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【关键词】 4G 技术 发展 分析
Abstract : The paper mainly discusses the core technology of the modern mobile communications.
根据国际电联的工作安排,4G预计2015年左右投入商用。4G技术的飞速发展,使得广大用户享受更新、更快捷、更丰富的通信生活成为可能。
1.4G网络中的关键技术
4G系统针对各种不同业务的接人系统,通过多媒体接入连接到基于口的核心网中。基于IP技术的网络结构使用户可实现在3G、4G、WLAN及固定网间无缝漫游。4G网络结构可分为三层:物理网络层、中间环境层、应用网络层。
1.1物理网络层提供接入和路南选择功能。
1.2中间环境层的功能有网络服务质量映射、地址变换和完全性管理等。
1.3物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的,使发展和提供新的服务变得更容易,提供无缝高数据率的无线服务。并运行于多个频带,这一服务能自适应于多个无线标准及多模终端,跨越多个运营商和服务商,提供更大范围服务。
据国际电信联盟定义,4G技术是可为移动中的用户提供100 Mb/S的数据传输、为静止的用户提供1Gb/S的数据传输的无线通讯技术,包含OFDM、智能天线(SA)与多人多出天线(MIMO)技术、软件无线电技术(SDR)三大关键技术。
1.3.1OFDM
OFDM即正交频分复用技术,实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation,多载波调制的一种。OFDM技术有很多优点:可以消除或减小信号波形间的干扰,对多径衰落和多普勒频移不敏感,提高了频谱利用率;适合高速数据传输;抗衰落能力强;抗码间干扰(ISI)能力强。
1.3.2智能天线(SA)与多入多出天线(MIMO)技术
智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能,被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线成形波束能在空间域内抑制交互干扰,增强特殊范围内想要的信号,这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。其基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射。同时通过基带数字信号处理器,对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并,实现上行波束赋形。目前智能天线的工作方式主要有两种:全自适应方式和基于预多波束的波束切换方式。
1.3.3软件无线电技术(SDR)
软件无线电(SDR)是将标准化、模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台,利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术。其中心思想是使宽带模数转换器(A/D)及数模转换器(D/A)等先进的模块尽可能地靠近射频天线的要求。尽可能多地用软件来定义无线功能。其软件系统包括各类无线信令规则与处理软件、信号流变换软件、调制解调算法软件、信道纠错编码软件、信源编码软件等。软件无线电技术主要涉及数字信号处理硬件(DSPH)、现场可编程器件(FPGA)、数字信号处理(DSP)等。
1.3.4基于IP的核心网
4G移动通信系统的核心网是一个基于全IP的网络,可以实现不同网络间的无缝互联。核心网独立于各种具体的无线接人方案,能提供端到端的IP业务,能同已有的核心网和PSTN兼容。核心网具有开放的结构,能允许各种窄中接口接人核心网;同时核心网能把业务、控制和传输等分开。采用IP后,所采用的无线接入方式和协议与核心网络(CN)协议、链路层是分离独立的。在4G通信系统中将取代IPv4协议,主要采用全分组方式IPv6技术。
2.4G技术的发展分析
2.1日本NTI-DoCoMo在4G的领先优势
2008年日本NTT DoCoMo公司新闻公报称,该公司在2007年年底进行的4G外场试验中,创下5.3 Gb/s的最大下行速率纪录。在此次试验中,无线通信系统的发射端和接收端天线均从一年前试验时的6根增加到12根,并采用了该公司独有的接收信号处理技术,使下行速率成功翻倍。
2.2 WiMAX“准4G”标准
2007年10月19日,国际电信联盟ITU在日内瓦举行无线通信全体会议,无线宽带技术WiMAX通过投票正式成为3G标准。
WiMAX,即IEEE 802A6x,全称是“微波存取全球互通技术(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess)”,被业界认为是高于现有3G标准的“准4G”标准。和传统的TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000相比,WiMAX的最大传输半径达到了约50km,接近前者的两倍。而在传输速度上,WiMAX也让其他3G标准望尘莫及。在10km范围内,WiMAX网络的带宽可以达到70Mb/S,甚至超过了ADSL等有线网络的技术,而3G标准中的TD SCDMA和WCDMA则均为2Mb/s。
2.3美国与欧洲针对4G的举动
作为美国的代表,3G时代的霸主高通公司一方面希望通过引入DMMX和HMMX这两项技术后,性能达到4G的要求;另一方面则通过收购Flarion科技公司获得了近300项OFDM技术专利,这被业界视为高通欲在4G时代继续保持专利的绝对领先之举。
在欧洲,爱立信已与美国加利福尼亚大学合作开发4G技术。加利福尼亚大学已正式成立了加州通信和信息技术学会,并得到了爱立信的投资。而阿尔卡特、爱立信、摩托罗拉、诺基亚、西门子成立了旨在推动4G技术开发的世界无线研究论坛WWRF(Wireless World Research Forum)。该组织下设的6个工作组,分别讨论业务、市场、结构、接口、核心技术等问题。
2.4我国正在加快4G关键技术研究步伐
2006年7月,上海建设的世界最大的4G实验网通过了863项目的验收。通过验收的上海试验网由三个无线覆盖小区、六个无线接入点组成,具有在移动环境下支持蜂值速率为100Mb/S的无线传输及高清晰度交互式图像业务演示等功能。
“FUTURE计划”负责人之一、国家“863”计划未来移动通信总体组组长尤肖虎表示,我国已经在国内外申请移动通信技术发明专利100余项,我国在第四代移动通信技术上已经处于世界前沿。
2009年,我国对4G的发展步伐明显加快。大唐移动联合中兴通讯、华为以及相关高校和科研院所完成了4G相关白皮书。相关业内人士透露,我国已经完成了4G标准的技术方案起草工作,目前正在进行4G关键技术的系统验证。我国目前正在更多地区进行4G系统的测试工作,且要赶在2010年前对其进行商业化测试,以便在2011年世界无线电通信大会时向国际电信联盟提交有着自主知识产权的4G标准。
3.4G移动通信技术发展展望
随着目前3G移动通信技术的全面商用化的开始,我国大部分的手机用户将感受到3G技术给我们带来的便捷,同时也能明显的感到3G技术的不足与缺陷。这些不足与缺陷将成为移动通信技术不断进步的动力。
关键词:机械自动化;技术核心;制造模式
中图分类号:F407文献标识码: A
一、机械自动化概述
机械自动化是在社会发展的过程中建立起来的,其出现更具有跨时代的意义。和传统机械的生产方式存在很大的差异。机械自动化的技术是更具有智能化和现代感,通过对先进科学技术的应用实现了无人的操作,减轻了工作人员的工作量,提高了工作人员的工作效率,提高了机械的性能,不受环境的限制,能够进行更为便捷更为高效的运行。所以机械自动化为我国经济的发展提供了良好的基础,同时也优化的生产的结构,实现了现代化的、科技型的生产模式,促进了我国生产力的提高。
二、机械自动化技术核心的应用
机械自动化技术本身是机械制造行业中的一个部分,该制造技术能够针对被加工的产品自动化的连续生产,并且还可以对于生产的具体流程加以优化。机械自动化技术的应用,极大的提升了生产过程中的加工效率,使得加工时间大幅度减少,更加符合当前市场高速发展的需求。机械自动化技术本身除了能够提升生产效率以外,从某种程度上来说,实际上还促使是机械制造行业得到了划时代的发展,使得整个社会的经济体系都得到了极大的提升。首先,机械自动化技术的应用,给生产体系带来了较高安全性。机械化生产的流程使得每个环节都按照既定的模式来进行生产,最大限度的避免了出现生产停止的可能性。其次,使用机械自动化技术还能够使得相关的生产效率得以提升。相对于以往的人工、车间生产模式来说,虽然说能够符合生产需求,但在社会发展加速,需求不断提高的情况下,传统生产模式已经影响到了经济体系的发展。除此之外,利用高效率的机械自动化生产技术,能够减少生产误差,提高良品率,这对于产品质量提供了较大的保障。最后,机械自动化技术在实际应用的过程中,实质上最大限度的降低了相关能源所可能出现的浪费现象,在机械自动化技术中,只要针对各个技术的控制设计加以优化,那么便能够使得人工设计资源浪费的现象得以避免。总而言之,机械自动化技术在实际工作中所呈现出的应用范围是极为广泛的,其中所呈现出的相关作用性是极为显著的。
三、机械自动化技术的技术核心
1、数控技术为机械自动化的首要核心技术
机械工业对于机械产品的要求越来越高,而数控技术作为机械自动化的核心技术,在某种程度上满足了其发展的需要。机械产品,需要高效、高精、高端,而数控技术正是实现了这些高要求。其加工过程中的自动修复技术、自动更正技术以及能够保证高端要求的优势,在机械生产加工中的得以体现。此外,在加工过程中,数控技术可以实现产品加工的技术调节与补偿,满足各项参数的要求。对于加工过程中的一些故障等可以进行及时的诊断与处理,实现了生产加工的及时性与实效性。
2、网络技术
计算机互联网技术的发挥使得互联网的覆盖范围越来越广,在机械自动化技术中,网络技术不仅得到了较为广泛的应用,而且在一些特定的领域,已成为机械自动化发展的新方向。因此,从某种程度上来说,网络技术同样是机械自动化的技术核心。例如,数控技术与CAD、CAM技术的有机结合,实现了机床的联网生产,极大地提高了生产效率。与此同时,机械自动化核心技术的应用,也具有十分重要的作用,在提高机械制造企业市场竞争力的同时,顺应了时展的潮流,推动了我国社会经济的发展,在当前全球经济一体化、国际竞争日趋激烈的背景下,有着重要的现实意义和长远意义。机械自动化核心技术的应用优势,主要表现在以下几个方面:
2.1优化产业结构
机械自动化技术的应用,能够实现机械生产的自动化和智能化,从而节省了大量的人力、物力,减轻了工作人员的负担,降低了人工成本的消耗,可以有效提高资源的利用效率,对企业的产业结构进行优化。
2.2提高经济效益
机械自动化技术核心应用于具体的生产领域中,能够促进企业自身经济效益的提高,利用有限的资金和资源,获得更多更好的产品。传统的机械生产模式由于技术不成熟,在生产过程中,对于资源的需求相对较大,同时需要大量的工作人员参与才能顺利完成,生产效率低且存在资源浪费的现象。而机械自动化技术的应用,使得生产设备可以直接由智能化控制系统进行管理,可以实现自动运行,只需要设置少量人员进行监管即可,能够节约大量的人工成本和时间成本,从而提高企业的经济效益,促进我国生产领域的发展。
2.3节约能源资源
传统的机械生产属于粗放型的生产模式,以数量弥补质量,容易造成能源和资源的大量浪费,经济效益十分低下,同时也不符合社会发展的一般规律。机械自动化技术的应用,能够通过对生产模式的改进和创新,使用更少的材料,生产出更多更好的产品,有效节约了能源资源,有利于实现可持续发展的战略目标。
四、机械自动化的制造模式分析
采用了先进的高端的机械自动化技术,其制造模式也会发生很大的改变。传统的机械制造是通过机械设计,然后再根据机械设计的标准进行人工加工和机械加工相结合的方式进行机械制造。然而,在机械自动化技术的推动下,机械制造的模式也开始了转变。其转变的方式主要有以下几个方面:
1、流水线生产模式
流水线可以说是机械自动化技术应用的主要标志之一,自动化流水线生产是指将产品的生产流程进行分割,通过不同的工站完成相应的工序,从而减少出错的机率,实现产品的持续快速生产。在流水线生产模式中,可以通过智能化的控制系统,对产品的生产、加工、检测等进行流水化作业,从而极大地提升生产效率。
2、智能化的控制生产
智能化是自动化技术中的高端技术,智能化控制可以减少因为人员操作造成的主观判断失误和误差。尤其是误差的检测和修复工作,通过智能化控制可以及时有效地进行检测和修复。不仅如此,避免了人员的惰性和主观性,让机械生产更加智能而高效。
3、人员精简模式
在传统的生产模式中,主要是以人工操作为主,对于人员的需求量巨大,但是生产车间和生产设备严重制约了生产效率的提升,而且即使操作熟练的老员工,也无法从根本上改变产品的质量。而机械自动化技术的应用,打破了人员和车间相互结合的生产模式,使得企业可以对人员进行精简,只需要安排很少的劳动力对设备进行管理,就可以实现同等甚至更高的生产效果,这也是现代化生产中常见的生产模式。
结束语
随着社会经济的不断发展,我国的工业化水平也取得了很大的进步,但是在机械制造方面,与世界发达国家相比,仍存在一定的差异,因此需要不断对机械制造模式进行改进和创新。机械自动化技术正是在这种情况下得以迅速普及和发展起来的。对于相关技术人员和管理人员而言,在对机械自动化技术进行应用的过程中,需要充分借鉴国外先进的科学技术和设备,结合我国的实际情况,确保技术应用的有效性和合理性,从而为我国国民经济的发展提供相应的技术支撑。
参考文献
[1]刘春芝.机械自动化的技术核心与制造模式分析[J].黑龙江科技信息,2013,32:19.
[2]吴景亮,莫宗宝.机械自动化的技术核心分析[J].黑龙江科技信息,2014,08:1.
摘 要 本文详细的探讨了羽毛球运动技战术核心思想的制胜规律,使教练员和运动员在微观上更好的掌握该运动核心技战术的特征,更客观的认识、理解该运动,为提高竞技运动能力而进行更加科学、有效的训练手段与方法。
关键词 羽毛球 技战术 致胜规律 分析
一、羽毛球运动的基本特征
羽毛球运动是比赛时用网将双方选手隔开,各据一方持羽毛球拍在规则允许的情况下进行的合法击球。无身体接触,靠时间、空间的优势取胜,比赛场地相对较小,通常比赛时间也没有限制,球不能连击和停留,双方的攻防转换非常快,只要是规则允许的范围内各种技术动作都有可能造成得分或失分。取胜的关键是要让自己多得分少失分。
二、羽毛球运动竞技能力决定因素特征分析
(一)技能与战术能力特征
运动员的技术水平主要表现在基本功扎实、熟练、全面、准确,特点突出,并在技术发展中不断创新、形成绝招等方面,也就是所谓的“全面加特长”。战术能力则主要反映在个人战术与集体战术结合、进攻战术与防守战术以及攻防转化的全面上。
(二)体能特征
运动员的身体素质是掌握各项技术的基础,同时也是比赛中运用技术与完善战术的前提。该运动的重点素质包括力量、移动速度、挥臂速度、灵活性与灵敏性等,要求运动员有很好的弹跳力与爆发力。
(三)心理和智能特征
该运动各种技术动作失误就有失分的特点,这就要求运动员具备良好的敢斗意识与自我控制能力,根据球速快、变化多的特点,又要求具备良好的时空知觉和反应速度的能力。在智能方面的要求也较高,运动员要灵活善变,应付与处理场上各种复杂情况,为此,需要丰富的专业理论知识与临场经验[1]。
三、羽毛球技战术核心制胜的利器
20世纪50年代至60年代中期,这是羽毛球的技术与战术全面发展的时期,男子技术优势从欧洲全面转向亚洲,形成了亚洲人在世界羽坛上称雄的局面。在手法上突出了动作小、出手快,爆发力强的特点,在步法训练方面大胆改革有新的突破,使技战术水平突飞猛进[2]。80年代,世界羽坛技术与战术向快速进攻、全面、多变的方向发展,具体来讲,中国选手在那一时期的特点是速度快、步法移动积极,争取高点击球,技术动作完成小而快,进攻意识强,善于快攻、发球抢攻和快速突击,加强了控制和反控制能力,把平高球和吊球也作为进攻的手段运用,从而使进攻的内容更加丰富和全面,克服了过去单调的杀上网的快攻打法,创造条件抢攻而闻名。80年代中后期,我国羽毛球将“快、狠、准”的打法发展成拉吊进攻和变速突击的打法[3][4]。1992年羽毛球运动成为奥运会正式比赛项目,运动员们的技战术更上一层楼,而新的技战术也随后形成。“快、准、狠、稳”成为中国羽毛球核心技战术的高度概括。从1996年我国实现奥运会羽毛球零的突破至今,大部分的奥运金牌都被中国垄断,中国已然成为世界羽坛的霸主地位。这充分体现了羽毛球的核心技战术制胜规律牢牢地被我国所掌控,我国正在走一条以快为主,以攻为主,以我为主的可持续发展的羽毛球道路。
羽毛球运动项目竞赛的根本特点可概括为“快”和“全”。所谓“快”,最主要的是球速快,扣杀球又是球速当中最快的,是得分的有利武器,也是突破对方防线的重型炮弹。当然,仅仅有球速快也是不够的,还得起动快,移动快,回位快,击球快等。在比赛当中杀上网快才有扑球的机会,脚下移动快才能抢到最高的击球点,击球才有攻击性,才能主动得分。在速度上压制对手是羽毛球运动制胜的法宝。“全”是羽毛球运动项目的另一特点,全面的攻防能力是优秀羽毛球运动员须具备的,高超的控制和反控制的能力是羽毛球比赛胜利的基础。控制和反控制能力体现在羽毛球的“准”字上,落点精准,弧度、力量、线路控制的恰到好处,都能使对手疲于奔命,忙于应付,只有招架之功,毫无还手之力。判断准确才能提前起动,抓对方的球路,占据有利地位。“狠”即主动击球时凶狠,扣杀有力。防守时还击球很顶,使对方无法连续进攻,达到攻防转换的效果。“狠”还体现在霸气上,不但击球力量大,球速快,气势上也要占绝对优势。相关的研究表明,羽毛球运动的得分多数来源于对方的击球失误(受迫性失误和非受迫性失误),而不是本方运动员击球进攻直接得分。这体现羽毛球运动项目特征的“稳”字。就算不能主动得分,减少自身的失误,迫使对方多失误往往也能赢得比赛的胜利。失误少击球稳定在比赛当中能提升自身的信心,使自己出手更加果断,同时也能造成对手毛躁的心理而失误增加。
羽毛球发展至今,比赛起决定性作用的是速度与力量的较量。速度快的基础是有力量做支撑,要想速度快,必须先下手为强,主动进攻,频于下压,增加扣杀球在比赛当中的频率。同时也要加强防守的能力,高水平运动员不但有进攻还有防守,攻守均衡,以攻为主,能攻善守,攻守兼备。羽毛球运动攻守转换非常快,运动员只有技战术全面才能达到巅峰,“全面加特长”是现代竞技体育的发展趋势。步法灵活,体能充沛也是羽毛球运动核心技术的保证。
四、结论
在比赛中,双方都是通过控制与反控制在制约对手,最终是通过击球的力量、速度、落点等这些物理要素所体现出来的。羽毛球的核心技战术制胜因素是“快、准、狠、稳”;总结在一起就是挥臂快、出手快、球速快、移动快、反应快。因此,羽毛球运动的核心技战术制胜规律就是运用体能与力量的优势在比赛中充分发挥出“快”的特征。
参考文献:
[1] 田麦久.运动训练学[M].北京:人民体育出版社.2000.
[2] 乒乓球、手球、垒球、羽毛球编写组.球类运动[M].北京:高等教育出版社.1989(l):393.
摘要:ASON技术的引入则可增强网络业务的快速配置能力,提高业务的生存性,有效抵抗网络多点故障,并能够灵活提供不同的业务等级,满足目前迅速发展的差异化服务的需要。同时,它还可以提供新的业务利润增长点,如光虚拟专网,业务流量工程,三重播放,NGN固网优化等高利润值的业务。
关键词:自动交换光 网络 ASON技术
ASON(Automatically Switched Optical Network)自动交换光网络。是指在选路和信令控制之下完成自动交换功能的新一代光网络,也可以看做是一种标准化的智能光传送网,被广泛认为是下一代光网络的主流技术。ASON技术同传统SDH传送网相比,ASON最明显的一个特征是在原来的管理层面和传送层面之间引入控制层面,我们可以将ASON简单地理解为IP路由技术和ATM的MPLS标签交换技术在光网络中的应用。
ASON的出现为我们构建了下一代的核心光网络,它通过在SDH中引入路由协议和信令机制,促使交换和传输在光层面的融合,向用户提供波长批发、带宽出租、OVPN、流量计费、SLA业务等等服务。ASON通过信令实现对业务的自动保护和拓扑发现,减少人工配置的工作量,充分降低运营商的维护成本和难度,迎合了运营商开源节流的想法。ASON同时可以灵活提供不同的业务等级,满足目前迅速发展的差异化服务的需要。作为对光传输基础网络的功能升级,ASON是光网络发展的必然选择。
智能光网络具有诸多先进的技术、性能和非常好的网络过渡解决方案,能增强网络的适应能力,可为运营商提供多种网络业务,开发新的盈利点,增强运营商的市场竞争能力,在业务收入得到最大化的同时使每个可管理比特的成本达到最小化。其作为传送网的主流发展方向已获得业界的普遍认同。
ASON技术的引入则可增强网络业务的快速配置能力,提高业务的生存性,有效抵抗网络多点故障,并能够灵活提供不同的业务等级,满足目前迅速发展的差异化服务的需要。同时,它还可以提供新的业务利润增长点,如光虚拟专网,业务流量工程,三重播放,NGN固网优化等高利润值的业务。
一、ASON的技术特点
1.完整的、标准化的GMPLS协议簇。信令:RSVP-TE,执行业务的呼叫和连接管理;路由:OSPF-TE,构造网络拓扑数据库和执行最优路径计算;链路管理:LMP,执行控制通道管理和邻居自动发现。目前为止,ASON的整体架构是基于VC4为颗粒的调度,所有国际通行标准的制定和多厂家互联互通测试规范均在该层面进行。
2.大容量多端口的光交叉连接设备,可以保证网络的连通度和业务扩展性,以实现快速保护和恢复。即光缆连接增加,或业务容量、端口增加时,设备应保证平滑升级。
3.强大的业务网络规划和设计能力。ASON网络基本以MESH网络结构为主,虽然网络开通后,业务可以自动进行恢复,但初始网络容量设计,光缆路由安排,故障软件模拟和网络瓶颈分析等,均是ASON网络构建的重要环节。
4.电路建立和恢复能力。为充分利用网络资源,并使得网络运转更为明晰,建立电路时应可以指定必须包含的网络资源,包括节点,链路以创建最优的路径,网络出现故障时,业务可以自动被恢复。
二、ASON的技术优势
ASON通过在传统的静态光网络中引入动态交换和智能控制能力,完成“光传送网+智能化”,从而使光网络从传统的“承载网络”向“业务网络”演进,从被动的网络管理(监控)向主动的控制网络演进。这种演进以现有传送网的光层网络为基础,是一个无缝融合的革新过程。ASON既保护了运营商的原有投资,又把富有潜力的光网络发展成能高度自主地应对业务需要,经济有效,可在光层上直接为全网提供端到端服务的智能化控制光网络。
1.智能化:ASON在传统的传输网络上引入了控制平面,实现了对传输平面的实时控制,实现了资源管理、连接、保护恢复等方面的智能化。同时ASON网络的升级扩容还可以根据实际情况,在一些节点之间增加光纤连接,改变ASON的网络拓扑来实现。可快速提供网络业务,提供新的业务利润增长点。
2.标准化:采用标准化协议和接口实现多厂商,多运营商环境下的网络互操作。目前,对自动交换光网络(ASON)技术进行研究跟踪的主要国际标准化组织包括国际电信联盟电信工作组(ITU-T)、因特网工程工作组(IETF)、光因特网论坛(OIF)和电信管理论坛(TMF),各标准化组织之间既有重叠,又互为补充。
3.灵活性:ASON网络对不同等级的客户可以提供不同的保护恢复方式,为客户提供差异化的、可选择的服务,满足目前迅速发展的差异化服务的需要。
4.节约成本:资本支出和运营支出都会有所降低。现有网络一般都是SDH环形相交、相割和重叠的模式,升级扩容投资大,给运维也带来很大的压力。ASON网络的一次性投资可能比较大,但是网络越大,从长远看资本支出越小,而且ASON的智能特性也会降低运营支出。
ASON是构建新一代光网络的核心技术之一,这种先进的技术和组网方式通过对光网络带宽实行动态分配和调度以实现有效的网络优化.它将动态智能机制引入传统的静态光网络中,从而为运营商及网络环境带来了前所未有的优势。
算法,是计算机科学中程序设计的“灵魂”,在中学信息技术教学中,算法的教学一直是教学内容的一个重难点内容,也是学生颇为感兴趣的内容。从2008年开始,在新课改的精神下,江西省高中数学教材中引入算法的内容,其中在《数学(必修)3》教材的第二章就是算法初步。两门课程都涉及算法,它们之间有联系吗?在信息技术与课程整合开展逐步深入的情况下,能否在算法部分进行有效的教学整合,充分利用教学资源呢?下面,我想就这个问题来说说自己的感受。
教材内容上的比较
什么是算法?在没有接触算法之前,总有学生认为这是个难懂的问题。实际上,我们每天都在和算法打交道,只不过自己不知道罢了。其一,简单地说,算法就是解决问题的方法与步骤;其二,一般而言,对一类问题的机械的、统一的求解方法为算法(见《数学(必修)3》教材。
数学中的算法主要是指计算的方法。例如:计算8+5,会有很多的算法,可以先算8+3,然后再加上2;也可以先算5+5,然后加上3……学生掌握的计算方法越多,其数学知识掌握的程度越高。
程序设计中的算法是指在有限的步骤中求解某一问题所使用的一组定义明确的规则。简单低说,就是用计算机解决问题的方法与步骤。在这个过程中,无论是形成解题思想还是编写程序,都是在实施某种算法。
《信息技术基础(必修)》中,关于信息的编程加工只设计了一个画二次函数y=x2的图像的例题,只是用VB给出了程序,并没有给出算法。在《算法与程序设计(选修)》中,设计的例题大多数是以“算法+程序”来讲解的,其中很少有完整的描述算法的内容。
《数学(必修)3》中,主要是用算法解决实际的数学问题,学会将问题用算法描述出来,画出算法的流程图或伪代码,拓宽学生解决问题的思路。
课程标准的比较
算法是新引入数学教材的内容之一。《普通高中数学课程标准》明确指出,算法是数学的重要组成部分,是计算科学的重要基础。随着现代信息技术飞速发展,算法在科学技术、社会发展中发挥着越来越重要的作用,并日益融入社会生活的许多方面,算法思想已经成为现代人应具备的一种数学素养,高中学生有必要具备一定的算法知识。
在《信息技术基础(必修)》中,有关算法与程序设计的课程标准是:通过对简单计算机程序的剖析,体验计算机程序解决问题的基本过程,了解用计算机解决问题的基本思想和方法。
整合的策略
从信息技术与数学两门学科有关算法的内容和课程标准中我们可以发现,在信息技术教材中,算法就是用计算机解决问题的方法与步骤,在这个过程中,无论是形成解题思想还是编写程序,都是在实施某种算法。教材往往是以程序设计为最高要求。算法是程序设计的一个步骤,这个步骤呢?只要是做到心中有数,就不一定在用流程图或者伪代码来描述了,因为教材没有强调算法的描述,教师在讲课时也不会要求学生用流程图或者伪代码去写算法,只是用自然语言描述一番,就开始用程序设计语言来编程了。这样一来,信息技术课程忽略了对学生如何写算法的严格训练,学生往往难以写出正确的算法,而只是知其一大概,中学教材中的编程较为简单,学生还能应付,如果是难的问题,学生往往不知如何下手。其实,算法是程序设计中“灵魂”,它独立于任何具体的程序设计语言,一个算法可以用多种编程语言来实现。学习计算机,掌握算法比掌握某种具体的编程语言更重要、更本质。计算机科学中的创新,主要是算法的创新。在数学教材中,算法的教学关注的是算法对问题的抽象过程和算法的构建过程。在教学过程中,使学生着重理解算法的算理,同时体会算法的程序性、明确性、有效性和有限性等特点,强调学生学会用流程图和伪代码来设计和描述算法,以解决实际问题和与人交流,发展有条理的思维和表达能力,提高逻辑判断能力。
两门学科在算法教学上的差异性其实是可以互相补充的,我认为如果进行教学内容的必要整合,定能实现教育资源与教学效果的优化。如何整合呢?我想从谈谈算法教学的整合策略。
在信息技术系列教材中,算法的内容主要在选修教材中,加上高考不考信息技术,学生不愿意去学习它。这样一来,学生在信息技术这门课程中将不会学习到算法方面的知识,短期内这种状况很难改变。数学中的算法多是解决数学中的额问题,和计算、讨论有关,学生在写出算法后,只是知道了问题的解决方法,至于这个算法能否实现,学生没有感性认识。
在信息技术教学中,设计算法的校办本化课程,在课程中融入适当的数学题目,这些题目的算法可以简略带过,因为数学课堂上已解决,然后通过上机编程来实现题目的算法。
如果能通过程序设计将这些问题的算法实现,对学生来说,就实现了问题的提出、算法的设计和程序的设计这一完整的过程,这将是一件非常有成就的事情,会进一步激发学生的学习兴趣。这样,既改变了学生对信息技术课不够重视的态度,又能促进学生对数学算法的学习和吸收,既整合了教学资源又提高了教学效果,节约了教学成本。
根据建构主义理论,如何应用学生已有的知识储备来学习算法呢?一个很好的方法就是算法的生活化设计