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篇1
《义务教育化学课程标准(2011)・第三部分 课程内容》认为:“义务教育阶段化学课程中的科学探究,是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动……化学实验是进行科学探究的重要方式……学习和运用化学实验技能和科学探究方法,离不开实验活动。”做好实验,对培养学生的科学素养,对学生学习好化学知识与技能,有不可替代的重要作用。
本人是一直处在教学一线的化学教师,在教学中经常做大量实验,有时较为成功,有时不令人满意,就随时思考、亲自动手,以改进实验。本人不断向同行学习,坚持学习各种纸质的、电子的化学文献,随时收集、整理有关九年级化学实验改进的内容,试用后筛选出较简单实用的改进实验。经多年积累,现以人民教育出版社2012年版教材的单元、课题为序综述如下,供教学一线的九年级化学教师参考、研讨。因积累的时间很长、文献的辗转引用等,其中部分改进的原创者有误或缺如,请指正。
一、对蜡烛及其燃烧的探究实验[一单元课题2,上册12、13页探究实验]
蜡烛火焰各层温度的比较。教材是将火柴梗迅速平放入火焰中,约1秒后取出。此操作学生不易掌握好,火柴有的中间、两端都变黑了,甚至燃起来,有的中间、两端都不黑。有人改进为:用直的细铁丝或细铜丝平放在火焰上接近灯芯处,约1秒后取出。可明显地看到金属丝在外焰的部分发红,内焰及焰心部分较暗,从而推断出蜡烛火焰各层温度的高低。现象明显,操作容易。
点燃蜡烛刚熄灭时的白烟,以引燃蜡烛。教材是用火柴点燃白烟,由于白烟易摇摆飘散,点火时往往火柴离烛芯很近才能成功,学生会误认为是烛芯被直接点燃,说服力不强。对此,辽宁省调兵山市第三中学的张艳萍、王崇庆老师改进为:蜡烛熄灭后,马上在其上方罩上一个螺旋铜丝圈,白烟顺着该圈上升,这时在圈的上方点燃白烟,现象明显,说服力很强。教材用火柴点燃白烟,由于从吹灭蜡烛到划燃火柴的时间较长,有时又不能一次划燃火柴,白烟往往已散尽,蜡烛很难重新燃烧。对此,有人改进为:熄灭蜡烛前将打火机并排靠在蜡烛旁,吹灭蜡烛的同时按下打火机,即刻点燃白烟,引燃蜡烛。效果明显。本人对此实验作了如下改进:选粗蜡烛、长灯芯、大火焰,右手用镊子夹住一根直径约为0.2厘米、长约10厘米的金属管或玻璃导管,将下端接触燃烧很旺的蜡烛的灯芯,管倾斜向上,等约15秒上端管口飘出白烟,左手用打火机点燃,管口持续出现一个小火焰。现象很明显。
二、氧气的密度比空气的略大[二单元课题2,上册33页]
因教材中没有相应实验,学生不能直观感知氧气的密度比空气的大。有人增设了一个实验:取两瓶氧气,分别正放、倒放在铁架台上,用两根带火星的木条同时实验。观察到带火星木条都会复燃,不同的是,正放的那瓶氧气可以连续试验十多次,而倒放的那瓶氧气只能试验三五次。分析得出,氧气的密度比空气的大。
三、细铁丝在氧气中燃烧[二单元课题2,上册34页实验2-4]
铁丝的选材,本人抽下废旧石棉网上的铁丝,用砂纸打磨除锈,若极细就将4~5根绕成一根,若较粗就只用一根,在粗金属丝(如燃烧匙的柄)上绕成螺旋状。有人不拴小木条,把螺旋状铁丝在无水酒精中蘸一下,立即点燃,立即伸入氧气瓶中。现象明显。
有人改用市场上卖的洗锅碗用的钢丝球(本身就薄且卷曲),剪成一小团。不必蘸无水酒精,在酒精灯上加热至红热,然后伸入氧气瓶中,会看到铁丝剧烈燃烧,火星四射,现象非常明显。
四、分子运动现象──氨分子的扩散[三单元课题1,上册49页探究实验]
教材用大烧杯罩住两只分别装有酚酞试液和浓氨水的小烧杯。氨水的用量较大、氨水挥发出来的刺激性气味很大。对此,有人改为微型实验:用小烧杯代替大烧杯,用滤纸剪成小花形、用细铁丝串成一花束、插到一小块泡沫塑料上固定,向滤纸滴上酚酞试液,用小贝壳、瓶盖、装药片的空铝塑板等代替小烧杯,内滴入浓氨水,可看到小花由白变红。现象明显,也增加了实验的趣味性;同时把实验微型化,节省了药品,不会有很大的刺激性气味。
有人改进为:先在一张滤纸上用无色酚酞试液画上一只小动物(小猫、小狗、蝴蝶等),把滤纸用窄胶带粘在大烧杯侧壁下部,向一个瓶盖注入浓氨水,将烧杯倒扣在瓶盖上,能较快看到滤纸上出现一只清晰的、红色的小动物。现象明显,还能激发学生的好奇心,激起探究欲望,培养学生对化学的良好感情。
五、氢气燃烧[四单元课题1,上册79页实验4-5]
氢气火焰的淡蓝色很浅,白天不易看到,部分学生不觉得它在燃。有人在火焰后用黑色纸板衬托,稍明显。本人用小片餐巾纸放在管口,学生明显看到纸被点燃,对氢气在燃烧确信无疑。
氢气验纯后试管内本生有余焰,但是余焰不易被观察到。为了让学生确信试管中有余焰,天津市杨村第二中学的任培文、杨士祥老师增加如下操作:验纯后立即把试管口朝上、稍微倾斜浸没在水槽中,水进入试管,剩余氢气被排出,在试管口可看到氢气继续燃烧的火焰,现象明显。
教材是在带尖嘴玻璃导管口点燃纯净的氢气,由于玻璃中钠离子的缘故火焰呈黄色,看不到淡蓝色火焰,易给学生造成错觉。可将玻璃尖嘴导管改成金属针管(如气门针、注射针头),点燃氢气呈淡蓝色火焰。
六、反应前后物质的质量关系[五单元课题1,上册92页探究实验]
可增做实验:取下火柴头2-3个放入试管中,在橡皮塞的导管上拴紧气球或塑料袋,用塞子塞紧试管,放在天平上称量。取下试管,用酒精灯加热试管底部,使火柴头在试管内燃烧,气球先膨胀,冷却后收缩。燃烧结束后放回天平左盘,天平仍然平衡,表明反应前后物质的总质量不变。
以上有关人教版2012年版九年级化学教材第1~5单元部分实验的改进,定有不少值得商榷之处,请各位专家、老师指正,以期更为完善,更有利于教学。
参考文献:
[1] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准[M]. 北京: 人民教育出版社,2011:
[2] 人民教育出版社化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学九年级上册[M].北京: 人民教育出版社,2012:
[3] 鲍正荣.化学实验绿色化研究.[M]. 四川: 四川师范学院化学系,2001:
篇2
[文献标识码]A
[文章编号]2095-3712(2013)22-0090-05
[作者简介]弗兰克・雷尼,英国高地和岛屿大学刘易斯堡学院教授,学生发展研究中心主任,研究方向:农村可持续发展;罗宾・梅森,英国开放大学教育技术研究所教授,研究方向:远程教育。
[译者简介]刘伟,男,博士,中国地质大学公共管理学院教师,研究方向:公共政策。
一、引言
英国高地和岛屿大学(UI)的分布式教学模式(distributed education)享誉全球。该校的13个学院分布在苏格兰北部各大城市,采用分布式教学可以通过网络技术将课程传送给各个学院的学生。英国开放大学(British Open University)的学生遍布世界各地。该校的特色是混合式学习模式(Blended learning),即通过在线课程和面对面教学辅导学生。混合式学习将分布式教育与传统的面授教育相结合,前者意味着教师和学生在时间上或空间上分离,后者最普遍的情形就是面对面教学。混合式学习主要是为了满足那些依赖课程印刷读物的学生的需要。
本文从分布式教育系统、分布式教育技术推广的经验、分布式教育面临的挑战等方面评述不丹和尼泊尔两国的分布式教育技术开发的现状,并结合这两个国家的实际情况,提出分布式教育技术开发建议。
二、不丹的分布式高等教育系统
2003年成立的不丹皇家大学是不丹唯一的综合性大学。该校把分散在全国的9个高等教育机构连接成教育网络。不丹皇家大学(RUB)与英国高地和岛屿大学(UI)所采用的分布式教育模式相似,所不同的是不丹皇家大学的学生必须回到学校选择学习科目,而英国高地和岛屿大学的学生可以在任何地方利用在线技术选择学习科目。
不丹皇家大学的分布式教育具有多样化的特点。例如,国家传统医学院的教学几乎完全使用土著语言,而且是基于古代藏医概念进行教学;国家教育学院的许多教学人员从西方大学获得第二文凭,在教学上采用了许多西方学者所熟悉的先进的教学方法。英语是小学以上教育层次使用的教学语言,而且是高等教育的唯一教学语言。网络合作学院主要针对不同地区需求设立,如管理学院、技术学院和自然资源学院等,分别位于国家的不同地区。不丹皇家大学作为一个新兴国家新建立的大学,有很多课程无法开设,尤其是较高层次的学习课程和需要较多高等教育资源的专业课程。一些不丹学生选择出国留学,他们中的大多数会选择在印度接受本科教育。目前,不丹的教师对教育表现出强烈的责任感,不丹的学生也对学习表现出很高的热情,学生的保留率和毕业后的就业率都处于高增长状态。
但是,不丹的分布式教育并没有成为主流,其主要原因是不丹的互联网系统不够发达,尤其是在首都廷布以外的地方。在学习交流方面,在线即时交流技术还不成熟,主要使用电子邮件这种延时交流的方式。除了互联网以外,不丹的电话网络大多依赖于手机,零星散布在全国各地的广播和电视节目也不足以为不丹国民的交流提供便利。
除此之外,不丹高度重视传统的面授教育有其独特的文化背景。一方面,远程教育或在线学习并不是适用于所有学科领域的教育方式,而大学教师、雇主、学生等也常常怀疑远程教育或在线学习的教学质量,这不足为奇。大约二十年前,西方国家的人们也普遍持有这种态度。另一方面,西方学者高度重视的批判性思维违背传统佛教教育的理念。不丹现在面临的挑战是如何通过有限的教育技术继续发展开发教育系统,如何应对不丹社会主流文化对分布式教育的偏见。
三、尼泊尔的分布式高等教育系统
尼泊尔的情况与不丹有所不同。该国著名的特里布文大学的主要教学基地位于尼泊尔的首都加德满都,所有课程都由加德满都主校区专业学院的教师授课。
尼泊尔国民享受高等教育的机会十分有限。尼泊尔作为亚洲最贫穷的国家之一,全国只有2%的人口接受高等教育,基础教育的辍学率高达50%以上。这主要是受教育资源和教育经费的制约所致,可能还包含更深层次的社会问题,例如妇女接受教育的限制、不同血统阶层的伦理差异、少数民族伦理差异等。
特里布文大学开设的课程多种多样。工程、医学、教育等专业领域的课程开设并不亚于东南亚的大学。但是特里布文大学的教学方法非常保守,强调记忆性知识,而且教学课程并非教育资源密集型课程。特里布文大学面临的主要问题包括:文凭教育与雇主需求的关联问题、不同社会阶层进入高等教育的公平问题、贫困学生入学率的问题等。尼泊尔的远程教育技术比较落后,在实际工作中主要是利用广播、录音带、印刷材料等培训农村教师,而且远程教育的试点也非常有限。在尼泊尔国内,大多数学者、管理人员、雇主和学生对开放教育学位的价值持怀疑态度。虽然特里布文大学最近宣布,只要第一学位是通过“传统”的途径获得,那么第二学位若通过远程教育或开放学习获得将予以认可。因此,有必要让学习者理解远程教育的作用和价值,大学和政府也应该支持远程教育的发展。但尼泊尔远程教育的发展面临的一个现实问题在于,除了一些主要的城市和地区之外,互联网服务极度缺乏或根本没有。
四、分布式高等教育技术推广经验
格罗(Grow)的四阶段自主学习模式概述了自主学习要素,这对于有效的开放学习部署和分布式学习课程至关重要。不丹和尼泊尔的高等教育似乎与格罗理论的“阶段2”对应。这一阶段把“感兴趣的学生”归为一类,教师被认为是动力或导师,他们通过一个“鼓舞人心的演讲,引导学生讨论,设定学习目标”。在格罗理论的“阶段3”中,学生是“被动参与”,“教师是促进者,教师通过讨论会方式促进专题讨论,学生与教师平等”。如果分布式教育的目标是产生自主分布式学习、促进终身学习,以更加开放和灵活的方式接受高等教育的话,那么尼泊尔和不丹两国在创造良好的教育文化方面还有许多工作要做。特别是政府、雇主、学生和教育工作者,他们自己需要坚信分布式教育质量的有效性。
这里显然存在教育制度和教育领导方面的问题。不丹和尼泊尔两国都迫切期望和要求设计适当的分布式教育解决方案,都需要发展开放教育模式的领导。这两个国家中都只有非常少的人接受高等教育,为了解决经济、环境、社会、政治等问题,他们迫切需要扩大社会包容性,需要更多的人接受高等教育。
尽管分布式教育为尼泊尔和不丹两国进步的教育家呈现了具有吸引力的选择,但是在短期和中期内,分布式教育的范围还十分有限,不要相信所需的课程设计会有足够的制度激励。赫德伯格(edberg)等注意到,课程设计是有效学习的重要因素。如果课程设计发生了变化,评价方法也需要重新考虑。课程和评价相互依存、相互支持。
有关不丹和尼泊尔两国分布式教育的任何考虑至多也就是对于教育进步的谨慎预测。这两个国家将合理利用新技术,而不必去复制基础设施或工业化国家的历史错误。分布式教育进展取决于克服技术障碍,取决于适应社会文化变化的基本教育态度。总之,这需要明确的制度目标,各项任务与资源供给匹配,提供清晰的受教育社会愿景,鼓励广泛合作。
六、结语
引进教育技术远比变革教育观念容易,这适用于尼泊尔和不丹高等教育机构中分布式教育的发展。这两个国家的地形复杂,陆地传输技术问题尤为突出,移动电信技术和卫星技术的引进可以取代传统的解决方案,为这两个国家分布式教育技术的发展提供速成的方法。多媒体教学在短期内也是最可能被接受的教学方法。
篇3
关键词:中间件技术;案例教学法;问题导入法;分布式系统
中图分类号:G642.3文献标识码:A文章编号:1002-4107(2015)09-0046-03
收稿日期:2014-12-17
作者简介:梁春泉(1981—),男,广西桂平人,西北农林科技大学信息工程学院讲师,博士,主要从事软件工程、数据挖掘研究。
基金项目:西北农林科技大学教改项目课题“案例式问题导入法在中间件技术课程教学中的探索与实践”(JY1302064)及“软件工程专业个性化能力培养模式研究”(JY1301009)
“中间件技术”是软件工程专业的主干课程,是全国各大高等院校软件工程专业本科生或研究生的必修课。中间件实质上是对企业级分布式系统开发中面临的共性问题进行提炼、抽象所形成的可复用软件部件,为企业级应用系统提供基础架构。该课程以计算机编程语言、面向对象技术、计算机网络等多课程交叉知识为基础,围绕五大类型中间件即远程调用、消息、分布对象、数据库和事务中间件开展,学习中间件技术的概念、原理及应用。课程强调学生对企业级分布式系统原理的掌握,同时注重学生解决实际问题的实践能力。
然而,各大高校在开设“中间件技术”课程时,普遍侧重于向学生灌输基本概念和原理,辅以简单孤立的、远离真实企业应用的程序示例进行讲解。部分高校甚至把对某一中间件产品的介绍,如J2EE或.NET,当成学习“中间件技术”的全部内容。造成学生对该课程中所涉及的大量知识难以融会贯通,对企业级分布式系统开发理论理解的广度和深度不够。同时,本科生由于缺乏软件项目经验,特别是大型企业级分布式系统项目经验,对中间件技术的应用角度和应用领域不理解,也不了解中间件技术在就业前景和职业生涯中的作用,学习兴趣不高。国内对“中间件技术”课程的教学改革探讨工作也非常少,据笔者查阅,只查到相关文献[1-2],但这些文献仅探讨了J2EE中间件教学,并非真正意义上的“中间件技术”课程。
为了让学生能更好地把前期所学专业课知识、企业级分布式系统开发理论和实践结合起来,激发学生的学习兴趣和热情,提高“中间件技术”课程教学质量,本文尝试将案例教学和问题导入法融合起来,提出案例式问题导入法,并引入到“中间件技术”课程教学中。
一、案例式问题导入法的提出
(一)案例教学法的内涵及意义
案例教学是在学习者掌握相关知识基础上,在教学者的组织和指导下,根据教学目的和教学内容要求,借助于真实案例连接学习的内容与实际应用,把学习者带入具体场景进行案例分析,让学习者通过对案例相关资料的收集、研究及对案例的分析、讨论和交流,最终对问题予以解决,在此过程中加深学生对基本原理和概念理解的一种教学方式。案例教学最初源于英国的法学,后来被成功地用于法学、医学、经济学和管理学等学科领域。计算机专业课程的传统教学模式侧重于讲解基本概念和原理。由于学生缺乏对工程实践背景的了解,其结果是学生虽然掌握了单个原理,但却很难融会贯通并综合应用。为此,在计算机专业课程教学中,国内许多学者也引进了案例教学[3-4],为学生在计算机理论与实践之间搭起一座桥梁。
本文在“中间件技术”课程教学中引入案例教学,避免学生孤立地学习各个概念,帮助学生理解如何将多课程理论知识融合成一个整体,深刻地理解企业级分布式系统理论如分布式事务、安全服务、负载均衡等,并提高运用前期所学知识的实践能力。同时,真实的案例还可以帮助学生了解中间件技术在就业前景和职业生涯中的作用,提高其学习兴趣。
(二)问题导入法的内涵及意义
问题导入法是启发式教学原则的一种具体教学方式,以解决问题贯穿整个教学。实施过程中,教学者为了让学习者掌握一个理论或方法,导入一个具体问题,以解答这个问题为导向,引发学习者思考解决这个问题,从而引入所需要学习的理论或方法,并在解决问题过程中掌握这些理论或方法。该方法能培养学生解决问题的能力,让教学变得灵活,有利于培养学生的学习兴趣;同时,由于学生在解决问题过程中可以提出不同的思想和方法,有利于培养学生的创新思维[5]。
中间件实质上是对企业级分布式系统开发过程中面临的共性问题进行提炼、抽象所形成的可复用部件。在“中间件技术”课程中应用问题导入法,引出并解决这些共性问题,可让学生自然地掌握中间件技术的概念和理论。再者,“中间件技术”课程涉及大量抽象的、难于理解的概念,直接讲授会令学生觉得枯燥无味,没有学习兴趣。问题导入法将学生带入问题的思考中,在思考中学习中间件技术知识并培养学习兴趣。最后,中间件技术是前期课程知识的综合。传统讲授法让学生简单孤立地理解各个概念,无法从整体上把握。问题导入法带引学生思考,在此过程中,学生自己将各种理论和技术联系起来,从而在宏观整体上理解中间件平台。
(三)案例教学与问题导入法的结合
案例式问题导入法将案例式教学和问题导入法有机结合,充分利用这两种启发式教学的优点,调动学生的积极性,启发学生思维,变被动为主动。传统问题导入法按问题的导入方式一般有情景式导入问题、任务式导入问题和案例式导入问题。本文也是在案例中导入问题,但“中间件技术”课程教学中的案例式问题导入法有其特殊性。传统的案例式问题导入法,围绕案例导入问题,学生通过解决这些问题,得到整个案例的解决方案。然而,在“中间件技术”课程中,学生需学习的是如何解决企业级应用系统开发中的共性问题,而不是开发整个系统。因此,对企业级应用案例,只需导入系统开发中的共性问题,让学生在解决这些共性问题中学习中间件知识。
“中间件技术”课程中案例式问题导入法的基本思路为:教师首先对真实的企业级应用案例作垂直层次分析,识别出开发共性问题,将案例分为业务层、中间件和部署环境;然后把所用到的中间件转变为开发中面临的共性问题,其他两层作为从已知引出未知的基础;最后组织学生讨论并解决这些问题,掌握中间件技术的原理和应用。
二、运用案例式问题导入法的策略
案例式问题导入法在“中间件技术”课程中的实施过程包含获取案例、分析案例、导入问题、设计教案、发放资料、组织课堂、案例实践、交流反馈、评价调整等九个步骤。
(一)获取案例
案例是开展案例式问题导入法的基础,案例获取和选择最终影响着教学效果。课程小组根据教学目标和教学内容的要求,通过网络或其他资源,收集国内外企业级应用系统案例,供案例式问题导入法教学实施或学生案例实习使用。案例不是简单举例,案例必须是真实的、完整的、典型的和具有启发性的[6]。
(二)分析案例
案例的解决方案,表面上是一个平面化的技术框架。在案例分析过程中,课程小组需要根据中间件的定义,将案例解决方案在垂直方向上划分为三个层次:业务层、中间件和开发部署环境。
业务层:应用系统包括哪些业务模块、业务子系统;哪些业务子系统给别的业务子系统提供服务,或哪些业务子系统需要别的业务子系统提供服务。
中间件:业务子系统间采取什么通信方式,如过程调用、对象调用或消息调用等;如何实现服务定位、安全机制、事务实施、多任务创建及负载均衡等。
开发和部署环境:分析硬件环境、网络类型、操作系统类型、开发语言、数据库系统等。
(三)导入问题
根据课程内容,以业务系统和部署环境为基础,假设中间件部分未知,把所需中间件转变为企业级应用开发面临的共性问题。例如对消息中间件提出业务子系统之间如何消息传递的问题;对对象调用中间件提出业务子系统之间如何调用彼此对象的问题;对CORBA提出业务子系统语言开发语言不同,如何调用彼此对象的问题;对事务中间件提出如何在子系统之间保证一系列操作满足事务特性的问题等。每个大的问题同时还可以拆分成一系列前后相关、有启发性的子问题。
(四)设计教案
围绕教学内容和教学目标,确定每次案例教学的重点和难点。特别是中间件概念、原理、结构、应用和作用。在教学方法中,引导学生讨论,激励他们参与和合作学习,注重启发思维和理论联系实际。在教学过程中,合理组织和使用案例分析得到业务系统组成、开发部署环境组成及导入的共性问题,考虑如何从业务系统、开发部署环境中提出问题,安排学生从一个问题的讨论过渡到另外一个的讨论。同时,教师还需要规划和控制好教学过程的时间。
(五)发放材料
课前,学生需要对企业级分布式应用案例有所了解。因此课前需要将案例相关材料发给学生。但给学生提供的不是完整的案例,而是除去中间件部分的案例分析材料。对中间件部分,可转变为初步的问题,如系统缺了什么,也提供给学生。同时还要将企业简介、业务背景、公司网址等参考资料交给学生,供学生提前准备。
(六)组织课堂
整个课堂组织以学生讨论为主。教师从业务系统需求、开发部署环境条件开始,将学生带入到共性问题中,组织学生分组讨论。在学生讨论过程中,要调动学生的积极性,尽量让所有学生参与讨论,避免出现冷场现象;注意观察和了解学生的反应和表现,加强个别辅导,鼓励学习有困难的学生参与讨论和发言。讨论中,教师需要在适当的时候加入评价、反馈矫正和归纳,突出重点和突破。
(七)案例实习
“中间件技术”课程的实习,不应该是简单地调用中间件运行库的API编程。在实习中,需要给学生提供一个新的、与学习内容相关的、完整的案例。首先让学生依据课堂所使用的案例分析材料,采用相同的案例分析方法,将案例垂直划分为业务层、中间件层及开发部署环境层,确定每层包含的内容。其次确定案例所采用的中间件产品。最后让学生编程部分实现中间件调用;对于优秀的学生,鼓励其实现简单的中间件。通过这样的实践,让学生从宏观到微观,从中间件的作用、地位到应用等多角度进一步学习。
(八)课后交流
课后的交流对改进教学过程、提高教学质量有着重要作用。课后,教师需要与学生交流对案例式问题导入法的感受,了解有哪些考虑不足的地方,学生对课程实施有什么意见。在笔者实施教学过程中,有许多学生会主动与教师交流。在反馈过程中,学生提出了许多建议,同时普遍认为,这种教学方式,让他们都可以参与,更能集中注意力;真实的企业级分布式应用案例中导入问题,能激发他们的兴趣和动力,能让他们从部分到整体深刻掌握中间件技术,同时更能理解中间件的作用及在系统中的地位。
(九)评价与改进
一轮案例式问题导入法教学实施之后,教师需根据学生实习过程和实习报告、课堂讨论、课后交流及考试等方面的情况,对该教学进行评价,总结可取之处,发现不足。针对不足地方,需要在案例分析、问题导入上进行适当调整,甚至修改教案和调整课堂组织。调整结果将应用到下一轮教学中。通过评价调整,持续改进案例式问题导入法,使其趋于完善。
三、反思
(一)建立高质量的企业级分布式应用案例库
实施案例式问题导入法的基础是建立完整、真实、典型和启发性的案例库。案例必须是真实的,是国内外知名企业的真实企业级分布式应用;案例必须是完整的,包括应用背景、技术方案和实施结果;案例必须是典型的,覆盖着一类或几类中间件技术,并且是这些技术的典型应用;案例必须具有启发性,能启迪学生思考,给学生足够的想象和自由发挥空间。
(二)解决企业级应用开发中的共性问题
传统的案例教学中,教师提供案例背景,导入面向整个案例问题,让学生围绕问题解决整个案例。在“中间件技术”课程教学中,学生不需要实现整个企业级分布式应用案例方案,如,不需搞清楚业务流程、如何实现业务模块,也不考虑如何选择底层部署环境。学生要解决的是系统开发中的共性问题,即中间件部分的问题。对业务实现方案和开发部署环境方案,教师分析后直接提供给学生,中间件部分转变为共性问题,让学生能在业务和部署环境的基础上解决这些问题,从而自然掌握中间件知识。
(三)注意提高学生的学习兴趣
兴趣是课堂组织过程中,让学生积极参与、避免冷场的关键。在笔者初步尝试案例式问题导入法时,从案例的业务需求和部署环境直奔导入的问题,让学生讨论,结果学生兴趣不高,课堂气氛不是很活跃。在这种情况下,笔者及时调整,以企业规模和地位、员工收入、业务背景等方面激发学生的兴趣,让学生感觉以后他们将会在这样的企业中发展,置身企业员工角色中。在评价和小结过程中,充分肯定每一位学生的见解和方案。通过这样方法,启发了学生的兴趣和动力,课堂变得活跃,学生开始积极发言,相互启发,取得较好教学效果。
(四)对师生的要求
教师作为教学的组织者,必须对所讲授的教学内容、学科知识体系有明晰、深刻的认识。同时教师最好具有在软件企业从业或进修的经历,有着丰富的软件工程项目经验。这样才可对企业应用背景、案例有深刻的理解,能对案例在垂直层次进行合理的分析。教师还要能根据学生已有知识结构基础、思维能力水平层次,针对中间件层,导入难度要适当,但又稍高于学生现有能力的问题。学生作为学习的主体,不需要具备全部的基础知识、概念、基本技能,因为讨论过程中,每位学生所擅长的知识可以弥补彼此的不足;但他们需要在教师引导下,能够主动地参与讨论,积极探索。
本文将案例教学和问题导入法相结合,引入到“中间件技术”课程教学中,以真实的企业级分布式应用案例驱动教学。对案例选取、案例分析、问题导入、课堂组织及案例实习等方面进行了讨论,指出了案例式问题导入法的要点。
参考文献:
[1]乔波.基于案例的“J2EE与中间件”教学改革初探[J].科技文汇,2011,(1).
[2]张伟娜.基于企业应用浅析中间件教学改革[J].科技信息,2011,(21).
[3]朱涛,马恒,刘强.专业技术课程案例教学方法研究[J].高等教育研究学报,2010,(1).
篇4
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》第21章第66条提到,教育信息化建设要求“建设有效共享、覆盖各级各类教育的国家数字化教学资源库和公共服务平台”;第67条指出要“建立区域内普通教育、职业教育、继续教育之间的沟通机制;建立终身学习网络和服务平台;统筹开发社会教育资源,积极发展社区教育;建立学习成果认证体系,建立‘学分银行’制度等”[1]。根据纲要的要求,我国一些区域已经建立了网络教学资源平台,一定程度上促进了教育和教学的发展。但这些已建立的平台分布散乱不均,平台建设单位各自为战,库存资源没有统一标准,不能实现真正的“共建、共享、共用”的目的,“资源孤岛”现象严重,且资源更新速度缓慢,每个单位重复投资、开发和建设现象普遍,维护成本过高,造成严重的国家财产、资源的浪费。本文拟进行云计算的理念和技术与开放式教学模式的整合研究,达到丰富优质教学资源、突破传统教学界限、变革教与学的模式、提升教学效益,促进全民自主学习和终身学习的目的。
1 云计算概述
1.1 什么是云计算
云计算是一种基于因特网的超级计算模式,是指IT基础设施及服务的交付和使用模式通过网络以按需、易扩展方式获取即需服务[2],具有超大规模、虚拟化、低成本、高可靠、易扩展等特点。
1.2 云计算原理
云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展。云计算的资源、应用、计算任务和服务都运行在大量的分布式计算机上即云服务端,而非本地或远程单一服务器,这使得用户能够随时随地通过网络使用低配置终端就可以从云端获取所需服务。
2 开放式教学的内涵
在传统的以传授知识为主的灌输式的应试教育中,教学和学习活动主要限制在教室和实验室,学生的学习活动几乎都是按教师预先设定好的教学内容和程序“依样画葫芦”[3]。在这种传统教学模式下,学生容易形成一种单一固定的思维模式,限制了他们的发散思维,限制了他们解决问题能力、创新思想和创新能力的培养。
开放式教学,源于人本主义的教学理论模型和建构主义的教学模式。人本主义学派科恩(R.C.Cohn)于1969年创建了以题目为中心的“开放课堂模型”;建构主义学派斯皮罗(Spiro)于1992年创建了“随机通达教学”和“情景性教学”[4]。这些教学理论模型强调:教师并不是“先知”,不应是知识的灌输者,而是知识学习的“引路人”“催化剂”。学习是学习者主动建构的内部心理表征过程而并非被动的知识接收。
1)开放式教学要求教学目标的开放,强调教学目标可以是多样化、因人而异的,教学的根本目标是在探究和解决问题的过程中锻炼思维的发展、解决问题能力的培养,激发冲动从而主动寻求和发现新的问题。
2)开放式教学要求教学组织形式的开放,打破以往的教学组织模式,强调教学和学习应向社会延伸,向影视、报刊、电子网络等更大范围的多种媒体延伸,学生可以根据自己的学习需求随时随需进行个别化学习。
3)开放式教学要求教学评价的开放,不仅仅关心学生的学习结果,更应关心学生成长的过程,应建立评价档案袋对学生的学习过程进行全程多标准、多元化记录评价。
3 基于云计算的开放式教学模型
针对目前教学资源分布散乱不均、更新速度缓慢、重复建设、维护成本高、共享程度低等教学资源建设中存在的普遍问题,以及传统传授式教学模式中存在的种种缺陷与不足,本文提出一种新型的教学模式——基于云计算的开放式教学模式,并对这种模式应用进行深入探讨研究。
3.1 部署模型
基于云计算的开放式教学模式将所有的教学资源数据的存储和计算任务交给云端处理,将一切教学资源以“云服务”的形式提供给资源用户,师生只需采用性能一般的低价笔记本电脑或智能手机接入云服务,就可以在任何时间、任何地点随时随地利用、享受云计算提供的资源和服务,就某方面的知识进行学习,从而实现小班教学、微型化学习、个别学习等开放式的教学和学习方式。云计算与开放式教学的整合将解决教学资源不能充分共享、资源不足不均、重复建设、“资源孤岛”现象严重等教学资源建设过程中的普遍问题。
在图1所示教学资源云计算模型图中,云服务端负责教学资源的存取、分类、管理、维护、调度以及访问负载均衡,负责把分散的、本地化的自成一体的教学资源通过云计算转化成一个与具体的网络环境、用户终端系统和服务端系统无关的统一而强大的虚拟通用教学资源服务平台,把所有教学资源以“云服务”的形式在云服务端供资源用户获取使用。
随着信息化在教育领域应用的发展,学习已经不再被局限于学校或者其他教育机构的范围内。云计算环境下,以学习者为中心的个人学习和“非正式”的学习将是今后人们学习的发展趋势,基于云计算的开放式教学可以更好地迎合并推动这种趋势的发展,有利于终身学习。
3.2 特点
1)共建,共享,共用。基于云计算的开放式教学模式可以利用现有的互联网以及现有的分散的、本地化的、自成一体的教学资源进行系统化的统一资源分类,进行面向云服务的改造和封装,并到云服务端提供教学服务;其次,利用云计算服务,相关教学团队和成员可以自发地参与教学资源库的建设并提供统一的系统化的教学资源云服务,从而实现教学资源、教学信息甚至教学环境的最大、最优化共享、共用。
2)降低运维成本。将教学资源通过云计算进行统一整合,统一引擎调度,从而有效避免教学资源分布散乱不均、重复建设严重、资源孤岛现象严重的问题和缺陷,实现灵活的、可靠易扩展的统一运维。云计算的提出最小化了终端设备的需求,极大地降低终端用户成本,实现前所未有的性能价格比。
3)促进教育多元化发展,催生新型学习模式。随着教育信息化的发展,教育形式也日渐趋向于多元化的发展,基于云计算的开放式教学可以在很大程度上满足这种多元化需求。在这种教学模式中,学习者便于从“云端”选择自己所需资源和服务,也便于自行安排学习进程和学习方式,从过去死板的学习模式中解脱出来,促进学习方式的变革。
4 技术路线
4.1 支撑平台架构
云服务平台即开放式教学模式的支撑平台是教学资源的载体。服务平台的建设一要考虑到教学资源的因素,二者是相互支撑的,缺一不可;二要根据开放式教学的特性需求,并充分考虑行业特征以及现有设施和平台的状况,评估其迁移或升级的可行性,采用统一规划、模块化、分层次的架构思想和策略构建安全、可靠、灵活、易扩展的云计算平台;三是平台系统分为基础设施层、资源层、业务服务层和应用层,如图2所示。
1)基础设施层利用现有的网络将大批量的主机、服务器、存储设备通过虚拟化技术把异地零星分布的硬件资源集群链接,构成一个庞大的能够存储海量教学资源的分布式易扩展动态虚拟存储平台。基础设施层具有存储动态扩展、高可靠、负载均衡自动化、超级计算能力等优势特点。
①存储动态扩展。虚拟化技术能够动态添加和扩展计算机节点或磁盘空间而不中断正常业务的运行,可以随时根据业务数据量的大小需求添加或减少存储节点,实现更好的容量价格比。
②高可靠。“云”技术使用数据多副本容错、计算节点同构互换等措施,提供了良好的容错能力和强大的故障恢复能力,平台(即计算机群)内的任意节点的故障不会影响系统业务的正常运行,保证数据和服务很高的可靠性。
③负载均衡自动化。负载均衡技术的使用可以更好地保障服务响应速度,提供更好的访问质量,提高资源的利用率和用户体验。
④超级计算能力。理论上,“云”技术可以整合链接无数台分布于不同地理位置的计算机节点。如Google的云计算平台已拥有一百多万台服务器,IBM、Amazon、Yahoo、微软等均拥有几十万台服务器,“云”赋予它们前所未有的超级计算能力。
2)资源层以基础设施层为依托,负责教学资源的采集、审核、重构、整合、调度并实现面向云服务的资源封装,实现资源及其共享机制的规范化。教学资源由多种媒体组成,其表现形式也复杂多样,为更好地满足开放式教学需求,提供更好的教学服务,资源的采集和封装过程必须依据统一的规范和标准。可参考的规范和标准有《教学资源建设技术规范》、LOM模型、Dublin Core模型[5]、学习对象元数据(EELTS-3)[6]、基础教育教学资源元数据规范(CELTS-42)等。
3)业务服务层提供统一安全的用户管理、教学资源以及资费的管理。用户管理包括用户在线注册、用户按需受权,统一安全身份认证等。教学资源的管理需要根据用户的评价反馈及使用情况进行必要的添加、删除、修改和调整。资费管理包括:实现用户的按需购买付费策略;对用户的资费进行统一的安全管理。
4.2 教学资源库的建设
教学资源库建设的推进是一个非常复杂、充满不确定性的过程。首先对行业现有的教学资源进行面向云计算服务的系统化梳理、归类、改造和封装;其次可以将已架构好的云服务平台的资源建设接口开放给各教学单位或成员,进行自行的资源建设和上传。通过实现半自动化或自动化的资源调配策略来实现对新建资源的动态重构、自动化部署、监控、管理和调度。具体教学资源库建设的实施过程包括前期资源的采集、整理分类、资源封装、资源评审入库以及后期的维护和管理。需要注意的是教学资源库的建设是一个渐进的闭环的过程,不是一蹴而就的,需要进行反复不断的改进。
1)资源采集。就目前我国教育发展和教学资源建设的现状来说,资源的获取途径主要有:有线电视教育节目的采集录制;由专业教师提供教案、课件;由学科教师和资源建设者共同开发资源;由资源建设者根据资源库的内容要求从网上进行搜集;购买成套的素材、课件、网络课程光盘;成立专门组织,调拨专用资金进行资源开发建设等。
2)资源分类。教学资源的分类是指依据教学资源内容属性和其他特征进行资源类聚,并将类聚结果按一定的组织次序结构进行组织的过程。在进行教学资源分类时要充分考虑科学性、系统性、可发展性以及面向用户性。具体实施过程中可参照《教育资源建设技术规范》(CELTS-31)和《中华人民共和国国家标准学科分类与代码》(GB/TB745-92)。
3)资源封装。搜集来的资源经过系统化的整理和分类,已经具有良好的组织构架。但同一类的资源其文件类型和格式复杂多样,这不利于资源的管理、使用和共享。因此,资源入库前需要对资源进行面向云服务的改造、整合和封装。在实际的资源建设过程中可以参考我国《教育资源建设技术规范》的有关规定进行资源封装。
4)资源的评审入库。教学资源质量的高低直接影响资源库的质量和效用,因此在资源建设中要根据资源库建设的目的和教学要求严把质量关,保证库存资源的质量和权威。首先,制定相应的评价指标,由资源审核员对已搜集到的资源进行分类初审并优化和整合,初审通过的资源由各学科的审核员进行复审,复审通过的资源进行专家送审、评定星级;其次,对审核已通过的资源进行分类、分级入库。
5)后期维护管理。后期维护管理是一个循环反复漫长而无尽头的过程。①资源数据结构的维护。管理员需要对资源数据结构和系统内链进行实时的优化,以方便用户对资源的随需检索和订阅,即提高用户体验。②资源内容的维护。教学资源的内容才是整个系统的重中之重,一个资源库的质量在绝大程度上取决于其资源内容的质量,需要经常根据用户的使用情况、要求、评价结果对资源库中的资源进行必要的添加、删除、修改与调整。一个内容经常更新、对用户的反馈及时应对的想用户之所想急用户之所急的资源库才是高质量的资源库。
5 总结
基于云计算的开放式教学应用是在网络时代教育领域教育理念和技术的制高点,是一个新兴的革命性的概念,既是全球化社会和改革开放的时代要求,又是培养创新精神和实践能力为核心的新一轮教学改革的需要。从美国北卡罗来纳州西蒙公司在格雷汉姆小学首先开展云计算项目的尝试,到Google宣布在中国大陆启动云计算学术合作计划Academic Cloud Computing Initiative1,与中国大学建立学术合作项目,广大的教育工作者进行了大量的实验和实证研究。但作为一种新的教学理念,不管是理论建构还是实验探索都才刚刚起步,还有很多问题需要进一步的探索,如云计算环境下开放式教学的课堂操作模式、评价指标,开放式教学对学生的开放性思维、创新精神和实践能力培养的作用,都还缺少实证研究。这种应用尽管还处于萌芽期,在实际应用中面临很大的挑战,但随着相关理论和支撑技术的日渐成熟,必将在不远的将来展示出强大的生命力,在教育领域产生重大的影响。
参考文献
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[2]赛迪顾问股份有限公司.中国云计算产业发展白皮书[R].北京,2011:4.
[3]百度文库.“国培计划”:河北省农村中小学骨干教师远程培训(2011)[EB/OL]..
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中间件是处于计算机系统软件和应用软件之间的软件总称。随着计算机和网络技术的迅速发展,越来越多的应用软件需要利用系统软件提供的多种功能和服务进行架构,需要兼容不同操作系统和网络环境,乃至需要在多个计算机系统之间进行分布式协作。中间件作为底层系统和上层应用的桥梁,为两者提供可靠和高效的通讯与协作并管理这些工作。在当今提倡“大众创业、万众创新”的新形势下,高等院校需要把创新教育贯穿到平时的各类教学活动中去。应该看到,创新教育不是一个独立的教育层次或教育类型,而是一种渗透在教育工作中的思想观念、贯穿在教育实践中的原则方法、内化在育人过程中的精神指向,以及用这样的思想观念、原则方法、精神指向建立起来的教育模式和实践活动[1]。我们的教育应从基础做起,从点滴做起,让学生的创新思维具有扎实的土壤。“中间件技术”课程就是这样一个合适的场所。
1“中间件技术”课程的主要内容
“中间件技术”课程以给计算机上层软件提供底层功能支持,提升软件兼容性和进行分布式架构为主要教学目标。在教学上可从以下方面进行讲授:第一,讲授中间件技术在软件开发和系统集成中的地位和作用;第二,介绍经典的五大中间件类型即远程调用中间件、消息中间件、分布式对象中间件、数据库中间件和事务中间件的基本概念、原理及应用;第三,讲授各种典型的商业中间件包括Webservice的使用,并指导学生基于商业中间件进行软件开发;第四,介绍中间件的主要特性,包括适应性、性能、可扩展性、安全与系统管理,其中每一种特性均可以独立进行讲授;第五,介绍如何使用中间件实现业务流程和系统集成;最后,介绍如何使用中间件建立企业级分布式系统。经过比较,我们采用ChrisBritton和PeterBye编写的中间件专著《ITArchitecturesandMiddleware:StrategiesforBuildingLarge,IntegratedSystems》[2]和张云勇等编写的《中间件技术原理与应用》[3]一起作为课程教材,这些教材也适合于进行全英文教学或双语教学。
2“中间件技术”课程中创新方法的培养
“中间件技术”课程涉及的知识门类多,需要的逻辑思维、抽象思维和理论联系实际的能力强,尤其适合培养学生的创新思维。实践证明,通过对学生的发散思维、聚合思维和实践能力的培养,对提高学生的创新思维很有帮助[4]。国内一些专家也提倡在教学中使用案例法、问题导向等思路进行教学[5-7],但这些方法还欠缺具体的实践要点和课堂教学描述。根据笔者的实践,可以以具体的应用作为教学主线,以创新能力的培养作为教学目的,并以平等互动作为教学的组织方式来进行课堂教学。2.1以具体的应用作为教学的主线软件工程的目的是开发出各种应用,因此可以用具体应用贯穿于教学始终,作为教学主线。一些专家强调过在教学过程可采用案例式教学法,该方法使用具体的案例(软件应用)连接学习内容与实际应用,把学生带入具体场景中分析、讨论并解决问题[8]。与其他课程教学不同,本课程采用的案例以具体的应用开发为宜,建议所采用的应用体现以下特征:①适用性,所选择的应用要适用于中间件各项内容的教学,能贯穿整个课程;②易学性,所选择的应用要易于学生学习,符合学生知识范围和认知特性[7];③趣味性,所选择的应用要能吸引学生的注意力;④可扩展性,所选择的应用要考虑到学生今后的工作和创业实践。笔者在课程教学中采用了两个案例。案例一是建立于多地区、多主机、多操作系统之上的银行交易系统;案例二是12306火车票购票系统。对这两个案例我们不是面面俱到,而是其中一个案例详尽分析,另一个案例简要描述或者作为课后练习进行。2.2以创新思维的培养作为教学的目的在中间件技术教学中,我们在讲授知识的同时要将创新思维的培养作为主要的教学目的,因此在课堂教学中,我们可以用提出问题—解决问题—出现新问题—再解决问题的方式迭代地进行教学。要注意以下几点:(1)注重层次式的问题提出。在提问式的创新思维培养中,最重要的是学生回答完毕老师的应对。由于问题的复杂性和学生理解能力的限制,学生的回答往往不是最终解决方案,但很可能是最终解决方案的一部分,或者是与解决方案相关的事物。这就需要针对学生的回答进一步提出问题,让学生渐进式地接近问题的最终答案。(2)适当地进行提示。在提问式的创新思维培养中,可能有时没有学生回答问题,这可能是学生缺乏问题的相关背景知识,不了解问题的关键所在。这时老师可对背景知识进行适当介绍,确保学生明白问题所在。(3)注重关联思维的培养。中间件技术和多门学科相互关联,要让学生联想其他课程的内容。对于操作系统、数据库和计算机网络的知识尤其如此,如消息中间件的学习就可以与网络通讯协议开发、多应用系统集成、编程语言中消息存取函数等进行关联。(4)注重发散思维的培养。教师提出问题时往往有指向性,希望学生沿着教学的方向回答问题从而保证教学的进行。实际上学生的回答可能各式各样,这是由于中间件技术涉及的方面过多和复杂性过大所致。当学生回答内容属于中间件范畴时,要告知其这虽不是本课程重点,但仍是正确的思路,肯定学生的发散思维。2.3以平等互动作为教学的组织方式我们建议采用交互式教学,以平等互动的方式组织教学,这就需要进行精心设计和努力。(1)营造宽松的学习气氛。学生不愿意进行交互很重要的一个原因是害怕答错。因此,在教学过程中,教师要鼓励学生回答,对其回答要指出正确的一面和有待改善的一面,同时可指出问题的一些部分是较难回答的,从而降低学生的害怕心理。当学生有正确的回答时,可以让其讲解根据,并让其他同学对其进行评论。(2)小组讨论与个人回答相结合。采用小组讨论是一种有效降低学生不安的方法。一方面,在小组内都是熟悉的同学,大家更容易发表意见;另一方面,在小组形成意见后由某位同学讲解时,其意见由于不是他个人的意见从而降低了其心理上的不安。在这种方式实施时,要明确每个小组必须有一人代表小组发言。当无人愿意代表小组,我们采用的方式是告诉大家这是小组的意见,他只是代为表达,从而鼓励发言。小组讨论因为耗时较长,一般与个人回答相结合。小组讨论适合于较重要的知识点学习,或者容易出错的地方,或者将来容易应用的方法;而个人回答则可以普遍地用于课堂中各个过程。(3)主动参与和义务参与相结合。交互式教学最理想的情况是人人积极参与,但在现实的执行中,往往有一部分同学不愿意进行参与。在此种情况下,笔者认为不应放弃这部分同学,可以采用义务参与的方式迫使其参与。如说明每个同学均须参与,然后当主动参与同学完成后,采用点名制让剩余同学进行回答。在学生较多时,无法让每个同学都回答每一个问题,可采用轮流回答制。
3中间件技术课程示例
我们以“中间件适应性”这一章作为例子描述课程的讲解过程。适应性(Resiliency)是中间件的重要内容,其主要目的在于减少系统的故障并在故障发生时可以更好地容错和修复。我们将课程内容分成以下3部分进行讲解:①中间件适应性的目的和意义;②从备份系统进行错误恢复的4个步骤:检测故障;整理正进行的工作;激活应用;重新处理“丢失的”消息;③高级适应性方法:双机互备援系统、两阶段提交、计划停机、应用软件故障。课程开始,笔者以银行交易系统作为案例进行讲解。首先描述银行交易系统中可能出现的严重问题,如系统故障、服务中断、灾害损坏、数据丢失等。在这些内容讲授时,由于学生刚刚进入课堂,注意力还没有完全集中。所以采用提问的方式,询问在日常使用到的银行服务中是否有遇到故障。在学生没有响应时,笔者讲授了一个自身在自助取款机取款时系统蓝屏被吞卡的事例作为引导。在此引导下,同学们纷纷说出了一些自身的例子,包括转账、取款,甚至还有支付宝的一些问题。在此基础上,提问让学生思考在发生这些问题时该如何解决并进行短时间的讨论。第二部分讲解时,笔者首先指出一个常用的容错方法:采用备份系统。这时首先让学生用概率论的知识计算在采用一到多个备份系统时故障率的降低。在学生对备份系统有了一定认识后,询问学生单备份系统如果发生错误该如何处理。在学生思考一段时间并有了一些回答后,指出解决方案的4个基本步骤:①检测故障;②整理正进行的工作;③激活备份系统;④重新处理“丢失的”消息。由于这些步骤符合逻辑思维,学生普遍会觉得较为容易。这时要适时地强调,这些看似简单的问题实际上并不简单,进而引导学生思考它们背后隐含的复杂技术。如在检测故障部分,可以引导学生回答采用心跳信息进行故障检测可能引起的问题。如何能区分系统的故障和心跳信息的丢失,如何区分暂时性故障和长期性故障。在整理正进行的工作时,提示学生思考是采用日志恢复还是采用镜像操作。在激活备份系统时,提示学生思考是采用一有故障就激活备份系统还是采用先进行分析再激活备份系统的方法。在重新处理“丢失的”消息时,提示学生思考如何能知道消息是丢失的还是已经被处理的。在讲解激活备份系统时,笔者引入第二个案例12306火车票订票系统进行进一步讲解。用订票的实例说明并非所有的备份切换都可以解决问题。如带宽限制、输入故障等都无法解决。讲解中对激活备份系统这个问题采用小组讨论的方式,而对其他的问题采用了随机提问的方式。在讲解完成后,学生普遍感受到书本上看似平常的几句话后面技术的复杂性,提升了对未来从事计算机科学技术相关工作的期待和看法。在第三部分,主要以银行交易系统为例讲解不同技术的演化方向,沿着要解决的问题—解决方案—新引入的问题—新的解决方案的思路引导学生进行积极思考。在讲解双机互备援系统时,让学生对共享数据库系统和独立数据库系统进行思考,并让多个同学回答如果自己是设计师将采用什么样的系统,而让其他同学对他的回答进行评论。在让学生意识到双机互备援无法处理分布一致性问题时,自然地引入第三个系统进行协调,从而开始讲解两阶段提交协议。在介绍两阶段协议优点后,再让学生进一步思考其中可能出现的故障以及故障后协议是否能正常进行,最终介绍三阶段提交协议并将其作为学生的课后思考题。
4结语
“中间件技术”是针对高年级本科生或研究生开设的软件工程重要课程,由于其涉及的背景知识多,需要思考的方面广,非常适合用于训练学生的创新思维。在今后的教学中,可以考虑结合学生学习生活中某一具体问题进行讨论,探讨是否可以将学习到的知识应用到具体实践中去。这将需要任课教师识别出合适的应用,并与学生进行广泛的探讨。
参考文献:
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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)49-0078-02
《电力工程基础》是电气工程及其自动化专业的核心课程,在其课程体系中占有举足轻重的地位。为了满足中国工程教育专业认证协会制定的《工程教育认证标准(2015版)》中关于电气工程专业的补充标准,本课程组将“电力工程基础”更名为“电力系统分析”,同时为了适应大工程背景下应用型人才培养目标,课程组将从教学手段和方法、实践教学环节、考核评价方式、网络辅助教学等几个方面对该课程进行改革,使学生能够很好地掌握电能的生产、输送、变配等相关的工程基础理论和计算方法,能够应对电气工程领域的复杂工程问题,具备较强的工程计算能力和应用分析能力。
一、教学手段和方法的改革
以往的教学方法都是以教师为中心,以课堂讲授为主、验证型实验为辅的传统模式。教学手段过于单一,从书本到书本,采用教师讲、学生记的“填鸭式”教学模式,偏重于对概念、理论及计算方法的讲解而脱离实际应用。为了适应大工程背景下对应用型人才需求的现状,我们要不断地探索新的、有效的教学方法和手段,把传授学生知识改为传授学生学习知识的方法,让学生由“被动”变“主动”学习,才能为以后更长远的学习打下坚实基础。
1.同化理论的应用。1963年美国纽约大学研究院教育心理学教授奥苏泊尔提出“同化理论”概念,其核心思想是:学习者在学习新知识过程中对已有的认知结构进行重新改组,使自己原有的观念发生变化,这样才能有利于新知识的掌握和消化[1]。
引导W生在自己的头脑中建立已有的理论知识和框架,鼓励学生主动地去学习相关的新理论知识,并将新知识与自己头脑中原有的理论知识之间建立起实质性的联系,即新旧知识融合。比如,在讲完辐射状配电系统潮流计算方法后,若引入分布式电源到配电网,会使原有的潮流计算方法有何变化?如何解决含有分布式发电的配电网潮流计算?学生利用课余时间查阅课外资料,增长见识,使枯燥的理论在自己的头脑中变得生动起来,从而使课程学习变得有趣起来。变被动学习为主动学习,学生的积极性比传统的教学将显著提高,积极参加问题的讨论。
2.CDIO工程教育模式的应用。CDIO工程教育模式是以美国麻省理工学院为主导,采用构思、设计、实现和运作的模式,是“项目教学”的集中概括和表达。该模式可以让学生以积极主动的态度成为学习的主体,并在项目实践中获取工程能力[2]。CDIO工程教育模式与“同化理论”的教育理念相同,也是让学生变被动学习为主动学习,区别是它改变以往教学中重理论轻实践的弊端,培养学生的团队协作能力。
在CDIO工程教育模式下,可以采用分组法、任务法及项目法等多种方法,不仅提高学生学习的参与性、学习兴趣和创新能力,还可以培养学生解决问题能力及团队合作能力。以分组法为例,由于该课程是大班上课,授课人数为70多人,每个学生的水平差异较大,所以在第一次课上,以本课程应用到的先修课程像《高数》、《电路》、《工程电磁场》等部分知识点为考查目标,进行一次摸底考试,摸清学生基础知识的学习水平,并将他们按照高低相结合的方式进行分组,挑选分数最高的同学担任小组长,在整个学期中由他(她)带领全组同学,互帮互助,培养同学之间的团队协作能力。
二、实践教学环节的改革
传统的实验教学一般都处于从属地位,学时安排较少,实验教学的内容较为固定,一般都是针对一些原理和现象的验证。本课程的实验学时为8学时,占课程总学时的15.4%,实验内容主要是利用电力系统仿真软件EDSA进行潮流计算和短路计算。教学形式较为单一,学生都是按照教师的示范或指导书的步骤去操作,限制了学生创新思维能力的提高。
1.同化理论应用到实践环节。课程组考虑将奥苏泊尔的同化理论也应用到实践教学环节,要求学生有意义地进行发现式学习,发现问题,解决问题,从而避免被动式接受学习。一方面,调整课内实验内容及学时,依托电气实训平台将理论部分与实践环节有效地结合起来;另一方面,利用开放性实验、大学生创新项目等课外实践环节,扩展该课程的实践教学形式,提高学生的工程应用能力和创新能力。比如,讲完第一章电力系统的基本概念后,组织一次学生的认识实验,通过实验平台的使用了解整个电力系统的构成,摆脱以往只见理论,没有实物环节的缺陷,调动学生对理论学习的兴趣;同时,为了发挥实验环节的效果,提供实验思考题,让学生课后独立完成,培养学生的学习积极性和自学能力。
2.CDIO工程教育模式应用到实践环节。CDIO工程教育模式下的项目法可以很好地应用到实践环节,发挥项目组成员的动手能力、思考能力、团队协作能力等,完成从项目开题、项目实施到项目结题的全过程训练,将电气类专业知识与工程实际有效地结合起来,培养学生成为具有良好职业素质、坚实理论基础、较强实践能力的应用型技术人才。例如,安排一个开放实验项目为“含分布式发电的配电网潮流计算设计”,要求学生利用Matlab软件编写潮流计算程序,并与EDSA仿真软件结果进行对比,验证其正确性。这个项目就要求项目组成员必须弄清楚分布式发电节点的处理方法、潮流计算流程、Matlab软件的使用方法等,训练学生采用科学方法对电气工程领域复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论等。
三、课程考核评价方式的改革
现有的考核制度都较为死板,大多数高校学生关注的学习重点是老师要考什么内容,而不是什么对自身发展有用;考试前采用“刷夜”的复习手段,为了考试而考试,而不是平时去理解吸收;此外,平时成绩中的作业练习往往存在抄袭现象,导致总评成绩水分较大。因此,课程考核评价方式改革刻不容缓。
一方面,适当减少期末考试分数的比重,增加讨论小组的考评结果以及课程实践综合评分的比重,这样既能达到考核的目的,又能提高学生学习的积极性。另一方面,健全学生奖励办法,将实践项目成绩折算成相应的综合素质学分,在助学金、奖学金以及评优中优先考虑,这样学生就会以极大的热情和积极性去完成相关课程内容的学习[3]。最终形成了既重视基础理论知识又鼓励学生自主创新学习的多元化、综合性的新型考核机制,改变以往主要依靠卷面分数来衡量学生知识掌握能力的现状。
四、网络辅助教学的开设
充分发挥网络优势,构建网络辅助教学平台,建立“电力系统分析”课程教学资源网站,开展翻转课堂教学,拓展学习资源,进行混合式教学,其内容主要包括:学习资源、网上答疑、网上讨论等。学习资源以多媒体形式为主,如教学课件、电子教案、演示动画、常用软件、以及教材中没有涉及到的新知识、新技术和学科前沿问题等,既使学生复习课上所学内容,还可以扩展自己的知识面,完善自己的知识结构。网上答疑弥补了课后答疑不方便的缺陷,可以使学生对平时学习中遇到的问题和困难及时与教师沟通,扩宽了师生互动的时间和空间。网上讨论可以及时了解学生对某一知识点的大致掌握情况,从而在授课过程中更能做到有的放矢。学生们利用这个辅助平台,变被动式学习为主动式学习,增强了学生对课程学习的兴趣。
参考文献:
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2跨文化课程建议模块的概念引入
跨文化的人机交互设计(HCI).课程强调了以下主要是:定义文化方面的普遍性和国际上使用的软件开发,占主导地位的接口文化,以及它如何影响可用性;文化敏感的软件构件的例子;及跨文化软件发展的指导方针,以人为本的发展过程和可用性评估.该模块将融入人机交互,软件工程师,或一般的计算机科学课程.我们看到了两个领域未来的活动.首先是传播我们的理念和课程模块.拟议的教学大纲需要一个疗程的描述,其中包括增强和引进跨文化人力交互(HCI)纳入课程,在编写配给,讲座,讨论材料和练习.我们传播计划的目标是使社区意识到跨文化的重要性进入课程.这包括在会议上讨论了这些结果的相关性.跨文化教学和举办讲习班.开始在线资源库资源,并会继续为研究人员和教育工作者提供服务.目标合作伙伴包括美国国家科学基金会扩大参与计算奖获得者.实际的教学和评估模块本身的模块或组件.资源库将允许新的合作伙伴提供新的思路和评估我们的课程,使我们的模型课程教师成员在不同的机构,以征求他们的反馈.计划寻求多元文化的合作伙伴帮助继续了解文化对计算机的影响.计划利用社交网络工具来连接合作伙伴,并收集意见.最后,提出一项计划和建议,课程模块在未来修订的计算机科学课程下,并倡导包括SION国际课程主题专业的准备.
3国际计算机伦理与社会
信息化影响时代,使用联网的计算机分布在世界各地,创造了一个全球社会.随着的混合文化和经济导致的紧张局势,隐私,知识产权,言论自由,交流过程信息和计算机安全等等.有相关的社会影响,由于计算机出现,而改变工作,网络社区的发展,建立的沟通模式,并中断控制.新联网的世界不会自动承认国家和文化的界限,什么是道德,什么是可以接受的叠加会社会影响.国际伦理问题和社会,由于普遍使用电脑的个体约为重点这里提出课程模块.了解不同的世界各地的人们的道德和社会的期望,来表示实现有效的一个重要组成部分,在网络空间和发展中发挥了显著作用展中是可以接受的,有效的信息系统,跨文化.
许多伦理问题有很深的文化和两个建设性的历史根源远远超出了可以覆盖整个的研究,对本课程模块有一定的决定作用.因此,本课程模块的目标是提高学生认识文化差异的存在,可以发挥的作用,他们在计算机科学领域,了解其国际背景.要创建这样的课程模块,必须选择要解决的问题,回顾近期的情况下的争论,确定当前状态和问题,并收集材料,解释和讨论各种观点.设计的课程模块大纲如下:激励与最近在新闻的问题进行讨论;向通过审查美国国际视野联合国报表和相关人员提出申请.;讨论领域,注意到国际协议,国家法律,文化规范,业务实践,学生的态度和行为.对于后者,正在开发的问题-在不同的问题领域,学生可以完成与态度周围世界的评估部门,并说明不同学生的态度和行为在全球的分配办法.知识产权,隐私信息接入,言论自由,和虚拟社区这等多个模块将扩大后,通常解决的是这些问题在计算机伦理课程.
4结语
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目前,业界对高清云录播平台还没有形成统一的定义,通过对各种文献和产品厂商界定的梳理和整合,初步表述为:高清云录播是基于物联网模式并且采用云存储、云传输技术来满足现代化教学的一种方式。具体实现是指通过集群应用、网格技术、分布式转换编码设备、集中式解码资源服务器等系统集合,将高清摄像信号、教学电脑、实物展台、语音等信号通过分布式转换编码设备转换成网络信号,传输至资源管理中心的云录播资源管理服务器,并通过“云”录播管理系统,实现资源在线剪辑、编辑,自主自主学习、直播、远程点播等功能,进而促进信息技术与课程教学的深度融合,提高教育教学质量。
三、民办高校建设的意义和必要性
当前,高校的教学模式需要由单间精品课程转向慕课式视频公开课,这是未来教育教学信息化发展的趋势。国内公办高校积极顺应这种趋势,在加盟国外慕课平台的同时,也在进行本土化在线视频公开课尝试,其中,最主要的措施之一是建设校内高清云录播平台。尽管这种尝试还处在初级阶段,但不可否认这种萌芽已经出土,正在成长。反观作为我国高等教育体系重要组成的民办高校,面对此种趋势,认知不足、反应滞后、作为不显。民办高校既非国内顶级名校,亦非研究型教学型知名高校,名气不显,实力(教育资源和财政支持)不足,这是先天缺失,输在起跑线上可以理解。但对高清云录播平台建设和研究的的重要性、必要性和紧迫性认知不清、不足,以致轻视、忽视、应对不力,值得民办教育人认真思考。
1.高清云录播平台是慕课建设重要组成
慕课是是高等教育改革和发展的趋势,我们在借鉴国际先进经验的同时,也要立足自主建设适合校情的慕课式课程。慕课建设过程中很重要的一个环节是视频资源建设。目前,许多名校将课程视频进行网上共享,但却抓紧住知识产权,这就不排除今后资源收费的可能,所以民办高校要提早进入视频资源的建设中来。
高清云录播平台是收集和制作优质课程视频资源的重要平台载体。平台建设可以遵循“建以致用”原则,建成后可进行微课视频制作和常规教学全程录制。微课视频是指授课课程中某个知识点的阐述和讲授,录制后作为慕课课程教学的节点之一;常规教学全程录制如字面意思,就是对优秀教师的优质课堂进行全程的录制,即可方便教师间比较学习,又能充实、积累校内慕课视频资源库。
2.翻转课堂需高清云录播平台支撑
翻转课堂是时下比较成功的教学模式,这里翻转的是课上和课下学生的行为,即学生在课堂之前,事先充分学习课程章节教学视频的基础上,再通过讨论和争辩的方式掌握知识,教师在其中起引导和“裁定”作用。
翻转课堂的一个重要特征就是教师在课程开始前为学生提供量身定制的课程学习视频。这个学习视频一般有三个来源:教师自己制作的、互联网搜索到的和学校购置视频资源库中的。而通过网络调查,教师自己制作的学习视频占据来源的85%份额,学生也更偏重于教师在借鉴网络视频的基础上自己制作的视频,认为效果更适度、更佳。高清云录播平台既可以帮助教师量身定制课程视频,又可方便学生课前、课后自主点播学习,是学校实现翻转课堂教学的重要支撑。
3.高清云录播平台助推“小班教学”
“小班教学”是高校传统教学模式的重要组成,可以显著提高教学质量和办学水平。直面与公办高校教学水平差距,在民办高校推广和试点“小班教学”很有必要,且很有前瞻性的措施。但与此同时不可避免的要增加师资队伍,加大教师备课量、备课水平、上课压力和授课效果,这对于师资短缺的民办教育而言是雪上加霜。
高清云录播平台可以有效缓解此问题,具体操作是任课教师借助平台录制好的优秀教师的优质教课视频穿插到常规课堂教学中去,混合式(整合式)进行课堂教学。个人认为,此种教学方式很适合民办高校现阶段的校情。由于民办高校普遍缺乏网络教学的经验,要想教师、学生今后全情投入时代趋势的慕课式在线教学、学习就必须要有过渡,师生通过这一新式样的“小班教学”实践,更容易的平滑过渡到慕课式学习。
4.高清云录播平台助力教师互助交流,提高教学能力
在高校,教师的教学能力和教学水平是保证高校教学质量、培养高素质创新人才的关键。传统授课模式下,教师因无法观察自己课堂教学的全过程,故而不能及时跟进改正和交流互助。高清云录播平台的建设有效的改善了教学环境。(1)平台可自动建立教师课堂教学视频档案,教师据此反思自己教学全过程,及时改进教学方式、方法,进而提高教学能力;(2)教学管理部门可通过平台遴选优秀教师优质课堂,组织教师(尤其是新教师)进行课堂视频观摩,以此促进教师相互学习、交流,汲取有益的教学经验、教学思路,进而提高教学效果和水平;(3)教师或管理部门可以从直接平台抽取课堂录像,作为职务晋升、教学评奖和精品课程申报等素材资料,节省专项制作的成本和时间。
5. 高清云录播平台培育优良学风
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根据国内外对学习共同体研究的经验和报告,以及本校实际实验的情况,本人觉得打造学习共同体应该注意以下几点:
1.积极转变教育观念。(1)从用功学习转向认知学习;(2)从个体认知转向共同认知。从个体学习转向共同学习,从个体认知转向共同认知,“共同学习”是从“建立倾听关系”出发,通过组织对话流而实现的。
2.确定促进师生共同进步的发展指标。(1)学生的发展指标内容:构建学习共同体要关注学生提高学习效率,促进他们“三维目标”的达成度,同时增强他们的群体意识和社会适应能力,特别是自学能力和交往、协作、竞争等具有极强再生功能的能力。(2)教师的发展指标内容:构建学习共同体要关注使教师的教育观念和专业态度朝着合乎时代要求的方向转变,提高专业知识水平和能力水平。
3.开展学习共同体的学习评价。学习共同体的学习评价主要是助学者对学习者的知识建构、意义协商、身份形成三方面的评价:(1)学习者建构知识的正确性、建构过程的特点及建构的优势和障碍的评价。(2)学习者的意义协商程度的评价,即学习者和助学者在意义建构过程中进行协商,达成一致的程度。(3)学习者身份形成的评价,包括学习者身份的形成、变化和发展,正式与非正式参与,新手与熟手等身份的变化。
从个体学习转向共同学习,从个体认知转向共同认知,“共同学习”是从“建立倾听关系”出发,通过组织对话流而实现的。
二、如何设计学习共同体
1.确定学习共同体的目标。运用学习共同体的学习方式,其目标在于发展学习者终身学习、独立学习和学会学习的能力。
2.评价学习共同体成员已有的知识和技能。学习者已有的知识技能直接影响着学习者是否能从学习共同体的教学方式中受益。有效的学习共同体能使学习者明晰地呈现其思维过程,重视学习者的分布式技能。共同体并不要求学习者在相同的时间内学习相同的东西,每个学习者都可以学习不同的领域或专题。
3.确定学习共同体中要教学的内容。有效的学习共同体能使学习者投入到围绕某一真实的、复杂的主题中展开持续性的思考和讨论。在实际的教学操作中,通常采用基于问题的或基于项目的学习,并且使学习者保持4~16周的持续性学习时间。这样能让学习者形成一种良好的学习习惯,并持续地坚持下去。
4.确定学习共同体中的教学策略。在学习共同体中,常用的策略是组织学习者活动的策略。学习共同体的全部目标可以说是帮助学习者学会与同伴、教师进行互动,从互动中学习,在频繁的互动中实现观点、数据、意见的相互交流。目前,比较有意义的互动教学策略有交互式教学、拼图式教学和CSILE(计算机支持的有意图的学习环境)等。
5.学习共同体中的教学开发。考虑到灵活性的需求,学习共同体的教学内容不能由“缺席的课程开发者”来开发。指导学习共同体的教学内容开发,有些基本原则可以参考,例如运用抛锚式,给学习内容提供一个宏情境,学习者生成学习项目、交互式教学、拼图式教学和激励挑战等。无论如何,教学内容要尊重学习者的兴趣。
三、学习共同体取得的效果
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近年来,嵌入式技术和嵌入式产品已经渗透到各个领域,如信息家电、通信设备、工业控制等,社会需要大量掌握嵌入式技术的人才,因此,越来越多的高校开设了嵌入式相关课程。嵌入式系统是一种软硬件结合的技术,与产品和市场有紧密的联系,具有很强的实践性和应用性。在教学中,教师普遍认为该课程难教,学生学习起来也很吃力,难以深入掌握相关知识,教学效果不理想,因此,笔者主张以建构主义理论为基础,探索新的教学模式。
建构主义观点是由瑞士心理学家让·皮亚杰于1966年提出的,他创立的学派被称为“皮亚杰派”,是认知发展领域中最有影响的学派。建构主义学习理论包括以下3个基本观点。
1.1 学习是一种过程
学习者在学习新知识时,不是通过传授获得知识,而是通过他对知识的经验解释,将知识转变成了自己的东西,即知识和技能的获得,是学习者与外部环境交互作用的结果,而不是教师单向灌输的结果。
1.2 学习是协商活动的过程
学习不是单向的接受过程,教师不但肩负着“传”的使命,更肩负着调动学习者积极性的使命。教师要分析学习者的知识结构,找到合适的切入点,才能确保新知识单元被建构到原有知识结构中,形成一个新的结构。然而,不同的学习者知识结构不一样,对知识的理解不一样,从而导致学习者的学习效果不一样。因此只有通过“协商”和磨合,才可能达成共识。
1.3 学习是一种真实情境的体验
学习的目的是让学习者真正使用所学的知识来解决问题。“懂了”只是第一步,“会用”才是更关键的,会用才证明真正学会了。只有在真实情境中,才能使学习变得更有效,因为学习者可以在真实情境中解决实际问题。
分析以上3个基本观点可知,建构主义教学理论应该以学生为中心,在整个教学过程中教师是组织者、指导者、帮助者和促进者,利用情境、协商等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神,最终达到使学生有效实现对当前所学知识的理解和应用。可见,在建构主义教学理论下,教师和学生的角色、作用与传统教学相比已经发生了很大的变化,而这种变化必将给嵌入式课程的教学注入新鲜力量,为改善教学效果开辟了新的途径。
2 物联网与嵌入式技术
物联网的概念于1999年提出。根据2005年国际电信联盟(ITU)的定义,物联网主要解决物到物(Thing to Thing,T2T)、人到物(Human to Thing,H2T)、人到人(HumantoHuman,H2H)之间的互联。物联网这一高度交叉的新兴前沿领域在国际上备受关注,美国IBM公司基于物联网提出“智慧的地球”概念;中国科学院早在物联网概念诞生之初就启动了传感网研究;2009年,无锡物联网产业研究院成立,考察时提出“感知中国”的概念。
在物联网应用中有3项关键技术,即传感器技术、RFID(射频识别)技术、嵌入式技术。把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式技术则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理;物联网的发展为嵌入式技术的发展提供了新的应用领域。因此,嵌入式课程的教学内容安排要面向物联网的应用。
3 双主动教学模式
3.1 理论教学环节设计
在建构主义的教学理论下,目前已开发的比较成熟的教学方法主要有:支架式教学法、抛锚式教学法和随机进入教学法。笔者主张采用抛锚式教学方法进行课程理论环节的教学。抛锚式教学也称“实例式教学”或“基于问题的教学”,它要求在教学过程中,依据教学内容、对象和方式,确定锚点,即选取有感染力的真实问题,通过抛锚引导出讲授的知识,设计出问题来指导教学。所谓的“抛锚”就是教师通过选取有感染力的真实问题创设教学情境,以确定教学内容用,“抛锚”是否成功,取决于教学情境的创设能否激起学生的积极性。由此可以看出,“抛锚式”教学方法的关键环节是教学情境的创设。下面笔者针对物联网应用,分析嵌入式课程的理论教学内容,然后给出创设的教学情境。
3.1.1 教学内容安排
嵌入式理论教学目的是掌握嵌入式系统开发技术,为物联网的应用奠定基础,而嵌入式软件是物联网的重要的核心技术之一,它的发展促进物联网的工程应用,因此,为了更好地应用物联网,嵌入式课程安排6个知识单元的教学,具体内容包括以下几个方面。
第1知识单元:嵌入式系统绪论。掌握嵌入式系统定义、特点,了解嵌入式系统的发展趋势、特点,理解嵌入式系统的设计过程。
第2知识单元:ARM体系结构。掌握ARM9结构,了解ARM9的指令集、工作模式,理解ARM9储器格式、存储器映射I/O结构、ARM异常,掌握ARM9的寻址和加载/存储指令、算术和逻辑指令、比较指令、分支指令、软件中断指令。
第3知识单元:嵌入式系统的接口设计。掌握接口的控制方式、存储器接口设计、引脚连接模块应用、GPIO接口设计,了解中断的分类、中断源,掌握中断设计、定时/计数器接口设计、串行口设计、人机接口设计。
第4知识单元:嵌入式系统的软件平台构建。了解嵌入式系统软件平台的发展、典型嵌入式操作系统,理解嵌入式系统软件开发的特点,掌握UC/OS—II移植规划、移植文件构成、移植代码与系统应用程序设计、任务设计、常用的系统函数、任务问通信程序设计方法、内存管理的程序设计方法。
第5知识单元:嵌入式网络技术。了解分布式嵌入式系统网络结构、通信方式,掌握异步串行通信网络、12C总线网络、CAN总线网络、USB网络,理解嵌入式TCP/IP协议的特点,掌握嵌入式TCP/IP协议的实现方法。
第6知识单元:嵌入式系统设计实例。通过实例掌握嵌入式系统设计的过程和方法。
其中第2、4、5知识单元是嵌入式软件的核心内容,不少于20学时。
3.1.2 教学情境创设
针对每节课的教学内容创设一个学习情境,设计一个总体任务,并向学生展示出整体情境,提出总体任务,然后引导学生对总任务进行分析,尝试将总任务分解成有序的各级子任务,并讨论出各级子任务所需要的知识和技能,最后学习这些知识,锻炼这些技能,以解决问题。下面以UC/OS—II移植为例来说明进行教学情境创设的过程,具体步骤如下:
第1步,运行一个简单的多任务程序,展示移植UC/OS—II后程序的设计方法。通过感性认识,引出要讲授的知识,并强调学习该部分知识的重要性。
第2步,在ADS集成开发环境下设计一个工程,给学生展示移植UC/OS—II后多任务程序设计的运行情况,分析应用UC/OS—II系统函数进行多任务程序设计的方便性,激发学生的学习兴趣,提出总体任务:移植需要完成的工作。
第3步,分析总体任务,完成移植工作需要在OS cpu.h、OS cup C.C和OS cup a.s中设计移植代码。在工程的h文件夹下打开OS_cpu.h,在工程的arm文件夹下分别打开OS_cup_c.c和OS cup a.s分析移植代码的设计思路,依据设计思路,指导学生进行关键程序段的编写。
第4步,总结移植步骤和方法。
内容讲授完毕后,让学生总结UC/OS—II移植的步骤和方法,加深学生对该部分知识的理解。
从上面的设计步骤可以看出,情境创设是从真实情境展示出发,由真实情境引出要讲授的知识,即先给出问题再说明问题的解决方法。相对传统的灌输教学方法,可以让学生对所学知识的重要性有更好的理解,从而激发学生的学习兴趣,提高学生的学习主动性。
3.2 实验教学环节设计
实验课程的教学以建构主义理论为指导,从学生的知识基础和兴趣出发,进行分层次教学,即将实验内容分成验证性、设计性、创新性3个层次,课前教师布置预习内容,提供与实验内容相关的大量资料,给予学生充分的时间进行查阅和理解资料,课上教师仅指导学生探索问题、解决问题,充分发挥学生的主动性,让学生自己学习、自己操作,验证性、设计性实验在课上完成,并由教师对完成情况进行检验,现场给出成绩;此外,对实验感兴趣的学生可以利用课余时间完成创新性实验,这需要定期开放实验室,允许学生动态使用实验室的所有资源,在教师的指导下充分发挥学生的积极性和创造性,运用已有的知识基础,自己思考并动手解决实际问题。通过实验教学环节,使学生对所做实验的性质、规律以及知识之间的内在联系有较深刻的理解,形成对知识的意义建构。表1给出了实验项目及类型。
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中图分类号:G642 文献标识码:B
系统分析与设计是软件工程专业的一门重要课程,旨在培养学生掌握软件项目的开发方法,重点是软件开发的分析阶段和设计阶段,覆盖软件工程技术、信息技术、建模技术、数据库技术、分布式技术、人机交互技术、软件测试技术等多个领域,是一门综合性和实践性很强的专业课程。在传统的计算机学科教学中,强调数学基础和按部就班的理论学习,学生以个体为单位进行编程实践,这样的教学模式显然没有充分教授学生从事软件开发所必需的方法和技术,不能适用于软件工程专业。现在比较流行的软件工程教学方法强调在授课过程中伴随小组项目实践开发,但普遍存在项目规模较小、用户需求不明确、文档编写不规范等问题,因此,针对不同的课程,伴随小组实践开发的教学方法应有不同的具体要求。
本文结合作者多年从事系统分析与设计课程的实际教学和科研经验,针对其综合性和实践性很强的特点,从教学内容与课程体系的改革、教学模式的创新、一体化实践教学平台的建设三个方面进行了探讨与实践。
1深化教学内容与课程体系改革
软件技术的日新月异促使系统分析与设计课程的教学内容必须及时更新和不断深化,但不管新的软件技术如何层出不穷,在教学过程中,最重要的还是让学生真正领会系统分析与设计的核心思想,即系统思想。只有了解底层的系统理论和概念,才能更好地调整技术以适应不断变化的问题和条件。当然,如何将经典的系统思想与新颖的软件技术有机地结合起来,不断地深化教学内容与课程体系改革,是我们所要研究、解决的重点。为此,我们进行了以下工作:
(1) 开展广泛调查研究
我们课题组通过对软件工程专业所开设课程的内容与方法进行广泛的调查,并征集专业课教师、广大学生对课程改革的建议,汇总所有的调查资料、整理研究,写出了相关的调查报告,并获得江苏省重点教改项目一项、南京理工大学教改项目两项。通过调研,我们将课程安排从原先的大二下学期调整到大三下学期,学生只有在具备建模、数据库、分布式系统、人机交互、软件测试等技术的基础上,才能更好地实践系统分析与设计的过程,才能更好地着重于分析问题和解决问题。
(2) 突出综合性和实践性
综合性和实践性是系统分析与设计课程的两个主要特征。作为一门融合软件工程技术、信息技术、建模技术、数
据库技术、分布式技术、人机交互技术、软件测试技术等多个领域的综合性课程,其教学目的就是通过大中型软件项目开发实践,掌握软件项目的开发方法,重点是系统分析阶段和系统设计阶段。因此,我们在调研的基础上修订了教学大纲,对课程体系和教学内容进行整合优化、突出重点。首先集中于系统分析和设计的整体描述,包括系统开发环境和开发方法。然后介绍系统分析方法,包括需求获取的调查研究技术、系统需求建模技术、需求的传统建模方法、需求的面向对象建模方法和系统方案建议。最后介绍系统设计方法,包括系统应用架构设计、数据库设计、传统和面向对象的应用软件设计以及输入、输出和用户界面设计。在教学中,将理论和实践有机地结合起来,通过对大中型虚拟项目的开发实践,让学生归纳出应该做什么以及如何做。我们以当前流行的面向对象分析和设计方法为主,兼顾传统的结构化分析和设计方法。尽管有人认为传统的结构化方法已经过时,但是我们认为,结构化方法是面向对象方法的基础,只有在精通结构化方法的基础上才能更好地理解和应用面向对象方法。在深化概念、原理、技术等教学内容的同时,我们也强调开发工具以及开发环境的重要性,在教学中引入一些先进的软件开发工具和开发环境,给学生创建一个良好的实践开发平台,提高实践教学质量和水平。
(3) 新教材的建设
目前,国内关于系统分析与设计方面的书籍要么侧重于理论方面的介绍,要么侧重于实际应用项目的开发,而理论和实际并重适合充当教材的书籍比较少,一般是关于某个具体系统的分析与设计,如管理信息系统、会计系统、物流系统等;而国外原版书或翻译书籍对学生来说理解比较困难,采用的案例基本上都是商业案例,必须具备一定的商业知识才能很好地理解。针对这种情况,通过调研明确了教学内容,在此基础上课题组编写了教材,并由清华大学出版社出版。新教材的显著特征之一是采用学生熟悉的应用案例,将理论和实践有机地结合起来。
2创新教学模式
当前主流的教学模式有两种:一种是以教师为中心的“传授-接受式”教学模式,另一种是以学生为中心的“探究-发现式”教学模式。前者的优点是有利于教师主导作用的发挥,重视情感因素在学习过程中的作用,缺点是把学生置于被动接受地位,难以发挥主动性和创造性,不利于创新人才的成长;而后者则有利于创新思维和创新能力人才的培养,但忽视教师主导作用的发挥,不利于系统知识的传授,忽视情感因素在学习过程中的作用。在教学过程中,我们将两种模式有机结合起来,提出“传授-吸收-评估-提升”(IAEU)四阶段互动式教学模式,图1是采用统一建模语言(UML)中的用例建模技术对该教学模式进行建模的用例图。根据教学进度,可以将教学内容划分为若干个教学模块,模块之间存在并列和继承两种关系,每个模块均可以采用四阶段互动式教学模式。
知识传授阶段是三个后续阶段的基础,以教师为主导,精讲教学模块的知识点,抓住重点和难点。除了采用多媒体教学手段,加大单位教学时间的授课信息量之外,我们给学生提供自行设计的开发模板,如项目计划、用例描述、系统方案建议等模板,将抽象理论变成具体化的可视文档,让学生明白如何表示软件开发成果。为了提供简化复杂的绘图工作,我们给学生提供先进的软件开发工具,如支持对象建模的Poseidon、starUML等,支持数据建模和过程建模的PowerDesigner等。当然,教师在讲授知识的过程中要积极主动地获取学生的反馈信息,并根据实际情况及时做出相应调整,提高授课效率。在教学过程中我们发现,学生在先前开设的面向对象建模、数据库系统、人机交互、分布式系统等课程中已经掌握了大量的知识点,因此讲课内容主要集中在软件开发流程、需求获取技术、可行性分析技术等部分,重点培养学生分析问题和解决问题的能力。
吸收扩展阶段以学生为主,每个教学模块的知识传授阶段结束之后,通常安排案例讨论会,引导学生进行深入讨论、各抒已见,让它们身临其境,扮演不同的角色,畅所欲言地发展自己的见解。在讨论过程中,我们有时有意让小组之间展开激烈的争论,增加学生对系统分析与设计的感性认识和兴趣,提高他们的分析问题和解决问题的能力。而教师仅仅充当指导角色,给出提示性意见,随时鼓励学生,而实际情况证明老师对学生的关注与学生对课程的关注成正比。除了课堂的案例讨论之外,我们给学生提供大量有价值的参考书目清单和电子文献,学生在教师的指引下利用课外时间对某些感兴趣的专题进行资料查阅和分析,在掌握基本知识的基础上主动学习,从而拓宽和加深对知识的理解。在课程初期,由4-6名学生组成一个虚拟项目团队,运用每个教学模块中学到的知识,分工协同,按照教师提供的开发模板,完成相应的文档。在解决问题的过程中,学生的创造能力、综合能力、应用能力和交流合作等大量非智力因素均得到了充分的发展。教师和学生、学生和学生一起讨论协商解决问题,课内和课外有机融合成为整体,使得学习变得更加有意义。
评估确认阶段对于实践性强的课程尤其重要,以教师为主,对学生完成的专题报告和虚拟项目报告及时地给予恰当的评价。在课程初期,帮助学生建立虚拟项目,针对具体的领域和实际任务,帮助项目小组制定工作进度。学生在整个课程学习阶段,要完成以下15个开发成果:问题初始描述、问题分析鱼骨图、项目范围描述、调查表、事件表、用例图、用例描述、事物表、实体关系图、数据流图、活动图、系统顺序图、问题域类图、设计顺序图和设计类图。对于学生完成的报告,要认真仔细地对待,找出其中的问题,并给出建设性的意见。评估确认阶段的主要目的是鼓励学生将其学到的知识和方法付诸实施,鼓励创新,培养发现问题和独立解决问题的能力。学生根据教师的评估确认的结果认真进行改进,这样可以促进学生的主动性再学习。
考核提升阶段以学生为主,考核不仅是为了考评学生学习情况,更重要的是鼓励和督促学生学习的主动性,为此需要改革传统的“一张试卷定成绩”的考核方式。由于系统分析与设计课程以实践为主,因此不适宜使用试卷来衡量学生的能力,而是综合课堂表现(占20%)、书面专题报告(占15%)、虚拟项目实践(占50%)和项目演讲(占15%)四个方面来评定成绩。值得一提的是,项目演讲这个环节最受欢迎,给学生提供了一个展示自我的机会,并锻炼了口头表达能力。这种综合考核方式使得学生非常重视案例讨论、通过专题报告和虚拟项目实践等形式积极主动地扩展、运用和创新知识,从而提高了综合能力。
3建立一体化实践教学平台
软件工程专业主要培养高层次工程型软件人才,必须具备系统开发和解决实际工程问题的能力,具备良好的交流组织协调能力以及主动获取知识和创新的能力,这些能力的培养都离不开一体化的实践教学平台。因此,作为综合性和实践性极强的专业课程,系统分析与设计课程的教学必须融入一体化实践教学平台中,具体工作表现在以下两个方面:
(1) 加强师资队伍一体化建设
课题组的教师不仅要求拥有较高的理论水平,精通系统分析与设计的新方法、新技术,而且更重要的必须具有从事软件项目开发的工程实践背景,有丰富的实际项目开发经验,所以课题组的教师不断积累教学素材,参加IT知名企业的专业培训,到大企业参加大型软件开发项目,积累实际项目开发经验。这几年,课题组和软件企业密切合作,组织开发软件项目,并和德国的波恩大学合作,在暑假期间积极开展极限编程(XP)交流活动,紧跟国际先进开发方法,大大锻炼和提高了教师的软件开发水平。另外,课题组将知名软件企业中具有教学能力的科技人员聘请到课堂来,开设专题讲座,建立了一支“专职+企业”的教师队伍。此外,软件工程专业的教师组成实践指导小组,定期开展教学沙龙,一起交流沟通。
(2) 加强实践基地一体化建设
为了提高学生的工程实践能力、分析和解决问题能力,需要加强实践基地的一体化建设,通过一体化实践平台,让学生了解并实际看到自己的分析和设计过程,而实践基地一体化的建设工作主要体现在业务需求库建设和软件开发平台建设两个方面。业务需求库的建设是所有软件工程专业课程实践的难点,目前我们通过三种途径来解决,一是依赖学校的丰富资源,学校各单位每天要处理很多业务,通过使用系统分析与设计的各种调查研究技术获取现有的业务需求,将这些业务需求建设为标准文档库,包括校办公自动化系统、教学管理系统、住房管理系统、图书管理系统等;二是参与教师的横向课题项目,获取实际项目的业务需求;三是发挥学生的主观能动性,通过调研亲朋好友从事的业务工作获取实际项目的业务需求。先进科学的软件开发平台通过建设专用实验室来获取,目前学校已经投资几十万元建设软件工程一体化实践平台,让学生更好地进行系统分析与设计的实践工作。
总之,实践是工程型软件人才培养的重要环节,师资队
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1开放教育与云计算
1.1开放教育
作为新型人才培养模式的开放教育,属于中央广播电视大学开展的教育模式,与封闭教育是相对的。在中央和地方广播电视大学的基础上形成了开放大学,以先进的现代信息技术为支撑,面向所有社会成员,覆盖全国城乡的新型大学。通常情况下,开放教育有几个要点:第一,学生是主体,学生和学习才是中心,而非以往的老师、学校。第二,采取多种多样的教学手段,突破了多种因素对学习的制约。受教育者的职业年龄等都不是问题,有一定的文化基础和学习的心就可申请入学。第三,学生有自主选择权,包括课程、多媒体、学习进度和学习地点都可以随学生自行选择。第四,不同封闭教育,开放教育多采用的是现代技术和多媒体教材。开放教育意味着“开放了”教育对象,“开放了”教育观念、资源和过程,让教育终身化、民主化,人人都有受教育的机会。
1.2云计算
云计算是通过网络按照需求来获得相应的资源,“云”就是提供资源的网络。云计算是指计算机设施或服务的交付及使用方式,是通过网络按需获取资源或服务,可以与计算机硬件软件相关,也可以是其他类型的服务。云计算把成本较低的计算实体整合成功能强大的系统,SaaS服务,IaaS服务,PaaS服务和MSP等服务形式把计算能力扩散至用户。编程模型、虚拟化技术、数据管理技术、云计算平台管理技术和数据分布储存技术是云计算的核心技术。由Google开发的Python、C++编程模型,一种集简化分布式和高效任务调度的模型。虚拟化技术包括单个资源裂分模式和多个资源的聚合模式,可以隔离底层硬件与软件的应用。数据管理技术是对海量的数据资源进行处理,其是谷歌的BT(比特流)数据管理技术和Hadoop队伍开发的分布式的开元数据库。云计算品台管理技术协调大量服务器进行工作,其发现和修复故障的速度很快,其运营也是通过自动化和智能化手段来实现的。数据储存技术中因为由大量服务器组成的云计算要为大量的用户服务,所以采用分布式存储来保证海量数据的可靠性。云计算具有超大规模性,虚拟化和可靠性等特点。现在谷歌的云计算服务器超百万台,规模相当大。同时云计算可以支持用户的任意获取方式和任意获取地点。用户可以不用清楚云的具体运行位置,只需要一个终端如电脑、手机,通过网络服务就可以满足用户的需要,并且有专职技术人员维护云的运行,可靠高。现在,多数的云都是免费提供的,用户可以不用管云端建立和维护费用。目前来看,个人的云服务也应该继续免费提供下去。此外,云可以将服务器和用户终端联系在一起免费得到超级计算机的功能,成本低廉。
2基于云计算下的开放教育
2.1云计算是开放教育的技术支撑
基于云计算下,开放教育的教学设备、教学质量、教学手段等都更加方便学习者。通常情况下,云计算是依靠计算机群、储存设备群和带宽等硬件设备支持。这些硬件不同于一般的学校设备。若将教育系统全部部署在云环境上,可以最大可能的利用教育系统的交互性,使师生之间可以实时交互,其访问速度也更加快速。如果学校接入云计算后,在软件授权上的费用就可以大大降低,比如常见的办公软件或者邮件系统。云服务的价格低廉甚至免费,甚至可以将学校的教务考试系统都融入云中,本地电脑可以通过运行火狐浏览器和Linux系统就可以获得云服务和资源,完全不用考虑软件版本情况,也就降低了操作系统的维护升级费用。目前数字图书馆非常盛行,云计算可以为数字化图书馆提供服务和资源储存。数字图书馆提供了浏览图书、查询试卷库等界面,可以直接进入查询。互联网图书馆不再受地域、人员的局限,可以走向家庭,走向世界。开放教育的学习者也受益于此,可以随时随处查找数字图书馆中的数据文献,也可以查询个人的借阅状况。
2.2为学校节约硬件设备资金和维护成本
网络技术飞速发展,促进了远程开放教育的发展,为市民终身学习提供了一个服务平台。由于各种应用系统的增加,网络设备和计算机设备的要求更严格,对其需求也更大。为了满足用户的需求,学校就必须购买更多计算机和相关设备,耗费大量的资金。云计算相比上述设备更加容易进入到学校中,它能够大量的分布式计算机上的储存以及计算的能力都集中起来虚构成一个资源池,再通过网络向用户提供所需的计算服务。云计算对设备需求就非常低,不会在设备维护、软硬件更新上有太多的花费。
2.3可以创建虚拟学习社区
开放教育的课程载体是教育的媒体手段和技术,是采用了社会的教育资源、利用先进的现代教育技术和灵活多变的服务,为有志学习的人提供学习环境和条件,不受时空的限制,使得教学可以同步也可以异步,完全依据学习者的需求决定。云计算中,所有的教学资源和程序都进入到云中,学员也可以充分利用这一点,运用这些资源自己创建一个虚拟社区,构建一个虚拟的学习环境,不会受到场地的制约,也可以与其他学习者一起学习。这种虚拟社区也可以通过教学管理者才创建,效果是一样的,都是以自主互动学习为主的。这样的环境中,学习者可以可以与其他有共同目标的学习者写作、分享,展示个性自由交流,开展“人人”、“人网”的交互活动。开放教育的自主学习期间,师生之间是分离的,不设置学习集体,学习几乎是个体为单位进行的学习。虚拟环境中的教学管理者或者教师起到指导监督作用,和学生共同设计学习内容、学习环节,展开讨论解决问题等活动。
2.4方便学习者移动学习
开放教育的特色就是学生随时随地自主学习,面授或者远程。没有固定的学习集体,学员可以根据自身的实际需要自主安排。移动学习是开放教育中学习者的重要学习方式。大量的教学资源都储存在“云”上,学习者完全不用担心学习资源和数据的遗失。学习者安装一个操作系统和准备一个联网终端设备登录就可以进入自己的社区或者可以直接获得应用数据,方便快捷。开放教育学员通过云计算学习摆脱时空限制,告别普通学校的各种局限。目前所流行的4G技术为开放教育学员提供了支持,轻松获取海量学习资源,丰富了移动学习的多样性。
3结束语
云计算对开放教育提供了技术支撑,对开放教育的发展有重要作用。目前,我国教育和教育资源的分配不均,为云计算提供了广阔的应用空间,既提高了资源利用率,也提高了教育水平和人们的知识水平。不久的未来,开放教育中会融入越来越多的云计算系统,推动着开放教育的发展。
参考文献:
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篇13
二、在云空间建立试题库,供学生在线自测
音乐教师可以运用“在线考试自测”系统,将试题库全部的试题按照填空、选择、判断等类型分门别类地放进云计算的学习空间,学生按照个人兴趣,选择各种题型做练习、自测或参加模拟考试。考试结果直接由系统对考生答卷的客观题部分可自动评分或显示对错,现场打分。如果学生试题做对了,增加了对本课程的学习信心,做错了可以参考学习空间系统给出的标准答案,重新做题。以中国民间音乐章节为例,学习空间可以将中国民间音乐的民歌、民间歌舞、说唱、戏曲、器乐五大类,及其分支的基本概念、类别及各类别的特征以选择、填空等形式编入试题库,放入学习空间,供学生在网络练习。还可以将中国民间音乐代表性曲目的的音频以判断题、选择题的形式,通过聆听进行模拟考试。学生通过学习空间大量了解、欣赏活生生的民间音乐作品,对于音响的记忆远比文字记忆要深刻而长远。通过学习空间试题的在线练习,增加了学生学习的乐趣,提高了学生的学习成绩,夯实了学生的专业基础。
三、在云计算空间开展互动,延伸课堂教学
本文所探讨的学习空间的互动是指“互动式”教学模式,就是把教育活动看做是师生进行一种生命与生命的交往、沟通,把教学过程看做是一个动态发展着的教与学统一的交互影响和交互活动过程。在这个过程中,通过优化“教学互动”的方式,通过调节师生关系,及其相互作用,形成和谐的师生互动、生生互动、学习个体与教学中介的互动,强化人与环境的交互影响,以产生教学共振,达到提高教学效果的一种教学结构模式。师生互动。初中音乐课堂教学普遍采取大班上课的教学模式。云计算学习空间属高互动学习空间,“面向教与学过程,能够充分发挥学习空间各主体特性和效用,具有丰富、多元的互动形式,具备良好互动效果。”学生在学习过程中遇到困难需要帮助时,可通过个人空间留言板及时向教师求助,教师适时地给予适当的指导、建议和启发,帮助学生最大限度地提高学习效率。学习空间这种不受时间、空间、频次限制的特性,能拉近师生距离、加深师生感情,使教师及时掌握学生学习动向,促进教学主体———教师的主动性与学习主体———学生的互相配合。生生互动。通过学习空间,学生之间能互加好友,在线交流、讨论、互助,采用合作形式来互促学习、共同进步。学生就某一问题或专题建立学习小组,通过空间互动做深入研究。如对印度音乐中的甘美兰音乐,现代流行音乐中的蓝调、爵士、摇滚、音乐剧“、中国好声音”展开探讨。