学四年级的课文《新型玻璃》时,我们可以这样导入:同学们,在一个伸手不见五指的夜晚,一个人影蹿进了陈列着珍贵字画的展览馆,他此行的目的是为了划破玻璃,偷里面的珍贵字画。当他的玻璃刀刚刚触及玻璃的时候,顿时院子里响起了急促的报警声。警察立即赶来,把这个小偷给抓住了。同学们一定会奇怪地问:“这是什么玻璃啊?怎么一接触它就发出报警声呢?”DD同学们,这就是一种新型玻璃。请大家打开课本14课,这就是今天我们要学习的课文《新型玻璃》。
又如在小学二年级的《坐井观天》,我们也可以用故事导入的方法:“小朋友们,你们喜欢听故事吗?”[边讲边播放多媒体课件]“在很久很久以前,有一口古老的井,在这口井里,生活着一只可爱的青蛙,这只青蛙在这口井里生活了许多许多年,可是它从没跳出过这口井,哪也没去过。有一天,从天上飞来了一只小鸟……”[老师讲到这里停下来,孩子们肯定会迫不及待地嚷着让老师继续讲。]这时,老师再告诉学生:“孩子们,故事讲到这里,老师也忘记后面的故事情节了,不过不用急,在我们的课本里写着呢!请大家打开课本《坐井观天》,拿起课本自己大声地朗读,看看后来发生了什么事情,请你告诉老师,好吗?”
这样,“吊”起了学生学习的胃口,学习的积极主动性也就自然来了。
二、直观式导入
所谓直观,也就是用感官直接接受的、直接观察的。采取直观式导入,可以使抽象的知识具体化、形象化,为学生架起由形象向抽象过渡的桥梁,为学生理解新知识提供感性材料,更好地激起他们寻求探索方法的兴趣。于是,我们可以充分利用观看图画、影片,欣赏音乐等方式直接刺激学生的眼、耳、鼻等感官,调动起他们学习的积极性。
1、观察图画。著名特级教师于永正老师在教学《惊弓之鸟》时这样导入:小朋友,我在黑板上画一样东西,你们看画的是什么?(于老师用彩色笔在黑板上画了一张弓,接着又画上弦与箭)[在学生一一指出后],于老师又缓缓地说:“大家知道有了弓,有了箭,才能射鸟。可是古时候,有个叫更羸的人只拉弓不射箭,就把一只大雁射了下来,这是怎么回事呢?今天,我们就来学习第二十七课《惊弓之鸟》,学了你也就明白这是怎么一回事了。
在这个导入中,于老师以图、画、照片、影象等导入课文,不但激发了学生的学习兴趣,还调动学生的视觉感官,使学生对事物有个形象的感知,同时再配以启发性的提问,也就大大地激发了学生学习的积极性,有力地发挥了学生的主体性。
2、导入要注意趣味性。杜威说:“成年人只有通过对儿童的兴趣不断地予以全面的观察,能够进入儿童的生活里面,才能知道他要做什么。”
设计导入要做到引人入胜,使教材内容以新鲜活泼的面貌出现在学生面前。这样能最大限度地引起学生的兴趣,激发他们的学习积极性,有利于引导和促进学生去接受新教材,防止学生产生厌倦心理。
从心理学研究表明,如果强迫学生学习,学生对所学的东西是不会保留在记忆里的。如果学生对所学的内容感兴趣,就会表现出主动、积极和自觉,学习时轻松愉快,不会造成心理上沉重的负担,学习效率自然会高。因此,教师应精心设计导入使学生处于渴望学习的心理状态,以便引发学生的思维,使他们以最佳的心理状态投身到学习活动中,为整个课堂教学过程打下良好基础。
从形式上看,教师可以从解题入手,单刀直入;也可以从文中提出问题,引起悬念,顺势导入;此外,引一条格言,打个比方,解释一个典故,介绍作者生平轶事等,都可能引起学生的极大兴趣;还可以通过让学生猜谜语、做智力游戏、做实验等形式唤起学生求知欲、激发学习情趣的,所以教师的导语设计应尽可能的生动活泼、形式多样。当然,导语设计追求生动、活泼、有趣,但绝不能故弄玄虚、哗众取宠,那样反而会冲淡和影响新课教学。
3、导入要注意灵活性。“导”无定法,切忌生搬硬套。对于不同的教材和教学内容,应采用不同的课堂导入方式;即使同一教材、同一教学内容,课堂导入对不同的班级也要有不同的导入设计,使用不同的导入方法。这需要我们根据所教班级的具体特点,进行具体分析而定。如较沉稳班级和较活跃班级的导入设计应有所不同。对于同一个班级来讲,课堂导入的方法也要经常变换,这样才有利于保持学生的新鲜感。
另外,对课堂上的“突发事件”的处理,也是最能反映老师的应变机智和驾驭课堂能力,它要求我们避免简单化,多讲点方法和技巧。
4、导入要注意启发性。“启发性”是指导语要有思考的余地,能引起思索。
导入如果对学生接受新内容具有启发性,就能使学生实现知识的迁移。在导入时,教师可以通过一些浅显而简明的事例,使学生得到启发,引导学生去发现问题,激发学生解决问题的强烈愿望,调动学生思维活动的积极性,促使他们更好地理解新内容。
启发性的关键在于启发学生的思维活动。而思维往往是从问题开始,又深入问题之中,它始终与问题紧密联系,学生有了问题就要去思考、去解决,这便为学生顺利地理解新的学习内容创造了前提条件。它能使课堂教学获得好的教学效果。因此,导入能否引起学生的积极思维,能否使学生创造出思维上的矛盾冲突,能否使他们产生“新奇”感,是导入成败的关键所在。
5、导入要注意严密性。导语设计不能模棱两可,含糊其词,导语的语言和形式都应恰当、准确。无论设疑、引证、说明、比喻等都要明确、精当、不使学生产生歧意和误解,使学生思维顺势进入新课的正确轨道。当然导语也要注意思想性,不能只顾及了知识性、趣味性而忽视了教育性、思维性。
本文拟就如何在物理教学中回归学生的主体地位,充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用谈几点体会。
一、建立新型的师生关系,激发学生的主体意识
目前越来越多的教师已充分认识到学生主体地位的重要性,在课堂上想方设法为学生提供参与的机会,让学生在教学活动中掌握知识。教学中却经常会遇到这样尴尬的局面:课前教师为实现教学目标而精心设计的问题,学生因为紧张语无论次、答非所问,甚至少数性格内向的学生因害羞,闭口不答,教师因此而感到束手无策。这样不仅浪费了宝贵的时间,影响了教学目标的实现,而且体现学生主体、实现“三维目标”也成了一句空话。换位思考,毕竟在课堂上,众目睽睽之下,不远处还站着一位教师,学生在如此巨大的心理压力之下,能畅所欲言吗?能最大限度地发挥学生的自主性、能动性和创造性吗?为此,教师首先必须帮助学生克服心理障碍,建立一种平等、民主、合作的新型师生关系,才能让学生在课堂上自由自在地表现自己。
同时,教师与学生的关系又是十分微妙的,它需要师生之间长时间的交流与沟通,不断加深了解。只有这样,平等、民主、合作的新型师生关系才能建立。
二、创设问题情境,回归学生的主体地位
中学生有很强的求知欲,时常表现在思想上的困惑和疑问,正是这些思想和认识问题驱动着学生去追求知识、探索直理。教师可以通过自然现象、物理故事、实验课件、实例或复习、讨论等来创设问题情境,以问题为契机,适时引导,释疑解惑,帮助学生完成学习目标。
例如在讲授“自由落体运动”一节课时,首先创设情境——演示“牛顿管”实验。将金属片、小羽毛、小软木塞、小玻璃球等放到“牛顿管”里,将“牛顿管”迅速倒立过来,让学生仔细观察管内物体的下落情况;然后把“牛顿管”里的空气抽出去,再将“牛顿管”迅速倒立起来,再次让学生观察管内物体的下落情况。对比两次所观察的现象,金属片、小软木塞和玻璃球比小羽毛在有空气的“牛顿管”中下落得快,因为“越重的物体下落的越快”,似乎是不用解释,理所当然。但金属片、小羽毛、小软木塞和玻璃球在“没有空气”的“牛顿管”中下落一样快,学生感到不可思议,惊讶之后就有问题提出:这是为什么?这一情境所引发的好奇心,自然将学生引入到教学内容之中,并积极参与寻求解决问题的答案。在教师的引导下,通过对问题的分析、讨论、总结,知道了金属片、小软木塞和玻璃球比小羽毛在有空气的“牛顿管”中下落得快,是因空气的阻力对轻重不同的下落物体影响不同所致,并总结出“物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,叫自由落体运动”。通过进一步的引导推广,使学生知道,所有的自由落体运动的物体运动规律相同,与物体自身的轻重、形状和体积大小没有关系。这样的教学模式让学生在学到知识的同时又体验到了知识的构建过程,使学生真正成为学习的主体,学生的主动性、积极性和创造性都得到了充分的发挥。
三、尝试探究教学,发展学生的主体能力
探究教学实质上是一种模拟性的科学研究活动。它包括相互联系的两个方面:一是有一个以学为中心的探究学习环境。这个环境中有丰富的教学材料、各种教学仪器和设备等,而且这些材料是围绕某个知识主题来安排,而不是杂乱无章。让学生在民主和谐的课堂气氛中,大胆地作出种种设想,并自由寻找所需要的信息,以自己的方式检验自己的设想。二是给学生必要的指导和帮助,使学生在探究中有一个明确的方向。这种指导和帮助主要是一些有一定内在结构、能揭示各现象间联系的各种教学材料,以及在关键时候给学生必要的提示等。例如,在探究“功与物体速度变化的关系”的教学时,由于直接探究力对物体做功与物体的速度变化之间的定量关系比较复杂,如果教师不注重引导,学生可能就会迷失方向,无法完成探究。因此教师必须发挥主导作用,帮助学生制定科学的探究方案,将复杂的定量关系进行简化,并考虑如何减小实验误差,确保数据的准确性等,同时提供必要的实验器材。探究过程中学生难免会遇到一些困难和问题,教师应给予必要的指导和点拔,对学生在实验中出现的操作不规范甚至错误,应及时给予纠正;对学生在实验中有价值的大胆创新应给予鼓励;对数据误差较大的实验小组,应帮助他们分析原因,指导学生拟定改进方案。只有这样把学生看成学习的主体、认识的主体、发展的主体,才能充分发挥学生在学习过程中的主动性和积极性,激发学生的学习兴趣,营造宽松和谐的学习气氛,最大限度地发展学生的主体能力。
由于受到传统教学思想的影响和高考束缚,回归学生的主体地位不是一蹴而就的,需要全社会的认可、高考制度的进一步改革和家长的理解,教师在教学中才能大胆地让学生积极主动地参与到教学活动中去,并充当教学活动的主角,使学生真正回归主体地位,从而最大限度地培养学生的自学能力、独立思考能力、创新能力。
参考文献