教学设计与应用

教学设计与应用（精选12篇）

教学设计与应用 篇1

近几年, 我县财政加大了对教育的投入, 基本实现了网络校校通、多媒体班班通, 中小学的课堂教学纷纷进入了信息技术与课程整合的阶段。但在管理与应用中也存在几个问题:一是教师对现有的学科资源不了解, 要用教学资源时到处寻找, 花费了很多时间, 下载后要加工处理, 但用完后又随手删除, 教学资源不能分享, 造成资源的严重浪费。二是教师掌握现代教育技术的程度不一, 部分教师对使用互联网尚存在障碍, 无法顺利收集网络资源。此外, 教师也无法判断网站的安全性, 往往在下载的过程中导致病毒入侵, 难以营造自觉应用远教资源的校园氛围。三是思想观念没有更新, 难以形成应用远程教育资源的内在动力。

那么, 如何围绕“以资源建设为核心, 以资源应用为关键, 以提高教育教学为根本”这一教育信息化建设的基本原则, 使远程教育建设工作落到实处, 管好设备、用好资源、真正出效果呢?我认为应着重考虑以下两点。

●以硬件建设为基础, 紧抓资源建设与资源管理

在目前硬件建设基本到位的情况下, 首先应抓好资源建设及资源管理。自2005年我县教育网站开通以来, 县电教馆就注重对教学资源的管理, 要求每所学校都要建设校本资源库, 对教师上课时使用的修改过的课件进行收集整理, 实现了校内教学资源的共享。但这种资源管理还比较混乱, 查找也不方便, 于是我们就鼓励部分有条件的学校建设教学资源管理系统与应用平台, 为广大中小学有效管理、使用提供了强大的软件支持, 使众多的优秀教学资源为教育教学服务, 教育局也建立了县级资源管理平台。教学资源管理与应用平台使教育资源库结构清晰、调用容易, 子模块又按年级、学科进行分类, 极大地方便了教师的使用。

1.教学资源的收集管理

按资源库建设技术规范要求, 以教学资源便捷和适合教师使用为目标, 以学校资源库为资源集散地, 全校教师全员参与, 学校教师可随时调用。并与县名师工程建设相结合, 建设了县级教学资源管理与应用平台。

2.校园网的建设

想要达到教学资源点击鼠标即可“手到擒来”, 校园网是先决条件。为此, 县电教馆牵头与电信签订协议, 实现了全县各中小学校校宽带通, 并为各初中校与中心校建设了校园网。

3.教学资源管理与应用平台的特点

教学资源管理与应用平台作为教学的辅助工具, 具有易操作、资源丰富的特点。教师在平时的教学中, 只要登录这个平台, 就能找到所需资源。同时减少了大量的人力、财力投入, 每位教师把自己所用过的好的教学资源提交到教学资源库, 资源库管理者对资源加以修改过后放入资源库, 使用者可以对其加以甄选、修改。

●以资源应用为落脚点, 提高教育教学质量

1.应用的关键是教师

自学、集中培训、以赛代训等都是可采用的方式。培训的内容不仅应包含如何使用设备, 更要教会教师如何整合资源来上课。45岁以下的中青年教师必须能够掌握和熟练运用多媒体辅助教学手段, 骨干教师能制作适合教学要求的多媒体课件。受过培训的资源管理教师, 要有步骤地对学校所有教师进行培训。县电教馆应制定详细的教师培训方案和培训计划, 采取多种方式, 与省、市电教馆及省市教育学院配合对所有教师进行轮训。培训内容包括以下五方面。

(1) Windows、Word、Excel及Power Point的基本操作。

(2) 利用远程教育资源进行教学设计及课堂应用。

(3) 卫星接收天线的安装与调试, 卫星数据接收卡的安装与使用。

(4) 远程教育资源的下载、收集、整理。

(5) 计算机基本维护及网络管理培训等。

2.应用的重点是面向学生

要让信息技术走进课堂、面向学生、用于教学, 让广大学生享受到优质的教育资源。计算机教室也不能仅仅用于上信息技术课, 更不能仅仅用来学打字, 而要与多媒体教室结合起来, 尽可能多地用于各学科的教学和开展各种教育活动。让学生主动获取、整理、创造性地加工信息, 鼓励学生进行小组合作探究性学习, 共同提高。教师通过创设情境、组织、引领、指导等手段, 借助多媒体技术的优势培养学生收集、处理信息的能力。远程教育与课程整合应遵循以下四条原则。

(1) 运用先进的教育思想、教学理论作指导。积极推进多样化的教育技术手段与新型教学方式在教育教学过程中的应用, 逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式的变革, 实现农村中小学教育质量的整体提高, 促进学生的全面发展。

(2) 紧紧围绕“新型教学结构”的创建这一核心来进行整合。要求教师在进行课程整合的教学设计工作中, 密切注意教学系统中教师、学生、课程、教学媒体四要素的地位和作用:观察通过自身将要进行的“整合”, 能否使各要素的地位和作用与传统教学过程相比发生某些改变, 改变的程度有多大?哪些要素将会改变, 哪些还没有, 原因在哪里?只有紧紧围绕这些问题进行分析, 并做出相应的调整, 使得通过最终教学设计所建构的教学模式能较好地体现新型教学结构的要求, 这样的整合才有意义。

(3) 注意运用“学教并重”的教学设计理论来进行课程整合的教学设计。教学设计理论主要将“以教为主”和“以学为主”的两大类教学设计结合起来, 取长补短, 形成优势互补的“学教并重”教学设计理论;这种理论适应“既要发挥教师主导作用, 又要充分体现学生学习主体作用的新型教学结构”的创建要求。在运用这一理论进行教学设计时, 应充分注意的是, 对于以计算机为基础的信息技术, 都不能将其仅仅看作是辅助教师“教”的演示教具, 而应当强调把它们作为促进学生自主学习的认知工具与情感激励工具, 并要把这一观念牢牢地、自始至终地贯彻到教学设计的各个环节之中。

(4) 注意结合各门学科的特点建构易于实现学科课程整合的新型教学模式。能体现新型教学结构要求的教学模式很多, 因学科而异。每位教师都应结合各自的学科特点去构建既能实现信息技术与课程整合, 又能较好地体现新型教学结构要求的新型教学模式。模式的类型是多种多样的, 不应将其简单化。从最有利于创新人才培养的角度考虑, 我们应深入研究“研究性”学习模式和“协作式”学习模式。

3.以赛带训

远程教育资源管理教师和骨干教师要率先利用远程教育资源上好优质课、公开课、示范课和观摩课。积极鼓励其他教师利用网络资源参加各类评优活动, 每学期学校开展一次教学评优、课件制作、教学设计、优秀论文等评选活动, 评选结果将作为教师评优、职称评审、骨干教师评选的依据之一, 参赛和获奖作品的数量和质量将作为学校年度考核的内容之一。县里也组织开展了农远优质课与优秀教案评选, 还选送大量优秀作品参与市优质课评选与福建省“三优联评”比赛, 并取得了很好的成绩。

我们还准备进一步建设县域录播平台, 将公开教学中的示范课同步播放出来让教师们学习观摩, 优秀教案可供教师参考, 同步课堂中的习题还可以帮教师减少自己编考题或作业的劳累。

总之, 教学资源的管理与应用, 要以教学资源管理与应用平台为依托, 学校为基础, 动员全体教师共同参与;以教材为根本, 以资源共享为目的, 以科学的管理为保证, 以合理的应用为途径, 使得教学资源管理与应用平台通过校园网络有效地为教育教学服务。

教学设计与应用 篇2

[标准化测试] •

o

1、您认为从书包到电子书包变化的本质是什么？ o

A减轻了书包的分量 o

B增加了更多学习资源 o

C功能更加强大

o

D改变教与学的方式 • 【正确答案】: D •

o

2、电子书包可以从哪两个视角来界定？

o

A可移动的学习设备 o

B数字化学习设备 o

C全覆盖的校园网络 o

D数字化的学习环境 • 【正确答案】: A，D •

o

3、电子书包的课堂里师生的关系应该是什么样的？ o

A教师主导的 o

B学生主导的 o

C师生平等的 • 【正确答案】: C •

o

4、从当前的教学实践看，电子书包环境下的教学方式主要有哪两类？ o

A主题探究型的项目学习模式 o

B资源利用型的自主浏览模式

o

C课上使用交互式学习软件的学习模式 o

D远程协助型的专家辅导模式 • 【正确答案】: A，C •

o

5、“电子书包环境为教学提供了很多支持性的技术条件，所以它最大的优势应该体现在能够通过技术应用提升单位时间的学习效益。”这个说法正确吗？ o

A正确 o

B错误

通用教学设计的原理与教学应用 篇3

关键词 通用教学设计;原理;教学应用

分类号 G441

1 通用教学设计的提出

“通用设计”这一理念最早源于无障碍设计的思想，这一思想提出后迅速在欧洲、美国和日本流行起来，其早期的设计理念是建立无障碍的建筑环境，到了20世纪70年代，这一理念获得了政治上的支持，并很快在建筑学、土木工程、人因工程学方面得以运用。（David H.，Anne Meyer，2007）

1987年，罗恩·梅斯（Ron Mace）创造了“通用设计”这一术语，他指出通用设计旨在鼓励市场设计和生产的产品能被最广泛的用户使用。这一思想表达了一种“尽可能包容”的设计哲学。自20世纪80年中期起，教育研究者开始把通用设计的概念移植到教育领域中以来，被广泛地应用于教学设计、学习和评估等方面。“美国特殊技术应用中心”（Center for Applied Specical Technology，CAST）结合大脑研究的最新成果和计算机及网络通讯技术，提出了一个新的教学模式，称为“通用学习设计”（Universal Design for Learning，UDL）。通用学习设计是指精心设计教学资源和活动，以使在听、看、说、读、写、行动力、记忆力、理解力等方面有差异的学生都能够达到学习目标。这是通过提供给那些能力不同的学生灵活选择的课程资源和活动来实现的，其选择途径是（事先而不是事后）嵌入在教学设计和教育资源的运行系统之中，最大化每个学生的学习机会，此即“通用学习设计”理论的初衷（盛群力，吴海军，2009）。通用教学作为一种新型的教学设计思想，在教学内容、教学工具、学习环境和学习支持系统等方面为学生提供了多样化的选择机会，同时为教师设计这种系统提出了有效的指导。

2 通用教学设计的三个系统

通用教学设计是一种基于脑科学和计算机网络技术的有效的教学实践。通用学习设计的框架是建立在认知和神经科学基础上的。认知心理学的研究表明，人们的认知过程包括记忆、语言处理、问题解决等，这些过程既彼此独立又相互作用，人们解决问题的过程常常变得十分复杂。生理学和心理学的研究表明，大脑中有三个学习区域：识别网络、策略网络和情感网络。识别网络帮助学生感知事物，辨别和理解信息、观念和概念;策略网络使学习者能够计划、执行和监控各种行为;情感网络使学习者能够积极参与学习任务、关注周围的世界。人脑存在三种不同的学习网络，教师在教学时就要考虑这三种网络的特点。每个学生的这三种学习网络是不同的，他们对不同类型的学习媒体、学习方式的喜好是有差别的，那么如何在同一课堂里满足不同学生的需求，最大限度地促使他们参与学习呢？这就要求教师在内容、方法的选择等方面要与三种学习网络相匹配。基于三种网络系统的不同，通用教学设计提出了三种类型的支持系统。

2.1 识别支持系统

通用学习设计要求课程设计要针对学习者各自的生理和认知特点，选择适当的内容，通过适应学生辨识事物和信息的灵活多样的方式呈现学习内容，促进学生对知识的理解与迁移。

2.1.1 选择多种知识呈现方式，促进学生的感知

教学过程中如果学生不能感知最初的信息，那么后续的学习也就无从产生。为了减少学生感知方面的障碍，学习材料需要以适合于每一个学习者的方式来呈现。传统教学的材料主要是文本，而有些学生特别是那些存在视力障碍、学习障碍以及身体有缺陷的学生在学习文本材料时会感到困难。为了更好地帮助学生感知事物、获取信息，教师可以采取多种手段和方法促进学生的有效识别，尽量消除感知觉等造成的学习障碍。首先可以使学生通过不同的感觉通道来学习教学内容，有的学生喜欢用听觉材料，有的学生喜欢用视觉材料，而用不同媒体呈现的教学内容，能使所有学生都受益。数字技术可以提供多样化的媒介，同一内容可以同时由电子版本、音频、视频、图片、盲文等方式共同呈现，使得各种类型的学习者都能够公平地获得知识。其次，还可以让学生自主调整呈现的信息。传统的印刷材料呈现信息的方式往往是固定不变的，而在通用教学设计精心准备的教学环境中，信息的显示却可以做到灵活多样，如使文字变大或者声音增强。

2.1.2 激活先前知识，促进新旧知识的联系

教师在呈现新知识之前，先向学生提供或激活必要的背景知识，学生将更易获得和同化这些信息。如果学生缺乏吸收和运用新知识所必需的背景知识，他们就会因这种障碍而无法平等获取知识。如果教学中能够提供或者激活相关的背景知识，或者链接到存于别处的必要信息，这些障碍将会减少。例如：通过激活相关旧知识，展开抛锚教学;使用先行组织者;预先通过讲解示范、模型和实物等教授必要的关键概念;用推论和比喻将新旧知识联系起来。

2.1.3 突出关键特征，促进学生的理解

通过感觉通道获取信息只是教学的一个目的，知识的理解和运用更为重要。通用教学设计主张通过引导和提示来帮助学生将注意力集中到信息的关键部分，这样，学生就可以识别出信息的关键特征，从而实现高效的学习。关键特征可以是一个概念的本质特征，或是新旧知识之间的联系，亦或是概念之间的不同。通用教学设计中，可以用以下方式来突出关键特征：一是突出文本、图形、图表中的关键元素;二是使用提纲、概念图、知识树等强调关键概念;三是提供多重样例，特别是正例和反例，突出概念的关键特征。

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2.2 策略支持系统

有效的学习者可以为问题解决制定战略目标。通用教学设计可以通过内嵌支架循序渐进地教会每个学生如何提出切实可行的学习目标，使教学内容与每个学生的学习优势相匹配。

传统的教学中使用的教材或文本材料只能提供有限的交互作用方式，如翻页或者做笔记等，所有学生以同样的方式回应同样的内容，而实际上学生解决问题的策略是具有极强的个性化和可变性的，这些广泛存在的差异性要求灵活地建构组织学习材料，以便适应学生的认知能力。一是提供给学生多种方式来表达自己的观点，而不只是纸和笔。学生可以采取言语、图解、打字和录音的方式作答，学生可以把艺术作品、照片、音乐等加入文本中更好地表达自己的观点。二是为学生提供问题解决的多种有效策略。教师可以通过设计教学安排顺序表和项目计划模板，向学习者展现熟练者的思维过程;将长期目标划分为多个易于实现的目标。要成功地将信息转换成有用的知识通常需要运用一定的认知策略来加工信息。这些认知策略包括选择和加工信息，从而更好地对信息进行概括、分类、排序、情境化和记忆。有些学习者可能拥有这一系列策略并懂得何时运用，而另一些学习者并不具备这样的能力。对于后一类学习者，最好的方法是明确地传授这些策略并让他们在学习情境中练习如何合理应用。设计良好的学习材料能提供因人而异的嵌入型示范、辅导以及反馈，来帮助不善于应用这些策略的学习者。例如：给任务序列中的每一步以明确的提示;有交互的示范，引导学习者探究和反思活动;由扶到放的渐进式辅导支持信息加工策略;随机进入教学，灵活选择内容;将信息划分成较小的模块呈现;有序呈现信息，依次强调重点。三是提供多元的评估与测试手段。作为课程设计的重要环节，多元学习设计要求评估必须采取多种表达方式和途径，考查学生对内容的掌握程度，而不是不加批判地沿袭千人一面的标准化考试手段。这些方式必须是学生熟悉的、习惯的并且能够自如控制的，也就是说要与对学生所采用的教学方法相协调，实现个性化的评估方式。比如，考虑在考试中通过运用音乐、视频、表演、电脑制作、作品集等方式表达学生对学习内容的掌握程度。

2.3 情感支持系统

首先，选择学习内容。学生可以选择他们喜欢的学习方法和学习材料，教学内容也要和学生的兴趣匹配。教师提供多元的、灵活参与的学习任务或教学方法，激发学生的学习动机和参与热情。使学生对学习保持兴趣具有极大的挑战性，这是教学设计中最困难的一个环节。计算机多媒体教学资源可以允许教师通过调整任务的难度水平，提供多种选择，适应不同学生的技能水平、兴趣和喜好，确保每一个学生都能达到教学目标。例如，学生可以选择他们喜欢的学习方法学习新材料（如一个学生可能用与时间竞赛的方法学习词汇，其他的学生可能编创一个故事来学习新单词），教学内容也要和学生兴趣匹配（如一些数学规则用讨论曲棍球或马术的规则的方式展开）。其次，设置教学情境，增强学生的学习兴趣。教学活动尽可能与学习者个人生活相联系，与社会生活相联系，适应学生的身心发展特点，具有参与性。根据学生的特点，为学生提供多样的参与选择，营造充满学习机会的环境，有效激发学生的学习兴趣和动力。最后，增强学生的意志力，加强学生的自我调节能力的培养。在教学中提高自我反思和自我巩固的频率，教育学生依据个人的优势和劣势来设定学习目标，教会学生仔细和准确监控自己的情绪。可以利用记录装置、提示和图表帮助学生学会收集、制作和呈现自身行为的数据等，由此达到监控行为、实现改变的目的。指导学生进行多样化的选择，使他们逐步学会反思自我和监控情绪。

通用教学设计的主旨是保证全体学生发展。通用教学设计认为没有同质的教室，每个学生的学习方式都是不同的，每一教室教和学的需要是多样的。通用设计既注重个别指导，又注重面向全体，目的在于提高全体学生的学习能力。

3 基于通用教学的PAL模式简介

2004年，CAST组织为通用教学设计运用于实际教学中提出了PAL模式（planning for all students），即为所有学生制订计划。

PAL模式包括以下几个步骤：首先，明确任务设定科学的教学目标;其次，了解、分析学生的认知特点和发展水平;再次，把通用教学设计理论应用到课堂中;最后，按通用教学理论所设计的计划进行教学。

PAL模式为教师提供了实际可操作的步骤，从而充分发挥了通用教学设计对教学的指导作用。

表1 传统教学和通用教学的不同（以阅读教学为例）

传统教学 通用教学

为个人默读选择文章 事先呈现文本，告知阅读目的、策略等

整节课讨论 复习、口述

回答问题答案 和同伴一起说出来

多选或简答测验 和同学分享

4 启示与借鉴

通用教学设计理论及PAL模式的一些理念可以弥补传统教学设计中单一、死板的模式。教师要使学生获得知识，就要承认学生的差异，运用各种方法，借助各种工具，用不同的方式呈现信息来使所有学生都得到发展。这一理念对我国的教学设计现状有很大的启示。在我国，很多教师在设计教学过程中，更多地只是关注教材，不管学生能不能接受，只是照本宣科地把教材中的内容按照自己的思路讲下来。这样以教材为中心的教学设计，肯定不能适合所有学生。还有些教师，在进行教学设计的时候只考虑一些优秀学生或大部分学生的现状和需要，而忽视一些存在学习障碍的学生，这对这些学生的发展是极其不利的。因此，教师在进行教学设计的时候要借鉴通用教学理论，充分关注每个学生，考虑到他们的差异，这样的教学才能使更多的学生得到发展。

通用学习设计发现差异，承认差异，并充分利用现代化的手段以及多样化的教学方式关注每一个学生的发展。然而，长期以来，通用学习设计更多停留在概念构建和理论探讨的阶段，有关通用学习设计的实证研究以及教学实践还很不足。

参考文献

David H. Rose，& Anne Meyer（2007）. Teaching Every Student in the Digital Age：Universal Design for Learning. Educational Technology Research and Development，55，521—525.

盛群力，吴海军.（2009）.多径通达教与学模式. 现代教学，（4），13—14.

“复数及其应用”教学设计与反思 篇4

关键词：整合,活动,反思

一、教材分析

“复数及其应用”是江苏省教育出版社凤凰职教《数学》第四册第17章的内容.本章是在整数、有理数、实数的基础上的总结与扩展,在学习过整数、有理数、实数的概念和运算,一次方程和一元二次方程、平面直角坐标系后,再介绍平面向量、任意角的三角值等知识的基础上介绍了复数的概念、复数的代数运算、复数的几何意义、三角形式和三角形式的乘除、乘方运算.对于职业学校的学生来说,学习一些 复数的基 础知识是 十分必要的,这不仅使学生可以对数的概念有一个较为完整的认识,而且也为运用数学知识解决问题增添了工具,同时复数知识还为某些专业知识打下了基础.

本章所介绍的复数内容是学生以前没有接触过 的全新的内容,但复数的概念是实数概念的扩展.复数的运算遵循实数运算的运算律和运算顺序.为了使学生顺利地掌握本章的内容,教材突出了复数的概念、运算与实数的概念、运算之间的类比,即类比实数的概念和性质讲复数的有关概念和性质;类比平面直角坐标系讲复平面;类比实数的运算讲复数的运算,注意知识的发生、发展过程.学生的数学学习是对数学知识的一种特殊认识过程,这一认识过程也必须遵循从感性认识到理性认识,又从理性认识到实践的过程,这个过程反映到对具体知识的编排上,那就是要从实际事例的分析中或者对已有知识的分析、推 理中引入 新的概念,通过观察、比较、分析、抽象、概括得出结论.

因为我任课的班级是服装专业,所以略去了极坐标形式的介绍和电学的相关内容.另外也删除了太过专业的指数形式.所以将原来书中的四节重新整合成如下三块:

二、学情分析

学生已经学习过整数、有理数、实数的概念和运算,一元一次方程和一元二次方程、平面直角坐标系,平面向量、任意角三角值等知识,但数学基础欠扎实,知识遗忘较快,个体差异十分明显.学生对数的概念已经扩充到实数,也已清楚各种数集之间的包含关系等内容,但知识是零碎、分散的,他们对数的生成发展的历史和规律缺乏整体认识,知识体系还未形成.另一方面,学生对方程解的问题会 默认为在 实数集中 进行.学生探索 分析、解决问题的能力不强,对旧知识的掌握持久时间相对来说比较短,计算能力还有待提高.而文科类女生思维灵活性不是特别好,对知识间的联系,在理解和应用上有一定难度,反应速度相对较慢,学习习惯有待改善.比如完成作业后学生对正确答案的求知欲很低.大多数学生对学习数学的兴趣需要培养,自信心要增强.有些学生情绪化特征较明显,如一得到表扬肯定,易喜形于色.她们有学好数学的想法,喜欢老师指导她们课前复习,课堂多提一些关联性的小问题串起学习的内容.她们在教师的引导下能够跟着思考,能够听懂基本内容.

三、教学目标

1.知识与技能.理解复数的几何 意义;会用复平 面内的点和向量来表示复数,了解它们之间一一对应的关系;知道实轴、虚轴上及各象限内的点所对应的复数的特征;掌握复数的模、辐角的概念及其计算公式,会用计算器求复数的模和辐角;理解复数的三角形式的定义,会进行代数形式和三角形式之间的转化;掌握复数三角形式的乘除和乘方运算.

2.过程与方法.渗透转化、数形结合 的数学思 想和方法,提高分析、解决问题的能力;通过用复数的模和辅角来表示复数的实部和虚部,使得新旧知识结合;通过类比知道在进行复数乘除及乘方运算时采用三角式使计算变得简便,通过由两个三角形式的复数相乘拓展到多个三角形式的复数相乘,再到特殊的多个相同复数的三角形式相乘得到棣莫弗定理.

3.情感、态度与价值观.引导学生观察现象,发现问题,提出观点,验证结论,促使学生形成良好的学习思维品质;充分发挥学生的主观能动性,激发学生的学习热情,增加学生的求知欲;注意观察、发现、对比、分析和归纳.

四、教学重点难点

1.重点.复数的几何意义,复数的模、辐角及辐角主值,理解复数的三角形式的定义,复数三角式的乘除.

2.难点.复数的几何意义,复 数 代 数 形 式 化 为 三 角形式,非标准的复数三角形式化成标准的三角形式.

五、教学过程设计

第一环节设置了三个问题:

问题1对于复数a+bi和c+di(a,b,c,d∈R),你认为满足什么条件时,这两个复数相等?(a=c且b=d,即实部与虚部分别相等时,这两个复数相等)

问题2若把a,b看成有序实数对(a,b),则(a,b)与复数a+bi是怎样的对应关系?有序实数对(a,b)与平面直角坐标系中的点是怎样的对应关系?(一一对应关系)

问题3类比实数的性质,你能否找到用来表示复数的几何模型?还能得出复数其他的一些性质吗?

学生通过回忆、猜测、回答,小组讨论 达成共识:确定一个复数的条件是什么,以有序实数对为桥梁在复数和点之间建立联系,教师启发学生类比实数的性质找到复数的几何模型,引出新课,以学生熟悉的知识为载体,采用类比的方法,引导学生对比、思考,调动他们学习的积极性和主动性.再小组合作讨论,这样可以活跃课堂气氛,拓展思维宽度,从而使新课更加顺理成章地展开.

教师借助PPT给出复平面的概念,这里设计了两个活动.

活动1学生前后四人为一个小组讨论思考,上黑板标点,巩固复平面的概念、复数与点之间一一对应的关系,由特殊到一般的引导学生理解实轴上的点都表示实数,虚轴上的点都表示纯虚数,理解实轴是一条直线,虚轴是除去原点外的y轴.

活动2请学生两人一组为单位,小组合作,一个给出复数,另一个画出向量在活动中进一步体会数形结合,加深理解复数、复平面内的点.起点为原 点、终点为Z的向量,它们之间一一对应的关系.设计的活动让学生参与性更强,来自学生的例子“更鲜活有生命力”.

学生通过归纳得到复数的几何意义,这里我又设计了一个比学赶帮的活动.

活动3 (1)在复平面内,分别用点和向量表示下列复数:4;2+i;-1+3i;3-2i;-i.

(2)“a=0”是“复数a+bi(a、b∈R)所对应的点在虚轴上”的( ).

A.必要不充分条件

B.充分不必要条件

C.充要条件

D.既不充分也不必要条件

(3)复平面内,表示一对共轭复数的两个点具有怎样的位置关 系?第二象限 的点表示 的复数有 何特征?第三、第四象限呢?

学生由活动1、2归纳复数的几何意义,过渡自然不唐突.活动3中的(1)是强调三者之间的关系;(2)是强调虚轴上点对应的复数实部有什么特征;(3)是从共轭复数以及象限内点的角度强调他们所对应的点和复数有什么特征,这样多个角度的练习可以有效地解决学生理解复数几何意义时所遇到的困难.

在复数几何意义的基础上提出问题1,请学生思考从向量模的角度解释,教师引导学生注意复数与向量的对应关系,自然引出复数的模的概念.

此处设计一个比学赶帮的活动.

活动4

(1)已知复数z1=3+4i,z2=-1+5i,试比较它们模的大小.

(2)P71思考交流:说出1、i、-1、-i的模.

(3)若复数z=3a-4ai(a<0),则其模长为.

(4)P72问题解决1:模相等的复数在复平面内形成一个什么样的图形?|z|=2呢?

问题1:这里提出来是为了从向量的角度来理解虚数为什么不能比 大小,自然引出 复数的模 的概念.(1)(2)是为了理解复数模的概念设计的(学生口答)(3)包含了含字母的负数开方的问题,这是前面我们学生掌握不扎实的难点,这里结合模的概念进一步巩固,(4)是为了加深学生对复数模的理解,强调模相等的复数不一定是相等复数,进一步渗透数形结合的思想.由活动4抛出问题2,引出复数辐角的概念.通过如何在直角坐标系里表示角强调辐角不唯一.和学生一起完成如何在直角坐标系里画角,这是大家熟悉的知识,可以营造大家齐声回答问题的氛围,活跃课堂气氛.

由辐角都是终边相同的角不唯一给出辐角主值 的范围,进行相关的约定规定.这里我设计了活动5.

活动5画出1、i、-1、-i的辐角,学生以小组为单位协作讨论正实数、负实数、纯虚数的辐角是 多少?思考P72问题解决2辅角相等的复数在复平面内形成一个什么样的图形?推荐代表回答.

活动5引导学生主动由特殊到一般的归纳正实数、负实数、纯虚数的辐角,再来思考问题解决2,衔接自然流畅.这样可以有效地巩固辐角主值的概念,强调一个复数的辐角主值是唯一的,但是没有一一对应的关系.

由活动5的归纳设计活动6.

活动6引出实虚部都不为0的复数的辐角该如何得到是很自然的.将实虚部都不为0的复数分成两类来求辐角条理上显得十分清楚.对于第一类如按计算器有些情况只能得到近似值,而且通过数形结合解决第一种情况是很有必要掌 握的.对于方法2,教材是一 句话带过,而且教材中出现的位置个人认为十分不合适,新的计算器完全可以更有效率地解决这种情况下辐角的问题,没必要这样计算了,可以略过不讲.

六、教学反思

六年级《计算与应用》教学设计 篇5

六年级《计算与应用》教学设计

教学目标：

1、会分别进行简单的小数及分数的加减乘除预算及混合运算。

2、能结合现实素材理解运算顺序，并进行简单的整数四则混合运算。

3、经历与他人交流各自算法的过程。

4、能灵活运用不同的方法解决生活重的简单问题，并能对结果合理性进行判断。

5、借助计算器进行复杂的运算，解决简单的实际问题，探索数学规律。

6、了解比例尺，在具体情境中，会按给定的比例进行图上距离与实际距离的换算。

7、在实际情境中理解什么是按比例分配，并能解决简单的问题。

教学重点和难点：

在交流和反思中改掉计算毛病、养成良好的计算习惯。

教具准备：小黑板、课件

教学过程：

一、创设情境、导入复习

出示小黑板：一部分加减乘除计算题。鼓励学生结合具体的计算过程说一说整数、小数、分数的加、减、乘、除法是怎样算的，交流各种运算的计算方法和四则运算的顺序。这部分是学生进行计算的基础，结合具体的例子鼓励学生说说为什么这样算？

二、回顾整理、构建网络

1、引导学生对自己以往学习中经常出错的题目进行整理和回顾，说说计算中应注意的问题。教学时，可以先让学生课前整理，课上独立思考，然后在小组交流各自错误，并整理出错误类型，最后在全班交流，教师应鼓励学生说出自己出错的原因和计算中需要注意的地方。

2、补充练习：

31.50＋160÷40（58+370）÷（64-45）

32.120-144÷18+35

33.347+45×2-4160÷52

34（58+37）÷（64-9×5）

35.95÷（64-45）

36.178-145÷5×6+42 420+580-64×21÷28

3、出示课本第4题：鼓励学生运用计算解决实际问题，并回顾总结解决实际问题的过程。对于可以直接利用运算意义加以解决的实际问题。（本题可以让学生自由说一说计算的方法，如：可以借助线段图分析，可以用找单位“1”的方法来分析）

4、出示第6题：鼓励学生回顾有关比例尺的应用题和比的问题。这部分内容包括计算比例尺、求实际距离、求图上距离、比的应用。教材只回顾了一部分内容，教师可以根据学生情况进行适当补充。需要注意的是，学生完全能够根据比的意义和比例尺的意义解决问题，不需要背诵所谓的解体过程。

三、重点复习、强化提高

1、计算

236+64 1-0.25 312÷3 5.01-1.8 1.63+2.3 1.25×8

38÷4 3.75÷0.25 0.72÷0.6 1/6+3/8 18×2/3 16/9÷2/

3师：由于在计算中遇到各种各样的问题，下面以小组为单位，把你们认为易错的一道题，在练习本上完成，并相互交流。明确整数、小数、分数的加法意义相同，减法意义相同，除法意义也相同，只有乘法意义在分数和小数中有扩展。

2、做54页2题本题让生先说运算顺序在计算，集体订正。

四、自主检评、完善提高

1、一批货物，驾车单独运4小时运完，一车单独运5小时运完。两车合运，2小时后，余下的由乙车运，还需多少时间可以运完？

2、两列火车从甲、乙两地同时相对开出，甲车每小时行驶54千米，比乙车速度慢10%。经过3时，两车行了全程的75%。甲、乙两地相距多少千米？

3、有一种衣服现售价是34元，比原来定价便宜15%。现在比原来定价少多少元？

4、粮店运进一批豆油。第一天卖出240千克，第二天卖出320千克，还剩总数的4/9。这批豆油有多少千克？

5、某服装厂上半月完成全月计划的40%，下半月生产服装1800套，正好完成全月计划。下半月比上半月多生产多少套？

6、做55页3、4、5、6、题：要求：（1）读懂题意（2）找到题中的数量关系（3）选择解决问题的方法，列式计算（4）对答案进行检验

7、做56页7—10题，小组讨论方法并交流

8、做57页11、13、15题学生独立完成集体订正，出示小黑板。

9、板书设计：

计算与应用

1、展示自己的错误及改正措施

学生1学生2„„

2、交流解决实际问题的步骤

五、教学反思：

教学设计与应用 篇6

关键词:工作过程;学习领域;学习情境

中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)33-0011-02

1教学改革背景

教高[2006]16号文件中明确提出:要大力推行工学结合,突出实践能力培养,改革人才培养模式。工学结合体现了校内学习与校外工作相结合的特点,带有浓厚的职业导向,具有鲜明的市场化运作特征[1],是加强职业教育与用人单位需求对接的关键举措。探索和实践工学结合的人才培养模式,成为了新时期高职院校改革创新的重要内容。[2]

工学结合是具有中国特色的职业教育人才培养模式和职业学校基本的教学制度。工学结合的形式是多样的,基本模式应该是“校企合作”。基础是一致的,那就是必须使企业、学校和学生三方有共同的着力点,既能保证企业的效益,又能利用学校的人才培养,同时必须保证学生综合职业能力的提高,实现“共赢”,这是工学结合是否能实质性推进的关键。工学结合的人才培养模式改革的着力点是培养学生的适应岗位需求的核心技能、适应岗位变化的发展能力和职业迁移的拓展能力。

2基于“工作过程”的课程建设的指导思想

“学习领域”——工作过程导向的课程模式起源于德国。1996年,德国颁布新的《职业学校职业教育框架教学计划编制指南》,用学习领域的课程方案取代沿用多年的以学科课程为基础的综合课程方案。这一课程方案在指导思想上不同于学习内容分割的模块化,而追求学习过程与工作过程一体化,是德国对职业学校课程模式进行的一次重大改革尝试。[3]

根据姜大源教授的多元智能的人才观与基于职业属性的专业观理论,[4]高等职业教育必须要打破原有的学科体系,根据职业资格列出这些职业或岗位所需要的知识点、技能点以及对工作态度的要求,再根据职业情境和职业能力的同一性原则,对其共同点进行归纳形成对应专业的“岗位群”、“职业群”技能与能力需求,然后逐一把它解构,按照工作过程导向序化[5]成若干个工作项目,使教学内容与企业岗位需求对接。工作项目完成的支撑点是课程教学,这就要求课程的设计必须是以“工作过程”为导向,教学模式是根据企业产品生产流程而确立,教学内容是围绕职业岗位(群)的技能需求而展开,学习情景是校企深度合作、项目互融,设计出来对企业真实环境的再现,同时又能在教学实施过程中完成的。

蓬勃发展中的淮安信息职业技术学院自与富士康科技集团旗下的富盟电子科技进行“引企入校”合作以来,逐步丰富了校企合作模式,深化校企合作关系,探索了人才培养的新路径。在机械类专业多门课程的教学开发中,能与富盟科技的技术负责人一起探讨学生能力培养的方式和途径,结合目前的课程改革的趋势,我们对《机构设计与零部件应用》进行了基于工作过程的情境式教育,分析其工作领域,开发设计其教学情境。

3基于“工作过程”设计教学内容

工作过程导向的课程设计要体现如下特点:①工作过程的整体性;②通過有计划的行动体系促进学习者个性的发展;③培养解决问题的能力和合作式学习方法;④强调对学习过程的思考、反馈和分析;⑤重视典型工作情境的案例、解决实际问题以及学生自我管理式学习体系。[6]

《机构设计与零部件》课程学习领域对应的主要是机器机构中典型机构的设计,零件的选用等典型工作任务,是机械类专业的主要学习领域。本学习领域普适性强,应用面广,主要培养学生的机构设计和分析能力、机器机构的使用和维护能力,相关标准、手册、规范和有关资料的查阅和使用能力,同时培养学生的社会能力和方法能力。

教学过程的组织者是教师,教师的技能会对教学产生很大的影响。我们也必须时刻以学生为主体、以能力目标的实现为核心,来开发教学资源和组织教学。学生在教师指导下或借助引导文、参考手册等资料,制订指定机器机构的结构分析、设计和维护的作业计划,实施并检查反馈,按照基于工作过程的培养技能的要求来合理实施教学的各个环节。在机构的设计和分析过程中,使用的工具、设备和材料等符合劳动安全和环境保护规定,让学生理解企业实际工作环境。学生能够在规定时间内按计划和要求完成指定机构的结构分析和设计、传动系统零部件设计、轴系零部件设计、机械连接设计、编制设计说明书和相关的技术文件等项目。在企业中,设计师主要完成的工作和组织方式也是一样的,但他们必须按照企业的规范进行。在教学中,我们也特别注意学生相关标准、手册的应用以及企业规范的渗透。

4以工作任务进行教学情境设计

学习情境是在实训场地对真实工作过程的教学化加工,以完成具体的工作任务为目标,每一个学习情境均为一个或几个独立的学习性工作任务,是对典型工作任务的细化或重组。学习情境的前后排序要符合学生的认知规律,采取从简单到复杂,从单一到综合的排列方法。学习情境的设计要尽量覆盖常见的生产对象,并根据专业需求的不同调整任务载体。

《机构设计与零部件应用》学习情境的设计要考虑尽量覆盖机械设备中所有的零部件及典型机构,同时糅合了工程力学中的使用计算部分的内容。通过对常见、典型机械设备的设计、分析、使用、维修维护等典型工作任务进行分析,结合学生的认知规律,以缝纫机、单缸内燃机、自行车、千斤顶和带式运输机等典型机器的分析和设计为任务载体,共设计5个学习情境:缝纫机的拆装与机构设计(14学时)、单缸内燃机的拆装与机构设计(10学时)、自行车的拆装与机构设计(8学时)、千斤顶的拆装与机构设计(12学时)、带式运输机传动装置设计(60学时)。

学习情境按照从简单机器到较复杂机器的机构分析及其零部件设计的工作过程进行排序,覆盖了课程学习领域所有的知识点和技能点。由于选择的典型机器是由机构和零部件组成的,所以先分析各零部件和机构的工作原理和设计,再整体分析总装的设计。每一个学习情境又是一个完整独立的工作过程。

5以设计小组设计目标组织教学

在教学的过程中,将学生分为若干设计小组,每个小组给予不同的任务(机构不同或原始数据不同),由设计小组的组长进行分工协调,以最终完成设计任务为目标,以工作规范和工作过程的组织实施为评价依据,来组织教学。

实施中以任务书的形式向学生展示每个工作阶段该进行的学习环节和学习内容,让学生明白自己该具有的能力特征。也展示学生学习后根据任务应完成的项目包含的内容。

在组织教学中,以学生为主,充分发挥他们的主观能动性,严格工作规范,强化过程考核,注重结果分析,多讨论,围绕培养他们的核心能力这一目标来组织教学过程。

6启示

基于工作过程系统化的课程体系改革是当前高职教育教学改革的发展趋势,基于“工作过程”的课程建设在我国已经实践了一段时间,但是它具体的操作性还在不断地探讨中。在实践中遇到了很多的问题,给了我们很多启示。

(1)师资队伍。我们需要高学历、懂教育的师资,更需要有丰富工作经验的、熟悉工作过程的老师傅,更需要能将二者结合的那些有工程经验,又取得高学历的那些“能师巧匠”。好的双师型的教师,是深刻领会学习领域课程改革思想和设计学习领域、学习情境的保障,也是搞好教学的保障。

(2)课程设计。教学情境的设计可以有若干种方法,关键的就是提炼的高度和后期教学的组织,这一点要在不断实践中探索以提高。

(3)教学设备。教学设备的投入是高职院校面对的巨大挑战。国家重视高职教育的政策很多,可实质性的投入相对没有加大。高职院校的经费基准没有本科高,可是学生需要的实习实训成本高,我们的教学设备的添置和更新也是新一轮教学改革的一个阻碍。期待政策的倾向性。

(4)教学组织。在现有的设备和师资力量下,教学的组织是至为关键的一个环节。目前,项目化的形式是主要的,我们正在探索更为积极有效的组织形式。

7结束语

目前,我们已经编写完成《机构设计与零部件应用》教材,已由天津大学出版社出版。以后我们还将继续开发本课程其他的课程资源,并将对更多的教学资源进行更广泛的合作开发。我们要在新一轮的教学改革中不断深化校企合作,充分吸收“引企入校”的营养成分,借示范性建设的东风,校企合作的具体内容、高职教育的理论、基于工作过程的课程开发、设备更新、师资培养等方面争取早日取得重大突破。为培养具有核心竞争力,在市场中有很强竞争力、长远的发展能力和职业迁徙能力的高技能人才而努力。

参考文献

1 陈解放.工学结合教育模式可持续发展的理性期待[J].中国高教研究,2006(8):22～24

2 邹 伟.高职教育工学结合人才培养模式改革创新的探索与实践

3 杨黎明.关于联邦德国学习领域的改革[J].职教论坛,2008.10(下):60～64

4 姜大源.职业教育学基本问题的思考(一)[J].职业技術教育,2006(1):5～10

5 姜大源.学科体系的解构与行动体系的重构——职业教育课程内容序化的教育学解读[J].中国职业技术教育,2006(7):14～17

6 马成荣.校企合作模式研究[J].职业与教育,2007(8):8～10

The Lernfeld Design and Teaching Instruction of

《Mechanism Design and Components Application》Course

Zhang Xiangpu, Liu Yongli, Wang Hongchen

Abstract: The Major Task of Higher Vocational Educational is train people with High-quality and High-skill,“work integrated learning” and is Effective Feasible Method. Developing the Teaching and Studying Resources Systemized 《Design and Components Application》Course of Working Process. We Select the Appropriate Machine and Mechanism as the Studying Work,Design Content of Courses with Working Process, Design Instructional Situations and Teaching with Work Task, Design Teaching Activities.

造型规律与设计应用 篇7

早在17000年前, 生活在北京周口店的山顶洞人就已开始利用钻孔、刮削、磨光等技术, 并采用石块、兽牙、海贝等自然材料来制作装饰品。它们是原始人类审美观念的反映, 体现了人类对于生活的信念和热爱。从遗存的大量石器的造型来看, 原始先民已能有意识地、有控制地寻找、塑造一定的形体, 使之适应于某种生产或生活的需要。这些形体作为有意识的物化形态, 体现了功能性与形式感的统一。

随后, 造型的功用、方式方法、材质、审美都开始逐渐演变并出现各种分支。青铜、玉器、铁器、陶瓷、塑料等材料相继出现。并且, 造型活动也从早期间的安身立命的手段逐渐向多角度演化。建筑、交通、武器、日用品、首饰等无处不体现造型技艺的重要;并且, 造型活动在满足人们基本需要后, 审美情趣也开始日渐明显。不同时代、地域对造型的追捧和评判都有所不同, 这不仅是材料技术的演化;同时也是人类思想的演化。

随着社会的发展, 造型也随之出现应用上的分支;从造型所处的空间形式来看, 造型又可以分为平面造型 (二维空间) 和立体造型 (三维空间) 。如绘画作品、海报、这样有上下、左右两个方向;在一个平面上的内容就可以看成是二维;即只有面积, 没有厚度的空间形式。只有形状加工的可能性。自然也蕴含着二维空间的情感特征;20世纪几何抽象艺术大师蒙德里安的作品, 他利用独特的构图理念, 用绘画的基本元素来表现多变的自然景象, 用直线与颜色组合产生富有节奏的画面。用单纯的平面造型结构来诠释主题的活力与律动。

而相对有上下、左右、前后三个方向的叫做三维空间存在。可以表现更丰富的视觉效果;就如雕塑、产品、建筑等领域的作品。蕴含着更多的情感特征和实用因素。Eva Hild是瑞典的一位造型艺术家, 她用陶瓷材质和三维造型形式表现对环境的感悟, 她将压力、紧张、衍生、流动等感觉融入作品, 并将其转化三维的实体。同样, 所有的造型作品也都会通过自身的形式语言表现其特有的情感。

二、造型的好看与好用

自从造型活动出现以来, 随之对于形态的评价也就开始了。试想最初一定是以实用性为评价标准的;一个立体形态的武器是否能具有很强的杀伤力;一幅画面能否清晰的记载事件;可能是早期造型好与坏的主要评判标准。记事岩画经过长期的发展最终转向艺术绘画;在内蒙古阿拉善盟阿拉善右旗, 有大量的远古岩画作品, 是实用作用向艺术活动过渡的展现, 画面凿刻了马鹿、飞翔的大雁, 此外还有盘羊、岩羊、野牛、野驼等动物。画面展现了当年的动物群落分布和狩猎景象, 是早期铁器时代游牧人的记事作品。

因为造型最初是“实用”为主。很多物品是在满足基本生存需要后, 造型才在审美上有了新的尝试。生活用品也开始为更好用而有了设计的成分, 进而出现各种合理的造型和美丽的装饰纹样。大汶口陶器中的典型器物——陶鬶, 距今已有五六千年的历史了, 当时的器物就已经做的即实用又美观。鬶是原始先民用来烧水的容器, 东夷人崇尚鸟图腾, 故把鬶等器物做成各式各样的禽鸟形象。古人运用形象夸张的艺术手法, 以三足鼎立的稳定性原理为基础, 创出三个袋形锥足, 具有增加受热面积以缩短烹煮时间的作用。而造型的发展也受到科技进步、地域文化、乃至个人因素的影响。

三、实用性造型设计中的人机关系

(一) 平面造形的美观性与实用性

造型作品中实用美和形式美共存。不论是平面还是立体的, 在形式美的评判和应用上, 要靠设计师把握各种因素的相互影响和相互作用。平面造形应用如绘画、海报、包装都有相应的艺术美的评价标准。也有很多设计惯例, 在比例关系上, 1∶2、4∶3、1∶1.618的比例是很常用到的;在色彩使用时, 也要把握不同色彩比例关系和色彩分割与调和, 在一些应用识别上却有一些规律遵守。以标识为例, 易于识别、有很好的导向作用的标识被广泛认可。有一些已经成为行业规范。比如:红色被用作表示危险、黄黑相间的标识一般被用作警戒。4∶3的比例被用做显示器、照片、书籍等行业规范。这不仅是人在生产生活过程中形成的审美习惯和行业规范;也是有一定人体工程学依据的。这样的造型更容易让人接受。虽然在社会、科技发展的推动下在比例模式、色彩搭配方面也有了很多发展和变化。但最初的程式化的东西还仍然有着不可替代的影响。比如:色彩在交通标志上有着重要作用。首先, 通过颜色的刺激, 驾驶员能迅速地发现交通标志。其次, 通过颜色的象征性和联想性作用, 使人能迅速地解读交通标志的内容。根据人的心理作用和颜色视觉特性, 世界各国较普遍采用的标志颜色是红、黄、绿色。所以在平面造型的应用过程中要考虑美观性和实用性双重因素。

(二) 立体造型的美观性与实用性

在立体造型的设计上就更显得复杂一些, 除了在三维空间感受其形式美、视觉心理感受上考虑实用性以外。我们还要考虑材质感和触觉特征给我们带来的心理感受;自然世界中每种材质都有它自身的“性格特点”, 木材天生朴素、中庸, 在家居、家具中经常被用到。金属材料犀利、刚毅, “金”是武器的代名词, 足见金属的气质中的杀气。石材稳重踏实, 基石是稳固的表现。塑料是现代新兴的高分子聚合材料的代表, 材质特点显得比较活泼而富有弹性。新型材料多的举不胜举。立体造型在整体造型设计中不仅考虑材质美感还要顾及到空间感;整体的虚实对比和空间平衡感也是立体造型情感体现的评判标准。如同亨利.摩尔的造型作品一样, 形象和空间感同时顾及才是好的造型作品。当然美观性只是造型评价的一个因素, 利用材质的性格和特性制作实用的造型是更为重要的。

四、结语

造型的产生和发展已经有上千年的历史, 现代社会, 我们除了要考虑造型的美观性还要考虑造型的实用性, 而不管是美观性还是实用性, 都是以一定规律作为指导的。设计实用造型, 要合乎一般的人机交流习惯和判断习惯。人们在千百年来的生产生活过程中不仅积累了丰富的造型手段;同时也形成了很强的操作习惯和审美判断习惯。这是劳动过程中形成的也是人体本身的生理特点所要求的;遵循一定规律的设计活动, 才能更好的发挥造型应有的作用。

摘要：造型活动的历史可以说与人类出现的历史一样悠久;造型活动最早可以追溯到原始人类的打制石器时期。古人类生活狩猎活动要依靠一定的工具来完成, 在没有选择的利用石块、木棒的过程中逐渐摸索出造型的优劣。所以刻意的选择乃至制作工具成为造型活动的开端。随着生产技术的不断进步, 将实用与美观结合起来, 赋予物品物质和精神功能的双重作用, 是现代造型设计活动的基本设计规律。

关键词：造型,平面造型,立体造型,人机关系

参考文献

[1]何人可.工业设计史[M].高等教育出版社, 2005.

[2]丁玉兰.人机工程学[M].北京理工大学出版社, 2000.

教学设计与应用 篇8

柔性生产线系统技能训练模拟软件是针对工业现场自动化生产线的模拟和控制进行设计和规划。具有逼真的场景、完整的生产流程模拟仿真和针对关键部件、关键单元的拆装和柔性控制。使用者可以使用该软件自带的模块库轻松地仿真自动化生产过程, 搭建各类自动化生产平台, 将复杂的自动化生产线简单化、透明化。同时, 还可以将自己编制的PLC程序下载到已经搭建好的虚拟生产平台中, 让虚拟生产线按照自己的构想去运行, 在此过程中达到熟悉生产线构成、流程以及控制的目的。同时该软件不仅针对企业工人和技术人员的技能培训, 还可以作为学生实训教学的平台。该软件与现场教学相得益彰, 将大幅度提高培训效率, 节约培训所需的人力、财力。

2 教学与管理监控系统

2.1 总体框架

教学与管理监控系统, 主要功能需求是让老师可以管理学生数据库和监控学生的当前状态, 同时老师也可以通过发消息的方式与学生交流, 解答学生的疑问。根据老师上课方式的不同, 可以分投影教学、同步教学等, 当学生无法完成某生产线的训练时, 可以请求老师协助, 老师可以选择远程协助或者走近学生当面协助等。具体功能模块如图1。

2.2 投影仪教学功能模块

此模块功能是向客户端发送投影教学消息, 锁定客户端的鼠标与键盘, 并提示看投影仪相关信息。

该模块算法思想为使用消息发送函数向各客户端依次发送投影教学消息, 在客户端接收线程中判断消息是否为投影教学信息, 如果是投影教学消息, 则锁定鼠标和键盘, 将客户端黑屏 (用黑色对话框全屏显示) , 表示当前要进行投影教学。在投影教学完毕后, 老师选择投影教学菜单的关闭投影教学, 则向客户端发送关闭投影教学的消息, 然后关闭掉黑色对话框, 客户端在接收线程中处理消息并恢复鼠标与键盘的控制。

2.3 远程协助功能模块

该模块向客户端发送远程协助的消息, 客户端接收到消息, 进行判断后先锁定鼠标与键盘, 再向服务器传递桌面数据信息。

算法思想是服务器向客户端发送远程协助消息RomteHelp|ON, 客户端接收后并判断消息格式, 然后处理桌面消息, 上传桌面消息给服务器, 服务器接收客户端桌面消息, 分配一片区域显示客户端桌面, 服务器操作客户端界面, 将响应相关鼠标和键盘消息, 服务器再将操作消息回传给客户端, 客户端处理服务器的鼠标和键盘消息, 再次上传桌面消息给服务器, 如此反复, 直到远程协助结束。结束远程协助时向客户端发送RomteHelp|OFF命令, 同时关闭服务器上控制桌面的界面。

2.4 同步教学功能模块

该模块是向客户端发送同步教学的消息, 算法思想是服务器向客户端发送同步教学消息, 客户端接收并判断消息格式, 然后锁定鼠标与键盘消息, 上传确认消息给服务器已经准备完毕, 服务器得到确认消息后向客户端发送本机桌面消息, 客户端接收线程判断接收消息格式, 接收服务器桌面消息, 并分配一个区域给予显示, 当服务器发送关闭同步教学消息后停止。

2.5 学生信息管理、成绩管理模块

此两模块功能相同, 都是完成数据库进行相应的查询、添加、删除、更新操作。其算法描述:

if (打开数据库失败)

{ MessageBox (“打开数据库失败”) ;

return FALSE;

}

CString sqlStr=SQL 查询语句/删除/更新;

执行SQL语句

2.6 客户端登录功能模块

该模块功能为客户端启动后, 进入登录界面, 如果客户端用户未注册, 则进入注册界面, 在填写相关信息后, 确认注册, 将注册信息上传至服务器;如果已经注册, 则直接填写用户名和密码登录。

2.7 客户端聊天功能

该模块功能为客户端启动后, 进行广播查找服务器端, 服务器接收到客户端的广播信息后返回服务器地址, 则客户端接收、验证信息并记录服务器端地址。

2.8 教师监控功能

消息到服务器, 服务器根据消息来判读当前状态, 再通过改变对应图片的属性在界面上显示客户端状态。在客户端离线时, 发送消息到服务器, 关闭该线程。

3 设计示例

本节以服务器端 (教师机) 为例, 展示该教学与管理监控系统, 服务器端程序启动后, 就会出现登录界面:

在用户权限下拉列表中选择登陆服务器端的用户类型, 类型为3种:

超级管理员:软件开发单位的维护人员。登陆后可对软件进行维护、升级、更换软件模块、更新生产线仿真文件等。

管理员:校方实验室管理人员或企业培训部门的系统维护人员。可预先录入老师和学生姓名、所管理班级, 也可查询和管理、修改所有老师和学生的信息。

教师:默认账号为教师工号。用教师身份登录, 界面如图3。

点击成绩管理, 可查询学生在三维仿真实训系统中取得的成绩, 并将查询记录保存为EXCEL, 方便教师对学生的成绩进行管理, 如图4所示。

4 结语

本教学管理软件集远程协助、同步教学、在线交流、文件传输、学生信息管理等多功能于一体, 功能齐全, 操作简便, 向用户展示友善的操作界面。在完善功能的同时兼顾系统的灵活性、安全性、健壮性, 便于安装, 适合在各高校职校进行普及。

参考文献

[1]高兰.关于软PLC梯形图向语句表转换方法的研究[J].微计算机信息, 2007 (10) .

[2]于鹰.基于B/S的课程资源与教学管理平台的设计与实现[D].呼和浩特:内蒙古师范大学, 2008.

[3]陈扬, 费凌, 蔡长韬.高等院校教学管理软件系统开发[J].中国测试技术, 2004 (6) .

教学设计与应用 篇9

一、Matlab仿真在DSP实验课程教学的应用实例

Matlab软件作为一套功能强大的科学计算、可视化以及交互式程序设计的数学软件, 已经日益成为众多科研与工程技术人员进行科学研究与计算的工具[6], 利用Matlab仿真技术进行DSP实验项目的开发, 能有效弥补DSP集成开发环境无法完成的工作, 某些由DSP芯片实现的算法可以先由Matlab仿真软件进行参数的计算, 并利用TI公司的CCS集成仿真环境进行仿真。因此将Matlab仿真软件引入DSP原理与应用实验课程教学, 可以充分利用Matlab的强大运算功能, 完成参数的设置, 使DSP课程教学更加系统化, 从而能提高教学的质量与教学效果。本文以设计IIR滤波器为例, 介绍Matlab仿真在DSP实验课程教学中的应用。

(一) 由Matlab软件设计IIR滤波器

IIR滤波器的设计要求如下:采样频率:9000Hz;截止频率:1500Hz;通带波纹:<0.5d B;阻带衰减:-20d B以下;滤波器级数:5;实现时, 考察在IIR滤波器中计算精度对数值的影响。

(二) 滤波器参数的获取

IIR滤波器的设计通常都是利用成熟的模拟滤波器设计成果, 通过冲击不变法或者双线性变换, 将模拟滤波器变换为满足设计要求的数字滤波器[7]。模拟滤波器的设计有三种常见的类型, 分别为:

1. 巴特沃思滤波器, 其幅度响应在通带内具有最平特性。

2. 切比雪夫滤波器允许在通带内具有波纹, 其阶数要小于巴特沃思滤波器;

切比雪夫滤波器分为I型和II型, I型的过渡带衰减速度快, 而II型的通带内波纹较小。

3. 椭圆滤波器具有等波纹通带和等波纹阻带幅频响应, 对于给定设计指标用椭圆滤波器实现时, 需要的阶数低于巴特沃思和切比雪夫滤波器。

MATLAB对于这些常见的滤波器有专门的设计函数, 分别为butter, cheby1, cheby2和ellipse[8], 具体的函数调用可以查询MATLAB Help。考虑到本实验中滤波器级数较少及阻带衰减-20db以下的要求我选用了chebyshev I型滤波器。调用MATLAB函数[b, a]=cheby1 (5, 0.5, 1500/10000*2) 得到

(三) 滤波器数据的输出

调用MATLAB函数freqz (b, a) 得到该IIR滤波器的频率响应如图1所示:

可以看出该滤波器幅度响应符合设计要求。

二、IIR数字滤波器的设计与实现

(一) IIR数字滤波器的选择

常见的IIR滤波器的实现有直接I型, 直接II型, 级联型和并联型。其中直接I型由等式直接得到。利用TI公司的CCS集成开发环境编写完成滤波算法的5阶直接I型IIR0系统子程序, 在子程序IIR0中使用了循环缓存, 循环缓存的优点在于不用在每次运算结束后通过存储延迟语句来更新数据, 因为数据指针在数据区内循环, 所以只需更新当前指针处的数据即可, 此前的数据y (n) 将自动成为y (n-1) 。利用该程序对输入的不同频率的正弦信号进行滤波处理, 最终分析滤波的效果。

(二) 程序的运行

利用Matlab产生由频率分量800Hz, 2000Hz, 3000Hz组成的正弦信号作为输入, 组成的信号波形频谱如图2所示, 调用IIR0得到相应的输出波形与频谱如图3所示。

由图3中可以看出通带内的800HZ的正弦信号通过滤波器后幅度几乎不变, 过渡带内的2000HZ的正弦信号通过滤波器后得到了一定的衰减, 而阻带内3000HZ的正弦信号通过系统后被彻底的滤除了, 总体达到了滤波的效果。

三、结语

本文通过一个实例系统分析了Matlab在DSP课程中的应用, 通过Matlab可产生仿真用的信号数据, 以及为DSP芯片实现滤波算法提供程序用的相关参数, 通过该实验也让学生认识到DSP系统滤波器开发的总体思路, 明确了Matlab在工程中的重要作用。

参考文献

[1]管庆, 胡全.“数字信号处理”与“DSP技术”课程的关系[J].电气电子教学学报, 2008, (5) :86-88.

[2]戴明桢, 周建江.TMS320C54X结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2013.

[3]张卫宁.DSP原理与应用教程[M].北京:科学出版社, 2013.

[4]孙成立, 王希敏.DSP技术课程研究型教学模式探索[J].实验室研究与探索, 2010, (11) :306-307.

[5]吕宏, 黄钉劲.DSP技术课程教学中MATLAB应用的探索与实践[J].信息技术, 2014, (2) :77-79.

[6]王彬, 于丹, 汪洋.MATLAB数字信号处理[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[7]陈芬, 彭宗举, 王晓东, 严迪群.DSP技术实践课程的项目设计及教学研究[J].中国电力教育, 2014, (2) :172-174.

焊接结构设计与应用 篇10

一、焊接结构的应用发展迅速

在机械产品中采用焊接结构能够大幅度地节约资源和能源, 以钢板焊接结构代替铸造结构和锻造结构, 既可减轻机器的重量, 又可提高产品的质量。所以, 就机床制造行业而言, 板材在机床结构材料中的比重已经成为衡量一个国家机床制造技术水平的标志。我国从20世纪80年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究, 20多年来已取得长足的进步, 焊接结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用, 以焊代铸、以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。以锻压机床为例, 公称压力在800 t以下的机床床身、齿轮等主要结构中, 以前多为铸造结构。进入上世纪90年代, 我国各主要机床制造厂都相继扩建了金属结构制造车间, 大力推广应用焊接结构, 焊接钢材的用量已占锻压机床总质量70%以上。此外在金属切削机床的床身、工作台等部件上也开始应用焊接结构。

在冶金机械、工程机械和发电设备制造业中, 以焊接结构代替铸、锻结构的趋势也十分明显, 如大型转炉托圈及耳轴、汽轮机壳及转子以及各种大型齿轮、铲刀等都不同程度地采用了焊接结构, 不但节省了大量的钢材, 同时也缩短了制造周期。

在水电设备制造方面, 除蜗壳采用焊接结构外, 目前已在水轮机转轮、座环及发电机定子机座和转子支架等大型部件上采用焊接结构。由于运输尺寸限制, 对于座环机座、转子支架等大型环形部件采用分瓣结构, 过去多是在工地靠螺栓法兰连成整体, 现在逐步推广用焊接的方法在工地进行合缝面的连接。这不仅可免除繁杂的分瓣法兰和螺栓的加工, 降低制造成本, 而且不必进行焊后的消除应力热处理, 加工精度也达到了设计要求。焊接结构的广泛应用, 将大大降低我国的铁钢比, 从而在提高资源和能源的利用率上发挥重要的作用, 对促进国民经济的发展具有重要的战略意义。

二、焊接结构的大型化推动高效率焊接技术的长足进步

焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中是主要的生产工艺手段之一。从造船工业来看, 为了缩短造船周期, 提高船舶质量, 降低产品成本, 自“十五”期间开始进行高效焊接技术的探索以来, 至今已取得令人欣喜的成绩。通过重点推广CO2气保焊、重力焊、下行焊、气电垂直自动焊、窄间隙焊和各种衬垫单面焊双面成型等高效焊接技术, 大大提高了船舶制造的焊接机械化、自动化程度, 摆脱了手工电弧焊与埋弧焊一统天下的落后局面, 目前已有20多种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。其中CO2气保护垂直自动焊已实现了焊材和装备国产化, 其焊接效率可达常规手工电弧焊的7～8倍, 大大提高了生产效率。其次, 从电力、炼油、化工和石油化工工业的情况来看, 由于装置日趋大型化, 工程建设中也同样提出了尽快采用自动焊和半自动焊的迫切要求。近年来, 我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中, 已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺, 如球罐全位置自动焊工艺和装备已在国内开发成功, 它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。在锅炉和化工设备等压力容器制造过程中, 工件壁厚已高达200 mm～250 mm, 材料品种也日益复杂, 各种焊接新工艺、新装备如窄间隙埋弧自动焊、双头自行式门架焊机及焊缝跟踪系统等正被广泛应用。

在汽轮机制造业中, MAG焊已成为最被广泛应用的焊接方法。据统计, 该方法的熔敷金属量已占总量的65%～75%, 其中约90%是半自动焊, 并已开始使用药芯焊丝进行焊接。水电设备焊接技术也随着机组的大型化而不断发展, 电渣焊已由用于简单的厚板零件的拼焊发展到焊接较复杂的铸钢和锻钢结构件。除此之外, 水轮机转轮的异种钢焊接、水轮机蜗壳的调质高强钢焊接等焊接新技术在解决水电设备大型化过程中出现的制造技术问题发挥了极其重要的作用, 大大推动了水电设备大型化的进程。

另外, 在高效焊接技术的推动下, 我国焊接辅助机械的生产也有很大发展, 各种通用焊件变位机械、焊机变位机械、焊工变位机械已由过去的谁使用、谁设计制造的阶段迈进到专业化厂家生产阶段。我国已对大量使用的焊接变位机、焊接滚轮架制订了行业标准, 国内已制造出可承载500 t的焊接变位机和400 t的焊接滚轮架, 供带极电渣堆焊、窄间隙埋弧焊使用的防轴窜焊接滚轮架也已研制成功并应用于生产。配合精密焊接和弧焊机器人用的国产焊件变位机械已在秦皇岛轿车门厂、南汽IVECO分厂、山东推土机厂、嘉陵摩托车厂等工厂中成为焊接机器人柔性加工单元的重要组成部分。

三、焊接结构制造精度和自动化取得新进展

在机械产品制造中采用焊接结构的一个重要技术课题是控制焊接件的焊接变形以提高产品制造精度, 使焊件的焊后加工量减至最少或不经加工即可用于精度要求高的机械产品之中。这在薄壁焊接结构和精密机械产品的焊接结构生产中显得更为重要和突出。为此, 除了努力提高与焊接密切相关的切割下料以及热处理等制造工序的质量水平之外, 研究并应用精密化焊接结构制造工艺成为焊接界的重要任务。在这方面, 经过“八五”期间的努力, 已经取得十分可喜的进展。例如, 为了适应国防现代化的需要, 我国航空工业中各种适应焊接结构精密化生产的先进焊接技术的开发应用和先进焊接结构的生产制造已有很大进展, 氩弧焊、电子束焊、摩擦焊、扩散焊在我国航空生产厂和研究部门都得到日益成熟的应用, 已生产出一些发动机的重要件和关键件。

在汽车制造工业方面, 随着我国汽车产量的不断增加, 20世纪90年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备, 并在车身、转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺, 提高了焊接效率和产品质量。其中我国一汽、二汽、南汽等多家汽车制造企业都引进了以点焊机器人为主的焊接生产线, 每条线上装备的点焊机器人少则七八台, 多则十几台, 实现了驾驶室、车身等薄板冲焊结构的自动化点焊作业。

除此之外, 为了提高产品精度和生产率, 还研制了一批高效自动化专用焊接机械, 如集装箱波纹板自动拼焊机、气垫运输机气箱自动成型组焊装置、小型制冷压缩机罐体专用焊机、焊接H型钢生产线专用设备等。

教学设计与应用 篇11

关键词：设计课 建筑专业软件 建筑学 应用性 职业型

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2012）12（b）-0067-01

应用性和职业型建筑设计人才培养的关键主要是体现在以下两个大的方面：一方面是应用型和职业型的建筑设计人才培养的侧重点应该偏重建筑技术，但是对建筑设计的基本知识要有扎实的掌握；另一方面是要体现职业型的特点动手能强，动手能力强包含快题设计和建筑专业软件的应用，根据我们学校的培养目标重点强化应用性、职业型的人才，那么在设计课教学中在完成方案的同时，应该着重强化建筑专业软件的应用。通过完成方案提高建筑专业软件的应用能力，建筑專业软件的应用能力提高了，能更好的表达学生设计方案。

1 目前建筑设计企业对建筑设计师的基本要求

建筑院校毕业生步入工作岗位时应当具备哪些基本素质？建筑设计企业对建筑设计师的基本要求有那些？对于这些问题的回答，可以从建筑师的主观意识和专业水平两个方面来回答。

1.1 主观意识方面

由于建筑是人类文明传承的重要载体，建筑师的第一要务乃是服务社会、延续城市文脉，而个人理想和抱负的实现则应该排在其次的位置。建造建筑需要耗费大量的资金，需要社会提供大量的人类、物力，同时也要占用相当规模的土地资源和环境资源。手中掌握着如此规模资源的建筑师必须具备较强的社会责任感。

1.2 专业水平方面

除了具备良好的专业素养、丰厚的知识储备的深层次要求，建筑师首先应该具备的最直接的专业能力就是设计思维的表达能力，简单来说就是绘图。绘图能力包括徒手能力与计算机辅助设计能力两大方面，徒手绘图的优势在于迅速、直观，易于表达设计思路，适合面对面的方案沟通；计算机辅助绘图的优势在于精确、易保存、易调整，适合各专业众多设计师之间的集团作业。

2 建筑设计师需要掌握的专业软件

早期AutoCAD软件的引进，将设计师们从图版上解放了出来，实现了绘图的电子化，直到今天CAD软件仍然是建筑设计师们应该掌握的重要的基础软件。天正建筑CAD软件TArch是国内最早在AutoCAD基础上设计出来的建筑设计辅助软件，最早只重点装备建筑设计专业，现已扩展到装饰设计、暖通、给排水、结构、电气等相关领域，发展成为系列软件，并继续向算量、日照分析模拟等领域深入，目前天正建筑软件是应用于各建筑设计院的绘图软件的主力。

近年来，建筑信息模型（简称BIM）软件在我国得到了较大力度的推广，如Revit等软件已经在较前沿的设计院得到了应用，而且这种基于三维可视化理念的绘图软件是未来建筑设计软件发展的趋势之一，必将得到更多关注。Revit是一款专门为建筑行业开发的软件，它提供二维设计和三维设计两种初始设计模式，并能够自动将两种模式下的图纸参数一一对应，实现了二维、三维设计同时进行，随时查看，而且自带效果图渲染功能，要比传统的CAD绘平面、立面、剖面图，然后导出借助3D软件建模，最后进入Photoshop进行后期处理的过程简便很多，也更为高效。不仅如此，Revit还集成了算量、日照分析等专业操作能力，并且能够在服务器的统一协调下，实现多位建筑师的协同设计，可以说，Revit几乎集成了传统设计辅助软件的所有功能，未来应用前景一片光明。

2.1 建筑专业软件课程在我校建筑学教学大纲中是如何安排

我校建筑学专业为了贯彻应用性、职业型的人才培养目标在课程体系安排上做了重大的调整，曾加了在将来的工作中必须使用的建筑软件的课程，在大一增加了天正建筑CAD。在大二增加了SketchUp软件课程，同时还增设了3ds max和Photo shop选修课程。这些课程大大的提高了学生的计算机辅助设计能力，为更好的完成课程设计起到了很好的作用。同时根据学生的实际情况还自行组织了学生创作组如Revit兴趣小组等。

2.2 设计课的安排和建筑专业软件课安排存在的问题

我校建筑设计课和建筑专业软件课程的安排还存在着不协调的方面。安排的先后顺序不合理，如天正建筑CAD软件应该与单体空间设计（别墅设计）相配合，完成具体方案设计的同时，通过天正建筑CAD在练习此方案，这样几达到了学习具体软件的目的，而且学生又非常了解自己的方案，避免老师给统一例子，学生非常生疏，同时也避免部分同学抄袭的发生。合理的安排课程之间的搭配能更好的达到教学效果。

3 如何能让学生扎实的掌握设计课上必须要会的建筑专业软件

要想能让学生快速扎实的掌握建筑设计软件，那最好的办法就是应用，这种应用不是学习基本菜单栏，而是对于具体的建筑软件，教师演示实例的操作过程和操作方法。在教学过程中，教师应把本案例所用到的软件工具讲清楚，教师所举案例应和软件应用联系起来。然后，学生上机练习，在练习过程中，教师给予及时的指导。接着，学生反思一下整个实例的操作过程：通过该实例的学习，完成实例的具体复述，这样做，避免走马观花式的学习，更深层次地挖掘了操作的原理、操作的用途，使学生从抽象的学习上升到具体的应用的学习。最后，教师对实例中包含的教学内容进行总结，再次强调实例的教学目的。在每次课结束时，教师还要对本次课的所有内容做总结，给学生说明教学内容安排和逻辑主线。让学生对教学内容有清晰的了解。通过课后练习就能达到快速的掌握软件的基本功能，并能完成简单实例的具体应用。这是学生扎实的掌握建筑专业软件的有效途径。

而后教师指导学生上机实践。必须安排让学生进行反思、总结实例操作整体过程的教学步骤，进行实例操作复述之后，再上机重新做一遍。由于理论和实践之间存在一定的差异性，尤其是软件学习过程，很容易遇到书本上写的很清楚，自己就是做不出来的尴尬情况，所以这种方式能够避免走马观花，将操作原理、过程统一起来，使学生由学习知识转化为掌握技能，同时这种模式也会使学生较易及时发现操作过程中的问题而得到老师的指导，保证课堂教学质量。甚至可以在课前让学生预知上课内容，利用既有知识提前思考，待课上再与教师提供的知识进行对照找出问题与不足。最后，必须安排教师总结的过程，再次强调一下教学目的、内容，总结操作方法，使学生头脑中有清晰的思路。

参考文献

微带天线的设计与应用 篇12

微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。它利用微带线或同轴线等馈线馈电, 在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场, 并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。因此, 微带天线也可看作为一种缝隙天线。通常介质基片的厚度与波长相比是很小的, 因而它实现了一维小型化, 属于电小天线的一类。

按照结构可分为:微带贴片天线、微带振子天线、微带线型天线、微带缝隙天线。

2 微带天线工作原理

2.1 微带天线的辐射机理

以微带贴片天线为例。矩形微带天线的辐射是由微带天线导体边沿和地板之间的边缘场产生的。这可以从图1 (a) 简单说明, 该图是侧向馈电的矩形微带贴片天线, 与地板相距高度为h。假设电场沿微带结构的宽度和厚度方向没有变化, 则辐射器的电场仅仅沿约为半波长 (/2) 的贴片长度方向变化。辐射基本上是由贴片开路边沿的边缘场引起的。在两端的场相对地板可以分解为法向和切向分量, 因为贴片长度为/2, 所以法向分量反相, 由它们产生的远区场在正面方向上互相抵消。平行于地板的切向分量同相, 因此合成场增强, 从而使垂直于地板的切向分量同相, 因此合成场增强, 从而使垂直于结构表面的方向上辐射场最强, 如图1 (b) 所示。根据以上分析, 贴片可以等效为两个相距、同相激励并向地板以上半空间辐射的两个缝隙, 如图1 (c) 所示。对微带贴片沿宽度方向的电场变化也可以采用同样的方法等效为同样的缝隙。这样, 微带贴片天线的辐射就等效为微带天线周围的四个缝隙的辐射。这种分析方法不仅适用于微带矩形贴片天线, 同样也适于其他形状微带天线。

2.2 微带天线的分析方法

天线分析的基本问题是求解天线在周围空间建立的电磁场, 求得电磁场后, 进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标。分析方法大致可分三类。最早出现的也最简单的是传输线模型理论, 主要用于矩形贴片。更严格更有用的是空腔模型理论, 可用于各种规则贴片, 但基本上限于天线厚度远小于波长的情况。最严格而计算最复杂的是积分方程法, 即全波理论。从原理上说积分法可用于各种结构、任意厚度的微带天线, 然而要受计算模型的精度的限制。从数学处理上看, 第一种理论把微带天线的分析简化为一维的传输线问题;第二种理论则发展到基于二维边值问题的求解;第三种理论又进了一步, 可计入第三维的变化, 不过计算也费时得多。自然, 这三种理论仍不断地在某些方面有所发展, 同时也出现了一些别的分析方法。

本文主要用基于第三种方法研究出来的利用HFSS软件来分析微带天线。

2.3 微带天线的馈电

2.3.1 微带线馈电

微带线馈电方式又称为侧馈, 它是用与微带天线集成在一起的微带线进行馈电, 可以中心馈电也可以偏心馈电。馈电点的位置取决于激励哪种模式。另外改动馈电点的位置也是获得阻抗匹配的简单办法。

2.3.2 同轴线馈电

同轴线馈电又称背馈, 它是将同轴插座安装在接地板上, 同轴内导体穿过介质基片接在天线体上。馈电点位置的正确寻取就可以获得良好的匹配。

3 微带天线的设计过程

3.1 模型设计

根据矩形微带天线的辐射原理, 可以设计微带贴片天线的参数。本文微带天线工作电心频率f=4.45GHz;介质材料选为Rogers R04003, 其介电常数;介质板厚度h=5mm;天线使用同轴线馈电。模型如下图2。

假设矩形贴片的有效长度设为Le, 则有

式中g, 表示导波波长, 有

式中, 0表示自由空间波长;e表示有效介电常数, 且

式中, r表示介质的相对介电常数;h表示介质厚度;W表示微带贴片的宽度。

由此, 可计算出矩形贴片的实际长度L, 有

式中, c表示真空中的光速;f0表示天线的工作频率;L表示等效辐射缝隙的长度, 且有

矩形贴片的宽度W可以由下式计算:

对于同轴线馈电的微带贴片天线, 在确定了贴片长度L和宽度W之后, 还需要确定同轴线馈点的位置, 馈点的位置会影响天线的输入阻抗。在微波应用中通常是选用50的标准阻抗, 因此需要确定馈点的位置使天线的输入阻抗等于50。坐标原点位于贴片中心, 以表示馈点位置坐标。

对于TM10模式, 在W方向上电场强度不变, 因此理论上W方向上任一点都可以作为馈点, 为了避免激发TM1n模式, 在W方向上馈点的位置一般取在中心点, 即

在L方向上电场有g/2的改变, 因此在长度L方向上, 从中心点到两侧, 阻抗逐渐变大;输入阻抗等于50时的馈点位置可以由下式计算:

式中

参考地的长度LGND和宽度WGND满足以下两式:

3.2 天线仿真结果

根据上面的设计, 用仿真软件进行仿真, 优化, 得到结果如下。

从上面两图看出仿真后的天线谐振点在4.45GHz, 此时, 带宽为4.42GHz-4.48GHz, 最高增益为7.4dB。波瓣宽度为80。左右。

4 微带天线实际应用

从上面的仿真可以看出一般的微带天线频率带宽比较窄, 在某些应用中必须扩宽频带, 现在一般都采用微带阵列的方法来得到较宽的频带和较高的增益, 相对于单个微带天线性能提高了很多。

5 结语

微带天线的前景非常广阔, 作为轻巧的又能共形的印刷电路天线, 已经普遍应用于各种手持终端上。多种多样的微带阵列使它能适用于更多场合, 以及它们在飞行器上的使用优势, 必将获得更多的应用。

参考文献

[1]周建斌, 周蓉生, 黄锦华.C8051F020MCU在核谱测量系统中的应用研究[J].核电子学与核探测器技术, 2005 (5) :515-518