導(dǎo)語：如何才能寫好一篇計算機模擬技術(shù)的應(yīng)用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：土木工程；施工結(jié)構(gòu)；計算機技術(shù)；模擬仿真；仿真系統(tǒng)；管理應(yīng)用

1引言

信息化時代下，各種先進前沿的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并被廣泛地應(yīng)用到各領(lǐng)域中，促進了社會生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，顯著地改良了工程建設(shè)效果。計算機模擬仿真技術(shù)具備多種應(yīng)用優(yōu)勢，受到了相關(guān)人員的青睞和認可。將該技術(shù)應(yīng)用到土木工程管理中，能夠有效改善管理質(zhì)量，解決目前土木工程管理體系中的各種問題。我國土木工程數(shù)量不斷增多，建設(shè)規(guī)模也日益擴大，作為城市規(guī)劃建設(shè)中的重要內(nèi)容，土木工程建設(shè)效果關(guān)乎到多方面的利益。目前土木工程管理體系中還存在一些缺陷，限制了施工的高效開展。而利用計算機仿真模擬技術(shù)，則能夠有效改善這一局面。筆者將詳細介紹計算機仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用原理，以及關(guān)鍵事項，希望能為有關(guān)人士提供參考。

2計算機模擬仿真技術(shù)概述

計算機仿真模擬技術(shù)以各種科學(xué)知識為原理，并借助計算機中的相關(guān)軟件，采用虛擬試驗的手段，來分析管理過程中的各種問題，并給出切實可行的解決方案。其在土木工程中發(fā)揮作用，主要是通過構(gòu)建工程的仿真模型，以實際施工中的各項數(shù)據(jù)為依據(jù)，來設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。在土木工程正式施工前，通過計算機模擬仿真技術(shù)，可以提前對施工過程有所了解，根據(jù)模型計算結(jié)果，能夠知道在施工過程中可能會發(fā)生的各種意外事故，并且制定科學(xué)合理的施工方案。結(jié)合模型分析數(shù)據(jù)，進行不斷的優(yōu)化改進，這些改變也體現(xiàn)到施工方案的完善上來。分析結(jié)果具有一定的定量性，有較高的參考價值。在該技術(shù)的實施下，施工人員能夠更加順利地進行施工設(shè)計，而且制定的施工方案有較高的可信度，能夠為施工提供可靠的指導(dǎo)。并且設(shè)置意外事故防控機制，即使真的發(fā)生了，也不至于手忙腳亂，影響到正常施工進度。計算機數(shù)值模擬實驗是在計算機中進行的實驗，雖然它不能代替真實的物理實驗過程，但確實是一種極其重要的實驗方法。它是通過大量“個例”來研究特定的物理過程，能夠反復(fù)進行，而且能方便地控制和調(diào)整參數(shù)，在理論研究和實驗之間搭起了一座“橋梁”。數(shù)值模擬可以研究一些非常復(fù)雜的過程，而理論研究必須做出許多簡化假設(shè)才能處理這些過程，簡化則意味著可能丟失許多重要的因素，這就使得數(shù)值模擬可以更全面地了解一個物理過程，而且還可能發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象。另一方面，數(shù)值模擬也能夠為實現(xiàn)觀測方案提供理論的支持，對大型實驗裝置進行評估，對實驗條件或?qū)嶒瀰?shù)進行優(yōu)化選擇，以避免造成極大的經(jīng)濟損失和人力浪費。隨著計算機性能的高速發(fā)展，數(shù)值模擬在各門學(xué)科的研究中應(yīng)用將更加廣泛，起到越來越重要的作用。在實驗過程中，我們會得到大量的數(shù)據(jù)，引入計算機編程進行實驗數(shù)據(jù)處理，可以提高實驗效果，為各類工程的開展提供準確可靠的分析結(jié)果，促進工程高效開展。

3計算機仿真技術(shù)的實現(xiàn)

一般的計算機仿真技術(shù)的實現(xiàn)和目標這兩者是密切相連的，而計算機仿真的研究是模型和分析方法的建立與仿真系統(tǒng)的開發(fā)。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，對數(shù)學(xué)模型的建立和仿真模型的建立再到仿真的實現(xiàn)這些都要考慮到。在實際應(yīng)用中，如果采用模型行為組合的仿真實現(xiàn)方案的話，就需要一個有各種數(shù)學(xué)模型的模庫，但是仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)要先在考慮模型行為組合研究時才可假設(shè)的，同時要選取一個最合適的數(shù)學(xué)模型，這時如果中間需要更換數(shù)學(xué)模型，那就得做些復(fù)雜的技術(shù)處理。

4仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)

仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)有兩個途徑，一是運用仿真語言進行二次開發(fā)，二是直接運用計算機高級語言進行開發(fā)。前者運用性比較強，實現(xiàn)仿真比較方便快捷，但是在處理土木工程建設(shè)中比較復(fù)雜的問題時因為數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜而難度很大。我們一般在選擇時采用第二種方法。作為典型的仿真軟件的功能覆蓋和其他的軟件不一樣。從功能上說，仿真系統(tǒng)有專用和通用之分，專用只需要具備仿真環(huán)境就可以，通用得需要具備仿真語言和程序包，才能滿足開放性的需要。

5計算機模擬仿真技術(shù)在其他工程中的應(yīng)用

5.1結(jié)構(gòu)工程施工中的應(yīng)用

將計算機仿真模擬技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)工程中，能夠事先對施工環(huán)節(jié)進行演練，尤其是一些事故頻發(fā)的環(huán)節(jié)。通過分析結(jié)果，施工人員能夠掌握引發(fā)事故的原因、事故發(fā)生后可能造成的影響等，從而可以采取有效的規(guī)避措施，提高實際施工過程的規(guī)范性，降低意外狀況發(fā)生的概率，減輕其造成的不良影響。并且以實際施工數(shù)據(jù)為依據(jù)，可以進行定量分析，為施工方案的制定提供更加直觀的指導(dǎo)，從而提高結(jié)構(gòu)工程施工水平。

5.2巖土工程施工中的應(yīng)用

采用模擬仿真技術(shù)可以找出不同大小泥沙的沉積區(qū)域和對應(yīng)的厚度，達到觀察的目的，這種技術(shù)在城市港口設(shè)計和河道疏通方面都有重要的指導(dǎo)意義。

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關(guān)鍵詞：壓鑄；計算機模擬；軟件

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2013）001-0117-02

0引言

壓鑄成型過程是在高壓下，將熔融態(tài)合金以較高的速度充填到模具型腔，并在壓力作用下結(jié)晶凝固以獲得鑄件。了解并控制成型過程對獲得良好鑄件質(zhì)量至關(guān)重要。長期以來對這個復(fù)雜過程的認知是建立在大量實驗基礎(chǔ)上的經(jīng)驗準則。隨著計算機及相關(guān)科學(xué)的發(fā)展，計算機模擬技術(shù)在壓鑄生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。

壓鑄理論的研究途徑不外乎傳統(tǒng)的試錯法等試驗研究法和計算機模擬仿真法。相比之下，計算機模擬不但可以幫助人們掌握鑄造缺陷的形成機理，優(yōu)化鑄造工藝參數(shù)，確保鑄件的質(zhì)量，而且能縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本。近年來，計算機模擬有了長足發(fā)展，其在壓鑄技術(shù)方面的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注，在模擬軟件的開發(fā)及其應(yīng)用方面也有較多的研究。

1模擬軟件

鑄造模擬軟件作為一個系統(tǒng)分析軟件，在鑄造成型技術(shù)方面有廣闊的應(yīng)用前景。開發(fā)此類軟件的國家主要有美國、德國、法國、日本等工業(yè)國家，近10年來，我國在這方面的研究也取得了一定成果。

美國流體科學(xué)公司研發(fā)的FLOW3D是一款三維流體動力學(xué)和傳熱學(xué)分析軟件，主要分析充型過程中金屬流體的速度場、壓力場、溫度場、自由表面變化以及鑄型的溫度場；精確描述凝固過程、計算冷卻或加熱通道的位置以及加熱冒口的適應(yīng)，給出用宏觀變量溫度梯度、凝固速度和凝固時間表達的微觀縮松準則函數(shù)，預(yù)測可能發(fā)生縮松、縮孔缺陷的主要位置。該軟件能分析多種金屬的多種鑄造過程，已有用于鎂合金壓鑄生產(chǎn)的例子。法國ESI公司開發(fā)的ProCAST鑄造過程模擬軟件，除了能進行流場、溫度場的模擬外，還能進行熱應(yīng)力模擬、微觀結(jié)構(gòu)模擬，通過設(shè)置不同的參數(shù)，可以模擬多種鑄造工藝，包括砂型鑄造、金屬型鑄造、精密鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造等。德國MAGMA公司研究開發(fā)的MAGMASOFT軟件能分析壓鑄過程的傳熱和流體的物理行為，凝固過程中的應(yīng)力及應(yīng)變，微觀組織的形成，可以準確地預(yù)測鑄件缺陷。該軟件可以模擬多種金屬的常見鑄造工藝過程，并能模擬壓鑄過程的應(yīng)力應(yīng)變。此外還有法國的SIMULOR、芬蘭的CASTCAE、西班牙的FORCAST、瑞典NOVACAST、日本的CASTEM和JSCAST、韓國的AnyCAST等軟件。從功能上看，這些軟件可以對壓鑄等多種工藝進行溫度場、流場、應(yīng)力場的數(shù)值模擬，也可以預(yù)測鑄件的縮孔、縮松、裂紋等缺陷以及鑄件各部位的組織。

在國內(nèi)，北京中鑄創(chuàng)業(yè)科技有限公司的HZCAE/InteCAST軟件，以充型過程、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為核心，對鑄件進行鑄造工藝分析，主要分析冷卻凝固過程、流動充型過程、充型換熱耦合過程；能預(yù)測夾渣、卷氣、冷隔、澆不足、縮孔、縮松等缺陷?？捎脕矸治鲨T鋼、球鐵、灰鐵、鑄鋁、鑄銅、鑄鎂等各種鑄造合金的金屬型、精鑄、低壓鑄造、壓鑄等。北京北方恒力科技發(fā)展有限公司開發(fā)的CASTsoft/CAE軟件集三維造型文件接口、有限差分網(wǎng)絡(luò)自動剖分、鑄造過程仿真、鑄造缺陷預(yù)測、熱應(yīng)力計算、工藝優(yōu)化及結(jié)果顯示為一體，對鑄件形成過程中的流場、溫度場、熱應(yīng)力場進行模擬，預(yù)測鑄造缺陷。該軟件用于鑄鋼、鑄鐵和有色金屬的差壓鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造和精密鑄造等。華中科技大學(xué)研究開發(fā)的“華鑄CAE”鑄造工藝分析軟件，以鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為核心，對鑄件的成型過程進行工藝分析和質(zhì)量預(yù)測，適用多種鑄造合金和鑄造方法。國內(nèi)軟件在鎂合金壓力鑄造方面應(yīng)用較少，這與國內(nèi)鎂合金及鎂合金壓鑄技術(shù)起步晚有一定關(guān)系。

2模擬數(shù)學(xué)物理模型

常用的數(shù)值模擬算法有有限差分法（FDM）、直接差分法（DFDM）、控制體積法（VEM）、有限元法（FEM）和邊界元法（BEM）等，目前涌現(xiàn)出了無單元法（EFM）、并行計算技術(shù)等。這些算法中，以有限差分法和有限元法應(yīng)用較多。

鑄造充型模擬過程中，將金屬液看作不可壓縮的流體，其流動服從質(zhì)量和動量守恒，其數(shù)學(xué)形式是連續(xù)性方程和Navierstocks方程，壓鑄件充型過程中金屬液的流動通常是紊流流動，常用渦粘性模式中的kε雙方程模型來描述充型過程的紊流現(xiàn)象。凝固過程包括熱量傳遞、動量傳輸、質(zhì)量傳輸和相變等一系列過程的耦合，由于壓鑄生產(chǎn)的時間短，一般只計算溫度場。在溫度場計算中對結(jié)晶潛熱有不同的處理方法，常用的有溫度回升法、等效比熱和熱焓法，Procast軟件采用的是熱焓法。

3數(shù)值模擬研究方向

目前，對壓鑄過程的數(shù)值模擬研究主要有：模具與壓鑄件的溫度場、型腔充型過程的流場、模具與壓鑄件應(yīng)力場，凝固過程微觀組織等，這些模擬對優(yōu)化工藝參數(shù)，合理設(shè)計澆注和排溢系統(tǒng)，預(yù)測鑄件缺陷，提高壓鑄件力學(xué)性能有一定的指導(dǎo)意義。但未形成有普遍指導(dǎo)意義的規(guī)律或準則；另外，針對特種合金的新壓鑄技術(shù)模擬研究的報告較少，可以開展這方面的工作以促進鎂合金新壓鑄技術(shù)的發(fā)展。

4結(jié)語

計算機模擬為直觀了解壓鑄過程的規(guī)律和理論提供了便利，隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計、性能分析、制造和生產(chǎn)管理等的關(guān)系越來越密切，這對軟件的集成化要求越發(fā)顯得重要。因此，軟件開發(fā)既可以走大集成化的路子，也可以走小集成化多接口的路子；模擬鎂合金壓鑄成型并得到有普遍意義的結(jié)論對鎂合金壓鑄成型的研究有重要價值。

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篇3

關(guān)鍵詞：粘土膨脹 顆粒堵塞 土酸酸化

濱644區(qū)塊為一西高東低的單斜構(gòu)造，含油面積1.5km2，地質(zhì)儲量168萬噸，平均滲透率為24×10-3um2。該區(qū)塊共有水井6口，欠注井4口，4口水井日配注水量為120m3/d，實際日注水量為12m3/d，日欠注108m3/d，欠注形式極為嚴峻，急需尋找欠注原因，并制定相應(yīng)的攻欠增注措施。

一、欠注原因分析

1.敏感性分析

對區(qū)塊的敏感性分析結(jié)果表明，酸敏為無鹽酸敏、弱土酸敏，堿敏為弱堿敏，鹽敏臨界礦化度為≤5000mg/l，無速敏，水敏為中等偏弱，水敏影響較為嚴重。

2.注水水質(zhì)適應(yīng)性分析

對該區(qū)塊的注入水水質(zhì)進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)注入水中懸浮物含量，含油量嚴重超標，不滿足注入水水質(zhì)要求。對水中的懸浮物組成進行了分析，結(jié)果表明無機物含量最高，高達68.5%，其次是有機物，含量為22.8%，另外還含有8.7%的石英砂。

綜上所述，引起濱644塊欠注的主要原因有兩個：一是注入水中的懸浮顆粒堵塞；二是儲層敏感引起的粘土膨脹。針對這兩種傷害類型，篩選不同的體系進行解堵，其中懸浮物顆粒堵塞可通過酸化進行解堵，粘土膨脹造成的堵塞可通過防膨劑進行解堵。[1-4]

二、解堵劑優(yōu)選

1.酸化體系的篩選

通過巖心溶蝕率實驗，篩選合理的酸液配方。取濱644井巖心，分別與不同濃度的酸在60℃溫度下反應(yīng)2小時，計算溶蝕率。

1.1鹽酸溶蝕率實驗

由圖看出：鹽酸濃度在10%-15%之間時溶蝕率變化最為明顯，建議選擇鹽酸濃度在12%左右。

1.2 氫氟酸溶蝕率試驗

1.3 土酸溶蝕率試驗

2.2 防膨劑的篩選

室內(nèi)測定了6種目前常用的防膨劑，并運用模擬技術(shù)對防膨劑體系的防膨效果進行了巖心流動試驗，最終篩選出一種適合該區(qū)塊的小陽離子防膨劑，濃度為2%時，防膨率可達81.4%，其作用效果如下圖6。

三、現(xiàn)場試驗

針對該區(qū)塊注水井狀況及地質(zhì)分析，為達到有效酸化增注的目的，按優(yōu)化設(shè)計原則，對酸液用量、施工壓力、泵液程序及酸化管柱組合等進行了優(yōu)化設(shè)計，其中用酸強度為1.76 m3/m，酸用量為70m3。酸化施工程序為試壓后正替解堵液-擠前置酸-擠主體酸-擠緩速酸-擠后置液-擠頂替液-關(guān)井-正常注水。

在濱644井進行了酸化施工，措施后效果較好，注入壓力由22mPa下降到20mPa，表皮系數(shù)從10.24下降到-1.87，吸水指數(shù)從0.0118上升到0.0511m3/min.mPa，說明該井堵塞得到有效解除。

四、結(jié)論

1.通過溶蝕率及流動試驗篩選出12%HCl+1%HF的土酸酸液體系效果最好；小陽離子縮膨劑體系作用后滲透率恢復(fù)到初始水平。

2.現(xiàn)場酸化施工效果較好，注入壓力由22mPa下降到20mPa，表皮系數(shù)從10.24下降到-1.87，吸水指數(shù)從0.0118上升到0.0511m3/min.mPa。

參考文獻

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1高中物理學(xué)習(xí)中計算機模擬課件使用存在的問題

在高中物理學(xué)習(xí)過程中，教師為了能夠盡快幫助學(xué)生解決物理學(xué)習(xí)中存在的問題，使學(xué)生更好地理解復(fù)雜的物理過程、物理概念，通常會借助一些計算機模擬課件。這些課件的展示與運用將物理學(xué)習(xí)中難懂之處形象地展現(xiàn)在學(xué)習(xí)者面前。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速普及，在多媒體技術(shù)的支撐下，計算機課件輔助物理學(xué)習(xí)的范圍逐漸擴大并普及。但在這樣的大環(huán)境下，仍有很多教師、學(xué)生及其他學(xué)習(xí)者對物理學(xué)習(xí)中充分應(yīng)用計算機模擬課件存在一定的誤區(qū)。

1.1認識上的誤區(qū)

計算機輔助物理學(xué)習(xí)是一種新生事物，曾遭到社會、物理理論界等人士的排斥。這主要是由于兩方面。一方面，很多教師并不愿意放棄原來的傳統(tǒng)教學(xué)媒體，學(xué)生迫于學(xué)習(xí)的壓力每天忙于做各種練習(xí)題應(yīng)付高考；另一方面，由于最初時計算機技術(shù)還十分有限，各種課件制造完成后，效果往往不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。然而，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速普及，大部分物理演示和現(xiàn)象都能夠通過計算機模擬形式實現(xiàn)。這一巨大轉(zhuǎn)變使得一大部分人認為計算機模擬課件的使用可以完全取代現(xiàn)實的物理演示實驗，忽視了傳統(tǒng)的媒體方式在學(xué)習(xí)、教學(xué)中的重要作用。例如，投影、幻燈片、電視、錄像、錄音機等學(xué)習(xí)的方式。隨著我國新課改的進一步推行，大部分改革者、教師都認為，既然國家在推行教育改革的現(xiàn)代化發(fā)展，促進教學(xué)模式的改革，那么就必須將計算機課件使用到高中物理的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)中，并將這種先進的技術(shù)手段看做是一種高質(zhì)量的教育。有的甚至將不使用計算機的學(xué)習(xí)看作是不能與時俱進、跟不上時展的潮流。例如：在“歐姆定律”實驗中，用計算機在屏幕上投出實物圖，通過移動滑動變阻器的滑動頭得到相應(yīng)的阻值，從而計算相應(yīng)的電壓、電流值，并在圖中的電壓表和電流表中顯示。這種課件帶給學(xué)生的是一種游戲式的、魔術(shù)式的感覺。但是，如果通過實物演示，實驗也并不難完成。如果在學(xué)習(xí)中使用這一課件，學(xué)習(xí)效率并不高。因此，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)該根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎銠C模擬課件。計算機模擬課件作為一種新穎的、功能強大的輔學(xué)習(xí)手段，與其他教育媒體地位平等。

1.2設(shè)計上的誤區(qū)

由于對計算模擬課件的認識上存在一定的誤區(qū)，對高中物理教材中的一些重難點內(nèi)容、枯澀抽象的知識內(nèi)容可以通過計算機模擬課件的使用，使其更具趣味性、直觀性、形象性地展現(xiàn)。但應(yīng)該注意不能僅僅為了追求教育的現(xiàn)代化手段，不能為了模擬而模擬。例如，在一個表現(xiàn)“光的直線傳播”的課件中，利用計算機演示電影放映機射向銀幕的一束光是直線的。放映機本身是一個很常規(guī)的教學(xué)媒體，且所表現(xiàn)的現(xiàn)象平時稍微留意的學(xué)生都清楚，根本無須再將其用計算機屏幕化。后面部分為了說明光的傳播速度比聲音大，只須列舉現(xiàn)實中“先看到閃電后聽到打雷”的現(xiàn)象就可說明問題。然而，課件中則播放了一段用3DSMAX生成的閃電雷鳴的“影片”，為模擬而模擬，效果適得其反。

1.3使用上的誤區(qū)

高中物理學(xué)習(xí)中，計算機模擬課件的使用存在誤區(qū)。這主要是由于在利用高水平的計算機技術(shù)真實展現(xiàn)物理現(xiàn)象和物理學(xué)習(xí)的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)過分強調(diào)物理現(xiàn)象與物理過程的真實感的問題。有的是計算機模擬課件嚴重違反物理學(xué)科的科學(xué)性，忽視了物理知識本身的嚴謹性。例如：光學(xué)中的“色散”現(xiàn)象。自然光通過棱鏡、光柵等光學(xué)器件，不同波長的光會發(fā)生不同程度的偏移，從而在光屏上產(chǎn)生一個連續(xù)的可見光譜。但是，由于計算機色彩顯示能力有限，難于實現(xiàn)這種連續(xù)變化，有些課件制作時粗糙地簡單用幾個色塊來顯示，易產(chǎn)生科學(xué)性錯誤。

2計算機模擬課件在高中物理學(xué)習(xí)中的作用優(yōu)勢

高中物理教學(xué)中，利用計算機模擬課件不是簡單地一種動態(tài)化模仿，而是將物理過程、物理的律等通過可視化的手段實現(xiàn)動態(tài)化展示，是一種十分寫意的過程，補充并完善了物理學(xué)習(xí)中實驗終不能展現(xiàn)、不能表達的物理知識和內(nèi)容。例如，計算機模擬課件實現(xiàn)了儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的開放化、將抽象化的知識變得具體化、將復(fù)雜化的內(nèi)容變得簡單化、將靜態(tài)圖變得動態(tài)化等，具有較強的再觀性。

3結(jié)語

在高中物理學(xué)習(xí)中，計算機模擬課件已經(jīng)成為目前在高中物理學(xué)習(xí)中最常用的現(xiàn)代化學(xué)習(xí)手段。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化技術(shù)將在不斷深化和提高中得到廣泛應(yīng)用。因此，在學(xué)習(xí)中充分利用計算機模擬課件將大大提高學(xué)習(xí)效率。

作者:杜爍 單位:遼寧省開源市高級中學(xué)三年六班

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】計算機；模擬分析；綠色建筑設(shè)計

21世紀，計算機模擬分析在建筑設(shè)計中的應(yīng)用愈來愈頻繁，尤其在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域，其數(shù)據(jù)化的效果分析、環(huán)境預(yù)判給綠色、節(jié)能的最終目的提供了一定的衡量參考，成為各國都大為青睞的技術(shù)手段。按照目前的研究成果來看，國外尤其歐美國家在綠色建筑設(shè)計中對這一技術(shù)使用更為頻繁也更為純熟，技術(shù)水平也較高。我國則處在一個積極探索，研究應(yīng)用的過程，發(fā)展勢頭日盛，技術(shù)的使用也愈加頻繁。為響應(yīng)國家號召，提高專業(yè)素養(yǎng)，作為設(shè)計院的一名建筑學(xué)工程師，筆者現(xiàn)對計算機模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用這一課題進行探究。

1.綠色建筑設(shè)計的概念和內(nèi)容

綠色建筑設(shè)計是與以往的建筑設(shè)計相比較而提出的，與以往的建筑設(shè)計相比綠色建筑設(shè)計更注重設(shè)計環(huán)節(jié)與建筑本身周邊環(huán)境及各種因素的有機結(jié)合，這種有機結(jié)合設(shè)計理念要求建筑師在前期的設(shè)計工作中更加注重對建筑建設(shè)地區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)的分析和各項量化總結(jié)后的效果預(yù)判模擬，包括風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境等等。這種數(shù)據(jù)化的分析模式不是設(shè)計人員僅僅靠腦力計算就可以準確得出的，這時候引入計算機模擬分析這一技術(shù)救星成為一種必然性的選擇。

2.計算機模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用舉例

2.1朝向優(yōu)化

綠色建筑的朝向需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向和周圍道路等因素來進行，還需要依據(jù)房間內(nèi)部的使用要求，同時將太陽日照和輻射充分納入考慮范圍。利用計算機模擬分析系統(tǒng)，設(shè)計人員可以將建筑周邊環(huán)境需要考慮的因素輸入其中，比如風(fēng)環(huán)境、水環(huán)境、經(jīng)緯度等等，而后計算機模擬分析系統(tǒng)可以根據(jù)自身數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，設(shè)計方案優(yōu)化，最終給出基于數(shù)據(jù)分析效果的設(shè)計方案以供設(shè)計人員參考。在建筑物朝向選擇上，計算機模擬分析的作用尤為顯著，它甚至可以憑借自身強大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將若干年份的風(fēng)環(huán)境、水環(huán)境進行比對分析，而且效率奇高，最終給出若干最佳的朝向供設(shè)計人員最終處理敲定。

2.2立面設(shè)計

建筑模擬能夠計算出建筑護欄結(jié)構(gòu)的熱傳遞，并能預(yù)測出任何選定元素的內(nèi)表面溫度。以建筑物的內(nèi)表面溫度參數(shù)為考量，例如玻璃，包括導(dǎo)熱性、其輻射吸收量、反射量、和透射量。排比出室內(nèi)溫度和能耗的模擬結(jié)果，能直接將性能表現(xiàn)最優(yōu)的選擇知會給設(shè)計者。設(shè)計者根據(jù)計算機模擬系統(tǒng)給出的設(shè)計預(yù)案選擇出一個能合理利用自然資源的結(jié)果不是恰恰體現(xiàn)了綠色節(jié)能的設(shè)計理念么?對太陽能利用與規(guī)避都能實現(xiàn)綠色節(jié)能的神奇效果。在利用方面，選擇合適的角度安裝太陽能燈具等等，可以集中利用太陽能，節(jié)約電能。而根據(jù)計算機分析的數(shù)據(jù)選擇恰到好處的遮陽板位置，又能在炎炎夏日規(guī)避太陽熱浪，減少空調(diào)等電器的使用。這兩種手段都很好地體現(xiàn)了設(shè)計環(huán)節(jié)與周邊環(huán)境的有機統(tǒng)一，這很大程度上賴于計算機模擬分析系統(tǒng)的助力。

2.3力學(xué)模擬

選擇何種材料才能滿足建筑使用的衡要籍要知道此材料是否能承擔(dān)各種可能的應(yīng)力。以及材料在此應(yīng)力下的變形是否在使用者心理的可承受范圍之內(nèi)。一級注冊建筑師結(jié)構(gòu)課考試大綱要求建筑師掌握用解析法分析建筑受力情況。這種方法比較適于分析梁柱層次清晰的正交體系。而對于復(fù)雜幾何形建筑的設(shè)計。目前常采用FEA（有限元分析.FiniteElementAnalysist）方法[3]。在該算法的使用中，建筑設(shè)計人員可以將材料、荷載、形狀等元素輸入家算計模擬分析軟件中，計算機模擬分析系統(tǒng)能夠采用混合遺傳算法、模擬退火算法混合遺傳算法等模糊數(shù)學(xué)方法求解。求出的解也就成為了建筑師進行綠色建筑設(shè)計實踐的原始參數(shù)。

3.國內(nèi)外相關(guān)探索成果

目前，國外的計算機模擬分析系統(tǒng)在建筑綠色節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，各實力高等院校的建筑學(xué)院也將計算機模擬分析教學(xué)列為建筑師必須掌握的技術(shù)手段之一。憑借其強大的科技水平及多年應(yīng)用經(jīng)驗，歐美國家還對計算機模擬分析系統(tǒng)進行細分，跟據(jù)不同的設(shè)計需要，設(shè)計師可以選擇鐘意的算法類型的計算機模擬分析軟件進行分析。由于目前西方較我國節(jié)能低碳的設(shè)計理念踐行的更好一些，計算機模擬分析系統(tǒng)在社會建筑領(lǐng)域發(fā)揮的的作用十分突出。我國由于尚且處在發(fā)展中國家階段，技術(shù)水平較落后與西方，綠色設(shè)計理念方興未艾但勢頭強盛，不少建筑學(xué)大師已經(jīng)頗具前衛(wèi)設(shè)計理念，充分利用計算機模擬分析手段認真踐行著綠色設(shè)計宗旨。

4.本人在這方面的實踐

我在建筑設(shè)計中一直緊跟時代風(fēng)向，密切關(guān)注國際綠色建筑設(shè)計潮流，在建筑設(shè)計中，將計算機模擬分析手段引入到實踐當(dāng)中，把建筑學(xué)的設(shè)計理念得以擴展，并且，我在這一領(lǐng)域的探索研究之路從未停歇，不斷從學(xué)術(shù)和實踐方面強化計算機模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用等相關(guān)知識。

5.結(jié)語

隨著“綠色建筑”理念的普及，能源和環(huán)境越來越成為建筑設(shè)計考慮的重要因素。將環(huán)境、能源因素可視化，通過分析計算精確化設(shè)計建筑物理環(huán)境，使綠色建筑理念得以貫徹，達到節(jié)約能源的目的，是建筑設(shè)計者的一個重要研究課題。筆者在工作中研究這一課題，就計算機模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用闡述自家之言，實踐之路依然漫長，希望在不斷的實踐中積累經(jīng)驗和理論，為國家在這一領(lǐng)域的探索貢獻綿薄力量。

參考文獻

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模擬器作為研究計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的主要研究工具,也是新時代下預(yù)測計算機發(fā)展方向的排頭兵和了望塔。不論是計算機的數(shù)據(jù)處理,還是計算機的內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計。首先進行計算機模擬試驗已經(jīng)顯得必不可少。第一,模擬技術(shù)試驗可以檢測實用技術(shù)投入生產(chǎn)前的可靠性和開發(fā)性,從根本上避免計算機模擬技開發(fā)的盲目性;第二,模擬技術(shù)試驗同實用生產(chǎn)技術(shù)比起來,可以節(jié)約經(jīng)濟成本,減少不必要的浪費。第三,因為計算機的更新性能很快,所以,對于開發(fā)計算機軟件來說,時間就顯得彌足珍貴。前期的模擬技術(shù)可以縮短軟件的設(shè)計時間,而且前期模擬軟件的精度也可以為后期的實際開發(fā)提供參考依據(jù)。

計算機研究領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)有愈來愈多的人提出了自己關(guān)于解決計算機模擬軟件技術(shù)的觀點和看法。

一、計算機軟件的發(fā)展現(xiàn)狀

計算機體系結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)軟件誕生于20世紀80年代。而且,早期的計算機處理設(shè)計結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要采用的是數(shù)據(jù)驅(qū)動,就是對計算機的性能進行整體的分析。主要步驟:1.收集數(shù)據(jù)、2.執(zhí)行指令、3.分析性能和計算機結(jié)構(gòu)特征、4.統(tǒng)計數(shù)據(jù)、5.解釋程序。需要說明的是,數(shù)據(jù)驅(qū)動是一種軟件開發(fā)之后的數(shù)據(jù)分析,對計算機體系結(jié)構(gòu)軟件的開發(fā)能夠提供的幫助很少,這也是為什么數(shù)據(jù)驅(qū)動逐漸被社會淘汰的緣故。

本著提高計算機體系結(jié)構(gòu)的目的,相關(guān)研究人員在數(shù)據(jù)驅(qū)動的基礎(chǔ)上又提出了性能分析這一概念。性能分析關(guān)鍵是建立數(shù)據(jù)之間的資源模型。因為模型的直觀性能,研究人員可以更好的檢測計算機的資源開發(fā)與利用情況。減少研究的時間和經(jīng)費使用。宏觀的來講,計算機體系結(jié)構(gòu)主要包含硬件與軟件兩部分。微觀的來講,計算機體系結(jié)構(gòu)是指將一系列系統(tǒng)元素恰當(dāng)?shù)亟M織在一起,系統(tǒng)元素之間互相配合、協(xié)作,通過對信息進行及時的處理而完成設(shè)定的目標。這些系統(tǒng)元素有:計算機體系硬件、人員配備、程序。其中,程序和相關(guān)數(shù)據(jù)的整合,用于實現(xiàn)所需要的邏輯方法和控制過程。具有計算能力的電子設(shè)施和提供外部功能的電子設(shè)施是軟件運行的必要裝置;人員是硬件和軟件的實際操作者,可以實現(xiàn)對軟件的訪問,而且具有規(guī)模性和組織性兩大特征;文檔是詳細闡述系統(tǒng)使用方法的手冊。而計算機體系結(jié)構(gòu)模擬軟件主要包含數(shù)據(jù)、模型、指令、程序等一些子概念。數(shù)學(xué)建模工具包括:計算機系統(tǒng)統(tǒng)計法、馬爾可夫建模等等。數(shù)學(xué)建模對研究人員的數(shù)學(xué)理解能力提出了很高的要求。但不能否定的是,這種方法確實能起到很大的作用。研究人員對模型進行了簡化處理,極大的方便了計算機體系結(jié)構(gòu)軟件的開發(fā)。

二、計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)的定義

計算機體系結(jié)構(gòu)定義眾多。有人稱之為模擬技術(shù),也有人稱之為仿真技術(shù)。計算機體系結(jié)構(gòu)模擬,即用軟件來模仿計算機的處理過程。同時,要求兩者之間>:請記住我站域名/

計算機體系結(jié)構(gòu)包括部分計算機結(jié)構(gòu)和全部計算機結(jié)構(gòu)兩部分。它的步驟是:數(shù)據(jù)結(jié)果、指令接收、模擬運算、翻譯指令等等。計算機的緩存命中率、訪問的存儲等都是計算機體系結(jié)構(gòu)需要注意的指標。

三、 計算機體系結(jié)構(gòu)分類

計算機體系因為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,所以不可能只有一種。從數(shù)量方面可以分為單核處理器模擬和多核處理器模擬;從指令方面可以分為單指令模擬結(jié)構(gòu)和多指令模擬結(jié)構(gòu);從損耗角度分為性能模擬結(jié)構(gòu)和能耗模擬結(jié)構(gòu);從模擬器的角度可以分為執(zhí)行模擬結(jié)構(gòu)和開發(fā)模擬結(jié)構(gòu);根據(jù)以上分類我們不難發(fā)現(xiàn),計算機體系結(jié)構(gòu)種類繁多。一方面,它為我們研究計算機體系結(jié)構(gòu)模擬提供了許多參考價值;另一方面,它又為研究計算機體系結(jié)構(gòu)增加了許多困難。

四、計算機體系結(jié)構(gòu)的存在問題與缺陷

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項目：本文是江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題“我院計算機專業(yè)以動畫展現(xiàn)操作過程的《計算機組裝與維護》”課件開發(fā)的研究成果。

摘要：在高等職業(yè)教育中，仿真軟件在提高學(xué)生專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力方面發(fā)揮著越來越明顯的優(yōu)勢，而以動畫展現(xiàn)操作過程的《計算機組裝與維護》課件教學(xué)是實施仿真重要手段。

關(guān)鍵詞：模型；仿真；虛擬

一、引言目前，我校的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等專業(yè)都把《計算機組裝及維護》課程作為一門重要的職業(yè)技術(shù)課。但長期以來，原有《計算機組裝及維護》課程的教學(xué)模式和方法已不適應(yīng)新形式下職業(yè)教育突出技能、培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)核心能力的要求。為此我們積極探討與實踐，一步步探索到工作過程法在《計算機組裝及維護》課程教學(xué)中是確實可行、效果明顯的。應(yīng)當(dāng)積極探索、進一步提高《計算機組裝及維護》課程的教學(xué)效果。將研究性學(xué)習(xí)與社會實踐相結(jié)合，要求學(xué)生走向社會把所學(xué)知識和實踐相結(jié)合；去關(guān)心社會發(fā)展，關(guān)注社會問題，去嘗試解決自己研究的社會問題。二、目的及意義（一）目的以動畫展現(xiàn)操作過程通過專用軟件，整合圖像、聲音、動畫等，將三維的現(xiàn)實環(huán)境、物體模擬成多維表現(xiàn)形式的以動畫展現(xiàn)操作過程，再由數(shù)字媒介作為載體傳播。當(dāng)人們通過該媒體瀏覽觀賞時就如身臨其境一般。并且可以選擇任意角度，觀看任意范圍內(nèi)的場景或選擇觀看物體的任意角度。正是由于對身臨其境的真實感和對超越現(xiàn)實的虛擬性，以及建立個人能夠沉浸其中、超越其上、進出自如、具有交互作用的多維信息系統(tǒng)的追求，推動了以動畫展現(xiàn)操作過程技術(shù)在安全領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展。（二）意義進一步優(yōu)化課程目標，完善課程體系結(jié)構(gòu)，使課程形成特色鮮明，層次科學(xué)合理，內(nèi)容完善具體，教學(xué)方法科學(xué)，教學(xué)手段先進的課程體系。強化學(xué)生動手能力、注重綜合素質(zhì)培養(yǎng)，推廣應(yīng)用性技術(shù)服務(wù)，補充和優(yōu)化立體化教學(xué)資源庫。三、現(xiàn)代仿真技術(shù)現(xiàn)代仿真技術(shù)的重要進展主要體現(xiàn)在：（一）系統(tǒng)建模方面： 傳統(tǒng)上，多通過實驗辯識來建立系統(tǒng)模型。近十幾年來， 系統(tǒng)辯識技術(shù)得到飛速發(fā)展。在辯識方法上有時域法、頻域法、相關(guān)分析法、最小二乘法等； 在技術(shù)手段上有系統(tǒng)辯識設(shè)計、系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)辯識、系統(tǒng)模型參數(shù)辯識、系統(tǒng)模型檢驗等。除此之外，近年來還提出了用仿真方法確定實際系統(tǒng)模型的方法；基于模型庫的結(jié)構(gòu)化建模方法： 面向?qū)ο蠼７椒ǖ?。特別是對象建模，可在類庫基礎(chǔ)上實現(xiàn)模型的拼合與重用。（二）仿真建模方面：除了適應(yīng)計算機軟、硬件環(huán)境的發(fā)展而不斷研究新算法和開發(fā)新軟件外， 現(xiàn)代仿真技術(shù)采用模型與實驗分離技術(shù)，即模型數(shù)據(jù)驅(qū)動。將模型分為參數(shù)模型和參數(shù)值，以便提高仿真的靈活性和運行效率。（三）仿真實驗方面： 現(xiàn)代仿真技術(shù)將實驗框架與仿真運行控制區(qū)分開。其中， 實驗架用來定義條件， 包括模型參數(shù)、輸入變量、觀測變量、初始條件、輸出說明。這樣， 當(dāng)需要不同形式的輸出時， 不必重新修改仿真模型， 甚至不必重新仿真運行。正是由于現(xiàn)代仿真方法學(xué)的建立， 特別是模擬可重用性、面向?qū)ο蠓椒ê蛻?yīng)用集成等新技術(shù)的應(yīng)用， 使得仿真、建模與實驗統(tǒng)一到一個集成環(huán)境這中， 構(gòu)成一個和諧的人機交互界面。四、仿真軟件在教育方面的應(yīng)用及作用計算機模擬實驗又稱以動畫展現(xiàn)操作過程實驗或計算機虛擬實驗，是近幾年在計算機多媒體教學(xué)中開辟的新領(lǐng)域。它通過計算機把實驗設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機地融合為一體，形成了一部活的、可操作的物理實驗教科書和根據(jù)需要在瞬間建立的模擬實驗室。計算機模擬物理實驗的出現(xiàn)打破了教與學(xué)、理論與實驗、課內(nèi)與課外的界限，它更加強調(diào)實驗的設(shè)計思想和實驗方法，更強調(diào)實驗者的主動學(xué)習(xí)；通過計算機模擬實驗，學(xué)生對物理思想、方法、儀器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計原理的理解，都可以達到訓(xùn)練實驗技能、學(xué)習(xí)物理知識的目的，增強了學(xué)生對物理實驗的興趣，提高了物理實驗的水平。目前，模擬實驗已成為現(xiàn)代化物理實驗的重要手段。計算機模擬實驗系統(tǒng)運用了人工智能、控制理論和教師專家系統(tǒng)對物理實驗和物理儀器建立其內(nèi)在模型，用計算機可操作的仿真方式，實現(xiàn)了物理實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。依據(jù)課程性質(zhì)、特點和需要，在改革教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，有針對性進行教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，增強教學(xué)效果，開展因材施教，有效提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。1、采用操作示范。過去因沒有操作示范而抽象難學(xué)的內(nèi)容變得具體、形象。2、為營造教學(xué)與生產(chǎn)“零距離”的氛圍和環(huán)境，該網(wǎng)站充分發(fā)揮了虛擬實驗的特點。從教師 的演示到學(xué)生的操作到均按照實際要求執(zhí)行，有效提高了學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)興趣。3、創(chuàng)新教師教教學(xué)模式。通過科學(xué)的研究與創(chuàng)新，努力構(gòu)建一套完整的適合高職教育的實際和教育發(fā)展的教師專業(yè)化發(fā)展理論與模式，建立和完善促進教師專業(yè)發(fā)展的長效機制，以引導(dǎo)推進高職院校的教育發(fā)展和新課程改革。經(jīng)過幾年來在《計算機組裝及維護》課程的教學(xué)中的探討與實踐，已經(jīng)取得了明顯的效果，在職業(yè)學(xué)校、職業(yè)教育中，在線學(xué)習(xí)法有其獨特的優(yōu)勢，應(yīng)更進一步總結(jié)提高，大力試用推廣。課題研究的成果可以在其他高職院校中推廣，能充分發(fā)揮我院國家示范建設(shè)項目的輻射、帶動及引領(lǐng)作用。五、結(jié)語 以動畫展現(xiàn)操作過程發(fā)展與應(yīng)用的歷程， 就是在實際應(yīng)用需求的牽引下，在不斷涌現(xiàn)出與發(fā)展的相關(guān)新技術(shù)的推動下，融合新的建模與仿真方法學(xué)而不斷發(fā)展起來的。目前，無論在科學(xué)研究還是技術(shù)開發(fā)抑或工業(yè)設(shè)計中，以動畫展現(xiàn)操作過程方法都顯示出強大威力。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展， 多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能、面向?qū)ο蠓椒ā⒖梢暬c圖形界面等方面皆取得了巨大進展，對系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的發(fā)展亦相應(yīng)地產(chǎn)生了廣泛與深刻的影響。我們完全有理由相信，以動畫展現(xiàn)操作過程技術(shù)在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟建設(shè)中將發(fā)揮越來越重要的作用！【參考文獻】[1]蔡澤光.計算機組裝與維護第二版[M].清華大學(xué)出版社，2007[2]張駿.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交通安全仿真研究[J].交通運輸工程與信息學(xué)報，2005（01）：45―50[3]李春華.虛擬仿真技術(shù)與建筑施工安全工程[J].施工管理，2006（06）：256―258作者簡介：帥志軍（1977-），男，江西南昌人，講師，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，主要研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、硬件和軟件。王平華（1979-），男，江西鄱陽，講師，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，主要研究方向：計算機軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)。

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關(guān)鍵詞：計算機；高中化學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）02-0094

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展、學(xué)校辦學(xué)條件的不斷改善，計算機已步入高中課堂。如何在高中化學(xué)課上運用計算機提高教學(xué)效益已成為一個新鮮的課題。在教學(xué)實踐中，高中化學(xué)課中許多難以操作或有毒的實驗和一些較繁雜的化學(xué)式、結(jié)構(gòu)式以及一些抽象的概念和理論，用傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段常常難以突破，易使學(xué)生感到枯燥乏味，影響教學(xué)效果，如果能恰當(dāng)?shù)乩糜嬎銠C的作圖模擬功能和速度快、容量大的特點，就能夠很好地化解這些難點，大幅度提高教學(xué)效率。

一、利用計算機的作圖功能可以模擬微觀世界

在教學(xué)中，我們可以利用計算機模擬把靜態(tài)圖示轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)圖示，把微觀問題宏觀化，把抽象問題形象化，有利于幫助學(xué)生理解概念、掌握理論，其效果是利用圖片或其他傳統(tǒng)手段所不及的。例如，在高一“原子核外電子運動的特征”部分，內(nèi)容抽象，教材中僅提供了氫原子電子云示意圖，其他內(nèi)容要靠教師講述，教師不易教，學(xué)生難理解。若利用計算機把這節(jié)課的內(nèi)容制作成課件，在原子核外電子運動特征中設(shè)這樣兩個小標題：“原子核外電子的運動特點”和“電子云”。然后，先指出原子核外電子的質(zhì)量小、運動速度很快、運動范圍小。人類是無法觀察也不可能觀察的，之后借助計算機模擬在顯示屏左邊畫出一個氫原子核，核外一個電子，由于電子運動速度很快，我們看到的是一個亮環(huán)在原子核外空間“無規(guī)律”出現(xiàn)，并將左框運動情況在右框中累積，從而引導(dǎo)學(xué)生分析并找出核外電子的運動規(guī)律。再借助計算機模擬，給氫原子拍照，在顯示屏左邊顯示出氫原子某瞬時的照片，右邊顯示出瞬時照片的疊印，當(dāng)其照片疊印到一定數(shù)量時，就能清晰地看到核外電子在氫原子核外空間出現(xiàn)機會的統(tǒng)計結(jié)果的形象表現(xiàn)――電子云的圖形，從而使只能通過口頭語言描述的抽象概念變成了動態(tài)的直觀圖示，能有效的加深學(xué)生的理解和記憶。

又如銅鋅原電池原理，它既是教學(xué)中的重點又是難點，在教材中僅設(shè)一個演示實驗，演示時只能觀察到宏觀結(jié)果，不能觀察到微觀過程。如果利用計算機動畫模擬，把銅片和鋅片浸入稀硫酸中，先是鋅片上有氣泡，再用連有電流計的導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，氣泡改在銅片上放出，電流計指針有偏轉(zhuǎn)，并觀察到電子移動的路徑，這樣，就可以啟發(fā)學(xué)生思考電流的方向、構(gòu)成原電池的條件、原電池的正負極的確定等問題，整個過程清楚、直觀，學(xué)生很容易接受。

二、利用計算機的作圖功能可以模擬化學(xué)實驗

許多化學(xué)實驗有毒，具有一定的危險性，如果操作不當(dāng)，就有可能發(fā)生意外事故?；瘜W(xué)實驗中的一些錯誤操作，過去只能靠教師講其錯誤的原因以及錯誤操作可能帶來的危害，不能為了加深學(xué)生印象而用實驗證明，否則會造成危險。如果用計算機動畫模擬這些錯誤操作，則可將步驟分解，放慢動作，不僅把錯誤的原因演示清楚，而且可以渲染氣氛，學(xué)生看后印象深刻。這種做法特別適合于易燃、易爆、產(chǎn)物是有毒氣體以及使用強酸、強堿、劇毒藥品等實驗的模擬。例如，稀釋濃硫酸時將水加入濃硫酸中，液體就會沸騰并飛濺出來；點燃未經(jīng)驗純的氫氣，導(dǎo)致整個裝置的爆炸；用排水法收集氧氣時，先停止加熱，后將導(dǎo)氣管撤出水面，水倒吸使試管炸裂。對這些錯誤操作、危險操作的模擬，既能加深學(xué)生的印象，又能使學(xué)生準確地掌握知識、加深對錯誤操作原因的理解，還能在以后的實際操作中避免意外事故的發(fā)生。

三、利用計算機的作圖功能可以模擬化學(xué)反應(yīng)歷程

化學(xué)實驗本身往往是宏觀的，而反應(yīng)原理則往往是微觀的，教師在講解時描述起來比較困難，需要學(xué)生具有較強的空間想象能力和抽象思維能力。大多數(shù)學(xué)生理解起來感到吃力，這也許就是某些學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的難點。但是如果能在講解實驗原理時，用計算機模擬反應(yīng)原理，就可以起到事半功倍的效果。例如，在有機化學(xué)中羧酸和醇的反應(yīng)中，羧酸是提供氫還是羥基？學(xué)生根據(jù)已有的經(jīng)驗，很容易把中和反應(yīng)跟酯化反應(yīng)類比，錯誤地認為在酯化反應(yīng)中，羧酸提供氫而醇提供羥基。要突破這一教學(xué)難點，可利用計算機模擬含有帶標記的氧原子的醇跟羧酸起酯化反應(yīng)，形成含有帶標記的氧原子的酯這一反應(yīng)歷程，從而證明羧酸提供羥基而醇提供的是氫。再如，高三的“電解質(zhì)溶液”一章，是高中階段的重點和難點，有的教師采用的是以大量習(xí)題和小測試強化學(xué)生記憶的方法，這樣不僅容易加重學(xué)生的負擔(dān)，而且也不一定能達到教學(xué)目的。我們在講述這一章的第四節(jié)“鹽類的水解”時，為了讓學(xué)生深入理解鹽類水解的實質(zhì)，可借助計算機，利用3Dmax軟件制作水的電離、醋酸鈉、氯化銨及氯化鈉溶于水后電離成離子，醋酸根離子和銨根離子水解的情況來增強直觀性，使學(xué)生們仿佛身臨其境，自然歸納出鹽類水解的實質(zhì)，取得良好效果。

四、利用計算機可以模擬化工生產(chǎn)過程

在高中化學(xué)教材中有關(guān)于化工生產(chǎn)的內(nèi)容，如接觸法制硫酸、氨氧化法制硝酸等，學(xué)生大多數(shù)未見過，缺乏感性認識。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師大都是通過掛圖或模擬教學(xué)，直觀性差。利用計算機的模擬功能，可以繪制化工生產(chǎn)的流程圖，模擬化工生產(chǎn)的全過程。若再利用三位動態(tài)圖形“真實”展示沸騰爐、氨合成塔、氧化爐和吸收塔及其內(nèi)部反應(yīng)發(fā)生的過程，對各個環(huán)節(jié)進行反復(fù)演示或局部放大，則更能有助于加深學(xué)生對知識的理解。

我們還可以利用計算機速度快、容量大的特點，結(jié)合教材具體內(nèi)容，將課堂教學(xué)中的部分板書、掛圖、例題、練習(xí)題等教學(xué)內(nèi)容進行恰當(dāng)?shù)匕b組合，設(shè)計制作成課件，在教學(xué)中應(yīng)用，就能增大課堂教學(xué)容量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效提高教學(xué)效率。

篇9

在高中教育中運用信息技術(shù)，對教師而言，能夠利用多種手段因勢利導(dǎo)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；對學(xué)生而言，有利于形成主動學(xué)習(xí)、自主探索的學(xué)習(xí)習(xí)慣，能夠發(fā)揮個性，挖掘潛力，提高個人素質(zhì)。信息技術(shù)帶來了新的教學(xué)理念和教學(xué)模式，充分利用信息技術(shù)，會在高中教育中發(fā)揮巨大的作用，進而提高教學(xué)效率，改善教學(xué)效果。

1 信息技術(shù)在高中教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展與革新，高中教育的教學(xué)中加入了多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用和傳統(tǒng)的教學(xué)相比具有很大的優(yōu)勢，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。所以，合理應(yīng)用信息技術(shù)，能夠提高高中教育的教學(xué)質(zhì)量和效率。

1.1 多媒體的應(yīng)用，可提高課堂教學(xué)效率

在教學(xué)過程中，以教學(xué)目標和教學(xué)對象的特點為依據(jù)進行教學(xué)設(shè)計。一般的教學(xué)設(shè)計要求是，選擇一種合理的教學(xué)多媒體，然后與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相結(jié)合，從而共同參與到教學(xué)過程中去。使學(xué)生在多媒體信息的引導(dǎo)下學(xué)習(xí)，形成科學(xué)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)教學(xué)目標，達到最佳的教學(xué)效果。

1.2 計算機模擬教學(xué)的應(yīng)用，使教學(xué)目標更容易實現(xiàn)

計算機模擬教學(xué)屬于計算機輔助教學(xué)的內(nèi)容之一，是一種重要的教學(xué)手段。是由計算機設(shè)計出仿真的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生通過操作計算機進行學(xué)習(xí)和實驗。計算機能夠分析實驗變化，讓學(xué)生知道結(jié)果，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標。采用計算機模擬教學(xué)技術(shù)的優(yōu)點在于：第一，增加學(xué)生實驗的機會，突破了真實實驗帶來的經(jīng)費限制。第二，增加了實驗的安全性。第三，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生細心觀察、善于思考的能力。

1.3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的搭建，使學(xué)習(xí)環(huán)境更加開放

信息技術(shù)的另一個體現(xiàn)就在于教師可以利用網(wǎng)絡(luò)教育平臺，通過搜索和資源共享，創(chuàng)建一個開放的教學(xué)環(huán)境。第一，網(wǎng)絡(luò)教育的信息量很大，能夠提高教學(xué)內(nèi)容的科技含量。第二，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)相互結(jié)合，能夠提供一種交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境。在這種環(huán)境下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣能夠被激發(fā)，在學(xué)習(xí)中加入溝通會話、協(xié)作學(xué)習(xí)等元素，體現(xiàn)出教學(xué)的個性化和層次化。第三，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能夠突破時空限制，遠程教育為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)的條件，增加了學(xué)習(xí)機會，促進了教育公平。

2 信息技術(shù)對高中教學(xué)的影響

2.1 促進高中教育教學(xué)模式的變革，實現(xiàn)了師生互動的高度開放局面

信息技術(shù)的應(yīng)用，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用和教師的引導(dǎo)作用，使傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式改變?yōu)閹熒?、高度開放的教學(xué)模式。在教師的定位上，由原來的說教者、知識權(quán)威者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、設(shè)計者、幫助者；在教學(xué)媒體的定位上，由教學(xué)講解工具變?yōu)閷W(xué)生的通訊工具和認知工具。學(xué)生能夠從被動地接受知識，變?yōu)橹鲃拥貙で笾R，在參與和發(fā)現(xiàn)知識的基礎(chǔ)上進一步理解和掌握。

2.2 促進高中教育教學(xué)形式的變革，實現(xiàn)圖、文、聲、像并茂

在高中教育上運用信息技術(shù)，使教學(xué)形式變得生動直觀，從而有利于幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的知識體系。第一，教育技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⒔虒W(xué)信息從靜態(tài)形式轉(zhuǎn)變?yōu)閳D片、文字、聲音、動畫等構(gòu)成的動態(tài)形式。第二，學(xué)生在真正的聲音和圖像中學(xué)習(xí)，能夠調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)對知識的求知欲望，提高教學(xué)效果。第三，信息技術(shù)改變了教學(xué)的時空環(huán)境，仿真學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)定是在實際的工作環(huán)境基礎(chǔ)上進行的，從而提高學(xué)生對未來工作的適應(yīng)性。

3 結(jié)語

篇10

【關(guān)鍵詞】計算機模擬；MATLAB編程；傅立葉變換；計算全息

0 引言

數(shù)字模擬是伴隨著計算機的出現(xiàn)和發(fā)展而逐步形成的一門學(xué)科，是集物理、數(shù)學(xué)和計算機三者相結(jié)合的產(chǎn)物，主要運用計算機對所要研究的復(fù)雜問題進行數(shù)值計算或模擬實驗，一方面，便于我們深刻認識和理解物理現(xiàn)象，另一方面，幫助我們并從中探索和發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律。如今，自然科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展的各個分支領(lǐng)域，大量物理問題的求解都離不開計算機的輔助，很多未知的科學(xué)問題都是通過數(shù)字模擬手段進行預(yù)測和可行性分析，其重要性已經(jīng)不言而喻了[1]。

在高等教育中，大學(xué)物理已經(jīng)成為一門普遍的公共基礎(chǔ)課，要求本科生對基本物理原理和規(guī)律有正確和深刻的認識，從而形成辯證的思維方法和科學(xué)的世界觀。然而，很多物理學(xué)的概念和原理通常涉及到較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識，如傅立葉變換、線性代數(shù)、偏微方程等。在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，教師必須通過口授筆演、解析推導(dǎo)的繁復(fù)過程來描述和解釋復(fù)雜的物理過程，令許多學(xué)生感到晦澀難懂、枯燥乏味，漸漸失去對物理學(xué)的興趣。如今隨著多媒體教學(xué)手段的介入和輔助授課，使得許多復(fù)雜和抽象的物理原理和實驗可以通過計算機模擬或數(shù)字模擬的手段來幫助學(xué)生進行理解和掌握相關(guān)知識，同時極大地刺激本科生對物理學(xué)的廣泛興趣，對日后從事相關(guān)科研工作奠定一個良好的基礎(chǔ)和技能。其中，基于MATLAB編程的數(shù)字模擬手段日益成為大學(xué)物理教學(xué)工作者首選的軟件平臺[2]。

MATLAB是美國Mathworks公司于1984年推出的一種集數(shù)值計算、符號預(yù)算、可視化建模、仿真和圖形處理等多種功能于一體的優(yōu)秀圖形化軟件。MATLAB這個名字由Matrix和Laboratory兩詞的前三個字母組合而成，即“矩陣實驗室”（Matrix Laboratory），也是一種以矩陣運算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，具有以下特點：一是，簡捷和智能化，MATLAB適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，它用解釋方式工作，鍵入程序后可立即得到結(jié)果，人機交互性能好，它不要求使用者像使用C或語言一樣，先編寫源程序，然后對其進行編繹、連接，最終形成可執(zhí)行文件，這無疑使得編程和調(diào)試效率大大提高。二是，功能強大，包括數(shù)值計算和符號計算，計算結(jié)果和編程可視化，數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理。三是，MATLAB具有豐富的內(nèi)部函數(shù)，MATLAB程序是由主程序和各種工具包組成的，其中主程序包含了數(shù)百個內(nèi)部核心函數(shù)，能適應(yīng)不同使用者的需要，當(dāng)前已成為美國和其他發(fā)達國家中大學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究中必不可少的工具[3]。

為了進一步分析和探討基于MATLAB編程的計算機模擬在物理教學(xué)中的應(yīng)用和重要意義，本文將利用MATLAB編程來對某些光學(xué)現(xiàn)象及其物理過程進行了數(shù)字模擬，展示出采用MATLAB編程的簡捷直觀的圖形化方式來加深學(xué)生對物理原理和概念的認識和理解，從而揭示其重要的現(xiàn)實意義和巨大的潛在價值，相信一定會成為現(xiàn)代物理教學(xué)中不可或缺的輔助工具。

1 利用MATLAB編程模擬物理光學(xué)中的衍射規(guī)律及應(yīng)用

1.1 利用離散快速傅立葉變換模擬夫瑯和費衍射光強分布的數(shù)字模擬

傅立葉變換在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，傅立葉分析方法使得許多復(fù)雜的物理問題得到了簡化和分解，從而提供了一條有效而普遍的解決方案，在光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)等眾物理學(xué)多分支領(lǐng)域中日益發(fā)揮著約越來越重要作用。在衍射光學(xué)中，我們知道夫瑯和費衍射場的強度分布就等于衍射屏函數(shù)的功率譜[4]，可以直接將衍射屏進行傅立葉變換，然后處理得到衍射圖樣。根據(jù)衍射光學(xué)可知，夫瑯和費衍射場的復(fù)振幅分布U（x，y）在空域中是個復(fù)雜的卷積公式，其形式如下：

因此，在空域中復(fù)雜的夫瑯和費衍射光場的復(fù)振幅分布公式就可以利用MATLAB編程進行直觀的圖形化模擬，衍射屏的生成可以直接由MATLAB矩陣運算生成，也可利用Windows下的畫圖工具生成，計算機模擬流程圖如圖1所示：

圖1 夫瑯和費衍射的數(shù)字模擬流程圖

針對一些常見衍射光屏的夫瑯和費衍射光強分布的計算機模擬結(jié)果如圖2所示：首先，從圖2（a）和（b）可以明顯看出圓孔的艾里斑，且孔徑越小，衍射現(xiàn)象越明顯。其次，從圖2（c）和（d）明顯看出方孔的衍射花樣分布，且衍射光強的分布方向沿著孔徑直邊的法線方向擴展，孔徑越小，衍射越明顯。最后，圖2（e）和（f）模擬出一些有趣的字母和符號形狀的衍射屏的夫瑯和費衍射光強分布，其空間矢量的分布與孔徑大小和形狀的變化規(guī)律，和物理推導(dǎo)公式完全吻合，從而正確直觀地展現(xiàn)出夫瑯和費衍射的普遍物理性質(zhì)和規(guī)律。

圖2 不同大小孔徑衍射屏的夫瑯和費衍射光強分布

（a）和（b）分別是圓孔和它對應(yīng)的衍射光強的分布；（c）和（d）分別是方孔和它對應(yīng)的衍射光強的分布；（c）和（d）不同字母和符號形狀的衍射屏的夫瑯和費衍射光強分布。

1.2 菲涅耳衍射光場的傳播和邊緣增強效應(yīng)的數(shù)字模擬

根據(jù)公式（5）和（6），利用快速離散傅立葉變換結(jié)合MATLAB編程對二維衍射屏-Lena圖像進行菲涅耳衍射光場傳播的計算機模擬，其結(jié)果如圖3所示，可以形象直觀地看出菲涅耳衍射傳播規(guī)律，從（b）到（f）依次隨著傳播距離Z的不斷增大，其邊緣增強效應(yīng)越發(fā)顯著，邊緣振蕩不斷向外擴展，且展寬不斷增大，完全符合并且驗證了菲涅耳衍射傳播的物理性質(zhì)。

圖3 Lena圖像的菲涅耳衍射光場的強度分布隨傳播距離的變化情況

（a）原始Lena圖像；（b）Z=1m；（c）Z=2m；（d）Z=4m；（e）Z=8m；（f）Z=16m.

1.3 采用MATLAB編程制作傅立葉變換計算全息圖

利用光波的數(shù)學(xué)描述，通過計算機對想象中的物體形成模擬干涉圖，并將其繪制或復(fù)制在透明膠片上，這種計算機合成的全息圖稱為計算全息圖（Computer-Generated Hologram：CGH）[5]。因此，無需實物，只需知道該物體的數(shù)學(xué)表達式，即可用計算全息記錄下物光波，從而再現(xiàn)出二維或三維虛構(gòu)像，這樣可以幫助學(xué)生有效理解全息的抽象制作過程，直接在計算機上觀察和感受全息的成像原理和成像特點，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神，制作自已感興趣的不同傅立葉變換全息圖。下面，我們通過MATLAB編程制作一幅傅立葉變換計算全息圖，對復(fù)數(shù)波面采用迂回相位編碼方法，直接對抽樣點上的復(fù)數(shù)波面的振幅和相位進行編碼，其具體流程如圖4所示：

圖4 采用MATLAB編程制作傅立葉變換計算全息圖的流程

從圖5可以明顯看出其特點是被記錄的復(fù)數(shù)波面是物波函數(shù)的傅立葉變換，由于這種全息圖再現(xiàn)的是物波函數(shù)的傅立葉譜，所以要得到物光波本身，必須再通過一次傅立葉逆變換，這與光學(xué)傅立葉變換全息圖原理是一致的。

圖5 光字屏傅立葉變換計算全息的制作

（a）光字衍射屏；（b）傅立葉變換全息圖；（c）再現(xiàn)所編碼的全息圖.

2 結(jié)論

綜上所述，我們可以從不同的應(yīng)用實例看出，結(jié)合MATLAB編程的計算機模擬技術(shù)給復(fù)雜冗長的物理學(xué)公式和原理的講解中，提供了一個直觀清晰的圖形化說明，尤其對抽象的物理概念賦予了更豐富的感性認識，使得學(xué)生再學(xué)習(xí)過程中更容易同復(fù)雜的公式產(chǎn)生共鳴，刺激物理學(xué)習(xí)的興趣和對抽象物理概念的理解。因此，在大學(xué)普通物理教學(xué)中引入MATLAB計算機模擬技術(shù)正日益受到重視和普及。另外，學(xué)生們利用MATLAB可以對一些物理問題建立數(shù)學(xué)模型，給出清晰的圖像化解釋的過程中，可以極大的培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和從模擬中發(fā)現(xiàn)問題，拓展想法，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)物理規(guī)律，為今后的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。最后，與Basic、C和Fortran相比，用MATLAB軟件對物理實驗的模擬，只需要用數(shù)學(xué)方式表達和描述，省去了大量繁瑣的編程過程?；谝陨险撌觯煤屯茝VMATLAB編程的計算機模擬技術(shù)必將會其成為我們大學(xué)物理教學(xué)過程中不可或缺的有力工具和從事高?？蒲械挠欣脚_。

【參考文獻】

[1]李曉莉，張建飛.計算物理的教學(xué)改革研究與實踐[J].物理通報，2010（8）：57.

[2]胡守信，李柏年.基于MATLAB的數(shù)學(xué)實驗[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]張錚，楊文平，石博強，李海鵬.MATLAB程序設(shè)計與實例應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2003.