最优化理论与方法教学课件

最优化理论与方法最优化理论与方法最优化理论与方法最优化理论与方法(现代优化计算方法)内容概论递归、分治、贪心、回溯禁忌搜索、爬山算法模拟退火、蚁群算法遗传算法神经网络元胞自动机随机算法素质教育重新明确了教师应培养出会学习、会生活、会审美、会劳动、会健体、能创造的具有实践和创新能力的人才。作为教育工作者，我们责无旁贷，认真思索。经过长期的研究和尝试，认为课堂教学中探索性学习法有利于学生创新能力的培养。1.引导学生探索"新的"真理，教学中应当承担这个任务过去的教育人说，学生不负有发现新的真理的任务而仅仅领会现成的知识就够了。这是片面的，它将导致教学产生单纯传授知识的倾向。学生发现新的真理的任务固然不全有，但是负有探索发展真理的途径和方法的，这将"会学习"提高到一个新的高度。因为人类总是不断发现、发明和创造的，这样科技和社会才得以进步。学生学习是继承前人间接经验的过程同时又是头脑再加工的过程。在这个意义上说，学生的学习活动是具有再创造性的。学生搞小制作、小发明，写小论文，其中的创造性质就更明显了。科学家的发明创造成果不是骤然之间从天而降而是长期探索积累的结果。今天，学生直接接受了前人已经发现的成果，有助于他们发现前人没有发现的新知。科学家与学生，两种认识过程，区别是有的，但其中不可分割不可否定的联系也是存在的。科学家是创造型的学者，也是获得显赫成果的学生。2.培养学生质疑品质，激活创新思维科学的发明与创造往往是从质疑开始的，从解疑入手的。爱因斯坦曾经讲过："提出一个问题比解决一个问题更重要"。学起于思，思源于疑，疑则激活思维，通过探索挖掘教材的内涵和外延，从而去发现问题拓展知识层面和想象的空间。也标志着我们的教学进入了一个更高的境界。教师在教学过程中，不能成为主角，更不能禁锢学生求异思维，毕竟新型的师生观告诉我们，教师和学生处于平等的地位，是平等中的"首席"而已。基于此，教师在课堂教学的全过程中，放手让学生大胆质疑，积极鼓励学生大胆质疑，并启迪学生思索探讨，逐步解疑，在探索中有所发现和创新，才能激活课堂教学并把它推向一个新层次。3.变封闭为开放，要学知为求新苏联学者科尔夫说道："现在要求教育系统供应创造者，提供具有创造思想的人才，勇于打破常规能探索新方法的人才。教育系统应当成为生产具有独特思想的聪明人的'摇篮'"。我国天体物理学家方励之在概括伽利略、牛顿、爱因斯坦等划时代科学家的共同特征时首先指出：他们都是不受成见或传统思想的探索者。他们的科研工作，望往往是那些被认为早有定论不容怀疑的缺口打开的，探索是发散思维的启迪是获得准确新知的论据。但是，现今的教学以教科书为核心，形成一个较为封闭的体系。体系内的知识和方法被视为凝固的真理，体系外的知识和方法学生难得过问。教师讲到哪里，学生接受到哪里已是传统的固定方法。学习，已有了向后看不能向前看和向外看的倾向。也就是说学生只能吃别人嚼过的馍。被动、枯燥和禁锢。学习生活失去生气，学生也成了死记硬背的苦行僧。素质教育的育人目标，使我在教育教学过程中，适应时代要求，为学生未来的发展全面打好基础，使他们不仅获得间接知识成果，而且具有探索新知识新兴趣的经验，不仅增长知识，还增长智慧才能和创造力。经过长期摸索研讨，我总结出了："课堂教学探索式学习法"。即在上节课结尾时，主要针对下节课的中心内容，提出学生未知的、略为宽泛的、难易适中的新课题引起学生的预习和探索活动。4.重视引导鼓励，启发创造兴趣引导学生探索性学习，对发展独创性和培养阅读能力有兼顾双收之效。探索性预习法为下节课学习打下基础，优化学生接受新知并且能大力激发学生探索能力，操作和引导是极其重要的。探索如爬山想象和探路，在探索联想的偏颇范围之内都要有所预测正确引导。每节课的内容往往与"大纲"之外或尖端科技相联系，针对后者，也提出新课题，特别是理科对有特殊才能的优秀学生是极端有利的。也可以说是素质教育高材高能的一个成功。运用探索式学习法，会给整个课堂结构带来变化：活泼、轻松、高效。探索――预习――讲解――总结成为教学环节的基本组成。通过探索式学习法尝试，认为优点有（1）课堂教学首尾相衔加快完成教学过程有利于学生系统掌握知识。（2）探索式学习法给学生自己的观察思考以广阔天地，既有集中思维又有发散思维，因而有利于学生的智力和创造才能的发挥。（3）探索性学习法会增强学生对学科的感情色彩，若迷上了某个学科就会产生终生志向和进取精神，产生大而深远的影响。学生自己探索困难很多，既锻炼了意志又形成独立个性。也就是说，探索式学习法有利于学生非智力因素发展。在语文教学中，充分体现创造性教育，提高语文教学效果已成为语文教师的普遍共识。创造性教育，从科学文化知识传递的角度讲，创造性教学是指能教会学生自己学习的教育；从创造学的角度说，创造性教育应该指的是以培养学生创造能力为目标的教育。创造性教育强调学生创造个性的培养，同时包括创造性人格，创造性思维和创造性技能的培养，促进探索性学习在语文教学中的运用，有利于培养学生创造个性和创新能力。发挥其创造性思维并极大促进学生创造性技能培养。使用探索性学习法，首先是为了让学生在语文课堂上所学到的不仅是书本知识，更重要的是学会探索式求知，做一个有独立见解、不墨守成规的人。其次是学会学习，学会面对浩如云海的文化知识进行分析、综合，以达到丰富自我的目的，从而成为一个富有创造精神的当代中学生。总之，在语文教学中，应鼓励学生去观察、去概括、去发问、去解答、去分析、去综合、去判断、去想象、去思考、去发明、去创造，创造知识，创造财富，创造明天。我们教育工作者用创造性的教育智慧，去造就出有创造性的一代新人。AbstractThenewdirectionofthereformoftalenttrainingmodeinHigherVocationalcolleges.Thustheeducationalresources，suchasthetensionoftheeducationresources，personalizedlearningneedsandotherissues，bytheMoocthisneweducationinformationtechnologycanbeeffectivelyalleviated.Inordertorealizetheclassifiedteaching，weshouldestablishtheteachingmodeoftheclassification，thelaminationandthesubsection.Tothisend，weshouldtakemorechannelstoobtaintheMoocresources，effortstoimprovetheinformationliteracyofteachersandstudents，tocultivatelearningintegrity，soastoachieveaconvenientandefficienteffectofMoocteaching.《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出，要“树立人人成才观念，面向全体学生，促进学生成长成才。树立多样化人才观念，尊重个人选择，鼓励个性发展，不拘一格培养人才。”①越来越多的高职院校开始改革人才培养模式，探索培养多样化人才的路径，如，宁波城市职业技术学院的“分类培养、分层教学、多样成才”培养模式，湖南工业职业技术学院探索的“分类招生、分类教学、分流培养”为主要内容的“分类培养”教育教学改革。②高职院校实施分类培养工作，意味着大而统的标准化教学被打破，传统教学形式不能满足学生个性化学习的需要，教学资源类型要更加多样，同时对专业教师提出了更高要求。教育教学工作如何适应人才培养模式改革是高职院校面临的新挑战。本文拟从教学法层面探讨慕课在分类培养工作中的应用。1慕课对高职院校分类培养模式改革带来的积极意义（1）缓解教学资源不足的问题。高职院校实施分类培养，就要打破大而统的标准化教学的格局，改变现有模式化的培养目标、教学要求和评价标准。学生有更多的选课自主权，发展方向多样化。平行班授课、大班授课的比例会因此减少，“行政班”被拆分，组建形成更多的“教学班”。原先一个专业只有一个培养方向，师资、教学条件、课时分配无需多样配比。培养类别多了，“教学班”多了，学生个性化需求多了，对教学资源的要求也更高了，高职院校原本紧张的教学资源因此更加局促。运用慕课这一在线课程形式，通过借助现有慕课平台，可以共享优秀大学的优质教学资源。同时，由于慕课事先制作、团队管理，没有传统课堂的时空局限，能够吸引越来越多的行业企业专家在线授课。专任教师通过慕课教学，也可以把更多的精力放在如何更好地因材施教上。（2）满足学生个性化学习的需要。高职院校由于生源多元化的原因，学生的个体差异比较明显。每一位学生的基础和兴趣都不一样，即使同一类培养方向的学生之间也会存在差异。班级授课不论是“行政班”还是“教学班”都无法实现真正的个性化教学，而慕课能够较好地满足学生个性化学习的需要。学生往往是在兴趣的驱动下，根据自己的学习目标和先验知识在慕课平台上选择适合的课程，自主把握学习进度。③学习内容自主、学习时空不受限、学习节奏自行把握，这也是慕课被推而广之的原因之一。（3）提高分类教学的效率。绝大多数高职院校已经完成了“项目教学法”改革，而“教学做合一”的教学方法在实践中也带来了课堂教学容量受限的问题。学生分类培养，意味着他们除了学习共性课程，还要学习分类课程。在总学时保持基本不变的情况下，教学任务完成有难度。将一部分教学内容转移到课外，通过慕课的形式进行教学一定程度上可以弥补这一缺憾，从而提高分类教学的效率。2明确慕课在分类培养课程体系中的角色实施分类培养就要明确培养类别，重构课程体系，按类别开展教学。分类教学课程体系如图1所示，可以设置四个层级的课程类型。公共课程包括公共必修与公共选修课程。公共必修课程应区分共性教学内容与分专业教学内容，以便为分类培养打下良好的素养基础。专业基础课为同专业学生的必修课程。专业模块课则由学生在教师指导下自主选择适合自己的模块进行修习。专业拓展课为提升型课程，对应专业各模块开设，旨在进一步提高学生的职业发展能力。哪些课程或教学内容适合采用慕课形式，则要根据高职院校的教学资源情况、专业建设情况、课程特点、学生生源差异等因素综合考虑。一般来说，公共课程中的“共性教学内容”、专业基础课程中的理论课程较为适合采用慕课形式，或借助现有的慕课平台，或开发校本慕课。专业模块课程与专业拓展课程中，实验实训条件要求低的内容或课程、理论性较强的内容或课程、行业企业专家教授的内容适宜通过慕课或“翻转课堂”的形式开展教学。需要明确的是，并不是所有的课程都适合以慕课的形式开展教学，也不意味着慕课这种虚拟课堂可以替代大学传统的面授课堂。高职生较之本科院校学生，他们在知识水平、学习自觉性、学习能力方面存在差距，大规模开设慕课并不妥当。传统的面授课堂仍然是当下高职院校开展专业教学的主要场所，而慕课则是有力的补充。3构建基于慕课的分类、分层、分段的教学模式（1）慕课分类教学与传统课堂统一授课相融合。高职院校的分类培养各有特色，但在课程设置上都有共性课程与分类课程之分。若按老办法，分类课程只能被统一、固定地安排在某一或某几个学期。学生不能自主选择修习时间，不论基础好坏、学习能力高低，按照同一进度开展教学，忽视了学生的个性化学习需求。分类课程若采用慕课，以数字课程包形式呈现，一类培养方向对应一个分类课程包，每一位学生从入学开始即可按其培养类别自主选择课程包里的课程或内容，自行把握学习进度。这意味着整齐划一的教学节奏被打破，个性化学习可以贯穿专业教学整个过程。事实上，不是所有的分类课程都适合采用慕课，高职院校现有的教学条件也无法完全实现“全慕课”教学，这就给建设分类课程包带来了一定难度。一个有效的办法是，一个分类课程包尽管不能涵盖某一类别的所有课程，但纳入其中的几门课程或部分内容彼此之间应有关联、分层次，易于学生按某一类别渐进式开展学习。分类课程包之外的课程或内容则仍然在传统课堂上开展教学。这种面授形式的课堂教学有其不可替代的优势，课堂交流便捷即时，修课学生容易结成稳定的学习共同体，教师可以随时根据学生的学习反馈调整教学方法和教学节奏，而且教师自身的人格也能在教学中潜移默化地影响学生。这些都是在线教学所不具备的。（2）慕课分层构架与学习权限有限开放相呼应。分类课程包应循着公共课程―专业基础课程―专业模块课程―专业拓展课程这一逻辑顺序选取课程或内容，课程与课程之间、内容与内容之间层级鲜明又相互衔接。慕课教学采用“微视频”即微课形式，每节课时长为10分钟左右，这是基于学生最佳注意力时长的考虑。作成慕课的课程或部分教学内容由若干节微课组成，学习内容有逻辑顺序的微课与微课之间，应按学习规律与教学进度有序构架，设计学习权限，即学完了前一节微课并达到教学要求才有资格学习后一节微课。引导学生有步骤、阶梯式地开展在线学习，避免学习的盲目性与随意性。构建以微课为单位的分层分类课程包，关键要厘清每一类培养方向所需的知识、能力与素质要求以及各门课程的教学目标。分层设计的关键还在于技术层面，微课学习权限宜采取有限开放的方式，学生点击某一门微课进入学习前，系统会提示其是否有权限进入学习，有权限则能顺利进入学习，提示无权限则打不开学习页面。4基于慕课形式的分类教学应解决的基本问题（1）多渠道获取慕课资源。慕课制作需要投入大量的财力和精力，分类课程包里的所有慕课全由高职院校的教师自己建设既不现实也没有必要。一部分慕课课程可以来自包括XuetangX、果壳网Mooc学院、慕课网等慕课平台，比如分类培养课程体系中的部分公共课程、专业拓展课程。当下，信息化教学是热点，多地陆续搭建高校慕课联盟，这也是获取慕课资源的有效途径。高职院校更要通过政策和措施激励本校教师积建设校本慕课。通过多渠道获取或自主建设慕课，形成种类多样、内容丰富的慕课教学资源。（2）加强学生的学习诚信教育。慕课学习不是面授课堂，师生之间连着网络，却有时空的阻隔。电脑另一端的学习者身份难以确认，在线作业和互动问答是否由学生本人完成也不得而知。尽管技术设计可以解决一部分学习诚信问题，但仍然需要对学生进行学习诚信教育，引导学生自觉、自主、真实地在课外开展在线学习。注释②肖智清，周劲松.高等职业院校“分类培养”教学改革实施策略.中国高教研究，2004（6）：59.③McAuleyA，StewartB，SiemensG，etal.TheMOOCmodelfordigitalpractice[J].2010.最优化理论与方法(现代优化计算方法)内容概论递归、分治、贪心、回溯禁忌搜索、爬山算法模拟退火、蚁群算法遗传算法神经网络元胞自动机随机算法背景■传统实际问题的特点连续性问题—主要以微积分为基础,且问题规模较小■传统的优化方法追求准确—精确解理论的完美—结果漂亮主要方法:线性与非线性规划、动态规划、多目标规划、整数规划等;排队论、库存论、对策论、决策论等。■传统的评价方法算法收敛性(从极限角度考虑)收敛速度(线性、超线性、二次收敛等)传统运筹学面临新挑战现代问题的特点离散性问题——主要以组合优化(针对离散问题,定义见后)理论为基础不确定性问题——随机性数学模型半结构或非结构化的问题—计算机模拟、决策支持系统大规模问题—并行计算、大型分解理论、近似理论现代优化方法追求满意—近似解实用性强解决实际问题■现代优化算法的评价方法算法复杂性现代优化(启发式)方法种类■禁忌搜索(tabusearch)模拟退火(simulatedannealing)遗传算法(geneticalgorithms)■神经网络(neuralnetworks)■