开云 开云体育开云 开云体育开云 开云体育中图分类号：G6420；U45文献标志码：A文章编号：10052909（2016）03007204近年来，随着高速公路、铁路建设及城市地下空间开发的蓬勃发展，出现了越来越多的隧道工程，交通、市政建设领域对隧道工程专业技术人才的需求量不断增大。培养创新能力、应用能力及解决能力实际问题较强的应用型专业人才是地方本科院校的主要办学目标之一[1-2]。笔者在隧道工程教学过程中发现，该课程内容覆盖面广，且较为零散，采用按教材章节顺序进行授课的传统教学模式难以达到良好效果，亟需探索新的教学模式。
起源于德国的“模块化教学”[3]方法，可以较好解决上述问题。该方法是基于学习迁移理论基本原理，把课程内容分解成若干个部分，再将具有相同或相近主题的内容进行整合，形成具有内在联系的单元模块并进行教学[4-6]，可以提高学生学习的灵活度，激发学生学习的积极性和主动性，进而提高教学质量。文章以武汉工程大学土木工程专业、道路桥梁与渡河工程专业为例，探索模块化教学方法在隧道工程课程中的应用。
目前我校采用的教材是彭立敏、刘小兵主编的《隧道工程》[7]，同时参考了丁文其[8]、覃仁辉[9]、朱永全[10]等主编的教材。这些教材的主要内容大体上包括：绪论、隧道勘测设计、隧道主体结构与附属结构、围岩分级与围岩压力、隧道支护结构的设计计算、隧道施工方法、隧道施工工艺及技术、高速铁路隧道、隧道常见病害及处治方法、隧道施工组织与管理、运营管理与维护等。可见，隧道工程课程内容涵盖面广，包含了规划、设计、施工、运营管理等过程的各个方面，既有基本概念和理论，又有施工工艺和方法；既包含技术层面问题，又包含管理层面问题。
隧道工程课程不仅知识点多，而且其主要内容之间具有较强的独立性。如隧道勘测设计、围岩分级、围岩压力等，主要涉及工程地质、岩土工程勘察、岩体力学等知识；隧道主体结构与附属结构，主要涉及建筑结构等知识；隧道施工，主要涉及工程爆破、工程机械等知识；隧道支护，主要涉及岩土工程、建筑材料等知识。
隧道工程课程一般在第七或第八个学期开设，在此之前，学生应修完所有专业基础课和大部分专业方向课，掌握相应的专业基础知识。该课程的主要内容和先行课程之间存在密切联系，具体见表1。表1隧道工程课程主要内容与先行课程关系课程内容相关先行课程隧道工程勘测设计工程地质、工程测量、道路勘测设计隧道主体、附属结构建筑结构、钢筋混凝土结构围岩分级、围岩压力、支护结构计算工程地质、岩体力学、材料力学、弹性力学、钢筋混凝土结构隧道施工土木工程施工、施工组织与管理隧道支护岩土工程、建筑材料、地下结构防水隧道通风及高速铁路隧道空气动力学问题流体力学、施工组织与管理（四）教学困境
综上，隧道工程课程内容庞杂，涉及土木工程专业大部分基础知识，导致学生在学习该课程时存在理解不透彻、记忆不深刻等问题，学习积极性普遍不高。如何激发学生学习兴趣，是授课教师面临的一大挑战。
另一方面，隧道工程课程内容具有较强的综合性，如将这些零散的内容按照某种属性或规律进行适当归纳、分类，使之成为若干个相互联系的有机整体，则不仅能够提升学生的学习兴趣，还可以帮助学生构建专业知识体系，使学生对专业知识的认知和理解上升到新的高度。
针对上述问题，采用模块化基本理论和方法，并根据涉及科学、工程问题的不同，将隧道工程课程主要内容归为基本概念、地质及力学问题、施工方法、新技术新方法、运营管理与维护等5个模块（表2），具体分述如下：
主要包括隧道的定义、分类、发展历史、隧道主体结构与附属建筑等。隧道工程是地下工程的一种，有别于一般建筑工程，该模块主要介绍隧道工程中的名词、定义及相关基本知识。
主要包括隧道工程勘测设计、围岩分类、围岩压力、隧道支护结构的计算等。隧道修建在岩土体中，其支护结构的形式主要取决于围岩的工程特性，隧道开挖与支护的核心问题是围岩力学特性及围岩与支护结构的相互作用，即围岩的地质力学问题。
主要包括钻爆法施工、掘进机法施工、隧道辅助施工作业、新奥法等。根据隧道工程所在岩土体性质的不同，可以分为岩质隧道和土质隧道。岩质隧道多采用钻爆法或掘进机法施工，土质隧道多采用盾构法（掘进机法的一种）。新奥法不是具体的施工方法，但目前几乎所有隧道的施工都采用新奥法的基本理念和原理。
主要包括高速铁路隧道工程、城市地铁隧道工程、海底隧道工程等。近年来出现了上述特殊环境和技术条件下的隧道工程，与之配套的新技术、新方法也日趋成熟，其占有重要地位。
主要包括隧道施工组织管理、运营阶段的养护与维修等。隧道工程是隐蔽工程，在施工过程中作业空间有限，作业环境危险性高，且各工序之间相互干扰大。在正常运营阶段，车辆冲击、废气排放、地下水、围岩等因素对衬砌耐久性造成不利影响，隧道交通事故、火灾等更是会造成严重后果。这两个方面的问题均需要通过实施管理来解决。表2隧道工程教学内容模块化设计（Ⅰ）编号模块名称主要内容学时分配1基本概念隧道分类及发展历史1隧道主体结构2隧道附属结构12地质、力学及支护结构隧道工程勘测设计2隧道围岩分类1隧道围岩压力1隧道支护结构的计算13传统施工方法钻爆法施工2掘进机法施工1隧道辅助施工作业2新奥法24非传统施工方法高速铁路隧道工程2城市地铁隧道工程1海底隧道工程15施工管理与运营维护隧道施工组织管理2隧道运营阶段养护与维修2上述方法是将隧道工程作为土木工程的一个分支学科来进行探讨，包括理论、方法和工程技术等多个方面。此外，和桥梁工程、道路工程、房屋建筑工程一样，也可以将隧道工程作为工程项目的一种，相应的课程主要内容围绕隧道工程从规划到设计、施工，再到后期管理等。按照该思路，可以将隧道工程课程的内容划分为：隧道工程基本理论与基本概念、隧道工程规划选址与设计、隧道工程施工、隧道运营管理4个模块，这4个模块则直观反映了隧道工程项目建设的大体流程（图1）。
武汉工程大学土木工程专业创办于1992年，是学校“十二五”重点建设学科之一，为一级学科硕士学位授权点、湖北省楚天学者设岗学科、省级品牌专业。该学科现设有建筑工程方向、交通土建方向，以及道路桥梁与渡河工程。隧道工程是我校土木工程专业（交通土建方向）及道路桥梁与渡河工程专业学生的专业方向课。2014年开始，将上述模块化教学方法应用于我校土木工程专业（中英班）、土木工程专业（交通土建方向）及道路桥梁与渡河工程专业的隧道工程课程。
首先，按照表2中的方法，从内容属性的角度出发进行模块划分，在讲授每一个模块之前，提醒学生复习与之相关的课程内容；在讲授课程的过程中，提醒学生讲授的内容涉及哪些专业基础知识，从而让学生认识到专业基础知识对于后续专业课学习的重要性。其次，在每一个模块内容讲授完毕时，归纳总结该模块的主要内容，详细分析将这些内容作为一个模块的原因，让学生理解同一模块中各部分内容之间的内在联系。再次，在全部课程内容讲授完毕时，引导学生回顾课程内容，分析各部分内容之间的逻辑关系，帮助学生建立专业思维，构建专业知识体系。最后，采用上述工程项目建设阶段模块（图1），引导学生再次回顾教学内容，可以有效促进学生的开放性思维，并全面提升学生运用专业知识分析和解决工程问题的能力。
经过一年多的模块化教学探索和实践，该课程教学取得了一定成效，学生的学习积极性得到普遍提升。学生反映，在学习隧道工程课程过程中，较全面地回顾了先行课程涉及到的知识，对专业知识体系的认识上升到了新的高度。
基于学习迁移理论基本原理，按照涉及科学、工程问题的不同，将隧道工程课程内容分为基本概念模块以及地质、力学及支护结构模块、传统施工方法模块、非传统施工方法模块、管理与维护模块等。此外，按照工程项目建设的阶段，将该课程内容划分为：基本理论与基本概念、规划选址与设计、施工、运营管理4个模块。二者联系紧密，互为补充。实施该模块化教学方法，提高了学生的学习积极性，促进学生深入理解课程内容，培养学生运用专业基础知识分析、解决专业问题的能力，帮助学生构建专业知识体系，收到了良好效果。
需要指出的是，模块化教学方法绝不是简单地将课程内容划分模块分别讲解。在实际操作过程中，需要引导学生去分析、思考划分模块的依据以及各模块之间的内在联系，并站在教材编者的角度去分析课程的内容构成，从而帮助学生构建专业知识体系，培养学生善于运用专业知识分析和解决实际工程问题的习惯和能力。课堂上应适当组织学生进行研究性学习，并布置课程作业，充分发挥学生自主性，实现师生之间互动。
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近年来中职生素质普遍下降，知识储备薄弱，机械基础课的液压传动部分对于他们来说学习难度很大，入门很难；同时现有教材理论知识内容枯燥，与社会生产联系不密切，学生学习兴趣不高。本文结合机械基础课液压传动部分内容，就教学方法探讨怎样提高教学质量，同时培养学生良好的学习习惯。
中职生的基础知识薄弱，学习自觉性、积极性不够。因此，在专业知识的入门上要对学生现有情况进行摸底调查，了解具体的学生情况，适当降低入门的授课难度。但是，在一开始就要严格要求，特别是基本概念掌握和延伸，要精讲精练，通过课上精讲、课后巩固练习、检验测试等方式确保学生熟练掌握。
重视基本概念的掌握，一是因为基本概念特别重要，很多知识点都是由基本概念引申出来的，环环相扣；二是通过基本概念的学习、巩固的过程可以树立学生勤学苦练的意识，助其养成细致、认真的良好学习习惯。
液压传动系统由四个部分组成：动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸）、控制元件（液压阀）和一系列辅助元件。对于四个部分的教学，要根据学生的基础，由易到难，重点要求掌握液压元件的工作原理。
液压动力元件部分要求重点掌握液压泵的工作原理。后面四种液压泵的授课当中，也要始终围绕如何“吸油-压油”这一原理，要求学生明辨各种液压泵的工作过程和特点。
液压执行元件部分，重点讲述不同液压缸的工作特点，特别是差动连接，将在后面的章节反复应用。可以用医用针管制作一个液压缸的模型，让学生有形象的认识，这样得到的知识就会真正理解并很难忘记。
液压控制元件部分是本章的重点也是难点。本节应重点讲述液压阀的作用、特点和应用，让学生知道管路上不同阀门所起到的不同作用即可。而课本中所提到的阀门的具体结构、装配图等，则没有必要要求学生完全看懂掌握。
通过对上述液压阀功能作用的形象讲述，提高学生学习的兴趣，提高学生的分析能力和探究能力，可以增强学生的学习信心，提高克服困难的勇气。
看懂液压传动系统的简图，是这章学习的最终目的，也是前面所学知识点的汇总。要使学生能够掌握识读液压传动系统简图，就要引导学生把前面学习的相关知识融会贯通，综合应用。要引导学生精读教材，引导学生了解各部分内容之间的内在联系。在进行液压传动系统图的分析时，告诉学生，要重点看油路的走向，把自己想象成坐船的客人，顺流而下，一路游览沿途的风景。旅途的起点就是泵，终点就是液压缸，沿途的风景就是一个个的液压阀门。学生读懂每个元件在系统中的作用后，结合要求读懂每个回路的功能，整个系统原理就出来了。例如，讲数控车床的液压传动系统图时，首先让学生结合前面所学，认识每一个图形符号。其次，从液压泵为起点看油路的走向，油路会有两条支路，一条控制卡盘的夹紧与松开，另一条是刀架的运动。其中卡盘的加紧与松开就是液压缸活塞的前进与后退；刀架的运动包括快进、工进、工退和快退四种速度，这是由换向阀控制的。再次，把实现所有工作要求的油路走向依次拼凑起来，穿插说明相关元件的作用，描述系统图工作原理便水到渠成，一清二楚。
在这一个过程中，可以要求学生自主学习，分组讨论。有些学习基础不好的同学可能会有一定的难度。教师要耐心引导，让学生在潜移默化中养成好的读书习惯。
随着现代教学水平的提高，多媒体的应用已成为必不可少的教学手段。很多学生的计算机操作水平很高，因此可以让学生分组，自己制作课件。在收集资料、制作动画的过程中增强学生的探索精神，也加深了学生对课业的理解深度。将书上的文字描述转换成立体的结构和生动的动画，使抽象、枯燥的学习内容转化成形象、可视听的生动内容。
总之，液压传动一章是机械基础课程里难度较大的一部分，也是为学生以后接触自动化控制知识奠定基础的一章。教师要通过各种教学方法，把枯燥、静态的理论知识和元件结构以丰富有趣、形象生动的形式展现在学生面前，增强学生学习的积极性，提高学生的学习效果。
1994年的五年制教材将“路程、时间和速度”编排在第六册第三单元四则混合运算和应用题里，前面已学“工作效率、工作时间、工作总量”的数量关系和归一应用题以及“单价、数量、总价”的数量关系和归总应用题，这一内容是在前面所学的基础上进行的，后继再学习相遇问题。2002年的六年制教材将这一内容安排在第七册第三单元四则混合运算和应用题中，是后继学习归一、归总等类型应用题的基础。2006年的教材将其编写在第七册第五单元的“除法”中，1989年的教材中则没有这一内容。
如何出示“路程、时间和速度”的概念和三者关系，将体现教材编者对数学知识产生过程的编排意图。以下是四套教材中对这一内容的呈现方式。
除了1989年的人教版教材，从其他三套教材可以看到以下共同的特点：这一内容都被安排在小学中段三、四年级时来学习，教材编写上都从具体的例子中抽象概括出“路程、时间、速度”三者的数量关系，注重从学生原有的基础出发，引导学生归纳三种关系式的过程。四套教材对这一内容的处理还有明显的差异。1989年的人教版教材没有出示相关概念名称，没有提及速度，直接解决相遇应用题。1994年的浙教版教材通过两个例子归纳总结了三者的数量关系，马上转入根据数量关系解决相遇求距离应用题的教学。2002年的浙教版教材则在一个课时里通过三组例题的教学，概括出三种数量关系，并且每组有明确的概念定义。2006年的北师大版教材通过创设“哪辆车跑得快些”的问题情境引入速度，没有速度定义，只出示像“卡车1小时行驶60千米，也就是卡车的速度是60千米/时”这样的表述，接着通过大量丰富的例子来感悟理解速度的含义。在此基础上再通过具体的例子得出“路程、时间和速度”的其他两个数量关系。
可以看到，前期的教材中，更注重“路程、时间、速度”三者数量关系的建立，然后运用这一结构特征去解决问题。而在后期的教材中，同样在关注数量关系之前先注重了概念的理解。那么，在学习本课之前，学生对于这三个概念是否清晰呢？金华市江滨小学冯美燕老师曾对该校四年级学生45人做过学前调查，前测题目如下：
“汽车从甲地到乙地行驶了4小时，每小时行驶60千米，一共行驶了240千米。”你能用线段图表示这三条信息之间的关系吗？
“汽车从甲地到乙地行驶了4小时，每小时行驶60千米，一共行驶了240千米。”本题中，（ ）表示路程，（ ）表示时间， （ ）表示速度。
笔者也对本校四年级学生的38人做了前测，发现能正确描述“路程”的有30人，占78.9%，大部分学生把“路程”描述为从一个地方到另一个地方，如永康到金华等这样的举例。100%的学生能正确描述“时间”。对于“速度”的描述统计如下：
以上前测结果表明，不同区域不同学校之间学生的认知基础有差异，我校处于郊区，学生的认知经验比处于市区的江滨小学学生要弱一些。但同一个年段的学生也表现出一些共性。不管哪里的学生，在生活中都有着非常丰富的快慢经验，例如，跑步、跳绳、吃饭、做作业等事情中的快慢。之前，学生的认知基础是已学习了关于长度和时间的知识，因此，对于“路程”“时间”两个概念的理解相对容易些。然而学生的经验是模糊的，在日常生活经验里，跑相同路程，时间短就是速度快，把时间等同于速度；都跳绳1分钟，谁数量多谁就快，这时又把跳绳的速度等于跳绳数量。还有部分学生认为“快”就是速度，“慢”则不是速度。大部分学生听说过速度，却不知道数学意义上的速度，但学生已有相当丰富的比快慢经验：路程相同，比一比时间；时间相同，比一比路程；路程和时间都不相同，转化为相同时间或相同路程再比一比。因此，教材通过创设比快慢的问题情境来激活学生的已有经验，形成一份可供学生讨论的经验型认识材料，通过进一步操作、讨论、辨析等活动，对经验性认识中的速度进行改造、明晰，使其具有科学性，形成概念。
“路程、时间和速度”这一内容如果按知识类型来划分，在以往一般都把它归类到解决问题的课型，或是让学生直接进行“路程、时间、速度”三个概念的辨认，或是简单地告诉，忽略了三个概念的形成过程，由此概括出三者的数量关系，数量关系的得出是为了让学生掌握此类应用题的结构特征，留有更多的时间来根据数量关系解决问题。学生的学习方式主要是接受和模仿。从北师大版教材和学生前测情况分析来看，认为“路程、时间和速度”首先是概念课的课型，如果划分课时目标的话，第一课时进行速度概念教学，第二课时进行解决问题教学。在第一课时教学时，以速度概念教学为主，跑多远――路程，跑多久――时间，跑多快――速度，路程和时间概念是可看见的，路程可用长度表示，时间可用钟表计时，学生前面已学了关于长度和时间的概念，而速度是一个关系概念，很抽象，只可感悟，因此教学时教师要让学生经历概念的形成过程，路程和时间都不同，哪辆车跑得快些？怎么比？让学生体会速度就是比快慢。其次，让学生列举自己所熟悉的速度，教材出示生活中常见的速度，在变式教学中学生体会速度就是单位时间内所行的路程。然后，在解决问题中进一步深化理解速度的含义，速度就是路程和时间的比值。这一教学过程特别注重学生体验和感悟，概念的建构是经验的改造过程，由日常的、朴素的比快慢的经验改造成数学意义上的速度概念。
随着计算机网络技术的飞速发展，无纸化考试逐渐成为一种新的发展方向。在无纸化考试系统的开发中，除一般试题库的设计、试卷的组织管理以及考试过程的控制外，计算机自动阅卷模块的设计是一个重要的内容。对于完善的无纸化考试系统来说，自动阅卷模块除了提供客观试题自动评阅的功能，还必须能够解决好主观题自动阅卷问题。由于考生答案的灵活性和多样性，主观题评阅会涉及到人工智能、模式识别和计算机自然语言理解等多方面系统知识，这就使得主观题的自动评阅成为自动阅卷设计中的技术难点。
主观试题的自动评阅可以理解为的计算机对自然语言的处理过程。汉语与英语等欧式语言相比，在结构和组织方式上有很大的不同，计算机对汉语言的处理不仅要考虑词与词之间的关系，还应考虑句子结构之间的关系，因此计算机处理上相比欧式语言难度增加了很多。目前在这方面有代表性的算法有：李辉阳等根据有限概念领域中简述文字的自动判读过程提出的一种基于关系的带权匹配技术[1]，文献[2]提出的基于动态规划的语句相似度算法，黄康等提出的基于带权概念网络进行分层的语义相似度技术[3]，文献[4]从汉语自然语言理解的语义分析角度提出的一种基于概念图理论的模糊含权概念图法，以及文献[5]引入模糊理论中严格贴近度的概念来计算贴近程度得分等。
上述方法研究的重点主要集中在三方面：一是知识库的构建，如有限领域、概念图、概念网等；二是句子结构的处理，如动态规划法、分层语义相似度技术等；三是相似度算法，如带权匹配技术、模糊概念图法、基于模糊理论的严格贴近度法等。一般来说，研究重点的不同，带来的只是结果上的差异，而最有效的解决方案应该是针对待处理的问题构建最合适的知识库、选择最佳的句子结构处理办法、确定最有效的相似度算法。本文研究的对象是在线考试系统中简单问答题的自动评阅技术；主要思路是从简答题题型结构出发，基于试题答案知识点构建识库，重点分析研究知识库中概念节点的分布特点，最终采用由概念到句子的主观试题自动评阅处理流程。
实现主观试题的自动评阅功能的一般方法是，通过访问领域知识库，使计算机获得特定领域内的专业知识，并在此基础上计算标准答案和学生答案之间的相似度，由此可见，领域知识库的创建对于自动评阅的实现是极其必要的，建立高效的领域知识库是计算机自动阅卷的基础。语义相似度的计算需要建立相应领域的知识库，实现起来不但工作量大、且需要耗大量的时间进行比较和匹配，这样对于在线考试系统的实时性来说不太现实。因此，对于特定领域问题的解决应该具体问题具体分析，采用的特定的、符合实际的解决方法。目前，受限于自然语言理解领域的研究水平，直接让计算机从自然文本中获得专业领域知识还比较困难，所以一般采用计算机辅助的人工录入方式来建立领域知识库。
本文以计算机基础课程为例，分析了大量的试题的结构和特点，从试题答案组织结构关系出发，对知识库的构建提出了以下原则。
⑴ 借鉴“知网”、“概念图”等概念词典，仅采用简单的“包含”、“从属”、“类同”等结构来表示概念之间的关系。
⑵ 对于概念的描述尽可能详细，且必须以试题答案所涉及到的知识点为基础，进行全面的扩展，必要时包含同义词描述等，以保证知识库能涵盖所有可能的概念组合，并能根据考生答案实际进行扩充。
⑶ 知识库从上到下，概念表示应该由抽象到具体，由简单到详细，以保证最底层的概念尽量达到“义元”级别，即概念的最小意义单位。
与概念相似度密切相关的一个概念是语义距离(semantic distance)，通常认为它们是概念关系特征的不同表现形式。可以建立一种简单概念词相似度用来描述概念树中两个节点之间的语义接近程度，对此，一般最常用的是刘群提出的以《知网》为基础的相似度计算方法[6]：
式⑴中p1和p2表示两个概念节点，是树状结构中两节点间的最短距离，α是一个调节参数，表示相似度为0.5时的路径长度，一般取1。
Agirre和Rigau在利用WordNet计算英文词汇相似度时，同时引入了层次树深度和密度的因素[7]。他们认为，在词语层次树中，路径长度相同的两对节点，深度越大(远离树根)的节点对，语义距离越小。因为深度越大，语义网中的概念分类由小到大，由抽象逐渐到具体，也意味着分类越详细。例如，对于路径长度相同的2对节点来说，由于他们所处区域的节点密度较高，所以语义距离相对较小。因为概念密度越大，表明对概念的描述越详细。如图1中，同层节点“处理器”、“总线”、“系统软件”和“应用软件”路径距离相同，但“处理器”、“总线”所处的区域节点密度较高，从一般常识来看，“处理器”、“总线”之间的语义相似度要高于“系统软件”和“应用软件”。因此，计算概念相似度，只考虑节点之间的路径长度这个单一因素显然不够合理，应同时考虑概念网中概念节点之间的纵向和横向因素，以及他们之间的相互制约量，综合考虑，才能取长补短，消除概念之间的相似度计算结果的影响因素。
式中，调节参数，l(p1，p2)为分别遍历概念网中节点p1，p2到达其最小公共父结点所历经的父结点（包括最小公共父结点）数的最大值。w(p1，p2)为p1，p2所在层概念数的最大值。在该调节参数的作用下，当w(p1，p2)增大时，密度因素对相似度的贡献值大；而当p1，p2离最小公共父结点较远，深度因素对相似度的贡献值较大。同时式中约定当p1，p2的父结点和最小公共父结点相同，且同层只有p1，p2两个节点时，调节参数为0.5。
一般认为句子相似度计算包括两个步骤[9，10]：首先，经过词的结构相似度计算，得到句子的结构相似度，然后，在句子结构相似的基础上，再进行句子语义相似度的计算。
设学生答案和标准答案分别表示为P和Q，P经自动分词处理后可表示为概念向量组P=(P1，P2，…，Pm)，Q包含的概念向量为Q=(Q1，Q2，…，Qm)。
式中，元素Sim(pi，qj)表示词语pi和词语qj间的语义相似度，通过前文讲述的概念相似度公式计算获得。矩阵中的每一行表示句子P中的某个词语与句子Q中所有词语的语义相似度。
⑵对矩阵中的每一行取最大值max(S(pi，qj))，即求句子P中的某个词语和句子Q中的所有词语的语义相似度的最大值，得到词语最大组合序列，则句子P中所有词语与Q句子之间的语义相似度可以表示为：
前面我们分析了主观试题的自动评阅问题的基本思路，按照一般教师的试卷评阅过程，把该过程分解为概念语义相似度的处理和句子语义相似度的处理两个流程，对每一个流程给出了解决方案。下面将在上述基础上给出主观试题计算机自动评阅模型的流程。
已知标准答案A，将其表示为关键词序列：A=(a1，a2，…，an)；考生答案B，表示为关键词序列：B=(b1，b2，…，bn)；标准分值S0。
提取考生答案中每一个关键词，对照先前创建好的知识库，从底层开始遍历搜索，当找到对应的概念节点时，提取该节点的高度、密度等属性信息，并保存起来，搜索完成后即可进行相似度的计算。
概念相似度的计算采用语义相似度技术。设标准答案A可以表示为知识点的一个向量组A=(a1，a2，…，an)，则通过概念语义相似度算法可得到任意两概念之间的相似度Sin(ai，bj)，其中i=1，2，…，m，j=1，2，…，n。
把标准答案A与考生答案B之间的相似度表示为概念相似度矩阵，并把该矩阵处理为[0,1]区间上的一个归一化相似度量。
为了考虑不同知识点对得分的贡献值，本文把不同知识点对得分的贡献值以权值λj的形式分配到模型中。λj由出题老师在出题的时候根据不同重点的知识点直接给定，其中j=1,2，…，n。通过加入权值因素，本文最终确定的主观试题自动评分结果如下：
下面我们以一个实例来介绍试题的评阅过程。设试题题干为：“计算机硬件由什么组成？”。
考生乙的答案是：“计算机硬件包括CPU、总线、内存、硬盘、键盘、显示器”。
标准答案是：“计算机硬件包括处理器、总线、存储器、输入输出设备”。标准答案关键词序列为：“计算机；硬件；处理器；总线；存储器；输入输出设备”。
考生甲的答案可表示为关键词序列：“计算机；硬件；处理器；总线；存储器；输入输出设备”。
考生乙的答案可表示为关键词序列：“计算机；硬件；CPU；总线；内存；硬盘；键盘；显示器”。
考生丙的答案可表示为关键词序列：“计算机；硬件；中文；分词；技术；语义；相似度”。
设该题总分为10，对应关键词权值序列为：“0.3；0.3；0.2；0.2”。本文把考题中出现的关键词如“计算机；硬件”按权值为0对待。最终计算结果如下：
从计算结果可以看出，考生甲得满分，符合判断结果；考生乙的答案与标准答案只有一个关键词是相同的，而其他答案只能算是与标准答案相近或者相似，最终模型给出7分，其结果基本与人工评阅结果相近；至于考生丙的答案完全与标准答案无关，但模型给出了一个很小的分值，这是因为，对于完全不相关的概念，本文认为它们之间的语义距离为无穷大，直接按照相似度为0.01处理。
为了进一步验证模型实际应用效果，本文随机抽取100道简答题进行在线测试，并与的人工阅卷结果作了对比。统计结果表明，其中完全符合的8例，不完全符合但准确率90%以上的40例，准确率在80%-90%之间的18例，完全不相关的8例，剩余26例。如果认为准确率在80%内都算合格，则有66例符合评阅要求，占总数66%，不符合要求的34例，占总数34%。其中
实际上对于与标准答案完全不相关的答案来说，经过分词处理后并没有在知识树网络结构中找到对应的节点。本文把这些词按照未登录词进行处理，同时把这些词录入到未登录词数据表中，在后续的试题管理中，由老师根据知识树网络结构需求进行处理，对于符合要求的添加到知识库中，不合要求的则抛弃，这样当下次考生给出相似答案的时候，系统会相应给出更为准确的计算结果。本文处理后剩余4道试题的评阅结果在相对误差范围内，这样符合要求评阅结果的比例上升为70%。
本文分析了目前在线考试系统自动评阅技术的现状，从知识库的构建、概念相似度的处理、语句相似度三个方面给出了主观试题自动评阅问题的详细解决方案，并详细介绍了计算机自动评阅模型的流程。在模型的设计和实现过程中以计算机基础课程为研究对象，基于试题答案的组织结构构建了专业领域知识库，并采用一种改进的多因素语义相似度算法来解决概念级相似度求解问题。实例运算结果表明，模型基本实现了主观试题的自动评阅功能。
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计算机网络课程是计算机科学与技术类专业的专业基础课，它要求学生掌握计算机网络的基本结构、基本原理，要求掌握TCP/IP协议族中的IP、TCP和相关协议。在计算机网络课程教学过程中学生普遍反映，计算机网络课程比较难学，甚至有学生不知道计算机网络到底学什么？分析其原因，我们认为主要是学生对课程学习目标不明确，剔除教师的因素，主要是由计算机网络课程的特点造成的。笔者讨论了如何将结构主义教学思想引入计算机网络课程学习之中，从而降低学生学习难度，提高计算机网络教学效果。
简单地说，计算机网络=计算机+网络。网络是由通信线路和通信设备组成的能够进行通信的系统。而计算机网络就是处理有关计算机通信的问题。
因此，计算机网络课程主要讨论的就是计算机之间如何通信的问题。计算机之间的通信由以下设备组成：计算机、通信线路、通信设备，以及网络协议。其中，通信线路多样化，有双绞线、光纤、电缆，甚至还有电话线；通信设备生产厂商也有很多，所用内部技术也不尽相同。甚至连计算机也是多平台、多体系结构。要在这样的环境下实现相互通信，需要有一套“规定的动作”，即一套协议。
计算机之间的通信遇到的问题是：通信线路、通信设备、通信技术均各不相同。为此，计算机网络采用分层思想来解决这些问题。首先借助通信技术，解决通过通信线路的通信问题；然后，通过IP协议解决网络之间互联的问题；最后，通过在IP层之上的传输层协议，解决应用程序之间的通信问题。
解决了应用程序之间的通信问题之后，接着研究几种重要而经典的应用，它们是域名系统、万维网和电子邮件，以及网络管理。其目的是方便人们使用计算机网络的功能，为人们通过计算机网络共享资源提供直接可用的工具。而前面讨论的传输层、网络层是为这种资源共享和通信提供一个基础。这就是应用层的内容。
计算机网络课程的学习内容与计算机在不同环境下进行通信所要解决的问题密切相关。大致可分为在局域网、因特网和无线环境下的计算机的通信问题。其核心内容是局域网技术和TCP/IP协议栈，即因特网技术。其内容包括通信基础、应用层、传输介质特性和网络安全技术。整个课程内容包括通信学科方面和计算机方面的内容，更多的是讨论各种协议的原理，这是计算机网络所特有的内容。
计算机网络课程教学涉及学科多，且所讨论内容与典型的计算机学科课程如高级语言程序设计有很大区别。其典型特点就是内容看似分散、无中心，涉及面广，但有一条逻辑主线可以遵循：即围绕计算机通信的不同环境来讨论相关技术问题，特别是重点讨论TCP/IP协议族。
总之，计算机网络课程是以上述所讨论的计算机之间的通信所遇到的技术方面的问题为线索来组织教学内容。
布鲁纳的结构教学观认为，“教学的最终目标是促进学生‘对学科结构的一般理解’。他要求‘不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。’他所谓的学科基本结构，是指学科的基本概念、基本原理及其基本态度和方法。而所谓‘掌握事物的结构，就是允许许多别的东西与它有意义地联系起来的方式去理解它。’”
为使学生通过课程的学习掌握计算机网络知识的基本结构，典型做法是以ISO的OSI七层模型来分层讨论计算机网络。这给初学者一个可以借鉴的模型，有助于掌握知识重点。
在新课程引入这种基于分析的方法时，如果不考虑计算机网络课程本身特点，不加以其他辅助措施，可能会造成学生初学时“只见树木，不见森林”的现象，对课程的学习目标不明确，给后续学习带来困难。
传统的课程介绍方法是大概介绍要学习的内容和学习方法，可是在学生对计算机网络的印象还只停留于上网、游戏的阶段时，该方法并不能使学生对计算机网络所学内容有比较全面的认识。
为此，我们紧紧抓住计算机之间通信的数据流或信号流，并以其为线索，粗线条地将上述计算机网络知识的逻辑主线介绍给学生，以便有利于学生初步构建起计算机网络课程知识的主干结构。同时，我们还以园区网拓朴图的方式向学生介绍建设的网络及其中用到的设备和作用，将课程主干内容串起来。这种方法较传统的课程内容介绍方法，具有如下优点：①学生对计算机网络的认识会超出其已有经验，因而引起对新内容的好奇和兴趣；②学生对计算机网络课程学习目标有所了解；③学生对计算机网络的学习可以借助这种系统性的方法，加深对计算机网络具体知识的整体性理解。
这就是在课程整体内容上的结构主义教学观：先引入性地将整个课程内容作简要介绍。
在具体章节教学上，按结构主义教学观，首先介绍所学内容基本结构，然后是该知识模块在整体中的位置及作用。如在组织“PPP协议”的教学时，首先，必须理清这个协议所用的网络拓朴结构：计算机通过点对点信道接入网络；其次，了解这段信道通信存在什么问题。重要的是，在组织教学时把PPP协议相关知识组织到计算机网络的系统知识中，而不是孤立地介绍“PPP协议”的知识。这样，更有利于学生的掌握。
在引入了课程知识逻辑主干之后，课程后续内容的学习就比较好组织了，而且也符合结构主义教学观点。关键是使学生了解课程学习的主要内容，有较明确的学习目标，从而提高其学习积极性。
文献2在第1章“概述”中介绍了计算机网络的作用、因特网概述、因特网组成、计算机网络的类别、计算机网络的性能和计算机网络体系结构。同时将电路交换和分组交换技术在概述中说明。“概述”中并没有对计算机网络的逻辑主线加以说明。因此，对于初学者，这样的介绍使其学习难度增加。
文献3在前言部分简要叙述了各章标题，在第1章“计算机网络概论”中介绍了计算机网络的形成与发展、计算机网络定义与分类、计算机网络结构、计算机网络的拓朴构型、分组交换技术的基本概念、典型的计算机网络、网络计算研究与应用的发展，从历史和系统的角度对计算机网络作了比较全面的介绍。但对于初学者，要他们一开始就学习分组交换技术，特别是对于毫无通信背景知识的计算机专业学生还是比较困难的。
文献4在前言部分介绍了各章主要内容，以此作为指路牌，将全书编写方法作了介绍，这有助于读者了解全书大概内容，帮助读者确定学习目标。并且在第1章讨论了现实构建网络的要求、方法，以及计算机通信的特殊问题：应用程序之间的通信。概述着重从原理上来说明网络技术。对于初学者而言，缺少比较直观的、能使之建立起有关计算机网络的“认识结构”的内容。因此，会给初学者留下许多的“为什么”，不利于建立起整体性的初步的认识。
文献7在前言中也对各章内容进行了简要介绍。在第1章的介绍中，概述了计算机网络的使用、网络硬件、网络软件、参考模型、网络实例、数据通信服务实例、网络标准化等，最后一节概述了全书轮廓。作者在第1章花了大量篇幅介绍计算机网络的历史和应用。文献7没有明确给出计算机网络要学习的主要内容，而且有些内容的介绍比较突兀，使计算机专业的学生感到比较难懂。
从上述国内外影响比较大的计算机网络教材对学习内容的介绍与引入的情况来看，各有特点。有些教材先为初学者作一些概述性的介绍，有些教材从内容的广度和实用性进行了说明。从布鲁纳的结构主义教学观点来看，那些对计算机网络整体性、框架性的介绍更有助于学生形成对计算机网络学科知识的初步的、整体性的图像，更能让学生明白要学习的内容，减轻了初学者的学习难度。根据结构主义心理学说，这有助于学生主观上形成一种新的对计算机网络的“认知结构”。
学习的目的是为了解决问题，而问题有界定清晰的问题和界定含糊的问题。如高级语言程序设计属于界定明晰的问题，学生学习这样的课程很清晰其学习的目标是什么。像计算机网络这样的课程，其内容就比较含糊，学生对于这样的课程，学习目标不是一目了然。因而，课程之初的引导与概要性的简介尤为重要。
布鲁纳的结构主义教学观的理论基础是结构主义心理学。结构主义心理学认为：人对客观事物的认识过程，不是什么“尝试错误”的过程，而是主观上有一定的“认知结构”，并以图式、同化、调节和平衡等形式表现出来。
对于刚开始学计算机网络的学生而言，对网络的感性经验很少，并没有很多机会看过网络中心，接触过交换机和路由器等网络设备。他们接触的网络可能主要是家里通过ADSL上网或网吧上网，对网络的“认知结构”非常局限。因此，老师需将计算机网络的基本原理和主要概念教给他们。
在课程学习之初就将课程主要内容介绍给初学者，不但可引导他们建立起初步的对计算机网络不同于其感性经验的“认知结构”，而且，还能引起初学者的好奇心。更重要的是，这样一种介绍给初学者提供了将课程内容串起来的逻辑主线。
“儿童的智力发展表现在内部认识结构的改组与扩展，它不是简单的由刺激到反应的连接，而是在头脑中不断形成、变更认知结构的过程”。“认知结构”的改变最终需要由学生主观努力才能完成，但这种富有启发性的介绍可以引起学生的兴趣，有助于他们从原来的认知结构向新的认知结构的迁移。
因此，用上述计算机网络的逻辑主线来引入课程主要内容，不但没有违背循序渐进的原则，反而为循序渐进地学习计算机网络课程内容建立起初步的框架；而且也符合结构主义心理学所揭示的人的学习过程。这样一种在课程学习之初即引入课程主要内容的做法，还可以用于其他界定明晰的学科的学习中。
我们在计算机网络课程教学之初便引导学生明确计算机网络知识的逻辑主线，教学效果较好，降低了学生学习的难度，而且学生对后续内容的学习也有了比较明确的学习目标。在课程后续学习中采用结构主义教学观还需要作进一步的探讨。
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随着公路建设的大力发展，计量支付、变更申报、分包结算等工作也越来越规范，对概预算编制的要求也越来越高。为提高教学水平，提升高职公路工程造价专业毕业生的适应能力，很多院校都开设了公路工程概预算这门课程。该课程是高职公路工程造价专业的一门必修课，课程围绕《公路工程基本建设项目概预算编制办法》讲解公路工程概算预算的编制。然而在教学过程中，很多院校依然是采用课堂教学、课程设计和软件实训顺序进行的模式。且以课堂教学为主，导致实际教学效果达不到预期目的。本文基于湖南交通职业技术学院公路工程概预算课程教学经验，提出了一些教学改革设想。
公路工程概预算是一门基于理论，围绕概预算编制，面向专业造价软件的课程。出于教学考虑，常用的教学模式是逐一讲解理论和相关规定。但是这个理论讲解过程比较长，基础较差或者耐心欠缺的同学往往会感觉枯燥，不知道所学的内容如何实施运用。由于教学都围绕课堂教学开展，讲解实际操作时学生则会习惯性地认为枯燥难懂从而兴趣不大。从而导致实训成为了课堂教学的附属部分。
现行考核方式为平时与实训成绩占50%，考试成绩占50%。在实际教学过程中，教师很难区分大多数沉默的同学，也无法完全辨别课程设计的抄袭与否。而在试卷里又难以体现软件的使用情况，从而导致理论知识的考核成为了重中之重。这样的结果与最初的培养目标是背道而驰的。
在制定教学标准时，要坚持课堂教学和与实训并重。在教学内容方面上，不再是以书本为主，而是以实际操作流程为主。将理论知识的讲授穿插于课程设计与上机实训之中，而非置身于书本之中。
按实操流程融合课堂理论教学与实训。将实际操作分解成若干步骤，以步骤建立模块，然后将理论知识融入各模块。实训完毕，课堂教学也同时完成。首先，教学不再以各章节为准，而是以实践操作的各模块为准。学生在一开始就被告知每个模块的任务，任务不应被描述得很复杂，应当描述得很具体。如果任务较多，可以将模块继续细分，直到学生可以明确地了解各模块的任务指向为止。其次，不应当让学生致力于咬文嚼字和理论计算，本课程的计算相当繁琐但难度极小，只要结合实际操作就很容易理解各种计算。在教学中应当以各表之间的关联为重点，让学生知道前后数据之间的引用和相互关系。无论实在教学中还是最后的考试中，纯理论都不应以计算为重点。最后，教师应当导引学生对所学模块的思考，要让他们明白所学的这部分理论应当如何用在整体编制中。而不是让学生盲人摸象，学完以后没有办法将各模块串联起来，从而导致无法编制出一份完整无误的概算或者预算。
科学合理的评价方式，可以更好地反映出教学中存在的问题。学生的成绩应包含三个部分：一是平时学习分，教师应对学生的考情、作业、问答、小组参与程度非常了解。要经常与学生进行互动，以此考察学生在小组学习中的参与情况；二是实训分，实训分数的判别标准很简单，能够得出结果即用软件作完概预算就算合格。但是也要注意在此处加强答辩，即每一位同学都应带回答一些基本问题，以防止学生之间的相互抄袭；三是考试分，还要注意两个问题：建立考试题库和练习题库。三者之间的比例建议为：30%、40%、30%。
公路工程概预算是一门应用性很强的课程，应当培养学生快速适应相关岗位的基本能力。通过教学与实训相融合模式，可以避免传统教学模式的不足，让学生更好更快地掌握相应技能，适应社会对高职学生的需求。
中学历史知识主要包括反映历史发展的基本过程和基本特征的重大历史事实、基本历史概念、基本历史线索和基本历史规律等内容[4]。对历史知识的理解（或者说解释）和重构，主要目的是要帮助学生建立一个比较清晰的历史学科体系、理解历史知识的内涵和作用、掌握基本的历史思维能力、学会运用历史知识解决现实问题的实践技能。
思维和体验的结合赋予历史知识以“活”的灵性和生动。因此，要正确理解和重构历史，我们就必须从主体的思维和体验两个维度出发，帮助学生把握正确的历史概念，厘清历史发展的基本脉络，发掘史实、史料、史论的历史价值，探寻理解历史的基本思维方法，在体验情境再现的经历感悟中找到一条符合历史理性的解构之路。而这一充满理性、满怀激情的“旅程”，至少包含这些特征：必须是以学生获得知识的丰盈、思维的活跃、生命的发展为根本旨要；必须是一种使人感到愉悦的、富有意义的、饱含激情的且高屋建瓴又平易近人的亲历体验；必须让学生领略到探究历史问题沿途的秀丽风景、体验历史场景下的真实意味、感受冗杂史料中梳理考证的乐趣……
学科概念是组成本学科知识体系的“筋骨”，是表述学科属性的基本“基因”，每一门学科的思维活动都需要学科概念在中间“牵线搭桥”，离开了概念的学科，就不能称之为学科。历史学科的概念是“人们在适量的历史表象基础上抽象概括而成的，可以深刻地提示历史的内在联系，提炼相关内容的历史特征”[5]。掌握好历史概念是学好历史的基本要求，是剖析、理解历史的基本手段。因此，我们必须树立概念教学的目标意识、方法意识和能力意识，努力在概念的内涵和外延中揭示意蕴、理解历史。
比如，在“近代中国经济结构变动”一课中，涉及到的基本历史概念颇多，且易误解。既有自然经济、洋务经济、民族资本主义经济等一级概念，也有像民用工业、军事工业等二级概念。正确理解这些概念可以说是学好这一课的关键。对于不同概念的解读可以通过不同的方法，如自然经济的概念，可以基于基本的历史史实，通过展示小农经济生产的基本史实来让学生概括；又如民用工业、军事工业的概念，可以用类比整合的方法，即类比两类企业的不同特性，分析两者的不同点，从而类比出概念的不同含义。又如民族资本主义经济的概念可以通过事例法，即透过某一民族资本主义企业的兴衰史，归纳概念。一定的历史概念总是和一定历史时期密不可分，在解读概念的时候还要注意概念的时间属性。
普通高中历史课程标准把课程目标定义为“知识与能力、过程与方法、情感态度与价值观”。以本课为例，课程标准要求是“简述战争后中国经济结构的变动和近代民族工业兴起的史实，认识中国资本主义产生的历史背景”。本课的核心知识是“民族资本主义的产生”，教学目标可以设定为：通过学习自然经济的逐渐解体，认识到列强侵略既破坏了传统经济结构，给中国人民带来深重灾难，同时也客观上为中国民族资本主义的产生创造了条件；通过学习洋务运动的内容，分析洋务运动失败的原因及其影响，认识到洋务运动客观上推动了中国社会的发展，为民族资本主义的产生提供条件，是中国大规模近代化实践的开端；通过学习中国民族资本主义的产生，认识到近代民族工业产生的历史艰难，探讨民族工业在推动中国近代化发展中的作用。
对历史事实的描述和叙述我们称之为历史文本。历史文本和历史真实之间，往往受时代、阶级、方法、史料的局限，总是和真实之间“格格不入”，或是“擦肩而过”。可能今天看似公认的“定律”，在明天就可能因为新材料（考古发现）的发现而成为“过去式”。但是，在追寻历史真实的过程中，人们也形成了合理的理解方式，或者说叙述历史的方式，我们习惯于将这些方法论意义上的思维方法叫做史观，即我们认识、理解历史的角度。
人教版教材将“近代中国的经济结构变动”置于“资本主义世界市场形成和发展”专题之后本身就是一种对历史知识的建构。实际上，教材编写者在文本叙述时更多的是站在全球史观的角度，即站在人类历史的横向发展上，将世界看成了一个有机整体，把中国经济结构的变动看做是西方工业文明主导下的世界市场形成过程中的一部分。在具体内容的组织上，编写者又转向了现代化史观，即从中国考量农业文明向工业文明转变中的经济现象。
事实上，如果我们能从不同的角度看历史，我们就可以更加豁然地引领学生来看待历史的发展，坦然地引入学生从更宏观的层面理解历史事实的真实价值，淡然地引导避免只会用“唯物史观”“革命史观”单一地看问题。
历史是今天和昨天的对话，是当下和过去的会话。真实的历史早就淹没在汗牛充栋的故纸堆中，失落在烟波浩渺的历史长河里，埋藏在尘封已久的秦砖汉瓦下。我们今天理解历史，只能是通过历史记载、文物资料来还原、重构历史。因此，要接近真实的历史就必须从史料论述出发。关于近代中国经济结构的变动的史料论述多如牛毛，如何取舍就显得非常重要。本课中，为了使学生更好地理解19世纪40年代中国自然经济解体和60年代洋务运动的基本情况，笔者选取了当时的两份奏折，既拓展了历史知识的深度，又便于学生更好地了解当时的真实情况。
奏折一：……今自夷人来厦开市，……兼运洋布洋棉，其物充积于厦口。内地商贩，皆在厦运入各府销变。其质既美，其价复廉，民间之买洋布者，十室而九。由是江浙之棉、布不复畅销，商人多不贩运。而闽产之土布、土棉，遂因之壅滞，不能出口。
奏折二：……况今日和议既成，中外贸易有无交通，购买外洋器物，尤属名正言顺。购成之后，访募覃思之士，智巧之匠，始而演习，继而试造，不过一二年，火轮船必为中外官民通行之物；可以剿发捻，，可以勤远略。
教师在运用史料论述时除了要坚持论从史出、史论结合的原则外，恰当合理地借鉴与教学内容相关的史学观点，也能加深学生对历史问题的理解，开拓学生视野，提高历史素养。
著名历史学家陈旭麓先生以近代中国社会的新陈代谢理论体系蜚声学界，其诸多论述已成为经典。以本课为例，笔者就发现陈氏有两段论述颇为精彩：
论一：“人们多注意1840年的划时代含义，实际上1860年同样是一个重要的年份，就社会观念的新陈代谢来说，它比1840年具有更加明显的标界意义。”
论二：“洋务运动，就其主观动机而言，他们未必有真心打破旧轨，但他们的主张却历史的包含着逸出旧轨的趋向。”[6]
如果从培养学生的史证意识出发，立足于在理解历史知识的基础上，让学生掌握分析历史结论，阐释、解释、论证历史观点的能力出发，我们可以以下问题为突破：比如论1可以设问为：“能够论证这一观点的史实有哪些？”“为什么1860年比1840年具有更加明显的标界意义？”论2可以设问为：“‘他们未必有真心打破旧轨’指的是什么？‘但他们的主张却历史的包含着逸出旧轨的趋向’指的又是什么？”这样的理解便于学生更好地认识19世纪60年代洋务经济和民族资本主义经济产生的思想背景，理解洋务运动在中国近代化中的作用。如果要放到更广阔的时间段、更宽广的空间里，可以把视线年代两个时间点，比较两个时代的不同，从而站在时空的更高处思考历史问题。值得注意的是，历史论述的运用必须要避免以论带史的错误倾向。
史学大师陈寅恪先生认为：“吾人今日所据之材料，仅为当时所遗存最小之一部，欲借此残余断片，以窥测其全部结构，必须备艺术家之欣赏古代绘画雕刻之眼光及精神，然后古人之说之用意与对象，始可真了解。所谓真了解者，必神游冥想，与立说之人，处于同一境界，对于其持论所以不得不如此之苦心孤诣，表一种之同情，始能批评其立说之是非得失，而无隔阂肤廓之说。”[7]要像古人一样“神游冥想”，还得创设合理的历史情境、再现事实发生的场景。
本课中的主要历史事件都集中在19世纪40年代和19世纪60年代两个历史时段，为了让学生更加真切地感受到“当时”历史在思想、政治、经济领域发生的一系列变化，身临其境地深入到历史的意蕴中去，笔者设置了两个“历史镜头”，结合图片史料，巧舍历史记述，形成了如下两张投影：
让学生在感受图片中的场景后，说出镜头所包含的历史信息。由于场景设置的“生动逼真”，学生很快就对本课的两个关键时间段有了较为全面深入的理解。
除了以史料带出情境外，角色扮演在本课中也不愁没有“市场”，比如说“民族资本主义产生”，笔者就进行了尝试：“假如穿越时空隧道，回到19世纪六七十年代，你是一位手中拥有一定资金的商人（或者地主、政府官员、手工作坊主），此时你是把资金用于买房置地还是于办企业？请说出你的理由。”“假如你想办企业的话，你会选择在哪里办厂？于什么行业？为什么？”看似熟悉的甚至有些老套的问题，只要合适，仍然是有生命力的。创设合理的历史情境，可以拉近今天和昨天的距离，可以使学生在体验中提升历史智慧，获得情感、态度、价值观的升华。
余英时先生把“解释”一词理解为“explanation”与“interpretation”两词，前者“的作用是将许多孤立的史实的真正关系寻找出来，使历史事件成为可以理解的”；后者“则是人所加予历史事实的一种主观看法”[8]。钱钟书先生也提出：“史家追叙真人真事，每须遥体人情，悬想时势，设身局中，潜心腔内，忖之度之，以揣以摩。”[9]可见，对历史史实的理解和重构不可避免地会带有“主观化”的倾向。主观臆断、以论带史、孤立“不相往来”诸如此类的问题时常在我们解构历史时，横加阻挠，迷惑混淆，使我们离“历史的真实”愈来愈远。
历史理性自然是需要守望的，它赋予我们的是科学的严谨和艺术的张力。价值判断、文化认同、人文素养等一系列有关价值诉求的要素，都需要我们超越历史知识本身，用“自己的心灵去捕捉历史的精神”。理解和重构，仅仅是历史课堂这一激情旅程中的其中一环。“一切历史都是当代史”，以史为鉴，获得历史精神不可或缺。
许倬云先生有云：“历史的镜鉴就是你能从经验里面汲取一些可以超越自己局限的东西，让自己看事情看得明白，就是智慧了。历史是经验，经验是知识。知识之中，抽离出来的东西变成了智慧，这就是有用的东西了。”[10]“历史固然不会如重放旧电影一般的重现，从人类在历史上累积的经历中，人类的足迹是可以提撷对人类整体更清晰的了解，从而对于自己也更有自知之明。尤其‘知道自己’这一点，才是‘以史为鉴’的线]我们不仅要让学生知道洋务运动的基本理路，同时还要让学生产生“洋务运动迈开中国经济近代化第一步的艰难”；不仅要让学生知道中国民族资本主义产生的“先天不足、后天畸形”，更应该使学生体会到民族工业发展的困境和动力……
只要我们体会历史的精神价值，并将其转化为观照当下、昭示未来的历史理性，以史为鉴，我们就能在“真实历史”的维度下，形成对历史现象、历史概念、历史规律、历史叙述和历史方法的本质性的、理性的认识，就能在历史和存在之间找到合理的平衡，生成正确的历史观念和价值理性，从而回归理性的教化，达至历史的智慧。这可能正是历史教育必须坚守和超越的底线吧！
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现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8 ~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70 ~ 80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”, 从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（3） 突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
l 智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l 提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l 联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l 反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l 系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l 组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l 知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链” 并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
（1） 采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2） 时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线） 适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4） 反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5） 基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6） 加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7） 把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（Train de la Grande Vitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（Free Form Feature Modeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的Free Form Feature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的Free Form Feature Modeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UG V14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-if Alternative Value Engineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
（1） 根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼线 机车车身三维造型 图5 机车车身二维投影图
（5） 对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature / Curve / Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。
（6） 机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力, 这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。
（7） 三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。
[1] 齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框。
