物理模擬論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇物理模擬論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

考慮到針對物理專業的課程學時數少，但內容多，重點和難點多，而學生動手能力較弱，過于注重理論公式的推導等情況，整合了“模擬電子技術”課程內容結構，逐步減少理論學時，增加實驗學時，使二者比例達到一個最合理值。刪減部分陳舊知識，融入新技術的應用，以理論為基礎，強調應用，將理論與實踐、技術與應用較好的融合在一起。

2．教材與參考書目選用應符合物理師范生專業特點

全國各大高校都陸續出版了許多優秀的教材。但是每一本教材的側重點和難易程度也各不相同。選用較多的是高等教育出版社出版、由康華光主編的教材，由童詩白主編的教材以及楊拴科等主編的教材。根據物理師范生注重公式的邏輯推理的思維特點。所以選取更側重于基本概念的講解，邏輯性強，知識點豐富，學生需要掌握的內容多，由童詩白主編的教材更加適合西部師范院校物理專業的學生。

3．核心突出內容的取舍

模擬電路就是處理模擬電壓和電流的電路，而由于現實生活中大多信號較為微弱的模擬信號，所以要進行信號的放大，這也是模擬電子技術課程的核心部分。所以本課程的核心內容自然非放大電路莫屬。與此同時，現實生活中相關器件的供電電源很多為直流電源，所以必然需要一種將電廠的交流電轉為直流的電路，此電路就是直流穩壓電源。由此可知，主講內容就是放大電路和直流穩壓電源，尤其是放大電路部分。

二、教學方法和教學手段改革

1．教學方法多元化

在選擇教學方法的時候，要特別注意培養學生的感性認識，以調動學生的主觀能動性為目的。比如在講授“反饋”概念時，我們可以運用類比教學法。教師可以以常見的冷暖空調的溫度調節過程為例。另外在教學過程中，也需多運用啟發式教學法，教師只有善于提出問題，才能更好地啟發學生進行積極的思考，變被動接收為主動學習。

2．充分利用仿真軟件

因為師范生最在意教學形式，如果僅僅在課堂平白地傳授復雜的模擬電路理論知識，枯燥的形式會讓師范生認為理論與實際相差太遠，進而對電子類課程失去興趣。所以在講授理論課時，利用計算機仿真技術，將虛擬電子實驗引入課堂教學中，可以隨時進行電路連接、仿真和測量，增強了教學的直觀性、形象性和生動性，有助于加強課堂互動，激發和調動學生的學習興趣，從而實現了理論教學和實踐教學的有機結合。

三、實踐教學環節

1．實驗準備

篇（2）

（一）運用“階梯式”的培養模式，拓展不同年級學生的能力為了鼓勵學生參加物流沙盤模擬訓練，成立物流沙盤協會，采取團隊的方式參與。具體組隊的方法采用的是“階梯式”，即由不同年級的學生參與進來。在專業教師的指導下，通過“階梯式”的組隊方式，高年級的學生由于很早就接觸，有豐富的經驗和專業知識，幫助低年級的學生，其組織協調能力、領導能力和表達能力都能得到鍛煉，而低年級的學生能夠很早就接觸到專業知識，大大提高了學習的興趣。

（二）通過沙盤模擬系統學習專業知識并拓展學生的知識體系物流系統是一個龐大而復雜的系統，學生在學習的過程中理解起來比較抽象，怎樣能夠讓枯燥的專業知識更加生動地深入到每個學生的心里，是每一位專業教師在教學的過程中需要不斷摸索的。通過物流沙盤的模擬，教師在指導的過程中結合物流沙盤中的角色和各環節闡述相應的理論知識，能夠讓物流系統的專業知識連貫的串通起來，深刻理解物流管理中的各個角色，涉及的各個環節。不僅如此，傳統教育將知識體系劃分成不同的專業方向，學生只能擇其一而修，產生的專業壁壘嚴重地禁錮了學生的思維方式和發展空間，而沙盤模擬是對企業經營與運作管理的全方位重現，通過模擬實戰，可以使學生在戰略管理、財務管理、營銷管理、生產與運作管理、物流管理、人力資源管理以及信息管理等方面的管理知識體系得到一次全面的、系統的梳理與總結。

（三）通過小組間對抗，調動學生積極性，提高學習的趣味性物流沙盤模擬跟現實世界是一樣的，同樣存在企業間的激烈競爭。通常將學生分為6~12個組代表不同的企業，每個企業5~6個人擔任企業運營過程中的各個角色。整個物流市場上的業務量是一定的，每個企業怎樣運作來盡可能地爭取市場份額，使得本企業的利潤最大化是每個企業運營的目標。為了達成這一目標，每個企業相互對抗和競爭，通過物流網點的設施、運輸路線的選擇進行科學的決策，充分調動學習的積極性，即使企業在運營的過程中遇到瓶頸也不輕易放棄，而是積極尋求解決的辦法。

（四）培養團隊合作精神沙盤模擬涉及到企業運營過程中的各個環節，不同環節間需要密切地配合。比如，對市場上業務需求量的預測，關系到怎樣規劃物流的設施設備以及提供服務的價格等。另外，由于物流系統在運作的過程中存在效益背反現象，當不同環節的利益發生沖突時，企業的管理者要站在戰略的角度統籌規劃，使物流系統的整體達到最優。因此，在模擬實訓的過程中能夠培養學生的團隊合作精神，在團隊中各司其職，相互溝通協調解決問題。

（五）提高了學生自我認識和自我定位的能力絕大多數學生在學校期間缺乏對自己的正確認識，不能進行正確地職業生涯規劃。看似不起眼的沙盤模擬對抗賽，不僅展示出每個學生的專業技能，而且使每個學生的性格真實地呈現出來。從組建團隊，到人員分工，是根據每個人能力的不同采取學生自愿自發競聘上崗的形式。在經營的過程中，如果發現某個成員不稱職或者不適合某一崗位，團隊可以民主地進行重新調整和定位，使得每個人都能夠找到最合適自己的崗位。通過沙盤模擬對抗，在老師的指導下，學生們學會了如何自我定位，對自己的性格和能力都有了正確的認識，可以少走彎路，制定出適合自己的職業生涯規劃。

二、沙盤模擬的實訓課程的教學創新

（一）教學方法創新沙盤模擬實訓課程真正體現了體驗式創新教學法，即在老師的幫助和指導下，學生自主地進行體驗式和研究式的學習，進而提高自身的創新能力，最終形成創新人才的教學方法。其特點包括：第一，相互支持的學習環境。實訓課程所創造的學習環境能夠讓學生互相幫助，相互信任。學生不僅能在過程中正確地認識自己，同時也同他人建立了彼此支持和幫助的良性互動關系；第二，以學生為中心，自主學習，并使之內化成為一種習慣，帶到以后的生活和工作中去；第三，快速學習。在實訓的過程中在快樂中學習，在錯誤中反思，不斷強化記憶并且記憶深刻；第四，自我認識和肯定，在實訓的過程中遇到困難的時候，學生們自己想辦法克服和解決，在自己的崗位上盡最大的努力去完成任務。學生們會體會到前所未有的成就感和自我肯定，同時也學會了如何自我定位，對自己的性格和能力都有了正確的認識，迎接未來真正的挑戰。

（二）教學手段創新沙盤模擬實訓課程采用傳統教學手段和現代教學手段相結合，形成一套融角色實訓、情景式教學、自主學習和互動學習為一體的教學體系。例如，市場競單時，每個企業為了以盡可能少的廣告投入獲得大批量的市場訂單，搶占市場份額，市場營銷總監必須準確地預測市場發展趨勢，并利用商業間諜想辦法了解競爭對手的動向，制定本企業的市場開拓和產品研發計劃，確立并維護企業的市場地位，在必要時可能還會做退出某個市場的決策。

（三）教學內容創新首先，教學活動從以“教”為主體轉變成以“學”為主體；其次，學生獲取知識的內容從僅僅來自課堂和教師轉變成既來自課堂和教師，同時也來自于課外和其他學生；最后，沙盤模擬實訓的教學內容在非常注重對學生理論知識的傳授同時還注重其與實踐能力的緊密結合。

篇（3）

考慮到針對物理專業的課程學時數少,但內容多,重點和難點多,而學生動手能力較弱,過于注重理論公式的推導等情況,整合了“模擬電子技術”課程內容結構,逐步減少理論學時,增加實驗學時,使二者比例達到一個最合理值。刪減部分陳舊知識,融入新技術的應用,以理論為基礎,強調應用,將理論與實踐、技術與應用較好的融合在一起。

2.教材與參考書目選用應符合物理師范生專業特點

全國各大高校都陸續出版了許多優秀的教材。但是每一本教材的側重點和難易程度也各不相同。選用較多的是高等教育出版社出版、由康華光主編的教材,由童詩白主編的教材以及楊拴科等主編的教材。根據物理師范生注重公式的邏輯推理的思維特點。所以選取更側重于基本概念的講解,邏輯性強,知識點豐富,學生需要掌握的內容多,由童詩白主編的教材更加適合西部師范院校物理專業的學生。

3.核心突出內容的取舍

模擬電路就是處理模擬電壓和電流的電路,而由于現實生活中大多信號較為微弱的模擬信號,所以要進行信號的放大,這也是模擬電子技術課程的核心部分。所以本課程的核心內容自然非放大電路莫屬。與此同時,現實生活中相關器件的供電電源很多為直流電源,所以必然需要一種將電廠的交流電轉為直流的電路,此電路就是直流穩壓電源。由此可知,主講內容就是放大電路和直流穩壓電源,尤其是放大電路部分。

二、教學方法和教學手段改革

1.教學方法多元化

在選擇教學方法的時候,要特別注意培養學生的感性認識,以調動學生的主觀能動性為目的。比如在講授“反饋”概念時,我們可以運用類比教學法。教師可以以常見的冷暖空調的溫度調節過程為例。另外在教學過程中,也需多運用啟發式教學法,教師只有善于提出問題,才能更好地啟發學生進行積極的思考,變被動接收為主動學習。

2.充分利用仿真軟件

因為師范生最在意教學形式,如果僅僅在課堂平白地傳授復雜的模擬電路理論知識,枯燥的形式會讓師范生認為理論與實際相差太遠,進而對電子類課程失去興趣。所以在講授理論課時,利用計算機仿真技術,將虛擬電子實驗引入課堂教學中,可以隨時進行電路連接、仿真和測量,增強了教學的直觀性、形象性和生動性,有助于加強課堂互動,激發和調動學生的學習興趣,從而實現了理論教學和實踐教學的有機結合。

三、實踐教學環節

1.實驗準備

篇（4）

計算機軟件模擬物理實驗可以改進傳統實驗效果。尤其是它的演示效果及強大的實驗數據處理功能，大大地提高了物理實驗課的教學效果，利用它來輔助教學，為物理課及物理實驗課的教學提供了一種新的教學模式。《幾何畫板》做出的課件很適合用于改進物理難點的教學。它在由函數牽動動畫的功能上獨具一格，使做出來的物理課件既似模擬實驗又可以量化地研究問題，源于實驗而勝于實驗。

由于《幾何畫板》課件在人機對話時只用鼠標操作，而不需要掌握計算機專用術語和鍵盤操作，因此專心于物理知識而缺少計算機知識的師生也很容易操作。在使用《幾何畫板》輔助教學的課堂上，無論是學生還是來聽課的老師，都感覺不到是為顯示計算機而用計算機，而是在很容易理解的物理圖景面前，大家都沉浸在思考的氣氛之中。

計算機輔助教學的理論認為，由于教學過程不能缺少教師對學生的思想教育和情感作用，也就是教師的主導作用應與學生的主體作用并舉。所以探討多媒體教學并不是要用計算機完全取代教師，而是要利用計算機的優越功能，改進教學的模式，使教師和學生都能在課件平臺上發揮作用。《幾何畫板》做出來的物理課件就是能起到這樣的平臺作用。

如何用計算機教學軟件《幾何畫板》制作物理模擬實驗，本人在制作過程中用到了一些《幾何畫板》綜合技能，愿意與大家分享。現舉例，展開電學實驗中“一階網絡的零輸入響應”的軟件制作過程。

（一）一階網絡的零輸入響應實驗簡介：

電路原理圖如圖一左上方：

（1）實驗目的：

1、研究一階網絡的零輸入響應的基本規律極其特點，了解電路參數對相應的影響。

2、學習示波器測量脈沖信號的基本參數以及一階網絡響應的參數。

（2）儀器設備：

1、脈沖信號發生器一臺；

2、雙蹤示波器一臺；

3、動態電路板一塊。

（二）一階網絡的零輸入響應實驗軟件演示界面及功能介紹：

打開實驗演示軟件，界面如圖一：

界面左上方實驗原理圖，右方是是示波器及測量過程中自動繪出測量的伏安特性曲線。

雙擊電路原理圖的元件（如電壓U0或電阻電容C）可輸入新的參數。如：雙擊R出現對話框，輸入R為2000歐姆。如圖一中下方：

點擊掃描按鈕，在示波器屏幕中，新的伏安特性曲線實時畫出。如圖一右，在示波器上可對比R=1000歐姆及R=2000歐姆時，對應的一階網絡的零輸入響應的曲線圖。同理，當R=1000歐姆，可輸入電容的不同值，即：C=0.001微法，C=0.002微法時從示波器上看一階網絡的零輸入響應的輸出曲線比較。

通過對比可知：時間常數RC越小，衰減越快；時間常數RC越大，衰減越慢。由此我們可以看到，《幾何畫板》課件并不是簡單地模擬物理現象，而是可以通過連續改變某些參量，量化地探討問題的答案。

你還可以方便的改變電壓U0等參數的大小，繪出不同一階網絡的零輸入響應的輸出曲線。而在計算機軟件幾何畫板上，測量實驗數據及處理數據非常方便、快捷。我們知道：一階網絡的零輸入響應時間常數τ的幾何測量方法是：過起始點（0，U0）作一階網絡的零輸入響應的曲線的切線，與時間軸交點的橫坐標即為時間常數τ。

用幾何畫板在示波器上作圖時非常方便的。我們知道，過曲線上一點的切線方程，用點斜式作，斜率為f‘(0)，過點（0，5）的直線方程就是我們所求的切線方程。做法如下：（1）對圖一界面中的f(x)函數表達式點擊右鍵，在快捷菜單中選擇導數，得f’(x)函數表達式；（2）點擊菜單：度量----計算---點擊f’(x)，取x=0,求得斜率：f’(0)=-2.5。再利用點斜式建立切線方程。即：點擊菜單：圖表----新建函數：輸入：-2.5*X+5。最后點擊菜單：圖表---繪制函數,過點（0，5）的f(x)的切線方程繪制出來了。再選中切線與橫軸的交點（設A點），選擇菜單---度量---橫坐標，A點的橫坐標值XA便計算出，即τ的值。

若雙擊圖二中電路原理圖的元件（如電壓U0或電阻電容C）輸入新的參數則對應的一階網絡的零輸入響應的函數方程、切線方程、曲線圖像及τ的值會做相應的改變，分析起來非常方便。

《幾何畫板》課件可以按照物理公式來設定動畫，所以演示的結果比真實實驗還要準確，因此教師無需以“誤差影響”來修飾實驗結果。

（三）一階網絡的零輸入響應實驗演示軟件制作主要過程簡介：

首先在幾何畫板軟件窗口的左上方畫出實驗原理圖，在幾何畫板窗口右方粘貼上述實驗所需儀器設備示波器圖片。建立含有上述原理圖中參數R、C、U0等參數的一階網絡的零輸入響應的輸出曲線函數。建立過程如下：

新建參數R=1000、C=0.001、U0=5（如圖一右上方），在新建的參數表達式上點擊右鍵，選擇：屬性---值---無標簽。將參數表達式分別拖動到原理圖對應位置（如圖一）。然后選擇參數表達式建立一階網絡的零輸入響應的輸出曲線函數。如圖一（右）：

因繪出的曲線位置在示波器屏幕上，故：先將坐標原點移至示波器屏幕上適當位置。考慮U0、RC的變化范圍后，適當調節坐標軸比例，再將示波器屏幕上的調節好的坐標軸的單位及刻度圖片抓取（例如用SNAGIT等軟件抓去圖片）。再在粘貼到原位置，然后隱藏坐標軸。

函數中的f(x)代表一階網絡的零輸入響應的輸出電壓，x代表時間，先繪出一階網絡的零輸入響應函數圖像，因為函數圖像是在時間x>0時開始繪制。所以，在一階網絡的零輸入響應函數圖像上建立電壓的最低測量點A和最高測量點B（U0）兩個固定點，在其中間建一沿曲線運動的動點u見圖二。

將U點移至B點，分別選中點U、A，點擊編輯菜單-----操作類按鈕-----移動，標簽設為：“掃描”，建立移動點按鈕。再選中點u，點擊：顯示菜單---追蹤點，即可在示波器上繪出對應一階網絡的零輸入響應函數圖像。同樣分別選中點U、B點編輯菜單-----操作類按鈕-----移動，建立移動點按鈕，速度為“高速”。然后建立上述兩按鈕的系列按鈕標簽為：“掃描”按鈕，這個系列按鈕執行后，U點的軌跡不僅可跟蹤，執行后U點可回到B點。在建立一系列按鈕，標簽為：“清除掃描軌跡”。其屬性設置為：系列動作―同時執行；此按鈕可清除示波器上的軌跡。最后將A、B、U點及函數圖像隱藏。一階網絡的零輸入響應電路實驗的模擬演示軟件就編寫完成。

通過此例，可以學會巧妙利用幾何畫板軟件的一些功能，實現制作物理電學的模擬實驗軟件。實驗中示波器上的顯示屏掃描圖像隨電路參數的改變而實時改變。并且，實驗原理圖中的所有參數都可以方便地改變（如：C，R），實時得出對應的電壓、電流顯示值、掃描曲線及數據分析結果。

篇（5）

中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

0. 引言

近年來，構造物理模擬實驗在油氣盆地構造研究方面取得了顯著成效。構造物理模擬實驗為油氣盆地構造的形成過程和成因機制研究提供了基礎依據，在區域構造和局部構造分析基礎上，通過物理模擬方法再現構造形成過程，建立合理的構造解釋模型已經成為一種有效的研究思路。前人對準噶爾盆地南緣構造變形特點及變形的主控因素開展了深入研究，但對于該地區的研究還處于定性解釋和物理模擬驗證階段，在一定程度上對構造解釋模型的建立缺乏準確性。因子分析方法在地質學中的應用主要集中在地球化學、沉積相研究和礦物巖石學等方面。筆者將其應用到構造地質學中，首先通過設計物理模擬實驗再現了準噶爾盆地南緣多排斷褶帶的發育情況，再試圖通過實驗數據分析、定量的探討控制該區構造帶發育的因素。

1. 準噶爾盆地南緣構造概況

準噶爾盆地南緣東西長約500 km，南北寬約100 km，是地層發育齊全、構造變形獨具特色的地區。由于邊界條件和各期構造作用的方式、應力方向不盡相同，在南緣地區的不同地段構造變形特點具有顯著差異，大致以烏魯木齊為界分為東、西兩個構造帶。其中，南緣西部構造帶發育多排褶皺-斷裂帶組合，平面上呈斜向“瓦垅”狀構造 （圖1） [1]。這種斜列的瓦垅構造帶主干斷裂為天山北緣斷裂，分支構造為壓扭性斷層和褶皺。剖面上為隔擋式褶皺，即背斜緊閉、向斜開闊。燕山期以來，特別是喜山期右行壓扭應力作用下，中、新生代地層沿侏羅系煤層和古近系高塑性泥巖層發生滑脫并彎曲形成了5個斷裂背斜構造帶。綜合前人研究成果，我們認為準噶爾盆地南緣西部構造模式屬于后緣擠壓、前緣雙層滑脫模型（圖2）。

圖1 準噶爾盆地南緣褶皺-沖斷帶綱要圖（據于福生等，2009）[2]

（1）-逆斷層； （2）-平移斷層； （3）-褶皺及編號； （4）-剖面位置及編號； （5）-分帶界線； （6）-分帶編號：Ⅰ—第一排背斜—沖斷帶； Ⅱ—第二排背斜—沖斷帶； Ⅲ—第三排背斜—沖斷帶； Ⅳ—第四排背斜—沖斷帶

圖2 準噶爾盆地南緣西部后緣擠壓、前緣雙層滑脫變形模式

2. 物理模擬實驗

前人對準噶爾盆地南緣的野外考察認為，沉積蓋層中的兩個滑脫層分別為：侏羅系的煤層和白堊系-古近系的泥巖層。地層下部，侏羅系煤層影響著較深部位地層的構造發育，而地層上部的泥巖層影響著較淺部位地層的構造發育。本實驗以后緣擠壓、前緣雙層滑脫模式為理論依據，設計了四組擠壓變形模擬實驗。

2.1 實驗設備與材料

模型設計：砂箱規格為78cm（長） 30cm（寬），模型砂層高度因不同組實驗所設計的滑脫層厚度和蓋層厚度不同而異，模型的橫向比例尺約為1：8.4萬。實驗底部為剛性基底，單側馬達驅動擠壓，設定擠壓速率為3mm/min（圖3），實驗沒有設定固定的擠壓量，砂層收縮至產生6-7條前展式逆沖斷層時停止。

實驗選用模擬地層的材料為干燥松散的黃色石英砂（粒徑0.2～0.5mm），從力學性質上講，它是國內外通用的模擬地殼淺層次脆性構造變形的材料。滑脫層則選取玻璃粉、食鹽等物理形態上與石英砂差距不大的材料。設計了四組實驗，其中第一組實驗為砂層與玻璃粉互層，單砂層厚度為0.6cm，玻璃粉單層厚度為0.3cm，從下至上依次為石英砂（2層）—玻璃粉（1層）—石英砂（3層）—玻璃粉（1層）—石英砂（2層）；第二組實驗為為砂層與玻璃粉互層，單砂層厚度為0.6cm，玻璃粉單層厚度為0.5cm，從下至上依次為玻璃粉（1層）—石英砂（2層）—玻璃粉（1層）—石英砂（3層）—玻璃粉（1層）—石英砂（2層）；第三組實驗為食鹽與砂層互層，單砂層厚度為0.6cm，食鹽層單層厚度為0.5cm，從下至上依次為食鹽（1層）—石英砂（2層）—食鹽（1層）—石英砂（3層）—食鹽（1層）—石英砂（2層）；第四組實驗為食鹽與砂層互層，單砂層厚度為0.6cm，食鹽層單層厚度為0.5cm，從下至上依次為石英砂（2層）—食鹽（1層）—石英砂（3層）—食鹽（1層）—石英砂（2層）。

圖3 擠壓變形砂箱剖面物理模擬實驗設計示意圖

2.2 實驗過程與結果

各組實驗在以上設計條件下都具有可重復性，能得到相同的實驗數據。在此，筆者僅對第四組實驗結果進行對比闡述。

馬達啟動后砂層首先彎曲形成褶皺，當收縮率（SR）為1.3%時，開始形成第一條逆沖斷層F1，由于離推覆體近、應力集中而且大，斷層F1切穿整個模型（圖4A）。當收縮率（SR）為5.1%時在F1前方形成逆沖斷層F2，同時在F1上盤形成與F1傾向相反的斷層F3，上盤構成一楔狀體（圖4B）。當收縮率（SR）為6.7%時，在F2前方形成逆沖斷層F4（圖4C），該斷層傾角比F1小并收斂于F1。可見兩滑脫層已斷開，力從下部滑脫層往上傳遞，而下部滑脫層以下地層平直。繼續擠壓，當收縮率（SR）為11.5%時，可見上下兩滑脫層均有滑脫形成逆沖斷層F5和F6的現象，而滑脫層之間的砂層僅出現彎曲而未錯斷（圖4D）。再進一步，當收縮率（SR）為20%時，之前形成的斷層F5和F6已經合二為一，并在更遠的前端形成滑脫斷層F7和F8（圖4E），F7 的斷距大于F8，F8之下砂層平直說明應力在兩滑脫層傳播。持續的擠壓至收縮率（SR）為24.1%時，F7和F8逆沖于同一斷層面之上，在大斷層上盤形成了一個反向的沖斷層F9（圖4F）。

圖4 擠壓變形模擬實驗過程

3 實驗結果數據分析

不同的模型設計控制因素不同，其實驗結果也有所差異，但是在相似模型條件下產生的實驗數據存在一定相關性[3]。將這些蘊含信息的數據進行分析，能得到這些控制變量與實驗結果之間定量或半定量的關系。

3.1 理論準備

因子分析法是指從研究指標相關矩陣內部的依賴關系出發，把一些信息重疊、具有錯綜復雜關系的變量歸結為少數幾個不相關的綜合因子的一種多元統計分析方法[3]。筆者將其應用到構造地質學中，探討控制斷層發育的各種因素之間的關系，試圖將這些因素歸類，為構造物理模擬實驗設計定量分析研究提供理論依據。

因子分析的理論依據讀者可以查閱相關文獻[3，4]，在此主要涉及以下幾個主要公式：

① 各變量之間的相關矩陣R= 及其特征值；

② 正交變換矩陣T，因子載荷矩陣；

③ 因子得分矩陣；

3.2 因子分析

由于四組實驗設計的蓋層（滑脫層之上地層）厚度、滑脫層厚度、滑脫層性質（兩種不同屬性的滑脫層材料）以及模型底部是否存在滑脫基底等控制因素不同，將蓋層厚度、滑脫層厚度、滑脫層性質和先存基底作為變量。實驗1—以滑脫層厚度與上覆蓋層厚度的比例與其他實驗相區別，設上覆蓋層厚度為實驗變量x1；實驗2—其滑脫層厚度與實驗1相區別，以滑脫層的厚度為實驗變量x2；實驗3—模型下部設計有基底與實驗1和實驗4相區別，以基底的存在作為實驗變量x3；實驗4—滑脫層所用的材料屬性與實驗1、實驗2相區別，并以材料屬性（或滑脫層的性質）作為實驗變量x4。實驗中從推覆方向起，由近及遠產生的前展式斷層（表1中的，相當于圖4中朝擠壓方向逆沖的斷層）作為樣品斷層，以斷層發育時的實驗收縮率和實驗解釋剖面與地震解釋剖面相似度最高時的實驗收縮率作為觀察數據點，將四組實驗數據建立一個數據表（表1）。從數據表趨勢線（表1右）不難發現，數據點與變量之間存在著一些關系。筆者是希望通過因子分析根據相關性大小將變量分組，每組變量就共同代表了對相關數據的影響。

表1 擠壓變形模擬實驗數據表及數據趨勢線

x1

x2

x3

x4

f1

4.5

1.7

1.2

1.3

f2

7.8

5.2

4.6

5.1

f3

11.9

9.6

5.4

6.7

f4

20.9

16.3

9.4

11.5

f5

26.8

24.5

21.4

20.0

f6

39.7

30.7

27.5

24.1

將表1中的數據整理建立變量與樣品的原始矩陣X：；

矩陣X標準化得到矩陣X1：；

從而依據相關矩陣公式①得出矩陣X1的相關矩陣R，相關矩陣R的特征向量矩陣A及其特征值向量b。

，，

，；

令，，A*即為因子載荷矩陣。A*的列對應于四個變量（x1，x2 ，x3 ，x4），行對應于四個公因子（Y1 ，Y2 ，Y3 ，Y4）。矩陣A*中的每一列分別與b中的元素對應。將A*按照特征值從大到小排列得到矩陣A**，矩陣A**中變量x在因子Y上的得分集中在x1處，因此需要對矩陣A**進行旋轉。

將因子載荷矩陣A**正交變換后得到旋轉后的因子載荷矩陣B0（其中正交變換矩陣T是通過矩陣分析軟件得到）。又有，根據公式③得到因子得分矩陣F，將F歸一化得到新的因子得分矩陣E，這樣我們就可以結合物理實驗和實際地質情況對矩陣ET進行分析。

， ；

旋轉后的因子載荷矩陣B0中，變量x1和x2在因子Y1上的得分較高（），變量x3和x4在因子Y2上得分較高（），因此研究區控制斷層發育的因素分為兩大類（即Y1和Y2）。第一大類：斷層發育受蓋層厚度和滑脫層厚度的綜合控制；第二大類：斷層發育受軟弱基底的存在和滑脫層性質的綜合控制。矩陣ET的列對應于公因子Y1 、Y2 、Y3 、Y4，行對應于表1中的f1、f2、f3、f4、f5、f6，矩陣中的數值即斷層f在公因子Y上的得分。因為研究區控制斷層發育的因素已經分為Y1和Y2兩類，所以我們只需要對矩陣ET的前兩列進行分析。

4 物理模擬與數值分析結果討論

將實驗結果與構造變形模式圖對比，斷層F1、F2（表1中的f1、f2）大至與第一排背斜帶（NO.1）對應，斷層F4（表1中的f3）大至與第二排背斜帶（NO.2）對應，斷層F5、F6（表1中的f4）大至與第三排背斜帶（NO. 3）對應，斷層F7、F8（表1中的f5）大至與第四排背斜帶（NO.4）對應（圖5）。

實驗數據分析得到的矩陣ET中，Y1和Y2列是控制斷層發育的公因子，在行方向斷層f1、f2、f3、f4在Y1上的得分較高（>0.5），斷層f4、f5、f6在Y2上的得分較高（>0.5）。由此可見，第一、二、三排背斜帶主要受第一類因素控制，即斷層發育樣式受蓋層厚度和滑脫層厚度控制；第四排背斜帶主要受第二類因素控制，即斷層發育主要受上部滑脫層控制。第三排背斜帶在兩個因素上的得分相當，說明第三排背斜帶在兩種控制因素下處于過渡帶，在局部地區受到了上部滑脫層的控制。

以上分析結合主波長理論證明了滑脫層越厚越容易滑脫，即褶皺發育及斷層的產生所需要的收縮量就越小；滑脫層以上的地層越厚，滑脫層越顯塑性，越容易滑脫。侏羅系煤層的存在為上覆地層提供了滑脫基底。侏羅系以上地層內部存在的滑脫層為離盆地邊界較遠的第四、五排背斜帶的形成創造了條件。

圖5 擠壓變形模擬實驗結果

5 結論

（1）準噶爾盆地南緣西部多排斷褶帶發育主要受兩類因素控制：第一類：蓋層厚度和滑脫層厚度，第二類：軟弱基底的存在和滑脫層性質；（2）滑脫層以上的地層越厚，滑脫層越顯塑性越容易滑脫，滑脫層越厚越容易滑脫；（3）第一、二排背斜帶發育受第一類因素控制，第三排背斜帶處于兩類因素控制的過渡帶，第四排背斜帶發育受第二類因素控制；（4）侏羅系煤層的存在為第四、第五排背斜的形成創造了條件。

參考文獻

[1] 王偉鋒，，陸詩闊， 等. 準噶爾盆地構造分區和變形樣式[J]. 地震地質， 1999， 21（4）：

篇（6）

調查法是科學研究中最常用的方法之一。它是有目的、有計劃、有系統地搜集有關研究對象現實狀況或歷史狀況的材料的方法。調查方法是科學研究中常用的基本研究方法，它綜合運用歷史法、觀察法等方法以及談話、問卷、個案研究、測驗等科學方式，對教育現象進行有計劃的、周密的和系統的了解，并對調查搜集到的大量資料進行分析、綜合、比較、歸納，從而為人們提供規律性的知識。

調查法中最常用的是問卷調查法，它是以書面提出問題的方式搜集資料的一種研究方法，即調查者就調查項目編制成表式，分發或郵寄給有關人員，請示填寫答案，然后回收整理、統計和研究。

觀察法

觀察法是指研究者根據一定的研究目的、研究提綱或觀察表，用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法。科學的觀察具有目的性和計劃性、系統性和可重復性。在科學實驗和調查研究中，觀察法具有如下幾個方面的作用：①擴大人們的感性認識。②啟發人們的思維。③導致新的發現。實驗法

實驗法是通過主支變革、控制研究對象來發現與確認事物間的因果聯系的一種科研方法。其主要特點是：第一、主動變革性。觀察與調查都是在不干預研究對象的前提下去認識研究對象，發現其中的問題。而實驗卻要求主動操縱實驗條件，人為地改變對象的存在方式、變化過程，使它服從于科學認識的需要。第二、控制性。科學實驗要求根據研究的需要，借助各種方法技術，減少或消除各種可能影響科學的無關因素的干擾，在簡化、純化的狀態下認識研究對象。第三，因果性。實驗以發現、確認事物之間的因果聯系的有效工具和必要途徑。

文獻研究法

文獻研究法是根據一定的研究目的或課題，通過調查文獻來獲得資料，從而全面地、正確地了解掌握所要研究問題的一種方法。文獻研究法被子廣泛用于各種學科研究中。其作用有：①能了解有關問題的歷史和現狀，幫助確定研究課題。②能形成關于研究對象的一般印象，有助于觀察和訪問。③能得到現實資料的比較資料。④有助于了解事物的全貌。

實證研究法

實證研究法是科學實踐研究的一種特殊形式。其依據現有的科學理論和實踐的需要，提出設計，利用科學儀器和設備，在自然條件下，通過有目的有步驟地操縱，根據觀察、記錄、測定與此相伴隨的現象的變化來確定條件與現象之間的因果關系的活動。主要目的在于說明各種自變量與某一個因變量的關系。

定量分析法

在科學研究中，通過定量分析法可以使人們對研究對象的認識進一步精確化，以便更加科學地揭示規律，把握本質，理清關系，預測事物的發展趨勢。

定性分析法

定性分析法就是對研究對象進行“質”的方面的分析。具體地說是運用歸納和演繹、分析與綜合以及抽象與概括等方法，對獲得的各種材料進行思維加工，從而能去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里，達到認識事物本質、揭示內在規律。

跨學科研究法

運用多學科的理論、方法和成果從整體上對某一課題進行綜合研究的方法，也稱“交叉研究法”。科學發展運動的規律表明，科學在高度分化中又高度綜合，形成一個統一的整體。據有關專家統計，現在世界上有2000多種學科，而學科分化的趨勢還在加劇，但同時各學科間的聯系愈來愈緊密，在語言、方法和某些概念方面，有日益統一化的趨勢。

個案研究法

個案研究法是認定研究對象中的某一特定對象，加以調查分析，弄清其特點及其形成過程的一種研究方法。個案研究有三種基本類型：(1)個人調查，即對組織中的某一個人進行調查研究；(2)團體調查，即對某個組織或團體進行調查研究；(3)問題調查，即對某個現象或問題進行調查研究。

功能分析法

功能分析法是社會科學用來分析社會現象的一種方法，是社會調查常用的分析方法之一。它通過說明社會現象怎樣滿足一個社會系統的需要（即具有怎樣的功能）來解釋社會現象。

數量研究法

數量研究法也稱“統計分析法”和“定量分析法”，指通過對研究對象的規模、速度、范圍、程度等數量關系的分析研究，認識和揭示事物間的相互關系、變化規律和發展趨勢，借以達到對事物的正確解釋和預測的一種研究方法。

模擬法（模型方法）

篇（7）

 

煤礦開采在綜放技術不成熟之前,厚煤層普遍采用分層開采方式。如某煤礦3#煤層分為上、下兩個分層開采。受生產技術裝備、特殊地質條件的制約,以及生產、運輸、通風、排水等系統對巷道的影響,導致回采上分層煤體時,工作面布置長度較小(根據目前工作面布置長度來看),而工作面兩側留設煤柱較大,一些邊緣煤體不能進行回采。現將進行下分層開采,由于工作面裝備水平的提高,以及開采技術與管理水平的進步,若將下分層工作面布置成與上分層工作面長度相同,技術經濟均不合理,同時還將損失大量的優質煤炭資源。為了降低工作面成本,提高資源回收率,取得工作面最大的技術經濟效益,必須加大工作面長度,在已采上分層煤體段內采用下分層綜采工藝,在上分層未采邊緣煤柱或煤體段采用綜放工藝,也就是同一工作面采用綜放綜采混合式開采。

1.技術可行性分析

綜放綜采混合式開采在國內為數不多,需研究解決兩種方式組合在一起時的支架選型、后部輸送機的配備、回采工藝、放煤方式、頂板管理等技術難點。特別是研究假頂與實煤體交接處在放頂煤開采技術條件下上覆巖層礦壓變化的規律,對頂板管理的指標十分重要,也是研究礦壓規律顯現的一種新技術、新問題、新內容。論文參考。論文參考。對此范圍的技術研究國內外尚未進行。單個綜采下分層回采、綜采放頂煤回采兩種方式的礦壓顯現規律已基本掌握,綜采技術應用的領域也在不斷擴大發展。單獨進行綜采分層回采、綜采放頂煤回采技術經過十余年的生產實踐,已經積累了豐富的技術經驗,具備了進行綜采綜放混合式開采工業試驗的實力。

2.方法技術研究

混合開采技術采用理論分析、數值模擬、物理模擬、現場實測和現場工業性試驗相結合的研究方法。其研究內容是:在布置下分層工作面時,如何利用綜采放頂煤技術對上分層回采完后留下的邊緣煤體進行回采。回采方法是:工作面分階段分別采用分層綜采方式和綜放方式對下分層工作面和邊緣煤體進行回采。技術路線:通過實驗室相似模擬試驗及計算機數值模擬,分析頂板活動規律,為混合開采頂板管理提供理論依據,通過數值模擬回采工藝過程,優化回采工藝參數,達到安全高效生產的目的。

2004年,某煤礦在7510工作面進行綜放綜采混合式回采技術工業性試驗。工作面運輸巷一側的煤體中由于布置有放水巷(在用),并伴有斷層,因此在回采上分層時留下了110 m的保安煤柱。在布置下分層工作面時,原排水系統已被新的排水系統所替代,可將下分層運巷外錯布置于實煤體中,利用綜放綜采混合式開采技術將邊緣煤體回收,從技術上是可行的。(7510工作面切眼長度220 m,其中,下分層142 m,放頂煤78 m,運巷735 m外錯78 m布置在實煤體中,采用全錨支護,回風巷長度760 m內錯8 m布置在上分層假頂下,采用工字鋼支護,可采長度665 m,儲量75萬:t其中分層37萬,t放頂煤38萬t)。論文參考。具體的技術方案如下:

（1）支架的配備　將運輸巷道布置于邊緣煤體中,靠近端頭側78 m為綜放回采方式開采,靠近端尾側142 m為分層綜采方式開采,分別采用ZZP4800-17/33、ZY-35型兩種規格支架。

（2）后部輸送機的配備　工作面放煤區域處于運輸巷道側,后部刮板輸送機尾部分只能設置于工作面中間區域。由于兩種架型結構尺寸不同,布置后部輸送機機尾電機空間較小,因此必須取消后部刮板輸送機機尾部分的電機減速機,僅布置機頭單電機運輸,根據工作面所放頂煤范圍確定電機功率大小。經驗算功率采用250 kW的單電機運轉,其運輸能力即可滿足運煤需求,后部機尾段只需安設2~3架配套分層中間架,即可縮小與相鄰分層支架長度的差距。

（3）放煤方法　后部輸送機機頭處、機尾處根據礦壓變化規律,在機頭位置留5架、機尾位置留3架支架不放煤,放煤采用單輪間隔順序方式,與割煤平行同向進行,放煤步距為0.6 m。

（4）交接處支架的配備　將分層支架伸入茬邊放頂煤區域3 m,放煤區域共布置47架放頂煤支架(不包括端頭3架過渡架),后部刮板輸送機機尾處于第49架下方。有2架分層支架處于茬邊放頂煤區域,茬邊兩側多為體積小操作靈活的ZY-35型支架,有利于茬邊的頂板管理。流入后部刮板輸送機的煤,可人工將煤裝入后部刮板輸送機運出,利于后部刮板輸送機機尾維護和煤質管理。

（5）頂板管理　端頭處的頂板管理采用大板梁配單體柱支護,假頂與實煤體交接處,采用玻璃鋼樹脂全錨和預注馬麗散錨固劑聯合支護形成對破碎煤柱的主動支護。

（6）通風瓦斯管理　在后部輸送機尾部設置瓦斯傳感器,在回風巷上隅角安置抽出式局扇進行瓦斯抽排,同時及時清理后部輸送機機尾部及架間浮煤。

3.在某煤礦7510工作面應用情況

7510工作面于2004年4月1日開始進行安裝工作, 5月20日正式生產。工作面共布置3架ZP-6500/195/34型端頭過渡架, 47架ZZP-4800/17/33型中間架(放頂煤架), 97架ZY-35型(分層架),改造后的后部輸送機尾部分置于第49架尾梁下方。實際生產過程中,由于49#~54#架處于假頂與實體煤交接區域,且該區域坡度較大, 49#架上部相鄰架移架時經常有大快矸石竄入,不利于機尾的管理。因此去掉一節后部運輸中部槽,將后部輸送機尾部分置于第48架尾梁下方。實際生產過程中,假頂與實煤體交接處兩側10~15 m范圍煤墻片幫量大,特別是周期來壓期間易發生漏頂情況,通過采取加快推進速度和帶壓移架的方法,使上述情況得到了有效控制。

從生產情況看日平均割煤4刀,月產8~9萬,t后部輸送機運轉正常,放煤效果好,放煤回收率達87%,表明7510工作面應用綜采綜放技術進行工業性試驗取得了很大成功。

4.綜合分析比較

綜采綜放混合式開采,屬于綜采工作面回采領域的一項創新技術,煤頂與假頂交接區域、工作面異常隆起區域的煤體,受采動影響后煤體的片幫量非常嚴重,這種特殊的開采方式再加上困難的地質條件在目前國內外還未遇到,因此對此種情況下的煤墻片幫防治技術還是一項空白領域。需研究解決兩種方式組合在一起時的支架選型、后部輸送機的配備、回采工藝、放煤方式、頂板管理等技術難點。特別是研究假頂與實煤體交接處在放頂煤開采技術條件下上覆巖層礦壓變化的規律,就顯得尤為重要,也是研究礦壓規律顯現的一項新的探索。

與國內外相關文獻論述內容相比,此項目的突出特點在于:①針對某煤礦特定的工作面地質條件,通過合理的巷道布置、設備選型和配置以及相關工藝協調等關鍵技術的研究分析和優化組合,對綜放綜采開采技術進行了系統研究和大膽嘗試;②對綜采綜放交接區域礦壓顯現規律及控制技術進行了重點研究,為混采面片幫冒頂的進一步防治技術提供了理論依據和實踐經驗。

5.經濟、社會效益分析

經濟效益:某煤礦7510工作面布置混采面比布置兩個面可多采煤59萬,t按噸煤售價230元,利潤92元計,則增加產值1 357萬元,凈贏利543萬元。

社會效益:①工作面邊緣煤體實現了機械化回采,減少巷道掘進工程量;②提高了礦井資源采出率,緩解了礦井采掘銜接局面,延長了礦井服務年限,具有很大的社會效益;③創新了回采工藝,完善了采煤方法,為礦井高效生產創出一條新路子。

【參考文獻】

[1] 陳玉寬.綜放工作面頂煤冒放性分析及開采工藝研究[J].河北煤炭,2005,(02).

[2] 朱文松,張建新.對采用偽傾斜巷道布置放頂煤工作面的探討[J].煤,2006,(02).

篇（8）

【關鍵詞】窯爐設計計算機制圖模型制作流體模擬創新平臺卓越能力

“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》和《國家中長期人才發展綱要（2010-2020）》的重點改革項目，是建設創新型國家、促進工程教育的重大舉措。目的在于培養造就一大批具有理論緊密結合實際、創新能力強、適應經濟發展需要的高質量各類型工程技術人才。本科生的工程能力培養是工科類大學高等教育的重要教改內容，也是難點之一。窯爐設計是無機非金屬材料與工程專業本科生核心工程能力之一，與畢業課程設計和畢業設計密切相關，有助于培養學生樹立工程觀點、實踐能力和創新能力。“大學生創新實驗”項目是我校培養本科生卓越能力的重要實踐平臺。做該類項目的學生可以來自不同專業，如材料科學與工程專業同計算機科學與工程專業的學生等，他們可以發揮各自的特長，組成一個高效的研究團隊。另外還有一年半的研究時間、經費和實驗設備以改進和完成工程項目的全過程實驗內容，同時師生間、團隊組員間也有了更多的討論交流時間。圍繞提升學生卓越能力，借助大學生創新平臺，我們開展了窯爐設計、模型制作與流體模擬的全工程過程探索性實驗。

1.窯爐模型的三維設計與動畫制作

由于高溫窯爐結構的復雜性，僅靠課堂PPT講解和公式計算，加之學生缺乏實際經驗，即使有限時間內去企業生產現場參觀，實際的高溫生產線導致學生僅能從窯爐外部結構進行觀察，不能深入理解窯爐內部結構和窯內流體流動的全過程，難以提高教學效果，學生的學習興趣和主動性也就激發不起來，更難培養創造性和工程能力。

指導教師首先向學生介紹相關項目的國內外研究背景、目前本行業的需求和設計的主要專業知識等，啟發學生從環保和產品質量等方面考慮課題內容的出發點。學生們利用已學的文獻檢索知識和專業知識，查閱了多篇國內外專業文獻并去企業現場調研，了解到許多高性能光學玻璃和水晶玻璃會用到鉛玻璃和硼硅酸鹽玻璃。由于這類玻璃所用原料有高揮發的缺點，現有的傳統火焰窯爐用于生產這種玻璃會產生嚴重的空氣污染，產品質量也不穩定。全電熔窯是解決這種污染主要窯型的窯爐，但無論在理論研究和生產實際使用上同國外相比，國內目前還有不小的差距。以此為課題進行研究，學生們先以玻璃生產實際窯爐為參考，找出體積熔化率、電極材料和布置方式、電源功率等關鍵參數，簡化后進行結構設計計算。考慮到窯爐結構較復雜，利用計算結果先運用AutoCAD和3dxsMAX等軟件，繪成二維平面圖。然后根據平面圖再繪制了其結構的三維彩色立體結構圖，如圖1所示。最后以實際生產流體流動的過程為依據，設計了流體流動的動畫，如圖2所示（黑點表示粉料固體，白點表示粉料分解出的氣體上升成氣泡，白色細短線表示粉料熔融為液體）。學生們在設計和制作窯爐三維立體結構圖過程中，對工程課程學習的主動性、積極性和興趣明顯提高，對窯爐整體結構有了很深的印象，在工程設計中必須的運用計算機設計和制圖能力也有了很大提升，有效地培養了學生工程學習的綜合能力，拓展和活躍了工程過程思維。

圖1窯爐彩色立體結構圖

圖2窯爐內粉體到熔融體流動過程圖

2.物理模型制作

物理模型模擬研究是高溫窯爐研究的重要方法之一。 在窯爐立體結構和動畫顯示的基礎上選出重點結構，學生們再對設計的模型進行物理實物模型制作，其過程中并不能全部照搬 計算機設計的結果，如模型材料需考慮力學強度和熱學性能等；設計尺寸與加工尺寸的公差及實際加工精度、難度；配套的控制設備功率以及測量儀器精量與量程的選擇等。在制作過程中學生們主動發現問題，動手動腦解決問題。如模型出現了液體滲漏的問題，經過師生多次研討，對窯爐結構細節和密封材料進行反復改進，最后完成了仿真物理實物模型的制作，如圖3所示。

圖3具有固液轉變模擬液的全電熔窯模擬物理模型

在此過程中學生們對窯爐的內在結構和細節間連接關系有了深刻的印象和理解，也體會到結構細節決定工程過程成敗的含義。每一個結構細節來不得半點馬虎，都要學生全身心投入，實驗結果是在不足與完善的多次改進過程取得的。對培養學生獨立思考能力、歸納分析能力、理論聯系實際的工程能力都起著不可替代的作用。看到自己完成的實驗成果，學生的成功快樂感油然而生，也提高了學生對工程研究的實踐能力。

3.流體動態模擬

在靜態的物理模型構成后，需模擬實際高溫流體在窯爐中的液流過程，其中合適模擬液的選擇是重要的前提。傳統的窯爐流體全過程模擬液只用甘油與淀粉糖漿混合物這一種液態，與實際玻璃熔制過程不同：即從固態粉體熔融為液態，再由液態凝固成型為固態。指導教師啟發學生去尋找熔點在40℃～80℃的不揮發的有機物，且在室溫固態的無毒混合物。學生們分工協作，查找了十余種相關有機物的理化性能，經過多次熔融和凝固實驗，比較了它們熔點、凝固點和凝固速度快慢，終于從中挑選出較理想混合物。然后采用正交設計法，研究混合物各物質含量因子對其熔融溫度、電導率和粘度這些指標的影響以尋找最佳配方。經過反復試驗測試，得到了符合相似條件、具有液固轉換的新型物理仿真用模擬液。另外為了加快這種新型模擬液的凝固速度，縮短實驗時間提高效率，學生們還自創了成型用冰塊冷凍快速降溫新方法。在尋找合適模擬液的過程中，不少想法超出原有課堂講授的專業知識范圍，學生們的創造力被大大激發起來，也增強了團隊協作能力。同時他們可以直觀地看到窯爐物理模型內液體的流動全過程，從而更易理解高溫熔體的流動規律。

借助大學生創新平臺，學生們通過對窯爐工程實驗全過程的研究，對抽象復雜的窯爐結構和設計的理解有了顯著地加深，有效地激發了學生學習興趣和主動性，增強了團隊合作攻關的精神，培養了實踐能力、創新能力和工程能力。將學生們的研究成果反哺教學，活躍了課堂學習氣氛，教學效果受到學生的好評。學生在實習現場也能更快理解企業指導人員講解的內容和熟悉生產流程，為畢業設計和在相關企業從事生產和設計研究工作打下了良好基礎。

參考文獻

[1]黃婕，齊鳴齋，劉田.強化工程觀點 培育卓越能力.化工高等教育， 2012， 2： 1-3， 33

[2]萬勝男，盛欣，萬鋒. 運用現代信息技術 提高學生工程能力培養質量.化工高等教育， 2004， 4， 69-71

篇（9）

中圖分類號：G632.41 文獻標志碼：B?搖 文章編號：1674-9324（2012）09-0124-02

教師要培養更優秀的學生，首先要明確為什么要轉變教學方法。不可否認，傳統的教學模式在一定意義上有可取之處.但隨著科學技術突飛猛進的發展，在知識與日俱增的今天，“一只粉筆加一本教材”的傳統的教學模式已經遠遠不能適應接觸面廣、信息量大的當代中學生的學習要求，教師必須采用新的教學模式和現代化的教學手段與之相適應。在新一輪的課程改革中，學科教育的目的是培養學生的科學素養，使學生在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等方面得到全面的教育。

傳統的教學模式是單一的，教師把傳授知識作為整個教育活動的唯一的內容，因此，老師往往采用“填鴨式”的教學方法，教師根據既定的內容，全程監控，學生死記硬背，被動學習。這就導致許多學生對學習沒有興趣，他們把學習當成是一種負擔，甚至產生厭學情緒。這與新課程要求以人為本，培養學生綜合素質的宗旨是相違背的，因此，教師必須改變教學觀念，轉變教學模式。那么應該怎樣轉變教學方法呢？

一、利用多媒體技術模擬物理現象

理論聯系實際是物理教學的突出特點，教學參觀往往是課堂教學的延續和深化，目的是使學生能夠更好地理解和掌握已學的知識。對看不見、摸不著的微觀世界的認識，歷來是物理教學的重點和難點。這時，多媒體教學就顯示出了它的優點。但要組織一次好的多媒體物理模擬課堂并非一件易事，這需要教師和學生很好的互動和配合以及內容組織的生動、形象。組織不好的話，就達不到預期的效果，甚至會產生學生只看熱鬧，不動腦筋的現象。教師在模擬物理現象的時候要配以聲音、動態的畫面，使整個過程盡量生動形象。通過觀察，學生對現象的本質就會一目了然。同時老師要在適當的時候提出一些問題，鼓勵學生大膽想象，勇于表達，在不知不覺中，學生的潛力就會被挖掘出來。總之，在課堂教學中，運用多媒體計算機技術具有很大優越性，是其他的教學手段所無法比擬的。它可以充分利用多媒體計算機的強大模擬技術，鮮明的色彩變化，廣泛地激發學生的求知欲，極大地調動學生學習的積極性和主動性，最大限度地提高教育教學的質量。

二、培養學生自主探究能力

自主探究學習是指學生在教師的指導下，通過學生主動的、富有創造性的學習，實現學生自主發展的教學實踐活動。學習過程是一個探究的過程，物理學習更是如此。新課程要求培養學生的自主創新能力，使學生樂于學習，善于發現問題，解決問題，自主參與到教學過程中，由被動接受變為主動學習。“物理文論”的主要內容占據物理課程的核心地位，應包括最基本的物理知識、學科方法、科學思想和科學精神，它們是學生智力開發、能力發展、個性形成及后續學習的基本條件。在課堂教學中，老師要善于把課堂變成與學生思想溝通的橋梁，不僅要把自己深厚的學科知識傳授給學生，還要能夠把自己的思想傳達給學生。教師可以適時的運用設問的方式來激發學生興趣，引導學生主動思考，這種提問題的方法使學生不能照搬課本上的文字內容，而只能理論聯系實際，客觀上就鍛煉了學生的思維能力。

三、轉變教學理念更新教學方法

傳統的教學模式只是單一的知識之間的傳授，這種教學模式顯然已經不能適應新課程的要求了。那么，在教學中如何體現新的教學理念呢？一方面，教師在與學生的交流互動中要注重培養學生的創新能力以及獨立思考的能力，提高他們的思維能力。另一方面，要豐富學生的學科知識，只有具備了扎實的理論知識才能不斷提高創新能力，達到舉一反三的目的。另外老師也要加強專業修養，豐富專業學識，時刻關注最新的學科成果以及相關聯的旁支學科的最新進展情況，只有站在了時代的最前沿，才能教出更具創造力，更有競爭力的學生。教師應建議學生多讀物理學學術論文、物理著作等。這些專業的文著能讓你扎實基礎，廣開思路，獲得更加靈活的研究方法。

四、培養學生興趣

篇（10）

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0158-01

0 引言

機器人仿真是計算機對機器人在仿真平臺系統上進行的模擬運行。通過仿真平臺的搭建，在該平臺上導入決策代碼，從而實現對仿真機器人的操作。本設計中的仿真平臺是由微軟機器人仿真工具MSRDS所搭建，通過交互式計算機圖形技術和機器人學理論等，在計算機中生成機器人及其周圍環境的幾何圖形，并進行三維顯示，用來確定機器人及其運動環境的動態變化過程。在該仿真平臺下，所加決策代碼是基于.NET框架的、面向對象的高級編程語言——C#語言。本論文是基于C#語言編寫的制勝率較高的編程設計思路。

1 計算機所需軟件

1.1 微軟武術擂臺仿真比賽平臺

該平臺是基于MSRS開發的。MSRS提供了面向服務的運行庫，該運行庫又提供了兩個基于CLR2.0的較低級別的運行庫，用于在仿真機器人大量傳感器和傳動裝置上發送和接收數據。另外，MSRS工具包中還包括VPL（可視化編程語言）和VSE（虛擬服務器環境），前者用于在設計平面中構建機器人應用程序，后者可用于體驗涉及多個機器人和障礙物的復雜模擬。

1.2 PhysX_7.11.13_SystemSoftware

PhysX是物理運算引擎，主要用于將真實世界的物理定律加載到計算機的模擬界面當中，從而使其仿真界面有一定的真實感。相較于一般模擬計算，PhysX可由CPU計算并可調用獨立的浮點處理器進行大計算量物理模擬的計算。

1.3 directx_jun2008

Directx是微軟創建的一種多媒體編程接口，由C++編程實現，并遵循COM，主要用于加強3D圖形和聲音效果，并能提供同一硬件驅動標準。

2 C#語言簡介

C#語言是微軟于2000年的一種新的面向對象的編程語言，其專門為.NET應用而開發，從根本上保證了C#與.NET框架的完美結合。C#繼承了C語言的語法風格和C++面向對象的特點，并在.NET 框架類庫作為基礎下，擁有類似VB的快速開發能力。

在本文中，是用C#編程并生成.dll文件，將此文件導入仿真平臺即可。

3 決策代碼的設計

3.1 平臺信息獲取

1）機器人在場上的坐標和傾角。由服務端以每40ms的速率傳送給客戶端，并最終傳遞給決策程序。

2）激光測距儀信息。該信息由機器人軀干前端的激光傳感器獲得，每120ms更新一次。激光測距儀可探測其正前方-40°～+40°的物體，每5°有一個激光發射源，共設17個激光發射源。

3.2 代碼編程思路

仿真機器人以“輪速+關節角度”控制，主要通過仿真機器人上的傳感器檢測其所處的不同環境（狀態），執行或調用不同的子程序，從而達到在機器人在仿真平臺上具有自主對抗的性能。

3.2.1 程序編程整體思路

本設計代碼編程部分主要由五部分子程序組成，分別是初始程序、邊緣檢測程序，目標檢測程序、對抗程序和變性程序。機器人的狀態位置是利用平臺提供的坐標信息進行環境檢測及精確定位。在整個編程中，設置邊緣檢測程序的優先級最高，機器人每次動作會優先執行邊緣檢測程序，當機器人到達邊緣時，機器人會減速并停止，并向遠離邊緣方向移動；若機器人未檢測到邊緣狀態，則按順序執行下一條子程序。在平臺對抗開始時，機器人執行初始程序，即機器人旋轉一定角度（左輪速>右輪速，可向中心方向旋轉），同時機器人會檢測是否有目標靠近，如果有，則立即執行對抗子程序；如果沒有，則以最快速度到達擂臺中心（搶占先機），然后執行變形程序。變形程序為機器人向兩邊展開手臂90°，并進行自身旋轉，從而使對方機器人難以靠近，同時，停止目標檢測程序，直到出現對方機器人接觸我方機器人時，由傳感器檢測是否為接觸狀態，若為接觸狀態，則返回執行對抗程序。

3.2.2 程序設計框圖（如圖1）

4 結語

隨著各種高新技術的迅速發展，機器人技術也悄然崛起，而機器人仿真技術的發展也進一步促進了我們對機器人的學習與研究。本設計是在本人參加過2013年全國機器人大賽暨RoboCup公開賽之后，綜合了各高校的武術決策代碼優勢，從而設計出制勝率較高的一種決策代碼。本文在以微軟（MS）機器人武術擂臺賽仿真賽為依據，簡要介紹了該仿真平臺的相關信息，論述了代碼編程設計的整體框架與構思，為機器人編程帶來了另一種思路。

參考文獻

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[2]劉曉敏，崔月盟.基于圖像處理的移動機器人視覺定位方法[J].高等職業教育-天津職業大學學報，2007，17（3）：75-78.

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