身边的科学主题环境创设论文

妈妈曾给我出过这样一个谜语：“南阳诸葛亮，稳坐中军帐。排下八卦阵，单捉飞来将。”这则迷语告诉我们：蜘蛛专吃活的东西，难道它不吃死的东西吗？这引起了我的兴趣，我做了实验。 我从墙角处捉来一只小蜘蛛，把它放进一个盒子里（四周扎有小洞，上面盖有玻璃，便于观察）。没等蜘蛛织网，我又捡来一只死的小虫、一只死苍蝇，放在蜘蛛的前面，蜘蛛置之不理，随即用手碰撞盒子，蜘蛛就向其他方向爬去了。 为了彻底弄懂蜘蛛吃不吃死苍蝇，第二天，我又来到盒子前观察，看到死昆虫、死苍蝇还在原来的地方，可盒子角处多了一个网，蜘蛛在网上安静地趴着。这时，我想：昨天死苍蝇、死昆虫没被吃掉是不是因为没有网呢？于是，我又将死苍蝇拿起来轻轻地放在网上，可蜘蛛还是一动不动，紧接着，我又用笔轻轻地触动了一下网的边缘，咦，蜘蛛好像有了反应，开始向颤动的方向爬去，我把笔收回，网停止了颤动，信号断了，它就停了下来，不一会儿，蜘蛛又向网中心爬去。我又用笔尖触动网上死苍蝇的身体，网开始颤动，蜘蛛就开始向这边爬来，我又把笔尖收回，蜘蛛就停了，像上次那样，过了一会儿，蜘蛛又向网中心爬去。噢！我终于明白了：原来蜘蛛是靠网的颤动来产生感觉的，靠织网而捕食的。于是，我把实验结果记录下来。 为了证实蜘蛛靠网的颤动产生感觉，我又做了实验。将笔尖放在网上死苍蝇的身上，长时间的颤动，网的震动越来越大，蜘蛛产生的感觉好像也越来越强烈，蜘蛛便匆匆地赶过来，等蜘蛛碰到苍蝇，我将笔尖收回，只见蜘蛛尾部很快喷出黏乎乎的丝将苍蝇捆住，接着又看着蜘蛛的背一动一动的，好像在吸食苍蝇，不一会儿，网上就剩下一个完整的空壳了。这个实验证明蜘蛛吃动的昆虫。 我们探密小组又到图书馆、书店查阅了大量有关蜘蛛的书籍。其中《普通动物学》一书中写道：蜘蛛为食肉性动物，其食物大多数为昆虫或其他节肢动物。但口无上颚，不直接吞食固体食物，而是慢慢地吸食。当昆虫等动物触网时，会用力在网上挣扎，使网丝颤动而使蜘蛛很快发觉，蜘蛛便顺着纵向丝向猎物爬去，用蛛丝包裹猎物，固定于网上，先用螯肢内的毒腺分泌毒液注入捕获猎物体内，将其杀死，再由中肠分泌的消化酶灌注在被螯肢撕碎的捕获物的组织中，很快将其分解为液汁，然后吸进消化道内，最后吃剩下的体壳，就被完整的弃留在蛛网上了。这些充分证明：飞来的昆虫使蜘蛛网颤动，网颤动会使产生感觉，蜘蛛产生感觉就会将猎物捕获，因此，证实了蜘蛛只吃活动物，而不吃死的昆虫。 怎样写科学小论文 一、什么是科学小论文 科学小论文实际上是同学们在课内外学科学活动中进行科学观察、实验或考察后一种成果的书面总结。它的表现形式是多种多样的：可以是对某一事物进行细致观察和深入思考后得出结论；可以是动手实验后分析得出的结论；也可以是对某地进行考察后的总结；还可以靠逻辑推理得出结论…… 二、科学小论文的质量标准 1、科学性。 科学性是科学小论文有别于其他各类体裁文章的重要特点之一，是科学小论文的生命。它要求选题科学，研究的方法正确，论据确凿，论证合理且符合逻辑，文字简洁准确。 2、创造性。 小论文的选题、主要观点要有自己新的发现、独特的见解，而且对人们的生产生活等有一定的实际意义，同样的小论文没有参加过各级科学讨论会，也没有在各级报刊上发表过。 3、实践性。 论文选题必须是作者本人在科学探索活动中发现的；支持主要观点的论据必须是作者通过观察、考察、实验等研究手段亲自获得的，有实践依据；论文必须是作者本人撰写的。不能有凭空捏造、猜测、成人包办代替的迹象。 三、科学小论文的类型 （一）科学观察小论文 科学观察小论文，是指青少年对某事物或自然现象通过周密细致的观察，并对取得的材料和数据进行认真的分析、综合研究后得出结论，作出科学的解释和描述。 需要注意的是，科学观察小论文中研究的对象是客观存在的自然事物或现象，所观察的对象、过程和它产生的条件、各种现象，不能附加人为的任何条件或个人偏见。另外，观察是一项长期的、系统的、反复进行的活动，需要作者耐心、细致、锲而不舍的精神。 （二）科学实验小论文 科学实验小论文，有时也称实验报告，是青少年对研究的对象创设特定的条件，经过反复实验，对获取的材料和数据进行分析、综合得出结论而写出的文章。它着眼于对实验过程的客观叙述以及实验现象的科学解释。 （三）科学考察小论文 你想研究某一与人们生活息息相关的水域污染程度、某地的空气污染源，弄清某奇石奇山的演化过程、某范围动植物资源及分布情况等，你就得实地考察。通过调查、访问、实地勘探等考察方式为主要研究手段写出的小论文称为科学考察小论文。有时也称为科学考察报告、科学调查报告。 （四）科学说明小论文 科学说明小论文是指作者通过利用翔实可靠的资料对某一自然现象或自然事物进行解释和说明的一类小论文。一般来说，它并不直接采用观察、实验、考察等研究手段，而主要是从书刊资料、师长等地方获取丰富的第二手材料，并经过自己的综合分析、逻辑推理，用自己所理解的语言阐明某一观点。 特别提醒的是，写科学说明小论文是，千万不要提出一个问题后就赶忙查资料，再不加分析地原本照抄、作出解释，这样没有新意，没有新的见解的文章只能算是一般性科普文章，不能称为科学小论文，更不能培养自己研究问题的能力。 四、小论文的取材与分析 （一）取材 1、直接观察。就是用眼睛仔细去看，它是人们对自然现象在自然发生条件下进行考察的一种方法。 观察时要认真仔细，不放过任何细微末节。同时，观察时要做好详细记载，否则就不可能得到真实的第一手材料了。 2、动手实验。实验方法是人为地干预、控制所研究的对象，它比观察更利于发挥同学们的能动性去揭示隐藏的自然奥秘。 3、实地考察。包括调查、访问、实地勘探等方式。考察前，必须明确考察目的，准备好必需的工具、仪器、药品、生活用具等。考察过程中，一定要把时间、地点、过程及考察的结果随时随地详细地记录清楚，有时还要采回必要的标本、样品，将比较重要的现象拍照，这些都是很有用的第一手材料。 4、查阅资料。有些材料由于时间、空间或客观条件的限制，不可能亲自去观察、实验、考察，这就得查阅书刊或请教老师、家长等，这种间接地获取的材料叫第二手材料。有些问题是你的知识水平、能力和条件所不能解决的，而这个问题又是你的选题中必须解决的问题，你就得去查资料，把它弄清楚。 （二）分析 取得材料后，就要进行分析研究，从中选出可以作为论据的材料，还要根据论点进行去粗去精，去伪存真，按照科学的态度进行整理分析，并得出自己的论点和看法。 首先，应审核各种材料的真伪虚实，有些查阅到的材料是早已过时的观点，有些解释只适合某范围内，有些材料没有普遍性，有些材料在记录时有错误或本身就是自己虚构的，这样的材料应坚决不用。 其次，要注意材料的典型性，也就是选择的材料要能说明问题，不要多，而要精，与论点无关或关系不大的材料应舍弃。 第三，将选择的材料进行归类，研究他们之间的共同点与不同点，以及相互联系，然后概括得出结论即论点。论文论点是从对材料的分析、研究中产生的,不能先定论点,后找适合证明论点的材料. 五、科学小论文的撰写 对材料的整理分析完成后，就可以开始撰写了。写作虽没有固定的格式，但一般应按提出问题、作出假设、研究分析、得出结论的步骤进行。一般来说，科学小论文应包括以下几个部分。 标题标题是小论文的眼睛，好的标题确切简明，富有吸引力，能给读者以新鲜的感受和深刻的印象，起画龙点睛的作用。 开头的方式多种多样，依研究内容、自己喜欢的写作风格而定，但一般应开门见山地提出你讨论的问题，你是怎样想到要研究这个问题的。 正文：即分析问题、解决问题部分。它包括对提出问题作出假设、观察、实验、考察过程、发现的现象、判断、推理得出结论等，这是小论文的核心部分。 应注意的是：研究步骤要写得详略得当，实验过程、数据的来历、现象要写清楚，叙述时应有一定的顺序。数据材料要准确，可设计成能说明问题的表格、图解，必要时可附上拍摄的照片、采集的标本等，以增强说服力。获得的结论要有自己独特的见解，并且和论据保持一致性，论据要有严密的逻辑性。文字要简洁生动，层次清晰，条理分明。 结尾：小论文的结尾应写你得出的结论和对某一问题的建议。以得出结论做为结尾，同开头提出问题相呼应，收到良好效果。 小论文的初稿完成后，还要反复修改。看段落是否衔接自然，语言是否通顺准确等。改好后再让同学和老师帮助修改，逐步完善。最后参加各级小论文竞赛。 科学小论文范文 鱼会说话吗？ 您相信鱼会说话吗？这是一个耐人寻味的事，我想知道鱼是否会说话？ 我家买了两条小金鱼，一条是全黑的，黑的叫乐乐，因为它很快乐。一条红白相间的名字叫欣欣，因为它懂得欣赏，很好玩吧！他俩生活在鱼缸里，这个鱼缸可“非比寻常”。里面有山、花、树、贝壳、彩色石头……。很美吧！让我们一起来观察它！ 9月23日凌晨五点左右，我正要去喂食，我看见这么一个现象，我把鱼食撒到鱼缸里，乐乐吃了一点就不吃了。 9月23 日傍晚5 点15分，我看见鱼缸里的贝壳反过来了，小欣欣看见了，好像以为它——这个小贝壳要死了，连忙游过去，用它的头去抵，抵了近三、四分钟，它就不抵了，它游到乐乐旁边，用自己的尾巴扫了扫乐乐，然后互相碰了一下头，乐乐和欣欣一起游过去，把那块贝壳一起弄回原样了，这一点证明了“团结力量大”。 通过两次的观察，让我知道了人类有人类的表达方式和交流语言，动物也有自己王国的表达方式和交流，这也告诉了我们，如果你不团结，那么你将一无所有，朋友之间的友谊真伟大。同时，我们也要多观察，多发现，但是不能因为你在动物身上作试验，就伤害小动物，因为动物是人类的朋友。 蚂蚁为什么不会迷路？ 蚂蚁，相信大家都很熟悉。那又有谁能真正地了解蚂蚁呢？蚂蚁为什么不会迷路呢？ 带着这个问题，我查阅了一些书籍。书上说，蚂蚁从蚁穴出发到达目的地后，沿途会留下一些气味，返回蚁穴。用触角相互碰一下，通知其他的蚂蚁。科学家曾经就这个问题作了一个试验。科学家先确定一只蚂蚁，将他沿途到达目的地的地方用力擦干净。当这只蚂蚁返回时，在被擦去气味的地方突然间停了下来。原地边转圈边寻找着什么。从而得到蚂蚁是靠气味来辨别方向的。 我为了证实这个结论，我做了个试验。我首先准备了一个十厘米左右的细小树枝，在树枝的一头放上一个诱饵——小糖果。我把这个装置放在一个蚁穴附近。不一会儿，有一只蚂蚁出来探路了。我把他引上木棍后，他到达了糖果的地方，仿佛在闻一闻、嗅一嗅。我趁此机会将木棍的中断部分截下一厘米的木棍。当这只蚂蚁返回的时候，就在被截去的地方左转右转，就是找不到回家的路。 过了一会儿，我又重复了上面的试验，蚂蚁仍然没有找到回家的路。 通过这两次实验，我终于知道蚂蚁为什么不会迷路的秘密了。原来蚂蚁是根据气味来辨别方向的。 知道了蚂蚁的这一秘密后，我在想：是否我们可以制作一种蚂蚁报警器呢？当蚂蚁走到报警器附近时，报警器就能“闻”出蚂蚁的气味，然后发出鸣叫声，让我们知道蚂蚁跑到橱柜里了或其他地方 “同学们，蛋壳都带来了吗？”老师问。“带来了！”我们异口同声地回答。 为了今天的科学课，老师让我们带蛋壳来。带蛋壳做什么呢？是做不倒翁吗？我们都很好奇。 “今天，我们要用这两个半截蛋壳做一个小实验。做之前，请大家先猜猜，我用这枝铅笔朝着蛋壳垂直往下刺，是口朝上的蛋壳先破呢，还是口朝下的蛋壳先破？”“当然是口朝下的先破！”大多数同学都抢着回答。“口朝上的先破！”同桌偏要和大家作对。老师微笑着说：“那好，下面我们就来做做实验，看谁的答案才是正确的。” 老师叫了一名同学上讲台，让他用铅笔对准自己手上口朝上的蛋壳。老师一声令下，同学手一放，铅笔刺到了蛋壳上，蛋壳没有破。老师又让他试了几次，铅笔第三次刺下的时候，终于刺破了蛋壳。接着，老师又让他用铅笔刺口朝下的蛋壳。“一下、两下、三下……”我们一起数着；但那半个蛋壳就像穿了盔甲一样，被刺了十几下还是不破。 “耶！我猜对了！”同桌高兴得手舞足蹈。虽然我们都不服气，但经过多次试验，我们发现，同样的两个半边蛋壳，用铅笔垂直去刺，的确是口朝上的比较容易破。老师告诉我们，这是因为口朝上的蛋壳受力比较集中，而口朝下的蛋壳受力分散，所以就比较坚固。难怪建筑工地里的工人叔叔们都戴着口朝下的安全帽，原来就是这个道理啊！

城市落叶处理方法的探究 一、研究目的每年秋冬季节，为保护自己度过寒冬，不少植物都要落叶。这影响了市容与环境卫生，环卫工人要花很多精力去打扫。据南京市鼓楼区环卫所人员介绍：2001年10月，从第一场秋风起，这个部门所属的落叶堆放场和中转站的日吞吐量已从平时的300余车和800余吨增加到后来的470余车和1000余吨。像今年12月3号的那场雨，仅一个早上，从宁海路到草场门桥一段，工人就打扫运走了近五万斤树叶（湿），都要用8吨重的压缩车运载！这么多的树叶，运到哪里去了？是怎么处理的？我们走访了几个垃圾处理中转站，在那儿，我们了解到南京市政府早就规定禁止焚烧落叶，这些落叶都将随着生活垃圾被运到南京最大的有机垃圾处理场被填埋。我们又随着垃圾车来到江宁水阁有机垃圾处理场，在那儿，我们看到一车一车的垃圾都被运到这儿，其中，有生活垃圾，也有建筑垃圾，还有树叶。许多拾荒者把其中能卖钱的垃圾捡出来，也把人们扔掉的剩饭剩菜捡出来回家喂猪，而树叶和其它垃圾混在一起被推土机压在一起被填埋，成为垃圾山，处理厂利用这些被填埋垃圾在慢慢腐烂过程中产生的沼气进行发电，但发电量不大，效益还远远不够发电机组的成本。能否更有效地利用落叶？ “碾作尘土，化作泥”。这是土壤中的腐生细菌在起作用，但在大自然中这需要很长时间，至少是3—6个月。我们是否可以在比较短时间内完成这种转化？树叶可以有效地转化成有机肥吗？我们请教了南师有关专家，在他们的指导下，我们进行了落叶快速转化为有机肥的探究性实验。二、研究过程与方法1、收集了4斤梧桐树叶，把树叶分成两组，一组粗的（把树叶加工成1至2平方厘米）一组细的（把树叶加工成粉末状）。2、分别让它们吸足水分，加入菌种（每千克泡水后的树叶加入11克菌种左右），同时适当加入少量麦麸、鱼粉（每千克树叶加入7克+3克）作为营养源，加入石灰粉调节酸碱度，装入塑料袋中，套上无菌培养容器封口膜以保持通气。3、 放入30摄氏度左右的温箱中，进行观察。三、实验现象及结果日期细的（加鱼粉和麦麸）粗的（加鱼粉和麦麸）细的（不加鱼粉和麦麸）粗的（不加鱼粉和麦麸）12、14粉末状，浅土黄色（因为吸了水分的缘故）树叶气味浓。1—2平方厘米，浅土黄色，树叶气味浓。 粉末状，土黄色，树叶气味浓。1—2平方厘米，浅土黄色，树叶气味浓。 12、20粉末状，仍为土黄色，但底部有一点点白色斑点。树叶气味变淡了，有些腐烂的气味。树叶气味变淡了些，有腐烂的气味。其余的没变。还能闻出树叶气味，其余的没变。还能闻出树叶气味，其余的没变。 12、30粉末状，深土黄色，靠近袋子底部有一圈像棉花一样的白色绒毛状物体，是菌体。已闻不出明显的树叶气味。有点土腥味。深土黄色，里面有一些白色的点点，闻起来有点土腥味。其余未变。 粉末状，土黄色。无明显的树叶气味。极少的白色点点（菌体），树叶气味极淡。 1、10粉末状，深褐色，有许多白色绒毛状的菌体，有土腥味。 颜色有变化，为深褐色，有不少白色绒毛状的菌体，有土腥味。在显微镜下面看到的菌体是这样的: 粉末状，土黄色，有一些白色点点（菌体）。 土黄色，有少量的白色点点（菌体） 1、25粉末状，像土一样的黑灰色，土腥味变淡。用手捏叶片，不太容易把它捏碎。深褐色，叶片上有许多白色的菌体，手轻轻一捏叶片，就很容易变成粉末。没有气味了。老师说，这就是叶片已明显地降解了。 粉末状，土黄色，白色菌体更多些，土腥味重。用手捏叶片，很不容易把它捏碎。 有一些白色的点点，气味有变化，土腥味重。用手捏叶片，很不容易把它捏碎。 四、结论与收获从表格中可以看出，加工成粗的并加入麦麸和鱼粉的梧桐树叶经过一个多月的时间发生了很大的变化：颜色由土黄色变成了深褐色，菌体也大量产生，树叶原有的香味也慢慢消失，手轻轻一捏叶片，就很容易变成粉末，已明显地降解了。而其他三种（加工成细的不加入麦麸和鱼粉的梧桐树叶，加工成细的加入麦麸和鱼粉的梧桐树叶，加工成粗些的并加入麦麸和鱼粉的梧桐树叶）转化需要的时间稍长些。一个多月下来，有一些变化，但还没有能大量降解。另外，同时埋在学校操场边上花坛土中的同样的树叶几乎没什么变化。我们分析，其中原因，主要是因为腐生细菌喜欢生活在温暖、湿润、富含有机物的环境中，在这样的环境中，它能以很快的速度繁殖并生长，而粗的加营养源的树叶恰恰给腐生细菌创造了这样一个良好的生存环境：温箱提供适宜的温度，加麦麸、鱼粉提供一定的营养，粗的树叶能吸取水分，但又不是太多，保持湿润。因此，降解速度能加快。而其它的由于没有能满足腐生细菌生长的所有条件，降解速度要慢一些。由此，我们想到，如果我们保洁人员在收集垃圾时把树叶、菜叶等有机垃圾与其它垃圾分开收集，由中转站统一送到一指定地点，也创设像实验中那样利于腐生细菌生长的环境，如造一个人工降解池，把这些有机物堆放在一起，接入合适的菌种，并搭大棚利用太阳能提供一定的温度，那么，一方面这些垃圾可以被迅速处理掉，缩短周期，节约场地，有利于改善环境；另一方面，转化成的有机肥又可以被利用，如给城市中的花施肥、给草坪施肥。这次活动，给我们上了一节生动的环保课，我们学到了许多书本上没有的知识，大开了眼界，真正体会到“垃圾是放错了地方的资源”，我们要充分利用这些资源，让它们变废为宝。在活动过程中，我们不知不觉成了小小宣传员，向同学、向我们的爸爸妈妈、亲戚朋友宣传垃圾分类处理的重要性。另外，在江宁水阁垃圾场，我们看到了拾荒者抢捡垃圾的场面，也看到了他们分捡垃圾的场面，正是他们的劳动，把一些还可以利用的资源进行回收，节约了资源，但同时，我们也看到了一些问题：他们用分捡出来的菜叶等喂养出来的垃圾猪是否符合卫生标准？他们分捡出来的可回收的塑料袋再加工程序是否符合卫生标准？怎样规范他们的这些行为？最后，特别感谢南师大生物系菌肥实验室的老师们，在我们的活动过程中，他们给我们提供了很多的帮助！ 注： 我是五(4)中队的龚昌昌，平时我就喜欢科学研究，特别喜欢动手做各种各样的小实验。深秋到了．法国梧桐树叶在风中纷纷露下，飘向大街小巷，这样给我们的环卫工作带来了很大的麻烦，也给市容整洁带来了不好的影响，于是，我们进行了“法国梧桐叶转化为有机肥”科学实验，使废物变为宝。这项科学活动让我认识到科学就在我们身边。关注日常生活小事，能够学到课本上所没有的知识．使我们对生活中的事物从感觉上的认识上升到理论上的认识，扩大了视野，开阔了眼界。我真是喜欢这样的科学活动。

就写林木等东西

造林规划设计是林业建设的先行和基础工作，是科学造林和最优经营管理的重要组成部分。造林规划设计中方案的优化不仅要遵循适地适树的自然法则，而且要根据当地、当时社会经济条件、林业生产计划和经营目的，来选择最优的造林规划设计方案，做到在满足经济、计划、物质等方面的条件下，合理利用林地，最大限度地挖掘林地自然生产力，充分发挥人工林的生产效益，实现森林的持续经营与林业的可持续发展。这是当前造林规划设计中的一个重要研究课题，具有重大现实意义和应用价值。为此，前人从不同的技术角度，对造林规划设计的方案优化做了大量研究，取得了许多重要成果[1-4]，但它们均具有一定的局限性。因为在造林规划设计的实践中，小班造林树种的选择除了要考虑某种立地条件下某一树种的适宜程度外，还常常要考虑投资金额的限制、指令性计划的约束以及造林苗木品种和数量的限制。鉴于此，笔者曾首次给出了 0－1 规划方法确定约束条件下小班造林规划设计最优化的具体方法，并成功地解决了 10 个小班的造林规划问题[4]。但当造林小班数量大于 50 甚至更多时，0－1 规划方法求解就需搜索很长时间方有可能得到最优方案。那么，在解决某个大林场或某个县（市）整个大地域范围内的约束条件下小班造林规划设计及其最优设计问题时，就存在最优化方法上的不足。因此，有必要提出优化的方法。造林规划设计问题本质上是一个优化问题。模拟退火法是人们从自然界固体退火过程中得到启发并从中抽象出来的一种随机优化算法，是解决优化问题的一种新途径。因此，本文在介绍模拟退火法机理的基础上，首次提出用模拟退火法优化大地域作业区在经济、计划、物质等方面的约束条件下为获得最佳经济效益的小班造林树种选择的最优方案，具有重要理论价值和现实意义，属首次报道。1 在约束条件下造林规划设计的数学模型在实际的造林设计工作中，当用科学方法做出设计之后，具体实施过程又常常受到各种条件的约束，迫使修改原规划设计方案。在满足这些约束条件下，为达到获得最大经济收益目标，编制整个林场或县、市作业区内造林树种选择的最佳方案，我们把它称为“在约束条件下造林规划设计问题”[4]。在约束条件下造林规划设计考虑资金、苗木品质和数量以及计划等约束条件，其具体数学模型见文献 4。2 模拟退火法Kirkpatrick 等[5]于 1983 年首先提出了模拟退火法，它是人们从自然界固体退火过程中得到启发并从中抽象出来的一种随机优化算法。模拟退火法用于求解优化问题的出发点是基于物理中固体物质的退火过程与一般优化问题间的相似性。在对固体物质进行退火处理时，常先将它加温使其粒子可自由运动，以后随着温度的逐渐下降，粒子逐渐形成低能态晶格。若在凝结点附近的温度下降速率足够慢，则固体物质定会形成最低能量的基态，优化问题也存在类似过程。解空间中每一点代表一个解，不同的解有不同的目标函数。该算法最为显著的特征是以一定的概率接受使目标函数值增大的移动，所以能够从局部最优解的“陷阱”中爬出来而不会简单地终止于一局部最优解上，即具有全局收敛性。并且在理论上已经证明了只要系统过程满足一定的要求（系统温度无限趋于零度且在每一温度下模拟充分），则算法将以概率 1 渐近收敛于全局最优解[6]。图 1 为典型的模拟退火法计算框图，可以看出，该算法包括以下要素：图 1 模拟退火法计算框图 Calculation chart of simulated annealing(1) 相邻状态的产生 相邻状态是指从当前状态经过一次移动（对任一优化变量进行一次扩大、缩小或对流程结构进行一次调整）所能达到的状态。这是模拟退火法中一个非常重要的概念，因为相邻状态产生的有效性直接关系到算法的有效性。一般的相邻状态产生方法是借助于一个随机数发生器，随机地选取一优化变量，然后对其进行放大或缩小。但是此法存在一些不足之处，本文采用这样一种改进的相邻状态产生方法[6]：首先，将当前状态的相邻结构集（相邻状态的集合）进行排列，然后按照这一随机排列顺序逐一执行各步移动。这样保证了当前状态的每一相邻状态均能被实现一次，也使得低温下每一状态仅被实现一次便可找到能够使目标函数值下降的移动，节省了计算时间。(2) 初始温度 T0 温度 T 在模拟退火法中具有决定性作用（称为模拟退火法的控制参数），它直接控制着退火的走向（即系统的优化方向）。由随机移动的接受准则可知，T 很大时新状态的接受概率很高。但初始温度 T0 的选取不能过高也不能过低，过高则以后的过程会有大量的时间浪费在因初始温度过高而接受的使目标函数值上升的移动上；T0 过低又会使算法的“爬山”能力减弱而可能终止于局部最优解。一般的 T0 确定方法是使初始温度 T0 下随机移动的接受比率落在某一给定的范围内（例如：≤X0≤）。确定 T0 的经验法则是：选定一个大值作为 T0 的当前值，并进行若干次变换，若接受比率 x 小于预定的初始接受比率 X0（可取 X0=），则将当前 T0 值加倍。以 T0 新的当前值重复上述过程，直至得到X>X0的 T0 值。(3）每一温度 T 下随机移动的次数 每一温度下随机移动的次数取为相邻结构集尺寸的大小。(4) 降温进程 Tk＋1=f(Tk) 选用 Aarts 和 Van Larrhoven[6]提出一种具有多项式收敛的降温进程：Tk+1=Tk[1＋Tk1n(1＋δ)/3σ(Tk)]-1其中σ为目标函数标准偏差，δ为给定数值，δ越小则降温越慢但模拟误差也越小，其取值不同对模拟退火算法的实验性能有显著影响。一般通过计算机调试而确定，本文经调试，δ取 。(5）随机移动接受准则 采用 Metropolis 准则[7、8]，随机移动接受概率其中△c 为目标函数值的变化。可以得知，系统温度 T 决定着随机移动的接受概率。温度越高则算法接受使目标函数值上升移动的能力越强，具有较强的“爬山”能力；温度很低则使目标函数值上升移动的接受概率很低。(6）终止准则 采用一个简单的终止准则：当 T=Tf 时终止计算（取 Tf=）。3 模拟退火法优化约束条件下造林规划设计实例用福建省尤溪县林业委员会用材林速生丰产林基地中的造林小班的具体资料进行在约束条件下的小班造林树种选择方案优化。福建省尤溪县位于东经 °～°，北纬 °～°。气候属中亚热带大陆性兼海洋性季风气候，年降水量 ，年蒸发量 ，相对湿度 83%，年平均气温 ℃，历年最大日降水量 ，3～6 月为多雨季节，4 个月降雨量占全年降雨量的 65%。地貌系闽中火山岩系中山地貌。用材林速生丰产林基地造林地土壤为发育在侏罗纪下流陆相盆地沉积砂岩上的红壤，平均坡度为 32°。林地植被以唐竹、芒萁为主，盖度为 63%。造林小班共 97 个，总面积为，依据各小班坡位、坡向、坡度、表土层厚度等因素，应用文献 3 中的方法可以打印出各树种在基准年时累计材积和合理造林密度。由于用材林速生丰产基地造林树种主要是杉木（Cunninghamia lanceolata）和马尾松（Pinus massoniana），因此只考虑这两个树种，这些基础数据限于篇幅不列出。假设杉木每株苗木单价 (H1) 为 元，马尾松每株苗木单价 (H2) 为 元。杉木每公顷造林投资 (b1) 为 2700 元，马尾松每公顷造林投资 (b2) 为 1800 元（包括整地、造林及抚育等费用）。各树种的总材积（包括间伐材）平均每立方米杉木价格 (C1) 计为 480 元，马尾松 (C2) 为 360 元。假设对该作业区总投资为 160 万元 (B)，对杉木苗木来说，最多可供应 180 万株 (D)，但至少必须使用 120 万株 (E)，马尾松苗木敞开供应。上级部门要求 20 年后该批造林小班必须收获杉木 万m3 木材。以立地条件分析：第 5、59、97 小班极适宜种杉木；而第 10、51、96 小班极适宜种马尾松。这些条件在小班造林规划设计时都予以考虑。这样，目标函数为：约束条件：其中 Z 为基准年时创造价值（元）；Vij 为第 i 小班种植第 j 树种在基准年（20 年）时累计材积（按文献 3 计算）；Si 为第 i 小班面积；Cj 为第 j 树种（包括间伐和主伐收获的木材）每立方米平均计算价格；Xij 为第 i 小班种植第 j 树种的决策变量；Nij 为第 i 小班种植 j 树种的合理密度（需苗木株数）（按文献 3 计算）；n 为小班数；m 为造林树种数。笔者根据模拟退火法的基本思想，应用 BASIC 语言编制了优化约束条件下造林规划设计的模拟退火法的计算机程序，其中 n=97，t0=100，δ=，马尔可夫链的长度取为 (2n)2。程序在 AST－586 计算机上运行，收敛后，目标函数值趋于稳定，最优造林规划设计方案列于表 1。在采用模拟退火法优化约束条件下造林规划设计求解的尤溪县林业委员会 97 个小班的造林规划设计最优组合方案下，20 年累计杉木材积收获可达 万m3，杉木苗木需要 1204010 株；马尾松材积收获为万m3，需要苗木 1150560 株；总投资为 1597349 元。在最优造林规划设计方案下，可望在 20 年时获得 万元经济收益。表1 造林规划设计表Table 1 Tabulated culture program design小班号 小班面积(hm2) 造林树种 合理密度（株/hm2） 需要苗木数量（株） 20 年木材收获(m3) 小班号 小班面积(hm2) 造林树种 合理密度（株/hm2） 需要苗木数量（株） 20 年木材收获(m3)1 杉木 4200 15960 50 杉木 3300 21120 杉木 3600 29040 51 马尾松 4800 16960 杉木 3600 5040 52 马尾松 4800 24000 杉木 4200 21000 53 杉木 3000 33000 杉木 3600 31680 54 马尾松 3600 66240 杉木 3600 15120 55 杉木 4350 11020 杉木 3300 9900 56 马尾松 4800 11840 杉木 3300 6600 57 杉木 3600 24960 杉木 3600 17040 58 马尾松 4200 23520 马尾松 4800 31040 59 杉木 3900 11960 杉木 4200 24640 60 马尾松 4800 31040 杉木 3600 32880 61 马尾松 4350 26100 杉木 3600 33840 62 马尾松 4800 12160 杉木 3300 18920 63 马尾松 4350 31610 马尾松 4500 14700 64 杉木 3000 25000 马尾松 4200 9800 65 马尾松 3900 36920 马尾松 4050 35640 66 杉木 3300 12540 杉木 3000 13400 67 杉木 4200 21560 杉木 4200 20720 68 马尾松 4800 20800 马尾松 4200 15120 69 马尾松 4200 41160 杉木 3000 38600 70 马尾松 3900 43940 马尾松 4200 26320 71 杉木 4200 11760 杉木 3000 19580 72 杉木 3900 22620 马尾松 4800 8640 73 杉木 3600 27600 马尾松 4050 31320 74 杉木 4350 6960 马尾松 3900 22620 75 杉木 3900 19240 马尾松 4500 27300 76 马尾松 4200 16240 杉木 3300 34320 77 马尾松 4500 20700 马尾松 4200 16520 78 杉木 3600 10560 杉木 4200 38920 79 杉木 3300 27280 杉木 4200 21280 80 马尾松 4800 13120 马尾松 4800 15040 81 马尾松 4800 18240 杉木 3000 33600 82 杉木 4200 22960 杉木 2700 11520 83 杉木 4050 25920 马尾松 4050 19710 84 马尾松 4500 21900 杉木 3000 8600 85 马尾松 4200 36120 杉木 3600 41520 86 杉木 3000 28600 杉木 3000 40600 87 杉木 4350 10730 杉木 3000 37000 88 杉木 4200 21840 杉木 3300 7920 89 杉木 4200 37520 马尾松 3600 41160 90 杉木 3900 29640 杉木 3000 12600 91 马尾松 3900 44720 马尾松 4200 22680 92 杉木 3900 16900 马尾松 3900 33020 93 马尾松 3900 27820 马尾松 4350 22620 94 马尾松 4800 15360 马尾松 3900 66560 95 马尾松 3600 33360 杉木 4200 21280 96 马尾松 3600 56880 杉木 3000 22800 97 杉木 3900 13260 杉木 3300 23540 讨论在约束条件下造林规划设计方案的优化是在反映立地条件的环境因子等估测出最佳造林树种及合理造林密度的计算机辅助造林设计的基础上，应用其定量数据，用模拟退火法优化 0－1 规划求解最优设计方案，达到在大区域范围内实现在约束条件下的造林规划设计，因此，研究结果对实现合理配置林地资源具有一定的现实指导意义。在约束条件下造林规划设计中采用模拟退火法优化求解，结果表明，模拟退火法可用来求解优化问题，但在实现过程中应注意 3 个问题：①怎样按某种概率过程产生新的搜索状态。产生新的搜索状态的范围越大、越广，则搜索的解空间越大，从而能够保证在全局中寻求最优，因此，为保证在全局中寻求最优，本研究产生新的搜索状态的概率过程采用随机生成方式；②根据当前温度及新状态与原状态的相应位置，如何确立新状态接受标准。本研究中采用 Metropolis 准则来确定新状态接受概率，即同时考虑目标函数值的变化Δc 和系统温度 T；③怎样选择初始温度 T0 及怎样更新温度、确定温度的下降过程。一般初始温度 T0 可经过计算机调试得到，本研究中经计算机调试后以 T0 取 100 为最理想；而对于温度下降过程，由于降温过程的数学模式较多，不同的研究对象可因具体情况选择不同的降温过程，本研究选择 Aarts 和 Van Larrhoven提出的一种具有多项式收敛的降温进程。以上 3 点影响模拟退火法的收敛性及收敛速度，且影响退火结束后以多大的概率使状态稳定在全局最小点。作为一种新的优化方法，其将在林业生产及科学研究中具有广阔的应用前景。