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一、引入數(shù)學(xué)史,滲透化歸思想方法
數(shù)學(xué)思想方法和數(shù)學(xué)教學(xué)之間的聯(lián)系已經(jīng)引起教師的重視,不斷探究兩者結(jié)合的方式.在數(shù)學(xué)教學(xué)中,教師可以引入數(shù)學(xué)史,在了解數(shù)學(xué)史的過程中滲透化歸思想方法.這主要是因?yàn)榱鱾髦两竦臄?shù)學(xué)史必然有其價(jià)值,是數(shù)學(xué)思想方法的載體.通過數(shù)學(xué)史的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠了解數(shù)學(xué)家在對知識進(jìn)行推導(dǎo)時(shí)是如何運(yùn)用化歸思想方法的.一些以數(shù)學(xué)家名字命名的概念、公式以及定理背后都有這樣的探索過程,教師要引導(dǎo)學(xué)生對這些數(shù)學(xué)歷史進(jìn)行學(xué)習(xí),使學(xué)生對化歸思想有初步的了解.例如,在講“黃金分割”時(shí),教師可以講解黃金分割的歷史:最早研究黃金分割的數(shù)學(xué)家是古希臘的畢達(dá)哥拉斯,在當(dāng)時(shí)就已經(jīng)能夠使用黃金分割的原理來畫出完美的正五邊形和正十邊形.后來的歐幾里在撰寫《幾何原本》時(shí)就對黃金分割有了系統(tǒng)的描述:一個(gè)物體的短段和長段之間的比例是0.618時(shí),那么就是完美的設(shè)計(jì).后來設(shè)計(jì)師在進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)時(shí)都將黃金分割的原理應(yīng)用其中,如舞臺的設(shè)計(jì)、房屋的設(shè)計(jì)、衣服的設(shè)計(jì)等.在黃金分割的應(yīng)用過程中就用到化歸思想,通過學(xué)習(xí)黃金分割的發(fā)展歷史,學(xué)生對化歸思想有深層次的理解.
二、鼓勵(lì)學(xué)生觀察,靈活運(yùn)用化歸思維
化歸思想方法的靈魂就是運(yùn)用已經(jīng)獲得的知識經(jīng)驗(yàn)來對未知的知識進(jìn)行解決,而這種新舊知識之間的聯(lián)系有時(shí)并不是直觀的,而是需要學(xué)生對問題進(jìn)行觀察,在觀察過程中才能夠建立起來新舊知識之間的聯(lián)系.因此,在對問題進(jìn)行解決時(shí),教師不要急于讓學(xué)生解決問題,而是先讓學(xué)生對問題進(jìn)行觀察,有目的地將未知轉(zhuǎn)化為已知.在剛開始時(shí),教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察,提升學(xué)生觀察的針對性,隨著學(xué)生觀察能力的提升,教師要讓學(xué)生自己進(jìn)行觀察,使學(xué)生能夠通過表面看到事物內(nèi)在的本質(zhì),并能夠?qū)⒊踔袛?shù)學(xué)知識點(diǎn)串聯(lián)起來,對數(shù)學(xué)知識有整體的印象,然后就能夠提升化歸效率.例如,在講“全等三角形”時(shí),學(xué)習(xí)的重點(diǎn)就是要學(xué)會使用全等三角形的判定定理來對全等三角形進(jìn)行證明.學(xué)生在證明時(shí)就需要學(xué)會使用化歸思想.學(xué)生先對圖形進(jìn)行觀察,當(dāng)觀察到兩個(gè)角相等以后,就需要證明,然后思考是證明兩個(gè)邊相等,還是再證明兩個(gè)角相等,證明的過程就會嚴(yán)格按照判定定理來進(jìn)行,化歸的過程具有針對性.又如,在講“中心對稱圖形”時(shí),在對中心對稱圖形進(jìn)行判斷時(shí),就是按照“中心對稱是有一個(gè)點(diǎn),以此點(diǎn)為圓心將圖形旋轉(zhuǎn)180°,圖形能夠與之前的完全重合,就是中心對稱.”這個(gè)定義來進(jìn)行判斷,觀察和化歸的過程具有針對性.
三、反思問題本質(zhì),深化化歸數(shù)學(xué)思想
一、化未知問題為已知問題
該法采取的措施是不對問題直接攻克,而是對問題進(jìn)行變形、轉(zhuǎn)化.直至把它化歸為某個(gè)(些)已經(jīng)解決的問題或容易解決的問題.
例1.如圖,在梯形ABCD中,AD∥BC,AB=CD,對角線AC、BD相交于O點(diǎn),且ACBD,AD=3,BC=5,求AC的長.
分析:此題是根據(jù)梯形對角線互相垂直的特點(diǎn),通過平移對角線將等腰梯形轉(zhuǎn)化為直角三角形和平行四邊形,使問題得以解決.
解:過D作DE∥AC交BC的延長線于點(diǎn)E,則AD=CE,AC=DE.
BE=BC+CE=8.
ACBD,
BDDE.
又AB=CD,
AC=BD.
BD=DE.
在RtBDE中,BD2+DE2=BE2,
BD=42√
即AC=42√
二、高次與低次的轉(zhuǎn)化
在解高次方程時(shí),一般都是設(shè)法將未知數(shù)的次數(shù)降低,以達(dá)到便于求解的目的.
例2.解方程x4-5x2+6=0
分析:這是一道一元高次方程,可通過換元進(jìn)行降次,轉(zhuǎn)化為會解的一元二次方程.設(shè)x2=y則上式變?yōu)闀獾囊辉畏匠蘺2-5y+6=0再進(jìn)一步來解.
三、正面與反面的轉(zhuǎn)化
所謂“正面”求解就是直接從條件入手,進(jìn)行“強(qiáng)攻”,但有時(shí)會相當(dāng)棘手.這個(gè)時(shí)候可以采取迂回曲折的方法,即所謂“反面”求法,它是一種間接的解題方法.
例3.若方程x2+x+m=0與x2-(m-1)x+1 4=0中至少有一個(gè)方程有實(shí)根,求m的取值范圍.
分析:本題若從正面著手,要分三種情況討論.如果從反面思考,即兩方程都沒有實(shí)根,則1=1-4m
四、一般與特殊的轉(zhuǎn)化
哲學(xué)原理告訴我們,事物發(fā)展總存在一般性和特殊性,且一般性與特殊性可以相互轉(zhuǎn)化.一般性寓于特殊性之中,特殊性不能代替一般性,但我們可以從問題的特殊性入手,探索研究問題的一般性.
五、化代數(shù)問題為幾何問題(即數(shù)形轉(zhuǎn)化思想)
數(shù)形結(jié)合是把函數(shù)、方程、不等式等代數(shù)形式中的量與量的關(guān)系,同幾何圖形的位置關(guān)系相結(jié)合,以形論數(shù)或以數(shù)論形,數(shù)形結(jié)合可直觀把二者結(jié)合起來能使隱含的條件明顯化,使抽象的概念形象化.
數(shù)形結(jié)合使繁雜的運(yùn)算簡捷化,可以靈活、直觀地解決問題.
[關(guān)鍵詞]思維方法 化歸原則 關(guān)系映射 反演方法
一、前言
有人問:你在大學(xué)里最大的收獲是什么?一位年青的航天科學(xué)家回答說:“我在大學(xué)里的最大收獲是學(xué)會如何學(xué)習(xí)和如何進(jìn)行研究問題的方法?!睙o庸置疑,大學(xué)是年青人學(xué)習(xí)科學(xué)知識的搖籃,在這搖籃中,有人學(xué)到一定的科學(xué)知識,有些人不僅學(xué)到科學(xué)知識,而且學(xué)會如何去學(xué)習(xí)科學(xué)知識的方法。從教學(xué)角度看,后者應(yīng)為我們所提倡,因?yàn)榍罢咧荒馨严热艘呀?jīng)總結(jié)出來的知識傳授于學(xué)生,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,大量未知的知識需要我們的對象去研究、去發(fā)展、去發(fā)現(xiàn),從而教會他們學(xué)習(xí)科學(xué)知識的方法就顯得尤其重要,這應(yīng)該是教育的真諦??v觀科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史,在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等領(lǐng)域中有重大的成就的數(shù)學(xué)家、科學(xué)家們,一方面除了他們的“天才”之外,另一方面都是他們具有獨(dú)到之處的學(xué)習(xí)和研究問題的方法。因此,從某方面說,一切科學(xué)的成就可歸咎為科學(xué)家們的方法上的成功。
數(shù)學(xué)科學(xué)是整個(gè)科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ),它作為一種文化,標(biāo)志著人類文明的進(jìn)步,是社會科學(xué)技術(shù)的路標(biāo),發(fā)展數(shù)學(xué)教育與教學(xué)無疑是對社會科學(xué)技術(shù)發(fā)展與人類文明的貢獻(xiàn)。數(shù)學(xué)教育與教學(xué)包括有兩大部份內(nèi)容:一是研究數(shù)學(xué)科學(xué)本身的“抽象”理論知識;二是研究數(shù)學(xué)的發(fā)展規(guī)律、數(shù)學(xué)的思想方法以及數(shù)學(xué)中發(fā)現(xiàn)、發(fā)明與創(chuàng)新等法則。后者是一門實(shí)踐性的科學(xué),它對實(shí)際性的數(shù)學(xué)研究和數(shù)學(xué)教學(xué),能產(chǎn)生積極的影響,應(yīng)該提出,這直接關(guān)系到數(shù)學(xué)教育的目標(biāo)。更貼切地說,幫助學(xué)生學(xué)會數(shù)學(xué)思維是數(shù)學(xué)教育的主要目標(biāo)之一。
二、發(fā)揮“數(shù)學(xué)方法”在教學(xué)中的效應(yīng)作用
正如“數(shù)學(xué)方法論”一書中所闡述的那樣,數(shù)學(xué)方法是研究數(shù)學(xué)的發(fā)展規(guī)律、數(shù)學(xué)的思想主法以及數(shù)學(xué)中發(fā)現(xiàn)、發(fā)明與創(chuàng)新等法則,它日益在影響著我國數(shù)學(xué)界,特別是在數(shù)學(xué)教育界獲得了廣泛的重視和迅速發(fā)展,它為我們提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供了一個(gè)有效的工具。眾所周知,數(shù)學(xué)教學(xué)是通過對思想方法的分析來帶動具體的數(shù)學(xué)知識內(nèi)容的教學(xué),從而把數(shù)學(xué)課“講活”、“講懂”和“講深”。其中,所謂“講深”是指教師在數(shù)學(xué)教學(xué)中不僅應(yīng)當(dāng)使學(xué)生掌握具體的數(shù)學(xué)知識,而且應(yīng)幫助學(xué)生領(lǐng)會學(xué)習(xí)研究數(shù)學(xué)知識內(nèi)在的思想方法。從這樣的角度去認(rèn)識,我們必須重視數(shù)學(xué)方法在教學(xué)中的體現(xiàn),使數(shù)學(xué)知識通過思維方法予以反映。雖然,我們尚未建立起數(shù)學(xué)方法論的科學(xué)體系,但是在這一方面的不少成果對于我們數(shù)學(xué)教學(xué)工作是具有重大指導(dǎo)意義的。下面就主要的數(shù)學(xué)方法——化歸原則與關(guān)系映射反演方法(RMI方法)談?wù)勂湓诮虒W(xué)中體驗(yàn)。
關(guān)系(Relation)映射(Mapping)反演(Inversion)方法,簡稱RMI方法,是由我國學(xué)者徐利治教授于1983年首先提出的,這一思想方法在數(shù)學(xué)的思維中表示為更一般的便是化歸原則。若把“化歸理解為由未知到已知,由難到易,由復(fù)雜到簡單的轉(zhuǎn)化,那么就是說這一數(shù)學(xué)思維的重要特點(diǎn)之一是使用“化歸”的方法去解決問題。對于這個(gè)問題,匈牙利著名數(shù)學(xué)家羅莎波得(Rosza Peter)曾用一個(gè)有趣的例子來說明該數(shù)學(xué)思想方法不同于一般科學(xué)家(例如物理學(xué)家)的思想方法,事例是這樣的:
有人提出這樣一個(gè)問題:“假設(shè)在你面前有煤氣灶、水龍頭、水壺和火柴,你想燒開水,應(yīng)怎樣去做?”對此,某人回答說:“在小壺中灌上水,點(diǎn)燃煤氣灶,再把水壺放到煤氣灶上?!碧釂栒呖隙诉@一回答。但是追問道:“如果其他條件都沒有變化,只是水壺中已經(jīng)有了足夠的水,那么你又應(yīng)當(dāng)怎樣去做?”這時(shí)被提問者往往會很有信心地回答:“點(diǎn)燃煤氣,再把水壺放到煤氣灶上?!钡沁@一回答卻未能令提問者感到滿意,因?yàn)樵谔釂栒呖磥?,更恰?dāng)?shù)幕卮鹗牵骸爸挥形锢韺W(xué)家才會這樣做;而數(shù)學(xué)家則會倒去壺中的水,并聲稱地已經(jīng)把后一問題化歸成先前的已經(jīng)得到解決的問題了。”
這一事例揭示了數(shù)學(xué)的思維方式是十分典型的,他們往往不是對問題實(shí)行正面攻擊,而是把問題變形,直至把它轉(zhuǎn)化為已經(jīng)解決或能夠解決的問題,用圖1示表示如下:
縱觀與剖析現(xiàn)行數(shù)學(xué)學(xué)科的教材內(nèi)容及其知識結(jié)構(gòu),從其析解問題的思路來看,始終體現(xiàn)著“化歸”這一思維方法。
例1:在平面上證明代沙格定理論證這個(gè)問題可用純幾何法和代數(shù)法(本例只引用幾何法證明)由于在空間情況的代沙格定理比較容易得證,因而只要把代沙格定理的平面情況化歸為空間情況的代沙格定理,問題就得予解決,整個(gè)證明思維可用圖2表示:
在化歸原則的具體應(yīng)用中,有時(shí)遇到復(fù)雜問題,其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)由要解決問題向已解決或能夠解決問題的轉(zhuǎn)化,這時(shí)可采取分割方法來實(shí)現(xiàn),其過程可歸結(jié)為(圖3):
例2:變換群與幾何學(xué)的研究問題
這個(gè)問題首先是由德國數(shù)學(xué)家克萊因于1872年在埃爾朗根(Erlangen)綱領(lǐng)中提出,他把變換群與幾何學(xué)聯(lián)系起來,對幾何學(xué)加以研究,我們稱之為幾何學(xué)的群論觀點(diǎn),這種觀點(diǎn)是把研究的問題分割為若個(gè)小問題逐個(gè)研究,最后得出完整的解答(成果),這一研究思維用圖4表示如下:
有些問題在轉(zhuǎn)化中要借助映射來實(shí)現(xiàn),在數(shù)學(xué)中,明確的對應(yīng)關(guān)系被稱為映射,在借助映射解決問題的過程中涉及的有關(guān)映射在相反方向上兩次應(yīng)用到。即一方面被用于由原問題去引出問題,另一方面又被用于由相應(yīng)的解答去引出尋求的解答,后者稱為前者的反演。這一方法我們明確地稱之為關(guān)系映射反演方法,利用該方法解決問題的過程可歸結(jié)如下(圖5):
關(guān)系映射反演方法是化歸原則的發(fā)展,也可以說是方法論上的一次重要進(jìn)步。該方法中涉及的問題是泛指各種數(shù)學(xué)對象,甚至可以是數(shù)學(xué)中的關(guān)系結(jié)構(gòu),如數(shù)、量、向量、變數(shù)、函數(shù)、方程、泛函、函數(shù)族、點(diǎn)、線、面、幾何圖形、空間、集合、運(yùn)算、算子、映射、隨機(jī)變數(shù)、概率、分布、測度、級數(shù)、導(dǎo)數(shù)、積分、模糊集合、群、環(huán)、域、范疇、代數(shù)系統(tǒng)、基數(shù)、序數(shù)、鄰域、單子、數(shù)學(xué)模型、濾子等。所涉及的映射與反演是泛指兩類數(shù)學(xué)對象或兩個(gè)數(shù)學(xué)集合的元素之間建立的一種“對應(yīng)關(guān)系”。如代數(shù)中的線性變換、幾何中的仿射變換、射影變換、分析中的變數(shù)變換、函數(shù)變換、數(shù)列變換、積分變換、拓?fù)鋵W(xué)中的拓?fù)渥儞Q等。這樣一來,關(guān)系映射反演方法就具有適用范圍廣靈活性好的特點(diǎn)。
例3,利用復(fù)數(shù)研究幾何問題,可以按照如下開展思維(圖6):
RMI方法就其思維結(jié)構(gòu)關(guān)系來說,不僅在二次型內(nèi)容中得以體現(xiàn),而在高等代數(shù)的其他章節(jié)如線性變換等內(nèi)容均能清楚反映。
關(guān)系映射反演方法作為一種數(shù)學(xué)思維方法,一方面廣泛地反映于數(shù)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域和不同的分支;另一方面,就應(yīng)用方法的范圍而言,它不僅可用以解決緒如以上求取某個(gè)未知量這類具體問題,而且也可用以解決涉及到理論的整體結(jié)構(gòu)這一具有更高“層次”的問題,甚至還能用以解決問題的否定性解答。這樣一來,不論是作為一種學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)方法和研究方法,RMI方法是一極佳的思維方法。在數(shù)學(xué)教學(xué)過程應(yīng)注意體現(xiàn)這一思想方法,讓人們更深地領(lǐng)略數(shù)學(xué)王國中各部份、各領(lǐng)域的相關(guān)關(guān)系。我們吶喊:應(yīng)讓“數(shù)學(xué)方法”永遠(yuǎn)滲透于我們的數(shù)學(xué)教學(xué)過程。
參考文獻(xiàn)
[1]馬忠林,鄭毓信等.數(shù)學(xué)方法論[M].廣西教育出版社,1998.
關(guān)鍵詞:機(jī)電教學(xué) 改進(jìn) 創(chuàng)新
中圖分類號:G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)05(c)-0187-01
機(jī)電一體化的快速發(fā)展,必須要求知識的更新能跟得上速度,要掌握快速換代的知識,機(jī)電技術(shù)人才只有提高自身的綜合能力,掌握相關(guān)最新資訊,才能在競爭激烈的市場上取得一席之地;加之社會對機(jī)電一體化的技術(shù)人才要求越來越高,職業(yè)學(xué)校的學(xué)生就業(yè)壓力增大也是必然現(xiàn)象。機(jī)電一體化專業(yè)又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,它應(yīng)用于各行各業(yè),傳統(tǒng)教育方法已難以滿足社會快速發(fā)展的需要,機(jī)電一體化技術(shù)教育面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是教學(xué)內(nèi)容陳舊,更新慢;二是現(xiàn)行的教材知識已經(jīng)過時(shí),滿足不了學(xué)生對知識的攝取;三是學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件差,器械陳舊,許多學(xué)生得不到實(shí)驗(yàn)機(jī)會。因此,針對這制約機(jī)電一體化教學(xué)發(fā)展的因素,要提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)出優(yōu)秀、適合當(dāng)前社會需求的人才,可以從以下幾方面進(jìn)行教學(xué)改革。
(1)注重探究式教學(xué),少采用傳統(tǒng)的應(yīng)試教學(xué)方法。倡導(dǎo)學(xué)生主動提問問題,以利于開動學(xué)生思維并激發(fā)其創(chuàng)造性,并能靈活應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識提高其解決實(shí)際問題的能力。例如:《電工電子技術(shù)》課程中在判斷放大電路是否正常工作時(shí),往往只讓學(xué)生采用測集成電路各引腳的靜態(tài)工作電壓與書上所標(biāo)值是否一致的方法。這種方法是呆板而費(fèi)時(shí)的,并不適合于任何場合,它只在沒有儀器設(shè)備的時(shí)候方顯優(yōu)勢。在教學(xué)上,如果教學(xué)按教材上所說的方法直接講與學(xué)生,雖然教師輕松的完成了教學(xué)任務(wù),但這種方法教出來的學(xué)生思維單一、不懂得舉一反三,更談不上發(fā)揮其創(chuàng)造性思維。更嚴(yán)重的是學(xué)生長期接受這種培養(yǎng)方式,會漸漸使他們養(yǎng)成一種依賴性,被動接收知識的習(xí)慣。學(xué)生學(xué)完后往往只能做些維修之類的工作,卻難以適應(yīng)社會更多的對專業(yè)能力的不同要求。因?yàn)樵谄髽I(yè)的生產(chǎn)過程中實(shí)際操作只要用儀器檢查幾個(gè)關(guān)鍵引腳的信號的波形、幅度或指標(biāo)是否達(dá)到要求,即可說明電路是否正常工作,既簡單又快捷準(zhǔn)確。而不采用這種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的方法。因此,應(yīng)注重培養(yǎng)他們主動創(chuàng)新的思維分析方式,即能根據(jù)場合、條件的不同對同一問題能找到相應(yīng)較優(yōu)的解決問題方法,這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)能力,而這種自主學(xué)習(xí)能力對于每個(gè)同學(xué)來說都非常重要,因?yàn)樵趯W(xué)校所學(xué)到的知識畢竟有限,學(xué)生離開學(xué)校后主要依靠自主學(xué)習(xí)來獲取最新的知識,在碰到新情況時(shí)才不會不知所措,才能舉一反三,創(chuàng)新思維,完成工作。當(dāng)然,要做到采用探究式教學(xué),首先要求教師本身要有較好的專業(yè)技術(shù)知識,較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力,其次要有較強(qiáng)的責(zé)任心,較高的使命感,更要有不斷學(xué)習(xí)新知識的精神、努力提高本身的能力。
(2)在教學(xué)過程中要遵循理論夠用,實(shí)踐先行;抓好理論基礎(chǔ)、促使動手能力的提高。針對職業(yè)學(xué)校學(xué)生知識程度差異較大,基礎(chǔ)知識較薄弱的特點(diǎn),對理論知識的學(xué)習(xí),學(xué)生往往缺乏學(xué)習(xí)積極性。所以,在教學(xué)過程中應(yīng)采用加強(qiáng)實(shí)際操作、提高學(xué)生動手能力的策略,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握知識技能的熱情,通過實(shí)踐掌握理論,在實(shí)踐中鞏固理論,用理論指導(dǎo)實(shí)踐,從而達(dá)到較好掌握知識的目的。如在《機(jī)電一體化技術(shù)》課程的教學(xué)過程中,學(xué)習(xí)目的是使學(xué)生掌握機(jī)電一體化專業(yè)所涉及的各門學(xué)科的一個(gè)綜合課,如果教師只是把每一門課的知識都再講述一遍,實(shí)驗(yàn)再做一遍,這樣只是讓學(xué)生把以前學(xué)的知識復(fù)習(xí)鞏固,并沒有達(dá)到融會貫通,不能體會到機(jī)電一體化系統(tǒng)是怎樣把機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)融合在一起的,課程講完了學(xué)生也沒有理解機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)質(zhì)。我們在教學(xué)上采用的辦法是增加實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),使學(xué)生在實(shí)際動手中掌握要學(xué)的知識。例如我校自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)室引入若干套生產(chǎn)線設(shè)備,由各個(gè)單元組成,供料、加工、裝配、分揀、輸送等,每一個(gè)單元都是一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng),在各個(gè)單元的實(shí)踐中用到哪個(gè)技術(shù)講哪個(gè),然后把各項(xiàng)技術(shù)融會貫通,會操縱、安裝、調(diào)試每一個(gè)單元。在實(shí)踐中可學(xué)習(xí)機(jī)械、氣動、PLC等各種知識。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情大大提高,為了早點(diǎn)知道自己編的程序是否成功,學(xué)生利用休息時(shí)間加班加點(diǎn)都要爭取早點(diǎn)完成。教師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中主要是指導(dǎo)學(xué)生安裝調(diào)試并協(xié)助學(xué)生解決出現(xiàn)的問題,講解安全等注意事項(xiàng)。特別給學(xué)生強(qiáng)調(diào)要注意在各個(gè)環(huán)節(jié)上都要仔細(xì)做好,小到每個(gè)螺釘?shù)倪B接、每個(gè)端子的接線顏色配置,大到整機(jī)裝配、調(diào)試,一絲不茍做到規(guī)范,使學(xué)生一開始就形成很好的職業(yè)素養(yǎng)并練就較扎實(shí)的基本功。為以后學(xué)生走上工作崗位作好準(zhǔn)備。而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題又可拿來作為例子,避免其他同學(xué)犯同樣錯(cuò)誤。采用這種教學(xué)方法的好處是顯而易見的。不但可以得到感性認(rèn)識,實(shí)驗(yàn)成功后,學(xué)生的自信心也大大增強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:環(huán)境規(guī)劃與管理;教學(xué)內(nèi)容;案例教學(xué)
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1002-4107(2012)10-0032-02
環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策,環(huán)境規(guī)劃與管理是環(huán)境保護(hù)工作的核心。中國是在人口基數(shù)大、人均資源少、環(huán)境污染較嚴(yán)重的條件下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的,使本來已經(jīng)短缺的資源和脆弱的環(huán)境面臨更大的壓力。在這樣的形勢下,努力增強(qiáng)我國高校環(huán)境類專業(yè)學(xué)生的環(huán)境規(guī)劃與管理能力顯得十分迫切。“環(huán)境規(guī)劃與管理”是教育部“環(huán)境工程專業(yè)規(guī)范”中規(guī)定的環(huán)境工程專業(yè)8門核心課程之一,也是環(huán)境科學(xué)與環(huán)境工程兩個(gè)專業(yè)的核心主干課程,是環(huán)境科學(xué)與管理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、規(guī)劃學(xué)、預(yù)測學(xué)、社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用等相結(jié)合的產(chǎn)物[1]。因此,課程涉及的知識面廣,教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身的課程體系適當(dāng)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容。另外,現(xiàn)有的課程教學(xué)往往忽略實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),難以達(dá)到提高學(xué)生動手和創(chuàng)新能力的目標(biāo)。同時(shí),環(huán)境規(guī)劃與管理能力的提高,也是環(huán)境規(guī)劃與管理已成為環(huán)境類專業(yè)學(xué)生就業(yè)的重要渠道,使學(xué)生比較全面掌握環(huán)境規(guī)劃與管理的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法,讓學(xué)生從被動接受到主動學(xué)習(xí),培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力是一個(gè)值得探討的教學(xué)問題。
一、適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生興趣
針對教學(xué)學(xué)時(shí)有限的情況,適應(yīng)目前環(huán)境科學(xué)發(fā)展及人才培養(yǎng)需求,應(yīng)該全面整合教學(xué)內(nèi)容,突出本課程相關(guān)知識在實(shí)踐中的應(yīng)用,課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)全面、新穎、科學(xué)、實(shí)用。注重與相關(guān)課程的區(qū)別與聯(lián)系,重點(diǎn)考慮如何提高學(xué)生興趣,有利于學(xué)生對環(huán)境污染防治的發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃、建設(shè)項(xiàng)目及其他開發(fā)活動的實(shí)施行為進(jìn)行分析、預(yù)測和評估,提出防治的對策與好的措施[2]。
“環(huán)境規(guī)劃與管理”教學(xué)內(nèi)容相當(dāng)豐富,涵蓋了“環(huán)境規(guī)劃學(xué)”、“ 環(huán)境管理學(xué)”、“ 環(huán)境質(zhì)量評價(jià)”等相關(guān)課程的內(nèi)容,涉及政策、法規(guī)、制度、標(biāo)準(zhǔn)以及管理體系、技術(shù)方法等相關(guān)知識,內(nèi)容繁多[3]。面對文理結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容,只有把枯燥無味的理論講生動,把方法案例講透徹,這樣才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師在授課內(nèi)容上應(yīng)當(dāng)根據(jù)課程體系相關(guān)的開設(shè)情況與專業(yè)自身的特點(diǎn)補(bǔ)充或刪減。“環(huán)境規(guī)劃學(xué)”與“環(huán)境管理學(xué)”中各自的內(nèi)容不可能面面俱到,特別是管理學(xué)中的基礎(chǔ)理論,應(yīng)當(dāng)結(jié)合“環(huán)境規(guī)劃學(xué)”所涉及內(nèi)容來講授,比如,環(huán)境系統(tǒng)論、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)理論、環(huán)境承載力、城市空間結(jié)構(gòu)理論等。在大氣、水環(huán)境規(guī)劃中,預(yù)測方法與“環(huán)境質(zhì)量評價(jià)”中污染物的濃度預(yù)測重復(fù),應(yīng)當(dāng)結(jié)合課程體系,原則上不講,但是應(yīng)當(dāng)注意到,特別是大氣預(yù)測模型,自從《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則――大氣環(huán)境》(HJ2.2―2008)頒布后,污染物濃度的預(yù)測已經(jīng)可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行估算模式或進(jìn)一步預(yù)測模式實(shí)現(xiàn)。但作為系統(tǒng)知識的學(xué)習(xí),大氣質(zhì)量預(yù)測模型中最基礎(chǔ)的箱式模型和高斯擴(kuò)散模型應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)例講解,讓學(xué)生知其所以然,實(shí)現(xiàn)與 “環(huán)境質(zhì)量評價(jià)”的互補(bǔ)。
另外,由于各學(xué)校環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程類專業(yè)組建的學(xué)科基礎(chǔ)不同,專業(yè)背景不同,講課內(nèi)容有較大的差別,在講授時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮自身的專業(yè)特點(diǎn)選擇性地重點(diǎn)講解,比如,農(nóng)業(yè)院校應(yīng)當(dāng)注重農(nóng)業(yè)環(huán)境規(guī)劃與管理、土地資源規(guī)劃與管理、生態(tài)保護(hù)規(guī)劃的講解。
二、注重學(xué)生環(huán)境數(shù)學(xué)分析能力的提高
隨著應(yīng)用數(shù)學(xué)的日漸完善和在環(huán)境領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用,多種定量規(guī)劃、優(yōu)化法得以出現(xiàn),例如,投入產(chǎn)出模型、動態(tài)預(yù)測決策法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法、人工網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)等,這些方法無不與數(shù)學(xué)分析有著密切的聯(lián)系。對于大多數(shù)環(huán)境保護(hù)工作者而言,具備一定的數(shù)學(xué)分析能力,是他們科學(xué)地采集分析環(huán)境數(shù)據(jù),揭示數(shù)據(jù)隱含的規(guī)律,進(jìn)行預(yù)測、優(yōu)化決策所必需的能力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析問題越來越多,這對環(huán)保工作者環(huán)境數(shù)學(xué)分析的能力提出了更高的要求。
“環(huán)境規(guī)劃與管理”是一門與環(huán)境數(shù)學(xué)分析結(jié)合得非常緊密的課程,特別是環(huán)境規(guī)劃中的預(yù)測、優(yōu)化、決策部分,需要用到環(huán)境數(shù)學(xué)分析的相關(guān)理論與知識,應(yīng)當(dāng)利用環(huán)境類專業(yè)學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好的優(yōu)勢,結(jié)合實(shí)例提高他們的環(huán)境數(shù)學(xué)分析能力,要讓他們把學(xué)到的數(shù)學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際,同時(shí)還能提高他們對本門課程的興趣。目前一些教材或?qū)V榻B的技術(shù)方法很多,由于篇幅、內(nèi)容的限制,要么缺乏相關(guān)求解的方法介紹,要么只有模型求解的數(shù)值方法和解析方法,甚至只有模型框架,對于環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)的同學(xué)來說缺乏完全理解這些方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),不利于學(xué)生理解和掌握,比如,時(shí)間線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、層次分析、灰色系統(tǒng)預(yù)測、環(huán)境模糊聚類、模糊綜合評判等,需要結(jié)合實(shí)例進(jìn)行講解,加深學(xué)生對規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的掌握。由于大部分系統(tǒng)模型屬于技術(shù)與方法支持一章,如果放在一起灌輸給學(xué)生,可能不利于他們對這些數(shù)學(xué)模型、分析方法的掌握,所以在課程內(nèi)容安排上,可以把這些模型放在其他章節(jié)后面,作為案例來講授,特別是一些理論性較強(qiáng)的章節(jié),可以把學(xué)生從枯燥無味的理論講授帶到他們更感興趣的案例應(yīng)用中來。
三、適當(dāng)開設(shè)實(shí)驗(yàn),注重學(xué)生綜合技能的提高
環(huán)境規(guī)劃與管理涉及社會―經(jīng)濟(jì)―環(huán)境的方方面面,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,簡單的技術(shù)方法已經(jīng)不能夠滿足環(huán)境規(guī)劃與管理的要求,為了適應(yīng)區(qū)域環(huán)境符合系統(tǒng)時(shí)變、高階、復(fù)雜的特點(diǎn),現(xiàn)代系統(tǒng)工程方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)、“3S”技術(shù)逐漸在現(xiàn)代環(huán)境規(guī)劃與管理中發(fā)揮越來越重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)水平的提高,環(huán)境規(guī)劃與管理中定量計(jì)算的要求增高,計(jì)算難度增大,數(shù)據(jù)量增多,采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)計(jì)算已經(jīng)不能滿足科學(xué)計(jì)算和繪圖的需要。因此,計(jì)算機(jī)的操作與應(yīng)用在環(huán)境規(guī)劃中是必不可少的環(huán)節(jié),學(xué)生借此提升自己的綜合技能或者用于畢業(yè)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模。在教學(xué)中適當(dāng)安排一定的時(shí)間的上機(jī)實(shí)驗(yàn)或者計(jì)算機(jī)操作演示,有利于加深學(xué)生對課程內(nèi)容、方法的理解和掌握。在預(yù)測、優(yōu)化、決策中,比如前面提到的相關(guān)數(shù)學(xué)模型,相應(yīng)的計(jì)算已經(jīng)可以通過DPS軟件進(jìn)行計(jì)算,對于具有一定編程基礎(chǔ)的同學(xué)鼓勵(lì)他們自學(xué)Matlab軟件來實(shí)現(xiàn)模擬、預(yù)測和優(yōu)化。另外,在“環(huán)境規(guī)劃與管理”技術(shù)方法與支持中,環(huán)境仿真系統(tǒng)具有重要的地位,因此,系統(tǒng)動力學(xué)軟件如Vensim,也是學(xué)生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)和了解的軟件。
環(huán)境規(guī)劃圖件在任何一個(gè)實(shí)際的規(guī)劃工作中是必不可少的部分,掌握一定的繪圖能力,對學(xué)生而言也是一項(xiàng)重要的技能。Auto CAD和Photoshop軟件的掌握是必不可少的,另外,隨著“3S”技術(shù)在環(huán)境規(guī)劃與管理中的作用越來越明顯,需要利用Erdas和Arc GIS軟件對規(guī)劃區(qū)域衛(wèi)星影像進(jìn)行解譯和繪制專題圖。
通過實(shí)驗(yàn)課的開設(shè),使學(xué)生熟悉掌握軟件的使用,鞏固環(huán)境數(shù)學(xué)分析能力,掌握繪圖技能,突出環(huán)境規(guī)劃與管理課程的實(shí)踐性和綜合性。
四、注重案例教學(xué),并與畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合
環(huán)境規(guī)劃與管理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,案例教學(xué)可以把環(huán)境規(guī)劃與管理的理論與應(yīng)用相結(jié)合,有助于培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新能力和實(shí)證精神,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提高和解決環(huán)境問題的能力。一些案例教學(xué)實(shí)踐表明,經(jīng)典教學(xué)案例比較容易引起學(xué)生的共鳴,起到意想不到的教學(xué)效果[4]。環(huán)境規(guī)劃與管理也是學(xué)生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)一個(gè)重要的方面,同時(shí)與以后部分學(xué)生工作中面臨的實(shí)際問題密切相關(guān),因此,注重案例教學(xué),并與畢業(yè)論文設(shè)計(jì)結(jié)合,對學(xué)生有很好的啟發(fā)。
案例教學(xué)的內(nèi)容可以將現(xiàn)有的最新科研成果,特別是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中熱點(diǎn)環(huán)境問題的研究成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源,也可以來自于多年來學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中較為優(yōu)秀的成果。在環(huán)境管理的案例教學(xué)中,可以從城市的定量考核入手,讓學(xué)生掌握如何用相關(guān)數(shù)據(jù)來對一個(gè)城市進(jìn)行量化打分;環(huán)境規(guī)劃的案例分析較多,可以先從單個(gè)要素的規(guī)劃角度出發(fā),讓學(xué)生掌握某一要素規(guī)劃的內(nèi)容、步驟及編制要點(diǎn),再從區(qū)域整體規(guī)劃的角度指導(dǎo)學(xué)生,以便進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì),從而培養(yǎng)他們進(jìn)行環(huán)境規(guī)劃的實(shí)際能力。在進(jìn)行案例教學(xué)的過程中,還需要提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)及收集數(shù)據(jù)的能力,教師從資料收集的途徑、方法及數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行指導(dǎo),讓他們明確規(guī)劃目標(biāo),擬定規(guī)劃方案,最后按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行報(bào)告或者論文的撰寫。比如,告訴同學(xué)們,他們可以從環(huán)境年鑒中收集數(shù)據(jù),可以從聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署、中華人民共和國環(huán)保部、中國環(huán)境影響評價(jià)網(wǎng)、環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院等相關(guān)網(wǎng)站收集相應(yīng)信息和資料。通過系統(tǒng)全面的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,學(xué)生將理論知識與實(shí)際相結(jié)合,從而進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合能力,為將來工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
五、結(jié)語
“環(huán)境規(guī)劃與管理”是一門綜合性和應(yīng)用性非常強(qiáng)的學(xué)科,并且處于一個(gè)快速的發(fā)展時(shí)期,新的理論觀點(diǎn)不斷被提出,新的研究技術(shù)和方法不斷得到應(yīng)用。一些有益的方法總結(jié)如下:(1)把握人才培養(yǎng)需求,合理安排教學(xué)內(nèi)容;(2)通過環(huán)境規(guī)劃中數(shù)學(xué)模型講解,進(jìn)一步提高學(xué)生環(huán)境應(yīng)用數(shù)學(xué)的分析能力;(3)適當(dāng)開設(shè)課程實(shí)驗(yàn),在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),增強(qiáng)學(xué)生分析和解決問題的能力;(4)案例教學(xué)與畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合,突出課程的實(shí)踐性,進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合能力。以上是四川農(nóng)業(yè)大學(xué)“環(huán)境規(guī)劃與管理”課程教學(xué)中的初步探索和小結(jié),由于環(huán)境規(guī)劃與管理學(xué)涉及領(lǐng)域廣泛及作者的水平有限,希望得到廣大專家、老師的賜教與幫助,進(jìn)一步完善課程教學(xué)。
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關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)模型;重要性;分析
中圖分類號:O29 文獻(xiàn)識別碼:A 文章編號:1001-828X(2016)028-0000-01
數(shù)學(xué)建模就是通過計(jì)算得到的結(jié)果來解釋實(shí)際問題,并接受實(shí)際的檢驗(yàn),來建立數(shù)學(xué)模型的全過程。數(shù)學(xué)建模是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的一種新的方式,它為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的空間,有助于學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)在解決實(shí)際問題中的價(jià)值和作用,體驗(yàn)數(shù)學(xué)與日常生活和其他學(xué)科的聯(lián)系,體驗(yàn)綜合運(yùn)用知識和方法解決實(shí)際問題的過程,增強(qiáng)應(yīng)用意識;有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。
通過表里面數(shù)據(jù)求出在已有的條件下產(chǎn)品A和B需要生產(chǎn)多少才使得利潤最高?最高的利潤為多少?
一、假設(shè)產(chǎn)品A和B分別生產(chǎn)x和y
則目標(biāo)函數(shù)為:maxZ=200x+210y
約束條件:
二、在Excel中規(guī)劃求解
在Excel中建立線性規(guī)劃模型,如圖1所示:
1.在B6中輸入“=SUMPRODUCT(F2:G2,B5:C5)”如圖2所示,在 E2==SUMPRODUCT(B2:C2,$H$2:$I$2)(輸入完后再按F4按鈕,固定x與y的值), E3和E4的數(shù)據(jù)直接用填柄充的方法往下拉。
2.單擊“工具”菜單下的“規(guī)劃求解”,在彈出的“規(guī)劃求解參數(shù)”
對話框輸入各項(xiàng)參數(shù):(各種excel版本不一樣,規(guī)劃求解所在的位置也有所不同)目標(biāo)單元格選擇B6、問題類型選擇“最大值”、可變單元選擇H2:I2、約束條件選擇H2:I2≥0;E2:E4≤D2:D4,參數(shù)設(shè)置完畢,如圖3:
3.點(diǎn)擊“選擇求解方法”的后面的下拉菜單,彈出選擇“非線性內(nèi)點(diǎn)法”和“單純線性規(guī)劃”,說明要求求解的問題是線性模型且所求的變量必須為非負(fù)。
關(guān)鍵詞:農(nóng)村電網(wǎng);網(wǎng)架結(jié)構(gòu);規(guī)劃方法;優(yōu)化算法
如今農(nóng)村經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,居民日常工作和生活用電量大增,但是建設(shè)電網(wǎng)的資金短缺,農(nóng)村電網(wǎng)的網(wǎng)架和供電能力比較薄弱。為此,建設(shè)智能化、現(xiàn)代化的農(nóng)村配電網(wǎng),農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃顯得十分重要。
1農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃的現(xiàn)狀分析
對農(nóng)村電網(wǎng)現(xiàn)狀,大部分地區(qū)的分析還局限于統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有的電網(wǎng)狀況,未能深入細(xì)致地分析規(guī)劃要求和內(nèi)容,出現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集不全、文字表述不清、前后數(shù)據(jù)不對應(yīng)、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、負(fù)載率和容載比概念混淆等問題。例如,對聯(lián)絡(luò)方式和線路負(fù)載率的分析過于簡單,導(dǎo)致反映不出線路的薄弱環(huán)節(jié)。只能定性地分析電壓偏低的現(xiàn)象,不能具體列舉出電壓偏低的所在原因,所以也就不可能找到準(zhǔn)確的解決方法。此外,配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)薄弱?,F(xiàn)在農(nóng)村電網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)沒有環(huán)網(wǎng)供電方式,都為輻射網(wǎng),事故率高,負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力差,停電檢修范圍大。由于投入農(nóng)網(wǎng)改造的資金不足,仍有部分農(nóng)網(wǎng)線路電桿導(dǎo)線老化,檔距偏大,線路健康水平低,導(dǎo)線的截面積偏小。如果遇到大霧、刮風(fēng)下雨等惡劣的天氣,線路出現(xiàn)污閃、斷線等事故幾率大,不能保證供電的可靠性和滿足廣大農(nóng)村地區(qū)日益增長的負(fù)荷需求。
(1)由于目前一些從事農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃的人員缺乏負(fù)荷預(yù)測方面的專業(yè)知識,在進(jìn)行電力需求預(yù)測時(shí)完成的電力需求預(yù)測準(zhǔn)確度不高,收集的歷史數(shù)據(jù)不全,負(fù)荷預(yù)測的最終結(jié)果不準(zhǔn)確。大多數(shù)地區(qū)沒有對電氣二次及配網(wǎng)自動化進(jìn)行全面的規(guī)劃,只有少數(shù)僅僅是介紹建設(shè)規(guī)劃方案的系統(tǒng),對設(shè)備、材料的選擇,技術(shù)的要求和管理工作方面缺少規(guī)劃,沒有結(jié)合實(shí)際。
(2)投資估算不準(zhǔn)確的現(xiàn)象也屢見不鮮。單位工程造價(jià)由于沒有統(tǒng)一的規(guī)范,再加之缺乏經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的指導(dǎo),使單位工程缺乏可比性和統(tǒng)一性,投資方面差別較大。并且經(jīng)濟(jì)效益分析簡單也是農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃方面的弱點(diǎn)。這是由于對規(guī)劃實(shí)施之后的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)未作深入、全面、細(xì)致、科學(xué)的分析計(jì)算,缺乏規(guī)劃前后線損率、供電能力提升、供電可靠性等一些重要指標(biāo)的對比。
(3)農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃和目前新農(nóng)村建設(shè)的要求不相適應(yīng)。眾所周知,服務(wù)于新農(nóng)村建設(shè),服務(wù)于三農(nóng)工作是電網(wǎng)公司的責(zé)任,然而直到現(xiàn)在都幾乎沒有關(guān)于農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃中適應(yīng)不同功能定位的村級低壓網(wǎng)規(guī)劃。
(4)電壓、無功缺乏有效的、專項(xiàng)的規(guī)劃。因?yàn)闊o功補(bǔ)償能降低網(wǎng)絡(luò)損耗,保持網(wǎng)絡(luò)無功平衡,所以,它對電力網(wǎng)建設(shè)和改造十分重要。目前,在農(nóng)村配網(wǎng)規(guī)劃中,沒有進(jìn)行對無功補(bǔ)償電壓損失率和電壓損失等的分析,由于現(xiàn)有的配電變壓器布點(diǎn)不足、無功補(bǔ)償容量欠缺、配電網(wǎng)導(dǎo)線較細(xì)等原因,導(dǎo)致農(nóng)村電網(wǎng)電壓的合格率較低。近幾年,農(nóng)村家用電器開始普及,彩電、電冰箱、電飯鍋、空調(diào)、電磁爐等數(shù)量快速增多,用電負(fù)荷快速增長,農(nóng)村配電網(wǎng)線徑小、配電容量小、供電可靠性低的現(xiàn)實(shí)制約了新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展。
2農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容
研究調(diào)查農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃的主要內(nèi)容有電網(wǎng)的線路損耗率、供電可靠性、電網(wǎng)的電能損失、各主要線路的電壓損失、供電能力是否滿足現(xiàn)有負(fù)荷的需要和設(shè)備的使用情況等。
農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃與改造的基礎(chǔ)是負(fù)荷預(yù)測,規(guī)劃方案的質(zhì)量與其準(zhǔn)確性直接相關(guān)。在電網(wǎng)規(guī)劃范圍內(nèi)搜集和調(diào)查各個(gè)生產(chǎn)部門的人日常生活用電的變化和發(fā)展計(jì)劃的資料,運(yùn)用負(fù)荷預(yù)測的方法再根據(jù)資料,測算用電負(fù)荷分區(qū),然后依照預(yù)測結(jié)果做電網(wǎng)規(guī)劃。在做電網(wǎng)規(guī)劃時(shí),依據(jù)負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果來確定電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的原則和規(guī)劃的總體目標(biāo)。此時(shí),要綜合考慮農(nóng)村電網(wǎng)供電的特殊性和電網(wǎng)規(guī)劃的整體性。在對農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的研究中,需要從整體上來規(guī)劃農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),再根據(jù)農(nóng)村的各變電所確定最佳的地理位置和布局、線路路徑、輸配電線路的接線方式、輸配電線路和變電所的建設(shè)進(jìn)度,同時(shí)還要確定通信、自動化、調(diào)度的要求、規(guī)模和保護(hù)的方式。農(nóng)網(wǎng)規(guī)劃的目的是減少線路的電能損失和電壓損失,降低線損率,提高供電可靠性。所以,需要分析和計(jì)算農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃前后的各項(xiàng)指標(biāo),預(yù)測規(guī)劃期末擴(kuò)大供電能力后取得的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃的方法
目前,在實(shí)際中普遍采用數(shù)學(xué)方法,以計(jì)算機(jī)為工具對電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃,這里的數(shù)學(xué)方法主要包括數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和啟發(fā)式方法,下面對這兩種方法進(jìn)行介紹。
數(shù)學(xué)規(guī)劃方法研究規(guī)劃問題中各因素或變量間的相互關(guān)系,從整體對問題進(jìn)行考慮,相對啟發(fā)式算法而言,在理論上數(shù)學(xué)優(yōu)化方法更為優(yōu)越。數(shù)學(xué)規(guī)劃方法主要包括非線性規(guī)劃線性規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃和整數(shù)規(guī)劃。
(1)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法中的非線性規(guī)劃法的目標(biāo)函數(shù)與工程實(shí)際更為接近,十分精確,但是求解方法的難度也更大,用這種方法所得的結(jié)果和真正的最優(yōu)方案同樣可能存在偏差,這是因?yàn)橛玫氖沁B續(xù)變量模擬離散變量。
(2)線性規(guī)劃法研究是發(fā)展最成熟的方法,在實(shí)際工程中非線性問題是用的簡化措施將其線性化,再用線性規(guī)劃法對其求解。線性規(guī)劃具有求解速度快和計(jì)算簡單等優(yōu)點(diǎn),但是這種方法不能考慮配電網(wǎng)規(guī)劃的離散性,導(dǎo)致結(jié)果不滿足約束條件或者偏離最優(yōu)解。
(3)混合整數(shù)規(guī)劃法不僅給出了最優(yōu)的發(fā)電機(jī)出力的調(diào)度計(jì)劃,確定了最佳電網(wǎng)結(jié)構(gòu),而且模型中還考慮到線路的損耗,在經(jīng)過線性化處理之后,求解就可以調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)優(yōu)化程序來進(jìn)行。
(4)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法中的動態(tài)規(guī)劃是一種分階段考慮問題的方法,它是把一個(gè)問題變成幾個(gè)子問題來考慮,這樣可以過渡和協(xié)調(diào)多階段規(guī)劃問題各階段間的方案,然而這種方法的缺陷是計(jì)算時(shí)間較長,如果系統(tǒng)的規(guī)模比較大,則計(jì)算量會更大。
(5)整數(shù)規(guī)劃解的數(shù)目是有限的,因?yàn)樗紤]到配電網(wǎng)規(guī)劃的離散性。這種方法適合解決小規(guī)模的問題,但是待選線較多時(shí)計(jì)算時(shí)間會較長。啟發(fā)式方法通常是定義一個(gè)反映投資需求或者運(yùn)行性能的綜合指標(biāo),在依據(jù)一定的原則規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí),若不符合指標(biāo),就要對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和重新校核,直到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足指標(biāo)。啟發(fā)式方法計(jì)算量小、直觀、簡單,能很好地結(jié)合規(guī)劃人員的經(jīng)驗(yàn),在實(shí)際工程中的應(yīng)用也較為廣泛。不過在進(jìn)行修改和重新校核的過程中,如果找到滿足指標(biāo)的解就停止計(jì)算,所以,此方法不是一種嚴(yán)格的優(yōu)化方法。
4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃的智能優(yōu)化算法
隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法的局限性也日益凸顯。采取一些智能優(yōu)化算法能夠得到實(shí)用性較好的電網(wǎng)優(yōu)化網(wǎng)架,所以,在電網(wǎng)規(guī)劃中各種基于人工智能技術(shù)的優(yōu)化算法開始得到廣泛應(yīng)用。下面著重介紹四種智能優(yōu)化算法。
(1)在電網(wǎng)規(guī)劃中廣泛使用遺傳算法,它是一種模仿生物進(jìn)化過程最終找到最優(yōu)解的優(yōu)化算法。遺傳算法與傳統(tǒng)算法不同,具有隨機(jī)操作、隱并行性、多路徑搜索等特點(diǎn),對搜索空間和數(shù)據(jù)的要求很低,僅采用適應(yīng)性信息,不需要導(dǎo)數(shù)等輔助信息,適應(yīng)的范圍更加廣泛。但是,遺傳算法的不足,是可能收斂到局部最優(yōu)解和計(jì)算速度慢等,對此,現(xiàn)在也正在進(jìn)行研究和改進(jìn)。
(2)求解電力系統(tǒng)的組合優(yōu)化問題開始應(yīng)用Tabu 搜索例如,配電網(wǎng)規(guī)劃問題、警報(bào)處理、輸電網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展規(guī)劃問題、短期負(fù)荷預(yù)測電壓和無功控制、配電網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)等。不過Tabu搜索法還有待進(jìn)行進(jìn)一步的研究,這是由于收斂受到初始解的影響,導(dǎo)致無法從數(shù)學(xué)上證明最終的結(jié)果和搜索的效率一定能達(dá)到最優(yōu)解。
(3)模擬退火算法主要模仿熱力學(xué)中液體的結(jié)晶和凍結(jié)的退火和冷卻過程,它是一種隨機(jī)搜索技術(shù),適用于大型組合的優(yōu)化問題。這種方法能夠有效防止造成局部最優(yōu),而且還保留了局部搜索的簡單性和通用性。它的不足之處在于存在多個(gè)最優(yōu)解,而且算法的運(yùn)行時(shí)間較長,適合同其它方法結(jié)合使用。
(4)蟻群算法是新型的仿生啟發(fā)式優(yōu)化尋優(yōu)算法,它構(gòu)造人工螞蟻利用螞蟻群覓食的機(jī)理,讓人工螞蟻選擇前進(jìn)的路徑,再經(jīng)過反復(fù)迭代,使大部分的螞蟻沿最佳的線路完成搜索。求解組合最優(yōu)問題適宜用蟻群算法。蟻群算法的尋優(yōu)能力和效率都比目前已有的其它現(xiàn)代啟發(fā)式優(yōu)化算法強(qiáng),應(yīng)用前景十分廣闊。
5結(jié)語
針對現(xiàn)有的農(nóng)村配電網(wǎng)存在的問題,希望各級政府和電力部門根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展,加強(qiáng)對規(guī)劃報(bào)告的評審、實(shí)施、編制的管理,合理規(guī)劃農(nóng)村配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),提高供電可靠性和供電能力,有效降低網(wǎng)絡(luò)損耗,最大限度地滿足電網(wǎng)的自身發(fā)展和用電需求的增長,滿足農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量不斷提高的需要,做好農(nóng)村配電網(wǎng)規(guī)劃和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)的銜接工作,確保農(nóng)村配電網(wǎng)可靠、安全地運(yùn)行。
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南京航空航天大學(xué)理學(xué)院博士生導(dǎo)師倪勤,是我國非線性規(guī)劃研究的學(xué)術(shù)帶頭人之一。倪勤教授主要從事運(yùn)籌學(xué)中非線性規(guī)劃的研究,研究方向?yàn)榉蔷€性規(guī)劃理論、方法、軟件及應(yīng)用。自90年代以來,主要從事大規(guī)模非線性規(guī)劃理論與方法、直接最優(yōu)化方法、移動漸近線和錐模型信賴域方法的研究。倪勤教授在鉆研理論的同時(shí),也十分重視應(yīng)用背景,注重理論與實(shí)際問題相結(jié)合。
1978年2月,作為恢復(fù)高考后的第一代大學(xué)生,在徐遲報(bào)告文學(xué)“哥德巴赫猜想”的鼓舞下,倪勤懷揣著理想進(jìn)入南京大學(xué)數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí),開始了他維系一生的數(shù)學(xué)之旅。1984年10月倪勤獲得理學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位。此后六年他留在南京大學(xué)數(shù)學(xué)系擔(dān)任講師。1990年后他經(jīng)選拔后受國家教委派遣來到德國拜羅伊特大學(xué)數(shù)學(xué)系學(xué)習(xí),師從Schittkowski教授,在短短的三年時(shí)間內(nèi)獲得了德國博士學(xué)位。博士畢業(yè)后, 他沒有留戀國外的優(yōu)越的生活與工作條件, 毅然回國工作。在中科院計(jì)算數(shù)學(xué)所完成了兩年博士后工作于1995年12月,在朱劍英校長的邀請下,倪勤教授來到南京航空航天大學(xué)工作。
來南航后一年不到,倪教授就先后被任命為理學(xué)院院長助理,理學(xué)院副院長, 理學(xué)院院長。在院長這個(gè)崗位上干了六年直到向?qū)W校主動請辭。在擔(dān)任管理工作期間,他大公無私,辦事公道,在積極引進(jìn)人才方面做出了突出貢獻(xiàn),為后來理學(xué)院的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。繁忙的管理工作并沒有影響倪教授的科研工作,他先后主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng),江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目1項(xiàng), 主持和參加省部級基金項(xiàng)目3項(xiàng)。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表學(xué)術(shù)論文六十余篇,所發(fā)表的論文和著作被SCI收錄17篇,EI收錄7篇。2009年,科學(xué)出版社出版了倪勤教授的專著《最優(yōu)化方法與程序設(shè)計(jì)》,該書深入淺出,系統(tǒng)地介紹了非線性優(yōu)化基本理論、方法與程序設(shè)計(jì)。同行專家與相關(guān)專業(yè)的讀者表示,該書“精煉而實(shí)用”,被一些學(xué)校選為研究生教材。
倪勤教授取得上述成就是與他注重與國內(nèi)外同行的合作分不開的,他多次到國內(nèi)外的高校和研究機(jī)構(gòu)做訪問研究員和訪問教授。他還是個(gè)優(yōu)秀的教師,曾經(jīng)連續(xù)三年擔(dān)任南京航空航天大學(xué)的大學(xué)生數(shù)模競賽全國賽區(qū)一等獎(jiǎng)指導(dǎo)教師;兩次獲得校教學(xué)優(yōu)秀二等獎(jiǎng),教授的課程被評為江蘇省優(yōu)秀研究生課程;2004年,他獲得省優(yōu)秀教改成果一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)。他已培養(yǎng)碩士畢業(yè)生30余名,博士畢業(yè)生3名。他的平易性格與負(fù)責(zé)精神深受學(xué)生的尊敬與愛戴。
倪勤教授認(rèn)為,不管是做研究、教學(xué)還是生活,應(yīng)該淡薄名利,追求真正身心自由的工作狀態(tài)。有感于有些學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)生和不懂?dāng)?shù)學(xué)的人普遍抱怨的數(shù)學(xué)枯燥乏味,艱澀難懂的問題,他專門開通了博客――尋找失去的學(xué)數(shù)學(xué)的樂趣,使更多的人對數(shù)學(xué)感興趣,使數(shù)學(xué)的研究與教學(xué)顯得趣味盎然,促進(jìn)了我國數(shù)學(xué)研究與教育的發(fā)展。
(1)數(shù)學(xué)建模法。運(yùn)籌學(xué)的模型相對來說都是一些比較成熟的模型,但是在現(xiàn)實(shí)碰到的一些問題中不一定是常常與這些模型相符合的,所以要實(shí)事求是根據(jù)不同的需要建立相關(guān)問題的數(shù)學(xué)模型。
(2)運(yùn)籌學(xué)方法。這種方法主要是運(yùn)用數(shù)學(xué)方法去研究系統(tǒng)最優(yōu)化的問題,它的相關(guān)理論十分豐富,主要有圖論、庫存論、排隊(duì)論、規(guī)劃論等。
2基于系統(tǒng)工程。
作為系統(tǒng)工程分支學(xué)科的信息系統(tǒng)工程,大部分系統(tǒng)工程類方法都可以成為信息系統(tǒng)工程的方法。
(1)綜合系統(tǒng)評價(jià)法。這種方法主要的建立在系統(tǒng)評價(jià)的評價(jià)指標(biāo)體系、前提條件、評價(jià)原則和評價(jià)步驟之上的評價(jià)方法。
(2)系統(tǒng)分析方法。這樣一套解決復(fù)雜問題的方法是由美國蘭德公司最先提出的,在系統(tǒng)分析方法中主要有狀態(tài)空間法、層次分析法和建筑模型等幾種分析方法。
(3)仿真系統(tǒng)法。這種方法主要是利用系統(tǒng)模型在模擬的條件和環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行分析、實(shí)驗(yàn)和研究的一種方法。
3基于信息工程。
信息工程為開發(fā)新的信息系統(tǒng)提供了工程依據(jù)。
(1)戰(zhàn)略數(shù)據(jù)規(guī)劃法。這類方法有其主要的特點(diǎn):①四種數(shù)據(jù)環(huán)境,即應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)文件、信息檢索系統(tǒng)和主題數(shù)據(jù)庫。②數(shù)據(jù)環(huán)境對于信息系統(tǒng)尤為重要。③建設(shè)主題數(shù)據(jù)庫。④圍繞主題數(shù)據(jù)庫搞好應(yīng)用軟件開發(fā)。(2)企業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃法。信息工程的另一個(gè)基礎(chǔ)是企業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃法,這種方法主要是為了提供一個(gè)信息系統(tǒng)規(guī)劃,從而支持企業(yè)長期和短期信息需要。(3)信息工程方法。該方法和戰(zhàn)略數(shù)據(jù)規(guī)劃法與企業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃法是呈現(xiàn)出一種交叉的關(guān)系,而戰(zhàn)略數(shù)據(jù)方法和企業(yè)系統(tǒng)規(guī)劃方法這兩種方法又是信息工程方法的核心和基礎(chǔ)。
4結(jié)語
級別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:北大期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:省級期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:省級期刊
榮譽(yù):中國優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫
級別:省級期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊