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1.1特殊的教学对象
1)目前多数学生是独生子女,自我为中心的意识很强,他们渴望成功却又缺乏吃苦耐劳的精神,心里想学习却又不具备自我约束的能力;2)基础课程的上课方式多为同专业、甚至是不同专业的多个班级的合班课,学生人数较多,化学基础知识层次不齐,任课教师在课堂上很难做到照顾每一个学生的学习情况,再加上学时数的压缩,学生的学习效果直接面临一些困惑和难题:听课效果不好、抄作业现象常有发生、考试结果不尽如人意、无法与后续专业课程衔接等等;3)非化学专业学生对化学基础课的学习较被动,创新的主动性与积极性不强[3].以某高校园艺专业为例,在大一学年的第二学期,“分析化学”课程往往与英语及一些专业课程同时开课,相比而言,分析化学知识零碎,各类公式多,且抽象、难以理解,学生学习起来有枯燥无味之感,普遍反应记不住,因而缺乏兴趣,积极主动性不高,甚至出现畏惧心理;同时“重专业知识,轻基础知识”的现象也普遍存在.因此如何激发学生学习基础课的兴趣与主动性,最大程度地发挥他们的潜能,是摆在大学基础课教师面前的一个新课题.
1.2繁杂的课程内容
“分析化学”学科在整个学习阶段起着承上启下的作用.它由一系列分析方法所构成,主要包括化学分析法和仪器分析法,经典的化学分析法又可分为重量分析法和滴定分析法;仪器分析法主要有光学分析法、电化学分析法、色谱分析法等等,其中每一种分析方法因响应信号机制不同还可进一步细分.不同的分析方法具有不同的原理、条件、仪器、特点和适用范围等,既相互联系又各自成体系,涉及的知识很广,并且还在以日新月异的速度向前发展,各种新理论、新方法和新技术层出不穷.因此在这样的大背景下,如何在“分析化学”学科的教学中营造一种活跃思维、主动学习、充分体现学生主体地位的氛围,真正地提高课堂的教学效率,是每一位承担这门课程的教师值得思考和探讨的问题.
1.3机械的实验教学
在实验设计方面,简单的验证性实验多,综合设计的研究性实验较少[4],实验内容不能及时反映分析化学的发展现状与相关学科间的渗透交叉,并且多数实验都是在教师的“精心安排”下进行“照方抓药”,学生只需按部就班地跟着教材走就能完成实验,独立思考的机会不多,严重缺乏在方案设计、样品前处理及数据处理等方面的创造性锻炼.在实验授课方面,多数实验课程仍采用传统的“教师先讲解原理———学生接受,然后动手实验”的模式.教师“倾囊相授”,希望将所有的知识点都传授于学生,但与教师的教学热情相反,学生的积极性却往往不高,无动于衷,对实验内容的理解与设计基本依赖于教师的讲解,缺乏对未知知识的探求精神以及独立进行实践操作的能力.在实验操作方面,对于移液、称量等基本操作,虽然教师已详细讲解并演示,学生操作仍不规范,如在减量法称量时直接用手接触称量瓶,未用纸条和纸片;滴定时不注意观察标准溶液滴落点周围的颜色变化,却不时地抬头观察滴定管的读数;未进行半滴操作等.还有一些仪器较为精密、贵重,数量偏少,不能保证每个学生都能掌握所有实验细节,再加上操作步骤较多,一些学生怕操作不当得不到理想的数据,只简单做一些辅助的配合工作,甚至站在旁边“冷眼观看”,基本上是学无所获.综上所述,不难看出,目前“分析化学”实验教学相对比较机械.所以,如何建立新型的分析化学实验课程体系,采用新颖的教学方法,赋予学生更广阔、更自主的学习空间,使学生在知识和能力上获得双丰收,是一个巨大的挑战.
1.4单一的评价方式
多年来,“分析化学”课程的考核方式为期末闭卷考试这种单一的考核形式,课程最终成绩为期末考试的卷面成绩、实验成绩和平时成绩加权后的总评成绩.成绩高的学生可能是“临时抱佛脚”即考前几天突击复习的结果.这种考核方式虽然能较好地考察学生对“分析化学”课程基础知识的储备情况,却不能很好地反映出他们综合分析问题、解决问题的能力.因此,要使学生的创新能力、综合运用知识能力得到真正的提高,必须要建立一套科学的评价方式.
2“分析化学”课程教学改革的主要措施
2.1激发学生兴趣
美国教育家杜威指出:教育不是一件“告诉”和“被告诉”的事情,而是一个主动建设的过程.因此,在教学过程中应充分调动学生的积极性,激发他们的学习兴趣.为此,可采取在传统授课方式的基础上,增加图片、动画效果、视频等多样化的多媒体内容帮助学生理解晦涩难懂的理论内容,并注重与相关学科之间的衔接与联系,适时地把一些化学史、应用实例或社会热点问题引入课堂,使学生认识到理论源于实践,又能指导实践.对于食品类专业的学生,在讲解色谱分析法时,可介绍2008年我国发生的非法添加三聚氰胺的毒奶粉事件,进而向学生提出可用高效液相色谱法测定饲料和植物蛋白粉中的三聚氰胺,此外还可介绍引起社会广泛关注的二噁英、苏丹红、瘦肉精等食品安全事件及奥运会期间兴奋剂的检测;针对生物学专业的学生,在介绍绪论“分析化学”课程的重要性及应用性时,如果只是泛泛地说分析化学在生物医学领域有着非常重要的作用,学生其实并没有深刻的体会,这时可列举在生物大分子研究领域做出重大贡献而获得2002年诺贝尔化学奖的三位分析化学家约翰•芬恩、田中耕一和库尔特•维特里希,紧接着介绍分析化学在他们熟知的领域,如基因组学、蛋白质组学和代谢组学中发挥的重要作用.这种讲授方法不但会使学生进一步认识到“分析化学”课程在其所学专业的重要地位和作用,而且还能开拓他们的视野,最大程度地激发他们的求知欲和创新性,进而参与到分析化学的科研工作中来.另一方面,还应在现代教学理论的指导下,以“教师为主导、学生为主体,并凸显主体”为研究突破口,发挥学生主观能动性,把教师的“教”和学生的“学”统一起来,探索以学生为主体的教学模式,改变现在普遍存在的学生学得枯燥,教师教得艰难,大家都感到无所适从的局面,以达到在教学过程中,学生真正成为学习的主人,“快乐学习”、“学会学习”,最终达到提高人才培养质量的目标.例如,在教学实践中可采取学生参与的方式,先由教师提出分析任务,如水环境中As含量的测定、重要药物溶菌酶的测定[5]等,学生依据兴趣自由分组,先完成综述小论文,再由教师指导讨论各种分析方法的优缺点.这样,学生先是对这些分析任务产生浓厚兴趣,水环境中As的含量究竟是多少?国家标准允许的含量是多少?经常饮用超标水,会对当地人、畜产生怎样的不良后果?在此基础上,深刻认识到准确测定的重要性.通过查阅文献资料,了解到As的测定方法有滴定分析法、原子吸收光度法、电分析方法及紫外-可见吸收光谱法等,最后根据环境水样中As的含量范围及实验室现有的仪器资源,确定选用紫外-可见分光光度法.在此过程中,学生可将课堂中学到的分析方法的评价指标及各种分析方法的原理用于解决实际问题,逐步形成为达到分析目的而应采取的分析化学专业思维的方式和方法.
2.2优化教学内容
“分析化学”课程教材难度大、内容多、学时少,因此,教学改革首先要以优化教学内容为核心,重点突出专业性和实用性:
1)对课程内容进一步优化和精简,压缩同其他基础课程中相同或相近的内容,如氢离子浓度的计算等,这些在普通化学部分章节已经提到,可略讲甚至不讲,让学生自己去复习.
2)对于相似的知识点,应培养学生归纳、比较和触类旁通的能力.在滴定分析法中,可精讲酸碱滴定法,包括滴定分析法的共性(基本原理、滴定曲线、突跃范围及影响因素、指示剂、终点误差和应用等),然后通过对比和归纳手段,讲解配位滴定法和氧化还原滴定法;在讲授紫外-可见分光光度法时,可以给学生列举蛋白质含量测定的光度方法,如考马斯亮蓝染色法、双缩脲法(Biuret法),并将这些方法和之前学习的凯式定氮法相比较,使学生了解各种方法的优缺点.通过这样前后知识的贯通融合,达到了以点带面、以小见大、触类旁通的作用,不但大大节约了课时,也培养了学生自主学习的能力.
3)对于仪器分析内容,应把握教学重点,理清知识主线,突出方法间的联系与区别[6].仪器分析的主要内容实际上就是响应信号与被测物性质(与结构有关)、浓度之间的关系,教师应让学生彻底理解并掌握“利用峰位置可进行定性分析,峰高或峰面积可进行定量分析”这一基本规律.在三大类分析中(包括光谱分析、电分析和色谱分析),利用各自的峰位置可推断被测物的结构信息,而峰面积或峰高则可以反映被测物的含量或浓度信息.这种讲授方法会使学生对仪器分析知识有一整体性的认识,在此基础上再对不同方法进行比较.这样不仅可以收到较好的教学效果,还能帮助学生掌握学习知识的方法,最终达到双赢的目的.
4)将学科的前沿发展动态引入课堂教学.徐光宪院士指出,应把21世纪分析化学生龙活虎、立体多维的形象展示给学生,引起学生对该课程的极大兴趣.因此在实际教学中,应结合课程进度,适度地把学科最前沿的知识和最新的研究动态介绍给学生,注重知识面的补充和延伸.例如,在讲解分光光度法时,可引进现今发展最为迅速的碳纳米材料.碳材料的基本组成元素虽然相同,但由于这些元素的空间排布不同继而可形成不同的形态,有零维的碳点、一维的碳纳米管、二维的石墨烯等,不同的碳材料在紫外-可见光区域有不同的吸收峰,根据吸收峰(尤其是最大吸收波长)的位置可进行定性分析,区分不同的碳材料,根据吸光度的大小可进行定量分析,确定碳材料的浓度或含量.同时可利用透射电镜、原子力显微镜等进一步确定碳材料内部的精确结构,用共聚焦显微成像仪可观察其在细胞内的成像情况,为将其进一步应用在重大疾病的诊断和治疗方面提供理论依据.另外,对于现代分析化学中单细胞实时分析、单分子检测等前沿技术,可以专题的形式介绍给学生.最后,还可以让学生通过图书馆的网络资源(如中文的CNKI和英文的WebofScience)追踪相关领域的最新动态,这样不仅为课堂注入了新鲜血液,而且能激发学生探索科学的兴趣,有利于创新能力的培养.
2.3强化实验环节
“分析化学”是一门以实验为基础的学科,实验教学起着课堂教学不可替代的特殊作用,它不仅能使学生验证和巩固理论知识,而且能培养学生观察、分析和解决问题的能力,养成严谨、细致、实事求是的科学态度.因此,如何使学生的实验效率最大化,用“心”体会实验内容,一直是“分析化学”教育工作者长期以来不断追求的目标.最近几年,有关实验教学的改革如火如荼,笔者所在的学校也积极响应号召,针对“分析化学”实验教学进行改革.
1)在实验内容的安排上,保留具有代表性的经典实验,通过这些实验的练习,使学生规范地掌握基础实验的分析方法和操作要领.除此之外,增加一些与实际生活有紧密联系的综合设计性实验,内容的选择注重各专业的通用性,如食醋中总酸度的测定、日用卫生纸中荧光增白剂的检测,并让学生自行提供样品.这些实验很好地锻炼了学生在文献检索、实验方案设计、样品前处理、仪器操作及用计算机软件处理数据等方面的能力,大大地提高了学生的参与感和成就感,全方位地培养学生的化学素养.
2)在实验讲授和学生的操作训练方面,摒弃教师“一切包办”的理念和“老师讲,学生听”的单一模式.对于分析天平、滴定管等常规仪器,在课前预习的基础上,教师对每一项基本操作技能(包括操作规范、操作要点和技巧、注意事项及影响实验成败的关键因素等)边讲边示范,让学生先在感官上对基本操作技能有初步的印象,然后再通过大量的独立操作练习得以强化;对于一些涉及到精密贵重仪器的实验内容,可采用“虚拟实验”的方式,通过图片、视频等多媒体仿真动画教学,将仪器工作原理和实验过程通过三维虚拟动画的模式直观展现出来,教师要适时地对操作中可能出现的问题进行讲解与引导,尽可能提示操作可能出错的地方以及出错所导致的不良结果,增强学生的感性认识,减少实验中由于操作不当等造成的不必要的损失和浪费.
2.4科学评价学生成绩
要培养适应社会发展需要的多元化创新人才,必须要有科学的评价方式.基于此,要改变以“考试分数论英雄”的做法,强化对学习过程、学习能力的评价,构建多元评价体系.笔者在授课过程中均采用结构评分来组成课程的总成绩,即总成绩=平时成绩(10%)+实验成绩(30%)+期末考试成绩(60%)综合考察学生学习情况,其中平时成绩改变以往所用的点名或签到次数计算的方式,而是通过对学生在课前预习、随堂练习、课堂讨论及课后复习的总体表现来确定;实验成绩采用综合评定标准,包括预习报告、实验操作、实验报告、纪律清洁四部分,学生编造实验数据及结果的不良风气得以纠正.实践证明,这种成绩评定方式有利于调动学生学习的主动性,激发其学习热情,真实地反映了学生对“分析化学”课程“三基”知识的掌握情况,最终达到提高教学质量的目的.
3结语
一、新旧关联,旧中引新。教学中要善于在联系有关旧知识的基础上,抓住新旧知识的连接点进行旧中引新,设问激疑,以引起学生的有意注意。例如:教学“铵盐的性质”时,可先复习氨气的实验室制法,然后选择NH4CL为新旧知识的连接点,创设疑问:实验室制取氨气时,能否用(NH4)SO4、(NH4)CO3、NH4NO3、(NH4)3PO4代替NH4CL?小小问题就像敲门砖一样,敲开了疑问之门,使学生全神贯注地投入到新知的学习中来。
二、平中出奇,新颖别致。好奇是学生学习的内部动机。生动鲜明、新奇有趣的实验现象最能唤起学生的学习兴趣,诱发好奇心。例如,讲授“原电池”一节时,先让学生动手实验:将锌片与铀片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中,进一步验证锌与稀硫酸反应,铜与稀硫酸不反应的结论。然后将锌片与铜片用导线连接起来,再同时插在稀硫酸中,发现铜片表面立即有大量气泡逸出,而锌片表面则几乎没有气泡产生。这个“一反常态”的实验现象能引起学生极大的兴趣,思维特别活跃。在这样的情境中开展教学活动,定能收到不同凡响的教学效果。
三、引发急诊,加深理解。学生在回答问题或解答习题时出现的错误,有的是个别的,偶然的,而有的是具有共性。教学时,教师应有意识地让学生中的普遍性错误暴露出来,分类设疑引发急诊,在急诊中强化对这种错误根源的认识和分析,达到知其所错,以求防错的目的,加深了理解。
化学教科书中的实验主要是以验证或巩固相应知识为基本出发点来设置的验证性实验,学生只要根据给定的实验方案操作,并把观察到的实验现象记录于给定的实验册中,再填空式地写上可预期的实验结论和解释,就算完成了实验,同时教师也要求学生在实验前写预习报告,实际上这样刻意去做,不仅费时费力,而且抹杀了学生探究、创造的机会。
1.1以实验现象为出发点的探究如何将验证性实验转化为探究性实验,以实验培养学生的探究能力,是教师在教学中应当要思考的问题。将问题直接暴露在学生面前,可以促使他们去思考、去提问。在探究性实验的假说验证过程中会遇到各种困难,以职业院校的学生所拥有的知识水平,很难得出完全符合实际的正确的结论,这就更需要老师的正确引导,在得到实验现象的同时更注重过程。这既是探究性实验的特点,更是探究教学的精髓。
1.2以实验的装置为出发点的探究化学实验装置往往由常见的玻璃仪器拼凑而成:一种装置可能有多种功能,一种任务可以由不同的装置来完成。因此,利用实验装置进行有效的探究教学为化学实验教学开辟了新的途径,也为探究教学找到了新的切入点。一种装置的多种功能往往通过归纳综合而得来,一种任务的多种途径往往通过分析解剖或装置改进而得来。例如:制取气体的装置可以启发学生如何改变细节可以达到一物多用的效果。通过这样的实验装置的改进探究,不仅让学生从原理上理解了装置功能与优劣,还可拓展学生的视野,培养学生积极思考的发散思维,因为发散思维是创造性思维的重要组成。教学中的有效做法有:有意暴露教学实验中的矛盾,引导学生发现问题进行探究;多做设计性、探究性实验,增强实验内容的探究性等是培养学生探究能力的有效途径。探究的内容可以是条件、装置、步骤、产物、异常现象、失败原因的探究,也可以是实验绿色化、趣味化、生活化、现代化的探究等等。
2概念教学的探究
我国职业教育的特色是强调“双基”教学,在教学中,教师希望对每一个基本概念都能讲解深而透,只怕学生一知半解,有时会出现过分注重概念本身的含义与科学性,过分的精细,限制了学生的主动思维。
2.1加强概念间联系的整合探究概念与概念之间存在某些必然的联系,有并列关系,也有上下位关系,充分利用这些关系是有效实施课堂教学的关键,也是开展探究教学的一个研究视角。例如:在有机结构教学中有很多相互联系结构关系值得在教学中以联系的观点整合探究,如官能团间的相互影响:从甲烷、苯的性质,到甲苯的性质,发现甲基变活泼,能被酸性高锰酸钾氧化,苯环的邻对位性质变活泼,能与硝酸生成三硝基甲苯等等。教师如能够引导学生这样对所学知识点加以整合,同时利用化学实验、多媒体等资源为学生的自主学习、进行有意义的建构提供了有力的支持,对促进学生的抽象思维能力的发展也大有裨益。
2.2注重概念发展的整合探究职教化学中一些发展性的概念可采用模糊教学,不必苛责、“不求甚解”,在教学中灵活把握,才能体现教学的艺术。又如对元素周期表模型的建构中要抓住了建模本质:排表原则和原子核外电子排布三原则,通过学生亲身体验、尝试,不仅能加深对周期表理解,更能树立结构决定性质的理念。
3问题解决中的变式探究
复习是教学过程的重要组成部分,为了帮助学生突破重点、全面掌握化学知识和技能,提高复习的效率与针对性,在复习的过程中应以问题为导向,随时回归教材,找到知识在教材中的落脚点和延伸点,通过探究教学,不断完善和深化化学知识。笔者认为采用先以教材为本,后以问题解决中抓住其本质规律进行变式探究,在问题解决中要做到形变而神不变,紧扣知识主线,通过知识培养能力,提高复习效率。通过以问题导向的探究教学可以理清问题脉搏,抓住问题关键,提高解决问题的效率。复习也是巩固基础、优化思维、提高能力的重要阶段。在总复习时对典型习题、代表性习题或小专题更要多下功夫,不仅一题一得,更要一题多得,既能促使知识得到不断地弥补、完善,又能举一反三,从方法上领会解题过程中的审题、破题、答题的方式和奥秘等,以此培养良好的思维品质(严密性、敏捷性、深刻性、创造性和广阔性)。培养学生善于抓住关键,灵活地解决化学问题;能驾御化学问题的全貌,抓联系、作比较、会归纳、能延伸;能另辟蹊径、不拘一格地解决实际问题的能力。
4教学实践后的探究反思
探究教学在实施时需要学习者花费较多的时间和精力,在刚开始时从表面上看效率比较低,也不利于学生掌握大量的、系统的知识和练就全面的必要的技能。适应一阶段后,学生养成了探究的习惯,学习的主动性大大提高,学习效率就会有明显的提高。教师在教学中提供探究的课题以课本上提供的素材为主,不仅不影响对知识的系统学习,而且还能使知识更加全面和丰富,更能贴近实际生活。探究教学能让学生感受、理解知识产生和发展的过程,培养学生的科学精神和创新思维习惯,重视培养学生收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作和社会活动的能力。探究教学所强调的学生自主探索、问题解决、发现学习、科学精神等必将为创新教育开拓新的路径,使创新教育能够真正付诸于现实。探究教学博大精深,以上只是笔者在教学实际中对探究教学应用在中学化学教学上的一种尝试,虽然这种只是处于探究教学的初始阶段,教师的主导作用有时还过多,但学生已经向探究式教学方向迈出第一步,希望通过不断的尝试、总结,使探究教学能在以后的中学化学课堂教学中不断深入。
摘要:职业教育课程改革创导自主的、合作的、探究的学习方式。在化学课堂教学中深入开展探究教学可以有效地改变教师的教学方式和学生的学习方式,从而提高课堂教学效率,使化学教学与学生实际情况相适应。
关键词:探究教学化学教学
参考文献:
[1]靳玉乐主编.探究教学论[M].西南师范大学出版社.2002年.
[2]刘知新主编.学科素质教育丛书·中学化学[M].山东教育出版社.1999年.
[3]陆禾,郁波,林敬文著.陆禾化学教学艺术与研究[M].山东教育出版社.1997年.
关键词:隐喻文化意识英语教学有效途径
一.引言
隐喻作为一种语言现象,是人们感知和体验现存社会的认知工具,它深植于人类的语言、思维和文化中,是语言理解和语言习得中不可缺少的工具,在语言文化发展中起着主要的、决定性的作用。语言中要特别注意隐喻的理解,在语言教学中增加文化的介绍是十分必要的。笔者从隐喻的角度入手,从加强文化引入和提高文化差异意识两个方面探讨英语教学中加强文化意识的途径。
二、利用隐喻,增强文化意识的有效途径
2.1加强文化引入
隐喻是一种普遍的现象,因不同的文化而具有不同的形式,因此在跨文化交际中要特别注意隐喻的理解,在语言教学中利用隐喻增加文化介绍时十分必要的。
在词汇教学中,教师对一些词和词组特别是习语引入一些文化背景。习语通常被看作是一些固定短语,其意义不能从句子的单独成分中得到,因为他们的意义是与文化密切联系的。因此在教授习语的时候,教师除了要引入一定的文化背景,还要要求学生课后查阅词典了解它的来源和隐喻意义。在培养学生灵活使用习语的能力的时候,教师可以教师可以把习语放在不同的语境中让学生加以理解。教师可以通过总结一些相关的例子进行目的语的文化引入。例如,英国和其它西方国家信奉基督教,因此,英语中出现的大量的隐喻与基督教有关,“shepherd”,“themorningstar”,“sonofman”都可以用来指代耶稣。教师可以使用这样的例子引入文化背景和增加学生的文化意识。
在翻译教学中,教师可以举例在翻译前引入文化背景,例如,尽可能清晰易懂的口头引入;分发资料分组讨论;要求学生课前阅读相关资料的文化背景等等。教师也可以在翻译的过程中引入文化背景,例如:
PeopleconsiderthatwhathehadplayedonoccasionwasnomoreJudasKiss.
在翻译这个句子的过程中,学生必须要了解关于“Judas”的背景知识,在这种情况下,教师的文化介绍是必要的。学生们了解了这一背景知识后,教师可以引导学生尝试不同的方法翻译这个句子。要加强学生的隐喻认知,也要加强他们的文化意识,在英语教材中,随处可见隐喻表达,特别是习语,他们与文化密切相关。由于中国学生是在非英语文化环境中学习英语,他们的英语语言输入量是有限的,因此他们发现理解一些逼真的和程度比较深的语言材料是很困难的。在这种情况下教师加强学生的文化意识和提供尽可能多的文化背景知识是必要的。例如:
Beingateacherisbeingapresentatthecreation,whentheclaybeginstobreathe.
理解这个句子的关键在于“creation”和“clay”的隐喻意义,他们的隐喻意义来自于《圣经》里上帝用泥土造人这一说法,如果学生具有这方面的相关知识,他们就不难理解这个句子,其中教师的工作被比喻成上帝的创造。
教师还应该通过具体的例子加强学生的文化意识,如果必要提供给他们某一词汇的文化背景知识,以此加强学生在一定文化背景知识下学习词汇的能力,从而避免单纯从字面上理解词汇。久而久之,学生就会倾向于重塑他们的文化观,用英语的思维方式学习英语,同时他们的隐喻能力也得以逐步得以加强。
2.2.提高文化差异意识
文化对比对提高学生的隐喻意识也是很有帮助的,因此对比目的语和原语之间的差异是一种很好的教学方法。文化差异广泛存在于词汇,语法和语篇中。在英语教学中,教师可以引导学生通过两种语言的相同之处来学习词汇,另一方面,也要注意文化差异,和有意识的发展学生的文化差异意识,从而塑造他们对词汇,语法和语篇的英语思维模式。
在词汇教学中,除了教授字面意义外,教师还应该让学生了解词汇的内涵意义。“Dragon”在汉语中是一种吉祥的动物,于是就有了“龙腾虎跃”,“龙凤吉祥”,“龙运”和“中国龙”等说法。然而,在英语中“龙”具有“邪恶”的意义,于是就有了“theolddragon(thedevilSatan)”和“tochasethedragon(totakeHeroin)”的说法。如果学生具备了这方面的知识,当他们在英文中碰到“dragon”这个次的时候,他们就会用英语的思维方式区理解这个词以及整个句子的意义。在英语中,有很多的表达方式不能单独通过表达成分的字面意义来理解,因为它的意义是英语文化所独有的。“Awalkingskeleton”在英语中被用来描述一位瘦骨嶙峋的人,然而英语学习者第一眼看到这个词的时候,很容易会想到“行尸走肉”。在这种情况下,教师可以先引导学生进行文化对比,防止他们从字面上理解这个词汇的意义。
在语法教学中,也应该注意引导学生进行文化对比。教师可以通过引入两种语言的思维模式的差异开始文化对比。例如,在思维的顺序上,英语文化的人倾向于抽象思维,经常是从小到大进行思维,然而汉语文化背景下的人倾向于具体思维,经常是从大到小进行思维。在英语语篇中,有大量的隐喻思维,具有把动词转化成相应的名词的特征。例如:
①Igavehimafriendlyrefusaloftheparty.
②Everyyear,voicesrisetoprotesttheinsanecommercializationofChristmas.
教师应该提醒他们注意这一特殊的语法现象并且进行细致的练习。
再者,教师可以通过概念隐喻来开展文化对比。英语中经常把“爱”比作是“旅程”,而汉语中却比作为“伴侣”。这种差异可以通过下面的表达体现出来:
Theywenttoseparateway.----他们劳燕分飞了。
Theycan’tturnback.----他们无法再牵彼此的手。
Theyhavecomesofar.---他们相知相伴多年。
这样的对比不仅能够加强学生的文化意识,而且能够增加他们释义和使用隐喻的能力。
三.结论
论文摘要介绍扫描探针显微镜教学演示软件。该软件将CAI技术和SPM技术结合在一起,主要运用文字说明,静态图像,三维动画,模拟仿真等方法,对SPM的初学者进行SPM的原理介绍和使用培训,可以大大缩短他们的学习时间,并能使其在较短的时间内对SPM有一个较为深入和全面的了解。
ApplicationofScanningProbeMicroscopeinMachineryTeaching//YueRui,ZhuWengsheng
AbstractThissoftwarecombinesCAItechnologywithSPMtechnologyandmainlusesmethodsoftextexplanation,three-dimensionanimationaswellasmathematicalsimulationtotrainthebeginnersofSPM.Afterusingthesoftware,thebeginnerscanquicklygetdeepandwholeknowledgeofSPM.
KeywordsscanningtunnellingmicroscopeofNANOVISUAtape(STM);Pictureprocessing:ScanningProbeMicroscope(SPM);AtomicForceMicroscope;teachingeffictiveness
Author’saddress
1.GraduateSchool,NanjingAgricultureUniversity,210095,Nanjing,China
2.LianshuiVocationEducationCentre,223400,Lianshui,Jiangsu,China
1引言
1982年,IBM瑞士苏黎士实验室的葛·宾尼(G.Binning)和海·罗雷尔(H.Rohrer)研制出世界上第一台扫描隧道显微镜(ScanningTunnellingMicroscope,简称STM).STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的[1]排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景,被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。为表彰STM的发明者们所作出的杰出贡献,1986年宾尼和罗雷尔被授予诺贝尔物理学奖金.NanoVisual,教学型扫描隧道显微镜可在机械教学中发挥良好作用。
2教学型NANOVISUAL扫描隧道显微镜
NanoVisual是针对高等院校实验课程和中学素质教育而设计的教学型扫描隧道显微镜。为了适应教学要求,NanoVisual去繁就简,扫描部件高度集成,操作流程简练便捷,具备工作原理清晰、稳定性优越等特点。在线控制软件和后处理软件用户界面友好,辅以生动的教学课件,引导学生轻松掌握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法。[2]NanoVisual扫描隧道显微镜具有一定的可扩充性,可以根据需要增加某些功能部件,从而具备一定科研能力。
3主要性能
扫描图像BMP/TIFF全兼容文件格式,当前全部工作环境参数同步保存。基于WindowsXP/2000/9X的在线控制软件和后处理分析软件,简约化的扫描隧道显微镜探头,初学者只需经简单的培训即可掌握操作方法,具有I-V曲线等测量分析功能,具有图形刻蚀模式和矢量扫描模式的纳米加工技术,样品尺寸直径30mm、厚度10mm。主控制系统采用德州仪器(TI)32位数字信号处理器(DSP),每秒可实现高达10亿次32位运算。主控制系统采用10M/100M快速以太网(FastEthernet10/100)与计算机连接。[3]全数字控制,系统状态、仪器类型、扫描器和探针架参数智能识别和控制。具针尖表征及图像重建功能(针尖形貌估计/图像重建/用已知针尖重建图像)。按功能模块划分的纵向插卡式结构,便于日后系统维护和升级。
3.1.技术指标
1)软件系统:基于WindowsXP/2000/9X的在线控制软件和后处理软件。
2)系统功能:扫描隧道显微镜(STM)。纳米加工和操纵,包括图形刻蚀模式和矢量扫描模式。
3)参数性能:电流检测灵敏度:≤10pA。图像分辨率:128X128,256X256,512X512,1024X1024。扫描角度:0~360°。扫描频率:0.1~100Hz。预置隧道电流:0.1~10nA。偏置电压:-2~+2V。
4)电子控制系统:8通道16-bitDAC,建立时间1.5微秒。通信接口:10M/100M快速以太网(FastEthernet10/100)接口。
5)机械性能:样品尺寸:最大可达直径30mm,厚度10mm。全自动步进电机控制进样系统。
4扫描隧道显微镜(STM)[1,2]原理分析
扫描隧道显微镜(STM)的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极,当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1nm),在外加电场的作用下,电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。这种现象即是隧道效应。隧道电流I是电子波函数重叠的量度,与针尖和样品之间距离S和平均功函数Φ有关.[4]。
隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏感,如果距离S减小0.1nm,隧道电流I将增加一个数量级,因此,利用电子反馈线路控制隧道电流的恒定,并用压电陶瓷材料控制针尖在样品表面的扫描,则探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出了样品表面的起伏。
将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接在荧光屏或记录纸上显示出来,就得到了样品表面态密度的分布或原子排列的图象[5]。这种扫描方式可用于观察表面形貌起伏较大的样品,且可通过加在z向驱动器上的电压值推算表面起伏高度的数值,这是一种常用的扫描模式。对于起伏不大的样品表面,可以控制针尖高度守恒扫描,通过记录隧道电流的变化亦可得到表面态度的分布。这种扫描方式的特点是扫描速度快,能够减少噪音和热漂移对信号的影响,但一般不能用于观察表面起伏大于1nm的样品[6]。
是利用SPM进行纳米加工的客观依据。同时也说明,SPM不是简单用来成像的显微镜,而是可以用于在原子、分子尺度进行加工和操作的工具。
5教学课程安排
1)第一周:原理简介与上机模拟。课后着手资料定向查询并准备实验报告。
2)第二周:演示与学生实验。先用铁丝作探针练习,熟练后再用铂铱合金丝制作针。指定样品(光栅)的测量。
3)第三周:改变电压及扫描角度重新扫描,进行图像处理。课后资料定向查询并完成实验报告。报告内容:心得、体会及建议,STM在某个领域的应用或STM仪器的某部件的原理。
4)第四周:宣讲实验报告,每人15分钟(包括5分钟提问)。
6图像处理
1)平滑处理:将像素与周边像素做加权平均。
2)斜面校正:选择斜面的一个顶点,以该顶点为基点,现行增加该图像的所有像数值,可多次操作。
3)中值滤波:傅立叶变换。对图像的周期性很敏感,在做原子图像扫描时很有用.
7结束语
在线控制软件和后处理软件用户界面友好,辅以生动的教学课件,引导学生轻松掌握扫描隧道显微镜的原理和基本操作方法.作为一种CAI软件,本软件界面好,操作简便。采用文字、图形、三维动画等方式将SPM这一尖端复杂仪器的原理和使用与计算机辅助教学这一形式结合起来,经部分人员试用后,效果明显,反应良好。可大大增加操作者学习SPM的兴趣,并能起到事半功倍的效果,提高课堂教学效果。不足的是AFM和SNOM的数学模型还有待进一步研究。
参考文献:
[1]白春礼.扫描隧道显微术及其应用[M].上海:上海科技出版社,1991.84—86.
[2]MicrosoftPress,MicrosoftWindows:GuidetoProgramming,1990.
[3]HeinzelmannH.Instrumentaldevelopmentsandrecentexperimentsinnear-fieldopticalmicroscopy.ThinSolidFilms,1996,273∶149—153.
[4]戴长春,黄桂珍等.国产GSPM-930型扫描探针显微镜介绍[J].现代科学仪器,1998,(1-2)∶92—93.