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新疆第四師可克達(dá)拉市68團(tuán)中學(xué),新疆 兵團(tuán) 835301
摘要:初中數(shù)學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力的重要課程。學(xué)生通過學(xué)習(xí)教學(xué)要求的數(shù)學(xué)知識,解決相關(guān)的數(shù)學(xué)題目,逐步地掌握思考分析的方法,擁有具備良好的邏輯推理能力。在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生收獲邏輯推理能力,不僅教會學(xué)生如何在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)和解決數(shù)學(xué)題目時更加得心應(yīng)手,也使學(xué)生掌握在未來的學(xué)習(xí)工作中舉一反三的重要能力。
關(guān)鍵詞:初中數(shù)學(xué) 數(shù)學(xué)教學(xué) 邏輯推理
邏輯推理通常來說是根據(jù)已經(jīng)存在的既有事實(shí)、已知條件等內(nèi)容,依據(jù)一些客觀的規(guī)律、規(guī)則,通過分析總結(jié)等演繹過程得出結(jié)論或論點(diǎn)的過程。這個過程貫穿整個初中數(shù)學(xué)科目,學(xué)生掌握邏輯推理的方法可以學(xué)好數(shù)學(xué)科目,在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)科目的過程中也逐漸掌握邏輯推理這種方法應(yīng)用在更多科目和領(lǐng)域的學(xué)習(xí)中。認(rèn)識到邏輯推理方法的重要性,作為初中數(shù)學(xué)教師更應(yīng)該注重對學(xué)生邏輯推理能力的培養(yǎng),不僅僅是為了讓學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)這一科,同時也讓學(xué)生通過邏輯推理掌握分析問題、解決問題的能力,感受到數(shù)學(xué)的魅力。
一、創(chuàng)設(shè)生動的問題情境,加強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維
根據(jù)邏輯推理的概念,我們可以了解到在數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力,就是要教會學(xué)生從一個邏輯原點(diǎn)出發(fā),利用已知條件和數(shù)學(xué)知識,通過分析、推理、總結(jié)從而得到正確的數(shù)學(xué)答案。通過解決數(shù)學(xué)題目的過程,學(xué)生可以學(xué)會靈活變通,通過眼前已知條件甚至是隱藏在已知條件背后的隱藏條件這些表面的現(xiàn)象去深究事物的本質(zhì)。要想達(dá)到這樣的教學(xué)目標(biāo),就需要教師可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會“刨根問底”,主動思考,這就離不開結(jié)合問題創(chuàng)設(shè)的情境。創(chuàng)設(shè)問題情境通俗來說就是我們常見的應(yīng)用題,不過是把應(yīng)用題里面的情境設(shè)置的更加生動、更加貼近學(xué)生生活,讓學(xué)生通過易于理解、生動形象的情境來理解抽象的數(shù)學(xué)知識,這本身就是一種舉一反三的精神,能進(jìn)一步提起學(xué)生思考探究的興致。
二、利用思維導(dǎo)圖工具,深化學(xué)生的思維邏輯
在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力的關(guān)鍵在于思維邏輯的培養(yǎng),讓學(xué)生具備這樣的思維是給學(xué)生一個可以終身使用的工具,正所謂“授之以魚不如授之以漁”。在初中階段,根據(jù)初中數(shù)學(xué)的課程內(nèi)容,教師會帶領(lǐng)學(xué)生從單個的知識點(diǎn)入手進(jìn)行學(xué)習(xí),有點(diǎn)帶面,最終才把各個知識面串聯(lián)成為一個完整的知識體系。初中數(shù)學(xué)課程內(nèi)容的設(shè)置本身就是非常符合邏輯的,因此可以引導(dǎo)學(xué)生做好章節(jié)總結(jié)或者課程的周總結(jié)、月總結(jié),通過寫小結(jié)的過程把知識點(diǎn)逐漸地匯總起來,自然而然的就形成了知識網(wǎng)絡(luò)。
引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識點(diǎn)總結(jié)之前教師可以把思維導(dǎo)圖的概念傳遞給學(xué)生,讓學(xué)生首先掌握一種科學(xué)的分析、匯總的方法。思維導(dǎo)圖就是利用一些圖形符號、線條將一個主題下的內(nèi)容層層分級、設(shè)置子母概念形成一個清晰全面的體系,這個非常適合用來總結(jié)數(shù)學(xué)概念、數(shù)學(xué)公式等內(nèi)容。如今多媒體上課已經(jīng)是非常普遍的一種上課方式,教師也可以利用一些軟件教會學(xué)生思維導(dǎo)圖的使用,比較常用的軟件例如X-mind就是一款非常好操作的思維導(dǎo)圖軟件。為了加深同學(xué)們對知識點(diǎn)的理解,在利用電子軟件教學(xué)的同時仍然鼓勵學(xué)生自己根據(jù)電子版的思維導(dǎo)圖進(jìn)行手寫的思維導(dǎo)圖繪制。
通過在教學(xué)中傳授給學(xué)生利用隱藏條件解題的做題方法,對學(xué)生來說益處多多。初中數(shù)學(xué)老師在教學(xué)過程中,往往是將單個知識點(diǎn)和對應(yīng)題目搭配講解,這樣的做法更有利于學(xué)生接受單個的知識點(diǎn)。對于最終的應(yīng)試和分析復(fù)雜問題,這樣的方法顯得有些單薄。筆者認(rèn)為老師在講解基礎(chǔ)知識時,可以利用一些綜合性題目對其中的隱含條件進(jìn)行挖掘式講解,這樣可以提前給學(xué)生一種思考方法,未來面對有隱含條件的綜合性題目時學(xué)生思考更加開闊,提升學(xué)生解決初中數(shù)學(xué)習(xí)題的思維層面,避免直接套公式等解題方法的出現(xiàn)。
三、小組合作共同探究問題,提高學(xué)生的推理能力
前面筆者有提到,邏輯推理能力的培養(yǎng)不是單純的讓學(xué)生學(xué)會掌握數(shù)學(xué)知識、會解決數(shù)學(xué)題目,更重要的是讓學(xué)生在邏輯能力培養(yǎng)的過程中養(yǎng)成探究式的思考問題的方式。要想達(dá)到這個目的,教師就必須明確在教學(xué)過程中,學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體,教師在這個過程中更重要的是引導(dǎo)、指導(dǎo),尤其不能過度地給學(xué)生解決問題,要讓學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)、主動思考的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。不可避免的問題是,學(xué)生自己的學(xué)習(xí)和思考能力有限,常常沒有主動學(xué)習(xí)的樂趣,那么采用學(xué)習(xí)小組的學(xué)習(xí)方式就可以很好的解決這個問題。
通過設(shè)立學(xué)習(xí)小組,就把思考的工作交給了學(xué)生本身,善于思考的同學(xué)可以帶動不愛動腦的學(xué)生。分成學(xué)習(xí)小組以后,各個學(xué)習(xí)小組之間又形成了競爭關(guān)系,這樣學(xué)生為了更好的解決問題,會更加活躍地進(jìn)行思考。在這個過程中,老師可以適當(dāng)?shù)亟o予學(xué)生一些指導(dǎo),知識方面的糾錯,思考方式的調(diào)整等。通過學(xué)習(xí)小組這種方式,學(xué)生除了漸漸地養(yǎng)成自己解決問題的習(xí)慣,也懂得了如何良性競爭,如何有效合作,一舉多得。
四、習(xí)題訓(xùn)練注重解題過程,發(fā)展學(xué)生的邏輯推理
在數(shù)學(xué)教學(xué)的過程中,教師們常用的一種策略就是“題海戰(zhàn)術(shù)”,以量變引起質(zhì)變。但是經(jīng)過筆者的觀察很多學(xué)生會因?yàn)轭}海戰(zhàn)術(shù)產(chǎn)生思維麻木的現(xiàn)象,在大量的題目中,學(xué)生很容易形成思維定式,這對于學(xué)生的思考探究能力的培養(yǎng)是非常不利的,也會忽視邏輯推理的重要性。因此,筆者建議教師可以在課堂練習(xí)或者作業(yè)布置方面有針對性的給學(xué)生布置一些綜合性強(qiáng)的題目,讓學(xué)生詳細(xì)的寫出解題過程。通過這樣的方法,讓學(xué)生能夠更加清楚自己的思考過程,哪里有問題會更加的明晰,老師可以根據(jù)學(xué)生的解題過程了解學(xué)生邏輯能力的強(qiáng)弱,有針對性地給學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。
五、結(jié)束語
綜合上述內(nèi)容,我們不難發(fā)現(xiàn)邏輯思維能力的培養(yǎng)可以從不同角度入手,利用多種形式對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)。作為初中數(shù)學(xué)教師,深知邏輯推理的重要性,為了可以讓學(xué)生更好的掌握這種能力,這個課題值得我們不斷地思考探究。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:重視;講授;訓(xùn)練;揭示
《初中數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》告訴我們:“數(shù)學(xué)在提高人的推理能力和創(chuàng)造力等方面有著獨(dú)特的作用”.數(shù)學(xué)課堂是培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力的主要陣地.那教學(xué)中應(yīng)如何培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)邏輯推理能力呢?應(yīng)從以下幾方面入手.
一、重視概念,洞知原理
數(shù)學(xué)知識中的基本概念、基本原理和基本方法是數(shù)學(xué)教學(xué)中的核心內(nèi)容.基本概念、基本原理一旦為學(xué)生所掌握,就成為進(jìn)一步認(rèn)識新對象,解決新問題的邏輯思維工具.
二、巧用邏輯,游刃有余
在數(shù)學(xué)教學(xué)中,結(jié)合具體數(shù)學(xué)內(nèi)容講授一些必要的邏輯知識,使學(xué)生能運(yùn)用它們來進(jìn)行推理和證明.培養(yǎng)學(xué)生的推理能力,必須掌握邏輯的同一律、矛盾律、排中律和充足理由律等基本規(guī)律.教師應(yīng)該結(jié)合數(shù)學(xué)的具體教學(xué)幫助學(xué)生掌握這些基本規(guī)律.要使學(xué)生懂得論斷不能自相矛盾,在同一關(guān)系下對同一對象的互相矛盾的判斷至少有一個是錯誤的;論斷不得含糊其詞,模棱兩可,在同一關(guān)系下,對同一對象的判斷或者肯定或者否定,不能有第三種情況成立.在數(shù)學(xué)證明過程中,必須步步有根據(jù),每得到一個結(jié)論必須有充足的理由,這樣,學(xué)生在解答思辨性很強(qiáng)的題目時,就會游刃有余.
三、循序漸進(jìn) 合理訓(xùn)練
數(shù)學(xué)推理既具有推理的一般性,又具有其特殊性.其特殊性主要表現(xiàn)在兩方面.其一,數(shù)學(xué)推理的對象是數(shù)學(xué)表達(dá)式、圖形中的元素符號、邏輯符號等抽象事物,而不是日常生活經(jīng)驗(yàn);其二,數(shù)學(xué)推理過程是連貫的,前一個推理的結(jié)論可能是下一個推理的前提,并且推理的依據(jù)必須從眾多的公理、定理、條件、已證結(jié)論中提取出來.數(shù)學(xué)推理的這些特性會給學(xué)生在推理論證的學(xué)習(xí)帶來困難.初一學(xué)生已初步掌握了普通邏輯的基本規(guī)律和某些推理形式,但必須依賴于生活經(jīng)驗(yàn)的支撐.例如,他們從“爸爸比媽媽高,媽媽比我高”的前提很容易推出“我比爸爸矮”的結(jié)論,但有些剛學(xué)習(xí)不等式的學(xué)生從“∠A>∠B, ∠B>∠C”的前提推得“∠C
1.說理練習(xí),不可或缺.教師在教學(xué).中要注意把運(yùn)算步驟和理論依據(jù)結(jié)合起來.同時可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼f理性訓(xùn)練,這樣做可以使學(xué)生在說理的過程中養(yǎng)成尋找理由、言必有據(jù)的習(xí)慣.
例如,某汽車公司的汽車票價為單程票票價4元,周票票價為36元,李老師每星期一三五要乘汽車上班,搭朋友的車回家.問李老師應(yīng)該買周票嗎?請說明理由.
評析:該題目的是希望學(xué)生能說明一個清晰的推理過程中的依據(jù).按照常規(guī)算法,李老師一個星期乘8次,買單程票需32元,而周票需36元,因此她不應(yīng)買周票.但從另一個角度考慮,她也可以買周票.其理由是如果她周末外出乘車至少8元以上,那么買單程票總花費(fèi)就多于36元,所以買周票能省錢.這種類型的訓(xùn)練,可以從代數(shù)的運(yùn)算過渡到幾何推理打下良好的基礎(chǔ).
2.加強(qiáng)培養(yǎng),推理技能.對于推理論證技能的培養(yǎng),一般可分幾個階段有層次地進(jìn)行.
(1)通過直線、線段、角等基本概念的教學(xué),使學(xué)生能根據(jù)直觀圖形,言必有據(jù)地作出判斷.
(2)通過相交線與平行線以及三角形有關(guān)概念的數(shù)學(xué),使學(xué)生能根據(jù)條件推出結(jié)論,能用數(shù)學(xué)符號寫出一個命題的條件和結(jié)論,初步掌握證明的步驟和書寫格式.
(3)在“全等三角形”學(xué)習(xí)之后,學(xué)生已積累了較多的概念、性質(zhì)、定理,此時可以進(jìn)行完整的推理論證的訓(xùn)練.通過命題證明,逐漸掌握推理技能.
(4)在學(xué)生已初步掌握技能技巧的基礎(chǔ)上,通過較復(fù)雜問題的求證,幫助學(xué)生掌握尋找證明途徑的各種方法,以發(fā)展邏輯推理能力.
四、點(diǎn)撥到位 相時揭示
Abstract: According to the characteristics of fault diagnosis of communication instruments in TT&C-ship and the needs of diagnosis, we made fault tree analysis and expert system technology were combined ,based on this,we designed the complete system model, designed knowledge model, designed fault diagnosis flow of the common meteorological instruments. The system should made operator lookup and solve instruments fault quickly and true.
關(guān)鍵詞: 通信裝備;故障診斷;故障樹;專家系統(tǒng)
Key words: communication instrument;Fault Diagnosis;Fault Tree;Expert System
中圖分類號:V55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-4311(2012)33-0190-03
0 引言
目前測量船在用的通信裝備技術(shù)含量高、工作原理復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)、種類繁多,測量船出海期間通信的實(shí)時性對通信保障工作提出極高的要求,同時長時間的海上船搖對通信裝備也具有很大的影響,這些因素都為科技人員對通信裝備維護(hù)保養(yǎng)設(shè)置了很高的標(biāo)準(zhǔn),同時要求一旦裝備發(fā)生任何故障,科技人員要能夠快速定位解除故障,對崗位人員的故障排查、定位能力要求很高。而當(dāng)前航天測量船對通信裝備的故障診斷排查主要依靠科技人員的經(jīng)驗(yàn)積累來完成,效率不高。因此,設(shè)計(jì)一套測量船通信裝備故障診斷系統(tǒng)用來有效輔助科技人員快速、準(zhǔn)確進(jìn)行裝備故障診斷,便成為當(dāng)前一個迫切需要解決的問題。
1 設(shè)計(jì)思想
故障樹分析法[1]是一種將系統(tǒng)故障形成原因按樹枝狀逐級細(xì)化的圖形演繹方法。它通過對可能造成系統(tǒng)故障的各種因素(包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等)進(jìn)行分析,畫出邏輯框圖(故障樹);再對系統(tǒng)中發(fā)生的故障事件,由總體至部分按樹枝狀逐級細(xì)化分析。常見的故障樹診斷主要有邏輯推理診斷法和最小割集診斷法[2]。
專家系統(tǒng)[3]是一種智能計(jì)算機(jī)程序,它是運(yùn)用知識和推理來解決只有專家才能解決的問題。由于不同的專家系統(tǒng)所需要完成的任務(wù)和特點(diǎn)不同,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同。目前比較流行的專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)包括人機(jī)接口、推理機(jī)、解釋器、知識庫管理模塊、綜合數(shù)據(jù)庫、知識庫。
針對航天測量船裝備故障診斷的特點(diǎn)及診斷需求,根據(jù)優(yōu)勢互補(bǔ)原則,從產(chǎn)生與作用、知識獲取、知識轉(zhuǎn)換、診斷功能的擴(kuò)展等方面歸納分析出故障樹分析法與專家系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn),作為故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。
1.1 從專家系統(tǒng)與故障樹的產(chǎn)生和作用來看,兩者是有一定聯(lián)系的 故障樹是圖形化的用于系統(tǒng)可靠性分析和故障診斷的模型;而專家系統(tǒng)是當(dāng)系統(tǒng)失效時綜合利用各種診斷信息,依據(jù)知識庫中的知識,通過推理確定系統(tǒng)的故障原因,并給出排除故障的方法和建議。
1.2 從專家系統(tǒng)知識獲取的角度來看,故障樹分析法也是一種基于診斷模型的知識獲取方法,該方法在故障診斷中的應(yīng)用在一定程度上解決了專家系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對動態(tài)系統(tǒng)知識獲取的瓶頸問題。
1.3 從故障樹知識與專家系統(tǒng)知識轉(zhuǎn)換的角度來看,故障樹具有標(biāo)準(zhǔn)化的知識結(jié)構(gòu)。故障樹的頂事件對應(yīng)于專家系統(tǒng)要分析解決的任務(wù),其底事件對應(yīng)于專家系統(tǒng)的推理結(jié)果;而故障樹由頂?shù)降椎膶哟魏瓦壿嬯P(guān)系對應(yīng)于專家系統(tǒng)的整個推理過程。
1.4 從故障樹分析方法對專家系統(tǒng)故障診斷功能的擴(kuò)展角度來看,邏輯推理診斷法用故障樹中各底事件、中間事件、頂事件的發(fā)生概率對故障樹轉(zhuǎn)化生成的規(guī)則進(jìn)行排序,提高了系統(tǒng)搜索匹配規(guī)則的效率;在最小割集診斷法中,引入最小割集重要度和底事件概率重要度,提高了故障診斷命中率,減少了測試工作量。故本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用邏輯推理診斷法和最小割集診斷法結(jié)合的故障診斷方法。
2 總體模型設(shè)計(jì)
航天測量船通信裝備故障診斷系統(tǒng)主要包括六個功能模塊,分別為:系統(tǒng)管理模塊、知識庫管理模塊、故障診斷模塊、診斷維修記錄模塊、輔助工具模塊、幫助模塊等六個模塊。其中每個模塊可以分別通過包含各自的子模塊來具體實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)模型如圖1所示。
2.1 系統(tǒng)管理模塊 主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接配置、用戶登錄、用戶管理、修改密碼等功能。
2.2 知識庫管理模塊 主要實(shí)現(xiàn)對知識的獲取、管理和維護(hù),以使知識庫不斷完善。
①知識獲取子模塊:可通過向?qū)Ш驮O(shè)計(jì)視圖兩種方式獲取知識。向?qū)Х绞竭m用于初次創(chuàng)建某裝備知識庫;設(shè)計(jì)視圖方式適合于對已初步形成的某裝備的知識庫實(shí)現(xiàn)有針對性的局部知識獲取。②知識管理子模塊:實(shí)現(xiàn)將知識以數(shù)據(jù)庫表的形態(tài)呈現(xiàn)給用戶,以便用戶對各種表中存儲的知識直接進(jìn)行添加、刪除、編輯、查詢等操作。③知識檢索子模塊:將知識按照不同的裝備、不同的歸屬結(jié)點(diǎn)以及不同的知識類別進(jìn)行列表索引。④知識備份子模塊:主要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中全部知識的復(fù)制備份。
2.3 故障診斷模塊 主要實(shí)現(xiàn)對選定裝備的故障診斷工作,提供邏輯推理和最小割集兩種診斷方法。
①故障識別子模塊:主要通過與用戶交互相關(guān)的診斷信息來實(shí)現(xiàn)故障類型的判斷。②邏輯推理診斷子模塊:主要實(shí)現(xiàn)利用邏輯推理診斷方法進(jìn)行故障診斷。③最小割集診斷子模塊:主要實(shí)現(xiàn)利用最小割集診斷方法進(jìn)行故障診斷。④診斷維修記錄參考子模塊:將調(diào)用邏輯推理診斷子模塊或最小割集診斷子模塊進(jìn)行故障診斷的故障類型相關(guān)診斷維修記錄提供給用戶參考,幫助用戶進(jìn)行故障維修。⑤排故措施參考子模塊:對調(diào)用邏輯推理診斷子模塊的診斷最終結(jié)論或最小割集診斷子模塊中的每一步診斷提示給出相關(guān)的排故措施,幫助用戶進(jìn)行故障維修。⑥診斷維修記錄存檔子模塊:當(dāng)用戶對故障診斷的結(jié)論進(jìn)行維修驗(yàn)證后,需提交此次故障維修相關(guān)信息,如維修結(jié)論、維修結(jié)論描述、維修解決方案、維修人員、維修時間、維修地點(diǎn)、裝備編號、生產(chǎn)廠家、服役時間等要素。
2.4 診斷維修記錄模塊 主要實(shí)現(xiàn)對診斷維修記錄的查詢、增加、刪除、編輯等管理維護(hù)以及對系統(tǒng)存檔的診斷維修記錄進(jìn)行定量分析。
2.5 輔助工具模塊 主要提供一些系統(tǒng)的輔助工具功能,如Visio繪圖工具、打印、記事本、計(jì)算器等。
2.6 幫助模塊 主要包括關(guān)于系統(tǒng)的簡單信息和使用幫助。
3 診斷知識庫E-R模型設(shè)計(jì)
診斷知識庫中擁有知識的數(shù)量和質(zhì)量是本系統(tǒng)性能和問題求解能力的關(guān)鍵因素[4],根據(jù)面向?qū)ο蟮牟煌蓪⒐收显\斷知識庫大致分為七個數(shù)據(jù)表:結(jié)點(diǎn)表、故障類型表、故障樹節(jié)點(diǎn)事件表、故障識別規(guī)則表,故障規(guī)則表、測試條目表、排故措施表。圖2為通信裝備故障診斷知識庫的E-R圖(下劃線的數(shù)字表示是其所屬實(shí)體的主鍵)。
圖中數(shù)字標(biāo)示的含義具體如下:
1:結(jié)點(diǎn)名稱;2:結(jié)點(diǎn)編號;3:結(jié)點(diǎn)層次;4:結(jié)點(diǎn)所屬儀器裝備編號;5:父結(jié)點(diǎn)編號;6:子結(jié)點(diǎn)編號組合;7:結(jié)點(diǎn)原理(文字說明);8:結(jié)點(diǎn)原理圖編號;9:維修知識屬性;10:維修知識內(nèi)容;
11:故障類型名稱;12:故障類型編號;13:故障類型所屬結(jié)點(diǎn)編號;14:故障樹結(jié)構(gòu)圖編號;15:故障原理圖編號;16:故障原理(文字說明);17:下級鏈結(jié)故障(樹)類型編號組合;18:故障識別規(guī)則編號;
19:故障樹節(jié)點(diǎn)事件編號;20:節(jié)點(diǎn)事件;21:節(jié)點(diǎn)事件層次;22:事件性質(zhì);23:父節(jié)點(diǎn)事件編號;24:子節(jié)點(diǎn)事件編號組合;25:本節(jié)點(diǎn)事件與子節(jié)點(diǎn)事件的關(guān)系;26:節(jié)點(diǎn)事件隸屬故障類型編號;
27:故障識別規(guī)則編號;28:故障類型權(quán)值;29:故障征兆編號組合;30:故障征兆對應(yīng)的域值編號組合;31:故障征兆對應(yīng)的條件權(quán)值組合;32:用戶確認(rèn)的故障征兆對應(yīng)的可信度組合;33:前件關(guān)系;34:追加關(guān)系;35:追加前件的規(guī)則編號;36:結(jié)論編號;37:規(guī)則強(qiáng)度;38:規(guī)則閾值;39:結(jié)論域值;
40:故障規(guī)則編號;41:規(guī)則隸屬的故障類型編號;42:規(guī)則前件編號組合;43:規(guī)則前件關(guān)系;44:追加關(guān)系(前件);45:追加前件的規(guī)則編號;46:規(guī)則結(jié)論編號組合;47:規(guī)則結(jié)論關(guān)系;48:追加關(guān)系(結(jié)論);49:追加結(jié)論的規(guī)則編號;50:結(jié)束標(biāo)志組合;51:規(guī)則屬性組合;
52:測試條目編號;53:測試條目隸屬的儀器裝備編號;54:測試條目內(nèi)容;55:測試條件;56:測試工具;57:測試位置;58:測試位置圖編號;59:測試方法與步驟;60:標(biāo)準(zhǔn)測試值;61:實(shí)際測試值;
62:排故措施編號;63:排故措施針對的診斷最終結(jié)論編號;64:排故知識(文字說明);65:排故圖編號。
4 故障診斷流程
本文中對診斷流程設(shè)計(jì)考慮了系統(tǒng)使用的邏輯推理診斷法和最小割集診斷法。圖3為故障診斷流程圖。
用戶可通過兩種方式進(jìn)入故障診斷流程:
①第一種方式:用戶直接選擇裝備名稱、型號、故障類型。系統(tǒng)將該故障類型直接調(diào)入“故障識別沖突集”中,轉(zhuǎn)入第④步;
②第二種方式:用戶根據(jù)自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),選擇故障可能發(fā)生的最小范圍的結(jié)點(diǎn),也可以同時選擇提交故障征兆以及故障征兆發(fā)生的環(huán)境、條件等域值;
③若用戶在第②步中同時提交了結(jié)點(diǎn)和故障征兆兩類信息,則系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的診斷信息,按照搜索和故障識別規(guī)則的匹配策略把相匹配的故障識別規(guī)則結(jié)論放入“故障識別沖突集”中。若“故障識別沖突集”為空,則返回至第②步。若不為空,則轉(zhuǎn)入第④步;
④系統(tǒng)按照故障類型權(quán)值大小,依次在“故障識別對話”中向用戶詢問“故障識別沖突集”中的故障識別規(guī)則前件的可信度;
⑤系統(tǒng)按照故障規(guī)則的匹配策略,判斷出該故障類型識別是否成功。若故障類型識別不成功,需要修改已提交的某規(guī)則前件可信度。若成功則調(diào)用故障類型的診斷線程;
⑥用戶可選擇采用邏輯推理診斷法和最小割集診斷法。若用戶選擇邏輯推理診斷法,轉(zhuǎn)入第⑦步;若用戶選擇最小割集診斷法,轉(zhuǎn)入第⑨步;
⑦系統(tǒng)定位到某故障類型,提供與之相關(guān)的診斷維修參考。系統(tǒng)按照故障規(guī)則的搜索、匹配策略,實(shí)現(xiàn)基于故障規(guī)則的邏輯推理診斷。若啟用的是一條測試規(guī)則,則在“故障診斷對話”中依次詢問該測試條目,并給出該測試條目的測試工作參考。若此次邏輯推理診斷成功,系統(tǒng)給出最終診斷結(jié)論的排故措施參考以及診斷路徑解釋;若系統(tǒng)得出的最終診斷結(jié)論是另一故障類型,則系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入第⑥步。若用戶維修驗(yàn)證成功,則按要求將此次診斷維修記錄存檔后,結(jié)束診斷;若用戶維修驗(yàn)證不成功,可參閱以往該故障類型的診斷維修記錄,幫助用戶調(diào)整維修方案,也可以轉(zhuǎn)入第⑧步或選擇最小割集診斷法進(jìn)行該故障類型診斷;
⑧系統(tǒng)按沖突求解策略自動調(diào)用“故障識別沖突集”中其它故障類型的診斷線程,轉(zhuǎn)入第⑥步或根據(jù)用戶需要返回至第①步或第②步;
⑨系統(tǒng)為每一步診斷提示,給出相應(yīng)的排故措施參考、診斷維修記錄參考以及提供用戶查看該故障樹的各最小割集重要度、最小割集中的各底事件的概率重要度等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。若用戶在某一步的診斷提示下的維修驗(yàn)證成功,則將此次診斷維修記錄按要求存檔后,結(jié)束診斷;若用戶維修驗(yàn)證均不成功,可轉(zhuǎn)入第⑧步或選擇邏輯推理診斷法進(jìn)行該故障類型診斷。
5 結(jié)束語
目前,航天測量船對通信裝備的故障診斷排查主要依靠科技人員長期累積的經(jīng)驗(yàn)來完成,具有效率不高的特點(diǎn)。結(jié)合了故障樹分析法與專家系統(tǒng)的通信裝備故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以輔助科技人員快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障分析、定位,大幅提高排除故障的效率,而且可以協(xié)助科技人員找出裝備的薄弱環(huán)節(jié),并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。
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【關(guān)鍵詞】線性代數(shù);概念;教學(xué);學(xué)習(xí)方法
《線性代數(shù)》是普通高校的一門基礎(chǔ)理論課程,通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握線性代數(shù)的基本概念和基本定理.線性代數(shù)有著重要應(yīng)用,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、密碼學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)無不以線性代數(shù)為其理論和算法基礎(chǔ)的一部分.線性代數(shù)具有高度的抽象性和嚴(yán)密邏輯性,但是缺乏直觀的數(shù)學(xué)模型.線性代數(shù)課時短、內(nèi)容多、理論多,例題少,它經(jīng)常開設(shè)在大一.這些令學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)線性代數(shù)困難.除了上述的原因外,它也與教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)方式、教學(xué)策略、對教材的處理方法等因素有密切關(guān)系.為了解決這個問題,筆者認(rèn)為,可以從以下幾方面入手.
一、加強(qiáng)基本概念的教學(xué)
在線性代數(shù)學(xué)習(xí)中,定義、定理及其推論等基本概念是我們做題的基礎(chǔ),只有深刻地理解定義、定理隱藏的知識,才能更好地把握定理及其推論的應(yīng)用.我們在教學(xué)中,不能要求學(xué)生死記硬背公式,要想辦法讓學(xué)生理解這些概念、公式.怎么做呢? 就是盡量將概念具體化,如何具體化呢?盡量給予事例說明.如矩陣、線性變換、特征值與特征向量,讓學(xué)生記住具體事例,使之認(rèn)識深入化.在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)某些有具體幾何背景(向量的模)的概念時,讓學(xué)生多加聯(lián)想,指導(dǎo)學(xué)生按圖索驥.
為了讓學(xué)生吃透概念,授課時應(yīng)該提醒學(xué)生注意兩方面的問題:1.對概念、定理的陳述如果是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模敲淳鸵蛔忠痪涞膿?,一個字都不能動,改動個別字就會導(dǎo)致題意發(fā)生根本變化(線性相關(guān)、線性無關(guān)的概念);2.對于有些概念、定理,自己能夠簡明扼要用自己地語言來描述它們.另外,在教學(xué)中還可適當(dāng)?shù)臉?gòu)造反例,使學(xué)生加深對概念的理解,例如數(shù)的乘法運(yùn)算滿換律和消去律,但矩陣的乘法運(yùn)算不滿換律和消去律,這樣的反例,直觀性強(qiáng),淺顯易懂,能給學(xué)生留下深刻的印象,使學(xué)生掌握概念的本質(zhì).既提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力,又加深了學(xué)生對基本基本知識點(diǎn)的理解,為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).
二、強(qiáng)化邏輯推理能力訓(xùn)練
邏輯推理是數(shù)學(xué)的一個基本功能,它也是人們學(xué)習(xí)和生活中經(jīng)常使用的思維方式.邏輯推理能力是學(xué)好線性代數(shù)必須具備的能力,只有具備了良好的推理能力,才能做到既合理猜想又大膽猜想,敢于突破常規(guī)思維定式,但是邏輯推理能力的形成和提高是一個緩慢的過程,短時間內(nèi)很難見效果,我們要創(chuàng)設(shè)概念、定理、方法等問題的活動情境,將抽象的理論想辦法具體化,讓學(xué)生自己探究知識、形成結(jié)論.這樣我們既鍛煉了他們的推理能力又培養(yǎng)了他們的學(xué)習(xí)興趣,不再覺得學(xué)習(xí)線性代數(shù)是乏味、無趣.推理能力的培養(yǎng),要考慮學(xué)生的自身特點(diǎn)、層次性,思維方式也存在著一定的差異,我們要因人施教,因材施教,這樣使學(xué)生的邏輯推理能力不斷躍上新臺階.線性代數(shù)的知識點(diǎn)較多,很多重要概念之間的內(nèi)在聯(lián)系并沒在課本中充分反映出來.學(xué)生只有具備良好的合情推理和演繹推理能力,才能掌握知識點(diǎn)的核心.例如,向量的線性組合與線性方程組的解、向量的線性相關(guān)與齊次線性方程組的非零解均關(guān)系密切,但教材中把它們放在不同的章節(jié),很少有學(xué)生考慮這些概念之間的聯(lián)系,在這些教學(xué)內(nèi)容完成后,我讓學(xué)生自己推理出這些概念之間的關(guān)系,結(jié)果許多學(xué)生自己找到了正確的答案.
另外,還要讓學(xué)生注意新舊知識的聯(lián)系,最后把同類知識歸納、總結(jié)、列表,把容易混淆的概念進(jìn)行對比,以加強(qiáng)學(xué)生的想象力、理解力、記憶力.對于有些習(xí)題,還要注意一提多解及同類題的共性,培養(yǎng)舉一反三和推理能力.
三、注意學(xué)習(xí)方法的總結(jié)
線性代數(shù)的概念很多,重要的有:逆矩陣,初等變換與初等矩陣,正交變換與正交矩陣,特征值與特征向量.運(yùn)算法則也很多,重要的有:矩陣乘法,求矩陣的秩,求非齊次線性方程組的通解,基本運(yùn)算與基本方法要過關(guān).這些知識點(diǎn)從內(nèi)容上看環(huán)環(huán)相扣,相互交錯.要使知識點(diǎn)銜接、成網(wǎng),歸納總結(jié)是不可缺少的步驟.我們對問題的表述要富有邏輯性,解題方法靈活多樣性.在復(fù)習(xí)時常問自己做得對不對?再問做得好不好?只有不斷地歸納總結(jié),努力搞清內(nèi)在聯(lián)系,使所學(xué)知識才能融會貫通,解題思路自然就開闊了.
關(guān)鍵詞:能力;邏輯推理能力;定量思維;提煉數(shù)學(xué)模型;數(shù)學(xué)解的分析
數(shù)學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課,在大學(xué)理、工、文經(jīng)的許多課程內(nèi)容都直接或間接地涉及到數(shù)學(xué)知識。提到數(shù)學(xué)教學(xué),人們往往把眼光盯在數(shù)學(xué)概念、公式等數(shù)學(xué)知識和計(jì)算能力方面,其實(shí)這是不夠的或者是片面的。實(shí)際上,數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)是數(shù)學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù),這也正是現(xiàn)代化社會發(fā)展所迫切需要的。正確迅速的運(yùn)算能力,邏輯思維能力,空間想象能力是學(xué)生必須具備的數(shù)學(xué)能力。本文主要談?wù)剬W(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)。
邏輯思維能力是學(xué)生數(shù)學(xué)能力的一個重要內(nèi)容,這是由數(shù)學(xué)的極度抽象性決定的。邏輯思維能力的培養(yǎng),主要通過學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識本身得到,而且這是最重要的途徑,在數(shù)學(xué)教學(xué)中,學(xué)生的邏輯思維能力主要表現(xiàn)為:判斷能力;邏輯推理能力;定量思維、提煉數(shù)學(xué)模型的能力和對數(shù)學(xué)解的分析能力。
一、判斷能力
判斷是對客觀事物情況有所斷定的思維。數(shù)學(xué)判斷則主要是對事物的空間形狀及數(shù)量關(guān)系有所肯定或否定的思維,具體說是對命題的判斷。恰當(dāng)?shù)呐袛嗄芰粗改苷_地、恰如其分地反映事物的真實(shí)情況。提高判斷能力主要是提高分析能力和理解能力??陀^世界中事物總是相互聯(lián)系、相互制約的,這些聯(lián)系與制約,有的是必然的,有的是或然的,這些不同的情況反映了它們之間的聯(lián)系程度,因而就產(chǎn)生了不同的判斷和利用不同的抽象形式去研究和表述這些關(guān)系的數(shù)學(xué)方法,所以對于某一個具體的問題,要用數(shù)學(xué)方法去解決它,首先必須能夠判斷事物與其屬性的聯(lián)系情況,哪些是必然屬性,哪些是在某些條件之下可能出現(xiàn)的屬性,從而進(jìn)一步研究這些條件與可能,以便提煉合適的數(shù)學(xué)模型。對于復(fù)雜的命題,必須運(yùn)用分析與綜合相結(jié)合的方法,一面分析一面綜合,分析與綜合互相結(jié)合推導(dǎo),就能比較迅速地找出證題與解題的途徑。要保證證題或解題的正確性,還必須遵守邏輯思維規(guī)律,即同一律、無矛盾律、排中律和充足理由律。這四條規(guī)律反映了人們思維的根本特點(diǎn):確定性、無矛盾性、一貫性和充分根據(jù)性。如果違背了其中任何一條規(guī)則,都可能導(dǎo)出證明或解題的錯誤。所以掌握邏輯思維的規(guī)則是具有判斷能力的一個重要因素。辯證思維是具有判斷能力的又一個重要因素。特別在高等數(shù)學(xué)中,對一些數(shù)學(xué)概念的辯證關(guān)系的掌握尤為重要。如無限與有限、連續(xù)與間斷等。掌握了這種辯證思維的方法,就能提高判斷一個命題是否正確的能力。判斷是貫穿于科學(xué)理論數(shù)學(xué)化的全過程之中的,判斷力是解決數(shù)學(xué)問題的基礎(chǔ)能力。判斷和推理又是緊密聯(lián)系在一起的。
二、邏輯推理能力
數(shù)學(xué)中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗鸵唤z不茍的計(jì)算,使得每一數(shù)學(xué)結(jié)論不可動搖。這種思想方法不僅培養(yǎng)了數(shù)學(xué)家,也有助于提高全民族的科學(xué)文化素質(zhì),它是人類巨大的精神財(cái)富。邏輯推理主要有演繹和歸納法。數(shù)學(xué)按其本性是一門演繹科學(xué)。因?yàn)樵谒涩F(xiàn)實(shí)世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系提煉出概念之后,在一定階段上就要發(fā)展成為有相對獨(dú)立性的體系,即要用獨(dú)特的符合語言從初始概念和公理出發(fā)進(jìn)行邏輯推理,以此來建立和證明自己的定理、結(jié)論,這實(shí)際就是用演繹法建立的體系。演繹法中最有代表性的是公理法,以此法建立起來的數(shù)學(xué)體系就是公理化體系,象歐氏幾何、群論、概率論、數(shù)理邏輯等都屬此類。實(shí)踐證明,公理化體系對于培養(yǎng)人們邏輯推理能力是非常有力的。公理方法是在公元前三世紀(jì)由希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得首創(chuàng)的。他的巨著《幾何原本》就是從少數(shù)的幾個定義和公理出發(fā),推導(dǎo)出整個幾何的一個嚴(yán)密的幾何學(xué)體系。愛因斯坦關(guān)于歐氏幾何曾說:“世界第一次目睹了一個邏輯體系的奇跡,這個邏輯體系如此精密地一步一步推進(jìn),以致它每一個命題都是絕對不容置疑的--我這里說的是歐幾里得幾何”。推理的這種可贊嘆的勝利,使人類的理智獲得了為取得以后成就所必需的信心。1899年德國數(shù)學(xué)家希爾伯特又出版了《幾何基礎(chǔ)》,在這本書中他設(shè)計(jì)的幾何公理法獲得成功。歐氏及希氏公理化體系采用的邏輯推理方法,可以揭示出數(shù)學(xué)知識的內(nèi)部聯(lián)系以及數(shù)學(xué)的概念與概念之間,命題與命題之間,同一個命題的前提與結(jié)論之間的本質(zhì)的聯(lián)系,從而能使人們更加深入地認(rèn)識事物的聯(lián)系和規(guī)律。而且這種邏輯推理?xiàng)l理清楚,簡明扼要,可以保證數(shù)學(xué)中結(jié)論的充分確定性,也是判定數(shù)學(xué)命題真?zhèn)蔚挠行Х椒?。所以公理方法不但對于建立科學(xué)理論體系,系統(tǒng)傳授科學(xué)知識以及推廣科學(xué)理論的應(yīng)用等方面有至關(guān)重要的作用,而且對于培養(yǎng)人們的邏輯推理能力也是一個極有效的方法,在數(shù)學(xué)的教學(xué)中應(yīng)給以極大的重視。歸納推理是邏輯推理中又一種非常主要的推理方法。歸納法通常就是從觀察和實(shí)驗(yàn)開始的,例如數(shù)學(xué)中的猜想:費(fèi)爾瑪猜想、哥德巴赫猜想等等,都是通過具體的數(shù)先引出“猜想”,然后通過更多的具體的數(shù)增強(qiáng)這個“猜想”,從而歸納出猜想,這里用了不完全歸納法,但是猜想還不是定理,還需經(jīng)過數(shù)學(xué)理論的嚴(yán)格說明。就連公理化體系的建立,也是先收集了相當(dāng)豐富的資料之后,人們需要對這些材料加以概括和整理,只有在這時,人們才能在許許多多的命題中經(jīng)過分析和綜合,經(jīng)過比較和選擇來確定一些命題作為公理,其余命題就作為以公理為依據(jù)的邏輯推理的結(jié)果。猜想和公理都是對感性材料進(jìn)行比較、分析、綜合、抽象概括等一系列邏輯加工之后歸納出來的,然后再用演繹法去證明。歸納推理能力的培養(yǎng)是一種綜合的邏輯思維能力的培養(yǎng)。類比推理也是數(shù)學(xué)中常用的一種邏輯推理方法。
類比推理是根據(jù)兩個對象有一部分屬性相類似,推出這兩個對象的其他屬性相類似的一種推理方法。在初等數(shù)學(xué)、高等教學(xué)、集合論中都要用到類比推理。
三、定量思維、提煉數(shù)學(xué)模型的能力
定量思維是指人們從實(shí)際中提煉數(shù)學(xué)問題,抽象化為數(shù)學(xué)模型,用數(shù)學(xué)計(jì)算求出此模型的解或近似解,然后回到現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行檢驗(yàn),必要時修改模型使之更切合實(shí)際,最后編制解題的軟件,以便得到更廣泛的方便應(yīng)用。數(shù)學(xué)模型就是用數(shù)學(xué)式子表示假定。它是用來揭示客觀自然界的本質(zhì)、規(guī)律及解決現(xiàn)實(shí)世界中各種問題的最重要的方式。應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和方法來解決實(shí)際問題,本質(zhì)上就是把這個問題概念化和公式化,即提出數(shù)學(xué)模型。模型提煉得正確,就等于這個問題解決一大半。提煉數(shù)學(xué)模型的能力,是數(shù)學(xué)水平高低的重要標(biāo)志之一。任何的現(xiàn)象都是復(fù)雜的,所以一般說來一個數(shù)學(xué)模型的建立不可能一次完成。對于一個現(xiàn)象,首先應(yīng)該進(jìn)行分析,努力抓住事物現(xiàn)象的特征,然后選擇與現(xiàn)象的本質(zhì)有關(guān)的、對于結(jié)果有重要影響的因素,建立起一個簡單的數(shù)學(xué)模型,并將這個模型的解與現(xiàn)象進(jìn)行比較,并考慮進(jìn)其他的因素,進(jìn)行多次反復(fù)的修正,以逐步逼近現(xiàn)象,達(dá)到提煉出該現(xiàn)象的完整的、正確的數(shù)學(xué)模型。同一個現(xiàn)象,由于研究的角度和見解的不同可表示為不同的數(shù)學(xué)模型。提煉數(shù)學(xué)模型的能力是在大量地研究、解決問題的過程中不斷培養(yǎng)的。
四、對數(shù)學(xué)解的分析能力