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【關(guān)鍵詞】合法性會計(jì)真實(shí) 方法論 會計(jì)規(guī)制從文化建設(shè)上看,以會計(jì)真實(shí)性的衡量標(biāo)準(zhǔn)為核心的會計(jì)信息質(zhì)量探討,不失是一場有著深遠(yuǎn)意義的全社會的會計(jì)文化教育活動(dòng)。通過理論界和實(shí)務(wù)界的廣泛深入研究,人們達(dá)成了基本共識:現(xiàn)實(shí)的會計(jì)真實(shí)是一種合法性的會計(jì)真實(shí)。為進(jìn)一步鞏固、充實(shí)該項(xiàng)理論研究成果,本文主要從方法論的角度來談?wù)勎覀儗戏ㄐ詴?jì)真實(shí)的認(rèn)識。
一、合法性會計(jì)真實(shí)的涵義
合法性會計(jì)真實(shí)觀認(rèn)為,現(xiàn)實(shí)的會計(jì)真實(shí)是一種開放的、列舉式的合法性真實(shí);凡是符合既定會計(jì)規(guī)制要求生成的會計(jì)信息應(yīng)被視為真實(shí)的會計(jì)信息;執(zhí)行現(xiàn)行會計(jì)規(guī)制不一定會產(chǎn)生絕對的超越批判而存在的極限會計(jì)真實(shí),但是違背既定會計(jì)原則而生成的信息一定是虛假的會計(jì)信息;現(xiàn)行會計(jì)規(guī)制不是生成真實(shí)信息的教條而是達(dá)成真實(shí)會計(jì)信息的可行路徑。從方法論上看,法學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等社會科學(xué)是會計(jì)學(xué)的理論基礎(chǔ),會計(jì)學(xué)是制定會計(jì)法規(guī)的理論依據(jù),企業(yè)會計(jì)行為的直接依據(jù)是企業(yè)會計(jì)制度。企業(yè)會計(jì)制度的內(nèi)容又必須體現(xiàn)會計(jì)法、國家統(tǒng)一會計(jì)制度和國家其他有關(guān)財(cái)務(wù)會計(jì)規(guī)制的相關(guān)要求,是現(xiàn)有會計(jì)法制的一種表現(xiàn)形式。就與研究對象的關(guān)系而言,法學(xué)反映具有認(rèn)可、保護(hù)和調(diào)整的作用,描述是經(jīng)濟(jì)學(xué)的主要方法。法學(xué)也注重描述方法的運(yùn)用,只不過在向社會提供會計(jì)信息時(shí),描述是一種次要的方法。既然法律法規(guī)是對現(xiàn)存社會關(guān)系的反映,那么以會計(jì)規(guī)制為基礎(chǔ)的會計(jì)行為結(jié)果——會計(jì)信息只能“基本上”是對企業(yè)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)關(guān)系的一種社會反映而不僅僅是描述。按照科學(xué)哲學(xué)的觀點(diǎn),古典方法論是教義性的,它告訴人們追求真理的途徑;現(xiàn)代方法論規(guī)則發(fā)現(xiàn)的邏輯,是反思性的和規(guī)范性的,它不承認(rèn)唯一的、獨(dú)斷的達(dá)于真理性認(rèn)識的道路,它主要研究什么樣的手段是不允許的;現(xiàn)代方法規(guī)則并不證明結(jié)論具有科學(xué)性的意義:不遵守該規(guī)則的知識不能被接受為科學(xué)的知識體系,它只能是巫術(shù)、宗教、意識形態(tài)或別的什么主觀宣示。(周永坤,2002)會計(jì)目標(biāo)是向使用者提供決策有用的會計(jì)信息。信息使用者在決策時(shí)依據(jù)的是科學(xué)的事實(shí),而不是信仰或浪漫的理想。
人們一般認(rèn)為,會計(jì)學(xué)注重技術(shù)方法的研究和應(yīng)用,但是更關(guān)注技術(shù)方法運(yùn)用的社會意義。因此,會計(jì)學(xué)是一門科學(xué),是具有科學(xué)屬性的社會科學(xué)而不是自然科學(xué)。如果將會計(jì)學(xué)的目標(biāo)唯一地定位于“真”,沒有“善”或其他目標(biāo)時(shí),會計(jì)學(xué)就是偽科學(xué)。因?yàn)槟繕?biāo)唯“真”的科學(xué)觀是自然科學(xué)的科學(xué)觀。社會性科學(xué)的建立不可能或缺“善”的因子。現(xiàn)實(shí)的會計(jì)學(xué),正如其學(xué)理基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)學(xué)和法學(xué)等一樣,是可以反思的、可以批判的,其價(jià)值只能在評判中才能生成。這也是會計(jì)學(xué)內(nèi)部存在不同的學(xué)術(shù)流派的原因所在?,F(xiàn)有會計(jì)規(guī)制的建立基礎(chǔ)是科學(xué)的會計(jì)理論。學(xué)術(shù)流派的差異決定了現(xiàn)有會計(jì)法制必須具有包容性甚至還會存在一定程度上的沖突性。因此,從理論上看,依據(jù)會計(jì)規(guī)制生成的會計(jì)信息可以合理地認(rèn)為是科學(xué)的會計(jì)事實(shí),換句話說合法性會計(jì)真實(shí)是一種理性程序真實(shí)而不是結(jié)果理性,會計(jì)也無法追求結(jié)果理性;從會計(jì)學(xué)發(fā)展路徑來看,會計(jì)真實(shí)性是一種開放性的真實(shí)。
現(xiàn)實(shí)的會計(jì)信息是在既有會計(jì)規(guī)制框架范圍內(nèi)的一種理性選擇結(jié)果。會計(jì)規(guī)制中具體會計(jì)政策和會計(jì)方法的可選擇性導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)的會計(jì)信息真實(shí)可能是一種多樣性的真實(shí)。但是,具體到一個(gè)企業(yè)或其他經(jīng)濟(jì)組織如果其內(nèi)部會計(jì)制度是各產(chǎn)權(quán)主體(包括國家這一主體)集體博弈的結(jié)果,則依據(jù)該制度生成的會計(jì)信息就是真實(shí)的會計(jì)信息。因?yàn)榭陀^經(jīng)濟(jì)情況紛繁多樣,現(xiàn)實(shí)狀況千差萬別,各種理論流派紛呈,加之客觀事物自身的復(fù)雜性和不確定性以及現(xiàn)實(shí)中人們的認(rèn)識能力的有限性,所以,不可能有惟一普遍適用的會計(jì)政策和會計(jì)方法。當(dāng)然,對一個(gè)企業(yè)而言應(yīng)當(dāng)在既有規(guī)制范圍內(nèi)盡量選擇最能恰當(dāng)反映其財(cái)務(wù)狀況、經(jīng)營成果和現(xiàn)金流量的會計(jì)政策和會計(jì)方法。但是,對客觀事物的把握不易,準(zhǔn)確把握則更難,同樣并不是所有的企業(yè)和所有的人都能準(zhǔn)確及時(shí)把握和控制事態(tài)的發(fā)展變化,否則就不會有“事后諸葛亮”之說了。因此,只要是在現(xiàn)有會計(jì)規(guī)制范圍內(nèi),企業(yè)變更會計(jì)政策和會計(jì)方法后生成的會計(jì)信息也應(yīng)認(rèn)為是真實(shí)的會計(jì)信息。
從內(nèi)容上看,合法性會計(jì)真實(shí)與秩序觀、制度觀和相對真實(shí)觀是一致的。與合法性會計(jì)真實(shí)對應(yīng)的是會計(jì)的自然真實(shí)觀(客觀現(xiàn)實(shí)觀、事實(shí)觀和絕對真實(shí)觀可歸為此類別)。自然真實(shí)觀認(rèn)為,衡量會計(jì)信息真實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是不以人們主觀意志為轉(zhuǎn)移的自然事實(shí),真實(shí)的會計(jì)行為結(jié)果——會計(jì)信息只能是惟一的絕對真實(shí)。照此推論,實(shí)現(xiàn)會計(jì)真實(shí)的路徑也是惟一的。這一觀點(diǎn)與我國傳統(tǒng)歷史文化在“求真”上的特點(diǎn)是一脈相承的,即善于辨證思維,但卻冷落了形式邏輯,人們稱之為經(jīng)驗(yàn)理性。從以上的分析可以看出,自然真實(shí)觀的方法論基礎(chǔ)是自然科學(xué)的科學(xué)哲學(xué)觀。依據(jù)自然科學(xué)的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn),會計(jì)學(xué)的科學(xué)屬性便無從談起,也不會存在會計(jì)信息的科學(xué)真實(shí)性概念。所以,自然真實(shí)觀不能成為會計(jì)信息真實(shí)性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。如果客觀現(xiàn)實(shí)觀中的“客觀現(xiàn)實(shí)”指的是客觀社會現(xiàn)實(shí),那么客觀現(xiàn)實(shí)觀和合法性會計(jì)真實(shí)就基本上是一致的。
二、合法性會計(jì)真實(shí)的實(shí)現(xiàn)路徑
(一)合法性會計(jì)真實(shí)的內(nèi)容合法性真實(shí)為會計(jì)實(shí)務(wù)工作提供了現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)。就企業(yè)的會計(jì)過程而言,會計(jì)信息的生成要涉及到會計(jì)機(jī)構(gòu)、會計(jì)人員、管理當(dāng)局及審計(jì)機(jī)構(gòu)和審計(jì)人員。因此,要保證會計(jì)信息的真實(shí)性,會計(jì)主體至少應(yīng)做到: 1.依法設(shè)立會計(jì)機(jī)構(gòu)。2.依法聘請合格的會計(jì)人員并為會計(jì)人員提供及時(shí)的后續(xù)教育機(jī)會。3.建立科學(xué)的公司治理結(jié)構(gòu),保證會計(jì)機(jī)構(gòu)和會計(jì)人員在處理會計(jì)業(yè)務(wù)時(shí)的客觀獨(dú)立性。4.依法建立科學(xué)合理的單位內(nèi)部會計(jì)制度并保證其得到有效實(shí)施。5.保證審計(jì)機(jī)構(gòu)和審計(jì)人員依法進(jìn)行審計(jì)工作。
就會計(jì)程序和工作對象而言,會計(jì)真實(shí)性應(yīng)包括:原始憑證的合法性、記賬憑證的合法性、會計(jì)賬簿的合法性、會計(jì)報(bào)告的合法性、信息生成過程的合法性、信息披露的合法性及其他相關(guān)資料的合法真實(shí)性。
(二)會計(jì)真實(shí)與職員舞弊的關(guān)系
職員舞弊是公司職員依不法手段占有公司財(cái)產(chǎn)的行為,是一種刑事犯罪行為。如果說職員舞弊造成了公司財(cái)產(chǎn)的實(shí)際流失,公司的現(xiàn)有管理制度,尤其是現(xiàn)行會計(jì)制度不能發(fā)現(xiàn)時(shí)會計(jì)反映也是真實(shí)的。比如,職員李強(qiáng)經(jīng)辦業(yè)務(wù)招待費(fèi)150元,而李強(qiáng)獲取了200元的合法餐飲發(fā)票并經(jīng)過單位內(nèi)部的合法報(bào)銷程序從會計(jì)部門領(lǐng)取現(xiàn)金200元。會計(jì)部門根據(jù)經(jīng)濟(jì)事實(shí)在相關(guān)會計(jì)資料和會計(jì)報(bào)表上反映的業(yè)務(wù)招待費(fèi)是200元。由于李強(qiáng)的舞弊,單位的業(yè)務(wù)費(fèi)比實(shí)際支出多出了50元。我們認(rèn)為在出現(xiàn)這種情況時(shí),會計(jì)反映也是真實(shí)的,因?yàn)檫@是企業(yè)管理水平的真實(shí)寫照。所以說,在公司職員舞弊,現(xiàn)有的會計(jì)制度和企業(yè)其他管理制度不能發(fā)現(xiàn)和制止時(shí),企業(yè)會計(jì)反映也是真實(shí)的。相關(guān)利益集團(tuán)可以通過比較不同企業(yè)的會計(jì)報(bào)告找出管理的薄弱環(huán)節(jié),改善經(jīng)營管理或改變投資決策。
三、堅(jiān)持合法性會計(jì)真實(shí)觀的意義
我國目前的會計(jì)信息市場正處于一種制度變遷的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中。依據(jù)公共選擇理論的界定,會計(jì)信息屬于典型的公共物品,會計(jì)行為成為連接企業(yè)經(jīng)營與社會運(yùn)行秩序的互動(dòng)橋梁。會計(jì)信息市場的建設(shè)與完善只有遵循法治化道路,其公共物品屬性才能在提高市場經(jīng)濟(jì)效率和維護(hù)市場經(jīng)濟(jì)的公平秩序中發(fā)揮作用。(黎仁華,2004)
1.堅(jiān)持會計(jì)合法性真實(shí)有利于促進(jìn)會計(jì)信息市場建設(shè)和完善。資本市場運(yùn)作必須通過法律制度加以規(guī)范,以保證市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有序性和有效性。會計(jì)信息市場是資本市場的一個(gè)重要組成部分。法制的強(qiáng)制性和權(quán)威性能為利益相關(guān)集團(tuán)提供了一個(gè)長期穩(wěn)定的制度環(huán)境和交易環(huán)境。會計(jì)信息市場只有走法制化的道路才能更好地維護(hù)市場公平和提高經(jīng)濟(jì)效益,從而為整個(gè)國家的長治久安和經(jīng)濟(jì)與社會的可持續(xù)發(fā)展提供可靠的制度支撐和法律保障。
2.堅(jiān)持會計(jì)合法性真實(shí)有利于節(jié)約會計(jì)信息的交易成本。依據(jù)制度經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,人們創(chuàng)立、變遷制度是為了節(jié)約交易費(fèi)用。在經(jīng)濟(jì)相對落后國家的制度變遷中,國家承擔(dān)著制度設(shè)計(jì)和組織實(shí)施的功能?,F(xiàn)階段我國的市場經(jīng)濟(jì)法制建設(shè)是典型的落后國家制度變遷的過程。堅(jiān)持合法性會計(jì)真實(shí)就是堅(jiān)持國家的制度主體地位,也是市場主體參與市場交易、節(jié)約交易成本和實(shí)現(xiàn)利益最大化的內(nèi)在要求。
3.堅(jiān)持會計(jì)合法性真實(shí)有利于會計(jì)研究工作的順利進(jìn)行。會計(jì)法制是對人類會計(jì)文化和法治文明成果的充分肯定、吸收和發(fā)展。作為整個(gè)人類文明重要組成部分的會計(jì)法治文明,是人類古今不斷探索和實(shí)踐智慧的結(jié)果。堅(jiān)持合法性真實(shí)對我國會計(jì)學(xué)家和會計(jì)實(shí)務(wù)工作者研究成果的充分肯定,是對人類優(yōu)秀會計(jì)文明成果的充分吸收。這對當(dāng)前我們以會計(jì)準(zhǔn)則為核心的會計(jì)理論研究具有重要的指導(dǎo)意義。
4.堅(jiān)持會計(jì)合法性真實(shí)有利于降低會計(jì)主體、單位會計(jì)人員的法律成本。我國《會計(jì)法》(1999)多次提到會計(jì)“真實(shí)”、“真實(shí)性”及與“真實(shí)性”相關(guān)的概念,并將“真實(shí)性”作為會計(jì)工作、會計(jì)資料及會計(jì)報(bào)告的法定要求,并未對“真實(shí)性”作進(jìn)一步的解釋。但是這并不等于會計(jì)真實(shí)性沒有現(xiàn)實(shí)標(biāo)準(zhǔn),只是在法規(guī)層次無法展開而已。依據(jù)法學(xué)原理的界定,司法實(shí)踐中的事實(shí)認(rèn)定是通過舉證、質(zhì)證和認(rèn)定的過程來揭示案件事實(shí),這是法律意義上的客觀真實(shí)。企業(yè)經(jīng)濟(jì)行為的后果是通過會計(jì)信息或會計(jì)數(shù)據(jù)來反映,而會計(jì)反映過程的依據(jù)是會計(jì)規(guī)制。因此,會計(jì)行為后果的真實(shí)性只能是會計(jì)規(guī)制的真實(shí)反映。為降低法律成本,遵守會計(jì)規(guī)制就成為是理性經(jīng)濟(jì)人的最佳選擇。
5.堅(jiān)持會計(jì)合法性真實(shí)有利于審計(jì)工作的順利開展。合法性會計(jì)真實(shí)體現(xiàn)了會計(jì)工作的規(guī)律和會計(jì)管理工作的要求,使得會計(jì)真實(shí)性這一抽象性的原則和目標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)的可操作性。現(xiàn)代審計(jì),無論是外部審計(jì)還是內(nèi)部審計(jì)其發(fā)表意見的基礎(chǔ)都是既定的會計(jì)規(guī)制和依據(jù)國家法律法規(guī)制定的適合企業(yè)特點(diǎn)的內(nèi)部管理控制制度的遵循情況,即是一種以制度為基礎(chǔ)的審計(jì)。堅(jiān)持會計(jì)合法性真實(shí)就為審計(jì)工作的有效開展提供了制度基礎(chǔ)和平臺。
主要參考文獻(xiàn):
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2.胡玉鴻 2002 法學(xué)方法論導(dǎo)論 第1版 山東 山東人民出版社
3.黎仁華 中國法務(wù)會計(jì)發(fā)展的外部推動(dòng)力研究 河南金融管理干部學(xué)院學(xué)報(bào) 2005.2
關(guān)鍵詞:教學(xué)方法;電路;振動(dòng)力學(xué);類比
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)33-0054-02
“電路”與“振動(dòng)力學(xué)”是絕大多數(shù)機(jī)械類專業(yè)的核心課程。其中,“電路”課程包括靜態(tài)電路和動(dòng)態(tài)電路兩部分,即狀態(tài)不隨時(shí)間變化的電路和狀態(tài)隨時(shí)間變化的電路。力學(xué)類課程也分為靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)兩部分,即狀態(tài)不隨時(shí)間變化的力學(xué)系統(tǒng)和狀態(tài)隨時(shí)間變化的力學(xué)系統(tǒng)。與靜力學(xué)學(xué)科如“材料力學(xué)”相比,“振動(dòng)力學(xué)”由于考慮了系統(tǒng)的慣性,系統(tǒng)的位移、速度等都是隨時(shí)間變化的,因而是一門動(dòng)力學(xué)學(xué)科。
在動(dòng)態(tài)電路和振動(dòng)力學(xué)中,系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型都是以時(shí)間為變量的微分方程。對于離散系統(tǒng)(集總參數(shù)電路、單自由度及多自由度力學(xué)系統(tǒng)),方程為常微分方程或常微分方程組,對于連續(xù)系統(tǒng)(分布參數(shù)電路、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)系統(tǒng)),由于系統(tǒng)的狀態(tài)不僅與時(shí)間有關(guān),還與空間有關(guān),系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型滿足偏微分方程,即方程中既有對時(shí)間求導(dǎo)項(xiàng),又有對空間求導(dǎo)項(xiàng)。所以,“電路”與“振動(dòng)力學(xué)”的許多概念從數(shù)學(xué)原理上都是相通的,目前已有一些學(xué)者提出了這一點(diǎn)。[1,2]
由于機(jī)械類學(xué)生對微分方程的知識僅在“微積分”課程中有一些粗淺認(rèn)識,因此這兩門課對其而言具有一定的難度。由于學(xué)生要先后學(xué)習(xí)這兩門課(一般是先學(xué)習(xí)“電路”,再學(xué)習(xí)“振動(dòng)力學(xué)”),若在后一門課程的教學(xué)中使用前一門課程的概念進(jìn)行類比,可以使學(xué)生觸類旁通,一方面更容易接受新課程的內(nèi)容,另一方面也深化了對物理概念背后數(shù)學(xué)原理的認(rèn)識。筆者在“振動(dòng)力學(xué)”課程中將概念與“電路”進(jìn)行類比顯著提升了教學(xué)效果。下面針對這兩門課的可類比性,試舉幾例。
一、回路電流法標(biāo)準(zhǔn)形式與剛度矩陣的類比
回路電流法是一種求解電阻電路的方法,這種方法雖然一般應(yīng)用于靜態(tài)電路(如果引入阻抗的概念,也可以應(yīng)用于動(dòng)態(tài)電路穩(wěn)態(tài)分析),但是由于“振動(dòng)力學(xué)”中剛度矩陣的建立實(shí)際上也是基于靜力學(xué)原理的,所以從下文可以看出,這兩種方法有一定的相似性。
首先介紹回路電流法。對于具有n個(gè)獨(dú)立回路的“電路”,回路電流法的標(biāo)準(zhǔn)形式為[3]:
寫成矩陣形式則為:
其中:
(1)
式(1)中,對角線上的元素為各回路的自電阻,總為正值。自電阻的物理意義為:某一回路有單位電流流過時(shí),單位電流在該回路產(chǎn)生的電壓。非對角元素為各回路之間的互電阻,若流過互電阻的兩個(gè)回路電流方向相同,則此互電阻為正,否則為負(fù)?;ル娮璧奈锢硪饬x為:某一回路流過單位電流時(shí),該單位電流在另一回路產(chǎn)生的電壓。
而振動(dòng)力學(xué)中,具有n個(gè)獨(dú)立自由度的力學(xué)系統(tǒng),其剛度矩陣的標(biāo)準(zhǔn)形式為[4]:
(2)
式(2)中,對角線上的元素為在某一自由度施加單位力時(shí)該自由度產(chǎn)生的位移,顯然這個(gè)值總為正值。非對角元素為在某一自由度施加單位力時(shí),另一自由度產(chǎn)生的位移,若位移與力的方向相同,則為正值,反之為負(fù)。
通過對公式(1)和(2)形式上的比較和物理意義的解釋,可以看出這兩個(gè)矩陣在數(shù)學(xué)形式上相同,物理概念上相似。顯然,此時(shí)電路中的獨(dú)立回路可以與力學(xué)中的獨(dú)立自由度進(jìn)行類比,此時(shí)電流對應(yīng)力學(xué)中的力,電壓對應(yīng)力學(xué)中的位移。因此,在學(xué)生先修過“電路”的情況下,在“振動(dòng)力學(xué)”的教學(xué)中可以通過類比的方法使學(xué)生迅速掌握剛度矩陣的建立方法以及理解其本質(zhì),這樣可以顯著提高教學(xué)效率。
二、二階電路零輸入響應(yīng)與單自由度阻尼自由振動(dòng)的類比
力學(xué)中的單自由度系統(tǒng)需要用二階微分方程描述,二階電路亦然。因此兩者具備可類比性。限于篇幅,這里只考慮系統(tǒng)模型為齊次微分方程的情況,也就是電路系統(tǒng)和力學(xué)系統(tǒng)都不存在激勵(lì),分別對應(yīng)二階電路的零輸入響應(yīng)和單自由度系統(tǒng)的阻尼自由振動(dòng)。
首先考慮電路系統(tǒng)。RLC串聯(lián)振蕩電路為典型二階電路,設(shè)回路中電流為i,為了更好地從形式上與振動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行比較,將電流寫成電量q對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù),即以電量q為基本變量,則其滿足方程(3) [3]:
(3)
而對于有阻尼單自由度系統(tǒng),其位移x滿足方程(4):
(4)
顯然方程(3)和(4)具有數(shù)學(xué)形式上的相似性??梢钥闯?,若分別以電路的電流和單自由度系統(tǒng)的為位移為變量,則電路的電感對應(yīng)于力學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量,電路的電阻對應(yīng)于力學(xué)系統(tǒng)的阻尼器,電路電容的倒數(shù)對應(yīng)于力學(xué)系統(tǒng)的剛度。
對于電路系統(tǒng),振蕩的原因在于電感存儲的磁能與電容存儲的電能互相交換,而電阻起耗散能量的作用。對于力學(xué)系統(tǒng),振動(dòng)的原因在于質(zhì)量擁有的動(dòng)能與彈簧存儲的彈性勢能互相交換,而阻尼器起耗散能量的作用。從表1中可以清楚地看出兩種系統(tǒng)中存在的對應(yīng)關(guān)系:
表1 二階電路與單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的各物理量類比
二階
電路 電量q 電流 磁能 電能 電阻功率
固有頻率
單自由度振動(dòng)系統(tǒng) 位移x 速度 動(dòng)能 勢能 阻尼單位時(shí)間內(nèi)耗能 固有頻率
因此,在處理二階電路和單自由度振動(dòng)時(shí),有很多方法的本質(zhì)都是相同的。如求解電路任意激勵(lì)下響應(yīng)的卷積積分法和求解單自由度系統(tǒng)在任意激勵(lì)下響應(yīng)的杜哈梅積分法、求解簡諧激勵(lì)下電路穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的相量法以及求解簡諧激勵(lì)下單自由度系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的復(fù)指數(shù)法,等等。在教學(xué)中,通過建立類比可以使學(xué)生迅速理解相關(guān)概念、掌握相關(guān)方法,從而達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。
三、均勻傳輸線與桿的縱向振動(dòng)的類比
由于許多機(jī)械類學(xué)科并未開設(shè)“數(shù)學(xué)物理方程”課程,在“微積分”課程中也未有提及這部分內(nèi)容,因此由偏微分方程描述的連續(xù)系統(tǒng)對于學(xué)生而言一直是最大的難點(diǎn)。電路中的均勻傳輸線和振動(dòng)力學(xué)中連續(xù)介質(zhì)的振動(dòng)均由偏微分方程描述,其中,無損耗傳輸線和桿的縱向振動(dòng)具有數(shù)學(xué)上的相似性,均為一維波動(dòng)方程。
下面首先考慮無損耗均勻傳輸線。設(shè)無損耗均勻傳輸線單位長度電感、電容分別為L0和C0,則其電壓、電流的變化規(guī)律一般寫成如下的偏微分方程[3]:
(5)
(6)
式(5)和(6)可以整理為標(biāo)準(zhǔn)一維波動(dòng)方程的形式。將式(5)對空間尺度x求偏導(dǎo),可得:
(7)
式(6)對時(shí)間t求偏導(dǎo)并乘以L0,可得:
(8)
式(7)和(8)相減,可得:
(9)
而對于密度為ρ、彈性模量為E的等截面直桿,其縱向位移χ滿足偏微分方程:
(10)
對比(9)和(10)可以發(fā)現(xiàn),無損耗均勻傳輸線和桿的縱向振動(dòng)在數(shù)學(xué)模型上是一致的,均為一維波動(dòng)方程。(9)和(10)右端項(xiàng)系數(shù)的平方根分別為電壓的相速度和縱波在桿內(nèi)傳播的速度。這兩個(gè)方程均可以使用經(jīng)典的分離變量法進(jìn)行求解。在教學(xué)中,通過兩者的類比歸納總結(jié)出一維波動(dòng)方程的普遍性質(zhì)和求解方法不但可以使學(xué)生迅速掌握繁雜的數(shù)學(xué)公式,而且使學(xué)生對公式的認(rèn)識提高到一個(gè)具有普遍意義的層面。
四、結(jié)論
本文針對“電路”和“振動(dòng)力學(xué)”中數(shù)學(xué)原理的相似性,提出了類比教學(xué)方法的概念。通過在課堂上引入類比教學(xué)的方法,首先可以使學(xué)生基于舊知識迅速掌握新知識,其次可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)新課程時(shí)對已修課程的知識進(jìn)行鞏固和深化理解,最后還可以使學(xué)生對物理概念的認(rèn)識升華到數(shù)學(xué)原理的層面。從宏觀層面,類比教學(xué)方法可以優(yōu)化課程結(jié)構(gòu),避免相似數(shù)學(xué)原理在不同課程中的重復(fù)講解,可以使學(xué)生對廣泛知識的認(rèn)知水平得到提高,也會提升工科類學(xué)生的數(shù)學(xué)修養(yǎng)。類比教學(xué)方法不僅適用于文中提到的兩門課程,也適用于所有具有相同或相似數(shù)學(xué)概念的課程,因此具有巨大的推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
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對待他們,可以從以下幾方面去做工作。
一、做優(yōu)秀教師,以自己的人格魅力影響學(xué)生。
古語說:“親其師而信其道。”學(xué)生學(xué)習(xí)英語的興趣跟任課教師有很大的關(guān)系。他們喜歡一位英語教師,也往往喜歡聽他的英語課,并能主動(dòng)接受這位老師所傳授的英語知識。學(xué)高為師,德高為范,“打鐵需要自身硬”。作為教師,應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn),不僅要有淵博的知識,還要求有高尚的師德,還要能跟上時(shí)尚,讓自己由內(nèi)而外都是一個(gè)值得學(xué)習(xí)仿效的人。
二、以人為本,尊重學(xué)生,投其所好。
現(xiàn)在的90后學(xué)生是有思想,講權(quán)利,懂電腦的新人類,因此教師應(yīng)做學(xué)生們的良師益友,使他們真正地喜歡自己,愛上自己的英語課,從而能夠形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。教師為排除學(xué)生的心理障礙,應(yīng)當(dāng)精心設(shè)計(jì)作業(yè),因材施教,分層要求,及時(shí)為后進(jìn)生補(bǔ)缺,讓每個(gè)學(xué)生都有獲得成功的機(jī)會,都能克服膽怯、自卑心理,善于發(fā)現(xiàn)自身的長處。還應(yīng)該了解學(xué)生的喜好,了解他們喜歡的時(shí)尚,音樂,心中的偶像。在講課中滲透這些例子,這樣他們喜歡的東西從老師嘴里講出來他們會特別興奮,注意力就會提高,教學(xué)效果也就會好了。
三、優(yōu)點(diǎn)放大,進(jìn)行賞識教育。
在教育教學(xué)過程中,教師要做有心人,加強(qiáng)對學(xué)困生的觀察、引導(dǎo)和幫助,要善于捕捉其閃光點(diǎn),適時(shí)恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行賞識教育。學(xué)生在學(xué)習(xí)英語的過程中取得了很小的成功或有點(diǎn)滴的進(jìn)步時(shí),應(yīng)適時(shí)提出真切的鼓勵(lì),激發(fā)學(xué)生的成就動(dòng)機(jī)。越是對理解力差、成績不好的學(xué)生,越要考慮令其回答那些力所能及的問題,以此不斷增強(qiáng)其成就感和自信心,尊重、維護(hù)其在外語學(xué)習(xí)中應(yīng)享有的平等地位。尊重學(xué)生,一個(gè)點(diǎn)頭或微笑,一句贊賞的話,一聲親切、熱情的指導(dǎo),都會引起學(xué)生的興趣。
四、降低任務(wù)難度,加大監(jiān)督力度。
給學(xué)生個(gè)人或全體學(xué)生布置作業(yè)后,如筆頭練習(xí)、口語操練等,就意味著監(jiān)督開始了。并非所有學(xué)生都能立即按教師要求去做,特別是學(xué)困生,在學(xué)習(xí)上缺少主動(dòng)性、自覺性,此時(shí)有效監(jiān)控非常重要。如果布置完作業(yè),教師如釋重負(fù)般輕松自在地站在講臺上,根本不去接觸下面的學(xué)生,或偶爾遇到學(xué)生有違紀(jì)現(xiàn)象,只朝學(xué)生指指點(diǎn)點(diǎn),這便會加大師生之間的心理距離,自然也無法保證有良好的教學(xué)效果。教師應(yīng)深入到學(xué)生中間,及時(shí)幫助他們完成作業(yè),或個(gè)別制止某位學(xué)生的不良舉動(dòng),就會變師生間的心理距離為心理合作,也使大多數(shù)學(xué)生的練習(xí)作業(yè)順利進(jìn)行。另外,部分性格內(nèi)向或膽小的學(xué)生,有問題也不會當(dāng)眾舉手提問,而對走到身邊的教師則敢于大膽求教。走到學(xué)生間還有一個(gè)好處,教師能從幾個(gè)學(xué)生出現(xiàn)相同錯(cuò)誤的情況中了解學(xué)生理解上、運(yùn)用上存在的帶有普遍性的問題,有的放矢地引導(dǎo)學(xué)生注意某一知識點(diǎn)的理解或交際中可能遇到的問題。
《超聲診斷學(xué)》是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科,它強(qiáng)調(diào)的是實(shí)時(shí)、連續(xù)、多切面及動(dòng)態(tài)觀察疾病的超聲影像學(xué)改變,因此,與其他醫(yī)學(xué)課程相比超聲診斷學(xué)教學(xué)具有其特殊性。然而,隨著多媒體教學(xué)的廣泛開展,其本身固有的負(fù)面效應(yīng)也逐漸顯露出來,傳統(tǒng)的教學(xué)方法有時(shí)更體現(xiàn)出了自己的優(yōu)勢。如何結(jié)合多媒體與傳統(tǒng)教學(xué)的不同特點(diǎn),使教學(xué)效果最優(yōu),已成為廣大教師關(guān)注的重點(diǎn)。下面就傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)在超聲診斷教學(xué)中的利弊進(jìn)行分析比較,談?wù)劧叩膬?yōu)勢與不足。
1 對象和方法
對在校同一專業(yè)165名影像專業(yè)大專生隨機(jī)分為甲、乙兩班,甲、乙兩班由同一名教師授課。在理論課上甲班采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué),而乙班則采用現(xiàn)代化多媒體進(jìn)行教學(xué)。在分組實(shí)驗(yàn)課上兩班均采用模型、實(shí)踐操作等傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)。
2 結(jié)果(見表1)
3 討論
3.1 超聲診斷學(xué)應(yīng)用多媒體教學(xué)方法的優(yōu)缺點(diǎn)
3.1.1 多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn):多媒體教學(xué)創(chuàng)造了交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境,學(xué)生可以按照自己的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)興趣來選擇自己所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。人機(jī)交互、立即反饋是多媒體技術(shù)的顯著特點(diǎn),是任何其他媒體所沒有的。在超聲診斷學(xué)的教學(xué)中,與傳統(tǒng)教學(xué)相比,多媒體教學(xué)的優(yōu)勢體現(xiàn)在:(1)多媒體技術(shù)是集文字、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫、影視等各種信息與手段為一體,具有很強(qiáng)的真實(shí)感和表現(xiàn)力,可以激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣,引起注意。應(yīng)用多媒體教學(xué)教師感覺易講,學(xué)生認(rèn)為易掌握,提高了課堂教學(xué)質(zhì)量[1]。(2)節(jié)省了教師寫板書的時(shí)間,加快了授課速度,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提高了授課效率,這是傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的[2]。(3)可以變抽象為具體,模擬現(xiàn)實(shí)世界的各種反應(yīng)和現(xiàn)象,使教學(xué)更加形象、直觀,便于學(xué)習(xí)者理解和掌握。例如:風(fēng)濕性心臟病二尖瓣狹窄時(shí)在M型超聲心動(dòng)圖上二尖瓣前葉呈“城墻樣”,后葉平行上移;在二維圖像上二尖瓣前后葉呈“雞啄米”樣運(yùn)動(dòng)。對于這一典型的超聲表現(xiàn),過去老師往往要花費(fèi)大量時(shí)間去講解,學(xué)生也不一定能真正理解。采用多媒體教學(xué)后,通過播放的動(dòng)態(tài)圖像,學(xué)生即能完全理解和掌握。一個(gè)好的多媒體課件,通過栩栩如生的動(dòng)畫可以將抽象問題形象化,有利于學(xué)生對教學(xué)難點(diǎn)、重點(diǎn)的理解掌握,同時(shí)還能幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、鞏固局部解剖知識,在大腦中建立起正確的器官立體結(jié)構(gòu)和相互間的毗鄰關(guān)系,提高學(xué)生自學(xué)和以后的實(shí)際工作能力。(4)可在有限的時(shí)間內(nèi)增大課堂容量,提高課堂教學(xué)效率。例如:學(xué)生對于多普勒效應(yīng)難以領(lǐng)會,應(yīng)用模式圖、動(dòng)畫配音頻變化,學(xué)生對此很快就理解了超聲遇到活動(dòng)的界面頻率會發(fā)生改變這個(gè)知識點(diǎn)。
3.1.2 多媒體教學(xué)的缺點(diǎn):(1)從事多媒體制作的教師需要懂得一些計(jì)算機(jī)知識,這令一些習(xí)慣于用幻燈、電視教材的教師有膽怯心理,這樣就影響了應(yīng)用的廣度。(2)多媒體課件的制作需要耗費(fèi)大量時(shí)間,給教師備課帶來較大負(fù)擔(dān)。(3)運(yùn)用多媒體教學(xué)的課堂節(jié)奏快,增加學(xué)生記筆記的難度,同時(shí)大信息量的課堂教學(xué)有可能使學(xué)生無所適從,思維處于高度緊張狀態(tài),結(jié)果是學(xué)過的知識象過眼煙云,記得快也忘得快。雖然我們充分發(fā)揮多媒體在圖片、錄像、動(dòng)畫、色彩演示等方面的優(yōu)勢,應(yīng)用于動(dòng)態(tài)的臟器診斷中,但多媒體教學(xué)不能取代教師的理解性講解[3]。由于多媒體信息呈現(xiàn)速度快,在屏幕上停留的時(shí)間短,當(dāng)過多的信息量在短時(shí)間內(nèi)輸送給學(xué)生時(shí),學(xué)生不能完全接受,易出現(xiàn)疲乏。(4)現(xiàn)代化多媒體的應(yīng)用需要計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)作平臺,這需要投入較大的教學(xué)資金。
3.2 超聲診斷學(xué)應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)方法的優(yōu)缺點(diǎn)
3.2.1 傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn):(1)教師作為教學(xué)活動(dòng)的領(lǐng)導(dǎo)者和組織者在教學(xué)中發(fā)揮著主導(dǎo)作用,在課堂上可隨時(shí)觀察學(xué)生的聽課動(dòng)態(tài),及時(shí)地作相應(yīng)的教學(xué)調(diào)整,運(yùn)用啟發(fā)式等教學(xué)方式來傳授表達(dá)課堂知識,引導(dǎo)學(xué)生一步一步領(lǐng)會教材內(nèi)容,啟發(fā)學(xué)生的回憶和進(jìn)一步探索新知識的求知欲,促使學(xué)生去思考,養(yǎng)成科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。(2)傳統(tǒng)的教學(xué)模式中,大體標(biāo)本觀察過程可使學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性,把學(xué)過的理論知識運(yùn)用于實(shí)踐,腦、眼、手并用,加深理解和記憶。(3)傳統(tǒng)媒體板書、板圖、掛圖、幻燈的價(jià)格低,對經(jīng)濟(jì)要求不高。
3.2.2 傳統(tǒng)教學(xué)的缺點(diǎn):(1)手段單一、設(shè)施陳舊。每堂課需要利用大量的掛圖、模型等進(jìn)行演示,學(xué)生接觸到的是靜止的東西,但由于所探查的聲像圖是人體結(jié)構(gòu)空間關(guān)系,靜態(tài)、平面的教學(xué)缺乏動(dòng)態(tài)感,局部與整體、解剖各層次,聲波的特性等很難具體形象地表現(xiàn)出來,不利于學(xué)生掌握形態(tài)與機(jī)能、聲像與解剖、基礎(chǔ)與臨床間的辨證關(guān)系,故而增加了記憶的難度。特別是針對超聲學(xué)科直觀形象、空間立體感強(qiáng)的特點(diǎn),不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的多感官學(xué)習(xí),在知識量的獲取上和難點(diǎn)的理解上都不利于專業(yè)技能的掌握,使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率難以提高。(2)學(xué)生實(shí)習(xí)所用的標(biāo)本易損壞影響觀察,教師也感到在使用教具、掛圖教學(xué)中費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、不便。(3)板書、板圖費(fèi)時(shí)較多,影響學(xué)生的聽課效果,而且并非所有的教師都能寫出工整、漂亮的板書、板圖。(4)使用掛圖、幻燈查找不便,教具間的轉(zhuǎn)換較費(fèi)時(shí),掛圖受規(guī)格的影響,大班課時(shí)圖片顯得小而不清,幻燈片也較適于小班課。掛圖、幻燈顯示的形態(tài)內(nèi)容受限,更無法使動(dòng)態(tài)的與臨床應(yīng)用有關(guān)的圖像直接顯示,學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感覺過于抽象。(5)在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中,整個(gè)教學(xué)過程都是由教師決定的,學(xué)生只能被動(dòng)地參加和接受灌輸。教師在長期的教學(xué)過程中積累的經(jīng)驗(yàn),無論創(chuàng)新性如何,均不肯輕易丟掉和改變,往往會形成刻板的思維定勢。某種程度上傳統(tǒng)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)越多,客觀上對吸收新東西越會形成一種潛在的阻力[4]。
總之,教學(xué)有法,教無定法,貴在得法。超聲診斷學(xué)是一門實(shí)踐性、客觀性很強(qiáng)的學(xué)科,隨著超聲設(shè)備的不斷更新,要求教師不斷更新知識,提高自身素質(zhì),進(jìn)一步深化教改,全面提高超聲影像醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量。盡管多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)在一定程度上各有優(yōu)點(diǎn),但沒有任何一種教學(xué)方法適用于所有教學(xué)內(nèi)容,教師應(yīng)從學(xué)生知識水平和教材內(nèi)容出發(fā),結(jié)合本校的實(shí)際情況,去選擇適宜的教學(xué)方法,綜合運(yùn)用,才能提高教學(xué)質(zhì)量。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用,對廣大教師也提出了更高的要求,既要了解本學(xué)科發(fā)展的方向,又要掌握最新的學(xué)科知識,如何更好地利用多媒體教學(xué)方法,并與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相結(jié)合,辨證地吸收傳統(tǒng)教學(xué)中的精華部分,勇于克服多媒體教學(xué)的負(fù)面效應(yīng),做到取長補(bǔ)短,達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的,仍需要更進(jìn)一步的探討和改進(jìn)。
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公安院校學(xué)生未來就業(yè)方向主要是公安基層民警,而消防監(jiān)督工作是公安基層工作的重要組成部分,因此,學(xué)生對消防監(jiān)督檢查流程及重點(diǎn)應(yīng)有一定了解,對通用消防器材裝備應(yīng)熟練使用及對火災(zāi)初期應(yīng)靈活處置,而這些方面的教學(xué)工作在實(shí)際教學(xué)中存在教學(xué)與實(shí)際脫節(jié)的矛盾。隨著建模與虛擬仿真技術(shù)的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練以其特有的優(yōu)點(diǎn)越來越受到高校的重視[1]。消防虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)可以很好地解決教學(xué)與實(shí)際脫節(jié)的矛盾[2]。該教學(xué)系統(tǒng)由訓(xùn)練(軟件)系統(tǒng)和3D交互沉浸環(huán)境(硬件)系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成,系統(tǒng)軟件部分通過三維虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研發(fā),系統(tǒng)硬件部分為配套虛擬交互訓(xùn)練內(nèi)容實(shí)現(xiàn)3D沉浸交互功能應(yīng)用的硬件平臺支撐,上述兩部分共同構(gòu)成整個(gè)教學(xué)系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境下達(dá)到真實(shí)環(huán)境條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)認(rèn)知、訓(xùn)練的效果。
1 消防虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)軟件平臺的設(shè)計(jì)
根據(jù)目前公安基層工作的需要,教學(xué)系統(tǒng)軟件平臺由消防監(jiān)督檢查、消防裝備與滅火技術(shù)和滅火救援指揮3部分組成。
1.1 消防監(jiān)督檢查
消防監(jiān)督檢查虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)以三維仿真的某大型商業(yè)綜合體為背景,利用虛擬仿真技術(shù)模擬商場中各消防設(shè)施、消防器材和相關(guān)消防設(shè)備與消防區(qū)域的設(shè)置情況。該系統(tǒng)主要包括消防監(jiān)督檢查教學(xué)展示(3D效果)、消防監(jiān)督檢查的組織、實(shí)施消防監(jiān)督檢查訓(xùn)練、對舉報(bào)、投訴的消防違法行為的查處訓(xùn)練、重大火災(zāi)隱患的判定、立案、督辦和消案的訓(xùn)練、恢復(fù)施工(使用、生產(chǎn)、營業(yè)或者舉辦)的檢查訓(xùn)練等部分。(如圖1所示)
該系統(tǒng)可以生動(dòng)立體地講述消防知識,同時(shí)培訓(xùn)學(xué)生在任意一個(gè)普通場景中,能夠完成消防監(jiān)督檢查的各項(xiàng)工作措施,掌握消防監(jiān)督檢查的技能,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用虛擬環(huán)境、立體成像設(shè)備、模擬軟件的方式,一方面使學(xué)生全方位多角度的形式進(jìn)入立體虛擬環(huán)境中去,身臨其境地到現(xiàn)場去發(fā)現(xiàn)問題、聽取解決辦法、學(xué)習(xí)相關(guān)知識;另一方面則利用安裝了“消防監(jiān)督檢查虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”的PC機(jī),通過可視化交互,讓學(xué)生能自我做出判斷,發(fā)現(xiàn)并記錄虛擬場景中存在的安全隱患,以達(dá)到實(shí)訓(xùn)要求,完成目標(biāo)。
1.2 消防裝備與滅火技術(shù)模擬演練系統(tǒng)
鑒于學(xué)生對消防滅火實(shí)際操作知識的匱乏,以及經(jīng)驗(yàn)的欠缺,因此,需要通過實(shí)際動(dòng)手訓(xùn)練來提高學(xué)生實(shí)踐能力,以便日后能從容應(yīng)對各種危機(jī)情況。由于火災(zāi)本身是一個(gè)很難控制的事件,其危害性巨大,擴(kuò)張速度迅猛,稍有不慎即可對人們的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失,因此,通過實(shí)際引發(fā)一場火災(zāi)來進(jìn)行撲救,達(dá)到訓(xùn)練的目標(biāo)自然是非常不可取的。但學(xué)生終究必須是要掌握消防滅火技術(shù),如何連接理論知識和實(shí)際撲救之間的紐帶,達(dá)到訓(xùn)練的目標(biāo),就成為了必須解決的問題。為解決理想與現(xiàn)實(shí)之間的矛盾,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顯得尤為合適。消防裝備與滅火技術(shù)虛擬演練系統(tǒng)可全真模擬出火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境、風(fēng)力風(fēng)向、火情蔓延面積等;細(xì)節(jié)來講,包括樓層通道、燃燒物質(zhì)、火光火焰、煙霧層層等;撲救操作方面來講,包括各類滅火器使用的方式方法(如,除掉鉛封、拉下保險(xiǎn)銷、對準(zhǔn)火源、按壓手柄),以及室內(nèi)、外消火栓的連接和使用模擬。因此,這套虛擬火災(zāi)撲救系統(tǒng)可從宏觀到微觀層層遞進(jìn)展開撲救技術(shù)訓(xùn)練,兼具安全性和交互性,加之輕量化的演練環(huán)境,是火災(zāi)撲救訓(xùn)練最科學(xué)完善的解決方案。(如圖2所示)
1.3 滅火救援指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)
滅火救援指揮模擬訓(xùn)練系統(tǒng)以某大型商業(yè)綜合體為實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練背景,利用虛擬仿真技術(shù)模擬生成特定環(huán)境條件下的虛擬火災(zāi)事故場景;受訓(xùn)學(xué)員依據(jù)應(yīng)急救援戰(zhàn)術(shù)原則進(jìn)行指揮決策,調(diào)動(dòng)和部署搶險(xiǎn)救援力量,形成戰(zhàn)斗方案,控制事故的發(fā)展和蔓延;并依據(jù)戰(zhàn)術(shù)知識庫,以模擬訓(xùn)練系統(tǒng)提供的訓(xùn)練監(jiān)控、記錄回放等工具為輔助,記錄、分析受訓(xùn)學(xué)員的戰(zhàn)斗方案,對受訓(xùn)學(xué)員的戰(zhàn)斗方案進(jìn)行邏輯推理,最終進(jìn)行評判結(jié)果和結(jié)果解釋;虛擬火災(zāi)事故場景也隨著戰(zhàn)斗方案的執(zhí)行實(shí)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的仿真效果,為受訓(xùn)學(xué)員創(chuàng)建一個(gè)具有高度沉浸感以及符合實(shí)際情況的訓(xùn)練環(huán)境。該系統(tǒng)主要包括滅火救援指揮教學(xué)展示(3D效果)、接處警訓(xùn)練需求、滅火救援指揮訓(xùn)練需求、模擬訓(xùn)練臺需求和場景、模型及處置效果需求等部分。(如圖3所示)
2 消防虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計(jì)
消防虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)硬件平臺以三通道沉浸式環(huán)境G-Discover為主,同時(shí)配以學(xué)生機(jī)房,滿足教學(xué)認(rèn)知以及課程考核的需要。(如圖4所示)
2.1 立體顯示系統(tǒng)
作為整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺的顯示部分,顯示系統(tǒng)效果的好壞對整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)的影響非常大。系統(tǒng)一般由投影機(jī)、投影屏幕、機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。其核心是根據(jù)使用要求和現(xiàn)場情況(環(huán)境光情況、場地情況、觀眾等),選擇恰當(dāng)?shù)耐队胺绞?,在投影方式確定的前提下,選擇適當(dāng)?shù)耐队皺C(jī)、投影屏幕和結(jié)構(gòu)形式以形成最佳的視場。由于顯示屏面積較大,圖像均勻性及一致性要求突出。
2.2 圖形圖像處理系統(tǒng)
由于虛擬系統(tǒng)所采用的軟件占用較大空間資源,因此,對計(jì)算機(jī)硬件的要求隨之提高,當(dāng)前虛擬系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)硬件以高性能圖形工作站為主流,具體配置因所采用的建模和分析軟件不同而不同。
2.3 交互系統(tǒng)
虛擬設(shè)計(jì)平臺中的人機(jī)交互設(shè)備包括動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、半實(shí)物仿真滅火器、半實(shí)物仿真水槍等,可以使設(shè)計(jì)者和觀察者實(shí)時(shí)地對多通道顯示屏幕上的內(nèi)容進(jìn)行綜合操控,實(shí)現(xiàn)用戶與三維模型的交互瀏覽和相關(guān)訓(xùn)練操作。
2.4 教學(xué)考核機(jī)房
包含學(xué)生機(jī)和教師機(jī)若干臺,“消防監(jiān)督檢查”的學(xué)生考核部分、“消防裝備與滅火技術(shù)模擬演練”的認(rèn)知教學(xué)部分、“滅火救援指揮”的協(xié)同操作演練部分均在該機(jī)房中完成。
2.5 火災(zāi)現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)播系統(tǒng)
【摘要】目的 探討留置針與外接針頭固定的最佳方法。方法 將412例使用留置針的患者,分別在第一天用直線法(頭皮針直接接肝素帽,敷貼固定針頭和肝素帽在皮膚上),第二天用拱形法(將頭皮針尾端塑料部分彎成拱形,與肝素帽平行,并壓在敷貼下,固定在皮膚上),第三天用雙重固定法(將頭皮針尾端塑料部分彎成拱形用一敷貼包扎,再用另一個(gè)敷貼固定的皮膚上)。觀察三種方法的成本、操作時(shí)間、脫落的頻率。結(jié)果:第二種方法在護(hù)理成本、操作時(shí)間、脫落的頻率與其他兩組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P
【關(guān)鍵詞】靜脈留置針 ; 肝素帽 ; 插入頭皮針 ; 固定方法
現(xiàn)代護(hù)理,淺靜脈留置針在臨床上已廣泛應(yīng)用,其具有減少血管損傷,利于定時(shí)給藥和搶救等[1],得到護(hù)士及患者的廣泛認(rèn)可。留置針分為很多種,深靜脈留置針及淺靜脈留置針。但是給藥時(shí),輸液皮條的頭皮針與肝素帽之間的固定非常重要,一旦出現(xiàn)問題,不只浪費(fèi)液體,耽誤患者的治療,如沒及時(shí)發(fā)現(xiàn),會中斷給藥,造成護(hù)患糾紛。另外,護(hù)理病人的同時(shí)也要節(jié)省人力資源和醫(yī)院的成本,這也是現(xiàn)在護(hù)理的目的。
一 資料與方法
1.1 一般方法 2008---2011年,選取病人412例,住院時(shí)間均在3天以上,使用同一留置針。留置針的固定:敷貼大小要合適,使用時(shí)應(yīng)遵循無張力粘貼原則,敷貼中央始終對準(zhǔn)穿刺點(diǎn),由中央向周圍按壓整片敷貼,使之與皮膚妥帖[2]。輸液時(shí),用碘伏消毒硅膠接頭,常規(guī)排液插入7.5號頭皮針,妥善固定[3]。留置針的固定用3M標(biāo)準(zhǔn)敷貼,而頭皮針這使用醫(yī)用輸液貼。
1.2 方法 分別在第一天用直線法(頭皮針直接接肝素帽,敷貼固定針頭和肝素帽在皮膚上),第二天用拱形法(將頭皮針尾端塑料部分彎成拱形,與肝素帽平行,并壓在敷貼下,固定在皮膚上),第三天用雙重固定法(將頭皮針尾端塑料部分彎成拱形用一敷貼包扎,再用另一個(gè)敷貼固定的皮膚上)。三種方法都是在同一個(gè)患者的同一個(gè)留置針上進(jìn)行,去除了外界的影響,自行拔除的因素。
1.3 評價(jià)方法 設(shè)登記本,記錄三組方法脫落頻次、操作時(shí)間、護(hù)理成本、增加一路液體所需的時(shí)間等情況。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:采用x2檢驗(yàn)。
二 結(jié)果
三 討論
本文三組外接針頭固定方法經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理無顯著性差異,第二種拱形法,外力作用于穿刺針的尾端,先是作用于醫(yī)用敷料,緩解外力,并且敷料與引線的粘性增加了連接處的牢固性。與第一種方法相比護(hù)理成本、所需時(shí)間相同,但是其脫落頻次大大降低。而第三種方法, 雖最為牢固,但是此種方法笨拙,所需時(shí)間長,成本大,并且再次加入一路液體時(shí),需要拆掉兩個(gè)敷料,并且所需時(shí)間長。
在護(hù)理工作中,護(hù)士要確保病人安全的治療環(huán)境,及時(shí)對患者進(jìn)行治療是護(hù)士必要地責(zé)任,而現(xiàn)在的醫(yī)療環(huán)境要求護(hù)士迅速有效的完成自己的工作的同時(shí),并且考慮到醫(yī)院的成本,尋求一種合適的工作方法,是我們不變的追求,本研究所示的固定方法,值得臨床推廣。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:相控陣天線;波束指向角;十二參數(shù);總體最小二乘
中圖分類號:TN957.2
相控陣天線[1]可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制的多個(gè)波束,通過調(diào)整波束間通信容量,根據(jù)需要改變波束形狀抑制干擾,具有廣闊的應(yīng)用前景。為了驗(yàn)證相控陣天線波束指向的正確性,天線系統(tǒng)需要根據(jù)目標(biāo)在天線坐標(biāo)系中的方位角、俯仰角及陣元特性調(diào)整加權(quán)系數(shù)形成波束完成對目標(biāo)的跟蹤,即開環(huán)跟蹤[2]。目前的測量工具不可能準(zhǔn)確獲得目標(biāo)在天線坐標(biāo)系下的精確位置,而根據(jù)相對高度差及距離利用幾何算法求出角度會產(chǎn)生較大誤差。一般測量過程中會存在多個(gè)坐標(biāo)系,需要將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系進(jìn)行分析,因此精確求取坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換參數(shù)十分重要。公共點(diǎn)轉(zhuǎn)化法[3]是求解這些參數(shù)的常用方法。對于相控陣天線來說,公共點(diǎn)即天線陣子分布在整個(gè)天線主面上且制造精度較高,有較好的代表性。本文主要研究基于十二參數(shù)模型的兩種直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,考慮測量帶來的誤差,采用總體最小二乘法求解來防止測量值帶來的誤差擾動(dòng)。
1 基于總體最小二乘的波束指向角算法
1.1 參數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型
這里涉及到兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系,即地面坐標(biāo)系和相控陣天線坐標(biāo)系,包括兩個(gè)坐標(biāo)系之間的平移值Δx0,Δy0和Δz0,坐標(biāo)軸間的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角度ωx、ωy和ωz2 試驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證本文坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法的正確性,利用專業(yè)測量工具分別測得10個(gè)天線陣子在地面坐標(biāo)系和天線坐標(biāo)系下的坐標(biāo),利用其中5組坐標(biāo)作為公共點(diǎn)參與參數(shù)求解,根據(jù)本文的轉(zhuǎn)化模型求出十二個(gè)未知參數(shù)。再根據(jù)所求的參數(shù)和公式(1)求出剩下5個(gè)天線陣子在天線坐標(biāo)系的坐標(biāo)作為計(jì)算值。再將計(jì)算值和測量值進(jìn)行比對,如圖2所示可知本文坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法的三個(gè)坐標(biāo)誤差大概為±2cm左右,完全滿足轉(zhuǎn)換精度要求。
圖2 測量值和計(jì)算值的比較
同時(shí)為驗(yàn)證相控陣天線波束指向的正確性和可靠性,利用計(jì)算出的天線坐標(biāo)系值代入(7)式和(8)式,計(jì)算出的波束指向角進(jìn)行外場試驗(yàn)驗(yàn)證,波束均能準(zhǔn)確地指向目標(biāo)。
3 結(jié)論
本文研究了相控陣天線測試時(shí)的波束指向角計(jì)算方法,將總體最小二乘法引入求解十二參數(shù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型,能夠準(zhǔn)確地求出天線的波束指向角,避免了因?yàn)闇y量擾動(dòng)帶來的誤差,能夠很好地解決相控陣天線的測試問題。
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【關(guān)鍵詞】三維仿真教學(xué)軟件 開發(fā) 應(yīng)用機(jī)制
【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【文章編號】0450-9889(2017)04B-0027-03
計(jì)算機(jī)仿真是在計(jì)算機(jī)上建立形式化的數(shù)學(xué)模型,然后按一定的實(shí)驗(yàn)方案,利用系統(tǒng)的模型通過模型解算的方法來獲得系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的一種研究系統(tǒng)的過程。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具,以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、控制理論、信息處理技術(shù)以及各種相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具,根據(jù)系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)康?,建立系統(tǒng)模型,并在不同的條件下,對模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的迅速發(fā)展,仿真技術(shù)由二維平面圖形向三維虛擬現(xiàn)實(shí)逐步轉(zhuǎn)化。三維仿真技術(shù)具有生動(dòng)、形象、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)制造、交通運(yùn)輸、工程設(shè)計(jì)、教育培、軍事、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域之中。
一、三維仿真技術(shù)在職業(yè)教育領(lǐng)域的應(yīng)用
仿真教學(xué)是利用實(shí)物或計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)各種虛擬環(huán)境來模擬真實(shí)環(huán)境,并根據(jù)真實(shí)環(huán)境中的理論和實(shí)際操作情況在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行操作、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、優(yōu)化等的教學(xué)方式。它的出現(xiàn)對職業(yè)教育的發(fā)展產(chǎn)生了極大的推動(dòng)作用,為新的教學(xué)手段開發(fā)奠定了基礎(chǔ),使教學(xué)方式、方法的改革和創(chuàng)新成為職業(yè)教育發(fā)展的必然趨勢,結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)使用,可以使職業(yè)技術(shù)教育實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí),突破傳統(tǒng)職業(yè)教育依賴于硬件設(shè)備進(jìn)行教學(xué)的局限,促進(jìn)職業(yè)教育躍上了一個(gè)新的臺階。目前,許多職業(yè)院校充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)開發(fā)了三維仿真教學(xué)軟件、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)仿真教學(xué)系統(tǒng),開展仿真教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)操作訓(xùn)練,如利用數(shù)控加工仿真教學(xué)系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生編程刀具路徑軌跡校驗(yàn)、檢查碰撞、工件過切、程序優(yōu)化等教學(xué)過程,盡可能避免未經(jīng)校驗(yàn)的程序在實(shí)機(jī)操作過程發(fā)生碰撞等危害事故。電梯技術(shù)實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電梯技術(shù)中的機(jī)械、電路、傳感器、變頻調(diào)速、PLC 控制等技術(shù)實(shí)訓(xùn)的仿真教學(xué)。建立與課程相對應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)訓(xùn)室、仿真實(shí)訓(xùn)車間、工廠,利用仿真實(shí)訓(xùn)室開展單項(xiàng)技能訓(xùn)練和綜合項(xiàng)目實(shí)訓(xùn),如數(shù)控仿真實(shí)訓(xùn)室、三維電子導(dǎo)游仿真實(shí)訓(xùn)室、財(cái)務(wù)仿真實(shí)訓(xùn)室、冶金仿真實(shí)訓(xùn)室、變電仿真實(shí)訓(xùn)室等仿真實(shí)訓(xùn)室,使學(xué)生直觀地、低成本地體驗(yàn)生產(chǎn)環(huán)境,完整地、清晰地了解生產(chǎn)流程和各個(gè)崗位的工作任務(wù)等。
二、三維仿真教學(xué)軟件的開發(fā)方式
教育部的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011―2020年)》明確提出:加快職業(yè)教育信息化建設(shè),建設(shè)職業(yè)教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地。由此可見,虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地是專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地的一個(gè)重要組成部分,職業(yè)院校要積極建設(shè)仿真實(shí)訓(xùn)基地等信息化教學(xué)設(shè)施,組織力量開發(fā)適合學(xué)校發(fā)展需要的仿真教學(xué)軟件,以滿足信息化教學(xué)的需要和專業(yè)建設(shè)的需求。三維仿真教學(xué)軟件的開發(fā)通常有學(xué)校自主開發(fā)、校企合作開發(fā)、軟件購置三種方式。學(xué)校組織教師自主開發(fā)虛擬仿真教學(xué)軟件,主要是解決教師教學(xué)定的教學(xué)問題,這是提高教師信息技術(shù)水平的一個(gè)重要舉措,也是解決學(xué)校信息化教學(xué)資源不足的主要途徑。例如,廣西機(jī)電工業(yè)學(xué)校教師自主開發(fā)的基于單片機(jī)技能大賽的三維虛擬仿真軟件,仿真度高,可以根據(jù)訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行編程和調(diào)試程序?qū)嵱?xùn)操作,包括單片機(jī)控制的機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真等。校企合作開發(fā)的虛擬仿真教學(xué)軟件主要是學(xué)校根據(jù)自身需要定制的產(chǎn)品,學(xué)校根據(jù)自身教學(xué)需要提出仿真軟件系統(tǒng)的總體要求、技術(shù)要求、教學(xué)模塊功能、產(chǎn)品的指標(biāo)等需求,成立由學(xué)校專業(yè)教師和企業(yè)專家組成的開發(fā)小組,教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)認(rèn)知規(guī)律和企業(yè)的崗位要求及工作過程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),再由軟件技術(shù)開發(fā)公司來負(fù)責(zé)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例如,廣西機(jī)電工業(yè)學(xué)校開發(fā)的基于工作過程的模擬電路分析與制作三維仿真、地質(zhì)災(zāi)害三維仿真等與教材配套、具有學(xué)校特色的教學(xué)軟件。軟件購置是學(xué)校根據(jù)教學(xué)需要和使用場所,購置易于實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備、軟件銜接的行業(yè)中具有代表性的教學(xué)軟件系統(tǒng)。
三、三維仿真教學(xué)軟件開發(fā)的流程
教學(xué)軟件是為實(shí)現(xiàn)特定的教學(xué)目標(biāo)、實(shí)施特定的教學(xué)過程而設(shè)計(jì)開發(fā)的應(yīng)用軟件,教學(xué)性是它固有的屬性。在開發(fā)過程中應(yīng)將教學(xué)設(shè)計(jì)和軟件工程二者有機(jī)結(jié)合,軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該由職教專家和專業(yè)技術(shù)專家等組成。自主開發(fā)和校企合作開發(fā)仿真教學(xué)軟件一般由分析、論證、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測試、驗(yàn)收這六個(gè)階段組成,而軟件購置則省略了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)階段,三維仿真教學(xué)軟件開發(fā)的流程如圖 1 所示。
(一)需求分析。教學(xué)軟件的需求分析是保證教學(xué)軟件開發(fā)質(zhì)量的重要前提。其主要任務(wù)是回答“軟件必須做什么”,從而確定軟件開發(fā)的目標(biāo)和預(yù)期效果,并在使用條件分析、軟件功能分析和教學(xué)特性分析的基礎(chǔ)上,確定軟件的使用條件、教學(xué)功能、教學(xué)特性等其他方面的要求。
(二)方案論證。根據(jù)軟件開發(fā)的目標(biāo)和預(yù)期效果,對所要開發(fā)的軟件產(chǎn)品現(xiàn)狀進(jìn)行比較分析,明確已有教學(xué)軟件同類產(chǎn)品可以解決的問題和不能解決的問題。依據(jù)教學(xué)需求分析和已有產(chǎn)品現(xiàn)狀分析的結(jié)論論證教學(xué)軟件開發(fā)的必要性,從教學(xué)軟件開發(fā)的經(jīng)費(fèi)、開發(fā)團(tuán)隊(duì)的組成及其成員的技術(shù)水平、教學(xué)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段等方面論證教學(xué)軟件開發(fā)的可行性,進(jìn)一步確定開發(fā)軟件的總目標(biāo)。
(三)軟件設(shè)計(jì)。為了保證教學(xué)軟件的教學(xué)性、科學(xué)性和可操作性,軟件設(shè)計(jì)很重要的一部分工作就是進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),圍繞教學(xué)軟件的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和評價(jià)方式分別進(jìn)行分析設(shè)計(jì),確定教學(xué)軟件整體框架結(jié)構(gòu),功能模塊等。
(四)軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)是教學(xué)軟件開發(fā)流程中最能體現(xiàn)教學(xué)軟件特色的重要環(huán)節(jié)。首先要進(jìn)行技術(shù)預(yù)研,選擇合理的開發(fā)平臺以及軟件工具,然后根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)果,圍繞教學(xué)軟件的界面、數(shù)據(jù)庫、功能模塊等詳細(xì)規(guī)劃。比如,對機(jī)械部件的實(shí)物原型進(jìn)行三維建模、運(yùn)動(dòng)功能、驅(qū)動(dòng)控制、外部數(shù)據(jù)接口等功能設(shè)計(jì)。最后,使用 Unity3D 軟件作為開發(fā)平臺,實(shí)行仿真環(huán)境的場景、環(huán)游功能和人機(jī)交互功能。具體實(shí)現(xiàn)步驟包括:先測量實(shí)物的實(shí)際尺寸,使用 CAD 軟件繪制二維圖像(.DWG 格式),然后利用二維圖像在 3DsMax 軟件中建立三維模型(.FBX格式),最后在 Unity3D 軟件中導(dǎo)入三維模型,針對三維模型的碰撞檢測以及人機(jī)交互功能進(jìn)行代碼的編寫。 (五)軟件測試。軟件測試是確保教學(xué)軟件|量的重要環(huán)節(jié),分為單元測試、整體測試。由教育專家、技術(shù)專家、教師和學(xué)生對所開發(fā)的軟件產(chǎn)品進(jìn)行功能和效果等測試,及時(shí)發(fā)現(xiàn)軟件產(chǎn)品存在的問題,再根據(jù)存在的問題和修改建議進(jìn)行修改優(yōu)化。
(六)評審驗(yàn)收。教學(xué)軟件的評審驗(yàn)收需要專家、同行和用戶三方結(jié)合進(jìn)行。專家和同行的評審可以保證教學(xué)軟件的教學(xué)功能和技術(shù)性功能,用戶評審有利于積累教學(xué)軟件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
四、三維仿真教學(xué)軟件的應(yīng)用機(jī)制
仿真教學(xué)軟件(系統(tǒng))應(yīng)用的主體是教師、學(xué)生和在職培訓(xùn)者。應(yīng)用仿真教學(xué)軟件的目的主要有三個(gè)方面:一是通過仿真教學(xué)軟件的虛擬交互,使抽象內(nèi)容形象化,學(xué)習(xí)活動(dòng)變得生動(dòng)有趣味,降低學(xué)習(xí)難度,調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性,從而提高教學(xué)效果;二是利用仿真軟件開展教學(xué),可以彌補(bǔ)場地、設(shè)備和師資的不足,實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的同步教學(xué),提高教學(xué)效率;三是利用仿真教學(xué)軟件和網(wǎng)絡(luò)搭建的平臺,打破地域和時(shí)間的限制,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和遠(yuǎn)程培訓(xùn)。為更好實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),必須建立相應(yīng)的仿真軟件運(yùn)行管理機(jī)制、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)機(jī)制、教師培訓(xùn)機(jī)制、仿真軟件應(yīng)用的考評機(jī)制、仿真軟件使用評價(jià)機(jī)制,如圖 2 所示。
(一)仿真軟件運(yùn)行管理機(jī)制。為教師、學(xué)生和培訓(xùn)者提供便捷的教學(xué)使用平臺是仿真教學(xué)軟件應(yīng)用的基本前提,因此教學(xué)軟件運(yùn)行管理機(jī)制是教學(xué)軟件應(yīng)用中最重要的機(jī)制。經(jīng)評審驗(yàn)收后仿真教學(xué)軟件由學(xué)校信息中心或相應(yīng)的部門進(jìn)行集中管理,負(fù)責(zé)教學(xué)平臺的運(yùn)行管理和維護(hù)。相關(guān)的專業(yè)教學(xué)部門或開發(fā)部門負(fù)責(zé)開發(fā)與之對應(yīng)的教材、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等教學(xué)資料,并建立相應(yīng)的教學(xué)平臺,為仿真教學(xué)軟件的應(yīng)用提供基本的保障??赏ㄟ^建立完善相關(guān)管理制度和明確工作職責(zé)來建設(shè)仿真教學(xué)軟件運(yùn)行管理機(jī)制。
(二)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)課程在線學(xué)習(xí)和遠(yuǎn)程培訓(xùn)的主要對象是在校學(xué)生和在職職工??赏ㄟ^把學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)或職工參加遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的情況與對應(yīng)課程考核成績掛鉤的方式建立學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)機(jī)制。
(三)教師培訓(xùn)機(jī)制。教師是仿真教學(xué)軟件的主要用戶之一。教師要對軟件的使用方法、應(yīng)用場合及其主要功能、教學(xué)性能要十分清楚,并能熟練演示和操作仿真軟件,才有可能在教學(xué)實(shí)施過程中應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行教學(xué)??刹扇∑髽I(yè)培訓(xùn)、校本培訓(xùn)和開展相關(guān)教學(xué)教研活動(dòng)的方式對教師開展培訓(xùn),并建立教師學(xué)習(xí)培訓(xùn)跟蹤考核評價(jià)制度,確保教師會用、想用,使之成為教學(xué)中不可缺少的重要手段,提高教師信息化教學(xué)應(yīng)用水平。
(四)仿真教學(xué)軟件應(yīng)用的考評機(jī)制。教師是教學(xué)的組織實(shí)施者。要充分調(diào)動(dòng)教師利用仿真軟件開展課堂教學(xué)或組織實(shí)施項(xiàng)目的積極性,改革教學(xué)方式、方法和教學(xué)模式,(下轉(zhuǎn)第38頁)(上接第28頁)更好地利用仿真軟件輔助教學(xué),提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。建立教師應(yīng)用仿真軟件的考評機(jī)制可以從以下幾個(gè)方面入手。一是將教師應(yīng)用仿真軟件(信息化)教學(xué)明確為工作職責(zé)之一;二是把教師應(yīng)用仿真軟件(信息化)教學(xué)的考評機(jī)制納入教師學(xué)期業(yè)務(wù)考核內(nèi)容;三是與教師的專業(yè)技術(shù)職務(wù)晉升掛鉤,將教師運(yùn)用應(yīng)用仿真軟件(信息化)教學(xué)的能力作為教師的崗位能力,作為資格晉升的必要條件之一;四是建立獎(jiǎng)勵(lì)制度,對教師開發(fā)仿真軟件和應(yīng)用仿真軟件參加信息化教學(xué)比賽給予業(yè)務(wù)考核加分和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。
(五)仿真軟件使用評價(jià)機(jī)制。建立有效的仿真軟件使用評價(jià)機(jī)制。從教師、學(xué)生、培訓(xùn)者的多維角度,對軟件教學(xué)功能、性能、效果和可操作性及開發(fā)水平等方面進(jìn)行調(diào)查評價(jià),在調(diào)查評價(jià)基礎(chǔ)上分析其使用效率、使用效果、評價(jià)反饋意見等,為同類仿真教學(xué)軟件的開發(fā)提供改進(jìn)的依據(jù)和借鑒。
總之,教育信息化已經(jīng)成為職業(yè)教育發(fā)展的必然趨勢。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)水平的不斷提高和計(jì)算機(jī)仿真的硬件與軟件成本的逐漸降低,三維仿真教學(xué)軟件將不斷地升級更新,更加智能化、真實(shí)化,從而使得仿真軟件具有成本較低、貼近真實(shí)的工作場景、操作簡單、靈活方便、維護(hù)容易、學(xué)生參與性強(qiáng)、互動(dòng)性好、易于接受的特點(diǎn),最終三維仿真教學(xué)軟件將會在職業(yè)教育領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用,成為新時(shí)期的重要輔助教學(xué)手段。
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關(guān)鍵詞: 光學(xué)零件; 亞表層損傷; 時(shí)域有限差分; 光散射
引言光學(xué)零件加工亞表面損傷是指其近表面區(qū)域由于機(jī)械加工過程產(chǎn)生的斷裂、變形和污染等內(nèi)部缺陷。近年來,研究適用于光學(xué)零件亞表層損傷的檢測技術(shù)成為當(dāng)今光學(xué)工程領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)[1]。激光掃描共聚焦顯微法測量采用了點(diǎn)探測原理,能夠抑制共焦點(diǎn)以外的光線進(jìn)入探測器的感光面,因而提高了系統(tǒng)的分辨率,是一種有效的測量亞表層損傷的方法[2];該方法是用光電探測器對測量區(qū)域內(nèi)任一點(diǎn)散射光功率進(jìn)行接收記錄,從而達(dá)到推斷光學(xué)零件亞表層形態(tài)的目的。目前,光散射計(jì)算的相關(guān)理論包括Mie散射理論、瑞利(Ryaleigh)散射、夫朗和費(fèi)散射和時(shí)域有限差分(finite difference time domain,F(xiàn)DTD)法[3],Mie散射理論主要針對處于均勻介質(zhì)中的各向同性顆粒在單色平面波入射下的散射進(jìn)行研究;瑞利散射只有當(dāng)散射粒徑d4λ時(shí),弗朗和費(fèi)散射理論比較適用。FDTD方法是一種時(shí)域分析方法,在解決非均勻介質(zhì)、任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的散射時(shí)優(yōu)點(diǎn)明顯。本文就是根據(jù)FDTD,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室激光掃描共聚焦顯微測量原理,通過對光學(xué)零件亞表層區(qū)域及其缺陷類型進(jìn)行合理的假設(shè),構(gòu)造符合實(shí)際測量系統(tǒng)的幾何模型,對光學(xué)零件亞表層損傷缺陷的散射分布及其引起的激光掃描共焦顯微測量系接收信號的光強(qiáng)信息進(jìn)行模擬仿真[4]。其基本要求是:(1)模型所加載光波為球面波,描述光波在光學(xué)零件亞表層損傷處的散射分布形式;(2)當(dāng)聚焦點(diǎn)沿一定間隔逐漸偏離缺陷時(shí),探測器接收信號光強(qiáng)的變化趨勢。1激光掃描共聚焦顯微測量系統(tǒng)及仿真理論
1.1檢測系統(tǒng)簡介共聚焦顯微測量光學(xué)零件亞表層損傷的原理,是利用了亞表層損傷缺陷對入射光的散射特性,散射光的強(qiáng)度反映了缺陷信息[56]。
如圖1所示共聚焦顯微系統(tǒng)利用放置在光源后的照明針孔S和放置在檢測器前的探測針孔P實(shí)現(xiàn)點(diǎn)照明和點(diǎn)探測,只有來自焦平面O點(diǎn)的光才能全部通過共聚焦針孔P并被探測器捕獲和成像。其余位置的散射光被阻擋,由此獲得被檢測元件焦平面下樣品內(nèi)部各個(gè)位置的亞表層損傷分布;然后通過改變共聚焦顯微鏡聚焦平面的位置,對不同點(diǎn)進(jìn)行軸向掃描,得到各個(gè)位置的切面圖像。其最大的優(yōu)點(diǎn)是層析技術(shù),層析技術(shù)是通過針孔阻擋聚焦平面前后的離焦光,改變聚焦深度而獲得樣品的一個(gè)個(gè)光學(xué)切片層,從而得到亞表層的損傷信息。
1.2仿真理論基礎(chǔ)本文采用FDTD法分析光學(xué)零件亞表層損傷的光學(xué)散射問題,該方法是一種有效的電磁學(xué)數(shù)值計(jì)算方法[79],近來也被應(yīng)用于光學(xué)零件亞表面的光學(xué)散射分析。相對于Mie理論,它通過FDTD網(wǎng)格離散(見圖2),能夠?qū)θ我鈳缀谓Y(jié)構(gòu)、任意材料組成的零件表面進(jìn)行計(jì)算。不同材料零件表面具有不同折射率,所以在FDTD網(wǎng)格剖分的時(shí)候,也就包含了零件微表面的結(jié)構(gòu)信息。
3模擬仿真試驗(yàn)本文利用式(2)的推進(jìn)公式結(jié)合仿真軟件,模擬了入射光波聚焦點(diǎn)沿固定間隔逐漸偏離缺陷時(shí)的散射分布,以及探測器接收信號強(qiáng)度的變化趨勢,假設(shè)模擬中加載的電磁場為[13]:E(r,t)=E0/{rexp[j(k0r-ωt)]}其中k0=2πf/c(5)式中E0為振幅,r為球面波半徑,j為虛部,ω為角頻率,f為頻率,t為周期。
3.1常見損傷缺陷散射模擬假設(shè)光波掃描匯聚點(diǎn)坐標(biāo)(30,0),激勵(lì)源入射方向沿水平方向從左到右。圖5給出了常見的缺陷類型氣泡(橢圓形)和微裂紋(長條形)對入射光波的散射分布。通過計(jì)算探測器接收范圍內(nèi)的散射光強(qiáng)。
3.2積分區(qū)域描述激光掃描共聚焦顯微系統(tǒng)測量端物鏡NA=0.65,探測器只能接收一定角度范圍內(nèi)的信號,模型中定義積分范圍以聚焦點(diǎn)α為端點(diǎn),沿光波入射方向的反方向,夾角62°相交正方形于β、γ點(diǎn),Δαβγ可近似為探測器的信號光強(qiáng)接收范圍。圖6描述了散射由損傷缺陷氣泡引起時(shí),且光波聚焦點(diǎn)在坐標(biāo)(30,0);按照積分區(qū)域定義,可設(shè)積分區(qū)域坐標(biāo)(30,0),(0,35),(0,85),探測器接收范圍角度約為62°。激光掃描共聚焦顯微系統(tǒng)的探測器僅能接收到此角度范圍內(nèi)的散射光強(qiáng),因此模型對Δαβγ內(nèi)部(圖中深色區(qū)域)進(jìn)行積分求和即可模擬計(jì)算探測器接收到的散射光強(qiáng)強(qiáng)度。正方形邊長120表示零件亞表面區(qū)域,縱坐標(biāo)表示零件表面寬度,橫坐標(biāo)表示零件亞表面深度,單位μm。
3.3光波聚焦點(diǎn)對接收信號強(qiáng)度的影響假設(shè)當(dāng)缺陷位置大小固定不變,光波聚焦點(diǎn)間隔1 μm偏離缺陷時(shí),起始點(diǎn)位于缺陷的邊界上任意一點(diǎn),要求掃描點(diǎn)從缺陷的某一邊界開始,沿著遠(yuǎn)離缺陷的方向等間隔移動(dòng),模擬探測器收信號光強(qiáng)信號大小,其主要是為了驗(yàn)證當(dāng)聚焦點(diǎn)在缺陷附近移動(dòng)時(shí),引起的散射分布變化情況。模型分別對橢圓形、矩形、梅花形、三角形和無規(guī)則形的缺陷類型進(jìn)行模擬,缺陷長度范圍30~60 μm之間,寬度范圍0~5 μm之間。以下分別對探測器接收信號強(qiáng)度進(jìn)行積分?jǐn)M合。圖7所示為橢圓形、三角形、梅花形、矩形和無規(guī)則形缺陷的光場強(qiáng)度分布趨勢。
通過模擬實(shí)驗(yàn),得到探測器接收信號強(qiáng)度分布(見圖7)。由此可見,當(dāng)掃描點(diǎn)逐漸遠(yuǎn)離缺陷時(shí),探測器接收信號強(qiáng)度先增大,然后減小,并且,當(dāng)偏離距離為8~10 μm達(dá)到最大。光電探測器是通過光敏電阻對光的響應(yīng)靈敏度進(jìn)行探測光強(qiáng)信號的,其縱向響應(yīng)函數(shù)曲線圖需滿足方程y=(sinx/x)2(見圖8),由此可見,探測器接收信號強(qiáng)度分布曲線與縱向響應(yīng)函數(shù)曲線變化趨勢相同。綜上所述,仿真試驗(yàn)中掃描點(diǎn)沿遠(yuǎn)離損傷缺陷邊界偏離時(shí),探測器接收信號光強(qiáng)滿足其縱向響應(yīng)函數(shù)趨勢,即探測器所接收的散射信號能夠反饋光學(xué)零件亞表面損傷信息,能夠?yàn)槲覀儨y量損傷缺陷的位置和大小信息提供依據(jù),即激光掃描共聚焦顯微法能夠?qū)崿F(xiàn)對光學(xué)零件亞表面的測量。4結(jié)論共聚焦顯微成像技術(shù)是利用了亞表層損傷缺陷結(jié)構(gòu)對入射光的強(qiáng)度散射,以散射光信號的強(qiáng)度來反映缺陷信息。模擬仿真入射波聚焦點(diǎn)沿固定間隔逐漸偏離缺陷時(shí)的散射分布形態(tài),對進(jìn)一步改進(jìn)針對光學(xué)零件亞表層損傷的激光共聚焦層析測量系統(tǒng)有重要的理論指導(dǎo)意義。本文結(jié)合光學(xué)零件亞表層損傷的激光共聚焦層析測量系統(tǒng),并在一定模擬假設(shè)的基礎(chǔ)上,建立了仿真測量模型。采用FDTD算法結(jié)合仿真軟件模擬實(shí)現(xiàn)了聚焦光斑在具有不同亞表層損傷類型的光學(xué)零件內(nèi)部的散射光場分布,可以得到探測器接收的散射信號強(qiáng)度分布與縱向響應(yīng)函數(shù)趨勢相同,且掃描聚焦點(diǎn)在相距缺陷表面一定范圍時(shí)實(shí)現(xiàn)接收光強(qiáng)能量最大,符合激光掃描共焦檢測理論原理。因此,仿真研究結(jié)果表明,采用激光共焦測量亞表面損傷的方法是有效的。
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