时间：2023-07-04 16:26:56
导语：在数字能量学学习的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
【摘要】
目的研究天然牛黄对于自发高血压大鼠（SHR）脑细胞外液能量代谢及海马组织SOD活性、MDA含量的影响。方法采用微透析技术观察单次给予不同剂量的牛黄后，SHR脑细胞外液葡萄糖（GLU）、乳酸(Lac)、乳酸/葡萄糖( L/G )、乳酸/丙酮酸(L/P)的变化，并于药后8h取大鼠海马组织，测定SOD活性及MDA含量。结果牛黄能明显的增加SHR脑细胞外液GLU的含量，显著提高SHR海马组织中的SOD活性、降低MDA含量。结论牛黄可以明显改善SHR脑内能量代谢，保护脑组织，并具有抗脂质过氧化的作用。
【关键词】 能量代谢 微透析 自发高血压大鼠 脂质过氧化
Abstract:ObjectiveTo study the effect of natural ox gallstone on energy metabolism，activity of SOD and content of MDA in SHR brain.MethodsThe changes of glucose，lactic acid，L/G，L/P in SHR brain ECF were observed by advanced microdialysis technology after single administration of natural ox gallstone and the activity of SOD and content of MDA were measured in hippocampus at the 8h hour after administration.ResultsThe natural ox gallstone could increase the content of glucose significantly， improve the activity of SOD，reduce the content of MDA .ConclusionThe natural ox gallstone can improve energy metabolism ，inhibit lipid peroxidation obviously，play a role of protection on brain.
Key words:Enevgy metabolism; Microdiclysis; SHR; Lipid peroxidation
有研究表明高血压最终会通过一系列血流或血管壁的变化导致机体能量代谢失衡，而能量代谢的变化也能够及时、准确地反应高血压对脑组织的损伤程度。本研究旨在通过采用灌胃的方法观察一次性投以单味天然牛黄对SHR脑细胞外液能量代谢物质及海马组织SOD活性、MDA含量的影响。
1 材料与仪器
1.1 试剂
Glucose， Lactate， Pyruvate 3种试剂盒(Sweden， CMA公司)。复方氯化钠注射液（145 mmol/L NaCl， 4 mmol/L KCl，3 mmol/L CaCl2， pH 7.0），天津天安药业股份有限公司产品，批号200505111。SOD，MDA试剂盒购自南京建成生物研究所产品，批号SOD20060217，MDA2005081，蛋白20051107。
1.2 微透析装置CMA/110液体开关，CMA/12探针（膜长2 mm，外径0.5 mm，截流分子量20 000道尔顿）及探针套管，CMA/120清醒动物装置，CMA/102微量泵，CMA/170低温样品自动收集器及软件（以上均由瑞典CMA公司生产）。手术设备：立体定位仪，CMA/150动物温度控制器，牙科钻。CMA600微透析自动分析仪( Sweden， CMA公司)，分光光度仪，全自动冷冻离心机。
1.3 药品天然牛黄购自河北省安国药材市场。
1.4 动物SHR大鼠24只，雄性，16周龄，体重（268±32）g北京维通利华实验动物中心提供，动物合格证号：SCXK（京）2002-0003。饲养在层流柜中，标准饲料喂养，自由进食及饮水。
2 方法
2.1 实验动物分组及给药方法24只大鼠随机分为4组，每组6只。其中空白给予蒸馏水，牛黄分为0.02，0.04，0.08 g/kg 3个剂量组。所有药物均于实验前按1 ml/100 g体重配置成溶液，在灌流达到稳定并且作为基础值的样品采集完毕后立即灌胃给药1次。
2.2 海马定位术将大鼠用10%水合氯醛麻醉(3 ml·kg-1， ip )，剃毛，暴露头顶皮肤，立体定位仪固定，开皮，分离皮下组织，暴露头骨，确定前囱位置，以钻孔器在大鼠海马CA1区(坐标:AP 3 mm， ML 1.5 mm， DV 3.5 mm )上钻一直径为1.5 mm的小孔，并将CMA/12探针套管插入，牙托粉固定。手术过程中，用CMA/150动物温度控制器将大鼠体温控制在37℃。
2.3 微透析取样术后24 h，在动物清醒自由活动状态下，拔出套管内芯，插入CMA/12探针，将大鼠放入CMA/120动物清醒装置内。探针的进出口端分别连接2条聚乙烯管，进口管连接CMA/102微透析泵，出口管连接CMA/170低温收集器。CMA/102微透析泵的灌流速度为1.5 μl·min-1，灌流液为林格氏液。探针插入后灌流1h使其平衡，取得稳定的基础值。给药前收集1个样本，以此样本的检测值作为给药前基础值。样本收集时在4℃下进行，收集的样本立即放入-70℃低温冰箱内保存待测。
2.4 能量代谢产物的测定利用CMA600微透析自动分析生化仪和相应试剂盒对所收集的透析液进行成分含量测定。透析液中的GLU、Lac和Pyruvate分别在葡萄糖氧化酶、乳酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶的作用下和试剂反应，生成苯醌二酰亚胺(quinonediimine)，根据苯醌二酰亚胺的含量可计算透析液中3种物质的相应浓度。
2.5 SOD活性及MDA含量的测定给药后8 h将SHR断头处死，迅速剥离大鼠的海马组织，称重，加9倍体积的冰生理盐水，在冰浴下研磨，制成10%脑匀浆。3 000 r/min离心10 min，取上清液，按试剂盒操作测定SOD活性含量及MDA含量。
2.6 统计学处理用SPSS10.2软件包进行统计学处理，数据用±s表示，前后比较用配对t检验，组间比较用单因素方差分析。
3 结果
3.1 牛黄对于SHR脑细胞外液能量代谢的影响
3.1.1 牛黄对SHR海马细胞外液GLU的影响
对照组海马细胞外液GLU水平在6h内呈现了逐渐降低的趋势。与对照组相比，牛黄各组GLU含量均有不同程度的升高，但均未表现出统计学意义：其中牛黄0.04 g/kg组在给药后6 h内始终高于对照组；牛黄0.02，0.08 g/kg组则在给药后3～6 h均高于对照组水平，牛黄0.08 g/kg组起效相对较晚，但升高的幅度较大。结果见表1。表1 牛黄对SHR海马细胞外液GLU的影响（略）
3.1.2 牛黄对SHR海马细胞外液Lac含量的影响
对照组海马细胞外液Lac水平呈现了逐渐升高的趋势。牛黄各组则表现出不同程度的降低海马细胞外液Lac水平的作用，与对照组相比，牛黄0.02 g/kg组在给药后3～4 h开始出现显著性差异( P
3.1.3 牛黄对SHR海马细胞外液L/G的影响
对照组海马细胞外液L/G水平表现为持续增高的趋势。牛黄各组都显示出了明显的降低海马细胞外液L/G水平的作用。与对照组相比，在所观察的6h范围内，牛黄0.02 g/kg组始终维持较低水平，并在给药后3～4 h开始出现统计学差异（P
3.1.4 牛黄对SHR海马细胞外液L/P 的影响
对照组海马细胞外液L/P水平在6h内并无明显变化。牛黄各组均表现出不同程度的降低海马细胞外液L/P水平的作用，与对照组相比，牛黄0.02 g/kg组在给药后1～2 h即有明显降低( P
3.2 牛黄对SHR脑组织脂质过氧化的影响
3.2.1 牛黄对SHR脑组织SOD活性的影响结果见图1。牛黄各组均表现出明显的升高SHR脑组织SOD活性的作用，且不同剂量的牛黄效果不同。与对照组相比，0.04 g/kg牛黄的效果最好（P
3.2.2 牛黄对SHR脑组织MDA含量的影响结果见图2。牛黄各组均显示出明显降低SHR脑组织MDA含量的作用，与对照组相比有显著差异(P
4 讨论
研究表明，高血压最终会通过一系列血流或血管壁的变化导致机体能量代谢失衡。脑的能量对维持细胞内外离子梯度、细胞膜完整性、神经元胞体和轴突之间的物质运输、细胞之间的信息传递、合成代谢、递质释放、摄取等至为重要。一旦脑血流供应中断、能量耗竭，立即引起脑功能丧失和脑组织的广泛损伤，因此，能量代谢的变化能够及时、准确的反应机体脑组织的损伤程度。
脑的能量供应几乎100%来自GLU氧化，它是中枢神经组织的唯一能量物质。GLU代谢障碍是缺血性脑损伤的主要原因之一［1］。在氧的充分供应下， 脑组织内GLU燃烧成CO2和水，然后放出能量，供脑代谢所需。脑缺血致GLU代谢异常有3个不同的时相，首先是脑缺血的发生，接着是能量耗竭，随后是恢复或终致神经细胞损伤、死亡。因此，脑内GLU代谢水平的变化直接反映了脑的功能情况。本研究结果表明，虽然与对照组相比，牛黄各组均未表现出统计学差异，但牛黄0.04g/kg组GLU的含量在给药后6 h内始终高于对照组；牛黄0.02，0.08g/kg组则在给药后3～6 h均高于对照组水平。提示牛黄确有改善SHR脑细胞外液能量代谢，增加能量储备的作用，且呈现一定的剂量相关性。
GLU在神经组织中先分解成Pyruvate，在有氧环境中，经三羧酸循环完成产能代谢过程，释放大量能量，在缺氧的情况下，则进入糖酵解代谢过程，形成Lac，释放的能量大大减少。因此， Lac和Pyruvate是葡萄糖代谢的中间产物，而 Lac及L/P的升高通常被认为是氧化代谢障碍的一种指标［2，3］。L/G比例升高与死亡率增高密切相关，Lac增加、GLU水平下降表明脑组织无氧酵解加速，无氧酵解的速度与预后有关。在脑损伤过程中，Lac和GLU含量呈相反的变化趋势，其比值常作为判断脑损伤严重程度的重要指标。本研究结果表明牛黄各组的Lac，L/P，L/G水平均较对照组下降明显，且Lac，L/G下降的水平体现了一定的剂量相关性，说明牛黄确能明显降低SHR脑细胞外液Lac水平，改善脑代谢，减轻脑损伤。牛黄0.08 g/kg组的各观察指标下降开始的时间均较其它两组明显滞后。
脑缺血时能量代谢障碍产生大量的自由基攻击生物膜中不饱和脂肪酸，引发脂质过氧化。检测MDA含量和SOD活性常可以间接反映细胞损伤程度和机体清除氧自由基的能力。本研究发现，牛黄可明显提高SHR海马组织中的SOD活性，并显著降低SHR海马组织中的MDA含量，提示不同剂量的牛黄具有显著的抗脂质过氧化作用，其中0.04g/kg剂量组效果最好。
上述结果表明，牛黄不但可以通过增加脑细胞外液的GLU储备，降低Lac含量，改善能量代谢，发挥脑保护作用，而且可以升高海马组织中的SOD活性，降低MDA含量，发挥抗脂质过氧化作用。在抗脂质过氧化方面，牛黄0.04 g/kg组效果最好，在对能量代谢的影响效果方面，牛黄各组与剂量成正相关，但牛黄0.08 g/kg组起效较慢，其原因有待于进一步研究。
参考文献
［1］Zhang H，Zhang X，Zhang T，et al .Excitatory aminoacids in cerebrospinal fluid of patients with acute head injuries .Clin Che m，2001，47:1458..
［2］Chamba G， Renaud B. Distribution of tyosine hydroxylase ，dopamine beta-beta-hydroxylase and phenytel hanolamine-N-methy1 transferase activities in coronal sections of the rat lower brainstem. Brain Res ，1983 ，259(1):95.
【关键词】数字化微型气象站；台湾地区；校园气象台；校园气象网；科学探究
【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097（2009）06―00035―05
数字化微型气象站是一个基于手持技术[1]的先进的便携式气象数据采集系统，主要应用于天气预测和微气候监测。它能便携、定量、实时、准确地测量气象数据[2]，通过无线技术把数据发送到多媒体电脑，并可利用网络技术进行数据共享与协作学习。数字化微型气象站已被广泛地应用于我国台湾地区的校园里作教学与探究式学习之用。本文将介绍数字化微型气象站在台湾地区的应用研究进展，包括校园气象台、校园气象网的概况以及开展的相关教学与探究式学习活动。
一 数字化微型气象站在校园气象台的应用
台湾地区的校园气象台构建的主体是数字化微型气象站。校园里的数字化微型气象站，是采用美国Davis Instrument公司的Vantage Pro Plus整合套件机型，包含了数字化气象站的主机和无线接收器。数字化气象站的主机，是一个全自动化的气象数据测量记录仪，利用太阳能供电，白天不需使用额外电源。在阳光下，太阳给气象站提供能量并为气象站的内置电池充电；夜晚或阴天由电池继续供电。因此气象站可在24小时内无间断地工作。气象站能测量并记录温度、湿度、气压、降雨量、日／月／年的雨量图、每日最高及最低温度、风速、风向等气象数据，还能计算出风寒指数（Wind Chill）、露点(Dew Point)、体感温度等专业气象参数。气象站以无线电的方式将测量到的数据传送到接收的计算机。气象接收器能以数字、图表方式实时显示气象数据。教师和学生便可在气象站信号覆盖的范围内通过气象接收器了解当前的校园气象状况。气象数据接收器加装EZWeather软件套件和数据记录器后，即可与计算机连接。师生们便能在计算机上查阅实时的气象信息和历史记录[3]。
在台湾地区，数字化微型气象站已被广泛应用于中小学的气象学习[3][4][5]，具体内容如表1所示：
台湾地区台北市内的小学校园气象台通过数字化微型气象站的无线技术与计算机的连接，将收集到的数据呈现在校园气象台网站上，学生及老师随时都可以上网站查询现有的数据，实时地了解当时的风速、风向、气温、雨量等的气象信息。图1 为松山国小校园气象台网站，是数字化校园气象台网站的典型例子，其他设有数字化气象站的学校也拥有各自的、具有相同功能的校园气象台网站。
国际气象组织（WMO）规定，50-100km内需设置一个气象观测站。校园气象台的大规模建立（见图2），使台北市在5km以内便拥有一个气象观测站，突破了无法解析50km以内的结构变化的局限。台北市成为全世界气象台最密的城市。
随后，桃园县县内也广泛建设校园气象台，成为继台北市后第二个气象观测站密布的地区（见图3）。其他县市也逐渐开始拥有自己的校园气象站，使校园气象台在台湾地区遍地开花（见图4）。
二 数字化微型气象站在校园气象网的应用
台北市于2003年12月，在市内的60所小学内建立各自的校园气象台。这60个校园气象台一方面可以自成一独立的气象观测站，在各自的校园气象台网页上显示校内的天气变化状况；另一方面，各个校园气象台还会将每天收集到的数据发送至台北市校园气象网，实现数据共享。校园气象网的组织结构如图5所示。
图5 校园气象网的组织结构示意图[3]
通过这个集中型的气象网，师生们能同时获得60所学校所收集到实时的气象数据和历史的气象资料，为中小学气象科学的教学与探究式学习提供了丰富的资源。台北市校园气象网不但服务于学校师生，而且广泛运用于市民的日常生活。目前，台北市校园气象网已成为全球领先的“微观气象测候网”（见图6）。
2006年，桃园县政府教育局亦开始建设桃园县校园气象台网站，进行相关推广工作。目前，桃园县已建成由县内20多小学联网的桃园县校园气象台网站（见图7）。为了各地的校园气象台，以便共享更全面的气象信息，全区域性的校园气象网相应地建立起来。台湾地区统一的校园气象网（见图8）汇集了台北市、桃园县及其他县市的校园气象台的实时气象信息，为探究式教学与学习提供了一个功能强大的数字化信息平台。
三 数字化微型气象站在科学课程教学与探究式学习活动中的应用
探究式学习（inquiry-based learning）就是主动追寻开放问题的解答，进行真正的科学实践，使学习者有动机追求新知，整合与应用知识[10][11]。台北市的由60所中小学校园气象台构建而成的数字化学习平台，给中小学创设了更便捷的探究式学习情境。同时，校园气象网中的海量数据，也使得参与科学探究活动的师生们获得除学术文章以外的丰富数据资料。
来自不同学校的十多位自然科学教师组成了“台北市探究式学习种子教师团队”，并由中央大学三位分属大气科学、认知与教育，以及网络学习科技专长的三位教授指导。2003年至今，已共同进行了“应用‘校园气象台’进行探究学习教学实验与科展活动”、“以气象领域为例之自然科学探究式教学”、“应用校园气象台提升国中小学生探究能力”三大教学计划，目的在于通过创新的教学设计，让学生体验探究式学习的技巧，让探究式学习真正落实到学校教育中。在他们团队的努力下，台北市的中小学师生已逐渐开始运用校园气象台网站的数据库，进行相关的探究式教学与学习活动、科学竞赛以及研究工作 [10]。
2004年，台北市举办了“校园气象台”创新教学活动设计大赛。参与教学设计的学科并不局限于地理、气象等自然科学，有些教师甚至把数字化微型气象站应用在数学、语文、生活科（美劳、音乐）等科目上。教学设计的内容有的是一节课，有的是一系列的教学活动。大赛的成果展现在网站上，作品包括教学设计方案、教学演示文稿（幻灯片）、教学视频等[7][9]。此类教学活动设计比赛既能让老师展现出自己的教学才能，又能使数字化微型气象站更好地服务于教学活动。
2005年，在台北市教育局的资助与指导下，“探究式学习种子教师团队”举办了名为“EZ气象Let’s go!气象体验营”的气象亲子体验营，活动的内容充分体现了“科学探究”的精神。60对亲子体验了基于“便携式计算机”、“数字化数据采集器EcoLog*”和“数字化微型气象站”的全新数字化学习模式[10]。整个过程中，无论是探究的设计还是方案的实施，都是由家长和孩子合作完成的。此类活动不但大大增进了亲子间的感情，而且培养了学生浓厚的科学探究的兴趣。
2006年，陈斐卿、江火明将探究式学习的历程分为六大基本步骤，包括“各提观点”、“汇成假设”、“形成策略”、“拣选变数”、“转化数据”、“验证假设”等[10][11]，其学习模式如图9所示。这一探究式学习模式随后被引入到运用“数字化微型气象站”及“校园气象台”进行的探究式学习活动中。
2006年，“台北市探究式学习种子教师团队”举办了“中小学学生自然科学探究式学习网络竞赛”[10][12]。参赛的中小学生运用网络作为沟通交流的工具，借助强大的数字化信息平台――“台北市校园气象网”，通过相互协作，学习如何观察、分析天气现象，实地研究气象问题，从而提升了学生的探究能力；同时透过“同侪互评”活动，培养了他们的评价能力。活动的成效得到了专家组和广大师生的好评。
2007年，种子教师团队再接再厉地举办了第二届的“中小学学生自然科学探究式学习网络竞赛”[12]，参赛队伍数目大幅增加，而且比赛完成率也有所上升；探究的课题与生活更接近，数字化校园气象网的使用率也大大提高。
承接上两届得到的良好成效，2008年继续举办了第三届“中小学学生自然科学探究式学习网络竞赛”[7]。
四 数字化微型气象站在台湾地区的应用研究的启示
通过以上对数字化微型气象站在我国台湾地区应用状况的综述，我们可以得到一些启示：
（1）从数字化微型气象站普及的范围上看，数字化微型气象站已大范围地普及于台湾地区各中小学校园，并建立起庞大的、完善的“校园气象网”；而数字化微型气象站在大陆地区只是在小范围内进行推广，未能形成系统的校园气象网络。笔者建议我国内地可在发达地区中小学率先推广数字化气象站，并建立起“校园气象网”。
（2）从数字化微型气象站的应用成效上看，近年来，台湾地区把数字化微型气象站、校园气象台与校园气象网运用到气象科学探究式教学与学习之中，取得了巨大的成效。学生乃至全民的科学探究意识与科学素养得到了很大提高。可见，数字化微型气象站在科学教育中起着积极的促进作用。笔者认为，内地亦可借鉴台湾地区的经验，结合内地科学教育的特点，开展相应的气象科学探究式活动，让数字化微型气象站更好地推进国内科学教育的发展。
（3）从数字化微型气象站的教学研究上看，我国内地对数字化微型气象站的研究还处于初始阶段，对于如何利用它提高学生的科学探究的兴趣、活跃科学课堂气氛、开发探究式教学设计,以及辅助公众科学教育等研究层面尚未涉及。而这些内容都是日后进行相关研究和教育实践时值得深入考虑的重要问题。
（4）从数字化微型气象站的应用前景上看，数字化微型气象站的引入，使学校在“低资金投入”的前提下拥有最先进的“数字化气象学习平台”，也使中小学现有信息化程度大大提升。学生运用数字化微型气象站进行探究活动，便可更充分地利用学校现有的气象环境资源进行科学学习；气象站的联网，能最大限度地整合该地区各个学校现有的信息资源，使教学资源得到更好的优化配置。数字化微型气象站的推广，将有力地推动信息技术与科学课程的整合，促进探究式学习在科学教学中的发展，必将成为中小学校园数字化学习平台[13]发展的新趋势！
注：* EcoLog，手持技术仪器的一种，内置5种传感器，可测量气温、亮度、音量、湿度和气压；还可外接各种传感器，适用于自然科学中的各类实验。
参考文献
[1] 钱扬义,邓峰.数字化化学探究实验室的建设与学生探究能力的培养[J].中国电化教育,2006,(11):49-52.
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[4] 王绪溢. 数位化科学学习与教学[EB/OL].
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[6] 松山国小校园气象台[EB/OL].
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[8] 桃园县校园气象网[EB/OL].
[9] 全国校园气象网[EB/OL].
[10] 董松乔.人人能当气象权威!――“校园气象站”于“探究式学习”之应用[EB/OL].
[11] 江火明,陈斐卿.应用校园气象台进行探究学习教学[EB/OL].
[12] 陈锦雪. 探究式学习网路竞赛初探――以气象为主题[EB/OL].
[13] 钱扬义,罗一帆,肖常磊等.自主开发教育信息技术平台,强化高师生化学教师教育能力培养的实践研究[J].电化教育研究,2008,(12):89-92.
The Research Progress of Application of Digital Micro Weather Station in Taiwan, China
――the trend of new e-learning platform for primary school & middle school
PENG HaoQIAN Yang-yi
(Institute of Chemistry Teaching and Resource, South China Normal University, Guangzhou, Guangdong, 510006, China)
关键词：大班教学；形象化教学；学习共同体；数字信号处理
作者简介：卢迪（1971-），女，天津人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，教授；兰朝凤（1981-），女，黑龙江哈尔滨人，哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150080）
基金项目：本文系黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项目（项目编号：66996）、哈尔滨理工大学教育教学研究项目（项目编号：C201200011）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0086-02
自大学扩招以来，各高校普遍存在学生多教师少现象，因此本科生的公共课、专业课的讲授常采用大班额配课制度，学生数在百名左右。大班教学带来的问题主要有两个方面：一方面是大班教学对学生学习积极性的影响。在大班教学中，师生之间的交流较小班教学减少，学生的个性差异和独特性被忽视，学生往往学习动机较低、学习积极性较差、学习被动、注意力不集中，师生之间和生生之间互不认识、互动很少。[1-3]另一方面，从教师的角度来说，由于大班教学导致学生发言、表达自己的意见机会大大减少，课堂气氛比较沉闷，教师往往采用“一言堂”的教授模式，教学方法单一，而且由于课堂教学时间有限、学生数多，教师很难从学生那里得到有效反馈，不能全面了解学生对课程内容的接受、理解程度。
针对这些问题，越来越多的高校教师关注于大班教学方法的研究，从中国知网的统计来看，2010年发表的相关研究论文有123篇，2011年有203篇，2012年有155篇。这些论文中，80%左右的研究集中于大学英语等公共课程，而对专业课程的大班教学方法研究较少，因此本文针对“数字信号处理”这门专业课的大班教学方法进行了一些探讨。“数字信号处理”课程是通信工程、电子信息工程、信息工程、自动控制、测控仪器等专业的重要专业基础课。该课程理论性强、数学知识应用较多、物理意义不明显，公式推导多，是学生普遍认为较难学懂、理解的课程之一。本文针对大班教学环境特点，从激发学生学习主动性，构建学习共同体方面出发，通过改善课堂效果，提高课堂上的学习效率，达到提升“数字信号处理”课程大班教学质量的目的。
一、建立“学习共同体”教学模式
“学习共同体”是指由学习者及助学者（包括教师、专家、辅导员等）共同构成的团体。团体成员在学习过程中经常进行沟通、交流，并分享各种学习资源，共同完成一定学习任务，形成相互影响、相互促进的人际联系。学习是学习者主动构建内部心理表征的过程，学习过程需要与物和教材对话、与他人对话、与自己对话。为此，教师要在教学过程中给学生“自主学习的空间”，使学生针对任务或问题去思考、分析、理解、探究，和学生构建“学习共同体”，增进师生之间、学生之间的协作和互动，[4]将学习的主动权归还给学习者，激发学生内在学习动力，将传统课堂教学活动中教师负责“教”、学生负责“学”的单向活动回归到师生互教、互学的双向活动，师生关系不再是“管理者—被管理者”的关系，而是“民主平等”的关系。课堂上，教师不再是知识的主讲者，而应像主持人一样，是知识的介绍者和串联者，学生应作为知识的“主讲者”阐述其对知识的理解。只有理解“知识”，而不是死记硬背“知识”，才能应用“知识”。譬如在讲授傅里叶变换时，教师在课堂上可以先从周期信号的分解历史开始介绍，从18世纪Euler、Lagrange等科学家对弦振动的分析（此内容物理中有相应实验），19世纪Fourier给出了周期信号级数的展开和积分、Parseval关于时域和变域的能量守恒原理、Dirichlet给出的级数和积分条件、Gibbs阐述的吉布斯现象，到20世纪无线电的产生、Nyquist采样定理、Wiener功率谱、Cooley&Tukey给出的FFT算法等。通过对傅里叶变换演变历史的介绍，学生很容易接受将任意信号分解为三角函数或指数函数形式的必然性，进而理解傅里叶变换的重要意义，掌握信号从时域到频域的转换过程。鼓励学生利用强大的网络资源，对教师介绍的有关历史进行深一步的挖掘。在这个过程中，学生会对相关知识进行初步学习，当课堂上教师讲解到相关知识点时，学生可以进一步补充自己了解的内容和对该知识点的理解。
大学工科专业课所讲内容本质上是数学、物理、化学等基础知识在工程实践中的应用，如何将这些基础知识与工程实践相结合是工程类本科学生必须掌握的技能，而只有理解这些基础知识才能很好地应用它们。英国著名哲学家和物理学家波兰尼将人类的知识分为显性知识和默会知识，其中默会知识本质就是理解力，是一种领会进而把握经验、重组经验，从而达到对它的理解和控制能力。相同的教师给同一批学生授课，但是每个学生的理解程度不一样，这就是默会知识掌握程度不同。默会知识的获得是与特定的问题或任务情景联系在一起的，由于每个学生的理解方式都受其独特的生活和文化环境影响，因此对相同问题的理解也是不一样的。掌握默会知识的最好方法就是让学生置身于知识所在的日常实践情景和科学实践情景中，通过参与专家、同伴的思考和行动过程而获得那些不能明确表达的规范、准则等。
为加强“数字信号处理”这门课的实践性，尝试将学生分为Flash课件制作组、MATLAB课件制作组，DSP程序编写组等，让学生将比较抽象的数字信号理论知识用自己的方式形象化表达出来，以判断其对默会知识的掌握。通过小组合作，学生可以充分阐述自己的学术观点，在观点的碰撞中，触发灵感，加强批判性思维，提升对所学知识的理解程度。
二、课堂效果的掌控
“学习共同体”的建立是要激发学生内在的学习动力，调动学习主动性，而课堂学习效率的提高可以达到事半功倍的效果。首先要建立统一、规范的课堂秩序，如上课不迟到、不早退，上课时不准许使用手机、笔记本电脑等电子设备，不能无故大声喧哗，发言前要举手示意教师等基本行为准则。没有规矩不成方圆，在确保课堂教学秩序的前提下，才能保证教学效果，要使学生清楚了解、理解这些行为规范，并自觉遵守执行。其次，教师要利用语言表达能力和肢体语言吸引学生的注意力。教师的语言要简洁、准确、生动、富有逻辑性，可以通过声调的变化强调所讲知识点的重要性。由于采用多媒体教学，教师不用一直站在讲台上，可以到学生座位附近边走边讲，这样，不仅可以缩短师生之间的空间距离，还可以缩短师生之间的心理距离。当教师走到学生身边时，学生必定会将注意力转移到教师身上，提高了其听课的专注度。教师在教室内的走动，还有利于随时维护课堂秩序，并随时得到课堂信息的反馈。
课堂秩序的规范不是要求学生沉默地听，而是要保证正常的教学秩序，学生如果想要发表自己的见解，可以随时举手示意教师。教师鼓励学生之间进行讨论，而教师则处于一种裁判的地位，负责给出结论和维持课堂秩序。这样，在课堂教学中，教师不再始终处于主讲地位，而是将学习的主动权交给学生，激发学生主动学习的能力。
三、“数字信号处理”课程的形象化教学
在文献[5]、[6]中都提到了“数字信号处理”课程形象化教学方法，目的是更好地帮助学生建立起数学描述与物理概念、物理过程之间的联系。因此在课堂上，教师要鼓励学生将数学描述用图形的方式表达出来。譬如在学完DFT的定义后，可以启发学生将拉氏变换，连续时间信号傅里叶变换（FT）、序列傅里叶变换（DTFT）与离散傅里叶变换（DFT）在s平面、z平面上画出来。虽然教材上有相关图形，但是可以让学生将这几个图形及模拟滤波器的频率响应、数字滤波器的频率响应绘制在一张纸上，如图1所示。在图1（a）中，虚轴上的拉氏变换对应连续时间非周期信号的FT；当时间信号为非周期序列时，进行DTFT变换，那么z平面上（如图1（b）所示）的单位圆对应的是序列的FT，此时学生可以清晰地看出数字频率仍然是连续的，但是具有了周期性质，这种频率连续的信号仍然不能用数字处理芯片进行处理，因此要在单位圆上进一步将连续的进行离散，如图1（c）所示，将单位圆N等分，即，可清楚表明DFT的概念。在解释图1（d）（e）时，重点强调模拟滤波器的角频率范围是，而数字滤波器的数字角频率是周期性的，只研究这一个周期就可以。
在课堂讲授中，多媒体教学能将抽象、生涩的知识形象化、直观化，改变了传统教学中粉笔加黑板的单一、呆板的表现形式。在多媒体教学上，可以将PPT、flash和MATLAB综合在一起应用。例如，在讲解卷积、圆周卷积等概念时，由PPT给出相应概念与公式，用flash展现2个序列做卷积、圆周卷积的过程。将圆周卷积中的移动序列做成一条贪吃蛇的形状，学生们看了之后，对圆周卷积有了一种直观的认识，对其原理的理解也更透彻。此外，多媒体教学信息量大，可以提高课堂的教学效率。但是，对于“数字信号处理”这类理论较强的课程，单纯使用多媒体教学，效果往往不佳，譬如在推导一些定理、公式时，推导过程直接呈现在PPT上，学生一眼扫过，导致思路跟不上（或也不愿意思考），理解不透彻，此时还是传统的板书效果更佳。在授课中，将知识的重点、难点及重要公式的推导由板书的形式呈现出来，方便学生记笔记，有利于学生日后对资料的整理和复习工作。
四、小结
“数字信号处理”是一门理论强、公式多、难理解的课程，在大班教学环境学下，如果学生不积极参与到教学活动中，则教学效果不佳。通过推行“学习共同体”思想，激发学生学习的内在主动性，通过形象化教学，提高学生学习的外在兴趣点，以达到学好、学透“数字信号处理”这门课的目的。
参考文献：
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[3]于化新，刘慧慧，谢鑫.大班教学问题与策略的探讨[J].当代教育论坛，2011，（6）.
[4]薛焕玉.对学习共同体理论与实践的初探[J].中国地质大学学报（社会科学版），2007，（1）.
一、 课外阅读让课堂超越现实，实现现实与历史的对接
如果在课堂上单单靠教材文本知识，是远远不能让孩子们认识到数学的博大精深、数学的文化价值、数学的内在魅力和巨大作用的。课外阅读可以很好解决这个问题，比如我们班凡是数学不好的学生谈到数学、数字，就觉得枯燥乏味，头痛提不起任何兴趣。于是我想了个办法，从数着手，引导学生到课外去阅读数的起源、古代各国的数的各异形态、阿拉伯数字的发展历史等等，学生都纷纷找来了丰富的素材，在数学课堂上组织了一次“数”的交流：古巴比伦数字、古中国数字、古罗马数字等图片展示及文字说明，让学生穿越时空步入历史，亲历了一场数的演变史。学生感言颇多：“数真是太神奇了，原来是这样演变来的；读了这么多的课外资料，第一次发现数学这么有趣，好像把我带到了神秘古国。”一场阅读拯救了学生厌恶数学的情绪。
二、 课外阅读让课堂超越教材，实现教材与生活的和谐
《数学课程标准》也十分重视数学与生活的联系，指出：“学生的数学学习内容应当是现实的、有意义的、富有挑战性的。”一句话，道出了数学教学的生活性。“生活数学”强调了数学教学与社会生活接轨，在传授数学知识和训练数学能力的过程中，教师自然而然地注入生活内容。
在苏教版教材中第十册中学习质数的概念，学生第一次接触到这个概念，比较陌生，为了能引起学生学习的兴趣，我采用了一段关于质数的新闻报道：美国密歇根州立大学一位26岁的学生近日发现了已知最大的质数。这个质数可写成2的20996011次方减1，拥有6320430位数。这是人类发现的第40个梅森质数。
据《新科学家》杂志网站2日报道，这位名叫迈克尔·谢弗的化学工程学研究生是“因特网梅森素数大搜索”活动的志愿者。他花费了两年时间，于11月17日发现了这个质数，但目前才得到验证。此前人类发现的最大质数也是一个梅森质数，有400多万位数。
三、 课外阅读让课堂超越学科，实现学科与学科的互通
在教学年月日这节课内容，我意识到不单单是数学方面的知识，比如在教学闰年的判断方法时对于整百年份数的判断，书上只有一句注释。这是不能满足学生的好奇心的，他们很想探究为什么要这样做？这时我故意卖了关子，想知道的话我们课后可以去查一下资料。课后同学们忙得不亦乐乎，有的去图书馆查，有的网上查，有的向人请教……汇报交流的时候，有的孩子说到原来数学知识还跟天文知识有关呢，还有的孩子说到我是上网查的资料，上了电脑课还真有用。把课堂中学不到的知识提示学生自己开展课外阅读，突破了一般数学学科教学的封闭状态，扩展了学生学习的时空，将课内与课外很好地结合起来。我欣喜地发现学生在这样的学习环境中不仅解决了课堂中的学习不到的知识，而且能让他们乐此不疲去发现，去探索，学到比知识更有用的方法。
四、 课外阅读让课堂超越知识，实现知识与情感价值观的双赢
关键词： 数学教学 解题习惯 养成教育
习惯是指长时期养成的不易改变的动作、生活方式、社会风尚等。事实上，广义的习惯不仅是动作性的、生活方式性的或社会风尚性的，还包括人类所有的优点。甚至包括“善良”“仁爱”这样永恒的主题，也需要进行不断修炼，才会真正内化为行动性的习惯。好习惯要在生活中培养，要在实践中培养、要抓住教育的关键期、培养好习惯，纠正坏习惯等。良好习惯能给一个人的学习、工作和生活带来很多益处。良好习惯将会使人终生受益，而不良习惯会严重影响人后继学习和将来的工作。培根说：“习惯真是种顽强而巨大的力量，他可以主宰人的一生。”
很多高中生在学习数学时存在许多不良习惯。比如有些学生书写混乱，字迹潦草；错字、漏字、添字，丢掉数字或运算符号、点错小数点等现象也时有发生。有些学生计算时粗心大意，经常出错，计算后也不检验。有些学生做作业时不善于独立思考，喜欢“参考”别人的。更严重的是，有些学生对作业中做错的题目，不去找其原因，及时纠正，而是走马观花、一带而过。长此以往，便产生了错误的积累，严重地影响了以后的学习。很多学生都有这样的考试经历：自认为会做的题，也做了若干步且计算无误，却意外地思路受阻，做不下去了。等老师一评讲，才发现自己实在不该做不下去，从而使考试留下遗憾。其实，学生在解题过程中的思路并没有被真正“堵死”，只要善于并及时找到延续解决问题的思路、方法，问题就迎刃而解了。马克・吐温说：“习惯就是习惯，谁也不能将其扔出窗外，只能一步一步地引下楼。”因此，良好习惯的养成是非常重要的，而培养良好的解题习惯能提高学生思维水平，并且它本身就是一种优秀的品质。
解题是深化知识、发展智力、提高能力的重要手段。规范地解题能够养成良好的学习习惯，提高思维水平。下面我具体谈谈怎样培养学生良好的解题习惯。
一、培养良好的审题习惯
审题是解题的第一步，也是解题中最重要、最关键的一步。解题是从审题开始的，分析问题、解决问题的能力也是在审题中体现的。不要单纯地认为看错题、看漏条件是“粗心大意”造成的，它其实是能力不够的表现，应从提高学生综合能力、素质的高度培养学生的审题能力。因此，要做好以下几点。
（一）认真审题，明确题意。
审题就要明确题意，善于抓住题目中的关键字、词或句，准确理解其表达的意义，搞清命题的语法结构。题中的关键句子是“四个点共圆”，怎样的四个点会在一个圆上（正向推理）？四个点同在一个圆上，这四个点构成的四边形有什么性质（逆向思维）？这样进行判断推理，既发展了学生的判断、推理能力，又很快找到了解题的突破口。
三、培养良好的规范解题习惯
解题规范，就是要看清题目要求，思路清晰，严格步骤，认真书写。著名数学家华罗庚教育中学生在数学解答上要“想得清楚，说得明白，写得干净”。这种良好的习惯应从小培养，而有些学生在解答问题时不重视书写过程，只写出“结果”就算完了。答案实际上是很重要的，是一件事情的结束。我们做事强调要有好的开始，也要有好的结束，那才是一件完整的事。做题与做工作一样，应该有完美的结束。因此，不仅要使学生重视写答案，还要使学生学会写答案。答案规范是指答案准确、简洁、全面，既注意结果的验证、取舍，又要注意答案的完整。要做到答案规范，就必须审清题目的要求，按要求作答，解答题是分步给分的，因此在教学时要注意引导学生按正确的解题步骤解答，逐步养成良好的习惯，特别是检查验算和写好答案的习惯。碰到比较烦琐的计算，一定要让学生独自动手进行规范求解，教师不能越俎代庖。
四、培养良好的题后反思习惯
引领学生学会反思是学生发展中不可或缺的重要环节。荷兰著名数学家弗赖登塔尔强调：“反思是数学的重要活动，它是数学活动的核心和动力。”“通过回顾所完成的解答，通过重新考虑和重新检查这个结果和得出这一结果的路子，学生们可以巩固他们的知识和发展他们的解题能力。”纵观现在的课堂，有些学生仍然认为做完题就算完成了任务，不会主动对解题过程进行回头看和再思考，也不会对特殊问题所包含的一般意义作进一步认识，从而导致学习效率低下，思维的灵活性不能得到有效培养。所以还要注意解题后的回顾学习。
解题后的反思是指学生在数学学习完成之后对自己的数学学习行为、解题思路、解题方法和结果等的反思。波利亚指出：“即使是相当好的学生，当他得到问题的解答，并且很干净利落地写下论证后，就会合上书本，找点别的事情来做。这样他们就错过了解题的一个重要而有教益的方面。”通过反思重新考虑和重新检查这个结果和得出这一结果的思路，学生以此巩固自己所学的知识、方法和发展自己的解题能力。
①解题后，应对原题的条件、结论进行再思考，看看条件是否可以变化？相应的解题方法有无变化？也就是一题多变；逆命题是否成立？
②解题后，应进一步做力所能及的推广，培养自己大胆猜想、验证的探索能力，激发自己的创造性；
③解题后，应反思自己的解题思路，总结解题规律，并发现自己在解题中显露出的知识能力的缺陷，并在题旁写出摘要；
④解题后，应对习题进行归纳、总结、类化工作，即一是把类似的习题归成一类；二是注意某些题目的应用，便于构成知识系列，同时培养自己的归纳、整理、应用知识的能力，等等，培养自己严谨的思维。
课堂上所得的知识是有限的，许多问题的解决要通过学生对信息的联想、创造，通过反思，深刻理解数学知识和数学思想方法，实现再学习的目的。
习惯是一种惯量，也是一种能量的储蓄。养成良好的解题习惯的人，要比那些没有养成良好解题习惯的人具有更大的潜在能量。王尔德说：“起先是我们造成习惯，后来是习惯造成我们。”教师一定要从严、从实、从点滴抓起，贯穿于整个教学过程中。要坚持严格要求，示范诱导，反复训练，同时也要善于抓住教育契机，只有这样才能让学生养成良好的解题习惯。
参考文献：
[1]任勇.中学数学学习法[M].西北工业大学出版社，1995.
[2]刘绪占等.数学解题方法与技巧[M].湖北教育出版社，2004.
[3]魏芳.学生数学思考能力的分析与培养策略.小学数学教学，2007.3.
[4]马苏影.浅谈数学教学中的思维训练.教师教育，2004.4.
[5]数学新课程标准.
【关键词】电路；信号与系统；教学方法
《电路》和《信号与系统》课程是电气工程及其自动化本科专业的重要专业基础课，所涉及的基本概念和研究方法已逐渐应用于电气技术中的各个领域。《电路》课程研究电路的基础知识，《信号与系统》课程研究信号与系统的基本概念、基本理论和基本分析方法，应用现代数学的方法和结论阐述和解决物理问题，将物理意义与数学论证紧密结合。由于该课程理论性较强，公式和理论推导证明较多，在教学上具有一定的难度，并且该课程的教学质量关系到后续课程的教学质量。本文结合笔者对上海电力学院电气工程及其自动化专业本科大学二年级和大学三年级学生的《电路》和《信号与系统》教学过程中的实践和体会，在教学内容、教学方法和实验教学等方面进行了一些探索和研究。
一、教学内容的选择
针对上海电力学院电气工程及其自动化专业本科的学生，选择由我院教师编写的中国电力出版社出版的《电路》和由我院教师编写的清华大学出版社出版的《信号处理原理与应用》作为教材，教材介绍了电路的基本原理和连续时间信号及离散时间信号与系统的分析[1-2]。我院电气工程及其自动化专业大学二年级的《电路》课程包含正弦交流电路频域分析（相量法）、非正弦电流电路分析（傅里叶级数展开分析方法）、电路的复频域分析（拉普拉斯变换的方法）、系统的网络函数、状态方程等内容，这些内容在传统的《信号与系统》课程中也是授课内容。对于这部分内容，《信号与系统》课程重点从“系统”的角度进行讲授。由于电气工程及其自动化专业后续课程中不再开设《数字信号处理》课程，在《信号与系统》课程中加入了离散傅里叶变换、滤波器的原理与设计等相关知识，让学生能够更多了解数字信号处理的相关技术。
二、教学方法和教学手段的改革
为了提高《电路》和《信号与系统》课程的教学质量，培养学生实践能力及创新能力，对教学方法和教学手段进行改革。
（一）将《电路》课程和《信号与系统》课程的内容有机结合
《信号与系统》课程的核心是几种变换域方法的原理和应用[3]，通过建立“电路、信号与系统”的概念，帮助学生理解各种变换方法。对于连续时间信号与系统，“电路”课程从“路”的角度分析电路的电压、电流和功率；《信号与系统》课程从“系统”的角度分析电路，将该电路看作系统，研究该系统的输入与输出的关系。“时域分析”用数学的方法求解电路，阐述信号与系统的物理意义；“频域分析”研究是系统的幅度频率响应和相位频率响应；“复频域分析”通过拉普拉斯变换的方法，将时域变换到复频域，以较简便的数学方法求解电路。
在《电路》课程中，用相量法对正弦交流电路进行分析，其实质就是采用变换域的方法，将时域变换到频域下进行研究，在讲授“电路”课程的时候，强调变换域的思想；在后续章节讲授拉普拉斯变换，继续阐述变换域的方法，并说明两种变换之间的关系。学生在《电路》课程中较早接触到变换域的思想，学习《信号与系统》课程中连续时间与系统的傅立叶变换，离散时间与系统的Z变换和傅里叶变换，教学方法上突出了承上启下、循序渐进的教学理念，学生容易掌握，教学效果良好。
（二）用类比的方法授课
《信号与系统》课程学习过程中，大部分学生对连续时间信号与系统能够较好的理解和掌握，但是学习离散时间信号与系统存在一定的困难。针对课程中的连续时间信号与系统和离散时间信号与系统具有平行相似的特点，采用类比法讲授两类信号与系统的基本概念、基本理论和基本分析方法，学生在了解数学基础较好的连续时间信号与系统理论的同时，通过联想举一反三的充分理解数学基础比较薄弱的离散时间信号与系统理论。《电路》课程中介绍一阶电路的时域分析方法，总结出来三要素法，直观清楚。二阶电路的时域分析方法比较复杂，引入了复频域的拉普拉斯变换，分析高阶电路非常有效，学生直观的意识到通过变换域的方法带来很大的方便。对于《信号与系统》课程中的z域变换的方法可以采用类似的方法授课，让学生较好的理解离散系统[4]。
（三）理论与实际相结合
课堂教学内容要与实际生活联系，让学生保持学习的热情和兴趣。《电路》和《信号与系统》课程的理论性比较强，内容相对比较枯燥。要激发学生的学习兴趣，选取一些生动的实例融入到课堂教学中。电力系统中的谐波分析，通过快速傅里叶变换的方法进行分析。学阶电路的放电过程时，从时钟的钟摆入手。推动钟摆开始摆动，它将以某种频率振荡，控制频率的主要是钟摆的长度。在钟摆中，能量在势能和动能之间转换，这两种形态间的能量的转换就是导致振荡的原因。最后由于摩擦的作用，任何物理振荡都会停止。将电容器和电感器连接在一起组成的二阶电路， 电容器储存电场能量，而电感器储存磁场能量，电容器将通过电感器进行充放电，直到金属导线中的电阻耗完能量振荡结束，振荡频率取决于电感器和电容器的大小。理论联系实际的教学有利于增强学生创新意识和实践能力，提高学生的综合素质。
三、加强实验教学
结合我院的实际情况，将Matlab软件引入《电路》和《信号与系统》教学中，坚持结合工程应用需要，培训学生实验能力。Matlab软件具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化，为该课程的实验体系提供了强大的支持。结合科技界、产业界的应用要求，课程组明确将MATLAB运用技术，并作为实验考核的内容。经过这样训练的学生，既能掌握基本理论和主要算法，又能将它作为工程实现，实践能力得到培养。
四、结束语
前文结合我院“信号与系统”课程教学改革的实践，从学生评教和督导听课来看，学生和督导认可教师的授课方式，大部分学生增强了学习热情，考试成绩也有很大的提高。结合教学要求，科学编排教学内容；结合学生能力培养需要，科学设计实验；结合教学效果需要，推动教学互动，促进教学相长。教学改革有助于提高教学质量，增强学生的实践能力及创新能力。
参考文献：
[1]杨欢红，杨尔滨，刘蓉晖.电路[M].北京：中国电力出版社，2007.
[2]靳希，杨尔滨，赵玲.信号处理原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2008.
[3]许波等.“信号与系统”课程教学改革思考与实践[J] .南京：电气电子教学学报， 2008， 30（1）：8-10.
[4]郭荣艳，刘晓青.“电路”与“信号与系统”课程优化整合与改革实践[J].中国电力教育，2011， 16（16）：80-82.
基金项目：
本文系“上海电力学院2014年度教改项目”（项目编号：20141403）的研究成果。
关键词： 互联网； 物联网； 高校教育； 教学
中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）02-67-03
Application of Internet of things in college education
Li Lili
（Heze University Department of Mathematics， Heze， Shandong 274015， China）
Abstract： The Internet of thing （IOT） is developed， expanded and extended based on the Internet. Through sensor devices， a variety of items can interchange to form a new network which can communicate information. The basic concepts of IOT， basic characteristics and main techniques are introduced. The modern education techniques of network，digitization，intelligence based on the development of internet of things are discussed. The application of IOT in college classroom teaching， experiment teaching， management and developing extracurricular teaching activities are proposed.
Key words： internet； Internet of thing； university education； teaching
0 引言
物联网的概念于1999年由麻省理工学院（MIT）提出，由2005年国际电信联盟（ITU）出版的世界互联网发展年度报告《物联网（Internet of Things，IOT）》推向更高的发展层面[1]。我国的物联网发展，是在2009年8月总理视察无锡时提出了“感知中国”理念，从而使物联网的发展得到了推动和重视，物联网在军事、物流、医疗卫生、教育、交通、平安家居、工业监测、农林业、环境保护、防灾救灾等多个领域之中得到广泛应用。
1 物联网概念
物联网即物物相连的互联网（The Internet of Things），仍然以互联网作为其核心技术，是以互联网为基础的网络的延伸和扩展，使得网络的客户端成为任何物品与物品之间进行信息交换和通信[2]。物联网将基础的物理设施与IT基础设置结合起来，将物品、芯片、宽带通过可视化的界面连接起来，使其作为生活中的基础设施，加强了人与物的对话与交流，让没有生命的物品能够通过语言表达为人们的日常生活服务。物联网的定义很简单：即通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是一种网络，通过射频识别等信息传感设备将所有物品与互联网连接起来，通过网络实现各种物品间的信息交换，从而实现智能化识别和管理。即物联网是通过各类传感器连接物品和互联网并最终由计算机处理的技术。
物联网作为新兴的基于互联网的技术，有着互联网没有的技术优势与应用优势。物联网的主要特征有以下[3]。
⑴ 连通性：连通性是物联网的本质特征之一。国际电信联盟认为，物联网的“连通性”有三个维度：一是任意时间的连通性（any time connection），二是任意地点的连通性（any place connection），三是任意物体的连通性（any thing connection）[4]。
⑵ 技术性：物联网是技术变革的产物，代表着未来计算与通信技术的发展趋势，而其发展又依赖众多技术的支持，尤其是射频识别（Radio-frequency identification，简称 RFID）技术、传感技术、纳米技术、智能嵌入技术。
⑶ 智能性：物联网使得人们所处的物质世界得以极大程度地数字化、网络化，使得世界中的物体不仅以传感方式也以智能化方式关联起来，网络服务也得以智能化。物联网具有智能化感知性，它可以感知人们所处的环境，最大限度地支持人们更好地洞察、利用各种环境资源以便做出正确的判断。
⑷ 嵌入性：物联网的嵌入性表现在两个方面，一是各种各样的物件本身被嵌入在人所生活的环境中，二是由物联网提供的网络服务将被无缝地嵌入到人们日常工作与生活中。
2 物联网实现技术
2.1 传感器技术
传感器是机器感知物质世界的 “感觉器官”， 可以感知热、力、光、电、声、位移等信号， 为网络系统的处理、传输、分析和反馈提供最原始的信息[5]。将传感器安装到需要通信的每个物品上，然后将某些物品上的传感器组成无限传感器网络。由此，物联网可以通过各个物品上的传感器及其他们组成的传感器网络来感知、响应它们之间的通信。
传感器网络中的每个传感器结合其他部件组成了传感器网络节点，传感器网络节点由以下基本单元构成：
⑴ 传感单元：由模数转换功能模块和传感器组成；
⑵ 处理单元：由嵌入式操作系统、存储器和CPU组成；
⑶ 通信单元：由各种无线通信模块组成；
⑷ 电源：用于提供设备工作的器件。
传感器网络的组成步骤：首先，传感器网络节点安置在被感知物品的附近或者内部；其次，传感器网络节通过自组织的方式构成无线传感器网络，以协作的方式实时感知、收集、处理并响应网络覆盖区域中的信息；最后，Sink节点链路经多跳网络将整个无线网络区域内的信息和数据传送到远程管理中心。另一方面，远程管理中心可以实时监督、控制并操纵无线传感器网络节点。
2.2 射频识别（FRID）技术
RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）射频识别是无须人工干预的识别过程，这种非接触式的识别技术，可以用于各种恶劣的工作环境，由射频信号自动识别目标对象并获取相关数据[6]。FRTD由标签、阅读器和天线组成，各组成部分的功能如下。
⑴ 射频标签（Tag）：具有惟一的电子编码，放在各物品上用于标识目标对象。由耦合元件和芯片组成。
⑵ 读写器（Reader）：用于写入并读取标签信息，可人工设计为手持式或固定式。
⑶ 数据管理系统：用于对数据信息的存储和管理，以及对标签进行读写的控制。
在RFID系统中，射频标签含有惟一的标识码，并黏贴在待识别的物体上；读写器通过耦合元件与射频信号进行空间耦合，对标签的信息进行读取和写入，根据时序关系，在耦合的通道实现能量的传递和数据的交换，并使用相应的协议进行网络通信，进而获取、解码、识别和管理射频标签的信息；最后通过数据管理系统对射频标签进行读写控制、对采集到的数据信息进行管理和存储。
2.3 M2M技术
M2M是机器对机器（machine-to-machine）通信的简称[2]。目前，M2M重点在于机器对机器的无线通信，存在以下三种方式：机器对机器，机器对移动电话（如用户远程监视），移动电话对机器（如用户远程控制）。
3 物联网对高校教育的影响
高等教育领域已经成为物联网发展的领域。信息技术应用到教育教学过程后，使学习环境、学习资源、学习方式都向数字化方向发展。
3.1 网络化教学
网络化教学是指具有一定自学、自律能力的学生基于计算机网络，利用多媒体计算机在本地或远程通过与计算机的交互而实现的一种主动学习为主，以教师的指导和计算机智能模块的协调为辅的教学形式[7]。网络化教学要求学生做到主动学习（Active Learning）、仿真学习（Simulative Learning）、互动学习（Interactive Learning）、累积学习（Accumulative Learning）。
3.2 数字化学习
信息技术和网络的飞速发展，对人类的生活和学习产生了重大的影响。葛洛蒂指出，信息时代是一个数字化的世界[8]。它有四根支柱，一是自然界的一切信息都可以通过数字表示；二是计算机只是用数字1和0来处理所有数据；三是计算机处理信息方法是通过对1和0的数字处理来实现的；四是通过跨空间运送1和0来把信息传送到全世界（葛洛蒂，《数字化世界》，1999）。数字化学习是指学习者在数字化的学习环境中，利用数字化学习资源，以数字化方式进行学习的过程。它包含三个基本要素，即：数字化学习环境、数字化学习资源和数字化学习方式。
⑴ 数字化学习环境：是指经过数字化信息处理具有信息显示多媒体化、信息传输网络化、信息处理智能化和教学环境虚拟化特征的学习环境。
⑵ 数字化学习资源：是指经过数字化处理，可以在多媒体计算机上或网络环境下运行的多媒体材料。
⑶ 数字化学习方式：数字化学习与传统的学习方式不同，学习者的学习不是依赖于教师的讲授与课本的学习，而是利用数字化平台和数字化资源，教师、学生之间开展协商讨论、合作学习，并通过对资源的收集利用、探究知识、发现知识、创造知识、展示知识的方式进行学习。
3.3 智能化教学
智能化教学模式主要是提供了一个以学生为中心的网上学习环境，实现个性化学习，所以在课程的知识设计中应能按照每个学生的知识背景及所要学习的内容动态地组织知识材料，以满足自主、个性化学习的需要[9]。
4 物联网在高校教育中的应用
在教育中引入物联网的技术极大地提高了教学质量和教学效果，促进了教学改革的发展。物联网在教育中的应用主要有如下几个方面。
⑴ 利用物联网优化教学、学习环境。教学环境直接影响着教师的教学效果，进而影响学生吸收和消化知识的效果。同时，学习环境也很大程度上影响着学生的学习效率。
传统教学环境中的教学资源有限，物联网丰富并优化了教学环境。通过物联网实现了物理空间与数字化信息空间的互联，能够有效的支持人机交互、人与物品之间的交互、人与人之间的社会互。物联网使现实教学环境中的每个部件都具有数字化、网络化、智能化的特性，可以与数字化的信息空间进行整合，从而可以即时的捕捉、分析师生的教与学的需求信息，并进行相应的调整，为师生提供智能化的教学环境与教学资源。
学校的教学环境会产生大量的噪声，噪声不仅会影响学生的听力更会影响师生的交流，对学生学习产生消极影响，会影响学生的学习注意力、阅读计算力和整体学业成绩，特别是对那些学习有困难、听力损失或用非母语学习的儿童。同时，噪声的影响也会使教师在教学过程中无意识地嗓门提高，长期提高嗓门会导致声带拉伤。
引入物联网后可在教室里布置传感器节点检测教室各角落的噪音情况，一旦超过设定值，则报警通知有关部门处理。如对墙壁、天花板等部件做隔音处理以降低噪音传输和混响声音。教室的光线强弱会影响学生的视力，在教室里安装光线传感器，能够随时监考光线亮度并自动调节室内照明灯亮度和计算机屏幕亮度，并根据室外光照强度调整窗帘高度。另外，传感器也可以根据室内二氧化碳浓度、室内温度自动调节通风情况和空调温度。总之，物联网可以为教师和学生提供一个舒适的教与学的环境，提高教师教的效果，增强学生学效率。
⑵ 利用物联网指导实验教学、丰富实验教学。通过实验教学科研加强学生对课堂理论知识的理解，巩固课堂知识，能够培养学生设计、观察、分析和解决问题的能力，培养学生动手能力和创新思维能力，使学生做到学以致用，是培养应用型学生的重要手段。但是学生在实验过程中，一旦遇到了自己无法解决的问题或者实验有误时，其积极性与热情会瞬间下滑，导致实验敷衍了事，抄袭或猜测实验结果，甚至会影响学生对后续课程和实验的信心与兴趣。并且，传统的实验教学设备有限，比如一些化学实验、物理实验等学科的实验，实验器材存在危险性，或者缺少实验器材，无法让学生亲自动手。
物联网的引入，丰富了实验平台，增加了实验安全性。例如让学生佩戴传感器设备，教师可以及时发现学生实验过程中出现的错误，进而进行指导。教师还可以在实验器材上标明数字化属性和使用帮助信息，当实验器材使用不当时，实验器材启动自动报警系统，教师可以对实验进行及时的指导。另外，教师可以通过分析实验过程中典型问题，进行后续教学的改进，提高教学效率。对于存在安全隐患的实验，可以通过物联网远程控制异地的实验器材，实时采集实验数据，并以适当的方式将实验数据传递给实验者，实现实验教学的共享性、安全性。
⑶ 利用物联网支持学校安全、仪器设备管理。学校作为一个大的教学单位，拥有大量的各种仪器设备，包括教学仪器、会议设备、运动设备等，这些设备分布在学校各个部门中，存在着管理难度大、无人管理、无人及时保养的问题。利用物联网中的传感器或RFID技术，可以对学校大量的仪器设备进行统一管理和调度，能有效防止仪器设备的丢失，当仪器设备出现故障时启动自动报警装备，通知有关人员进行处理。学校安全管理包括学校门禁、学校访客和校园火灾管理等。学校门禁可以与学生的一卡通绑定，进出宿舍、校园、教室等学校场所，刷本人的一卡通，并通过机器进行识别，能够有效管理外来人员进出。学校访客管理，可以在教学区、学生宿舍等区域安装感应点，当外来人员进入时及时通知安保人员进行处理。校园火灾管理，可以将传感器分布在各检测区域，监测自身周围的温度、烟雾浓度等数据，将所在位置及所监测到的数据，传送到管理控制中心，实现实时报警和准确定位。
⑷ 利用物联网拓展课外教学活动、教学空间。利用课外教学能够激发学生的学习兴趣、拓展学习空间、增加学生学习的视野、培养学生探究知识的能力。课外教学是学生通过课程实习，将所学的课堂知识应用到实践之中，能够更好地帮助学生理解和掌握所学的理论知识。但是，学生外出实习有时间、场地限制，对于所学习的理论知识无法做到实时的应用。物联网的引入，使得教师可以实施远程布置、操控传感器节点，将远程设备通过物联网联系到一起，进行信息数据的实时传输、存储和分析。学生对所布置的节点进行长期观测，查看相应的实验结果，收集实验数据。如此，通过观察相应的实验帮助学生掌握课堂上枯燥、难以理解的理论知识。
5 结束语
当今时代网络技术与应用迅速发展，物联网在高校教育中的应用必将弥补传统教学的不足。但是，物联网在高校教育中的应用不仅有理论、技术方面的问题，更涉及现代教学理论、学校教风和学风、教育资金等多方面的问题，因此，物联网在高校教育中的应用和发展之路还很长。随着物联网技术的逐渐成熟，在高校教育中使用物联网将会越来越广泛。
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一、让高一学生感受数学美，激发学习兴趣
不感到数学是美的，就不可能对数学有什么感情数学老师培养学生的学习兴趣，很大程度上是向学生揭示数学美数学中的美，若不引导学生去体验，他们是不可能领会的所以，在教学中应结合教学内容，揭示数学美的本质，展示数学美的巨大魅力和作用，激发学生认识数学美的兴趣．
数学美普遍存在于数学之中，有数的美、式的美、形的美，真是“哪里有数，哪里就有美”高一数学也不例外．如：《集合与函数地概念》中自然语言转化为集合语言，文字语言简化为符号语言，用字母表示数字，体现了简洁美；二次不等式、方程与函数图象的统一等都体现了和谐美；奇偶函数图象、互为反函数的两个函数图象的关系，体现了独特的对称美；幂函数、指数函数和对数函数的图象当n或a由小变大时所展现的曲线如翩翩起舞的少女，有规律的起伏等，体现了奇异美等等．
二、课堂上多从实际生活出发，激发学习兴趣
“知之者不如好知者，好知者不如乐知者”，爱因斯坦也曾经说过“兴趣是最好的老师”．而且数学作为思维的体操在所有学科中是最难让学生感兴趣的，充满数字，算理，计算公式，图形等等．既抽象又枯燥，因此我们数学教师就必须要精心设计，创设情境，组织教学，尽量做到让学生玩中学，学中玩，以激发学习数学的兴趣，充分调动学生学习数学的积极性，才能使学生自主学习，从而达到好学、乐学的境界．
三、利用现代化手段，激发学生学习数学的兴趣
在信息时代的今天，把幻灯、投影仪、“CAI”课件等引入学校课堂教学是实现教育现代化的一个重要内容，“CAI”课件教学，就是利用“CAI”课件对图、文、声、像等多种信息进行综合处理和控制，从而形成一种全新的教学形式．运用“CAI”课件进行教学，可以充分发挥其特有的优势．能根据教材的内容和教学需要，化静为动，动静结合，使静态知识动态化；能直观生动展示图形的变化，使教与学充满生机，使学生学得主动，加深对知识的理解，并逐步了解知识的形成过程，有效地吸引学生的注意力， 从而激发学生学习数学的兴趣． 转贴于
在教学实践中，我利用课余时间向学生介绍名为《几何画板》的数学软件，教会学生如何使用它．如在讲“指数函数性质”时，我先在课堂上让学生自己画出 和 的图象，然后利用《几何画板》当场画出 的动态图象，让学生通过观察图象归纳性质，然后以小组为单位对于函数的性质作出总结．再请学生仿照此法，请一个学生在计算机上画出函数 的性质．在短短的时间里学生完全掌握了指数函数性质．由于学生直接参与学习，亲自动手操作，自己观察分析，归纳结论，因而兴趣浓厚，信心十足，智能得到发挥，教学效果也明显提高．
四、利用数学教材，培养学生学习数学的兴趣
新教材的内容编排切实体现了数学来源于生活又服务于生活的思想，通过生活中的数学问题或我们身边的数学事例来阐明数学知识的形成与发展过程．在教学过程中，教师要利用好教材列举的与我们生活息息相关的数学素材和形象的图表来培养学生的学习兴趣．在讲授分段函数时，学生对定义域内自变量的取值范围不同，对应法则（解析式）不同难于理解，难掌握有些同学提出来：为什么学这些搞不懂的东西．我在教学时用一个与生活息息相关的例子：你到菜市场买白菜，买10斤以内，每斤0.5元；搞批发，10斤以上，每斤0.3元，则可建立买 斤菜，给钱 元的解析式，从而让学生理解掌握分段函数，且根深蒂固还可让学生联系生活事例，构造建立分段函数的例子这样，活跃了课堂气氛，学生的积极性、主动性大增，提高了学习数学的兴趣通过这样教学，学生在愉快中学到了知识，收到了良好的效果．另外，我还利用教材中编排的有关内容，让学生走出课堂去学习，体会数学与生活的密切联系，培养学生的学习兴趣．
五、鼓励学生质疑与提问，保护和培养学生的思辨精神
一、小学生数学学习的障碍
数学学习障碍是指正常发育的适龄小学生在课堂小学数学学习中遇到的学习障碍，源于数学知识认识处理过程的异常，由各类不同的数学学习障碍构成。这里要排除由于弱智、视听障碍、情绪障碍等因素造成的学习障碍，以及由于受经济、文化水平的影响，未能接受正规教育的原因所产生的学习障碍。
二、数学障碍的主要来源
1.源自学生
据课堂观察，小学生数学学习障碍常见的表现有以下几点。
（1）注意力不易集中，磨蹭地学习，学习过程缺乏时间观念和任务感，学习迁移能力差。
（2）缺乏学习兴趣，缺乏好奇心；或学习兴趣肤浅、范围狭窄，带有情绪性影响。
（3）缺乏学习动机；或学习动机多停留在消极层面上，有游移摇摆不定的特点。
（4）学习态度不良，目的不明确，呈现漫无目的的学习倾向。
2.源自学科
课程标准前言指出：数学是研究数量关系和空间形式的科学。它在内容上舍弃事物本身的一切属性，只保留事物量的关系和物体在空间的存在形式，是数量关系和空间形式高度抽象概括的结果。可见数学具有高度抽象性，如概念的抽象、命题的抽象等，障碍由此而生，不足为奇。
（1）难以建立起所学的知识表象。学生受自身思维特点、理解水平的局限，对高度抽象的数学知识难以理解，对一些不常见的素材也不熟悉，因此难以建立知识表象，缺乏具体形象的支持，思维活动受阻造成学习障碍。
（2）新旧知识难以建立实质性的联系。小学生的认知水平有限，某些抽象的数学知识在头脑里没有可同化新知的原经验。处理不当，即会形成新旧知识的联系障碍。如教学年、月、日，需要联系时、分、秒内容，完善时间知识树。不可否认，教材螺旋上升的单元安排让相互链接的类单元脱节，学生认识了年、月、日，再问与时、分、秒的关系时，却愕然许久。
种种学习障碍是每个教师都会遇到的问题，必须帮助学生突破藩篱，找回学习的信心。
三、数学手势语的完胜攻略
研究发现，运用手势语，可简化教师的教学语言，使学生更快、更好地理解知识，引领学生到达数学海洋的彼岸。
1.手势语对学生学习数学的辅助作用
有数据显示，与人进行交流时，起7%传达作用的是语言，起38%传达作用的是语气，肢体语言则占55%的影响，肢体语言的重要组成部分是手势语。因此，要妙用手势语，运用这55%的能量，辅助数学学习，曲径通幽。
2.手势语对突破学习障碍的特别优势
手势语作为肢体语言的主要形式，也是学生获取知识的一条重要途径。手势语，具有可操作性，相对其他学习方式占据了得天独厚的优势。数学知识对小学生来说晦涩难懂，怎样让他们觉得数学课好玩、爱听？有效的方法之一就是指导他们巧妙地运用手势语。
3.手势语对突破学习障碍的特殊意义
数学手势语是指用手势比量动作，根据手势的变化模拟数学形象以构成师生共同约定的数学意义，是固定场内数学学习的师生互相交际数学方法、交流数学思想的一种手语言，是“有声语言以外的重要辅助教学工具”，也是重要的辅助手段。
数学学习障碍势必妨碍学习的可持续发展。教师应帮助学生突破学习障碍的茧，提高教学质量，推动学校整体素质教育目的的实施，师生教学相长。笔者通过对两个任教班级84名三年级学生的调查统计，认为手势语对自己突破学习障碍有很大帮助的84人，占100%。喜欢手势语学习的学生79人，约占94%。可见手势语能让学生积极参与数学互动，不做课堂看客。
四、手势语辅助学生数学学习的案例分析
手势语可在数与代数、空间与图形、统计与概率、实践与综合运用各个领域发挥辅助作用。
1.在认数的学习中运用手势语来集中注意力
认数单元知识单调，如何让学生深入其中？有效的方法之一就是指导学生较多地运用形象、直观的手势语，手脑并用，吸引自身的眼球。例如，一年级数学（上）《 认数（二）》主要教学20以内数的认识。在数数的环节，引导学生用右手的拳头来表示1个10，左手竖不同的手指表示几个1，学生爱动的双手没有时间去做小动作，手、口并用地练习数数，学生的注意力集中到协调手、口的一致性上，教学效率极高。
数字教学适时地让学生动起来，形成表演行为学习法，抓牢学生的注意力。同时让学生被自己感染，随同伴疑问，随动作记忆……完全投入到学习当中，快乐而专注地学习数学。
2.在计算学习时运用手势语来突破知识难点
小学数学教学一项重要的任务是计算能力的培养。繁琐、单调又枯燥的传统计算教学常让学生望而却步。帮学生掌握计算方法，形成计算能力，对小学数学教师来说尤为重要。例如，三年级数学（下）《 两位数乘两位数 》，随着计算难度的提升，求和、求积次数增加，学生的竖式计算显得尤为艰难。笔者先尝试了记数字的方法辅助，但既费时又易错，学生的注意力被转移，正确率仅有30%左右。困难时刻用换手语辅助，每次进位，进几左手辅助竖起几，算出下一个积，加上左手的数，由于同步的手势语更直观，学生很快就掌握了计算方法，正确率也提高到95%，练习后正确率更高。
3.在解决问题时运用手势语来理清数量关系
手势语可以用简单的动作把有些难懂的知识解释得明明白白，难以言传的内容通过形象的手势语直接表现，常能把握重点、突破难点。
在低年级教学中，求“总数”用加法，求“剩余”用减法，求“几个几相加”用乘法，把一个数“平均分”用除法。加减法互为逆运算，乘除法也互为逆运算，有些题条件相近、易混，学生就靠猜谜语来列式。加减乘除是数学学习的起步石，跨过这坎儿，四种运算就都扎实了。例如，求总数，启发学生用两只手合拍到一起表示；求“剩余”，启发学生把并在一起的双拳甩去一个；求“几个几”，带领学生在胸前画几个小括号；求“平均分”，教孩子左手手心向上捧在胸前，右手做出从左手拿出东西分给小朋友的动作，学生开心地跟老师做了几遍，很快就学会了。开心小动作，让不同运算的意义泾渭分明。
4.在认识图形时运用手势语化抽象为具体
儿童的智慧就在他的手指尖上。指尖上的语言可以成为他们思维的源泉与起点，把抽象的概念转化为具体的图形。“空间与图形”领域的知识抽象，学生的数学学习更要讲究艺术性，让手势语运用“画龙点睛”。
长方体、正方体、球是立体图形，长方形、正方形、圆是平面图形。学生要能区别，形成初步的空间观念。教学时可用动作表演“抱”和“摸”，这样手动，学生瞬间就能够区别两种图形，“抱”“摸”达到加强师生交流的效果，给教学交流的双方留下深刻的印象，更是借助学生的手势语，将课堂学习目标切实地落实到位。
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