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數學游戲能為學生動手、動口、動腦,多種感官參與學習活動創設最佳情景,激發學生的學習興趣,調動學生積極性,最大限度地發揮學生身心潛能,省時高效地完成學習任務,同時,滲透思想品德教育,培養良好的學習習慣和心理素質,使智力和非智力品質協調發展。
設計游戲的目的要引導學生在“玩”中學,“趣”中練,“樂”中長才干,“賽”中增勇氣。所以,設計數學游戲,安排課堂教學時應遵循以下原則:
1.思想性,激勵性
游戲必須寓教育于教學之中,以正確的思想激發學生競爭精神,樹立為祖國爭光的學習動機。如游戲“攀登世界屋脊珠穆朗瑪峰”,在高聳入云的山峰兩側貼上題卡,選兩隊隊員當“登山隊員”分別從兩側向頂峰挺進。其他學生當裁判,哪隊答對一題就插上一面紅旗表示前進了若干米,哪隊先到達頂峰,哪隊奪取山上的“先鋒號”紅旗。在游戲中,參賽隊員像登山運動員那樣堅韌不拔,勇往直前,裁判員們默默地搶先算出答案以便正確評判。全體學生愉快地在游戲中完成了學習任務,并借此了解一項我國的世界之最,滲透熱愛祖國錦繡河山的情感,激發昂揚奮進的精神。
2.多樣性,情趣性
游戲新穎,形式多樣,富有情趣,才能有效地激發學生的內驅力,使他們主動地學、愉快地學。
如形式活潑又有競爭性的“數學撲克”:“爭上游”、“拍大數”;富于思考啟發性的“猜謎”、“問號旅游”;富有情趣的“小貓釣魚”、“摘蘋果”、“幫白兔收蘿卜”、“小鳥回家”;結合地理知識教學的“火車開往北京城”等游戲一一展示在學生面前,學生們都喜形于色,躍躍欲試,迫不及待地要參加,并自覺地遵守游戲規則,努力爭取正確、迅速地完成游戲中的學習任務,提高了學習效率,培養了學生良好的學習習慣和組織紀律性。
3.直觀性,形象性
直觀形象的數學游戲可以在學生“具體形象的思維”與“抽象概念的數學知識”之間架起一座橋梁,幫助學生理解掌握概念、法則等知識,引導學生由具體形象思維向抽象思維過渡。
形象地表演“數的組成”、“數的分解”、“數字歌”、“找鄰居”、“找朋友”、“送信”、“爭當優秀售貨員”等游戲都是借助學生的表演動作和生活常識來理解數學知識。例如兒歌“2字像小鴨,圓圓小腦瓜,斜著長脖子,直著小尾巴。”形象地描述了數字“2”的字形和書寫要領。如“找兄弟”,學生拿著數字卡片“6”說:“我今年6歲,弟弟比我小兩歲,弟弟在哪里?”學生們想出答案舉起數字卡片“4”說:“我今年4歲,比你小兩歲的弟弟在這里。”學生繼續問:“比我大1歲的哥哥在哪里?”學生舉起卡片“7”說:“今年我7歲,比你大1歲的哥哥在這里。”在這個游戲中,開始學生依據數序知識想出結果,為學習有關的應用題做了鋪墊。
4.針對性、啟發性
數學游戲的形式是為教學內容服務的,設計游戲應該根據學生的實際因材施教,要有助于突出重點,突破難點,啟發學生思維的積極性,學會思維方法,提高教學質量。例如:(1)“數學接力賽”可以突出分析問題的層次,培養思維的條理性、邏輯性。如分析應用題:“桃樹有8棵,梨樹比桃樹多3棵,梨樹有多少棵?”請4名同學參加數學接力賽,每個學生完成一層任務。
第一棒:從“梨樹比桃樹多3棵”這句話里知道了誰和誰比。(梨樹和桃樹比。)第二棒:還知道了誰的棵數多?它是由哪兩部分組成的?(梨樹的棵數多,梨樹的棵數是由兩部分組成的:一部分是和桃樹同樣多的8棵,另一部分是比桃樹多的3棵。)第三棒:求梨樹有多少棵,應該怎樣做?用什么方法計算?(求梨樹有多少棵,應該把這兩部分合起來,用加法計算。)第四棒:列式6+3=9(棵)答:梨樹有9棵。
如此一來,一人只說一句話,突出了思維的程序,滲透了思維方法,分散了學習應用題的難點,對分析能力尚低、語言表達能力差的低年級學生有很大的輔助作用。
關鍵詞:教育游戲;初中物理;多媒體技術
德國學者沃爾夫岡•克萊默將游戲定義為一種由道具和規則構建的,游戲者主動參與并且在整個過程中包含競爭,充滿變化的娛樂活動[1]。將游戲運用到教育中,主要是借助游戲的娛樂性和趣味性,使學習者可以在輕松的氛圍中獲得知識[2]。在游戲設計開發環節加入各種先進的電子、媒體技術,可以使游戲在表現形式上更加多樣化,用戶體驗更加真實。使用多種媒體技術對游戲進行開發設計,可以讓學習變得輕松愉快,可以實現“寓教于樂”的教育目標[3]。如學生學習歐姆定律這一內容時,傳統的教學方法中,大多數教師都是照本宣科地進行理論講解,容易使教學變得枯燥乏味。而使用多媒體技術可以把枯燥乏味的知識融入到游戲中,讓學生在放松的情況下掌握相關的知識,因此研究教育游戲具有重要意義。
一、國內外教育游戲的研究現狀
(一)國外研究現
狀國外學者對教育游戲的研究開始于20世紀80年代初,初代教育游戲是將教學和電視游戲相結合,學習者在電視上進行游戲的同時掌握知識技能。隨著計算機的普及和多媒體技術的發展,教育游戲的載體也逐步從電視發展為計算機,教育游戲軟件的種類也更加豐富多樣。國外教育游戲在理論方面也有一套完整的設計開發模式。如KRISTIAN將已有教育理論與游戲設計整合提出了體驗式游戲模型,強調在教育游戲設計中加入即時反饋,以及根據學習者的技能水平為其提供相應的挑戰的內容[4]。
(二)國內研究現狀
我國學者最開始是致力于挖掘游戲的教育價值,之后有學者提出了娛教技術,才正式確定了游戲的教育地位。通過娛教技術,可以使學校教育在時空上得到擴展,將學習者日常生活的一些有趣的體驗融入到傳統的學校教育中,為學習者提供系統的學習生活情境[5]。目前我國物理游戲大多是以零散的單機游戲為主,需要玩家擁有一定的物理常識和體驗才能過關。如在某個光學游戲中,玩家需要靈活運用入射角等于反射角這一光學物理知識,才能完成游戲任務,這些游戲雖然沒有系統的對某個知識點進行教學,但深受學習者的喜愛。這也表明教育游戲終將成為未來教學新的突破口,游戲與教育相結合會逐步成為一種發展趨勢,因此制作出更多、更好的教育游戲已經是教育的一個潮流[6]。基于以上分析,在《超級電工》游戲的設計制作中,要充分結合課程標準,使用娛教技術的相關理論進行設計開發,在發揮游戲娛樂性的基礎上,更要注意對學習效果的檢測,不然就會本末倒置[7]。
二、《超級電工》教學游戲開發設想
(一)課程內容
本游戲的教學內容是初中物理中的歐姆定律,所以在設計游戲時,考慮了如何將歐姆定律體現在游戲過程中,使游戲設計既符合歐姆定律的相關原理,又能與日常生活中的一些現象聯系起來,使游戲既貼合課程標準,又具有趣味性。
(二)游戲內容
游戲設定為超級電工,任務是幫助主人修好電路點亮電燈。游戲給定電壓值和電流值,選擇適當的電阻連接,將電壓減小到電燈的額定電壓。電阻選擇完成后拉下電閘,如果電壓達到電燈額定值燈亮;如果電壓小于額定值燈閃爍;如果電壓大于額定值電燈爆炸。游戲過關可獲得金幣獎勵,如果到游戲結束時間還沒有選好電阻并拉下電閘主人會生氣。
(三)游戲結構設計
游戲的結構初步設計為四個部分:主界面、游戲幫助、游戲關卡小提示。主界面:用一個簡單的動畫效果吸引學生眼球。介紹游戲規則,讓學生了解游戲怎么玩,明白獎勵制度。游戲關卡:設置游戲關卡主要目的是讓學生通過游戲方式快速學習、記憶電阻和歐姆定律的相關公式,學生完成關卡會得到相應的金幣獎勵。小提示:用于輔助學生完成游戲任務,在學生忘記相關公式時可以點擊小提示查看公式表,但是在點擊小提示時會扣除一定的金幣,如果金幣數量不夠則無法開啟小提示。具體的游戲界面如圖1所示。教育游戲的實質是利用游戲來激發學習者的興趣,達到特定的教育目標[8]。針對于教育游戲的特性,筆者認為在游戲設計中應該注意兩個環節,首先游戲設計必須按照相關課程標準進行設計,不可脫離理論知識;其次需要將教學目標完美融合到游戲場景、任務要素中[9]。
三、應用價值
本研究把初中二年級物理中的歐姆定律作為研究內容進行分析,根據國家課程標準的理論指導和技術手段及開發平臺將其設計并制作成教育教學游戲,可體現出以下應用價值。首先,可以增強學習者學習物理的主動性。教學內容以游戲的方式呈現,設置多種難度不同的關卡,學習者可以通過體驗游戲的不同關卡,來理解歐姆定律的基本內容,學習串并聯情況下電阻總值的計算方法,在一種輕松的游戲氛圍下自主學習,并且能通過玩游戲的方式來掌握歐姆定律。通過游戲探究閉合電路中電壓和電阻之間的關系,并將所學的知識應用到生活中。其次,可以加強學習者學習效果。眾所周知,人們對自己感興趣的事物學習的主動性更強,學習效果會更明顯。而把這些繁雜和抽象的物理電學方程式融入在游戲中,能使學生在體驗游戲的過程中充分理解并掌握知識點,有效提高學習者的學習效果。
四、結語
在物理學習中繁多的定律公式學習起來是非常枯燥乏味的,但是如果在游戲中加入了教學內容,根據學生的心理特征設計制作出貼合科學教育目標的教育游戲,不僅能激發學習者的學習興趣,還能提高學習者的學習效果。另外教育游戲是結合學習者的特點設計的,有一定的獎懲措施,能激發學習者的學習動力及學習的積極性和自主探索能力。
作者:曾思遙 單位:云南師范大學
參考文獻:
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新的系統選用2臺37kW電機分別驅動一臺A10VSO100的恒壓變量泵作為動力源,系統采用一用一備的工作方式。恒壓變量泵變量壓力設為16MPa,在未達到泵上調壓閥設定壓力之前,變量泵斜盤處于最大偏角,泵排量最大且排量恒定,在達到調壓閥設定壓力之后,控制油進入變量液壓缸推動斜盤減小泵排量,實現流量在0~Qmax之間隨意變化,從而保證系統在沒有溢流損失的情況下正常工作,大大減輕系統發熱,節省能源消耗。在泵出口接一個先導式溢流閥作為系統安全閥限定安全壓力,為保證泵在調壓閥設定壓力穩定可靠工作,將系統安全閥調定壓力17MPa。每臺泵的供油側各安裝一個單向閥,以避免備用泵被系統壓力“推動”。為保證比例閥工作的可靠性,每臺泵的出口都設置了一臺高壓過濾器,用于對工作油液的過濾。為適當減小裝機容量,結合現場工作頻率進行蓄能器工作狀態模擬,最終采用四臺32L的蓄能器7作為輔助動力源,當低速運動時載荷需要的流量小于液壓泵流量,液壓泵多余的流量儲入蓄能器,當載荷要求流量大于液壓泵流量時,液體從蓄能器放出,以補液壓泵流量。經計算,系統最低壓力為14.2MPa,實際使用過程中監控系統最低壓力為14.5MPa,完全滿足使用要求。頂升機液壓系統在泵站閥塊上,由于系統工作壓力低于系統壓力,故設計了減壓閥以調定頂升機系統工作壓力,該系統方向控制回路采用三位四通電磁換向閥,以實現液壓缸的運動方向控制,當液壓缸停止運動時,依靠雙液控單向閥錐面密封的反向密封性,能鎖緊運動部件,防止自行下滑,在回油回路上設置雙單向節流閥,雙方向均可實現回油節流以實現速度的設定,為便于在故障狀態下能單獨檢修頂升機液壓系統,系統在進油回路上設置了高壓球閥9,在回油回路上設置了單向閥14。該液壓站采用了單獨的油液循環、過濾、冷卻系統設計,此外還設置有油壓過載報警、濾芯堵塞報警、油位報警、油溫報警等。
2機械手機體閥臺的液壓原理
對于每臺機械手都單獨配置一套機體閥臺,機體閥臺采用集成閥塊設計,通過整合優化液壓控制系統,將各相關液壓元件采用集約布置方式,使全部液壓元件集中安裝在集成閥塊上,元件間的連接通過閥塊內部油道溝通,從而最大限度地減少外部連接,基本消除外泄漏。機體閥臺的四個出入油口(P-壓力油口,P2-補油油口,T-回油油口,L-泄漏油口)分別與液壓泵站的對應油口相連接。壓力油由P口進入機體閥臺后,經高壓球閥1及單向閥2.1后,一路經單向閥4給蓄能器6供油以作為系統緊急狀態供油,一路經插裝閥3給系統正常工作供油。為保證每個回路產生的瞬間高壓不影響別的工作回路,在每個回路的進出口都設置了單向閥,對于夾鉗工作回路因設置了減壓閥16進行減壓后供油,無需設置單向閥。對于小車行走系統,由比例閥12.1控制液壓馬達21的運動方向,液壓馬達設置了旋轉編碼器,對于馬達行走采用閉環控制,以實現平穩起制動以及小車的精準定位。為避免制動時換向閥切換到中位,液壓馬達靠慣性繼續旋轉產生的液壓沖擊,設置了雙向溢流閥11分別用來限制液壓馬達反轉和正轉時產生的最大沖擊壓力,以起到制動緩沖作用,考慮到液壓馬達制動過程中的泄漏,為避免馬達在換向制動過程中產生吸油腔吸空現象,用單向閥9.1和9.2從補油管路P2向該回路補油,為實現單臺機械手的故障檢修,在補油管路P2上設置了高壓球閥8,為實現檢修時,可以將小車手動推動到任意檢修位置,系統設置了高壓球閥5.2。對于雙垂直液壓缸回路,由比例閥12.2控制液壓缸22的運動方向,液壓缸安裝了位移傳感器,對于液壓缸位置采用閉環控制,實現液壓缸行程的精準定位,液壓缸驅動四連桿機構來完成夾鉗系統的垂直方向運動;為防止液壓缸停止運動時自行下滑,回路設置了雙液控單向閥13.1,其為錐面密封結構,閉鎖性能好,能夠保證活塞較長時間停止在某位置處不動;為防止垂直液壓缸22因夾鉗系統及工件自重而自由下落,在有桿腔回路上設置了單向順序閥14,使液壓缸22下部始終保持一定的背壓力,用來平衡執行機構重力負載對液壓執行元件的作用力,使之不會因自重作用而自行下滑,實現液壓系統動作的平穩、可靠控制;為防止夾鉗夾持超過設計重量的車輪,在有桿腔設置了溢流閥15.1作為安全閥對于夾鉗液壓缸回路,工作壓力經減壓閥16調定工作壓力后由比例閥17控制帶位置監測的液壓缸23的運動,來驅動連桿機構完成夾鉗的夾持動作,回路設置了雙液控單向閥13.2,來保證活塞較長時間停止固定位置,考慮到夾鉗開啟壓力原小于關閉壓力(液壓缸向無桿腔方向運動夾鉗關閉),在液壓缸無桿腔回路上設置了溢流閥15.3,調定無桿腔工作壓力,當比例換向閥17右位工作時,壓力油經液控單向閥13.2后,一路向有桿腔供油,一路經電磁球閥18向蓄能器19供油,當夾鉗夾住車輪,有桿腔建立壓力達到壓力繼電器20設定值后,比例換向閥17回中位,蓄能器19壓力油與有桿腔始終連通,確保夾持動作有效,當比例換向閥17左位工作時,蓄能器19壓力油經電磁球閥18與有桿腔回油共同經過比例換向閥17回回油口。緊急情況下,電磁換向閥7得電(與系統控制電源采用不同路電源),將蓄能器6儲存的壓力油,一路經單向閥9.11供給夾鉗液壓缸23,使夾鉗打開,同時有桿腔回油經電磁球閥18,單向閥9.9回回油T口;一路壓力油經節流閥10,單向閥9.3使液壓馬達21帶動小車向爐外方向運動,液壓馬達回油經比例換向閥12.1,單向閥9.5回回油T口。以確保設備能放下待取車輪,退出加熱爐內部,保護設備安全。
3結論
1.1多車型翻車機系統在港口的應用
經過發展后的現代化多車型翻車機在實際操作工作中的應用越來越廣泛,其起到的作用來越來越重要。特別是對我國港口在大型大宗貨物運輸裝卸方面,其重要程度不言而喻。像目前港口的大宗松散貨物的運輸裝卸,多采取傾倒的方式來對其進行卸車,在這種情況下的卸車的效率是比較高的。隨著翻車機系統的不斷發展,其設備機器和規模也越來越龐大。隨之而來的改變就是翻車機的結構構造和卸車方式上的不同。目前翻車機有多種不一樣的機型和種類。主要有KFJ—1型側傾式翻車機;M2型轉子式翻車機;C型轉子式翻車機等。現代化的轉子式多車型翻車機主要為齒輪來進行的轉動。目前多用于生產規模較大的物流運輸公司,特別是港口在卸載大宗貨物方面,起到了不可替代的作用。但是,受限于發展技術水平的影響,其相關的一些設計技術還不完善,所以,我國港口在卸載貨物物料的時候,速度不能得到保障,有時候還得一定程度上借助于人力勞力的幫助。翻車機它是翻車機系統的主體,在整個翻車機卸載系統中,如何發揮其最大效果關鍵是取決于翻車機的內部構成及結構設計。
1.2多車型翻車機系統在港口應用中的問題
首先,因為多車型翻車機這種超大型的機械設備機體比較大,同時結構也相當復雜,再加上不少港口的機械設備更新不及時,使用的多是過于陳舊的機械設備,就比如說轉子式驅動翻車機,它就是采用的鋼絲繩來進行傳動,雖然整體來看結構比較簡單、輕便,但是其中的鋼絲繩容易磨損、使用壽命也比較短,不利于工作運行效率的提高。其次,我們也都知道港口的地理位置,由于其特殊的天氣狀況等自然氣象環境,像一些性能并不是很好的機械設備,則會非常容易造成傷害、磨損、腐蝕等現象。例如南京的浦口碼頭,以前經常會發生一些機械故障。因為有的翻車機入口坡度比較大,一般的機車已經無法頂送。但是,后來經過研究技術人員的優化改造,開發出了———鐵牛推送裝置。
2關于多車型翻車機系統的優化設計方面的探究
2.1多車型翻車機電動力系統的優化設計
翻車機系統主要有三套性能在各方面都不一樣的機器系統設備。它們是翻車機驅動;推車機驅動;定位車驅動。在設計方面應該加強注重系統的性能設計和控制。上一部分在問題中也提到了“鐵牛推送裝置”,鐵牛推送裝置在港口作業中比較普遍,作業方式多樣化,相比較于傳統的單一的機車頂送作業方式,使作業效率得到極大的提高和改善。
2.2對多車型翻車機作業工藝過程中檢測裝置的設計進行優化
為了更好地滿足定位車在翻卸過程中不摘鉤的翻車機車型工藝,以便更好的來保證定位車和其它車廂之間的聯接,所以應當在檢測裝置等方面不理想的部分進行合理的優化及其工藝改造。
2.3多車型翻車機控制系統的優化設計
根據我國的在多車型翻車機作業的模式的認識上,可以知道翻車機系統應用的具體子系統:Con-troILogix控制器;上位機系統;用戶操作站點;Flex遠程控制網絡等。這些都是最基本的條件,也是翻車機系統進行工作的前提。為了能更好地提高其系統的運行效率,通過研究翻車機相關控制系統的設計,更有助于系統整體對多車型翻車機的控制操作。
3結束語
1.1確保儀表功能健全穩定
在化工生產的過程中,儀表數據的檢測以及儀表數據的分析都要滿足實際的生產要求,以確保化工裝置能夠安全和穩健運行,是石油化工裝置安全儀表系統設計的重要原則之一。在進行相關儀表使用的設計中,設計人員要研究系統的基本情況,并且要熟悉生產的實際過程,這樣能夠準確對工作現場進行把握,確保設計儀表功能能夠適應實際的需求,提高設計效率。
1.2確保儀表易于維護與擴展
由于石油化工行業本身具有一定的特殊性,儀表的日常保養和維護也是日常工作中非常重要的環節,因此所選用的儀表要便于維護,且在使用中要較為方便,保證安全運行時間較長,盡量減少儀表的安裝數量,從而降低儀表在安裝過程中的成本,提高企業的經濟效益。同時,在未來的發展過程中,要給儀表預留適于的空間,以滿足未來生產工藝的改進。
1.3確保儀表系統絕對安全
由于化工行業在生產過程中本身存在一定的危險,所選用的材料一般為危險的化學品,其產品也多為易燃易爆的物品,再加上生產操作溫度較高,因此安全事故發生的概率較大。隨著我國石油化工生產設備的自動化和信息化的水平越來越高,產品的精細化作業也越來越廣泛,因此生產往往處于臨界點,這樣導致危險發生的風險會越來越大。在這樣的情境下,化工儀表的使用對于系統安全的要求也越來越高,因此在儀表系統進行設計的過程中,要確保儀表的絕對安全,將整個儀表作業的風險降到最低。
2提高石油化工大型裝置工藝儀表系統設計的措施
2.1可靠性設計的分析
只有確保安全儀表功能的順利實現,確保其穩定性,才能有效促進日常石油化工生產環節的可持續發展。一般來說,安全儀表功能分為五大要素,分別是系統響應時間、執行元件、安全穩定性等級、傳感器以及邏輯運算器等,在此過程中,任何一個環節出毛病,都可能導致整體系統的癱瘓。一直以來,人們更多地關注邏輯運算器的可靠性,但是對檢測元件、執行元件等可靠性卻忽略,造成整個安全儀表系統的可靠性能低,與降低設備風險的要求不相符。對于邏輯運算器的可靠性問題,必須優先符合安全儀表系統控制的安全等級。
2.2為了保證石油化工的工序正常進行
對于儀表選型,一般會針對不同的功能進行分類,一般而言,在安全儀表的系統設計中,我們可以采用編程技術,電子技術等各個環節對于儀表進行應用。對于安全儀表的運行過程中,可以采用電氣技術模式,其設計的原理主要是按照媒介繼電器的原理,通過各個環節直接的合作,在復雜的生產工藝中,保證其安全性。隨著我國在生產的過程中對于安全的重視,PES技術已經逐漸得到了發展和運用,利用PES技術已經完成了系統安全的連鎖功能,因此相關的設計人員可以參考PES技術對儀表設計進行針對性的設計。
3儀表系統的發展遠景
隨著我國經濟的發展,石油化工企業的儀表也在不斷的進行創新和更新,在發展方向上主要為以下幾個方面:安全生產模塊的發展、BPCS的集成以及自動化的控制。這些無疑都是未來石油化工企業重點的發展方向,這些方面的實現,有利于我國石油化工行業各個環節安全的運行,對于企業的綜合效益有非常大的幫助。儀表采用計算機進行操作,有利于在日常工作中各種數據的收集,以及對安全和非安全區域的劃分進行明確,目前已經在石油化工行業中嘗試使用集成SIS和BPCS系統時,并且取得了一定的效果。
4結語