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过了一个礼拜,终于放假了,我们一家今年要到姥姥家过新年。
来到姥姥家,可真是热闹,舅舅和二姨已经回来了,家里挤满了人,大家愉快地交谈着,一年不见了,彼次都很亲切。第二天,我离开爸爸妈妈,来到了二姨家,在她家待了四天,一直到大年初二才又回到了父母身边。这四天过得可真是快乐,我和二个表哥一起打牌,逛街,串亲戚,拜年收红包,忙的不亦乐乎。
除夕夜,我们一起吃着年夜饭,看着春节联欢会,大家有说有笑,吃完饭,我们来到院子里,开始放鞭炮,放许愿灯,一声声炮响,炸出一个个幸福;一盏盏放飞的许愿灯,都有一个个美好的愿望。我以前的春节都是和爸爸妈妈一起度过的,今年第一次离开父母在亲戚家过年,少了大人们的数落,自由自在的过日子,可真是快乐呀。
不知不觉的春节就要过完了,我们也依依不舍的离开姥姥家,来到了郑州,要好好准备。
【关键词】形式化验证;线性时段不变式;时间自动机;反向系统
Reversed Verification of Linear Duration Invariants with Chops
ZHANG Xue-zhou
(School of Software Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)
【Abstract】Linear duration invariants(LDI) form an important class of duration calculus formulae, which can be used to describe duration properties of real-time systems. The research on verification algorithms of LDIs has profound theoretical significance and extensive applied value. The literature[3] has proposed a verification algorithm which needs to introduce O(b) auxiliary variables when verifying some formulae. This will strongly restrict its application in practical industrial fields. To solve this problem, this paper presents a novel idea which firstly reverses the original system into its backward version and then verifies the corresponding backward formulae over it. And this doesn’t change the original verification result and only needs to introduce O(1) variables, which greatly extends the scope of industrial application of the algorithm proposed in [3].
【Key words】Formal verification; Timed automata; Linear duration invariants; Backward system
0 引言
形式化验证是一种较为常用的提高系统可靠性和正确性的技术,它是形式化方法的一个研究分支。所谓形式化方法,是以数学为基础,用于对系统进行规约和验证的语言、技术和工具等的总称[1]。
线性时段不变式(Linear Duration Invariants, LDI)是一类重要的时段演算公式,由周巢尘等人于1994年提出[2],可以表示为:a≤l≤b?圯∑■c■■s≤M。■s表示在对于系统观察的区间[tstart,tend]上,系统处于状态s的累计时间。该线性时段不变式表示若观察时长l满足约束:a≤l≤b,则在该区间上系统驻留各状态的累计时间满足线性约束:∑■c■■s≤M。
文献[3]提出了一种高效算法,在标准离散时间语义下,验证扩展的线性时段不变式(Extended Linear Duration Invariants, ELDI)。在某些情况下,验证需要引入O(b)个辅助变量。而在实际工业应用中,b作为观察时长上限,通常是一个很大的值。这会导致验证所需变量数急剧增长,在一定程度上限制了该算法在工业领域的应用范围。
针对该问题,本文提出了一种新颖的解决思路,通过在反向系统上验证对应的公式,可将验证所需变量数从O(b)个减少到O(1)个,使文献[3]所提算法在工业领域得到更广泛运用。
1 ELDI的正向验证
1.1 时间自动机
时间自动机[4]是一个六元组〈L,s0,∑,X,E,I〉,其中:L为有穷位置集合;s0∈L为起始位置;∑为有穷标签集合;X为有穷时钟集合;I是一个映射,将每个位置s∈L映射到一个时钟约束I(s)∈Φ(X)上,叫做位置的不变式。只有相应时钟的值满足不变式I(s),时间自动机才能驻留在位置s上;E?哿L×Φ(X)×∑×2■×L为有穷迁移集合,〈s,?,a,λ,s′〉为一个以a为标签从源位置s到目标位置s′的迁移,?是在X上的时钟约束,表明此迁移何时可以发生,集合λ?哿X则给出了哪些时钟变量在此迁移执行后被重置为0。
图1给出了一个时间自动机的例子,含有两个时钟x和y。
图1 时间自动机示例
1.2 ELDI的正向验证
扩展的线性时段不变式就是在LDI上添加两大特色:逻辑连接符(∧、∨、)和切变运算符(Chop)。
1.2.1 切变运算符
切变[6]用“;”表示,公式B;C在语义上定义为?埚m・(b≤m≤e)∧B[b,m]∧C[m,e],意为B;C在区间[b,e]上成立,当且仅当区间可以被切成两个子区间,使得B在第一个区间上成立,C在第二个区间上成立。在文献[3]中,公式B、C是若干个线性时段公式∑■c■■s≤M经若干个逻辑连接符和切变运算符处理后的复合公式。
1.2.2 验证思路
给定一个ELDI公式Φ=(a≤l≤b)?圯?(?形如上节公式B、C)和时间自动机形式的系统模型■,检验■的方法叙述如下:
1)首先,构建辅助自动机■,要求它与■并行执行。并且,当对■观察的时长在[a,b]内时,无论■迁移到哪个状态,■都能被触发来检验观察至今公式?的满足性。
2)然后,定义一个CTL公式,用于描述所有“失效状态”。所谓“失效状态”,即验证算法返回false的状态。■等价于该CTL公式是否不被组合系统■满足。辅助自动机■如图2所示,其中:
3)■有3个状态:初始状态,p0和p1。p0和p1上的约束均为:x≤1。
4)■有5条迁移:一条从初始状态连向p0,附带执行函数Init(),用于分析?;一条从p0连向p1,附带执行函数BMC-DC(),用于在观察开始瞬间来检验?的真假;一条在p0的自迁移,从■运行后一直保持空转,直至某刻对■的观察正式开始才停止执行,转而执行p0至p1的迁移;剩余两条在p1的自迁移,前一条附带执行函数BMC-DC(),只要观察时长不大于b,就一直检验?的真假;后一条自迁移保持空转,表示观察时长大于b时,就不用检验了(此时蕴含式Φ恒为真)。
5)■有2个时钟:gc是本地时钟,用于记录观察时长;x是本地时钟,一旦值累计至1就将其重置为0,表示只在整数时刻验证?的真假(即标准离散时间语义)。
图2 辅助自动机■
组合系统■的失效状态集■就是验证算法BMC-DC()返回false的状态集合。其中,CTL公式描述为:■。当b有穷时,显而易见,■等价于■。
2 ELDI的反向验证
2.1 研究内容和意义
在文献[3]中,对于系统模型■验证公式■时(■形如∑■c■■si≤Mi),需要引入2b+3个辅助变量。而在实际工业应用中,b作为观察时长上限,通常是一个很大的值。这会导致验证所需的变量数目急剧增长,在一定程度上限制了该算法在工业领域的运用。
给出■的一个行为(即执行片段)ρ■:(s■,τ■)(s■,τ■)…(s■,τ■),其中,τi是■驻留在状态si的时长。对该行为验证公式■的过程可通过图3进行说明:该行为始于tstart时刻,终于tend时刻,切变点在tc时刻。该公式表示若观察时长tend-tstart在[a,b]内,则要求■在区间[tstart,tc]上成立,且■在区间[tc,tend]上成立。
图3 正向验证过程图示
由于线性时段公式■的真假只与■在一个时间区间内驻留各状态的时长有关,而与驻留各状态的先后次序无关。故可得出结论:对 ■的行为ρ■:(s■,τ■)(s■,τ■)…(s■,τ■)验证公式■,等价于对相应反向行为ρ■:(s■,τ■)…(s■,τ■)(s■,τ■)验证公式■,即如图4所示。
图4 反向验证过程图示
验证公式■只需引入3个辅助变量。据此,本文针对文献[3]的问题提出了一种全新的解决思路:
1)首先,反转原系统■得到其反向系统■,使得■能体现■中所有被■检验的行为所对应的反向行为。
2)然后,对■验证反向公式■,仍使用文献[3]中的验证算法。
系统反转有两个步骤,将在下两节阐述。
2.2 从原系统■得到■
图5 构造■的算法
本节提出一个方法,用于构造系统■对应的■,来源于文献[4-5]中的思想。本文对其进行改进,得出了适用于标准离散时间语义的转换算法,如图5所示。
可以证明对于一个ELDI公式,系统■和其■同时满足或不满足该公式。该证明及■的语义组成,详见文献[8],这里不再赘述。
2.3 从■得到反向系统■
为使构造■的算法可行,必须先去除■的无穷边和无穷结点。
引理1 假设e=(v,v′,[l,∞))是■的一条无穷边,则当观察时长上限b
引理2 在去除■的无穷边后,还需要去除其无穷结点v。当观察时长上限b
引理1、2的证明可参考文献[5],这里不再赘述。
2.3.1 构造的框架
首先,构造■的框架,使其能体现■中所有被■检验的行为所对应的反向行为,可分四类情况讨论,依据是在对■观察的起始、结束时刻,■是否刚好发生迁移。
在下列四类情况中,给定■的行为片段ρ■和其对应的模型片段M■,简述如何构造ρ■的反向行为片段对应的■的模型片段M■,其算法将在2.3.3节中统一给出。
(1)当对ρ■的观察开始时,■刚好迁移至结点vu。当观察结束时,■刚好迁移至结点vv。即tstart=tu且tend=tv,如图6所示。
图6 情况1对应的正向行为和模型片段
对应M■的构造如图7所示:i)将■中所有结点的外出边连向其前驱结点,ii)添加一个新结点vstart,置u(vstart)为0,iii)从vstart引出若干条时钟约束为[0,0]的边,连向■的所有结点。
图7 情况1对应的反向模型片段
(2)当对ρ■的观察开始时,■已在结点vu-1驻留了若干单位时间。当观察结束时,■刚好迁移至结点vv。即0≤tu-1
图8 情况2对应的正向行为和模型片段
对应M■的构造类似于情况1所述,如图9所示。
图9 情况2对应的反向模型片段
图10 情况3对应的正向行为和模型片段
(3)当对ρ■的观察开始时,■刚好迁移至结点vu。当观察结束时,■已在结点vv驻留了若干单位时间。即tstart=tu且tend>tv,如图10所示。
对应M■的构造类似于情况1所述,还需要从■中所有结点vv引出若干条时钟约束为[0,u(vv)]的边,连向其所有前驱结点,如图11所示。
图11 情况3对应的反向模型片段
(4)当对ρ■的观察开始时,■已在结点vu-1驻留了若干单位时间。当观察结束时,■已在结点vv驻留了若干单位时间。即0≤tu-1
图12 情况4对应的正向行为和模型片段
对应M■的构造类似于先前情况所述,如图13所示。
图13 情况4对应的反向模型片段
2.3.2 去除■中多余的反向行为
接下来,要去除■中的多余行为,这些行为不能与■中任意一个被检验的行为对应。
■中多余的行为只可能为两种情况:
1)■选择了不合法的外出边作迁移。
2)■在某结点驻留了过长时间。
这两类行为都是由于未考虑系统具体通过哪条边进入某个结点,而这在反向系统■中格外重要。为了去除这些行为,需要引入变量label和y,分别用于去除上述两种行为。
(1)label的用法
label是一个整型变量,应用于■中每条边的update和guard中:
1)update――当边e被执行时,label被赋予一个特定的正整数,用于标识这条边。
2)guard――当选择执行结点v的外出边e时,需要判定label的当前值是否属于集合IncomingEdges(e),只有该集合中的边被执行后,才能执行边e。
在形式化描述label的用法前,需要先引入三个单射函数Label_1、Label_2、Label_3,将结点集或边集分别映射到三个互不相交的正整数集合■上。
3)■
Label_1(〈vi,vj,lij≤x≤uij,x:=0〉)将一个正整数赋给边〈vi,vj,lij≤x≤uij,x:=0〉,用于标识这条边。
4)■
OutgoingEdges(v)将一个正整数集合赋给结点v,用于标识v的所有外出边。
5)■
Label_2(v)将一个正整数赋给边〈vstart,v,x==0,x:=0〉,用于标识这条边。
6)■
Label_3(v)将一个正整数赋给源结点为v的所有边〈v,vk,0≤x≤u(v),x:=0〉,用于标识这类边。
下面,将分类讨论label的用法。
①对于边e:=〈vi,vk,lij≤x≤uij,x:=0〉,它源于■中的边e′:=〈vi,vj,lij≤x≤uij,x:=0〉,如图14所示。
图14 情况1对应的正、反向模型片段(label的用法)
update(e):=update(e)∪{label:=Label_1(〈vi,vj,lij≤x≤uij,x:=0〉)}
guard(e):=guard(e)∪{label∈OutgoingEdges(vj)∪{Label_2(vi),Label_3(vj)}?}
②对于边e:=〈vstart,v,x==0,x:=0〉,它是■中新添加的边,如图15所示。
图15 情况2对应的正、反向模型片段(label的用法)
update(e):=update(e)∪{label:=Label_2(v)}
③对于边e:=〈v,vk,0≤x≤u(v),x:=0〉,它是■中新添加的边,如图16所示。
图16 情况3对应的正、反向模型片段(label的用法)
update(e):=update(e)∪{label:=Label_3(v)}
guard(e):=guard(e)∪{label==Label_2(v)}
(2)y的用法
y是一个时钟变量,应用于■中每条边的update和每个结点的invariant中:
1)update――当边e被执行时,y被赋予一个正整数,它是一个“虚拟”时长d。所谓“虚拟”是指■在进入e的目标结点时已在该结点驻留了长度为d的虚拟时间。
2)invariant――在结点v中,用y≤u(v)作为不变式。由于v的某条进入边被执行后,y会被赋予一个正整数d,则■能驻留的最大时长为u(v)-d。
在形式化描述y的用法前,需要先引入一个函数■。max_delay(〈vi,vj〉)是一个自然数,它表示■在不可避免地迁移至vj之前能在vi驻留的最长时间。
下面,将分类讨论的用法。
①对于边e:=〈vi,vk,lij≤x≤uij,x:=0〉,它源于■中的边e′:=〈vi,vj,lij≤x≤uij,x:=0〉,如图17所示。
图17 情况1对应的正、反向模型片段(y的用法)
update(e):=update(e)∪{y:=u(vk)-max_delay(〈vk,vi〉)}
invariant(vk):={y≤u(vk)}
②对于边e:=〈vstart,v,x==0,x:=0〉,它是■中新添加的边,如图18所示。
图18 情况2对应的正、反向模型片段(y的用法)
update(e):=update(e)∪{y:=0}
invariant(v):={y≤u(v)}
③对于边e:=〈v,vk,0≤x≤u(v),x:=0〉来说,它是■中新添加的边,如图19所示。
图19 情况3对应的正、反向模型片段(y的用法)
update(e):=update(e)∪{y:=u(vk)-max_delay(〈vk,v〉)}
invariant(vk):={y≤u(vk)}
由①~③的分析可见,y的用法的可行性取决于■中每个结点v所对应u(v)的有穷性,这也即引理1、2要去除■的无穷边和无穷结点的原因。
2.3.3 ■的构造算法
根据前一节的分析,可以得出■的构造算法,如图20所示。
图20 ■的构造算法
3 结论
针对文献[3]中问题,本文提出了一种新颖的解决思路――通过反转原系统■得到反向系统■,然后在■上验证公式■。这与在■上验证■是完全等价的,但只需引入3个辅助变量,扩大了文献[3]所提算法在工业领域的适用范围。
【参考文献】
[1]Clarke EM, Wing JM. Formal methods: state of the art and future directions[J]. ACM Computing Surveys (CSUR) - Special ACM 50th-anniversary issue: strategic directions in computing research, 1996, 28(4): 626-643.
[2]Zhou Chaochen, Zhang Jingzhong, Li Xiaoshan. Linear duration invariants[C]// Formal Techniques in Real-Time and Fault-Tolerant systems. Berlin, Heidelberg: Springer, 1994: 86-109.
[3]Zu Quan, Zhang Miaomiao, Zhu Jiaqi. Bounded model-checking of discrete duration calculus[C]//Proceedings of the 16th international conference on Hybrid systems: computation and control. ACM, 2013: 213-222.
[4]Alur R, Dill DL. A theory of timed automata[J]. Theoretical Computer Science, 1994, 126(2): 183-235.
关键词:初中语文;古代诗歌;教学策略
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2016)16-245-01
古代诗词作为中国文学的重要组成部分,在初中语文教育中有着举足轻重的地位与作用。在现代教育条件下,如何利用现代化资源开展中国古代诗词教学活动,以更好地提升语文教学水平,是初中阶段语文教学的重要课题。这篇文章将从中国古代诗词在初中语文教育中的重要作用和现代教育条件下初中阶段的中国古代诗词教学两大部分展开,希望能给广大教师提供一些参考。
一、中国古代诗词在初中语文教育中的重要作用
无论哪个时期的初中语文教材编排,古代诗词都占有很大的比重。从唐诗宋词到汉乐府到《诗经》,古代诗词都是语文教学的重要内容,这正是其在语文教学中的重要作用所决定的。
1、中国古代诗词对学生文学积淀的重要作用
“工具性和人文性的统一是语文课程的基本特点。”谈到古代诗词教学,我们首先要考虑的是其作为文学载体的工具性作用。大凡古代诗词,其皆有一个共同的特点,用极少的语言,表达最丰富的感情。或直抒胸臆,豪放恣肆,或含蓄隽永,温婉宜人。“言为心声”,诗词大都是其作者的情感流露与抒发。通过意境来表达感情,通过比喻、双关、用典、象征、通感等修辞手法来刻画其景其情。将中国语言文字的魅力展现得淋漓尽致。这些正是语文学习者所应该直接接收的教育内容。如何从古代诗词学习中学会鉴赏和分析诗词作品,积累写作手法和文学知识,以更好地表达和运用汉语,也是学习者学习的直接目的。
2、帮助学生的人格塑造――中国古代诗词潜在的巨大语文教育价值
每首诗词皆是作者情感的表达,其中直接或间接地体现出作者的性格和思想。初中语文教材上所选作品皆有明显地代表性。其中名家之作体现了作者独有的人格魅力,即使是出现的《诗经》中民歌性质的不可考其作者的作品,其作品本身内容也是人文化的表达。
3、传承中国古代文化,培养学生的文学审美能力
古代诗词中所涉及的文化元素,不仅可以帮助学生培养深厚的文化底蕴,也是学生培养其文学审美能力的重要凭借。以苏轼《江城子・密州出猎》为例,其词所包含的历史典故,所表达的对古人的英雄豪气的崇拜,就是传统文化知识的展现。让学生读懂其词,明白其深意,能鉴赏豪放词的文学魅力,能积累中国文化的精神,就是诗词教育对传承文化的重要作用。
二、现代教育条件下,初中阶段的中国古代诗词教学
1、改变以教材为主的单一教学模式,加强语文教学与网络资源的融合
“网络教学作为一种新生事物,并无固定操作模式,尤其在新课程倡导的课程资源开发这一点上更是空白一片。”在网络发达的现代社会,教育的发展也势必与网络有着密切的联系,网络资源的优点在于它能够突破传统课程的狭隘性,不受资源的时空限制,并且能够有效激发师生的创新意识,使课堂教学形式发生彻底改变。
在古代诗词教学中,利用网络来搜集教材之外的资源,扩充知识量,拓展学习面,是实现诗词教学有效性的重要途径。
教师在教学过程中充分利用网络平台,搜集教材外相关文本资源,图片,影像资料等多种形式的教学资源,通过多媒体设备展现给学生,来激发学生学习积极性,增强学习效果。比如说在《蒹葭》的教学过程中,搜集并展示名家对此词的点评,稍作讲解。播放此词改编的歌曲(《在水一方》)或古曲,让学生在放松的环境下来体味词的韵味,都是可以加强教学效果的。
2、改变教师的机械传输模式,增强教师自主开发教学资源的能力
《走进新课程丛书》指出“无论是国家课程的创造性实施,还是地方课程和校本课程的建设都应该充分发挥当地社区和学校的课程资源优势,为促进学生个性的健康和多样化发展服务。”在传统教学模式中,教师单一地机械地知识灌输,并不能适应素质教育的形势。作为教育教学的主体,教师有义务自主地开发教学资源。大致做法归纳如下:
(1)根据校本实际,参照国家课本教程标准的要求,列出古代诗词学习中的参考书目。
(2)组织学生开展古代诗词阅读交流活动。对同一作品,同一作者,每个人都会有自己的理解。在诗词教学之后,给学生提供一个互相交流的平台,可以帮助学生更好地形成自己的鉴赏能力。
3、改变过去的以讲授为主的语文教学方式,把听说读写的教学真正落实到语文教学活动中
传统的语文教学主要以教师的讲授为主,学生据老师的讲授进行一定程度上的理解、积累。但相对于理解的学习方式来说,这样的理解是被动的,往往禁锢了学生自己的主观思考,不利于学生学习兴趣的激发,和学生创新能力的培养。
作为以文字为载体流传的古代诗词,综合利用听说读写的多元化的教学方式,则更加有利于学生的理解和创新。
(1)听:通过教师有感情地朗读,或者利用现代化技术手段搜集并展示名家朗诵,让学生通过听觉来体味诗词含义。加深理解。
(2)说:让学生在理解的基础上积极表达自己的看法与观点。鼓励学生发挥主观能动性,搜集查证诗词含义,形成自己的观点与主张。
(3)读:让学生自己朗读,将自己带入诗词作者的角色态度,体味诗词含义。
(4)写:让学生在诗词学习之后将诗词学习的感受并结合自己的观点,自己的理解形成书面文章。既是对诗词学习的巩固,也是对学生写作的锻炼。
1)审美价值
端午节视觉符号本身就具有审美价值,视觉符号包括由色彩、图案、线条、文字等,经过自由组合,在设计中融入审美因素。在设计中,设计师们一直在探求端午视觉符号的魅力所在,其审美价值甚至超过了实用功能。端午节视觉符号大多数最初的目的是出于辟邪,但经过不断的继承创新,其审美性已成为第一目的。端午视觉符号并不是把与端午相关的事物还原出来,而是对其相关事物的简化、抽象,取其精华。端午节视觉符号是历史的载体,信仰的载体、以及我国社会发展史的重要表现形式之一,是我国我国端午历史发展的缩影,深刻的印记着我国社会的精神状况。端午节蕴涵着丰富的文化资源,这些都是我们现代设计的重要资源。端午节视觉符号在形态具有整体审美价值,在我国的建筑、服饰等领域都表现出其极强的装饰性和审美性,体现着人们对形态美学的独特观点。在端午节视觉符号的探索过程中,探寻我国优秀的民族文化内涵,寻找到端午节文化元素与现代设计的契合点,通过设计作品将民族文化与民族精神传承下去。这一些的研究与探索过程,其实就是端午节视觉符号运用到现代设计的审美价值所在。
2)文化价值
端午节文化是我国传统文化的重要组成部分,是传统文化的载体。视觉符号的提取都是源于文化,端午节视觉符号恰当的运用到现代设计中,可以增加现代设计的文化内涵,赋予传统文化新的生命力无形当中展示我国的传统文化、民族精神,同时表达出各族人民对生活的美好向往,道德追求,智慧的追求等等。这也是宣扬我国传统文化、传统美德的新的方式,增强人们对民族文化的了解,提高民族自信心以及我国文化软实力,弘扬民族精神,保持中国特色,还可以增强各民族凝聚力。经济基础决定上层建筑,民族自信心的建立就是依附在经济基础之上的,同时民族自信心也是建立在民族文化基础之上的。随着中西经济文化的交流,现在越来越多的年轻人喜欢过洋节,对国外的节日有着超高的兴趣,反而忽略了自己国家的节日。中华民族传统文化博大精深,非物质文化更是建立文化自信心的精神支柱。借助于端午节视觉符号可以充分展示我国传统文化,还可以增强我国的民族自信心。3)商业价值。视觉符号可以直接展示设计作品的文化内涵,还有提升设计作品价值的功能。设计作品主要通过其包含的视觉符号来定位商品的服务层次以及行业特性。例如现在受广大女青年喜欢的裂帛品牌,个性且富有民族气息浓厚,衣服大都选用刺绣,服饰中的图案有莲花、等花鸟视觉符号。其恰当的运用视觉符号,在众多的服饰品牌中脱颖而出,获得了广大女青年的青睐。在现代设计中,定位设计的消费人群、消费档次,在中国传统文化的基础上,深度挖觉适合的传统节日视觉符号运用到设计中,设计出具有中国特色的现代设计。随着历史的不断发展,人们的审美观念也在不断提高。现在市场上每个节日对应的产品设计、服饰设计、工艺品设计等,虽然数量众多,但只是对传统图案的抄袭。在设计中融入具有本民族的文化和视觉符号,给人一种高端、与众不同的感觉。总之在日益激烈的市场竞争中,如何生存,获得更高的经济效益,就要不断的挖掘我国的传统节日视觉符号,加以提炼创新,充分考虑不同人群的诉求,才可以在众多的设计中脱颖而出。
3)总结
关键词:噪声系数 三阶交调 本振抑制 中镜频抑制 组合干扰
中图分类号:TN851 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)03-0180-02
随着雷达和电子对抗技术的不断发展,侦察设备所面临的电磁环境越来越复杂,对接收机的线性度、动态范围、灵敏度、抗干扰能力、适应性等方面提出了越来越苛刻的要求。射频前端是接收机的关键部件,它的设计往往对整个系统的的非线性指标、灵敏度、噪声系数、增益等特征起着决定性的作用。因此为了获得最好的接收性能,应该对射频前端进行精心设计。
1 宽带大动态射频前端的性能指标
宽带大动态射频前端主要技术指标为:输入频率:1GHz~2GHz,输出频率:750MHz/200MHz,噪声系数:≤10dB,增益:≥45dB,动态范围:≥50dB,中频抑制:≥70dBc,镜频抑制:≥70dBc。
2 变频方案设计
宽带大动态射频前端采用超外差体制,变频是超外差体制的核心,其过程如以下公式所示。
式中,fR为接收信号的频率,fL为本振频率,fI为输出的中频频率。宽带大动态射频前端若采用一次变频方案,则本振信号将不可避免的落入中频带宽或射频带宽内无法滤除。因此采用二次变频方案,设计射频前端一本振频率为6.4GHz,二本振频率为4.15GHz/800MHz。
3 本振源的设计
3.1 一本振的设计
一本振输出单点6.4GHz,采用锁相单环实现。其框图如图1所示。
图中,PD为鉴相器,LPF为低通滤波器,VCO为压控振荡器,÷16为集成在鉴相器中的分频器。100MHz晶振相噪可达到-150dBc/Hz@10kHz,VCO频率范围为6.1GHz~6.72GHz。鉴相频率为100MHz,此时鉴相器的本底相噪指标为-147dBc/Hz@10kHz,输出频率的倍频次数为6400÷100=64,因晶振与鉴相器的相噪指标接近,故输出相噪指标为-147+20lg64≈-110dBc/Hz,由于环路及部件引入的噪声一般会影响最终相噪3dB左右,因此最后的相噪指标可以达到-107dBc/Hz@10kHz。
3.2 二本振的设计
为了能够使二本振得到更好的相噪指标,二本振采用混频方案,包括大步进环和混频环。其框图如图2所示。
大步进环鉴相频率为25MHz,此时鉴相器的本底相噪指标为-145dBc/Hz@10kHz,最高输出频率的倍频次数为4450÷25=178,则输出相噪指标为-145+20lg178≈-100dBc/Hz @10kHz。
混频环中鉴相频率1MHz,此时鉴相器的本底相噪指标为-153dBc/Hz@10kHz,混频后信号最高频率为100MHz,分频比为100÷1=100,相噪指标为-153+20lg100= -113dBc/Hz @10kHz,此指标远小于大步进环信号相噪指标,所以对最终输出信号的相噪影响可忽略。由环路及其部件(主要是加法器)引入的噪声影响一般变差5dB,最终输出相噪指标可达到-95dBc/Hz @10kHz。
4 主要技术指标分析
4.1 杂散抑制
宽带大动态射频前端采用上述变频方案,产生的带内杂散信号主要有三种:1、信号的多次谐波2、信号多次谐波和本振多次谐波的组合产物3、两次本振的组合产物。
信号的多次谐波,及其和本振多次谐波的组合产物电平的大小与混频器的非线性度及输入信号的电平大小有关,在设计时,要尽量选取线性度高、动态范围大的混频器,此外还要合理分配通路的增益,使信号在输入混频器前的幅度不能过高。宽带大动态射频前端最大输入信号电平为-40dBm,第一、第二混频器采用高本振电平的混频器,在进行增益分配时,信号输入混频器的电平约为-75dBm,产生的带内干扰信号电平可低于灵敏度。
抑制本振间的组合干扰,采取的主要措施是在一混后利用一中滤波器对一本振及其多次谐波进行抑制。在宽带大动态射频前端的一中放大器后设计一级腔体带通滤波器和两极微带低通滤波器对一本振的多次谐波进行抑制。
除了采取以上措施抑制带内杂散信号外,射频前端入口还设计了预选滤波器对带外无用信号进行抑制,防止其进入射频前端和本振混频产生干扰信号,同时可以防止过多的信号进入射频前端内,造成射频前端的饱和。
4.2 噪声系数
多级级联的二端口网络的噪声系数如下:
式中,Fi表示第级的噪声系数,Gr表示第级的增益,F表示级联后的总噪声系数。由公式可以看出,第一级的噪声系数和增益对系统噪声系数影响最大,因此需要在系统最前端设计低噪声放大器。此外由于无源网络噪声系数在数值上等于它的插入损耗,所以在设计射频前端的预选滤波器时要尽量减小其插入损耗。
4.3 动态范围
这里所指的动态范围为无虚假响应动态范围,是反映多信号输入时,由于接收系统的非线性产生的互调量电平低于某一要求的动态范围。通常用三阶截点值(IP3)表示。无虚假响应动态范围和输入三阶截点值的关系为IP3in=D/2+Pin,min,其中D表示无虚假相应动态范围,Pin,min表示输入灵敏度。
当两个信号同时落入射频前端带内时,其互调产物可发生在射频前端的每一级,输入信号每经过一级有增益的电路,信号电平都会增高,互调产物也会提高。因此越是靠后的电路应当线性度越好,动态越高。当两个信号或其中一个信号落入带外时,互调产物主要产生在射频前端宽带的各级,这时输入的大信号还未受到抑制,到了窄带各级,输入的大信号受到抑制,产生的互调产物电平很低,不会造成虚假相应。因而要求前端的各级电路动态范围大或尽量提高接收系统,特别是其第一级的选择性。
4.4 中、镜频抑制
抑制镜频信号主要依靠混频前的滤波器,抑制中频信号除了依靠滤波器外还可利用混频器的射频-中频隔离度。在宽带大动态射频前端设计中,由于进行了两次变频,因此其镜频信号有一、二镜频两种。二镜频折算到二混前的频率范围为3.1GHz~3.7GHz,一中滤波器选用5节~7节腔体滤波器对其进行抑制。
5 射频前端设计框图
经过以上指标分析后,设计宽带大动态射频前端框图如图3所示。
图中,LNA表示低噪声放大器,BPF表示带通滤波器,LPF表示低通滤波器,AMP表示放大器,MIXER表示混频器,DIGITAL ATTEN表示数控衰减器。
6 测试结果
设计、调试完成后指标测试结果:增益≥47dB,噪声系数≤9.2dB,动态范围≥52dB,矩形系数K≤1.75,本振反向辐射≤-80dBm,中频抑制≥85dBc,镜像抑制:≥84dBc,频率步进1MHz。满足各指标要求。
7 结语
本文通过实例介绍了射频前端变频方案的设计原则,对射频前端的关键指标进行了详细的介绍和分析。实测结果表明宽带大动态射频前端的性能良好,达到了系统设计要求,实现了其低噪声、大动态输出。
参考文献
[1]贾士旺.EHF频段上变频器设计及实现[J].无线电通信技术,2010(3):37-38.
1、路由器没有连接到服务器。可以关闭所有网络设备电源后,等待几分钟再重新打开。
2、出现了宽带故障。需致电运营商免费维护。
3、安装网卡驱动出现问题。需依次右击电脑属性、硬件、设备管理器,将原有的网卡驱动卸载后再重装。
4、没有建立ADSL连接。需依次点击开始、程序、附件、通讯、新建连接向导 ,打开新建连接向导界面,选择连接到Internet,点击下一步,选择手动设置连接,再选择使用用户名和密码宽带进行连接,在ISP名称文本框中输入Internet服务商名称,在用户名文本框中输入ADSL账号和密码,然后在桌面上添加一个建立连接的快捷方式,单击完成后,即可建立ADSL连接。
《武术史》第25~26页写道:春秋战国(公元前770至前221年)为我国历史上极为重要的时代。一、生产力大为提高,经济空前发展;二、文化学术繁荣,奠定了中国传统文化的基础;三、战争频繁,极大地促进了社会尚武之风。在这样的历史条件下,作为中华文化巨大系统组成之一的武术体系得以初步形成。”接着又提出,初步武术体系形成的三个表现:“一、武术的社会功能向多面性发展;二、武术技术(器械与徒手)向多样化发展;三、武术意识向自觉性、理论性发展。”
关于第一个表现,《武术史》写道:“春秋战国时期运用于阵战的军事武艺,伴随作战方式的变化,固然有很大的演变,但更重要的是武术的表演性、竞技性、娱乐性及健身性等社会功能的出现。武术功能的多样化使其性质发生了变异,突破了单一的军事武艺局限。从技术到组织,从形式到思想,均发生了极大的变化与发展,使它从较为质朴单纯的军事武艺演变成色彩绚丽、丰富多姿的武术文化。”
《武术史》的这段文字是极其关键的,暴露出他们的根本观点,明白无误地提出:武术性质发生了“变异”。说穿了,就是武术的性质从姓“武”变成了姓“舞”。提出了四性:表演性、竞技性、娱乐性和健身性。这并不是什么春秋战国时的历史,乃是今天学院派的“舞术”的写照,抽去了武术的“技击”灵魂,只剩了一个“花架”子空壳。
“变异”是学院派武术的一个最基本和最普遍的观点,用词有时不同,用意是相同的。如:“传统武术的现代化转型”、“现代武术”、“武术的现代化”等等。这里突出一个“异”字,异的意思是变了,变成了什么?《武术史》提出了“四性”:表演性、竞技性、娱乐性、健身性。其实健身性不是“变异”的结果,是武术固有的,所以说“变异”止有“三性”:表演性、竞技性、娱乐性。
《武术史》用大量篇幅论述“武舞”,为今日的舞蹈化武术作历史铺陈,把今天的“武术变异”一下子提到二千七百年前的春秋时代!提出了“武舞与武术一体”、“武舞具有武术实战性”、“武舞与武术套路的一致性”,这样一些极富挑战性的提法,丝毫不加掩饰地摆在读者面前。《武术史》提出非常戏剧性的逻辑:“武术不具技击性,武舞倒有实战性”!似乎无人监督,可以任意捏掐历史。
关于第二个表现,《武术史》说:“武术技艺的多样化,首先体现在日常武艺的发展上。阵战武艺与日常武艺的分流,是武术发展的重要标志之一。”说阵战武艺的特点是“集体性、单一性与实用性”;“日常武艺则呈现出以个体性为基本特征,并由此产生出技艺的复杂性与多样性。”这些话说得多别扭!简直不知道他们说些什么?这里,提出了二个新名词:“阵战武艺”和“日常武艺”,又提出二者“分流”。
这里“武艺”含义是什么?和“武术”的含义相同?不同?什么关系?是包容?还是从属关系?含混不清。我们从文中的逻辑分析,他们的意思是,日常武艺从阵战武艺分流出来,其表现是“技艺的复杂性与多样性”。这又回到前面《武术史》对“武术体系”下的定义,所谓“分流”,其实质也是“变异”。“分流”或“变异”的结果,就是抽掉了武术技击性的所谓“多样性”。《武术史》说春秋战国时武术就变种了,这不是歪曲历史吗!按照《武术史》的说法,秦汉以后到唐、宋、元、明、清、民初,中国武术全是花架子的“武舞”了。广大的中国武术爱好者能同意这种说法吗!
《武术史》抛出的另一个挑战性的观点,叫作“文武分途”。说“春秋时代,文士兴起,文武分途。文士凭知识谋略求仕干禄,而社会上则出现凭武艺本领立足为生的武士。此时武士已非贵族子弟,多来自平民,亦被称为‘侠士’。”《武术史》又说:官府鼓励民间习武,春秋战国各国统治者“广泛重视、推荐武艺出众的人才,推动了武术的开展。”
《武术史》对“文武分途”的解释是歪曲历史的。历史上的“文武”指文治武功,具体到人是指文官武将。被搬上舞台的著名京戏“将相和”,讲的是战国时赵国拜相的蔺相如和武将廉颇的故事,这可以说是一个典型。“侠”自古无地位,多为社会底层,那有拜相之才与刺客、死士相提并论的!《武术史》却写出大量的古代刺客,如:荆轲、专诸之流,说这是春秋时代的“文武分途”,不但有违史实,更是笑谈。
《武术史》没有认识到,侠以武犯禁的“禁”字是什么意思?“禁”,不为统治者所容也。民间是武术的生存空间,古代,武术的民间性决定了武术不为官府所容。《武术史》说 ,春秋战国各国统治者“鼓励民间习武”,不符合史实。实际上,历史是这样写的,武术的发展为历代统治者所不容。秦始皇收民间兵器铸铜人十二,就是典型的在民间禁武。为什么要禁?回答是:“侠”追求法律之外的公正、官府之外的公平;侠不为官府所利用,其行为不为官府左右。所以,侠不为官府所容。
武术的民间性质,历代不受官方控制,民间武术家不听官府的话,我行我素,不为所用。武术的传承和发展,从来就不是官府支持下进行的。一大批民间武术家,在极其困难的环境下,坚持习练、发展、传承下去,一代一代,不使失传。历史上,谁在每天坚持习练武术?谁在刻苦钻研武术?谁在传授武术?回答是:民间拳师、豪侠义士、江湖隐逸、僧侣道士、失志文人雅士,就是靠他们。不信!翻开历史看看,方知言之不虚也。
关于第三个表现,《武术史》提出“武术意识”的发展。这个“武术意识”到底是什么呢?《武术史》写道:“所谓自觉性武术意识,主要表现为武术竞技意识、武术理论意识以及武术理论认识等方面。”
对“竞技意识”,《武术史》写道:“把通过武艺(请注意!此处不提“武术”,可见《武术史》使用词概念的混乱――笔者)竞技取得胜利与人们的英雄观、欢乐满足感、荣誉感及审美感等一系列社会心态联系起来,这便是武术获得多方面社会功能心理契机,也是武术竞技能实现多方位社会需要的基础。”这些话说得多别扭,十分苦涩,令人费解。实际上,其真实的意思就是说,春秋战国时期,武术就已经“异化”,成了“竞技武术”,其胜负不再是技击,不是你死我活的打斗,乃是什么“英雄观”、“欢乐感”、“满足感”、“荣誉感”、“审美感”。这实际讲的就是今天推出的“高、难、新、美”的“竞技武术”套路比赛的春秋战国版!试问,春秋战国什么时候举行过这种“竞技比赛”!这不是指鹿为马吗?
《武术史》又进一步说:“春秋战国时代的武士们在较武竞技的实践中,形成了一种公平竞争,崇敬强者,以武艺高低决定社会地位的竞技意识。”
关键词:设计审美;功能合理;形式
中图分类号:J01 文献标识码:A 文章编号:1005-5312(2013)36-0190-01
关于设计,我们可以作这样的一个理解,设计是一个由设计者、生产者和使用者三个主体人群共同组成的活动。设计师内心的灵感冲动诱发设计欲望,通过绘制、合成平面效果图现,再经过生产者进行某种工艺流程制造成“物”,人们通过对物的实践得到物品的使用价值,并获得一种使用心理和审美的满足。从这一系列的过程中,我们可以认识到一件设计产品价值的最终实现,其评价依据应取决于人的效用实践、功能评价、社会效益。笔者认为:设计产品作为设计的物质承担者,是设计美学的逻辑起点,对其审美的价值评判应从其内部功能与外部形式来探讨,更进一步来说应具备以下准则:一、产品在实践中的功能合理性。二、产品形态符合有意味的形式。
一、产品在实践中的功能合理性
随着社会的进步,现代设计是建立在以人为主体地位上的,利用现代科技文明成果,促使人们改变自身环境的重要手段,它离不开实用工艺、物质生产,现代设计是寓物质使用的精神于物质本身的审美活动。
(一)实用功能
产品的实用功能也称物质功能,它是通过产品与人之间的物质能量交换,直接满足于人的某种物质活动的需要。合理的实用功能,一方面体现在由结构、材料和工艺技术等因素组成的产品,在其设计过程中,一切因素应以实际用途为准则。另一方面合理的实用功能体现在:产品与人使用之间合理的关系。现代科技大生产要求产品设计必须考虑人体工学中的解剖学、生理学、体测量学、卫生学、心理学等学科知识,并进行交叉融合,进而探讨人与器物、环境的适应性关系。
(二)认知功能
认知功能是由产品的一种精神功能。产品除了具有一定的实用功能之外,还必须向人们提供足够的关系,表明它是什么,它又意味着什么。产品对于人的认知功能的影响主要体现在两个方面:指示和象征。
产品的指示功能在一定程度上影响着人们的行为判断,如:书籍文字的排列形式,从左向右的文字排列提示着人们的阅读顺序和阅读方式;VI(企业形象视觉识别系统)功能等。
象征功能也是产品的认知功能的另一重要体现,如果说指示功能表达了“物是什么”,那么象征功能则传达出“物意味着什么”的信息内涵。具有某种象征、隐喻或暗示功能的符号称为象征符号,物在使用过程中所体现的社会意义,伦理观念等内容,都是象征符号形成和运用的结果。
当一件产品具备了实用功能与认知功能时,可以说,它已具备了内部美的因素,只有两种功能的共同作用才能形成产品的内在的审美功能,这种共同作用并不是两种功能简单的相加的结果,简单的相加也不可能产生出物的整体功能性的合理状态,在这两种因素的组合过程时还应具体产品具体对待,以其功能的互相协调为准则,也就是要达到功能合理的效应。因而,产品在实践中的功能合理是设计审美的价值评判标准之一。
二、产品形态合符有意味形式
正如李泽厚说:“美之所以不是一般的形式而是所谓‘有意味的形式’,正在于它是积淀了社会内容的自然形式。所以,美在形式而不即是形式。离开自然形态固然没有美,只有形式也不成其为美。”设计师既不能让形式的审美功能取代并影响使用功能;同时也不能容忍为极力地追求产品的实用功能而忽视了人类自身的情感要求和风格特征,只能是符合人们审美情趣而相适应的形式美创造。
(一)形态与其形式内容相适宜
美,是产品的内容和形式的独特的、有机的统一体。从内容上说,美是显示在感性形式中的人的本质力量;从形式上讲,美是显现人的本质力量的感性形式。任何事物都是内容和形式的辨证统一。任何美的事物,都是由美的内容和美的形式所构成的。表现在产品上,形式的内容就是材料、结构和功能之间的关系,在物质功能中考虑的是功能与使用者“人”的合理性,在精神功能中则应注重形式,这样的形态就是有意味的形式。
(二)多样的形式合符不同消费层的需求
设计师首先要考虑消费者的审美需要,设计产品只有在尊重共同美感的前提下才能成为社会、公众认可的有生命力的产品。设计师一方面要把握准不同消费阶层的价值需要。另一方面也应该站在时代审美前沿,创造出符合新时代审美观念的产品,引导人们接受新的设计观念并提高人们的审美素养。
设计审美价值判断的两条原则:产品在实践中的功能合理与其形态合符有意味的形式,不是相孤立的而是相辅相成的,并不存在没有功能的形式,也不能认为形式是多余的累赘,一概排斥。形式服从功能,功能又促进形式的进步。历史经验告诉我们,现代设计的观念总是随着时代和技术的进步而不断变化的,因而它的审美价值判断也是不断更新的,所谓 “永恒的美”是不存在的。只有从产品本身以及产品与人、与社会、与环境的关系来考虑,才能让我们把握住设计审美的价值判断。
关键词:现代化;教学手段;历史教学;应用
中图分类号:G427文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2014)04-096-1
死记硬背已经不适合现在社会的发展,也不再适用于初中生学习历史,科学的教学模式可以让初中生去分析判别每一件历史事件,初中生通过建立每一章节所学的历史事件的框架,就能很直观地把知识点呈现在自己眼前,还能提高初中生对历史事件的兴趣。教师也应该在课堂教学中运用有趣的实例和活动来激发初中生对历史学习的积极性和培养初中生的创新精神。教师只有通过不断的教学,不断地发现教学问题,不断地改进,才能创造出适应当今社会的初中历史教学模式。
现代化教学手段是一个广义的概念,通常是指以多媒体计算机为核心的教学手段。它是一种把超文体、图形、图象、动画、声音等运载信息的媒体结合在一起,并通过计算机进行综合处理和控制的技术。它具有集成性、交互性、控制性的特点,使人通过多个感官来获取相关信息,提高信息传播效率。在中学历史教学中,采用现代化教学手段将比传统教学有着无法比拟的优势。
优势之一:可激发主体参与兴趣,提高认知能力。历史学习是以掌握历史概念,探求历史发展动因和规律为目的。心理学研究表明,学生很难从表象阶段直接过渡到概念阶段,学生在学习过程中接触的历史概念,仅凭教师的讲解往往难达到很好效果,手段的单调难以启发学生的思维积极性和激发学生的求知欲,而采用现代化教学手段,则可以利用多媒体技术、人机交互手段结合一起,产生动静结合的画面和智能性启发诱导功能,使枯燥、不易理解的历史概念、历史材料变得直观、具体,富有感染力,使学生在学习过程中的注意力、情感、兴趣等心理因素保持良好状态,使枯燥的学习变得轻松有趣,从而有效激发学生学习历史的兴趣。在讲授“”这一课时,教师不仅要把发生的时期、结束的时间和对我国的影响教给初中生,还要和上相应的诗句来讲解,这就能使初中生在学习初中历史理论知识的同时开拓自己的课余知识。教师还可以把历史教学与古代文学音乐相结合的教学方式来教授初中历史课程。诗词被创做成一曲耳熟能详的音乐,当在初中历史课堂中播放出来时,就能让学生亲身感受到古典的美妙之处。
优势之二:可感观历史,加深理解,提高记忆效率。历史是人类过去的实践活动,在现实世界中不能重演。历史知识这种过去性特点决定了学生对其理解、掌握、巩固的难度,也给教学双方带来很大困难。现代化教学手段凭借计算机多媒体技术,将文字、声音、图形、动画和图象等综合一体化,使其产生直观、生动、形象、即时等声像效应。它可以引导学生感受往昔情境、神游历史殿堂,使他们在历史学习中获得较为深刻的感性认识,从而更好地理解和记忆所学的内容。心理学通过大量实验证实:人类获取信息的83%来自视觉,11%来自昕觉,二者加起来达到94%。这说明通过多感官的刺激所获得的信息量,比单一地听老师讲课要强得多。恰当运用这种手段,可为学生提供多感官获取历史知识的途径,达到对历史知识的强化记忆和理解。
优势之三:可化繁为简,突破时空,加深思维过程体验。现代化教学手段所展示的图像、音响以及所营造的课堂氛围使人身临其境,它不仅可以再现古代人物形象,还可以缩短时空距离,加大信息容量。如“第二次世界大战的爆发和扩大‘一节,事件头绪多,容量大,学生难攀握。对这一节的教学,可利用’二战前文欧洲形势图”的动态操作,引导学生了解德国法西斯制造的慕尼黑阴谋及其影响,而相关的德军进攻波兰,分三路进攻苏联和偷袭珍珠港的历史画面、地图、多媒体动画和录像片段等逼真的历史氛围则可激发学生的想象和划造思维。学生在一幅幅鲜明生动的图像刺激下,注意力集中精力旺盛,而且可以把学生观察的事物化虚为实化繁为简,使历史的时空性清晰地呈现在学生面前,给学生提了过程体验,从而使学生可以细致、全面地观察思考及剖析历史,达到培养学生独立学习和创造性学习的能力。
尽管在中学历史教学中采用现代化教学手段有如上所述诸多优势,但并非是使用了现代化教学手段就能保证教学的成功和达到预期的教学目标,而需要我们根据历史教学的特点选择多媒体手段,在教学中精心设计、认真实践、反复推敲。因此,要真正达到良好的教学效果,必须注意处理好手段和目标、手段与教学内容、手段与教学策略几对关系。
总之,要运用好现代化教学手段,仅有熟练的应用技术是不够的,还要有一定的现代教育理论为支撑,运用正确的教学策略,才能提高课堂效果,促进历史教学的发展。
[参考文献]