初中物理重心的定义

初中物理重心的定义（7篇）

1.初中物理重心的定义 篇一

内心、外心、重心、垂心定义及性质总结

1.内心：

（1）三条角平分线的交点，也是三角形内切圆的圆心。

（2）性质：到三边距离相等。

2外心：

（1）三条中垂线的交点，也是三角形外接圆的圆心。

（2）性质：到三个顶点距离相等。重心：

（1）三条中线的交点。

（2）性质：三条中线的三等分点，到顶点距离为到对边中点距离的2倍。垂心：三条高所在直线的交点。重 心 :三条中线定相交，交点位置真奇巧，交点命名为“重心”，重心性质要明了，重心分割中线段，数段之比听分晓；

长短之比二比一，灵活运用掌握好．垂 心 :三角形上作三高，三高必于垂心交．

高线分割三角形，出现直角三对整，直角三角形有十二，构成六对相似形，四点共圆图中有，细心分析可找清.7内 心 :三角对应三顶点，角角都有平分线，三线相交定共点，叫做“内心”有根源；

点至三边均等距，可作三角形内切圆，此圆圆心称“内心”如此定义理当然．

8外 心 :三角形有六元素，三个内角有三边．

作三边的中垂线，三线相交共一点．

此点定义为“外心”，用它可作外接圆．

“内心”“外心”莫记混，“内切”“外接”是关键．

2.初中物理重心的定义 篇二

讲究方法, 营造评价环境

强调自主学习过程中师生间的交往, 是共同发展的互动过程, 师生间是平等的、民主的。在教学过程中, 教师应当是学生发展的促进者和引导者, 要建立一个接纳的、支持性的、宽容的课堂气氛, 以充分调动学生的学习积极性, 给学生提供比较宽松开放的评价环境。

1.“自主导引, 三学一练”授课模式———教会学生自我评价。“自主导引”, 就是学生坚持自主学习, 教师主导引领学生学习;“三学一练”, 就是学生自学、互学, 教师教着学, 联系检测、当堂训练。

我校各班都组建了以4～6人为单位的合作学习小组, 组内学生虽分层次, 但组际之间的水平比较平衡。每个小组设组长、监督员、记录员、发言人, 采取轮换制。“三学一练”中的问题一是来自教师在备课时的精心设计;二是来自课堂上自然生成的问题。把学生提出的含意较深、意义较大、有较高价值的问题, 不失时机地放给小组讨论, 以使问题解决得更细、更深、更透、更有创新。这样的相互交流、评价, 学生不觉得苦累, 而且还学会了集体协作, 同时也收获丰厚, 觉得“我也行”。

2.在学生自主学习中———引导学生自我评价。其实对学生来讲, 有时指向越具体越容易达到目标, 有时指向越宽泛眼界越开阔。我们教师在导引学生自学时就要因时因事而布置。比如实践型作业, 班级组织主题班会, 学生通过准备, 参与活动, 结束后要求写出感受, 这样的作业就有了生活气息。再如让学生写读书笔记、计划、总结、应用文等。这样的作业形式大大提高了学生作业的兴趣, 同时通过作业, 不断总结自我、评价自我。

3.沟通渠道开放———他评促自评。我校是一所寄宿制学校, 学生自评主要围绕四大模块:卫生管理 (自我教育) , 宿舍管理 (自我服务) , 餐厅管理 (自我管理) , 课堂管理 (自主导引, 三学一练) 。只要坚持值日班长制, 每天晚自习最后5分钟的沟通, 开放学生的自我评价, 就可以通过他评促进学生自评。

结合实际, 教会学生评价的方法

学生自我评价, 是尊重学生人格和首创精神的一种表现, 也是加强学生自我肯定、找出问题的有效方法, 更是培养学生主动学习、自我监督、自我调节的有效途径。在培养学生自我评价能力的过程中, 应注重教给学生自我评价的一些方法。

1.教会学生掌握评价的语言。课堂学习评价, 需要一定的载体———评价语言的支持。有的学生有自己的独立见解, 可苦于找不到合适的语言来表达, 经常欲说又止。要使学生充分地、毫无保留地发表他们的看法, 必须使他们具备一定量的评价语言。评价语言通常用得最多、最普遍的有“我认为”“我觉得”“是”“不是”等, 这样的语言显得比较单一、乏味。为了丰富学生的语言, 教师在教学实际中要时时注意为学生提供和积累一些评价的语言, 譬如“我想对自己的想法做点说明”“我想为某同学作点补充”“我非常赞成××的意见, 但我对他的说法有点不同意见”等等。另外, 还可以用一些形容词, 比如很好、漂亮、尚需努力等来评价自己在某个方面的表现。学生借助语言这座桥梁, 就能流畅、自然地反映各自的心理活动, 从而使评价顺利进行。

2.引导学生拓宽评价的内容。学生评价的内容是多方面的, 在培养学生自我评价的初步阶段活动中, 教师可先引导学生说说自己学习的感受, 复述自己的思维过程, 对自己的学习生活进行判断、反思。然后, 范围逐渐扩大, 针对自己学习的内容进行评价, 并不断矫正行为, 以达到全面提高学习能力的目的。

注重实效, 端正评价态度

由于自我评价一般没有一个客观的统一标准, 其主观性相对突出, 容易出现学生对自己的成绩和存在的问题估计过高或过低的现象, 这也是自我评价的主要缺点。因此, 在开展自我评价时要特别注意对学生的引导, 引导他们把自我评价与他人评价 (教师评价、同学评价、家长评价等) 有机地结合起来, 以便能够较为全面、客观地认识自己。同时, 由于学生之间存在着个体差异, 每位学生自我评价能力的提高有快有慢。这时, 教师要“以点带面”, 让一些自我评价能力相对较强的学生作示范评价, 教师点评, 让其他学生先模仿, 逐步提高。

对某些特殊学生, 我们建立了家校联络本, 采取多方互动的形式, 用不同的视角聚焦同一个同学。

以下是王海洋同学的家校联络本中记载的片断。

值日班长———于鹏:“我一页页的翻看着你这本厚厚的家校联络本, 每一页都让我的心情如海浪一样不能平静。看着你父母的一次次的寄语, 看着老师的一次次的鼓励, 看着同学们对你的期待, 好让我难过。为你的超人记忆力, 为你的天真善良, 为你的乐于助人, 可是……可是我逐渐发现你一层层的蜕变, 不是如蝴蝶出茧般越发美丽, 而是一次次的令我们失望, 看着你的父母留下的寄语越来越少, 对你的行为一次次的失望, 我真为你感到难过。王海洋同学, 你要振作起来呀!让我们为你感到骄傲, 让我们对你充满信心吧!

你要知道, 我们没有放弃你, 我们相信你一定会变好!对吗?

今天, 王海洋语文课表现比较好, 但晚自习还是有点纪律差, 希望明天会更好些!”

班主任:“中午, 学校领导找我, 因你的一些异常举动 (打饭时) , 你看到了。我把此事告诉了你, 希望你知恩守纪, 但你的表现?”

家长:“生命的美丽是因为身边的人对你的包容和给予。要怀着一颗感恩的心去生存。老师和同学对你的不离不弃, 让我很感动, 也希望能感动你。之所以要感恩是因为人活着并不是为自己。为别人考虑是一种美德, 多向你的老师和同学学习, 犯一次错误不可怕, 可怕的是重复犯同样的错误。希望有一天你能让同学们为你而骄傲, 让老师为你骄傲, 让家长为你骄傲。期待着!!!”

王海洋:“谢谢同学们与老师、妈妈的鼓励。我一定会改变自己, 遵守纪律, 用心学习, 回报你们!”

强化措施, 优化评价过程

1.注意调整自我期望水平。大凡能进入我校的学生, 大多是小学阶段学生中的佼佼者, 大多对自己的自我期望很高。进入初中后, 高手云集, 亮星众多, 就算是小学的“一等星”, 在我校也不再显得那样亮了, 加上对初中学习的难度没有充分地思想准备, 学习习惯、学习方法未做相应的调整, 因而他们在初中学习中跟不上节拍。这时他们会产生巨大的心理落差, 进而影响他们的自我评价。因此, 我们重视引导学生进行正确的自我心理定位, 帮助他们调整对自己的期望水平。我校一开始就注意向学生介绍初中阶段的学习特点, 要求学生调整自己的学习方法, 并对初中阶段学习竞争激烈的特点做好充分的思想准备。

2.重视学生自我归因能力培养。学生在成长阶段, 不管是学习、生活, 还是将来的工作, 总会遇到大大小小的失败。面对失败, 要有正确的心态和方法, 才能“吃一堑, 长一智”。我们常教育学生, 人生道路中的失败往往多于成功。没有一个人是完美无缺的, 也没有一个人是一无是处的。每个人都需要面对自己有可能失败的事实, 要学会自我控制, 乐于进取。要坚信问题可以解决, 自身能力可以得到提高。

值日班长———孙洁对一名同学写过这样一段话:“你有一个令人羡慕的家世背景, 有一个记忆力超强的大脑, 还有一个疼爱你的好妈妈。当我接过这本家校交流本, 看着你妈妈对你的期待和失望。看着你妈妈对你的鼓励, 我顿时感受到了你妈妈对你的良苦用心, 而你却依然无动于衷, 依然我行我素, 不管他人的感受。其实, 同学们和老师一直都在关注着你的变化, 语文课上, 你流利地背过一首诗, 数学课上你顺利地回答出一道计算题, 这都会使同学们把热烈地掌声送给你, 而你, 也是笑容满面。特别是我们的班主任, 他在你的身上倾注了多少心血, 而同学们对此都感到不值得。我希望今后的每一堂课, 都可以听到同学们的热烈掌声, 那掌声不是送给我, 也不是送给他, 而是送给你———王海洋。希望在这个万物复苏, 孕育着新的生命的季节里, 可以看到一个独特的不一样的你。”

3.指导学生进行正确的社会比较。学生的自我评价高离不开社会比较, 因此我们在引导学生进行自我评价时, 要求学生不仅要与班集体其他成员进行比较, 也要注意与自己的过去比。主要看自己进步多少, 知识又掌握了多少, 不要老看别人超过我多少, 或者老担心自己又可能会落后多少。

值日班长———潘浩写过这样一段话:“这是我第二次当值日班长了, 我吸取第一次的经验和教训, 一天下来, 我班的各方面工作正常运转, 感觉好多了。但和优秀的值日班长比还有一定的差距。我已经努力了, 如果给我第三次机会, 我会干得更好。”

教学实践证明, 培养学生自我评价的能力, 可以帮助每个学生认识自我, 悦纳自己, 拥有自信, 挖掘潜力, 发挥特长, 最大可能地体现其自身的价值。

3.正确评价自我是初中教育的重心 篇三

讲究方法,营造评价环境

强调自主学习过程中师生间的交往,是共同发展的互动过程,师生间是平等的、民主的。在教学过程中,教师应当是学生发展的促进者和引导者,要建立一个接纳的、支持性的、宽容的课堂气氛,以充分调动学生的学习积极性,给学生提供比较宽松开放的评价环境。

1.“自主导引,三学一练”授课模式——教会学生自我评价。“自主导引”,就是学生坚持自主学习,教师主导引领学生学习;“三学一练”,就是学生自学、互学,教师教着学,联系检测、当堂训练。

我校各班都组建了以4~6人为单位的合作学习小组,组内学生虽分层次,但组际之间的水平比较平衡。每个小组设组长、监督员、记录员、发言人,采取轮换制。“三学一练”中的问题一是来自教师在备课时的精心设计;二是来自课堂上自然生成的问题。把学生提出的含意较深、意义较大、有较高价值的问题,不失时机地放给小组讨论,以使问题解决得更细、更深、更透、更有创新。这样的相互交流、评价,学生不觉得苦累,而且还学会了集体协作,同时也收获丰厚,觉得“我也行”。

2.在学生自主学习中——引导学生自我评价。其实对学生来讲,有时指向越具体越容易达到目标,有时指向越宽泛眼界越开阔。我们教师在导引学生自学时就要因时因事而布置。比如实践型作业,班级组织主题班会,学生通过准备,参与活动,结束后要求写出感受,这样的作业就有了生活气息。再如让学生写读书笔记、计划、总结、应用文等。这样的作业形式大大提高了学生作业的兴趣,同时通过作业,不断总结自我、评价自我。

3.沟通渠道开放——他评促自评。我校是一所寄宿制学校,学生自评主要围绕四大模块:卫生管理(自我教育),宿舍管理(自我服务),餐厅管理(自我管理),课堂管理(自主导引,三学一练)。只要坚持值日班长制,每天晚自习最后5分钟的沟通,开放学生的自我评价,就可以通过他评促进学生自评。

结合实际,教会学生评价的方法

学生自我评价,是尊重学生人格和首创精神的一种表现,也是加强学生自我肯定、找出问题的有效方法,更是培养学生主动学习、自我监督、自我调节的有效途径。在培养学生自我评价能力的过程中,应注重教给学生自我评价的一些方法。

1.教会学生掌握评价的语言。课堂学习评价,需要一定的载体——评价语言的支持。有的学生有自己的独立见解,可苦于找不到合适的语言来表达,经常欲说又止。要使学生充分地、毫无保留地发表他们的看法,必须使他们具备一定量的评价语言。评价语言通常用得最多、最普遍的有“我认为”“我觉得”“是”“不是”等,这样的语言显得比较单一、乏味。为了丰富学生的语言,教师在教学实际中要时时注意为学生提供和积累一些评价的语言,譬如“我想对自己的想法做点说明”“我想为某同学作点补充”“我非常赞成××的意见,但我对他的说法有点不同意见”等等。另外,还可以用一些形容词,比如很好、漂亮、尚需努力等来评价自己在某个方面的表现。学生借助语言这座桥梁,就能流畅、自然地反映各自的心理活动,从而使评价顺利进行。

2.引导学生拓宽评价的内容。学生评价的内容是多方面的,在培养学生自我评价的初步阶段活动中,教师可先引导学生说说自己学习的感受,复述自己的思维过程,对自己的学习生活进行判断、反思。然后,范围逐渐扩大,针对自己学习的内容进行评价,并不断矫正行为,以达到全面提高学习能力的目的。

注重实效,端正评价态度

由于自我评价一般没有一个客观的统一标准,其主观性相对突出,容易出现学生对自己的成绩和存在的问题估计过高或过低的现象,这也是自我评价的主要缺点。因此,在开展自我评价时要特别注意对学生的引导,引导他们把自我评价与他人评价(教师评价、同学评价、家长评价等)有机地结合起来,以便能够较为全面、客观地认识自己。同时,由于学生之间存在着个体差异,每位学生自我评价能力的提高有快有慢。这时,教师要“以点带面”,让一些自我评价能力相对较强的学生作示范评价,教师点评,让其他学生先模仿,逐步提高。

对某些特殊学生,我们建立了家校联络本,采取多方互动的形式,用不同的视角聚焦同一个同学。

以下是王海洋同学的家校联络本中记载的片断。

值日班长——于鹏:“我一页页的翻看着你这本厚厚的家校联络本,每一页都让我的心情如海浪一样不能平静。看着你父母的一次次的寄语,看着老师的一次次的鼓励,看着同学们对你的期待,好让我难过。为你的超人记忆力,为你的天真善良,为你的乐于助人,可是……可是我逐渐发现你一层层的蜕变,不是如蝴蝶出茧般越发美丽,而是一次次的令我们失望,看着你的父母留下的寄语越来越少,对你的行为一次次的失望,我真为你感到难过。王海洋同学,你要振作起来呀!让我们为你感到骄傲,让我们对你充满信心吧!

你要知道,我们没有放弃你,我们相信你一定会变好!对吗?

今天,王海洋语文课表现比较好,但晚自习还是有点纪律差,希望明天会更好些!”

班主任:“中午,学校领导找我,因你的一些异常举动(打饭时),你看到了。我把此事告诉了你,希望你知恩守纪,但你的表现?”

家长:“生命的美丽是因为身边的人对你的包容和给予。要怀着一颗感恩的心去生存。老师和同学对你的不离不弃,让我很感动,也希望能感动你。之所以要感恩是因为人活着并不是为自己。为别人考虑是一种美德,多向你的老师和同学学习,犯一次错误不可怕,可怕的是重复犯同样的错误。希望有一天你能让同学们为你而骄傲,让老师为你骄傲,让家长为你骄傲。期待着!!!”

王海洋:“谢谢同学们与老师、妈妈的鼓励。我一定会改变自己,遵守纪律,用心学习,回报你们!”

強化措施,优化评价过程

1.注意调整自我期望水平。大凡能进入我校的学生,大多是小学阶段学生中的佼佼者,大多对自己的自我期望很高。进入初中后,高手云集,亮星众多,就算是小学的“一等星”,在我校也不再显得那样亮了,加上对初中学习的难度没有充分地思想准备,学习习惯、学习方法未做相应的调整,因而他们在初中学习中跟不上节拍。这时他们会产生巨大的心理落差,进而影响他们的自我评价。因此,我们重视引导学生进行正确的自我心理定位,帮助他们调整对自己的期望水平。我校一开始就注意向学生介绍初中阶段的学习特点,要求学生调整自己的学习方法,并对初中阶段学习竞争激烈的特点做好充分的思想准备。

2.重视学生自我归因能力培养。学生在成长阶段,不管是学习、生活,还是将来的工作,总会遇到大大小小的失败。面对失败,要有正确的心态和方法,才能“吃一堑,长一智”。我们常教育学生,人生道路中的失败往往多于成功。没有一个人是完美无缺的,也没有一个人是一无是处的。每个人都需要面对自己有可能失败的事实,要学会自我控制,乐于进取。要坚信问题可以解决,自身能力可以得到提高。

值日班长——孙洁对一名同学写过这样一段话:“你有一个令人羡慕的家世背景,有一个记忆力超强的大脑,还有一个疼爱你的好妈妈。当我接过这本家校交流本,看着你妈妈对你的期待和失望。看着你妈妈对你的鼓励,我顿时感受到了你妈妈对你的良苦用心,而你却依然无动于衷,依然我行我素,不管他人的感受。其实,同学们和老师一直都在关注着你的变化,语文课上,你流利地背过一首诗,数学课上你顺利地回答出一道计算题,这都会使同学们把热烈地掌声送给你,而你,也是笑容满面。特别是我们的班主任,他在你的身上倾注了多少心血,而同学们对此都感到不值得。我希望今后的每一堂课,都可以听到同学们的热烈掌声,那掌声不是送给我,也不是送给他,而是送给你——王海洋。希望在这个万物复苏,孕育着新的生命的季节里,可以看到一个独特的不一样的你。”

3.指导学生进行正确的社会比较。学生的自我评价高离不开社会比较,因此我们在引导学生进行自我评价时,要求学生不仅要与班集体其他成员进行比较,也要注意与自己的过去比。主要看自己进步多少,知识又掌握了多少,不要老看别人超过我多少,或者老担心自己又可能会落后多少。

值日班长——潘浩写过这样一段话:“这是我第二次当值日班长了,我吸取第一次的经验和教训,一天下来,我班的各方面工作正常运转,感觉好多了。但和优秀的值日班长比还有一定的差距。我已经努力了,如果给我第三次机会,我会干得更好。”

教学实践证明,培养学生自我评价的能力,可以帮助每个学生认识自我,悦纳自己,拥有自信,挖掘潜力,发挥特长,最大可能地体现其自身的价值。

教育过程是一个内化和外化的过程,先由外而内,再由内而外。学生参与了自我体验才会触动心灵,才能让我们的教育深入学生的心里;学生在生活中参与了互相监督,才能锻炼意志力,具备自我约束的能力;学生参与了自我实践的机会,才能提高他们的修养,让她们在实践中进行自我教育。教育学生的最高境界是让学生在我们的引导下学会自我教育、自我评价。

4.价值的物理学定义 篇四

尽管耗散结构论等现代自然科学理论在原则上拉近了物理学与生物学、社会学之间的距离，但仍然无法把它直接应用到生物学和社会学的研究之中，更无法把它顺利推广应用到社会科学其它领域之中，这在根本上决定了它们的发展局限性，主要是因为它存在如下三大缺陷：一是把系统的“结构有序”与“功能有序”混淆起来，采用“序参量”来描述系统的有序化程度;二是，把系统的“负熵”与“负熵能”混淆起来，直接采用“负熵”来描述“价值”;三是，把“能量交换”与“物质交换”、“信息交换”混淆起来，单纯从能量角度考察系统的有序性。为此，必须对它们进行重大改造。

1、把“结构有序”与“功能有序”区别开来，采用“熵函数”来描述系统的有序化程度。协同学的创始人哈肯提出用“序参量”来描述一个系统宏观有序的程度，一般来说，耗散结构的序参量方程的求解是非常困难的，甚至是根本不可能的，而且“序参量”只能用来描述系统的结构有序化程度，而不能描述系统的功能有序化程度。事实上，生命系统的有序化是指功能上“活”的有序化，而不是指结构上“死”的有序化，只能采用“熵函数”来描述系统的有序化程度。

2、把“负熵”与“负熵能”区别开来，采用“有序化能量”来描述系统熵函数的基本变量。熵是一个状态函数，能量是可以传递的，而熵与负熵都是不能传递的，熵本身不能直接输入或输出，即“熵流”或“负熵流”是不可能单独存在的，它只能依附于一定的能量之上，或者说，熵或负熵只能以一定的能量为载体，才能进行输入或输出，即推动系统的熵函数发生变化的动力源只能是能量，而不是“负熵流”。以熵为承载物的能量称为熵变能，其中，能够推动系统的熵函数产生熵减(或负熵)的基本变量，就是负熵变能(或有序化能量);能够推动系统的熵函数产生熵增(或正熵)的基本变量，就是正熵变能(或无序化能量)。

3、把“能量交换”与“物质交换”、“信息交换”区别开来，采用“虚拟有序化能量”与“实在有序能量”之总和来描述价值。

一般生命系统与外界之间不仅会产生能量交换，还会产生物质交换与信息交换，有序化能量作为系统有序化程度的基本变量，只是从能量交换单一方面的角度而言的。那么，从能量交换、物质交换与信息交换的全面角度而言，如何来描述影响系统有序化程度的派生变量?事实上，在系统与外界进行物质交换与信息交换过程中，物质或信息的某些特性可以降低系统有序化能量的流失速度，提高系统有序化能量的利用效率等，从而在一定程度上起着替代、补偿、加强和扩展有序化能量的作用，物质或信息的这些特性必然需要消耗一定的能量才能得以形成、运行、维持和变化，由此所消耗的能量就是间接的有序化能量。也就是说，影响系统有序化程度的变量因素除了直接的有序化能量，还有间接的有序化能量，这些间接的有序化能量对于生命系统而言，并没有具体表现为能量形式，而是具体表现为物质或信息的某些非能量特性，只能是虚拟的能量形式，因而称之为虚拟有序化能量。实在有序化能量与虚拟有序能量构成了影响生命系统有序化程度的全部变量。价值是推动人类社会生存与发展的动力源，它包含了影响人类社会生存与发展的所有变量，因此可以采用“虚拟有序化能量”与“实在有序能量”之总和来描述价值。

四、有序化能量的定义

要使耗散结构朝着自发的方向进行，则必须使下式成立

dS=dSe+dSi≤0 (9)

即 dSe≤-dSi (10)

根据“熵”的原始定义dS=dQ/T可知：T是熵流的温度，其值永远为正;而dQ是该熵流中能够改变系统内部要素有序化程度的那部分能量。当dQ为正值时，dS为正值，称为正熵，说明该熵流只能降低系统的有序化程度，它所对应的能量dQ是一种引发无序化过程的能量;当dQ为负值时，dS为负值，称为负熵，说明该熵流可以提高系统的有序化程度，它所对应的能量是一种引发有序化过程的能量。虽然在形式上讲，影响耗散结构有序化过程的因素是熵或负熵，但真正起实际作用的却是熵或负熵所对应的能量，任何形式的熵或负熵都是以一定的物质能量作为其客观内容和基本动力。例如，对于一般的动物来说，输入体内的负熵主要来自于食物所包含的生物化学能量。为了区别熵及其所对应的能量，现提出熵变能的概念。

熵变能：熵变dS与其温度T的乘积称为熵变能，用dQb来表示，即

dQb=T×dS (11)

正熵变能与负熵变能：熵变能可分为负熵变能和正熵变能两种，其中负熵变能就是用于促进耗散结构的有序化过程的那部分能量;正熵变能就是用于促进耗散结构的无序化过程的那部分能量。

有序化能量与无序化能量：负熵变能由于能够促进耗散结构的有序化过程，因而称为有序化能量，用Qy来表示;正熵变能由于能够促进耗散结构的无序化过程，因而称为无序化能量，用Qw来表示。

到底怎样区分有序化能量与无序化能量?如果一束能量没有任何确定性，完全不能按照主体需要的进行流动和转化，那么就是完全无序的，此时能量的流动和转化具有无限多的选择方向;相反，如果一束能量能够完全按照主体需要进行流动和转化，具有完全的确定性，那么就是完全有序的，此时能量的流动和转化只有一个选择方向。由此可见，能量进行流动和转化时所具有的选择方向越多，其有序性就越低，即选择方向的数量在根本上决定着能量的有序性。现提出有序化能量的计算方法。

Qy=Q∑(Pi/i) (12)

其中，Q为总能量，i为能量运动与变化的状态数或自由度，Pi为能量第i种状态的发生概率。根据能量自由度和发生概率的不同取值，有序化能量有四种特殊形式：完全有序化能量、状态型不完全有序化能量、概率型不完全有序化能量、完全无序化能量。

有序化能量的最基本特征就是目标性，它是判断能量是否有序以及有序化程度的客观标准，对于不同的主体，能量有序性的判断标准是不一样的。例如，牛羊的大量繁殖对于老虎来说是有序化能量的增长，但对于植物来说是无序化能量的增长。

对于一般的低等生物来说，只有很少的几种能量是其有序化的能量形式。例如，对于植物来说，只有能够得到有效利用的太阳能是其有序化的能量形式;对于动物来说，只有食物(而且是主食)中所含有效的生物化学能是其有序化的能量形式。对于人类来说，有序化的能量形式是多种多样的，并且随着生产力的发展而不断扩展：人类最早的有序化能量主要是食物，由于火的应用，人类扩展了食物的范围;由于人类可以按照不同的需要建造各种各样的扩展耗散结构，从而间接地把许多形式的无序化能量转化为有序化能量;人类还可以通过发电设备将各种水力、煤炭、石油、核能、风能、太阳能等无序化能量转化为电能;由于电能可以方便地流动和有效地转化，因而逐渐取代食物成为人类主要的有序化能量。

五、广义有序化能量的定义

耗散结构论认为，负熵是维持和发展耗散结构有序化过程的“动力源”，只有不断地向系统内输入负熵流，才能抵消其内部所产生的熵增，阻止系统向无序化方向的变化，以维持和发展系统的有序化运动。显然，这种观点只是从纯能量交换的角度来考察耗散结构的有序化过程。

然而，自然界的物质除了具有能量这个最基本的特性以外，还具有许多其他的特性，如物理特性、化学特性、生物特性、社会特性、信息特性等，这些非能量的物质特性只要组织和配合得好，都可以用来促进人类的生存与发展，用来维持和发展人类的有序化，在客观上起到了与有序化能量相同的作用，并可按主体的客观需要折算成相当数量的标准有序化能量，即耗散结构的有序化进程不光是由能量交换的情况来决定，还必须由物质交换和信息交换的情况来决定。由此可见，一些非能量形式的、广义的有序化能量可以依附于有序化能量之上，间接地对耗散结构的有序化程度产生影响。例如，洞穴虽然并不为动物直接提供食物能量，但它能在冬季为动物御寒，使动物减少体热的散失，还降低动物的疾病发生率和死亡率，这在客观效应上减少了食物能量的流失，提高了动物机体对食物能量的利用效率。显然，这些非能量形式的“有序化能量”从客观效应上确实起到了与有序化能量完全相同的作用，同样可以促进着耗散结构有序化发展，在功能特性上起着替代、补偿、加强、催化、扩展有序化能量的作用，是一种间接的有序化能量。为了区别这些特殊的有序化能量，现提出如下概念。

有序化虚能：物质的某些非能量特性对于主体起着替代、补偿、加强、催化、扩展有序化能量的作用，从而可折算成一定数量的有序化能量，称为有序化虚能，用Qx来表示。

广义有序化能量：有序化实能Qs与有序化虚能Qx之代数和，称为广义有序化能量，用Qg来表示，即

Qg=Qs+Qx (13)

一般来说，物质的所有非能量特性都可以通过能量的物理变换或化学变换来间接地获取，或者说，只要有了足够的能量，任何形式的物质特性都可以通过物理方式或化学方式来得到，因此有序化虚能实际上就是一种间接的有序化实能。由此可见，广义有序化能量又可以认为是由直接有序化能量和间接有序化能量所组成。

六、价值的定义

不难发现，广义有序化能量的概念完全建立在自然科学基础之上，其内涵已经与建立在社会科学基础上的价值的内涵基本相同，由此提出价值的物理学定义。

价值：对于确定的主体，事物所具有、所释放的广义有序化能量就是价值，用Qg来表示(为了简便起见，可用Q来表示)。

根据价值的物理学定义，不难得出如下结论：

1、价值的度量单位与能量单位完全相同，即“焦耳”或“大卡”是价值的标准度量单位。

2、有序化能量有一个最基本的特征，那就是目标性。不同的主体有着不同的目标性，同一事物对于不同主体将表现出不同的价值，因此要确定事物的价值，必须首先确定主体。

3、由于主体的目标性不仅随着环境条件的变化而变化，而且随着主体内部状态的变化而变化，因此要确定事物的价值，还必须确定环境条件和主体的内部状态。

4、由于有序化能量的计算是以“标准有序化能量”为基本尺度，同一事物的价值会因选取的标准有序化能量不同而得出不同的数值，因此要确定事物的价值，还必须确定“标准有序化能量”。

综上所述，负熵与价值虽然都是推动主体有序化发展过程的动力与源泉，但它们并不是等价的，既有联系也有区别，其联系主要表现在：负熵所对应的能量形式(即负熵能)是价值的最基础形式，价值是负熵能的发展形式，是广义的负熵能。其区别主要表现在：

1、度量单位不同。负熵的度量单位是“焦耳/开”，价值的度量单位是“焦耳”，只有负熵能与价值有相同的度量单位。

2、负熵考虑的只是能量交换对主体有序化的影响程度，价值不仅要考虑能量交换，而且还要考虑物质交换和信息交流对主体有序化的影响程度。

3、负熵往往是单一形式和单一层次的，而价值是多形式和多层次的，根据对负熵能进行替代、补偿、加强和扩展时的不同方式，价值可分为四个基本层次，且每一基本层次的价值又可有多种具体形式。

4、负熵只反映了对主体有序化过程产生直接影响的那部分能量，而无法反映产生间接影响的另一部分能量。负熵概念使人们只能认识到怎样才能有效地接受能量的作用，而价值概念使人们能够认识到怎样才能有效地利用能量和驾驭能量。

总之，价值的本质实际上就是广义负熵所对应的能量(即广义负熵能或广义有序化能量)，而不是广义负熵，更不是负熵。

七、价值的物理学定义向社会学定义的拓展

然而，从物理学角度所定义的“价值”概念是否与从社会学角度所定义的“价值”概念相一致?也就是说，物理学意义的“价值”是否与社会学意义的“价值”相吻合?这关系到以上所研究的“价值”的物理学定义是否科学的大问题。

食物能量(即食物中所含有的生物化学能量)是人类得以生存与发展的最基本的有序化能量。可以证明：所有形式的价值都可以直接或间接地折算成一定数量的标准食物能量(详见拙文“所有价值的统一度量”)。

不难发现，无论是物质的价值还是精神的价值，无论是社会的价值、集体的价值还是个人的价值，无论是经济的价值、政治的价值还是文化的价值，人类的一切价值都可分为劳动价值与使用价值两种基本类型，而使用价值可分为生产资料使用价值与生活资料使用价值两大类。

1、生活资料使用价值可以折算成一定数量的标准食物能量(详见拙文“使用价值的层次结构及其逻辑关系”)。生活资料使用价值可分为四个基本层次：温饱类、安全与健康类、爱与尊重类、自我发展与自我实现类使用价值。(一)温饱类使用价值是以食物中所含有的生物化学能量为核心内容，其它生命元素(如空气、水、阳光、温度、盐、微量元素、营养物质等)在一定限度上的缺失都可以通过添加相应的食物能量来进行替代和补偿;相反，这些生命元素在一定程度上的增加可以直接或间接地减少食物能量的消耗。也就是说，除了食物能量，其它生命元素的使用价值都可以折算成一定数量的标准食物能量，即所有温饱类使用价值都可以折算成一定数量的标准食物能量。(二)安全与健康类使用价值的客观目的，主要在于提高人的“自然生命”的安全性，降低人的自然生命失效率，最终在于直接或间接地提高温饱类使用价值的实际使用效率，因此可以折算成一定数量的标准食物能量。(三)爱与尊重类使用价值的客观目的，主要在于提高人的“社会生命”的安全性，降低人的社会生命失效率，最终在于直接或间接地提高温饱类、安全与健康类使用价值的实际使用效率，因此也可以折算成一定数量的标准食物能量。(四)自我发展与自我实现类使用价值的客观目的，主要在于提高人的“理性生命”的安全性，降低人的理性生命失效率，最终在于直接或间接地提高温饱类、安全与健康类、自我发展与自我实现类使用价值的实际使用效率，因此也可以折算成一定数量的标准食物能量。

2、劳动价值可以折算成一定数量的标准食物能量(详见拙文“劳动量的全新度量方法”)。劳动价值是一种特殊的使用价值，它是劳动者本人在劳动过程中所释放出来的使用价值，即劳动力这种特殊事物所具有的使用价值，它的产生和转化过程是：劳动者在消费阶段通过消费一定数量的生活资料使用价值以后，并将其通过转化为劳动潜能;在劳动阶段通过劳动将劳动潜能释放出来，并将其转化为劳动价值;在生产阶段通过与生产资料产生相互作用，并将其转化为产品的使用价值。劳动价值的大小可以采用“社会必要的生活资料使用价值消费量”进行度量，因此劳动价值可以折算成一定数量的生活资料使用价值，即折算成一定数量的标准食物能量。

3、生产资料使用价值可以折算成一定数量的标准食物能量(详见拙文“价值的两种基本形态”)。在一般生产系统中，投入的生产要素可分为生产资料(包括自然资源)和劳动力两大类，其中生产资料主要表现为生产资料使用价值，劳动力主要表现为劳动价值，生产资料使用价值的客观目的在于替代、补偿、加强和扩展劳动价值的功能作用，两者在信息的驱动下产生相干作用和协调作用，从而形成价值增长，生产资料使用价值在生产系统的均衡状态下与等量的劳动价值具有等效的价值增值效力，因此可以折算成一定数量的劳动价值，即折算成一定数量的标准食物能量。

总之，任何形式的价值都可以直接或间接地折算成一定数量的有序化能量(即标准食物能量)，由此可见，社会学意义的“价值”概念与物理学意义的“价值”概念完全一致，价值的物理学定义完全符合价值的社会学定义。

八、物理学价值定义的理论意义

从物理学角度定义价值，这是价值理论的一次重大突破，也是整个社会科学的一次重大变革，其主要的理论意义是：

1、实现了价值理论的统一化、数学化和自然科学化。目前的哲学、经济学、政治经济学、价值工程学等学科对于“价值”的理解各执一端，其度量方式、度量标准与度量单位也有重大差异。例如：在价值哲学或哲学价值论中，价值所表示的主要是社会功能等，其大小用“真善美(或假丑恶)”的程度来衡量;在政治经济学中，价值所表示的是商品中凝聚的人类一般劳动量，其大小用劳动者生产该种商品所耗费的“社会必要劳动时间”来衡量;在经济学中，价值所表示的主要是商品的生产费用或劳动成本，其大小用商品在生产、交换和消费时所耗费的货币量来衡量;在价值工程学中，价值所表示的是“功能与成本的比值”。而且，在同一社会学科的价值理论中，也往往存在着严重的内部矛盾与冲突，有着众多的学术派别。例如，在哲学价值论中，根据观察角度的不同，有主观价值论和客观价值论之分;根据研究出发点的不同，有人本价值论和进化价值论之分;根据价值属性的不同，有属性价值论和关系价值论之分;根据价值的决定因素的不同，有主体价值论、客体价值论、两因素价值论和三因素价值论之分。在数学化程度上，除了经济学和价值工程学，其它学科的价值理论几乎没有采用数学分析手段，这在根本上决定了它在实际应用上的局限性。从物理学角度定义价值，就可以把价值理论建立在物理学基础之上，就可以顺利实现价值理论的统一化、数学化和自然科学化，许多重大的理论争议就会自然消除。

2、架起了社会科学通向自然科学的桥梁。目前的社会科学在许多方面存在着较强的主观性、模糊性和歧义性，自然科学的根本特性就是具有高度的客观性、精确性和系统一致性，社会科学只有建立在自然科学的基础之上，才能具有高度的客观性、精确性和系统一致性。人类主体(社会、集体和个人)之间所建立的经济、政治和文化方面的社会关系是多种多样的，其核心内容都是利益关系或价值关系，因此价值关系是人类一切社会关系的基础和核心，价值理论是整个社会科学的基础理论。从物理学角度定义价值概念，就会使价值理论建立在自然科学的基础之上，就会导致整个社会科学建立在自然科学的基础之上，这就架起了整个社会科学通向自然科学的桥梁。

参考文献：

①仇德辉著，《统一价值论》，中国科学技术出版社，。

②姜璐著，《系统科学新论》，华厦出版社，1990年。

5.初中生用语重心长造句 篇五

1、爸爸一把按住了我，语重心长地说：“钓鱼要心静如水，鱼儿越是快上钩的时候就越要沉住气，做任何事都不要太冲动，记住，要吃一堑长一智!”我吸取了前面的教训，又静静地坐到岸边，眼睛一动不动地盯着白色的钓鱼浮子，眼珠子都快从眼眶里蹦出来了。

2、冯老师是我们的生活老师，他不像另几个生活老师，不是骂就是罚站，他总是语重心长地和我们讲道理。

3、母爱是什么?母爱是一次语重心长的提醒。母爱是什么?母爱是一次不留情面的批评。

4、我要感谢在座的`领导和同事们，是你们兢兢业业认真负责的态度给了我榜样的力量，是你们在平时班主任经验交流中语重心长的嘱托，让我深深感到班主任工作的重要与伟大。

5、是谁，在我们无助的时候第一个伸出了双手;是谁，在我们骄傲的时候第一个语重心长警戒;是谁，在我们危险的时候第一个站在我们面前。

6、一个人，如果能够出口成章，滔滔不绝，语重心长又能催人奋发，就不仅展示了他深厚的文化功底，更体现了他高尚的品德素养。

7、您不但没发火还语重心长地对我们说“同学之间要团结友爱，互相帮助。”我们听了都低下了头。

8、每次听课后，在肯定优点的同时，更注意语重心长的帮助和耐心指导，力求使教师通过课堂实践提高基本功。二是加大园本培训力度。以园为本，开展自培活动，充分利用老教师的人才资源，采取新老教师“结对帮扶”的形式，形成老带新，强带弱的良好氛围，产生了内培效应，取得了良好的效果。

9、我学习不行，考试经常作弊，父亲知道了，就语重心长的告诉我：我们要脚踏实地的做人，做好人。不求得我们学习好与不好，只要真的用心了，对得起自己的良心就行。我似懂非懂的点了点头。

10、每当我碰到不会做的题目时，您总是不厌其烦一遍遍地教我，直到我弄懂为止;每当我考试成绩不理想时，您都会向我投来鼓励的目光，望着您那充满信任与期待的眼神，我就下定决心下次一定努力;每当我犯错误时，您都会语重心长的教导我，帮助我及时改正错误。

11、爸爸对我语重心长地说：“一次失败不算什么，下次努力就行了，不要因为一次的失败便失去了信心，我相信我那个以前开朗的女儿一定会努力学习，取得更好地成绩!”

6.初中物理重心的定义 篇六

电力系统是一个复杂而庞大的信息物理系统(cyber physical system,CPS)[1,2,3,4]。其中,物理系统包括电厂、用户和两者之间的输配电网络,而这些电力设施分布在广阔的地理范围内;信息层面上,为了实现对电力系统的实时监测和控制,保证其安全稳定运行,需要依赖于数据采集与监控(SCADA)系统、广域测量系统(WAMS)的数据和命令传输功能[5,6],以及能量管理系统(EMS)等高级应用软件的信息处理、分析和决策功能。因此,电力系统的安全稳定运行,除受电气一次设备故障影响外,还会受到通信系统、信息系统(包括计算机和其他IT设备),以及安全防护措施(如隔离装置、加密方法)等因素的干扰。

随着智能化设备的推广和电力系统自动化水平的提高,调度中心、电厂、用户之间的数据交换也越来越频繁,对电力控制系统和数据网络的安全性、可靠性、实时性提出了新的挑战;同时电力系统内部IT基础设施,如网络设备、主机、操作系统、数据库、业务系统等,其自身存在的脆弱性加大了外部威胁和攻击的风险。目前有些调度中心、发电厂、变电站在规划、设计、建设和运行时,对网络安全问题[7,8,9,10]重视程度不够,过度一体化,使得具有实时控制功能的监控系统,在没有进行有效安全防护的情况下与当地的管理信息系统互联,甚至与因特网直接互联,存在一定程度的安全隐患。

现实情况中,就已发生多起由信息安全导致的电力系统事故。其中,2015年底发生的乌克兰电网的停电事故[11,12],就是由于调度中心的恶意软件造成的。目前,欧洲和美国已开展关于电网信息安全的相关项目,2007年欧盟共同体第7框架计划中,就提出了关于电网SCADA信息数据安全的VIKING(vital infrastructure,networks,information and control system management)项目[13]。Liu于2009年最早提出恶性数据注入攻击(false data injection attack,FDIA)[14]的概念,目前相关文献中也有Malicious Data Attacks[15,16],Stealth Attacks[17,18]等类似定义。为了区别于传统的坏数据/不良数据,本文称之为恶性数据。大量的电网量测数据通过SCADA系统和WAMS汇总到调度中心,经状态估计滤波后,生成的数据即为其他高级应用的数据源。常规状态估计的不良数据检测和辨识模块,只能消除传统意义上随机分布的不良数据,恶性数据的注入能够有效地绕过系统监测和防御,影响系统状态估计的结果,使控制中心计算出错误的系统运行状态,从而作出错误的决策,最终攻击者获得既定的经济利益或者达到其他目的。这种恶性数据不同于以往的不良数据,一般是人为制造的,具有目的性、欺骗性的恶意攻击,通过修改量测来实现。因为电力系统中大量的高级应用软件直接或间接地依赖于系统的实时运行状态,恶性数据的注入必然会影响到其他子系统的运行结果,从而衍生出其他安全问题。本文针对恶性数据的定义、构建方式、对电力系统的影响及应对措施等方面,阐述了关键问题和研究现状。在此基础上进行恶性数据特点总结,并探讨了未来的研究方向。

1 恶性数据的产生及定义

图1所示为电力系统中数据量测—传输—处理系统工作示意图,图中AGC表示自动发电控制。远动终端单元(RTU)和相量测量单元(PMU)采集的电网实时数据,经过数据传输网络送到调度层,经状态估计滤波后,被EMS等其他高级应用软件用于决策分析。首先,本文将对该过程中可能出现的恶性数据[19,20,21,22]进行定义和分类构建。

恶性数据是指攻击者在对电网拓扑结构和参数有一定了解的基础上,在数据采集、传输和接收过程中,在原有量测数据基础上进行修改,使之能够躲过状态估计不良数据[23]检测辨识模块,并进一步改变状态估计结果的数据。下文在介绍状态估计内容的同时,引出了恶性数据的基本攻击原理。电力系统状态估计的量测方程为:

式中:z为量测真值;e为均值为0的高斯分布的随机误差;b为不良数据;a为恶性数据。4个量之和组成状态估计生数据。

由生数据进行状态估计,结果为:

式中:x为状态量真值;xb为普通不良数据对应的估计结果;c为恶性数据对应的估计结果。上述3个量之和为状态量估计结果。

在没有恶性数据时,状态估计的残差为:

式中:H为雅可比矩阵。

对每个量测量对应的残差进行分析,当其小于阈值ε时合格,反之为不良数据。

令a=Hc,添加恶性数据后的状态估计残差为:

可以看出,添加恶性数据前后状态估计残差的2-范数不变,即恶性数据成功躲过了不良数据检测辨识。

由上可见,传统意义上的不良数据是随机的稀疏量,其原因可能是数据采集过程中偶然大误差、传输过程中误码率突增等非人为原因导致的,利用残差可检测出大部分这样的大误差。而恶性数据显然是由人主导的有目的性和针对性的攻击行为,一般可通过3种途径进行有效注入:站级量测装置、电力通信网络、调度中心服务器系统,对应图1中的3个层面。因此,相比于正常情况下随机出现的不良数据,以上恶性数据的产生要求攻击者几乎完全掌握电网的拓扑及线路参数信息,并具备相关的电力系统专业知识。

2 恶性数据的分类

本节以攻击者对状态量、电网拓扑及线路参数等系统相关信息的掌握程度为划分标准,将恶性数据划分为3类,并进行具体介绍,其中各类别所需掌握信息的程度如表1所示。随着掌握程度的降低,恶性数据注入攻击的目的性也逐渐减弱,甚至只能迫使电力系统部分功能缺失。

2.1 基于系统完整信息进行构建

理想情况下,攻击者设法拥有足够的权限,假设可准确获取系统完整信息,包括实时状态量、电网拓扑及线路参数等信息,同时可操纵一定数量的量测装置(RTUs/PMUs),即对应表1中类别1所需信息。处于这种假设场景下,攻击者可实现恶性数据的完美攻击(perfect FDIA)[14],具体过程如下。

非零恶性数据向量a=[a1,a2,…,am]T=Hc,向量c和a为非零量。根据上述恶性数据定义模型,构建向量a,方法如下:

由矩阵Hp的表达式易知HpH=H,由此获得恶性数据a的构建模型如下:

由式(6)可知,a=Hc和Ka=0等价,即当且仅当满足Ka=0的a才是恶性数据。

求解Ka=0的方法很多,大部分求解线性方程的方法都行之有效,考虑到实际情况下雅可比矩阵是稀疏矩阵,可以通过进一步分析稀疏矩阵K的情况,得到针对性的简化求解方法。例如稀疏向量技术[24]、凸优化解法、普通的LU分解法等。

基于上述过程,文献[14]进一步指出以不同分类标准进行恶性数据的构建,需要修改的量测数量和范围各不相同。

以攻击目的进行区分:①恶性数据随机注入攻击,攻击者的主要目的是导致状态变量的估计值远远偏离实际值,所构建的恶性数据满足式(6)中条件即可;②修改选定状态量的恶性数据注入攻击,攻击者通过精准构建恶性数据,实现修改选定状态量估计结果的目的。从某种意义上说,修改选定状态量的恶性数据注入攻击是恶性数据随机注入攻击的高级形式。其模型描述具体如下:在n节点系统中,令Γv={i1,i2,…,il},l<n为攻击者选定的l个状态量的下标,同时设定这些状态量误差ci,i∈Γv,其目的是将状态量修改为。对于,此时攻击者将c=[c1,c2,…,cn]T回代入a=Hc中便可解得恶性数据a。

以攻击模式进行区分:①有限范围的恶性数据注入攻击,攻击者由于某些量测装置受到物理装置保护的限制,只能入侵特定区域中保护较弱的k个量测装置,即被攻击量测区域固定,攻击者只可修改其相应量测,求解恶性数据a时需增加约束条件,即未被攻击的量测对应的ai为0;②有限数量的恶性数据注入攻击,攻击者最多可攻击k个量测装置,与①不同的是,被攻击的量测对象区域没有限制,即被攻击量测集的大小受限而其中每个被攻击的量测对象可任选。攻击者可通过枚举法[14]或更为高效的启发式算法[25]找到此类恶性数据a。

不同的分类标准会产生不同类型的恶性数据,上述几种分类之间互有交集,而恶性数据的实际情况可能是多种类型的组合。

2.2 基于系统部分信息进行构建

实际情况中,攻击者想要获取系统完整信息非常困难,大部分情况下只能获取系统部分信息,如表1中类别2所对应的信息掌握程度。针对攻击者因缺失系统实时状态信息而不能得到准确量测方程及雅可比矩阵H的情况,文献[26]提出了一个两阶段的攻击计划:在第1阶段中,进行平行因子分析,并使用所截取的数据来推导电网的线性结构矩阵;在第2阶段中,通过基于线性松弛的方法构建了稀疏的恶性数据。文献[27]采用主成分分析(principal component analysis,PCA)法来研究构建恶性数据注入攻击的问题。在文献[28]中,认为攻击者只需要获得被攻击目标区域的电网拓扑和线路参数,便可构建可行的恶性数据。

假设用于估计目标状态量的历史量测数据、部分电网拓扑及线路参数对于攻击者已知,文献[29]提出利用预测及,并结合文献[30,31]中构建恶性数据方法得到:

为了有效实施恶性数据注入,应定义注入恶性数据的幅值和预测误差上限。引入一个放大误差α并修改上式:

式中:τ和‖r‖分别为检测门槛值和量测残差。

若实际残差‖r‖满足不良数据检测辨识,同时预测误差满足τ-‖r‖-‖d‖≥0,则恶性数据的上限应该满足:

式中:H为状态量是时的雅可比矩阵;‖H‖F为F范数;为量测预测误差。

不等式(9)建立了恶性数据上限与预测误差的约束关系。如果预测误差变大,恶性数据上限将受到极大限制,相反,恶性数据上限随着预测误差的减小可相应增大。基于状态量预测构建的恶性数据必须满足上述误差上限,方可有效躲过不良数据检测辨识。

该类别所构建的恶性数据注入攻击一般被称为广义恶性数据注入攻击(imperfect FDIA)[29],即预测误差或其他误差存在于恶性数据中。随着修改量测量或状态量的数目增加,该类恶性数据被系统检测辨识模块检测出来的概率也将会大大增加,因此无法达到上节恶性数据类别同样的攻击目的及攻击模式。

2.3 系统信息未知进行构建

对应表1中类别3的情况,即在系统状态量、电网拓扑及线路参数信息完全未知的情况下,掌握丰富通信技术的攻击者可通过入侵RTUs与SCADA系统之间的电力通信网络,完整记录历史量测数据,并用历史量测数据覆盖实时量测数据[32]。此时,各种量测数据之间的时空相关等性质得到全部保留,从而不良数据检测与辨识无法发现这一类恶性数据的注入行为,进一步导致控制中心失去对电力系统实时运行状态的感知,迫使电力系统运行处于失控状态,达到攻击者扰乱电力系统正常运行的基本目标。

3 恶性数据对电力系统的影响

恶性数据的注入能够有效地绕过系统的检测和辨识,对电网具有多方面影响。最基本的是改变状态估计的结果,进而影响闭环控制系统、安全稳定分析模块的研判,以及电力市场的定价策略。因此,攻击者可达到扰乱电力系统正常运行或者获取预期的经济利益等攻击目的。

3.1 恶性数据对状态估计的影响

恶性数据对状态估计程序的影响[33]如图2所示。

当恶性数据注入时,基于残差的不良数据检测辨识模块只能剔除或修正式(1)中不良数据b,无法辨识出恶性数据a,最终影响状态估计计算结果:

其中

式中:W为量测权重对角矩阵;Qa为由于恶性数据注入攻击导致的状态估计结果偏差。

此偏差的最大值可通过求解下列优化问题得到:

式中:‖Ka‖=0表示当且仅当满足该条件时,a才是恶性数据。

状态估计结果的失真将导致控制中心无法准确获取系统实时运行状态,进而影响高度依赖此计算结果的各类高级应用分析,有可能导致其作出错误决策,造成巨大经济损失[34]。

3.2 恶性数据对闭环控制系统的影响

典型的电力系统闭环控制包括自动电压控制(AVC)、AGC及负荷控制(LC)等。实际运行时,闭环控制系统中信息系统的命令决定实际电网的运行状态,而实际电网状态又是信息系统的信息输入,信息系统与物理系统运行强耦合,系统框架如图3所示。

然而,当电力系统中出现恶性数据注入攻击时,如以AGC为例,为制造某一区域的有功负载增加ΔPL的假象,攻击者可计算得到相应的频率变化量Δf及联络线功率变化量ΔPi,即

式中:D为负载的频率调节系数;R1,R2,…,Rn为该系统中n个发电机组对应的调差系数[35]。

按照上述过程,攻击者在通信链路1和2上注入遵循电力系统运行原理的恶性数据,从而操纵频率和联络线功率等量测[36],最终导致AGC模块运行计算出现错误。此时若操作人员根据错误量测数据下发决策指令,将导致实际电网处于危险运行状态。若未及时发现恶性数据的存在,电网将长时间处于过负荷等紧急状态下,可能引发系统大面积停电事故。

为了能够定量评估由恶性数据注入攻击引起的错误决策指令的影响程度,文献[37]提出关于闭环层级控制系统的信息物理系统等效模型。该模型中的信息物理系统被抽象为一个有向拓扑图,系统的信息—能量流可通过矩阵运算的方式快速、简单地进行量化计算。进一步,文献[38]在上述等效模型的基础上,将物理系统中安全稳定分析体系类比推广到考虑信息网络安全的信息物理系统,并由此评估信息网络中的潜在威胁和信息攻击(如数据中断、数据篡改、数据延时)[39]对物理电网运行所带来的潜在风险。

3.3 恶性数据对安全稳定分析的影响

电力系统安全稳定分析[40]是保障电网安全稳定运行的重要环节,是电网调度中心必备的工具。电力系统的安全稳定分析主要包括静态安全分析、暂态稳定分析、动态稳定分析和电压稳定分析等。而状态估计是安全稳定分析底层的唯一数据源,它实质上是平衡了厂站、通信、前置等各类信息集成过程的各类误差。

由3.1节分析可知,恶性数据的注入攻击将导致状态估计结果失真,并根据式(2)可知具体表现为相关目标状态量估计值不仅包含了各类参数、遥测、遥信、通信等误差,而且包含了因恶性数据注入攻击引起的偏差。前一误差通过状态估计的滤波功能已满足计算要求,而后一偏差将导致该目标状态量估计值成为无法辨识的不良数据。以发电机组同步运行的暂态稳定性分析为例,若将被恶性数据攻击后的状态估计结果提供给基于直接法的电网安全稳定分析[41],该误差将会进一步传递。首先从Rn多刚体空间映射到R2两刚体空间:

式中:Pe为电磁制动功率;S和A分别为一对互补子集中的领前子集和余下子集;E为电势;Gij+j Bij=Yij为导纳矩阵Y中的元素;δS和δA分别为S和A机群的等值功角。进而从R2两刚体空间映射到R1单刚体空间:

式中:M为等值系统的广义惯量;Pm为机械功率;Pmax为正弦电功率的幅值;v为正弦电功率沿垂直方向的偏移量;Pc具体表达式可参照文献[42]。

基于上述过程,由恶性数据注入引起的误差经过Rn→R2→R1空间复杂变换的传递,给基于直接法的安全稳定分析造成无法评估的影响。同样,安全稳定分析中所涉及的静态稳定裕度、动态稳定的计算分析等过程[43]也会因为状态估计结果的误差传递过程出现不同程度的偏差,从而对系统运行状况的安全水平作出错误分析和决策。

3.4 恶性数据对电力市场的影响

虽然国外电力市场机制各不相同,但就电力现货市场而言,主要包含以下两类。

1)日前市场(DA)。根据所提交的出价(由发电厂及用电侧提供)和网络预测状态,控制中心运行直流最优潮流模块,同时基于市场导向,制定所有发电厂调度时刻表及电网中每个节点的边际价格(LMP)[44]。

2)实时市场(RT)。在该种形式下,控制中心执行以下任务:①收集电网中量测装置中的数据;②估计电网状态;③基于状态估计结果运行增量调度模型,所得到的LMP作为实时电价。

实时市场以电网状态估计结果为基准,按照线路功率传输量进行电力售卖行为。攻击者若能改变量测值,状态估计结果及相应的实时市场结果都将被影响[45,46]。线路阻塞(congestion)级别是影响电网电价的一个重要因素。操纵电价对于攻击者入侵量测装置而言是一个比较直接的获利方式。为了操纵特定线路的阻塞级别,攻击者需要明确一组相应的量测装置,从而注入恶性数据,改变被攻击线路的传输功率:

式中:Xij为传输线路ij阻抗;向量O具体表示的内容可参照文献[47]。

攻击者利用电力市场机制,在影响线路阻塞级别的方式下可从以下两种途径中获利。

1)降低线路阻塞级别:在日前市场中,攻击者以低价λ1DA买入电量,然后以高价λ2DA卖出所购电量。考虑线路阻塞后,两者差价本应付给输电公司。在实时市场中,由于线路阻塞的降低,由攻击者所付的线路价格λ2RT低于原先线路价格λ1RT。因此,攻击者从中获得的利润为:

2)增加线路阻塞级别:根据式(15)增加节点i到j上的线路传输功率可增加线路阻塞级别。该线路阻塞级别的增加将抬高输电线末端接收的电价,同时降低输电线末端输送的电价。因此,攻击者只需购买线路ij输电交易权限(financial transmission right,FTR),利用FTR根据阻塞级别收费的性质设计攻击。拥有FTR的所有者可在特定时间及地点接管某一特定线路来传输规定量的功率值。在考虑线路阻塞的实时市场中,FTR可以更高的价格出售给任何负载服务公司(load serving entities,LSEs),从而攻击者从中获利。

4 恶性数据的防御方法

电力信息物理系统架构的站级量测装置、电力通信网络、调度中心服务器系统3个层面中,除了不涉及信息通信的基础硬件外,其余均有可能遭到恶性数据的注入攻击。这3个层面同时也正对应着以下3类恶性数据防御方法。

4.1 关键节点的量测设备免疫

关于恶性数据的应对方法,最简单直接的是通过软件或硬件加密技术,保护关键节点的量测装置,可从源头上阻断恶性数据注入的途径,保证系统最大限度地抵御恶性数据注入攻击。该方法需要解决两个关键问题:①高性能的加密技术保障量测装置可靠免疫;②如何快速确定系统关键量测节点。

针对上述问题,一部分研究学者展开相关学术研究。文献[48,49]认为在系统受攻击时,保护PMU使其提供准确同步相量量测,可满足状态估计精度要求。面临大规模系统时,为了节省装置改造数量,文献[50]提出一种高效搜索方法,对比穷举法,可更快地找到这类免疫攻击的最小量测子集;文献[51]利用图论搜索技术可定位需进行改造的量测装置的实际地理位置。考虑系统可观测性因素,文献[52]研究文献[14]中恶性数据构建方式,认为有必要保护一组基本量测装置以应对恶性数据的影响。

4.2 考虑电力业务自身特点的信息安全技术

此处信息安全技术[53,54]的对象是指电力通信网络,它承担着量测装置与控制中心之间数据交互的重任。现有数据传输类型主要分为有线网络和无线网络。有线网络安全主要依靠防火墙技术、虚拟专用网(VPN)技术、安全套接层(SSL)技术和公钥基础设施(PKI);无线网络安全主要依靠802.11,WiFi保护接入协议(WPA)、802.11i协议和无线传输层安全协议(WTLS)。目前,电力通信网络防护的原则是:安全分区、专用网络、横向隔离、纵向认证。文献[8]中重点探讨智能电网中信息安全层面存在的网络安全威胁,总结该研究方向现状及存在的难点。需针对不同的电力业务,研究更加可靠和先进的通信网络安全体系架构、密码算法、防火墙、病毒防治软件等来保卫电力系统的信息安全,有效阻断电力通信网络这一层面恶性数据的注入攻击。

4.3 恶性数据的检测辨识

恶性数据应对的另一大类方法是在电力高级应用软件中及时、有效地检测辨识出恶性数据,对其进行删除或修正,消除后续影响。

传统不良数据检测辨识[55,56,57]方法都是基于量测残差的异常来进行判断,基于此,一些研究学者提出了新的见解。文献[58]考虑各个量测数据之间存在时间相关性,将基于∞-范数或2-范数的量测残差分析等方法集成融合建立新的检测指标:

式中:σN=diag(N),其中N为残差的协方差矩阵。

若D1(z)=1则认为有不良数据或恶性数据存在。在辨识过程中有两个门槛值τ1和τ2,标志着假设检验的重要级别。进一步,为解决恶性数据注入可能导致系统不可观测问题,利用短期预测更新被攻击量测数据,与原安全量测数据重组可有效保证量测冗余度。随着通信网络在电力系统中的进一步渗透,文献[59]提出了一种新型的信息物理系统融合方法来检测辨识恶性数据。量化由入侵检测系统(intrusion detection system,IDS)监控识别出的通信网络安全事故影响,并将通信网络影响因子矩阵Ω作为权重值加入状态估计过程中,构成基于数据流异常指标的状态估计(abnormal traffic-indexed state estimation,ATSE)。基于改进的状态估计算法,电力系统中的恶性数据不仅可被辨识及定位,也可减弱其对状态估计结果精度的影响。文献[15,16]提出了基于广义似然比的有序检测方法来解决这一问题,针对电力系统广域特点,文献[60]进一步提出了基于采样技术的分布式有序检测方法。

与基于量测残差检测辨识不同,有部分学者根据统计学等原理建立恶性数据影响的评估模型,达到检测辨识的目的。当恶性数据注入攻击事件发生时,文献[61]提出采用概率模型来描述未遭受攻击的PMU被攻击的可能性,并以混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)问题的处理方式制定相应的最优防御策略,降低电网在未来时刻的风险水平。文献[62]以统计学的视角,结合决策、特征级融合建立恶性数据检测辨识模型。文献[32]提出采用Kullback-Leible距离来检测恶性数据注入攻击,该距离用以反映正常量测变化量与遭受攻击的量测变化量之间的概率分布差异。

5 结语

随着通信应用技术在电网中的深度融合,由恶性数据注入引起的状态估计失真问题,对未来电网的安全稳定运行将具有极大威胁。本文首先详细阐述状态估计层面下恶性数据的定义;其次根据对电网系统信息掌握程度划分恶性数据构建方式;然后从状态估计、闭环控制、安全稳定分析及电力市场4个方面分别探讨恶性数据对电力系统的影响;最后给出国内外研究学者关于应对恶性数据所提出的各种防御方法。

综合目前研究来看,恶性数据拥有构建方式灵活、影响层面多样、破坏程度严重等特征。因而针对这一新兴事物,许多方面仍需要深入研究,主要包括:①具有免疫功能的高级智能量测装置的研究;②高效且安全的通信协议制定;③更为可靠的检测辨识算法的提出。国内对恶性数据等电力系统网络攻击的研究尚处于起步阶段,应当引起工业和学术领域的充分重视。

摘要：恶性数据是影响电力系统安全稳定运行的隐患之一。文中旨在详细阐述状态估计层面下恶性数据的定义,辨明恶性数据和传统不良数据之间的区别,并在此基础上总结应对恶性数据注入攻击的相应措施。首先分析了恶性数据产生的路径,简要介绍了状态估计不良数据检测辨识的机理,并基于此进行恶性数据的分类构建;接着从状态估计、闭环控制、安全稳定分析及电力市场4个方面依次分析恶性数据对电力系统的影响过程;其次,针对状态估计中存在的恶性数据,从3个层面分析采取不同的软硬件措施,避免或消除其不良影响。最后,总结恶性数据的特征,并探讨了未来的研究方向。

7.初中数学定义讲解之我见 篇七

【关键词】初中数学 定义 讲解

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.03.131

定义，顾名思义就是对概念的内涵或词语的意义所做的简要而准确的描述。数学定义，就是对于一种数学事物的本质特征或一个数学概念的内涵和外延所作的简要说明。数学定义即数学概念，是人脑對现实对象的数量关系和空间形式的本质特征的一种反映形式，即一种数学的思维形式。在数学中，作为一般的思维形式的判断与推理，以定理、法则、公式的方式表现出来，而数学概念则是构成它们的基础。正确理解并灵活运用数学概念，是掌握数学基础知识和运算技能、发展逻辑论证和空间想象能力的前提。作为初中学生，随着青春期的到来，抽象思维即概念思维能力日益提高，对于各种事实、现象、相互联系的解释和说明表现出浓厚的兴趣。这是初中生的显著特点，也是初中生对数学概念学习的优势所在。作为一名初中数学老师，应该利用初中学生这一优势，激发学生的学习求知欲，使其产生强大的内部动力。

一、从实际出发，感性认识到本质

数学源于现实，寓于现实，并用于现实。许多数学定义都可以和实际联系起来。恩格斯说：“数和形的概念不是从其他任何地方，而是从现实世界中得来的。”数学概念离开现实就成为了无本之木，无源之水，成为虚幻主观的事物。数学教师在教学过程中应理论联系实际，把数学概念与日常生活和社会生产实际的事件或者事物紧密联系起来，再以数学的角度对其分析，让学生首先有个感性的认识；再引导学生把其本质特点归纳整理出来，达到有感性认识逐步上升为掌握本质，从而记牢数学概念。如圆的概念的引出前，可让同学们联想生活中见过的年轮、太阳、五环旗、圆状跑道等实物的形状，再让同学用圆规在纸上画圆，也可用准备好的定长的线绳，将一端固定，而另一端带有铅笔并绕固定端旋转一周，从而引导同学们自己发现圆的形成过程，进而总结出圆的特点：圆周上任意一点到圆心的距离相等，从而猜想归纳出圆的概念。从实际中引入数学概念不但能让学生容易理解，还有助于学生体会数学知识的应用价值，为学生主动从数学的角度去分析现实问题、解决现实问题提出了示范。

二、鼓励学生自己进行数学概念的概括

新课程改革明确指出，学生是教学活动的主体，是学习的主人，教师是教学活动的组织者、引导者和策划者。新课程下的学生不是被人塑造和控制、供人驱使和利用的工具，而是有其内在价值的独特存在，学生即目的。每一个学生既是具有独特性、自主性的存在，又是关系中的存在。所以，鼓励学生自主学习、主动学习是教师的重要责任之一。在初中数学概念，尤其是几何概念那一部分要注意学生间接经验与直接经验的综合运用。我国教学内容都是依据学生身心发展规律和知识需求现状进行课程安排的，在几何知识体系中依旧沿袭循序渐进的教学模式，学生学习内容之间具有联系性和启发性，前一阶段的学习是后一阶段学习的基础，后一阶段的学习是对前一阶段的升华，在几何的学习中依然如此。在初中数学中，几何概念是进行判断、推理和建立定理的依据，也是思维的起点，在教学中应当向学生揭示概念之间的相互联系及其本质属性。注意几何概念与几何图形的结合，也要引导学生观察、思考、发现最后用数学用语归纳出其特点及其定义，最终，由教师进行完善。当然，在这之前要肯定学生的结果。例如在《四边形》这一章的概念讲解过程中，不能只能停留在对四边形的书面文字定义上。这对学生来说比较抽象，而且很肤浅。因此，应加深对四边形的认识。我们知道，几何这一板块中，每一章节不是单独存在的，每一章有其特定的内在联系，所以在四边形定义上可以联系《三角形》一章教学，在教学过程中要注意启发学生对图形的观察，探索四边形的组成，以及与三角形的关系。

三、通过不同的方法引出数学概念

初中学生由于处于人生黄金时期—青春期，对各种新奇事物特别感兴趣。特别是教师在数学概念教学过程中，通过不同的方法引出定义，会激起学生极大的学习兴趣，会使原本枯燥的定义学习生动起来，沉重的课堂氛围活跃起来。在此提供两种本人觉得不错的方法，以供参考。

1.关系纽带法，就是通过学生的认知发展水平，联系已学习的知识与即将学习的概念之间的关系，承上启下。比如上一例子中的三角形与四边形的关系，就可以用这种方法来引出四边形的概念。这种方法，不仅帮助学生对新知识、新概念的理解，还对已学知识进行回顾复习，可谓一举两得。

2.数学发展法，随着学生年龄的增长，知识的不断增加和深入，以及日常生活的需求，一些数学概念已经不能满足日常生产和生活中的实际应用了，所以必须增加新概念的学习。例如小学学习的自然数、正数等，在进入初中后已经不能满足我们的需要了。所以，我们引入了负数，有理数，无理数，代数式等等。在教学过程中，教师须循循善诱，根据实际生活引入新的概念，让学生感受到数学确实源于实际，服务于生活，这样很好激发学生对数学学习的兴趣与热情。

四、对数序概念的巩固，强化数学概念

心理学原理认为：概念一旦获得，如不及时巩固，就会被遗忘。巩固概念，首先应在初步形成概念后，引导学生正确复述。所谓概念巩固，并不是把数学概念死记硬背，把书上的定义倒背如流。而是让学生在概念巩固过程中加强对概念的重点、难点和本质的理解，同时结合练习一些概念性的变式习题，使思维不受消极定势的束缚，实现思维方向的灵活转换，使思维呈发散状态。巩固时还要通过适当的正反例子比较，把所教概念同类似的、相关的概念比较，分清它们的异同点，并注意适用范围，小心隐含“陷阱”，帮助学生从中反省，以激起对知识更为深刻的正面思考，使获得的概念更加精确、稳定和易于迁移。