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心理学认为,如果对原理认识到位,那么就会消除学习的难度,省下百分之四十的研究与分析的时间。由于认知结构中原有的有关观念在概括水平上高于新学习的知识,因而新知识与旧知识所构成的这种类属关系又可称为下位关系,这种学习便称为下位学习。懂得原理,就等于拿到了开启学科大门的钥匙,这就属于下位学习了。这样的学习会轻而易举,否则必然是事倍功半。
试想,新的知识不能够很好地在头脑中形成轮廓,不能顺利地纳入到已有的认知结构中,又怎么能够新旧结合、相辅相成地学到更多的知识和有深层的体悟呢?
二、培养有情感的数学学习
数学学习,要让学生认识到数学的价值,让他们感觉到数学有意义,学有所用,能以此解决生活中的问题,这样的学习能有效地提高学生的学习兴趣,让他们从被动变成主动,从机械学习变成喜欢,从学会变成会学。这样能有效发展学生的思维、培养学生的数学情感,能够很好地创设一个和谐的学习数学的氛围。
在学习过程当中,教师要鼓励学生去创造学习方法,而不是总是以教授的姿态去传授,这样才能够更快、更准确、更科学地完成教学任务。
每一个学生都有鲜明的个性,他们都有一定的潜力可挖,要鼓励他们成为具有创新精神的人才。培养学生创新精神的数学就是有价值的数学,这是千古不灭的真理,同时也要让学生懂得这个真理,让他们参与到教学当中,成为一个创造者。
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1币越淌中心还是以学生为中心
在数学课程改革前,数学教师基本上独霸课堂,唱独角戏,师生间的活动较少.数学教师满堂讲,满堂灌,学生得不到充分的思考,这是教学效果不佳的主要原因.新课改倡导数学教师要做教学的组织者、合作者、引导者、筹划者.新课改提升了学生的地位.学生成为学习的主体,是学习的探索者、发现者,是教学中最活跃的因素.学生地位的巨大转变是数学新课改的一大亮点,也标志着学习时代的到来.新课改前,数学教学主要是以教师为中心,以讲授为中心.新课改后,学生真正成为学习的主人,成为教师围着转的太阳.可以看出,数学新课改倾向以学生为中心,这是符合学生身心发展特点的.以教师为中心还是以学生为中心一直是教育界争论的话题,完全偏向任何一方都是有害的、错误的.在发挥学生主人翁地位的同时千万不可忘记发挥教师的主导作用,教师的主导作用和学生的主体地位是相辅相成、对立统一的.数学新课改强调以人为本,以学生的发展为本,进一步强化了学生的主人翁地位.
2币灾识为中心还是以能力为中心
乍看起来,这个问题似乎太简单,无可争议.大家一致认为要大力培养学生各方面的能力,考试立意也应由知识立意转向能力立意,数学新课改以能力为中心似乎是无可争议的.应该说,以能力发展为中心也是数学新课改的初衷和愿望,并得到广泛的支持和赞同,但实际情况并非完全如此.数学新课程标准对能力的要求较含糊,不太具体,也较难操作.相反的,不管是数学课程标准还是按标准编出的教材,数学知识点都清楚明白,具体明确,条理分明.以知识为中心仍然是数学新课程的特点,这一点如今还是含而不露的事实,不容否定.如今学生的知识点还是抓得那么扎实牢靠,这也是师生不可否定的事实.可喜的是数学新课改已渐渐向能力为中心靠近.虽然探索之路漫长艰辛,可喜的是这一步已经迈出,并且会越迈越大.在这个知识与日俱增的时代,知识正以指数倍增长,再以知识为中心既是不可能的,也是不现实的.但愿我们一起奋斗努力,实现由以知识为中心迅速转变为以能力为中心,这也是我们大家共同的未来和希望.认清问题和解决问题一样重要.通过分析,我们已经认识了现在仍然存在着以知识为中心的不良现象,下一步就是各方协作共同解决问题的时候了.但愿数学新课改能早日实现真正以能力为中心.
3币院献魑中心还是以竞争为中心
数学新课改前,学生之间缺乏合作与交流.学生之间的互动几乎为零,学生之间孤立隔膜,这加剧了学生之间的相互竞争.再加上学校对考试成绩排名论次,这更加剧了学生之间的竞争意识.学生只以成绩高低论英雄,这种竞争有时甚至达到白热化的程度.据张奠宙教授了解:一个班的数学成绩第一名者在成绩单上批了一句:“让不服气的瞧瞧”,这简直是课堂文化的垃圾.数学新课改不许学校排名次,通过建立合作小组强化学生间的合作与交流,实践证明这是符合时代潮流的.课堂虽小,五脏俱全.某种意义上说,课堂就是一个微型社会.在这微型社会里最需要的就是合作与交流,俗话说得好“一个好汉三个帮”,只有学会合作的人才能生活得更幸福,更美好.总体上说,数学新课改是倡导以合作为中心的,这是学生之福,教师之福,社会之福.合作是壮大力量的有力手段,也是通向成功的宽阔大道.让我们大家携起手来,共同合作,共同双赢,共同成功.
4币苑⑾治中心还是以建构为中心
20世纪60年代,美国着名心理学家布鲁纳倡导的发现法曾风靡全球.21世纪的今天,数学发现法重新升温.数学新课改倡导探究发现,把数学发现提到新的高度,但绝对不能以发现为中心.因为探究发现在绝大多数数学课里都不能进行,即使能进行,花费的时间又太长,学生因个体差异发现的进度又不一致,以至于用得少,效果又不好.发现的想法是好的,可惜发现的过程太曲折,只能偶尔试之.建构主义是以皮亚杰的发生认识论为基础的,虽然建构主义门派众多,但都承认学生的学习是一个积极主动地建构过程,学生是主动的建构自己的知识结构.建构主义被认为是新课改的理论基础,广大教育工作者对此已形成共识.建构主义是指导我们教学的有力工具,承认以建构为中心,是大家普遍接受的观点,这一点应该没有争议.但以建构主义指导教学不能偏离辩证唯物主义,而陷入极端唯心主义和神秘主义的泥坑.
5币曰础性为中心还是以选择性为中心
基础教育数学新课改属于基础阶段的数学教育,理应以数学的基础性为中心.数学课程选择的内容应该是基础性的、普及性的,适合广大学生的学习情况的,并能为绝大多数学生掌握的.这就要求适当删减过去那些繁、难、偏、旧的数学知识,选择有时代气息的,在实际生活中有广泛应用的基础知识进入新课程.以基础性知识为中心是数学新课改的重要要求.但基础又是与时俱进的,不同的时代有不同的数学基础,选择数学基础性知识要与时代与学生同行.这样才不至于出现偏差.选择性要求数学新课程要因人而异,不同的学生要有不同的选择,这也是教材新课改的要求.数学新课改力争实现在数学基础性上的选择性,实现基础性和选择性的共赢.
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二、在教学中夯实学生的数学基础,渗透能力训练
请总结解分式方程的常用技巧,并设计出相应的例子。
能否弄懂数学某个概念,取决于脑中是否有该概念的模板,而对该概念理解的深度和速度,则取决于有多少模板。理解力超常的人,可以一边在脑中制造模板,一边吸收外来的信息,他们在脑中有各种各样的模板,接收来的信息总会和其中一个模板对上号,于是就理解了。所以,人的理解力取决于通过“思考、动脑、动手、观察”等行动产生了多少模板。基于这个原理,教师可通过引导预习、创造生活情境、组织活动等方式持续不断地帮助学生制造模板,使得学生的能力螺旋上升。
三、引导阅读,积累素材
在阅读的初始阶段,对学生进行被动式阅读教学,教师可根据学生的学情与阅读的内容编写导学案或阅读提纲,让学生在问题的引领下进行数学阅读。在阅读的高级阶段,对学生进行主动式阅读教学,教会学生掌握数学阅读的一般策略,要求学生能全面提高阅读速度,通过阅读,整理归纳出阅读重点,掌握相应的数学思想,遇到问题可以自己从不同的角度、用不同的方法去思考。课外阅读材料包括数学故事、数学报刊杂志、论文集等等。阅读这类材料时可以通过做阅读笔记、写学习心得、编制卡片、复印感兴趣的文章等方式进行素材的收集,在这个过程中,大脑中也随之积累了更多的模板,有益于日后对相关新概念的理解。
四、指导学生开展自主研究活动,撰写论文
1. 提出课题
课题的产生可以是教材或教师设定的,也可以是学生自己提出的,选题应秉着有用、有趣、可操作、可探索、可结合平时的数学学习的角度进行。笔者以所在学校为例,分类列举往届学生参加“全国数理化能力展示活动”数学科论文比赛部分获奖学生的论文选题:1. 学习心得类;2. 从课外阅读中得到收获与启发,获得灵感;3. 综合、概括、总结类。对课本知识进行归纳整理、拓展延伸,简化计算题或证明题;4. 在生活中发现问题,并与自己的数学学习相联系;5. 建立数学模型,再利用模型对问题进行分析、预测;6. 问卷调查类。
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素描、色彩,是所有学习美术专业学生必修的基础绘画课程,在艺术设计教学体系中,把它们作为基础绘画教育课程,有我国多年艺术教育的历史原因。长期以来,素描、色彩课程一直被认为是一切造型艺术的基础,但在学习设计的过程中,大多数学生很难把基础绘画课和设计专业结合在一起,只注重绘画写生和技法的训练,而忽视艺术设计的专业性,牵制了学生设计思维的发展。wwW.133229.cOm在过去,我们的艺术教育强调基础,强调绘画功底,在这种情形下着实培养了一批批写实功夫和艺术表现力过硬的画家,以至于这些画家至今还陶醉于花费数月表现一个比真的还真实的手工绘画作品的满足感受中。现在的书店里,我们会经常看到一些素描、色彩书籍被命名为“正规画法、正规范画”的字语,难道除了他们的画法外,其他人的绘画风格都是旁门左道吗?何谓“正规”,艺无止境,但凡形成一定的范式或风格,即是走到了终点,接下来就是必然要打破它,超越它,这样艺术才能进步,我们才能创新。如今是一个数字技术、多媒体影像可以轻松去复制作品,可设计艺术却不能去重复、去拷贝,因为设计追求的是原创性和创新性;目前我们的创新设计、原创设计和国际上一些优秀的设计相比显得有些滞后,看看近年来一些产品造型专业的萎缩状况,一些大型的优秀建筑环境艺术设计、服装设计都来自于国外的设计师即可而知。我们的一些设计师的创造力相对就显得有些苍白,这是不是过分强调基础忽视创造力培养的结果,是不是所谓“正规”的绘画基础教育造成的?这就需要每个从事设计艺术教育工作者重新思考、重新定位我们的“绘画基础”和功底的了。
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近20多年来,医学影像已成为医学技术中发展最快的领域之一,其结果使临床医生对人体内部病变部位的观察更直接、更清晰,确诊率也更高。20世纪70年代初,X-CT的发明曾引发了医学影像领域的一场革命,与此同时,核磁共振成像象(MRI:MagneticResonanceImaging)、超声成像、数字射线照相术、发射型计算机成像和核素成像等也逐步发展。计算机和医学图像处理技术作为这些成像技术的发展基础,带动着现代医学诊断正产生着深刻的变革。各种新的医学成像方法的临床应用,使医学诊断和治疗技术取得了很大的进展,同时将各种成像技术得到的信息进行互补,也为临床诊断及生物医学研究提供了有力的科学依据。
在目前的影像医疗诊断中,主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体,往往需要借助医生的经验来判定。至于准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系,仅通过观察二维切片图象是很难实现的。因此,利用计算机图象处理技术对二维切片图象进行分析和处理,实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和三维显示,可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分析,可以大大提高医疗诊断的准确性和可靠性。此外,它在医疗教学、手术规划、手术仿真及各种医学研究中也能起重要的辅助作用。
本文对医学图像处理技术中的图像分割、纹理分析、图像配准和图像融合技术的现状及其发展进行了综述。
2.医学图像三维可视化技术
2.1三维可视化概述
医学图像的三维可视化的方法很多,但基本步骤大体相同,如图.。从#$/&’(或超声等成像系统获得二维断层图像,然后需要将图像格式(如0(#1&)转化成计算机方便处理的格式。通过二维滤波,减少图像的噪声影响,提高信噪比和消除图像的尾迹。采取图像插值方法,对医学关键部位进行各向同性处理,获得体数据。经过三维滤波后,不同组织器官需要进行分割和归类,对同一部位的不同图像进行配准和融合,以利于进一步对某感兴趣部位的操作。根据不同的三维可视化要求和系统平台的能力,选择不同的方法进行三维体绘制,实现三维重构。
2.2关键技术:
图像分割是三维重构的基础,分割效果直接影像三维重构的精确度。图像分割是将图像分割成有意义的子区域,由于医学图像的各区域没有清楚的边界,为了解决在医学图像分割中遇到不确定性的问题,引入模糊理论的模糊阀值、模糊边界和模糊聚类等概念。快速准确的分离出解剖结构和定位区域位置和形状,自动或半自动的图像分割方法是非常重要的。在实际应用中有聚类法、统计学模型、弹性模型、区域生长、神经网络等适用于医学图像分割的具体方法。
由于可以对同一部位用不同的成像仪器多次成像,或用同一台仪器多次成像,这样产生了多模态图像。多模态图像提供的信息经常相互覆盖和具有互补性,为了综合使用多种成像模式以提供更全面的信息,需要对各个模态的原始图像进行配准和数据融合,其整个过程称为数据整合。整合的第一步是将多个医学图像的信息转换到一个公共的坐标框架内的研究,使多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应,称为三维医学图像的配准问题。建立配准关系后,将多个图像的数据合成表示的过程,称为融合。在医学应用中,不同模态的图像还提供了不互相覆盖的结构互补信息,比如,当CT提供的是骨信息,MRI提供的关于软组织的信息,所以可以用逻辑运算的方法来实现它们图像的合成。
当分割归类或数据整合结束后,对体数据进行体绘制。体绘制一般分为直接体绘制和间接体绘制,由于三维医学图像数据量很大,采用直接体绘制方法,计算量过重,特别在远程应用和交互操作中,所以一般多采用间接体绘制。在图形工作站上可以进行直接体绘制,近来随着计算机硬件快速发展,新的算法,如三维纹理映射技术,考虑了计算机图形硬件的特定功能及体绘制过程中的各种优化方法,从而大大地提高了直接体绘制的速度。体绘制根据所用的投影算法不同加以分类,分为以对象空间为序的算法(又称为体素投影法)和以图像空间为序的算法!又称为光线投射法",一般来说,体素投影法绘制的速度比光线投射法快。由于三维医学图像的绘制目的在于看见内部组织的细节,真实感并不是最重要的,所以在医学应用中的绘制要突出特定诊断所需要的信息,而忽略无关信息。另外,高度的可交互性是三维医学图像绘制的另一个要求,即要求一些常见操作,如旋转,放大,移动,具有很好的实时性,或至少是在一个可以忍受的响应时间内完成。这意味着在医学图像绘制中,绘制时间短的可视化方法更为实用。
未来的三维可视化技术将与虚拟现实技术相结合,不仅仅是获得体数据的工具,更主要的是能创造一个虚拟环境。
3.医学图像分割
医学图像分割就是一个根据区域间的相似或不同把图像分割成若干区域的过程。目前,主要以各种细胞、组织与器官的图像作为处理的对象,图像分割技术主要基于以下几种理论方法。
3.1基于统计学的方法
统计方法是近年来比较流行的医学图像分割方法。从统计学出发的图像分割方法把图像中各个像素点的灰度值看作是具有一定概率分布的随机变量,观察到的图像是对实际物体做了某种变换并加入噪声的结果,因而要正确分割图像,从统计学的角度来看,就是要找出以最大的概率得到该图像的物体组合。用吉布斯(Gibbs)分布表示的Markov随机场(MRF)模型,能够简单地通过势能形式表示图像像素之间的相互关系,因此周刚慧等结合人脑MR图像的空间关系定义Markov随机场的能量形式,然后通过最大后验概率(MAP)方法估计Markov随机场的参数,并通过迭代方法求解。层次MRF采用基于直方图的DAEM算法估计标准有限正交混合(SFNM)参数的全局最优值,并基于MRF先验参数的实际意义,采用一种近似的方法来简化这些参数的估计。林亚忠等采用的混合金字塔Gibbs随机场模型,有效地解决了传统最大后验估计计算量庞大和Gibbs随机场模型参数无监督及估计难等问题,使分割结果更为可靠。
3.2基于模糊集理论的方法
医学图像一般较为复杂,有许多不确定性和不精确性,也即模糊性。所以有人将模糊理论引入到图像处理与分析中,其中包括用模糊理论来解决分割问题。基于模糊理论的图形分割方法包括模糊阈值分割方法、模糊聚类分割方法等。模糊阈值分割技术利用不同的S型隶属函数来定义模糊目标,通过优化过程最后选择一个具有最小不确定性的S函数,用该函数表示目标像素之间的关系。这种方法的难点在于隶属函数的选择。模糊C均值聚类分割方法通过优化表示图像像素点与C各类中心之间的相似性的目标函数来获得局部极大值,从而得到最优聚类。Venkateswarlu等[改进计算过程,提出了一种快速的聚类算法。
3.2.1基于模糊理论的方法
模糊分割技术是在模糊集合理论基础上发展起来的,它可以很好地处理MR图像内在的模糊性和不确定性,而且对噪声不敏感。模糊分割技术主要有模糊阈值、模糊聚类、模糊边缘检测等。在各种模糊分割技术中,近年来模糊聚类技术,特别是模糊C-均值(FCM)聚类技术的应用最为广泛。FCM是一种非监督模糊聚类后的标定过程,非常适合存在不确定性和模糊性特点的MR图像。然而,FCM算法本质上是一种局部搜索寻优技术,它的迭代过程采用爬山技术来寻找最优解,因此容易陷入局部极小值,而得不到全局最优解。近年来相继出现了许多改进的FCM分割算法,其中快速模糊分割(FFCM)是最近模糊分割的研究热点。FFCM算法对传统FCM算法的初始化进行了改进,用K-均值聚类的结果作为模糊聚类中心的初值,通过减少FCM的迭代次数来提高模糊聚类的速度。它实际上是两次寻优的迭代过程,首先由K-均值聚类得到聚类中心的次最优解,再由FCM进行模糊聚类,最终得到图像的最优模糊分割。
3.2.2基于神经网络的方法
按拓扑机构来分,神经网络技术可分为前向神经网络、反馈神经网络和自组织映射神经网络。目前已有各种类型的神经网络应用于医学图像分割,如江宝钏等利用MRI多回波性,采用有指导的BP神经网络作为分类器,对脑部MR图像进行自动分割。而Ahmed和Farag则是用自组织Kohenen网络对CT/MRI脑切片图像进行分割和标注,并将具有几何不变性的图像特征以模式的形式输入到Kohenen网络,进行无指导的体素聚类,以得到感兴趣区域。模糊神经网络(FNN)分割技术越来越多地得到学者们的青睐,黄永锋等提出了一种基于FNN的颅脑MRI半自动分割技术,仅对神经网络处理前和处理后的数据进行模糊化和去模糊化,其分割结果表明FNN分割技术的抗噪和抗模糊能力更强。
3.2.3基于小波分析的分割方法
小波变换是近年来得到广泛应用的一种数学工具,由于它具有良好的时一频局部化特征、尺度变化特征和方向特征,因此在图像处理上得到了广泛的应用。
小波变换和分析作为一种多尺度多通道分析工具,比较适合对图像进行多尺度的边缘检测,典型的有如Mallat小波模极大值边缘检测算法[6
3.3基于知识的方法
基于知识的分割方法主要包括两方面的内容:(1)知识的获取,即归纳提取相关知识,建立知识库;(2)知识的应用,即有效地利用知识实现图像的自动分割。其知识来源主要有:(1)临床知识,即某种疾病的症状及它们所处的位置;(2)解剖学知识,即某器官的解剖学和形态学信息,及其几何学与拓扑学的关系,这种知识通常用图谱表示;(3)成像知识,这类知识与成像方法和具体设备有关;(4)统计知识,如MI的质子密度(PD)、T1和T2统计数据。Costin等提出了一种基于知识的模糊分割技术,首先对图像进行模糊化处理,然后利用相应的知识对各组织进行模糊边缘检测。而谢逢等则提出了一种基于知识的人脑三维医学图像分割显示的方法。首先,以框架为主要表示方法,建立完整的人脑三维知识模型,包含脑组织几何形态、生理功能、图像灰度三方面的信息;然后,采用“智能光线跟踪”方法,在模型知识指导下直接从体积数据中提取并显示各组织器官的表面。
3.4基于模型的方法
该方法根据图像的先验知识建立模型,有动态轮廓模型(ActiveContourModel,又称Snake)、组合优化模型等,其中Snake最为常用。Snake算法的能量函数采用积分运算,具有较好的抗噪性,对目标的局部模糊也不敏感,但其结果常依赖于参数初始化,不具有足够的拓扑适应性,因此很多学者将Snake与其它方法结合起来使用,如王蓓等利用图像的先验知识与Snake结合的方法,避开图像的一些局部极小点,克服了Snake方法的一些不足。Raquel等将径向基网络(RBFNNcc)与Snake相结合建立了一种混合模型,该模型具有以下特点:(1)该混合模型是静态网络和动态模型的有机结合;(2)Snake的初始化轮廓由RBFNNcc提供;(3)Snake的初始化轮廓给出了最佳的控制点;(4)Snake的能量方程中包含了图像的多谱信息。Luo等提出了一种将livewire算法与Snake相结合的医学图像序列的交互式分割算法,该算法的特点是在少数用户交互的基础上,可以快速可靠地得到一个医学图像序列的分割结果。
由于医学图像分割问题本身的困难性,目前的方法都是针对某个具体任务而言的,还没有一个通用的解决方法。综观近几年图像分割领域的文献,可见医学图像分割方法研究的几个显著特点:(1)学者们逐渐认识到现有任何一种单独的图像分割算法都难以对一般图像取得比较满意的结果,因而更加注重多种分割算法的有效结合;(2)在目前无法完全由计算机来完成图像分割任务的情况下,半自动的分割方法引起了人们的广泛注意,如何才能充分利用计算机的运算能力,使人仅在必要的时候进行必不可少的干预,从而得到满意的分割结果是交互式分割方法的核心问题;(3)新的分割方法的研究主要以自动、精确、快速、自适应和鲁棒性等几个方向作为研究目标,经典分割技术与现代分割技术的综合利用(集成技术)是今后医学图像分割技术的发展方向。
4.医学图像配准和融合
医学图像可以分为解剖图像和功能图像2个部分。解剖图像主要描述人体形态信息,功能图像主要描述人体代谢信息。为了综合使用多种成像模式以提供更全面的信息,常常需要将有效信息进行整合。整合的第一步就是使多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应,这一步骤称为“配准”。整合的第二步就是将配准后图像进行信息的整合显示,这一步骤称为“融合”。
在临床诊断上,医生常常需要各种医学图像的支持,如CT、MRI、PET、SPECT以及超声图像等,但无论哪一类的医学图像往往都难以提供全面的信息,这就需要将患者的各种图像信息综合研究19],而要做到这一点,首先必须解决图像的配准(或叫匹配)和融合问题。医学图像配准是确定两幅或多幅医学图像像素的空间对应关系;而融合是指将不同形式的医学图像中的信息综合到一起,形成新的图像的过程。图像配准是图像融合必需的预处理技术,反过来,图像融合是图像配准的一个目的。
4.1医学图像配准
医学图像配准包括图像的定位和转换,即通过寻找一种空间变换使两幅图像对应点达到空间位置上的配准,配准的结果应使两幅图像上所有关键的解剖点或感兴趣的关键点达到匹配。20世纪90年代以来,医学图像配准的研究受到了国内外医学界和工程界的高度重视,1993年Petra等]综述了二维图像的配准方法,并根据配准基准的特性,将图像配准的方法分为两大类:基于外部特征(有框架)的图像配准和基于内部特征(无框架)的图像配准。基于外部特征的方法包括立体定位框架法、面膜法及皮肤标记法等。基于外部特征的图像配准,简单易行,易实现自动化,能够获得较高的精度,可以作为评估无框架配准算法的标准。但对标记物的放置要求高,只能用于同一患者不同影像模式之间的配准,不适用于患者之间和患者图像与图谱之间的配准,不能对历史图像做回溯性研究。基于内部特征的方法是根据一些用户能识别出的解剖点、医学图像中相对运动较小的结构及图像内部体素的灰度信息进行配准。基于内部特征的方法包括手工交互法、对应点配准法、结构配准法、矩配准法及相关配准法。基于内部特征的图像配准是一种交互性方法,可以进行回顾性研究,不会造成患者不适,故基于内部特征的图像配准成为研究的重点。
近年来,医学图像配准技术有了新的进展,在配准方法上应用了信息学的理论和方法,例如应用最大化的互信息量作为配准准则进行图像的配准,在配准对象方面从二维图像发展到三维多模医学图像的配准。例如Luo等利用最大互信息法对CT-MR和MR-PET三维全脑数据进行了配准,结果全部达到亚像素级配准精度。在医学图像配准技术方面引入信号处理技术,例如傅氏变换和小波变换。小波技术在空间和频域上具有良好的局部特性,在空间和频域都具有较高的分辨率,应用小波技术多分辨地描述图像细貌,使图像由粗到细的分级快速匹配,是近年来医学图像配准的发展之一。国内外学者在这方面作了大量的工作,如Sharman等提出了一种基于小波变换的自动配准刚体图像方法,使用小波变换获得多模图像特征点然后进行图像配准,提高了配准的准确性。另外,非线性配准也是近年来研究的热点,它对于非刚性对象的图像配准更加适用,配准结果更加准确。
目前许多医学图像配准技术主要是针对刚性体的配准,非刚性图像的配准虽然已经提出一些解决的方法,但同刚性图像相比还不成熟。另外,医学图像配准缺少实时性和准确性及有效的全自动的配准策略。向快速和准确方面改进算法,使用最优化策略改进图像配准以及对非刚性图像配准的研究是今后医学图像配准技术的发展方向。
4.2医学图像融合
图像融合的主要目的是通过对多幅图像间的冗余数据的处理来提高图像的可读性,对多幅图像间的互补信息的处理来提高图像的清晰度。不同的医学影像设备获取的影像反映了不同的信息:功能图像(SPECT、PET等)分辨率较差,但它提供的脏器功能代谢和血液流动信息是解剖图像所不能替代的;解剖图像(CT、MRI、B超等)以较高的分辨率提供了脏器的解剖形态信息,其中CT有利于更致密的组织的探测,而MRI能够提供软组织的更多信息。多模态医学图像的融合把有价值的生理功能信息与精确的解剖结构结合在一起,可以为临床提供更加全面和准确的资料。
医学图像的融合可分为图像融合的基础和融合图像的显示。(1)图像融合的基础:目前的图像融合技术可以分为2大类,一类是以图像像素为基础的融合法;另一类是以图像特征为基础的融合方法。以图像像素为基础的融合法模型可以表示为:
其中,为融合图像,为源图像,为相应的权重。以图像特征为基础的融合方法在原理上不够直观且算法复杂,但是其实现效果较好。图像融合的步骤一般为:①将源图像分别变换至一定变换域上;②在变换域上设计一定特征选择规则;③根据选取的规则在变换域上创建融合图像;④逆变换重建融合图像。(2)融合图像的显示:融合图像的显示方法可分成2种:空间维显示和时间维显示。
目前,医学图像融合技术中还存在较多困难与不足。首先,基本的理论框架和有效的广义融合模型尚未形成。以致现有的技术方法还只是针对具体病症、具体问题发挥作用,通用性相对较弱。研究的图像以CT、MRI、核医学图像为主,超声等成本较低的图像研究较少且研究主要集中于大脑、肿瘤成像等;其次,由于成像系统的成像原理的差异,其图像采集方式、格式以及图像的大小、质量、空间与时间特性等差异大,因此研究稳定且精度较高的全自动医学图像配准与融合方法是图像融合技术的难点之一;最后,缺乏能够客观评价不同融合方法融合效果优劣的标准,通常用目测的方法比较融合效果,有时还需要利用到医生的经验。
在图像融合技术研究中,不断有新的方法出现,其中小波变换在图像融合中的应用,基于有限元分析的非线性配准以及人工智能技术在图像融合中的应用将是今后图像融合研究的热点与方向。随着三维重建显示技术的发展,三维图像融合技术的研究也越来越受到重视,三维图像的融合和信息表达,也将是图像融合研究的一个重点。
5.医学图像纹理分析
一般认为图像的纹理特征描述物体表面灰度或颜色的变化,这种变化与物体自身属性有关,是某种纹理基元的重复。Sklansky早在1978年给出了一个较为适合于医学图像的纹理定义:“如果图像的一系列固有的统计特性或其它的特性是稳定的、缓慢变化的或者是近似周期的,那么则认为图像的区域具有不变的纹理”。纹理的不变性即指纹理图像的分析结果不会受到旋转、平移、以及其它几何处理的影响。目前从图像像素之间的关系角度,纹理分析方法主要包括以下几种。
5.1统计法
统计分析方法主要是基于图像像素的灰度值的分布与相互关系,找出反映这些关系的特征。基本原理是选择不同的统计量对纹理图像的统计特征进行提取。这类方法一般原理简单,较易实现,但适用范围受到限制。该方法主要适合医学图像中那些没有明显规则性的结构图像,特别适合于具有随机的、非均匀性的结构。统计分析方法中,最常用的是共生矩阵法,其中有灰度共生矩阵(graylevelco-occurrencematrix,GLCM)和灰度—梯度共生矩阵。杜克大学的R.Voracek等使用GLCM对肋间周边区提取的兴趣区(regionofinterest,ROI)进行计算,测出了有意义的纹理参数。另外,还有长游程法(runlengthmatrix,RLM),其纹理特征包括短游程优势、长游程优势、灰度非均匀化、游程非均匀化、游程百分比等,长游程法是对图像灰度关系的高阶统计,对于给定的灰度游程,粗的纹理具有较大的游程长度,而细的纹理具有较小的游程长度。
5.2结构法
结构分析方法是分析纹理图像的结构,从中获取结构特征。结构分析法首先将纹理看成是有许多纹理基元按照一定的位置规则组成的,然后分两个步骤处理(1)提取纹理基元;(2)推论纹理基元位置规律。目前主要用数学形态学方法处理纹理图像,该方法适合于规则和周期性纹理,但由于医学图像纹理通常不是很规则,因此该方法的应用也受到限制,实际中较少采用。
5.3模型法
模型分析方法认为一个像素与其邻域像素存在某种相互关系,这种关系可以是线性的,也可以是符合某种概率关系的。模型法通常有自回归模型、马尔科夫随机场模型、Gibbs随机场模型、分形模型,这些方法都是用模型系数来表征纹理图像,其关键在于首先要对纹理图像的结构进行分析以选择到最适合的模型,其次为如何估计这些模型系数。如何通过求模型参数来提取纹理特征,进行纹理分析,这类方法存在着计算量大,自然纹理很难用单一模型表达的缺点。
5.4频谱法
频谱分析方法主要基于滤波器理论,包括傅立叶变换法、Gabor变换法和小波变换法。
1973年Bajcsy使用傅立叶滤波器方法分析纹理。Indhal等利用2-D快速傅立叶变换对纹理图像进行频谱分析,从而获得纹理特征。该方法只能完成图像的频率分解,因而获得的信息不是很充分。1980年Laws对图像进行傅氏变换,得出图像的功率谱,从而提取纹理特征进行分析。
Gabor函数可以捕捉到相当多的纹理信息,且具有极佳的空间/频域联合分辨率,因此在实际中获得了较广泛的应用。小波变换法大体分金子塔形小波变换法和树形小波变换法(小波包法)。
小波变换在纹理分析中的应用是Mallat在1989年首先提出的,主要用二值小波变换(DiscreteWaveletTransform,DWT),之后各种小波变换被用于抽取纹理特征。传统的金字塔小波变换在各分解级仅对低频部分进行分解,所以利用金字塔小波变换进行纹理特征提取是仅利用了纹理图像低频子带的信息,但对某些纹理,其中高频子带仍含有有关纹理的重要特征信息(如对具有明显的不规则纹理的图像,即其高频子带仍含有有关纹理的重要特征)得不到利用。使用在每个分解级对所有的频率通道均进行分解的完全树结构小波变换提取特征,能够较全面地提取有关纹理特征。
由于医学图像及其纹理的复杂性,目前还不存在通用的适合各类医学图像进行纹理分析的方法,因而对于各类不同特点的医学图像就必须采取有针对性地最适合的纹理分析技术。另外,在应用某一种纹理分析方法对图像进行分析时,寻求最优的纹理特征与纹理参数也是目前医学图像纹理分析中的重点和难点。
6.总结
随着远程医疗技术的蓬勃发展,对医学图像处理提出的要求也越来越高。医学图像处理技术发展至今,各个学科的交叉渗透已是发展的必然趋势,其中还有很多亟待解决的问题。有效地提高医学图像处理技术的水平,与多学科理论的交叉融合、医务人员和理论技术人员之间的交流就显得越来越重要。多维、多参数以及多模式图像在临床诊断(包括病灶检测、定性,脏器功能评估,血流估计等)与治疗(包括三维定位、体积计算、外科手术规划等)中将发挥更大的作用。
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篇6
2.设置问题,激发学生的学习兴趣。在教《认识计算机》时,我在课的一开始就提出问题:计算机有什么作用?计算机有什么特点?你知道计算机的工作原理吗?你想学习计算机吗?为什么?让学生带着问题自主学习课本,自己解决问题,掌握本课内容。
3.新旧内容比较引入新课。把前面学的知识与将要学习的知识进行比较,以便显示出新授内容的优点,从而激发学生学习新内容的兴趣。如我在教《图表生成与图表修饰》时,将文字、表格、图表三种形式一起展示在学生面前,让学生比较,指出各种表的优点、缺点,从而引入新课,激发学生的学习兴趣。
二、根据学科特点,选择有效的教学方法
教师把教学内容分成一个个具体的任务,让学生完成每一个任务,在完成任务的过程中学会内容,实现教学目标。运用任务驱动法教学,老师教学条理清楚,学生学习目标明确,很容易让学生学会内容。我上在Word中插入图片、艺术字、文本框和自选图形一课时,就采用的任务驱动法,不是一个个地介绍概念、作用和操作方法,而是将所有内容整合为一张电子贺卡。通过讲解贺卡的制作,学生学习要掌握的内容,教学思路就是制作贺卡的全过程,这样做符合学生的一般认知规律。教学过程条理清晰、层次清楚。根据课的内容及难易程度,将内容分割成不同具体任务让学生完成,学生就会有完成任务的紧迫感,在自己操作、尝试的过程中,主动探索与寻求帮助,变被动学习为主动学习,有了成功感,从而激发学习兴趣和主动参与意识。但在实际教学中,要根据具体内容、学生的特点,采用适合教学方法,设计一些趣味性、实用性、可行性任务,让学生快乐地学习。
三、根据初中教学水平,宜对学生进行分组教学
农村初中学生运用计算机的能力参差不齐,如果用一刀切的方法进行教学不利于学生发展,也不利于调动学生的积极性,因此我在信息技术课中采用异质分组方法将学生分成小组,进行小组合作与教学,有效提高学生的学习积极性,大大提高课堂教学效率。
四、根据现实,宜精讲多练,及时巩固新知
信息技术课每周只有一节,且信息技术课是一门重操作的课程,所以在许多需要操作的课程中,应注重少讲多练。教师通过精彩的导入,激发学生的兴趣后,在精讲的基础上,让学生多加练习,让学生在练和互相帮助的过程中掌握知识。其中,导入和新授时间应该压缩在15分钟以内,用25分钟~30分钟左右的时间让学生充分练习。向45分钟要效率,达到巩固、熟练和提高的目的。
五、进行多学科整合,让学生学以致用,体验成功
要想把知识牢牢记住,就要反复运用。而初中信息技术课每周只有一节,所以要想学生掌握所学知识,必须把所学内容与其他学科结合,与学校活动结合,让学生不再被动学习,而是主动运用所学知识。学生在学习过程中结合学校各项活动,组织学生根据课堂教学分组创作作品、展示作品、及时巩固所学内容,同时让学生取得成就感,体验团队协作精神。
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[中图分类号]G250.74[文献标志码]A
[文章编号]1005-6041(2012)04-0017-004
SCI(Science Citation Index)是由美国科学信息研究所(ISI)1961年创办出版的引文数据库,是世界著名的三大科技文献检索系统之一,也是国际公认的进行科学统计与科学评价的主要检索工具。国际上的科学计量机构及国际性组织在对国家或科研机构的科研能力及绩效评估工作中,常用SCIE(SCI-EXP ANDED,即SCI网络版)数据库作为依据[1]。本文利用检索式Address =(guangxi or nanning or guilin or liuzhou or yulin or hechi or baise or beihai or qinzhou or wuzhou)在美国科学信息研究所SCI网络版(SCI-EXPANDED)数据库中进行机构(Institutions)精炼检索,并对作为广西重要科研机构的10大高校近10年(2001—2011)来科技论文产出和学术影响力进行统计分析。
1 科技论文产出数量与增长趋势
从检索结果 (检索日期为2012年4月18日)统计来看,10年来,广西10所高校共有6 563篇论文被SCI收录,其中专业期刊研究论文6 295篇,约占96%,会议论文230篇,综述94篇,发文量排名见表1。10年来从科技论文产出数量来看,广西高校科技研究事业发展迅速,论文产出量呈逐年递增趋势(见图1)。科技论文产出量10年同比增长率为115%。近年来,我国科技事业发展迅猛,论文产出量逐年增加,作为重要科研机构的高校增长率更高。广西高校的科技论文产出的增长速度高于全国平均增长水平,但与全国高校(以中南六省为例)同水平相比,广西高校科研论文产出仍相对薄弱(见表2)。
2 学科分布和热点论文
通过SCI数据库对广西高校的科技论文检索结
[CM(81mm]果分析显示,化学、物理、材料科学等学科领域研究
[CM)]比较活跃,论文数量约占总数的一半(见表3),其他较活跃的领域有数学、结晶学、生物分子科学、工程技术、计算机科学、航空科学等。统计结果显示,广西师范大学物理、化学等基础研究学科比较活跃。广西大学是一所综合性教学研究型大学,在各学科领域研究占比重较大,尤其是在生物科学和材料科学等领域。桂林理工大学和广西民族大学的科学研究也初见繁荣。来源出版物是研究人员的研究基地,来源出版物在学科专业领域的地位从一定程度上反映研究人员的研究水平,其中化学学科研究主要来源出版物2010年影响因子分别为2134和0798(期刊影响因子来自JCR,国外来源出版物中文名称来源于谷歌学术搜索)。从主要来源出版物来看,在国内专业刊物上发表占比例较大,国外高影响因子的刊物较少。这从一定程度上反映广西高校科技专业研究水平与层次上还应进一步加强国际合作,从而提高学术影响力。
3 科技合作与学术影响力
学术交流与合作是学术影响力的重要体现,从论文检索结果分析来看,广西高校科技论文研究的主要科研合作伙伴遍布全球50个国家和地区,与美国、俄罗斯、日本等国家合作比较频繁,其中与美国合作研究502次,与俄罗斯合作达148次。学术影响力还可以从引用机构来说明[2],通过分析施引文献可以发现,广西高校科学研究10年来受到110个国家和地区的科研人员关注,美国、德国和日本引用约占国外引用的一半,美国引用达2 728次,占国外总引用的35%。从不同级别的基金资助机构资助来看,广西高校10年来共有1 243篇论文由国家自然科学基金资助,约占19%,高于国家自然科学基金国内资助率15%, 各学科内国家自然科学基金资助率也明显高于国内平均水平(见表4)。这说明广西高校科技发展学科水平与国内同水平相比发展迅速,国家支持力度较高。
4 科技论文的引用情况和学术影响力
论文的引用情况是衡量一个机构的学术影响力的重要标准[3],为此,对10年来广西高校SCI收录6 563篇论文的引用情况进行统计分析,可以看出近年来被引用情况呈逐年活跃趋势(如图4)。广西高校10年来的研究论文被引频次总计达24 793次(去除自引,被引次数检索截止日期为2012年4月19日),去除自引的施引文献共计19 736篇,每篇平均引用次数为 465次,H指数为54,即有 54 篇论文至少被引用 54 次。通过对19 736篇施引文献进行分析,在引文的学科范围中,化学、物理、材料科学为引用最活跃的学科范围(表4),这与论文产出的学科范围基本一致,引用机构比较活跃的主要有中科院、南京大学、中山大学、北京大学等,引用的国家多达100多个,其中美国、德国、日本的引用约占国外引用的一半,引用中他引率比较高,但单篇被引的最高值与同学科国内引用水平相比仍然存在较大差距(被引次数检索截止日期为2012年4月19日)。
5 小 结
广西近10年来科研活动发展迅速,学术影响力逐年上升,从科技合作发展及基金资助机构层次来看学科发展水平与国内保持一致,但与国内同水平高校相比论文产出相对较薄弱,在论文被关注即引用率和主要来源出版物的层次上仍略显薄弱,科研机构与部门应该加大投入,提高科研产出,鼓励加强国家级基金资助项目申报,并投入配套设施,加大研
究人员的研究动力,并加强科研规范管理,从而加快广西科技事业发展。
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篇8
2.以合作为方式信息技术
特有的人机交互功能使有效的合作成为可能,为师生之间、生生之间的合作交流提供了良好的技术支持,学生在虚拟的环境中不再会遇到困难而表现出紧张、局促,学生会摆脱自卑,畅所欲言,敢于质疑,能从同伴那里获得启发,以全新的视角去审视问题.
3.以自由为前提
在传统的课堂教学中,教师缺乏有效的课堂管理,一味地要求课堂“井然有序”,学生亦步亦趋地跟从于教师的思维,氛围过于严格苛刻,不利于学生灵感的迸发.在探究式学习中,教师要为学生营造轻松自由的课堂氛围,鼓励学生的个性化思维,为学生的探究学习提供成长的土壤.
二、以信息技术为载体的探究式教学策略
1.借助仿真数学实验,帮助学生建构知识体系
计算机的引入以及数学软件的应用,为学生搭建了动手实践的平台,为数学思想方法注入了更广泛的内容,让他们摆脱了枯燥繁重的计算,有利于发挥其主动性,培养他们发散思维和创新意识.例如,在讲“平面图形的镶嵌”时,教者运用FLASH软件为学生设计了一个“拼图实验”,让他们可以自由选择正三角形、正方形、正五边形、正六边形等图形,并可以任意移动、拼接、旋转,让学生获得直观的感知,从而帮助他们主动建构知识,提高迁移能力.
2.通过动态演示,化难为易,让学生更易理解
所学内容数学学科具有一定的抽象性和逻辑性,有些知识点缺乏形象表述,仅依靠学生的独立思考,往往难以激发学生的探究热情,甚至会产生抵触情绪.多媒体技术集图像、声音、视频、动画于一体,能产生图文并茂的教学效果,能改变过去课堂枯燥记忆、生硬灌输的教学现状,将知识动态地展示在学生面前,将学生引入丰富多彩的数学世界,为学生打开了一窗探求数学奥秘的窗户.例如,在讲“丰富的图形世界”时,由于“点动成线、线动成面、面动成体”知识点有些抽象,学生难以理解,教师通过FLASH的遮罩功能实现了由点到线、由线到面、由圆到圆柱的动态变化过程,让学生感受到几何图形不是孤立的,而是动态的,是相互作用、相互影响的.数学性质的获得不依赖于教师的单向灌输,教师要留有让学生探究的时间,让他们通过绘图、比较、分析、概括,从而掌握规律、获取性质.例如,在讲“反比例函数的图象与性质”时,教者让学生通过几何画板绘制y=6x与y=-6x的图象,并探究:(1)函数的图象分别在哪几个象限?(2)在每一个象限内,随着x的增大,y是如何变化的?(3)反比例函数的图象与x轴有交点吗?与y轴有交点吗?为什么?学生在归纳结论后,教师请多名学生进行补充,直至得出完整的结论.
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(interest)是个体力求探究某种事物,并带有强烈感彩的认知倾向,与个体好奇心、探求倾向密切相关。兴趣又可以分为个人兴趣(individualinterest)和情境情绪(situationalinterest),个人兴趣可以解释为个体相对长时间地朝向某一种活动或某一知识领域的一种相对稳定的兴趣,情境兴趣是由一种情境的某些方面引起的兴趣,它持续的时间较短,对个体的知识、偏好系统产生影响,是一种唤醒状态的兴趣。学习兴趣(learninginterest)是在学习活动中产生的,力求探索学习内容的具有强烈感彩的认知倾向,是学习动机中最现实的和最活跃的因素,使学习活动变得积极、主动,并富有成效。研究者和教育实践工作者普遍认为,无论是个人学习兴趣还是情境学习情绪都会影响学生学习的努力水平、坚持性,因而,激发学生的学习兴趣是教育、教学过程获得成功的重要途径之一自我效能(self-efficacy)是指个体对于完成某种活动任务的能力信念或自信,是影响个体活动任务完成的一种重要的动机力量.个体的自我效能会影响个体行为任务的选择,努力程度与坚持性,影响个体的思维方式和归因发生,进而影响行为成就。学业自我效能指的是学生对自己学习能力的判断,是对自己能有多大把握对付某种学业挑战能力的知觉和信念,数学学业自我效能是指学生对于数学学习任务完成的能力判断。同样,学业自我效能会广泛影响学生学业任务的选择、学习策略的运用和努力程度等,从而影响学生的学业成绩。
作为调节学习效果的非常重要的动机力量,学习兴趣与学业自我效能日益受到研究者的关注.尽管国内外对于学习兴趣、学业自我效能与学业成绩的关系有了一定的研究,但对于数学学习兴趣、学业自我效能与数学学业成绩之间的关系还没有见到相关的研究,数学学习兴趣与学业自我效能的关系,数学学习兴趣、学业自我效能与数学学业成绩的关系如何还缺乏明确的回答。因此,本研究以初中生为研究对象,探讨初中生数学学习兴趣、学业自我效能与数学学业成绩的关系。
2研究方法
2.1被试选取西北师范大学第二附属中学初一、初二、初三年级各3个教学班共458名学生为测试对象,其中男生220,女生238,初一学生157名,初二学生152名,初三学生149名。
2.2测f工具数学学习兴趣问卷,该问卷共20道题,其中13道正向题,如:“如果数学老师让我在黑板上做数学题,我会非常高兴’,;7道负向题,如:“假如不需要上数学课,我会更乐意来学校上学”。评分采用5点量表,答案从完全同意到完全不同意,正向题完全同意=5.?完全不同意=1;负向题相反。该问卷主要测量学生课堂、课余数学学习兴趣及对数学学习的一般兴趣。因素分析抽取3个因子是恰当的,特征值大于1的3个因子的解释率分别为21.712%,16.228%,13.506%,总解释率为51.446%.数学学习兴趣问卷的3个维度即数学学习兴趣由课内数学学习兴趣、课外数学学习兴趣和一般数学学习兴趣构成是恰当的。信度分析表明课内数学学习兴趣的内部一致性系数a=0.8701,课外数学学习兴趣的内部一致性系数ax.8535,一般数学学习兴趣的内部一致性系数a=0.8498,总问卷的一致性系数二0.8499.
数学学习自我效能问卷,该问卷参考王振宏1[71编制的学业自我效能问卷编制而成,共10道题,其中8道正向题,如:“与其它同学相比,在数学方面,我能够比他们学得更好一些”;2道负向题,如:“在学习数学中遇到困难时,心里就想:我在数学学习上不行”。评分采用5点量表,答案从完全同意到完全不同意,正向题完全同意=5?完全不同意=1;负向题相反。该问卷主要测量学生对数学学习的能力知觉和能力自信。该问卷的一致性系数a=0.9264.
2.3学业成绩指标学生的数学成绩以学期数学平均成绩为指标。
2.4施测过程采用集体施测方式。以班为单位,由主试向学生说明指导语,待他们完全理解答题要求之后在测试问卷上开始作答。在测试过程中,被试遇到不理解的地方可向主试询问。所有问卷一次完成,测试时间为20分钟。
2.5数据的统计分析使用SPSS13.0统计软件进行数据处理。主要采用的统计方法有描述统计、相关分析、回归分析等。
3研究结果与分析
(1)数学学习兴趣、学业自我效能在性别与组别上的差异分析。
以数学学习成绩把学生分为高分、中分、低分3组,数学学习成绩在85分以上(含85分)为高分组,有148名学生;数学学习成绩在70分(含70分)至85分为中分组,有189名学生;数学学习成绩在70分以下为低分组,有121名学生。分组及性别上的数学学习兴趣、数学学业自我效能各因子的平均分、标准差及差异检验结果见表1:2(性别)x3(组别)方差分析表明,课内数学学习兴趣、课外数学学习兴趣、一般数学学习兴趣、总体数学学习兴趣、数学学业自我效能的性别主效应与组别主效应显着,各因子上的性别与组别的交互作用均不显着。事后比较表明,男生的课内数学学习兴趣、课外学习兴趣、一般学习兴趣、总体数学学习兴趣、数学学业自我效能显着高于女生;数学学习成绩低分组学生在课内数学学习兴趣、课外数学学习兴趣、一般数学学习兴趣、总体数学学习兴趣、数学学业自我效能方面显着低于高分与中分组学生。
(2)数学学习兴趣、自我效能与数学学习成绩的相关分表2的相关分析表明:无论课内数学学习兴趣、课外数学学习兴趣、一般数学学习兴趣、总体数学学习兴趣还是数学学业自我效能与数学学习成绩呈显着正相关。其中相关最高的是数学学业自我效能与数学学习成绩,相关系数r=0.63.
(3)数学学习兴趣、自我效能与数学学习成绩的回归分析
数学学习兴趣及自我效能与数学学业成绩的回归分析以数学学习兴趣各因子和数学学业自我效能为自变量,以数学学习成绩为因变量的多元回归分析表明,数学学业自我效能(刀x.322,P<0.001)、数学课内学习兴趣(刀=0.216,P<0.01)、总体数学兴趣(刀=0.213,P<0.01)对数学成绩的回归效应显着。
4讨论与结论
这一研究结果表明,数学成绩低分组学生在数学学习兴趣和数学学业自我效能各因子上均显着低于高分组和中分组学生;男生在数学学习兴趣和数学自我效能各因子上显着高于女生:数学学习兴趣、学业自我效能和数学学业成绩之间存在着显着的正相关,数学学业自我效能和数学学习兴趣对数学学业成绩回归效应显着。这说明数学学习兴趣、数学学业自我效能是学生数学学习的重要动机力量。数学成绩优秀的学生可能有较强的数学学业自我效能感和较浓厚的数学学习兴趣,对自己的数学学习能力往往充满信心,常能体会到学习数学的乐趣;数学学习成绩差的学生往往有较低的数学学业自我效能感,对于数学学习没有信心,对数学学习不感兴趣,所以,缺乏数学学习兴趣以及对学习数学的能力自信不足是导致初中生数学学业不良的重要原因之一通过这一研究结论也发现,与数学学习兴趣相比,数学学业自我效能对于数学学业成绩具有更大的预期效应,这进一步证明了班杜拉自我效能理论的基本观点,能力与对于完成特定任务的能力自信即自我效能一样是影响任务完成水平的重要方面。在数学学习中,让学生对于数学学习能力充满自信非常重要,在中学数学教学中,无论何种形式的考试,考试题目往往难度太大,这样会造成一部分学生数学考试成绩过低,使其失去对数学学习能力的自信,丧失数学学习的兴趣,形成习得性无助感,从而导致他们数学学习的失败。
影响数学学习成绩的因素很多,关系也非常复杂,以上只分析了数学学业自我效能、数学学习兴趣、数学学习成绩之间的关系,对于其它影响学生数学学习成绩的内在变量,如学习策略、成就动机等,需要进一步的研究。
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一些专家认为,艺术设计不同于绘画专业,可以不要求有“超标准”的造型能力,应该减少现有的“基础课”的学时,把更多的时间用来研究专业设计问题。然而在综合院校里的艺术设计专业,面对“先天不足”的学生,基础教育的缩水,不但不能使学生“专业化”,相反使本来就较弱的造型能力退化。在今天,如果我们还一味地追随绘画的基础教学方式肯定是不合时宜的,这一点我们都十分清楚,但使基础教学缩水也不能说是正确的举动。那么如何对待设计专业的基础教学呢?这是我们应该全面思考的问题。
一、基础课的概念与功能
在传统的观念上,只要谈到基础课,我们一般首先想到的是“素描”“色彩”,的确,这是最典型的“基础课”。然而,现代的观念告诉我们,基础课是一个很宽泛的概念,除了对基本造型能力的培养之外,更重要的是对艺术素质的培养。因此,应该从多方面让学生接受良好的艺术基础教育。比如素描课可以做多方面的造型训练,在美国的麻省艺术学院和纽约帕森斯设计学院的素描课程里,除了一般的静物、肖像、人体之外,还包括元素素描、用素描来思考、素描的材料与应用、素描与绘画、透视制图、体积素描、用色彩素描、具象与抽象的联系、概念素描、结构素描、从再现到表现、隐喻的素描等,这些内容拓展了原有的纯艺术范围,既训练了造型方法,也增加了很多训练视觉感知和视觉思维的内容。当然,我们不能全盘照搬国外的教学模式,但适当借鉴和参考还是必要的。关键在于如何看待基础课的问题。基础课不仅仅是造型上的训练,同时更重要的是对学生艺术素质的培养,是整个艺术设计教学中不可缺少的一个重要环节。
二、基础教育现状分析
从广义上可以这样定义:创作课之前的课程都可以称为“基础课”。进一步还可以把基础部分分为绘画(造型)基础和专业基础。绘画基础课主要是解决学生基础造型能力的课程,是从绘画专业那里延续过来的,其目的是让学生通过静物、人物、风景等造型训练,掌握基本的造型能力,为接下来的课程做好准备,循序渐进地使学生走向专业、走向成熟。专业基础课是在学生掌握了基本的造型能力,进入专业之后与所选择的专业相关的基础训练。比如,平面方面的平面构成、色彩构成、图形设计、图案设计、计算机操作及设计软件的使用等。
十几年来,由于电脑美术的引入,解放了手绘设计,很多设计可以直接在电脑上完成。因此,很多学校将绘画基础课程大量缩减,手绘能力的下降已经成为不争的事实。在某种情况下,学生可以不懂基本的造型原理及不具备基本的造型能力就可以直接用计算机来进行“艺术”设计。为此我们不能不担忧。艺术设计是个很边缘的学科,它的设计方向和设计任务都是很宽泛的,要求设计者不仅要在该设计专业所针对的该学科上掌握大量的相关知识,更重要的是要在审美上有较高的造诣。否则也就无所谓“艺术设计”了。工业造型设计、环境艺术设计、平面视觉传达设计、服装设计等学科在大的范畴上应该是属于“美术”这个大的概念之内的。因此,对美的修养和“较高”的审美能力的培养都要靠“基础”训练这一点一滴来获得。三、建立良好的基础教育平台
现在的教育模式和社会对人才的需求都在发生着变化,同属于“艺术设计”这一范畴的设计学科,在具体的实践中都有互相影响的可能,有的还会因为社会的需要去跨专业跨学科。所以培养复合型人才是发展的必然趋势,特别是综合性大学里的艺术设计专业。在这种情形下,搭建一个良好的基础教育平台是十分必要的。有的大学已经提出了“平台加模块”的教学模式。在一个良好的基础上,学生可以根据自己的需要和专业需要,选修专业课程,而“基础课”的概念也扩展到一个合理的广义概念上来。使学生能够在这段“基础课”学习中,掌握扎实的造型基础或专业基础,在具有较强动手能力的同时还要具有较高的艺术设计的审美能力和专业修养。这样的基础教育平台对未来的专业学习是非常有好处的。
四、整合设计基础
艺术设计专业的基础课程,不但要使学生具有一定的造型能力,还要同时具有较强的创造能力。这要求我们要对以往的教学模式和教学内容做适当合理的调整。把基础课程广义地理解为造型基础、设计思维、专业基础这样三大板块,使造型、思维和设计基础有机地联系在一起。比如,造型基础在训练学生基础造型能力的同时可以加入创造性概念的练习,在训练造型能力的同时也注重造型手段和造型元素的训练和培养。除了设计素描还可以加入带有创造性意味的概念素描,素描上可以从再现到表现,从具象到抽象,这样才能从本质上达到艺术设计专业对造型基础的要求,训练学生始终对艺术形式有较敏感的感受能力和创造能力。
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“如果我们想要预测数学的未来,那么适当的途径是研究这门学科的历史和现状”(亨利•庞加莱).近年来,在我国的数学教育改革中,人们越来越重视数学史知识在数学教育中的价值和应用.介绍该门学科的历史从浅的层次上看可以通过讲故事的形式吸引学生的学习兴趣,从深的层次上看可以帮助学生理解该门学科的研究问题、学科特点及发展趋势。该节课讨论的第二个问题是数论学科的发展历史及分类,以发展的眼光看初等数论是如何形成、产生和发展的。在此既从古代人们对数论问题的零星、琐碎的研究,明确数论问题的解决和研究促进了数学的发展,又要介绍高斯在数论的学科化、系统化方面所作出的杰出贡献,包括其划时代的著作《算术探讨》在完成之初被法国科学院拒绝出版的轶事也有其积极的教育价值。而正如前面回答“为什么学习初等数论”时给出的第六个答案所讲的,数论学科的现展已经使得该门学科不再仅仅是思维的体操,更慢慢成为一门有着广泛应用的学科。
三、明确学科研究对象及特点
一门学科总有其核心的研究对象或问题。在第一堂课上,即使学生难以一下子完全理解,教师也应该明确指出该门学科研究的核心问题。所以该节课第三个要讲授的内容是数论的研究对象及学科特点。第一,要帮助学生明确该门课程的研究对象是整数,其最核心的概念是整除。初等数论的知识体系其实都是围绕整数和整除展开的。第二,数论是一门蓬勃发展的学科,它内部产生的大量问题促进了数论学科的快速发展。加拿大数论专家RichardK。Guy教授曾编写了一本《数论中未解决的问题》一书,该书在1981年首次出版时大约有150页,而1994年第二次再版时,将第一次出版后已解决了的问题删去,又将随后提出的新数论问题加入,这样一来,第二版书的页码增加到280页。第三点要着重说明的是无论是古代还是现代,中国数学家在数论研究上都取得了杰出的成就。为了帮助学生加深对学科特点的认识,教师可以列举介绍一些简单而典型的学科问题。高斯说,“数学是科学的皇后,数论是皇后戴的皇冠”,而一些精彩有趣的数论问题则被喻为是皇冠上的明珠,熠熠发光。通过简单介绍费马大定理尤其是A•怀尔斯的工作帮助学生了解数学家解答数学问题的艰辛,以及数学家在证明费马大定理上所做的各种尝试和提出的理论,帮助学生了解数学问题的研究对数学发展的极大促进作用。或许某个理论并没有解决它想要解决的问题,但可以在其它方面找到应用,正如费马大定理被喻为“生下金蛋的母鸡”一样;通过介绍哥德巴赫猜想及其证明原理帮助学生了解陈景润证明的“1+2”的含义,消除误解;通过介绍完全数、亲和数问题,帮助学生感受数学问题里蕴含的理与美。以上所有问题可以再次让学生体会数论问题的特点:题目本身简单易懂、富有趣味,许多数论难题甚至连小学生都能明白题意,可是要真正证明它,却可能需要数学家长时间的研究和解决。
四、帮助学生明确不足
一门学科或许是有趣的、有意义的,但是如果能让学生意识到自己现在的不足,则对于后面的主动学习无疑是有利的。该节课介绍的第四个内容是数学竞赛大纲中涉及的数论问题及要求。通过介绍数学竞赛大纲中涉及的数论内容,帮助学生意识到自己知识能力上的不足。尤其是通过请学生尝试思考解决一些中小学的典型数论竞赛题,让学生更进一步地认识到自己在问题思考和解决上能力的不足,给本门课程的学习创造一个愤悱的状态。
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一、使学生对学习数学产生一定的兴趣和充分的认识,是激发学习动机的前提
传统的数学教学模式是以教师——课堂——书本为中心的,课堂教学是一种固定不变的模式,即预习新课——讲授新课——练习巩固。即使在学习环节中注重了预习,也是为了更好地讲授新课,为了更快地让学生接受新知。久而久之,客观上导致了学生思维的依赖性和惰性,因而也就根本谈不上让学生主动学习、主动探索,以至于学习上失去了兴趣。只有极大地激发学生学习的兴趣,才能培养学生的学习动机,才能提高学习质量。而让学生对学习数学有充分的认识,我们需做到以下几点:
1.引导学生明确学习成绩只是对数学学习的一种检验,重要的是通过数学知识的学习过程,培养学生在独立分析、认识问题后能运用所学的数学知识解决实际问题;培养学生的创造性思维,使学生的智力水平得到更好地培养和发展。学习的浓厚兴趣是推动学生数学学习的一种最实际的内在动力,只有培养数学学习兴趣,才能激发学生的数学学习动机。
2.使学生认识到学习数学是现代人生存的需要。联合国教科文组织提出:未来的文盲不是不识字的人,也不是识字很少的人,而是不会学习的人。从本世纪20年代开始,随着科学技术的迅猛发展,把人类带进了信息时代,新知识的巨增和旧知识的快速老化,要求人们善于学习、终身不断地进行学习。
3.使学生认识到自己是学习过程中的主人。使学生明白只有自己亲自参与新知识的发现、独立解决问题、善于思辨、习惯于归纳整理,才能真正锻炼自己的思维、开发自己的智力、发展自己的能力。否则,仅仅知晓一个个问题的现成答案,自己的思维没有得到任何的锻炼,就失去了“数学是锻炼思维的体操”的作用。久而久之,定会两手空空,无所收获!
二、运用恰当的方法,激发学生的学习动机
1.自然、生动、新奇地引入新课
真正的数学是丰富多彩的,而不是复杂的、枯燥的数字游戏,它有着实实在在、生动活泼的生活背景。从生活中来的数学才会是“活”的数学、有意义的数学。例如:在“中位数和众数”一节中引入材料以奥运会的相关图片和新闻为切入点。这样既复习旧知,又自然引入新知,让学生真切感受到“生活中处处有数学”、“人人学有价值的数学”、“人人学有用的数学”。这样“身临其境”地学数学,就能很好地沟通书本知识与学生的经验世界和生活世界,同时也能激发学生的求知欲。
2.设悬念,激发学生学习的欲望
欲望是一种倾向于认识、研究、获得某种事物的心理特征。在学习过程中,可以通过巧设悬念,使学生对某种知识产生一种急于了解的心理,这样能够激起学生学习的欲望。例如:在讲“一元二次方程根与系数关系”一课时,先给学生讲个小故事:一天,小明去小李家看他,当时小李正在成解一元二次方程的习题,小明一看就告诉小李哪道题做错了。小李非常惊讶,问小明有什么“判断的秘法”?此时,笔者问学生:“你们想不想知道这种秘法?”同学们异口同声地说“想!”于是同学们非常有兴趣地上完了这节课。
3.引起认知冲突,引起学生的注意
认知冲突是人的已有知识和经验与所面临的情境之间的冲突或差异。这种认知冲突会引起学生的新奇和惊讶,并引起学生的注意和关心,从而调动学生的学习的积极性。例如“圆的定义”的教学,学生日常生活中对圆形的实物接触得也较多,小学又学过一些与圆有关的知识,对圆具有一定的感性和理性的认识。然而,他们还无法揭示圆的本质特征。如果教师此时问学生“究竟什么叫做圆?”他们很难回答上来。不过,他们对“圆的定义”已经产生了想知道的急切心情,这时再进行教学则事半功倍。
4.进行情感交流,培养师生感情
“感人心者莫先乎于情”,教师应加强与学生感情的交流,增进与学生的友谊,关心他们、爱护他们,热情地帮助他们解决学习和生活中的困难。作学生的知心朋友,使学生对教师有较强的信任感、友好感、亲近感,那么学生自然而然地过渡到喜爱你所教的数学学科上了,达到“尊其师,信其道”的效果。
和学生进行情感交流的另一个方面是:教师通过数学或数学史学的故事等来让学生了解数学的发展、演变及其作用,了解数学家们是如何发现数学原理及他们的治学态度等。比如:笔者给学生讲“数学之王——高斯”、“几何学之父——欧几里德”、“代数学之父——韦达”、“数学之神——阿基米德”等数学家的故事,不仅使学生对数学有了极大的兴趣,同时从中也受到了教育,起到了“动之以情,晓之以理,引之以悟,导之以行”的作用。
5.适当开展竞赛,提高学生学习的积极性
适当开展竞赛是激发学生学习积极性和争取优异成绩的一种有效手段。通过竞赛,学生的好胜心和求知欲更加强烈,学习兴趣和克服困难的毅力会大大加强。所以,在课堂上,尤其是活动课上,笔者一般都会采取竞赛的形式来组织教学。如男女同学抢答竞赛,小组抢答竞赛等。笔者发现,每次上活动课时,同学们都非常期待和兴奋,这是学生感兴趣的一种表现,是学习数学的一个好苗头。在竞赛过程中,同学们很活跃,思维也很敏捷,反应速度一次比一次快。其实,学生年纪还小,爱玩是他们的天性,这种寓教于乐的模式无疑具有不可抵挡的吸引力和巨大的潜力,在游戏当中学生不知不觉就锻炼了自己的思维能力,达到了潜移默化的功效。
6.及时反馈
从信息论和控制论角度看,没有信息反馈就没有控制。学生学习的情况怎样,这需要教师给予恰当的评价,以深化学生已有的学习动机,矫正学习中的偏差。教师既要注意课堂上的及时反馈,也要注意及时对作业、测试、活动等情况给予反馈,使反馈与评价相结合,使评价与指导相结合,充分发挥信息反馈的诊断作用、导向作用和激励作用,深化学生学习数学的动机。
当通过反馈,了解到一个小的教学目标已达到后,要再次“立障”、“设疑”,深化学生的学习动机,使学生始终充满学习动力。比如“提公因式法因式分解”的教学中,当学生对形如:am+an,a(m+n)+b(m+n)的多项式会分解以后,再提出新问题:形如a(m-n)+b(n-m)的多项式如何利用提公因式的方法因式分解呢?只有这样才能使学生的思维始终处于积极参与学习过程的状态,才能真正地深化学生的学习动机。
7.让每一位学生尝到成功的喜悦
心理学研究表明:动机的产生和保持有赖于成功。学生在数学学习中不断取得成功后会带来无比快乐和自豪的感觉,产生成就感,继而对数学产生亲切感,驱使他们向着第二次成功、第三次成功……迈进,形成稳定持续的动机。所以,教师必须从学生实际出发,设计和创设竞争和成功的机会,让不同层次的学生按问题的坡度都能够“跳一跳,够得着”,进而增强学好数学的信心。
总之,要激发学生学习的动机,首先是使学生对学习有一个正确的认识,这是学习动力的源泉。而后是激发学习动机的技术性问题,即如何激发学生的学习动机,激发学生学习动机的方式和手段也是多种多样的,只要教师们有效地利用上述手段来调动学生学习的积极性,学生就有可能学得积极主动并学有成效。超级秘书网:
参考文献:
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在数学教学中,许多知识的抽象性是很强的,因此,利用信息技术手段把抽象的内容演示给学生,可以促进学生理解相关内容,提高教学效率.教师要把教学内容与信息技术手段进行整合,利用计算机将教学内容加工成文字、图形、影像资料,通过生动的演示,促使学生主动学习.例如,在讲“等腰三角形”时,对于等腰三角形三线合一的理解,抽象性很强,学生理解起来有难度,如果教师利用计算机和几何画板中的软件,在大屏幕中作斜三角形ABC及其角A的平分线、BC边的垂直平分线和中线,之后用鼠标在屏幕上随意拖动点A,利用软件功能,此时ABC和“三线”在保持依存关系的前提下随之发生变化.在移动的过程中,学生会直观地发现存在这样的点A,使得角平分线、垂直平分线和中线三线重合.这样,利用信息技术进行演示,学生能够理解有关概念.同时,在演示过程中,学生进一步探究的欲望也被调动起来,教学效果显著.
三、利用信息技术手段,丰富课堂内容
在初中数学教学中,教师可以利用信息技术手段丰富教学内容,给学生多种感官刺激,使学生在学习的过程中丰富知识,开拓视野,提高自己的审美体验,这对学生的全面发展具有积极的意义.例如,在讲“三角形的认识”时,对于三角形的稳定性,学生的理解不是很深刻,教师可以利用多媒体为学生展示现实生活中多种物体,利用的是三角形的稳定性.教师可以把相关内容制成演示文稿:使画面在舒缓的音乐中徐徐展开,如蓝天中展翅飞翔的飞机、蓝天白云下的埃菲尔铁塔、车水马龙中承载的杨浦大桥等画面.通过画面,学生可以有效理解三角形的稳定性,并能够认识到其稳定性在现实生活中的广泛应用.学生在优美的画面中,在动听的音乐中,可以感受到数学学习的快乐与价值,学生学习数学的内在热情也能被调动起来.
四、利用信息技术手段,鼓励学生进行自学
在数学教学中,引导学生学会自学是很重要的.只有学生的自学能力得到提升,他们才会不断地追求新知,不断探索,获得发展,而信息技术手段为学生自学提供了方便.在教学过程中,教师要有意识地引导学生重视自学的价值,要引导学生利用信息技术手段进行学习,当学生在学习过程中遇到困难时,教师不要急于作答,而应该引导学生通过自己动手,上网查资料的方式搜集信息,解决问题,要使学生把使用计算机网络进行学习作为学习的常态,作为学习方式创新的一大措施,使学生充分认识信息技术手段,认识网络的价值,使学生自觉利用网络学习,提高自己的数学素养,这对学生学习数学、未来发展都具有积极的意义.