“计算机组成原理”虚拟实验的设计与实现

“计算机组成原理”虚拟实验的设计与实现 摘要:本文介绍了“计算机组成原理”课程的配套虚拟实验的设计思想,并以具体实验为例,详细介绍了实现的方法。这些实验已经在实际教学中应用,并取得了较好的教学效果。
　　关键词:计算机组成原理;虚拟实验;DEBUG;MATLAB;虚拟实验仪
　　G642
　　
　　1引言
　　“计算机组成原理”是计算机专业的一门专业基础课,学习该课程的目的是使学生了解计算机的基本工作原理,为进一步的学习打下基础。该课程理论性强,比较抽象,学生不易理解,因此,必须借助有效的实验加强教学效果。传统的“计算机组成原理”课程一般都采用专门的物理实验仪进行实验,使用物理实验仪有以下几个缺点。
　　(1) 实验成本高:由于专用的实验仪属于硬件设备,建立实验室需要资金的投入,必须按照学生的规模进行建设;
　　(2) 维护成本高:随着学生的使用,实验仪的损耗是不可避免的,因此,在实验仪的维护上也需要投入相应的成本;
　　(3) 可扩充性差:硬件的实验仪成品,在可扩充性上有相当大的局限性的,如果需要增加新的功能,一般不易实现;
　　(4) 实验场合受到限制:由于硬件实验仪需要在实验室使用,学生进行实验的时间和地点也就受到了限制,学生如果希望多做一些实验,可能会因为实验室的使用问题不能如愿。
　　一方面现在各高校都在扩招,计算机专业的学生数也呈逐年上升趋势,这样无疑对物理实验室的建设、管理工作都带来了一些困难;另一方面,随着现在计算机教育的普及,许多学生在初中、高中就已经开始接触计算机,而且计算机也逐渐走入家庭,成为普通家电的一种,因此,如果能够开发出在微机上进行的虚拟实验,不仅可以解决以上提到的几个问题,还可以引导学生正确使用自己的微机,督促学生的课外学习。
　　正是鉴于此种情况,我院设计并实现了“计算机组成原理”课程的虚拟实验,并已经应用于实际教学,取得了良好的效果。
　　2“计算机组成原理”虚拟实验的总体设计
　　2.1虚拟实验的组成
　　围绕着“计算机组成原理”课程的理论教学主线,“计算机组成原理”虚拟实验由七组实验案例组成,分别是数码系统、逻辑电路、存储系统、指令系统、CPU的工作、输入与输出以及综合案例——CPU的设计,具体实验如图1所示,其中带“*”的实验有一定难度,可以根据情况选作,带“☆”的实验为演示实验,可供教师在讲解理论时作为辅助教学的手段。
　　2.2进行虚拟实验应用的软件
　　实验中用到的软件分别是DEBUG(MS-DOS系统自带)、MathWoks公司的MATLAB软件中的Simulink工具箱以及由我院自行研制开发的“计算机组成原理”虚拟实验仪系统。
　　(1)DEBUG
　　DEBUG.exe是DOS操作系统提供的一个调试汇编语言程序的工具程序。利用DEBUG程序,程序员可以动态调试汇编语言程序,可以检查或修改CPU各寄存器、标志位及内存单元的内容,也可以读写内存等。DEBUG程序采用的是命令行形式,通过键盘输入命令,按回车键后开始执行该命令。使用该软件,配合8086系列微机的指令系统,主要用于完成数码系统、指令系统以及输入输出系统等部分的实验。
　　　
　　图1 “计算机组成原理”虚拟实验总体设计图
　　
　　 (2)MATLAB和Simulink
　　MATLAB是MATrix LABoratory的缩写,是MathWorks公司的产品,早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量的各种运算。由于MATLAB提供了强大的矩阵处理和绘图功能,很多专家因此在自己擅长的领域用它编写了许多专门的MATLAB工具包(toolbox),如控制系统工具包(control systems toolbox)、系统辨识工具包(system identification toolbox)、信号处理工具包(signal processing toolbox)、鲁棒控制工具包(robust control toolbox)、最优化工具包(optimization toolbox),等等。由于MATLAB功能的不断扩展,现在的MATLAB已不仅仅局限于现代控制系统分析和综合应用,它已是一种包罗众多学科的、功能强大的“技术计算语言(the language of technical computing)”。
　　交互式模型输入与仿真系统Simulink工具包是1992年MATLAB 4.0版本中首次推出的,Simulink组件提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,不需要书写大量程序,只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。
　　Simulink 是一种图形化的仿真工具,支持线性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构,Simulink几乎可分析任何一种类型的真实动态系统。在本实验中利用Simulink来仿真、分析各种常用的电子电路系统,例如存储系统、输入输出系统等。
　　(3)“计算机组成原理”虚拟实验仪
　　“计算机组成原理”虚拟实验仪为东软信息学院自行研制开发的产品,它具有友好的用户界面、灵活的可操作性等特点,与“计算机组成原理”理论教学密切配合,使用自定义的指令系统,可以使学生在动手实践的基础上深刻直观地体会计算机的工作情况。该实验仪的结构如图2所示,分为CPU、存储系统、I/O系统、控制、交互输入等几个部分。由于虚拟实验仪模拟的CPU的时钟周期为2s,使用自定义的指令系统,可以方便的观察到计算机内部各种信息的数据流动及时序,主要用来进行CPU的工作、Cache以及DMA的实验。
　　3 “计算机组成原理”虚拟实验的具体实现
　　下面,将以几个具体实验为例,介绍一下虚拟实验的具体实现。
　　(1) 使用DEBUG实现的实验案例——文本文件的存储格式
　　本实验主要是为了让学生通过DEBUG软件来查看文本文件在机器内的存储格式,以加深对ASCII码、汉字内码等概念的认识和理解。
　　实验时,首先创建一个纯文本文件,包含有大小写英文字母、数字、汉字等符号,运用ASCII码、汉字内码等概念,计算出该文件所占的字节数。例如,文本文件的内容为:
　　abc
　　ABC
　　012
　　中国人
　　
　　图2“计算机组成原理”虚拟实验仪结构图
　　
　　则可计算该文件的大小为:9×1(英文和数字)+3×2(3个汉字)+3×2(3个换行)= 21字节。
　　接下来,使用DEBUG对该文件进行调试,可以观察到文件长度存储在BX和CX寄存器中,数值为00000015H,即21字节,且文件的内容为(全部显示为16进制数):61 62 63 0D 0A 41 42 43 0D 0A 31 32 33 0D 0A D6 D0 B9 FA C8 CB,即表示英文字母和数字都是使用ACSII码表示,汉字是使用内码表示的。
　　(2) 使用Simulink实现的实验案例——存储器的字扩展
　　本实验主要是为了让学生学习采用全译码的存储器字扩展方式。传统实验中该实验应该在实验室进行,通过CPU与存储器芯片的实际连接,配合软件观察每个存储器芯片的地址范围。现在改为虚拟实验,所有连线以及观察地址都在一个文件中实现。
　　该实验的具体要求为:已知存储器总容量为64K×8(位),而所选用的存储器芯片容量为8K×8(位)时,主存储器应由8个芯片构成。若已知8个芯片的具体地址分配,则CPU与存储器芯片应当怎样连接?

在实验环境中,给出了仿真的CPU、3/8译码器、存储器芯片等模块,学生只需要连接相应的连线后运行仿真系统观察结果即可。例如,学生可以得到如图3所示的符合实验要求的仿真结果。
　　(3) 使用“计算机组成原理”虚拟实验仪实现的实验案例——高速缓冲存储器(cache)的应用
　　本实验通过虚拟实验议的演示,展示了高速缓冲存储器(cache)的工作原理。
　　在虚拟实验仪上通过小键盘按二进制方式输入一段循环程序的机器码,例如输入的程序为:
　　NOTA
　　JMP0000
　　第一次在实验仪上运行时,不选择“cache”方式,可以观察到CPU每次从存储器的同一内存单元(地址为0000H)中循环取出程序指令执行;第二次在实验仪上运行时,选择“cache”方式,可以观察到CPU第一次访问存储器时,在读出存储器单元内容的同时将内容写入到cache中,当CPU再次访问存储器时,根据给定的存储器地址判断出该地址的信息已经进入cache,则经过地址变换立即访问cache,不再访问存储器。
　　(4) 综合实验案例——CPU的设计
　　对于基础知识掌握牢靠、自学能力强的学生,可以由教师指导进行拔高型的综合实验——CPU的设计。本实验从指令系统的设计开始,通过具体的时钟周期、机器周期、指令周期以及每条指令的时序设计,一直到最后实现简单的CPU的仿真功能,使学生进一步对CPU的工作过程及原理有深刻地认识和理解。
　　4小结
　　通过这一组实验,学生已经可以对整个计算机的结构、工作过程以及程序的执行等方面的原理都基本掌握,完全达到传统物理实验可以达到的目的。而且,还具有以下优点:
　　(1) 采用虚拟实验,由于全部使用软件模拟实现,对于实验的内容可以方便地进行增加和删改。
　　(2) 学生在课堂进行实验之余,课后也可以方便地反复进行实验,以弥补课堂时间的不足。
　　(3) 实验的地点以及可以同时进行实验的学生人数不再受到物理实验室的限制,极大地降低了实验室建立和维护的成本。
　　(4) 配合虚拟实验的网络管理系统,学生可以在线提交实验结果,由系统自动判断正误并给出反馈,不仅减轻了指导教师的工作量,而且可以将实验作为课后作业布置给学生,课堂得到了延伸。
　　(5) 进行虚拟实验也可以作为学生进行物理实验之前的训练,为进行物理实验做好准备。
　　总之,虚拟实验的优点弥补了传统物理实验的缺点,对于有条件的学校,如果能和物理实验配合起来,将会达到更为完美的实验效果。
　　
　　图3存储器的字扩展仿真结果
　　
　　参考文献:
　　[1] 李芙英,朱小梅. 计算机硬件技术基础实验指导[M]. 北京:清华大学出版社,2000.
　　[2] 王沫然. Simulink 4建模及仿真[M]. 北京:电子工业出版社,2002.
　　[3] 董玮,陈秀寓,周海波,等. 计算机组成原理实训案例[M]. 大连:东软电子出版社,2006.

推行理念教育 实践人本教学探索计算机创新人才培养新模式

我介绍的“计算机创新人才培养新模式”得到了教育部2005年高等教育专题研究项目“研究性学习和创新能力培养的研究与示范——探索计算机专业创新人才培养新模式”的资助,该项目是当时唯一一个计算机专业的研究课题,现已通过验收。
　　该项目直接来自国家的战略需要。中国要创建世界一流大学,就要培养创新型人才和具有研究能力的大学生,使他们成为服务社会的栋梁。但问题是,现在的学生缺少追求,对前途茫然,急功近利,更不要说愿意作研究了。所以,摆在我们面前最重要的任务是培养学生志存高远、献身科学的意识和追求,培养学生主动学习、独立研究的能力。我们的目标是:培养计算机精英人才和学术大师。
　　我从三个方面来阐述所做的工作。首先分析世界一流大学的人才培养情况、当代中国教育的现状;其次讨论研究性学习和创新能力培养的关键性问题;最后以计算机专业学生为对象,探索整个计算机专业创新人才的培养模式。
　　什么是世界一流大学?一般认为,斯坦福大学、麻省理工学院、卡内基—梅隆大学等众多世界一流大学都具备10个“一流”指标:办学理念、学科水平、师资条件、科研成果、人才质量、社会服务、物质资源、国际水平、管理水平、育人环境。
　　我们把这些指标分为3类:
　　① 可比性指标,主要指物质资源,即可以用钱去衡量的硬件指标,我们已不比任何一个国家差了。
　　② 进步性指标,主要包括学术水平、师资条件、科研成果、人才质量、社会服务、国际水平和管理水平。虽然我们在这方面不断进步,实力不断增强,但和国外比还有一定差距。
　　③ 理念性指标,即大学理念、管理理念、育人理念。国外大学的办学理念非常实际,学生要为社会服务,学生和老师了解很深入,通过教学过程去实施教学理念;国内大学虽然也讲理念,但总体感觉比较空,落实到教师和学生方面还较差,因此与一流大学还有较大差距,不具可比性。
　　为什么我们的办学理念与国外有较大差距呢?
　　改革开放以来,我国经济迅速发展,国家对教育越来越重视,但是出现了矫枉过正的现象。如中国式的“抢逼围”教育,“抢”指的是学那些超出孩子年龄的内容,如学龄前儿童学奥数;“逼”指的是把父母的意愿强加于孩子;“围”指的是学校和家庭无处不在约束孩子。在这样的教育背景下,孩子已经没有独立思考的空间,慢慢就变得没有追求、胸无大志、不能应对,表现出心理脆弱、以自我为中心、缺乏感恩等不良品质。
　　中国古代实行科举制,其实就是应试教育。虽然选拔机制相对公平,但不可否认其重智力轻情商的弊端。于是,20世纪80年代中期到90年代,素质教育被列入《中国教育改革和发展纲要》,素质教育一时成为教育界的“宠儿”,小学、中学甚至大学都把素质教育放到了议事日程上,以为增加几堂美术、音乐、劳动技能课程,设置一些学生社团和协会就是素质教育了。由于我们缺乏对素质教育本质的理解和实践,素质教育很自然地延续了应试教育的“成功经验”,学校出现了素质拓展课程和分数、综合学积分和排名等现象,又一次用最简单、最容易的方式“形式化”了最难以评估、最具个性的情商,难怪学生也用同样功利的方式对待素质教育,结果可想而知。从应试教育到素质教育,虽然对中国的经济发展起到一定作用,但留给我们更多的思考。为了落实素质教育,我们在这个项目中推行理念教育,使学生的素质真正得到提高。
　　什么是理念教育?理念是一个人具备的付诸行动的信念。学生没有信念变得茫然,因此要让他们有信念。教育是传播和学习人类文明的成果,让学生形成信念,想办法复制信念。理念教育不是一堂课就能完成的,思想觉悟不是一下子就能提高的,因此它是一种可持续的、循序渐进的,从原来被动灌输到自身内在需求的教育。理念教育是自身内涵的建设与发展,是内心主动追求自我完善,而不是别人要求自己怎么做。这种方式是从外在到内在的过程,要让学生立志、肩负责任、执着追求。实施理念教育不是一件容易的事,更不只是一种思想教育。我们需要寻找合适的载体,如北京奥运会、上海世博会等,这样会起到很好的效果;其次,把理念教育作为教学过程,融入教学的每一个环节。
　　以上主要以世界一流大学的评价指标分析了中国教育的现状,下面谈一谈什么是研究性学习。
　　研究性学习是围绕着问题展开的一种活动,问题是研究性学习的载体。如果缺少问题,研究性学习就无从谈起。研究性学习的表现是开放的,不是一个人的事情,而是一个团体,这才体现了研究的价值。研究性学习是自我负责的,而不是别人布置的任务。研究性学习既重视结果,更重视过程,不是搞出成果就算成功了。有时研究结果也有一定的偶然性,这就是我们所称的“研究是有风险的”,这与“获得世界冠军也有偶然性”有异曲同工之处。因此从某种角度说,有时候研究过程比结果更重要。
　　研究性学习的基本目标是培养一种态度和一种能力,使学生具有永不满足、追求卓越的态度,取得成绩不会骄傲自满,而是思考自己是否可以做得更好,培养他们发现、提出和解决问题的能力,这是核心。学生从解决问题中获得知识、锻炼能力、提高素质。
　　研究性学习的基本内容是让学生在提出问题和解决问题的全过程中学会科学方法,获得丰富且多方面的体验和科学文化知识,学习过程是学生自己参与和摸索的,而不是别人告诉的。
　　研究性学习的教学形式是自主开展研究,老师参与学生的学习过程,但不是干预。当然,允许学生走弯路,并让学生学会自我纠错。老师要避免永远告诉学生所谓的“正确”方法,避免学生一旦走弯路就首先想到求助他人,而根本不知道该怎么办。这一点非常重要,因为研究本身有风险,不是所有研究都有成果,也不是所有研究都能取得成功。
　　研究性学习要以问题为中心。教师希望学生提出问题,但是学生开口很难,总是希望想清楚再说,而不是有问题就提,让大家一起解决这个问题。因此提出问题是研究性学习的首要环节,要让学生有问题意识。第二,要让学生讨论问题。有了问题要讨论,发挥团队的力量,开展头脑风暴,每个人的发言对其他人是很好的启发,最后得到讨论的结果,既增进友谊,又促进了解,更解决了问题。因此讨论问题是关键。最后达到解决问题的目的。
　　最后谈谈我们是如何开展研究性学习并探索计算机创新人才培养新模式的。
　　这个项目以全面培养学生综合素质、创新精神和能力为目标,以培养理论基础、学习和研究能力、人际交往能力和协作能力为抓手,在计算机专业ACM班(ACM是颁发计算机领域最高奖——图灵奖的机构,表明我们的目标是培养计算机科学家)中进行试点,建立新型教育教学体系和金字塔式专业人才的培养模式,全面提高教学质量,对开展研究性学习,提高学生创新能力进行有益的探索。为此,我们提出“一条主线+四个平台”的教育教学体系。一条主线是理念教育,四个平台是基础平台、实践平台、社会平台和机制平台。
　　理念教育突破了传统的专业教育模式,在专业教育中融入理念教育,让学生在专业学习过程中不断立志、不断有所追求,有所提高。宏观理念教育是思想上的励志教育,微观理念教育是方法上的体验,实践理念教育是行为上的训练,是三个不同的层次,如图1所示。
　　
　　 (1) 励志教育:学生进入大学时的典礼很隆重,除了开学典礼的激动,以后4年很少再有感动了。我校每学期都举行开学典礼,使学生持续保持使命感和责任感。如2005年“感动中国”、“温暖2002”等活动都令学生感动;2008年奥运会我们也组织了许多活动。这些载体使学生的学习不会脱离社会的发展,让学生在感动中不断升华。

摘要:本文对当前C语言教学中板书设计的地位与作用被弱化和忽略的现象进行探讨,研究C语言教学中多媒体教学资源和板书设计应该如何有机结合,并提出多媒体教学环境下C语言教学的板书设计原则。
　　关键词:C语言教学;板书设计;多媒体教学环境;同步思维
　　
　　随着计算机技术(包括网络技术)和CAI技术的发展,教学环境发生了巨大的改变,对“C语言程序设计”课程的教学活动来说,电子课件、投影仪和网络广播等多媒体教学资源的使用将会大大有利于促进教学效果的改进和教学质量的提高。但是,在目前C语言教学实践中出现了这样一种现象:过分依赖电子课件和多媒体教学资源,即上课时主要靠演示课件来讲解程序,而完全忽略了板书设计——应该用板书讲解的内容没有使用板书,该利用板书分析的内容也只是对着屏幕简单讲解。其实,板书设计仍旧有用武之地,并且在某些方面其作用是不可替代的[1],应该将多媒体教学资源和板书设计有机结合起来,才能更进一步的提高教学质量和改善教学效果。
　　1C语言教学中多媒体教学资源的优势
　　首先,跟传统的以板书为教学主要载体的教学环境相比,在多媒体教学环境下,“C语言程序设计”课程的授课内容发生了巨大变化。在传统教学环境下,受教学条件的限制,只能以讲解基本语法规则、常用程序设计方法以及相关算法等内容为主,较复杂的例程和应用实例都很难在课堂上完整的讲解,并且课堂授课的信息量也相对较少,因此,程序设计课程教学中的学生动手能力的培养就很难达到很好的效果。而在多媒体教学环境下,可以在课堂上演示较复杂的应用例程,可以现场编写代码并逐步演示程序的运行结果,这样将使课堂教学氛围更生动[2],并且由于直观而更容易使学生接受,从而也更容易培养学生的动手能力并提高教学质量。
　　其次,对于程序设计课来说,多媒体教学环境还有一个巨大的优势,就是可以利用投影仪演示程序的调试排错过程。程序员调试程序的能力非常重要,因为编写一个程序容易,但往往程序编写完成后总是存在这样或那样的错误而不能正确运行,这就需要调试排错了。调试能力是需要培养的,教师应该有意设计存在错误的程序,然后为学生演示出错现象、出错信息和排错方法,这种直观具体的教学方法使学生很容易理解并掌握,从而增强其调试程序的能力。比如在使用从键盘输入数据的scanf函数时就非常容易出错,如果要为一个整型变量a输入数据,正确的写法应是“scanf(“%d”,&a);”,但初学者往往会忘记书写符号“&”;又比如受使用printf函数换行的影响,学生刚开始也很容易把此语句写成scanf(“%d\ n”,&a);”,这两个错误编译器都不会报错(至多会给出一个警告),但运行结果显然是错误的。这样的问题如果演示给学生看,学生将会轻易理解并且印象深刻,这些都是多媒体教学环境的巨大优势,板书设计则无法做到。
　　2C语言教学中板书设计的合理利用
　　如前所述,在演示程序的调试和运行时,多媒体教学环境有着巨大的优势,有利于学生直观的理解和掌握相关知识,但分析算法和程序执行流程等内容却并不适合用投影仪来讲解,而是更适合用板书来讲授。[3]如果只是利用电子课件把相关内容进行简单演示并讲解,则教学效果往往较差,因为这样的教学过程对学生来说,感觉似乎在观看录像,解题过程的现场感受不够强烈(类似于通过电视看比赛转播和到比赛现场去观看的差别),所以投入的程度就不够深,理解的效果就差一些;如果采用一边分析讲解一边板书要点的形式来讲授,则呈现给学生的解题过程将更加完整,师生双方都会更投入,教学效果将更好。事实上,只有利用板书才能随意控制所显示内容,并且和语速、回顾、提问等环节有机结合起来,从而促使学生的思路和思维跟教师的讲解保持同步,因为板书的过程同时也是学生进行同步思考的过程,而利用投影讲授时往往留给学生思考的时间不够。
　　另外,利用板书可以始终保留重要信息。在授课过程中,前后的内容是互相关联的,对新知识的理解和掌握常常需要以前面的内容为基础,这时,板书便可以发挥非常重要的作用:既可以保留本节课前面刚刚讲授过的重要的内容,也可以随时把以前学过的必要的 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 列举出来;倘若不利用板书,仅口头回忆前面讲过的内容,学生的接受效果要差一些,尤其是对前面内容掌握还不是很好的学生来说,可能就更吃力了,这将导致不能很好地理解课堂内容。对自律性较差的学生的负面影响更大,他们在课后又不会投入足够的时间来自学,久而久之,其成绩就会越来越差(这种现象对高职高专院校的学生来讲很普遍,因为他们的学习基础、理解能力相对弱一些,并且自律性也有待加强)。
　　笔者根据自己的教学实践对学生进行过调查,被调查学生一致认为“C语言程序设计”课程不应该完全依赖投影仪和电子课件,很多内容还是应该结合板书来讲解,包括某些语法规则和一些函数的使用方法等,比如使用scanf函数和printf函数进行输入输出时所用到的各种格式符等,应该简洁的把要点写在黑板上;如果只利用课件讲解,则由于停留时间短而使学生感觉理解和记忆的效果都很差。
　　当然,也可以使用软件来即时书写“电子板书”,比如利用Powerpoint的墨迹功能,但是翻页后刚书写的内容也就无法显示在屏幕上了,并且“电子板书”也不像普通板书那样容易挥洒自如,而使用板书则可使重要内容始终保留在黑板上,这对学生理解问题是非常有帮助的。
　　3多媒体教学环境下板书设计应遵循的原则
　　由于过分依赖多媒体教学资源,弱化并忽略了板书的使用,以至于在当前教学实践中,相当一部分教
　　师根本就没有板书设计,他们在授课过程中只是偶尔随意的在黑板上书写一些内容,学生会感觉所学知识不成体系并且显得较为零散和凌乱。那么,在多媒体教学环境下应如何设计板书呢?笔者根据自己的实践总结板书设计应从以下几方面来体现教学内容:
　　(1) 要确定所讲内容那些以多媒体课件(或投影仪)演示为主,那些应该以板书设计为核心。若是前者,仅需板书提纲即可;若是后者,则需详细的设计板书的内容、格式和表现形式等。对“C语言程序设计”课程来讲,程序的调试和运行应该以投影仪演示为主,这种情况下板书提纲和要点即可;而对于算法分析等内容则应该以板书设计为主,这时就需要详细进行板书设计了。
　　(2) 通过板书将一堂课最主要的内容显示出来,这一点跟传统教学环境中板书设计的原则相同,以尽可能简洁的语言书写最核心内容并始终保留在黑板上,而一些细节过程的内容则无须保留。
　　(3) 板书设计要体现知识的连续性。将本节课相关的重要知识点书写在黑板上,这有助于学生回顾旧知识从而顺利地理解和掌握新知识。
　　(4) 板书设计要与多媒体课件以及其他演示内容有机结合起来。比如板书设计应该包括重要的提示信息,及时地把某些需要描述而课件上没有的内容的书写在黑板上,这往往会起到画龙点睛的作用。
　　另外,在进行板书设计时要认识到,优秀的板书设计应是教师再创作的“缩微 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 ”,能清晰地体现出课堂内容的体系结构并且醒目的显示出一节课的知识要点,从而使新的知识成为学生上课时的注意中心,并帮助学生理解掌握本节课的主要内容。同时,板书本身又是一个再创作的过程[4],具有极强的感染力,这一特点是投影仪教学和网络广播教学所不具备的。
　　4结语
　　综上所述,多媒体教学环境和板书设计在“C语言程序设计”课程的教学实践中都有着不可替代的作用和优势。根据课程的特点,程序的运行调试应该以利用多媒体教学资源为主,而算法分析(包括数学等学科中的公式推导)应该以板书设计为核心进行讲解。表面上看,利用多媒体课件是现代化教育技术的体现,板书设计似乎是传统的效率较低的教学工具,事实上却不能如此简单的来看待他们的地位和作用。如果过分依赖多媒体课件,忽略板书的合理利用,将会使得教学效果和教学质量不升反降,这是值得深思的。教师应该根据授课内容的不同特点进行合理设计,把多媒体教学资源和板书设计有机结合起来,这样,才能有力的促使“C语言程序设计”课程教学质量的提高。
　　参考文献:
　　[1] 周生明,廖元秀. 多媒体不能完全代替板书的理论依据之一[J]. 电化教育研究,2008(22):141-143.
　　[2] 胡正华. 多媒体环境下教学模式的探讨[J]. 南京航空航天大学学报:社会科学版,2000,2(3):84-86.
　　[3] 杨延广. 对高职程序设计课教学方法的研究和探讨[J]. 高教论坛,2006(2):160-161.
　　[4] 彭小明. 教学板书设计论[J]. 教育评论,2005(6):69-72.
　　

引言
　　
　　自二十世纪以来，随着信息技术的飞速发展，各种信息工具得到了迅速应用，有力地促进了社会的进步。信息社会对教师素质提出了更高的要求，教师继续教育则是提高教师素质的有效方式。然而面对工作节奏快、工作量大、社会事务繁忙等困难，组织教师在固定时间、固定地点开展集中学习的方式越来越难以实行。随着无线移动通讯技术的迅猛发展和移动终端的日益普及，移动学习慢慢成为教师进行继续教育的新方式。
　　
　　1教师继续教育
　　
　　1.1国外继续教育概况
　　综合国力的竞争在于人才的竞争，人才的竞争在于教育，教育质量的提高在于教师。因此提高教师素质，培养大批优秀教师至关重要，这已成为各国教育发展的共识。例如美国对教师继续教育采取激励制度，要求每年更换一次资格证书，更换证书时考查是否有继续教育的记录，并且与教师资格等级和福利待遇紧密联系；英国也在全国范围内组成以大学，教育学院为主的国家培训网络，并以政策制度配合实施，而且把是否参加继续教育与薪水相关联；日本也有相关政策规定教师从教多年后，要通过一定的在职教育才可获得高一级资格证书；韩国将教师在职教育视为“教师生涯继续教育”，国家为该制度提供法律保障[1]；瑞典则采取了更加优惠的政策，国家报销一切培训费用，工资照常发放。
　　1.2我国教师继续教育状况及存在的问题
　　为了适应新时代发展的需要，我国也十分重视教师继续教育，自1995年至今制定了一系列的重大决策，早在1995年颁布的《中华人民共和国教育法》就明确了终身教育在教育法律中的地位；1999年国务院转发教育部《面向21世纪教育振兴行动 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 》中提出了“2010年我国基本建立起终身学习体系”的改革目标；2001年九届人大四次会议通过的“十五”计划纲要，确定“逐步形成大众化、社会化的终身教育体系”；党的十六大又明确提出要在2020年形成“全民学习，终身学习的学习型社会、促进人的全面发展”。2001年国务院《关于基础教育改革与发展的决定》、2002年教育部办公厅《关于推进教师教育信息化建设的意见》，等，都表明党和国家已经把发展继续教育，构建终身教育体系作为新世纪国家发展计划的重要组成部分，是党和国家的重大战略决策。
　　在信息化的知识经济时代，教师的工作性质和职责决定了教师必须是终身学习的先行者和引领者。特别是教育部在《基础教育课程改革纲要(试行)》中提出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”新课程改革对教师自身素质的提高提出了新的挑战。但是教师的工作性质和特点给教师的进一步学习带来了许多困难，常常不得不疲于知识的教学与传授，应付家庭和社会事务，等。另外由于交通不便，致使边远地区教师在集中时间集中地点进行大规模的培训难以实行，如何对教师进行有效的在职培训，寻找何种培训方式，采用什么培训手段成了继续教育中急需探讨的问题。基于网络的远程培训很大程度上解决了传统培训的弊端，受到了教师的青睐，而近年来无线网络技术和移动通讯技术的飞速发展则为教师远程培训开辟了一种新的远程学习形式——移动学习。
　　
　　2移动学习
　　
　　2.1移动学习概念的界定
　　到底什么是移动学习呢？目前该领域专家各持己见，分别从多个角度对其界定，较为典型的有如下几种：
　　Clark Quinn 从技术的角度对移动学习作了这样的定义：移动学习(M-Learning)是通过IA设备实现的数字化学习，这些IA设备包括 Palms、Windows CE 设备和数字蜂窝电话，等[2]。Chabra 和 Figueiredo 界定的移动学习比较宽泛并且结合了远程教育的思想：移动学习(M-Learning)就是能够使用任何设备，在任何时间任何地点接受学习[3]。Paul Harris指出，移动学习(M-Learning)是移动计算技术和E-Learning的交点，它能够为学习者带来一种随时随地学习的体验。Harris认为移动学习应该能够使学习者通过移动电话或PDA随时随地享受一个受教育的片断，并且在这个过程中，往往更多使用的是PDA设备，虽然笔记本电脑被广泛使用，但它并不符合大多数移动学习的定义[4]。
　　笔者倾向于Alexzander Dye 等人在以上学者的基础上对 M-Learning作的定义：M-Learning是一种在移动计算设备帮助下的能够在任何时间任何地点发生的学习，移动学习所使用的移动计算设备必须能够有效地呈现学习内容并且提供师生之间的双向交流[5]。也就是说，M-Learning 是一种全新的学习方式，它是移动通信、网络技术与教育的有机结合，它具有无线移动性、高效便携性、广泛性、交互性、共享性、个性化等学习特征。移动学习(M-Learning)与数字学习(E-Learning)相比较不仅具备了数字化、多媒体化、网络化、智能化的特征，而且还具备了其独特的优势，即学习者不再局限在电脑前，可以“随时、随地、随身”，“短、平、快”地进行学习。
　　2.2移动学习的实施形式
　　随着无线网络技术与移动技术的快速发展，各种移动设备纷纷亮相，功能日益强大，价格越来越低，体积日渐变小，使得它们便于随身携带，为难以进行固定学习的用户提供了良好的学习机会。不同的用户可以依据自己的情况选择适合于自身条件的移动设备和移动学习方式。如基于便携式笔记本电脑的移动学习、基于掌上电脑(PDA)的移动学习和基于短消息服务(SMS或MMS)的移动学习，等。目前，全球移动电话用户迅猛增长，人们应用手机以短消息方式沟通人际的频率急剧上升，年短信息量全球可达数百亿条次。因此，本文主要探讨基于手机的移动学习。
　　2.2.1基于短消息服务(SMS或MMS)的移动学习
　　中国移动、联通、网通等都为各自的移动用户提供了短消息服务，可以实现语音留言和接收，基于字符的短消息发送和接收，以及多媒体彩信的收发等服务项目。利用短消息服务，可以实现生生之间，师生之间，教师和服务器之间，学生和服务器之间的有限数量的字符传送和接收。这些活动不再受时间和地点的限制，可以随时随地进行。
　　2.2.2基于浏览的移动学习
　　对于短消息服务而言，其数据传送是间断的，异步的，不能实时连接，因而不能利用该种方式实现移动学习设备对学习网站的浏览，也就很难实现多媒体教学资源的传输和显示。随着移动通信技术的提高和移动通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的极大改进，通信速度得到了很大提高，使得手机上网浏览学习得以实现。学习者利用移动设备，经过电信或者网通的网关接入互联网，应用WAP协议访问教学服务器，进行浏览、查询，实时交互，像普通的网络用户一样。因此，基于连接浏览的移动学习方式不但可以传输文本，还可以传输一些图像信息。
　　
　　3移动学习在教师继续教育中的应用
　　
　　3.1非正式学习理论为移动学习在教师继续教育中的运用提供了理论依据
　　利用移动设备进行学习事实上是一种非正式学习，即在业余零碎时间随时随地进行学习，它有别于传统的正式学习。明确地讲，非正式学习是一种隐含式的学习，源于直接的交互活动及来自伙伴和教师的丰富的暗示信息，这些暗示信息远远超出了明确讲授的内容。据统计，在工作、娱乐、社交等非正式学习时间和地点接受的新知识占个体所学知识的70%以上[7]。因此，移动学习从其理论基础上适合教师继续教育，教师在课间、课外等零碎时间即可应用移动设备尤其是移动电话进行移动学习。学习者可以通过接收短消息，上网浏览使学习具有个体性特点(思考、阅读，等)，也可以通过发送短消息、网上留言、语音留言等使学习也具有社会性特点(交互、讨论，等)。

3.2移动学习自身的特点使其在教师继续教育中应用成为一种趋势
　　移动学习并不是一个全新的事物，它是远程学习的一种扩展，具有远程学习的共有特点。即师生时空可以分离，学生与学习环境分离，学习活动依然可以成功进行。除此之外，移动学习还具有自身的独特优势，移动设备便于随身携带，使学习者摆脱了桌子、有线网络、固定教室、固定地点、固定时间等的限制。学习 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 、学习环境、教学媒体和教学管理人员都是移动的，使学习者可以充分利用业余零碎时间进行学习，如在办公室、在车站与机场、在旅途中、在其他休息娱乐场所等均可以随时随地的学习，避免了交通不便、工学时间冲突带来的矛盾。这些特点恰好可以解决在职教师工作繁忙，业务量大，家庭社会事务繁琐，很难有统一的固定时间，集中到固定地点进行大规模学习的矛盾，同时从培训经费上讲也很有社会收益，为在职教师以及教育培训机构都带来了极大的便利。因此，移动学习在教师继续教育中必定发挥应有的推动作用，使教师可以做到工作学习两不误，使自身率先走向终身学习的行列，提高自身素质，更好地服务于教育，服务于社会。
　　
　　4结束语
　　
　　移动学习是移动通信技术、网络技术与现代教育理论有机结合的必然结果，它必将为教师继续教育，为人类建立终身学习体系，作出应有的贡献。然而，移动学习不是教师继续教育的唯一形式，它并不能、也不会取代任何一种教育形式，只是依据教师的工作特点，丰富已有的学习资源和学习机会，为教师继续教育提供更加广阔的发展空间。
　　
　　参考文献
　　[1] 尤登星.国外教师继续教发展趋势简述[J].继续教育2004,(11) :56.
　　[2] Clark Quinn.m-learning: Mobile，Wireless，In-Your-Pocket. Learning[EB/OL]，http:// www.linezine.com/2.1/features/cqmmwiyp.htm
　　[3] Keegan D.The future of learning: From e-Learning m-Learning[EB/OL]，http://learning.ericsson.net/leonard-o/thebook /book.html
　　[4] Paul Harris.Goin Mobile[EB/OL]， http://www.learningcircuits

一种基于经典领域本体构建方法的改进研究

　　关键词:本体;构建方法;语义网
摘要:本文通过对现有经典领域本体构建方法的优点及缺点的分析,对本体构建方法做了一些积极的探索,并提出了一种新的本体构建模型。

　　Improvement Research Based on Classic Construction Method of Domain Ontology
　　Chen Liang
　　(School of Public Administration.SCU,Chengdu610064,China)
　　Abstract:Based on the strengths and weaknesses analysis of the current classic domain ontology construction method ,this paper does some positive exploration,and presents a new model for ontology construction.
　　Keywords:Ontology;Construction method;Semantic Web
　　语义网是现在的热门研究课题,而组建语义网的基石是领域本体的构建。如果没有一个完善的本体,整个语义网的构建也只能是一座空中楼阁。所以本体构建在语义网研究中具有十分重要的地位。本体构建的探讨主要包括三个方面,即本体构建方法、本体描述语言、本体构建工具。其中本体构建方法对本体构建过程的实施具有指导性的意义,直接决定了本体对知识的表示和逻辑推理能力。如果没有一个好的构建方法的指导,就很难保证本体构建的规范化,进而对基于本体的后续应用也会产生巨大影响。
　　一、经典本体构建方法分析
　　国内外的研究小组根据各自的项目提出了很多本体构建方法,经典的本体构建方法有骨架法、评价法、METHONTOLOGY法、Berneras et al(KACTUS)方法等等。骨架法对构建框架和各阶段的指导方针有参考价值而且有本体评估的步骤,但是每一步却没有具体的方法和技术;评价法提出了本体获取的新方法,明确提出了需求的问题,但是没有文档化过程和步骤的说明;METH- ONTOLOGY法有本体评估步骤,详细描述了相关技术工具、知识来源,但是没有具体的本体评估方法;Berneras et al方法主要针对应用驱动的本体开发,但缺乏具体支持技术和本体评估、文档化过程,不适合从无到有的本体构建。
　　二、本体构建方法的改进探索
　　针对现有本体构建方法的缺点,一些学者做了一些有益探索 。如宋佳等人在文献[1]中提出了一种基于层次关系的领域本体构建方法;疏剑,谢庆生在文献[2]中运用WordNet词典进行了制造业领域本体构建方法的探索研究;王梅文在文献[3]中利用《中国分类主题词表》、《中国图书分类法》和《中国药典》等主题词表进行了药学本体构建方法的探索;朱晓冰则在文献[4]中则提出了一种基于维基技术的本体构建设想。
　　笔记在其他学者研究的基础上,结合自己的想法提出了一种新的本体构建方案,具体步骤如下:
　　(一)领域本体需求分析。这个阶段主要是要明确领域本体构建和应用目的、
　　领域与范围、表示方法、用途以及使用者等。
　　(二)考虑本体复用。明确要开发的领域是否存在有现成的本体。如果不存
　　在已有本体,则转入第(三)步;如果存在现成本体,则需要进一步分析已有本体是否满足需求,不满足项目需求则转入第(三)步,倘若满足需求则进入第(八)步。
　　(三)分析本体结构,列出领域重要术语。这一阶段可以采用半自动的方法从主题词表、叙词表、领域文献库或者关系数据库中抽取关键术语和概念并加以整理,通过这一过程可以完成大部分的术语汇总,然后通过人工搜集或者本体的动态学习机制扩充完善术语。
　　(四)领域专家的参与和协作。目前本体构建中公认的一点就是需要领域专家的参与和协作,还不能达到完全意义的自动本体构建。在领域术语的确定过程中需要领域专家参与评判并提出改进意见,尽量确保术语的权威性和专业性,尽可能全面而准确的涵盖整个领域。
　　(五)定义类和类层次关系。这一步可以细分为两个小步骤即定义类和定义类层次关系。
　　1.定义领域本体中的类。在步骤(三)中罗列出的大量的概念和术语处于一种混乱无组织并且彼此之间没有关联的状态,需要通过一定的逻辑规则对它们进行分类,形成不同的子领域。此外还需要对这些概念和术语的重要性进行评估,摒除那些超出领域范围的概念和术语,尽可能简洁和准确的表达出领域知识。
　　2.定义类之间的层次关系。建立类之间的层次关系一般有自顶向下、自底向上、综合法等几种方式。自顶向下定义类层次即首先定义领域中综合性,概括性的类,然后逐步细化扩展自最细小的类。自底向上正好相反即先从最小类的定义开始,然后逐步向上级类定义。综合法是首先定义许多非常显而易见的概念,然后分别对它们进行恰当的归纳和细化,从一些顶层概念着手,将它们与一些中级概念关联起来。在具体的项目实施中可以根据实际情况采用合适的方法。
　　(六)定义类的属性及约束条件。对于区分出的属性,应确定它们是描述哪些类的,并尽量将其定义到最通用的类上。属性值的约束条件则需要考虑到属性值的类型约束、属性值的范围限定以及属性值的计量单位等等。
　　(七)创建类的实例。即根据实际情况选择类,填充属性值,生成类实例。
　　(八)本体的检验和评价。由于领域知识的复杂性,领域边界的模糊性,不同领域之间往往存在着交叉,本体的构建很难一步到位。可以根据Gruber所提出的五条指导原则来检验和评价本体。如果不符合要求则返回第(三)步重新进行本体分析并加以适当的修正,直至达到要求为止。此过程需要迭代进行。
　　(九)本体的存储。本体建设完成后,需要存储本体。本体的存储可以采用OWL文档形式或者存储为关系数据库形式。OWL格式存储比较简单,但是当文档数量比较大时用关系数据库存储本体就比较方便,可以根据实际情况进行选择。
　　三、结束语
　　随着语义网研究的深入,本体构建方法也将逐渐成熟。而从各个项目工程中总结出来的方法,并不能适合每个项目的要求,需要根据项目的情况加以修改。本文总结了一些主要的经典本体构建方法的特点,提出了一种迭代的具有本体进化特性的本体构建方案,同时也试图利用主题词表、叙词表、领域文献库等现有资源通过半自动的方式抽取专业术语及其等级关系,以减轻在没有本体复用情况下本体构建的工作量。下一步的研究将通过实践来检验这一模型,以期使这个本体构建模型更加完善化和相对通用化。
　　参考文献:
　　[1]宋佳,王盼卿.装备领域本体的构建方法研究.微计算机信息,2009,25,5-3:17-19
　　[2]疏剑,谢庆生.制造业领域本体构建方法研究.机械与电子,2008,9:64-73
　　[3]王梅文.药学本体构建实践.电脑知识与技术,2007:1520-1522
　　[4]朱晓冰.基于维基技术的本体构建方法探讨.图书馆学研究,2009:54-56

 

引言
　　
　　在中国高等职业教育改革的大潮中,学习和借鉴国外先进的办学理念和培养模式、教学策略,已成为提高办学水平,培养高质量、高素质人才,更好地为国家经济建设、社会发展服务的必然,这也是中国高等教育一项与国际接轨的举措。
　　新加坡南洋理工学院(NanYang Polytechnic,以下简称NYP),是新加坡国立的五所理工学院之一,在新加坡及海外国际高等职业教育中享有卓越名校的盛誉。它所传立的办学思想、策略方法,教学与科研成果,大量高素质、高质量人才的表现,吸引了国内众多高职院校组团前往学习考察。本文作者也曾多次到NYP学习,进行专业研修及教学考察,通过“近距离”的观察和体验,对所见所闻颇有感触,并引发许多思考。
　　本考察报告试图对NYP的IT专业做一个客观、全面的评价和反映,对所获取的大量一手材料及相关信息进行梳理和分析,由表及里、深入分析,探求其办学理念的真谛,人才培养与教学成功的精髓,期望能对我国高职IT专业教育的改革和发展有所启发,供国内同行借鉴和吸收。
　　本文将从IT专业的办学理念、专业设置和课程体系、教学模式及教学及科研工作成果四方面进行探讨与分析,最后提出一些对高职IT教育改革发展的设想和建议。
　　
　　1NYP的办学理念