時(shí)間：2023-01-31 13:25:09
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關(guān)鍵詞：匯編語言程序設(shè)計(jì)；自主化學(xué)習(xí)；在線學(xué)習(xí)；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1672-5913 (2007) 24-0023-03
1“匯編語言程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析
匯編語言是一門面向處理器的低級(jí)語言。該課程一方面配合“計(jì)算機(jī)組成原理”、“微機(jī)原理及接口技術(shù)”和“嵌入式系統(tǒng)”等課程，為自動(dòng)控制等與硬件相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域提供基礎(chǔ)知識(shí)；另一方面作為“操作系統(tǒng)”及“編譯原理”等課程的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從軟件角度理解計(jì)算機(jī)的工作原理，加強(qiáng)學(xué)生的高級(jí)語言編程能力。
目前在大部分院校該課程的教學(xué)模式依然沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。在課程講授環(huán)節(jié)，以主講教師授課作為主體，輔以課后作業(yè)、定期答疑；在實(shí)踐環(huán)節(jié)，根據(jù)課程的進(jìn)度，配置相應(yīng)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)。從多年的教學(xué)實(shí)踐的結(jié)果來看，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式基本可以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠基本掌握Intel 80x86系列處理器的指令系統(tǒng)和匯編語言，能夠運(yùn)用學(xué)到的匯編語言知識(shí)開發(fā)一些簡單的應(yīng)用程序。但隨著教學(xué)體制改革的不斷深化，信息化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)技術(shù)的不斷成熟，特別是學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的理念不斷加深，引發(fā)了我們對(duì)當(dāng)前教學(xué)模式以及考試方法的思考。
“匯編語言程序設(shè)計(jì)”課程是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程。本課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的組織結(jié)構(gòu)，特別是計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)有一定的了解；該課程所教授的知識(shí)，不是單純的理論知識(shí)，必須要求學(xué)生進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐操作，這樣才能更加熟練地掌握這門語言。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法也不可回避地暴露出與這門課程的特點(diǎn)所不相適應(yīng)的弊端，歸納起來有如下幾點(diǎn)：
(1) 由于匯編語言程序設(shè)計(jì)較C語言等高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)更加煩瑣，并且與硬件關(guān)系密切，因此使得學(xué)生感到學(xué)習(xí)這門課程有一定的難度。
(2) 課時(shí)的緊迫與學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)較重產(chǎn)生矛盾，使得學(xué)生學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
(3) 答疑時(shí)間太為固定集中，有時(shí)可能與學(xué)生的時(shí)間發(fā)生沖突。
(4) 學(xué)生自由支配的時(shí)間過少，教學(xué)計(jì)劃與學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)進(jìn)度不相一致。
當(dāng)然以上幾點(diǎn)也可能是在許多其他課程教學(xué)過程中所存在的通病，但在“匯編語言程序設(shè)計(jì)”這樣一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程中就顯得尤為突出。這也就迫使我們朝著學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的方向不斷探索、不斷前進(jìn)。
2學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的研究
顧名思義，學(xué)生自主化學(xué)習(xí)就是把教學(xué)的主動(dòng)性從老師那里拿回到學(xué)生手中。具體地講就是改變傳統(tǒng)的教師主講的教學(xué)模式，將學(xué)生被動(dòng)的聽課模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主地學(xué)習(xí)。這樣可以給學(xué)生充裕的時(shí)間自由支配自己的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的主動(dòng)實(shí)踐、積極思考的能力。從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生學(xué)有所得，學(xué)有所獲。
必須指出的是，這種自主化學(xué)習(xí)的方式在教育界曾多次提出，但收效極佳的還未見到。分析其原因主要有以下兩點(diǎn)：
(1) 自主化學(xué)習(xí)留于形式，最終導(dǎo)致自主化學(xué)習(xí)變?yōu)榱瞬粚W(xué)習(xí)
目前，有些課程推行所謂的學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，其實(shí)是把教學(xué)的一切任務(wù)都推給了學(xué)生，老師也不聞不問，最后象征性的考試了事。這樣的教學(xué)不但起不到提高學(xué)生自主化學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)踐、積極思考問題和解決問題的能力，反而在學(xué)生中滋生了浮躁、渙散的學(xué)風(fēng)。這種做法是極不可取的。
(2) 自主化學(xué)習(xí)缺乏必要的技術(shù)支持，嚴(yán)重影響了教學(xué)的效果
如果教學(xué)過程缺乏必要的技術(shù)支持，自主化學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)模式也是很難推行的。其相應(yīng)的技術(shù)支持應(yīng)包括在學(xué)校構(gòu)建一個(gè)用于學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，建立起一套完整的課程教學(xué)計(jì)劃、課程進(jìn)度安排、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、課后作業(yè)布置以及在線答疑等系統(tǒng)。這樣才能為學(xué)生的自主化學(xué)習(xí)提供物質(zhì)上的保障。
北京工業(yè)大學(xué)在學(xué)生自主化學(xué)習(xí)方面也有過積極的嘗試。在“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)實(shí)踐中，利用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)了校園網(wǎng)學(xué)生在線學(xué)習(xí)子系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以在正常的教學(xué)過程中作為學(xué)生在線學(xué)習(xí)的輔助指導(dǎo)，為提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性及師生之間的相互交流提供了有力的支持。因此，在“匯編語言程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)過程中，我們也可以借鑒“計(jì)算機(jī)組成原理”課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并不斷完善，最終實(shí)現(xiàn)全面的學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的過程。
3應(yīng)用校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)及考試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主化學(xué)習(xí)
教學(xué)工作的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、無紙化長期以來一直是我們研究的對(duì)象和目標(biāo)。也是實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。它不但可以提高學(xué)生主動(dòng)思考、積極探索的能力，而且在一定程度上可以提高教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。
北京工業(yè)大學(xué)正在研究、開發(fā)并完善“校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)及考試系統(tǒng)”。利用該系統(tǒng)，可以很好地實(shí)現(xiàn)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的信息化及網(wǎng)絡(luò)化。此系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主化學(xué)習(xí)的物質(zhì)基礎(chǔ)和實(shí)踐平臺(tái)。雖然該系統(tǒng)尚處于試驗(yàn)階段，功能尚不完善，但它對(duì)于最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主化學(xué)習(xí)是一個(gè)積極的探索和有益的嘗試。
校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)及考試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以把課程的學(xué)習(xí)、課后的作業(yè)練習(xí)、疑難問題的答疑及最后的考試等教與學(xué)的工作環(huán)節(jié)都放到互聯(lián)網(wǎng)上完成。
圖1 校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)及考試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖
從圖1可以看出校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)及考試系統(tǒng)采用基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的B/S模型建立。服務(wù)前臺(tái)共分為四個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊提供一種特殊的服務(wù)。
(1) 在線課程學(xué)習(xí)模塊：利用該模塊教師可以在每個(gè)學(xué)期的開始，為學(xué)生制定一份詳細(xì)的學(xué)習(xí)計(jì)劃，學(xué)生根據(jù)計(jì)劃的安排和本課程的教學(xué)要求結(jié)合自身的實(shí)際情況進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)。教師可以按階段把當(dāng)前應(yīng)該掌握的知識(shí)以及應(yīng)該完成的學(xué)習(xí)進(jìn)度以消息的方式提示給學(xué)生，以便學(xué)生自己掌握好學(xué)習(xí)的進(jìn)度。這種模式可以把只有教師教、學(xué)生被動(dòng)學(xué)的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橛山處熤贫▽W(xué)習(xí)計(jì)劃、讓學(xué)生自己根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行在線自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。這樣每個(gè)學(xué)生能夠根據(jù)自己的時(shí)間安排，自由選擇、合理安排“上課時(shí)間”。這種教學(xué)方式可以有效地提高學(xué)生的自主化學(xué)習(xí)及獨(dú)立思考問題的能力，在自己的主動(dòng)探索中不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并且解決問題。
(2) 在線作業(yè)模塊：本模塊旨在通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)給學(xué)生布置課后作業(yè)及上機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以通過該模塊在線提交作業(yè)及上機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師可以及時(shí)檢查、了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，以督促學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。
(3) 在線答疑模塊：一個(gè)合格的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)必須包含在線答疑模塊。在線答疑模塊為教師和學(xué)生、同學(xué)和同學(xué)之間提供了提問、交流、切磋的平臺(tái)。在線答疑平臺(tái)是一個(gè)論壇形式的公共平臺(tái)，它的功能主要是由學(xué)生在線向教師提出課程學(xué)習(xí)中的疑難問題，由教師定期予以回復(fù)。但在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)平臺(tái)的功能遠(yuǎn)大于此。學(xué)生們不但在在線答疑平臺(tái)上提出了許多很好的問題，而且同學(xué)之間也可以進(jìn)行豐富的交流。有時(shí)，不用等到教師給出問題的答案，同學(xué)之間就已經(jīng)把問題解決了。因此，這個(gè)平臺(tái)真正成為了教師、同學(xué)之間進(jìn)行交流、傳授知識(shí)、切磋技藝及發(fā)表心得的紐帶。
(4) 在線考試模塊：在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，可以通過在線考試模塊來考察學(xué)生對(duì)相應(yīng)課程的學(xué)習(xí)掌握情況。通過Internet/Intranet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上考試，是現(xiàn)代教育技術(shù)的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線考試的模式是對(duì)傳統(tǒng)的考場考試方式的延伸，它可以利用網(wǎng)絡(luò)的無限廣闊空間，隨時(shí)隨地對(duì)學(xué)生進(jìn)行考試。該模塊的實(shí)現(xiàn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化組卷、閱卷及考務(wù)工作的全自動(dòng)化管理，為實(shí)現(xiàn)考試的客觀性和公正性、實(shí)現(xiàn)考教分離及進(jìn)行大規(guī)模的考試提供相應(yīng)的支持，而且可以有效地利用校園網(wǎng)的軟硬件資源，使其發(fā)揮最大的效力，更好地為學(xué)校的教學(xué)、科研、管理服務(wù)，也為檢查學(xué)生進(jìn)行自主化學(xué)習(xí)的效果提供了一定的技術(shù)支持。
4結(jié)論
本文通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行自主化學(xué)習(xí)方法的探討和研究，提出了關(guān)于“匯編語言程序設(shè)計(jì)”課程實(shí)現(xiàn)以教師為主導(dǎo)、學(xué)生進(jìn)行自主化學(xué)習(xí)教學(xué)模式的方案。詳細(xì)介紹了北京工業(yè)大學(xué)校園網(wǎng)在線學(xué)習(xí)及考試系統(tǒng)的基本構(gòu)架、部分已實(shí)現(xiàn)的功能、系統(tǒng)的整體構(gòu)想以及該系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行自主化學(xué)習(xí)的具體幫助及技術(shù)上的支持。
通過對(duì)匯編語言程序設(shè)計(jì)課程自主化學(xué)習(xí)教學(xué)實(shí)踐的研究，可以看到為了更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主化學(xué)習(xí)，教師不僅需要研究各種教學(xué)方法及教學(xué)內(nèi)容，而且需要利用先進(jìn)的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)一步完善教學(xué)及實(shí)踐方式，這樣才能更好地指導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生進(jìn)行自主化學(xué)習(xí)。自主化學(xué)習(xí)教學(xué)方案的實(shí)施，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，而且能夠極大地提高學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。我們期望匯編語言程序設(shè)計(jì)課程的自主化學(xué)習(xí)的教學(xué)改革與實(shí)踐，能夠?yàn)槠渌n程的教學(xué)改革提供一些積極的探討和有益的經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 梁峰. 多媒體校園網(wǎng)系統(tǒng)探討[J]. 教育技術(shù)理論與實(shí)踐，2005，(4).
[2] 易小琳等. 基于EDA平臺(tái)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件課程虛擬化實(shí)踐的研究[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2005，(7).
[3] 易小琳等. 網(wǎng)上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)室的研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程，2002，(11).
[4] 中國計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2002.
作者簡介
易小琳(1959-)，女，高級(jí)工程師、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研組主講教授，碩導(dǎo)，目前研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)。
魯鵬程(1976-)，男，講師，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研組教師，博士，目前研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)。
周巍(1982-)，男，研究生助教，目前研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)。
楊峰(1984-)，男，研究生助教，目前研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)。
聯(lián)系方式
北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京朝陽區(qū)平樂園100號(hào)，100022，易小琳
E-mail：
高職編程類課程主要讓學(xué)生掌握某種程序語言的語法知識(shí)點(diǎn)以及算法思路，通常安排在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置中的第一或第二學(xué)期進(jìn)行。語法知識(shí)的傳統(tǒng)講解枯燥乏味，卻又是重要的基礎(chǔ)知識(shí)；算法思路普遍難懂，或者理解和編程實(shí)現(xiàn)之間存在差距，需要大量的實(shí)踐來保證知識(shí)的掌握。因此，普遍高職學(xué)生在學(xué)習(xí)編程類課程的時(shí)候都會(huì)不同程度的產(chǎn)生畏難情緒。
信息化技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)，也就是利用信息技術(shù)融入到教學(xué)和學(xué)生互動(dòng)當(dāng)中，在課程“教與學(xué)”中引入信息化手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的積極性與參與程度，以促進(jìn)“教與學(xué)”。將信息化技術(shù)來優(yōu)化傳統(tǒng)課程教學(xué)，加入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，使它成為教師的教學(xué)工具、學(xué)生的認(rèn)知工具。信息化教育的教學(xué)模式可描述為：以學(xué)生為中心，學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境、協(xié)作與會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境中充分發(fā)揮自身的主動(dòng)性與積極性。[1]編程類課程本身就是信息技術(shù)類課程，引入信息化手段更容易讓學(xué)生感知信息化的優(yōu)勢好處，更容易激發(fā)學(xué)生的興趣，從而提高“教與學(xué)”的質(zhì)量與效果。
1 信息化教學(xué)設(shè)計(jì)方法
信息化教學(xué)設(shè)計(jì)的方法多種多樣，但針對(duì)編程類課程的特點(diǎn)，有以下幾種方法：
1）利用現(xiàn)有的或自己開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)
現(xiàn)今信息化時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)上提供了很多的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師也可以根據(jù)教學(xué)需求開發(fā)屬于自己課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。例如“藍(lán)墨云班課”教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，它提供了課前預(yù)習(xí)布置，談?wù)撜搲?，分組作業(yè)，課前視頻，課堂點(diǎn)名，作業(yè)布置、互動(dòng)反饋等功能，貫穿了教學(xué)的前期、中期及后期整個(gè)過程。學(xué)生可以通過電腦也可以通過手機(jī)操作?，F(xiàn)有的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)能夠方便快捷的整理教學(xué)上課資源，重新分配教學(xué)資源的利用步驟；此外學(xué)生操作便利，也可以因人因能力、掌握程度的不同來合理分配時(shí)間來通過教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)。
2）基于“微課導(dǎo)學(xué)”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式
微課就是要把老師的授課內(nèi)容用信息化手段表現(xiàn)出來，可以替代傳統(tǒng)老師講課的不足，學(xué)生在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，可以反復(fù)開看，更有效的掌握教學(xué)內(nèi)容。微課做的事情，不僅是把文字教材影聲化。同時(shí)要把老師的情感態(tài)度價(jià)值觀，隱形知識(shí)，把老師的講解、對(duì)課程的理解呈現(xiàn)出來。學(xué)生在課前通過教師提供的針對(duì)性信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，例如flash、微課視頻、基于課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的游戲、微信互動(dòng)交流頁面、網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)平臺(tái)等信息化資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，在課堂上通過分組討論、項(xiàng)目實(shí)踐等活動(dòng)完成知識(shí)的內(nèi)化。
根據(jù)編程類教學(xué)具有操作性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)難理解的特點(diǎn)，在每個(gè)編程算法、語法的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)都可以用微課視頻來呈現(xiàn)，微課的簡潔精練和突出主題的特點(diǎn)非常適合程序語法知識(shí)點(diǎn)及算法的教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的差異性，學(xué)生通過觀看微課視頻，針對(duì)算法推導(dǎo)和編程過程可以反復(fù)觀看微課視頻，能夠幫助學(xué)生在課堂更好理解，并且?guī)椭處熢谡n堂上針對(duì)同一個(gè)疑難問題重復(fù)解答的困境中解脫出來。因此，“微課導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式有利于提高編程類課程的教學(xué)效果。設(shè)計(jì)微課視頻時(shí)，可采用“普適”+“心動(dòng)”的策略來提升學(xué)習(xí)資源的質(zhì)量?！靶膭?dòng)”旨在讓學(xué)生怦然心動(dòng)，產(chǎn)生濃烈的興趣，激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)一步的理解。富有“心動(dòng)”的微課視頻，可促使學(xué)生產(chǎn)生“行動(dòng)”欲望，從而保證在翻轉(zhuǎn)課堂中，基礎(chǔ)知識(shí)與核心能力傳授的有效完成。微課視頻的“心動(dòng)”，可從“故事引入”、“游戲加強(qiáng)”、“結(jié)構(gòu)統(tǒng)一”等方面入手。
3）開發(fā)有助知識(shí)理解的軟件
編程類課程重點(diǎn)及難點(diǎn)的地方就是算法的推導(dǎo)過程，如何更生動(dòng)、更直觀地引導(dǎo)學(xué)生理解、掌握算法的推導(dǎo)過程，盡可能消除學(xué)生普遍的畏難情緒呢？利用信息化技術(shù)是很好的辦法?？梢酝ㄟ^制作軟件程序，程序可以是以游戲形式呈現(xiàn)，也可以是模擬算法演變的步驟，最好能提供測試的模塊，讓學(xué)生更深層次的體驗(yàn)算法演變的過程。比起傳統(tǒng)教學(xué)，大段的代碼的講解更能讓學(xué)生接受，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)生興趣。
2 “直接插入法”算法課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)
《直接插入排序》教學(xué)設(shè)計(jì)的整體思路是“翻轉(zhuǎn)課堂+Unity 3D模擬體驗(yàn)+程序測試系統(tǒng)”，即將翻轉(zhuǎn)課堂理念融入課堂信息化教學(xué)，通過Unity 3D制作跨平臺(tái)算法演示與體驗(yàn)軟件，配合程序測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的理解及應(yīng)用。
2.1 制作微課視頻，通過藍(lán)墨云班課預(yù)習(xí)視頻及資料
制作并上傳微課、PPT、教學(xué)案例、參考書籍等相關(guān)資料到藍(lán)墨云班課。組織學(xué)生進(jìn)行討論。制作以游戲互動(dòng)和PPT動(dòng)畫相結(jié)合的教學(xué)微視頻，將枯燥的算法學(xué)習(xí)變得有趣味，調(diào)動(dòng)學(xué)生熱情。多種方式呈現(xiàn)算法，讓學(xué)生對(duì)算法有基本的認(rèn)識(shí)與理解。據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在的大學(xué)生100%使用智能手機(jī)，93%開通了4G網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)學(xué)校的Wifi網(wǎng)絡(luò)帶寬也在逐漸加大，使用智能手機(jī)軟件提高課堂教學(xué)效果成為可能。藍(lán)墨云班課具有班級(jí)創(chuàng)建、資源管理、成員管理、問卷調(diào)查、討論答疑、作業(yè)布置、小組討論、即時(shí)簽到等功能，有手機(jī)和電腦等多個(gè)版本。借助它很容易實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂、讓學(xué)生在課下利用碎片化時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，課堂上利用它和傳統(tǒng)教學(xué)方法相互融合，進(jìn)行討論交流、作業(yè)提交、重要資料留存等，創(chuàng)建即時(shí)互動(dòng)教學(xué)新模式，極大提高教學(xué)效果。
2.2 開發(fā)算法演示軟件，學(xué)生通過體驗(yàn)軟件進(jìn)行知識(shí)第一步內(nèi)化
自行開發(fā)針對(duì)排序算法的演示測試軟件，“直接插入法”是排序法的其中一種。傳統(tǒng)的算法課程，教師在黑板上理論推演算法，教學(xué)過程枯燥、抽象。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，一些教師制作動(dòng)畫，配合PPT演示算法執(zhí)行過程，這種方法較前一種方法更為直觀，但演示的內(nèi)容固定，且PPT及動(dòng)畫的播放對(duì)硬件和操作系統(tǒng)有一定要求。本課程中，筆者自行開發(fā)了一款排序算法的演示測試軟件，有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1）同一算法，能對(duì)不同數(shù)字個(gè)數(shù)、不同數(shù)字的一組數(shù)排序，自動(dòng)生成算法執(zhí)行過程，全方位、多角度展示算法。2）Unity引擎制作的軟件具有跨平臺(tái)的特點(diǎn)，一次制作可以生成能夠在任意操作系統(tǒng)、任意硬件上運(yùn)行的軟件，所以本算法體驗(yàn)軟件具有Web版本，PC版本、手機(jī)版本，同時(shí)支持Windows、Linux、Andriod、Ios等操作系統(tǒng)。學(xué)生可以觀看數(shù)組各種排序的整過過程，可以改變數(shù)組長度或者改變數(shù)組元素的值，通過比較觀察，可以容易發(fā)現(xiàn)各種排序的規(guī)律及計(jì)算機(jī)運(yùn)算過程。這比起傳統(tǒng)的講解，學(xué)生主動(dòng)性更強(qiáng)，而且學(xué)生可以針對(duì)自身的理解程度而多次重復(fù)的測試體驗(yàn)，也可以邊體驗(yàn)邊寫流程圖。用信息化手段來學(xué)習(xí)信息化技術(shù)知識(shí)，對(duì)于學(xué)生而言更具意義和說服力。
2.3 使用編程系統(tǒng)進(jìn)行知識(shí)的進(jìn)一步內(nèi)化
編程能力只有通過不斷的實(shí)際練習(xí)，完成一定數(shù)量的題目和代碼量才能逐漸形成。中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件教研室自主開發(fā)了提升編程能力的編程測試平臺(tái)。平臺(tái)上有大量的練習(xí)題目，針對(duì)不同的算法主題，從易到難。課堂上借助于編程能力測試平臺(tái)，進(jìn)行進(jìn)一步的知識(shí)內(nèi)化。學(xué)生能夠在第一時(shí)間知道自己代碼的對(duì)錯(cuò)、執(zhí)行效率，以及其他同學(xué)完成題目的情況，教師能夠看到學(xué)生完成題目的總體情況，以及每個(gè)同學(xué)提交的代碼，方面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并針對(duì)問題進(jìn)行講解。通過規(guī)定學(xué)生在C++及其他程序設(shè)計(jì)課程中必須完成的題目數(shù)量，并配合適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)懲機(jī)制，授課教師所在學(xué)校學(xué)生的編程能力有了大幅度的提高。
整個(gè)課程的設(shè)計(jì)過程，老師在課堂的參與程度與傳統(tǒng)教學(xué)完全不同。老師不再是課堂的主角，學(xué)生成為自主學(xué)習(xí)的中心，通過各種信息化手段，全方位調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能?有裕?提高教學(xué)質(zhì)量。
教育
一、由無到有情境的轉(zhuǎn)變
教育
新課程從“知識(shí)技能”目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸R(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀”三個(gè)維度目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容從“單純的化學(xué)知識(shí)內(nèi)容線索”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭龡l內(nèi)容線索”，而且這三條內(nèi)容線索不是簡單的加減關(guān)系，需要相互融合在一起。這就要求教師改變過去的教學(xué)習(xí)慣即向?qū)W生呈現(xiàn)無情境的表面知識(shí)，要給無情境的知識(shí)建立背景，就是要善于從真實(shí)中提出實(shí)際問題，到實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用化學(xué)觀點(diǎn)和方法分析、研究問題，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)化學(xué)，再回到實(shí)際應(yīng)用中。這樣做，一是促進(jìn)遷移的需要，二是激發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，三是增進(jìn)理解的需要，四是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的需要。當(dāng)然這種轉(zhuǎn)變也有水平高低之分，最高水平是將化學(xué)知識(shí)溶解于實(shí)際問題中，并在實(shí)際問題的解決中又能結(jié)晶出化學(xué)知識(shí)。
教育
二、由具體到建構(gòu)的轉(zhuǎn)變
大多數(shù)教師認(rèn)為重視知識(shí)點(diǎn)就是抓住細(xì)節(jié)，很少考慮到知識(shí)細(xì)節(jié)之外的東西，如知識(shí)的來龍去脈，以及知識(shí)的認(rèn)識(shí)功能等。例如，教師關(guān)注鐵跟鹽酸反應(yīng)的具體現(xiàn)象的規(guī)范表述，卻忽視了讓學(xué)生了解為什么要學(xué)習(xí)鐵跟鹽酸的反應(yīng)，忽視了引導(dǎo)學(xué)生如何利用化學(xué)變化認(rèn)識(shí)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，忽視了啟發(fā)學(xué)生體會(huì)同樣一個(gè)反應(yīng)既可以表示鐵的化學(xué)性質(zhì)又可以表示鹽酸的化學(xué)性質(zhì)。其實(shí)，我們的教學(xué)不是不需要具體知識(shí)，而是應(yīng)該始終明確傳授具體知識(shí)要服務(wù)于觀念的建構(gòu)，并且這種觀念不是純粹的哲學(xué)層面的觀念，而是化學(xué)學(xué)科的基本思想方法和核心的認(rèn)識(shí)構(gòu)架。有了這些核心觀念，學(xué)生就能夠?qū)W會(huì)運(yùn)用化學(xué)科學(xué)的觀點(diǎn)、思路和方法去認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，去分析問題和解決問題。
三、由低層次到高境界的轉(zhuǎn)變
教師對(duì)于探究式教學(xué)還存在著許多認(rèn)識(shí)誤區(qū)，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是將探究神化；二是將探究泛化。課堂中的探究活動(dòng)可以在探究的環(huán)節(jié)、開放度等方面有著不同的處理，也不需要每個(gè)內(nèi)容都要探究，如果分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件不允許，學(xué)生可以參加探究過程的其他環(huán)節(jié)。探究活動(dòng)的基本要素和特征：一是要有值得探究的核心問題；二是要有圍繞問題的假設(shè)和預(yù)測；三是要有解決問題、尋求支持或否定假設(shè)的證據(jù)的活動(dòng)過程；四是要有交流和評(píng)價(jià)。大量教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的探究意識(shí)和探究能力是隨著參加探究活動(dòng)的經(jīng)歷不斷增多而發(fā)展和提高的。所以應(yīng)該發(fā)展性地面對(duì)探究式教學(xué)，不斷提高開展探究式教學(xué)的水平。探究式教學(xué)的最高境界是能夠自如地將探究式教學(xué)與其他有效教學(xué)方式和策略相結(jié)合，并融入到整體教學(xué)中。 四、由單一到整體的轉(zhuǎn)變
以探究為核心的多樣化教學(xué)需要較多的時(shí)間，解決有限時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)目標(biāo)多元化之間的矛盾有許多途徑，其中比較重要的就是改變過去課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的習(xí)慣，進(jìn)行單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)。所謂單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)，就是針對(duì)一個(gè)單元，整體地去組織教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)方法、安排教學(xué)時(shí)間，如哪些內(nèi)容需要采用實(shí)驗(yàn)探究、需要多少時(shí)間等。整體教學(xué)設(shè)計(jì)有利于多樣化教學(xué)方式的統(tǒng)一，該探究的內(nèi)容就要保證比較充分的活動(dòng)時(shí)間和討論交流，該精致提練的內(nèi)容就需要充分發(fā)揮教師講解的作用，該落實(shí)鞏固的內(nèi)容就需要精心設(shè)計(jì)和安排練習(xí)進(jìn)行強(qiáng)化。整體教學(xué)設(shè)計(jì)有利于整合時(shí)間資源，使有限的課時(shí)產(chǎn)生高效益；整體教學(xué)設(shè)計(jì)有利于學(xué)生合理認(rèn)知板塊的建構(gòu)，促進(jìn)知識(shí)的記憶、保持和提取，以及綜合運(yùn)用有關(guān)知識(shí)技能方法分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)。
五、由簡單被動(dòng)到綜合主動(dòng)的轉(zhuǎn)變
1．給學(xué)生一個(gè)空間，他就能創(chuàng)出一個(gè)樂園
青少年學(xué)生是可塑性很強(qiáng)的群體，不同的教育方式會(huì)產(chǎn)生不同的教育效果。相信學(xué)生，給他適當(dāng)?shù)乃季S空間，讓他充分發(fā)揮自己的想像，也許你就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)嶄新的課堂面貌：學(xué)生活躍了，不用再逼著學(xué)生去學(xué)了；學(xué)生記得深刻了，不用再恨鐵不成鋼了；學(xué)生提出的問題多了，不再沉悶了。
例如，我在課堂教學(xué)中遇到這樣一件事：在講到化學(xué)肥料時(shí)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)學(xué)生來自農(nóng)村，對(duì)化肥比較熟悉，我讓學(xué)生先說一下生活中見到的化學(xué)肥料，學(xué)生馬上就脫口說出碳銨、硝酸銨、尿素、磷肥等。教師沒有幫忙，學(xué)生就已經(jīng)說出多種化肥了。然后在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上出示了幾種化肥樣品，讓學(xué)生找出它們的特性，結(jié)果各小組均有代表積極參與，有的學(xué)生跑到黑板前親自聞一聞化肥的氣味，有的學(xué)生把少量樣品放在在水里，攪拌了一下說：“怎么有的化肥易溶于水，有的難溶??？”有的學(xué)生將硝酸銨和熟石灰混合聞到了氨味。教師也沒有提供幫助，學(xué)生就把有關(guān)化學(xué)肥料的內(nèi)容“爭”著學(xué)去了，整個(gè)課堂成了學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦學(xué)習(xí)的樂園。
2．給學(xué)生一些時(shí)間，他會(huì)讓時(shí)間產(chǎn)生時(shí)間
課堂是學(xué)生的課堂，在課堂中如果教師善于留一些時(shí)間給學(xué)生，讓學(xué)生去思考、探討，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)：本來一節(jié)課難以解決的問題，往往能有效地加以解決。
數(shù)控技術(shù) 崗位職業(yè)能力 實(shí)踐教學(xué)體系 模塊
教高【2006】16號(hào)文件《關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中指出：大力推行工學(xué)結(jié)合，突出實(shí)踐能力培養(yǎng)，改革人才培養(yǎng)模式。要積極推行與生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式，把工學(xué)結(jié)合作為高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)模式改革的重要切入點(diǎn)，帶動(dòng)專業(yè)調(diào)整與建設(shè)，引導(dǎo)課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革。
一、課程設(shè)計(jì)的必要性
《數(shù)控編程與操作》是數(shù)控技術(shù)專業(yè)最重要的核心專業(yè)課程，受到各院校的高度重視。
針對(duì)該課程的特點(diǎn)，我們提出通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)車、數(shù)銑、加工中心、電火花機(jī)床的操作，掌握FANUC、SIMENS、HNC、GSK等4種系統(tǒng)的編程，使教學(xué)的目的性更強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)的針對(duì)性更強(qiáng)。課程設(shè)計(jì)的理念基于工作過程的課程體系，課題組正是沿著這一思路著手進(jìn)行課程的設(shè)計(jì)。緊緊圍繞課程對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，打破傳統(tǒng)的課程設(shè)置模式，突出高職教育教學(xué)特點(diǎn)，探索將課程內(nèi)容項(xiàng)目化、模塊化，將課堂教學(xué)現(xiàn)場化，強(qiáng)化職業(yè)技術(shù)能力，把工學(xué)結(jié)合的思想貫穿在整個(gè)課程教學(xué)過程中，把理論教學(xué)和實(shí)踐技能培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來。
二、課程設(shè)計(jì)的思路
數(shù)控技術(shù)專業(yè)的《數(shù)控編程與操作》課程實(shí)行“1+2”模式，即將課程設(shè)計(jì)為1個(gè)職業(yè)能力學(xué)習(xí)模塊，再加上2個(gè)職業(yè)能力拓展模塊。職業(yè)能力學(xué)習(xí)模塊主要學(xué)習(xí)數(shù)控編程及操作的理論知識(shí)，2個(gè)職業(yè)能力拓展模塊分別為數(shù)控機(jī)床操作實(shí)訓(xùn)和使用數(shù)控機(jī)床加工零件實(shí)習(xí)。前一個(gè)能力拓展模塊側(cè)重于裝備各類數(shù)控系統(tǒng)各種機(jī)床的操作，后一個(gè)能力拓展模塊側(cè)重于各種復(fù)雜零件的數(shù)控加工。通過理論課與實(shí)踐課并列進(jìn)行的教學(xué)模式，使數(shù)控加工操作實(shí)踐始終貫穿整個(gè)教學(xué)過程，形成融知識(shí)傳授、職業(yè)能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體，以實(shí)際典型零件加工過程為導(dǎo)向，現(xiàn)場教學(xué)、課堂教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)等多種模式并舉的教學(xué)方式。
1.對(duì)理論教學(xué)體系進(jìn)行整體優(yōu)化，構(gòu)建以職業(yè)能力培養(yǎng)、提高素質(zhì)為主線的課程內(nèi)容體系
在理論內(nèi)容方面強(qiáng)調(diào)以應(yīng)用為目的，以必需、夠用為度，課程內(nèi)容突出針對(duì)性、應(yīng)用性和實(shí)用性，增加與現(xiàn)場實(shí)際密切相關(guān)的內(nèi)容；可根據(jù)專業(yè)發(fā)展方向的需要，適時(shí)調(diào)整課程內(nèi)容，以保證課程內(nèi)容始終與數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平、市場對(duì)人才能力要求相適應(yīng)。
2.構(gòu)建相對(duì)獨(dú)立又與理論教學(xué)有機(jī)融合的、基于工作過程的實(shí)踐教學(xué)體系
加大針對(duì)理論內(nèi)容的項(xiàng)目訓(xùn)練、強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比例，使實(shí)踐教學(xué)時(shí)數(shù)與理論教學(xué)時(shí)數(shù)的比例達(dá)到1︰1以上。建立起完整配套的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)行“真槍實(shí)彈”訓(xùn)練，把實(shí)習(xí)教學(xué)由單純消耗轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)習(xí)與生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合，做到生產(chǎn)和實(shí)習(xí)兩不誤。這種作法也為工廠節(jié)省了人力，降低了消耗，創(chuàng)造了效益，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)習(xí)教學(xué)和生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合。
3.強(qiáng)化職業(yè)能力培養(yǎng)，將職業(yè)技能鑒定融入常規(guī)的教學(xué)訓(xùn)練過程
將與課程相關(guān)的數(shù)控類職業(yè)技能鑒定工種融入平時(shí)的教學(xué)訓(xùn)練過程中，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教學(xué)和職業(yè)鑒定的“直通車”。如數(shù)控銑工、數(shù)控車工的職業(yè)鑒定融入到課程教學(xué)和數(shù)控編程加工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中，既節(jié)省專業(yè)的教學(xué)資源、降低學(xué)生的鑒定成本，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的興趣和主動(dòng)性。
在整個(gè)教學(xué)過程中，從理論教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)教學(xué)到強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)，要求做到“六結(jié)合”，即理論與實(shí)踐相結(jié)合、傳統(tǒng)教學(xué)方式與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合、講解與指導(dǎo)相結(jié)合、課堂教學(xué)與現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合、校內(nèi)教學(xué)與校外實(shí)踐相結(jié)合、教師與企業(yè)工程技術(shù)人員相結(jié)合，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立分析和解決問題及創(chuàng)新的能力，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相融合的一體化教學(xué)體系。
三、教學(xué)內(nèi)容的具體表現(xiàn)形式
（1）構(gòu)建了典型零件庫和零件加工工藝性文件庫，并通過網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生隨時(shí)調(diào)用典型零件的加工程序，拓寬學(xué)生的編程思路，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
（2）教學(xué)內(nèi)容充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將課程的諸多信息放置在網(wǎng)上，便于學(xué)生的學(xué)習(xí)，也有利于教師與學(xué)生的交流。
四、學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)
根據(jù)每一學(xué)習(xí)情境職業(yè)能力要求，進(jìn)行每一學(xué)習(xí)情境的教學(xué)設(shè)計(jì)，下面通過實(shí)例介紹學(xué)習(xí)情境教學(xué)設(shè)計(jì)過程。
實(shí)例：在數(shù)控車床上完成凹圓練習(xí)件的車削加工
1.工作任務(wù)描述設(shè)計(jì)
加工零件任務(wù)名稱：凹圓件練習(xí)件的車削加工。
2.零件類型描述
該零件屬于較簡單的階梯軸類零件，是使用數(shù)控車床加工的基本外輪廓形狀。是數(shù)控車削加工中難度較低的基本零件之一。
3.學(xué)習(xí)情境教學(xué)(行動(dòng))過程總體設(shè)計(jì)
根據(jù)每一學(xué)習(xí)情境教學(xué)內(nèi)容，來開發(fā)以行動(dòng)過程為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)情境學(xué)習(xí)過程，即下任務(wù)、定方案、謄卡片、加工、檢測五個(gè)行動(dòng)過程。
參考文獻(xiàn)：
[1]陶維利．《數(shù)控編程與加工》課程基于教學(xué)一體化教學(xué)改革的實(shí)踐．武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（3）.
【關(guān)鍵詞】SOPC;項(xiàng)目化教學(xué);NIOS Ⅱ
Abstract：For improve the quality of teaching about SOPC course，author combined achievements of related scientific research projects and teaching，analyzed the characteristics of the course，and made discussion about design of projectized teaching according the practical situation of our school.
Keywords：SOPC;projectized teaching;NIOS Ⅱ
1.引言
可編程片上系統(tǒng)（SOPC，System on a Programmable Chip）結(jié)合了SOC（片上系統(tǒng)）和PLD（可編程邏輯器件）、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）各自的優(yōu)點(diǎn)，是特殊的嵌入式系統(tǒng);它首先是片上系統(tǒng)，即由單個(gè)芯片完成整個(gè)系統(tǒng)的主要邏輯功能;其次，它是可編程系統(tǒng)，具有靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能[1]。SOPC技術(shù)已經(jīng)成為國際新技術(shù)的研究熱點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景[2]，國內(nèi)對(duì)SOPC的研究越來越多，對(duì)SOPC的應(yīng)用也越來越廣泛。SOPC是電子系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。然而精通SOPC的人非常少，很多高校的大學(xué)生由于多方面的原因SOPC學(xué)的很不扎實(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的需要[3]。筆者結(jié)合在SOPC方面的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研項(xiàng)目成果，探索了SOPC項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)，將科研與教學(xué)有效結(jié)合。
2.設(shè)計(jì)思路
SOPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有3種[4]，美國ALTERA公司提供了基于FPGA的嵌入IP軟核的SOPC實(shí)現(xiàn)方式。美國ALTERA公司的大學(xué)計(jì)劃為全球范圍內(nèi)的大專院校提供先進(jìn)的開發(fā)軟件、可編程邏輯器件、開發(fā)工具以及完整的設(shè)計(jì)套件，對(duì)提高高等學(xué)校SOPC方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)提供了良好的基礎(chǔ)。
ALTERA公司提供的NIOS Ⅱ是一種軟核（Soft-Core）處理器，軟核處理器最大的特點(diǎn)就是可由用戶需要進(jìn)行設(shè)置。NIOS Ⅱ是一個(gè)用戶可以自行定制的CPU，用戶可以增加新的外設(shè)、新的指令，分配外設(shè)的地址等。NIOS Ⅱ的硬件開發(fā)就是由用戶制定適合的CPU外設(shè)，Altera公司的SOPC Builder提供了大量的IP Core來加快NIOS Ⅱ外設(shè)的開發(fā)速度。
筆者通過在基于NIOS Ⅱ的單點(diǎn)自適應(yīng)信號(hào)控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可見，SOPC應(yīng)該是NIOS系統(tǒng)+硬實(shí)時(shí)部分+邏輯電路的一個(gè)組合體，其中NIOS負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理，通訊，人機(jī)交互等實(shí)時(shí)性相對(duì)較低的任務(wù)，硬實(shí)時(shí)部分則是獨(dú)立于NIOS系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有IP，用VHDL語言實(shí)現(xiàn)的某些實(shí)時(shí)性可靠性要求較高的關(guān)鍵部分，它可以和NIOS系統(tǒng)通過自定義的接口通訊。由FPGA其他資源完成接口以及邏輯處理，更是FPGA的優(yōu)勢。
因此，本文進(jìn)行基于FPGA的嵌入IP軟核的SOPC開發(fā)的教學(xué)設(shè)計(jì)。
3.設(shè)計(jì)原則
（1）理論實(shí)踐一體化，突出實(shí)踐環(huán)節(jié)
SOPC設(shè)計(jì)與應(yīng)用是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，它沒有太多的理論知識(shí)需要講解，實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)，內(nèi)容也不易理解[5]。因此，可進(jìn)行理論實(shí)踐一體化教學(xué)，并突出實(shí)踐環(huán)節(jié)。
（2）難、易、趣結(jié)合
教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要緊緊圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)，選擇的項(xiàng)目應(yīng)該是學(xué)生比較熟悉的，具有一定難度，又不能太難，并且具有一定趣味性的，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和信心。
4.項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的“可編程片上系統(tǒng)”課程為2學(xué)分，共32學(xué)時(shí)，本校實(shí)訓(xùn)室配備有EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)箱及計(jì)算機(jī)等實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件，前續(xù)課程：CPLD/FPGA應(yīng)用，根據(jù)我校的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目見表1。
表1 課程項(xiàng)目
序號(hào) 項(xiàng)目名稱 學(xué)時(shí) 性質(zhì)
1 可編程片上系統(tǒng)認(rèn)識(shí) 6 演示、驗(yàn)證
2 可控霓虹燈 4 驗(yàn)證、設(shè)計(jì)
3 可倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈 6 驗(yàn)證、設(shè)計(jì)
4 俄羅斯方塊 4 驗(yàn)證、設(shè)計(jì)
5 音樂盒 4 驗(yàn)證
6 視頻播放器 2 驗(yàn)證
7 自適應(yīng)控制交通燈 6 驗(yàn)證、綜合
各項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)和內(nèi)容如下：
項(xiàng)目1：可編程片上系統(tǒng)認(rèn)識(shí)
學(xué)習(xí)任務(wù)：反應(yīng)時(shí)間測試，利用實(shí)驗(yàn)箱搭建一個(gè)反應(yīng)時(shí)間測試的電路，該電路包含有發(fā)光二極管、按鍵開關(guān)、數(shù)碼管等器件，電路運(yùn)行之初二極管為熄滅狀態(tài)，過幾秒后，點(diǎn)亮二極管，測試人看到二極管點(diǎn)亮?xí)r，按下按鍵開關(guān)，數(shù)碼管顯示出二極管點(diǎn)亮至按鍵按下的時(shí)間。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解SOC，F(xiàn)PGA和SOPC的基本概念及其開發(fā)工具Quartus，SOPC Builder和Nios IDE，并學(xué)習(xí)了解SOPC的軟件和硬件開發(fā)流程。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：
與學(xué)生互動(dòng)演示學(xué)習(xí)任務(wù)：反應(yīng)時(shí)間測試，圍繞該任務(wù)講解SOC，F(xiàn)PGA和SOPC的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹SOPC開發(fā)工具Quartus，SOPC Builder和Nios IDE，并學(xué)習(xí)了解SOPC的軟件和硬件開發(fā)流程。學(xué)生利用已有的電路和程序文件，在教師帶領(lǐng)下搭建學(xué)習(xí)任務(wù)：反應(yīng)時(shí)間測試的電路。
項(xiàng)目2：可控霓虹燈
學(xué)習(xí)任務(wù)1：流水燈，控制8個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮效果似水在流動(dòng)，即每次只點(diǎn)亮一個(gè)燈，將8個(gè)燈依次點(diǎn)亮，可以從左往右點(diǎn)亮，也可從右往左點(diǎn)亮。
學(xué)習(xí)任務(wù)2：可控霓虹燈，在流水燈的基礎(chǔ)上增加一個(gè)控制按鍵，按鍵未按下時(shí)，8只發(fā)光二極管顯示為流水燈，按下一次按鍵，8只燈從中間往兩邊點(diǎn)亮，再按下一次按鍵，8只燈從兩邊往中間點(diǎn)亮。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：鞏固SOPC開發(fā)的基本流程、方法、工具。了解IO端口的使用，能完成簡單的程序編寫。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：
學(xué)生在教師帶領(lǐng)下，根據(jù)基本步驟，完成學(xué)習(xí)任務(wù)1：流水燈。學(xué)生分組，每組學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)2：可控霓虹燈。
項(xiàng)目3：可倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈
學(xué)習(xí)任務(wù)1：簡單交通信號(hào)燈，用發(fā)光二極管模擬交通信號(hào)燈，完成一個(gè)2相位十字路通信號(hào)燈設(shè)計(jì)，配時(shí)方案為定周期。
學(xué)習(xí)任務(wù)2：數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)，用兩只數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)99至0秒的倒計(jì)時(shí)。
學(xué)習(xí)任務(wù)3：可倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈，用發(fā)光二極管模擬交通信號(hào)燈，完成一個(gè)2相位十字路通信號(hào)燈設(shè)計(jì)，配時(shí)方案為定周期，可對(duì)每個(gè)相位的計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)定時(shí)器的使用，能完成較復(fù)雜的程序編寫。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：
學(xué)生在教師帶領(lǐng)下，根據(jù)基本步驟，完成學(xué)習(xí)任務(wù)1：簡單交通信號(hào)燈和學(xué)習(xí)任務(wù)2：數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)。學(xué)生分組，每組學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)3：可倒計(jì)時(shí)交通信號(hào)燈。 （下轉(zhuǎn)第181頁）（上接第178頁）
項(xiàng)目4：俄羅斯方塊
學(xué)習(xí)任務(wù)：利用VGA顯示器和VHDL語言實(shí)現(xiàn)經(jīng)典游戲――俄羅斯方塊。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解VGA顯示的原理，會(huì)用VHDL描述VGA控制，能利用提供的參考電路和程序?qū)崿F(xiàn)俄羅斯方塊。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：
教師講解VGA顯示原理，用VHDL描述VGA控制，本任務(wù)的NIOS 2軟硬件設(shè)計(jì)，演示本任務(wù)的實(shí)現(xiàn)過程;學(xué)生在教師指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)俄羅斯方塊，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。
項(xiàng)目5：音樂盒
學(xué)習(xí)任務(wù)：將存儲(chǔ)在SD卡的音頻文件讀取出來，并經(jīng)過Avanlon總線送往DAC音頻電路播放音頻文件。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解SD卡接口與控制，DAC電路接口方法。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：教師講解SD卡接口與控制，DAC電路接口方法，本任務(wù)的NIOS 2軟硬件設(shè)計(jì);學(xué)生在教師指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)音樂播放。
項(xiàng)目6：視頻播放器
學(xué)習(xí)任務(wù)：實(shí)現(xiàn)MPEG-4視頻播放器。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解MPEG-4視頻播放器的實(shí)現(xiàn)方法。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：教師講解用Nios Ⅱ用戶自定義指令方式實(shí)現(xiàn)IQ、IDCT、MC等計(jì)算密集型功能模塊，視覺框架MPEG-4視頻實(shí)時(shí)解碼。學(xué)生在教師指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)視頻播放。
項(xiàng)目7：自適應(yīng)控制交通燈
學(xué)習(xí)任務(wù)：自適應(yīng)控制交通燈電路設(shè)計(jì)，利用教師給出的遺傳算法符號(hào)模塊，用發(fā)光二極管模擬一個(gè)2相位十字路口的交通信號(hào)燈，設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制電路，用兩只數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)。并完成相應(yīng)的控制程序。
學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解自適應(yīng)控制的概念、理論;了解自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)過程。
學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)方法：教師講解自適應(yīng)控制的概念、理論，遺傳算法及其硬件化，自適應(yīng)控制實(shí)現(xiàn)方法。學(xué)生在教師指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)交通燈控制。
5.項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施
在實(shí)施過程中，教師充分考慮各項(xiàng)目的難易程度和學(xué)生的基礎(chǔ)，靈活以演示、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合的方式來完成這些學(xué)習(xí)任務(wù)。在進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)過程中，教師應(yīng)做好引導(dǎo)，以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在實(shí)現(xiàn)這些學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生用哪些技術(shù)手段、知識(shí)來完成任務(wù)，并且如何應(yīng)用到更多的具體問題中。
6.小結(jié)
本文介紹了可編程片上系統(tǒng)項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)的思路、原則，并設(shè)計(jì)了由易到難、由基礎(chǔ)到綜合的7個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，將科研和教學(xué)進(jìn)行了有效結(jié)合。
參考文獻(xiàn)
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一、抓疑點(diǎn)資源促課堂生成
孔子曰：“疑，思之始，學(xué)之端?！庇袉栴}才有思考，由思考才能得出問題，進(jìn)而解決問題，在數(shù)學(xué)教學(xué)中，“質(zhì)疑”是培養(yǎng)學(xué)生洞察能力，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的起點(diǎn)。因此，在教學(xué)過程中，教師要善于捕捉學(xué)生的疑點(diǎn)資源，引導(dǎo)學(xué)生積極探究，撥動(dòng)思維之弦。例教學(xué)“三角形的面積計(jì)算”，我開門見山，舉起三角形的紙板問學(xué)生：“你知道這個(gè)紙板的面積有多大？”馬上有一名學(xué)生站起來說：“老師，我知道三角形的面積公式是底乘高除以2，所以，只要量一量三角形的底和高是多少就能算出來?！边€沒有研究學(xué)生就會(huì)了，預(yù)先設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)和問題全泡湯了。我急中生智，用詢問的口氣問學(xué)生：“知道三角形的面積計(jì)算公式的同學(xué)請(qǐng)舉手！”結(jié)果大半以上的學(xué)生舉起了手?！澳敲矗銈冎廊切蔚拿娣e為什么用底乘高除以2呢？”學(xué)生搖頭不答。這不正是本節(jié)課要著力解決的問題嗎？于是，我首先肯定了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的態(tài)度，同時(shí)指出，這節(jié)課我們一起研究三角形的面積為什么用底乘高除以2來計(jì)算，比一比，看哪個(gè)同學(xué)，哪個(gè)小組能利用手中的學(xué)具最先驗(yàn)證。這樣抓住了“你知道為什么”這個(gè)有利于動(dòng)態(tài)生成的問題，讓學(xué)生處在一種“心求通而未得，口欲言而未能”的最佳心理狀態(tài)，以高昂的情緒投入學(xué)習(xí)的全過程，有時(shí)獨(dú)立操作，有時(shí)合作探究，有時(shí)討論交流，他們?cè)诨顒?dòng)中表現(xiàn)出潛在的聰明才智，大大激發(fā)了學(xué)生研究、探索問題的濃厚興趣。
二、抓錯(cuò)點(diǎn)資源促課堂生成
錯(cuò)誤是正確的先導(dǎo)，是通向成功的階梯，有時(shí)更是創(chuàng)新火花的閃現(xiàn)，學(xué)生的“錯(cuò)誤”是寶貴的，課堂正是因?yàn)橛辛恕板e(cuò)誤”才變得更加精彩，因?yàn)橛辛恕板e(cuò)誤”，課堂才有生機(jī)和活力，因?yàn)橛小板e(cuò)誤”課堂才更具靈性和個(gè)性。因此，對(duì)于學(xué)生在課堂上出現(xiàn)的錯(cuò)誤，我們不能急于解釋、下定論，而是要把錯(cuò)誤拋還給學(xué)生，引導(dǎo)他們從正反不同角度去修正錯(cuò)誤，給他們一些研究爭論的時(shí)間和空間，挖掘“錯(cuò)誤”中合理成分，從而讓學(xué)生在爭論中分析、反駁，在爭論中理解，在爭論中內(nèi)化新知，變學(xué)生的錯(cuò)誤為促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的有效資源。
三、抓亮點(diǎn)資源促課堂生成
課堂教學(xué)是一個(gè)教與學(xué)相互作用的動(dòng)態(tài)和不斷發(fā)展推進(jìn)的過程，在這個(gè)過程中活動(dòng)既有規(guī)律可循，又有靈活的生成性和不可預(yù)測性。教師在教學(xué)中要用“心”施教，充分挖掘?qū)W生的亮點(diǎn)資源，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中所表現(xiàn)出來的情感態(tài)度，只要是學(xué)生經(jīng)過自己的努力“創(chuàng)造”出來的東西，都應(yīng)該給予足夠的表揚(yáng)和鼓勵(lì)，幫助學(xué)生培養(yǎng)對(duì)數(shù)學(xué)的興趣，建立起對(duì)學(xué)生的自信心。例在一次教學(xué)練習(xí)課上，我讓學(xué)生練習(xí)這樣一道題，用簡便方法計(jì)算427-98，學(xué)生基本上都用剛學(xué)的簡便方法計(jì)算，427-100+2=329，但也學(xué)生這樣算：427-98=100+327-98=329，同學(xué)們都說他錯(cuò)了，這怎么能算簡便方法，真的錯(cuò)了嗎？我仔細(xì)觀察了他的算式，發(fā)現(xiàn)了算法中可貴的“閃光點(diǎn)”。于是，我問他“你為什么要把427分成100加327呢？”他回答：“100減98等于2，2再加327等于329，就不用考慮是否加2還是減2了?！倍嗪玫幕卮鸢。?guī)ь^為他的精彩而鼓掌，其他同學(xué)也跟著鼓起了掌來。同時(shí)大家指出了更合理的書寫，并重新板書：427-98=100-98+327=329或427-98=327+（100-98）=329，最后推廣到只要減去接近整百、整千的數(shù)都可以采用這種方法，我鄭重其事地把他的這種算法命名為“某某方法”。此時(shí)這個(gè)同學(xué)的臉上洋溢著驕傲和自豪。這樣抓住了學(xué)生這一“亮點(diǎn)”資源，將學(xué)生創(chuàng)新的火花燎旺起來，并以此點(diǎn)燃其他同學(xué)思維的火花，有力推動(dòng)了課堂的生成。
四、抓辯點(diǎn)資源促課堂生成
辯論引入課堂，從學(xué)生發(fā)展來說是潛能的開發(fā)，精神的喚醒，內(nèi)化的敞亮，獨(dú)特性的彰顯和主體性的弘揚(yáng)，從學(xué)生共同生命歷程來說，是經(jīng)驗(yàn)的共享、視界的融合與靈魂的感召。因此，教學(xué)過程中，我們應(yīng)善于捕捉學(xué)生爭論的焦點(diǎn)，巧妙地為學(xué)生創(chuàng)設(shè)爭辯的機(jī)會(huì)，慷慨地把時(shí)空讓給學(xué)生，讓他們敞開心扉，心與心交流碰撞。
1引言
光化學(xué)煙霧污染，是指大氣中的氮氧化物(NOx) 和碳?xì)浠衔?HC)等一次污染物在陽光照射下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，生成O3、PAN、高活性自由基、醛、酮、酸等二次污染物，參與光化學(xué)反應(yīng)過程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象[1]。
隨著國家環(huán)保力度的加大，大氣污染物的在線監(jiān)測項(xiàng)目的擴(kuò)大，臭氧超標(biāo)污染的報(bào)道屢見不鮮。2015年5月起，臭氧取代PM2.5，成為四川夏天空氣污染“殺手”。5月、6月、7月、8月，臭氧都居高不下，成為污染禍?zhǔn)?。臭氧污染超?biāo)的問題同樣也發(fā)生在南京，2015年南京臭氧超標(biāo)已達(dá)40 d成首要污染物。現(xiàn)實(shí)中，臭氧正成為環(huán)境污染的重要因素之一。
開封作為中原旅游與文化城市，對(duì)環(huán)境的要求日漸提高。開封市從2013年開始了空氣質(zhì)量6參數(shù)的監(jiān)測與統(tǒng)計(jì)。2013年全年臭氧作為首要污染物天數(shù)為54 d，其中達(dá)到輕度污染以上的14 d。2014年全年臭氧作為首要污染物天數(shù)為20 d，其中達(dá)到輕度污染以上的12 d，2015年全年臭氧作為首要污染物天數(shù)為23 d，其中達(dá)到輕度污染以上的12天。臭氧已成為新的重要污染物。因此，分析臭氧污染的特點(diǎn)與來源，更好的防治臭氧污染已迫在眉睫。
2監(jiān)測環(huán)境及監(jiān)測方法
選取開封市區(qū)內(nèi)具有代表性的監(jiān)測點(diǎn)位(河大一附院)進(jìn)行監(jiān)測統(tǒng)計(jì)。該點(diǎn)位位于開封市龍亭區(qū)，人口較為稠密，周邊為旅游區(qū)與商住居民區(qū)。站房位于河大一附院4樓頂，采樣口距地面大于1.5 m，距站房內(nèi)有PM10、PM2.5、SO2、NOx、CO、O3及氣象五參數(shù)。污染物監(jiān)測儀均使用美國ThomeFisher公司儀器。
所用監(jiān)測儀器定期進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，其中PM10、PM2.5、每周進(jìn)行流量檢查，定期更換紙帶，清洗外置采樣頭及管路。SO2、NOx、CO、 O3分析儀每周進(jìn)行一次校零和校標(biāo)，每季度進(jìn)行一次多點(diǎn)校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)審核時(shí)剔除異常點(diǎn)，數(shù)據(jù)均符合國家環(huán)境保護(hù)局的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
研究數(shù)據(jù)采用河南省環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)小時(shí)值。變化特征分析利用Excel軟件處理。利用SPSS17.1軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。
3結(jié)果與分析
3.1污染物濃度的時(shí)間變化特征
2015年4月23～5月3日，開封市臭氧污染物連續(xù)超標(biāo)，選取河大一附院站點(diǎn)各項(xiàng)污染物小時(shí)均值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出這幾天SO2、NOx、CO、O3、PM10、PM2.5的時(shí)間變化趨勢。詳細(xì)見圖1。
3.1.1污染期間污染物濃度特征
由圖1可知，在整個(gè)污染期間，SO2平均濃度26.99 μg/m3，最高濃度94 μg/m3， NOx平均濃度35.5 μg/m3，最高濃度106 μg/m3，CO平均值1.61 mg/m3，最高濃度3.7 mg/m3，均未超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。PM10平均值120 μg/m3，PM2.5平均值65.4 μg/m3，4月28日因?yàn)槌霈F(xiàn)暫時(shí)的大風(fēng)揚(yáng)沙天氣，PM10為首要污染物，最高濃度743 μg/m3。其余天數(shù)首要污染物均為O3，平均濃度183.8 μg/m3，最高值412 μg/m3，超過國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(160 μg/m3)。這是一次以高濃度O3為突出特征的光化學(xué)污染事件。
3.1.2污染物濃度日變化特征
由圖1可以看出，污染期間SO2、NOx、CO等污染物日變化呈現(xiàn)雙峰型。在0：00～10：00時(shí)段逐漸升高，且在7：00～10：00達(dá)到一天內(nèi)的峰值，隨后逐漸降低，在18：00～20：00之后逐漸升高，早晨氣態(tài)污染物的增高可能與上班人車流量增大有關(guān)，夜晚SO2、NOx、CO 升高可能由于下班車流人流增加與出現(xiàn)逆溫層污染物不易擴(kuò)散有關(guān)。顆粒物PM10和PM2.5多在7：00和23：00左右出現(xiàn)峰值，這主要是白天人類活動(dòng)增加與夜間邊界層的日變化特征造成，夜間出現(xiàn)逆溫層，顆粒物容易積聚形成高值。O3呈現(xiàn)單峰型變化。從0：00～6：00逐漸降低，隨后迅速升高，在 11：00～15：00到達(dá)峰值，隨后逐漸下降。臭氧在8：00～12：00的生成速率平均為25.4 μg/(m3·h)。最快可達(dá)到76.6 μg/(m3·h)。這與徐鵬的研究接近[2]。徐鵬對(duì)于重慶市的大氣污染濃度變化特征的研究表明，O3為單峰型的日變化形式，其中O3的日變化峰值出現(xiàn)在午后16： 00，而NOx及SO2的日最大值則出現(xiàn)在08： 00～11： 00; NO2和PM2.5的日變化模態(tài)呈雙峰型，有早晚兩個(gè)峰值。
通過分析可以知，SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5與O3有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系。SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5多在 7：00左右出現(xiàn)峰值，隨后降低。而O3則多在7：00左右快速升高，在14：00左右到達(dá)峰值，而SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5此時(shí)多為一天內(nèi)的谷值，這可能由于臭氧的形成主要由于SO2、NOx、CO、PM10、PM2.5等污染物在陽光的照射下進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧。說明SO2、 NOx、CO、PM10、PM2.5為O3的前體物。
O3生成積累主要依靠NOx循環(huán)[3]，化學(xué)反應(yīng)方程式：
NO2+hvNO+O
NO+HC+O2+hvNO2+O3
由于晚間NO氧化的結(jié)果，已有少量NO2存在，清晨大量的碳?xì)浠衔锖蚇O由汽車尾氣及其他源排入大氣。當(dāng)日出時(shí)，NO2光解離提供原子氧，然后NO2光解反應(yīng)及一系列次級(jí)反應(yīng)發(fā)生，-OH開始氧化碳?xì)浠衔铮⑸梢慌杂苫?，自由基將NO氧化成NO2，NO2光解產(chǎn)生NO并生成O3，這部分NO( 再生的NO) 將再次被自由基氧化成NO2，依次循環(huán)往復(fù)，完成NOx循環(huán)。臭氧的消耗主要用于氧化NO形成NO2，而此次污染期間NO平均注入量不高，僅為2 μg/m3，臭氧難以被消耗。高溫強(qiáng)輻射天氣使得NMHC氧化生成大量的過氧自由基，NO2的化學(xué)生成量較大，更多的再生NO被過氧自由基氧化，NOx循環(huán)次數(shù)多，導(dǎo)致最終生成的O3濃度極高。當(dāng)NO2達(dá)到一定值時(shí)，O3開始積累，而自由基與NO2的反應(yīng)又使NO2的增長受到限制;當(dāng)NO向NO2轉(zhuǎn)化速率等于自由基與NO2的反應(yīng)速率時(shí)，NO2濃度達(dá)到極大，此時(shí)O3仍在積累之中;當(dāng)NO2下降到一定程度時(shí)，就影響O3的生成量;當(dāng)O3的積累與消耗達(dá)成平衡時(shí)，O3達(dá)到極大。
3.2氣象條件的時(shí)間變化特征
氣象條件也是導(dǎo)致臭氧污染物形成的一個(gè)重要原因。將氣象數(shù)據(jù)(氣溫、氣壓、相對(duì)濕度)及臭氧小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。詳細(xì)見圖2。
由圖2可知臭氧濃度的變化與風(fēng)速、溫度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而與相對(duì)濕度有負(fù)相關(guān)關(guān)系。氣溫平均值22.47 ℃，多數(shù)時(shí)間低于30 ℃。相對(duì)濕度平均值：64.92%，風(fēng)速平均值1.72 m/s。風(fēng)速多數(shù)時(shí)間小于3m/s?？梢姶舜挝廴景l(fā)生在一個(gè)高溫、高濕、靜風(fēng)的氣象條件下。臭氧濃度與溫度時(shí)間軸變化一致，說明臭氧的變化取決于陽光的強(qiáng)度。紫外線是光化學(xué)反應(yīng)一個(gè)重要的條件因素[4]。前體物光化學(xué)反應(yīng)加速，加速臭氧增高。穩(wěn)定的氣象條件降低了污染物的消散，而高溫、高濕為一次污染物的光化學(xué)反應(yīng)提供了條件。
3.3污染物與氣象要素的相關(guān)性分析
選取2015年4月23～5月2日的大氣污染物六參數(shù)及氣象要素利用SPSS17.1軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果如表1。
3.3.1污染物之間的相關(guān)性分析
由表1可知，O3與其他污染物均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。O3與NOx相關(guān)性最高(-0.601)，與PM10的相關(guān)性不顯著。與CO、SO2、 PM2.5均呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。結(jié)合NOx 、CO、SO2、PM2.5與O3的日變化規(guī)律。可以看出NOx 、CO、SO2、PM2.5是O3主要的前體物。
O3與CO的相關(guān)系數(shù)(-0.488)明顯低于O3與NOx的相關(guān)系數(shù)(-0.601)，這表明除CO外，NMHC作為大氣中重要的還原物種，也是O3生成的關(guān)鍵前體物之一，由于本監(jiān)測站缺乏NMHC的觀測資料，本研究沒有進(jìn)行深入探討。NOx和CO的相關(guān)性較高，相關(guān)系數(shù)為0. 695，兩者兩者呈正相關(guān)關(guān)系，可能由于來源同為汽車尾氣。2015年的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，開封地區(qū)的NOx /CO 基本維持在0. 03 左右，而美國該值約為0.1[5]，而汽車燃油中CO不完全燃燒還是比較嚴(yán)重，也給O3污染提供一定的反應(yīng)條件。據(jù)報(bào)道，人類活動(dòng)排放的CO量增加1倍，臭氧濃度增加12%[6]。
PM2.5與CO、NOx、SO2均呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性，分別為：0.727、0.475、0.397，PM2.5與O3呈現(xiàn)較顯著的負(fù)相關(guān)性(-0.475)，環(huán)境空氣中的PM2.5主要來自2個(gè)方面，一方面是直接排放的PM2.5，包括揚(yáng)塵、采選礦、金屬冶煉、有機(jī)化工生產(chǎn)和餐飲業(yè)油煙等;另一方面是二次顆粒物，主要是前體物二氧化硫和氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)等排放到空氣中，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸鹽、硫酸鹽、二次有機(jī)氣溶膠等，造成PM2.5升高。本次研究中PM2.5與CO的相關(guān)性高于與NOx的相關(guān)性，一次顆粒物對(duì)于PM2.5的貢獻(xiàn)要大于NOx經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的二次顆粒物。但NOx是光化學(xué)反應(yīng)前體物之一，也是PM2.5的源頭之一。很多研究表明，污染日溫度高太陽輻射強(qiáng)烈，大氣光化學(xué)反應(yīng)異?；钴S，有利于二次粒子如硫酸鹽、硝酸鹽和銨鹽等的生成，這三者總質(zhì)量在夏季占細(xì)粒子質(zhì)量的1 /3 以上[7，8]。
3.3.2污染物與氣象條件之間的相關(guān)性分析
由表1中O3與氣象要素的相關(guān)性分析表明，O3與溫度的相關(guān)性極高( 0.772)，與相對(duì)濕度的相關(guān)性略低(-0.729)，與風(fēng)速的相關(guān)性最低(0.219)?？梢?，地面溫度和相對(duì)濕度是影響O3生成的重要因素。持續(xù)高溫期間，由于日照時(shí)間長、總云量和低云量較少、氣溫高，光化學(xué)反應(yīng)尤其活躍，往往容易出現(xiàn)高臭氧濃度值[9，10]。PM10與溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，PM2.5與溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)。
4結(jié)語
(1)2015年4月23～5月3日開封市除4月28日外其余天數(shù)主要污染物均為O3。O3超標(biāo)率多在10% 以上，其中5月1日超標(biāo)率高達(dá)30%，4月23日臭氧峰值最高達(dá)到412 μg/m3，這是一次以高濃度O3為主要表征的光化學(xué)污染事件。
(2)O3呈現(xiàn)單峰型變化。則從夜間至清晨逐漸降低，隨后迅速升高，在11：00～15：00到達(dá)峰值，隨后逐漸下降。臭氧在上午的生成速率平均為25.4 μg/(m3·h)。最快可達(dá)到76.6 μg/(m3·h)。SO2、NOx、CO多在夜晚與上午形成峰值。
(3)天氣晴朗，紫外線較強(qiáng)，加速了一次污染物的光化學(xué)反應(yīng)。相對(duì)濕度和風(fēng)速均較小，靜穩(wěn)天氣條件減弱了污染物的擴(kuò)散。
(4)O3與SO2、CO、NOx、PM10、PM2.5均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。與NOx相關(guān)性最高，與PM10的相關(guān)性最低。O3與CO的相關(guān)系數(shù)低于O3與NOx的相關(guān)系數(shù)。結(jié)合污染物的日變化規(guī)律，可以看出SO2、CO、NOx、PM2.5是O3主要的前體物。 NOx和CO的呈較顯著正相關(guān)，說明兩者的來源相近，同為汽車尾氣的排放。
PM2.5與CO、NOx、SO2均呈現(xiàn)正相關(guān)性，與O3呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，說明CO、NOx、SO2為PM2.5形成的重要前提物，O3與SO2和NOx的光化學(xué)反應(yīng)也造成大氣中二次顆粒物的產(chǎn)生，導(dǎo)致O3消耗降低而PM2.5升高。而PM2.5中VOC的光解析也可導(dǎo)致NOx、自由基的升高，加速臭氧的形成。
(5)O3與溫濕度的相關(guān)性極高，與風(fēng)速的相關(guān)性最低?？梢?，地面溫度和相對(duì)濕度是影響O3生成的重要因素。局地光化學(xué)反應(yīng)為主對(duì)O3起增值作用。PM10與溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，PM2.5與溫度和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)。
開封市此次光化學(xué)污染過程的主要原因是由于在穩(wěn)定的氣象環(huán)境下氣態(tài)污染物及顆粒物不易擴(kuò)散，晴穩(wěn)天氣條件下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致O3濃度急劇升高，而臭氧的升高也造成了PM2.5中二次顆粒物的產(chǎn)生，形成污染。因此，減少汽車尾氣、工業(yè)生產(chǎn)中的NOX等一次污染物的排放是解決城市光化學(xué)污染的當(dāng)務(wù)之急。
