初中物理替代法篇1
方法一、等效替代法：
等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律时，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。在探究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板替代了平面镜，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点。
比如在学习伏安法测电阻之后，要求学生设计一个实验，在上述实验中缺少电压表或电流表，其它器材不变，另有电阻箱供选用，要求测出未知电阻，应该怎么办？学生就可以用等效替代的思想进行设计了。
例：现有两节电池，三个开关，若干导线，还有电流表、滑动变阻器、电阻箱各一个，请用以上器材设计一个实验方案测出未知电阻Rx的值（电阻箱的最大阻值大于Rx）。
解析：（1）按图1连接好实物电路，将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大值。
图一图二
（2）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R1的电阻，使电流表的示数为某一合适的数值并记为i0。
（3）断开开关S2，闭合开关S3并调节电阻箱R2的阻值，使电流表的数值仍为i0，则Rx的阻值就等于此时电阻箱R2的阻值。
点评：这里用电阻箱R2（已知阻值电阻）等效替代了待测电阻Rx，电路中的电流仍为i0，所以Rx=R2。测量方法突破常规思维，非常独特、新颖。
若在此实验中，将电流表改为电压表，其他器材不变，试用上述等效替代法测出未知电阻Rx的阻值。测量方法和操作步骤与上题大同小异，它的电路图如图2所示，只需调节R2知道两次电压表读数相同，此时R2的读数九等于Rx的阻值。
方法二、控制变量法：
所谓控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、研究该物理量与该因素之间的关系，得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。这种方法在整个初中物理实验中的应用比较普遍。
在初中物理中，探究影响液体的蒸发快慢的因素、影响滑动摩擦力大小、影响导体电阻大小的因素、电流跟电压电阻的关系、影响电热功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素的因素、决定压力作用效果的因素等实验，都运用了控制变量法。
例：（10·镇江）小凡同学在4块相同的玻璃板上各滴一滴质量相同的水，进行如图所示的实验探究，得出水蒸发快慢与水的温度、水的表面积和水面上方空气流动快慢有关。
（1）通过a、B两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的有关。
（2）通过两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的温度有关。
（3）小凡同学猜想水蒸发快慢还可能与水的质量有关，于是继续进行了如下探究：在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水（如图4）.结果发现甲图中水先蒸发完，于是他得出结论：水蒸发快慢与水的质量有关，水的质量越小蒸发越快。从实验设计环节看，他没有控制水的（选填“质量”或“表面积”）相同；从得出结论环节看，“根据谁先蒸发完，判断谁蒸发快”是否正确？（选填“正确”或“不正确”），理由是。
初中物理替代法篇2
以前,慢性荨麻疹患者除了使用激素类药膏以外,还会口服第一代抗组胺药物进行治疗,在用药无效时,还会同时服用2种或2种以上的第一代抗组胺药物。但这种疗法往往会导致较重的不良反应。近年来临床医生们发现,和第一代抗组胺药物相比,第二代抗组胺药和一些非抗组胺类药物(如H2受体拮抗剂等)治疗慢性荨麻疹的效果更好。尤其在将两种或两种以上的上述药物联合起来使用时,治疗慢性荨麻疹的效果更加明显,而且用药的安全性也较高。下面笔者就介绍3种临床上常用于治疗慢性荨麻疹的联合用药方法:
1.同时使用两种药物进行治疗
为了取得理想的疗效,慢性荨麻疹患者的病情一经确诊即可同时使用两种药物进行治疗。这两种药物中,其中一种是第二代抗组胺药,另一种是H2受体拮抗剂,具体的可以是“西替利嗪+西咪替丁”,或是“西替利嗪+雷尼替丁”,或是“酮替芬+法莫替丁”等。其用法为:在每晚睡前服用两种药物各1次,连续用药4~6周为一个疗程。
2.同时使用3种药物进行治疗
初治失败或初治愈后病情复发的慢性荨麻疹患者可以同时使用3种药物进行治疗。这三种药物中,其中一种是第二代抗组胺药,一种是H2受体拮抗剂,另一种是能改善血管通透性、增强毛细血管抵抗力的药物。具体可以是“地氯雷他定+法莫替丁+肾上腺色腙片”,或是“咪唑斯汀+雷尼替丁+卡介菌多糖核酸”,或是“西替利嗪+赛庚啶+卡介菌多糖核酸”等。在同时使用3种药物进行治疗时,慢性荨麻疹患者可采取药量逐步递减的方法:①在进行治疗的前10天中,可在每晚睡前服用3种药物各1次。②在用药10天后,可每隔一天服用3种药物各1次。③在用药一个月后,可每隔3天服用3种药物各1次。④在用药两个月后,可每隔5天服用3种药物各1次。一般来说,连续使用3种药物治疗3个月即可取得较好的疗效。
3.同时使用4种药物进行治疗
初中物理替代法篇3
关键词：初中；物理；实验
初中物理是一门重要的自然学科，它要求学生具有较强的观察力，以便学生在实验时能够快速领悟实验要领，验证物理规律。但是很多物理教师在教学时忽略了实验教学这一重要环节，把教材中设置实验的部分也是通过课堂讲解的方式灌输给学生，从而导致学生对实验内容不理解，物理成绩不理想。因此，教师应根据大纲要求，积极指导学生实验，促进学生掌握知识并熟练运用。
一、优化教法，激发学习兴趣
初中物理教材中安排的实验很多都是“验证性”的，很少出现“探究性”的实验，这就使得学生在实验时觉得单调、乏味。因此教师在优化教学方法的时候不妨增添一些与学生日常生活息息相关的探究性实验。例如：在教学《三态变化》这一节时，我先问学生：“同学们回想一下拉开冰箱门的瞬间有没有水汽冒出来？吃冰糕时会不会看到有水汽呢？”学生顿时觉得很好玩，异口同声地回答：“有！”课堂气氛立刻变得很热烈，学生们的学习兴趣也变得很浓厚。教师还可以经常在班级里举办一些制作竞技比赛。例如，在学完电路那部分内容之后，我用干电池、导线、单刀双掷开关还有灯座及灯泡组成了一个稍微复杂的电路，然后请几名同学比赛看谁最先把灯泡点亮。通过开展这种竞技活动可以激发学生的学习兴趣，使学生感受到物理实验的趣味性，从而大大提高教学效果。
二、多媒体辅助实验教学，增强演示效果
演示实验，顾名思义，就是教师利用一些实验器材向学生示范实验流程，是初中物理实验教学的主要方式，对激发学生学习兴趣、拓展学生思维，有重要的意义。但是有些实验变化很细微、迅速，或者受条件限制，实验没办法演示。针对这一情况，教师可以利用多媒体技术来增强演示实验的效果，让学生更好地观察实验。例如：在教学物态变化时，因水循环的实验过于烦琐，在课堂上演示势必会花费很多教学时间，于是在教学时我用电脑模拟了一段水循环的小短片，通过多媒体投影给学生观看，让学生能够看清三态的变化。学生感觉很惊讶，纷纷表示：“原来天上的云也和水有关啊！”还有的说：“水是自然界最宝贵的资源，我们都离不开水，所以我们要珍惜水资源！”通过多媒体技术来演示物理实验可以有效地增强演示效果，让学生对实验现象一目了然，对自然界中的云、雨、霜的形成有了深刻的认识，同时还让学生树立了保护水资源的意识，大大提高了教学效果。
三、指导学生总结实验心得，使知识系统化
初中的物理实验都是配合教材内容而设置的，其主要目的是为了让学生加深对某一知识点的理解和认识。为让学生理解并掌握物理实验基本思想，培养学生动手实验的能力，教师应积极帮助学生归纳、总结实验思想，让学生日后可以更好地学习物理知识。例如，在如何减少实验误差的教学中，我给学生总结了几种常用的减少误差的方法，如“替代法”“修正法”等。然后我问学生：“我们之前在做什么实验时就曾使用过替代法来消除实验设备不准确造成的误差的？”学生立刻就想到了伏安法测电阻的实验。那个实验的误差主要是由实验原理不完善以及实验设备不准确造成的，使用替代法可以将这两方面的误差都消除掉。然后我让学生回忆一下替代实验的步骤是什么，学生想了一会，画出电路图，并能够准确地说出用电阻箱替代电阻Rx以及怎样调节电阻箱，这充分说明学生在我的引导下把知识串联了起来，学会了总结相关知识点。引导学生总结归纳，可以让学生将知识系统化，以便学生日后更好地学习。
此外，实验教学的目的是培养学生实验的能力。学生的实验能力并不是教师口头传授或者是反复观察演示实验就能提高的，而是要在教师的指导下，学生自己动手操作、反复实践、勤加练习。因此，初中物理教师在进行实验教学时一定要加强对学生的技能训练，让学生具有一定的实验能力。
初中物理替代法篇4
一、坚守生本本位
在教学中，坚守生本本位，教师要有意识地创设教学情境，激发学生的探究热情，让学生在探究活动中学习知识，在探究活动中研究方法.教师要根据学生的认知过程，设计合理的教学方案和教学计划.如，在研究平面镜成像规律实验中，我们不要急于让学生一下子就算出成像的大小，要先让学生知道，像和原物的大小关系，然后逐步引向深入.要启发学生：有些演员不能独立完成的高难度动作，经常请替身完成.通过这类例子类比：用另一个相同的蜡烛做特技替身，来代替镜子的蜡烛，去与它的像进行比较，这样很符合学生的认知特点，又能很好地解决文本中想要说明的“像和物的大小关系”问题.
创设情景、引导学生选择研究方法.这有利于培养学生的能力，给学生更多探索的机会.如果教师能有效挖掘教材，不仅可以成功地完成物理知识教学任务，更有利于学生掌握物理研究方法和创新能力的培养.例如，在研究“滑动摩擦力与什么因素有关”我们时，让学生思考：什么例子可以证明，产生滑动摩擦的相关因素呢？在学生探究的基础上，学生和教师总结猜想：滑动摩擦力的大小和接触表面粗糙程度、压力、接触面积、物体的速度等有关.接着质疑：用什么方法来确认你的“猜想”是正确的.如果滑动摩擦力的大小改变时，你如何确定其影响的因素呢？――控制变量法将是一个重要的技能.学生在选择适当的研究方法后在下面的学习和探究，就可以顺利进行了.
二、深入启发，突破难点
在物理课堂教学中，启发式教学遇到的一个最大障碍是学生“启而不发”.在这里，最直接的原因还要从教师这里找，因为很多时候是我们的要求和教学内容与学生的实际没有完全接轨.因此，做好启发式教学的关键是联系学生的实际，坚持发展学生的最近发展区.学生只有估计他能够接近目标，才会试着去努力，标准太高了，他不可能去尝试.标准太低，当然也不可能使学生进入积极的精神状态.没有积极的精神状态，突破难点就勉为其难.如，单摆问题的难点突破.有一位有经验的教师是这样做的：在讲完单摆以后，提出了如下问题请学生想一想“当单摆摆角不大时，什么力使单摆做简谐振动呢？”一个学生说，“是张力的力量”，一个学生说是“重力的分力”，各抒己见.然后另外一个学生说：“他们两位只是说法不同，本质是一样的.第一个学生是从合成角度分析的，第二个学生是从分解角度分析的，合成与分解是方法问题，实质是一样的.”接着教师又问：“二者实质既然相同，合成和分解的分力就都应该具有简谐力（简称为回复力）的特征，是吗？”这样的启发使课堂上的形势发生了变化，许多学生通过分析而支持“是重力分力”的正确观点，深入的启发，充分调动学生的积极性.
在初中物理教学中，教师应引导学生不断思考，要以学生为主体，充分调动学生学习的主动性、积极性.在教师的指导和启发下，组织学生积极开展讨论，使学生对物理问题进行思考、讨论、分析和研究，最后得出正确的结论.讨论主要内容应该是物理学中的重要概念、规律、现象和公式及学生在学习过程中经常遇到的一些问题，学生学习这些概念、规律和公式相对来说还是有困难的，容易模糊.如“运动和力的关系”、“波的概念”、“浮力”的概念等.
三、方法举隅，重在变通
1.等效替代法
“曹冲称象”中用石子等效替换大象，就是等效替代法.等效替代法是一种抓住两个看起来不同的物理过程，找到同样效果的方法.如：在电路中，若干个电阻，相当于一个适当的阻力，反之亦然.如串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都利用了等效的思想.
2.实验推理法
在初中物理教学中，有一些物理现象，用实验可以直接验证，而有的却需要我们通过实验，提出了合理的推理得出正确的结论，这就是实验推理法.
如，牛顿第一定律实验.同一物体，从同一斜面同一高度释放，它在光滑平面运动和粗糙的平面上运动，滑出去的距离明显是不一样的.于是我们推断，如果这个物体在绝对光滑平面上运动，那么这个物体将永远是匀速直线运动.再如，在做真空不能传递声音的实验时，当我们发现空气越少，声音就越小时，我们推断，真空不能传声的.
3.建立模型法
为了方便的研究物理问题，在初中物理教学中常常采用建立模型的方法，建立模型方便于探讨事物的本身，建立模型是对研究对象所作的一种简化描述.物理学的发展过程可以说是一个不断建立物理模型的过程，是一个用新的物理模型来取代旧的或不完善的物理模型的过程.
如，研究肉眼难以观察到的原子结构时，我们光靠语言的描述，是很困难的，怎么办？――建立核结构模型.再如：力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型.电路图是一个真正的电路模型.
4.类比法
初中物理替代法篇5
关键词：初中科学；课程资源；实验课；日常生活用品；利用
日常生活用品来源于学生生活，且易取、易得，是对学校实验室资源的补充。日常生活用品开发成为实验课程资源，能把学生的学习视点从书本逐渐引向生活，引向更广阔的自然时空，使学生对科学现象获得具体生动的感性认识，加深对概念和规律的理解，使学生深刻地感受到科学知识就存在于生活之中。
一、利用日常生活用品直接替代实验用品
如果没有合适的课程资源，可以由那些特征和性能近似的其他资源代替，课程资源具有替代性。中学科学实验创造技法中的替代法是通过对原型的观察研究，洞悉其材料结构、工艺造型、功能原理等，在原型的引发下进行创新的一种技法。替代法不是消极的顶替和被动的替换，而是主动、积极地创造。利用替代品做实验能打破常规实验的条条框框，启发求异思维，培养学生的创新能力。
利用日常生活用品可直接替代的实验仪器：白色厚薄均匀的瓷汤匙可作代蒸发皿，用于一般固体的加热，少量溶液的加热、蒸干等；口大、口边光整、无色、大小适宜的药瓶、罐头瓶等，都可作集气瓶；用塑料吸管或水性笔芯代替导管；用泡沫塑料代试管架；包装药片的塑料凹槽可作井穴板；光亮的纽扣、灯泡、表蒙子、罐头盒等，根据上述物体表面是凹或凸的可以成为凸面镜或凹面镜；老花镜代替凸透镜等。
利用日常生活用品可直接替代的实验药品：废旧干电池外壳剥下洗净替代锌，废旧干电池中剥取的石墨棒替代石墨；破铝锅、铝壶、青霉素等瓶口剥取铝片；精装香烟的铝箔代替铝箔；铝质废电线中剥取铝丝；铜质废电线中剥取铜丝；大理石可替代碳酸钙；食用小苏打可替代碳酸氢钠；厨房用精盐可替代氯化钠；厨房用醋可替代醋酸；豆油、菜油、猪油可替代油脂。
二、利用日常生活用品自制实验用品
学校实验室应提供一些常用工具盒，为师生利用身边的物品，廉价的材料自制教具，进行科学实验提供便利。有些制作精巧的自制教具和创意新颖的实验器具不是登不了大雅之堂，而是可以作为学校的常规仪器保留下来。它们不仅有助于科学实验教学，而且可以激发广大师生的创造热情，培养学生的动手能力，给学生以亲切感和成就感。正如麦克斯韦所说：“演示实验的教育价值常常是与仪器的性能成反比，学生用自己自制的仪器，即使在用的过程中总是出错，却常常比用细心调整的仪器易于学到更多的东西。”诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授也曾说过：“自制的仪器永远比买来的好。”有些药品也可以利用一些身边易得的原材料自制。尽管不是很纯净，但用于一般实验还是可以的。
可利用日常生活用品自制的实验仪器：利用墨水瓶（代灯座）、汽水瓶盖（固定灯芯）、塑料瓶盖（代灯罩）、废铁皮（代防风罩），可做成很实用的酒精灯；取下废灯泡上的金属套（可在酒精灯上转动着烧一会儿），再小心取出灯泡中的玻璃柱。金属套内外涂一层漆，干后配上皮塞和导气管，把金属套用油灰黏合在玻璃泡上，即可做成代烧瓶；用眼药水软塑料管或其他类似的软管，在管口上套上一支拉尖的细玻璃管，就是一支非常实用的滴管；用大小适宜的圆玻璃瓶，截取上面部分，可以做成漏斗；用油灰或熔蜡把大号废旧注射器的顶端的小孔堵住，配上水泥座或厚木座，就成了一个很实用的小量筒；用普通食品塑料袋制储气袋，储用都很方便；简单的木质天平可以自制：用木条作横梁，用一段废锯条磨成刀口作支点，在横梁上等臂两端各挂一个塑料盘子作托盘。砝码可用硬币（三个一分硬币作2克砝码，三个五分硬币作5克砝码，误差不大）、空药瓶（盛上相当的沙砾，可当10克、20克、50克的砝码）和砖头（切成所需的重量，例如100克、200克、500克、1000克）来代用。如自制简易显微镜的材料完全可以废物利用，可以选用圆形花镜片两个、马粪纸1张（鞋盒即可）、三合板或薄木板1块，小镜片1个，铁丝和圆钉若干，乳胶和小木条。
可利用日常生活用品自制的实验药品：用稻草等烧制少量即得草灰；用柳树枝自己烧制，研细即为炭粉：取蛋壳数个洗净、晾干、捣碎，可制得碳酸钙：用铜丝在水焰上燃烧，表面可生成氧化铜；一些花草、果实及蔬菜如卷紫心菜、紫萝卜、红萝卜、紫罗兰花等均含有育翅酸碱指示剂作用的色素，可以用这些植物来自制酸碱指示剂。
近年科学实验改革正在向着贴近生活的方向进行，从生活性、实用性和符合年龄特点的角度来考虑设计实验是很有必要的。要善于从熟悉的环境和事例中发掘实验课程资源，丰富教材内容，拓展学生的视野，激发学生的学习兴趣和欲望，加深对周围事物本质的认识和理解，养成“学以致用”的习惯。
参考文献：
［1］蔡铁权，姜旭英.浙江省综合科学课程改革二十年［J］.全球教育展望，2008（9）：65-70.
初中物理替代法篇6
一、控制变量法
控制变量法――就是把多因素影响某一物理量的问题，通过控制其他因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的研究方法。这种方法在实验数据的表格上反映为：某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的物理量与某一因素是否有关，只让该因素不同，而其他因素都相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法，教材中涉及这种方法的内容较多。例如，根据生活经验分析影响蒸发快慢的几个因素；实验研究电流与电压、电阻的关系等。在教材中还有：（1）探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关。（2）研究液体内部压强的规律。（3）探究压力作用效果与哪些因素有关。（4）研究通电导体在磁场中受力与哪些因素有关。（5）研究电流做功多少与哪些因素有关。
二、转换法
从效果相当的角度，借助于力、热、光、电、机械等方法之间的转换，对一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，转换成看得见、摸得着、便于研究的现象或问题，实现可观察、易观察或观察效果明显的目的。这种研究方法叫做转换法。例如，微小压强计是把压强的变化转换为连通器中两边液面高度差的变化；电流表测电流、电压表测电压以及盒式气压计等，都是把电学量、力学量转换为指针的偏转来进行观察的。
三、等效替代法
等效是指不同的物理现象、模型、条件或过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的，它们之间可以相互替代，而效果、结论不变。这种研究方法主要是针对一些较为复杂的问题，用一个化繁为简的替代思路，使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易，得到解决。例如，曹冲称象的方法，把不可分割的大象，用可以加减变化的石块来替代，大象重就等于等效时（同船同水印）船中石块总重；托里拆利实验的原理是：大气压强等于它支持的水银柱的压强，计算出水银柱的压强就知道了当时的大气压强。用等效替代法使托里拆利成为最早测出大气压强的科学家。这种方法在教材中还有一些：（1）平面镜成像实验。（2）引入“合力”概念的实验。（3）“捞铁牛”的故事中，铁牛替代船中扔出的部分沙子。（4）推导串、并联电路中等效电阻。（5）做功与热传递在改变内能上是等效的。
四、类比法
类比就是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推理它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在建立概念时常用这种方法。例如，用水流类比电流、水压类比电压。这种方法教材中还有：（1）以运动快慢（速度）类比做功快慢（功率）。（2）用水波类比电磁波。（3）液体压强类比大气压强。（4）用水流做功类比电流做功。
五、理想模型法
通过建立模型来揭示事物本质或主要特征的研究方法。把研究对象具有的特征理想化，突出研究对象主要特征或某些方面特征，忽略其他方面特征或次要特征。目的在于集中研究对象某些方面本质特征或运动规律。例如，光线、力的图示、电路图、手摇发电机、分析浮力产生的原因、牛顿第一定律实验条件等。
六、比较法
通过对实验条件、过程、现象、结论等进行观察、对比、分析，找出研究对象的相同点和不同点，是初中物理的常用方法，凡是观察或实验，都要用比较法。例如，研究物体浮沉条件时，用重力相同的铅盒与铅团作比较；研究物体吸热本领时，用形状相同的黑白物体作比较。
初中物理替代法篇7
关键词:信息安全;密码学;混沌加密;数字图像;多混沌系统
中图分类号:tp311文献标识码:a文章编号:1009-3044(2009)36-10238-02
ResearchonDigitalimageencryptionalgorithmBasedonmulti-Chaos
LUJing1,2,JianGLi3
(1.SchoolofComputerScienceandtechnology,nanjingUniversityofScienceandtechnology,nanjing210094,China;2.Lianyungangteacher'sCollege,Lianyungang222006,China;3.theDepartmentofComputerScienceandinformationengineering,Shanghaiinstituteoftechnology,Shanghai200235,China)
abstract:Basedonthecryptologytheory,wecarryoutanin-depthresearchonthechaoticencryptiontechnology.adigitalimageencryptionalgorithmbasedonmultistagechaoticisproposed.accordingtothecharactersofdigitalimage,differentchaoticmodelsareusedtogeneratediffusionandconfusionmatrixes.andthen,digitalimageisencryptedwiththesematrixes.
Keywords:informationsecurity;cryptology;chaoticencryption;digitalimage;multi-chaos
随着计算机硬件的发展,计算机的运算速度不断提高,对很多加密算法的抗破译能力提出了挑战。经研究证明原有的一些加密方法在现有技术条件下己经不具备足够的安全性[1],因此继续研究加密技术和设计新型有效的加密算法已经成为迫切的需要。一些新兴的密码技术如量子密码技术、混沌密码技术、基于生物特征的识别理论与技术相继出现[2],这其中混沌现象以其独特的动力学特征在现代密码技术被广泛应用。
1混沌图像加密算法设计
目前常用的一维混沌系统有Logistic系统、Rossler系统.、tent系统、lorenz系统等。在对一维混沌加密系统进行简单的变换加密后,会转化为一种平凡混沌加密系统,难以保障其安全性[3-5]。
针对这种情况,本文提出一种基于多混沌的数字图像加密算法,其基本思想是利用三个不同的混沌模型,在加密算法中实现不同的功能。第一个混沌模型经过多次迭代,产生置换矩阵,对原始图像作置乱变换;第二个模型则决定各像素被修改的次序;第三个混沌模型迭代产生密钥流,依照第二个模型决定的修改次序,对置换后图像中各像素的值进行修改。
1.1算法中用到的混沌模型
首先介绍算法中使用的三个混沌映射模型[6]。
1)第一个混沌映射模型
该模型选用了混合光学双稳模型,其迭代方程为:
Xn+1=aSin2(Xn-B)(1)
当a=6,B=3时,已知该模型处于混沌状态。本论文的加密算法中,该模型用来产生置换矩阵,以便对输入的明文进行初始置换。
2)第二个混沌映射模型
该模型选用了分段线性混沌映射:
(2)
当0
3)第三个混沌映射模型
该混沌映射模型采用了目前应用最为广泛的Logistic映射:
Xn+1=μXn(1-Xn)(3)
该映射在3.5699456
1.2图像像素位置置乱算法
考虑一幅大小为m×n,具有S级灰度的图像,设(i,j)为像素p所处的坐标,(i',j')为经过置乱后,像素p所处的坐标。其中1≤i≤m,1≤j≤n;1≤i'≤m,1≤j'≤n。图像像素位置置乱算法即要求设计映射f,使得:
映射f同时应该满足以下条件:?坌(i1,j1),(i2,j2),若(i1,j1)≠(i2,j2),则(i1',j1')≠(i2',j2')。其中(i1,j1)=(i2,j2)表示i1=i2并且j1=j2。这个条件表明,图像像素置乱算法应该是一一映射的。本文利用混沌模型1,迭代产生图像置乱算法。
1.3图像像素值替代算法
对一幅大小为m×n,具有S级灰度的图像,设rij为经过置乱后坐标(i,j)处的像素值,其中1≤i≤m,1≤j≤n。r'ij为执行完替代操作后,坐标(i,j)处的图像像素值。图像像素值替代算法即要求设计映射t,使得:
本文利用混沌模型2和3,迭代产生图像像素值替代算法。替代算法分为两步,首先利用混沌模型2产生图像像素的替代次序矩阵;然后利用混沌模型3生产密钥流,按照替代次序矩阵对图像的每一个像素加密。
2多级混沌图形加密算法的实现
2.1加密算法的密钥设计
本文提出的加密算法综合使用了上述3种混沌模型,每一种混沌模型的初始值和参数(共7个)都可以作为密钥。但是为了保证算法中采用的映射模型处于混沌状态,定义混合光学双稳模型中的参数a=6,B=3,定义Logistic映射中的参数μ=4,剩余的4个值作为算法的初始密钥,由用户输入。所以初始密钥K是一个4元组,包含4个子密钥:
K=(X,p,Y,Z)。
其中:
X:模型(4-1)的初值,要求0
p:模型(4-2)的参数,要求0
Y:模型(4-2)的初值,要求0
Z:模型(4-3)的初值,要求0
2.2加密算法的实现步骤
多级混沌加密算法的实现步骤描述如下:
1)输入密钥K(X,p,Y,Z)。
2)打开待加密的图形。
3)根据像像素位置置乱算法f,对图像进行置乱处理。
4)根据图像像素值替代算法t,对图像像素值进行替换操作。
5)输出加密后的图形。
2.3加密算法的原理图
总体上讲,上述加密算法由三个操作完成,分别是:扩展、置换和异或。其中扩展是将16位初始明文扩展为32位信息。置换是将扩展后的32位信息根据置换矩阵p进行置换,以达到“混乱”的目的;其中用到的置换矩阵由混沌模型(1)生成。异或是将置换后的结果与密钥流Keyi(i=1,2,3,……)进行异或操作,生成最终的密文;其中密钥流是通过混沌模型(2)和(3)的联合作用产生的。
初始密钥K包含4个子密钥X,p,Y,Z,分别对应3个混沌模型的初始值与参数,加密时由用户输入。
算法的原理如图1所示。
2.4算法的实现细节讨论
该多级混沌加密算法用C++语言设计,对算法的具体实现作如下讨论:
2.4.1算法中,对3个混沌模型的迭代分别得到不同的混沌序列
为了获得更好的伪随机性,可以舍弃初始若干次迭代所得的值,而选取第k次以后的迭代值。在本算法具体实现时,取k的值为20,即舍弃初始20次迭代的值,选取从第21次开始的迭代结果保存并使用。
2.4.2图像像素值替代算法t中第5步,对密钥和置乱后的图形像素值进行了异或操作
对于具有S级灰度的图像,置乱后的图形像素值是S位的二进制代码。为了使混沌系统产生的实数密钥能够和S位像素值进行异或操作,以二进制代码的形式读取密钥矩阵,并取其低S位进行异或操作。实验中,S取值为8或者16。
2.5解密过程
在解密过程中,密钥X,p,Y,Z与加密时的密钥完全一致。密钥X仍然用于生成置换矩阵,密钥p,Y,Z分别是另外2个混沌模型的初始值和参数,经过混沌迭代后,产生替换次序矩阵和密钥矩阵,用于解密。密文图形经过与密钥矩阵的异或,再进行反向置换操作,可以正确地恢复成明文图形。
3结论
本文提出一种基于多混沌的数字图像加密算法,利用三个不同的混沌模型对数字图像进行多次置换、置乱,实现对数字图像的加密。该加密算法具有实现简单、加密速度快、安全性较高的特点。同时本算法是对称加密算法,解密时根据初始密钥进行加密过程的逆操作,就能够实现正确的解密,恢复原始信息。
参考文献:
[1]杨波.现代密码学[m].北京:清华大学出版社,2003.
[2]龙冬阳.应用编码与计算机密码学[m].北京:清华大学出版社,2005.
[3]高俊山.徐松源.基于混沌理论的加密过程的研究[J].自动化技术与应用,2001,(6):13-16.
[4]Yangt,YangLB,YangCm.Breakingchaoticswitchingusinggeneralizedsynchronizationexamples[J].ieeetrans.CircuitsSyst.i,1998,45(10):1062.
[5]Yangt,YangLB,YangCm.applicationofneuralnetworkstounmaskingchaoticsecurecommunication[J].physD,1998,124:248.
[6]姜丽.多级混沌加密算法的研究与应用[D].华东理工大学硕士学位论文,2003.
初中物理替代法篇8
关键词：科学研究方法教学资源中学物理教学指导思想
1.引言
在中学的物理教学实践中适当地引入科学研究的方法，对于全面提高学生的科学素养与探究能力具有重要作用。通过科学研究的学习方法，可以让学生从被动地接受知识转变为主动地获取知识，培养学生实事求是的科学态度及勇于创新的探索精神。因此，中学物理教师应当在教学实践中多引入科学研究的课程资源及方法，为学生的终身学习发展奠定基础。
2.科学研究方法的指导思想
2.1创设问题情境，激发探究兴趣。
作为物理教学实践的新模式，科学研究的方法坚持培养学生实事求是的科学态度与勇于创新的探索精神，力争不断提高学生的科学探究能力。采取新的教学模式将更有利于引导学生真正地理解物理学中抽象难懂的知识，激发学生的学习兴趣，让他们积极地探索物理世界的奥秘。在物理教学实践中，可以通过创设问题情境吸引学生，通过他们自身的认知冲突发现其中的问题，激发他们探究的欲望，这样一来他们便会主动地学习物理知识，进行深入探索，达到锻炼创新精神及动手操作能力的目的。具有代表性的做法就是开发课本资源、创设问题情境和巧设演示实验、创设问题情境这两种。
2.2引导猜想，培养探究方法。
在物理学习过程中猜想是一种重要的学习手段，只有对问题有了一定的猜想，学生才愿意探索研究。在物理学史上，很多伟大的发明都是先通过猜想进行的。因此，教师应当鼓励和引导学生大胆猜想，不论学生的猜想是否准确合理，教师都要给予肯定的评价，然后引导他们通过实验探究的方法验证自己的猜想。具体可以采取借助简单实验引导猜想和练习生活经验进行合理猜想这两种手段进行猜想训练。
2.3设计实验，培养探究能力。
科学研究是否能够顺利实施是一个重要问题，科学合理的实验方案是这一问题的主要制约因素。科学研究能力的培养是一个长期过程，再加上学生缺乏实验经验，这个过程就需要教师进行细心的鼓励与指导，充分利用多种手段与研究方法进行试验活动的研究。在经过几次的指导实验以后，就逐步将主动权交给学生，让学生自主完成研究。在遇到一些研究内容高于生活经验常识的问题时，教师就要适时进行引导，用一些相同性质、结论的实验代替那些无法实现的探究内容，让学生更容易理解，接受。
3.中学物理中常用的科学研究方法
3.1控制变量法。
初中物理学中常常采用控制相关变量的方法研究多因素的问题，这样就可以通过保持其他因素不变，只改变一个因素的方法研究相关问题，最后进行综合整理，这就是科学研究中应用最广泛、最重要的思想方法——控制变量法。初中物理中常见的实例有，探究影响力的作用效果的因素，探究二力平衡的条件，探究物体的吸热效果与物质的种类、质量、温度变化关系，探究电磁铁的磁性与哪些因素有关，等等。
3.2转换法。
转化法就是将物理学中不常见、不易直接测量或者观察的物理量通过生活中常见的现象、物理量进行替换。但是这种方法有一个前提就是必须保证所替换的物理量、现象之间具有相同的效果与性质。在初中物理中常见的实例有，影子的形成可以证明光沿直线传播、运动的物体能对外做功证明它具有能量、扩散的现象可以证明分子做无规则运动。最具典型的代表实验就是，研究牛顿第一定律而做斜面小车的实验时，对于运动物体在不受力作用下会不会一直运动下去进行研究，我们可以通过探究真空不能传声的实验进行解释。我们无法制造真空的条件，但是我们可以通过观察密闭容器中空气越来越少时传出来的声音也越来越小来进行推理，当密闭容器中没有空气时也就没有声音在传出来。这样我们就可以推理到小车的实验，当阻力越来越小来观察小车运动的距离和速度变化快慢，这样就能设计出牛顿第一定律的相关实验。
3.3等效替代法。
等效替代法就是将一些复杂的物理问题与物理变化通过一些简单的物理问题进行转化，在转化过程中必须保证效果、特性与关系的相同。初中物理中常见的实例有，将总电阻的概念引入到研究串、并联电路电阻实验，用引入合力的方法研究同一直线上二力的关系，等等。
在初中物理学中应用的科学研究方法还有很多很多，例如建立模型法、类比法、理想实验法、比值定义法、积累法、比较法、归纳法、图像法，等等。
4.结语
在初中物理教学中应用科学研究的方法是一个值得思考和探索的课题，同时需要学校及教师进行不断完善。在进行科学研究的教学模式中，要以学生为主体，让学生真正参与其中，成为探究学习的实践者，增强探索精神与创新能力，这样才能让初中物理教学达到更好的效果，为学生终身的学习发展奠定基础。
参考文献：
[1]范增，吴桂平.试论低成本实验在民族地区中学物理教学中的应用.民族教育研究，2013（1）.
[2]吴伟杰.中学物理教学中如何授之以“渔”.考试周刊，2012（58）.
初中物理替代法篇9
【关键词】高中物理；实验教学；问题；对策
物理是一门以实验为基础的自然科学，实验在物理教学中更是占有举足轻重的地位。但由于对物理实验认识不足，以及各校具体条件不同，许多学校只重视高考科目，而对高中物理实验课程的资金投入和组织教学都存在不足，是物理实验教学中普遍存在问题。
一、高中物理实验的问题现状
1、物理实验教学得不到重视。
学校和教师受传统教育的影响，普遍存在着重理论轻实验的思想。很多高中的物理实验教学中，都存在着轻视实验教学的现象。有的老师在教学中过分偏重课堂讲授，削弱了实验教学。有的老师甚至认为学生不会动手做实验不要紧，只要会动笔考实验就行。很多学校出现实验仪器过于陈旧不能正常使用、仪器数量不够、教学内容与仪器不配套等情况，使实验教学不能正常开展。
2、用“讲实验”代替“做实验”。
课堂的演示实验，没有实验器材，仅仅是“讲实验”的过程，而不是“做实验”，一些教师过分追求多媒体的模拟实验，让学生看看了事，不重视让学生进行实际操作。随着多媒体教学的盛行虚拟实验，网络实验，用课件来代替实验，甚至就用虚拟的实验室代替了学生分组实验的实验教学比比皆是。虚拟实验突出重点，突出原理，突出细节，对学生的学习有利，但它毕竟是虚拟的，理想化程度过高，给学生以不真实的感觉，不利于培养学生的动手操作能力。
3、实验教学模式僵化。
一个班的学生同一时间做同一个实验，用同一种方法、相同的仪器，都要在规定时间内做完，得出同一结论，这样就有可能导致部分学生看别人怎么做，自己就怎么做，特别是两人合作时，有极少数学生只看不动手，也不留心观察实验，不记录有关数据，更谈不上去思考。这种教学模式不利于提高学生发现问题和解决问题的能力，不利于引导学生突破思维定势这个思维障碍，不利于学生创新思维方法的形成和发展。
4、程式化实验教学方式呆板。
程式化实验以单纯的机械操作为主，没有给学生留出足够的发展空间。就分组实验来说，从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，面面俱到，然后学生按照规定的程式进行操作，去获取教师所要求得到的实验数据，而不需要去考虑实验为什么要这样做，怎样去做，更不必考虑实验中可能会存在什么问题，以及需要如何去解决。学生草率完成、拼凑数据等现象屡见不鲜。实验前不预习，实验后也不进行数据的分析处理。
5、初高中衔接有待加强。
初中物理课改已基本成熟，而高中物理则刚进入新课程学习，由于教材、能力要求、课时、学习方式、考试模式等因素的影响，初高中物理的台阶比以往有过之而无不及。我们许多学生因无法适应高中物理的难度而影响高中学习物理的情绪，甚至无奈地放弃理科选择文科。如何搞好初高中物理教学衔接问题，使学生尽快适应高中物理教学特点和学习特点，渡过学习物理的难关，就成为高一物理教学所必须面对的首要问题。
二、解决问题的对策探讨
1、教师应从思想上重视实验。
学校应更新观念，在课程设置、经费投入、师资调配和其他相关方面充分考虑物理实验教学的实际需要，在一定程度上对实验教学给予保证。教师要树立以学生为主体、发展为中心的教学观，把物理实验教学作为物理教学过程的重要环节，培养学生的能力，认真改进实验教学，把实验教学的重心真正转移到以实验为基础上来。
2、加强学生做实验，多媒体演示作为补充。
在条件允许的情况下，学校可以设置做实验的指导教师，开放实验室，让实验室成为学生实验探究的阵地。在实验教师的指导下，学生可以利用实验室的资源，做一些实验探究，课本上的小实验和课后的做一做，增加学生的动手和动脑机会。多媒体技术可以对物理实验室内所无法完成的实验进行逼真地模拟，灵活地放大或缩小物理场景，将物理过程生动形象地展现在学生眼前，会使学生理解透彻。因此，要使多媒体技术成为高中物理实验的重要补充手段。
初中物理替代法篇10
一、利用科学实验，创建教学情境，激发学生的学习动力
为了让抽象的实验原理和化学知识能够形象地表达，让学生能够体会理解实验原理、化学知识，我们在具体的教育教学过程中，将枯燥抽象的实验原理和化学知识形象化，设计一些更为直观的实验进行教学，能够为学生提供一个易于接受的方式。例如，在讲述“二氧化碳的溶解性”时，教师可以给学生演示这样一个实验：利用矿泉水瓶收集一瓶二氧化碳气体，然后倒入100mL的水震荡，观察瓶壁变瘪，说明瓶内气压小于外界大气压，证明二氧化碳溶于水引起气压的改变。通过对实验的操作、观察、分析，让课堂变得生动，充分调动学生的学习积极性，能够有效地推动课堂的高效发展。
二、培养学生独立完成实验的能力
让学生多思考、大胆猜想、设计合理实验方案、进行实验，对实验的现象、数据的记录与分析，得出科学的结论、对实验进行反思和评价、交流，并且运用得到的结论进行拓展。给予学生动手实验的机会，教师在教育教学过程中，启发与诱导，让学生进行独立的思考与认真进行操作实验，从而保证学生在整个实验过程中的主体性，让学生经过独立思考与思维，培养学生自主探究的能力与创造能力。通过探究实验的学习，可以让学生从“做”中学习化学知识，体会化学原理和学习化学的基本方法――实验，从教育教学中去体会我国教育家陶行知：“要知此事绝躬行”的教育
理论。
三、面对教育教学实验设备较为落后，要大胆创新，动手利用废弃的物品开展课外实验，提高学生的动手能力