仿真物理实验室

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仿真物理实验室范文第1篇

一、运用于中学物理实验教学中，有利于培养学生的创新能力

中学物理是以实验科学为基础的，实验教学在中学物理教学中有着举足轻重的作用。实验教学可以激发学生的学习兴趣，促使学生积极主动地参与到物理教学中，而且在进行实验操作的过程中，不仅培养了学生的动手能力，创造能力以及分析问题的能力，还培养了严谨、认真、耐心的科学态度。

利用仿真物理实验室可以大大改善传统实验教学对学生的种种制约。在操作实验之前，学生先在仿真实验室进行模拟实验，帮助熟悉实验步骤及实验方法，熟练之后再实际操作，既做到真正动手，又避免了仪器的损坏，还节省时间，从而有效地提高实验课教学效率。更重要的是，仿真技术运用到实验教学中，帮助充分调动学生的积极性，增强学生的自主意识，有利于发挥学生的创造性思维。学生在虚拟环境中操作，不受仪器短缺和害怕损坏仪器的影响，以良好的心态充分发挥想象力大胆地搭建自己创作的实验模型，积极主动地参与到实验教学中，使教学真正达到以学生的学为中心的新课改要求，培养学生的自主发现问题的能力。有了发现的意识和能力，才会创新。

二、运用于中学物理课堂教学中，有利于提高教学效果

在物理概念、定理和规律的讲解中，采用仿真物理实验室对这些实验进行仿真模拟、永久再现，将抽象知识具体化、形象化，微观现象可视化，瞬间现象永久化，可以避免过于空洞的描述，是学生产生真切的体验，激发学生的学习热情，促进学生学习的积极性。同时将这些难以理解和观察的实验现象或概念更清晰、直观、深刻地印入学生的脑海，实现对抽象物理概念和规律的感性认识，再上升为理性认识。这样也有助于发挥演示实验在中学物理教学中的作用，是教学最优化。还可利用它来方便地制作一些比较复杂的课件，突破技术屏障，使教师的精力主要放在如何优化课堂教学设计，从而提高教学效率。

仿真物理实验室范文第2篇

目前多数高校的大学物理实验室在实验课中都是多个学生共用一套仪器，大大影响了教学效果。已有的仪器“过期”现象严重，一个标准电池用上七八年很常见。像检流计、示波器这些仪器基本上都是修了再修凑合使用。更不用说那些耗资较大、仪器昂贵的实验，根本就无法开设。[1]

开放性实验的重要性不言而喻，它对于提高学生的创新能力和独立思考能力都有着积极的作用。但因受到经费、人力和管理上的限制，大多数院校都是小范围开展或者不开展开放性实验。

基于以上原因，仿真实验系统已逐渐地应用于大学物理实验课程中，将来势必会在所有高校普及。

1 仿真实验的优势

1.1 仿真教学环境

大学物理仿真实验是用软件对仪器形状进行建模，根据真实仪器的外形材质蒙皮，制作动画，并通过编程使得仪器能与操作者进行交互。它能够实现的功能有：学习者可以以拖动鼠标的方法连接仪器，自行设定参数，调节仪器，观察实验现象，记录实验结果。基本上能够实现实验必须的步骤。

最重要的一点是它能够再现实验环境。在真实实验室中，受课时限制，学生一般只能进行一次完整实验过程。而仿真实验却可以一直重复实验，提升教学效果。

另外，仿真实验系统认错性很强，在模拟的过程中学生操作一旦出错，系统立即指出调节错误，如果前一步调整不好就不允许进行下一步，迫使学生反复演练直至成功。这样就不用担心元器件的损坏。

1.2 提高教学效率

学生在课前预习的时候，会感到书上一些仪器介绍和概念性的原理或现象介绍很抽象。对实验原理也只是一知半解。而且有一些调节难度比较大的实验如分光计等，在真实实验教学中往往课时不够。所以我们可以把真实实验与仿真实验相结合，先安排学生课前进行仿真实验，熟悉仪器和实验过程后再进行真实实验，实现两段式教学。

再者，在大学物理实验中很多仪器都是黑匣子，学生不明白仪器的内部变化，不利于学生对实验原理和仪器原理的理解应用，仿真实验可以实现仪器的内部直观化。

所以，仿真实验可以很好地提高教学效率。

1.3 丰富教学内容

大学物理实验设备昂贵。开设的实验数目多的话对于多数院校来说是难以承受的。仿真物理实验系统能用相对低很多的价钱搭建出丰富的实验项目， 满足新形势下实验教学的需求， 无疑是一个实用的方案。灵活性的解决了资源严重不足和教学需求量大这一矛盾。仿真实验系统提供的实验内容涉及力热电光、近代物理和前沿领域攻击70多个实验项目。满足了大学物理实验的教学需求。

1.4 突破时空限制

我们所用的网络版仿真实验可以不受时间、地点、人次的限制。在办公室安放一台服务器，装上大学物理仿真实验Online版，并通过IP将其绑定于校园网。学生在终端申请用户名和密码，就可以随时随地的进行实验。使实验教学内容在时间、空间上得到了延伸。因此，仿真实验是一个极好的辅学习资源。

1.5 便于开放实验

目前，建立开放实验室需要解决的问题很多，如：开放实验室的实验选题多，教师要超时上课；学生自由操作仪器，损坏率会提高；为不断提高学生兴趣，根据实际情况须不断地更新实验项目和仪器；开放实验教学的实行给实验教学管理带来了新的问题；开放实验项目耗时长，经常使开放时间延长到课余和节假日。这一系列的问题都给开放性实验造成了障碍。而仿真实验系统具有设计性、研究性，为学生提供了自由的教学环境，克服了面向大面积学生开设开放实验受到实验课时等困难。

2 仿真实验的消极作用

模拟过程还比较僵化。在实际测量时，多次测量取得的结果往往有一定的偏差。我们就会鼓励学生排查错误或回溯误差来源，就比较有效的培养了学生解决问题的能力。而在仿真测量实验中，只要按照实验过程来操作，同一个实验重复做多次得到的结果都是一致的，忽视了实验的不确定度。

不能完全的模拟真实实验现象。在牛顿环法测量曲率半径实验中，我们在显微镜中看到的牛顿环中心会是暗斑或者亮斑，有时会是不规则环形。施与牛顿环装置不同的压力，环纹形状会相应改变。而仿真实验中看到的始终是标准的牛顿环图。诸如此类，学生会忽视实验操作与实验现象的因果关系。

仿真实验过于理想化。目前的大学物理仿真实验多是理想化的：标准的仪器，正确的方法，理想的环境，完美的结果，一切都是无误差的，即使有偏差也是人为设置。整个实验过程就是移动鼠标、敲击键盘。而只有亲自去操作真实的仪器，才能在实践中提高实验技能和能力。因此仿真实验在培养学生的实验技能和能力、创造发现的机会与环境方面有所欠缺，用仿真实验替代真实实验不合适。

3 对仿真实验的期待

综上所述，大学物理仿真实验虽然有着很多的优势，但并不能带来视觉、听觉、触觉和嗅觉全方位的真实感受。针对当前仿真实验的不足，我们除了选择合理的教学方法提高教学质量外，还应完善仿真实验系统。作为教师，我们对仿真实验有着以下的期待。

更好地虚拟实验的不确定性。目前部分仿真实验也能形成误差，但相对于真实实验中误差的随机性而言，仿真实验的误差机制过于单一。这就要建立在大量实际实验测量数据分析的基础上，找出随机误差的分布规律，并考虑到一定的实验系统误差因素，添加各种随机模拟测量程序代码组合，合理生成数据误差。

进一步提高实验细节的仿真性。例如惠斯通电桥实验，在实验中我们着重训练学生的接线故障排除技巧。还要注意螺丝固定、检查接触是否良好等基本实验规范。但在仿真实验中，学生连接线路只需拖动鼠标即可简单实现顺利接通，根本没有犯错的机会。所以我们认为，在仿真实验中是否可以随机设置出一定的干扰，制造出不合理的测量现象或结果，引导学生去分析解决问题。

是否能在仿真系统中建立一个仪器设备库。使得这些仪器设备能实现跨实验的完美组合，并且这里面的所有仪器能够高度模拟真实仪器的每一个功能和每一块细节。为开放性、探索性实验提供良好的平台和交互界面。鼓励学生选择和组织不同的仪器，自主设计创新实验项目和实验方法。

仿真物理实验室范文第3篇

一、提高了教师的教学效率

仿真实验室，它含有同步实验和仿真工具，对于电学的一些电路图，用鼠标拖动，机器就会正确地呈现出来，尤其是一些三维立体图和实验室中不能完成的实验，此软件可以很形象地把现象表现出来。教师可依据自身的教学经验，最大限度地发挥课件的资源优势，提高教学效果。

二、丰富了实验的内容

仿真实验室可提供超出课程标准的实验内容，可模拟实验室没有设备的实验。它为教师提供了丰富的教学内容，为学有余力的学生拓宽了思维空间，提供了从模拟走向创造的条件。这对于课前预习、充分搞清实验原理、实验过程、正确使用仪器设备、建立实验前的直观认识和课后复习及巩固所学的知识等都有极大的帮助。

三、提高了学生的学习兴趣

传统教学中教学方式手段比较单一，对于无法完成的实验，大多数教师仅用粉笔、黑板，靠一张嘴滔滔不绝地讲，时间长了学生听起来枯燥、乏味、注意力不集中，学习效率低下，结果很容易引起学生产生厌学情绪。虚拟软件充满高新技术的气息，能极大地调动学生的学习兴趣和求知欲。实验仿真生动、形象，降低了学习难度，提高了学习效率。

仿真实验室在实验教学中所发挥的作用是十分明显的，但虚拟的环境也有明显的不足。如，完全虚拟，没有实物，缺乏物理实验的氛围；实验过程理想化，对真实实验中的一些细节，特别是易出现的实验故障等问题缺乏模拟，不利于培养学生发现问题和解决问题的能力；数据采集具有统一性，不利于教师及时发现问题，学生的实际操作能力得不到锻炼。学生只是观看教师点了几下鼠标，而没有实际操作。这样做实验只是让学生知道实验的结果，缺乏师生间的情感交流，较难做到教。教学中不能盲目地用虚拟等手段去替代物理实验，因为实验比计算机模拟出来的更具有真实性和说服力。因此，可以实际操作的实验还是要实事求是地做，但对于一些难以实际演示的实验，为了加深学生对于知识的理解，适当利用仿真实验也无可厚非。

仿真物理实验室范文第4篇

关键词 虚拟仿真 大学物理实验 教学改革

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2017.01.055

Influence of Virtual Simulation Technology on the Teaching of

College Physics Experiment

GUO Xiaochun

（National Police University of China， Shenyang， Liaoning110854）

Abstract The college physics experiment course is a basic course for students of science and engineering ins universities， which is also a necessary link in the cultivation of students' practical ability and innovative ability. With the advancement of information technology education reform， virtual simulation technology and the traditional university physics experiment teaching mode integrate with each other to construct a new model of three-dimensional teaching， which will have a significant effect on teaching， as well as a profound influence on the college physics experiment teaching reform.

Keywords virtual simulation； college physics experiment； teaching reform

0 引言

大W物理实验课一般在一、二年级学生中开设，着力培养学生的理论分析能力、动手实践能力和创新能力，是学生系统接受实验方法和实验技能训练的开端，为学生之后的专业实验课打基础，因此作用和地位极其重要。然而在实验教学过程中，由于教学条件和一些客观原因的限制，实验教学效果并不理想，致使传统物理实验教学方式的弊端逐渐突显。教育信息化是高等学校促进教学改革和提升教学质量的重要举措，虚拟仿真技术为代表的教育信息化手段迅速发展，为大学物理实验教学开辟了一条新的路径。将虚拟仿真技术应用于物理实验教学，必将极大地改善教学效果、提高教学质量和教学效率。①

1 传统物理实验教学的现状及困难

1.1 实验教学模式单一

传统的物理实验教学方式，学生完成一个实验题目的学习任务都要经历实验预习、课上操作、数据处理、撰写报告这一流程。课前，教师要求学生认真预习并撰写预习报告。实验预习是整个实验环节的起点，也是重中之重。然而实际中，在课前预习时没有实验仪器作为参照，面对教材中抽象、枯燥的原理讲述，大部分学生出现了畏难情绪，直接体现就是实验预习敷衍了事，在预习报告中机械性地照搬照抄教材，充当“复印机”的角色，并没有去深刻地了解、探究实验的原理和过程，导致在实验的一开始就留有隐患。课上，教师讲解和演示实验的操作，学生只是复制教师的操作过程完成实验任务。这种传统的实验教学模式，使学生处于被动的地位，即使完成了实验也是不知其所以然，更别提对实验更深层次的思考、探索和创新了。课后，处理数据和撰写实验报告，学生更是敷衍了事，甚至相互抄袭，其数据处理的计算过程和结果经不起实践的检验。

1.2 学生消极对待物理实验

在教学中发现，学生对于基础课程的重视程度明显低于专业课程。一堂完整的实验课通常是3个学时，在这短暂的3个学时中，教师要讲解实验的操作并演示，学生要熟悉仪器和完成实验操作，学生很难再有时间去分析和独立思考，更谈不上去设计实验，这无疑使教学效果大打折扣。不少学生在实验课上就是走一个过场，实验课上并不认真听讲，实验中胡乱操作，得到的实验结论与理论值相差较大，甚至造成仪器损坏。在实际的教学中，我们也探索选择每个班级较为优秀的学生来充当教师的角色，先给这部分学生详细讲解实验的原理和操作，再由他们用课余时间给班级的其他学生讲解，学生之间相互交流沟通较为便利，这样的教学模式也取得了一定的效果，但是由于学生相互讲解时没有实验仪器作为参照，同样也很难调动学生们的积极性。

1.3 实验成绩评定难以把握

传统的实验教学，教师评定成绩的时候通常依照学生的实验预习、实验操作、数据处理的综合情况来考量，每部分各占一定的分值。但是在实际的执行过程中，由于学生人数多、师资力量有限、教师教学任务繁重等诸多原因，教师对学生实验成绩的判定主要凭借实验报告和学生表现，主观性强，并不能客观充分地反映出不同学生实验能力的差异。②

1.4 理论滞后实验

大学物理实验课与大学物理课程同步开设，但是上课时间受到实验室场地、实验仪器、实验教师安排、学生安排等多种因素的影响，时常会导致实验所涉及的理论知识学生在课前并未接触，而实验教师又不能利用有限的实验课时去深入讲解理论支撑。③

1.5 教学状态封闭

目前，部分学校的实验课都是由学校教务部门按照教学计划统一安排，受实验人员有限，实验仪器需要前期准备和后期维护等因素的影响，学生很难在课前预习实验和课程结束后进入实验室自主学习。

2 大学物理虚拟仿真实验的优势与不足

虚拟现实技术（Virtual Reality technology）④⑤是运用计算机仿真技术，在使用者眼前营造一个虚拟环境，并且可以真实反映操作对象的变化。

2.1 虚拟仿真实验教学是教育信息化的新模式

虚拟仿真实验教学，是信息时代高等教育变革的必然产物，为学生开展探究性学习、进行创新实践训练提供了先进手段和优质平台。⑥

物理虚拟仿真实验并不复杂，也不高深。就是把现有的实验原理、过程及相关仪器设备性能进行整合，形成文字、图像、音像资料挂在网上，供学生预习、学习、复习，使他们对实验总体情况有个客观把握。或对某个具体细节（包括具体操作步骤、现象）进行学习、理解，为实际操作打下一个良好基础。虚拟仿真实验可实现远程网络教学，⑦学生在任何一台计算机上通过互联网便可访问安装在学校服务器上的拟仿真实验系统，完成虚拟实验操作过程，不受时间和空间的影响。

2.2 虚拟仿真技术有助于转变单一的实验教学模式

将虚拟仿真技术与传统实验教学方式相融合，有利于转变现有的以教师为主导的单一实验教学模式。学生亲自动手用真实的仪器完成实验，是物理实验教学不可或缺的一个流程。然而，虚拟仿真实验在学生的实验预习环节大有作为。高校校园网的全覆盖已成为普遍现象，开放式的预习环境可以使学生在任何地方通过计算机在没有教师指导的情况下完成实验的虚拟仿真预习，完全不受时间和实验室开放的限制。实验的操作是计算机虚拟完成的，因此实验操作具有较强的重复性，无需考虑实验的消耗，也不会出现操作错误所导致的仪器损坏，同时减轻了实验教师批改预习报告的繁重工作量。虚拟仿真实验系统，能够让学生在课前对整个实验有一个全面充分的了解，能够丰富教学内容和教学手段，有助于提高课堂教学质量和效率，同时更能激发学生的学习兴趣和求知欲望。

2.3 虚拟仿真实验有助于客观评定学生的实验能力

虚拟仿真实验系统以互联网为平台，通过计算机辅助将仪器设备、实验内容、教师指导、学生操作、实验数据处理有机融为一体，打造成一本可操作的实验教科书。⑧虚拟仿真系统中的实验仪器以模块化构成，可进行任意选择和自由组合，可以达到用不同的操作方法完成同一实验任务的目的。系统中随机产生待测物理量，可以对实验误差进行模拟，也可适应同时进行实验操作的不同学生和同一学生的不同次操作。在实验过程中，计算机会自动记录学生的操作过程和数据内容，并对此进行评判，有助于客观评定学生的综合实验能力。同时，还可以借助实验报告自动评判系统定制实验报告模板，对学生完成的实验数据处理进行计算机自动评判，更加客观、公正。

2.4 虚拟仿真实验存在的不足

目前，市面上的虚拟仿真实验系统主要是针对部分高校所使用的物理实验仪器研制的。然而，物理实验仪器生产厂家众多，不同厂家生产的仪器在面板结构、操作方法上都是有区别的，每所高校选用的实验仪器也是不同的。因此，购买的虚拟仿真实验系统肯定不会与本校的每一个实验项目的实验仪器都匹配，导致教师和学生在使用过程中达不到预期的理想教学效果，如果专门定制适合本校的系统则会大大增加投入。

3 结论

根据大学物理实验课程特点和教学需求，构建真实实验与虚拟仿真实验相结合的实验教学体系，充分发挥真实实验与虚拟仿真实验的各自优势，实现虚实结合、相互补充，重点培养学生的掌握知识能力、动手操作能力、独立思考能力、综合设计能力、创新思维能力，将素质能力培养贯穿于实验教学的全过程，势必会在大学物理实验教学改革中取得显著效果，进一步推动高等学校教学信息化向前发展。

基金项目：辽宁省社会科学规划基金项目（L14CGL042）

注释

① 郭文阁.仿真实验在大学物理实验教学应用探讨[J].大学物理实验，2015.28（3）：124-127.

② 张林.虚拟仿真技术对大学物理实验教学影响的探究[J].大学物理实验，2015.28（1）：116-118.

③ 王艳华.虚拟仿真实验――大学物理实验教学多元化的平台[J].课程教育研究，2015：188-189.

④ 杨宏伟.虚拟仿真技术在物理实验中的应用[J].实验室研究与探索，2005.24（9）：38-39.

⑤ 谭守标.计算机虚拟技术在大学物理仿真实验教学系统中的应用[J].中国科学技术大学学报，2005.35（3）：429-433.

⑥ 王卫国.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索，2015.34（5）：214-219.

仿真物理实验室范文第5篇

在我国振兴物流业发展的大背景下，如何培养适应现代物流业需求的人才是发展物流业的重要内容。以往的教学，我们更加注重理论知识的传授，旨在培养学拥有良好的认知能力，实践教学的开展多以授予学生技能为主，管理专业的实践课程更容易流于形式。现代物流管理人才除了要具备物流管理的基础知识，还要通晓企业运作的管理方法，如人力、财务、法律法规等相关知识做支撑，同时需要一定的信息技术知识与操纵技能。培养学生具备出色的实践能力是物流管理专业教学过程中的主要目标。

2实践能力的组成结构

实践能力是能力的一种，是个体通过形成实践观念、顺利完成某活动来解决实际问题所必需的心理和生理特征的总和。实践能力的形成需要个体具备一定的知识，即一定的认识能力，从而发现问题，并对问题进行分析;同时需要一定技能，来协调身体完成实践活动。［1］［2］由此可见，实践能力的培养需要个体掌握一定理论知识与操作技能［3］。对于实际问题而进行的知识和技能的广泛应用和迁移，分析形成问题的驱动因素，发现问题对象之间的内在联系，在认知逻辑中表达出来，并给出解决问题的策略，或将问题解决，这些活动则是实践能力的具体体现。能力的构成要素庞杂、抽象，专业课程的教学不可能对所有能力要素实现发展。国外学者提出关键能力的概念。本文认为物流管理岗位从业人员也应该需具备相应的关键能力，即物流管理从业人员所应具备的能力，并具有迁移特性，不会因物流管理岗位的变换而消失，最终会融合发展成为物流管理从业人员的基本素质。［1］根据物流管理职业的基本要求，结合仿真课程的特点，这里确定该门课程实践能力培养的关键要素:物流系统的运作能力、信息能力、数学应用能力、资源统筹能力、团队协作能力。这样形成了以物流专业知识和操作技能为基础，关键能力为主要内容的实践能力的基本结构。从而为本门课程的教学培养工作指明了方向。

3以flexsim为例的仿真软件课程设计

这里以Flexsim仿真软件为例，探讨如何设计基于能力的仿真软件课程。

3.1专业知识和技能的培养

根据实践能力的构成要素，专业知识和仿真软件操作技能的教授是这门课的基础内容。那么，在课程学时分配上，要有一定的理论课时是必要的，让学生对系统仿真有一个基本的认知，包括flexsim软件的基本概念。

3.2关键能力的培养

Flexsim的使用要在计算机实验室完成，因此实验性课程占主要学时。

3.2.1教学形式以案例式教学为主要内容，引入企业项目管理的方法，将学生分成若干项目小组，并要求项目小组内部建立完整的项目组织，并要求学生将分工情况反馈给老师。这种形式摒弃了传统软件实验课程中，学生单纯的模仿教学内容。在提高学习效率的同时，提高了学生学习的主动性，同时有助于对学生团队合作能力的培养。

3.2.2实验设计从教学的角度考虑，实验分为三大类:基础型实验、综合性实验、设计性实验。三种实验逐级展开，由浅入深的提高学生的应用flexsim仿真的能力。①基础型实验设计这种类型实验主要帮助学生掌握flexsim的使用方法，加强认知与操作的能力。如案例1的设计:案例1:一个处理设备在处理完每个产品后，需要等待20秒，才能继续处理后面的产品，使用closeinput和senddelayedmessage函数实现此功能，并建立该模型。问题:如果此处理器工作台最多可以同时实现处理两个产品，每次处理完一批产品后需要等待，如何实现?这样的实验案例可以让学生加深对消息触发及命令的认识，提高应用能力。②设计型实验设计型实验采取创造性项目的特点来设计实验内容。通过设计好的实验环境，给定问题需求，让学生以项目小组的形式给出合理的解决方案。如案例2的设计:可以利用experiment工具案例2:一个工作车间有5个工作站，工作站之间有转运区，要求人员从工作站搬运产品到转运区，并操作机台加工产品，人员数量1－8，工作站加工时间对数正态分布(0，10.5，1)。请给出最佳人员数量。利用experiment工具设计仿真实验变量及仿真时间，并根据统计结果，选择合理的人员应用方案。这类实验旨在锻炼学生的物流系统运作能力，根据给定的题目环境，利用相关工具监测系统的运行状态，设计实验进行过程，并最终给出优化的方案。③综合性实验项目的任务类型可分为确定性项目和创造性项目，确定性项目是指项目的工作目的和方法明确，且提前给出明确的任务结果。［3］这里将综合性实验定义为类似于确定性项目的形式的，明确任务的实验。综合性确定任务实验要求学生在既定任务目标下综合应用flexsim实体、命令、函数等，以及物流管理及物流操作等知识完成实验任务。这类实验可以帮助学生提高信息能力，在充分获取实验内容的信息基础上，应用数学知识，建立函数模型，并建立仿真模型。如案例3的设计:案例3:请根据如下材料及示意图，建立配送中心的仿真模型［4］。图1配送中心平面布局图学生首先根据给出的数据，利用flexsim的Optquest统计工具，拟合出入库的时间间隔函数，并根据出入库数据，计算配送中心各个区域所需面积，及需要的设备数量及规格，将所需的实体拖入到模型视图内;然后，设计配送中心的业务流程，包括入库、检验、存储、包装、分拣等，并根据流程连接相应实体;最后，根据物流作业活动的需要合理设置实体的属性以及应用的策略。模型建好后，可以统计入库暂存区、叉车等搬运设备等的指标来衡量比较模型的中的不合理环节与配置，最终优化模型，给出完整的设计方案。