DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 随着Web数据源的不断丰富和互联网技术的不断提高，Web数据集成技术得到了前所未有的发展。这使得人们获得的Web信息资源大量增加，方便了人们的工作和生活。于此同时，集成来自不同数据源的数据是开发Web大数据应用的重要任务，现行的数据管理应用常常从多个异构Web数据源集成数据，以构建或补充特定领域或多领域的知识库。另外当前的数据集成系统在进行数据交换时至少要解决两方面的问题：一方面是对于映射实例层的研究，主要研究内容是如何寻找无冗余的数据交换解。另一方面是对数据集成过程中模式层的研究，主要涉及映射规则的生成、选择及优化 [ 1 ]。 首先，数据交换问题(data exchange problem) [ 2 ] 最初是由Fagin、Kolaitis等人提出的并且现如今大部分关于数据交换的研究皆是以此为基础研究而来，即数据交换是在源模式下获取结构化数据，并创建目标模式的实例以尽可能准确地反映源数据的问题。其次他们还给出了一个代数规范，该规范在数据交换问题的所有解决方案中选择一类我们称之为通用的特殊的解决方案。且通用解决方案能够很好的解释源和目标数据。它代表了所有可能的解决方案的整个空间。 其次，针对数据集成中的模式映射的问题。如文献 [ 3 ] 模式映射可分为模式匹配和映射生成两步。模式匹配的目标为发现模式元素间的对应关系，映射生成的目标为产生符合模式语义约束的元素集与元素集之间具有蕴含或相等关系的逻辑表达式。其关键在于如何从大量的潜在的映射规则集里面选择一些能最好的解释源数据库和目标数据库的映射规则，并且要尽可能地减少目标数据库里面的数据冗余度。如文献 [ 4 ] 提出了一种基于概率软逻辑(PSL)的方法来解决模式映射问题。即在给定元数据约束和数据实例的情况下，从潜在映射空间中选择一组最佳映射。但是该方法通常针对小型映射场景有比较好的性能表现，然而针对大型的映射场景就显得有些乏力，并且该文献里面并未过多地详述初始映射规则集的由来。 本文的研究重点主要集中在初始映射规则集上，实际上模式映射就是一系列从源表到目标表的对应关系的声明性规范，通常采用一阶逻辑。它们构成了关键的数据可编程原语，也使数据库用户能够在大型的共享数据库上使用编程工具来设计映射规则。与此同时，在大多数研究异构或者异源的数据集成问题中，数据库管理专家不可避免的会在考虑这些数据集的不同的映射规则集的前提下对这些不同来源且异构的数据集进行设计、实现以及运用来达到数据集成的目的。此外映射规则还通常在企业IT和一些其他的大数据领域得到广泛的运用。例如在企业IT中，数据分析师(也叫工程映射的开发人员)需要预先定义要访问或集成的不同来源的数据的模式之间的工程映射(数据转换模式) [ 5 ]。通过这种预定义，也就意味着对于每个不同的应用来说，这些映射规则都是被精确定义和测试的。目前已经有许多文献对工程映射相关问题进行了研究，首先能想到的就是使用可视化的图形界面来让使用者设计映射规则。就如文献 [ 6 ] [ 7 ] 中提到的一样，该文献提出了几个基于图形界面的映射设计器，这些映射设计工具能帮助数据分析师以通俗易懂的符号设计不同模式的数据库表之间的映射规则。然而以上提到的解决方法的一个主要的缺点就是，依靠图形语言生成的可编程语言或查询语言中的映射规则都依赖于特定的映射生成工具。因此，同样的图形语言规范可能会被两个或多个不同的映射生成工具转换为不同的、无法比较的声明性映射规范，从而使得两边数据库不一致。为了解决这种数据不匹配问题，在文献 [ 5 ] 中提出了模型管理操作符，以提供一种通用的映射设计器，该设计器可以适用于多种数据可编程性的工具，然而该模型管理系统仍然仅仅适用与专家用户。其次就是依靠具有代表性的数据实例 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 来生成用户心目中所想的映射规则。即先由熟悉模式映射语义的专家用户提供一组源和目标实例。再通过对这些实例进行分析来生成规则集。但是，这些数据实例通常被预先假定为当前映射的解决方案和所有其他解决方案的典型代表。尽管由于上述方法在映射生成方面取得了一定的进展，但它们都有一个共同的特点，即它们都是面向专家用户的。这些用户通常都熟悉映射生成工具，并拥有完备的数据转换领域、映射的基本语义及其解决方案的知识。最终使得他们能够独立的设计较好的数据库查询代码或编写定制的代码。 正如文献 [ 5 ] 所讲述的一样，映射规则集的另一端通常是终端用户，他们通过挖掘异类数据源、Web大数据、科学数据管理以及某些特定领域中各类型数据之间的关系来构建映射实例。一方面，构建映射实例的关键在于设计查询规范，然而查询规范对于非专业用户来说具有挑战性，并且比执行查询本身 [ 11 ] 更耗时。我们认为设计映射规范对这样的用户来说更加困难，这是因为映射包含了许多复杂的查询之间的语义关系。尽管近年来在非专业用户的查询规范方面做了很多努力 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]，但这些文献的研究成果对非专业用户来说并不适用。另一方面，越来越多的普通用户每天都要面对基于用户驱动的数据探索场景，例如文献 [ 15 ] 里面提到的几个具有代表性的数据空间项目。因此，针对这类用户相关的映射规则的设计就变得十分有必要了。 最后，为了解决上述已有研究存在的部分问题以及结合实际的地产大数据项目需要。本文在结合原有的文献的研究基础上提出了一种改进的基于数据实例(后文也叫做范例)的用户交互式映射设计方法。该方法使用范例元组做引导，对应于非专家用户提供的数量有限的元组。通过用户与这些元组之间简单的布尔交互来挑战用户，这些布尔查询问题旨在驱动用户所想到且事先未知的映射的推理过程。
system: [SYSTEM]

user: 3. 相关概念 本节简单介绍了本文中所使用的各种概念，具体定义如下： 概念1. 数据模型 给定两个可数的不相交的有限的常量集合C和变量集合V，另外假设一个双射函数 θ ¯ ，假如 θ ¯ ( x ) = c 且 c i ∈ C 是与变量 x i ∈ V 相关的常量，那么 θ ¯ − 1 ( C ) = x 。以及一组属性 { A 0 ， A 1 ， ⋯ } 和一组关系 { R 0 ， R 1 ， ⋯ } ，每个关系R都有对应于属性的关系模式 R ( A 1 ， ⋯ ， A K ) 。模式S可以由若干关系构成，即 S = ( R 1 ， ⋯ ， R n ) 。关系 R ( A 1 ， ⋯ ， A K ) 的实例表示为一个有限元组 R ( A 1 : V 1 ， ⋯ ， A K : V K ) ，其中 V i 可以是常量也可以是不确定值即变量。模式S的实例是该模式包含的所有关系实例的集合。在一个关系R上的元组有如下的形式， R ( c 1 ， ⋯ ， c n ) ，其中 c i ∈ C 。同理原子有如下形式， R ( x 1 ， ⋯ ， x n ) ，其中 x i ∈ V 。 概念2. 依赖关系(模式映射关系) 一个映射是一个形如 M = ( S ， T ， Σ ) 这样的三元组，其中S是源模式，T是和源模式S不相交的目标模式。Σ是一组建立在源模式S和目标模式T上的候选映射规则集tuple-generating dependency (简称tgd)。tgd是形如 φ ( X ¯ ) → ∃ Y ¯ ， ψ ( X ¯ ， Y ¯ ) 这种形式的一阶逻辑公式，其中 X ¯ ， Y ¯ 代表含有变量的向量， ψ ( X ¯ ， Y ¯ ) 和 φ ( X ¯ ) 是原子公式的合取式且 φ ( X ¯ ) 只含有 X ¯ 中的变量，此外， φ ( X ¯ ) 和 ψ ( X ¯ ， Y ¯ ) 还可包含形式为 V i = V j 的等式， V i 和 V j 都是变量。 若 φ ( X ¯ ) 和 ψ ( X ¯ ， Y ¯ ) 分别为源模式S和目标模式T上的公式，则该依赖关系为源到目标依赖关系(source-to-target tgd)。若 φ ( X ¯ ) 和 ψ ( X ¯ ， Y ¯ ) 均为目标模式T上的公式，则该依赖关系为目标依赖关系(target tgd)。需要说明的是本文只考虑source-to-target tgd (简称s-t tgds)，其中φ中的原子来源于关系S，ψ中的原子来源于关系T。另外本文也只研究GLAV [ 17 ] 映射，其中的tgd可以包含多个在φ和ψ中的原子。 概念3. 范例元组 通常范例元组是由非专家用户提供的一对输入对其形式如下：(E S ， E T )，E S 代表源实例，E T 代表目标实例。并且请注意，用户提供的范例元组可能跟最初的映射规则不是特别匹配，甚至与用户所想的的映射场景M不一致。此外，范例元组不应该是需要推断的映射规则的解决方案或通用解决方案。 概念4. 初始映射规则 本文中需要被优化的初始映射规则是建立在非专家用户提供的初始范例元组的基础上的，假设与(E S ， E T )相关的初始映射规则tgd是形如 φ → ψ 这样的形式，其中 φ = θ ¯ − 1 ( E S ) ， ψ = θ ¯ − 1 ( E T ) 也就是说左侧φ是由E S 构成，其方法是通过φ里面的原子配对物取代E S 里面的所有元组，并且用变量取代常量。同理右侧ψ也可以通过类似的原理得到。 概念5. 同态和通用解决方案 假设E S 和 E ′ S 是同一个模式上的两个实例，实例之间的同态 h : E S → E S 需要同时满足以下两个条件： 1) 对于每个每一个属于 E ′ S ∪ E S 中的常量c，有 h ( c ) = c 。 2) 对于每一个在实例E S 中的 R ( c 1 ， ⋯ ， c n ) ， R ( h ( c 1 ) ， ⋯ ， h ( c n ) ) 在E S 中。 对于一个映射M和一个实例E S ，如果E T 是一个通用解决方案那么其必须满足以下条件： 1) E T 首先必须是实例E S 的一个解决方案。 2) 对于每个别的方案 E ′ T ，存在一个同态 h : E T → E ′ T ( h ( c ) = c ， c ∈ constants ( E T ∪ E ′ T ) )。 概念6. 分裂减少映射(split-reduced)和σ冗余映射(σ-redundant) 将一个tgd拆分为多个逻辑上等价的tgd并且这些tgd的右边不存在相同的存在量词，那么这就满足了分裂减少映射的定义。标准的定义如下： 1) 假设σ是形如 φ ( X ¯ ) → ∃ Y ¯ ， ψ ( X ¯ ， Y ¯ ) 这样的一阶逻辑。 2) 不存在形如 σ 1 : φ 1 ( X ¯ ) → ∃ Y ¯ 1 ， ψ ( X ¯ ， Y ¯ 1 ) ， σ 2 : φ 2 ( X ¯ ) → ∃ Y ¯ 2 ， ψ ( X ¯ ， Y ¯ 2 ) 这样的tgds使其满足 Y ¯ 1 ∩ Y ¯ 2 = ∅ 且 { σ } ≡ L { σ 1 ; σ 2 } σ冗余映射的主要目的就是排除映射规则集中多余的重复定义的规则，其标准定义如下： 1) 假设 M = ( S ， T ， Σ ) ， σ ∈ Σ 。 2) Σ \ { σ } ≡ L Σ 。 概念7. Chase算法 Chase算法的核心思想可以归纳为以下两个步骤： 首先，依次查看每条映射规则并将约束条件依次应用到初始的源数据实例上。其次，根据相应的映射规则计算出源数据实例的解决方案并使其能够满足规则所有的约束条件。
system: [SYSTEM]

user: 5. 实验验证 5.1. 数据集 本文首先，将从中国土地网、安居客、房天下等房产信息网站爬取的300多万条数据，经过垃圾清理、冗余信息删除两个预处理过程后得到的数据集作为本文实验的基本数据集。其次，为了更好的验证本文所提出的映射系统的有效性和可行性，我们又从以上数据集中筛选出部分典型的房产信息数据构建实验数据集。最后，借助映射设计工具iBench [ 21 ] 人工模拟了几个映射场景，这些映射场景能够基本满足本文对范例元组的要求。 5.2. 实验设置 本文的实验目标主要有两个：第一实验评估出与最终用户交互较少的映射空间探索策略。第二实验评估出本文方法的可行性。 为了实现以上实验目的本文首先人为模拟了5个映射场景，并且以这5个场景为基础来构建范例元组。此时的范例元组可以看成是由一个完美的用户所提供即这些范例元组所包含的映射规则就是用户心中所想的完美映射规则。 其次，针对以上范例元组人为引入歧义或者错误，以此来模拟非专家用户所提供的范例元组的情况。本文将此操作定义为两次退化具体方法可以通过如下例子来说明： 例4. 假设任意一条规则s所产生的实例如下： E S σ = {J(f1， f2， f3， a1); K(a1， f4， f5)}和 E T σ = {J 1 (A6， f3， f1， a2); K 1 (a2， f4， f5)} 第一次退化首先在 E S σ 中随机选择一个元组进行复制，然后在该元组内随机选择一个常量并且用一个新的常量代替它，最后将这个新的元组加入到 E S σ 中。第二次退化主要是针对连接的即首先随机选择两个出现在 E S σ 中的常量，然后在 E S σ 和 E T σ 的范围内找到其中一个常量出现的所有位置并且用另一个常量代替这些位置上的常量值。综上最后得到退化后的实例如下： E S 1 σ = {J(f1， f3， f3， a1); K(a1， f4， f5); J(f1， f3， f3， a1)}; E T 1 σ = {J 1 (A6， f3， f1， a2); K 1 (a2， f4， f5)} 其中黑色下划线表示退化的地方。 最后以上面的阐述为基础给出如下表6。 Table 6 Experimental mapping scenari 场景序号 |Σ| N ¯ Q ¯ A1 10 1.2 2.8 A2 86 1.3 0.35 A3 6 3.5 1.3 A4 15 1.5 2.5 A5 12 1.5 3.9 表6. 实验映射场景 其中|Σ|代表每个映射场景所包含的tgds的总的数量。 N ¯ = ( N v / | V | ) × 100 % ，其中Nv是tgds中每个不同变量v出现的次数总和且 v ∈ V ，V是tgds中不同的变量的集合。同时随着退化的持续进行 N ¯ 会发生改变。 Q ¯ = ( P / S ) × 100 % ，其中P代表系统处理一个映射场景时与用户交互的总次数，S代表该映射场景所包含的全部tgd的数量。 5.3. 实验结果 图3中横轴表示 N ¯ ，纵轴表示 Q ¯ 。从实验结果图3我们可以观察到除了场景A3以外，在其它的场景中都能观察到系统与用户之间的交互次数与 N ¯ 存在很强的线性相关性，换句话说就是本文提出的方法在实际的映射场景中具有可行性，因为系统与用户的问题交互次数并不会因为范例元组的增加而剧烈增长，而这也保证了本文方法的高效性。 其次还可以观察到在每个场景中，自上而下广度优先的映射空间探索策略所表现出的线性相关性要强于自下而上广度优先的映射空间探索策略。也就是说在实际的运用中我们应当采用自上而下广度优先的映射空间探索策略，因为此时算法的效率最高。 图3. 实验结果图
system: [SYSTEM]

user: 6. 结论 首先，本文分析了目前存在的一些适用于普通用户的映射设计工具，从中发现其不足并在已有研究的基础之上设计了一个适用于非专家用户使用的映射设计系统。同时本文所设计的系统的主要工作原理就是，对由非专家用户提供的范例元组先进行规则的预处理，然后再将预处理后的规则输入到本文所设计的系统里面，经过原子优化(即原子的分解与选择)和连接优化(排除tgd中变量之间不相关的连接)两个步骤后最终输出更符合用户心中所想的映射规则。 其次，本文以Web地产数据集为实验数据，通过对数据的简单预处理和集成后人为的模拟了5个映射场景对本文提出的方法进行了实验，验证了本文方法的可行性。当然本文也存在不足的地方，比如在设计探索空间策略的时候可以考虑使用机器学习的方法，或者在用户交互阶段可以设计出相关的错误接受机制而不是简单的回答不能。
system: [SYSTEM]

user: 摘要 课程思政以构建全员、全过程、全课程育人格局，形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育的根本任务的一种综合教育理念。论文探索如何将课程思政教育理念逐渐融入电类专业的专业课程教学中，并且通过提高教师的思政意识，合理的选择教学方式和教学手段，对学生进行思政教育，实现全员育人和全过程育人，并将思政教育的内容逐渐融入课程评价体系中，推动“课程思政”在我国高校的电类专业课程中的实际应用和持续发展，培养学生的爱国主义的热情和民族自尊心和自豪感。
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 2016年12月7日，在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记发表了重要讲话，提出了“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”将德育元素融入高校专业课程教学，实现全课程育人 [ 1 ]。课程思政作为一个科学的先进的教学理念，同时能够将各个学科的课程教学和思想政治教育进行有机融合，切实推进以德树人的教育理念，提高学生的思想道德水平。我校在电气工程及其自动化专业核心课程中，积极探索“课程思政”教育改革实践，取得比较好的成果。
system: [SYSTEM]

user: 2. 教师课程思政的培养 通过对高校学生思想政治状况的调查结果表明，对当代大学生思想、言行和成长影响的第一因素是专业课教师，因此在专业课教学中对学生进行思政教育，应该成为对学生思政教育的主战场和主阵地，专业课教师要想在课程教学中对学生进行思政教育，必须努力提高自己的思政意识和思政能力。为此，学院注重专业课教师的思政教学能力的提升，思政教育有其不同其它学科的特点，有特定的要求和规范的用语，具有严肃性等，故在专业师资培养上，应重视专业教师思想政治理论的学习，以及专业课程中思政教学能力的提升，通过专题培训，教学研讨等活动，帮助教师以合适的方法开展课程思政，实现专业课程与思政教育的有机融合，引导授课教师加深对立德树人根本任务和学生价值观塑造重要性的理解，提高其对课程思政建设的认同感和使命感，使广大教师成为课程思政建设的主动参与者和积极建设者。 在教学中，通过授课教师与思政课教师与之间的交流、借鉴、融合，提高教师课堂教学的育人意识与底线意识，将立德树人内化于心、外化于行，让专业课教师挑起“思政担”，逐渐形成专业课程授课教师教书育人的思政共识(如图1所示)，从而把思政教育融入到课堂教学中 [ 2 ]。 图1. 课程思政共识图 在进行专业教学的过程中，专业课教师从专业的角度对思政内容进行渗透，不仅能够活跃课堂气氛，同时也能够避免思政课堂出现单纯说教的模式，能够增强学生学习的兴趣，也更容易接受所学的知识。
system: [SYSTEM]

user: 3. 将“思政”内容融入专业课程教学过程中 在电类的专业课程中，其中很多课程讲述的内容与我国的电气设备制造业、数控系统以及人工智能有关。比如，《电机学》《模拟电子技术》《单片机原理及应用》等课程。这些课程讲述的内容，很多都是国外的产品，在教学中，如果教师不自觉地对外国先进技术流露出崇拜，会导致学生容易形成我国国产技术十分落后的想法和行为。因此，在教学中，老师应该注重介绍我国在这些方面的做出的进步，现阶段我国在非常多的技术方面已经领先世界的整体水平。因此在介绍相关的专业技术的过程中，应当对我国先进的技术条件进行突出讲解 [ 3 ]。 要实现课程思政的教学目标，授课教师需要将有关思政内容全部详细地写到教案中，采用案例式、直观演示法等教学手段和充分利用电子视听设备和多媒体网络技术等教学方法。例如，在《电机学》和《单片机原理及应用》课程教学过程中，通过展示实物图片、网络新闻和代表行业前沿视频资料等手段向学生进行展示我国在这方面取得的成就，通过视觉的直观冲击，将课程内容与科技兴国相结合进行详细描述，使得课程思政能够逐渐落实到实处。因此在上课之前，教师需要收集有关思政的资料，要找到实施思政教育的落实点，把思政资料整理成课堂教学内容之后将所有相关的思政资料写到教案中，最后在课堂上向学生进行讲述。通过思政教学实践，培养了学生的爱国主义情感，增强了民族自信心和自豪感，学生反响非常好，充分的调动了学生学习的积极性，同时也能使学生更加积极地参与教学讨论中，提升了教学效果。 在电类课程的教学中，课程组教师通过研究探讨，提出了对学生辩证思维、开放思维和团队协作思想的思政内容的培养。 (1) 辩证思维 在“负反馈改善放大电路的性能”教学示例中，教师先给学生五分钟的课堂讨论时间，讨论实际生活中存在的反馈，然后，总结归纳学生的讨论结果，引出模拟电路中的反馈。放大电路中引入交流负反馈，降低了放大电路的放大倍数(这是放大电路付出的代价)，但是与此同时稳定了放大倍数、改善了放大器的输入阻抗和输出阻抗、扩展了放大器的通频带及减小了放大器的失真。培养学生的辩证思维，即看待问题要全面，凡事有利亦有弊。矛盾的普遍性和特殊性原理即矛盾无处不在，但矛盾又有主次。因此在处理各种矛盾时，我们应该坚持两点论和重点论，统筹兼顾 [ 4 ]。半导体器件发展直接影响电子电路的发展，教学中引导学生客观看待我国半导体器件制备与发达国家的差距，用辩证法分析半导体器件在模拟电路中的作用，使学生分清半导体器件中的内容与形式。 (2) 开放思维 在二极管的教学中，教师让学生以小组为单位，结合其他学科的知识通过预习课本对二极管进行分类，小组成员之间可以交流讨论，五分钟后由小组代表进行总结发言，根据学生的发言发现有的小组根据所用的半导体材料将二极管分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管，有的小组根据二极管的用途将其分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、旋转二极管等，还有的小组根据二极管的化学性质，从化学的角度将其分为有机二极管和无机二极管等。对于学生提出的多种分类，教师不必急于评判，可以将课堂还给学生，让不同的小组之间交流讨论，分享自己分类的原则和思想，以及这样分的意义。让学生在课堂上尽情展现自己的想法。这就跟我们生活中的很多情境类似，同一个事物、完全相同的情境，不同的人会有不同的观点和立场，每个人都会有自己关注的重点，因而会呈现不同的结果，那么能否做出最准确、做全面的判断就要看你是否具有发散思维、辩证的眼光，是否能变通思维，因此教师可以引导学生通过对二极管的分类案例思考，同一个主题大家根据不同的标准分出不同的结果，每个人都是对的，但又都不够全面，借此启发学生要以开放的思维、辩证的眼光全面分析问题，有时问题的答案是多样的。这样的课程设计有利于促进学生的思维发展，有益于学生开放的、变通的看待问题，正确对待与自己不同的观点 [ 5 ]。 (3) 团队协作的思想 在课程的授课过程中，鼓励同学们之间互相探讨，互相交流，培养同学们的团队精神和团队意识，通过团队合作使学生的学习成果最大化。将团队合作精神引入教学中，给课堂带来新的生机和活力，使课堂教学由一个人活动变成多个人活动，有效调动了学生的学习积极性，实现了师生互动的最佳结合，从而在整体上优化了课堂教学的结构和效果。随着社会的发展和生产的高度社会化，合作意识和团队精神在各行各业中越来越受到广泛的关注和重视，世界一些知名企业已明确将“合作精神”或“团队意识”作为对人才的一项基本要求，这对现代学校教育，特别是大学教育提出了较高的要求 [ 6 ]。例如在课程设计中或者实验课程中，我们把学生分组，要求每组都要完成一个具体的项目，学生在做项目的过程中，小组中的每个人都必须完成一定的任务，最后把所有同学的任务结合在一起，从而完成整个项目，让学生在团队合作氛围中学习，能更好地掌握职业技能，建立良好的社会关系，还能促进学生的心理健康。
system: [SYSTEM]

user: 4. 结语 综上所述，在电类专业主干课程的相关教学中，不仅要实施技术教学，同时也需要对“课程思政”的相关内容进行研究，对思政内容讲解的方式、方法进行综合考虑，选用合理的教学手段和教学方法，这样能够更好地完成思政教学的相关任务，为我国培养合格的社会主义事业的接班人。在电类专业主干课程改革中，还要积极地将思政教育融入专业的课程评价中。另外，对于专业教师自身的教学观念进行改变，提升教师的思政意识和教学能力，在进行电类专业主干课程的教学过程中，要更多地融入“课程思政”的内容并添加到专业课程教案中，从而更好地为我国培养专业扎实、思想过硬的社会主义接班人。
system: [SYSTEM]

user: 摘要 电力分项计量对优化电力系统管理、提高电力系统稳定性和可靠性、促进科学合理用电、提高电能利用效率、建设节约型社会和缓解电能压力等方面均有重要的现实意义。电力分项计量的一系列技术，是将电器识别作为物联网的一个重要研究方向，要想电器识别数据挖掘提取特征是一个不可或缺的环节，本文首先对给出的原始数据进行预处理，其次基于预处理后的数据提取出各用电设备的运行特征，然后对本文11种用电设备按照工作状态分类，在暂态环境下，分别提取用电设备的电流、电压、瞬时功率和电压噪声的特征；在稳态环境下，分别提取用电设备的有功、无功功率、电压、V-I轨迹等特征，对于建立用电设备的识别系统具有重要意义。
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 能源是人类赖以生存和社会发展的重要物质基础，人类文明的每一次重大进步都离不开能源应用技术的改进、创新和完善。能源技术的开发和利用极大地促进了世界经济和社会的发展。在当今的信息时代，能源的开发和能源的合理利用是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国建立节约型和谐社会的重要问题。 在能源消费比重中，电能已成为我国社会生产和人类生活的重要能源消费形式。以2017年为例，全社会用电量延续平稳较快增长态势，全国全社会用电量6.3万亿千瓦时，人均用电量4538千瓦时，人均生活用电量625千瓦时。全社会用电量同比增长6.6%，增速同比提高1.6个百分点，用电量较快增长的主要原因：一是宏观经济运行稳中向好，第二产业用电平稳增长；二是服务业用电持续快速增长；三是电力消费新动能正在逐步形成，高技术制造业、战略性新兴产业等用电高速增长；四是在工业、交通、居民生活等领域推广的电能替代成效明显；五是夏季长时间极端高温天气拉动用电量快速增长。分季度看，各季度全社会用电量增速分别为6.9%、5.8%、7.8%、5.7%；其中，受夏季极端高温天气拉动，第三季度增速相对偏高。分地区看，东、中、西部和东北地区用电量增速分别为5.2%、7.3%、9.1%和4.6%；其中，西部地区受高耗能行业用电恢复性增长以及上年低基数因素影响，用电增速比上年提高5.6个百分点。2017年，华北区域电力供需平衡偏紧，华中区域电力供需基本平衡，华东和南方区域电力供需平衡有余，东北和西北区域电力供应能力富余较多 [ 1 ]。 数据表明，电力是国民经济基础性产业，推动高质量发展作为根本要求。随着我国经济的发展和产业结构的优化升级，用电量还将继续增长。因此，加强电能的节约极其重要。面对用电量的快速增长，应坚持节约优先、开发与节约并重的原则、合理并有效的利用电力，避免电力浪费，做好新时代电力能源工作，更好地满足人民群众多层次多样化高质量用电需求。 区别于常规的连接在入户线上的电能表只能获得总能耗数据，电力分项计量可以对连接到入户线后的建筑物内各个用电设备所消耗的电能进行独立计量。分项计量技术目前主要分为两种：一种在总负荷内部为每个用电设备配备带有数字通信功能的传感器，通过通讯网络采集各用电设备的用电信息，这种方式称为侵入式电力负荷监测(intrusive residential load monitoring， ILM)；另一种仅在电网的用户入口处安装一个传感器，通过采集和分析用户用电总功率或总电流来监测每个或每类用电设备的用电功率和工作状态，从而了解用户家中每个或每类用电设备的耗电情况和用电规律，这种方式称作非侵入式电力负荷监测与分解(non-intrusive load monitoring and decomposition) (non， NILMD)。NILMD系统的目标是根据不同类型用用电设备独特的负荷印记从一个能源网关设备记录的数据中检测出接入该设备的电路中各种用用电设备的开关等操作，并对其用电量进行分项计量。 电力分项计量可以帮助电力公司准确预测电力负荷、科学制定电网调度方案、提高电力系统稳定性和可靠性有着重要意义；同时也可以帮助用户了解用电设备的使用情况、提高用户的节能意识、促进科学合理用电。另一方面，分项计量还可以针对能耗数据来实现设备老化、故障预警的功能，在我们的生产、生活中有非常实际的意义。电力负荷监测是开展节能工作的基础，它能帮助用电单位了解不同时段各种用电设备的用电情况，制定合理的节能方案，有针对性的选择用电设备，从而降低电力能源消耗，避免电力浪费。因此，加强电力能耗的监测与分解对提高社会电力利用率，实现电力能源的可持续发展，缓解电力能源压力和建设节约型社会具有重要的现实意义。相比LIM技术，NILMD技术的用电分析计量具有简单、经济、可靠和易于迅速推广应用等优势，更加适用于商业用户、居民用户和工业用户。 非侵入式电力负荷监测与分解能将用电功率监测细化到总负荷内部每个类(主要)用电细节监测，可望为电力公司、电力用户和整个社会带来多方面效益；而且与侵入式电力负荷监测相比，非侵入式电力负荷监测具有易操作、低成本、高可靠、数据完整性好和易于迅速推广等优势，因此，非侵入式电力负荷监测与分解具有广阔的发展前景。非侵入式电力负荷监测与分解能够使得用电功率监测细化到总负荷内部，从而使电力用户在不影响正常的生产、生活的前提下，降低电能消耗，减少电费开支。由于NILMD具有显著的优势，所以将会成为新一代智能电表的核心技术，从而成为高级量测系统(AMI)的重要组成部分 [ 2 ] - [ 7 ]。因此非侵入式电力负荷监测与分解对全社会和全人类节能减排和电力系统规划及运行都具有十分重要的现实意义。
system: [SYSTEM]

user: 2. 非侵入式负荷监测与分解模型 首先对各种用电设备，在进行特征提取的过程中第一步：将用电设备按照工作状态归类；第二步：对不同工作状态进行暂态和稳态的划分；第三步：对与暂态和稳态的负荷特征进行提取。具体的流程如图1所示。 图1. 特征提取流程图 2.1. 用电设备状态的类型 用电设备根据用户用电设备工作状态的不同，可分为以下三种类型 [ 4 ]： 1) 启/停二状态设备(ON/OFF)。这类用电设备只有运行和停机两种用电状态，如白炽灯、电热水壶等。 2) 有限多状态设备(FSM)。这类用电设备通常具有有限多个分立的工作状态，与之相对应的用电功率间是离散的，不同的功率水平即标志着不同的工作状态，如洗衣机、微波炉、电磁炉等。 3) 连续变状态设备(CVSM)。这类用电设备的稳态区段功率无恒定均值，而是在一个范围内连续变动，如变频空调、电动缝纫机等。 2.2. 负荷印记提取 不同种类和型号的用电设备在运行过程中产生的电流，电压以及谐波等时序数据中有相对稳定的特征，这些特征好比该用用电设备的指纹一样，可以用来识别用电设备。根据问题1中所给的数据，本文将从稳态和暂态两个方面，对电流、电压、有功功率、无功功率、周波、谐波进行分析和特征提取。暂态负荷特征名称、提取方法以及优点见表1；稳态负荷特征名称、提取方法以及优点见表2。 Table 1 Common transient load characteristics and extraction method 特征名称 提取方法 优点 电流 峰值、均值、均方差等指标计算 指标计算速度快、简单 电压 快速傅里叶变换(FFT) 量测简单 瞬时功率 FFT、功率谱包络估计 鲁棒性强、设备区分性好 电压噪声 频谱分析 能区分相似用电设备 表1. 常见暂态负荷特征及提取方法 Table 2 Common steady-state load characteristics and extraction method 特征名称 提取方法 优点 有功、无功功率 差值计算 简单直观 有功、无功功率谐波 回归分析 可识别功率近似负荷 电压、电流轨迹 轨迹形状特征 区分性好 电压和电流波形 峰值、均值、均方差等指标计算 容易区分不同负荷类别 电流谐波 频谱分析 量测简单 表2. 常见稳态负荷特征及提取方法
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 随着我国经济的发展和产业结构的优化升级，用电量还将继续增长。因此，面对用电量的快速增长，加强电能的节约极其重要。基于非侵入式负荷检测与分解的电力数据研究是一个庞大而且具有重要意义的系统工程，必须针对用电设备的运行特征进行分析，才能实现最佳科学用电效果。 由于用电设备的数据庞大而且杂乱，所以必须对数据进行预处理，基于预处理后的数据，本文从暂态和稳态两个方面对各用电设备提取运行特征，采用了快速傅里叶变换、频域分析、最优化等数学方法，提取了电流、电压、功率峰值、均值和均方根，提取了V-I轨迹特征，得到了具有价值的挖掘结果，能够自动识别各用电设备，并确定出各用电设备的状态、操作和操作时间，最后估计出了各用电设备的实时用电量。 电力分项计能够解决传统电力计量的缺点，为电力公司、电力用户和整个社会带来多方面效益，同时对优化电力系统管理、提高电力系统稳定性和可靠性、促进科学合理用电、提高电能利用效率、建设节约型社会和缓解电能压力等方面均有重要的现实意义。
system: [SYSTEM]

user: 摘要 本文对光纤陀螺系统中Y波导相位调制器的直流相位漂移参数进行研究分析，搭建了一套全自动测试系统，在实现对Y波导处于常温下准确测试的基础上，首次实现全温下(−40℃~+85℃)直流相位漂移参数一键式自动化测试。结果表明：搭建的测试系统能够连续、快速地对Y波导的直流相位漂移参数进行测试，在常温下直流相位漂移参数的标准差小于72 ppm，在全温下直流相位漂移波动幅度在3.06‰以内，全温状态下直流相位漂移参数具有重复性。
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 Y波导相位调制器(简称Y波导)主要以铌酸锂晶体制作而成，是光纤陀螺系统中的核心器件 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]，广泛应用于军工、航天、船舶和轨道交通等领域。在Y波导相位调制器中，直流相位漂移现象是由于Y波导的两侧电极施加调制电压时，铌酸锂衬底、缓冲层中的自由移动电荷(H+、OH−、K+、Na+等碱性金属电子)会形成与外加电压相反方向的空间电场，造成原本施加在晶体的有效电场强度减小。如图1为Y波导截面图与外电场作用下自由移动电荷形成空间电场图的对比示意图。 图1. 对比示意图 1985年Becker [ 5 ] 等人研究了两种模型并且都可以用于表征铌酸锂调制器的短期直流相位漂移现象；2005年李绪友 [ 6 ] 等人对Y波导调制器件的稳定性及调制非线性进行了详细的分析研究，给出了Y波导调制度漂移的补偿方法；2007年何风平 [ 7 ] 等人分析了多种外场作用对铌酸锂波导调制器相位稳定性能的影响，并提出了相应的解决措施，以提高铌酸锂波导调制器的调制相位稳定性；2016年Chong [ 8 ] 等人指出由于电极污染、铌酸锂基底的压电效应等原因易造成直流相位漂移，从而引起闭环光纤陀螺进入死区；2017年翁仓杰 [ 9 ] 等人阐述了Ｙ波导调制器调制相位漂移对光纤陀螺系统特性的影响，测试了温度以及相对湿度变化对Ｙ波导调制器调制相位漂移的影响，但并非是长时间的连续稳定测试；2018年Bi [ 10 ] 等人从理论上分析了调制相位误差与偏置误差的关系，通过实验得到了量化模型。 目前对于Y波导的半波电压测试也有众多学者进行实验研究 [ 11 ]，但是Ｙ波导的直流相位漂移参数W d (又称波形斜度)的精确检测技术方面还有较大欠缺，尤其在全温状态下，国内外尚无成熟的测试仪器可以对Y波导的直流相位漂移参数进行精密测量，而直流相位漂移这一参数直接影响Y波导器件及高精度光纤陀螺系统的稳定性。因此，如何快速、精确地测试出Y波导的直流相位漂移参数以及分析其在全温下的温漂特性是一个亟待解决的问题。
system: [SYSTEM]

user: 2. 测试机理 通常把Y波导等效为RC电路模型以便理解和分析直流相位漂移现象 [ 12 ] 如图2为Y波导相位调制器RC的电路等效图。R 1 、C 1 为横向缓冲层电阻，R 2 、C 2 为纵向缓冲层电阻，R 3 、C 3 为铌酸锂晶体中的阻抗；E 1 (t)为外加电压产生的有效电场，E 2 (t)为感应电场； 图2. Y波导相位调制器RC电路等效图 当在Y波导电极两端输入调制电压信号V 0 时，波导的瞬态电压为： V ( t ) = V 0 [ R 4 2 R 2 + R 4 + 2 ( C 2 R 2 − C 3 R 4 ) ( 2 R 2 + R 4 ) ( C 2 + 2 C 3 ) ] e − t / τ (1) 式中R 4 为横向阻抗， R 4 = R 1 R 3 / ( R 1 + R 3 ) ，τ为渡越时间，此时的 τ = R 2 R 4 ( C 2 + 2 C 3 ) / ( 2 R 2 + R 4 ) 。当t = 0时刻，作用在波导上的有效电压为： V ( t = 0 ) = V 0 C 2 ( C 2 + 2 C 3 ) (2) 当信号偏置时间远大于渡越时间时，加在波导上的有效电压为： V ( t > τ ) = V 0 R 4 / ( 2 R 2 + R 4 ) (3) 由式(2)与式(3)可以看出，加在波导上的有效电压随时间而变化，这种现象便是所谓的直流相位漂移。 在本文中，测试直流相位漂移参数采用了Sagnac干涉光路方案，图3和图4分别为直流相位漂移仿真图和实际测试图，具体实验的测量方法为： a) 在被测Y波导器件外加4τ周期的方波调制信号，调节方波电压值，使其等于半波电压V π 的一半，即V π /2，记录此时的光电探测器输出信号的脉冲幅值为ΔV 1 ； b) 对被测Y波导器件外加4τ周期的锯齿波电压信号，调节锯齿波电压信号幅值2倍于半波电压V π 时，记录此时光电探测器输出信号的漂移量ΔV 2 (不含尖峰脉冲)； c) 直流相位漂移W d 为： W d = Δ V 2 Δ V 1 (4) 图3. 直流相位漂移仿真图 图4. 直流相位漂移实测图
system: [SYSTEM]

user: 3. 系统研究与实现 如图5所示为Y波导直流相位漂移测试系统整体方案图，系统主要由电源模块、驱动电路模块、光路模块、信号处理模块与工控机(含上位机软件)组成，下面分别从光路、电路和上位机软件方面开展研究设计工作。 图5. 测试系统整体方案图 3.1. 光路设计 测试系统要实现准确、快速等功能，就要确保选择合适的光学器件 [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]。如图6光路设计测试方案，由于Y波导制作工艺存在实际偏差而导致插损不一致，会让PIN-FET探测器接收的光功率产生差异，故采用光衰减器调节光功率输出，使得探测器接收到的功率保持一致；环形器和耦合器都可使得光信号按照指定顺序传输，但本文采用环形器而不采用耦合器的原因主要是环形器可以抑制光信号的返回，避免光信号返回时对光源产生影响；采用单模跳线FC/PC原因是可以节约光纤的熔接时间，提高测试效率。 图6. 测试系统光路设计方案图 3.2. 电路设计 测试系统的电路设计主要包含AC/DC电源、光电组件的驱动电路和信号采集模块，如图7为电路部分实拍图；AC/DC电源负责将外接电压转换为测试仪中各用电设备所需要的工作电压，保障测试仪稳定高效地运行；光电组件的驱动电路包含SLD光源驱动电路、可调光衰减器驱动电路和光电探测器驱动电路三部分，分别是实现给光源稳定的供电以及对光源进行温控、稳定光功率保证光源以稳定的波长输出和给探测器稳定供电等功能；为了实现高速信号采集和信号发生功能，特选用NI (National Instruments)信号采集模块。 图7. 电路部分实拍图 3.3. 上位机软件设计 采用Labview开发的上位机软件实时检测，软件的设计架构中共有3个并行执行的线程，主线程为用户界面的循环控制模块，通过用户事件来驱动不同的状态机模式，次要线程为测量计算模块，通过主线程发送的消息队列进行消息触发、进入采样控制和参数计算的子状态，其他线程为辅助线程，进行数据显示、生成报告和数据存储的状态循环或事件响应。其中软件设计要求满足具备合格判定功 图8. 上位机软件测试界面 能，生成测试报告之前存在一个“是否合格”的判定流程。如图8所示为上位机软件测试界面，上位机软件的输出参数分为测量值和状态监测值两种，测量值包含半波电压和直流相位漂移，状态监测值包含调制电压信号幅值分别为V π 和V 2π 的4τ周期锯齿波时的探测器接收光功率波形；图9为测试系统整机图。 图9. 测试系统整机图
system: [SYSTEM]

user: 4. 实验与分析 4.1. 常温状态下的直流相位漂移测试 将Y波导置于温度22℃ ± 4℃，相对湿度在20% ± 5%的环境条件下，对3支不同的Y波导分支与单模光纤熔接后测试直流相位漂移参数，采样频率每分钟50点，每次测试数据在150~180个点数，验证测试系统的高效性与测试精确度，图10为测试数据图；测试结果处理如表1 (正接和反接是指施加在Y波导调制电压的极性)。 图10. 测试数据图 Table 1 Data processing table of Y-waveguide DC phase drift parameters test at room temperatur 直流相位漂移 Y波导序号 测量值均值 标准差 第一支 正接 0.259% 58 ppm 反接 0.294% 71 ppm 第二支 正接 0.255% 65 ppm 反接 0.270% 70 ppm 第三支 正接 0.338% 72 ppm 反接 0.396% 71 ppm 表1. Y波导直流相位漂移参数常温测试数据处理表 从表1可看出，3支Y波导的直流相位漂移标准差小于72 ppm。 4.2. 全温状态下的直流相位漂移测试 测试系统的全温测试时间一般设置每次7.5 H，采样频率为每分钟50个点，每次采集的数据点数在22，500~24，000个，全温温度循环为−40℃~+85℃。多次全温测试下，得到两支Y波导直流相位漂移如图11所示，分析其直流相位漂移在全温状态下的温漂状态，测试数据处理如表2。 图11. 直流相位漂移全温测试图 Table 2 Data processing table for full temperature measurement of Y-waveguide DC phase drif 测试项 Y波导 第一次 第二次 峰峰值 波动幅度 均值 峰峰值 波动幅度 均值 第一支 0.421% 0.244% 0.284% 0.471% 0.252% 0.257% 0.177% 0.219% 第二支 0.418% 0.179% 0.306% 0.413% 0.170% 0.302% 0.239% 0.243% 表2. Y波导直流相位漂移全温测试数据处理表 测试结果表明，全温下第一支Y波导直流相位漂移W d 波动幅度在2.52‰以内；第二支Y波导直流相位漂移W d 波动幅度在3.06‰以内；且同一支Y波导的温度漂移具有一定重复性。
system: [SYSTEM]

user: 5. 结论 本文主要以全温测试状态的Y波导相位调制器为研究对象，分析了直流相位漂移的测试机理，搭建了自动测试系统，不仅实现常温连续准确地测试出结果，更首次实现在−40℃~+85℃的全温状态下能够长时间连续测试出Y波导的直流相位漂移参数，提高现有测试方法的效率，测试数据表明每支Y波导器件在全温下直流相位漂移参数具有一定的重复性，为Y波导提供一种简单、高效、准确的性能筛选方案。
system: [SYSTEM]

user: 摘要 高电压技术是电气工程及自动化专业的重要专业课。文章阐述了揭示学习本质规律的威尔逊规则，并基于此理论，结合上海电机学院以培养复合型人才为目的的专业特色，提出职业、科研双导向制的高电压技术教学改革的策略，从教学内容、教学手段、考核方法和教学效果等方面对此课程的本科教学进了初步探索，即合理设计教学内容、综合运用多种教学方式、创新设计双导向考核方式验证教学的能效。
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 《高电压技术》是电气工程及其自动化专业的重要专业课，总学时为32~48学时(不同学校略有不同)，主要介绍气液固三相电介质的绝缘性能、电力电气设备的高压试验和电力系统过电压及其防护等内容，理论性和实践性、学术性和职业性都很强，课程讲授难度较大，学生理解也比较困难。理论难度高、知识点跨度大、教学内容枯燥、教学方法单一，导致学生普遍缺乏学习兴趣，学习效率低下，难以在计划的课程时间里消化教学大纲所覆盖的知识点。大部分学生在修完课程后，无法熟练应用相关知识，更谈不上技术或科学创新能力的培养。构建新的《高电压技术》课程的教学体系，加强学生就业能力和科研能力的培养，是一项具有重要意义且十分紧迫的任务。 近些年许多教师一直致力于推进该课程的改革，以提高课堂教学效果和学生分析、解决问题的能力，达到提高《高电压技术》课程教学质量的目的。武汉大学的关伟民等人对《高电压技术》课程的内容特点和教学实际，充分利用学校现有教学资源，因地制宜地对其课堂教学模式、教学方式和教学方法进行一系列改革与实践，取得了良好的教学效果 [ 1 ]。张琰等人倡导理实一体化教学，将工程项目引入《高电压技术》的理论教学，引导学生进行工程实践技能训练，提高了学生的工程实践能力 [ 2 ]。西安交通大学的周利军等人细致分析了教学研一体化的教学理念，阐述了如何实现与国外高校合作开展课程教学工作和注重实践、课内外结合式教学手段，提出了采用多层次考核方法提高学生的学习兴趣和学习效率 [ 3 ]。南京工业大学的邵如平等人从课程特点、教学内容、教学方法和实践环节等方面探索该课程的教学改革，以扩大学生知识面 [ 4 ]。三峡大学的熊炜等人针对《高电压技术》课程教学内容理论性强、与实践结合紧密等特点，结合经济成本等问题，研究如何在教学中提高学生的学习兴趣，并且教授学生如何从现象得到结论 [ 5 ]。这些教学改革成果为广大教师提供了宝贵的经验。本文从心理学中的“心流”概念出发，采用心理学界最新成果“威尔逊规则”，揭示学生的学习动力和效率的内在规律，并遵照威尔逊规则，深层挖掘《高电压技术》的课程教学方案设计潜力，提出“知识点摸底”、“一课多启”和“一卷多考”的创新型双导向教学模式。
system: [SYSTEM]

user: 2. 学习心理学中的威尔逊规则 2.1. 心流与“学习区” 心流是心理学中的重要概念，指人们在专注进行某项行为时所自发呈现的心理状态。通常在此状态时，不愿被打扰，也称抗拒中断，是一种将个人精神力完全投注在某种活动上的感觉。心流的概念最早是米哈里·契克森米哈赖在《心流：最优体验心理学》里提出的。米哈里认为，要想在学习或工作中达到最优体验的心流状态，这项任务的挑战性须和任务执行者对任务的掌握程度形成某种恰当的平衡。如图1所示。 图1. 工作和学习中的心流区示意 图1采用几何的方式形象地表述了如果任务的挑战显著低于执行者的水平段位，执行者便会感觉这项任务无聊；若挑战显著超出执行者的段位，执行者又会感到吃力焦虑。而如果任务的难度和执行者的段位恰好达到某种程度的匹配，即使执行者一开始不知道该怎么做，但是集中调动自己的心力，便可以“够得着”问题的解决方案，便是心流的体验。沉浸在工作之中忘记了时间的流动，甚至可能忘记自身的存在。 依据心流区的表述思路，心理学家把具体学习者可能面对的新知识分入三个区域：舒适区、学习区和恐慌区。舒适区的内容对学习者过于容易，是学习者熟悉程度较高或推导过程简易的知识，容易造成学习者“看不上”所要学习的知识而降低学习热情；恐慌区的知识点则过难，学习者会有明显陌生和吃力的感觉，容易造成学习者“追不上”所要学习的知识，同样也会降低学习热情。在二者中间存在一个狭窄而适当的学习区，这里的难度对学习者而言是“中庸”的，使学习者在较为熟悉的氛围中能看到新鲜，在较为安全的环境中体验到挑战，一边“吃老本”，一边“尝鲜”，学习热情最高，成效也最佳。如图2所示。 图2定性的表述了给学习者提供的知识组成需要一个合理的搭配，可以最大程度提高知识的吸引力，使学习者能够成为孔子所讲的“乐知者”。 2.2. 威尔逊规则 当学习有了内在的驱动力后，成为一个“乐知者”，将自然而然提高效率。心流理论定性的表述了每位学习者的“学习区”的客观存在，但是没有给出定量的结论，对于具体的学习者，到底如何定量的确定知识的难易和新旧元素的搭配，才能达到最佳学习积极性和效果？亚利桑那大学的罗伯特·威尔逊等学者通过人工神经网络仿真，求解出这个问题的最优数值解：这个数值是15.87% [ 6 ]。威尔逊首先依据心流理论，提出了一个关于学习和工作愉悦感的公式框架： 愉悦体验 = 一部分熟悉 + 一部分意外 图2. 学习区：最适宜学习的知识搭配 就是当要学习的对象中既存在学习者曾经熟知、能带给学习者亲切感的旧知识，也有学习者未曾见识过的、能带给学习者新鲜感和挑战性的新知识时，学习者才有可能在学习过程中产生愉悦的体验。从信息论的角度来说，本质是新旧信息的配比。威尔逊等人搭建了一个人工神经网络，用大量数据去训练这个网络，让网络学会自己做判断。网络内部有大量参数随着训练不断变化调整，相当于人脑在不断学习中提高技艺。每一次训练，先让网络对数据做个自己的判断，然后数据再给它一个反馈。如果网络判断正确，它就会加深巩固现有的参数；如果判断错误，它就调整参数。这跟人脑的学习十分类似：只有当人判断错误的时候，才说明这个知识是新知识。研究者可以决定用什么难度的数据去“喂”这个网络。如果数据难度过低，网络每次都判断正确，显然无法提高判断水平；如果数据难度太高，网络总是判断错误，它的参数就会变来变去，无所适从。研究者通过这样的模拟实验，得出一个精确解：新知识占全部待认知内容的最佳比例为15.87%。也就是说，当训练一个神经网络系统时，给它准备的内容中有约85%对它而言熟悉的，有15%对它而言是意外的，这时，神经网络可以以最少的训练次数实现准确的判断。威尔逊把这个结论称为“85%规则”，也可称作“威尔逊规则”。威尔逊推导的结果是，15.87%的意外率能让训练时间相对于其他数值配比时以指数下降。当训练时间显著下降后，学习者能以最短的时间获得掌握知识的成就感，学习愉悦度会达到最大。 实际情况中，大多数的学科课程，每一个新知识点都是在以往知识的底座上进行累加，极少有孤立的“横空出世”的知识点，所以大多数课程都自然地呈现为新旧知识元素的某种配比。而最优的安排，是在一次讲课中有85%的“底座知识”是学习者本来就已掌握的，15%是新的理论或技巧。但对于不同认知能力和程度的学习者，同样的知识所被划入的区域也不尽相同。对于进度快的学生而言是“舒适区”的知识，对于进度慢的学生则很可能是“恐慌区”。所以孔子提倡对学生各因其材而施教。从《论语》记录看，孔子对每一位学生都给出了明确而个性化的教导言辞。这是一种十分奢侈的私教模式，但对于现代化的大堂教学，依然有重要的参考价值。 当前，我国进入社会经济发展的新时期，对各类创新人才的需求较大，给我国高校人才的培养提出了新要求。同时，随着社会快速发展，高电压技术领域也出现了一些新问题，急需有较强分析能力、解决理论和实际问题的人才。在此背景下，如何通过《高电压技术》的课程教学，激发学生的兴趣，培养其创新创业能力和分析解决实际问题的能力，成为教师们关注探索的问题。
system: [SYSTEM]

user: 3. 基于威尔逊规则的双导向教学策略设计 3.1. 授课之前“知识点摸底”的教学设计思路的提出 基于威尔逊规则，对于学生，一堂课里有85%的“底座知识”和15%全新知识时，课堂效率的期望值最高。所以本文提出一种对学生程度的摸底方案：将近期课程要讲的知识点进行切分，编辑成一套测验题目，题目的表述尽可能采用学生之前已掌握的概念和术语进行表达，题目以电子问券的方式发给学生，安排学生在听课之前进行自测，回收问券，依据学生的平均正确率，对授课内容和讲课节奏进行适当调整。例如，教师计划在一堂课中讲授3~5个新知识点，经过分析，这3~5个知识点包涵了5~6个“底座知识”，而这5~6个“底座知识”又包涵了若干“底座的底座知识”。教师将所有5个新知识点和与之相关的若干知识点编辑成小测验20道测验题目，安排学生听课前自测。如果学生平均答对约17道题，那么就按照原定授课计划进行授课，如果学生平均答对显著少于17道题，比如10道题，那么则放慢讲课节奏，将一堂课的新知识点削减为3个，保留2个知识点顺延至下次课讲授，尽可能避免学生落入恐慌区。而如果学生普遍能接近满分，则说明教学方案中新知识点的分布过于稀疏，需要在未来的教学设计中加大教学密度。 3.2. “一课多路”的教学设计 基于心流理论和威尔逊规则，每个人都有适合自己的学习区，但每个人的知识组成和认知习惯都不尽相同，有的人习惯教师讲授，有的人则习惯自主阅读教材、文献或观看教学视频；有的人善于记忆操作步骤和经验数据，有的人则善于理论猜想和公式推导。有些基础扎实、思维活跃、自学能力强的学生，会感到教师的讲授进度过慢，课堂进度缓慢而有些无聊，他们希望教师能够提供更前沿的相关文献和视频；有些基础薄弱、先行知识点未牢固掌握、接收速度较慢的学生，会感到教师的讲授节奏过快，课堂进度太快而有些恐慌，他们希望教师能够放慢节奏，重点讲授基础等级的知识，减少引申；有些计划毕业后去科研院所进修深造的学生，希望教师能够偏重理论型教学，多讲一些公式推演，少讲一些实操经验；有些计划毕业后尽快应聘进入技术岗位的学生，希望教师能够偏重应用型教学，多讲一些实操经验，少讲一些公式推演。对于众口难调的实际情况，如果教师按照经典的授课方式，安排固定的教学内容，那么教学模式只会落入一部分甚至只是一小部分学生的学习区，对于另外其他学生而言，这门课的学习效率则会受到显著制约。 过去因为技术条件限制，教学手段不发达，只能采取单一的教师讲授、学生听讲的方式。现在技术条件允许教师做更加丰富的教学设计。教师无须局限于课堂讲授，可以充分运用多媒体技术，例如，对于同一个知识点，除课堂讲授外，教师为进度慢的同学准备了先行知识点的视频教学或文字阅读材料，供学生课前巩固或课后补习；为进度快的同学准备了后续知识点的视频教学或文字阅读材料，供学生额外学习；为擅长理论学习的同学准备相关知识点的前沿学术论文或专著节选；为擅长技术应用的同学准备相关的技艺指导视频文字阅读材料。学生可以根据自己的实际需求弹性调节学习的侧重点。 例如，在讲解特斯拉线圈时，教师主要进行了以下安排： (1) 教师在课堂中主要讲述特斯拉线圈的基本工作原理：升压，振荡，放电； (2) 教师收集了特斯拉线圈相关的网络教学和趣味视频，在课堂中选择性播放； (3) 教师准备了相关的课堂基础练习题，供学生在堂内讨论和完成； (4) 教师在实验室搭建了特斯拉线圈放电现象实验装置，演示放电实验并录像，在课堂播放 [ 7 ]； (5) 实验室在固定的答疑时间对本课程学生开放观摩，感兴趣的学生可在教师的指导下操作实验，总结操作技巧和要领，通过实操加深印象； (6) 教师收集了关于特斯拉线圈的前沿学术研究，如《基于特斯拉线圈的无线电力传输系统》 [ 8 ]、《基于特斯拉线圈的无线充电模型设计》 [ 9 ]、《基于特斯拉线圈的LC谐振电路能量传递探析》 [ 10 ] 等等，提供给对理论研究感兴趣的同学研读； (7) 教师给学生布置可二选一完成的作业：a. 简述特斯拉线圈工作原理，完成教师布置的基础练习题，操作放电实验并总结实验要领，撰写实验报告和体会；b. 简述特斯拉线圈工作原理，完成教师布置的基础练习题，研读教师提供的学术期刊论文，并对论文内容给予评述； (8) 教师提供了本课程的相关网课视频，可供学习进度慢的同学强化较早前讲授的知识，也可供学习进度快的同学预习之后将要讲授的内容。 以上各种教学安排中，第1、2、3、4项在堂内教学时间完成，第5、6、7项为学生二选一课后完成，第8项为学生自由选择是否完成。教学方案具备多向性和伸缩性，鼓励多数学生自行将知识结构调节至自己的学习区。 3.3. “一卷多考”的教学设计 经典的结课考试或考察，对同堂所有学生都采取完全相同的考核题目，用同一把尺度量学生的学习成效。本课程采用“一卷多考”的模式，从非单一的角度考察学生的学习效果。具体方式为：基础知识点采用传统考题，更深入的知识点采用一题两考或一题多考方式，即一个题目有两个多个不同分支题，考生可以选答。 以特斯拉线圈为例，基础知识考核——简要绘制特斯拉线圈升压电路图，并简析放电过程的三个步骤；深入知识考核为——请完成以下两问中的一问(两问都答则以平均成绩计入)：a. 特斯拉线圈放电过程实验有哪些注意事项，对于操作过程你有什么心得；b. 特斯拉放电线圈目前有哪些前沿的学术讨论，你有什么想法。 考核方式为不同侧重点学习的学生提供了各自发挥的空间，擅长理论和擅长实操的学生各得其所。