连续体模型范文
连续体模型范文（精选10篇）
连续体模型 第1篇
随着现代电力系统规模的不断扩大,电力系统频率的动态特性日趋复杂,动态变化过程中频率在时间和空间上的分布特性逐渐显现[1]。传统的单机模型分析系统频率动态特性的方法已不能适应大规模电力系统的需要,因而迫切需要对现代电力系统中影响频率(或机电)动态特性的因素进行研究[2,3,4]。连续体建模是研究大规模电力系统机电动态特性的一个新思路。连续体建模时,发电机采用经典二阶模型,电网采用准稳态模型,电力系统描述为在空间上连续分布发电机、负荷和输电线路的统一体[5,6,7]。连续体模型提出机电波的概念,认为机电扰动在电力系统中以波的形式传播,因此能够用波动理论研究电力系统中机电扰动的传播[8,9]。
早在1974年,Semlyen把连续体的概念应用到了电力系统[8]。1998年,Thorp把发电机的转动惯量连续地分布于相应的输电线路上,得到了描述机电扰动传播的非线性偏微分方程,给出了机电波传播速度的描述公式。结果表明:连续体模型中用公式计算出的结果与离散模型中扰动传播到每一个发电机母线的时间完全符合[10,11]。Parashar推导出了二维空间的机电波方程,首先将电力系统的网架结构简化为一个二维平面图;然后根据输电线路的走向,通过空间滤波过程用二维Gauss函数将线路参数光滑化为平面上的连续函数,任何一个空间坐标处的导纳(或阻抗)都包含在一个二阶张量中,其元素值的大小反映了电气网络的连接关系,利用Gauss函数将空间上离散分布的发电机惯性、阻尼和机械功率等也光滑化处理为二维平面的连续函数;最后建立了New England 39节点测试系统中机电波传播的二维分布图[12,13]。Lesieutre和Scholtz根据行波传播的阻抗匹配原理,设计出了能消除机电波反射的分散控制器,并用IEEE 118节点测试系统验证了机电波能够被控制器限制在一定的区域内,并且最终被完全吸收[7,14]。
本文基于描述机电波传播的非线性偏微分方程,首先在空间上进行差分处理,通过微分方程组体现了电力系统结构的拓扑连接关系,合理地处理了线路分支等关键问题,同时将发电机惯性按照Gauss函数连续地分布于与其相连接的线路上;接着,给出了连续体建模的基本方法及步骤;最后,通过连续体建模和传统方法(机电动态PSS/E建模)对改进的New England 10机39节点测试系统进行实验,研究机电扰动在电力系统中发电机母线之间的传播特性。2种方法在扰动传播时间上获得了基本一致的结果,扰动传播实验表明连续体模型可以用来描述电力系统中机电扰动的传播,能够获得和离散模型相同的结果。
1 电力系统的连续体建模
1.1 连续体机电波方程
实际电力系统中,发电机离散地分布于系统中的不同地点,研究电力系统机电动态的传统方法中输电线路一般用集中参数表示,不包含空间信息,仅已知线路的电气参数而线路长度未知。然而,连续体模型从波传播的视角研究机电扰动在电力系统中的传播特性,而空间信息对电力系统连续体模型而言是必需的,因此需要把发电机的惯性在空间进行连续化处理。电力系统的空间信息通常情况下是未知的,所以需要设定电力系统中输电线路的长度。本文根据线路阻抗参数大小设定线路的长度,将空间上离散分布的发电机、负荷等集中参数通过空间滤波过程进行连续化处理,从而得到了能够用来研究机电扰动传播的电力系统连续体模型[13]。这是连续体模型分析实际电力系统中机电扰动传播的重要步骤。连续化处理方法不是唯一的,也没有严格的限制,但原则上应尽可能地将传统模型中网架结构的拓扑关系体现在连续体模型的参数中,从而使连续体模型尽量逼近真实的电力系统。
文献[15]给出描述连续体模型中机电波传播的一维非线性偏微分方程为
其中,时间t的单位为秒;θ(x,t)为电压相角增量,单位为弧度;m(x)、d(x)、b(x)、g(x)、pm(x)均取标么值,分别表示连续体模型中按密度形式分布的发电机转子惯性常数、阻尼系数、线路电纳、线路电导及机械功率。
实际电力系统的网架结构是相当复杂的,如果不事先进行适当的处理,并非总能像New England 39节点测试系统一样可以描述为一个二维平面图,因而也就不能使用二维空间的机电波方程。其实,只要能合理地处理线路分支这个关键问题,就可以运用本文的式(1)研究复杂电力系统中机电扰动的传播,而且在一维空间中,连续体模型的电压相角参数是处处连续分布的,线路参数除了在母线处可能存在突变外也是连续分布的[16]。例如,给定一条输电线路ij的长度为L,总阻抗为Zij=Rij+j Xij,可求得其单位长度线路电纳bij和电导gij分别为
1.2 发电机转子惯性的连续化处理
一般而言,与发电机母线相连接的线路规格并不总是完全相同的,而且发电机母线一般情况下也是多条线路的汇合点,发电机惯性在这些线路上如何分配至今仍是一个值得深入研究的问题。对于发电机转子惯性的处理,本文采用了与文献[13]相同的具有高度连续性和光滑性的Gauss函数。但与文献[13]不同的是,本文并没有将发电机惯性按照Gauss函数形式在二维空间连续化处理,而是采用了一种新的处理方法,将发电机惯性在与其相连接的线路上进行处理,即按每条母线的出线数平均分配该母线上的发电机转子惯性。假设转子惯性为M的发电机所连接的母线上有n条线路,长度分别为li(i=1,2,,n),如图1所示。
将发电机惯性连续地分布于与其相连接的线路上,称为连续化处理,如图2所示。
若第i条线路上的惯性密度函数有如下形式:
其中,M0为Gauss函数在中心点处(母线位置)的最大值;xi为第i条线路上的一个空间点(i=1,2,,n),同时也表示到中心点的距离,0
为保证连续化处理前后与该母线相关的惯性不改变,可令:
即
1.3 机电波方程的差分化处理
用数值方法求解描述式(1),需要将方程中对空间坐标x的微分近似处理为差分[17,18]。
本文采用一种新的方法处理线路的分支问题。设差分的步长为Δx,在非母线位置的空间坐标xi处的电压相角增量为θi,与xi相邻的点为xi-1和xi+1,则式(1)变为
设母线j所在空间坐标xj处的电压相角增量为θj,与xj相邻的点有n个(等于该母线的出线数),为xj+k(k=1,2,,n),则式(1)变为
该式包含了电力系统结构的拓扑连接关系。
经过空间的差分处理后,式(1)变成一个常微分方程组,其中,方程的个数由差分步长Δx决定,Δx越小,方程组中包含的方程个数越多。
2 连续体建模的步骤
按照上述建模方法,首先确定潮流断面,在适当母线上引入初始扰动,对由式(6)或式(7)组成的常微分方程组进行时域仿真,求出相角扰动θi随时间t的变化曲线,就可以得出机电扰动的传播特性。
若电力系统由NB条母线、NG台发电机、NL条输电线路组成,用连续体模型研究机电扰动传播的步骤总结如下:
a.根据给定的潮流数据进行潮流运算,求出所有母线的电压相角稳态值θi 0-(i=1,2,,NB);
b.用式(2)计算每一条线路的bi和gi,并将第i(i=1,2,,NL)条线路进行Ni等分;
c.将NG台发电机的惯性分布到相应的线路上,即用惯性为M0的发电机取代原来的惯性M,与之相连接的线路上也等距分布了惯性密度由式(3)决定的发电机。对于两端母线上都没有发电机的输电线路,也要用步骤b的方法进行等分,不过等分段上发电机的惯性用一个很小的数值(如10-4)代替;
d.根据步骤a,计算所有发电机(共个)稳态时的相角θi0-(i=1,2,,NT),以及相应的电功率Pei t=0-和机械功率;
e.在第k条母线上引入以母线k为中心的Gauss函数形式的初始扰动Δθdist,与稳态时的母线相角θ0-相加形成扰动后t=0+时刻的相角初始值θ0+=Δθdist+θ0-;
f.根据相角初始值θ0+,计算所有发电机输出的电功率Pei|t=0+,但保持机械功率不变;
g.用时域法求解由NT个二阶的由式(6)或式(7)构成的方程组,求出t>0后的相角变化曲线θi(t)(i=1,2,,NT);
h.对θi(t)进行处理,减去稳态时的相角值,得出相角增量的变化规律Δθi(t)=θi(t)-θi0-(i=1,2,,NT);
i.根据Δθi(t)曲线,读出|Δθi|的第1个极值点在时间轴上的位置,即作为机电波在相应母线间传播的时间。
3 算例仿真及分析
3.1 改进的New England 39节点测试系统
本文的算例采用New England 10机39节点标准测试系统,详见文献[19-20]。研究发电机之间机电扰动的传播时间,需要在发电机母线上突然增加(或者切除)一个有功负荷作为初始扰动,因而在原来标准测试系统基础上进行了一些改进,具体如下:
a.所有的变压器变比设为1.0;
b.第30~37号母线上各增加1个功率为100 MW+0 Mvar的负荷;
c.第38号母线上的负荷有功功率增加100 MW,改为109.2 MW;
d.第30~38号母线上的发电机输出功率各增加100 MW+0 Mvar;
e.第39号母线保持不变。
因为本文关注的是与有功功率相关的机电扰动的传播特性,而有功功率主要由电压相角而不是幅值决定,所以上述a改动基本不影响有功功率的分布特征;其余b~e并没有改变原有的潮流断面,只是在没有负荷的母线上增加了一定量的有功功率负荷,从而保证每一条母线上具有至少100 MW的有功负荷量,相应母线上的发电机出力也增加100 MW的发电量。
3.2 连续体模型仿真
将New England 10机39节点标准测试系统中所有的线路分别进行Ni=5等分,按照上述的流程进行仿真。第i条母线上引入Gauss形式的机电扰动(幅度为5,也可有相等的弧度单位表示),在与其直接相连接线路上的分布为(令Ci≡0.1)
其中,θ的单位为度。
令机电扰动发生在30号母线,对由式(6)和式(7)组成的微分方程组进行时域仿真,可得扰动引起发电机母线的相角增量Δθi(t)在t[0,1s]内的变化曲线,并将母线的电压相角增量的第1个极值点出现的时间作为2条母线之间的机电扰动传播时间,相应的数据填入表1;分别令式(8)中的扰动发生于第31~39号母线,得出相应的数据填入表1。
3.3 PSS/E动态仿真
令第30号母线上的发电机负荷在t=0时突然增加原有功负荷量的50%,用PSS/E进行动态仿真,求得当仅有平衡发电机带调速器时,各发电机转子角增量Δθi(t)的变化曲线;令扰动分别发生于第31~39号母线,负荷突变为相应母线上负荷量的50%,得出相应的数据填入表2。
3.4 仿真结果分析
文献[21]中通过简化网络的方法,仅保留发电机的内节点(负荷均为恒阻抗),消去其他所有的中间节点,得出系统导纳矩阵B。一般情况下导纳矩阵B是对称的,即Bij=Bji,但母线i和j上所连接的发电机惯性通常并不相等,即Mi≠Mj。由于机电扰动在电力系统中传播时与发电机的惯性强相关,所以扰动从母线i传播到达母线j所用的时间tij与扰动从母线j传播到达母线i所用的时间tji也不相等,即tij≠tji,可见,机电扰动的传播是有方向性的。这是因为导纳矩阵表示发电机之间的电气距离,仅与网架结构有关,与发电机转子的惯性没有关系;而扰动传播除了与网架结构有关,还与发电机转子的惯性有很大的关系。因而,当某条输电线路ij(如果存在)两端的发电机惯性不相等时,尽管两者的电气距离是一定的,但机电扰动沿不同方向传播时所遭遇的阻碍作用是不相同的,所以它们之间机电扰动的传播时间也是不相等的。
根据上面的分析可知,电力系统中发电机之间的扰动传播时间关系图实际上是有向图。不过,对于实际电力系统,机电扰动的传播方向很难确定,因而不考虑方向的扰动传播时间关系图更能满足电力系统运行部门的需求。为此,本文给出扰动传播时间的代数平均值,即
由于改进的New England 39节点系统是一个非均匀的电力系统,根据上面的分析可知表1和表2中的数据是不对称的。用式(9)可计算出表1和表2中扰动传播时间的代数平均值。通过连续体模型用波动方程求出的扰动传播平均时间、用PSS/E计算出的扰动传播平均时间及2种平均值之间的绝对误差如图3~5所示。
基于上面的扰动传播实验,可总结如下:
a.改进的New England测试系统中,所有发电机之间都可以通过非发电机母线连通,所有的发电机同时发生加速(或减速),但是发电机彼此之间的电气距离不完全相等,发电机的转子惯性也不完全相同,因而发电机的加速度大小也不完全相同,当然发电机的摇摆规律也不会完全一致,因而可以观察到机电扰动的传播过程;
b.用连续体建模和传统模型PSS/E仿真改进的New England测试系统中机电扰动传播的结果较为相近,计算结果表明相对误差在5%之内。
4 结论
连续体模型 第2篇
关键词 问题连续体 初中 数学教学
中图分类号：G633.6 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）10-0044-02
初中作为素质教育的最后阶段，在一定程度上对学生进行培养和提高学生的综合素质具有十分关键的作用。数学在整个教学过程中，既是对小学学习的一个提升，又是进入高中后的基础，从而起着重要的衔接作用。因此，初中数学是一个关键性的环节，必须引起高度重视。新课改下的教学，已经逐渐将以教师为主体向学生转变，在这一基础上，将“问题连续体”渗入到教学中，可以充分发挥学生的学习积极性，从而获得更好的教学效果。
一、“问题连续体”的含义及相关应用
第一，这类问题大部分是依据事实的具有一定层面上的封闭性，问题和问题的相关解决思路是单一的，它提出的主要目标是使学生对某一事实进行了解。比如，在设计并制作长方体礼盒时，可以提出长方体有几个面组成？长方体的体积由表面积公式是什么？这类问题虽然对学生的培养力比较小，但却是不可缺少的。
第二，这类问题仍然是那种封闭性的问题，但是它需要学生对其进行相关思考和推理才能得出结论。比如：一张长方形的纸按照三条等分线进行折叠会得到什么形状？这类问题可以提升学生的能力培养，还能让他们对所学知识进行相关复习，得到更好地巩固。
第三，将个别问题进行扩展，并总结规律，掌握其概念和原理。比如：将几个完全相同的等边三角形进行粘贴并排列起来组成不同的形状，哪一个可以通过折叠形成多面体？这样可以让学生根据一个例子知道其规律，为以后的教学节省很多时间。
第四，在掌握知识的原理和概念后，运用知识对问题进行解决。比如：在对一元一次方程讲解过程中，通过对知识的相关讲解，让学生通过过程中的合并同类项、移项和去括号等相关方法进行计算。这样可以让学生对知识进行综合运用。
第五，在符合教学的主题外，引导学生发现并自主解决和所学知识相关的问题，从而提高学生的思维创作能力。比如：在对《多姿多彩的图形》进行教学时，先让学生对自己知道的图形进行述说，然后再让学生观看课件资料，从而来认识到更多的图片。并且还可以向学生问这样一个问题：在一个长方体的每个面上都涂上不同的颜色，将它进行组合后，从不同角度去观察，那么每个面的对面是什么颜色呢？这样可以在一定程度上调动学生的学习积极性，还可以充分发挥学生的动手能力。
二、应用现状
目前，“问题连续体”的教学方法在应用中取得了一定的成效。通过这种提出问题并解决问题的教学模式，使学生可以获得学习中的更多乐趣，并且这种教学模式是遵循由浅入深的原则，让学生在学习过程中加深对知识的理解，同时，还可以培养学生的创新能力。通常来说，有利就有弊，“问题连续体”在目前的教学中还是存在着自己的不足。首先，教师提问的频率较多，没有把握住学习的重点；进行课堂设计和课后练习的设计时，没有对其进行系统整理；其次，还在一定程度上存在着对方法上的不了解和不重视。因此，在面对这些问题时，应该提出有效方案，进一步提高教学效果。
三、“问题连续体”应用过程中的注意事项
针对目前“问题连续体”的应用现状，在进行教学设计时，应该格外注意以下几点：1.把学生放在教学的主体地位，实现“以人为本”。新课改的要求下，教师要将在一定程度上对学生的自主学习能力进行相应启发，注重对学生的相关指导，尽量做到和学生共同合作完成学习任务。在课堂教学中，教师要时刻关注学生在课堂学习中反映出的问题，并积极做出回答，从而有针对性的进行课堂教学；2.从学生实际情况出发进行教学问题的设计。教学的本质是通过教学活动来展开的，在教学过程中教师要注意用那些容易让学生接受和理解的问题进行课堂教学的设计，并且要考虑到学生的实际学习情况。同时，教师在设计问题时，要有针对性地进行问题的设计，提问也应该合理，不要太过于频繁，只有这样，才能在一定程度上提高教学效果；3.在教学过程中教师要经常鼓励学生进行提问，还要给学生留出一定的思考时间，针对所学问题进行相关的反思和提问，这样有利于挖掘学生学习的潜能，进一步培养学生的思维创造能力。
参考文献：
[1]杨国串.基于“问题连续体”的初中数学教学设计的几点思考[J].课程教育研究，2013，（34）.
[2]程燕英.巧用“问题连续体”活化初中数学“习题课”教学[J].数学教学通讯，2013，（25）.
微连续体的电动力学 第3篇
引力场是由无数与奇点相干的引力子在宇宙空间中一个接一个地分布形成的一个连续的整体。引力是奇点和它本身的引力场原有的平衡状态被其它奇点打破产生的一种压力。例如, 在真空中有一个静止的引力场奇点1, 奇点1的引力场对奇点1产生的压力是各向均等的, 这使得奇点1和它的引力场能够保持一种相对平衡的状态, 使奇点1相对静止在它的引力场的中心。把奇点2放到奇点1的引力场中, 奇点1和它的引力场原有的平衡状态就会被打破, 使奇点1的引力场中的每个引力子都有以奇点2为中心从各个方向指向奇点2重新分布的趋势, 从而对奇点1产生一个指向奇点2的压力, 压力的大小与两奇点间距离的平方成反比, 这个压力表现出来就是奇点2对奇点1产生的引力。与此同时, 奇点2和它的引力场原有的平衡状态也会被奇点1打破, 使奇点2受到一个指向奇点1的压力, 压力的大小与两奇点间距离的平方成反比, 这个压力表现出来就是奇点1对奇点2产生的引力。引力的这种产生方式与相对论描述的时空弯曲是等效的。与引力场类似, 一个电荷的电场是由无数与电荷相干的电场分子 (电场分子是构成电场的最小物质组分, 也是光波的媒介) 在宇宙空间中一个接一个地分布形成的具有相干结构的连续的整体, 即微连续体。引力场并不局限在场奇点周围的空间区域, 而是向空间中无限延伸, 其影响是非局域的, 所以, 电荷的电场也并不局限在电荷周围的空间区域, 而是非局域的, 电场力与引力一样, 其大小都与距离的平方成反比。一个正电荷和一个负电荷并排在一起, 与正电荷相干的电场分子就会有以负电荷为中心, 从各个方向指向负电荷重新分布的趋势, 使正电荷受到一个指向负电荷的压力, 表现出来就是负电荷对正电荷产生的吸引力;与此同时, 与负电荷相干的电场分子也会有以正电荷为中心, 从各个方向指向正电荷重新分布的趋势, 使负电荷受到一个指向正电荷的压力, 表现出来就是正电荷对负电荷产生的吸引力。两个同种电荷并排在一起, 每个电荷的电场分子都会有以对方电荷为中心, 指向各个方向重新分布的趋势, 使每个电荷都受到一个由两电荷的内侧指向两电荷外侧的压力, 表现出来就是两个同种电荷间互相排斥的电场力。一个静止的电荷在场的作用下向前运动, 会带动它周围空间中相干的电场分子一起向前运动, 这些电场分子又会带动空间中相干的电场分子一起向前运动, 在与电荷运动方向垂直的界面上, 与电荷相干的电场分子并不是直线向前运动的, 而是一边绕着电荷旋转一边向前运动, 从而形成一个以电荷为中心的磁场涡旋, 磁场涡旋的方向就是磁场的方向。稳定的磁场涡旋一但形成, 就可长期存在, 没有外力的作用就不会自动消失, 就像超导线圈中的电流一但形成就不会自动消失一样。电流方向不变, 电流大小呈周期性变化的振荡电流叫做单向振荡电流, 磁场方向不变, 场强大小呈周期性变化的振荡磁场, 叫做单向振荡磁场;电流或磁场的大小和方向都呈周期性变化的叫做双向振荡。与此类似, 电场 (磁场) 分子流涡旋的方向不变, 电场 (磁场) 分子流大小呈周期性变化的振荡叫做单向振荡;电场 (磁场) 分子流涡旋的大小和方向都呈周期性变化的叫双向振荡。单向振荡的电流可在其周围空间中激发单向振荡的磁涡旋, 单向振荡的磁涡旋可在其周围的空间中激发单向振荡的电涡旋, 单向振荡的电涡旋和单向振荡的磁涡旋在空间中交替产生形成单链式电磁波。让两列时间相差半个周期的等幅同频率的超高频单链式电磁波经过等长的路经后叠加, 便可在空间中合成一个超低频单向振荡的无源的磁场, 使通恒定电流的导体受到一个方向不变的电磁力的作用, 推动飞船前进, 这就是大推力量子引擎的基本原理。双向振荡的电涡旋与双向振荡的磁涡旋在空间中交替产生形成双链式电磁波。普通的无线电波和光都是双链式电磁波。在空间中互相激发交替产生的电涡旋和磁涡旋总是互相垂直的, 且两者都是由大量相干的电场分子的涡旋运动形成。我们都知道, 液体是不可以产生和传播横波的, 而大量相干的液体分子彼此远离, 密度变得极低, 使张力远大于斥力后, 便可形成具有相干结构和固定形状的膜, 产生并传播横波。一个电荷的电场分布在宇宙中的电场分子的密度虽低, 但这些电场分子形成了像膜一样的相干结构, 所以能产生和传播横波。因为不同电荷的电场分子是不能形成传播横波的相干结构的, 所以, 在一个电荷的电场里传播的光能不能直接传到另一个电荷的电场中去, 就好比两个光波彼此穿过后, 仍保持各自的独立性, 一个光场中的动能不能传到另一个光场中去一样。每个电磁波中的电涡旋和磁涡旋都是由同属一个电荷的相干的电场分子运动形成。无论是引力还是电场力, 或是磁场力, 实际上都是由空间中与场奇点相干的场分子与场奇点间原有的平衡态被打破而产生的, 都是与场奇点相干的场分子对场奇点直接产生的作用力。实验证明, 每个观察者接收到的电磁波都是以观察者自身的电场为载体来传播的。静止或匀速运动的电荷, 它的电场也是静止或匀速运动的, 这一点有大量实验可证明。无论观察者以什么样的速度匀速运动, 观察者的电场相对于观察者都是静态的电场, 两者总是处在同一个非局域的惯性系中, 这必然导致真空光速相对于观察者恒定不变, 而光行差角也会严格地只与地球和恒星的相对运动有关。结合等效原理, 在不违背狭义相对性原理的前提下, 光速的相对性可归纳为两点: (1) 无论光源和观察者如何运动, 在真空中传播的光, 其速度相对于接收它的观察者恒为c; (2) 在真空中传播的光, 其速度相对于不是接收它的观察者可变。
2 超光速传输信息实验
在真空中选取AB两个相距较远的点, 将一根长杆平放在B点旁边, 让长杆与AB两点的连线垂直, 长杆与B点间的距离很短, 可忽略不计。让一个激光器和一块平面镜分别以相同的速度沿着两条平行于长杆的直线从左向右同时匀速穿过AB两点, 激光器和平面镜始終处在同一个惯性系中。激光器到达A点的瞬间向B点方向垂直射出一束激光, 平面镜穿过B点向右匀速移动一段距离后把激光垂直反射到长杆上的O点。在上述实验中, 激光器经过A点瞬间发出的激光被分成两束, 一束从A点直线射向长杆上的O点, 所花的时间为t1, 另一束从A点垂直射向B点, 被平面镜的电场向右拖曳后, 经平面镜垂直反射到长杆上的O点, 所花的时间为t2, t1>t2。这证明第二束激光以超过真空光速的速度从A点传到了O点。但对O点上的电荷来说, 激光只不过是走了一条比较短的“捷经”而已, 它们观察到激光是从A点右方与平面镜相对应的点发出的, 它们观察到的光速仍是c, 但这并不是真实的光速。在激光器和平面镜间传播的光, 平面镜才是接收者, O点上的电荷并不是接收者, O点上的电荷接收到的光实际上已不是激光器发出的光, 而是平面镜上的原子受激辐射出的光, 只是两者的频率相同而已。因此, 在激光器和平面镜间传播的激光, 其速度相对于平面镜恒为c, 相对于O点上的电荷却是大于c的。
3 物体具有惯性的原因
物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质称为惯性。牛顿在巨著《自然哲学的数学原理》里定义惯性为:惯性是物质固有的力, 是一种抵抗的现象, 它存在于每一个物体当中, 大小与该物体相当, 并尽量使其保持现有的状态, 无论是静止状态或是匀速直线运动状态。可见, 牛顿早就已经认识到了惯性与力有密不可分的关联。像电子、夸克等实物粒子实际上都不是能够独立存在的最小物质组分, 而是各种场的奇点。因为场奇点和场是个不可分割的整体, 所以, 任何实物都不能脱离有关的场而独立存在。在没有外力或合外力为零的情况下, 一个场奇点的场对该场奇点产生的压力在各个方向上都是均等的。若要改变一个场奇点的运动状态, 首先要改变该场奇点周围区域的场的状态, 场奇点周围区域的场的状态被改变产生的影响, 会以光速传遍整个非局域的场。因为场是由无数互相联系互相影响的场分子组成的一个连续的整体, 即微连续体。在没有外力或合外力为零的情况下, 微连续体中的每个物质组分都在张力和斥力的作用下维持其在整体中的位置不变, 以维持整个微连续体的平衡状态, 一旦有外力打破这种平衡状态, 微连续体必然会产生抵抗的力, 对外表现出惯性。这就好比静止在湖水下面的小球, 受到来自各个方向的水压力, 这些压力大小均等, 方向相反, 合力为零。站在岸上观察, 小球是静止的, 站在匀速行驶的汽车中观察, 小球是匀速运动的, 但小球与湖水仍是相对静止的。若要改变小球的运动状态, 可用非局域的场将整个湖与小球一起移动, 就像地球引力场带动整个湖与小球一起转动一样。也可用推力改变小球相对于湖水的位置和运动状态, 湖水反向的压力必然会使小球表现出的抵抗的力。由此可见, 场奇点的惯性实际上是场奇点自身的场对场奇点产生的压力的一种表现。因为场奇点和它的场是个不可分割的整体, 而场是看不见的, 所以, 人们才会误认为惯性是场奇点 (即实物粒子) 自身的属性。
4 波的粒子性与概率性
无论是电磁波还是机械波, 波的频率达到或超过一个临界值后, 波的方向性就会明显表现出来。比如, 频率很高的超声波与频率很高的光波一样, 都是接近直线传播的。波的频率越高, 波的方向性就越强, 在与波传播方向垂直的界面上, 波的作用范围就越小。在金属中, 原子外层的价电子可脱离原来所属的原子而成为在金属中自由地做热运动的自由电子。但在温度不是很高时, 自由电子并不能大量逸出金属表面, 这说明金属原子对自由电子有一定的引力以阻碍自由电子逃逸出去, 自由电子若要挣脱出来必须克服这种引力做功, 这个功叫做逸出功。在导体中的电流实际上就是电场力克服了金属原子的引力使自由电子定向移动形成的。频率比较低的电磁波遇到金属表面的自由电子时, 可同时驱动自由电子所处的波界面上大量的电场分子一起做步调一致的振荡运动, 近而带动自由电子一起做同频率的振荡运动。就好像水波, 其频率虽低, 但大量水分子整体的波动却可产生强大的力带动水面上的物体一起做同频率的振荡运动。而频率很高的光波由于其方向性强, 在与光波传播方向垂直的界面上, 光波的作用范围太小, 只能驱动波界面上的一个或极少个电场分子去撞击电子, 表现出明显的粒子性。就好像在水中传播的特超声波, 由于其方向性强, 在与特超声波传播方向垂直的波界面上, 特超声波的作用范围太小, 只能驱动一个水分子或极少个水分子去撞击物体, 表现出明显的粒子性。光波的频率越高, 撞击力就越大, 电子在被撞击瞬间获得的动能就越大, 电子从撞击中获得的动能等于光量子的动能hv。一个电子不能同时获得两个光波的能量, 若一个电子获得一个光波的能量后还不能挣脱金属原子的引力, 电子获得的能量就会在瞬间消散, 这导致每个电子获得的能量不能累加。因此, 光频率达不到金属的极限频率时, 增加光强和光照时间都不能产生光电效应。因为撞击不但改变了电子的动量和位置, 也改变了光波的媒介———电场分子的动量和位置, 所以, 一列光波不能总是驱动同一个电场分子去撞击同一个电子, 而是每个周期都随机地驱动一个不同的电场分子去撞击另一个电子, 标记下每个光子的撞击点, 就会发现大量光子的撞击点的分布是有规律的。大量特超声波的撞击点的分布也是有规律的, 可见, 粒子性和概率性, 与方向性一样, 都是波的频率达到一定的值后才能显现出来的波的一种共性。
5 熵的加速度与宇宙时间
一个物质系统的熵反映了该物质系统的状态的混乱程度, 即无序度, 熵越大, 无序度就越大。熵增大的趋势表现出来的力叫做正熵力, 阻碍熵增大或使熵减小的力叫做反熵力。熵的加速度等于物质系统的合熵力与该物质系统的质量的比值, 它可以改变熵增大或减小的速率。外界的压力可抵消物质系统的正熵力, 使熵的加速度减小, 熵增加得慢。例如, 储存在钢瓶中的液氧, 在熵增大的趋势下, 大量的氧分子总是趋向于占据更大的空间, 向外扩张产生正熵力。但在瓶壁的压力下, 绝大部分正熵力都被抵消了, 熵的加速度很小, 熵变化得很慢, 使得大量的氧分子长期保持液体状态, 并使每个氧分子热振动的频率变得很低, 热辐射很低。一旦钢瓶的压力消失, 熵的加速度就会变得很大, 液氧很快就会气化, 每个氧分子热振动的频率都会变大, 使热辐射升高。在微观世界中, 可用激光产生的压力来抵消一群粒子的正熵力, 将粒子束缚在一起, 并使每个粒子热振动的频率降低, 热辐射降低, 这就是激光制冷技术。一个孤立系统的时间速率反映了该孤立系统所有的物理量 (包括所有宏观的物里量和所有微观的物里量) 变化的平均速率, 它与该孤立系统的所有熵, 包括宏观的熵和微观的熵 (即总熵) 增大或减小的速率相关, 与熵的方向无关。而一个孤立系统的场分子 (包括电场分子、引力子等各种场的分子) 熵的加速度与该孤立系统的总熵速率成正比关系, 所以, 孤立系统的时间速率与场分子熵的加速度成正比关系, 与场分子熵的方向无关。在真空中高速运动的飞船会带动周围空间中的场分子一起向前运动, 这些场分子产生的负熵力会抵消飞船内场分子的正熵力, 使飞船内场分子熵的加速度减小, 场分子的振动频率减小, 时间频率降低, 原子钟变慢。飞船的速度越大, 飞船内被抵消的场分子的正熵力就越多, 飞船内场分子的振动频率就越小, 时间频率就越低, 原子钟走得就越慢。但即使飞船以光速或超光速飞行, 也无法使飞船里的时间停止, 更无法使时间倒退。强引力也可以抵消场分子的正熵力, 使场分子的振动频率减小, 时间频率降低。飞船在靠近大质量物体时, 飞船内场分子的正熵力会被强引力抵消, 使飞船内场分子的振动频率减小, 时间频率降低, 原子钟变慢。但当引力大于正熵力时, 引力越大, 场分子熵的加速度就越大, 场分子熵减小的速率就越大, 时间反而变得更快了。这种情况下, 时间已不能用原子钟来观测, 只能通过“引力钟”来观测。宇宙的时间速率取决于宇宙总熵的加速度, 与观察者的运动状态无关。因此, 宇宙时间对任何参考系都是一样的, 同时并不是相对的, 在同一宇宙时发生的两件事情相对于任何参考系都是同时发生的。
6 超光速迁移
除中微子外, 目前人类观察到的所有实物粒子在真空中运动都会带动其运动方向上的场分子向前运动。当粒子的速度增加到接近光速时, 粒子前方的场分子因来不及散开而被到压缩到粒子身上, 密度突然增大, 使粒子的质量显著增加。粒子的速度越大, 场分子的密度就越大, 粒子被附加的质量就越大, 粒子就越难以加速, 这种现像叫做光障。低于光速时, 粒子的质量可用相对论的质速公式来计算出近似值, 但粒子的速度无限趋近光速时其质量并不会增加到无穷大。当光障附加到粒子身上的质量达到一个阀值时就会产生剧烈的质量衰减反应, 大量被压缩到粒子身上的场分子以波的形式向四周围散开, 带走光障的质量, 使粒子被光障附加的质量迅速减少。此时, 若对粒子加以足够大的力, 使被压缩到粒子身上的场分子数大于离散数, 粒子的质量仍会随着速度的增大而有所增加, 但粒子被附加的质量越大, 质量衰减的速度就越大, 这导致相对论的质速关系失效。实验证明, 电子被光障附加的质量达到电子自身质量 (即电子的静质量) 的大约210倍时, 就会产生剧烈的质量衰减反应, 电子被加速到光速时, 其质量大约是静止质量的3600倍。当电子的速度超过光速时, 大量场分子就会遭到强烈的压缩而形成场激波。光障的产生是飞船加速到光速的最大障碍。如果全飞船上的每一个粒子都产生光障, 整艘飞船被附加的质量将十分巨大, 飞船不但无法加速到光速, 还可能会解体爆炸。怎样才能够让飞船突破光障呢?唯一的办法就是将光障屏蔽在飞船外, 并尽量减小光障的阻力。试想一下, 让一亿个小珠子独立地在空气中接近音速飞行, 就会产生一亿个音障, 这一亿个音障产生的阻力是非常巨大的, 把这一亿个小珠子拼凑成一个乘波体, 音障就只在乘波体的外表面上产生, 阻力就会变得很小。同理, 让一亿个小珠子独立地在真空中接进光速飞行, 就会产生一亿个光障, 这一亿个光障附加的质量是非常巨大的, 把这一亿个小珠子拼凑成一个乘波体, 光障就只在乘波体的外表面上产生, 乘波体被附加的质量就很小。举个实例, 每个原子核都是由一定数量的夸克构成的, 但一些从核子中对撞出来的夸克的质量却超过了整个原子核的质量。夸克的质量是被光障附加的, 对撞的能量越大, 对撞出的夸克的速度就越大, 光障附加的质量就越大。夸克会像丢包袱一样把附加在它身上的质量丢掉, 衰变为更轻的夸克。采用特殊的材料并设计成乘波体的飞船可使光障只在飞船的外表面上产生。理论计算表明, 一艘质量为100吨的乘波体飞船的速度增加到光速时, 光障附加在飞船外表面的质量大约只有30吨, 不到飞船静质量的三分之一。当飞船的速度增加到超光速时, 大量场分子就会遭到强烈的压缩而形成场激波, 产生类似于音爆的光爆现象。因为, 每个观察者接收到的光波都是以观察者自身的力场为载体来传播的, 所以, 只有运动物体相对于观察者的速度超过光速时, 观察者才可能观察到光爆, 而位于超光速物体运动方向上的观察者则无法观察到光爆。
7 超光速质能方程
爱因斯坦的相对论给出了低于光速时的质能方程, 该方程并不适用于超光速粒子。一个正电子和一个反电子互相湮灭, 只剰下光子, 根据等效原则, 我们可以这样解释相对论质能方程;拥有一定惯性质量的物体可转化为一束光波, 这束光波具有的能量就是该物体所具有的能量, 它等于该物体的质量与光速的平方的乘积, 即E=mc2。相对论揭示了质量、能量和光速三者之间的内在联系, 但相对论并不能解释光速为何不变, 也就不能解释质能方程中的光速为何取c值。因为, 真空光速相对于接收光的观察者恒为c, 这一点有个前提条件, 即光源相对于观察者的速度小于c。所以, 质能方程中的光速只有在运动物体的速度小于c时才取c值。但当运动物体相对于观察者的速度超过c时, 就会产生场激波, 运动物体在观察者的力场中向前发出的每个光波都会被压缩到同一个激波阵中, 成为一个激波量子, 每个激波量子传播的速度相对于观察者都是超光速的, 它等于超光速物体的运动速度v。因此, 在超光速物体的质能方程中, 光速应取v值, 即E=mv2。
8 超真空泡效应
任何实物粒子都是由场奇点构成。粒子的速度低于阀值时, 粒子和它的场是个不可分割的整体, 但当粒子的速度超过光速并达到一个阀值时, 就会产生接近绝对真空的超真空泡把粒子和它的场隔开。这与水中的超空泡相似:大量高速运动的水分子互相远离使水分子间的张力远大于斥力, 从而形成具有相干结构的超空泡。与此类似, 真空中大量高速运动的场分子互相远离使场分子间的张力远大于斥力, 便可形成具有相干结构的超真空泡, 把实物粒子 (即场奇点) 和它的场分隔开。因为实物粒子的惯性实际上就是场奇点自身的场对场奇点产生的压力的一种表现, 所以, 实物粒子和它的场被超真空泡分隔后, 其惯性质量就会被空虚化。在超真空中的实物粒子, 其摩尔数不变, 但惯性质量却因空虚化而变得极小, 只须很小的力便可获得很大的加速度, 且其惯性质量不会随着速度的增大而增大。这种情况就像在水中旋转的螺旋桨, 刚开始时, 水对桨叶的阻力随着转速的增大急剧增大, 但当转速达到一个阀值时, 就会产生超空泡效应, 超空泡将桨叶和水隔开, 使水对桨叶的阻力急剧减小, 接近消失, 导致螺旋桨空转而损毁。超光速飞船的速度达到一个阀值时, 也会产生超真空泡效应, 飞船在超真空中运动, 其摩尔数不变, 但惯性质量却因空虚化而变得极小, 只须很小的推力便可使飞船获得很大的加速度, 且飞船的惯性质量始終保持一个极小的值, 不会随着速度的增大而增大。
参考文献
[1]李昌颖.量子发动机[J].武汉科技信息快报社, 2010.11.
[2]李昌颖.超光速通信技术[J].科技传播, 2013, 10.
[3]李昌颖.大推力量子发动机[J].电子世界, 2013, 10.
[4]李昌颖.超导量子场推进技术在宇航领域中的应用[J].电子世界, 2013.12.
[5]李昌颖.光分解与光振荡形式变换的探究[J].电子世界, 2014, 6.
[6]李昌颖.引力场与静电场的广延性与超光速原理[J].电子世界, 2014, 9.
[7]李昌颖.电磁波的两种振荡形式与光速不变原理[J].电子技术与软件工程, 2015, 5.
连续体模型 第4篇
【关键词】 问题连续体 初中数学 教学设计
【中图分类号】 G633.6 【文献标识码】 A 【文章编号】 1992-7711（2014）08-095-01
引言
数学是初中教学的基础课程，不仅能够让学生锻炼逻辑思维能力，其精确性和唯一性还可潜移默化地向学生传递着一种世界观、价值观，影响人的一生。学生从小学升入初中，数学内容的难度有一个跳跃，而相对高中数学的逻辑性和抽象性来说，初中数学可以看作是一个平稳的过渡。因此，初中数学的重要性还在于它连接了小学到高中的数学能力培养任务。这一时期，学生对数学的喜好程度、理解能力、适应度都很大程度上影响了其之后在高中的各门理科的学习（包括：物理、化学、生物等）。初中生好奇心强，具有一定的专注力，但注意力的集中能力还未最终形成。因此在教学中，教师需要发展能激发学生兴趣的教学模式来确保学生对于数学课堂的学习。“问题连续体”这一工具引入到教学中，有利于老师将课堂带入以问题为中心的探究式教学模式里，甚至给学生开展自主学习创造了有利条件。
一、“问题连续体”的涵义
“问题连续体”这一概念起源于美国，是指将解决问题作为课堂教学的基本策略，把基本知识的传授和实践技能的培养进行融合统一，让学生从掌握知识开始，逐步培养起实际应用能力和创造能力。这一概念与当前我国大力倡导的素质教育思想不谋而合，充分体现了我国教育界致力于提高学生综合素质，加大创新能力培养的决心。从概念上不难看出，“问题连续体”的使用使得课堂由以教师为中心转变成为以学生为中心，从以知识讲授为中心转变成为以解决问题提高能力为中心。
二、“问题连续体”在当前我国初中数学教学中的运用现状
就笔者的调查发现，当前我国在初中数学教学中对“问题连续体”这一工具的使用率正在逐年上升。所用之处无论是教师还是学生都反响良好。正确适当的使用“问题连续体”能够让学生清晰的掌握课堂中的重点及难点问题，并且有利于学生看到所学内容的实际运用价值所在。其次，由于教师在使用时，问题是循序渐进、逐层递进的，这样，就有计划有效率地逐步开拓学生的思维能力，拓展了学生的视角，并且让学生的思维跟随着问题的提出而逐步深入，对问题的理解也越发靠近实质。
然而，对这一新工具的使用还存在一些不足。大多数教师无法从传统教学模式里走出来所造成的。首先，部分教师只了解“问题连续体”是一连串的问题，但对于问题的设置没有掌握好，在使用时，学生往往被这一连串的问题所“轰炸”，应接不暇，找不到教学的重点。其次，有的教师所设置的问题没有层次感，留于表面，学生对概念的理解没法深入，教学效率并没有提高。最后，也不乏一些教师仍然对新的教学模式和教学工具不够重视，在教学中对其使用不足的现象。
因此，在初中数学教学中运用好“问题连续体”这一工具，还有很长的路要走。
三、初中数学教学中运用“问题连续体”应注意的问题
（一）“问题连续体”使用时要注意逐层递进
问题连续体大体将一个知识点分为几层来进行。前几层着重于概念的理解和掌握。而真正提高能力、培养探究精神，需要后面基层来进行。教师在运用时，要注意这种层次之间的递进。设置好问题的层次之后，呈现给学生时要注意顺序。若反过来，学生可能根本没有办法去解决问题，对于后面的问题会觉得难度太大，而本应放在前面提问的问题在提出来之后也让学生觉得不知所云。另外，在设置高层次的问题时，教师要注意，问题需要能切实激发出学生实践、锻炼的行为和动力。在设计问题过程中，问题的作用应该体现在适当地分解知识的难点，合理地划分课堂教学的层次，让学生的接受能力由低向高一步步攀登。在艰辛的探索攀登，才会有成功的乐趣。
（二）设计问题时，要以学生的实际情况为根据
教学是互动的，不能是单向的。教师在教学过程中，要随时注意学生的反映，包括在设计问题时，也要根据学生的实际情况为依据。具体来讲，初中生需要在教学中加入兴趣元素，要防止把课堂上成枯燥的思想教育课。例如，在讲解几何中“圆的中心及半径相关知识”的时候，老师可以这样发问，现在班上有一名同学过生日，我买了一个大蛋糕给她，蛋糕的尺寸是14，而她怎么能保证要均匀的切出8块来呢？那每一个同学分到的蛋糕的面积谁能算一算是多少？之后，可以请同学来讲一讲这和我们将要学到的数学知识是什么样的关系。通过对一道练习题的修改，可以依据“问题连续体”设计一系列不同类型的问题，挖掘各个层次上的数学习题的潜在功能，从而引导学生思考讨论，使学生在此过程中养成参与发现探索的习惯，能够带动学生的积极性，也容易让他们主动参与到享受数学学习的快乐之中来。
结论
初中数学在学生的学习生涯中地位重要。教师需要顺应新时代对教学的新要求，在追求学生对知识的理解之余，花大精力来培养学生的实践运用能力和创新精神。以问题为取向的课堂可以有效提高学生的实践运用动力，为学生对知识的掌握、运用提供了机会。在使用“问题连续体”来深化学生的理解力时，需要讲究方式方法，在一定范围内合理使用，以达到提高教学效率的目的。
[ 参 考 文 献 ]
[1]杨国串.基于“问题连续体”的初中数学教学设计的几点思考[J].课程教育研究，2013（12）.
[2]程燕英.巧用“问题连续体”活化初中数学“习题课”教学[J].数学教学通讯（初等教育），2013（08）.
创建问题连续体,让数学为思维而教 第5篇
从学生的认知过程和思维过程来看, 对于一个问题的彻底解决, 一般要经历三个阶段:第一, 对问题的理解, 产生解决问题的假设;第二, 对问题的解决, 针对假设进行论证或验证;第三, 对问题的反思, 将具体问题形式化。要成功地解决问题, 这三个阶段缺一不可, 将“问题”渗透到数学的教学过程之中, 学生的思维能力就会在问题解决中不断提高。鉴于此, 教师在日常的教学中, 需要从三个层面培养学生的“问题”意识。
一、依托学生实情, 精心设计问题
数学教学需要揭示数学的本质, 教学中要讲道理, 更要讲推理, 努力把数学的学术形态适当地转化为学生易于接受的教育形态。“学起于思, 思源于疑”, 学生的思维参与往往是从理解问题开始的, 故此教学问题的设计在符合知识本位要求的同时, 还要考虑到学生学习的“最近发展区”, 只有这样, 问题的提出与解决才会对课堂教学的推进起到关键作用。问题的设计不仅需要从角度、难度、跨度和广度等方面启迪学生思维, 使学生的思维活动逐渐由已知引入未知, 达到释疑、解惑的目的, 还要随着教学过程的展开成为一个连续的过程, 并形成几个高潮, 不断激发学生的学习动机, 使学生处于“愤悱”的状态。要尽可能提供给学生思考、探究的时间和空间, 因势利导, 适时进行学法指导, 积极主动、勇于探索的学习方式才可能落到实处, 实现知识的迁移和能力的飞跃。
案例1:在人民教育出版社新课改数学教材必修4“正弦、余弦函数的图像”一节的教学中, 考虑到学生课前知识储备和数学思维基础的实情, 为达到本课时的三维教学目标, 整节课在借用“装满细沙的漏斗做单摆运动时, 沙子落在与单摆运动方向垂直运动的木板上的轨迹”形成正弦、余弦函数图像的感知后, 仅仅设计两个教学问题就可以完成整个教学过程。问题1:如何做出正弦函数的图像?发散性问题的提出, 自然给学生提供了较为宽广的思维空间。学生间的相互启发, 教师的点拨评价, 很快就出现了“对话式”的教学场景。学生在问题的探讨中, 先后提出了计算机作图, 特点是快捷、准确、欠缺过程;描点法作图, 特点是费时、粗略、难于计算数值;几何法作图, 依据是建立单位圆中的正弦线与函数图像间点的关系。当然, 本问题的提出重点在师生探讨如何利用正弦线做出正弦函数的图像。问题2, 如何做出余弦函数的图像?在上面三种做法的基础上, 学生通过对前面所学习的三角函数诱导公式的回忆, 提出了第四种得到余弦函数图像的方法, 依据诱导公式:, 将正弦函数图像向左平移个单位得到。正是上面两个教学问题的依次提出, 学生在合作探究、质疑展示中才很好地完成了一节课的教学任务。
二、倾听学生反馈, 细心捕捉问题
传统教学中, 教学以我为中心, 以教参为中心, 以标准答案为中心, 在“自己设立的问题”模式中, 认为学生的回答完全落入教师设计的轨道, 这样的教学过程便是成功。新课程改革带给课堂一缕清风, 教师要秉承“以人为本”的教育理念, 努力成为学生学习的指导者与合作者。课堂教学中, 教师不仅要关注学生对自己提出的问题回答得正确与否, 重要的是能否善于分析出学生问题反馈中错误的归因。哪怕是学生给出问题的答案超出预想, 教师也大可不必立刻表明否定态度, 俯下身子挖掘到学生问题构想的障碍更是难能可贵。因此, 课堂中不仅要注意预设问题的解决, 同时要关注课堂生成性问题的处理。教师对课堂富于价值性问题的捕捉与延伸, 信手拈来, 为我所用, 这正是教学的科学性和艺术性所在。
案例2:在上面的教学案例中, 本节课的教学难点是引导学生借用单位圆中的正弦线做出正弦函数图像。这个教学环节一定是由师生共同完成的。在教学的实施中, 我预设的教学课件是将单位圆等分12等份, 分别做出各个角度的正弦线, 通过线段的平移得到一些特殊角的正弦值。而学生王某扬言要将单位圆等分10份, 这与我的课前准备显然不一致。从教多年的睿智让我继续追问学生如何运用尺规平分圆周得到360°角的问题。假若不能顺利将圆周角10等分, 就无法通过度量得到相应角的正弦值。学生既而认识到了这样等分显然不是很合理。虽是简单的一句追问, 这里既体现出对学生话语的尊重, 还达到了学生自己修正问题答案的效果。通过师生间的平等对话, 很快就确定了通过正弦线做出函数图像的基本步骤。 (1) 建立直角坐标系, 在直角坐标系中y轴左侧画单位圆。 (2) 把单位圆分成12等份, 过单位圆上的各点作x轴的垂线可以得到对应于角的正弦线。 (3) 确定横坐标:把x轴上从0到2π这一段分成12等份。 (4) 确定纵坐标:将正弦线对应平移, 指出相应的12个点。 (5) 连线:用平滑的曲线将12个点依次从左到右连接起来, 可得图像。借的图像, 通过正弦线“周而复始” (依据是诱导公式, 其中) 的变化规律得到正弦曲线。在教学反思中我写到, 正确面对课堂教学中发生的“意外”, 只要引导得当, 将课堂还给学生, 便可以较好地培养学生探究数学的兴趣和能力。教师思维的机智灵活, 往往换来的是学生的惊人发现。
三、激活学生思维, 匠心善待问题
著名教育家布鲁巴克指出:最精湛的教学艺术, 遵循的最高准则就是学生自己提问题。有些教师总爱以讲为主, 教学“一言堂”的出现顶替了学术探讨中的“百家争鸣”。如何善待提问, 早在《学记》中就有论述:善待问者如撞钟, 叩之以小者则小鸣, 叩之以大者则大鸣, 待其从容, 然后尽其声。不善答问者反此。“善待问”, 是教师对学生的最大鼓励, 也是对学生的希望与信任。只有把课堂当做思想交流的对撞场所, 学生才能“肆无忌惮”地提出质疑, 甚至否定, 教师也才能善待学生在教学上的挑战。依建构主义的观点来看, 知识必须通过学生的主动建构才能获得。所以, 课堂应成为教师与学生、学生与学生“思维碰撞”的场所, 只有把认知因素与非认知因素有机结合起来, 充分调动学生认知的、心理的、生理的、情感的、行为等方面的因素, 让学生进入一种全新的境界, 学生“问题”的意识才能自觉。
案例3:在人民教育出版社新课程数学教材必修1“函数的单调性”的教学中, 我设计的问题是:以函数y=x+1为例, 如何量化说明“y随x的增大而增大”?问题的提出, 便给出学生较为开放的探索空间, 随着学生的深入探究, 提出了渐为完备的解决方案。学生为表述y随x的增大而增大, 借了图像上多个孤立变量x值的增大:x值依次取1, 2, 3, 4相应y值的增大, y值依次得到2, 3, 4, 5来体现。此时, 个别学生提出了图像上一些离散点的变化规律, 不能反映图像连续的变化趋势, 产生了“举全做不到, 举不全不可信”的认知冲突。于是学生的争议过后, 提出的问题是:如何借用数量体现自变量选取的任意性及相应函数值变化的一致性?促使学生继续探索, 需用“任意、都有”两词来实现。通过学生的积极参与、问题的提出与解决, 逐步突破抽象定义的难点用离散的变化特征表述连续的变化趋势。后继的教学中, 学生针对函数f (x) 在区间 (a, b) 上是增函数的定义:且x1
连续体模型 第6篇
一、“问题连续体”在概念课的应用
在初中数学的学习过程中, 学生不仅需要了解概念的一般特征, 还需要了解概念的确定性、层次性以及发展性。而通过“问题连续体”可以帮助学生从多个方面来理解概念, 学会了解所学习的概念与其他概念之间的联系, 这样就能实现对概念更加全面、更加深刻的了解。教师要精心设计问题, 对学生进行循序渐进的引导, 必要的时候还可以通过例题来帮助学生巩固知识, 增强学生的理解。
如在学习苏教版初中数学“二次根式”这部分内容的时候, 教师在进行概念引入的时候, 问学生下面的问题:“我们知道32=9, 那么9开方以后是多少?我们将3称之为9的什么?”利用学生熟悉的数学式子, 教师在接下来对学生渗透开方的概念的时候, 学生就很容易理解。此时教师再问“9的平方根只有3吗?”在思考中, 学生就了解平方根并不是唯一的, 一个正数的平方根有两个, 而这两个平方根是互为相反数的。此时教师再问:“负数有没有平方根, 为什么?”学生在思考以后回答道:“负数是没有平方根的, 因为一个数的平方不可能是负数。”学生理解“二次根式”的基本概念以后, 教师对学生提出下面一个问题:“有一个直角三角形的两个直角边的边长分别是4和7, 请问斜边是多少?”学生通过勾股定理求得斜边的平方是55, 但是由于斜边不能是负数, 因此直角边的变成是槡55。在具体的问题解决中, 学生就知道在进行开方的时候需要对答案进行筛选, 要符合实际情况。
二、“问题连续体”在命题课的应用
数学定理的学习能够帮助学生形成系统的知识体系, 促进学生逻辑思维能力的发展, 在学习的过程还能够促进学生掌握数学思想和数学方法。在利用“问题连续体”开展命题教学的时候, 要让学生注重命题之间推导过程, 尤其是学习新的命题的时候, 教师要让学生了解新的命题与之前学习的命题之间的联系。在推导中, 学生也能够加深对命题条件的理解。
如在学习苏教版初中数学“勾股定理”这部分内容的时候, 教师不仅要让学生了解勾股定理的基本内容, 还需要引导学生推理勾股定理的推导过程。教师先问学生一个问题:“现在有四个全等的直角三角形, 能否拼出一个以直角三角形的斜边为边长的正方形, 如何利用拼好的图形来证明勾股定理。”教师为了鼓励学生参与到问题的探究过程中, 可以让学生提前准备好直角三角形, 然后让学生动手进行操作, 然后利用面积相等的原则证明勾股定理。学生了解勾股定理的证明过程以后, 就能学会从最基础的知识进行数学定理推导, 因此在记忆定理公式的时候也不需要花费大量的时间, 而是在理解的基础之上进行记忆, 这样也能够灵活运用定理。
三、“问题连续体”在习题课的应用
习题课的开展也是在一系列问题的引导之下开展的, 教师要从学生认知的具体情况出发, 然后设置问题, 这样能够让学生对相应的概念和命题进行回忆, 学会对问题进行转化, 然后将相关的知识点联系起来, 实现问题的解决。教师在设计问题的时候, 要体现出问题的“认知梯度”, 也要体现出问题之间的逻辑规律, 形成具有结构性的问题网络, 通过解决问题, 也能够帮助学生梳理知识网络, 同时还能提升学生的认知能力。
比如在学习苏教版初中数学“一元二次方程”这部分内容的时候, 教师就通过下面的问题提问过程, 让学生对“一元二次方程”相关的知识点进行梳理:“一元二次方程的定义是什么?其与一元一次方程之间的区别是什么?一元二次方程的一般式是什么?有怎样的条件约束?a、b、c分别代表怎样的含义?”学生通过上面的问题就能对于一元二次方程相关的基础知识进行了回忆, 在头脑中形成了有关一元二次方程的知识框架。然后教师再给出学生下面一系列的习题:“在方程5x2+3x+7=0中, a、b、c分别是什么;在方程a (x2+x) =槡3 x- (x+1) 中, 要保证该方程是一元二次方程, 那么a的值是什么。”教师让学生通过这两道题对一元一次方程的基础知识点进行巩固。在接下来教师提出“解一元二次方程的方程主要有哪些?在题目解决的过程, 如何进行方法的选择?用哪种方法解决x2=2?”在解决的过程中, 学生就会对直接开平方法、因式分解法、配方法以及公式法进行回忆复习, 并且了解每种方法的应用条件。经过这样的问题引导过程, 学生就整个有关一元二次方程的知识点都进行了梳理, 并且能够灵活应用到问题的解决过程中。
连续体模型 第7篇
DISCOVER问题连续体矩阵 (DISCOVER Problem Comtinuum Catrix) 简称问题连续体理论, 由美国亚利桑那大学的梅克 (J.Maker) 教授基于多元智能理论创立。问题连续体理论是以开发学生潜能为目标的问题体系, 该体系以问题为中心, 以方法为中介, 以答案为结果, 根据学生的智力发展水平构建了5个层次的教学结构, 揭示了5种类型的问题解决情景对于开发学生潜能的功能作用[1]。问题连续体理论把问题从封闭性到开放性变成一种连续的、序列的体系 (见图1) 。其特点是:不仅考虑了问题的结论, 而且考虑了问题的结构和解决问题的方法, 问题解决更多地用于发展学生多元智能、多元思维、探索、创新、实践等能力[2]。
2 教学过程
以生物学“植物的根如何吸收水分”为例进行教学设计。
2.1 第一类问题, 教学目标定位:了解事实
教师首先让学生了解植物的根可以吸收水分也可以失去水分。把一根胡萝卜泡在清水里, 另一根泡在盐水里, 然后将两根胡萝卜拿出来请学生观察。提问:经过不同溶液浸泡的两根胡萝卜有何区别?
学生很容易通过观察得出结论:泡过清水的胡萝卜变得水灵, 因它吸收了水分;相反, 泡过盐水的胡萝卜变蔫了, 因为它失去了水分。学生由此了解了植物的根可以吸收或失去水分的事实。
教学价值:该阶段主要解决学生从不知到知、从不确定到确定这样一个获得信息的问题。了解意味着知道了某件事, 或对一个具体的事物、事实有了感性认识。通过第一类问题的解决, 学生可以在观察事物、阅读材料、聆听叙事等获得信息的过程中, 主动把新知识与自己已有的经验联系起来, 进行知识体系建构, 有利于激发学生的学习动机, 满足学生的求知欲望。
2.2 第二类问题, 教学目标定位:理解的基础上应用概念
在了解植物的根可以吸水也可以失水的基础上, 为了帮助学生理解吸水现象与失水现象概念, 教师布置任务:用不同植物的根和不同浓度的溶液做同样的实验。这是引导学生从“个”到“类”的认识过程, 并对“类”的认识达到理解程度。
学生:通过实验发现植物在相对稀的溶液 (如清水) 中吸水, 而在相对浓的溶液中失水。经过对同类现象抽取共同本质特征后, 概括得出:吸水是指植物从相对稀的溶液中获取水分的现象, 失水则是植物向相对浓的溶液释放水分的现象。以此达到对概念的理解。
教师:通过提出“为什么农民在施化肥时要兑大量的水”“为什么盐碱地长不好庄稼”等问题, 使学生深入理解吸水现象与失水现象的概念。
教学价值:第二类问题基本是封闭的。概念的理解不仅通过概括共同特征来实现, 还要通过具体化来深化。封闭性问题对学生理解书本知识, 掌握间接经验是有利的, 但在促使学生主体作用的发挥方面作用有限, 也不能满足学生综合运用知识能力、创造能力和实践能力的发展要求。
2.3 第三类问题, 教学目标定位:概括的基础上运用原理
第三类问题通常是为了使学生在第一、二类问题解决过程中获得感性认识和形成概念的基础上, 建立概念与概念之间的联系, 总结原理、法则、规律。
2.3.1 发现与理解原理
当学生已经掌握了溶液浓度低于植物细胞液浓度时植物的根可以吸水, 相反, 溶液的浓度高于植物细胞液浓度时植物的根就失水的知识后, 教师进一步引导学生思考:吸水和失水现象的原因 (必要时提示:考虑溶液与植物细胞液浓度的关系, 通过吸水和失水现象的比较, 总结水分渗透方向的规律) 。
学生:根据以上结论总结规律:水分总是从浓度低的溶液向浓度高的溶液渗透。
教学价值:该规律的发现是学生驾驭或激活所学知识的重要前提, 但要使学生能够较为深入的理解, 还需要给他们提供将所学知识进行迁移的机会和情境。
2.3.2 迁移与巩固原理, 提升认知层次
教师进一步向学生提出问题:为了保证植物能够吸收足够的水分, 一般要采取哪些措施?请小组合作共同设计并实施一项小试验进行证明。
学生:在教师指导下设计简单的试验, 开展实践探究, 并做好记录。
教师小结:根主要是靠根毛伸进土壤吸收水分, 根在吸收水分的同时, 吸收溶解在水中的养分。因此, 植物的根具有吸收、运输水分和养料的作用。
教学价值:第三类问题属于半开放性问题, 还没能完全摆脱书本的束缚, 给学生提供的实践与创新空间比较有限。第一类至第三类问题属于封闭性或半开放性问题, 它们所涉及的知识一般呈上位与下位关系。
2.4 第四、五类问题, 教学目标:培养学生的发散思维
第四、五类问题均属于开放性问题, 二者的区别是:第四类问题是一个, 而且是界定明确的、由教师提出的, 而第五类问题是开放性的, 需要学生自主界定。
开放性问题通常是真实的、实际的问题, 通过该类问题的解决, 不仅有利于学生学习隐藏于问题背后的科学知识, 形成自主学习能力, 而且有利于学生实践能力的培养, 提高解决实际问题的能力。
2.4.1 发展综合运用知识能力教师:进一步引导学生查找资料, 解释某植物出现“烧根”现象的原因。
学生:根据教师提出的问题, 查找资料, 不仅要懂得植物的根吸收水分的原理, 而且要懂得一些有关土壤、植物习性, 甚至气候、季节等方面的知识, 只有对这些知识进行综合运用才能解决这个开放性问题。
教学价值:发展学生综合运用知识的能力是设置开放性问题的主要目的。解决开放性问题需要综合相关知识, 因此, 有利于发展学生综合运用知识能力。
2.4.2 培养实践能力
教师:当学生懂得植物的根吸水的原理后, 让其在实际生活中寻找相关的问题, 并设法去解释。如某学生对校园里同时栽种的几棵相同树苗的长势差异的原因进行了调查, 并采取相关措施使长势差的树苗情况得到改善。
学生:在教师指导下开展相关课外探究活动。
教学价值:学生在解决开放性问题的过程中, 提高了自主学习能力。
2.4.3 培养合作精神及交流能力, 发展创新精神
教师:建议学生在课外做一些如小花圃的种植栽培、观察种子的发芽过程、通过透明的玻璃瓶用水栽培植物观察根的生长过程等实验, 以培养学生的探究兴趣, 拓宽学生思维。
学生:在教师指导下开展课外自主探究活动。
教学价值:开放性问题减少了对答案与方法唯一性、正确性的强调, 强化了人是知识的积极创造者的观念, 有利于学生创新性思维的培养。
3 总结
3.1 以问题连续体为框架的设计, 能规范教师的教学设计
以问题连续体为框架对课堂教学进行设计时, 教师不是将关注点放在一个知识点或一堂课上, 而是在一个大单元范围内策划一系列问题, 这样的问题具有很强的连续性。教师对问题连续体理论每个类型的问题所要达到的认知层级、教学目标及选用的教学方法、学生的学习方法进行设计, 对教学过程也能更好地驾驭[3]。如在“植物的根如何吸收水分”教学过程中, 教师拓展的第三类问题:植物细胞吸水和失水现象的原因, 为了保证植物能够吸收足够的水分, 一般要采取哪些措施?请小组合作共同设计并实施一项小试验进行证明。这样, 整堂课的问题形成了一个“问题串”或“问题链”, 有利于各个层次学生的发展, 也有利于发展多元思维。
3.2 基于问题连续体理论设计的课堂, 对学生富有挑战性
总体上说, 生物学教学过程以问题连续体为框架, 从问题设计的角度出发, 将各种类型的问题渗透其中, 学生在教师的指导下, 既是问题的发现者, 又是问题的解决者。在“植物的根如何吸收水分”案例中, 教师提出的第五类问题:校园里同时栽种的几棵相同的树苗长势差异的原因。学生在教师指导下开展课外探究活动, 积极主动地参与了问题的提出、表述、论证、引申、反思等过程, 感受到探究成果带来的惊奇和成功带来的欣喜。在探究过程中, 学生间既互相协作, 又展开竞争, 体现了民主、和谐、奋发向上的团队合作精神。在这里, 教师的主导地位和学生的主体地位得到真正落实, 不同层次的学生均有广泛的发展空间。整个课堂教学, 在提出问题中拉开序幕, 在解决问题中达到高潮, 又在提出问题中落下帷幕。
问题连续体的5种问题类型, 不仅能反映问题的不同形式特征, 更能反映各类问题背后不同层次学生的认知水平, 教学全程注重学生基础知识与基本技能的掌握。
4 思考
(1) 问题连续体的各类问题并无好坏之分, 在教学中怎样设计问题, 设计哪一类问题, 需要根据学生的实际水平和课程内容的难易度而确定。如果问题太过简单、狭窄, 学生的思维得不到发展;如果问题的设置超出了学生的实际水平, 学生会感到茫然。所以, 问题的设置要注意“搭台阶”, 以留给学生适度的思维空间为好。正如梅克教授所说:“在问题解决的过程中, 每一种问题类型都有存在的必要性, 不同的问题类型都有它的适用性, 关键是在怎样的情境中使用最为合适。”[4]
(2) 问题连续体理论有很强的生命力。运用问题连续体理论, 能规范教师设计问题, 形成“问题链”、“问题串”, 促进学生思维的发展。问题连续体理论在生物学教学中有很强的生命力, 同时也可以在其他科学中应用。
(3) 问题连续体中的问题界限有时很难把握。不同的教师、学生对同一问题的界定不一定相同, 有时在研究中很难判断。
(4) 运用问题连续体理论教学, 提高了教师的教学设计能力。通过问题的研究, 教师教学设计水平不断提高。教师以问题连续体理论来设计课堂教学, 解决了以往问题单一、教学设计随意性大的问题。
(5) 在尝试阶段便可以使传授—接受教学转化为问题导向教学, 教学中的习题向问题转化, 问题从封闭性向半开放性、开放性转化, 这是教学改革实现的第一个飞跃。
摘要：生物学教学时, 以问题连续体为框架设计课堂教学, 能规范教师的教学设计, 提高教师教学设计能力;基于问题连续体理论设计的课堂, 可以开发学生潜能, 培养其解决问题能力。
关键词：问题连续体,生物学,教学设计
参考文献
[1]吕世虎, 肖鸿民.基础教育课程与教学研究[M].北京:中国人事出版社, 2002.
[2]陈爱苾.课程改革与问题解决教学[M].北京:首都师范大学出版社, 2004.
[3]余文森, 郑金洲.新课程生物教与学[M].福州:福建教育出版社, 2005.
连续体模型 第8篇
关键词：杂交元,变厚度,节点厚度,拓扑优化
连续体结构拓扑优化设计是结构优化领域中最为活跃的研究方向之一,在不同领域具有广泛的应用前景[1,2]。几十年来,研究人员开展了大量卓有成效的工作,提出了各种优化模型和算法,其中,基于变密度的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)[3,4]模型是在结构拓扑优化设计领域应用最广的方法之一。
SIMP模型通过引入惩罚因子,在材料的弹性模量和单元相对密度之间建立起一种显式非线性对应关系,惩罚因子对中间密度值进行惩罚,使密度值向0和1两端聚集,以期实现“黑白分明”的拓扑设计。但是,应用SIMP模型和有限元分析方法进行拓扑优化设计时,可能会遇到棋盘格式和网格依赖性等数值不稳定问题。为了解决和克服其中的棋盘格式问题,研究人员提出了各类方法,包括:高阶单元或非协调元的采用、周长约束方法、敏度过滤方法、局部梯度约束方法、最小尺寸控制法等[5]。尽管数值算例表明这些方法在不同程度上取得了良好的效果,但连续体结构拓扑优化中存在的问题并没有完全得到解决[5]。
本文主要研究二维连续体结构的拓扑优化问题,选用以节点厚度为设计变量的变厚度拓扑优化模型,并在有限元分析模型中采用杂交元考虑厚度变化的问题。关于文献中已有的采用节点设计变量进行拓扑优化的工作可参考文献[5,6],而将杂交有限单元用于结构拓扑优化设计的工作可见文献[7]。本文以节点厚度为优化设计变量,并采用作者提出的变厚度杂交元[8]进行结构有限元分析。数值算例表明,即使不使用诸如敏度过滤等处理技术,所实现的算法也不存在数值稳定性问题。
1二维连续体结构拓扑优化设计模型
考虑以体积为约束、柔顺度为目标函数的二维连续体结构拓扑优化设计问题,取节点厚度为设计变量,可将优化问题的数学模型表示为
式(1)中,αj为节点j处的厚度设计变量,n为节点总数目,目标函数C为结构的柔顺度,[K]为结构整体刚度矩阵,{U}和{F}分别为整体位移和外荷载矢量,Ve为第e个单元的体积,N为单元总数,
tj=αjt0 (2)
式(2)中,t0为结构实心部分的厚度。以此为基础,单元内的厚度分布可表示为
式(3)中,Ni为单元位移插值函数,αi为节点设计变量值,m表示单元所包含的节点个数。
为避免优化后节点厚度取中间值,采用与SIMP模型相同的方法,对节点厚度引入惩罚指数P,将单元内对刚度贡献有意义的有效厚度定义为
本文采用四节点矩形单元,此时单元节点数m=4,单元形状函数可表示成
式(5)中,ξ,η为局部自然坐标,(ξi,ηi)为节点i的局部坐标。
2变厚度板有限元计算和灵敏度分析
采用文献[8]中提出的变厚度杂交有限单元,单元刚度矩阵可表示成
[K]e=[G]T[H]-1[G] (6)
式(6)中,矩阵[G]和[H]分别可表示为
[H]=∫
[G]=∫
其中,[E]为弹性矩阵,[D]为应变位移微分算子,|J|为雅可比矩阵的行列式,[Φ]为膜力插值函数矩阵,{β}为广义膜力参数[8]。
因为结构整体刚度矩阵是节点厚度变量的函数,按常规推导方法,对目标函数直接求偏导,并进行简单的整理后,可以得到
式(9)中,[Ke]和{ue}分别是第e个单元的刚度矩阵和位移矢量。由于[G]与节点厚度无关,
对等式[He][He]-1=I两端求导后可推得
式(11)中[He]的导数根据式(7)推得。
体积约束的灵敏度可采用式(12)计算
式(12)中,单元体积的偏导数可以表示为
3优化算法
本文采用优化准则法对设计进行改进,参考文献[4]中的算法,取以下迭代格式
式中,k为迭代步数,上标(k)和(k+1)表示对应前一迭代步或当前迭代步的取值,ζ为数值阻尼因子,一般取为0.5,Dj为第j个设计变量的迭代乘子,maxV和minV为当前迭代步设计变量可取值的上、下限,由下式确定
maxV=min{(1+m)α
minV=max{(1-m)α
式中,m是运动极限常数。设计变量迭代乘子Dj取为
其中的Λ为拉格朗日乘子。
4数值算例
基于式(1)的优化数学模型,对文献[4]和文献[9]研究的长悬臂梁和MBB梁进行了以柔顺度最小化的拓扑优化设计。两个数值算例中,所用参数都经过无量纲化处理,弹性模量和泊松比分别取E=1,v=0.3。
4.1算例1长悬臂梁
图1所示的左端固定单位厚度悬臂梁,取约束条件为结构实体材料体积不超过设计区域体积的50%,求满足结构的柔顺度最小目标下的最优拓扑。
注:rmin为过滤半径[4]
4.2算例2MBB 梁
图4所示单位厚度MBB 梁,上部中点处受集中荷载P。约束条件为结构实体材料体积不超过设计区域体积的50%,求使柔顺度最小的结构拓扑设计。
注:rmin为过滤半径[4]
5结论
本文采用节点厚度为设计变量,并对材料厚度分布引入惩罚指数,建立了带惩罚指数的基于变厚度杂交元二维结构拓扑优化模型。考虑柔顺度作为目标函数、体积作为约束条件的刚度最大化拓扑优化问题,实现了目标函数和约束函数对变量的灵敏度分析,并应用优化准则法进行迭代求解。数值算例证实了提出的模型的有效性和优越性。
参考文献
[1] Bendse M P,Sigmund O.Topology Optimization:Theory,Methodsand Applications.New York:Springer,2003
[2]罗震,陈立平,黄玉盈,等.连续体结构的拓扑优化设计.力学进展,2004;34(4):463—476
[3] Rozvany G I N,Zhou M,Birker T.Generalized shape optimizationwithout homogenization.Structural Optimization,1992;4:250—252
[4] Sigmund O.A 99 line topology optimization code written in Matlab.Structural and Multidisciplinary Optimization,2001;21:120—127
[5]李震,孙宝元,钱敏,等.基于节点密度的柔性机构的拓扑优化设计.计算力学学报,2007;24(2):130—134
[6] Guest J K,Prevost J H,Belytschko T.Achieving minimum lengthscale in topology optimization using nodal design variables and projec-tion functions.International Journal for Numerical Methods in Engi-neering,2004;61:238—254
[7]袁振,吴长春,庄守兵.基于杂交元和变密度法的连续体结构拓扑优化设计.中国科学技术大学学报,2001;31(6):694—699
[8]赖云山,马海涛.考虑变厚度的杂交应力元.科学技术与工程,2010;10(26):6502—6504
连续体模型 第9篇
“文件连续统一体模型”最早由加拿大著名档案专家杰伊·阿瑟顿于1985年提出，国内对文件连续体理论的研究始于2001年，此后文件连续体理论作为一种新的档案学理论，逐步引起档案学者的关注。本文以中国知网（CNKI）为数据来源，在“主题”模式下输入“文件连续体”进行精确检索，得到2002年～2012年间文件连续体理论研究文献88篇。笔者以此为研究对象，用文献计量学的方法进行统计分析，以期对我国文件连续体理论研究现状进行全面的了解，为文件连续体理论的进一步研究提供借鉴和参考。
2 文献统计分析
2.1 年度分布。2002年～2012年间文件连续体理论研究文献年度分布和变化趋势如下所示：
表1 文件连续体理论研究文献年度分布表
注：表中“%”是指年度文献数量占文献总量的百分比
图1 文件连续体理论研究文献数量变化趋势图
文献的年度分布可以从一个侧面反映出这一时期该理论的研究状况，从而反映出该理论的研究趋势。由图1可以看出，国内关于文件连续体理论的文献数量总体上呈现一个上升、稳定、下降的趋势。2005年之前，该研究处于上升趋势，文件连续体理论逐渐引起学者们的关注；2006年至2009年，文献数量持续处于一个较高的水平。其中，文献数量最多的是2006年和2007年，分别为12篇和15篇，各占总数的13.6%和17%，说明该时期更多学者关注文件连续体理论的研究，研究热情较高；2010年之后，文献数量呈现出明显的下降趋势，说明学者们对于这一理论研究已趋成熟，研究热潮逐渐消退。
2.2 期刊分析。统计显示，88篇文件连续体理论研究文献分布在31种期刊和优秀硕士学位论文数据库中，其中载文量在3篇以上的有9种期刊，分别是《档案学通讯》、《浙江档案》、《档案管理》、《兰台世界》等，占文件连续体理论文献总量的71.6%。这9种期刊中有7种是档案学核心期刊，核心期刊载文量为54篇，占文献总量的61.4%。可以看出，文件连续体理论研究相对深入和系统，研究质量较高。
表2 文件连续体理论研究文献期刊来源分布表
2.3 研究机构分布。总体上看，文件连续体理论研究以高校档案学理论研究者为主，又以中国人民大学和浙江大学为核心，两所高校发文占文献总量的27.3%。文献数量在3篇以上的研究机构如下所示：
表3 文件连续体理论研究文献在3篇以上的研究机构
可以看出，文献数量在3篇以上的研究机构发文总量为47篇，占文献总量的半数以上，说明文件连续体理论研究机构相对集中。
2.4 作者分布。根据普赖斯定律，可以统计出文件连续体理论研究的核心作者群，核心作者是指那些发文量较多、影响力大的作者。核心作者的发文量应为文献总量的50%，普赖斯核心作者的最低发文数“m≈0.749（n??max）1/2”，其中“n??max”是最高产作者发的论文数。统计显示，最高产的作者是攀枝花学院的邹吉辉，其间发表的论文数共计6篇，所以“nmax=6，m=1.835”，取临近最大整数2，也就是说，发文达到2篇的为核心作者，见下表：
表4 核心作者发文统计表
统计显示，核心作者发文数量为24篇，占文献总量的27.3%，研究者较为集中，研究主体单一。
2.5 作者合作度分析。为衡量作者的合作规模，本文采用期刊论文的作者合作度这一指标。论文合作度是指某学科学术期刊在一个确定时间里每篇论文的平均作者数。它是反映论文作者团队协作和整体智力的重要指标，合作度的值越高，合作智能发挥越充分。
2002年～2012年论文作者合作度和合作率见表5。
表5 论文作者合作情况
从上表可以看出，近十年文件连续体理论研究论文的合作度为0.48，合作率为33%，由一个人独立完成的文献占文献总量的67%，3人及3人以上合作偏少，仅占文献总量的4.5%。分析显示，文件连续体理论研究以个人为主；2人合作是合作主要形式，合作形式局限于本机构内部合作；合作度偏低，规模偏小。
3 .研究主题
3.1 文件连续体模式下的档案管理研究。文件连续体理论是新型文件运动理论，有研究者将文件连续体模式与档案管理实践相结合，探讨如何在前者指导下优化后者。安小米（2002年）探究了文件连续体模式最优化管理的机理，提出了电子文件最优化管理的框架。张祝杰等（2005年）通过对电子文件内容鉴定的要素及方法的分析，分析了文件连续体理论给电子文件内容鉴定带来的影响。于英香（2007年）以文件连续体理论为例，剖析西方档案学理论在我国“本土化”过程中某些环节的缺失，并对如何改变这种现象提出思考与建议。吴品才（2009年）指出这一理论确有值得借鉴之处，但同时认为这一理论也可能存在若干问题，例如，能取代文件生命周期理论、文件运动阶段性对文件管理没有影响、纸质文件运动过程是线性的而电子文件运动过程是非线性的等，所以，档案管理实践中对这一理论不可盲从。
3.2 文件生命周期理论与文件连续体理论的关系研究。数据显示，涉及文件生命周期理论和文件连续体理论关系的文献为58篇，占文献总量的65.8%，可见，文件连续体理论与文件生命周期理论的关系是国内档案学者集中关注的问题。何嘉荪、叶鹰（2003年）讨论了两种理论的哲学基础，认为可以借鉴文件连续体理论，并对建立全新的文件运动理论进行探索。傅荣校（2004年、2008年）认为文件连续体理论相对于文件生命周期理论而言，更表现为文件管理理论发展到高级阶段的特性，从实践发展的需要看，文件连续体理论取代文件生命周期理论是一种必然，文件连续体理论将成为构成后保管时代档案学体系的基石。何达多、金更达（2005年）探讨了两种模式的同一性，并提出两种理论在现行环境中的关系是互为补充而非相互对立。邹吉辉、杨杰（2006年）对我国档案学者在两种理论关系研究上的4种观点取代论、补充论、兼容论与互补论进行点评，从基础与应用、宏观与微观、指导与被指导3个方面分析并阐述了文件生命周期理论与文件连续体理论的辩证关系。何嘉荪、史习人（2006年）指出文件运动理论才是全方位描述文件运动规律的理论，它既应包容文件生命周期理论、全宗理论、文件价值理论和其他理论，也应该直接吸纳或者借鉴文件连续体理论的绝大部分成果，发展成开放性和可持续发展的理论体系。刘东斌（2007年）从“收文”的角度对两种理论进行分析，认为从文件运动、文件管理和文件价值看，两者都不能给予充分解释。邹吉辉、何永斌（2009年）认为应该客观地评价“两论”的历史地位、全面地认识“两论”的价值、辩证地把握“两论”的关系、发展地看待“两论”的未来。
4 我国文件连续体理论研究中存在的问题
4.1 基础理论研究较多，实际工作问题研究较少。我国学者对文件连续体理论的研究大多处于理论层面，与档案管理工作相结合的研究成果较少，需要引起学界的重视。
4.2 存在一定的重复研究。文献调研发现，国内学者对文件连续体理论的研究重复现象比较严重，导致了科研力量的分散，造成了一定的浪费，且难以产生高水平的科研成果，影响了科研的整体质量。
4.3 研究主体分布不均衡。文献调研看出有关文件连续体理论论文的作者大都来自高校及科研机构，档案管理工作者对该理论反响平淡。研究主体分布不均衡导致我国档案学界对实际工作层面研究明显不足。
5 结论
最近几年，文献数量呈回落态势，说明文件连续体理论研究已趋成熟，也说明这一领域研究亟待创新，需要培育新的研究热点。
连续体模型 第10篇
一、垂直整合战略PWH模型
PWH模型理论框架的主要目标是确定决策制定过程,在这一过程中,决策者的整合战略主要包含资产的专用性、互补性以及整合战略的可行性。 Peterson,Wysochi和Harch建立了企业决策模型, 这是一个四步聚变决策模型,讨论在连续体中应采用何种战略。 图1 显示了该模型框架。 该框架建立在一个假定前提的基础上,有一个既存的企业,它出于故意或出于习惯,已经在体系中处于一定位置。 在一个决策步骤涉及一个原始问题:相对于可供选择的其他战略,现有整合战略的感知成本是否过高? 战略的成本过高可能出于两个原因:(1) 整合误差会使企业经常面对交易伙伴的机会主义的做法;(2)战略的执行成本高与被设计用以控制的整合误差。
由图分析,只有在四个与整合战略相关的问题答案都为“是”的时候,才会导致整合战略变革的过程。 在任何一个节点上一旦出现否定的答案,就会终止战略变革的过程。 分析框架还提供了一个反馈的环路,该反馈环路清楚地表明,整合战略演进的过程是动态的。 从交易环境而言,资源的可用性和战略的可能性发生了变化,较低的成本整合出现的机会也会发生变化。 就产业演进而言,产业内各个企业的理想整合战略,可能因资产专用性、互补性、可用性以及风险/回报权衡的不同,而沿着连续体向任何方向变动。
二、农产品链中PWH模型运用
我们用密歇根芹菜和普及品种的大田作物种子这两种农产品供应链的决策行为以及巴西圣保罗新鲜农产品市决策者的行为, 来验证垂直整合战略选择的PWH模型。 为监测密歇根州芹菜和普及品种的大田作物种子, 这两种农产品供应链中PWH模型的运行,我们采用了定性和定量的研究方法。并对四个节点问题进行编码和分类, 进而采用定性和定量的研究方法对四个研究命题进行解析。
命题1:如果决策者愿意改变垂直整合战略,那么他必然已经对所有决定性节点都给出了肯定的评估(战略变革的必要条件)。
命题2: 如果决策者对有所有的决定性节点都给出了肯定的评估,那么该决策者就愿意改变垂直整合战略(战略改革的充分条件)。
命题3:如果决策者不愿意改变垂直整合战略,那么他必然已经对某个决定性节点给出了一个或者多个否定的评估(维持现状的必要条件)。
命题4: 如果决策者对任何一个决定性节点都给出了否定的评估,那么该决策者就不愿意改变垂直整合战略(维持现状的充分条件)。
在对命题进行研究中, 访谈者的方案都支持PWH模型, 并且分析PWH模型中有很强的预测性。 研究还发现,可实施性在定性和定量分析中也具有重要意义,尽管不像整合误差成本和风险/回报权衡结果可接受性那么重要,定量和定性分析都支持四个命题,对命题形成了一定程度的支撑。
三、农产品链的形式:整合与非整合的供应链
无论是农产品供应链还是其他领域,供应链都是“顾客和供应商之间的联合,这些顾客和供应商为了他们的利益最大化相互合作,相互购买、转换、配送、销售商品和服务,导致了特定的最终产品的产生”(National Research Council 2000,p.22)。 每个企业都是供应链的一部分,而且即使在企业垂直方向上不同层次的现货市场进行面对面交易,供应量也始终存在。 所以一个整合的供应链已经超越了开放市场联合的程度,实现了“顾客和供应商之间的联合”, 这些顾客和供应商使用管理工具, 相互协作,使他们在最终产品的创造、配送和支持方面的综合绩效最大化。 因此供应链只有在供应链所有参与方共同发挥作用,来提高整合供应链的绩效的情况下,才是最优化的。
整合供应链具有很多优势: 供应链中库存减少;供应商备货量减少;交易陈本、摩擦及障碍减少; 供应链参与方功能与程序上的互补性增加;对市场需求变化反应加快;供应链各部分的运行与投资成本减少;产品的销售环节缩短;产品研发费用下降。 所有这些优势,都很好的反映了大多数供应链管理的基础,这是交易成本理论中的有关概念给我们的启示。 在信息共享条件下,合理化的功能和系统流程,使供应链更具有确定性,交易成本下降导致整个供应链的代表性和盈利能力的上升。
四、学习型供应链
学习型供应链通过学习型组织和整合供应链之间的融合形成。 学习型组织是这样一种组织,即他们发展出了一套知识管理系统,这一系统使他们能够以学习为基础, 不断调整自己以适应环境(Senge 2000)。 学习是“随着时间的推移,知识财富不断增加的过程”(Seemann 2009)。 Rice和Hoppe(2003) 就对供应链之间的竞争提出了3 种不同的模型。 其中每个模型对农产品的绩效、每种竞争模型所产生的配送成本和收益都有启示,这3 个模型分别是渠道控制者,供应链网络和供应链组织。
1、渠道控制者模型
在渠道控制者模型中,供应链之间的竞争,集中于各个供应链中的某个支配企业或者渠道控制者。支配企业规定整个供应链中的交易条件, 供应链竞争能力的发展或者衰退。 多数既存的汽车供应链都是这一模型的反映。 这一模型在农产品领域也得到了充分表现。考虑到现在某些农产品供应链中“整合者”的普遍存在,我们可以认为这一模型很常见。
2、供应链网络模型
供应链网络模型是整合的供应链,在这种整合的供应链中,各个企业都与他们所在供应链以外的其他企业进行竞争,这种竞争,又以他们自身的网络供应能力为基础。 单个企业很可能同时成为几个供应链的成员。 他们为了自身利益的最大化,可能与这些供应链之间保持或解除联系。 整合产生于一系列广泛的关系中,包括合资企业,联合营销安排,在系统和过程方面的合作项目等(Peterson2008)。这一模型的形象化的变现, 就是企业关系组成的网络,该网络的形状、空间维度、成员都在不断变化。网络的驱动逻辑仍然是企业自身的战略。 计算机产业很大程度上就以这种形式的供应链组织为特征,规模较小的加工和食品安全生产企业在许多方面为了服务于食品零售商,也采用这种方式运营。 分类管理方式的采用为这些小企业提供了联合和再联合的动力,从而维护他们与供应商的关系。
3、供应链组织
供应链组织是一个整合的供应链模型,在这一模型中,供应链本身作为一个整体,一个能动的组织参与竞争。 这一模型与渠道控制模型之间的区别在与,在这种整合的供应链中没有支配企业。 所有的企业共同参与决策,且他们各自在行动能力方面具有内在的独立性。 这种独立性的强度是解决学习型供应链中固有的困境核心。 Dyer Nobeoka提供了广泛的个案研究证据,证明丰田是一个高效的共享型网络,即一个学习型供应链。 他们的研究表明,丰田不是一个渠道控制者,而是创造了一个供应链组织。 他们进行的个案研究是用来建立并维持供应链网络特性的各种协调机制。 网络层面的知识管理过程包括一个供应商联合组织、运营管理咨询、自愿基础学习小组、企业雇员调配。 这些创造了一个促进多边与双边情境下,隐形与显性知识都能实现共享的网络。
五、PWH和学习型供应链及经济学理论在农产品供应链绩效指标中的运用
PWH模型充分利用了交易费用经济学原理。隐含的绩效指标包括,协调误差成本的大小、成本产生的可能性和既定治理结构下交易费用的成本。 协调误差成本与交易成本之间的权衡,影响到供应链的整体效率。 这个效率可以通过技术效率、交易效率、创新能力、盈利能力、响应能力等指标衡量。
协调控制强度与供应链治理机构之间存在联系。 协调控制强度是影响协调选择的变量基础,无论在整合或者非整合的供应链中情况都一样,研究已经表明PWH模型分析可以用于非整合与整合供应链中的企业,以预测在不同阶段关系的变化。 有了学习型供应链这种研究工具,重要的绩效问题变成了控制协调强度的问题。 在渠道控制模型中,是渠道控制者来控制;网络型的供应链依靠供应链中的各个网络来控制。 供应链组织中,供应链集合对调节控制强度负责。
在供应链网络模式下,组织出于自身利益的考虑做出与供应链之间是否相互联系的选择,可能并不会最大限度地服务于供应链的整体利益。 在供应链网络模式中, 分享有价值的个体信息的动机较弱。 供应链网络不断发生重组,这将使潜在的损失达到最大化,也将导致交易费用增加,同时错失市场机会。
农产品系统中,在学习型供应链和供应链组织的形成方面,存在相当大的障碍。 到现在为止,研究者努力描述农产品系统中的供应链网络可以良好的运作,满足农产品最终消费者的需要,在一定程度上供应链组织有助于提高农产品供应链的绩效。
PWH模型中,学习型供应链治理结构及其他经济学理论来衡量农产品链绩效时,可能会出现理论或者概念的复杂、重叠、交互关联。 例如,协调误差可能是相应失败,也可能是交易无效率。 研究者要想衡量农产品供应链仍面临许多挑战,如信息获取等问题。 对于封闭的供应链来说,个体如何获取需要的信息? 如何衡量整个供应链的盈利能力? 是否应该在整个供应链中的相同点来衡量各种变量? 即使能够衡量前述绩效变量,这种变量是否能够解决全部问题,仍有赖于我们的研究。 PWH模型涉及到大量的绩效问题,用它来分析供应链单企业已经相当复杂,用来分析一个完整的农产品供应链将更加复杂。
衡量农产品链绩效是一个复杂的工作,需要技术的创新。 PWH模型、学习型供应链的治理结构以及其他经济学理论模型的应用,都有助于农产品供应链绩效的理解与衡量。
参考文献
[1]Adamy,J.2010.U.S rejects meatpackers bid to conduct madcow testing.Wall Street Journal,243(71).
[2]Dyer,J.H.and nobeoka,k.2012.Creating and managing a high-performance knowledge-sharing network:the Toyota case.stratrgic Management Press,Cambridge.
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