DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. CDIO工程教育模式 CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，是由麻省理工学院等高校创立的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO包括三个核心：一个愿景、一个大纲、和十二条标准。愿景是指为学生提供强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的CDIO过程的工程教育。大纲则首次将工程师必备的各方面能力进行了详细表述。十二条标准对整个CDIO的实施和检验进行了系统、全面指导。自2005年我国开始试点CDIO改革以来，十几年的实践与研究表明，CDIO不仅继承和发展了欧美多年的工程教育改革理念，更重要的是对整个构思-设计-实现-运行过程的实施和检验进行了系统、全面的指引。CDIO工程教育模式以培养在国际上有竞争力的工程师为目标，以产品的生命周期为载体，让学生通过自主的、动手的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论和技术并在此过程中积累宝贵经验。CDIO的核心思想是通过完成一个完整的工程项目，使学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力等四个方面得到提高。CDIO工程教育理念的有效运用，能够极大地提高学生的动手能力和创新意识，这对以培养学生实践和应用能力为主的信息类课程教学改革具有重要的现实意义 [ 3 ] - [ 10 ]。
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user: 3. 教学改革方案及实施对象 《Java程序设计》课程是为计算机科学专业开设的一门专业基础课，实用性强，社会需求大，已成为IT从业人员的必备工具。沈阳理工大学计算机科学与技术专业的《Java程序设计》课程从2018年开始开设时间调整为大一年级第二学期，主要讲授对象为计算机科学专业和有编程需求的相关理工科专业本科学生。之所以将这门课程调整到大一年级第二学期开设，是因为学生们在第一学期已经学习了一门面向过程的C编程语言，已经有了一定的编程基础，对程序设计有了初步的认识和理解，在第二学期学习另一种编程思想的机器语言，便于学生转换思维，在对比的过程中加深对C语言的理解和对Java语言的认识。另外，尽早开设Java程序设计课程可以使不能很好理解、应用C语言编程的学生重建对程序编写的信心。除此之外，Java程序设计课程还由原来的大班教学(一个专业在一个阶梯教室一起上课)调整为小班教学，在实验室上机授课(30人/班)。本门课程的主要教学目的是让学生掌握一门面向对象的编程语言，而无论何种编程语言都是一种实践性很强的课程，随着智能手机的普及，学生随时、随处可获取资讯，传统的知识讲授教学法难以吸引学生注意力，因此在教学过程中应以问题、程序案例为指导，重点讲解如何用Java编写面向对象程序，注重设计方法的传授，而不仅仅拘泥于基本语法的细节。对于以训练学生编程实操为主的Java程序设计课，小班教学+上机授课，不但增加了教师与每位学生的教授时间，同时也增多了师生间的互动机会。另外，从解决问题角度出发，教师结合本节课的重要知识点带领学生，一步一步设计程序架构，一字一句编写程序语句，不仅可以使学生扎实的掌握基础理论，还能在解决问题的过程中建立、完善编程的知识体系。Java程序设计理论课改在实验室上机教学，既可以使学生从被动的学习知识的状态下，转换到主动索取知识的状态中来，又可以提高学生的编程素质。通过这种上机“讲”上机“学”模式的改革，使学生深刻领会面向对象程序设计的基本思想，掌握利用Java语言开发常见应用的方法，并进一步提高利用Java开发工具解决实际问题的能力。
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user: 4. 改革方案执行过程 教学方法：理论课教学过程采用以学生为中心的“案例分析”情景教学模式和“任务驱动”探究教学模式，通过这种双教学模式综合运用的方式在引导学生产生学习兴趣的同时提高学生分析问题和解决问题的能力。如图1所示，Java程序案例分析模式：在教学中，教师精心挑选的Java程序设计的相关案例不仅涵盖本节课的教学知识点，还通过生动的实际案例制造学习动机、激发学习兴趣，帮助学生掌握课程的重点知识，将抽象概念变为容易理解的知识更好的理解难点知识；面向对象任务驱动模式：将教学内容中的重点和难点进行相关的分类组合，构造出有针对性的任务，让学生在课下分组完成，之后，安排专题(任务)报告时间，由学生讲解对任务的理解和完成情况，然后采用“生生互动”(报告组和非报告组学生与学生问答)与“师生互动”(老师与报告组学生问答)的多边互动讨论方式，对学生完成的任务进行点评，这样的互动不仅可以引发学生的深入思考，还可以驱动和维持学生的学习兴趣和动机；实验课采用“DIY (Do It Yourself， DIY)实验教学模式”。如图2所示，教师布置基于实际应用的实验题目，给出整体框架结构，介绍可能用到的相关设计方法、实现手段以及实施步骤(供学生参考)，同时给出任务的明确要求和考核指标，考虑到不同学生的理解、动手等能力的差异性，教师可以给出一定的实验基础材料，如一些设计方法、算法等。学生自由组队并完成任务分工，自主设计程序功能、程序界面、实现方法以及报告的格式(教师布置任务时会有一些报告格式的基本要求)。各组实验完成后，教师对每组的实验结果进行验收，验收时主要侧重学生的自主创新性和是否满足任务要求中的面向应用的实验目标。这种DIY实验课模式，提高了学生协同合作、自主创新和解决实际问题的能力。 图1. 《Java程序设计》课程理论课改革方案框架 图2. 《Java程序设计》课程实验课改革方案框架 教学手段：本课程教学目的是让学生掌握一门面向对象的编程语言，而无论何种编程语言都是一种实践性很强的课程，因此在教学过程中增加师生互动机会，延长教师个别辅导时间，并以问题、程序案例为导向，重点讲解如何用Java编写面向对象程序，注重设计方法的传授，对学生学懂这种编程语言，用好这种编程技术是大有益处的。在实验室上机教学，教师结合本节课的重要知识点带领学生，一步一步设计程序架构，一字一句编写程序语句，这样不仅可以使学生扎实的掌握基础理论，还能在解决问题的过程中建立、完善编程的知识体系；既可以使学生从被动的学习知识的状态下，转换到主动索取知识的状态中来，又可以提高学生的编程素质。本课程在教学中，将使用教师上机管理系统、CAI课件、eclipse平台等软件，教师首先利用课件讲授基础知识，课件中将引用教材原文并根据理论精心挑选的、有代表性的2~3个相关实例程序；其次教师将在eclipse平台上亲自编写一段结合知识点的实例程序，将编程的正确方式示范给学生；再次学生参考教师的示范模仿课件中的实例独立编写一段程序(程序可稍加改动，但必须能运行出结果)；最后学生提交练习程序，教师统一讲评。这种采用课件讲授、教师编程示范、学生讨论、设计、编写、演示和评价程序相结合的教学手段，可确保在有限的课时内突出教学重点，讲清编程思路，教会编程方法，全面、高质量地完成课程教学任务。当然，课程各单元问题实例的设置和安排要经过精心的设计，需要符合知识体系构建的规律，要遵循先易后难，环环紧扣，由简到繁，从单一到综合的原则。
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user: 5. 评价方式改革方案及过程 从2018~2019学年第二学期开始沈阳理工大学计算机科学与技术专业的《Java程序设计》课程调整为在实验室上机讲授完成。课程讲授模式的调整同时也带来了本门课程学业评价方式的改革。过去的机器语言课程考核以考试为主(占80%)，以平时学生上课的出勤率为辅(占20%)。本课程改革后的学业评价方式为期末考试成绩(占50%)和平时成绩(占50%)各占一半。其中平时成绩由四部分组成：出勤率(占10%)、随堂练习(占10%)、课后作业(占10%)、阶段性测试(占20%)两次。随堂练习体现在理论中，教师针对刚刚讲授的知识点出1~2道练习题，通过商机管理系统发布给学生，学生做完后提交，教师当堂点评并给分，体现出随讲随练、公开公平的特点。每节课结束，教师会布置一个与本节课内容相关的编程作业，学生只有在规定时间内提交才会得分。阶段性测试一般在期中进行一次，结课前进行一次，以便对一段时间内学生对本门课程知识和技能掌握情况予以了解。教师会根据这段时间学习的重要知识点为学生安排1道编程题目，在规定时间内完成任务的学生可以得到这部分分数。测试结束，教师将题目的完整程序分发给所有学生，学生通过讨论、纠错、再讨论、再纠缠的过程不断加深对知识点的印象，同时教师可以及时纠正学生编程中出现的语法错误。增加阶段性测试环节的学业评价方式，不但可以使学生从被动的学习知识的状态，转换到主动索取知识的状态中，还可以提高学生的编程素质，使学生学会主动思考、学以致用。而且通过阶段性测试产生的分数能够实实在在的反映出学生对本门课程知识、技能掌握程度的深浅，能够清清楚楚的体现出学生对相应知识点应用能力的强弱。上机“讲”上机“学”的教学模式结合“试卷 + 出勤 + 随堂练习 + 课后作业 + 阶段性测试”五位一体的学业评价方式，使学生在《Java程序设计》这门课中能够深刻领会到面向对象程序设计的基本思想，掌握利用Java语言开发常见应用的方法，并进一步提高利用Java开发工具解决实际问题的能力。
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user: 6. 教学与评价方式改革的效果 通过本课程教学与评价模式的改革，学生能更好地达到理解Java的平台无关、面向对象、多线程等特性；掌握Java语言的面向对象的程序设计方法；掌握Java中的网络编程、多线程程序设计；培养学生应用Java解决和处理实际问题的思维方法与基本能力。结合沈阳理工大学计算机科学与技术专业实际情况，通过三学年三个学期的实践，往年一直存在学生考试成绩偏低、不及格率较高的现象得到明显的改善。引入CDIO教学理念和五位一体教学评价后，学生的成绩有了显著的提高。通过学生对老师教学过程的评价也可以看出，学生对于课程知识的掌握有了很大的提升。这说明在使用新的教学方法后，学生确实认识到了自主学习的重要性，在教与学的积极互动中，真正建立了自主学习的方法，培养了学习兴趣。成绩的提高也增加了学生的学习自信心，这也通过同一学期其他课程的考核成绩得到体现。当然，还是存在有学习成效不理想的学生，对于这部分同学，虽然也进行了启发引导，但可能这些同学还不能适应主动式学习。在后续其他的课程中，本课程的评价结果会帮助相关老师注意对他们进行有针对性的辅导。
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user: 7. 结语 本文首先剖析了目前Java课程教学存在的问题，提出面向CDIO的《Java程序设计》课程教学与评价改革新思路。教学改革采用CDIO教学理念对教学模式进行改革与实践，改革的具体内容涉及到《Java程序设计》课程的理论和实践教学环节，包括核心知识讲授、课上实验、课程设计和项目实训。学业评价改革通过五位一体的方式引导、激励学生主动学习、积极参与，使学生在《Java程序设计》这门课中能够深刻领会到面向对象程序设计的基本思想，掌握利用Java语言开发常见应用的方法，并进一步提高利用Java开发工具解决实际问题的能力。实践证明，新的教学方法可以激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效果；同时建立的评价有助于其他课程的教与学。
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user: 摘要 随着社会科技的发展，建筑设计媒介也在不断变化与改变，从早期的“一维”语言文字到“二维”建筑图形，再到“三维”建筑模型。虚拟现实(VR)技术作为一种新的建筑视觉再现的数字化媒介，给人们对建筑设计过程的认识带来了巨大的影响，其对建筑材料、材质、肌理、光线变化与空间的真实模拟可以为设计师带来更直观的感受。虚拟现实不仅为建筑设计课程教学的发展提供了新的机会，而且也提供了比传统教学方法更有效的教学方法。将虚拟现实技术与博物馆建筑设计教学相结合，能够更好地提升学生设计素养，弥补传统设计类课程的缺陷。
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user: 1. 虚拟现实(VR)技术概述 1.1. 虚拟现实(VR)的定义 VR是Virtual Reality的缩写，中文的意思就是虚拟现实(真实幻觉、灵境、幻真)，也称灵境技术或人工环境。概念是在20世纪80年代初提出来的，其具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 [ 1 ] [ 2 ]。 1.2. 虚拟现实(VR)技术的特点 虚拟现实被认为是多媒体最高级别的应用。它是计算机技术、计算机图形、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、立体显示技术、传感与测量技术、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人T智能技术等多种高新技术集成之结晶。其逼真性和实时交互性为系统仿真技术提供有力的支撑。虚拟现实技术有以下几个特点。 1) 沉浸性(Immersion) 又称临场感，指用户对虚拟世界中的真实感。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样 [ 3 ]。 2) 交互性(Interaction) 指用户对虚拟世界中的物体的可操作性。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动 [ 3 ]。 3) 构想性(Imagination) 又称自主性，指用户在虚拟世界的多维信息空间中，依靠白身的感知和认知能力可全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求对问题的完美解决 [ 3 ]。 由于沉浸性、交互性和构想性三个特性的英文单词的第一个字母均为I，这三个特性又通常被统称为3I特性 [ 3 ]。
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user: 2. 虚拟现实结合建筑教学的优点 2.1. 摆脱传统线性设计流程 当今大部分学生包括设计师在建筑设计早期仍然偏好绘制草图这种方式。建筑设计前期的草图是一个设计视觉思维交互的过程，建筑师的设计概念和想象力师草图意义的线索，同时这种抽象的图形媒介触发了建筑师的想象力，草图适用与建筑设计思维中模糊多义，易变的特征，而计算机制图往往因为需要精准的数据输入与绘制，设计思维容易被打断，草图作为建筑设计媒介十分高效，建筑师前期设计大多依赖草图的设计，但草图设计的模糊性往往使受场地限制的建筑形体与想象的差距较大，建筑前期设计时往往我们总是要“这么大”的建筑，而不是体量精确的建筑，现在的建筑前期设计流程往往是草图与草图模形相结合反复推敲寻找最适合的方案 [ 4 ] - [ 8 ]。 这是一个讨论空间与空间之间的关系，建筑与场地之间关系的过程。这个过程往往是想象力与实际尺度的相互妥协，感性与理性的相互妥协。这个时候往往想象得出的草图或者草模在实际尺寸上并不合适，换一句话说也就是只好看，不好用 [ 9 ]。 想象力与现实之间缺乏一座联系的桥梁，虚拟现实技术结合建筑草图模型，可以让想象力具现化，从人的视角去体验空间感受，根据实际的空间体验随时改变建筑形体与场地关系 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。可以随时体验到改变形体带来的空间感受的变化，设计时的模糊性与思维的连贯性不会被打断的同时，而数字化的图形表达同时具有精确性，方便后期调整。 2.2. 沉浸式体验建筑 学生在进行建筑设计中往往通过以鸟瞰或总平面图的设计者角度进行，很少有学生能从使用者或游客的角度游览空间，这主要受限于学生的想象力与空间感知能力。 通过虚拟现实实验室，学生可以通过三维可视化、交互式控制和小组讨论来推敲改善自己的建筑方案，这种学习方法提供了一种生动的学习历程，相比老师单独指导或者讲课，学生可以更好地理解知识，老师可以要求学生作为使用者游览自己设计的空间，体会不同设计角度带来的差异。 低年级学生在设计建筑时往往容易割裂平面与立面的联系，或者两者之间只强调了其一，经常会出现外立面设计良好但从内部使用角度来看时，窗户的设计并不好用，甚至为了立面效果，设计中出现了一些黑房间。往往立面的窗户排布与早期平面设计时的想法完全不同。对于平立面开窗结合的难题，学生往往喜欢学习OMA (图1)做空间化结构＋幕墙的立面处理手法，喜欢用落地玻璃窗或者干脆不在外墙上开窗等设计手法，很少会有学生具体考虑开窗对室内空间感受和光影变化的影响，因为为现有的教学及建筑展示方式不足以表达窗户给室内带来的光影变化也很难展示开窗形式对建筑使用者心理感受的影响。对于学生而言，比起相对好用的内部空间，好看的立面更加直观容易展示也更加容易处理。 老师在评价学生设计作业时也只能立面效果和平面图来给学生提供给意见。通过虚拟现实的引入可以在平面设计的环节让学生真实感受到开窗对室内空间的影响，从而改变学生简单同质化的立面开窗的设计手法，减少学生为了立面美观而牺牲室内舒适度的倾向。虚拟现实结合建筑学教育比起传统教学带来了更多新的设计思路，例如从建筑开窗和内部光影或使用舒适性出发做设计。 图1. OMA深圳证券交易大楼总部空间化结构 + 幕墙的设计手法 2.3. 协助低年级学生掌握尺度感 尺度的概念是建筑学教学中的基础，不论是实地测绘调研，手工模型还是抄绘图纸等早期课程的安排都是为了培养学生的尺度感与空间认知。而实地测绘和调研往往因为距离与资金等限制等无法展开，对于大师作品学生也只能通过图纸与手工模型来了解。通过Sketch up，Rhino等建模软件还原大师作品结合虚拟现实软件建造虚拟现实场景，可以使学生“身临其境”地体验建筑设计的空间布局，流线排布和建筑材料，改变传统上只使用摄影材料和图纸来描述建筑内外的状况，促进学生对建筑空间的理解。解决了难以将建筑空间的实际尺寸化为物理感受的问题。当由于健康和安全问题而导致实地考察费用高昂且难以安排时，虚拟现实可以作为一种替代方法。通过虚拟现实体验不同建筑空间与教师讲解授课相结合的方式，能更好地辅助学生认知空间，掌握尺度。建筑退线，安全疏散距离等规范对于学生也不再是冰冷的数字，可以通过虚拟现实模拟不符合规范要求的空间来感受其缺点，强化学生对建筑规范要求的认知。 2.4. 强调建筑结构与施工工艺 当前很多学生的设计并不从施工角度考虑，也不从实际使用角度考虑，建筑设计往往只是一个空盒子，剖面图也只是寻找最简单好画的剖面，象征性地表达一下梁板柱的位置。传统的教学体系使学生只能通过课堂讲解和图片了解建筑的构造。通过虚拟现实软件与BIM模型结合，可以实现虚实一体的教学模式，可以向学生展示建筑装配的过程动画，达到理论结合实践的教学效果。在建材使用上大部分学生也只考虑大体使用哪种材料或使用什么颜色，很少会有学生考虑具体使用材料的大小或模数，例如广场铺地，不同的地砖尺寸能带来不同的视觉效果，学生从鸟瞰的设计进行设计很难体验材料尺度对视觉感受的影响。通过虚拟现实可以使学生从人视点切身体验材料表现的肌理与效果，完善建筑的细节。 2.5. 提升学习兴趣，提高学习效率 主要以教师为中心，学生依靠老师在课堂上给予或教授的传统教授方式使许多学生的感到无聊且学习效率低下，特别是对于对建筑课程不感兴趣的学生。比起二维的图纸或摄影内容学生对三维场景的体验更加有兴趣。传统的课程安排里很难将设计的建筑实际施工建成，现在的效果图、动画、实体模型等等表现手段又很难体现真实的人的视角的空间感受，虚拟现实给了学生完成设计后一个切身体验自己设计的机会，将设计与实践相结合，改善对建筑设计的理解，提高了学生学习效率。
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user: 3. VR技术与建筑设计结合 3.1. 虚拟现实实验室的建设 该虚拟现实设施的设计目标是让30名参与者组成小组使用，并允许老师和学生从多个视角以立体的形式查看设计，并在虚拟空间中实时导航。半沉浸式虚拟现实实验室包括若干个工作站，供学生和教师专门用于3D建模和可视化。2~3套虚拟漫游头盔设备，用于展示的屏幕及放映设备。 3.2. VR与博物馆设计课程结合 通过博物馆设计教学安排为例，探索VR与设计课程结合的方法。 第一阶段：草图设计阶段 1) 通过讲课及布置任务书、参观及调研，对博物馆设计有初步的了解，在此基础上对任务书中所要求的任务进行构思，做出功能分析图。 2) 通过虚拟现实软件创建大师博物馆作品虚拟现实场景，苏州博物馆、绩溪博物馆等，通过虚拟漫游直观感受建筑尺度与环境关系，通过虚拟现实体验建筑的体量，平面，立面，构建，色彩等设计元素对建筑的影响。 3) 分析建筑与地形和周围环境的关系及特点。在1:1000地形图上做出总图布局方案，总图中包括博物馆建筑、道路、绿地及停车位的布置等。 4) 做出1:400单体方案。需要表明建筑功能分区、平面的大体组合、建筑朝向、与周围环境的关系及层数。 5) 完成建筑单体草图模型，通过虚拟漫游软件，“身临其境”体验建筑与场地关系，学生结组互相虚拟漫游体验，互相讨论方案的优缺点，教师结合虚拟漫游体验感受进行指导。 第二阶段：设计完善阶段 通过建模软件确立基本的体块关系，立面草图，通过虚拟现实体验设计的建筑尺度与人的尺度，场地的尺度是否合适，通过虚拟现实弥补二维平面设计尺度感的缺失。分析比较各方案的优缺点，然后将较成熟的方案归纳或做出新方案。图纸比例尺放大到1:200 (平面)。在满足使用功能合理、结构布置恰当、制图正确的前提下，应注意以下方面： 1) 全面考虑建筑的群体关系与环境要素； 2) 初步考虑建筑风格及体型组合；完整表达结构体系并对其它技术问题和建筑细部有相应的考虑； 3) 确定房间高度(考虑管道、吊顶高度)、门窗高度、室内外高差、屋顶排水方式等； 4) 入口大厅的建筑处理与各使用空间的有机联系； 5) 初步考虑楼电梯(楼梯、货梯、自动扶梯及无障碍电梯)的位置及数量； 6) 初步考虑停车位的布置、汽车出入口的位置及数量。 第三阶段：设计深化阶段 通过建模软件建立草模，通过虚拟现实直观感受体块关系，空间尺度等，在初步方案已确定基础上，进一步推敲和处理好以下各方面的问题： 1) 推敲入口门厅与各使用空间的联系与流线，车流与人流分开，并在建筑艺术和空间感上加以深入地推敲； 2) 将主要使用空间的平面进行家具布置并准确地布置卫生设备； 3) 确定楼电梯的位置及数量并计算楼梯的疏散宽度； 4) 准确布置停车位、确定汽车出入口的位置及数量； 5) 处理好各空间室内外的联系，并对公共场地做出布置； 6) 确定室内外标高的变化，房间的高度，推敲体型组合和立面比例尺度，做到两者相互补充、完善和调整； 7) 推敲建筑艺术造型、使其具有文化建筑特点； 8) 注意台阶、无障碍坡道等的处理； 9) 确定能充分说明设计意图及建筑环境气氛的透视图的角度。 模型完成后结合虚拟漫游体验，从使用者的角度体验空间感受，根据漫游感受进行细节调整。 第四阶段：绘图阶段 1) 设计图应仔细绘制、准确表达设计意图，平、立、剖面用AutoCAD或天正绘制，绘制深度应达到国家建筑方案设计深度的要求，尽量减少图误，按照任务书的要求将方案正确生动的表现出来；各图之间内容应统一、关系正确、构图完美、活泼、线宽及字体大小合理、色彩协调、有艺术感染力； 2) 各种家具设备、停车位的布置应合理； 3) 能正确表达空间概念； 4) 推敲与确定图面的色彩与图面的构图及表现方法。 第五阶段：成果整理阶段 成果制作、成果模型、提交全部成果、讲评图纸，挑选优秀的设计作品通过软件制作虚拟现实场景，从三维视角对建筑设计讲评。学生结组互相漫游体验建筑方案，教师结合漫游体验给予讲评或修改意见。
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user: 4. 结束语 虚拟现实作为一种新的表现技术，能从材质、光影、空间感受等方面细致还原现实建筑带给人的体验。使用VR和3D建模技术能有效改善学习过程，提高学生的积极性和主动性，弥补了传统教学只能从二维平面角度讲评建筑的缺点，并使教学方法具有多样性。 随着虚拟现实技术的不断完善，虚拟现实实验室在高校的开设将成为必然趋势，它将改变当前的教学过程，给予学生更多实践的机会，培养学生的创新意识。
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user: 摘要 自然保护区学是环境生态学应用领域的一个重要分支，是成都工业学院环境科学与工程专业三州定向班的专业必修课。该班级学生在完成四年本科教育后，有可能成为自然保护区科研、管理工作的直接参与者，针对该定位，本门课程的学习需理论与实践并重方可满足学生需求。在此学情下，笔者将课程内容整合为户外必备基础知识、保护区编目和监测、保护区管理和保护区经典案例四大模块，将实践性充分考虑进课程设计中，将教学分成教师教学、观影引导、学生自学汇报和参与调研课题四大任务，最后通过实践与理论相结合的调研型课程论文检测教学效果。
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user: 1. 引言 自然保护区学是环境生态学应用领域的一个重要分支，是成都工业学院环境科学与工程专业三州定向班的专业必修。通过本课程的学习，学生掌握自然保护区学基础知识，了解野生动、植物识别基础知识和标本采集保存与制作，自然保护区野外生存技术，并在此基础上进一步学习自然保护区生物多样性监测、自然保护区景观多样性监测与评价、以及自然保护区的管理学知识，为毕业后定向从事生态环境和林业部门的日常管理和科研工作打下必要的基础。
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user: 2. 学情分析 2.1. 学生需求分析 自然保护区学这门课程专门针对我校环境科学与工程专业三州定向班开设。三州定向班是我校环境科学与工程专业针对四川省甘孜州、阿坝州以及凉山州民族地区及24个深度贫困县人才培养需要定向开设的人才培养班级。该班级学生在完成四年本科教育后，将进入国家林业部门或生态环境部门工作。因此，他们未来有可能成为自然保护区科研、管理工作的直接参与者，也有可能在其他与自然保护区工作相关的生态环境部门工作，因此针对以上定位，本门课程的学习需理论与实践并重方可满足学生需求。 2.2. 教材分析和教材资源整合 自然保护区学指定的教学用教材为普通高等教育“十二五”规划教材《自然保护区管理教程》(中国林业出版社)。通过对学生需求的分析，笔者决定重新规划教学内容并整合教学材料。经过内容重新规划，本课程的知识结构从之前的单一模块——保护区管理转变为4大模块，包含1) 保护区户外工作必备基础知识模块；2) 保护区编目和监测模块；3) 保护区管理学模块；4) 保护区经典案例模块。通过对知识体系的整合，学生未来除了能做好保护区的管理，还可以做好实质性的日常工作和科研工作，可以更深入的理解和参与保护区全方位的工作。 针对新构建的四大模块，笔者选择的参考教材和相关章节包含：1) 范文安主编的《自然保护区野外生存技术》，使用章节为野生植物识别基础知识、野生动物识别基础知识、野外野生动植物标本的采集保存制作、野外工作的准备、野外活动的原则、野外活动的技能、野外气象小知识、野外宿营、野外自救和自然保护区的监测与巡护 [ 1 ]；2) 李俊生等主编的《中国国家级自然保护区景观多样性监测与评价技术研究》，使用章节为国家级自然保护区编目及特征分析、国家级自然保护区景观多样性监测与评价技术体系研究 [ 2 ]；3) 栾晓峰主编的《自然保护区管理教程》 [ 3 ]；4) 邓洪平主编的《四川花萼山国家级自然保护区生物多样性》 [ 4 ]。 2.3. 教学与科研结合 通过课前调查，笔者发现参加自然保护区学课程的学生少有进入自然保护区或类似的生态旅游景区参观、学习、交流和从事科学研究的经历和机会，势必造成学生对本课程内容理解方面的困难，也会影响学生对本课程的兴趣，最终可能严重影响本课程的教学效果。鉴于此，笔者将全班25名学生分成5组，每组至少有一次机会参与笔者承担的“成都市开展公园城市建设的调研”项目，通过课上学习和课后调研的方式提升教学效果。
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user: 3. 课程设计 通过对学情的分析，课程设计主要围绕如何将课堂教学和户外调研有机结合提升课程教学效果。为了使学生在户外调研中收获更大，笔者将课堂教学拆分成3种主要形式，包括教师教学、教师观影引导和学生自学汇报。在完成以上4部分的任务后，以撰写调研论文的形式检测学生该课程学习效果，并作为课程成绩评定的重点(图1)。 图1. 课堂教学和户外调研相结合的课程设计 3.1. 教师讲解和学生自学汇报相结合 在教师课堂教学过程中，依据课程知识结构调整后的四大模块，分章节逐一讲解知识点。鉴于书本上的部分知识比较陈旧、国家近年来对生态环境的重视程度快速提升、以及自然保护区事业的快速发展，当涉及到需要使用案例时，尽可能选用网络、数据库、各大自然保护区官网等介质上的最新进展。例如，在“自然保护区的物种和生境管理”一章的教学中，讲解植物物种管理存在的问题这个知识点时，笔者从南京海关动植物与食品检测中心网站获取到最新介绍和工作进展，以此为学生展示目前在物种管理方面，我国海关所具备的硬件条件和检测能力；在“自然保护区编目”一章的教学中，讲解重要的编目和监测计划这个知识点时，笔者从国家标本资源共享平台网站获取到最新的“中国生物多样性监测与研究”数据，向同学们介绍我国生物多样性工作的最新研究进展和发展趋势，同时，笔者也结合全球生物多样性信息平台(GBIF， Global Biodiversity Information Facility)的最新进展向学生介绍我国生物多样性工作在国际上的贡献和地位，并启发学生思考自然保护区工作如何与中国和国际生物多样性数据库建设相联系；在“自然保护区的公众教育”一章的教学中，讲解公众教育的方法这个知识点时，笔者从网络上搜索了国内比较成功的几个平台的最新研学项目，通过对这些研学项目策划方案的解读，使学生体会什么叫“以人为本、抓住受教育者的兴趣点”。 实地考察和现场教学是本课程的另一个创新点。在保护区户外工作必备基础知识模块中，涉及到保护区外业工作的物资准备时，鉴于该班级的生源地原因，大多数学生反馈对户外必备专业物资接触很少，笔者带领学生就近参观考察了迪卡龙户外用品店，实地考察和讲解了木乃伊式、信封式和混合型三种不同的睡袋，深入了解了不同的户外环境如何根据睡袋的性能指标选择不同的睡袋；如何选择户外背包，什么样的背包更符合人体工程学原理，不同背包的关键功能指标有何区别；不同的户外环境下需要选择什么样的户外服和登山鞋；防潮垫、帐篷的性能指标和选择依据等等。通过实地考察和现场教学，学生反映对该章节的内容映像深刻，对该课程的兴趣也更加浓厚了。 3.2. 教师观影引导 笔者在课前调查中了解到学生较少实质性接触自然保护区，为了帮助学生理解理论知识和对课程中后期的开展的户外实地调研感官上不陌生，设置了观影环节。依据本门课程的教学目标和原则，主要选取了3部影片，分别是《朱鹮》、《冰河国家公园》和《黄石公园》。中国科学院动物研究所副研究员李欣海以《朱鹮，从灭绝边缘重生的奇迹》为题的演讲以他自己二十七年对陕西秦岭自然保护区朱鹮的研究、发现、保护为实例，呈现给学生们对自然保护区的功能、科研、管理和开发最基本的感性认识。《冰河国家公园》呈现给学生大自然的力量对自然景观形成的作用，以及全球气候变暖对冰河的影响和未来的影响趋势。黄石国家公园是世界上第一个国家公园，通过纪录片《黄石公园》带领学生领略野生动物在季节极限环境下的生活，看真实的荒野、温泉和火山，感受大自然留给人类的遗产。 3.3. 学生自学汇报 大学生是一个即将走向社会的群体，校园生活的结束不等于学习的终止，所以自学能力和理念的培养至关重要 [ 5 ]。自然保护区学课程设计考虑到了这一点，因此，笔者将8个主题的学习内容作为自学章节，供学生每两人一小组自学后在课堂上分享。分享后，其余同学对感兴趣的部分提出问题并展开班级讨论。除老师指定的自学主题外，学生也可以自行查找数据库、网页、微信公众号等媒体上的与本课程相关的自然保护区建设、自然保护区最新进展、自然保护区新政策新资讯等案例或最新资讯作为自学材料自学并汇报分享。 3.4. 基于教学内容的户外调研 从学生的学情和自然保护区课程的实践性特点考虑，参与到自然保护区的实地调研工作中会使学生们对该课程的理解更加深刻。笔者本学期申报了2021年成都市属地基层组织承担参政议政调研课题“成都市开展公园城市建设的调研”，以此为契机，使学生尽可能参与到项目实地调研中来。成都市2018年2月开展公园城市建设以来，针对公园城市理念开展了大量的实践，其中包含一些自然保护区和城市公园，如龙溪虹口国家级自然保护区、白水河国家级自然保护区、鞍子河省级自然保护区、黑水河省级大熊猫自然保护区、以及龙泉山城市森林公园等 [ 6 ]。学生分小组参与了保护区调研，通过调研前准备、访谈法和现场体验法调研、以及调研后总结较全面的了解了自然保护区。
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user: 4. 教学效果反馈 笔者设计的四模块四任务的教学模式是否收到了较好的教学效果，通过课程论文反馈。学生以两人一小组完成题目为“四川省XX地区自然保护区调查报告”的课程论文，论文中包含对现场调研过的保护区的体会和通过网络、数据库等资源等获取到的更多的自然保护区的理解和认识。
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user: 5. 总结 自然保护区学是成都工业学院环境科学与工程专业三州定向班的专业必修。学习该课程的学生未来有可能成为自然保护区科研、管理工作的直接参与者，也有可能在其他与自然保护区工作相关的生态环境部门工作，因此该门课程的学习需理论与实践并重方可满足学生需求。基于此学情，笔者将课程内容整合为户外必备基础知识、保护区编目和监测、保护区管理和保护区经典案例四个模块，在课程设计中将教学分成教师教学、观影引导、学生自学汇报和参与调研课题四大任务，最后通过实践与理论相结合的课程论文检测教学效果。
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user: 摘要 本文提出了一种基于Tucker分解的频率和时延联合估计算法。通过相邻阵元接收的正弦信号之间的时延特征构造信号张量，其频率和时延信息可利用张量Tucker分解之后的信号子空间通过ESPRIT算法求得。计算机仿真验证了所提算法的性能。
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user: 1. 引言 频率和时延联合估计的应用包括丘脑皮质癫痫发作路径分析 [ 1 ]、频率–移位键控(FSK)调解 [ 2 ] 和说话人定位 [ 3 ] 等。本文研究了接收信号是正弦信号的频率和时延参数估计问题。 双阵元接收信号数据中蕴含了频率和时延信息，要从中进行参数估计，一般可以先估计其中的一个参数，再对另一个参数进行估计。目前，在正弦信号的频率估计和时延估计领域，有几种常见算法，包括PARAFAC方法(Parallel Factor Analysis) [ 4 ]、传统子空间方法 [ 5 ]、状态空间实现方法 [ 6 ] 和三线性交替最小二乘方法(Trilinear Alternating Least Square， TALS) [ 7 ] 等。文献 [ 4 ] 中提出了一种基于PARAFAC的频率和时延联合估计方法，该方法将数据矩阵重排，构造三个目标矩阵，利用交替最小二乘方法迭代求解，直到达到收敛条件。该方法多次迭代会影响算法速度。但该方法在样本数过大时，计算量会显著提升。文献 [ 5 ] 中提出了基于传统的子空间方法的时延和频率估计由数据矩阵的特征矢量与对应的特征值得到频率与时延信息。该方法需要进行两次矩阵的特征矢量分解，所以运算量较大，不利于实现。文献 [ 6 ] 中提出的基于状态空间的频率和时延联合估计算法，该算法通过构造状态空间模型，利用信号的协方差矩阵求得频率和时延信息。在采样数较大时，算法的精确度依赖于参数的取值。与传统方法相比，基于状态空间的时延估计结果具有闭式解，不需要搜索计算。文献 [ 7 ] 中提出了TALS方法，其基本思想是每一步更新一个矩阵，对余下的矩阵使用最小二乘(LS)来更新，直到算法收敛。由于TALS算法是基于迭代的最小二乘算法，所以会增加算法复杂度。本文以克拉美罗界(Cramér-Rao bound， CRLB)为算法的评价标准，克拉美罗界CRLB是信号的波达方向或者频率参数估计中一个作为算法性能指标的基准，是理想状态下算法所能达到的最优状态。当算法越靠近CRLB时，说明算法性能越好 [ 8 ]。现有的子空间方法拓展到多维信号一般是通过堆叠后利用矩阵来存储，显然这种方式构造不能准确的表达R-D固有数据的结构，而张量方法则可以更自然的对多维数据进行存储和操作。张量的Tucker分解最早由Tucker等人于1963年提出 [ 9 ]，随后又进一步的发展了这一理论，在1966年Tucker发表的一篇论文之后被学术界大量引用 [ 10 ]，是最早和最全面的关于张量Tucker分解方法概括的文章。Tucker分解有很多叫法，1986年，Kapteyn等学者发表的文章称这种分解方法为N-modePCA方法 [ 11 ]；DeLathauwer在2000年发表的文章中将这种分解称为高阶SVD分解 [ 12 ]。Tucker分解的实质，其实是PCA的高阶形式，将一个张量分解为核张量与各mode展开矩阵的乘积。本文提出了将张量Tucker分解和频率时延联合估计相结合的方法，利用张量来分析和处理多维数据并分离出信号子空间，为频率和时延联合估计提供了一种新的方法。同时，Tucker分解直接分离出信号子空间的奇异向量，利用ESPRIT算法一步求解就能估计出频率和时延参数，Tucker求解的过程中用到了快速算法Tucker3模型 [ 13 ]，处理方法简单明了，有效降低了算法的运算时间，提高了运算速度。仿真结果表明所提算法有良好的性能和较低的时间复杂度。
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user: 2. 问题描述及基本算法 正弦信号的频率估计和基于双阵元的时间延迟估计是信号处理中的热门研究主题，在最近的二十年中得到了较大的发展。对于单个正弦信号，用基于Fourier变换的方法可以获得精确的时延和频率估计 [ 14 ]。而对于多个正弦波的情形，一般的基于子空间方法和PARAFAC方法计算量较大，分辨率受其精度限制。所以本文提出一种张量Tucker分解的方法来估计频率和时延，有效的降低了算法的运算时间，并且有较好的性能。 不失一般性，基于双阵元正弦接收信号的模型为： r 1 ( n ) = s ( n ) + q 1 ( n ) r 2 ( n ) = s ( n − D ) + q 2 ( n ) ， n = 0 ， 1 ， ⋯ ， N − 1 (1) 其中， s ( n ) = ∑ m = 1 P α m exp ( j ω m n ) 由P个复正弦信号组成。假设P先验已知，信号中第m个分量的复振幅和频率分别用 α m 和 ω m 表示。 s ( n − D ) 为相邻含时延阵元的接收信号，D表示时延，N为采样数。接收信号数据中含有的零均值复高斯白噪声用 q 1 ( n ) 和 q 2 ( n ) 表示，它们互不相关且方差为 σ q 2 。 将两个相邻阵元的接收信号重排为 x ( n ) ： x ( n ) = [ r 1 ( n ) ， r 1 ( n + 1 ) ， ⋯ ， r 1 ( n + M − 1 ) ， r 2 ( n ) ， r 2 ( n + 1 ) ， ⋯ ， r 2 ( n + M − 1 ) ] T ，   n = 0 ， 1 ， ⋯ ， K − 1 (2) 其中， K = N − M + 1 ，“T”表示转置操作。K在 P + 1 和 N − P + 1 之间取值，这样当n变化时， x ( n ) 的秩都小于P，M为矢量长度且远大于P。公式(2)中的状态空间模型为： s ( n + 1 ) = Φ s ( n ) x ( n ) = B s ( n ) + q ( n ) (3) 其中， s ( n ) = [ α 1 e j ω 1 n ， α 2 e j ω 2 n ， ⋯ ， α p e j ω p n ] T ， Φ = diag ( e j ω 1 ，e j ω 2 ， ⋯ ，e j ω p ) ， B = [ A T ( A Δ ) T ] T A = [ 1 e j ω 1 ⋮ e j ω 1 ( M − 1 ) 1 e j ω 2 ⋮ e j ω 2 ( M − 1 ) ⋯ ⋯ ⋱ ⋯ 1 e j ω p ⋮ e j ω p ( M − 1 ) ] Δ = diag ( e − j D ω 1 ， e − j D ω 2 ， ⋯ ， e − j D ω P ) q ( n ) = [ q 1 ( n ) ， q 1 ( n + 1 ) ， ⋯ ， q 1 ( n + M − 1 ) ， q 2 ( n ) ， q 2 ( n + 1 ) ， ⋯ ， q 2 ( n + M − 1 ) ] T L ≥ 2 是一给定的正整数，定义向量 X l = [ x ( 1 + l ) ， ⋯ ， x ( K − L + l + 1 ) ] ，通过状态空间模型有： X l = B Φ l S + Q l ， l = 0 ， 1 ， ⋯ ， L − 1 (4) 其中， Φ l = diag ( e j l ω 1 ， e j l ω 2 ， ⋯ ， e j l w P ) ， S = [ s ( 1 ) ， ⋯ ， s ( K − L + 1 ) ] ， Q l = [ q ( 1 + l ) ， ⋯ ， q ( K − L + l + 1 ) ] 。 给定 i   ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， K − L + 1 ) ，将(4)式中 X l 通过矩阵重排，构造成三维切片形式。在不考虑噪声的情况下，可以构成含频率和时延信息的三维流形 [ 12 ]： X ( i ， : ， : ) = x n ( : ， i : ( i + L − 1 ) ) ，     i = 1 ， 2 ， ⋯ ， K − L + 1 (5) 其中，公式(2)中的 x ( n ) 用 x n 表示。 将(5)式的信号三维流形X张量化，构造张量 X ∈ ℂ ( K − L + 1 ) × 2 M × L ，可以将其通过Tucker分解为： X = G × U 1 1 × U 2 2 × U 3 3 (6) 其中， G ∈ ℂ ( K − L + 1 ) × 2 M × L 称为张量核，并满足文献 [ 15 ] 中所述的全正交条件。 U 1 ∈ ℂ ( K − L + 1 ) × ( K − L + 1 ) ， U 2 ∈ ℂ 2 M × 2 M ， U 3 ∈ ℂ L × L 为酉矩阵，即满足 U r U r H = I r ， r = 1 ， 2 ， 3 ， I r 是规模与 U r 相同的单位矩阵。通过Tucker分解，张量 X 的r-mode奇异向量 U r ， r = 1 ， 2 ， 3 中含有P个正弦信号的频率信息和相邻阵元的时延信息。 由式(6)可知，张量核 G 的秩为P [ 15 ]，则有 X ˜ = G ˜ [ P ] × U ˜ 1 1 [ P ] × U ˜ 2 2 [ P ] × U ˜ 3 3 [ P ] (7) 其中， G ˜ [ P ] ∈ ℂ P × P × P ， U ˜ 1 [ P ] ∈ ℂ ( K − L + 1 ) × P ， U ˜ 2 [ P ] ∈ ℂ 2 M × P ， U ˜ 3 [ P ] ∈ ℂ L × P ， U ˜ r [ P ] 是 U r 的前P个列向量。由于矩阵重排后的频率信息和时延信息包含在 U ˜ 1 [ P ] 和 U ˜ 2 [ P ] 中，可以利用对应的结构，找到信号子空间和噪声子空间。因此，可以先利用对应的 U ˜ 1 [ P ] 的结构和ESPRIT方法 [ 16 ]，构造旋转不变矩阵 Φ ，其估计值用 Φ ˜ 表示： Φ ˜ = [ U ˜ 1 [ P ] ( 1 : M − 1 ) ， : ] γ U ˜ 1 [ P ] ( P : M ， : ) (8) 符号“ γ ”表示伪逆操作，对 Φ ˜ 进行特征值分解： Φ ˜ = V s Λ s V s H (9) 其中， V s ∈ ℂ P × P 的列向量张成 Φ ˜ 的信号子空间，而 Λ s ∈ ℂ P × P 的对角线元素为 Φ ˜ 的特征值。而特征值的对角元素就是对应的频率参数。接着对特征值求相位值，就可以估计出信号的频率信息。频率估计值可以求得为： ω ˜ m = ∠ Λ s ( m ， m ) ， m = 1 ， 2 ， ⋯ ， P (10) 符号“ ∠ ”表示求相位角操作。因为Tucker分解分离出的 U ˜ 2 [ P ] 中包含时延信息，所以利用 U ˜ 2 [ P ] 的结构来估计 Δ ，首先对其求伪逆，值用 Δ ˜ 表示： Δ ˜ = [ U ˜ 2 [ P ] ( 1 : M ， : ) ] γ U ˜ 2 [ P ] ( M + 1 : 2 M ， : ) (11) 最后，对于时延 D ˜ ，其值可以用频率的估计值和 Δ ˜ 对角元素的加权平均的方法获得： D ^ = ∑ m = 1 P ∠ Δ ˜ ( m ， m ) − ∑ m = 1 P ω ^ m (12)
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user: 3. 仿真结果 在计算机仿真中，实验的对比算法选择为目前常见的且有代表性的PARAFAC算法、传统子空间算法(仿真图中的Subspace)和TALS算法。其中，性能指标以克拉美罗界为衡量标准(理想状态下，算法能达到的最好效果，即仿真图中的CRLB)。正弦信号 s ( n ) 设置为 s ( n ) = α 1 e j ω 1 n + α 2 e j ω 2 n ， α 1 = 1 / 2 ， α 2 = 1 / 2 ， ω 1 = 0.2 π   rad / s ， ω 2 = 0.4 π   rad / s 。采样次数为 N = 100 ， M = 25 ， L = 4 。采样间隔为1s且时延 D = 1.7   s 。所有的仿真图是在200次独立实验下取平均的结果。图1~3分别给出了两个分量的频率估计和时延估计的均方误差随信噪比变化的对比图。 图1. 频率分量 ω 1 的均方误差和SNR图 图2. 频率分量 ω 2 的均方误差和SNR图 图3. 频率分量 ω 3 的均方误差和SNR图 从图1、图2及图3来看，基于PFA方法和基于子空间的方法更接近于CRLB下界，所提算法的第一个频率分量的算法估计性能优于TALS，且接近于子空间方法性能。在信噪比小于−5 dB时，所提算法的第二个个频率分量的算法估计性能优于子空间方法和TALS方法。图3在信噪比为−10 dB到−5 dB时，所提算法的时间延迟估计D远高于TALS方法，性能与子空间方法相似(见图3)。 图4给出了频率 ω 1 以 0.01 π 的步长从 0 π 变化至 0.3 π 的频率间隔变化图，实验在SNR = 5下进行，其余参数不变(见图4)。 从图4来看，所提算法在 0 π 到 0.06 π 的高分辨率下，性能优于PFA方法和TALS方法，随着频率间隔逐渐增大，所提算法的性能则不如PFA方法和TALS方法，而基于子空间方法分辨率最高。 图5给出了算法的时间复杂度，采样数N从100以步长为5增加到145。在计算量需求方面，PARAFAC方法在迭代次数为 λ 次的算法复杂度为 o ( 3 λ ( P 3 + 2 P L M ( N − M − L + 2 ) ) ) [ 17 ]，由大量仿真实验表明，当M和L越大，性能越高，但同时计算量也越大。子空间方法的算法复杂度为 o ( ( 2 P L ) 2 ( N − M + 1 ) + 8 P 3 L 3 ) [ 6 ]，TALS的算法复杂度为 o ( 2 ( N − M + 1 ) M L P r ) [ 18 ]，本文所提算法的复杂度为 o ( 2 ( N − M + 1 ) M L ) [ 15 ]，其计算代价最低，而且随着采样数的增加，复杂度增长最慢。 图4. 频率分辨率图 图5. 运算复杂度比较图 从图5来看，所提算法时间复杂度最低。随着采样数的增加，基于PFA算法的时间复杂度增长要快于其他算法，TALS方法次之，子空间算法时间复杂度增长较慢，而在同等采样数下，所提算法的时间复杂度增长最慢(见图5)。
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user: 4. 结论 本文提出了一种利用张量Tucker分解的频率和时延联合估计算法。所提算法通过构造信号张量，利用张量Tucker分解，分离出信号的r-mode奇异向量，再通过ESPRIT算法估计出频率和时延参数。Tucker分解利用了Tucekr3模型 [ 13 ] 使其算法速度极大提升，同时在较低信噪比下，也能达到很好的性能。仿真结果表明所提算法在时间复杂度上要优于TALS方法、PARAFAC方法和子空间方法。参数估计过程中，参数兼并是一个十分重要的问题，本文所研究的算法无法较好的处理参数兼并问题。将来的工作重点之一是能研究有效解决参数兼并的快速算法。
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user: 摘要 糖类作为机体主要的能源物质，适宜添加有益于水产动物生长且参与机体免疫调控，能够通过改变代谢途径进行能量的重新分配，优化免疫供能。本综述主要就目前国内外关于水产经济动物对糖类的需求量以及糖代谢相关调节方式进行总结回顾，旨在了解水产动物对糖类的营养需求以及相关代谢调控。
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user: 1. 糖在水生生物中的研究进展 糖类是三大主要营养素之一，在生物生命活动中不仅能够提供机体所需营养，还参与了机体免疫功能的调控。饲料糖源和糖水平对水生生物的生长有一定影响，糖类物质在担任生命代谢基础物质的同时也为生物体提供能量，并且能够节约蛋白质 [ 1 ]。一些来自于动物、植物、微生物的多糖可显著提高水产幼苗的成活率，促进水产动物健康生长并增强抗病能力。而且成本较低，绿色环保，有助于水产养殖业的可持续发展 [ 2 ]。 1.1. 水产动物对糖的代谢 与哺乳动物相比，鱼类具有“先天性糖尿病体质”：即葡萄糖负载后，鱼类的血糖不能在较短的时间内完全降低至正常的水平，表现为一种持续性的高血糖现象，与哺乳动物II型糖尿病的症状相似 [ 3 ]。有关鱼类葡萄糖的利用能力低下的科学解释主要经历了以下的进程：鱼类缺乏葡萄糖的分解和代谢的途径；鱼类缺乏胰岛素(Insulin， INS)和胰岛素的受体(Insulin receptor， IR)；缺少葡萄糖的转运载体(glucose transporters， GLUTs)；葡萄糖不能有效地诱导鱼类Brockmann Body (BB，鱼类中与哺乳动物胰岛相对等的组织)从而分泌胰岛素INS。 1.2. 水产动物对糖的需求量 糖是水产饲料中较为廉价的能量来源，但糖被不同的水生生物利用能力也存在差异：有研究表明，在投喂大菱鲆时糖类含量4%效果最好 [ 4 ]。而对于鲑鳟鱼来说，饲料中糖类适宜需要量不超过20% [ 5 ]。黄颡鱼饲料较适合的粗纤维含量为1.50%。在罗非鱼饲料中添加30%~35%糖类营养有最适效果。就食性而言，糖利用能力依次为：草食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 肉食性鱼类；虾蟹类对非还原性糖的利用程度高于还原性糖，虾类饲料中糖最适含量通常在10%~20%，而蟹类通常略高于虾类，最适含量在20%~30%。过高或过低的糖水平都不利于虾蟹类的生长，甚至造成其死亡。 1.3. 糖节约蛋白质的作用 在鱼类同时摄入蛋白质与糖类的时候，鱼体内储存的氮含量高于单独摄入蛋白质时，因此糖类能够节约蛋白质。这种情况可能是由于在鱼体内神经组织和血细胞首选氧化底物是葡萄糖，且在鱼饲料中的糖可抑制糖异生，减少氨基酸消耗。鲤鱼摄取添加糖的饲料后，糖在作为能源的同时还能抑制氨基酸分解酶的活性，减少氮的排泄，提高蛋白质的积蓄率。 1.4. 糖对水产动物免疫作用 迄今为止，已证实肽聚糖、免疫多糖、壳多糖类物质对虾类有免疫增强作用 [ 6 ]。在河蟹方面也有类似的研究结果，崔青曼等 [ 7 ] 研制了在河蟹饲料中添加中草药、多糖复方添加剂。结果显示添加添加剂组免疫功能显著优于对照组；沈锦玉等 [ 8 ] 采用3种不同免疫增强剂多糖、火活细菌苗、壳聚多糖分别注射和添加饲料喂养河蟹，结果显示注射免疫增强剂组蟹的免疫保护率达75%，而口服免疫增强剂组没有显著表现，其具体原因尚需进一步研究。 有研究中指出，壳寡糖能够增强巨噬细胞可诱导性一氧化氮合成酶(iNOS)的活性，并诱导一氧化氮和肿瘤坏死因子-α (TNF-α)的产生。甲壳质脱乙酰化的产物壳聚糖降解后得到壳寡糖，是由2~10个氨基葡糖通过β-1-4糖苷键连接而成的低聚糖，也是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，水溶性好，易被动物体吸收 [ 9 ]。壳寡糖比几丁质和壳聚糖具有更优越的生物活性。壳聚糖具有抑制消化道内有害菌的作用，调节肠道微生态；也可以通过刺激肠道的生长与发育，调节改善肠道内微生态环境，提高肠道对营养物质的吸收利用，从而使饲料利用率提高，增加碱性磷酸酶(AKP)活性；从而增强水生生物免疫功能。 1.5. 糖对水产动物抗氧化能力的影响 糖类对水产动物也有抗氧化能力。据认为，多糖类物质具有提高动物机体抗氧化酶活性的生理功能，通过清除自由基、抑制脂质过氧化反应等发挥抗氧化作用 [ 10 ]。β-葡聚糖作为一种具有广泛免疫活性的多糖类物质，在提高机体抗氧化能力方面表现出可以有效清除体内的自由基，阻止H 2 O 2 和其他活性氧的损害，可以通过提高与免疫相关酶的活性，减少氧化产物对细胞的毒害作用达到保护机体的作用 [ 11 ]。杨福昌等 [ 12 ] 研究证实，在凡纳滨对虾饲料中添加一定量的β-葡聚糖能够增强对虾的超氧化歧化酶活性。 1.6. 糖对水产动物抗感染能力 根据研究表明，适宜添加糖类可通过糖吸附在细胞表面，形成一层高分子膜，阻止营养物质向细胞内的运输，从而起到抑菌杀菌的作用；糖也可以通过渗透进入细胞体内，吸附细胞体内带有阴离子的细胞质，发生絮凝作用，扰乱细胞的正常生理活动，提高水生生物的抗感染能力 [ 13 ]。迟淑艳等 [ 14 ] 在全雄奥尼罗非鱼研究中发现，饲料中添加1.0%~1.5% β-葡聚糖可以提高其抗嗜水气单胞菌感染的能力。陈超然等 [ 15 ] 发现，饲料中添加β-葡聚糖能够提高经嗜水气单胞菌菌苗注射后异育银鲫的存活率，摄食添加200.0 mg/kg·d β-葡聚糖饲料28 d后，试验鱼的免疫保护率明显高于对照组，抗感染能力明显增强。