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探究实践:中小学推进科学教育的关键点

中小学管理 2023年第6期 14-18页

作者：高云峰清华大学航天航空学院北京100084

《义务教育科学课程标准(2022年版)》提出“加强探究实践”。在中小学科学教育中提倡探究实践,符合科学、技术与工程发展的趋势和国家未来发展的需要,有利于整合不同学科的知识,补齐了传统科学教育中学生缺乏自主实践的短板。探究实践... 详细信息

《义务教育科学课程标准(2022年版)》提出“加强探究实践”。在中小学科学教育中提倡探究实践,符合科学、技术与工程发展的趋势和国家未来发展的需要,有利于整合不同学科的知识,补齐了传统科学教育中学生缺乏自主实践的短板。探究实践本质上是一种知识的再生产过程,有利于让学生形成“像科学家一样思考”“像工程师一样实践”的意识。开展探究实践要从观察和提出问题开始,以科学问题为中心,注重激发学生兴趣和自主参与,重视合作与交流,重视收集资料和分析、归纳、总结。

关键词：科学教育探究实践真实问题科学思维工程思维

如何在教学中培养学生的思维和能力(5)——直觉与猜测

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力学与实践 2023年第2期45卷 423-428页

作者：高云峰清华大学航天航空学院北京100084

直觉思维是不借助于逻辑推理而综合运用已有知识和经验,以高度省略、简化、浓缩的方式洞察事物的实质,并迅速作出猜测、设想或突然领悟的思维。直觉或猜测不一定准确,但是在特定条件下可能是正确的,或者能反映正确答案的部分特征,通过... 详细信息

直觉思维是不借助于逻辑推理而综合运用已有知识和经验,以高度省略、简化、浓缩的方式洞察事物的实质,并迅速作出猜测、设想或突然领悟的思维。直觉或猜测不一定准确,但是在特定条件下可能是正确的,或者能反映正确答案的部分特征,通过适当的修正有可能获得正确的结论。文章从直觉的角度,介绍了点的复合运动中加速度合成公式的猜测及修正、利用特例猜测一般结果的运动学案例,以及对太阳系行星轨道特点的猜测。这些案例为复杂问题的处理提供了一种思路。

关键词：直觉与猜测加速度合成公式基点法行星轨道的特点

如何在教学中培养学生的思维和能力(3)——系统与模型

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力学与实践 2022年第5期44卷 1183-1188页

作者：高云峰清华大学航天航空学院北京100084

系统是人为界定的由一些有关联的物体或成份组成的有序整体。模型是经过处理的简化系统,但能体现原系统的本质特征,是描述和理解系统的有效工具。真实问题很复杂,但可以用简化的模型来描述。本文介绍了琴弦振动问题、雨滴下落问题和生... 详细信息

系统是人为界定的由一些有关联的物体或成份组成的有序整体。模型是经过处理的简化系统,但能体现原系统的本质特征,是描述和理解系统的有效工具。真实问题很复杂,但可以用简化的模型来描述。本文介绍了琴弦振动问题、雨滴下落问题和生物竞争问题,这些问题涉及到质点动力学、变质量以及跨学科领域中更广泛的“力”与“运动”,展示了如何简化实际问题并建立模型的过程,根据模型得出的结论能很好地解释所关心的现象,甚至与实际情况十分接近,有利于让学生了解一种处理问题的方法和思维模式。

关键词：建模与分析质点动力学变质量生物竞争模型

如何在教学中培养学生的思维和能力(1):观察与思考

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力学与实践 2022年第3期44卷 651-656页

作者：高云峰清华大学航天航空学院北京100084

教育的本质是培养学生思维和解决问题的能力。力学课程强调基本概念、基本理论和基本方法,但课程中概念多、公式多,是工科比较难学的课程之一。教学中可以设计一些启发性的案例,既与学生所学知识有关,又生动有趣、富有哲理,让学生了解... 详细信息

教育的本质是培养学生思维和解决问题的能力。力学课程强调基本概念、基本理论和基本方法,但课程中概念多、公式多,是工科比较难学的课程之一。教学中可以设计一些启发性的案例,既与学生所学知识有关,又生动有趣、富有哲理,让学生了解抽象理论如何运用于实践、学会处理复杂问题的方法并获得超越知识的智慧。本文介绍了自行车运动、跳高运动及跳水运动中的现象,并分别从参考系、质心运动定理、动量矩守恒的角度解释了这些现象背后的力学原理,以及带给我们的启示。

关键词：观察与思考参考系质心运动定理动量矩守恒

如何在教学中培养学生的思维和能力(2):定性与定量

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力学与实践 2022年第4期44卷 941-946页

作者：高云峰清华大学航天航空学院北京100084

定量分析依据数据和模型,计算出分析对象的各项指标及其数值。定性分析主要凭直觉、经验,对分析对象的性质、特点、变化规律作出判断。定量分析的前提是有足够的数据和确定的模型,而定性分析适用于数据不充分或者模型不清楚的情况。文... 详细信息

定量分析依据数据和模型,计算出分析对象的各项指标及其数值。定性分析主要凭直觉、经验,对分析对象的性质、特点、变化规律作出判断。定量分析的前提是有足够的数据和确定的模型,而定性分析适用于数据不充分或者模型不清楚的情况。文章从定性与定量分析的角度,介绍了落体相对垂线的偏离、如何画四叶玫瑰线、欹器的原理及设计等问题,这些问题可以用定性分析的方法获得初步的结果,然后再利用定量计算获得具体细节信息,让学生体会到定性与定量分析相结合,可以既简单又巧妙地解决复杂问题。

关键词：定性与定量落体四叶玫瑰线欹器

Jordan块不大于七阶的十一阶矩阵群的幂单性

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Jordan块不大于七阶的十一阶矩阵群的幂单性

作者：高云峰哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

目前有限单群的分类已经得到了完美解决,接下来群论将有向无限群发展的趋势。因此有限生成无限群是一个中间的桥梁。探索最基本,最简洁的工具更有一般性的意义。因此,本课题仅仅借助线性表示,以及本原元素的乘积组合性质来研究二元生成... 详细信息

目前有限单群的分类已经得到了完美解决,接下来群论将有向无限群发展的趋势。因此有限生成无限群是一个中间的桥梁。探索最基本,最简洁的工具更有一般性的意义。因此,本课题仅仅借助线性表示,以及本原元素的乘积组合性质来研究二元生成自由群,是很有意义的探索。任何群必是自由群的同态像。自由群的自同构群往往表现为本原元素是幂单的。有限生成自由群中最基本的就是二元生成自由群。因此本课题选择研究二元生成自由群线性表示像中本原元素幂单的群的判定问题,对二元生成自由群乃至有限生成自由群有着重要意义。幂单性的判定一直以来有两种趋势,本文选择在表示维数为具体数值的情况下给出判定,然后从低维向高维逐步推广的研究方式。另一种针对所有表示维数统一分类的,每个类都涵盖任意固定表示维数的思维方法也在本文中有所体现。根据已有结论,表示维数不高于10的情况基本得到了解决。而表示维数是十一,本原元素所含最大Jordan块大于7的也已经有了相应结论。故而本文研究本原元素最大Jordan块不大于7的十一阶矩阵群的幂单性。重点讨论的是某本原元若当标准型为diag(J,J),diag(J,J,J)以及diag(J,E)的情况。指出在这些情况下,当本原元素幂单时,二元生成矩阵群本身也是幂单群。

关键词：自由群矩阵群幂单群本原元

贵州乡村题材版画创作研究——以《黔乡烟火》系列为例

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贵州乡村题材版画创作研究——以《黔乡烟火》系列为例

作者：高云峰贵州民族大学

学位级别：硕士

在现代版画中,乡村题材一直是版画家们的创作主题之一,从新兴木刻开始,创作者们以不同角度、语言、形式来表现乡村生活。它记录着现实生活、反映了鲜明的地域特征。这类题材在内容、形式上都具有独特的表现特征,鲜明的时代性、地域性。... 详细信息

在现代版画中,乡村题材一直是版画家们的创作主题之一,从新兴木刻开始,创作者们以不同角度、语言、形式来表现乡村生活。它记录着现实生活、反映了鲜明的地域特征。这类题材在内容、形式上都具有独特的表现特征,鲜明的时代性、地域性。本文以新兴木刻运动至今的贵州乡村题材版画为研究对象,首先对贵州乡村题材版画各时期历史脉络、发展状况、时代特点进行简要阐述,并对各时期贵州乡村题材版画作品创作状况进行梳理;其次从版画技法、形式语言、主体内容这三个方面对贵州乡村题材版画作品的表现特征进行分析总结;最后结合笔者自身创作,叙述《黔乡烟火》系列版画作品的创作过程,通过创作过程中的体验认识,浅谈自己在创作《黔乡烟火》系列版画时的主观感受,进一步阐释对贵州乡村题材版画创作表现形式的理解。

关键词：贵州乡村题材表现特征版画创作研究

基于14. 5mm机枪的遥控武器站设计与仿真

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基于14. 5mm机枪的遥控武器站设计与仿真

作者：高云峰中北大学

学位级别：硕士

遥控武器站是集目标侦查、瞄准与射击一体化的典型装备,一般由火力系统、观瞄系统、控制系统及电源装置四部分组成,随着新式战争对武器系统的需求,遥控武器站受到了世界各国的青睐。作为一种相对独立和通用的模块化武器系统,遥控武器站... 详细信息

遥控武器站是集目标侦查、瞄准与射击一体化的典型装备,一般由火力系统、观瞄系统、控制系统及电源装置四部分组成,随着新式战争对武器系统的需求,遥控武器站受到了世界各国的青睐。作为一种相对独立和通用的模块化武器系统,遥控武器站的使用提高了对目标的精确打击效率,也保护了为实现作战任务而裸露在外的战斗人员的生命安全。与国外的遥控武器站研究现状相比,我国仍存在一定差距,本文将围绕遥控武器站的轻量化与高精度设计展开研究,进行基于14.5mm机枪的遥控武器站设计与仿真。论文首先对遥控武器站的整体方案及关键结构进行了相关设计,在方案设计完成的基础上完成了驱动电机的选型。为提高遥控武器站的射击精度,设计并应用了新型齿轮消隙机构,仿真结果表明该机构的应用效果明显,系统回转精度大幅提高。为降低武器系统后坐力设计了应用于遥控武器站的弹簧缓冲器,并利用动力学分析软件对机枪的复位及膛口扰动情况进行了相关分析,仿真结果显示在缓冲装置的作用下机枪在射击间隔内能有效复位,并且机枪的膛口扰动较不安装缓冲装置有明显的减小,确保了武器射击精度。利用有限元仿真分析软件,通过引入模态分析及瞬态动力学分析方法,求解了遥控武器站系统的固有振动特性,排除了系统共振风险,并校核了危险面的强度。在此基础上对遥控武器站系统进行了多目标约束下的拓扑优化,实现了遥控武器站的轻量化设计,得到了优化后的方案模型,并对优化方案再次进行分析,确保了优化后遥控武器站系统的性能。论文为遥控武器站的整体方案及关键结构设计提供参考,为遥控武器站的轻量化研究奠定了一定基础。

关键词：遥控武器站结构设计模态分析拓扑优化

Matlab求解理论力学问题系列(四)乒乓球的滚动

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力学与实践 2021年第5期43卷 753-759页

作者：高云峰清华大学航天航空学院北京100084

本文讨论了乒乓球运动的理论解和数值解。在考虑摩擦、滚动摩阻、空气阻力等条件的一般情况下,只能获得部分解析解,而采用数值计算的方法可获得系统所有的运动规律。文章介绍了如何利用Matlab处理分段函数问题,包括求解微分代数方程、... 详细信息

本文讨论了乒乓球运动的理论解和数值解。在考虑摩擦、滚动摩阻、空气阻力等条件的一般情况下,只能获得部分解析解,而采用数值计算的方法可获得系统所有的运动规律。文章介绍了如何利用Matlab处理分段函数问题,包括求解微分代数方程、利用积分中断条件确定分段的时间点,以及利用部分解析解验证数值计算的准确性等,最后通过大量计算获得乒乓球向前运动及向后运动的分界线,以及乒乓球正好回到出发位置的条件。

关键词：微分代数方程解析解数值解积分中断