物理模拟论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇物理模拟论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

考虑到针对物理专业的课程学时数少，但内容多，重点和难点多，而学生动手能力较弱，过于注重理论公式的推导等情况，整合了“模拟电子技术”课程内容结构，逐步减少理论学时，增加实验学时，使二者比例达到一个最合理值。删减部分陈旧知识，融入新技术的应用，以理论为基础，强调应用，将理论与实践、技术与应用较好的融合在一起。

2．教材与参考书目选用应符合物理师范生专业特点

全国各大高校都陆续出版了许多优秀的教材。但是每一本教材的侧重点和难易程度也各不相同。选用较多的是高等教育出版社出版、由康华光主编的教材，由童诗白主编的教材以及杨拴科等主编的教材。根据物理师范生注重公式的逻辑推理的思维特点。所以选取更侧重于基本概念的讲解，逻辑性强，知识点丰富，学生需要掌握的内容多，由童诗白主编的教材更加适合西部师范院校物理专业的学生。

3．核心突出内容的取舍

模拟电路就是处理模拟电压和电流的电路，而由于现实生活中大多信号较为微弱的模拟信号，所以要进行信号的放大，这也是模拟电子技术课程的核心部分。所以本课程的核心内容自然非放大电路莫属。与此同时，现实生活中相关器件的供电电源很多为直流电源，所以必然需要一种将电厂的交流电转为直流的电路，此电路就是直流稳压电源。由此可知，主讲内容就是放大电路和直流稳压电源，尤其是放大电路部分。

二、教学方法和教学手段改革

1．教学方法多元化

在选择教学方法的时候，要特别注意培养学生的感性认识，以调动学生的主观能动性为目的。比如在讲授“反馈”概念时，我们可以运用类比教学法。教师可以以常见的冷暖空调的温度调节过程为例。另外在教学过程中，也需多运用启发式教学法，教师只有善于提出问题，才能更好地启发学生进行积极的思考，变被动接收为主动学习。

2．充分利用仿真软件

因为师范生最在意教学形式，如果仅仅在课堂平白地传授复杂的模拟电路理论知识，枯燥的形式会让师范生认为理论与实际相差太远，进而对电子类课程失去兴趣。所以在讲授理论课时，利用计算机仿真技术，将虚拟电子实验引入课堂教学中，可以随时进行电路连接、仿真和测量，增强了教学的直观性、形象性和生动性，有助于加强课堂互动，激发和调动学生的学习兴趣，从而实现了理论教学和实践教学的有机结合。

三、实践教学环节

1．实验准备

篇（2）

（一）运用“阶梯式”的培养模式，拓展不同年级学生的能力为了鼓励学生参加物流沙盘模拟训练，成立物流沙盘协会，采取团队的方式参与。具体组队的方法采用的是“阶梯式”，即由不同年级的学生参与进来。在专业教师的指导下，通过“阶梯式”的组队方式，高年级的学生由于很早就接触，有丰富的经验和专业知识，帮助低年级的学生，其组织协调能力、领导能力和表达能力都能得到锻炼，而低年级的学生能够很早就接触到专业知识，大大提高了学习的兴趣。

（二）通过沙盘模拟系统学习专业知识并拓展学生的知识体系物流系统是一个庞大而复杂的系统，学生在学习的过程中理解起来比较抽象，怎样能够让枯燥的专业知识更加生动地深入到每个学生的心里，是每一位专业教师在教学的过程中需要不断摸索的。通过物流沙盘的模拟，教师在指导的过程中结合物流沙盘中的角色和各环节阐述相应的理论知识，能够让物流系统的专业知识连贯的串通起来，深刻理解物流管理中的各个角色，涉及的各个环节。不仅如此，传统教育将知识体系划分成不同的专业方向，学生只能择其一而修，产生的专业壁垒严重地禁锢了学生的思维方式和发展空间，而沙盘模拟是对企业经营与运作管理的全方位重现，通过模拟实战，可以使学生在战略管理、财务管理、营销管理、生产与运作管理、物流管理、人力资源管理以及信息管理等方面的管理知识体系得到一次全面的、系统的梳理与总结。

（三）通过小组间对抗，调动学生积极性，提高学习的趣味性物流沙盘模拟跟现实世界是一样的，同样存在企业间的激烈竞争。通常将学生分为6~12个组代表不同的企业，每个企业5~6个人担任企业运营过程中的各个角色。整个物流市场上的业务量是一定的，每个企业怎样运作来尽可能地争取市场份额，使得本企业的利润最大化是每个企业运营的目标。为了达成这一目标，每个企业相互对抗和竞争，通过物流网点的设施、运输路线的选择进行科学的决策，充分调动学习的积极性，即使企业在运营的过程中遇到瓶颈也不轻易放弃，而是积极寻求解决的办法。

（四）培养团队合作精神沙盘模拟涉及到企业运营过程中的各个环节，不同环节间需要密切地配合。比如，对市场上业务需求量的预测，关系到怎样规划物流的设施设备以及提供服务的价格等。另外，由于物流系统在运作的过程中存在效益背反现象，当不同环节的利益发生冲突时，企业的管理者要站在战略的角度统筹规划，使物流系统的整体达到最优。因此，在模拟实训的过程中能够培养学生的团队合作精神，在团队中各司其职，相互沟通协调解决问题。

（五）提高了学生自我认识和自我定位的能力绝大多数学生在学校期间缺乏对自己的正确认识，不能进行正确地职业生涯规划。看似不起眼的沙盘模拟对抗赛，不仅展示出每个学生的专业技能，而且使每个学生的性格真实地呈现出来。从组建团队，到人员分工，是根据每个人能力的不同采取学生自愿自发竞聘上岗的形式。在经营的过程中，如果发现某个成员不称职或者不适合某一岗位，团队可以民主地进行重新调整和定位，使得每个人都能够找到最合适自己的岗位。通过沙盘模拟对抗，在老师的指导下，学生们学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，可以少走弯路，制定出适合自己的职业生涯规划。

二、沙盘模拟的实训课程的教学创新

（一）教学方法创新沙盘模拟实训课程真正体现了体验式创新教学法，即在老师的帮助和指导下，学生自主地进行体验式和研究式的学习，进而提高自身的创新能力，最终形成创新人才的教学方法。其特点包括：第一，相互支持的学习环境。实训课程所创造的学习环境能够让学生互相帮助，相互信任。学生不仅能在过程中正确地认识自己，同时也同他人建立了彼此支持和帮助的良性互动关系；第二，以学生为中心，自主学习，并使之内化成为一种习惯，带到以后的生活和工作中去；第三，快速学习。在实训的过程中在快乐中学习，在错误中反思，不断强化记忆并且记忆深刻；第四，自我认识和肯定，在实训的过程中遇到困难的时候，学生们自己想办法克服和解决，在自己的岗位上尽最大的努力去完成任务。学生们会体会到前所未有的成就感和自我肯定，同时也学会了如何自我定位，对自己的性格和能力都有了正确的认识，迎接未来真正的挑战。

（二）教学手段创新沙盘模拟实训课程采用传统教学手段和现代教学手段相结合，形成一套融角色实训、情景式教学、自主学习和互动学习为一体的教学体系。例如，市场竞单时，每个企业为了以尽可能少的广告投入获得大批量的市场订单，抢占市场份额，市场营销总监必须准确地预测市场发展趋势，并利用商业间谍想办法了解竞争对手的动向，制定本企业的市场开拓和产品研发计划，确立并维护企业的市场地位，在必要时可能还会做退出某个市场的决策。

（三）教学内容创新首先，教学活动从以“教”为主体转变成以“学”为主体；其次，学生获取知识的内容从仅仅来自课堂和教师转变成既来自课堂和教师，同时也来自于课外和其他学生；最后，沙盘模拟实训的教学内容在非常注重对学生理论知识的传授同时还注重其与实践能力的紧密结合。

篇（3）

考虑到针对物理专业的课程学时数少,但内容多,重点和难点多,而学生动手能力较弱,过于注重理论公式的推导等情况,整合了“模拟电子技术”课程内容结构,逐步减少理论学时,增加实验学时,使二者比例达到一个最合理值。删减部分陈旧知识,融入新技术的应用,以理论为基础,强调应用,将理论与实践、技术与应用较好的融合在一起。

2.教材与参考书目选用应符合物理师范生专业特点

全国各大高校都陆续出版了许多优秀的教材。但是每一本教材的侧重点和难易程度也各不相同。选用较多的是高等教育出版社出版、由康华光主编的教材,由童诗白主编的教材以及杨拴科等主编的教材。根据物理师范生注重公式的逻辑推理的思维特点。所以选取更侧重于基本概念的讲解,逻辑性强,知识点丰富,学生需要掌握的内容多,由童诗白主编的教材更加适合西部师范院校物理专业的学生。

3.核心突出内容的取舍

模拟电路就是处理模拟电压和电流的电路,而由于现实生活中大多信号较为微弱的模拟信号,所以要进行信号的放大,这也是模拟电子技术课程的核心部分。所以本课程的核心内容自然非放大电路莫属。与此同时,现实生活中相关器件的供电电源很多为直流电源,所以必然需要一种将电厂的交流电转为直流的电路,此电路就是直流稳压电源。由此可知,主讲内容就是放大电路和直流稳压电源,尤其是放大电路部分。

二、教学方法和教学手段改革

1.教学方法多元化

在选择教学方法的时候,要特别注意培养学生的感性认识,以调动学生的主观能动性为目的。比如在讲授“反馈”概念时,我们可以运用类比教学法。教师可以以常见的冷暖空调的温度调节过程为例。另外在教学过程中,也需多运用启发式教学法,教师只有善于提出问题,才能更好地启发学生进行积极的思考,变被动接收为主动学习。

2.充分利用仿真软件

因为师范生最在意教学形式,如果仅仅在课堂平白地传授复杂的模拟电路理论知识,枯燥的形式会让师范生认为理论与实际相差太远,进而对电子类课程失去兴趣。所以在讲授理论课时,利用计算机仿真技术,将虚拟电子实验引入课堂教学中,可以随时进行电路连接、仿真和测量,增强了教学的直观性、形象性和生动性,有助于加强课堂互动,激发和调动学生的学习兴趣,从而实现了理论教学和实践教学的有机结合。

三、实践教学环节

1.实验准备

篇（4）

计算机软件模拟物理实验可以改进传统实验效果。尤其是它的演示效果及强大的实验数据处理功能，大大地提高了物理实验课的教学效果，利用它来辅助教学，为物理课及物理实验课的教学提供了一种新的教学模式。《几何画板》做出的课件很适合用于改进物理难点的教学。它在由函数牵动动画的功能上独具一格，使做出来的物理课件既似模拟实验又可以量化地研究问题，源于实验而胜于实验。

由于《几何画板》课件在人机对话时只用鼠标操作，而不需要掌握计算机专用术语和键盘操作，因此专心于物理知识而缺少计算机知识的师生也很容易操作。在使用《几何画板》辅助教学的课堂上，无论是学生还是来听课的老师，都感觉不到是为显示计算机而用计算机，而是在很容易理解的物理图景面前，大家都沉浸在思考的气氛之中。

计算机辅助教学的理论认为，由于教学过程不能缺少教师对学生的思想教育和情感作用，也就是教师的主导作用应与学生的主体作用并举。所以探讨多媒体教学并不是要用计算机完全取代教师，而是要利用计算机的优越功能，改进教学的模式，使教师和学生都能在课件平台上发挥作用。《几何画板》做出来的物理课件就是能起到这样的平台作用。

如何用计算机教学软件《几何画板》制作物理模拟实验，本人在制作过程中用到了一些《几何画板》综合技能，愿意与大家分享。现举例，展开电学实验中“一阶网络的零输入响应”的软件制作过程。

（一）一阶网络的零输入响应实验简介：

电路原理图如图一左上方：

（1）实验目的：

1、研究一阶网络的零输入响应的基本规律极其特点，了解电路参数对相应的影响。

2、学习示波器测量脉冲信号的基本参数以及一阶网络响应的参数。

（2）仪器设备：

1、脉冲信号发生器一台；

2、双踪示波器一台；

3、动态电路板一块。

（二）一阶网络的零输入响应实验软件演示界面及功能介绍：

打开实验演示软件，界面如图一：

界面左上方实验原理图，右方是是示波器及测量过程中自动绘出测量的伏安特性曲线。

双击电路原理图的元件（如电压U0或电阻电容C）可输入新的参数。如：双击R出现对话框，输入R为2000欧姆。如图一中下方：

点击扫描按钮，在示波器屏幕中，新的伏安特性曲线实时画出。如图一右，在示波器上可对比R=1000欧姆及R=2000欧姆时，对应的一阶网络的零输入响应的曲线图。同理，当R=1000欧姆，可输入电容的不同值，即：C=0.001微法，C=0.002微法时从示波器上看一阶网络的零输入响应的输出曲线比较。

通过对比可知：时间常数RC越小，衰减越快；时间常数RC越大，衰减越慢。由此我们可以看到，《几何画板》课件并不是简单地模拟物理现象，而是可以通过连续改变某些参量，量化地探讨问题的答案。

你还可以方便的改变电压U0等参数的大小，绘出不同一阶网络的零输入响应的输出曲线。而在计算机软件几何画板上，测量实验数据及处理数据非常方便、快捷。我们知道：一阶网络的零输入响应时间常数τ的几何测量方法是：过起始点（0，U0）作一阶网络的零输入响应的曲线的切线，与时间轴交点的横坐标即为时间常数τ。

用几何画板在示波器上作图时非常方便的。我们知道，过曲线上一点的切线方程，用点斜式作，斜率为f‘(0)，过点（0，5）的直线方程就是我们所求的切线方程。做法如下：（1）对图一界面中的f(x)函数表达式点击右键，在快捷菜单中选择导数，得f’(x)函数表达式；（2）点击菜单：度量----计算---点击f’(x)，取x=0,求得斜率：f’(0)=-2.5。再利用点斜式建立切线方程。即：点击菜单：图表----新建函数：输入：-2.5*X+5。最后点击菜单：图表---绘制函数,过点（0，5）的f(x)的切线方程绘制出来了。再选中切线与横轴的交点（设A点），选择菜单---度量---横坐标，A点的横坐标值XA便计算出，即τ的值。

若双击图二中电路原理图的元件（如电压U0或电阻电容C）输入新的参数则对应的一阶网络的零输入响应的函数方程、切线方程、曲线图像及τ的值会做相应的改变，分析起来非常方便。

《几何画板》课件可以按照物理公式来设定动画，所以演示的结果比真实实验还要准确，因此教师无需以“误差影响”来修饰实验结果。

（三）一阶网络的零输入响应实验演示软件制作主要过程简介：

首先在几何画板软件窗口的左上方画出实验原理图，在几何画板窗口右方粘贴上述实验所需仪器设备示波器图片。建立含有上述原理图中参数R、C、U0等参数的一阶网络的零输入响应的输出曲线函数。建立过程如下：

新建参数R=1000、C=0.001、U0=5（如图一右上方），在新建的参数表达式上点击右键，选择：属性---值---无标签。将参数表达式分别拖动到原理图对应位置（如图一）。然后选择参数表达式建立一阶网络的零输入响应的输出曲线函数。如图一（右）：

因绘出的曲线位置在示波器屏幕上，故：先将坐标原点移至示波器屏幕上适当位置。考虑U0、RC的变化范围后，适当调节坐标轴比例，再将示波器屏幕上的调节好的坐标轴的单位及刻度图片抓取（例如用SNAGIT等软件抓去图片）。再在粘贴到原位置，然后隐藏坐标轴。

函数中的f(x)代表一阶网络的零输入响应的输出电压，x代表时间，先绘出一阶网络的零输入响应函数图像，因为函数图像是在时间x>0时开始绘制。所以，在一阶网络的零输入响应函数图像上建立电压的最低测量点A和最高测量点B（U0）两个固定点，在其中间建一沿曲线运动的动点u见图二。

将U点移至B点，分别选中点U、A，点击编辑菜单-----操作类按钮-----移动，标签设为：“扫描”，建立移动点按钮。再选中点u，点击：显示菜单---追踪点，即可在示波器上绘出对应一阶网络的零输入响应函数图像。同样分别选中点U、B点编辑菜单-----操作类按钮-----移动，建立移动点按钮，速度为“高速”。然后建立上述两按钮的系列按钮标签为：“扫描”按钮，这个系列按钮执行后，U点的轨迹不仅可跟踪，执行后U点可回到B点。在建立一系列按钮，标签为：“清除扫描轨迹”。其属性设置为：系列动作―同时执行；此按钮可清除示波器上的轨迹。最后将A、B、U点及函数图像隐藏。一阶网络的零输入响应电路实验的模拟演示软件就编写完成。

通过此例，可以学会巧妙利用几何画板软件的一些功能，实现制作物理电学的模拟实验软件。实验中示波器上的显示屏扫描图像随电路参数的改变而实时改变。并且，实验原理图中的所有参数都可以方便地改变（如：C，R），实时得出对应的电压、电流显示值、扫描曲线及数据分析结果。

篇（5）

中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

0. 引言

近年来，构造物理模拟实验在油气盆地构造研究方面取得了显著成效。构造物理模拟实验为油气盆地构造的形成过程和成因机制研究提供了基础依据，在区域构造和局部构造分析基础上，通过物理模拟方法再现构造形成过程，建立合理的构造解释模型已经成为一种有效的研究思路。前人对准噶尔盆地南缘构造变形特点及变形的主控因素开展了深入研究，但对于该地区的研究还处于定性解释和物理模拟验证阶段，在一定程度上对构造解释模型的建立缺乏准确性。因子分析方法在地质学中的应用主要集中在地球化学、沉积相研究和矿物岩石学等方面。笔者将其应用到构造地质学中，首先通过设计物理模拟实验再现了准噶尔盆地南缘多排断褶带的发育情况，再试图通过实验数据分析、定量的探讨控制该区构造带发育的因素。

1. 准噶尔盆地南缘构造概况

准噶尔盆地南缘东西长约500 km，南北宽约100 km，是地层发育齐全、构造变形独具特色的地区。由于边界条件和各期构造作用的方式、应力方向不尽相同，在南缘地区的不同地段构造变形特点具有显著差异，大致以乌鲁木齐为界分为东、西两个构造带。其中，南缘西部构造带发育多排褶皱-断裂带组合，平面上呈斜向“瓦垅”状构造 （图1） [1]。这种斜列的瓦垅构造带主干断裂为天山北缘断裂，分支构造为压扭性断层和褶皱。剖面上为隔挡式褶皱，即背斜紧闭、向斜开阔。燕山期以来，特别是喜山期右行压扭应力作用下，中、新生代地层沿侏罗系煤层和古近系高塑性泥岩层发生滑脱并弯曲形成了5个断裂背斜构造带。综合前人研究成果，我们认为准噶尔盆地南缘西部构造模式属于后缘挤压、前缘双层滑脱模型（图2）。

图1 准噶尔盆地南缘褶皱-冲断带纲要图（据于福生等，2009）[2]

（1）-逆断层； （2）-平移断层； （3）-褶皱及编号； （4）-剖面位置及编号； （5）-分带界线； （6）-分带编号：Ⅰ—第一排背斜—冲断带； Ⅱ—第二排背斜—冲断带； Ⅲ—第三排背斜—冲断带； Ⅳ—第四排背斜—冲断带

图2 准噶尔盆地南缘西部后缘挤压、前缘双层滑脱变形模式

2. 物理模拟实验

前人对准噶尔盆地南缘的野外考察认为，沉积盖层中的两个滑脱层分别为：侏罗系的煤层和白垩系-古近系的泥岩层。地层下部，侏罗系煤层影响着较深部位地层的构造发育，而地层上部的泥岩层影响着较浅部位地层的构造发育。本实验以后缘挤压、前缘双层滑脱模式为理论依据，设计了四组挤压变形模拟实验。

2.1 实验设备与材料

模型设计：砂箱规格为78cm（长） 30cm（宽），模型砂层高度因不同组实验所设计的滑脱层厚度和盖层厚度不同而异，模型的横向比例尺约为1：8.4万。实验底部为刚性基底，单侧马达驱动挤压，设定挤压速率为3mm/min（图3），实验没有设定固定的挤压量，砂层收缩至产生6-7条前展式逆冲断层时停止。

实验选用模拟地层的材料为干燥松散的黄色石英砂（粒径0.2～0.5mm），从力学性质上讲，它是国内外通用的模拟地壳浅层次脆性构造变形的材料。滑脱层则选取玻璃粉、食盐等物理形态上与石英砂差距不大的材料。设计了四组实验，其中第一组实验为砂层与玻璃粉互层，单砂层厚度为0.6cm，玻璃粉单层厚度为0.3cm，从下至上依次为石英砂（2层）—玻璃粉（1层）—石英砂（3层）—玻璃粉（1层）—石英砂（2层）；第二组实验为为砂层与玻璃粉互层，单砂层厚度为0.6cm，玻璃粉单层厚度为0.5cm，从下至上依次为玻璃粉（1层）—石英砂（2层）—玻璃粉（1层）—石英砂（3层）—玻璃粉（1层）—石英砂（2层）；第三组实验为食盐与砂层互层，单砂层厚度为0.6cm，食盐层单层厚度为0.5cm，从下至上依次为食盐（1层）—石英砂（2层）—食盐（1层）—石英砂（3层）—食盐（1层）—石英砂（2层）；第四组实验为食盐与砂层互层，单砂层厚度为0.6cm，食盐层单层厚度为0.5cm，从下至上依次为石英砂（2层）—食盐（1层）—石英砂（3层）—食盐（1层）—石英砂（2层）。

图3 挤压变形砂箱剖面物理模拟实验设计示意图

2.2 实验过程与结果

各组实验在以上设计条件下都具有可重复性，能得到相同的实验数据。在此，笔者仅对第四组实验结果进行对比阐述。

马达启动后砂层首先弯曲形成褶皱，当收缩率（SR）为1.3%时，开始形成第一条逆冲断层F1，由于离推覆体近、应力集中而且大，断层F1切穿整个模型（图4A）。当收缩率（SR）为5.1%时在F1前方形成逆冲断层F2，同时在F1上盘形成与F1倾向相反的断层F3，上盘构成一楔状体（图4B）。当收缩率（SR）为6.7%时，在F2前方形成逆冲断层F4（图4C），该断层倾角比F1小并收敛于F1。可见两滑脱层已断开，力从下部滑脱层往上传递，而下部滑脱层以下地层平直。继续挤压，当收缩率（SR）为11.5%时，可见上下两滑脱层均有滑脱形成逆冲断层F5和F6的现象，而滑脱层之间的砂层仅出现弯曲而未错断（图4D）。再进一步，当收缩率（SR）为20%时，之前形成的断层F5和F6已经合二为一，并在更远的前端形成滑脱断层F7和F8（图4E），F7 的断距大于F8，F8之下砂层平直说明应力在两滑脱层传播。持续的挤压至收缩率（SR）为24.1%时，F7和F8逆冲于同一断层面之上，在大断层上盘形成了一个反向的冲断层F9（图4F）。

图4 挤压变形模拟实验过程

3 实验结果数据分析

不同的模型设计控制因素不同，其实验结果也有所差异，但是在相似模型条件下产生的实验数据存在一定相关性[3]。将这些蕴含信息的数据进行分析，能得到这些控制变量与实验结果之间定量或半定量的关系。

3.1 理论准备

因子分析法是指从研究指标相关矩阵内部的依赖关系出发，把一些信息重叠、具有错综复杂关系的变量归结为少数几个不相关的综合因子的一种多元统计分析方法[3]。笔者将其应用到构造地质学中，探讨控制断层发育的各种因素之间的关系，试图将这些因素归类，为构造物理模拟实验设计定量分析研究提供理论依据。

因子分析的理论依据读者可以查阅相关文献[3，4]，在此主要涉及以下几个主要公式：

① 各变量之间的相关矩阵R= 及其特征值；

② 正交变换矩阵T，因子载荷矩阵；

③ 因子得分矩阵；

3.2 因子分析

由于四组实验设计的盖层（滑脱层之上地层）厚度、滑脱层厚度、滑脱层性质（两种不同属性的滑脱层材料）以及模型底部是否存在滑脱基底等控制因素不同，将盖层厚度、滑脱层厚度、滑脱层性质和先存基底作为变量。实验1—以滑脱层厚度与上覆盖层厚度的比例与其他实验相区别，设上覆盖层厚度为实验变量x1；实验2—其滑脱层厚度与实验1相区别，以滑脱层的厚度为实验变量x2；实验3—模型下部设计有基底与实验1和实验4相区别，以基底的存在作为实验变量x3；实验4—滑脱层所用的材料属性与实验1、实验2相区别，并以材料属性（或滑脱层的性质）作为实验变量x4。实验中从推覆方向起，由近及远产生的前展式断层（表1中的，相当于图4中朝挤压方向逆冲的断层）作为样品断层，以断层发育时的实验收缩率和实验解释剖面与地震解释剖面相似度最高时的实验收缩率作为观察数据点，将四组实验数据建立一个数据表（表1）。从数据表趋势线（表1右）不难发现，数据点与变量之间存在着一些关系。笔者是希望通过因子分析根据相关性大小将变量分组，每组变量就共同代表了对相关数据的影响。

表1 挤压变形模拟实验数据表及数据趋势线

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

将表1中的数据整理建立变量与样品的原始矩阵X：；

矩阵X标准化得到矩阵X1：；

从而依据相关矩阵公式①得出矩阵X1的相关矩阵R，相关矩阵R的特征向量矩阵A及其特征值向量b。

，，

，；

令，，A*即为因子载荷矩阵。A*的列对应于四个变量（x1，x2 ，x3 ，x4），行对应于四个公因子（Y1 ，Y2 ，Y3 ，Y4）。矩阵A*中的每一列分别与b中的元素对应。将A*按照特征值从大到小排列得到矩阵A**，矩阵A**中变量x在因子Y上的得分集中在x1处，因此需要对矩阵A**进行旋转。

将因子载荷矩阵A**正交变换后得到旋转后的因子载荷矩阵B0（其中正交变换矩阵T是通过矩阵分析软件得到）。又有，根据公式③得到因子得分矩阵F，将F归一化得到新的因子得分矩阵E，这样我们就可以结合物理实验和实际地质情况对矩阵ET进行分析。

， ；

旋转后的因子载荷矩阵B0中，变量x1和x2在因子Y1上的得分较高（），变量x3和x4在因子Y2上得分较高（），因此研究区控制断层发育的因素分为两大类（即Y1和Y2）。第一大类：断层发育受盖层厚度和滑脱层厚度的综合控制；第二大类：断层发育受软弱基底的存在和滑脱层性质的综合控制。矩阵ET的列对应于公因子Y1 、Y2 、Y3 、Y4，行对应于表1中的f1、f2、f3、f4、f5、f6，矩阵中的数值即断层f在公因子Y上的得分。因为研究区控制断层发育的因素已经分为Y1和Y2两类，所以我们只需要对矩阵ET的前两列进行分析。

4 物理模拟与数值分析结果讨论

将实验结果与构造变形模式图对比，断层F1、F2（表1中的f1、f2）大至与第一排背斜带（NO.1）对应，断层F4（表1中的f3）大至与第二排背斜带（NO.2）对应，断层F5、F6（表1中的f4）大至与第三排背斜带（NO. 3）对应，断层F7、F8（表1中的f5）大至与第四排背斜带（NO.4）对应（图5）。

实验数据分析得到的矩阵ET中，Y1和Y2列是控制断层发育的公因子，在行方向断层f1、f2、f3、f4在Y1上的得分较高（>0.5），断层f4、f5、f6在Y2上的得分较高（>0.5）。由此可见，第一、二、三排背斜带主要受第一类因素控制，即断层发育样式受盖层厚度和滑脱层厚度控制；第四排背斜带主要受第二类因素控制，即断层发育主要受上部滑脱层控制。第三排背斜带在两个因素上的得分相当，说明第三排背斜带在两种控制因素下处于过渡带，在局部地区受到了上部滑脱层的控制。

以上分析结合主波长理论证明了滑脱层越厚越容易滑脱，即褶皱发育及断层的产生所需要的收缩量就越小；滑脱层以上的地层越厚，滑脱层越显塑性，越容易滑脱。侏罗系煤层的存在为上覆地层提供了滑脱基底。侏罗系以上地层内部存在的滑脱层为离盆地边界较远的第四、五排背斜带的形成创造了条件。

图5 挤压变形模拟实验结果

5 结论

（1）准噶尔盆地南缘西部多排断褶带发育主要受两类因素控制：第一类：盖层厚度和滑脱层厚度，第二类：软弱基底的存在和滑脱层性质；（2）滑脱层以上的地层越厚，滑脱层越显塑性越容易滑脱，滑脱层越厚越容易滑脱；（3）第一、二排背斜带发育受第一类因素控制，第三排背斜带处于两类因素控制的过渡带，第四排背斜带发育受第二类因素控制；（4）侏罗系煤层的存在为第四、第五排背斜的形成创造了条件。

参考文献

[1] 王伟锋，，陆诗阔， 等. 准噶尔盆地构造分区和变形样式[J]. 地震地质， 1999， 21（4）：

篇（6）

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。调查方法是科学研究中常用的基本研究方法，它综合运用历史法、观察法等方法以及谈话、问卷、个案研究、测验等科学方式，对教育现象进行有计划的、周密的和系统的了解，并对调查搜集到的大量资料进行分析、综合、比较、归纳，从而为人们提供规律性的知识。

调查法中最常用的是问卷调查法，它是以书面提出问题的方式搜集资料的一种研究方法，即调查者就调查项目编制成表式，分发或邮寄给有关人员，请示填写答案，然后回收整理、统计和研究。

观察法

观察法是指研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表，用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料的一种方法。科学的观察具有目的性和计划性、系统性和可重复性。在科学实验和调查研究中，观察法具有如下几个方面的作用：①扩大人们的感性认识。②启发人们的思维。③导致新的发现。实验法

实验法是通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果联系的一种科研方法。其主要特点是：第一、主动变革性。观察与调查都是在不干预研究对象的前提下去认识研究对象，发现其中的问题。而实验却要求主动操纵实验条件，人为地改变对象的存在方式、变化过程，使它服从于科学认识的需要。第二、控制性。科学实验要求根据研究的需要，借助各种方法技术，减少或消除各种可能影响科学的无关因素的干扰，在简化、纯化的状态下认识研究对象。第三，因果性。实验以发现、确认事物之间的因果联系的有效工具和必要途径。

文献研究法

文献研究法是根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。文献研究法被子广泛用于各种学科研究中。其作用有：①能了解有关问题的历史和现状，帮助确定研究课题。②能形成关于研究对象的一般印象，有助于观察和访问。③能得到现实资料的比较资料。④有助于了解事物的全貌。

实证研究法

实证研究法是科学实践研究的一种特殊形式。其依据现有的科学理论和实践的需要，提出设计，利用科学仪器和设备，在自然条件下，通过有目的有步骤地操纵，根据观察、记录、测定与此相伴随的现象的变化来确定条件与现象之间的因果关系的活动。主要目的在于说明各种自变量与某一个因变量的关系。

定量分析法

在科学研究中，通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋势。

定性分析法

定性分析法就是对研究对象进行“质”的方面的分析。具体地说是运用归纳和演绎、分析与综合以及抽象与概括等方法，对获得的各种材料进行思维加工，从而能去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里，达到认识事物本质、揭示内在规律。

跨学科研究法

运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行综合研究的方法，也称“交叉研究法”。科学发展运动的规律表明，科学在高度分化中又高度综合，形成一个统一的整体。据有关专家统计，现在世界上有2000多种学科，而学科分化的趋势还在加剧，但同时各学科间的联系愈来愈紧密，在语言、方法和某些概念方面，有日益统一化的趋势。

个案研究法

个案研究法是认定研究对象中的某一特定对象，加以调查分析，弄清其特点及其形成过程的一种研究方法。个案研究有三种基本类型：(1)个人调查，即对组织中的某一个人进行调查研究；(2)团体调查，即对某个组织或团体进行调查研究；(3)问题调查，即对某个现象或问题进行调查研究。

功能分析法

功能分析法是社会科学用来分析社会现象的一种方法，是社会调查常用的分析方法之一。它通过说明社会现象怎样满足一个社会系统的需要（即具有怎样的功能）来解释社会现象。

数量研究法

数量研究法也称“统计分析法”和“定量分析法”，指通过对研究对象的规模、速度、范围、程度等数量关系的分析研究，认识和揭示事物间的相互关系、变化规律和发展趋势，借以达到对事物的正确解释和预测的一种研究方法。

模拟法（模型方法）

篇（7）

 

煤矿开采在综放技术不成熟之前,厚煤层普遍采用分层开采方式。如某煤矿3#煤层分为上、下两个分层开采。受生产技术装备、特殊地质条件的制约,以及生产、运输、通风、排水等系统对巷道的影响,导致回采上分层煤体时,工作面布置长度较小(根据目前工作面布置长度来看),而工作面两侧留设煤柱较大,一些边缘煤体不能进行回采。现将进行下分层开采,由于工作面装备水平的提高,以及开采技术与管理水平的进步,若将下分层工作面布置成与上分层工作面长度相同,技术经济均不合理,同时还将损失大量的优质煤炭资源。为了降低工作面成本,提高资源回收率,取得工作面最大的技术经济效益,必须加大工作面长度,在已采上分层煤体段内采用下分层综采工艺,在上分层未采边缘煤柱或煤体段采用综放工艺,也就是同一工作面采用综放综采混合式开采。

1.技术可行性分析

综放综采混合式开采在国内为数不多,需研究解决两种方式组合在一起时的支架选型、后部输送机的配备、回采工艺、放煤方式、顶板管理等技术难点。特别是研究假顶与实煤体交接处在放顶煤开采技术条件下上覆岩层矿压变化的规律,对顶板管理的指标十分重要,也是研究矿压规律显现的一种新技术、新问题、新内容。论文参考。论文参考。对此范围的技术研究国内外尚未进行。单个综采下分层回采、综采放顶煤回采两种方式的矿压显现规律已基本掌握,综采技术应用的领域也在不断扩大发展。单独进行综采分层回采、综采放顶煤回采技术经过十余年的生产实践,已经积累了丰富的技术经验,具备了进行综采综放混合式开采工业试验的实力。

2.方法技术研究

混合开采技术采用理论分析、数值模拟、物理模拟、现场实测和现场工业性试验相结合的研究方法。其研究内容是:在布置下分层工作面时,如何利用综采放顶煤技术对上分层回采完后留下的边缘煤体进行回采。回采方法是:工作面分阶段分别采用分层综采方式和综放方式对下分层工作面和边缘煤体进行回采。技术路线:通过实验室相似模拟试验及计算机数值模拟,分析顶板活动规律,为混合开采顶板管理提供理论依据,通过数值模拟回采工艺过程,优化回采工艺参数,达到安全高效生产的目的。

2004年,某煤矿在7510工作面进行综放综采混合式回采技术工业性试验。工作面运输巷一侧的煤体中由于布置有放水巷(在用),并伴有断层,因此在回采上分层时留下了110 m的保安煤柱。在布置下分层工作面时,原排水系统已被新的排水系统所替代,可将下分层运巷外错布置于实煤体中,利用综放综采混合式开采技术将边缘煤体回收,从技术上是可行的。(7510工作面切眼长度220 m,其中,下分层142 m,放顶煤78 m,运巷735 m外错78 m布置在实煤体中,采用全锚支护,回风巷长度760 m内错8 m布置在上分层假顶下,采用工字钢支护,可采长度665 m,储量75万:t其中分层37万,t放顶煤38万t)。论文参考。具体的技术方案如下:

（1）支架的配备　将运输巷道布置于边缘煤体中,靠近端头侧78 m为综放回采方式开采,靠近端尾侧142 m为分层综采方式开采,分别采用ZZP4800-17/33、ZY-35型两种规格支架。

（2）后部输送机的配备　工作面放煤区域处于运输巷道侧,后部刮板输送机尾部分只能设置于工作面中间区域。由于两种架型结构尺寸不同,布置后部输送机机尾电机空间较小,因此必须取消后部刮板输送机机尾部分的电机减速机,仅布置机头单电机运输,根据工作面所放顶煤范围确定电机功率大小。经验算功率采用250 kW的单电机运转,其运输能力即可满足运煤需求,后部机尾段只需安设2~3架配套分层中间架,即可缩小与相邻分层支架长度的差距。

（3）放煤方法　后部输送机机头处、机尾处根据矿压变化规律,在机头位置留5架、机尾位置留3架支架不放煤,放煤采用单轮间隔顺序方式,与割煤平行同向进行,放煤步距为0.6 m。

（4）交接处支架的配备　将分层支架伸入茬边放顶煤区域3 m,放煤区域共布置47架放顶煤支架(不包括端头3架过渡架),后部刮板输送机机尾处于第49架下方。有2架分层支架处于茬边放顶煤区域,茬边两侧多为体积小操作灵活的ZY-35型支架,有利于茬边的顶板管理。流入后部刮板输送机的煤,可人工将煤装入后部刮板输送机运出,利于后部刮板输送机机尾维护和煤质管理。

（5）顶板管理　端头处的顶板管理采用大板梁配单体柱支护,假顶与实煤体交接处,采用玻璃钢树脂全锚和预注马丽散锚固剂联合支护形成对破碎煤柱的主动支护。

（6）通风瓦斯管理　在后部输送机尾部设置瓦斯传感器,在回风巷上隅角安置抽出式局扇进行瓦斯抽排,同时及时清理后部输送机机尾部及架间浮煤。

3.在某煤矿7510工作面应用情况

7510工作面于2004年4月1日开始进行安装工作, 5月20日正式生产。工作面共布置3架ZP-6500/195/34型端头过渡架, 47架ZZP-4800/17/33型中间架(放顶煤架), 97架ZY-35型(分层架),改造后的后部输送机尾部分置于第49架尾梁下方。实际生产过程中,由于49#~54#架处于假顶与实体煤交接区域,且该区域坡度较大, 49#架上部相邻架移架时经常有大快矸石窜入,不利于机尾的管理。因此去掉一节后部运输中部槽,将后部输送机尾部分置于第48架尾梁下方。实际生产过程中,假顶与实煤体交接处两侧10~15 m范围煤墙片帮量大,特别是周期来压期间易发生漏顶情况,通过采取加快推进速度和带压移架的方法,使上述情况得到了有效控制。

从生产情况看日平均割煤4刀,月产8~9万,t后部输送机运转正常,放煤效果好,放煤回收率达87%,表明7510工作面应用综采综放技术进行工业性试验取得了很大成功。

4.综合分析比较

综采综放混合式开采,属于综采工作面回采领域的一项创新技术,煤顶与假顶交接区域、工作面异常隆起区域的煤体,受采动影响后煤体的片帮量非常严重,这种特殊的开采方式再加上困难的地质条件在目前国内外还未遇到,因此对此种情况下的煤墙片帮防治技术还是一项空白领域。需研究解决两种方式组合在一起时的支架选型、后部输送机的配备、回采工艺、放煤方式、顶板管理等技术难点。特别是研究假顶与实煤体交接处在放顶煤开采技术条件下上覆岩层矿压变化的规律,就显得尤为重要,也是研究矿压规律显现的一项新的探索。

与国内外相关文献论述内容相比,此项目的突出特点在于:①针对某煤矿特定的工作面地质条件,通过合理的巷道布置、设备选型和配置以及相关工艺协调等关键技术的研究分析和优化组合,对综放综采开采技术进行了系统研究和大胆尝试;②对综采综放交接区域矿压显现规律及控制技术进行了重点研究,为混采面片帮冒顶的进一步防治技术提供了理论依据和实践经验。

5.经济、社会效益分析

经济效益:某煤矿7510工作面布置混采面比布置两个面可多采煤59万,t按吨煤售价230元,利润92元计,则增加产值1 357万元,净赢利543万元。

社会效益:①工作面边缘煤体实现了机械化回采,减少巷道掘进工程量;②提高了矿井资源采出率,缓解了矿井采掘衔接局面,延长了矿井服务年限,具有很大的社会效益;③创新了回采工艺,完善了采煤方法,为矿井高效生产创出一条新路子。

【参考文献】

[1] 陈玉宽.综放工作面顶煤冒放性分析及开采工艺研究[J].河北煤炭,2005,(02).

[2] 朱文松,张建新.对采用伪倾斜巷道布置放顶煤工作面的探讨[J].煤,2006,(02).

篇（8）

【关键词】窑炉设计计算机制图模型制作流体模拟创新平台卓越能力

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》和《国家中长期人才发展纲要（2010-2020）》的重点改革项目，是建设创新型国家、促进工程教育的重大举措。目的在于培养造就一大批具有理论紧密结合实际、创新能力强、适应经济发展需要的高质量各类型工程技术人才。本科生的工程能力培养是工科类大学高等教育的重要教改内容，也是难点之一。窑炉设计是无机非金属材料与工程专业本科生核心工程能力之一，与毕业课程设计和毕业设计密切相关，有助于培养学生树立工程观点、实践能力和创新能力。“大学生创新实验”项目是我校培养本科生卓越能力的重要实践平台。做该类项目的学生可以来自不同专业，如材料科学与工程专业同计算机科学与工程专业的学生等，他们可以发挥各自的特长，组成一个高效的研究团队。另外还有一年半的研究时间、经费和实验设备以改进和完成工程项目的全过程实验内容，同时师生间、团队组员间也有了更多的讨论交流时间。围绕提升学生卓越能力，借助大学生创新平台，我们开展了窑炉设计、模型制作与流体模拟的全工程过程探索性实验。

1.窑炉模型的三维设计与动画制作

由于高温窑炉结构的复杂性，仅靠课堂PPT讲解和公式计算，加之学生缺乏实际经验，即使有限时间内去企业生产现场参观，实际的高温生产线导致学生仅能从窑炉外部结构进行观察，不能深入理解窑炉内部结构和窑内流体流动的全过程，难以提高教学效果，学生的学习兴趣和主动性也就激发不起来，更难培养创造性和工程能力。

指导教师首先向学生介绍相关项目的国内外研究背景、目前本行业的需求和设计的主要专业知识等，启发学生从环保和产品质量等方面考虑课题内容的出发点。学生们利用已学的文献检索知识和专业知识，查阅了多篇国内外专业文献并去企业现场调研，了解到许多高性能光学玻璃和水晶玻璃会用到铅玻璃和硼硅酸盐玻璃。由于这类玻璃所用原料有高挥发的缺点，现有的传统火焰窑炉用于生产这种玻璃会产生严重的空气污染，产品质量也不稳定。全电熔窑是解决这种污染主要窑型的窑炉，但无论在理论研究和生产实际使用上同国外相比，国内目前还有不小的差距。以此为课题进行研究，学生们先以玻璃生产实际窑炉为参考，找出体积熔化率、电极材料和布置方式、电源功率等关键参数，简化后进行结构设计计算。考虑到窑炉结构较复杂，利用计算结果先运用AutoCAD和3dxsMAX等软件，绘成二维平面图。然后根据平面图再绘制了其结构的三维彩色立体结构图，如图1所示。最后以实际生产流体流动的过程为依据，设计了流体流动的动画，如图2所示（黑点表示粉料固体，白点表示粉料分解出的气体上升成气泡，白色细短线表示粉料熔融为液体）。学生们在设计和制作窑炉三维立体结构图过程中，对工程课程学习的主动性、积极性和兴趣明显提高，对窑炉整体结构有了很深的印象，在工程设计中必须的运用计算机设计和制图能力也有了很大提升，有效地培养了学生工程学习的综合能力，拓展和活跃了工程过程思维。

图1窑炉彩色立体结构图

图2窑炉内粉体到熔融体流动过程图

2.物理模型制作

物理模型模拟研究是高温窑炉研究的重要方法之一。 在窑炉立体结构和动画显示的基础上选出重点结构，学生们再对设计的模型进行物理实物模型制作，其过程中并不能全部照搬 计算机设计的结果，如模型材料需考虑力学强度和热学性能等；设计尺寸与加工尺寸的公差及实际加工精度、难度；配套的控制设备功率以及测量仪器精量与量程的选择等。在制作过程中学生们主动发现问题，动手动脑解决问题。如模型出现了液体渗漏的问题，经过师生多次研讨，对窑炉结构细节和密封材料进行反复改进，最后完成了仿真物理实物模型的制作，如图3所示。

图3具有固液转变模拟液的全电熔窑模拟物理模型

在此过程中学生们对窑炉的内在结构和细节间连接关系有了深刻的印象和理解，也体会到结构细节决定工程过程成败的含义。每一个结构细节来不得半点马虎，都要学生全身心投入，实验结果是在不足与完善的多次改进过程取得的。对培养学生独立思考能力、归纳分析能力、理论联系实际的工程能力都起着不可替代的作用。看到自己完成的实验成果，学生的成功快乐感油然而生，也提高了学生对工程研究的实践能力。

3.流体动态模拟

在静态的物理模型构成后，需模拟实际高温流体在窑炉中的液流过程，其中合适模拟液的选择是重要的前提。传统的窑炉流体全过程模拟液只用甘油与淀粉糖浆混合物这一种液态，与实际玻璃熔制过程不同：即从固态粉体熔融为液态，再由液态凝固成型为固态。指导教师启发学生去寻找熔点在40℃～80℃的不挥发的有机物，且在室温固态的无毒混合物。学生们分工协作，查找了十余种相关有机物的理化性能，经过多次熔融和凝固实验，比较了它们熔点、凝固点和凝固速度快慢，终于从中挑选出较理想混合物。然后采用正交设计法，研究混合物各物质含量因子对其熔融温度、电导率和粘度这些指标的影响以寻找最佳配方。经过反复试验测试，得到了符合相似条件、具有液固转换的新型物理仿真用模拟液。另外为了加快这种新型模拟液的凝固速度，缩短实验时间提高效率，学生们还自创了成型用冰块冷冻快速降温新方法。在寻找合适模拟液的过程中，不少想法超出原有课堂讲授的专业知识范围，学生们的创造力被大大激发起来，也增强了团队协作能力。同时他们可以直观地看到窑炉物理模型内液体的流动全过程，从而更易理解高温熔体的流动规律。

借助大学生创新平台，学生们通过对窑炉工程实验全过程的研究，对抽象复杂的窑炉结构和设计的理解有了显著地加深，有效地激发了学生学习兴趣和主动性，增强了团队合作攻关的精神，培养了实践能力、创新能力和工程能力。将学生们的研究成果反哺教学，活跃了课堂学习气氛，教学效果受到学生的好评。学生在实习现场也能更快理解企业指导人员讲解的内容和熟悉生产流程，为毕业设计和在相关企业从事生产和设计研究工作打下了良好基础。

参考文献

[1]黄婕，齐鸣斋，刘田.强化工程观点 培育卓越能力.化工高等教育， 2012， 2： 1-3， 33

[2]万胜男，盛欣，万锋. 运用现代信息技术 提高学生工程能力培养质量.化工高等教育， 2004， 4， 69-71

篇（9）

中图分类号：G632.41 文献标志码：B?摇 文章编号：1674-9324（2012）09-0124-02

教师要培养更优秀的学生，首先要明确为什么要转变教学方法。不可否认，传统的教学模式在一定意义上有可取之处.但随着科学技术突飞猛进的发展，在知识与日俱增的今天，“一只粉笔加一本教材”的传统的教学模式已经远远不能适应接触面广、信息量大的当代中学生的学习要求，教师必须采用新的教学模式和现代化的教学手段与之相适应。在新一轮的课程改革中，学科教育的目的是培养学生的科学素养，使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面得到全面的教育。

传统的教学模式是单一的，教师把传授知识作为整个教育活动的唯一的内容，因此，老师往往采用“填鸭式”的教学方法，教师根据既定的内容，全程监控，学生死记硬背，被动学习。这就导致许多学生对学习没有兴趣，他们把学习当成是一种负担，甚至产生厌学情绪。这与新课程要求以人为本，培养学生综合素质的宗旨是相违背的，因此，教师必须改变教学观念，转变教学模式。那么应该怎样转变教学方法呢？

一、利用多媒体技术模拟物理现象

理论联系实际是物理教学的突出特点，教学参观往往是课堂教学的延续和深化，目的是使学生能够更好地理解和掌握已学的知识。对看不见、摸不着的微观世界的认识，历来是物理教学的重点和难点。这时，多媒体教学就显示出了它的优点。但要组织一次好的多媒体物理模拟课堂并非一件易事，这需要教师和学生很好的互动和配合以及内容组织的生动、形象。组织不好的话，就达不到预期的效果，甚至会产生学生只看热闹，不动脑筋的现象。教师在模拟物理现象的时候要配以声音、动态的画面，使整个过程尽量生动形象。通过观察，学生对现象的本质就会一目了然。同时老师要在适当的时候提出一些问题，鼓励学生大胆想象，勇于表达，在不知不觉中，学生的潜力就会被挖掘出来。总之，在课堂教学中，运用多媒体计算机技术具有很大优越性，是其他的教学手段所无法比拟的。它可以充分利用多媒体计算机的强大模拟技术，鲜明的色彩变化，广泛地激发学生的求知欲，极大地调动学生学习的积极性和主动性，最大限度地提高教育教学的质量。

二、培养学生自主探究能力

自主探究学习是指学生在教师的指导下，通过学生主动的、富有创造性的学习，实现学生自主发展的教学实践活动。学习过程是一个探究的过程，物理学习更是如此。新课程要求培养学生的自主创新能力，使学生乐于学习，善于发现问题，解决问题，自主参与到教学过程中，由被动接受变为主动学习。“物理文论”的主要内容占据物理课程的核心地位，应包括最基本的物理知识、学科方法、科学思想和科学精神，它们是学生智力开发、能力发展、个性形成及后续学习的基本条件。在课堂教学中，老师要善于把课堂变成与学生思想沟通的桥梁，不仅要把自己深厚的学科知识传授给学生，还要能够把自己的思想传达给学生。教师可以适时的运用设问的方式来激发学生兴趣，引导学生主动思考，这种提问题的方法使学生不能照搬课本上的文字内容，而只能理论联系实际，客观上就锻炼了学生的思维能力。

三、转变教学理念更新教学方法

传统的教学模式只是单一的知识之间的传授，这种教学模式显然已经不能适应新课程的要求了。那么，在教学中如何体现新的教学理念呢？一方面，教师在与学生的交流互动中要注重培养学生的创新能力以及独立思考的能力，提高他们的思维能力。另一方面，要丰富学生的学科知识，只有具备了扎实的理论知识才能不断提高创新能力，达到举一反三的目的。另外老师也要加强专业修养，丰富专业学识，时刻关注最新的学科成果以及相关联的旁支学科的最新进展情况，只有站在了时代的最前沿，才能教出更具创造力，更有竞争力的学生。教师应建议学生多读物理学学术论文、物理著作等。这些专业的文著能让你扎实基础，广开思路，获得更加灵活的研究方法。

四、培养学生兴趣

篇（10）

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0158-01

0 引言

机器人仿真是计算机对机器人在仿真平台系统上进行的模拟运行。通过仿真平台的搭建，在该平台上导入决策代码，从而实现对仿真机器人的操作。本设计中的仿真平台是由微软机器人仿真工具MSRDS所搭建，通过交互式计算机图形技术和机器人学理论等，在计算机中生成机器人及其周围环境的几何图形，并进行三维显示，用来确定机器人及其运动环境的动态变化过程。在该仿真平台下，所加决策代码是基于.NET框架的、面向对象的高级编程语言——C#语言。本论文是基于C#语言编写的制胜率较高的编程设计思路。

1 计算机所需软件

1.1 微软武术擂台仿真比赛平台

该平台是基于MSRS开发的。MSRS提供了面向服务的运行库，该运行库又提供了两个基于CLR2.0的较低级别的运行库，用于在仿真机器人大量传感器和传动装置上发送和接收数据。另外，MSRS工具包中还包括VPL（可视化编程语言）和VSE（虚拟服务器环境），前者用于在设计平面中构建机器人应用程序，后者可用于体验涉及多个机器人和障碍物的复杂模拟。

1.2 PhysX_7.11.13_SystemSoftware

PhysX是物理运算引擎，主要用于将真实世界的物理定律加载到计算机的模拟界面当中，从而使其仿真界面有一定的真实感。相较于一般模拟计算，PhysX可由CPU计算并可调用独立的浮点处理器进行大计算量物理模拟的计算。

1.3 directx_jun2008

Directx是微软创建的一种多媒体编程接口，由C++编程实现，并遵循COM，主要用于加强3D图形和声音效果，并能提供同一硬件驱动标准。

2 C#语言简介

C#语言是微软于2000年的一种新的面向对象的编程语言，其专门为.NET应用而开发，从根本上保证了C#与.NET框架的完美结合。C#继承了C语言的语法风格和C++面向对象的特点，并在.NET 框架类库作为基础下，拥有类似VB的快速开发能力。

在本文中，是用C#编程并生成.dll文件，将此文件导入仿真平台即可。

3 决策代码的设计

3.1 平台信息获取

1）机器人在场上的坐标和倾角。由服务端以每40ms的速率传送给客户端，并最终传递给决策程序。

2）激光测距仪信息。该信息由机器人躯干前端的激光传感器获得，每120ms更新一次。激光测距仪可探测其正前方-40°～+40°的物体，每5°有一个激光发射源，共设17个激光发射源。

3.2 代码编程思路

仿真机器人以“轮速+关节角度”控制，主要通过仿真机器人上的传感器检测其所处的不同环境（状态），执行或调用不同的子程序，从而达到在机器人在仿真平台上具有自主对抗的性能。

3.2.1 程序编程整体思路

本设计代码编程部分主要由五部分子程序组成，分别是初始程序、边缘检测程序，目标检测程序、对抗程序和变性程序。机器人的状态位置是利用平台提供的坐标信息进行环境检测及精确定位。在整个编程中，设置边缘检测程序的优先级最高，机器人每次动作会优先执行边缘检测程序，当机器人到达边缘时，机器人会减速并停止，并向远离边缘方向移动；若机器人未检测到边缘状态，则按顺序执行下一条子程序。在平台对抗开始时，机器人执行初始程序，即机器人旋转一定角度（左轮速>右轮速，可向中心方向旋转），同时机器人会检测是否有目标靠近，如果有，则立即执行对抗子程序；如果没有，则以最快速度到达擂台中心（抢占先机），然后执行变形程序。变形程序为机器人向两边展开手臂90°，并进行自身旋转，从而使对方机器人难以靠近，同时，停止目标检测程序，直到出现对方机器人接触我方机器人时，由传感器检测是否为接触状态，若为接触状态，则返回执行对抗程序。

3.2.2 程序设计框图（如图1）

4 结语

随着各种高新技术的迅速发展，机器人技术也悄然崛起，而机器人仿真技术的发展也进一步促进了我们对机器人的学习与研究。本设计是在本人参加过2013年全国机器人大赛暨RoboCup公开赛之后，综合了各高校的武术决策代码优势，从而设计出制胜率较高的一种决策代码。本文在以微软（MS）机器人武术擂台赛仿真赛为依据，简要介绍了该仿真平台的相关信息，论述了代码编程设计的整体框架与构思，为机器人编程带来了另一种思路。

参考文献

[1]杨杰.机器人视觉目标跟踪方法的研究[D].哈尔滨工程大学，2006.

[2]刘晓敏，崔月盟.基于图像处理的移动机器人视觉定位方法[J].高等职业教育-天津职业大学学报，2007，17（3）：75-78.

[3]秦丹.基于3D的多移动机器人仿真系统的研究与设计[D].华南理工，2010：1-2.