物理模型情景论文

2024-08-27

物理模型情景论文（通用12篇）

物理模型情景论文篇1

模型教学是高中物理教学的一种重要方法, 给够使学生在学习物理知识的时候对物理概念的理解更加直观和深刻, 脑海中形成更直观的物理形象, 同时通过物理模型, 更好的激发了学生的研究、创造与创新意识。然而对于结合实际的问题, 有的学生对此云里雾里, 觉得实际上有的情景在物理现象中出现了, 反而难以理解了, 也就是说把实际情景转化为物理模型, 他们反倒困惑了, 学习出现了障碍。因此, 克服实际情景向基本物理模型转化的困难, 提高模型教学的效果非常重要。下面以传送带问题为例, 讲解一下实际情景向基本物理模型转化的难点及教学对策。

一、在实际情景向传送带模型转化的难点

1.对于物体与传送带之间是否存在摩擦力、是滑动摩擦力还是静摩擦力、摩擦力的方向如何等等, 这些关于摩擦力的产生条件、方向的判断等基础知识模糊不清;

2.对于物体相对地面、相对传送带分别做什么样的运动, 判断错误;

3.对于物体在传送带上运动过程中的能量转化情况考虑不全面, 出现能量转化不守恒的错误过程。

二、相应的教学对策

第1个难点应属于易错点, 突破方法是先让学生正确理解摩擦力产生的条件、方向的判断方法、大小的决定因素等等。通过对不同类型题目的分析练习, 让学生做到准确灵活地分析摩擦力的有无、大小和方向。

举例说明:如图1所示传送带与地面成夹角θ=37°, 以10m/s的速度逆时针转动, 在传送带上端轻轻地放一个质量m=0.5kg的物体, 它与传送带间的动摩擦因数μ=0.5, 已知传送带从A到B的长度L=16m, 则物体从A到B运动需要的时间为多少?

传送带沿逆时针转动, 与物体接触处的速度方向斜向下, 物体初速度为零, 所以物体相对传送带向上滑动, 因此受到沿斜面向下的滑动摩擦力作用, 这样物体在沿斜面方向上所受的合力为重力的下滑分力和向下的滑动摩擦力, 因此物体要做匀加速运动。当物体加速到与传送带有相同速度时, 摩擦力情况要发生变化, 同速的瞬间可以看成二者间相对静止, 无滑动摩擦力, 但物体此时还受到重力的下滑分力作用, 因此相对于传送带有向下的运动趋势, 若重力的下滑分力大于物体和传送带之间的最大静摩擦力, 此时有μ<tanθ, 则物体将向下加速, 所受摩擦力为沿斜面向上的滑动摩擦力;若重力的下滑分力小于或等于物体和传送带之间的最大静摩擦力, 此时有μ≥tanθ, 则物体将和传送带相对静止一起向下匀速运动, 所受静摩擦力沿斜面向上, 大小等于重力的下滑分力。该题的关键就是要分析好各阶段物体所受摩擦力的大小和方向。具体解题过程略, 最后答案是2s。

第2个难点是对于物体相对地面、相对传送带分别做什么样的运动, 判断错误。该难点应属于思维上有难度的知识点, 突破方法是灵活运用“力是改变物体运动状态的原因”这个理论依据, 对物体的运动性质做出正确分析, 判断好物体和传送带的加速度、速度关系, 画好草图分析, 找准物体和传送带的位移及两者之间的关系。学生初次遇到“皮带传送”类型的题目, 由于皮带运动, 物体也滑动, 就有点理不清头绪了。

解决这类题目的方法是:选取研究对象, 对所选研究对象进行隔离处理, 就是一个化难为简的好办法。对轻轻放到运动的传送带上的物体, 由于相对传送带向后滑动, 受到沿传送带运动方向的滑动摩擦力作用, 决定了物体将在传送带所给的滑动摩擦力作用下, 做匀加速运动, 直到物体达到与皮带相同的速度, 不再受摩擦力, 而随传送带一起做匀速直线运动。传送带一直做匀速直线运动, 要想再把两者结合起来看, 则需画一运动过程的位移关系图就可让学生轻松把握。

第3个难点也应属于思维上有难度的知识点。对于匀速运动的传送带传送初速为零的物体, 传送带应提供两方面的能量, 一是物体动能的增加, 二是物体与传送带间的摩擦所生成的热 (即内能) , 有不少同学容易漏掉内能的转化, 因为该知识点具有隐蔽性, 往往是漏掉了, 也不能在计算过程中很容易地显示出来, 尤其是在综合性题目中更容易疏忽。突破方法是引导学生分析有滑动摩擦力做功转化为内能的物理过程, 使“只要有滑动摩擦力做功的过程, 必有内能转化”的知识点在学生头脑中形成深刻印象。

举例说明:如图2所示, 水平传送带以速度v匀速运动, 一质量为m的小木块轻放到传送带上, 若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ, 当小木块与传送带相对静止时, 转化为内能的能量是多少?

该题首先得清楚当小木块与传送带相对静止时, 转化为内能的能量应该怎么来求, 这就需要到用“物体在克服滑动摩擦力做功过程中转化成的内能等于滑动摩擦力与相对滑动路程的乘积”这一结论, 然后再根据物体和传送带的运动情况来求二者相对滑动的距离。从静止放到匀速运动的传送带上的物体, 在达到与传送带同速的过程中, 转化为内能的能量值和物体增加的动能值相等。因为物体在该过程中的对地位移与传送带相对物体的位移大小是相等的。解题过程略, 最后答案是1/2mv2。

总之, 当遇到实际情景向基本物理模型转化这类教学难点问题时, 应在平时让学生养成根据物理概念和物理规律分析问题的思维习惯;在分析问题时让学生养成比较、取舍的习惯;要透彻掌握典型物理模型的本质特征、不断积累典型模型, 并灵活运用他们。此外还要注重学生的模型转化能力培养, 要让学生做到由物体的受力和初始运动状态的类似性构建物理模型;抓住过程分析, 把复杂问题转化为基本模型的组合。在教学中要将实际情景转化为基本物理模型时, 要先确定研究对象, 把要解决的问题转化为熟知的纯物理问题。此外, 还要培养学生熟练掌握各种物理模型的主要特征, 并学会应用抽象思维, 迅速找到研究对象。

物理模型情景论文篇2

利用我国若干代表性区域98组稻麦作物生产力的试验数据,对所建立的稻麦作物净初级生产力模型进行了检验.结果表明,该模型能根据常规的.气象和土壤资料、化肥施用量等数据资料较好地模拟我国主要区域稻麦作物的净初级生产力.模拟值(y)与观测值(x)的线性关系为:y=1.05x-16.8(r2=0.771,p<0.001,n=98).对南京地区的情景预测结果表明:大气CO2浓度升高促进稻麦作物的固碳能力;气温升高会降低水稻和小麦的碳固定,但对小麦的影响要小于水稻;在当前情景及未来情景(CO2浓度为540μmol・mol-1,温度增加1～4℃)下,氮肥施用对小麦碳固定的促进作用大于水稻,氮肥施用量高于150 kg・hm-2时对2种作物的碳固定没有显著的促进作用,甚至降低水稻的净初级生产力.

作者：杨兆芳于永强黄耀 YANG Zhao-fang YU Yong-qiang HUANG Yao 作者单位：杨兆芳,YANG Zhao-fang(南京农业大学资源与环境科学学院,南京,21009)

于永强,YU Yong-qiang(中国科学院大气物理研究所,北京,100029)

物理模型情景论文篇3

【关键词】实验生活经验多媒体

创设物理教学情景，可以让枯燥的物理知识变得更加的形象生动。同时，创设物理情景有效地符合了学生们的年龄特性和他们的兴趣。由于物理中的很多知识都是从生活中总结出来的，因此在物理教学中，创设情景的方法也就多种多样了，教师们要学会在这些多样化的教学手段中选取符合自己教学实际的方法，让学生们爱上物理，快乐地学习物理。

一、依托实验创设问题情景

我们都知道物理教学中会设计到很多实验，物理教学是脱离不了实验的。同时，开展实验教学，能够有效地激发学生的兴趣，在实验过程中，学生们的思维会变得更加的活跃，这时，教师如果对学生进行有效的指导，学生们接受新知识的速度将会更快，教学效果将会更加的理想。

比如在讲解“大气压强”时，我就給学生们设计了一个简单的实验。首先，我准备了一个废弃的饮料瓶、一个橡皮塞，还有酒精棉。我先告诉了学生大气压强的基本概念，为了帮助学生们进一步理解抽象的概念，我将事先准备好的实验材料拿了出来。然后，我将酒精棉点着，放入了饮料瓶中，然后快速地用橡皮塞将其堵住。学生们聚精会神地看着我做实验，这时，学生们看到橡皮塞被弹开，发现饮料瓶瘪了下来。接下来，我提问到：“刚才大家也看到我做实验了，实验结果就是这样，那么，你们能告诉我为什么瓶子变瘪了？橡皮塞被弹开了？”学生们快速地说到：“由于大气压强才产生了这样的实验结果。”我让他们详细地解释。经过短暂的思考后，有个学生回答：“酒精棉在瓶子内部燃烧，使得内部气压变小，外部的气压大。由于大气压力将橡皮塞弹开了，使瓶子变瘪了。”

在这个教学片断中，我们可以看到设计实验创设情景，既可以增加教学的趣味性，又可以引发学生思考，使学生进一步掌握知识，提高自身的物理素养。

二、联系生活经验创设问题情景

生活中存在着很多物理现象，其中又蕴含着一定的物理知识。教师可以将其运用到自己的教学中，创设问题情景，让学生们联系生活经验，展开讨论。利用这种方法开展教学，不仅能够帮助学生们有效地掌握知识，同时还能够让学生们的思维得到启发，当他们在生活在面对这些现象时，总能联想到所学的知识。这对于学生物理素养的提高是有深刻的影响的。

比如在讲解“大气压”时，我除了进行实验外，还让学生们联系生活经验，讨论生活中有关“大气压”的例子。学生们经过讨论后，有人说到：“小时候我用针管吸水，就是利用的大气压。”这时，又有学生受到了启发，说到：“玩的水枪，用钢笔吸墨水也体现了大气压的应用。”学生们通过讨论后，进一步加深对对该部分知识的理解。同时，在讲解光的折射时，我和学生说到：“在生活中，你们有没有遇到看到一个清澈的池塘，感觉水很浅，实际水要比想象的深这种情况。”很多学生都点头称是，并且有个学生说到：“有次看到一个小鱼就在水面上，用手去抓的时候，却发现并不像自己看到的那样。”利用生活经验创设了情景后，我又让他们思考为什么会有这种现象，是幻觉还是另有原因。接下来，我对这部分知识进行了讲解，学生们在学习的过程中，明白了这种现象的原因。同时，我也让学生们讨论生活中其他关于“光的折射”的案例。

通过联系生活经验创设问题情景，进一步提高了物理课堂的趣味性，引导学生从生活现象看待物理知识，加强了他们学习物理的能力。

三、利用多媒体技术创设问题情景

随着信息技术的发展，使得教学方式发生了很大的改变。在课堂上，多媒体技术开展教学的现象已经屡见不鲜。利用这种方式，能够表达出在黑板上难以表达出来的东西，并且利用声音、图片、动画等形式还让表达形式变得更加丰富多样。

比如，在讲解“声现象”这部分内容时，我利用多媒体技术给学生们演示动态的声波，让学生们明白声音虽然看不到，但是却是实际存在的。在讲解“物态变化”时，我还利用动画，向学生们展示物态的变化，这让教学显得更加的生动活泼。又比如讲解“光的折射”时，需要教师展示光传播的路线，这时，教师就可以利用多媒体技术，给学生们演示，既能保证画出的图的准确性，又可以提高教学的趣味性。

在这个教学片断中，我们可以发现，多媒体技术不仅能够提高课堂趣味性，而且还可以有效地提高教学效率。利用多媒体创设情景，能够让学生们的大脑快速地运转，不断地思考，更好地理解知识。

总而言之，开展情景教学的目的是为了在提高课堂教学趣味的同时，提高学生们理解感悟物理的能力。教师们要反思教学经验，更加有效地运用这种方法开展教学，展现物理教学的魅力。

【参考文献】

[1] 张怀宇. 记叙性散文情景教学例析[J]. 语数外学习（初中版上旬），2014（09）.

[2] 俞新. 高中数学情景教学探微[J]. 中学生数理化（学研版），2014（12）.

[3] 彭学敏. 高中化学情景教学实施的有效途径[J]. 读书文摘，2015（20）.

物理模型情景论文篇4

一、速度选择器

速度选择器是利用相互垂直的电场和磁场对带电粒子的速度作出选择的装置, 其原理如图1所示。当带正电的粒子从左侧平行于极板射入时, 带电粒子同时受到电场力F=qE和洛仑兹力F=Bqv作用, 当两者等大反向时, 粒子不偏转, 而是沿直线匀速运动, 有qE=Bqv, 所以v=E/B, 即只要粒子 (负电荷也可) 以v=E/B的速度沿S垂直于磁场和电场的方向射入正交的电场和磁场中就不发生偏转, 这样便达到了“速度选择”的目的。

二、磁流体发电机

如图2所示是磁流体发电机, 其原理是:等离子体喷入磁场, 正、负离子在洛仑兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上, 产生电势差, A、B板间产生电场, 正、负离子同时受洛仑兹力和电场力。设A、B平行金属板的相对面积为S, 相距L, 等离子体的电阻率为ρ, 喷入气体速度为v, 板间磁场的磁感强度为B, 板外电阻为R。不接R时, 当等离子体上下不再偏转匀速通过A、B板时, A、B板上聚集的电荷最多, 板间电势差最大, 即为电源电动势, 此时离子受力平衡:E场q=Bqv, 则E场=Bv, 电动势U=E场L=BLv, 电源内电阻:r=ρL/S

接入R后, R中电流:

I=E/ (R+r) =BLv/ (R+ρL/S) =BLvS/ (RS+ρL) 。

三、电磁流量计

如图3所示, 电磁流量计原理可解释为:一圆形导管直径为d, 用非磁性材料制成, 其中有可以导电的液体向左流动, 导电液体中的自由电荷 (正负离子) 在洛仑兹力作用下偏转, a、b间出现电势差, 当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时, a、b间的电势差就保持稳定, 由qvB=Eq=qU/d, 可得v=U/Bd, 流量Q=Sv=πd2U/4Bd=πdU/4B。

四、霍尔效应

如图4所示, 厚度为a, 宽度为b的导体板放在垂直于它的磁感强度为B的匀强磁场中, 当在垂直于磁场方向上通以电流时, 便在垂直于磁场和电流方向的上下两端面上出现电势差, 这种现象称为霍尔效应, 这种电势称为霍尔电势差UH。实验证明, 霍尔电势差UH与通过导体板的电流I、磁场的磁感强度B成正比, 与板的厚度成反比, 即UH=kBI/b, 式中k称为霍尔系数。

霍尔效应可解释为:当电流通过导体板时, 运动电荷在洛仑兹力的作用下偏转, 使上下两面出现异号电荷, 从而产生电势差, 当电场力与洛仑兹力相等时便达到平衡, 即eE场=evB。设导体内电子数密度为n, 则I=nevab, 因EH=UH/a, 代入上式得:

UH=BI/neb=kBI/b (式中k=1/ne) 。

通过比较分析, 发现:1.电荷稳定运动时都是满足洛仑兹力等于电场力;2.对于磁流体发电机、电磁流量计和霍尔效应中上下两极的电势差, 也可从电磁感应的角度进行分析:磁场中的等离子体、导电液体和电子流都相当于长度为L的金属导体垂直于磁场切割磁感线, 因而在其两端将产生感应电动势, 故都有U=E=BLv, 但要明确带电粒子在磁场中因受洛仑兹力作用而上下偏转是产生电势差的根本原因;3.速度选择器上下两板所加的电压为外加电压, 其余三者是发电所产生的电压;4.磁流体发电机和电磁流量计中的导电电荷是正、负离子, 霍尔效应中的导电电荷只是自由电子, 金属正离子并不能自由移动, 因而前二者是正、负离子分别受洛仑兹力作用而上下偏转, 霍尔效应中只是自由电子受洛仑兹力作用而向某一侧偏转。

【例】在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域, 当管中的导电液体流过此磁场区域时, 测出管壁上的ab两点间的电动势为E, 就可以知道管中液体的流量Q——单位时间内流过液体的体积 (m3/s) 。已知管的直径为D, 磁感强度为B, 试推出Q与E的关系表达式。

解:依题意可构建为电磁流量计, 当导电液体流过此磁场区域时, 相当于长为ab的一段导体切割磁感线, 产生感应电动势E=BLv。其中L=D, v为流速。

根据液体流量Q=πD2v/4, 可得

v=4Q/πD2

所以E=4BQ/πD

则Q=πDE/4B

情景教学中的物理实验论文篇5

但在现有的物理实验教学中，实验课的主要功能是帮助学生加深理解物理规律和物理概念，而没有对实验课有更多的功能要求。有相当多的实验是由老师当堂演示，学生仅当观众，而且教师学生都只关注实验结果，对实验过程不予重视。为了节省课堂时间，有些验证性的实验，教师以一句“经多次实验已验证了此定律”。以结论的形式告诉学生，极大弱化了实验在物理学中的作用与地位。学生在实验的众多环节中缺少亲自参与、体验、思考的机会。实验变得枯燥，学生成为老师思维的执行者。被动的学习，实验的作用不能显现出来，有意无意培养了一群盲目崇拜者或盲从者，这对学生的发展是很危险的。

要提高学生的积极主动性，发挥物理实验的教学作用，我认为可根据各个实验的特点，从以下几点改进物理实验教学方式。

一、创设实验，增强感性认识

有些物理概念，规律很抽象，学生很难理解，可利用学生的好奇心，给学生创造观察物理现象的条件，生动的演示实验能象磁石吸铁般的吸引学生的注意，对概念的理解起到事半功倍的效果。

如在讲到“超重和失重”的现象时，一般都以在电梯向上或向下做加速运动时电梯上的人重量发生变化为例来说明这一问题，但有许多没有坐过电梯的学生没有这方面的感受，为了弥补这方面的不足，可补加一个用塑料瓶来观察失重现象的实验，学生通过亲眼观察在底部开有小孔，盛有水的塑料瓶在静止时水从小孔向外射出，作自重落体运动时没有水流出的现象会深刻理解失重的物理含义。

二、增设疑问，激发发现

宋代张子厚说：“学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进，疑则觉悟之机也，一番觉悟，一番长进。”张载也说：“于无疑处生疑，方是进矣。”教与学的双边活动，实际上是以“疑”为纽带的动态统一体系，以问题作为出发点，能激发学生的认知冲突，使学生产生迫切学习的心理，从而造成积极活动的课堂气氛。

例如在讲《动量定理》一课时，教师手拿一个鸡蛋高高举起，突然失手落在地面上的“纸盒中”，在学生“破了”的惊呼声中，教师迅速接住反弹出来的鸡蛋，让学生看到鸡蛋完好无损，之后揭开谜底，原来纸盒中放有一层厚厚的海绵。教师再问，为什么跳高跳远要在沙坑中进行?学生带着新奇的疑问，带着强烈的`求知欲去学习。

例如，在讲《摩擦力》时，先做“筷子提米”实验，学生头脑中会出现许多问题，诸如筷子为什么能把米提起?用什么质地的筷子最好?塑料筷子行吗?学生带着诸多问题听讲，就会保持浓厚的兴趣学习。

以上三个例子，学生从实验现象中能产生好奇心，亚里士多德说“思维自疑问和惊疑开始”。这对于激发他们学习兴趣，提高学习主动性是极有帮助的。一个善教者，不仅要善于答疑，还要善于激疑，引导学生沿着发现问题-分析问题-解决问题这样一条思维发展的正确道路前进。

三、设计实验，引导思维

指导学生进行设计行实验的训练是促进学生手脑紧密联系的一项有效措施，设计性实验力求使学生感到有探索价值和设计必要，能引起学生兴趣，培养学生动手动脑能力。教师只起引导作用，将设计实验的过程交给学生，把学生的思维方法引导到正确的方向上来。

例如，在研究单摆振动规律的教学中，为帮助学生进行实验设计，首先应当向学生介绍在多种因素影响单摆周期的情况下，为了判断周期与某因素的具体关系，较为简便的方法是“控制变量法”，并加以“同时比较”，即在控制其他变量不变情况下，将某一物理量量值不同的两个单摆放在一起摆放，比较振动快慢，从而得到周期与摆球质量以及振幅无关，这样研究的重点就转移到判断周期与摆长的关系上来，至于对有一定难度的周期与重力加速度的关系，引导学生积极思考后，有的学生想到可在摆动的铁球下放一排磁铁(同极向上)，来增加重力加速度值，进而比较周期。

四、改进实验，开阔思路

教材中的实验并非个个都十全十美，即使是伽利略的比萨斜塔实验和卡文迪许的钮秤实验也并非很完美。其中有的实验在取材、原理、步骤、可信度上存在不足缺陷。对不够完善的实验可引导学生根据实验不足之处进行改进。对于学生开阔思路，培养创新思维有不可替代的作用。如做受迫振动演示时，可先按教材做一遍，学生发现振子难以达到稳定状态，教师提问学生，做好这个实验的关键在哪里，有什么办法改进吗?学生进行探讨后，教师再取出一只带有水的烧杯，将振子浸没在水中以增加阻尼，这时摇动手柄，振子就会较快进入稳定振动状态，这一简单改进，不仅使实验现象变得明显，也增强了学生对实验的热情。

浅谈物理课堂情景创设篇6

一、教学情景的含义

“情”是情感体验、动机培养，“景”是教学环境、知识文化背景和各种活动。所谓“情景”，是既有“情”又有“景”，即情景交融。确切地说，教学情景中既蕴涵着一定的知识内容和学习任务，同时又渗透著学习者的动机和情感。因此，课堂教学情景是指教学内容在其中得以存在、运动和应用的环境背景。

二、物理课堂教学情景的创设方法

学生作为课堂教学的主体，都是有着独特个性的个体，他们都有自己的真情实感和判断是非的能力，也有自己的经验和成长背景，更有着自己的问题和困惑。因此，教师结合学生实际，采用下列几种方法来进行教学情景的创设。

1.利用生活经验创设教学情景

“生活无处不物理”，物理来源于生活，并服务于生活，现在人类生存环境的各个角落，物理无处不在。物理教学要贴近学生的生活，要联系实际，增加感性认识。用生活实际创设的物理情景，符合学生的认知特点，能激发学生的学习兴趣。教师将书本与学生生活相融通创设的教学情景，如日常生活中一幅熟悉的场景、一次亲身的经历、一个生动的自然现象、一件有趣的物理事实等，都可以让学生体验物理与日常生活的密切关系，感受学习物理知识的意义与作用，增强学习物理的兴趣和动机，激发学生认识自然和探索科学奥秘的情感，培养分析和解决与物理有关的实际问题的能力。例如，在进行电路设计中病房呼救器电路设计的教学时，教师先让学生回忆进医院探望病人的场景，当病人输液完毕须更换或呼救的时候，病人或家属是怎么做的，护士又是怎么知道的。把物理问题放在一个现实的生活场景中，使学生能够感受到、触摸到，从而增强学生的兴趣。

2.利用科技现象创设教学情景

建构主义学习理论认为，只有当学习内容与学习者的经验、社会环境或自然情景相结合时，所学的知识才容易发生迁移；只有在真实情景中获得知识和技能，才能真正理解、掌握并应用于真实生活和工作环境中去解决实际问题。比如一件与物理有关的对社会、科技发展有影响的事实就能激发学生学习物理的热情，产生学习物理知识的动机，强化自主学习的责任，认识物理在人类认识自然、改造社会、推动人类文明发展中的作用。例如，在进行《机械能与内能的相互转化》的教学时，教师先让学生观看了一段“神六”升天的视频资料，然后让学生猜想火箭上升的机械能是从哪儿获取的，激发学生学习新知识，探索科学奥秘的动机。

3.利用实验创设教学情景

物理是一门以实验为基础的学科，物理实验以其直观性、形象性为学生提供了丰富的感性信息。物理实验教学的六大功能：“丰富感性认识，提高学习兴趣；突破重点难点，理解物理概念；形成物理图像，认识物理过程；启发学生思维，增强探索精神；培养观察能力，掌握实验技能；养成良好习惯，学会科学方法”。在物理教学中，根据教学目标，教者设计一个具有一定趣味性的实验，能唤起学生的求知欲，引导学生通过对实验的观察、研究和分析获得的感性信息去思考问题、探索问题，从而揭示物理现象的本质，探究物理规律。例如，在《变阻器》一节的教学中，教师出示调光台灯，接通电源，让学生观察当教师调节旋钮时灯光的变化，引导学生发现问题：台灯的亮度为什么可以调节？其调光的原理是什么？与我们所学的知识有何联系？这时学生处于迫切需要知道为什么的心理状态，产生较强的情感震撼，需要被唤起，动机被激发，产生进一步学习的兴趣，有利于教学目标的顺利实现。

4.利用有价值的问题创设教学情景

学习过程就是不断发现问题、分析问题和解决问题的过程，学习活动总是在一定的情景中产生和发展的。物理教学就是通过引导学生去探索、解决一个个问题，从而达到掌握知识、发展智力、培养能力的教学目标。新课程就是强调学生尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。通过实验、模型、图表、多媒体等途径，将那些在生产、生活中具有广泛用途的知识点及知识的发现、发展过程中体现出来的科学思想、科学方法、学习策略和解决问题的思路等静态资源，创设成对学生能力的发展和情感培养具有较高价值的问题情景，有利于形成学生主动参与学习活动的情感和氛围，引发学生探求问题的欲望和行为，培养学生的问题意识，发展学生的思维能力。例如，太湖绿藻泛滥问题，石油涨价问题等涉及民生、环保的热点问题。

5.利用学生兴趣创设教学情景

浓厚的学习兴趣，能使学习者产生探究的动机，并以渴望和愉快的心情去学习。激发学生学习兴趣的方法和手段很多，如生活中与所学知识有关的趣事、影视资料等都能吸引学生自觉融入学习活动中。例如，在学习《摩擦力》一课时，教师先播放《西游记》中猪八戒踩在西瓜皮上被滑倒的片段，然后提出问题，猪八戒为什么会摔倒？其中涉及什么物理知识？一下子提高了学生的学习兴趣，产生了强烈的探知欲望。

6.利用多媒体创设教学情景

利用现代多媒体手段，通过音乐、颜色、图片等多种因素构成与本课内容相关的物理情景，更能激起学生兴趣，增强课堂活力，利用多媒体电教设备进行教学拓展了教学空间，给单调的课堂教学注入了活力，演示一种身临其境的氛围，激发学生的学习兴趣。例如，在学习分子运动理论时运用多媒体播放布朗运动来提高学生的学习积极性，加深学生对所学知识的感性认识。

7.利用认知矛盾创设教学情景

新旧知识间的矛盾，日常生活经验与科学概念之间的矛盾，生活常识与客观事实之间的矛盾等等，都可以引起学生的探究兴趣和学习愿望，诱发学生的积极思维，促使学生主动地学习，培养学生在问题解决过程中的创新能力。例如，生活中当人远离镜面时，感觉镜中的像变小了。在探究《平面镜成像》时，教师就利用这一生活经验提出这样的问题“生活中我们发现当人远离镜面时，镜中的像看起来变小了，那么当物体远离镜面时，镜中像的大小是否变化呢？怎样验证？”引发学生积极的思考，深刻地探究和积极地讨论，促使学生达到新的认知水平，使他们在情感、行为等方面获得全面的发展。

三、物理课堂教学情景的创设要点

1.创设基于学生实际，有助于学生实现生活经验物理化的情景

创设情景是为了有利于学生感受物理问题，产生求知冲动，因此情景的创设不能离开学生的生活实际。当学生把课堂当成学习的乐园，才会产生求知欲。因此，教学设计要尽可能结合实际情况，为学生提供真实、生动和富有情感的学习情景。只有这样，才有助于学生对教学素材形成正确的认识，才有利于促进学生在现实环境和主体活动的交互作用中获得全面发展。

2.创设对学生学习有价值的情景

情景的创设要对学生的学习有意义。情景应该是学生所熟悉或可以理解的，然而还必须注意，情景中所包含的物理问题必须对学生是富有挑战性的，能引发学生思考的。情景本身并没有好坏之分，只要能促进学生的有效学习，什么样的情景都是好情景。当有些问题学生不能独立解决时，教师恰到好处创设的问题情景，有助于更好地调动同学参与到问题的研究解决当中来。学生经历了解决问题的过程，体验到“跳一跳摘果子”的成功乐趣，就会产生成就感，体会到成功的喜悦，促进进一步的学习。

高中物理情景教学探讨篇7

一、物理情景的含义

物理情景的含义有二:其一是, 各种简单的物理现象在人脑中的形象, 在人脑中留下的映象;其二是, 物理现象经过分析后, 了解其产生的原因、变化的条件, 弄清问题的性质、遵循的规律等, 从而在头脑中形成对物理现象的本质认识。

二、物理情景在学习中的作用

物理情景在物理学习过程中特别是在培养兴趣, 准确理解概念、规律, 指导学习方法方面有着重要作用。

1. 物理情景是培养学生学习物理兴趣的手段。物理情景首先是物理现象在人脑中的映象。物理现象具有真实、形象、生动的特点, 极易唤起学生的直接兴趣。同时, 物理情景又是物理现象、物理过程经抽象思维处理后在人脑中的产物。它是一幅幅富有生气、富有规律的图景, 它结合了抽象思维, 既富于启发性, 也富于哲理性。因此, 能激发学生的间接兴趣。

2. 创设开放情景———发散思维。从认知心理学来看, 新课教学之后, 简单地布置作业或机械地“一课一练”, 往往会使学生加重疲倦的心态, 此时如果能创设开放情境, 让学生从不同的角度探索解决问题的途径, 就会再次点燃学生思维的火花, 使学生再接再厉地完成迁移训练, 体验到成功的愉悦, 从而培养学生思维的灵活性和发散性。

3. 物理情景有利于对学生进行学法指导。联合国教科文组织总干事埃德加·富尔在其所著的《学会生存》一书中指出:未来的文盲不再是那些不识字的人, 而是指那些不会学习的人。“学会学习”是教育改革的主题, 掌握科学的学习方法是学会学习的关键。当今, 科学方法教育越来越为人们所重视, 在物理教学中应突出“物”和“理”的作用, 以“物”说“理”, 以“物”思“理”。

三、如何加强物理情景教学

在应试教育的干扰下, 教学中的物理情景不受重视, 可以说是走入了物理教学的一个误区, 而物理情景教学是“物”与“理”教学的要求。因此, 教学中应遵循学生的认知规律, 创设良好的物理情景。重视物理现象可以说是物理情景教学最为重要的一个方面。在讲授一个概念、规律时, 都应首先让学生弄清楚物理现象, 在学生头脑中建立起清晰的物理情景, 即让学生有足够的感性认识。

物理模型情景论文篇8

只有创设出好的物理情景, 才可能开展高效的物理课堂。创设好的物理情景既要考虑课程内容, 又要考虑学生已有的知识结构、认知规律, 是一种“以人为本”的创造性活动。教师不仅是课堂的设计者, 更应成为课堂的引领者。这就需要教师不仅要考虑课程教学内容, 还要考虑怎样让学生有兴趣等多方面的因素, 以此来确定设置怎样的物理情景, 并使学生处于最佳的学习状态, 使学生学得更好, 发展得更全面, 从而达到课堂的高效性。下面笔者结合教学实践谈谈在物理教学中创设物理情景的几条途径。

一、创设问题情景, 引发学生自主质疑

爱因斯坦说:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要, 因为解决一个问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已, 而提出问题代表新的可能性, 从新的角度去看旧的问题, 都需要创新性的想象力, 而且标志着科学的真正进步。”问题是思维的起点, 是思维的动力, 学生的创造性思维往往是由遇到要解决的问题而引发的。因此, 精心创设问题情境是培养学生创造性思维的必要途径之一。

二、创设实验情景, 提升学生探究思维能力

重视物理实验, 不仅因为物理学是一门实验科学, 而且还是加强物理情景教学的重要途径之一。一个物理实验就是一个完整的物理图景。让学生亲眼看一些物理现象、亲手做一些物理实验, 然后与理论的学习相互对照、验证, 可以加深理解, 便于形成正确的物理图景。教学中不但要学习教材中的许多演示实验、学生实验, 而且还应巧妙地安排新异、有趣的课外实验, 通过学生动手、动脑, 创设寓教于乐的情境, 激发学生的学习兴趣, 产生动力, 主动探索, 提升探究和思维能力。

事实证明, 学生通过实验获得的学习效果与形成的科学探究能力, 比教师做演示实验或在黑板讲理论的效果要好得多。只有在实验的基础上建立了正确的、经得起实践检验的理论, 才能达到对客观事物规律性的认识。在物理教学中, 教师不但要引导学生自主设计探究性实验, 也要把验证性的实验设计成探究实验, 提高学生的探究思维能力。

三、创设图像、影视教学情景, 吸引学生的注意力

多种媒体 (如计算机、影视图片、声色文字材料等) 应用到物理课堂教学中去, 能紧紧围绕教学内容展示物理现象、描述物理过程、模拟物理情景、分析并揭示物理概念及物理规律。更重要的是它提供的外部刺激不是单一的刺激, 而是多种感官的综合刺激, 多种信息的交互, 能够激活学生的思维, 在思维碰撞中产生有价值的问题。多种信息的刺激, 使得学生思维活跃, 保持探究的兴趣。

四、引用类比、对比教学情景, 增强学生的辨析、判断能力

“要让学生在学习中了解物质结构、相互作用和运动的一些基本原理, 了解物理学的基本观点和思想”, 类比、对比是物理学中的一条基本思想。运用类比、对比方法教学, 以旧带新, 能引导学生的思维从形象提高到抽象, 把陌生的、未知的物理对象和熟悉的、已知的物理对象进行对比。它可以启发思路, 提供线索, 帮助学生在探究的过程中发现物理规律之间的联系, 有效地提出假设, 科学地进行逻辑论证, 也能促进学生加快、加深对新的物理规律和抽象物理知识的理解、记忆及应用。

恰当地运用类比, 物理课堂会更有气氛, 学生的学习兴趣会更浓, 可促进学生“举一反三”、“触类旁通”能力的提高, 增强学生的辨析、判断能力。

五、应用生活实践教学情景, 拓展学生的应用、创新能力

物理理论都来源于实际生活, 同时又指导着我们的生活。学生通过实践活动, 学习和掌握人类自身发展的过程及科学结论形成的过程, 进而促进学生认知结构的形成。物理实践活动应该从学生的直接经验出发, 活动建立在学生浓厚的学习兴趣和强烈的内在学习需要的基础上。学生对于学习对象的主动操作、探索、加工、体验和变革伴随着强烈的情绪体验和克服困难的意志活动, 学生的学习目的不单纯是获得物理知识和科学结论, 更重要的是通过对知识产生过程的重演、再现、探究和思考。作为教师, 应该时时留意, 经常总结, 不断发现有利于教学的生活情景, 因地制宜地应用实际情景引导学生进行科学探究, 拓展学生的应用、创新能力。

创设一个好的物理情景是物理教师教学智慧的体现, 它或许只能纠正学生的一个错误, 或许只能改变一下学生的思维方式。相信在以后的教学中, 只要不断地创设出好的物理情景, 让学生不断地矫正、不断地调整, 一定能提高学生的学习素质, 使学生真正成为学习的主人。

参考文献

[1]钟启泉、胡炳元.物理课程与教学论.浙江教育出版社.2002

[2]课程与教学的基本原理.人民教育出版社.1994

物理模型情景论文篇9

随着企业规模的不断扩大, 越来越有能力承担更多的项目, 因此对哪些项目进行选择, 就成为企业面临的首要问题, 在学术上称为项目组合选择问题, 即指在一系列约束条件下, 选择出一组项目, 以获得最优收益, 并能最大限度满足企业目标。属于较为复杂的运筹学难题, 无论从理论上还是从实践上均具有较强的研究价值。

项目组合选择问题最早可以追溯至Markowitz的研究[1], 其提出的很多思想, 至今仍具有借鉴意义。近年来, 很多学者对项目组合选择问题进行了发展和创新。S.Ghorbani研究了具有计划水平期限的双目标项目组合选择问题, 并设计了基于Pareto思想的多目标求解算法[2]; Chen Jiaqiong研究了具有网络调度形式的项目组合选择问题, 并采用隐枚举算法进行求解[3]; L.Andre′s总结已有研究提出了较为通用的项目组合选择运筹优化模型, 并通过一个案例说明了模型的应用效果[4]。在不确定条件下的研究方面, Christer Carlsson建立了模糊整数规划模型, 用以进行项目组合选择[5];Juite Wang提出了模糊组合选择0-1整数规划模型, 可以在没有可靠信息情况下辅助进行组合选择决策[6]。国内学者杜先进对模糊环境下多目标的项目组合选择问题进行了研究[7]。

从已有研究来看, 项目组合的选择过程均考虑在一个阶段内完成。但是实际上, 项目组合选择是一个多期连续的过程, 具有多阶段特点, 即在本期选择的项目中, 生命周期较长的, 会延续到下期或者后面几期才能完成, 先期完成的项目会释放占用的资源, 企业可以利用这些资源选择和实施新的项目, 因此企业的项目组合选择实际上是一个多阶段连续滚动的过程。当给定阶段数量限制, 并以整个计划阶段内项目整体收益最大为优化目标时, 则转化为底线 (类似总工期) 约束的多阶段项目组合选择问题, 这方面的研究还不多见。

同时, 现有研究或者单纯考虑确定性情景, 或者单纯考虑不确定情景, 但实际情况通常是各阶段情景渐变的。第一阶段选择的项目往往具有较为确定的环境信息, 越后面阶段选择的项目, 就越具有不确定的环境信息, 具有变情景特点。

通过上面分析, 本文研究定位于底线约束的多阶段变情景项目组合选择整体优化研究, 考虑两阶段双情景作为具体的建模仿真研究背景。

2 问题描述与建模

2.1 问题假设

企业要选择的项目通常具有不同的生命周期, 并且多为某标准时间单位 (年、季等) 的倍数, 这里将两阶段情况下, 生命周期长度为一个阶段的项目称为小项目, 为二个阶段的项目称为大项目。一般认为小项目具有较少的资源需求和项目价值, 大项目具有较大的资源需求, 当然也具有较大的项目价值。两个阶段均针对一个候选项目池进行选择, 这里结合实际情况做如下建模假设:

①项目在执行过程中没有间隔, 连续进行, 并且认为项目能够按阶段要求的时间如期完成;

②第一阶段选择的项目, 具有确定的项目价值。由于大项目只能在第一阶段选择, 因此认为大项目在两个阶段均具有确定的项目价值, 这是因为在选择并启动项目时, 往往以合同的形式来约定项目未来的收益, 这样就使得后阶段的项目价值较为确定;

③第二阶段选择的项目, 具有不确定的项目价值。由于第二阶段只能选择小项目, 并且要等到第二阶段才能启动选择的项目, 因此只能事先估计项目价值;

④第一阶段为确定性资源约束, 第二阶段为不确定性资源约束。这是出于对外部资源供应环境的考虑, 通常越往后的阶段供应会越不稳定;

⑤各项目均具有确定的资源需求。这是由项目自身的运作规律决定的。

2.2 问题描述

设有候选项目集A, 其中共有n个项目, A′1-1表示第一阶段已选择的小项目, A′1-2表示第一阶段已选择的大项目, A2-1表示第二阶段中可以选择的小项目, A2-2表示到第二阶段未选的大项目, A′2-1表示第二段中已选择的小项目。则有: A′1-1∩A′1-2=∅; A′2-1∈A2-1; A2-1= (AA′1-1∪A′1-2) ) A2-2; 符号表示去除后面的集合。具体组合选择结构如图1所示。

其中1, 2, 3表示第一阶段已选择的小项目A′1-1={1, 2, 3}, 4, 5, 6表示第一阶段已选择的大项目A′1-2={4, 5, 6}, 延伸到第二阶段完成, 第一阶段获得的总项目价值用确定值V1表示, 大项目在第二阶段内的项目值用确定值V1-2表示, 7, 8为第二阶段选择的小项目A′2-1={7, 8}, 具有模糊的项目价值 $\tilde{V}$ 2, 模糊期望值为E ( $\tilde{V}$ 2) 。第一阶段总资源约束为确定值R1, k, 表示对k型资源的总约束, 第二阶段总资源约束为模糊值 $\tilde{R}$ 2, k, 其中k=1, …, K, K为最大资源数量, 优化目标是求整体项目价值最大。即:

$\max V = V_{1} + V_{1 - 2} + E (\tilde{V}_{2}) (1)$

对于第二阶段选择的项目由于是不确定环境, 项目值为模糊数, 因此具有一定的收益风险, 以Var ( $\tilde{V}$ 2) 表示第二阶段所选项目值的方差, 用比值 $V a r (\tilde{V}_{2}) / E (\tilde{V}_{2})$ 作为风险的度量指标。则可建立如下双层0-1整数规划模型。

2.3 优化模型

上层模型:

$\begin{array}{l} \max V = \sum_{i = 1}^{n} v_{1, i} x_{1, i} + \sum_{l \in A^{'}_{1 - 2}} v_{2, l} + E (\tilde{V}_{2}) (2) \\ s . t . \sum_{i = 1}^{n} r_{1, i, k} x_{1, i} \leq R_{1, k}, k = 1, \dots, Κ (3) \end{array}$

其中, x1, i={0, 1}, 表示第一段项目组合选择的决策变量, 当选择项目i时, 值为1, 否则, 值为0。

式 (2) 为目标函数, 式 (3) 为资源约束, v1, i表示第一阶段选择的项目i在第一阶段的项目值; v2, l表示第一阶段选择的大项目l在第二阶段的项目值; r1, i, k为第一阶段项目i对资源k的需求。

下层模型:

$\begin{array}{l} \max E (\sum_{j \in A_{2 - 1}} \tilde{v}_{2, j} x_{2, j}) (4) \\ s . t . \sum_{l \in A^{'}_{1 - 2}} r_{2, l, k} + \sum_{j \in A_{2 - 1}} r_{2, j, k} x_{2, j} \leq \tilde{R}_{2, k} (5) \\ \frac{V a r (\sum_{j \in A_{2 - 1}} \tilde{v}_{2, j} x_{2, j})}{E (\sum_{j \in A_{2 - 1}} \tilde{v}_{2, j} x_{2, j})} \leq θ (6) \end{array}$

其中: x2, j={0, 1}, 表示第二段项目选择的决策变量, 当选择项目i时, 值为1, 否则, 值为0。

式 (4) 为下层目标函数, 即第二阶段选择项目的模糊期望值最大化;式 (5) 为资源约束;式 (6) 为风险约束, θ为风险置信水平。 $\tilde{v}$ 2, j表示第二阶段小项目j的模糊价值;r2, l, k表示第二阶段大项目l对资源k的需求;r2, j, k表示第二阶段小项目j对资源k的需求。对于下层模型可以采用模糊理论进行确定性转化。

2.4 确定性转换

①模糊期望值和方差[6]

设有梯形模糊数 $\tilde{A} = (a, b, α, β) ‚ a < b$ , 其中α、β为左右两边跨度;则 $\tilde{A}$ 的模糊期望值为:

$E (\tilde{A}) = \frac{(a + b)}{2} + \frac{(β - α)}{6} (7)$

$\tilde{A}$ 的模糊方差为:

$V a r (\tilde{A}) = \frac{(b - a)^{2}}{4} + \frac{(b - a) (α + β)}{6} + \frac{(α + β)^{2}}{24} (8)$

当a=b时, 则可转化为三角模糊数的表示形式。

②可能性理论的应用

由于下层模型具有模糊系数, 因此应用可能性理论对其进行确定性转换。

对于 $\tilde{a}$ , $\tilde{b}$ 两个模糊数, 其隶属度为μ $\tilde{a}$ (x) 、μ $\tilde{b}$ (x) , 则可能性pos (·) 度量方法如下[8]:

$p o s (\tilde{a} * \tilde{b}) = \sup {\min (μ_{\tilde{a}} (x), μ_{\tilde{b}} (x)), x, y \in R, x * y}$

其中, 符号*表示>、 <、 =、 ≥、 ≤等关系。当用c表示一个确定数, 用上文 $\tilde{A}$ 表示模糊数, 则对于形如: $c \leq \tilde{A}$ 的约束形式, 可采用可能性表示为 $p o s (c \leq \tilde{A}) \geq η$ , 其中η为约束置信水平, 进而转化为如下的确定性不等式:

$\frac{b + β - c}{β} \geq η (9)$

证明可参见文献[9]。

③下层的确定性优化模型

$\begin{array}{l} \max \frac{\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, a} x_{2, j} + \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, b} x_{2, j}}{2} + \frac{\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, β} x_{2, j} - \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, α} x_{2, j}}{6} (10) \\ s . t . \frac{R_{2, k, b} + R_{2, k, β} - (\sum_{l \in A^{'}_{1 - 2}} r_{2, l, k} + \sum_{j \in A_{2 - 1}} r_{2, j, k} x_{2, j})}{R_{2, k, β}} \geq η (11) \\ \frac{\frac{(\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, b} x_{2, j} - \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, a} x_{2, j})^{2}}{4} + \frac{(\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, b} x_{2, j} - \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, a} x_{2, j}) (\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, α} x_{2, j} + \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, β} x_{2, j})}{6} + \frac{(\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, α} x_{2, j} + \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, β} x_{2, j})^{2}}{24}}{\frac{\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, a} x_{2, j} + \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, b} x_{2, j}}{2} + \frac{\sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, β} x_{2, j} - \sum_{j \in A_{2 - 1}} v_{2, j, α} x_{2, j}}{6}} \leq θ \\ (12) \end{array}$

对于上面建立的两层0-1整数优化模型, 采用智能优化算法是较为理想的选择。

3 算法设计

3.1 路径再连接技术及其改进

路径再连接是利用算法运行中产生精英解的相关信息进行局部搜索, 以期获得更高质量的解[10,11,12]。通常从精英解中选取两个多样性较好的解, 一个作为初始解, 另一个作为目标解。通过一定规则构建一个从初始解到目标解的路径, 路径中会形成中间解, 在这些中间解中寻找比精英解更好的解进行替换, 如果没有超过精英解, 则保留目前精英解。

本文依据路径再连接的基本思想, 设计了适用于0-1编码的路径再连接方法, 逐次替代反转法, 下面用实例加以说明:

设有初始精英解:<0, 1, 0, 0, 1, 0…>;目标解:<1, 0, 1, 1, 0, 1, …>。

逐次替代反转法:

$< 0, 1, 0, 0, 1, 0 \dots > \to < \underline{1}, 0, 1, 0, 0, 1 \dots > \to < \underline{1}, \underline{0}, 0, 1, 0, 0 \dots > \to < \underline{1}, \underline{0}, \underline{1}, 0, 1, 0 \dots > \to < \underline{1}, \underline{0}, \underline{1}, \underline{1}, 0, 1 \dots > \to < \underline{1}, \underline{0}, \underline{1}, \underline{1}, \underline{0}, 0 \dots > \to < \underline{1}, \underline{0}, \underline{1}, \underline{1}, \underline{0}, \underline{1}, \dots > \dots$ 该方法是以目标解逐次替代初始解的前端, 然后以初始解后端的反转作为中间解的后部分, 直到最终达到目标解。

3.2 GA+PR算法流程

本文对于上、下层模型均采用标准遗传算法 (GA) 进行求解, 在上层算法中嵌入PR局部搜索技术, 形成GA+PR算法, 以提高获得解的质量。算法流程如下:

① 上层随机生成初始个体, 并进行约束检查, 合格个体计算上层目标值;调用下层优化程序, 返回下层目标值和下层优化解, 计算总目标值。直至达到上层种群规模pop;

② 以总目标值表示适应度, 采用锦标赛方式进行选择;

③ 采用两点交叉和均匀变异, 生成子代个体, 并进行约束检查, 合格个体计算上层目标值;调用下层优化程序, 返回下层目标值和下层优化解, 计算总目标值;

④ 对产生的子代选出精英解, 应用本文设计的PR算法进行局部搜索;

⑤ 对父代和子代进行重组;

⑥ 如果没有达到最大迭代次数, 转②, 达到最大迭代次数, 进行相关信息保存;

⑦ 算法结束, 输出结果。

下层标准遗传算法中, 选择, 交叉, 变异方式同上层, 只是种群规模和迭代次数与上层有所差异, 且没有PR局部搜索的爬山环节。

4 实验分析

考虑某企业以两阶段 (如两年) 为期限进行项目组合选择, 可选项目数量为40, 各项目的生命周期按等概率在1和2之间随机选取。对于模糊变量为了便于计算, 这里采用三角模糊数表示模糊变量, 并且考虑一种类型的资源约束。大项目和小项目在两个阶段的资源需求在[45～50]和[55～60]区间随机生成, 大项目在两个阶段的价值在[250～300]区间随机生成, 小项目的确定价值和模糊价值在[200, 250]和 ([200～250], [10～20], [10～20]) 区间随机生成, 总资源约束R1, 1取1100, $\tilde{R}$ 2, 1取[1100, 200, 200], η取0.8, θ∈[0.2, 0.3.0.4, 0.5]表示不同的风险水平。算法参数方面: 上层种群规模和迭代次数均为40; 下层迭代次数10, 种群规模40。上、下层交叉和变异概率均为0.9和0.1。图2表示θ=0.5时算法的比较结果, 表1列举了不同风险水平下的项目组合选择结果和总项目价值。

注: 2～4列数字为选择的项目编号。

从表1可以看出随着风险水平的放宽, 第二阶段选择的项目数量有所增多, 项目值也逐渐变大。通过对表1的分析, 可以得出各种风险水平下具有鲁棒性的核心选择项目, 比如第一阶段大项目中的6, 9, 16, 18, 20, 21, …, 第二阶段的2, 8, 36等, 识别这些核心项目的意义在于:这些核心项目是构成企业未来稳定获利的基础, 可以使企业在进行选择决策时, 清楚哪些项目是选择的重点, 进而为制定应急选择计划提供依据。

5 结语

本文从实践角度对两阶段双情景情况下的项目组合选择整体优化问题进行了建模研究, 并设计了相应的求解算法, 得出了一些有益结论。比较单一阶段和单一情境下的研究, 更能反映现实的选择情况。后期研究考虑多阶段、多情景的项目组合选择优化建模, 设计更加高效的算法, 并考虑进行实践应用研究。

摘要：通过实践分析, 提练出两阶段双情景项目组合选择整体优化问题, 建立了双层0-1整数规划模型, 上层模型为确定性情景, 以两阶段所选项目整体价值最大为优化目标;下层为不确定性情景, 以下层选择项目期望值最大为优化目标, 并采用方差与期望值比值作为风险约束条件。应用可能性理论对下层模型进行了确定性转化。在遗传算法 (GA) 基础上, 结合路径再连接 (Path Relinking, PR) 局部搜索技术, 设计了GA+PR算法, 仿真测试验证了算法的有效性。实验得出了不同风险系数下的优化结果, 并通过分析获得了较为鲁棒的核心选择项目, 可以为企业进行项目组合选择决策提供参考。

关键词：两阶段,双情景,项目组合选择,整体优化

参考文献

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核电厂操纵员情景意识评价模型篇10

三哩岛核电站事故之后,人因失误分析成为核安全科学重要组成部分。系统风险分析中采用人因可靠性分析方法(HRA:human reliability analysis)来考虑人因失误带来的风险, 如THERP方法[1],CREAM[2]和ATHEANA方法[3]。这些方法考虑了电厂操纵员行为的 “情境(context)过程”, 但缺乏情景本身对于操纵员行为影响的描述。电厂实际中, 操纵员对情景的控制, 即情景意识(SA,situation awareness)是HRA需要考量的重要因素。韩国新一代核电厂APR1400主控制室人机界面(MMI:man-machine interface)评价系统(HUPESS:human performance evaluation support system)中,SA为重要因素[4]。

迄今为止,Endsley[5],Bendy 和Meister[6],Adams[7]等发展了SA评估模型,定性描述了MCR中操纵员的SA发生的内部过程。Miao等[8]以及Kim和Seong[9]发展了定量分析操纵员SA可靠性评估方法。然而,上述方法没有提供操纵员SA的外部影响因素的传递和作用过程。本文试图建立核电厂多层次SA因果概念模型,结合贝叶斯网络(BN, Bayesian network)建立考虑外部因素影响的操纵员在系统异常状况下SA的定量分析模型,为核电厂安全评价中HRA分析的良好实践提供基础。

2 操纵员SA因果概念模型

概率安全评价(PSA:probabilistic safety assessment)中的HRA模型包括操纵员事故后的察觉、诊断和执行[10],考虑SA的HRA模型[11]如图1。

基于实际的电厂分析,结合图1,详细分析电厂操纵员SA产生的背景和内部机理,建立SA概念模型(图2)。

2.1 组织状态层

操纵员情景意识的形成,整体来说是由各种组织管理因素构成。包括工作设计,教育/培训,人员分配,人机界面设计和技术系统设计。在组织过程中,存在人员之间的相互影响,如人员分配中值长(SRO)对于操纵员(RO)负有监督责任。

2.2 情境状态层

情境状态错误层对SA有着直接的影响,进而对人的可靠性发生影响。因为这是一线操纵人员在操作过程中需直接面对的非持久性影响和交互作用。它包括人机界面因素、工作环境因素、任务因素以及信息状态因素,详细的解释与进一步的分类见参考文献[12]。

2.3 个体因素触发层

个体因素触发层由人的生理特征、心理状态、记忆中的信息,以及人的素质和能力因素构成,包括压力、知识和经验以及注意水平。核电厂HRA中,压力来源于操纵员对于系统在事故后产生的巨大社会后果以及由于系统本身的设计带来的时间压力。知识和经验与操纵员的培训水平有关。注意水平更多的是考虑不良的情境状态因素对人的心理状态和生理状态的影响。

2.4 SA形成

人的情景意识一般由各种人的认知域组成,认知域由感知,解释和预测三个部分组成。注意和记忆属于人的认知的内在固有属性,根据图1-Endsley SA模型,操纵员的认知过程为:首先感知到外部信息(Level 1),然后通过对信息的进行解释(level 2)、确定解决策略并制定执行计划(level 3)。

3 核电厂操纵员SA评价模型

3.1 基于贝叶斯网络建立操纵员SA评价模型

当发现电厂出现异常状态之后,操纵员根据收集到的信息,对异常状态进行评估。Endsley[13]认为影响SA的因素有任务因素、系统因素以及个体因素。任务因素涉及压力、工作负荷、任务的复杂性。系统因素涉及系统的能力、界面设计、自动化程度。在个体因素中, 像目标、期望、长时记忆中的信息以及信息处理机理都属于个体因素。Lee和Seong[14]认为影响情景意识的关键因素是注意力、心理认知模式(mental model)以及工作记忆衰退(working memory decay)。他们认为心理认知模式是贮存在长期记忆(long-term memory)对事物在现实世界如何工作的思维过程的解释,在组织学习、教育、培训以及其它的实践经验中使操纵员形成的有关电厂的动态特性的心理认知模式。基于上述情景意识因果概念模型,与有经验的电厂操纵员的访谈以及专家意见,建立的SA评价的贝叶斯网络模型如图3所示。

3.2 确定节点变量的先验概率和条件概率

(1)根节点先验概率的确定

建立诊断行为的操纵人员的贝叶斯网络模型之后,由人因专家、电厂操纵人员(5值共25个操纵员)对网络中的节点变量的先验概率进行评估。由专家给出每个节点状态(包含二种或三种状态)的最小可能概率和最大可能概率,然后采用递归技术(特尔斐方法)以保证变量的评估结果收敛,并通过讨论和访谈的方式对收敛的结果进行更进一步的调整,确定最终收敛结果。

(2)确定中间变量的条件概率的方法

不失一般性,可构建简单的贝叶斯网络图如图4所示。变量Yj受Xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)的影响。则可通过以下步骤来确定节点变量Y1的状态值和处于对应的“好”“中”“差”状态的概率。

①确定中间变量的父节点的状态确切值。

假设所有的节点变量都有三种状态,分别抽像为“好”“中”“差”,具体对每个变量的状态不一定用“好”“中”“差”来描述。并且每种状态可采用模糊集合来表示(见图5),对应的具体数值分别采用三角形重心解模糊法式(1)来确定。

$F_{i} = \frac{[u_{i} - l_{i}] + (m_{i} - l_{i})}{3} + l_{i} (1)$

因此,可得到每个变量的父节点的各个状态xi1(i=1,2,…,n)“好”“中”“差”的确切值分别为:5/3、5和25/3。

②确定中间变量的父节点的权重。

在网络中,不同的父节点对其下一级子节点的影响程度不同,具有不同的权重。因此,需确定Xi1对Y1的影响权重值wi1(i=1,2,…,n), wi1∈[0,1], 且 $\sum_{i = 1}^{m} w_{i 1} = 1$ 。权重的确定可由专家来判定,可选取模糊层次分析法进行确定。通过专家评判,到得各变量的权重结果见表2,其中,TD,SS,WL,AT,PL, ET,PA,KE,WE,MM,TS,DF,IS,IV,AL,DR分别表示任务设计,系统状态,工作负荷,可用时间,压力水平,教育培训,人员配置,知识经验,工作环境,人机界面,技术系统,显示器特性,信息的醒目性,信息的重要性,注意水平以及SA评价。

③确定节点变量Y1的状态确切值y1:

$y_{1} = x_{11} w_{11} + x_{21} w_{21} + \dots + x_{n 1} w_{n 1} (2)$

④将确切值化为状态等级的概率值

为了将得到的确切值转化为所对应的三种状态等级的概率值,以确定相应的条件概率,通过专家讨论选用常用的三角形隶属函数表示的模糊集来描述因素状态等级值,建立状态确切值与对应的状态等级“好”“中”“差”的隶属函数关系,如图5。

设对于节点变量a, 其三角形隶属函数的论域为 [0,u], 则三角形隶属函数可确定为: A*=(al,am,au), 其中, 0≤al≤am≤au≤u, 如图5所示。则其隶属函数为:

$μ_{A^{*}} (x) = {\begin{matrix} \frac{x - a^{l}}{a^{m} - a^{l}}, & a^{l} \leq x \leq a^{m} \\ \frac{a^{u} - x}{a^{u} - a^{m}}, & a^{m} \leq x \leq a^{u} \\ 0, & 其它 \end{matrix} (3)$

将确切的状态等级值代入式(3)可得到相应的隶属度,即属于某种状态的程度。如,工作设计“不合理“(对应的值为5/3), 系统状态“一般”(对应的值为25/3)。其父节点工作设计和系统状态对子节点工作负荷的影响权重分别为0.3和0.7。由式(2)可得到工作负何的确切值为5/3×0.3+25/3×0.7=6.33,代入式(3)并根据图5可知, 工作负荷处于“中等”的概率为0.734, 处于“高”的概率为0.266, 处于“差”的概率为0。同理可得“工作设计”和“系统状态”在其他状态组合下“工作负荷”所处不同状态的概率(表3)。其它条件概率亦可用类似方法获得。

3.3 进行贝叶斯推理

根据确切的变量的先验概率和条件概率,利用微软开发的可支持贝叶斯概率模型的创建、操作和评价的MSBNX, 来构建选取的范例进行概率推理。推理算法是基于下列四个方程[15]:

(1)条件独立:

$Ρ (X_{1}, X_{2}, \dots, X_{n}) = \prod_{i = 1}^{n} Ρ (X_{i} | Ρ a r e n t s (X_{i})) (4)$

(2)联合概率:

$Ρ (Y = y_{j}, X = x_{i}) = Ρ (X = x_{i}) \cdot Ρ (Y = y_{j} | X = x_{i}) (5)$

(3)边缘化定理:

$Ρ (Y = y_{j}) = \sum_{i} Ρ (X = x_{i}) \cdot Ρ (Y = y_{j} | X = x_{i}) (6)$

(4)贝叶斯定理:

$Ρ (X = x_{i} | Y = y_{j}) = \frac{Ρ (X = x_{i}) \cdot Ρ (Y = y_{j} | X = x_{i})}{Ρ (Y = y_{j})} (7)$

①因果推理

因果推理由原因推知结论,是一种自上向下的推理。在给定的原因或证据的条件下,使用贝叶斯网络推理计算,求出结果发生的概率。本例中,在正常情况下(即各变量服从专家初始描述的分布),得到核电厂异常条件下,操纵员SA失误概率为:OSAF=0.168,则操纵员的SA成功概率为:OSAR=0.832。

如果通过对实际电厂的情境状态进行评价,得到的原因或证据为:“工作设计”是“充分的”; “系统状态”的复杂性“一般”; “完成任务的可用时间”的状态是“充分的”; “教育培训”的状态为“充分的”; “人员分配”所处的状态为“合适的”; “人机界面设计(MMI)”所处的状态为“可接受的”; “技术系统”的状态为“合理的”; “工作环境”为“有利的”; “信息的重要性”为“非常重要”。则通过推理得到在该给定的证据情境下,操纵员的诊断行为的可靠性为:OSAR=0.941,则人的失误概率为:OSAF=0.059。

②诊断推理

诊断推理是由结论推知原因,是一种自底向上的推理过程。目的是在已知发生了某些结果, 根据贝叶斯网络计算,得到造成该结果发生的原因和发生的概率。在选取的人因事件中,假设发生SA错误,利用贝叶斯法则可计算出相应的后验概率。

本文以各个根节点的“最差状态”为例:

如,由推理公式计算可得P(工作设计不合理|SA失误)=0.10398,其余的分别见表4。

将上述后验概率与“工作设计不合理”“系统状态复杂”“完成诊断的可用时间不充分”“教育培训不充分”“人员配置不合理”“工作环境不利”“人机界面设计不合理”“技术系统设计不合理”“从界面获取的信息无关紧要”的先验概率(由表1可知, 它们的先验概率分别为: 0.1, 0.01,0.1,0.05,0.1,0.1,0.05,0.02,0.05)进行比较,得到变化的百分比,见表4所示。

由表4可知,在SA评价中,可用时间不充分,教育培训不充分,信息无关紧要,人员配置不合理的后验概率比先验概率发生很大的变化(分别提高98.98%、98.32%、71.56%、47.35%),这表明节点“SA因子”对节点“完成诊断的可用时间”“教育培训”“界面显示的信息的重要性”“人员配置”很敏感。这些节点状态的微小变化,可能对人的SA影响很大。也就是说,在操纵员SA评价中,可用时间不充分,教育培训不充分,信息无关紧要,人员配置不合理等影响较大。分析可知,为了建立良好的操纵员SA,应在完成诊断任务的可用时间,教育培训,人员配置、信息的重要性(重要信息优先显示)等方面加强。

4 结论

迄今为止,已经发展了许多先进的偏重执行型失误分析的HRA方法(如CREAM和ATHEANA)以及基于仿真的HRA方法(如IDAC[16])。外部因素对操纵员SA的影响和传递是上述方法的基础。本文建立的模拟组织因素对操纵员SA的多层次概念因果框架,结合贝叶斯网络建立状态评估模型,进行因果推理和诊断推理。①基于系统理论建立的组织定向SA因果概念模型,描述了组织中各层次之间的因果关系,为建立特定情境下的人因失误因果模型提供指导。②基于贝叶斯网络建立的SA评价模型,在给定的证据条件下,不仅能分析操纵员的可靠性,而且能识别引起状态评估失误的最可能根原因。③由于贝叶斯网络进行概率推理所需精确信息(如条件概率)一般很难获得,因此,在确定贝叶斯网络中的条件概率中,提出了一种新的模糊决策方法,用于确定节点变量的条件概率,避免专家判断的主观性和非一致性,更符合人的实际思维。

谈情景模型对高中诗歌教学的启迪篇11

高中诗歌教学只是整个教学内容的一小部分，老师没有足够的时间研究诗歌，学生也没有足够的时间学习诗歌，面对用凝练的语言、充沛的情感以及丰富的意象来高度集中地表现社会生活和人类精神世界的古典诗歌，老师指导不到位，课堂效率不高，学生的接受效果自然不理想。虽然我们通过资料书、网络可以快捷地找到关于某一首诗歌的背景、赏析过程，但学生学了后还难以把它变成自己的鉴赏能力，难以把这种能力迁移到自己未学过的诗歌上，鉴赏能力还处于较低水平。

这与我们的老师只局限于教科书上的若干首诗歌，没有把学生真正带进诗歌的情景，没有让学生真正体会到诗人创作时的来龙去脉、情感思绪的变化有很大的关系。基于这个基本事实，参考自己在诗歌教学上的一点体会，本人认为应通过建立情景模型，找出景、事、物与作者主观情感的对应关系，才能让学生快速把握诗歌的内容与情感，提高课堂效率，才能真正陶冶学生的心灵，提升学生的审美境界。

二、情景模型对高中诗歌教学的启迪

情景模型的构建根源于诗人——诗歌——读者的动态流程中。笔者认为，情景模型的构建最重要的是读者，也就是我们的学生。模型构建前先要了解我们的学生，学生是接受理解情景模型的主体。这启示我们，诗歌教学不仅要关注教师的教学策略和教学过程，也要分析学生在诗歌学习上如何接受，如何消化并迁移老师教授的鉴赏方法。教师在备课时要预先想到农村学生关于诗歌的知识积累、平时阅读的经验、文化上的积淀、学习诗歌的热情与敏感度等基础条件；其次是一个班的不同层次的学生的诗歌鉴赏能力有没有共通点。要想学生真正具备独立鉴赏诗歌的能力，必须发挥教师的阶梯作用，教会学生建立情景模型。

1.把握作者的时空意识。古典诗歌的作者无论是叙事、写景，还是抒情、说理，都有自己的时空意识。时，即时间意识，反映的是作者的生活经历和时代；空，即空间意识，体现出作者的视域与视点变化。作者把自己放在特定的时间和空间中。在鉴赏诗歌时，教师引导学生以作者为中心点，建立时空坐标，然后把自己想象为作者，从作者的位置观察作者目光所及处，注意位置的变动（高低远近）与时间的变化（四季更迭、早晚交接），在黑板上标出关键的词语，让学生通过这些关键词重构情景。这些变动被作者写进诗歌中，用来表达某种意图，而如何成功解读诗歌中的意图则成为进一步鉴赏的关键。

2.找出诗歌中隐藏的对应关系，形成关系模型图。把握了作者的时空意识后，还要作进一步的比较，以确定作者的真正意图。开始的时候教师要反复演示给学生看，为学生形成稳定有效的鉴赏思路架好阶梯。教师充当引导者，让学生能顺利进入诗歌的情景，领略到诗歌的艺术价值与现实意义。教师的作用是把作者经过构思后形成的作品通过构建情景模型还原作者创作时的构思过程，铺设一条鉴赏诗歌的路，剩下的就让学生自己感悟。

3.在建立的情景模型中体会化景物为情思的艺术效果。我国的古典诗歌离不开抒情，抒情则需要借助一定的景物。抽象的情绪难以捉摸，必须依托具体可感的景物才易被人理解。这就涉及到主观与客观结合的问题，也即诗歌中的虚与实的问题。宗白华先生在谈到虚与实的关系时说到：“化景物为情思，这是对艺术中虚实结合的正确定义。以虚为虚，就是完全的虚无；以实为实，景物就是死的，不能动人；唯有以实为虚，化实为虚，就有无穷的意味，幽远的境界。”这就是说要做到化景物为情思，需要注意虚实的转换。在建立的情景模型中可以很清楚地看出哪些是实的，哪些是虚的，但情景模型也只是一种粗略的模型，学生未必能因此进入诗歌的意境，需要教师进一步引导。

学生虽有形象思维，但面对年代久远的诗歌还是难以理解那么抽象的意境。教师可以根据自己的领悟写出短小的鉴赏文段，课堂上可以根据展现出来的情景模型用连贯的语言串联起来，让学生在情景模型中补充、完善，领悟作者精心创设的意境，感受作者的情感。到了这一个层次，学生应该能独立自主地鉴赏诗歌了，其心灵会得到陶冶，其审美境界会得到提升。

谈初中物理教学情景的创设篇12

一、创设悬念情景, 引发学生认知冲突, 产生学习的需要

在学生掌握知识与技能的认知过程中, 教师的教只是学生学习的外因, 这种外因只有通过学生的内因才能起作用。现代教学论认为, 在教学过程中教师的任务是为学生创设学习的情景, 使学生产生好奇, 吸引学生的注意力, 激发学生的兴趣, 尤其是在新课引入时, 教师可以依据教学内容创设悬念情景来诱发学生想揭密的问题意识, 从而充分调动学生的“知、情、意、行”协调地参与到教师所设定的问题解决过程中。

如在苏科版物理八年级 ( 上) 的《平面镜》的教学中, 我设计了这样的情景引入课题: 展示一段秀丽的山水视频配以优美动听的民族音乐。远看群山环抱, 近看江水清澈见底, 山中有水, 水中有山, 山水一色, 浑然一体, 一少数民族少女倚立船头, 她的倩影清晰倒影在水中。忽然, 清风吹来, 水中泛起阵阵涟漪, 水中的人影、树影、山影立即晃动着, 瞬间消失, 不见踪影……

师: 同学们, 请仔细观赏影片, 根据场景提出一个你最感兴趣的物理问题。

生: 为什么平静的水面能形成美丽的倒影? 而水波荡漾时, 就没有倒影了呢?

师: 你真聪明, 这是个很好的发现! 让我们一起来寻找答案。

在宁静优美的情景中, 对平面镜知识的探索悄然展开。

二、创设活动情景, 激发学生自主探究, 引导合作交流

在教学时, 教师精心创设情景, 让学生主动动手, 自己去探究、实践、创新, 这样才能深刻地理解物理知识, 从而激发他们学习物理的持久兴趣, 培养他们的实践能力和探究精神。

如在九年级 ( 上) 《电路连接的基本方式》的教学中, 传统的教学方式往往是开门见山指出电路连接有串联和并联两种基本方式, 接着平铺直叙什么是串联? 什么是并联?最后是识别串联和并联电路。这样的课堂, 学生被动地接受知识, 使学生的探究意识和实践能力都得不到增强。我在教学中创设了这样的活动情景: 在学生学了简单电路后能成功连接一只灯泡发光电路的基础上, 我提出能否使两只小灯泡在同一个电路中发光? 学生在这样的情景驱动下展开了积极主动的探究活动, 教师这时成了附属于学生活动的辅导者; 接着根据学生的探究结果进行了展示和讨论, 这时教师成了组织者; 最后在教师的引导下总结出电路有两种基本的连接方式: 串联和并联。

课程标准要求培养学生自主、合作和探究的学习方式, 教师应当是课堂的组织者和引导者。通过活动情景的创设, 这一课程理念能得以很好的贯彻。

三、创设应用情景, 引导学生运用物理知识解决实际问题

说起情景, 一般老师往往只是想到情景的引入。的确, 良好的开端是成功的一半。但情景的创设不应只在课堂的开始阶段, 在整个的教学过程中, 特别是在知识的应用过程中, 都可以根据具体情况创设合理的情景来进一步激发学生的参与热情。雄伟壮丽的人民英雄纪念碑是天安门广场的标志性建筑之一, 它悼念了为中国革命事业而献身的英雄。在学习了密度知识后, 我安排学生如何应用密度知识测量纪念碑的质量。学生在应用知识、查阅资料解决问题的过程中既锻炼了应用能力, 又得到了情感教育。

又如学习了电学知识后, 我布置学生研究性学习“家庭用电的浪费调查与节约措施”。学生在研究性学习过程中, 既巩固了所学知识, 又培养了节约和环保意识。他们提出了很多创造性的节电方法, 实现了“从物理走向社会”的课程理念。

四、创设故事情景, 培养学生情感, 提升价值观

物理故事、物理典故既反映了知识形成的过程和知识点的本质, 更向我们展现了前辈们在科学探究道路上的艰苦跋涉, 是培养学生高尚情操的巨大宝库。牛顿的勤于思考、大但想象, 伽利略的勇于怀疑和执著追求, 法拉第的勤奋刻苦和坚持不懈, 都是激励学生的动人事迹。用这样的故事来创设情景不仅能够加深学生对知识的理解, 还能激发学生学习物理的兴趣, 锻炼意志, 树立科学的人生观、价值观。

【物理模型情景论文】推荐阅读：

建构物理模型10-27