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摘要： 随着硬件运算速度变得越来越快、体系结构变得越来越复杂,软件的功能也变得越来越强大而复杂,如何开发可靠的软件系统,已经成为了一项巨大的挑战.形式化方法是利用数学理论与方法论证检验软件系统可靠性与安全性的方法,包括模型检验、定理证明等多种技术手段.近年来,利用形式化方法解决软件可靠性与安全性问题已经获得了越来越广泛的应用.为此,我们组织了本专题与ChinaSoft形式化方法与应用论坛,探讨并交流最近一年以来,国内学者在形式化方法与应用的研究中取得的新成果.

关键词： 新课标   美术欣赏教学   单元课程结构化   唐代服饰文化  

摘要： 习近平总书记给中央美术学院教授的回信中提出要“做好美育工作”“弘扬中华美育精神”。美术欣赏教学是提升公民或学生美育精神与素养的重要环节,对学校开展美育工作起着至关重要的作用。为响应国家号召,2022年4月印发的《义务教育艺术课程标准(2022年版)》美术学科课程中将“欣赏·评述”作为艺术实践活动的起点,强调加强中华优秀传统文化教育,并提出教师教学要重视知识内在关联,加强教学内容有机整合并。但笔者调查分析发现目前美术欣赏教学在美术课程中还处于薄弱地位,美术教科书“欣赏·评述”课程内容编排上关联度并不高,美术欣赏知识琐碎零散会导致美术学科育人效果不佳。由此,如何落实新课标精神更好地开展美术欣赏课并能在课程中融入中华优秀传统文化具有重要的研究意义。 《义务教育课程方案(2022年版)》提出以核心素养统领各门学科的课程目标、课程内容、课程实施、学业质量等的设计,各门课程内容进行结构化整合。探索大单元教学,加强知识间的内在关联,促进知识结构化。基于此,本文首先通过查阅文献对初中美术欣赏单元结构化教学研究情况进行分析,以期在文献层面了解美术欣赏单元结构化教学理论与实践面貌;其次运用问卷调查法、访谈分析法进行充分调研,了解初中生对美术欣赏学习的态度与认知情况与中学美术欣赏教学的现状和特点;接着基于课程结构化视角分析目前初中美术欣赏教学中隐含的结构特征。探索与构建素养导向下初中美术单元结构化教学设计框架与路径,以主题大概念统整教科书内容,依据学科与实践逻辑编排课例,加强美术学科知识结构化。最后通过开发设计《衣尚·唐潮》美术欣赏单元结构化课程并进行教学实践与成效分析,得出美术欣赏单元结构化教学有助于提升学生核心素养与培育结构化思维能力,充分验证了本研究的可行性、有效性与研究价值。

摘要： 模块是结构化教学的主要呈现方式，是对现有教材进行知识与技能的关联性重组，构建系统连贯的结构化内容体系，能够更好地帮助教师整体把握教学内容，帮助学生通过结构化教学，在高中阶段较为系统学习1～3个运动项目。在《普通高中体育与健康课程标准(2017年版2020年修订)》[以下简称《普高课程标准(2017年版2020年修订)》]中，各类运动技能的模块教学内容要求维度，均体现在“基本知识与技能、技战术运用、专项体能与一般体能、展示或比赛、规则与裁判方法、观赏与评价”等六个方面，结合研究与实践阐述如何设置具体内容。

关键词： 高中语文   结构化阅读   教学设计  

摘要： 阅读教学是语文教学中的重点内容,不仅可以培养学生的阅读能力,还促进口语交际、书面表达等综合能力的发展,丰富学生的精神世界。但当前的阅读教学往往侧重于段落、语句的分析,导致学生获得的知识碎片化。为弥补阅读教学的突出短板,本研究基于语文课程标准(2020年修订),采用访谈、课堂观察、案例等研究方法,从三个方面对高中语文结构化阅读教学设计进行了系统探讨。 一是对高中语文结构化阅读教学进行了界定。高中语文结构化阅读教学,是基于语文阅读本质,从学生认知结构出发,按照阅读教学逻辑,对教学内容进行排序与整合,从而形成相互联系、易于理解、促进迁移的知识结构,同时通过师生相互交往、层层递进的活动,促进学生阅读认知的结构化。 二是提出了高中语文结构化阅读教学设计框架。该框架分为五个部分,其一,教学背景分析,认为要分析学习者、课程标准和学习内容。其二,教学目标建构,认为教学目标的建构要遵循普通高中课程标准和学科核心概念,教学目标的表述要采用结构化的方式,如“通过什么样的活动,学习什么样的内容,学会做什么,发展什么素养”。其三,教学内容整合,要对学科核心概念相关知识、统编教材相关资源、结构化阅读教学内容本身进行整合。其四,教学活动设计,要对教学情境、教学议题、教学任务进行设计。其五,教学评价设计,要坚持评价主体的多元化和评价方法的多元化。 三是对高中语文结构化阅读教学效果进行了实测。依据上述设计框架,本研究以高中语文统编教材中的《劝学》为例,设计出了完整详细的阅读教学方案,并在H市M校展开了教学实验。结果显示,结构化阅读教学得到了师生共同的支持,具有优化教学设计,促进教学内容整合,有助于学生获得系统与模块化的知识等优点。与此同时,也发现了教学实施中可能存在的困难,并针对这些困难提出了针对性的解决措施。 在上述研究基础上,通过横向分析与纵向反思,我们认为,本研究提出的对阅读教学内容进行结构化整合、以及对阅读教学活动进行结构化设计,较之其他教学实践,具有一定程度的深化、拓展、探索意义。

关键词： 雾水收集   大气水收集   结构化   润湿表面   雾流方向   多功能  

摘要： 在21世纪,全球淡水资源正面临着极大的挑战。受自然动植物雾收集行为的启发,研究人员设计出了大量基于润湿驱动的水收集材料,然而这类材料表面的微纳米结构极易被破坏,大大降低了材料的服役时间。不仅如此,在实际环境中,雾流方向的不确定性也向二维集雾器提出了挑战。并且当雾流出现时,常常伴随着风,如何将这一绿色能源合理利用是常常被忽略的问题。此外,随着全球气候的变化,雾流出现的时长地点变得更加不可预测,那么如何实现低湿度下全天自动水收集是亟待解决的问题。针对以上水收集困境,本文设计了不同的兼具宏观几何结构和仿生润湿梯度的水收集材料,期待其实现高效持久的水收集并且能够得以实际运用。主要工作内容如下: （1）针对传统集雾材料微纳米结构破坏,导致集雾材料服役寿命短的问题,并受到Kirigami结构的启发,工作一制备了三种具有不同结构的雾收集材料。以锌片为基底,在迎雾面采用阳极氧化的方法生长了超亲水氧化锌纳米线,在另一侧喷涂超疏水二氧化硅纳米颗粒,实现了水收集材料的制备。对三种不同的雾收集材料进行雾水收集测试,结果显示它们的雾收集效率分别约为3.04、3.17和3.54 g·h-1·cm-2,分别是原始等大锌片的1.57倍、1.63倍和1.82倍。为了测试该材料的实际应用潜力,对集水效果最好的样品3进行了耐久性和抗紫外辐照试验。实验结果表明,样品3的表面具有较好的耐久性和良好的抗紫外线性,具备实际应用的潜力。 （2）在实际雾水收集的过程中雾流方向出现变化时,会影响Janus类型的雾收集材料的收集效率。针对外界雾流方向大小不稳定的问题,受铁兰和仙人掌的启发,工作二中设计了三种不受雾流方向影响的不同分叉结构的圆筒状雾收集材料。采用碱氨刻蚀的办法对样品进行了简单的化学修饰,使尖端部分获得超亲水性其他部分获得超疏水性。其中样品3的集雾效率可达到改性后圆筒的2.26倍,效率约为0.9 g·h-1·cm-2。此外,样品3的集雾效率可达到未改性圆筒的12.17倍,并且在10个雾收集循环后样品仍能保持较高雾收集效率。这种雾收集材料不仅实现了对雾的有效捕获和收集,而且可以在不受雾流方向影响的情况下有效地持续收集雾水,使雾流最大程度上被充分利用,是解决干旱地区水资源短缺问题的可行方案。 （3）由于雾水收集过程中风能常常被忽略,为实现绿色能源的充分利用,于是工作三制备了一种兼具集雾和发电的集雾器。这种装置不仅可以实现高效的雾水收集,同时还能够在集雾过程中将风能转变成电能。单个集雾器的收集效率约为0.49 g·h-1·cm-2,集雾总量能够达到等大面积正方形铝片的2.8倍。单个集雾器的发电电压可以达到0.84 V,并且在16秒内就可以充满一个1000μF的电容器。展现了集雾器优异的集雾能力及优良的发电及存储性能。 （4）受到温室效应的影响,雾出现的时间地点变得不可预测,这对雾收集造成了一些不利影响。然而大气中的淡水资源存储十分丰富且地理限制小,由太阳能等可再生能源驱动的大气水收集更是研究的焦点。针对低湿度环境下全天水收集的需求,工作四选择使用掺杂羧基化多壁碳纳米管的双网络多孔凝胶作为承载吸附剂的基底,氯化锂改性的Al-Fum为吸附剂制备了一种大气水收集材料。不仅如此,我们还为凝胶设计了一种螺线形的结构增大其与湿润空气的接触面积并且延长与空气接触的时间,提升吸湿材料整体吸湿性能。实验结果表明这种水收集材料在40%RH下的吸附效率可以达到0.9 g·g-1,是普通凝胶吸湿效率的1.6倍。进一步设计了一种内部具有辐射冷却涂层的房屋状大气水收集装置并在户外进行了雾水收集测试,结果表明该装置可以实现全天不间断的大气水收集,具有实际应用的潜力。

关键词： 长正方体表面积   设计评析   结构化教学  

摘要： 在教学中教师应从知识的整体结构着眼，注意寻求知识的内在联系，秉持一种“结构化视角”,对相关的数学课时知识、单元知识，以及数学本体性知识等进行整理、集结，以结构化的教学来组建教学活动.结构化教学有助于学生掌握结构化知识，结构化知识能有效助推学生的结构化学习.

关键词： 核心素养   大概念   单元教学   结构化教学  

摘要： 《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出以核心素养为导向的教学理念。文章根据结构化教学的思想，结合学生的认知规律和认知能力，深入解读教材，基于现有小学科学教材的编排逻辑，结合概念进阶理论，梳理出单元知识结构图式，以单元结构化图式作为教学主线实施单元结构化教学，以此引导学生形成结构化知识，促进学生创造性地解决陌生情境问题，实现培育核心素养的教学目标。

关键词： Event-B   形式化方法   免疫模型   电梯模型   ProB   iUML-B  

摘要： 从20世纪60年代末期软件工程产生起,需求分析就一直是软件开发的重要主题。根据软件开发过程中的形式化程度,可以把软件开发方法划分为非形式化方法、半形式化方法以及形式化方法三种。传统的软件需求分析过程中,只采用非形式化方法或者形式化方法的弊端也越来越明显。在面向对象的软件开发中,UML已经成为事实上的建模标准。然而,UML虽然直观容易理解和应用,却存在着不精确的语义,而且UML是一种半形式化的建模语言,无法进行形式化的验证。Event-B是一种基于大量数学谓词逻辑的形式化方法,虽然精确却难以理解和应用。因此,如何综合UML和Event-B形式化方法各自的优势以弥补两者的缺点,从而使得软件系统的建模以及分析更加全面、准确和可靠是研究的重点。 以往的转换方法都是基于UML零散图到Event-B的转换,缺乏系统性的转换方法。一般的软件系统是中型系统,中型系统采用用例图、类图、状态图和顺序图这四种图就可以很好的表达清楚。本文的研究也是基于上述四种图,旨在探索提出一种UML到Event-B的系统性转换方法,以实现UML元素与Event-B元素之间的对应统一,增强Event-B形式化方法的可理解性以及UML的精确性。为了验证本文中所提出的系统性转换方法的可行性和有效性,本文以免疫系统和电梯系统为示例,采用Event-B方法进行建模和验证。本文的主要工作如下: 第一,提出一种UML用例图到Event-B的转换方法。用例图中,关系的表示和连接方式对于清晰地描述系统的功能至关重要,但是以往的转换方法仅实现了用例图中的部分关系。因此,本文提出一种用例图到Event-B形式化方法的转换方法,以免疫系统中的细胞免疫作用机制为示例,基于Rodin平台为细胞免疫建模和验证,实现细胞免疫用例图到Event-B方法的转换。实验结果表明,这种转换方法能实现用例图中元素的全面转换,而且模型中所产生的证明义务数量也较多,提高了模型的精确性和准确性。 第二,针对一般的中型系统,本文提出一种UML到Event-B的系统化转换方法。由于以往的转换方法都是基于UML个别零散图到Event-B形式化方法的转换,缺乏系统性的转换方法,在转换过程中可能会存在不一致性和歧义性等问题。为了解决这一问题,本文提出了UML用例图、类图、状态图和顺序图这四种图到Event-B方法的转换规则和转换步骤,以系统性的将UML转换成Event-B形式化方法。 第三,为验证本文所提出的系统性转换方法的可靠性和可行性,本文以电梯控制系统为示例,基于Rodin平台为电梯系统建模和验证,实现电梯系统UML图到Event-B方法的系统性转换。此外,本文中还采用Pro B和i UML-B图形化前端动态地验证模型中事件的执行过程。实验结果表明,模型中产生的证明义务数量不仅全部得到了解除,而且不存在死锁、不变量违规等问题,电梯模型的实验结果验证了该转换方法的可行性和有效性。 总之,针对于一般的中型系统,本文提出了一种UML到Event-B的系统性转换法方法。通过该系统性转换方法在电梯系统中的应用,验证了UML到Event-B系统性转换方法的可行性和有效性。该系统性转换方法的提出,不仅有利于增强形式化方法的可理解性和UML的精确性,而且有利于形式化方法的推广应用以及软件从业人员的使用。

摘要： 在当今教育背景下，化学作为初中教育的重要科目，对培养学生的科学素养和综合能力具有重要作用。其中，“金属的化学性质”是初中化学中的重要教学内容之一，对学生理解化学反应的本质和规律具有重要意义。然而，由于初中生的认知发展尚未完全成熟，对于抽象概念和理论的理解还存在一定的困难，因此，为了更好地帮助学生理解和掌握“金属的化学性质”这一知识，教师需要采用结构化的教学设计方法。结构化教学设计是一种系统化、层次化的教学设计方法，它强调将复杂的知识结构化、模块化，帮助学生逐步建立知识结构，形成系统的认识。

关键词： 循证教学   知识结构化   深度学习   教学改进  

摘要： 促进知识结构化是新课程改革为落实学科核心素养培育要求、优化知识教学、促进深度学习而提出的一项重要任务。然而，当前的知识结构化教学研究因存在较为严重的经验化倾向，使得研究结果的科学性欠佳、对教学实践的指导意义有限。循证教学是解决这些问题的有效手段。由于认识论视角下指向深度学习的知识结构化是知识的本体结构、认知结构和实践结构“三位一体”的表征结果，因此促进课程知识结构化的循证教学需重点围绕这三个维度的结构化进行设计和实施。具体而言，在教学设计层面，根据循证医学的“5A”框架，从提出问题、获取证据、筛选证据、应用证据、评估证据五个环节依次展开基于证据的“教学评一体化”干预教学设计；在教学实施层面，结合教育行动研究方法，通过“计划—行动—观察—反思”的螺旋式掘进方式展开基于证据的知识结构化教学，并从学生学习、教师教学和知识结构化等3个维度、15个观察要点对影响学生知识结构化的因素进行全面而深入的观察和评价，在促进学生知识结构化的同时，为新一轮循证教学提供科学证据。