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关键词： 新课程   物理课堂   教学改革   思考  

摘要： 首先阐述新课程对物理教学的要求:新的育人理念、新的教学方法、新的教学过程,以此确立研究基点;然后详细论述物理课堂进行教学改革的尝试:改革教学氛围体现人文性、改革教学过程体现主体性、改革教学关系体现合作性,借此完成本次研究。

关键词： 创客教育   物理课堂   学生参与度   影响因素   调查研究  

摘要： 创客教育是一种强调创新实践、自主探究的全新教育模式,不同于传统的教育模式,创客教育在课堂上更加强调学生的主体性,并采用现代智能及信息技术为学生创设问题主导型教学情境,引导学生自主探究,鼓励学生将创新想法付诸实践活动,通过实践创造加深对知识的理解,以此来重点培养与提升学生的创新思维与实践应用能力。初中物理的学科知识相对抽象,而且涉及大量的物理实验,学生如果不通过实验操作来进行自主探究,很难深入理解实验现象背后的物理学知识。将创客教育理念应用于初中物理课堂,引导学生积极参与,以此来显著提升初中物理的课堂教学效果,有着重要意义。研究要按照“理论研究—案例导入—影响因素提取—优化方案解决”的思路来展开研究,首先对创客教育、学生参与度涉及的概念及理论研究进行系统梳理与分析,加深对相关知识理论的认知与理解;进而在初中物理课堂引入创客教育理念,探讨创客教育理念应用于初中物理课堂的优势及意义,并对创客教育在初中物理课堂构建与应用的步骤进行分析;接着研究选取案例学校作为调研对象,设计调查问卷,重点对创客教育模式下初中物理课堂的学生参与度展开调查研究,并基于问卷调查数据,采用过因子分析模型来进一步学生课堂参与度的主要影响因素;基于实证研究结果发现,创客教育模式下的初中物理课堂,学生参与主影响因素表现在创客教育的整合性、研创性和协同性三个方面,因此基于这三方面因素提出创客教育应用于初中物理课堂的优化发展建议:一是要合理建设物理教学的创客空间,促进创客教育与物理教学资源的深度融合;二是要设置学生感兴趣的创客物理学习项目;三是要加强学生之间的学习分享和交流研讨,以此来有效提升初中学生物理课堂的参与度,提升初中物理课堂教学效果,并加强对初中学生创新思维及实践能力的培养。

关键词： 角度误差   数学模型   测量系统   误差分析  

摘要： 反光膜具备良好的逆反射性能,可以将入射到其内部的光线顺着逆向平行的方向射回,本身具备非常好的能见度。由于这种材料在设计上具有使用方便、节能环保、可靠耐用、造价低廉等特性,目前被普遍应用到交通、服饰、广告等各个行业的领域。制造出高等级反光薄膜对于材料、模具及其工艺都有着非常高的技术要求,其中包括母模内部微棱镜结构的表面粗糙度及其角度的精度,二者对反光膜反光性能有着直接的影响。随着市场对高等级反光膜的需求不断增大,迫切需要提出新的微棱镜角度误差测量方法以改善其角度精度,提高母模的加工精度,进而提高反光膜的反射率以及反光性能。目前国内微棱镜反光膜生产商主要采用常规共聚焦显微镜图像识别的方法测量微棱镜的角度误差,但此方法检测效率过低,很难达到实际的测量需求。因此,提出一套快速准确的微棱镜角度误差测量方法,对制作高性能微棱镜反光膜具有重要意义。本文基于角锥棱镜角度误差的测量原理,结合微棱镜的反光原理和结构特点,先建立了微棱镜角度误差的光学测量模型,并搭建了基于自准直测量原理的激光自准直仪测量系统完成对微棱镜角度误差的测量。通过设计激光自准直仪测量装置的工装与位移、角度调整架实现了测量装置各光学元件的夹持与位置调整。通过设计双透镜聚焦系统保证激光自准直测量系统可完成对微棱镜微小角度误差的测量。通过Labview图形化编程软件完成了测量系统数据采集程序、图形显示与数据保存程序以及滤波程序的编写。在进行测量实验之前对激光自准直仪测量系统分别进行了灵敏度标定与稳定性测量的实验,实验数据显示本文搭建的激光自准直仪在±100″的量程内偏摆角和俯仰角的标定残差分别在±1.4″和±1.2″以内,在40min内的漂移量分别在1.2″和0.8″以内,数据表明该激光自准直仪系统具有良好的稳定性以及较高的测量精度。最后利用该测量系统实现了对微棱镜反光阵列角度误差的测量,实验结果表明,相比于常规共聚焦显微镜图像识别的测量方法,本测量系统测量效率更高,测量精度可达到实际的测量需求。

关键词： 话语权   物理课堂   小组合作学习  

摘要： 在初中物理学科的教学过程当中,物理教师与学生话语权分配比例的合理性直接关系到了课堂教学质量的高低,而小组合作学习模式则能够有效地将师生的话语权进行科学合理的再分配,能够在充分保证教学基础质量的同时充分激发学生的学习兴趣和学习积极性,让学生充分意识到自身的课堂学习主体地位并加以利用,这对于学生团体合作精神的培养和自主探究意识的养成具有较好的推动作用。

关键词： 问题   经历过程   数学内涵   数学模型  

摘要： "问题"是数学课堂的"灵魂",有效的问题引领能激发学生学习兴趣,让课堂教学有效开展,关键是能让学生自主探究新知识。依据学生的认知起点,用问题引领学生进行数学课堂教学,关注学生已有的生活和学习经验,让学生在现实生活情境理解概念的内涵,建立模型的数学思想方法。

关键词： 恒温晶体振荡器   频率漂移   数学模型   自校准  

摘要： 恒温晶体振荡器具有体积小、功耗低、短期稳定度好等优点,被广泛用于卫星导航、通信、电子仪器、计量等多个领域。恒温晶体振荡器随着工作时间的增加或温度的变化,其输出频率会发生缓慢地漂移,无法独立应用在授时、守时等高精度领域。本文通过对晶体谐振器两端相移变化特性的研究,提出了一种新的晶体振荡器老化补偿技术。在无需外接参考源的情况下,根据谐振器两端相移的变化特性,实现了恒温晶体振荡器的老化补偿。本文的主要工作内容如下:(1)对恒温晶体振荡器的工作原理及其内部晶体谐振器的等效电路进行深入研究,工作时间的增加或者外界温度的改变会引起谐振器等效电路中等效谐振参数发生非线性变化,从而导致晶振输出频率的变化。对谐振器负载频率以及阻抗角的理论公式进行推导,证明了等效谐振参数的变化会引起晶体谐振器阻抗角的变化,而阻抗角的变化最终会导致谐振器负载频率发生变化。当阻抗角的变化小于1E-12时,可以将晶体振荡器输出频率的变化与谐振器两端相移变化之间的关系近似等效为线性关系。(2)对恒温晶体振荡器谐振器两端的相移和输出信号的频率值进行多次同步测量并提取相移和频率数据。采用等深分箱法,经过多次处理确定其深度参数改变分箱区间,并结合均值滤波对数据进行平滑处理,拟合得到恒温晶振谐振器两端相移变化与输出频率变化之间的数学关系,采用Kalman算法对系数进行多次平滑修正,以相移的变化作为自变量,建立了相移和输出频率之间的数学模型。(3)采用数字化线性比相的方法建立自校准补偿控制系统,对谐振器两端信号的相移进行采集,根据已建立的数学模型和样本晶振的压控灵敏度,获得调节电压值并反馈到样本晶振的压控端。系统选取的数据采集的时间分辨率为0.76ps,而样本晶振的相移的变化量在10s内大约变化4～5ps,故至少以10s为间隔控制一次恒温晶振,实现对恒温晶体振荡器频率漂移的改善。实验结果表明,本文研究的自校准方法能够有效地改善恒温晶体振荡器的老化漂移。恒温晶体振荡器经过自校准系统补偿后,其日老化率由4.49E-9提高到2.52E-10。

关键词： 散货船   智能配载   数学模型   多目标混合遗传人工蜂群算法   系统开发  

摘要： 船舶配载是船舶营运过程中的一项重要工作,配载计划的优劣直接影响着船舶的营运效率、安全性能和航行性能。现有的船舶配载仪主要用于校核计算船舶在不同载况下的相关性能,以帮助大副制定相应的配载计划,功能较为单一。随着近些年来计算机技术的不断发展和智能船舶理念的逐渐深入,提升船舶配载仪的智能化程度势在必行。本文的研究目标是设计散货船智能配载系统,并通过建立散货船智能配载的数学模型、设计相应的智能优化算法以实现计算机自动制定优化的船舶配载计划,最后对系统进行相应的开发并投入实船应用。基于此目标,本文的主要工作内容如下:对散货船智能配载系统的相关需求进行分析,确定了系统的总体架构以及配载监控功能、配载校核功能和智能配载功能三大功能模块,完成了系统数据库的需求分析和设计,并选择Socket通信作为实现船岸数据传输的方法。基于散货船的装卸工艺,提出一种综合考虑装卸设备作业时长、装卸设备移动时长和船舶压载水操作时长影响的散货船装卸效率近似计算公式,并结合船舶相关的性能计算方法,建立了以每一步装卸作业所对应的货舱号、每一步装卸的货物重量和每一货舱对应的货物种类为设计变量,最高作业效率、最佳浮态和最优化结构强度为装载作业目标函数,最高作业效率为卸载作业目标函数,浮态、稳性、结构强度、舱容等为约束条件的散货船智能配载数学模型。该数学模型综合考虑了多种因素的影响,具有一般性。根据散货船智能配载数学模型的相关特征,结合使用遗传算法和人工蜂群算法,采用级联编码方式,提出一种多目标混合遗传人工蜂群算法用以求解该数学模型,并结合实际算例验证了该算法能够有效求得优化解,实现了计算机自动制定优化的船舶配载计划。最后,以C#为开发语言,Visual Studio 2015为开发环境,SQL Server 2012为数据库管理系统,结合相关硬件的部署,以20000t江海直达散货船为对象对系统进行开发并集成应用。该系统对于提升船舶配载的效果和安全性具有一定的意义,同时也提升了船舶的智能化水平。

关键词： 可重构虎克铰链副   仿人灵巧手   变胞手   工作空间   数学模型  

摘要： 三指机械手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作。传统机械手的手掌为刚性,只有手指可动,变胞手掌的引入增加了机械手掌的活动度,从而提升机械手的工作空间以及抓取能力。本文着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(r T铰链副)设计出一款新型的仿人变胞手。将含有r T铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于r T铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在r T铰链副的不同构态下呈现出不同的运动方式。本文主要的研究内容如下:(1)通过观察人手真实动作,将人手掌作为工作平面在其上添加运动副以获得新型的变胞机构。通过对新型手掌机构的分析,给出了变胞手掌在不同构态下的运动方式,并给出变胞手掌在不同工作模式下的驱动关节。(2)分析了变胞手掌的位置模型和速度模型,为计算灵巧手的操作矩阵奠定基础。对新型变胞手手指操作平面,手掌工作空间,手掌操作平面在空间中位姿以及变胞手掌的半径变化等参数进行了分析,证明了此变胞手对于不同尺寸物体的抓取灵活性。(3)针对传统结构手指和非传统结构手指的不同,探究了安装传统结构手指和非传统结构手指的变胞手在手指工作空间上的提升,并探究了在使用两类手指时的变胞手手指工作空间的交叠情况。(4)基于刚性手指的有摩擦接触模型,给出了机械手抓取物体时的抓持矩阵计算方法。在此基础上,探究了满足稳定抓持条件的被抓持物体的工作空间、尺寸及位姿参数。对特定尺寸的被抓持物体在空间中的位姿进行了分析。通过以上分析揭示了此变胞手相对于传统灵巧手和前代变胞手在抓取适应能力上的提升,展示了采用仿人变胞机构作为灵巧手手掌的优越性。也探究了手指结构对变胞手抓持性能的影响。本文的创新点在于仿人手掌设计出一款新型的变胞手,首次对手掌进行了仿生,本文的工作为新型变胞手的设计、变胞手的手指结构的选取提供了新思路。

关键词： 输气管网   数学模型   非线性   Gurobi求解器  

摘要： 如何进行资源合理配置、优化天然气整体产业链是天然气运输单位和销售单位目前急需解决的问题,他们需要更加有效便捷的方法及工具来安排和调整生产销售计划,以确保获得最大的经济效益。本文模型基于全国范围内的大规模管网,综合考虑气源供应能力、用户消费能力、管道运输能力、气体输送过程中流量压力关系、节点压力限制和压气站的压比限制、以及管网流量进出平衡,以效益最大化以及压气站功率最小化为目标函数,以气源采购量、用户销售量、管输量以及各压气站的进出站压力为决策变量,所建模型为二次非线性非凸模型。由于管网规模庞大,前期设计了子网络生成算法将全国管网从业务角度切割成11个子网络分块求解,便于问题的筛查和定位。后期合并求解阶段设计了网络规模缩减算法,缩减掉全部网络节点的30%,可以使求解速度提升50%,并就缩减前后对目标函数的影响进行误差分析,误差控制在0.01%内。由于决策气体流向引入了大量整数变量,与管输量结合成大量乘积项,针对这类约束引入中间变量将其转化成线性约束,同时对管输气体的压力流量关系等非线性约束采用Mc Cormick松弛进行处理,降低多项式的次数,最后调用Gurobi中的非凸二次混合整数规划求解器对模型进行求解,得到的生产销售方案与中石油已有的线性模型相比,效益更优。

关键词： 需求井喷   两级众包物流   服务网点   数学模型   离散麻雀搜索算法  

摘要： 近年来,随着互联网和电子商务的快速发展,网购群体也随之增长。这一现象使得物流订单量呈逐年递增的趋势,特别是在各大电商开展促销活动之时,物流订单量更是呈井喷现象,达到平时三倍之多,导致物流配送系统出现运力资源不足、配送延迟和网点爆仓等问题。众包物流作为一种新兴模式,具有运营成本低且能充分利用社会闲散资源的优点,有助于缓解需求井喷下的物流配送压力。因此本文将众包模式引入两级物流配送系统,考虑服务网点位置的优劣,对众包模式下的两级物流配送路径问题展开研究,主要研究内容如下:(1)针对需求井喷状态下的物流运力资源不足和社会资源利用率不充分等问题,提出两级众包物流配送策略。根据该配送策略特点,将整个配送方案的优化过程拆分成服务站选址、一级企业车辆路径优化和二级众包车辆路径优化。针对每个优化过程建立相应的数学模型,并将一级路径与二级路径模型融合,建立两级众包车辆路径模型。通过验证不同模型参数下优化的物流配送方案,证实了通过选址加路径规划方式优化物流配送的有效性。(2)针对服务站选址与两级车辆路径的目标函数不一致而导致优化结果存在冲突的问题,将服务站选址模型与两级车辆路径模型融合,建立选址和两级车辆路径混合数学规划模型,使其在同一目标函数下进行优化。通过求解该模型并与选址和两级车辆路径分开优化进行对比分析,证实了该模型能够求得更优的物流配送方案。(3)为快速求解两级众包物流配送路径问题,提出一种离散麻雀搜索算法。为提高算法收敛速度,设计初始解生成算法获得较好的种群。并将该算法优化结果与GUROBI求解器和遗传算法的求解结果进行对比,验证本文算法在求解两级众包物流配送路径问题的有效性和高效性。(4)以A快递公司在成都市的两级物流配送为实例数据,通过本文算法优化该实际案例在传统配送模式和众包配送模式下的车辆路径,结果表明众包模式在车辆数量、车辆路径成本、延迟惩罚成本和延迟客户数量均优于传统配送模式,证实了两级众包物流配送模式的优越性。