《流體網(wǎng)絡(luò)理論》實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

高科

摘要：《流體網(wǎng)絡(luò)理論》課程的教學(xué)一直偏重理論，在教學(xué)模式上往往停留在算法的計(jì)算過程上，使得學(xué)生很少能夠懂得流體網(wǎng)絡(luò)理論實(shí)則上是要存在程序設(shè)計(jì)思想，也就無從談起培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力了。為培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有編程思維能力，提出了將《流體網(wǎng)絡(luò)理論》課程從理論走向?qū)嵺`，加深學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的編程習(xí)慣，同時(shí)提出了實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)以極值流和網(wǎng)絡(luò)解算為課程內(nèi)容主線，循序漸進(jìn)的教學(xué)方法及交流平臺(tái)的有效利用，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更有實(shí)效。

關(guān)鍵詞：流體網(wǎng)絡(luò)理論 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 課程內(nèi)容 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（c）-0000-00

1 引言

《流體網(wǎng)絡(luò)理論》是礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為礦井通風(fēng)與安全專業(yè)的必修課。而礦井通風(fēng)與安全專業(yè)開設(shè)《流體網(wǎng)絡(luò)理論》后，將直接進(jìn)入《礦井通風(fēng)仿真理論與實(shí)踐》的學(xué)習(xí)，該課程以學(xué)習(xí)礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)為主，重點(diǎn)掌握礦井通風(fēng)仿真應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生缺乏開發(fā)礦井通風(fēng)仿真軟件的能力。通過作者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，課程大多以算法為主（例如搜素獨(dú)立通路、網(wǎng)絡(luò)解算算法、平衡圖繪制及角聯(lián)結(jié)構(gòu)自動(dòng)識(shí)別算法等），學(xué)生很少動(dòng)手實(shí)踐。課程學(xué)完后，學(xué)生編程水平和分析、解決實(shí)際問題的能力都沒有得到提高。因此，為更好的學(xué)習(xí)課程，應(yīng)重視和鼓勵(lì)學(xué)生勤于動(dòng)手和上機(jī)訓(xùn)練，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，因此，開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)也是必然的，同時(shí)，學(xué)生也已修習(xí)過《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言課程，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)也是水到渠成的。

2實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

從流體網(wǎng)絡(luò)的矩形表示開始，到靈敏度的求解[1]，整個(gè)課程涉及的內(nèi)容較多，算法也較多，如何篩選實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，最后能形成一套簡(jiǎn)單的通風(fēng)仿真系統(tǒng)是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。課程中的核心內(nèi)容為極值流、網(wǎng)絡(luò)解算、流體網(wǎng)絡(luò)的平衡圖及角聯(lián)結(jié)構(gòu)的算法。極值流和網(wǎng)絡(luò)解算可以作為兩條主線，流體網(wǎng)絡(luò)的平衡圖及角聯(lián)結(jié)構(gòu)的算法作為輔助，考慮時(shí)間及工作量的情況下，實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)以極值流和網(wǎng)絡(luò)解算為主要內(nèi)容。

2.1 極值流算法

城市自來水管的最大輸送能力問題，最大供熱能力問題，礦井最大供風(fēng)能力問題以及最小供風(fēng)量限制問題，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、城市供熱、供水、供氣網(wǎng)絡(luò)的最小功率問題，礦井救避災(zāi)路線問題等等，都與極值流的計(jì)算有關(guān)。極值流算法有節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)法、Edmonds-karp修正算法、獨(dú)立通路法及通路法，獨(dú)立通路法在最大復(fù)雜程度上占有優(yōu)勢(shì)。

圖1 極值流算法涉及內(nèi)容

2.2網(wǎng)絡(luò)分流算法

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分流是流體網(wǎng)絡(luò)理論的重要組成部分，該功能的開發(fā)可保障煤礦通風(fēng)安全，防止礦井瓦斯、煤塵爆炸及煤層自燃火災(zāi)，提高現(xiàn)代化管理手段[2]。網(wǎng)絡(luò)分流的研究極具一功多能的基礎(chǔ)性應(yīng)用價(jià)值，一套合理、規(guī)范、方便、專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)分流程序，可以使計(jì)算簡(jiǎn)單易行，大大節(jié)省人力物力[3]。因此，實(shí)驗(yàn)課程中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分流算法的重要性是顯而易見的，也是更需要學(xué)生的共同努力。

網(wǎng)絡(luò)分流方法主要有四種：解析法、圖解法、物理近似模擬法及數(shù)值方法。數(shù)值方法為現(xiàn)代研究網(wǎng)絡(luò)分流的主流手段。從計(jì)算數(shù)學(xué)的角度看，數(shù)值方法又分為斜量法、迭代法和直接代入法。迭代法中的Cross算法雖然解算的精度和速度較Barczyk法差，但是算法簡(jiǎn)易，計(jì)算步驟也最簡(jiǎn)便。

Cross法的程序流程如圖2所示，計(jì)算過程中除流量計(jì)算外，還涉及圖的連通性判斷、生成樹的選擇及基本回路的確定。

圖2 Cross算法程序流程框圖

3 實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)探索

針對(duì)礦業(yè)類學(xué)生的特點(diǎn)，針對(duì)學(xué)校的軟硬件條件，合理選用不同的教學(xué)方法，才能達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。經(jīng)過不斷的探索總結(jié)發(fā)現(xiàn)，大多學(xué)生并非缺少學(xué)習(xí)主動(dòng)性，也并非不想學(xué)，而是很多時(shí)候，實(shí)驗(yàn)課上多有盲從，方法不得當(dāng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣在幾次實(shí)驗(yàn)勞而無功的情況下會(huì)慢慢喪失，因此針對(duì)《流體網(wǎng)絡(luò)理論》課程的特點(diǎn)及教學(xué)大綱的要求，教學(xué)方法主要掌握以下兩個(gè)方面：

（1）實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容應(yīng)由淺入深

實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容順應(yīng)極值流和網(wǎng)絡(luò)解算兩條主線，同時(shí)涉及圖的連通性判斷、排序、深度優(yōu)先搜索法確定通路、生成樹選擇、基本回路確定算法，因此實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)從最基本的排序開始，循序漸進(jìn)，最終能將前期所做工作加入到主線中去。

（2）提供學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間的交流平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟及普及，極大地延伸了教學(xué)空間，程序類實(shí)驗(yàn)課程不能僅僅依靠實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排，還需占用學(xué)生更多的課余時(shí)間，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課后輔導(dǎo)至關(guān)重要，可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在選擇較為廣泛的方式主要有[4，5]：①通過QQ群可以達(dá)到討論目的；②建設(shè)教師個(gè)人網(wǎng)站；③通過電子郵件[6]；④ Internet 上的留言板，例如作者跟學(xué)生通訊的主要方式為ys168.com網(wǎng)站，該網(wǎng)站可以進(jìn)行資料的共享，也有留言板功能，可進(jìn)行討論相關(guān)問題。

4 結(jié)論

在《流體網(wǎng)絡(luò)理論》的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和理論與實(shí)際結(jié)合能力，實(shí)驗(yàn)課程的加入將使學(xué)生可以深入掌握流體網(wǎng)絡(luò)理論的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣。

參考文獻(xiàn)

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