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雖然“光纖通信”課程是一門理論與實踐相結合的課程[4],但是基礎理論的掌握對以后實踐起著極其重要的作用。可以說基礎理論的廣度和深度直接影響以后從事實用型工作還是創造型研究。“光纖通信”總學時為92學時,其中基礎理論占56學時,實驗教學為36學時,最后設置了兩周課程設計內容。理論教學內容主要包括光纖傳輸理論、通信用光器件、光端機、數字光纖通信系統、模擬光纖通信系統、光纖通信新技術和光纖通信網絡等。實驗教學主要包括以光纖端面處理與熔接實驗、單模光纖結構設計光纖光纜的識別與使用、光纖損耗系數和事件點參數測量、光發送機的參數測試、光纖電話傳輸實驗、光纖視頻傳輸實驗、波分復用光纖傳輸實驗和摻鉺光纖放大器實驗為代表的十二個題目。本課程最后一個教學環節為課程設計,主要是針對所學內容進行選擇性深入學習和研究,并獨立設計完成指定題目。
二、“光纖通信”課程理論教學方法與實踐
1.理論教學過程中的理論分析應從簡單遞進難度。例如,我們在教學實踐過程中學習光纖中的光傳輸理論時,先討論學生較熟悉的幾何光學法的全反射傳輸理論,再分析光在光纖中遵循的電磁理論,提出麥克斯韋方程組,并進行嚴格推導和詳細討論。
2.教學中應適當展開課堂討論。對于一些較簡單并有一定重復性的內容,可以采取課堂討論的教學模式。由于,光纖制造和光纜制作工藝相對簡單易懂,制造過程和方法有很多種。因此,對以上內容進行課堂討論形式教學。預先把學生分成幾組,每組選擇2~3個題目,之后收集資料、制作PPT、充分備課。課堂上每組選出1~2個學生,上講臺利用15~25分鐘的時間對特定題目進行講解,講完后其他成員可以提問,相互討論。通過以上教學環節,本是一些繁雜的內容從不同講解者的不同風格再現出來,課堂氣氛積極活躍,講授內容豐富多彩。同時講解者完成了選題目、制作PPT及備課講課等全過程,這對即將畢業的學生是一個展現自己、鍛煉自己的好機會。
3.教學過程中適當展示實際器件或相關案例。光纖通信是一門要求理論與實踐相結合的課程。除了規定的實驗課外,在理論教學過程中應該注意理論與實際相結合。在理論教學過程中,涉及一些實際光學元件和設備時,比如,連接器、耦合器、光纖光柵和激光器等,課堂上盡量展示實物及說明書,并說明其在通信網絡中的具置和作用。不僅可以活躍課堂氣氛,還可以鞏固教學內容,留下深刻印象。比如,設計光纖分類和工藝等內容時,我們盡量引入許多國內外的著名企業并展示其相關光纖產品。我國已擁有長飛、亨通、烽火、富通、中天、永鼎、通光、匯源等光纜企業及特發、成康、北康、侯馬、富春江、天虹、宏安、華倫、華達、華新、港龍、通鼎、西古、法爾勝等一大批骨干企業。2006年,國內市場光纜總量達2000萬芯公里,出口光纜470萬芯公里,總產銷2470萬芯公里以上。2000~2012年,我國光纖需求量增加了整整24倍,年增長率達30%。2006年中國光纖需求量僅占全球的25%左右,至2012年,這一市場份額已超過了50%。光纜總體技術水平已達國際先進水平,主要企業的主要產品指標領先國際先進水平,產品種類規格基本齊全(海底越洋光纜尚差)[5]。
4.概念與其背景相聯系。每一學科與每一門課程都具有相應的概念和理論。其中一些現象的發現、一些概念的提出有其歷史背景和條件。在光通信,特別是光孤子通信屬于這一類,孤子這個名詞首先是在流體力學中提出的,其概念可以追溯到1844年英國工程師SocttRussel在《波動論》中記錄的一段于1834年8月在愛丁堡一戈拉斯高運河上的一次經歷。講授該內容時,我們抓住其獨特的歷史,回顧一下當年的發現,活躍課堂氣氛,形象準確地理解概念。
5.理論分析與科研成果相聯系。在教學實踐中應用科技論文,可以使學生對教學內容掌握得更好,同時對科技論文的查閱、內容格式和寫作等進一步了解,對以后畢業論文,乃至科研工作有一定的引導作用。對科技論文的選取要注意以下幾點:文章的主題符合課程相關內容;科技論文的難度要適當;科技論文作者及其單位在行業有一定的影響力;最后,科技論文內容為該領域研究熱點[2]。比如,講授完光纖結構、制造工藝和傳輸理論之后,組織學生學進延(烽火通信科技有限公司)的《S-C-L三波段傳輸新型單模光纖的設計和研究》和專利《一種新型低色散光纖》[3]。通過分析科技論文鞏固所學知識,進一步理解提出問題、解決問題,并把成果撰寫成科技論文或申請專利的整體過程,提升學生的科學素養,培養學生綜合能力。
6.實驗、課程設計和仿真模擬。在實踐教學環節,我們針對性地開設了12個典型實驗。除此之外,結合理論與實踐,設置了計算機仿真的課程設計內容。仿真是利用模型復現實際系統中發生的本質過程,并通過對系統模型的實驗研究存在的或設計中的系統[6]。很多情況下,因受到實驗條件限制,光纖通信中經實際操作,用實驗結果證實和分析的內容有限。此時,我們可以學習和利用仿真技術,主要是利用一些光纖通信領域功能較強的模擬軟件設計光纖通信器件和光纖通信系統。對光纖通信網絡的模擬,參數調整和結果分析加深對實際通信網絡的了解,分析其存在的問題,提出解決方案。
三、結語
數學是人們日常生活和進一步學習必不可少的基礎和工具的一門學科。數學教學質量和效益直接影響著經濟建設和國民素質。應試教育課堂教學的最大弊端就是“滿堂灌”,它扼殺了學生與生俱來的個性和創新潛能,受應試教育的影響,教師照本宣科,畫地為牢,教得死,學得呆,很少看到教師在課堂上鼓勵那些有創造思維的學生,使得創新意識的培養一直都沒有提到重要的位置。隨著素質教育改革的不斷深化、發展,創新教育已成為教育改革的主旋律,在小學數學教學中怎樣培養學生的創新意識呢?
一、從興趣入手,引發學生的創新意識。
興趣是最好的老師,是引發創新意識的催化劑。教學時要根據學生的年齡特點,想方設法點燃學生的好奇心,激發學生的求知欲,增強學生的學習興趣,設計問題要充分體現趣味性,用數學特有的魅力來提高學生研究問題的興趣。結合本班學生的知識狀況和年齡特點,在教學《比較分數大小》這一內容時,上課伊始,便問學生想不想聽故事,學生反映熱烈,興趣盎然,和著優美的樂曲,配上明麗的幻燈,我娓娓動聽地講起了自編的故事:漂亮善良的白雪公主生日了,七個小矮人專門做了一個大蛋糕為白雪公主慶祝生日。生日PATY開始了,七個小矮人樂開了,老二說:“我要吃蛋糕的。”老三得意地說:“老二,你吃得太少了,我要吃蛋糕的。”老七神氣地說:“哎!你們吃得太少了,我要吃蛋糕的。”就這樣他們你一句我一句地嚷個不停,都在為誰吃得最多爭論不休,最后只好請教聰明的白雪公主,公主溫柔地說:“是老二吃得最多。”同學們,請你們想一想,白雪公主的話是對還是錯呢?課堂頓時嘩然,學生情趣盎然,他們都運用自己所學的知識、方法去探索問題和思考問題,積極參與課堂活動中去,紛紛發表自己獨特的見解,從而引發學生的創新意識。
二、挖掘教材蘊含的創新因素,培養學生的創新意識。
創新意識是一種渴望用新思路、新方法、新途徑,超常規地解決問題的態度地意愿。創新意識強的人,總是能夠從超出常規的獨特視角去分析問題和解決問題,具有強烈的創新欲望和可貴的創新意氣。創新意識來自質疑,疑是發現的設想,是探索的動力,是創新的前提。常有疑點、常有問題,才能常有思考、常有探索、常有創新,只有善于發現問題和提出問題的人才能產生創新的沖動。教師不僅是學生心靈奧秘的探索者,還是學生創新意識的辛勤開發者,教師的靈感是激活學生創新意識的源泉。教師只有不斷更新教學觀念,增強主體意識,才能把培養學生的創新意識滲透到教學過程的各個環節去。在教學中,教師應吃透教材,找準知識的生長點,善于挖掘教材所蘊藏的創新教育素材,鼓勵、啟發、誘導學生多提問題,多質疑。因為提問是一個人從已知伸向未知的心理觸角,是創新意識的具體表現。我在教學“將一個四根木條釘成的長方形拉成一個平行四邊形,誰的面積大”這道題時,學生通過交流討論、動手實踐,得出了“周長不變的情況下,面積是長方形的大。”這一規律,有一個學生突然提出來:周長不變的情況下,可以有不同的形狀,到底什么圖形的面積最大呢?我讓學生課后自己去實踐證明,有些學生竟然自覺地自學了圓的內容,延伸了所學的相關的知識,將周長相等的“長方形、正方形、平形四邊形、圓”的面積進行對比,得出了圓的面積最大,有效地喚起了學生的創新意識,激發了學生的創新熱情,培養了學生的創新精神,鍛煉了學生的創新能力。
三、在語言交流中發展學生的創新意識。
然而,環顧全球的“物理教學”,物理學家、物理教學法專家、物理教師都在異口同聲的驚呼:“世界范圍內的物理教學效率低!”在中國,普遍的反映是:“物理難學!物理難教!”
怎樣提高物理教學的效率?怎樣使物理容易學、容易教?這是非常值得研究的課題。“物理教學論”應當有助于解決這些問題。
作者在撰寫《物理教學論》(廣西教育出版社,l997年)時,力求在結構上有所突破,內容上有所創新,實踐上有所啟示,研究上有所加深。嘗試構建新的體系。
從國際上“物理教學論”研究的內容看,物理概念的形成、物理問題的解決、物理方法的應用,是其中的核心內容。作為一位物理教師,最為關心的也是這些內容。但是,如果僅僅就概念形成來論述物理概念的形成,僅僅就問題解決來論述物理問題的解決,僅僅就方法應用來論述物理方法的應用,這容易使物理教學論的研究停留在較低的經驗水平上。既然是物理教學論,就應當上升到較高的理論層次,必須探討物理教學的概念、問題、方法的理論基礎----認識論、系統論、結構論。
研究教學中的認識過程,不僅要涉及一般認識論,而且對青少年學生進行物理教學,必須研究發生認識論;為了培養學生的創造性思維能力,還必須進而研究發展認識論。認識論是物理教學的哲學基矗我們認為,把一般認識論、發生認識論、發展認識論,三者統一,用以研究物理教學論的哲學基礎,才較為完備。
一般認識論是廣義的,是適合于整個人類的認識論;皮亞杰的發生認識論,是狹義的,?適合于兒童(0--15歲)的認識論;本書作者提出的發展認識論,也是狹義的,是根據愛因斯坦關于科學創造的論述,提升出有關創造性思維的發展認識論。
現代科學中系統論的發展,大大深化了對認識論的研究。從系統論的觀點去研究認識論,從認識論的觀點去研究系統論,必然給我們許多新的啟迪。作者在《系統科學與教育》一書中,將認識論與系統論結合起來進行研究,特別是從物理學的原理及公理體系中受到啟發,提出了系統學的原理及公理體系。系統論的原理能夠成為物理教學的科學基礎,這已為許多物理教師所接受。
物理教學中的結構論,是應用系統論思想研究物理教學的具體成果之一。系統論的整體原理告訴我們:任何系統只有通過相互聯系,形成整體結構,才能發揮整體功能。對物理學的知識而言,學生也只有認識物理學的整體結構,才能較好地掌握它,從而應用它,體現出物理知識的整體功能。雖然,中學階段,物理學的知識結構從整體上看,尚不完備,但是,在物理教學中必須對物理學結構給予一定重視。結構論也是物理教學論的重要理論基礎之一。
本書論述了物理教學的理論基礎:認識論、系統論、結構論。這是本書的重要特點之一。
以物理教學的認識論、系統論、結構論為基礎,來論述物理概念、問題、方法,其間還有不可忽視的起中介作用的模式、技術、藝術。以下三個公式是大家容易理解的:理論--模式--實踐;科學--技術--生產;哲學--藝術--創作。由這三個公式可知:模式是理論與實踐的中介,它在理論與實踐之間架起橋梁;技術是科學與生產的中介,它在科學與生產之間架起橋梁;藝術是哲學與創作的中介,它在哲學與創作之間架起橋梁。由此可見,物理教學論必須研究對物理教學起中介作用的內容:物理教學的模式、技術、藝術。這是本書的重要特點之二。
上述思路,使我們形成了一個“物理教學論”的新的結構:第一是宏觀層次----一般理論層次----論述物理教學的認識論、系統論、結構論;第二是中觀層次----橋梁中介層次----探討物理教學的模式、技術、藝術;第三是微觀層次----具體應用層次----研究物理概念教學、物理問題教學、物理教學方法。這一新的結構,我們簡稱為“九章物理教學論”。這是本書的重要特點之三。
本書前三章的“宏觀研究”,雖然著重于物理教學的認識論研究、系統論研究、結構論研究;但,仍落實在物理概念形成的模式,物理教學的結構,物理問題解決的方法。進而,在后三章的“微觀研究”中,又更為具體地探討物理概念形成、物理問題解決、物理教學方法。從“抽象”上升到“具體”。前后呼應,形成整體。
要提高物理教學的效率,使之容易教、容易學。非常重要的一環是還要進行“中觀研究”。研究物理教學的模式、技術、藝術----這在以往的物理教學論中較為忽視。作者認為,如果缺乏“宏觀研究”,物理教學論的理論基礎不深,這是不行的;同樣,如果缺乏“中觀研究”,物理教學論的基本手段不強,也是不行的。