多层神经网络论文（精选10篇）
多层神经网络论文 篇1
0引言
密码技术是信息安全技术的核心, 它主要由密码编码技术和密码分析技术两个分支组成。其中, 密码编码技术的主要任务是寻求产生安全性高的有效密码算法和协议, 以满足对消息进行加密或认证的要求;密码分析技术的主要任务是破译密码或伪造认证消息, 窃取机密信息或进行诈骗破坏等活动。这两个分支既相互独立又相互依存, 正是由于这种对立统一关系, 才推动了密码学自身的发展[1]。
意大利的神经网络专家Lauria创造性地提出将神经网络用于密码学领域的设想, 并进行了论述[2,3]。我国的密码学研究者也注意到了这种趋势, 并进行了这方面的研究。1994年杜生辉等提出用单层感知器构造分组密码[4], 1998年章照止等提到用神经网络模型构造分组密码[5], 2001年齐锐等提出一种基于神经网络的对称密码系统[6]等等。
在用单层感知器构造的分组密码[4]中, 讨论了加/解密变换过程, 分析了其安全性, 但并未给出相关的仿真结果, 也没有对其安全性进行详细的分析。我们在仿真研究中发现, 该文献构造的分组密码的扩散性能并不明显, 这就造成了安全性的降低。
1基于多层前馈网络的分组密码的数学模型
1.1一种满足混乱规则的分组密码的数学模型
假设明文分组共N小块, 即为:M= (m0, m1, …, mN…1) , 相应的密文分组也为N小块, 即为:C= (c0, c1, …, cN-1) , 其中mi∈{0, 1, …, N-1}, ci∈{0, 1, …, N-1} (i=0, 1, …, N-1)
该分组密码系统的加密函数为:
ci=EKEi (mi) ≡ (mi+ki) mod N (1)
其中, 加密密钥为KE= (k0, k1, …, kN-1) , ki∈{0, 1, …, N-1} (i=0, 1, …, N-1) 。
在用感知器构造的分组密码[4]中, 要求k0, k1, …, kN-1互不相同, 即k0, k1, …, kN-1是模n的完全剩余集。这样做反而减小了密码分析者攻击的穷举空间, 即降低了密码的安全性;其实, 只要 (k0, k1, …, kN-1) ∈{0, 1, …, N-1}N, 即使当i≠j时, ki=kj (i, j=0, 1, …, N-1) , 也能构造出相应的解密函数, 而且扩大了分析者攻击的穷举空间, 即增强了密码的安全性。该分组密码系统相应的解密函数为:
mi=DKDi (ci) ≡ (ci+N+ (-ki) ) mod N (2)
其中, 解密密钥与加密密钥互为相反数, 即KD= (-k0, -k1, …, -kN-1) , ki∈{0, 1, …, N-1}, (i=0, 1, …, N-1) 。
C.E.Shannon在经典论文[7]中提出, 混乱和扩散是隐蔽明文消息冗余度的基本方法。由于模运算是一种非线性运算, 所以上述的加/解密函数能够表现出一定的混乱特征。但加/解密函数的扩散特征却不太明显。
1.2一种满足扩散规则的分组密码的数学模型
假设明文分组共N小块, 即为:M= (m0, m1, …, mN-1) , 相应的密文分组也为N小块, 即为:C= (c0, c1, …, cN-1) , 其中mi∈Z, ci∈Z (i=0, 1, …, N-1) 。
加密函数为:
为加密密钥,
ki, j∈R, (i, j=0, 1, …, N-1) 。
相应的解密函数为:
其中, 解密密钥与加密密钥互为逆矩阵, 即KD= (KE) -1。
总体上说, 这种加/解密函数的扩散特征还是比较明显的。但这种分组密码模型的混乱特征并不明显。
1.3基于两层前馈网络的分组密码的模型
1.3.1 该分组密码的数学模型
C.E.Shannon在他的经典论文[7]中提出, 两种密码系统通过“乘积”的方式可以被组合在一起。根据这种理论, 可以把1.1节和1.2节讨论的两种模型分别作为两个密码系统T和R, 各自用一层前馈神经网络来实现;通过“乘积”的方式就可以得到一种同时满足混乱规则和扩散规则的新密码系统 (如图1所示) 。在图1中, R的明文空间和T的密文空间相同, 因此可以首先使用T系统, 然后对加密过程的结果使用R系统。
1.3.2 该分组密码的安全性分析
在第一层加密系统T中, 由于各个神经元用到的传输函数是模运算, 而模运算是一种非线性运算;在第二层加密系统R中, 也用到了矩阵相乘的运算, 所以该模型总体上能够表现出良好的混乱特征。
在第二层加密系统R中, 由于用该层神经元和输入向量之间的连接权值矩阵作为加密密钥K2, 所以该层能够表现出很好的扩散特征。具体从理论上说, 如果当加密密钥K1和加密密钥K2不变时, 改变明文向量的任意一个元素, 加密后能使N个密文元素得到改变;而改变任意一个密文元素, 解密后也可以使N个明文元素得到改变, 所以明文和密文之间的扩散影响程度很高。同理, 当明文及加密密钥K2不变时, 改变加密密钥K1的任意一个小块, 加密后能使N个密文小块得到改变;当明文及加密密钥K1不变时, 改变加密密钥K2的任意一个小块, 加密后只能使一个密文小块得到改变, 所以密钥对密文的扩散影响程度也较高。
对于加密密钥K2来说, 如果ki, j (i, j=0, 1, …, N-1) 随机选取, 只要 (k0, k1, …, kN-1) ∈{0, 1, …, N-1}N即可, 那么就有NN种不同的选法。当密码分析者采用穷举密钥空间攻击时, 只要N取足够大的值, 密码分析者仅仅靠穷举NN种密钥来推出加密密钥, 或者由同一加密算法及加密密钥加密的新密文推出其对应的明文在计算上都是不可行的, 即此系统在计算上是安全的。
对于加密密钥K2来说, 如果ki, j (i, j=0, 1, …, N-1) 随机选取, 只要ki, j∈R并且KE和KD互逆即可。那么, 当密码分析者采用穷举密钥空间攻击时, 仅仅靠穷举密钥空间来推出加密密钥, 或者由同一加密算法及加密密钥加密的新密文推出其对应的明文来得到明文在理论上是不可行的, 所以此系统是无条件安全的。
从整体上说, 当密码分析者采用穷举密钥空间攻击时, 由于需要穷举加密密钥K1和加密密钥K2的密钥空间, 而在理论上加密密钥有无穷种不同的选法, 所以仅仅靠穷举密钥空间来得到明文在理论上是不可行的, 即此分组密码体制是无条件安全的。
2用于分组密码体制的两层前馈网络的具体实现
假设已经把原始明文变成加密过程所需要的数字形式, 以便作为加密网络的输入向量。在本文中, 把原始的二进制明文分成一个分组序列, 其中每个分组包含N个小块, 每个小块由M位二进制位组成且N∈[1, 2M], 即每个明文分组包括M×Nbit。M和N的值由消息源和目的地双方共同约定。图2是图1所述模型的加密部分的具体实现, 图3是图1所述模型的解密部分的具体实现。
首先, 由N个小块组成的分组经过用于加密的两层前馈网络, 将每个小块加密处理后输出。然后, 加密后的分组通过不安全的公共信道传送给目的地。这种数字形式的密文实际上已经表达不出明文的任何信息。最后, 目的地收到传来的最终密文后, 经过用于解密的两层前馈网络, 最终得到原始明文。
3用于分组密码体制的两层前馈网络的仿真 (实验一)
首先根据第2节讨论的该多层前馈网络的设计原则生成一个两层的加密网络和一个两层的解密网络。然后, 将明文样本M0作为加密网络的输入, 通过仿真得到密文C。最后, 再将得到的密文C作为解密网络的输入, 通过仿真得到解密后的明文M1。通过比较M0和M1来判断该分组密码体制是否能进行正常的加/解密操作。
为验证该分组密码体制的性能, 我们进行了大量的实验, 下面以其中的一个实验为例, 说明该分组密码体制的具体工作流程。在该实验中, 我们假设M=4, N=16 (即每个明文分组由16个小块组成) , 各小块内容的具体值如表1所示。
在仿真过程中得到的加密密钥K
K
K
C′={12775, 8424, 12185, 11756, 13508, 10888, 13231, 12291, 13491, 14325, 14897, 15416, 13245, 13394, 16257, 15627}
M′1={10, 1, 11, 3, 0, 14, 9, 13, 12, 8, 3, 10, 6, 5, 15, 1}
通过将M1和原始明文M0进行比较, 结果表明该分组密码体制能够正常工作。
4该分组密码体制的安全性分析
在1.3.2中曾对该分组密码的安全性进行了理论上的分析, 本文进行了大量的实验来观察这种分组密码的扩散效果, 结果表明该分组密码体制确实具有很好的扩散特征。下面以其中的四个实验为例进行说明。
参数设置与实验一相同, 即变量参数M与N、原始明文M0、加密密钥K
4.1实验二
通过实验二来验证明文M0对密文C的扩散影响程度。
作为加密网络输入向量的N个小块中的一个小块改变, 这里将第3个小块由‘11’变成‘12’, 而加密密钥K
4.2实验三
通过实验三来验证密文C对明文M1的扩散影响程度。
作为解密网络输入向量的N个小块中的一个小块改变, 这里将第6个小块由‘29912’变成‘12453’, 而解密密钥K
4.3实验四
通过实验四来验证加密密钥K
作为加密密钥K
4.4实验五
通过实验五来验证加密密钥K
作为加密密钥K
综上所述, 从总体上说, 这种分组密码体制的扩散特征比较明显。
5该分组密码体制与DES的比较
尽管DES已经走完它的生命历程, 但它作为分组密码的成功范例, 在密码学的发展史上仍然具有十分重要的地位, 下面将该分组密码体制与DES进行比较。
5.1加密强度的比较
DES的密钥长度为56位, 而三重DES的密钥长度为118位, 所以理论上穷举密钥空间大小分别为256和2118。随着计算机软、硬件技术和网络技术的飞速发展, 依靠计算机的高速计算能力和Internet的分布式计算能力, 用穷尽密钥搜索攻击方法破译DES已成为可能。出于安全性的考虑, 美国的国家标准与技术研究所于2001年11月26日正式公布了新标准AES, 其密钥长度为128/193/256位, 具有更大的穷举密钥空间。由此可见, 密钥的长度对密码体制的安全性有重要的影响。
在1.3.2中, 讨论了这种基于两层前馈网络的分组密码体制的加密强度, 从理论上说, 该体制对于穷尽密钥搜索攻击是无条件安全的。在实际应用中, 加密密钥K
5.2功能实现的比较
由于DES属于成熟的分组密码算法, 所以有大量的实现DES的高效硬件和软件。
如果用软件实现, 这种基于两层前馈网络的分组密码体制可以使用子块和简单的运算。通过对参数M和N设置不同的值, 使得分组 (或分组中的子块) 的长度能自然地适应软件编程, 比如8、16和32比特等。子块上进行的运算 (比如加法、乘法等) 也都是一些标准处理器所具有的基本指令。可见该分组密码体制是易于用软件实现的。
再考虑用硬件实现的情况。神经网络的大规模并行性使得它很适合用VLSI技术实现, VLSI的一个特殊优点是提供一个以高度分层的方式捕捉真实复杂性行为的方法, 这就使得神经网络具有快速处理某些任务的潜在能力。而对于这种基于两层前馈网络的分组密码体制来说, 其加密网络和解密网络的结构基本相同, 可以采用相同的神经网络芯片同时实现加/解密功能。随着神经网络芯片的进一步研究和大规模应用, 该分组密码的加/解密处理速度将大大加快, 系统的成本也将随之降低。可见该分组密码体制也是易于用硬件实现的。
6结论
作为信息安全技术的核心技术, 密码技术在保密通信中发挥着不可替代的重要作用。本文基于多层前馈神经网络的特性和分组密码的设计原则, 设计了一种分组密码体制, 并用一个两层前馈网络具体实现了该分组密码体制。通过仿真, 说明了该分组密码体制是可行的;理论分析和实验结果说明了该分组密码体制具有较高的安全性, 具有很好的混乱特性和扩散特性;与DES的比较进一步表明该分组密码体制具有较高的安全性, 并易于实现。
参考文献
[1]冯登国.国内外密码学研究现状及发展趋势[J].通信学报, 2002, 23 (5) :18-26.
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[3]Lauria F E.Non-linguistic Neurocrytology and the Shannon theorem[M].M.Marinaro&G.Scarpetta eds., Structures:from Physics to General Systems[J].World Sc, 1992 (2) :238-244.
[4]杜生辉, 阮传概.用感知器构造分组密码[J].密码与信息, 1994 (1) :24-31.
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[6]齐锐, 张大力, 阎平凡.基于神经网络的对称密码系统[J].清华大学学报:自然科学版, 2001, 41 (9) :89-93.
[7]Shannon C E.Communication Theory of Secrecy Systems[J].Bell Sys-tem Technical Journal, 1949, 28 (4) :656-715.
多层神经网络论文 篇2
马克思主义哲学原理课是高校公共理论基本课程。它具有拓宽学生知识领域，培养学生正确的世界观、人生观和价值观，培养学生科学的思维方式，提高学生理论素养等多方面功能。然而，由于多种原因，现在作为公共课的马克思主义哲学课的教学效果并不理想。笔者曾对学生进行调查访谈，发现学生中有90%的同学认为这门课应该开设，而且对个人今后的发展作用非常大；有5%的同学对这门课根本不感兴趣，认为是没有用的，应该取消；也有5%的同学对这门课非常感兴趣，但现实又令人不尽满意。他们认为，主要是教师的教和学生的学还存在一定的脱节，没有做到师生真正的互动本文着重从学生不同层次的需要出发，对哲学教学模式的改革作一初步研究。
一、面对不同层次学生采取不同教学手段
目前，高校公共理论课教学效果普遍较差，据调查统计，目前学生比较关注的是与自身有切身利益关系的就业和薪金，以及国家、国际局势，而对学校公共理论课的学习则非常不重视，认为高校的公共理论课内容比较空泛，教师教学手段呆板。而对于学生来说，学生水平参差不齐，有的学生学习的目的是为了拿必修的学分，处于无奈的地步；有的学生非常感兴趣；有的学生则基本没有学习动力。要提高教学效果，必须针对不同层次的教学对象，相应采取不同的教学方法。
第一、对于大部分学生来说，他们对马克思主义哲学不太感兴趣，由于在中学里经历了考大学的“黑色期”之后，他们有一种逃避约束的自由感，而哲学也是使他们感到不自在的一方面，到了大学之后，学习哲学是作为一门必修课程，是学校要他们学，认为对今后的就业没有多大的用处，因而学习上缺乏主动性。
造成这种情况的原因有许多，一个主要原因是受社会环境的影响，“学好数理化，走遍天下都不怕”这句话是以前学生挂在嘴边的口头禅，平时只注重于数学等理科的学习，轻视文科的学习，认为文科是“捣糨糊”的东西，没有实际作用。现在呢，学生除了专业之外，忙乎于英语和计算机的学习，英语中级口译、计算机二级证书、网络高手证书等，一张又一张，作为今后找工作的一个个砝码。由此而造成学习哲学的无用论。针对这种情况，为调动学生的学习主动性，我们在教学中主要采用撰写论文的方式。
作为马克思主义哲学课程的学习，主要在于理论的理解，要求学生撰写小论文是一种让学生主动去寻找资料，提炼内容的一种途径，对于现在哲学课学生人数较多的情况，这是考察大部分同学的理论学习程度的一种方式。在教学中，教师利用相关章节，特别是讲到基本原理内涵时，让学生运用马克思主义哲学原理联系实际写一篇小论文，字数要求2000—2500字左右，如用哲学原理来分析大学生的文化素质与城市形象、用联系与发展的观点来分析先进文化的发展趋势、用哲学原理来分析理解青年资本价值论等。这种写小论文的方式，虽说是教师布置学生完成的被动的方式，但也是主动的，因为学生在教师规定的主题范围内，主动去寻找相关资料，在理解原理的基础上进行分析，最终形成自己的观点。从最后的效果看，学生的小论文资料来源丰富，有事实依据，有个人观点，并能把原理渗透到实例中。
第二、对于一小部分特别感兴趣的同学来说，他们感觉现在的教学还有待提高，主要的问题在于：教学手段的呆板使这部分学生有所失望。以前传统的“填鸭式”的教学方式，往往是教师一言堂，滔滔不绝地讲上一节课，学生坐在下面安安静静地听，偶然的提问也缺乏启发和引导，直问直答，学生提不起兴趣。而现在，借助于多媒体技术的教学逐渐代替粉笔板书，图片、文字的大量播放，使得学生的信息接收量大了、内容丰富了、抽象的概念直观化、形象化了，但这种“新填鸭式”的教学模式，教师和学生都轻松了，学生象在看电影，教师只是电影放映员，对传统的“填鸭式”教学方法没有根本突破。因而他们认为应该以讨论、研究式的方法改进教学。
如何发挥这部分学生的积极性，让他们在学习中能够充分感受到学习哲学的乐趣，是我 们在教学过程中不容忽视的问题，采用课堂提问，让他们充分发表意见不失为一种较好的尝试。我们“以学生为中心”，灵活运用评分体系，采用平时成绩与期末考试综合评价得分的方法，平时成绩包括课堂提问和作业、讨论、小论文等，其中课堂提问和讨论能够更好地激发这一小部分感兴趣的同学的积极性，也是培养学生学习的创新性和主动性的一种好形式，但应注意的是教师的提问不能只是直接问答式，应该有一定的启发性，也不能无缘无故地提问，让学生不知所云。如在讲到马克思主义哲学的产生和实质时，我们可采用讨论分析的方法，先让学生去查阅相关资料，了解西方哲学的发展史，其中西方各哲学流派的特征，黑格尔哲学和费尔巴哈哲学的基本内容等，再让部分同学来为大家演示这部分内容，进行讨论，在讨论中分析出马克思主义哲学的实质，这种先通过提问提供背景资料，然后分析问题、解决问题，最后得出结论的过程有利于学生的理解和把握。特别是当一名同学为大家介绍他所搜集的相关资料时，会引起其他同学的共鸣和讨论，利于形成良好的课堂氛围。而学生在这个学习过程中所表现出来的积极性，如主动进行演示、回答问题、提出问题等都被记录在册，作为平时表现优秀最终加分的依据。
第三、对于特殊的少部分不感兴趣又不愿听课的同学来说，哲学课是他们做其他作业、逃课等的时间。这部分学生在社会功利主义影响下，学习兴趣比较偏颇，既对优秀文化知识知之甚少，又不愿意花时间去提高自身的文化素养，认为哲学是一门既高深又不能解决他们实际问题的学科，因而在来上课时就会主动“抓紧时间”做其他事情。
对于这种情况，我们在教学中不能一味地说教，而要通过适当的教学手段提起他们的兴趣。故事型教学方式就是一种好的形式。在马克思主义哲学教学模式中有一个难点，就是其基本原理和内容等语言比较难懂，而在其中穿插一些生活小故事既有趣又能说明问题，教学的目的是让学生能理解内容，因而在教学中应推行“浅入深出”的方法，通过生活实例总结归纳出教材内容。如在第三章“联系与发展”内容讲解之前，从整个世界联系与发展的总特征，到“三大规律”、“五大范畴”涉及的内容，让学生收集各种小故事，这些小故事散见于中小学课本及各种新闻报道，或严肃，或生活化，也有滑稽可笑的，学生在收集过程中根据不同的内容进行筛选，把符合条件的小故事挑出来，并进行分析。教师在不同章节内容讲解时可穿插这些小故事，这样不仅吸引了大家的注意力，而且可以使那部分不感兴趣的同学产生兴趣，在接受故事的同时接受哲学原理，如从恒星的演化到否定之否定规律，从台上台下的笑话联系到质量互变规律，从对立的格言到对立统一规律等。
二、实现分层次教学的利弊分析
不同层次的学生在一起上课，由于目的不同、兴趣不同，因而造成教学中师生之间比较僵化，无法做到互动，因而我们应注意三点：一是避免以教师灌输为主的教学模式，也就是教师在教学中要注意启发学生的思维，做到教师与学生互动；二是避免用辅助教学设备取代教师讲解，让学生像在看电影，要看听说相结合；三是积极发挥学生的主动性，让学生主动搜集资料，主动讲演，把教材讲活。一个好的老师，一个教学方法灵活的教师是深受学生欢迎的。如在第一届高等学校名师评选中，涌现出了一批学识渊博、教学效果佳，深受学生欢迎的名师，其中不乏基础课程教师。
在具体的哲学教学中，撰写小论文、搜集小故事、进行主题演讲等教学模式，能有效地提高学生学习的积极性，实现教学中的师生互动、教学相长。这种互动式教学，就是学生对老师提出的问题要有响应，学生和老师之间要有对话和交流，绝对不要教师一个人从头讲到尾。这样的教学互动需要注意两个问题：首先，要尊重学生在教学活动中的主体性地位。从“以教师为中心”向“以学生为中心”转换，因为如果没有学生的响应，口才再好的老师，学生也只是在被动吸收，教学质量不高，而实现了师生之间的互动，被动的效果变成主动的效果，才是高质量的教学效果。其次，要想实现这种教学互动模式，必须事先精心设计教学过程中不同的阶段不同的启发学生思路的问题，在交流和讨论时，要善于引导，有时学生对所提问题答不上来或切不中要害，不要马上否决，说出答案，可以相互讨论。因为教师不仅在传授知识，而且重要的是能拓宽学生思维，引导学生善于思考。这种教学方法第二个有利之处在于可以进行研究式教学。大学生已经具备了一定的研究能力，哲学课程是一门富有研究思维的学科，需要一种研究精神，提问、回答、讨论这种教学方式可以调节教师学生双方的学习兴趣、研究兴趣，从而更能发现真谛。古希腊哲学家苏格拉底就提出了对话的方式，通过主体间对话来揭示理性。因为哲学的本性不是理性的独白，而是一种理性的对话。同时，哲学也是一种高度探索性的活动，在整个理性揭示过程中，永远处在开放的对话之中，既不是在提问者这边，也不是在回答者这边，没有先在的和固定的答案，是一个不断地解构原来固定的观念和不断地重建新观念的一个动态过程。课堂提问是培养学生思考能力的一个方面；小论文的撰写，是一个培养学生研究能力的过程，如何去收集资料，如何筛选资料，如何归纳总结，如何分析综合等；在演讲时，则是反映学生的总体研究状况。在这个过程中也是学生学习哲学的理性升华过程。
同时，我们还可以根据小论文、小故事进行课堂主题演讲。学生在收集资料的基础上，综合自己的观点，有些针对理论，有些针对新闻，在课堂上亮出自己的观点进行陈述，其他同学既是观众也是评委，对他的陈述可以进行提问，这样可以激发学生的思维，扩大视野。在演讲时要求学生观点明确，条理清晰，分析透彻，仪表端庄，注意演讲技巧等问题，根据学生演讲的表现给予恰当的评分。由于教学时间的限制，这些参加演讲的学生名单采用自荐和推荐相结合的方式产生，他们准备充分，分析问题的能力也较强。
虽然这种多层次的教学模式体现了“以学生为中心”，课堂气氛比较活跃，实现了教师学生的互动，但它也有一定弊端。主要是：
第一，大学的教学目标不同，主要在于培养学生的研究科学、探索真理的能力，最后培养成综合型人才。因而在教学中体现更多的是引导学生主动去进行研究，提高研究能力，对部分深奥的学科不能少了教师对理论的讲解和引导，哲学中的一些原理需要教师进行阐述，而不能只通过提问和回答或小故事来解决，或只是通过图象、多媒体教学来简单解决，所以在教学安排时，教师要适当考虑课时的分配，不能以“故事会”或“电影式”为主。
第二，这种教学模式容易忽略大部分学生。现在由于教学体制、学校教师编制、学生课业繁重等问题，马克思主义哲学课程班的学生数一般都在100人以上，这么多的学生对于研究型教学讨论是一个难题，对哲学感兴趣的、思维活跃的同学往往表现的机会很多，最后会造成一小部分学生积极参与到课堂讨论和争论中，而大部分学生只是作为观众而已，时间一长，大部分学生就会失去学习的兴趣和热情，从而降低了教学效果。
内外结合 多层推进 篇3
而且，实际上，教师培训是引领教师专业成长的主要形式，也是教师成长和学校发展的必然需求。从教师层面看，教书育人作为一种职业和一种专业，教师所需要的不仅是付出劳动后所获得的物质回报、学生成长和社会肯定，还有自我专业发展的需求，他们需要做一名高效的教师、优秀的教师，他们在专业成长上渴望有专业的引领，以让自己在专业上有所发展、有所建树。从学校层面看，学校的发展既基于教师的发展，也为了教师的发展。学校要有良好的发展，首先要让教师有良好的专业发展，教师良好的专业发展，会促进学校的发展，最终受益的是受教育者、学校和社会。同时，学校的发展，也是为了教师的发展，教师是学校的主人翁，学校的发展一定是为了教师有良好的发展前景（当然包含学生）。基于教师，为了教师，因此，学校必须加强教师培训，引领教师的专业成长，满足教师的专业成长需求。
那么，学校该如何进行教师培训呢？本文将结合我校的工作实际，谈谈怎样建立“内外结合，多层推进”的教师培训的立体网络。
一、内外结合，构建教师培训的四条主线
教师培训，从形式上看，不外乎“利用外部资源”和“挖掘内部资源”两种途径。但，如果我们将这两种途径进一步细化，就可以衍化出多种方式。
1.走出去。将教师派出去培训，这是教师培训的第一条主线。这也包括多种形式的培训活动。其一，国培计划。学校每年向上级教育主管部门积极争取国培计划的各种培训名额，送教师出去培训。其二，全员培训。学校分批次将教师送到高校或有关培训部门进行全员培训。其三，教研活动。学校积极争取让教师参加各级、各类教学、教研活动，在活动中实现培训的目的。第四，联谊活动。学校积极参与兄弟学校的校际联谊活动，为教师专业成长搭建平台。如我校建立的“皖东南初中三校联谊会”，每年开展多次论坛活动、教学交流活动等。这一系列的培训活动，目标明确，时效性强，受教师欢迎。
2.推出去。将教师积极推出去，主持、主讲或参与一些培训活动、教研活动等，这是我们进行教师培训的第二条主线。《礼记》有言：“学学半”、“教学相长”，“教”是学习的另一种形式，一个人的教学实践与学习过程是相互促进的。我们认为，教师主持教研活动，或做一场报告，实际上是一次自我培训的过程，这对他的专业推进，远大于他被动地接受一次培训，因此，我们积极地将教师“推出去”。主要形式有：第一，推出去做专题报告。如我校的杨和平老师、李彬老师等，到各地做专题报告已达50余场。第二，推出去送教下乡。在学校的积极推动下，我校有近三分之一的教师有过送教下乡的经历，或送课下乡，或送研下乡等。第三，推出去参加教学视导等。参加教学视导，参观相关学校，查阅相关资料，走进课堂等，对于参与教学视导者的专业成长，有着积极意义。第四，推出去参加各类评审（作为选手或评委）。如各类优质课评选，教坛新星评选，骨干教师评选，职称评审，远程教育辅导等。这一系列的培训活动，教师的参与性强，有更深的自我体验，参与教师的受益也最大。
3.请进来。将相关的专家或资源请进学校，组织相关的培训活动，这是我们进行教师培训的第三条主线。其主要形式有五种。第一，请专家做通识培训。如我们邀请了安徽师范大学李宜江教授为我校全体教师进行了题为《教育法律视野下教师教育行为分析》的专题培训，邀请著名教育家魏书生做了专题报告等。这类专题培训原则上每月一次。第二，请学科专家做学科培训。如我校邀请了安徽省教科院杨桦老师来我校进行了语文学科教学的专题培训等。学科类专题培训，每月举行一次。第三，将上级教育主管部门组织的学科教研活动请进来，为教师培训搭建平台。我们积极争取，主动承办各学科的教学教研活动、优质课评选活动等，为教师学习提供便捷条件。第四，构建“一周一推荐”的模式，将优质教育资源请进来。我校利用内网平台，建立了“一周一推荐”的自主学习培训模式。即在学校的内网平台，每周发布一项优质的教育资源，包括视频、课件、文本、网站等资源，供教师自主学习、自我培训。例如，我们先后发布过魏书生、任小艾、李镇西、周弘等人的视频讲座，发布过苏州十中、安庆四中等兄弟学校的网站资源，发布过《乡村女教师》、《放牛班的春天》、《地上的星星》等电影资源。第五，请进“远程教育”资源。每个学年，组织全体教师参与一次远程教育，利用请进来的远程教育资源，提升教师的专业素养。这一系列的培训形式，教师的参与度高，是惠及面最广的培训形式之一。
4.站起来。从本校教师队伍内部挖掘在某些领域有专长的教师，或组织部分教师开展相关活动，让他们从教师队伍中“站起来”，成为教师培训的主角，这是我们进行教师培训的第四条主线。主要形式有三种。其一，“站起来”做报告。这类培训每月一次，一般选拔的是本校的学科带头人、骨干教师，培训时间安排在全体教师会，与全体教师会合并进行。其二，“站起来”做演讲。这类培训每学期举行一次，学校选拔部分教师，围绕某个指定主题，开展“演讲”活动，同时要求制作课件。其三，“站起来”参加活动。学校不定期开展一些教学教研活动，如优质课评选、主题演讲等相关活动，在这些活动中，让教师站起来，参与其中，在教学活动过程中进行体验式培训。这一系列的培训形式，重过程，重体验，培训者和接受培训者，都是受益者。
二、多层推进，构建宏观、中观和微观并进的培训模式
“利用外部资源”和“挖掘内部资源”的“走出去”、“推出去”、“请进来”和“站起来”四种培训主线，是培训上的“内外结合”，这种结合融合了“内外优质资源”，利用了“内外有效空间”。这样的主线梳理，有利于我们理清培训的组织形式，有利于我们挖掘培训资源，对于我们进一步做好培训具有积极的推动意义。但，如何从受训者角度去思考培训的模式呢？我们可以根据受训群体的不同，将学校的培训分为“宏观培训、中观培训和微观培训”三种培训模式。
nlc202309011218
1.宏观培训。宏观培训是面向全体教师的通识培训，培训内容多为师德修养、教育理念、教育技术和教育教学方法等，这类培训学校每年组织八次以上。其主要培训形式有五种。第一，请专家来校做专题报告。如上文提到的李宜江教授的报告，再如我们还邀请了安徽省总督学李明阳为我校教师做了题为《高尚的师德精湛的业务——做一名好老师》的专题报告，宣城市骨干教师程时宇老师做了题为《法本法无法》的报告。第二，本校教师做专题报告。这类报告通常与学校教师会合并进行，形式灵活多样。第三，分批次组织全体教师参加联谊性培训活动，如我们组织的“皖东南初中三校班主任论坛”、“教学开放周”等活动。第四，分批次组织全体教师到高校进行轮训。第五，组织教师参加的远程培训等全员的培训形式。
2.中观培训。中观培训是面向同学科教师的集中培训，培训内容多为学科教学的有关问题。在组织形式上，主要三种。其一，学科教研组组织的常态教研活动、校本培训活动。这种形式的培训，以教研组为单位进行，由教研组长组织，学校进行管理。其活动的时间、地点、组织者固定不变，研训活动的形式多种多样，包括集体备课、观课议课、论文交流、专题讨论等。其二，学校组织的“一月一学科”学科研训活动。学校每个月选择一个学科，邀请该学科领域的有关专家来校指导学科教学，对学科教师进行培训。以英语学科为例，近两年来，我们已经开展了三次学科培训活动，邀请了安徽省教科院包文敏副院长、宣城市教研室熊献武副主任等近十位专家来校走进课堂观课议课、举行培训活动等。其三，派学科教师外出学习。这是一种更高层次的学科教师培训，每年学校都积极争取机会，创造条件，尽量多派学科教师外出参加培训。
3.微观培训。面向全体教师的“宏观培训”和面向学科教师的“中观培训”所能解决的都是一些共性的问题。为了帮助教师解决专业成长过程中的一些个性化问题，我们提出了“微观培训”的培训模式。微观培训是面向教师个体的培训，其培训内容没有统一规定，是教师个人专业成长过程中自我的需求，更具个性化。在组织形式上，主要有两种。一种是“青蓝工程”。我们为每位有专业成长需求的中青年教师配备了师傅，给师傅颁发聘书，让师徒之间签订协议，师徒相互之间通过观课议课、交流讨论等，推进中青年教师的专业成长。另一种形式是让青年教师制定自我培训、自我成长计划，主动在全校范围内拜师学艺。
将“专家”和“资源”请进来，将教师派出去，让教师站起来，从“面向全体”、“面向学科”和“面向个体”三个层面着手，开展教师培训活动，就可以开拓我们的培训视野，丰富我们的培训形式，构建“内外结合，多层推进”的教师培训的立体网络。
（作者单位：安徽宣城市第十二中学）
多层神经网络论文 篇4
关键词：超宽带,信道模型,室内定位,多层神经网络,TDOA,AOA
无线通信技术[1]的发展使得对于无线定位的需求日趋增加,传统的室外定位技术已被广泛应用,人们对复杂室内环境精确定位的需求越来越强烈,比如消防、医疗等。超宽带(Ultra - WideBand,UWB)[2]因为是一种无载波通信技术,以及GHz量级的带宽,所以可有效地降低发射信号功率、系统复杂度的同时提供厘米级的定位精度。
根据目前的研究状况,超宽带室内精确定位算法可以分为5 类:基于信号到达时间(Direction of Arrival,TOA) 的定位算法[3]、基于信号到达时间差( Time Difference of Arrival,TDOA) 的定位算法[4]、基于信号到达角度(Angle of Attack,AOA)的定位算法[5]、基于接收信号强度( Received Signal Strength Indication,RSSI)的定位算法以及混合定位算法[6]。考虑到实现的可能性以及复杂程度,基于信号到达时间(Time of Arrival,TOA)的定位算法被排除,同时考虑到定位的精度,基于接收信号强度(RSSI) 的定位算法也被排除。
随着对定位精度要求的不断提高,单一定位方法无法满足需求,融合两种及以上的混合定位方法就成了一个发展趋势。文献[7]讨论了TDOA/AOA混合定位方法,获得了比TDOA、AOA单一定位算法更高的定位精度。因此,本文提出了一种基于多层神经网络的超宽带混合定位算法,利用多层神经网络对到达时间差(TDOA)和到达角度(AOA)测量值中的非视距传播误差进行修正,来提高超宽带的定位精度,与传统TDOA / AOA定位算法相比,定位精度有所提高。
1 仿真信道模型
工作组提出了3 不同的模型,本文研究的方向为室内环境下的超宽带精确定位,基于这个目的选择2 ~ 10 GHz的超宽带信道模型作为仿真的信道模型,着重研究住宅环境。2 ~10 GHz的超宽带信道模型是建立在路径增益模型(Pathgain)、功率延时分布模型(Power Delay Profile)和小尺度衰落模型(Small - scale Fading)的基础上。
1. 1 路径增益模型
路径增益[8,9]与频率的关系函数为,k是频率对于路径增益的影响因子。
路径增益与距离的关系函数为,d0是基准距离,设定为1 m,G0是距离d0=1 m处的路径增益,n的值取决于实际环境是视距(Line-of-Sight,LOS)还是非视距(Nonline-of-Sight,NLOS)。可得到路径增益、频率及距离之间的函数为
式中,ηRX - ant(f)是接收天线的增益;ηTX - ant(f)是发射天线的增益。
如果考虑阴影(Shadow) 的影响,S为服从均值为0;方差为 σ 的高斯分布的随机变量,不同环境表示为不同的具体数值。
1. 2 功率延时分布
本文主要研究室内环境下的超宽带精确定位,因此只考虑信号到达率(Ray Arrival Rates)。信号到达率由综合两个泊松过程得到
τ0,l= 0,β 为混合概率,λ1,λ2为到达率。
IEEE802. 15 工作组借鉴了S - V模型来拟合信号的分簇到达时间(Cluster Arrival Times),可用冲击响应hdiscr(t)来描述
Øk,l为相对相位,在一个带通系统中其服从[0,2π]中均匀分布,ak,l为第l个簇,第k个分量的加权系数,Tl是第一簇的到达时间,τk,l是第l个簇的k个分量相对于Tl的延时。
由于簇的数量L是满足概率密度函数的泊松分布,因此均值可以用来描述概率密度函数
泊松分布函数 ρ(TlTl - 1) = ∧lexp[- ∧l(Tl-Tl - 1)],l >0,∧l第l簇的到达率。
1. 3 小尺度衰落(Small - scale Fading)
IEEE802. 15. 4a的小尺度衰落采用Nakajami信道模型
式中,m≥1/2是Nakagami信道的m因子;Γ(m)为伽马函数;Ω 是平均能量。
2 超宽带TDOA / AOA混合算法的改进
2. 1 TDOA / AOA定位原理
TDOA的几何原理是双曲线测量定位,AOA的几何原理是三角测量定位,二维空间原理如图1 和图2所示。
如图1 所示(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)为3 个已知节点位置,则待测节点(xm,ym)与已知节点的位置关系如下
如图2 所示(x1,y1)和(x2,y2)为两个已知节点位置,角度值 α1、α2为通过定向天线测得的相对角度值。则待测节点(xm,ym)与已知节点的位置关系如下
2. 2 改进的TDOA / AOA混合算法
研究需要获取三维位置信息,根据上述TDOA/AOA定位原理,定位基站至少需要4 个,基站数量增加可以提高定位精度,但相应的成本也随之增加,目前市场上每个基站的售价约5 000 元,以下是在4 个基站的情况下建立的多层神经网络模型[10,11,12]。
(1)输入层由参与定位的4 个基站提供的3 个TDOA测量值和4 个AOA测量值所组成,因此,输入向量可表示为
(2)隐含层的层数、隐含层各层神经元数目以及各层激励函数的选择,目前还没有理论上的指导。隐含层的层数、神经元数目增加可以提高定位精度,但计算的复杂性也随之增加。根据仿真数据如图4 所示,隐含层的层数选为3 层。根据基站布设模型,隐含层各层神经元数目选为9。
各层激励函数
(3)输出层由3 个神经元构成,输出向量O[X,Y,Z]。基于神经网络的定位算法具体步骤: 1 ) 利用Matlab神经网络工具包,建立本文提出的神经网络模型。2)训练神经网络模型,如图5 所示。
第一层,定位范围1. 8 m × 1. 8 m,每200 组数据训练一个神经元,一共训练9 个,各神经元间距<0. 5 m。
第二层,定位范围0. 9 m × 0. 9 m,每150 组数据修正一个神经元,将第一层的9 个神经元全部修正一次,各神经元间距<0. 4 m。
第三层,定位范围0. 4 m ×0. 4 m,每100 组数据修正一个神经元,将第二层的9 个神经元全部修正一次,各神经元间距<0. 3 m。
3 仿真与分析
为检验该算法的实际性能,用Matlab软件对本文定位算法进行仿真,对本文算法和单纯采用AOA、TDOA、TDOA / AOA算法进行了比较,仿真结果如图6所示。
如图6 所示,在相同信噪比环境下,利用多层神经网络的TDOA/AOA算法能够明显降低均方根误差。如果当信噪比降低时,采用多层神经网络的TDOA/AOA算法比原TDOA / AOA算法效果更明显。
4 结束语
多层砖混结构办公楼 篇5
施工组织设计任务书及指导书
一、目的本课程设计为单位工程施工组织设计，是
《建筑工程施工组织设计》
课程的主要教学环
节之一，它是对已学过的建筑施工知识进行综合性的演练运用过程。
通过本课程设计，初步掌握单位工程施工组织设计的内容，设计步骤和方法，巩固所学的理论知识；并运用所学知识，分析和解决施工组织和管理及实施过程中的各种问题。
二、设计条件（即：工程概况）
1.建筑物概况
本工程为某省××公司的办公楼（兼单身职工宿舍），位于××市郊××公路边，总建
筑面积为
6262m
2,平面形式为
L
型，南北方向长
61.77m，东西方向总长为
39.44m
。该建筑
物主体为五层，高
18.95m
；局部六层，高
22.45m，附楼（F
～
M
轴）带地下室，在1
1轴线
处有一道伸缩缝，在F
轴线处有一道沉降缝，其总平面、底层平面、立面示意图见附图。
本工程承重结构除门庭部分为现浇钢筋混凝土框架外，皆采用砖混结构，基础埋深
1.9m，在c1
5素混凝土垫层上砌条形砖基础，基础中设有钢筋混凝土地圈梁；
多孔砖墙承重，层层设现浇钢筋混凝土圈梁；
内外墙交接处和外墙转角处设抗震构造柱；
除厕所、盥洗室采
用现浇楼板外，其余楼盖和屋面均采用预制预应力混凝土多孔板，大梁、楼梯及挑檐均为现
浇钢筋混凝土构件。
室内地面除门厅、走廊、实验室、厕所、楼梯踏步为水磨石面层外，其它皆采用水泥砂 浆地面。室内装修主要采用白灰砂浆外喷乳胶漆涂料；室外装饰以马赛克为主，腰线、窗套
为贴面砖。散水为无筋混凝土一次抹光。
屋面保温层为炉渣混凝土。上做两毡三油防水层上铺绿豆砂。上人屋面部分铺设预制混 凝土板。
设备安装及水，暖，电工程配合土建施工。
2.地质及环境条件、根据勘测报告：天然地基承载力为
150KN/m,地下水位在地表下
7~8m
。本地土壤最大
冻结深度为
0.5
米。
建筑场地南侧为已建成建筑物；北侧和西侧为本公司地界的围墙，东面为
XX
公路，距
道牙
米内的人行道不得占用，沿街树木不得损伤。
人行道一侧上方尚有高压输电线及电话 线通过
（见总平面图)。
3.施工工期
基于聚类的多层交通网络优化 篇6
随着城市交通网络的规模随着时代的发展越来庞大, 传统的路径选择算法由于巨大的计算量无法对实时系统提供可行解。为了解决这一问题, 分层网络结构被广泛用来提高路径选择算法的反应时间[1]。分层网络建立后, 路径选择算法被限制在一个相对小的范围进行。用传统的最短路径算法在这个被剪枝后的简化的网络中就可以计算出一个次优路径。
然而, 在市区中的子网通常规模较大, 导致基于分层网络结构的次优路径算法将很难降低计算时间。本文将应用基于聚类的方法来优化分层网络结构。新网络由聚类算法在子网中创建。但典型的聚类算法K-means聚类[2]易于陷入局部最优。此外, 单一的聚类有效性度量标准不适用于具有不同特点的数据集聚类。
为此, 在本文中, 我们提出了一个多层交通网络模型来求解大规模路网中路径选择的问题。为了优化多层网络, 本文设计一个基于多目标遗传的聚类算法。多目标的帕拉图集合由NSGA[3] 来生成。实验结果表明, 本文所提出的方法可以使得路径选择算法在大规模交通网络内以极高的效率及可接受的精度损失来计算次优路径。
1 聚类模型
在多层交通网络中, 首先由传统的分层网络方法建立两层网络。其他层次的网络由聚类方法构造。聚类的质心被组织为更高一层的网络节点。
聚类的质量由类内距离和类间距离来衡量。类内距离表示每个节点与其所属聚类质心节点之间的平均距离。类间距离为聚类中心节点之间的平均距离, 最大化该值会使中心节点有均匀分布的倾向。交通网络的聚类模型描述如下:
i, j = 1, 2, ..., n', 节点索引;
r = 1, 2, ..., m, 质心节点索引;
n':子网中的节点数量;
m:聚类的数量;
hr:在第r个聚类中的质心;
(a, b) :节点a和b间最短距离;
类内距离:
类间距离:
2 基于遗传的聚类算法
2.1 染色体设计
在我们的方法中, 染色体形式对应子网络的聚类结果。每个基因位的值为聚类质心的坐标, 在N中随机选择m个节点作为质心。
2.2 多目标遗传算法
采用BLX交叉方法对染色体中质心的坐标进行交叉操作获得后代;
在染色体内随机选择一个基因位并在相应的聚类内随机挑选一个节点作为新的质心节点来实现变异操作;选择时采用NSGA-II的帕拉图的非支配排名值来计算适应值并选择下一代种群。
2.3 生成新层次网络
在帕拉图集合中, 具有最大的类间距离的染色体被选择出来用来生成新层次网络。聚类结果的质心节点是新层次网络中的节点。新层次网络中的边是通过检查每个聚类间的连接情况来确定。
3 仿真实验
在本节中, 我们将验证多层网络方法的计算性能, 实验用的交通地图拥有16175个节点和24238条边。在本文, 我们考虑的三层网络的形式。首先, 原始交通网络由传统的网络分层方法生成子网络和高层网后, 每个子网络用本文提出的遗传聚类算法生成新网络。
在实验中, 原始网络表示为G1。G2是指由传统的网络分层算法生成的计算区域。多层网络中的计算区域表示为G3。遗传聚类算法参数:种群规模 = 20;交叉概率= 0.60;变异概率0.20;最带代数 = 500。在子网中聚类时聚类数量分别为节点数量的1%, 2%, 3%, 4%和5%。我们比较各个方法的平均精度损失和加速比。表1给出了各个方法的平均精度损失和加速比。加速比由下式计算:
加速比 = 在原始网络的路径计算时间 / 在多层网络的路径计算时间
精度损失 (LOA) 由下式计算:
LOA = (次优路径长度–最优路径长度) /最优路径长度
表1中的实验结果表明, 随着聚类数量的增加, LOA将逐步降低, 而加速比则在某个适当的聚类数量时会有比较好的效果。相对比传统的分层网络, 本文的方法在可接受的LOA情况下将加速比大大的提高。与K-mean聚类算法比, 本文的方法在LOA和加速比上都取得了很好效果。
4 结论
我们提出了多层网络的方法可以大大减少路径选择在大规模交通网络的计算时间。为了改进了传统的分层网络方法, 本文提出的方法应用遗传聚类方法来建立多层网络结构。实验结果表明, 由本文提出解决方法, 路径选择算法可以生成合理的路线方案。
摘要：为了缩短大规模交通网下次优路径选择计算时间, 本文提出一个基于多目标遗传的聚类算法来优化该多层网络结构。在所提出的聚类算法中我们同时考虑最小化类内距离和最大化类间聚类这两个目标。通过实验比较, 本文提出的方法在大规模路网中可以克服由于路网规模增加造成的次优路径选择时间效率降低的问题。
关键词：多层网络,聚类,遗传算法
参考文献
[1]李建元, 师军, 基于层次空间推理模型的交通网络最优路径算法, 计算机工程, 2006年20期.
[2]L.Kaufman and P.J.Rousseeuw, Finding groups in data:An introduction to cluster analysis, John Wiley&Sons, New York, 1990.
多层卫星网络组密钥管理研究进展 篇7
多层卫星网络是一个在双层或多层轨道平面内同时布星,利用层间星际链路建立的立体交叉卫星网络。与单层卫星网络相比,多层卫星网络具有覆盖域广、空间频谱利用率高、组网灵活、抗毁性强、功能多样性(融合天基通信、导航、定位等多种功能)等优点,能够实现各种轨道高度卫星星座的优势互补,为许多军事任务及科研任务服务,成为未来卫星网发展的一种理想组网模式,其网络架构如图1所示。
卫星网络因其灵活性和适用性而广泛应用于军用、民用、商用等领域,其固有的广播信道的特点使其可以在大范围内提供数据组播服务,与其他组播网络相比具有更大优势。然而由于卫星自身的特点使得卫星网络不同于传统网络:卫星网络通过移动节点间的相互协作进行组网,具有网络拓扑动态变化、带宽和计算能力受限等特征。此外,卫星之间的通信具有开放性,网络中传输的数据容易被非授权者甚至恶意攻击者截获从而引发大量安全性问题,比如主动入侵、拒绝服务等攻击。因此,卫星网络节点之间的通信安全面临极其严峻的挑战。
卫星网络通信的安全需求一般包括对节点的身份鉴别,以及对信息链路的机密性、完整性保护。为了满足上述安全需求,最重要的是实现节点之间安全、可靠的密钥管理。对有安全性要求的卫星网络而言,使用组密钥对通信进行加密是一个能够保证多个节点之间安全通信的有效方法。为保证卫星网络的通信安全,在卫星网络内实现组密钥管理已经成为一个重要课题。
1 组密钥管理概述
组密钥即组播密钥,它是所有参与组播的成员之间共享的秘密密钥,用来对组播数据进行加/解密、认证等操作,以满足数据的机密性、完整性和组成员认证等安全需求。组密钥管理则是为组成员生成、分发和更新组密钥,其基本任务是:为合法的组成员分配和维护密钥,实现组播通信时秘密信息在合法组成员或某个成员子集之间共享,而非组成员因不能解密而无法知道该秘密信息。组密钥的更新与组成员关系的变化有着密切的关系,组成员的加入、退出、失效等往往要触发密钥更新操作,以确保前向安全性和后向安全性。
与单播密钥管理机制相比,组密钥在安全性和性能方面具有一些特殊的要求,主要包括以下几个方面:
(1)前向保密性:当新节点加入组或者当前密钥泄露时,前向保密性能够保证过去使用的密钥的安全性。
(2)后向保密性:当节点退出组或者已使用的密钥泄露时,后向保密性能够保证将来使用的密钥的安全性。
(3)健壮性:对于单播来说,通信的任何一方失效都会使会话终止,而组播中部分节点的失效不应当影响到整个组播会话的继续进行,这就对组播密钥管理提出了健壮性要求。
(4)可扩展性:组播的规模从几个到成百上千个节点,甚至更多,随着组播规模的扩大,保存密钥所占用的节点存储空间、密钥生成所需要的计算量、密钥分发所占用的网络带宽、密钥更新的时间延迟都会相应增加,所以可扩展性也是组密钥管理所要考虑的重点之一。
(5)通信效率:卫星网络中卫星节点之间距离远,通信时延长,误码率高,需要通信效率高、通信交互次数少的方案。
2 组密钥管理的分类
根据拓扑结构的不同,现有的组密钥管理方案可以分为集中式、分组式和分布式三种。
集中式组密钥管理方案通过设置一个组控制者,负责组密钥的生成、分发和更新操作。此类方案设计简单,组成员不参与组密钥的生成,适用于规模较小的组播通信,文献中所提出的方案就是一种典型的集中式密钥管理方案。但由于集中式组密钥管理方案可靠性较差,当组控制者被攻击时容易导致整个组瘫痪,即存在单点失效问题,所以一般用得较少。
分组式组密钥管理方案则将所有成员分成多个子组,每个子组都有其自身的控制者,负责每个子组内的密钥管理,并由一个总的组控制者管理各子组控制者。分组式管理方案较集中式方案扩展性好,适用于规模较大的群组。
分布式组密钥管理方案不需要设置固定的组控制者,组密钥由其所有成员共同协商得到。但在组密钥初始协商、成员加入和退出时,必须要由某个或某些组成员来担当临时管理者,为其它节点计算分发相关参数。此类方案管理灵活、通信量小,是当前研究的热点。
3 组密钥管理方案分析
3.1 分组式密钥管理方案
钟焰涛等提出了一种适用于LEO/MEO双层卫星网络的组密钥管理方案(简称ZM方案),该方案采用基于身份的密码系统IBC(Identity-Based Cryptosystem),消除了对证书系统的依赖,能在卫星网络中灵活高效地实现。具体实现方法是:在卫星地面站设置系统中的密钥生成中心KGC(Key Generate Center),因为地面站具有相对较高的计算能力和抗攻击能力,所以能够保证系统主密钥和用户私钥的安全性。卫星网络中的组成员根据其所在逻辑位置划分为不同的簇,其中MEO卫星作为簇头节点,MEO卫星覆盖域内的所有LEO卫星作为簇内节点。当一颗LEO卫星移动到一个新的簇内时,需要向簇头MEO卫星注册。注册成功后,所有的簇头节点之间进行组密钥交换操作以建立一个共享密钥;之后每个簇头节点通过加入盲因子方式秘密地将共享密钥发送给各簇内的LEO卫星节点。和分布式的组密钥协商相比,这种仅由簇头节点协商建立共享密钥的机制不需要LEO卫星参与密钥的生成,大大减少了通信量。同时因为所有簇内节点均在簇头节点的覆盖范围内,所以簇头节点向簇内节点发送密钥仅需簇头的一次广播就可以实现。在有节点加入或退出群组时,为了保证密钥的前向保密性和后向保密性,需要对组密钥进行更新。密钥更新时,所在簇内成员发生变动的簇的簇头节点向其它簇头节点发送一个新的随机值,所有簇头节点根据该随机值更新共享密钥并广播给其簇内的LEO卫星节点。该方案能够有效抵抗外部攻击者,并且具有前向保密性和后向保密性。
3.2 分布式密钥管理方案
王宇等提出了一个基于网络的分布式组密钥管理方案(简称WLW方案),该方案包含一个基于网络的分布式组密钥管理框架及其组密钥交换协议。在该方案中,网络中存在若干组密钥控制器GKC(Group Key Controller),它们通过网络彼此连接,在组密钥管理层次上是平等的,形成一个组密钥管理的分布式网络,每个GKC负责一个局部区域网络内节点的组密钥分发和更新,管理框架如图2所示。该方案基于公钥基础设施PKI(Public Key Infrastructure),能够方便卫星网络的密钥管理和分发,GKC之间采用组密钥传播协议将新的组密钥或更新的组密钥传递给相邻的GKC,再由这些相邻的GKC将变动的组密钥信息传递下去,最后遍及整个网络。组密钥传播采用单向、无连接的通信方式,组密钥传播消息包含了当前所有新产生的或更新的组密钥信息。
一旦有新的组密钥产生,或者组密钥进行更新,负责该组的GKC就把这一信息作为组密钥传播消息发送给相邻的GKC。接收到组密钥传播消息的GKC如果发现消息中有新产生的组密钥,或者某个组密钥的新鲜值比已有的组密钥的新鲜值大,则用它替换本地保存的组密钥信息,同时把所有新增的和更新的组密钥信息重新用组密钥传播协议广播给相邻的GKC。以此类推,新的组密钥或者更新的组密钥能很快被广播到整个卫星网络中。
组密钥分发协议实现对组成员的组密钥分发。每个GKC所辖的局部区域网络中可能存在属于不同小组的成员,因此它要针对不同的小组广播不同的组密钥消息。该方案给出了两种组密钥分发方法:一种方法是采用以前的组密钥加密更新的组密钥,然后把这一个信息广播出去。采用这种方法只需一条消息就能让所有的小组成员获得更新的组密钥,节省了GKC的开销,但无法防止已经离开小组的成员获得新的组密钥。另一种方法是用每个组成员的公钥加密它所属小组的新产生或更新的组密钥,然后把这一消息发送给对应的成员。采用这种方法的优点是安全性高,但是GKC必须存储该局部区域网络内所有成员的公钥信息,而且分发密钥的开销较高。
该方案中,如果某个GKC出现故障,产生的影响范围只限于它所辖的局部区域。但该方案并未指出公钥基础设施如何配置,也未给出安全性证明。
为解决在空间网络中实施集中式密钥管理困难以及维护证书开销过大等问题,罗长远等提出了一种基于身份的分布式密钥管理方案(简称LLX方案)。该方案结合卫星网络的特点,给出了分布式私钥生成中心的构建方法,并利用基于身份的公钥加密体制,设计了私钥更新、主密钥分量更新和会话密钥协商等策略。
该方案利用(t,n)门限秘密共享机制,将私钥生成中心PKG(Private Key Generator)的功能分散到n个服务节点上,这n个服务节点各自拥有一个互不相同的PKG主密钥分量,组成了一个分布式的私钥生成中心DPKGs(Distuibuted Private Key Generators)。当新节点加入群组时,需要PKG为其分配初始密钥,这时n个节点中的任意t(t
(1)在地面控制中心设置一个拥有系统主密钥的集中式私钥生成中心PKG,节点经由地面控制中心进入网络时,由PKG为其生成、分配初始密钥。
(2)选择若干能够在规定时间间隔内出现在PKG的安全视界内的卫星节点,组成一个分布式的私钥生成中心DPKGs。在DPKGs节点经由地面控制中心进入网络时,由PKG利用门限秘密共享机制,为其分配一个主密钥分量。t个DPKGs节点联合起来为网络节点提供在线私钥更新服务。
(3)在网络运行阶段,当DPKGs节点运行到地面控制中心的安全视界内时,PKG负责为其提供主密钥分量更新服务。
当然,该方案也存在两个缺点:一是被指定为分布式私钥生成中心DPKGs的n个节点用来完成密钥生成工作,增加了这n个节点的计算负担;二是新节点加入群组时必须向至少t个节点提出初始密钥申请,这t个节点可能遍布网络各处,需要多跳通信才能到达,只有至少与这t个节点通信成功后新节点才能获得正确的私钥,这无疑增加了网络负载。
文献提出了一种基于身份的空间网络组密钥管理方案(简称LLH方案),该方案的主要实现方法是:选择卫星节点作为组播群组的服务节点,协助组播群组完成公共参数的生成和广播操作,以及成员变化时密钥参数的更新和广播操作,用来解决成员开销不平衡的问题。为避免单点失效,选择多个卫星节点组成动态的服务节点集合,为同一个群组提供协助服务的节点动态可变,也就是不要求群组的所有操作(组密钥初始协商、成员加入和成员退出)全部由同一个服务节点提供协助。卫星节点覆盖范围广,能够保证协商信息不需要转发即可直接到达目的节点。
该方案假设服务节点是诚实可信的,即服务节点在同合法的网络节点交互时不会发送虚假信息,不会利用掌握的整个网络的密钥信息来进行恶意攻击,并且不会将掌握的密钥信息泄露给非法实体。也就是说,该方案只能抵御外部攻击,而不能抵御内部攻击。
3.3 密钥管理方案的比较和分析
分组式密钥管理方案和分布式密钥管理方案是目前卫星通信中比较典型的两种方案,表1对几个具体方案进行了比较。
从比较中我们看出分组式密钥管理方案具有密钥更新开销小,控制方便,可扩展性好的特点,适用于规模较大的群组,但是易造成单点失效,计算负担较大,并增加了网络流量;分布式密钥管理在防止单点失效方面具有优势,安全性高,但同样也增加了计算负担和网络流量。另外,采用基于身份的密码体制,在保证认证性、前向安全性和后向安全性等安全需求的同时,能够消除对证书的依赖,卫星节点不需要存储用于绑定成员身份和公钥的证书列表,节省了用于维护和管理证书的开销,计算开销小,通信效率高,适用于计算能力和存储资源受限的卫星网络。
4 总结与展望
由于多层卫星网络具有广阔的应用前景,所以关于它的研究非常多。目前关于多层卫星网络已经提出了一些组密钥管理方案,但仍然存在很多不足,对组密钥管理方案进一步研究的方向和问题说明如下。
(1)卫星网络对组密钥管理的可靠性要求较高,因此不能采用单一的组密钥控制节点实现密钥的分发和更新,因为这样容易造成单点失效,也容易带来性能上的瓶颈。但是也不能采用完全分布的密钥管理方法,因为它会占用大量的计算资源和通信资源,加重卫星网络的运行负担。
(2)基于身份的密码系统已经相当成熟,成为了继基于证书中心CA密码学之后的公钥密码体制中的另外一个重要发展方向,其在卫星网络组密钥管理中的应用有待于进一步的研究。
(3)将门限秘密共享技术引入到卫星网络分布式组密钥的设计中,有助于解决单点失效问题,但同时增加了计算负担和网络负载。设计适合卫星网络组密钥管理的门限秘密机制,值得进一步研究。
(4)分布式的组播密钥管理要注意考虑密钥管理以外的控制协议,使系统具有更强的适应性,进而提高系统在动态变化的网络环境中的健壮性和可扩展性。
一个好的多层卫星网络组密钥管理方案应该在安全性和性能两个方面都有较好的保障,只有这样的组密钥管理方案才能够更好地适应未来多层卫星网络的发展。
参考文献
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[7]罗长远,李伟,刑洪智.空间网络中基于身份的分布式密钥管理研究[J].电子与信息学报.2010.
多层神经网络论文 篇8
由于互联网的高速发展, 语音和视频等应用大量出现, 这样的情况使得互联网流量的快速增加。这就使得互联网能耗飞速增大。其中核心网的能耗增长最为快速, 在未来会超过接入网作为互联网能耗中的主体, 所以对核心网的能耗优化方法的研究变得非常重要。
二、多层网络节能和模型
2.1多层网络的节能
多层网络中, 依据设备的模块化结构和网络的多层结构, 主要有4种节能方法来实现网络业务负载和网络功耗相适应, 可以减少网络能耗。
2.1.1接口/线卡和业务的动态映射
对于多层网络结点处互联的很多网络设备, 要对设备进行密切配合, 去掉接口业务负载的关系, 达到线卡/接口与业务的动态映射, 从而解决因为业务变动而引起的线卡和接口的分布问题, 减小网络功耗。
2.1.2模块睡眠
如果多层网络的业务由高峰期进入低峰期, 合理的业务路由可使大量的接口、线卡和机框都处于空闲状态, 让这些空闲模块睡眠, 将有效降低网络功耗。
2.1.3能量感知的路由
能量感知的路由的目的是使网络能耗进行最小化, 许多结点与多层网络正确的分配业务流, 调整疏导和旁通、动态功耗还有静态功耗等多个因素, 然后算出可以达到业务需求的网络资源配置和最优路径。
2.1.4业务的旁通和多级疏导
在多层网络中业务流经过下层的网络设备进行交换和处理而没有利用上层网络设备, 这样就是业务的旁通。业务的旁通可以减少在上面网络层上的业务负载。容量相同时, 一般更上层的网络设备拥有更多能耗, 所以使用TDM层和光层都拥有的业务的旁通能力, 可以对业务进行两级旁通, 从而减少IP层和TDM层的业务荷载, 可以减少网络功耗。
业务疏导是指低速业务流汇集使用到高速传输的通路, 在传输通路上增大利用率, 如此把许多低速业务流汇集使用到高速的传输通路的过程。业务路由可以实现业务疏通, 业务路由对业务流到传输通道的汇集与使用还有传输路径做出了决定。在图1的多层网络中, TDM层和IP层同时拥有业务疏导的能力。
2.2多层网络模型
多层网络模型包括光层、TDM层和IP层三个网络层。多层网络结点一般情况下是一组网络设备构成, 包括光网络设备、TDM设备和IP设备, 结点之间利用光纤链路进行连接, 结点处网络设备利用物理线路进行连接 (图1中实线) 。IP层和TDM层的结点间并没有直连物理链路, 而是利用下层网络的虚拟通路创建逻辑链路 (图1中虚线) 。在每个网络层中, 一般情况下链路集合不会相同 (如图1所示) , 每个网络层结点集合不需要一样, 上层网络结点的集合是下层网络结点集合的子集。
三、对多层网络能耗进行优化建模
在网络环境下, 利用对网络资源的管理和配置与网络业务流的控制的方法减小网络功耗。将光层、TDM层和IP层构成的多层网络能耗优化问题进行建模, 且将命名为ITO (IP—TDM—Optical) 模型。ITO模型对于网络业务流控制和网络资源配置与管理的协同达到了实现, 利用路由在多个网络层内和网络层内部正确分配业务流, 依据业务负载对网络资源进行正确的管理和配置, 把空闲模块进入到睡眠模式, 可以达到减小网络能耗的目标。
3.1 ITO模型复杂性分析
ITO模型所描述的3层网络能耗优化问题是一个MILP问题, 比单层和两层网络的能耗优化模型的复杂性更高。ITO模型的解空间随着整数变量数量组合增长, 因此可用整数变量的数量刻画ITO模型的复杂性。
3.2目标函数
在IT0模型中, 使多层网络能耗最小化是多层网络能耗优化的目标, 即Pmin。上层设备的线路接口和TDM设备与光网络设备的支路接口直接相连, 支路线卡没有办法自由分配支路的接口, 所以, 考虑支路线卡被纳入机框功耗, 上层的线路接口能耗和支路接口能耗一起计算。光网络设备的功耗要比同容量的IP和TDM设备小的多, 而光网络设备的主要耗能组件是光收发器, 所以, 只考虑光网络设备支路接口 (即光收发器) 的能耗。
四、实验结果分析
4.1网络层与多层网络功耗
利用向多层网络内每个网络层增加新的路由约束, 使网络层的交换能力禁止, 从而研究每个网络层组合和网络层在网络能耗优化内的作用。
4.1.1业务疏导与旁通对能耗优化的影响
当低网络流量时, 疏导业务可聚合成少数链路传输, 减少了活动机框数量和接口线卡, 因此网络流量疏导对能耗的优化起的作用非常重要。但是, 因为IP层和WDM层功率消耗比所述光学层大得多, 光层业务疏导在能源方面的节能效果是非常有限的, 所以光网络比电交换网络的能耗优化效果要差, 纯电双层交换网络的效果要比光电混合网络更好。
4.1.2网络层对能耗优化的影响
能量优化效果根据网络层的不同组合是不同的。2层网络要差于3层网络, 两层网络比起单层网络要更好。2层网络和3层网络的能量优化的结果相比, 3层网络的优势没有特别明显, 光电混合的2层网络可以更好的发挥光交换网络的旁通作用和电交换网络的疏通作用, 添加额外的TDM层相对于网络能量优化几乎没有改善, 以及3层网络的能量优化的解决方案的时间比2层网络更长。
4.2模块化结构与网络功耗
在业务量低的时候, 接口和线卡会分担机框的能耗, 降低功耗量, 在机框的能耗所占比减少的时候, 小部分的机框能耗转移到线卡, 大量线卡所处睡眠, 因此网络的功率消耗可以被降低。当达到极小值条件, 活跃的机框内接口和线卡基本在工作, 因此网络的功率消耗受到机框的功耗比例的影响较小。目前的核心网络的链路利用率很低, 优秀的模块化设计的网络设备将有助于优化网络的能耗, 降低网络能耗。模拟实验结果如图2所示。
五、结束语
本文对多层网络的能耗优化问题进行了研究, 建立了具有IP层、TDM层和光层3层结构的多层网络的能耗优化模型 (即ITO模型) 。依据实际网络设备的规格参数, 通过相应的实验探讨不同的网络层组合和网络设备的模块化结构对多层网络能耗优化的影响。
参考文献
[1]张艺.电信光网络的节能技术综述[J].2012
一种自主多层神经网风能预测算法 篇9
由于风能预测需要引入的条件众多, 风能预测采用的参数、模型结构、处理方式对于其预测有较大影响, 通过人工不断的试错来调整模型结构和参数效率较低, 较难发现较好的模型结构, 进而影响风能预测的效率。针对以上问题, 本文提出了一种自主多层神经网风能预测算法 (A Self-organized Multilayer Neural Network Wind Power Prediction Algorithm, S-MLP) , 通过自组织算法来动态地决定风能预测神经网模型的层数、中间节点个数、传输函数类型, 试验表明通过本算法获得的模型具有更高的预测精度。
1 一种基于自主多层神经网风能预测算法
1.1 多层神经网理论
如图1所示, 多层神经网是由多组神经元连接而成的, 一个神经元的输出可以作为另外一个神经元的输入。
如图1所示的神经网包含3个层:1个输入层Layer L1, 2个中间层Layer L2和Layer L3, 以及一个输出层Layer L4。除了输出层之外, 每一层还可以包含一个偏置b。神经网的输出采用正向传播方式, 来决定每一层神经元的输出, 如式 (1) (2) 所示:
式 (1) (2) 中, l对应层数, b (l) 为第l层的偏置, w (l) 为第l层的权重, z (l+1) 为第l+1层的其上一层 (第l层) 经过计算后的输入, a (l+1) 为经过传输计算后获得的输出。对于一个m层的多层神经网, 其输入对应神经网的第1层a (1) =x, 其最后一层作为神经网的输出, 可以表达为:
式 (3) 中, w和b对应所有层的权重和偏置, 此时多层神经网使用反向传播来实现训练过程, 其训练的目标函数为:
通过对改目标函数优化求解, 最终获得整个神经网的权重与偏置。
1.2 自主多层神经网风能预测算法
神经网的预测能力与其模型结构密切相关, 本文利用以下自组织算法获得神经网的模型:
2 试验与仿真
本文引入多个风电场的实际运行数据, 取出1 000个输入和输出对应数据构建样本集。其中500个作为训练数据, 另外500个作为测试数据。为了验证算法的有效性, 本文提出S-MLP算法与多元回归分析、三层神经网进行对比, 将训练数据进一步划分为50, 100, 150, ……, 500共计10组数据, 3种算法预测精度如表1所示。
如表1所示, 可以看出S-MLP的分类精度比多元回归分析、三层神经网高, 在较低样本的时候就可以达到较高分类精度80%, 而在500个样本时达到了最高的预测精度94%。
3 结论
本文提出了一种自主多层神经网风能预测算法, 通过与多元回归分析、三层神经网进行对比, 表明本文提出的算法在分类精度和稳定性均优于传统算法, 尤其是样本较少的情况下仍然可以保持较高的预测精度。
摘要：当前以风电为代表的可再生能源技术在世界范围内得到了快速发展。由于风电的不稳定性, 自然风力时强时弱会引起风电的电能质量、电压、电网稳定性等问题, 最终影响整个电网的稳定性。进行风能预测可以预估风电的发电出力程度, 对于整个电网的稳定十分重要。基于此, 提出一种自主多层神经网风能预测算法, 通过自组织算法来动态地决定风能预测神经网模型的层数、中间节点个数、传输函数类型。试验表明通过本算法获得的模型具有更高的预测精度。
关键词：风能预测,神经网,自主结构,回归分析,风力发电
参考文献
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[3]王新生, 吴吟箫, 何川.基于风速预测的最大风能追踪控制系统仿真[J].电机与控制学报, 2010 (2) :20-24.
多层神经网络论文 篇10
而且,实际上,教师培训是引领教师专业成长的主要形式,也是教师成长和学校发展的必然需求。从教师层面看,教书育人作为一种职业和一种专业,教师所需要的不仅是付出劳动后所获得的物质回报、学生成长和社会肯定,还有自我专业发展的需求,他们需要做一名高效的教师、优秀的教师,他们在专业成长上渴望有专业的引领,以让自己在专业上有所发展、有所建树。从学校层面看,学校的发展既基于教师的发展,也为了教师的发展。学校要有良好的发展,首先要让教师有良好的专业发展,教师良好的专业发展,会促进学校的发展,最终受益的是受教育者、学校和社会。同时,学校的发展,也是为了教师的发展,教师是学校的主人翁,学校的发展一定是为了教师有良好的发展前景(当然包含学生)。基于教师,为了教师,因此,学校必须加强教师培训,引领教师的专业成长,满足教师的专业成长需求。
那么,学校该如何进行教师培训呢?本文将结合我校的工作实际,谈谈怎样建立“内外结合,多层推进”的教师培训的立体网络。
一、内外结合,构建教师培训的四条主线
教师培训,从形式上看,不外乎“利用外部资源”和“挖掘内部资源”两种途径。但,如果我们将这两种途径进一步细化,就可以衍化出多种方式。
1.走出去。将教师派出去培训,这是教师培训的第一条主线。这也包括多种形式的培训活动。其一,国培计划。学校每年向上级教育主管部门积极争取国培计划的各种培训名额,送教师出去培训。其二,全员培训。学校分批次将教师送到高校或有关培训部门进行全员培训。其三,教研活动。学校积极争取让教师参加各级、各类教学、教研活动,在活动中实现培训的目的。第四,联谊活动。学校积极参与兄弟学校的校际联谊活动,为教师专业成长搭建平台。如我校建立的“皖东南初中三校联谊会”,每年开展多次论坛活动、教学交流活动等。这一系列的培训活动,目标明确,时效性强,受教师欢迎。
2.推出去。将教师积极推出去,主持、主讲或参与一些培训活动、教研活动等,这是我们进行教师培训的第二条主线。《礼记》有言:“学学半”、“教学相长”,“教”是学习的另一种形式,一个人的教学实践与学习过程是相互促进的。我们认为,教师主持教研活动,或做一场报告,实际上是一次自我培训的过程,这对他的专业推进,远大于他被动地接受一次培训,因此,我们积极地将教师“推出去”。主要形式有:第一,推出去做专题报告。如我校的杨和平老师、李彬老师等,到各地做专题报告已达50余场。第二,推出去送教下乡。在学校的积极推动下,我校有近三分之一的教师有过送教下乡的经历,或送课下乡,或送研下乡等。第三,推出去参加教学视导等。参加教学视导,参观相关学校,查阅相关资料,走进课堂等,对于参与教学视导者的专业成长,有着积极意义。第四,推出去参加各类评审(作为选手或评委)。如各类优质课评选,教坛新星评选,骨干教师评选,职称评审,远程教育辅导等。这一系列的培训活动,教师的参与性强,有更深的自我体验,参与教师的受益也最大。
3.请进来。将相关的专家或资源请进学校,组织相关的培训活动,这是我们进行教师培训的第三条主线。其主要形式有五种。第一,请专家做通识培训。如我们邀请了安徽师范大学李宜江教授为我校全体教师进行了题为《教育法律视野下教师教育行为分析》的专题培训,邀请著名教育家魏书生做了专题报告等。这类专题培训原则上每月一次。第二,请学科专家做学科培训。如我校邀请了安徽省教科院杨桦老师来我校进行了语文学科教学的专题培训等。学科类专题培训,每月举行一次。第三,将上级教育主管部门组织的学科教研活动请进来,为教师培训搭建平台。我们积极争取,主动承办各学科的教学教研活动、优质课评选活动等,为教师学习提供便捷条件。第四,构建“一周一推荐”的模式,将优质教育资源请进来。我校利用内网平台,建立了“一周一推荐”的自主学习培训模式。即在学校的内网平台,每周发布一项优质的教育资源,包括视频、课件、文本、网站等资源,供教师自主学习、自我培训。例如,我们先后发布过魏书生、任小艾、李镇西、周弘等人的视频讲座,发布过苏州十中、安庆四中等兄弟学校的网站资源,发布过《乡村女教师》、《放牛班的春天》、《地上的星星》等电影资源。第五,请进“远程教育”资源。每个学年,组织全体教师参与一次远程教育,利用请进来的远程教育资源,提升教师的专业素养。这一系列的培训形式,教师的参与度高,是惠及面最广的培训形式之一。
4.站起来。从本校教师队伍内部挖掘在某些领域有专长的教师,或组织部分教师开展相关活动,让他们从教师队伍中“站起来”,成为教师培训的主角,这是我们进行教师培训的第四条主线。主要形式有三种。其一,“站起来”做报告。这类培训每月一次,一般选拔的是本校的学科带头人、骨干教师,培训时间安排在全体教师会,与全体教师会合并进行。其二,“站起来”做演讲。这类培训每学期举行一次,学校选拔部分教师,围绕某个指定主题,开展“演讲”活动,同时要求制作课件。其三,“站起来”参加活动。学校不定期开展一些教学教研活动,如优质课评选、主题演讲等相关活动,在这些活动中,让教师站起来,参与其中,在教学活动过程中进行体验式培训。这一系列的培训形式,重过程,重体验,培训者和接受培训者,都是受益者。
二、多层推进,构建宏观、中观和微观并进的培训模式
科教师的集中培训,培训内容多为学科教学的有关问题。在组织形式上,主要三种。其一,学科教研组组织的常态教研活动、校本培训活动。这种形式的培训,以教研组为单位进行,由教研组长组织,学校进行管理。其活动的时间、地点、组织者固定不变,研训活动的形式多种多样,包括集体备课、观课议课、论文交流、专题讨论等。其二,学校组织的“一月一学科”学科研训活动。学校每个月选择一个学科,邀请该学科领域的有关专家来校指导学科教学,对学科教师进行培训。以英语学科为例,近两年来,我们已经开展了三次学科培训活动,邀请了安徽省教科院包文敏副院长、宣城市教研室熊献武副主任等近十位专家来校走进课堂观课议课、举行培训活动等。其三,派学科教师外出学习。这是一种更高层次的学科教师培训,每年学校都积极争取机会,创造条件,尽量多派学科教师外出参加培训。
3.微观培训。面向全体教师的“宏观培训”和面向学科教师的“中观培训”所能解决的都是一些共性的问题。为了帮助教师解决专业成长过程中的一些个性化问题,我们提出了“微观培训”的培训模式。微观培训是面向教师个体的培训,其培训内容没有统一规定,是教师个人专业成长过程中自我的需求,更具个性化。在组织形式上,主要有两种。一种是“青蓝工程”。我们为每位有专业成长需求的中青年教师配备了师傅,给师傅颁发聘书,让师徒之间签订协议,师徒相互之间通过观课议课、交流讨论等,推进中青年教师的专业成长。另一种形式是让青年教师制定自我培训、自我成长计划,主动在全校范围内拜师学艺。
将“专家”和“资源”请进来,将教师派出去,让教师站起来,从“面向全体”、“面向学科”和“面向个体”三个层面着手,开展教师培训活动,就可以开拓我们的培训视野,丰富我们的培训形式,构建“内外结合,多层推进”的教师培训的立体网络。
2.中观培训。中观培训是面向同学
“利用外部资源”和“挖掘内部资源”的“走出去”、“推出去”、“请进来”和“站起来”四种培训主线,是培训上的“内外结合”,这种结合融合了“内外优质资源”,利用了“内外有效空间”。这样的主线梳理,有利于我们理清培训的组织形式,有利于我们挖掘培训资源,对于我们进一步做好培训具有积极的推动意义。但,如何从受训者角度去思考培训的模式呢?我们可以根据受训群体的不同,将学校的培训分为“宏观培训、中观培训和微观培训”三种培训模式。