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模糊逻辑控制(Fuzzy Logical Control)简称模糊控制(Fuzzy Control),是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。在传统的控制领域里,控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的关键所在,系统动态的信息越详细,则越能达到精确控制的目的。然而,对于复杂的系统,由于变量太多,往往难以正确描述系统的动态,于是工程师便利用各种方法来简化系统动态,以达成控制的目的,但却不理想。换言之,传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力,但对于过于复杂或难以精确描述的系统,则显得无能为力。因此尝试以模糊数学来处理这些控制问题。
如人工控制反应釜的釜内温度经验可以表达为:若釜内温度过高,则开大冷水阀;若温度和要求的温度相差不太大,则把水阀关小;若温度快接近要求的温度,则把阀门关得很小。这些经验规则中,“较小”“不太大”“接近”“开大”“关小”“关得很小”等表示温度状态和控制阀门动作的概念都带有模糊性。这些规则的形式正是模糊条件语句的形式,可以用模糊数学的方法来描述过程变量和控制作用的这些模糊概念及它们之间的关系,又可以根据这种模糊关系及某时刻过程变量的检测值(需化成模糊语言值)用模糊逻辑推理的方法得出此刻的控制量。这正是模糊控制的基本思路。
模糊控制理论发展至今,模糊逻辑推理的方法大致可分为3种,第一种依据模糊关系的合成法则;第二种依据模糊逻辑的推论法简化而成;第三种和第一种相类似,只是其后件部分改由一般的线性式组成。
由于模糊控制器的模型不是由数学公式表达的数学模型,而是由一组模糊条件语句构成的语言形式,因此从这个角度上讲,模糊控制器又称模糊语言控制器。模糊控制器的模型是由带有模糊性的有关控制人员和专家的控制经验与知识组成的知识模型,是基于知识的控制,因此,模糊控制属于智能控制的范畴。
可以说,模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型,以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具,用计算机来实现的一种智能控制。
1 模糊控制系统的组成
模糊控制系统的基本原理图如图1所示。其中的核心部分为模糊控制器,由于模糊控制器的控制规则是根据操作人员的控制经验取得的,所以它的作用就是模仿人工控制。模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现。其功能的实现是要先把计算机观测控制过程得到的精确量转化为模糊输入信息,按照总结人的控制经验及策略取得的语言控制规则进行模糊推理和模糊决策,再经去模糊化处理得到输出控制的精确量,求得输出控制量的模糊集作用于被控对象。因此,控制器的结构通常是由它的输入和输出变量的模糊化、模糊推理算法、模糊合成和模糊判决等部分组成。
2 模糊控制器的设计原理
模糊控制器结构如图2所示。模糊控制器主要由模糊化、模糊推理和模糊决策(反模糊化)3部分组成。模糊控制器的输入是实际量,经模糊化后转换成模糊输入。根据输入条件满足的程度和控制规则进行模糊推理得到模糊输出。该模糊输出经过模糊判决(反模糊化)转化成非模糊量用于过程的控制。
模糊控制器3部分的共同基础是知识库,它包含模糊化所用的隶属函数、模糊推理的控制规则及反模糊化所用的公式。和常规控制方法比较,模糊控制有其明显的优越性。由于模糊控制实质上是用计算机去执行操作人员的控制策略,因而可以避开复杂的数学模型。对于非线性、时变的大滞后及带有随机干扰的系统,由于数学模 型难以建立,因而常规控制方法也就失效;而对这样的系统,设计一个模糊控制器却没有多大困难。
关键词:数学 逻辑 教学
一、高中数学逻辑
1、现阶段高中数学逻辑的基本内容
早在1956年的数学教学大纲中,就首次提出了要发展学生的逻辑思维能力,涉及了“定义、公理、定理”等逻辑基本知识。之后,逻辑知识的学习就成为数学大纲的一个重要组成部分,内容不断丰富,针对性不断增强。到2003年,教育部颁布了新的《普通高中数学课程标准(实验稿)》,其中常用逻辑用语作为单独的一章被列入高中数学选修1-1和选修2-1中,推理与证明内容作为单独的一章被列入选修1-2和选修2-2中。其具体要求为学生能了解、体会逻辑用语在表述和论证中的作用,并且能够利用逻辑用语准确地表达数学内容。经过一定的训练之后,可以形成自觉地利用逻辑知识对一些命题间的逻辑关系进行分析和推理的意识,发展学生利用数学语言准确描述问题、规范阐述论证过程的能力。
具体而言,高中数学的逻辑教学内容主要涉及常用的逻辑用语和逻辑推理方法。常用的逻辑用语包括:(1)各种命题。(2)简单的逻辑用语。(3)量词及命题的否定。(4)四种命题及相互关系。(5)充分条件和必要条件。逻辑推理包括:(1)三段论推理。(2)合情推理。(3)思维要符合逻辑。以上的八个方面基本涵盖了目前高中数学的逻辑知识类型。
2、高中数学逻辑知识的价值
在高中数学课程标准中,尽管专门的逻辑教学内容不足十课时,但是所涉及的常用逻辑用语和逻辑推理规则及方法却贯穿于全部的数学知识之中。除此之外,高中数学所学逻辑的价值绝不仅仅限于数学领域,在日常生活的诸多领域都起着非常重要的作用。
(1)应用价值。数学逻辑知识首先是为数学学习服务,上文提过数学是一门抽象的学科,一个命题的成立与否、几个命题之间的关系的证明都需要逻辑的参与。学好这些简单的逻辑用语、推理方法及规则是学好数学的前提。在数学领域之外,其同样也起着重要的作用。例如机器证明、自动程序设计、计算机辅助设计、逻辑电路等计算机应用和理论等都是以这些简单的逻辑用语和推及规则为最根本的基础,甚至在经济、政治、哲学、文学等各个学科中,这些在高中学到的基本的逻辑知识也是必不可少的。
(2)思维价值。数学学科的一个重要目标就是培养学生抽象的逻辑思维能力。瑞士心理学家皮亚杰的心理发展阶段论认为,学生在高中阶段是以经验型为主的思维方式向理论型抽象思维过渡的阶段,这个时期逻辑思维占主导地位。而此时若进行简单逻辑知识的学习有利于最大限度地促进学生的思维训练,促进逻辑能力的培养。
二、高中数学逻辑教学中的问题和相关教学方法
目前在高中数学逻辑的教学中存在着不少问题,有的是因为教师知识储备和教学方法等方面的原因,有的是因为学生的认知能力有限方面的原因。下面是几个有代表性的问题和相关教学方法的建议。
1、对命题的理解。课本中的“命题”定义为“能够判断真假的语句叫做命题”。但在学习过程中,有的学生认为命题一定要有条件和结论,即命题都可以改写为“如果……,那么……”的形式。而对于“3>2”,因其不能改写成“如果……,那么……”的形式,就认为这不是一个命题。为了避免学生产生这种思维定势,教师在教学中应该不能过多地使用“如果……,那么……”来解释命题,同时要明确指出“如果……,那么……”只是命题的一种典型的格式而已。
2、逻辑联结词的掌握。逻辑联结词,主要是“或”“且”“非”三个,是高中数学逻辑知识的重要内容。准确地掌握逻辑联结词及其相互间的关系,就可以将复杂的复合命题分解为若干个简单命题,使命题简单化。有的学生将数学逻辑语言中的“或”“且”“非”与自然语言中的“或”“且”“非”混淆,辨别不清,产生错误。例如“4的平方根是2或-2”,如果“或”理解为逻辑联结词,意思是对的;然而理解为自然语言中的“或”就是不恰当的说法,这会让学生产生疑惑。因此在教学中,教师应该严格地区分自然语言和数学逻辑语言的区别,并明确指出两者之间的差别。因此,上文命题严格说法应是“4平方根有两个,是2和-2”,或直接说成“4的平方根是2和-2”,这样就不易造成混淆。
三、全称量词和存在量词的理解
一、知识结构、逻辑推理及相互间的关系。
在小学数学教学中,构建良好的数学知识结构是培养发展学生逻辑思维能力的一个重要途径。乌辛斯基早就指出:“所谓智力发展不是别的,只是很好组织起来的知识体系。”而知识体系因为其内在的逻辑结构而获得逻辑意义。数学中基本的概念、性质、法则、公式等都是遵循科学的逻辑性构成的。
“数学作为一种演绎系统,它的重要特点是,除了它的基本概念以外,其余一切概念都是通过定义引入的。”这种演绎系统一方面使得数学内容以逻辑意义相关联。另一方面从知识结构所蕴含的逻辑思维形式中得到的研究方法(如逻辑推理等),再去获取更多的知识。如学习“能同时被2、5整除的数的特征”时,我们是通过演绎推理得到的:
所有能被2整除的数的末尾是0、2、4、6、8;所有能被5整除的数的末尾是0、5;因此,能同时被2、5整除的数的末尾是0。
数学中的这种推理形式一旦被学生所熟识,他们又会运用它在已有知识的基础上作出新的判断和推理。
学生知识的习得和构建,主要依赖认知结构中原有的适当观念,去影响和促进新的理解、掌握,沟通新上知识的互相联系,形成新的认知结构系统,这是数学知识学习过程中的同化现象。它包含三方面的内容:一是新旧知识建立下位联系;二是新旧知识建立上位联系;三是新旧知识建立联合意义。这三方面与逻辑结构中的三类推理恰好建立相应的联系。推理,是从一个或几个已知的判断得出新的判断的过程。通常有:演绎推理(从一般性的前提推出特殊性结论的推理);归纳推理(从特殊的前提推出一般结论的推理);类比推理(从特殊的前提推出特殊结论的推理或从一般前提推出一般结论的推理)。如:教学“循环小数”时,先在黑板上出示算式1.2÷0.3=4、1÷2=0.5、4.8÷4=1.2、0.666÷2=0.333;1÷3=0.333……、70.7÷33=2.14242……、299÷37=8.081081……等。观察各式的商学生们直观认识到:小数有有限小数、无限小数之分。进而从一组无限小数中,发现了循环小数的本质属性,得到了循环小数的定义。由两个或几个单称判断10.333…的数字3依次不断地重复出现,2.14242…的数字42依次不断重复出现等,得出一个新的全称判断(循环小数的定义)是归纳推理的一种方法。
在教学的过程中,教师结合教学内容,有意识地把逻辑规律引入教学,注意示范、点拨,显然是有利于发展学生的逻辑思维能力。
二、逻辑推理在教与学过程中的应用。
1.如果原有的认知结构观念极其抽象,概括性和包容性高于新知识,新旧知识建立下位联系、新知识从属于旧知识时,那么宜适当运用演绎推理的规则,由一般性的前提推出特殊性的结论。
“演绎的实质就是认为每一特殊(具体)情况应当看作一般情况的特例”。为了得以关于某一对象的具体知识,先要找出这一对象的类(最近的类概念),再将这一对象的类的属性应用于哪个对象。如:运用乘法分配律简便运算时,学生必须以清晰、稳固的乘法分配律知识为基础,才能得出:999×999+999=999×(999+1)=999000这里999×999+999=999×(999+1)是根据一般性判断a×c+b×c=(a+b)×c推出的。当学生理解这种推理的顺序,且懂得要使演绎推理正确,首先要前提正确,并学会使用这样的语言:只有两个约数(1和它本身)的数是质数;101只有两个约数;101是质数。
那么,符合形式逻辑的演绎法则就初步被学生所掌握。
在知识层面中,这种类属过程的多次进行,就导致知识不断产生新的层次,其逻辑结构就越加严密,新的知识也就会不断分化和精确化,就可以逐渐演绎出新的类属性的具体知识。教学中正确把握这种结构,用演绎推理的手段组织学习过程,不但能培养学生的思考方法,理解内容的逻辑结构,还能提高学生的模式辨认能力,缩短推理过程,快速找到解题途径。
在新旧知识建立下位联系时,整个类属过程可分化为两种情况。
(1)当新知识从属于旧知识时,新知识只是旧知识的派生物。可以从原有认识结构中直接推衍。新知识可以直接纳入原有的认知结构中。
如学生已学过两位数的笔算,清晰而稳固地掌握了加法的计算法则,现在要学三、四位数的加法,只要让学生思考并回忆两位数加法计算的表象结构,适当地点拨一下三、四位数加法与两位数加法有相同的笔算法则,学生就能顺利解决新课题。新知识很快被旧知识同化,并使原有笔算法则得到充实新的知识获得意义。虽然这些知识的外延得到扩大,但内涵不变。
教学中,掌握这些知识的内涵的逻辑结构,就会有一个清晰的教学思路,就会自觉地运用演绎推理的手段,与学生一起愉快地顺利地进行下位学习。就不会在讲三、四位数加法时,着眼于竭力以三、四位数加法为例证,说明加法的计算法则。
(2)新知识类属于原有较高概括性的观念中,但不能从原有上位观念中直接派生出来,而需要对原有知识作部分的改组,才能同化新知识。新知识纳入原有知识后,原有知识得到扩展、加深、限制、修饰和精确化。新旧知识之间处于相关类属。这时,运用演绎推理之前,先要对原有知识作部分改组,请出一个“组织者”,再步步演绎。(为新知识生长提供观念上的“固定点”,增加新旧知识间的可辨性,充当新旧知识联系的“认知桥梁”,奥苏伯尔称它为“先行组织者”简称“组织者”。)
如学生已掌握了长方形面积计算公式:S=ab,现在要学习正方形的面积计算公式,这就要对长方形进行改组,把它的长改成与宽相等(a=b),于是“正方形面积计算”可被“长方形面积计算”同化,当a=b时,S=ab=a·a=a[2,]。又如教圆面积之前,向学生演示或让学生动手操作,把圆适当分割后拼成近似长方形,由长方形面积公式导出圆面积计算公式。其间以直代曲,是由旧知识导向新知识的认知桥梁,是由演绎推理构建新知识时,找到的观念上固定点。找到固定点后圆面积的计算被长方形面积同化,于是面积计算规则从直线封闭图形的计算,推广到曲线封闭图形的计算,扩展加深了对原有面积计算规则的认识内容,使有关面积计算的认识结构趋向精确化。
2.如果原有认识结构已形成几个观念,要在原有的观念上学习一个抽象、概括和包容性高于旧知识的新知识,即新旧知识建立上位联系时,那么适当运用归纳推理的规则,可由特殊的前提推出一般性的结论。当需要研究某一对象集时,先要研究各个对象(情况),从中找出整个对象集所具有的性质,这就是归纳推理。归纳推理的基础是观察和试验,是从具体的、特殊的情况过渡到一般情况(结论、推论)。
教材中关于概念的形成,运算法则和运算定律、性质得出,一般是通过归纳推理得到的。如分数的初步认识。在学习前,学生认知结构中已有了分数的某些具体经验,加上教材提供的和教师列举的生活实例和图形。如:一个苹果平均分成两份,每份是它的1/2,一根钢管平均截成三段,每段是它的1/3,一张纸平均分成4份,每份是这张纸的1/4……所有这些操作和演示都让学生认识到几分之一这个概念。随后,再认识几分之几。这种不完全的归纳推理,是在考察了问题的若干个具体特例后,从中找出的规律。(严格地说,由不完全归纳法推理得到的结论还需要论证,才能判定它的正确性。)
运用归纳推理传授知识时,要根据学生的实际经验,选取典型的特例,并能够通过典型特例的推理得出一般性的结论。又要用这个“一般结论”,去解决具体特例。在教与学的进程中,归纳和演绎不是孤立地出现的,它们紧密交织在一起。
3.如果新旧知识间既不产生从属关系,又不能产生上位关系,但是新知识同原有知识有某种吻合关系或类比关系,则新旧知识间可产生并列关系。那么可以运用类比推理。
教材中,商不变性质和分数基本性质,乘数是整数的乘法和乘数是分数的乘法等,学习这类与旧知识处于并列结合关系的新知识时,既不能以上位演绎推理到下位,又不能以下位归纳推理到上位,只能采用类比推理。如五年级学习“一辆卡车平均每小时行40千米,0.3小时行了多少千米?”时,学生还无法根据小数乘法的意义列出此题的解答等式。所以,教学中一般用整数乘法中的数量关系相类推。
1.1基于逻辑式的规则表示技术
变量和规则模型可以对对象的知识进行规则的表示。在对象领域内的各种参数建模中都需要用到变量,例如,在设计注塑模时,利用浇注系统对象能建立2两个变量,分别为浮点型分流道长度与字符串型形状。在传统知识的处理工具中,采用字符串方式进行规则匹配,只有当规则前件中字符串与事实库中表示事实的字符串相等时,才可表示规则匹配。但是在实际应用中,这种处理方式还存在一些问题,例如当计算中存在变量数值时,就无法采用字符串匹配的方式进行判断,也就无法得知该变量是否大于其他数值。由于对象中存在变量,因此需要从逻辑上对变量的取值进行判断,确定其是否符合规则要求,逻辑式的规则表示技术使规则匹配方法更加便捷。这种表示技术不仅使传统知识处理工具获得了有效的拓展,还在极大程度上满足了知识推理过程在运算时的多样性需求。基于逻辑式的规则表示技术的构建从真正的逻辑意义方面达到了专家判断能力的目标。
1.2基于广义表的函数计算语言
在工程设计领域中,需要运用到较多的理论与公式,简单的知识表示规则并不能满足工程设计中众多理论的描述需要。因此应建立基于广义表的函数计算语言,才能使知识建模阶段的理论与公式集成更加丰富。
2面向工程设计的知识推理方法
面向工程设计的知识推理方法能充分利用规则系统进行前向推理与反向推理:首先将工程设计中需要进行求解的子对象搜索出来,然后尽量将系统推理集中在每一个子对象中进行,大大缩小推理范围,当每一个子对象的推理全部完成之后,再综合总体工程的设计。基于对象的知识推理算法范围涉及较多,包括查找求解对象、查找与应用求解知识、合并推理中间与结论的事实等。工程设计知识求解的子对象名称与求解方法都集中于该算法的工程设计层次结构的根节点中,并且具体子对象中还包含了该领域中的设计知识与变量,这不仅能有利于知识推理对工程设计的目标进行定位,包括总体目标与分目标,还可以尽量避免由于相关子对象的繁多复杂造成在知识应用于求解过程中的组合爆炸问题。由此可见,基于对象的知识推理算法有着十分明显的良好效果,适用于工程设计领域中的层次结构。
3基于逻辑式的规则推理方法
在建立知识推理方法后应建立规则的推理方法,由于规则是基于逻辑式的表示方法,致使其与常规推理方法存在一定的差距。规则的推理方法中,变量计算是由逻辑推理、计算方式、询问方式的有效结合共同实现的,其中,计算方式是由广义表中的函数语言计算得出,这一变量与其他变量是息息相关的,存在一定的经验关系;询问方式主要是由用户输入后得出的变量值。基于逻辑式的规则推理过程中,针对规则前件中各节点进行计算;如有未解的变量,应采用前述方式来求解;如节点变量已求解,应根据操作符逻辑进行真实性计算;若规则推理方法中的前件部分通过了真实性检测,而不确定值超过阈值且规则匹配,应计算后件节点的不确定度,并将真实性验证数据保存到事实库中,作为其他规则推理的理论依据。反之,作为规则无法进行匹配处理。
4结束语
关键词:数学 教学 推理能力
初中数学教学十分强调推理的严谨性,过分渲染逻辑推理的重要性而忽视了生动活泼的合情推理,使人们误认为数学就是一门纯粹的演绎科学。事实上,数学发展史中的每一个重要的发现,除演绎推理外,合情推理也起重要作用。因此,课堂教学中,教师应该根据教材内容对学生进行合情推理能力的培养。它不仅能够提高课堂教学质量,更重要的是有助于学生创新意识的培养和创新能力的提高。
一、在“数与代数”中培养合情推理能力
在“数与代数”的教学中,计算要依据一定的“规则”――公式、法则、推理律等。因而计算中有推理,现实世界中的数量关系往往有其自身的规律。对于代数运算不仅要求会运算,而且要求明白算理,能说出运算中每一步依据所涉及的概念运算律和法则,代数不能只重视会熟练地正确地运算和解题,而应充分挖掘其推理的素材,以促进思维的发展和提高。
如:有理数加法法则是以学生有实际经验的向东向西问题用不完全归纳推理得到的,教学时不能只重视法则记忆和运用,而对产生法则的思维一带而过。
又如,对于加乘法各运算律也都是采用不完全归纳推理形式提出的,重视这样的推理过程(尽管不充分)既能解释算律的合理性,又能加强对算律的感性认识和理解。
再如,初中教材是用温度计经过形象类比和推理引入数学数轴知识的。如:求绝对值|-5|=?|+5|=?|-2|=?|+2|=?|-3/2|=?|+3/2|=? 从上面的运算中,你发现相反数的绝对值有什么关系?并做出简捷的叙述。通过这个例子,教学可以培养学生的合情推理能力,再结合数轴,可以让学生初步接触数形结合的解题方法,并且让学生了解绝对值的几何意义。
在教学中,教材的每一个知识点在提出之前都进行该知识的合理性或产生必然性的思维准备,要充分展现推理和推理过程,逐步培养学生合情推理能力。
二、 在“空间与图形”中培养合情推理能力
在“空间与图形”的教学中,既要重视演绎推理,又要重视合情推理。初中数学新课程标准关于《空间与图形》的教学中指出:“降低空间与图形的知识内在要求,力求遵循学生的心理发展和学习规律,着眼于直观感知与操作确认,多从学生熟悉的实际出发,让学生动手做一做,试一试,想一想,认别图形的主要特征与图形变换的基本性质,学会识别不同图形;同时又辅以适当的教学说明,培养学生一定的合情的推理能力。”并为学生“利用直观进行思考”提供了较多的机会。学生在实际的操作过程中。要不断地观察、比较、分析、推理,才能得到正确的答案。
如:在圆的教学中,结合圆的轴对称性,发现垂径定理及其推论;利用圆的旋转对称性,发现圆中弧、弦、圆心角之间的关系;通过观察、度量,发现圆心角与圆周角之间的数量关系;利用直观操作,发现点与圆、直线与圆、圆与圆之间的位置关系;等等。在学生通过观察、操作、变换探究出图形的性质后,还要求学生对发现的性质进行证明,使直观操作和逻辑推理有机地整合在一起,使推理论证成为学生观察、实验、探究得出结论的自然延续,这个过程中就发展了学生的合情推理能力,注意突出图形性质的探索过程,重视直观操作和逻辑推理的有机结合,通过多种手段,如观察度量、实验操作、图形变换、逻辑推理等来探索图形的性质。同时也有助于学生空间观念的形成,合情推理的方法为学生的探索提供努力的方向。
三、在“统计与概率”中培养合情推理能力
统计中的推理是合情推理,是一种可能性的推理,与其它推理不同的是,由统计推理得到的结论无法用逻辑推理的方法去检验,只有靠实践来证实。因此,“统计与概率”的教学要重视学生经历收集数据、整理数据、分析数据、做出推断和决策的全过程。
如:为筹备新年联欢晚会,准备什么样的水果才能最受欢迎?首先应由学生对全班同学喜欢什么样的水果进行调查,然后把调查所得到的结果整理成数据,并进行比较,再根据处理后的数据做出决策,确定应该准备什么水果。这个过程是合情推理,其结果只能使绝大多数同学满意。
概率是研究随机现象规律的学科,在教学中学生将结合具体实例,通过掷硬币、转动转盘、摸球、计算器(机)模拟等大量的实验学习概率的某些基本性质和简单的概率模型,加深对其合理性的理解。
四、在学生熟悉的生活环境中培养合情推理能力
一、历史理解与演绎推理概述
1.历史理解
高中生学习历史知识时,理解历史是认知历史的核心,也是教师培养学生历史思维能力的重要基础。这就要求学生必须对历史知识体系进行理解掌握之后。
比如,在学习英国绥靖政策时,有学生进行探究:十九世纪末期,德国已崛起,对于欧洲的利益、海外领地等已经开始产生威胁,而英国并没有立刻参与法俄同盟,而是在德国明确威胁英国的利益之后才加入同盟进而形成了三国协约,可以说这也是英国绥靖政策的一种表现。此时,教师就可以鼓励学生积极以演绎推理的思维模式将知识点联系到一起,明确英国颁布的绥靖政策不仅是一种时政形势的体现,而且也是一种习惯性的政策,进而加深了学生对英国绥靖历史问题的理解。由此可见,高中生要想对一系列的历史事件进行深入了解,关键在于发现历史事件之间的关联,只有充分掌握了这些历史关联,方能不断扩大自己对历史知识的认知,便于培养更深层次的历史推演思维。
2.演绎推理
演绎推理属于逻辑推理的一种,是人们认识事物时主要运用的一种思维方式。除了演绎推理之外,逻辑推理还有归纳推理,两种推理模式充分凸显了前提与结论的关系。在高中历史课堂教学中,培养学生的演绎推理能力,演绎推理对于构建高中生历史思维主要从以下三个层面来体现:
(1)展示与验证规律:在学生的认知中,演绎推理往往由简到难、从抽象到具体。在学习历史知识的过程中,学生需要对一系列事件、人物、思想等加以理解,才能激发学生内心真实的历史情感,构建正确、科学的历史认知体系。(2)通过演绎推理更新旧知识:若演绎论证的前提被指出将会得出错误的结论,则需要对其推理的前提加以修正,这就是逻辑学中常提到的归谬法。在高中历史课堂教学中,教师引导学生运用归谬法进行历史学习,有助于及时发现已学知识体系中的错误之处。(3)通过演绎推理,有利于建立历史知识联系,便于扩大学生的历史认识。学生对历史事件之间存在的联系进行分析,可以加深对历史的理解,甚至发现一些之前没有认识的东西,但是学生的历史思维能力能否到达这一层面,则成了学生之间思维差异的一种体现。
二、在高中生历史学习中运用演绎推理的方法
1.对历史逻辑给予尊重,并且确保学生思维准确
任何演绎推理,都是在尊重历史逻辑的条件下开展的,学生的推理务必与客观规律、常识相符合,简而言之就是演绎推理不能偏离客观的历史事实。
例如,在讲授关于青铜鼎的用途时,学生可以大胆推论:古代用于加热食品的器皿就是食器,而在我国考古中所出土的青铜鼎,发现其中装有熟肉,因此可以得出结论“商朝的青铜鼎就是一种食器”。从这个推理过程来看,学生提出:用于加热食物的器皿属于食器,这点推论与常识相符合,前提正确,那么推理的结论也正确。此时,教师就要展开更深层次的教学,远古的陶鼎虽然属于烹饪器皿类,但是发展至商代后,这种青铜鼎则主要被用于祭奠,属于祭祀礼器而非常用食器。这样一来则明确了学生的推理过程,可能将历史差异忽略了,从而得出错误结论,通过这种推理方式,加深了学生对青铜鼎的认知,提升历史学习效果。
2.多角度推论,利于学生全面认识历史
在历史学习中积极运用演绎推理,在此规则中一组前提对应的结论只能有一个;但是对于学习历史的学生而言,某个历史事件很可能会出现几种结论。历史认识有辩证性与多维性特点,所以学生在学习中需要通过反复推理,最终从一个综合的角度,客观地看待历史事实,进而培养其思维能力。
例如,在讲授“”时,首先让学生推理:民族的内部争斗停止、一致对外提示民族意识的觉醒,而“”后国内的各派势力逐渐消停,并展开团结抗战;得出结论:“”之后国人的民族意识觉醒。这一现象是基于法西斯侵略战争的前提下,这一非偶然,属于日本蓄谋已久,然后再进行对“‘’是第二次世界大战的一个起点”进行再次推理。最终基于一个历史事件,从多个角度展开推论,帮助学生更加全面地了解历史事件的前因及后果。
总的来说,在培养学生历史思维中积极运用演绎推理,不但要尊重历史的逻辑性,而且还要站在综合的角度来认识历史事件,在此过程中帮助学生养成辩证思维,达到客观看待、分析和解决问题的效果。
【关键词】舰载通信设备;故障诊断;人工神经;网络;专家系统
1引言
随着通信技术的不断发展,舰载通信设备日趋完善,涵盖长波、短波、超短波、微波等多个频段,为舰船的航行提供了重要的保障。但随着舰载通信设备种类的增多,不同设备的维护要求不同,这给故障的诊断和定位带来了难题。本文针对舰载通信设备的故障诊断问题,基于人工神经网络及专家系统,设计了一种舰载通信设备的故障诊断系统。
2相关技术的简介
2.1人工神经网络
人工神经网络是一种信息处理角度对人脑神经网络的抽象,其作为一种计算模型,由大量的节点组成。人工神经网络作为一种非线性系统,网络的状态随时间发生非线性变化,因此其能够克服传统线性系统的弊端,具有较快的检索速度。BP神经网络作为典型的人工神经网络,主要由输入层、隐含层和输出层三个神经元层组成,其中各层的节点间相互关联,同一层的节点间不发生关联。神经网络模型能够将复杂的状态特征信息作为输入,并将其转化为逻辑输出值:通过对大量试验样本的训练,神经网络能够对不同路径权重的调整,最终建立输入状态量与输出逻辑值间的关系。
2.2专家系统
专家系统是一种具有大量知识和经验的计算机系统,主要有知识库和推理机两大部分组成,能够根据知识库中的已有知识,通过推理机模拟人类专家的决策过程,进而实现复杂问题的解决。知识库是专家系统中用来存储知识的数据库,知识库中知识的质量和数量直接决定着专家系统的决策水平和质量。一般来说,知识库与专家系统保持相对独立,用户通过对知识库的丰富可以实现专家系统性能的提高。推理机是针对输入的状态和条件,通过匹配知识库中的相应知识,反复推理最终得到推理结果的机制。推理机一般包括正向推理和逆向推理两种推理方式:正向推理是从输入的状态出发,在知识库中匹配相应的规则,并利用冲突消除机制,挑选最匹配的规则执行,待输入状态改变后,反复对知识库匹配迭代,最终得到与目标一致的结果或知识库不存在匹配规则为止;逆向推理是从目标出发,在知识库中匹配输出结果为已知目标的规则,并将该规则的输入状态作为新的目标,对知识库中的规则进行反复匹配,直到得到与输入状态一致的状态或不存在匹配规则为止。
3舰载通信设备故障诊断系统的设计
舰载通信设备故障诊断系统需要实现舰载通信设备的故障检测、故障识别以及故障评估等功能。故障检测环节通过对通信系统的输入和输出信号进行实时的采集,进而计算得到用于表征通信设备偏离正常状态程度的余差,并用于故障的识别;故障识别需要利用知识库中的先验知识,运用推理机按照一定的规则对系统的状态进行决策,诊断故障的种类、故障的位置以及故障程度等;故障评估是根据故障识别得到的故障信息,对故障的危害和进一步发展趋势进行预测和评估,为决策者提供支持。舰载通信设备故障诊断系统的故障诊断流程如图1所示。首先通过接口模块接收舰载通信设备的数据,之后运用推理机对获取的设备数据进行检测,并与知识库中的先验知识进行匹配,根据特征的相似程度最终确定故障的类型、范围等信息,实现故障的诊断功能。基于推理机的逻辑推理机制是影响故障诊断系统性能的重要因素,本文设计系统采用模糊推理与精确推理相结合的推理模式,大大提高了诊断的速度和准确性。首先利用模糊推理将通信设备整机的故障信息模糊化,并与模糊知识库进行匹配,具有较快的匹配速度和较好的匹配性能,避免了故障的漏判;其次利用通信设备模块的精确故障信息进一步与知识库进行比对,最终得到实现故障的定位与诊断。
3.1硬件部分设计
系统硬件部分主要负责通过各类传感器实现舰载通信设备相关数据的实时采集,并按照设计的逻辑规则,对数据进行处理和传输,最终实现故障的诊断。根据功能不同,系统硬件部分主要可以分为控制模型、测量模块、电源模块等部分组成。3.1.1控制模块控制模块是整个舰载通信设备故障诊断系统的核心控制单元,负责协调实现整个系统的各项功能。本文选用了ARMMICRO2440A作为主控单元,具有较强的数据处理性能,能够满足故障诊断系统的数据运算需要,并且本文还在主控单元中嵌入了WinCE操作系统,以便于对整个系统的控制与管理。3.1.2测量模块测量模块主要包括各类数据采集设备,一般包括温度传感器、电流传感器、电压传感器、风机转速传感器、频谱分析仪等,主要负责采集舰载通信设备运行过程中的各类数据信息。在系统设计时,需要根据舰载通信设备的特点,合理地选择数据采集设备的型号,科学地设计布局,既保证有效数据的采集,又尽量避免冗余数据的采集。3.1.3总线模块总线模块是指诊断系统内各功能模块间的信息传输通路,主要负责配合主控单元,通过RS232以及1394接口,实现故障诊断系统内各功能模块间的数据交互与传输,协调整个系统完成故障的诊断。3.1.4电源模块电源模块是为舰载通信设备故障诊断系统的供电提供智能化管理的模块,主要具有两方面的任务:一方面,为了保证诊断系统的稳定可靠运行,电源模块需要保证可靠的电压和电流输出;另一方面为了避免电源对故障诊断的影响,电源模块还需要保证较小的电压和电流波动。
3.2软件部分设计
系统软件部分主要负责对硬件部分采集到的舰载通信设备的各种运行数据进行处理和分析,并运用推理机基于先验知识库完成设备故障的诊断。根据功能不同,系统软件部分主要包括人机交互模块、推理诊断模块以及知识库等几部分组成。3.2.1人机交互模块人机交互模块设计主要是指系统的人机交互界面设计。为了实现舰载通信设备故障的形象展示,便于相关人员及时发现、了解、掌握故障的位置和基本情况,本文在故障诊断系统中设计了人机交互界面。通过人机交互界面,相关人员可以了解舰载通信设备以及故障诊断系统的实时运行状态,并且当诊断出故障时,界面还将通过弹窗提醒等方式提醒工作人员故障的相关信息。3.2.2推理诊断模块推理诊断模块是系统故障诊断的核心逻辑判断模块,其通过将信号处理得到设备特征信息与知识库中的相关数据进行匹配,并对匹配结果进行一系列的逻辑推理和判断,最终诊断出故障的类型和位置。为了在故障诊断的基础上实现故障位置的定位,系统在推理诊断模块中设计了设备整机故障诊断和模块化的故障诊断两种诊断逻辑。设备整机故障诊断就是根据采集到的舰载通信设备运行中的各类数据,按照不同数据间的逻辑,建立数据表,并与知识库中的设备整机故障数据进行匹配,从而诊断舰载通信设备是否发生了故障;这种模糊—精确的推理机制既保证了较快的诊断速度,又具有较高的诊断精度,适用于实际的舰载通信设备故障诊断场景。3.2.3知识库模块知识库模块是整个舰载通信设备故障诊断那系统的数据基础,存储着舰载通信设备的各类故障信息,包括设备特性、故障数据参数、故障判别准则以及设备维护信息等,能够全方位反应舰载通信设备各功能模块的实际状况,同时全面地记录了通信设备故障时的各类特征数据,是实现故障快速准确诊断的重要数据支持。知识库中数据的全面性是故障诊断性能的重要保证,因此知识库的建立需要进行大量的故障试验。但由于各类故障的发生具有偶然性,通过试验难以保证遍历,同时部分通信设备可能无法进行故障试验,这就需要知识库还需要具备数据更新的功能,即在运行中对故障诊断系统无法判别的通信设备故障,能够将故障数据自动添加到知识库中,通过知识库的不断丰富实现故障诊断性能的不断优化。
4结束语
随着通信技术的不断发展,舰载通信设备在通信功能不断完善的同时,设备的复杂程度不断提高,故障发生的可能性也随之提高,实现舰载通信设备的实时故障诊断十分必要。本文设计的基于专家系统的舰载通信设备故障诊断系统,能够实现通信设备故障的实时诊断与定位,且具有自主学习的功能,具有较高的实际应用价值。
参考文献
[1]陈斌,李娟,王高山.射频大功率设备故障检测系统的实现方案[J].中国修船,2010(04).
[2]江志农,王慧,魏中青.基于案例与规则推理的故障诊断专家系统[J].计算机工程,2011,37(01):238-240.
【关键词】 口译过程;译员;思维;基本特征
谈到口译的概念时,Kade将口译定义为翻译(Translation)的一种,在这种活动中,源语语篇只呈现一次,不会再重复第二遍;目标语语篇则需要在较紧张的时间内产出,整个过程几乎没有机会更正和修改,思考的时间也是转瞬即逝[1]。在Kade所下定义的基础上,Franz Pochhacker把口译定义为:口译是翻译(Translation)的一种类型,它是在源语一次性表达的基础上向另一种语言所作的一次性翻译[2]。从中可以看出口译与其他各种翻译形式相比所具有的最鲜明的特点就是及时性。
在口译过程中,口译员被认为是被动的接受信息的一方,所有讲话者要表达的意思,译员都应该准确无误的表达出来。这就要求口译员应该是对源语和译出语这两种语言都有足够的敏感性。
一、口译译员思维的基本特征
翻译思维是一种复杂的,跨两种语言、文化的思维模式。在谈到翻译思维时,刘宓庆认为译员的思维活动形式是利用其所掌握的语法句法知识等判断句子中词项语法、句子与句子等之间的关系,从而推断语义,构建完整综合的语义结构[3]。除了语法句法知识之外,译员还需要运用其所具备的专业知识等概念以及各相关专业领域的知识来进行判断和推断。如果不能符合规律的进行语际间思维活动的话,就不能正确的认识源语,自然也就影响到翻译的质量。但是除此之外对译员思维产生影响的还包括其他一些外部因素,比如一些非语言信息,情绪、表情等,比如一些嘈杂的现场交际环境都会在一定程度上影响到译员思维的流畅性和敏捷性。另外一个重要的因素,心理因素是最不容易控制也是最不容易忽视的一个成分。
1、分析综合是译员思维的基本特征
语言是一个完整的言语系统。所以在任何情况下,语言的输出都需要按照一定的“规则”进行言语的分析综合。口译的理解过程就是如此,是一个分析综合的过程。这一过程大致分为语音听辨、语法语义和篇章分析、文化推测、意义推断与整合。
听辨是基础,我们曾有过听辨练习等训练,但对于口译员来说,他所需要听辨的对象并非中规中矩的为学生准备好的录音磁带,“其听辨过程肯定也不会是那种语音声学特征分析―搜寻字典或教材中词义的过程”[4],而是口音、语速、话语质量等都不确定的正常交际中的言语,译员没有时间对每个语音逐个确认、检查和深入分析。由于译员语言水平基本达到娴熟的状态,所以对语音中一些模糊的信号有一种自动信息弥补过程,虽然出现某种程度的间断但并不影响译员对信息的完整捕捉。
听辨的同时还有语法语义和篇章分析,而这些几乎是在一瞬间完成的。另外口译中离不开文化推测、意义的推断与整合,这取决于译员已有的内在认知水平。
2、联想和逻辑推理是译员思维的又一基本特征
理解本身来看就是一种信息加工过程。因此,理解某句话之后,听话人就极有可能进行推理和联想,比如,在领导总结某一阶段的成就时提到,“就好像是秋天的”译员听后立刻可能联想到后面两个字“果实”;听到“中国目前的人口问题”,就会联想到“计划生育”“老龄化问题日益凸显”等方面的内容。口译中,这种超前的合理的逻辑推理与联想是一个必不可少的部分,这种推理与联想一旦得到证实就会成为一种牢固的有力的记忆存储,从而为后面的理解奠定坚实的认知基础。
口译思维主体上说是属于抽象思维的,因此逻辑推理与分析就显得尤为重要。这种超前的逻辑推理对于同声传译译员来说更是必不可少的,整个同传过程其实就是一个不断猜测、推理与印证的过程。另外译员思维的敏捷性、灵活和深刻性等都对翻译过程起着深刻的影响作用。
二、心理因素对翻译的影响
“心理因素与翻译的成功有十分密切的关系”[5]。通常情况下我们所设想的口译环境总是完美的,但实际上存在各式各样可能出现的意外,比如,译员翻完话音刚落的瞬间,现场有人站起来说“你刚才的翻译中有个词不对,应该是……”,听到这种话后,译员的内心会产生极大的波动。另外,也有可能遇到自身的语言盲点,某个词实在是难以译出。这些外界与自身的干扰都在考验一名译员的内心是否足够强大。
口译存在的场合大多为会议,会议也分为大型会议、小型会议、专业学术会议、新闻会等,口译类型也分为同声传译、交替传译等。不同的会议类型,口译形式,译员所面临的现场可变因素也就不同,这在一定程度上影响到译员的心理素质,心理素质是一个影响译员思维的重要因素。以下是一些口译过程中可能出现的可变因素:
1、口音因素
我们知道汉语存在方言,英语也是如此,澳洲人讲英语、日本人讲英语、印度人讲英语、英国人和美国人讲英语在口音上都存在明显的差异。这是一个确实存在的现实问题。这就会影响到译员在接受信息时的理解速度。
2、现场设备
其中不仅包括设备本身的问题,会场的具体情况也会有一定的关系。比如,有的同传箱相当的高端,可以让译员百分之百摆脱会场杂音的干扰,然而,并不是总那么幸运的,曾经有一些会场的同传箱子会出现没有顶棚的状况,这样的话再加上相当混乱嘈杂的现场秩序,译员的整个口译过程将会相当的苦恼,注意力无法集中,无法清晰的获取输入语,从而也就影响了译语的产出。
3、发言人语速过快
语速是由于讲话人的习惯和思维速度决定的。在交替传译中出现这种状况还能应付,只不过由于速度的原因,可能译语的选词会有些欠缺,但基本能保证过程的完整。如果是在同传过程中碰到这种情况的话,译员就必须要有强大的心理作为支撑,因为极有可能出现上一句尚未译完,下一句又没听到的情况。
4、谚语俗语
在每年的总理答记者问的过程中我们都会欣赏到外交部译员出色的古诗词翻译,这就要求译员极为熟悉温总理的讲话风格并提前做好准备,才会临危不乱,镇定自若。
5、演讲人的发言存在明显的错误
曾有一位领导发言时说到“中华人民共和国于1959年成立……”,当话音一落,译员会听出这其中明显的错误点,对于这种明显的错误点,译员无需在心理上纠结改与不改,果断在译语中更正以免影响自己下一阶段的听辨。
三、结语
本文主要分析了口译过程中译员的思维特征,并结合与其紧密相关的心理因素来阐释。分析综合是口译员的基本思维特征,现场各种可变因素要求译员具备强大的心理因素,否则译员思维难以连贯。译员自身的敏捷性、灵活性也对其思维存在一定的影响。
【参考文献】
[1] Kade,O.Kommunikationswissenschaftliche. Probleme der Translation[M].Leipzig: Verlag Enzyklopadie,1968.
[2] Franz Pochhacker. Introducing Interpreting Studies [M]. London and New York:Routledge, 2004.11.
[3] 刘宓庆.当代翻译理论[M].北京:中国对外翻译出版公司,1999(8).
[4] 鲍刚.口译理论概述[M].北京:旅游教育出版社, 1998(8).
[5] 刘和平.口译技巧―思维科学与口译推理教学法[M]. 北京:中国出版集团/中国对外翻译出版有限公司,2011(9).
2011版新课标指出:推理一般包括合情推理和演绎推理,合情推理是从已有的事实出发,凭借经验和直觉,通过归纳和类比等推断某些结果;演绎推理是从已有的事实(包括定义、公理、定理等)和确定的规则(包括运算的定义、法则、顺序等)出发,按照逻辑推理的法则证明和计算。在解决问题的过程中,两种推理功能不同,相辅相成:合情推理用于探索思路,发现结论;演绎推理用于证明结论。
一、初中生推理能力的发展具有如下特点
1. 初中生的合情推理能力随年级的升高呈现缓慢增长趋势。
在新课程实施过程中,初中生的合情推理能力得到了一定的发展。原因主要在于:一是目前使用的新教材有利于合情推理教学;二是教师的教学观念的转变,对新课程的理念有了一定的体会。大多数教师在课堂教学中,基本按照教材编写的指导思想,留更多时间让学生进行思考、提问、发现、归纳等活动,并与学生共同探讨获得结论;三是中考试题的导向作用。从最近几年各地的数学中考题来看,各地都比较重视对合情推理能力的考查,比如让学生寻找规律,提出猜想等,因此教师在教学中比较重视对合情推理能力的培养。
随着学生知识量的增加,猜想能力随年级的升高而呈现增长的趋势。由于教师在整个初中阶段都注重了对合情推理能力的培养,使得各年级之间的合情推理能力高低差异并不明显,因此初中生的合情推理能力随年级的升高增长呈现缓慢趋势。
2.初中生的演绎推理能力随年级的升高而快速增长。
一是学生随着年龄的增长,思维的发展日趋成熟,思维更加趋于抽象化、形式化,演绎推理能力的水平将得到提高;二是学生演绎推理能力与其自身基础知识与基本技能的掌握程度是成正比的;三是从教材的编排来看,符合学生的认知发展规律。所以初中生的演绎推理能力随年级的升高呈现出快速增长的趋势。
3. 初中生缺乏检验反思能力。
通过多年的教学,总结出多数学生欠缺检验反思能力。甚至有些学生不懂得如何检验,能够进行检验并进一步进行推广的学生寥寥无几。
二、初中生数学推理能力的培养策略
1.在教学中培养良好的推理风气。
推理能力的发展不同于一般知识与技能的获得,它是一个缓慢的过程,这种能力往往不是老师教会地,更多的是学生自己“悟”出来的。因此教师应在班级中培养良好的推理风气,让学生在数学学习的过程中发展自己的推理能力。
在教学中倡导民主的教学模式,改变以往那种“教师讲,学生听”的教学方法,让学生更多地采取自主探究、合作交流的学习方式。在教学中教师不应急于告诉学生结论,适当地延迟评价,给学生创造有利于推理的时间和空间,让学生有机会用他们自己的常识、工具进行推理与论证,有机会自由地表达自己的思想与观点,有机会自己发现、解释与纠正自己的错误,有机会接受其他同学的建议与帮助。
2.培养学生提出数学猜想的能力。
教学中营造民主氛围,让学生敢于猜想。营造和谐民主、生动活泼的学习气氛能使学生的精神振奋,思维活跃,学生才可能无拘束地去猜想。当学生猜想时,不能因为学生讲不清其中的道理而指责学生“瞎猜”、“胡说八道”,而应该耐心地倾听他们的发言,对于他们猜想中的合理成分要给予充分地肯定,同时要容忍学生因一时的“发现”或“成功”而出现短暂的“忘乎所以”,这样学生就不会有所顾虑,遇到新问题时便敢于猜想。
教师要根据教学内容有计划地教给学生提出猜想的方法。一是借助观察,运用归纳提出猜想。观察与实验是数学发现的重要手段,在教学中我们可以通过组织学生开展剪一剪、量一量、做一做等实验活动,然后运用归纳法对这些具体实例或学习材料进行观察、分析,找出蕴含在其中的共同特征,进而合理地提出有关结论、方法等方面的猜想。二是借助联想,运用类比提出猜想。就是运用类比的方法,通过比较研究对象或问题某些方面的相似性作出猜想或推断。学生掌握了运用类比进行联想提出猜想的研究方法,可以在学习中做到举一反三、触类旁通。
3.渗透逻辑推理知识。
教师在指导学生循序渐进地学习数学基础知识的同时,适时地介绍有关逻辑的基本知识,要求学生有意识地去领会、理解并逐步掌握这些逻辑思维的基本形式和方法,保证思维的正确性和合理性。这样还可以使学生加深对己学过概念、命题、方法的理解,有利于今后的学习。例如,结合教学内容,适时地介绍概念定义的方式、概念的正确分类方法、推理与证明的规则等,就可以防止学生出现逻辑错误,逐步提高逻辑思维能力。
4.挖掘推理素材,拓宽推理训练的途径。
在日常生活中也经常需要判断和推理,如早晨起床发现屋外地面有积水,由此可断定昨晚下了一场雨,这个判断就蕴涵着反证法。许多游戏活动也需要推理,如学生在下棋时需要判断、分析、选择,要用到推理。因此教师除了在教材中挖掘推理素材外,还要在生活中寻找推理的素材,让学生在提高推理能力的同时,也能感受到生活、活动中蕴含着数学道理,养成善于观察,勤于思考的习惯。
5.提高学生反思的能力。