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一、基于传感技术探究实验设计
在教学实践中我利用传感技术仪器进行实验能够得到很好的实验效果。分析教材、根据教学目标及学生的年龄特点合理选择利用数字化传感器材能够有效提高课堂实验效果。课堂实验探究的高效,传感技术仪器的有效使用,不仅需要分析教材,合理选材,还需要精心设计实验方案。只有通过有效的实验设计和规范的实验操作,以学生为主体性,让学生配合教师来完成实验,学生便于理解,又可增加学习兴趣,才能使实验变得简单易行,达到教学目标。以下是四上年级《运动起来会怎样》一个有关于心率传感器的实验。首先,连接手握心率传感器、界面和计算机。其次,启动LoggerPro或LoggerLite软件,最后,程序将自动识别手握心率传感器,这样就可以准备采集数据了。测量一个人在激烈活动,例如做跳跃运动前、之间和之后的心率;测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久。让学生在探究实践的过程中,注重体验和感悟,又便于学生对知识的接受和理解,从而也激发学生的兴趣。
二、传感技术探究实验室的组建
为了提高实验探究效率,保证实验教学的有效开展,创建探究实验室,合理利用“数字化”仪器设备是非常重要的。数据采集器和传感器的配备,主要用于采集并储存实验数据并根据探究需测定的参数。通过政府采购,我们采购到探究实验室套材,主要有湿度、音高、音量、光强、pH值、溶解氧浓度、电流、电压、氧气含量、二氧化碳含量等传感器,还可以根据需求来自行选择;同时,这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。计算机软件的安装将传感器插入计算机时,传感器可以精确地测量实验中获取的各种数据,并通过数据采集器传到计算机中,计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现,并进行分析处理。
三、传感技术实验器材在拓展课程中的应用
电路中对于设备的电流、电压的输入主要通过电流和电压来控制,通过输入稳定的电流来控制其输入的称为电流电源,通过电压控制其输入的称为电压电源,而对于后者人们可以通过得到稳定的电压发生的故障问题。
(1)有稳定电压,无输出电流或电流值极小,导致其元因主要是因为开关打开,外部负载电子无法进入,导致电流源过载,内部保护装置自我保护开启,不能输出电流,防止电流因过大而导致的设备烧毁。此褚敏哈尔滨劳动技师学院150000时我们需要及时的切断电源,使设备逐渐冷却重启电路,使原有的内部存储数据清除,保证负载顺利接入,检查电源,最后打开开关即可排除故障。
(2)物稳定电压,有极其大的电流通过,导致设备自我保护开启,电压信号切断。此时我们需要及时的切断电源查到电路板电压正负两极,确认电路板是否受损,检查电路板与电源线直接是否有短路或断路现象,检查电位器电阻是否有问题,保证其未受损的情况下,重新接通电源既可以排除相关故障。
二、关于可变电阻故障的处理问题
实验装置上一般都会有很多的可调电阻,这是为了通过改变电阻,改变电压,从而实验中可能需要的电流以为电力实验服务,在实际实验过程中,由于经常改变电阻值,使设备的电流改变,会影响其发生损耗或产生故障问题。
(1)可变电阻可能会遇到的故障当电阻极大时,可能会导致电流过大,通过设备就可能因电流过大烧毁设备;当电阻长期使用过后发生电阻丝损耗,变细或断裂时,就可能导致电流断路,无法正常工作,此时就需要通过更换新的电阻设备,才能重新连接电路电源。
(2)解决方法通过故障排查,简单处理后,将可变电阻丝去除,检查是否有开路、断路问题,如果没有开路问题,可检查电路本身是否有通过的电流产生短路现象,如果确定可调电阻丝已经出现断路现象,则需要将可变电阻更换新的,配备于设备中。
三、预防电力实验装置发生故障的措施
在对于故障电路的处理和维修过程中,首先要确保实验员的安全,建立合理而有效的处理解决方案,在排查故障中需要注意要严格遵守电力相关故障排查及处理操作步骤和相关条例,严格遵守、及时完成在故障排查过程中可能会遇到的问题,保证实验设备的操作流程和相关步骤,满足测量仪器的使用条例和使用方式方法的要求;要始终高度重视维修人员的安全保证其对于安全意识的教育,及时处理排查现场可能遇到的问题,加强对安全意识的教育和学习;注重对于电力实验过程中可能发生的故障问题的分析问题和总结问题的能力,加强其能力的提高,这有利于在今后的实验设备故障问题中的经验的积累,技术水平的提升,新知识、新技能的突破,通过不断的学习,在实践过程中检验能力,为今后可以更好的排查故障做充分的准备。
四、结论
1创新实验———用新仪器,打破成规
由于目前中学实验室建设不完善,选修1实施中的部分实验需要一定的资金支持,因为有的实验所需药品价格不菲。如通过PCR技术DNA多聚酶链式反应、扩增DN段、检测泡菜亚硝酸盐含量的比色仪和植物组织培养要求较高的实验条件。下面对新课程中要求实验用房及仪器配备做个简单介绍。(1)组织培养室的配置标准的组织培养室包括:洗涤室(区)、制备室(区)、灭菌室(区)、储放室(区)、操作室(区)、培养室(区)、观察室(区)、药品室(区)。这个区室划分比较细,学校可以根据实际情况进行合并。通常培养实验室主要有:准备室、无菌操作室、培养室、细胞学实验室(可选)。(2)自动基因扩增仪自动基因扩增仪是依据聚合酶链式反应(PCR:polymerasechainreaction)原理研制的一种全自动基因体外扩增装置,在生物工程、遗传工程等高科技领域有重要的使用价值。中学专用自动基因扩增仪是根据生物新课标要求,结合中学教学特点研制而成的。(3)电泳仪及电泳槽电泳仪和电泳槽是分子生物学的重要工具,是对PCR扩增片段进行琼脂糖凝胶电泳检测分析不可缺少的仪器。其主要特点是采用微电脑智能控制;液晶屏显示,同时显示电压、电流、定时时间;具有记忆功能;自动过压、欠压保护;自动空载无输出保护;自动过载、短路保护;输出定时、计时功能。(4)分光光度计分光光度计已经成为现代分子生物实验室常规仪器,常用于核酸、蛋白定量以及细菌生长浓度的定量测量。分光光度计采用一个可以产生多个波长的光源,通过系列分光装置,从而产生特定波长的光源,光源透过测试的样品后,部分光源被吸收,计算样品的吸光值,从而转化成样品的浓度。样品的吸光值与样品的浓度成正比。比色杯,是分光光度计的重要配件。一般测试核酸和紫外定量蛋白,均采用石英杯或者玻璃杯,但是不适合比色法测定。
2操作严要求———认真钻研,勇于创新
在教学过程中通过学生反映,大多数同学感觉这门课程较难,要改变学生的这种认识,首先需要教师最大限度的调动和激发学生的学习兴趣,使学生能够积极主动到参与到教学中,而不是老师自己在自言自语。多数同学反映细胞分裂、染色体理论、DNA分子结构和孟德尔遗传部分内容在高中生物中已经接触过,那么在这部分内容的讲述中可以很好的让学生参与进来,形成以学生为主、老师对他们之前没有接触的新的知识进行讲解和补充,这样不仅可以使学生真切的体会教师授课的辛苦,更为关键的是可以充分调动同学们的积极性和主人公的参与意识。这种形式的教学不仅使学生对课堂知识掌握更牢固,也锻炼了学生们的课件制作、演讲等能力。在讲到体细胞遗传如克隆和基因组学如转基因部分等最新热点问题时,可以采取更为灵活的教学形式,如辩论赛、专题讨论等形式。这既打破了传统的以教师为中心,学生被动、消极的接受知识的局面,也有利于启迪学生的创新思维能力,对培养新的经济体制下的新型全面的人才也非常有利。通过各种途径让学生参与到教学活动中,在培养同学们参与意识的同时,充分调动了同学们对遗传学课程的兴趣,同时也加深了对重点和难点内容的理解。
2充分使用多媒体和网络教学手段
遗传学作为生命科学专业的一门专业基础课程,部分章节或内容相对抽象,学生不易理解,这时可借助多媒体教学把生命的微观结构或动态生命过程通过动画形式展现出来,或把课堂难以控制的演示实验通过播放录像的形式演示出来,或把某些应用性强的知识通过视频教学方法展现给学生,使学生真正理解所学知识,从而实现宏观与微观、整体与局部、动态与静态的有机结合。利用当代大学生对互联网的依赖性,可引导他们利用网络进行专业学习,将课堂教学与引导学生网络学习相结合。如在讲到某些热点问题时,可引导学生自己通过互联网查询相关信息,并把自己了解到的、体会到的给大家讲解,这样通过广泛的发挥同学们的作用,使大家都可以了解到相关的最新学术信息。互联网教学不仅提高了教学效率,丰富了学生的知识面,也使学生参与进去,培养其主人公意识,真正对该学科产生兴趣,从而愿意学、乐意学。
3引入实验教学
遗传学课程牵扯到许多的实验,如DNA是遗传物质的证明、遗传定律的证明、PCR技术、染色体核型分析等如果没有实验教学而只有理论教学的话,就会使学生相对难以理解。这门课程本身就是理论与实践相结合的学科,通过开展相关实验,不仅验证了课堂教学的理论,而且可培养学生的实验设计及用理论知识进行实验技术分析和解决问题的能力,使学生养成良好的科研习惯。纵观国内众多相关院校都开展了遗传学的实验教学,因此我们可以参考和学习他们的经验,编写和制订适合本校学生的遗传学实验指导。综上,遗传学实验课程的开设非常有必要。
4注重理论与实践的相互结合
在传统的实验教学中,依赖的是硬件实验设备,这种实验设备价格昂贵,建设一个实验室至少需要30~40万元,在使用的过程中因为学生不能够熟练操作实验设备和仪器,容易造成损坏,维护费用也很高,使得很多实验教学很难开展。虚拟实验管理平台(建设成本大大低于硬件实验室)放置在学校的网络服务器中即可,依靠信息技术在计算机上最大程度地模拟出与硬件实验相同的实验环境,并且提供实验教学和管理一体化功能。平台内可以由教师设计验证性典型实验并制定实验评分标准,平台会根据学生实际实验情况并依据评分标准计算出学生实验成绩和学生在实验过程中出现的错误及存在的问题,教师再针对性普遍存在的问题进行讲解,做到教学重点突出。虚拟实验管理平台内部具有各种电子元器件和仪器仪表用以进行设计、连接、配置和调试,并可以根据需要进行添加,器件库比硬件实验室配备更加丰富。只要具备网络,学生可以利用任何能够支配的时间反复设计电子技术实验,即使是多个班级的学生同时做实验也可以,这样就解决了实验时间和实验场所受限的问题,实验过程不会造成设备的损耗;平台内部含有帮助功能,学生在自主实验过程中遇到问题可以自行查询解决问题,增强了学生的自学能力。
2采用虚拟实验管理平台和虚拟仿真软件的对比研究
虚拟仿真软件中元件采用的是元器件符号,仪器仪表采用例化的符号,界面方便整洁、易于调试,但是对于学生认知的能力帮助不大;虚拟实验管理平台内部的元器件和仪表仪器,是按照实际器件模型来进行建模。比如对于电阻来说,采用和实际实物相同的色环电阻,这对于学生认识实验器件和设备具有很大的帮助作用,对于仪器仪表也都是采用和实际仪表相同的操作界面,直观性强,可操作性高,避免了学生在实际实物操作过程中因为不熟悉实验设备而产生损失。虚拟实验管理平台中,在设计搭建电路之前要考虑元器件在整个区域的排放位置,如果摆放不正确就需要删除后重新搭建,这类似于在实际面包板中搭建电路,在设计电路之前必须先对整体进行布局思考;在仿真软件中搭建电路的整体摆放特别方便,如果有错误也可以进行整体移动。从这一点来说,采用虚拟实验管理平台没有采用虚拟仿真软件方便快捷,但是有利于学生提前思考能力的培养,尽量把问题解决在发生之前。对于虚拟实验管理平台和虚拟仿真软件相比,仿真软件的功能更强大,虚拟实验管理平台更加针对学生日常实验,而仿真软件更针对学生进行大型设计。在仿真软件中,如果有两条导线相连一般通过节点的方式,在虚拟实验管理平台中一般通过接到连接的器件管脚的方式,因为在实际中用面包板,不能够使用裸线,因此它们之间的相连是通过接到对应器件节点的方式。针对模拟电子技术课程中的三极管放大电路分别采用虚拟仿真软件和虚拟实验管理平台进行实验,并在学生实验后针对这两种方法和采用硬件实验进行了比较,95%以上的学生认为采用虚拟实验管理平台的方式比采用虚拟仿真软件的方式更加接近真实实验环境,如果能在课程实验中先进行虚拟平台实验,再进行真实实验互补的实验的模式能更加有效地促进实验能力。
3结论
电子技术实验、就实践教学而言,它是一门实践性、技术性很强的专业基础课,它强调其工程性、应用性与实践性。其目的应是培养具有创新意识和创造能力的电子工程技术人才。所以,培养学生的动手能力及创新能力是中等职业教育实验教学的重要目标,学校应在实验教学中打牢基础,逐步提高这种能力。首先,实验教学具备验证基本理论知识的功能,即验证性实验,这部分实验一般以各章节为基本内容,使理论知识得到进一步的巩固;其次是综合性实验,这部分实验的目标是在验证性实验的基础上增强学生对一章或多章,甚至是结合其他科目内容的归纳总结;最后是设计性实验,其目标是在掌握理论知识并能综合运用的基础上设计出具有创意的较高水平的小设计类实验,培养其创新思维能力。总之,中等职业学校电子技术实验教学的目标应包括:(1)让学生掌握与电子技术相关的基础理论知识和技能,熟悉基本实验原理,对电子技术学科有一个完整的、科学的认识,熟悉和掌握与电类工程专业应用密切相关的科学实验方法和技能;(2)了解科学发展的逻辑与科学研究的基本方法;(3)培养从事技术革新、技术改造和新产品开发等方面具有初步创新设计的能力;(4)逐步养成严谨的科学态度、科学的思维方式以及社会责任感。
二、电子技术实验教学的现状
从教学体制上看:在实际的实验教育中,电子技术实验附属于相应的理论课,实验教学学时多年来一直为时,约为总学时数的14%,任课教师普遍认为实验学时偏少,不能充分完成预定实验计划。同时,验证性实验所占的比例较高,实验题目和内容相对最新的科技发展水平及市场化需求具有较大的滞后性,教学实验体系与工程实际脱节,不能及时反映现代电工电子发展的最新成果。
从管理体制上看:由于各方面普遍不重视实验课,上级投入经费少、人员稀缺、仪器设备紧张等问题不能及时解决。实验课多数是辅助理论课的教学,在教学方式、教学内容和教学进度等方面受理论课制约。实验室规模小,人力、物力分散,实验教学队伍稳定性差,很难保证有一个相对稳定并能够深入开展实验教学的环境。
从教学过程上看:在目前中等职业学校的教学模式中,实验教学的课时较少且通常处于理论教学的从属地位,其内容也多为验证性的,很少形成完整的实验教学体系。同时,教师在详细讲解实验方法、步骤后,还要做一次演示实验,这样在课时本就不足的情况下,不仅浪费时间,而且不利于培养学生的创新思维能力。
三、深化电子实验教学改革的对策
1.改进实验设备,加强对学生实践能力的培养
选什么类型的实验设备,将直接关系到对学生实践能力的培养。鉴于此,在选购电路电工实验台时,学校应选择可由学生自己搭建实验线路、又能看到实际元器件的实验设备,这样可以大大加强学生对线路连接的感性认识,也为学生认识具体的电气元件提供条件。
2.建立一支高素质的实验型教师队伍
实行开放性实验教学,对实验教师和专业教师业务素质的要求较高。实验教师和专业教师除了要有必要的理论知识,还必须具备较强的动手能力和创新意识。电子技术发展迅猛,实验教师和专业教师必须及时学习和掌握新知识、新技术、新方法。只有这样才能指导学生设计出一个比较好的产品。因此,实验教师和专业教师必须不断学习,采用自学或进修的方式提高自身的业务水平。这样,拥有一支强有力的、稳定的实验教师和专业教师队伍才能保证电子技术实验教学更好地为培养目标服务。
3.革新管理理念,全面吸引学生
部分学校现有的创新室基本上只能做备用实验室,是否运转全凭学生的主动性。为了全面提高创新室的吸引力,拟定创新室形式上由专人管理,内容上由相关教师共同负责。具体为:学生上课时间和晚上自修时间,创新室应能随时开放,并提供学生所需器材和负责仪器维修;学生所做题目,一部分由实验中心邀请相关教师设计,其中包括将历年电子大赛题目分成若干小块,另一部分由学生自行设计,题目内容以综合设计性为主,其可行性需经指导教师论证,以免造成不必要的浪费;创新室开放时间、运行方式及准备的实验项目应随时公布于学生,以便学生提前准备讨论。
4.加强与兄弟院校“同行”的合作与交流是促进实验教学能力提高的有效途径
要提高实验教学的质量,就必须与实验、教学、科研能力强的兄弟院校的“同行”合作与交流。目前,合作与交流困难主要集中反映在教师间的实验教学、科研能力与水平存在着“差距”而产生的“屏障”。要缩短“差距”、消除“屏障”,首先要加强自身“内功”的“修炼”,提高实验教学的能力和水平,缩短与兄弟院校的“差距”。其次要积极主动地与实验教学和科研能力强的兄弟院校建立一种有效的、广义上的“联姻”机制,这种“联姻”机制是一种“紧密”与“松散”相结合的方式。“松散”型主要是通过教务部门在某些学科领域有方向性、有目的性、不定期地与兄弟院校的教师、专家、学者建立“友好联姻社”并进行联谊活动,为教师建立合作与交流的“桥梁”和“纽带”。而“紧密”型则是通过选拔本部门的培养对象进入水平较高的兄弟院校进行“深造”、“进修”。
总之,实验教学是学生实践的重要环节,也是能力培养的重要环节,这点对中等职业学校来说显得更为重要。因此,学校必须是要发挥人的主观能动作用,调动教与学两方面的积极性,并根据目前的实际情况,因地制宜,加以不断的探索试验,才能取得满意的效果。
【摘要】传统的电子技术实验教学方式和思维模式仅仅停停留在辅助于理论教学的层面上,已经跟不上电子技术行业的发展速度和方向,不利于培养学生的综合动手能力和实践创新能力。本文以电子技术实验教学的目标为切入点,研究了电子技术实验教学的问题和现状,并提出了有针对性的建议和对策。
【关键词】电子技术实验教学现状与对策
参考文献:
[1]杨泽富.电工基础实验教学改革的研究[J].2006,(10).
1.1化难为易、化静为动高校各个专业的实验课是高校教学课程的重要组成部分,高校实验课程一方面课时少、实验器材紧张;另一方面,学生多、任务重。在高校实验室的教学过程中,教师需要用大量的精力和时间来讲述说明实验的注意事项和实验步骤,但是教师的口述既抽象又枯燥,很难达到较好的教学效果,也起不到良好的示范作用。在实际的实验教学过程中,教育工作者经常头痛没有直观的演示可以给学生展示一些难以理解的实验步骤,通过多媒体技术,可以很好地解决这个问题,教师可以将相关的实验教学内容,制作成动态的图片或者图像演示,形成电子版的实验教案,或者在电子版实验教案中插入教学示范实验内容,在动态图片或者图像演示的过程中,配上语言的解说,将实验教学内容形象的演示出来。多媒体教学可以通过图片、文字、声音、视频等多媒体技术可以将实验教学内容化难为易,将枯燥的实验教学内容形象生动化,激发学生的兴趣,充分调动学生的主动性和积极性,便于学生的理解,扩展学生的想象空间,让学生感受到科学知识的魅力。
1.2制作电子实验课件,便于学生预习和复习高校教师可以利用多媒体技术,根据实验教学内容,制作电子实验课件,并且充分考虑不同实验的实验内容、实验方法、实验步骤和实验器材,开发通用版的实验课件,实现电子实验课件的广泛适用性。教师开发和制作高效的电子实验课件时,不能照搬实验教材内容,要充分利用多媒体技术的优势,发挥多媒体教学的积极作用,综合利用动画、视频、声音、图片以及文字等多种元素,制作出符合实验内容的电子实验课件。另外,教师还可以充分利用互联网资源,以校园局域网为背景,开发具有本学校特色的实验教学网络平台,便于学生可以自由下载进行预习和复习,这种方式有利于提高高校实验教学质量,实现了现代化实验教学过程。之前很多高校的计算机辅助教学实验课件是由专业的电脑人员编写的,编写出来的这些CAI电子版实验课件不能充分结合高校实验教学内容,不能很好地满足教师的教学需求。随着Multi-mediaToolBook、Director、Authorware等多种多媒体工具的快速发展,教师可以充分利用这些多媒体制作软件,根据不同的实验教学内容,开发不同类型的电子版实验课件。教师可以通过Authorware多媒体软件,在面向对象的应用开发环境中,编写简易的程序代码,利用丰富多彩的多媒体功能,开发制作实验教学课件。使用者不需要有多高的计算机技能,通过自学就可以掌握这个多媒体软件的使用。
1.3实现实验课程网络化教学随着网络技术和多媒体技术的快速发展和广泛普及,高校的实验教学可以打破单一落后的传统教学模式,拓展实践教学的空间,为学生提供更加广阔、方便灵活的实验平台和实验环境。充分利用多媒体技术的优势,拓展高校实验网络资源,对于高校实验教学具有重要的现实意义。高校的实验室教学教学可以应用交互式的实验仿真系统,这种多媒体的实验仿真课件集文字、动画、图像和声音为一体,更加能够吸引学生的注意力,激发学生的学习兴趣,这种富有吸引力和感染力的试验仿真系统,可以极大地提高高校实验教学质量和效果。首先,这种多媒体交互式的实验仿真系统在使用过程中方便快捷,由于这种实验仿真课件以校园网络为教学平台,学生只要登录到校园网络环境中的终端设备上,就可以根据自己的需要,随时随地地浏览和下载实验教学课件,便于学生的预习和复习,为学生提供良好的实验学习条件。其次,这种多媒体实验仿真系统交互性较好,通常多媒体实验仿真系统都具有形象的交互型界面,方便人机的交流和操作,并且这种多媒体实验仿真系统还设置有帮助文档,可以及时帮助学生解决疑惑问题,随时随地可以为学生提供帮助和提示,便于学生的使用,切实提高实验教学质量。再次,这种多媒体交互式的实验仿真系统的仿真能力较强,可以为学生提供近似于真实的实验环境,教师可以根据不同的教学内容,利用实验仿真系统,为学生提供不同的仿真实验环境,学生通过实验仿真系统就可以像在真实实验环境中一样进行实验活动,提高学生对于实验的操作能力。最后,这种多媒体交互式的实验仿真系统具有良好的修复功能,学生即使在实验过程中操作不正确,实验仿真系统也可以进行编辑修复,不会像在真实环境中损坏实验设备,这位学生的实验活动提供了很大的便利,也大大降低了学校的实验成本,提高实验资源利用率。
1.4知识共享信息时代,互联网是一个强大的网络环境,多媒体技术为教育工作者提供了大量的教学资源,为学生提供了一个更加开放、更加广阔的汲取知识的空间,在虚拟的网络环境中大量的共享资源,可以拓展学生的知识面,并且多媒体资源没有时空限制,信息资源更新快,学生可以随时随地查阅自己感兴趣的知识。通过多媒体教学,教师可以组织学生根据实验教学内容,通过浏览器查阅、下载学习资料,网络环境为学生提供了大量的学习资料,不同程度不同层次的学生都可以在网络环境中查阅到自己想要的学习资料,通过这种自主性的学习模式,激发学生的学习兴趣。教师还可以利用多媒体技术,通过MSN、QQ、聊天室、电子邮件等交流工具,加强和学生之间的沟通交流,及时了解学生的想法,学生可以向老师提出一些教学问题和意见,教师可以及时给学生讲解一些难点问题,彼此相互促进相互提高,提高学生的学习积极性和主动性。另外,在网络环境中不仅有丰富的实验学习资料,还有很多领域的专家和学者,教师可能只是某一个专业的学者,因此学生通过多媒体技术可以积极向网络环境中的其他专家学者请教问题,利用多媒体技术的信息反馈充实自己的头脑,激发学生的学习兴趣。
2结束语
三层B/S结构分为客户层、应用服务层和数据服务层,它是三层C/S的一种网络实现[5]。与C/S结构中的客户端不同,B/S结构的客户层只保留一个Web浏览器,Web服务器位于中间层应用服务层,数据库系统位于第三层数据服务层。Web浏览器和Web服务器之间只是简单的通信协议,其相应的功能由各自的组件独立完成,减轻了客户机的负担,却提升了数据库数据服务的效率;此外,由于Web应用程序主体被封装在Web服务器中,升级位于中间层的Web服务器中的应用程序即可实现每一客户端应用程序的更新,大大提高了系统的可维护性[6]。但由于三层C/S结构的分布功能弱、兼容性差、开发成本高、升级维护难度大;三层B/S结构相应速率低、交互性差、给数据库访问造成的压力较大,因此,采用三层C/S和三层B/S相结合的混合架构模式来搭建系统,扬长补短,发挥其各自优势:三层C/S结构用于安全性和交互性要求较高、数据处理量较大的子系统;三层B/S结构用于地理位置分散、数据流量较小的子系统。三层C/S和三层B/S混合的系统架构如图1所示。采用三层C/S和三层B/S混合架构,将所有业务逻辑封装于中间层,Web服务器和客户端要想对数据库服务器进行访问,需要经过中间层应用服务器的中转,提高了数据库服务器的安全性。
2将隧道技术和虚拟网卡应用于SSLVPN的建立
2.1SSLVPN技术
早期的程序设计中通常缺少关于网络安全的考虑,像telnet、smtp、pop3等协议都是以明文传递,即使是设置了重重安全保护机制的管理系统,机密资料在网络上传输时还是裸未经任何保护的明文资料,因而产生了许多可被攻击的漏洞。在实验室管理系统中,实验室管理员对学生进行远程管控、学生上机收费都是通过网络来完成的,在网络中传输的数据一旦被截获,学生的一卡通账户和密码、实验室的各项统计数据将有被篡改的危险,不但给实验室和学生带来经济损失,还会造成系统紊乱。因此,确保数据通信安全是非常必要的。我们采用较为先进的SSLVPN技术来保障网络数据传输。SSLVPN是指一种基于数据包封装技术使用SSL(安全套接层)协议来构建的VPN。它通过加解密等密码技术,将在公用网络上的连接包装成虚拟专用通道,能有效控制对内部数据的访问,减少来自公用网络的恶意攻击,大大提高了信息流通和网络的安全性能,是远程接入内网和远程访问内部数据较安全的技术[7]。传统的IPSecVPN需要安装客户端软件才能使用,而在SSLVPN架构下,使用者无需在客户端安装软件,只要利用浏览器,就可以通过网络进行资料存取和信息管理,显得更加的方便、快捷,是新生代的远程安全访问方式。传统的SSLVPN由于使用浏览器作为客户端程式,一些不适用以HTTP协议来执行的应用,就必须重新改写为Webbase的版本,或是加上新的Webbase介接程序,才能配合SSLVPN使用,这不仅增加了SSLVPN导入的成本,也增加了导入的难度,成为SSLVPN技术的限制。因此,本文提出用隧道技术和虚拟网卡改良SSLVPN的解决方案。
2.2基于隧道技术和虚拟网卡的SSLVPN
本系统通过SSL的四层隧道协议在公用网络中建构一条加密的私有专用通道,它是一种点到点的数据连接,客户端之间通过同一条线路进行数据传输,它将内部私有协议同主机网络隔离开来,并可以根据用户权限,允许授权用户或禁止未授权用户访问内网的资源和服务。隧道技术将数据流强制定向到特定的目的地,而且隐藏了内部私有协议,保护了内部的数据和资源,使得多种非IP协议数据包在IP网络上传输成为可能,最大限度保证了数据的安全可靠[8]。虚拟网卡是实现SSLVPN隧道和系统数据通信的重要部件[9]。它的主要作用是对传输的数据包进行编码和解码,在客户端,虚拟网卡对数据进行编码并发信息至服务器;在服务端,它对从客户端发送过来的数据进行解码,转化成明文后,再将其传输到物理网络中。虚拟网卡的功能通过Tun/Tap驱动程序来实现,图2为虚拟网卡驱动程序的工作原理图。Tun驱动模式构建点到点IP路由形式的VPN隧道,它虚拟点对点设备;Tap驱动构建以太网模型隧道,它虚拟以太网设备。如图2所示,虚拟网卡驱动程序就是核心态与用户态的一个接口,它通过用户态进行数据交互,不需要与物理网卡打交道。Tun/Tap驱动中的网卡驱动能够与TCP/IP协议栈之间进行网络分包的收发,Tun/Tap驱动中的字符驱动能够以字符设备的方式连接用户态和核心态,字符设备读取的是虚拟网卡发往物理层的字节流,而写入字符设备的数据则作为字节流被虚拟网卡接收。
3网络型入侵检测系统
随着校园网络攻击趋于隐蔽性和复杂性,实验室管理系统不能只单纯地依靠防火墙作为安全的防线,因为防火墙只能对进出网络的数据进行分析判断,而对于网络内部的异常事件无能为力,无法满足系统高安全度的需要。入侵检测系统(IntrusionDe-tectionSystem,简称IDS)则可以动态监控、预防或抵御系统入侵行为,作为对防火墙的补充[11]。基于网络的入侵检测系统(NIDS)使用基于统计和基于特征的两种检测方法,将网络适配器设置于混杂模式(promiscmode)下,,对所有本网段内的数据包、通信业务进行实时监控、侦听和分析,一旦检测到攻击或超越授权的非法访问,响应模块立即按照设置做出报警甚至直接切断网络连接。NIDS由于采用旁路技术,不会在主机中安装额外的软件,不需要改变服务器的配置,因此对网段中计算机影响较低,不会降低系统性能,即便NIDS发生故障,也不会影响正常业务的运行,是一项非常值得推广的系统安全防护措施[12]。
4合理的用户权限划分
本系统在数据库中建立权限表,将用户分为超级管理员、实验室管理员和学生3类。用户登录系统后,系统根据用户不同的权限级别,提供不同的菜单和功能使用模块。超级管理员具有最高权限,可以对系统数据进行设置和管理;实验室管理员可以对所管辖的实验室进行部分数据管理和功能应用;学生权限最低,只可以在系统中进行其相应级别的操作。通过对权限类别和级别的严格划分,本系统从根本上防止了用户的越权访问和控制失效等安全问题。
5结语
国外金融危机引起的增长低迷还没有消退,但大量围绕电力、通信、交通、环境的智慧型基础设施依然加紧实施。基础性的关键技术研究不断进步,如美国加州大学、麻省理工学院、奥本大学、宾汉顿大学、克利夫兰大学等在极低功耗无线传感网络、自组织传感器网络、传感器网络系统的应用层设计、基于IP的移动网络和自组织网络方面、结合无线传感器网络等方面开展研究,新加坡国立大学在无线传感器网络方面进行研究,物联网标准也在加快研究。另外,RFID技术、GPS/GIS技术的应用持续升温,IPv6、M2M、3GPP等技术的研究渐趋成熟,近距离无线通讯、传感器网络、泛在网络等网络技术也随物联网技术应用而快速成长,这也显示了物联网技术研究的不断进步。国内最早于1999年启动传感网工程,由中科院对物联网技术工程项目进行专门研究。近年来有更多的科研院所参与了物联网的研究,在物联网无线传感器网络节点方面研究突出的有南京邮电大学的UbiCell系列节点、中国科学院计算技术研究所的GAINS系列节点、香港科技大学的无线传感器网络节点;在无线传感器网络的软件及平台方面突出的有:南京邮电大学无线传感器网络研究中心开发的基于移动的无线传感器网络中间件平台、南京邮电大学的无线传感器网络集成开发平台MeshIDEMeshIDE、中国科学院宁波计算所的无线传感器网络分析与管理平台。在物联网理论研究方面提出许多具有创新性的想法的有,南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学。归纳总结上述研究不难看出,第一类属于基础性研究,如标准、节点、网络、平台等等,这类研究会对今后物联网应用提供支撑;第二类属于技术应用研究,如RFID、GPS/GIS、IPv6、M2M、3GPP等等,技术比较成熟,但更需要要研究整合应用;第三是理论方面研究,也有待于实践的验证。然而,上述三方面都不属于完整的物联网系统研究,该课题正好是要从一个完整的物联网出发去对物联网系统进行研究。
二、研究目标和内容
课题的研究,是根据智慧实验室建设的环境对感知、控制的具体要求以及使用人的功能要求,研究设计在小规模试验的环境下建立一个可供体验、实训、研究的物联网技术支撑平台及网络架构。1.研究智慧实验室建设传感网网络架构,根据新校区智慧实验室建设,各智慧教室的空间分布情况及功能分布情况进行相关的研究设计,提出完整的传感网网络架构方案。2.物联网技术支撑平台,研究传感及控制系统集成模块、管理系统模块及智能处理模块三个部分集成为一个整体的物联网,构成物联网技术支撑平台方案。该课题研究的核心内容是由感知及控制系统集成模块、管理系统模块及智能处理模块三个部分集成后形成的物联网。该系统不仅将三个部分叠加到一起,还将三个部分有机的集成,特别是智能处理模块要达到智能化的功能,要随时访问另外两个模块的数据,并根据访问的数据分析处理做出准确的判断,输出控制信号到控制系统交给执行机构执行。因此,要解决的重点问题是构成由三个系统模块组成的有机集成系统——物联网。要突破的难点问题是如何按照智慧实验室建设环境下对感知、控制的具体要求及使用人的功能要求,设计出有机集成的三个系统模块方案,并使其达到功能要求的智能化。
三、研究方法和实施步骤
1.1基础性实验
基础性实验多是验证性实验,侧重于对理论知识的理解,内容比较陈旧,手段单一,比如集成门电路实验、D触发器及其应用实验、集成电路计数器译码和显示实验等,学生们学习起来的兴趣缺失,对此少设置一些基础性实验,比例控制在整个实验内容的15%左右,达到对理论知识的初步理解即可。
1.2设计性实验
设计性实验是在学生已经掌握课程的基础理论知识、基本实验方法和基本实验技能的基础上开设的,有助于提高学生的创新思维,因此应当在整个实验内容中占有最大的比重,实验题目可以灵活多样,不再拘泥于实验指导书。老师可以提出实验要求和目的,然后让学生根据所学的知识和实验室的现有设备,通过查阅资料和文献,自行设计实验题目和实验步骤,老师只需要负责检查该实验是不是能满足实验目的和要求,并协助学生做好安全防护。这样的设计性实验提高了学生们学习的积极性,也锻炼了学生的创新能力,实验内容灵活多样,避免了枯燥单一,符合学生的培养目标。
1.3综合性实验
综合性实验从难度上来讲是最难的,因此占全部实验内容的20%及以下即可。综合性实验一般是多学科性质的实验,安排在学期末,在学生学完相关的知识后,综合电子、机械、计算机、信息等多学科的知识设计的实验。整个实验内容比较完整,做完实验后基本上可以做出一个小的实物。综合性实验也可以根据当下的学生竞赛进行设计,比如可以将飞思卡尔智能车作为一个综合性实验,让学生们进行设计,既全面巩固了学生的数字电子、机械、信息、计算机等方面的基础知识,还可以后续指导学生们去参加比赛,一举两得。总体来说,综合性实验难道较大,需要时间也较多,但是可以帮助学生们很好验证个学科知识,因此,老师们可以结合本专业学生的特点,合理的设置综合性实验。
2.电子技术实验方式的改革与创新
除了实验内容上的改革之外,实验方式的改革和创新也是十分必要的,即开放实验室。以往的实验都是由老师统一安排,学生们统一去做,学生们是被动的去做实验。现在可以根据各学校本身的情况,分批次开放实验室,即实验室不仅仅局限于实验指导书中老师布置的实验,学生们还可以通过提前预约等方式去实验室自己设计实验、验证所学的知识。这样一来,时间自由灵活,充分调动起学生的积极性和课余时间,促进学生们开发、设计更多的实验。为了方便实验室的开放,学校可以专门设置一个网上预约通道,每天定时由管理员进行统计预约实验数目,为学生进行时间上的安排,实验室的管理人员既可以聘请高年级理论和实践都比较优秀的学生也可以由任课老师轮流值班,并给予一定的报酬,保证实验过程中学生的安全,也便于及时解决学生们的问题。
3.电子技术考核指标的改革与创新
以往的实验考核标准基本上就是按照实验报告来评判,这造成了很多学生不认真做实验,而是寄希望于抄袭实验报告,今后可以设置三个考核标准,一是实验过程考核,实验时将学生分组,根据学生完成实验的时间、质量、参与实验的成分来给学生打分。二是设置口试考核,即在实验过程中,对每组实验的学生都提几个相关的问题,现场检查学生们的回答情况,据此来判断学生们对实验的理解和完成情况。最后就是实验报告的考核,根据实验报告对实验过程、实验结果的描述给予一定分数。将这三个成绩综合起来作为学生实验的总成绩,有助于督促学生认真完成实验。
4.结语
电子技术实验教学是工科电子类专业的一个十分重要的实践教学环节,随着微电子技术和信息技术的迅猛发展以及经济建设对人才需求的导向,电子技术实践能力的培养也变得更加重要。当前微电子技术的发展,计算机辅助设计技术的出现,大规模集成电路的应用推广,让我们对实践能力有了新的认识,那就是,系统的设计、组合、制作和测试能力,特别是计算机辅助设计能力和硬件接口技术能力,具体而言,电子技术实验教学的任务就是培养具有研发能力、创新能力的高素质人才,培养学生踏实、严谨的科学态度,培养学生的系统设计、制作和测试能力,培养学生的综合研发能力和基础理论运用能力。现实情况是,我们的电子技术实验教学大多采用传统模式,即电子技术实验教学附属于相应的理论课程,实验内容多为验证型。学生通过实验教学来加深对理论课程的理解,验证理论知识,熟悉基本的电子仪器的使用,用简单的电子元器件组成基本电路并测试、验证相关理论,实验教学的方法和手段也比较单一,基本上采用老师讲,学生做的教学模式。这虽然对学生的实践能力有所培养,但收效甚微。我们也进行了电子技术实验教学的一些探索改革,在个别的理论课程上尝试着把实验教学独立出来,如《数字电路》、《模拟电路》等,增加了各种各样的实习,如《电工实习》、《金工实习》、《电子实习》等,开设了实验课程设计,如《微机原理课程设计》、《单片机课程设计》等,有效地填补了实验教学环节的不足,解决了一些实验教学环节的不合理性。实验教学师资队伍的建设也存在一些问题。我们的实验教学的执行主要是依靠专职的实验教师和技术人员,当然也有部分的任课教师参与进来,但总的来说,实验教学的师资力量仍然紧缺,特别是高职称、高学历的教师。由于传统的教育思想的影响,长期存在对实验教学的偏见和对实验教学人员的不公正待遇,使得相当多的理论课程教师并不情愿参与实验教学工作。这些问题在这几年当中有所好转,但并不十分明显。由于并没有从具体的专业教学计划和行政功能配置中进行改革,实验教学的内容和进度仍然附属于理论教学,实验教学的条件仍有待改善,实验教学队伍的建设还有不足,我们的实验教学改革仍然存在着一定的局限性,还必须加大实验教学改革的力度。
2电子技术实验教学改革的初步探索
鉴于当前电子技术试验教学的现状,我们对电子技术试验教学改革进行了初步的探索,希望可以对高校试验教学提供一定的帮助和借鉴。
(1)提高实验教学在教学计划中的地位,设立校级实验中心,并在适当的时候推出开放性实验室。将原来附属于系的实验室集中起来,成立校级实验中心,可以集中学校有限的实验设备,实现教学资源共享,教学时间合理分配,集中从事实验教学的教师、技术人员和管理人员致力于实验教学工作,统一协调实验教学,研讨实验教学方法,交流实验教学心得。只要把握好实验教学方向,完善好实验教学管理制度,完全可以用有限的人力、物力,实现实验教学质量的提高。在实验教学的硬件、软件环境相对成熟的时候,推出开放性实验室,以培养学生的个性化综合能力。
(2)以培养学生实践能力为目标,更新实验教学内容,适当开设部分综合性、设计性实验,并实现实验教学的课程化。实验教学脱离对理论教学的附属关系,以培养学生的实践能力为目标,单独设课,单独制定教学大纲,实现实验教学的课程化、系统化。学生在实验教学中,不仅要完成验证性实验,而且要自己在实验中设计实验内容,在实习中制作实验产品,以培养系统设计、制作和测试能力,以及综合研发能力和基础理论运用能力。
(3)加强师资队伍建设,提高实验教学教师的地位,提高实验教学教师的综合素质,引进高职称、高学历的实验教师。新实验教学体制和新实验教学方法的推行,对实验教学教师的素质提出了更高的要求。指导教师不仅要验证学生所设计的实验的可行性,还要准备相关的实验设备和器件,更要面对学生在实验中所出现的各种各样的故障和问题,对教师的综合能力的要求可想而知。所以,实验教学改革能否成功,很大程度上取决于师资队伍的建设情况。(4)积极改进实验教学手段,广泛采用计算机辅助教学(CAI)和计算机辅助设计(CAD),实现实验教学的多元化发展。改变传统的实验教学模式,积极引进先进的实验教学手段,开展电化教学,在实验室采用投影仪替代粉笔,播放实验教学的系列录像等。制作CAI课件,演示实验教学,利用CAD和EDA软件,让学生进行实验电路的模拟设计等。这些可以丰富我们的实验教学内容,也提高学生的参与积极性。
3结束语
VRML(VirtualRealityModelingLanguage)是一种用于建立真实场景或三维场景的建模语言,它和HTML一样,是一种ASCII码描述语言,具有较好的硬件平台无关性。该语言通过文字描绘定义雾、动画、光、纹理映射等概念,然后再通过创建一个在三维空间中航行的命令,这些指令由再现器(Render,一个内置于Internet浏览器中或外部的程序)解释执行。1997年12月正式VRML作为国际标准,1998年1月正式获得国家标准组织ISO批准,简称VRML。VRML文件通常由文件头(Header)、事件的路由(Route)和场景图(SceneGraph)组成。文件头表明其遵循的国际标准及文件的属性。事件的路由可以将一些节点产生的时间传给另外的节点,从而使物体产生改变颜色、发出声音等特殊效果,使或三维空间里的物体产生运动。场景图定义了三维空间的物体及其属性。由于通过VRML可以将复杂的3D术语转换成动态虚拟场景,尤其是其可跨平台性和交互性强,从而使虚拟现实(VR,VirtualReality)在Internet上的应用更加广泛。
2构建虚拟世界
虽然VRML文件比较小,用户在创建虚拟场景时,较为困难的是如何构建一个相对复杂的三维几何体。让困难加倍的是,一切都需要用户从几种最基本的几何体入手,因为VRML并没有提供更高级的几何造型。因此,这就需要一个颇为有效的VRML生成工具。一般情况下,三维虚拟世界的建立依据的是现有的商业CAD软件。比如,在具体实践中,我们可以提供最常用的VRML输出接口,而且具有即时修改和所见即所得的特点。我们用3Dmax与VRML相结合的方法来进行演示制作。构建成一个基于VRML的三维虚拟世界需要我们在操作过程中,制作与修改同时进行。具体流程如图1所示。构建虚拟世界的具体操作:
①在3Dmax环境下制作动画及三维模型。
对于那些比较复杂的机械零部件要先用AuCAD来建模,然后通过3Dmax制作动画。
②优化处理三维场景。
3Dmax语言提供的优化器用来优化三维场景。尽可能地减少常用模型的分段数,以减小文件所占的内存空间,当然前提是不影响实际效果。
③VRML文件的输出。
VRML文件的输出是通过3Dmax软件文件菜单下的输出实现的。
④加入VRML节点以实现动态功能控制。
基于没有经过任何组织3Dmax输出的VRML文件,只是一些相对独立的节点放到了一块,就没有办法对他们进行控制。所以,应该加入VRML节点。再用Group、Transform把它们按照层次组织起来,构成示意图;并通过Route语句、TouchSensor节点和TimeSensor实现鼠标来控制动画;利用Anchor节点实现VRML虚拟世界中不同视点之间的相互切换等,一般的实现过程如图2所示。
⑤优化处理VRML文件代码。
我们对VRML文件代码进行优化的同时,要考虑到目前Internet的浏览速度、网络资源等限制因素。比如减少后续编程及VRML文件大小可以利用VRML语言本身提供的语法特性减少重复定义和描述。要提高网页的浏览速度,用LOD节点定义复杂模型的不同细节减少复杂模型重现时多边形的数目;避免重复描述结构相同或者相似的构件,可以采用DEF/USE节点来处理。
3实现交互功能
真实性和实时交互性是三维虚拟世界的远程虚拟物理实验教学系统最重要的特点。VRML支持的交互功能共有两类:
①Script节点产生的交互。
VRML的Script节点是一种控制传感器和内插器的节点,用来改变和定义场景中对象的行为和外观、VRML与外部编程语言程序的实现、VRML的交互性。通过程序设计(Script节点)可以解决利用交互节点产生的交互对网络及服务器要求较高,产生的反应延时等问题。当Script初始化时,程序会调用Script节点中的Java,并将命令从Java传递到VRML,由VRML文件中域的定义在Java程序中使用。事件在VRML场景中被检测到并传递给Java,由Java作出反应,反向进行也是这种传递的一大亮点。通过Script节点可以开发一些实时性的、多线程的交互操作程序,也可以实现场景与数据库的实时交互。
②由交互节点产生的交互。
科学教学的难点贵在对实验的理解,而不是机械的记忆,单纯的记忆只是一时的,所学习的知识还要在课堂上进行及时的巩固,巩固要在理解的基础上才能有效。要对学生所掌握的知识进行深刻的理解,就要借助信息技术,可以设计有趣的游戏与科学学科结合起来。比如在学习苏教版小学科学四年级上册《冷热与温度》一课时,这一课有个知识点,可以把这五个知识点设置成游戏的五个关卡,先是制作一个游戏情境,再把科学知识融入到这个游戏中,制作成FLASH。整个游戏界面美观,设计新颖,再加上动听的音乐,学生在这样的情境之下能积极参与学习,体现了他们的主体性,小学生在好胜心的驱动下,都能全身心的进行游戏练习,他们既得到了成功的喜悦,又能掌握了科学知识,真正理解了温度计的正确使用方法,同时也学会了读温度计,为接下来的实验操作做好了铺垫。
二、巧借摄像技术再现实验过程
小学科学的实验有很多种,同一实验中也有不同的操作方法与结果。如果把这些实验都一一做出来或者给学生演示是不可能实现的,但是,我们可把实验进行录制,再逐一对比。在演示之前,先让学生学习操作方法,让他们处于相同的条件下进行实验,还要告诉学生将对实验结果进行比较,这样,学生就初步了解了对比实验的基本方法。然后,再由学生进行实验,学生的分组由学生自己支配,各组自行设计与操作。让学生在实验中记录下自己的过程与结果,并对这个结果进行分析,实验是不是成功,影响成功与否的因素有哪些,从而设计对照组与实验组的相同条件和不同条件,最后通过实验自己得出因果关系。学生在实验过程中有各种各样的问题,他们既存在着不足,也存在着很多闪光点,为了帮助实验结果的分析,把实验过程拍摄下来,等结束之后再进行回放对比,从而找出发生的问题,这对于学生加深理解有很大的帮助。
三、运用信息技术处理科学实验数据
是生物化学实验教学的保证和支撑第一,充分发挥开放性的实验教学,这是构成有效合理的生物化学实验教学方法的一个重要组成。笔者在平时的生物化学实验教学中,会将每一次的实验内容分为不同的子内容来进行,并要求学生们以小组合作的方式来完成。每一次的实验内容可以大致分为4个子内容,即:资料查阅、实验方法讨论和操作、实验结果分析、实验结果讨论。例如:在进行“血清葡糖测定”实验中,首先让学生们进行实验前的资料查询工作,这是保证其在真正实验阶段进行操作的前提,使学生们在实验之前对于实验内容有着初步印象和整体认识,并在实验之前查到需要解决的问题,使得今后的实验环节更具有针对性。然后,组织学生们就实验内容进行讨论,确定最终使用的方法等事宜,然后按照所讨论的方法进行实验。在此过程中,学生们可以自由发挥自己的见解并进行反复讨论,必要时可以请老师提示,完全是一种开放性的学习氛围。到了具体实验阶段,这个阶段也是要求学生们进行独立操作的过程,实验材料是病人和正常人但是血清,引导学生们通过实验试剂(酚试剂或邻甲苯胺试剂)进行血清分离和检测等实验内容,从而得到吸光度值并进行比对。最后就是结果分析阶段,这就是充分发挥学生进行开放式思维的关键性阶段,它可以扩展学生们的思考能力和综合应用理论知识的能力,对于实验结果的分析和讨论会使得学生们的逻辑推理能力得到培养和提高,并且就其中出现的个性现象进行讨论和进一步的独立研究。可见,以上的教学方法充是分发挥了开放性实验教学的优势。第二,增加案例式分析教学方法,这是构成有效合理的生物化学实验教学方法的又一个重要组成。合理有效的生物化学实验教学方法需要事实为保证,而案例分析教学可以保证实验教学的真实性和客观性。具体操作是将这些具有典型性的案例式的实验教学内容以实验项目的内在逻辑相关性为基础来进行模块方式组织,以顺序性和连续性为原则,通过“发现现象、基本实验思路、实际操作实验、解释现象”的模式进行生物化学实验的展开,使得学生们可以通过自己所亲自设计并实践的实验来阐释其现象的原因,最后组织小组讨论发言。以案例为基础的教学法为学习者提供了一个仿真的临床环境,在这个环境里,学生们可以充当一个临床医师的角色,为病例的治疗方案做出正确的决策,并通过实验阶段进行验证和检测。实践证明,通过多次高仿真的案例学习,会使学生们在今后走向临床工作时能够更积极地思考,从而做出正确的判断和决策。案例分析教学方法应用于生物化学实验的教学中可以结合个人学习和小组合作学习的形式来进行,前者可以锻炼学生的独立思考、分析问题和解决问题的能力,后者可以使每位学生在合作中分享和讨论,从而形成更具合理性的结论。
2合理有效使用多媒体教学技术和设备也是生物化学实验教学的重要环节
在生物化学实验中,经常会遇到一些较为复杂的实验内容或是比较抽象的生物化学反应过程,这就需要多媒体教学技术或设备来进行辅助。信息技术的发展和微机的广泛应用极大地推动了生物化学实验将多媒体教学应用其中的发展。通过多媒体教学技术和设备可以实现抽象知识的形象化,通过多媒体技术和设备可以使得化学生物实验的原理与实验方案一种较为直观化的方式进行展示,并配合仪器操作、技能讲解与实际应用的动画或是视频等辅助说明的方法给与积极调动,使得整个过程充分调动了学生在眼、耳、脑等多种器官中的感受和体验,有利于学生对实验相关内容的整体把握以及在实际过程中的操作规范的顺利掌握。可见,这对于传统教学中学生对操作过程不熟悉的缺陷来说是一种有效的辅助和补充。为此,在实验开始之时,教师可以通过媒体技术和设备将那些复杂的或是抽象的实验内容以图片或是动画的形式呈现在学生们面前,使他们有了形象化和具体化的认识,到了实践性环节就会容易操作和理解;到了后期的实验结果分析阶段,也可以利用多媒体技术和设备来进行分析讨论的环节,这使得每一个学生或是每一组的实验结果都可以以较为直观的形式进行呈现,便于学生们在课堂的谈论和交流,具有便捷性和实效性。需要注意的是,在生物化学实验的多媒体教学中,一方面,教师要提高自身对于基本的多媒体制作与演示技巧的能力,保证多媒体内容可以有效地进行突出和进行,使得问题的解决可以在较为轻松的氛围中的得以实现;另一方面,教师还要注意生物化学实验的专业知识和技能的有效结合,对于知识更新和内容改善要不断给与关注,并以学生们的实际情况为前提,对每堂生物化学课进行合理的设计并辅以多种教学方法的保证,融入和落实教师为主导、学生为主体的教学理念的实施。
3结语
1.保证部分实验顺利进行
物理中有些实验由于误差的存在不是每次都能做成功的。为了保证这部分实验顺利进行,教师可以把这部分实验课前做好,利用信息技术的录制功能录制好,上课时播放给学生看。如,在进行“原子核反应”的教学过程中,由于没有形象、直观的实验给学生观察,学生理解起来有一定的困难。此时,就可利用信息技术将核裂变这一过程展现出来:铀235捕获一个中子后,裂变成两个中等大小的核,同时释放几个中子,并释放出能量。释放的中子还可以再轰击其他铀235核,使其裂变,从而形成链式反应,同时释放出巨大能量。然后配以原子弹爆炸的录像片,使学生看到形象、逼真的动态演示,进而较好地理解核反应,教学难点自然得到较好突破。
2.危险性小
说到危险性小这一特点,比如说托里拆利实验,汞有很强的毒性,即使闻到汞的蒸汽也会给学生造成一定的身体危害。为了降低实验的危险系数,我们可以利用信息技术模拟实验。类似的还有原子弹的爆炸过程(原子核裂变和聚变),因为有巨大的危害性,在现实生活中不能直接再现。通过CAI模拟,并在模拟原子弹爆炸过程中,加入声音、色彩和与之形成对比的环境现象,可以使实验效果更加明显。
二、信息技术辅助物理实验教学的弊端
目前实际教学中,有一部分实验是由计算机模拟的,代替了传统的演示实验。有的教师甚至通过建立教学模型,模拟实验仪器、仪表和元件,建立虚拟实验室,提供给学生进行研究性实验,使物理实验丧失了其在物理教学中应起的作用。这样学生一方面无法体验到前人在各种实验设计中所体现出来的物理思想的光辉;另一方面,也会产生这样的疑问:真的是这样吗?利用这种模式教育出来的学生,对一切物理过程都是理想的情况,或许理论能力很强,而一旦接触实际的科学实验、实践活动,必将暴露出其缺少实际操作训练的一面。三、信息技术辅助物理实验教学的切入点在物理教学实践过程中,只有尊重学科的特点,选择恰当的切入点,才能实现信息技术与物理实验教学的有效整合。
1.从物理教学内容来看,要注意以下两点
(1)选取那些没有演示的实验或不容易做的实验,或由于受学校条件限制而无法进行的物理实验,或是物理现象变化得较快、物体太小难以观察清楚的内容。
(2)操作性、技能性的模拟过程训练。在实验之前让学生自主在“仿真实验室”操作训练。值得注意的是,物理实验是真实的,是学生最可信赖的事实;计算机模拟物理实验是虚拟的,是以物理实验为基础的,是物理实验的补充,不能用信息技术完全取代传统演示实验。
2.从教学手段、工具来看
不同的手段、工具应用在不同的场合,发挥其功能。在信息技术与物理学科的整合过程中,教师要充分选择合适的整合工具。
三、结语