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网络上的信息鱼龙混杂,甚至存在很多无用、不真实、不健康的信息,所以学生如何在众多选择中“去伪存真”、“取其精华去其糟粕”是教师要考虑的问题。例如:在学生学习了《自然辩证法盖伦》这门哲学性、政治性较强的课程之后,作为指导老师可以在课后适当告知学生如何获取自然辩证法相关信息的平台、网络地址等,适时安排以“自然辩证法”为主题的主题演讲比赛,让学生充分发挥主动性,有的放矢的利用网络信息平台去搜寻相关的资料、信息,通过自己思辨的过程来对搜寻信息进行筛选、处理和再加工,最后以演讲的形式来向其他同学集中展示。以这样的教学形式锻炼学生利用网络资源首先去寻找信息,然后对所寻找的信息进行“去伪存真”的筛选,不仅使学生兴味盎然,而且让学生发挥自身主观能动性,锻炼了信息的搜取和处理能力,做自己兴趣学习的真正主人。
2充分利用网络资源共享,搭建课下作业交流平台
网络是资源交流、共享的平台,最大限度发挥网络的资源共享作用才能让作业的布置和学生的作业质量得到“事半功倍”的提升效果。当我们通过网络平台给学生布置完作业之后,可以购买或者编制“网上作业交流平台”作业系统。这样,教师既可以通过网络对其作业进行批改、展示,提高作业批改、课下工作的效率,又可以满足优秀学生的展示个人学习成果的愿望,激发他们的学习动机,鞭策激励学习落后的学生“比、学、赶、超”,而且还可以利用网络的便捷、迅速达到学生之间的资源共享。平台中可设置“优秀作业评论栏”等内容,通过让广大学生评改他人的语文作业,提高对课文本身的分析能力,提升对别人优秀成果的鉴赏思辨能力,找出与他人的差距,开拓思维,学习别人作业中的闪光点。最后,作为指导老师可以通过这样的网络信息资源平台,分析和指出对作业中存在的共性问题,通过在QQ群或者BBS论坛上发帖,让学生广泛参与讨论,参与答辩,教师给予集中分析总结给出正确解答。对于个别学生的问题,教师可以通过“一对一”的QQ聊天进行私下交流,这种交流方式及时性、针对性强,也相对保密,对待学习落后的学生不失为一个好的方法。
3合理布置采集编创作业,培养学生创新创造精神
教师在设计前置性作业时,一定要考虑到作业的合理性以及科学性,这与教师的授课质量以及课程内容的饱满度有很大的关系。同时,设计一份合理的作业还会培养学生主动学习和课前预习的良好习惯。所以教师在设计前置性作业时一定要注意以下几点问题:
1、以教学大纲和教学目标为宗旨前置性作业必须对下一节课的新知识起到引导作用,在前置性作业中要有明确的针对性,在新的学习内容中体现出学生的学习目标,从而起到更好的预习效果。学生看到教师安排的学习目标时,便知道自己要提前预习哪些内容、了解新知识的核心内容、掌握哪些是重点难点知识、明确自己的学习目标,学生在完成前置性作业时便可以掌握新课程的主要内容以及重难点知识,这样可以有效改善学生自学的无重点性。
2、设计前置性作业时要引起学生的兴趣学习兴趣对学生来讲非常重要,兴趣可以让学生对学习充满动力和热情,可以让学生更加主动的学习。有趣味性的前置性作业可以让学生更加积极的学习,更加主动思考问题,充分调动学生的主观能动性,使学生更加愿意做作业,更加愿意提前预习。因此,教师要更加了解学生的内心世界,了解学生的爱好和兴趣以及学生的关注点,设计出别具匠心、内容丰富、趣味性强、浅显易懂便于学生接受的前置性作业。
3、对前置性作业进行详细的检查和指导教师应该及时检查并评价前置性作业,这样有助于培养学生的预习以及自主学习的习惯。教师不仅要第一时间检查学生对于前置性作业的完成情况,还要对于认真完成作业的学生加以鼓励和奖赏,以此来调动学生完成前置性作业的积极性,对于那些没有认真完成作业的学生要悉心教导,做正确的引导,积极调动学生的兴趣。同时,教师也可以安排作业完成情况好的同学来帮助这些同学,让不同层次的学生产生互动,循序渐进的培养学生养成认真完成前置性作业的习惯。
二、设计前置性作业的教学意义
前置性作业彻底改变了传统的教学模式,让学生彻底从被动接受学习中摆脱出来,学生可以自主学习、自己探寻知识、自主构建学习的方式,养成提前预习以及主动思考问题的习惯和能力。通过一系列的教学实践以及时间的积累,学生可以非常明显的感受到前置性作业给他们带来的积极作用和良好的教育意义。同时,通过自主性的学习可以有效地培养学生独立思考的能力,提高学生的学习起点。每个学生必须具备良好的自主学习能力,这种能力是学生主动积极学习的重要因素,是学好各个学科的重要条件。前置性作业能锻炼学生课前积极主动思考,并能培养学生主动探索和查找学习资料和信息的学习能力,是培养学生主观能动性的一个很好的方法,对于生本理念下的教学也有很重要的意义。
三、结束语
(一)设计有趣的作业兴趣是最好的老师,对于英语作业而言,兴趣更是完成作业的动力,关系到学生完成作业的数量和认真程度。因此,我们在设计作业内容的时候,要注意加强作业的趣味性,从多角度、多形式、多方向来布置作业,调动学生所有的感官参与进来,使他们将写作业当成一个乐事。比如,我们可以布置一些对当前社会比较热门话题的调查和观察的作业,让学生合作互动,或者与家长合作去调查、动手操作,做课题,充分调动他们的兴趣,让他们主动去完成作业。
(二)设计个性化的作业每位学生都有不同的个性,如果忽视学生的个性,布置统一的作业,就无法使不同的学生得到相应的发展,还有可能使一部分学生敷衍老师,抄袭作业。所以,我们在作业设计时,既要考虑共性,也要兼顾个性。一定要考虑让每个学生都能完成,并且有所收获。要想让每个学生都能在完成不同层次的作业过程中有所收获,教师需要给学生提供一份“自助餐”式的作业。这种因材施教、因人而异的作业设计既能让基础好的学生“吃得饱”,又能让基础相对较弱的学生“吃得了”,使每个学生都能从自身的角度去体验成功的快乐,构建知识,提高技能和展现自我。
二、作业评价设计的优化
很多时候,学生完成作业后最希望的就是得到教师的评价,受到老师的赞赏,而如果教师给学生的作业评价是中肯的、科学的、艺术性的,那么也会使学生激起对写作业的积极性,还会加深师生之间的情感。所以在作业评价的环节,我们一定要多加注意。在作业评改时我常写下鼓励性的评语,如“Wonderful!”“Keepgoingon,andyou''''llsucceed!”“Excellent!Theharderyouwork,thebetteryouwillbe.”这些评语犹如与学生做了一次贴心的交谈。而对于不尽人意的作业,我也没有冷嘲热讽,拿出来“展览”,而是尽量找到一些优点先予以肯定,然后委婉地提出意见,希望学生改正。对于一些一看就是抄袭的作业,我会把学生叫到办公室,询问学生做作业时的真实想法,然后指出抄袭作业的危害,要求学生思想上重视起来,并重新完成作业。教师的评价对学生后一阶段的学习具有指导意义,有利于学生的可持续发展。我相信教师的热情和真诚必然会在一定程度上引起学生的思想转折和学习成绩的飞跃。
当然,作业的优化设计不只是这三个方面,而无论什么形式的作业,无论什么内容的作业,无论是作业的布置还是评价,最关键的一个问题就是人性化,要让学生从我们的作业布置中感受到教师的关爱,感受到温暖,使学生把作业当成是与老师进行沟通的桥梁,当成是巩固所学知识的工具,当成一种乐趣,而不是把作业当成一种负担。
三、结语
现状一:作业形式单一,缺乏操作性。目前的作业本类型有同步探究、补充习题、课堂作业本三种。以基础练习为主:形式基本是口算、计算、解决实际问题。缺乏数学阅读、数学审美、动手操作、撰写数学日记等综合实践性作业。
现状二:反馈形式单一,教师以作业批改为主。作业反馈形式单一表现在批改符号单一、缺乏激励性语言。对开放性的、动手操作性的作业,缺少反馈评价。
现状三:形成恶性循环,作业正确率不高。学生的数学作业量大,形式单一,对他们来讲缺乏挑战性,感觉作业枯燥乏味。对于老师布置的作业,学生只求写完,至于审题习惯、书写习惯、验证习惯等没有得到培养和提高。一旦形成这种恶性循环,作业的正确率就不高了。
造成这些现状的主要原因是:教师缺少相关的数学课程理论学习,把教学设计重心全放在课堂教学上,忽略了对作业的精心设计,作业设计在教师教学设计中还属于一片空白。这都说明教师缺少以学生为本的意识,忽视了学生在作业过程中情感与态度的发展。处理好作业数量与作业质量、作业内容与作业形式、作业结构与作业效益的关系,使作业成为一种有目的、高效的活动。“怎样设计出有效的作业”这个问题摆在了我们面前。基于此,我们提出“小学数学作业设计的策略研究”。
二、什么是有效作业
就作业本身来说:有针对性(针对课堂教学;针对学生的实际情况),有层次性(难易层次),多样性(基础题、应用题、思考题、知识阅读、实验报告、调查报告、数学日记、口述、小作品)。就学生来说:有效作业是符合学生年龄特点和身心发展的规律,能使其在原有基础上得到发展的,具有趣味性、探索性、可操作性。充分考虑学生基础差异,不造成学生负担的(适量的、适时的)作业。就教师来说:有效作业是学生完成的作业速度快,质量高。就小学数学学科特点来说:有效作业应体现数学学科的基础性、应用性、实践性。
三、设计出有效作业的途径
1.作业设计
⑴建立以备课组为单位的作业设计小组。⑵教师根据每堂课的教学设计思路,设计出有针对性的、符合知识建构原理的练习。⑶根据学生的年龄和认知规律,设计适量、适时的作业。低段以操作性作业为主,书面作业为辅。时间控制在15分钟以内。中段高段作业书面作业和实践应用作业相结合,时间控制在30分钟以内。适时的作业。根据遗忘规律,老师布置的作业一般应与当天的教学内容相关。⑷参照《小学数学新课程标准》,设计出有层次的作业。⑸加强理论和实践的联系,设计出生活中的应用性作业。⑹调动学生的积极性,引导其发挥自主创新能力:学生自己设计作业。⑺激发学生兴趣的作业练习。创设情景:整篇作业设计成一个情景或闯关活动。数学作业与游戏结合,数学作业与美术结合。游戏和美术都是小学生感兴趣的内容。⑻合理利用现代化教学手段,提高练习效率。运用多媒体进行分层练习,增强训练密度(时间短,效率高)。课堂上,运用多媒体设计练习,省去教师板书和学生书写的时间,能在较短时间内向深度、广度伸展,练习容量大大增加,生动有趣地巩固了新知。运用多媒体完成作业,对于某些抽象的练习内容,可以进行形象具体、动静结合、声色兼备的演示,起到了点拨、疏导的作用,使学生一目了然。
2.作业反馈设计
优化批改符号,保护学生自尊心。我们普遍存在的批改方式,如“:×”、“√”、星级、年月日等,这样单一的评价,让学生对自己好的地方得不到赏识,不足的地方得不到改进,我们可以先将“×”这个符号换一换,比如用“圈“””。评语评价,从批改走向对话。写上老师的赞赏、感受、鼓励、教诲、批评……同时,还可以让学生写上学习的感受以及对老师想说的话,以激发学生的学习兴趣。评价以鼓励和建议为主。
评价形式多样化。面改和教师批改结合。适时也可以将学生自评、同学互评、小组评价等评价方式相结合。评价标准多元化。我们面对的学生没有完全相同的心理倾向,更没有相同的智力,他们拥有自己独特的学习风格。反映在作业活动中,不管学生如何努力,他们都将做出水平各异的作业来。我们在评价学生作业的时候,就应该实行评价标准多元化。同样一道题,一位学生完全做对。一位学生解题思路是对的,计算有错,比起之前的作业算是进步,那后者的作业也应该给予一定的肯定。
四、总结
我院“稳态”课程选用中国电力出版社的《电力系统稳态分析》(第三版)[1]作为教材,课内学时数为40学时。“稳态”课程以电力系统正常运行状态的建模、计算、分析和调节为主要内容,涉及电力系统的基本概念、主要元件的稳态模型、潮流计算方法,以及有功/频率和无功/电压的稳态优化与控制等内容。MATPOWER是由美国Cornell大学研发的一款基于MATLAB的免费工具软件,主要用于解决电力系统的潮流和最优潮流问题,最新版本为5.0b1。[2]MATPOWER在分析功能上虽不及PSS/E、DSATools和PSASP这类商业软件强大,但具有免费和易学习、易操作的优势,其分析计算功能也基本覆盖了“稳态”课程的主要内容。更重要的是,MATPOWER通过一组开放源代码的m文件来实现计算功能,容易对代码进行修改、复用和功能扩展。因此,MATPOWER非常适用于电力系统稳态问题的教育教学训练和科学研究,将其作为“稳态”课程“大作业”的辅助分析工具是可行的。
二、基于MATPOWER的“大作业”题目设计和实现
1.电网稳态模型及潮流数据的形成发电机、变压器、电力线路和负荷的稳态模型,以及电网稳态等值电路的建立方法是“稳态”课程的一项基本教学内容,其中,应用等值变压器模型(即变压器的Π型等值电路)建立全网等值电路是难点。MATPOWER通过数据文件输入潮流计算所需的基础电网数据,其中,线路和变压器参数以标幺值和非标准变比的形式输入。题目1要求学生以MATPOWER自带的IEEE9节点系统(即文件case9.m)为例,学习和体会潮流基础数据的构成和输入方式;在此基础上,要求学生应用元件等值电路的相关知识,建立给定网络的标幺值等值电路,确定电网中各节点的类型,并按照MATPOWER的数据格式形成输入数据文件。此外,还可以鼓励学生在MATLAB环境下,编写元件实际参数(如架空线路原始参数和变压器铭牌参数)向标幺参数转换的程序,以及自动生成MATPOWER输入数据文件的程序。
2.复杂电网的潮流计算和分析潮流计算是“稳态”课程的核心内容,包括简单电网的手算方法和复杂电网的计算机计算方法两部分,其中,复杂电网的潮流计算是难点。题目2的基本任务是要求学生学习和应用MATPOWER的runpf函数计算给定电网的潮流分布,从中体会潮流计算的初值设置、迭代和收敛;根据潮流计算结果分析支路和全网的功率平衡关系,分析输电网中“有功功率–相角”和“无功功率–电压”的耦合关系,还可以进一步通过改变环网中支路的参数来仿真分析环网中潮流的分布规律。由于MATPOWER支持Newton法、快速解耦法(XB型和BX型)以及Gauss-Seidel法等四种潮流算法(通过mpoption函数可以进行算法设置),而受学时限制,课堂上只讲解Newton法的基本原理和步骤。因此,题目2可以进一步要求学生以不同潮流算法计算较大规模系统(如MATPOWER提供的IEEE300节点系统或者波兰实际电网的3375节点系统)的潮流,从而对比分析各种潮流算法的计算结果、迭代次数、计算时间和收敛性。题目2也鼓励学生尝试编制基于MATLAB的Newton法潮流计算程序,并与MATPOWER的潮流程序进行对比分析。由于MATPOWER的程序设计中充分体现了MATLAB矩阵运算的思想,在节点导纳矩阵和Jacobian矩阵的形成部分都采用了非常巧妙和简洁的矩阵运算,为学生提供了非常好的MATLAB程序设计的学习范本。此外,MATPOWER并不提供辐射型网络的“前推回代”潮流计算方法,而“前推回代法”是手算方法的基础,也一直是课堂教学和考核的一项重要内容。因此,题目2也可以鼓励学生编程实现“前推回代”潮流计算,并引导学生思考输电网和配电网在潮流计算方法上的区别及其原因。
3.无功/电压控制的仿真与分析“有功功率与频率调整”和“无功功率与电压调整”是电力系统稳态控制的两项重要内容。MATPOWER并不直接支持对有功频率调整的仿真(参见下文题目6),但支持对复杂电网进行调压计算和分析。关于“无功功率与电压调整”,课堂教学的重点是无功电源的特性和几种主要的调压措施,并基本上是以简单辐射型网络为例讲解调压措施的原理及其效果,此外,教材上“变比选取与校核”,“电容和变压器组合调压”等内容还存在与工程实际脱节的问题。因此,设计题目3的主要目的就是让学生在实际复杂电网的背景下,对课堂上所学调压措施的实施方式和效果进行仿真分析,帮助学生树立“无功分区平衡和就地控制”的基本概念。题目3的基本任务是给定一个多区域、多电压等级的算例系统,要求学生首先通过潮流计算和电压要求,确定系统存在电压问题的区域;然后根据算例给出的条件,确定可能采取的调压措施,并至少给出一种满足电压要求的调压方案。题目3同样鼓励学生从无功电源和调节手段两个方面去尝试分析算例系统产生电压问题的根源,思考多种调压措施的综合应用,并引导学生从有功损耗、电压分区控制效果、无功电源的容量约束及变压器的档位约束等方面去体会和分析各种调压措施的效果,以及各种调压方案的优劣。
4.电网静态安全分析的实践静态安全分析是电网规划和调度的一种重要手段,虽然属于电网静态分析或稳态分析的范畴,但并不是“稳态”课程的教学内容。题目4的目的是让学生自学电网“静态安全”的内容以及判断标准,学习通过修改MATPOWER输入文件或设置元件状态参数(如支路的BR_STATUS参数)来模拟元件开断(甚至电网解列),并通过潮流计算结果对电网的静态安全进行评估。进一步,可以鼓励学生尝试通过循环调用runpf函数,来编程实现电网的“N-1”校验。当然,也可以引导一些学有余力的学生学习直流潮流模型和相应的MATPOWER函数(rundcpf),并应用于电网的静态安全分析。
5.静态电压稳定性的仿真与静态安全分析一样,静态电压稳定性同样不是“稳态”课程的教学内容,但也属于电网静态分析的范畴。题目5也与题目4一样,是具有一定自学性质的题目,要求学生自学电网静态电压稳定性的物理概念,尝试基于MATPOWER的潮流计算功能,通过不断增加节点负荷来获取节点的PV及QV曲线,甚至模拟出电压静态失稳的现象。MATPOWER提供用于静态电压稳定性分析的连续潮流法程序(runcdf),因此也可以鼓励有兴趣的同学进一步深入了解和学习连续潮流模型及其在静态电压稳定性分析中的应用。
6.考虑负荷和机组静态调节特性的潮流程序设计“稳态”课程中“负荷模型”的章节会涉及负荷的静态电压/频率特性,而“有功功率和频率调节”的章节要讲解机组及负荷的频率调节特性、频率调节原理及其基本计算。然而,如前所述,MATPOWER并不能直接用于有功频率调节的仿真,也只能部分考虑负荷的静态电压特性(仅支持恒功率和恒阻抗负荷模型)。题目6要求学生将负荷的静态电压特性纳入潮流方程,推导相应的Jacobian矩阵,并尝试通过修改runpf中的部分代码,编程实现考虑负荷静态电压特性的潮流计算。进一步,可以鼓励学生思考和研究如何在常规潮流模型中考虑机组和负荷的频率特性。该课题需要打破常规潮流模型中节点分类(PQ、PV和平衡节点)的概念,并将系统频率和节点电压一并作为潮流方程的状态变量,因此,程序编制要求对runpf的代码进行大幅改动,有较大难度。但是,若能实现该程序的编制,则可将其用于电网有功频率调节的仿真分析,促进学生进一步理解频率调节和电压调节的区别。因此,该课题也是值得一试的一个选题。
7.其它选题除了上述6个题目以外,还可以考虑结合MATPOWER的run_se函数和runopf函数,引导学生了解和学习电力系统状态估计和最优潮流的相关内容,而这两项内容都是“稳态”课程的选修内容。此外,随着新能源的发展,风电和光伏电源的随机性及其对电网的影响也成为一个有意思的问题,而基于MATPOWER来实现随机潮流的蒙特卡罗模拟是比较容易的。因此,也可以考虑将学生引入随机潮流的研究领域,拓展学生的视野,激发学生对新事物和新问题的兴趣和思考。
三、结论
操作方法:在设计导学案时,在需要完成的思考、填空习题等各处标注好A,B,C,让学生按标注相应完成。A层作业以简单的应用为主,以引导A层学生自主思考;B作业以新识与旧知之间的联系为主,以引导B层学生关注新旧知识之间的联系,通过已有知识经验理解新知;C层作业主要是找到主要的字、词、句、公式等,以引导C层学生认真看书,养成预习的习惯。设计“导学案”式分层作业关键在于帮助学生明确课前预习的任务,养成课前预习、自主探索的习惯。
二、“课后作业”式分层设计模式
操作方法:根据教学内容和课堂反馈,设计A、B、C层学生都能完成的课后作业。由于“课后作业”式分层作业布置密度大、投入的精力多,所以并不适合每天布置。教师可以根据教学内容、自己的时间、精力等有选择地进行布置。“课后作业“式分层作业的设计应遵循以下原则:
1.弥补课本上课后作业的不足。如教学人教版六年级上册《位置》这部分内容时,需要学生在格子纸上进行操作练习,但课本上题型少,不便于练习,可设计“课后作业”式分层作业弥补这一不足。
2.教学内容难易跨度较大的,应采用“课后作业”式分层作业设计模式。如人教版六年级上册《圆的周长》和《圆的面积》,这两课都有纯概念性的、操作画图性的、简单计算性的、直接套用公式的知识,也有联系实际生活综合应用性的知识,比较适合设计分层作业。
三、“课堂作业”式分层设计模式
课堂作业基本上是学生每天必须完成的作业,而每天专门进行有针对性的分层作业设计不切实际。虽不能在题型设计上做文章,但可以在课堂作业分层设计上下功夫。具体操作方法如下:
1.针对部分有智力障碍的C层学生,由教师或B层学生出题为主,其他C层学生和大家作业相同,可以自由选择一部分题完成作业。课堂作业容许少写,但不能不写,要求每人每天必交作业。
2.B层学生和大家作业相同,在遇到难题时,只许少写一题,并要求字迹工整。
3.A层学生的作业大多数和大家的作业相同,有时会布置拓展题。作业要求:字迹工整,本面干净,必须全写;能一题多解时要求用多种方法解题;应用题能画线段图时,要画线段图;可以检验时,要检验。
四、“周作业”式分层作业设计模式
根据学校条件、教师精力、学生家庭辅导等,“周作业”式分层作业和“课堂作业”式分层作业最值得推广。具体操作方法:根据一周学习情况和所学知识点自主设计每周的课后作业。C层作业以过去所遗漏的基础知识和本周简单的计算题等为主,B层作业以本周的基础知识和一小部分本学期以前的旧知为主,A层作业以本周的综合性较强的题型为主。
高中学生在信息技术学科领域存在着巨大的学情差异,他们在小学初中基本都接触过信息技术课程,对微机的基本操作都多少有了解,但因为每个人以前所在学校的环境与条件不同,课程设置与软硬件,包括师资力量都有所差异,这就造成了现在他们信息技术掌握程度的差异化。因此,高中信息技术教师应在授课与作业设计过程当中顾及到这种差异,并进行作业分层、因材施教,让作业设计更加灵动,更加服务于全体学生,并让全体学生容易接受。教师应精心备课,并人性化的将作业设计成三个层次,一切依据以人为本的原则,第一层应是基础知识延伸的基础操作和基本理论,这需要人人参与;第二层需要学生根据自己的需要进行选择性操作,以巩固所学;第三层就是难度较高的一些具有挑战性的题目了,是专门为有余力的、兴趣高的学生准备的。每个层次的作业设计要依学生意愿施行,不可强加,同时教师也要严格把关,避免偷懒现象的发生。这样针对性的训练,可高度提升信息技术教学效率。
2实践化作业设计
理论若离开实践的验证,那就只能是一堆文字,因此,教师要努力去深入探究教材,设计一些实践性强的作业让学生去尝试,高中学生有了自己独特的见解,他们会在实践探究过程中获取不一样的信息技术体验,继而自我突破,巩固新知,并在亲自动手操作中积极发现问题,这时教师应鼓励他们自己去分析,去解决,久而久之,实践意识会在自我动手操作中逐步增强,最终提升信息技术综合运用能力。比如在学习编程的过程中,单靠教师讲与操作演示是不足以让学生理解到本节内容的真正奥妙所在的,只有学生亲自动手计算,运用自己的思维进行实践性操作,才会呈现高效的学习成果。例如“if选择分支结构”的作业设计中,避免学生僵化记忆,可以给出一个商场促销的场景设定,给出各种打折标准,让其为收银员设计出一个合理的程序。这样的生活化题目,让学生在积极踊跃的心态中激发编写欲望,并满足其心理需求,最终在成就感的促使下爱上编程,学会编程。
3开放化作业设计
学生对基础知识与基本技能已经了然于胸的情况下,教师就可以放逐思维,布置一些让学生自我创编性的作业,当然这种作业一般是为有余力,且对信息技术有一定兴趣的学生群体准备的,也是对课本知识进行的必要性拓展延伸,为长足考虑打算的一种作业设计,让学生获取更深刻的个性体验,培养更自主的开放性思考能力。比如在信息技术的发展趋势问题上,教师就可以这样为学生布置展望性作业:几十年之后的信息网络化生活是什么样子的,你可以想象出来吗?这样可以激发学生发散思维。还可以让作业在开放中个性化,比如在学习多媒体信息加工的环节时,可以让学生创编制作自己个性化的图像、音频、视频、动画等,在特色展出中挥洒自己的个性。在课上没有完成的操作环节,就可以让学生拿回家自己自由发挥去尽情探究,不论结果如何,都是对新知的巩固,对思维的锻炼,对技能的提升,最终让他们对信息技术乐不思蜀。
4结语
1.1系统总体结构设计
农机高效跨区作业信息决策系统采用模块化设计方法,主要包括用户管理、农机新闻、农机信息、维护功能、测试及调试功能等。
1.2系统主要功能模块结构设计
系统管理:由系统管理员添加农机信息、地区信息和系统用户信息,对用户进行权限设置并对其进行维护,新用户注册,管理员录入新用户的基本信息,并在以后的跨区作业中对用户信息进行基本维护。农机新闻查询:包括农机补贴、视频资料、政策法规、供应信息、机收价格及天气查询等。农机信息查询:包括作业证查询、作业寿命、机械保有量、作业需求、地图信息及最短路径等。
2数据库设计
2.1数据库技术
数据库是按照一定的数据模型在计算机系统中组织、存储和使用的互相联系的数据集合。数据库可以大大减少数据的冗余度、节省存储空间。数据库中数据和应用程序各自独立、互不依赖。
2.2数据库设计
在实体基础上,形成数据库表格,主要包括用户表、新闻表,分别涉及字段意义、字段名称、类型及主键值等。
3信息决策系统的实现
LabWindows/CVI是为熟悉C语言的测控工程师使用的软件开发平台,具有C语言本身不具有的许多功能模块,这些模块不仅可以实现对测控对象的测试测量,还可以用简洁的逻辑,快速地实现对数据文本的操作和使用。因此,本系统采用模块化设计方法,利用LabWindows/CVI平台设计友好的人机交互界面,调用SQL以及ODBC等技术,实现CVI对MYSQL数据库的访问。为给农机跨区作业提供最佳决策信息,获得最大收益,用MatLab编程设计农机跨区作业的智能优化算法的m文件,并为CVI设计的友好界面所调用。
3.1系统功能模块设计
系统管理模块包括用户、管理员及退出系统。其中,管理员还有管理员登录、添加用户、删除用户3方面功能。农机新闻模块主要包括农机补贴、视频资料、政策法规、供应信息、机收价格及天气查询。农机信息功能模块包括作业证查询、作业区域需求、产地类型查询、地图信息和智能决策等。其中,作业区域需求模块的作用是选定相关区域的参数;区域参数设置包括类型、面积、收割机保有量和收割期限等。为保证决策的正确性和可行性,这些数据资料要求准确可靠。如选择甲端为保定,乙端为石家庄和唐山,点击查询,显示相关的数据。产地信息查询用以给出各地农作物的实用信息,这不仅能为农机跨区作业的决策提供基础数据,还能用于各种数据信息的统计。根据作物种植类型的不同,本系统可分别选择小麦、玉米和水稻3种类型进行查询,该部分可根据需要扩充。
3.2农机调配决策策略
此模块是该项目的核心模块,智能决策模块实际上是要实现对农机在跨区作业给出最佳路径策略。其不但要使农机手在完成农作物的收割和耕种时获得最大的服务收益,又要减轻农民收割负担并降低成本。这就需要农机管理部门要在最短时间内为农机手提供最优决策。农机调配目标模型参考相关文献选用为总的利润=总收入-消耗成本-等待成本其中,总收入为多台农机在不同农田点的单位服务价格和农田面积的乘积之和。消耗成本包括空程赶路消耗和作业消耗。空程赶路消耗是指各农机分别在赶路过程中的消耗,作业消耗是各农机分别在作业过程中的消耗,二者均可用单位消耗与农机数量、农机调配时间的乘积之和表示。等待消耗主要有两种情况:假如农机先于作物作业需求时间到达,则需要等待时日才可作业,等待成本等于各农机的等待时间与单位等待费用乘积的累加和;但如果是农机到达指定作业点后,立即开始作业,则不会产生等待成本。为了实现上述任务,采用智能优化的混合粒子群算法给出农机手跨区作业的最佳路径选择。混合粒子群算法由MatLab编程,在LabWindows/CVI环境下调用MatLab功能函数。
3.3智能决策功能设计
3.3.1LabWindows/CVI和MATLAB混合编程
LabWindows/CVI是美国国家仪器(NationalIn-struments,NI)公司为熟悉C语言的测控领域的工程师开发的交互式软件开发平台。而MatLab则利用其强大的实时计算功能为测控专家提供了丰富的智能算法,二者侧重点不同。前者虽然模块库丰富,但要实现测控领域的先进理论和方法,如模糊控制算法、自适应遗传算法、神经元网络等技术,还需额外高价购买该NI公司提供的工具箱;若自己利用CVI平台开发,不但周期长,费用也相对较高。而MatLab的强项在于强大的科学计算功能,能免费提供丰富的各类算法的功能函数及灵活的接口技术。因此,将CVI的模块化可视化编程与MatLab的科学计算功能有机结合,可以快速设计出功能强大的实用软件。目前,实现LabWindows/CVI软件与MatLab接口的方法主要有两种:一是通过标准C程序调用引擎函数实现与MatLab接口;二是采用CVI提供的ActiveX控件实现与MatLab接口。两种方式都有研究者使用,但二者都需要安装并运行MatLab软件环境,使用起来也较繁琐。本文先用MatLab编辑生成农机调度优化算法的m文件,再用C++编译成动态链接库(DLL文件),并将生成的h文件、lib文件、dll文件拷贝到用CVI软件设计的农机跨区作业信息决策工程目录下,供CVI程序调用,用户只需在目标机上安装MatLab运行库就可完成任务。另外,运行时还需在CVI的项目工程目录中添加MatLab库函数中的libmx.lib、matrix.h、mclmcr.h、mclmcr.lib等库文件即可,使用方法简单。
3.3.2混合粒子群算法及实验
粒子群算法(ParticleSwarmOptimization,PSO)已经在化工、电力、车辆等行业的优化调度中得到研究,是Kennedy等学者于1995年提出的一种基于群体智能的优化算法。标准粒子群算法的思想是先初始化一群随机粒子,然后通过迭代寻找问题最优解,在每次迭代中,粒子通过个体极值和群体极值更新自身的速度和位置。虽然算法操作简单,但收敛速度与种群规模和迭代次数等因素有关。随着迭代次数的不断增加,各粒子在集中的同时相似性越来越大,因而可能无法找到全局最优解。混合粒子群算法通过借鉴遗传算法中交叉和变异的思想,改变了传统粒子群算法中的通过跟踪个体和群体的极值来更新粒子位置的方法搜索最优解。本系统混合粒子群算法用MatLab编程为m文件。本系统中算法的交叉操作与遗传算法中随机选择两个解进行交叉不同,它是把每个粒子分别同个体极值和群体极值进行交叉。交叉结果中如果产生了与交叉区域相同的元素则被删除。为了保证每一代的优良个体不被破坏,采用优生选择策略,交叉后的新路径长度如果变短则接受交叉后的个体,从而产生更优秀的粒子新位置。变异操作与上述交叉操作不同,只是对个体自身进行变异。变异结果中如果产生了与交叉区域相同的元素则被删除。交变异后的新路径长度如果变短则接受变异后的个体,否则不变异直接复制到下一代中,提高群体中表现优良的个体变异率,从而产生更优秀的粒子新位置。上述算法的改进,克服了PSO容易陷入局部最优的缺陷,避免了算法过早收敛。而且由于以交叉和变异操作产生粒子位置更新,避免了惯性权重W、加速系数c1和c2等3个参数的组合选择,减少了因参数选择不当而产生的误差。混合粒子群算法不但保留了PSO简洁易执行的优点,而且提高了算法的搜索效率,保证算法的收敛性。
4结论
是一个典型的多集群作业全局调度模型。多集群作业管理在调度时首先依据全局资源状态选择某个或某些合适的集群,称为全局调度;然后作业被分配到本地某个具体的集群,按照本地的资源管理器进行作业调度,称为本地调度;作业进入本地调度阶段后,按照本地原有的队列和调度规则进行资源分配,最终在集群各CPU上执行。多集群作业管理的主要功能包括:用户与权限管理、资源信息监控、作业全局调度与管理、数据传输与管理。
(1)用户与权限管理模块。多集群作业管理系统是运行在本地HPC集群作业管理系统之上的,本地HPC集群必然有自己的用户系统,而多集群作业管理平台也有自己的用户系统,必须在两个用户系统间设计一种用户映射的方式,同时还要设计权限控制机制。
(2)资源信息监控模块。资源信息监控管理是作业全局调度的基础,全局调度系统在做出决策之前,必须要事先知晓各个本地集群的CPU负载和内存占用比例等状态信息。因此,需要设计全局的资源监控系统,负责管理和维护系统中各个集群负载的情况,为作业管理调度决策提供支持。
(3)全局作业调度与管理模块。多集群调度的基本目标是协调和平衡集群间的工作负载。需要设计全局的作业管理和调度器,作业调度器根据各个集群机身负载信息做出调度决策,调度用户作业到相应的本地集群,并提交给本地集群作业管理系统。同时还要为用户设计作业状态的订阅及通知机制。
(4)数据传输与管理模块。由于用户作业可能被调度到任意地理位置上的集群上运行,因此,作业输入参数和计算结果需要能够在整个系统中透明的传输。同时,还要为用户提供输入参数上传和计算结果下载功能。在设计机制实现透明传输文件的同时,还必须保证该文件传输的可靠性和稳定性。
2多集群作业管理设计思路与技术方案
2.1消息中间件JMS
采用JMS[9-10](JavaMessageService)消息中间件来进行全局作业的调度和统一管理。JMS的消息模型和通信特点在网络很不稳定的情况下也能保证稳定性和可靠性,并且JMS强大的接口能力可以方便灵活的进行定制,方便根据用户作业的资源需求及各个集群自身负载情况进行统一管理和调度。
2.1.1JMS特点及基本组成
JMS可使分布式系统的通信松散连接,即发送信息的客户端只需要负责发送信息,接收信息的客户端接收信息,两个客户端之间没有必要是同时可用的,甚至发送客户端都没有必要知道接收客户端的信息,只需要发送到接收信息的服务端。同时JMS还具有以下两个特征:
(1)异步的,服务端可以发送信息到一个客户端,客户端不需要为了收到信息而请求信息。
(2)可靠的,JMSAPI保证了服务端所有发送的信息最少发送一次和只发送一次。JMS由提供者、客户、生产者、消费者、消息、队列、主题七个部分组成。其中,提供者指JMS的实现,可以认为是JMS消息服务器;JMS客户指生产或消费消息的基于Java的应用程序或对象;JMS生产者是指创建并发送消息的JMS客户;JMS消费者则是接收消息的JMS客户;消息指可以在JMS客户之间传递的数据的对象;另外,JMS队列指一个容纳那些被发送的等待阅读的消息的区域,这些消息将按照顺序发送。一旦一个消息被阅读,该消息将被从队列中移走;JMS主题指一种支持发送消息给多个订阅者的机制。
2.1.2JMS的通信方式Java消息服务应用程序结构支持两种模型:点对点或队列模型、/订阅模型。
(1)在点对点或队列模型下,一个生产者向一个特定的队列消息,一个消费者从该队列中读取消息。在这种模式下,只有一个消费者将最终获得消息。同时,生产者不需要在接收者消费该消息期间处于运行状态,接收者也不需要在消息发送时处于运行状态。
(2)者/订阅者模型支持向一个特定的消息主题消息。该模型如图2所示,对某个消息主题感兴趣的订阅者可以订阅并得到该主题的所有消息。同时,在者和订阅者之间存在时间依赖性。者需要建立一个订阅(subscription),以便客户能够购订阅。订阅者必须保持持续的活动状态以接收消息,除非订阅者建立了持久的订阅。在那种情况下,在订阅者未连接时的消息将在订阅者重新连接时重新。图2JMS-订阅消息模型
2.2本地集群作业管理
PBS、LSF是已有常用的单个集群作业管理系统,采用多种本地集群作业管理系统,在减少设计复杂度的同时,还可以充分满足不同本地集群管理多样性的需求。PBS的主要特点有:代码开放,免费获取,提供完整的API。LSF特点是拥有强大的可用性和资源管理功能。
2.3基于FTP的文件集中统一管理方案
由于多集群可能在地理位置上是分散的,而集群之间互联的网络基础设施是不可靠和不稳定的,用户需要透明地上传输入参数并下载计算结果,而不需要关心它的输入参数在哪个地方进行计算,以及需要到哪个地方去下载计算结果。FTP技术是比较成熟和常用的文件传输协议之一,文中采用基于FTP文件传输的集中统一管理方案。使用FTP进行文件传输,客户和服务器建立连接前要经过一个“三次握手”的过程,客户与服务器之间的连接是可靠的,而且是面向连接的,为数据传输提供可靠保证。它允许用户以文件操作的方式(如文件的增、删、改、查、传送等)与另一主机相互通信。集中的文件统一管理方案可设置集中式FTP服务器,浏览器端提交的输入参数将传输给该FTP服务器,本地集群程序从消息服务器中获取到相应主题作业消息,解析作业消息,得到用户输入参数,到该FTP服务器下载相应输入参数到本地集群。本地集群程序查询到作业计算完成以后,将计算结果上传到该FTP服务器中,并把计算结果相关信息组装成消息发送到消息服务器,全局作业管理器获取到该消息,解析消息后就可以得到计算结果相关信息,此时计算结果已经在FTP服务器上,用户可以直接下载。
3多集群作业管理框架与设计实现
3.1多集群作业管理方案框架
是文中采用的基于消息模型的多集群作业管理框架图。在图3中,浏览器负责接收用户提交的作业描述、输入文件上传、作业状态查询、计算结果下载等功能。全局作业管理器是整个系统的核心,主要负责集中管理所有的作业,维护全局的集群系统资源负载信息,并做出相应决策,调度作业到相应的集群上运行;同时实时监控作业状态,给用户提供作业状态查询,负责透明地将输入文件传递到相应集群,计算完成以后,再透明地将计算结果传回并透明地提供给用户下载。消息服务器主要负责缓存全局作业管理器调度给各个集群的作业信息,以及各个集群返回的作业状态信息。而各个集群的本地程序负责从消息服务器接收作业消息,并把消息解析成作业提交给本地作业提交系统,同时还负责定期查询本地作业管理系统该作业的状态,给消息服务器发送作业状态信息,同时在本地计算完成以后,回传计算结果。
3.2多集群作业管理方案设计实现
从框架图中可以看出,该系统由六部分组成,包括作业调度模块、资源监控模块、作业控制模块、作业状态管理模块、消息服务器模块、本地集群程序模块。
3.2.1消息设计
这个系统中的消息分四类,第一类是作业消息,第二类是作业状态消息,第三类是资源状态消息,最后一类是作业控制消息。作业消息包括作业的ID、作业脚本、作业用户名称、需求的资源、输入文件名称等。作业状态消息即作业的状态信息,主要包括作业ID、作业状态、作业提交时间、运行时间、完成时间等。资源状态消息包括本地集群自身的ID、CPU计算能力、内存大小等静态信息,以及CPU利用率、主机负载等动态信息,还包括目标系统启动时间等信息。作业控制消息包括作业ID、作业用户名称、作业控制命令等。
3.2.2消息服务器设计
采用的是JMS中-订阅消息服务模型作为消息服务器,类似于群发邮件的模式。消息生产者将消息发送给消息服务器,并设定一个主题,消息的消费者可以订阅其中的一个或者多个主题,并取走相应的消息。针对某个主题的订阅者,它必须创建一个订阅之后,才能消费者的消息,而且还可以利用JMS的持久化的订阅,这样,即使订阅者没有被激活,它也能接收到者的消息。这样就保证了在基础设施网络不稳定的情况下,消息也不会被扔掉,保证了系统的可靠性和稳定性。消息服务器中消息主题的设计主要按本地集群编号和消息本身类型设计,及如果有n套本地集群,那么消息主题总数量为4*n。消息服务器中消息主题设计如表1所示。
3.2.3多集群系统资源监控设计
本地资源监控是多集群作业调度管理的基础,能为错误检测、资源优化配置和作业调度等提供重要的依据和参考。然而,不同本地监控系统存在着不兼容的描述或者含糊的定义,可能导致最终监控信息不准确[11-12]。需要设计一种资源信息公共的表示方法,使得原有集群的监控信息转换成规范格式、形成一致的数据提供者。多集群系统资源监控的核心工作是本地监控信息数据采集转换及信息组织。统一规范的集群监控信息包括本地集群自身ID、CPU频率等静态信息,以及CPU利用率、内存占用率等动态信息。本地集群程序是守护进程,会定期向本地集群发送监控查询请求,并将返回的监控结果转换成设计的统一规范的监控信息,组装成消息,发送给消息服务器。其基本算法流程描述如下:
(1)启动本地监控系统;
(2)本地守护进程从本地监控系统发送监控查询请求;
(3)本地守护进程获得返回结果以后,解析返回结果,组装成设计好的统一规范的监控信息格式;
(4)本地守护进程将该实时监控信息发送给消息服务器;
(5)程序睡眠一段时间,醒来后返回第二步。当全局作业管理器发现消息服务器中相应主题有新消息达到,将自动获取该消息,并添加到全局资源监控数据结构中。
3.2.4多集群作业调度模块设计
多集群的作业调度器采用基于全局-本地的两级调度机制,即全局调度和本地调度[13-14]。每级调度都由相应的队列和调度器完成,局部调度由本地资源管理器提供,因此文中主要关注全局调度。实现全局调度的基本手段是定义若干全局的作业队列,包括就绪队列、运行队列、完成队列。这些全局作业队列由全局调度器管理。作业最终经过全局调度-本地调度-CPU调度,形成了不同层次的调度。作业调度的流程设计描述如下:
(1)接收浏览器端用户提交的作业请求描述和调度说明,组装成作业对象,加入到就绪队列之中。
(2)通过监控信息系统得到系统运行状态,提供资源的使用状况及所运行作业的状态查询功能。
(3)分析作业请求描述及调度说明,匹配可用资源,得到候选资源集合。
(4)根据调度策略调度算法实现作业到特定集群资源的匹配,将作业转发到消息服务器上,同时作业从就绪队列中出队,加入到运行队列中。
(5)相应的本地守护进程从消息服务器取出作业请求描述消息,提交给本地作业调度器,并最终将作业分配到具体的处理机上运行。
3.2.5作业控制及状态管理模块设计
作业控制、作业状态管理也是作业管理的重要组成部分。作业控制消息发送到消息服务器,相应的本地集群程序获取到该控制消息,并提交本地作业管理软件。本地集群程序定期向本地作业管理软件发送作业状态查询请求,如果发现作业状态发生改变,将状态消息发送到消息服务器,全局作业管理器获取到该消息,解析该消息,将相应作业从运行队列中取出,加入到完成队列。
4结束语
化学作业的设计目标是通过对典型化学题型的练习来促使学生掌握其解题思路,并且能够形到由点到面、举一反三的效果。所以化学作业的设计应当针对当前课堂的教学内容、学生的实际学情来设计典型题型,并且根据知识的重要程度来确定题目是以什么形式(选择题、判断题或解答题)出现,以便学生在自主学习时,能更有效地实现对学习内容侧重点的掌握。所以,立足于化学的学科特点,一份高质量的化学作业应该具有如下的特征:第一,背景来源于生活。引导学生关注现实生活中的化学问题,学会理论联系实际、提升获取和加工信息的能力,激发学生运用所学知识解决实际问题的潜能。第二,注重能力的提高。引导学生使用实验、图表、模型等手段,运用分析、推理、比较、归纳等方法,提高学生分析解决问题的能力。第三,重视化学实验。注重对实验原理的理解、实验现象的描述、实验方案的设计,能结合课本实验让学生有动手动脑进行实验探究的机会。
2.化学作业设计的原则
教师在设计化学作业时需要遵循一定的原则。一是基础性原则。化学作业的重心还是应当以掌握基本知识和基本技能为基础,在设计中要注重巩固、深化学生的知识技能,体现教学信息反馈的功能。二是适用性原则。作业设计时要考虑学生的身心特点。高中三年,学生的抽象思维能力呈逐渐增强的趋势,分析解决问题的逻辑性也越来越强,所以高中三个年级的作业应体现一定的阶段性,逐步增加综合性题目的比例。三是开放性原则。教师可以适当地设计开放性作业,以在一定程度上弥补封闭性作业的不足,有利于学生实践能力与创新思维的培养。如,《化学与生活》中的“垃圾资源化”一节,课后可以给学生布置以下作业:四人为一组,走访本地废品回收部门和垃圾处理厂,了解垃圾的分类回收利用情况和处理方法,并将本组的走访调查结果以书面形式记录下来。
3.化学作业设计的注意事项
教师在设计化学作业时需要注意以下几个问题,以期将作业的作用发挥至最佳效果,实现优质高效的教学目标。第一,作业需要具有层次性。在设计作业时,需要注重作业的层次性,确保作业具有一定的梯度,能够兼顾到不同层次学生的学习需要,比如在进行金属元素的复习时,可以为学有余力的学生预留如下的题目。【例1】 将一定质量的氧化铁和铁、铜的混合物溶于一定量的稀盐酸中,若:(1)固体有剩余,则溶液中的金属离子可能有
;(2)固体没有剩余,则溶液中的金属离子可能有
。第二,作业需要具有探究性。化学作业可以设计一些具有探究性的题型,使得学生能够不停留于简单的知识识记层面,转而进行深层的思考探究,从而培养学生独立的思维能力和解题能力。例如,在布置氯水的漂白性的作业时,可以做如下设计。【例2】 往氢氧化钠溶液中滴加几滴酚酞,溶液呈红色,然后再滴加氯水,当滴加一定量的氯水后溶液的红色褪去。(1)你认为酚酞褪色的原因可能是什么?(2)请设计实验来证明哪种观点是正确的。第三,作业需要结合实际。设计的化学作业与日常生活息息相关,真正做到理论联系实际,可以引导学生关注现实生活中的化学问题,激发学生运用所学知识解决实际问题的欲望,而且也有助于激发学生学习化学的兴趣,一举多得。如,在选修4《化学反应原理》“金属的腐蚀与防护”中,可以做如下作业设计。【例3】 下列关于金属的保护方法的说法正确的是(
)。A.我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷,若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B.白铁(镀锌铁)镀层破损后铁皮的腐蚀速率很慢C.轮船的船壳吃水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青,这是钢铁的电化学保护法。
4.结束语
优点:
1.有利于培养学生的独立工作能力。
2.有助于学模式,巩固课堂知识。方便老师布置作业,同时批改和讲解较为简单。
缺点:
1.思维在相同的轨道上运行,由于固定模式导致技能熟练,思维活动越来越少,不利于学生的全面发展。
2.不能要求学生把所学的知识应用于社会生活中去,不利于发展学生的个性和提高学生的实践能力。
3.传统设计出来的作业过程是单向的,整个过程基本上由教师主宰,学生按照教师设计好的流程来进行。不利于调动学生自我锻炼、自我反省、自我反馈和自我意识的培养。
4.容易使学生失去学习的热情,勇于挑战和创新的冲动,导致有较强的依赖性和惰性学习。
5.缺乏师生之间的相互交流,教师和学生个性化的互动缺乏。忽视学生开放思维的必要性和创造性学习,造成学生思维僵化。
6.缺乏教学的针对性,容易造成较多的教学盲区。
二、学生自主选择作业模式
优点:
1.鼓励学生敢想的勇气来面对严峻挑战,不断超越自己,增强自身实力。
2.使每个学生都能得到充分的发展,学生的个性可以全面展现。
3.让学生都能体验成功的喜悦。
4.尊重学生的个体差异,让学生主动学习,引导学生挖掘自己的创造潜能,培养他们的创造力,鼓励学生去探索创新。
5.增加了操作的灵活性,选择权由学生支配;充分考虑学生的学习差异和学习需求。
6.让学生自行完成自选的作业,有较高的积极性,减少对课堂布置作业抗拒的现象。
7.推动学生自主性的发展,学会照顾自己。8.有利于学生自我意识发展。乐于学习,喜欢学习,学会学习,善于学习,自我控制。
缺点:
1.有些学生基于完成作业的目的,会选择最容易的作业。
2.一些学生不懂得自我需求,跟着其他学生选择作业。
3.教师的工作量变大,很难完全掌握学生的作业情况。
4.课堂讲评存在难以照顾全面,顾此失彼。
三、学生参与设计作业
优点:
1.充分体现课堂上的民主和和谐,突破过往以教师为中心的框架,着重引导学生思考,给孩子一个自我探索的空间和机会。
2.学生也是教育的一个重要资源,这种资源有很大的潜力可以发掘。
3.有利于学生自我教育意识和自我教育能力的发展。
4.激发学生的好奇心、求知欲和不断进取精神,提高学习能力,提供问题解决的执行力。
5.突出课堂教学的重点和实效。根据对学生设计作业的审阅情况,教师可以了解到学生对教学内容的认识和理解情况,了解到学生学习过程中遇到的问题和思维障碍,进而更新教学内容,调整教学方式,使教学更有针对性和新颖性,吸引更多的学生参与到学习中去。
6.学生通过作业设计使自己有明确的学习目标,有意识地对学习内容和学习过程响应。新时代的学生有一个共同的特点,随着知识的增加和理解范围的延伸,他们总是希望能有更多的机会展示自己解决问题的能力,通过独立思考来展示他们的特殊才能。他们设计工作,可以满足他们的心理需求。在旧模式下,老师提出问题,学生做家庭作业,现在的模式是,自己回答自己出的题目,或者同学间相互出题请对方来回答,他们怎能不感兴趣?谁不想设计一个创新的题目得到老师和学生的认同?在学生参与设计作业的模式下,题目开放,答案开放,学习视角开放,学生的思维和心理也随之开放,作业设计已成为学生个性和才能展现的舞台。
7.参与设计工作,可以使学生学会对教育资源进行选择。
缺点:
1.学生没有足够的时间来对教学材料进行仔细思考,有时只是粗略一看。设计作业,如果不去深入思考,或者没有时间来学习,很难从中得出疑问和问题,往往走马观花。设计得到的作业,大多会较为肤浅,或者只是复制其他人的成果。
2.设计的部分作业有时会比较空洞,没有很多实际的内容。
四、学生合作完成作业
优点:
1.小组里的学生,可以有平等的机会参与到作业中去,他们可以表达自己对问题的看法和意见,让所有学生参与到教学得到真正实现。
2.为学生提供语言实践和自我表达的机会。
3.帮助形成一个倾听别人意见的良好习惯。
4.有助于提高学生的学习动机和学习效率。
5.充分调动学生主动参与的积极性。
6.通过解决学生之间有时存在的矛盾,可以更好地认识和处理人际关系,学会沟通,有助于学生合作意识的培养。让学生认识到集体力量的重要性,体验到合作的乐趣和价值。
7.竞争与合作是为了实现目标,合作是为了更好地竞争。引导学生合理处理合作与竞争的关系。
8.引导学生正确处理合作与独立之间的关系。在独立的基础上进行合作,在合作过程中独立发展。合作应充分尊重个人的独立性,发挥个人的特长。
9.有助于减少学生的焦虑,让学生更健康地发展。
10.合作完成作业,为了提高学生的民主意识和参与能力,帮助学生创造一个良好的教育环境和发挥学生的创新能力。主体性得到发展,学生的创新实践能力就会受到启发。
文献[1-4]在阐述教材时谈到两个问题:(1)教材选择比较困难,这个问题依然困扰着我们;(2)他们无一例外地选择了同一本教材(个别情况是版本不同),即《MATLABProgrammingforEngineers》(StephenJChapman著).在教材选择上,完全不必局限于本教材.正如张建民[3]在文章中所述,MATLAB官方网站,即Mathworks公司的主页上就有各种教学资料,包含各种文档,都是不错的教材,而且还有视频教程.为了能够让学生体会到原版MATLAB软件的要旨,选取了MATLAB官方网站上的一个入门文档,即:MatlabgettingstartedguideR2011b[5],之所以选择2011b版本,是因为开设这门双语课的时候是2011级学生,当时这个文档是最新版本的MATLAB说明文档.选择这个图形用户接口文档作为教材可以让学生接受最新的理念,也便于鼓励学生学习最新的技术.由于这个文档没有教材的那种编写思路,学生在学习的过程中比较自由,能够更好地发挥主观能动性,查阅资料搞清问题也有利于提高学生的实际从业能力.为了弥补这个问题,指定了3本参考书,即文献[6-8].本文档的一个重要问题就是没有作业,需要教师根据讲授内容来设计作业.为了防止学生代码复制和抄作业的问题,对作业进行了设计,保证每个学生都有不完全相同的作业.
2个性化的作业
为了让每个学生都有独一无二的作业,将题目和学生的身份信息进行了联系.MATLAB最重要的功能就是对矩阵的操作,在实际学习过程中,让学生将向量和矩阵分开看待的.对于向量的操作,让学生对自己的学号进行操作,并将自己的学号做成各种各样的条形码.通过对条形码的学习,让学生明白了编解码技术、抗噪声技术.当学生看着自己的学号生成的条形码时,他们觉得非常新奇,对MATLAB编程的学习热情得到极大地提高.对于矩阵的学习,主要围绕学生的照片展开.要求学生必须用自己的照片来进行处理.这里存在两个问题:(1)有的学生从网上下载了小动物和风景画之类的图像进行处理,遇到这样的问题,对学生进行批评教育,并降低该次作业的成绩;(2)学生本人的照片大多是用手机拍摄的,因此是彩色图像,一般为jpg格式,需要将彩色图像先转换为灰度图像,在讲到三维阵列的时候,再学习彩色图形的显示和处理.为了便于说明作业的实际情况,举一实例.例如:学习图形用户接口的时候,要求学生设计一个独特的界面.界面的大致轮廓见图1.给出作业的要求如下:(1)设计中的照片务必为本人“头像”,不可以为合影、风景照等;(2)设计报告要求将实现步骤写清楚;(3)报告中要求有程序执行结果截图,截图一定要全面、完整;(4)学号要求一定输入自己的学号;(5)设计完成项目不局限于上页格式,可自由发挥;(6)报告后面要有附录,附录为本设计的代码,字号为小五.本次作业不仅要求学生能够正确设计图1所示的界面,还能够将自己的学号拼成平行四边形或矩形输出,并能够求出学号各位数字的总和,还能够上下和左右翻转设计者的照片.所有结果要求在该接口界面上显示.例如:在文本框中输入“20115044122”,点按“平行四边形格式”,并单击“左右翻转”,得到的结果见图2.在图2的界面中再次单击“左右翻转”,照片翻转结果见图1.本次作业不仅使学生学会了利用MATALB提供的Guide工具进行图形用户接口界面设计,而且学会了将照片导入MATLAB的方法,以及对于三维阵列的操作方法,更能够巩固已经掌握的循环结构程序设计方法.有的学生在本次作业的基础上,进行了进一步的学习和探索,做出了更多更好的设计.
3结论
苏霍姆林斯基说过:“儿童是用形象、色彩、声音来思维的。”因此,教师在语文教学活动过程中,根据文本内容并结合文本的特点来设计一些画画形式的作业,这样使枯燥的书面语言转化为形象、生动的直观画面,让他们在绘画中巩固知识、习得知识,促进他们对所学知识的“消化”和提炼。如:教学苏教版《渔歌子》这首古诗后,我让学生根据课文的意境画一幅画。学生对这个作业感到新鲜有趣,利用水彩笔纷纷画了起来,虽然画得稚嫩,但凝聚了学生的心血。我顺势组织了一次《渔歌子》绘画展,极大地调动了学生的作业热情。
二、变“被动”为“主动”
新课程标准强调学生是发展的人、独特的人、学习的主人。因此,教师在作业设计时,可充分发挥教师的主导作用,调动学生作业的主动性、积极性、创造性,让他们自主设计、自我选择相关的作业任务,变传统作业形式的“要我做”为新课改教育下的“我要做,我还要做”,从而成为学习的主动者和探究者。
(一)设计“超市”型作业传统教学中的作业形式为教师布置学生做,然后教师批改。这些作业对于优等生来说,富有挑战性的题目和探究性的题目较少,提不起他们的学习兴趣。对于中等生来说,比较容易顺利完成。对于后进生来说,只能完成一些基本的题目,而提高题他们则束手无策,丧失学习的自信心。这就证明传统作业忽视了各层次学生的认知要求,有极大的弊端。为此,精心设计布置“超市”型作业,让学生有自主选择作业的权利,照顾到不同层次学生的学习需求,让每一位学生通过作业获得最大可能的提高,既照顾到中等生和后进生达到教学的基本要求,又让优等生享受探究的乐趣,人人从作业中感受进步和成长。如教学《詹天佑》时,我设计的作业为:①詹天佑在修建京张铁路时,克服了哪些困难?反映了詹天佑怎样的特点?②给詹天佑设计一张人物介绍卡片。③课外去读一读中外爱国人物故事。(第1题为必做题,2、3题为选做一题)
(二)设计实践性作业语文课程是一门学习语言文字运用的综合性、实践性课程。在设计作业时,应根据教学需要设计一些社会性实践活动作业,使语文与生活联系起来,活学活用。如:在教学口语交际《聊聊当前的热点话题》时,我根据实际情况,让学生搜集MH370的有关资料,韩国“岁月号”沉船事件的有关资料。学生经过一周的准备,在课堂上交流的时候,能够踊跃发言,谈出了自己的感受和看法,既锻炼了学生的语言表达能力,又联系了实际。真正做到了顾宪成所说的:风声雨声读书声,声声入耳;家事国事天下事,事事关心。
三、变“独立”为“合作”
拓展性作业设计目标主要是重视学生创新和实践能力,拓展学生思路,激发学生兴趣,启迪学生智力,引导学生能够自主参与。拓展性化学作业是提高学生实践能力,培养学生创新精神的重要途径,也是化学作业的主要形式,其不仅涉及基础知识,还能够启发学生思维。拓展性作业的设计主要坚持多样化、新颖性原则,将作业与学生实际生活结合在一起,关注热点话题,吸引学生,通过综合性问题,多种解题思路,有效激发学生积极性,促使学生养成良好的学习习惯,进而形成解决实际问题的思维品质。如磁悬浮列车作为社会热点话题之一,其核心技术涉及到化学知识,教师可以结合这一话题,设计作业题目:高温超导物质(Y2Ba4Cu6O13)主要是由哪几种元素组成,其中Y呈价,YmOn化学式。学生运用已经掌握的知识,进行适当思考,就可以得出结论。
二、探究性作业设计
1.坚持与时俱进
在化学作业设计中要渗透人文精神,激发学生兴趣,充分调动学生积极性和热情。另外,还需要坚持因人而异原则,针对学生实际情况,设计不同层次的作业,赋予学生自,让学生结合自身兴趣进行选择,促使学生能够在不同程度上有所提高,实现个性化发展目标。例如:针对一些学习能力强、基础知识掌握情况较好的学生,教师可以多布置一些探究性作业,偏向社会生活等方面的内容,充分调动学生思维。相反,针对一些学习能力较弱的学生,教师可以多布置一些基础性作业,帮助学生巩固和强化化学基础知识,循序渐进地学习化学知识,提高化学成绩。
2.要紧密联系生活教师要引导学生多动手、多参与实践活动,加强作业与学生生活的联系,拉近学生与化学知识之间的距离,促使学生在参与活动过程中,能够开发智力,提高综合能力。化学学习过程中,
1.缺少课堂作业,师生互动过少
课堂作业是教师在课上带领学生对所学知识进行巩固复习的方式,通过课堂作业的布置,教师可以了解学生的课堂学习情况,并对教学方法等进行调整,因此在进行课堂教育教学中,课堂作业应成为课堂教学中的一部分。但是笔者在十几年的初中化学教学实践中发现,大部分初中化学教师在进行化学教学的过程中却忽视了。究其原因主要包括以下几个方面:(1)课堂教学任务过重。教授知识是课堂授课的主要内容,教师一直将知识的传授放到了课堂教学的首要位置,尤其是在进行新课改后,化学教材在教学内容以及教学方式等方面都进行了大幅度改革,因此初中化学教师在进行化学教学的过程中,不仅要对学生进行化学知识的传授,还要组织学生进行化学实验的操作等,教学任务加重。(2)教师教学缺乏效率。效率与质量是进行教育教学过程中的关键点,教师在进行课堂授课的过程中既要保障课堂质量,也要注重课堂效率,只有在有限的时间里保质保量地完成对学生的教育教学,才能有效地促进学生的发展。目前很多教师很难兼顾质量与效率,在将质量放在第一位的同时,导致课堂教学效率一直难以提升,因此课堂教学占用了课堂作业的时间,造成师生间互动减少,学生对知识的掌握能力下降。
2.作业数量过多,学生负担过重
与课堂作业不同,绝大多数初中化学教师,对学生的课后作业十分的重视,尤其是针对初三学生,为了保障初三学生能顺利地通过升学考试,大多数化学教师一般会对学生布置大量的课后作业,其中校本作业是主要内容。但是通过实践证明,题海战术对于学生化学成绩的提升并没有实际意义,反而有可能造成物极必反的效果。我国施行的是全日制教学,因此学生白天要在学校进行一整天的学习活动。由于化学教师布置的化学作业量过多,和其他学科共同作用使得学生的休息时间被压缩,学生睡眠不足,严重影响学生第二天的学习状态。
3.作业缺乏针对性,难易把握不当
现代教育虽然进行了不断发展完善,但是在对学生进行教育教学的过程中,仍采取学方式,缺乏对学生个性的关注。由于自身素质不同、接受能力存在差异等原因,造成学生中出现学习成绩上的差距。由于存在这种学习上的差距,在面对同样的校本作业时,学习好的学生会轻而易举的完成,而学习稍差的学生,难以独立解答,因此使得一些学习差的学生对化学学习失去信心。由此可见,多数学校对于初中化学校本作业的设计仍存在问题,其在作业难易程度的把握上存在不足,影响了校本作业作用的发挥。【案例】人教版下册课本第76页第4题:某同学发现,上个月做实验用的氢氧化钠溶液忘记盖瓶盖,对于该溶液是否变质,同学们提出了如下假设:(1)该溶液没有变质。(2)该溶液部分变质。(3)该溶液全部变质。请设计实验方案,分别检验以上假设,简要叙述实验步骤和现象,并写出相关反应的化学方程式。笔者在多年的初三化学教学过程中体会到初三学生接触化学时间不长,在新授课时面对这么大的题目约有三分之二的学生是束手无策的,尤其是假设(2),由于检验变质程度的关键在于确定样品中是否存在NaOH,因此在检验NaOH的过程中,所采取的方案要想方设法排除Na2CO3对检验结果的干扰。由此可见,题目难度梯度过大,容易导致课堂效率的低效。
二、针对初中化学校本作业设计的反思
1.重视课堂作业,合理进行课堂授课
通过上文我们可以知道课堂作业对于学生化学成绩的提升有着重要的作用,因此在今后的初中化学教学工作中,首先应重视课堂作业的重要性,在课堂教学进行的过程中合理地进行课堂作业的安排,提升课堂教学的质量。同时,有关化学教育工作者还应积极地对化学教材进行完善,增加校本作业中课堂作业的比重,让化学教师在进行课堂授课的过程中,可以按照教材内容按部就班地进行课堂教学。
2.提升作业质量,减少作业数量
题海战术是现代教育教学中常用的教育方法。这种方法不仅给学生带来了巨大的负担,同时也不利于成绩的提升。因此在倡导教育改革的今天,应积极地对自身观念进行改变,提升做题质量的方式。首先,教师在进行校本作业设计的过程中,应重视质量而忽视数量,减少学生作业的布置量。其次,初中化学教师应注重化学作业的多样性。传统的化学作业以习题为主,不能对学生的学习能力进行有效的提升。因此在进行初中化学校本作业设计的过程中,有关教师应注意初中化学校本作业的多样性。除了要对学生进行习题的安排外,还要加入一些探究性的作业,让学生进行独立思考与探究,培养学生的独立思考能力。
3.均衡作业难度,照顾落后学生