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仿真科學(xué)與技術(shù)范文1
關(guān)鍵詞 金屬切削加工 有限元 Deform 教學(xué)改革
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.028
Thinking and Practice of Process Simulation
Technology in Undergraduate Teaching
LIU Yu， BIE Hainan
Abstract With the development and application of computer technology， process simulation technology more and more industry attention. This paper studies the machining process simulation technology in the demonstration of metal cutting process aimed at strengthening students for metal cutting machining process understanding in this way， while allowing students to understand the machining process simulation technology in the actual process， inspire students enthusiasm for learning， learning on the basis of a good theory to learn the application process simulation technology to analyze and create a positive atmosphere in the classroom teaching to achieve the desired effect.
Key words metal cutting; FEM; Deform; teaching reform
0 引言
金屬切削加工技術(shù)仍然是機(jī)械制造行業(yè)的主要加工方法。它通過刀具和工件的相互作用去除工件表面的多余材料，以獲得理想的加工形狀、加工精度和表面質(zhì)量的工件。因此，金屬切削加工技術(shù)在本科生的教學(xué)工作中占有重要的地位，機(jī)械類本科生都開設(shè)有關(guān)于數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工制造技術(shù)等相關(guān)課程。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的數(shù)控仿真軟件的出現(xiàn)使本科生在數(shù)控機(jī)床操作水平上有了很大的提升，但是對(duì)金屬切削過程中涉及的理論并沒有很大改觀。現(xiàn)在許多專家學(xué)者都對(duì)金屬切削過程進(jìn)行了研究，但是由于切削過程的復(fù)雜性，還沒有統(tǒng)一的理論來解釋加工過程中的各種物理現(xiàn)象，這對(duì)本科生對(duì)加工過程的理解造成了一定的困難。而加工過程仿真技術(shù)的出現(xiàn)為這一問題帶來了轉(zhuǎn)機(jī)，本文主要研究加工過程仿真技術(shù)在演示切削加工過程方面對(duì)于本科生教學(xué)工作的幫助。
1 有限元仿真技術(shù)
有限單元法（Finite Element Method， FEM）是一種以計(jì)算機(jī)為手段，通過離散化將研究對(duì)象變換成一個(gè)與原結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過一系列規(guī)范化的步驟以求解應(yīng)力，應(yīng)變和位移等參數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法。它是一種通用的近似計(jì)算方法，也是解決工程實(shí)際問題的強(qiáng)有力的數(shù)值計(jì)算工具。目前，有限元法在航空，航天，機(jī)械，汽車，鐵路，船舶，交通，建筑，電子，地質(zhì)礦產(chǎn)，水利水電，石油化工，生物醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，并越來越受到業(yè)界的高度重視。
現(xiàn)在較為流行的有限元分析軟件有ANSYS、ABAQUS、Deform和AdvantEdge等，這些軟件對(duì)研究金屬切削過程中的溫度、切屑形狀、刀具應(yīng)力等提供了良好的前后處理和求解環(huán)境。各個(gè)有限元軟在單元、建模、材料模型和自適應(yīng)網(wǎng)格能力等方面具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢。因此為了有效地模擬切削過程中所關(guān)心的方面和問題，需要綜合考慮分析問題的難易程度和仿真結(jié)果表現(xiàn)形式等多方面的因素，合理地選擇有限元分析軟件。
2 加工仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)
2.1 系統(tǒng)組成
該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由一臺(tái)小型車床和自組的小型銑床以及裝有Deform軟件的微機(jī)組成。車床和銑床的作用在于演示車刀和銑刀與工件作用的物理過程，觀察特定加工條件下的切屑和工件表面狀態(tài)，同時(shí)也是有限元的仿真數(shù)據(jù)（如刀具尺寸，切深、背吃刀量等）的來源，仿真結(jié)果實(shí)際上相當(dāng)于對(duì)實(shí)際物理過程的一個(gè)“慢放”，讓學(xué)生能夠仔細(xì)觀察刀具去除多余材料的過程，明白其作用機(jī)理。
Deform軟件是SFTC公司生產(chǎn)的一款商業(yè)有限元軟件，它專注于金屬成型和加工工藝過程的仿真，可以實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆、鍛壓等多種加工形式的仿真，同時(shí)也可以對(duì)材料的正火、退火、淬火等工藝流程進(jìn)行仿真分析。它的優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）界面交互性好，與其他有限元軟件相比，Deform軟件為用戶考慮，在一個(gè)界面就可以定義好所有需要參數(shù)，設(shè)置參數(shù)的位置清楚明了。
（2）操作性好。Deform軟件包含了大量的材料庫，材料數(shù)據(jù)不必再自己去尋找，而且設(shè)定網(wǎng)格數(shù)量后可以自動(dòng)劃分網(wǎng)格，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)大的變形量（如切屑去除過程）時(shí)可自動(dòng)的進(jìn)行網(wǎng)格的重劃分，不需要人工干預(yù)。相比于其他的有限元軟件，Deform在前處理過程中可以自動(dòng)定義物體的邊界條件，需要設(shè)定的參數(shù)量很少。
（3）后處理功能豐富。具有點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力―行程曲線等多種功能，而且具有2D的切片功能，可以顯示工件或者刀具的剖面結(jié)果。
因此選擇Deform作為有限元分析軟件，但是必須提前用CAD軟件繪制好刀具和工件的三維模型，然后導(dǎo)入Deform進(jìn)行分析。（如圖1所示）
（a） （b）
圖1 Deform仿真示意圖（a為銑削，b為車削）
2.2 試驗(yàn)臺(tái)在教學(xué)中的作用
本科生課程中的金屬加工常常以車削為例，講解前刀面、后刀面以及各個(gè)傾角對(duì)加工過程的影響，這些知識(shí)理論性太強(qiáng)，學(xué)生看到這些內(nèi)容并不能與真正的加工過程聯(lián)系起來，因此對(duì)這一部分的知識(shí)總是抱著死記硬背的態(tài)度，并沒有認(rèn)真對(duì)待。而有的學(xué)校有條件帶學(xué)生參觀真正的加工過程，但是由于機(jī)床轉(zhuǎn)速過高，加工過程很快就完成了，人肉眼無法觀察清楚整個(gè)過程，人靠近觀察還有可能產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)，而且耗費(fèi)加工材料和刀具，針對(duì)上述情況，有限元仿真是一個(gè)較好解決該問題的方法。
有限元仿真是對(duì)實(shí)際過程的近似，只要輸入正確的模擬參數(shù)，其結(jié)果與實(shí)際過程極為接近。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將仿真過程與實(shí)際加工過程相結(jié)合，由老師選定加工工況，通過有限元仿真的結(jié)果演示，讓學(xué)生明白加工過程是如何運(yùn)作的，然后再用實(shí)際加工過程作對(duì)比，達(dá)到驗(yàn)證的目的。
2.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)實(shí)踐
2.3.1 實(shí)驗(yàn)手冊(cè)的編寫
由于金屬加工過程涉及到很多的影響因素，而且仿真計(jì)算過程花費(fèi)時(shí)間過長，授課老師并不能在短短的課堂上一一呈現(xiàn)，因此將仿真的過程建立成為實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，分別對(duì)不同的影響因素進(jìn)行仿真，由老師演示一部分，另外的部分由學(xué)生自行根據(jù)手冊(cè)進(jìn)行仿真學(xué)習(xí)，在熟悉有限元軟件的過程中了解有限元解決實(shí)際問題的過程。
2.3.2 助教的設(shè)立
由于有限元仿真軟件需要一定時(shí)間的學(xué)習(xí)，授課老師可能沒有時(shí)間，或者與該研究方向不相符，因此需要設(shè)立助教進(jìn)行有限元軟件的操作及課堂演示視頻的制作。助教可以由研究金屬加工有限元仿真方向的研究生或者由授課老師設(shè)立專人來擔(dān)任。助教首先要熟悉有限元軟件的操作過程，然后與授課老師進(jìn)行溝通，針對(duì)本科教學(xué)的授課目的，選擇具有代表性的工況進(jìn)行有限元仿真，并將結(jié)果做成演示視頻等易于在課堂展示的方式。對(duì)于操作過程中遇到的問題要做到心中有數(shù)，同時(shí)做好與同學(xué)的交流工作，能夠積極回答學(xué)生的疑問。
3 加工仿真技術(shù)本科生教學(xué)實(shí)踐的思考
加工過程仿真技術(shù)是對(duì)本科生在金屬切削加工教學(xué)方面的一個(gè)說明和補(bǔ)充，可以生動(dòng)形象地說明金屬切削過程中刀具和工件相互作用的過程和機(jī)理，改變以往公式加配圖的教學(xué)方式，使整個(gè)課本“動(dòng)”起來，更能激發(fā)出學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提升學(xué)生對(duì)加工過程仿真技術(shù)的應(yīng)用，確立學(xué)生以加工過程仿真技術(shù)輔助學(xué)習(xí)的方法。由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)時(shí)間較短，在整個(gè)實(shí)踐過程中仍有許多值得我們思考的地方。
3.1 應(yīng)用擴(kuò)展
（1）有限元仿真技術(shù)對(duì)于本科生來說是一個(gè)演示說明的過程，但是對(duì)于研究生來說是進(jìn)行研究的一個(gè)必不可少的手段。但是研究生有需求時(shí)常獨(dú)立進(jìn)行摸索學(xué)習(xí)，效率低而且耗費(fèi)時(shí)間，許多疑問也得不到解答。因此對(duì)于研究金屬加工過程的研究生來說，也可以組織起來進(jìn)行有限元仿真軟件的操作教學(xué)，幫助他們快速熟悉掌握該軟件，盡快進(jìn)入研究工作。
（2）通過blackboard平臺(tái)建立與學(xué)生交流的通道，可以在平臺(tái)上放置一些仿真過程的演示視頻，幫助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，同時(shí)在平臺(tái)上建立與學(xué)生交流的通道，學(xué)生在使用仿真軟件過程中遇到的問題或者在學(xué)習(xí)上遇到的問題都可以與助教進(jìn)行溝通，對(duì)于學(xué)生的要求，助教進(jìn)行匯總后與授課老師合作，改進(jìn)課程教學(xué)計(jì)劃，使教學(xué)過程更進(jìn)一步。
3.2 下一步的工作
有限元方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)過程的離散化，可將每一步清晰的表現(xiàn)出來，但是這也注定了有限元的求解過程比較緩慢，并不適合當(dāng)場演示操作過程，只能對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行加工制作，制作成視頻等這些易于演示的方式，導(dǎo)致效率低下，不能對(duì)金屬切削加工的所有情況進(jìn)行演示。針對(duì)這種情況可以發(fā)動(dòng)本科學(xué)生中對(duì)有限元仿真比較感興趣的學(xué)生，或者實(shí)驗(yàn)做得比較好的學(xué)生做一些特定條件下的加工仿真操作，吸收到教學(xué)演示過程中，可安排這些學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)章節(jié)的講解等教學(xué)工作。
Deform是一款功能強(qiáng)大的軟件，觀察仿真結(jié)果時(shí)還伴隨著很多的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)并沒有在教學(xué)工作中得到很好地利用，比如切削溫度分布圖、應(yīng)力應(yīng)變分布圖、速度分布圖等，這些都應(yīng)該加以合理的應(yīng)用，融入到教學(xué)工作中來。
4 結(jié)束語
加工仿真技術(shù)是以有限元仿真技術(shù)為核心，以提升學(xué)生對(duì)金屬切削加工過程的理解為目的而建立起來的，并與本科的教學(xué)工作相互補(bǔ)充，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上對(duì)加工過程有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，并提升學(xué)生對(duì)于有限元分析方法的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生用有限元方法解決問題的能力。該課程改革仍處在探索研究階段，可以根據(jù)課程需要和教學(xué)目的的不同進(jìn)行調(diào)整，在本科生教學(xué)工作中必將發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)
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[3] 徐看.金屬切削過程有限元仿真技術(shù)研究.工具技術(shù)，2013.
仿真科學(xué)與技術(shù)范文2
【摘要】醫(yī)學(xué)物理學(xué)因在整個(gè)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科教育中處于非核心地位，一直被人們所忽視。眾多醫(yī)學(xué)院校的醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開展情況參差不齊，嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)物理學(xué)的主觀能動(dòng)性，為此我們采用ASP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和數(shù)據(jù)庫訪問模型ADO技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于ASP的醫(yī)學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)課程，為醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的展開教學(xué)提供新的思路。
【關(guān)鍵詞】ASP 物理仿真實(shí)驗(yàn) 課程設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：R197文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005-0515（2011）2-264-02
傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是以大學(xué)物理學(xué)中常見的設(shè)備與儀器為基礎(chǔ)展開。而在許多醫(yī)學(xué)院校，由于受到教學(xué)經(jīng)費(fèi)支持及教學(xué)場地的限制，許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能開展，或者已開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏良好的檢測儀器。導(dǎo)致許多實(shí)驗(yàn)說服力不夠，成功率不高，部分同學(xué)上實(shí)驗(yàn)課的主動(dòng)性和積極性下降[1]。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了基于ASP的醫(yī)學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)課程，采用ASP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)和數(shù)據(jù)庫訪問模型ADO技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，利用仿真實(shí)驗(yàn)來完成特定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)具備了語音、圖像、動(dòng)畫和文字等信息，實(shí)驗(yàn)成功率高，并且能提供相關(guān)課程理論知識(shí)。為醫(yī)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的展開教學(xué)提供新的思路。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)思想
以往的物理實(shí)驗(yàn)或多或少的都存在內(nèi)容繁雜，原理難于理解等問題。而教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于時(shí)間的限制，通常采用演示實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行說明和講解。這過程中就存在部分學(xué)生可能看不到或聽不明白的情況，而使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率下降。因此，我們將真實(shí)與虛擬相結(jié)合，利用語音、圖像、動(dòng)畫等多媒體信息的對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及到的儀器\講解圖像、動(dòng)畫和文字原理進(jìn)行闡述和講解。并通過ASP動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)將信息資源整合，在實(shí)驗(yàn)中增加與學(xué)生的互動(dòng)交流，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。
1.2 系統(tǒng)的界面與導(dǎo)航設(shè)計(jì)
為方便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)使用，系統(tǒng)整體采用“T”型的iframe框架結(jié)構(gòu)。
代碼如下：
其中*/*.htm為不同頁面所在的相對(duì)路徑，導(dǎo)航欄位于左側(cè)，各個(gè)子頁面位于右側(cè)。為增強(qiáng)交互性與促進(jìn)學(xué)習(xí)，我們對(duì)導(dǎo)航欄的各個(gè)鏈接增加一定的限制，根據(jù)使用者登錄的權(quán)限不同。普通用戶只能按實(shí)驗(yàn)順序逐個(gè)瀏覽實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并完成實(shí)驗(yàn)。超級(jí)用戶可以任意瀏覽實(shí)驗(yàn)中的任何內(nèi)容并完成實(shí)驗(yàn)。這是充分考慮到學(xué)生間的水平不同而采用不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。
1.3 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要分為個(gè)8能模塊，分別是：登錄系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)子系統(tǒng)、儀器介紹子系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)原理子系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)步驟子系統(tǒng)、仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、課后復(fù)習(xí)子系統(tǒng)。
1.3.1 登錄系統(tǒng)
用戶登錄機(jī)制是對(duì)用戶身份的合法性進(jìn)行檢查和對(duì)用戶的權(quán)限進(jìn)行檢測的方法與手段。用戶在登錄界面輸入用戶名和密碼后，將輸入信息和用戶信息數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行比較，如果一致則通過身份驗(yàn)證，否則提示出錯(cuò)信息。用戶信息數(shù)據(jù)庫的字段除了包含學(xué)號(hào)、密碼外，還包括一個(gè)等級(jí)字段，用來區(qū)別數(shù)據(jù)庫中教師和學(xué)生身份；其中“0”代表教師，“1”代表學(xué)生超級(jí)用戶，“2”代表學(xué)生普通用戶，通用戶要數(shù)據(jù)庫以此來確定用戶在系統(tǒng)中的操作權(quán)限。
1.3.2 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)子系統(tǒng)
與以往的實(shí)驗(yàn)課相比，本軟件整合了實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)習(xí)題檢測及實(shí)驗(yàn)后檢測題等操作項(xiàng)目。當(dāng)學(xué)生通過學(xué)號(hào)登陸軟件選定指定實(shí)驗(yàn)開始后，會(huì)先進(jìn)行預(yù)習(xí)題的檢測。題目由學(xué)生機(jī)終端從數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)選出，多為選擇題或判斷題，4~5道不等。全部題目均為教師結(jié)合書本考慮學(xué)生知識(shí)理解水平而給出。全部檢測題完成后，通過ASP網(wǎng)頁向服務(wù)器端提交答案，服務(wù)器端會(huì)自動(dòng)返回相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。80分以上者可繼續(xù)進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)了解步驟的學(xué)習(xí)。80分以下者會(huì)強(qiáng)制返回檢測題的初始狀態(tài)，使學(xué)生再次思考相關(guān)問題并作答。直到通過80分的水平方可開始下一步的操作。此法可用來督促學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，糾正部分學(xué)生不認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和試圖蒙混過關(guān)的僥幸心理。一定程度上提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。
1.3.3 儀器介紹子系統(tǒng)
儀器設(shè)備功能，使用方法介紹使用錄像教學(xué)的方法。錄像為教師親手操作配合語音說明和文字標(biāo)示錄制。這部分主要作為選擇性演示的操作出現(xiàn)。主要目的是考慮到學(xué)生的水平不一。實(shí)際操作強(qiáng)，以前接觸過此種一起的同學(xué)可以選則略過，直接開始下一步的是實(shí)驗(yàn)操作。動(dòng)手能力較差，以前接觸先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器較少的同學(xué)可以選擇觀看。里面有關(guān)于此實(shí)驗(yàn)涉及到的相關(guān)儀器設(shè)備的詳細(xì)介紹。這在以往的實(shí)驗(yàn)中都是在實(shí)驗(yàn)課開始后由教師詳細(xì)演示操作。所以此法可大大減少教師的工作量和節(jié)省學(xué)生實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間。
1.3.4 實(shí)驗(yàn)原理子系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)原理部分我們采用通過在原實(shí)驗(yàn)原理說明的基礎(chǔ)上，添加大量網(wǎng)上搜集和自己制作相關(guān)物理現(xiàn)象或原理的Flash。將以往復(fù)雜，難以說明的物理現(xiàn)象以更直觀，更形象的方式直接展示在學(xué)生面前。使得學(xué)生能夠在第一時(shí)間對(duì)所作實(shí)驗(yàn)原理部分獲得最直接的感性認(rèn)識(shí)。進(jìn)而使其加深印象和加強(qiáng)理解。以便可以更好的完成所做實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)工作。
1.3.5 實(shí)驗(yàn)步驟子系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)步驟方面同樣采用錄像教學(xué)的方法。使學(xué)生通過觀看演示視頻達(dá)到與教師實(shí)際演示實(shí)驗(yàn)步驟相同的效果。一方面大大減少以往教師的課前準(zhǔn)備工作量，和課堂上繁瑣的演示工作。另一方面使學(xué)生更清楚，更直觀地了解各種儀器的操作方法與實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程。避免了以往枯燥乏味的文字說明。特別是實(shí)驗(yàn)步驟比較復(fù)雜時(shí)，部分學(xué)生理解困難進(jìn)而失去學(xué)習(xí)耐性，消極完成實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。
1.3.6 仿真試驗(yàn)子系統(tǒng)
仿真實(shí)驗(yàn)部分采用《大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)》[2]中的實(shí)驗(yàn)操作完成。因其技術(shù)水平較為成熟，各種實(shí)驗(yàn)操作，現(xiàn)象展示較為完善。能較好的使學(xué)生完成和理解實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的相關(guān)知識(shí)。
1.3.7 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（包括實(shí)驗(yàn)中得到的原始數(shù)據(jù)和經(jīng)計(jì)算得到的最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)）的處理完全通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，簡化了以往繁瑣的計(jì)算過程。數(shù)據(jù)處理程序采用ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)連接數(shù)據(jù)庫。學(xué)生機(jī)終端在向程序輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算同時(shí)，會(huì)將輸入數(shù)據(jù)與計(jì)算過程中所得到的各關(guān)鍵數(shù)據(jù)項(xiàng)存入數(shù)據(jù)庫。教師機(jī)終端可根據(jù)學(xué)生學(xué)號(hào)查詢數(shù)據(jù)庫以查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，評(píng)分與審核。這樣可以減輕以往學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后花費(fèi)大量時(shí)間處理復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的工作量，和便利以往教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的查詢，評(píng)分與審核工作。一定程度上減少以往學(xué)生在實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)不理想時(shí)篡改原實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以獲得較好實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不良現(xiàn)象。
1.3.8 課后復(fù)習(xí)子系統(tǒng)
課后檢測題的作用與課前預(yù)習(xí)題類似。但主要用以驗(yàn)證學(xué)生對(duì)本課堂內(nèi)所做實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)理論的掌握情況。測試結(jié)果同樣通過服務(wù)器存入數(shù)據(jù)庫。由教師端根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)給出分?jǐn)?shù)，并作為實(shí)驗(yàn)課完成情況的一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和方法
2.1 關(guān)鍵技術(shù)
2.1.1動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)
目前，最常用的3種動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁交互技術(shù)為ASP(Active Server Pages)、JSP(Java Server Pages)、PHP(Hypertext Preprocessor)。系統(tǒng)采用簡單易用的ASP技術(shù)編寫。ASP全名Active Server Pages，是一個(gè)WEB服務(wù)器端的開發(fā)環(huán)境，利用它可以產(chǎn)生和運(yùn)行動(dòng)態(tài)的、交互的、高性能的WEB服務(wù)應(yīng)用程序。ASP采用腳本語言VB Script（Java script）作為自己的開發(fā)語言。ASP的網(wǎng)頁文件的格式是*.asp，ASP網(wǎng)頁可以包含HTML標(biāo)記、普通文本、腳本命令以及COM組件等。利用ASP可以向網(wǎng)頁中添加交互式內(nèi)容（如在線表單），也可以創(chuàng)建使用HTML網(wǎng)頁作為用戶界面的web應(yīng)用程序[3]。
2.1.2數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)
本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，這些數(shù)據(jù)庫有：用戶信息數(shù)據(jù)庫，預(yù)習(xí)題數(shù)據(jù)庫，復(fù)習(xí)題數(shù)據(jù)庫等。在對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問時(shí)系統(tǒng)采用ADO技術(shù)。ADO (ActiveX Data Objects) 是一個(gè)用于存取數(shù)據(jù)源的COM組件。它提供了編程語言和統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問方式OLE DB的一個(gè)中間層。允許開發(fā)人員編寫訪問數(shù)據(jù)的代碼而不用關(guān)心數(shù)據(jù)庫是如何實(shí)現(xiàn)的，而只用關(guān)心到數(shù)據(jù)庫的連接。利用SQL語句可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改、添加、刪除、查詢等操作。
2.2 系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)
2.2.1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)庫有:
Infor數(shù)據(jù)庫(用戶信息數(shù)據(jù)庫)
Ques1數(shù)據(jù)庫（預(yù)習(xí)題數(shù)據(jù)庫）
Ques2數(shù)據(jù)庫（復(fù)習(xí)題數(shù)據(jù)庫）
2.3 訪問數(shù)據(jù)庫
在具體實(shí)現(xiàn)ASP訪問數(shù)據(jù)庫時(shí),系統(tǒng)采用ADO數(shù)據(jù)庫模型。當(dāng)教師機(jī)終端要查詢學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，需要執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL命令，讓服務(wù)器終端進(jìn)行相應(yīng)操作來完成。使用ADO訪問數(shù)據(jù)庫一般分為以下幾個(gè)步驟：
2.3.1 與數(shù)據(jù)庫建立連接
通過建立Connection對(duì)象的實(shí)例db來連接數(shù)據(jù)庫。
dim db
Set db = Server.CreateObject("ADODB.Connection")
2.3.2 打開數(shù)據(jù)庫
db.Open "Dbq="&Server.Mappath("wwwlink.mdb")&";Driver={Microsoft Access Driver (*.mdb)}"
2.3.3 系統(tǒng)登錄的實(shí)現(xiàn)語句
mandText= "sel xuehao from infor where xuehao = '"&Trim(Txtname.text)&"' and 密碼 = '"&Trim(Txtpass.text)&"'"Cmd.ExecuteNonQuery()
2.3.4 系統(tǒng)記錄學(xué)生數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)語句
mandText= "insert into infor (data1,data2,…datan) value ('" &TextBox1.Text & "','" & TextBox2.Text & "','" &…& "',"& TextBox2.Text& ")"
2.3.5 教師查分的實(shí)現(xiàn)語句
Dim strSql
sqlstr1=”select * from link where infor_xuehao=*”
另外，本系統(tǒng)中預(yù)習(xí)題和復(fù)習(xí)題的隨機(jī)給出都是利用SQL命令語句實(shí)現(xiàn)的。
2.4 用戶權(quán)限管理
首先，用戶在進(jìn)入系統(tǒng)之前需進(jìn)行身份驗(yàn)證，只有合法用戶才能進(jìn)入系統(tǒng)。合法用戶通過身份驗(yàn)證進(jìn)入系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)為其在Server端申請(qǐng)Session變量，用來保留用戶標(biāo)識(shí)，以便后續(xù)功能的使用。
Session( userid )=txtname．text
其次，在用戶登錄時(shí)，系統(tǒng)就根據(jù)用戶名提取了數(shù)據(jù)庫中的“級(jí)別”字段值，在后續(xù)功能設(shè)計(jì)時(shí)，就可以根據(jù)用戶權(quán)限不同進(jìn)行相應(yīng)的處理。
最后，為了避免用戶不經(jīng)登錄直接調(diào)用系統(tǒng)頁面，在用戶登錄的同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置了用戶的Cookies值，用戶在調(diào)用系統(tǒng)每一個(gè)頁面時(shí)都要對(duì)用戶的Cookies值進(jìn)行判斷，如果此值不存在則重新定向到登錄頁面。
3 結(jié)語
目前，由于眾多醫(yī)學(xué)院校學(xué)科建設(shè)側(cè)重點(diǎn)的不同，導(dǎo)致醫(yī)學(xué)物理學(xué)的發(fā)展在很大程度上受到限制。特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，存在資金短缺，設(shè)備不齊，課時(shí)缺乏等一系列問題。眾多醫(yī)學(xué)院校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)都在探索新的道路。為此，我們提出一種基于ASP技術(shù)的醫(yī)學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)課程。希望能夠?yàn)楸姸噌t(yī)學(xué)院校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的改革提供新的思路。
參考文獻(xiàn)
[1]王紹章.轉(zhuǎn)變觀念創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].成人教育，2007，12：8-83.
仿真科學(xué)與技術(shù)范文3
關(guān)鍵詞：農(nóng)民教育；課程；教學(xué)；探索
中圖分類號(hào)：S8-01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-0432（2011）-08-0260-2
1 研讀教材，把握教材特點(diǎn)
《作物病蟲草鼠害診斷與防治基礎(chǔ)》是中央農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校編制的百萬中專生計(jì)劃《現(xiàn)代種植專業(yè)》的一門重要課程，也是各地對(duì)農(nóng)業(yè)推廣系統(tǒng)內(nèi)沒有專業(yè)學(xué)歷人員培訓(xùn)的必選課程，是一門重要的職業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用很大，教材內(nèi)容多，涵蓋面廣，講授起來難度大，培訓(xùn)是以效果為目標(biāo)的，如何提高培訓(xùn)質(zhì)量，確保教學(xué)效果是培訓(xùn)教師必須思考的問題。
熟悉教材，研究教材，研究教學(xué)大綱是上課教師備課的第一步，這本書包括植物害蟲、病害、農(nóng)田雜草，農(nóng)田鼠害和農(nóng)藥方面的知識(shí)。這是植物保護(hù)專業(yè)的幾門專業(yè)課經(jīng)過專家精心編寫融匯而成的，具有職業(yè)性、基礎(chǔ)性、先進(jìn)性、針對(duì)性和實(shí)用性的特點(diǎn)，打破了原學(xué)科體系而精選的內(nèi)容，這就要求教師必須掌握各學(xué)科體系的相關(guān)知識(shí)。根據(jù)本教材特點(diǎn)，突出實(shí)際實(shí)用的教學(xué)原則，思考怎樣切入相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，怎樣展示課程內(nèi)容，對(duì)提高技能，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)效果最有效。
2 研究學(xué)員，把握培訓(xùn)對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)
2.1 掌握成人學(xué)習(xí)一般規(guī)律
首先，成人的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)非常明確，很有針對(duì)性，既圍繞職業(yè)要求、又關(guān)注直接效益；其次，在人才的培養(yǎng)上，成人教育更要突出主體特征，根據(jù)成人社會(huì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，理解能力強(qiáng)等，開發(fā)其心智潛能，以突顯成人的個(gè)性和創(chuàng)造性；第三，成人教育作為繼續(xù)教育、終身教育，無時(shí)不與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相聯(lián)系，所以我們必須瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)和市場的現(xiàn)實(shí)變化與預(yù)期要求，有針對(duì)性地為從業(yè)人員實(shí)現(xiàn)個(gè)人發(fā)展，轉(zhuǎn)崗就業(yè)，提高層次設(shè)計(jì)教育模式，這些規(guī)律的遵循要求我們要依據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的差異，形成與之相應(yīng)的成人教育教學(xué)和管理體系。
2.2 研究學(xué)習(xí)對(duì)象的特點(diǎn)
掌握了成人學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，但不同批次的學(xué)員又有不同特點(diǎn)。若招收的以應(yīng)屆初中生為主的中等專業(yè)學(xué)歷層次的學(xué)生，則他們具有年齡均較小，精力相對(duì)充沛，學(xué)習(xí)勁頭大，學(xué)習(xí)記憶好，學(xué)習(xí)時(shí)間也較多，而且社會(huì)經(jīng)歷少，對(duì)農(nóng)業(yè)感性認(rèn)識(shí)差，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)差。但他們是被升學(xué)浪淘下來的學(xué)生，有的人發(fā)展不全面，學(xué)習(xí)偏科，有的接受能力本來就不好，學(xué)習(xí)的目的性不強(qiáng)。但這樣的學(xué)生課時(shí)多，能允許充分系統(tǒng)地講解，重復(fù)的實(shí)踐操作，反復(fù)的演練，才達(dá)到學(xué)習(xí)要求，鞏固學(xué)習(xí)效果。
若是村社干部或留守農(nóng)民，他們指揮著村社戶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有著豐富的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有強(qiáng)烈的求知欲，渴望成為指揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的內(nèi)行。他對(duì)課堂知識(shí)有較強(qiáng)的理解能力，但他們因年齡偏大，記憶力不好，還承擔(dān)著繁重的家庭生存壓力和繁重的生產(chǎn)勞動(dòng)，有的集家長、社長、村長一身，承擔(dān)基層工作的壓力，學(xué)習(xí)時(shí)間少。對(duì)這樣的學(xué)員則以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合案例，講授重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，自學(xué)與授課輔導(dǎo)相結(jié)全，確保工作學(xué)習(xí)兩不誤。
在崗的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的在職學(xué)員，因崗位工作的原因，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)作物病蟲草鼠害診斷與防治方面的知識(shí)，在工作中遇到很多難題，有強(qiáng)烈的求知欲望，成為指揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專家，但因崗位工作忙而時(shí)間相對(duì)緊張，要求學(xué)習(xí)知識(shí)系統(tǒng)而全面，不但要知其然，還要知其所以然。他們學(xué)到了知識(shí)，更要傳授給農(nóng)民；工作中遇到的問題還要帶到課堂來，這對(duì)課堂教學(xué)要求更高。這樣的學(xué)員一定講深講透，提出問題就要解答。
2.3 研究學(xué)員的社會(huì)層次
學(xué)員的社會(huì)層次不同，學(xué)習(xí)目的不同，對(duì)教學(xué)的要求也不一樣，這在備課、授課上是有差異的。應(yīng)屆初中生為主，中專學(xué)歷生為輔，由于年齡較輕的原因，沒有社會(huì)實(shí)踐，他們的目的性不強(qiáng)，講授知識(shí)要力求系統(tǒng)，加強(qiáng)操作實(shí)踐，真正全面系統(tǒng)掌握的課本知識(shí)，為他們今后的發(fā)展提供更大的空間。同時(shí)，還要教育他們學(xué)一行愛一行鉆一行的敬業(yè)精神，積極投身農(nóng)業(yè)科技實(shí)踐。對(duì)于村社干部和留守農(nóng)民、在崗的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的在職學(xué)員，他們的學(xué)習(xí)目的性強(qiáng)，從事的行業(yè)決定了需要這些知識(shí)來解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題，思想活躍，接觸一線生產(chǎn)實(shí)踐多，帶來的問題多，我們要有能力、有耐心解決這些問題。
3 收集資料， 擴(kuò)充展示教學(xué)的內(nèi)容
教師教授的知識(shí)一是來源于已掌握的書本理論知識(shí)，二是來源于工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，三是來于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)大量的信息資料的學(xué)習(xí)和收集。予人一杯水，自己必有一桶水。否則就是半壺響叮當(dāng)，隨時(shí)有可能被學(xué)員掛在講臺(tái)上，同時(shí)也誤人寶貴的時(shí)間。因此，在熟悉教材的同時(shí)，必須努力學(xué)習(xí)，收集閱覽大量的相關(guān)書籍和資料、圖片。教材上的知識(shí)點(diǎn)是要教師去思考怎樣處理，用什么教法、教具來讓學(xué)員接受這點(diǎn)知識(shí)。這門課生產(chǎn)一線有大量的實(shí)物標(biāo)本的、網(wǎng)絡(luò)上有豐富的圖片資料，就看你去怎樣收集，生活中有很多的案例，怎么去組織采用。這些教具、案例的使用，擴(kuò)充了教材的內(nèi)容，是教材的延伸。比如說要講昆蟲的形態(tài)特征，我先收集蝗蟲、蝴蝶、金龜子，螟蟲等成蟲、幼蟲各個(gè)蟲態(tài)，上課時(shí)就可以打開蝗蟲、蝴蝶、金龜子，螟蟲等成蟲圖片，讓學(xué)員了解這些就是昆蟲，再打開這些昆蟲的卵、幼蟲、蛹，了解每種昆蟲有不同的蟲態(tài)，使文字理論形象化，復(fù)雜的文字融化在圖片的介紹中，比較他們的形態(tài)，找它們的共同特點(diǎn)，讓學(xué)員掌握什么是昆蟲。再打開蝗蟲口器的圖片，介紹咀嚼式口器的構(gòu)造，要求學(xué)員掌握口器的基本構(gòu)造及其衍化，再從口器各部位的衍變特化，介紹刺吸式口器和其他口器類型，為防治害蟲選用藥劑作鋪墊，學(xué)員喜歡聽，聽得懂、記得住。
4 探究教學(xué)方法精心教學(xué)
4.1 課程的時(shí)間設(shè)計(jì)
成人學(xué)習(xí)一般以90分鐘計(jì)，時(shí)間分配以引入新課回顧占10%，授課占75%，結(jié)論占15%。
4.2 授課方法的應(yīng)用
靈活采用不同的教學(xué)方法，盡量教、學(xué)互動(dòng)。常用的教學(xué)方法有講課法、案例分析法、討論法、練習(xí)法，現(xiàn)場參觀方法等。教學(xué)的方法是否有效，決定培訓(xùn)的效果，這門課的實(shí)踐性強(qiáng)，要求教師要會(huì)使用多媒體、有豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，上課內(nèi)容結(jié)合生產(chǎn)，掛圖、多媒體展示的圖片內(nèi)容緊聯(lián)本地產(chǎn)業(yè)，內(nèi)容講解要聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際。教師備好了課，準(zhǔn)備了大量的教學(xué)資料，怎樣去組織教學(xué)呢？這就是教學(xué)方法的問題，恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法可事半功倍。比如昆蟲的趨性我利用討論法講了5分鐘，學(xué)員回顧生活中有夜蛾子撲燈、見過糖醋誘蛾、黃板誘蚜，有的做過枯把誘蟲產(chǎn)卵等，從而懂得了昆蟲的幾種趨性。對(duì)一些抽象的則以含義、重要性、如何進(jìn)行（步驟1、2、3），全面結(jié)論的邏輯推理方法講解。合理地選擇應(yīng)用教學(xué)資料，選擇恰當(dāng)?shù)慕叹呷缍嗝襟w、圖片、實(shí)物標(biāo)本，各種教學(xué)方法靈活交替。
4.3 教學(xué)內(nèi)容的選擇
教材中的內(nèi)容是針對(duì)全國各地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，涵蓋面廣，作為教師，要以本地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所涉及的作物和病、蟲、草、害為重點(diǎn)，而不是簡單的照本宣課，要對(duì)學(xué)員的創(chuàng)業(yè)和崗位工作有實(shí)際的指導(dǎo)作用。對(duì)與當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的就略講或自學(xué)，對(duì)本地的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)要多講，而且是增加內(nèi)容講，重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)的病蟲害要細(xì)講，講辯認(rèn)，講區(qū)別，講發(fā)生發(fā)展規(guī)律和如何防治。
4.4 教師的講解要求
講解層次分明，吐詞清楚，快慢適中，要聲音宏亮、抑揚(yáng)頓挫，風(fēng)趣幽默，運(yùn)用各種培訓(xùn)技巧，提高課堂注意力，增強(qiáng)課堂掌控力，讓課堂教學(xué)生動(dòng)有趣，學(xué)員輕松學(xué)習(xí)，快樂學(xué)習(xí)。
4.5 重視實(shí)踐課
這門課具有很強(qiáng)的操作性，安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間現(xiàn)場培訓(xùn)，一定要對(duì)當(dāng)?shù)氐闹饕∠x草害鼠讓學(xué)員能辨認(rèn)、用什么方法去防治及化學(xué)防治用哪些農(nóng)藥，什么濃渡，怎樣配制，怎樣施藥及其農(nóng)藥的安全使用，都要一個(gè)一個(gè)、一步一步地手把手地教，把技能學(xué)到手。
仿真科學(xué)與技術(shù)范文4
關(guān)鍵詞：全宇宙，最優(yōu)探索方法，物質(zhì)系統(tǒng)反設(shè)計(jì)，并行-云-系統(tǒng)仿真工程，有止境的科學(xué)探索
中圖分類號(hào)：N3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（a）-0000-00
1. 引言
人類自然科學(xué)探索研究的最終目標(biāo)是占領(lǐng)控制全部宇宙多維空間，并完全自由地應(yīng)用全部宇宙物質(zhì)[1-4]。為此，人類祖先與人類一直在探索宇宙物質(zhì)中的無窮無盡的未知現(xiàn)象、無數(shù)的未解之謎，等等。所謂科學(xué)研究，是基于當(dāng)時(shí)的物質(zhì)環(huán)境、生存與發(fā)展條件與科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，研究者采用全部可能的各種科技手段，來探索宇宙物質(zhì)世界的全部未知的各種客觀現(xiàn)象及規(guī)律，希望探索出新發(fā)現(xiàn)，并且該新發(fā)現(xiàn)能夠經(jīng)過各個(gè)學(xué)科在不同環(huán)境條件下的長期實(shí)踐檢驗(yàn)，以及廣泛實(shí)際工程應(yīng)用等，以確認(rèn)新發(fā)現(xiàn)的正確性[2-3]。從人類科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展史可以看到[5-14]，人類祖先對(duì)未知物質(zhì)及特性的探索從零開始，不斷發(fā)展，自近代以來，人類的科學(xué)技術(shù)研究有了突飛猛進(jìn)的、爆炸式的發(fā)展，但新的“未來科學(xué)問題”不斷呈現(xiàn)[10]。值得指出：人類的祖先（如原始人、猴子、.....、微生物、.....）一直在進(jìn)行科學(xué)探索研究，否則，人類不可能可以不斷地生存、發(fā)展壯大而進(jìn)化成今天的人類。科學(xué)探索研究并非（但包括）只是在實(shí)驗(yàn)室中由科技工作者進(jìn)行......。
值得注意：對(duì)全宇宙系統(tǒng)，人類最優(yōu)的科學(xué)探索方法是什么？人類通過什么科學(xué)探索研究的技術(shù)方法，可以付出最小的代價(jià)并最盡快地實(shí)現(xiàn)人類自然探索的最終目標(biāo)？
基于宇宙物質(zhì)原始自然運(yùn)行的統(tǒng)一數(shù)值算法與數(shù)值仿真過程[1]，考慮到在人類的潛意識(shí)中對(duì)宇宙物質(zhì)的科學(xué)探索研究的最終目標(biāo)，本文提出人類科學(xué)探索研究的最優(yōu)科學(xué)探索技術(shù)方法是基于系統(tǒng)數(shù)值仿真而對(duì)全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的反設(shè)計(jì)；同時(shí)文中分析了該全宇宙物質(zhì)的系統(tǒng)反設(shè)計(jì)方法，結(jié)論是該系統(tǒng)反設(shè)計(jì)可以盡快實(shí)現(xiàn)人類科學(xué)探索研究的最終目標(biāo)：占領(lǐng)、控制與自由地使用全部的多維宇宙空間與全部的各種物質(zhì)；而人類傳統(tǒng)的自然探索研究方法需要人類付出無比巨大的代價(jià)、付出太長太長的時(shí)間才有可能（但不一定可以）實(shí)現(xiàn)人類科學(xué)探索研究的最終目標(biāo)。因此，本文提出的科學(xué)探索全宇宙的最優(yōu)的方法，可以回避掉人類傳統(tǒng)自然探索科學(xué)的嚴(yán)重缺陷。
2. 科學(xué)探索全宇宙系統(tǒng)的最優(yōu)化方法問題的描述
在人類生存的多維空間與現(xiàn)有科技儲(chǔ)備條件下，現(xiàn)代人類對(duì)全宇宙系統(tǒng)的科學(xué)探索，需要尋找最優(yōu)的探索方法 ，使得科學(xué)探索研究的成果與代價(jià)比 達(dá)到最大：
（1）
式中， --- 科學(xué)探索研究的成果； ---科學(xué)探索研究的代價(jià)比，包括付出的探索研究時(shí)間，人類生存的多位空間的損失； --- 科學(xué)探索研究的方法； 依次是時(shí)間、3維幾何空間，NS是指空間的維數(shù)（NS>4）。
同時(shí)，需要滿足以下約束條件：即人類的多維生存空間
（2）
即人類必須有足夠大的NS維生存空間，使人類不僅保持生存狀態(tài)，而且可以不斷進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)探索研究而發(fā)展壯大自己。
， 如果 （3）
式中， 是宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的根基底（即全宇宙物質(zhì)構(gòu)成及其運(yùn)行過程與特性，該多維宇宙空間與物質(zhì)的內(nèi)部參數(shù)， ），是人類科學(xué)探索的最終目標(biāo)； 是人類尋找宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的根基底過程中系統(tǒng)仿真（第k次迭代）產(chǎn)生的物質(zhì)現(xiàn)象； 是（數(shù)字化的）人類積累的知識(shí)庫； 是可以接受的系統(tǒng)仿真誤差。
3. 全宇宙物質(zhì)構(gòu)成及運(yùn)行過程與特性的數(shù)學(xué)模型
人類科學(xué)探索研究的對(duì)象是：完全徹底系統(tǒng)地、準(zhǔn)確可靠地、高精度地掌握充滿在全宇宙多維空間中的物質(zhì)構(gòu)成及其運(yùn)行過程與特性，該多維宇宙空間與物質(zhì)的內(nèi)部參數(shù)， 。因此，需要可以對(duì)全宇宙物質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)值仿真，關(guān)于系統(tǒng)數(shù)值仿真的數(shù)學(xué)模型，即宇宙物質(zhì)的構(gòu)成、物質(zhì)運(yùn)行的統(tǒng)一基理及其運(yùn)行過程的普適性數(shù)值算法[1]，現(xiàn)介紹如下：
3.1 宇宙物質(zhì)的構(gòu)成與運(yùn)行過程
宇宙空間S是一個(gè)NS維的空間，其大小為： ，其中， Ai（i=1，2， ， NS）是第i維空間的大小（A1為時(shí)間，A2， A3， A4為三維幾何物理空間，…）。宇宙由一系列（共NMax種）物質(zhì)基素（物質(zhì)最底層的基本元素）及其轉(zhuǎn)變成的物質(zhì)組合體構(gòu)成，這些各物質(zhì)基素單元與（各層次級(jí)別的各類）物質(zhì)組合體之間，以及各層次級(jí)別的各類物質(zhì)組合體之間，是在NS維空間中作不停的運(yùn)動(dòng)，并且相互不停地（分解與組合）轉(zhuǎn)變，該相互轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D1所示，各層次級(jí)別的各類物質(zhì)組合體的NS維運(yùn)動(dòng)過程如圖2所示，多維運(yùn)動(dòng)過程中物質(zhì)體的邏輯關(guān)系如圖3所示，前面的眾多種類的大量現(xiàn)象是后面一個(gè)現(xiàn)象的條件，后面的一個(gè)現(xiàn)象是前面眾多個(gè)種類的大量現(xiàn)象共同協(xié)同對(duì)抗產(chǎn)生的結(jié)果。
宇宙物質(zhì)的NS維對(duì)抗運(yùn)行過程與形成的構(gòu)成，遵循宇宙物質(zhì)運(yùn)行的統(tǒng)一基理，詳細(xì)運(yùn)行過程的結(jié)果可由宇宙物質(zhì)運(yùn)行過程的普適性數(shù)值算法作數(shù)值仿真獲得。
3.2 宇宙物質(zhì)運(yùn)行過程的普適性數(shù)值算法
基于宇宙物質(zhì)運(yùn)行統(tǒng)一基理體系[2][3]，在一個(gè)NS維空間區(qū)域 中，宇宙物質(zhì)運(yùn)行統(tǒng)一的普適性數(shù)值算法 Universal為：
（4）
式中，宇宙物質(zhì)普適性算法 Universal具有以下功能：輸入宇宙空間維數(shù)與大小以及充滿在其中的物質(zhì)的基底參數(shù)，以及指定的一個(gè)宇宙子空間，等；經(jīng)過 Universal的運(yùn)行（即：全部宇宙物質(zhì)的NS維對(duì)抗運(yùn)行）。全部宇宙物質(zhì)基素單元的NS維運(yùn)動(dòng)之后，輸出在NS維全宇宙空間中，表現(xiàn)為無窮無盡（巨大數(shù)量）的、奧妙無窮的、無奇不有的、……現(xiàn)象。
宇宙物質(zhì)運(yùn)行統(tǒng)一的普適性數(shù)值算法 Universal的具體詳細(xì)的數(shù)學(xué)描述，數(shù)值仿真的數(shù)學(xué)表達(dá)，全程計(jì)算步驟，數(shù)值仿真計(jì)算流程圖，等等，參見文獻(xiàn)[1]。
具體的輸入如下：
（1） 宇宙空間的維數(shù)為NS維。
（2） 各維宇宙空間大小：A1為時(shí)間，A2， A3， A4為三維幾何空間，…，第NS維空間，構(gòu)成NS維空間S。
（3） 宇宙物質(zhì)基素信息：①在NS維空間全區(qū)域中，存在NMax種類（系列）的宇宙物質(zhì)基素單元，各類具有不同的特征功能與數(shù)量，如第k類物質(zhì)基素存在Nk，Max個(gè)單元（k=1，2， …， NMax）；②在宇宙空間全區(qū)域中總共存在 種類基素，全部種類基素單元總數(shù) ；③內(nèi)部參數(shù)： 是物質(zhì)基素單元 的內(nèi)部參數(shù)；④約束條件：各種類物質(zhì)基素單元的內(nèi)部參數(shù)約束函數(shù) ；⑤各種類物質(zhì)基素單元的功能運(yùn)動(dòng)方程 ，第k類物質(zhì)基素，k=1，2， …， BMax，第i個(gè)物質(zhì)基素單元；⑥物質(zhì)基素控制量 ；⑦基素單元的性能指標(biāo) 為追求掌控最大的NS維空間（及充滿在其中的全部物質(zhì)）。
（4） 指定一個(gè)NS維子空間區(qū)域 。
具體的輸出如下（在全宇宙 維空間中）：
（1） 全部物質(zhì)體的總體信息：①全部物質(zhì)組合體級(jí)別的總數(shù) 。②全部物質(zhì)組合體級(jí)別各種類的總數(shù) 。③全部各級(jí)別種類物質(zhì)組合體的總數(shù) 。
（2） 各種物質(zhì)體（基素單元與物質(zhì)組合體）的詳細(xì)信息：①全部各種類物質(zhì)基素單元的狀態(tài) ，全部各級(jí)別種類物質(zhì)組合體的狀態(tài) [在NS維空間中的參數(shù)，如時(shí)間、三維空間、…，（包括相互之間的導(dǎo)數(shù)，即速度，等等）]。② 物質(zhì)組合體運(yùn)動(dòng)方程。③（所導(dǎo)出的）該物質(zhì)體的一序列的概念及概念性參數(shù)【如：約束條件（物質(zhì)基素單元或組合體的狀態(tài)變量約束函數(shù) 、控制對(duì)策約束函數(shù) 、性能指標(biāo)約束函數(shù) ），運(yùn)動(dòng)方程，子性能指標(biāo)，…】。④各種物質(zhì)基素的不同單元、與各層次各種類的不同物質(zhì)組合體的性能指標(biāo)P= ，如物質(zhì)體所占據(jù)的NS維空間，如（人類在不同條件下可以觀測到的）物質(zhì)體形狀隨著NS維空間的變化，以及這形狀在不同條件下觀測到的結(jié)果不一樣，等等。⑤各種物質(zhì)基素單元與物質(zhì)組合體的控制量 。⑥ 是物質(zhì)相互作用特性方程， 是（在該物質(zhì)系統(tǒng)所在的 維宇宙空間 區(qū)域內(nèi)）各級(jí)別各種類物質(zhì)組合體對(duì)周圍物質(zhì)（如對(duì)物質(zhì)基素單元 ）的作用特性現(xiàn)象，如物質(zhì)體的各種特性：各種作用力，如“萬有”引力、磁場力、電作用力、等等；物質(zhì)體的形狀；…。⑦各物質(zhì)體所在更高級(jí)別的一些物質(zhì)組合體，以及該物質(zhì)體的組成（由較低級(jí)別物質(zhì)體，…，物質(zhì)基素單元）。⑧各物質(zhì)體在 維運(yùn)動(dòng)過程中的分解與重新組合。⑨不同級(jí)別層次、不同種類的眾多物質(zhì)組合體分別采用各自的對(duì)策 追求各自的性能指標(biāo) 達(dá)最優(yōu)。
（3） 針對(duì)一個(gè)指定的 維子空間區(qū)域 ，存在的物質(zhì)體，可觀察的現(xiàn)象信息：①總共存在 種類（系列）宇宙物質(zhì)基素，各種基素分別存在 個(gè)單元；②在該子空間 中，所存在的物質(zhì)組合體級(jí)別的總數(shù) ，物質(zhì)組合體級(jí)別各種類的總數(shù) ，各級(jí)別種類物質(zhì)組合體的總數(shù) ，各種類物質(zhì)基素單元的狀態(tài) ，各級(jí)別種類物質(zhì)組合體的狀態(tài) ，等等。
4. 人類科學(xué)探索全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的最優(yōu)方法是：基于超大系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真的系統(tǒng)反設(shè)計(jì)
科學(xué)探索研究的方法 起源于人類祖先發(fā)源的地球及其附近的多維空間，“優(yōu)化計(jì)算”到現(xiàn)在， 的選取是非常規(guī)的、“非科學(xué)的無稽之談”，主要技術(shù)方法是超大系統(tǒng)數(shù)值仿真，最后獲得宇宙物質(zhì)最底層的基素時(shí)，再進(jìn)行實(shí)物物理實(shí)驗(yàn)作驗(yàn)證，宇宙物質(zhì)反設(shè)計(jì)的流程如圖4所示。
人類探索到宇宙物質(zhì)的最底層的基素及其各種特性，可以直接接近基素單元法：宇宙物質(zhì)基底的系統(tǒng)反設(shè)計(jì)數(shù)值仿真方案，宇宙物質(zhì)的系統(tǒng)反設(shè)計(jì)數(shù)值仿真優(yōu)化計(jì)算方法與步驟是：
第0步：整理人類長期探索宇宙物質(zhì)所積累的巨大的、全部各種類學(xué)科領(lǐng)域中所知的全部現(xiàn)象、概念、原理等知識(shí)庫 ，將該巨大知識(shí)庫 全面系統(tǒng)地整理成數(shù)字化表達(dá)；
第1步：猜想而設(shè)立宇宙物質(zhì)基素單元及其內(nèi)部特性參數(shù)、運(yùn)動(dòng)方程等的初始方案 ，（k=0）；
第2步：采用 與宇宙物質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行超大系統(tǒng)-云-并行數(shù)值仿真，生成不同層次、不同種類、數(shù)量巨大的物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，該仿真結(jié)果 以數(shù)字化形式表達(dá)；
第3步：將仿真結(jié)果 與巨大知識(shí)庫 進(jìn)行比較，并計(jì)算比較誤差，如果比較誤差很大（不可接受），則進(jìn)入以下第4步，否則（即仿真計(jì)算誤差可以接受）進(jìn)入以下第5步，這里指出，采用系統(tǒng)數(shù)值仿真方法進(jìn)行宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的反設(shè)計(jì)仿真，如圖3中從宇宙物質(zhì)基底人類可以理解的現(xiàn)象的過程中，反設(shè)計(jì)仿真不考慮中間仿真結(jié)果（即物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行的現(xiàn)象等）是否正確，而只考慮人類已經(jīng)積累的膨大的知識(shí)庫（即與該知識(shí)庫作與比較，如圖4所示）；
第4步：基于系統(tǒng)仿真結(jié)果誤差，迭代修改物質(zhì)基素單元及其運(yùn)動(dòng)方程的方案 ，再轉(zhuǎn)入第2步；
第5步：已經(jīng)獲得最優(yōu)的宇宙物質(zhì)的系統(tǒng)反設(shè)計(jì)數(shù)值仿真結(jié)果 ，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，作最終的驗(yàn)證。
基于本文提出的宇宙物質(zhì)基素、宇宙物質(zhì)運(yùn)行的統(tǒng)一基理與物質(zhì)自然運(yùn)行的普適性數(shù)值算法，以及人類長期探索宇宙物質(zhì)所積累的巨大的學(xué)科原理等知識(shí)庫（這些即是宇宙物質(zhì)的系統(tǒng)數(shù)值仿真反設(shè)計(jì)的條件），采用圖4所示的宇宙物質(zhì)反設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過超大規(guī)模系統(tǒng)并行-云-仿真計(jì)算，直接探索發(fā)現(xiàn)宇宙物質(zhì)的最底層的基素及其內(nèi)部特性參數(shù)、運(yùn)動(dòng)方程等。最后進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在反設(shè)計(jì)過程中生成的且人類無法想象猜測的物質(zhì)現(xiàn)象：物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)、在宇宙的分布、各種物質(zhì)形式、層次種類、各種類物質(zhì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象及其規(guī)律，等等，進(jìn)行最終的驗(yàn)證。
5. 超大系統(tǒng)數(shù)字仿真進(jìn)行全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)反設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)的系統(tǒng)并行-云仿真研究方案與人類傳統(tǒng)的傳統(tǒng)自然探索科學(xué)方法相比，人類傳統(tǒng)的自然探索科學(xué)方法不是探索全宇宙系統(tǒng)基底的最優(yōu)科學(xué)探索方法[1-4]，而采用超大系統(tǒng)數(shù)字仿真避免了歷時(shí)上億年的人類傳統(tǒng)自然探索科學(xué)方法的缺陷，是現(xiàn)在最優(yōu)的方案，體現(xiàn)在：
5.1 全局大范圍進(jìn)行宇宙物質(zhì)的尋根探索，所付出的成本代價(jià)很小，探索研究的速度很快
宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底探索所需付出的代價(jià)很小，主要需要數(shù)以千計(jì)萬計(jì)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行超大系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真，以及各個(gè)專業(yè)的研發(fā)人員等將人類積累的知識(shí)庫數(shù)值化；如果采用傳統(tǒng)科學(xué)探索方法，只是從人類自身生存環(huán)境出發(fā)，“摸著石頭過河”，想盡一切辦法“獲得一個(gè)歷史性驚人重大突破的新發(fā)現(xiàn)，再更深入探索多步”地靠近宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底，所付出的成本代價(jià)太大太大……太大。
顯然，“一步一批物理實(shí)驗(yàn)室”將付出巨大巨大的代價(jià)，付出太長太長的時(shí)間，即 太大；而采用全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的全局最高精度數(shù)值仿真反設(shè)計(jì)，需要成千上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)與各個(gè)專業(yè)的研發(fā)者，這些成本代價(jià)是很微小，系統(tǒng)數(shù)值仿真幾年就可能出一些結(jié)果，探索研究的速度是“快的離譜”，即 。避免了“人類沿著傳統(tǒng)科學(xué)研究路徑進(jìn)行下去，人類可能不能滿足約束條件（2）式”。
另外，由宇宙物質(zhì)系統(tǒng)仿真產(chǎn)生的因果關(guān)系邏輯圖（如文獻(xiàn)[1]中圖3）可知，采用物質(zhì)反設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)值仿真方法可以“胡思亂想地”、“答非所問地”、……“不符合邏輯地”、“偷換概念地”假設(shè)宇宙物質(zhì)的最底層根基 ，存在一定的可能性探索到全宇宙物質(zhì)基底。
5.2 全局大范圍進(jìn)行宇宙物質(zhì)的尋根探索，效率極高，探索不是無止境的，可行性很強(qiáng)：人類已經(jīng)到了結(jié)束宇宙無窮無盡探索的沖刺階段
傳統(tǒng)自然探索科學(xué)尋找宇宙物質(zhì)基底過程中，付出無比巨大的多維代價(jià)，經(jīng)過“無窮無盡的”探索，取得了大量的“歷史性、驚人的重大新發(fā)現(xiàn)”等時(shí)，才探索向前走了一小步，并且大量的“一小步”在全局中都可能是無效的。與人類傳統(tǒng)自然探索科學(xué)方法相比，宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真過程中將出現(xiàn)“無窮無盡的”、“無奇不有的”、“不符合科學(xué)原理的”、“不合邏輯的”、“不可思議不可想象的”、……、“可以想象的”、“符合科學(xué)原理的”現(xiàn)象，因此，這個(gè)超大規(guī)模系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真是效率極高的，探索不是無止境的；同時(shí)實(shí)現(xiàn)該宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)，所需的人力、物力等并不多，是可行性很強(qiáng)的，因此，全局大范圍進(jìn)行宇宙物質(zhì)的尋根探索，宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真研究方案是一個(gè)可行的方案。
因此，基于超大規(guī)模系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真的宇宙物質(zhì)反設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真研究方法，是全局大范圍進(jìn)行宇宙物質(zhì)的尋根探索的全局最優(yōu)的方法 ，將獲得最優(yōu)效果 ，并能夠容易滿足約束條件（2）與（3）式。
總之，基于現(xiàn)代人類計(jì)算機(jī)技術(shù)，人類積累的知識(shí)庫以及宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)方法，人類現(xiàn)在已經(jīng)到了尋找到宇宙物質(zhì)基底的時(shí)候了，即人類已經(jīng)到了結(jié)束宇宙無窮無盡探索的沖刺階段。
6. 采用超大系統(tǒng)數(shù)字仿真進(jìn)行科學(xué)探索全宇宙系統(tǒng)時(shí)存在的問題
6.1 可能還需要更多的宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)的標(biāo)本，有可能得出的一些結(jié)果，現(xiàn)代科學(xué)不能解釋
在宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真過程中將出現(xiàn)“無窮無盡的”、“無奇不有的”、……、“符合科學(xué)原理的”現(xiàn)象 ，在這些無數(shù)的多維現(xiàn)象中，如果可以尋找到一群現(xiàn)象與人類積累的知識(shí)庫 完全重合，這就可能是反設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真成功（即滿足約束條件（3）式）；如果可以尋找到一群現(xiàn)象 與人類積累的知識(shí)庫 基本重合，即一些是完全重合，另一些是現(xiàn)代科學(xué)不能解釋，這可能是反設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真成功嗎？是否一定要等待現(xiàn)代科學(xué)探索到這些不能解釋現(xiàn)象與規(guī)律，才能說明反設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿真成功了，而現(xiàn)代科學(xué)探索到這些現(xiàn)象與規(guī)律，是要付出太長的時(shí)間與太大的代價(jià) 等。
6.2 宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)是超大系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真，數(shù)字仿真量太大-太大-…-太大
宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)是超大系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真，一個(gè)系統(tǒng)仿真反設(shè)計(jì)組就需要成千上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)來進(jìn)行，即使是很多系統(tǒng)仿真反設(shè)計(jì)組同時(shí)來進(jìn)行宇宙物質(zhì)系統(tǒng)的反設(shè)計(jì)，也不一定會(huì)很快反設(shè)計(jì)成功，數(shù)字仿真量太大-太大-…-太大，但在這個(gè)宇宙物質(zhì)的反設(shè)計(jì)的超大系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真過程中，探索是有止境的，有待我們?nèi)L試。
7. 結(jié)論
基于人類科學(xué)研究的歷史與現(xiàn)狀，以及宇宙物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成及其運(yùn)行的統(tǒng)一基理，基于超大規(guī)模系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真，本文給出了全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)反設(shè)計(jì)的數(shù)值仿真算法（包括仿真步驟以及流程圖），通過與人類自然探索科學(xué)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀的比較分析，認(rèn)為該基于并行-云-數(shù)字系統(tǒng)仿真的全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)反設(shè)計(jì)數(shù)值仿真算法是科學(xué)探索全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底的最優(yōu)方法，是全宇宙中第一優(yōu)工程。
該基于超大規(guī)模系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真而進(jìn)行全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底反設(shè)計(jì)，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：①探索速度很快，超大規(guī)模系統(tǒng)-云-并行數(shù)字仿真幾年內(nèi)就可以獲得一些不太正確的（臨時(shí)迭代）宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底仿真結(jié)果，以供系統(tǒng)仿真反設(shè)計(jì)迭代；②宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底的探索效率很高，科學(xué)探索不是無止境的，雖然反設(shè)計(jì)迭代過程中的臨時(shí)迭代結(jié)果不對(duì)，但人類無法想象與猜測的、現(xiàn)代最先進(jìn)設(shè)備無法觀測的物質(zhì)也可能被仿真出來，避免了人類上億年形成的人類特色自然探索方法的缺陷；③宇宙物質(zhì)系統(tǒng)基底探索所需付出的代價(jià)很小，主要需要數(shù)以千計(jì)萬計(jì)的計(jì)算機(jī)，以及各個(gè)專業(yè)的研發(fā)人員等，明顯優(yōu)越于人類傳統(tǒng)自然科學(xué)探索方法，即可以想象到的就可不擇手段地探索，并且“一步一批實(shí)驗(yàn)室”，因而，全宇宙物質(zhì)反設(shè)計(jì)是探索全宇宙系統(tǒng)基底的最優(yōu)科學(xué)探索方法。
因此，未來人類科學(xué)探索研究的發(fā)展方向，是進(jìn)行宇宙物質(zhì)基底系統(tǒng)反設(shè)計(jì)的云-并行數(shù)字仿真。建議人類未來的科學(xué)探索研究的技術(shù)與方法是：基于我們?nèi)祟愰L期科學(xué)研究取得并積累的巨大而臨時(shí)有效的因果關(guān)系知識(shí)庫，以及宇宙物質(zhì)構(gòu)造組成及其原始物質(zhì)運(yùn)行的普適性數(shù)值算法，進(jìn)行宇宙物質(zhì)基底的系統(tǒng)反設(shè)計(jì)，尋找到宇宙物質(zhì)的最根基要素，即實(shí)現(xiàn)人類科學(xué)探索研究的最終目標(biāo)：占領(lǐng)、控制與自由地使用全部的多維宇宙空間與全部各種物質(zhì)；不需要任何科學(xué)探索，不需要任何科技創(chuàng)新。
人類已經(jīng)到了結(jié)束在宇宙中進(jìn)行無窮無盡探索的沖刺階段，該宇宙探索的沖刺階段是全宇宙物質(zhì)系統(tǒng)反設(shè)計(jì)，這是人類針對(duì)全宇宙的第一優(yōu)工程。
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仿真科學(xué)與技術(shù)范文5
該項(xiàng)目側(cè)重于研究如何利用視覺、聽覺、嗅覺，使虛擬仿真技術(shù)更加逼真，并擁有更高的質(zhì)量與更出色的功能。項(xiàng)目將為制造業(yè)提供創(chuàng)新、一流的仿真工具與流程，為工程師配備性能更加出色的計(jì)算機(jī)，提供更加直觀的設(shè)計(jì)效果。舉例來講，此類研發(fā)將助力汽車制造商如捷豹路虎，更高效完成復(fù)雜的汽車項(xiàng)目。虛擬仿真技術(shù)減少了制造商在生產(chǎn)過程中對(duì)于實(shí)體原型的依賴，為產(chǎn)品開發(fā)過程縮減了成本，并極大有助于環(huán)境保護(hù)。五項(xiàng)學(xué)術(shù)科研的啟動(dòng)，標(biāo)志著英國 20年戰(zhàn)略計(jì)劃已開啟第一階段，該計(jì)劃有助于加快英國將虛擬仿真技術(shù)推向世界前沿的步伐。
捷豹路虎工程總監(jiān)Bob Joyce表示：“我們?cè)谛萝囆偷脑O(shè)計(jì)、制造和測試階段，早已廣泛應(yīng)用虛擬技術(shù)，但我們熱切需要虛擬仿真能力的不斷提升，并期望能為汽車產(chǎn)品開發(fā)定制虛擬技術(shù)。我們希望以更加逼真的視覺、聽覺甚至嗅覺效果，不斷優(yōu)化虛擬駕乘體驗(yàn)。項(xiàng)目也將極大有益于整車、系統(tǒng)及零部件方面日趨復(fù)雜的分析工作。不僅如此，先進(jìn)的虛擬仿真技術(shù)還將優(yōu)化計(jì)算機(jī)功能，以深度挖掘更多、更復(fù)雜的數(shù)據(jù)。捷豹路虎堅(jiān)信，在工業(yè)創(chuàng)新方面，英國會(huì)始終在全球保持強(qiáng)大的競爭力。”
該項(xiàng)目的者Cable博士表示：“擁有像捷豹路虎這種世界頂尖公司以及世界一流大學(xué)的鼎力支持，英國將有望在未來成為促進(jìn)創(chuàng)新、發(fā)展高科技的引領(lǐng)者。此次投資將促進(jìn)英國制造業(yè)的發(fā)展，并助力英國提升全球競爭力，這是對(duì)英國政府工業(yè)戰(zhàn)略的全面支持。”
該五項(xiàng)科研項(xiàng)目是英國仿真創(chuàng)新項(xiàng)目（PSI）的重要部分。仿真創(chuàng)新項(xiàng)目將在未來五年中，分為兩個(gè)階段進(jìn)行，由捷豹路虎（出資400萬英鎊）、英國工程和自然科學(xué)研究理事會(huì)（出資400萬英鎊）、拉夫堡大學(xué)、利茲大學(xué)、劍橋大學(xué)和華威大學(xué)制造工程學(xué)院（四所大學(xué)共出資200萬英鎊）共同支持完成。
項(xiàng)目包括：
車輛復(fù)雜系統(tǒng)分析
多物理場與多功能仿真
模擬駕駛
高性能計(jì)算與仿真知識(shí)調(diào)研歸納
可視化與虛擬體驗(yàn)
英國工程和自然科學(xué)研究理事會(huì)首席執(zhí)行官David Delpy教授表示：“這是一次完美的合作，這種企業(yè)與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的緊密協(xié)作會(huì)將技術(shù)、工業(yè)推向極致。作為創(chuàng)新科研的支持者，我們將繼續(xù)與捷豹路虎攜手并肩，共同致力于工業(yè)領(lǐng)域的長遠(yuǎn)發(fā)展，并呼吁業(yè)界同儕互相監(jiān)督，共同進(jìn)步。”
TIPS：英國工程和自然科學(xué)研究理事會(huì)
仿真科學(xué)與技術(shù)范文6
關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；電氣工程類專業(yè)；應(yīng)用
0引言
在電氣工程類專業(yè)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，不僅可以讓學(xué)生全面詳細(xì)了解電力工程的運(yùn)行以及相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)還能保證師生的安全[1]。筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，就虛擬仿真技術(shù)在電氣工程類專業(yè)中的應(yīng)用談一談自己的看法。
1虛擬仿真技術(shù)在電氣工程類專業(yè)中應(yīng)用的重要意義
1.1實(shí)現(xiàn)資源的有效共享
虛擬仿真技術(shù)是一項(xiàng)基于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的信息技術(shù)，在電氣工程類專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，可以為學(xué)生在任何地點(diǎn)和任何時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)提供相應(yīng)的條件。與此同時(shí)，在電氣工程類專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，還可以開放優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，給社區(qū)、企業(yè)以及兄弟院校等提供教學(xué)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)資源的有效共享。
1.2實(shí)現(xiàn)不可逆以及不可及過程
電氣工程類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨著強(qiáng)電的威脅，很多實(shí)驗(yàn)必須要在極端或者高危的環(huán)境下才能完成，操作過程也是不可及或者不可逆的，對(duì)學(xué)生相關(guān)技能的訓(xùn)練需要高消耗和高成本，不僅危險(xiǎn)而且能夠被學(xué)生掌握和吸收的知識(shí)和技能少之又少。但是如果在電氣類專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，就可以有效改觀這一局面，虛擬仿真技術(shù)可以為電氣工程類專業(yè)教學(xué)提供經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的實(shí)驗(yàn)手段，既能消除強(qiáng)電威脅，又能促進(jìn)學(xué)生把握和吸收相關(guān)專業(yè)知識(shí)。譬如，在高電壓虛擬仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，學(xué)生可以近距離觀察高壓放電的情景，還可以反復(fù)觀看[2]。
1.3教學(xué)環(huán)節(jié)更加靈活
在電氣工程類專業(yè)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以按照自己的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)需求靈活選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)，學(xué)生還可以隨著學(xué)習(xí)進(jìn)度的變化回顧以前的學(xué)習(xí)內(nèi)容，或者跨越教學(xué)層次進(jìn)行提升。在這種虛擬化的教學(xué)情境之中，學(xué)生真正掌握了學(xué)習(xí)的自，不僅得到更多創(chuàng)新實(shí)踐和接觸專業(yè)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性也得到有效的提升。教學(xué)環(huán)節(jié)更具有靈活性，學(xué)生可以充分展現(xiàn)自己的才華。
2虛擬仿真技術(shù)在電氣工程類專業(yè)中應(yīng)用策略
2.1轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)思想，建立科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)
電氣工程類專業(yè)教師還要在此基礎(chǔ)上建立科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，科學(xué)合理的教學(xué)目標(biāo)能夠讓教學(xué)取得事半功倍的效果[3]。由于學(xué)生在興趣愛好、學(xué)習(xí)進(jìn)度以及專業(yè)方向上等各個(gè)方面存在一定的差異，所以在學(xué)習(xí)過程中就需要不同的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)，這些平臺(tái)之間必須要有較強(qiáng)的聯(lián)系。尤其當(dāng)教學(xué)資源出現(xiàn)學(xué)科交叉的時(shí)候，老師要按照系統(tǒng)構(gòu)建、綜合設(shè)計(jì)、理論應(yīng)用三個(gè)層次構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，將虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。例如，電氣工程類專業(yè)老師可以從基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)練習(xí)這三個(gè)方面制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合培養(yǎng)計(jì)劃。基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)主要包括專業(yè)的課程實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)訓(xùn)練；綜合實(shí)驗(yàn)主要包括課程設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練；生產(chǎn)實(shí)習(xí)主要有畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練。
2.2構(gòu)建互通互融教學(xué)理念，完善課程教學(xué)體系
在電氣工程類專業(yè)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，可以給老師的教學(xué)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)提供安全的環(huán)境和可靠的保障。其課程教學(xué)體系可以細(xì)分為專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)。其中，專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)還可以細(xì)分為專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)可以細(xì)分為綜合實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。老師需要根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)要求設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)資源，在資源當(dāng)中有效貫穿課程內(nèi)容。同時(shí)，要以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為目標(biāo)建立教學(xué)層次，利用橫向連接的方式將不同平臺(tái)的教學(xué)資源有效結(jié)合起來。在注重因材施教、專業(yè)培養(yǎng)的同時(shí)要保證教學(xué)平臺(tái)之間互通互融，同時(shí)還要保證教學(xué)層次之間呈現(xiàn)出一個(gè)相互補(bǔ)充的狀態(tài)。在當(dāng)前的教育形勢下，電氣工程類專業(yè)的老師要敢于打破學(xué)科專業(yè)的界限，建立一體化的教學(xué)理念，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源的有效共享和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
2.3以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向，創(chuàng)建合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)
第一，創(chuàng)新與實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)。針對(duì)電氣工程類專業(yè)的教學(xué)特色，利用虛擬仿真技術(shù)結(jié)合“新型傳感器”、“工業(yè)自動(dòng)化”、“機(jī)器人”、“航空航天”、“智能電網(wǎng)”等專業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)建立虛擬化的仿真系統(tǒng)，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)有關(guān)學(xué)科先進(jìn)成果以及專業(yè)知識(shí)的理解。第二，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括工程設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等集中的教學(xué)環(huán)節(jié)。利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，一切的不可能都會(huì)變成可能。虛擬仿真技術(shù)可以給學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)近似真實(shí)的虛擬環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生實(shí)踐技能的訓(xùn)練，也能有效實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室的無縫對(duì)接。第三，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。創(chuàng)建該平臺(tái)主要是為了進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)，通過仿真技術(shù)對(duì)一些技術(shù)原理以及基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)行驗(yàn)證，讓學(xué)生能夠全面掌握基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)技能。除此之外，虛擬仿真技術(shù)能夠打破時(shí)間和空間的限制，學(xué)生可以隨時(shí)隨地開展實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和獨(dú)立思考的能力。
3結(jié)論
在電氣工程類專業(yè)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)資源的有效共享，讓教學(xué)環(huán)節(jié)變得更加靈活，同時(shí)還能讓一些不可能的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。電氣工程類專業(yè)教師要重視虛擬仿真技術(shù)，首先要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)思想，建立科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，其次要構(gòu)建互通互融教學(xué)理念，完善課程教學(xué)體系，最后要以教學(xué)環(huán)節(jié)為導(dǎo)向，創(chuàng)建合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，將虛擬仿真技術(shù)的價(jià)值和功能最大限度發(fā)揮出來。
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