一体化建模(共3篇)
一体化建模 篇1
机电一体化是由机械学和电子学组成的, 灵活地运用先进的计算机技术、电子技术、传感技术以及信息转换等技术, 使其多项技术有效结合, 研发出机电一体化设备, 从而更好地带动该技术的发展。其中的虚拟样机技术, 是以计算机技术为基础, 使其具有一定的功能真实度, 更好地代替物理样机, 并有效地推动建模和仿真领域的发展。
1 虚拟样机技术分析
虚拟样机技术充分利用建模技术、仿真技术、信息设计以及管理技术, 对于机电一体化产品进行全寿命及全结构的设计工作, 同时进行综合分析、评估和管理。随着我国安全第一、质量第一生产标准的提出, 国家对于机械产品的全生命周期管理意识在不断加强, 在提高生产效率的同时, 也有效地提高了经济效益, 因此, 虚拟样机技术具有很大的发展空间。
1.1 虚拟样机概念分析
其定义是指基于计算机技术, 有效地代替物理样机, 同时具有标准的真实度。其设计是指代替物理样机之后, 对于候选设计进行有效的评估。其环境是指模型、仿真和仿真物的综合, 将产品的多种结构良好结合, 使其完成理论到设计的过渡。该技术会充分利用其环境, 对于机电一体化产品进行全方位的建模研究, 并利用虚拟和仿真领域的综合, 为机电一体化产品设计提供不同的见解。同时, 虚拟样机技术与集成化产品的设计是有关系的, 是在建立物理样机之前, 利用基于计算机的功能及机械系统, 构建数学模型, 然后通过仿真分析确定该结构在实际情况下的特征, 如外观、空间结构及动力学等, 通过不断调整, 得到最佳的设计计划。
1.2 关键技术及需求
虚拟样机的关键技术主要包括系统总体技术、集成环境技术、综合建模技术、协同仿真技术、过程管理技术、虚拟环境仿真及校正技术。对于该技术的设计, 不仅需要满足功能规定的外观要求, 同时还要满足产品使用环境及操作等条件, 是通过对于产品的概念、创新、系统等设计阶段, 建立数学模型, 通过数学模型, 对产品进行综合分析, 使其产品在达到规定行为的需求时, 还符合产品操作、制造及销毁等过程的需求。
1.3 虚拟样机技术对于产品的设计方案
首先, 明确设计的任务, 即产品需节省时间和经济, 同时有效提高质量和效率, 然后在再改进产品。流程包括建模、测试、校验、改正及目的操作。其中, 建模主要是指单领域、多领域协同、约束、驱动等模型。测试是虚拟测试机器和环境、测量、方针等过程。校验是指按照系统的性能, 对参数进行敏感性的分析等。改进主要是指细化、迭代、优化。目的操作主要是指方案生成、模板设计等操作。校验和改进及目的操作之间有着评估分析的联系, 即对于校验的评估分析, 确定结果是否合理, 当结果不合理时, 就要进行改进环节;当评估分析结果合理时, 就可以进行目的操作。
1.4 产品虚拟样机的组成
基于机械—控制协同的机电一体化产品, 虚拟样机模型的构成如图1所示, 行为模型由产品子系统组成, 且具有层次性等特点。
2 支撑环境分析
2.1 产品功能模型
产品的功能主要包括控制、动力、传感检测、操作及结构功能。主要由机械、电子和软件组成, 主要划分为物理和控制系统, 其中, 物理系统包括驱动、执行等。机电系统中3个系统的关系是, 执行系统是指广义执行机构子系统, 控制系统包括信息处理、控制以及传感检测子系统。首先, 执行系统中驱动元件和执行机构会向传感子系统发出检测信号;然后, 传感系统向信息处理子系统发出反馈信号;最后, 处理子系统会向执行子系统发送控制信号, 从而将这几种子系统更好地综合。
2.2 设计过程模型
机电一体化产品的方案设计过程模型主要包括:功能层, 含有机电系统功能的理解、动作、分解以及控制和执行动作子功能;行为层, 含有检测、控制过程和执行动作;结构层, 主要含有传感器、软件及控制器、执行机构, 同时通过机电系统的结合理论, 确定系统是否可行, 最后通过评估, 确定最佳的设计方案。其中, 仿真模型的分解和组合的流程主要包括系统模型、子模型以及元模型3层, 其中系统模型会分解成3个子系统模型, 继续经过多层分解成9个最小模型单元;同时每3个最小模型单元, 通过合并成1个最小模型单元, 继续多层组合成子系统模型, 再经过组合成系统模型。
3 机电系统主体建模与仿真技术研究
广义执行元件不仅是驱动元件以及执行结构的综合, 同时也是机电系统的主体。对此, 本文主要研究该结构在驱动情况下的运动和动力学特征。
3.1 运动学、动力学研究
运动学是根据微动驱动、多自由度以及等、变转动或移动确定元件, 与运动链的运动探究及综合, 构建不同的运动学方程, 从而进行有效的研究。其中, 动力学通过不同系统的动力学方程的建立, 在驱动函数基础上, 确定执行构件的运动和动态情况。对于动力学的研究, 还会涉及正、逆问题, 主要是指根据作用力、力矩, 建立相关模型, 从而求出运动轨迹。相反, 逆问题就是已知运功轨迹求的作用力。
3.2 建模方法分析
对于广义执行机构的建模方法, 主要是利用ADAMS为基础的运动学, 或是动力学的建模方式。其中涉及 (非) 线性代数方程以及积分算法等。
3.3 仿真方法
同时利用建模方法的软件, 利用参数化分析法, 如参数化点坐标、设计变量、参数运动式、参数表达式等。主要的流程是结合构件、驱动和力进行建模, 然后通过, 对于生成的结果, 即设计是否最优, 当结果为是时, 会进行仿真结果后处理, 并绘制循环目标函数, 以及变量之间的关系曲线, 输出仿真动画并将结果进行列表、分析;当结果为不是最优时, 此时需要改变设计的变量值, 调整建模, 再进行求解器解算, 将结果进行分析的循环, 直到求解器解算的结果显示设计是最佳的, 同时还可以运用SimMechanics模型的仿真方法进行分析。
4 产品结构控制综合分析
4.1 综合特性
基于物理模型进行的仿真模型, 其中物理模型主要包括协同以及能量与信息耦合的子系统。同时, 产品中的执行结构, 主要是进行能量的传换, 与物理模型的能量子系统相互对应。而机电系统中结构和控制的综合, 主要体现在时间与时序、空间的协同, 以及控制和运动精度的相互性, 同时还有结构子系统的可控性, 坚持控制器稳定、追踪以及安全可靠控制的原则, 使其控制系统的控制器有效配合。
4.2 仿真建模技术分析
建模是为了能量更好地转换, 其中键合图方法是针对于动力学系统, 完成能量转换、储存以及消耗的结构分析, 将不同性能的变量通过能量守恒定律, 转换为共轭变量, 即势、流变量, 使其对于这2种类型的变量综合, 完成不同范围内的模型交互。同时还有多极点建模方法, 是将共轭变量进行综合, 使其模型交互成对出现, 从而更好地拓展建模领域。而方框图方法则是利用基础的控制模块, 将其利用线段进行连接, 此时的模块都是由传递函数综合而成, 不仅可以将控制系统进行很好的表达, 同时也能轻易地获得传递参数, 从而有效的分析系统。
5 结语
综上所述, 本文通过对于机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术的分析, 掌握了机电系统的产品功能模型, 从而合理地分析产品、结构与控制的特征。通过动力学以及运动学的特点、建模仿真技术的分析、以及仿真环境, 从而更好地表明其建模方式。借助结构额和控制的协同, 总结出具有多功能、多层次的仿真建模方式, 从而更好地优化设计方案, 积极地促进国家科学技术、科技创新以及社会经济的发展。
参考文献
[1]朱德泉.基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究[D].合肥:中国科学技术大学, 2012.
[2]徐章锁.基于虚拟原型的机电一体化建模与仿真技术研究[D].西安:西安电子科技大学, 2013.
[3]王慧能.基于虚拟原型的机电一体化设计技术研究[D].西安:西安电子科技大学, 2011.
一体化建模 篇2
航天器运输工装是航天器转场运输过程中的辅助工装,其设计过程是多部门与多学科高度交叉融合,包含多层次、多约束的反复迭代过程。随着我国航天事业的飞速发展,航天器的精度与外形尺寸的要求对航天器运输工装的设计能力提出挑战[1,2]。传统航天器运输工装设计,由于不同航天器导致工装设计需求的差异,设计人员采用单一结构模型进行建模和分析占用大量的时间和人力,很难保证设计质量。单一的结构模型主要缺陷在于:1)仅支持产品详细设计结果描述,无法有效支持初步设计,不能做到总体到结构的自顶向下设计过程;2)以往的成功的设计经验和设计规则不能与设计工具有效连接,无法完成设计到分析的迭代过程;3)设计信息不能有效表达,难以实现设计数据提取,不同设计阶段的设计信息共享困难。针对这些问题国,内外工程界进行的大量的相关研究,上世纪90年代美国军方就提出了“基于仿真的采购”SBA(Simulation Based A cquisition)[3]的概念,其思想是采用表示武器系统运行的智能产品模型(Smart Product Model,SPM),通过集成的数字化环境(Integrated Digital Environment,IDE)支持而贯穿于研制全过程进行实施操作,在设计之前就在计算机中完成了从构思、设计、生产、试验、操作等全过程评估和验证,减少了大量的物理样机与试验。美国国家标准与技术研究院NIST资助项目“联邦智能产品环境-FIPER”(Federated Intelligent Product Environment)[4]计划,FIPER的特点是通过知识工程接口有效实现CAD产品建模,CAE工程分析和CAO(Computer Aided Optimization)设计优化的数据关联, CAE开发平台从PDM系统调入原有的CAD模型和网格模型,同时把分析过程中的材料和测试数据、分析结果存到PDM数据库中,形成CAX数据和过程相融合的统一产品开发平台。这些研究表明单一的产品结构模型需要向智能主模型转变,智能主模型需要支持产品从初步构型设计到详细设计,工程分析到结构优化的设计全过程。
传统CAD建模方法中,主要是利用点、线、面和参数化特征,建立产品初步构型与详细设计模型,与自顶向下的设计理念不符。由设计需求变更导致的设计更改很难从初步设计模型传递到详细设计模型中,无法从总体上控制模型,模型的更改占用大量的设计时间,成为提高设计效率的瓶颈。智能主模型利用总体骨架控制结构及参数化建模技术,实现了初步构型设计与详细设计,通过总体骨架,控制模型尺寸形状的点、线、面等。初步构型发生更改时,设计参数可以通过总体骨架传递到底层骨架进而控制结构细节尺寸,保证设计意图有效传递到详细设计中,实现自顶向下设计的设计流程。
本文提出基于智能主模型的航天器运输工装设计方法,实现基于多级骨架的快速建模及建模与分析一体化集成。通过开发航天器运输工装快速建模与分析一体化集成平台,验证智能主模型技术在航天器运输工装设计中应用的可行性和有效性。
1 基于智能主模型的航天器运输工装设计
1.1 智能主模型内涵
产品智能主模型包括:主模型数据[5,6]、工程语义知识库、工程分析接口,如图1所示。主模型包括几何模型和非几何模型,几何模型包括控制模型结构的骨架以及依附于骨架的参数关联,实现航天器运输工装结构模型的快速修改。非几何模型即设计参数,包括模型尺寸、设计关键尺寸、中间参数等;工程语义知识库是广泛适用于同类产品的工装设计经验和设计规则的集合;工程分析接口包含接口数据模型和分析结果数据,将结构设计与工程分析连接起来形成一个整体,实现设计过程到分析过程数据模型的“推送”,实现设计与分析过程自动化评估。
1.2 航天器运输工装设计过程
传统航天器运输工装设计流程是根据航天器的参数(外形、重量、接口等)及外界条件参数(工况、温度、运输等)进行工装初步构型设计,确定模型轮廓尺寸参数后,进入详细设计阶段,详细设计流程中包含工装模型可行性检查,根据检查结果循环迭代设计。结构设计完成后进入工程分析校核及设计优化阶段,其中工程分析包括结构强度、减振和保温等,如果校核不满足要求需要返回结构设计阶段修改设计模型,然后重新进行工程分析,如此反复直到满足设计要求。航天器运输工装设计流程如图2所示,流程中的瓶颈点:1)模型更改,设计更改无法有效关联模型中;2)设计知识的重用,设计经验和规则依然记录在设计文档或设计人员的经验中,很难保证设计的正确性和效率;3)结构设计到工程分析的数据传递,现有的结构设计到工程分析是利用文档和几何模型文件的方式传递的。
智能主模型技术为航天器运输工装的设计给出了一个新的思路,利用智能主模型技术建立一个集成的协同设计平台,包括多层次骨架和结构的模型库,支持设计过程中模型尺寸和构型的快速更改,并将设计知识融入设计平台中,通过“智能”接口实现结构设计到工程分析的数据传递,将设计流程标准化,形成一套标准设计模板可以适应不同种类工装的快速设计。
2 航天器运输工装多层次骨架结构建模
多层次骨架结构模型[7]区别于传统建模方法,它是利用多层次骨架结构和参数化技术建立模型(如图3所示),其中多层次骨架包含顶层骨架、一级骨架、……、底层骨架,骨架是产品构型的决定因素,通过参数及骨架的基准点、线、面等控制模型形状特征尺寸和各零件的位置及装配关系。顶层骨架是各个零部件互相联系的桥梁,存储着各个零部件间的位置关系及全局参数,这些全局参数控制着下级零部件的构型及尺寸。下级骨架复制这些参数并配合自身的骨架信息确定当前零部件的整体构型尺寸,并控制下级零部件的位置关系,向下传递全局参数。多层骨架结构满足设计流程中自顶向下的设计思路,即在顶层设计整体尺寸并约束底层的位置关系,逐层推进逐步细化。
多层次骨架结构建模过程中参数作为直接驱动模型的关键,不能覆盖模型所有尺寸,可能造成设计的相互干扰也会影响设计效率,需要选择合适的尺寸参数。模型参数的选择需要遵循以下原则:
1)尺寸链原则。选择参数时,要保证尺寸链内某一尺寸作为封闭环,不通过参数驱动。尽量选择设计过程中不需要关注或不影响后续设计的尺寸作为封闭环。如在航天器运输工装的初步构型设计过程中,航天器与工装内壁的间距尺寸不设参数驱动,而是根据工装整体尺寸、箱壁尺寸及航天器尺寸等计算得到,防止出现参数更改互相影响导致模型出错的问题。
2 )主次原则。模型参数不能覆盖所有模型尺寸,需要保证主要尺寸参数,忽略次要参数。主要尺寸参数指影响零件位置的参数,描述零件外型尺寸参数,零件主要结构参数等。如在L型接口支架的设计过程中,支架的支撑梁的结构作为工装非重要结构不设参数只在必要时补充,而L型支架的高度作为判断工装内腔相容性的重要条件设置参数。参数的选择需要充分考虑工装设计过程中尺寸对设计流程的影响。
3)构型参数。工装的设计过程涉及组件变形,需要在参数中添加控制零件构型的参数,通过参数变化改变零件构型。构型参数不能控制模型特征的有无,只能进行构型变更。在运输工装箱罩的设计过程中,箱罩的样式需要根据航天器产品包络和运输轮廓进行选择,工装主模型需要设置箱罩样式参数来控制箱罩模型。
3 验证
开发了航天器运输工装快速建模与分析一体化平台,并以某型号航天器为应用对象进行验证。设计平台是采用智能主模型技术建立,在Pro/E上二次开发而成,可以在设计界面直接更改模型骨架中的参数,在设计向导的指引下完成工装模型设计。工装模型建立后平台启动分析软件ANSYS和Fluent,通过工程分析接口将数据传递到分析软件中进行工程分析。该平台的开发难点包括智能主模型中多层次骨架工装模型顶层和底层参数关联,以及建模到分析的数据接口。
3.1 航天器运输工装结构组成与参数
航天器运输工装是由箱罩、箱底、航天器接口和附件等组成。由于航天器种类多且外界约束条件的严苛,运输工装的初步构型设计是循环迭代的过程。根据运输工装的结构外形,建立多层骨架控制结构并提取尺寸参数,如图4所示。参数包括总体尺寸(如航天器长、宽、高)和零件尺寸(箱罩主梁尺寸),包括工装构型参数(如箱罩类型、箱底类型),在初步构型阶段通过不断地校核得到满足要求的总体尺寸及构型参数,平台将参数统一存放在顶层骨架中进行管理,顶层骨架中的参数修改由顶层骨架将参数以注释的方式向下传递到底层骨架中控制模型尺寸。多层骨架控制结构含有工装构型更改信息,如根据校核判断,将箱罩样式由方型更改为圆型,底层骨架接收上层骨架的参数更改信息,自动地将箱罩方型结构修改为圆型结构。
3.2 航天器运输工装快速建模与分析的集成
3.2.1 航天器运输工装分析的数据模型
航天器运输工装的力学分析需要模型的网格、载荷、约束等信息。热学分析的数据模型包括各种参数,如模型的热学系数、外界环境参数(温度、风速等)、检测点位置参数等,以及热分析命令流。热分析命令流文件是根据以往成功的分析案例总结而成,即利用Fluent软件进行热分析的操作流程。知识库中存储的命令流文件是基础命令流文件,其中的热分析参数及简化模型信息系统会根据具体情况进行修改,最后得到最终命令流文件并传递到Fluent软件中。
航天器运输工装分析模型不同于工装设计模型,需要进行模型合理简化,简化的方法有:1)模型忽略(去除多余模型),根据分析对象将工装模型中多余的模型进行隐含操作使分析过程简化;2)特征弱化(去除多余特征)建立简化模型,由于模型的细节特征对分析结果影响很小,建立只包含工装轮廓特征的简化模型,简化模型尺寸由设计模型尺寸参数驱动,保证简化模型与正常模型的一致性。
3.2.2 航天器运输工装设计的分析接口
航天器运输工装工程分析包括:力学计算接口、力学分析接口。力学计算接口是系统调用知识库中的计算公式,如图5所示的减振校核公式(系统振动力学模型和系统振动数学模型),平台根据设计输入及计算公式进行减振校核,这些公式是根据以往设计经验和设计规则总结得到的。平台利用力学计算接口实现了工程计算与系统的集成,直接输出工程计算结果。力学分析是分析运输工装的静力承载情况,开始力学分析后,平台通过Pro/E二次开发技术实现Pro/E软件由设计模块切换到分析模块,并传递分析参数和模型到分析模块,分析模块自动进行模型简化、网格划分、添加约束和载荷等前置步骤,生成中间ANS文件。平台通过批处理命令后台打开ANSYS软件并加载ANS文件进行力学分析,分析结果传回到设计平台,整个过程在设计平台上自动进行。图7是箱罩的力学分析界面,整个分析操作都是自动进行,实现了力学分析的自动化并将力学分析集成在设计平台中。
航天器运输工装的热分析包括稳态分析和瞬态分析,保证工装在运输过程中航天器的温度在可控范围内变化,校核空调的主动控温能力及运输过程中无法保持空调运行情况下工装的被动保温能力。系统利用热分析接口如图8所示,生成简化模型和Fluent命令流文件如图9所示,启动Fluent软件进行热分析计算。系统根据设计经验创建稳态分析和瞬态分析的基础命令流文件,热分析前设计人员输入热分析参数,系统结合热分析参数和结构设计结果修改基础命令流文件,生成最终命令流文件。系统根据热分析要求建立参数化驱动的简化模型,其尺寸参数与设计模型尺寸参数关联,结构设计完成后即得到简化模型。开始热分析后,平台利用批处理命令启动热学分析软件Fluent,并加载最终命令流文件和简化模型,使Fluent软件进行热分析求解。分析自动化流程如图10所示:(1)创建热分析工程;(2)载入热分析模型;(3)开始热分析;(4)分析完成并将结果存储指定目录。整个分析操作都是自动进行,实现了热分析的自动化并将热分析集成在设计平台中。
4 结论
本文提出了基于智能主模型的航天器运输工装设计方法,利用多层级骨架和分析接口实现航天器运输工装的快速建模与分析一体化方法。开发航天器运输工装集成设计平台,以某型号航天器的运输工装为实例验证了应用智能主模型技术实现工装快速建模与分析集成的可行性。该平台实现了航天器运输工装的快速建模及平台与力学分析、热学分析的集成。该方法不仅可以应用在航天器运输工装设计中,还可以应用其他产品设计中,实现产品快速建模与分析集成,从而提高设计效率。
参考文献
[1]谭德坤.航天器包装箱振动测试系统[J].中国测试技术,2008,34(1):28-30.
[2]肖刚.航天器空运包装箱的研制及其运输试验评价[J].航天器环境工程,2010,27(6):795-799.
[3]田涛,张凤鸣.基于UML的SBA协同环境分析过程研究[J].计算机工程,2003,29(1):96-99.
[4]李海军,邓家褆.FIPER项目介绍[J].航空制造技术,2004,(2):78-81.
[5]Christoph M Hoffman,Robert Joan-Arinyo.CAD and the product master model[J].Computer-Aided Design,2009,30(11):905-918.
[6]郭连水,李铮.叶片设计优化中智能主模型技术研究[J].汽轮机技术,2008,50(1):16-19.
一体化建模 篇3
1.1 研究具体问题
本文立足于高职数学必修课的教育教学, 借鉴国内外数学教育模式和数学教育方法的新进展, 采用综合研究与实践的方式, 运用“素质教育”为根本指导思想, “多重教法有机融合”的设计思路与内容安排, “实践与应用相结合”的措施与手段, 将数学知识和实际问题有机结合起来, 充分发挥数学的归纳性和演绎性, 加强学生的理性思维训练, 提高学生驾驭数学知识的能力, 研究一种切实可行的融入数学的常规教学、科研、数学建模及数学实验于一体的数学建模必修课的教育模式。
1.2 选题意义及研究价值
高等职业技术学院数学教育目的是培养出适应社会发展需要的高素质人才, 但是由于数学教学存在一定的缺点, 除此之外, 学生自身对高等数学建模重要性的认识度不够, 学习热情不足等因素也是制约数学建模教学难以实现的关键因素。为了确保教学质量, 必须更新教育观念、改变旧教学模式、加快教学改革尤为重要。
2 体系构建思想
近十年来, 高职教育中融入数学建模发展势头的确很快。但在高职教育蓬勃发展的同时, 高职数学教学在课程内容教授过程中存在着注重理论讲解、分析推导、运算技巧而轻视数学思想方法应用等方面的问题, 而且各部分内容自成体系, 过分强调各自的系统性和完整性, 缺乏应用性和相互联系, 不利于学生综合应用能力的培养。
本文研究的是高职高专院校中, 把常规教学、科研、竞赛指导、数学建模及数学实验于一体的数学必修课教育模式, 本课题教育模式包括个方面的内容:一是本文研究的是高职高专的数学必修课的教学, 而不是高等院校数学教育教学模式;二是本文研究的是一个综合体系, 而不是传统意义上的单一教改。
2.1 数学建模
对所需研究的问题作明确的分析, 舍去无关因素和次要因素, 保留其主要的数学关系, 以形成某种数学结构。利用数学的方法、技术来解释实际问题, 用数学模型来模拟实际问题。从更广泛的意义上讲数学建模是解决问题的一种技术、一种方法、一种观念。
2.2 推迟判断
延缓结果出现的时间, 实质是教师不要把“结果”抛给学生, 而是要把数学概念、定理、解题结果作为一个过程来进行, 并且教师在聆听学生回答问题特别是回答不符合教师预定的思路时, 应该有耐心, 不马上下错误判断, 注重学生与教师之间的交流, 发散学生思维, 真正唤起学生主动参与的意识。
3 体系构建的具体措施
3.1 构建“数学课程内并入法”, 采用“问题驱动”“任务引领”等教学模式
本教学方案分三部分完成:第一部分简单介绍数学模型和数学建模;第二部分把该学期数学建模要用的数学理论知识教给学生;第三部分讲解两个数学建模的问题, 具体动手操作整个建模及求解过程。具体做法是一个问题首先被呈现, 随后与这问题有关的数学内容被探索和发展, 直至问题被解决。
“数学课程内并入法”具体实施过程是:第一周简单介绍数学模型和数学建模, 第二周至第十四周把数学理论知识教给学生, 分为初等函数模块 (包括分段函数, 复合函数, 函数的极限与连续性等重要的数学知识) , 导数与微分模块 (包括函数的导数与微分, 函数的单调性、极值与最值, 函数的凹凸性, 利用函数的性质作函数的图像) , 常微分方程模块 (包括可分离变量的微分方程的解法, 一阶线性齐次和非齐次微分方程的解法, 二阶常系数线性微分方程的解法) , 最后一周讲解两个从数学建模的题库选取数学建模的问题, 教会学生怎样建立数学模型, 并通过对数学问题的分析, 求解数学模型, 最后进行模型的分析和评价。
问题驱动教学法的具体做法可表示为:“问题情境的呈现—数学内容的学习—问题情境的解决—新的问题情境的呈现—新的数学内容的学习—新的问题情境的解决”……
任务引领教学法的具体做法可表示为:“待解决的问题—分析简化—建立数学模型—模型求解—结果检验—推广”。
3.2 考核方式中加入学生自行命题相关专业的数学建模论文评分
在数学教学内容应当根据实际的需求进行调整, 并采用不同的表达方式, 以满足多样化的学习需求, 首先, 根据各个学生的特长把学生分为5人一组, 由学生自行通过本学期所学的知识, 把学生专业课中的实际问题转化为数学问题, 在规定的时间内完成模型的建立、求解、验证及论文的写作。并由指导教师讲解和评价学生的工作成果。同时教学活动必须建立在学生的接受能力基础之上。教师应调动一切可行的手段, 激发学生的学习积极性, 向学生提供充分从事数学活动的机会, 帮助他们在自主探索和合作交流的过程中真正理解和和掌握数学知识与技能、数学思想和方法, 获得广泛的数学活动经验, 为学习和实践提供有效的知识基础和良好的思维素质。这样不仅培养了学生团结协作的精神, 还有助于学生对数学建模产生认识, 培养学生不怕困难、勇往直前的意识。 (见表1)
3.3 组建优秀数学建模竞赛团队
大力开发数学建模课程并向学生提供更为丰富的学习资源, 把现代信息技术作为学生学习数学和解决问题的强有力工具, 致力于改变学生的学习方式, 使学生融入到现实的、探索性的数学活动中去, 体现“教学做合一”的教学理念。同时我校已经开设两年数学建模选修课, 建成数学建模室三年, 挑选对数学感兴趣并有较高学习潜力的同学, 开展以数学在专业技能中的应用为目标的数学建模活动, , 并以此为基础参加全国大学生数学建模比赛。确定团队内部每位指导教师的主攻方向, 实现优势互补, 剔除团队中其专业背景确实不适合的队员, 而对于团队建设急需的研究方向或技术力量, 则通过内部物色、主动参与、积极动员等方式加入到竞赛创新团队。
3.4 有计划地加强团队科研能力的培养
提高科研能力有助于教师业务水平的提高, 有利于数学建模竞赛水平的提高, 所以有计划地加强团队科研能力建设, 申报各种课题, 提升科研水平, 打造教学、科研、竞赛指导三位一体的创新团队。
3.5 开拓一系列以数学建模为背景的创新实践活动
结合各专业背景, 发动学生运用数学、计算机及相关背景知识解决实际生活与专业问题, 例如讲授函数时学生自行找出大跨度建筑物的悬索结构问题, 即贴近专业又结合教学内容, 从而全面推动两个课堂即理论教学和动手实践有机结合, 提升实践活动比例。
4 本体系的研究内容综述和创新与突破之处
4.1 研究内容
大学教育, 对于大部分学生来说是他们各项单科知识得以融会贯通, 综合素质积淀最快、最关键的时期。在高等职业数学教学中, 通过数学建模的有机融入, 可以打破传统的注重理论学习、忽视数学知识应用的教学模式, 为培养学生的知识应用能力和创造性思维提供了良好的环境和机会, 从而推动高等职业技术学院数学教学的改革。
如果通过本体系构建的研究, 可以结合我校实际和特色, 运用现代教育理论和手段, 以培养能力为本位, 培养学生将来在社会上就业、适应、竞争和发展的能力, 在工作中具体的发现、分析、解决和总结问题的能力及其操作、应用, 以及独立、协作、交往、自学等一系列关键能力的培养, 提高教师的专业与科研能力, 培养出一批能讲会教, 动手能力强的科研型教师。
4.2 创新与突破之处
该体系紧跟高职数学教育改革发展的脉络, 构建数学课程内并入法”, 采用“问题驱动”“任务引领”等教学模式, 加入学生自行命题相关专业的数学建模论文评分, 实行以推迟判断为特征的教学结构, 组建优秀数学建模竞赛团队, 开拓一系列以数学建模为背景的创新实践活动, 有计划地加强团队科研能力的培养, 加强各学科间的渗透, 同时又可以结合传统的教学经验。
摘要:本文探索了在高职高专院校中, 把常规教学、科研、竞赛指导、数学建模及数学实验于一体的数学必修课教育模式, 利用构建“数学课程内并入法”, 采用“问题驱动”“任务引领”等教学模式, 在对高职院校学生数学教学中, 渗透建模思想, 开展建模活动, 组建优秀数学建模竞赛团队, 有计划地加强团队科研能力的培养, 构建一个问题驱动、数学实验和数学建模“三位一体”的高职数学教学体系。
关键词:高职数学,教学方法,体系
参考文献
[1]王波.关于高职《高等数学》课程体系的建设的思考[J].职业教育研究, 2010 (1) :1 0 2-1 0 3.