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1分析學(xué)生初學(xué)電學(xué)知識(shí)所存在的主要問題
在人教版八年級(jí)的物理下冊(cè)課本中,主要以學(xué)習(xí)電學(xué)為主,重難點(diǎn)比較多,但是由于學(xué)生本身各種各樣的問題,使得學(xué)生做題的時(shí)候?qū)τ诒容^靈活的題目解決起來感到特別吃力??偟恼f來有以下幾方面:
1.1學(xué)生對(duì)概念不是真正的理解,掌握不透徹,造成混淆。例如學(xué)生總是把電能的單位——千瓦時(shí)和電功率的單位——千瓦混淆,而且串并聯(lián)電路的電流和電壓規(guī)律也容易記亂,使得解題過程出現(xiàn)張冠李戴的現(xiàn)象。
1.2學(xué)生對(duì)于電路圖的設(shè)計(jì)也掌握不夠,不會(huì)連接實(shí)物圖。在電路圖中,對(duì)實(shí)際電路的分析不夠透徹,比如平常書本中電壓表直接測量小燈泡的電壓,而在練習(xí)求小燈泡的功率的實(shí)驗(yàn)圖中,電壓表測量的是滑動(dòng)變阻器的電壓,而學(xué)生因?yàn)閼T性思維,以為電壓表總是測量小燈泡的電壓,導(dǎo)致在后面求小燈泡的實(shí)際功率時(shí),直接就用所測電壓乘以所讀的電流。
1.3不懂得運(yùn)用到生活中,沒有抓住解題關(guān)鍵,容易把知識(shí)點(diǎn)混淆。比如作圖題中考查家庭電路的連接情況時(shí),很多學(xué)生不懂得開關(guān)和燈泡是串聯(lián)的,更不知道為了安全先接開關(guān)在火線上,再接燈泡。其實(shí),這些內(nèi)容老師在上課的時(shí)候已經(jīng)反復(fù)的講解和強(qiáng)調(diào),但由于現(xiàn)在的家庭電路都是以暗線的形式安裝,學(xué)生在家里看到的只有開關(guān)和電燈,很難理解這些線路的流向。
1.4在解計(jì)算題時(shí),學(xué)生還沒有完全進(jìn)入物理解題的模式。大部分的學(xué)生都沒有寫公式,對(duì)于公式的轉(zhuǎn)換使用掌握也不到位,特別是對(duì)于電功率的計(jì)算和熱量、電能的求法。學(xué)生在審題時(shí)沒有抓住關(guān)鍵,類似于有關(guān)電飯鍋、電磁爐等生活中常見用電器的題目中,學(xué)生不懂得用了Q=U2t/R來判斷加熱或者煮飯,對(duì)所要求的功率和發(fā)熱多少的求法也不知從何下手。主要是對(duì)里面的電阻之間的串并聯(lián)關(guān)系沒有判斷好,這也說明對(duì)于純電阻電路中的公式的運(yùn)用Q=W=Pt=UIt=U2t/R=I2Rt掌握的不到位。
2學(xué)習(xí)初中“電學(xué)”知識(shí)應(yīng)采取的措施和對(duì)策
針對(duì)學(xué)生初學(xué)電學(xué)知識(shí)困難情況,我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)知識(shí)形成過程的教學(xué),細(xì)化概念和規(guī)律的教學(xué)過程,提高物理基本知識(shí)的教學(xué)效率,提高答題正確率,重視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)7?操作及理論分析能力的培養(yǎng)。從每位學(xué)生的實(shí)際出發(fā),因材施教,分層教學(xué);激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī),發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
2.1培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。分析學(xué)生不能學(xué)好的一個(gè)重要原因是沒有形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,這樣就無法形成系統(tǒng)的物理知識(shí)結(jié)構(gòu),久而久之,學(xué)生就失去了信心。我們應(yīng)該下功夫培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
2.2培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。常言道:興趣是最好的老師,有了興趣就可以變苦學(xué)為樂學(xué)。其中多做有趣的物理實(shí)驗(yàn)和多講物理科學(xué)故事在一定程序上能激發(fā)學(xué)生的興趣,平時(shí)教學(xué)語言要多變和適當(dāng)增加幽默感,增強(qiáng)語言的感染力。
2.3注意培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維,才能應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的新問題。想法解決計(jì)算題丟分大的問題。培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、熱愛科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的精神。指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)新課,對(duì)基礎(chǔ)差的學(xué)生在課堂上多提問些簡單的問題,提高他們的學(xué)習(xí)效率,從而提高及格率和平均分。
2.4重視實(shí)驗(yàn)教學(xué),對(duì)教材上規(guī)定的演示實(shí)驗(yàn),全部要在課堂上演示,并爭取將某些演示實(shí)驗(yàn)改為“邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)”。在課后多接觸學(xué)生,多指導(dǎo)學(xué)生做一些課外小實(shí)驗(yàn),接近了師生間的距離,使學(xué)生樂于學(xué)習(xí)物理。也可以借助多媒體的作用,對(duì)于一些抽象的難以理解的認(rèn)識(shí)和實(shí)驗(yàn),可以用多媒體來演示。
2.5對(duì)于重難點(diǎn),在上課之前一定要備好課,勤思考,找到引入重難點(diǎn)的合適情景,盡量把難點(diǎn)簡單化生活化,找一些貼近生活的例子,以便學(xué)生能更好的理解。在授課過程中應(yīng)該放慢速度,詳細(xì)的講解,并給予相關(guān)的聯(lián)系,多做多練,由淺入深。比如:在上《電功率》這節(jié)新課時(shí),電功率的概念和理解是整個(gè)電學(xué)的重點(diǎn),我們可以先用大小功率不同的兩個(gè)燈泡做實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生親自觀察這兩個(gè)燈泡在電路中工作中時(shí)電能表的轉(zhuǎn)速,從而引出電功率,在講解的過程中注重區(qū)別開耗電的多少和耗電的快慢問題,這樣學(xué)生能更容易掌握電功率這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:高職教育 電工電子 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新 教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2016)07(c)-0155-02
Abstrct:Electrical and electronic courses engineering specialty in higher vocational colleges is a very important professional basic course, range,content,more important subject is to cultivate students’ basic quality.Electrician electronic experiment is an important content of the courses,help students understand and master the theoretical knowledge of electrical and electronic,cultivate the students’ practical skills.In this paper,guided by the modern idea of experiment teaching,this paper introduces the present situation of electrical and electronic experimental teaching,and from the teaching contents,teaching methods,teaching results,the experimental reform and prospect and so on has carried on the exploration to electrical and electronic
Key Words:Highervocational education;Electrical and electronic;The experimental teaching;Innovation;The teaching reform
近年來,我國大力發(fā)展職業(yè)教育。電工電子課程是高職類一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,電工電子的實(shí)驗(yàn)課是電工電子教學(xué)中一個(gè)很重要環(huán)節(jié)。它對(duì)于建立學(xué)生對(duì)電工電子課程的感性認(rèn)識(shí),鞏固所學(xué)的理論知識(shí)以及培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐技能是十分有必要的。但是,傳統(tǒng)的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都沿用了本科教學(xué)的模式,教學(xué)方法也相對(duì)單一,這對(duì)于以培養(yǎng)高素質(zhì)技能人才為目標(biāo)的高職教育來說不相符合的,所以,研究和探索更加符合高職高專的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是非常有必要的。
1 教學(xué)現(xiàn)狀及分析
1.1 教學(xué)內(nèi)容
在教學(xué)內(nèi)容上,電工電子是一門電學(xué)基礎(chǔ)課,主要包括電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、電子學(xué)以及電機(jī)學(xué)。課程內(nèi)容相對(duì)基礎(chǔ),但是,由于這門課比較抽象,再加上學(xué)生基礎(chǔ)比較薄弱,因此,學(xué)生學(xué)習(xí)起來不輕松,學(xué)習(xí)興趣不濃厚,很多學(xué)生產(chǎn)生了厭倦、畏難的心理。電工電子的實(shí)驗(yàn)多為認(rèn)知性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少,所以教學(xué)內(nèi)容安排不是非常合理。
1.2 教學(xué)方法
在教學(xué)方法上,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)基本上是按照老師講授的方法和步驟進(jìn)行的,或者按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與教材進(jìn)行設(shè)計(jì)和連接,學(xué)生只是單純的機(jī)械性完成實(shí)驗(yàn),得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣的教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)性,學(xué)生的主觀能動(dòng)性差,不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立認(rèn)知事物以及自主解決問題的能力。
1.3 教學(xué)結(jié)果及反饋
教學(xué)結(jié)果一般是學(xué)生按規(guī)定做完實(shí)驗(yàn)之后,學(xué)生填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,教師按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)評(píng)定結(jié)果正確與否并給出相應(yīng)的評(píng)語。但是對(duì)于高職學(xué)生來說,僅僅通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能成績,是不科學(xué)的。這樣培養(yǎng)了學(xué)生重實(shí)驗(yàn)結(jié)果,忽視實(shí)驗(yàn)過程,而且還有可能出現(xiàn)抄襲的現(xiàn)象。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與展望
基于上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀,高職院校就要積極探索符合當(dāng)今職業(yè)技術(shù)人才特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、方法和手段。在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的基礎(chǔ)上,整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,改變教學(xué)方法,突出對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2.1 實(shí)驗(yàn)教材的變革
實(shí)驗(yàn)所用的教材對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和提高以及教學(xué)質(zhì)量有著非常重要的作用,它是實(shí)驗(yàn)過程中的重要載體。原有的實(shí)驗(yàn)教材,偏重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),而設(shè)計(jì)性與綜合性實(shí)驗(yàn)較少,不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為了科學(xué)有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,需要對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行創(chuàng)新與改革,以學(xué)生為載體,以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)合理的創(chuàng)新能力為目的,以素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展編寫面向大眾教育、適應(yīng)生源多樣化、具有多層次和多元化、有利于學(xué)生能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教材特別注意盡可能與學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知狀況相適應(yīng);與復(fù)合型、應(yīng)用型和少數(shù)精英型人才的培養(yǎng)目標(biāo)相銜接,以開放式電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為平臺(tái)。以學(xué)生能力培養(yǎng)為主線;遵循教學(xué)規(guī)律和認(rèn)知規(guī)律,即利教利學(xué)來構(gòu)建。在編寫電工電子實(shí)驗(yàn)教材的同時(shí),也要及時(shí)編寫校內(nèi)實(shí)驗(yàn)講義,發(fā)揮校內(nèi)實(shí)驗(yàn)講義對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的作用,即實(shí)驗(yàn)教材與校內(nèi)實(shí)驗(yàn)講義的有機(jī)配合。[1]
2.2 設(shè)置合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)手段
電工電子課程開設(shè)的目的,是使學(xué)生掌握其電學(xué)基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上,強(qiáng)化對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是通過老師在黑板上寫板書,通過講授讓學(xué)生學(xué)習(xí)。但是,電工電子所涉及的知識(shí)內(nèi)容多,專業(yè)覆蓋面廣,單純通過教師口頭講授理解起來不夠直觀和形象,所以,通過使用一定的多媒體教學(xué),增設(shè)一定的教學(xué)課件以及仿真軟件,讓學(xué)生在學(xué)中做,做中教,啟迪學(xué)生的發(fā)散思維以及創(chuàng)新思維。將仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等引入到實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中來,通過建立微信公眾平臺(tái),制作微課視頻等提高在線答疑、信息資源的交流平臺(tái),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的趣味性以及積極主動(dòng)性。
2.3 確定完善合理的考核制度
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)成績是通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告上的結(jié)果及分析綜合給出,慢慢的使學(xué)生產(chǎn)生了只注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告而不注重實(shí)驗(yàn)過程的思維定式,部分學(xué)生沒有認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但是通過抄襲他人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者編造數(shù)據(jù)蒙蔽老師,所以,必須通過多元化的考核方式來完善考核管理制度。[2]
(1)課堂提問,可以通過提問等方式,了解學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握程度,弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康模私鈱?shí)驗(yàn)所需要的元器件以及各元器件的作用,掌握實(shí)驗(yàn)原理,并能分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(2)實(shí)驗(yàn)考試,通過筆試的方式,可以提出一個(gè)設(shè)計(jì)題目,讓學(xué)生寫出自己的設(shè)計(jì)方案,包括實(shí)驗(yàn)原理圖、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)器材的選擇及使用及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。
(3)日??己顺煽?。包括平時(shí)的出勤、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及結(jié)果等做出一定評(píng)定。
2.4 增設(shè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新大賽以及開發(fā)實(shí)驗(yàn)室
為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,應(yīng)定期在全院舉行電工電子的創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作大賽,對(duì)優(yōu)秀作品給予鼓勵(lì)。另外,深化實(shí)驗(yàn)室的改革開放制度,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放,會(huì)有越來越多的學(xué)生接觸實(shí)驗(yàn)室,加深對(duì)課程的了解,學(xué)生能自主的進(jìn)行學(xué)習(xí),既夯實(shí)了基礎(chǔ)又激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。[3]
2.5 開啟校企合作模式
企業(yè)有先進(jìn)的技術(shù)資源和設(shè)備,這正是學(xué)校所缺乏的,高職院校更加注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能,所以通過校企合作,將企業(yè)里的優(yōu)秀資源提供給學(xué)生,既增加了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力,進(jìn)一步接觸企業(yè),將理論與實(shí)踐結(jié)合,而且也為企業(yè)提供了寶貴的人才。電工電子實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,學(xué)生在企業(yè)學(xué)習(xí)中遇到什么問題,可以請(qǐng)教經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅,既可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能,也可以培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力和適應(yīng)能力,將來可以更好適應(yīng)企業(yè)工作。學(xué)校與企業(yè)的合作與交流,也能為畢業(yè)生的就業(yè)問題打下良好的基礎(chǔ)。
3 結(jié)語
我國的職業(yè)教育正在不斷蓬勃發(fā)展,能力培養(yǎng)是人才的關(guān)鍵。電工電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)改革是職業(yè)類院校教學(xué)改革的重要方面,如何在教學(xué)過程中突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式的束縛,將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合在一起,提高電工電子的教學(xué)質(zhì)量,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,滿足社會(huì)對(duì)職業(yè)教育所需的技能型人才的需要,優(yōu)化學(xué)生質(zhì)量,是培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才,實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的良好對(duì)接的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
[1] 王亞軍,邸斌,陳寶遠(yuǎn).電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變革與學(xué)生能力培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(3):136-138.
一、提高學(xué)生數(shù)學(xué)語言水平
數(shù)學(xué)語言是數(shù)學(xué)知識(shí)的載體,它是表達(dá)數(shù)學(xué)名詞、術(shù)語、定義、定理、法則、公式及其推導(dǎo)的語言,一般有文字語言、符號(hào)語言、圖形語言、三種。它與通常語言相比具有科學(xué)性、簡潔性、概括性等特點(diǎn)。由于數(shù)學(xué)語言是數(shù)學(xué)思維與數(shù)學(xué)系統(tǒng)的工具,且數(shù)學(xué)語言的水平是反映一個(gè)學(xué)生數(shù)學(xué)素質(zhì)和數(shù)學(xué)能力高低的重要因素,因此提高學(xué)生數(shù)學(xué)語言水平是學(xué)好數(shù)學(xué)的關(guān)鍵。
1.抓好對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的真正理解,要求數(shù)學(xué)用語要準(zhǔn)確、規(guī)范,表述時(shí)要嚴(yán)密,具有邏輯性,善于用啟發(fā)性的語言,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自覺性。如:二次函數(shù)y=ax2+bx+c中,須特別注明a≠0;均值定理學(xué)習(xí)時(shí),多數(shù)學(xué)生只記公式本身,而往往忽視定理成立的條件,于是我便通過反例(1):
(-1)+(-9)20)的最小值不為2a,說明了討論“和”的最值時(shí),“積”須為“定值”這一條件;又通過反例(3):x2+2+1x2+2的最小值不為2,說明了“等號(hào)成立”這一條件的重要性,從而使學(xué)生真正理解了均值定理“一正二定三相等”的實(shí)質(zhì),讓學(xué)生養(yǎng)成了既識(shí)大體又不忽小節(jié)的好習(xí)慣,有助于學(xué)生理解掌握概念的實(shí)質(zhì),進(jìn)一步提高了學(xué)生數(shù)學(xué)語言敘述準(zhǔn)確的綜合素質(zhì),無形之中也錘煉了作為一名職專生必須具備的口語表達(dá)能力,為今后的學(xué)生就業(yè)奠定了良好基礎(chǔ)。
2.加強(qiáng)數(shù)學(xué)語言之間的互譯訓(xùn)練。一道數(shù)學(xué)題能否正確、迅速合理的解決,關(guān)鍵在于能否準(zhǔn)確的理解、互譯各種語言。因此,我在教學(xué)別注重培養(yǎng)學(xué)生三種數(shù)學(xué)語言的互譯訓(xùn)練。如:學(xué)習(xí)增函數(shù)概念時(shí),要求學(xué)生會(huì)將文字語言:“在給定的區(qū)間D上,函數(shù)值y隨自變量x增大而增大的函數(shù)”,譯成符號(hào)語言:“x1,x2∈D且x1
二、正確合理地運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想及方法
數(shù)與形是數(shù)學(xué)研究的兩類基本對(duì)象,它們既有聯(lián)系,又各有特點(diǎn),數(shù)形結(jié)合就是充分利用“形”的直觀性和“數(shù)”的規(guī)范性,通過數(shù)與形的相互轉(zhuǎn)化使問題簡捷獲解的一種數(shù)學(xué)方法。合理運(yùn)用數(shù)形結(jié)合還增強(qiáng)了不同學(xué)科之間的聯(lián)系性,如:在講授數(shù)理邏輯用語時(shí),關(guān)于復(fù)合命題“p且q”、“p或q”的真值判定,可以形象地與電學(xué)中“串聯(lián)”、“并聯(lián)”電路圖聯(lián)系在一起,增強(qiáng)了學(xué)生的記憶能力,相應(yīng)也降低了本節(jié)知識(shí)學(xué)習(xí)的難度,同時(shí)也體現(xiàn)科學(xué)文化知識(shí)之間是密不可分,相輔相成的本質(zhì)屬性,這為糾正職專學(xué)生的偏科思想擔(dān)供了有力證據(jù)。
數(shù)形結(jié)合是數(shù)學(xué)中十分重要的思想方法,教學(xué)過程中,要根據(jù)具體問題的特點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生充分注意數(shù)與形之間的內(nèi)在聯(lián)系,掌握數(shù)形轉(zhuǎn)化的方法,發(fā)揮形象思維對(duì)抽象思維的啟發(fā)和暗示作用,使復(fù)雜問題簡單化,達(dá)到化難為易的目的。
三、培養(yǎng)學(xué)生善于類比聯(lián)想的運(yùn)用
類比是將兩個(gè)或兩類對(duì)象某種相似或關(guān)聯(lián)的屬性進(jìn)行比較,尋求它們的內(nèi)在聯(lián)系,導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)新結(jié)論,新規(guī)律的思維活動(dòng)。通過類比具有相同的運(yùn)算法則,加強(qiáng)了數(shù)學(xué)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系性,便于了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。如為加深對(duì)復(fù)合函數(shù)奇偶性的理解判斷,我就把它同正負(fù)數(shù)的運(yùn)算加以類比,其中“奇函數(shù)”類似于“負(fù)數(shù)”,“偶函數(shù)”類似于“正數(shù)”,那么“奇偶函數(shù)的和積商的奇偶性”就類同于“正負(fù)數(shù)的和積商的正負(fù)性”相一致。不妨舉例說明:“奇函數(shù)與偶函數(shù)的積函數(shù)為奇函數(shù)類似于負(fù)數(shù)與正數(shù)的積為負(fù)數(shù)”,“奇函數(shù)與偶函數(shù)的和函數(shù)奇偶性不明確,類似于負(fù)數(shù)與正數(shù)的和正負(fù)性不明確”,這樣通過類比聯(lián)想的合理運(yùn)用,由正負(fù)數(shù)的簡單運(yùn)算加深了對(duì)函數(shù)奇偶性的正確判斷。又如:“平面向量的求和法則”與“角的和成法則”,通過類比具有相同的運(yùn)算法則,加強(qiáng)了數(shù)學(xué)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系性,便于了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。再如:“線段中點(diǎn)”、“線段中垂線”、“線段中垂面”三者也可以類比理解記憶。
關(guān)鍵詞:機(jī)電傳動(dòng)控制;教學(xué)改革;問題式教學(xué);開放式實(shí)驗(yàn)
作者簡介:王才東(1983-),男,河南鄭州人,鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院,講師;楊文建(1974-),男,河南鄭州人,鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院,講師。(河南 鄭州 450002)
基金項(xiàng)目:本文系鄭州輕工業(yè)學(xué)院教改項(xiàng)目的研究成果。
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2013)10-0073-02
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,機(jī)械設(shè)備與傳動(dòng)控制裝置已成為一個(gè)不可分割的整體?!皺C(jī)電傳動(dòng)控制”課程是機(jī)制專業(yè)與測控專業(yè)學(xué)生的必修課,該課程從機(jī)電一體化技術(shù)需求出發(fā),根據(jù)非電類專業(yè)的需要,重新整合了教學(xué)內(nèi)容,集電機(jī)傳動(dòng)控制的基礎(chǔ)知識(shí)、低壓電器、繼電接觸控制系統(tǒng)、PLC控制、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等知識(shí),由多門課程重新整合、理論與實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合的新課程。[1]該課程過去側(cè)重于理論知識(shí)的講授,實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少,并且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊,教學(xué)效果不盡如人意,學(xué)生難以將所學(xué)的機(jī)電控制知識(shí)靈活運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中去解決機(jī)械行業(yè)越來越多的先進(jìn)制造設(shè)備或系統(tǒng)的控制技術(shù)問題,難以勝任機(jī)電產(chǎn)品或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。因此,對(duì)“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革研究已勢在必行。
一、教學(xué)中存在問題
近年來,國內(nèi)許多工科院校都開展了“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程教學(xué)改革方面的研究,[2]但目前該課程的教學(xué)仍然存在如下問題:
1.課程內(nèi)容方面
該課程的綜合性比較強(qiáng),涉及知識(shí)面比較廣,包括機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、控制電機(jī)、繼電器控制、可編程控制器控制、電力電子學(xué)基礎(chǔ)和電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容。教材安排的內(nèi)容偏多,且講述的知識(shí)比較陳舊,許多工程上已得到推廣應(yīng)用的機(jī)電控制新技術(shù)如:現(xiàn)場總線技術(shù)、交流電機(jī)的變頻控制技術(shù)、智能控制技術(shù)在教材中沒有體現(xiàn),這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)到的知識(shí)不能用于實(shí)際生產(chǎn),學(xué)校培養(yǎng)出的人才不能滿足國家及企業(yè)需求。課程內(nèi)容偏多,但根據(jù)目前教學(xué)計(jì)劃安排44學(xué)時(shí)理論教學(xué),使得在有限的時(shí)間內(nèi)講完上述全部內(nèi)容比較困難。
2.教學(xué)內(nèi)容方面
由于受傳統(tǒng)的教學(xué)方式與考核方式的影響,教學(xué)中重知識(shí)傳授,輕能力培養(yǎng),課程教學(xué)大綱往往強(qiáng)調(diào)注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,而往往忽略學(xué)生將學(xué)到的機(jī)電控制知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際工程問題的實(shí)踐中去。反映到教學(xué)安排上,教學(xué)計(jì)劃安排的實(shí)踐環(huán)節(jié)偏少,而實(shí)踐教學(xué)部分只有6學(xué)時(shí),并且是簡單地針對(duì)課程內(nèi)容,安排3個(gè)觀摩性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏動(dòng)手能力,更談不上具有創(chuàng)新意識(shí)和開拓精神。[3]
二、教學(xué)改革措施
采用理論研究與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合的形式,對(duì)“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程進(jìn)行教學(xué)改革。更新該課程內(nèi)容體系,改革教學(xué)方法與教學(xué)手段,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使課堂教學(xué)由單純知識(shí)型教學(xué)向能力型教學(xué)轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力,提高教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。一方面是以傳統(tǒng)的講授法為基礎(chǔ),采用問題式的教學(xué)法,建立一種雙向交流的教學(xué)模式,啟發(fā)學(xué)生的思維,激發(fā)學(xué)生的求知欲,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。改革傳統(tǒng)的教學(xué)手段,利用多媒體教學(xué)工具,建立一種現(xiàn)代化的教學(xué)模式,增加課堂信息量,圖文音像并茂,生動(dòng)形象,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性,提高授課效果。另一方面,改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教學(xué)模式,使學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合,提高學(xué)生的動(dòng)手能力。
1.教學(xué)內(nèi)容調(diào)整與優(yōu)化
認(rèn)真研讀專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃,分析各門基礎(chǔ)課、專業(yè)課與“機(jī)電傳動(dòng)控制”的關(guān)系。該課程在機(jī)制與測控專業(yè)大三下學(xué)期開設(shè),課程的部分內(nèi)容在相關(guān)課程已進(jìn)行了學(xué)習(xí),如電機(jī)的工作原理在“電工學(xué)”里已進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)生在“可編程控制器原理與應(yīng)用”課程中已學(xué)習(xí)了PLC的基礎(chǔ)知識(shí)。如果嚴(yán)格按照教學(xué)大綱與教材進(jìn)行教學(xué),學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高,會(huì)直接影響教學(xué)效果。因此在教學(xué)中,對(duì)于重復(fù)的內(nèi)容只做簡單介紹,帶領(lǐng)同學(xué)們對(duì)學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)做快速復(fù)習(xí),重點(diǎn)放在知識(shí)的應(yīng)用上,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。比如重點(diǎn)講解采用PLC對(duì)電機(jī)的控制的編程技巧,如何運(yùn)用PLC對(duì)復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制等。
為使同學(xué)們了解與掌握機(jī)電傳動(dòng)控制新技術(shù),增加2學(xué)時(shí)機(jī)電控制新技術(shù)專題,較為系統(tǒng)地介紹智能控制技術(shù)的發(fā)展及在生產(chǎn)中的應(yīng)用。另外結(jié)合筆者的科研經(jīng)歷,課堂講授時(shí)把關(guān)于機(jī)電一體化的科研成果帶入課堂,及時(shí)將最前沿的學(xué)術(shù)成果不斷充實(shí)到自己的課堂中,彌補(bǔ)原有課程知識(shí)與最新研究之間的“斷層”,這將極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。
2.教學(xué)方法改革
目前在教學(xué)中廣泛采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方式,多媒體課件信息量大,但學(xué)生在聽講時(shí)缺乏主動(dòng)追求,往往是被動(dòng)地接受教學(xué)內(nèi)容,因此教學(xué)效果不理想。[4]幾年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),若結(jié)合問題式教學(xué)方式,多媒體教學(xué)能發(fā)揮最大的教學(xué)效果,并且深受學(xué)生歡迎。問題式教學(xué)法主要遵循以下步驟:教師提出問題—引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑—教師總結(jié)講評(píng)。[5]這種教學(xué)法突出教師的主導(dǎo)與學(xué)生的主體地位,能夠有效地鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與課堂,促使學(xué)生針對(duì)問題進(jìn)行思考,提高他們分析問題和解決問題的能力,從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、邏輯思維能力和自主學(xué)習(xí)能力。
(1)提出問題。教師提出的問題是問題式教學(xué)的關(guān)鍵,問題的好壞直接關(guān)系到課堂教學(xué)的成敗。“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程的教學(xué)內(nèi)容比較抽象,根據(jù)教學(xué)要求和學(xué)生實(shí)際,結(jié)合工程或生活實(shí)際,設(shè)計(jì)生動(dòng)形象的問題情境,將有關(guān)教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為面向全體學(xué)生的系列問題。同學(xué)們?cè)谏险n時(shí)總有“課程有什么用”這樣的問題,這就要求教師設(shè)計(jì)問題時(shí),引入日常機(jī)電產(chǎn)品實(shí)例。比如在講授電機(jī)的制動(dòng)特性內(nèi)容時(shí),關(guān)于“電梯是如何在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的停在某一樓層”的問題,引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),探討解決措施。另外,同樣電梯運(yùn)行的例子在可編程控制器的控制中也可以應(yīng)用。日常生活中的例子可以讓學(xué)生感覺到學(xué)到的知識(shí)實(shí)用性,能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果。
另外,提出的問題要緊扣教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn),并且難度要適中,讓學(xué)生能夠通過對(duì)問題的討論學(xué)習(xí)掌握知識(shí)點(diǎn),掌握問題的解決方法,并能運(yùn)用。
(2)引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑。學(xué)生針對(duì)教師提出的問題,可以廣泛地討論,教師輔以啟發(fā)式的分析,增強(qiáng)了互動(dòng)性,活躍了課堂氣氛。在討論過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生自己完成理論學(xué)習(xí)和論證的全過程。比如結(jié)合電梯的控制方式,可以引導(dǎo)學(xué)生采用單片機(jī)、PLC、工控機(jī)等多種控制方式,使同學(xué)們分組分析每種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生自我糾正各種控制方式分析中的優(yōu)點(diǎn)與不足,讓其自己找出所論證問題的不完善和不足之處。這樣,學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握更牢,更全面。
(3)教師總結(jié)講評(píng)。根據(jù)布魯納的反饋原則,學(xué)生必須獲得反饋意見,知道效果如何,其目的是促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考,必須指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生探究發(fā)現(xiàn)和自我矯正的能力。[6] 教師要善于組織學(xué)生總結(jié)一堂課的重點(diǎn)內(nèi)容,對(duì)學(xué)生理解難度較大的地方、教材的關(guān)鍵點(diǎn),再進(jìn)行重點(diǎn)講解,以確保學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)。
3.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)
“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程原先的實(shí)踐性環(huán)節(jié)較少,主要是針對(duì)課程內(nèi)容安排3個(gè)觀摩性實(shí)驗(yàn),學(xué)生僅通過簡單連線,觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,不能夠很好地理解理論知識(shí),更談不上動(dòng)手能力與創(chuàng)新思維的培養(yǎng),實(shí)驗(yàn)效果不好。因此,在實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中注重改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置、開發(fā)新型開放式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,積極指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)校的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,先后指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)了“創(chuàng)新型機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)”、“新型高速脈沖測量卡研究開發(fā)”、“智能移動(dòng)跟隨椅的設(shè)計(jì)與研究”等大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。先通過指導(dǎo)幾名優(yōu)秀的同學(xué)設(shè)計(jì)開發(fā)開放性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證,然后正式定為課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,由全部學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),調(diào)試程序,學(xué)生的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力得到顯著提高。
改革實(shí)驗(yàn)?zāi)J?,?shí)驗(yàn)室全天開放,不受上課時(shí)間限制,學(xué)生可以利用晚上和周末去實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn),保證每名學(xué)生都動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
為使學(xué)生得到更多的創(chuàng)新實(shí)踐能力鍛煉,鼓勵(lì)學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新活動(dòng)與機(jī)電類學(xué)科競賽,先后指導(dǎo)學(xué)生參加國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、飛思卡爾杯—全國大學(xué)生智能汽車競賽,培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
4.考核方式改革
傳統(tǒng)的閉卷考試在考核學(xué)生對(duì)基本理論的掌握方面非常有效,但對(duì)于“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程的特征和內(nèi)容而言,容易使學(xué)生重視理論學(xué)習(xí)而忽略對(duì)自身能力的提升。因此對(duì)考核方式進(jìn)行改革,把考核方式分為出勤考核、研討課題表現(xiàn)情況、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況、期末閉卷考試,建立多方位的評(píng)價(jià)系統(tǒng),科學(xué)反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握及應(yīng)用能力。最終,每個(gè)學(xué)生的總評(píng)成績由如下四方面組成:考試成績占70%;實(shí)驗(yàn)成績占10%;研討課課堂表現(xiàn)成績占10%;出勤成績占10%。
三、教學(xué)改革的實(shí)踐效果
上述教學(xué)改革方案在我校測控專業(yè)進(jìn)行了兩年的教學(xué)實(shí)踐,為檢驗(yàn)教學(xué)改革效果,抽取了班級(jí)上50名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷。學(xué)生反饋的教學(xué)效果評(píng)價(jià)如下:認(rèn)為授課內(nèi)容充實(shí),信息量大,教學(xué)內(nèi)容能夠反映或者聯(lián)系學(xué)科的新思想、新概念、新成果的占88%;認(rèn)為自己能夠精神飽滿地聽課與參與課程討論的同學(xué)占85%;認(rèn)為能容易地理解和消化課堂知識(shí)要點(diǎn)的同學(xué)占82%;對(duì)開放性實(shí)驗(yàn)方式的滿意度為95%;認(rèn)為實(shí)驗(yàn)?zāi)苁棺约焊嗟亓私鈾C(jī)電系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)效果良好的同學(xué)占86%;認(rèn)為能通過課程學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn),自己的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神得到培養(yǎng)的占90%。
四、結(jié)束語
“機(jī)電傳動(dòng)控制”課程在機(jī)制專業(yè)與測控專業(yè)本科生的機(jī)電系統(tǒng)知識(shí)及動(dòng)手能力培養(yǎng)中起著關(guān)鍵作用。本文所述的教學(xué)綜合改革,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力鍛煉、創(chuàng)新精神培養(yǎng)等方面得到了全面提高,取得了良好教學(xué)效果。
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關(guān)鍵詞:奇異信號(hào);階躍函數(shù);沖激;復(fù)合函數(shù)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-4107(2013)05-0028-02
奇異信號(hào)或奇異函數(shù)是指函數(shù)本身有不連續(xù)點(diǎn)(跳變點(diǎn))或其導(dǎo)數(shù)與積分有不連續(xù)點(diǎn)的一類信號(hào),它們是將實(shí)際信號(hào)按某條件理想化后得到的,是物理不可實(shí)現(xiàn)的。常見的奇異信號(hào)包括斜坡、階躍、沖激和沖激偶四種信號(hào),它們?cè)谛盘?hào)與系統(tǒng)分析以及電路分析中發(fā)揮著重要作用。在教學(xué)中讓學(xué)生掌握這部分知識(shí)并不難,但隨著對(duì)奇異信號(hào)理解的深入,學(xué)生通常會(huì)對(duì)一些問題產(chǎn)生疑惑,這些問題的根源在于奇異信號(hào)不是普通函數(shù),有其自身的特殊性。本文就教學(xué)過程中學(xué)生對(duì)奇異信號(hào)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)生疑惑較多的問題進(jìn)行歸納,并對(duì)其逐一解答。
一、單位階躍信號(hào)ε(t)在0時(shí)刻的取值
單位階躍信號(hào)可作為開關(guān)的數(shù)學(xué)模型,其物理背景是:在t=0時(shí)刻對(duì)某一電路接入單位電源(可以是直流電壓源或直流電流源),并且無限持續(xù)下去。如果接入電源的時(shí)間推遲到t=t0時(shí)刻(t0>0),就可以用一個(gè)延時(shí)的單位階躍函數(shù)來表示。階躍信號(hào)的符號(hào)表示和定義式在各教材中略有不同,給教師及學(xué)生的理解造成了混亂。首先是表示符號(hào),有的用u(t)[1],有的用ε(t)[2],筆者認(rèn)為用ε(t)表示階躍函數(shù)比較合適,因?yàn)橛胾(t)表示容易與電壓符號(hào)混淆。其次是定義表達(dá)式,所有教材對(duì)t>0和t
但對(duì)于t=0時(shí)刻的取值,不同教材和學(xué)者有不同的看法。有的文獻(xiàn)認(rèn)為ε(0)未定義或?yàn)?/2[3],有的文獻(xiàn)定義ε(0)取0或1[4]。而學(xué)者們對(duì)這一問題的討論也一直未停止過,有些文獻(xiàn)通過實(shí)例說明ε(0)的取值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況給出[5-6],有些文獻(xiàn)把t=0作為動(dòng)態(tài)電路分析中的換路時(shí)刻[7],對(duì)階躍信號(hào)如下定義:
本文認(rèn)為,給ε(0)強(qiáng)加定義并無必要。我們知道,ε(t)的階躍過程是一瞬間完成,或者說ε(t)在(0-,0+)這一無窮小的時(shí)間間隔內(nèi)是時(shí)刻變化的,在信號(hào)與系統(tǒng)分析中,強(qiáng)調(diào)ε(0)的取值并無多少實(shí)際意義,教學(xué)中應(yīng)該重點(diǎn)討論階躍信號(hào)的本質(zhì)特征,即信號(hào)的跳變位置和階躍幅度。
二、關(guān)于δ(t)+δ'(t)
單位沖激函數(shù)δ(t)這種奇異信號(hào),表征的是作用時(shí)間極短、作用值極大的物理現(xiàn)象,比如力學(xué)中瞬間作用的沖擊力、電學(xué)中的雷擊電閃、電路中電容電流的突變等現(xiàn)象。那么從物理意義上講,沖激偶函數(shù)δ'(t)表示的就是δ(t)的瞬間變化。一般的“信號(hào)與系統(tǒng)”教材對(duì)沖激信號(hào)δ(t)的定義采用如下的狄拉克(Dirac)函數(shù):
這種定義簡單易懂,且便于教學(xué),但是從數(shù)學(xué)上來說卻不嚴(yán)格。例如δ(t)+δ'(t)也滿足式(3)的定義,但δ(t)+δ'(t)并不是單位沖激信號(hào)。要把該問題解釋清楚,教師除了介紹δ(t)的狄拉克定義外,還有必要講授分配函數(shù)的概念以重新認(rèn)識(shí)沖激信號(hào)[8]。分配函數(shù)的定義是如果將δ(t)理解為分配函數(shù),則把檢試函數(shù)φ(t)指定為數(shù)φ(0)的信號(hào)就是δ(t),公式如下[9]。
根據(jù)式(4)定義, =φ (0)-φ'(0),因此δ(t)+δ'(t)不是單位沖激信號(hào)。
三、沖激偶信號(hào)δ'(t)的正負(fù)兩個(gè)沖激不能互
相抵消
傳統(tǒng)的沖激偶信號(hào)δ'(t)的定義方式是直接對(duì)δ(t)求導(dǎo)得到,表示沖激信號(hào)的變化快慢,但該變化難以直觀測量,也很難用普通的求導(dǎo)公式來得到δ'(t),因此教學(xué)中也需要采用分配函數(shù)來定義。
其物理意義是:δ'(t)表示δ(t)的瞬間變化,該變化作用于檢試函數(shù)φ(t),通過φ(t)的變化(導(dǎo)數(shù))來體現(xiàn),且該變化和δ'(t)的方向相反[10]。教材中給出的沖激偶信號(hào)的示意圖如圖1(a)所示[11]。
由圖1(a)看出,δ'(t)由正、負(fù)兩個(gè)沖激組成,其強(qiáng)度均為無窮大。有學(xué)生看到δ'(t)的圖形自然地想到,為什么不把這一正一負(fù)的沖激相互抵消呢?通過奇異信號(hào)性質(zhì)的學(xué)習(xí),我們知道δ'(t)是奇函數(shù),這正負(fù)兩個(gè)沖激是一左一右、關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的,或者說這兩個(gè)沖激存在的時(shí)刻不同,所以不能互相抵消。同時(shí)還必須明確δ'(t)中的兩個(gè)沖激是不可分離的一個(gè)整體。為了不使學(xué)生產(chǎn)生誤解,作者在教學(xué)中對(duì)圖1(a)作了改進(jìn),以圖1(b)作為沖激偶信號(hào)的示意圖,圖1(b)清晰地表達(dá)了δ'(t)的兩個(gè)沖激出現(xiàn)的時(shí)刻和強(qiáng)度,收到了很好的教學(xué)效果。
四、沖激信號(hào)的復(fù)合函數(shù)δ[f(t)]的化簡
討論沖激信號(hào)復(fù)合函數(shù)形式δ[f(t)]是有現(xiàn)實(shí)背景的,但很多教材沒有對(duì)該問題作介紹。設(shè)想用一普通信號(hào)f(t)控制某開關(guān),則該開關(guān)模型可用ε[f(t)]表示,其變化率就是
當(dāng)然,不用式(6)也可直接計(jì)算ε[f(t)]的導(dǎo)數(shù),例如當(dāng)f(t)=(t2-4)(2t+1),ε[f(t)]的波形如圖2,由ε[f(t)]的波形易求其導(dǎo)數(shù)。
不過,對(duì)于式(6)中δ[f(t)]的討論和化簡有助于我們更充分理解其物理意義。對(duì)此,相關(guān)教材給出并證明了以下定理。
若普通函數(shù)f(t)=0有n個(gè)互不相等的實(shí)根t1,t2,…,tn,則有
其中f'(ti)表示f(t)在t=ti處的導(dǎo)數(shù),且f'(ti) ≠0(i=1,2,…,n)。
式(7)表明δ[f(t)]是位于ti處、強(qiáng)度為1/|f'(ti)|的n個(gè)沖激構(gòu)成的沖激函數(shù)序列。該定理考慮了f(t)=0只含單實(shí)根的情況,那么有學(xué)生不免會(huì)問:若普通函數(shù)f(t)=0含有重根,則δ[f(t)]該如何化簡?其實(shí),f(t)=0有重根的情況下δ[f(t)]是無意義的,正如δ2(t)和δ(t)/ω這類信號(hào)不存在一樣,因?yàn)闆]有這種信號(hào)運(yùn)算的定義。
奇異信號(hào)是一類特殊的廣義函數(shù),在信息系列課程中的意義重要,精確理解相關(guān)概念有助于學(xué)生系統(tǒng)分析能力的提高。本文對(duì)學(xué)生容易質(zhì)疑的四個(gè)問題給予了解答,總結(jié)如下:(1)沒必要給ε(t)強(qiáng)加0時(shí)刻的定義;(2)以分配函數(shù)的概念來定義δ(t)才能解釋?duì)模╰)+δ'(t)不是單位沖激信號(hào);(3)圖1(b)所給示意圖能消除“δ'(t) 的兩個(gè)沖激可互相抵消”的誤解;(4)當(dāng)f(t)=0含有重根時(shí),討論δ[f(t)]的化簡是無意義的。
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