期刊收录:万方收录(中) 国家图书馆馆藏 哥白尼索引(波兰) CA 化学文摘(美) 维普收录(中) CSCD 中国科学引文数据库来源期刊(含扩展版) 上海图书馆馆藏 JST 日本科学技术振兴机构数据库(日) 统计源期刊(中国科技论文优秀期刊)
光电子论文:研讨式教学方法在《光电子学》课程中的应用 摘要:《光电子学》是一门专业基础课程,内容涵盖光学与电子学等多学科知识,具有理论性和实践性并重的特点,采用研讨式教学方法,加强多学科综合专题与应用专题等研讨课程对于提高教学质量具有重要意义。通过《光电子学》研讨课的实践,从选题、目标、实施和评价等方面对研讨课进行了分析与思考。 关键词:研讨式教学;课堂教学;教学方法 一、引言 研讨式教学作为一种有效的教学模式在教改中受到多方面的肯定和推广。它针对重要教学内容中的某些习题或专题展开讨论,在此过程中学生有目的地进行调研、回顾、分析和思考,使其变被动接受为主动学习。在《光电子学》课程中加强专题研讨式教学,对教学质量的提高无疑会起到积极的推进作用。 光电子学课程是专业基础理论课程,具有理论与实践紧密结合、基础理论与前沿研究方向紧密结合的特点,但内容偏重于建立学科理论体系。光电子学课程包含两大理论体系――光电磁理论和光量子理论,需要系统介绍一系列基本概念、基本原理和基础理论,因此内容涵盖的知识面很广。课程讲授中过于偏重基础理论会使教学枯燥无味,使学生对具体的物理意义缺乏理解,在课堂教学时适当增加一些系统应用实例进行专题研讨,可充分调动学生的学习兴趣和积极性,使学生从理论和实践两方面全面理解课程内容,在教学评价上除了考试成绩之外还可结合学生在研讨中的实际表现来综合评定成绩。采用研讨式教学方式,不仅可获得良好的教学效果,融洽师生关系,更重要的是在此过程中还把学生从被动接受知识的客体转变成为主动自觉进行知识学习的主体,从而培养学生勤于思考的习惯和自主创新等能力。当然《光电子学》课程本身存在一些特殊性,使得研讨式教学不能简单模仿其他课程的模式,通过两年来的实践,我们对研讨课的选题进行了总结与思考。 二、研讨课的选题 研讨课的选题是课程质量的首要环节,选题设置的是否科学,直接关系到研讨式教学的成败。只有目标明确、内容具体、激发兴趣的选题才能达到需要的效果,避免流于形式。根据我们的思考与实践总结了以下几点可用于研讨课的选题。 研讨内容可与科研实践相结合。根据我们的实践,将光电子学应用领域科学研究中的相关内容引入课程研讨,可极大地激发学生的学习兴趣。例如,我们将高灵敏度干涉仪研究的相关实验的原理、结构、过程与结果进行了展示,鼓励学生对系统结构进行分解,然后学生进行分析,提炼出了半导体DFB激光器、声光强度调制、相位调制、偏振调制、光电探测共五个主题,学生按照兴趣自动分为5组,每组5到6人进行了深入讨论,在此过程中,他们自己温习教材、查阅资料、推导公式、分析特点、交流辩论、分析总结,很好地完成了任务。在此过程中,学生概念更加清晰,对知识点的理解更加深入,培养了学生所学知识的综合运用能力,为其今后的科研工作打下良好的基础。 研讨内容可与前沿研究方向紧密结合。光电子学的显著特点是知识更新快、新型交叉学科的不断涌现、器件性能不断提高和新型器件不断出现。为了体现课程的现代性和先进性,反映光电子领域最新的研究现状,在研讨内容上,将光电子学新技术与最新发展成果引入课程教学,使学生不仅对光电子领域有更全面的了解,并激发学生深入研究的兴趣,可为进入专业领域的研究和创新能力的培养奠定基础。 研讨课教学中可加强与相关课程内容的联系。光电子学课程有较宽广的知识面,包含了光辐射的产生、传输、调制和探测等各方面,相关内容涉及到《电磁学》、《激光物理》、《光学原理》、《量子力学》、《光电技术》、《光纤光学》、《半导体物理学》、《光纤传感技术》等多门课程。相关课程的联系也是学生非常感兴趣的内容,例如模式耦合的相关内容,以《电磁学》等课程为基础,又可应用于《光纤光学》中的圆形波导相关内容,还可延伸到《光纤传感技术》的光纤光栅等内容。这些联系都可以作为研讨的主题激发学生深入钻研的兴趣,从而巩固了所学知识,预习了后续课程。 二、研讨课的目标 在课程的研讨内容确定后,要明确研讨的目标,包括研讨的方向,研讨的重点,研讨要达到的深度等。教师在研讨课目标时,要针对学生状况确定教学目标,尽可能把问题落在学生学生最有可能感兴趣的方向,并把握把握好其难易程度。对学生而言,假如问题设置太难,势必给学生太多的负担,影响学生学习的兴趣;反之如果问题设置太简单,则又会让很多学生不屑于去思考。比如要对电光晶体调制在科研中的应用展开研讨,可以明确研讨方向是相位调制,重点是铌酸锂晶体的横向应用,要求达到能根据应用要求进行参数估计的程度。 研讨课的目标必须和讲授课目标一致,以讲授课的内容为基础进行扩展,难易程度可略高于讲授课。研讨式教学只是一种教学手段,而不是目的,知识传递始终是培养学生的基础,研讨式教学方法不能脱离这一基本条件。只有在成体系的讲授知识的基础上,在学生在积累和理解了一定的知识之后,才能应运掌握的知识、技能、经验或理论功底,围绕所设的研讨课题进行深入的思考,探讨和交流研究的结果,从而求得正确的结论和对知识理解的深化。例如“DBR半导体激光器特性与应用”研讨课,首先必须从激光产生的基本条件,到半导体的能带特点与跃迁机理,再到DBR半导体激光器结构与原理等知识点进行充分的讲述,使学生有深刻的系统的认识,如果缺乏对这些知识点的深刻理解,研讨很有可能流于形式,学生或对问题反复讨论,或在交流中缺乏主动,回答问题支支吾吾,研讨课变成例程讲解课。有了明确的教学目标,才可提出研讨方案并进行有效的实施。 四、研讨课的实施 研讨课的实施包括准备、组织和总结等方面的内容,我们确立了“目的明确、准备充分、教师引导、学生为主”的基本思想,力求研讨学生态度积极、课堂气氛活跃,而不要过多增加学生的课外负担。 第一,重视研讨前的准备。在讲述课的教学内容完成后,将研讨课基本方案提前发至学生手中,使其有足够的时间进行思考酝酿;进行辅助教育,为研讨者充实相关的知识,拓宽研讨的思路,激发学生兴趣;视学生的时间空余程度决定是否让学生自行查阅资料还是教师发放参考学习资料,要求学生进行文献资料综述并提出问题的基本解决方案;将研讨任务分解后可以让学生根据兴趣自行分组,也可随机指定分组。研讨课质量的好坏,关键取决于师生对研讨课的准备。 第二,研讨课的课堂组织。研讨课的组织可分两个阶段,包括小组讨论和课堂发言。在研讨过程中发挥学生的积极性是关键,学生应该是研讨的主体,思维应处在积极活跃的状态,教师只是组织者和引导者,如果只是教师在说,说明课堂教学设计不合理,学生没有兴趣或者准备不充分。在研讨过程中教师要把握时机,在适当地进行提问和鼓励竞争,加强师生互动和学生之间的互动,温和适当纠正学生错误观点,不能代替学生去研究。通过积极主动参与课堂教学过程,学生不但可以充分了解光电子学的知识点,还能够在科研资料调研、研究报告撰写和口头表达等多方面能力得到培养。学生在经历课堂讨论后,大多留下了很深刻的印象,师生关系也更显融洽。 第三,研讨课的总结。研讨课结束后教师可以对研讨结果进行及时的总结和分析,对表现最佳的学生加以鼓励。倘若研讨效果不佳,也可寻找原因并加以改进,逐步提高研讨效果。根据我们的经验,第一次讨论课最为重要,最好讨论学生最感兴趣和轻松的内容,多数是偏重于技术应用的内容,而且需要多下功夫准备。在研讨课总结时学生一般不愿作太多的口头自我评价和相互评价,包括自信的学生和不自信的学生,教师不需要给学生太多的压力,可以要求学生对研讨课内容作书面总结,作为研讨课考核的部分内容。 五、研讨课的考核 作为课程综合成绩的一部分,公平合理的研讨课考核评价可以进一步提高学生的积极性,考核评价内容可包含书面报告、课堂表现和相互评价。书面报告应给出文献综述、基本方案、问题分析和结论。由于教师对学生表现只能做到宏观把握,要做到公平合理很大一部分需要学生之间的相互评价,为避免学生之间相互提高成绩,学生各组总成绩主要由教师决定,而组内学生成绩需要明确优秀率,由学生投票决定成绩。教师可对考核评价进行不记名问卷调查,进一步提高考核评价的公平性和合理性。 结束语:在《光电子学》中引入研讨式教学,激发了学生学习和思考的积极性,深化了学生对知识的理解,扩展了学生的视野,提高了学生发现和解决问题的能力,希望我们的经验有一定的借鉴作用。 光电子论文:光电子器件行业发展趋势分析 摘 要 光电子器件是构成光通信系统的必备元器件,能够实现光信号的产生、信号调制、探测、连接、能量分合、波长复用和解复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、信号放大、光―电―光转换等功能。无论是接入网,还是城域网和骨干网,以及代表未来通信技术趋势的光互连网络,都需要大量的光电子器件,光电子器件的发展也推动了光通信技术的进步。本文主要就光电子器件行业的发展趋势进行分析,为光电子器件行业的发展提供借鉴。 关键词 光电子器件 行业 发展趋势 一、光电子器件介绍 根据是否需要电支持,光器件可以分为无源和有源两类。有源器件主要包括波长转换器、光放大器、激光器、光调制解调器、色散补偿光模块、光开关等需要外加能源驱动工作的光电子器件。无源器件是光通信系统中需要消耗一定的能量,具有一定功能而没有光电转换的器件,主要由光分路器、光滤波器、光分波器、光合波器、光耦合器、光纤连接器等不需要外加能源驱动工作的光电子器件组成。光无源器件具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点,广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。它是光纤通信设备的重要组成部分,也是其他光纤应用领域不可缺少的元器件。 二、光电子器件与光通信发展的关系 进入21世纪后,由于互联网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的快速增长,数据通信对带宽的需求快速增长,对超高速和超长距离的大容量光纤网络和传输系统有了更为迫切的需求。 随着光通信行业的发展,宽带用户数量不断提高。根据ICCSZ的《2015全球光通讯市场分析与预测》,截至2014年底,全球固网宽带用户约为7.28亿,年净增数接近5000万。 根据工信部数据,截至2015年10月末,我国互联网宽带用户规模达到2.12亿户,3G、4G移动宽带用户达到7.47亿户,其中4G用户达3.28亿户。“宽带中国”战略的加速推进,宽带提速效果日益显著,8Mbps及以上接入速率的宽带用户总数超过1.33亿户,占宽带用户总数的比重达63%,比上年末增加22个百分点;20Mbps及以上宽带用户总数占宽带用户总数的比重达27.5%,比上年末增加17.1%。光纤宽带建设进度加快,光纤接入FTTH/0用户比上年末净增4158.6万户,超过上年同期增量91.6%,总数达到1.1亿户,占宽带用户总数的比重达到51.8%。 我国政府和有关部门对光纤宽带网络建设重视程度不断加深,先后出台多项政策和指导性文件,强调发展光纤宽带网络。《通信业“十二五”发展规划》要求2015年光纤入户覆盖量达到2011年的3.4倍,年均复合增长率为45.19%,这将带动光通信相关产业的良好发展。 光电子器件作为光纤网络的构成要件,其发展与整个光纤通信行业的状况息息相关,既直接受基础网络的资本性投入、组网需求和组网方式等网络运营的影响,也通过自身技术的发展和性能的优化不断推动光网络市场和技术的演进。随着光纤网络从长距离骨干网向城域网和接入网过渡以及全光网络的发展,对光电子器件的需求更加迫切,市场需求量也随之迅速增长。据ICCSZ统计,2014年全球光电子器件市场收入约为73亿美元。 光电子器件在光通信设备总成本中所占的比例正逐年提高,其市场容量不断增加。原因来自两方面:一是光网络架构的变化。过去,光传输主要应用于骨干网和城域网,但随着带宽需求的增长以及光网路建设成本的下降,光传输网络已经向接入网延伸。接入网中的节点和终端数量都远远大于骨干网和城域网,而每个节点和终端都需要光电子器件,故接入网中光电子器件的用量远远大于骨干网和城域网。同时,接入网中带宽需求的增加反过来又会促进城域网和骨干网的网络升级、扩容甚至更新换代,从而带动更多的诸如波分复用、光放大器等光电子器件的需求。二是光电子器件的小型化、模块化、集成化和智能化。集成光电子器件在形式上正逐步取代功能单一的分立式电子元器件和光学元器件,在性能上也可替代原先需由系统或者设备才能实现的功能。因此,光电子器件在光通信设备总成本中所占的比例越来越大。 三、光电子器件的行业规模 光器件是光通信设备的重要组成部分,光通信市场的不断发展,将直接带动光器件市场不断发展。近年来全球光器件市场快速增长,根据ICCSZ统计,2009年全球光器件市场销售收入达20.15亿美元,至2013年,全球光器件市场规模已超过35亿美元,年均增长率达15.92%。 随着市场需求和技术的不断发展,国内光器件企业的综合实力不断提升,在全球光器件市场的影响力不断提高。根据ICCSZ统计,2009年中国光器件市场收入约为5.3亿美元,其在全球光器件市场中的占比约为26%;2013年中国光器件市场收入已经发展至12.5亿美元,其在全球光器件市场上的占比也上升至35%。 四、光电子器件行业的发展趋势分析 相比美国、欧洲、日本、中国台湾等光通信器件公司发展较快的区域,国内光电子器件行业中大部分企业仍然依靠低成本在低端器件领域竞争,缺乏优秀技术和自主品牌,总体上的竞争力仍较为薄弱,位于产业链的低端。 随着网络通信数据量的大幅增加,对光通信网络容量的要求也不断增大,运营商需要对光纤宽带网络进一步扩容和建设,骨干网络扩容和接入网的升级提速将是下一段光通信网络的建设重点。 骨干网和城域网的光纤扩容包括铺设更多的光纤以及对已铺设的光纤进行信道扩容。信道扩容的方法有两种:一是提高光纤的单信道传输速率。目前正在进行从10Gbit/s到40Gbit/s及100Gbit/s、400Gbit/s的扩容。二是增加单光纤中传输的信道数,如利用波分复用技术(WDM)扩容到40通道、80通道等。 受技术进步和大规模应用的影响,近年来,光纤、光电子器件和光通信设备的价格不断下降,光通信的成本不断下降。而传统电缆通信主要材料铜的价格不断上涨,在未来一段时期里,以铜线为传输介质的通信网络将大量被光纤网络所替换,“光进铜退”将成为不可阻挡的趋势。在接入网方面,主要表现为光纤到户FTTH、光纤到楼FTTB等方式逐步替代基于双绞线或同轴线的ADSL方式。另外,4G技术的推广将进一步促进移动宽带发展,更多的移动数据通信需求将促进移动通信领域“光纤到天线”的发展。 除了接入网将逐步过渡到以光纤到户方式为主外,光纤将逐步向用户端继续延伸,最终实现光纤到桌面、光纤到服务器,直至板卡光互连、芯片光互连。 随着电信号方式的高速传输接近极限,光互连作为亟须的替代技术引起关注。在个人电脑、高性能服务器及手机等产品上已经开始采用光接口,随着未来光互连的制造成本大幅下降,光接口有望应用到更多的产品上。另外,在单芯片上混载光路与电路的硅光子技术的进步、微处理器芯片的全局布线等也显示出了芯片间、芯片内采用光互连的可能性。光通信节点间的距离越来越短,所需求的光电子器件数量越来越多,应用场景越来越广泛,市场规模越来越大。 (作者单位为平安证券有限责任公司) 光电子论文:光电子学基础课程教学改革初探 摘要:光电子学基础课程是光信息科学与工程专业设置的一门专业课,也是光电子相关硕士专业研究生的必需基础知识储备。笔者结合课程教学特点,以及该专业的本科、硕士生的培养目标,对光电子学基础课程的教学方法、实践环节和课程评价方法等做了改革探索,获得了较多的有益经验,取得了较好的效果。 关键词:光电子学;教学方法;教学改革;实践环节 一、介绍 光电子技术是由光信息技术和电子技术的相互结合而形成的新的光电子技术,涉及光信息处理、光纤通信、激光技术等领域,是未来社会发展和进步的优秀技术。光电子技术不仅研究内容非常广泛,而且也是未来信息技术中的重要推动力量,它包含光信号的产生、光信息的传递、光电信号的转换和处理和光电功能材料相关的内容,如:光电功能材料的发光机理、制备方法和工艺应用范围、光电器件的加工与制作和光电系统的集成等一系列从基础理论到实际工程应用等各个领域的研究。涉及光子学、光信息科学、电子学、材料科学、计算机技术等前沿学科理论,它是由多个学科之间的交叉而形成的一门高新技术学科。 光电子技术在经历上述学科之间的交叉渗透后,其技术水平和工程应用技术取得了很多突破,在社会发展中以及社会信息化中起着越来越重要的作用,光电子技术的相关产品也越来越多地影响我们的生活。目前,国内外正掀起一股光电子技术和光电子产业的研究和发展的热潮。一些国家把大量资金投入光电子学和光电子技术的研究和开发中,许多以光电子技术为研究方向的研究中心、实验室和公司越来越多的建立起来。光电子技术的发展决定了未来产业的发展方向,将给工业和社会带来比电子技术更大的技术冲击。光电子技术和产业在国家经济建设和科学持续发展中起到至关重要的作用。 因此,光电子学基础是光电子专业学生必备的基础知识,也是未来光电子产业需求的人才中需要掌握的重要基础知识。 二、课程特点及专业培养目标 光电子学基础是整个专业中的基础专业课程,在学生专业思想和未来培养目标及要求的实现上发挥重要的作用,也是未来该专业研究生必需的基础课程储备。该课程注重理论联系实际,注重对学习者能力的培养,重点培养学生综合分析、解决问题能力,为将来从事光电技术领域的科研、开发和应用工作奠定基础。 我们的培养目标为:培养在光电子技术科学领域具有深厚的理论基础、扎实的专业知识和熟练的实验技能,德、智、体全面发展的高级光电子技术科学人才,使学生具有在光学、光电子学、光通信技术、激光科学、光波导与光电集成技术、光信息处理技术、计算机应用技术等领域开展创新性基础理论研究以及从事设计、开发应用和管理等工作应具备的理论和技术基础。因此,基于我们的专业培养目标和光电子学基础课程的自身特点,我们在教学过程中进行了改革探索。 三、教学改革探索 1.教学内容改革。①授课体系和讲授重点。该课程根据学生培养需要,从光电子器件和光电子技术在未来工程应用的需要的角度出发,研究原理及系统构成在光电检测技术、光纤通讯领域中的常用光电器件的技术。重点讲述光学基础、光纤通讯的构成、半导体物理、光纤器件、光电子现象和光电转换器件,重点讲解光电子器件的结构、工作机理、工作特性和在工程技术上的具体应用。为了更好地将所学应用到未来的技术发展上,对各类光电器件的系统集成、信号的调制、解调技术也作了详细的讲解,同时给出在工程中的实际例子。②课堂教学内容紧跟科学发展的步伐。光电子课程的教材对于快速发展的光电子技术来说,既是基本的原理内容,但又是滞后的技术,若授课时只是按照教材内容讲解,往往会带来知识不新、内容与技术发展脱节的后果,易使学生对该课程的学习积极性和兴趣下降。因此,在教学过程中补充和及时更新教学内容,增加一部分现代光电子技术的发展前沿、新出现的技术及需求,从而能给学生提供更多的学习探索和求真的空间。③加强该课程与应用技术之间的联系。专业基础课程的基本功能是让学生了解和掌握所学专业的发展方向,培养的学生能在以后的学习中、工作中涉及光电子技术方面上进行继续学习和钻研。因此在给同学们讲解课程中的内容时,要与现代信息技术的发展紧密结合。针对在光电检测技术、激光应用技术、光纤通讯技术等内容进行重点讲解,结合当前社会已有的需求的技术发展进行讲解,使该专业的学生明确所学课程内容在技术应用、研究发展及市场前景,对未来的从事的专业充满信心。④为了更加与国际接轨,尝试了双语教学。在平时提供给学生光电子相关的外文读物和论文,指导学生学习专业词汇,在课堂中进行讲解,开阔同学们的视野,引导学生进行初步科研潜力的培养和学习,调动学生的积极性,引导他们进行文献学习,进一步了解国外光电子技术的发展现状,激发兴趣。⑤教学内容与市场技术应用及需求的结合。结合本校本地区特点,系统规划、组织,实施产、学、研一体化模式。针对光电子技术和光电子产业市场密切联系的特点,在课程内容上跟上市场技术需求,结合本地区经济发展的实际情况,培养既有专业知识和跨学科知识,又有极强的实际操作能力、适应性强的学生,全面提升学生的理论素养和实践能力,增强学生在未来光电子产业上的竞争力。 2.教学方法探索。①充分利用多媒体技术进行教学,利用多媒体课件在表达上形象直观、方便,在效率上和容量上很大的特点和优势。既能使课程中的各种图片资料得到清晰展示,还能节约课程上的时间,从而能在课堂教学中讲解更多的课程内容,较大地提升了授课中课堂的信息量。因此我们认真积极地制作教学课件,充分利用网络上丰富的信息资源,并与兄弟院校的老师展开课程教学交流,共享多媒体课件。极大地激发学生对该门课程的学习兴趣。②采用课堂教学和专题讲座结合的教学方法。在进行课堂理论教学的同时,利用其他时间安排、组织团队教师举办《光电子技术专题讲座》,开展光电子技术专题研究,如液晶显示、光电转换及系统集成、光纤传感及应用和近场光学中的探测技术等,既能强化学生所学的基础理论,又能激发学习兴趣,培养学生的科研意识。吸引学生参与到大学生训练计划和参与到老师研究的课题中,提前打下科学研究基础。③在方法改革中,在富有开放性的问题情境中进行实验探究。对参与到老师研究的课题或参加大学生训练计划的老师,帮助学生制定合理的研究计划,选择合适的研究方案和方法,积极发动研究光电子技术的老师,为这些同学们提供必要的实验条件,由学生自己动手去实验,考证研究方法和方案,来寻求实验结果中的答案。这时,教师起到的是一个组织者的角色,指导、规范学生的探索过程。这样的过程,不仅仅是要让学生学量的知识,更重要的是要学习科学研究的过程或方法。 3.教学实践环节探索。在光电子学基础课程中,本来并没有设置时间环节,而且多数放置在大三或大四学习,实验环节很少开始。我们为了能够更好地提升学生实践技能和掌握技术设备的结合,先在原有课程体系中安排三分之一的时间来安排实践环节,开设具体的、有针对性的实验内容,让同学们能更有效地了解、认识和掌握知识和技能。在普通物理实验、电子实验和光学实验的基础上,开设如固体光电子耦合器件、热电耦器件、发光器件及光子器件。对光通讯系统的传输和光电子器件的作用有了直观的认识和理解。在此基础上,结合地方实际,联系相关光电子产业中的企业,组织学生进行参观学习,从而让学生自己体会从书本上理论到实验实际,再从实验实际再到光电子技术,从光电子技术再到光电子商品的过程,能一下子把整个知识到技术到效益的过程展现在同学们的内心中,从而更能培养和激发学生兴趣,也能将培养目标中的产业式人才完成,弥补普通高等教育中最缺失的人才与市场的不对接的不足。 4.教学目标实现探索。在光电子学基础课程改革中,把教学目标从以知识教育为主转变为实现人才培养和科学人才需求的融合,培养具有创新、探索精神的新时代新型人才。长时间以来,我们在教学过程和专业培养中,存在着理论与实际技术需求的相脱离的现象,造成理工科学生对于市场技术需求常识缺乏。我们把教学内容、教学方法和教学实践环节都做了有意义的初步探索。进一步增强了理论学习到实践环节、实践环节到市场技术发展的学习过程,极大地激发和培养学生的学习兴趣,为将来从事该专业打下坚实的基础和牢固的信心。在近三年中,我们培养的本科毕业生就业率95%以上,该专业毕业生考研成功率30%以上,使光信息科学与工程专业的学生形成了良好的学习氛围,形成了争赶超的局面。同时,针对光信息科学和工程专业的学生,我们注意在进行科学知识教育的同时注重培养市场技术需求方面的培养,增加了企业参观及动手实践等环节,同时讲授在科学研究中人文素养培养的重要性,从而使之潜移默化地对学生进行自然的而不是勉强的人文教育。 光电子论文:菲涅尔理论在《光电子学与光电器件实验》课中的应用 摘要:在《光电子光电器件实验》课程中,引入菲涅尔理论的应用。把计算机软件的应用与具体实验内容相结合,探索了在实验课程中将基础理论、实践内容、计算机应用三者相结合的教学方法。通过设计与分析高阶菲涅尔透镜的性质,使学生对光电子学的色散等概念有了更全面和深入的理解,培养学生分析问题和处理问题的能力。 关键词:菲涅尔;光电子学;光场分析 《光电子学与光电器件》是一门实践性与应用型很强的课程。学生在学习了光电子学的基本理论知识的同时,还需要通过实验课进一步理解和消化一些基本原理和基本元件,掌握光电子学的基本技能。相应的实验课的建设直接影响学生的培养质量,影响学生今后进行科研的能力,是学科建设的重要内容之一。如何构建课程体系以及在课程中引入相应的知识训练,是一个重要的研究课题。随着光通信系统技术的飞速发展,光学元件的制作工艺也在突飞猛进。菲涅尔透镜作为一种二元光学元件,在制作工艺上有着加工工艺简单、成本低、易于与其他光路集成等优点,在光束整形、光互连、光照明、太阳能利用等方面都有着广泛的应用前景。菲涅尔透镜又叫菲涅尔波带片,是基于光的衍射理论制作的光学元件。根据菲涅尔衍射理论,在对波前进行比较粗糙的分割,组成一些同心圆环,使得到达波前一点的光程相差半个波长,经过振幅叠加可以达到聚焦的目的。为加强学生对波动光学方面基础知识、基本理论和基本技能的理解和掌握,养成用波动理论分析光学问题的思维习惯,了解菲涅尔透镜的设计与分析方法,吉林大学电子科学与工程学院特为本科生开设《光电子学与光电器件》课程这门专业课。 一、几何光学的局限性 因为在日常生活中遇见的有关光的问题绝大多数都属于几何光学的问题,几何光学比较直观,解决问题的方法比较简单,本科生在进行光电子学实验的时候往往习惯于用几何光学的知识去理解激光,思考问题仅仅停留在宏观尺度上。但是几何光学有局限性,除了直线传播定律之外,作为几何光学基础的另外两条定律――反射定律和折射定律,也都只在波长很小的条件下或者在宏观尺度上应用才能成立。几何光学原理的适用范围是有限度的。光电子学实验主要是培养学生用微观的思维去理解光、了解光的波动性。按照几何光学的知识,激光通过凸透镜会聚焦到一点,如果这个点没有大小,此处能量密度将是无穷大,这是不符合科学的,所以,聚焦的焦点处应该为一个焦斑,用几何光学的知识无法计算出此处焦斑的大小及其能量分布情况。实验过程中,可以测的激光焦点最小为光波长量级的光斑,称为埃里斑,能量主要集中在埃里斑的中心,在埃里斑的周围会有光环,其能量分布如图1所示。 学生这种几何光学的思维定势会影响他们对实验结果的分析以及面对问题时所采取的解决方法。为了让学生在现有知识条件下,就能理解解决这一光学问题,从而改变他们这种思维定势,我们在《光电子学与光电器件实验课》引入菲涅尔理论的应用,对实验项目中的实验现象尽可能让学生用波动光学的知识去理解,从而改变学生波动光学的思维习惯。 二、菲涅尔理论 根据菲涅尔理论,波前上每一个点都可以看成一个新的震动中心,它们发出的次波在空间某一点振动的所有次波的相干叠加即为该点的光强。利用公式描述如下: 其中(P)是波面上P点的复振幅,K是比例常数,F是倾斜因子,d∑是面元。 通过这一公式的形式我们可以看出,经过一个复杂的曲面积分,按照理论,可以计算出激光光场中任何一点的光强。但是这个积分计算是非常复杂的,一般的学生很难完成。如果我们的实验课中让学生进行这样枯燥无味的数学计算,不但不能提高学生波动光学的思维习惯,同时还会影响学生的学习兴趣,这与我们实验课培养学生实验技能的宗旨是相违背的。 可以利用上面的公式,不需要复杂的曲面积分,借助于计算机的快速处理能力,设计出一个激光光场分析系统,在比较短的时间内计算出各种光学元件的光场情况,从而让学生用波动光学的知识去理解激光。在利用菲涅尔公式进行光场分析的时候,学生需要了解激光波长、材料折射率、光学元件的形貌等参数,这些都是光电子学中比较重要的概念。 如在进行《氦-氖激光器模式分析》实验项目的时候,学生可以利用光场分析系统模拟出氦氖激光的情况,然后利用CCD等仪器测量实际的模式,经过对比就可以发现两者之间的误差,并进行误差分析。再比如《氦-氖激光器高斯光束与发散角测量》实验项目,可以让学生在分析系统中计算发散角的大小,以及利用最小二乘法对激光光强分布情况进行拟合,对高斯分布情况进行分析,从而让学生对高斯激光有一个更深入的了解,然后利用CCD对高斯激光发散角测试系统进行测试。这一过程对学生来说可以深入强化其对光电子学概念的理解,同时提高他们对光电子学的兴趣。 三、光场分析系统 光场分析系统为我们自主研发的一套分析软件。该软件主要是针对《光电子学与光电器件实验》教学而设计,学生在使用过程中可以自由设计实验系统中各个光学元件的参数。比如,学生可以设置激光波长,不同的波长会根据光的颜色来进行区分;可以任意设定凸透镜的表面形貌,从而可以让学生了解球面透镜与非球面透镜的区别;可以设定高斯光束中能量分布情况,从而可以比较准确地测量高斯光束的发散角等参数;还可以对菲涅尔波带片的聚焦情况进行模拟,同时还可以模拟非对称的椭圆形波带片,这种非对称光学元件在边发射激光器光束整形方面有很大的应用前景。 四、八阶梯相位型菲涅尔透镜设计与分析 根据菲涅尔衍射公式,我们可以设计菲涅尔波带片,每个圆环的半径满足以下公式: 其中,R1为最小圆环的半径。如果我们对前面所提到的波带片每个波带进行划分,根据不同的波带设定不同的光程,可以制作高阶波带片。 当n=2、4、8时,波带片理论衍射效率分别为40.5%,81%,95.1%。为产生相位匹配,必须考虑材料折射率,适当选择每个波带的厚度。 为获得更高的衍射效率,我们设计高阶波带片阵列。当n=8时,波带片理论衍射效率为最高95.1%。为产生相位匹配,必须考虑材料折射率,适当选择每个波带的厚度。厚度公式如下: 其中N为波带片阶数,n为材料折射率,对于n= 1.56的材料,为波带片达到相位匹配,我们设计每层高度为118纳米,一共8层亚波带,半径为18微米,根据公式(4)可以求得该菲涅尔透镜焦距为74微米,模型如下图所示。 然后,我们利用光场分析系统模拟这种菲涅尔透镜的聚焦情况。首先分析主轴上光强分布情况,得到菲涅尔透镜主焦点位置。从图中我们可以看出,主焦点的位置与利用公式获得的主焦点位置比较符合。 然后我们继续分析焦点位置在径向的光场分布情况,获得如下光场能量分布图形与焦点处能量分布情况(图4)。 从图中我们可以看出,实际的聚焦情况与我们分析系统分析出的菲涅尔透镜焦点情况基本完全符合。下图为焦点处光场分布的立体图。 五、总结 光电子学是光学和电学相结合并加以融合的技术领域,相应的实验课在学习光电子学过程中非常重要。本文根据光电子学与光电器件实验课程的特点以及学生在实验过程中所面临的问题,在教学过程中引入菲涅尔理论的应用,设计匹配实验项目的光场分析系统,本文合理采用计算机软件应用作为教学手段,提高授课质量,增加课程设计性实验环节,将实验教学与科研培训相结合,引导学生发现并解决问题。 光电子论文:光电子产业发展动态研究 摘要:为了能够使得光电子产业不断的发展壮大,积极有效的创新是至关重要的。现如今中国的综合能力是在不断进步,但是在发展创新的投入方面还是存在很大的不足。为了提高我国的国民经济能力,为了不断提高广大人们群众的生活水平,我国必须加大光电子产业的投入力度,无论是从经济上还是物质上都要给予积极的支持。在企业发展创新的过程中,企业要借鉴国内外先进的创新成功案例,获得大量宝贵经验,同时要认真分析失败的案例,从中汲取失败的教训。从而制定出适合本企业的创新计划以及创新策略。只有在光电子企业不断创新发展的基础上,我国的经济才会有更加快速的发展,才能持续提高我国的综合国力,才能不断提升我国在国际上的地位。 关键词:光电子产业;发展动态 引言:光电子技术近些年来在信息、能源、航空和环境科学中得到了大量的发展和应用。文章对比了国内外光电子发展的现状及概括了光电子技术在一些重要领域中的应用,并总结了光电子技术的未来发展趋势。 1、光电子产业的概述 在传统的光学技术的基础上,再结合不断创新的现代的光电子科学,形成了一门新的技术-光电子技术。现光电子技术包括很多领域,如通讯、照明以及显示等行业。其中信息光电子技术以及能量光电子技术共同构成了光电子技术。与高技术产业相同,光电子产业具有以下特点:较短的产品和技术周期;较高的收益、风险以及投资;较高的战略地位以及较高的知识密集度。同时,和其他高技术产业相区别,其有着自身的特点:部队和老百姓都可以使用;满足传统技术创新升级的需求;具有很高的产品嵌入水平;应用范围很广的优秀技术以及结合了很多科学技术等。因为光电子产业的特点以及优势,在很多发达国家都致力于大力发展光电子产业。在最近10年的时间里,光电子产业不断发展壮大。因为光电子产业很早就在中国创建,所以现在在这个领域培养了很多人才,而且也取得很多进展和科技成果。现如今,在中国的诸多部门以及地区都创建了很多科学研究机构,同时创办了大量的科技刊物。与此同时,光电子产业还在不断发展创新,在极大程度上促进了我国国民经济以及国防现代化的发展进步。 2、光电子技术的发展现状 2.1国外光电子技术的发展 光电子技术主要包括信息光电子、能量光电子、消费光电子、军事光电子、软件与网络、光计算机等几个方面。就目前发展程度而言,光电子技术比传统微电子技术具有更高的优越性能和更广阔的应用空间。 2.1.1随着“地球村”的发展,更快捷、更紧密的通讯使人类更为便捷地进行实时通讯和联络,因此,在信息产业方面具有非常大的发展空间和应用规模。而信息产业的基础即是大容量的光纤通讯网络,光纤已经成为通讯网络的重要传输介质。所以,基于光纤通讯技术的各种新技术日新月异。 2.1.2随着互联网时代的继续高速发展,人们对通讯的带宽要求越来越高,希望信息传输的速度高、时间短。为了满足互联网信息传输的需求,科学家们发展了以提高单独光纤的信息运载量来满足这个需求。主要的方法是通过利用波分复用技术,即通过增加光纤内光的路数,可以增加信息的传输量。 目前,光电子技术发展比较领先的区域主要有三个地方,北美、欧洲和日本。其中,美国已经将光电子技术列为国家二十一世纪的战略发展重点之一,已经开展了大量的研究工作。欧洲以德国为首的发达国家也在上个世纪就对光电子技术进行了研究,目前在光电子技术方面也积累了大量的技术基础。亚洲主要以日本和澳大利亚为主,但近些年来韩国和中国台湾地区在光电子技术方面发展迅猛,已经在国际市场上占有一席之地。这些发展区域在光电子技术发展过程中,相互竞争又相互补充,各自发展的重点也有所区别。 2.2国内光电子技术的发展 相对于其他的半导体、电子等领域,我国在光电子技术领域与国际先进水平的差距相对较小。这主要得益于我国在国家层面上对于光电子产业的大力支持。目前我国在很多的光电子领域得到了迅速的发展,已经和国际先进水平的国家和地区可以并驾齐驱。比如一些较为典型的光电子器件如探测器、光收发模块等已经具有较高的技术水平,也在国内占有较大的市场份额,同时也可以和国外相关公司的产品进行有力的竞争。 目前国内在光电子技术发展较为领先的地区主要有以下几个地方:京津地区、长三角地区、珠三角地区和华中地区。京津地区主要以北京的高校、研究所为主,包括一些企业在内(如大恒光电子),在半导体激光器、光学仪器方面有着较高的研究和生产水平。长三角地区主要以上海和苏南地区为主的企业为主,在光学显示器件、光学存储器件方面形成了相应的产业链。珠三角地区主要以广州为主的大量光电子企业,形成了相应的光学器件产业链。华中地区主要以武汉光谷为主的众多企业,形成了光通信、激光加工等方面较为完善的产业集群。 3、光电子技术的应用领域 随着光电子技术迅速发展,在越来越多的领域开始有了更为广泛的应用。尤其是光电子技术是牵涉了材料、微机电、电子、系统集成和微加工等方面的新技术,使它能应用的各个领域中去。 3.1信息领域。随着人们对现代信息领域的高容量和高速度的需求,需要比传统电子更为快捷的光子进行信息传输和存储。由于光子本身具有的优势,可以大大提高信息的传输速度,因此光电子在信息领域中具有巨大的应用潜力。 3.2能源领域。21世纪以来,随着各国工业水平的提高,对能源的需要也越来越大,因此,人类开始进入了能源相对较为短缺的时期。如何发展较为高效、清洁的能源也是世界各国争相研究的重点,其中太阳能光伏产业是较有潜力的一种新能源。而利用光电子技术可以为光伏发电提供较高的转换效率,具有广阔的前景。 3.3汽车领域。光电子技术在汽车领域中的应用主要体现在汽车制造业中,利用高功率的激光切割器,对汽车的材料进行高精度的加工,可以大大提高其加工精度和效率。 3.4环境领域。随着人们生活的提高,人们对环境的要求越来越高。光电子技术可以制备出具有较高精度的传感器,可以精确测量在空气和水中的污染物浓度,从而进行有效的防护和治理。 3.5军事领域。光电子技术在军事领域中也具有巨大的应用潜力。一方面激光制导武器是目前发达国家进行大量研究的先进武器;另一方面,以图像传感器为主的单兵作战武器也是世界各国发展的重点。 结语:光电子技术是一门新兴的交叉学科,涵盖了物理、电子、材料等领域的基础和应用内容,是21世纪最有前途的新技术之一,可以广泛应用在信息、能源、汽车、军事等领域。随着未来光电子技术的进一步发展,高速大容量的全光网络和激光医疗是其将来具有巨大发展前景的应用领域。 光电子论文:论毛刷在光电子玻璃清洗技术中的应用 摘 要:毛刷在光电子玻璃清洗技术中是用来清洗玻璃表面的颗粒的,毛刷的材质、旋转速度、旋转方向、压入量以及所用的清洗介质等对毛刷清洗工艺起关键的作用。 关键词:压入量;颗粒;旋转方向;转速;清洗剂 1 毛刷概述 用途和原理:清洗用毛刷是用来去除LCD玻璃表面异物,工作原理是通过毛刷与玻璃之间的摩擦力以及水的冲刷力,来去除大于0.5 μm的异物,在光电子玻璃清洗工艺中盘刷和滚刷是最常见的方式。 2 毛刷的种类 在光电子玻璃清洗中一般用两种毛刷,一种为盘刷,一种为滚刷。两种毛刷的优缺点见表1。 3 毛刷的材质与清洗效果的影响 毛刷的材质与清洗效果的影响见表2。 4 毛刷在光电子玻璃清洗工艺中的应用 4.1 盘刷在光电子玻璃清洗中的应用 ①盘刷是可以用来清洗玻璃表面8~10 μm以上的颗粒,介质一般采用10~18 MΩ的纯水和清洗剂(一般情况下使用碱溶液)的混合物,PH值一般控制在12~14之间。介质的温度一般控制在40 ℃~80 ℃。介质具体参数可根据不用的生产工艺进行适当的调整。 ②在盘刷的与玻璃接触的部位需要有喷淋水润滑,喷淋水对玻璃的清洗效果和盘刷的寿命有较大的影响。喷淋水的压力一般控制在0.2~0.5 MPa(压力的选择和玻璃的大小及玻璃的厚度有关系,当玻璃较小且较厚时应选择较大压力,当玻璃较大且较薄时应选择较小的压力),喷淋水到玻璃之间应该有重叠,便于喷淋水在均匀的喷在玻璃上,如图1所示。 ③盘刷的压入玻璃的深度(简称为压入量)在清洗工艺中是一个非常重要的参数,压入量太大不仅容易损坏玻璃还会损坏盘刷的寿命,压入量太小对玻璃的清洗效果不好,不利于清洗玻璃表面的脏污及颗粒。在玻璃清洗工艺中,压入量一般控制在0.5~5 mm之间(压入量的选择和玻璃的规格、厚度、清洗机的各个工艺参数有关系,对于压入量应根据玻璃的种类做出适当的调整)。在玻璃清洗工艺中,盘刷的压入量是一个非常难调整的参数,如果调整不好就会给清洗工艺造成负面的影响,甚至会造成玻璃表面的损伤或造成玻璃在传送过程中行走的不稳定,从而使玻璃破片或者碎片。 ④在盘刷清洗工艺中,盘刷的转速也是非常重要的,原则上是转速越高清洗效果越好,但转速越快会对玻璃的行走速度造成较大的误差,严重时会造成玻璃停止不动的现象。为了保证玻璃的正常传送,盘刷的转速一般控制在200~400 rpm。如果在不影响玻璃行走的状况下可以通过适当的调整盘刷的转速来提高清洗效果。 ⑤在盘刷清洗的工艺过程中,由于多组盘刷的转动会造成玻璃在传送过程中受力不均匀,从而非常容易走偏,需要有导向装置(不同的清洗设备中有不同的导向装置,导向装置可以根据设备本身的机构设计,在保证玻璃能顺利传送的前提下导向装置结构越简单越好),以免造成玻璃在输送过程中出现蛇形曲线的状况,从而造成撞片等严重的问题。 ⑥一般情况下,为了使玻璃清洗效果较好,在有盘刷清洗的清洗机中需要清洗剂(一般情况下清洗剂是一种强碱介质,不仅有利于清洗效果还起到润滑剂的作用),所以当玻璃从其他的清洗设备进入盘刷清洗设备时需要有专门的装置(这种装置需要能把玻璃表面上的水去除掉,一般情况下此装置能吹出洁净空气,通过洁净空气把玻璃表面上的水去除,当然根据对玻璃不同的品质要求,洁净空气的清洁度要求也不同)去除玻璃表面的水来维持盘刷清洗设备中清洗剂的浓度,当玻璃从盘刷清洗设备输出到其他清洗设备时同样需要有专门的装置去除玻璃表面的清洗剂。 ⑦盘刷材质的直径也是玻璃清洗工艺一项比较重要的参数,其直径不能太小,直径太小会使整个盘刷有效部位太软不利于清洗效果;其直经也不能太大,直径太大会造成玻璃表面清洗不均匀同样对清洗效果不利。盘刷材质直径在0.05~0.2 mm之间对玻璃清洗效果最好。 ⑧在盘刷清洗工艺中由于有压入量的要求,在盘刷清洗设备的传送滚轮上需要增加一定的材料来防止玻璃在传送过程中因受力较大造成的擦划伤,在目前的玻璃清洗工艺中这种材料一般采用氟橡胶或者对玻璃不造成擦划伤的硬质毛刷来实现。 4.2 滚刷在光电子玻璃清洗中的应用 ①滚刷是清玻璃清洗工艺中除去中等颗粒一种最常见的方式,可以用来清洗玻璃表面4~5 μm以上的颗粒,介质一般采用10~18 MΩ的纯水(根据不同的生产工艺也可以采用10~18 MΩ的纯水加清洗剂作为介质),温度一般控制在40 ℃~60 ℃。 ②在滚刷清洗工艺中,滚刷的旋转方向对清洗效果有很大的影响。一般情况下,第一组滚刷的旋转方向一般是顺着玻璃的行走方向,最后一组滚刷的旋转方向是逆着玻璃的行走方向的,如图2所示。经过某多次验证,滚刷的这种旋转方向对玻璃在滚刷清洗设备中行走是最顺利的,同时对玻璃表面的清洗效果是最理想的。 ③在滚刷清洗工艺中压入量也是非常重要的参数,和盘刷一样,如果压入量太大会造成玻璃在传送过程中的行走不顺,造成玻璃擦划伤的概率就较大,甚至发生撞片、叠片的状况。如果压入量太小,就达不到预期的清洗效果。滚刷的压入量一般为0.5~5 mm之间,具体数值可以根据实际生产效果进行适当的调整。 ④在滚刷清洗工艺中,喷淋水也是不可缺少的条件,并且对喷淋水的方向也是有要求的。如图3所示的喷水方向对玻璃清洗效果最好。喷淋水的压力要求和盘刷清洗工艺中的要求相同为0.2~0.5 MPa。 图3喷向滚刷的喷淋水最主要作用是起润滑和清洗介质作用,逆着滚刷的喷淋水主要用来冲洗清洗过后玻璃上的脏污。 ⑤在滚刷清洗工艺中,原则是滚刷得转速越高清洗效果越好,但同样存在着,滚刷转速过高带来生产的不稳定。在正常的生产过程中滚刷的转速一般控制在400~2 000 rpm,同样在不影响生产工艺的前提下,滚刷的转速越高对清洗效果越好。 ⑥滚刷材质的直径也是玻璃清洗工艺一项比较重要的参数,和盘刷一样滚刷直径在0.05~0.2 mm之间对玻璃清洗效果最好。 ⑦相对为盘刷清洗工艺,在滚刷清洗工艺中,玻璃的行走方向比较容易控制,如果对玻璃行走的过程要求不是太精密,可以不加导向装置,如果对玻璃行走过程要求精度较高应加上导向装置。 ⑧在滚刷清洗工艺中,传送滚轮上同样需要安装氟橡胶或者对玻璃不造成擦划伤的硬质毛刷来避免造成对玻璃的擦划伤。 4.3 其它种类毛刷在光电子玻璃中的应用 ①除了盘刷和滚刷外,海绵轴在光电子玻璃清洗工艺中的应用也比较广泛,海绵轴除了自身清洗效果不好之外,其具体参数可以参照滚刷的介绍。 ②近年来,HPVC软质高分子聚氯乙烯滚轴在光电子玻璃中也有了一定得应用,作为新型的一种毛刷也在被越来越多的厂家所认可。 毛刷在光电子玻璃清洗工艺中是非常重要的一环,对玻璃有着显著的清洗效果,目前绝大多数光电子玻璃生产厂家的玻璃清洗工艺都用到了毛刷清洗工艺。随着市场的需求,作为一种消耗品,毛刷的质量和寿命等自身参数也有了越来越高的要求。 5 结 语 毛刷在光电子玻璃清洗工艺应用中主要用来清洗玻璃表面4 μm以上的颗粒,在清洗过程中,各个参数都非常重要,以上所谈的参数选择是在实践中总结出来的,希望能给大家一些帮助。 光电子论文:武汉市光电子产业发展战略研究 作者简介:谭昊,湖北巴东人,2011年毕业于中南民族大学金融系,现就读于中南民族大学经济学院中国少数民族硕士专业。 摘要:21世纪是信息经济时代,信息产业将成为支柱产业。而信息产业的发展却与光电子技术的发展有着紧密的联系。光电子产业将为21世纪最具魅力的朝阳产业。武汉东湖高新技术区作为部级光电子产业基地,聚集了一批有自主创新能力的光电子企业,具有较强的竞争实力,对国的光电子产业乃至信息产业的发展有的举足轻重的地位。因此,加强对武汉光电子产业发展战略研究,对我国光电子产业的发展壮大有着至关重要的意义。 关键词:光电子产业;突出问题;发展战略 一、光电子产业概况 光电子产业是以硅为基础原材料、以红外线、激光光电子技术为支撑的,包括能源光电子、信息光电子、消费光电子、光储存、光通信与网络等电子技术产业,光电子产业在各个方面具有微电子无法比拟的优势以及更为广阔的发展前景和市场潜力。 我国光电子产业整体上水平低下、发展不足,从生产规模这一项来看,我国的光电子产业占国际市场的份额很低,但是我国的其他粗放型产业占国际市场市场份额超过百分之二十。但是,光电子产业在我国有巨大的市场,发展潜力充足。近十年,我国光电子产业产值平均年增速达到20%,截止2012年,我国光电子产业市场需求接近700亿美元。 武汉东湖高新区是“国家光电子产业基地”,是我国发展环境最有利、发展潜力最大的光电子产业基地。武汉建设一系列光电子产业基础设施,增加了武汉光电子的承载能力。武汉光谷不仅拥有众多的国家光电实验室,而且随着信息产业的不断发展壮大,以企业为代表的经济体越发注重知识创新,竞争力不断增强。越来越多的技术中心在武汉光谷“安家”。以光谷为中心坐落着以华中科技大学、武汉大学、武汉理工大学为代表的多个高等学府,他们为武汉光电子产业源源不断输送大批高端人才,这也是其他地区光电子产业无法比拟的优势所在。 2012年10月底,武汉东湖高新技术开发区出台了光电子产业发展新政策,推动着武汉光谷光电子产业的继续腾飞。光谷已发展成为武汉光电子产业优秀地区和国际竞争的典范。 二、武汉光电子产业存在的问题及其原因 (一)产品结构不合理 投资类产品比例过大时武汉光电子产业的重要特点,相反地消费类光电子产业十分薄弱。比如,武汉光电子产品中光纤光缆等投资类产品的生产规模最大,致使投资类产品的比例占总产品比例达到七成。由于技术落后,生产原料必须从国外进口,产品的市场总量需求趋于过剩,造成光电子产品价格不合理,发展模式落后,跨越式发展的空间不大。这主要是由两反面造成的,一方面是受市场波动影响较大,投资产品受市场波动影响较小,大量生产投资型产品是又市场决定的;另一方面是光电子产业链短。基础类产品主要是生产制造光纤光缆等投资类产品,对其他制造业的商品需求不够,造成光电子产业的发展不能带动上游产业和其他制造业的发展的困境。 (二)投入不够,资金来源渠道少,投资重点不突出 武汉光电子产业虽然得到国家的大力扶植,但是给予的资金支持并不足以让武汉光电子产业得到充分的发展。武汉光电子产业吸引外资不足,也导致了其资金来源不足,渠道不畅等问题。在投资方面,没有突出重点,没有形成足以带动整个武汉光电子产业的龙头企业。同时,武汉光电子产业还存在体制不健全,缺乏产权交易市场和完善的顶尖技术项目的问题。武汉市光电子产业得到的国家资金投入量与光电子发达国家的基金投入量相比实在是微不足道。 (三)优秀竞争力不足 优秀竞争力是一个企业赖以生存的基础。强大的优秀竞争力短期内是由企业产品和服务的质量决定的,长期来看,科技创新能力是一个企业优秀竞争力的关键所在。优秀竞争力是企业综合实力的具体体现、是企业赢得市场竞争、能否长期健康发展的根本因素。优秀竞争力是武汉光电子产业持续发展的保障。虽然国家对于武汉光电子产业的发展做出大量的政策和资金支持,但是武汉光电子产业优秀竞争力不足时不争的事实。在各国各个光电子产业基地竞争力综合评估中,武汉光电子产业的三个优秀竞争力指标都处于中下游水平。科技创新不足是武汉光电子产业优秀竞争力不足的根本原因。 三、武汉光电子产业发展战略相关建议 (一)加快产品结构调整是未来光电子企业生产活动中的重要工作 近年来,由于投资类产品和消费类产品比例失调,武汉光电子企业面临生产上的严峻挑战,特别是一些生产技术相对简单的低档产品。这些产品往往利润不高,使光电子企业效益低下,发展履步维艰。而一些技术难度大、回报率高的产品又只能靠进口国外企业。这种恶寻循环使我国光电子产业不能健康快速发展。因此企业应同科研单位合作,加大技术创新的力度,深入了解市场需求,以生产适销对路的产品,使我国光电子产业的产品结构不断趋于合理化。武汉光电子企业往往集中度过低,不能形成产业集群效应。 (二)调整投资结构,优化资金投向 武汉光电子企业要持续发展,做到真正服务于光电子,仅靠有限的政府投入是不够的。 在资金有保障的情况下,还要考虑到资金怎么用的问题做好资金的协调安排,统筹规划,提高资金的利用效率做好资金的协调分配,扩大武汉光电子产业企业的资金来源,长效的资金投入制度还有待政府作为真正的投资主体,从国家财政上给予必要的支持。要充分发挥现有地方政策性投融资的作用,充分发挥现有地方政策性投资机构的作用,很重要的一个方面是增加政策性资金来源。加大引进外资力度,引导外资重点投向光电子工业重点发展的领域、重点项目和重点产品的开发与生产。优化资金结构促进光电子工业发展,以营造良好的研究开发环境和商业环境为重点,为国内外投资者创造高效的行政服务、优越的投资环境和便利的交通条件,以此吸引更多的国外投资商来武汉投资。 (三)加大科研投入,保护知识产权 一是鼓励企业拿出更多资金投入到科技创新和知识产权的保护,二是大幅提高政府财政预算,为企业的科技创新和知识产权的保护保驾护航。同时,要大力推进产学研联合,多方协作,充分利用武汉优越的大学资源;组合科研小组重点攻关,尽最大努力解决和突破关键专有技术难题,因时因地制宜地建设专门进行科研的研发中心,提升企业的自主创新能力。知识产权制度已经成为国家发展战略的重要组成部分,是经济发展的重要保证,是科技支撑的关键环节。国家必须重视知识创新,要建立一个有法可依的知识创新激励机制,从根本上保障知识创新者的权益,反不正当竞争法等市场激励机制建设,建立健全有关打击侵犯专利等危害知识产权的行为。确保科技创新活动和知识产权保护沿着健康轨道发展。 作为我国最重要的光电子信息产业基地之一的武汉光谷,具有明显的区位优势、技术优势以及产业优势。它是武汉光电子产业发展的基集中体现。在武汉建立中国光电子产业基地,大力发展武汉光电子产业将对我国光电子产业的发展,推动产业结构调整和经济增长方式的转变,进而带动我国光电子信息技术的进步,都具有深远的战略意义和历史意义。(作者单位:中南民族大学经济学院) 光电子论文:应用技术型本科院校光电子技术课程教学改革 摘 要 本文根据应用技术型本科院校的特点及培养目标,从与企业合作编写教材、课程的设计偏重实验、运用现代化教学手段及采用合理的教学评价体系等方面,对光电子技术课程的教学进行了改革与探索。 关键词 应用技术型 光电子技术 教学改革 为了使大学生的培养更好地面向社会,贴近市场、更好地满足社会经济发展的需要。教育部等六部委提出了《现代职业教育体系建设规划(2014-2020年)》,鼓励举办应用技术型高校,将其建设成直接服务区域经济社会发展,以举办本科职业教育为重点,融职业教育、高等教育和继续教育于一体的新型大学。在上述《规划》的指导下,欲推动一批本科高校转型,而宁波工程学院恰是2000年以后转型成立的服务地方经济发展的本科院校,响应转型号召义不容辞。但对于应用技术型大学培养没有现成的经验和轨道可循,只能在借鉴别国同类院校办学成果和积累的经验的基础上探索。“光电子技术”是我校电子科学与技术专业光电子方向的一门专业优秀课。其教学任务不仅要传授给学生扎实的光电子技术的专业基础知识,为后续相关课程的学习打下坚实的基础,更为重要的是通过完善的理论和实践教学体系培养和提高学生的工程素质,为毕业后从事光电子方面的相关岗位做准备。本文就光电子技术课程针对应用技术型人才的培养模式提出几点见解。 1 应用技术型本科院校光电子技术课程培养目标 随着我国工业技术的发展和产业结构的转型升级及由此引起的劳动力市场变化,社会大环境对高层次应用型人才的需求更加迫切。由此,作为电子科学与技术专业优秀课程的光电子技术课程的培养目标与传统偏学术型定位的课程培养目标存在根本性区别,而应以学生就业岗位需求为导向确立培养目标。培养的学生既要具有扎实的理论基础,更具有较强的动手能力,使学生毕业后在相应的工作岗位能够具有光电产品生产制造、装配、检测、设备操作与维护、技术服务、生产管理等方面的应用才能。经过相关企业大量调研和人才需求分析,笔者认为应用技术型本科院校光电子技术课程的具体目标是以培养从事光电子方向系统设计与集成的应用技术人才为主,注重提高学生光子器件的开发能力,强调学生的综合应用能力,能够理解跨行业的知识融会贯通。 2 目前转型类高校光电子技术课程教学中存在的问题 (1)教材少,内容陈旧,不能与时俱进。我校于2005年由原来的专科学校升格为本科院校,属于地方本科院校。学生使用的教材几乎都是由学术型大学的专家教授编写出来的。这些教材偏重理论,对于培养应用型人才,服务地方经济的宗旨不太匹配。教材更新速度慢,与企业实际情况相距甚远。同时,由于课程内容侧重理论,学生学习起来感到枯燥无味。 (2)授课内容偏重理论,轻实践。光电子技术是光子技术与电子技术相结合而形成的一门新兴的综合性交叉学科,主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转换的相关技术。它包含了激光原理与控制、光电显示、光存储、光辐射的调制及探测等方面的知识,讨论光纤传感器原理,相干测量及激光的各种应用等。当前地方本科高校的培养体系和模式基本都是按照传统的理论人才培养模式构建,在转向应用技术型本科高校的过程中培养内容和课程体系受到传统惯性的影响,理论教学依然占有绝对的比重。这与培养学生具有相应的应用技能相悖。光电子技术本是一门应用性很强的课程,通过该课程的学习应该使学生具备应用所学知识解决实际问题的能力。完备系统的理论知识固然重要,但新颖的实践教学环节的设计更能使学生提高学习兴趣和对实际问题的分析和解决能力。 (3)课程内容较多,课时偏少。光电子技术是电子科学与技术专业的重要组成部分,是21世纪先进科学技术之一,在现代社会中起着举足轻重的作用,他的发展对国民经济及国防建设有着巨大的推动作用。但光电子技术作为专业的主干课程,内容较多,涉及的范围广,而课时量大多在48~64课时之间,有的还包括16课时的课内实验。在少课时的情况下,如何完成内容的讲解,同时在理论学习和实践的过程中提高学生的应用技能成为必须考虑的问题。 (4)评价体系单一。目前大多数高校光电子技术课程的考核方式是教师根据学生的出勤和期末试卷给出课程成绩;出勤占20%,期末试卷占到80%。基本一张试卷决定学习的好坏,偏离课程学习初衷,忽略学生是否能运用科学的方法将所学的理论运用到实践中去发现问题,探究和解决问题,生成新的知识。 3 应用型本科院校光电子技术课程改革措施 3.1 以岗位需求为导向自编教材,及时更新 依据当今科技的发展,企业技术不断革新,通过到光电子方向相关的本地企业光圣科技、奇美电子、首佳液晶、璨宇光电、菱茂光电等进行大量的调研,了解企业对人才具体需求确定课程培养目标。整合课程内容:增加LED显示材料和液晶显示的驱动,删除了阴极摄像管显示和光辐射的电磁场理论。同时增大了液晶显示板的设计,组装和调试等内容。根据行业和企业的实际需求自编教材,且与企业合作共同编写。该教材适合学生更快地进入工作状态,熟悉工业运作,也可作为企业提高自已员工水平的参考资料。 3.2 增加实践学时的比重,提高学生应用技能的培养 应用型本科院校定位后,我院对原有的光电子技术实验室进行了升级改造。一方面增加了设计型实验的比例,同时去掉了验证性实验。因设计性实验能从多角度、多方位、多层次、多途径训练学生提出问题、分析问题和解决问题的能力,是培养学生应用技能的重要手段。另一方面,根据课程培养目标,与大恒光电及天津拓扑合作共同开发了实验项目。具体内容如表1所示: 表1 实验类型、实验项目及所占比例 3.3 采用课程内容分层、开展课堂讨论及利用现代化的网络平台等多种教学方法 应用技术型本科院校在传授学生系统的理论知识的同时,更重要的是培养学生运用知识的技能。传统的光电子技术课程教学方式已不能适应新时期应用技术型大学生培养的需要。而教育体制改革又要求降低教学的学时数,给学生更加宽松的时间培养综合素质,而技能的培养又需要大量课时。解决教学课时少与应用能力培养之间的矛盾,成了光电子技术教学改革的一项重要任务。笔者认为,首先为了能在有限的学时内,讲解更多的内容,而且还能被学生较好地吸收,需要将教学内容作整体分析、分出层次。比如:哪些内容是重点、要点,需要学生牢固掌握;哪些内容是难点,需要慢讲,细讲;哪些内容属于扩大知识而容易理解的,可以快讲;哪些内容需要压缩甚至删减;哪些内容可以让学生自学。例如,各种显示器的工作原理和驱动方式是重点内容,需要详讲,精讲多练;激光器的清洗,雕刻等应用内容简单,学生可以自学。其次可以针对难点的内容开展课堂讨论,在活跃的课堂气氛下,加深对知识的理解。最后利用现代化的教学和沟通工具,为学生建立一个交流平台,这个平台应用的技术可以由教师自己选择,如BBS、微信、QQ、电子邮箱、社区等,然后教师将认为有用的资料分享到这个平台,并对学生提出的问题进行解答,这样可以达到一个教学相长的效果。 3.4 采用多元化的评价体系 教学评价方面,采用多种考核方式并举,多角度考查学生对知识的掌握程度。目的是淡化考核结果,避免学生机械地背诵书本知识应付考试,注重学习效果和过程,提高学生自学能力,培养学生良好的学习态度和习惯。如根据光电子技术的课程特点,笔者对原有的考核方式进行了适当的调整,偏重实践教学的权重,同时,注重平时课堂表现、学习态度和成效,在期末考试中采取开、闭卷相结合的方式(如表2所示)。 光电子论文:“光电子技术”课程中诱导式教学方法的创新探索 【摘 要】光电子产业作为21世纪具有代表性的主导产业之一,对当今世界科技发展起到巨大驱动力的作用。而《光电子技术》则是电子信息科学类专业的基础学科,本文从分析该课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发,通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题,把科学研究引入课堂,采用诱导式教学方法和多元化的考核评价标准,对《光电子技术》的教学模式进行创新性探索。实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情,提高了《光电子技术》的教学效果。 【关键词】光电子技术;教学方法;诱导式教学 0 引言 随着国家信息化建设的逐步深入,我国采取了一系列积极、稳妥、有效的措施促进电子信息技术产业高速、持续、健康的发展。从2002年开始国家计委组织实施光电产业化专项计划,光电专项产业化目标[1]是:(1)根据我国在光电子研究开发方面所具有的技术优势和资源特点,重点支持一批技术水平高、市场前景好的光电产品,实现产业技术升级,并尽快形成规模生产。(2)“十五”期间初步形成具有一定自有知识产权和产业优势的光电产业体系。通过对我国已有技术和资源优势并在国际市场有竞争力的光电子产品的重点支持,力争在“十五”期间使国内光电产业能够满足国内各行业的需要,并进入国际市场。(3)通过技术创新和项目建设的带动,扶持光电产业基地的形成。光电信息技术产业的迅速发展,使得具有光电信息技术知识背景的从业人员的需求逐年增加。作为培养专业人才的摇篮,近年来,很多高校相继开设了光电信息工程专业。它以培养可从事光学工程、光通信、图象与信息处理等技术领域的科学研究及相关领域的产品设计与制造、开发及应用等工作的应用型人才为目的。 而《光电子技术》作为光电信息工程专业的一门专业基础课,从了解光电子技术的发展和应用开始,通过学习光学基础知识,以光学系统的源、传输通道、信息加载、探测、信号处理、显示和存储为主线,引导学生系统、全面的学习光电子技术。通过本课程的学习应使学生对光电子技术中的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识,培养学生分析和解决工程技术问题的能力,为进一步学习相关专业课打下基础。 本文从分析《光电子技术》课程在本科教学阶段的现状及存在的问题出发,通过剖析学生学习的状态及《光电子技术》在教学模式中存在的问题,把书本上的内容与当前光电信息产业的发展现状相结合,采用诱导式教学把科学研究引入课堂,对《光电子技术》的教学思路进行创新性探索。实践表明这些教学探测极大程度的调动学生的学习热情,提高了《光电子技术》的教学效果。 1 《光电子技术》的教学现状及问题 就《光电子技术》这门课程而言,由于教学内容的逻辑推导内容较多,要求以大学数学为基础,具备物理学,材料学,电路电子等多学科的知识和理论体系,导致部分学生对其缺乏兴趣,进而 影响到教学的效果。 尽管近年来,随着的电子设备走进课堂,授课方法也日趋多样,如、“现代化多媒体与传统板书”相结合的教学方法、“图片演示与实物展示”相结合的教学方法、“课堂讲授与小组讨论”相结合的教学方法等[2]。对传统意义上的教学模式进行了改革,如,讲解到激光原理与技术这一章节的时候,在课件中放上激光器以及激光光束的图片,把文字描述的内容以实实在在的实物图片展现在学生的眼前,加深了学生对知识点的理解和接受。这些教育教学方法的改革在很长的一段时间的确取得了很好的教学效果。 然而,随着的物联网技术的发展,现在的大学生可以从互联网上获取海量信息,仅仅是一副图,一个装置器件已经无法引起学生过多的关注。那么,如何吸引到学生的注意力,激发学生的学习兴趣,把《光电子技术基础》这门光电信息工程专业基础课讲解的生动,打开学生通往光电子技术领域的大门,为进一步学习相关专业课打下基础是我们亟需解决的问题。 2 诱导式教学方法 传统意义上的诱导式教学方法早在20世纪80年代被提出,其理论依据出自《论语-述而》:“不愤不启,不悱不发,举一隅不以三隅反,则不复也。”意思是只有当学生百思而不得其解时,教师才可以有选择的启发他,当学生心里明白但不知如何表达时再去开导他,如果学生不能举一反三,就先不要往下进行了。因而诱导式教学应当是“启发”和“引导”相结合,通过“启发”和“引导”学生,使得学生在有限的课堂教学时间内做到触类旁通,提高教学效率。 而大学教育赋予了“诱导式教学”新的含义,除具有传统意义上的诱导式教学的思想以外,还包含了用发展的眼光看待书本上的知识体系,把科学研究、最新的科技发明、科技产品引入课堂。就《光电子技术基础》这门课程而言,可以从光电产业的最新科研成果中提炼出与课本知识点相关联的的内容,通过光电产业的新发明,新应用吸引学生的注意力,在讲解这些发明或应用的过程中传授教学内容,激发学生的学习《光电子技术》的兴趣。以《光电子技术》[3]中“偏振――起偏――检偏”这一知识点为例,如果仅仅从书本上给出的概念出发讲解:(1)偏振指的是振动方向对于传播方向的不对称性;(2)自然光得到偏振光的过程称之为起偏,所用器件为起偏器;(3)检测某一光束是否为偏振光的过程称之为检偏,所用器件为检偏器。抑或在多媒体课件上放置光束起偏/检偏的图片,都不能起到很好的教学效果。为了吸引学生的注意力,激发学生对“光的传播”这一教课内容的兴趣和求知欲,同时扩展学生的知识面,可以从近阶段的热门话题个人全息手机(takee手机)引入,takee手机的亮点之一是可以使用户从各个角度都能感受到浮在屏幕上的全息立体3D效果,进而联系到学生身边的光电信息技术――3D电影,观众要戴上一副特制的眼镜,而这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片,由此把重点落到“偏振”这个知识点上,让学生在一个轻松的教学氛围中不仅学到了新知识,而且知道新知识的应用领域和当前发展的现状,扩宽了学生的知识面和眼界。 因此,大学课堂中的诱导式教学方法应该:(1)培养学生具有批判性思维;(2)具有科学的想象力;(3)具备自我塑造和发展能力。在此基础上,“以点带面”提高学生的创新能力和动手实践能力。 3 多元化的考核评价标准 北京航空航天大学校长前校长曹传钧教授在本科教学上,提出“讲一、练二、考三”的教学模式。指出学生的学习效果体现在:(1)知识面的宽窄;(2)学习,实践的经历;(3)自学的能力;(4)是否具备创造性思维和创造性能力,具有独立的见解等几个方面[4]。那么单纯的一张试卷,一次考试就不能够作为学生掌握知识的依据。 而《光电子技术基础》是理论与实践相结合的一门课程,这就要求其课程的考核评价标准应该具备多元化,多样性的要求。整个课程的考试分为三部分:(1)理论部分的考核:可以采取闭卷考试了解学生对基本概念,基本理论的掌握程度,或者把基本理论深入剖析,采用开卷考试的方式,考察学生运用书本知识分析问题的能力;(2)实验部分的考核:通过实验不仅能够加深学生对知识的掌握,实验本身更是对整个章节,甚至整个课程内容的一个体现,如电光调制实验,旨在让学生掌握晶体电光调制的原理和实验方法,但是该实验从激光发射出的光波经由起偏器,电光晶体,1/4波片,检偏器之后被光电探测器接收,通过信号处理,学生可以在示波器上观察到作用到电光晶体上的调制信号曲线和光电探测器解调后的信号曲线。而这么一套设备展现出来的就是一个完整的光电系统。学生在实验的过程中可以运用光电系统的知识搭建好实验线路,确定光路信号的走向,通过示波器显示的信号曲线分析实验过程中出现的问题,思考该问题出现的原因以及采用何种解决这些问题,从而考察了学生对于光电调制内容的掌握程度,促使学生从实践中意识到理论知识的重要性,提高学生分析问题解决问题的能力;(3)课程设计部分:课程设计旨在学生根据授课内容,通过自学扩大自己的知识面,结合日常生活中使用的光电子产品,培养学生科学的想象力和创新能力。整个成绩采用百分制的标准,三部分的分值分配以60%+15%+25%的形式评判学生对《光电子技术基础》的学习掌握程度。 通过对两届学生的采用诱导式教学和多元化考核评价的教学,其实践表明这些教学探索极大程度的调动学生的学习热情,提高了学生运用所学知识分析问题,解决问题的能力,培养了学生的动手能力和创新能力,达到了《光电子技术》的教学效果。 4 结束语 光是人们最为熟悉的现象之一,从17世纪关于光的本质的两大对立学说到21世纪的信息时代,光电信息技术已经渗透到人们日常生活之中,除了光电子技术专业的学生需要深入系统地学习《光电子技术》外,微电子技术、材料、电子科学与技术等专业的学生也需要了解光电的基本概念和基础知识。探索诱导式教学方法在《光电子技术》课程的新模式和多元化的考核评价标准,把光电基本概念和基础知识与当前光电信息产业的发展现状相结合,使学生较好地掌握所学知识,把握知识点的学术前沿,为学生的进一步学习和发展打下坚实的基础。 作者简介:张艳(1983―),女,汉族,博士,安徽工程大学电气工程学院,讲师。 光电子论文:光电子专业综合训练实践教学模式初探 [摘 要] 结合学科专业特点,积极探索专业综合训练实践教学模式。基于CDIO理念推进工程技术应用型人才培养模式的构建,提升实践教学占本科教学的权重。以燕山大学信息科学与工程学院光电子专业的专业综合训练为研究对象,从专业综合训练的目的与意义出发,对现行的专业综合训练内容――反射式光纤位移传感系统和训练形式进行阐述,同时也对专业综合训练改革进行探索与尝试,旨在为相关专业本科实践教学的开展、高素质人才培养提供有益的参考。 [关键词] 光电子专业;专业综合训练;反射式光纤位移传感;实践教学 0 引言 光电子专业是以光电信息工程理论与技术为特色的信息类专业,致力于培养融合光、电、信息和计算机等学科的复合型人才。在光电信息工程专业教学中,专业综合训练作为一个必修实践环节,是加强学生工程训练的重要手段,对培养学生的创新精神和实践能力不可或缺[1]。同时,也是贯彻CDIO理念的重要方式[2]。发达国家的工科院校十分重视对学生工程实践能力的培养,如要求学生在工厂进行32个月的生产实训,几乎占整个大学学习时间的1/4;而日本明确提出:工科院校4年教育要始终围绕工程和联系工程实际进行。与发达国家相比,国内工科院校在实践教学尤其是工程实践教学方面存在明显差距,普遍存在着“课程设计简化、毕业设计软化、专业综合训练与生产实习形式化”的现象[3]。太原科技大学光信息科学与技术专业的专业实验是将专业课实验去掉,形成一个64学时的专业综合实验课[4]。高朋等人介绍了沈阳师范大学在课外开放实验与实践活动中进行专业实践模块,与专业实验课程互为补充[5]。陈顺芳等人就咸宁学院光电信息实验与实践平台的构建进行了详细的阐述[6],具体实施也是以课外开放实验的方式进行。 专业综合训练起着从课本理论知识向专业实践能力过渡的桥梁作用,轻视这一教学环节会使学生走向社会后的适应性降低及适应周期加长。因此,提高对这一教学环节重要性的认识,加大对其的投入,加强对该教学环节的建设,对保证这一教学环节有力、有序、有效地开展,具有极为重要的意义。鉴于此,本文针对光电类专业综合训练实践教学目的、内容、模式等方面进行初步探索与研究。 1 专业综合训练的目的与意义 光电子专业综合训练的目的在于,使学生掌握电子技术和光学基本理论,了解光学原理、光电检测技术及检测仪器在生产实际和科学研究中的应用情况;使学生对光源、光电探测器与传感器等方面的知识有更进一步的认识和掌握。专业综合训练是安排在大四的一项教学实践环节,是在学生学习了本专业的全部专业基础课和专业课后进行的。通过专业综合训练,拓宽学生的知识面,增加感性认识,培养学生进行调查研究、分析和解决工程实际问题的能力,为将来的工作打下坚实的基础。 2 燕山大学光电子专业综合训练内容与模式 燕山大学信息科学与工程学院光电类共有5个专业实验室、1个教学示范中心和1个光电类实践教学基地,基本上能满足7个教学班级的实践活动。专业综合训练通常是选择一些难度适中、具有较强应用背景的题目来进行仿真生产。早在2005年就设置了为期1周的专业综合实验,曾先后进行过“CCD综合实验”、“光纤F-P干涉仪”、“光纤亮度测温仪”等实验,由于学时较少,所以还是以“设计型”实验为主。随着教学改革逐年深入,实践教学日益受到关注,教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”试点,引入了国际工程教育改革的最新成果――CDIO工程教育模式与理念,所有这些都推动了燕山大学的实践教学改革,专业综合实验学时由1周增加到2周,到2012年增加到4周。这项实践环节主要是在校内专业实验室进行,这一点有别于生产实习。 训练内容为设计制作一光纤位移传感系统,属于反射式强度调制光纤传感器,是一种非功能型光纤传感器。利用待测物理量引起光强变化,通过检测光强的变化实现对待测物理量的测量,如位移、压力、振动、表面粗糙度等。反射式光纤探头如图1所示。光纤探头A由两根光纤组成,一根用于发射光,一根用于接收反射体反射的光,R是镀膜的反射体。 系统装置的原理框图如图2所示,MCU采用宏晶公司的STC12C5A60S2。实现数控恒流源来驱动LED/LD发光,采用AVAGO公司的T-1527作为光源,探测器采用与之匹配的R-2526,反射光强经过信号处理后进行A/D转换,最后在LCD1602显示屏或者数码管上显示出来。载有光纤探头的二维位移调节架可以记录其位移,这样便可以得到位移与反射光强的关系,记录多组数据便可绘制出反射式光纤位移传感的调制特性曲线,如图3。由图3可知,不同驱动电流下的调制特性曲线都在相同位置出现极大值,当位移小于极大值时,为递增函数,称之为“前坡”,反之为“后坡”[7]。系统可工作在这两个区域中,即“前坡”工作区和“后坡”工作区。可以看出,当在“前坡”工作时,可以有较高的灵敏度;当在“后坡”工作时,可以获得较宽的动态范围。图4为系统仪器的照片。 3 专业综合训练的实施形式 专业综合训练的实施形式是保证训练成效的重要前提。图5为专业综合训练的流程图。学生在校内专业实验室进行查阅文献、设计、元器件选择、原理图绘制、PCB板的制作、光纤组件的设计与制作、焊接、硬件调试及其软件编写、文档撰写等工作[3]。 首先,领取任务书,由指导教师将训练内容与要求以书面形式发到每个学生手中。教师讲解训练内容、目的和一些具体要求。此部分既要让学生明确训练的总体目标,更要让学生有明确的阶段性小目标,让学生清楚如何查资料、应该查什么样的资料、要实现什么目标。 其次,查阅文献资料,根据任务书的要求进行电路设计、光学组件设计。以往给学生留出时间查阅文献资料,只有小部分学生能按要求完成,效果不理想。针对这一弊病,采取了分小组汇报设计方案的形式,每3人1组以PPT形式汇报本小组的设计方案,同时指导老师给出评价。该部分内容占学生成绩的一部分,从而极大地调动了学生查阅资料的积极性和效率。 再次,原理图与PCB板图的绘制,让学生熟悉专业的绘图制版软件,并熟悉电路板设计制作的流程。考虑到PCB板的制作成本、生产周期和后期调试问题,并不把学生的版图拿去工厂进行加工制作,而是在学生设计后期将已做好的PCB板及对应的版图资料一起发给学生。通过对比、改进、总结,让学生发现设计中的不足,掌握布局布线的方法与技巧。接着是电路板的焊接与调试。一方面让学生掌握各种封装形式元件的焊接工艺及技巧,另一方面更要让学生掌握硬件调试,包括电性能测试和一些简单的测试程序来评估硬件及其焊接工艺的优劣,从而让学生充分认识到调试在整个系统设计中的重要地位。 此外,给学生的光纤组件基本都是半成品,要让学生制作光纤接头。由于系统采用的是粗芯塑料光纤,加工制作的工艺要求比较低,学生在教师的指导下基本都能完成并达到要求。 软件编写,由于学生已进行过单片机课程设计,对C51单片机编程已具备一定的基础,所以这部分内容主要体现在功能实现上。要求实现既定基本功能,当然也鼓励学生进行功能拓展,充分利用MCU内部资源和硬件电路板的各个模块。经过3天的软件编写,发现大部分学生都能实现要求的基本功能,有相当一部分学生对系统进行了各种各样的扩展,效果甚至超出了老师的想象。对于一些编程能力差的学生,老师将软件功能拆分,指导其分步分块实现,尽可能地激发其编程热情,使其缩小与其他同学的差距。 系统性能综合测试,除了要求学生绘制出不同驱动电流下的反射式位移传感器的调制特性曲线外,还要求学生测量光源的P-I特性曲线等。进行系统调零、增益调节等功能测试,并评估仪器性能参数。 最后,文档撰写,以往学生容易忽视文档撰写的重要性,互相抄袭、东拼西凑现象时有发生。为了避免此类情况的发生,教师在训练之初就反复强调文档在整个系统设计中的重要性,并将文档撰写的质量作为评定成绩的一个重要依据。 4 专业综合训练模式探寻 不断探寻专业综合训练的新模式,是深化本科实践教育的需要,是培养学生实践技能、综合素质的重要保证。燕山大学信息科学与工程学院光电子工程系对专业综合训练的模式进行了初步探寻,具体包括以下几个方面。 1)在内容上选择与定位一些综合程度比较高的题目,通常以一个具体的光电产品为载体,并且该产品在行业中具有一定的代表性,与当前主流光电产品特征相近且与专业知识背景密切相关,使学生在光学、电子、机械设计和计算机应用等各方面都能得到综合锻炼。这就要求专业综合训练与前期大学本科三年所学各科课程有较好的知识点衔接,既包含如应用光学、物理光学、光电子学、光电信息检测、光辐射、光学材料、光学制造工艺、光学测试等光学类主要专业课程知识运用,也要包含如光学精密设计、光学机械CAD、数字和模拟电路及电子设计自动化工具的运用,还要覆盖微机原理与接口技术、软件基础、程序设计等计算机方面的知识运用,使学生在最大的知识范畴内得到充分的发挥和锻炼。 2)研发与设计过程满足“大过程”特征,体现在尽可能多的覆盖产品制造链上的步骤和过程,让学生对产品选型、市场定位、经济和技术可行性分析、论证、设计、仿真、加工、装配、测试检验、分析评估等环节和步骤都有感性经历和体会。 3)在实施过程中必须能够让每个学生都担当企业工人、技术员、管理员等多重角色,人人动手,充分参与生产、研发设计的每个环节。 4)开辟校内专业综合训练基地或工程训练中心。自2005年以来,分别在燕山大学特种光纤研发基地和光电类实践教学基地进行过实习与训练。 5 结束语 专业综合训练是学校实践教学的重要组成部分,是教育教学体系中一个不可缺少的重要环节。专业综合训练是培养技能型人才、实现培养目标的主要途径之一。它不仅是课程教学的总结,更是课程教学的延续。实践教学如何满足社会的需求是近几年各高等院校共同关注的焦点,探讨实践教学改革的思路,有利于推进人才培养进程。 光电子论文:电子科学与技术专业的光电子材料与器件课程教学方法研究 摘 要:该文阐述了光电子材料与器件课程在电子科学与技术专业教学中的重要地位,并根据笔者自身的教学经验,讨论了电子科学与技术专业教学中光电子材料与器件课程的理论教学和实验教学的内容、教学形式、课时安排与教材选择等。 关键词:电子科学与技术 光电子材料与器件 理论教学 实验教学 电子科学与技术(以下简称“电科”)专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识,能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发,以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术,不仅是当代信息技术两大支柱之一,而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一,正是光电子材料与器件的广泛应用,例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外,诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用,是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见,学习光电子材料与器件的相关知识,不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响,也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生,提供了坚实的理论基础与知识储备。然而,根据笔者的调研,虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程,但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广,教学课时又往往有限(一般为32或48个学时),因此在光电子技术的实际教学过程中,讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学,而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性,并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验,研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。 1 光电子材料与器件简介 光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来,光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里,光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明,到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世;从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段;从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步,并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下,各种新型光电子材料与器件层出不穷,性能也不断提高。尤其是近年来,随着微米及纳米级加工技术的成熟,新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕,为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。 综上所述,光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位,因此,光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学,而且应该作为重视工程教育的电科专业的优秀课程。 2 光电子材料与器件课程教学研究 2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择 光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识,例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等,而且与实际应用结合精密,因此,本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。 在课时安排方面,作为电科专业的一门优秀专业课程,光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时(2学分),理论课学时不低于26学时,实验课不低于6学时。 另外,在教材选择方面,由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容,而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多,其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材,例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1],西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件,但是,目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少,市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之,该书中所涉及的理论知识较深,基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见,对于光电子材料与器件这门新兴课程而言,设立统一的教材并不合适。因此,笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容,自行编写该课程的讲义与课件。 2.2 光电子材料与器件课程的理论教学 按照电科专业的专业定位以及培养目标,光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容,在光电子材料与器件教学中要弱化;而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识,要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下,让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。 在教学内容的设置方面,由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中,因此,为了便于学生的理解与知识体系的构建,笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程(共26学时)为例,该理论课程共被分成了绪论(2学时)、激光原理与典型激光器(5学时)、太阳能电池(4学时)、光通信器件与材料(5学时)、光探测器件(5学时)、光电显示器件(3学时)与光存储器件(2学时)等七个章节,这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外,在每章内容的设置上,也尽可能突出“工程”内容,弱化“理论”知识。下面,笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。 第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中,向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍,让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中,重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系,并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍,让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。 第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性,其主要内容包括三个部分:激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分,由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程,所以该部分内容为简略介绍的内容,主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重,在该部分内容中,将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似,在介绍完半导体激光器后,可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外,本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。 太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用,但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势,该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中,主要分两小节给学生介绍,第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用,让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求,然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势;第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。 第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节:第一小节介绍光纤通信的基础知识,包括光纤通信的定义,光纤的结构、导光原理、发展历史,以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的优秀材料。在光纤通信中,最重要的器件当属光纤,所以,本节开始就着重介绍光纤的相关知识,包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后,又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类,并分别介绍了这两类光器件中的代表器件:掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后,在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件,例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。 第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声;其次,按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器(光电管与光电倍增管)与内光电效应探测器(光电导、光电池与光电二极管)。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。 第六章光显示器件重点介绍四种光显示器:阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。 第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。 2.3 光电子材料与器件课程的实验教学 光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连,并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件,实验课程的学时应不低于6学时,开设的时间最好在理论教学完成之后,以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面,既要保证与理论课程内容的相辅相成,又要尽量避免与其它课程实验项目的重复,造成资源的浪费。例如,许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的优秀专业课程,并配备了相应的激光器实验。在这种情况下,如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容,不仅消耗了宝贵的实验时间,实验效果也会大大降低。 下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学(6学时)中的实验安排。 (1)实验内容:共包含六个实验项目,它们分别是:光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验(每个实验1学时)。各实验中都应用到了一个或几个优秀光电子器件,这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件,例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为优秀元器件;而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。 (2)实验要求:以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析,但经笔者调研,这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力,因此,在对原有的实验指导书进行改良后,笔者自行编写了实验的指导书,并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验,原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果,但是,在新改良的实验指导书中,要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流,并要求学生分析比较其差别。通过这种方式,充分调动学生的实验积极性,在具体的实验教学中也取得了很好的效果。 (3)实验方式:分组实验,共同撰写实验报告。这样,不仅提高实验效率,还能够锻炼学生的团队协作意识。 (4)考核方式:根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。 3 结语 光电子材料与器件在信息产业的发展与现代科学的研究中都具有举足轻重的地位。它不仅是电科专业知识体系中的重要环节,也为电科专业学生提供着良好的就业竞争力与科研基础。本文通过对电子科学与技术专业特点与光电子材料与器件课程内容的分析,讨论了光电子材料与器件在电科专业教育中的重要性,并根据笔者自身的授课经验,提出了光电子材料与器件在电科专业中的教学形式、课时安排、教材选择以及理论与实验课程内容设置的一些意见与建议。 光电子论文:光电子技术教改探索 摘 要:光电子技术课程是一门理论和实践紧密结合的重要课程。针对我院实验课程的欠缺,我们进行了此项教改工作,希望这次改革成果能给本专业老师的教和学生的学带来益处。 关键词:光电子技术 虚拟仪器LabVIEW 光电实验 教学改革 光电子技术课程是一门理论和实践相结合的一门课程。但我们学院自从2003年开设光电子技术课程以来,由于因教学条件所限,该课程主要强调理论,实践教学内容很少,到目前为止还没有专门的光电子技术实验室。这种情况下或多或少会影响到学生对本课程内容的理解和应用。可见,我们学院的光电子技术课程教学改革势在必行,特别要把实验环节的教学提到日程上来。 1 改革理论课程 1.1 教学内容改革 光电子技术课程是我们学院光信息科学与技术专业和应用物理两个学科的专业课,最初选择的教材不太合适,经过两次调整,最终选定高教出版社张铁林主编的《光电子技术》的和科学出版社朱京平主编的《光电子技术基础》两本书作为我们的指定教材。光电子课程是我院光信息和应用物理两个专业的学位课,原来把两个专业设置的课程内容是完全一样的,但由于光信息开设了激光原理,所以教改中将这部分内容从光电子技术课程中删减掉,而应用物理专业由于开设了固体物理课程所以他们的光电子技术课程中晶体部分就不再讲解。 1.2 教学方法的改革 (1)提高教师自身能力和素质。要想把这门是理论与实践高度结合的课程落到实处,该专业的教师应主动吸收社会高水平的一线工程技术人员的经验,聘请优秀技术人员参与指导综合设计和创新实践活动,以此提高自身的素质。(2)建立以学生为中心的实践教学方法。以各类创新活动激发学生参与的主动性和积极性。注意将学生课外科技活动和教学体系结合起来,在学分承认下,既激发了学生学习和实践的积极性,又使科技活动取得了很好的效果。 2 引入虚拟实验教学 光电子技术是一门理论联系实践很强的一门课程。如果单单讲授理论而没能很好的配合实验和实践教学,最后学生学习的效果可想而知。遗憾的是由于经费有限,我们学院一直没能设立专门的光电子技术实验室。即使在光学实验中有涉猎光电的实验,但也都是一些非常简单的项目。基于以上情况,我们课题组进行了光电子技术虚拟实验教学的探索。这也是本次教学改革的重点。 2.1 虚拟实验平台的选择 所谓虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI),即将现有的计算机主流技术与革新的灵活易用的软件和高性能模块化硬件结合在一起,建立起功能强大又灵活易变的基于计算机的测试测量与控制系统[1]。近年来,世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件,以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统,并编制测试软件[2]。我们选用了国际上最早和最具影响的开发软件,即NI公司的LabVIEW软件和LabWindows/CVI开发软件。LabVIEW采用图形化编程方案,是非常实用的开发软件。除了编程方式不同,LabVIEW具有所有语言的特征,因此被称为G语言,即图形化语言。它与传统高级编程语言最大的差异在于编程的方式是图形编程方式即使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图或框图[3]。 2.2 基于虚拟仪器LabVIEW的光电实验可行性分析 课题组已成功虚拟了光敏电阻、光电二极管、光电池、光电倍增管等光电仪器的主要特性。虽然目前还没建立一套完善的虚拟光电实验平台,还会涉及一些不同的光电实验,但所有实验所需的仪器虚拟仪器LabVIEW本身完全可以通过提供控件来实现,所涉及的关系式完全可以通过LabVIEW本身提供的函数编程来实现。可见,建立一套基于虚拟仪器LabVIEW的完善的虚拟光电实验平台是非常可行的。 2.3 虚拟仪器LabVIEW虚拟光电实验的一般步骤 (1)熟悉所选实验的原理与内容。(2)虚拟出实验所需仪器。每个实验所需仪器并不一样,这里就需要自己来虚拟,好的是LabVIEW中提供了丰富的控件。设计者可以从中选择自己所需的控件来作为实验仪器,如果LabVIEW本身所带的控件中没有合适的,那么还可以创建自定义控件来满足实验的需求。(3)设计实验操作界面。实验操作界面是用户进行实验的平台,所以设计时要尽量体现出人性化,使所设计的界面简洁、美观、实用。(4)在LabVIEW中根据需要进行编程。LabVIEW中提供了丰富的功能强大的函数。这为设计者的编程提供了很大的方便。(5)调试并优化所设计的虚拟实验平台。在完成以上四步后,接下来就要检验所设计的实验平台能否正常运作。如果存在问题,可以根据需要进行修改和优化。 3 改革考核标准 在改革教学内容、教学方法特别是引进虚拟实验的前提下,改革考核方法是顺理成章的事情。我们必须建立与教学改革先符合的健全的考核机制,采取良好灵活的考核方式。这样才能使我们这次的教改真正得到落实。考核方式可采取理论考试、实验制作、动手能力等,从多角度综合评判。同时,光电子设计竞赛选拔和该课程的教学考核结合起来,进一步激发学生的学习和创新热情。具体情况如下。 3.1 理论课的考核要求 平时考核:主要包括作业质量、回答问题、考勤等项目;半期考试:主要包括学到半期知识内容,考察基本概念和理论的掌握情况,培养学生重视平时学习的习惯;期末考核:采用闭卷考试,全方位考察所学内容。分值分配为:平时20%,期中考20%,期末考60%。 3.2 实验课的考核要求 利用虚拟实验不受时间和空间限制的优势,学生完全可以做到提前预习,这样就可以加入考核预习情况的一个环节。预习报告:考核实验前的准备工作;操作:考察学生动手能力;实验报告:考察学生对实验数据的处理情况以及对实验的新认识。具体的分值分配为:预习20%,操做50%,实验报告30%。 3.3 实践创新考核 由于我院把光电子技术课程设为光信息和应用物理两个专业的学位课程,最后满学分才准予毕业。所以课题组拟改革后把实践创新正式作为附加成绩加入考核成绩中,学生所设计的作品分部级获奖,省级获奖和校级获奖三个等级分别记学分为0.5、0.3、0.15。 4 结语 本次教改的目的是以理论有机结合实验进行的,在本科第五学期完成光电子技术课程的教学,所授内容分为六大模块,由浅入深,由简入繁,注意学科交叉,注意技术性、综合性与探索性之间的关系,知识结构合理,理论和实际紧密联系的课程。最终目的是让学生能受益于此全新的教学体系。 光电子论文:浅析武汉光电子信息产业发展的机遇与挑战 [摘要]在经济全球化、信息化时代背景下,光电子信息产业作为一个新兴的高技术产业,对我国的经济发展和国际竞争力提高起着重要的作用。武汉光电子信息产业在迅速发展的同时,也面临着机遇与挑战。发展武汉光电子信息产业必须要充分运用自身的优势资源,抓住来之不易的机遇,不断迎接新的挑战。 [关键词]武汉;光电子信息产业;机遇与挑战 1武汉光电子信息产业发展历程 自我国首先在武汉东湖高新技术开发区创建武汉・光谷以来,光电子信息产业就作为武汉的四大产业之一开始迅速发展。近几年来,东湖高新技术开发区正对武汉国家光电子信息产业基地的基础设施建设进行全力推进,形成了一批以光纤通信、移动通信为主导,激光、光电显示、消费电子、集成电路等竞相发展的产业格局,而光电子信息产业也逐渐发展为武汉市四大主导产业之一。武汉光电子信息技术及产业水平在国内渐渐占据了领先地位,在全球市场上,武汉・光谷也成为了我国在光电子信息领域中与世界强国相竞争的知名品牌。发展到2010年,武汉的光电子信息产业已成为继武汉汽车产业后,第二个资产规模过千亿的产业。到2011年,武汉光电子信息产业总收入高达1440亿元,在世界产业集群中占到了一个举足轻重的地位。 东湖高新技术开发区在2009年光电子信息企业有800多家,总收入达到8356亿元,净利润高达525亿元,出口创汇约120亿元,从事光电子信息产业的人员近10万人。最近几年,武汉・光谷几乎承担了中国所有的光通信系统的建设和90%以上的国家863光纤通信项目。随着东湖高新技术开发区涌现出一大批拥有自主知识产权的光纤光缆顶尖技术和光电子元件制造技术,光纤通信技术与电视、电话、移动通信和互联网等一同进入了中国家庭。有关数据显示,到目前为止,武汉・光谷共生产光纤1518万芯公里,销售2077万芯公里,产销率高达1368%;共生产光缆722万芯公里,销售1242万芯公里,产销率高达172%。其中,长飞光纤产量仍稳居全球首位,光纤预制棒产量居世界前三位。特别是烽火通信光纤预制棒生产线投产,从此打破了国外对光纤预制棒技术的垄断,使武汉・光谷光纤产业的整条产业链被打通。 在这近十多年来的发展过程中,武汉・光谷的光电子信息产业在全球产业分工中逐渐占有一席之地。其光谷光纤光缆生产规模成为全球第一;光电器件在国内市场的占有率达到60%,国际市场的占有率达到12%;激光产品在国内的市场占有率也一直保持在50%左右。 2武汉光电子信息产业发展的机遇 (1)光纤入户活动的开展。随着时代的发展,信息的传播速度成为一个国家是否发达的一个重要指标,也对一个国家的经济发展有着重要影响。加快对光纤通信技术的构建,能够提高我国的国际竞争力。目前,我国正大力开展光纤入户活动,各省市的电信部门也在积极配合降低光纤费用,保证活动的顺利开展。国务院也在2012年5月23日发表声明,鼓励民资参与电信业,加快普及光纤入户。这次活动的展开,提高了我国对光纤光缆的需求,这对于以光纤光缆为主要研发方向的武汉光电子信息产业来说,是百年难遇的机会。 (2)信息基础网络更新换代。目前,我国正在实行两化融合和三网融合。两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合, 是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化,走新型工业化道路;两化融合的优秀就是信息化支撑,追求可持续发展模式。三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中,三大网络通过技术改造,使其技术功能趋于一致,业务范围趋于相同。而这两个融合活动的实行大力促进了我国信息产业的发展,这也为武汉光电子信息产业发展提供了巨大的内需市场和发展机遇。 (3)欧洲经济发展的动荡。欧洲一直以来都是传统的光电子信息技术强国,他们掌握着光电子的优秀技术、标准和品牌,并通过这些牢牢控制着全球光电子信息产业发展的主导权。然而在2011年,由于欧洲债务危机的爆发,致使欧洲的各行各业都受到不同程度的影响,其中就包括欧洲的光电子信息产业。而武汉光电子信息产业受到欧债危机的影响却很小,依然保持着30%增长速度平稳发展,武汉关电子信息产业可以趁此机会抢占世界光电子信息产业市场份额。 3武汉光电子信息产业发展的挑战 (1)周边国家的发展与崛起。在中国周围,一直以来都有着光电子强国对中国市场虎视眈眈,那就是日本、韩国和中国台湾。日本一直作为传统的光电子技术强国之一,它的光电子信息产业规模每年仍保持着递增的趋势,尤其是它的消费类光电子领域的地位,一直没有动摇。而日本也曾在半导体激光器、激光打印机、液晶显示器、光盘产业等方面在世界上处于垄断地位。光电子信息产业是日本增长速度第二快的产业,迅速的发展也使日本国内的市场不足以满足国内光电子信息产业的发展需求,于是它们将目光看向国外,尤其是与日本相邻的中国这样一个巨大市场。 韩国和中国台湾的光电子信息产业的崛起也渐渐威胁着国内的光电子信息产业市场。台湾每年对光电子信息产业的研发投入费用高达8%到10%左右,每年的总产业规模增长量在334%左右。而韩国光电子信息产业的平均复合增长率也达到了135%,高于全球市场的91%。到2010年,韩国的光电子信息产业总产值达到了25兆亿韩元。周边国家的光电子信息产业的发展与崛起是对武汉光电子信息产业发展的一个重大挑战。 (2)国内市场竞争激烈。在我国主要设有7个光电子技术研发基地,虽然每个研发基地都有重点研发的方向,但随着时间推移,研发的产品渐渐有了交集,致使国内光电子信息产业的市场竞争开始激烈。 中国光电产业代表性企业的区域分布城市技术领域代表企业所属产业基地武汉光通讯烽火、长飞中国光谷激光加工华工、楚天上海LED显示上海天马、蓝光张江、闵行、昆山光通讯上海长飞、阿尔卡特松江、潜河径激光加工飞利浦、大恒嘉定、松江北京LED显示京东方奕庄工业园光通讯组件北京中科嫁英半导体通州激光应用大恒中关村长春LED显示北方彩晶长春经开激光加工奥普光电、光华微电子深圳光通讯、 光储存华为、中兴、 长城、华强高科技园光电显示激光天马、康佳、创维大族激光广州光电材料、 光通信小企业居多经济技术开发区石家庄LED显示、 太阳能电池中电13所、河北晶龙宁晋县鹿泉开发区资料来源:王灏光电子产业创新网络的构建与演进研究华东师范大学博士学位论文,2009,(6) 从表中可以看出,大部分研发基地的研发产品有着趋同性,国内的光电子信息产业市场的竞争将会越来越激烈。 4加快发展武汉光电子信息产业的思路 (1)建立健全制度,强化政策支撑。一方面,政府应尽快出台为中小型光电子信息企业提供资金支持、拓宽资金筹措渠道的相关政策,让更多的企业能够参与进来,解决中小型的光电子信息企业融资困难的问题;另一方面,政府出台对中小型光电子信息企业的优惠政策,来保证武汉光电子信息产业的高速发展,鼓励境外科技人员和出国留学人员到武汉经济开发区创业,鼓励他们到开发区从事光电子信息产品开发和生产工作等。 (2)完善融资服务,加大投资力度。一方面,可以建立一种光电子信息产业融资平台,通过该平台来推进光电子优秀技术的发展,保证武汉光电子优秀企业研发投入力度,并引导政府加大对光电子信息产业风险投资领域的发展; 另一方面,完善光电子信息产业的中小型企业信用担保机制,通过政府制定的一系列优惠政策,鼓励对中小型企业的投资,解决中小型企业融资成本高、融资难的问题, 政府还应鼓励光电子信息企业融资上市,通过证券的融资功能,解决大产业规模发展融资困难的问题。 (3)强化创新能力,提高优秀竞争力。一方面,在制度上创新,进一步完善对东湖高新技术开发区的授权工作,重点建设武汉光电子信息产业一条龙服务,并以高起点和长远目标来规划和建设武汉科技新城,改善好企业之间的竞争环境,降低企业发展的社会成本;另一方面,在技术上的创新,在加强对基础研究的同时,我们还可以在国外设立专门的研发和市场机构,引进或消化吸收国外的相关先进技术,进一步提升武汉光电子信息企业的创新能力,不断完善创新激励机制,来提高武汉光电子信息技术的优秀竞争力,让武汉光电子信息技术力争站在国际光电子信息产业发展的最前沿。 (4)促进企业资源规划,应对市场挑战。在全球化的市场上,一个企业不仅作为当地企业的竞争对手,也作为全球同行业之间的竞争对手。在21世纪的全球竞争环境下,公司运用对企业资源的合理规划应对任何未来的挑战是势在必行的。在光电子信息产业迅速发展的现在,产业之间的竞争已经变得相当激烈。只有企业可以根据市场趋势及时做出正确的决定,才可以在激烈的竞争中维持其盈利能力,因此越来越多的光电子信息企业开始实施ERP(企业资源规划)系统,以提高他们的竞争力。武汉光电子信息产业为了能在这种全球激烈竞争的环境下生存,实施一个简单有效的ERP系统,对企业的资源进行整合规划是十分必要的。
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计算机科学与技术论文:计算机科学与技术经济管理论文 1、计算机科学与技术在经济管理中所体现的作用 在进行经济管理工作的时候,需要从工作中出现的庞大的信息进行分析和处理,这些数据是重要的资源公司和机构需要这些资源做了分析、决策。然而,经济管理人员如何处理这些信息,从而使这些资源能够得到更好的决策服务,是经济管理人员需要不断探索的问题,在很多的研究过程中相关的许多研究人员已经取得了较为合适的方法去处理数据,但这些方法往往并不适用于人们获得大量正确的感官使自己不足以判定自己的决定或感觉。不过由于计算机技术的发展,让人们在处理这些数据的过程中,获得了很大的方便,因为电脑可以有效地对大量的数据进行处理,分析,因此,计算机科学与技术,经济管理提供了在工作过程中带来极大的方便。 2、计算机科学与技术在经济管理过程中的应用形式 2.1运用人工神经网络的形式来对信息进行分析 在动物界的神经传递过程,以及两者之间的神经元有突触,发挥信息的一对神经元之间传递的作用。在传送过程中会被用来传播若干神经递质,这些不同类型的神经递质的那些神经元接收时的轴突,会有许多分支。神经递质中的信息传送的神经元再传递到受体细胞,然后。这种形式的信息传递有很多好处,研究人员受到这些启示后,他们发明了一种自组织特征映射算法,以实现有效的传递信息。因此对计算机技术,其在外界的时间表达的发展以及当前正在使用的方式为数值向量,并且对于神经系统,这也是在该信号中的信息的传播的移位。因此,使用计算机技术进行的信息的神经之间的信息发送处理,具有非常相似的地方。 2.2这种人工神经网络的信息处理方式具备的功能 有关信息处理这个人工神经网络,它是基于神经网络的生物的形式来学习了,那里的人工神经网络的这个系统,也就是现在的一些智能计算机功能与神经系统的生物学特性有很大一部分是类似的,。第一,它具有如下特性反映在存储器中,因为它是基于生物神经模型来设计,因此,其在信息存储和分析,将在第一保留该信息,并且还具有关联存储器的功能。其次,它具有的功能,可以是非线性映射。因为在许多实现该操作,不能够建立的输入信息与输出的数量之间的线性关系,因此设计了许多熟悉的模型不能在其他信息处理系统来执行。然而,使用人工神经网络的设计方法,使得它可以满足非线性映射信息处理的过程中,也可以设置在设计过程中大量的非线性数学模型,并且每个字段可以是得到了应用。另外,该人工神经网络的信息处理模式中,还可以输入的信息来确定和实现有效的分类,原本存在于该信息的信息处理是不容易的分离和鉴定的问题,以便有效的解决方案。最后一个是,它可以具有的信息和输入,并输出将是一种有效的处理数据知识的内容的功能,因为该人工神经网络模型具有神经传递在生物学的特性,所以它可以在信息到达时,它的分析和信息处理为那些谁满足要利用的条件,并存储。这使信息的处理时,数据可根据它们的特性进行分类和分析。 3、人工神经网络的信息处理技术在经济管理中的应用 计算机科学与技术带来的这个神经网络的信息处理模式的发展过程中,因为它的一些特性和功能,已有效地用于许多领域,解决了传统的信息处理那些不能够解决谁的问题,并取得了良好的效果。因此,目前的做法是,不仅能够使用在经济管理过程信息,还是在医药,工程和其他经济领域已被广泛使用。由于计算机模拟人类思维与人类思考有着极大的相似度,因此在经济管理和其他需要人类思维仔细工作的领域中计算机就可以代替人类进行大量的思考,从而减少人脑处理数据的时间提升效率的同时也降低了人们的劳动脑力,提升了工作品质。 3.1在信贷分析过程中需要对这种信息处理技术加以利用 对于信贷分析,信贷评估机构是有自己的特点,所以在信息化的过程,因为这些公司带来不同形式的信息,制作过程,以判断其可信度,大的问题,这是很难判断出来,使很多时候会带来大量的经济损失。然而,采用这种判断方法的人工神经网络的信息技术,将上有效地解决这些问题完成的。在这些贷款时,信用评级公司,只需要输入信息编码到它,你可以分析数据,由于数额较大的信息输入,使评价过程更加准确地完成更多的工作。利用这种技术,不仅可以做到的准确度,而且还避免了主观的思维操作者的形式。这是这些优点的存在,使得其被非常广泛地应用于在企业风险分析的过程。 3.2使用这种方法可以对市场做到更准确的预测 在经济管理过程中,需要对一些看起来似乎是有效的市场进行分析,并做相关的未来发展趋势的预测,在决策过程,这些预测结果能够起到参考作用,使得投资的风险可以减小。利用人工神经网络预测市场上的信息处理技术,使得市场价格走势和走势进行了考虑和分析,让一个可靠的市场模型可以被创建。例如,在期货市场上使用这种技术,可以预测其未来的价格。而这项技术也已经在股市应用。随着科学技术和计算机技术的发展日趋成熟,使得在其工作过程中已经能够针对非常复杂的工作得到了良好的解决方案。在经济管理过程,从而产生大量的数据,使用传统方法是难以解决的,但是利用计算机科学和技术,我们可以模仿人在神经传递中的处理信息的方式来进行处理,利用它们工作为人类提供了极大的方便。 4、结束语 综上所述,我国经济管理随着电子计算机科技的不断发展和科技电子计算机智能化的不断进步,以往很多经济管理类的工作也逐渐有了更方便的工作方式,既减轻了工作人员的负担又提升了相关产业的发展,电子计算机技术和软件工程的开发在经济学领域的帮助不言而喻,因此在推广及普及电子计算机技术上相关的部门要下足功夫,为了使我国经济市场电子化进程早日实现一定要不断开发新型的电子计算机技术和相关软件,做到与时俱进。 作者:徐世宇单位:黑龙江省机场管理集团有限公司信息管理部 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术专业人才培养 一、计算机科学与技术专业应用型人才培养模式的现状 1.计算机科学与技术专业的教学内容跟不上社会需要 计算机科学与技术是发展非常快的学科,尤其是在社会需要的推动之下,计算机科学与技术学科的发展日新月异,需要我们能够不断地对学科前沿技术进行关注,并且在教学的过程中向学生传授这些前沿知识,以促进学生专业知识的更新和增长。但是,我们现有的计算机科学与技术专业的教学内容较为陈旧,没有根据社会发展而进行相应的更新,导致学生所学的知识跟不上社会发展的需要,学生也难以获得社会的认可。 2.计算机科学与技术专业人才培养模式中忽略了对学生应用能力的培养 计算机科学与技术专业对于从业人员的应用能力要求非常高,因为只有从业人员具备了相关的应用能力,才能够切实承担各种工作任务,解决各种突发问题。但是,很多学校在计算机科学与技术专业人才培养的过程中,只关注学生理论素质的提升,而忽略了对学生应用能力的培养,导致学生的高分低能,使得学生难以快速地融入到岗位工作当中。 3.计算机科学与技术专业的教学方法存在问题 良好教学方法能够保障教学目标的实现。在计算机科学与技术专业的教学过程中,教学方法不科学,严重地影响了教学效果和教学目标的实现。很多学校在教学的过程中,采用的是教师教授、学生听讲的教学方法。在这样的教学方法影响下,学生主动思考的意识差、对教学过程的参与程度低,因而教学质量较为低下,难以实现教学目标。 二、计算机科学与计算专业应用型人才培养模式构建策略 1.及时更新计算机科学与技术专业的教学内容 首先,对计算机科学与技术专业的学科前沿内容予以不断地关注,然后对专业教学内容进行相应的更新,将学科前沿知识融进来,既能够让学生明白学科发展方向,又能够让学生掌握一定的学科前沿知识,提升其专业知识的新鲜程度,避免被社会淘汰。其次,对计算机科学与技术专业的教材内容进行更新。将计算机科学与技术专业的教材内容分为两部分,一部分为基础知识,另一部分为学科前沿知识,基础知识为固定的教材,学科前沿知识则根据专业技术的发展而随时更新,促进教材内容的时新性。 2.在计算机科学与技术专业人才培养的过程中重视对学生应用能力的培养 首先,加大计算机科学与技术专业实践课程的比重,使学生能够对所学的知识进行充分的应用。实行理论课程与实践课程相结合的教学策略,在理论课程之后开展实践,让学生充分掌握理论知识,同时促进学生实践能力的增强。其次,让学生进入到相关的企业中进行实践,让学生在企业真实的环境中进行计算机科学和技术专业知识的应用和学习,促进其计算机应用能力的提高。 3.改善计算机科学与技术专业的教学方法 首先,在计算机科学与技术专业教学过程中采用教、学、做一体化的方法开展教学,使教师的教与学生的学和做结合起来,使学生在对知识理解的基础上实现应用能力的提升。其次,在计算机科学与技术专业教学过程中采用互动教学法来进行教学,在实际教学的过程中通过师生的互动来促进教学过程的进行,促进学生积极参与到课堂之中,从而提升学生的学习兴趣,促进学生在兴趣提升的前提下实现应用能力的发展。 三、小结 综上所述,随着现代社会的快速发展,计算机科学与技术专业应用型人才越来越受到社会的欢迎。因此,我们需要对计算机科学与技术专业应用型人才培养过程中存在的问题进行分析,进而构建出相应的应用型人才培养模式,最终促进计算机科学与技术专业人才应用能力的大幅提升。 作者:王月红 单位:唐山劳动技师学院 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术专业课程探讨 1.三段制学分课程设置比较 第一,美国大学公共基础课所占比重小于中国大学。如果按照公共基础课、专业课、选修课的三段式教学过程分类,中国的计算机科学与技术专业的课程学分和国际上总体相差不大。但是在公共基础课方面兰州大学和中国科技大学明显高于美国的三所大学,中国科技大学的公共基础课(占总学时的71%)之多是普渡大学(20%)的三倍有余,是UIUC(24%)大学的近三倍,同时是麻省理工大学(43%)的近两倍。兰州大学(37%)也是接近普顿大学(20%)与UIUC大学(24%)的两倍。在我国,第一、第二学年主要是学习公共基础课,这体现了基础课教学的重要性。但是另一方面,在总学分有限的情况下,这会导致专业优秀课程的弱化。由于基础课大多数属于必修课,必修课所占比重过高,课程的多样性会受到限制,从而影响学生的自主选择性,进而可能会影响学生的全面发展、个性塑造以及创新能力的培养。美国三所大学公共基础课比例相对较小,有利于学生把更多的时间、精力投入到专业基础课、优秀课程和实践课程的学习。不仅扎实了学生的专业基础知识,还培养了学生的实践动手能力。 第二,选修课课门类多,任选课学分比例大。虽然两国在选修课学分比例方面不相上下,但是美国三所大学的选修课课程门类多,任选课比例大,每个学生选课的模式多种多样,同一专业的学生注重差异性和独特性的培养。美国的计算机科学与技术专业的课程采取主辅修制,学生除了主修学校规定的必修课以外,课程的设置通常包含与本专业无关的其它学科领域的课程内容,这样就能加强计算机科学专业与非专业之间的横向合作,有利于学生发散思维能力的培养,形成了一些新的与计算机科学与技术专业相关的新的专业和与此协调的课程。我国课程设置中任选课门类偏少,学分分值相对较高,学分和课程内容衔接较弱,学生自主选课的空间相对窄小。有一些选修课也是集体课程,对学生的个性发展以及知识面的扩宽有一定的限制。随着近几年教学改革的发展,虽然选修课的数量和范围都有所增加,但仍然都局限在计算机科学与技术专业范围内,难以有所突破。 2.启示及建议 通过上述比较分析发现,国内计算机科学与技术专业在课程设置方面存在公共课比重大、选修课比重小以及选修课门类少,无法满足学生全面发展需要等问题。因此,在课程设置方面要合理安排必修课和选修课,在保障政治理论教育质量的前提下,适当缩减以公共基础课的比重,增加选修课占比以及选修门类以满足不同专业方向学生的需要。同时以培养良好的科学素养为人才目标,以公共课程为基础,以本学科的课程内在逻辑体系为根本依据,以提高学生的研究和开发计算机的能力为着眼点,注重基本理论、概念和方法的掌握与运用。 作者:王澄海 王漫 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术程序设计探索 1如何构建“TESE”的实践教学模式 1.1、Target——确定实践教学目标。(1)学生能力图表的制定。该图表需要依据课本的层次将单元、单项以及整合能力进行划分。这样能保证学生将各种单元与单项能力向整合,最终形成学生自己的实际专业操作能力。(见图1)。(2)实训教学大纲的修订。教师依据上述图表制定相应的实训内容与项目来修订相应的大纲,这样的实训大纲才能确保学生实现相应的能力目标。 1.2、Environmen——创设实践教学环境。(1)实训的硬件环境。学校实训环境布置必须贴近软件企业的实际情况。实训学员不但可以参与校内科研课题,还可以承揽校外项目。通过多形式、多角度重复性的实训保证其有实际的锻炼学习机会。(见图2)。(2)实训的软件环境。1)有效开发实训资源。由于教师在教学中占主导地位,因此我们有必要依靠自身经验与各种外部资源来整合实训内容。2)构建实训的虚拟环境。以课程和实训工作室为前提构建相应的公司模式。学生在该环境中负责对应的工作,这样能很好的提升的团队的沟通、协作力。3)创设实时的课堂教学情境。灵活生动的教学应结合案例、项目以及不同的角色进行。 1.3、Simulation——实践交互模拟。任何软件开发都需要按照相应的流程重复进行,不是一次就能完成的。因此,有必要组件相应的团队开发模式,根据实际需求对软件进行设计、分析、调试、编码与培训。 1.4、Evaluation——能力评估。以课程能力图表为前提,引进各种评价体系。可以采用笔试、口试、现场测试与答辩等多种形式。课程设计实训需以作品质量与个人在团队中的能力相结合进行考核。实训可以采取虚拟货币工资的形式对学生进行考核。顶岗实习的考核需以企业管理人员的评价、相应成果作为评判标准。 2“TESE”教学模式的实践 2.1实施。(1)合理配置资源,主要包括:软件与硬件环境配置、师资配置。我们需要针对工作室与实训室配置硬件,同时,合理配置虚拟场景与实训项目等软资源。要有针对性的选配优秀教师进行进修和培训,保证他们能够很好地落实“TESE”实践教学。三是多项保障措施并举,切实加强过程管理。采用召开动员大会,成立实验小组,制定实施计划并执行,进行数据收集与信息反馈,加强经费保障,采用“走出去、请进来”的方式进行教师培训进修等多种举措,对“TESE”教学模式的实施进行科学管理。(2)教学过程与教学方法的选用。构建学生为主体的教学策略体系。要不断驱动案例或任务方式,真正构建出学生为主体的教学体系。通过各类引入各类竞赛,保证学生保持实际工作状态,这样可以很好的调动他们的创新热情,激发他们上进心。(3)采取多种措施,加强过程管理。通过不断地宣传,成立各种实验组来制定相应的计划。还需采取多种措施保证教师进行相应的进修于培训,从而保证该教学模式的推进。 2.2评价。“TESE”效果需要由学生、教师与社会等多角度进行评价。恶声评价侧重于教学发放与过程以及策略。教师评价应侧重于该模式是否可行、科学、效果与学生专业能力培养效果等方面。社会评价的主题主要是实习企业与各种技能大赛的主办方。 2.3效果。通过一个周期或者多个周期的实践,可以在很大程度上提高学生的团队合作能力、软件开发能力,同时还能很好的提升学生的职业素养。通过各种软件大赛或者用工单位的评价来确定“TESE”教学模式的实用价值。 作者:贺体刚 单位:湖北省荆楚理工学院 计算机科学与技术论文:高校计算机科学与技术教学论述 一、计算机科学与技术教学的培养要求 计算机科学可以运用在各个领域,技术教学亦然;计算机科学在社会经济发展的影响下任何方面的更新周期都会变短,技术教学亦然。这显著的特点使得高校计算机科学与技术教学等方面的专业人才,必须具备多项知识结构,必须将他们按照专业的培养目标和定位来进行归纳。它们主要有一下几种:人文社会科学知识、数学物理知识、从事计算机软件、信息技术应用、计算机网络等方而的专业知识及相关领域知识,并学习和探讨这些领域的开发及应用的关键技术。作为计算机科学与技术教学专业的学生们来说,必须具有以下几项要求:第一,最基本的便是掌握好本专业的基础知识和理论,他们是发展计算机科学的前提;第二,必须具备专业学生掌握并分析系统软件的主要的设计能力;第三,对于网络系统方面,学生们必须学会对其进行运用、管理与维护方面的初级计划;第四,学生们在具备基础知识之后,还必须掌握计算机科学的实际运用的方法,学校在此基础上培养出具有高素质的人才;第五,学生们要时刻关注计算机科学与技术教学的最新情报,掌握它们的发展方向,将自己的学习情况与时展进行同步等等,多方面的培养专业素养与道德品格素质。 二、计算机科学与技术教学的整合与优化 首先,需要完成对两者的定位,确立正确的教育模式。高校计算机科学与技术教学对于学生们的实际操作能力与整体的素质有一定的要求,所以以此作为制定培养目标的前提,就必须使其具有扎实的专业基础知识与基本的知识与技能,而且能够举一反三,将其运用在实际的计算机科学的技术教学中,以培养出高级全面的素质人才作为终极目标。计算机科学与技术课程体系的构建。我国各高校必须能够找寻学生们自身的特点,为他们制定适合自己的教学模式,努力培育学生们的动手学习等方面的积极性,计算机科学与技术教学的整合与优化,一方面使得学校培养出更多的社会需求的人才,同时在另一方面提高了学校的教育整体水平。其次,需要对教学的内容进行改善。分析新时期人才市场的情况,可以发现计算机科学是十分重要的学科,在进行技术教学的时候必须能够将不同类型的学生进行专门的有针对性的培育,在完成教学目标的前提下,能够更好的拓宽学生们的眼界,计算机科学与技术教学将专业课程与教师教育课程以及两者的基础课程进行整合与优化,让学生学习到不同的内容,将教学的内容变得更多样化。所以高校的教师们可以将将学生们带入更多的领域中,让他们根据自己的爱好与特点选择想要学习的专业,为社会培养出一大批专业性强知识面广的高素质人才。最后,学校要更加具有开放性,能够与更多的企业进行双向交流。我国大部分高校还是与社会具有隔离性,是学生们缺乏社会实践经验,对于未来步入职场具有很多的阻碍,不利于学生们能力的提高与创新思维的产生。计算机科学与技术教学必须能够开设更多的与社会有联系,与企业有关系的实践课程,扩充实习基地的数量,提高实习基地的质量,积极的加强双方之间的联系,采取双方共赢的方式,共同进步。 三、结语 高校计算机科学与技术教学的整合与优化,希望学生们能够接受更好的教育,为社会培养出更优秀的人才,是一件对社会与学校还有学生自己来说对十分有益的事情。学校要设计出更合理的教学模式,学生们也要更加努力的充实自己,社会也需要给予高校更多的扶持,实现高校计算机科学与技术教学两者更大的发展。 作者:韩冰 单位:河南艺术职业学院 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术发展趋势 1深度发展计算机科学与技术 计算机的深度发展就是实现计算机的智能化。计算机人工智能化发展研究的课题主要有如何更好地实现人机互动,如何将网络上复杂的信息为己所用等等。人工智能的关键在于智能方面,计算机智能化以后,会具备多种感知能力,具备只有人类拥有的逻辑思维能力,到那时人类才算真正实现了人机沟通。虚拟现实技术领域的发展使得人类通过交互设备获得身临其境之感,同时百年存储器的发明使永久存储信息不再是梦想。 2计算机科学技术的具体发展趋势 近年来,人们紧盯着硅技术,使得硅技术的发展逐渐进入一个枯竭的状态,计算机科学家不得不把目光放到新技术的开发上,在这个背景下,各国的研究人员纷纷开始注重纳米计算机、量子计算机、光学计算机等新型计算机技术的研究。计算机的发展从来没有让我们失望,每隔几年,计算机领域就会出现一次大的变革,因此我相信,未来,新型计算机也会进入人类的视野,并得到广泛运用。计算机技术的发展从近几年的研究成果来看具体有以下几个发展趋势: 2.1计算机的运算速度将会大大提高 近年来美国人发明了一种能够使电脑运算速度获得大幅提高的新技术,这项技术是通过空气的绝缘性来完成的。时间研究表明计算机的运行速度主要取决于晶体管和芯片之间信号的传递速度,根据这个特点美国纽约保利技术公司的研究人员发明出一种新型电路,这种新型电路的芯片主要靠由90%的空气组成的胶滞体进行连接。因为空气的绝缘性质,使得这种胶质体在连接时不会吸收信号,所以传递信息的速度能够大大提高。这种导线可以直接安装不需要再更换芯片,而且还能够节约成本,降低电耗。这种导线最大的优点就是能够提高计算机的运行速度,它的缺点在于散热效果较差,无法及时排出热量。目前美国太空宇航局正在测量这种导线能否承受太空失重,如果试验取得成功,空气胶滞体导线将会广泛应用于计算机中,到那时计算机的运算速度将会获得大幅度的提高。 2.2以光为传输媒介的光学计算机 光学计算机主要以光作为传输信息的手段,这种计算机拥有传统计算机无法比拟的优势。①众所周知,光的速度非常快,以光作为传输信息的手段能够大大提高信息的传输速度,而且光具有一定的频率和偏振特征,能够使得计算机传输信息的能力获得提升。②光不需要导线来进行发射,所以就算光与光之间产生交汇也不会有任何干扰。③在智能水平上,光学计算机比电子计算机高出很多。由此看来,光学计算机是一种具备超高优势的理想计算机。世界各国早在20世纪90年代就开始了光学计算机的研究,并且在这上面投入了很大的人力、财力、物力。有美国、意大利等六十多个国家研制的光学计算机不仅有着相当高的运算准确率,而且运算速度也比电子计算机高出1000多倍,除此之外光学计算机还有不受温度控制、存储量高,适应能力强的优点。 2.3量子计算机 近年来科学家在量子计算机领域取得了一定的研究成果,例如美国在量子计算机领域完成了4个锂离子量子的缠结状态,这也标志着人类在量子计算机领域的一大进步。纳米计算机顾名思义就是运用纳米技术研制的高性能计算机,这种计算机的内存芯片只有人类一根头发丝的千分之一那么大,其体积也只有几百个原子大小。纳米计算机体积小、存量大、造价低、性能好。未来,如果纳米计算机研制成功,那么它将会取代芯片计算机,这也标志着计算机的研究领域再次取得质的飞越。 3计算机科学与技术快速发展的原因 3.1时代的变化与需求 二战时期,人们对信息处理的需求较大,因此在计算机领域投入了相当大的人力、物力和财力,这在一定程度上促进了计算机的生产与诞生,人们对计算机的研究也逐步深入。现阶段,政府、军事、各种尖端设备、各类研究领域都离不开计算机,对计算机的运行速度和存储量的要求也越来越高,计算机也逐步走向民用化。因此,计算机需要不断发展才能满足国家和人民日益增长的需求。现阶段,如果企业能够领先竞争对手创造出新技术,这就意味着企业创造了更多的利益,在这样的利益驱使下,许多企业纷纷在计算机领域投入更多的财力和精力,这同样也促进了计算机的大力发展。 3.2计算机科学与技术信息共享的发展基础 现阶段,信息共享是计算机发展的基础,各界人士根据共享的信息可以更快的获得技术与资料的支持,推动计算机科学与技术的发展。并且信息共享使得开发周期减少,计算机的研究质量也能获得提高。 3.3计算机的理论基础使得技术发展 研究人员对计算机的研究与试验越多,得到的理念与涉及的灵感也越多,在具体的实践中就可以运用这些理念。理念要经得起实践的检验,同样实践也可以促进理念的发展。在实践中难免会出现一些错误,对这些错误进行总结和归纳,就能够促进计算机技术的革新,新技术的发展同样可以催生新理念的诞生。当新技术转化为人们手中使用的产品,对相关技术的诞生也会起到促进作用,例如计算机辅助设计的应用促进了计算机软件与芯片的新技术的开发。 4结语 以上是笔者对计算机科学与技术的发展趋势所做的总结,并分析讨论了计算机获得快速发展的原因。未来计算机的发展会朝着多元化、高效化、智能化的方向进行。如今,计算机已经渗透到老百姓生活的方方面面,渗透到政府的日常工作,渗透到各个科学领域的课题研究。计算机改变了我们的生活方式,丰富了我们的生活内容,我们越来越离不开计算机,计算机已经逐步成为我们生活的保障。未来计算机的发展将会日新月异,研究者们也会在计算机领域做出更多的努力。 作者:高飞 单位:华中光电技术研究所 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术人才培养模式 1计算机科学与技术专业存在的问题 传统计算机科学与技术专业以算法理论为基础,专业人才需具备扎实的算法知识与研究能力。因此,在传统计算机科学与技术专业教学中,强调的是对学生学术造诣与研究潜力的培养。 1.1学校专业定位调整不及时 近年来,虽然信息技术不断发展,但是高校计算机科学与技术专业教育却没有实现与时俱进,始终停留一个较为落后的阶段和水平。学校对专业的定位,严重脱离市场需求,这也成为导致毕业生出现就业困难的重要原因。 1.2落后的教学方法与内容 因为计算机科学与技术专业这门学科的发展速度快,从而其更新速度也非常快。在这一现状中,中国多数高校并没有结合学科特点及时有效地改进和调整教学方法与教学内容。 1.3教学中对实习实践环节的不重视 高校传统落后的教学观念根深蒂固,在此观念的影响之下,高校计算机科学与技术专业教学中,对于学生的实践能力、操作能力以及相关的实习活动,并不重视且没有落实到实处,从而导致教学中理论知识与实践的脱离,从而导致毕业生不能适应社会和用人单位的需求。 1.4学校师资建设不完善 通过实践我们发现,在多数高校中,从事计算机科学与技术教学的教师主要以理论知识传授型为主,而且长期以来他们从事理论教学工作,对于与学科相关的研究极少参加,甚至也很少参加相关的技术实践操作活动。在课堂中,他们向学生单纯的传授理论知识,很大程度上决定了学生的学习模式,直接或间接的造成学生在实践操作方面的能力严重不足。此外,在教学中教师的综合素质与专业水平相对不高,对于自身的职业发展缺少合理、科学的规划。学校师资建设的不完善,导致了高校计算机科学与技术专业教学水平的落后。 2计算机科学与技术改进的重要举措 2.1对传统教学观念的创新改变 在高校教学中,一切活动的开展以教学观念为基础,并且以此作为指导思想引导教学活动的顺利开展。传统计算机科学与技术专业重视传授理论知识,关注学生学术能力的培养与潜能的开发,使学生形成一种接受性的学习。随着信息技术的发展,这种教育观念已经不能适应现状。特别是以职业化为主的高校,教学中如果只是重视培养学生的理论知识,那么与社会急需应用型人才的理念背道而驰。传统计算机科学与技术专业在教学观念中,对学生的实践与实习并不重视,学生动手与操作能力不强。基于此,为社会和用人单位培养适宜的应用型人才,首先就需要从改变传统教学观念开始,通过不断创新发展的教学观念以适应时代的发展和需求。 2.2传统教学体系与课程设置的改革 对传统教学体系的改革创新,应当实现以人为本,全面提升学生的综合素质能力,注重理论知识与实践的结合。这一创新教学体系的应用,可从学生素质能力所欠缺的方面有针对性的培养加强,保证学生在学习过程中保持良好的心理素质,提高学生的沟通、分析能力。关于高校课程设置的改革,学校可根据社会分工对其进行细化设置,将计算机科学与技术专业的相关课程以必修课与选修课进行划分,让学生结合自己的研究方向灵活的选择课程。对教学课程的设置将极大提高学生学习的自主性与积极性,提高和培养学生学习规划能力,并在激烈的社会竞争中做出准确的判断与选择,最终脱颖而出。 2.3加大力度开展校企合作模式,建设培养学生实践操作能力的实习基地 在课堂中,学生对理论知识的学习程度再高,若不能及时通过实践活动进行强化与巩固,那么也很难保证学生能够全面的理解和掌握知识。因此,高校应当积极寻求各种途径增强学生实践能力的培养和提高。其中校企合作模式不仅能够为学生提供实习和实践的机会,而且也为企业提供了技术支持与优先选择人才的机会。通过校企合作,学生在相应的工作岗位中,深入的理解所学理论知识,并且与实践的结合了解信息技术的发展趋势与市场未来发展动向,不断开阔眼界,提前做好从学生到步入岗位的角色转换。当然,在条件允许的情况下,学校还可以组织学生参加与计算机科学与技术专业相关的研究,以此激发学生的学习兴趣和热情,积极主动的投入到理论知识的学习中。 2.4学校重视构建理论知识与实践能力兼备的双师型师资队伍 教师在教学活动中起到了重要的作用,因此培养应用型人才,对师资队伍建设提出了更高的要求,要求教师不仅具备理论教学能力,而且在项目设计、开发应用方面具有较高的能力。由此,高校要重视构建双师型师资队伍建设。一方面,在教授课程能够深入的把握知识要点,并且讲解过程中能与应用实例结合,将问题分析的更透彻、清晰,便于学生的理解。 3结语 随着计算机信息技术的广泛应用,在我国计算机科学与技术以及应用也得到普及,但是当前多数毕业在应用能力、开发与设计能力等方面存在着严重不足,无法将所学的理论知识灵活的应用到实际工作中。对此,文章从多个方面对这一现状问题详细分析,并针对具体存在的问题从学校体系、课程设置以及师资建设等多个方面提出解决对策,以此保证和实现高效能够培养出满足社会发展和用人单位需求的计算机应用型人才。 作者:刘博 单位:河南检察职业学院 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术专业规划研究 一、专业实践环节没有建立合理的管理、激励及评价体系 由于学院缺少对思维过程的评价,导致学生只看重结果,而忽略过程的重要性,也不可能促使学生注重科学探究的过程,容易于形成一些似是而非的认识与习惯,限制学生解决问题的灵活性和创造性。造成部分已经有的实践教学不能很好地执行,没有真正发挥专业实践教学的重要作用。总结出问题所在,我们进行了计算机专业实践教学体系的设计,提出在实践教学体系的应用方案,并且指出在实施实践教学过程中必须特别注意的问题,希望能够与应用型人才的培养目标相同。依据计算机技术专业的要求,围绕着专业,结合各门课程特点,我们对计算机实践环节进行了相应的改革尝试。 二、面向问题找到计算机专业实践教学方案 1.制定明确的培养目标和实践教学大纲,独立院校计算机专业以理论知识以“必须、够用”为度,有一定的专业认识能力和抽象能力、具有较强的设计能力和实践能力。与自信、创新、吃苦耐劳精神品质为培养目标。专业教师也需要对人才培养目标进行认真理解,以此作为教学导航。在制定实践教学大纲时,不能向以往一样只罗列出知识点,必须在提出典型应用的项目及项目分解的任务,纳入计算机前沿知识,从而培养学生思考、解决实际问题的能力。在进行具体任务操练时还需指明课程群中各课程间的联系,以及实践环节中对综合项目的实际作用,并要求提供全面、专业的参考资料。在实际操作过程讲解中要增加对学习方法的引导,引导学生主动学生、高效学习、快乐学习。我们对已有的专业课程实验内容进行整合,突出联动性和任务性,对任务的难易进行相应的分类,加大设计性实验的比例使实践教学活动改变过去演示性和验证性的现象。 2.制作出严格规范的实践流程。实践性环节与理论授课相差甚远,要改变传统课堂教学模╟╟教师中心,强调以学生为本,通过对项目内容的深层挖掘分析,对任务的恰当安排,充分调动学生参与实践项目的积极性,让学生真正成为教学中的主体。实践流程的实施一般包括:项目的收集,任务课题的拟定、任务课程的实施步骤、学生设计与开发、提交、评阅、总结等。教师的引导要从收集到总结,穿插在每个实践环节之中;利用网络及参考资料辅助学生搭建项目知识框架、划分出重难点,引导学生发现任务中的问题,引出一些开放性的问题,由学生去自主探究,让学生发挥更大的潜能。每个实践环节的具体任务都要明确要求,使教师的引导和学生的做都有统一的标准。实践操作的实施主要体现出对学生操作能力的培养,以及对产生相应的文档资料的编写能力。 3.挖掘适合的实践项目作为计算机专业课程群中的主干基础课程。计算机专业中课程群的实践教学项目,不要仅限于课程本身,而应尽可能地与课程群内其他课程相关知识点贯穿起来,形成一个综合的、科学的项目。当学生在完成某一主干课程实践任务时,能复习或了解先前学习的相关课程,并在本课程的学习和实践中,能通过本课程任务进行综合理解,知晓本课程在计算机专业课程群中的地位与作用。这样就要求实践项目既要锻炼学生对本课程知识的掌握,更需要给学生理解本专业实践设计整体知识体系的网络。引导学生在操作过程中认识计算机专业本身的规律,让感性认识升华为理性思维,可以达到举一反三之效果。满足就业岗位需求。 4.制定合理有效的考核制度。考核对学生起着至关重要的导向性作用。考核不仅能体现教学效果,发现教学中的问题并进行有效改变;同时也能够评价学生的知识体系及操作能力,从而促进学生积极学习,激发学习兴趣。对实践教学的考核应分层分类的进行,过程考核与综合考核相结合,课内考核与课外考核相结合。重点考核学生的分析问题、解决问题的能力。在具体课程实施过程中,在每一个单元中设置考核评价环节,考核内容,评分要求、评价方式非常明确,将学生态度也纳入考核内容。过程考核占最终成绩的60%,综合考核点最终成绩的40%。总而言之,在完成综合项目及各项操作任务与考核任务过程中提升技能、增长知识、学以致用,同时也学会学习、养成良好的习惯,让每一位学生终生受益。独立院校在科学、严谨的教学制度下能够培养出具有真正的实践动手能力,具有自我可持续发展、终身学习的能力,成为真正德技兼备的高素质人才。 作者:许志英 单位:绍兴文理学院元培学院 计算机科学与技术专业实践教学综述 一、当前的计算机教学条件限制教学质量 当前由于很多高校的发展不均衡,开设计算机课程的条件也不同,特别是计算机的硬件设施不能够满足当前学生的教学需要。如果计算机教学的硬件设施配备不上,学生就不能在很好的多媒体教室进行计算机操作练习,学生的操作技能不能得到很好的训练。此外,学校受条件的限制不能开展丰富的课外科技活动,学生不能形成良好的学术研究氛围。 二、计算机科学与技术专业实践教学体系的构建 1.计算机科学与技术专业实践教学体系的构建原则 为了更好的开展计算机科学与技术专业实践教学,我们学院结合自己的实际情况,构建了计算机科学与技术专业实践教学体系的基本原则如下:(1)体系构建的目标:培养高级的专业应用型人才(2)体系构建的规范化:计算机科学与技术专业实践教学体系的构建必须与人才的培养计划相一致,并且对各个实践教学环节进行规范,使实践教学具有较强的科学性和实践性。(3)体系构建的整体化:根据计算机科学与技术专业人才培养的目标和特点,按各实践教学环节的作用,与课程体系改革相适应,运用科学的方法构建实践教学体系,使体系内的各个环节协调统一,贯穿于计算机科学与技术专业的全过程,并分层次逐步深化提高。 2.计算机科学与技术专业实践教学体系的构建 根据计算机科学与技术专业实践教学的构建原则,我们学院的实践教学体系由五个部分组成,分别是课程实验、教学实习、课程设计、社会实践和创新创业。(1)课程实验:课程实验是通过对学生的某项专门能力或技术应用能力进行训练,使学生在该领域的工作能力、操作能力、技术应用能力等都得到大幅度提高。具体教学内容包括引导学生掌握基本实验技能和方法,将整个学科知识贯穿起来,促进学生科学思维和创新思维,并通过模拟生产项目培养学生解决实际问题的能力。(2)教学实习:实习是每个高校学生在学习一门学科时所必须的,因为通过实习可以对所学知识如何在生产生活中进行应用有充分的了解。具体可以学院内部组织学生进行实习,学院联系单位学生进行实习,或是学生自己联系单位进行实习,并撰写实习报告,教师通过学生的实习报告对学生的实习结果进行鉴定。(3)课程设计:主要内容包括课程设计、综合设计及毕业设计等,通过课程设计使学生能够把在课堂中所学的理论知识灵活地应用于实践中,提高学生解决实际问题的能力、基本的科研能力和社会责任意识。(4)社会实践:社会实践的内容主要包括学生社团、勤工俭学、学术讲座、社会服务等。通过这些丰富多彩的社会实践活动,可以让学生深入了解社会,并提高自己的对综合素质。(5)创新创业:我们学院在进行计算机科学与技术专业实践教学改革的过程中,主要通过采取开放实验、科研科技活动及创业大赛等活动对学生实施创新创业教育,并在具体的实践过程中取得了较好的结果,学生的动手能力、创新能力和理论联系实际能力等得到了较大提高。 三、结语 在具体的实践中已取得了较为显著的效果,但计算机科学与技术专业实践教学体系构建是一个长期的、系统的工程,需要我们在今后的教学过程中不断地实践并进一步构建和完善,从而为学生提供更好的实践环境,全面提高学生的综合素质能力。 作者:甘赟 单位:海口经济学院 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术特色实践与思考 1培养目标 计算机科学与技术的积累和发展,对社会的影响巨大。针对计算机专业人才需求,已成为国家未来发展的重中之重,因此高校将计算机专业化人才培养方案作为战略标准,来衡量一个学校综合实力。以计算机科学与技术为前提,利用软件技术为工具,培养具有扎实的工程实践能力、技术创新能力和良好团队协作能力的计算机特色专业化人才,是高校计算机科学与技术特色专业建设的目标。计算机科学与技术专业可培养软件设计研发、计算机硬件、信息化应用工程类及IT研究型专业人才。从市场需求来看,计算机行业需求较多的是高级软件工程师、支持工程师、硬件工程师、软测试工程师及项目经理。 2计算机科学与技术特色专业建设现状 目前国内大多数高校计算机科学与技术专业建设,重理论轻实践,理论体系越来越庞大,专业特色越来越不明确。总体来看主要存在下列问题。2.1实践能力培养欠缺大多高等院校注重理论知识的学习,庞大的理论体系包含了从计算机基础到数据库、高级程序语言等繁多内容,过于宽泛有失重点,而留给实践的时间非常有限。加上高校实践教学资金不足,当前实训基地不能满足学生实践能力的培养要求。2.2专业特色不明显计算机科学发展迅速,但大多高校的教学大纲却几年都不更新,因此缺乏专业特色,有的学校甚至采用延续十几年的讲义,学科发展严重滞后,无法顺应形势。培养出来的学生好像都懂却又都不懂,步入社会后适应能力差,对所学专业失去信心,无法满足高校向社会输送优秀人才的需要。2.3招生状况逐年下滑计算机专业兴起之初优势明显,随着计算机的普及,社会对计算机专业的整体认可度呈现下滑趋势,但与此同时,社会对计算机专业人才的要求却越来越高。就业市场对毕业生提出了更高的要求,既要有专业扎实的基础,又要具有较强的实践能力,同时还要具备沟通、合作、吃苦等优秀品质,因此就业形势非常严峻,对高校的人才培养提出了相当高的要求。 3计算机科学与技术特色专业建设的思考 3.1科学准确的专业定位高校要结合所在区域和自身特点,制定独特的人才培养目标,避免盲目照搬照抄。例如,矿业类高校在学科建设上可融入矿业特色,石油类院校可定位于石油系统的计算机应用。这样有利于得到行业和地方的支持,培养的毕业生也容易融入社会。3.2加强师资队伍建设加大人才引进,拓宽渠道引进高层次的专业人才充实教师队伍,另外加强青年教师的培养,鼓励青年教师积极参与教学研讨,给青年教师配备经验丰富的教学导师,帮助其尽快适应教学,并尽早成熟形成自己的教学特色。教师队伍的师德建设也是当前高校需要重点研讨的问题,当前的社会风气或多或少影响到了高校,盲目追求利益的思想在学校蔓延,导致很多教师将主要精力放在盈利的项目上,忽视了对教学的研究。因此加强师德建设,努力营造教书育人、爱岗敬业的氛围,提高学校的教学质量。3.3拓展实践方式传统的实践教学方式单一,实践能力得不到培养,与付出的时间不成正比。因此需要在日常的教学中,探索实践的新方式,例如利用课程设计的机会,鼓励学生在合作企业完成设计课题。利用电子设计大赛等竞赛活动,鼓励全员参加,再通过评比评选优胜参赛。3.4健全保障体制成立领导专业化建设小组,制定特色专业建设计划,并跟进落实,保证建设项目有序进行,提升高校整体教学水平。 4结语 伴随着计算机特色专业人才市场需求的增加,高等院校计算机科学与技术特色专业教学管理是提升高校管理水平的必然要求,建立科学完备的专业化教学体系是专业化建设的关键。培养具有扎实的专业实践能力、一定的创新能力和良好的团队协作能力的计算机专业综合型人才,是高校计算机科学与技术特色专业的培养目标。 作者:李瑛 单位:贵州省黔西南州广播电视大学 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术发展微探 1来自于制造业发展的推动 制造业的发展进步也给计算机科学与技术的发展带来巨大的能量。在上世纪五六十年代,困扰计算机发展的最大因素就是制造计算机的材料品质低下效率很差,使的无法实现相关理论。出现了空有理论却无法实现的局面。但是随着制造业的发展,用以制造计算机的各种元件不断问世,集成电路和微处理器的革命性出现,都给计算机科学与技术的发展注入了强劲的动力,使其在短时间内得到了质的转变。 2来自于个人对于PC的需求 在计算机逐渐推广普及之后,越来越多的个人用户开始接触到计算机PC,并且开始了解其具体功能和一定的技术原理。随着社会整体的科技水平不断进步,智能化时代逐步来临,通过计算机PC进行办公、学习和娱乐,已经成为许多个体单位对计算机的需求。在未来,其对于计算机的需求将会更高。个人用户的不同需求,将成为计算机科学与技术未来发展的关键推动力量。 3计算机科学与技术的发展方向分析 3.1向更高的方向发展 计算机的未来发展,更高是不可避免。更高的要求就是计算机的处理速度越来越高,综合性能越来越高,其优秀在计算机的主频上得以体现。目前,英特尔公司已经开发出了晶体管数量超过10亿个的微型处理器,不仅如此,对于一台计算机来说,其不仅仅只是使用一个处理器。根据实际情况和需要,一台计算机可以使用成百上千个处理器进行并行处理,如此可以超大幅提升计算机的性能,使其具有超高的处理能力,能够满足任何计算工作的需要。当前世界上使用处理器最多的通用机达到了上万个处理器,由此可见,专用机的处理器使用数量将会更加庞大。向更高的方向发展,需要注意两个方面的问题,第一是构建高效的操作系统,保证各处理器之间的高速信息交换渠道;第二是加强计算机之间的协调配合工作。 3.2向更广的方向发展 在社会进步和经济发展的背景下,计算机已经走进千家万户,成为大多数家庭的必备产品,大大提升人们的工作和学习效率,丰富了其娱乐生活。但是,计算机的发展绝对不可满足于此,还应该朝着更广的未来发展。更广的发展方向主要可以分为三个方面。第一是大力拓展计算机科学技术的应用范围,使其更广地渗透到各行各业。目前计算机PC的普及率虽然很高,但是相关科学技术的普及程度并不高,诸多行业多缺少计算机科学技术的应用。因此,需要加强计算机科学技术在和行业的普及。第二是大力拓展计算机技术产品的使用范围,当前计算机产品主要被应用工作、学习和娱乐,这并不是计算机产品的全部,其还可以被运用到更多方面,这就需要相关科技企业细心分析大胆创新。第三是大力拓展计算机技术在其他产品中的应用,推动智能化生活的构建。诸如将计算机技术运用到洗衣机、冰箱等各种家用电器,构建智能化的生活环境。 3.3向更深的方向发展 更高和更广的发展方向主要是从外部推动计算机科学技术的发展,而更深的发展方向主要是从内部加强计算机科学技术的发展。具体来说,更深的发展方向主要就是向人工智能的方向发展。人工智能可以说是计算机科学技术发展的致高点,这里所说的人工智能并不只是简单的可以进行人机交互程序的机器,而是具备独立的思维逻辑,能够进行不受人为因素影响的逻辑分析。人工智能将成为社会的一次重大变革,需要足够的计算机科学技术来实现。 4计算机科学与技术的发展趋势具体分析 4.1生物计算机的发展分析 生物计算机的理念提出已经长达三十年了,但是其发展依旧缓慢,成果甚低。这主要是由于世界计算机科学技术人才依旧主要着力与传统计算机的发展,生物计算机缺少足够的人才进行相关研究。生物计算机的研究始于上世纪八十年代,其最显著的特点就是利用生物工程技术产生的蛋白质分子来构成生物芯片,再将其用于计算机。生物芯片的优点十分显著,其信息的传递是通过波的形式进行,运算速度相当于普通计算机的几十万倍,储存空间巨大,能耗极低,只占普通计算机的十分之一左右。生物芯片的这些特点,正是计算机技术未来发展所应该逐步达到的目标。不仅如此,蛋白质分子具有一定的再生能力,在生物计算机发展故障时,其可以通过自我修复排除芯片故障,极大地延长了计算机的使用寿命。目前,生物计算机的相关技术已经得到了初步的应用,证实了其所具备的高效性和实用性。诸如超微生物机器人,就是基于超微生物技术的研究成果。 4.2光学计算机的发展分析 光是速度极快的一种物质,或者说波。就目前的认知范围来讲,还没有任何一样物质的运动速度能够超过光速。所以将光作为计算机的信息传输手段,将可以极大提高计算机的信息数据处理能力。光学计算机相比传统计算机来说具有多个方面的优点,其数据处理能力远超传统计算机;其偏振和频率特性提高了信息传输能力;光的传播不需要导线,所以光学计算机内部信息数据不会产生互相干扰;光学计算机的智能化程度也远远高于传统计算机。光学计算机的研究起于上世纪九十年代,世界范围内诸多国家都投入了大量的人力财力物力来进行光学计算机的研究,并切实研发出来基于光学的计算机,其数据处理速度超出电子计算机一千多倍。光学计算机不会受到环境的限制,可以在各种极限环境下使用,加之抗干扰能力强悍,但从适用性角度来讲,光学计算机的发展前景不可估量。 4.3量子计算机的发展分析 量子理论近年来被广泛提及,其开始被逐渐运用到一些高精尖领域,计算机也是其中之一。基于量子理论开发量子计算机,具有极其重要的意义。量子计算机的运算速度极快,相关信息数据以量子形态进行传输和储存,能够极大地提高硬件使用率;量子计算机的信息安全度很高,基于测不准原理,量子态化的信息数据很难被拦截和破译,可以极大提高计算机的信息安全等级。目前,美国的研究机构已经实现了锂离子的量子形态缠绕,推动量子技术在计算机领域的应用向前跨进了一步。不过从量子计算机的发展历程来说,其仍然处于构想阶段,想要实现还存在技术方面的诸多缺陷。 5结束语 计算机科学与技术的发展历经百年,从一无所有直到今天的高度,离不开一代又一代科学家的努力。计算机科学与技术的未来发展需要明确更高更广更深的发展方向,结合一系列先进的科学技术,创新出更加优良的计算机设计构想,以推动计算机科学技术的发展。 作者:王科超 单位:河南工程学院 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术的发展方向 摘要:随着我国经济水平的快速提升,科学技术得于迅速的发展,计算机科学与技术在人们的生活与生产中扮演着越来越重要的角色,极大地改变了人们的生活,促进了生产力的发展。因此,结合当前计算机科学与技术的发展现状,探讨了计算机科学与技术的发展趋势。 关键词:计算机科学与技术;探讨;发展趋势 在现代社会中,计算机科学与技术所发挥的作用是显而易见的,并且与我们的生活、工作、娱乐等紧密相连。通过人们的不懈努力以及多年发展,计算机科学与技术的发展趋势逐步从过去的单一化走到如今的多元化,从过去的封闭发展到如今的全球发展,正是因为计算机科学与技术的不断深入发展,才促使我们对计算机科学与技术的未来趋势充满了好奇和期望。 一、计算机科学与技术的发展现状 1.发展迅速,应用广泛。计算机科学与技术在科学技术的发展过程中发挥了重要的作用,在科技生产中,由于计算机技术的快速发展,极大地刺激了科技生产的发展,给科技生产带来了新的动力。而计算机技术通过在人们生活中和生产中的普遍应用,不断的加以完善和发展,技术得于更好的运用和创新,逐步的渗透到社会发展的各个领域,给人们的生活和生产带来了质的提升,对现代社会的发展产生了重大的影响。 2.走向专业化、多功能化。在当前社会中,走向专业化和多功能已经成为众多产业的一种发展趋势,计算机科学与技术也是同样如此,逐步的与各行各业的发展联系越加紧密。特别是在如今的信息化时代,通过对计算机科学与技术合理利用,对各行各业提高自身竞争力有着重要的作用。因此,基于人们对计算机科学与技术的重视,以及在社会各行各业的广泛运用,对计算机科学与技术的专业化人才的需求不断扩大,从而带动了计算机科学的专业化发展,通过专业化的培养,大批专业化的计算机科学与技术人才服务于社会发展当中。与此同时,单一性的产品随着经济的快速发展已经数据被淘汰,只有多功能的产品才能够满足当下人们的需求,正因为如此,计算机科学与技术迈向了多功能的产业链当中,更好的服务于人们的生活和促进各行各业的发展。 二、计算机科学与技术的发展趋势 1.智能化的发展趋势。在社会经济快速发展的驱动下,人们开始越来越注重便捷和效率。与此同时,计算机科学与技术的广泛运用,使得计算机当前所面临的处境就是需要处理的数据越来越多以及越来越大,不仅工序复杂,还在运行过程中所暴露的问题也在不断增多,面对当前社会对大数据的计算需求,普通的计算机技术已经已难以满足,已成了当下计算机科学与技术发展所面临的一大难题。但是,基于当前计算机科学与技术的发展趋势来看,必将经历层层突破,走向一个新的领域,未来的计算机将会是超导技术、光学技术、微电子技术和电子仿生技术相结合的产物。在面对大数据的计算需求,计算机可以在实际应用当中,通过独特的设计机构、平行技术等对各种数据乃至各种指令进行合理的分析,推动计算机科学与技术向智能化发展。同时,还将用智能化计算机取代人工进行生产,为人们提供便捷的服务,提升生产的整体效率,满足社会的发展需求。因此,在未来的社会发展过程中,计算机科学与技术必将走向智能化的发展趋势。 2.高性能的发展趋势。在当前大数据的驱动下,计算机需要处理的信息数据量将越来越大以及越来越多,社会各行各业对计算机的性能要求也随着社会发展逐步提高。而当前大多计算机都是通过采用与之相通用的芯片来完成相关操作,与发达国家相对比,还存在着明显的差距。为了给人们生活生产带来更加便捷的服务,必将提高计算机科学与技术的水平,特备是计算机性能上。因此,在计算机的发展过程中,高性能的处理系统必将成为重点探究对象,只有不断的研制出高性能的计算机技术,才能够更好的满足当下时展的要求。 3.体验式的发展趋势。社会经济的发生发展,人们的消费理念不断的在变化,更加讲究物质享受和精神享受。为了迎合人们的消费需求,社会各行各业展开了激烈的竞争,不断的改善服务理念,通过先体验,让消费者感受到产品的功能和效果后,在促使消费者购买。然而,就计算机科学与技术而言,它已渗透到社会发展的各个领域服务于人们的生活和生产,为了更好的服务于人类,以及及时的发展在发展过程中存在的不足,展开体验式的服务理念是促进计算机科学与技术向前发展的重要体现。因此,在未来的计算机科学与技术的发展过程中,体验式的发展思路也必将成为潮流。 三、结语 总而言之,计算机科学与技术的发展已成了我国当前社会发展的重要一部分,在未来的计算机科学与技术发展过程中,必将会有更多的高新技术不断涌现,服务于人们的生活和生产当中,促进我国社会经济的发展。 作者:林开斌 单位:海南师范大学 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术的展望 一、计算机技术发展的整体趋势 高、广、深这三个字概括了计算机科学技术的整体发展方向,即使如今计算机科学技术如此迅速的发展,其发展的方向仍离不开这三个字。计算机技术向“高”发展的趋势主要体现在计算机的主频上,计算机主频的提高对于其性能的提高具有巨大的作用,随着主频的提高,计算机运行速度也会逐渐提高。目前为止,能够集成十亿个以上的晶体管的微处理器已经由英特尔公司研发成功,这标示着一台计算机可以使用多达几十、几百甚至更多的处理器进行并行处理。现如今性能最好的通用机就使用了多达上万个处理器,而专用机的并行程度甚至要更高于通用机。操作系统则是其优秀关键技术,主要包含两个方面,一是怎样能够高效地使计算机之间产生联系,使得处理机之间能够高速通信,另一方面是对这些计算机的有效管理,使计算机之间相互配合,相互协调。 随着计算机科学技术的飞速发展,计算机已经得到了广泛地普及,而计算机技术的网络化范围的扩大以及向各领域的渗透就是向“广”发展,可以想象,在数年之后,计算机将会出现在我们生活中的每个角落,无论是冰箱、洗衣机,甚至是我们所用的书籍都会出现计算机的身影,计算机将会成为我们生活中最常见的组成部分。深则指的是计算机技术向着人工智能的方向发展的趋势,智能在计算机中占据主要部分,同时具有感知能力和逻辑思维的能力就是所谓的人工智能,人工智能的发展将使得人与计算机的交流更加方便、灵活、快捷。 二、计算机技术具体的发展方向 从目前计算机科学技术发展的状况来看,未来计算机发展的具体方向主要有以下几个方面。近年来,美国纽约市的伦斯雷尔•保利技术公司的科学家研发出一种新型电路,这种电路的芯片是用一种包裹着胶滞体的导线进行连接的,空气的比例占了组成这种“胶滞体”的物质的90%,而空气恰恰是一种优良的绝缘体。经过研究得出,晶体管或芯片间信号传递的速度直接影响计算机运行的速度,保利技术公司研发的胶滞体导线,与目前所普遍使用的硅二氧化物导线相比,在信息传输的过程当中对于信号的吸收近乎为零,使得信息在其中的传递速度更快。 另外,伦斯雷尔•保利技术公司研发的导线对于电能的消耗也大幅度的降低且无需对计算机芯片进行改动。但其存在散热效果较差的缺点,保利公司为此研究出一种“电脑芯片冷却”技术,即将装有液体的微型管道放在计算机电路当中,以此来吸收电路形成的热量。目前,美国宇航局正在对该项技术进行太空失重实验,如果实验成功,胶滞体导线技术将被推广到全球计算机当中,从而大幅提高计算机的运行速度。生物计算机采用由“蛋白质分子”组合构成的生物芯片,因为这种分子具备再生的能力,经过自我组合,它可以合成新的微型电路,正是因为这种生物芯片使得计算机具有了生物体的基本特征,所以这种使用生物芯片的计算机就被称为生物计算机。信息在这种生物芯片中以波的方式传递,运算速度远远高出普通计算机,且储存空间巨大,但其能耗仅约为普通计算机的十分之一,这种生物计算机的优势作用显而易见。 除了高速计算机与生物计算机之外,以光作为传输信息的手段的智能水平远高于电子计算机的光学计算机、量子计算机以及采用纳米技术研发的纳米计算机也是计算机科学与技术未来发展的几个具体方向。 三、应如何发展计算机科学与技术 唯有加大力度开拓应用,才能真正地推动计算机科学与技术的发展。实践得真知,没有实践,科学技术是根本无法发展的。我们要看一个国家真实的计算机应用水平,就是看计算机的应用是否得到迅速推广以及在国民经济中是否占据着重要的地位,在应用方面是否有从科学技术扩展到数据、知识和信息处理以及从军用扩展到民用。在计算机应用中,科学计算只占10%,而信息、数据处理等则占90%之多。大多数国家的计算机技术的发展,都是首先在军事上大规模应用,之后才逐渐转向民用。而从军用到民用的转变的时机以及转变速度的快慢,对计算机技术的发展具有重要影响。 作者:潘增欣单位:大连大学辽宁大连 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术人才培育体制探微 一、建设计算机科学与技术专业人才培养体系的方法 (一)构建多维分流的培养框架 多维分流的框架模式利于学校有针对性地开展教学与培养。对于高校学生来说,可以将他们通过横向与纵向的方式来进行分流,横向指的是为学生提供不同的课程选择方向,如软件工程、基础理论或是网络技术等,而纵向则是根据学生毕业后的计划来进行分流,如有的学生选择直接就业,而有的学生选择考研,继续深造。在一二年级学校可以统一开展计算机科学与技术的基础教学,三年级开始分流,有针对性地开展专业课程的教学,四年级则更多关注实习和毕业设计。 (二)深化课程体系改革 通过对课程体系的研究与改革,能够为计算机专业教学提供有效指导,为人才培养创造良好条件。在深化课程改革的过程中,需要做到以下几点:首先要对计算机科学与技术专业的基础课程引起足够的重视,通过线性代数、电子线路、大学物理等课程的学习来使学生形成抽象思维,通过汇编语言、数据结构、软件工程等必修课的学习来确保学生掌握专业思想与方法。其次,要从社会需求出发,根据计算机科学的发展来进行选修课程的设定。第三,要重视人文类课程的教学,使学生在正确的人生价值观指导下来开展学习活动,确保学生能够利用所学专业来为国家建设贡献力量,避免学生误入歧途。第四点就是要促进学生的综合发展,促使学生掌握更多其他学科的知识,涉猎如新闻、管理、教育类的课程,使学生成为社会需要的复合型人才。 (三)加强实践力度 计算机科学与技术专业的人才除了具备理论知识外,具备良好的实践能力也同样重要。学校在培养实用型人才时要把握以下几个方面:首先,要拓展实验教学,增加实验课程的比例。在实验课上让学生充分掌握基础计算机科学与技术,并根据社会发展需求来加强教学的实时性,加强LINUX、ORACLE等主流系统的实验力度。其次,要引导学生们多多参加各类计算机科技竞赛,使学生们借竞赛之力来灵活运用学到的知识,拓展视野,提高独立思考能力和动手能力,并通过此类竞赛来培养学生的创业意识。第三,不能忽略毕业论文的重要性,毕业论文是学生四年来学习成果的体现,能够在一定程度上反映学生的理论水平和实践能力。教师在进行论文指导时,要着重加强学生的分析、设计、运用能力,确保学生通过毕业论文的撰写来提升综合能力。 二、结束语: 通过计算机科学与技术专业人才培养体系的构建能够使人才的知识结构更加完备,更加符合社会的信息技术发展需求。作为社会及高校应该时刻把握教育目标,从目标出发来构建培养框架,深化课程改革以及引导学生加强实践,通过这些方法的运用来培养各类专业型的人才,促进计算机科学与技术的发展,从总体上提升我国的信息技术水平。 作者:姚霞单位:海南师范大学信息科学技术学院 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术的展望 1计算机科学与技术发展的专业化趋势 PC今天是如此的受欢迎,因为他的通用模块设计的推动起了决定性的作用,后来的个人电脑也不会牺牲的优点,但也会发扬,不仅要实现在内置的读卡模块,甚至提供多个外槽,供人们使用添加新的模块,提高性能或功能,使用起来,现在在一个笔记本PCMICA更接近一点。这个槽将使用PCI表达的接口技术,PCI表达具有高性能,高的可扩展性,可靠性高的特点,可扩展性好以及成本低的特点,它必将取代PC现在总线。在同一时间的热交换原理,我们可以设计机模块化的概念,下面是一些制造商戴尔,已经在组合WinHEC2002的概念表明,当我们需要一个功能,只需要给机器的功能提供了一个模块,可以提供的功能,无需关闭,因为它是现在我们使用的设备简单。也许未来的计算机将是一个密封的设备,所有设备将由其他USB外接口。但计算机卡通过PCIExpres总线,从而支持热插拔。 不是每一个工作都需要一个高性能的PC来完成,有时甚至使用高性能计算机也可能引起麻烦,因为高性能势必对高能耗的负面影响,高温和其他不良。未来的电脑因为工作不同,形状不同的性能。一般的PC将逐渐由专用设备(硬件和软件集成的计算机)所取代,以提高工作效率。如果你仔细看的话,事实上,目前在美国发生这样的变化,如终端销售,在收银机的购物商场,银行终端等,都是为了提高项目的效率和降低成本,逐渐被广大PC逐渐演变。也许,这种趋势在我们的家庭生活,为“家庭控制计算机”将成为家居电气控制中心,为我们控制的家用灯,冰箱,微波炉,空调等。 2计算机科学与技术发展的智能化趋势 计算机已经变得越来越流行,各种家用电器也开始得到情报,这些现象将促进网络家电和电脑的过程中,家庭网络的分布式系统将逐步取代目前的单机模式,计算机可以通过各种各样的家电网络控制,家用电器通过互联网下载各种新的应用,以提高家电的功能,家电等性能的改善。还可以通过在家电网络远程控制,在办公室的时候就可以提前让家中的电器做好饭,煮好菜,开空调等等。人工智能的研究已经有很多年,人工智能是基于模糊逻辑,计算机可以对计划实施过程中遇到的困难,对最优解的自动选择。智能化最成功的应该是在航天技术应用,并有机会和精神已成功登陆火星,人不仅宣布再次进入外层空间的一步,同时,人工智能的成功,火星和地球的距离大约5576万km,即使使用无线电通信一个信号,来回需要6.2min,在火星上是没有出路的机器人实时控制。这就要求机器人本身具有一定的智能性,应对突发事件。随着计算能力的提高,民用计算机也开始有了一定的智能,帮助解决日常生活中的琐事,甚至出现了专门做家务的机器人,可以使人们花更多的时间学习,娱乐,通信等。 3计算机科学与技术发展的人性化趋势 作为未来人类的工具和家中的控制中心,计算机需要和使用人进行非常多的交流,才能更好为使用人服务。这就要求计算机和人之间的交流要人性化,才能让使用人真正乐意使用计算机。为了实现这一目标,在未来的交互式计算机将是多元化的,不仅可以控制,而且通过控制语言,或通过眼睛能控制。由于智能化的提高,大多数计算机可以自动选择的操作流程,过程不需要人的参与,因此软件的界面是越来越简单,使用起来像家用电器或移动电话的使用简单,人们不需要专门学习,甚至老年人可以运用自如。 因为家里和办公室的未来会有多台电脑,专门的计算机正变得越来越流行,所以电脑的功能和定位将更加清晰,这将使传统的电脑部,电脑制造商根据人们的习惯和使用范围使用,产生不同类型的计算机,以满足人们的要求。现在传统的台式机和笔记本,以及PDA的界限将变得模糊,计算机将根据工作分类。由于人工智能技术,机器人技术的迅速发展,有一天,传统的计算机和机器人将被合并,所以未来的计算机之间的差异可能比笔记本电脑和台式电脑,家用电脑可以在机器人或电子宠物的式出现在我们的生活中,使计算机将不再一一静机,但也参与了我们的生活。但也可能办公室电脑演变为办公室机器人和个人便携终端两个,工作人员的工作和办公室发出指令,由便携式终端,根据指示准备和处理日常事务的机器人,不需要人的干预,到那个时候,这个职业秘书可能出现的就业危机。 提高计算机的性能,能源消耗将增加,计算机在家庭生活中扮演着越来越重要的作用,运行时间会更长。为了不让计算机成为权力最大的电器在家里,技术人员和先进的方法,让计算机来减少能源消耗,如通过上述专业计算机,让计算机效率大大提高,能够与职业功能性能低的硬件系统,降低能源消耗。也可以通过使用新的架构,如使用“量子”,“光子”的“DNA”代替现有的硅结构的计算机,大大降低计算机的能耗。第二大功率的消耗———显示系统,也会因为LCD,OLED显示器的普及,而不再成为用电大户。 4结束语 今天,计算机已经成为现代社会生活中不可缺少的工具,作为一股潜在的发展技术来满足人们现实生活需要,在人们的日常生活的影响逐渐扩大,越来越多的对开发高效,智能化,多样化的趋势。一个更明显的趋势是网络渗透到各个领域,信息智能的全面发展和进步。计算机科学的发展及时,像一个科学的边缘,渗透到国家,社会,生活的各个领域,丰富了人们的社会生活,改变人们的生活方式,提高学习效率,促进社会文明的发展和时代的进步,我们是乐观的发展趋势计算机科学与健康技术,遵循其进步的脚印,让电脑科技带领我们探索世界的神秘和未知的未来。 作者:任青孙茜单位:四川电力设计咨询有限责任公司 计算机科学与技术论文:计算机科学与技术发展探索 1前言 随着信息技术的应用,计算机在各行各业的发展高效地促进了经营效率的提升。计算机在企业管理系统的应用实现了管理的信息化、及时性,增强了企业与员工之间的沟通与交流。借助计算机科学与技术,企业实现管理系统的信息化,使得企业与员工之间可以进行良性的互动,减少了信息交流的时间,提升了互动沟通的效率。企业可以根据不同的员工特征进行针对性的管理,调动员工的工作热情,可以有效促进企业的可持续发展[1]。与以往的管理方式比,计算机技术的成本更低、反映迅速等优势,解决了信息的单向传递、时间间隔长等问题,方便了人与人之间的沟通,满足人们对信息的要求。计算机的这种交流模式,弥补了传统企业管理方式的不足之处,推动员工工作热情的提升,方便员工之间进行信息和资源的交换,充分调动了他们主动探索消息的热情。 2计算机科学与技术的跨越式发展对企业的作用 2.1提高企业管理效率 计算机科学与技术的跨越式发展,对于企业的进一步发展具有重要的作用。为了适应当前社会激烈的市场竞争,企业应该借助计算机技术,实行现代化的管理方式,通过制定符合企业自身情况的管理系统,结合员工的个人信息和能力,获得员工工作的需求,从而提升企业的管理的质量效率。不同的员工由于自身所处的环境不同,需要有不同的管理模式以及工作计划,企业的信息管理系统应该根据不同部门和岗位的需求,制定合理的管理方案[2]。 2.2促进企业可持续发展 随着经济全球化的发展,企业纷纷应用计算机科学技术推动企业的可持续发展。在当前知识经济的背景下,能否科学利用计算机技术促进企业的效率提升,成为影响企业成败的重要因素。企业应该积极探索高水平的计算机科学技术,使得企业在激烈的市场竞争中保持不败的地位,为后续的发展积累力量。在市场环境发生变化的时候,只有能够快速适应市场环境的变化,才能够实现自身的可持续发展。 2.3方便进行人力资源管理 当前社会竞争的日趋激烈,企业先进产品技术发展与优秀人才吸纳方面存在着激烈的竞争。只有积极探索高水平的科学技术摒弃发展优秀的人才队伍企业才能够适应当代激烈的市场环境。人才促进企业发展的关键因素,是企业人力资源管理的重要组成部分[3]。通过计算机科学与技术的使用,可以实时了解员工的信息,对人才进行针对性的管理,促进企业的可持续发展。 3企业实施计算机科学与技术跨越式发展的措施 3.1加强与员工之间的交流,培养企业忠诚度 企业要想获得进一步的发展,必须注重与员工之间的沟通,获取员工关于工作反馈的信息。在当前的企业管理模式下,员工们管理角色已经有了很多转变,都倾向于主动获取信息,向企业阐明自身的要求。但是,企业如果要实现计算机科学与技术的跨越式发展,必须加强与员工之间的交流,培养员工的企业忠诚度。企业可以从以下几个方面着手:(1)通过建立企业内部的信息交流网络,如bbs论坛等形式,通过让员工在内部平台进行交流,可以实现企业与员工的良性互动。企业可以建立资料收集库对员工的信息进行归纳,从而获取有效的信息。(2)企业可以通过建立网上客户交流中心,对客户进行调查和访谈,使得有效信息在企业内部实现共享,提高资源的使用效率。(3)企业可以设立电子信箱,通过匿名的方式获取员工对企业改进的反馈。(4)为了实现企业与员工之间的良性的工作关系,企业应该建立现代化的管理系统,使得企业可以充分了解员工的工作状况,满足员工的个性需求,调动员工的工作热情,提升管理的效率[4]。 3.2加强对企业的管理调查 任何技术的发展都离不开实地调查和研究。因此,要想实现计算机科学与技术的跨越式发展,企业应该加强自身的科学管理,进行管理调查,加强企业管理系统的使用程度,从而开展进一步的深入研究。通过对企业进行管理与调查,可以帮助企业掌握全面的、具有针对性的信息,促进企业管理的科学化进行。在计算机时代,企业每天都会面临很多信息,如果进行分门别类的有效管理,进而从中制定出符合企业实际的管理计划,就需要我们队企业的客户和员工进行管理调查。企业可以利用内部的公司网站和bbs论坛等形式,对员工的需求信息进行整理和分析,还可以通过发送电子邮件的方式,了解具有针对性的信息。通过管理调查的方式,可以提高企业信息的质量和水平,促进企业管理效率的提升。 3.3充分调动员工的工作积极性 在当前市场环境下,只有重视员工的作用,充分发挥员工自身的能力与水平,调动员工的工作主动性,才能使得企业获得长足的发展与进步。企业在选取员工时,应该对人才的质量进行严格的审查,既要注重员工的职业素质,还要选取真正适合岗位的人员。此外,企业应该注重对员工进行培训,促进员工知识水平和技能的更新,提高工作的质量和效率。作为企业发展的重要影响因素,企业要想实现计算机科学与技术的跨越式发展,更应该充分发挥员工的积极作用,使得员工以饱满的热情投入到工作中去[5]。企业应该注重关注员工,倡导以人为本,注重人才队伍的建设,从而使得员工增强对企业的忠诚度。 4总结 计算机科学与技术不仅方便了人们的生活,还促进了市场经营效率的提高。随着计算机科学技术的进一步发展,企业在管理方式中应用计算机技术,可以优化企业管理系统,提升管理的质量,促进企业积极探索计算机科学与技术的跨越式发展。 作者:潘波 单位:河海大学文天学院
电子科学与技术论文:电子科学与技术专业生产实习教学改革研究 摘要:本文在分析电子科学与技术专业生产实习现状的基础上,针对生产实习管理过程中出现的实习基地缺乏、实习岗位安排不合理、生产实习的学生管理模式与评分模式矛盾、生产实习反馈机制欠缺、校外分散实习质量难以控制等问题,提出了一系列的措施和方法,为生产实习课程的建设、改革提供了参考。 关键词:电子科学与技术;生产实习;学生 生产实习是电子科学与技术专业教学的一门主要实践性课程,是教育教学体系中的一个不可缺少的重要组成部分和不可替代的重要环节,它是与今后的职业生活联系最直接的,学生在生产实习过程中将完成学习到就业的过渡,是培养应用型人才,实现培养目标的主要途径。它不仅是校内教学的延续,校内教学的总结,而且是学生将理论知识同生产实践相结合的有效途径,是增强学生的群众性观点、劳动观点、工程观点和责任心、使命感的过程。通过生产实习,学生可以学习企业工人和现场技术人员的优秀品质,树立刻苦钻研精神;了解电子产品的生产工艺、流程和质量控制以及电子产品从研发到生产等一系列的过程;了解与专业相关的生产实践知识,使理论知识与生产实践相结合,锻炼学生分析问题、解决问题的能力;了解企业的组织机构、企业生产组织经营管理方式和质量的过程控制;培养劳动习惯、组织纪律性和敬业精神,为今后的学习和将从事的技术工作打下坚实的基础。 一、电子科学与技术专业生产实习现状及存在的问题 对于中国计量学院光学与电子科技专业学生,我们采取集中实习为主(学校安排实习单位),分散实习(学生自习联系实习单位)为辅的组织方式,目前生产实习主要存在以下六个方面的问题。 1.生产实习基地缺乏。由于学生缺少实践经验,不能从事技术类的活,不仅难以给企业带来利润,而且还给企业的生产和管理带来不便,因此很多企业不愿意接受学生生产实习,造成了生产实习基地建立困难。 2.生产实习岗位设置不合理。由于生产实习的时间较短,企业在安排生产实习岗位时会有很大的难度,往往会出现企业将学生当劳动力使用的现象。虽然此类生产实习在一定程度上能培养学生的劳动习惯、组织纪律性和敬业精神,但是对于了解与专业相关的生产实践知识,理论知识与生产实践相结合,分析问题、解决问题的能力的提高并没有达到预期的目标,学生感觉实习工作的实际情况与自己预期有较大差距,出现情绪不稳定,身体不适应的诸多情况。 3.生产实习的学生管理模式与评分模式的矛盾。生产实习实施过程主要在企业完成,企业管理为主,学校管理为辅的管理模式,而实习评分模式往往以校内指导教师评分为主,企业指导教师评分为辅,两者产生了一定的矛盾,导致企业指导教师管理学生困难,影响了生产实习的效果。 4.生产实习时间不合理。生产实习时间不合理会严重的影响生产实习的效果。电子科学与技术专业学生生产实习原来安排在第七个学期的17~19周,此时很多学生面临着考研、公务员考试和找工作等相当多的事情,严重影响了生产实习的质量。 5.生产实习反馈机制欠缺。生产实习结束后,没有进行有效的总结和讨论,没有及时改进生产实习存在的问题。 6.校外分散实习质量难以控制。校外分散实习(指学生个人脱离分院统一安排,个人自行联系实习单位的行为)质量难以得到有效的监控。 二、有效的解决方法 1.建立动态生产实习基地。我们往往要求实习基地是大型企业建立的,并且能够长久使用,甚至这已经成为评价实习基地好坏的标准。大型企业能够安排较多的学生,学校对学生的管理比较容易;大型企业一般技术力量较强,有利于对学生的技术指导;大型企业设备较先进,有利于学生打开眼界。但是,大型企业对普通高校的依赖较少,校企之间很难有深度的合作,往往会将学生当劳动力使用。生产实习重点在于提高学生工程实践能力,落脚点则是“生产”,所以,我们认为既能达到教学目标,又能紧跟产业发展,有助于帮助学生就业的企业才是适合学生生产实习的基地。要摈弃一劳永逸建基地的不切实际的想法,经常性地关注和寻找适合实习的企业,积极寻求和建立广泛的社会化联系,寻找最佳结合机会。在研发基础、生产条件、生活条件、企业文化等方面实地对企业进行考察,了解企业发展情况,产品更新情况,以便对学生有个初步培训。实习结束后再通过企业调查和学生座谈了解实习效果,决定是否将其列为下一年度的基地名单。 2.建立多实习岗位和岗位轮换实习模式。以中国计量学院电子专业的学生在浙江正泰中自工程公司围绕控制系统与仪表产品开展的生产实习为例,经过校企领导多次有效沟通,确立了部件生产(部件装配、测试)岗位、仪表生产(仪表装配、测试)岗位、系统生产(系统装配、测试)岗位以及产品研发岗位(研发流程介绍),并进行轮岗。这种方式改变以往单一的组织形式,学生以分散的实习小组为单位,在研发、生产、测试等至少三个岗位上进行轮岗实习。每个岗位配备企业指导老师,同一小组学生一周内在岗位不同阶段进行流动学习,基本可以了解掌握该岗位的组织方式、工作流程等内容,大大提高了实习的效果。通过实习,在提高学生实践能力的同时,结合专业知识,进一步了解了电子技术、信息技术和光电技术的实际应用,学习、了解研发管理流程和常用测试设备的使用,还可以了解企业的组织机构、企业生产组织经营管理方式、企业质量管理的基本方法和质量的过程控制,为今后的学习和将从事的技术工作打下坚实的基础,同时又不会对企业正常生产带来太大的影响,取得了良好的实习效果。 3.学生管理模式和评分模式改革。针对生产实习的学生管理模式与评分模式的矛盾,我们加强了学校指导教师对生产实习过程的监控。在学生校外实习期间,分院里安排了专职教师进驻实习企业进行管理,更好督促学生熟悉相关产品的生产工艺、生产流程,学习企业的组织机构及生产组织经营管理方式,了解技术方面的研发和管理方法,了解社会对技术的需求动态和产业发展趋势,同时还可以增强教师工程实践经验。 我们对原来的生产实习评分模式进行了改革,修改了评分标准,强化企业指导教师的评分比率。在生产实习结束时由企业指导教师和校内指导教师共同组织生产实习答辩会,评定学生的工作态度、学习能力、技能技巧和创新能力并给出答辩成绩。将生产实习评分分为四方面:出勤率、生产实习答辩成绩、实习记录本质量以及实习报告本质量(所占比例为20%、40%、20%、20%),综合后按优秀、良好、中等、及格和不及格五级记分制评定。 4.生产实习时间调整。我们调整了生产实习的时间,将实习时间调整为第七学期的短学期,也就是暑假,大大提高了学生的参与热情。 5.建立了闭环的生产实习反馈机制。利用问卷方式对学生开展实习情况调研,了解学生对生产实习教学的期望、实习中工程能力培养的实际感受以及对生产实习教学的建议和意见,及时对学生加以引导和并对存在的问题加以改进。生产实习期间每周召开校内指导教师与企业指导教师座谈会,对学生生产实习状态以及生产实习过程中存在的问题进行及时沟通和解决,建立了有效的生产实习反馈机制。 6.规范校外分散实习,有效控制分散实习的质量。严格把关校外分散实习申请。首先由本人提交书面申请《光学与电子科技学院校外生产实习申请表》。学生接受单位必须与本专业相近,学生接受单位与学校同时指定双方具有中级以上专业技术职称的同志作为指导教师,按照学校培养方案和该实习环节教学大纲的要求,制定合理的实施计划。然后提交《中国计量学院光电科技学院学生校外生产实习的承诺书》,经校内指导教师审核后,由学科负责人和学生所在系部和分院批准后方可执行。 实习期间,学生必须在校内指导教师和校外指导教师的共同指导下,严格按照实施计划的进度进行毕业环节的教学任务。校内指导教师必须每周向学生所在院系部汇报学生实习情况。在校外自主进行实习的学生,必须在该实习环节规定的结束时间前返校,并按规定撰写实习记录本与报告本;同时提交实习单位指导教师填写的《中国计量学院实习单位意见反馈表》给校内指导教师。 对于实际过程表明无法正常进行实习或不能保证质量的学生,指导教师应及时向系和分院,以采取有力措施或终止学生在校外自主实习环节,并做出妥善安排,由此导致学生延误学业由学生本人负责。严格对学生在校外自主进行分散实习的审批,强化管理以保证学院教学和教学质量。 三、结语 本文在分析电子科学与技术专业生产实习现状的基础上,针对生产实习管理过程中出现的实习基地缺乏、实习岗位安排不合理、生产实习的学生管理模式与评分模式矛盾、生产实习反馈机制欠缺、校外分散实习质量难以控制等问题,提出了建立动态生产实习基地、多实习岗位和轮岗实习模式、调整生产实习时间、建立了闭环的生产实习反馈机制以及规范校外分散实习,有效控制分散实习的质量等措施和方法,取得了较好的效果,最终为其他专业生产实习课程的建设、改革提供了参考。 电子科学与技术论文:“电子科学与技术专业”本科培养方案的改革与探索 摘要:本文从我校电子科学与技术专业本科人才的社会需求出发,提出人才培养的目标和定位,详细解读了本科培养方案的课程设置,并与省内外相关高校的电子科学与技术专业相比较,突出专业的办学特色。 关键词:电子科学与技术;本科培养方案;课程设置;办学特色 21世纪被称为信息时代,电子科学与技术在信息、能源、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用,必然导致电子科学与技术产业的迅猛发展。这种产业化趋势反过来对本专业的巩固、深化、提高和发展起到积极的促进作用,也对人才的培养提出了更高的要求。因此,本文从人才的社会需求出发,结合我校实际情况,进行了本科专业培养方案的改革探索,并详细介绍了培养方案的制定情况。 一、人才的社会需求情况 目前,我校电子科学与技术专业的本科毕业生主要面向长三角地区庞大的微电子、光电子、光伏和新能源行业,市场对专业人才的需求基本上是供不应求的。但是也应该注意到电子科学与技术产业的分布不均,分类较细,且发展变化较快。另外,电子科学与技术产业结构具有多样性,既有劳动密集型的大型企业、大公司,更多的是小公司和小企业;既有国有企业和私营企业,更有合资、独资的外企。因此,社会需求与本专业毕业生的供需矛盾还会继续存在。 二、专业的培养目标和定位 本专业培养具备微电子、光电子领域的宽厚专业基础知识,熟练实验技能,能掌握电子材料、电子器件、微电子和光电子系统的新工艺、新技术研究开发和设计技能,有较强的工程实践能力,能够在该领域从事各种电子材料、元器件、光电材料及器件、集成电路的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发和管理工作工程技术人才。并且结合我校“大工程观”人才培养特色,依据“卓越工程师”教育理念下工程技术型人才培养的原则,培养适应微电子和新兴光电行业乃至区域社会经济建设需求的工程技术型人才。 三、本科培养方案制定的思路 电子科学与技术专业培养方案参照工程教育认证的要求,以及专业下设微电子、光电子材料与器件两个本科培养方向的思路制定。注重培养学生的专业基础知识和实践工程能力,使毕业生能满足长三角地区微电子、光电子和新能源行业发展的需求。微电子方向的课程设置专注于电子材料与电子器件、集成电路与系统设计方面,光电子材料与器件方向则偏向于光电信息、光电材料与光电器件方面。 四、本科培养方案的改革探索 要实现电子科学与技术专业的培养目标,适应电子信息产业的不断发展,并结合我校学科发展方向和特色,对电子科学与技术专业本科人才培养方案进行了研究,并对省内外几所高校电子科学与技术专业的培养方案进行调研,最终形成了富有特色的电子科学与技术专业人才培养方案,主要内容如下: 1.培养方案的模块化设计。在设计电子科学与技术专业本科培养方案的整体框架时,根据“加强基础、拓宽专业、培养能力”和培养工程技术型人才的办学理念下,专业培养方案分人文与社会科学、专业基础和专业课三个模块,下设微电子和光电子材料与器件两个专业方向。学生在前两年学习相同的课程,到大三时根据自己的兴趣选择专业方向,选修各自方向的专业课。由于两个方向的不同培养要求,因此在专业基础选修课、专业必修课和专业选修课方面设置限选模块,每个专业方向必须修满相应的学分才能毕业。 2.改革专业基础课程。专业基础课程是为专业课程奠定基础,因此,在保留了原有电子信息类专业通常所开设的电子类课程外,增加了与专业相关的课程,如EDA技术、通信原理、数字信号处理、物理光学、应用光学、激光原理与技术等课程,删减了原先与物理类相关的一些课程,如物理学史、原子物理、热力学与统计物理学等,并删减了一些计算机软件类课程,如C++程序设计、计算机在材料科学中的应用等。专业基础选修课程分方向限选模块,两个专业方向对应有不同的专业基础选修课程。 3.优化专业课程。专业课程是整个专业教育中的主干部分,微电子方向的课程设置紧紧围绕半导体和集成电路设计方向,开设有集成电路设计、微电子工艺原理与技术、工艺与器件可靠性分析、半导体测试技术、现代电子材料及元器件、集成电路工艺与器件模拟等课程。光电子材料与器件方向围绕光电材料和光纤通信方向,开设光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤传感原理与技术、光纤通信技术等课程。另外专业课程里面还设置有专业实验,通过加强实验环节,训练学生的动手操作能力,增强学生的理论知识。 五、与省内外专业人才培养的区别 具有电子科学与技术专业的各大高校分布在不同的地区,服务于不同的区域经济,这就要求专业学生的培养具有区域化、差异化。我们分析了杭州电子科技大学、浙江工业大学、苏州大学、南京理工大学和徐州工程学院这五所不同地区、不同层次高校的电子科学与技术专业的培养方案。不仅使我们能学习到其他高校的先进办学理念、合理的课程设置体系,也可以发现与其他高校之间的差异。具体表现为以下几个方面: 1.专业定位。各个学校的电子科学与技术专业依据自身的师资力量、办学条件、区域经济要求确定专业的发展定位。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业依托1个教育部重点实验室、2个部级实验教学示范中心、3个省部级重点实验室,人才培养定位于能从事电子元器件、电子电路乃至电子集成系统的设计和开发等方面工作的工程技术人才。浙江工业大学的电子科学与技术专业主要培养光通信、电子电路系统、集成电路设计等方面的人才。苏州大学的电子科学与技术专业定位在培养能够在电路与系统、集成电路与系统等领域从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的高级工程技术人才。南京理工大学的电子科学与技术专业主要是突出光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合,以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的电子科学与技术专业主要定位在培养能从事光电子材料与器件开发的工程技术人才。而我校的电子科学与技术专业定位于服务长三角地区半导体和新能源行业,培养能从事集成电路设计与开发、光电子材料与器件的研发等工作的工程技术人才。 2.课程体系。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子元器件、电子电路系统、电子集成系统的能力,在课程设置上开设了通信电子电路、EDA技术、薄膜物理与技术、电子材料与电子器件、电子系统设计与实践、集成电路设计、嵌入式系统原理和应用、现代DSP技术及应用等专业课程。浙江工业大学的电子科学与技术专业培养学生设计、开发电子电路系统、集成电路系统的能力,开设了电路原理、模电数电、通信电子线路、集成电路设计、光纤通信原理、光网络技术、数字信号处理等专业课程,以及电子线路CAD实验、单片机综合实验、通信原理实验、通信电子线路大型实验、微电子基础实验、半导体器件仿真大型实验、集成电路设计大型实验等实验类课程。苏州大学的电子科学与技术专业培养学生设计与开发电路与系统、集成电路与系统,从事各类系统级、板级和芯片级研发工作的能力,开设了信号与系统、电磁场与电磁波、高频电路设计与制作、电子线路CAD、CMOS模拟集成电路设计、VLSI设计基础等专业课程,以及电子技术基础实验、信号与电路基础实验、电子线路实验、电子系统综合设计实验等实验类课程。南京理工大学培养学生从事光电子器件、光电系统和集成电路的设计、开发、应用的能力,开设了信号与系统、光学、光电信号处理、光辐射测量、光电子器件、光电成像技术、超大规模集成电路设计、光电子技术、显示技术、光电检测技术、数字图像处理、半导体集成电路、集成电路测试技术、微电子技术、光电子线路、电视原理等专业课程。徐州工程学院的电子科学与技术专业培养学生设计与开发光电子材料与器件的能力,开设有信号与系统、光电子学、光电子技术、激光原理与技术、光伏材料等专业课程,以及模拟电路课程设计、数字电路课程设计、单片机原理课程设计等实践性课程。我校的电子科学与技术专业主要培养学生集成电路设计、光电子材料与器件的设计与制备能力,开设有半导体物理学、半导体器件原理、MEMS技术、微电子工艺原理与技术、薄膜材料及制备技术、工艺与器件可靠性分析、集成电路工艺与器件模拟、EDA技术、通信原理、数字信号处理、光电子材料与器件、光电检测原理与技术、太阳能电池原理与技术、光纤通信技术等专业课程,以及近代物理实验、专业实验等实验类课程。 3.人才培养特色。杭州电子科技大学的电子科学与技术专业的人才培养特色是注重集成电路设计、系统集成方面能力的培养。浙江工业大学的人才培养注重光纤通信、集成电路设计方面能力的培养。苏州大学的人才培养注重电路与系统设计、集成电路与系统设计方面能力的培养。南京理工大学的人才培养注重光电技术和微电子与信息处理学科的交叉和融合,以光电成像探测理论与技术及微电子理论与技术为专业特色。徐州工程学院的人才培养注重光电材料与器件方面能力的培养。我校的人才培养注重电子材料与电子器件的设计与开发、集成电路设计方面能力的培养。 电子科学与技术论文:电子科学与技术专业本科生毕业设计联合培养的研究与实践 摘要:电子科学技术专业作为一个应用实践型较强的专业,用人单位对电子科学技术专业毕业生的知识能力、知识结构提出了新的要求,不仅要求学生掌握本专业的理论知识,更重要的是要有较强的综合实践能力。因此如何提高本专业学生的综合实践力、增强毕业生在社会上的优秀竞争力,已经成为提高毕业生就业率的一个重要因素。本文针对本专业在人才综合实践能力培养方面的现状及存在的问题,通过建立多元化的毕业设计联合培养机制,能较好地改善这种状况,让学生更好地满足社会用人单位的需求,更快地适应新的工作环境。 关键词:电子科学技术专业;毕业设计;就业率;联合培养机制 一、目前教学现状及存在的主要问题 随着电子信息的迅速发展和技术的不断进步,以及大学不断扩招,大学生就业问题一直是牵动整个社会的重大问题。电子科学技术专业作为一个应用实践型较强的专业,用人单位对电子科学技术专业毕业生的知识能力、知识结构提出了新的要求,不仅要求学生掌握本专业的理论知识,更重要的要有较强的综合实践能力。因此如何提高我系学生的综合实践力、增强毕业生在社会上的优秀竞争力,已经成为提高毕业生就业率的一个重要因素。然而,电子科学技术专业作为我院的一个新型专业,在人才综合实践能力培养方面存在一些不足之处,主要表现在以下两方面: 1.理论与实践教学方式比重有待平衡。电子科学技术专业至今已招生四年,今年迎来第一批毕业生,就以往的人才培养模式看,由于缺乏相应的实验条件,较偏重理论基础教学,实验环节较少。显然,书本上的理论基础知识必须与具体的实践相结合,才能提高学生的综合实践力与优秀竞争力,才有可能满足于用人单位的要求,实践教学的不完善构成了毕业生就业不理想的一个短板。 2.毕业设计的题目与学生就业取向不甚吻合。在毕业设计的过程中经常存在教师开出的毕业设计题目与学生就业取向不甚吻合的现象,这很可能导致学生被动从事毕业论文设计。由于教师开出的毕业设计题目往往偏重于理论计算或是模拟仿真,学生难以从事实践锻炼,学生感觉不到毕业设计对日后工作的作用,造成学生不愿投入精力,积极性不高,最后会导致很多本该由学生自己完成的毕业设计工作,最后却不得不由教师代劳。因此,提高毕业设计题目与学生的就业取向的吻合度,将直接关系到学生毕业设计的质量,也是学生就业优势的体现。 3.继续深造学生毕业设计选题与未来研究方向结合。在众多的毕业生当中,有部分学生会选择继续深造,这些深造的学生进入研究生阶段,专业及研究方向会更加细分化,其研究方向也与未来导师的研究方向紧密联系在一起,因此,当学生毕业设计题目与未来研究方向不太一致时,可能也会导致学生积极性不高,会出现应付毕业设计现象,严重降低了学生毕业设计的质量。 针对目前现状,我们提出了一些改革理念及改革思路,探索能够一方面提高学生对毕业设计的积极性,另一方面能够使学生毕业设计的题目与内容与未来发展相结合,为学生尽快适应新的学习或工作环境起到一个良好的衔接作用。 二、改革理念及思路 1.改革理念。立足于在提高学生专业理论基础知识的同时,加强培养电子科学技术专业学生综合实践能力。让学生更好地满足社会用人单位的需求,更快地适应新的工作环境,这直接关系到学院乃至学校的长远建设与发展。 2.改革思路。针对目前现状及存在的问题,通过建立多元化的毕业设计联合培养机制能较好改善这种状况。 毕业设计过程是培养学生应用能力最直接的手段。毕业设计作为大学生在校学习的最后一个教学环节,是大学生在学完全部课程以后,应用所学理论知识解决生产实际问题的一次综合型训练,是实现专业培养目标的一个关键型教学环节。该环节的教学效果,将直接关系到一名大学生综合素质的提高,直接影响到一名毕业学生能否尽快适应新的工作环境,尽快适应社会需要。通过与实习企业达成协议,让学生选择与实习相关的毕业设计课题。学生可以结合企业的实际需要,以及学生自身的兴趣及未来发展的需要,有针对性地选择毕业设计题目。一方面调动了学生的积极性,让学生有较多的时间去完成毕业设计内容,另一方面通过在企业做结合实际的毕业设计,让学生更容易适应以后的新的工作环境。应届毕业生在第七学期结束时基本都签定了就业协议或是在用人单位实习,因此在第八学期的毕业设计中,结合学生的毕业去向有针对性地开展毕业设计是可行的,也是培养快速适应企业工作需要优秀毕业生的最佳时期,这种培养方式是一种“准定单式培养”。另一方面,加强指导教师工程实践能力,增强题目的工程实用性。由于电子科学技术专业为新办专业,实验设备方面较弱,有些教师缺乏深入的工程背景,但教师理论基础功底扎实,须加强指导教师进行工程实际能力,才能增强题目的工程实用性。对于已考取研究生的毕业生,可以结合指导教师的科研题目在研究(设计)院(所)进行毕业设计(论文),可以充分培养其科研能力。 但是对于以上各环节,尽管学校或学院在开展相关的工作,但是对于如何更有效地开展,获得预期的效果还存在一定的差距,在具体的实施细则上还不够完善,导致实施结果并不理想。 改革内容:(1)采用多元化毕业设计模式进行个性化培养。将参与毕业设计的学生依据其就业取向和未来发展方向进行分类,大致可分为考取研究生(或不签约就业打算来年继续考研)进一步深造型和签约就业型。针对不同类型的学生特点,采用多元化毕业设计模式进行个性化培养。指导教师有针对性地开题,学生也可以根据自己的特长并结合自己的毕业去向,选择适合的毕业设计题目。这样做的好处是能够充分调动教师和学生两个主体的积极性。(2)建立多元化毕业设计联合指导企业基地。我校地处长三角经济活跃区域,半导体方面的大中型企业数量较多。就杭州市及周边地区而言,就有数量较多的有关电子科学技术专业领域的企业,因此有优越的校企联合优势,可依托本地签订多元毕业设计联合指导企业基地。(3)鼓励指导教师与企业技术联合,增强工程实际能力,增强题目的工程实用性。由于电子科学技术专业为新办专业,实验设备方面较弱,有些教师缺乏深入的工程背景,但教师理论基础功底扎实,需鼓励指导教师加强工程实际能力,增强题目的工程实用性。 方案:(1)在充分调研用人企业和往届毕业生工作需要的基础上,确定电子科学技术相关专业大类多元毕业设计联合指导企业基地的模式。(2)基于多元毕业设计联合指导,在为企业进行技术服务的同时使指导教师的工程实际能力得到再提高,结合实际确定设计题目。(3)对教师申报的毕业设计题目要严格把关,树立以人为本、以学生为主体的理念,充分发挥本专业师资队伍的优势,采用多元化毕业设计模式,题目选择尽量要结合学生的就业取向,与本专业联系紧密,工作量饱满,能够在毕业设计期间完成或有阶段性成果。 实践:提出这种设想之后,我们与浙江缙云电力电子有限公司签订协议,根据学生具体情况,采用多元化毕业设计联合指导,部分学生选择去该公司进行实习,部分学生与本专业老师开展课题研究,还有部分学生考取外校研究生,选择与未来导师进行课题研究,预先进入课题研究阶段。通过学生的自由选择,每个学生都找到了自己的未来发展方向,都非常有针对性地开展毕业设计,最后都取得了很好的效果。主要成果如下: 1.由于设计题目能够与学生的就业取向相结合,可以充分调动学生积极性。 2.由于毕业设计采用与相关企业联合指导的运行模式,可以充分锻炼学生工程实践能力,提高学生在社会工作中的优秀竞争力。 3.由于毕业设计题目能够紧密地与企业具体实践工作相结合,使得学生在就业后的工作中能较快地适应企业的工作环境,实现学校培养与企业工作的快速“无缝对接”。 结论:电子科学技术专业作为一个应用实践型较强的专业,用人单位对电子科学技术专业毕业生的知识能力、知识结构提出了新的要求,不仅要求学生掌握本专业的理论知识,更重要的是要有较强的综合实践能力。因此如何提高本专业学生的综合实践力、增强毕业生在社会上的优秀竞争力,已经成为提高毕业生就业率的一个重要因素。本文针对本专业在人才综合实践能力培养方面的现状及存在的问题,通过建立多元化的毕业设计联合培养机制,能较好地改善这种状况,让学生更好地满足社会用人单位的需求,更快地适应新的工作环境。 电子科学与技术论文:电子科学与技术专业综合实践平台优化研究 [摘 要]电子技术系列课程作为学科基础课,是人才培养体系中介于公共基础平台和专业技能平台之间的重要环节,是学员在本科学习期间从理论分析模式转向工程应用模式最重要的结点。为了满足合训专业电子技术基础课程实践教学的需要,在深入研究合训专业人才培养方案的基础上,结合多年授课经验,全面分析当前学科点实践教学环节存在的问题,提出一套优化学科点综合实践平台的方案,方案包括建立合适的教学机制,建立完善的实践教学资源,建立开放式实验室章程等措施。 [关键词]实践平台 电子技术 教学机制 电子技术系列课程,作为学科基础课,是人才培养体系中介于公共基础平台和专业技能平台之间的重要环节,是学员在本科学习期间从理论分析模式转向工程应用模式最重要的结点。基于此,学科的各类课程教学和实践环节的建设越来越彰显其重要性。电子技术类课程在我校的开设历史已有几十年,其建设和发展也已达到了一定的水平和层次,但是面对新的转型形势,尤其是在2012年明确开设了“电子科学与技术”合训专业后,课程建设的不足和实践条件的薄弱显得愈发严重,特别是基于该系列课程和新开专业的各种实践教学环节的建设严重滞后。因此,有必要在“统一筹划”的基础上加大建设的力度。 一、基本情况 (一)环节设计零散,资源不能共享 目前,大学生电子设计竞赛、综合课程设计及本科毕业设计等自主创新实践活动在时间和形式上相互独立,衔接不紧密,缺乏连续性,专业体系结构不完整。当前学科竞赛和课程实践教学工作缺乏交融,两部分工作属不同人员负责,工作缺乏统筹规划,资源没有有效共享。最终造成的局面就是综合课程设计和毕业设计没有在已有的基础上出发,一切都是从零起步,学科竞赛所积累的成果没有回馈到大众教学环节中来,没有发挥其本应有的指导作用。 (二)管理机制松散,教学效果不佳 电子技术教学实践活动多采用导师负责制,各教员在培养方式及教学内容上存在较大差别,随意性较大。统一有效管理机制的缺乏根本无法保证实践环节的教学效果。首先,管理机制的松散造成学员对实践环节的重视程度不够,学员用于毕业设计的时间最多只有1个月左右。时间不充足,再加上重视不够,不注重平时的积累,学生学习就很难达到预期的教学目标。其次,管理机制的松散造成在选题方面大部分都不够规范合理。好的选题对于学员实践能力的锻炼至关重要,但是实际现状是,每年仅有20%左右的选题难易适中且切合电子技术学科实际。最后,管理机制的松散造成学员的实践技能和创新意识不能线性连接,递进培养。现在的电子技术课程实践教学现状十分难堪,前期的单元实践简单敷衍,中期的课程设计模块训练不能达标,后期的毕业设计更是缺乏基础,无从下手。 (三)基础条件薄弱,培养质量不高 电子技术综合课程设计是新开课程,其建设工作是从零开始。课程设计安排在第七学期实施,两周完成,要求每名学员应用“模拟电子线路”、“数字电路与逻辑设计”、“高频电子线路”、“EDA技术”、“单片机原理”等课程内容,独立设计制作和实现一个特定功能的电子系统,对实验条件及资源提出了更高的要求。为实现资源共享,教学形式开放,使更多学员能够从中受益,急需改善实验室硬件资源环境,建立有效管理体制及资源共享平台。 基于上述现状,必须在更高的层面上按照学校人才培养目的总体要求,统筹规划各类教学实践环节,探索综合管理机制,加强基础条件建设,形成浓厚的“电子创新“氛围,提高培养质量,提高综合效益。 二、建立一套合适的教学运行机制 相较于这两大实践环节的沉闷现状,本学科点面向全校学员开展的实践创新活动却极大地激发了学员们对电子创新的热情。 (一)电子科技创新月 每年3、4月,学科点举办电子科技创新月活动,历时一个月,至今年已连续举办五届。通过电子科技创新月活动,学员们对电子技术知识的理解得到深化,认识问题和解决问题的视野得到进一步开阔,实践动手和组织管理能力得到进一步提高,团结协作和努力拼搏精神得到进一步深化,创新意识和创新思维得到进一步增强。同时,一批能力素质较高的学员脱颖而出,为参加全国电子设计大赛积蓄了力量。 (二)大学生电子设计竞赛 近年来,各类以学员为优秀的学科创新实践竞赛活动在各个层面广泛开展,电子设计竞赛作为历史最悠久,影响最深远的活动依然占据着最重要的地位,对理工科类学校的人才培养工作起到了极大的牵引和推动作用。 因此合训学员的培养也可以参考并借鉴电子创新的模式,从根本上解决学员动力不足,设计制作综合实力偏低的问题。 1.第三学期。这时的合训学员刚刚进入大二,除了已经开设过的C语言课程外,电子方面的课程都还没有开始,实验室开设40学时的公共选修课《电子系统设计》进行基础培训,能使学员提前学会使用常用电子仪器,认识常用电子器件,掌握焊接技术、单片机编程技术等。 2.第四学期。学科点组织全校范围的电子科技创新月活动,在竞赛活动中,参赛学员须完成简单电子系统的设计和制作。参赛学员以大二学员为主,大三优秀学员为辅,这样可以在团队中以长带幼,发挥好传承作用。 3.第六学期。学习电子技术综合课程设计,通过本课程,学员应能结合“模拟电子线路”、“数字电路与逻辑设计”、“高频电子线路”、“信号与系统”及“通信原理”等所学的电子类专业课程,并利用电路设计仿真软件、EDA技术及常用测量仪器仪表等工具独立设计并制作出一套完整的电子系统。 4.第八学期。进行电子科学与技术本科毕业设计。本科毕业设计(论文)是学生从学习阶段到实际工作阶段之间的一个过渡环节,是培养学生运用所学知识解决实际问题和进行知识创新的主要途径,是学生动手能力、实践能力、岗位适应能力、理论知识运用能力、科学研究能力的综合训练过程。因此,毕业设计(论文)对提高毕业生全面综合素质具有重要意义。 三、建立完善的实践教学资源 要优化实践教学平台,“教”这一环节极其重要。首先要制订完善规范的教学标准,包括教材、课程标准和各种辅助资料,其次要有一支过硬的教学指导团队,确保学员在硬件、软件、理论、仿真等等环节都能找到解决问题的指导导师,同时教员也要不断的扩充视野,关注电子技术学科的前沿动态,在指导学生完成设计课题的同时,还能引导学生拓宽思维,对系统性能进行进一步的改进。 1.建立课程设计和毕业设计课程标准、课程实施进度表、多媒体课件、参考书等教员使用的教学资源管理。 2.建立课程设计和毕业设计的综合题库,可供学员根据自己的兴趣和特长自主选题。选题方面,指导教师和学生实行双向选择,对于有能力、有想法的学生可以自己提前拟定题目,自主选择指导教师,然后和指导教师确定最终题目。另外学员也可以从综合题库中选择自己感兴趣的课题,开展研究,学生自选题目可以充分发挥主观能动性。为了最大限度的激发学员的创作热情,题库中的资源应结合生活或部队武器装备实例,难易适中,既能体现电子技术学科的特点,又能让学员能够学以致用。 3.建立学员自学所需的各种教材、元器件手册、软件使用教程、仪器使用方法教程等。 4.建立开放式实验室管理章程,为给学员提供更多的练习机会,实验室全天开放,最大限度的调动广大教员和学员的积极性,每天都要安排值班人员对实验室进行规范化管理。 四、结语 本项目所优化设计的综合实践平台,可应用于大部分的基层教学单位,特别适合于工程实践性强,同时承担创新活动、竞赛的单位,推广应用范围前景广泛。本项目若能与学科网站对接,资源共享,全校乃至全军的电子技术爱好者都可以从中获益,同时教员、学员通过网站可以不受时间、空间、地域的限制,进行教学互动。 电子科学与技术论文:关于电子科学与技术专业课程设置的探讨 【摘要】:电子科学与技术专业是以计算机为研究对象的一门学科,它是一门研究范畴十分广泛、发展非常迅速的新兴学科。本文对电子科学与技术专业课程设置进行研究。 【关键词】:电子科学与技术专业;课程设置;分析 0、前言 随着社会信息化程度的加大,电子信息类产业已发展成为我国的支柱产业之一,在国民经济中占有举足轻重的地位。而电子信息科学与技术作为一门将电子技术、信息技术与计算机技术相结合的综合性宽口径应用型专业,已日益成为我国高等院校电子信息领域内的一门主干专业。目前该专业的培养目标是培养德智体美全面发展、具有电子科学与技术、计算机科学与技术基本理论和基础知识,受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练,能在电子信息科学与技术、计算机科学与技术及相关领域和企事业单位从事科学研究、教学、科技开发、产品设计、生产技术或管理工作的高级应用型专门人才。 1、培养目标上的优化调整 在人才的培养目标方面,院校应在能力要求与课程设置上不拘传统,有一定的突破:是在基于贯彻教育部制定的有关教学计划的原则下,应针对学院与学生实际,有一定的突破与创新;应突出本专业在本地区电子信息产业的研发、生产实际,有创造性地制定个性化的培养目标;应在制定目标上突出本地区对本专业的人才需求。 2、电子科学与技术专业课程设置 2.1、加强基础课程与专业课程地位 从目标定位和实际情况出发,必须逐渐加强基础课程与专业课程地位,在大学理工科专业中,高等数学、线性代数、大学物理占有至关重要的地位,他们是专业课程及基础专业课程的重要基础,因而必须加大这些课程的教学课时数,使学生有充足的时间与精力学好这些基础课程;英语是全校的公共课程,是各个专业的必修课,同时也是各类专业本科生今后发展必须要求掌握的一门优秀课程,因此必须加强英语的基础教学,注重培养学生的口语能力,为后续的双语教学及全英语教学创造条件。 专业课程在教学计划中的地位与作用十分重要,她是体现该专业特色与方向的主干课程。我院开设的专业课程主要有模拟电路、数字电路、电路分析、信号与线性系统、电子线路、通信原理、微机原理、数据库等。因此我院大力加强了这些课程在教学中的优秀地位与作用。 2.2、专业设计能力的培养 专业设计能力是电子信息工程专业人员进行电路设计、研发、测试所具备的必要的实践能力,它要求从业人员应该具有一定的专业实践经验和一定的研发、设计知识。对于电子信息工程技术专业的学生来讲,要想在学校里具备较强的专业设计能力,从学生的基础和专业学习的时间和要求上,毕竟不太现实。不过可以通过毕业实习和毕业作品设计方面来对学生进行设计能力的培养。 一是在毕业作品设计的选题方面,指导教师应根据本专业的新技术、新器件方面的发展,选择一些具有前沿知识性的课题,让学生进行一定的深入学习与研究,调动学生的学习积极性,提高学生的兴趣。二是在毕业作品的实际制作上,应将学生力所能及的知识运用上,充分调动学生的智慧,力求作品在性能、技术方面的作出创新,突出展示作品在设计上的闪光点。三是在毕业论文写作上,应突出综合性和前沿性,论文应具有一定的知识高度和深度,尤其在一些前沿性的知识的论述方面,从资料查阅、信息搜集、前沿知识的再学习等方面,应充分体现出学生的一定的自主设计和自主研发能力。通过以上毕业设计阶段的三个方面的培养,学生在专业设计能力方面应有一定程度的提高,为其进入社会,打下专业基础。 2.3、加强通识教育课程建设 通识教育课开阔了学生的视野,潜移默化地培养了学生的写作和语言表达能力,且在教育学生做人方面,通识教育课起了不可替代的作用。我们增加了人文社会科学等通识教育课程的数量,开设了中国近现代史纲要、新疆历史、高等语文、环境保护与可持续发展等必修课及选修课,要求选修素质教育课不低于10学分,涵盖文学、美学、音乐、书法、社科、写作等各类人文素质课程。 同时要求学生课外阅读国内外经典名著,积极参加校院举办的各类讲座及科技活动、社团活动和文体活动,培养学生写作、口语、演讲等的综合素质。通过这些课程,学生认识自我、了解社会、思考人生,学习如何做一名合格公民。培养方案规定学生在入学第一学年必须选修其中一门课程,体现了为学先为人的教学理念。通过人文社科基础课与理工基础课相结合,公共人文选修课与学科选修课相结合实现文理渗透、理工结合的文化素质培养目标。 2.4、构建一体化的实践教学体系 计算机科学与技术是一个实践性很强的专业,实践教学是该专业课程体系建设的一个重要环节。应用型人才培养模式的优秀是要培养学生的应用能力、创新能力和工程素养,要达到这个目标,就必须培养学生灵活应用知识分析问题、解决问题的实践能力和创新能力,改变“学不致用”的状况,增强自身的竞争力。 实践教学环节要加强针对性和应用性,要贯穿整个学程,并增大在课程体系中的比重,建立相对独立的实践教学体系。我们按照“多样化、综合性、分层次、重创新”的原则,一是注重专业实践与课程设置相结合;二是通过课程实验加强专业实践能力;三是大幅度增加综合性课程设计;四是不断改进实验方式,推进开放实验教学;五是延伸课程内容进行技能认证;六是补充和强化社会实践环节;七是加强用人单位对专业实践的支持;八是结合科研促进实验教学,构建了一体化的实践教学体系。 加强专业技能培养通过计算机科学与技术专业实践教学体系的构建我们形成了多层次的专业技能训练方案,培养工程实践能力和创新精神。第一层次是专业技术基础的动手能力,进行基本技能训练。如开展《办公自动化》、《应用程序设计》等模块的技能训练,同时开设电工工艺实习等,其目的是要求学生掌握基本技能,锻炼动手能力。第二层次是针对专业技术方向开设专项能力训练。其功能是巩固和强化课程中重点内容、方法和原理,使学生具备从事本专业专项能力。这部分训练以课程设计为主,辅之以技能认证。如《计算机网络课程设计》、《软件工程课程设计》等。第三层次是针对专业结构开展工程应用能力的全面训练,其功能是掌握相关领域的软硬件、信息系统和工程应用的设计、分析、组织、实施的基本方法,全面促成学生对本专业某一方向具体认识,深刻理解和掌握基本技能,如社会实践、参加各类大赛竞赛、高年级开设的《网络工程与技术》、《系统集成与项目管理》等。第四层次是针对专业领域进行综合训练。包括科研训练、工程实训、毕业实习和毕业设计,逐步将理论与实践紧密结合,从而使学生完成从毕业实习毕业设计就业方向的“三级跳”。 为此,要建立了校内和校外实习平台。校内实习平台,采取实习指导教师负责制,实习内容、方式、手段、课程比例由相关实习指导教师根据教学计划确定。部分实习可以采用自行开发的实习平台,一方面自行开发的平台更经济,也能达到实习的要求;另一方面学生自行设计实习设备,培养锻炼了学生的创新思维和创新能力。建立校内校企合作实验室。利用学校的计算机教学实验室和设备,企业的技术、管理模式和人才力量,建立校内实验室。将企业的典型案例整理为实训案例,企业定时派出人才进行技术和项目管理上的指导。 在合作企业建立实习基地,充分发挥生产企业在人才培养中的作用。我院与许多软件公司、电信企业等建立了实习基地,这种合作方式不仅为学生提供了实习的场所,而且对提高学生综合素质和职业技术能力具有很大的促进作用,同时也为学生的就业搭建了平台。定时派学生赴企业实习,学生在企业的实习过程注重熟悉企业管理制度、了解企业文化和接触基本计算机软硬件系统研发流程。 2.5、师资队伍建设,有效保障教学质量 加大师资队伍建设力度,是提高教学质量,提高学生职业能力的必要条件。可采取以下相应措施:重视在职教师的培养和培训,提高教师的业务思想水平;有计划地安排现有教师到企业、金融机构、科研单位挂职锻炼或在校内、校外实训基地参加实践,提高教师专业素质;加强科研,提高教学水平,培养高素质专业教师,带动培养全面发展的专业人才;加大高层次人才的引进力度,重视兼职教师队伍建设。 3、结束语 做好电子科学与技术专业课程设置,这对努力探寻新形势下开展高等学历教育的路径,改革教育教学模式,构建科学、完善的现代职业教育体系具有现实意义,也为充分发挥教育引领教育科学发展的发挥出积极作用。 电子科学与技术论文:电子科学技术专业建设研究与实践 摘 要:电子科学与技术专业,旨在培养具有微电子以及集成电路等专业领域的具有扎实理论技术、较强实验操作能力的复合型人才,其专业建设的有效进行,不仅是促进专业与时代要求进行紧密贴合的有效措施,同时也是从学生发展角度出发,创造更优专业学习条件与环境的重要途径。本文结合电子科学技术专业现阶段的结构特点,围绕专业建设中存在的问题进行了详尽阐述,就其有效实施对策提出了建议和意见,以供参考。 关键词:电子科学技术;专业建设;研究;实践 电子科学与技术专业旨在将学生培养成为能够在电子相关领域进行研究、教学或是管理的复合型人才。与其他传统专业类似,电子科学与技术专业也主要分基础课程教育与专业课程教育两阶段,区别于其他专业的地方是:基于这一专业实践性强的特点,理论课课时较少,实验课程得到增加,注重培养学生对知识的吸收能力及应用能力。 一、现阶段电子科学技术专业结构基本特点 从前文论述中,我们对电子科学与技术专业的培养宗旨有了大致了解,在对专业建设的有效开展进行研究之前,我们首先需要对此专业的结构特点进行详尽分析。 (一)基础教育的重视。就电子科学技术专业的结构来说,对基础教育的重视是其一大特色,主要开设了高等数学、普物实验、英语和计算机文化训练等课程。电子科学技术专业是一门涉及领域较广的专业,这样一来,在数学、物理以及英语、计算机等方面都能为学生的发展打下坚实的基础。 (二)基础理论的强化。减少、缩短理论课程教学课时,并不意味着忽视基础理论教学的重要作用。现阶段,在理论教学总学时减少的条件和前提下,电子科学技术专业体现出强烈的强化基础理论教学趋势,即在有限时间内,最大限度提高学生对基础理论知识的吸收效率,如对电路分析、数字电子技术以及微机原理与接口技术等,使学生在掌握基础理论基础以及实验指导的基础上,形成宽厚有效的专业基础。 (三)实践环节的加强。电子科学与技术是教学体系中为数不多的实践课时较多的专业之一,除了几乎每门专业课都开设了相应独立的实验课程之外,还会定期安排相应的社会实践活动加强实训效果。这些实践的目的是为了让学生在严格的科研训练环境下提高自身的综合能力,训练学生动手能力以及操作能力综合,为学生创造发现问题、解决问题的条件,促使学生了解、掌握研究的整个过程。 二、电子科学技术专业建设中面临的主要问题 从上文论述中,我们已经对电子科学技术专业的基础构成有了大致的了解和认识。从专业的结构安排来看,虽然具备了专业训练的条件,但是专业建设效果依然不明显,现阶段面临的问题具体表现在以下几个方面: (一)口径过宽,特色不明显。电子科学技术专业是理工结合的综合性交叉学科,涉及知识面较宽,包括了无线电物理学、信息与电子科学、计算机科学与技术等学科。目前大多数高校都根据自身的教学优势,将其分为两个方向,学生从大三开始选修相应课程。虽然这种培养模式比较有利于学生将来选择就业,促使其向更深更高的层次发展,但是从课程设置的具体情况来看,绝大部分院校的专业设置都与电子信息工程或是电子科学技术,甚至和计算机等专业差别不大,口径过宽,特色不明显。 (二)师资力量有限,硬件缺失。电子科学技术专业与其他专业相比,算是新兴专业,加上电子信息技术的不断发展,各类新器件以及新技术层出不穷,有着扎实专业基础及教学经验的教师较少,刚从学校毕业的缺乏系统教学经验的硕士研究生居多,师资力量有限,结构合理性不足。 (三)实验力度不足。就电子科学技术专业的实训和实践环节来说,虽然占据了大部分课时,但是课程实训及实践的内容太过于单一,并且专业性及难度需要加强。从专业实验的具体情况来看,绝大多数都是验证型实验,学生要面对的是一成不变的试验箱,进行连线、开电源、观察现象以及记录现象即可,完全没有设计型、研究型实验的项目或内容,尤其是是专业实习和毕业设计环节,校内外实习基地的建设也不够。 三、电子科学技术专业建设的有效措施 随着课程教学改革以及市场发展的推动,电子科学技术专业受到了社会各界以及各个高校的普遍关注和重视,各大高校也纷纷采取措施着力进行专业建设和改革,但是从专业建设的现状来看,依然存在专业口径过宽、师资力量有限以及实验力度不够等问题。基于此,笔者结合自身经验,就电子科学技术专业建设有效进行的措施提出了以下几点意见。 (一)突出特色,加强专业方向建设。针对专业特色不突出的问题,建议结合各校的实际师资条件以及专业教学环境,对课程体系以及教学内容进行改革,尽可能突出专业方向,如应用电子技术方向或者是计算机与通信技术方向的划分,强化落实相关实践实训教学的针对性及应用性,促使实践教学能够贯穿于整个教学过程,突出培养学生的专业实践能力。 (二)提高实践教学环节质量。除了上述措施以外,还应以对学生的应用能力以及创新能力进行培养为基本教学目标,加强实践教学的质量及效率,构建独立有效的实践体系,确保实验场所硬件配置的有效性,尽量保证开放的时间;其次,还应加相应实验室的文化建设,转变考核测评手段,调动学生积极性;此外,还应明确实验教学具体内容,摆脱传统实践教学模式,引起研究型实验;最后,教学还应充分发挥指导作用,建立学生科技活动小组与学生科技创新中心,为电子科学技术专业建设的有效进行创造氛围。 (三)加强师资力量,提高教学水平。在师资力量不是特强的情况下,建议理论老师和实验老师不分开,每周进行一次教研活动,就该专业课程建设或教学体会进行交流;其次,学校还应加大对教师专业知识结构及技能的培养力度,定期组织教师进行学习,对新兴的技术及设备进行学习和了解,不断丰富教师的知识层次,为教学水平的提高及专业建设的有效进行,奠定师资基础。 [作者简介]余东杰(1984.01-),男,江西鄱阳人,助教,本科,研究方向:电子科学与技术。 电子科学与技术论文:“电子科学与技术概论”课程教学实践与反思 摘要:“电子科学与技术概论”是电子科学与技术专业的先导课程,结合多年教学实践经验,通过教学内容博精兼备、多样化教学方式和启发创造性思维改变学生传统的学习方式,旨在帮助学生对该学科内容与发展方向有一个清晰而完整的认识,在专业学习中做到心中有数,有的放矢,对自己的未来职业进行合理规划。 关键词:电子科学与技术学科概论;博精兼备;职业规划 “电子科学与技术概论”是电子科学与技术专业的基础课程,课时少,知识点多,涉及面广。该课程作为专业先导课程,为学生学习后续专业课程作指引非常重要,直接影响学生学习专业课程的兴趣和对未来职业的规划。如何让本课程符合专业发展及未来就业趋势的变化,将课程在有限的课时内讲出特色,让学生有所收获,并对学生后续学习有指导意义,就需要在教学中不断地进行研究与实践。 一、课程教学实践 1.教学内容要博精兼备 电子科学与技术专业是一个宽口径的专业,包括了微电子技术、光电子技术、物理电子技术、电子材料与元器件等多个专业方向。因此,该专业概论涉及的知识面广,涵盖量子力学、固体物理、半导体物理、微纳加工等多个方面,且每个方面理论比较抽象,对于大一学生来讲,理解非常困难。在教学实践中不可能面面俱到,一定要有所选择,突出重点。但是,如果将教学内容分割开来,缺乏系统性,学生则很难对该学科有一个清晰完整的认识。因此,在教学内容上,首先综合考虑课程总体结构,明确各个课程模块在总体结构中的定位。同时对教学内容作进一步的精选、整合和精简,在“广而博”和“少而精”之间找到平衡点。最终实现让学生既可以形象了解专业概况,又能较容易了解到专业所涉及的知识面。在教学中,部分内容可以选取专题讲座式教学,将内容分成几个专题。在保持基础知识体系完整性的同时,有侧重地安排教学内容,如对涉及到的固体物理、半导体物理基础知识应用作简讲,安排2个课时,使学生认识到该学科所要掌握的知识面比较宽。而微纳加工工艺应重点讲、精讲,安排6个课时,使学生便于理解学科的基本方向。重点内容可以分几个部分来讲,对于概念、应用、发展前景等部分,重点讲应用,如应用微纳加工技术制造半导体二极管、三极管。 2.以实例为先导的多样化教学 在教学过程中,教师的主导作用是实现学生主体性发挥的根本保证,教师的教学手段与教学形式也将直接影响学生学习的积极性、主动性和创造性。因此,在教学过程中,首先应该注重学生学习主动性与学习兴趣的培养,这是学生能够学好一门专业课程,并达到学有所用的基本前提。举例是一种非常有效的教学方法,在教学过程中将最新应用成果,或身边的事物展示给学生,让学生能看得到实实在在的应用,能体会到科学技术的神奇。本学科涉及到高新技术,可以列举一些与日常生活结合紧密、比较新且比较有趣的实际例子,培养学生兴趣。讲授过程中应从简单应用入手,逐步到高新技术,让学生产生一种对知识渴求的强烈愿望与积极探索的兴趣。如太阳能电池等半导体光伏发电技术在国家绿色能源战略上的地位,微纳传感器件尤其是硅微加速度计、压力传感器、微镜、气体传感器、微陀螺等器件也已在汽车、手机、电子游戏、生物医疗、传感网络等消费领域得到的应用等,使学生能及时掌握半导体技术前沿发展趋势。 对于概念和理论模型内容比较枯燥,缺乏直观形象的内容,可以采用启发式、讨论式等多样化教学方法,充分利用PPT、Flash等多媒体软件、实物模型、生产录像等教学手段进行模拟教学。也可以将专题分派给几个学生小组,要求学生通过课下提前查阅和搜集资料,然后由学生在课堂上讲述,老师加以引导补充,最后由学生整理写成小论文、专题资料等。这样既可以让学生相互间讨论,补充知识,又可以加深学生对知识的理解,以及培养学生自主探索知识的学习习惯。通过这样的教学过程,使学生在讨论中训练了思维方式,并通过问题的最终解决而获得一种成就感、自豪感,进而也激发了他们更强的求知欲和好奇心,提高了对后续专业课程的学习兴趣。还可以让学生走进专业实验室,通过对实验室的观摩,可以了解专业实践内容,这样更明确、直观,学生会有想动手的欲望。 3.正确理解专业课程体系,方便学生做好职业规划 电子科学与技术专业课程体系中面向未来就业方向,横跨微电子技术、电子材料与元器件、电子信息等有关领域内知识,就业面广。电子科学与技术在能源、信息、材料、航天、生命、环境、军事和民用等科技领域将获得更广泛的应用,必然导致电子科学与产业的迅猛发展。电子科学与技术是现代信息技术的重要支柱学科,是设计各种电子或光电子元器件、集成电路与集成电子系统以及光电子系统的技术学科,也是我国正在大力发展并急需人才的重要专业技术领域,因此,电子科学与专业具有良好的发展空间和态势。“电子科学与技术概论”是该专业后续专业课程的基础课程,学好本课程,方便学生对课程体系中的知识结构有更清晰的理解,对后续课程的选择学习有目标,更理性,使所学知识成系统,又不失广泛性,使学生可以对未来职业进行合理规划,真正地高质量实现专业培养目标。 二、教学反思 1.探索循序渐进式教学 在该课程的教学过程中,课程所涉知识面很广,很多概念十分抽象,原理难以理解,推导过程涉及数理知识既多又深。不能急于求成,将知识体系分割开来,这样学生将很难跟进,教学内容安排应该是循序渐进,层层加深,循环上升,符合从简单到复杂,从个别到一般,从实践到理论,又从理论到实践的认识过程,体现系统的层次性特征。关联性是系统层次之间普遍存在多样性联系和相互作用,它的直接结果是引来问题的复杂性,对学习产生难度。只有将层次性和关联性同时考虑,精心合理安排,才能化难为易,取得好的学习效果。 2.兼顾教学艺术和学术水平 该课程的教学是集学术性和教学性于一体的活动,学术性是该类课程的根本属性,没有科研学术做支持,没有扎实的专业素养,无法体现该专业教学的学术性。同样,教学也是一门艺术,教学水平得不到提升,教学效果就会大打折扣,只会让学生昏昏欲睡。教师应该在教学过程中加注创造性,在教学内容的知识性、系统性与面向生活世界之间找到合理的平衡。在教学过程中,一定要真正实践“授人以鱼,不如授人以渔”的理念。教师和学生要学会“去教材化”,不再“迷信”教材,不再唯教材马首是瞻。在参考教材的基础上对讲课内容进行补充更新,侧重加入发展成熟的新理论、新知识,突出研究热点、难点问题,力求做到基础性和前瞻性的紧密结合,使学生在掌握基础知识的同时对电子科学技术的发展历史、发展趋势有一个系统、清晰的认识,让学生学会怀疑,懂得思考,设法探索事物的本质。 3.启发创造性思维 鉴于该专业的研究方向是当今世界高科技研究的前沿和竞争的焦点,该课程除了介绍该专业领域内的常用理论基础,还需注重专业思维的训练。因此,在教学内容的构建中,一定要详略得当,深浅适宜,由浅入深,深入浅出,部分内容要方便学生自学,提高学生学习的主动性是关键。为此要寻找知识体系的关键点,通过比较、归纳、整理、综合等手段透过知识升华学生能力,为学生创造综合联想、知识迁移、求异思维、发现问题和发挥创造思维性的机会,但不面面俱到,要留有余地,启发自主学习的积极性。事实上,看起来多而杂的知识,当整理形成网络时,就变成了一个整体。多维立体交叉关联的事物,启发多维立体交叉式的思考。这种多方位的思索,多角度的透视,多层次的重组,将产生知识的迁移和认识的“临界点”,这一点一滴的启发是创造性思维形成的基础。 三、结束语 学生最关注的是自己的未来发展,如果通过该课程能让学生对自己在专业学习中做到心中有数,有的放矢,就可对自己的未来职业进行合理规划,不至于盲目、迷茫。而且兴趣是最好的老师,一年级学生可塑性很强,大学知识不同于中学,学生有强烈求知欲望,是培养学生专业兴趣的关键时期。随着电子科学与技术的迅速发展,与时俱进地进行教学内容、教学方法的改革以适应专业发展是必然的,也是非常必要的。 电子科学与技术论文:电子科学与技术专业的光电子材料与器件课程教学方法研究 摘 要:该文阐述了光电子材料与器件课程在电子科学与技术专业教学中的重要地位,并根据笔者自身的教学经验,讨论了电子科学与技术专业教学中光电子材料与器件课程的理论教学和实验教学的内容、教学形式、课时安排与教材选择等。 关键词:电子科学与技术 光电子材料与器件 理论教学 实验教学 电子科学与技术(以下简称“电科”)专业是以培养具备微电子、光电子、集成电路等领域宽厚理论基础、实验能力和专业知识,能在电子科学与技术及相关领域从事各种电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发,以及科学研究、教学和生产管理工作的复合型专业人才为目标的工程专业。作为电科专业教育中重要内容的光电子技术,不仅是当代信息技术两大支柱之一,而且随着现代科学技术的发展持续焕发着生命活力。而让光电子技术保持如此强劲发展势头的主要原因之一,正是光电子材料与器件的广泛应用,例如激光器与新型光电探测器的应用的人你还。另外,诸如纳米光电材料与器件、光子晶体及相关器件、超材料及相关器件与表面等离子体激元及器件等新型光电子材料与器件的研究与应用,是目前国际上光学与光电子学研究领域的前沿热门方向。由此可见,学习光电子材料与器件的相关知识,不仅对电科学生知识体系的构建与就业方向的确定具有积极的影响,也为那些将来希望从事新型光电子材料与器件科研工作的学生,提供了坚实的理论基础与知识储备。然而,根据笔者的调研,虽然国内许多重点大学的电科专业都开设了光电子技术课程,但很少有大学专门开设光电子材料与器件这门课程。而由于光电子技术的内容多、涉及知识面广,教学课时又往往有限(一般为32或48个学时),因此在光电子技术的实际教学过程中,讲授教师往往重视光电子技术基本概念与理论知识的教学,而轻视光电子材料与器件的教学。该文从光电子材料与器件的研究内容、应用及发展等方面说明其在电科专业教育中的重要性,并结合自身光电子材料与器件课程的教学经验,研讨电科专业中光电子材料与器件的教学方法。 1 光电子材料与器件简介 光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信号的材料。光电子器件是指能实现光辐射能量与信号之间转换功能或光电信号传输、处理和存储等功能的器件。自1960年美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来,光电子材料与器件如雨后春笋般发展迅速。在短短的50多年里,光电子材料与器件经历了从红宝石激光器的发明,到半导体激光器、CCD器件及低损耗光纤的相继问世;从各种光无源器件、光调制器件、探测与显示器件的小规模应用到系统级集成制造实用化阶段;从大功率量子阱阵列激光器的出现再到光纤激光器、光纤放大器和光纤传感器的诞生。光电子材料与器件从未停止过发展的脚步,并正在不断深刻影响着人类社会的方方面面。在实际需求的引导下,各种新型光电子材料与器件层出不穷,性能也不断提高。尤其是近年来,随着微米及纳米级加工技术的成熟,新型的微纳光电子材料与器件的研究异常活跃。纳米光电材料、光子晶体、超材料、表面等离子体器件等领域的研究成果丰硕,为未来光电子器件的微型化、集成化发展奠定了坚实的基础。 综上所述,光电子材料与器件在当代信息产业与科学技术中具有极其重要的地位,因此,光电子材料与器件这门课程不仅应当单独作为一门课程独立教学,而且应该作为重视工程教育的电科专业的优秀课程。 2 光电子材料与器件课程教学研究 2.1 光电子材料与器件课程的教学形式、课时安排与教材选择 光电子材料与器件课程不仅包含丰富的理论知识,例如光电子材料的物理特性以及光电子器件的工作原理等,而且与实际应用结合精密,因此,本课程宜采取理论教学与实验教学相结合的教学形式。 在课时安排方面,作为电科专业的一门优秀专业课程,光电子材料与器件课程的总课时应不低于32学时(2学分),理论课学时不低于26学时,实验课不低于6学时。 另外,在教材选择方面,由于光电子材料与器件是光电子技术中的一部分内容,而目前国内关于光电子技术方向的参考书籍很多,其中亦不乏一些光电子技术课程的经典教材,例如西安电子科技大学安毓英主编的《光电子技术》[1],西安交通大学朱京平主编的《光电子技术基础》[2]等。虽然这些光电子技术参考书中或多或少都会介绍与光电子技术相关的材料与器件,但是,目前专门介绍光电子材料与器件方向的教科书却是少之又少,市面上仅有国防工业出版社2012年出版的侯宏录主编的《光电子材料与器件》[3]一书。加之,该书中所涉及的理论知识较深,基础浅薄的本科生很难驾驭。由此可见,对于光电子材料与器件这门新兴课程而言,设立统一的教材并不合适。因此,笔者建议该课程的讲授教师根据理论教学与实验教学的内容,自行编写该课程的讲义与课件。 2.2 光电子材料与器件课程的理论教学 按照电科专业的专业定位以及培养目标,光电子材料与器件课程的理论教学也应该突出“工程”内容。传统的光电子技术教学中所重视的原理、定律与规律等内容,在光电子材料与器件教学中要弱化;而传统光电子技术教学中往往被弱化乃至忽视的光电子材料与光电子器件的相关知识,要在光电子材料与器件课程教学中占主体地位。如此才能保证在有限理论课时的前提下,让学生对光电子材料与器件有一个全面的认识。 在教学内容的设置方面,由于光电子材料与器件主要应用于光电子技术之中,因此,为了便于学生的理解与知识体系的构建,笔者建议光电子材料与器件课程理论教学的章节设置按照光电子技术的章节设置进行。以笔者讲授光电子材料与器件理论课程(共26学时)为例,该理论课程共被分成了绪论(2学时)、激光原理与典型激光器(5学时)、太阳能电池(4学时)、光通信器件与材料(5学时)、光探测器件(5学时)、光电显示器件(3学时)与光存储器件(2学时)等七个章节,这七章内容基本囊括了光电子技术中光产生、光转化、光传输、光探测、光显示以及光存储等各个重要环节中最为典型的器件以及所用到的材料。另外,在每章内容的设置上,也尽可能突出“工程”内容,弱化“理论”知识。下面,笔者将详细介绍笔者在光电子材料与器件教学中各章的教学内容。 第一章绪论主要包括光电子材料与器件课程简介以及光电子技术的基本知识简介。在光电子材料与器件课程简介中,向学生介绍课程设置的目的和意义、课程的主要内容、教学与考试方式与参考资料等。通过这部分内容的介绍,让学生对本课程的意义、内容、侧重点有一定的认识。在光电子技术基础知识简介中,重点向学生介绍光电子材料与器件与光电子技术的关系,并通过对光电子技术的概念、特征、发展等方面的介绍,让学生对光电子技术以及光电子材料与器件有一个整体的认识。 第二章激光原理与激光器重点介绍几种典型激光器的材料、结构与工作特性,其主要内容包括三个部分:激光原理简述、典型激光器与激光器的应用。在激光原理简述部分,由于多数电科专业在学习光电子材料与器件课程之前已经修过激光原理等类似课程,所以该部分内容为简略介绍的内容,主要帮助学生回顾激光的特征、历史与光辐射理论等知识点。而第二部分内容典型激光器是本章内容的重中之重,在该部分内容中,将依次向学生介绍固体、气体、液体与半导体这四大类激光器中的典型激光器的结构、特征与工作特性等知识。由于发光二极管与半导体激光器结构与工作原理上的相似,在介绍完半导体激光器后,可以顺理成章地介绍发光二极管的结构与特征。另外,本章最后还简单介绍了激光器的几种常见应用。 太阳能电池虽然是光电探测器中光伏效应的一种特殊应用,但是由于它在现如今光电子技术产业以及光电子器件中的重要地位以及良好的发展趋势,该部分内容被独立成一章。在第三章太阳能电池中,主要分两小节给学生介绍,第一小节介绍当今能源与环境问题以及太阳能的开发和利用,让学生了解当今能源资源的现状以及新能源研究与应用的迫切需求,然后介绍太阳能利用的历史以及发展趋势;第二小节正式介绍太阳能电池的工作原理、结构以及特性等知识。 第四章光通信器件与材料主要介绍的是光通信系统中所用到的有源与无源光器件。本章内容共分为两小节:第一小节介绍光纤通信的基础知识,包括光纤通信的定义,光纤的结构、导光原理、发展历史,以及光纤通信系统的组成与特点。第二小节正式介绍光纤通信系统中所用到的各类光电子器件以及构成这些器件的优秀材料。在光纤通信中,最重要的器件当属光纤,所以,本节开始就着重介绍光纤的相关知识,包括它的结构、原理、分类、特征参数与传输特性。然后,又将光纤通信系统中的其它光电子器件分为有源与无源器件两类,并分别介绍了这两类光器件中的代表器件:掺铒光纤放大器与波分复用与解复用器。最后,在本章结尾还介绍了光纤通信系统中其它几种常用光器件,例如光耦合器、光衰减器、光环行器等。 第五章光探测器首先介绍了光电探测器的物理效应、性能参数、噪声;其次,按照光电探测器物理效应的不同一一介绍了几种典型的外光电效应探测器(光电管与光电倍增管)与内光电效应探测器(光电导、光电池与光电二极管)。教学的重心仍然放在对探测器结构、工作原理以及特性等方面。 第六章光显示器件重点介绍四种光显示器:阴极射线管、液晶显示器、等离子显示器与电致发光显示器。 第七章光存储器件主要介绍了现如今最常用的一种光存储系统―― 光盘系统以及其中最总要的器件光盘。 2.3 光电子材料与器件课程的实验教学 光电子材料与器件实验课程的教学要与理论教学紧密相连,并重点介绍理论课上讲解过的光电子材料与器件,实验课程的学时应不低于6学时,开设的时间最好在理论教学完成之后,以保证学生在实验前已对实验器件与实验原理有一定的了解。在实验项目的设定方面,既要保证与理论课程内容的相辅相成,又要尽量避免与其它课程实验项目的重复,造成资源的浪费。例如,许多大学的电科专业都已经将激光原理一课作为该专业的优秀专业课程,并配备了相应的激光器实验。在这种情况下,如果在光电子材料与器件实验教学中再次引入激光器的实验内容,不仅消耗了宝贵的实验时间,实验效果也会大大降低。 下面跟大家简单介绍笔者在光电子材料与器件实验教学(6学时)中的实验安排。 (1)实验内容:共包含六个实验项目,它们分别是:光控开关实验、光照度计实验、红外遥控实验、PSD位移测试实验、太阳能充电实验与光纤位移测量系统实验(每个实验1学时)。各实验中都应用到了一个或几个优秀光电子器件,这些光电子器件基本涵盖了学生在理论课程中所学到的最为重要的几类器件,例如光控开关实验应用到了光电探测器中的光敏电阻作为优秀元器件;而红外遥控实验中用到了发光二极管光源与红外探测器等光电子器件。 (2)实验要求:以往的光电子技术实验往往重视现象的观察与定性分析,但经笔者调研,这种实验方法很难最大限度激发学生的求知欲与动手能力,因此,在对原有的实验指导书进行改良后,笔者自行编写了实验的指导书,并在每个实验项目中加入了一些测量与定量分析的实验内容。例如太阳能充电实验,原来的实验指导书只是观察太阳能充电的效果,但是,在新改良的实验指导书中,要求同学测量不同光源照射下太阳能电池的输出电压与输出电流,并要求学生分析比较其差别。通过这种方式,充分调动学生的实验积极性,在具体的实验教学中也取得了很好的效果。 (3)实验方式:分组实验,共同撰写实验报告。这样,不仅提高实验效率,还能够锻炼学生的团队协作意识。 (4)考核方式:根据每位学生实验完成的情况与实验报告撰写的情况综合评分。 3 结语 光电子材料与器件在信息产业的发展与现代科学的研究中都具有举足轻重的地位。它不仅是电科专业知识体系中的重要环节,也为电科专业学生提供着良好的就业竞争力与科研基础。本文通过对电子科学与技术专业特点与光电子材料与器件课程内容的分析,讨论了光电子材料与器件在电科专业教育中的重要性,并根据笔者自身的授课经验,提出了光电子材料与器件在电科专业中的教学形式、课时安排、教材选择以及理论与实验课程内容设置的一些意见与建议。 电子科学与技术论文:地方高校电子科学与技术专业课程设计教学的改革研究与探索 作者简介:周洪,(1979.9-),女,汉族,河北徐水人,讲师,硕士,研究方向为光电检测技术。 摘要:从分析我国地方高校课程设计目前现状出发,针对我校电子科学与技术专业课程设计存在的主要问题,提出课程设计的主要研究内容,以及要解决的关键问题。 关键词:电子专业 课程设计 实践 和发展需求的面向生产、服务一线的应用型人才,关键要解决学生理论应用能力和实践能力的培养问题。然而目前的情形是,大学培养的人才并不能完全符合社会的需求,动手能力地方高校电子科学与技术专业课程设计的教学改革研究与探索、实际操作能力、应用能力较差。基于人才培养和社会需求不相适应的矛盾,由于我校属刚升本科院校,属地方高校,由于多种原因使得学生整体素质较重点高校有一定差距。我院将人才培养目标定位为:培养具有创新意识、创造能力、创业精神和工程实践能力的应用型人才。因此课程设计教学在我系人才培养目标的实现过程中,占有重要地位。它对于加深理论知识的理解, 培养学生的技术应用能力和实践素质,形成职业岗位能力等具有重要意义。 1 现状分析 子科学与技术专业培养目标是培养电子材料、元器件、集成电路、电子系统、光电子系统的设计、制造、科技开发,以及科学研究、教学和生产管理工作需要的复合型专业人才。该专业和生产实际紧密结合,具有较强的实践性,其特点一是口径宽,涉及的内容非常广泛;二是相关学科的渗透与融合性强,既有硬件也有软件,需要大量的实践活动来培养学生的动手能力和实际工作的能力。大多数学生毕业后走向基层的工作岗位要求很快将所学知识转化为实际工作能力。因此,必须加强学生动手能力的培养和训练。然而受长期资金短缺和实验实习条件的限制,对我校的电子科学与技术专业学生的实践能力的培养单从实验和毕业设计来说是不够的,还需要加强课程设计的建设。 长期以来课程设计普遍存在几点不足: 其一,内容不合理,同一门课既不跟踪新技术发展变化又不根据学生实际能力、培养目标等因素多变,多年用一个题目 其二,设计题单调,几十个学生用同一个题目,抄袭现象严重,课程设计的效果不明显。 其三,教学模式单调,理论多而结合实际少。 2 解决问题的方法 课程设计是实践能力培养的一个重要环节,是对各门学科一个综合性考察。课程实验与课程密切配合,目标单一明确,并有配套的实验设备和实验指导书,而毕业设计持续时间长,各个学生都有不同的题目。毕业设计不能代替课程设计,而课程设计则是对毕业设计起到补充作用。根据本专业的培养目标,内容选择专业综合性课设内容既要结合前修课程,以巩固教学内容,又要有较强的实践性和新颖性,因此我们考虑将科研成果转化为教学内容,选择本专业成熟的、有特色、适合教学的科研项目作为课设内容。课程设计中以老师提供选题和鼓励学生自主选题相结合。尝试在课程设计中内容上进行不同课程的交叉设置,指导学生理论联系实际,培养学生分析解决实际问题的能力。课程设计中以老师提供选题和鼓励学生自主选题相结合,鼓励学生自主选题就是鼓励学生自主思维,学生最终都要走向社会在各行业中发挥自己的才能。因此老师都要鼓励学生自主选题,而不想自主选题的学生可采用教师的题目。 教师的指导充分体现个别答疑和集中讨论相结合的原则。在指导过程中对于普遍性的问题,我们主要采取大组集中分析讨论的方法。老师在其中主要起到引领的作用。同时要善于发现一些个别错误,并采用个别答疑的方法及时纠正。这种共性和个性问题的结合,合理地发挥了教师的指导作用。 在确定学生题目时,要做到以下几点: 1)综合性 题目要尽可能多地涵盖本课程及相关课程的知识点,对于大纲中的重点和难点要尽量涉及,这样有利于知识的深化和扩展。 2)难易适中 要充分考虑学生的个体差异、心理特点、知识结构等因素,题目设计不合理。题目太难打击学生的自信心,太简单又达不到训练的目的。 3)实用性 提供实践平台供学生对比分析和试验,通过实践有利于学生加深对理论的体会、理解, 有利于学生了解实际工程的特点,做到理论与实践相结合。 对于发现抄袭者,可适当的给予扣分等处罚,从而避免偷懒和高分低能的出现。在整个设计过程中教师起组织、引导、检查、把关、和解决疑难问题的作用,充分发挥学生的主动性和创造性。指导教师每半天检查学生的工作进度,避免消极怠工情况的出现。教师严格执行请假制度,对于缺席三分之一以上者没有成绩。设计成绩完全依照每位同学在设计中的表现,与理论课成绩无关,使同学清楚大家都在相同的起跑线上,面临同样的机遇和挑战。查阅资料、收集信息,锻炼了学生获取新知识的能力。为解决一项难题、达到研究目标提出新设想、新方案,培养学生的创新思维和创新意识。实验中遇到问题想办法解决,提高了他们分析和解决问题能力。在整理和分析实验数据的基础上撰写报告,锻炼了学生的逻辑思维能力和科技论文的写作能力。 3 结语 培养具有较强学习能力、创新能力、实践能力的高级应用型人才,就必须高度重视学科教育中的实践教学环节。通过提高学生的实践能力,使学生在实践中不断学习新知识、开拓新视野、增强新本领。利用实验中心先进的教学和科研设备、优质的教育资源,实现人与物的最佳配置,达到良好的教学效果,提高工程教育的质量,具有一定的现实意义和应用价值。 电子科学与技术论文:电子科学与技术专业课程体系建设与实践 摘 要: 电子科学与技术专业应用型本科人才是社会经济发展的迫切需求,本文结合常州工学院的具体情况,以具有扎实理论和实践能力的人才为培养目标,重点探讨电子科学与技术专业课程体系建设内容,从基础课、专业基础课和专业课等方面讨论课程设置与能力培养,通过科研项目与校企结合培养学生的理论与实践应用能力,通过实践与反馈完善与优化课程体系,培养与地方经济发展相适应的高级应用型本科人才。 关键词: 电子科学与技术 培养目标 课程体系建设 1.引言 常州工学院立足于常州,服务于长三角地区,该地区是国内电子行业和产业的发达地区之一,对电子类人才的需求量非常大。随着该地区经济发展和产业结构升级,社会对人才的需求逐步呈现出多样化和高层次化的要求。面对新形势的发展需要,培养适应社会经济发展和行业技术升级要求的应用型本科人才成为当务之急。电子科学与技术专业的人才培养需要符合口径宽、适应性强、基础扎实、发展潜力大等要求,因此课程体系的建设十分重要。 2.人才培养目标 培养方案和培养目标的制定要充分考虑相关高校、社会的需求,以及学校与专业的具体情况等各方面因素,并以行业技术进步、企事业单位需求和毕业生的反馈为参考依据。 通过对电子科学与技术专业的调研,以社会需求为导向,确定理论基础实、口径宽、实践能力强、知识结构合理的全面培养模式和培养目标,以综合素质培养和工程技术应用能力培养为主线,统筹编排课程体系,充分考虑和遵循学生的认知规律,以学生为主体,制定一套切实可行的、适合应用型本科人才的电子科学与技术专业培养方案和人才培养目标,以适应市场对电子工程技术人才的需求,提高学生的实践和创新能力,从而增强学生的就业竞争力。 电子科学与技术专业的人才培养目标为:适应信息产业化的发展需要,培养具有良好思想道德素质和科学文化素质的应用型本科人才,使学生具有扎实的基础知识和专业知识,具备设计、制造与生产实践能力,具有不断学习进步与更新知识的能力,能够及时跟踪并掌握新理论和新技术,在电子电路与系统、电子材料与元器件、半导体工艺等领域从事分析、设计、制造与测试等工作。为了实现以上人才培养目标,在培养计划的制订尤其是课程体系建设方面提出了更高要求。 3.课程体系建设 为了实现培养计划和人才培养目标,电子科学与技术专业的课程体系建设主要包括以下内容。 (1)课程体系模块化、层次化的应用能力培养体系。 课程体系以应用能力培养为优秀,分为学校级、学院级和系部级三个层次。学校级通识课程模块层次教授电子科学与技术专业的基础知识,主要包括基本数学能力、英语能力、物理能力、计算机能力及思想道德法律等基本知识。构建以电气学院专业基础课程模块层次为电类一级学科为基础的知识结构培养体系,学院基础的培养为知识面的拓宽打下良好基础。系部级的电子科学与技术专业课程培养为毕业生的就业和继续深造提供专业技术知识。分级课程建设体系造就了毕业生基础知识扎实、理论知识雄厚、专业技术知识丰富、动手能力强等特点。 (2)理论与实际应用相结合的专业课程建设。 专业课程体系分为理论基础课程和实际应用课程两个层面,除了必备的工程数学与物理知识外,在专业知识方面,逐步建立电子材料、制造工艺、电子器件、基本单元电路、宏单元、子系统及系统的课程体系,打通自顶向下和自底向上的知识培养通路。以半导体物理和器件物理优秀的课程体系构成了微电子学与固体电子学的理论基础,为制造工艺和电路设计提供知识的基本结构。以信号与系统、电路设计与测试的优秀课程体系作为电路的理论基础,为电路方面能力的培养形成电子系统的知识基本结构。知识结构的分层次化、理论与实际相结合的培养体系覆盖了整个电子科学与技术专业的知识能力点,全方位培养毕业生的理论基础与工程实践能力,重点培养从系统角度审视具体电子技术的能力。 (3)以微电子技术为主干的专业课程体系。 电子科学与技术专业的知识以微电子技术为优秀,可以划分为两大体系:第一是半导体材料、器件和制造工艺;第二是集成电路设计与测试。在半导体材料、器件和制造工艺上,除了传统与新型集成电路方面的应用,还与相关新型电光源、光伏材料与器件、光电材料与器件在知识结构上具有互通性。均以半导体材料为优秀,引申到其他半导体材料与器件,在理论与实际应用和制造工艺上具有相似性。集成电路设计与测试涵盖了微电子和光电子技术的电路与测试方面的内容,在电路方面,新型电光源的器件、优秀芯片、驱动电路等,光伏器件与电路、光电子电路与信号检测,与标准集成电路设计与应用具有共同性。在测试方面,涵盖了电学测试与可靠性测试,完整地建立了功能测试与性能测试的基本概念。电子科学与技术专业的另一个特色是在设计与应用电子系统时,具备其他专业所不具备的电路工艺与器件的底层知识,从而在电子系统的设计与分析中具备更强的理解能力。 (4)全方位的课程实践能力培养体系。 电子科学与技术专业的课程体系以理论与实践相结合为设置理念,在课内实验、课内实践、独立授课实验、课程设计、科研实践、实习及毕业设计等方面全方位构建实验实践体系,重点培养毕业生的动手能力和实践能力。除了电气学院的实验中心和实验室外,电子科学与技术专业有两个专业实验室:集成电路设计实验室和集成电路测试实验室。为教学、科研提供全方位的服务。集成电路设计实验室主要提供学生在系统设计、电路设计、器件与工艺实验等方面的专用软件。集成电路测试实验室主要提供电路测试、半导体材料、半导体器件、半导体工艺等各方面的实验。在电子技术的材料、器件、电路设计、制造、测试等流程方面提供全方位服务。在实验室开放上,实验室开放给所有教师与学生使用,鼓励学生进入实验室参与教师的科研与参与毕业设计。 (5)教学与科研结合,校企结合的工程技术能力培养体系。 电子科学与技术专业的教师承担了多项纵向与横向项目,系部鼓励教师与学生一起参与科研项目,为学生实验实践能力的培养提供良好的实验实践平台和科研平台,从而从项目角度提供给学生实训机会。在校企产学研联盟方面,电子科学与技术专业紧密联系常州和周边地区的企业,如银河电子、天合光能、常州普美、常州欧智等多家企业,形成校企联盟。参考卓越计划的实施,电子科学与技术专业经常邀请外校和企业专家对学生开展前沿性科学讲座与培训,为毕业生的能力培养和就业提供指导。 4.实践的效果 通过培养方案与人才培养目标的制定,重点进行电子科学与技术专业的课程体系建设,并通过多年教学与科研实践,进行以下方面的实践,取得了良好效果。 (1)完善电子科学与技术专业的课程体系,建立材料、器件、工艺、电路、测试和系统的能力点分布。 (2)从社会需求角度和人才知识结构出发,逐步对课程体系进行调整,增强课程体系之间的内在联系,减少或删除部分实用性不强的课程,增设社会急需的专业课程。 (3)强调应用能力培养,强化理论知识教学,增加实践教学环节,增强学生的实践应用能力,培养学生综合应用电子科学与技术专业知识的能力。 (4)探索开设提高学生动手能力和操作能力的集中性实践环节和创新环节,探讨校企结合培养人才的新模式。 根据对本校历届电子科学与技术专业本科毕业生的跟踪调查,九成以上的毕业生去向为长三角地区,平均每年有20%的毕业生进入国内知名高校读研继续深造,其余进入各企事业单位。通过对接收毕业生的各高校、企事业单位,以及毕业生进行的调查和反馈,本校电子科学与技术专业的课程体系建设能够培养学生扎实的理论知识和熟练的实践能力,有利于学生做好职业生涯规划,能够促进毕业生快速进入新领域和岗位,用人单位满意度高。 5.结语 通过几年对电子科学与技术专业课程体系的建设与实践,基础课、专业基础课和专业课的设置逐步得到了发展和优化,梳理清楚了本专业各方面能力的培养,知识点和能力点的分布更系统化和体系化,并通过实践进行了验证和完善,为毕业生的就业和进一步深造打下了坚实的基础。 电子科学与技术论文:电子科学与技术专业培养体系改革及构建 摘要:为培养研究应用型高级人才,对河北联合大学电子科学与技术专业的培养体系进行改革。改革以“增强光电子特色,优化专业课程体系改革”为建设思路,“夯实专业基础、拓宽专业知识、加强实践技能、突出光电子应用”为培养主线,改善学生的知识结构、加强理论基础,最终提高学生的实践及创新能力,培养适应社会现代化建设需要的高技术人才。 关键词:电子科学与技术;光电子技术;教学改革;实践创新 作者简介:邸志刚(1975-),男,河北唐山人,河北联合大学电气工程学院,讲师;贾春荣(1977-),女,河北唐山人,河北联合大学电气工程学院,副教授。(河北 唐山 063009) 基金项目:本文系河北联合大学教育教学改革重点项目的研究成果。 21世纪,随着现代科学技术的飞速发展,人类历史即将进入一个崭新的时代──信息时代。其鲜明的时代特征是,支撑这个时代的诸如能源、交通、材料和信息等基础产业均将得到高度发展,并能充分满足社会发展及人民生活的多方面需求。信息科学的基础是微电子技术和光电子技术,它们同属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。专家预言,光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命和进步。因此,本世纪将是微电子和光电子共同发挥越来越重要作用的时代,是电子科学与技术飞速发展的时代。 电子科学与技术对于国家经济发展、科技进步和国防建设都具有重要的战略意义。为了我国电子科学与技术事业的可持续发展和抢占该领域制高点,必须统筹教育、科研、人才等各种资源和要素,而其中的人才培养是极其重要的环节。经过对比研究其他院校对电子科学与技术专业的教改研究,本文根据当前的社会现状,结合河北联合大学实际对电子科学与技术专业的培养方案进行改革初探。 一、培养方案制订的原则 目前,我国高等教育正从精英教育转向大众化教育。招生规模扩大的同时,教育质量正遭受严峻的考验。高等教育的目的是为国家培养具有良好的思想道德素质、扎实的基础理论知识、宽广的科学技术知识面、良好的创新意识和创新能力的高素质人才,以适应社会发展的需要。为此,加强人才培养是一个复杂而重大的工程。 培养方案主要包含专业培养目标和专业建设思路两大部分。专业培养目标首先要符合当前社会发展需要,其次要符合学校本专业的实际情况,最后再考虑专业、师资情况。 目前,电子科学与技术专业的毕业生基本上是供不应求,特别是高层次人才稀缺。但是,电子科学与技术产业存在着分布不均、分类较细、进展迅速、产业结构多样化等特点。因此,社会需求与本专业毕业生层次结构之间的供需矛盾会持续一段时间。此外,光电子技术产业得到了国际社会的极大关注,经过光电子技术市场产品的整合,目前光电子技术市场重新步入上升轨道,后期发展将主要受市场影响。[2]我国对光电子技术的发展高度重视,2010年我国以光电子技术为指导的信息产业形成了5万亿美元的规模。 河北联合大学电子科学与技术专业自2002年开始招生,到目前为止共培养出10届本科毕业生。毕业生的反馈意见成为专业培养目标制订的重要影响因素。此外,在学生培养方面,注重学生综合素质的提高,特别加强对学生实践创新能力的培养。 电子科学与技术专业教师中光电子方向占大多数,微电子方向占少数,另有电子材料、自动化控制等研究方向。 二、培养方案的制订 培养方案的制订在综合考虑社会需求、学校及专业实景情况的基础上,首先进行充分的社会调研、分析,然后通过对天津大学、清华大学、燕山大学等院校充分调研,最终确定合理的专业培养方案。 1.培养目标 以培养研究应用型高级人才为目标,以适应当前社会主义现代化建设及信息产业化的发展需要,使学生具有良好的思想道德和科学文化素质;拥有扎实的自然科学基础知识和宽广的专业知识;具备创新、实践及跟踪掌握新理论、新知识、新技术的能力,能够在光纤传感、光电检测及半导体制造等领域从事系统研发与设计、运行维护等工作。 2.专业建设思路 针对电子科学与技术专业现状,综合考虑社会市场需求、专业师资及毕业生反馈意见,提出关于“增强光电子特色,优化专业课程体系改革”的建设思路。 (1)专业课程体系建设。专业课程体系的建设,首先以专业培养目标为准绳,进行模块化课程设置,调整课程内容,形成以光电子技术为主、微电子技术为辅的专业方向,以光纤传感体系和光电检测体系为优秀,从而使专业课程体系具有前瞻性、针对性和可操控性,进而保障人才培养目标的实现。 1)优化培养方案。根据国家对光电子、微电子人才培养内容和方式的要求,不断优化培养方案,使其既符合教育部颁布的“电子科学与技术专业规范”,又能充分体现学校的特色。优化的出发点是:光电子和微电子产业及工程应用对人才的需求;遵循专业发展规律;突出知识面、素质和能力的培养;制订与时俱进的培养方案和体系。 2)课程教学内容建设。为使课程教学建设与专业特色一致,体现光电子、光纤传感与检测的专业特色,由教授和学科带头人牵头建设光纤传感与光电检测课程体系。光纤传感课程体系包括传感器原理及应用、应用光学、激光原理与技术、光纤技术、光纤传感技术等课程;光电检测课程体系包括传感器原理及应用、传感器原理及应用、应用光学、激光原理与技术、光电技术和光电检测技术等课程。此外,为使课程内容充分反映相关产业和领域的新发展、新要求,减少陈旧内容,删掉了热力学统计物理、数理方法、物理电子学、集成电路设计基础、集成电路工艺仿真等课程。 3)教学方法及手段改革。为了实现专业人才培养目标,专业教师发挥各自才智,加强与学生沟通,集思广益,对教学方法和手段进行改革探索。例如对晦涩难懂的专业基础课、深奥抽象的专业课进行多媒体教学,以加深学生的理解,促进学生理论知识的学习。另外,对光纤传感技术课程进行双语教学,让学生学习理论知识的同时,加强专业英语的学习和运用,为后期阅读国外资料进行充分的准备。 (2)专业特色。河北联合大学电子科学与技术专业为适应现代化信息技术产业的发展,形成以光电子技术为主、微电子技术为辅的专业方向,具体特色如下: 1)课程体系设置。课程体系分为通识教育平台、学科基础平台和专业教育平台三大部分,包含光纤传感技术、光电检测技术及半导体制造技术三个主干学科,所有课程共198.5学分。其中通识教育思想政治教育类课程、大学英语课程、体育、大学语文、计算机基础及学科导论共55.5学分,占28%;学科基础平台主要指公共基础课和专业基础课,共74学分,占37%;专业教育平台是专业课,共63学分,占32%;另外还有创新实践环节,6学分,占3%。 2)学生培养。在夯实专业基础知识、拓宽专业知识的基础上促进学生的个性发展,加大力度培养学生的创新意识及能力,定期聘请校外专家为学生作学术前沿报告,使学生掌握本专业科研动态的同时,在开设专业英语及双语教学的基础上鼓励学生阅读外文一手文献,以激发学生的创新意识,使其创新能力得到大幅提高,培养学生在光纤传感、光电检测及半导体制造等领域的研发能力和应用实践能力,并能够进行相关的系统分析、设计、优化及维护。 3)实践教学。突出光电子技术应用,加强学生实践能力的培养。在培养方案中增加电子技术、光电子技术系统设计的实践训练。电子技术实践训练包括电工电子实训、电子技术课程设计和专业生产实习。光电子技术实践训练包括光电工艺实习、专业生产实习、光纤传感系统课程设计以及综合性课程设计。通过这几项实践训练,学生能够在电子技术领域、光纤传感及光电检测领域具备足够的实践能力。此外,为了让学生尽快将理论知识转换为实践能力,学校组织学生参加飞思卡尔智能车大赛、光电兴趣小组大赛等活动,从而培养学生的知识综合运用能力、创新能力和解决实际问题的能力。 三、改革效果 1.优化了课程体系,提高了教学质量 专业的培养目标及方向确定以后,围绕培养目标组建了课程建设小组,并请天津大学电子科学与技术专业专家教授进行指导,进而建立结构合理、条理清晰、方案可行的课程体系,相对而言大大提高了课程的教学质量。 2.学生夯实了专业基础,拓宽了专业知识,加强了实践技能 课程体系优化以后,学生入学后对培养方案及目标非常明确,从而使得学生能够妥善处理各门课程之间的关系,抓住优秀,适当拓展,使所学理论知识成为体系。与此同时,通过竞赛及光电兴趣小组引起学生的求知欲,以此激励学生加强理论知识的学习,促使学生自发地将理论知识和实践环节有机结合起来,使二者相辅相成、相互促进。 3.培养了学生的创新能力及科研思维 在教学过程中强调基础知识的灵活运用及实践创新案例讲解。其次,组织并指导学生参加飞思卡尔智能车大赛、光电兴趣小组及各项实践环节。这样有效提高学生对专业知识的理解与应用能力,从而使得学生的创新能力及科研思维得到了培养及提高。在2012年飞思卡尔智能车大赛中,电子科学与技术专业的组队获得了国家一等奖的好成绩。 4.提高了就业率和考研率 通过加强学生的理论基础知识、完善其知识结构,并且实践能力及创新能力都得到很大提高,使得学生的竞争力得到大大加强,并得到企业和其他高校的认可,刺激了学生的求知欲和创新欲,从而提高了就业率和考研率。 四、结论 电子科学与技术专业作为教育部为适应市场需要而确定的一个新专业,其发展任重而道远。结合河北联合大学本专业的实际情况,提出关于“增强光电子特色,优化专业课程体系改革”的建设思路,“夯实专业基础、拓宽专业知识、加强实践技能、突出光电子应用”的培养主线,对本专业的建设方案及培养体系进行优化改革,加强了师资队伍建设、专业课程体系建设,并在此基础上对教学方法和手段进行改革,从而提高教师的教学水平,加强学生的理论基础,完善其知识结构,提高其实践及创新能力,实现了教学科研相辅相成、教学相长的目的。 电子科学与技术论文:基于当前电子科学与技术多样性专业人才培养探讨 【摘 要】当前,随着电子科学与技术产业越来越多样化,使得培养怎样的电子科学与技术多样性专业人才已越来越受到重视,因此,本人在前人研究的基础上,结合查阅大量文献资料进行探索,分析当前“电子科学与技术”多样性专业人才培养的必要性,提出“电子科学与技术”多样性专业人才培养的改革之路,为优化当前“电子科学与技术”多样性专业人才培养之路提供一定的参考及借鉴。 【关键词】电子科学与技术;人才培养;多样性 一、“电子科学与技术”多样性专业人才培养的必要性 1.相关产业多样性 由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路,所以微电子技术相关行业除了集成电路行业和半导体制造行业外,还涉及计算机及其外设、家用电器及民用电子产品、通讯器材、工业自动化设备、国防军事、医疗仪器等。光电子、物理电子等其它分支涉及的产业也较广泛。目前,各校对电子科学与技术产业结构和社会需求的调研不够,专业定位不够合理,各校培养人才的“结构同质化”倾向较严重。目前各校的专业办学尚不能满足产业结构的多样性。 2.办学层次多样性 大众化教育使一般高校的生源质量普遍下降,录取的学生分数较低、学习能力和学习自学性都较差,如果采用与重点大学同样的教学方法和教学内容,教学效果肯定很差。重点大学由于研究生招生规模很大,学生本科毕业时转入研究生学习的比率很高(多数重点高校超过50%)。而一般高校考研录取率相对较低,多数学生毕业时直接面向社会就业,工科本科毕业生在工程技术、管理乃至跨专业领域就业等都会有所分布。但是,目前一般高校与重点高校在培养方案上很少反映出这种差异。许多高校追求所谓的高起点、与名牌大学保持一致来显示其办学的高水平,不愿承认与重点高校存在的差距。目前不同高校电子科学与技术专业培养方案的差异主要表现在专业方向选取的不同,这种差异还没能体现办学层次的多样性。 3.学生个性发展多样性 由于科学技术的交叉与综合性的增加,过细的技术分工会造成产品研发和市场开发的困难。因而,知识和能力复合型的人才具有明显的优势。企业所需的人才规格正在从非常专业化向技术复合型和能力型转化。用人单位对本科人才的需求,最需要的是技术与管理复合型人才。学生自主就业制度实现后,学生以市场需求为导向,对教育内容的选择性日益强化。学生的发展愿望多种多样,毕业去向也多种多样。所以,专业教育要在制定培养方案时注意为提供弹性时空创造条件,如实施覆盖整个大学时期的导师制、弹性学制、二次选专业制度,设置“X+Y”复合型专业或开辟第二专业、第二学位,实施本、硕连读制等;还要充分研究电子科学与技术与管理、经济、法律等学科复合的方式方法,为不同需求的学生合理设计并提供指导。 二、“电子科学与技术”多样性专业人才培养的改革之路 1.建立一般高校电子科学与技术专业的人才培养模式 本人认为,一般高校应当改革现有的人才培养模式,制定与学校办学水平、办学条件、办学特色相适应的专业定位、培养目标、课程体系、教学制度、教学模式和日常教学管理等。按照“拓宽专业、加强实践、提高素质、突出创新意识和创新能力”的原则,使德智体美等方面全面发展,知识面宽、能力强、素质高、具有较强创新精神和实践能力的创新人才。师资队伍可以加强,实验条件可以改善,但生源质量受招生条件限制短时间不会有太大的变化,所以应十分重视因材施教。注重个性发展,注重启发诱导,激发学生主动思考和分析问题,重视非智力因素,培养学生良好的创造心理素质。这样才能全面开发学生潜在创造力,让学生的禀赋、优势和特长得到充分发展。 2.探索如何结合学校特色建设电子科学与技术专业的方法与途径 许多高校有鲜明的行业特点,依托行业特点和学校办学特色应是办好电子科学与技术专业的一条行之有效的途径。中国计量学院是我国质量监督检验检疫行业唯一的本科院校,实行省部共建、以省为主的管理体制。学校在计量、质量、检测、标准、检验检疫等方面具有鲜明的办学特色。电子科学与技术是测量技术的基础,尤其是在现代科技和工业生产中大量需要在线、非接触、快速、准确的测量,微电子技术和光电子技术是其主要手段和关键技术。所以结合测量应用是计量学院培养电子科学与技术特色人才的改革主要方向。传媒学院办电子科学与技术专业,应充分注意电磁场与微波在广电传媒的信息采集、处理、存储、传输、接收中的作用,同时也可考虑光电技术在广告、灯光照明等方面的应用。师范学院办电子科学与技术专业,除了培养学生胜任工程技术工作外,也要传承学校师范特色,能胜任中学技术课程教学和中等职业技术教育工作。 3.建立与宽口径、复合型人才特点相适应的课程体系和实践教学体系 虽然目前对电子科学与技术专业的宽口径特色以及培养宽口径、复合型人才的必要性有所认识,但在教学环节上如何体现与实现还有许多问题。“宽口径”与“厚基础”往往联系在一起,对于理工科专业一谈宽口径似乎就等同于要加强基础(主要是数理基础)、搞平台课建设,这对于后续有较大规模的研究生教育、本科教育与研究生教育进行一体化设计的重点大学较合适。一般高校培养宽口径、复合型人才应以就业需求为导向,“厚基础”更多体现在技术基础而不是数理基础。其次,要充分研究电子科学与技术的内涵和外延,整合与优化专业覆盖领域的知识体系(特别是光与电的融合),同时要注意与电子电气类中的其他专业光滑连接,方便技术扩展延拓。在充分调研基础上,按照上述要求重新设计课程体系,合理设置基础课、专业基础课、专业课的比例。注重学生实践能力的培养,建立适合创新人才培养的实践教学体系。 三、结论 综上所述,“电子科学与技术”多样性专业人才培养是非常有必要的,本人希望通过本文的探讨,能为优化当前“电子科学与技术”多样性专业人才培养之路提供一定的参考。 作者简介: 杨(1983~),男,浙江杭州人,浙江大学城市学院 信电分院讲师,研究方向:集成化信息处理与控制。 浙江大学城市学院教师科研基金资助项目(项目编号:J-13009) 电子科学与技术论文:电子科学与技术专业光电子技术课程的教学改革探讨 【摘 要】《光电子技术》是景德镇陶瓷学院电子科学与技术专业的专业基础课程,专业课教学是培养本科生的专业素养的重要教学过程,让学生了解并掌握基础理论,专业技术,同时了解国内外最新的发展动态,以拓展学生的知识面和视野。《光电子技术》这门课程内容饱满,范围广泛,前沿内容始终在更替,这些客观条件都给《光电子技术》的讲述带来了困难。根据景德镇陶瓷学院电子科学与技术专业的办学定位和人才培养模式,现从教学内容和教学手法做一些改进,把课程教学内容与实际应用联系起来;并结合国内的科研情况,来激发学生兴趣,为培养出卓越工程师打下坚实的基础。 【关键词】电子科学与技术;光电子技术;教学改革;教学内容 一、引言 电子科学与技术专业是一个基础知识面宽、应用领域广阔的综合性专业,是信息产业的基础学科,涉及信息产业、国防军工、航空航天以及人们日常衣食住行等方方面面。电子科学与技术属于国家设定的一级学科,下设微电子学与固体电子学、物理电子学、电路与系统、电磁场与微波技术四个二级学科。电子科学与技术专业培养学生知识面广泛,不仅对数学、物理、化学、电子技术、计算机等基础知识有很高的要求,而且要求学生具备电子光子材料、器件与系统设计、器件与系统制造等方面的专业知识和技能。 景德镇陶瓷学院是全国唯一的陶瓷高等学府,行业特色鲜明,学校根据陶瓷行业和地方经济社会发展需要,突出电子陶瓷特色,积极推进学科专业建设,形成了以工为主,工、文、管相结合,覆盖电子陶瓷行业所有领域的专业体系。自2001年设立本专业来,本着培养具有鲜明特色的高级应用型电子陶瓷行业人才的目标,形成在省内具有较高知名度的特色专业,毕业生的就业率保持在85%以上,特别是用人单位对本专业毕业生总体评价很高,一致认为本专业毕业生专业技术理论扎实,动手能力强,创新开发能力强,独立分析和解决问题的能力较突出,能很快适应工作的需要。2009年被批准为教育部高等学校特色专业建设点,是教育部第二批卓越工程师教育培养试点单位中三个支撑专业之一。近十年来,学校一直把电子科学与技术专业作为学科建设中的一个重点。本专业培养的目标是培养适应社会主义建设需要,德智体美全面发展,具有扎实基础理论,掌握电子科学与技术基础知识和系统的电子工程专业知识,具有较强的工程实践、团队协作、组织管理和创新能力,使学生能够在固体电子学、光电子学、物理电子学、微电子学领域从事研究、教学、设计、开发、管理等工作或攻读更高一层学位。电子科学与技术专业的主干课程:马克思主义基本原理、高等数学、大学物理、大学物理实验、大学计算机基础、大学英语、工程图学、电路、模拟电子技术、数字电子技术、半导体物理学、光电子学、电子材料与元器件测试技术、电子材料、传感器原理与应用、铁电压材料与器件。其中的光电子技术课程是电子科学与技术专业的优秀课,也是电子信息工程专业,应用物理等专业的选修课。其拥有42学时、是一门2学分课程。 光电技术是由光学技术和电子技术相结合而形成的一门崭新的技术。它的主要内容是利用光电结合的原理和方法,实现信息的获取、发送、探测、传输、变换、存储、处理和重现等。光电技术是研究“光子”与物质中“电子”相互作用的一门科学,它以光学和电子学为基础,综合利用光学、电子学、精密机械、仪器仪表、材料科学、控制科学和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。光电子技术将电子学使用的电磁波频率提高到光频波段,产生了电子学所不可能实现的许多功能。学生通过该课程可以了解光电子技术的应用范围和发展前景,掌握一些常用的光学技术信息化方法,并通过实验了解光调制和探测方法,提升就业竞争力。 二、光电子技术课程教学改革的必要性 《光电子技术》这门课程内容饱满,范围广泛,而且近年来该学科领域发展迅速,对该领域人才的工程实践能力和创新素质要求也不断提高。这些客观条件都给《光电子技术》的讲述带来了困难。特别是在新的教学大纲以后,电子科学与技术专业对这门课程的授课学时进行了压缩,由原来的64学时变成了42学时,学分也相应地变成了2分。学时的变化预示着讲授的内容必须进行压缩,同时一些理论和数学推导很容易使学生们失去这门课的学习兴趣。为了培养该领域的卓越工程师所必备的素养,培养学生的学习兴趣和创造力,对教学手法做一些改进是非常必要的。 三、教学方法的改变 1.增加实践环节 一门课程的学习就是能够增加学生的知识范畴,培养学生的理解能力,让学生在各自的专业领域更加专业。对于电子科学与技术专业的同学通过光电子技术这门课程的学习,可以很好的掌握光电子技术的基本理论以及部分器件的用途、原理以及制备方法。所以在课程结束后安排4次课时的课程设计,具有必要性,要求同学们能够理论联系实际。把学生们分成相应的几个小组,设计发光元件和接收元件,以及对光电系统的电路进行设计,尽量让每一位同学都可以参与到此课程设计,充分发挥每一位同学的特点,让同学们学位沟通,布置团队的协作。 2.引入科研和专题讲座 给同学们介绍国内从事光电子技术方面的科研机构、大学、所在地点以及科研方向,同时也介绍一些科研成果的应用。相关的研究如:晶体光学、调Q、锁模、选模、倍频、参量振荡、反射、荧光,电致发光,非线性光学等领域。因为景德镇陶瓷学院电子科学与技术专业的学生在大学三年级学习这门课程,这时候学生在面临就业和考研的抉择,针对想报考光电子相关领域的研究生的同学,给大家提供一点信息,让同学们提早准备。当然在本书的第七章中,我们也计划挑出四个课题方向,例如课本上的光纤通信,激光雷达,激光制导,红外遥感,把学生们分成四个小组进行查找相关资料,然后进行讨论,最后派出代表,举行一个专题讲座。通过专题讲座,让同学们主动查阅资料,这可以教会同学们如何利用图书馆庞大的网络资源(期刊、文摘、网络及光盘),工具书等。同时通过查阅文献资料和对其选择、消化、归纳,也可以提高学生分析问题,解决问题的能力;也可以开阔同学们的视野,让学生更加接近本学科的前沿技术;通过资料的阅读,也可以让同学们看到科技论文如何写作(中文与英文),有兴趣的同学可以参加创新小组,最后尝试完成科技论文的写作。 3.考核方式改革 俗话说:考考老师的法宝,分分学生的命根。但是对于本科生专业课的考核,采用闭卷考试,虽然可以让学生更好的掌握需要记忆的理论知识,也可以更加理解公式之间的衍化,但是不利于培养学生的实践动手能力。而且在考试前,学生通常喜欢采用平时学习不努力,考试前突击。花大量时间查找和背诵所谓的重点为了应付考试,考试后就如过眼烟云。针对这种情况,提出用来完成考核。例如在实践环节完成的一个很好的设计,可以让学生很难忘记这个别样的经历。在最终的成绩体现上,给出一个总的分数,但是这个数字有“课堂+考试+设计”三部分组成,所占比例为1∶1∶1。这样的考核可以让学生掌握理论知识,又可以培养实践与应用能力,团队沟通协作能力。 四、结束语 根据我校电子科学与技术专业的特色情况,从《光电子技术》这门课程的教学内容,教学方法做一些的改变和探索。教学内容的选择、整合、补充,既注重知识的逻辑连贯性,又让学生充分掌握基本理论,了解光电子技术的实际应用,同时也了解了学科发展的前沿知识,开阔了视野。多媒体教学的引用可以提高知识的表现力,让其更加清晰、形象、生动、全面、具体。实践环节的增加可以让学生理论联系实际,培养学生的工程实践能力和动手能力。科研和专题讲座的引入可以让学生获取最新的科技信息,锻炼同学们选择、总结、消化、归纳整理信息的能力。考核方式的多样化也有助于让学生掌握理论知识,又可以培养实践与应用能力,团队沟通协作能力。 电子科学与技术论文:电子科学与技术应用型创新人才培养模式探索 摘要:知识型经济时代对知识与技能兼具的电子科学与技术应用型人才的需求正在不断增加,为满足社会发展需求,太原理工大学电子科学与技术专业通过教学体系改革加强学生专业基础理论的学习,以学生进实验室参与科研项目和参加科技比赛的方式加强其实践动手能力,通过校企合作的方式建立产学研基地,为学生提供企业岗位实习的机会,提高学生就业能力。 关键词:电子科学与技术;应用型创新人才;教学体系改革;校企合作 作者简介:胡杰(1979-),男,河南信阳人,太原理工大学信息工程学院,副教授;张文栋(1962-),男,河南太康人,太原理工大学信息工程学院,教授。(山西 太原 030024) 基金项目:本文系山西省教学改革项目(项目编号:J2011012)的研究成果。 随着科技的快速进步和经济的高速发展,我们的世界已经从工业经济时代跨入了知识型经济时代,在知识经济的模式中,知识、科技先导型企业成为经济活动中最具活力的经济组织形式,代表了未来经济发展的方向。[1]而随着世界经济形势的悄然变化,经济生产中对人才的需求也发生了巨大的变化,技能型专业人才不能满足社会生产的需求,只有知识与技能兼具的高层次应用型创新人才才能受到社会广泛的欢迎。[2]最近几年,欧美等世界发达国家对人才的聘用与培养经验已经证明了这种人才需求的迫切性,而且我国沿海发达城市对这些人才也是求贤若渴。这种人才需求的迫切性既对我们的高等技术教育提出了更高和更新的要求,也为其发展创造了良好的机遇。为此,各级政府和高等院校以及研究院所都极为重视,探索和研究如何培养应用型创新人才已然成为了一个重要的课题。 一、电子科学与技术应用型创新人才培养的必要性 21世纪被称为信息时代,电子科学与技术是现代电子信息产业的基础。[3]根据目前国内外电子科学与技术行业的现状和发展趋势,欧美等发达国家和地区的电子科学与技术产业已经步入蓬勃发展的阶段,而中国伴随着改革开放的步伐和国外资产的不断涌入,电子科学与技术产业也开始步入上升轨道。在“十八大报告”中明确提出“建设下一代信息基础设施,发展现代信息技术产业体系”,把“信息化水平大幅提升”纳入全面建成小康社会的目标之一,并提出了走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路,促进这“四化”同步发展。中国电子科学与技术产业将有一个明显的发展空间,高科技含量的自主研发的产品将进入市场,形成自主研发和来料加工共存的局面;中国大、中、小企业的分布和产品结构趋于合理,出口产品将稳步增加;高技术含量产品将向民用化发展,必然促进产品的内需和产量。随着社会需求逐步扩大,电子科学与技术专业总体就业前景看好。 电子科学与技术专业的教育质量、规模、结构和市场的关系是一种相互制约、相辅相成的辨证关系。目前,市场对电子科学与技术专业人才的需求基本上是供不应求,特别是高层次的设计人才短缺。而国内目前对电子科学与技术人才的培养模式呈现为多样性[4],只有包括清华大学和电子科技大学在内的8所高等院校拥有电子科学与技术国家一级重点学科,北京理工大学和西北工业大学等11所重点院校拥有物理电子学、电路与系统、微电子学与固体电子学和电磁场与微波技术4个电子科学与技术国家二级重点学科,很多一般的高等院校在教学水平和学生生源水平上远远不及重点高校,所以对电子科学与技术应用型创新人才培养能力上还远远不足,培养出的学生无法满足当今社会生产的需求。 二、电子科学与技术应用型创新人才培养的发展之路 1947年美国贝尔实验室发明了晶体管,开创了固体电子技术时代。[5]中国最早于1955年在北京大学开设半导体专业,1956年国家制定的12年科学规划中把将半导体技术列为四大重点发展领域之一,同年由北京大学、南京大学、厦门大学、吉林大学和复旦大学五所大学联合开办了半导体物理专业,为后来我国的半导体行业的发展培养了大批专业技术人才。20世纪70年代,集成电路行业迅速发展,我国开始从国外引进集成电路生产设备,为满足市场对人才的需求,很多高校先后开展了半导体物理专业,我国半导体领域开始发展。但是到20世纪80年代由于国内半导体技术的落后,同时受到国外半导体市场的冲击,我国半导体行业出现低迷状态。进入20世纪90年代之后,微型计算机和家电等信息产业的迅速发展推动了我国半导体行业的发展,同时中外合资热潮的出现使我国在引进国外先进设备的同时和引进了先进的技术,至此我国的微电子行业开始了高速发展的时代。教育部1998年4月颁布了新的本科专业目录和引导性专业目录,将原微电子技术、光电子技术、物理电子技术、电子材料与元器件和电磁场与微波等本科专业整合为一级学科“电子科学与技术”。 目前,全国设有电子科学与技术相关专业的高等院校有170多所,在校学生约3-4万人。其中全国重点建设的“211工程”院校中,有41所学校设立了电子科学与技术本科专业,在“985工程”重点建设院校中,有19所学校设立有电子科学与技术专业。电子科学与技术专业的发展现状总体来说是良好的,主要表现在:本专业的规模在逐年扩大,开设此专业的学校和招生人数都在增加;本专业毕业生的就业率相对较高,这是与电子科学与技术行业的稳步发展相适应的。 三、太原理工大学电子科学与技术应用型创新人才培养的改革与创新 太原理工大学(以下简称“我校”)电子科学与技术学科是在电子信息工程、通信工程、测控技术与仪器等相关专业的基础上,进一步拓宽专业,加强基础,为满足社会人才发展的需求而进行的人才培养模式探索与改革。2010年电子科学与技术学科已获得一级博士和一级硕士学位授权点,为我们的学科发展提供了机遇,为探索和改革电子科学与技术学科人才培养模式奠定了基础。我们将进一步完善专业知识结构,既重视电子科学与技术传统知识的传授,又注重学科前沿及创新能力的培养,为培养高水平和高素质的高级工程人才打下可靠的基础。 1.应用型创新人才培养的实验教学体系创新 太原理工大学信息工程学院实验技术中心于1998年7月成立以后,为加强学生实验环节,先后建立了高频电子线路及信号与系统实验室、智能仪器与虚拟仪器实验室、现代通信技术实验室、微波与天线技术实验室、电子工艺实验室。实验技术中心承担信息工程学院电子信息工程、测控技术与仪器、通信工程专业教学培养计划所涉及的全部实验教学任务,每学年完成60余门课程的实验任务、20余门课程的课程设计任务。 为了提高教学实验水平,增强学生的创新素质和实践能力,实验技术人员积极参加有关学术交流活动,多次主办“高级实验技术研讨会”、“新技术、新产品演示会”;在国内外学术期刊或会议上多篇;参编普通高等教育“十一五”部级规划教材《过程控制实验教程》以及《单片机技术及应用系统设计》、《可编程序控制器原理及应用》等多部教材;带领学生积极参与全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车大赛、大学生iCAN物联网创新创业大赛、全国大学生电子设计大赛赛场、OpenHW开源硬件与嵌入式大赛和“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等国家赛事,并多次获得部级奖项,提高了学生的创新与应用能力。 2.校企合作的应用型人才创新模式 校企合作是高等院校培养高素质应用型人才的有力实践方式,通过产学研结合的方式实现学校与企业信息和资源共享。学校利用企业提供的教学设备和岗位实习机会,提高了学生的实践应用能力,实现了让学生在校所学与企业实践有机结合,而作为企业也不用为人才培养而大费周折,通过将员工送入校企共建基地学习和引进优秀毕业生的方式,提升企业创新能力,所以是一种“双赢”的方式。 为提升电子科学与技术应用型人才的培养能力,学校先后与太原理工天成电子信息技术有限公司、太原市华纳方盛科技有限公司、山西德力西电器有限公司、太原维康商贸有限公司和山西中科博杰科技有限公司等高新技术企业签订了校企合作协议。山西德力西电器有限公司向我校捐赠了多台电器控制设备,建立了“山西德力西电器控制实验室”。太原维康商贸有限公司在我校建立产学研基地的同时设立了“维康助学金”,不仅为学生提供实习岗位的机会,也为家庭困难学生提供了经济帮助。太原理工天成电子信息技术有限公司、太原市华纳方盛科技有限公司和山西中科博杰科技有限公司作为科研型高新技术企业,与我校建立了长期的学生创新与应用能力培养方案,各公司高级技术人员将作为学生的直接指导老师,指导学生进行生产实习和毕业设计的工作,为培养高层次应用型人才提供了保障。 3.学科研究领域的拓宽与创新 为让学生学习和掌握世界最前沿的微米纳米检测技术,我校电子科学与技术专业引进多位国外留学归来的博士人才,建立了微纳系统研究中心,开展微纳机电系统、生物传感器和纳米电子器件等方面的研究工作,微纳系统研究中心目前承担国家863项目、国家自然科学基金、教育部博士点基金、博士后基金等各类基金项目20余项,同时实验室长期开展科技活动,学生申请后可进入实验室跟随导师进行为期半年或者一年的学习活动,期间学生会参与实验室项目的科研工作和科技比赛活动,提高科研能力的同时锻炼学生的实际动手能力。 为给学生提供更多的就业发展机会,更好地为山西省经济快速发展服务,我校电子科学与技术专业师生结合山西省经济特色,开展了煤矿水害超前探测与预警技术的研究,并以此为基础积极申报了科技部重点领域创新团队和山西省重点实验室等,并承担了山西省重大专项项目、山西省特色学科建设项目和山西省科技攻关项目等多项科研课题。在加强平台建设的同时与山西省煤炭地质水文勘查研究院、同煤集团和北京睿呈时代信息科技有限公司建立了科研合作关系,为我校研究生和本科生提供了科技研发基地和实验测试基地,促进了我校学生在煤矿安全领域中的就业和发展。 四、结语 我校电子科学与技术专业在实验教学体系创新、校企合作的应用型人才创新模式和学科研究领域的拓宽与创新方面做的工作是研究电子科学与技术应用型创新人才培养模式工作的一部分,是学校电子科学与技术专业特色紧密结合人才培养、企业发展以及地方经济特色的创新与改革,是面向新的国际形势下培养高层次应用型专业技术人才模型的培养和探索。这一系列的工作将有助于培养学生的理论学习、动手实践和实习能力,可以满足知识经济时代对高层次应用型创新人才需要,促进我校教育事业的改革与进步。 电子科学与技术论文:电子科学与技术新专业人才培养改革研究 [摘要]经过数年的发展,我校电子科学与技术专业取得成绩的同时,还存在着各种各样的问题,有些问题直接关系到我校电子科学与技术专业未来的生存发展。文章在指出存在问题的同时,提出了解决问题的措施和办法,为我校电子科学与技术专业新型人才培养体系的建立奠定了理论基础。 [关键词]电子科学与技术 人才培养 专业建设 21世纪是以高新技术为优秀,知识经济占主导地位的时代,工程技术对经济与社会的推动作用越来越重要,技术应用型人才的培养决定了一个国家的综合国力和国际竟争力。美、英、法、德、日等工业发达国家,由于注重加强技术应用型人才的培养,为其工业化崛起提供了及时高效的技术支持。 电子科学与技术专业是目前应用前途很广,社会需求量较大的专业之一。我校电子科学与技术专业于2007年开始招收电子科学与技术本科学生,到现在已有一届学生共近50名学生顺利毕业了。现在回眸总结这几年我校在电子科学与技术新专业人才培养建设体会,总体上看,这届毕业生不仅实践动手能力很强而且理论基础扎实,普遍受到用人单位好评和欢迎。当然我们也应当清醒地看到在电子科学与技术专业人才培养建设许多环节中仍然存在不少不足。其中最突出问题之一就是在人才培养的方案缺乏针对性和因材施教理念,同时实验设备及手段还不足,导致部分学生的学习效果并不十分理想。本人长期从事我校电子科学与技术专业人才培养制定及教学工作,切身感觉到提高我校电子科学与技术专业本科人才质量未来还有很多工作要做,其中最重要的就是要立足于学生的基础,满足服务于未来社会行业市场的需求,着重培养学生的实践能力,更好、更快和更多地为社会培养电子科学与技术专业的高级应用人才。为了达到上述这一宏伟目标,我校电子科学与技术专业的人才培养必须进行改革,使人才培养更具有鲜明的特色。电子科学与技术专业的人才培养改革思路主要从以下几个方面着手。 一、满足电子科学与技术专业社会需要,找准定位 我校电子科学与技术专业的定位问题是其发展的优秀问题,作者认为,给我校电子科学与技术专业定位,一定要突破管理理念,树立真正的市场理念,扬弃固定模式,瞄准电子科学与技术专业市场需求的现状和未来,社会发展需要什么样的人才,我们就培养什么样的人才,依靠我校师资、信息等优势,办出特色,创出品牌。因此,作者认为我校电子科学与技术专业培养人才目标是基础扎实、实践能力强和具有一定创新的应用复合型人才,适应市场需要。为此,我校电子科学与技术专业在教育、教学管理上应注重培养学生的创新精神和创业意识,注重提高电子科学与技术专业学生的适应能力、应用能力和竞争能力,真正培养出基础扎实、专业过硬、兼备特长、全面发展的多元化应用复合型电子科学与技术专业人才。 二、实验教学的改革 实验教学旨在规范学生进行科学研究的行为,培养他们解决实际问题的能力以及创新能力。2011年,我校“微电子技术实验室”获得中央与地方高校资金资助,总金额达300万元,极大地改善了我校电子科学与技术专业课程实验条件,对这一实践性教学环节进行了必要的改进,达到有利于对学生工程实践能力的培养。为此,我们在“微电子技术实验室”实验教学中采用模块式教学,由实验基本知识和基本操作、基楚实验、综合设计实验三个模块构成。配合开放实验室,为学生创造一个良好的工程实践环境。 (一)实验基本知识和基本操作。 这类实验主要是使学生掌握简单的测量方式、方法、常用仪表的原理性能及使用、选择、读数方法等,使学生对实验有一个全面的了解。 (二)基楚实验。 这类实验要求学生根据指定的题目自行确定实验方案、设计参数和所用的仪器仪表。通过此类验证性实验,既培养了学生的动手能力,又加深了对理论知识的理解。 (三)综合设计性实验。 这类实验要求学生利用先进的“微电子技术实验室”和多媒体实验教学软件,开设多种综合型实验,并要求学生在教师指导下,着重培养学生分析和解决问题的能力。 (四)开放实验室。 实验室对学生全天候开放,保证一人一组。在开放时间内,学生可以到实验室根据自己所学专业特点及爱好进行设计性和综合性实验,不受规定实验项目的限制,极大地激发了学生的学习的兴趣,为他们日后从事科学研究打下坚实的实践基础。 三、加强电子科学与技术专业建设 我校电子科学与技术专业培养德、智、体全面发展,使学生在电子与信息系统领域具有较好的理论基础、较宽的知识面和较强的实践能力,具备电子技术和信息系统的基础理论、基本知识和基本技能,能在信息、电子等行业从事各类电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发,适应我国电子信息技术发展需要的专门工程实用技术人才。 电子科学与技术专业是一个较宽口径的专业,其内容涉及到电子和科学工程两个方面。本专业学生主要学习信号的获取与处理、电子设备与信息系统等方面的专业知识,接受电子与科学工程实践的基本训练,具备设计、开发、应用、信息系统和集成电子设备的基本能力。 在设置专业方向上,应从培养素质性、通用性和实用性人才出发设置专业方向,可以设置应用电子和集成电路设计两个方向,相应的专业课和选修课按需调整。 四、研究电子科学与技术专业学生特点,实施因材施教 因材施教是教学的基本原则,我校独立学院电子信息工程专业的“材”与211院校相比最明显的特点在于高考分数较低,这就有可能存在两方面的不足:一是接受知识的能力相对较差;二是学习不够刻苦。教学中如不注意克服这两种劣势,势必影响教学质量的提高。我校电子科学与技术专业的“材”也有其优势:一是就业压力迫使他们要勤奋学习;二是城市生源偏多,家庭各个方面条件较好,相对而言,见多识广,接受新信息、新事物反应快,动手能力强,思维比较活跃。作者认为,我校电子科学与技术专业的因材施教可从以下几个方面着手: (一)在学习方面,通过各种活动,如聘请电子科学与技术专家学者、社会知名人士、成功的企事业家等来校作专业指导和学术报告等,促进电子科学与技术专业学生的学习热情,提高学习兴趣,增强成才的紧迫感;做好电子科学与技术专业新生入学教育,在新生军训的同时,配合开展各种形式的纪律教育和专业教育,帮助电子科学与技术专业学生尽快适应新的学习生活;针对不同电子科学与技术专业学生的特点,通过设立奖学金、组织各种学习竞赛,成立学习兴趣小组,召开学习经验交流会,开设各种强化班和补习班,帮助电子科学与技术专业学生掌握正确的学习方法,树立学习信心,激发成才的欲望。 (二)在生活方面,通过严格管理培养电子科学与技术专业学生良好的行为习惯,加强对电子科学与技术专业学生日常行为的管理。坚持封闭式管理和开放式教育相结合的原则,加强纪律约束,加强电子科学与技术专业学生队伍建设,对电子科学与技术专业学生实行相对封闭的管理的同时也要注意开展丰富的课外活动,促进电子科学与技术专业学生个性的发展,培养电子科学与技术专业学生的乐观、向上的精神风貌。 (三)在心理健康教育方面,采用多种形式做好思想疏导工作。将心理健康教育列入电子科学与技术教学计划,组织开展好日常的心理咨询和辅导工作,有针对性地对电子科学与技术专业学生展开心理教育,建立电子科学与技术专业学生的心理跟踪档案,发挥班主任、辅导员的指导作用,及时调控电子科学与技术专业学生心理问题,帮助他们有效解决成长过程中遇到的各种问题。 (四)学校营造健康向上、积极进取的校园文化,通过开展各种社会实践活动,组织电子科学与技术专业学生走出校门、接触社会和了解社会对电子科学与技术专业人才和知识的需求。 五、加强电子科学与技术专业师资队伍建设 在电子科学与技术专业教师队伍方面,应着重处理自身师资和外聘教师的管理和培养问题。首先,应坚持聘任制和严格考核考评制度,并以此转化为竞争激励机制,教师的工作得到认可和回报,激发教师的工作热情,提高工作效率。其次,为电子科学与技术专业教师提供在职培训和进修机会。教师有了能促进自身可持续发展并实现教师电子科学与技术专业化的途径,自然能安心工作。培养出本校电子科学与技术专业学科带头人,建立本校的优秀教师队伍。通过聘任高水平的电子科学与技术专业外聘教师(教授)或专家为学科带头人,以他们为主来构建教研室,开展电子科学与技术专业建设。目前本学科教师都具有985高校博士学位。 总之,在终身教育的大背景下,针对性、开放性、可持续性发展、市场性、实践性和专业性是我校电子科学与技术专业人才培养方案所必须遵循的原则。我校电子科学与技术专业如果能够切实转变教育质量观,以社会对电子科学与技术需求为导向,以满足经济社会发展对电子科学与技术专业人才的需求为目标,借助于其新机制,创新办学模式,完全可以在电子科学与技术专业本科应用型人才的市场上办出自己的特色和个性,赢得更大的发展空间。专本业2007级学生的成绩统计分析表明,学生每门功课的平均合格率在94%以上,平均优秀率在70%以上。这说明学生的基本理论与基本能力达到了教学大纲的要求,符合预期效果。同时在全国和省级各类比赛中多次获奖,在2009年全国大学生电子竞赛中,2007级电子科学与技术专业李智同学和肖超军同学获湖南赛区竟赛一等奖,邓超爱同学获得国家励志奖学金奖。 (作者单位:中南林业科技大学计算机与信息工程学院 湖南长沙)
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期刊收录:知网收录(中) 上海图书馆馆藏 万方收录(中) 国家图书馆馆藏 维普收录(中) 统计源期刊(中国科技论文优秀期刊)
1物理教学中的问题与教学改革的方向和目标 1.1“教”的问题 理想的课堂教学过程应该是一个有目的、有设计、由教师与学生协同完成的教学活动.我国传统的物理教学模式主要采用讲授式教学模式:教师依照教学大纲和主干教材先行组织和设计课堂教学内容,在课堂上教师讲学生听.教师是课堂教学的决策者和单向讲授者,学生则是倾听者.在缺乏互动与讨论环节的课堂上,学生往往成为被动、机械的学习角色[1].认知心理学表明,任何学习过程都需要学习者主动思考的环节,缺乏学习者主动参与的课堂教学是难以取得预期的教学效果的.因此,这种传统的教学模式受到了许多人的质疑.通过简化与抽象使生活中的某个原始问题成为一个科学问题,是进行科学分析与研究的第一步,这种建模能力是创新能力的重要组成部分.我国传统物理教学的特点是注重理论的逻辑推演和物理原理在虚构情景中的运用,疏于对学生处理原始问题以及建模能力的训练,许多学生会考试但在遇到实际问题时却往往表现得不知所措.因此,物理教学在学生的能力培养上所发挥的作用也受到了质疑. 1.2“学”的问题 自主学习能力差是普通高校学生中普遍存在的问题.毋庸讳言,我国的高中物理教育带有很大的功利性.高中物理课时充裕,教学内容较为基本和简单,为了参加高考,教师带领学生将简单而基本的内容反复练习,学生为此做了大量习题,这种做法使学生习惯了灌输式的教学方式,养成了学生对教师的依赖性.这种依赖性使得他们进入大学后感到诸多的不适应:不适应每节课超大的信息量,不适应教师提纲携领的授课方式,不适应没有了老师的鞭策和管理的学习氛围,不适应自主学习的学习方式,找不到属于自己的学习方法……,这让一些学生产生了挫败感.另外,大学物理与高中物理存在着很多差异:不同的教学目标,不同的教学理念,不同的教学起点,不同的考核项目与标准等等.这些差异的存在,均需要学生在大学阶段调整学习视角、转变学习方式. 1.3教学改革的方向与目标 教学改革的原则应该是“扬长补短”,抓住存在的问题方知“短”在何处,方能确立教学改革的方向,找到改革的切入点.“补短”即为改革的目标.“讲授式”作为课堂教学的基本教学模式,不是学生机械被动学习的症结所在.美国认知教育心理学家奥苏贝尔指出,讲授式教学模式对学生的学习过程而言是接受学习,但是接受学习不是机械被动学习的同义:在学生具有了吸收新知识的心理准备,同时又具备了适当的知识基础的条件下,接受学习同样可以是主动的和有意义的[2].因此,基于奥苏贝尔的有意义言语学习理论,采取“激发学生的求知欲、使学生进入积极主动的学习状态;增加课堂互动与讨论的教学环节,甚至翻转课堂,使学生作为主体真正参与到教学活动中”的教学方式,是取得良好教学效果和学习效果的正确途径[3].缺乏对学生建模能力的培养是物理教学中的一个短板;而“从理论到理论,让学生在理想与虚构的情景中运用理论”的传统教学方式则是对感性认识在认知过程中重要性的忽视,也同样是需要纠正的短板.因此,“加强学生在学习过程中的感性认识经验,加强对学生的抽象能力与建模能力的训练与培养”应作为物理教学改革与研究的目标.大学教师的教学工作不仅仅是传授知识,还要培养学生独立获取知识和解决问题的能力.因此,针对学生自主学习能力差的问题,如何引导学生养成自主学习的习惯、发展独立思考的能力,学会学习,成为无师自通的人,同样也是物理教学需要探索实践的内容. 2基于物理实验欣赏课程的教学改革 2.1设置物理实验欣赏课程的初衷与目的 物理学科有其自身的特点,它是一门严格意义上的实验科学,具备实证性与可重复性是科学方法论对物理科学的基本要求,也是物理学的基本特征.与理论课程相比,物理实验课程能够更为集中地展示科学的理性精神,更好地促进学生对科学本质的理解与认识.因此,物理理论课程与实验课程如同物理教学的右手与左手,二者相互配合,更加有助于物理课程教学目标的实现.进行课堂演示实验是一种生动、直观的教学方式,有助于学生在感性认识基础上去领悟物理原理及概念.但是,在教学内容体量大而教学学时却一再被压缩的情况下,如何践行上述教学设计思想?我们的做法是,通过设置公共选修课程来拓展教学空间.为此,自2008年开始,大学物理教学部依托我校的物理演示实验室,开设了面向全校学生的公共选修课程,课程名称确定为“物理实验欣赏”.物理实验欣赏是以物理演示实验为教学内容的课程,包括力学、热学、声学、光学、电磁学及近代物理6个部分.提到“欣赏”二字,许多人想到的可能是诗画艺术;提到“物理”二字,想到的可能就是深奥的理论和繁琐的数学公式了,作为自然科学基础的物理实验只讨论物体运动的规律,何谈对它的欣赏呢?的确,物理学是表达自然的实证科学,数学方程是它通用的表达手段.但在复杂的数学方程背后,物理学具有它独有的“真”、独有的“美”,而这种美只有懂得它的语言的人才能欣赏和体会到.因此,科学家是表现宇宙真实存在的艺术家,科学也是可以欣赏的[4].基于此,我们利用物理演示实验具有“表观现象多姿多彩、生动有趣且又极具物理内涵”的特点,通过这门课程为各个专业的学生搭建了兼具趣味与求知双重功能的物理实验平台.希望通过这门课程,实现以下教学目标:(1)为学生提供触摸科学的机会,让学生体验发现的快乐,感受理论与实践相结合的魅力,使学生体验基于证据的学习方式,弥补学生在认知过程中感性经验的欠缺.(2)为学生提供理论与实验紧密结合的物理课程,改变以往的物理教学从书本到书本的枯燥,使物理问题、理论和知识由抽象、艰涩难懂变得生动具体、通俗易懂.(3)通过提供有趣的物理现象、提出疑问、追问原理、个人讲解的教学程序与方式,打开并引导学生进入自主学习的通道.(4)通过采用翻转课堂的教学模式,为学生创造参与讨论、主动学习的环境与条件,促使学生在学习过程中转换角色,变被动为主动. 2.2在师生的交流互动中将课堂“翻转”的教学模式 翻转课堂(Invertedclassroom)这种教学模式的实质在于重新调整课堂内外的时间,将学习的主动权交给学生,而实验课的教学过程及环节恰恰具备了上述要素,实验课是天生的“翻转课堂”.因此,物理实验欣赏课程在采用了小班授课的同时,还采用了“翻转课堂”这种教学模式,即课程针对力学、热学、声学、光学、电磁学及近代物理各部分的实验均采用了“于现象中寻找规律;理在其中;理在身边”这样3个教学环节.第一个环节“于现象中寻找规律”,是让学生在教师指导下通过自己动手操作与观察实验现象,来发现其中的因果规律,教师针对具体实验现象会提出若干问题,作为留给学生的作业,要求学生课下查找答案.例如针对电磁驱动效应的实验,教师追问的问题是:为什么磁铁能够带动导体旋转?为何二者总是同向旋转?导体与磁铁能否同步旋转?此类现象的应用有哪些?第二个环节“理在其中”,是让每个学生根据自己课下查阅的资料与自主学习的结果,在课堂上轮流发言,对指定的实验现象应用物理原理为大家进行分析和讲解,其他同学可以补充解释,也可以随时提出疑问或指出错误.教师会在听取了大家的发言后做出总结,对发言中存在的错误予以纠正并给出正确的理论分析.第三个环节“理在身边”,是教师引导大家深入交流讨论,寻找和列举实验现象中涉及的物理原理在生活中的其他应用(仍以电磁驱动效应为例,教师在这一环节将带领大家认识异步电动机的工作原理、直线电动机的工作原理以及磁悬浮列车的驱动力、航母战斗机的电磁弹射原理等等),以达到“普及基本原理,开阔学生视野”的教学目的.可见,教师在课程教学中发挥着组织与引导的作用:对交流互动环节进行组织、引导、答疑解惑,与学生协作探究,共同完成讨论交流环节.对学习者而言,兴趣是最好的老师.“翻转课堂”这种模式,为学生创造了参与讨论、主动学习的环境与条件,提供了自主学习的机会,提供了基于证据的学习方式;课堂讨论环节,要求人人发言,这对激励学生独立思考、增强自信非常有效;在讨论式的学习方式中,每个人都将听到不同的观点和陈述,都需要经过批判性的思维过程完成对自我及他人观点的肯定或否定,因此,讨论式的学习方式还有助于培养学生的发散性思维和批判性思维. 3教学 效果 2011年起,任课教师每年都会要求选课的学生在课程结束后写一份关于课程的体会、感想和建议,以便改进教学,使课程的教学安排更加符合学生的需求.从学生提交的文字看,大家对这门课程给予了肯定和很高的评价,归纳为以下3点:第一,这种以演示实验为依托的教学方式使知识通俗易懂,又使学习不那么枯燥;第二,这个课堂让学生感受到了理论与实践的统一,培养了学生的耐心与信心;第三,这门课程使学生由被动学习变为主动学习,从中获得了很多从其他地方学不到的知识.在这里引用几位学生的原文:(1)每一次的交流讨论环节,总有不同思维的碰撞,在讨论中使思维发散,使问题层层深入.在这样的讨论中得出的结论一方面不局限于实验本身,另一方面又使人印象深刻,不易忘记;(2)本以为只是一般的选修课……真正上课后,看到那些神奇的现象时,我发现我喜欢上这门课了!第二次课,物理原理的讨论,我们自己讲,彼此交流,我们动脑、思考,老师循循引导,这让我感触更深刻,这是我以前上课时所没有体会到的,也许这才是大学教学中应该用到的方法,它让学生参与其中,感受到了科学的魅力,让我有了一种激情,一种渴望感,这是我上学以来所没有遇到的,那是一种快乐、一种学习知识时的独特感受,这是最大的收获.(3)老师耐心的教导,使我们感到温暖,老师如同和自己的亲朋好友讨论问题一样,这使我有了自信,敢于质疑,提出自己的想法;这门课给予了同学成长的舞台,我们能够充分地展现自己,同学互相了解、互相交流,体现了合作精神,每个同学都能参与,大家共同努力,最终获得满意的答案,它不仅仅是一门欣赏课,它让我们了解了现象的原委.(4)很欣赏老师们的授课方法,在自然科学的教学中,能让学生自己动手,通过查资料、提问、思考、学生讲课的方式加深学生的理解,培养主动获取知识的能力,这种方法很新颖.学生显然不适应这种教学方式,但好的方法需要推广,如果学生能够适应这一形式,课堂一定会变得生动有趣,也更有利于培养学生的综合能力.由此可见,“翻转课堂”这样的教学模式已经不仅仅是教师单方面的改革与设计了,它已经成为了学生期待的改革.10年来,选修物理实验欣赏课程的不仅有我校理工科各个专业的学生,更有经济、管理、艺术、临床、中西医等文科与医科的喜爱物理学的许多学生.这门课程不仅满足了他们继续了解物理学的愿望,而且由于课程中展现的物理现象直观生动、道理相对通俗易懂、教学形式灵活亲切、话题贴近生活,因此,他们同样对这门课程给予了很高的评价.经过10年的教学实践,我们不仅构建并编写完成了以普及物理、欣赏物理为特色的课程教学讲义,形成了以“翻转课堂”为基本形式的教学运转模式,收集整理了师生互动交流环节所需的教学素材和预案,同时还培养带动了一批年轻教师加入到教学研究的团队中. 4结束语 以物理知识为载体、以培养学生的科学素质为目标的大学物理课程,无法使外界在学生身上看到它立竿见影的效果,但是它在人才培养方面的重要性是不容置疑的.本文介绍了我们针对传统课堂教学模式下存在的“教与学”的问题,以扬长补短为原则,以“培养学生的自主学习能力、独立思考和判断的能力,最终学会学习”为教学改革的目标,以改革传统的课堂教学模式为切入点,以我校开设的“物理实验欣赏”课程为平台所进行的教学改革与实践,并对教学改革所获得的经验进行了总结.教学研究即是科学研究.对一种全新教学模式的探究绝非一朝一夕之事,它不仅需要教师以科学的态度在教育教学的理论高度上潜心研究,更需要教师在课堂教学中反复实践不断摸索,因此,教学研究过程不容浮躁,更不容急功近利.我们以10年的潜心努力,精心培育一门面向文理工医各个专业的公共选修课程,实践证明,这门课程不仅获得了广大学生的欢迎与真诚的赞誉,也引起了许多同行的兴趣和关注.本文对此次教学改革经验所做出的总结,希望能够为广大同行提供值得借鉴的内容. 参考文献 1(美)埃里克•马祖尔著.同伴教学法.朱敏,陈险峰,译.北京:机械工业出版社,2011.1~32 2邢红军.物理教学论.北京:北京大学出版社,2015.1~6 3陈泽民.基础物理教学的四个理念.物理与工程,2006,16(6):4~10 4施大宁.物理与艺术.北京:科学出版社,2005.1~13 作者:魏环 薄惠丰 单位:华北理工大学理学院
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信息科学论文:图书馆学信息科学教育研究 1CILIP认证 2002年英国图书馆协会和信息专业协会合并成立“图书信息专业协会”。CILIP主要职责之一是采用LIS专业知识与技能基础(ProfessionalKnowl-edgeandSkillsBase,简称PKSB)[7]对课程教育进行资质认定。作为认证的优秀,PKSB以同心圆形式提出了图书馆、信息与知识专业的行业人员所必需掌握的技能范围(见图1)。伦理价值观是PKSB同心圆的中心,被视作从业人员实践的精神基石。专业技能具体包括知识与信息的组织、管理、开发与利用、研究能力、信息的治理与合规、文献的管理与归档、馆藏的管理与发展、信息素养与学习。通用技能包含领导与倡导、战略规划与管理、以用户为焦点服务设计与营销、信息技术与通讯。这些专业技能与通用技能要立足于更广阔的图书馆、信息与知识管理的行业背景以及更广阔的组织与社会环境背景中以保证从业人员对变化发展保持敏锐的触觉。 2调查设计 本文调查对象为CILIP认证的17所院校:阿伯里斯特维斯大学、伦敦城市大学、科隆应用科学大学、克兰菲尔德大学、格林多大学、伦敦国王学院、拉夫堡大学、曼彻斯特城市大学、诺森比亚大学、罗伯特戈登大学、伦敦大学学院、布莱顿大学、格拉斯哥大学、谢菲尔德大学、斯特拉斯克莱德大学、西英格兰大学、阿尔斯特大学[8]。笔者使用网页内容分析方法调查这17所院校44个专业教育课程的培养目标、培养模式、课程结构及具体内容。 3CILIP认证专业教育的现状 3.1培养目标 CILIP认证的17所院校教育无论在培养的学位、方向上类型都比较多元。培养学位类型有理学硕士、文学硕士、理学学士、文学学士。从数量上观察,硕士学位的培养是重点,占认证课程总数的75%。CILIP认证教育的培养方向主要有四个:(1)信息与图书馆研究方向,关注如何实现在实体与数字图书馆的信息获取与服务上的有效管理[9]。(2)信息管理,如信息管理与计算机学、信息管理与商务管理、数字化资产与媒体管理,该方向主要是针对组织的信息资源的开发利用调控,以实现信息最大价值获得竞争优势。(3)信息研究,如情报学、科学数据监护(DigitalCuration),使学生了解信息的本质及其各个方面。(4)其他与图书信息科学交叉的方向,如医学方面的健康信息学。英国认证的LIS教育紧贴时展和社会需求,适当添加学科领域新兴的课程,既推广了较前沿的专业知识又减小了教育与就业之间的差距。此外,CILIP认证相当注重相关学科、交叉学科整合的教育,如拉夫堡大学的信息管理与商务管理,谢菲尔德大学的健康信息学。 3.2培养模式 CILIP标准提出教学可以是全天和业余的形式,各种形式的质量要求应该一致。调查发现,认证的全日制学士学制一般为3年或4年,也有提供业余制5年的本科课程。硕士学制针对全日和业余的不同对象,规定了弹性的学制,一般分别为1-2年或2-5年。值得一提的是调查的业余教育多以远程在线课程的方式实现,如罗伯特戈登大学通过多种先进的网络传递方式和用户友好界面提供课程、讲座、在线辅导、实时交流、师生讨论组以及在线图书馆[10]。远程在线教育不但打破时间空间的限制,便利了受教育者无时无刻的学习,更是汇聚了世界各地的学生一同接受英国认证的教育。这种方式证明了CILIP认证教育具有国际化的特征,促进了全球化的专业教育交流。CILIP认证教育强调课程学习后成效,教学课程部分的评估主要是讲座、专题讨论、个人研究、实践、课程作业、正式考试等多种方式的混合,支持学生发挥主观能动性进行学习。完成教学课程部分的评估一般能获得资格证明。若要完成学位教育必须在以上基础上完成学位论文或参与项目。多数学校明确学位论文需在导师的监管指引下结合学生选择进行,导师在研究期间提供建议和指导。 3.3课程结构及具体内容 CILIP标准指出课程应该给学生提供一个结合学科及其社会发展的理论与实践的整体框架。认证课程大多采用模块化的教学,由优秀模块与选修模块结合组成。据调查,对网站上列出的优秀模块各个专题内容进行大致分类,见表1。优秀模块的教学内容以学科基础优秀内容为主,以专业基础与概论的专题带领学生入门,并培养科学研究、管理的通用技能,切实地反映了CILIP认证的优秀PKSB关于专业技能与通用技能的教育目标。选修模块往往是优秀模块的深化与拓展,拥有较好的灵活性,可根据社会发展、需求做出及时调整,与优秀模块相辅相成。以西英格兰大学[11]为例,信息管理的优秀模块包括信息环境、信息素养、知识组织、个人及组织管理,其选修模块的选择有信息构建与网页设计、用户体验设计、数据库系统管理等等,两者有较强的联系。 4CILIP认证专业教育的特点 经过以上调查分析,笔者归纳了CILIP认证的LIS教育的3个特点,职业性强、强调综合素质培养以及国际化。 4.1职业性强 由于CILIP负责职业资格认证,所以其对专业教育的认证也带有浓烈的职业色彩。首先,认证的课程内容以时展和社会需求为导向,尽量缩短和减小教育与就业之间的时滞与差距,利于行业的科学发展。其次,无论是认证课程的报读条件,还是教育过程,CILIP都强调实践的重要性。拥有一年的图书馆或信息服务行业的实践经验申请者享有优先报读课程的权利。而且教学中工作实习是重要的学习成效评估方式。再者,CILIP认证教育培养模式多元化且兼顾公平,是对继续教育与终生学习的支持。 4.2强调综合素质的培养 CILIP认证教育兼顾理论知识、专业技能、通用技能、动手实践能力四个方面的培养,强调学生的综合素质教育。微观上,课程多样,优秀教学内容体现专业理论知识与信息技术的融合。从表1数据见到信息技术的应用教学贯穿整个课程体系,信息系统、信息技术的相关课程整体数量相当可观。相比只掌握专业理论知识的学生,参加CILIP认证教育的学生更能将专业知识结合专业技术应用于信息网络社会,更能适应职业生涯。此外,CILIP通过开设相关交叉学科的课程培养综合性人才,如健康信息学、商务信息管理等。宏观上,CILIP的培养目标既有文学方向又有理学方向,培养模式注重学生自主学习研究和实习实践。 4.3国际化 CILIP的认证是无国界的,因此其课程大多都提供这种面向世界,不分地区,不分种族,不分年龄,不分时间,不分学科背景的受教育机会。其依靠先进的网络技术,实现灵活的远程在线课程,提供丰富的学习材料,实时的交流辅导,多样的教学手段,友好的系统操作。如此高质量的远程教育无疑为英国CILIP认证的教育国际化提供有力保障,而且为LIS领域的国际交流提供了良好的平台,促进全球化合作。 5结语 英国CILIP利用其认证的优秀PKSB对LIS教育课程进行认证,现有17所大学的44个课程获得认证。本文通过培养目标、培养模式、课程结构与具体内容三个角度分析研究英国图书馆学信息科学专业教育的现状,CILIP认证教育具职业性强、强调综合素质培养以及国际化三个特点,这些特点值得我国借鉴。我国LIS教育应着重以社会需求为导向的改革,强化学生的职业竞争力;由学术论文为重的培养转移到综合素质的培养;在提升大学专业教育质量同时,支持继续教育,努力将我国图书馆学信息科学人才推向国际化市场。 作者:黄丽珍 单位:广州市机电高级技工学校 信息科学论文:软件设计对光电信息科学能力培养 1.LihgToools软件光学设计平台对光电信息科学与工程专业 大学生职业能力的作用社会发展而日新月异,劳动者的素质及能力也必将随之提高。教高[2006]16文件进一步明确培养“高素质技能型专门人才”的目标。高素质技能型专门人才不仅是能够将所学专业知识、技能应用于所从事岗位的专门人才,更应是职业能力和素质都高的专门人才。因此职业能力是人们从事某种职业的多种能力的综合,是胜任某种职业岗位的必要条件。而LightTools专业光学软件的教学既是光电信息专业的教学特色,也是培养学生职业能力的有效途径之一。LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路设置。由于LightTools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理,并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能,使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用,已是人们进行产品光学性能分析的必备工具之一。 2.使用LightTools专业软件进行案例教学方法的尝试 光电信息科学与工程专业大学生职业能力的全面培养与训练,涉及该专业培养目标的定位、专业课程设置、教学方法的选择等诸方面因素。然而,在软件教学中,通常是以介绍软件各种命令和操作步骤为主要课堂内容,一方面,易使学生因为枯燥的命令而失去学习兴趣和学习主动性。另一方面,也容易最后使学生学会了理论知识,但无法应用于实践,在培养学生的创新能力和创造性思维方面也有不足。因此,在多年的计算机辅助设计软件教学过程中,我们根据光电信息类工作岗位所需的职业能力要求,以服务为宗旨,就业为导向,以“必需、够用”为度,本着学以致用的原则,选取教学内容,发现采用案例教学法能够很好地解决了上述问题。在LightTools软件教学中,其教学计划分主要为两部分,第一部分是非成像光学理论知识的介绍,要求学生掌握非成像光学系统的设计思路、注意事项,评价标准等,以使学生在后续使用LightTools软件进行光学设计时能够在宏观上把握设计要领。这部分主要占总学时的5%。第二部分是案例设计,占总学时的95%。主要从最基本的案例(如导光管、手电筒设计)开始,逐渐过渡到较复杂光学系统的设计(如液晶显示器背光源系统、车灯系统、投影仪系统设计等)。由简到难,由浅入深的教学思路,能够使学生接受知识比较容易,同时学习情绪高涨,能够极大的调动学生的学习热情。另外案例的选择在LightTools教学中也是至关重要的。我们选取的案例通常是光学设计公司的培训案例,以及他们公司简单的一些设计实例。 3.结束语 使用LightTools软件进行光学设计的过程是大学生自主学习、积极研究、探索的过程,是学生综合运用所学知识、解决相关光学设计问题、提高专业技能的过程,更是学生适应光学设计类就业岗位需求、不断提升职业能力的过程。整个光学系统的设计包含大量的专业及非专业知识,如光源的选择,光学系统结构的设计,设计结果能否满足需求,及其设计系统的合理性,可加工性等等都是需要考虑的内容,最终学生设计的光学系统既反馈了LightTools软件课程的教学效果、教改的内容,反映了学生光学软件知识和软件基本技能掌握的程度,同时也能够较全面的反映学生知识、技能运用于实际的能力,以及创新能力。 作者:许孝芳 王庆伟 单位:江苏大学机械工程学院 信息科学论文:信息科学与技术课程思考 一、当前电子信息课程教学存在问题 1.中职学校在教育决策方面出现了失误,误导了电子信息课程教育方案的实施,影响了整个专业课程的教学成效。另外,学校对电子信息课程缺乏足够的条件支持,也是课程教育存在的主要问题。主要表现:一是观念。中职学校尚未认识到电子信息科技的重要性,没有将校内课程教学与市场人才需求相结合,对电子信息课程失去了正确的认识;二是设备。对新型课程教育缺少资金支持,教育资金过少而限制了教学活动的开展,使学生无法接受到最专业的教育。 2.对于任何一门专业课程教学来说,教师是学习的引导者,教师本身专业水平决定了后期的教学质量。目前,中职学校教师存在的问题包括:一是专业问题。教师的专业技能水平落后,与当前社会科技发展趋势不相符,部分教师依旧停留在过去信息技术的认识水平,课堂教学中无法引导学生高效率地学习专业知识;二是方法问题。电子信息属于科技类的专业课程,教师必须要为学生提供多元化的学习平台,才能使学生客观地理解和掌握课程知识,而实际教学中教师所用的方法不科学。 3.学生是课程教育中的主体,教师只有围绕着学生的需求拟定教学方案,才能更好地挖掘中专生的专业潜能。而中专生受到多方面因素的干扰,参与电子信息课程学习的积极性不高,直接导致了其专业课程水平的缺失。例如,当今社会是人才竞争的时代,中专生因自身学历较低,失去了与大专生、本科生、研究生等参与就业竞争的信心;对于电子信息课程缺少全面的认识,削弱了其学好电子信息课程的信心。 二、电子信息课程教学的建议 1.加强教师队伍培训。教师能力的高低是影响电子信息类专业教学质量的关键。若没有一支高水平的教师队伍,即使有良好的学校环境与先进的教学设备,也难以取得满意的教学成果。因此学校应将教师队伍的建设作为管理的重点,优化教师的知识结构,打造一支教学经验丰富、理论深厚、师德高尚的教师队伍。 2.调整教学内容,进行实践教学内容的改进。应着力改变过去教学重理论轻实践的现象。如果仅仅侧重理论的灌输,而与实际例子脱离,学生可能在经过很长时间的学习后,依然无法真正理解课程的实际作用,在学习兴趣培养上是不利的。为此,应结合电子信息专业发展现状,基于实践对教学内容进行大胆的调整,重点突出应用性更强的信息系统、电子电路、通信工程等方面知识的综合调配,将落后的知识或者没有应用价值的内容进行适当的删减,同时拓宽知识面,将信息论与编码、计算机网络等作为重要的专业基础纳入教学计划。把图像处理技术、数字语音、数字视频技术等信息前沿技术充实到教学体系中,使学生更加清晰地了解和掌握,专业当前的最新理论和技术发展趋势。在教学中,应坚持引导开发教学,适时采用多媒体将一些与专业密切相关的实例带到现场进行演示,让学生在演示和操作中提升兴趣,调动动手实践的积极性。 3.加强与企业的合作。校企合作是未来技术类专业教学的发展趋势。定期聘请电子信息专业的专家和工程技术人员到学校进行授课,使学生了解企业对于人才的需要以及最新的行业动态。同时与有关的企业建立校外实习基地。通过学生在企业内的实际学习增长学生的见识同时拓宽了视野,了解声场管理等业务,增强对社会的认识,学到在课堂上学不到的知识。 4.鼓励大家参加各种社团活动和竞赛。通过鼓励大家参加各种学科竞赛、相关社团和科技创作,可以提高大家的实践能力。这些科技活动主要包括专题的电子设计和制作、电器维修活动等课余科技活动,还包括学术活动,主要是在学生中选拔实践能力强的参加老师的科研课题,在学生中形成良好的科研风气;另外举行科技创业大赛,成立电子产品设计与制作团队,对外承接电子信息技术的设计任务。这都将对学生专业技能的提高起到极大地帮助作用。随着科学技术的不断进步,知识的不断更新,专业课程体系与专业培养计划也应及时更新。因此,课程体系改革是一项长期的工作,只有将科学技术进步的最新成果及时地融入专业教学中,才能为我国的经济建设培养出更多更好的专业技术人才。 作者:乔维 单位:江苏省泗阳中等专业学校 信息科学论文:地理信息科学专业建设与探究 1地理信息科学专业建设现状与思路 地理信息产业发展从20世纪90年代初期进入起步阶段。随着社会进步,地理信息产业不断发展,我国地理信息产业面对国际金融危机的冲击仍然保持了强劲的发展势头,“十一五”期间增幅超过300%,2011年产业总产值突破1500亿元,从业人员约80万人,从业机构超过2万家。国家测绘地理信息局推进地理信息产业的目标是到2015年年总产值超过3000亿元,到2020年年总产值达到10000亿元。1998年教育部颁布了我国新的《普通高校本科专业目录》,其中对高校本科专业行了调整,专业由原来的504个调整为294个,教育部特别增设了地理信息系统专业,这一点说明地理信息产业的特殊优势和生命力。2012年普通高等学校本科专业目录再次调整,将地理信息系统专业改名为地理信息科学专业。经各种资料的统计表明,2000年有37所院校设立了GIS专业,2003年有93个高校开设了GIS专业,2007年全国共有161所高校设置GIS专业,2012年全国共有168所高校设置地理信息科学专业[1-2]。从而促进地理信息产业不断发展壮大。 2地理信息科学专业发展面临的问题与分析 2.1教师专业素养迫切需要提高 目前状况是一些院校现有的地理信息科学专业教师是从相关学科转入地理信息科学专业的,大多数是从学校毕业又走入学校,并没有机会从事实际地理信息系统研究、开发和应用的经验[3]。而地理信息科学技术本身发展又很迅速,这使得一些教师很难胜任所承担的优秀课程与专业课程教学任务。 2.2教材建设与培养目标脱节 由于软件的更新速度飞快,相应的实验教材很难跟上。据此有些人提出了要大胆尝试采用电子教材,某些部门或是软件出品单位不要只是将精力放在软件使用帮助上,也应当随之出品入门级或更高档次的电子实验教材,弥补实验教材陈旧落后更新慢的问题。理论教材内容更新滞后非常明显,与各人才培养层次与方向脱节,没有针对各个培养层次和方向的统一化、系统化的教材的建设[4]。 2.3课程体系及教学内容与社会需要脱节 各高校开办地理信息科学专业时,主要是依托已有相关专业构建课程体系,无论是学科基础课程,还是专业优秀课程的设置,皆与地理信息系统专业培养目标及社会需求脱节[5]。大多是根据本校的师资和学生的素质来设置相应的课程。还有因师资不足,涉及地理信息新理论、新技术、新方法的课程不能开设,学生空间分析、地理信息系统技术二次开发与应用的能力上得不到锻炼,在工作中暴露出地理信息系统应用能力差的缺陷,直接影响到该学校地理信息科学专业人才培养的声誉[6]。 2.4专业目录名称与本学科内涵不相适应 随着形势的发展,逐渐暴露出一些问题。从地理信息科学专业分层次的培养来看,名称上存在不相称,一些专家建议,对于理科院校或从地理科学为基础发展起来的,完全可以称为地理信息科学专业,但对于工科院校或从测绘等方向发展起来的,可以改称为地理信息工程专业。笔者认为经过多年的磨合共融发展,也可能在将来二者会统一于新的名称。 2.5资金投放不足 目前,高校地理信息科学专业建设与人才培养,同样受到发展速度与投入增量不同步的影响,专业建设经费不足,仪器设备陈旧且不配套。特别是在一般本科类院校,在追求规模发展过程中,因资金不足与基础设施建设需要,对教学仪器设备与运行保障经费采取紧缩政策[7]。 2.6全国地理信息科学专业的发展没有一个统一的教育培养评价体系 对于这个专业培养的人才没有相应评价体系。尤其针对一般本院校来说,不论是以测绘为基础发展起来的,还是以地理科学为依托发展起来的地理信息科学专业,都没有真正融入到全国地理信息科学专业的大圈子里。要真正服务社会,不应靠少数顶级院校的科学进展,更多是发挥好全国各地的地理信息科学专业的教育资源,让地理信息科学的大众化教育与培养复合型人才可以落到实处,从而彰显地理视角。 3建议与发展策略 3.1地理信息科学教育应遵循应用科学的教育理念 这个专业无论是从测绘工科院校发展起来的还是从以地理学空间分析应用为主的理科发展起来的,大家都会认为本专业是理论实践相结合的学科。从现在本科生、研究生的招生就业情况来分析,本科阶段是扎实掌握基本理论的重要时期,研究生阶段可注重与实践相结合。大学本科阶段要遵循教育的基本理念,而不是一味地追寻市场,更不能成为步入社会的培训场所。大学本科教育是思想和认知善恶发育成型的阶段,让学生有能力去追求知识与真理,这是大学本科的教学优秀。只有这样才能在以后的工作中具有更强的创新能力。 3.2培养空间思维的教学模式不能变 空间思维能力不只是让人知道东西南北,更多是分析和解决问题的空间维度。从另一个角度来看,地理信息科学的普及也是对全民空间思维能力的培养,比如ESRI在美国会对小孩子进行免费的地理知识讲解,使他们从小就能接触到地理空间的概念,启发了他们的空间想象力。 3.3人才培养上要在权威机构中划分出层次 从地理信息产业发展来看,地理信息科学学位教育应强化技能培训,这部分人才培养就落在一些以测绘为基础的工科院校发展起来的地理信息科学专业的培养上,突出地理信息科学技术的开发与应用。而另一类别是以地理学为基础发展起来的院校专业上应突出地学方面的应用。总之地理信息科学人才的培养既需要有能够创新思路的人才,也要培养具有扎实知识的技能型人才,这样才能共同推动地理信息科学和地理信息产业可持续发展。 3.4通过任教资格考试、技术水平认证来规范地理信息从业人员的水平 国家应有相应的政策法规来管理地理信息产业。规定必须要有相当水平的从业人员才能承接各种项目。原因就是地理信息产业的相关行业关系人类社会正常发展,如果政策法规跟不上,那么将会一片混乱。3.5为一线地理信息科学教育工作者申请教学或科研项目建立一种运行模式与保障机制笔者认为可以从政府层面上建立一种运行模式,保障地理信息科学教育工作者真正地申请到地理信息科学项目,如教育部科技司、国家测绘地理信息局、国家发改委高技术产业司等等或是中国测绘地理信息学会、中国地理信息产业协会等各级协会都可以组织建立保障机制并实施这种运行模式。 3.6分层次规范地理信息科学专业的课程体系 笔者认为,全国一流院校培养高级人才应侧重于地理信息科学技术研究的学术型人才;对于一般的工科院校来说,这个专业的课程设置应突出测绘或计算机及信息科学方面的应用,培养出具有优秀技能型人才;对具有地理学师资优势的一流综合理科院校,其专业课程设置应突出地学方面的应用,培养能够有创新思路的人才;那么对于一般的理科或职业院校,应该重点培养地理信息科学的大众化教育及具有高素质的技能型人才。 作者:孙百生 杨淑敏 李春和 单位:河北民族师范学院 信息科学论文:地理测绘下信息科学论文 1教材及课时存在问题及改进 1.1教材针对性不强 针对地理信息科学专业而言,测量成果是地理信息系统的主要数据源之一,测量学是采集和获取地球空间定位数据,建立基础地理信息库的一门测绘类课程,[3]但目前大部分有关测绘综合实习的教材都倾向于测绘类专业,没有针对地理信息科学专业的教材,且教学大纲和内容具有滞后性。因此,在教材方面应针对地理信息科学专业的特点制定测绘综合实习教学内容,着重强调对测量学理论知识的弥补与扩张,强调其与地理信息科学的对地观测体系、遥感、信息科学等方面的密切结合,更好地为数字地球、智慧城市建设服务。 1.2测绘实践实验课时数偏少 随着测绘科技的发展,新方法、新仪器都导致了教学内容的增加,从而导致本专业学生在有限的测绘实习课时内只能掌握基本仪器如水准仪、经纬仪的实战操作而对全站仪等先进电子测量仪器仅限于认识层面,造成许多学生不会操作全站仪。需增加测绘综合实习课时以便学生在充分了解水准仪、经纬仪的基本构造、原理的基础上具有熟练的实际操作技能,此外还能让学生有充分时间了解全站仪并熟练应用全站仪进行角度、高差等测量。 2教学观念和教学方法的改革 注重教学形式、教学内容及有效地组织教学活动可以最大限度发挥实践教学的成效,能更好地促进理论教学和培养社会需要的人才。[4]我校地理信息科学专业相关老师和领导非常重视企业平台等在测绘实践课程中的作用,积极与南方测绘、南通测绘院等企业建立校企联合,以这些企业为依托建立测绘产学研实践教学基地,以达到资源共享。这种校企联合办学的模式有效地解决了学校教学资源不足的缺点;同时在参观中学习是一种很好的教学方式,通过测绘实例展示和工程技术人员的现场讲解激发学生的专业兴趣。测绘综合实习采取了相对自由的教学形式,在实践教学方法上引入了引导式教学模式,学生由被动学习转为主动学习,强调学生的动手能力。 实践环节开始前,对全班学生进行分组,确定实践任务要求学生提前预习;老师主要是布置相关任务,介绍测绘工作流程和大致方法,讲解工作要领和注意事项。具体的测绘工作由实习小组独立完成,以提高学生之间的团队协作能力。在测绘实习过程中,指导老师进行现场指导并随时对学生提问,要求学生有针对性地回答教师提出的问题。此外,为了避免团队中个别学生的滥竽充数现象,在实践中要求每个学生都会使用测量仪器并熟练了解各项技术标准,直到满足技术要求为止,最终提交的实验报告要求每人独立完成。当测量结果误差超限时,鼓励学生独立思考分析误差产生的原因,应重测直到实验数据满足技术精度要求为止,达到提高学生分析问题、解决实际问题的能力并养成良好的测量习惯。 3综合实习成绩评定方法的改革 通过加强实践教学的管理和考核可以很好地提高实践教学的成效。测量学实验课是认识测量仪器和巩固理论知识的基础,通常是根据实验课时数与理论课时数的比例关系,确定实验课的考核评分办法确保每个学生具有单独进行仪器操作的机会。测绘综合实习主要过程是通过团队协作完成相应实际任务,是对学生测量技能的提高阶段,对学生进行分组,每组8人左右。在实行新的教学考核方式以前,实习成绩的评定往往是对每个小组进行整体打分,个人考核是由组长在小组内进行比较、权衡,这样缺乏纵向的、组与组之间的比较,且组长往往顾及同学情谊平均分配成绩,不能很好体现埋头苦干同学的付出。为了改善这种平均主义的现象,实习考核改变了以前以实习小组为单位考核的办法,考核对象细化到每位学生,按照其出勤、实习表现、分析测量误差的能力表现等多方面、多角度进行考核。同时,考核成绩与学生在测绘实习过程中团结协作、吃苦耐劳、勇于奉献的精神相结合,全面考核学生的测量业务能力和综合素质,具体评价指标为:出勤占10%,主要反映学生学习和参与的积极性;仪器操作能力、数据处理和分析能力、绘图能力考核占50%,该项考核指标是从学生的专业技能方面考虑;团结协作能力占20%,由小组组长和组员认定;实习报告占20%。学生的实习报告内容主要包括:实习技术总结和分析、实习心得体会和对实习及教学方式的意见与建议。考核机制的改革有效地促进了学生主动参与实习的积极性,动手能力和专业兴趣有了明显提高,增强了专业素养。通过目前2011级学生专业实习的效果和反馈情况看,这种考核有效地促进了学生的学习动力、巩固了学生测量技能。 4结语 实践教学是“测量学”课程教育的一个重要环节,针对我校地理信息科学专业测绘综合实习中存在的问题提出改进了的思路,成效明显:提高了人才培养质量和学生对测量领域的兴趣,测绘行业已成为本专业2013届、2014届毕业生的选择之一;学生动手能力有了明显改进,创新创业意识明显增强,得到了用人单位的肯定;测绘综合实习的教学质量得到了改善,学生的动手操作、分析和解决问题的能力有了提高。实践证明,本专业针对课程特点所进行的教学观念、教学方法改革有效地提高了学生积极认真完成的热情,实践教学基地有效地把学校的学术优势和社会生产实践优势结合起来,考核方式的改进提高了学生参与的积极性,所有这些对培养学生的创新能力和综合素养效果明显。 作者:钞振华 鲁凤 单位:南通大学地理科学学院 信息科学论文:未来的决策与信息科学论文 信息科学的未来和未来的决策是现代“未来研究”中的两个重要问题。人们通过实践,清楚地认识到,信息科学是一种取之不尽,用之不竭的资源,是人类可以开发利用的巨大财富;随着科学技术和经济社会的不断发展,决策活动已经越来越复杂,信息科学在决策活动中正在扮演越来越重要的角色。因此,我们必须经常地、不断地研究信息科学和决策的未来,提高我国在科学、技术、经济、社会等方面的决策水平,为实现四化、振兴中华服务。对信息科学未来和决策未来的探索,可以从不同的角度进行。这里,我们着重探讨信息科学这样两个问题:资源开发利用的发展前景,信息科学的未来和决策的关系。 信息科学资源开发利用的前景 尽管信息科学的奥秘迟至本世纪才由控制论、信息科学论等现代科学所揭示,但人类却一直生活在信息科学的海洋中。最近,笔者根据资料,把人在利用信息科学方面的几个重要历史时期整理成如下表格。表格说明,人类长期以来,一直在致力于发展收集、处理和传输信息科学的能力,以便快速、有效地利用信息科学资源。信息科学资源的发展状况是不同寻常的,专家学者们把它的迅速增长,称为“爆炸性增长”。他们指出,信息科学资源和传统的资源、能源不同,不是越使用越少,而是越使用越多,越消费越增长。日新月异的科学发现和层出不穷的技术发明。是新知识、新信息科学不断增加和出现爆炸性增长的主要原因。自1750年以来,科学知识约50年增加10倍,为世界人口增长速度的2.5倍。有人作过如下统计:到七十年代初为止,世界每年出版的科技图书达50万种,科技杂志4万多种,科技论文多达300万篇,此外还有大量的文集、研究报告、专刊文献等其他信息科学。在出现新技术革命以后的三十年中,新增加的知识和信息科学、占人类全部知识信息科学的90%。在利用信息科学资源方面,人类已经通过科学技术的发展、尤其是现代科学中的信息科学论、控制论、系统论等学科的诞生,使人类认识到信息科学是自然界的第三大资源,懂得了信息科学的巨大功能和价值。信息科学作为生产力、竞争力和经济成就的关键,也已日益为经济和社会的发展所证实。在这种情况下,人类迅速提高了利用信息科学资源的自觉性。这种自觉性,正是人类发展信息科学技术、提高利用信息科学资源能力的强大动力。在新的技术革命中,计算机、微电子、现代通信等信息科学处理和传递技术正在突飞猛进,信息科学革命已成为新技术革命的主要标志。从七十年代开始的第一次信息科学革命和八十年代开始的第二次信息科学革命,都是人类为提高利用信息科学资源的能力而作的努力。经过这两次信息科学革命,信息科学化已经由点发展到面,出现计算机和现代通信相结合的网络信息科学化和系统信息科学化。这样,就使信息科学资源可以更迅速、更有效、更准确地为人类所利用。根据上面的分析,我们可以对信息科学资源利用的诱人前景,作出如下预测性的描述:首先,在未来的技术革命和世界新的产业革命中,可以开发利用的信息科学资源将急剧增加,继续呈现爆炸性的增长,信息科学资源将在未来的科学技术和经济社会的发展中扮演更为重要的角色。其次,随着第二次信息科学革命继续向纵深发展,利用信息科学资源的处理和传递技术,将对经济社会的发展产生重大影响,如果一个国家信息科学技术落后,那么它必将在技术经济方面拉开和发达国家的差距。第三,由于开发利用信息科学资源的需要,信息科学科学技术必将得到迅速的发展。以信息科学为中心的新研究群和新知识群正在崛起。新的研究群和知识群将由信息科学科学、微电子学、信息科学处理、信息科学通信、系统论、决策论、信息科学经济学、信息科学通讯未来研究、信息科学技术评价、知识社会学、信息科学法学、信息科学管理等知识门类组成。第四,由于信息科学资源的重要性日益增强和信息科学化社会的形成,社会将有更多的人去研究信息科学资源开发利用问题和从事信息科学资源开发利用的实际工作。 未来的决策和信息科学决策学 信息科学资源利用的发展前景,在决策方面为我们提供了那些启示呢?可以说,没有信息科学的决策实际上是不存在的。 在未来研究专家们看来,任何决策除了必须以有关决策对象的过去和现状的资料为依据外,还必须更多地依靠有关决策对象发展趋势的未来信息科学。这样做的理由很简单,因为任何决策都是面向未来的,都是筹划未来的行动目标和行动的方案的。从这个意义上说,信息科学资源开发利用的前景给我们的启示,主要有以下四个方面: 一、制订有关信息科学资源开发利用的决策时,必须把这种前景作为决策的未来信息科学。 二、我们必须尽快地作出有利于发展信息科学技术的各种决策,使信息科学技术得到更快地发展。 三、与人才的培养有关,随着信息科学资源开发和利用范围的不断扩大,我国在这方面的人才必然奇缺。这就要求我们尽早地作出培养和训练信息科学人才满足未来需要的决策。这个问题,应当作为科研、教育等方面体制改革的重点来抓。 四、随着信息科学资源的不断增长,人们从大量的信息科学中迅速、有效、准确地选择决策所必须依据的信息科学的难度,也必然随着加大,这将迫使人们从理论上和方法上进一步研究信息科学和决策的关系问题,研究信息科学因素对决策成败的影响。 在这样的形势下,一门新的边缘学科———信息科学决策学必将应运而生。它作为信息科学学和决策学的交叉,作为以信息科学为中心的新知识群和新研究群的组成部分,必然会对信息科学资源开发利用方面的决策产生重要影响。我们应当把发展信息科学决策学,作为我们制订综合开发利用信息科学资源决策的一个组成部分。 作者:秦麟征 信息科学论文:美国图书馆学与信息科学教育论文 美国图书馆学与信息科学教育认可标准 1.认可标准重量更重质。认可标准不仅对受评院系的各个方面做出了定量的规定,如教师、设备,毕业要求学分等,还侧重于对受评院校的教育效益的评估。早期的美国图书馆院系重视对技术而非专业的教育和要求。在《1951年认可标准》被采纳之前,对图书馆员的技术教育秉承的是19世纪学徒式的教育方法。这段期间的图书馆学教育相对比较死板和单一。20世纪60~70年代美国图书馆学教育开始转变。《1972年认可标准》明确了以“质的评估”为基本原则;《1992年标准》和现行的《2008年标准》均按照此原则来制定。这种认可标准制定原则的变革适应了社会发展的需要,极大地促进了美国图书馆学与信息科学教育质量与水平的改进。 2.从“图书馆学”到“图书馆学与信息科学”。从《1992年标准》开始,认可制度的学科范围确定为“图书馆学与信息科学”,并延续至今。这种变革源于科学技术的快速发展及其在图书馆中的不断推广与应用。自1954年电子计算机技术在美国首先应用于图书馆后,1958年美国图书馆学院开始开设信息科学课程,1967年被ALA认可的44所学院中设有一门或一门以上信息科学、计算机科学方面课程的有25所学院,1968年增加到35所,未经认可的55所学院中设立此类课程的有l2所。到1982年10月,ALA认可的69所学院中有37所更名为图书馆学与情报学研究生院或图书情报管理学院,有的甚至更名为情报学院,或电子计算机与情报科学系。 3.从‘图书馆学院”到“图书馆信息科学硕士”。早期的认可对象包括各类型图书馆学院,分成3个等级:第一级包括5所大学:加州大学、哥伦比亚大学、密西根大学、伊利诺伊大学、芝加哥大学,各大学都提供图书馆学硕士学位,芝加哥大学并设有博士班;第二级的图书馆学院提供大约一年时间的课程,毕业时颁发图书馆学理学士(BS)学位;第三级是在一般大学的课程中安排图书馆学科目,授予文学士(BA)或理学士(BS)学位,图书馆学课时累计要有一学年以上。后来随着美国图书馆事业的快速发展,图书馆学院培养出的图书馆员的数量逐渐超过实际需求量;另一方面,随着社会的进步和科技的发展,社会大众对图书馆提供的服务在方式与范围上要求越来越广,在质量上要求越来越高。于是,从1951年起,许多美国高校取消了4年制的图书馆学本科教育,进入以培养图书馆学硕士研究生为主的阶段。从《1951年认可标准》开始,ALA只认可具有硕士学位授予权的院系。 4.认可标准的基本条款 (1)“任务与目标”条款:1972年、1992年和2008年的认可标准均确定了如下任务和目标:①本学科专业组织认可行政管理和教学中使用的政策与文献;②响应学校、社会等多方面的要求;③容纳和吸收相关新兴思想;④注重该学科与其他学科的交叉应用。《1992年标准》和《2008年标准》做了更为详细的阐述,列出了图书馆学与信息科学的研究范围,指出要应用专业领域中的哲学、原则及理论来促进本领域教学及服务的发展,强调任务和目标要体现本专业学科研究的重要性以及各专业课程应配合图书馆与信息服务业的要求。 (2)“课程”条款:《1972年认可标准》规定:“课程体系要体现图书馆学和相关学科的基础及应用研究的成果,应具有创新性并要受到持续的审查和修订”。《1992年标准》更加详细地规定了课程内容体系,如,信息和知识的创造、交流、辨识、选择、征集、组织与描述、储存与检索、保存、分析、解释、评估、综合、传播、管理等。 (3)“教师”条款:要求学院要有一定数量的且稳定的教师队伍,以满足教学和研究的需要和实现图书馆学院的任务及目标。要求教师具有高等学历和不同的学科背景,来自不同的学术机构,具有制定教学计划、规划和进行教学评估的能力。鼓励教师积极加入学术组织或参与相关学术活动,开展本领域的学术研究,并同本专业领域保持密切的联系。《1972年认可标准》规定了教师的资质,如教学兴趣与能力、教学效果、学术研究能力等。《1992年标准》和《2008年标准》对教师具有更强的指导性,要求教师应与其他学科人员进行沟通交流,努力营造优良的教学环境以实现专业课程的教学目标;对教师的评估包括其在专业教学领域及研究领域的实践和创新的能力。 (4)“学生”条款:《1951年认可标准》与《1972年认可标准》着重针对学生的录取做了规定,强调从申请入学者的智力、自我调节能力、对专业的认识及职业目标等方面进行综合评价。《l951年认可标准》明确提出了5年教学计划的早期学习要求,并对最后一年进行专业课程学习的学生资质做了规定。《1972年认可标准》要求学院制定完善的招生政策和程序。《1992年标准》和《2008年标准》要求学院制定学生录取、入学许可、学费辅助、就业指导等政策,及时公布相关教学信息及计划,为学生提供学习交流和参与政策或规定制定、修订的平台等,还对学生的录取资格、学习计划、学习成果等作出了明确规定。 (5)行政管理与经费支持条款:①图书馆学院或图书馆学与信息科学学院在其所属教学单位中应该是一个独立的学术单位,并可获得持续的、足够的经费支持;②对系主任的任用资格、管理职能做了规定,在要求其具有学术研究能力的同时,也要求其具有较强的行政管理能力;③强调行政人员及其他非教学人员在人数和能力上要达到要求。 (6)硬件资源及设备条款:《1951年认可标准》提出要为图书馆学院开展行政管理及教学提供足够的场地,包括教室和用于行政管理、具体工作、举行会议等的房间以及足够的图书馆设施与服务。《1972年认可标准》对行政管理和教学的场地、图书馆中的图书馆学相关文献资料、多媒体资源和多媒体设备管理人员做了规定《1992年标准》和《2008年标准》指明了相关的硬件资源及设备,如视听中心、多媒体资源检索服务中心、电脑及其他信息设备、支持独立研究及辅助媒体制作的设备等,强调对硬件资源及设备的不断更新以确保图书馆与信息学院的管理和教学质量得到不断改善。 美国图书馆学与信息科学教育认可标准给我国的启示 进入21世纪以来,我国图书馆学情报学教育为适应时代的发展、满足社会的需求,在学科体系、课程设置、教学评估等方面都做了一定的调整,但仍存在一些问题。美国图书馆学与信息科学教育认可制度的发展历程及其变革可以为我国图书馆学情报学教育的进一步发展提供如下几点启示。 1.注重和发展图书馆学与信息科学研究生教育。研究生教育的大力发展是美国图书馆服务能力在国际领先的一个重要原因。目前我国图书馆学研究生教育中硕士及博士的培养点少,招生比例也少,所培养出来的学生在数量上不能满足社会的需求。我国图书馆界应该大力发展图书馆学情报学研究生教育,努力提高研究生教学质量以及学术研究能力,以适应社会需求。 2.构建图书馆学与信息科学一体化学科。自1992年北京大学图书馆学系率先改为信息管理系后,国内几乎所有的图书情报教育机构都在90年代先后更名为“信息管理学院(系)”或“信息资源管理学院(系)”。然而,在一些更名后的图书馆学与信息科学(信息管理与信息系统)专业基本上还是在招生、教学组织、课程设置、教学内容上都自成体系,虽然有些院系为两个专业设置了若干共同的平台课程,但距离整合的要求还相差甚远。构建图书馆学与信息科学一体化学科可从调整培养目标、整合学科名称、改革课程设置和融合教学内容等方面着手进行。 3.提高图书馆学与信息科学教育的质量。我国图书馆学情报学教育中仍存在一些问题,如:课程中存在内容陈旧、脱离实际、偏重理论而忽视方法技术教育、学生的相关学科知识缺乏等弊端。为提高我国图书馆学情报学教育质量,可以借鉴美国成功经验,对教师学历、学科背景、教学能力、研究能力等做出明确规定并不断进行考核和评估;增设信息技术、网络技术等课程,强化课程内容的实用性,避免课程设置与实际需求相脱节;还要在教学方式上努力为学生提供更多实践机会和实习平台,提高学生解决问题的能力。 4.制定图书馆学与信息科学教育认可标准。为保证我国图书馆学情报学教育可持续地健康发展,应当建立我国图书馆学与信息科学教育认可标准。明确图书馆学与信息科学教育的任务、目标以及应达到的最低要求,在教学计划、课程设置、教师队伍素质、学院办学条件、学生入学条件与毕业条件、教学经费、教学资源与设备等方面做出具体的要求与规定。 作者:王智博 盛小平 信息科学论文:信息时代的信息科学论文 一、引言 20世纪80年代的不可回避的现实是对‘信息技术”作出了高度概括性的描述。传播媒介连篇累犊地给我们提供了一系列关于“信息革命”、“信息社会”和“信息经济”的报告,人们可以把这种高度的认识看作是信息科学成熟的标志,但情况似乎并非如此。本文要考察信息科学在这种“新”秩序中的作用和增强了的信息意识对信息科学的影响。可以把信息科学描绘成这样一种学科,它研究信息的性质,建立信息科学传播的模式,开发这一理论及其相关技术所产生的应用成果。既然我们认为信息科学所研究的是将及时、准确的信息传递给用户的手段的有关问题,那么,研究的要点就应包括信息的理论、技术与应用,以及用户的效益问题。这表明理论的、技术的和评价的方法是同等重要的组成部分。从某种意义上说,信息科学把体系的创立和效益的评估融为一体,所以,计算机应用和社会科学这两个方面处于均等地位。我们在考察信息科学在致力于生产和消费大量“信息”的世界中所起的作用之前,可以先来区分一下“数据,、“信息”、“知识”这几个常用的术语。心数据”,这是一个有点模糊的用语,它指的是对现实世界中发现的实体或事实的编码描述。诸如:“3”、“宙斯”、“92.5美元”。数据本身其实并没有真值。通讯系统传递数据。计算机处理数据,而档案贮存数据。“信息”指的是在某种情况下对数据的解释。例如:“现在的气温是3OC”。信息既可是陈述性的,如刚才提到的气温的读数,也可是程序性的,如制作糕饼所需要的步骤。象数据一样,信息并不包含对陈述或程序的真理性的评价。因此,将数据当作实体事例表使用的数据库管理系统(DBMS),实际上是处理信息的。然而,传统的信息检索系统一般是处理具有最小信息成份的系列数据。“知识”包括以某种有意义、有目的的方法处理或评价信息的能力。知识确实包含有对信息的评价,以确定其真伪。象信息一样,知识可以是陈述性的,如一个已被证实的判断(如3OC是个冷天),也可以是具有强制规定的程序性的,即有规定步骤的最低能力。举一个简单的例子,我们可以看出,具有如何烤制糕饼的信息和具有烤制糕饼的知识或能力。这两种情况并非同义。专家系统力求在某些特殊领域处理知识,如石油的开采和医学的诊断。 二、信息时代 最近,我们耳中一直充满了“后工业化社会”、“信息技术,、“信息时代”、“信息崇拜”和“信息经济”这类说法。我们且仔细考察一下这类“信息”用语,以阐明需要以科学方法来测定和评估新技术对社会的影响。批判性地评价信息技术在工作场所或在全社会中的影响不正是信息科学家的任务吗?“信息社会”是一个经常用于称谓“后工业社会,的用语(阿坦苇,1982年),在下列大量引用的引文中,奈斯比特(1982年)对之作了一番描述:“我们现在用我们曾经大量生产汽车的方法大量生产信息。在信息社会,我们已经使知识生产系统化,而且增强了我们的脑力。用一种工业方面的比喻来说,我们象在大量生产知识,而这种知识是我们经济的驱动力。人们不得不注意到,象其他人一样,奈斯比特也是在互换地使用“数据”、“信息”和“知识”这几个术语。作为信息社会标志的,应该是为社会福利而使用信息的能力,而不是生产大量数据的能力。而且,大量生产出的数据,其效能并不能与信息的大量生产相.司,也不是生产知识。在一份提交加拿大政府的报告中,塞拉芬尼和安德里尤(1980年)将“信息经济万描述为这样一种经济:在其中,与信息有关的活动起着越夹越大的作用,并且改变着劳动力的构成。尽管人们似乎一致认为,与信息有关的工作;,比例在日益增加,但我们需探究一下,这些数字当中究竟有多少可用来支持关于这种增长的绝对性的论断。如果我们把那些致力于创造、加工和传递信息为工作当介与信息有关的工作,那么,这个门类毫无疑问是处于增长之中。奈斯比特(1982年)提出这样泛论断:195丁年只有17%的工作与信息有关,而在80年代早期,已有多至60写如工介与信息有关。较为大量的这类工作包括牛员、会计、证券经纪人、管理人员、你险业人员、官员、律师和银行家。某些属丁于边际地位的工作,也可列为信息工作,包括下述人夕:节口编制人、教师、秘书和技术人员。还有些工作常常归类为与信息有关,但人.门一可能不同意将其定为此类,这些人员包括医生、工程师、建筑师、社会工作者、护士和牧师。人们可以轻易地把上述职业中的许多工作划分为服务行业。某种工作以前可能一直被认为是一门职业或是一种服务工作,那么现在是什么使这种工作成为一种“信息”工作了呢?罗扎克(1986年)把直接与信息打交道的经济部门定义为“信息经济,环境中沟“信息部门,,它包括信用社、数据营理人,直邮公司、公共舆论专家市场销售专家和人口统计专家。“依赖信息的部门”要包括那些在决策时利用信息的企业,例如很行、保险公司、经纪业机构和政府。托夫勒(1980年)所描述的“信息领域”具有与奈斯比特为“信息社会”和麦克卢汉的“全球村”(萨普雷南特,1985年)相似的含义,因为,所有“信息领域”指的是一种传递信息的通讯网。托夫勒认为,如果有一个适当的“信息领域”,信息就可以有效地大量生产和传递,就如同目前大量生产的货物之有效流通一样。问题不是在于能否做到这一点,而是在于该如何去做,以便提供适于利用目标的信息。有什么证据使托夫勒得出结沦说,“人们和组织不断地需求更多的信息,整个系统开始输送越来越大的数据流。”人们可能注意到托夫勒话中的含混之处,即一方面人们需要更多的信息,一方面系统又正在提供更多的“数据”。在这些大量的“信息”问题中,人们盼望能出现对业已确定的信息科学研究的作用的高度认识。为此,人们盼望看到信息科学杂志有所增加,大学的信息科学系有所增加,看到这一学科的学位教学大纲。 三、信息科学 (1)学科的演变 信息科学在沉年代后期开始作为一门学科获得承认,虽然可以溯源于战后对技术的热忱,最明显地表现在布什的著述中(1945年)。自二次大战以来,控制礼传播科学情报的兴趣一直有增无减,而且在SC年代中期第一批人造卫星发射之后更加提高(谢拉和克利夫兰,1977年)。把美国文献研究所易名为美国信息科学学会,标志着这一领域已形成为一门可以认同的学问。博克(1968年)对信息科学提出了下述定义,这个定义直到今天仍然是正确的:“信息科学是这样一门学科,它所研究的是信息的特性和作用,支配信息流的动力,以及处理信息,使之最便于获取并得以最佳应用的方法。信息科学所关注的是与信息的产生、收集、组织、存贮、检索、解释、传递、转换和利用有关的知识体系。”70年代对于实验性的和商业上可行的信息检索系统,以及理论基础的巩固都是重要的。这十年一直不断地热烈讨论信息科学是否应该被认为是一门真正的科学。谢拉和克利夫兰(1977年)作出了如下深刻的评论:讨论是什么构成信息科学基础的文章连篇累犊,逐篇进行仔细研究”•…就可以发现其中占主导地位的是一种哲学的思辨论调,于是造成一种印象,似乎人们在靠夸夸其谈来要人们承认信息科学是一门科学的学科。80年代涌见出大量约通讯技术和信息技术,实验系统转向以知识为基础的检索系统,出现了文献计量学并更加深人地探究信息的基础J到80年代中期,我们能够看到人们终于承认信息科学是一个研究领域(克切恩,1984年)。‘同时,权威人士宣布“信息时代”开始降临,并到处散布说“信息”是一种商品、一种资源、一种技术,甚至是一个第三世界(希鲁克斯,1033年)。从布什的技术“定位”论,经过能年代对信息科学概念的推出,再经过70年代书目系统的统治,进人80年代又出现了文献计量学人工智能技术—信息科学已经作为一门稳定的和可行的学科而形成了,只是还不能说已得到充分的承认。在经过20年的应用和研究之后,人们可能还会提出下列洁问:为什么信息科学家这么少?为什么只有这么少的信息科学部门?为什么出款资助信息技术,而不相应地资助信息研究?当大学提出信息技术是21世纪的浪潮时,这些间题求答之急迫更使人困惑不解。例如,H.C.克拉克(1989年)在他给校方的任职声明中写道:“我们必须对通讯、图书馆和信息研究、计算机应用和信息技术的教授、学习、著迷和其他形式给予特别的注意。” (2)当前状况 根据对本专业杂志的数目、信息科学论著撰稿作者的“本门,学科和北美各大学中信息科学的现状的考察,我们对80年代末期信息科学的状况做一点非正式的评价。萨拉塞维克(1979年)对文献进行了考察,力求掌握信息科学本身规模的状况。通过对《信息科学文摘》(ISA),《图书馆学和信息科学文摘》(LISA)和《计算机评论》(CR)所复盖的杂志的考察,他测定《信息科学文摘》在45神杂志中与《图书馆和信息科学文摘》所选摘之文章甭迭,在31种杂志中与《计算机评论》重迭。他估计约有10种杂志专门研究信息科学,考察1986年《信息科学文摘》、《图书馆与信息科学文摘》和《计算机评论》重迭,也可得出对80年代末期信息科学生版物片类似月象。考察撰文作者的“本门万学科,可以表明信息科学的构成。对一项小型抽样调查的扫描表明,作者人数正在增加询是计算机科学家(或者,至少是计算机邹门的成员),尽管大多数信息科学课程设置在图书馆学淀。最后,让我们简单地考察一下北美大学中信息科学的状况,这里是大多数信息技术活动的发源地。人们立即得到的印象足:在这里信息技术的层次高,而信息科学‘几‘层次却很低。我们没有看到期待的那神信息科学系相应增加约情况。实际上,人沉必须煞费心机去寻找是否有所增加!相当普遍的情况是没立计算机和信息科学(不可靠的)系或图书馆与信息科学系。匹兹堡、德雷克塞尔和密苏里是少数几个有信息科学学院或信息科学系的大学。尽管信息科学是从通讯领域如信息理论与工程发展而来,而不是从图书馆学衍生出的副产品或分支,但其大部分学位课程今天仍设在图书学院。萨拉塞维克(1979年)一语揭示了底蕴,他说:“信息科学形成子软新型的通讯领域,而不是图书馆学或文献学的表象或变种。”今天,作为一门可以认证的学问的信息科学,主要是在图书馆学院的范围内实施教学和研究。如上所述许多论著作者从“太门”学科灼眼光看来,这是一种有趣的反常现象。需要提出以下问题:实际上有多少研究人员自认为或自称为是信息科学家呢?在以“信息经济”为基础的“信息社会”中,他们何以能为数很少呢? (3)与计算机科学的比较 我们且将计算机科学的形成和信息科学的形成作一番比较。两者都土现于二次世界大战之后。两者都紧密依靠技术;都受到技术发展为强大推动;都是由其他学科的研究人员转行来研究的;都是主要着重于应用,而不是纯理论的研究,而且由于其应用的性质,两者都几乎涉及每一个其他的领域。当然我们看到,3c年后,实际上在每一个教育部门都没置了计算机科学系妥有了计算机科学学位灼毕业生,有为数众多的计算机科掌家,有专门的计算机科学研究领域。到60年代后期,有许多研究人员自称是计算机科学家,有具备各个档次的计算机科学学位的学生毕业。这些情况正是发生布关于计算机科学是否应该被认为是一门科学的不断争论之中。•通过比较可以看出,信息科学实际上没有学术部门;几乎没有信息科学的单独的学位,也几乎没有信息科学家。信息科学应用的学科交叉性(不要与信息技术混为一谈)似乎已经削弱了这一领域的特性,在某种程度上说,计算机科学并没有发生这种情况。霍普克拉夫特(1987年)所表明的计算机科学发展与确立的多方面情况也同样适用于信息科学。他指出,计算机科学的两个重要方面是:它借用了大量的思想来加以发展与推广,基础研究能够综合并逐步提高计算机应用•中的成就。他率直地指出:“科学基础的规模不足,也缺乏足够的研究人员来发展这门科学万。他恳求计算机科学的应用要更好地适用于信息科学:“..•…计算机科学的潜力如果能得到充分的挖掘和开发,将使我们在更高的程度上获得有关世界的知识。计算机科学将帮助我们更好地理解知识处理的问题。将使我们增强对学习过程、思维过程和推理过程的认识,•”…我们将开始探索概念、知识结构和语言的智能体系。 四、结论 既然我们承认信息在社会和经济两方面都有重要性,那么,我们就要承认需要有信息科学。需要的是这样一门学科,它既能促进作为一种资源的信息的发展,又能从社会和技术的观点来评价发展情况。人们肯定要l句:能兼顾这两方面作用的,是计算机科学或图书馆科学业已确立的学科,还是某一门社会科学呢?需要为共同目标一起工作的信息科学家从数据方面,也从信息和知识方面提供信息技术不断发展中的新观念和效果衡量方法。无疑,这一项工作将继续下去。但是,人们必定会思考:为什么在大学的机构中信息科学没有被认可是一门学科?如果信息科学是一门从属学科,那么,它应该从属于哪门学科? 作者:〔加拿大〕C.沃特斯 信息科学论文:从信息论到信息科学理论论文 (一) 在科学史上,对通讯的研究并不是什么新鲜事,甚至在牛顿以前,这类问题就在物理学中出现了,特别是在费尔马、惠更斯和莱布尼茨的著作中出现过。 然而,信息作为具有一般性质的科学概念的提出乃是近代科学史上的一个重大成就。它的提出可以追溯到19世纪。随着奥地利物理学家玻耳兹曼把统计学彻底地引人物理领域,使物理学家对客观世界中存在的不确定性和偶然性不得不加以考虑,从而把研究偶然性作为一种科学方法最早引入物理学。玻耳兹曼把嫡(H)函数引人统计物理学,对嫡首先作了微观解释,指出墒是关于一个物理系统分子运动状态的物理量,表示系统的混乱程度,并且首次把嫡和信息联系起来。在物理学领域中,把研究偶然性作为一种明确的科学方法,并且把嫡与信息联系起来,就为信息的料学概念的产生、信息量的测度提供了方法与理论前提,虽然他们的研究在当时已经涉及到有关信息方面的问题,但限于当时的科学技术水平,未能明确地定义信息概念。 在19世纪,除了物理学中引人统计方法外,在通信领域中,在处理编码问题上也包含有统计的思想,这就是1832年莫尔斯(5.F.B.M。rse)提出的点•划莫尔斯电码,当时有意识地引入一个新的因素,就是统计的观点。莫尔斯在设计他的电码时,将常用字的码编得短些,不常用字的码编得长些,这样可以节省传输时间,提高传输效率。不过当时未能对此进行科学的总结,未能应用相应的数学工具予以定量描述。 本世纪20年代奈奎斯特(H.Nyquist)与哈特莱(L.Hortley)最早研究了通信系统传输信息的能力,提出用对数作为信息量的测度。1924年,奈奎斯特发表了《影响电极速度的某些因素。。四年后(1928年),哈特莱发表了仅信息传输、,首次提出了消息是代码、符一号,它是具体的,代表着信息的具体方式。消息中载荷着信息,信息是包含在消息中的抽象量,从而区别出信息和消息在概念上的不同。并且提出用消息出现概率的对数来度量其中所包含的信息,如从s个符号中选出N个符号组成一则消息,则共有S”个可能性,其信息量用对数表示则为:H二NlogS。哈特莱的这一理论可以看作是现代信息理论的起源,从而为申农(c.sh。nn。n)的信息论奠定了思想基础。进人40年代后,随着雷达、无线电通讯和电子计算机、自动控制相继出现和发展,以及防空系统的需要,促使许多科技工作者在各自的工作岗位_L对信息问题进行了大量的研究,正是由于实践的推动,使得许多科学家能够从不同的角度对信息论中的一些概念和理论得出一致的结论。维纳在t控制论,一书中指出,单位信息量的思想差不多在同一时候由好几位科学家提了出来,其中有统计学家费希尔(R.A.Fisher)以及申农和维纳本人。可见,信息概念、信息量以及信息理论的产生有其历史的必然。 1948年申农发表了著名论文《通讯和数学理论》,1949年又发表了另一篇论文‘在噪声中的通信,。当时,申农在贝尔电话公司工作。在研究过程中,他为了对信息进行数学处理,就需要把通信系统中的信号、消息等等具体内容(如信息的语义)舍弃,把信源发生的信息仅仅看作一个抽象的量。同时,由于通信的对象—信息具有随机性的特点,因此申农把用于物理学中的数学统计方法移植到通信领域,从而提出了信息嫡的数学公式,从量的方面来描述信息的传输和提取的问题,并由此给出信息的定义,提出了信息量的概念。中农在,通信的数学理论》一文中,把信息定义为“两次不定性之差”,通信就是减少或消除通信者的某种不定性,而收信人被消除的不定性的大小就表示其所收到的信息量。对信源自身的信息量用什么名称表示呢?申农采用了嫡这一概念,在使用这一概念时,申农曾征求过著名数学家冯•诺意曼(J.v.Neumann)的意见,当时申农曾想把它称为‘不定性,,诺意艾建议可以称它为“嫡”,其理由之一是‘不定性,函数在统计力学中已经用在墒的概念下面。可见申农的信息嫡概念是从物理学中借用过来的。他用来表示信源信息量的墒公式与热力学嫡公式有一区别,在信息量公式中冠以负号,而热力学中则没有。维纳曾说过:“信息量是一个可以看作几率的量的对数的负数,实质上就是负墒。”①这一点恰恰说明,它与热力学公式所代表的方向相反,不是表示系统的无序状态,而是表示系统的有序程度,表示系统获得信息后,无序状态的减少或消除。除了上述贡献外,申农还提出了通信系统模型以及编码定理等方面有关信息理论的问题。申农的这两篇著作奠定了现代信息理论的基础,而申农也因此成为信息论的奠基人。此后,信息论就成为一门独立的边缘学科。 40年代通信工作所遇到的一个突出问题就是怎样从收到的信号中滤除各种噪声,以及在控制火炮射击的随动系统中如何跟踪一个具有机动性的活动目标,而噪声的瞬时值或射击目标位置的有关信息都是随机的,这样,也就要求用概率和统计方法进行研究,用统计模型进行处理。维纳正是在研究这些问题的基础上,差不多和申农同时发表了两本著作:《控制论,(1948年)与。平稳时间序列的外推、内插和平滑化,(1949年)。维纳从控制和通信的角度研究了信息问题,主要是从自动控制的观点研究信号被噪声干扰时的信号处理问题,建立了“维纳的滤波理论”(通信与控制中的滤波问题,指的是从获得的信号与干扰中尽可能地滤除干扰,分离出所期望的消息)。接着在1950年发表了,人有人的用处》一书。在上述著作中,维纳提出了测量信息量的数学公式,叙述了信息概念形成的思想前提,同时把信息的概念又进一步推广,认为信息不仅是通信领域的研究对象,而且与控制系统有密切联系。维纳正是抓住了通信与控制系统的共同特点,站在一个更为概括的理论高度,揭示了它们的共同本质,即通信与控制的共同特点的关键并不是环绕着电工技术,而是环绕着更为旅本的信息概念。因此维纳把信息概念在更为一般化的形式中概括为“信息是组织程度的度量”,“是负墒”,“是我们适应外部世界,并且在使这种适应为外部世界所感到的过程中,同外部世界进行交换内容的名称。”从维纳给出的信息定义中可以看出,维纳把信息的概念进一步扩大到控制论领域,把信息看作是人、动物或机器等控制系统与外界进行调节过程中相互作用、相互交换的内容。控制系统通过与外界交流信息,达到实现最佳控制的目的,因此信息论成为控制论的一个基础理论。美国的另一名统计学家R.A.费希尔则从古典统计的理论角度研究了信息理论,提出了单位信息量问题。 由上可知,申农、维纳、费希尔各自从不同的方面(申农从信息编码方面、维纳从滤波理论方面,费希尔则从古典统计理论方面)研究了信息概念、信息量以及其他信息理论问题。虽然角度不同,但却有着共同之处:他们认为通信的对象带有随机性,通信的目的在于消除收信人的不定性,因此信息就是消除不定性,即负嫡,要对消息作定量的研究,就必须略去其具体质的方面和相应的具体内容,把信号的共同特征抽取出来,单纯从量的方面进行度量,为此就要用统计平均信息的概念来量度它的概率分布,从而提出用统计数学方法处理通信的理论问题。维纳和申农各自证明,如果某事件具有n种独立的可能结果:x,,xZ,“一x。,这些结果出现的概率分别为p(x:),P(x:),“一p(x。),且有艺P(x;)=‘,则该事件所具有的不‘。l定性数量H(x)(嫡函数)为:.H(x)(嫡函数)一艺p(x、)‘ogp(x;)1.1当对数底为2时,H(x)的单位为比特(Bit)a信息量等于被消除的不定性的数量,这是申农等人信息理论最重要的结果之一。从此,通信科学就由定性阶段进人定量阶段,并为信.良论及信息科学的研究奠定了初步的理论基础。 申农、维纳等所提出的信息、信息量的概念及信息理论,只能对某些信息作定量的描述,而对信息的质和其他方面则未予考虑。如信源所发出的信息,它的语义(意义)如何:怎样对它定量描述r信宿收到信息后的效用如何,价值如何,怎样定量?这些问题涉及意义信息、有效信息、相对信息、主观信息等等问题,这些正是申农理论不足之处。正如韦弗尔(w.weover)于1949年在,通信的数学理论的近期成就,一文中所指出的,申农信息论所企图解决的是技术问题,不涉及意义问题和实效性问题。1953年哥尔德曼(5.Goldmon)也曾经指出过申农理论的缺点,提出申农的信息理论并没有考虑信息的内容以及接受者对它的使用价值和重要性。这些问题,申农当时虽然知道,但限干历史条件,却未能加以解决。 (二) 任何信息都包含三个方面,即从客观描述信息量的统计模型、语义(意义)信息和有效信息(信息价值)。早在1949年,韦弗尔与申农曾经共同提出过信息问题可分为三级:第一级即申农所研究的向题,称通信的技术问题,第二级是信息的意义问题;第三级是信息的实效性问题。由于历史条件的限制,申农的理论只是从通信的技术角度,解决信息的客观量度问题,而对第二级、第三级问题,即语义信息和有效信息,申农假定对任何观察者只是一个常数,未能予以研究。 进人70年代,申农的信息理论已经越过通信领域,而广泛渗人其他学科。特别是随着系统科学的进展,人们所研究的领域已经进入复杂系统、大系统、超大系统,如航天、人脑、社会经济、智能等各种复杂的大系统,这类系统不仅结构与功能复杂,涉及大量的参数与变量,而且具有模糊性,因而不能不考虑信息的产生、使用,从而涉及信息的语义和信息的效用,以及模糊信息等问题。所以仅仅研究给定的信源以及它所发出的信息统计特性是远远不够的。正是由于这种需要,即研究对象的扩张,因而对信息概念、信息嫡以及语义信息、有效信息等问题,要求有比以前更为确切的理解和更为一般性的理论,从而出现了信息科学。可见信息科学的提出是与大系统理论、系统工程的发展、系统科学的产生分不开的。它们在实质上都是以大系统和复杂系统作为研究对象。不过研究的角度不同,这意味着人类认识史和科学史已进入一个新的历史时期,要求在新的水平上重新对整体性的对象加以研究。 正是因为信息科学是在新的水平上以整体性的复杂系统作为自己的研究对象,因此它所研究的范围不只是通信领域中有关信息的获取、变换、传输、处理等问题,它必须克服原有的局限性,以已有的申农信息理论为基础,并与计算机和自动化科学技术、生物学、数学、物理学等各门学科紧密联系,加以发展,所以它所研究的领域要比申农信息论的范围广;同时要克服申农理论的缺陷,研究申农理论中未能解决的问题,如语义信息、有效信息、模糊信息等等。关于这方面的问题,目前也有一些人在进行研究。 语义(意义)信息是指信源发出的信息所包含的意义。任何物体所发出的信息必须具有一定的意义。如用语言表述,则指信息的语义。从广义方面看,人、动物、机器的行为和动作都有一定的意义,如体育教员的示范动作,蜜蜂的舞蹈,昆虫分泌信息素的气味等等都具有一定的含义。从信源发出的信息,如果只从客观的量的方面看,信息量可以相等,但是信息量相等的信息,其意义可以完全不同,比如人们发出“0”的声音,频率不变则没有意义;音调如有变化,当变成阳平(第二调)就表示“哦,怎么啦?”,这里带有疑问的含义,如再变为去声(第四调),那就表示“啊l我明白了l”,说明问题得到解决,同样三个“0”,其嫡(H)从客观方面看是相等的,但意义却不相同,而且这些不同意义的信息是否能够为信息接受者所理解,理解的程度又如何等等,也因信息接受者的不同而不同。所以关于信息的意义问题,涉及信息发送者发出消息的含义如何定量,同时也涉及信息接受者对发送者的意图的理解程度如何定量,因而涉及信息发送者与接受者双方的主观因素。 有效信息是指信源所发出的消息被收信人收到后所起的效果和作用(亦称信息、的价位)。同样的消息对于不同的对象,在不同的时间、地点和条件,其价值和效果可以完全不同,所以有效信息亦称相对信息。信源发出某一消息,其内容相同,信息墒(H)相等,但对不同的人具有不相等的价值。而同一条消息,对同一对象,在不同的时间、地点和条件,其价位也不一样。 1968年贝里斯(M.Belis)和高艾斯(s.Guia,u)①对信息的量和质(信息的效用)统一迸行考虑,首先提出信息的“量一质”统一量度。他们在已有的有关参量外引人新的参量,即在申农的信息结构中,引人表示实效性的“有效分布”u这一新的重要参量,U=(u、,u:”一u.),每一个u。是第i个事件出现的效果,有效信息的结构S为EUP。。。。。。E::::::…{E姚仇EulPIree..‘wesell‘﹄一一其中,E={El,E:,……En子代表抽象的随机事件集,p={pl,p:,上的概率分布。由此可以推导证明,得到有效信息I(P,U)为……pn蛋为遍于事件Em1(p;u)一k艺uip“ogp其中。会。,工p,一1,k的意义同于申农信息量公式中所用的,它是与选用的信息单位有关的常数,如取以2为底的对数时,单位为比特,则k二1o当系统对所有事件有效性之间的差别可以忽略不计时,则u、=u(对所有i),就有:n1(p;u)一ku艺Pi‘ogPi==uHj=1该式表示这时的有效信息是“量”的信息u倍。当有效性都是1个单位,即u,=u=1(对所有i),则I(P;U)=I(P)=H该式表示还原为申农的负嫡,可见“量”的信息是有效信息的特殊情况。①后来有人把贝里斯和高艾斯二人所提出的量质统一量度信息称为“有效信息”。 1977年加拿大的詹马利(G.Jumarie)研究了“相对信息”,他把信息、信源和信息使用者作为一个有机整体,统一地进行考虑,在数学上作为一个三元组进行处理,由此导出与观察者相关的四个变量以及相对于另一个观察者的相对信息。他认为,对于给定的某个实际总体U(它可以是生物总体、社会总体•一),给定的观察者R(即信息使用者),给定了观察者R的一个系统(SIR)—它是总体u的某个子集,系统(sIR)同它的环境(515)交换信息,可以由四个状态变量来描述:内嫡H;(sIR)一R拥有的关于s的内部结构的信息量,外嫡H。(sIR)一s拥有的关于它的环境(乳s)的内部结构的信息量,它具有相对论中的时间性质;目标V(sIR)一系统希望执行的目标,变换势W(SIR)一信息在系统内转换的效率。所有这四个变量都是相对的,因为它们都依赖于观察者R,被它所制约。这四个变量类似于相对论中的时空变量,因此可以对它们施行洛伦兹变换,由这个变换就得到另一观察者R‘的相对信息:内相对信息I,(SIRIR’)一由R提供给R’的关于s的内部结构的信息,外相对信息I。(sIRIR’)一由R提供给R’的关于S的外部结构的信息。同样可以进行多级变换,从而得到多级相对信息。他认为,在一定条件下,申农信息是相对信息的特殊情况,而模糊信息也可以看作是相对信息的特例。这样,对相对信息的描述就可以作为一种研究方法,对语义信息和主观信息(它们随观察者不同而不同)进行研究。②关于语义信息、有效信息、相对信息的研究,虽然进行了一定的工作,取得了某些进展,但总的说来,还不够成熟,尚未取得令人满意的结果。 模糊信息是指现实世界中有一类事物的信息其界限是模糊的,呈现出亦此亦彼性,没有明确的界限,如疾病信息:血沉快、心率慢、胆固醇高、血压低等等,这种快与慢,高与低的界限都是很不明确的。模糊信息对应的不定性是由消息本身内容与含义的模糊度的性质引起的,而模糊度则由模糊集的测度来定义。所以把建立在模糊集合论基础上,研究由于消息①王鼎昌:““量一质”信息与控制系统”,《信息与控制,,1981年第1期,第5一6页。②钟义信:“信息的现状与未来”,《北京邮电学院学报》,1978年第1期,第72一73页。本身内容与含义的模糊不确定性而引人的信息称为模糊信息。 1965年美国控制论学者(L.A.Zodeh)提出了模糊集的概念,开辟了模糊数学这一重要研究领域。1968年他在另一篇题为:《通信:模糊算法》中提出模糊数学可以用于信息处理。他说:“所要介绍的概念在性质上虽然是模糊的,而不是精确的,但最终将证明它在很多问题,例如信息处理、控制、系统辨别、人工智能,或是更一般地说,在包含不完全或不肯定的数据决策过程中都是有用的。”①以后不少学者对模糊信息进行了不少工作。1972年意大利人A.德路卡(A.Deluca)首先研究了纯模糊性所引入的不定性,将申农的概率嫡的概念移植到模糊集上,定义了建立在模糊集合上的非概率的模糊嫡。②由于模糊性与随机性在本质上是两类不同性质的不确定性,一般模糊性是指事件本身内容及含义的不确定性,而随机性则指事件是否发生的不确定性,在实际活动中,研究模糊信息是否发生,既要考虑消息本身内容的模糊不定性,又要考虑模糊事件是否发生的随机性上的不定性,有人把这种具有双重不定性的信源称为广义信源,其信源嫡称广义嫡,要用概率、模糊集合、模糊事件概率对其进行定量描述。③当然,在模糊集合论基础上建立起来的“嫡”和信息概念,前正处于发展的初期,许多方面并不统一,因此,要建立系统的模糊信息论,还需要做大量的工作。 作者:周桂如 王雨田 单位:北京邮电学院 中国社会科学院哲学研究所) 信息科学论文:信息科学体系及学生能力研究 1GIS专业学生能力指标体系设计 地理信息系统是一门集计算机科学、地理学、测绘科学、环境科学、空间科学以及管理科学等学科为一体的交叉学科,GIS专业的学生不仅要有扎实的理论基础,还应该具有较强的动手能力和软件开发能力,同时自主学习能力是学生适应未来学科发展和拓展应用领域的基础。对一个GIS本科生的基本要求是:熟练掌握一门计算机语言,能够开发简单的GIS应用模块,能够掌握二种以上的常见GIS软件,并至少具有一种二次开发的能力,尽最大可能让学生参与相关的科学研究与实用GIS工程项目的开发。由此可见,GIS专业学生能力除一般大学生所具备的能力和素质之外,更要突显以下七个方面的能力:专业基础理论与前沿技术、GIS软件使用与数据采集处理能力、空间数据建模与分析能力、GIS工程建设能力、GIS二次开发设计能力、自主学习能力以及GIS科研与创新能力等。基于这七方面的能力,可以构建地理信息科学专业学生能力指标体系的一级指标,各一级指标又可以进一步细分为多个二级指标,总共分为21个二级指标,如表1所示。 2GIS专业学生能力培养途径 学生能力培养应坚持知识、能力、素质、个性的协调发展和综合提高的原则,以努力培养宽基础、高素质、富有创新和实践能力的高水平人才。GIS专业学生能力培养应该从课程体系设置、教学团队建设、学生道德品质教育、实习基地建设、建立校企合作机制、加强实践性教学环节、利用现代化教学手段、采取合理的考核方法、鼓励参加竞赛活动、本科生导师制等十个途径进行实施。2.1合理的GIS课程体系设置GIS课程体系设置决定了学生的知识体系结构,因而在很大程度上决定了学生的能力培养。地理信息系统课程体系的设置应该既要满足GIS专业理论基础与基本技能的需要,同时应体现各学校专业服务领域的特点。有关课程体系的设置问题,王永兴教授对我国部分高校GIS本科课程体系进行了比较研究,黄杏元、盛业华、钱乐祥教授等对GIS课程体系进行过研究,提出了GIS课程的基本框架[4-7]。从课程的性质来看,可将GIS专业课程分为数理基础、测绘学、地球科学、计算机科学、GIS与RS共5大块。由于各学校开设GIS专业所依托的学科不同,学生培养目标也不尽相同,各块之间的比例关系会存在一定的差异,例如,以测绘学为依托的GIS专业,测绘学课程比例会高些;而依托计算机科学的GIS专业则会侧重计算机方面的课程。一般而言,突出专业特色的课程可以放在选修课中[8]。为使学生有更多的时间从事实践锻炼、提高动手能力,并使准就业工作尽可能前移,采取“3+1”培养模式来编写教学计划,即前三年为基础和专业课程学习和专业实验(实习)课学习时间,后一年主要是从事毕业实习和毕业设计时间,这样学生有连续较长的时间从事实际生产锻炼。此外还应注意三个方面的问题:一是GIS专业课程知识结构合理分布(比例);二是应根据各课程知识点和先导课程知识要求合理安排各专业课程的前后顺序;三是在实践性课程(含教学实习)安排方面,做到四年不断线,目的是使学生的动手能力做到循序渐进发展和提升。2.2注重加强教学团队建设师资队伍建设,是提高教学质量的基础,也是提高学生动手能力的重要保证。教学团队建设是培养合格专业师资队伍的重要途径。在团队建设过程中,年纪较大的教师应侧重专业理论知识的梳理、科研成果向教学成果的转化,组织开展教学研究,撰写高质量的教材和教研成果,青年教师则应突出实践教学,侧重学生动手能力培养和自身综合能力的提高。要有计划地派遣教师到国外访问进修,参与国内GIS软件企业组织GIS软件操作开发与工程应用的培训,或中国GIS行业协会教育与科普专业委员会组织的暑期青年教师培训。笔者所在的东华理工大学GIS专业有13位教师,其中有4位具有国外的工作或学习经历,3位教师参加过GIS软件企业培训,4位教师参加了暑期青年教师培训,两位青年教师参加全国青年教师讲课比赛并获奖。学校GIS专业于2010年申报成功“地理信息系统专业课程群教学团队”省级教学团队建设项目,为提升教师整体素质提供了良好的契机。2.3学生道德品质教育应贯穿每个教学环节合格的人才培养首先是培养学生如何做人,然后才是成才。道德品质的培养是要培养具有敬业、团结、诚信等品质的人才,这是一个循序渐进、潜移默化的过程。要求教师结合课程教学特点,把道德品质教育贯穿到每个教学环节,以良好的事例积极引导学生。例如空间信息的管理与共享是地理信息系统的目的,应该教育学生遵循共建共享、创新开发、热忱服务的道德准则。此外,教师应加强自身品德素质的修养,以身作则做学生的表率,学校及学院也要营造一个开拓、创新、诚信、团结的学习与学术氛围,例如,每年的9月15号是SuperMAPGIS软件公司发起的“GIS日”,学院可以组织开展活动,让学生增加GIS专业意识和自豪感;经常请GIS公司与企业的领导和专家来校作学术报告。2.4建设好课间与教学实习基地GIS专业学生动手能力,主要包括GIS软件的使用、二次开发、GIS应用与工程设计、航测与遥感图象处理软件和数据采集软件的使用等等。为了实现这一目标,学校需要建立相关的GIS实验室,并购置一些国内外常用的与GIS专业密切相关的(GIS)软件和相应的硬件设备,如ArcGIS,Super-MAP,ERDAS等。为使学生的理论学习与实际应用结合起来,加深对所学内容的理解,学校要与从事地理信息系统工程的单位或科研机构建立联系,并采取联合办学或互惠互利的方式建立教学实习基地。这样学校解决了教学实习的问题,生产单位也可以充分利用学生资源,从事空间数据的录入甚至应用模块的开发等工作,还可与高校教师联合共同完成某些GIS工程任务。这样的单位有省市级的基础地理信息系统中心、国土规划局、城市建设部门以及研究院所等。2.5建立校企合作机制“校企合作”是一种很好的培养企业人才的模式。目前,从事地理信息和测绘的单位有比较齐全的设备,生产任务比较多,缺少人手,尤其是近年国家和地方都在进行数字城市建设、天地图建设以及三权发证等大型工程项目,各测绘与地理信息部门需要大量的地理信息专业的人才,希望本科生到自己单位实习以弥补人才短缺,这一形势可以促成高校与企业建立良好的校企合作机制。对GIS技术含量比较高的企业,如GIS软件公司、从事测绘与地理信息的科研院所,高校可以采取与他们共建联合实验室方式进行合作。一方面,企业可以为高校提供仅计成本价的GIS应用软件,为高校进行GIS技术师资培训。另一方面高校在使用GIS软件过程中发现问题,提出新的用户需求,为企业GIS软件推广使用做贡献。2.6加强实践性教学环节、注重能力培养根据地理信息科学专业总体目标和课程体系规划GIS专业实践性教学环节,同时为实践性课程制定实纲、编制实习能力指标体系和相应的实习指导,以便让学生在刚开始上某门课时就知道自己学完该门课后应该达到怎样的要求。采取相应的措施调动学生参加实践性教学的积极性和提高学生开发创造性思维能力的自觉性。一门课程的实验实习内容应和专业应用知识紧密结合。例如开设数据结构课程时,应让学生对TIN的数据组织、网络分析等与GIS空间数据组织和空间分析相关的内容进行实习和编程。毕业实习与设计是培养学生创造性能力的重要环节,应尽可能地结合生产任务或科研项目进行,采取上文提到的“3+1”教学模式,可以增加毕业实习与设计的时间,使学生达到有效锻炼的目的。2.7应用现代化教学手段,丰富教学内容GIS是构建在信息技术基础之上的,大多数课程的教学内容很适合利用多媒体技术进行组织与教学,因此,GIS教学必须充分利用现代化信息技术中的多媒体、网络化教学手段,开发多媒体和网络课件。目前,Internet网上有关GIS教育的网址已有不少,互联网上的GIS教育为学生在校期间尤其是毕业后的自我教育提供了一种重要的学习方式。教学中,应充分利用国际互连网上国际学术组织、大学和著名GIS软件生产厂商创办的丰富的GIS领域的免费远程教育资源,使学生能更形象、快捷、多渠道、多方面接受专业知识,培养能力。教师应将国际互联网上比较典型的GIS网站告诉学生,教会学生如何到网上查找GIS资源。2.8采用灵活多样的考核方法为克服高分低能现象,培养学生创造性能力,应结合课程特点采取灵活多样的考核方法,例如笔试、口试、作业、论文、实习报告(成果)、动手能力考试等。一般来讲,对基础理论课程可以采用笔试+作业的方法;对专业课程采用笔试+作业或论文的形式;对实践性较强的课程可以采用实习报告(成果)+口试或动手能力考试的方法;对选修课程可以采用课程论文的考核方法。动手能力考试可以敦促学生自觉地完成每个实习环节,加深对教学内容的理解。2.9鼓励和引导学生参加老师的生产科研活动和参加各类竞赛活动产学研结合的教学方法是培养创新人才的有效途径之一,有利于学生分析问题、解决问题以及创新能力的培养[9,10]。学校应创造条件让学生参与实际生产项目,广泛开展学生科研活动,使学生在老师的指导下及早培养科研能力,如参加大学生挑战杯一类的比赛活动、让品学兼优的学生参加教师承担的科研项目等。学校测绘学院专业教师的生产项目,如地图数字化、GIS数据建库前的数据整理、GIS工程应用项目的开发等都可以让本科生和研究生参与,学生老师双赢,效果很好。目前GIS专业学生可以参加的各类竞赛活动包括:“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生测绘科技创新论文大赛、全国大学生测绘仪器操作大赛、各大型GIS软件公司等行业或单位举办的全国大学生GIS软件操作与开发大赛,以及校级创新基金活动。2.10实行本科生导师制本科生导师制是指学生进入学校的第一个学期就为每位学生指定一位专业导师,根据每届招收学生的多少每个导师一般指导5至10名学生,而多个研究方向相近的导师又可以组成一个导师组或教学团队,导师组内部实行以老带新。学生从大一到最后毕业实习与设计均由本科生导师负责。对于具有研究生导师资格的专业导师,导师可以安排研究生对本科生进行专业知识的传授和GIS行业软件使用与操作培训,本科生也可以帮研究生做一些基础性的资料整理工作。本科生导师制的设置可以让学生更早地与专业老师接触,有利于学生消除专业困惑,有机会参加导师的项目,加深学生对专业知识的理解和动手能力的提高。 3结束语 为培养适应社会市场需求的合格大学生,大学教育应该突出学生能力培养。GIS专业学生能力除一般大学生所具备的能力和素质之外,更要突显GIS专业基础理论与前沿技术、GIS软件使用与数据采集处理能力、空间数据建模与分析能力、GIS工程建设能力、GIS二次开发设计能力、自主学习能力以及GIS科研与创新能力。本文设计的GIS专业学生能力指标体系正体现了这七个方面的能力。GIS专业学生能力培养应该从课程体系设置、教学团队建设、学生道德品质教育、实习基地建设、建立校企合作机制、加强实践性教学环节、利用现代化教学手段、采取合理的考核方法、鼓励参加竞赛活动、本科生导师制等十个途径进行实施。实践表明,本文提出的GIS专业学生能力培养途径具有科学性和可操作性,在教学中取得了良好的效果。例如,据不完全统计,近年来学校组织学生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生GIS应用技能竞赛、全国大学生测绘科技创新论文竞赛、全国大学生测绘仪器操作大赛等科技竞赛活动,获部级奖17项,比以前有明显的进步。 作者:程朋根 陈晓勇 聂运菊 夏元平 李大军 刘波 单位:东华理工大学 测绘工程学院 信息科学论文:信息科学教学研究 一、WebGIS概念及其内涵 从语义上来说网络地理信息系统含义最广,可以涵盖一切基于网络环境下运行的GIS,包括基于C/S的网络GIS、基于B/S的网络GIS、基于Web服务的网络GIS、基于移动与嵌入式的网络GIS、基于网格的网络GIS,同时它也代表了这些不同类型网络GIS结合时的产物。[5]因此可以认为InternetGIS是基于B/S的一种网络GIS,它是以因特网作为网络环境,以TCP/IP作为信息传输协议,客户端表现为专门开发的GIS软件用户界面,文件协议有多种的网络地理信息系统。而WebGIS是在Internet平台上采用www协议,并嵌入HTTP和TCP\IP标准的应用体系一种InternetGIS,从范围上看三者之间是网络GIS InternetGIS WebGIS的一种关系。各高校自身对于网络GIS的理解以及对社会WebGIS人才能力素养需求的认识,对WebGIS课程以及人才培养方式起着指导作用,直接影响了WebGIS课程的教学。 二、WebGIS类课程教学现状及存在的问题 1.课程设置不同,大多数高校将WebGIS课程设置为选修课,不能适应WebGIS人才培养需求目前各高校根据自己的培养目标和教学条件,对WebGIS类课程的设置各不相同,从课程名上看,课程设置上大致分为两类,一类是网络地理信息系统课程,一类是WebGIS。此外课程设置的不同还体现在课程性质、学分、学时以及学期的安排上,如表1是通过在网络搜索工具获取到部分高校GIS本科专业培养方案后的统计结果。通过对表1中所示8所高校的GIS本科专业培养方案的分析比较可以看出:(1)6所高校将WebGIS或网络地理信息系统课程性质设置为选修课,专业限选课或分方向的选修课,如湖南师范大学、衡阳师范学院分方向选修WebGIS课程。课程性质决定了该课程在专业培养目标体系中的教学地位,WebGIS类课程的课程性质也体现了目前高校对WebGIS人才培养目标认识上的不一致性,体现了办学定位的不同。(2)在学时安排上也体现了不同的培养目标,如湖南师范大学、湖南城市学院、衡阳师范学院安排了较多的实践学时,河北联合大学该课程理论和实践课时均等,而其他几所学校则安排了较多的理论课时,如西南科技大学、吉林师范大学、中国地质大学。(3)课程名称不一致,课程教学内容也大不相同。网络地理信息系统课程内容比WebGIS课程内容要大而广,因此重点也不一致。(4)少部分高校在课程设置上为WebGIS课程的修学设置了前导课程和实践加强环节,而大部分学校的课程体系中未做此类安排。总体来看大多数高校将WebGIS课程设置为选修课,且未能从整体课程体系对WebGIS人才素质的培养做出相应的调整,不能适应目前WebGIS人才需求与人才培养目标的要求。2.WebGIS类教材少,实例少且部分教材内实例代码不够完整,不利于学生动手实践目前以WebGIS以及网络地理信息系统命名的教材和参考书也分为两类,一类以广义的网络地理信息系统为主要内容,内容涵盖了WebGIS、网格GIS、移动GIS、分布式GIS、GIS服务等相关的网络GIS基本原理和理论,理论体系完整,侧重基本理论基本思想的介绍,但对软件平台或应用实例鲜有涉及,无法给学生直观的映像,不利于学生对WebGIS实际工程的认识,不能很好地指导实践。另一类以WebGIS的基本概念理论为主,涉及WebGIS开发技术、软件平台及应用实例的介绍,如《WebGIS技术原理与应用开发》、《WebGIS原理及应用》等,都在WebGIS基本理论的基础上介绍了相关的WebGIS二次开发平台的使用方法或应用开发实例,但是部分此类教材中实例相关的代码不够完整。3.WebGIS涉及内容多,对学生计算机素质要求高,而学生前期的课程大都没有能够使其具备WebGIS开发的基础WebGIS课程教学涉及的内容多技术新,如笔者使用的教材《WebGIS技术原理与应用开发》,在WebGIS应用技术章节介绍了SVG、GeoVRML、遥感数据技术、Web服务;在软件平台方面介绍了ArcIMS、ArcGISserver及开源软件平台GeoServer;这些理论、技术和软件开发平台的学习都要求学生具有一定的网络及web基础。同时WebGIS是一门实践性很强的课程,从实践方面来说,若要上手进行WebGIS的开发,首先得需要学生了解基本的HTML语言,能够使用动态网页技术结合脚本语言进行客户端网页设计和功能的实现,能够理解服务器的概念,理解网络上空间数据和信息的组织和传输模式,熟悉至少一种服务器端开发方式。无论从理论学习还是实践能力培养方面来看,WebGIS课程的学习对学生的计算机技术提出了很高的要求。而纵观手头上各高校的培养方案中课程体系的设置,大部分都没有进行该课程的基础准备,进行调整的很少。4.WebGIS技术更新快,WebGIS软件较多,教学容易滞后于技术的更新WebGIS作为与计算机网络技术结合紧密的技术,其技术更新快,主流的商业软件厂商都开发设计了自己的WebGIS二次开发平台软件,如MapInfo公司的MapInfoProServer、Intergraph公司的GeoMediaWebMap、Autodesk公司的MapGuide、超图公司的SuperMapIS、中地公司的MapGISK9、ESRI公司的ArcIMS及ArcGISServer。不仅软件平台多,软件更新换代也快,如ESRI公司的服务器产品ArcGISServer的版本目前已经升级到10.2,因此WebGIS软件的教学常易出现软件平台滞后的现象。5.WebGIS课程教学对教师要求高,WebGIS师资力量不足WebGIS课程的特点决定了它需要能够快速接受新技术、具有相当开发经验的教师来承担,因此目前高校中承担这些课程的往往是青年教师或具备开发经验的老师。但是各校办学条件不一致,师资力量有限,很多青年老师是从高校直接走入高校的,缺乏实战开发经验,加上此类课程软件技术更新快,承担课程任务时可能对新的技术还没有彻底消化,会使教学效果打上折扣。 三、改革探索 1.课程体系和课程设置上进行调整为了适应社会对人才的需求,作为应用性本科院校应及时调整自己的课程体系,将人才的培养与社会需求对接,输送合格的GIS专业技术人才。首先应重视GIS程序设计与开发类课程,使学生知道GIS人才开发能力的培养是重要的;其次若高校定位于开设网络地理信息系统课程的情况下,应该增加WebGIS课程设计或移动GIS课程设计之类的课程,让学生不仅具备理论知识还具备实际开发和应用能力,使学生能够在以后的社会工作中理解WebGIS,应用和管理WebGIS,并具备基本的WebGIS开发素质。再次在部分将WebGIS定位于必修课程,要着重培养学生应用开发能力的院校,可以考虑调整课程体系,设置Web程序设计、C#程序设计课程、网络技术与原理等课程,为学生学习WebGIS打下基础。如目前湖南城市学院2012级GIS本科专业培养方案中增设了Web程序设计、C#程序设计课程,将WebGIS课程课时相对压缩,这样的分配以期为WebGIS课程的学习打下基础,以增强学生学习WebGIS信心,从而提高学习兴趣。2.重视教材的选取,教学内容尽量结合实例各教材都有自身的优缺点,任课教师在广泛阅读各相关教材和参考书的基础上,结合教学所用的平台软件,选择适合自己院校实际情况的教材,教材的选取应以有实际的例子为佳。如笔者近两年教学过程中充分使用教材[4]提供的实例进行讲解,如对ArcGISServer进行最短路径分析和缓冲区分析的例子进行详细讲解,可以帮助学生理解WebGIS功能实现过程。在讲授的过程中首先帮助学生分析该使用什么类型的GIS数据,该使用什么样的接口,在网站项目中需要引用到ArcGISServer平台的哪些程序集,最后分析功能具体的实现过程。实例的成功实现可以大大增强学生学习的信心。3.教学上以熟悉平台为具体目标,重视WebGIS开发流程的理解WebGIS技术更新快,相应软件升级快,在众多平台中,各平台都能满足部分特定的需求,因此教学上以着重使学生理解Web编程流程及方法为优秀,以熟悉一门WebGIS相关软件为具体目标,结合相应的编程环境,掌握WebGIS编程的方法。在结合平台教学的情况下,应淡化特定平台特定软件版本的作用,突出Web编程总体思路。4.教师应积极提升自己,学校应加大师资投入WebGIS课程的特点对老师的要求很高,对老师而言,应该自身积极调整,主动学习和接受新技术,可以积极报名参加和使用一些公司提供的在线公开课,如ESRI中国技术公开课,[12]加快学习新技术的脚步。学校应该为技术更新快的专业提供多一些教师培训机会,加大经费投入;可以考虑引进在公司开发技术部门工作过,开发经验丰富的工程师作为教学和实验室老师。 四、结束语 WebGIS是地理信息科学专业随着技术发展和社会应用需求发展而来的一门课程。在应用型本科院校中它承担着学生WebGIS开发应用能力培养的重要任务。但是由于目前整个GIS大的教育体系下对该门课程的定位不一致,对该门课程的内容体系没有进行限定,各个高校都是根据自身的理解来开展教学。且由于WebGIS课程本身具有知识体系多,技术更新快,目前教材及师资力量都相对较少的特点,在这种情况下,为了使培养的学生与社会需求对接,进行课程体系设置时应遵循打好基础、提高能力的循序渐进学习模式进行课程体系的调整。在该模式下,教师应重视教材的选取,结合实例进行教学内容的展开,教学上重WebGIS开发流程,以熟悉平台为具体目标。同时学校应重视专业师资建设,加大师资投入。教师自身应积极提高自己的专业素养和教学方法手段,使自己具有较深刻的理论知识、宽广的知识面和丰富的GIS工程实践经验。 作者:龙岳红 薛云 熊立伟 吴德华 谭全元 单位:湖南城市学院市政与测绘工程学院 信息科学论文:信息科学教学内容研究 一、课程教学内容的设计与实施 1.依据教学大纲,整合最优教学内容依据课程教学大纲,对教学内容进行优化整合,进一步完善“地图学”课程知识体系。根据笔者所在学校地理信息科学专业的特点,结合专业培养目标,通过对2013级地理信息科学专业主要课程的设置(见表1)进行综合分析,同时考虑“地图学”课程的教学学时以及该课程与相关专业课程的前后衔接情况,确定该课程的具体教学内容,见表2。对“地图学”教学内容设计的几点说明:1)地图数学基础部分没安排椭球体基本常识的内容。在第2学年第2学期已开设大地测量学基础,因此仅在地图学教学中稍作提及,重点是地图投影、地图投影转换及几种常见投影的应用。2)地图数据源部分没安排数据采集的内容。地理信息科学专业开设相关课程(如:测量学、遥感原理及应用、卫星定位原理及应用等),因此仅安排数据处理内容,重点是数据预处理。3)教材的选用。目前国内公开出版的地图学高校教材普遍存在以下问题:①教材内容有一定的针对性和学科依托;②教材更新慢,难与学科的发展同步。因此,笔者认为地图学教材应由基础教材和补充教材组成。经过综合比较和分析,笔者认为《新编地图学教程》可作为基础教材。另外,根据专业学科背景和课程教学的需要编写补充教材。这样既可做到知识讲述的系统性;又可吸纳最新研究成果更新教学内容,优化学生知识结构,拓宽学生视野,拓展学生思维,提高其创新能力;还可紧跟社会需要,吸纳社会不同领域的需求,为学生将来就业做好知识储备[5]。2.结合不同教学模式,设计最适宜的教学方法教学的本质就是“教学生学”,教学生“乐学、会学、学会”[6],而教学方法则直接影响到学生学习的积极性和教学效果。因此,笔者在课程教学中十分重视多种教学方法的合理利用,体现在如下几点。(1)板书与多媒体相结合,加强对教学内容的理解课堂教学中,类似公式推导、计算等逻辑性强的内容采用板书方式讲解,以便学生能跟上思路,做到层层理解,如地图投影经典公式的推导。涉及概念、原理等内容则借助多媒体,一方面可以增加课堂信息量;另一方面可以利用大量的多媒体素材,增强学生对相关理论知识的感性认识,从而使学生能够更好地理解相关知识点,如地图色彩设计、地图版面设计等。(2)课堂教学与实际应用相结合,调动学生主动学习的积极性问卷调查结果反映学生普遍对将来“有用的”知识感兴趣。因此,在课堂教学中,采用启发式教学法,借助实际问题引出有待讲解的内容,使学生对课程知识的实际应用有全面的了解和认识,进一步激发学生主动学习的积极性,使学生“乐学”。如讲解地图投影变形及投影选择时,采取“(学生)阅读同一区域不同类型的专题图—(教师)启发提问—(学生)独立思考—(学生)小组讨论—(教师)讲解总结”的课堂组织形式,不仅有效调动了学生学习的积极性,还有助于提高学生“会学”的能力。(3)理论教学与实践教学相结合,培养学生知识运用和实际动手的能力地图学具有很强的实践性,许多内容须亲自动手实践,才能真正理解掌握[7]。为此,在教学活动中,“讲讲练练”的方法贯穿始终,使学生“思中学,做中学”,如为让学生全方位接触计算机制图的各个环节,在大板块的课堂教学结束之后,安排相应的实验,通过实验加深对相关知识的理解,培养学生利用理论指导实践的能力,提高实际动手能力。(4)课堂讲授与自学相结合,培养学生的自学能力自学能力是学习能力的最重要体现[6]。地理信息科学专业的“地图学”课程教学只有32学时,而课程理论基础较深、内容多。因此,在课堂讲授的基础上,选择部分难度适宜的内容以实验或作业的形式安排学生自学,以培养学生的自学能力。如地图符号化中图形视觉的心理效应,学生通过自学完全可以领悟。因此,要求学生自学,然后结合图形视觉心理效应具体分析地图的心理感受特点。(5)理论考试和实践考核相结合,注重知识和能力的双重评价为客观、真实地评价学生学习情况,鼓励学生用理论指导实践,在实践中加深理论知识的理解,更好地体现“学思结合、知行统一”。在课程评价中,理论考试成绩占70%,实践考核成绩占30%;另外,理论考试中适当增加与实践操作密切相关的知识点的考核,强调对基础理论和方法的理解与应用。 二、“地图学”课程实验的设计与实施 “地图学”课程实验教学对于巩固理论知识的学习,强化对理论知识的理解与应用,提高实际动手操作能力以及分析问题和解决问题的能力,进而培养初步的科研创新能力具有重要作用。因此,如何利用有限的实验教学课时达到培养技能和提高能力的目的,是实验教学环节需要着重考虑的问题[8]。1.结合教学目标,精选适宜的实验内容按照课堂教学与实验教学有机结合的原则,从知识点的系统性和整体性出发,并注意与GIS课程实习内容的差别,对理论知识和实验内容进行科学的分析和整合,确定实验教学内容,见表3[9]。表3中实验1、2借助多媒体完成;实验3、4、5借助计算机利用MapInfo软件完成。2.结合先进教学理念,巧妙设计实验教学方法在实验教学中,对于基础性内容,采用传输型教学模式与自主式教学模式相结合的方法。如地图的设色,课堂上通过大量阅读纸质和电子地图,结合教师的讲解,增强对地图色彩的感性认识;课下结合相关的内容搜集素材,自主完成地图的手工设色。对于理论知识在GIS系统中应用的内容,结合研究型教学模式,创设类似于科学研究的教学氛围,引导学生自主地发现问题、分析问题和解决问题,逐步完成整个实验内容[10]。如专题地图编制所涉及内容,设计大型实验,要求学生根据自己的知识积累搜集资料,撰写地图编制设计书,使用MapInfo软件完成整个专题图的制作。 三、结束语 本文结合笔者所在学校地理信息科学专业的学科背景,通过对“地图学”与主要专业课程的联系和前后衔接的综合分析,对该课程教学内容和教学实践进行了系统研究。教学内容的优化整合,进一步完善了课程的理论知识体系。先进的教学理念和适宜的教学方法,更加体现了高校教学的本质所在。在实验教学中,将理论知识、软件操作、专题地图的设计和制作与实际应用紧密结合,可提高学生运用所掌握的理论知识、技术和方法解决实际问题的能力,使学生真正体会到学习的意义,激发学生积极探索的热情,增强学生的创新意识,从而最终达到提高学生综合能力的目的。 作者:彭秀英 万剑华 单位:中国石油大学 地球科学与技术学院 信息科学论文:信息科学的调查分析 1问卷调查的设计 1.1期刊选择与列表随着地理学中传统的地图学与现代计算机技术的结合,以及实际应用对工具需求的驱动,RogerTomlison博士在20世纪60年代初提出地理信息系统(GeographicalInformationSystem,即GIS,或称GISys)概念并开发了最初的应用系统。几十年来,通过对GISys的延伸和扩展,逐渐发展形成了地理学中一个新的分支学科领域—GISci[19]。狭义的GISci以空间数据管理(包括空间数据模型)、空间分析、地图可视化为优秀研究内容[19,20]。由于GIS先天的跨学科特点与工具特点,GIS与遥感、测绘等学科,以及计算机科学紧密结合,并在地理学乃至地学中的其他各种分支学科中都得到了广泛应用。因此,广义的GISci同时包含了狭义的GISci在这些相关学科中的延展。本次调查问卷中所列出的国际学术期刊一共有55种,不仅包括以狭义的GISci研究内容为主的期刊(如《InternationalJournalofGeographicalInformationScience》、《Geoinformatica》、《TransactionsinGIS》等,参考了Caron等(2008)所调查报告[18]),同时还包括了经常发表GISci方法研究及典型应用文章的一些地理学综合期刊(如《AnnalsoftheAssociationofAmericanGeographers》、《ProgressinPhysicalGeography》等),以及一些学科相关性强的期刊(如《EnvironmentalModelling Software》、《RemoteSensingofEnvironment》等)。此外,部分近年创刊、或是我国GISci研究人员可能更为熟悉的GISci相关期刊(如《GeoscientificModelDevelopment》、《AnnalsofGIS》等)也被列出。本次调查问卷中列出的期刊按刊名字母排序,在列表的末尾留出空间供被访者给出其认为是被遗漏的GISci领域国际学术期刊。调查问卷中,我们选取一份期刊(《JournalofGeographicalSystems》),将其在期刊列表中重复出现一次(不在同一页面),供被访者进行重复评判,以此方式来评估所回收问卷中被访者为期刊分级的重现性。1.2期刊等级本次问卷调查中,被访者可对每一期刊从下列5个等级中择一作为评判:1—位于GISci领域国际学术期刊中的前15%;2—位于16%~50%;3—位于51%~100%,该期刊中的文章经有正规的同行评议;4—该期刊中的文章常常给读者以未经过正规同行评议的感觉;N—被调查人因不熟悉该期刊或者其他原因无法给出评价(该等级在Caron等的调查中没有,为本次调查增设)。 2被访者的选取 本次调查将被访者设定为中国(含港澳台地区)范围内,在高校或国立科研单位工作、职称为教授(研究员)或副教授(副研究员)的GISci领域科研人员。设定职称约束主要出于如下两点考虑:①总体而言,具有较高职称的科研人员具有相对较长期的科研经历,通常更了解本领域国际学术期刊的总体情况;②如果将被访者扩大到较低职称的科研人员或研究生,被调查的群体则可能过于庞大、且内部不同亚类间的群体规模相差过大,难以保证回收问卷的样本代表性。进一步假设科研人员如果近年来参加了GISci领域的一些国内外主要学术会议,则说明其科研活动较活跃,更可能对本领域国际学术期刊有较好的了解。据此,从2012年国内举办的GISci领域两次主要学术会议(香港中文大学举办的Geoinformatics国际会议和西南交通大学举办的“中国地理信息科学理论与方法学术年会”)的参会人员列表中选取了问卷发放对象。之后,通过互联网搜索,增补了一部分未能被上述问卷发放对象覆盖到的主要科研单位的本领域学者,以保证问卷发放对象的单位在地域分布上尽量覆盖全国各省、直辖市和地区。最终确定了129位问卷发放对象(其中内地87位,港澳台共42份)。 3回收问卷的结果及分析 3.1问卷回收的基本情况于2013年7月18日以电子邮件方式逐一向被调查人发放了问卷,2个月后共计回收了37份问卷(其中内地31份,港澳台共6份),问卷有效回收率为28.7%。3.2调查结果逐一统计了调查问卷中所列出每一份期刊的非“N”级评判数,以此计算被访者返回的该期刊评级的均值,排序得到本次所调查的期刊在我国本领域科研人员心目中的排位(表1),结果显示《InternationalJournalofGeographicalInformationScience》(简称《IJGIS》)在本领域无可争议地排名第一。将所得的期刊评级序列按照2.2节所述等级划分对应的期刊数比例进行了最终评级,结果显示(表1):等级1(前15%)期刊为《IJGIS》等8份期刊;等级2(位于16%~50%)期刊为《InternationalJournalofRemoteSensing》等20份期刊;等级3(位于51%~100%)期刊为《ProfessionalGeographer》等27份期刊;由于返回问卷中期刊评级均值最低者为3.18,因此没有期刊被归于等级4。3.3讨论本次调查结果与Caron等(2008)问卷调查评级结果相比,对《IJGIS》期刊在本领域排名第一、《PhotogrammetricEngineering RemoteSensing》属于本领域前15%期刊的认识是一致的,但同时也有不少的差异(表1):(1)本次调查结果显示为前15%期刊的《RemoteSensingofEnvironment》、《AnnalsoftheAssociationofAmericanGeographers》、《IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing》、《LandscapeEcology》、《Computers,EnvironmentsandUrbanSystems》等5种期刊在Caron等(2008)调查结果中属于等级2的期刊。《ISPRSJournalofPhotogrammetryandRemoteSensing》期刊在Caron等(2008)调查中未予列出,本次调查结果显示为前15%期刊。(2)在Caron等(2008)调查结果中显示为前15%期刊的《InternationalJournalofRemoteSensing》、《Computers Geosciences》、《TransactionsinGIS》、《Geoinformatica》、《Geomatica》等5种期刊中,前4种在本次调查结果则显示为等级2期刊,《Geomatica》在本次调查结果中归属于等级3的期刊。将本次问卷调查的结果与ISI的SCI/SSCI期刊影响因子相比照(表1),至少有如下几点发现:(1)总体上,本次调查结果显示为越高等级的期刊,越普遍地属于SCI/SSCI期刊。前15%期刊均为SCI/SSCI期刊;等级2的20份期刊中仅有1份不是SCI/SSCI期刊;等级3的27份期刊中则有9份不是SCI/SSCI期刊。这说明目前SCI/SSCI期刊较好地覆盖GISci领域的国际期刊。(2)SCI/SSCI期刊影响因子尚不能较好体现GISci领域国际学术期刊的等级。据ISI的2013年度JCR中的期刊影响因子,本领域排名第一的期刊《IJGIS》,其最新影响因子(1.613)不但明显低于本领域其他7份前15%期刊的影响因子,也低于本领域等级2中一半期刊的影响因子,甚至低于3种属于本领域等级3期刊的影响因子,以5年影响因子或2011年期刊影响因子(较2012年期刊影响因子有较大差异)来衡量,也有类似的现象。 4总结 作者力图通过本次问卷调查来了解中国(含港澳台地区)地理信息科学(GISci)领域科研人员对本领域国际学术期刊等级的总体看法。据所掌握的文献,本次问卷调查是首次面向我国全国范围内GISci领域科研人员的本领域国际学术期刊等级调查,而国际上此前公布的仅有的一次GISci领域国际学术期刊等级问卷调查中未有中国科研人员被访。通过电子邮件向在中国高校或国立科研单位工作、职称为教授(研究员)或副教授(副研究员)的GISci领域科研人员发放了129份问卷,问卷中列出了55种以GISci为主或密切相关的国际学术期刊,最终回收了37份问卷。汇总分析的结果表明:(1)在中国GISci领域科研人员心目中,《IJGIS》期刊在本领域排名第一,《PhotogrammetricEngineering RemoteSensing》期刊属于本领域前15%期刊,这与Caron等(2008)问卷调查结果[18]一致。但在《Computers Geosciences》、《Geoinformatica》、《Geomatica》、《TransactionsinGIS》、《IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing》等期刊是否属于本领域前15%期刊的认识上,本次针对国内学者的调查结果与Caron等(2008)针对国外学者的调查结果不一致。(2)总体上,ISI目前的SCI/SSCI期刊能较好覆盖GISci领域的国际期刊,但SCI/SSCI期刊影响因子尚不能较好体现GISci领域国际学术期刊的等级。、 作者:秦承志 陈旻 单位:中国科学院地理科学与资源研究所 香港中文大学 信息科学论文:信息科学的探索与实践 一、地理信息科学专业发展关键问题 如何提高学生的自身素质,而能更好地解决就业问题,笔者认为可从以下两个方面加以考虑。 1.学科定位不同的高校都有自己的学科定位,学生培养的目标不同,其课程设置及实践教学也有所不同。如何科学合理的进行专业的学科定位,是当前许多高校需要研究并解决的一个关键问题。2.实践教学体系设置由于GIS是一门应用性很强的学科。加之用人单位无一例外地都要求所聘毕业生要具有一定的动手能力,能够承担实际工作,胜任所聘工作岗位。因此GIS专业实践教学必须在注重“打好基础”的同时,注重“应用过关”,如何科学、有效地制定实践教学体系,是当前急需解决的问题。 二、地理信息科学专业发展的主要措施 建立和健全实践教学课程体系,提高学生对实践教学重要性的认识。深化实践教学管理,实施“实践教学导师负责制”,即每位教师分别负责几位学生,或每位教师按地域负责学生,如负责北京,负责上海,负责长春等实践教学基地,加强“实习+就业”培养模式,为毕业生就业提供良好的就业平台。 1.在课程结构上,要加大实践性教学的比重,把实践操作技能训练作为重要的教学内容。2.在理论课教学内容上,要与实践相结合。删减理论与实践脱节的内容,增加实用性内容,按市场需求,把新知识、新技术、新方法渗透到专业教学之中。3.在教学方法上,采用实践性教学,使理论课程的教学应用性和实践性大大增强。4.强化校内实训,成立兴趣小组,组织专业技能大赛。5.通过对专业实习基地调研,实训基地主要在一线城市,重点考虑北京、广州、上海等城市。6.确定实习基地,实习前动员,学生与实习基地双向选择,送学生到实习单位,检查学生实习情况,落实学生就业。 三、结语 通过对地理信息科学专业教学模式的探索与实践,采用专业基础理论教学和具体的职业技能实践活动相结合的方式,可以帮助学生积累实践工作经验,使学生具备扎实够用的专业理论知识来分析问题、解决问题。在教学实践中,实现提升学生职业道德、全面素质和综合职业能力的目标,增强学生的就业竞争力。 作者:刘家福 单位:吉林师范大学旅游与地理科学学院 信息科学论文:信息科学与技术人才培养诌议 作者:李敏君 王荣芝 杨昕卉 王淑玉 张梅恒 单位:牡丹江师范学院物理系 1(略) 2教学方法和教学手段的改革 2.1转变教学目的,重视培养学生的自学能力过去教育的目的主要是传授知识、只强调知识教育,忽视了学生创新思维和创新能力的培养,结果导致学生“读死书”、“死读书”,毕业后不适应社会,动手能力差,高分低能的现象非常普遍。为了培养学生的创新思维和创新能力,在课堂教学中,教师应培养学生独立思考问题的能力。如在模拟电路课程教学中,讲解放大电路的分析方法时,应把图解法和微变等效电路法做为重点来讲,并以共射放大电路为例讲解两种方法在分析电路时的具体应用,其他两种电路(共基和共集电极放大电路)分析,学生可以利用上述方法自行分析,然后进行总结归纳,和共射电路进行比较,找出各种电路的特点。这样做使学生既掌握了放大电路的两种分析方法,又记住了各种放大电路的特点,培养了学生运用基本理论、基本分析方法分析电路的能力。 2.2把握关键环节、搞好教学课堂教学的关键环节是要突出重点,抓住难点,解决疑点,攻下知识中的“堡垒”,融知识性、思想性、趣味性于一体。人类的知识如同浩瀚的大海,人们对知识的掌握,只能是重点掌握,重点运用。一本教材可讲的东西很多,这就要求根据教学目的和学生的实际有所侧重地进行安排,详略得当,对非重点内容要点到为止,舍得割爱;对重点内容则要精雕细刻,讲深讲透。重点与疑点,是学生在接受过程中难懂和容易混淆的地方。老师要设身处地为学生着想,分析难点在何处,预见到容易弄混的地方,讲课时要精辟入理,切中要害。 2.3应用信息化教学手段,追求最佳教学效果自2000年以来,我们不断总结教学经验,改进教学方式。我们现在90%以上的课程用多媒体进行教学。由于在教学中使用CAI课件,充分发挥了直观性、开放性和信息量大的优点。CAI课件把抽象、静态的教学内容转化为形象、动态的多媒体信息,引起学生的兴趣,使学生看的清、学的懂、记得下、会应用。注重学生主动思维和理论联系实际、动手实践能力的培养,加速知识的传递和转化,追求最佳的教学效果。 3实践教学的改革 实践教学在电子信息专业的教学中有着十分重要的地位和作用,它在培养学生的科学素质、实验技能、特别是创新意识和创新能力,以及应用现代技术手段,解决实际问题的能力等方面有着不可替代的作用。我们在教学改革中始终以应用型、创新型人才培养为出发点,将提高学生工程应用能力和创新能力贯穿于课程教学的各个方面,并以此理念指导教学改革和实践的全过程。 3.1加强电子信息第二课堂活动提高学生实践创新能力电子信息第二课堂活动可以提高学生的实践创新能力,给广大学生提供了一个展现个人才智和创造能力的机会,增强了学生就业的竞争能力,长期以来,我们始终把如何组织电子信息第二课堂活动作为我们教学改革的重要内容。通过精心设计活动内容,妥善安排活动日程,促使学生主动学习与应用密切相关的知识,极大的提高了学生学习的主动性和学习效率。通过让大学生参与课外科技活动,激发了学生主动学习的积极性,更好地提高他们的综合素质,促进创新教育及学生的个性化的发展。我们有计划、有组织的开展电子信息第二课堂的研究与实践,形成了包括教学安排计划、组织管理、条件保障、效果评估等在内的电子信息第二课堂实施方案。课余科技活动:内容包括自拟及专题电子设计与制作、实验设备与电器维修活动等。学术科研活动:在本科学生中选拔科研助手,参加教师科研课题、发表科技论文等,在本科生中初步形成科研风气。学生科技创业:成立电子产品制作小组,对外承接设计任务;建立销售网络信息平台,销售自制产品。由于第二课堂的推动,我院电子信息类毕业学生实践能力较强,就业形势良好。 3.2实验形式多样化,重视培养学生的创新能力如何把培养学生的创新精神、创造性思维和创新能力置于实验教学活动中,是我们从事电子技术实验的教师长期探讨的问题。改革后电子技术实验分为三个层次:基础性实验、设计性实验、综合性实验。基础性实验是电子技术课程的典型实验,重点培养学生的基本实验能力和实验方法,掌握电子技术基本的电参数的测试方法,要求学生必做。基础性实验可对过去的实验内容进行筛选,补充一些内容较新的实验,由学生在实验箱上完成。基础性实验占总实验课题数的50%左右。设计性实验重点培养学生运用所学知识的能力和解决实际问题的能力,给出基本单元电路,提出设计要求,由学生自已设计电路,焊接并调试。设计性实验的选题要尽量选择一些难度适宜、实用性、趣味性强的题目,这样可以激发学生的学习兴趣。设计性实验可占实验总数的30%。综合性实验的目的则是培养学生综合运用知识的能力和激发学生自身的创造性。学生可以自己提出实验内容,确定实验方法,独立完成实验的全过程。这部分实验并不要求每个学生都做,仅供有兴趣和潜力的学生选择,这部分实验可占实验总数的10%~20%。按照新的实验教学改革思路,我们在03电子04电子两个班级的电子技术实验教学中进行了初步尝试,改变了传统的电子技术实验只在实验箱上做的方法。增加了设计性、综合性实验题目,象晶体管挑选器、电子门铃、抢答器、直流电源等,通过这些电路的制作,使学生掌握了电路的制作、焊接和调试方法,培养了学生实践动手能力,收到了良好的效果。 3.3开放实验室为了充分发挥学生的主观能动性和学生的个性,应给学生提供开放性实验的场所。通过实验室的开放,给实验教学带来了生机,对于那些实验能力较强的学生来讲无疑为他们提供了一个发挥水平的机会,与此同时,那些平时实验能力较差的学生也会充分利用实验室开放时间积极进行预习,从而使实验教学步入良性循环的轨道。 4结语 实践证明,在以应用型、创新型人才培养为目标,培养学生的创新精神和创新能力,整合并优化了电子信息第一课堂内容基础上,以第一课堂为基础知识依托,以第二课堂为培养学生实践创新能力和个性发展的载体,形成了一二课堂良性互动,体系完整的一般院校应用性人才的培养模式,可以调动学生的学习积极性,培养学生的创新意识和创新能力,提高他们的综合能力,为进行毕业设计和将来从事实际工作打下良好的基础。 信息科学论文:信息科学与学生创新意识综述 作者:陈涛 单位:中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院 1(略) 2培养学生的学习兴趣,激发学生的创新潜力 教学有法,但无定法[2]。教学方法的使用是科学性和艺术性的统一,即教学方法既有科学成分又有艺术成分。其中科学性是指教师的教学活动应当有规律性和原则性可循,即有比较完善科学的教学方法;而艺术性是指教师在教学活动中应灵活和创造性的使用新的教学方法。因而,使用教学方法,应即能注重其科学性又能灵活性、创造性地使用。一个教师能否根据课程的内容和性质选择正确的教学方法,是影响其教学质量的关键问题之一[3]。从理论上讲,每个人都具有创新能力,而作为天之骄子的大学生更具有超于一般人的创新能力。人的创新能力平时多以潜在的形式存在着,因而,在地球信息科学与技术专业学生进行专业课学习后,教师在教学的过程中教学方法的选择应根据教学内容的特点、教学目标的不同而选择恰当的教学方法,并能在课程学习的过程中将理论与实践进行结合,这样更有利于培养学生的学习兴趣,从而提高学生的学习积极性和主观能动性,激发学生的创新潜力。 3提高教师的素质和能力,创造良好的教学创新环境 教师既是知识的传授者,也是创新教育的实施者,教师素质的高低直接影响学生创新能力的培养。地球信息科学与技术专业的老师,应当是具有扎实传统地质学基础,又系统掌握地球探测和信息技术的基本理论和技能,具备从事与地球探测相关的信息采集、处理、管理、分析、模拟和综合应用能力的复合型高科技人才。只有具有了这样的素质和能力,才能为地球信息科学与技术这个新兴专业的大学生们创造出良好的教学创新环境和氛围。在这里,我认为地球信息科学与技术专业的大学生教学可以参考研究生教学建立引导机制,这其中既包括鼓励学生在遇到问题时应当首先进行深入思考,而不是只知一味的去模仿而不求创新,并且能引导学生在平时学习中养成充分思考、勇于探索的习惯,培养学生对待问题的新见解、新思路以及独立分析与解决问题的能力;也包括给每个学生指定一个指导教师,由该指导教师对其所指导的学生进行单独指导,每个学生除在上课时从任课老师那获得知识外,还能从该指导教师那得到更加适合自己特点和发展的指导,此外,建议高校鼓励具有较深学术造诣和丰富教学经验的学者担任大学生创新活动的指导老师,引导学生正确运用求异思维,独立解疑,培养学生的探索精神和应变能力。 4鼓励学生多动手,提高学生的创新能力 实践与创新能力的关系非常密切,马克思主义观点认为:实践是检验认识正确与否的唯一标准。任何创新性的成果能否被社会接受,都要经过实践的检验。地球信息科学与技术专业的办学宗旨里就有一条,鼓励学生参加课外活动,提高学生的动手能力,综合分析能力、自学能力和创新能力,并且实践本身就是创新能力培养的一个重要途径。因此,我们应该多鼓励和组织大学生积极参加实践活动,在实践活动中提高自己、丰富自己,培养自己的创新能力。总之,地球信息科学与技术专业的教师应从培养符合现代化社会需要的高素质人才出发,通过种种有效方式,为本专业学生提供较好的刨造气氛和条件,培养学生的创新意识、创新兴趣及创新精神,使他们通过发挥自己的创新能力而得到锻炼和提高,这样才能实现地球信息科学与技术专业的培养目标,为现代化社会输送更多的创新性人才。 信息科学论文:信息科学与教学研讨 作者:徐红林 过榴晓 沈莞蔷 单位:江南大学理学院 1(略) 2教学内容的改革 2.1基础知识的纵向关联信息论本身是一门源于数学的学科,其中所含的定理和结论以严格的数学作为依据,利用数学的语言来描述和解决工程化的问题,比如说信息的度量可以作为研究非线性的工具,涉及了大量的推导和证明。因此在信息论的学习之前,必定涉及大量的先修知识:高等数学、概率论和随机过程、线性代数、数字信号处理、通信原理等[2]。部分学生对这些先修课程掌握的不够好就会影响信息论课程的学习。另外,部分先修课程在本科阶段讲授的内容还不足以用来理解信息论中的一些内容,例如对多变量的联合典型序列的理解。调查显示,上述先修知识要求是学生在学习中觉得困难的首要原因。这要求教师在先修课程的相关内容上进行基础知识和方法的引入,例如在信道容量的计算中,可先阐述高等数学中拉格朗日乘子法求条件极值以及数值计算中,采用交替极小化的思想进行的迭代算法,由理论算法自然过渡到工程应用中去,不仅简单明了,而且能帮助学生对多门课程进行更好的融合理解。此外,在讲授未接触过的知识之前,可以考虑从实际应用的例子出发,引导学生对原理的思考。比如在数据的压缩传输中,以音频数据为例,由多种压缩方式所得的不同格式的效果和数据量大小引入对数据的压缩传输的理论介绍,使学生自然接受新知识并激发探索的兴趣。 2.2应用内容的横向拓展从1949年仙农的《通信的数学理论》一文发表至今,信息论作为一门独立的学科一直在不断地发展[3],理论基础上的应用更是层出不穷,除了经典理论的讲授之外,信息论的教学应适当引入横向知识的介绍。例如在通信编码的安全问题讨论中,可引入密码学的方面的研究介绍,其中的许多度量性指标,如加密运算中的完全性、剩余度等指标与信息量密切相关。现今密码学已经成为信息安全的研究主体,对信息专业的学生而言有较大的研究与应用空间。在统计理论中,从线性问题向非线性问题转化的过程中,交互信息与传统的相互关系数的作用可进行对比讨论,此外,信息论方法在人工智能方向多种算法中有重要作用,特别对信息统计,数据挖掘等领域的发展有重要意义。又例如,人们发现仙农熵、柯尔莫各洛夫复杂度与豪斯道夫维数都是某种事物复杂性的度量,由于仙农熵、柯尔莫各洛夫与豪斯道夫位数的等价性在理论上已经得到证明,从而使信息论、计算机科学与分形理论都找到了它们的汇合点。它们在一定条件下可以相互等价转化。由这三种度量分别产生了信息论、计算机程序复杂度与分形理论,在本质上有共同之处。它们结合后所产生的新兴学科方向具有跨学科的特点,如算法信息论就是信息论与计算复杂性理论融合的新学科[4]。就信息论的发展而言,信息论是一门“大学科”,涵盖范围广,涉及的专业领域多、内容多样,无论是就业还是继续深造,对本科生而言都有很重要的意义,通过信息论的几个典型应用技术方向的介绍,让学生根据不同的信息技术方向并结合自己的兴趣,作进一步的努力,获取更深更广的知识。 3教学组织形式的改革 在对教学组织形式的研究中,笔者比较国内外“信息论”课程教学在课程设置、教学方法、课程实验及对学生的评价标准等方面的区别,总结发现目前国内外名校在该门课程上更趋向于应用性、开放性与差异性的教学模式。参照麻省理工学院信息论开放课程[EB/OL],发现他们的理论课的时间不到总课时的1/3,其余时间用于课堂讨论,小组课题研究,实验开发与设计,他们的考核成绩一般包括课堂表现(15%),习题解答(30%),期中测试(15%),期末考试(30%)和授课教师的个人评语(10%)[5]。同时结合哈佛大学“圆桌课堂”的教学方式,将课程分成多个专题,在围绕专题进行理论基础阐述的基础上,让学生围绕专题从各个领域来举例、讨论,这样的教学在原有理论的基础上拓展了很大范围,具有较强的开放性,学生学习也有了更多的自主性。此外,还加强了对课程的实验要求,在对已有算法的验证性实验基础上,引导学生进行综合性、仿真性实验的设计。比如对无失真和限失真信源编码、二进制信道和高斯信道容量的计算进行实验验证,甚至在压缩编码和信息安全方面自行设计一些实验,在学会使用Matlab、SystemView等仿真软件的基础上,应用VisualC、C++等程序语言进行开发性试验,以提高学生独立思维和动手能力。 4小结 布鲁纳研究和提倡发现学习,以问题解决过程为基础,旨在开展发现某种关系或规律的问题解决活动。在信息论教学改革的研究中,笔者通过重组教学内容,以提出问题和解决问题为基础,既加强本专业的课程之间的关联性,拓展了课程的深度与广度,又提高了课程的灵活性、实用性和趣味性,深入浅出地让学生同时掌握信息论的理论与应用,并通过改变课堂组织方式,改变以往沉闷的课堂气氛,通过互动和实践环节提升教学效果,对信息与计算专业的课程建设具有一定的积极意义,培养出更多适合信息时代的信息人才。 信息科学论文:电子信息科学技术发展趋势 摘要:随着社会的进步,人类所掌握的科技也在不断发展,电子信息科学技术作为新型技术,已经被越来越重视并被应用到各式各样的行业中,这不仅极大地改善了人们的生活,也推动了经济的发展,社会的进步,这一技术毫无疑问已经成为了当代和未来的一大热点。但需要注意的是,电子信息科学技术在应用时,仍然存在很多问题并需要解决。笔者在本文中将分析其中的一些关键问题并分析其今后的发展。 关键词:电子信息;科学技术;未来发展 第三次科技革命是信息技术的革命,电子信息科学技术在这一阶段取得了飞跃式的发展,也成为了推动一个国家进步发展的重要因素。这种技术虽然是一种新兴技术,但是却已经成为了决定未来走向的一大重要推动力。对于这种技术,它的概念较为宽泛,据专家学者的定义,它包括了电子科学技术,规模型集成电路,信息工程,通信互联网等技术。所以,中国应该紧随时代的步伐,大力发展这一新兴技术,但也因为时间较短,全世界在这一技术的应用上仍然存在许多问题,这是一个值得探讨的话题。 一、在应用中电子信息科学技术的存在问题 电子科学技术由于是一门新兴技术,起步较晚,因此,在当代和未来,包括中国乃至整个世界在其应用上仍然存在着许多问题,但主要存在于发展中国家,发达国家由于起步较早,利用其先进的技术仍然占据着优势和主导地位。关键主要包括以下几点内容。 1、人才培养问题 人才问题可以与教育问题划分为一类,由于整体起步较晚,虽然在各大院校都开设了与这一技术所相关的专业,这些院校所培养的人才大多只能从事较为低端的技术工作。而众所周知的是,电子信息科学技术需要不断进行开拓创新,这直接导致了院校中所培养的人才不能与相关技术发展实际需要相结合。这一问题较多地存在在发展中国家。因此,发展中国家必须向发达国家吸取经验,大力创新,培养高端的技术人才。 2、产业环境问题 这一问题主要体现在两个方面。第一,在市场经济的大环境下,市场竞争主要由市场经济这一只看不见的手所进行调节,电子信息科学技术代表着未来社会发展的方向,受到巨大利益的驱动,大量的资本和社会资源都投入到这一新兴行业的发展,这直接导致了不正当竞争的产生,也对这一行业的发展产生了诸多不利影响。第二,相关的法律法规仍然较为不健全,尤其是对知识产权的保护。一种新兴行业的发展必然伴随着相关政策和法律法规的完善,缺少了它们的保驾护航,这种行业的发展必然困难重重。 二、电子信息科学技术在未来的发展 1、物联网技术的发展 物联网又称为传感网,它的用途广泛,可用于教育、交通、生产等各个领域。随着物联网的逐步实现和发展,许多科幻电影中的场景得以实现,例如,借助一个遥控器,出行在外的人就可以控制家中的电器,环境等。因此人们的生活水平将得到巨大提高。在未来物联网将得到大规模普及,新的产业即将诞生,将会推动各个行业的更新换代。可以说,物联网技术是未来的焦点。 2、人工智能的不断发展 人工智能一直是社会的热点问题,它不仅关乎着科技,也与道德与伦理有着一定关联。但是随着社会的不断进步,人们的要求逐渐提高,人工智能也必然会走进千家万户,为人们的生活提供便利。目前,人工智能虽然已经经历了多年的发展,但依旧存在着许多技术瓶颈需要突破。计算机技术虽然发展较快,但如何实现人工智能仍然是一个难题,需要软件硬件的技术突破。近年来,我们已经享受到了人工智能技术的发展为我们带来的生活变化。智能手机,无人驾驶技术说明人工智能技术已经取得了一定的进步,在未来我们仍然任重而道远。 3、自主研发与集体合作研发相结合 集体合作研发是一种传统的研发方式,发展中国家与发达国家进行合作开发新技术。但不可否认的是,发达国家在电子信息科学技术上占据着主导地位,仍然掌握着优秀技术。为了保持其优势,西方发达国家采取技术封锁的政策,在合作中也有所保留。而任何一种技术的发展又需要不断地进行开拓创新,因此,对于广大发展中国家来说,投入人力物力并大力推动技术的自主研发是十分必要的。中国作为最大的发展中国家,要利用好自身的优势,推动自主创新,只有这样才能成为科技强国,掌握主动权,在国际间的技术交流中占据主导地位,取得更大的利益。坚持自主研发,同时与其他国家保持良好的技术交流与合作,才是保障发展的正确道路。由此可见,在未来自主研发与合作研发将会成为一种新兴趋势,推动着电子信息科学技术在未来的发展。 4、互联网的进一步发展 互联网将更进一步普及到全世界各个角落,wifi实现全球覆盖。同时,网络速度和所能提供的服务进一步升级。云计算和大数据技术将得到广泛普及,无线传输将真正成为主流,互联网终端设备也将经历革命性的发展。互联网与现实将结合得更加紧密,两者互补,将极大便利人们的生活。 三、结束语 当代与未来社会是一个充满变革的社会,其中也蕴含着发展与进步的机遇和挑战。电子信息科学技术毫无疑问是人类社会进步的新的动力源泉,它的飞速发展将会带动其他领域的变革。而我们所要做的又是顺应时展的潮流,推动这一新兴技术的发展,抓住机遇并迎接挑战。在本文中,笔者分析了现在和未来这种技术所以仍然存在的问题,并在一定程度上预见了其在未来发展的趋势,希望能为这一技术的发展起到一定的推动作用。 作者:王宝科 单位:海南师范大学
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《科学中国人》主要栏目:固体激光技术重点实验、国际权威刊物关注、中国人口老龄化问题。
电动力学论文:关于电磁学和电动力学两门课学习的体会 摘要:电磁学和电动力学两门课既有独立性又相互渗透,根据电磁学和电动力学的关联性,在学习时注重知识间的横向和纵向联系,注重从个别到一般、从特殊到普遍的学习方法,注重数学知识的运用将更易于学好电磁学和电动力学这两门课。 关键词:电磁学;电动力学;体系;矢量 电与磁不仅是我们生活中常见的现象,也是物理学科中的一个重要组成部分。从初中开始我们就已经接触有关电与磁的基本概念,高中的时候我们研究一些电流、磁现象的基本规律以及一些基本的场问题,在大学物理的学习中,电与磁仍然是我们要深入研究的对象,电磁学和电动力学这两门课就是研究电磁场理论及其应用的。但相对于电动力学来说,电磁学所研究的对象和所需要的数学知识工具都比较简单,通过对电动力学和电磁学的教学研究以及对关联知识之间的思考,笔者认为以下几点对同学们学好电磁学和电动力学有很大帮助。 一、树立学科体系思想,注重知识间的横向和纵向联系 电动力学和电磁学两门课程所涉及的都是电与磁的理论基础。电磁学以处理稳态情况为主要内容,主要讲述电磁现象的主要概念和规律,可以说是对高中电磁知识的丰富和延伸;电动力学则是从麦克斯韦方程出发,讨论电磁场和电磁波的性质及其在各种条件(真空,介质)中的应用。两门课程既有独立性又相互渗透,内容上有深刻的联系,这为两门课程的关联学习创造了自然条件[1]。我们在学习的时候要注意知识间的横向和纵向联系,以便形成一个有条理的、层次分明的学习体系。 从这些基本规律之间的联系我们不难看出这两门课程之间的紧密关系,因此,在学习的时候要有目的地将电磁学和电动力学课程进行关联学习,要注意前后知识之间的联系,利用知识点之间的联系将两门课程形成一个有机整体,这样更容易将繁杂的电磁知识归类,有助于促进两门课程学习的相辅相成,在已有的基础上学习将更容易掌握有难度的知识点。 二、注重“从个别到一般”、“从特殊到普遍”的学习方法 在学习电磁学内容和电动力学中的麦克斯韦方程组后,很多同学都认为麦克斯韦方程组就是综合库仑定律、安培定律、毕奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律并补充了位移电流的效应后的结果,其实这种认识是不够确切的。如果你分别用库仑定律和麦克斯韦方程组去求解等速运动带电粒子的电磁场,就会发现所得两个结果是不一样的。这是因为库仑定律作为静电场的规律,其中既包含了电磁现象的普遍规律又有其自身的特殊性。所以在学习的过程中要注意各个规律的适用性。 在我们学习的过程中,我们通常都是从特殊情况开始学习的。因为特殊条件都是比较简单的情况,而一般现象就会比较复杂,就会涉及更多的变量。怎样才能从个别的、特殊的现象得到一般的、普遍的规律,这就需要我们对那些特殊的规律进行一分为二的透彻分析,既要明白定律的特殊之处在哪里,又要深刻理解其中蕴含的普遍意义。因为普遍性的东西就包含在一些特殊的情形中,而特殊规律虽然有其特殊地适用范围,但其中必然包含着一些普遍规律。通过认真分析,我们就要分辨出那些特殊定律中有哪些是特有的,哪些部分又具有普遍的意义。 从以上这些例子不难看出,物理学中许多一般性的定理的产生,都是在不断总结特殊情况下的规律并加以修正而得出的。因此,我们在学习电磁知识的时候一定要注意把握“从个别到一般”、“从特殊到普遍”的学习规律,这样才能更好地学习和理解物理世界的奥秘。 三、利用数学知识把握电磁学和电动力学的学习 从许多的例子都不难看出,矢量分析对我们学习电磁知识有很大的帮助,好好利用矢量这一数学工具将使我们在学习电磁学和电动力学这两门课程的时候能更好地形成一条主线,更好地由浅入深地掌握电磁场的各种性质和运算。 作者简介:冯浩(1974-),男,海南昌江人,琼州学院理工学院副教授,硕士,研究方向为物理课程与教学。 电动力学论文:有关重金属污染土壤的电动力学修复研究 摘 要:在本案,为了对受过重金属污染的土壤其电动力学的修复性能进行研究,笔者自制了实验装置,采取提高电压法和间歇断电法两种办法,实现了单一重金属污染土壤中重金属去除率的提高,该实验取得了预期的效果,与此同时也研究了多离子污染土壤的电动修复。 关键字:重金属污染 土壤 电动力学 修复研究 就现阶段科技发展的水平而言,能为修复受过重金属污染的土壤提供多种方法,在这些方法中,属电动力学最优,理由是它对土壤的负面影响小,且修复效果好、修复速度快。该方法被广泛应用于各工程领域,包括:地基化学灌浆、工程排降水、土壤修复等。 在本案,笔者认为只有完全熟知土壤电动力学修复的相关影响因素,才能把握住土壤电动力学修复的关键。土壤修复的影响因素包括:电流大小、电势梯度、电极材料、土壤酸碱值、重金属性质、受污染土壤的特性等。基于电动力学的实际应用效果,在原有基础上又研究开发出能实现电动力学的更高效以及应用更普及的手段:阳离子选择膜法、pH值中和法、Lasagra法、络合剂法、氧化还原法等。但是这些方法的实际应用中,或多或少均存在诸如:引起二次污染、成本过高、应用复杂、添加外加剂等问题。所以,电动力学的研究落脚点就在于:电场时间的控制、外加剂的添加、电位的损失、金属离子间的彼此作用等。 针对上述问题,笔者选取提高电压法与间歇断电发两种方法,通过自制试验研究电动力学对受到镉离子污染的土壤的修复,以及处理Pb/Cd/Cu三种复合离子的效果。 1 试验 1.1 实验材料 (1)所需仪器:全自动电化学分析仪酸碱值测量,DDS-11A型电导率仪,电压、电流均很稳定的YJ83/2双路直流电源,3510型原子吸收光谱仪金属质量分数的测量。 (2)试验土样(如表1)。 (3)试验试剂:硝酸铅、硝酸铜、硝酸镉皆为分析纯。 1.2 试验手段 (1)试验装置(如图1) (2)制备试样:称取若干自然风干的土样以土壤含水量的实际需求为依据,通过湿土(含有1000 mg/kg质量分数的金属离子污染)计算出金属硝酸物的质量在50 mL去离子水中溶入硝酸物加入土样并选取搅拌棒进行充分搅拌至均匀加水达到实验需要的含水量将分为5层的污染土样分别装入模型的土壤室分层压实后整平土柱表面安装到实验模型上。 (3)分析手段:试验中,阴极溶液池3~4间的酸碱值可以选用醋酸进行控制对溶液池的电导率、酸碱值以及系统中的电流进行监测试验后,分割土样至8段,分割标准为10 mm/1段分别对土样的金属离子质量分数、酸碱值、电导率、含水率进行测量。 土样中金属离子质量分数的测定:分段取出0.01 g地土样放置入100 mL规格的磨口锥形瓶浓硝酸的足量添加选取超声波振荡1 h、静置12 h选取离心机对其进行离心操作取出上清液选取蒸馏水定容至250 mL采取原子吸收分光光度法对Cd离子的浓度进行测量计算出土壤中金属的质量分数(对样品分别备置两份分析资料,求取平均值)。 土样酸碱值的分段测定:风干土样比五的土水质量添加入离子水通过超声对其振荡30 min、静置30 min提取悬浮液搅拌悬浮液测定悬浮液的酸碱值。 (4)计算去除率以及电能消耗: 2.1 提高断电法与间歇断电法的结果分析 下图为EK10/EK11段土样的酸碱值、电导率、含水量、Cd理智质量分数: 由图2可得出:在实验过程中,阴极的酸碱值如不能得到控制,土样在2/3阳极地方会有一个PH值过渡区,原因是阴极处产生的OH-不断往阳极迁移的速度是阳极处产生的H+不断往阴极迁移的速度的1/2倍。由图2可以得出本案中笔者选取的试验对阴极酸碱值采取了控制办法:将醋酸添加入阴极池至土样呈酸性,源于池中有OH-的出现,所以才会造成图2中所示的酸碱值由阴极向阳极递减的现象。由此可以得出:醋酸添加的时间与邻近阴极处得酸碱值有关。 由上图3中可以得出:电导率越靠近阳极、阴极的土样,其电导率越高,电导率呈“碗型”变化,但是土样处于土壤室中心的,其电导率处于极低的状态。高电导率土壤中H+ 的含量高酸碱值低近阳极;靠近阴极处电导率较高,理由是土样中存在源自阴极池的OH-,以及含量很高的Cd. 2.2 受多离子污染的土壤的电动修复 上述对各土样的酸碱值、含水量、电导率、Cd离子量的试验结果如图5所示。 (1)土样的电导率、酸碱值、含水率的电能消耗以及质量分数的呈现规律为:电导率―碗型;酸碱值―由阴极往阳极递减,整个过程都被控制在酸性程度;含水率―由阴极往阳极递增,初始含水率低于阳极端却高于阴极端。 (2)由图5可以得出:试验中选取的三类离子均在阴极的近处集结,Pb/Cu的质量分数,其第8段低于第7段。三类离子的去除率为:Cu―68.56%;Pb―75.31%;Cd―69.90%,其电能消耗均为5.0612 kJ/g。该实验结果与单一离子性质的电动试电动修复试验比较分析得出:电能消耗更高、离子修复效果更低,原因是多离子的存在可以实现初始污染浓度增长近三倍;离子间的彼此作用能够影 电动力学论文:有限元方法在“电动力学”中的应用研究 摘 要:电动力学作为一门理论物理的基础课程,是用数学语言来描述作为一门理论物理的基础课程,是用数学语言来描述,求解复杂电磁学问题的技术条件,同时也出现了加有限元方法等有效的计算方法。文章主要探讨有限元方法在“电动力学”中的应用研究。 关键词:有限元方法;电动力学;应用 光量子就是一种“左”和“右”的奇异偏振粒子,由于偏振的对称或不对称,而发生光波在干涉过程中的系统偏振化。苏联科学家瓦维洛夫设计的许多光学实验,十分有趣地说明了光的偏振是光学过程的基本现象之一。所有的实验都表明,光是一种粒子现象,而一切单色的运动的微观粒子群都表现为粒子的波的本性。 1 电动力学原理 1.1 光量子 电子是一个小旋涡体。光量子是由2个质量相等、自旋相反的电子在小黄道面(E平面)上结合的双粒子。 以化学键结合的电子偶,由于在双电子中间结合带,质点所受向心力被抵消,使质点沿圆切线方向被抛出,在反冲力推动下,光量子会沿曲率半径为无限大的圆“自己运动”,因此,光量子的静止质量等于零。在处理光量子运动学问题时,可将它比成一个按周期间歇振荡,在时间与空间中补充燃料质量近似等于喷出燃料质量,自己推进的小火箭。因为光量子是由2个电子在E平面上结合而成的,所以它是偏振的,有EHc。图1表示电子偶在小黄道面上的物质旋涡运动呈疏密相间的条带分布(类似太阳系中的小行星环缝)。由于共振效应,双电子只能停留在各物质环缝上结合。这些环缝是光量子的能级En。处于不同分立能级状态下结合的双电子的中心距an不同,其电子的质量亏损也不同。an愈小的光量子有愈大的能级。光量子的能级表征了它特有的固有振动频率。是每个光量子的固有振动频率决定了光的颜色,并与光波波长有密切关系。 自旋电子的场的开放性使单个电子很难单独游离存在,所以,电子团一般都是由偶数个“左”和“右”自旋的单电子在E平面上结合形成的。而由奇数个单电子组成的总自旋角动量不为零的电子链条通常是不稳定的衰变粒子团。每一个电子团的固有振动频率为vc,其中每个电子的瞬时振动速度为光速±C并具有内能mec2。不同的光量子所需外场激发能量不同。在电场中的电子团受电场力被加速。外场所做的功除表现为电子团的动能增加外,由于阻力,所以还表现在对电子团压缩变形的质量亏损上。因此,在电场中运动的电子团,根据瞬时速度不同,被压缩的能级状态也不同。不同能级状态下的电子团有不同的固有振动频率vc,恰恰是这个固有振动频率vn记忆了能量压缩过程。取在放电管中电子团的固有振动频率最大值vmax,平均振动频率v=■,当时v=c,就有下面电动力学的基本方程: 式中,me为单电子的质量,h为普朗克常数。 当在放电管中充满某种气体分子,且在气体第一电离电位临界点上,气体电离原子的主振频率等于电子团的平均固有振动频率vn时,则发生电子团在共振中被破坏,分散成在一个平面上对称辐射的2个或3个光量子(单态或三重态),形成最强的线状光谱的辐射。 1.2 粒子的干涉和光波的内部结构 因为微观粒子质量很小,粒子之间开放键的作用相对很强,所以,任何两个电子团或光量子,在小夹角的碰撞中都表现为粒子最原始的干涉形式。我们把这种碰撞叫做“吸引碰撞”或“排斥碰撞”。例如,两个沿同方向,在E平面上以小夹角相遇的光量子,因为互相靠近的电子自旋方向相反则互相吸引,使在“吸引碰撞”后的两个光量子沿其速度矢量夹角平分线ψ方向运动。而两个向反方向运动的光量子在E平面上相遇时,由于互相靠近的电子自旋方向相同而发生“排斥碰撞”相互分离。其他各种偏振的、对称或是不对称的碰撞形式,读者可以自己研究。例如,偏振面互相垂直的两个光量子,相互碰撞就不能发生干涉现象。光量子在干涉或界面反射过程中往往发生系统的偏振化,成为圆偏振光或椭圆偏振光。 在空间中任何按一定平均自由程分布的“单色偏振态相同或相近微观粒子群”都能发生上述粒子的干涉现象。光波就是由光量子组成的、自己推进的粒子波。在光源的附近就已经发生干涉所形成的光线上,包含着许多长程无序分布的“线波包”。在每个“线波包”内是由光源在一次辐射,经过干涉而聚集的光量子。光量子在“线波包”内排列是有序的,前后两组光量子之间的距离为 mλ(m是正整数,λ是波长)。 如图2所示,由一次辐射所分开的两条相干光线上,当“线波包”之间的光程差小于它本身的长度时,在一定干涉孔径条件下,两条光线能够发生干涉。在图2中给定的初始条件下,从小孔光源S或S’毫无规律地向任意方向辐射的光量子,只能在与S7或S两个点的理论波阵面上,光程差L=mλ上各点相遇,相遇后的两组光量子在干涉后沿其速度矢量夹角平分线上的ψ方向运动,这个方向就是光线干涉后的传播方向。光波的干涉不是充满在整个空间的粒子毫无规则的弹性碰撞,而是以“线波包”中光量子相遇的“吸引碰撞”或“排斥碰撞”发生的光量子在光线方向上的集中,这表现为光波能量在干涉过程中的重新分布。 2 有限元法及其在“电动力学”中的应用 有限元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它是20世纪50年代首先在连续体力学领域应用的一种有效的数值分析方法,随后很快广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元法的基本思想是:在变分法或加权余量法基础上,采用分块逼近而形成的系统化的数值计算方法。有限元法的基本原理是:首先将求解区域进行离散化,其次剖分成若干互相连接而又不重叠的一定几何形状的子区域,这样的子区域称为单元(二维问题的子区域,一般取为三角形区域或矩形区域)。在单元体中选择基函数,用单元基函数的线性组合来逼近单元中的真解,而总体基函数可以由单元基函数组成。也就是说,有限元方法是根据变分原理和方程余量与权函数正交化原理建立起的积分表达式为出发点,将整个积分区域中的求解函数离散为若干单元区域中的连续函数,再通过单元积分,总体合成为代数方程形式的有限方程。对于二维情况,拉普拉斯方程及边界关系为: 与有限差分法等其他数值方法相比,有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,但局限性在于只适用于相对小的子域。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫(Clough)形象地将其描绘为:“有限元法——Ray—leigh Ritz法+分片函数”,即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。与求解满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法(往往是很困难的)相比,有限元法将函数定义在简单几何形状(如二维问题中的三角形或任意四边形)的单元域上(分片函数),且不考虑整个定义域的复杂边界条件,这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。由于有限元法的重要应用,现在已经开发出了许多关于有限元法的通用程序与软件。 与差分法比较,有限元素法的节点配置方式比较灵活,因此适用于处理形状比较复杂的区域。它的边界节点完全处在区域的边界上,从而在边界上可以给出较好的逼近。当边界比较复杂的时候,有限差分法是很难处理的,而且误差也较大,有限元素法还可以根据具体情况的需要,在一部分求解区域中配置较密的节点,而在另一部分求解区域中配置较稀疏的节点,以便在尽量不增加过多的节点总数下,提高计算精度,这些长处是有限差分法很难实现的。当然,差分法采用直交网格,列计算格式比较简便,而有限元素法由于节点配置比较任意,列计算格式就要复杂得多,不过这些计算格式都可以在电子计算机上自动运算。 电动力学论文:不同浓度的缓冲溶液对电动力学修复喹啉污染土壤的影响 (武昌理工学院生命科学学院,湖北武汉430223) 摘要:喹啉属于中等毒类物质,对环境和人体健康具有很大的危害。本实验模拟了喹啉污染土壤,利用电动力学的方法处理污染土壤,使喹啉迁移,最终达到降解喹啉的目的。结果表明,电动力学过程能有效地促进土壤中喹啉的迁移,电渗析和电迁移是其主要的作用机理;在恒定的电压下,缓冲溶液的添加对喹啉的降解性能影响很大;缓冲溶液的浓度越大,喹啉的降解速度越快。 关键词:喹啉;电迁移;电渗析;电动力学;修复 1.喹啉来源及危害 喹啉、异喹啉及其衍生物作为溶剂和原料在化工、医药等行业用途很广,喹啉是冶金、染料、聚合物以及农用化学品工业的重要中间体。另外在一些石化行业及木材加工业产生的废水中也含有大量喹啉,喹啉已成为土壤和水体中的常见污染物。它们对生物体有致癌、致畸、致突变性,被公认为是一种有毒难降解有机化合物。因此研究喹啉的降解过程,不仅可以找出去除它们的有效方法,而且可以为N-杂环类的其它有机物的降解和去除提供理论上的指导。 2.实验原理——电动力学土壤修复技术 电动力学修复是上世纪80–90年提出的一种绿色可行的原/异位修复技术,在土壤和地下水污染处理方向均有大量的研究报道[1-2]。在土壤修复方面,电动力学技术最受推崇之处是它对于水力渗透性差的粘性土壤污染具有较好的修复效果。 电动力学土壤治理技术的基本原理是在土壤/沉积物污染区域施加低压直流电场,使得污染物在电场的作用下向两极迁移得到富集和去除。污染物的迁移可以通过电迁移、电渗析和电泳来实现。电迁移是指土壤孔隙水中的阴阳离子或带电颗粒向电性相反的电极移动的过程,它主要是针对土壤中溶于水的离子态物质,因而对于重金属和解离态的有机分子迁移去除起到决定性作用。电渗析是在电场作用下,由于扩散双电层作用,土壤中的孔隙溶液在电场中从一极向另一极的定向移动。其中电迁移和电渗析是污染物主要的迁移去除途径。笔者应用电动力学技术对喹啉污染土壤的修复进行了实验,研究土壤中喹啉在电场力作用下的迁移特征及改变电压和加入表面活性剂、控制液后对其迁移的影响,为喹啉污染土壤的电动力学修复提供理论依据。 3.实验装置及方法 3.1 实验装置 图1:电动力学装置示意图 实验装置主要由直流电源、电流表、电解槽、电极室、电极、双头泵、纱网及滤纸、量筒、橡胶管等组成。 3.2 实验测试指标 1)电流:由直接与铜电极棒相连的电流表读取。 2)土壤pH值:取10g土壤试样,精确到0.0001g,置于锥形瓶中,加入50mL去离子水,超声10min,静止30min,用pH测试仪测定上清液的pH值。 3)土壤含水率:烘干称重法。 4)土壤中喹啉含量:各取样点取湿土壤1g,加去离子水10ml于聚乙烯管中,离心机离心分离10min,离心速度4000r/min。离心后静置10min,取上清液用分光光度法测定喹啉的含量。 3.3 实验方法 称取500g高岭土,加入1g/L的喹啉溶液250mL,再加入56mL蒸馏水,使土壤中的含水率为38%。将配好的土壤均匀后填入电解槽,避光,恒定压力下压实24 h。以高纯石墨板做电极,用导线将阳极和阴极分别与电源的正负极相连。电极室定量加入去离子水或硫酸钠或碳酸钠溶液作为电解液,两极室中的溶液由蠕动泵进行串联循环,每天定时更新电极室中的溶液,在恒定7V·cm-1电压下运行10d,每天9:00、15:30、21:00三个时间点分别测定电流强度、电渗流和溶液PH。实验结束后,将电解槽中的土壤平均分成7份,依次从阳极至阴极编为1-7号,测定各部分的含水率及土壤中污染物的含量,风干后测定土壤pH值及电导率,电解液中的喹啉含量以分光广度法进行测定。共进行3 组实验,实验主要研究不同的电解质溶液及不同浓度的电解质溶液对电动修复土壤中的喹啉污染物的影响,实验初始条件见表1。 3.4 缓冲溶液的配制 (1)硫酸钠溶液的配置:用Na2S04粉末配成浓度为0.1mol/L的硫酸钠溶液。 (2)碳酸钠溶液的配置:用碳酸钠粉末配成浓度为0.1mol/L的碳酸钠溶液。 3.5 喹啉标准使用液的配制 取0.92mL喹啉纯液,加去离子水稀释,配成浓度为0.1mol/L的喹啉标准使用液。 3.6 标准曲线的绘制 (1)配制:在6个10mL哈气瓶中,分别加入0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.0mL喹啉标准使用液,各加去离子水至l0mL,摇匀,配成浓度分别为10、30、50、70、90、100mg/L的喹啉溶液。于312nm处测定吸光度标准曲线如图2所示。 4.结果与分析 4.1 喹啉的吸附及初始含量的确定 土壤吸附会使污染物水相浓度和迁移能力降低,为有效地反映电动力学过程对污染物的解吸附和迁移作用,喹啉初始含量宜低于其饱和吸附量。吸附实验结果如图3。图3表明,每克土壤吸附的喹啉量在0.14到0.64mg范围内吸附量呈上升的趋势,说明在0.5mg未达到饱和吸附量,故实验中选择以0.5mg/g浓度制备喹啉污染土壤是可行的。 图3:喹啉吸附等温线 4.2 土壤中电流的变化 实验过程中土壤的电流随时间的变化曲线如图4所示。在不同电解液种类及浓度变化下,电流在电解初期逐渐增大,但速率较慢,50h后电流显著增大。大约在实验运行200-250h处达到最大值,然后有降低的趋势。以硫酸钠溶液为电解液时,浓度大于以碳酸钠为电解液时的电流。当碳酸钠浓度为0.05 mol·L-1时差距尤为明显。 电解初期,电解液向土壤中的迁移及土壤矿物的溶解需要一段时间,通过土壤的电流较小;随着电解液在电渗析及电迁移的作用下,土壤孔隙溶液中的离子浓度逐渐升高,电流增大;随着电解时间的延长,一方面孔隙溶液中阴阳离子的电迁移量减少,另外,电解反应产物或其它的化学物质也可能与迁移的离子发生反应(例如向阴极迁移的H+与向阳极迁移的OH-中和形成水而稀释了土壤溶液中的离子浓度),从而使通过土壤的电流逐渐减小[3]。两极电解反应使土壤pH值发生变化,可能使土壤中的矿物发生溶解或沉淀,导致土壤中可迁移的离子浓度发生变化,土壤中电流也随之轻微波动。 图4:电流变化示意图 4.3 土壤中电渗析流的变化 实验过程中,阴阳极累积电渗流的变化如图5、图6。从图中可以看出,阳极的电渗流呈减小的趋势,阴极的电渗流呈增大的趋势。且三组实验由电渗流对时间的变化曲线的上升或下降的速率基本一致。 三组实验中得到的累积阴极电渗析流量EOF有明显差异。T-1累积EOF最高,运行216h后达到240mL;T-2、L-1次之,累积EOF分别为190mL和145mL,各组累积EOF的大小关系与电流高低有基本一致的关系;同时图6.2中的曲线斜率显示的EOF随电流增大或趋于平稳而相应地增大和平稳,也揭示了这种一致性。 电动力学论文:浅论建构主义理论的电动力学教学探讨 论文摘要:本文阐述了建枸主义学习、教学理论的基本特征,并尝试在电动力学教学中运用建构主义的观点。通过两个实例说明如何在教学中注重以学生已有的知识经验为基础而进行积极的“意义建构过程”。 论文关键词:建构主义学习理论;建构主义学习理论;电动力学 1.引言 《电动力学》课程是物理本科专业的一门重要专业课,也是理论物理的第一门基础课。它是在学生学习了高等数学、数学物理方法和电磁学等基础课程之后开设的。分析整个电动力学教材的内容体系,我们不难看出,矢量分析和数学物理方法好比电动力学的双腿,电磁学的实验、定义、公式、方法和应用则是它的躯干,而物理概念、物理思想、物理图像和物理思维方式是它的灵魂。 由此可见,学生的数学基础特别是对矢量、张量分析的掌握是学好整个课程的关键,没有这个基础,学生就无法领会电动力学的定义、公式和方法。电动力学本身是一门较难也比较枯燥的理论课程,如果此时教师不注意对学生进行学习方法和学习自主性的引导,就很容易滋生厌学清晰,从而影响教学质量。本文利用建构主义理论针对电动力学中如何处理一些知识的教学做了一些探讨,希望达到抛砖引玉的目的。 2.建构主义理论 建构主义是当代教育心理学的一场革命,代表人物是著名心理学家皮亚杰(.Piaget)。建构主义理论的优秀内容可以用一句话来概括:以学生为中心,强调学生对知识的主动探索、主动发现对知识意义的主动建构]。建构主义理论内容丰富、流派纷呈,本文只对建构主义理论中对学习及教学的认识加以浅析。 2.1建构主义理论对学习的认识 建构主义理论认为学习是学生在原有经验基础上主动进行意义建构的过程,这种过程要在实践中或者在学生与环境的相互作用中通过新旧知识间的反复相互作用而建构而成。在此过程中学生依靠同化和顺应来组建自己的知识结构。同化是指把外来的信息纳入已有的知识结构中,以丰富和加强原有的思维取向和行为模式;顺应是通过学生原有的知识结构与新的信息产生冲突,调整原有认识结构,从而建立新的认知结构。通过不断地同化——顺应——同化——顺应……循环往复,相互交替,将新知识转化、组织和重新组织,并纳入到自己的知识体系中。这就是学习的过程。 2.2建构主义理论对教学的认识 建构主义认为教学是学生在教师设置的情景中通过交流和协作对知识进行主动加工的过程。它不是知识的传递,而是对知识的处理和转换。学生对知识的处理和转换,只能由学生自己来建构完成,所以在教学中不能把教师对知识的理解传递给学生,而要从学生原有的知识经验出发,引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。即教学的关键其实是向学生展示这些结论是如何得到的,而不是去熟记这些结论。 3.建构主义理论对指导电动力学教学的启示 3.1学生基础现状分析 学生经过对经典物理学力学、热学、光学和电磁学的学习,已经有了一定的物理基础知识和分析、解决物理问题的能力,并且已经形成自己的学习.方法和习惯。但目前的基本现状是:数学基础知识特别是矢量计算基础较差、先行课程电磁学的知识有很多已经生疏或遗忘、学生习惯接受教师“咀嚼”好的知识和方法,不愿意也不会自己去思考和总结,在学习的主动性和积极性方面还存在很多不足。 上述问题在班上是普遍存在的,它为电动力学的正常教学提出了了刻不容缓的难题,如果不运用适当的手段搞清楚学生的知识状况,并能及时调整知识的讲授方式以便能适当与先行课程做好衔接,就势必给学生学习电动力学造成很大的困难,对教师的教学也是一个很大的障碍。 3.2建构主义对教学的指导——两个案例的分析 (1)“位移电流”的教学 ‘位移电流假说是麦克斯韦为了将稳恒情况下电磁场所满足的麦克斯韦方程 (积分形式为推广到普遍情况(包括稳恒和非稳恒)而引入的一个定义。这是一个很重要的新概念,也是一个比较抽象的概念。学生的思维里可能比较熟悉的是传导电流的性质。 稳恒情况下,磁场的安培环路定理的积分 那么在非稳恒情况下,磁场的环流这个地方,书上的阐述是由麦克斯韦方程与电荷守恒定律之间的矛盾来引入这个概念的口。这是用理论来讲授理论,当然推理严密,讲解简单。但在教学中,我觉得可以从大家熟悉的含有平行板电容器的充、放电电路(图1)来讲述,学生会更领会“位移电流”的本质。 现考虑以L为边界作曲面S1和S2,其中曲面S1通过导线的横截面,有自由电子穿过S1;而曲面S2通过电容器的两极板之间,没有自由电子穿过S2. 这说明,尽管两个曲面的边界L是相同的,但穿过曲面的传导电流并不一样,也就是说这个方程不能推广到非稳恒电流的情况。 为了解决这个矛盾,麦克斯韦提出了“位移电流”的假设,将方程稍做修改为就代表“位移电流”的贡献。下面再来计算的表示式。利用 ×)所以直接比较得出:由此式我们就很容易看出:位移电流的本质是变化的电场,它和传导电流一样都能激发磁场。引入位移电流以后,上述电路的全电流可表示为:这个全电流在整个电路中是连续的。对上式取散度(并用到 这样一来,平板电容器充、放电电路中出现的矛盾就得到解决:在电容器两极之间随时间变化的电场形成了位移电流它把电容器极板中间断的电流.厂连接起来,使全电流.Jr具有闭合的性质。 (2)“谐振腔”的教学 第四章四、五节讨论的是有界空间的电磁波的传播问题,以矩形波导和谐振腔为例,研究了高频电磁波的传播的驻留行为。从知识的角度来看,本章属于运用理论解决实际问题的类型,在前面,先给学生回顾和讲解分离变量法求解亥姆霍兹方程中的定解问题,同时让学生学会分析理想导体的边界条件。有了这两个基础以后,后面介绍的具体例子——谐振腔和波导问题的求解就应该不是重点,学生只需要针对具体情况分析好边界条件就没有困难。 我们知道谐振腔是储存某一特定频率的电磁能量的器件,常用于选择并发射某一频率的电磁波。我觉得作为一种光学的应用器件,讲授它的功能、用途以及为何具备这样的功用是很有必要的。在教学中可以从复习学生比较熟悉的LC振荡回路的知识来过渡到对谐振腔的讲解。我们知道,低频电磁波是利用 如图(2)所示的LC振荡回路激发的,首先用外电源给电容器充电至U,合上开关k以后,储存在电容器内的电场能与电感中的磁场能在不停地相互转换,形成电磁振荡。LC回路振荡频率为 由此式知,为了得到高频的电磁波,就要减小谐振回路的L和C。为了减小C,就要增加电容器极板间的距离d,见图3(a);为了减小L,就要减小电感线线圈的匝数,直到使用一根直导线代替,见图3(b);甚至用很多根直导线并联,见图3(c);更进一步推痔极限情况下,用无数根直导线并联的结果就使LC回路过渡为一个封闭的金属矩形谐振腔,见图3(d)。 由这样的方法引入谐振腔的概念,学生很容易理解和掌握,并且对谐振腔的用途有一定的了解。下面再根据谐振腔的模型给出定解问题,进而求出其中的电磁场结构。 电动力学论文:浅论建构主义理论的电动力学教学探讨 论文摘要:本文阐述了建枸主义学习、教学理论的基本特征,并尝试在电动力学教学中运用建构主义的观点。通过两个实例说明如何在教学中注重以学生已有的知识经验为基础而进行积极的“意义建构过程”。 论文关键词:建构主义学习理论;建构主义学习理论;电动力学 1.引言 《电动力学》课程是物理本科专业的一门重要专业课,也是理论物理的第一门基础课。它是在学生学习了高等数学、数学物理方法和电磁学等基础课程之后开设的。分析整个电动力学教材的内容体系,我们不难看出,矢量分析和数学物理方法好比电动力学的双腿,电磁学的实验、定义、公式、方法和应用则是它的躯干,而物理概念、物理思想、物理图像和物理思维方式是它的灵魂。 由此可见,学生的数学基础特别是对矢量、张量分析的掌握是学好整个课程的关键,没有这个基础,学生就无法领会电动力学的定义、公式和方法。电动力学本身是一门较难也比较枯燥的理论课程,如果此时教师不注意对学生进行学习方法和学习自主性的引导,就很容易滋生厌学清晰,从而影响教学质量。本文利用建构主义理论针对电动力学中如何处理一些知识的教学做了一些探讨,希望达到抛砖引玉的目的。 2.建构主义理论 建构主义是当代教育心理学的一场革命,代表人物是著名心理学家皮亚杰(.Piaget)。建构主义理论的优秀内容可以用一句话来概括:以学生为中心,强调学生对知识的主动探索、主动发现对知识意义的主动建构]。建构主义理论内容丰富、流派纷呈,本文只对建构主义理论中对学习及教学的认识加以浅析。 2.1建构主义理论对学习的认识 建构主义理论认为学习是学生在原有经验基础上主动进行意义建构的过程,这种过程要在实践中或者在学生与环境的相互作用中通过新旧知识间的反复相互作用而建构而成。在此过程中学生依靠同化和顺应来组建自己的知识结构。同化是指把外来的信息纳入已有的知识结构中,以丰富和加强原有的思维取向和行为模式;顺应是通过学生原有的知识结构与新的信息产生冲突,调整原有认识结构,从而建立新的认知结构。通过不断地同化——顺应——同化——顺应……循环往复,相互交替,将新知识转化、组织和重新组织,并纳入到自己的知识体系中。这就是学习的过程。 2.2建构主义理论对教学的认识 建构主义认为教学是学生在教师设置的情景中通过交流和协作对知识进行主动加工的过程。它不是知识的传递,而是对知识的处理和转换。学生对知识的处理和转换,只能由学生自己来建构完成,所以在教学中不能把教师对知识的理解传递给学生,而要从学生原有的知识经验出发,引导学生从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。即教学的关键其实是向学生展示这些结论是如何得到的,而不是去熟记这些结论。 3.建构主义理论对指导电动力学教学的启示 3.1学生基础现状分析 学生经过对经典物理学力学、热学、光学和电磁学的学习,已经有了一定的物理基础知识和分析、解决物理问题的能力,并且已经形成自己的学习.方法和习惯。但目前的基本现状是:数学基础知识特别是矢量计算基础较差、先行课程电磁学的知识有很多已经生疏或遗忘、学生习惯接受教师“咀嚼”好的知识和方法,不愿意也不会自己去思考和总结,在学习的主动性和积极性方面还存在很多不足。 上述问题在班上是普遍存在的,它为电动力学的正常教学提出了了刻不容缓的难题,如果不运用适当的手段搞清楚学生的知识状况,并能及时调整知识的讲授方式以便能适当与先行课程做好衔接,就势必给学生学习电动力学造成很大的困难,对教师的教学也是一个很大的障碍。 3.2建构主义对教学的指导——两个案例的分析 (1)“位移电流”的教学 ‘位移电流假说是麦克斯韦为了将稳恒情况下电磁场所满足的麦克斯韦方程 (积分形式为推广到普遍情况(包括稳恒和非稳恒)而引入的一个定义。这是一个很重要的新概念,也是一个比较抽象的概念。学生的思维里可能比较熟悉的是传导电流的性质。 稳恒情况下,磁场的安培环路定理的积分 那么在非稳恒情况下,磁场的环流这个地方,书上的阐述是由麦克斯韦方程与电荷守恒定律之间的矛盾来引入这个概念的口。这是用理论来讲授理论,当然推理严密,讲解简单。但在教学中,我觉得可以从大家熟悉的含有平行板电容器的充、放电电路(图1)来讲述,学生会更领会“位移电流”的本质。 现考虑以L为边界作曲面S1和S2,其中曲面S1通过导线的横截面,有自由电子穿过S1;而曲面S2通过电容器的两极板之间,没有自由电子穿过S2. 这说明,尽管两个曲面的边界L是相同的,但穿过曲面的传导电流并不一样,也就是说这个方程不能推广到非稳恒电流的情况。 为了解决这个矛盾,麦克斯韦提出了“位移电流”的假设,将方程稍做修改为就代表“位移电流”的贡献。下面再来计算的表示式。利用 ×)所以直接比较得出:由此式我们就很容易看出:位移电流的本质是变化的电场,它和传导电流一样都能激发磁场。引入位移电流以后,上述电路的全电流可表示为:这个全电流在整个电路中是连续的。对上式取散度(并用到 这样一来,平板电容器充、放电电路中出现的矛盾就得到解决:在电容器两极之间随时间变化的电场形成了位移电流它把电容器极板中间断的电流.厂连接起来,使全电流.Jr具有闭合的性质。 (2)“谐振腔”的教学 第四章四、五节讨论的是有界空间的电磁波的传播问题,以矩形波导和谐振腔为例,研究了高频电磁波的传播的驻留行为。从知识的角度来看,本章属于运用理论解决实际问题的类型,在前面,先给学生回顾和讲解分离变量法求解亥姆霍兹方程中的定解问题,同时让学生学会分析理想导体的边界条件。有了这两个基础以后,后面介绍的具体例子——谐振腔和波导问题的求解就应该不是重点,学生只需要针对具体情况分析好边界条件就没有困难。 我们知道谐振腔是储存某一特定频率的电磁能量的器件,常用于选择并发射某一频率的电磁波。我觉得作为一种光学的应用器件,讲授它的功能、用途以及为何具备这样的功用是很有必要的。在教学中可以从复习学生比较熟悉的LC振荡回路的知识来过渡到对谐振腔的讲解。我们知道,低频电磁波是利用 如图(2)所示的LC振荡回路激发的,首先用外电源给电容器充电至U,合上开关k以后,储存在电容器内的电场能与电感中的磁场能在不停地相互转换,形成电磁振荡。LC回路振荡频率为 由此式知,为了得到高频的电磁波,就要减小谐振回路的L和C。为了减小C,就要增加电容器极板间的距离d,见图3(a);为了减小L,就要减小电感线线圈的匝数,直到使用一根直导线代替,见图3(b);甚至用很多根直导线并联,见图3(c);更进一步推痔极限情况下,用无数根直导线并联的结果就使LC回路过渡为一个封闭的金属矩形谐振腔,见图3(d)。 由这样的方法引入谐振腔的概念,学生很容易理解和掌握,并且对谐振腔的用途有一定的了解。下面再根据谐振腔的模型给出定解问题,进而求出其中的电磁场结构。 电动力学论文:物理学专业电动力学课程教学论述 一、课程教学基本理念 第一,在教学中要尊重学生学习的主体性、教师教学的主导性,全面发挥学生的自觉性、主动性、创造性。第二,“电动力学”课程属于专业基础课程,教学内容安排上除了让学生学习本门课程的基本知识、基本理论、基本思路,与其他物理学分支也具有共性和个性的关系。针对这一特点,老师在教学中要注意引导学生相似性形象思维。第三,教学应突出探究式教学方法,改变传统的教学模式,把信息技术与电动力学课程最大限度地整合,运用多种现代教育手段优化教学过程,推行启发式、探究式、讨论式、小制作等授课方式,培养学生的创新思维和创新理念。 二、在本课程教学中应当做到以下几点 1.讲授内容应理论联系实际 “电动力学”作为一门专业学科课程,是师范院校物理专业的基础理论课。教学中要求学生掌握课程的基本知识、基本理论和基本原理,使学生加深对所授知识的理解,更可深刻认识电动力学的实际应用价值,达到学以致用的目的,同时提升学生分析问题、解决问题的能力。 2.注重学生学习的主体性和个体性培养 从课程的设计到评价各个环节,在注意发挥教师在教学中主导作用的同134教改课改2016年3月时,应特别注意体现学生的学习主体地位,以充分发挥学生的积极性和挖掘学习潜能。要求学生能初步分析生产、生活中的电动力学问题,以提升学生的分析问题和解决问题的能力。在电动力学理论的学习中运用数学工具处理问题,使学生认识数学和物理的密切关系,培养学生运用数学工具解决物理问题的能力。培养学生自学能力,重要的不是教内容,而是教给学生学习方法。要充分注意学生的兴趣、特长和基础等方面的个体差异,因材施教,根据这种差异性来确定学习目标和评价方法,并提出相应的教学建议。课程标准在课程设计、教学方案、计划制订、内容选取和教学评价等环节上,为教学、学习提供了选择余地和发展的空间。 3.运用多种现代教育手段优化教学环节 充分利用现代化教学手段,发挥信息化教学的优势,增强学生的学习兴趣,进一步强化需要掌握的知识点,拓宽知识面,增强学生的实践操作技能,培养科学的思维方式,这样学生能更好地掌握“电动力学”课程知识所涉及的相关科学方法,有效提升其发现问题、分析问题、解决问题的能力。 4.具备良好的实验条件,充分保证实验和实践训练质量 鼓励学生开展科研实践训练,参加各类科技竞赛。实验课及实践训练要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维,充分利用好物理、电子竞赛等创新平台,促进电动力学课程的教学。 三、课程学习策略探究 第一,针对“电动力学”是理论基础课的特点,学生必须坚持课前预习,预习过程中有意识地提出问题。课堂教学主要采用探究式课堂教学法,即每节课突出一个主题,讲清论透相关原理知识,每个主题通过师生多种形式的互动,教师及时了解、解决学生的疑难问题,以增强学生的学习兴趣。第二,将传统板书、电子课件、网络和视频多种教学手段相结合。如课内讲授与课外讨论和制作相结合、基础理论教学与学科前沿讲座结合、基本理论与科研实践训练相结合。第三,鼓励学生参加科研实践训练和各类科技竞赛。培养多样化应用型人才,以培养应用型、复合型、技能型人才,增强毕业生就业能力,完成本课的预期目标。第四,电动力学也是一门实践性很强的课程,其研究对象是区别于实物的物质形态,具有抽象的特征。为避免课程教学的数学化,我们将充分应用当代信息技术的优势,比如说以视频教学资料增强学生的感性认识和动手能力。再次,实验课及实践训练要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维能力和素质,充分发挥学生的物理思维和物理探究能力。 四、课程教学方法探究 本课程教学中应注意电动力学理论与实践的结合,尊重学生学习的主体性,适当安排指导性自习,培养学生的自学能力。加强对学生课前、课后的答疑辅导,注重学生能力的培养,使学生通过对电动力学中基本理论的理解,认识和掌握电动力学原理的研究规律,开拓思路,初步培养学生的科研思维。 1.“双边反馈式”教学法 这种教学法由“自学”和“反馈”两部分构成,其着眼点是学生在教师指导下的自学和教师由反馈来的信息而进行的有重点的讲解,使学生的能力在反复训练中得到锻炼。“自学”和“反馈”体现了学生和教师的相互联系、相互配合、相互作用的训练过程。 2.以问题为中心,开展课堂讨论 式教学法建议课堂教学中遵循科学性、主体性、发展性原则,采用以学生为主体的小组讨论式的方法,从提出问题入手,激发学生学习的兴趣,让学生有针对性地去探索并运用理论知识解决实际问题;也可以针对教研室科研工作中遇到的问题设计讨论或思考题,以启发学生分析、讨论有关电动力学问题,学习并巩固电动力学知识,开拓思路,培养科研思维。 3.提倡学导式的教学方式 在教师指导下,学生进行自学、自练,教师把学生在教学过程中的认知活动视为教学活动的主体,让学生主动地去获取知识,发展各自能力,从而达到在充分发挥学生主动性的基础上,渗入教师的正确引导,使教学双方各尽其能,各得其所。 4.多开展课外实践活动 课外实践训练中,要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维能力和素质。鼓励和指导有能力的学生进入科研实践训练,参加各类科技竞赛。将学生撰写的课程小论文融入教学全过程,从中选出有质量的项目进入科研实践训练。充分利用好物理、电子竞赛等创新平台,促进电动力学课程的教学,培养应用型、复合型、技能型人才,增强毕业生就业能力。“电动力学”作为一门探究性课程,在课堂教学中,要突出学生的参与性,使他们主动获取而不是被动接受科学结论,互动思维使学生感觉电动力学发人深思,不难入门。“电动力学”与其他物理学分支具有“共性”和“个性”的关系。为了激发学生学习兴趣,可以经常采用课堂讨论形式,由学生提问,在教师引导下大家讨论,总结得出正确结论。由于分析“电动力学”需要运用抽象思维,所以课堂教学应充分使用多媒体,尽量使用图像和色彩搭配,使学生建立正确的物理图像。注意“信息技术”与“电动力学”课程的有效整合,这对于整体优化教学过程,提高学生的专业知识学习效果、提高学生的信息技术能力、培养学生的合作意识和创新精神均具有重大的现实意义。同时,可将教学理论应用到创新实践能力训练中,应用到物理、电子等各类竞赛中。 作者:邓洪亮 曾爱华 袁琳 单位:邵阳学院 电动力学论文:光信息科学与电动力学课程教育研讨 作者:卢俊 陈桂波 李金华 孔梅 金光勇 单位:长春理工大学理学院物理系 一、光信息科学与技术国家一类特色专业 我校光信息科学与技术专业历史悠久、办学基础好、生源质量高、专业方向应用性强。为适应国家对激光科学与技术及光信息技术高素质人才的需求,发挥我校光信息科学与技术专业应用性强的优势,围绕“特色教育,服务社会”的宗旨,2009年申报成功了光信息科学与技术国家第一类特色专业,目标是建设一个以激光科学与技术和光信息技术两个专业方向为优势方向,特色鲜明的名牌专业,使之在培养质量方面达到或接近国内一流水平。在专业边缘领域,大胆开拓,不断扩展研究内容,使该专业成为国内激光科学与技术和光信息技术方向高级人才的培养基地,满足社会发展需要,为同类型高校相关专业建设和改革起到示范和带动作用。电动力学作为该专业重要的一门专业基础课程,需进行教学内容和教学方式的改革,以适应特色专业的建设和培养高质量毕业生要求。 二、电动力学课程教学现状及课程特点 电动力学课程内容,对大多数学生来说感觉到比较难学。原因是知识点较多,抽象难懂。数学推导复杂,要求有较强的数理基础。虽然有些电动力学问题接近实际,比如波导问题、天线问题,但学生要理解和解决这些问题,需要一定的过程,由于上述问题的存在,使初学者常常感到电动力学课枯燥无味、难以入门;上课听讲似懂非懂,下课做题无从下手。并且,由于招生数量的增加,极大降低了师生比,降低了学生与老师交流的几率。同时,现代大学生与80年代大学生比,缺乏主动思考意识和能力,都严重影响电动力学课程的教学效果。 三、教学改革设想及实施 我校光信息科学技术专业本科生的培养中,激光器及技术是一个重要的专业方向。因此在电动力学课程教学中,如何将与专业基础相关教学内容更扎实、有效地贯穿教学,并激发学习兴趣,采取以下教学改革设想及措施:3.1教学内容改革根据专业特点,对教学内容进行调整,并适当引申,为学生后续的平台课如物理光学、激光原理,以及专业课如激光器件、导波光学等奠定良好基础。比如,对电磁波传播的相关内容重点讲解并结合教师的科研等背景进行引申及拓展。其中关于模式及其形成条件,结合导波光学及物理光学内容,概念交待清楚,条件讲解透彻,为后续课程的学习奠定良好基础。在亥姆霍兹方程的讲解中,引入前沿热点问题如“负折射率”问题,使学生了解其理论基础。在教材中作为选学内容的高斯光束问题,对该专业的学生交待清晰,为后续的激光原理奠定基础。凡此不再赘述,总之,对教学内容的制定,以为学生更好学习后续课程及激发学习兴趣为原则。3.2教学方式改革在电动力学课程的教学中,改变以往单纯板书、课件的教学模式。尝试使用讨论式教学、课程小论文及结合教师科研讲座与板书、课件相结合的教学方式。传统板书教学方法对公式的推导及其有利,也符合学习的学习习惯。但在涉及较抽象问题时,使用课件教学更直观、形象,有利于学生对具体问题的理解。如涉及形成模式的条件———驻波问题,以及偶极子天线的辐射问题,利用课件的动画演示,极大提高了教学效果。在课程的讲解中,穿插讨论式教学,实现教师和学生的互动,调动学生学习的主动性。教师结合课程中不同章节的内容及特点,设置具体问题在课堂上展开讨论是一种形式。对于课程小论文及教师科研讲座,安排在电磁波的传播内容讲解之后,有利于培养学生的兴趣和创造性。我们的教师梯队均为博士毕业,涉及光学、物理电子学、光学工程、凝聚态物理、计算电磁学五个学科,且承担包括国家自然基金、“863”、“973”及工程类项目,为结合不同的学科开展前沿问题讲座,并将研究成果引入课堂,激发学生学习兴趣提供了良好条件。为此,在课程教学中穿插了与课程相关的前沿问题讲座。比如全固态激光器的研究进展、光子晶体及ZnO纳米材料研究进展等,通过前沿问题讲座的尝试,学生积极性很高,取得了预期效果。关于课程小论文,我们安排在了讲座之后,教师根据专业特点和学生基础,给出题目和时间节点,其间学生与教师有交流,教师进行指导,使学生更好地完成小论文,只是这个环节需要的时间较长,需要教师后续跟踪并总结。通过科研讲座及小论的尝试,以初步取得成效,所教授的学生据此参加了全国大学生创新大赛并获奖,所研究结果也在相关刊物发表文章。这种教学模式的探索,极大提高了学生学习的能动性,有利于培养学生的学习兴趣及提高培养质量。 四、总结 结合国家特色专业建设,对电动力学课程教学内容和教学方式进行了有益探索,并取得较好的效果。通过进一步的研究和实践,努力形成一种稳定的教学模式。 电动力学论文:舰船计算电动力学研究 摘要: 本文综述了应用于舰船和潜艇电磁防护以及隐身舰船研究的计算电动力学的性能、解法和软件包。 关键词: 舰艇;电磁防护;计算电动力学 0引言 计算电动力学于20世纪70年代作为一门单独的学科成立。1976年在牛津召开的第一届国际电磁场数值计算会议可以认为是计算电动力学的起点。这些方法可划分为三类:有限元法,边界和体积积分方程法以及混合方法[1]。当利用有限元法对三维目标进行计算时,三维目标的整个计算域会被划分为体积单元(六面体或四面体)。当用于内场问题以及非均匀、各项异性和非线性媒介场域问题求解时,有限元法有着显著的优势。当计算远离场源的电磁场时,有限元法的缺点就会明显的暴露出来。有限元法中未知变量为电动力学势能或者近似为离散空间的电磁场矢量E和H。在积分方程法中需要考虑和电动力学势能及矢量(如格林方程中的积分关系)有关场的表面密度或者是等效体积源。积分方程法在解决无边界区域问题(包括均匀介质)上有很大优势。混合方法集合了有限元法和积分方程法的优缺点,因此在此提及。最初,计算电动力学方法的相关术语发展广泛,但直到20世纪90年代中期挑选出数值算法后才使得计算电动力学方法在工业应用方面变得切实可行。对于以标量电势描述的静态问题进行计算的可用软件包大都采用有限元法。当计算由于涡流引起的低频场时,最有效的方法是采用棱单元的有限元法。当计算辐射或衍射物体产生的高频电磁场时,一般更倾向采用矩量法,矩量法是积分方程法的一个特例,其采用表面电流和磁流的密度作为状态变量[2]。当计算舰船目标的电磁防护问题时,我们最感兴趣的是探测、识别以及武器自导系统所反应的远场区电磁场,所使用的计算软件主要采用了积分方程法。使用积分方程法的时候,必须将目标物体的表面划分成不同的独立单元(边界元)。构造表面以及在表面形成边界元网格是有挑战性的,因为水面舰艇和潜艇具有非常复杂的几何结构和布局。当要考虑内部结构的时候,挑战性就会更大。大多数商业化电磁场计算软件都有从计算机辅助设计系统(CAD)导入几何文件的工具。但是运用CAD进行船或是潜艇设计时,却不经常使用。首先,当导入几何结构的时候,必须要找出那些对舰船的总磁场贡献不明显的结构;其次,在导入几何结构时会容易丢失结构的拓扑链接,这些链接对创建在节点、边缘和表面处的有限元或边界元规则网络是非常必须的。很多计算方法都强制要求规则网格,在这种情况下,更倾向使用单独开发的几何模块(预处理器)来构建几何模型和生成该表面网络。一些软件(如ShipEDF)试图通过舰船通用数据库建立几何结构以及计算模型之间的关联。但不论哪种情况,不同频段下的计算方法有很大差别。下面将分别对这些计算方法进行描述。 1静态电场 舰船静态电场的主要来源为螺旋桨-船之间的电偶以及电化学腐蚀防护系统的阳极。一般来说,静态电场控制的任务以下面方式进行:安排好阳极在船体的位置,并选择阳极电流使环绕舰船环境中的电场以及与腐蚀有关的磁场达到最小,同时还需满足舰船的腐蚀保护要求。“BEASY”软件就是严格按照上述任务编写的[3]。考虑到非线性优化的复杂性以及实际阳极布置的技术局限性,在软件包“STAR3DElectric”中使用另一个未知变量-金属表面电流矢量。使用这个未知量使得在整个电路中考虑有限电阻(如电刷)成为可能。除此之外,软件包“STAR3DElectric”中使用的守恒方程在迭代过程中求解系统方程效率更高。 2静态磁场 目前已知最好的且应用最广泛的计算静态磁场的软件为“矢量场”公司开发的有限元软件包“Opera-3D”[4]。复杂区域内的四面体网格生成质量在“Opera-3D”的最新版本中已经大幅提升。在此之前的版本,为生成高质量网格,就必须对目标的几何结构的某些部件进行挤压。这是一项很精细的工作,需要数周或数月才能完成。在最新版本中,往往只需要构建目标的表面及一些额外的面就可自动生成网格。当利用有限元来计算舰船或潜艇的静态磁场时,面临的主要问题是大部分的铁磁结构厚度都很小(相对于其他尺寸)。这就使得在网格生成过程中产生的一些不好的网格会导致计算精度变差。极限情况下,当结构的厚度趋近于零时,有限元法就变得不稳定了。在软件包“STAR3DMagnetic”中,薄壁结构被表面磁化分布未知的中间面所替代,使得软件对于求解任意厚度的船体都具有稳定性。计算装备了消磁线圈的舰船静态磁场边界元的典型大小为0.5~1m。在此种情况下,使用积分方程法时就必须求解包含大约100000个未知量的密度矩阵方程。“STAR3DMagnetic”采用快速多极算法,是该问题能在一般台式电脑上解决。 3极低频电磁场 舰船极低频电磁场特性是海军武器及探测系统的重要信息源。其主要特点是存在大量的不同物理源产生不同频率的场。这些源所产生的场取决于舰船内部的布置、舰船壳体的屏蔽、甲板和舱壁、环境参数以及舰船运动。由于场源的多样性以及场的尺度不一,计算极低频电磁场时,舰船的电磁场模型并没有作为一个整体,而是对每个场源所产生的电磁场单独考虑。为了仿真0.01Hz~10kHz频段的极低频电磁场,EMSS软件包利用三层介质中恒定和交变电偶极子和磁偶极子的总和来代表舰船的总源场。偶极子数量取决于离观测点的距离,频段以及环境参数。对于中型大小的舰船,数目大约为数十万。偶极子的参数取决于实验数据或通过模型计算得到。以下是EMSS仿真程序里面所考虑的极低频电磁场的源: 1)结构磁化; 2)由于冲刷导致的船壳结构电流的不均匀性; 3)电气设备产生的电流; 4)杂散电流; 5)消磁线圈中的电流纹波; 6)由于船桨的旋转以及腐蚀保护系统产生的电流调制; 7)磁性轴的旋转; 8)船桨的叶片切割地磁场产生的感应电流; 9)舰船在地磁场中运动; 10)铁磁体结构振动。为了进行极低频电磁场分析,仿真得到的时域信号需要加入人工生成或是全尺度测量的干扰。EMSS允许显示在舰船建造以及调试试验时产生的极低频电磁场场源,并且在需要的时候可以评估附加的电磁防护措施的有效性。场源的探测基于目标采样结果和全尺度测量结果之间复杂对比得到。 4无线电波段的电磁场 当需要确定顶层甲板的电磁场辐射水平以确保舰员安全、评估同时运行的天线间的互耦,检验天线安装时的输入阻抗及方向图时,就必须计算船载中频、高频和甚高频天线的电磁场。市场上有大量的商业软件来解决上述问题。例如“Concerto”、“ShipEDF”、“FEKO”以及“CARLOS-3D”等。这些软件大都采用矩量法。“STAR3DHighFrequency”软件包使用和“STAR3DElectric”、“STAR3DMagnetic”类似的几何预处理器。三个软件都可以使用同样的铁壳舰船的几何模型:当计算静态电场和腐蚀磁场时,只利用了模型的水下部分;当计算高频电磁场时只利用了模型的水上部分;当计算静态磁场的时候需要用到整个模型。为了有效求解由矩量法产生的大型系统方程,“STAR3DHighFrequency”软件包采用了高频改进的快速多极子算法[5]。和“STAR3DElectric”、“STAR3DMagnetic”采用的快速多极算法一样,高频改进的快速多极子算法所需的计算资源和NlogN成正比,其中N是边界元的个数。这相对需要O(N3)运算次数的高斯消除法或是LU分解法来说有很大改进。 5雷达、红外和激光波段的电磁场 令人遗憾的是,目前为止这些波段内不能采用矩量法进行严格计算。矩量法的边界元大小约为λ/10,当利用波长为3cm的电磁波来计算露出水面面积为10000m2的舰船瞬时雷达散射截面(RCS)时,容易估算出求解系统方程中未知量个数为10亿。为确定RCS的平均值,需要在特定的距离和观测角度对目标进行多次计算。目前,矩量法中未知量个数的世界纪录是3300万,这个数目是计算理想导电球面上平面波散射问题时,在一个多处理器的计算机群上达到的。替代矩量法的计算方法有:物理光学法、物理绕射理论、几何绕射理论、绕射统一理论等[6]。通常的商业计算软件会综合采用这些方法。近似方法最主要的缺点是缺乏通用性。软件用户必须有大量的工程经验,以便根据不同的情况挑选正确且合适的模型,并能对计算误差进行评估。与矩量法不同的是,所有的近似方法都将目标的总辐射量认为是局部场源辐射量的一个叠加。在这种假设下,就没必要严格考虑几何结构的拓扑以及在表面构建规则网格,这对于使用CAD生成的几何模型有很大优势。电磁场计算方法和CAD的联合应用产生了一个新的概念—电磁场设计,这在雷达、红外和激光波段的隐形目标的发展中具有广泛的应用。知名的电磁场设计计算软件为“ShipEDF”,其主要目标是最大限度的降低舰船的雷达和红外信号水平。软件的主要模块为利用标准的AutoCAD软件生成舰船的三维模型。该模型会生成舰船每个航向角的观测区域表面元,并以电子表格的形式输出,作为计算模型的输入数据。第一个计算模块计算了舰船雷达信号在每个观测的方位角上的积分和差分特性;第二个模块计算了舰船的红外图像;第三个模块估计了激光波段范围内的舰船平均RCS。 6总结 本文回顾了一些关于电磁防护以及隐身舰船发展方面的电磁场计算方法。新的计算机算法使电磁计算方法取得了明显的进展,这种新的计算方法可以处理任意几何外形的薄壁面结构,并能降低计算所需资源。目前的目标是发展一种统一的算法,可以涵盖从静电场到光学射线场的所有频段电磁场。目前,矩量法和近似算法理论之间存在明显差距,试图将两者之间进行结合的数次尝试并没有取得成功。 作者:雷津 龚昱玮 单位:武汉海军驻719所军事代表室 西安海装西安局 电动力学论文:电动力学课程教学改革的思考和实践 摘 要 电动力学是介绍电磁场和电磁波基本规律及其狭义相对论理论的课程,是大学物理学和光电信息等相关专业的必修课程,是支撑现代科技不断发展的重要理论知识。电动力学具有很强的理论性,学生学习这门课程的难度较大,难以取得良好的教学效果。因此,本文将深入研究和思考电动力学的教学现状,并指出电动力学课程教学改革的思路,旨在改善电动力学课程教学模式,提升教育教学效果。 关键词 电动力学课程 教学改革 思考 实践 电动力学是四大力学之一,综合了经典电磁学的最高成就,相对电磁学而言,其可以揭示物理现象的本质和规律,具有概念、公式、符号抽象,内容繁多,教学效率较低的显著特征,是电子通信相关专业的重要基础课程。随着科学技术的迅猛发展,电动力学在通信、电工、超导和微电子等诸多领域都得到了广泛应用。电动力学课程中的物理概念和思想较为抽象,不易理解,学生只有具备扎实的数理基础和丰富的想象力,才能理解和掌握电动力学课程中的物理概念和数学方法。由于电动力学是物理学相关专业的重要基础课程,也是推动现代科学技术不断发展的基础理论,因此,深入研究和思考电动力学理论课程教学存在的问题,总结出提升电动力学教学效果的建议,对促进高校电动力学的教学改革和推动现代科学技术的发展具有重要意义。 1电动力学教学中存在的问题 1.1教学内容多,课时少 电动力学主要涵盖电磁现象的普遍规律、静电场、静磁场、电磁波的辐射和传播以及狭义相对论等五大部分的教学内容。仅有电磁波的相关内容广泛应用于生产生活、军事和物理学研究前沿等领域。在电动力学实际的教学工作中,电动力学教师通常会依照教学大纲进行讲解,注重静电场、静磁场等相关内容的理论知识、基本方法以及电磁波在实际生产生活中的应用,电磁波在物理前沿以及军事方面的应用长期得不到电动力学教师的重视,导致这种现象的缘由是电动力学课程本身有着物理概念抽象、符号和公式难以理解以及教学难度大等显著特征,教学内容多和课时少的矛盾突出,这势必会导致电动力学教师为了提升考试通过率而减少教学内容,这就大幅度降低了电动力学的教学效果和学生的学习成绩。 1.2教学方法有待改善 受我国传统接受式教学模式的影响,电动力学的教学活动主要以教师为中心,教师在实际的教学活动中处于主体地位,主要采取讲解、板书以及多媒体等教学模式向学生传授知识,学生在学习过程中处于被动地位,这样的教学模式有利于学生及时理解电动力学的概念,但是却制约着学生独立思考能力的发展,不利于增强学生主动参与教学活动的积极性。另外,随着多媒体技术在教学活动中的普及和应用,大多数教师逐步从传统“粉笔+板书”的教学模式向以多媒体为主、板书为辅的教学模式过渡,这就会导致教师讲课的语速不自觉的加快,学生在课堂上几乎没有独立思考的时间,也不可能准确理解和掌握课本上的基本概念和有关公式的论证过程,大大降低了电动力学课程的教学效果。 1.3考核方式不完善 目前,绝大部分高校的电动力学考核方式有两部分构成,即平时成绩占30%,期末考试成绩占70%。平时成绩主要取决于学生的课堂表现和作业完成情况,而期末测试注重对课本基础理论知识的记忆和模仿,几乎没有综合能力的测试。所以学生只重视期末考试,平时学习电动力学的积极性不高,通过考前临时性的记忆完成电动力学课程的考核已经成为一种常态,这样的考核方式不利于学生探索性思维的发展,也不利于学生全面掌握电动力学的相关知识。 2电动力学课程教学改革的思考和实践 2.1调整教学内容 在实际的教学工作中,大多数学生在面对电动力学复杂的运算推导时通常会表现出畏难情绪,对公式的推导束手无策,从而失去了学习电动力学的积极性。因此,电动力学教育工作者要积极主动地调整教学内容,在正式讲解电动力学课程之前增添数学基础知识的讲解,协助学生解决学习电动力学的数学障碍,从而树立起学好电动力学课程的信心,从而提升该课程的教学效果和学生的学习成绩。 2.2创新教学模式 电动力学教师要根据教学要求和学生的实际情况,灵活地运用教学方法。教师要主动并善于分析电动力学课程不同章节之间的联系,总结出处理问题的共同点和不同点,不断创新教学模式,从而达到事半功倍的教学效果。例如在讲解静电场和静磁场这部分内容时,电动力学教师利用静电场和静磁场研究方法相似的特征,深入讲解静电场这部分内容,让学生准确掌握静电场的各种分析方法,之后再采取类比法讲解静电场的相关内容,这样有利于培养学生灵活运用知识的能力。与此同时,电动力学教师要善于利用多媒体技术教学,将复杂和难以理解的物理学现象通过多媒体技术形象生动地呈现在学生面前,为学生理解疑难问题创造良好的条件,从而提升电动力学的教学质量。 2.3健全课程的考核方式 电动力学教学工作者要不断健全课程的考核方式,增强学生学习电动力学的积极性。各大高校可以适当地提升平时成绩占总成绩的比例,积极贯彻学习为目的、考核为手段的教学理念,让学生清醒地认识到学习过程的重要性作用,丰富考核的内容和方式,从多方面考察学生的知识和能力。例如在每单元结束时进行单元测试,将单元测试的成绩纳入平时成绩;定期开展探究性的学习活动,培养学生获取知识、分析和解决问题问题的能力,并将探究性学习的成果纳入平时成绩;在期末考试试题中增大综合题目的比重,从而让学生更加重视电动力学的学习。 3结论 电动力学是物理学相关专业的优秀基础课程,对培养和提升学生的抽象思维能力具有重要作用。在电动力学的实际教学中依旧存在着教学内容多和课时少矛盾、教学方法有待改善和考核方式不完善等诸多不良问题,电动力学教师要注重课程教学的改革工作,积极调整教学内容、不断创新教学模式和健全课程的考核方式,从而有效提升电动力学的教学质量,为我国现代科学技术的发展培养出更多的高素质人才。 电动力学论文:可视化技术在电动力学教学中的应用 摘 要:针对电动力学学习中学生常会遇到的某些难以理解的抽象概念,介绍了可视化科学计算软件MATLAB在电动力学教学中的应用。旨在帮助学生理解和掌握电磁场的规律,初步掌握电磁学的数值计算方法,提高学生的科研能力。 关键词:MATLAB;电动力学 TM1-4 一、引言 电动力学是研究电磁场的基本性质运动规律以及它与物质相互作用的一门学科,是高校物理学专业本科阶段学生的优秀课程。然而由于其抽象的电磁场理论和繁琐的数学推导,且无法观察到直观地实验现象,导致部分学生过于依赖书本,不去独立思考,甚至产生厌学情绪。 为了改变这一现象,我们必须要让抽象的概念形象化,同时让学生初步掌握电磁学的数值计算方法,才能提高学生实际运用电磁理论的能力。然而现在大部分基于Flash、Photoshop、3D Studio MAX的仿真模拟实验,尽管能够制作生动的实验过程动画,但却对物理实验规律和过程很少涉及,很难做到真正的交互使用。 而MATLAB作为美国Math Works公司开发的一套高性能的数值计算和可视化软件,则因其高效可视化有推理能力等优点,已经在大学教育和科学研究中的得到了足够的重视和广泛的应用。其语言简单,计算能力强,工具箱中有大量的求解常微分方程(ode)和偏微分方程(pde)的函数,正好满足物理过程的数值计算要求,既可在求解拉普拉斯方程边值问题时体现物理问题与数学结合的研究方法,又可通过数值求解来算出各点的电位值和做出分布图形,直观地分析场内各点场的分布情况。 二、MATLAB与绘图有关的命令 输入命令的方式有两种,一种是在命令窗口直接输人简单的语句另一种工作方式是M文件的编程工作方式当使用绘图语句时,MATLAB就自动打开一个图形窗口。一些较为常见的作图命令如下: 1.在已有图形上继续作图的指令是hold on:取消这种功能的指令是hold off。 2.二维图形绘图命令中最基本的指令就是plot如果输人两个矢量x,y,则plot(x,y)产生的是y相对于x的图形。 3.MATLAB中的曲面是用xy平面上的各个格点上的坐标z来定义,相邻点用直线连接,并建立平面的数据网格。生成数据网格的命令是meshgrid。mesh是三维网格作图命令,mesh(x,y)画出了每一个格点(x,y)对应的z值。 三、利用MATLAB辅助教学实例 1.标量场梯度的计算 在电动力学的课程学习中,矢量分析是基础的数学工具,也是之后课程内容学习的关键。在矢量分析中,散度作为描述矢量场的有源性的量,相对容易理解,计算也简单;旋度、梯度的难度相对大一些。以梯度概念为例,介绍借助MATLAB来计算及理解梯度矢量。 【例】求解标量场 的梯度 梯度是方向导数的最大值,是与等值面垂直的一个矢量。我们利用MATLAB中的梯度函数就可以作出等值面和梯度图。 源程序及绘图结果如下: 2.点电荷产生的电势 已知点电荷Q激发的电场强度为 ,其中 为源点到场点的距离。把此式沿径向由场点到无穷远点进行积分,把积分变数写为 , 可得出真空中点电荷的电势函数为 ,通过分析我们得知,其电势在空间中的分布为以点电荷为球心的一系列球面,每个球面上电势大小相同。 3.电偶极子场的分布 电偶极子是等量异号点电荷组成的电荷系统,其特征用电偶极矩p来描述,其中p=ql,p和l的方向规定为由-q指向q。中心位于坐标原点的电偶极子在其远方产生的场的电势为 ,对此式求梯度即可得到为于原点处电偶极子产生的场强 。 其源程序及作图如下: 四、结语 本文根据电动力学的特点,介绍了可视化软件MATLAB在电动力学教学中绘图和科学计算的便捷应用。我们认为计算机辅助教学不仅只是用计算机制作教学课件,更应该用来解决一些思维抽象计算繁杂的教学难题。例如在电动力学教学中利用MATLAB,则能使电磁场概念大大形象化,让学生不仅加深对抽象的场的理解,更能学会利用计算机进行科学计算和模拟物理现象的基础知识。这样不仅会提高教学效果,而且有利于激发学生的学习兴趣,培养学生的学习能力和科研能力。 电动力学论文:Matlab绘图在电动力学教学中的应用探索 摘要:根据电动力学的特点,在教学中引入Matlab软件,使用其绘图功能把抽象的物理知识和物理现象用形象、直观的图形表示,帮助学生对知识的理解和掌握,提高了教学质量,值得进一步的推广应用。 关键词:Matlab;电动力学;教学改革 1.电动力学教学现状分析及Matlab的引入 电动力学是高校物理专业及相关专业学生在电磁学基础上继续深入学习的一门重要的理论基础课。我院选的教材是高等教育出版社郭硕鸿先生编写的电动力学第三版,教学主要内容可以分为五个部分:电磁场的基本方程、静电场、静磁场、电磁波和狭义相对论。调查显示[1],在教学内容上,教师都相当重视基础内容,教学方法仍趋于传统的教学方法,讲清基础知识、基本概念,渗透科学方法,强调物理概念和数学描述的统一,体现物理学知识的整体性。虽然已有一部分教师采用了一些研究生学习的方式和引入英语教学等手段来进行教学方式的改革,但并未引起广泛的重视,特别是在电动力学中引入计算机软件辅助教学方面更加少有人问津。 Matlab是国际上公认的最优秀的科技应用软件之一,Matlab软件易于操作,简单易懂,已逐渐被用于大学物理、电磁学等本科院校的教学当中[2-4]。对于理工科院校本科教学来说,采用Matlab软件比较合适。我院学生在前期已开设了Matlab基础课程,再结合电动力学内容生涩难懂,物理知识、物理现象不能形象直观的描述等因素,我们在教学中引入了Matlab强大的绘图功能,要求每一位学生针对某一个知识点或者物理现象画出Matlab图形,并形成M文件。一学期后,同学们均能达到基本要求,效果良好! 2.Matlab绘图给教学带来的优势 引入Matlab绘图辅助教学,把可视化教学和传统的教学模式结合起来,一方面可以把抽象的物理知识变成清晰的图象,很大程度上帮助了学生对电磁场和电磁波传播规律的理解和掌握,另一方面可以向学生传达更多更新的教学内容,展示与电动力学相关的更丰富的物理现象,最终达到激发学生的学习兴趣,提高了教学质量,同时也培养学生的想象力、创造力以及处理实际问题的能力。 3.应用举例 我们一共收到43份Matlab图形及M文件,其中描述静电磁场有27份,电磁波的传播有7份,描述一些主要物理现象如磁聚焦现象、带电粒子在恒定磁场中的螺旋运动、电磁波的衍射等有9份。 4.结束语 通过Matlab强大的绘图功能把电动力学中的知识点和物理现象用图形直观、形象的表达出来,加深了学生的理解,激发了学习的兴趣。通过一学期的探索,该教学改革是切实可行的,我们将进一步在教学和科研中进行推广。 电动力学论文:微连续体的电动力学 【摘 要】引力场是由无数相干的引力子一个接一个地在空间中分布形成的一个具有相干结构的连续的整体;光能量是一份一份不连续的,但每个光波都是一个量子化的连续体的整体波动,就好像每个声波都是一群粒子整体的连续的波动一样。方向性、粒子性、概率性是包括声波在内的任何一种波频率足够高时都可显现出来的的波的三大共性。微连续理论从自然最深层次上解释了物体具有惯性的原因,揭开了光速不变之迷,并在狭义相对性原理和等效原理的基础上阐明了光速的相对性,推导出了超光速质能方程和超真空泡原理。 【关键词】场分子;光障;场激波;超光速质能方程;超真空泡效应 1 引力与电磁力的统一 引力场是由无数与奇点相干的引力子在宇宙空间中一个接一个地分布形成的一个连续的整体。引力是奇点和它本身的引力场原有的平衡状态被其它奇点打破产生的一种压力。例如,在真空中有一个静止的引力场奇点1,奇点1的引力场对奇点1产生的压力是各向均等的,这使得奇点1和它的引力场能够保持一种相对平衡的状态,使奇点1相对静止在它的引力场的中心。把奇点2放到奇点1的引力场中,奇点1和它的引力场原有的平衡状态就会被打破,使奇点1的引力场中的每个引力子都有以奇点2为中心从各个方向指向奇点2重新分布的趋势,从而对奇点1产生一个指向奇点2的压力,压力的大小与两奇点间距离的平方成反比,这个压力表现出来就是奇点2对奇点1产生的引力。与此同时,奇点2和它的引力场原有的平衡状态也会被奇点1打破,使奇点2受到一个指向奇点1的压力,压力的大小与两奇点间距离的平方成反比,这个压力表现出来就是奇点1对奇点2产生的引力。引力的这种产生方式与相对论描述的时空弯曲是等效的。与引力场类似,一个电荷的电场是由无数与电荷相干的电场分子(电场分子是构成电场的最小物质组分,也是光波的媒介)在宇宙空间中一个接一个地分布形成的具有相干结构的连续的整体,即微连续体。引力场并不局限在场奇点周围的空间区域,而是向空间中无限延伸,其影响是非局域的,所以,电荷的电场也并不局限在电荷周围的空间区域,而是非局域的,电场力与引力一样,其大小都与距离的平方成反比。一个正电荷和一个负电荷并排在一起,与正电荷相干的电场分子就会有以负电荷为中心,从各个方向指向负电荷重新分布的趋势,使正电荷受到一个指向负电荷的压力,表现出来就是负电荷对正电荷产生的吸引力;与此同时,与负电荷相干的电场分子也会有以正电荷为中心,从各个方向指向正电荷重新分布的趋势,使负电荷受到一个指向正电荷的压力,表现出来就是正电荷对负电荷产生的吸引力。两个同种电荷并排在一起,每个电荷的电场分子都会有以对方电荷为中心,指向各个方向重新分布的趋势,使每个电荷都受到一个由两电荷的内侧指向两电荷外侧的压力,表现出来就是两个同种电荷间互相排斥的电场力。一个静止的电荷在场的作用下向前运动,会带动它周围空间中相干的电场分子一起向前运动,这些电场分子又会带动空间中相干的电场分子一起向前运动,在与电荷运动方向垂直的界面上,与电荷相干的电场分子并不是直线向前运动的,而是一边绕着电荷旋转一边向前运动,从而形成一个以电荷为中心的磁场涡旋,磁场涡旋的方向就是磁场的方向。稳定的磁场涡旋一但形成,就可长期存在,没有外力的作用就不会自动消失,就像超导线圈中的电流一但形成就不会自动消失一样。电流方向不变,电流大小呈周期性变化的振荡电流叫做单向振荡电流,磁场方向不变,场强大小呈周期性变化的振荡磁场,叫做单向振荡磁场;电流或磁场的大小和方向都呈周期性变化的叫做双向振荡。与此类似,电场(磁场)分子流涡旋的方向不变,电场(磁场)分子流大小呈周期性变化的振荡叫做单向振荡;电场(磁场)分子流涡旋的大小和方向都呈周期性变化的叫双向振荡。单向振荡的电流可在其周围空间中激发单向振荡的磁涡旋,单向振荡的磁涡旋可在其周围的空间中激发单向振荡的电涡旋,单向振荡的电涡旋和单向振荡的磁涡旋在空间中交替产生形成单链式电磁波。让两列时间相差半个周期的等幅同频率的超高频单链式电磁波经过等长的路经后叠加,便可在空间中合成一个超低频单向振荡的无源的磁场,使通恒定电流的导体受到一个方向不变的电磁力的作用,推动飞船前进,这就是大推力量子引擎的基本原理。双向振荡的电涡旋与双向振荡的磁涡旋在空间中交替产生形成双链式电磁波。普通的无线电波和光都是双链式电磁波。在空间中互相激发交替产生的电涡旋和磁涡旋总是互相垂直的,且两者都是由大量相干的电场分子的涡旋运动形成。我们都知道,液体是不可以产生和传播横波的,而大量相干的液体分子彼此远离,密度变得极低,使张力远大于斥力后,便可形成具有相干结构和固定形状的膜,产生并传播横波。一个电荷的电场分布在宇宙中的电场分子的密度虽低,但这些电场分子形成了像膜一样的相干结构,所以能产生和传播横波。因为不同电荷的电场分子是不能形成传播横波的相干结构的,所以,在一个电荷的电场里传播的光能不能直接传到另一个电荷的电场中去,就好比两个光波彼此穿过后,仍保持各自的独立性,一个光场中的动能不能传到另一个光场中去一样。每个电磁波中的电涡旋和磁涡旋都是由同属一个电荷的相干的电场分子运动形成。无论是引力还是电场力,或是磁场力,实际上都是由空间中与场奇点相干的场分子与场奇点间原有的平衡态被打破而产生的,都是与场奇点相干的场分子对场奇点直接产生的作用力。实验证明,每个观察者接收到的电磁波都是以观察者自身的电场为载体来传播的。静止或匀速运动的电荷,它的电场也是静止或匀速运动的,这一点有大量实验可证明。无论观察者以什么样的速度匀速运动,观察者的电场相对于观察者都是静态的电场,两者总是处在同一个非局域的惯性系中,这必然导致真空光速相对于观察者恒定不变,而光行差角也会严格地只与地球和恒星的相对运动有关。结合等效原理,在不违背狭义相对性原理的前提下,光速的相对性可归纳为两点:(1)无论光源和观察者如何运动,在真空中传播的光,其速度相对于接收它的观察者恒为c;(2)在真空中传播的光,其速度相对于不是接收它的观察者可变。 2 超光速传输信息实验 在真空中选取AB两个相距较远的点,将一根长杆平放在B点旁边,让长杆与AB两点的连线垂直,长杆与B点间的距离很短,可忽略不计。让一个激光器和一块平面镜分别以相同的速度沿着两条平行于长杆的直线从左向右同时匀速穿过AB两点,激光器和平面镜始K处在同一个惯性系中。激光器到达A点的瞬间向B点方向垂直射出一束激光,平面镜穿过B点向右匀速移动一段距离后把激光垂直反射到长杆上的O点。在上述实验中,激光器经过A点瞬间发出的激光被分成两束,一束从A点直线射向长杆上的O点,所花的时间为t1,另一束从A点垂直射向B点,被平面镜的电场向右拖曳后,经平面镜垂直反射到长杆上的O点,所花的时间为t2,t1 t2。这证明第二束激光以超过真空光速的速度从A点传到了O点。但对O点上的电荷来说,激光只不过是走了一条比较短的“捷经”而已,它们观察到激光是从A点右方与平面镜相对应的点发出的,它们观察到的光速仍是c,但这并不是真实的光速。在激光器和平面镜间传播的光,平面镜才是接收者,O点上的电荷并不是接收者,O点上的电荷接收到的光实际上已不是激光器发出的光,而是平面镜上的原子受激辐射出的光,只是两者的频率相同而已。因此,在激光器和平面镜间传播的激光,其速度相对于平面镜恒为c,相对于O点上的电荷却是大于c的。 3 物体具有惯性的原因 物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质称为惯性。牛顿在巨著《自然哲学的数学原理》里定义惯性为:惯性是物质固有的力,是一种抵抗的现象,它存在于每一个物体当中,大小与该物体相当,并尽量使其保持现有的状态,无论是静止状态或是匀速直线运动状态。可见,牛顿早就已经认识到了惯性与力有密不可分的关联。像电子、夸克等实物粒子实际上都不是能够独立存在的最小物质组分,而是各种场的奇点。因为场奇点和场是个不可分割的整体,所以,任何实物都不能脱离有关的场而独立存在。在没有外力或合外力为零的情况下,一个场奇点的场对该场奇点产生的压力在各个方向上都是均等的。若要改变一个场奇点的运动状态,首先要改变该场奇点周围区域的场的状态,场奇点周围区域的场的状态被改变产生的影响,会以光速传遍整个非局域的场。因为场是由无数互相联系互相影响的场分子组成的一个连续的整体,即微连续体。在没有外力或合外力为零的情况下,微连续体中的每个物质组分都在张力和斥力的作用下维持其在整体中的位置不变,以维持整个微连续体的平衡状态,一旦有外力打破这种平衡状态,微连续体必然会产生抵抗的力,对外表现出惯性。这就好比静止在湖水下面的小球,受到来自各个方向的水压力,这些压力大小均等,方向相反,合力为零。站在岸上观察,小球是静止的,站在匀速行驶的汽车中观察,小球是匀速运动的,但小球与湖水仍是相对静止的。若要改变小球的运动状态,可用非局域的场将整个湖与小球一起移动,就像地球引力场带动整个湖与小球一起转动一样。也可用推力改变小球相对于湖水的位置和运动状态,湖水反向的压力必然会使小球表现出的抵抗的力。由此可见,场奇点的惯性实际上是场奇点自身的场对场奇点产生的压力的一种表现。因为场奇点和它的场是个不可分割的整体,而场是看不见的,所以,人们才会误认为惯性是场奇点(即实物粒子)自身的属性。 4 波的粒子性与概率性 无论是电磁波还是机械波,波的频率达到或超过一个临界值后,波的方向性就会明显表现出来。比如,频率很高的超声波与频率很高的光波一样,都是接近直线传播的。波的频率越高,波的方向性就越强,在与波传播方向垂直的界面上,波的作用范围就越小。在金属中,原子外层的价电子可脱离原来所属的原子而成为在金属中自由地做热运动的自由电子。但在温度不是很高时,自由电子并不能大量逸出金属表面,这说明金属原子对自由电子有一定的引力以阻碍自由电子逃逸出去,自由电子若要挣脱出来必须克服这种引力做功,这个功叫做逸出功。在导体中的电流实际上就是电场力克服了金属原子的引力使自由电子定向移动形成的。频率比较低的电磁波遇到金属表面的自由电子时,可同时驱动自由电子所处的波界面上大量的电场分子一起做步调一致的振荡运动,近而带动自由电子一起做同频率的振荡运动。就好像水波,其频率虽低,但大量水分子整体的波动却可产生强大的力带动水面上的物体一起做同频率的振荡运动。而频率很高的光波由于其方向性强,在与光波传播方向垂直的界面上,光波的作用范围太小,只能驱动波界面上的一个或极少个电场分子去撞击电子,表现出明显的粒子性。就好像在水中传播的特超声波,由于其方向性强,在与特超声波传播方向垂直的波界面上,特超声波的作用范围太小,只能驱动一个水分子或极少个水分子去撞击物体,表现出明显的粒子性。光波的频率越高,撞击力就越大,电子在被撞击瞬间获得的动能就越大,电子从撞击中获得的动能等于光量子的动能hv。一个电子不能同时获得两个光波的能量,若一个电子获得一个光波的能量后还不能挣脱金属原子的引力,电子获得的能量就会在瞬间消散,这导致每个电子获得的能量不能累加。因此,光频率达不到金属的极限频率时,增加光强和光照时间都不能产生光电效应。因为撞击不但改变了电子的动量和位置,也改变了光波的媒介――电场分子的动量和位置,所以,一列光波不能总是驱动同一个电场分子去撞击同一个电子,而是每个周期都随机地驱动一个不同的电场分子去撞击另一个电子,标记下每个光子的撞击点,就会发现大量光子的撞击点的分布是有规律的。大量特超声波的撞击点的分布也是有规律的,可见,粒子性和概率性,与方向性一样,都是波的频率达到一定的值后才能显现出来的波的一种共性。 5 熵的加速度与宇宙时间 一个物质系统的熵反映了该物质系统的状态的混乱程度,即无序度,熵越大,无序度就越大。熵增大的趋势表现出来的力叫做正熵力,阻碍熵增大或使熵减小的力叫做反熵力。熵的加速度等于物质系统的合熵力与该物质系统的质量的比值,它可以改变熵增大或减小的速率。外界的压力可抵消物质系统的正熵力,使熵的加速度减小,熵增加得慢。例如,储存在钢瓶中的液氧,在熵增大的趋势下,大量的氧分子总是趋向于占据更大的空间,向外扩张产生正熵力。但在瓶壁的压力下,绝大部分正熵力都被抵消了,熵的加速度很小,熵变化得很慢,使得大量的氧分子长期保持液体状态,并使每个氧分子热振动的频率变得很低,热辐射很低。一旦钢瓶的压力消失,熵的加速度就会变得很大,液氧很快就会气化,每个氧分子热振动的频率都会变大,使热辐射升高。在微观世界中,可用激光产生的压力来抵消一群粒子的正熵力,将粒子束缚在一起,并使每个粒子热振动的频率降低,热辐射降低,这就是激光制冷技术。一个孤立系统的时间速率反映了该孤立系统所有的物理量(包括所有宏观的物里量和所有微观的物里量)变化的平均速率,它与该孤立系统的所有熵,包括宏观的熵和微观的熵(即总熵)增大或减小的速率相关,与熵的方向无关。而一个孤立系统的场分子(包括电场分子、引力子等各种场的分子)熵的加速度与该孤立系统的总熵速率成正比关系,所以,孤立系统的时间速率与场分子熵的加速度成正比关系,与场分子熵的方向无关。在真空中高速运动的飞船会带动周围空间中的场分子一起向前运动,这些场分子产生的负熵力会抵消飞船内场分子的正熵力,使飞船内场分子熵的加速度减小,场分子的振动频率减小,时间频率降低,原子钟变慢。飞船的速度越大,飞船内被抵消的场分子的正熵力就越多,飞船内场分子的振动频率就越小,时间频率就越低,原子钟走得就越慢。但即使飞船以光速或超光速飞行,也无法使飞船里的时间停止,更无法使时间倒退。强引力也可以抵消场分子的正熵力,使场分子的振动频率减小,时间频率降低。飞船在靠近大质量物体时,飞船内场分子的正熵力会被强引力抵消,使飞船内场分子的振动频率减小,时间频率降低,原子钟变慢。但当引力大于正熵力时,引力越大,场分子熵的加速度就越大,场分子熵减小的速率就越大,时间反而变得更快了。这种情况下,时间已不能用原子钟来观测,只能通过“引力钟”来观测。宇宙的时间速率取决于宇宙总熵的加速度,与观察者的运动状态无关。因此,宇宙时间对任何参考系都是一样的,同时并不是相对的,在同一宇宙时发生的两件事情相对于任何参考系都是同时发生的。 6 超光速迁移 除中微子外,目前人类观察到的所有实物粒子在真空中运动都会带动其运动方向上的场分子向前运动。当粒子的速度增加到接近光速时,粒子前方的场分子因来不及散开而被到压缩到粒子身上,密度突然增大,使粒子的质量显著增加。粒子的速度越大,场分子的密度就越大,粒子被附加的质量就越大,粒子就越难以加速,这种现像叫做光障。低于光速时,粒子的质量可用相对论的质速公式来计算出近似值,但粒子的速度无限趋近光速时其质量并不会增加到无穷大。当光障附加到粒子身上的质量达到一个阀值时就会产生剧烈的质量衰减反应,大量被压缩到粒子身上的场分子以波的形式向四周围散开,带走光障的质量,使粒子被光障附加的质量迅速减少。此时,若对粒子加以足够大的力,使被压缩到粒子身上的场分子数大于离散数,粒子的质量仍会随着速度的增大而有所增加,但粒子被附加的质量越大,质量衰减的速度就越大,这导致相对论的质速关系失效。实验证明,电子被光障附加的质量达到电子自身质量(即电子的静质量)的大约210倍时,就会产生剧烈的质量衰减反应,电子被加速到光速时,其质量大约是静止质量的3600倍。当电子的速度超过光速时,大量场分子就会遭到强烈的压缩而形成场激波。光障的产生是飞船加速到光速的最大障碍。如果全飞船上的每一个粒子都产生光障,整艘飞船被附加的质量将十分巨大,飞船不但无法加速到光速,还可能会解体爆炸。怎样才能够让飞船突破光障呢?唯一的办法就是将光障屏蔽在飞船外,并尽量减小光障的阻力。试想一下,让一亿个小珠子独立地在空气中接近音速飞行,就会产生一亿个音障,这一亿个音障产生的阻力是非常巨大的,把这一亿个小珠子拼凑成一个乘波体,音障就只在乘波体的外表面上产生,阻力就会变得很小。同理,让一亿个小珠子独立地在真空中接进光速飞行,就会产生一亿个光障,这一亿个光障附加的质量是非常巨大的,把这一亿个小珠子拼凑成一个乘波体,光障就只在乘波体的外表面上产生,乘波体被附加的质量就很小。举个实例,每个原子核都是由一定数量的夸克构成的,但一些从核子中对撞出来的夸克的质量却超过了整个原子核的质量。夸克的质量是被光障附加的,对撞的能量越大,对撞出的夸克的速度就越大,光障附加的质量就越大。夸克会像丢包袱一样把附加在它身上的质量丢掉,衰变为更轻的夸克。采用特殊的材料并设计成乘波体的飞船可使光障只在飞船的外表面上产生。理论计算表明,一艘质量为100吨的乘波体飞船的速度增加到光速时,光障附加在飞船外表面的质量大约只有30吨,不到飞船静质量的三分之一。当飞船的速度增加到超光速时,大量场分子(下转第38页)(上接第16页)就会遭到强烈的压缩而形成场激波,产生类似于音爆的光爆现象。因为,每个观察者接收到的光波都是以观察者自身的力场为载体来传播的,所以,只有运动物体相对于观察者的速度超过光速时,观察者才可能观察到光爆,而位于超光速物体运动方向上的观察者则无法观察到光爆。 7 超光速质能方程 爱因斯坦的相对论给出了低于光速时的质能方程,该方程并不适用于超光速粒子。一个正电子和一个反电子互相湮灭,只下光子,根据等效原则,我们可以这样解释相对论质能方程;拥有一定惯性质量的物体可转化为一束光波,这束光波具有的能量就是该物体所具有的能量,它等于该物体的质量与光速的平方的乘积,即E=mc2。相对论揭示了质量、能量和光速三者之间的内在联系,但相对论并不能解释光速为何不变,也就不能解释质能方程中的光速为何取c值。因为,真空光速相对于接收光的观察者恒为c,这一点有个前提条件,即光源相对于观察者的速度小于c。所以,质能方程中的光速只有在运动物体的速度小于c时才取c值。但当运动物体相对于观察者的速度超过c时,就会产生场激波,运动物体在观察者的力场中向前发出的每个光波都会被压缩到同一个激波阵中,成为一个激波量子,每个激波量子传播的速度相对于观察者都是超光速的,它等于超光速物体的运动速度v。因此,在超光速物体的质能方程中,光速应取v值,即E=mv2。 8 超真空泡效应 任何实物粒子都是由场奇点构成。粒子的速度低于阀值时,粒子和它的场是个不可分割的整体,但当粒子的速度超过光速并达到一个阀值时,就会产生接近绝对真空的超真空泡把粒子和它的场隔开。这与水中的超空泡相似:大量高速运动的水分子互相远离使水分子间的张力远大于斥力,从而形成具有相干结构的超空泡。与此类似,真空中大量高速运动的场分子互相远离使场分子间的张力远大于斥力,便可形成具有相干结构的超真空泡,把实物粒子(即场奇点)和它的场分隔开。因为实物粒子的惯性实际上就是场奇点自身的场对场奇点产生的压力的一种表现,所以,实物粒子和它的场被超真空泡分隔后,其惯性质量就会被空虚化。在超真空中的实物粒子,其摩尔数不变,但惯性质量却因空虚化而变得极小,只须很小的力便可获得很大的加速度,且其惯性质量不会随着速度的增大而增大。这种情况就像在水中旋转的螺旋桨,刚开始时,水对桨叶的阻力随着转速的增大急剧增大,但当转速达到一个阀值时,就会产生超空泡效应,超空泡将桨叶和水隔开,使水对桨叶的阻力急剧减小,接近消失,导致螺旋桨空转而损毁。超光速飞船的速度达到一个阀值时,也会产生超真空泡效应,飞船在超真空中运动,其摩尔数不变,但惯性质量却因空虚化而变得极小,只须很小的推力便可使飞船获得很大的加速度,且飞船的惯性质量始K保持一个极小的值,不会随着速度的增大而增大。 电动力学论文:PAN/PMMA凝胶聚合物电解质膜导电动力学研究 【摘要】本实验采用静电纺丝法制备PAN/PMMA凝胶聚合物电解质膜,用交流阻抗法测试了其电导率,研究了温度对凝胶聚合物电解质膜离子传输性能的影响规律,并与溶液浇铸法制得的平滑膜进行对比;分析了两种不同形式凝胶聚合物电解质膜的导电动力学规律,探索了其导电机理与微观形貌的关系。结果发现,静电纺丝薄膜的离子电导率较高;两种薄膜的导电机理符合Arrhenius方程,其中纺丝薄膜的离子导电活化能较低。 【关键词】静电纺丝;交流阻抗;活化能;离子电导率 锂离子电池是一种工作电压高、比能量大、循环寿命长的新型电池。目前商业使用的电解质主要是液体电解质,它的优点是电导率高,但存在稳定性差,电解液易泄漏等安全隐患。全固态聚合物电解质虽然安全性高,但电导率太低,限制了其应用;凝胶聚合物电解质融合了以上两者的优点,但机械性能差,难以在现有电池生产线上进行组装,同时面对下一代新能源汽车所使用的动力电池,仍存在室温电导率不足的问题[1]。而静电纺丝工艺是一种孔隙率高,形貌易于控制的新型制膜技术,可以改善凝胶聚合物膜的性能,并解决以它为电解质的电池组装问题[2]。所以研究这一电解质膜的制备工艺、导电性能以及导电机理具有重要的意义。 本实验中,我们用静电纺丝法制备了PAN/PMMA基凝胶聚合物电解质薄膜,采用交流阻抗法测试了凝胶聚合物电解质膜的电导率,并与溶液浇铸法制得的薄膜进行比较,建立了其导电模型。在实验教学中几乎还没有涉及凝胶聚合物电解质的实验,将这一研究内容引入本科物理化学实验,可以使学生较早地接触前沿科学,更好地了解现代化学的发展方向,有利于研究型人才的培养。 1 实验目的 ①学会静电纺丝法制备凝胶聚合物电解质多孔膜; ②了解交流阻抗法测试电导率的基本原理并掌握测量方法; ③测试不同温度下电解质膜的电导率,探索电导率与温度的依赖关系并研究其导电机理。 2 实验原理 静电纺丝法制膜是聚合物溶液在高压电场作用下,克服表面张力,从喷射口喷出,形成微小射流,最终固化得到的多孔纤维薄膜。通过更改纺丝参数,我们可以得到不同孔状结构的纺丝膜,实现对膜形貌的调控。 交流阻抗法测试电解质隔膜的电导率。其原理是对膜与电极构成的电化学体系施加小振幅对称正弦波扰动并测其响应,以此绘制出交流阻抗谱图,再计算得到膜电阻,最后求出电导率。 目前,大部分凝胶电解质的离子导电机理符合Arrhenius方程[3-6], (1) 对上式取自然对数, (2) 可以看出1/T与 之间存在线性关系,将实验数据以1/T为横坐标, 为纵坐标进行线性拟合,如果符合线性规律则体系满足Arrhenius方程;由此还可以求出离子传输的活化能等参数。 3 实验仪器及药品 仪器:铝箔纸、5mL注射器、烧杯、温度计、镊子、1cm1cm不锈钢电极(2个)、油浴锅、CHI660e电化学工作站(上海辰华)、静电纺丝机(北京永康乐业科技发展有限公司)。 药品:硅脂、PC/EC―LiClO4溶液、无水乙醇(分析纯)、已配好的PAN/PMMA纺丝溶液,溶液浇铸法制备的PAN/PMMA平滑膜(配制PAN/PMMA含量为聚合物体系12wt%的溶液,倒入表面光滑的培养皿中烘干溶剂)。 4实验步骤 4.1静电纺丝法制备凝胶聚合物电解质膜 (1)实验准备 打开静电纺丝设备电源,打开照明灯和通风装置。在接收器滚筒表面铺一层铝箔,接口处用胶带粘连固定。 (2)参数设定与纺丝薄膜制备 将螺杆推进至未吸取纺丝液的注射器末端,设为前终止点。使用21号针头,用注射器吸取3mL纺丝液,排尽注射器中气泡。后退螺杆,放上吸入3mL纺丝液的注射器,将螺杆恰好推进至注射器末端,设为后终止点。设定注射速率0.25mL/min,接收速率20r/min,接收距离20cm,工作时间200min,正向电压15kV,负向电压-5kV。将电压夹头夹在注射器前端针头处。单击联机启动,仪器正常运转。待注射器内纺丝液喷射完全后,揭下滚筒上的铝箔,经过处理再将铝箔上的纺丝膜小心揭下,备用。 4.2聚合物电解质膜的电导率测试 (1)实验准备 用无水乙醇将电极及镊子擦拭消毒。用千分尺测量未夹膜之前两电极厚度l1并记录。从制备好的凝胶聚合物电解质膜上裁剪下一张1cm1cm的膜,平铺在一个不锈钢电极上,放上另一电极夹紧,即在两个不锈钢电极(SS)之间夹入制备好的薄膜(GPE),构成聚合物电解质阻塞电极体系(SS/GPE/SS)。用千分尺测量此时夹膜后两电极总厚度l2,(l2 -l1)为膜厚L。将夹紧膜的两电极片放入电解液中浸泡5分钟,取出放在滤纸上,吸去多余电解液。 (2)仪器参数设置 打开电化学工作站软件,选择交流阻抗法,输入电压0.01V,高频200kHz,低频42Hz,振幅0.01V,使用四电极法,绘制出电解质膜的交流阻抗谱图。 4.3不同温度下聚合物电解质膜的电导率测试 与常温下测试电导率相同,将夹紧膜的电极片与温度计固定在一起,放入试管中,将试管放入油浴锅中加热升温,将温度设置为30℃,40℃,50℃,60℃,70℃,80℃,90℃,分别绘制出PAN/PMMA纺丝膜在30℃-90℃范围内不同温度下的交流阻抗谱图。 用相同方法测试得到PAN/PMMA凝胶聚合物电解质平滑膜在30℃-90℃范围内不同温度下的交流阻抗谱图。 5 结论 静电纺丝法可以制备电导率高的凝胶电解质薄膜;PAN/PMMA凝胶聚合物电解质的电导率符合Arrhenius方程,其中纺丝膜有更低的离子传输活化能。 6 注意事项 ①纺丝过程中,有可能因为配的溶液过浓,导致喷头堵塞。如发生这种情况,应单击联机停止,再关闭正负电压,待示数降至零后,取下夹头,用纸巾擦拭喷头处后重新启动仪器。 ②电导率测试过程中勿触动电极片和导线,否则会导致测得的交流阻抗不准确,最后所得的电导率也会与实际偏差较大。 7 实验教学意义 本实验抽提于科研项目,其内容涉及到电化学基本理论、离子导电动力学基础知识以及静电纺丝制备多孔膜材料的新加工技术、电化学工作站的使用、数据处理、综合分析等内容,可以激发学生学习兴趣,培养学生扎实、宽广的基础知识,而且对培养学生理论联系实际,加强对仪器基本原理的理解、提高对分析方法的应用以及实际操作能力及创新思路能力具有非常深远的意义。 电动力学论文:本科物理学专业“电动力学”课程教学刍议 一、课程教学基本理念 第一,在教学中要尊重学生学习的主体性、教师教学的主导性,全面发挥学生的自觉性、主动性、创造性。第二,“电动力学”课程属于专业基础课程,教学内容安排上除了让学生学习本门课程的基本知识、基本理论、基本思路,与其他物理学分支也具有共性和个性的关系。针对这一特点,老师在教学中要注意引导学生相似性形象思维。第三,教学应突出探究式教学方法,改变传统的教学模式,把信息技术与电动力学课程最大限度地整合,运用多种现代教育手段优化教学过程,推行启发式、探究式、讨论式、小制作等授课方式,培养学生的创新思维和创新理念。 二、在本课程教学中应当做到以下几点 1.讲授内容应理论联系实际 “电动力学”作为一门专业学科课程,是师范院校物理专业的基础理论课。教学中要求学生掌握课程的基本知识、基本理论和基本原理,使学生加深对所授知识的理解,更可深刻认识电动力学的实际应用价值,达到学以致用的目的,同时提升学生分析问题、解决问题的能力。 2.注重学生学习的主体性和个体性培养 从课程的设计到评价各个环节,在注意发挥教师在教学中主导作用的同时,应特别注意体现学生的学习主体地位,以充分发挥学生的积极性和挖掘学习潜能。要求学生能初步分析生产、生活中的电动力学问题,以提升学生的分析问题和解决问题的能力。在电动力学理论的学习中运用数学工具处理问题,使学生认识数学和物理的密切关系,培养学生运用数学工具解决物理问题的能力。培养学生自学能力,重要的不是教内容,而是教给学生学习方法。 要充分注意学生的兴趣、特长和基础等方面的个体差异,因材施教,根据这种差异性来确定学习目标和评价方法,并提出相应的教学建议。课程标准在课程设计、教学方案、计划制订、内容选取和教学评价等环节上,为教学、学习提供了选择余地和发展的空间。 3.运用多种现代教育手段优化教学环节 充分利用现代化教学手段,发挥信息化教学的优势,增强学生的学习兴趣,进一步强化需要掌握的知识点,拓宽知识面,增强学生的实践操作技能,培养科学的思维方式,这样学生能更好地掌握“电动力学”课程知识所涉及的相关科学方法,有效提升其发现问题、分析问题、解决问题的能力。 4.具备良好的实验条件,充分保证实验和实践训练质量 鼓励学生开展科研实践训练,参加各类科技竞赛。实验课及实践训练要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维,充分利用好物理、电子竞赛等创新平台,促进电动力学课程的教学。 三、课程学习策略探究 第一,针对“电动力学”是理论基础课的特点,学生必须坚持课前预习,预习过程中有意识地提出问题。课堂教学主要采用探究式课堂教学法,即每节课突出一个主题,讲清论透相关原理知识,每个主题通过师生多种形式的互动,教师及时了解、解决学生的疑难问题,以增强学生的学习兴趣。 第二,将传统板书、电子课件、网络和视频多种教学手段相结合。如课内讲授与课外讨论和制作相结合、基础理论教学与学科前沿讲座结合、基本理论与科研实践训练相结合。 第三,鼓励学生参加科研实践训练和各类科技竞赛。培养多样化应用型人才,以培养应用型、复合型、技能型人才,增强毕业生就业能力,完成本课的预期目标。 第四,电动力学也是一门实践性很强的课程,其研究对象是区别于实物的物质形态,具有抽象的特征。为避免课程教学的数学化,我们将充分应用当代信息技术的优势,比如说以视频教学资料增强学生的感性认识和动手能力。 再次,实验课及实践训练要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维能力和素质,充分发挥学生的物理思维和物理探究能力。 四、课程教学方法探究 本课程教学中应注意电动力学理论与实践的结合,尊重学生学习的主体性,适当安排指导性自习,培养学生的自学能力。加强对学生课前、课后的答疑辅导,注重学生能力的培养,使学生通过对电动力学中基本理论的理解,认识和掌握电动力学原理的研究规律,开拓思路,初步培养学生的科研思维。 1.“双边反馈式”教学法 这种教学法由“自学”和“反馈”两部分构成,其着眼点是学生在教师指导下的自学和教师由反馈来的信息而进行的有重点的讲解,使学生的能力在反复训练中得到锻炼。“自学”和“反馈”体现了学生和教师的相互联系、相互配合、相互作用的训练过程。 2.以问题为中心,开展课堂讨论式教学法 建议课堂教学中遵循科学性、主体性、发展性原则,采用以学生为主体的小组讨论式的方法,从提出问题入手,激发学生学习的兴趣,让学生有针对性地去探索并运用理论知识解决实际问题;也可以针对教研室科研工作中遇到的问题设计讨论或思考题,以启发学生分析、讨论有关电动力学问题,学习并巩固电动力学知识,开拓思路,培养科研思维。 3.提倡学导式的教学方式 在教师指导下,学生进行自学、自练,教师把学生在教学过程中的认知活动视为教学活动的主体,让学生主动地去获取知识,发展各自能力,从而达到在充分发挥学生主动性的基础上 ,渗入教师的正确引导,使教学双方各尽其能,各得其所。 4.多开展课外实践活动 课外实践训练中,要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维能力和素质。鼓励和指导有能力的学生进入科研实践训练,参加各类科技竞赛。将学生撰写的课程小论文融入教学全过程,从中选出有质量的项目进入科研实践训练。充分利用好物理、电子竞赛等创新平台,促进电动力学课程的教学,培养应用型、复合型、技能型人才,增强毕业生就业能力。 “电动力学”作为一门探究性课程,在课堂教学中,要突出学生的参与性,使他们主动获取而不是被动接受科学结论,互动思维使学生感觉电动力学发人深思,不难入门。“电动力学”与其他物理学分支具有“共性”和“个性”的关系。为了激发学生学习兴趣,可以经常采用课堂讨论形式,由学生提问,在教师引导下大家讨论,总结得出正确结论。由于分析“电动力学”需要运用抽象思维,所以课堂教学应充分使用多媒体,尽量使用图像和色彩搭配,使学生建立正确的物理图像。注意“信息技术”与“电动力学”课程的有效整合,这对于整体优化教学过程,提高学生的专业知识学习效果、提高学生的信息技术能力、培养学生的合作意识和创新精神均具有重大的现实意义。同时,可将教学理论应用到创新实践能力训练中,应用到物理、电子等各类竞赛中。 电动力学论文:浅谈电动力学的理论体系和研究方法 摘要:根据我校的教学实际,结合电动力学的课程特点,介绍了在学生学习和教师教学过程中应明确的电动力学的地位、知识结构和逻辑体系以及研究方法,为学生学习电动力学和教师教授电动力学提供有益的帮助。 关键词:电动力学;知识结构;逻辑体系;研究方法 本文根据我校的教学实际并结合电动力学的教学特点,分别介绍了学生学习和教师教学过程中应明确的电动力学的地位、知识结构和逻辑体系以及研究方法,希望能为电动力学的学习与教学提供有益的帮助。 一、明确电动力学的地位 电动力学主要阐述宏观电磁场理论,其研究对象是电磁场的基本属性、它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用,可见它与自然界中的四种基本相互作用(引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用)之一有直接联系。由于光的理论本质是电磁理论,所以电动力学还是光学理论的基础。电动力学作为物理学专业一门理论基础课,是理论物理(理论力学、热力学统计物理、电动力学、量子力学)的重要组成部分,包括物理学发展史上具有里程碑意义的两个物理理论,即麦克斯韦电磁理论和爱因斯坦狭义相对论。本课程最重要、最直接的先行课程是电磁学和数学物理方法,后继课程是量子力学、固体物理等。因此,电动力学要在电磁学的基础上,利用数学工具严格、定量地讲清宏观电磁相互作用的基本概念、基本理论和基本方法,使学生加深对电磁场性质和时空概念的理解,获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力。同时为后继相关课程打下必要的基础。 以上将经典电磁场理论放在整个物理学中做了概括的论述,目的是为了使学生对它的地位和意义有一个恰当的认识,避免过份强调本学科的作用,造成“只见树木,不见森林”的错觉。 二、明确电动力学的知识结构和逻辑体系 在课程内容体系和结构的组成与安排上,一般采用两种方法:“从特殊到一般”的分析归纳法和“从一般到特殊”的演绎法,这两种方法是同样重要的。但是,多年来电动力学的教学大大忽视了分析归纳法,实际上这不符合物理学发展的规律。从认识论的角度来看,分析归纳法所指的“从特殊到一般”就是由实践到理论的过程,即将丰富的实践经验进行深入的分析,由表及里,去伪存真,总结概括出带有规律性的东西而上升为理论。演绎法所指的“从一般到特殊”就是由理论再到实践的过程,即理论要经过实践检验,并且经过实践检验而被证明是正确的理论再指导实践。由此可见,分析归纳法与演绎法的结合正是在某一个认识层次上实践―理论―实践的全过程,同时体现了理论与实践的紧密结合。因此,在电动力学课程内容体系和结构的安排上,可力求从实验事实出发,提出问题,分析问题,总结出规律和假设,再经实验验证升华为科学理论,在更为普遍的意义上解决实际问题。这样,使分析归纳法和演绎法有机地结合起来,更好地贯穿理论联系实际的重要原则。具体来说,对于麦克斯韦理论的讲述,是从静电场、静磁场和时变场的实验定律出发,分析在时变场情形下所出现的深刻矛盾,为解决矛盾提出位移电流这一科学假设,并总结出麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式。之后的大量实验验证了它是在随时间变化的普遍情形下完全正确的电磁场理论。然后以此理论为基础,讨论在特殊情形和不同方面电磁场的性质和运动规律,如电磁波的传播,电磁波的辐射、散射和衍射,运动带电粒子的辐射等。对于狭义相对论的阐述,也同样注重理论原理与实验基础之间的紧密结合。 在国内外,有些电动力学书的逻辑体系与上述不同。其中一类是以归纳法和演绎法并重,先详细讨论静态场与似稳场,然后用归纳法得出麦克斯韦方程组,以后就用演绎法讨论电磁波的辐射、传播等问题;第二类是以静电场为起点,应用狭义相对论对库仑力进行洛伦兹变换,从中引出磁场的概念,导出磁场的场方程,继续推出麦克斯韦方程组,然后讨论辐射、传播等问题,基本逻辑体系仍属于演绎法范畴;此外,还有采用“逐步公理法”的逻辑体系,它以矢量场的亥姆霍兹定理为优秀,对每种具体电磁场,根据实验规律对该场的源和“涡源”提出假设(即公理),然后对每种场做深入的研究,这也是一种以演绎法为主的逻辑体系;还有人采用分析力学方法,引入电磁场的拉格朗日函数,导出电磁场的基本规律等。 三、注意学习电动力学的研究方法 1.归纳法。根据有限的、特殊条件下的实验结果和规律,归纳出在一般情况下的普遍规律。由于总是不完全归纳,所以其结论可能是对的(经得起新实验的检验),也可能是错的(经不起多数实验的检验),还可能是不完全的(被许多实验证实,但有个别例外),就需要进一步修正结论,从而得出新结论。用归纳法得出的结论实际上是“猜”出来的,谁猜的本领高,谁就能发现真理,这里面包含了科学家天才的想象力与严密的理论思维能力。麦克斯韦方程组的得出就是运用归纳法的光辉范例,它不是对静态场与似稳场的简单归纳,麦克斯韦在归纳过程中提出的两个假说(涡旋电场和位移电流)就体现了他的天才想象力和逻辑思维能力。洛伦兹力公式是洛伦兹运用归纳法将静电力和静磁力两个公式推广到适用一般电磁场的电磁力公式。这个公式经受住了无数次实验检验,没有一个反例,因此可以相信它反映了客观真理。 2.演绎法。全部理论建立在尽可能少的几个出发点之上,把它们作为基石,然后运用严密的逻辑推理和准确的数学推演,建立起完整的理论体系,演绎过程可将我们的认识从基本出发点引到很遥远的地方,从而大大开拓了眼界,同时也使得基本理论在许多具体的工程技术领域内得致实际的应用。电动力学是如此(这一点在“2”中已做论述),狭义相对论更是如此,它的全部理论只建立在两条基本假设上(相对性原理和光速不变原理),通过缜密的逻辑推理和运用四维时空张量的推演,得出了震惊世界的相对论时空理论、相对论力学和相对论电动力学等。演绎法中,出发点的提出是有创造性的,只要这个前提是对的,那么通过严密的逻辑推理和准确的数学推演所得的结论就是正确的。 电动力学论文:光和真空光的波动―粒子性质与通过电磁理论和量子电动力学连结的真空 由于光在人类生活中起的作用太重要了,人们对于光的研究从公元前就已经开始了。那时就已经认识到光沿直线传播。公元前三世纪,希腊数学家欧几里得就出版了“光学”一书。迄今两千多年过去了,我们完全地理解了光的行为以及它所遵从的物理规律。但是,光的本质究竟是什么,它与真空的关系是什么,仍然没有完全理解。 由麦克斯韦方程组组成的经典电动力学明确地告诉我们:光是电磁波,并引入了真空的概念。而量子电动力学则认为光由光子组成,而不关心光子的频率带来的概念性问题。量子电动力学预言了一个非常复杂的所谓的真空,真空具有无穷大的零点能,不断地发生着各种虚过程,而且目前已经发现了它们都具有可以观测的效应。不可回避的光同时具有波动和粒子的属性,以及光与真空的相互作用,仍然没有满意的解决。 这些论题都是从以前发表的许多成果中抽取出来的,这些成果都列入了参考文献中。关于光子矢量势及它与真空的关系的看法和陈述都是作者自己的观点,提出一些问题,给出一些提示和答案,并期望进一步的理论与实验研究,以便改进我们关于光与真空实质的认识和理解。 全书内容分成7章:1. 引言;2. 历史的回顾和实验证据;3. 电磁波理论的基本原理; 4. 从电磁波到量子电动力学; 5. 理论、实验和问题; 6. 电磁场量子化过程与光子的矢量势的分析、非局域光子的波动与粒子表示和量子真空。7.结语。 本书作为一部专著,根据论述需要精选内容,深入浅出地清晰阐述,推导尽可能详尽。每一章末都给出了参考文献便于查阅。本书特别适合于对量子力学和量子电动力学感兴趣的高年级研究生和研究人员以及教师选做专题参考书。 丁亦兵,教授 (中国科学院大学) 电动力学论文:Mathematica在电动力学课程教学中的应用探索 摘要:电动力学是电子、信息、通信、物理等学科的主干课程之一,有较高的抽象性,要求学生具备较好的数学基础,一直是专业课程教学中的难点。Mathematica工具软件很好地结合了数值和符号计算,配以直观的图形展示和动态交互,对很多概念可以具体呈现,在教学中能起到很大作用。本文以电动力学教学中的部分难点为例,探讨了Mathematica引入电动力学课程教学的应用,对两者有机结合、建立课堂教学辅助软件进行了探讨。 关键字:Mathematica,电动力学,课堂教学 引言 大学高等教育通常致力于培养专业基础扎实、有较强实践能力和拓展潜力、富有创新精神的本科人才。其中理工科专业要求学生系统掌握专业基础理论、基本实验方法和实验技能,并具有较强的数理基础。近些年,大学普遍扩招,生源质量下降,学生数学基础不够扎实,冷门专业情况更是严重,不少学生往往因专业知识在数学计算上的复杂及相关定理、概念和过程的抽象等问题而失去学习兴趣,导致专业课的教学学习效果不够理想[1]。 基于此种情况,已有不少人把多种现代教育技术如Matlab,Java,Mathematica等软件应用到课堂教学中[2, 3],使现代教学技术在提高学生学习积极性、优化课堂、提高课堂效率等方面取得了较好的效果。Mathematica是一款科学计算软件,其很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统以及与其他应用程序的高级连接。很多功能在相应领域内处于世界领先地位,截至2014年,它也是世界上使用最广泛的数学软件之一。普遍认为Mathematica的标志着现代科技计算的开始,它是世界上通用计算系统中最强大的系统。自从1988以来,它已经对科技和其它领域中计算机的运用方式产生了深刻的影响,并且在国外教学工作中获得了广泛的应用[4, 5]。从google学术搜索中搜寻Mathematica以及Education相关条目,有近十万条结果。从高中到研究生数以百计的课程都使用它,并有多本关于Mathematica教学的图书出版,涵盖多门专业教学。Karim等人[5]甚至还基于Mathematica软件开展了远程教学。而在我国,虽然教师们对于现代化手段在教学中的应用很早就开展了研究,但是一直以来不够重视,特别是Mathematica软件在教学中的应用和国际相比还处于初级阶段,还没有得到广大教师的足够重视和普遍使用。这从google学术检索中就可以发现,Mathematica与教育教学等词条相关的论文搜索结果还不到三千条。相关教学论文数量不够充分,内容也还很不深入,相关中文教材也处于缺乏状态,并且这些研究主要分布于大学物理以及数学分析这两门课程[2, 3, 6]。对于Mathematica在数学、物理等数学要求较高的大学各专业优秀课程教学中的应用工作还未深入展开,而物理、电子等系优秀专业课之一――电动力学的数学要求远比普通理工科专业高,因此本文欲在前人研究基础上,以电动力学部分难点的教学工作为例,展开深入分析,力图引入Mathematica软件辅助教学,消除学生对复杂公式的畏惧感,直观准确地展示各种物理图像,使学生对课程的学习有良好的进步。 1 应用 本文研究目的旨在借助于Mathematica软件将学生从复杂的微分偏微分方程求解过程中解放出来,并用图形和动画直观展示各重点难点,从而降低专业课的学习难度,达到提高学生学习积极性的目的,并使学生初步掌握Mathematica软件的使用方法,提高他们学习新事物的能力。 电动力学是很多大学专业的主干课程之一,如电子、信息、通信、物理等学科。其主要内容就是麦克斯韦方程组的来由及其在各种条件下的具体应用。此处我们以电磁波的传播为例,在瞬变条件下,变化的电场和磁场相互激发,形成在空间传播的电磁波。单从字面描述以及电磁波方程来看,较为抽象。学生一般很难理解。通过使用Mathematica软件,我们可以将平面电磁波的传播用图1展示。从图1中可以清晰看出平面电磁波的几个特性:1,平面电磁波是横波;2,电场、磁场以及传播方向三者是相互垂直的; 3,电场和磁场是同位相。 图1是静态图,实际上,通过图2所示代码,我们还可以用动画演示电磁波的传播。图2所示代码形式简洁,接近于自然语言,这样就让学生无须较高的编程水平即可自行编写代码,容易激发学生的学习兴趣。图2所示代码会生成一个简洁易懂,易于操作的界面,可以通过设置循环播放,良好地演示电磁波的传播。通过“waves”按钮可以分别演示不同个数的完整波形,时间轴可以快速或慢速地动态演示电磁波的传播过程,让学生轻松理解电磁波传播过程。 除了平面电磁波在无界空间的自由传播之外,平面电磁波在两块平行板之间的传播,也能形象清晰地展示。如图3所示,此图可以大大加深学生对电磁波传播的理解,便于学生学习。诚然此图所需代码较为复杂,不仅需要相关的电动力学知识,还必须熟悉偏微分方程求解理论,此外对Mathematica软件的使用熟悉程度也有要求,学生难以短时间内独立完成,需要进一步的训练之后才可能完成。类似的内容可以让学生课后完成,作为考核内容,这样可避免学生过于依赖该软件而忽视数学学习的重要性。 总而言之,Mathematica应用到电动力学课堂教学中,能让教学过程更生动,促进学生学习理解。 2 结束语 当前我国大学专业课教学中,数学分析软件的使用还处于初级阶段。学生薄弱的数学基础与专业课较高的数学分析要求是专业课学习过程中的主要矛盾之一。本文着力于解决由学生薄弱的数学基础和抽象的专业概念所引起的在专业课学习上的困难,让学生开阔视野,并培养学生利用工具软件的能力。从而可以将专业课学习过程中的复杂数学问题交给专业数学分析软件Mathematica来进行,学生只需掌握基本的数学原理,了解相关知识,配合Mathematica丰富的互动界面和图形显示功能,就能达到更充分更深层次理解内容本质的目的。本文重点有机衔接了电动力学与Mathematica软件,通过Mathematica在电动力学课堂教学上的使用,达到加强基本理论教学,扩展学生视野,引导学生关注科学前沿的发展动态,并训练学生的创新精神,而且避免了学生过于依赖该软件而置数学于不顾的情况。对于电动力学课程中的主要内容,可以建立一系列相应的数值程序,进而开发一个系统性的课件,辅助课堂教学,这将会对教学效果产生很大的促进作用。 电动力学论文:电动力学中的理论物理思想及教学策略 摘 要:该文讨论了电动力学中的理论物理思想及教学策略,理论物理思想包括理论的基本原理、数学方程的建立以及理论物理解决问题的方法,提出了相应的教学策略以及学习策略。 关键词:电动力学 理论物理思想 教学策略 电动力学是研究电磁现象的经典的动力学理论,它主要研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用,电动力学是在电磁学基础上更系统、更深入、更严密地进行阐述的理论体系,是高校物理专业及相关专业学生在普通物理基础上,继续深入学习的一门理论基础课。这门学科与电磁学、近代物理学、量子力学等相关学科联系紧密,因此在物理学课程中具有重要的地位和作用。 电动力学课程的内容包括麦克斯韦电磁理论和爱因斯坦狭义相对论,这是在物理学发展史上起里程碑作用的两个物理理论。普通物理的逻辑体系是:实验定律理论,是一种以归纳法为主线的知识结构。电动力学是它属于理论物理范畴,是以麦克斯韦方程组,分别讨论在静态、时变态、含源区、自由空间等不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律,其逻辑体系以演绎法为主。因此电动力学淋漓尽致地体现了的理论物理思想,在本课程的教学过程中如何将理论物理思想展现并传授与学生,如何通过本课程培养学生的能力仍然是一个值得讨论的问题。 1 电动力学中的理论物理思想 电动力学同理论力学、热力学统计物理、量子力学则属于理论物理范畴,它们的科学体系是建立在基本原理之上,例如理论力学中的虚功原理、最小作用量原理、量子力学中的态叠加原理、热力学统计物理中的等概率原理、电动力学中的麦克斯韦的两个假定。理论物理由这些基本原理得出数学推论形式,也就是建立数学方程方程,方程的建立描述着着物理规律。例如理论力学中有哈密顿正则方程、量子力学中有薛定谔方程。电动力学中有麦克斯韦方程组、热力学统计物理中有刘维尔方程等。因此,理论物理科学体系建立需要我们提出合理的假定,这些合理的假定正是物理学的创新之处,所以学习前人的提出假定的过程就是学习如何创新的过程!这一点在培养学生创新能力方面必须在教学中体想出来。尤其是在电动动力学当中,科学家在建立理论过程中充分体现着创新的过程。例如法拉第发现电磁感应规律后,人们很容易解释为什么会产生动生电动势,这可以用电荷受到洛伦磁力来解释,是洛伦磁力提供了非静电力。但是无法解释感生电动势,因为不明白是哪一种力提供着非静电力,为了解决这个问题,麦克斯韦提出了合理的假定,他认为电荷既然可以运动,肯定受到了电场或磁场力的作用,磁场力显然不可能,所以只有电场力,但是电场力必须是非静电力,因此麦克斯韦提出存在涡旋电场,这个涡旋电场来自于变化的磁场,显然体现着一种创新思想。还有狭义相对论的建立,正是人们无法解释麦克斯韦方程组与伽利略变化的矛盾的时候,还有对“以太”的是否存在犯愁的时候,爱因斯坦提出了狭义相对论的两个基本原理。 2 教学策略 认识到了电动力学课程的特征,体会到了电动力学中的理论物理思想,在教学中应该注重通过物理学中的创新,激发学生的学习兴趣,培养学生创新能力以及解决问题的能力。因此在教学中应当注意介绍现代生产技术实践对电动力学学科的新进展。电动力学课程教学应当密切联系最新科学技术和实际应用,对于电磁波辐射的危害,科学家们已经做出了大量的实验以及临床证明,证实电磁波辐射对人体健康有危害已经是不可否认的事实。 利用自己的科研经验和成果,启发学生走向科研轨道。坚持进行教学研究和学术研究,使教学与科研紧密结合,注意从教学实践中提出研究课题让学生作为毕业论文完成。注重带有普遍性的方法与近似方法相结合。比如电动力学种求解静电场的普遍方法有拉普拉斯方程法,但是也有近似方法比如电多极矩展开。近似方法的实质就是通过抓住主要矛盾、忽略次要因素来解决问题的方法,它大量运用于物理学的教学和科研之中。该方法可解决一些还不能严格求解的问题,可使一些能求解的问题得到简化,还往往能很好地适应生产实践的需要。 在教学中还应注意在一些具体的数学推导中也紧密结合物理分析,这样不仅能理解每一个数学结果的物理含义,而且有时还能简化数学运算。从物理上获得数学方程的解,如计算点电荷格林函数,就可以从物理上获得。实践结果表明,这样做不仅对问题本身的认识更加全面、深刻,而且学生更易于接受和理解。 3 结语 电动力学是电磁学的后继课程,它属于理论物理范畴,它由麦克斯韦方程组讨论不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律,其辑体系以演绎法为主。所以广大学习物理课程的大学生更应该充分重视电动力学、学好电动力学,这不对学生牢固掌握和灵活运用归纳法、演绎法、类比法、理想模型和数学语言来求解各种问题,更要树立严谨的学习态度和刻苦的学习作风、培养浓厚的学习兴趣起到良好的的促进作用,而且为以后解决各类问题培养能力。当学生一旦掌握了这门课程并学会了研究它的科学方法时,便会产生“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路”的那种发自内心的喜悦。 电动力学课程的科学体系以及教学策略,不仅适应于电动力学课程的教学,还很容易推广到其他理论物理课程上,让学生在大学四年不仅获得知识,而且更重要的是让学生毕业后具有获取知识的能力、解决问题的能力、具有创造性的思维。
光通信技术论文:数据中心光通信技术点滴谈 摘 要: 随着信息时代的到来,数据中心的流量已经占据世界通信网络流量的大部分。当前,光通信技术被广泛应用到数据中心,包括几米距离的服务器连接,也包括全球多地数据中心的对接。在本文中,笔者对数据中心的光通信技术进行了深入介绍,包括广域网、城域网、数据中心内部的光通信技术,在此基础上,笔者对相关领域中的技术方案展开探讨与比对。 关键词:数据中心 光通信技术 互联网技术 在当前社会中,互联网技术已经成为影响人们生活与工作的重要因素。在互联网上,无论是游戏娱乐,还是商务与社交,都会产生大量的信息数据,这些信息数据量正以指数级不断增长。大部分的互联网业务及相应的信息处理与计算都是在数据中心内完成的。在数据中心内,网络连接起成千上万台服务器,所有服务器共同协作,一起完成工作任务。截止到目前为止,光纤通信产业已经发展了50多年。1977年,首个商用光纤通信系统推出,其为45Mbit/s的容量,目前,单模光纤的容量已经超过了100Mbit/s,无论是长距离的信息传输还是短距离的信息传输吗,都能够见到光纤通信的身影。2008年,数据中心对于光纤的需求开始超越电信运营商,数据中心开始成为光纤通信的第一市场。 一、数据中心网络架构状况 一般来说,大型互联网公司数据中心网络架构涵盖广域网、城域网与数据中心内网。在广域网的作用下,世界各地的数据中心能够有效连接起来。根据架构方面的不同,可以进步将其划分为外部通道进入的数据中心与公共互联网进入的数据中心。为了避免出现用户体验差、访问延时等问题,网络运营商会在用户集中点周边构建起POP点,从而借助专线而与数据中心对接。 通常某一地区的数据中心由多个稻葜行墓餐构成,这样能够满足备份的需求,同时也便于构建起超级化的虚拟数据中心,单个数据中心建设起来比较简单,借助城域网,这些数据中心能够有效对接。对了应对延时等问题,各个数据中心的距离应控制在80km内。 在各个数据中心内部,有成千上万台服务器在工作,这些服务器借助内网而有效连接。数据中心的服务器一般具有可扩展性,能够增加服务器的数量,并且无须改变网络架构。在实际网络设计中,成本是必须要考虑的重要因素,在架构设计的过程中确保成本与性能平衡。就目前来看,多数数据中心都运用多层结构,网络架构呈现出扁平化的发展趋势。 二、广域网下的光通信技术 光通信技术在长距离传输中具有显著优势,其能够支持两点间的大宽带信息传输。在早期,该技术主要被应用于长途干线网。在长距离信息传输中,首要解决的问题是光纤损耗、光纤线性损伤与非线性损伤。目前,干线传输网中的最重要技术就是数字相干光通信技术,在这种技术的应用下,接收机的灵敏度得到了显著提升。其借助正交香味与正交极化方向来对信号进行调制,在强度方面由一维增加到四维,频谱效率有很大提升。在使用数字信号处理技术来处理发射与接收时,会带来一定的损伤,可以在电领域中借助数字信号处理技术进行补偿,从而使得整个系统的设计与管理更加简单化。系统容量也与香农极限更为接近。在陆地与跨洋系统中,SD-FEC技术与光放大器技术的应用使得无电中继传输距离能够达到3000km与10000km。随着网络流量的不断上升,但借助硬件已经难以满足用户的需求,尤其是光纤传统容量已经要达到香农极限了。只有将软件与硬件有效结合,才可以在广域网内构建起具有开放性的光传输网,从而提升整个网络效率。 三、城域网下的光通信技术 从增长速度来看,城域网要比干线网络的流量增速快很多,城域网将发展为光通信的第一市场。数据中心的城域网和电信运营商的城域网有显著不同。前者的节点比较少,业务也单一化,多采用点对点的传输系统,然而由于对数据传输的需求非常大,所以对容量也有着极高的要求。作为当前最热门的研究领域,数据中心城域网得到了学者们的广泛关注。在检测技术方面,能够划分为相干检测与直接检测,相干检测运用的是数字相干光通信技术,与广域网内的相干光通信技术极为相似。然而由于传输距离非常短,所以能够被有效简化,比方说采用低廉的硅光器件、HD-FEC等。在直接检测方案中,则有多种技术,如OOK技术,其对器件的带宽有很高的要求,并且对光纤色散匹配有着非常高的要求。针对此,人们使用高阶强度进行调制,如四电平幅度调制等。DMT技术在直接检测中也有着广泛的应用,其其实为多载波技术的一种,对各个载波运用不同的调制格式,能够最大限度地优化整个信道的频谱效率。城域网数据中心光互联采用交换机与路由器而实现。最近几年来,一种新的设备形态出现,交换机与路由器能够直接出采光,也就是说将彩光光模块直接植入到交换机或路由器中。 四、数据中心内的光互联技术 在数据中心内部,各个链路的距离都非常短,最多也不超过几百米。即便是超大型的数据中心,也很少有超过2km的链路。然而随着信息数据量的增加,以往的铜缆难以满足实际工作的需要,大部分的数据中心都开始采用光互连技术。由于距离非常短,光纤铺设起来非常容易,且多运用平行链路,这样互联的速率得到有效保障。在发射处。信号被分割成为多个平行的通道,在驱动电路的作用下,能够借助光纤实现传输,抵达接收端,再转换为电信号。随着以太网技术的提出,光通道速率得到了进一步提升,成本与功耗都较之前低很多。在交换机速度提升的过程中,电子走线会给信号带来很大损伤,针对此,可以将光模块植入交换机中,形成板载光模块,这样能够有效地避免信号损伤,并提升面板的密度。无论是板载光模块还是光电集成模块,均对器件有着非常高的要求,一旦出现问题,需要更换整个交换机电路板。 五、结束语 在本文中,笔者对广域网、城域网与数据中心内网中光通信技术的应用情况进行介绍。无论是远距离传输,还是近距离的连接,光通信技术都成为重要的信息传输载体。对于未来的数据中心来说,光通信技术将直接影响其发展走向。提升光传输通道的容量与效率将是提升整个数据中心运作效率的重要路径。 作者简介:陈卓(1975.4-) 男,籍贯:广西,大学本科,工作单位:中国移动通信集团广西有限公司,研究方向:云计算 数据中心 信息安全。 光通信技术论文:关于光通信技术在电力通信系统中的发展应用 【摘要】:随着经济的发展与社会的进步,尤其是人们生活水平的日益提高、对于用电量的需求日益增大。而光通信技术对于促进电力体统的发展具有重要的作用。本文主要就光通信技术在电力通信系统中的应用意义及应用方法两个方面的内容展开论述。 【关键字】:光通信技术;电力通信;系统应用;意义;应用方法 引言 电力系统是一个集发电、变电、输电、配电为一体的复杂的系统。为了对电力系统进行科学高效的管理,我国现在正在推动智能电网的建设。而智能电网其中一项重要的内容就是智能化的电力通信系统。这个智能化的电力通信系统具有网络化、信息化、一体化、高效化的特点,对于保障电力运行系统的安全和高效管理具有重要的意义。因此、我们需要运用具有现代化的方式进行电力通信系统的建设。而光通信技术就是这样一个具有科学化、现代化的技术。所以,我们需要对于光通信技术在电力通信系统运用的意义及应用的方法进行科学研究。 1、光通信技术在电力通信系统中的应用意义 现在我国主要应用的是一种新型的ASON光通信技术,它是集传递信号与交换信号为一体的一种技术,对于保障电力通信系统的安全、处理各种线路问题提供了有力的技术支持。除此之外,这种新型的光通信技术还具有网络布置的优点,可以有效的提高我国光传输电网的应用功能与应用质量,全面的为广大的用电群体提供更好的服务。 2、光通信技术在电力通信系统中的应用方法 2.1制定科学的组网方案 光通信技术在电力通信系统中的应用方法是制定出科学的光通信组网方案,实现光通信技术的有效应用。具体的方案主要有两种。第一种方案,利用现代的网络通信技术进行对于目前使用的电力传输网络进行科学化与标准化的改进,融入先进的光通信技术、比如:ASON技术,实现科学化现代化的电力网络通信的建立与完善,形成良好的电力通信系统,全力保障电力的科学运行。第二种方案,利用现代的网路科技对于目前应用的网络传输平面进行网络化的升级与改造,全面的保障电网的有效运行。总之,电力工作人员需要从实际出发、具体问题具体分析,对于需要进行光通信技术应用的地方进行权衡利弊的科学规划,创建一个高效的网络电力通信系统运行模式。 2.2精心挑选光通信技术设施设备 精心挑选光通信技术设备设施也是进行光通信技术在电力通信系统中应用的一个重要方法。目前我国主要进行光通信技术设施设备生产的厂家有华为公司、中兴公司。我们进行现代化、标准化的光通信技术的网络应用,需要从这些知名公司生产的优质产品中进行设施与设备的挑选,以保障质量与应用的要求。同时,进行这些设备与设施的挑选时需要注意以下几个方面。第一,设备设施的网络节点槽位数量规模要很大,总线路带涉及的范围要很广。第二,设施设备要具有良好的安全性能与通用性能,为今后的智能化电力通信系统的建设提供有力的保障。第三,电力工作人员对于卡板的挑选要使其可以保障现阶段工程的要求。第四,卡板要具有热备份的功能。第五,光通信技术应用的设备设施要与低阶业务交叉调度项目的基本要求相适应,保障这些设施设备可以投入到正常运行。第六,在电力通信系统中,多方向线路的应用要尽量在多个业务卡板中,使整个的业务运行出现事故的概率大大降低。 2.3进行高效的业务规划分析 光通信技术在电力通信系统中应用的又一个方法是进行高效的业务规划分析。首先,进行高效的业务分析与规划,拉近业务与业务之间的距离。其次,进行科学的规划、使网络跳数出现的次数要少。再次,进行有效规划、保证网络负载均衡。最后,对于光通信技术的应用情况进行有效的观察与监督,使规划分析的业务与实际的落实情况一致,最大限度的保障光通信技术的功能得以有效发挥。同时,对于光通信技术的应用进行高效规划,对于促进我国经济的发展与保障人民的用电需求也具有重要作用。 3、光通信的发展技术 3.1SON技术 所谓的ASON其实和其它的光信息网络体制一样,就是利用ASON技术来完成信息传输的新型网络。其技术优秀是,在光传输信息网络平台上利用ASON技术进人控制平台,以实现网络资源的实时分配计划和按需分配计划。简答的来说,它是一种具有交换功能的新时代电网。ASON技术是可以进行网络连接和自动交换功能的新一代光网技术。传统的网元只具有两个层面:设备层面、网管层面。而ASON加你个控制层面引人其中构成了三个层面。并且将网管层面功能转移到控制层面,采用了分布式的控制将传输、数据和交换结合起来。 3.2OTN 技术。OTN技术是在对SHD技术的借鉴之上,引人了开销理念。在其中OTN技术定义了三个光层概念:OCH、OMSN、OTSN。定义了域内和域间的网络接口。运用了FEC技术增强了线路容差。WDM基A下的OTN技术拥有一套完善的体制结构,其体制内容包括:第一,规定OTN机制下的光层与电层具有网络生存机制。第二,对所有客户进行任意的透明传输。第三,提供FEC纠错能力。第四,OTN技术下的网组具有分级管理特征,对各个层级都具有特定的管理体制。 3.3EPON技术的组网方式 EPON技术的组网方式的组网方式主要是对局端和分散器的连接方式进行改变。其中将局端和分散器的连接方式变为一条光纤,这样减少了局端到用户之间不必要的成本并且提高了传输效率。利用EPON技术的组网方式拥有着维护简单、供高带宽、网络覆盖面积大范围广、网络可靠性高及简化网络乘此的特点。 结语 对于光通信技术在电力通信系统中的应用问题进行科学的研究与实施,可以有效地促进电力通信系统朝着现代化、科技化、信息化、一体化的目标迈进,保障我国智能电网的建设与完善。 光通信技术论文:这些年的光通信技术 近年来随着智能化的发展,一大批企业纷纷涉足通信行业,希望在通信市场中分得一杯羹。随着越来越多的通信企业对行业应用领域的不断发掘与拓展,各类前沿通信技术正在逐渐进入人们的日常生活。 5G信道编码技术 静止和移动场景、短包和长包场景的外场测试增益稳定性能优异,与高频毫米波频段上的组合测试实现了高达27Gbps的业务速率。5G要实现的10Gbps甚至20Gbps的峰值速率、千亿的连接、1毫秒的时延能力,必须以革命性的基础技术创新来提升网络性能。 高效信道编码技术以尽可能小的业务开销增加信息传输的可靠性,信道编码效率的提升将直接反映到频谱效率的改善。构造可达到信道容量或者可逼近信道容量(Shannon限)的信道编码方法,以及可实用的线牲复杂度的译码算法一直是信道编码技术研究的目标。 芯片光传输 频宽密度增加10至50倍研究 半导体技术的精进让芯片可执行更多运算,但却无法增加芯片间通讯的频宽。目前芯片传输所消耗的功率已超过芯片功耗预算的20%,这项新技术在低功耗的情况下改善一个数量级的芯片通信频宽,替目前面临瓶颈的电晶体技术立下新的里程碑。使用光学元件进行芯片到记忆体的传输将可降低功耗并增加时脉,未来还可能协助达到百万兆等级(Exascale)的运算。 光子神经形态芯片 利用光子解决了神经网络电路速度受限这一难题。神经网络电路已在计算领域掀起风暴,科学家希望制造出更强大的神经网络电路,其关键在于制造出能像神经元那样工作的电路或称神经形态芯片,但此类电路的主要问题是要提高速度。 光子计算是计算科学领域的“明日之星”,与电子相比,光子拥有更多带宽,能快速处理更多数据。但光子数据处理系统制造成本较高,因此一直未被广泛采用。 所以这将开启一个全新的光子计算产业,硅光子神经网络可能会成为更加庞大的、可以扩展信息处理的硅光子系统家族的“排头兵”。 利用城市现有光纤 实现远距离量子传输技术 这是首次在现有的城市光缆中实验量子传输。此前研究人员仅仅能够在实验室环境下实现这一距离的量子传送,通过量子传送的方式可以实现加密信息的绝对安全传输,其允许信息发送者将“无形信息”发送给接受者,而在量子网络上是无法实现信息拦截的。 在实验室外进行量子传输,涉及到一系列问题,是一个全新的挑战,该实验克服了这些问题,是未来量子互联网发展的一个重要里程碑。 光纤传输技术 可供全球48亿人通话 随着AR/VR、4K高清等技术不断涌现,在互联网+、物联网、大数据、云计算、智慧城市等多个产业领域都依赖海量数据的高速传输,这就需要底层的信息高速公路越宽越好。多芯单模技术,就好比在一根光纤中开辟了多条并行道路,让总运力大为提升。 芯片到芯片通信技术 该项目引入硅光电技术和WDM作为提升容量、降低功耗的路由机制,将分别在光引擎级和板级实现1.6Tb/s和25.6Tb/s的吞吐量。在服务器机架设计中采用芯片到芯片通信是目前高端服务器产业发展的热点,可以有效增加数据吞吐能力,并减少物理空间、网络复杂度、开关及线缆的用量和能耗。 最高密度光纤传输技术 这一研发打破了光纤芯线的传输容量界限,在全球范围内开展起来。但若考虑实际可利用的光纤直径的上限和芯线弯曲度分布控制性等问题,不仅芯线数量增加,如果模块数量增加的话,1根光纤超越50个隧道相对比较困难。 NTT等公司将通过这项研究,随着今后数据通信量的增加,多贝脱比特处,其1000倍的检测点方面也可满足信赖性较高的光纤,实现道路的开通。此次研l的光纤,将于2020年推向实用化,在持续增加的数据通信需求方面,有望持续满足光纤传输基础。 光子集成多光子纠缠量子态以及片上光频梳研究 此次研究在Si3N4微环内成功实现了可见光光频梳,得到跨越S-C-L三个通信波段的频率间隔为200GHz的纠缠光子对。这在大规模集成的片上纠缠光子源已成为量子应用技术发展的迫切需求。 该研究开创了片上产生和控制复杂量子态的时代,并提供了一个可规模化集成的光量子信息处理平台。该工作是继片上并行预报(Heraled)单光子源和片上交叉偏振纠缠光子对之后在光子集成片上量子光学研究上的又一重要进展。 光纤传输速率突破1Tb/s 2016年10月,诺基亚贝尔实验室、德意志电信T-Lab实验室以 及慕尼黑工业大学(TechnicalUniversityofMunich,TUM)在一次光纤通信现场试验中,通过一项新的调制技术,研究人员达到了前所未有的传输容量和光谱效率。当可调传输速率随着信道情况和通信量需求而进行动态适应的时候,光网络的灵活性和性能可以得到最大化。 作为安全保障的欧洲路由技术(SafeandSecureEuropeanRouting,SASER)项目的一部分,这个在德意志电信已经部署的光纤网络上进行的实验达到了1Tb/s的传输速率。PCS新调制方式的试验,在给定的信道上达到更高的传输容量,显著地改善了光通信的光谱效率。PCS聪明地以相比于小幅度的星座点更低的频率来使用那些具有大幅度的星座点来传输信号,这样平均来讲对于噪声和其他损伤具有更好的适应性,这使得能够对传输速率进行调整以完美地适应传输信道,从而得到30%的容量提升。德意志电信提供了一个独特的网络基础设施来评估和演示类似此类的高度创新的传输技术。将来它还将支持更高层级的测试场景和技术,并在已经铺设的光纤基础设施上增加容量、覆盖距离以及灵活性。 基于LED实现610Mbps单路实时传输 2016年1月,中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室主持的北京市科技计划课题“室内高速可见光通信系统收发器件与越区切换技术研发”宣布已按计划完成。 研究团队委托中国泰尔实验室对单路实时610Mbps的可见光通信进行了第三方测试,结果呈现良好,基于1瓦荧光型白光LED和PIN探测器在OOK调制下单路实时传输平均速率610Mbps,在传输距离为6.2米时,平均误码率为3.5e-5量级,远低于前向纠错的误码率上限要求3.8e-3。 可见光通信这项无线光通信新技术比传统的无线电通信技术更加符合无线通信技术的发展方向(高速、大容量、安全),未来会催生很多创新应用。中国有众多的LED企业和广阔的半导体照明市场,这种基础优势是其他国家难以企及的,可见光通信技术的实用化研究应该引起业界的充分重视。 光通信技术论文:空间激光通信技术最新进展与趋势 摘 要:光钎通信系统已经被推向我国通信市场,但是研究人员对高速通信系统的关注程度更高。对此,我国通信部门已经对空间激光通信技术展开了研究分析。空间激光通信技术相比传统的通信技术具有以下应用优势:一是传输速率高,二是天线尺寸小,三是抗干扰性强,四是保密性好。很多国家都在加大空间激光通信技术的研究力度和资金量,特别是ESA。长距离的通信也只能依靠空间激光通信技术才能实现,这是光钎通信技术无法实现的。由此可以看出,空间激光通信技术具有广阔的发展前景。 关键词:空间激光通信技g 最新进展 趋势 空间激光通信具有通信容量大,通信速率、抗干扰能力强,抗截获能力强和重量轻等多种优点,是以激光为载波,在空间中实现多种信息进行无线传输的通信方式。从历年的空间激光通信技术的发展历程来看,ESA的作用不可小视,ESA代表空间激光通信技术的最高水平,对于空间激光通信技术的发展有很大影响。但是,对于我国而言,我国空间激光通信技术还处在发展的初级阶段,还在摸索空间激光通信技术的发展方向,可结合本国的情况借鉴发达国家空间激光通信技术的发展经验。 1 空间激光通信技术最新进展 目前,国内外空间激光通信发展迅速,欧洲、美国、日本、德国等地区和国家对空间激光通信技术进行了大量的研究,为空间激光通信技术做出了巨大的研究贡献。如表1所示,展示了近几年美国等国在空间激光通信技术研究方面比较有代表性的成果。 2 空间激光通信技术发展趋势 2.1 直接探测体制发展 相比而言,空间激光通信直接探测体制的结构比较简单,操作起来比较方便,因而被广泛应用于第一代激光通信系统内部。但是,从实际空间激光通信环境来看,光强度对通信系统的影响比较大,而且会受到噪音的干扰,空间激光通信直接探测体制无法满足空间激光通信系统的运行需求,敏感度较低。经过空间激光通信专业人士的多年研究,ESA于2008年被安装在卫星上,对空间激光通信系统进行端口检测,同时也对相干通信展开了实验分析,误码率非常小,而且信息传输的速度非常快。目前,空间激光通信技术还将不断完善。为了不断提高激光通信系统的实用性和通用性,未来的发展趋势是探测体制的发展从单一体制向复合探测体制转变。 2.2 传统量子通信的变革 1980年量子通信被首次提出,量子通信应用了加密技术,可以保证传输信息的绝对安全,量子通信一提出就受到了人们的广泛关注。2004年,经过多位空间激光通信科学家的研究实验,实现了量子通信的远距离传输,量子通信可以透过地面大气依旧保持纠缠特性。2006年,量子通信实现了超远距离的空间通信。截止到目前为止,我国科学家对于量子通信的研究已经创造了新的历史。量子通信具有巨大的发展潜力,空间激光通信研究人员也正是看重了量子通信的这一巨大发展潜力,研究人员从2002―2007年展开了多项研究,总结出影响量子通信的多种因素。经过几年的发展,传统量子通信的变革研究的技术逐渐成熟,正在快速向实用化、加密化迈进。将卫星光通信与量子光通信相结合,进行卫星光通信中的量子密钥分发是卫星光通信保密技术一个新的发展方向。 2.3 光子集成化升级 空间激光通信光子技术包括:一是光纤光学,二是集成光学,三是微光子学。光子技术具有以下特点和优点:一是损耗较小,二是协议透明,三是抗干扰性强,四是不诱导电磁干扰,五是重量小,六是体积小,七是柔韧性好,八是无互相耦合。空间激光通信光子技术特别适合应用于航天环境中;1990年,美国经过实验证明光子技术确实可以应用于航天器中;2002年,研发部门加大了研究光子技术的资金量,研究的内容为:一是通信链路,二是模数转换,三是频率转换,四是本振生成,五是光束形成网络,六是传感,七是成像光纤;2009年,西方国家发射出的卫星上就设置了光子器件。如今,空间激光通信光子技术正朝着光子PCB的方向发展,空间激光通信技术标准也在不断提高。 2.4 天基网络的一体化演变 空间激光通信技术发展的最终目标是实现全球数据覆盖,与地面形成网络链路。在空间激光通信技术的研究初期,研究人员把更多的精力放在空间激光通信链路的研究和实验上。2000年后,研究人员开始加大天基网络一体化演变的研究力度。如今,空间激光通信研究人员提出了天基混合网络结构,并对天基网络的性能和所带来的经济效益做出了研究分析。但是,我国的天基网络一体化演变还处在理论研究阶段,还未真正实践,还有很多空间激光通信技术问题亟需解决。 2.5 空间激光通信向深空迈进 人们一直想更加深入地了解星空,国外发达国家自20世纪90年代初期便开始了以激光通信作为深空探测通信方式的相关研究。近几年人们对天空的探索热潮一直不退。如今,研究人员把探索星空的希望寄托在空间激光通信技术上,西方国家也在加大空间激光通信技术应用于卫星上的研究力度。空间激光通信研究人员经过多年的努力,收到了不错的成果。在ESA和NASA(美国国家航空航天局)未来的深空探测计划中,激光通信将成为深空探测活动的主要通信方式。 3 结语 从实际空间激光通信环境来看,光强度对通信系统的影响比较大,而且会受到噪音的干扰,直接探测体制无法满足空间激光通信系统的运行需求,敏感度较低。2004年,经过多位科学家的研究实验,量子远距离的传输通信实现了,透过地面大气量子通信可以依旧保持纠缠特性。如今,光子技术正朝着光子PCB的方向发展,空间激光通信技术标准也在不断提高。空间激光通信技术发展的最终目标是实现全球数据覆盖,与地面形成网络链路。但是,我国的天基网络一体化演变还处在理论研究阶段,还未真正实践,还有很多空间激光通信技术问题亟需解决。截止到目前为止,我国科学家对于空间激光通信的研究已经创造了新的历史。 光通信技术论文:空间光通信技术的发展与展望 摘 要目前自由空间通信技术在各个领域应用十分广泛,其是一种以激光束为传播信号,大气为传播介质的新型通信技术。随着社会的进步以及科学技术的不断发展,空间光通信技术也取得了突破性的进展,成为现代社会信息交流的基础。本文通过对空间光通信技术的概述以及在我国的发展现状,对空间光通信的关键技术进行了分析,并对其发展和应用进行了深入的探讨。 【关键词】空间光通信技术 关键技术 天线技术 随着科学技术的不断进步,人们对空间通信技术的研究也愈加深入,目前空间技术中的大功率轨道运载技术以及大容量卫星技术已经趋于成熟,促进了空间光通信技术的发展。当前人们对网络传输的速率要求有明显提升,因此对空间通信技术的要求也高,空间光通信技术能够适应现代社会快速发展的需求,有效的提高通信数据的传输率,广泛的引用在保密通信、局域网互联、城域网扩展等领域,为现代社会的发展提供可靠高效的技术保障。 1 空间光通信技术概述 传统的空间通信技术的载体是微波,但是这种技术已经远远不能满足现代社会发展的需求,随着通信技术的研究发展,空间通信技术逐渐发展到以激光为载波、大气为传输介质的光通信技术,作为一种新型的宽带通信技术,这种技术一方面继承了微波通信的优势,另一方面还增加了光纤通信的特点,其基本的原理是激光传输技术和光电转换技术。该技术在进行两点传输时,发射端和接收端设置有高灵敏度的激光的发生器和接收器,以及配备光学望远镜,发射端将电信号调制为光信号发出后,是以直线传播的方式穿过自由空间到达接收端,其中光学望远镜控制激光的发射方向和接收方向,接收端在接收到光信号后再调制为电信号,实现双工通信。空间光通信的优势是通信容量大以及传输速度快,且成本低,安装简便。 2 我国空间光通信技术发展现状 一直以来,卫星技术是我国进行空间探测的重要手段,并提供相应的技术保障,但是以微波为载体的空间技术已经无法满足快速发展的社会需求。在发达国家空间光通信技术的研究已经取得了极大进展,但是在我国空间光通信技术还处于起步阶段,因此只能借鉴国外先进的研究结果。我国的光通信技术发展至今已经取得了不错的成就。在“十五”和“十一五”期间,我国首次成功的进行了星地激光通信实验,以海洋二号卫星平台为搭建平台,这次实验标志着我国的卫星光通信技术已经进入空间试验阶段。随着连续波大功率半导体激光器技术、空分复用技术、智能天线技术等的发展,光通信技术也不断的拉长传输距离,增大传输容量,提高了可靠性,拓宽了适用范围。在“九五”期间我国已经开始基于激光大气通信理论对空间光通信跟踪技术进行深入研究,并取得了一定成就。 3 空间光通信关键技术 3.1 原子探针层析技术 原子探针层析技术(APT)在空间光通信系统中负责实现通信连接的功能,是当前空间分辨率较高的分析测试技术,能够分辨原子种类,并对其空间位置进行直观的重构,比较真实的显示出不同元素原子的三维空间分布。APT是应用在空间光通信系统的服务器中,当服务器的网络探测到信息时,APT服务器开始扫描通信链路,确认信息双方的位置,确认后开始获取信息,并锁定通信目标,随后完成光通信连接。 3.2 天线技术 天线技术是采用收发一体的天线实现空间光通信系统中的双向互逆功能,提升空间光通信的传输性能。该技术的实现主要依靠天线阵、波束形成网络以及波束形成算法,在发射器将电信号转化为光信号后传输到发射天线后,天线技术利用波束形成算法计算发射功率,并发射出光束;接收天线对光束进行接收,主要是利用信号在不同的传播方向的差异性,将相同频率、相同时隙的信号进行区分,有效的降低了光信损失,使空间光通信更加稳定可靠。 3.3 捕获技术 捕获技术是空间光通信系统的关键技术,是能够实现通信的先决条件。主要原理是监视和跟踪目标特定的光电,来实现运动捕捉。利用捕获技术能够捕捉空间点的运行轨迹和具体位置,为实现空间光通信垫定基础。 4 空间光通信技术的发展及应用 当前空间光通信技术已经实现了可行性,并在各个领域都有应用,一定程度上推动了现代社会的发展,当前面临的主要问题是如何实现星际自由空间光通信。在信息高速增长的现代社会环境下,空间光通信技术的发展目标是提升传输的可靠性、提高传输速率以及扩展传输距离。随着三网融合,现代通信的发展方向是数字化和智能化,因此我国要想在激烈竞争的国际背景下有所突破,就要现空间光通信系统的智能化以及数字化。主要的研究方向如下:大气信道的研究,大气是对信号影响最大的干扰因素,会在接收端产生一定的信噪比,解决大气信道干扰能够提升空间光通信技术的通信速率和拓宽通信距离;传输可靠性的研究,主要是研究信号接收和信号源,需要激光器产生的信号具有光束窄、频率高的特丹,因此对其功率以及稳定性要进行深入研究;保密性的研究,当前自由空间光通信技术的通信信道是开放的,这样会造成不法分子在不切断光束的情况下窃取信息,因此要进一步完善空间光通信技术的保密性和安全性。今后空间光通信技术将会在宽带接入市场中成为主流,与微波通信技术互为补充,微波系统在大区域范围内实现低速通信,空间光通信技术在小区域范围内实现高速通信,更加便利的为用户提供可靠稳定的服务,还能在恶劣环境下充当备份通信服务。 5 结束语 综上所述,空间光通信技术在现代社会中逐渐发挥不可替代的作用,其发射率高、灵敏度高以及安全保密性良好的特点,可以满足卫星通信的需求,并与其他通信技术互为补充,实现了光纤的告诉传输,并带动了三网融合的发展,促进电子政务、电子商务、远程医疗等信息化建设领域。空间光通信技术的发展空间广阔,并会为我们生活带来更多的便捷。 作者单位 1.中移(杭州)信息技术有限公司 浙江省杭州市 311100 2.浙江树人大学(基础部) 浙江省杭州市 310015 光通信技术论文:室内可见光通信技术的研究 [摘 要]随着社会时代的发展与科学技术的不断进步,作为一种新型技术,室内可见光通信技术具有无电磁干扰、节约能源等显著优势,越来越得到人们的认可,成为当前社会发展中被大力推广的一种技术。就当前的社会大背景来看,人们正一步步提高着对室内可见光通信技术的研究与关注,此举有助于可见光通信技术在室内设计中充分发挥其优势作用。本文主要对室内可见光通信技术的国内外发展现状及其工作技术原理进行了简要分析,并对其目前的关键技术进行了详细研究。 [关键词]室内 可见光 通信技术 前言 随着时代的发展与科技的进步,室内可见光通信技术得到快速的发展与应用,逐渐走入千家万户,为人民的生产生活带来便利,此外,随着其广泛应用,室内其他相关设备的应用年限也随之得到一定的延长,由此可见,室内可见光通信技术的应用不仅拓宽了我国通信系统的发展道路,在一定程度上提升了信息的传输效率,还在其他方面起到一系列的正面影响,促进了科学技术的应用发展,以下是对室内可见光通信技术的简要介绍与探索研究,希望未来我国的室内可见光通信技术可以得到更多的发展与创新,为社会的发展提供新动力。 1.室内可见光通信技术简介 室内可见光通信技术是指利用室内可见光照明设备的相关功能来实现信息传递,此技术最初起源于日本,于2000年左右由日本的相关技术人士提出。随后,世界各地的相关专业人员大胆创新研发,2008年,经过大量的科技实践,专业的室内可见光通信系统终于成功问世,但由于各种因素的影响,其技术并不完善,传输范围仍然受到一定程度的限制。相较于国外,我国的室内可见光通信技术起步相对较晚,在外国已经进行了大量的实践研究后,国内的相关研究人士于2006年终于提出发展国内的室内可见光通信技术系统的研究思想,并在两年内经过无数的理论探索与实践,终于完成可见光通信技术的远程传输,在真正意义上解决掉可见光通信技术传输距离较短的重大困扰。事实上,先进的室内可见光通信技术的成功研发,一方面可以使照明设备在具备自身照明功能的同时,还拥有信息传递的功能,不仅在一定程度上改善了信息传递的方式方法,也在很大程度上加快了信息传递的效率;另一方面也方便了人们的生产生活,在顺应了时代的发展的同时,满足了社会的发展需求。为当代社会的发展与人民生产生活的进步起到一定的推动作用,具有广阔的应用前景。 2.室内可见光通信技术原理 事实上,室内可见光通信的基本原理并不复杂,其原理是利用灯光的“明”与“暗”分别来对应数字信号“0”与“1”,然后将待发射的广播、图像、影像、音频等信息进行调制,再加载到LED灯光上,最终通过LED灯光的高频闪烁原理将接收到的信号再次传递,从而完成室内可见光的通信过程。众所周知,白光LED区别于传统的光源,其响应速度极快,具有低压供电,利用电场作用发光,寿命长,辐射性低,稳定性高等物理优势,不会对人眼造成消极影响,兼具照明和通信两种功能,成为实现室内可见光的无线通信功能的媒介。与此同时,在信号的接收端通常存在着光电探测元件,具有将刚刚接收到的可见光的信号进行放大和解调处理的功能,从而将其再次还原为广播、图像、影像、音频等信号,即室内可见光通信的基本原理是信号的转换与循环。 3.室内可见光通信技术分类 3.1 分集接收技术 室内可见光通信系统的正常运行需要很多关键技术的支持,分集接收技术就是其中之一,目前来看,传统的通信方式极易受到外界环境及其他不良因素的干扰,而分集接收技术的应用可以简单地解决这个难题,换言之,分集接收技术的主要作用就是防止室内可见光通信系统在信息传递的过程中由于外界干扰而出现信号失真的情况。就现今的科技水平来看,分集接收技术可以说是室内可见光通信系统得以顺利运行的最有力保障也是最不可或缺的重要技术之一。分集接收技术的工作原理是在室内可见光通信系统中应用信号探测器。也就是说,在利用室内可见光通信系统来传递信息时,需要相应的工作人员对待接收信号进行信号检测,然后在所有的检测结果中挑选出信噪比更大的信号,再对此进行信号传递工作,在这个过程中必不可少要用到的仪器就是上文所提到的探测器。由此可见,分集接收技术的合理应用可以在很大程度上确保信息的真实性与有效性。 3.2 正交频分复用技术 正交频分复用技术,用英文表示即OFDM ,是除了上文中所论述的分集接收技术外,用以保证室内可见光通信系统的正常运行的另一种主要技术。该技术于2001年由日本相关技术人员首次研发出来,凭借其强大的功能,随后得以广泛应用,不同于分集接收技术可以抵抗外界干扰的功能,正交频分复用技术主要用于提高数据传输的效率。正交频分复用技术的主要应用原理是将数据传输所利用的通信系统分离,再以一定的规律分为众多不同的通信信道,众多子信道的正交可以在一定程度上提高数据传输的时效性,从而达到提高信号传输的效率的目的目标。 3.3 信道编码技术 事实上,室内可见光通信系统与其他普遍存在的通信系统有很多相似之处,例如,它们在信息传递的过程中都极易遭到外界环境及其他因素的影响,并因此出现数据乱码的问题,较为常见的现象是部分通信图像中出现马赛克,导致信息传输的中断。这时,倘若应用信道编码技术,就可以在信道系统出现乱码的问题时,对该问题进行有效的解决,从而大大的降低了由于信道误码所导致的信息传输中断的现象的发生,在很大程度上降低了该现象所造成的负面影响。另一方面,由于信道编码技术的应用,为室内可见光通信系统提供了很强的抗干扰能力,同时,信息传递的安全性与有序性也随之大幅度提高。此外,在传统的室内可见光通信系统中,由于距离的限制,信息传输时常被迫中断,长距离的信息传递如何进行一直是困扰相关技术工作人员的一大难题,然而,随着信道编码技术的出现与应用,传统系统中的信息传输难题迎刃而解,信道编码技术的应用延长了信息传递的距离,为用户提供了更方便的信息传输方式与功能。 3.4 光码分多址技术 光码分多址技术,在英文中表示为OCDMA ,与上述三种主要技术的功能不同,其在室内可见光通信系统中的主要作用是将不同用户之间的数据信息区别开来,防止混淆与错误传输。目前,为了便于用户的信息传递,室内可见光通信系统要求用户使用相同的光源来进行信息传递,虽然此要求在一定程度上对信息传递起到推动作用,但从另一方面来看,此要求也在很大程度上增加了区别不同用户信息的难度。这时,光码分多址技术的应用解决了@个难题,在用户利用信息进行数据传输时,相关的技术工作人员可以通过适配器将不同用户的信息进行有效隔离,以此阻断数据信息混淆情况的发生。此外,光码分多址技术的应用给不同的用户分配了各自专属的地址,将数据信息混淆的几率降到最低,由此将信息传递的准确性大幅度提高,为信息的传递提供了良好的环境。 4.结语 综上所述,室内可见光通信技术是一种新型的通信技术,具有节约能源等传统通信技术无可比拟的优势,也因此成为最符合当前的社会大背景的通信技术。但是社会还在不断发展进步,室内可见光通信技术也随之面临着更多崭新的发展机遇。目前,可见光通信系统中已经应用了一些关键技术,但这些技术也应与时俱进,使室内可见光通信系统变得更加完善,为用户提供更加良好的信息传输环境,为信息传递的安全性提供更强有力的保障,为社会发展发挥更加积极的作用。 激光通信技术的前景及应用 【摘要】现阶段我国的科学技术有了迅速的发展.一些先进的技术已经在实际生产生活中得到了广泛应用,激光通信技术正是在发展中的一项先进应用技术,对人们的生产生活有着重要的促进作用。基于此,本文则主要就激光通信技术的发展前景以及实际的应用进行详细分析探究,希望借此能对其发展起到一定促进作用。 【关键词】激光通信技术 发展前景 应用 当前的电信体制的改革过程中,对一些先进的技术有了应用,从而将实际的工作效率得到了有效提升,激光通信技术在主要就是通过激光在大气信道当中的点对点数据的传输,来实现信息传输功能的。在这一发展背景下加强激光通信技术的理论研究就有着实质性意义。 一、激光通信技术的优势及主要特征分析 1.1 激光通信技术的优势分析 激光通信技术在当前的广泛应用主要是基于其自身的技术优势,这些优势主要体现在通信的安全保密,由于激光的直线定向传播方式,使得其自身发射的光束比较狭窄有着较好的方向性,所以在实际的数据信息传递过程中就有着较强的保密性,除非是在链路上被截断,除此之外数据不会被泄露。还有就是这一通信技术能够不需授权执照,设备间无射频信号干扰,并且在实施的成本层面较为低廉,从造价上来看是光纤通信工程的1/5左右。不仅如此,最为重要的就是建网的速度相对较快只需要进行在通信点上实施设备安装即可,并且在协议的透明性方面较好设备的尺寸小。 1.2 激光通信技术的主要特征分析 激光通信技术自身有着鲜明的特征,将激光通信和微波通信相比较而言,对无线电频率资源不会占用,并且有着较好的电磁兼容性,在抗干扰能够上也比较强。不会对人体造成危害,另外就是在通信的品质上较好,传输的带宽较大。激光通信技术通过小功率红外激光束或者是脉冲作为信道,然后在空间直接传送分组数据,再进行数据语音以及图像信息双向传送,在实际的选择性以及灵敏度方面都相对较强。 二、激光通信技术的发展前景及应用 1、激光通信技术的发展前景分析。我国的科学技术不断进步过程中,激光通信技术在今后的发展前景也将会比较广阔,激光通信技术在长时间的发展中取得了较好的成果,其在传输的远距离问题上得到了解决,并且节省了大量的通信成本,实现了和卫星技术共同发展的目标。但激光通信技术在发展中也有着一定的问题,最为重要的就是激光通信技术的发射接收的设备相对比较复杂,并且需要独立的场所放置,在安装维护的难度上相对较大。从当前的实际解决的策略来看,主要是将光纤网络与之相结合,并且对通信设备的安装维护不足问题得到了有效弥补。激光通信技术在今后的发展中,将在城市网络通信方面成为主要的应用技术,在激光通信技术的进一步发展优化过程中,其技术的优点将会得到进一步的突出。未来的发展过程中,通信技术和卫星技术的结合度将会更加的紧密,由于光纤通信技术自身的局限性,在城市网络通信中的应用汇有着诸多的不足,在这一情况下激光通信技术就会为城市通信提供重要的技术依据,从而有效的保证城市网络通信传输速率以及带宽的有效增长。 2、激光通信技术的应用。激光通信技术在实际生活当中也有着比较广泛的应用,其中在企业的内部网互联上的应用作用就比较突出,企业的局域网在各网段通常会被大楼建筑或者是道路阻断,而FS0设备的安装就比较适合应对这~问题,从而实现企业内各局域网段的互联,并能够有效的解决大楼间的复杂地貌所带来的挖沟布线的难题。另外在临时的通信以及应急抢通的场合也能得到实际的应用,在电视现场直播高质量数字图像信号过程中,采取的微波信号会受到一些因素的干扰,所以在紧急的情况下能够通过FSO加以应用,从而在抗干扰的能力上能够得到有效加强,并且还有着较大的带宽容量。对一些紧急的事故发生时需要通信,对于光缆的抢通就比较花费时间,并且在效率上也得不到有效提升,虽然微波的应用能够比较迅速,但随着通信业务的增加对实际的需求也得不到有效满足,所以通过激光通信技术不仅在效率上能够得到有效提升,同时在带宽上也能满足实际的需求。将激光通信技术在高压电的工作去数据采集以及传输方面的应用也能够得到效率上的提高,在具体的应用过程中,通过将光发射天线安装在高压区,光接收天线安装在低压区,对其数据的采集主要是通过数据在光传播中加以传输,然后再经过光接收天线对数据进行接收,在整个传输的过程中不会受到干扰,所以这就加强了实际的工作效率。 三、结语 总而言之,当前的通信产业发展过程中,随着一些先进的技术不断的优化发展,两者的有机结合使得在生活中的技术应用也比较广泛,对生产工作的效率有了大幅增长。无线激光通信技术对传统通信技术的不足有了弥补,在未来的发展过程中相信能够进一步的得到发展。 光通信技术论文:关于卫星光通信技术发展及其影响因素的研究 摘要:卫星光通信技术的发展与应用对于实现高速大容量远距离数据通信传输有重要价值,可为多个领域提供优质通信服务。本文介绍了卫星光通信技术发展状况,并对卫星光通信技术的影响因素与应用进行了探讨,希望能为光通信技术的发展与应用服务。 关键词:卫星;光通信技术;发展;影响因素 卫星通信作为应用领域较多、范围较广的一种方式,本身所承担的责任越来越大,科学实验、对地观测、国土资源管理等诸多工作对于传输信息量的要求越来越大,对于传输信息的准确性、可靠性、安全性、实时性都有了更高的要求,这就促使卫星通信技术不断进步、创新,从而更好的服务国计民生。卫星光通信技术作为目前应用较广的一种通信技术,是当前研究热点之一,研究技术发展及其影响因素有助于未来更好的探索发展前进方向。 1.卫星光通信技术发展 近年来卫星光通信技术最典型的一次发展应用就是天宫一号天空授课,利用光通信技术、天链数据“中转站”传送双向实时授课画面,实现天地之间的视频提问和回答,这无疑对卫星光通信技术应用优势的极大认可与发挥,对于该技术的进一步应用与创新提供了可靠参考。卫星光通信网络的建立必须依靠数据中继卫星建立星间链路,这意味着必须解决解决高速运动的卫星之间的捕获与跟踪,对精度要求极高,光通信所采用的星间链路波段主要以光波波段与微波波段,光波段通信的通信调制带宽可显著增大,数据率也突破Gb/s甚至更高。 目前卫星光通信技术的发展瞄准了导航数据、高分辨卫星遥感、测绘等大容量数据的即时传输与处理需求,以提升通信应用综合效益与价值为目标,对高速大容量微波、激光数据压缩传输与处理优秀技术与高效微波、激光数据压缩与数据传输设备等进行深入研究,打造卫星数据传输与处理应用产业链。卫星光通信技术的应用开辟了全新的通信频道,使调制带宽显著增加,将光功率集中在非常窄的光束中,器件的尺寸、重量、功耗明显降低,各通信链路间的电磁干扰小、保密性强且显著减少了地面基站,具有多重优势。目前卫星激光通信包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信,有GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面等多种形式,同时还包括卫星与地面站之间的通信。随着元器件发展,卫星光通信技术已基本成熟,并逐渐向商业化方向发展,美国、欧洲、日本等国家都制定了多项有关卫星激光通信的研究计划,对卫星激光通信系统所涉及到的各项关键技术展开了全面深入的研究,近几年逐步进入实用化阶段,特别是小卫星星座之间激光星间链路的实现与成熟,必将进一步促进其商业化发展与应用,为未来必将成为未来超大容量卫星通信的最主要的途径。 2.卫星光通信技术的影响因素 卫星光通信技术的应用受大气、温度、天气、背景光、飞行平台的相对运动等多种因素干扰。 应用微波以及光波进行卫星通信会受到大气衰减影响导致光束弯曲、扩散,大气本身对微波与光波的吸收、折射、散射等会导致通信传输信号能量减弱,在二氧化碳、水蒸气、臭氧层等影响下导致通信质量与效率受到影响,这对于卫星光波通信的干扰极大。为最大限度的削减这一负面影响,对于光波与微波要尽量选择最佳工作波长,使其提升在大气窗口重点的透过率,要着重提升激光器本身的输出功率与接收机本身的灵敏度,以确保通信质量。大气中的湍流与折射现象会导致光束扩散弯曲引发波前失真,导致传输误码率上升,另外大气中悬浮粒子引起的米氏散射、瑞利散射也会导微波与光波功率下降,在卫星光通信中必须通过增加接收面积或者应用自适应光学技术来减少以上现象带来的干扰。 卫星光通信中温度的变化对于传输质量也有一定影响,比如系统终端不同平台位置、不同设备、不同材料因膨胀系数有所差异因此易形成温度梯度干扰传输,同时还会影响传输、指向精度,加剧设备损伤、降低设备使用寿命,因此必须严格控制设备器材中不同材料的膨胀系数,并配合有效控温举措确保通信传输质量。天气对卫星光通信传输的干扰主要以恶劣天气如冰雪雹雾等为主,其会干扰大气中光波与微波的传输,通过应用大气仿衰减、散射、湍流等举措即可保障传输效果。背景光以太阳光、月光、星光、反射光等为主,其会干扰卫星通信链路的建立与通信传输质量,为削弱背景光干扰作用,要考虑通过采取缩小接收面积、应用窄带滤光器等举措确保通信传输。另外,飞行平台的相对运动对于光波、微波远距离传输通信也有一定负面影响,会造成指向不确定等问题,可通过实时监测、设置超前瞄准参数或者轨道预报来提升指向准确性。 3.卫星光通信技术的应用 卫星光通信技术在我国诸多领域都有所应用,为国民生产与经济发展提供了支持与保障。光通信技术中捕获跟踪瞄准技术的应用使得光波的捕获与接收更加精准,超高速率调制技术的应用进一步增大了通信容量,抗干扰技术的应用提升了接收灵敏度与接收质量,卫星与地面设备传输技术的应用进一步削弱了通信传输过程中负面干扰因素带来的影响,为卫星光通信传输质量提供了切实保障。 卫星光通信技术目前在我国的应用最典型的以海洋二号卫星为主,该卫星具备全天候、全天时、全球连续探测风浪流潮及温度等海洋动力环境信息的能力,为海洋环境监测与资源开发提供了有效支持,另外还有助于高效监测风暴潮和巨浪等极端海洋现象,提高海洋灾害预警的时效性,提供识别大洋中的锋面和中尺度涡的重要大洋渔场信息,为大洋渔业资源开发提供技术保障,卫星获取的数据能够有效监测全球海平面变化和极地冰盖变化,为研究全球气候变化提供科学依据,其配合海洋一号卫星可为完善我国海洋立体监测体系、提升对地观测卫星调查、监测能力提供可靠保障。 4.结束语 综上所述,卫星光通信技术的发展对于现代高速大容量数据传输有重要价值,可满足多个领域内数据通信传输要求,对于进一步发展高精尖通信技术、推动国内航天海洋探测发展有重要价值。 光通信技术论文:试论空间激光通信技术最新进展与趋势 【摘要】 随着科学技术的不断的发展和进步,空间激光通信技术在现代超宽带卫星通信工作中的应用也越来越广泛,开展空间激光通信技术最新进展和趋势的探究,分析空间激光通信技术的应用以及应用的性能,可以促使我国的空间激光通信技术的应用获得更加良好的发展空间和更加光明的发展前景。 【关键词】 空间激光通信技术 进展与趋势 引言:随着社会对于信息技术的应用要求的不断提升,人们对于具有高频率以及高效率的信息传播技术的应用的重视程度,也在不断的提升。因此探究空间激光通信技术最新的进展和趋势的重要性不可忽视。由于空间激光技术所具有的载波频率,远高于微波通信技术所具有的载波频率,因此空间激光通信技术的广泛应用,是应时代的需求而生,具有必然性。 一、空间通信激光技术的最新进展探究 通信激光技术在全世界范围内都被广泛的应用,发达国家也将发展、进步以及完善通信技术作为重要的研究之一。空间通信激光技术随着各项研究的全面实施,也取得了巨大的发展和进步。 1.1空间通信激光技术的最新进展探究中的月球激光通信验证技术探究 月球激光通信验证技术是美国主要开展的空间通信激光技术。月球激光通信验证技术实施的主要目的,是建立绕月飞行器同地面之间的双向的通信渠道,从而可以有效的实现信息的探测的灵敏度得以有效的提升。同时,由于月球激光通信验证技术的灵敏度较为理想,月球激光通信验证技术的技术服务终端,终端的体积较小,质量也相对偏低,并且月球激光通信验证技术的应用过程中所需要消耗的能源也相对较少,因此空间通信激光技术的最新进展探究中的月球激光通信验证技术探究,对于促进信息技术的发展,具有不可忽视的时代意义。 1.2空间通信激光技术的最新进展探究中的欧洲数据中继卫星系统 欧洲数据中继卫星系统是德国主要研究的空间通信激光技术之一。欧洲数据中继卫星系统实施的主要目的,是通过卫星群体的建造,有效的实现无人机与地面站之间的中继服务的顺利的开展[1]。由于欧洲数据中继卫星系统具有较为完善的激光通信服务终端,具有十分可观的码速率,因此欧洲数据中继卫星系统的应用可以使得空间通信过程中,信息的捕捉时间被有效的缩短。因此欧洲数据中继卫星系统的应用的探究十分的具有可行性。 1.3空间通信激光技术的最新进展探究中的星间光通信工程试探技术 星间光通信工程试探技术是日本主要研究的空间通信激光技术之一。星间光通信工程试探技术的应用过程的主要内容,时间里“阿蒂米斯”卫星与任务卫星之间的双向空间激光通信渠道。从而实现双线链路传输速率的同时有效提升。星间光通信工程试探技术的应用,促使了地轨卫星与机动光学地面,建立完善的空间通信激光的平台的可能性,得以有效的实现。因此空间通信激光技术的最新进展探究中,星间光通信工程试探技术的探究和应用,对于空间通信激光技术的应用具有十分有效的发展和完善作用[2]。 二、空间通信激光技术的进展趋势探究 随着各个国家的不断的计划和完善,空间通信激光技术的发展速度较为客观,同时很多技术上存在的障碍也被有效的解决。例如高效准确的获取、对准以及追踪技术、大气湍流效应挽救技术、高功率激光发射技术,以及具有较高的灵敏度的激光接受技术,这些技术的完善和其全面发展,都使得空间通信激光技术具有十分理想的发展趋势。 开展空间通信激光技术的进展趋势探究,可以有效的明确机制从直接检测向关联检测以及综合检测的转变,同时空间通信激光的进展趋势还包括:通信波长的波段的不断过渡、纳米技术在空间通信激光技术应用过程中的有效融合以及经典光通信与量子光通信之间的有效结合[3]。 探究空间通信激光技术的进展趋势可知,由于空间激光通信的宽带优势十分明显,因此成为空间宽带通讯的最重要的渠道,是空间通信激光技术进展的趋势。 结束语:探究空间激光通信技术最新进展与趋势,首先应当明确空间激光通信技术最新进展:月球激光通信验证技术和欧洲数据中继卫星系统以及星间光通信工程试探技术,进而开展空间通信激光技术的进展趋势探究。通过探究空间激光通信技术最新进展与趋势可知,空间激光通信技术的广泛应用,是应时代的需求而生,具有必然性。将发达国家的空间激光通信技术应用到我国的空间宽带通信发展中,将为我国的空间宽带通信技术的发展带来巨大的推动力。 光通信技术论文:论述卫星光通信技术的发展与应用 摘 要:在现代化社会中,信息量的不断增加推动了通信技术的日益发展,促使通信技术运用的通信频段不断升级,最后形成了光波频段。因此,在航天事业中应用的卫星光通信技术的地位至关重要。卫星光通信技术是卫星通信技术中的新型技术类型。本文简单分析了卫星光通信技术的发展概况以及具体的应用,仅供参考。 关键词:卫星光;通信技术;发展与应用 随着我国卫星技术的进步和社会对信息的需要,需要使用卫星进行信息传播的情况越来越多,为了保障信息的实时性和快速性,需要卫星通信过程中越来越高频段的使用。同时,现代化的卫星星座技术的提高也需要星间链路的建立,利用激光远胜于使用微波,但是激光产生的降雨影响比较大。通过选择适当的波长和在不同的地点分设地面站的方式,可以有效地克服激光带来的不良影响。卫星光通信技术具有广阔的发展空间。 一、卫星光通信技术的工作原理 首先,在对地表网络系统中的通信信号进行处理后,经过编码和调控,将通信信号加载后使其进入地球上的激发发射设备中,促使激光脉冲的信号发出,发射的工作通过光学卫星天线进行。在大气层的通道处理后,借助通信卫星来负责接收信号、进行解调,在卫星上实现光通信技术,将信号转输到地面的光学卫星天线上继续工作、进行译码、解调的任务,进而达到两个卫星地球站的全光双工通信的目的。 二、卫星光通信技术的基本特征 与一般的卫星微波相比,卫星光通信技术具有很多特征。包括: (1)拓展了新型的卫星通信渠道,扩大了卫星通信的容量,使数据传输的速度达到100Gb/s,而且运用卫星光通信技术具有潜在的优点。在现阶段,我国的卫星中的微波带宽度是2GHz( Ku波段和C波段)左右,但是激光的频带宽大于105GHz,通信设施中不会有多余信号的干扰。 (2)减轻了卫星通信设备的重量,特别是对于卫星运载的设施来说,重量的减轻能够降低耗费的能源量。有利于延长卫星的使用年限,提高星上的处理效率。 (3)增强了卫星通信过程的保密工作。使用激光进行卫星通信能够起到有效的指向作用,而且发射过程中的激光束很窄,一般的发散角都属于毫弧级别的,因此在通信过程中具有良好的保密性。 (4)卫星光通信技术能够有效的避开干扰因素,而且要优于卫星微波通信技术。 (5)卫星光通信也具有明显的缺点。最重要的是激光星地链路受大气中的降雨、烟尘、雾霆的影响比微波大。 三、卫星光通信技术发展的现状 现阶段,卫星光通信技术已成为卫星技术中的研究热点之一。对于卫星通信网,实时通信必须建立星间链路。建立星间链路所采用的波段可有两种选择:微波波段和光波波段。目前,卫星微波通信使用的频段在300MHz到300GHz之间,而卫星光通信的频段为300THz。可见,采用光波段进行通信时的通信调制带宽可以显著增大,通信的数据率可达数Gb/s或更高。激光通信终端具有较小的终端体积和重量,极大的降低了发射成木,同时具有很强的抗干扰能力和保密性,又可减少地而站数量,因此卫星光通信技术已日益成为各国研究的重点,美国、欧洲、日木等已全而开展了此方面的研究,目前已进入空间试验阶段。 随着低轨小卫星数量的显著增加,需要高数据率、低功耗、体积小、价格低的星上通信终端,激光星间链路终端正是满足了这种需求。而商业需求和空间信息高速公路的发展,对激光星间链路技术的要求更加迫切,这些商业需求已经成为美国和欧洲等国激光星间链路研究的巨大推动力,并正促使其向商业应用转化。美国NASA正在寻求激光星间链路的潜在应用并作了相应计划,要求工业界要考虑实际需要生产,欧洲工业界也已开始了对可获利的激光星间链路市场的竞争。 日本开展卫星光通信的研究尽管较晚,但是进展却很快。日木已于1995年利用装于ETS-VI卫星上的光通信终端成功地与地而站进行了光通信实验,尽管此次实验的数据率仅为1.04 Mb/s,但这是世界上首次成功进行的星地光通信试验。日本的宇宙开发事业团(NASDA)还将与ESA共同进行卫星光通信的实验,实验将在日本的光学星间通信试验卫星与ESA的ARTEMIS之间进行。 然而,我国在卫星光通信领域的研究起步较晚展到实质阶段.与欧、美、日等国的差距较大。因此,我们必须高度予以重视,提高卫星光通信领域研究的投入。借鉴国外的经验,加快研究的进程,力争尽快赶上世界发达国家的研究水平。 四、卫星光通信技术的应用 1、数据中继 如低轨地球观测卫星landsat,它所取得的庞大数据通过同步卫星TDRS(踉踪和数据中继卫星)传送到地球站。如果地球站直接接收中、低轨卫星所取得的数据,就必须在地面均匀地配置多个地球站,因为一个地球站可以接收的轨道范围有限。这样的系统将是非常昂贵的。而且在星上搭载数据记录设备,当卫星进入地球站视野时传送所记录的数据。因记录容量有限。对于要不断获取多信道图象数据等庞大数据的系统并不合适。为此,引入通过同步轨道上的中继卫星。将数据传送到地球站的系统。该系统只需三顺同步卫星,就可覆盖低、中轨卫星的几乎所有轨道。也有人提出将这种系统用于象闪电卫星那样的椭圆轨道卫星与GEO卫星间的中继。 2、编组应用和数据交换 在世界范围内,InteISAT卫星在卫星通信过程中的使用已经将近30年了。现阶段,在大西洋、太平洋等地区的上方都分别有4~7颗正在运行的卫星或者备用的卫星,在对应的通信轨道上运行。这些卫星借助微波组成的路线实现与不同地区间的地面站的联系工作。为了满足将来通信世界的各类需求,需要在众多的轨道上,使用编组的方式,将多个相邻的卫星联结在一起。从某种程度上来说,如果不同地区的地面站打算与同属一组的某一颗卫星组成微波线路,地面站需要与同组内的任意一颗卫星互换所得的工作数据,同时还需要与其他地区的地面站之间统一进行数据的储存和获取。这样的做法有利于提升卫星微波的频率,同时还能够提高卫星轨道的使用效率。在卫星光通信技术适用的过程中,光ISL技术受到干扰的程度最小,在系统的联结工作中具有较大的灵活性。 3、支持卫星发射和深空通信 ISL技术还可用于卫星发射时对火箭的跟踪、控制.或支持卫星入轨。该技术已在发射使用TDRS系统的卫星和宇宙飞船时使用。此外,在深空通信中,用光能在比微波宽得多的频段上建成高效率的通信系统。 五、结语 在信息资料的传播工作中运用光频段的手段是现代化卫星通信技术发展的必经之路。在卫星技术工作的过程中,卫星光通信技术的进步不但能够适应现代化卫星技术进步的过程,同时其过程的研究也具有非常关键的现实意义。卫星光通信技术有利于保证我国航天事业和航天技术在世界上的排名,能够增强我国的国防实力和民族实力。研究卫星光通信技术的概况与应用,有利于卫星光通信技术的进一步创新,对我国具有重大的意义。 光通信技术论文:室内LED可见光通信技术分析 摘 要:本文主要分析了LED可见光通信的基本原理及关键技术,然后就LED可见光通信的未来应用进行展望,以期促进LED可见光通信技术的发展与完善。 关键词:室内LED;可见光通信;应用展望 LED可见光通信系统具有十分广阔的应用前景。但当前LED可见光通信技术还不够成熟,距离商用还有一定差距,仍需要我们不断加强研究以进一步优化系统的各项性能。 一、室内LED可见光通信原理简介 室内LED可见光通信的基本原理是利用灯光的“明”和“暗”来分别表示数字信号“0”和“1”,然后将广播、图像、音频、影像等待发射的信息调制后加载到LED灯光上,通过LED灯光的高频闪烁将信号传送出去。由于LED响应速度极快,不会对人眼造成影响,因此能够在正常照明的同时实现无线通信功能。在信号接收端一般设置有光电探测元件,可以对接收到的可见光信号进行放大和解调处理,进而将其重新还原成广播、音频、影像等信号。 二、室内LED可见光通信的关键技术 1.光源布局 一般情况下,光源布局要考虑两点:一是组成阵列光源的内部LED灯的数量及排列方式;二是整个室内LED光源的分布。在室内光源设计中,为满足国际照明标准,通常将LED光源设计为白光LED阵列形式,构成各LED阵列的LED个数由LED间隔大小决定,而间隔大小需要综合考虑中心区域的光强度。在LED排列问题上,则要充分考虑信号接收面的照度要求与光强分布。同时在设计LED数量及排列时,还要考虑码间串扰问题。为提高通信质量,还应结合房间大小及内部设施陈列,尽量使室内同一水平面上的光功率保持一致,防止出现通信死角。此外,考虑到行人、设施等造成的遮挡,不可避免地会产生一些阴影区,对此可通过增加光源数量来减少阴影效应,但过多的光路径又会引发严重的码间干扰,因此根据室内实际情况科学设计LED阵列光源是提高通信效果的关键。 2.驱动电路优化 LED可见光通信系统设计中有一个非常重要的参数――调制带宽,它直接影响着LED调制能力的高低,进而决定着无线光通信系统的传输速率。调制带宽通常取决于有源区载流子复合寿命与PN结电容,在LED制造过程中,普遍采取的措施为减少载流子复合寿命与控制寄生电容,或者使用多芯片型白光LED,除此之外,通过对驱动电路进行优化设计也能有效地提升调制带宽。在综合电磁、噪声、温漂、光功率补偿等干扰因素的基础上,LED可见光高速调制驱动电路可设计为以下形式,如图1所示。 其中,BG代表晶体管,Dz代表稳压二极管,BG1与BG2构成发射极耦合式开关,BG3和Dz构成恒流源电路,能够稳定地为LED支路供应驱动电流。又因为此电路超出了线性范围工作,就算输入端过激励,也不会出现饱和,故开关速率十分高,理论上这种电路可实现300Mb/s的信号调制。 3. OFDM技术 OFDM即正交频分复用,该技术的主要原理就是把高速串行数据转变为相对低速的多路并行数据,然后分别对不同的载波加以调制。OFDM技术拥有极强的抗多径能力,如今已在高速无线通信中得到了普及应用。在LED可见光通信中,由于多路径会导致码间干扰,严重影响系统传输速率,因此通过引入OFDM技术来控制码间干扰是一个十分理想的选择。 目前,已有研究人员针对OFDM在LED可见光通信中的应用提出了一些可行方案,其中比较成熟的一种方案如下:该方案由LED照明阵列、电力线调制器、OFDM解调器3部分构成,信源电信号在发射端完成OFDM编码,并通过一直流偏置实现对LED光源的调制。经调制的光信号在接收端完成解调,并通过提取导频信号实现对信道状态的实时监测和更新。OFDM应用于无线光通信系统时,需要将高速串行数据以并行方式调制到多个正交子载波上,以减少码速率、消除码间干扰,同时还要在各OFDM符号间添加保护间隔,以彻底除去残余的码间干扰。 4.信道编码技术 赵俊、陈长缨研发了一种能够用于LED可见光通信的mBnB分组编码技术。该技术所采用的分组码在通信领域中已有十分广泛的应用,通俗而言,就是把原始信息码字以m比特为单位加以分组,并按照特定规则,以另外每组为n比特的码字进行表示,最后将新得到的分组用NRZ或RZ码的格式传输出去。其中,m n,且两者都是正整数,通常n=m+1。目前比较常见的编码形式有1B2B、3B4B、6B8B等。这种编码技术的优点如下:一是功率谱的形状相对较好;二是消除了基线漂移现象;三是能够稳定地进行误码监测和字同步。已有研究表明,6B8B编码的光信号在0.5m~2.5m距离内的通信十分稳定,不会因LED数量、串口模块分频等因素而受到显著影响。采用6B8B编码,能够在确保信号高速传输的基础上,使通信距离突破2.5m。 5.分集接收技术 分集接收的基本原理就是在接收机上设置多个方向的光电探测元件,并对不同方向上探测到的信号加以对比分析,然后选择其中信噪比最大的信号来完成通信,该技术在解决码间干扰和抗阴影效应方面具有良好的表现。在设计分集接收电路时,需要按照信号传输速率的高低将其分成两类:在通信速率较低的情况下(一般将100M以下作为低速率),使用低速率分集接收装置,即直接对多个信号进行叠加,从整体上增强信号功率。在传输速率较高的情况下,考虑到码间干扰问题,无法对信号进行简单叠加,需要增加一个专门的控制电路来进行信号评估和选择。通常而言,在高速通信过程中,直射链接方向的信噪比最高,因此优先将最贴近直射链接的方向作为信号接收方向。在采用分集接收技术的光接收机上,探测器尽可能均匀地分布在一个半球面上,从而能够以较少的探测器数量实现多个方向上的稳定接收效果,除非接收机被整个遮挡才有可能出现信号中断。 6.自适应传输技术 自适应传输技术能够有效克服LED可见光通信中的信噪比波动问题。在自适应收发器的发射端,有一个专门的DSP(信号处理器)负责机电定向系统的实时控制。DSP在通信系统中的普及和应用,在一定程度上改善了系统的信噪比,并且灵活性更强。同时,对于白噪声、多路径干扰等,也能够通过相应的信号处理手段加以解决。在自适应收发器的接收端,由于使用了单一的光电检测器,使得光前端设计大大简化,并通过某种定向机制使光能量作用于单个信道,从而减小了接收端视场,有效避免了环境噪声对通信稳定性的干扰,增强了系统对多路径畸变的抵抗能力。 三、LED可见光通信技术的应用展望 LED可见光通信技术有着十分广阔的应用前景,只要是基于LED的照明和指示装置均可以通过增加通信功能而获得一些全新的用途。例如,在博物馆中,可以在LED指示灯中加载相关展品的解说信号,只要游客携带了具有可见光通信功能的移动设备,就能随时获取展品的解说信息;在LED大屏幕或广告牌上加载相应的信号后,人们可以直接用手机等设备下载屏幕上的内容和信息,如广告信息、交通信息等;在车辆照明领域,可以为汽车前照灯增加信息传输功能,将车辆载重、车牌号、车速等信息自动发送到各类交通监测装置上,轻松完成缴费、登记、测速等功能,极大地方便了车辆信息的采集和管理,同时车辆尾灯也可用于向后面的车辆发送刹车、路况等信息,从而大大提高交通运输的安全性。 结语 LED可见光通信技术不占用无线频谱资源,可以直接对无处不在的照明灯光加以利用,在节能环保的同时实现高速无线通信功能。但目前该技术仍处于实验研究阶段,虽然研究人员已经针对光源布局、驱动电路优化、OFDM、信道编码等进行了大量的研究工作,但依然有一些技术难关亟待人们去攻克,相信在研究人员的不懈努力之下,LED可见光通信技术必将在未来社会中大放光彩。 光通信技术论文:光通信技术在电力通信系统中的应用研究 摘 要:随着社会的发展,电力通信系统已经成为社会主义市场经济持续进步的关键点所在。但是经济的发展和社会的进步对电力通信系统提出了更高的要求,不光要求成本的降低,还需要性能的提升。将光通信技术应用在电力通信系统中,不仅可以大幅度降低电力通信系统的运行成本,还可以提高整个电力通信系统的稳定性。因此,文章从电力通信网存在的问题入手,首先分析了光通信技术在电力系统中的应用,然后研究了光通信技术在电力通信系统中应用的关键点,以期为相关的研究提供可参考的意见。 关键词:光通信;电力通信;应用关键 1 电力通信网存在的问题 电力通信网主要分为电力配电网和电力调度网两种,主要是以电压为依据对两者进行划分。在整个电力系统中,电力通信网发挥着至关重要的作用。 因此,要进一步推动电力通信网的发展,满足当前社会的需求,就必须从当前电力通信网存在的问题入手,然后研究改进的措施。以当前的实际情况而言,电力通讯网存在的问题主要有以下两个。 1.1 DWDM设备组网不能满足实际的需求 以目前的实际情况而言,我国的大多数省份还在延用较为传统的MSTP设备组网,只有很少的一部分在使用DWDM设备网。但是,随着我国只能电网的不断发展,整个电力通信网络的负荷越来越大,已经不能满足社会的实际需求。这在一定程度上阻碍了我国电力通信网络的发展,迫切的需要系统升级。 1.2 自动化水平较低 在我国电力通信网络的发展中,长期存在着“重发轻供不管用”的现象。因此,电力通信网络的自动化水平很低,电力网架的结构也较为薄弱。 特别是在近几年中,社会的需求越来越大,当前的设备已经远远不能满足需求。因此,迫切的需要进行智能化的建设,提高供电水平,保证电力通信网络的正常运行。 2 光通信技术在电力系统中的应用分析 社会的发展给技术的进步提供了动力,电力通信网络的技术也是如此。由于社会的需求,电力通信网络的技术发展速度较快,在短时间内就趋于成熟。在电力通信网络中,光通信有着重要的作用,将之融入到电力通信系统中已经成为必然趋势。 光通信技术有三个发展的过程,也是三次技术的改革,代表技术分别是SHD技术、MSTP技术和ASON技术。在我国的目前阶段,ASON技术的应用最为广泛,也是最大化的缩小了我国和国际之间的电力通信技术差距。 ASON技术集合了信号的交换和传递,通过信号指令来完成一些列的需求动作,是一种新型的光通信技术。SHD技术、MSTP技术在不同的阶段也发挥了不可替代的作用,但是其电路保护和传送电路的技术还很不成熟,在发展中逐渐显露出了自身的弊端。因此,ASON技术发展了起来,不仅结合了前两者的优点,更实现了电路保护和维持电力网络的稳定性,给国家电力通信系统的发展和完善奠定了基础。 光通信技术在一定程度上对科学技术的依赖性较强,也需要较好的载体。以目前的情况而言,光通信技术需要电力光缆作为其载体。而我国的电力光缆数量以较快的速度增加,实现了大范围的覆盖,给技术实现提供了可能。 基于此,作为当前光通信技术的优秀,ASON技术融入到了当代电力通信系统中,增强了电力通信网络的功能,提升了其运行的质量,已经成为我国电力通信系统的技术发展趋势。 3 光通信技术在电力通信系统中应用的关键点 光通信技术应用在电力通信系统中,不仅提高了电力网络运行的安全性,还增加了电力通信网络的传输功能。因此,在科学技术高速发展的社会环境下,把握好光通信技术在电力系统中应用的关键点,将有利于提升光通信技术与电力通信网络的融合,推动电力通信网络发展的同时使光通信技术更加成熟。具体而言,光通信技术在电力系统中应用的关键点主要体现在以下几个方面。 3.1 组网方案的确定 光通信技术在电力通信网络中的组网方案主要有两种。第一种方案是以网络技术为前提,然后再引入光通信技术,然后把电力通信网络进行优化,实现其传输的标准化改造。 网络技术是这种方案的关键点,需要把软件和硬件配合起来,然后引入光通信技术,完善传统的电力通信网络。这种方案的优点就在于不仅实现了电力通信网络和时代的结合,更加快了电力通信网络反应的速度。第二种方案是在电力通信网络和光通信技术融合后再加入网络技术,和第一种方案的区别就在于,这种方案是在确定的传输平面下展开的,可塑性较弱。但是这种方案更加稳定,传输效率也更高,能够保障电力通信网络传输安全性。 电力通信网络融合光通信技术后的组网方案各有利弊,因此在选择的时候一定要考虑到自身的实际情况。特别是不同的技术要求和结构框架性能的要求,一定要从整体出发,挑选组网方案时,综合利弊,科学的选择组网模式。当然,电力通信网络的组网方案也有很强的灵活性,当工作有特殊的需求时,可以自主增加相应的模块,完善电力通信网络的性能。电力通信网络的组网方案确定后,其性能和框架虽然可以有小的调整,但是大的结构已经确定下来,若是选择错误,将对整个电力通信网络造成较大的影响,甚至影响电力通信网络的正常使用。基于此,选择组网方案的时候,一定要合理,切合实际的需求。 3.2 设施设备的选择 科学技术的发展给我们的生活带来了更多的便利,同时也对其运行的设施和设备提出了更高的要求。电力通信网络也是如此,特别是其优秀的光通信技术,对设备的依赖性很强,这是发挥其性能和优势的基础所在。因此,要建立标准化和规范化的电力通信网络,必须选择最恰当的设施和设备。在选择设备的时候,可以从以下几点入手考虑。 3.2.1 通用性和安全性的考虑 为了保障电力通信网络的正常运行,在遇到突发情况的时候也可以正常工作,在设置网络节点槽位数量的时候,一定要多预留几个出来,同时总线路带涉及的范围也要更广,这是从整体出发,保障设备的安全性。同时,在设备的选择时,一定要考虑到通用性,方便设备发生故障后的维修和更换。 3.2.2 卡板的挑选 在挑选卡板的时候,必须严格按照工程的要求进行,给卡板留出备份选择。卡板是线路排布的重要零件,选择卡板直接涉及到了后续的传输系统。因此,要从工程的整体入手,结合实际的情况,针对性的选择卡板。 3.2.3 设备的契合性 在选择设备的时候一定要符合光通信技术的要求,从现阶段的任务要求考虑实际的设备选择。若基本性能要求无法满足光通信的需求,就会造成后续的设备无法正常使用,严重影响电力通信网络的性能。 3.2.4 线路安排的分散性 电力通信网络的多方线路要尽量分散在不同的业务卡板内,这就可以避免单个卡板的损坏影响到整个电力通信网络。可以采用分线的方式,选择恰当的分线设备,使不同的业务卡板在电力通信网络中承担想同的作用。这样,当一个业务卡板发生问题后,不会影响电力通信网络的整体,保障电力通信网络的正常运行。 3.3 业务规划分析 光通信技术最大的优势就在于它可以提供不同层次和不同性能的网络传输服务,因此电力通信系统在规划业务的时候就可以从自身的实际情况入手,挑选利益最大化的方案和措施。 首先要考虑的就是业务和业务之间的距离最短,这样就可以最大化的节约成本,使运营的收益最大化。 其次,在距离想同的基础上,要选择跳数最少的网络,保证电力通信网络运行的稳定性,减少维护的支出。 最后,还要保证网络负荷的均匀,这样可以给电力通信网络的运行增加一层保障。在后期的运行中,还要有效的观察和监督电力网络通信的观察,根据实际情况管理网络中的项目,最大化的发挥光通信在电力通信网络中的优势。 电力通信网络的运营也有商业化的性质,需要靠盈利来维持日常的工作,还需要靠业务的合理性规划来实现自身的完善和发展。因此,电力通信网络的业务规划可以从商业的角度考虑,然后结合科学的分析,找出最优的规划方案。而具体的方案就是从光通信的特点入手,分别分析其运行的特点和运行的成本,然后综合考虑相应的取舍,最终实现业务的合理规划。 光通信技术在当代电力通信系统中有着极其重要的作用,虽然在较短的时间内取得了很大的发展,但是也有自身的问题存在。在实际的应用中,一定要结合自身的实际情况,在实践中不断检验和完善,让其发挥应有的作用,推动国民经济的发展。 4 结 语 光通信技术在电力通信网络中的应用较为广泛,很好的解决了传统技术的弊端,让电力通信网络的发展更加迅速。本文分析了电力通信网络的问题,也针对当前光通信技术在电力通信网络中的应用分析了关键点,希望可以给电力通信网络与光通信技术的更好融合提供一定的参考意见。 光通信技术论文:可见光通信技术仍存缺陷 近日,国内可见光通信技术取得重要突破,该技术的产业化可能和商业前景得到了广泛的关注。 可见光通信技术是一种新型的无线通信技术。它将通信和照明合为一体,具有节省能源的特性。与此同时,高速数据传输能力和不占用通信频谱资源也是可见光通信技术引起广泛关注的重要因素。然而,该技术也有其局限性和适用场景:例如传送光线不能够被阻挡,基本不具备通信穿透能力;波长太短导致受散射、反射、多径的影响很大;适用业务场景暂时不够清晰等。 德国物理学家Herald Haas正计划利用该技术拓展未来可以与目前传统WiFi技术形成互补的Li-Fi技术。这一预期中的技术能带来很高的数据传输速度。而且,Haas在技术设计中,希望能够充分利用目前的可见光设备,在不需要频谱监管的情况之下开展高速通信。通过这两种相互补充的技术,目前WiFi技术所出现的带宽不足、接入不稳定等问题有望得到解决,尤其是在一些点对点需要高速数据传输的场合―例如医院内的海量检测数据的高速传送场景。 可以预想的是,短期之内,可见光通信技术还将会在一些特种行业或是具有特殊非移动环境下高速数据传送的应用中使用,而不会成为WiFi或是蜂窝移动通信技术的竞争者。技术的应用范围和领域应该是作为主要通信技术的补充性技术,在行业应用领域会带来非常丰富的想象空间。 在普通民用场景方面,该技术存在以下缺陷。例如难以具备移动性、需要点对点在通信过程中连接、穿透能力弱等。因此该技术在普通民用场景目前难以实现产业化。 可见光通信技术如果能够成功地实现产业化,那么能源将被可见光替换,能源和信息的分布式网络将能够共享实现。或许到了那一刻,我们才能够真正体会到该技术对社会变化的真正推动。 光通信技术论文:LED可见光通信技术在专利申请中的演进 【摘要】 LED可见光通信技术利用LED照明设备进行高速通信、数据传输,具有广阔的应用前景。本文对LED可见光通信技术在专利申请中的主要技术分支演进行介绍。 【关键字】 LED 可见光通信 专利 演进 一、引言 可见光通信作为一种新兴的无线通信技术,具有如下优点: 1、可见光通信技术利用LED灯可以高速调制的特性,既实现了照明,又实现了上网通信; 2、可见光通信技术无电磁污染; 3、可见光通信技术具有高速通信的能力。 因此,可见光通信正受到越来越多的瞩目。 二、LED可见光通信技术在专利中的演进过程 笔者使用如下关键词在专利库中进行检索:可见光通信(Visible Light Communication,VLC); 发光二级管(lightemitting diode,LED)。检索截止时间为2014年5月29日,获得287篇发明专利文献。基于可见光接收端装置、发送端光源、通信中调制方式三个方面对主要技术分支演进进行介绍: 2.1 可见光通信在接收装置中演进 申请日为2003年,申请号为JP2003183092的专利公开了一种通过接收LED光来接收通信信息的可见光信息接收方式;申请日为2004年,申请号为KR20040056593的专利公开了一种使用摄像机接收通信信息的可见光信息接收方式;申请日为2005年,申请号为JP2005088869公开了一种使用照相机接收通信信息的可见光信息接收方式;申请日为2007年,申请号为JP2007063809公开了一种通过太阳能电池面板的输出变化来检测接收的照明光,并对接收到的照明光进行解调、显示的可见光信息接收方式。 2.2 可见光通信在发射端光源中演进 申请日为2005年, 申请号为JP2005088869、JP2005265694的专利公开了一种使用多色光源发送通信信息的可见光信息发送方式;申请日为2008年,申请号为JP2008196165的专利公开了一种使用单一光源,在回射光中叠加数据的可见光信息发送方式;申请日为2010年,申请号为EP10720372的专利公开了一种使用单一光源,借助于脉宽调制光源(LED)进行数据传输的可见光信息发送方式;申请日为2011年,申请号为CN201110190263的专利公开了一种使用白光LED驱动电路进行数据传输的可见光信息发送方式;申请日为2012年,申请号为CN201210060963的专利公开了一种使用有机电激发光二级管OLED数据传输的可见光信息发送方式。 2.3 可见光通信在通信调制方式中演进 申请日为2008年, 申请号为JP2008298941、JP2008298942的专利公开了一种使用OFDM进行可见光信息调制的方式;申请日为2011年,申请号为CN20118000246的专利公开了使一种用OFDMA调制发送,SC-FDMA接收的可见光信息调制方式;申请日为2011年,申请号为CN201110190263的专利公开了一种使用CJ-OFDM调制的可见光信息调制方式;申请日为2013年,申请号为CN201310167388、CN201310343233的专利分别公开了一种使用码分多址扩频的可见光信息调制方式以及一种使用OFDM调制,分频接收的可见光信息调制方式。 三、审查实践应用示例 通过对LED可见光通信专利技术演进的梳理,可以帮助审查员在审查时快速理解所审案件涉及的技术手段处于该领域发展所处的阶段,并迅速找到对比文件。 申请号:201210060944; 发明名称:基于LED可见光通信的智能照明系统; 申请人:郭丰亮 本案权利要求如下: 1.一种基于LED可见光通信的智能照明系统,其特征在于,包括:传感器模块、LED可见光通信模块、调整模块,所述传感器模块将感应到的信息送入LED可见光通信模块,所述调整模块根据传感器模块检测到的信息对LED灯进行调整,所述传感器模块通过所述LED可见光通信模块与所述调整模块连接。 首先判断本申请属于LED可将光通信领域的申请,技术效果是利用LED可见光通信技术实现照明系统在自控制时的数据传输。然后通过对LED可将光通信专利技术发展路线的梳理,可以很快定位到技术发展路线中的照明系统自控制分支,并且现有技术中已经有大量采用LED可见光通信技术来解决照明系统中的信号传输问题,如2011年8月公开的CN102164436A专利申请,其发明名称即为基于可见光通信接收机的自适应照明系统,显然该申请的技术方案也是通过可见光通信技术来解决照明系统中的信号传输问题,因此将其作为对比文件用来评述三性,从而可以提高检索效率。 光通信技术论文:新型材料有望带来超快全光通信技术 美国普渡大学研究人员开发出一种新的“等离子氧化材料”,有望带来超快全光通信技术,至少比传统技术要快10倍。相关在美国光学协会的《光学》杂志上。 光通信是用激光脉冲沿光纤来传输信息,用于电话服务、互联网和有线电视;而全光技术无论是数据流还是控制信号都是光脉冲,不用任何电信号来控制系统。论文第一作者、博士生纳萨尼尔・金赛说,对数据传输来说,能调制反射光的量是必要条件,“我们能设计一种薄膜使反射光增加或减少,利用光反射的增减来编码数据,反射的变化会导致传输的变化。” 研究人员证明了铝掺杂氧化锌(AZO)制造出的光学薄膜材料是可调制的。他们用铝掺杂氧化锌,在氧化锌中浸满了铝原子以改变材料的光学性质,使它在特定波长下变得像一种金属,而在其他波长下像高电阻介质。AZO薄膜的折射率接近于零,它能利用电子云状的表面等离激元来控制光。脉冲激光会改变AZO的折射率,从而调制反射光的量。这种材料能在近红外光谱范围工作,可用在光通讯中,并与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容。 研究人员的设想是利用这种材料来创造一种“全光等离子调制器”,或叫光学晶体管。在电子设备中,硅基晶体管负责开关电源、放大信号。光学晶体管是用光而不是电来执行类似任务,会使系统运行大大加速。用脉冲激光照射这种材料,材料中的电子会从一个能级(价带)移动到更高能级(导带),留下空穴,并最终与这些空穴再次结合。晶体管开关的速度受限于完成这一周期的时间。在他们的AZO薄膜中,这一周期约为350飞秒,比晶体硅要快约5000倍。把这种速度提升转化到设备中,至少比传统硅基电子设备要快10倍。
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通信系统原理论文:CDMA通信系统中同步原理及算法实现 摘 要:本论文介绍CDMA扩频通信系统中采用的PN码同步技术,然后结合WCDMA上行链路的特点,提出适合CDMA的扩频码同步方案, 利用扩频码的自相关特性,可以使用RAKE接收对接收信号进行处理,从而有效分离可分辨多径。这需要采用扩频系统中扩频码同步技术,即:多径搜索粗略地估计PN码相位,同步跟踪精确确定PN码相位。 关键词:CDMA 扩频通信 同步 PN码 一、前 言: 移动通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分。移动通信不但集中了无线通信和有线通信的最新技术成就,而且集中了网络和计算机技术的许多成果。在第三代移动通信的主要技术体制中,WCDMA-FDD/TDD(现称为高码片速率TDD)和TD-SCDMA(融和后现称为低码片速率TDD)都是由1998年12月成立的3GPP(第三代伙伴项目)进行开发和维护的规范,这些技术都是以CDMA技术为优秀的。CDMA技术作为第三代数字蜂窝移动通信系统的主要技术,以及在它基础之上发展起来的WCDMA和TD-SCDMA移动通信系统将会更广泛的应用于我们的生活之中,为我们带来更多方便。 二、理论基础及算法分析: 1、大步进快速捕获方法的基本原理: 在这里我选用“大步进快速捕获方法”来实现PN码的同步,在扩频通信系统中接收端的己调信号一般可以表示为:式中 是高斯白信道噪声,T是相对发射机的时延,A是输入信号载波幅度, 是伪噪声码, 是数据信息码, 是载波角频率, 是载波初始相位。 大步进搜索实现PN码快速捕获的实质就是将要搜索的q相位单元分为q/m段,每段m /q个相位单元,用步进电路使本地PN码逐段移动,即每次步进m个相位单元。每移动一段,做一次m路并列相关判决。由于大步进搜索每次相关判决同时对m个相位进行,而单步进搜索每次相关判决只对一个相位进行,故而大步进的捕获时间较单步进可以缩短1/m实现快捕。 使用大步进搜索方法的快速捕获系统的实现机理见图3.1。图3.1中S(t)为接收信号,它与m路本地PN码相乘,每一路代表了一个PN码相位,再经窄带滤波得到(1)~(m)这m路相关运算结果。将其送入多路比较判决电路,与门限 比较,当m路相关运算结果都小于判决门限 时,无相关输出,代表这m个PN码的相位都没有与发端PN码对齐,此时由判决输出端控制步进电路,使本地PN码大步进m位进入下一段相关处理,如果m路相关运算结果中有一路超过门限 有相关输出说明该路(设为第i路),代表的PN码相位已经与发端PN码对齐,此时由判决输出端控制步进电路停止步进,进入跟踪阶段。 2、大步进PN码捕获方法的算法分析 在本节分析中将采用状态转移图对捕获过程建立数学模型,计算大步进快速捕获方法的平均捕获时间、捕获时间方差。 对快速捕获系统的捕获性能分析,主要指平均捕获时间和捕获时间方差计算。运用状态转移图的思想来建立数学模型,使分析系统化、简明化是由J.K.霍姆斯JACK.K.HOLEMS提出来的。概括地说,该方法对离散的时不变马尔柯夫过程建立状态转移图,在状态转移图的基础上得到生成函数流程图,运用信号流图理论于生成函数流程图求得生成函数,利用捕获时间平均值及其方差与生成函数的一阶导数和二阶导数之间的关系,推导计算平均捕获时间和捕获时间方差。该方法适用于不同的捕获方案分析,且分析直观、简明,易于理解,所以我们采用该方法来分析大步进快速捕获系统的捕获过程。为简单起见本论文就大步进快速捕获延迟锁定环捕获过程建立圆形状态流程图,对该图作计算,对计算结果作分析。首先就研究的系统作一定的说明。 在实际系统中,捕获过程具有不确定性,该不确定性由诸多因素造成。例: A、两PN码起始相位相对位置是不确定的。 B、信道畸变,如衰减信道和外来干扰、人为或非人为。 C、载波频率漂移(多普勒频移)。 D、接收端加性白高斯噪声的作用。 因此,捕获时间也是不确定的,虽然捕获时间的分布函数原则上能得到。 但在实践中得到它是非常困难的,至少在精确形式上是困难的,因此只限于研究捕获时间的平均值及其方差。 三、快速捕获系统在MATLAB上的仿真: 1、使用系统仿真软件MATLAB创建用户代码库: MATLAB最受人们欢迎的特点之一是其具有开放性,任何用户可以通过对工具包源文件的修改或加入自己编写的文件去构成新的用户专用工具包。这里我利用MATLAB来进行仿真。为了修改和编写源文件,必须熟悉掌握SIMULINK的优秀――S-FUNCTION 。 S-FUNCTION具有三种表现形式: (1)框图形式 (2)M文件形式 (3)MEX文件形式(C语言或FORTRAN语言子程序)。 本课题中采用第一种形式和第二种形式。 S-FUNCTION仿真工作原理如下:S-FUNCTION与SIMULINK非线性库中的S-函数模块配合使用。将S-函数模块从非线性库中拷贝到用户自己的模块框图中,然后在模块的对话框中定义调用的S-函数的名称,则该模块完成的功能由调用的S-函数决定。每个SIMULINK模块都有三个基本参数:输入矢量u,输出矢量Y和状态矢量x。三者的连接关系如图3.1。 输入矢量,输出矢量和状态矢量的数学关系式如下: 式中: ,状态矢量可以为连续状态,离散状态或两者的混合状态。在调用了M文件的S-函数模块中,SIMULINK将状态分为连续状态和离散状态两部分,连续矢量放在状态矢量的前半部分,离散矢量放在状态矢量的后半部分。在仿真的特定阶段,SIMULINK反复调用模型文件中的每一个模块,控制它们完成特定的功能,如:计算输出,更新离散状态或计算状态导数等。为了执行初始化过程或中止仿真任务,在仿真开始部分和结束部分还要调用一些附加过程。图3.3给出了SIMULINK进行一次仿真的完整流程。 SIMULINK首先对模型中包含S-函数模块在内的每个模块进行初始化,然后进入仿真环。仿真环每运行一个周期称为一个仿真步长。仿真的每一个步骤都要调用S-函数,直至仿真结束 创建一个用户自定义的SIMULINK模块的步骤为: ① 根据算法和公式编写优秀部分的S-函数。 ② S-函数经过通用S-函数模块处理后,转化为用户自创建的模块。 ③ 根据要求的功能构造用户子系统(subsystem),包括输入端口,输出端口,S-函数模块和其它一些附加模块。 ④ 利用SIMULINK中的封装功能将子系统封装起来,生成用户自定义的封装对话框和图标,为整个子系统提供统一的设置。具体设置包括模块名称,模块类型,仿真参数,图标符绘图指令,模块功能描述信息和模块帮助信息。 这样最终能得到一个用户自定义的SIMULINK模块,该模块能完成所要求的功能。在本课题所要仿真的锁相环中,很多模块都采用调用S-函数的方式实现其功能,如信号产生模块,逻辑控制模块,扩频码产生模块等。 2、系统模块构建设计: (1)、信号模型: 该模块的功能是产生二相相移键控(BPSK)调制的直扩码序列。设一个chip内有10个载波,一个chip采样100次。 (2)、PN码产生模块: 模块的功能是产生伪随机序列,包括两部分:一是模拟BPSK调制信号时用作调制码,二是在接收后的本地伪随机序列。可将捕获后的结果与发射前的随机码相比较,检验捕获结果。 3、系统仿真模型的构建仿真: 单系统的仿真框,系统论证的宽带滤波器和窄带滤波器已经合并入模块中,参数选择如上所述。 4、仿真结果: 按照系统仿真模型,最终得到的捕获结果如图所示 当捕获成功时发端码(上)与本地码(下)的比较(单位:秒) 由上图的结果是在m=5时得到的结果,可以清楚的看到,当捕获成功时,接收端的随机码与本地伪码的相位相差半个码元,达到要求,实现PN码的同步。此仿真实现了利用“大步进快速捕获方法”对PN码的同步。 四、结束语: 同步是CDMA通信系统中一个重要的实际问题。在通信系统中,同步具有相当重要的地位。通信系统能否有效地、可靠地土作,很大程度上依赖于有无良好的同步系统。通信系统中的同步又可分为载波同步、位同步、帧同步、网同步几大类。 因此,对于相干扩频通信系统而言,必须保证接收端与发送端实现信息码元同步、PN码码元和序列同步和射频载频同步。只有实现了这些同步,直扩系统才能正常工作,可以说,没有同步就没有扩频通信系统。扩频通信中,主要关注的是PN码的同步。 扩频通信系统中的同步问题可分为三个方面,即伪随机序列的捕获,伪随机序列的跟踪和载波的同步。其中,伪随机序列的捕获是扩频通信系统得以工作的基础,而伪随机序列的跟踪和载波同步是保证系统性能的最关键因素。 本文围绕CDMA扩频通信系统中PN码同步进行了研究,并实现了CDMA通信系统中的PN码同步算法。 通信系统原理论文:高速公路通信系统的应用原理 论文关键词:高速公路;通信;原理 论文摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。 高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。 1 收费系统 高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡,也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。 1.1 计算机收费系统 计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。 1.2 收费数据传输 收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps ( G . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个E1(G.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。 1.3 收费图像传输 收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。 2 通信系统 2.1 通信干线传输 长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为: 高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。 光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。 光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。 采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。 2.2 通信系统的程控交换 根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。 2.3 话音通信系统 高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。 2.4 移动通信系统 移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。 3 监控系统 高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。 监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。 3.1 监控中心计算机系统 监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收 费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。 3.2 监控中心的外场设备 监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。 3.3 监控数据传输 监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/ 4wVF接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。 3.4监控图像传输 监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。 结束语 通信系统在高速公路建设行业中的不断应用,对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥,务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此,只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理,才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。 通信系统原理论文:论高速公路通信系统的应用原理 论文关键词:高速公路;通信;原理 论文摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。 高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。 1 收费系统 高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡,也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。 1.1 计算机收费系统 计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。 1.2 收费数据传输 收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps ( G . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个E1(G.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。 1.3 收费图像传输 收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。 2 通信系统 2.1 通信干线传输 长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为: 高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。 光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。 光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。 采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。 2.2 通信系统的程控交换 根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。 2.3 话音通信系统 高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。 2.4 移动通信系统 移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。 3 监控系统 高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。 监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。 3.1 监控中心计算机系统 监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。 3.2 监控中心的外场设备 监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。 3.3 监控数据传输 监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/ 4wVF接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。 3.4监控图像传输 监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。 结束语 通信系统在高速公路建设行业中的不断应用,对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥,务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此,只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理,才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。 通信系统原理论文:浅论高速公路通信系统的应用原理 摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。 关键词:高速公路;通信;原理 高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。 1 收费系统 高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式ic卡,也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。 1.1 计算机收费系统 计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。 1.2 收费数据传输 收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的onu设备提供必要的2mbps ( g . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个e1(g.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。 1.3 收费图像传输 收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经modem通过通信系统的话路通道传输的。 2 通信系统 2.1 通信干线传输 长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为: 高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。 光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。 光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。 采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。 2.2 通信系统的程控交换 根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。 2.3 话音通信系统 高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。 2.4 移动通信系统 移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800mhz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。 3 监控系统 高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。 监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。 3.1 监控中心计算机系统 监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。 3.2 监控中心的外场设备 监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台modem,将数据传到就近通信站的onu,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。 3.3 监控数据传输 监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的onu设备业务通道中提供足够的2/ 4wvf接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供mo-dem进行数模转换。 3.4监控图像传输 监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。 结束语 通信系统在高速公路建设行业中的不断应用,对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥,务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此,只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理,才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。 通信系统原理论文:论高速公路通信系统的应用原理 论文 关键词:高速公路;通信;原理 论文摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。 高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。 1 收费系统 高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷, 计算 通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式ic卡,也有采用磁卡 。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种 通行卷。 1.1 计算机收费系统 计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。 1.2 收费数据传输 收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的onu设备提供必要的2mbps ( g . 703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个e1(g.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。 1.3 收费图像传输 收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经modem通过通信系统的话路通道传输的。 2 通信系统 2.1 通信干线传输 长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现 现代 通信网设计的目的,还关系到工程投资的 经济 性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为: 高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。 光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。 光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。 采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。 2.2 通信系统的程控交换 根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级 交通 中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。 2.3 话音通信系统 高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。 2.4 移动通信系统 移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800mhz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应变能力的强有力手段。 3 监控系统 高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。 监控系统主要由两部分组成:监控中心 计算 机系统和外场设备。 3.1 监控中心计算机系统 监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、 网络 服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。 3.2 监控中心的外场设备 监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台modem,将数据传到就近通信站的onu,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。 3.3 监控数据传输 监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的onu设备业务通道中提供足够的2/ 4wvf接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供mo-dem进行数模转换。 3.4监控图像传输 监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。 结束语 通信系统在高速公路建设行业中的不断应用,对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥,务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此,只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理,才能更好地为高速公路通信技术的不断 发展 建立一个正确的认识平台。 通信系统原理论文:高速公路通信系统应用原理 论文关键词:高速公路;通信;原理 论文摘要:本文主要钍对高速公路通信系统的应用原理进行阐述。 高速公路机电工程中的通信系统属于基础类设施,主要为收费、监控系统提供信息(话音、数据、图像)传输通道,由光缆数字传输系统、程控数字交换系统、移动通信系统、紧急电话系统等组成。根据其通信系统在高速公路行业的应用特点,高速公路通信网主要由长途通信干线传输网、程控数字交换机、数据传输网、图像传输网、移动通信网和卫星通信网等部分组成,下面我们重点对其各主要组成部分的使用原理进行详细介绍。 1收费系统 高速公路收费系统一般采用半自动收费方式,即人工判别车型,车道入口发放通行卷,出口验卷,计算通行费,人工收费,计算机管理,辅以车辆检测器校核,闭路电视监视。目前,提倡计算机联网收费。远期,逐步实现自动收费方式。通行卷有采用非接触式IC卡,也有采用磁卡。为便于计算机联网收费,联网收费区域内均应采用同一种通行卷。 1.1计算机收费系统 计算机收费系统一般分两级,即收费中心计算机系统和收费站计算机系统。收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网。各局域网之间、收费中心与区域拆帐中心之间需要通过通信系统实现数据传输进行勾通。 1.2收费数据传输 收费数据分三级管理:收费中心计算机、收费站计算机及收费车道计算机。收费站与收费中心之间的数据传输是通过数据通道直接传输的,各通信站的ONU设备提供必要的2Mbps(G.703)数据通道接口。通信与收费系统是通过收费站和收费中心的路由器连接起来的,在区域收费联网的情况下,路由器至少要具备两个E1(G.703)接口,一路传往收费中心,一路传往区域拆账中心。 1.3收费图像传输 收费系统在个收费站广场出口均设置了摄像机,各摄像机的图像信号既要传到相应的收费站又要传到收费/监控中心。从摄像机到收费站的视频及控制信号传输是由收费系统完成的,而图像及控制信号的远程传输与监控有所不同,未采用复用方式,庵个摄像机图像对应一芯光纤,而控制信号是经MODEM通过通信系统的话路通道传输的。 2通信系统 2.1通信干线传输 长途通信干线传输系统设计的正确与否,决定着整个通信系统质量,它不仅关系到能否实现现代通信网设计的目的,还关系到工程投资的经济性、合理性和可靠性。目前,高速公路机电工程基本是采用光纤通信系统。高速公路通信系统长途通信干线传输网采用光纤通信,这是因为: 高速公路通信网要求同时传输语音、数据和图像通,信量较大,选用频带、通信容量大的光纤通信系统是合理的。 光纤通信具有通信容量大、抗电磁干扰能力强、通信质量高、传输距离长等特点,是其它通信传输方式无可比拟的。 光缆通信中继距离长,适应公路沿线各通信站点间距离不一致的实际情况。 采用长波长单模光缆传输方式,在中等容量以上长距离传输系统中,从经济上占有优势。 2.2通信系统的程控交换 根据高速公路通信系统业务的内容和特点,通信系统采用三级程控交换,第一级交换中心设在高速公路总公司通信总中心,其主要职能是完成本局终端的话务接转,汇接所有来话、去话的转接任务,并与二级公路网中心联接,完成本局话务接续与本局以外的话务转接;第三级交通中心分别设在各高速公路公司下属的管理所,其主要职能是完成本局的话务接续与出入本局的话务接续。为了提高系统的可靠性、灵活性及话务流向的需要,各级交通交换中心之间均可进行互连,以便组成一个多迂回、多路由的程控数字交换网。 2.3话音通信系统 高速公路通信网话音系统包括业务电话系统、指令电话系统和移动电话系统。业务电话系统为高速公路管理局、各公司、各管理所以及高速公路上各种设施(如监控、收费、服务区、停车场、加油站、维修、交警、通信、供电、配电及养护等)提供内、外业务联系电话。业务电话为全网自动拨号,业务电话网应与市话公用网汇接。指令电话系统主要是为监控总中心以及监控中心下达交通监控和调度指令。为便于交通控制和交警业务调度,在监控中心和分中心可分别设置两套指令电话控制台,以便供公路值班员和交警值班员使用,指令电话应自成系统。指令电话控制台设置在各路公司内,分监控指令控制台和交警指令控制台,分别控制所辖路段各指令电话机和交警用指令电话机;指令电话控制台具群呼、组呼、单呼功能及自动录音功能;指令电话控制台具有转接功能,即实现指令电话控制台与指令电话机之间的转接。 2.4移动通信系统 移动通信,就是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换。移动通信不仅指双方的通话,还应包括数据、传真、图像等业务。移动通信系统可以自己建网,也可以租用邮电部建立的公用蜂窝移动通信网。邮电部公用蜂窝移动通信网可实现全省漫游,管理也比较方便,可以省去了自己建网的费用,但公用蜂窝移动通信网费用很高,同时不能完成高速公路网要求群呼、组呼等调度功能。自行建立高速公路移动通信专用网,可以解决上述不足,但建网投资很大。建议高速公路移动通信系统自己建立专业移动通信网,采用800MHz集群移动通信系统。据了解,辽宁省高速公路管理系统应用移动通信较为先进,移动通信成为快速应 变能力的强有力手段。 3监控系统 高速公路监控系统应用图像传输可将道路现场的活动图像,利用图像传输系统的能力把图像信息用电信号的方式传送到远方,清楚地再现在屏幕上,有利于管理人员做出控制决策。活动图像传输采用光缆传输方式,高速公路监控摄像点不太多的特点,一般采用一对一(一摄像头对一监视器)方式传输到各路监控中心。通过视频切换方式,由总部的控制信号来选取所需的图像信号,由光缆传至监控总部的监视器,使总中心也能监视到它所关心的全省高速公路运行情况,以便进行宏观管理。 监控系统主要由两部分组成:监控中心计算机系统和外场设备。 3.1监控中心计算机系统 监控中心计算机系统即情报处理系统,它包括通信控制器、网络服务器、交换式集线器、终端计算机等。这些计算机组成局域网,组网方式:收费站控制室计算机与该站的收费广场车道控制计算机组成该站的局域网。收费中心内的计算机构成中心独立的局域网,只是多了一台通信控制器,它配有多串行接口控制器,用于外场设备与中心的数据通信管理。 3.2监控中心的外场设备 监控的外场设备包括车辆检测器,可变情报板,可变限速标志,气像检测器等。由于这些检测点(数据采集点)距离通信站较远,相对分散,且数据量较小,无法采用标准的高速数据接口进行传输,因此在每个远端数据点配一台MODEM,将数据传到就近通信站的ONU,最后通过通信系统传至监控中心通信控制器。 3.3监控数据传输 监控数据分二级管理:监控中心、监控外场设备。通信系统在各站综合业务接人网的ONU设备业务通道中提供足够的2/4wVF接口,监控数据采用模拟传输方式,通过这些音频接口完成,由监控系统提供MO-DEM进行数模转换。 3.4监控图像传输 监控系统在全线设置了一定数量的摄像机,各摄像机的图像和控制信号均要传至监控中心。通信系统负责为摄像机的图像和控制信号传输提供光电缆,视频图像信号和控制信号经过数字/视频复用光端机复用后,占用一根光纤。 结束语 通信系统在高速公路建设行业中的不断应用,对其技术的更新有着更高的要求。为了保证高速公路其“快速、安全、便捷、舒适”等功能特点能发挥,务必对其通信设备及通信技术作出更高要求。对此,只有更好地了解及熟悉通信系统的应用原理,才能更好地为高速公路通信技术的不断发展建立一个正确的认识平台。新晨 通信系统原理论文:课题讨论法在“光纤通信系统与原理”教改中的创新与实践 摘 要 基于“兴趣是最好的老师”这一原理,本文提出将课题讨论法运用于课堂,激发学生对课程的学习兴趣。按照分阶段、递进式的教学改革思路,构建光纤通信系统课程的一系列子课题,创新课程的教学和实践方案。实践表明:课题讨论法在课程中的灵活运用,有利于培养学生的综合素质、探索精神和自学能力,提高教学效率。 关键词 课题讨论法 光纤通信原理与系统 教学改革 1960年梅曼发明了世界上第一台激光器,随后科学家高锟提出光纤,伴随两者发展促进了光纤通信的不断进步。目前部级的电信网骨干大部分采用光纤通信系统,相关技术也已深入社会各层面,是现代社会基础设施中的关键。近年来,“光纤通信原理与系统”课程作为国内外高校电子信息、通信工程、光电子等专业的重要课程,具有较强的实用性、前沿性和探索性,在整个学科建设中占有重要地位。 “光纤通信原理与系统”课程的特点是理论部分难度较大、知识点更新快、具有一定的工程性,还涉及若干现代通信设备。现实状况是教材更新慢、实验设备落后行业发展,课时不断减少。因此,如何高效利用有限课时,将课程的理论知识、光纤通信系统的最新技术以及相关光器件介绍给学生,是教师面临的巨大挑战。基于此,我们提出将课题讨论法运用于课堂,改变过去单一的课堂讲授方法,激发学生的主体性,提高学生对课程的学习兴趣。 1 课题讨论法的定义 课题讨论法是指教师在课堂教学活动中,利用师生以及学生间平等、民主、和谐的时空环境,就与课堂教学内容有关的某一子课题,以小组或者班级为单位开展积极的讨论、争论甚至辩论,拓宽思路,各抒己见,交换看法,互相启发,取长补短,从而理解知识、掌握真理、受到教育、培养素质与能力的一种教学方法与教学模式。①② 2 课题讨论法的运用 课题讨论法的实施需要按照两步走:(1)基础层次:子课题相关的理论教学,以教师讲授为主,辅以相关的教学方法的创新和教学内容的优化;(2)提高层次:子课题相关的拓宽及应用,以学生为主,进行汇报和讨论。 2.1 基础层次 2.1.1 教学方法创新 摒弃传统教学方法的某些弊端,在课程教授过程中基于不同教学内容,采用不同的教学方法。例如:(1)可以充分发挥多媒体技术在现代教学中的作用,播放与知识点相关的图片、动画以及视频,增强学生的感官印象,使其更容易接受。(2)为了加深学生对光纤器件的理解,掌握器件的类型、特性、参数及用途,尽可能给学生展示器件实物。(3)在课堂中穿插一些合适的例题和随堂练习,提高学生参与学习的积极性,提高听课效率。 2.1.2 优化教学内容 本课程中,有些内容在先修课程中已经学过,例如第三章《光发送机》,其中关于光源的物理基础、半导体激光器和LED 的介绍,以及第四章《光接收机》中的检测器的介绍,均是对之前课程(“光电子学”和“激光原理”)中知识点的重复。进行教学内容的改革,可以削减已学知识点的学习课时,适当增加光纤通信领域最新的技术和器件的讲解。 教材的选用对提高教学质量和学生动手能力有着重要作用,故而应该尽量选择和教学大纲一致的教材。然而,现实情况是找到这样教材的机会不多,教学时总要增加或者删除部分内容,不能达到最佳的教学效果。一方面,在教学中尽量采用新教材,注重新技术和新理论的介绍。另一方面,补充和修订现有教材,希望能够通过团队的努力,编写出合适的教材。 2.2 提高层次 通过基础层次的训练,学生已经掌握了与子课题相关的知识点的理论基础。提高层次中,要求学生带着教师设计的子课题任务,进行文献的查阅、资料的概括、方案制定、可行性分析、设计、仿真以及某些元器件的采购等工作。这个阶段应该充分发挥学生的积极性和主动性,分析解决实际问题,培养创新意识和能力。具体实施如下: 2.2.1 学生分组 分组之前,需要教师做好功课。各组学生由学习好、一般和基础较差的同学搭配组合。课程内容,除绪论部分,其余章节都会安排子课题任务,任务会提前下达到各组。每组需要自己选举组长,在组长的组织安排下进行资料的搜集和概括、任务的分解和执行等工作。课堂会安排时间,让各组汇报、讨论各个子课题,老师和各组选派的代表进行打分,分数最终记入期末成绩中。在这个过程中,也有一些需要注意的地方:(1)各组的汇报,教师可以要求每次选举不同的代表上台进行陈述,这样就可以使得每个同学都参与其中,每个个体都能得到锻炼。(2)各组汇报完毕,安排自由讨论。在讨论过程中,教师要注意把握现场,适当引导,切忌部分讨论慢慢偏离主题,或者个别讨论太过激烈。有时如果问题较少,需要教师适当提示,将讨论进一步深化、细化。(3)各组汇报和讨论结束后,教师进行总结。教师应该提前对子课题进行最新前沿的资料调研总结,如果学生在课堂涉及、讨论过的部分可以简略,部分学生未能查阅的内容,可以进行详细的补充。这样,经过师生合力,可以将每个子课题讨论充分、将其发展了解清楚。(4)各组汇报时,教师和各组代表进行打分,教师可以提前制定打分标准,其中包括:汇报内容的准备情况、PPT的制作精美程度、代表上台发言的表现(声音是否洪亮、表达是否清晰、思路是否敏捷等)、各组参与讨论的积极程度等,尽量划分全面细致,有所偏重,体现公平公正。 其次,各个分组也是相应的学习小组,大家除去共同准备完成子课题任务,还增加了相互接触的机会。利用这样的机会,小组中基础差的同学可在学习能力较强的学生帮助下,克服学习中遇到的困难。大家一起学习,一起进步。 此外,多人共同完成一个任务有助于发挥团队协作精神。这个过程可以培养学生与人相处的能力、遇到问题如何有效沟通、接到任务如何利用团队的力量完成、学会进行任务的分解和落实到个人以及体验到集体的荣誉感等。这些能力和品质的培养,比在这过程中学会的一些书本知识更为重要。 2.2.2 设计子课题 课程内容涉及到光纤光缆、光源与光发送机、光检测器与光接收机、光放大器、光无源器件和光波通信系统的设计。教师需要在子课题任务的设计方面花费心思,下达既有新意又有实际意义的任务。 由于整个课程的授课顺序是先介绍构成光纤通信系统的各个部分,后讲解系统设计。可以在各构成部件的讲解章节中,下达查阅最新光器件发展的任务,例如:新型光纤光缆结构、光源(LD和LED)的发展情况、检测器件的性能、最新光器件的种类。原本这些知识点,如果采用教师查阅课堂讲授的方式,一是无法查阅全面,其次讲解只能蜻蜓点水,学生听得稀里糊涂。现在通过子课题任务的方式,学生在上课之前,已经利用课余时间学习了最新的技术和器件,对其已经有所了解,课堂的汇报讨论又将这一子课题的内容扩充完善,印象加深。另外,进行这类光器件的介绍与讨论时,可从实验室借来一些真实的器件,并在子课题中设置一些器件使用方面的任务;也可以采购若干常用的光器件分发到各组,布置与其相关的小任务。这能够在一定程度上解决理论和实践脱节的问题,加强学生实际动手能力,帮助其学以致用。最后一章光波系统设计的讲解时,受到实际条件的限制,也许无法搭建一个真实的系统,但是此处可以巧用仿真软件来实现系统的设计。此时子课题就可以布置用软件仿真进行系统设计的模拟,该任务需要占用较长的课后时间,在具体考核时可以适当增加这部分内容的分数。 2.3 建立全面的评价体系 借助提高层次中课题分组讨论环节,打破以往单一的期末闭卷考试方式。建立起既重理论,又重实践;既重结果,也重过程的考核方式。此外,为了提高学生积极性,减轻学生的负担,适当提高分组讨论环节得分在期末总成绩中占的比例。通过这样的方式,可以增加学生课后学习的积极性,接触到更多该领域的前沿知识。 3 总结 “光纤通信原理与系统”是一门非常重要的专业课,通过本课程的学习,学生能够了解光纤通信发展的历史;知道光纤通信技术及光器件的最新发展动态;掌握光纤、光源、光发送机、光接收机、光放大器等的工作原理和特性;理解光纤通信系统设计的思路、方法及检验标准。为学生进行毕业前的职业准备,使学生在毕业后能够顺利地、独立地从事光纤通信方面的工作。 通过本项目的开展,一方面有利于提高教学水平、促进课程建设;另一方面可以有效提高学生的学习兴趣,更好地掌握光纤通信方面的专业知识,为人才培养提供有力的支持。同时可供我校其他院系及国内普通工科高校开设和建设“光纤通信原理与系统”课程的同行们作一个参考。 通信系统原理论文:《通信系统原理实验》课程的教学改革与探索 摘要:针对当前社会对信息科学技术人才的创新能力需求及社会经济发展的需要,在教学实践中对通信系统原理实验课程的教学方法做了大的改进,实验不再采用实验箱来完成,而是采用软件仿真来实现,不仅可以使学生在较短的时间内掌握该课程的理论知识,而且通过实验的操作提高他们的动手能力和创新能力。 关键词:计算机仿真;教学改革;通信系统原理;创新能力 随着计算机的广泛应用和通信技术的不断发展和更新,通信系统的复杂度迅速增长,这就要求掌握现代通信理论和技术的高级技术人才日益增多。因此,如何让本科学生更好地掌握现代数字通信中以调制解调技术和通信信道的性能分析为代表的新技术及其应用能力,适应市场需要,拓宽就业渠道,是电子信息工程专业实践教学面临的紧迫任务。因此,在普通高校我们的教育目标就是要培养具有扎实的专业理论基础、有较宽领域的工程技术基础和有一定专业知识的高级工程技术人才,尤其是作为电子信息工程专业的学生,他们将来是国家信息科学技术行业的中流砥柱,因此,他们不仅要掌握好电子专业方面的基础知识和实用技术,还必须要掌握一些有关通信技术方面的基础知识和实用技术。考虑到通信技术的发展和更新速度,采取以往购买硬件实验设备来提高学生实践能力的方式,一方面购买设备需要申报的时间相对较长,往往难以跟得上学生的实际需求;另一方面购入的设备淘汰较快,容易造成浪费。如某大学在进行本科教学评估时购入了价值400万的通信原理教学实验设备,不到4年这批设备已面临淘汰的困境。因此,解决上述问题的一个有效方法是采用虚拟技术来实现,即采用计算机仿真实验技术来实现。也就是通过建立器件、部件乃至系统的模型,并用模型在计算机上进行仿真,利用计算机的高速运算处理能力,完成对通信设备与系统的分析、设计以及性能优化与评估测试。更为重要的是由于采用软件技术仿真实现实验项目,实验项目的更新更容易。有专家指出利用计算机进行建模理论和方法是推动仿真技术进步发展的重点研究方向。美国等发达国家在仿真领域一直是将建模理论和方法的研究工作列为重中之重。计算机仿真实验技术的优良特性,将成为今后人们特别重视和大力发展的综合技术。 一、教学中存在的问题 目前在大多数开设通信原理实验课的高校,所有的通信原理实验仍然全部采用实验箱来完成,但是由于实验设备的性能问题,在实验操作过程中会导致某些实验无法得出正确的结果,而且学生也无法对实验原理框图进行逐点的波形分析,实验效果并不理想。而且综合性创新性实验项目很少,无法给学生提供更大的实验平台,更谈不上创新能力的培养。采用实验箱做实验属于传统实验,实验的正确与否依靠实验箱的性能,而实验箱设备由于操作的学生较多,出现损坏的情况比较严重,而厂家来维修的时间有限,所以会导致上实验课能用的实验箱的数目大大减少,极大地影响了实验课的教学质量。而如果采用虚拟实验来做这些实验项目,它与传统实验相比,虚拟实验除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外,在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。此外,传统的通信原理实验主要通过硬件电路实现各功能模块,由信号发生器产生信号,用示波器观察各点波形。由于实验条件的限制,往往得不到准确的实验结果,而且学生面对复杂的电路板难以从系统的观点去分析各点波形关系。因此,设计出一套与传统实验相配合的虚拟实验软件,采用软件模拟的方法,通过灵活调节各个实验参数,灵活控制实验进程,便可很好地弥补传统通信原理实验的不足,同时可降低实验设备成本和节省经费,实现在没有购买新模块的情况下完成实验项目。 二、教学改革探索 1.教学内容的改革。《通信系统原理实验》课所包含的内容很广,里面涉及有基础性实验内容和综合性创新性实验内容,实验学时又短,如何在学时有限的情况下,掌握如此多的实验内容,如果采用传统的实验箱来做,是全部完成不了的,只有选取有代表性的实验来完成,而如果采用计算机仿真来实现的话,就有大量的时间来完成,而且即使上课时间完成不了,学生还可以回家继续来完成。这样对掌握基础理论知识提供了强有力的实验支持。目前,虽然传统通信实验中有部分实验采用计算机仿真来实现,但只是采用软件编译出结果,看不到原理框图,无法进行全面分析。为了让教学内容更丰富多彩,在实验教学内容中将所有的实验内容采用统一软件仿真平台,全部实验内容采用计算机仿真的方法在同一个平台下进行调用来完成。学生在该软件平台下完成课程大纲所要求的基础性实验项目,而且能根据教师要求完成综合性创新性实验项目的仿真,并能根据不断出现的新技术如3G等,及时实现计算机仿真,让学生真正掌握通信原理技术。软件平台界面如图1所示。 基本实验有眼图实验、AMI/HDB3编译码过程实验、抽样定理与PAM调制解调实验、PCM编译码实验、?荪M实验、FSK实验、BPSK实验等。针对现代调制解调新技术实验项目仿真,包括GSM蜂窝移动通信使用的GMSK技术,CDMA使用的QPSK和扩频技术,无线局域网用到的QAM等。综合性实验项目有计算机数据传输通信系统综合实验,使学生适应不断发展的通信技术,帮助通信专业的学生在通信系统领域建立一个较为完整的框架体系,有利于对其所学的知识进行综合和提高。创新性实验项目要求学生根据教师要求自动建模,提高学生的创新能力和动手能力。 2.教学手段的改革。采用软件仿真的实验手段突破了传统的实验教学模式,由于将通信原理实验课程大纲所要求的实验项目采用计算机仿真来实现,提高了学生应用计算机仿真软件的能力,而且它与实验箱配合起来使用可以使学生更好地掌握通信系统的构成及原理。①教学方式的改革:在教学实验过程中,教师在上课前指导学生先进行理论知识的复习,在每个实验的软件仿真界面中都有理论的内容;教师根据实验内容让学生进行框图的搭建,让学生可以从系统的观点去分析原理框图中各点的波形图及各点之间关系,而且还可以灵活设置各个实验参数,进而分析不同参数为何会有不同的结果,最后写出分析报告。②增加通信新技术的虚拟仿真,使学生适应现代通信技术的发展,满足社会对这方面人才的需求。③利用计算机网络的优势,虚拟实验可以实现实验项目的远程操作,弥补了实验场地和实验时间的不足。使学生上实验课不再受时间、地点及实验设备的限制,从而提高了学生学习的主动性,提高教师的教学效率。④考核方式:采用上课提问和分析报告两项来给成绩,而不是采用以前那种实验报告的方式,杜绝了学生抄袭的行为,真正做到公平公正,从而促进学生真正动手动脑去做实验。 随着科学技术的不断发展和社会竞争的日益激烈,我们教学的总目标就是要让学生能够真正学到知识,并在今后的工作中能学以致用,成为国家所需的高级工程技术人才,因此在教学过程中教师要不断地根据实际情况对教学内容和教学方法作一些改进,培养学生综合应用能力,增强分析问题、解决问题和动手的能力。通过自己在任教实践过程中对《通信系统原理实验》课进行的一些改革探索,在教学中也取得了一定的效果,但是,课程教学改革是一项长期而艰巨的任务,目前还只处于探讨和实践阶段,并不完善,需要在今后的工作实践中不断地加以总结和完善。 作者简介:李丽(1973-),女,讲师,主要从事计算机应用和通信工程方面的研究。 通信系统原理论文:高职院校通信类专业数字通信系统原理课程教学改革与探索 摘 要 数字通信系统原理课程是电子信息和通信类专业的基础课程。结合高职学生特点,从教学方式、考核方法、实践教学等不同环节进行改革探索,激发学生学习的主动性、创造性,培养学生的创新意识。 关键词 高职;数字通信系统原理;教学改革 数字通信系统原理作为电子通信的一门入门课程,是重庆电讯职业学院移动通信专业的一门主干课。本课程主要介绍通信系统的基本结构、信源编码、信道编码、数字基带信号传输、数字信号的调制和解调及信道编码的原理与方法。通过该课程,可使得学生掌握基础的数字通信知识,熟悉当前通信技术的特点和发展的趋势。同时有效培养学生在通信知识方面的素养,为后续做准备。 本课程的先修课程有高等数学、线性代数、概率论、信号与系统、通信电子电路等,后续课程有移动通信、光纤通信、卫星通信、程控交换等。综合来讲,该课程为衔接专业与基础的课程,同时也为通信专业的主要课程。该课程典型的特点为直观性比较差、内容比较抽象,同时理论性的东西非常强,需要较强的数学分析能力,对原本基础比较薄弱的高职学生的学习而言,存在很大的难度。因此,如何做好对该门课程的教学成为当前思考的重点,也是本课程改革的重点。 1 注重教学理念,改革教学内窖 当代职业教育的特点是培养具有职业性和应用能力的专门型人才。因此,在教育中通常采用就业作为培养的导向。对此,在课程内容的选择上,首先非常注意教材的选取,主要原因在于教材作为教学的根本,将对教学起着最为直接的影响,也会对激发学生学习积极性起到很大的作用。 当前,数字通信系统原理课程的教材比较丰富,研究的理论也比较深,但是实践方面的内容比较少,使得教材对高职学生来讲存在一定的差距。经过对比,重庆电讯职业学院移动通信专业选用人民邮电出版社出版的21世纪高职高专通信教材《数字通信系统原理》。该教材的特点是以现代数字通信系统为背景,从共性出发,系统介绍数字通信系统的基本概念、基本原理和相关技术。通过本书学习,能对数字通信系统建立起总体上的概念。本书侧重于系统,不强调电路细节和数学分析,在内容的处理上强调物理概念,用直观的方法解释问题;对于重难点问题,均给出应用示例,通过示例说明原理与实际应用的关系,并通过应用加深对基本概念和基本原理的理解,理论知识紧密联系实际。该教材对于高职学生易学易懂,适合高职院校数字通信系统原理课程教学。 其次,本着在教学中应有所建树的思想,突出以人为本的教学理念和注重应用的教学。在教学中一方面着手对基础内容、方法等的引导;另一方面突出重点,对学习中的难点和要点进行解决。对此,在教学中提出通过“以线带点”的方式,实现点线的关联,从容实现课程内容体系的改革。 确定课程教学的主线 如何结合高职院校的特定教学内容进行选择性的教学,成为改革的第一步。对此,删除教材中理论性比较强的内容,尽量回避其中比较繁琐的公式。同时结合应用的实际,对通信系统的模型进行选择性学习。强调通信系统整体概念的建立,根据信号的产生、传输、接收和恢复过程,用一个典型数字通信系统的组成框图作为学习的总路线图,将各功能框图称为“节点”,各功能框图的有向线段称为“线”。以路线图中的节点涉及的典型技术理论分析为重点,以信号流程为主线,以线带点,培养学生通信系统的宏观分析和微观分析方法。 在教学过程中,首先通过精心制作教学课件,对教学内容中的“点”和“线”进行详细的讲解,以此查看其中的内在联系,从而使得学生充分理解通信的本质――就是将大量的信息进行高效和无失真的传输,并在传输中实现信息安全。从微观上精选典型技术,重点分析基本理论模块。其次,对各个不同的知识点进行均匀分配,明确重点,对不同知识点进行不同教学,强调各个知识点的联系,从而深化“点线关联”的思维。 注重典型技术和基本理论 从微观的角度选择实用的、典型的技术和基础的理论模块;从宏观上来讲则是以数字信号传输作为主线,通过逐步开展典型技术的学习从而实现对具体的技术的分析。在教学活动中,针对高职学生的特点,对通信技术的实现不贪多求全,而是精选典型技术进行微观分析,注意激发学生学习的兴趣,关键是引导学生掌握数字通信的基本结构体系。具体的做法是将全课程分为通信系统概论、信号与通信信道、信源编码、数字信号的基带传输、信道编码、差错控制编码、信道复用与多址技术及数字信号的调制传输、定时与同步八个优秀模块。对其中不同的模块进行不同的分析,并对其中实用性的技术进行讲解。 2 更新教学方法,培养学生自主学习能力 在进行通信学原理教学时,一定要采取有效的教学方法在课堂上吸引学生的注意力,增强教学效果,从而激发学生的创新思维能力。选择教学方式时要避免采用“灌输式”等让学生处于被动地位的教学方法,课堂上要以学生为主体,采用提问的方式积极引导学生进行思考,从而引起他们的学习兴趣,让他们主动去思考,激发他们的创造性思维。让学生在掌握知识的同时,还能探索适合自己的学习方法,使他们由“学会”转向“会学”。 “启发式”教学 教师作为课堂教学的媒介,采用启发式的教学方式,并通过循序渐进的方式引导学生进行思考和讨论,最后再通过教师进行总结和分析。通过采用启发式教学可以有效地避免概念出现混淆,明白知识点的具体应用和通过分析归纳出相应的原理等,以此来提高学生学习的主动性和积极性,此外还可以使学生分析、解决问题的能力得到培养和提高。启发式教学是一种互动、讨论式的教学方法,这种方式的教学不仅有助于提高学生学习的积极性、主动性及分析问题、解决问题的能力,更可有效提高学生团队合作、表达能力等。 “研讨式”教学模式 “研讨式”教学是一种新的教学模式。它以解决问题为主题思想,教师设立相关的课题或者是创造相关的问题情境,学生进行集体讨论、查找相关资料,并且进行实践、探索,然后提出解决问题的方法策略。教师在这个过程中不直接参与,只是给予一定的指导。在这个过程中,学生既掌握了知识,还锻炼了自己的思维能力和解决问题的能力,从“学会”的层面迈向“会学”的层面。比如随着通信网络技术的发展,人们的生活与其联系越来越紧密,我国已经进入第三代移动通信全面运行的阶段,形成了移动、联通、电信三大运营商三足鼎立的局面。随着网络通信技术的发展,目前三大运营商为了追求更高的信息承载能力,已经纷纷由3G网络向4G网络发展,并且不断争相占领市场份额。教师可以在现代移动技术发展的基础上,引导学生对其中的课题进行研究。 结合当前移动通信的发展情况,引导学生选择相关的课题进行研究,如“移动通信新技术研究”“3G在中国”“3G之后物联网”等。通过这些课题的研究,让学生利用知网下载相关文献,在图书馆查阅相关资料,上网搜集相关技术的最新信息,给学生提供思考及讨论问题的机会。这样的学习方式可以开阔学生视野、拓宽知识面,利于提高他们的综合能力,最重要的是吸引他们主动学习,培养创新型人才。 学生主导式教学模式 对通信课程来说,它拥有相对完整的理论体系,前后内容联系紧密,理论性非常强,抽象度高,并且涉及很多数学知识,对于学生来说学习难度非常大。因此,在对学生进行教学的时候,应首先注重对学生各项基础理论知识的灵活应用,并将其进行融会贯通。学生主导式教学法提倡学生主动学习,采用灵活的学习方法,使学生灵活运用已经掌握的基本知识体系,从而在整体上对通信系统理论体系进行把握。 任务驱动式教学模式 “任务驱动式教学”也是近年兴起的全新教学模式。采用这种方式进行教学,可以给学生安排一些相对具体的任务,在任务完成的过程中了解基础的技能、知识。以该课程为例进行论述,课程的学习任务以工作任务为目标进行设计,设计好之后,以工作任务和情景描述为开端具体引入。在对课程的学习中,以实际的系统作为教学样板,先对系统的特征、功能、工作方式等引导学生进行学习,再采用项目分解的方式,将相关的知识体系传递给他们。 3 对教学手段和考核方法进行改进,提高学生学习积极性 结合多媒体技术手段 通信课程在一定的程度上非常抽象,且具有很强的理论性。因此,在教学中,简单的口述等方式不能将知识完全表达出来。在教学中必须借助现代多媒体的方式,通过电脑制作的课件、录制教学录像和短片等,直观表述一些抽象、不易理解的内容。此外,利用多媒体进行教学,尤其是播放一些动画效果,可以吸引学生的注意力,提高教学效率。 加强实践教学,培养学生创新意识 学生在课堂上学习的理论知识可以通过实验实践教学进行巩固,同时通过实验还能提高学生的分析能力和创新能力。由于数字通信系统原理课程具有抽象性和理论性强等特点,所以最好安排随堂实验巩固该课时所学的知识。尤其是PAM、FSK等验证性的实验,更要和课堂内容紧密结合。可以凭借仿真软件如MATLAB仿真相关的知识点,使这些抽象原理更加形象,并能在课堂上直观地展现在学生面前,帮助他们进行理解。 充分利用数字通信系统原理课程网络教学资源 数字通信系统原理课程教学网站上有丰富的学习资源,并为教师和学生提供了学习讨论的平台。该教学网站包括课程介绍模块、授课PPT模块、课后练习模块、师生互动模块等,学生可以随时下载学习资源,还可以和教师进行在线交流。 改革考核形式,发挥学生主观能动性 传统的数字通信系统原理课程的考核方式为期末笔试,这种考核方式能全面地考查学生对知识体系的掌握程度,但是不能全面评价学生的学习情况。因此,要对考核形式进行改革,采取笔试、面试和实践三者结合的考核方式,分别考核学生的理论知识掌握情况、利用知识分析和解决问题的能力、所学知识在实践中的运用能力。 4 结束语 随着现代科学技术的不断发展,出现了很多新的教学手段和教学方法。因此,如何利用这些新的教学手段和教学方法达到课程培养目标是高职教育面临的新问题。为了保证高职院校培养的人才适应社会需求,数字通信系统原理课程教学要进行改革,采用新的教学方法手段,提高学生学习兴趣,从而促进学生的全方面发展。 通信系统原理论文:GSM―R通信系统的工作原理与状态维护 摘 要 本文从GSM-R系统本身的结构出发,对工作流程和特征做出了必要说明,而后从日常运营角度,对该通信系统的维护和分析手段进行了讨论。 关键词 GSM-R;通信;原理;维护 铁路移动通讯系统(GSM-R,Global System of Mobile communication for Railways),从本质上看是GSM技术在铁路工作环境中的应用。GSM-R技术的这种独特的应用环境,决定了它在铁路工作过程中的重要地位,也因此必须承担起铁路工作环境所赋予它的相应职能。以安全需求为首的通信职能,对于GSM-R网络的稳定性而言提出了相比常规GSM网络更高的要求,也正因为如此,GSM-R的维护工作才更需要得到重视。 1 GSM-R系统工作特征 想要针对GSM-R通信系统做出有效的维护工作,首先应当对其自身的结构做出必要了解。对于一个典型的GSM-R通信系统而言,基本上由网络子系统(NSS,Network Sub-System)、基站子系统(BSS,Base Station Sub-system)、运行与支持子系统(OSS,Operation-Support System)和终端设备(MS,Mobile Station)四个部分构成,其典型的结构以及互联状况参见图1。 在GSM-R系统中,BSS部分包括基站控制器BSC和基站收发信台BTS,负责将MS传输上来的信号经由BTS实现无线通信中继,并交由BSC处理和实现区域内的无线电资源管理与移动性管理等相关职能。NSS部分的主要职责则在于面向用户数据、移动性以及网络连接等方面实现管理,而OSS则需要实现整个GSM-R系统与工作人员之间的交流和沟通,负责实现通信系统的可控性和易用性等目标。 2 GSM-R通信系统的维护手段 为了确保GSM-R系统在实际工作的过程中能过稳定的发挥其作用,实现应有职责,就必须切实依据GSM-R系统的工作原理和结构特征,以及其在实际工作中的具体表现,提出相应的维护对策,确保能够在故障发生之前对其实现有效排除,提升系统的健康水平。 对于GSM-R系统优秀网络而言,常见的几种主要维护测试手段主要包括信息追踪、异常呼叫记录、话务分析以及告警分析四种。 信息追踪是GSM-R系统优秀网络最为常用的维护手段,其本质在于通过发送专门用于测试的信令,来实现对于网络中故障可能存在的位置进行定位的一种维护方法。这种测试手段不仅仅可以用于GSM-R系统健康状况的深入检查,对于故障情况下的故障定位也有所帮助。此种方式可以用于GSM-R系统中任何业务流程各个层面的测试,相对而言具有良好的普适特征,并且可以依据多种信令进行跟踪,包括链路、链路集、用户MSISDN号码、用户IMSI、以及各种网元间接口等,都可以作为已知条件进行追踪。 异常呼叫记录在GSM-R通信系统中,主要用于针对异常结束的数据呼叫展开记录和分析,重点工作是对出现异常状况的标准接口消息执行流程操作。这种维护方式并不能直接用于故障的排除,因为它更多是倾向于对于系统异常状况的一种记录,通过这种工作方式所获得的记录虽然对于GSM-R系统分析的深入展开有着极大的推动作用,但是对于故障的排除和定位并没有直接作用。虽然如此,异常呼叫记录的维护方式,对于深入发现存在系统中的“亚健康”状态仍然有着积极意义,对于小概率重现或者不重现事件的记录,在一个相对较长的时间阈中必然有着实践意义。 话务分析的本质在于对GSM-R优秀系统中各项业务流和数据状况进行统计并且加以分析。和异常呼叫记录一样,都不能直接用于故障的定位和排除,但是能够更好的了解到整个系统的工作状况,对于数据潮汐等方面的需求也会有一个较好的掌握。这一方面的分析结构,可以广泛用于GSM-R系统健康状况分析和通信资源优化等方面。并且对于潜藏在系统内不合理的网络优化问题以及信息基站和移动端以及自然环境之间的不契合问题都能够有效发现。 最后,告警分析的关键职能在于针对GSM-R系统中的告警进行记录和反映,同时还需要对触发告警的故障进行深入的分析,并且对故障排除状况和过程进行跟踪。在形成了一定容量的告警数据库的基础上,进一步反作用于GSM-R系统,能够帮助GSM-R从管理层面实现更快的故障判断,并且对于触发自动保护以及故障隔离等方面的系统自动行为优化有着积极意义。 这样的几种维护分析手法,对于大多数存在于GSM-R系统中的故障和不足等问题都能够有效发现。但是除此以外也必须认识到,GSM-R系统所面对的铁路工作环境,与常规的GSM系统所面对的社区环境不同,铁路环境横跨地域广大并且面对的自然环境更为复杂,与此同时GSM-R系统与GSM以及CDMA系统也会在边界上存在一定的干扰,这些都会成为GSM-R通信网络服务质量下降的主要原因。针对于此类问题还应当重点展开有针对性的分析和监测,而不仅仅依赖于常规的维护分析手法,有的放矢才能获得最优效果。 3 结论 GSM-R维护管理体系相对繁杂,必然会包括多方面的内容,在实际工作过程中,随着GSM-R系统的深入运用以及GSM-R业务的广泛开展,对其维护管理体系还需不断深入探索,以达到对网络运行状况实时监控、网络运行数据及时分析、网络及业务故障迅速发现,将网络维护逐步实现预防修的目标。 通信系统原理论文:阐述光纤通信原理及光纤通信系统构成的应用 摘要: 本文论述了光纤通信的原理,并说明了光纤通信系统的构成,并就光纤通信的未来发展趋势进行简要阐述。 [关键词] 光纤;通信原理;光纤通信系统;发展前景 1前言 光纤通信是现代通信网的主要传输手段,它的快速发展历史只有二十多年,已经历三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。进入21 世纪后,由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离) 光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光是一种频率极高的电磁波,因此用光作为载波进行通信容量极大,是过去通信方式的千百倍,具有极大的吸引力,光通信是人们早就追求的目标,也是通信发展的必然方向。 2 通信原理 2.1 光纤的优点 光纤是由中心的纤芯和的包层同轴组成的圆柱形细丝。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信之所以发展迅猛。主要原于它具有以下特点: 1) 通信容量大、传输距离远。一根光纤的潜在带宽可达20THz,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里; 2) 信号串扰小、保密性能好; 3) 绝缘、抗电磁干扰性能强,传输质量佳; 4) 光纤线径细、重量轻,原料为石英,节省有色金属铜材料,有利于资源合理使用; 5) 具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点; 6) 无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外; 7) 光缆适应性强,寿命长。 2.2 光纤通信的原理 所谓光纤通信,就是在发送端首先要把传送的信息(如话音) 变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率) 变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。然而,由于目前技术水平所限,对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内,尚未达到实用化水平,因此目前大都采用强度调制与直接检波方式(IM- DD)。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重,所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 基本的光纤通信系统是由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据是数字,声音,图像等各种信号的数字化。光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号,先后用过的光波窗口有0.85、1.31 和1.55。光学信道包括最基本的光纤,还有中继放大器EDFA等;而光学接收机则接收光信号,并从中提取信息,然后转变成电信号,最后得到对应的话音、图像、数据等信息。 2.3 光纤通信系统 光纤通信系统的主要工作流程如图2- 1 图2-1 光纤通信系统 2.3.1 PCM电端机 在光纤通信系统中,光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码,它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的,称为PCM(Pulsecodemodulation),即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号,由PCM电端机产生。 2.3.2 光发信机 光发信机是实现电/ 光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于PCM 电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。 2.3.3 光中继器 光中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个:一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。 2.3.4 光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号,经光检测器转变为电信号,然后,再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平,送到接收端的电端机去。 2.3.5 光纤连接器、耦合器等无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是,光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合,对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。 2.4 光纤通信的应用领域 光纤通信的应用领域很广泛,主要用于通信中继网和用户接入网。光纤通信的优点在这里可以充分发挥,逐步取代电缆,得到广泛应用。长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信,现已全面使用光纤通信,并形成了占全球优势的比特传输方法。光纤通信还可用于全球通信网、各国的公共电信网(如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线)、高质量彩色电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线(CATV) 系统等。 3 光纤通信技术的发展前景 过去有人对光纤通信的发展情景,有些困惑。其一,在2000 年IT行业的泡沫,使光纤通信的生产规模投入过大,生产过剩,IT行业中许多小公司倒闭。特别是光纤,国外对中国倾销。其二,有人认为光纤通信的传输能力已经达到10Tbps,几乎用不完,而且现在大干线已经建设得差不多,埋地的剩余光纤还很多,光纤通信技术不需要更多的发展。 3.1 光纤到家庭(FTTH) 的发展 FTTH可向用户提供极丰富的带宽,所以一直被认为是理想的接入方式,对于实现信息社会有重要作用,还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2~3 倍。过去由于FTTH 成本高,缺少宽带视频业务和宽带内容等原因,使FTTH还未能提到日程上来,只有少量的试验。近来,由于光电子器件的进步,光收发模块和光纤的价格大大降低;加上宽带内容有所缓解,都加速了FTTH的实用化进程。 近来,无线接入技术发展迅速。可用作WLAN 的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100 米以上,目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+ 无线接入”(FTTH+ 无线接入) 的家庭网络。这种家庭网络成本大大降低,维护简单。接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+ 无线接入是未来的发展趋势。 3.2 光纤通信的市场 FTTH毕竟是信息社会的需求,光纤通信的市场一定有美好的情景。目前,我国大量建设FTTH的社会环境和条件尚未具备,可能需要等待一段时间。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD,有比较强的经济力量,现在已经采用光纤到住地PTTP 来建设。总的来说,目前中国的FTTH处于起步试点阶段。试点的作用,一方面是摸索技术和建设的经验,另一方面,还起竞争抢占用户的作用。所以,现在电信运行商,地方业主都积极对FTTH试点,以便发展宽带业务。因此,广播运行商受到巨大的挑战,广播商应加快发展数字电视的进程,并且要充实节目内容和采取有竞争力的商业模式。如果广播商要发展VOD点播电视,还需要对电缆电视网双向改造,如果采用光纤网,可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。 通信系统原理论文:浅谈津滨轻轨TWC车地通信系统原理及应用 【摘要】结合轻轨采用的美国USSI列车自动控制系统ATC系统,对TWC车地通信设备的原理、应用和维护进行介绍。 【关键词】轻轨;信号;TWC 1.系统简介 TWC车地通信设备是轻轨采用的美国USSI列车自动控制系统ATC系统的一部分,用于车载设备MicrocabⅡ和轨旁设备之间的数据通信。洛杉矶绿线就是应用此系统。USSI的TWC2000单元为现地轨旁和经过列车间提供了无线、带有多种数据的移频键控通信。TWC可以实现以下系统功能:(1)ATO模式下,列车计划精确站台停车(2)非安全数据交换。 每列车上都装有车载TWC系统,轨旁装有轨旁TWC系统。轨旁TWC系统链接在整个通信网络一部分的中央处理器上。车载TWC系统链接在包括车载ATC、ATO和TCMS(列车监控系统)在内的车载系统上。车载ATC、ATO和TCMS通过车载和轨旁的TWC系统与轨旁CPU形成数据链接。 在运营车内TWC信号传送入TWC环线中,TWC系统从轨旁向列车传送非安全控制职责,包括车次号、检车等;从列车向轨旁传送数据状态,包括车次号、检车、列车长度等。本文介绍的是轨旁TWC的功能。TWC系统能够在车载和轨旁之间进行非故障安全的双向通信。 TWC车地通信设备组成如图1所示: 2.轨旁TWC系统组成及原理 轨旁TWC机笼可以放置在标准的19英寸机柜内。每套机笼包括A、B两组电路板,分别与轨旁两组环线单独连接。按作用分为四种不同类型:负责电源控制的开关电路板(共用),负责信息处理和FSK解调功能的TX/RX电路板和串行通信控制电路板(SCC PCB),最后还有一块电源电路板。机笼内还有四个起屏蔽作用的板,间隔插入它们用来防止PCB间的互相干扰。 在轨旁设备站与通行列车之间,车对地通信系统提供无线、串行数据和FSK的通信。每个轨旁设备站都有一个轨旁TWC系统,它与轨旁CPU连接,这个CPU又是列车控制系统的一部分,每列车上还装有车载TWC设备与ATC和ATO连接,车载ATC和ATO系统通过车载和轨旁TWC系统与轨旁CPU数据链接。 如图2所示,车载TWC系统由车载TWC机笼和安装在底部的TWC天线组成。轨旁TWC系统由轨旁的TWC机笼、TWC环线和耦合单元的PCB。一条长1.1英里(约合1.7Km)的传输线将耦合单元与机笼连接,耦合单元传输线与TWC环线连接提供合适的阻抗,当列车通过时,TWC环线与TWC天线间进行电磁耦合,实现无线的数据传输。 车载TWC机笼可以与ATC和ATO系统进行信息交换,也可以通过TWC天线与轨旁TWC机笼交换信息。轨旁TWC系统可以与轨旁CPU PCB进行信息交换,也可以通过TWC环线和车载TWC设备通信。为实现车载系统(ATO、ATC)和轨旁CPU间的半双工数据通信,所有的TWC PCB提供FSK调制和信息处理的功能。TWCW可以设为CTM,这样使得机车容易检测到交叉点位置,来实现精确的计划停车。 3.故障处理 通常的,TWC通信由机笼内的PCB完成,包括(PS PCB,SCC PCB,RX/TX PCB)。如果任一块板子发生故障后,就必须将它更换以恢复操作。表1列出了典型的故障查找及解决步骤。表中列出最常见的问题,可能的造成原理和有效的处理办法。技术人员最好按照给出的处理办法步骤操作,除非遇到比较特殊的故障原因。 4.结束语 经过津滨轻轨近6年的运营,TWC车地通信充分展示了它的稳定性能和便于维修的特点,是信号系统不可或缺的重要部分。有理由相信,将来它还会在日益发展的轨道交通中扮演着重要的角色。 作者简介:张大鹏,天津滨海快速交通发展有限公司中级工程师。 通信系统原理论文:第三代移动通信系统的网络结构及技术原理 摘要:本文先对这一网络结构作一个总体上的技术原理的描述,然后再对三种主流技术作一个各自的分析,通过对这些技术的学习使我们对未来的通信方向有一个基本上的了解。 关键词:第三代移动通信;网络结构;技术原理 1. 3G基本的网络结构和功能 跟我们以前所认识的GSM网络一样,在3G的网络里,也有交换,传输和用户终端,根据IMT-2000系统的基本标准,第三代移动通信系统主要由4个功能子系统构成,它们是优秀网(CN)、无线接入网(RAN)、移动台(MT)和用户识别模块(UIM),且基本对应于GSM系统的交换子系统(SSS)、基站子系统(BBS)、移动台(MS)和SIM卡。 如图所示,3G网络系统主要是UMTS无线接入系统,包括:CN(优秀网)、UTRAN(无线接入网)、UE(用户装置)。NodeB(BS)、RNC(BSC)其中RNC可以看成GSM网络中的基站控制器,而NodeB可以看成GSM网络中的基站收发信台。对某个NodeB来说,控制其的RNC称为控制RNC(CRNC)。 CN优秀网部分包括UMSC、SGSN、GGSN等功能实体,支持3G并发业务、高速电路业务和分组业务的MSC/VLR/HLR框架实现传输管理,移动性管理,呼叫控制,基本电信业务和补充业务等功能。 RNC无线网络控制器提供IU、IUb、IUr接口,管理和控制Node-B与CN信息传递,实现技术标准中的控制平面和用户平面的一些功能。 Node-B基站系统通过IUb接口,接收来自RNC无线资源控制命令,完成标准中的专用和物理信道的接收和发送功能。我们从这里知道,其实3G网络的各功能结构和GSM有相似之处,那么3G网络是怎么在GSM网络功能模块中演进的呢?其实3G网络的演进包括RNC和CN部分的演进:UMTS无线接入部分RAN,采用UTRAN作为基站侧,以新建的方式实现3G宽带数据业务的无线接入;3G的演进主要的是优秀网部分的演进,UMTS CN演进根据3GPP标准分为两个阶段,第一个阶段为3GPP R-99的演进基于GPRS网络,第二阶段为3GPP演进基 于全IP网络。由于网络的这些种种演进,因此有了区别于2G(GSM)网络的3G的一个基本特征: (1)具有全球范围设计的,与固定网络业务及用户互连,无线接口的类型尽可能少和高度兼容性; (2)具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性; (3)具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用384kb/s接入速率的数据率分段使用功能; (4)具有在2GHz左右的高效频谱利用率,且能最大程度地利用有限带宽; (5)移动终端可连接地面网和卫星网,可移动使用和固定使用,可与卫星业务共存和互连; (6)能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务; (7)支持分层小区结构,也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接; (8)语音只占移动通信业务的一部分,大部分业务是非话数据和视频信息; (9)一个共用的基础设施,可支持同一地方的多个公共的和专用的运营公司; (10)手机体积小、重量轻,具有真正的全球漫游能力; (11)具有根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数,而不是以距离为收费参数的新收费机制。 2.3G的技术原理 2.1 双工方式 频分双工(FDD): 频分双工收发信各占用一个频率(段):收发同时进行,时延小技术成熟 时分双工(TDD): 时分双工收发信用同一频率,收发使用不同时隙:只占用一段频率;上下行信道对称,利于智能天线:设备简单,成本低;不对称FDD工作,数据传输使用时效率高。 WCDMA和CDMA2000都采用FDD模式,只有TD-SCDMA采用TDD模式。FDD模式的特点是在分离的两个对称频率信道上,系统进行接收和发送,用频段来分离接收和传送信道;采用包交换等技术,可突破第二展的瓶颈,实现高速数据业务,并可提高频谱利用率,增加系统容量。但FDD必须采用成对的频率,即在每2×5MHz的带宽内提供第三代业务。该方式在支持对称业务时,能充分利用上下行的频谱,但在非对称的分组交换(互联网)工作时,频谱利用率则大大降低,在这点上,TDD模式有着FDD无法比拟的优势。 2.2 多址方式 通信的多址方式:码分多址 (CDMA)、空分多址 (SDMA)、频分多址 (FDMA)、时分多址 (TDMA)。 2.3 CDMA在无线信道中传输的优势 采用RAKE接收机,有效利用了信道相干时间形成的时间分集效应;宽带传输系统,利用了信道的频率分集效果;码字的多址传输,利用了多用户分集的效果;信号在信道中传输功率低,降低了干扰,提高了保密性;扩频因子灵活变换,有助于多媒体等多速率并发业务的传输;频谱效率高,优于以往的AMPS和GSM,频率复用系统WCDMA为1,GSM为1~~18;支持软切换和更软切换;支持新技术的应用,如多用户检测;WCDMA有下行发射分集,而GSM没有。 2.4 智能天线 智能天线是基于自适应天线阵原理,利用天线阵的波束赋形产生多个独立的波束,并自适应地调整波束方向来跟踪每一个用户,达到提高信号干扰噪声比SINR,增加系统容量的目的。采用智能天线技术,实际上就是通过数字信号处理,使天线阵为每个用户自适应地进行波束赋形,相当于为每个用户形成了一个可跟踪他的高增益天线,从而既可以进行全方位通信,又可以用较小的发射功率覆盖相同的范围。在3G系统中,其他新的功能技术如多用户检测技术、联合检测、空时码、HDR等等,在这里就不多做阐述了。下面对这些技术基础的三种主流标准作介绍,还有一种新标准的简单介绍。 2.5 CDMA2000技术标准 CDMA2000是国际电信联盟(ITU)规定的第三代移动通信无线传输技术之一,是从窄频CDMA one数字标准衍生出来的,CDMA2000是美国ITU提出的第三代移动通信空中接口标准的建议,是IS-95标准向第三代演进的技术体制方案,是一种宽带CDMA技术。前反向同时采用导频辅助相干解调;在扩频码选择采用相同M序列,通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频带宽从1.25MHz到20MHz可调;快速前向和反向功率控制;下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测,提高系统容量;在下行信道传输中,定义直扩和多载波传输两种方式,码片速率分别为3.6864Mcps和1.22Mcps,多载波方式能很好地兼容IS-95网络;支持F-QPCH,可延长手机待机时间;优秀网络给予ANSI-41网络的演进,并保持与ANSI-41网络的兼容性;支持软切换和更软切换;设计了两类码复用业务信道,基本信道用于传送语音、信令和低速数据,是一个可变速率信道,补充信道用以传送高速率数据,在分组数据传送上应用了ALOHA技术,改善传输性能;在同步方式上cdma2000与IS-95相同,基站间同步采用GPS方式。CDMA2000标准是一个体系结构,按照使用的带宽来区分,CDMA2000可以分为1x系统和3x系统。其中1x系统使用1.25MHz的带宽,提供的数据业务速率最高只能达到307kbit/s。在1x系统以后,国际上比较公认的发展方向是1x EV-DO和1x EV-DV系统。其中1x EV-DO系统重点提高了数据业务的性能,将用户的最大数据业务传送速率提高到2.4Mbit/s。而1x EV-DV系统在将数据业务最大速率提高到3.1Mbit/s的同时,又进一步提高了语音业务的容量。 3.结语 综述所述,随着经济的发展,各种技术发展, 第三代移动通信技术将会相应地调整、完善和进一步发展。纵观移动通信技术的发展规律和第三代通信技术的优点,我们相信,不远的将来,第三代移动通信系统将产生一个容量更大、利润更丰厚的市场。 通信系统原理论文:阐述光纤通信原理及光纤通信系统构成的应用 摘要: 本文论述了光纤通信的原理,并说明了光纤通信系统的构成,并就光纤通信的未来发展趋势进行简要阐述。 [关键词] 光纤;通信原理;光纤通信系统;发展前景 1前言 光纤通信是现代通信网的主要传输手段,它的快速发展历史只有二十多年,已经历三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。进入21 世纪后,由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长,对大容量(超高速和超长距离) 光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。光是一种频率极高的电磁波,因此用光作为载波进行通信容量极大,是过去通信方式的千百倍,具有极大的吸引力,光通信是人们早就追求的目标,也是通信发展的必然方向。 2 通信原理 2.1 光纤的优点 光纤是由中心的纤芯和的包层同轴组成的圆柱形细丝。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信之所以发展迅猛。主要原于它具有以下特点: 1) 通信容量大、传输距离远。一根光纤的潜在带宽可达20THz,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里; 2) 信号串扰小、保密性能好; 3) 绝缘、抗电磁干扰性能强,传输质量佳; 4) 光纤线径细、重量轻,原料为石英,节省有色金属铜材料,有利于资源合理使用; 5) 具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点; 6) 无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外; 7) 光缆适应性强,寿命长。 2.2 光纤通信的原理 所谓光纤通信,就是在发送端首先要把传送的信息(如话音) 变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率) 变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。然而,由于目前技术水平所限,对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内,尚未达到实用化水平,因此目前大都采用强度调制与直接检波方式(IM- DD)。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重,所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 基本的光纤通信系统是由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据是数字,声音,图像等各种信号的数字化。光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号,先后用过的光波窗口有0.85、1.31 和1.55。光学信道包括最基本的光纤,还有中继放大器EDFA等;而光学接收机则接收光信号,并从中提取信息,然后转变成电信号,最后得到对应的话音、图像、数据等信息。 2.3 光纤通信系统 2.3.1 PCM电端机 在光纤通信系统中,光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码,它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的,称为PCM(Pulsecodemodulation),即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号,由PCM电端机产生。 2.3.2 光发信机 光发信机是实现电/ 光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于PCM 电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。 2.3.3 光中继器 光中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个:一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。 2.3.4 光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号,经光检测器转变为电信号,然后,再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平,送到接收端的电端机去。 2.3.5 光纤连接器、耦合器等无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是,光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合,对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。 2.4 光纤通信的应用领域 光纤通信的应用领域很广泛,主要用于通信中继网和用户接入网。光纤通信的优点在这里可以充分发挥,逐步取代电缆,得到广泛应用。长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信,现已全面使用光纤通信,并形成了占全球优势的比特传输方法。光纤通信还可用于全球通信网、各国的公共电信网(如我国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线)、高质量彩色电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线(CATV) 系统等。 3 光纤通信技术的发展前景 过去有人对光纤通信的发展情景,有些困惑。其一,在2000 年IT行业的泡沫,使光纤通信的生产规模投入过大,生产过剩,IT行业中许多小公司倒闭。特别是光纤,国外对中国倾销。其二,有人认为光纤通信的传输能力已经达到10Tbps,几乎用不完,而且现在大干线已经建设得差不多,埋地的剩余光纤还很多,光纤通信技术不需要更多的发展。 3.1 光纤到家庭(FTTH) 的发展 FTTH可向用户提供极丰富的带宽,所以一直被认为是理想的接入方式,对于实现信息社会有重要作用,还需要大规模推广和建设。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2~3 倍。过去由于FTTH 成本高,缺少宽带视频业务和宽带内容等原因,使FTTH还未能提到日程上来,只有少量的试验。近来,由于光电子器件的进步,光收发模块和光纤的价格大大降低;加上宽带内容有所缓解,都加速了FTTH的实用化进程。 近来,无线接入技术发展迅速。可用作WLAN 的IEEE802.11g协议,传输带宽可达54Mbps,覆盖范围达100 米以上,目前已可商用。如果采用无线接入WLAN作用户的数据传输,包括上下行数据和点播电视VOD的上行数据,对于一般用户其上行不大,IEEES02.11g是可以满足的。而采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输,当然在需要时也可包含一些下行数据。这就形成“光纤到家庭+ 无线接入”(FTTH+ 无线接入) 的家庭网络。这种家庭网络成本大大降低,维护简单。接入网采用无线是趋势,但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑,与FTTH相差无几。FTTH+ 无线接入是未来的发展趋势。 3.2 光纤通信的市场 FTTH毕竟是信息社会的需求,光纤通信的市场一定有美好的情景。目前,我国大量建设FTTH的社会环境和条件尚未具备,可能需要等待一段时间。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD,有比较强的经济力量,现在已经采用光纤到住地PTTP 来建设。总的来说,目前中国的FTTH处于起步试点阶段。试点的作用,一方面是摸索技术和建设的经验,另一方面,还起竞争抢占用户的作用。所以,现在电信运行商,地方业主都积极对FTTH试点,以便发展宽带业务。因此,广播运行商受到巨大的挑战,广播商应加快发展数字电视的进程,并且要充实节目内容和采取有竞争力的商业模式。如果广播商要发展VOD点播电视,还需要对电缆电视网双向改造,如果采用光纤网,可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。 通信系统原理论文:高职院校“通信系统原理”课程教学改革问题探析 随着信息化社会的到来,信息与通信日益广泛地渗入到各行各业和各个学科,“通信系统原理”不仅成为通信工程专业的一门重要专业基础课程,而且也成为信息工程、电子工程、计算机应用、自动化以及其他相近专业的必修课程。高职院校由于受传统教育和教学方法的影响,基本沿用过去强调学科本位的本科教学模式,未对课程内容进行有效整合,照搬本科教材及内容,或只是对某些部分内容进行删减,没有结合学生实际情况传授基本的且适合于高职学生发展的知识,而是将超越高职学生理解范围的繁、难、偏的知识点填鸭式地教授给学生,导致学生学得累、学不懂、学不会、厌学直至放弃本课程的学习。为了满足培养工程高层次应用型技术人才的目标,突出操作技能培养,广东轻工职业技术学院对“通信系统原理”课程进行了一次教学改革与实践。 一、教学进程的改革 “通信系统原理”课程的内容是介绍通信系统的基本理论、基本分析方法和各项性能指标。该课程的特点是内容抽象、理论性强,需要较强的数学基础,其先修课程有“高等数学”、“线性代数”、“信号与系统”、“概率论”、“高频电子线路”等。后续课程有“移动通信”、“程控交换机”、“光纤通信”、“移动终端设备原理”等。因此,该课程是一门承前启后的课程,也是通信专业最重要的课程之一,其教学质量的好坏对通信工程、信息工程专业的学生有着重大的影响。传统的强调学科本位的本科教学模式是严格按照完整的“先修课程通信系统原理后续课程”的教学模式进行,在开展本课程之前,必须把前面的所有先修课程全部讲授完毕。其教学进程如表1所示: 表1所示的教学进程在该院进行的时候遇到了以下问题: 第一,第三学期进行的“概率论”、“信号与系统”课程内容过于抽象、深奥,高职院校学生基础较差存在厌学情绪,教学效果不理想。 第二,随着高职院校的改革和发展,“工学结合”、“顶岗实习”已经成为教学活动中最重要的一个环节。为了保证“工学结合”、“顶岗实习”活动的正常开展,必须要大力对过于抽象的理论教学时间进行压缩,而且为了实现高职院校的教学与就业的“零过渡”,越来越多的高职院校从第五学期开始就安排学生到企业实习了。因此,将通信工程的优秀专业课程设计在第五学期,是不能满足高职院校教学改革发展的需要的。 鉴于此,学院进行了教学进程方面的改革尝试,将专业优秀课程提前一个学期,删掉“概率论”、“信号与系统”课程,重新调整了教学计划,如表2所示: “高频电子线路”课程的先修课有“模拟电路”等。“通信系统原理”的内容里面在模拟调制系统这一章节与“高频电子线路”有较强的相关性,如果学生先学习“高频电子线路”,再学习“通信系统原理”,那么学生理解这一章节也许会好一些。不过由于时间紧凑,因此,只能将“模拟电路”安排在第二学期开展,而将“高频电子线路”与“通信系统原理”课程同时在第三学期开展。结果发现,学生在学习“通信系统原理”课程关于模拟调制系统原理的时候,感觉到需要掌握对应的高频电子线路的知识,而在学习具体电子线路时,也能加深对通信系统的理解,从而取得相辅相承、互相促进的效果。 二、教学内容的改革 把“概率论”、“信号与系统”课程全部删除,不利于学生对通信系统原理课程的理解。不讲授“信号与系统”的基本内容,学生无法理解通信系统课程中关于频谱和传递函数等方面的基本概念;不讲授“概率论”的基本内容,学生无法理解课程中关于信道与噪声以及误码率方面的推导过程。因此,在讲授本课程之前,需要适当地补充相关的基本内容,将“概率论”、“信号与系统”的主要内容作扼要的介绍,将其精髓浓缩出来,并无缝地插入到通信原理的相应内容中去,力求对于那些没有接触过这些先修课程的对象也能够没有困难地理解其中的内容。 通信系统原理课程本来基本学时数为64学时(4学时/周),我们的尝试是将其学时数增加到96学时(6学时/周),增加了32学时。其中约24学时用于讲授“信号与系统”的基本知识,8学时讲授“概率论”的基本知识。课程教学的顺序是先讲授“信号与系统”,继而讲授“通信系统原理”,然后在讲授中遇到与“概率论”有关的知识时补充必要的基本内容。将三门先修课程的内容高度浓缩,不遗留必要的知识点,同时凡是与“通信系统原理”无关的章节一概跳过,达到“少而精”的目的。 三、教材的选择与编写 教材乃授课之本,好的教材对教、学活动都产生良好的促进作用。高职院校要根据学生的特点及其培养目标选择适合于高职学生定位的教材,最好采用高职高专规划教材。在本次实践中,我们选择张会生主编的《现代通信系统原理》作为教材,至于“信号与系统”和“概率论”方面则参考以上的教材中相关章节内容,将需要补充的知识点抽取出来,然后采用电子教案和印发补充资料的形式发放给学生,既达到教学目的,也节约教材成本。 高等职业教育的发展是日新月异的,“通信系统原理”课程教学改革是时代赋予我们的重任,意义深远。课程改革创新的路还有很长,要做的事还很多,应遵循教学规律,不断改革创新,为培养掌握通信技能的高等职业技术人才做出新的努力。 (作者单位:广东轻工职业技术学院电子通信工程系)
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发展心理学论文:发展心理学课程教学改革的探索 发展心理学是心理学专业本科生的一门专业必修课,也是一门重要的基础理论课。该课程从生命全程的角度阐述了个体心理发生、发展的规律及毕生心理发展的年龄特征,勾勒出一幅个体毕生发展的纵向图景。该课程的教学有助于进一步拓展学生的专业领域,丰富其专业知识,有助于学生了解、掌握个体各年龄阶段的心理发展特点,为将来从事心理教育专业工作奠定坚实的基础。 但目前,发展心理学的教学内容和教学方式还存在很多问题,迫切需要进行教学改革。主要问题包括:第一,教学体系结构庞杂。目前,发展心理学的相关教材版本偏少,教学内容枯操、滞后、零碎、缺少系统性,缺乏内在整合。第二,教学内容抽象化、理论化,缺乏针对性和实用性。发展心理学中抽象的概念和理论较多,而实际应用性内容较少,所以教学中无法针对具体的内容,也无法针对具体的学生,学生学起来抽象、感到难以理解和应用,由于教学内容的理论脱离实际,使得学生在教育教学中遇到实际问题时常常感到束手无策。第三,教学方法传统单一,教学停留在形式上。在以往的发展心理学教学中,尽管教师也能引经据典、旁征博引地讲授,使得课堂有一定的趣味性,但教师讲授停留在如何让学生理解概念、规律、理论上,对教学中如何有针对性的应用重视不够;对如何应用发展心理学知识提高学生自身的素质重视不够。教学过程中缺乏师生互动和生生互动,学生的学习仍然停留在上课听、下课记、考试背上,没有真正从心灵深处去感知、去理解、去感受、去领悟心理学知识,并发展自己的能力,完善自己的人格。 鉴于以上种种问题,我们的教学改革主要集中在教学内容、教学方法和教学考核评价体系等方面。 适应时代要求,更新教学内容 鉴于传统的发展心理学的教学内容过度抽象化、理论化,缺乏针对性和实用性的特点,我们在发展心理学的教学内容改革上主要从以下三方面入手: 1.注重基础性知识,兼顾辅助性内容。发展心理学的课时只有54学时,而教师不可能在短时间内把教材中全部知识传授给学生,为了解决课时与课程内容之间的矛盾,我们采取了提炼基础性知识和兼顾辅助性内容的方法。即一方面强调基本知识、基本结构的准确性与完整性;另一方面,把大量繁琐的、细节性的知识放在课后,通过布置课后阅读作业并批阅读书笔记的方法指导学生学习这些知识。经过两轮的教学,我们发现,这一做法重点突出、详略得当,学生既掌握了基本理论和基础知识,同时也提高了阅读能力,掌握了相关教学内容,教学效果较好。 2.注重吸收心理学的最新研究成果。由于发展心理学的教材知识较陈旧,我们通过读研究生、外出进修、大量阅读研究性论文、自己做研究性课题等方式,不断吸取新知识,吸收本专业的最新研究成果,并把这些成果引入到课堂教学中。在理论上我们把个性和社会性发展理论、生态系统理论、认知发展理论、依恋理论和神经生理学的最新研究成果等引进课堂;在实际应用方面,把科学的育儿方法、早期智力开发、儿童个性培养、不同阶段儿童心理发展特点与教育、亲社会行为养成、现代大众传媒对个体发展提出的挑战等内容带入课堂讨论。这些研究成果的引入,提高了学生的学习兴趣和教学的含金量。 3.注重应用性、实践性和操作性。过去的发展心理学教学存在着三多三少现象,即对概念、原理进行哲学式的阐述多,对概念、原理的操作性阐述少;对一般意义的儿童心理现象进行描述的知识多,对教育活动中儿童心理现象进行解释、诊断和控制的操作性知识少;要求学生对发展心理学的概念、原理进行阐述多,要求学生运用发展心理学原理解决教育活动中的实践问题的技能训练少。这种现象使得有些学生发现:学了发展心理学,连自己的心理特点都不了解;一些家长提出的青少年的发展性问题,自己没法回答;甚至有的学生自己生了小孩,搜遍自己所学到的发展心理学知识,竟然无法解释婴儿的心理特点。因此,在发展心理学的教学中,我们有针对性地通过现场观察、调查研究、看录像和多媒体光盘等教学环节,让学生通过实践和操作把发展心理学的理论知识变成灵活的、可以应用于教育教学实践中的操作性的知识。培养学生运用发展心理学知识解决未来教育和教学中儿童存在的心理问题的能力。 改进教学方法,提高教学效果 传统的“单向灌输式教学方式”方法单一、死板、陈旧。首先,不利于调动学生积极性、主动性和创造性;第二,没有考虑学生的个体差异性,扼杀了学生的个性;第三,不利于师生交流和学生思维能力和语言表达能力的锻炼;第四,不利于学生“学会学习”。因此,要提高教学质量,必须对传统教学方式进行改革。 发展心理学的教学目的,一方面要使学生掌握基本理论和基础知识,另一方面要把这些理论运用到未来中小学教学实践中去。在发展心理学教学中,在某些内容上,再精彩生动的讲授都无法替代个人的亲身感受和直接体验,因此,我们在教学方法上采用了以体验性学习为主的活动教学。除常规的讲授法以外,还增加了读写故事、自我白描、案例分析、分组讨论、团体心理辅导等方式。通过让学生读写故事,自我白描学生的心态,发现困扰学生的问题,以确定讲课的重点及解决困扰学生的问题。通过精心设计的团体活动,促进学生对自我的认识和对他人的认识,进而提高人际沟通能力和团队协作能力。因而,发展心理学课程变一言堂为多言堂、变单纯的理论传授为参与式教学,调动了每一位学生的学习兴趣和积极性。 组织实践活动,注重学生应用能力培养 我们利用课余时间带学生到幼儿园、儿童心理干预中心(如早教中心、学习障碍指导中心、注意力培训中心、孤独症儿童干预中心)、小学、中学等场所,让学生深入实际,观察幼儿或中小学生在活动、课堂上的实际表现,分析、总结出个性特点或心理发展的年龄特点,写出观察报告,并组织一次报告会,进行全班交流,以巩固观察成果,相互学习,取长补短,进一步激发学生参与实践活动的热情。 有效的教学,需要科学的考核。为了使发展心理学的教学改革科学有效,我们除了采用传统的授课、作业、考试外,还对学生的创新能力、解决问题的能力、小组讨论、调查与实践等方面进行考核。理论知识考核采用闭卷考试的方式,占60分。教学实践采取开卷方式,占40分,主要包括: 1.观察报告:学习了幼儿和小学生的心理发展这两章后,让学生根据学过的理论知识撰写观察计划或访谈计划,明确到幼儿园、小学的观察目的,选择具体的观察或访谈内容和工具,然后进行实地观察或个别访谈,最后撰写观察报告。该项考核占20分。 2.研究论文:学习了中学生的心理发展特点后,通过在中学的教育见习活动,让学生选择一个自己感兴趣的问题,进行深入的探索,从选题到查资料,从撰写再到修改文稿。这种考核方式的内容是学生感兴趣的问题,有助于培养学生的研究能力。该项考核占20分。 综上所述,在发展心理学教学中通过教学内容和教学方式的改革,激发了学生的学习兴趣和学习热情,发挥了学生的主体作用和创造性,活跃了课堂气氛,提高了教学效果。当然,由于种种原因,课程改革也存在一些不足,如教学班人数过多,不利于课堂讨论的深入进行和实践教学的广泛开展,严重影响了课改绩效;没有合适的课改配套教材;学生参与实践活动没有经费支持等。这些都是我们在以后的教学中需要进一步改进的地方。 发展心理学论文:近红外光学成像在发展心理学研究中的运用 摘 要 本文介绍了一种新型的能够运用于探索婴儿脑发育的脑部成像技术――近红外光学成像。系统介绍了此项技术的发展历史、运用的原理和方法以及它在婴儿发展中的研究和应用。 关键词 近红外光学成像 婴儿 发展 0 引言 从第一次近红外光学成像运用于婴儿的脑功能成像研究到现在已经有十多年了。未来10年NIRS不断的改良和应用将会对我们了解发展的大脑做出重大的贡献。我们相信fNIRS会在我们现在对于发展的大脑的皮层活动的了解与成人大脑功能之间架起一个重要的桥梁。同时,现在的大量的前言语阶段婴儿行为研究绝大多数应用的是注视时间范式,很大一部分发展的认知神经研究的水平还比较低。fNIRS允许我们解释在人类早期发展中皮层活动定位和行为反应之间的关系。此外,NIRS系统并不昂贵,也还比较便携,能够允许婴儿坐在父母的膝上一定程度的活动,而且更重要的是血液动力学的空间定位结果可以跟成人的脑功能fMRI数据进行比较。fNIRS是理想的研究婴儿的工具。 神经活动产生于神经元细胞的电传导活动。在神经元活动的新陈代谢中,神经元细胞会发生一些改变,氧消耗会显著的增加,附进的脑血流量和氧提供也会增加。一个典型的成人皮层神经活动的血液动力学反应是血流中的含氧血红蛋白的增加和一个不那么显著的去氧血红蛋白的减少,这些导致了血流中总血红蛋白的增加。神经影像学方法分为两种:一种是脑活动直接激活的观察(EEG、MEG);另一种是随之发生的血液动力学反应(PET、fMRI、fNIRS)。 这些技术都是建立在成年被试身上的,运用于婴儿被试要么是有一些严格的限制因素,要么干脆就不能够运用,也有一些运用这些技术研究婴儿的文章公开发表过,①但是这些研究一般都是限制在睡着的、昏昏欲睡的年幼婴儿被试身上。许多年来,研究清醒婴儿的脑功能成像的首要选择是EEG,这是一种非介入式的技术,拥有很高的时间分辨率,但是空间分辨率非常低。fNIRS的出现提供了研究婴儿脑功能成像的一种新的选择。 运用NIRS研究婴儿的脑功能活动是一个增长很快的领域。自1998年以来论文的数量每年以5倍于上年的速度增长。但是早期的fNIRS研究关注的是对于基本刺激的大脑皮层的激活区域,如语音知觉的听觉区,或者是高频闪光的视觉区,直到最近以来,研究者们才开始关注对一些复杂刺激的多种脑区的的激活。此外,越来越多的研究者开始关注清醒婴儿的编码问题,如客体加工、社会交往、生物运动加工、运动观察、人脸加工。在这些研究中,fNIRS被用来定位一些特殊皮层的血液动力学反应,如颞上沟(注视、生物运动加工),眶额皮层(母亲面孔、情绪感知),感觉运动区(动作观察),前额皮质(客体永恒性),枕颞皮层(动态对象)。定位激活的皮层区域,允许被试轻微运动,这是用fNIRS研究人类早期发展的大脑最显著的特点。 1 近红外光学成像:基本原则和方法 这项光学技术中,光线从发射器中发射出来,经过皮肤、颅骨、下面的脑组织反射回接收器。②光线(波长在650nm-1000nm)的衰减即取决于组织对光线的吸收,也取决于光的散射效应。此外,含氧血红蛋白和去氧血红蛋白对于近红外光线的吸收有不同的特性,这样,血氧水平就可以被测量了。假设散射是恒定的,那么测量出来的近红外光线衰减的改变值就能够用来计算含氧血红蛋白(HbO2)、去氧血红蛋白(HHb)、总血红蛋白(HbT=HbO2+HHb)的值了。了解完组织中的光学路径,HbO2、 HHb 、HbT可以用molar为单位表达出来。这种血氧蛋白的改变可以用来标记大脑血流的变化,因此它可以为研究脑功能提供一个新方法。③ 先前的研究指出,NIRS得到的血液动力学参数和fMRI得到的BOLD(血氧依赖水平)是相似的。值得注意的是,不同于fMRI的BOLD数据,fNIRS可以分别测量HbO2和HHb的浓度数据。 2 婴儿fNIRS研究的发展和应用 婴儿fNIRS研究相对于以成人为被试的研究会有更高的剔除率。剔除的这部分其中大概有40%是不符合要求的数据。这很大一部分可以归因于设计这样一个方法是困难的,它要求将一个复合的发射-接收器探头戴到婴儿头上,并且要既有效又舒适。因此,很多的时间跟精力被用在改进NIRS上,为使它成为婴儿研究的有效工具。一个能够用于婴儿研究的NIRS头套要求是它必须舒适,轻巧,能够在很短的时间内安置完毕,必须提供在每一个通道提供稳定的光学测量数据。不像成人实验那样,在婴儿头上停止实验调整头套,然后再开始实验是不可能的。头套必须能够稳固的固定在头上,婴儿任何的移动都不会改变发射-接收器束带的位置,这样可以排除光学信号中的运动伪迹。头套上一系列的通道必须被一个半刚性的结构包围,还要有一些柔韧性使之能够贴合头部,同时,每个发射器和接收器之间还要维持一个固定的间隔距离。脆弱的光纤从头套出来的时候要远离婴儿的面部和他能够用手够到的距离。在戴头套的过程中,婴儿不能过分的捣乱(这会导致他们不想开始实验),在记录数据的过程中,头套不能显眼,以避免婴儿在实验的过程中分心。 在未来,fNIRS一个可能的研究领域是调查个体间的差异,举个例子来说,它也许可以帮助确诊婴儿身上一些典型和非典型的症状,看他是否有可能患上孤独症这种发展异常的疾病,从而对诊断和治疗提供一些贡献。这种临床研究的样本量通常会很小,因此头套的最优化设计就显得尤为重要,这样才能得到完整的光学数据,并且使剔除的数据尽量变得更少。 发展心理学论文:发展心理学的进展及展望 [摘要] 发展心理学进展的突出标志是从传统对儿童、青少年的研究,扩展到对个体生命全过程心理规律的探索。这个进展,既体现在研究体制和内容上,又表现在研究方法和方式上。展望发展心理学的未来,前途是乐观的,但发展心理学会在研究思维方式、研究方法、研究内容和实现整体化上进行变革。 [关键词] 发展心理学 进展 研究方法 目前,发展心理学所呈现出的“从传统对儿童青少年的研究扩展到对个体生命全过程心理发展规律的探索”趋势,成为其发展中最突出的特点。发展心理学的研究体制、研究方法等均发生了极大的变化。 一、发展心理学研究体制的进展 1.发展心理学研究体制的横向整体化变化。主要表现出两个特点:首先,发展心理学领域中不断产生新的交叉学科(发展心理语言学、发展心理生物学、发展心理病理学、发展心理社会学等学科);其次,发展心理学的研究呈现向个体生命两极延伸趋势。对个体胎儿期直到衰老、死亡的发展历程进行了深入研究。这些研究既体现出社会发展的需求(如社会老龄化倾向),又体现出了学科深入发展的需求。 2.发展心理学研究体制的纵向整体性变化。主要表现为发展心理学研究重点的变化。具体表现在研究者日益注重发展心理学的应用性,将研究直接与人类的具体实践联系起来,并致力于解决实际问题。根据林崇德教授的归纳,认为其中尤以下例研究为代表:对胎儿发音和优生问题的研究;关注早期智力、早期经验及早期教育的研究;对儿童社会性发展的研究;对青少年生理变化的心理适应问题的研究;对中老年心理疾病的预防与治疗的研究;电视与个体发展的研究及计算机辅助教学对儿童发展的影响研究,等等。目前,这些研究取得了一定的成绩。例如,在电视与儿童发展关系的研究中,莱特等指出,儿童对电视信息的加工既可以是主动的,也可以是被动的,关键依赖于儿童接受的节目特点。 二、发展心理学研究方法的进展 随着发展心理学研究的深入及现代科学技术、社会的发展,发展心理学研究方法也发生了巨大变化。具体体现为: 1.系统科学原理成为发展心理学研究方法论基础。系统科学方法强调按照事物本身的系统性,把研究对象作为一个具有一定组成、结构和功能的整体来加以考察――从整体与环境、整体与部分、部分与部分之间的相互联系、相互制约、相互作用的关系中综合研究对象及其发展。 2.发展心理学研究思路呈现生态化取向。强调在现实生活中、自然条件下研究个体的心理与行为,研究个体与自然、社会环境中各种因素的相互作用,从而揭示其心理发展与变化的规律。 3.发展心理学研究对象研究方式的跨学科跨文化特点。有关人类个体发展的跨文化研究促进了发展心理学家的合作与交流,极大地丰富了发展心理学研究的成果,对于解释人类心理、行为的起源及其发展过程等具有重要的意义。 4.发展心理学研究研究方法体现出综合化特征。具体说来,表现为如下方面:研究者逐渐强调采用多种方法去研究、探讨特定的心理发展规律,以提高研究结果的可靠性;注意采用多变量的设计,以揭示个体心理发展各方面的相互联系、影响个体心理发展的各种因素及其相互作用的机制;强调将横向和纵向设计相结合及注重将定量和定性分析的相结合。这些大大加深了对个体心理发展的过程和特点、性质的认识。此外,随着科学技术的发展,发展心理学的研究手段和技术也日益体现出现代化特点。如录像、摄影、计算机及各种专门化的研究工具、手段。研究工具的现代化大大提高了发展心理学研究的精度和科学性水平。 最后,随着科学技术的发展,发展心理学研究方法还体现出研究的数量化程度越来越高的特点:发展心理学的研究开始大量采用多元统计分析;建立模型成为许多发展心理学家的“点金术”。验证型多元回归分析的出现,为人们提供了一种检验其合理性,成为一些研究者惯常用的究方式;数学领域的一些先进方法或思想也日益得到广泛使用;用数量化的方法改进定性分析,使定性分析更严谨,更具可比性(如元分析技术的出现和应用)。 三、对发展心理学未来的展望 目前,学者们对于发展心理学的未来存在一定争议,部分学者或过于乐观或过于悲观。但更多的学者认为,发展心理学的处境既不那么悲观,也不那么乐观,关键还在于心理学家们的共同努力,并了解心理学存在的价值。首先,从人类存在的角度讲,“认识自己”是其永恒的追求;其次,从人类本能的角度说,“发展自己”是其根本的需求,使自己与社会协调相处,这可能是人类共同的需要。如何更好地实现这一需要,则是发展心理学家的工作重点;再次,大量现实的问题需要发展心理学家去解决。可见,发展心理学前景还是可观的。 当然,研究者们也指出,在看到发展心理学可观前景的同时,不可忽视几个不稳定因素:过分追求数量化和抽象化的倾向,使本来简单的东西变得很神秘;研究内容过分琐碎,仅凭个人兴趣;缺乏理论的事例只有零散的材料,这些问题不认真解决,就有可能对发展心理学的发展产生不良的后果。 至于发展心理学未来走向的问题,林崇德、申继亮等心理专家根据其长期的理论和实证研究,提出如下看法: 1.发展心理学研究体制和研究方法的进步,必然带来发展心理学家的思维方式上的变革。以实体为中心的研究思路过渡到以系统为中心的研究思路;从对心理现象的唯五性确证过渡到多样性和不确定性的接受和容忍;在考察心理现象的因果关系时,由直接的单一线性联系过渡到多维线性联系。 2.发展心理学研究方法将在已有的进展上(如前所述)得到进一步发展,特别是现场研究的大量采用,研究方法的综合程度的提高,研究手段更加现代化等。 3.在发展心理学研究的内容上,研究主题的应用性倾向会越来越明显。 4.发展心理学研究将出现更大范围的整体化趋势。 发展心理学论文:高职学前儿童发展心理学教学改革的实践探索 摘 要:高职学前教育儿童发展心理学专业在实际教学环节中,重理论轻实践,在教学内容上沿用本科教学的学科结构,忽视学生实践能力的培养。多年来,教师尝试着对该学科的教学内容、教学形式和考核方法进行全方位的研究和探索,以期提供依据和参考。 关键词:高职;心理学;儿童发展心理学;课程 一、课程采用“纵―横”的教学体系 纵,即先介绍基本理论问题,主要论述儿童发展心理学的研究对象和方法、儿童心理发展的影响因素和动力、发展心理学与儿童发展心理学的关系、心理发展与教育的关系等问题。横,即介绍儿童心理发展中的年龄特征与教育,主要论述不同发展阶段的心理发展规律,包括婴儿期、幼儿期、童年期、少年期、青年初期等。能够较好地反映儿童心理学的学科内容和发展趋势,便于学生系统全面的掌握。 二、广纳各方资源,突出实用性和实践性 近年来,儿童发展心理学的研究在理论和实际应用方面都取得了巨大的进展。我们在儿童心理学教学过程中,突破了书本知识的局限,利用各种手段搜集有关儿童发展心理学的资源,通过实验教学、现场观察、调查研究、看录像和多媒体光盘等教学环节,让学生通过实践和操作把儿童心理学的理论知识变成灵活的、可以应用于教育教学实践中的操作性的知识。 三、教学方式和方法的改革 (一)坚持课前演讲,激发学生学习的自主性 坚持让学生根据教学内容安排在课前15分钟进行演讲,给学生独立学习、大胆表现的机会,使学生在活动中充分体验到自主感,提高了他们的学习积极性和责任感,学生的备课、讲课、评课等教学素质得到很大提高。同时,他们分析问题的能力、创造性地解决问题的能力和口语表达能力也得到了发展。 (二)根据不同教学内容,采取不同的教育方式 根据儿童发展心理学的教学目标、教学内容及其课程特点,我们将课堂教学模式分为三类,一是基本理论课,二是年龄特征与教育课。不同类型的课堂教学,采用不同的教学方式。 1.基本理论课 基本理论课主要讲授儿童发展心理学的概念、理论和流派。例如,儿童发展心理学的研究对象和任务、儿童发展心理学的历史回顾、儿童发展心理学的生物学基础、游戏理论的发展等都属于基本理论课。针对这种类型的课,我们采用教师全面讲授―介绍参考文献―学生课外阅读―学生完成作业的形式,培养了学生查阅资料和分析、解决问题的能力。 2.年龄特征与教育课 儿童发展心理学有相当一部分是属于介绍不同年龄阶段儿童的心理规律与教育的内容。这部分知识内容广、数量多,仅仅靠课堂讲授很难完成如此繁重的教学任务。针对这种情况,为了保质保量地完成教学任务,我们采用课堂教学和学生实践活动两部分相结合的方式进行。其中课堂教学环节首先是教师做理论讲授,然后举出具体案例进行剖析;学生实践活动环节,学生根据教学内容查阅大量文献,观看录像,利用实习机会,到幼儿园一线进行现场观察,最终形成观察报告,加深学生的感性认识。 (三)融洽师生关系,提高学习效能 研究发现,学生的自我效能感与其知识技能的获得和学习成绩之间存在较为显著的正相关,而要提升学生的学习信心,首先要改善课堂上的师生关系。教师要尊重每一个学生,切忌表现出高高在上的权威态度,应更多地以指导者或合作者的姿态出现在学生面前,鼓励学生大胆提出自己的见解,及时给予鼓励或回应。改变教师一个人讲,学生听的授课方法,逐渐形成学生主动发言,共同讨论的气氛。 四、教学评价手段的改革 (一)改革考核评价结构 有效的教学需要科学的考核。为了使儿童发展心理学教学改革科学有效,我们还大胆改革了考核的评价结构,由理论成绩和实践成绩两部分构成。其中理论成绩占80%,包括平时成绩(占10%)和考试成绩(占90%),平时成绩由学生的作业(包括独立作业、实验作业)和课堂上的表现(包括课堂发言、课前演讲)两部分构成,各占5%。实践成绩占20%,由教育见习和教育观察(完成幼儿观察报告)构成,各占10%。 (二)改革理论考试内容 一般理论课考试的内容比较呆板,注重学生对知识的单纯掌握,学生往往通过考前“突击”的短时记忆来完成考试,不注重知识的实际应用能力,这样更加不符合高职学生职业性与实践性的特点。因而,在理论考试的试卷上力争题型多样,即选择题、概念题、知识题、理论题和应用题等五种以上,由“死”题向“活”题转移,即死记硬背的题分值减少,活学活用的题分值增加,着重提高运用知识分析问题、解决问题的能力。 (三)创新教学评价方式 以往对课程的评价主要采用学生给任课老师打分的形式,而老师最终只是了解了评价的结果,这样做不利于教师的教学反思。我们在改革中,采用行动研究的方法,在课程进行的过程中,及时对课堂效果进行反馈,进而及时调整。 总之,儿童发展心理学是高职学前教育专业学生极其重要的专业基础课,可以为更好地学习学前教育科学以及早期教育教学方法提供心理学依据,奠定理论基础。我们的教学改革应该使其有效地发挥其应有的价值,从而符合高职教育应用型人才培养模式的特点。 (作者单位 辽宁省沈阳市师范大学职业技术学院) 发展心理学论文:发展心理学的理论教我们养生 大国精神分析流派的医生一艾里克森是当代最有名望的精神分析理论家之一,他提出的心理社会发展阶段理论,揭示了人生全程心理发展的阶段和特点,是业内很有影响力的理论。 正像植物学家会告诉我们一株植物的生命全程特点:从一颗种子生根发芽、到开花结果、再到瓜熟蒂落、凋零枯萎,我们可以知道何时播种、怎样施肥、剪枝、何时收获,才能让植物长得茁壮、花开得旺盛、果结得饱满一样,了解了人生各阶段的发展规律,我们也可以在顺乎自然规律、尊重心理发展规律的基础上,获得对于人生各个阶段的养生之道的启示。 心理社会发展阶段理论遵循辩证的思维方法,在人生发展每一阶段都提出了发展任务,若任务完成良好,则身心健康,人格、智力发展顺利;反之,则会对身心健康和社会适应能力产生消极影响。对于养生之道,我们也可以理解为在人生每一个发展阶段尽量通过创设、选择良好环境的影响和自身的努力来完成发展任务,完善身心健康。所以就结合心理社会发展阶段理论,来谈谈人生各个阶段的养生。 生命之初最重要的发展任务是培养信任感。这一阶段,基本生理需要满足得充分,则能形成对人和环境的基本信赖感,这是形成健康品质、和以后各阶段发展的基础。反之,则对人和世界形成不信任、不安全感,并会延续到以后阶段。 这个阶段可以说是为以后的人生中,拥有亲和社会的人格和形成安全感打下一个最初的基础。为了使婴儿形成这样的积极品质,家长就要让孩子在生命的初期得到满足、安全的情绪体验。 随后一个阶段,孩子发展的基本任务是发展自主性。随着孩子的成长,他慢慢从一个无助的婴儿,成为有一定活动能力和语言表达能力、充满好奇、想要探索无尽未知世界的幼儿。这时的孩子渐渐有了“自我”的感觉,会对家长说“不”,这是孩子独立性发展的第一步。 这个阶段发展良好,儿童就会形成独立自主、自信的感觉:反之会引起羞耻、自卑感。所以家长们要多多鼓励儿童的探索活动,去做力所能及的事情,对孩子的活动适度限制和控制,避免过度。 到了上幼儿园阶段,孩子的主要发展任务是发展良心和获得性别角色。 在前两个阶段充分发展了基本的信任感和自主感的儿童,能够建立自己适当的角色,不能建立的儿童会产生过度的内疚感。可见心理发展具有明显的延续性,所以很多孩子进入幼儿园后会出现适应不良等许多问题。这提示很可能是因为孩子此前的家庭教育存在不合理之处,问题在源头上,只是通过转换到幼儿园的环境而表现出来罢了。 小学阶段的孩子很重要的是获得勤奋感、自信心,这时得到的自信会是一生的自信心的基础。这里的勤奋感是指学习的能力还有对人与人之间互相接触的信任感。 若儿童能不断取得成就,获得奖励,会越来越勤奋自信;若屡遭失败,常受到批评指责,会形成自卑感。 青少年时期人的主要发展任务是发展自我同一感,简单来说就是了解自己、尊重自己、悦纳自己。 这个时期,人的身体发育急剧,产生了急风暴雨的变化,其影响必然会波及到心理活动。中学、大学阶段的人会有成人感,会深入考虑自己的才能、个性特点、理想、价值观,在此基础上为自己今后的人生作规划。 发展良好形成积极的同一性,是牢固、富有创造性的:消极的同一的青少年易冲动、自尊心很弱、道德推理不成熟、生活适应和成就低下。就像是人生发展的十字路口,不同方向上的决定和行为,会产生截然不同的人生旅途。 青少年在探求、实现自我同一感的过程中难免出现失败的情况,这无关紧要,关键是身边的人要鼓励并支持青少年亲自去做一些试验,给他们成长的空间和自由。 青年都期待激动人心的浪漫爱情,这是人生中绚烂多姿的一页。拥有知心爱人和亲密朋友的人,会感到生活充实而有意义。伴随着个人方方面面的成熟,“成家立业”成为青年人的渴望和生活中最重要的功课。要好好地完成,既要依靠自身努力,又要有家人、朋友的支持。完成得好的青年人获得积极健康的心态――亲密感,反之,得到的是消极的心态――孤独感。 中年应是硕果累累的时期,事业上应该有所积累,生活越过越好家庭方面应该拥有和谐的家庭生活,令人骄傲的子女。通过由青年到中年的不懈努力、拼搏、奋斗,获得了家庭事业双丰收的中年人会体会到极大的成就感、满足感。这是艾里克森所谓“繁衍”的感受之意;另一方面就是失望、停滞的感觉。从以上各阶段的分析中可以看出,心理学家从贴近现实生活的角度,强调了客观物质环境、身体健康发展等等的意义,但更看重的是心理的成长与和谐,所以没有通常的那些诸如调理饮食、运动技巧类的养生技巧,而是着重于“养心”――一生拥有不断发展的和谐心态。 老年人又再次面对同青少年一样的问题:“我是谁?我的价值在哪里”青少年的人生大幕刚刚拉开,所以倾向于规划和展望:老年人的人生已过去大半,所以愿意回忆与总结。 如果觉得已经实现了人生目标,对国家及社会做出了应有的贡献,就会感到度过了有意义的一生,充实、宁静,对生命接近结束保持着平静的态度。如若相反,则会消极、悲观,为自己的碌碌无为而空虚绝望。显而易见,早年累积学力、中青年累积实力和追求成就,是获得满意晚年生活的必由之路。至此,人生全程的八个发展阶段完成。 发展心理学论文:基于学生研究能力提升的《发展心理学》课程改革 摘要:《发展心理学》课程是发展与教育心理学专业方向的一门重要专业基础课,我们对《发展心理学》课程进行了四方面的改革以提高学生的研究能力:(1)教学内容上选取了有效的课程体系,增加了文献阅读,加强了理论知识和实践的结合,从而训练学生的基础研究能力;(2)实验教学开设了以年龄为主线,兼顾研究方法多样化训练的实验内容;(3)考试内容以题库形式自由选取,考核方式多样化;(4)教学手段符合九零后学生的年龄特征,增加了影像资料,优化多媒体课件和建立了网络沟通平台。 关键词:发展心理学 课程改革 研究能力 《发展心理学》课程研究个体从受精卵开始到出生、成熟、衰老的生命全程中心理发生发展的特点和规律。这门课程是心理学二级学科----发展与教育心理学专业方向的一门重要专业基础课,也是学生学习其他课程或从事其他专业学习的基础,如教育心理学、心理咨询等。《发展心理学》课程体系的改革,有助于培养发展与教育心理学专业高素质的研究性人才,有利于该学科方向的发展。 《发展心理学》在心理学中是一门具有较长历史的分支,科学儿童心理学(早期发展心理学的主要内容)诞生于19世纪后叶,发展至今已有100多年的历史,形成了众多理论与研究成果。随着描述性研究成果的越来越丰富,目前发展心理学的研究更多地集中在对重要的心理发展过程、发展原因及内在机制的考察。另外,随着社会的发展与技术的进步,发展心理学的研究方法不断地改进,研究手段也日益多样化,例如,定量研究与定性研究的有机结合,跨学科多层面研究与跨文化研究的广泛开展,纵向追踪研究的不断深入等等,不断地丰富与加深我们对个体心理发展的认识。总之,发展心理学这门分支学科发展到今天,已经有众多的理论以及极为丰富的研究成果,然而如何选择《发展心理学》课程的主题,如何把理论与丰富的研究成果进行整合,如何把经典的发展心理学实验研究与现代的研究热点结合起来,如何通过实践让学生加深对发展心理学研究方法的认识并提高相关的研究能力等问题将是《发展心理学》课程改革要考虑的主要方面。 我们期望通过《发展心理学》课程改革,学生不仅能够获得与个体发展相关的知识,特别是最近发展趋势的了解,更重要的是学生对这些知识的应用,以及发现问题、分析问题和解决问题等研究能力的提高。基于以上目标,我们对发展心理学课程进行了四个方面的改革。 一、教学内容的改革促进学生提升研究能力 我们选取了有效的课程体系,增加了文献阅读,加强了理论知识和实践的结合,从而训练学生的基础研究能力。 首先,我们进行了课程体系的评估与改革,《发展心理学》课程体系目前主要有两种:一是按年龄阶段描述各年龄阶段个体各种心理活动的发展变化;二是按心理活动的发展(如感知觉、记忆、思维的发展变化等)以主题形式展开。两种课程体系方式各有利弊,我们对此各进行了两年的授课尝试,即前两年进行以心理活动发展主题为体系的授课方式,后两年采用以年龄发展为体系的方式开展课程,每一年授课结束后,请教师和学生评价这类课程体系对于掌握该课程的内容及研究能力提升是否有帮助,最后,我们发现,以年龄发展体系按照课程的进度开展,在每个年龄段的心理发展内容按照相同的方式展开,并且每讲到下一个年龄段的心理发展,会总结前面年龄段该内容的发展特点,这样的授课方式对于学生掌握该课程更有效。 其次,加强了发展心理学的文献阅读,将最新的发展心理学进展的内容加入教学拓展中。教师在每章授课开始之前,布置该章需要中英文文献阅读的主题,请学生在该章结束之前完成1~2篇文献提要,这一训练帮助学生提早开始进行文献阅读训练,这是研究能力的基础。 第三,教学中加强了发展心理学理论知识与实践应用的结合。林崇德(2009)提出中国的发展心理学必须面向中国的社会现实需求,面向各种实际问题的解决,加强应用研究和研究成果的应用。我们从两个角度在这方面进行了改革尝试,一方面,是理论知识与自身实践应用结合,如在讲授发展心理学理论这章时,要求学生选取童年印象深刻故事通过精神分析理论进行自我剖析,或者选取一首最喜欢的歌曲,用社会文化历史的角度去分析自我成长;在讲授幼儿期心理发展时,要求学生回忆童年曾经经历过的游戏,反思这些游戏给个人带来影响,等等;另一方面,是运用所学知识对热点话题进行分析,如婴儿颜色知觉发展的敏感期会影响其发生对眼和斜眼等不良视力现象的发生,如何根据幼儿的心理发展特点消除幼儿园教师的虐童对幼儿心理发展产生的影响,等等;这一理论与实践的结合方式,一方面提升了课程的有趣性,另一方面促进了学生对发展心理学知识的掌握。 二、基于研究实践的实验教学的改革与完善 发展心理学实验是心理学学科基础实践课程之一。借鉴桑标(2011)对心理系本科生研究创新能力的培养研究成果,通过改革实践教学,给予学生进行研究实践的机会,通过展示或激励,激发学生的研究热情。我们期望通过实验操作,让学生有重复经典研究,掌握基本研究方法,独立完成一项研究的机会,通过答辩或优先开始进行毕业设计等方式激励学生投入实验的热情。 我们开设的实验内容以年龄为主线,兼顾研究方法多样化训练,分为四个必做的实验主题: (一)观察技能训练,主要以幼儿同伴冲突的真实研究录像为实验材料,训练学生掌握观察法这一基本的发展实验方法,要求学生实践观察编码,观察记录和对观察数据的分析,并完成研究报告;此外,由于观察设备的电子化,而市场上缺乏简易方便的适合儿童观察记录设备,因此,我们对学生进行了观察仪器安装操作技能训练,学生能够快速简单的安装儿童观察记录设备。 (二)幼儿对因果关系和可逆关系推理的发展,以验证皮亚杰认知发展理论为基础,通过对儿童进行的守恒实验,了解儿童是否真正掌握了守恒,以及他们思考问题的方式,帮助学生更好的理解皮亚杰的理论,锻炼学生的幼儿实验技能,掌握访谈数据处理和分析的技能。 (三)小学生同伴关系特点的发展,以小学生为实验对象,通过群体问卷的方式,调查三到五年级小学生的同伴关系发展特点,帮助学生理解小学生阶段的社会化发展,以及锻炼学生对小学生的实验技能,掌握调查法,以及问卷处理和分析的方法,同时学生须针对所得调查结果中不良同伴地位儿童的影响因素,提出相应的干预方案。 (四)大学生心理特点的研究,以大学生为研究对象,学生自选与大学生心理发展有关的自己感兴趣的主题,自行设计研究方案,实施研究,汇报研究结果,这训练了学生独立完成一项研究的能力。 所有的发展心理学实验均要求学生最后提供一份APA格式的研究报告,最后一次独立研究,要求学生进行论文答辩,得到优秀的同学可以以此作为毕业设计题目,优先进行毕业设计,或者教师帮助学生一起。 三、考试内容和方式改革以及试题库的建设 考试内容与方式的改革主要体现在:(1)考试内容不仅包含一些重要的理论知识,更多的将侧重于这些理论知识的运用上,以尽量避免学生死记硬背的机械学习模式;(2)试卷的题型将多样化,涉及填空、选择、简单问题解决以及对理论或研究问题的论述等方面;(3)除了试卷形式的考试外,实验报告与研究综述、课堂讨论与结果呈现等将成为考试内容的组成部分。 通过多年的逐渐积累,我们已经形成电子化《发展心理学》试题库,其题型将涉及填空、选择、简单问题解决以及理论或研究问题的论述四个方面,该题库将在项目完成后的几年逐渐完善,最后形成可以随机产生的试题库。 四、教学手段的改进 教学手段的改革基于学生的年龄特点,90后的学生喜欢直观的视频资料,我们通过剪辑或拍摄的方法,制作了一些心理发展的影像资料;优化了教学课件的呈现方式,使学生更有利于系统的逻辑的简缩式的构建知识框架;建立了与学生交流的网络平台,通过QQ群和论坛的方式,与学生进行课程的相关沟通和互动,促进课堂教学。 发展心理学论文:发展心理学在小学教育中的应用 【摘要】孩子是祖国的花朵,所以教育对于国家未来的发展至关重要。小学是个体开始系统接受教育、心智德能全面发展的重要时期,但事实上,如今的小学教育并没有将发展心理学的相关理论应用其中,反而是进行古板,生硬的教学方式。对学生只进行单一维度的量化,对考试成绩相当看重。但是当代小学教育是需要在科学的理论指导下对已有教学体系进行实践和应用。将符合孩子生理及心理发展的规律的教学模式应用于教育中才是正确的方法。 【关键词】小学教育;发展心理学;教学模式 试想,如果一个只以成绩为唯一标准,忽视学生天性和创造性的教育的是多么的可怕。但是,当今小学教育体系却是一个类似于制造考试机器的程序,将学生的天性禁锢,将学生的其他才能忽略。这样违反孩子心理生理发展的模式必须要有所更改。 一、小学儿童学习综述 (一)幼儿园到小学的过渡 由于幼儿阶段的主要活动是游戏,小学阶段的主要活动是学习;幼儿阶段主要是功用性定义或具体形象的描述,小学阶段逐渐发展为本质的定义。所以学生从幼儿园进入到小学需要一定的适应期。比如主导活动的转换,幼儿将开始系统的接受教育,取代原来的游戏活动。家长方面,需要在过渡期亲自辅导孩子的学习,培养孩子的学习兴趣,设定孩子的学习目标,激发孩子的学习动机,引导孩子认识主要活动已经成为了学习。让孩子有准备的面对学习任务。老师方面,不应该过于强调纪律性的培养而忽视儿童个体的差异,更不能保证对不同的个体进行有针对性的教育,要关注学生言语、创造力、人际关系等方面的发展,不要强求孩子的听课认真程度,因为此时孩子的生理水平还不能有高度,长时间的注意,老师应该耐心的引导孩子适应新的环境。 (二)低年级小学生的学习适应 繁重而枯燥的学习任务往往让低年级学生望而却步,他们会怀念幼儿时期以游戏为主导活动的那段时光。所以老师需要引导学生正确认识学习的目的,是提炼人类的知识宝藏,为未来发展及更复杂的学习任务做准备,需要打好基础。老师应当帮助学生学会学习。学习过程是一种运用学习策略的活动,所以学习方法尤为重要。学习策略受制于学生本人,他干预学习环节,提高认识技能,调控学习方式,直接或间接的额影响主题达到学习目标的程度。一些研究发现,学优生的学习策略比学困生更有效,对问题的解决有积极的指导作用。所以在低年级就应该培养学生良好的学习策略减轻学生的学习负担。老师还应当鼓励学生学习,培养其学习动机。儿童的学习动机直接影响儿童的学习态度和学习成绩,研究发现,小学儿童,外部动机占主导地位。老师应该有意识的引导学生,培养学生的求知欲和学习兴趣,增强学生的自我效能感,促使其学习动机从外部动机到内部动机转化,调动学生自觉主动学习的积极性,增加学生的学习效率。老师应当重视学生的学习兴趣,促使儿童自觉的地去学习。值得一提的是,在外语越来越重要的今天,在合适的时期引导孩子学习外语将会极大减小他们在以后学习外语的难度。有研究认为,十岁以前是外语学习的关键期,如在此关键时期给予个体以适当的良性刺激,会促使其行为与能力得到更好的发展。儿童语言心理发展的理论观点中的机能主义认为儿童习得语言首要动机在于交流观点和为人理解。所以儿童语言习得以后,老师要给他(她)们提供良好的语言环境让其应用,鼓励与他人交流。此外,老师还应尽量多组织一些亲子活动或愉悦的情景活动,这不仅是儿童快乐的来源之一,而且也是培养他(她)们学习语言兴趣的一种重要手段。语言发展是维果斯基认知发展理论的优秀。他认为儿童使用语言与他人进行交流,对儿童认知发展中起到关键作用。 关注儿童的学习障碍,在如今如此功利,急切的填鸭式教育当中,如果一个孩子本身就患有学习障碍,而老师给予积极的关心,那么,对于这个孩子日后的发展将带来不利的影响。所以老师应该耐心的指导和关心这些同学,让他们知道自己并不比别人差。1.3中等年级的发展关注 一般将学生思维发展分为三个阶段,一、二年级为一个阶段,三、四年级为一个阶段,四、五年级之间有一个思维发展的加速期。所以,老师应当关注中等年级的思维发展。老师应该在这个阶段加大关注,增加关心,让孩子顺利发展。在孩子遇到困难的时候应当鼓励为主,帮助他们走出困境。 (三)高年级 高年级学生思维发展已经较为完善,思维结构趋于完整。但是高年级学生面临升学压力,应试教育下,中小学教育长期以来以考试分数为导向,过分强调成绩在儿童、青少年发展中的作用。很多家长评价孩子发展好坏的唯一标准即是考试成绩的高低,长期忽视其他方面的培养和发展应该从生命毕生的角度来看待孩子的发展,从而能够更加全面的实现对孩子的培养。 综上所诉,当今小学教育,并没有注重结合幼儿发展做出教学指导,而是将教学重心放在应试教育上,忽视孩子的个性发展。所以,老师应当结合科学理论,帮助学生更好地发展。 发展心理学论文:音乐视阈下的儿童发展心理学研究初探 【摘 要】儿童发展心理学是目前国际上非常重视的心理学分支,儿童关于音乐方面的发展在发展心理学中占据着重要的部分。儿童发展心理学是一门以实证研究方法为主的研究儿童心理的发生、发展过程和规律的心理学分支学科,对于音乐艺术这种高度感性化的人类活动来说,实证研究是非常困难的,因此,对这一领域中的许多心理问题的研究,多年来,始终处于单凭个人的经验总结与思辨的层次上。 【关键词】音乐;儿童;心理学 0-1岁:在艺术感知发展方面的特征是感官原动性,即感知能力与艺术感知能力还没有分化,艺术品的呈现只是作为一般的刺激物,只是起到促进儿童一般感知能力发展的作用,儿童还不能把艺术品当做审美对象。这一阶段所有的艺术偏爱都是由“本能性”的感觉特征决定的。 1-2岁:艺术感知方面,儿童沉浸在符号媒介中,形成符号系统。在音乐学习中具体表现为:学习非句法的音乐样式,学习与经验情境相联系的音调,学习基本的节奏技能。节奏知觉能力与身体动作制作能力方面,试图使身体动作与听到的歌曲合拍的努力 2-3岁:对符号的探究与扩大,在音乐学习中具体表现为:灵活的歌唱,进行演奏的实验,能掌握音乐主题。 3-4岁:如果此时开始学习某种乐器,可以培养绝对音高感。(指人们具有对声音的实际音高的感受能力)审美形式感形成,在音乐学习中具体表现为:掌握音乐形式样式的一些特质。音乐旋律知觉方面,能辨认八度及八度以上距离的音是有明显的“空间差异”的。对节拍进行知觉与身体动作反应的能力方面,可以根据歌词做固定位置的身体打击,也可以做一些走路的移动动作,合拍地走圆形队列。对节奏进行知觉与制作的能力方面,可以通过大量的身体动作表演、打击乐演奏表演获得稳定的节拍感。音色知觉方面,幼儿能辨别音乐中有鲜明对比度的人声和乐器声。力度知觉与制作能力方面,幼儿已经有比较声音强弱的能力了,能自如的辨别说、喊、悄悄话与唱的区别,并且能够用嗓音去表达这些区别。速度知觉与制作能力方面,幼儿能用简单的身体动作合中速、稍快、中速偏慢的音乐。 4-5岁:能辨认五度及五度以上的音是有明显“空间差异”的。旋律轮廓线辨别方面,能够辨别级进的上行、下行旋律轮廓线,已经能够辨认跳进旋律轮廓线,但只是轮廓线而不能准确辨别音程,所以唱歌时音程跳度是不稳定的。节奏知觉能力与身体动作制作能力方面,能成功地模仿打出2-4个音符组成的简单节奏型。用身体动作合拍方面,可以扩展到包括更复杂活动的圆圈队列的活动,如弯腰、转向、改变队列方向和同伴一起行走等,也可以走出像螺旋形那样更复杂的队列。节奏感发展状态方面,幼儿通过快与慢的配合理解节拍,通过歌谣朗诵理解节奏型。音色知觉方面,幼儿能更好地辨别不同的人声与乐器声。力度知觉与制作能力方面,幼儿能辨别歌曲、讲话、打击乐中的强弱,并且能够用歌曲、打击乐演奏等制作方法去表达强弱。速度知觉与制作能力方面,幼儿可以分辨渐快、渐慢,并能调节身体动作去合速度。 5-6岁:在音乐旋律知觉方面,能辨认三度距离的音是有明显“空间差异”的,另外已经能够从前奏、间奏中轻松地辨别熟悉的歌曲。节奏知觉能力与身体动作制作能力方面,大多能准确的模仿3-4个音符组成的节奏型。对节拍进行知觉与身体动作反应的能力方面,能够表演有情节的、多角色扮演的游戏,做占据更大空间更复杂的动作,可以走出两个圆圈的圆形队列。对节奏进行知觉与制作的能力方面,幼儿已经能够理解歌曲的节奏型,能独立完成快慢节拍的变换,能理解节奏的主题、动机。音色知觉方面,幼儿能很好地识别不同的声音和人声。力度知觉与制作能力方面,幼儿已经能辨别并理解强弱的所有变换关系。速度知觉与制作能力方面,幼儿能辨别与理解快慢的所有变换关系。 6-7岁:明白有调性的音乐比不成调的音的堆砌好听。在音乐感知方面,脱离了对事物、人物的“直接知识”,可以借助符号间接地理解事物、人物了。从音乐学习的角度来看,儿童对音乐作品的主题感兴趣,而对音乐的风格、音乐个性不加注意。 7-8岁:有鉴赏和谐音和不和谐音的能力;音乐旋律知觉方面,儿童在实验情境下已经能够分辨全音、半音的音高差别,辨音功能在这个时期已经成熟。 8-9岁:在唱歌和演奏乐器时,节奏感比以前有明显的提高。获得基本的音乐经验的儿童能根据对音乐形式样式的确认进行比较自如的音乐制作活动,并在音乐制作活动中具有来自内在的兴趣或具有感受音乐中情绪情感的敏感性。 9-10岁:节奏、旋律的记忆有了改善,逐步具有韵律感;能够感知两声部的旋律。 10-11岁:建立和声概念,对音乐的优美的特征已经有了一定程度的感知和判断能力 12-18岁:欣赏、认识和情感的反应能力均逐步提高。 以上得出的特征总结是根据实证研究方法得到的概率性的参考,并不能代表每个个体。在实际的教学工作中,我们要参考儿童的音乐发展特征,更要了解每个学生的发展情况以及音乐表达形式的运用,把这些综合起来制定完善的科学的教学方法。要达到最终的最有效的音乐教学方法,我们还需要更为深入的研究。 音乐视阈下的儿童发展心理学研究对儿童的音乐教育有很大的应用价值。儿童的各种音乐活动都是受其不同年龄的心理因素所支配的,对儿童音乐心理的研究,对提高与发展孩子们的音乐活动水平具有重大意义。研究这门学科可以对儿童音乐教育工作提供心理理论的指导,帮助我们树立正确的音乐教育观念,了解不同年龄的儿童音乐心理特点和规律,科学地进行音乐教学,还可帮助教师总结儿童音乐教育经验,提高音乐教学自觉性与水平。 我认为音乐教育必须有一个坚实的发展心理学基础。音乐教育所涉及的目标应该打破仅仅是音乐技能的培训,还需要包括对于音乐的认知,情感表达,精神运动构成,并对这些目标进行心理程序的评估。心理理论和心理技术在制定、评估音乐教学方法上起到中心的作用,在音乐治疗的理论与实践中心理理论、技术也发挥着重要的作用。研究应该使我们调查“正式”和“直观”的音乐技巧,例如:在各种年龄层次教授何种构成技能。 人们越来越认识到,认知、社会和发展影响的量度不能完全与音乐教育的需要孤立起来,发展心理学开始与其他学科联系起来。根据经验主义的研究,这就是神秘和复杂的艺术行为需要学习的,艺术所需的复杂的理论与实证水平要比任何其他领域所需要的都要高。儿童的音乐发展在发展心理学中处于起步阶段,还有大量的潜在未知领域,我们还需要大量的工作要做。 发展心理学论文:从发展心理学的角度剖析手风琴教学中存在的问题 【摘 要】手风琴作为一种常见的键盘乐器,具有非常广泛的群众基础,结合我校实际情况从手风琴教学现状来看,要提高教学质量,势必要立足于学生的心理发展和心理需要。本文主要从我国手风琴的教学现状开始分析,并立足于心理学的角度,剖析当前手风琴教学中存在的问题。 【关键词】发展心理学;剖析;手风琴教学;问题 一、手风琴教学现状分析 作为一种应用较为广泛的乐器,手风琴在我国具有较广泛的群众基础,在音乐专业团队和专业院校,中小学等各界里面,手风琴都是必不可少的教学内容,它也是我校的重点专业课程之一。现阶段,在手风琴教学中,一大批的专业和业余手风琴师资队伍,为我国培养了大批的优秀人才,使得手风琴技术的发展也越来越精湛。 并不是说手风琴的教学模式已经发展得十分完善,从发展心理学的角度来看,手风琴教学过程并没有真正的做到以人为本,没有从学生心理发展需要的实际出发,循序渐进的进行教学研究和执行教学计划。大部分的手风琴教师在演奏技巧和音乐理论的基础上,过多的强调对学生手型和指法,而且偏执于难度大篇幅长的名曲,而忽视学生的主体心理感受。我校的学生,很多还处在青春期,性格较为叛逆,通过片面的方法理论进行教学,很容易造成学生的逆反心理。而在教学方法上,不管是对作业量的分配,还是师生之间的沟通,都存在着很多需要优化处理的地方,学生难以形成快乐感和成就感,从而难以形成学生的学习自主性。 因此,从发展心理学的角度出发,要加强现代手风琴教学质量,非常有必要,教师坚持以人为本的原则,掌握不同年龄阶段的学生心理需求,并且根据学生的心理特点有的放矢的进行教学方案的调整,形成系统性的手风琴教学模式。 二、从发展心理学的角度剖析学生学习过程中存在的问题 在党的十八大报告中庄严提出:“全面正确贯彻落实党的民族政策,坚持和完善民族区域自治制度,深入开展民族团结进步教育,加快民族地区发展,促进各民族和睦相处、和衷共济、和谐发展”。 从手风琴教学的现状来看,手风琴教学中存在一个普遍的现象:学生们在学习的初期兴趣比较浓厚,且有强烈的表现欲,但是随着时间的发展和技术难度的提高,兴趣逐渐减少,甚至开始放弃。 这是现代手风琴教学中普遍存在的一个现实性的问题,根据我校学生实际情况进行剖析发现,放弃学习的往往是那些音乐天赋比较好并被看好的学生,因此,学生失败的很大一部分原因有可能是教学方法的失误造成的,由于急功近利,没有站在学生的心理特点和生理发育基础上进行分析,过多的追求教学成绩,从而造成了教学上的失败。因此,因材施教必须在掌握学生的心理特征的基础上实行。 1.初期阶段,学生的主要问题是基础不够牢固 在手风琴的初期学习阶段,儿童对于音乐处于敏感期,也是学琴的初始阶段,感知能力与发展能力都比较好,但是此年龄阶段的儿童认知能力还具有局限性,精力难以有效集中,所以更加要考虑学生的心理特征,进行有的放矢的教学。 在教学初期,手风琴的教学目标是要帮助学生建立正确的演奏姿势,例如、双脚呈八字摆放、腰部挺直、眼睛平视、身体略微前倾、手指的每一个关节要站好、肩、肘、腕、手都处于放松状态等。 但是在实际的教学过程中,学生们的个体情况是有差异的,对相同的知识点有些同学掌握得好一些,而有些同学还需要继续努力,按照教学计划,没有时间等到所有同学的进度,在学生姿势还没有掌握好的情况下,就进行后期的教学内容,导致学生没有掌握练琴姿势,而在演奏的过程中出现很多问题,且长期难以纠正,使得学习效果不高。 另外,违背学生的心理发展规律,导致学生的兴趣减少。心理学家的研究表明,学生阶段的精力集中时间大约在三十分钟左右,但是教学过程中违背学生心理发展的自然规律,学生的兴趣就大幅度减弱。少数民族地区的学生也是如此,由于长期的社会历史条件所形成的少数民族的特殊地位,决定了少数民族学生有着自己区别于汉族学生的一些特点。 他们特别看重本民族的风俗习惯,少数民族学生长期生活的特殊的社会历史环境,决定了他们的语言文字,风俗习惯、心理特征、精神生活、思想文化水平、宗教信仰及不同的学习方式方法。 学生的学习习惯也是教学过程的一个重要问题,很多学生在初期没有形成良好的学习习惯,练琴的时候具有很大的随意性,加上学生活泼爱动的特点,容易形成不良的学习习惯。 2.中期阶段,学生的主要问题是学习缺乏规划性 中期阶段的学生一般来说已经形成了较为科学的练琴基础,进行进一步的手风琴学习,需要系统性的学习计划和规划,通过有目的有计划循序渐进,才能保障学生的学习效率, 首先,要主要学生学习过程的注意力不集中问题。在教学过程中,教师一定要强调学生带着耳朵上课,通过仔细听取教学内容,并仔细听取自己的琴音,从而保障学习的正确性。如果在此阶段没有形成良好的倾听习惯,学生就很难演绎完美的手风琴音乐。 其次,要注意学生学习过程的目标性问题。在学习过程,教师一定要注意不能让学生盲目的去练琴,而要讲究练琴的效率,建立练习目标,带着问题去学习,从而一步一步的解决问题,实现学习目标。 最后,学生开始形成价值观,应注意团体归属感的问题。通过加入多声部的训练,让学生体验多声部音乐作品的魅力,并且锻炼学生的抗干扰能力,增强其音乐定力,并且形成稳定的团体协作意识。 3.后期阶段,要注意学生即兴伴奏的问题 在手风琴学习的后期阶段,学生的生理心理发育已经日趋成熟,并且记忆容量逐渐增大,自我意识增强,在学习的过程中就不会盲从于教师。在手风琴的学习过程中,形成了一定的自学能力和音乐自控力,所以演奏的难度要求也逐渐提高。 当前的手风琴功能都是独奏与合奏,更多的情况下是伴奏,因此需要培养学生即兴伴奏的能力,也就是在没有任何伴奏乐谱的情况下,能够根据旋律进行伴奏,并遵循由浅入深的基本原则。此阶段的学生心理不断成熟,乐理知识积累到了相当成熟的阶段,因此教师可以让学生自主的选择歌曲进行指法训练,再让老师对作品的左手和弦,乐句和风箱的关系,乐曲风格,演奏特点等方面进行点评和处理。 三、结束语 综上所述,手风琴的教学必须要遵循学生的发展心理特征需要,根据不同阶段的心理特点,进行教学方案的调整,从而有效的提高学生手风琴的学习效率。另外,我校的少数民族学生较多,音乐天赋较好,我们要把这些实际情况与教育教学工作相结合,才能更好的培养手风琴人才。 作者简历: 托乎提卡日・吐尔逊,男,1978年10月出生,新疆喀什艺术学校助理讲师。 发展心理学论文:《学前儿童发展心理学》的课程改革 [摘要]学前教育专业学生实践能力的培养,一方面需要理论知识的学习,另一方面,需要在实践中把知识转化为能力。基于这样的认识,《学前儿童发展心理学》的课程在课程教学目标、教学内容、教学方法与手段和教学评价方面进行变革。 [关键词]学前教育专业学生 实践能力培养 课程改革 学前教育专业是一门实践性较强的专业,学前教育专业学生实践能力的培养是一个老生常谈的问题。在我国当前大力发展职业教育,新建本科院校转型培养应用技术型人才的教育改革背景下,研究如何实现学前教育专业学生实践能力的提升,对培养应用技术型人才有着重要的现实意义。 传统的学术型大学重视学科发展,强调知识的发现与创新,其发展优秀是科研,应用技术型大学淡化学科,强化专业,强调课程发展,其发展的优秀是教学。2014年6月22日,国务院颁布的《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》中提出:未来高等职业教育要建立以职业需求为导向、以实践能力培养为重点、以产学结合为途径的人才培养模式。《决定》还指出:为了提高人才培养的质量,重要的环节就是建立健全课程衔接体系,建立适应职业教育课程体系。 一、学前教育专业学生实践能力相关概念的界定 目前,对于实践能力的概念并无统一界定,国内外的学者有不同的看法,本文认为实践能力是指个体所具有的处理问题的心理特征和行为品质,它一般由实践能力和专业实践能力构成。一般实践能力泛指处理日常生活和学习中遇到的问题的能力,通常包括表达能力、组织能力、适应能力、学习能力、人际交往能力等;专业实践能力是指运用专业知识解决专业领域中实际问题的能力,经过专业训练能够从事某种专业工作所需要的专门能力。[1] 对于实践能力的培养问题,是第二个需要明确的问题。实践能力的优秀是解决问题,它需要两个必备的条件,即知识和实践。正如美国心理学家斯滕伯格所说:“实践能力是解决实践问题的能力,即将思想及分析结果以一种行之有效的方法加以实施的智力,实践性智力随着年龄增长而逐渐发展。[2]”这说明,实践能力的培养一要重视知识的学习,实践能力是建立在知识学习的基础上的,是第一位的;二是重视知识的转化。在理论学习之后,如何把知识转化为能力,需要通过已有的知识和技能,在真实情境中找到解决问题的办法来实现能力的获得;三是实践能力是后天习得的。通过知识学习、技能训练、实践体验、反思总结,再如此循环反复、逐步提升而获得的。 对于应用型学前教育专业学生实践能力的探讨,学者们也是看法不一。目前,关于幼儿园教师实践能力最权威的解释来自2012年教育部颁布的《幼儿园教师专业标准(试行)》,明确了幼儿园教师的七项专业能力,即环境的创设与利用能力、一日生活的组织与保育能力、游戏活动的支持与引导能力、教育活动的计划与实施能力、激励与评价能力、沟通与合作能力和反思与发展能力。然而,需要明确的两点:一是这七项专业能力有些是在职前教育中培养的,有些则需要在职后工作中发展。二是学前教育专业学生实践能力的职前的培养是一项综合系统工程,需要科学设计人才培养方案,建立健全职业课程体系,不可能依靠某一门课程去完成。但是某一门课程可以在某个领域、某个合适的时机培养学生的某些实践能力。 二、《学前儿童发展心理学》课程改革思路 基于对学前教育专业学生实践能力等相关问题的认识,以及应用型学前教育专业人才培养定位的认识,对《学前儿童发展心理学》课程改革如下: (一)明确《学前儿童发展心理学》课程的性质与作用 依据《幼儿园教师专业标准(试行)》中对合格幼儿园教师要求,科学制定应用型学前教育专业人才培养方案,明确各课程在人才知识、能力和素质培养中的地位和作用。 《学前儿童发展心理学》是学前教育专业的一门专业基础课程,是一门应用性很强的课程,它在基础学科和应用学科之间起着一种中介作用。《学前儿童发展心理学》能够为学前教育学生提供学前儿童心理发展的基本规律、一般特点和各年龄阶段儿童心理发展特点等基础知识、基本理论和基本研究方法,使学生形成科学的儿童观、教育观,同时运用相关知识观察、分析学前儿童的心理特点,解决学前教育中有关儿童心理与行为的实际问题,培养初步的科学研究意识。 (二)改革《学前儿童发展心理学》的课程目标 围绕应用型学前教育专业人才的培养目标,确定《学前儿童发展心理学》的课程目标。 1.知识目标 (1)掌握学前儿童心理发展的基本规律、基本理论,以及各年龄阶段心理发展特征的基本知识。 (2)掌握研究学前儿童心理的基本方法和操作技术。 2.能力目标 (1)运用学前儿童发展理论解决学前儿童心理发展的相关问题能力。 (2)运用观察、实验、测验、社会调查等方法,培养探索学前儿童心理发展规律和特点的能力及创新教育能力。 (3)针对保教工作中的现实需要与问题,不断进行反思、探索和研究的能力。 3.素质目标 (1)热爱学前教育事业,具有职业理想和敬业精神,具有良好的职业道德,为人师表。 (2)关爱幼儿、尊重幼儿人格、信任幼儿,树立科学的儿童发展观、教育观。 (三)重构教学内容,增大应用性知识的比重 依据学前教育专业学生实践能力培养的需要和幼儿园实际工作的需要,调整《学前儿童发展心理学》的教学内容,使教学内容更具实用性和针对性。 1.课程教学内容的整合 《学前儿童发展心理学》在传统的教学中存在基础理论偏难、实验数据过多、知识点零散和琐碎等问题。依据幼儿园实际工作需要和学生实践能力培养的需要,精简基础理论,增加更多幼儿园和家庭教育中的案例,对学前儿童发展心理学的教学内容进行提炼和整合,使教学内容符合学生的学习规律,具体包括: (1)学前儿童心理学总论,包括学前儿童心理学的对象和任务、学前儿童心理发展的基本理论、学前儿童心理学的基本研究方法和学前教育领域热点课题。 (2)各年龄学前儿童心理发展的主要特征和教养措施,主要分三个年龄段说明儿童心理发展的特征:0―1岁、1―3岁、3―6岁,然后针对不同年龄阶段的心理特点及行为问题的解决。 (3)学前儿童认知的发展,包括学前儿童感知觉、注意、记忆、想象、思维和言语的发展规律及特征。 (4)学前儿童情感及社会性发展,包括学前儿童情绪情感、意志、社会性的发展规律及特征。 (5)学前儿童个性的发展,包括学前儿童气质、性格、能力等个性心理特征发展与学前儿童自我意识发展规律及特征。 2.课程的重点、难点 (1)课程的重点 第一,各年龄学前儿童心理发展的主要特征和教养措施;第二,学前儿童认知、情感、社会性和个性发展的特点和规律;第三,学生形成科学的儿童发展观和教育观。 (2)课程难点 第一,理解学前儿童发展心理学基础理论知识;第二,运用儿童心理学相关知识解决实际问题,培养分析问题、解决问题的能力;第三,运用学前儿童发展心理学的研究方法,培养初步的科研意识和能力;第四,培养一定的反思与发展能力。 (四)探索培养学前教育专业学生实践能力的教学方法与手段 学前教育专业学生实践能力培养的首先在于,把理论知识讲精、讲透,关键在于把理论知识转化为解决实际问题的能力,而实际问题的能力只能在实践中形成。 1.主要的教学方法 (1)讲授法。以讲授基本概念、理论知识为主,学生能够理解和掌握学前儿童心理发展的特点及规律,树立科学的儿童发展观、教育观,为形成学生实践能力奠定理论基础。讲授法应贯穿整门课程的始终。 (2)合作探究学习法。强调在教师的指导下,分组合做针对学前儿童心理发展理论及规律,通过课堂讨论、自主学习等形式,让学生交流、讨论,阐明自己的观点,旨在调动学生学习的积极性,主动理解知识,变被动学习为主动学习,将书本知识内化为自身的认知结构,形成分析、解决问题的能力。 (3)实验实训法。以训练学生的实践操作为主,结合对理论知识的掌握和运用,包括课堂小实验、课堂演示、观摩录像、发现学前儿童心理的特点及规律。 (4)图表、照片及作品分析法。该法辅助课堂讲授、实验实训以及课堂讨论法,帮助学生进一步明确和理解儿童心理的发展性、动态性和主观能动性。 (5)案例分析法。该法是学前儿童心理学研究的常见方法,也是形成学前实践能力的主要方法,应用在教学中,教师提供自编教学案例和幼儿园真实案例,让学生分析问题解决问题,旨在帮助学生形成实践能力,提供案例分析材料既有文字性案例,也有影视媒体展示典型影片。 (6)全程教育实践。课程的学习不仅仅局限课堂教学,还应把课堂引入幼儿园和早教机构中,让学生对学前儿童形成感性认识,学会观察、了解儿童,解决在教育教学过程中遇到的难题,为将来学生的职业生涯做准备。因此,在课程教学中,针对不同阶段的教育实践内容与要求,安排见习、实习,撰写观察报告、教学反思等。 2.主要教育手段:黑板+现代手段 当前,教师的角色由传统的知识传授者和灌输者转变为学生学习的合作者、促进者和信息资源的查询者;教师不仅仅是把书本知识传授给学生,更重要的是调动学生的积极性,支持学生的主动探索,为学生提供相关的信息资源。[3]因此,在《学前儿童发展心理学》的课程教学中,教师一方面要把现代教育技术引入课堂,在教学中充分运用多媒体技术、录像和网络与学生进行互动交流;另一方面,还要建立学前儿童发展心理学电子信息资源库,建立学前儿童发展心理学的文字信息资源库、声像信息资源库,使学生成为学习的主人。 (五)建立健全评价学前教育专业学生实践能力的考核方式 建立健全评价考核制度,采用形成性评价与终结性评价相结合的方式。既注重考核学生的学习结果,又注重考核学生的学习过程;既注重考核学生个人独立思考、独立表现,又注重小组合作;既注重实践训练,又注重价值体验。笔试题型新颖,注重对学生问题解决能力的考查。总评=平时考核(40%)+期末考试(60%)的评价方式。平时考核包括考勤、书面作业(观察报告、调查报告)、实践训练(小组案例谈论、小组学生演示);期末考试指笔试测试,包括知识的记忆、理解和应用。 发展心理学论文:发展心理学视角下教师教学风格形成的过程 【摘 要】 从发展心理学视角探究教师的教学风格,可以发现一个教师在经历了内化入格、外显立格、创新破格以及无格之格这四个阶段之后,无论是在教学理念、教学方法等内在方面,还是在语言举止、风度形象等外在方面,其都会彰显出自身教学风格的独特风采。 【关 键 词】 发展心理学;教学风格;形成路径 【作者简介】 王克强,南京大学文学博士、北京师范大学教育学博士。美国芝加哥大学、凯尔文大学访问学者。现任教于江苏省江阴市暨阳中学。 发展心理学是研究心理发展规律的科学。从发展心理学的角度来探究教师教学风格的形成过程,可以揭示教师心理发展规律对于其教学风格形成的显著影响,从而为教师专业化发展提供全新的路径。 风格,是对人的品性和品行的全面评价。它呈现出独树一帜的特点,并且总是通过其特有标志的外显来展示自身的内在特性。教师的教学活动是具有个性实践特征的,不同风格的教师可以使同一课程的教学状况在实现相同教学目的的情况下表现出明显的差异。分析其原因,除了因教师的专业水平、工作能力不尽相同带来的教学效果差异之外,基本上就是具有突出个性化特征的教学风格的差异。不同的教学风格展现的是不同的教学艺术。而教学艺术是教师遵循教学规律,运用语言、教材和其他媒介物去创设教学意境,同时灵活运用教法实现教学目标的综合能力。 可以说,教学风格是教师创造个性化教学艺术所能达到的最高境界,是教师在长期的教学实践中不断求索、实践和创新的结果。从发展心理学视角出发,教师教学风格的形成,大体呈现出四个基本阶段:内化入格、外显立格、创新破格以及无格之格。这四个阶段也是教师专业化发展得以实现的必由路径。那么,这四个阶段是如何具体演进的呢?本文将就这方面的问题进行探讨。 一、内化入格阶段 本阶段是教学风格形成过程的初级阶段,也是决定教师能否“入格”的关键时期。 在这个阶段中,教学模仿是新教师的主要任务,所谓“处处留心皆学问”。对于大多数教师而言,如果不经历模仿过程,那么独创风格就没有基础。教师要通过博采众长来为自己的教学风格奠基,要深入学习名师的教学语言、教学行为,揣摩名师的教学细节,借鉴名师“突出教学重点、解决教学难点、组织教学的技巧以及板书技巧”,经过消化巩固,最终为我所用,这就是“入格”。当然,模仿借鉴不等于照搬,而是要化用其精髓。从发展心理学的角度来看,此阶段的教师对教学中各种信息非常敏感,并有意识地进行自我反思,对名师成功的经验加以抽象提炼,对自身失败的教训加以研析,然后将经验教训转化成有益信息并储存到大脑中,这就是内化。 当年于漪从复旦大学教育系毕业后,到上海第二师范学校工作。先教历史,后又服从需要改教语文。此时的她对于语文学科教学很陌生,必须要入格。于是,她向语文教研组的同事们学习,学习他们的教学技巧,品味名师的细节处理艺术。到了晚上不仅对白天所学进行消化巩固,而且钻研、积累语文专业知识,进而逐渐形成了自己的教学风格。 可见,内化入格阶段是教师个性化教学经验的储备阶段,为教师“入格”提供了大量原材料。从外在来看,此期间教师的教学实践并没有表现出大变化,但其大脑内部却正在形成一个“信息加工厂”,对筛选出来的有价值的信息进行加工处理,然后存入“信息库”等待提取。而这个大脑中的信息库不是静态的、无序的,而是像一个“局域网”。“局域网”中有“服务器”,用来接收加工信息,并把整理好的信息分类储存到大脑中的相应位置,各类信息储存点之间以及它们与“服务器”之间都可以实现资源共享。如果该教师要提取信息,就通过“服务器”先从相应的信息储存点提取,然后再送入“加工厂”进行处理。在大脑中形成分类完备的、条理有序的“信息加工厂”,是新教师开始形成教学风格的关键所在。对于课堂教学突发事件,有的新教师能有条不紊地处理好,而有的新教师则会表现出手足无措的状况,主要的原因就在于后者大脑中还没有形成“信息加工厂”,即使已经形成,其加工厂的工作情况也是无序的。因此,一个教师的大脑中如果没有建成完备有序的“信息加工厂”,那么他的信息内化就会不成功,也就不可能形成自己的教学风格。 而要形成完备有序的“信息加工厂”,新教师就必须不断发展个人思维能力,探索个人发展规律,明确个人发展目标,优化个人发展策略,这些正是内化入格得以进行的动力因素。 二、外显立格阶段 “立格”阶段,是形成具有个人特色教学风格的重要阶段。教师教学与艺术家创作一样,只要坚定专业发展之路,都会形成自己的风格。就教师个体而言,发展教学风格,要根据自己的实际情况扬长避短,参照名师的教学风格,与哪一种风格相近,就向这一方面发展,同时要边学边思、学以致用,在继承的基础上大胆融入自身的教学特长,从而确立自己独特的教学风格。 从发展心理学角度视之,当大脑中“信息加工厂”构建得较为完善,“信息库”中的信息积累到一定量时,内化过程所需的有意注意就会逐渐减少,信息加工并输出就渐渐变成一种自然的、自动化的过程。这时教师的主要注意便转移到了外显过程,也就是怎么根据已有资源并结合外界情境信息来解决教学中的新问题。 外显立格阶段是在内化入格阶段的基础上发展起来的,这个阶段中有一个极为重要的环节,就是自主加工并合成新信息来驾驭自己的教学实践。如果没有外显过程,就算积累了再多的信息也是徒劳。许多学校有这样的教师:专业知识与教育教学知识的储存都很丰富,但教学效果一般,而且没有形成自己的教学风格。原因就在于缺乏创造性地加工并运用知识的能力。因此,创造性地加工、整合已有资源和外来信息,并将其有效输出,是外显立格阶段的关键。教师只有以自己的方式创造性地加工、整合信息,并实施有效外显,循序渐进,才会逐渐确立个人独特的教学风格。 钱梦龙老师讲《孔乙己》,让学生写作文《一个布满笑声的悲剧》,这个作文题不仅彰显了教师创造性地加工、整合信息的能力,而且体现了钱梦龙以“练习”贯穿教学始终的教学风格。这正是他内隐的语文教学理念、教育智慧的有效外显,其通过组织学生通过自读练习来实现课堂目标的教学风格,极大地提升了学生的归因分析与判断能力。 三、创新破格阶段 教师经过长期的教学实践,形成了自己独特的教学风格。有的教师教学感情充沛,活力四射;有的则清新明静,朴实自然;有的教师轻言慢语,谆谆教诲;有的则严谨周密,条理井然。但是,如果就此因循守旧,不在提升自己教学风格的境界方面再作出努力,那么久而久之学生就会心生倦怠,教学效果也会下降。因此,教师在保障自己教学风格整体稳定性的同时,还必须志存高远,时刻想着薄弱环节的弥补与局部的创新,以带动自身的教学风格不断完善,促使教学境界不断提升,从而走上不断“破格跃升”的专业发展之路。 从发展心理学角度来看,在教学风格形成与完善过程中,如果内化向外化转化的过程达到了自动化程度,这种转化就会内隐。这时外化很自然地反映内化的旨意,而不需内化有意识的指引。而创新则是内化旨意输出后被学生悦纳的最直接的决定性因素,也是标志性因素。教师在教学过程中遵循的基本规律大体上是一致的,不同的是一些具体问题的处理方式,而这恰恰就是创新的生长点,而教学风格正是在这些具体问题中得以体现。因此,教师必须重视思维创新与教学创新,积极发挥个人的创造力,做到能因时、因地灵活变通教学方法,创造独特的解决方案或个性化教学策略,从而完善自身的教学风格。 如魏书生老师的创新生长点就表现在使用了一些“怪”的教法:引导学生画语文知识树,教学前和学生商定学习目标;留分层次语文作业;教师不出题考学生,却发动学生自主命题抽签考试;教给学生批改作文的方法,使之相互批改作文;班级治理则发挥班干部及全体同学的积极性,学生分头承包班级的工作。这些创新生长点使他的教学具有浓郁的“有效管理”的特色,彰显了其“善治”的教学风格。 四、无格之格阶段 无格之格是教师教学风格的最高境界,达到这一境界标志着教师已经成长为教学艺术家。此时其教学已经不拘一格、不限一法,臻于挥洒自如、炉火纯青的层次。著名的国画大师齐白石曾言:在艺术中,无法之法乃为至法。这句话对于教师教学风格的形成同样适用:无格之格乃为至格。在这一阶段,教师的教学无论从内容的处理到方法的选择,还是从过程的组织到语言的表达,各方面都驾轻就熟、自适自如。 无格之格阶段就如同心理学理论中的“超我”。超我之所以崇高,就在于其个体是独立的、超出群的,而且是能完成对象关系的重大转变的。他能把握对象,更能自主审美、自主发展。超我来源于普遍,又超越普遍。他已经不受制于眼前的群体的羁绊,已经摆脱了小我的现实关系。他通过构建不断完善的教学风格更全面地认知了教学,认知了自身,认知了学生。他的存在就是最高层次的教学实践的存在,就是个体在超我阶段的游刃有余的存在。 综上所述,教学风格是教师在长期的教学实践中逐步形成的具有突出个人特色的教学理念、方法和技巧的综合存在,是教师的独特个性特征在教学中的全面发挥,是教师由教书匠向创新型、超我型教师跨越的桥梁,也是卓越教师必备的要素。一个教师在经历了内化入格、外显立格、创新破格以及无格之格这四个阶段之后,无论是在教学理念、教学方法等内在方面,还是在语言举止、风度形象等外在方面,都会彰显出其教学风格的独特风采。 发展心理学论文:幼儿发展心理学视角下农村幼儿教育存在的主要问题研究 【摘要】随着心理学在教育中的作用越来越被人们认可,幼儿发展心理学也逐渐被运用到幼儿教育中。但是在农村地区由于受到诸多方面的影响,家长和各界往往忽视幼儿的科学发展,本论文重点研究了幼儿发展心理学视角下农村幼儿教育存在的主要问题。 【关键词】幼儿教育 心理学 农村 一、幼儿发展心理学和幼儿教育 幼儿发展心理学是研究0-6、7岁幼儿心理年龄特征和发展规律的科学,幼儿发展心理学包括幼儿知觉的发展、认知的发展、语言的发展、智力的发展、情绪的发展等。幼儿教育只有顺应了幼儿心理的发展才能促进其生长,并为以后学习打下良好的基础,不然,则反之。 二、幼儿发展心理学视角下农村幼儿教育的主要问题 (一)家庭幼儿教育问题 父母是孩子的第一任老师,家庭教育深刻影响一个人的成长和发展,然而,在我国农村地区,家庭幼儿教育却千疮百孔。其问题主要集中在以下几个方面:第一,孩子父母大多知识比较匮乏,缺乏科学育儿的常识,在他们的意识里,通常幼儿机构就是像小学一样让孩子接受数学、语文、社会等知识,所以孩子放学后通常会问孩子今天学到了什么,如果孩子的答案是唐诗宋词或者是数学(1、2、3・・・・・・)那么家长通常是满意的,否则,家长则会抱怨幼儿机构。但是从幼儿发展心理学讲,这一阶段的孩子只要是在游戏的活动中学习,幼儿教育活动是一个渐进的过程而不是一个一蹴而就的过程。并且家长的这一“拔苗助长的观念”阻碍了农村幼儿教育机构的发展,从而形成了恶性循环。 第二,农村中很多家长都抱着一种“找个人带孩子”的心态把孩子送入到幼儿园中接受幼儿教育,在家长这种心态下必然忽视对幼儿教育质量的监督。家长是促进幼儿教育发展的一个重要因素,缺少了家长和幼教机构的互动和交流,幼教机构就会失去发展的一个翅膀。家长的这种做法和态度最终会阻碍幼儿的科学、健康发展。 第三,由于农村基础设施和娱乐设施比较匮乏,因此在孩子的幼儿时期,许多家长一面带着孩子一面进行打麻将、等不良行为,家庭中不良的物理环境严重影响了幼儿的认知发展和以后的学业成绩。以噪音为例,派克(R.D.Parke,1980)认为儿童居住地方噪音的多少,无论是来自家庭内部的还是外部的,儿童既无法控制它又无法回避它,往往与儿童早期的认知发展和以后的学业成绩呈负相关。根据Wachs(1976)报告,家庭环境的规律性与幼儿认知的发展呈正相关,很多发展不良的幼儿的家庭环境往往以无规律性和不可预测性为特征,然而这种家庭环境的无规律性和不可预测性在我国的农村地区表现得更为明显。 第四,幼儿在与父母的交流和互动中才能更好的认知和发展,但是我国农村地区的幼儿和家长存在很多的沟通问题,我国传统封建观念的存在,尤其是在农村地区,“君君臣臣父父子子”等级观念根深蒂固的存在在人们心中,父母总是以一副“家长”的姿态来对待自己的子女,认为家长让孩子做什么孩子就要做什么,导致幼儿与父母的沟通和交流很少;另一方面,由于我国农村地区存在严重的外出打工现象,甚至有的家长两三年都见不到孩子一面。 (二)幼儿教育机构问题 幼儿教育机构是幼儿教育的承载主体,幼儿教育机构设置的科学合理,是促进幼儿健康发展的关键,但是在我国农村地区,幼儿教育机构的问题却非常突出:第一,农村幼儿园存在的隐患多。一方面是私利问题,2013年的一项统计显示:在我国农村地区,95%以上的幼儿机构都是民办和私立的。这些私立的幼儿教育机构基本上都以盈利为目的而完全不顾幼儿发展的需要。另一方面是校车问题,2014年山东省幼儿园的幼儿校车事故又一次引起了社会和政府的广泛关注,许多幼儿园由于缺乏资金,不按政府要求采购校车,存在着严重的超载等问题。 第二,幼儿课程设置不合理。游戏是幼儿学习及发展情绪、认知与社会能力的主要方式,游戏使幼儿有机会了解世界,在群体中与人互动,表达与控制情绪,发展想象力。维果茨基认为,对于幼儿来讲有游戏才有发展。幼儿过早的拿笔写字还很有可能导致手、背畸形等生理疾病。 第三,教学条件不规范,教室条件简陋。在农村地区,有很多幼儿教育机构是无证经营,她们利用自己家的庭院甚至危房来对幼儿进行教育,可供幼儿娱乐的设施极少,有些幼儿娱乐设施是自制的,没有安全保障。 第四,教师配备不合理。合理的配备的幼儿园每班幼儿人数为宝宝班25人,中班30人,大班35人,学前幼儿班不得超过40人。一个班必须3个老师。一个主班,一个配班,一个保育员。但是在农村地区一般一个班级一个老师,人数一般在50人左右。 第五,幼儿教师问题。很多农村幼儿教师都是没有接受过专业的教育。据江西省教委师范幼儿园评估小组通过调查的4个县(市)16所村(镇)学前班和幼儿园发现:教师学历大专文化程度占2.3%,中师文化程度占46.8%,幼师文化程度占14.0%,职高幼师文化程度的占9%,高中文化程度占11.6%,高中以下文化程度的占4.7%,其它占11.6%,真正幼师毕业的只占14.0%,即使包括职高幼师毕业的教员,也只占23%。 (三)政府方面的问题 政府在农村幼儿教育整个过程中扮演着重要的角色,农村幼儿教育的科学发展,政府的努力是必不可少的,但是现阶段政府存在着很多问题。 第一,农村幼儿教育缺乏法律规范的制约。我国的经济发展水平比较低,政治和法律制度还很不完善,西方很多国家的法律明确规定孩子在幼儿期间父母必须在一个星期内接送孩子至少三天,如果不这样做孩子的父母将会得到起诉。我国农村很多幼儿的家长“抛弃”孩子外出打工,严重影响了农村幼儿的心理健康,很多幼儿出现了抑郁等心理问题,长此以往,幼儿在他们长大以后很有可能会引起很多社会问题。 第二,当地政府缺乏对农村幼儿教育的监督。当前农村的幼儿机构可以说是“遍地开花”,大部分农村的幼儿机构是民办的、极其不规范。很多的农村幼儿园都是私立的,没有营业执照、卫生许可证、消防安全证等等一系列合法的证件;甚至有很多幼儿园使用的是危房。 发展心理学论文:发展心理学在学前教育和中小学教育中的应用 摘 要: 发展心理学是研究人在各个年龄时期心理发展特点规律的科学,是国际心理学的一个重要分支。当前,在我国的学前教育和中小学教育过程中,发展心理学的运用,可以更好地帮助教师提升自身的职业化水平,促进我国教育体制的改革和发展,达到素质教育的目的。 关键词: 发展心理学 学前教育 中小学教育 教学应用 发展心理学是研究人在各个年龄阶段心理发展规律的科学,包括婴儿期、幼儿期、儿童期、少年期、青年期、中年期、老年期等重要时期。随着时代的发展,社会的进步,人在各个年龄时期的心理特点都会发生一定程度的差异。在教育领域,发展心理学的应用,可以帮助教师更好地了解学生在各个年龄层次不同的心理特点,从而更好地达到因材施教的目的。在学前教育和中小学教育的过程中,教师对发展心理学的研究和了解,可以更好地提升教师的职业化水平,促进教师综合素质的不断提高,为国家的教育体制改革奠定基础。 一、发展心理学的发展历程 发展心理学主要在于揭示心理发展的普遍性和特殊性、方向性和顺序性及心理发展的不平衡性。发展心理学的前身是儿童心理学,至今已有130余年的历史。19世纪后半期,德国生理学家和实验心理学家普莱尔发表《儿童心理》一书,可以认为是儿童心理学的早期经典著作;19世纪末至20世纪初是儿童心理学的形成和发展的时期,在这个时期,涌现出一批研究儿童心理学的先驱者,并在研究领域各学派呈现相争的局面;1957年,美国《心理学年鉴》用“发展心理学”取代“儿童心理学”作为文章的标题,可以认为发展心理学在心理学中的地位从此更明确。发展心理学历经多年的研究和发展,已经开始趋于成熟,在社会各个科学领域和教学领域备受关注。 二、发展心理学在儿童早期和中小学教育中的意义 近年来,青少年违法犯罪呈现逐年上升的趋势,给经济社会的良性健康发展带来了不良的影响,尤其是犯罪年龄越发呈现低龄化的态势,严重影响了青少年的健康成长。在这样的社会背景下,在儿童早期和中小学教育的过程中重视心理学教育,可以更好地实现青少年身心健康成长的目标和期望,有效地防止青少年犯罪,促进我国新一代学生思想道德品德和心理健康。在教育改革领域,发展心理学的应用,可以促进我国教育体制的不断改革和完善,实现教育体制沿着素质教育的方向不断健康发展。 三、发展心理学在学前教育和中小学教育中的应用 发展心理学作为研究人的心理发展规律的科学,在教育领域的应用是极其广泛的。在儿童时期和青少年时期,这个时期的孩子的世界观和价值观尚未成型,发展心理学的应用,可以帮助教师更好地了解儿童的心理,从而实现学生心理健康成长。 1.发展心理学在学前教育中的应用 学前教育作为幼儿成长过程中的早期教育,教学质量和教学水平直接关系到幼儿的健康发展。一直以来,我国幼儿教育过程中,很多学校的教育理念和教学模式落后。尤其是在当前的一些私立幼儿园,打着“不让孩子输在起跑线上”的旗帜,在幼儿园大力实施小学化的教育,忽视幼儿的心理健康教育和个体差异性,所实施的教育缺乏个体性和差异性,使得幼儿过早地接受一些小学化的应试教育。发展心理学在学前教育中的应用,可以帮助教师更好地了解幼儿的心理发展特点,了解幼儿的喜好和个性特点,从而帮助教师在教学过程中重视幼儿的心理教育、人际关系、创新能力等的培养和塑造,达到幼儿健康成长的目的。 2.发展心理学在中小学教育中的应用 百年大计,教育为本。中小学阶段的学生在心理发展上已经有了自己的主张和见解,只是在社会的大环境之下,中小学生对于一些善恶还不能进行明确的划分,在成长过程中容易受到外界的影响出现一些选择上的偏差。尤其是在当前激烈的社会竞争环境下,中小学生在面对学习上的压力、社会上的压力等方面,容易出现不健康的心理。此外,对于一些特殊家庭的孩子,如离异家庭的孩子、独生子女家庭和一些留守儿童等,更需要在心理上给予特殊的照顾和抚慰,以消除不良情绪,形成积极健康的心理。在中小学教育过程中,发展心理学的应用,可以帮助教师更好地纠正学生的不良情绪,使学生在成长过程中,更好地适应学习和生活,并且帮助学生培养良好的思想道德品质,形成积极健康向上的心理状态,以更高的热情投入到学习和生活中。 3.发展心理学在教学改革中的应用 近年来,我国教育体制改革发展得如火如荼。教育体制的改革,总会伴随部分教师、家长和学生的不适应,严重者会导致一些抵抗情绪和偏激情绪的产生。在教育体制改革的过程中,发展心理学的应用,可以更好地消除教师和家长及学生的不良情绪,帮助他们纠正应试教育理念上的偏差,更好地达到素质教育的目的。总结起来,发展心理学在教学体制改革的过程中可以应用于以下几个方面: 首先,发展心理学可以应用于德育教育的领域。德育教育是当前我国学校教育过程中的重要教育,也是教育体制改革过程中重点关注的教育。在青少年成长的过程中,对学生进行德育教育,可以更好地促进学生形成健康的心理和良好的思想道德品质,促进学生的健康成长和发展。 其次,发展心理学可以更好地推动素质教育的发展。发展心理学在学前教育和中小学教育中的应用,可以使教师更加关注学生的心理健康,关注学生的个性成长,关注学生的个性发展,这和新课程改革主导下的“以学生为主体”的教学理念不谋而合。发展心理学对学生健康心理素质的形成具有重要的影响,为树立学生积极的心态具有重要的促进作用。可以说:发展心理学可以更好地推动素质教育的发展。 总而言之,作为一门研究个体心理发展规律和特点的学科,发展心理学在学前教育和中小学教育中的应用,具有很多积极的意义。尤其是在当前新课程改革的背景之下,发展心理学的应用,可以更好地推动教育体制的改革和发展,为教师在中小学领域全面实施素质教育奠定坚实的基础,也可以帮助我国的青少年在成长过程中树立良好的世界观、人生观和价值观。 发展心理学论文:从发展心理学角度探究幼儿钢琴学习方法 【摘 要】本文通过对国内外文献资料的研究分析,对现有理论的分析探讨以及笔者的亲身教学实践,提出了钢琴教学与发展心理学相融合,从发展心理学的视角探索儿童钢琴教学,对幼儿的心理特征以及影响幼儿音乐发展的心理因素进行分析,了解幼儿钢琴教学过程中存在的问题,并提出相关对策。 【关键词】发展心理学;幼儿;钢琴学习 一、绪论 钢琴是一门优雅的艺术,可以陶冶人的情操,抒发情感。要想学生学好钢琴,让钢琴成为他们感兴趣的一门学科,钢琴教学者面临的一个问题就是如何让孩子在身心愉悦的情况下学习钢琴。这就涉及到儿童的心理了,需要老师在正常教学课程的同时,要仔细观察每个孩子的表现,通过孩子的不同表现来探测儿童的心理,通过发展心理学的理论与实际教学相融合来研究一套适合不同年龄阶段儿童心理的儿童钢琴教学法。从儿童心理的角度出发,用科学的方法通过启发和正确的引导来教授钢琴。让儿童在快乐的氛围中享受音乐带来的乐趣。 二、研究对象及方法 本文研究对象为幼儿园3~7岁幼儿。通过借鉴和查阅国内外的相关资料和书籍,通过互联网的查找资料以及去图书馆翻阅图书,收集与本文有关的资料,整理并分析,对文献资料进行提炼与总结。通过调查研究儿童钢琴教学的实践,以及对每个年龄阶段儿童的观察,对儿童钢琴学习情况进行研究分析与总结,对钢琴教学现状的分析,应对儿童钢琴学习中的一些问题。 三、现代幼儿的心理简析 儿童发展心理学以儿童为研究对象,研究儿童各年龄阶段的发展特征,研究儿童心理发展相关的环境、遗传等因素的影响,不仅仅局限于教育范围,着眼点在理解儿童的发展。因此研究要分析儿童的年龄特点,来制定适应儿童特点的、最大促进儿童心理发展教学手段,如抓住儿童的关键期与敏感期。 (一)幼儿的心理特征 幼儿期是指3岁至7岁的儿童时期。在这一时期幼儿的注意力更集中于新鲜、有具体形象的事物上,比较擅长于具体形象记忆,对事物的外观特征有着更为直观的记忆,但大部分的记忆还是以无意识记忆为主,要想记忆服从一定的目标还是有一定难度的,且不擅长逻辑记忆,记忆的持久性及精准性相对较差。幼儿在此时的思维模式还主要是具体的形式思维,自我中心主义。同时幼儿在幼儿期词汇量会发生明显增加,是一生中增加速度最快的时期,幼儿在进行言语表达的同时会伴有丰富的面部表情和动作。 (二)影响幼儿音乐发展的因素 从幼儿音乐心理特点的角度来看幼儿音乐心理发展,影响幼儿音乐心理发展的因素主要有如下几个方面: 1.遗传 就一般而言,父母从事音乐艺术方面工作的,由于遗传因素的影响,其子女的音乐素质也大都相对较好,例如,在大音乐家巴赫的家族中,300多年时间竟然出现了360名音乐家纵观音乐史我们不难发现遗传在一定程度上影响幼儿音乐心理的发展,但是也要与后天的培养相结合。 2.家庭环境 幼儿从出生开始最先接触最常接触的人就是家长。在钢琴教育中,家长都会有自己的想法和观念,因此家庭环境会对幼儿的钢琴学习和教育产生深远的影响。 幼儿在学习钢琴时,会非常希望得到家长的鼓励和表扬,而家长的鼓励和陪伴也会增强幼儿的学习热情,为孩子创造一个具有动力的学习环境。 3.教育 幼儿时期幼儿的音乐心理就有了很大的进步和发展,这样就为之后的音乐教育创造了有利的条件,所以说幼儿时期是音乐学习教育的最佳时期,同时教育也会对幼儿的心理发展产生深远的影响。比如有的幼儿有良好的音高、节奏感和一定的音乐创造能力,在学习中常常体现在视唱音高准,练耳能力强,音乐表现与理解佳等。这类幼儿通过专业的训练,往往能获得更好的音乐能力。 四、幼儿钢琴教学过程中存在的问题 本文对幼儿园3~7岁幼儿进行调查研究,通过调查研究发现幼儿钢琴教学过程中存在很多问题,主要有教育观念落后、教学方法匮乏等,针对调查研究中发现的问题,对问题进行剖析,对幼儿的心理特征以及影响幼儿音乐发展的因素进行分析,了解幼儿钢琴教学过程中存在的问题,并提出相关对策。 (一)教育观念的落后 现代幼儿家长对于钢琴学习往往存在趋利观念,考级思想严重,要引导幼儿家长正确认识和看待钢琴的考级问题。在幼儿钢琴学习问题上,很多的家长都是希望孩子能过钢琴几级,试图通过这个来证明自己的决策的正确性和孩子的优秀。其实这样的想法是有一定的弊端的,是教育观念落后的一种思想。 (二)教学方法匮乏 在当前的钢琴教学中,教学方式比较单一,大部分是以钢琴教师为主,学生只是被动的学习,看老师讲课,听老师演奏,并不知道其中包含的意义,一味的在模仿老师弹琴。只是这样一直重复上课,幼儿对于钢琴学习的热情就是渐渐被磨灭,越来越不感兴趣,慢慢的就会产生逆反心理,越来越不愿意练琴,产生厌学情绪,不想再上课学习钢琴。 五、提高幼儿钢琴学习的方法对策 (一)培养幼儿学习钢琴的兴趣 兴趣是最好的老师,注重培养学生对每门课程积极的学习态度,才有助于培养学习兴趣。要想提高学生的学习兴趣,首先要培养学生积极的学习态度,在端正学生学习态度的同时还要按照学习计划创设一定的学习情境,以此来进一步激发学生的学习兴趣。一些幼儿在学习钢琴时,或多或少的都会出现注意力不集中的情况,会容易被外部的新鲜事物所吸引,所以在对教材的选择上要选择色彩鲜艳的、有图画的教材,这样就可以吸引幼儿的注意力,使其集中到学习上,同时也要选择曲调旋律欢快、幼儿喜欢的钢琴曲进行演奏和教学,使幼儿积极的参与到学习中去,课后可以对幼儿进行鼓励,设置鼓励卡片,从而增加幼儿学习钢琴的自信心和学习热情。钢琴教师要善于表扬和鼓励学生,使其在学习和表演的过程中能够实现自我,树立自信心,体会到钢琴带来的快乐。 (二)注重儿童的创造性思维 儿童音乐教育的普及程度越来越高,在音乐教育中,钢琴的演奏技术是教学的重中之中,但同时培养儿童的音乐鉴赏和音乐理解能力,培养幼儿的创造性培养能力也成为现代钢琴教育的主流趋势。 心理学上认为,培养创造性思维能力是发展智力的优秀。在音乐学习中,可以充分调动一个人的所有感官去感受音乐的能力,在此基础上,学生可以在学习中发挥自己的想象力和创造力,然后将音乐作品在此基础上演绎出来。音乐作品的演绎需要演奏者充分的了解感受音乐作品的每一个音符,即使是相同的旋律,经过每个人的了解感受,也会演奏出不同的效果。 (三)家长在幼儿学习钢琴中的重要作用 在幼儿学习钢琴的初始启蒙阶段,幼儿的年纪还尚小,理解能力和意志力都相对比较薄弱,因此十分需要家长的陪同。钢琴教师在幼儿钢琴教学中的作用十分重要,但是钢琴教师却不可能天天陪着幼儿进行钢琴的学习,这时候家长的作用就十分重要了,家长天天和孩子在一起,这样家长的陪伴就对孩子的学习教育有很大的影响。儿童的惰性很强,如果家长不勤快的话,很少有儿童愿意自己去练琴的。所以在日常的练习中家长要起到协助和提醒的作用,家长要有正确的态度来引领儿童练琴。 发展心理学论文:儿童发展心理学探讨 摘要:儿童孤独感与同伴关系的研究是儿童发展心理学领域的重要课题之一。孤独感是一种消极的,弥漫性的心理状态,儿童长期处于此状态会导致适应不良。国外对孤独的研究比较多,我国对孤独的研究最近十几年来发展比较快。综合国内外的研究资料发现:研究对象年龄跨度不平衡,针对老年人的研究比较多,对青少年和儿童的研究比较少。本研究便是以儿童为研究对象展开的。 1研究目的 同伴关系在儿童青少年的发展和社会适应中起着重要的作用。一直以来,同伴关系都是儿童社会化领域的重要研究对象,是每一位儿童青少年都无法回避的话题,对儿童青少年的社会化和健康成长具有重要的作用。同伴关系的状况对儿童青少年的心理适应产生重要影响。孤独是一种消极的、弥漫性的心理状态,儿童长期处于此状态会导致适应不良。在孤独感领域的研究中研究对象年龄跨度不平衡,针对老年人的研究比较多,对青少年和儿童的研究比较少,本研究的目的就在于研究儿童同伴关系与孤独感间的相关关系,最终为缓解儿童的心理适应问题提供理论基础,增加在孤独感研究领域中对儿童的探索和研究。 2研究设计 同伴关系作为同龄人之间或心理发展水平相当的个体间在交往过程中建立和发展起来的一种人际关系,可以分为四个水平:个体特征水平、人际交互水平、双向关系水平和群体水平。 本研究选择了同伴关系水平中的双向关系水平和个体特征水平作为考察同伴关系的指标。友谊质量处于双向关系水平,反映的是个体与个体间的情感联系;社交自我知觉处于个体水平,是对自己社交状况的主观评价。 3研究过程 3.1 被试在湖北省枣阳市第一实验小学的四、五、六年级的各平行班级中分别随机选取一个班级,在每个班级中按照同学成绩的上、中、下水平,在各水平中随机选取11人,即每个班级抽取33人,每个年级选取一个班级,共99人。发放问卷99份,施测后得到有效问卷97份。其中四年级33人,五年级33人,六年级31人;男生48人,女生49人(见表1)。 3.2 研究工具 3.2.1 儿童孤独量表 Asher等1984年编制的专用于3-6年级学生的儿童孤独量表(Children's Loneliness Scale)。 3.2.2 儿童自我知觉量表 PCSC量表(The Perceived Competence Scale for Children)是Harter 1982年编制的儿童自我知觉问卷。 3.2.3 友谊质量问卷 采用《友谊质量问卷》(Friendship Quality Questionnaire)的简表,共l8个项目,原量表有40个项目 。 3.3 施测程序由经过培训的班主任老师做主试,采用团体施测的方式进行。施测时以班级为单位,由主试讲明要求,解释指导语,必要时给予个人指导以确保被试正确理解问卷。 3.4数据的处理与分析利用spss11.5软件进行统计处理。 4研究结果 4.1 儿童孤独感的整体分布儿童孤独感问卷每个项目按照五级计分,从完全不符合到完全符合,分数从1-5分,这样16个题目最高分为80分,最低分为16分,分数越高表明儿童的孤独感越强烈。本次调查结果见表2和图1。 由图1可见,较多的儿童集中在分数低的一端,即体验到较低孤独感的儿童比较多。按照Asher的分类方法,现将所得孤独分数标准化,据Z分数将儿童分为三类:高孤独型(Z 1),一般孤独型(-1≤Z≤1),低孤独型(Z2,表明儿童具有严重的孤独感。本次调查结果显示体验到低孤独感型儿童占13.4%;一般孤独型儿童占73.2%;高孤独型儿童占13.4%;3%的小学儿童体验到严重的孤独感。此结果与Asher和我国学者邹泓调查结果相近。 4.2 儿童孤独感的性别、年级差异 采用独立样本T检验,分析儿童孤独感在性别上是否存在差异,研究结果(见表3)表明:儿童孤独感在性别上不存在显著的差异(t=0.66,p=0.511 0.05),也就是说,男女生之间孤独感体验差异不大。 研究结果(表4)显示,儿童孤独感不存在年级差异(F=1.403,P=0.251 0.05)。 4.3 友谊质量的整体分布《友谊质量问卷》共18个项目,评价与最好朋友的友谊质量,包括肯定与关心、帮助与指导、陪伴与娱乐、亲密袒露与交流、冲突解决策略、冲突与背叛这6个友谊维度,该量表为5点量表从完全不符到完全符合,分别记为1-5分,将冲突与背叛的项目反向记分后,再将l8个项目相加得到友谊质量总分,分数越高则友谊质量越好。本次调查结果见表5: 4.4 儿童友谊质量的性别和年级差异 采用独立样本T检验,分析儿童友谊质量及其六个维度在不同性别之间是否存在差异,研究结果表明(见表6):在友谊质量的亲密与袒露维度上存在极其显著的性别差异,表现为女生的亲密与袒露程度要高于男生。男女生的友谊质量总分也差异显著,表现为女生的友谊质量要显著高于男生。在其他维度上男女生差异不显著。 采取单因素方差分析发现(见表7),儿童友谊质量及其六个维度在不同年级之间不存在显著差异。 4.5 儿童自我知觉的性别和年级差异社交自我知觉是选用《儿童自我知觉量表》中的一个维度,该量表为4点量表,从完全不符合到完全符合,分别记为1-4分,计算该维度所有项目的总分,得到儿童的社交自我知觉分。社交自我知觉分越高则社交自我知觉水平越高。 独立样本T检验结果显示(见表8)男女生社交自我知觉差异不显著(T=1.580,p=0.117 0.05)。 单因素方差分析结果显示(见表9)社交自我知觉的年级差异不显著(F=2.209,p=0.116 0.05)。 5结论 ①儿童的社交自我知觉与孤独感呈显著负相关,社交自我知觉较高的儿童体验到的孤独感较低。②积极友谊质量与孤独感呈显著负相关;消极友谊质量与孤独感存在显著正相关。儿童的友谊质量越高则其体验到的孤独感越低。③儿童社交自我知觉这一主观指标与孤独感的相关比友谊质量这一客观指标与孤独感的相关更显著。④社交自我知觉除了与友谊质量的消极维度(冲突背叛)不存在显著相关外,与其他所有变量间均存在显著相关,其中,和友谊质量的积极维度为显著正相关,而与孤独感则为显著负相关。⑤友谊质量的亲密袒露维度得分以及友谊质量得分存在显著的性别差异。女生的亲密袒露程度和友谊质量显著高于男生。⑥儿童同伴关系与孤独感水平不存在显著的年级差异,处于稳定状态。 发展心理学论文:发展心理学在学前教育和小学教育中的应用 【摘 要】发展心理学能够为我们呈现心理发展阶段的普遍特征,和个体发展的特殊规律。发展至今已经有超过百年的历史了。1957年开始慢慢取代了它的前身儿童心理学,在心理学中占据更重要的地位。将发展心理学应用在教育中,能够让教师的教学更有针对性,更有利于学生的健康成长。本文的写作目的就是通过了解发展心理学的发展历程探讨发展心理学在教学中的意义,分析发展心理学在学前教育和小学教育中的应用。 【关键词】发展心理学;心理健康;全面发展 人的一生中有很多阶段,婴儿时期、青少年时期、老年时期等等,不同的时期人的心理状态展现出不同的状态和特点,而发展心理学就是研究各个时期心里特征的一门科学。讲发展心理学应用在教育中,能够让教师更好的了解学生的心理状态,根据学生不同时期的心理状态调整教学方式和教学方法,关注学生的心理变化,从而实现更好地教学效果。 一、发展心理学在儿童早期和小学教育中的意义 学生在不同时期的心理状态有着不同的特点,教师需要根据学生不同发展时期的特点调整教学方法。以儿童早期和小学阶段为例,这一阶段是儿童智力发展最快的时期,小学生的求知欲旺盛,注意力在稳定的增长,记忆力也在不断的发展。这一阶段教师要注意让学生更好的适应学校的集体生活,将学龄前教育和小学教育更好的衔接起来,注意培养学生好的学习态度和学习习惯以及好的学习方法。此外近年来学生出现心理问题的年龄有提前的趋势,这就要求教师在这一阶段要关注学生的心理健康。这一时期学生可能会出现的心理问题可能有,多动症、学校恐惧症、以及儿童感觉统合失调症等等。教师掌握了学生在儿童早期和小学教育中的特点和问题才能对学生采取更有针对性的教学措施。 二、发展心理学在学前教育和小学教育中的应用 1.发展心理学在学前教育中的应用 学龄前教育是孩子培养学习兴趣,开始接触学习的重要阶段,而且也与儿童心理健康的发育密切相关。[1]但是在现阶段应试教育的影响下,很多幼儿教师不注重对学生思考能力的培养,只是向儿童灌输了大量的知识,让学生不仅承受了巨大的压力也没有形成良好的学习习惯和学习方法,导致在上小学的时候无法快速的适应小学的学习。但是将发展心理学应用在学前教育中,对学生的智力进行更好的培养和发掘,规范学生形成良好的学习习惯,鼓励学生多动脑思考,同时在教学中渗透一些和小学一年级相关联的知识,例如简单的拼音字母和日常常用的生字,让学生认识数字,鼓励学生在生活中发现知识,锻炼学生注意里的集中等等。让学生在学龄前就能够尽可能形成规范的学习行为和学习习惯,以便学生能够更好的适应小学的生活。 2.发展心理学在小学教育中的应用 小学阶段学生的自主意识和独立人格开始逐渐形成,但是这一阶段对于是非的判断能力还很薄弱,一旦没有接受好的教育和引导很容易误入歧途。[2]而且很多学生在刚刚开始上小学的时候会觉得小学和幼儿园的差距非常大,对于环境的忽然改变很容易感觉到不适应,很多教师在这一阶段没有重视学生的这种心理变化,导致学生出现上学恐惧,害怕老师,对学习产生厌倦等不良现象,不利于学生的学习和发展。在小学阶段教师如果能根据发展心理学,为学生营造一个良好的课堂氛围,制造宽松的课堂环境,用学生更容易接受的课堂形式,例如应用多媒体在教学中为学生多展示一些动画和图片,在教学中采用游戏的形式,对接受能力比较差的学生给予更多的帮助和包容,让学生逐渐适应小学的课堂教学形式,尽早的将小学与幼儿园衔接起来 3.发展心理学在教学改革中的应用 教育体制的改革对教师学生和家长都提出了很大的挑战,这也使得他们经常会觉得有一些不适,甚至产生抵触情绪。应用发展心理学就可以有效的解决这一问题,帮助学生和家长更好的理解教育改革的意义,减少对教育改革的误解和抵触,更好地促进学生的学习和发展。 发展心理W能够促进学生德育的发展,现阶段的学习中很少有学校开设专门的德育科目,但是德育对于学生的健康发展又有着十分重要的意义。利用发展心理学,教师可以将德育渗透到很多学科中去,根据学生学龄前和小学阶段的心里特点,采取他们能够接受的方式,然他们在不知不觉中接受良好的德育熏陶,形成良好的品格。此外发展心理学还有助于素质教育更好的推动,让教师在教学中了解和发掘学生的特长,促进学生更全面的发展。 将发展心理学应用在教育中,有助于教师根据不同学生的心理状态采取更适宜的教育方法,从而更好地因材施教,帮助学生更好的全面发展。发展心理学解释了人在各个时期发展规律的普遍性和特殊性,这就要求教师要根据不同学生不同时期的特点,及时的调整相关的教学手段,尤其是学龄前和小学的学生很多方面发展都尚未成熟,需要教师给予足够的关心,无论是学习上的还是心理上的,他们需要教师的正确启发和引导。总之,发展心理学都够帮助教师更好的教学,促进学生的学习,顺应教育改革的发展。
机械制造自动化技术是一个集机械、光学技术应用以及信息技术操作等技术于一身的综合体,不仅是现代机械制造业中不可缺少的技术类型之一,也是人类应用于高新技术领域的好帮手。因此,将该项技术与现代通信技术融合,来代替人工操作,不仅有利于人工智能技术的发展,还能大大缩短工业产品的生产周期,以顺应当下绿色环保的科学理念。 1当前机械制造自动化技术的应用现状 随着科学技术的发展和进步,计算机制造系统也逐渐集成化和高速化,大大促进了我国机械制造自动化技术的发展和革新。但是从本质上来看,我国机械制造自动化技术依然处于发展和萌芽的状态,较国外发达国家相比还有很大的差距。具体表现为:首先,在管理模式上来说,国外发达国家大多以应用计算机系统进行集约型管理,而且设置了专门的管理组织对体制和生产模式进行高效管理,从而不断推出高新型的管理技术,但我国大部分企业依然采取计算机辅助管理,依靠人力资源分散进行,大大降低了产品生产效率,其次,在功能设计方面,发达国家通过引进人才和高新技术等方式,不断创新发展设计方法,CAD技术就是其中之一,但我国CAD技术的应用水平还处于初级阶段,没有得到快速发展;再次,在制造工艺上,很多国家已经采取了新型的加工技术和工艺,如纳米科技、精密加工技术以及激光等人工智能技术,大大提升了工业产品的产值,但我国对于上述技术的应用还不够全面和具体。最后,在自动化技术方面,国外一些国家已经普遍掌握了数控机床以及柔性制造系统等,生产流程逐渐朝着集约化和高效化的方向发展,但我国依然沿用传统的生产流水线,发展缓慢。 2自动化技术在机械制造业中的应用分析 2.1信息系统的自动化技术 首先是计算机辅助工艺设计。计算机辅助工艺设计作为机械自动化技术和辅助技术之间的桥梁和纽带,提升设计质量,不仅可以强化产品工业流程,还能进一步促进生产质量。基于此,CAPP技术的功能基本为:向计算机信息系统中输入有关信息,在确定工艺路线和工艺流程的同时,促进设计工序和内容,以及选择合理的加工工具等。在对设计成本进行估算的同时,输出工艺文件,从而拟定设计合同,保障技术单位和客户双方共同利益。在机械制造行业领域中,通过采取计算机辅助设计工艺,可以彻底将人力解放出来,改善传统手工编制代码的流程,减少生产时间的同时,大大提升编制的正确性和稳定性,为开发新技术提供条件。其次是计算机集成系统,可以帮助机械制造系统形成集约化的发展,增加各个环节之间相互渗透的职能和作用。同时,在人力的指导之下,将图纸信息和各种资源数据进行采集和加工,避免重复劳动所带来的时间消耗问题,从而保障产品的设计工艺和生产效率。 2.2供输和装配的自动化 物流供输系统,作为机械制造自动化流程中重要的环节之一,可以在原材料生产和加工之后,将成品运输到相关的指定地点,在保障制作过程流畅性和系统性的同时,完善自动化物流体系的建设。其中涉及的组件包括之行划软件系统以及单机自动装置等。按照相关的技术要求,完成搬运、检测以及组合等步骤,整理产品生产的配套设施,全面提升工业产品的生产质量,简化流程。 2.3虚拟化技术 伴随着电子信息技术的发展,将计算机虚拟技术应用到机械制造自动化流程当中,成为信息时展的必然趋势。虚拟化技术采取计算机技术和控制理论等,将一系列高新技术和产能融入到计算机系统之中,例如通过将计算机仿真技术和信息控制技术高度结合,在实际制造机械时,可以使操作过程完全虚拟化和模拟化,减少由于人为失误造成的隐存问题,使机械产品更加智能化。同时,虚拟技术的应用,也大大减少了核算成本,有利于提升制造企业的优秀竞争实力。 2.4加工系统自动化和检测自动化技术 传统的机械制造过程,有大量的重复活动,限制了生产效率。但是加入自动化技术,可以自由地装卸各类工件和数据,优化自动化过程中的加工系统,从而大大减少人力劳动,提升操作的精确度。同时,检测系统的自动化技术,能够将一些复杂的工序融入到计算机辅助工业产品设计系统中,从而引用智能设备网络技术、人工智能技术以及神经网络技术等,检测电流信息数据信号,从而提升工业产品设计的精确度。 3机械制造自动化技术的发展趋势研究 3.1数字化 数字化作为机械制造自动化技术发展的关键和优秀,能够集制造技术、电子信息技术和管理于一身,强化数字设计和制造技术等环节。尤其是对于制造设备来说,想要控制参数数据就需要以数字信号形式表现出来;但是对于制造型企业来说,数据信息、图形数据以及文案图像等都是通过数字形式在企业内部高速传播的,这样不仅能够顺应市场发展的趋势,还能快速搜集行业信息,促进企业的高速运行。因此,在数组制造的环节下,想要实现加工领域跨国、跨地区的发展,就需要在企业、生产车间以及每个员工中找到一个计算生产结点,保证技能的公式化表达。而这些操作都是与数字化密不可分的。 3.2集成化 新时期,在机械制造自动化技术发展的过程中,集成化是主要的发展方向。同时,面对当前自动化技术在机械制造业中的应用现状,技术人员应该不断革新自动化生产模式,将计算机组合和计算机辅助技术作为基础,然后通过科学合理的整合,将机械制造系统作为一个发展整体和生产趋势来研究。除此之外,将系统模块化,然后再找出其中的关联和影响模型,将自动化管理系统、自动化制造系统以及产品自动化信息数据囊括其中,在保证产品生产效率和质量的前提下,提升自动化集成效率。因此,在未来的机械制造自动化技术发展过程中,集成度会逐渐加深,对整个领域的发展奠定坚实的理论基础。 3.3智能化 机械制造业的发展重点就是智能化,就是要求在机械生产和加工的过程中,实现高效的人机互动,从而大大加深机械制造系统的适应能力和操作能力。尤其是在未来的机械加工行业中,智能化一定会越来越受到重视,在自动化机械技术发展革新之后,推动机械制造业的发展和进步。基于此可以发现,智能化制造模式是自动化和集约化模式的结合,其能够深入发展到高新技术水平的领域之中,促进机器和人高效互动的同时,将模拟化技术和柔性化技术延伸到制造业的各个环节之中,在进行实际的机械制造过程中,能够对技术、产品、生产工艺以及各项数据进行判断、总结、分析和认证,得到科学的决策依据,从而为制造型企业提升品牌竞争力,实现社会效益和经济效益的有机统一。 4结语 综上所述,机械制造自动化技术在实际应用的过程中,由于起步较晚与较发达国家相比还存在一定的差距。因此,机械制造企业需要不断提升以创造力为优秀的竞争意识,促进信息系统的自动化、供输和装配的自动化以及加工系统自动化和检测自动化,只有这样,才能实现工业产品加工的智能化和集约化,从而促进整个机械制造业的发展和进步。 参考文献 [1]张振.机械制造自动化技术发展趋势研究[J].建材与装饰,2016(50):218-219. [2]王玮琼.自动化技术及在机械制造中的应用[J].时代农机,2015,42(11):27-37. [3]廉冰娴.探讨有关机械制造与自动化技术应用[J].现代制造技术与装备,2015(6):145-148. 作者:李战义 单位:济宁市技师学院
工程测量学论文:工程测量学发展管理论文 摘要:本文对工程测量学重新进行了定义,指出了该学科的地位和研究应用领域;阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展;在理论方法发展方面,重点对平差理论、工程网优化设计、变形观测数据处理方法进行了归纳和总结。扼要地叙述了大型特种精密工程测量在国内外的发展情况。结合科研和开发实践,简介了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统——科傻系统。最后展望了21世纪工程测量学若干发展方向。 关键词:工程测量工业测量精密工程测量测量机器人工程网优化设计 一、学科地位和研究应用领域 1.学科定义 工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 2.学科地位 测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。该学科无论怎样发展,服务领域无论怎样拓宽,与其他学科的交叉无论怎样增多或加强,学科无论出现怎样的综合和细分,学科名称无论怎样改变,学科的本质和特点都不会改变。总的来说,整个学科的二级学科仍应作如下划分: ——大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量); ——工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量); ——航空摄影测量与遥感学; ——地图制图学; ——不动产地籍与土地整理。 3.研究应用领域 目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分;也有按行业划分成:线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工业测量等,几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。 由Hennecke,Mueller,Werner3个德国人所编著的工程测量学,主要按下述内容进行划分和编写:①测量仪器和方法;②线路、铁路、公路建设测量;③高层建筑测量;④地下建筑测量;⑤安全监测;⑥机器和设备测量。 由于工程测量的研究应用领域非常广泛,发展变化也很快,因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。 国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会,过去它下设4个工作组:测量方法和限差;土石方计算;变形测量;地下工程测量。此外还设了一个特别组:变形分析与解释。现在,下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是:大型科学设备的高精度测量技术与方法;线路工程测量与优化;变形测量;工程测量信息系统;激光技术在工程测量中的应用;电子科技文献和网络。2个专题组是:工程和工业中的特殊测量仪器;工程测量标准。 德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年起组织每3~4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题:测量仪器和数据获取;数据解释、处理和应用;高层建筑和设备安装测量;地下和深层建筑测量;环境和工程建筑物变形监测。 1992年第11届讨论会的专题是:测量理论与测量方案;测量技术和测量系统;信息系统和CAD;在建筑工程和工业中的应用。 1996年的第12届讨论会的专题是:测量和数据处理系统;监测和控制;在工业和建筑工程中的质量问题;数据模型和信息系统;交叉学科的大型工程项目。 从以上可见,工程测量学的研究领域既有相对的固定性,又是不断发展变化的。笔者认为,工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障,满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。 二、工程测量仪器的发展 工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件,向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术,可实现测量的全自动化,被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标,在1s内完成一目标点的观测,像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测,可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起,称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合,可实现无控制网的各种工程测量。 专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的,主要应用在精密工程测量领域。其中,包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是:高精度、自动化、遥测和持续观测。 用于建立水平的或竖直的基准线或基准面,测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距),称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪,金属丝引张线,各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪,以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。 在距离测量方面,包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETERLDM2双频激光测距仪,中长距离测量精度可达亚毫米级;可喜的是,许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化,其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR,应变仪DISTERMETERISETH,石英伸缩仪,各种光学应变计,位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪,能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度,成为重要的长度检校和精密测量设备;采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度,它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。 高程测量方面,最显著的发展应数液体静力水准测量系统。这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度,可同时获取数十乃至数百个监测点的高程,具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里,如用于跨河与跨海峡的水准测量;通过一种压力传感器,允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。 与高程测量有关的是倾斜测量(又称挠度曲线测量),即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展,其精度达微米级。 具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点,采用多传感器的高速铁路轨道测量系统,用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车,测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机,可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。 综上所述,工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点,可作精密定位和准直测量,可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,还可测振动频率以及物体的动态行为。 三、工程测量理论方法的发展 1.测量平差理论 最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型,它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上,主要包括:平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断;模型误差对参数估计的影响,对参数和残差统计性质的影响;病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要,导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论,以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际,出现了稳健估计(或称抗差估计);针对法方程系数阵存在病态的可能,发展了有偏估计。与最小二乘估计相区别,稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。 巴尔达的数据探测法对观测值中只存在一个粗差时有效,稳健估计法具有抵抗多个粗差影响的优点。建立改正数向量与观测值真误差向量之间的函数关系,可对多个粗差同时进行定位和定值,这种方法已在通用平差软件包中得到算法实现和应用。 方差和协方差分量估计实质上是精化平差的随机模型,过去一直仅停留在理论的研究上。实际中,要求对多种观测量进行综合处理,因此,方差分量估计已成为测量平差的必备内容了。目前,通用平差软件包中已增加了该功能,但还需要在测量规范中明确提出来。 需要指出的是:许多测量作业单位喜欢采用附合导线进行逐级加密,主要依据目前规范中有关一、二、三级导线和图根导线的规定。无疑附合导线具有许多优点,但由于多余观测少,发现和抵抗粗差的能力较弱,不宜滥用。建立一个区域的控制,首级网点采用GPS测量,下面最好用一个等级的导线网作全面加密。从测量平差理论来看,全面布设的导线网具有更好的图形强度,精密较均匀,可靠性也较高。 2.工程控制网优化设计理论和方法 网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件,解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用,对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言,按固定参数和待定参数的不同,网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计,涉及到网的基准设计,网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中,施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距,网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外,其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是:根据设计资料和地图资料在图上选点布网,获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟观测方案,根据仪器确定观测值精度,可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵,协方差阵的主成份计算,特征值计算,点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较,使之既满足设计要求,又不致于有太大的富余。通过改变观测值的精度或改变观测方案(增加或减少观测值)或局部改变网形(增加或减少网点)等方法重新作上述设计计算,直到获取一个较好的结果。 在实践中,总结出了下述优化设计策略:先固定观测值的精度,对选取的网点,观测所有可能的边和方向,计算网的质量的指标,若质量偏低,则必须提高观测值的精度。在某一组先验精度下,若网的质量指标偏高了,这时可按观测值的内部可靠性指标ri,删减观测值。ri太大,说明该观测值显得多余,应删去;若ri很小,则该观测值的精度不宜增加。这种根据ri大小来删除观测值的方法称为从“密”到“疏”,从“肥”到“瘦”的优化策略。 从模拟法优化设计的整个过程来看,它是一种试算法,需要有一个好的软件。该软件除具有通用平差软件的功能外,在成果输出的多样性、直观性,在可视化以及人机交互界面设计方面都有更高要求。同时也要求设计者具有坚实的专业知识和丰富的经验。 用模拟法可获得一个相对较优且切实可行的方案,可进一步用模拟观测值作网的平差计算,同时可模拟观测值粗差并计算对结果的影响。这种方法称为数学扭曲法或蒙特卡洛法。对于一个精度、可靠性以及灵敏度要求极高的监测网或精密控制网,作上述优化设计和精细计算是十分必要的。国内在这方面的应用报道较少。多是为了安全起见,有较大的质量富余,建网费用偏高。网优化设计费用很少,所带来的效益较大,凡是较重要的工程控制网,都应作优化设计。 3.变形观测数据处理 工程建筑物及与工程有关的变形的监测、分析及预报是工程测量学的重要研究内容。其中的变形分析和预报涉及到变形观测数据处理。但变形分析和预报的范畴更广,属于多学科的交叉。 (1)变形观测数据处理的几种典型方法 根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法,由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算,可得到变形与显著性因子间的函数关系,除作物理解释外,也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。 若仅对变形观测数据,可采用灰色系统理论或时间序列分析理论建模,前者可针对小数据量的时间序列,对原始数列采用累加生成法变为生成数列,因此有减弱随机性、增加规律性的作用。如果对一个变形观测量(如位移)的时间序列,通过建立一阶或二阶灰微分方程提取变形的趋势项,然后再采用时序分析中的自回归滑动平均模型ARMA,这种组合建模的方法,可分性好且具有以下显著优点:将非平稳相关时序转化为独立的平衡时序;具有同时进行平滑、滤波和推估的作用;模型参数聚集了系统输出的特征和状态;这种组合模型是基于输出的等价系统的理想动态模型。 把变形体视为一个动态系统,将一组观测值作为系统的输出,可以用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态。动态系统由状态方程和观测方程描述,以监测点的位置、速率和加速率参数为状态向量,可构造一个典型的运动模型。状态方程中要加进系统的动态噪声。卡尔曼滤波的优点是勿需保留用过的观测值序列,按照一套递推算法,把参数估计和预报有机地结合起来。除观测值的随机模型外,动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期状态向量及其协方差阵的确定值得注意。采用自适应卡尔曼滤波可较好地解决动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适合滑坡监测数据的动态处理;也可用于静态点场、似静态点场在周期的观测中显著性变化点的检验识别。 对于具有周期性变化的变形观测时间序列,通过Fourier变换,可将时域内的信息转变到频域内分析,例如大坝的水平位移、桥梁的垂直位移都具有明显的周期性。在某一观测时刻的观测值数字信号可表示为许多个不同频率的谐波分量之和,通过计算各谐波频率的振幅,最大振幅以及所对应的主频率等,可揭示变形的周期变化规律。若将变形体视为动态系统,变形视为输出,各种影响因子视为输入,并假设系统是线性的,输入输出信号是平稳的,则通过频谱分析中的相干函数、频响函数和响应谱函数估计,可以分析输入输出信号之间的相干性,输入对系统的贡献(即影响变形的主要因素及其频谱特性)。 (2)变形的几何分析与物理解释 传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性,主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期观测下,参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取,也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。此外,前述的时间序列分析,灰色理论建模、卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。 变形的物理解释在于确定变形与引起变形的原因之间的关系,通常采用统计分析法和确定函数法。统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。统计分析法以实测资料为基础,观测资料愈丰富、质量愈高,其结果愈可靠,且具有“后验”性质,它与变形的几何分析具有密切的关系,是测量工作者最熟悉和乐于采用的方法。确定函数法是根据变形体的物理力学参数,建立力(荷载)和变形之间的函数关系如位移场的微分方程,在边界条件已知时,采用有限元法解微分方程,可得到变形体有限元结点上的变形。采用有限元法,可以计算混凝土大坝、矿山地表以及滑坡在外力(表面力和体力)作用下的位移值。这种方法不需要监测数据(监测数据仅作检验用),具有“先验”性质。只要有限元划分得当,变形体的物理力学参数(如杨氏弹性模量,泊松比,内摩擦角、内聚力以及容重等)选取得较好,该法无疑是一种多快好省的方法,目前有许多有限元计算软件如COSMOS/M供用。但变形体的物理力学参数的确定和所建立的微分方程都带有一定的假设,有时用有限元法计算的值与实测值有较大的差异,这就导致了将两种方法相结合的综合分析法,以及根据实测值按一定理论反求变形体物理力学参数的反演分析法,通过反演解算,重新用有限元法作修正计算。相对于有限元法,条分法用于边坡稳定性分析、计算和评价更为简单,其中萨尔码(SARMA)法应用最普遍,根据力学模型、几何条件和静力平衡方程,对平衡条件作迭代计算,可定量的得到边坡稳定性评价指标——稳定安全系统。一般要求对条分法和有限元法同时使用。上述方法对大多数测量工作者来说较为陌生,用确定函数法进行地变形的物理解释和预测属于学科交叉领域,需要与地质和工程结构方面的人员合作。 (3)变形分析与预报的系统论方法 用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统,它具有多层次高维的灰箱或黑箱式结构,是非线性的,开放性(耗散)的,它还具有随机性,这种随机性除包括外界干扰的不确定性外,还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外,还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征。 按系统论方法,对变形体系统一般采用输入—输出模型和动力学方程两种建模方法进行研究,前者系针对黑箱或灰箱系统建模,前述的时序分析、卡尔曼滤波、灰色系统建模、神经网络模型乃至多元回归分析法都可以视为输入—输出建模法。采用动力学方程建模与变形物理解释中的确定函数法相似,系根据系统运动的物理规律建立确定的微分方程来描述系统的运动演化。但对动力学方程不是通过有限元法求解,而是在对系统受力和变形认识的基础上,用低阶的简化的在数学上可解和可分析的模型来模拟变形过程,模型解算的结果基本符合客观事实。例如用弹簧滑块模型模拟地震过程的混沌状态和高边坡的粘滑过程,用单滑块模型模拟大坝的变形过程,用尖点突变模型解释大坝失稳的机理。对动力学方程的解的研究是系统论分析方法的优秀,为此引入了许多与动力系统有关的基本概念,这些概念与变形分析和预报密切相关,它们是:状态空间或相空间(称解空间)、相轨线、吸引子、相体积、李亚普诺夫指数和柯尔莫哥洛夫熵等。例如相轨线代表相点运动的迹线,每一个相点代表状态向量(变形、速率或影响因子)在某一时刻的解;吸引子代表系统的一种稳定的运动状态,它可以是一个稳定的相点位,环或环面,也可以是相空间的一个有限区域,对于局部不稳定的非线性系统,将出现分数维的奇怪吸引子,表示系统将出现混沌状态。李亚普诺夫指数描述系统对于初始条件的敏感特征,根据其符号可以判断吸引子的类型以及轨线是发散的还是吸引(收敛)的。柯尔莫哥洛夫熵则是系统不确定性的量度,由它可导出系统变形平均可预报的时间尺度。对变形观测的时间序列(如位移量)进行相空间重构,并按一定的算法计算吸引子的关联维数,柯尔莫哥洛夫熵和李亚普诺夫指数等,可在整体上定性地认识变形的规律。另外,也可根据监测资料,反演变形体系统的非线性动力学方程。 系统论方法还涉及变形体运动稳定性研究,这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研究,主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。 系统论方法涉及到许多非线性科学学科的知识,如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形、混沌理论、耗散结构等。上述理论远不是工程测量工作者所能掌握的,将系统论方法与变形分析与预报相结合的研究只是初步的,希望有更多的青年学者加入到这一研究领域来。 四、大型特种精密工程测量 大型特种精密工程建设和对测绘的要求是工程测量学发展的动力。这里仅简单介绍国内外有关情况。 1.国内览胜 三峡水利枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测,其规模之大,监测项目之多,都堪称世界之最。不仅采用目前国内外最成熟最先进的仪器、技术,在实践中也在不断发展新的技术和方法,如对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统;拟进行研究的三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程等,都涉及到精密工程测量。隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时持续自动监测系统,监测点的位置精度达到了亚毫米。该工程用地面方法建立的变形监测网,其最弱点精度优于±1.5mm。 北京正负电子对撞机的精密控制网,精度达±0.3mm。设备定位精度优于±0.2mm,200m直线段漂移管直线精度达±0.1mm。大亚湾核电站控制网精度达±2mm,秦山核电站的环型安装测量控制网精度达±0.1mm。 上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达±0.2mm,桥墩点位标定精度达±0.1mm;武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩中心偏差)达毫米级。高454m的东方明珠电视塔对于长114m、重300t的钢桅杆天线,安装的垂准误差仅±9mm。 长18.4km的秦岭隧道,洞外GPS网的平均点位精度优于±3mm,一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯通,仅一个贯通面的情况下,横向贯通误差为12mm,高程方向的贯通误差只有3mm。 2.国外简述 国外的大型特种精密工程更不胜枚举。以大型粒子加速器为例,德国汉堡的粒子加速器研究中心,堪称特种精密工程测量的历史博物馆。1959年建的同步加速器,直径仅100m,1978年的正负电子储存环,直径743m,1990年的电子质子储存环,直径2000m。为了减少能量损失,改用直线加速器代替环形加速器,正在建的直线加速器长达30km,100~300m的磁件相邻精度要求优于±0.1mm,磁件的精密定位精度仅几个微米,并能以纳米级的精度确定直线度。整个测量过程都是无接触自动化的。用精密激光测距仪TC2002K距离测量,其测距精度与ME5000相当,对平均边长为50m的3800条边,改正数小于0.1mm的占95%。美国的超导超级对撞机,其直径达27km,为保证椭圆轨道上的投影变形最小且位于一平面上,利用了一种双重正形投影。所作的各种精密测量,均考虑了重力和潮汐的影响。主网和加密网采用GPS测量,精度优于1×10-6D。 露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统(德国)。大型挖煤机长140m,高65m,自重8000t,其挖斗轮的直径17.8m,每天挖煤量可达10多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量,在其上安置了3台GPS接收机,与参考站无线电实时数据传输和差分动态定位,挖煤机上两点间距离的精度可达±1.5cm。根据3台接收机的坐标,按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面,可计算出采煤量,经对比试验,其精度达7%~4%。这是GPS,GIS技术相结合在大型特种工程中应用的一个典型例子。 核电站冷却塔的施工测量系统。南非某一核电站的冷却塔高165m,直径163m。在整个施工过程中,要求每一高程面上塔壁中心线与设计的限差小于±50mm,在塔高方向上每10m的相邻精度优于10mm。由于在建造过程中发现地基地质构造不良,出现不均匀沉陷,使塔身产生变形。为此,要根据精密测量资料拟合出实际的塔壁中心线作为修改设计的依据。采用测量机器人用极坐标法作3维测量,对每一施工层,沿塔外壁设置了1600多个目标点,在夜间可完成全部测量工作。对大量的测量资料通过恰当的数据处理模型使精度提高了一至数倍,所达到的相邻精度远远超过了设计要求。精密测量不仅是施工的质量保证,也为整治工程病害提供了可靠的资料,同时也能对整治效果作出精确评价。 瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达57km,为该工程特地重新作了国家大地测量(LV95),采用GPS技术施测的控制网,平面精度达±7mm,高程精度约±2cm。以厘米级的精度确定出了整个地区的大地水准面。为加快进度和避开不良地质段,中间设了3个竖井,共4个贯通面,横向贯通误差允许值为69~92mm(较只设一个贯通面可缩短工期11年)。整个隧道的工程投资预计约15亿瑞士法朗,计划于2004年全线贯通。 高耸建筑物方面,有人设想,在21世纪将建造2000m乃至4000m的摩天大厦,这不仅是建筑师的梦想,也是对测量工程师的挑战。 五、科技研究开发实践 将科研成果转化为生产力是科研的最终目的,作为一门应用性学科,这种转化尤为重要。它主要表现在软硬件的开发研制上。 基于掌上电脑的地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统(简称科傻系统)是我们近年来所作的一项科技研究开发实践。科傻系统是对电子全站仪实现在线控制数据采集。掌上电脑上可固化两个软件包,一个用于地面控制测量数据采集、检查、预处理、概算以及网平差等(称科傻一);一个用于工程放样、道路测量以及碎部点数据采集(称科傻三)。另外,在微机上研制了一个“现代测量控制网数据处理通用软件包”(称科傻二)。上述3个软件包既可独立使用,又有密切的联系(特别是科傻一与科傻二之间)。科傻一可用于任意2、3维工程控制网,国家及城市等级网,一、二、三级导线网以及图根加密网的在线或离线数据采集到网平差,实现了内外业数据处理的一体化。同时也可作一、二、三、四等和等外水准测量从数据采集到网平差的数据处理。科傻二除具有任意网形、任意规模的地面平面、高程控制网的平差功能外,还包含近似坐标计算,稀疏矩阵压缩存贮,网点优化排序,闭合差自动计算,概算,粗差定值计算和改正,方差分量估计,贯通误差影响值估算,工程控制网模拟法优化设计,控制网数据管理,网图显绘,成果报表输出,以及与掌上电脑、全站仪的数据通讯等功能。 科傻系统集成了测量学、控制测量学、工程测量学、测量平差等课程的有关专业知识和长期科研成果,可广泛应用于生产、教学及科技开发活动。 基于科傻系统的主要功能,在索佳Powerset2000电脑型全站仪上,已成功地开发了全中文版软件包,这种全站仪通过软件开发,功能得到大大增强,故称为全能型全站仪。结合专业测量特点,我们在科傻系统的基础上还研制开发了“铁路施工测量数据自动化处理系统”。该软件包也通过了铁道部的鉴定,将在整个铁路系统的测量单位推广应用。对于城市工程测量、地籍测量、水利工程测量等各种测量,只要对科傻系统稍加修改,都可以满足测量工程数据采集和处理的一体化自动化要求。同时,可将科傻系统移植应用到不同型号的电脑型全站仪上和商品化掌上电脑上,进一步扩大用户。如果移植到测量机器人上,并进一步开发各种智能化应用程序,可应用到滑坡监测、施工测量中以及工业测量。若再开发与GPS网平差和实时动态定位软件的集成软件包,并研制开发相应的软件,可望大大改变目前工程测量领域的面貌。 通过科技研究开发实践,我们深刻体会到科技是第一生产力的科学论断,感受到了为社会作贡献的人生价值的乐趣。科技开发和成果转化必须有具备以下特点:是真正的转化而不是抄袭,必须有自己的研究成果;有一定特色;既要有通用性也要专业化;易于扩展和维护,要不断完善并推陈出新;要有市场观念、竞争意识和为用户服务的态度。 六、工程测量学的发展展望 展望21世纪,工程测量学在以下方面将得到显著发展: 1.测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强; 2.在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合,解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。 3.工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量,如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理; 4.多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用,如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成,可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。 5.GPS、GIS技术将紧密结合工程项目,在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。 6.大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。 7.数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。 综上所述,工程测量学的发展,主要表现在从1维、2维到3维、4维,从点信息到面信息获取,从静态到动态,从后处理到实时处理,从人眼观测操作到机器人自动寻标观测,从大型特种工程到人体测量工程,从高空到地面、地下以及水下,从人工量测到无接触遥测,从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的上述发展将直接对改善人们的生活环境,提高人们的生活质量起重要作用。 工程测量学论文:数学在公路工程测量学上的具体应用 摘要:数学在理工科学科方面有着举足轻重的作用。本文主要讨论数学与测量学的关系,数学在测量上的应用,尤其是在公路工程测量上的具体应用。最后说明数学思想对测量的指导作用。 关键词:数学、公路工程测量、应用 1.引言 数学,是自然科学之首,是一门研究数与量的学科,同时也是一门研究空间形式的学科。作为一门基础学科历史悠久,伴随着人类文明进步不断发展完善,至今数学这门学科的内容丰富,其下门类分科众多,与人类生活息息相关,不可分割。 与其他学科相比,数学是比较抽象的,但其应用又是十分广泛的,其应用范围遍及几乎所有学科,几乎每门学科都用数学解决自身的实际问题。实际问题为数学提供应用背景,数学为实际问题提供理论基础。数学在研究数量、结构、空间及变化上有一个很重要的分支——测量学。 2.公路工程测量学 工程测量学是研究工程建设和资源开发中,在规划、设计、施工、管理各阶段,进行的控制测量、地形测绘和施工放样、变形监测的理论、技术和方法的学科。由于建设工程的不同,工程测量又可分为矿山工程测量学、水利工程测量学、公路工程测量学以及铁路工程测量学等。 公路工程测量是一门重要的应用学科,在生活中所有工程建设项目都必须以社会与经济效益为依据,按照自然条件和预期目的,进行规划设计,测量工作是工程建设中的一项最基础的工作,在道路、桥梁、隧道工程建设中起着重要的作用,为选取一条最经济、最合理的路线,首先要进行路线勘测,绘制带状地形图,进行纵、横断面测量,进行纸上定线和路线设计,并将设计好的路线平面位置、纵坡及路基边坡在地面上标定出来,以指导施工,当路线跨越河流时,拟设置桥梁跨越之前,应测绘河流及两岸地形图,测定桥轴线的长度及桥位处的河床断面,桥位处的河流比降,为桥梁方案选择及结构设计提供必要的依据,当路线纵坡受地形限制,采用避让山岭绕线平面线形不能满足规范要求,而选用隧道方案时,测定隧道进出口大比例尺地形图,为隧道洞口布置选择提供必要的数据。 3.数学与测量学的关系 数学在测量中的应用历史悠久,数学与测量的关系源远流长,数学在测量的各个方面都得到了广泛应用。其应用总体上都是围绕“数”和“形”这两个数学的基本概念进行的。而测量的各个方面在数学的“数”和“形”的应用上又各有侧重。 数学与测量的关系可以追溯到远古时代,人类最早丈量土地就与“数”和“形”有密不可分的关系。科学的产生和发展是有生产决定的。测量科学也不例外,它是人类长期以来,在生活和生产方面与自然界斗争的结晶。由于生活和生产的需要,测量工作在远古时代的人类社会中就被用于实际。早在公元前21世纪夏禹治水时,已使用了“准、绳、规、矩”四种测量工具和方法。埃及尼罗河泛滥后在农田的整治中也应用了原始的测量技术,几何学应用而生。数学为测量的发展提供了有力的解决问题的工具。长期以来,像其他学科一样,测量学就不断应用各种数学方法,几乎所有的数学分支都在测量中取得了重要应用。 测量学中的大地测量学是一门古老而又年轻的学科,是地球科学的一个分支。大地测量系统包括坐标系统、高程系统、和重力系统。其中,大地测量坐标系统规定了大地测量起算基准的定义及其相应的大地测量常数,是大地测量的尺度标准和实现方式。在我国成立初期,我国暂时采用了克拉索夫斯基参考椭球,并与前苏联于1942年坐标系统进行联测,通过计算建立了我国大地坐标系统,称为“北京1954大地坐标系”。由于采用了前苏联的参考椭球使得与我国的大部地区产生了偏差。基于测量工程精确的要求,20世纪八十年代,我国采用国际大地测量和地球物理联合会的IUGG75椭球作为参考椭球,经过大规模的天文大地测量网计算,建立了较为完善的我国独立的参心坐标系统,称“西安1980坐标系统”。其克服了前一系统对我国大地测量计算的某些不利影响。这充分体现出测量学对于准确、精确客观的要求,这与数学对于其自身的客观准确性的要求是密不可分的。 4.数学在公路工程测量学上的具体应用 水准测量是测量学的一个重要组成部分,利用水准仪测量高差,用到了数学中最基本的几何关系,后期对水准测量成果的处理,如:高差闭合差的计算,高差闭合的调整,都是根据数学原理中的求和求差而计算出来的。 角度测量也是测量中非常重要的一个部分,测量角度的仪器——经纬仪,其本身就与数学有着千丝万缕的联系,如仪器架设,水平度盘、竖直度盘的刻度设置。另外测量成果的处理,也有着统计学的数学思想。 测量学上的坐标正算和坐标反算,跟数学上平面直角坐标系中的坐标算法可以说是一模一样。 测量误差的处理方面,利用到了数学中的算术平均值、众数、相对数等。 同样,导线的测量,也是测量学的一个重要的组成部分,在导线的测量过程中,各种复杂的计算,各种公式的代换,以及为减小误差而做的各种计算,都是以数学为基础的。 平面曲线测设中,利用数学中的回旋线作为缓和曲线,在曲线的计算中用到了三角函数、微积分、角度弧度转换、坐标系转换等数学知识。 归根到底,测量的很多方法,背后都离不了数学的支持。在工程测量的这门学科中,从仪器的使用到对所得数据的处理,从对误差的减小到对计算结果的最终检核,始终没有哪一个步骤,哪一个环节,能离得开数学的支持。未来,随着工程测量学的不断深入,知识的不断增加。相信数学和测量学的融入会更加的广泛。正如德国大数学家,号称“数学王子”的高斯曾说:“数学是科学的皇后”。从上述可见,就数学为人类提供精密的测量而言,“科学的皇后”这顶桂冠,数学是当之无愧的。5.数学思想对测量的指导 几乎所有学科都应用到了数学,用数学来解决自身的实际问题,而数学又以此为背景为实际问题提供理论基础。可见数学在其发展的同时促进了其他学科的发展,而其他学科的发展也促进了数学的进步,当然测量也不例外。将数学与测量相结合,对数学与测量都有重要的意义,有效的利用数学及其新的分支学科,更有利于测量的发展。 相信随着数学思想在测量应用的不断加深,一定会使得其有长足的进步与发展。 工程测量学论文:浅析工程测量学 摘 要:随着信息技术的发展,城市工程测量正处在从模拟方法测绘到数字化测绘的变革时期。本文对工程测量学重新进行了定义,指出了该学科的地位和研究应用领域;阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展;结合科研和开发实践,简介了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统——科傻系统。对工程测量学发展作出了展望。 关键词:工程测量、工程测量学仪器 中图分类号:TB22文献标识码: A 文章编号: 1、概述 由于工程测量的研究应用领域非常广泛,发展变化也很快。工程测量学的研究领域是相对的固定性,又是不断发展变化的。工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供工程保障,满足工程所提出的要求。 解析法和模拟法是网优化设计方法的两种方法。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件,解求目标函数的极大值或极小值。在工程测量中,施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距,网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。根据设计资料和地图资料在图上选点布网,获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外,其他的网都可用模拟法进行设计。 多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。也可用于变形预报。变形观测数据处理的几种典型方法。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取,也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。变形的物理解释通常采用统计分析法和确定函数法。统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。系统论方法还涉及变形体运动稳定性研究,这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研究,主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。 科傻系统集成了测量学、控制测量学、工程测量学、测量平差等课程的有关专业知识和长期科研成果,可广泛应用于生产、教学及科技开发活动。科傻系统是对电子全站仪实现在线控制数据采集。掌上电脑上可固化两个软件包,一个用于地面控制测量数据采集、检查、预处理、概算以及网平差等称科傻一;在微机上研制了一个“现代测量控制网数据处理通用软件包”称科傻二。一个用于工程放样、道路测量以及碎部点数据采集称科傻三。 2、学科地位和研究应用领域 2.1 学科定义 工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 2.2 学科地位 测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。该学科无论怎样发展,服务领域无论怎样拓宽,与其他学科的交叉无论怎样增多或加强,学科无论出现怎样的综合和细分,学科名称无论怎样改变,学科的本质和特点都不会改变。总的来说,整个学科的二级学科仍应作如下划分: 大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量); 工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量); 航空摄影测量与遥感学; 地图制图学; 不动产地籍与土地整理。 2.3 研究应用领域 目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分;也有按行业划分成:线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工业测量等,几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。 由Hennecke,Mueller,Werner 3个德国人所编著的工程测量学,主要按下述内容进行划分和编写:①测量仪器和方法;②线路、铁路、公路建设测量;③高层建筑测量;④地下建筑测量;⑤安全监测;⑥机器和设备测量。 由于工程测量的研究应用领域非常广泛,发展变化也很快,因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。 国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会,过去它下设4个工作组:测量方法和限差;土石方计算;变形测量;地下工程测量。此外还设了一个特别组:变形分析与解释。现在,下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是:大型科学设备的高精度测量技术与方法;线路工程测量与优化;变形测量;工程测量信息系统;激光技术在工程测量中的应用;电子科技文献和网络。2个专题组是:工程和工业中的特殊测量仪器;工程测量标准。 德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年起组织每3~4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题:测量仪器和数据获取;数据解释、处理和应用;高层建筑和设备安装测量;地下和深层建筑测量;环境和工程建筑物变形监测。 1992年第11届讨论会的专题是:测量理论与测量方案;测量技术和测量系统;信息系统和CAD;在建筑工程和工业中的应用。 1996年的第12届讨论会的专题是:测量和数据处理系统;监测和控制;在工业和建筑工程中的质量问题;数据模型和信息系统;交叉学科的大型工程项目。 从以上可见,工程测量学的研究领域既有相对的固定性,又是不断发展变化的。笔者认为,工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供工程保障,满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。 3、 工程测量仪器的发展 工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件,向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术,可实现测量的全自动化,被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标,在1 s内完成一目标点的观测,像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测,可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起,称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合,可实现无控制网的各种工程测量。 专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的,主要应用在精密工程测量领域。其中,包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是:高精度、自动化、遥测和持续观测。 用于建立水平的或竖直的基准线或基准面,测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距),称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪,金属丝引张线,各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪,以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。 工程测量学论文:《工程测量学》实践教学改革研究 摘要: 《工程测量学》实践环节在整个教学过程中占有重要地位,针对传统实践教学存在的诸多问题和不足,教改团队提出了多项改革措施并本校学生中进行实验,这是对商丘师范学院办学定位的有益探索尝试,不仅巩固和加深了学生对理论知识的理解与掌握,教学效果良好,更激发了学生们学习技能的积极性、主动性和创造性。 0 引言 《工程测量学》是土木类专业必修和专业基础课,是一门实践性很强,实践与理论结合严密的学科,因此要求其理论与实践教学并重。商丘师范学院是一所应用型本科院校,其中建筑与土木工程学院现有专业土木工程和建筑学两个专业,培养大量应用型人才,由于建院时间较短,在《工程测量学》的教学上存在很多不足,比如,最初由于设备有限,只注重理论教学,学生实践教学较少,后有所改善,但实践教学方面不足之处仍较多。如实践教学环节包括课后实验和课后实习,随着测绘行业新技术、新设备的出现,校园教学设施更新速度远不及行业进步,因此实践教学与实际工程脱节,教学目标中的要求学生创新能力的提高也难以实现。 1 实践教学环节存在的问题 1.1 教材内容落后,理论与实践脱节 教材内容一成不变,如水准仪和经纬仪构造部分,仍以微倾式水准仪和光学经纬仪为主,而在行业中,这两种设备已经尽乎淘汰。本校所用的水准仪也是自动安平水准仪和电子经纬仪。这就导致理论教学与实践教学脱节,学生不知所云。 1.2 实验内容单一,实验基地建设不足 实验学时少,课后实践环节仅停留在仪器的基本使用上,并且由于没有完善的实验场地,学生仅会进行仪器操作,却无法在实际工程中应用。 1.3 实验设备不足,实验学时少 由于建院时间较短,教学设备十分短缺。正常情况4-5人一组使用一台设备,而由于我院学生较多,设备严重不足,实际的实践环节甚至达到10人一组,又因实验课时较少,很多学生甚至还没轮到其操作就已经下课。两周的测量实习,由于学生多,不得不分批次进行,一学年中第一学期的实习时间,排到后面的学生不得不推到寒冬腊月,而第二学期的实习时间则推到酷暑,这两个时间均不利于测量工作的进行。 1.4 实习内容落后,与行业脱节 测量实习还停留在绘制大比例尺地形图,而在行业中多采用数字测图,且在建筑行业中,从事施工放样的人的比例远高于测绘地形图,因此实习环节与行业应用脱节。 2 实践教学改革内容 针对我院往年在上述实践环节中的不足,本教研团队就如何做好实验和实习,如何改进教学手段和方法,提高教学质量和教学效果,进行了探讨和实践应用。 2.1 从思想上重视实践环节 教师必须首先从思想上重视实践教学,因为实践教学是学生掌握理论知识的基本途径和方法,也是反映课堂理论教学效果好坏的一面镜子。教师不能把实践教学仅仅当作一个教学程序,对学生的实践过程放任自流,而应结合实际,思考理论和技能的应用问题,真正站在学生的角度来考虑学什么、教什么、怎么教和怎么学的问题;同时应重视新技术手段的应用,从观念上提高实践教学的自觉性,增强探索改革的意识。[1]从而帮助学生了解测量实践的重要性,激发学生实践兴趣,变传统的被动学习为主动学习。 2.2 教学设备革新、实训基地建立 学校非常重视测量学的实践教学环节,为解决以往测量设备少,学生多的问题,学校大量采购先进的测量仪器,电子水准仪、电子经纬仪、全站仪、激光测距仪、激光投线仪等一批土建施工中常用先进仪器被购进,一方面解决设备数与学生量不成比例问题,另一方面,使学生能接触工地常用仪器,提高上手速度。测量仪器除学生上课时可以使用外,只要有空闲,学生可随时借用。每种仪器都配有内容详尽的功能介绍和操作说明,配有专门的仪器管理老师,即使专业课老师不在,仪器老师也可进行指导。 建立实训基地。测量学实践教学环节应包括实验室、校内实习基地和校外实习基地建设三个方面。[2]为了提高实习质量,我们在校园内建立了一片独立的校内实习场地。并与国家水准点进行连测,建立了可长期使用的标准固定点。实习场地模拟土建工地实际情况建立,使学生在必做的水准仪、经纬仪、全站仪等实验项目上完全与工地接轨。学校与多家建筑企业建立联合培养学生计划,校外实习与建筑施工相结合,让学生能切身参与到施工的各个环节,为将来学生就业打下坚实基础。 2.3 实践教学内容改革 传统实践课都是验证性实验,不利于培养学生的独立观察、思考及分析问题的能力和独立设计实验的创新意识。因此需要减少验证性实验,探索开设设计性实验,注重发挥学生在实践教学活动中的主体作用。在实践课中,教师根据实际土木工程中所用到的测量知识,提出一个测量任务,如一个建筑物的基础放样,某栋新建筑物的变形测量等,让学生根据所学知识自己设计测量计划并进行实施,教师对学生的设计进行启发式指导。这种实践教学方法体现了以人为本的教育思想,有利于创新人才的培养。其打破了实验依附理论的传统教学模式,使实验教学真正成为学生学习知识、培养能力的基本方法和有效途径。[3]另外,根据对用人单位调研后得出的结果,可以适当减少地形图测绘方面的实验课,多增加施工放样、变形观测、竣工观测等工地应用较多的内容。 2.4 实践教学方法改革 多媒体课件多应用于理论教学环节,在测量实验环节,借助多媒体以三维动画的形式来模拟测量仪器的构造、测量的原理与过程,从而缩短了实验课教师的讲解时间,也使得教学内容更直观,学生更易接受,从而更好地完成实验教学任务。同时还可向学生展示新仪器在工程中的应用情况,引导学生将测量课程与所学专业紧密联系。[4]另外,将平时上课情况拍成教学视频,放在校园网上,方便学生学习。 3 结语 以上改革内容在我校11级土木工程专业进行实验,实验结果表明:学生上交的实习成果规范、数据可靠。不仅巩固和加深了学生对理论知识的理解与掌握,教学效果良好,更激发了学生们学习技能的积极性、主动性和创造性。工地实习发现,学生对仪器操作熟练度,解决工地实际问题的能力明显高于往届。另外,学生的团队意识、团队协作能力也得到了很好的提升。 工程测量学论文:论工程测量学的发展及测绘新技术的应用 摘要:工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障。满足工程所提出的要求,精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。本文主要对工程测量的发展历程作了简要概述,阐述了在工程测量中采用的新技术。 关键词:工程测量;测绘技术;展望。 工程测量学新定义 工程测量学科是一门有着悠久历史的应用学科,它直接为各项工程建设服务,并与生产实践紧密结合,是测绘科学中最活跃的一个分支学科。对工程测量学科的一般定义是:城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作,统称工程测量学。为了适应国民经济的发展和社会进步的需求,有必要对工程测量学科进行新的定义。对工程测量学科的新定义是:工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科,它主要以建筑工程,机器和设备为研究服务对象,工程测量学科的研究服务领域主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分,在科学上可划分为普通工程测量和精密工程测量。 二、工程测量学的发展简介 工程测量学是的发展历史悠久,它是从人类生产实践中逐渐发展起来的。在很久以前的古代,工程测量学与测量学并没有严格的区分。直到发展到近现代,随着经济的不断增长,工程建设的大规模发展,才逐渐形成了我们所谓的工程测量学。 从工程测量学的历史来看,它经历了从简单到复杂、从手工操作到测量自动化、从常规测量到精密测量的发展道路,它的发展始终与当时的生产力水平相同步,并且能够不断满足大型精密工程中对测量所提出的愈来愈高的需求。 三、工程测量仪器的发展简介 跟工程测量学一样,工程测量仪器的发展,也经历了一个漫长的历史过程。自80年代以来,已经出现许多先进的测量仪器,为工程测量提供了先进的技术工具和手段。 在高程测量方面的发展,表现最为突出的应该是液体静力水准测量系统。这种测量系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度,可同时获取数十乃至数百个监测点的高程,具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。传感器测量容器间的距离最长可达数十公里,可以用于跨河与跨海峡的水准测量;通过一种压力传感器,允许两个容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。 工程测量专用仪器发展中最具显著特点的是多种功能的混合测量系统,该系统是采用多传感器的高速铁路轨道测量系统,用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车,测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机,可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。 从上面看来,工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点,可作精密定位和准直测量,可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,还可测振动频率以及物体的动态行为。 工程测量中的测绘新技术 4.1 数字化成图 传统测绘中最重要的内容就是对大比例尺图形的测绘和对工程图的测绘。与传统的测绘手段相比,数字化成图不需要大规模的野外作业,改善了作业环境恶劣和出图周期长的弊端。数字化成图是一种精度高、劳动力小、测绘工作更为便捷的一种新技术的测绘方法。目前,数字化成图分为两种模式,他们分别是内外业一体化成图模式和电子平板成图模式。内外业一体化是一种精度高、分工明确的数据采集方法,与传统的成图技术相比,具有更高的成图效率。 4.2 工程测量中的卫星定位技术 卫星定位技术简称GPS技术,GSP全球定位系统也是由两大系统组成的,这两大系统分别是空间卫星群和地面的监控系统。用户使用的GPS则是由GPS信号接收器、数字处理器、和终端软件组成。GPS接受器可以有选择的接收某个卫星的信号,并对接收的不同卫星的信号进行交换。当GPS设备运作以后,系统会自动产生一个GSP卫星观测文件,观测文件经过终端处理软件的处理,最终形成准确的测量数据。在使用GSP技术的过程中应该注意到一些问题,有些地方是不适合应用GPS测量技术进行量测的,比如短边测量。如果一定要用GPS测量技术对短边进行两侧,为了保证测量精度,一定要经过多次测量。 RTK是以GPS技术为基础的一种能观测到实时动态的测绘新技术,是GPS技术发展的里程碑。RTK测绘技术是在一个点上安装GPS信号接收机,通过定点的GPS信号接收机接收GPS卫星发出的信号,当GPS接收机接收到卫星发出的信号以后在把信号通过基准台发射出去;流动站在在接收GPS卫星信号的同时也能接收到基准台发出的信号,从而得到基准台的观测量。RTK可以根据控制一定量的基准台就可以测得高精度的地形点和相应物体的坐标等,在利用测图软件的基础上就可以生成电子版的地图。近年来RTK测量技术被广泛的应用到地基和房地产测绘领域。 4.3 工程测量中的地理信息技术 地理信息技术简称GIS,GIS是一种新型的科学,它具有集计算机科学、空间科学和环境科学等学科于一体的特点。GIS已经成为了集多学科于一体的不可缺少的信息显示手段。GIS不仅在数据采集、分析可视化方面发挥这巨大的作用,同时GIS也具有空间提示、预警预报和辅助决策的重要测绘功能。经过近些年的发展,GIS早已成为一种成熟的技术在多领域发挥着重要的作用。GIS、内外一体化测绘等测绘技术的应用,真正实现了工程测绘的科学化、标准化、和信息化。 4.4 工程测量中的数字摄影测量技术 数字摄影测量技术是以数字影像和摄影测量为基础,发展起来的一种新型的测绘技术。数字摄影测绘的过程应用了许多学科的理论和方法,它广泛的使用了计算机技术、数字影像处理技术的科学技术,也是一种集多种技术于一体的测量方法。航空摄影测绘是数字摄影测绘中的一种测绘方法,利用这种方法,可以准确的测得比例尺较大的地形测图,通过这种测绘方法可以获得数字、影像等多种地图版本。目前,我国有100多个城市或工测单位利用航测技术制大比例尺地形图和地籍图,最大比例尺为1/500。全数字摄影工作站和GPS技术在工程测绘中的综合利用,使得摄影测量技术更加自动化和数字化。随着数字摄影技术的快速发展,摄影产品正在向4D(数字高模型、数字正射摄影图、数字线切图和数字栅格图)摄影产品转变,数字摄影技术为工程测绘提供了准确的数据。 过去我国只有海图和陆地地形图,没有测量方法测绘海岸带地形图,对中越划分北部联合测绘的难度更是很大,利用传统的测绘方法最少也要两年,现在广州军区某测绘大队里利用航空摄影等高技术手段,并在测绘生产中第一次大胆采用全数字摄影测量作业,作业效率提高一倍多。他们用时7个月就测绘出了两种规范文字的海岸带地形图,为我国海岸带地形测绘建立新的规范和图示提供了理论和实践依据。 4.5 工程测绘中的遥感技术 遥感技术简称RS,RS技术有着自身的优点,它依靠着大面积同步观测、提供更实时有效的数据等优势正在快速发展,近些年来RS也被广泛的应用到卫星技术上去,利用遥感卫星可以获得到更多的地理信息。小比例尺的地图也可以应用遥感影像技术来获取,遥感影像成为了测量城市地图以及种大、中、小图片的重要方法和手段。 国土资源局利用遥感技术对土地进行动态监测:利用遥感技术,对土地的变更、土地调查和动态进行相关的检测。可以及时的发掘违法用地情况,对违法用地的情况上报给有关部门,随着计算机图像处理技术的成熟和完善,利用遥感技术的动态监测技术必将带来更大的方便。 结束语: 工程测量技术是工程施工的前提条件,现代化的工程技术为工程的施工建设提供了基础保障。但是,现代化测量技术相对传统的测量技术对测量人员的技术和素质要求的更高,这也迫使我国应该加快对现代化工程测量技术人员的培养,通过工程测量技术人员技术培训,能够使得工程测量技术人员正确的使用新的测量技术和设备,为工程建设提供更加准确的工程测量数据。 工程测量学论文:关于工程测量学的探讨 摘要:工程测量学主要是研究工程建设和自然资源开发中各个阶段进行的控制和地形测绘、施工放样、变形监测的理论和技术。本文主要对工程测量的发展历程作了简要概述,指出了该学科的研究应用领域,阐述了工程测量学领域涉及到的测量仪器的发展。本文针对多年以来相关领域科研和开发的实践经验,对工程测量在实际生活中的应用,以及一系列基于工程测量的产品应用做了相应的研讨。最后,展望了工程测量在21世纪的发展方向和前景。 关键词:工程;测量;应用 1、工程测量的发展 1.1工程测量的概念与分类 通常,工程测量是工程建设中的所有测绘工作,实际上它包括在工程建设勘测、设计、施工和管理等阶段所进行的各种测量工作的统称。工程测量是服务于各项建设项目的勘测、设计、施工、安装、竣工、监测以及营运管理等一系列工程工序的测量学。 可以将工程测量按照其工作顺序和性质分为以下几种:勘测设计阶段的工程控制测量和地形测量;施工阶段的设备安装测量和施工测量;竣工和管理阶段的竣工测量、变形观测及维修养护测量等。 1.2工程测量学的发展简介 工程测量学是的发展历史悠久,它是从人类生产实践中逐渐发展起来的。在很久以前的古代,工程测量学与测量学并没有严格的区分。直到发展到近现代,随着经济的不断增长,工程建设的大规模发展,才逐渐形成了我们所谓的工程测量学。 从工程测量学的历史来看,它经历了从简单到复杂、从手工操作到测量自动化、从常规测量到精密测量的发展道路,它的发展始终与当时的生产力水平相同步,并且能够不断满足大型精密工程中对测量所提出的愈来愈高的需求。 1.3工程测量仪器的发展简介 跟工程测量学一样,工程测量仪器的发展,也经历了一个漫长的历史过程。自80年代以来,已经出现许多先进的测量仪器,为工程测量提供了先进的技术工具和手段。 在高程测量方面的发展,表现最为突出的应该是液体静力水准测量系统。这种测量系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度,可同时获取数十乃至数百个监测点的高程,具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。传感器测量容器间的距离最长可达数十公里,可以用于跨河与跨海峡的水准测量;通过一种压力传感器,允许两个容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。 工程测量专用仪器发展中最具显著特点的是多种功能的混合测量系统,该系统是采用多传感器的高速铁路轨道测量系统,用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车,测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机,可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。 从上面看来,工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点,可作精密定位和准直测量,可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度,还可测振动频率以及物体的动态行为。 2、 工程测量的应用研究 随着工程测量科技的不断进步,传统测绘技术向数字化测绘技术转化取得了显著的成绩。工程测量的应用发展趋势和方向是,GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中,并发挥其主导作用。下面介绍几种技术在工程测量中的应用。 2.1 GPS在工程测量中的应用 GPS测量的技术是依据1999年建设部的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》 制定的。 相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下几个特点:测量精度高、测站间无需通视、观测时间短、仪器操作简便、全天候作业、提供三维坐标等特点。因此,GPS被广泛应用于房地产测绘、数字化测图及施工放样等各种工作中。 2.2 RS技术在工程测量中的应用 遥感(RS)技术在工程测量中快速的普及,是因为其具有大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势,多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。另外,各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取,为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的方法和手段。因此,RS技术在工程测量中的应用意义非凡。 2.3 GIS技术在工程测量中的应用 GIS技术是一门集计算机科学、空间科学信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴学科。GIS技术,现在已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台和地学空间信息显示的基本手段与工具。GIS技术的优势不仅仅在于它集地理数据采集存储、管理、分析、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程,还在于它的空间提示、预测预报和辅助决策功能。现在,GIS技术已经成为一门较为成熟的技术科学,而且已经成为一门新兴的产业,它已经在在测绘、地质矿产、农林水利、气象海洋、环境监测、城市规划土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用。采用数据库、GIS、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术,为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息,以建立各类专业信息系统,从而实现管理的科学化、标准化、信息化。 3、 工程测量学的发展前景 展望现在我国经济发展的局势,工程测量学将在以下方面将得到显著发展: 3.1测量机器人将在多传感器集成系统的人工智能方面取得非常重要的意义,其应用范围将进一步扩大,图形、影像和数据处理方面的能力将进一步增强; 3.2在大型工程建设和变形观测数据处理中,工程测量学将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合,解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。 3.4工程测量将从原来的土木工程测量扩展到人体科学测量方面。 3.5GPS、GIS技术等相关的技术将紧密结合建设工程项目,在勘测、设计、施工等领域发挥重大作用。 3.6数学模型和物理模型的建立、分析与辨识将成为工程测量学领域在数据处理过程中的重要内容。 总结 综合上面的结论,可以看出工程测量学的发展与应用,主要表现在从点信息到面信息的获取,从静态到动态,从后处理到实时处理,从人眼观测操作到机器人自动寻标观测,从大型特种工程到人体测量工程,从高空到地面、地下以及水下,从人工量测到无接触遥测,从周期观测到持续测量,测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的发展将直接对改善人们的生活环境,乃至生活方式产生影响,以及提高人们的生活质量起重要作用。 工程测量学论文:工程测量学课程CAI多媒体课件设计 摘要:在简要分析工程测量学的教学特点和计算机辅助教学优势的基础上,探讨了工程测量学课程研制课件的必要性,并对工程测量学课程CAI课件设计的理论依据、课件选题和设计制作原则和方法进行了有意义的探索和实践。 关键词:工程测量学;计算机辅助教学;CAI;课件 一 、引言 随着计算机技术的发展,多媒体技术也得到了广泛应用。由于其交互性好、表现力强、信息量大、视觉听觉效果突出等特点,逐渐成为现代教学方式的重要组成部分。工程测量学课程教学涉及大量的图形表达,注重学生空间想象力的培养,强调由空间到平面、由平面到空间的思维过程。这些特点决定其课堂教学不仅信息传输量大,而且包含了大量的抽象理论和方法。因此,在工程测量学的教学实施上,单纯依靠传统的教学手段已经很难达到教学目的,需要运用CAI课件等新的教学手段进行辅助教学。 在工程测量学教学中使用CAI课件能把工程测量学的基本原理、重要的公式推导等有机地结合起来, 使教师节约黑板书写时间,提高教学效率,更重要的是让学生看到相关模型的建立和利用数学工具解决实际问题以建立工程测量学基本理论和方法的整个过程,增强了学生分析问题、解决问题的能力,提高了学生的科学素质[1]。在利用多媒体技术进行计算机辅助教学时,还必须根据工程测量学的教学特点和相关学习理论进行计算机辅助教学课件的优化设计,以真正体现计算机辅助教学的优势。 二、工程测量学CAI课件设计的理论依据与基本原则 (一) 多媒体课件设计的理论依据 用建构主义学习理论及基于该理论的CAI课件的设计原则为指导进行工程测量学课件的设计,建构主义学习理论认为,学习过程是人的认识思维活动的主动建构过程,是人们通过现有的知识经验与外界环境进行交互活动以获取意义建构的过程,学习者的知识是在一定的情境下借助他人的帮助,通过意义的建构而获得的,理想的学习环境应包括情景,协作,交流,意义的建构四个部分, 意义的建构是教学的最终目标,一切教学过程都要围绕这一最终目标, 学习者是学习的主体,教师是学习者的促进者,辅助者,引导者,他的任务就是激发学生的兴趣,引导和帮助学生完成意义的建构,要为学习活动的开展尽可能多的创造有意义的学习环境,例如,学生对学习抽象的工程测量学课程往往感到枯燥无味,如果创设有意义的环境,使学生对该课程抽象问题的学习感到具体,形象,生动而乐意主动去学,这就可以有效地激发学生学习本门课程的兴趣。 因此,一个好的课件是要在建构主义学习理论的指导下设计的, 在课件中,利用多媒体课件提供某种符合学习要求的外部刺激,使学生积极主动同外部环境发生相互作用,完成知识结构重组的方法和策略,创设符合教学内容要求的情景和揭示新旧知识间联系的线索,用生动,活泼的方式呈现信息并与学生进行相互交流。 (二) 课件的设计原则 CAI课件的设计离不开教学设计,教学设计专家克拉克说过:“在教学中真正起作用的实际上不是媒体, 而是教学设计。”其含义不是贬低媒体作用,而是指导我们要运用“教学设计”的理论来设计CAI课件, 即CAI课件设计要体现设计者的教学思想,体现教者对于学与教的资源及过程进行系统规划的一套整体性操作程序的主要意图[2],科学严谨的教学设计是制作优秀课件的前提条件。在多媒体CAI课件的设计中, 要想在促进学生认识能力发展方面发挥其应有的作用,就要充分利用多媒体技术体现建构主义学习理论的优势,在工程测量学的课件设计时,应注意以下几点: 1、教学目标的合理安排。 教学目标主要是通过教与学使学生在认知领域,情感领域,动作技能领域达到的既定标准,要求在教学设计中必须明确给出, 此外,教学目标应该与学生学习环境中的目标相符合,教师确定的问题应能使学生感到就是自己的问题,建构主义认为学生不再是教学内容的被动者,而是意义的主动建构者,教师是教学活动的组织者。因此,教师针对教学主题所采用的策略,方法要有利于体现学生为主体的学习这一特点。 2、设计真实的任务。真实的活动是学习环境的重要特征, 建构主义理论提倡从现实情景中学,知识依赖于具体情景,脱离具体情景的抽象,枯燥的知识对学生来说是没有任何吸引力的,利用多媒体和仿真技术设计虚拟现实软件就可以模拟现实世界的真实环境,使学生身临其境,如同在现实生活中,这对知识的建构是很有好处的,一般来说,虚拟现实软件学习效果比较好,但开发起来也有一定的困难,它要求能够根据学生的输入数据进行分析处理并做出相应的场景变化,这是工程测量学教学课件开发的重点。 3、注意设置协作学习的环境。使学生成为独立自主的学习者, 建构主义认为,学生对知识的建构不仅依赖于自身原有的水平和经验,而且在一定程度上取决于同伴之间的对问题的共同讨论和理解,随着计算机网络的发展,多媒体与计算机网络结合起来,设计出支持合作学习的软件将会越来越引起人们的重视, 同时,课件的设计要支持学生对所学内容与学习过程的思考,发展学生自我控制能力,成为独立的学习者,例如:对工程测量学中有些学习主题具有很强的逻辑性分析过程的教学内容如影像匹配理论和技术,可采用探索方法,发现法去创设学习环境, 以利于适应认知过程的发展,使学生主动完成对主体知识的意义建构,还可以根据选题的特点,设置多种与以前学习主题不同但相关的情况,以便学生有多种机会在不同的情况中应用所学知识,从不同侧面来认识同一个主题。 4、要充分注意多媒体技术的特点。在建构主义学习理论中, 意义的建构是学习的最终目的,它靠学生自觉,主动地来完成,教师和外界环境的作用都是为了帮助和促进学生的意义建构,在这一点上, 多媒体技术的优势是其他媒体无法比拟的,因此,在课件设计中应注意到:以多媒体方式呈现教学信息,心理学认为,人的学习活动是多种感受共同参与和协调的结果,调动多个感觉器官共同参与学习活动,其效果最佳, 因此,在CAI课件设计中, 应根据需要尽可能用多种媒体呈现教学内容[3],如符号,语言,文字,声音,图形,动画,视频图像等,把各要素按教学要求进行有机的结合,呈现在屏幕上,为学习提供多样化的外部刺激,使学习效果更佳; 以超文本方式来组织教学信息, 学习者可通过节点间的链接关系方便地进行知识点间的切换,并对有关提问,反馈及帮助信息,提示或导航的呈现环节力求准确、可靠、规范, 方便学习者的学习。下面即是CAI课件设计流程图: 图1工程测量学CAI课件设计流程图 (三)工程测量学课程课件选题的重要原则 在整个工程测量学课程课件设计与制作中,科学性,针对性和实用性是最基本的原则,但这些原则在实际的课件制作过程中,却难以直接操作,因此,在教育理论,因材施教,充分发挥CAI课件的优点,提高教学效果思想的指导下,应制定一些浅显易懂, 操作简便的课件选题原则。 工程测量学CAI课件设计的选题应该遵循这些原则,选题的过程就是一个判断决策的过程,什么样的知识内容作为课件制作的对象,才能最大限度地体现其作为选题的必要性和可行性,这是一个大原则。分析工程测量学教学内容的特点以及制作的可行性和效益性,确定课件选题判断决策流程图, 针对工程测量学教学内容,该流程图最大程度地体现了选题的大原则,克服了常规手段不能很好表现的弊端,任何一节课或一个知识点, 如果按照流程前进,能走到最下层模块,便可以作为课件制作的对象,该节内容或知识点制作成为课件的必要性和可行性是充分的、反之,如果走到右边模块,建议放弃选题,因为该选题已经失去了制作成为课件的价值或者实际意义[4]。 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 三、工程测量学CAI课件的制作步骤 (一)教学设计 制作电脑课件的目的是为课堂教学服务,在制作课件时,应首先写出授课教案,其内容包括教学目的、教学流程设计、问题和习题,并根据课程讲授的要求确定课件演示的表现手法。 (二) 脚本的设计 根据教学教案和表现手法,设计的课件脚本主要有课件简介、前言、课堂主题内容、总结、习题和退出6大模块。各模块内部包含电脑板书显示方式的过渡效果、画面背景图案、动画演示、重点突出、细节描绘等,并使各模块之间可相互连接和跳转。 (三)课件制作工具的选择 目前,多媒体课件制作工具多种多样,经比较,选择了Macromedia公司的Authorware 6.5。Authorware是一个规模较大、功能丰富、高效的多媒体创作工具,利用其函数变量能完成一些复杂的控制功能,很容易实现人机交互的过程控制,作品结构也比较清晰。Authorware的简单易学、易上手、效率高也是一个重要原因。除此之外,选择Windows自带的绘图工具和Photoshop软件来制作电路图,使电路分析的各个环节能更明确的体现,使同学们在课堂获得更多的理性认识[5]。 (四) 课件的运行、修改和打包 当课件的制作告一段落时,就要检验课件设计的效果,可一边运行课件看其效果,一边进行针对性修改。为满足课堂教学的需要,在教学课堂多次让学生观看,找出存在的问题,设计出更加直观的教学效果。在课件打包时,若的课件脱离Authorware平台的运行环境,就无法单独运行。为了解决这个问题,需重组设置,生成可以单独运行的exe文件,使课件成功。 图2工程测量学CAT课件系统总体框架 四、结论 工程测量学的发展为工程测量学课程教学提出了一系列的挑战,采用计算机辅助教学是解决这一问题的有效手段,计算机辅助教学停留在对传统课堂教学的补充上,对网络学校、虚拟学校、远程教育等概念还朦朦胧胧,但计算机在学与教过程中的优势,已被教师共识, 如何在现代教育科学理论指导下,完成计算机辅助教学课件制作过程中的模式选择,整体策略,制作出符合教学规律,高效能提高课堂教学质量的课件是目前工程测量学课程在采用计算机辅助教学过成中亟待研究的课题, 当前,新的教学手段,新的教育理念得到大力推进,在这个良好的氛围下,探讨工程测量学CAI 课件设计具有现实的意义, 我们有理由相信,只要坚持用教育科学理论指导课件制作实践,未来计算机辅助教学中高质量的课件将不断出自学校教师之手,为培养具有创新素质的人材,提供新的活力。 工程测量学论文:谈测绘及工程测量学中的新技术的应用 摘要:测绘学是一门古老的学科,有着悠久的历史。测绘学的科学地位和作用意义重大。工程测量学是研究工程建设和自然资源开发中各个阶段进行的控制和地形测绘、施工放样、变形监测的理论和技术的学科。随着电子信息技术、通信技术、网络技术等的飞速发展,测绘学也迎来发展的机遇与挑战。测量理论,测量方法,测量仪器的改进推动了测绘学科的发展,现在的测绘不但测量精度大大提高,测量时间大大的减少,劳动强度降低。 关键词:测绘学 新技术 应用 测绘学古老而现代,绘学现在正在向一门刚兴起的学科―地球空间科学发展。测绘学是一门古老的学科,有着悠久的历史。测绘学的发展在世界上古史时代,就有利用测绘学治理尼罗河泛滥后农田边界整理的传说。公元前7世纪,管仲在其所著《管子》一书中已收集了早期的地图27幅。公元前5世界至3世纪,我国已有利用磁石制成最早的指南工具“司南”的记载。公元前130年,西汉初期便有了《地形图》和《驻军图》,为目前所发现我国最早的地图。随着人类社会的进步和科学技术的不断发展,测绘学科的理论、技术、方法及其学科内涵也随之发生了很大的变化。尤其是在当代,由于空间技术、计算机技术、通信技术和地理信息技术的发展,测绘学的理论基础、工程技术体系、研究领域和科学目标与传统意义上的测绘学有了很大的不同。 测绘学的主要研究对象是地球(当然再未来将发展到外太空,研究其他的星球)。人类对地球形状认识的逐步深化,要求精确测定地球的形状和大小,从而促进了测绘学发展。因此,测绘学可以说是地球科学的一个分支。测绘学的研究成果是以地图为代表的信息产品,地图的演变及其制作过程、方法是测绘学进步的一个主要标志。测绘学获取观测数据的工具是测量仪器,测量学的发展很大程度上取决于测绘方法和测绘仪器的创造和改革。测绘仪器的发展经历了早期的游标经纬仪到小平板、大平板仪、水准仪、航空摄影机、摆仪、重力仪、全站仪,测量机器人,数字绘图机。成果也从原来的手绘地图到数字地图,由原来的二维地图到现在的三维地图,四维地图,最近由武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室研制的“天地图”这一伟大成果就是一个很好的代表。 测绘学的科学地位和作用意义重大。在科学研究中的作用:测绘学在探索地球奥秘和规律、深入认识和研究地球的各种问题中发挥着重要的作用。现在的测量技术可以提供几乎任意时区域分辨率系列,具有检测瞬时地理事件如地壳运动,重力场的时空变化,地球的潮汐和自转等问题,这些观测成果可以用于地球内部物质的研究,尤其在解决地球物理方面可以起到辅助作用。测绘学在国民经济上的作用是广泛。丰富的地理信息是国民经济和社会信息化的重要基础,为构建“数字城市”“数字中国”提供了重要的资源。在现代化战争的今天,测绘学在武器的定位、发射、精确制导等方面发挥着不可代替的作用。另外在防灾减灾方面,测绘做出了不可磨灭的作用,2008年汶川特大地震中,测量所的的地图在救灾中起指导作用,减少了灾难等带来的重大损失。在以后的发展中,测绘在防灾、减灾上仍然将发挥它的作用。 测绘学的分类。随着测绘科技的发展和时间的推移,在发展过程中形成大地测量学、普通测量学、摄影测量学、工程测量学、海洋测绘和地图制图学等分支学科。大地测量学研究和测定地球的形状、大小和地球重力场,以及地面点的几何位置的理论和方法。普通测量学 研究地球表面局部区域内控制测量和地形图测绘的理论和方法。局部区域是指在该区域内进行测绘时,可以不顾及地球曲率,把它当作平面处理,而不影响测图精度。摄影测量学 研究利用摄影机或其他传感器采集被测物体的图像信息,经过加工处理和分析,以确定被测物体的形状、大小和位置,并判断其性质的理论和方法。测绘大面积的地表形态,主要用航空摄影测量。工程测量学 研究工程建设中设计、施工和管理各阶段测量工作的理论、技术和方法。为工程建设提供精确的测量数据和大比例尺地图,保障工程选址合理,按设计施工和进行有效管理。海洋测绘 研究对海洋水体和海底进行测量与制图的理论和技术。为舰船航行安全、海洋工程建设提供保障。地图制图学 研究地图及其编制的理论和方法。 工程测量学。工程测量学是研究工程建设和自然资源开发中各个阶段进行的控制和地形测绘、施工放样、变形监测的理论和技术的学科。测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。该学科无论怎样发展,服务领域无论怎样拓宽,与其他学科的交叉无论怎样增多或加强,学科无论出现怎样的综合和细分,学科名称无论怎样改变,学科的本质和特点都不会改变。 工程测量学的理论平差理论。最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型,它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上,主要包括:平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断;模型误差对参数估计的影响,对参数和残差统计性质的影响;病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要,导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论,以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际,出现了稳健估计(或称抗差估计);针对法方程系数阵存在病态的可能,发展了有偏估计。与最小二乘估计相区别,稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。 现代测绘中的新技术。随着电子信息技术、通信技术、网络技术等的飞速发展,测绘学也迎来发展的机遇与挑战。测量理论,测量方法,测量仪器的改进推动了测绘学科的发展,现在的测绘不但测量精度大大提高,测量时间大大的减少,劳动强度降低,测绘工作者也不再是人民眼中“农民工”。这些新技术包括:1、卫星导航定位技术。以美国的GPS,俄罗斯的GLONASS,中国的北斗以及在建的欧盟的GALILES为代表的的定位系统为测绘工作带来极大的方便,而且提高了精度。2、RS(遥感),他是一种不通过接触物体本身,用传感器采集目标的电磁波信息,经过处理、分析后识别目标物的现代科学技术。我们武汉大学在遥感方面实力强大,遥居亚洲第一。3、数字地图制图技术。4、GIS(地理信息系统)GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础,在计算机软硬件的支持下,运用系统工程和信息科学的理论,科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据,以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说,地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。5、3S集成技术。即GPS、GIS与RS技术的集成,是当前国内外发展的趋势。在3S技术的集成中,GPS主要用于实时快速的提供物体的空间位置;RS用于实时快速的提供大面积的地表物质及其环境的几何与物理信息,以及他们的各种变化;GIS则是对多种来源时空数据的综合处理分析和应用的平台。 工程测量学论文:精密工程测量学在现实工作中的详细运用 摘要:我国的经济的发展是很快的,很多的工程上都是会运用测量的,精确的测量对工程的实施是有很大的帮助的,常用的测量方法有很多,精密工程测量在较为科学的地面测量仪器、三维工业测量技术、GPS定位技术、数字化测绘技术、数据库技术与GIS技术和大型精密精密工程测量的运用。最终提出精密工程测量科学的未来发展。 关键词:精密工程测量学;运用;发展 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号: 精密工程测量科学是探索地球空间中详细几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测量实现的理论办法及科学技术的一项运用行科学。它着重对建筑工程、器械和设施加以探究服务对象。 精密工程测量科学关键包含工程建筑为对象的精密工程测量和以设备与机器装配为对象的工业测量两个主要方面。在学科上可划分为普通精密工程测量和精密精密工程测量。精密工程测量科学的重要工作是对各种工程建设供应测绘保障,满足工程所提出的要求。精密精密工程测量代表着精密工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进精密工程测量学科发展的动力。 一 精密工程测量学在现实工作中的详细运用 1、先进的地面测量仪器在精密工程测量中的运用 ⑴ 电子经纬仪和全站仪的运用,是地面测量技术进步的重要标志之一。电子经纬仪具有自动记录、自动改正仪器轴系统差、自动归化计算、角度测量自动扫描、消除度盘分划误差和偏心差等优点。全站仪测量可以利用电子手簿把野外测量数据自动记录下来,通过接口设备传输到计算机,利用“人机交互”方式进行测量数据的自动数据处理和图形编辑,还可以把由微机控制的跟踪设备加到全站仪上,能对一系列目标自动测量,即所谓“测地机器人”或“电子平板”野外直接图形编辑,为测图和工程放样向数字化发展开辟了道路。 ⑵ 激光水准仪、全自动数字水准仪、记录式精密补偿水准仪等仪器的出现,实现了在几何水准测量中自动安平、自动读数和记录、自动检核测量数据等功能,使几何水准测量向自动化、数字化方向迈进。激光准直仪和激光扫描仪在高层建筑施工和大面积混凝土施工中是必不可少的仪器。国产JDA系列多功能自动激光准直仪,具有6种自动保持精度的基准,可用于高层和高耸建筑的轴线测控;滑模测偏、测扭、水平测控;构筑物与设备安装放线控测;各类工程测平,结构变形观测等。 ⑶陀螺经纬仪是用于矿山、隧道等精密工程测量的另一类主要的地面测量仪器,新一代的陀螺经纬仪是由微机控制,仪器自动、连续地观测陀螺的摇动并能补偿外部的干扰,观测时间短、精度高,如Cromad陀螺经纬仪在7min左右的观测时间能获取3″的精度,比传统陀螺经纬仪精度提高近7倍,作业效率提高近10倍,标志着陀螺经纬仪向自动化方向迈进。 2、三维工业测量技术的兴起和运用 80年代以来,随着高新技术的发展和社会的进步,现代工业生产进入了一个新的阶段,许多新的工业生产要求对生产的自动化流程、生产过程控制、产品质量检验与监测等工作进行快速、高精度的测点、定位,并给出运行轨道或复杂形体的数字模型等,这是传统的光学、机械方法所无法完成的。三维工业测量系统是以电子经纬仪或近景摄影仪为传感器,在电子计算机的支持下而形成的三维测量系统,主要运用于以下的工业领域:汽车、飞机工业及空间技术等方面设计、试验、制造、组装过程中的测量和定位;工业用机器人的检测;卫星接收天线安装和维护的精度检测;生产自动化过程、生产过程控制、生产质量检验与检测的动态测量;负荷试验中变形与应变测定。 三维工业测量系统分为两大类,以电子经纬仪为传感器的工业大地测量系统和以近景摄影机为传感器的工业摄影测量系统。 工业摄影测量系统,通常是以近景摄影的方式实现的,其优点是通过像片提供大量信息,施测周期短,可在瞬间完成测量全过程,可对动态目标进行测量,可以多重摄影,有多余观测值,精度可靠。西欧北美一些国家的高精度工业摄影测量系统,最好的相对测量精度已达到百万分之一。在我国的工业摄影测量系统一般精度较低,但也较多地得到运用并取得显著成效。如北京市测绘设计研究院用于测绘大型飞机外型;武汉测绘科技大学用于葛洲坝船闸变形监测、龙口及上下游水面流速动态测量;武钢“4号高炉”煤气管道变形监测等。 3、GPS定位技术在精密工程测量中的运用 80年代以来,随着GPS定位技术的出现和不断发展完善,使测绘定位技术发生了革命性的变革,为精密工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替,同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间;定位方法已从静态扩展到动态;定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。 在我国GPS定位技术的运用已深入各个领域,国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地运用GPS技术,在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS技术。随着DGPS差分定位技术和RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的解除,单点定位精度不断提高,GPS技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的运用前景。 4、数字化测绘技术在精密工程测量中的运用 大比例尺地形图和工程图的测绘,是城市与精密工程测量的重要内容和任务。常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作,同时还有大量的室内数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一,难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。 随着电子经纬仪、全站仪的运用和GEOMAP系统的出现,把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来,形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图,也可提供软盘,为专业设计自动化,建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。 根据调研的不完全统计,目前我国有60%城市与精密工程测量单位已不同程度的运用数字化测绘技术。目前存在的难题是数字化测绘系统的数据规格、标准还不能满足GIS的要求,所以,要制定一套标准化数据格式,使得数字化测绘成果既能满足地形图和专业图的需求,同时又能通过数据交换满足各类GIS的运用,才能更好地推动数字化测绘技术的发展。 5、摄影测量技术的运用 摄影测量由于高质量的摄影机,高精度测量仪器和GPS以及计算机技术的运用,加上软件的不断改进和完善,测量精度和效率显著提高。摄影测量技术由于可以提供实时的三维空间信息,无需接触被测物体,以及野外工作量少、效率高和成果品种多等优点,具有广泛的运用前景。 采用的仪器除利用高精度的模拟测图仪和解析测图仪成图方法外,还用立体坐标测图仪与微机连接进行数据采集,经微机数据处理输入绘图机自动绘图。近几年由于全数字摄影测量工作站的出现,为摄影测量技术运用提供了崭新的技术手段和方法。同时,由于GPS技术在摄影测量中的运用,大量减少野外控制点的连测,大大提高了航测的效率与效益,开创了摄影测量向自动化、数字化方向迈进。在国际上,如瑞士、美国、加拿大一些仪器厂商都先后研制和推出全数字摄影测量系统,并得到有效的推广与运用。 工程测量学论文:创造性思维模式在《工程测量学》课程中的应用 【摘要】《工程测量学》是一门工程性和实践性很强的学科。以宿州学院“厚基础、强技能、高素质”应用型人才培养目标为基准,基于创造性思维模式展开了《工程测量学》教学改革研究,通过师生角色转换、创造性思维教学活动设计来改善课堂教学效果,对课程改革提出建设性策略。 【关键词】创造性思维模式,工程测量学,应用 一、引言 目前,高等教育的人才有创新型人才、应用型人才和高素质劳动者三个层次。第一类主要由国家所属的研究型大学和省属研究型大学培养,第二类由普通本科院校培养,第三类由高职、中职院校培养。新建本科院校一般应定位于研究型大学与职业院校之间,属于应用型大学。宿州学院作为新建本科院校,以就业为导向,以服务社会为目的,确立了“厚基础、强技能、高素质”的应用型本科人才培养目标。 面对日趋激烈的竞争,测绘用人单位倾向于聘用具有创新能力的学生。鉴于此,本文基于创造性思维教学模式对《工程测量学》展开课程教学改革,以学生为中心,从师生角色转变、课程教学设计入手,注重理论联系实际、创新能力的养成,使其掌握扎实的理论基础和过硬的实践技能,培养基础广、知识面宽、能力强、素质高的应用型创新测绘人才,增强学生就业竞争能力,满足社会和用人单位所需。 二、社会对应用型创新人才的需求 学生是否掌握测绘相关岗位所需的理论知识、测绘技能及创新思维能力,解决实际工程中所遇问题,是培养应用型创新人才关键所在。应用型创新人才必须具备以下几方面的基本能力: 1.扎实的理论功底。只有具备深厚的基础知识,才能多渠道汲取知识,综合运用知识思考问题、敏锐地发现问题本质,找到问题的解决办法。在大学四年本科学习生涯中,不仅要一如既往重视英语、数学、计算机等课程的学习,打好公共基础关,扩大人文社会科学知识,还要打好专业基础课,积极关注学科领域前沿知识,才能激发创造思维,不断丰富、更新自身的知识架构。 2.过硬的实践技能。理论与实践相结合,是培养应用型创新人才的重要方式。《工程测量学》课程从根本上说,其主要任务是运用测绘仪器解决工程规划设计、施工建设、运营管理三阶段的测量工作,具有很强的工程性和实践性。实践出真知,注重社会需求调查和岗位分析对人才知识、能力、素质的需求,面向市场,以应用为主旨,把好实践环节项目设置关,狠抓实践技能训练,使学生在有深厚的理论知识下,具有过硬的实践技能。 3.树立创新意识。学生不仅要掌握一定的理论知识和实践技能,还要具备创新观念,能够生产新知识。通过积极关注国内外学术研究动态,扩大知识面,关注面对一些工程实际问题,能大胆提出新思想、新方法。显然,只有那些具备扎实的理论基础和过硬的实践技能的人才,能正确地把理论研究应用到实际工程中,才能有效表达创新意图,将书本知识转化为实际工作能力,实现知识向生产力的转化。 三、创造性思维模式概述 人类根据已有的知识和经验,从某些事实中进一步找出新关系、寻求新答案,这样的思维活动属于人类思维的高级阶段,即创造性思维。创造性思维概况起来主要具有新颖性、综合性、突跃性、变通性、独创性和价值性等特征。 创造性思维教学是为培养创造性思维能力的教学。其存在创造问题性解决的教学模式、问题解决型教学模式、多元才能发展教学模式、创造性思维教学三段模式四种形式。ATDE创造性思维教学模式在学生原有的知识和经验基础上,通过“问(Asking)”“想(Thinking)”“做(Doing)”“评(Evaluation)”四步训练,培养学生的创造性思维能力(包括敏锐力、流畅力、变通力、独创力及周密的思维能力等“五力”)。 四、《工程测量学》课程教学中创造性思维的应用 工程测量学是测绘学的重要分支。它是继《测量学》、《数字测图原理与方法》、《误差理论与方法》、《控制测量》等专业课程之后的又一门主干课程,其理论与实践并重。 1.教学过程中,师生角色转变 在创造性思维教学模式下,教学的中心从过去的“教”转移到“学”, 学生则由过去被动的接受者,成为问题主动探究者。教师在教学过程中,重在引导,说明思维和推理的过程,引导学生发现问题、分析问题,重视并培养学生学习的自主能力,激发其创新与创作热情,掌握良好的学习方法,发挥其主观能动性,进而创造性地解决问题,使得教学达到理想的成效。 2.创造性思维教学活动设计 (1)课程教学目标:按照知识、能力、素质的要求,培养学生掌握工程测量的基本理论知识和基本技能;掌握带测绘仪器和相关专业软件的操作技能,独立思考和分析解决问题的能力;具备良好的职业道德素质,较强人际交往能力,形成爱岗敬业、踏实肯干的专业素养。 (2) 课程教学内容优化。教学内容优化是课程教学改革的优秀问题。目前,该课程选用武汉大学张正禄教授的《工程测量学》教材,主要是围绕工程建设的三个阶段规划设计、建设施工、运营管理中的测量工作来编写。《工程测量学》应结合测绘发展方向,以社会实际需求为依据,明确课程线路测量、建筑工程测量、桥梁工程测量等几条脉络主线。并搜集工程案例,将近年来的一些新仪器和测绘新技术穿插到教材相应章节,让学生了解新测绘仪器和大型工程案例,贴近社会生产实践,领会理论的产生是源于对实际工程的总结。 工程测量的实践内容要贴合工程实际情况,侧重于知识和技术创新,注重应用型测绘人才能力的开发与培养,诸如:掌握控制网布设原则及布置要求,完成测设任务,进行场地平整测量,学会土方量计算,学会坡度线测设,一般高程法放样,建立回归方程对变形监测数据进行处理等。 (3)教学方法革新。教学方法是提高教学质量的重要手段。从应用型创新人才培养的层面来看,迫切要求改变旧的教学手段与观念,在教学中,以学生为中心,教师要运用多种教学方法,案例法、讲授法、小组教学法等。针对典型工程进行分析、研究,积极开展体验式教学,以使学生在掌握工程测量学的基本理论基础上,紧密联系实际,熟悉将来要工作的环境,提高学生的综合业务素质。 (4)教学质量评价体系构建。教学过程是师生双向互动的过程。积极开展教师对学生学习情况的评价,综合工程测量学课程特点,构建学生评价、教师互评、督察组评教相结合的教师评价方式与教师对学生学习评价长效教学质量评价体系,确保及时发现教学过程中存在的问题并改之,督促教师全面提高个人业务素质,学习积极投入学习,提升教学质量。 基于创造性思维模式,学生首先带着疑问如何实测高程进行土方量计算,然后借助相关实验器材,设计方案用仪器测得高差信息,进而付诸实施实地测量高程。各小组依据各自方案比比哪组测量的更精确,方法更甚一筹,最后对实测的高程基于方格网进行土方计算,对手工计算方法和cass软件计算结果进行比较看有无差异。教师结合各小组实验方案实施可行性、实测高程时仪器操作熟练程度、计算土方过程严谨性及绘图质量等综合评价小组表现,完成“问-想-做-评”创造性思维活动训练。 五、结论与建议 基于创造性思维模式践行《工程测量学》教学改革,在教学活动中进行师生角色转换、优化课程教学内容、革新教学方法、构建教学质量评价体系来提高教学质量。在此基础上,提出以下几点教学改革建议: 1.制定新的教学大纲,编写实验讲义。宿州学院作为新建本科高校,成立专门的编审组每两年为一周期对培养方案进行修订。工程测量学实验重点通过实验项目训练,掌握典型工程中测量工作,为学生将来从事生产、科研等专业技术工作打下了必要的基础。为了提高实验教程实用性,方便教学,进行自主编写,在确保教材内容具较强学术性的同时,也要注意与实际的联系。 2.强化师资队伍创新意识培育。强化教师队伍建设,是新建应用型本科高校发展战略的必然选择。教师通过不间断的学习,具备创新意识,把创新作为组织教学的出发点,从教学理念、教学方法与手段、教学内容几方面入手着手研究创新,以适应教学环境的变化并重新塑造自己,有意识引导学生养成创新的学习方法。 3.建立严格的教学管理机制。严格的教学管理是保证应用型创新人才培养的重要环节。学生学了获取理论知识和实践技能,培养创新意识之外,尤为重要的是养成良好的纪律观。依据学生在教学过程中学习态度、学习纪律遵守情况、仪器操作熟练程度、完成任务的实习任务的质量、爱护仪器等情况对学生学习全过程进行合理考核、评价,严肃考风、考纪,形成公平竞争良性的教学管理机制,促进教学质量的全面提高。 工程测量学论文:论建筑工程测量学科中学生综合能力的培养 摘 要:中职院校学生综合能力的培养必须紧随时代潮流。只有这样才能促使中职学生的实际素质与个人修养能充分契合社会发展以及工作单位的实际需要,从而促使他们真正成为既具有专业职业技能,又同时真正具备高水平、高素质的社会主义专业人才。 关键词:建筑工程测量;实际操作能力;计算能力;绘图能力;合作及自主探究能力 中职教育的目标不仅仅在于通过系统、专业的教学与培训活动,促使中职学生掌握基础的学科知识与专业技能,更重要的在于还必须促使中职学生在学习活动中切实对自身的动手能力、实践操作能力、计算能力、绘图能力、团队合作意识能力等综合能力与素质进行提高与完善,从而为学生日后顺利就业、更好地适应现代社会环境等奠定良好的基础。 一、注重学生实际操作能力的培养 中等职业院校同普通高等院校最大的区别在于中职院校的创校宗旨是培养真正具备实际操作水平与专业技能的初、中级技术型人才。这就决定了中职院校教学中教师必须对学生的实际操作能力给予高度的肯定与重视,通过合理的专业设置及教学,切实促进学生动手能力、实际操作能力的提升与进步。这样才能充分保证中职学生不至于“发展”成为“理论的巨人,实际操作中的矮子”,进而为其毕业之后能真正掌握一技之长,更早、更好地融入社会工作之中打下坚实的基础。 建筑工程测量是建筑施工专业的一门技术性基础课程,其教学目的在于“使学生能独立完成平面控制测量、高程控制测量、大比例尺地形图测绘及施工放样等项测绘工作和内业计算工作。这就要求学生必须真正具备独立自主的操作水平与良好的实践操作能力。 无论是从中职院校的性质出发,还是从建筑工程测量学科的具体教学目标来看,注重学生实际操作能力的培养,真正确保学生具备良好的动手与操作专业技能,都成了建筑工程测量一线教师教学工作的重点之重。因此,鉴于这种情况,教师在学科理论知识讲解之外,更要结合具体的学习内容,巧妙而灵活地为学生设置丰富多彩、形式多样的实习课程或者实习机遇,以此提供给学生亲自动手、操作实践的机会,从而为他们自身实际操作能力的切实提升与发展做好充分的准备工作。 例如,在学习完“施工测量”这部分知识之后,我向有关部门申请,在保证学生生命安全的前提下,组织他们深入到正在建设中的施工场地,并鼓励他们将整个社会实践活动贯穿于整个建筑物的建设过程中。此项活动虽然历经的时间很长,但是效果出奇意外的好。通过实际勘察与测量,学生不但进一步明确了施工测量活动中的主要内容及详细步骤:(1)监理施工控制网;(2)依据设计图纸要求进行建筑物的放样;(3)每道施工工序完成之后,通过测量检查各部委的平面位置和高程是否符合设计要求;(4)随着施工的开展,对一些大型、高层或特殊建筑物进行变形观测,更重要的是伴随他们的实践活动,他们还真正深入到施工测量的各个环节、各个过程之中,而这些显然为他们自身实际操作水平及能力的更好提升与逐渐完善提供了充足的保障。 二、学生计算能力、绘图能力的培养 提到建筑工程测量,我们联想到最多的就是各种形式的图表以及庞大的计算量。而建筑工程测量恰恰是一门以测量为主的研究学习课程,这就决定了学生在这一科目的学习中不可避免地将会遇到大量的建筑工程图、计算表格等。《中等职业学校建筑工程测量教学大纲》在其“能力培养要求”中明确指出“建筑工程测量课程要着重培养学生的计算能力与一定的绘图能力,促使学生能运用计算机或者计算器进行各种工程建筑的测量计算”。 我在日常的教学实践活动中就格外注重学生计算能力与绘图能力的培养与发展,迄今为止,都收获了较为理想的教学效果与回响。如,在教学“坐标方位角的计算”时,在讲解完具体的计算原理及计算公式之后,我向学生布置了难度适中、题量适中的课后练习习题: 通过课后习题,一方面帮助学生进一步巩固与复习了他们之前课堂上所学的原理、概念、公式等诸多理论知识点;另一方面则以这些例题为契机,着重对学生的计算能力进行了培养与发展,真正起到了一举两得的良好的教学效果。 再如,在大比例尺地形图测绘的前提准备工作涉及“绘制坐标格网”这一知识,因此,在教学这部分内容时我就格外注重学生实际绘图能力的培养与训练。 除了对角线法绘制方格网之外,我还带领学生在计算机中用AutoCAD软件编辑好坐标格网图形,然后把图形通过绘图仪绘制在图纸上(绘图仪法)。这些都在一定程度上锻炼与培养了学生的实际绘图水平与能力。 三、培养学生的小组合作及自主探究能力 随着经济的快速发展以及人们理念的日渐更新,社会对优秀人才提出了更高的要求、更严格的标准,即人才除了单纯具备扎实的学科基础知识及良好的专业技能之外,还必须拥有一定的团队合作精神以及自主学习、终身学习的科学学习意识及理念。因为,人才只有真正具备自我学习的能力以及合作协调的意识,才能在既适应社会知识快速发展的同时谋求一个良好的人际社会关系,从而才能确保自身专业领域的更好进步与发展。 中职院校是以培养社会主义初、中级优秀人才为主要目的的专业院校,那么,也必须依据社会市场导向制定科学、合理的教学目标。由此展开而来,教师有意识、有目的地通过各种形式的教育、培训活动真正帮助学生形成良好的团队合作意识以及科学探究的自主学习能力就非常有必要了。 那么,建筑工程测量课程中教师应当通过何种措施才能真正贯彻、落实这一宏伟教学目标呢?我个人认为,教师除了要彻底摒弃以往传统而落后的教学模式之外,更要积极更新、转变自身的教育教学理念,真正把学生视作学习活动的主体,并以此为基础,积极创造条件,鼓励学生以小组为单位进行合作学习、科学探究等性质的学习活动。唯有这样,才能真正为学生合作意识及自主学习能力的切实进步奠定良好的基础。 以我自身为例,我在平时的教学实践活动中,就会结合具体的教学内容以及学生各自的性格特征等实际情况,将他们灵活划分为不同的学习小组,并指定详细的活动任务,促使学生在完成任务活动的过程中建立起良好的团队合作意识、逐渐学会同他人沟通、协调与合作。除此之外,借助学生亲身的探究实践活动,还进一步锻炼与发展他们的自我表达能力、自主探究能力、自主学习能力,促使他们在发挥自身最大潜力的同时实现自身综合素质的显著提升与进步。 总之,中职院校学生综合能力的培养必须紧随时代潮流。只有这样才能促使中职学生的实际素质与个人修养能充分契合社会发展以及工作单位的实际需要,从而促使他们真正成为既具有专业职业技能又同时真正具备高水平、高素质的社会主义专业人才。 工程测量学论文:工程测量学的发展探析 摘要: 本文对工程测量学进行了定义,指出了该学科的地位及研究应用领域,阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展。结合科研和开发实践,简单介绍了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统―――科傻系统。最后展望了 21 世纪工程测量学若干发展方向。 关键词: 测量学;工程测量;测量机器人 1 学科地位和研究应用领域 1.1 学科定义工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 1.2 学科地位测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。总的来说,整个学科的二级学科应作如下划分: ①大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量); ②工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量); ③航空摄影测量与遥感学; ④地图制图学; ⑤不动产地籍与土地整理。 1.3 研究应用领域工程测量遍布我国国民经济建设的各个方面,按照工程建设的对象可分为:建筑工程测量、水利工程测量、桥梁工程测量、矿山测量、军事工程测量等;按照工作顺序可分为:勘测设计阶段的工程测量;施工过程中的工程测量和竣工结束后的工程测量这三个阶段。 工程测量在不同的建筑工程施工阶段有着不同的职责,它是工程建设中最基本的工作之一,它为建筑工程的其他相关工作提供服务,同时也是保障施工建筑工程质量的最基本工作。由于工程测量学的研究应用领域非常广泛,很多的学者就工程测量的某一行业进行著书立说的比较常见,而全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材则尚未出现。 工程测量学的研究领域既有相对的固定性,又是不断发展变化的。笔者认为,工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障,满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向,大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。 2 工程测量仪器的发展和新技术的应用 测量仪器伴随着测绘科学发展而不断发展,工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。随着计算机技术和精密机械技术的发展,通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。专用仪器主要包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统,具有高精度、自动化、遥测和持续观测的特点。 2.1 GPS 系统的应用在工程测量的工作中,GPS 技术发挥着至关重要的作用,是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统,它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性。RTK 技术对传统逐级布网的理念进行了更新,具有点位选择限制少,作业时光短,结果精度高,工程费用低等优势。过去测地形图时,都需要通过在测站上测出四周地貌的碎部点来完成,最少需要2-3 人才能完成该项工作。RTK 技术只需要一人背着仪器在要测的地貌碎部点呆上两秒钟左右,并同时输入特性编码,通过手簿能实时知道点位精度,把一个区域测完后回到室内,由专业的软件接口就能输出所要求的地形图,省时省力,工作效率大大提高。 2.2 地图数字化技术早期的纸质地图不利于保存和使用,信息技术的发展使得各工程测绘部门开始对早期的纸质地图进行数字化的处理工作,方便存取、传输、修改和排版。利用扫描矢量化技术进行地图数字化是提高数字化质量与速度的必由之路,针对大比例尺地形图,大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息,高效、便捷、保真地对地图进行数字化处理。 2.3 数字化成图技术传统的成图方法难以适应社会发展的需要。测绘向自动化、数字化、信息化方向发展。数字测图取代模拟测图将成为必然。数字化成图技术以其精度高、劳动强度小、便于保存和管理的特性受到了工程测绘人员的青睐。目前数字测图有内外业一体化和电子平板两种模式,主要设备为全站仪、电子手簿等,操作方便,成图效率高,现场可以方便、及时发现和纠正出现的错误和遗漏的信息,这是传统测图方法所无法比拟的,是一种理想数字测图模式。 2.4科傻系统科傻系统(COSA)是“地面测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统”的简称,它使工程测量行业发生了革命性变化。该系统由两个子系统组成:“基于掌上型电脑的测量数据采集和处理系统”(简称COSA-HC),该系统的最大特点是自动化程度高,通用性强,处理速度快,解算容量大。该子系统具有水准测量、二、三维控制、碎部测量、道路测设、工程放样等测量作业模块;具有小规模水准网、二、三维工程网的平差功能;具有文件管理和数据通信功能;该系统灵活方便,适合外业环境。其自动化表现在通过和COSA 子系统COSAHC相配合,可以做到由外业数据采集、检查到内业概算、平差和成果报表输出的自动化数据处理流程;其通用性表现在对控制网的网形、等级和网点编号没有任何限制,可以处理任意结构的水准网和平面网,无须给出冗余的附加信息;其解算速度快,解算容量大表现在采用稀疏矩阵压缩存储、网点优化排序和虚拟内存等技术,在主频166MHz 的586 微机上,解算500 个点的平面和水准控制网不到1 分钟;在具有20MB 剩余硬盘空间的微机上,可以解算多达5000 个点的平面控制网。 3 工程测量学的发展展望 ①全球定位系统(GPS)技术、RTK、CORS 测量技术的广泛应用。随着社会的发展,科学技术的不断创新带来了现代测量技术的不断推陈出新,工程测量领域广泛应用GPS、RTK、CORS 等现代的数字化测绘技术,不但加大了工程测量的精确度,而且降低了在野外进行工程测量的难度。②测量机器人的应用范围进一步扩大。③工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量,如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理。④大型和复杂结构建筑、设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。⑤数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。 工程测量对于工程施工的各个环节都起着至关重要的作用。如果没有工程测量人员的参与,工程的施工人员也将无法开展施工工作。在信息社会里,工程测量学的作用日益重要。因此,对测量工作要高度予以重视,大力提高我国测量的技术水平。 工程测量学论文:“以岗导学”土木工程测量学教学模式研究与实践 摘要:近年来,社会上“就业难”与“用工难”的矛盾日益突出,究其主要原因是学校教学与工程实际脱节,工程测量学作为土木工程专业必修的专业基础课也不例外。按照“以岗导学”人才培养模式,根据工程施工测量人员的岗位职责要求和土木工程测量学教学现状分析,提出基于“以岗导学”的“三段式”土木工程测量学教学模式,把教学过程与岗位职责要求对应,构建了工程测量的“三段式”教学方案并进行了实践,使学生的测量技能实现阶梯式提升,形成岗位职业能力,有效缩短了毕业生的就业适应期。 关键词:工程测量;以岗导学;教学模式 在工程项目建设中,最重要、最基础的工作就是工程测量,它贯穿于工程项目的始终,从项目规划、设计到施工,乃至运营管理阶段都离不开测量工作。在设计阶段,场地地形图、平面图是设计的依据;在施工阶段,将工程设计图纸转化为工程实体、测量放线等都属于测量的范畴;在其运营管理阶段,建筑物的变形观测离不了测量。目前,像我们这类二本院校的土木工程专业学生,毕业后直接去现场从事项目施工工作的较多,即使几年后晋升为工程师甚至高级工程师,也离不开测量工作或管理工作。因此,测量技能就成为了土木类专业学生的最实用、最急需的基本技能。 一、工程施工测量人员的岗位职责 所谓“岗”就是指任职岗位,即从事这个岗位的职责、最需要具备的知识、能力和素质要求等[1]。对于建筑行业的施工测量岗位,基本可归纳为三类[2]:一是测量工,他们只负责仪器具体操作,是在技术员、测量员的详细具体操作指令下,应用水准仪、经纬仪、全站仪或RTK等测绘仪器设备来完成具体测量任务,而自己并不具备独立完成工程测量任务的能力,在工程中往往只是作为测量辅助人员来使用的。二是测量员,既掌握测量仪器操作技巧,也具备独立完成一定的工程测量任务的能力。在工作中,他们只需技术员发出简单总体的任务指令,而无需详细的具体操作指令,便可完成一定的测量任务。在工程测量实际中,他们是可以独当一面的。三是测量工程师,他们既具备仪器操作技能,可以完成一定的工程测量任务,也具备完成一定的工程技术管理工作能力。在实际工程中,他们无需别人发出工作指令,自己可以根据工程进展来安排相关的测量具体事项,可以独立完成单项工程的测量工作。在具体工程实践中,具有双重身份,即测量员和技术员或施工员。目前,土木工程专业本科毕业生(特别是一线施工人员)步入工作岗位后,一般都需经历从低到高的岗位转变工程。第一阶段,就是一般的“测量工”,这个阶段所经历时间的长短与毕业生掌握的仪器操作技能的熟练程度和所接触的工程项目难易程度有关,有半年、一年甚至更长时间的,当然也有1~2个月的。跨过这个阶段,就进入了“测量员”阶段,这时他们就成为技术部的一员,与技术员一起工作,其所需时间长短同样由个人的工程素养及工程项目的具体情况决定。最后阶段,即成为“测量工程师”=“技术员+测量员”,也成为了技术部的主要成员、骨干甚至负责人,开始指导其他技术员、测量员开展工作,这个阶段时间的长短主要与个人的具体岗位升迁有关。 二、工程测量教学的现状 工程测量是土木工程专业必修的一门基础课程,内容包括测量学基本理论、基本方法、基本技能和各种测量仪器工具的技术性能、操作方法及其使用技术等,具有覆盖面广、实践性强、更新速度快的特点。课程教学目的就是要通过课堂教学、实验、实习等各个环节使学生掌握测量和放样的基本技能,培养学生实际操作能力,并能运用所学知识和技能,正确分析和处理工程中出现的各种测量技术问题,使其毕业之后达到就业“零适应期”。进入21世纪以来,随着计算机技术和信息技术的快速发展,测绘科学领域的理论、技术也发生了根本性的变化。在土木工程测量工作中电子全站仪、测量机器人、数字水准仪、GPS测量、激光三维扫描技术等已被广泛使用。这些技术的应用,使得控制测量、地形图测绘、施工放样、高程传递等技术已经与传统方法截然不同,而目前工程测量课程教学大多数仍然使用传统模式,以测量的基本理论为基础、以传统的水准仪、经纬仪等仪器为根据、以高差、角度、距离测量为内容开展教学,对新兴的工程测量仪器、技术等内容介绍甚少,即使有些院校已经购置了全站仪、电子水准仪等现代测量仪器,单由于课时、场地等原因,只是在实验课上以观摩的形式进行,学生对这些仪器的了解往往仅限于简单的使用,对一些深层次的原因甚至不知,更谈不上结合岗位、部位、阶段的具体要求来制定测量方案并实施,致使很多毕业生工作后遇到工程实践时无从下手。针对这些问题,结合多年教学工作的体会、土木工程专业学生就业和行业岗位的需求,构建了“以岗导学”的“三段式”工程测量教学模式并进行实践。 三、“以岗导学”的“三段式”土木工程测量学教学模式构建与实践 1.“以岗导学”的“三段式”教学模式。为了达到教学为实际工作服务的目的,我们根据课程特点和岗位要求,从岗位职业能力要求出发,以岗位执业能力为优秀,构建了递进的“三段式”土木工程测量学教学模式。将他们工程测量学课程教学与工程测量的三个不同层次岗位要求对应,将其划分为三个时间阶段,即基础理论教学、基本操作技能训练(课程实习)、综合任务实训(专业实习)三个阶段,以项目作为任务驱动教学,实施全过程考核,引导学生在真实生动、严谨有序的训练中提升测量综合技能,加快学生在工作中不断实现岗位提升。 2.“以岗导学”的“三段式”教学模式的实施。以工程测量岗位职业能力为优秀,将工程测量课程教学内容与岗位职责要求相对应,开展工程测量课程教学改革研究。①根据行业特点和土木工程专业教学的具体情况,依据国家相关职业标准,将岗位技能需求与教学内容对照,设定土木工程测量学课程教学的目标、内容、方法和要求。②通过对同类院校和企业调研,对测量工作各层次岗位和一些典型测量工作任务进行分析,针对职业能力需求不断优化项目式教学内容。③结合毕业生就业去向,按照不同层次岗位技能需求,选择对应的教学内容,构建了“三段式”的模块化课程。④组织编写“三段式”教学方案并在土木工程专业学生中开展实践,同时,不断总结优化,与企业技术骨干、相关院校专家一起编写“三段式”教学的配套教材,共同使用。 四、结语 以岗位需求为导向,以职业能力训练与职业能力培养为主线,以工程项目现场所需要的知识、能力为内容[8],坚持理论与实践结合的原则,将现场测量人员的不同层次岗位要求与教学各阶段相对应,构建了特色鲜明、与国家(乃至国际)行业标准紧密接轨的“三段式”土木工程测量学课程教学模式。自2001年以来,我们按照“三段式”教学模式在99-13级土木工程专业学生中开展课堂、实验、实习等各个环节教学,使学生的测量技能实现阶梯式提升,逐步形成岗位职业能力,使其毕业之后达到就业“零适应期”,直接步入第二层次(测量员)开展工作。 工程测量学论文:“工程测量学”课程教学方法 [摘 要]本文主要针对当前工程测量学课程已经不能适应测绘技术的应用发展趋势现象所进行了“工程测量学”这门课程的教学方法的改革探究,从而对“工程测量学”课程的教材编写、教学内容以及教学方法上的改革提出了研究对策,希望工程测量学课程教法能适应实际工程建设需求,提升学生的专业技能与综合能力。 [关键词]工程测量学 教材 事例型教学方法 引言 对于测绘工程专业的学生来讲,工程测量学是一门必修的专业主课。当前测绘技术得到了发展,测绘技术及其实际的生产作业设备都已经得到了改变,使得工程测量学这门教学滞后于现代测绘,需要测绘专业教学进行相应的教学改革,通过教学内容和方法上的革新来适应现代测绘技术的发展进步,从而培养出优秀的适应社会需求的测绘专业人才。改革“测量工程学”这门课程,就需要对其教材、教学内容以及教学方法等都进行改革,补充先进的测绘技术,适当增加测量工程学的教学课时,这是“测量工程学”改革的必然趋势。 一、教材编写改革 工程方面的教材种类不多,很多高校所用的工程教材基本是《工程测量学》(武汉大学出版),这是由于这本教材具有全面、科学、先进的优点,具有编排特色;然而这本教材内容上有一些重叠的地方,整体内容篇幅过大。由此,需要在此基础上编订新的工程测量学的教材。 在编订新的工程测量学教材时,必须要根据时代要求将新的测绘技术与测量仪器编入教材中,并作为重点的教材内容进行简绍,对那些过时的测绘技术与仪器,只作概略介绍就可以。其次,对于测绘设备和方法的编制必须要符合实际工作,是实际工作中用到的,要从基本原理、工作步骤、方法、注意问题、适用场合等都进行详细的介绍,要求学生能够通过学习达到会用、管用和够用的目的。第三,针对前面教材篇幅过大问题,新教材的编订要求精简,要让学生容易掌握到教材中的重难点知识和技术,适当缩减重叠的篇幅内容,并上调学生学习该门课程的学分。第四,教材内容编订要体现出综合性,反应出工程领域中普遍的测绘技术,并能对特殊的测绘理论技术进行介绍,将工程主要类型得到全面覆盖。第五,对于应用性极强的工程测量学课程来讲,必须要使得教材内容要以实践为基础,描写总结实践,并提升为理论、原理以及工作流程。第六,对于内容编排上要显示教材的特色,以凸显出教材的鲜明个性。 二、教学内容分析 “工程测量学”这门课程根据工程建设过程主要分为三部分的教学内容,分别是规划设计中的测量工作、施工中的测量工作和运营管理中的测量工作。以工程进度作为工程测量学教材的编排内容,其出发点在于考虑到将工程过程中所有的测量内容都能全面、有条理地反应出来。然而这就使得教材内容不能突出工程测量的重点和要点,并且对于这三个过程中的工作内在联系没有得到明显的阐述。 规划设计阶段。由于其他课程已经专门介绍了数字化测图知识点,该阶段的测量工作重点则只是对各种比例尺的地形图进行测绘,由此,只需简要介绍此阶段的测量内容与方法,对另外的测量要求做好概述即可。 施工阶段。此阶段的测量重点是施工放样,由此,需要对施工控制网的建立理论和方法、放样原理和方法、特殊测量方法进行介绍。基于当前测绘技术的发展,有一部分过时的内容可以省去,只作大概介绍,但要补充一些新工程类型的相关内容。 运营管理阶段。变形监测是该阶段的重点内容,这个知识点在不同版本的教材中有不同的详略介绍,这主要是基于学时设置考虑的,学时较少,那么教材将重点集中在施工测量内容的讲解介绍上。运营管理中的变形监测内容与施工测量有着同等重要的作用,由此,必须要加强该教学内容的详细讲解学习,这部分内容的学习有助于增强学生的工作适应能力。然而事实是过去的教材对这部分内容的介绍比重较小,所阐述的知识点不够全面完整。 在工程建设中,必须要对工程的各个环节都做好建设服务,即从勘测设计、施工建设到运营管理等阶段都需要做好相关准备接洽的工作,使得每一个阶段的工作都能得到有机联系,从而服务好工程建设,做到一致的工作内容和工作标准,能够在工程始终都能将资料进行共享利用,加强工程测量的信息化管理,教材内容与授课需要体现出这样的内容。同时,还需要注意学生在测量中的责任心的培养,确保其在施工放样中做到数据结果的正确性和准确性。 三、教学方法探讨 (一)专业素质和生活理念的并重教育 在校大学生一般是年轻的90后甚至00后,他们有自己的个性特征,优点与缺点并存,例如较为灵活、变通,但缺乏吃苦精神。所以测量工程学的授课需要采取一些特殊的教学方法,根据该课程的内容、教学进程以及实际工作特征来进行介绍,让这些学生们做好对学习本专业课程和未来本专业工作的心理准备。该课程的应用性极强,要求教师要多对测绘工作的特点、胜任本专业工作的业务能力和必备的素质进行介绍,使得学生能够了解现代测绘技术人员必备的专业技能和其它综合能力,让学生能有有一个明确的学习目标和现代生活理念。 (二)创建轻松活泼的课堂教学氛围 针对实践性极强的技术学科而言,采用传统教法来教授学生工程测量学很难让学生产生学习共鸣意识,由此,必须采取启发式教法来吸引学生的学习注意力,让学生能够有一个自由发挥的空间,制造课堂教学气氛,促进教学效果的提升。 (三)发挥事例型教学方法的优势 在工程建设过程中所应用到的工程测量技术,实践性极强,对工程建设的作用非常重要,由此,必须要紧密联系工程实际,在教学中充分利用工程实际中的测量学的例子,进行典型的案例教学,通过案例教学的分析来加深对工程实例中的相关工程测量原理、方法、注意事项、数据处理技巧等,使得学生能对工程测量有一种直观的感知和理解,从而升华测绘相关知识理论。这可以在某个工程建设阶段中的特殊类型工程实例进行介绍,使得学生能够全面了解和掌握测绘专业基本知识。 四、结束语 综述,“工程测量学”学科与工程建设实际联系密切,必须要根据当前已经有的先进测绘技术与仪器、学生自身的特征等进行该课程教学方法的改革,适时更新教材教学内容,舍弃一些重叠的教材内容,使得内容编排上要合理、有特色、全面,能区分重难点,在教学方法上注意采用现代化教学方式理念,吸引学生的专业学习注意力,制造课堂氛围,充分发挥实例型教学法的优势,促进学生对专业基本知识的全面了解和掌握。 工程测量学论文:民办应用型高校非测绘专业《工程测量学》教学改革探索 【摘要】随着测绘学科的发展,非测绘专业原有的知识系统已经不能满足现代测绘的需要,作者通过分析测量教学中所存在的问题,提出了有针对性的改进措施,并通过教学实践的验证,得出其可行性与必要性,为今后测量学教学的改革提供了依据。 【关键词】工程测量;教学改革;课程建设 1.引言 《工程测量学》是土木工程、建筑工程技术、工程概预算等专业的技术性、专业性、实践性很强的专业基础课。一方面,随着社会的发展和科学技术的进步,老的知识体系和教学方法已经不能满足现代工程建设对测量人员"懂测绘、会应用、能测绘"的要求;另一方面随着高等学校教学改革的进行,课时压缩得越来越少[1],如何在有限的课时内保证教学质量的同时兼顾教学内容的实用性,成为每一名测量教师急需解决的问题。目前市面上几乎所有非测绘类《工程测量学》教材的安排都按照:绪论、水准测量、角度测量、距离测量、小区域控制测量、地形图的测绘与应用、施工测量的基本工作、民用建筑工程测量、工业建筑施工测量、线路测量与桥梁施工测量、建筑物变形监测和竣工图的编绘等来编排。 毕业生就业岗位分析表明,80% 以上学生在施工企业从事施工技术工作,它要求学生具有 "放线""抄平"及地形测量等职业能力[2-3]。但是由于课时量的压缩导致与土建类专业结合紧密的测设(放样)部分,只有极少课时甚至课时为零,造成"学"与"用"的脱节。因此,对工程测量学课程教学进行改革,势在必行。 2.非测绘专业《工程测量学》教学实践过程中存在的问题 2.1 测绘知识增加而课时减少的矛盾 工程测量课程教学一般包括理论课教学(含课内实验)与测量实习两部分,课程内容基本兼顾了传统与现代测绘的基本原理和方法。随着测绘"新理论""新仪器"、"新技术"的不断发展,工程测量的信息量也越来越大,但是随着高等学校课程的改革,在非测绘专业工程测量教学的教学课时不断被压缩,比如按照学科设置工程测量学的理论课时应该安排在60个学时才算合理[4],但是多数高校在课程改革后课时数都减少了不少,以WF科技学院为例,目前建筑工技术和工程概预算专业课时只有48个,刨除因法定节假日而减少的课时,实际上课时长还达不到48学时。 2.2 教学内容陈旧,与生产脱节 在工程测量学的理论教学中,部分教学内容陈旧,严重滞后于实际测量工作的需要:如在生产中已普遍采用全站仪进行角度测量、距离测量和测设工作,而在教学中仍以介绍光学经纬仪、钢尺量距等内容,明显滞后于生产实际,导致工程测量课程的"学"与"用"之间存在一定的脱节。此外,测量实习内容以测绘地形图为主,而实际上,非测绘专业学生毕业后大部分接触到的是施工测设工作,很少专门从事测图工作,而在校学习过程中对测设和施工测量的锻炼则明显不足! 2.3仪器设备老化,跟不上科技的进步 测量仪器是工程测量学教学必不可少的设备,它的数量和先进性直接影响《工程测量学》实践环节的教学效果,此外工程测量教学中许多仪器比较贵重如陀螺全站仪、超站仪、三维激光扫描仪等,许多学校经费投入不足,尤其是民办院校甚至不愿意投入这么多资金,造成仪器落后,品种不全,教师上课时只能简单地用图片介绍,从而影响到实践教学效果。 另外,随着高考扩招,班级逐年增多,仪器由于常年使用经常损坏,却得不到及时修理,存在误差较大的严重问题,有些甚至已经没法使用,造成学生实验结果不准确,以至于迷惑不解,甚至对测量方法产生怀疑。以WF为例:13级土木有18个本科班,建筑工程技术专业21个专科班,都需要用到测量仪器,仪器的使用率较高,维修效率跟不上。 2.4考核形式单一,不能完全反映出学生的水平 传统的工程测量考核方案是平时成绩+课内实验成绩+期末考试成绩,这样的考核方法不利于考查学生的实践技能,比如实习过程中同组的6-8个人有些同学能够按照课前要求进行实验,还有部分同学没有实训只是借用同组其他人的测量成果,不能反映出实习的真实效果,同组实习数据都是一样的,这会造成吃大锅饭的情况,成绩好坏与学生在操作过程中的表现影响不大,打击了好学生的积极性。 3.《工程测量学》教学实践改革的措施 为了解决以上矛盾,拟从以下各方面着手,采取措施: 3.1整合教学内容,优化教学体系 为了解决内容多课时少和教学内容陈旧,与生产脱节的矛盾,专业教师应结合各专业的特点合理取舍有关内容,确定授课的重点、次重点、选学内容,对教材上已经过时的内容,予以删减。对于新的测量理论和测量技术属于了解和选学的内容,比如GPS测量技术、遥感技术、摄影测量技术等采取专题讲座的形式进行,这样不仅可以让非测绘专业同学对测量的前沿知识有一定的认知,也可以节省课时学习与生产实际结合紧密的知识。 3.2加强实验室建设,加强校企合作力度 对于仪器不足的问题,学校层面上要加大资金的投入力度,通过深入生产企业调研,准确定位生产中常用仪器的型号和种类,充分利用有限资金购置与生产对接急需的仪器。对于部分特别贵重的仪器,比如超站仪、测量机器人、垂准仪等,可以同仪器的生产企业合作,采取展销会的形式,由校方提供场地,仪器生产商展摆仪器,并委派技术人员,进行现场讲解。这对双方来讲都是一个双赢的事情,仪器生产商通过展销调高了自己的知名度,学校不仅节省了资金,同时也达到了让同学们认识了解先进仪器的目的。 3.3多途径考核,避免一考定"生死" 鉴于传统考核采用平时+实习+期末成绩的局限性,对此进行细化:平时成绩以课堂出勤情况作为考核指标;实习成绩为避免同组人员吃大锅饭的现象,采取教师与组内成员打分相结合的方法,即专业老师针对实习的结果的正确性给出相应分数,同组人员根据操作过程付出工作量的大小,给出一个阶梯化的分数,二者所占权重各占50%;对于期末成绩可以采用试卷的形式,或者其他能反映专业能力的方法。例如,WF科技学院,鼓励在校专科生报名参加测量员考试,凡是取得测量员证书者,提出申请可以不参加最终的结课考试,期末成绩按照优秀对待。此外还鼓励学生参加学习举行的测绘技能大赛,凡是能够取得三等奖以上者,同样可以不进行期末考试,成绩依然按照优秀处理。 4.教学改革的成果 从2013年开始进行的教学实验以来,共经历了12级建筑工程技术,12级工程概预算,12级工程测量与监理及12级土木工程(还未毕业),这几个专业学生已经参加工作或者正在工作单位进行顶岗实习,从用人单位反馈的情况来讲看,现在的学生要比改革之前从事测量工作时,上手更快,经过简单的培训即可独立从事测量工作。由于实行以证代考,多数的专科学生在毕业之前已经拿到测量员证书,通过顶岗实习,使所学知识有一更大的提升。部分同学因为在顶岗过程中的优异表现,同用人单位达成协议,毕业之后只要愿意就可以到单位上班,称为一名正式员工。 5.结束语 实践证明,WF科技学院根据自身实际,进行的非测绘专业《工程测量学》教学内容、教学体系、实践教学的改革,是成功的。在改革后的教学体系下,能使学生更容易接受测绘理论,增加测绘技能,培养的学生更符合生产实际的需要,适应市场对人才的要求。同时也符合WF科技学院"素质教育五项工程"----思想品德提升工程、书香校园工程、应用文写作与口才锻炼工程、社会实践工程、身心素质训练工程中,要培养"坐下来能写,站起来能讲,走出去能干"的"三能人才"的要求。 工程测量学论文:浅析关于中职 工程测量学 课程教学方法的探讨 论文关键词:工程测量学; 教学方法; 实践能力 论文摘要:本文对中职《工程测量学》课程的教学内容和教学方法进行了分析和探讨,并提出了适合中职教育发展的以培养适应企业需求为导向的教学方法。 中等职业教育培养的是具有一定文化和专业基本理论知识、熟练的专业技能、较强的实践能力和良好的职业素养的中等应用型人才,与此同时,现代测量新技术尤其是3s技术即gps(全球卫星定位系统)、gis(地理信息系统)、rs(遥感技术))的发展对工程测量课程的教学方法改革提出了新的要求。因此,如何改进《工程测量学》课程教学方法使其与中等职业技术教育培养人才的要求相适应,是摆在我们面前的一个重要课题。 1明确培养对象,满足企业需求 《工程测量学》是工程测量专业和地质勘查工程专业的一门专业技术基础课,其内容极其广泛,这就要求我们在教学中一定要明确培养对象,在教材的选取上要针对不同专业学生有的放矢,根据社会实际需要对教材内容进行适当的补充。如就“地形图在工程建设中的应用与精度分析”、“施工放样的基本方法及其精度分析”等两个专业共性的问题应当结合现代企业需要共同进行详尽讲述;而地质工程测量部分只对地质专业学生做详尽讲述,对工程测量学生只做系统介绍即可。切实注重不同专业学生在实际工作中的适应能力,真正做到让不同专业学生能够应用所学过的这些内容去解决实际问题;从而满足不同领域工程建设发展对学生的需要。即做到让不同专业学生学即所用、学即能用,毕业后能顺利参加工作。 2改革教学方法,提高实践能力 工程测量学是围绕着各项工程建设对测量的需求所进行的一系列有关测量理论、方法和仪器研究的一门学科,它与很多工程建设有着密切的联系。随着科学技术的进步与建设事业的发展,工程建设项目越来越多,需要解决各类工程建设中测量问题越来越复杂再加上测量仪器更新换代之迅速,导致传统的教学方法很难适应企业需求。因此,改革当前《工程测量学》教学方法,适应社会发展势在必行。 2.1《工程测量学》理论课部分教学方法的改革 打破“满堂灌”教学方法,建立以学生为中心、以教师为主导的新教学方式。采用讲练结合和讨论式、自主式的教学方法,注重学生思路的引导和启发,以提高学生的学习兴趣和学习积极性。上课根据教学内容决定教学方式,对于难理解和掌握的内容,采用引入一些相关的工程实例边讲边练,精讲多练和课堂讨论的教学方式,对于多解问题、方案选择采用思路引导或课堂讨论的教学方式,对于非重点、难点及描述性内容采用老师指点学生自学的教学方式,灵活多样的教学方法充分调动学生学习的主动性,提高教学质量。 运用现代教育技术,提高教学质量。把计算机技术、网络技术、多媒体技术引入课堂教学是现代教育技术,使用多媒体、计算机网络等现代化教学手段,降低《工程测量学》课程的学习难度,提高学生的学习兴趣,提高教学质量。多媒体教学是课堂授课的主要形式,计算机、投影仪、多媒体课件和绘图软件的灵活使用,能够吸引学生的注意力,帮助学习,提高教学效率。特别是对测绘仪器使用的讲解上使教学内容更加形象、直观,把抽象问题具体化,复杂问题简单化,有助于学生直观理解。如陀螺经纬仪、全站仪等仪器穿插大量图片,使学生对这些仪器及其操作流程、应用有直观的认识。同时对于学生构造空间模型,测量后内业数据处理等问题的理解和掌握都有很好的帮助,从而更好的达到课程改革的目的。在老师的指导下,利用网络教学有助于学生自我学习,如在校园网上相关的教学资料,向学生介绍一些相关的测量论坛和测量网站,学生可以通过互联网自己阅览学习,了解测量的发展动态。 2.2《工程测量学》实践课部分教学方法的改革 工程测量学是一门实践性非常强的专业课程,实验的好坏直接关系到这门课程掌握成败的关键。只有通过实验和对测量仪器的操作、采集数据、进行计算、测图或施工放样,才能真正理解和掌握测量的基本原理和基本方法,才能真正培养和提高应用理论知识解决实际问题的能力。因此加强和完善工程测量学实践环节,是工程测量学教学改革的重要环节。 笔者认为实验课教学从以下几方面进行: (1)实验目的明确。实验目的是要求学生运用测量基本理论和基本实践操作技能解决建筑工程测量技术问题的实践过程,是培养学生实际动手能力和综合分析问题、解决实际问题能力。故此在实验课程进行前一定要选好实验课题,选的实验最好与实际工程联系紧密。并提前向学生公布以便使学生提前为实验做好准备(包括实验用到的理论知识、仪器操作、数据处理等)。 (2)实验步骤明确。实验步骤严格按照工程实施步骤有条不紊进行。如要求学生按工程要求进行图上设计、实地踏勘选点、实地测量等。 (3)实验实施环节分工明确,安排有序。为了提高实验质量和效率,防止实验课实施过程中杂乱无序,和个别学生因产生倦怠情绪而不亲自动手的情况发生,实验的安排应当分组比赛进行,每组人员分工明确组织有序。这样也更好地激发学生对测量实验课程的学习兴趣。 (4)实验过程中及时排疑解疑。这一阶段是测量实习的最重要阶段,学生在课堂理论学习中遇到的疑问和未掌握的知识都可以通过实验来检验出,这就要求我们老师务必要对其实验过程中提出的疑问及时发现及时有效解决,从而使学生对理论知识巩固和加深理解。 (5)撰写实验总结报告。实验总结报告分为实验操作记录和实验分析总结两个部分。学生撰写实验总结报告,有助于学生在实验操作过程中形成良好的作业习惯,有助于学生对整个实验过程回顾,加深对理论知识的进一步理解和巩固;有助于学生概括总结能力得提高。 3改革考核机制,注重理论联系实际 工程测量学这门课程有很强的特点,主要表现在理论和实践结合非常紧密。采用传统的试卷考核方式难以反映学生的实际操作能力,而且考核内容过于依赖教材内容,导致学生只注重对理论知识的掌握,忽略实际操作能力的训练。因此有必要对考核方式进行改革。 考试的形式,采用理论水平测试与实验测试双重机制考核,理论和实验两项成绩各占总成绩的50%,具体办法如下: (1)理论水平测试,包括平时考查成绩和期末测试成绩两个部分。在教学中,平时的考查包括上课率和作业完成情况、上课的笔记、课堂讨论和答疑情况等,期末考试严格按照教学大纲命题考核。 (2)实验测试,包括平时实验成绩评定和期末专项抽题测试两个部分。平时实验成绩根据平时学生的实验操作、实验报告记载情况及结果来衡量学生的成绩; 期末组织专项抽题实验考试采取学生随机抽题,严格按照实验规范要求根据最终实验结果的准确度来给定成绩。 总之,我们要本着中等职业教育的总体方针以实践能力为中心,以就业为导向,不断开拓创新《工程测量学》课程教学方法,这样才能逐步提高《工程测量学》课的教学质量,培养出更多符合社会需求的技术性人才。
动漫设计教学改革研究:关于中职动漫设计专业色彩教学改革的探讨 摘 要:设计色彩是艺术基础训练教学的重要环节,也是艺术设计专业的必修课程。它不但是一门科学,同时也是一门实用美术。色彩教学改革对于中职动漫专业基础课程而言,是培养专业课程中色彩教学课程体系的必备能力建立的基础,由于动漫学生的技能水平、知识构架都是动漫课程及其教学结果直接的影响而决定的,所以对于专业色彩教学的改革中点应该放在教学上。本文主要对中职学校动漫设计专业色彩教学改革进行探讨。 关键词:色彩搭配;空间构想;能力培养;教学;改革 现代视觉传达艺术中,“色彩构成”是其基础理论之一。近些年的设计教育发展,基本确立了由色彩构成、平面构成和立体构成三大构成组成的视觉相关专业和设计专业类的基础学习科目。动漫专业作为我国近年来成立的新兴艺术专业,中职阶段的课程教学中针对色彩教学体系的构建还是处于摸索时期,建立与中职动漫专业相适宜的色彩教学体系,是施行中职动漫专业色彩教学改革的关键所在。笔者对自己所在的中职院校自开设动漫设计与制作专业以来的课程设计进行分析,可以得到以下总结。动漫专业课程设置根据其色彩基础教学的要求主要表现为:色彩空间认知能力、动态把握能力、色彩表现能力、色彩心理掌握能力以及空间环境的理解表现能力。因此在课程设置上的培养构建主要以色彩教学为基础,再依据专业性质的不同做一些细微的调整。 1 当下中职动漫设计专业的色彩教学构成上存在的问题 1、专业特色的色彩构成教学制度的薄弱和教材选择的不当。由于中职所开设的动漫设计专业,主要模式构建是仿照本科学院而进行的,因此,相对应的课程安排、理论教学设置和相关实践教学的分配比例上都与本科院校相差无几。至于课程教材,也是与本科院校的内容完全一样。而中职教育的人才培养目标和方向都与本科院校毫无关系,因此在动漫学科的教学方面,若中职院校沿用本科院校的教学模式,将会使得专业所教授的学识概念变得晦涩且难以理解,不能进一步对教学效率有所提升。所以在教学选材和教学模式施行方面,中职院校应该突出职业教育的优点和特色。 2、专业定向不够明确,没有充分体现出中职院校的培养特点。随着中国经济的快速发展和日益庞大的市场需求,动漫专业在我国各中职院校的开展越来越广泛,同时社会对动漫专业的发展也越来越受到重视。中职教育的初衷就设定为为社会需求而培养相关技术人才,所以在当下抓住动漫设计专业的给予是十分恰当的选择。但是,笔者所了解到的中职动漫教学,大多数的院校在专业教学方面没有树立明确的教学目标,致使教学效率不高。因此,各个中职院校应该对动漫专业进行较为全面的调研和教学模式探讨,从而摆脱当下教学的投机性和盲目性。由于该专业的开设时间较短,而且在教学经验上又无从借鉴,所以现在的中职动漫专业的课程设计都是仿照于高职院校的教学模式而进行的。也就是说,中职院校的动漫专业教学就是本科院校专业教学的“缩影”。因此在课程设计方面存在有结构安排不够合理,理论课程过多而实践课程过少以及课时安排不足等突出问题。 3、课时安排以及教学内容的针对性不强及与后续课程衔接的缺乏。由于中职院校对动漫专业教学经验的匮乏,从而导致盲目地将本科院校的教学模式加以利用。如此一来,中职院校对动漫专业的方向就没有有明确的针对性,例如比较于剧本编导、动画角色设计以及游戏场景设计等多个动漫专业的学习来说,侧重点都有所不同。因此中职院校在该专业课程的内容安排和教学针对性方面要加以完善。 2 中职动漫专业色彩构建教学体系改革的相关思考 1、色彩构建基础比重的适当增加 锻炼色彩创造能力的有效方法主要分为两种,1.色彩构建的色彩调和(简称为色彩调和);2.色彩对比练习。其中,色彩调和练习是色彩理论教学中十分重要的基本训练,其形成过程经过了多年的教学实践和综合,并且在空间装饰上的应用十分频繁;色彩对比练习则使得学生对色彩把握的准确程度有所提升并锻炼其色彩创造能力的有效训练。所以,笔者认为应该在色彩课程教学体系中提高上述两种练习的实践课时比例,从而使学生的色彩创造能力有所提升。 2、重点突出动漫色彩构建课程的特征 所谓色彩构建指的是对具备一定形状、位置固定关系以及面积大小的不同色彩之间进行搭配,从而摸索出色彩和色彩之间和谐并具有美感的构建规律,提高学习者对色彩的敏感程度,可以说是对学生色彩思维方式的培养。所以在课程中,除了对色彩知识有所教授以外,还应该提高对后续学科延展性的重视。强化感知是一个较为漫长的训练过程,同时也是色彩构建的基础,教师群体应该对该课程的教学投入大量的时间和精力从而使教学本质得以提升。 一个适合动漫专业的色彩教学体系的建立,首先要将色彩教学所占的课程比例进行提高,从而使得学生的色彩基础训练力度得以强化。笔者对现行的教学体制所了解到资料显示,对于色彩训练课程的安排设置一般为一个学期,课时总量在60左右。按照这样的课程安排,完全不能满足动漫专业的基础训练要求,更别说能使学生对色彩的表现能力、创造能力、协调能力以及动态把握能力得到较为全面的训练。动漫专业的教学离不开对色彩基础的强化训练,只有在课时方面的比例进行提高,使得色彩运用训练时间有所满足才能保证对学生的色彩表现能力及创造能力有综合性的提高。 3、对学生与学科专业之间的相关能力进行重点培养 基于中职动漫专业的课程教学模式是仿照本科院校教学,从而在色彩教学这部分还不能够与中职教学进行匹配完全,虽然在某一程度上,本科院校的设计类课程教学模式能够适用于中职动漫专业的色彩能力锻炼,但是要想在这方面获取更好的教学效果,则要对教学模式做相应的一些调整。动漫专业中所设计到的室内设计方面主要侧重于空间色彩认知和色彩搭配两个方面,因此,课程教学的方向应该有所明确。尽量在教学课堂上多安排“色彩调和”的训练内容,使学生在严谨的色彩构建训练中以比较直观的方式理解到色彩调配的作用,有利于他们今后的专业技能学习。 4、色彩课程设置中要具备明确的侧重点 从以上对动漫专业课程设置的描述中不难看出,色彩调和能力、色彩表现能力、相关色彩心理的把握和创造能力以及空间色彩的理解、协调能力是该专业对于色彩基础的要求配备。所以,中职动漫专业的色彩课程教学应该以上述能力培养为侧重点,对教学体系和课程内容进行适当的调整和安排,从而在边教学边实践边摸索的过程中逐步构建出一个适和中职动漫专业所匹配的色彩课程教学体系。 3 总结 综上所述,中职动漫专业的色彩教学体系,应该具备满足色彩能力训练要求的课时、严谨规范的色彩课程教学内容以及适宜动漫课程需求而进行的教学改革等等,在探究实践中创立专业课程需求能力为培养目标的色彩教学体系。充分利用“三大块”课程教学分布的作用,使得学生的色彩调和能力、色彩表现能力、相关色彩心理的把握和创造能力以及空间色彩的理解、协调能力有所提升,为后续课程的学习打下良好的色彩基础。 动漫设计教学改革研究:高职动漫设计与制作专业教学改革研究 摘 要 动漫产业被视为21世纪创意经济中最具发展潜力的朝阳产业。在高职教育中,作为一个较新的艺术设计专业方向――动漫设计与制作专业,走出一条既符合高职教育要求又符合市场人才需求的发展道路已是当务之急。本文从学生四大能力的培养、课程设置的渐进性和方向性和教学模式的创新三个方面,着手研究和制定高职动漫设计与制作专业教学改革方案。 关键词 高职 动漫 教学改革 动漫的创造者是日本漫画界的小林光一郎,他首创“使画面在平面上展现动态效果”的技术,将“动态漫画”的概念与数码合成技术、高科技光学材料结合,在四维空间技术所产生的快感中,融入生活细节和运动魅力。所以动漫设计师是将职业和爱好完美结合,一个间杂了音乐、美术、雕塑、文学、摄影、计算机的职业,也是最具创意的职业。可以说,一个好的动漫设计师绝对是一个艺术的全才。综上所述,各大高校要培养出合格的动漫人才,是非常具有难度和挑战性的。 高等职业教育是指培养具有某种职业或生产劳动所需要的专业知识、技能并获得国家承认学历的毕业证书的高等教育。高等职业教育具有针对性强、企业认知度高、紧跟市场需求、培养目标明确等特点。要走出一套既符合高职教育要求又符合市场人才需求的路,是我们高职教育人需要思考、探索和实施的。 根据目前普遍高职院校的人才培养方案,动漫设计与制作专业的培养目标是培养德、智、体全面发展,具有扎实的动漫设计与制作理论基础知识和实践技能,能胜任动画设计与制作的专门技术人才。毕业生应能熟练掌握动漫设计与制作的知识和技能,熟悉动漫产业技术行业标准;成为既具有较强的动漫设计和绘制、计算机动画设计、计算机图形图像处理、计算机二维与三维动画制作及影视后期制作能力,又具有一定的艺术表现能力的技术技能型人才。这些方案针对性强,紧跟市场要求、培养目标明确。但是如何在实际的培养过程中通过课程和各种培养手段去体现,是各大高职院需要不断研究和改进的。 时代的发展是迅速的,动漫专业是在紧跟时代的步伐而前行的。我们的教育不能固步自封,要随时代的变迁而改进。针对高职院校的现有特点,“动漫设计与制作”专业学生的培养方案,需要从下面三个方面去研究和制定: 1 学生四大能力的培养 1.1 绘画和造型能力 绘画没有好与坏的绝对标准,但是有水平高低之分。学习“艺术”的人才必须具有基本的绘画功底和能力。动漫设计人员从事的是“动“的设计,它需要从基本的人的“动”去着手。绘画人物是绘画中高的阶段,所以在学生绘画能力的培养中要着重于准确的造型能力的培养。包括人物的面部绘制的“三庭五眼”,身体绘制的“八个头”比例关系等等,从这些常规的准确的造型中发展到创造性的角色形态变形进而达到角色设计的最终目的。所以高职教育中的“动漫设计与制作”专业第一步需要培养的就是学生更加准确的绘画和造型能力,这些需要从科学的教学方法入手,必要时需要引入人体解剖学的学习和实践学习。 1.2 动画软件制作能力 社会的发展与时俱进,动漫设计与制作的最终目的是要把动的画面呈现给消费群体,如果有必要最终达到“产业化”的目的。 “动漫”如何呈现?以什么样的形式呈现?成为市场需求要考虑的一个重要部分。不管是二维的平面动画,还是三维的立体动画,还是后期的影视动画,无纸化作业已经成为市场主流。所谓“无纸化”设计指的是利用计算机这种现代化媒介,实现不用纸张和笔进行各种设计的过程。所以动画软件课的开设和学习成为了高职教学的一个重要部分,也成为了学生能力培养的一个重点。 二维平面动画需要学习的主流软件包括:Photoshop、Flash、Paint。 三维动画需要学习的主流软件包括:Photoshop、Paint、3Dsmax、MAYA。 后期影视动画需要学习的主流软件包括:Photoshop、Paint、AfterEffect、Premiere。 从上面动漫设计与制作需要的主流软件列举的情况来看,要学习的软件就有六款。高职院校应该从解决专业机房的基础点着手,从各个软件难易程度和相互联系出发,安排专业软件课的开设时间前后进而实现关联性的学习。 动画软件制作能力的培养,不仅是技术能力的培养,也是设计能力和工作能力的培养。人们都说“知识是相通的”,其实动画软件也是相通的。这个“通”包括很多快捷键的运用,还包括制作流程、制作方法等等。一门软件学习好了,学习其它的软件时就会事半功倍。 1.3 行业创新能力 动漫行业的发展与时俱进,高职院校要培养动漫人才必须培养其创新能力。这种创新能力从设计基础来说,需要从角色造型创新、角色品牌创新、角色产业化创新三个方面着手,并且将三者有机结合起来,相互影响相互推进。 从动漫涵盖的范围来说,需要从美术、文学、音乐、雕塑、摄影和计算机等方面进行综合培养和熏陶。 所以动漫行业的多样性决定了从业人员的多样性,他们必须要有创新能力。高职院校需要从多个方面各个角度去培养动漫设计与制作专业学生的创新能力。 1.4 广阔的知识面和丰富的思维模式 商业动画片的创作者需要培养的素质能力包括:(1)广泛的阅读文学作品;(2)欣赏各种风格的绘画、摄影、雕塑作品;(3)观摩大量电影、动画片;(4)学习心理学。 艺术动画片创作者需要培养的素质能力包括:需要多方面的艺术修养,绘画、音乐、戏剧、文学、建筑、雕塑、宗教、风格、政治、经济、哲学、科学等各种背景的思维模式,以及独特、丰富的生活历练。 2 课程设定的渐进性和方向性 高职院校的动漫设计与制作专业的课程设定必须按照循序渐进的方式,按照先基础后专业再拓展和实践的环节,进行推进教学。 2.1 职业基础课的设定 根据本专业基础课重绘画,重造型,宽了解等特点,需开设动画设计素描和色彩、动画人体结构素描和速写、动画设计概论、动画设计构成基础等课程,从动漫基础绘画到专业绘画,进而进入到动画设计思维的了解和学习。 2.2 职业技能课的设定 动漫设计与制作专业的职业技能课需要从“二维动画”、“三维动画”、“影视动画”三个主流方向着手去开设相关课程,并且同时遵循先易后难、先基础后专业的循序渐进的方式开设,包括:“二维动画” 、原画(动画角色造型)、动画中间画、动画剧本创作基础、动画场景设计、动画设计平面软件制作(photoshop CorelDraw)、Flash动画制作;“三维动画”中三维角色动画(MAYA)、3D动画基础、3D角色动画创意与设计;“影视动画”中动画影视剪辑(短片创意与设计)、动画影视后期特效创意与设计。 每门课程都专门针对动画的不同方向专门开设。 2.3 职业拓展课的设定 动漫设计与制作专业是一门多样性的专业,它包括的门类很广泛,职业拓展课程应作为职业技能课的补充,以市场需要为导向的目标去开设,包括:动画视听语言、动画摄影艺术表现、网页设计与制作、商业插画绘制。它们既为职业技能课作了良好的补充,又能有针对性地发展学生的独特技能。 2.4 实践环节的设定 实践环节是高职教育非常重要的一个部分,为“学有所用”奠定了基础和发展方向。就动漫设计与制作专业方向开设的实践课程包括:3D角色动画创意与设计实习、影视动画专项实习、专业写生实习和求职面试技巧实训。这些课程的设置为职业技能课的学习进行了检验的同时,也帮助学生把所学习的内容进行了一个纵向的贯穿,利于学生走向社会后能更好地胜任相应的工作。 3 教学模式的创新 3.1 项目引进式教学 高职教育的动漫设计与制作专业必须与动画公司、游戏公司、各级电视台动漫与游戏制作公司等企业高度融合,以动漫设计与制作、动漫插画绘制、三维动画设计和多媒体制作等岗位技能要求为重点,以真实工作任务为载体,形成课堂教学与项目实训结合的人才培养模式。 在课程体系的构建上突出职业特色,根据专业培养目标构建专业课程体系,按照“突出岗位(群)职业能力需求并适于教学执行”理念,以“项目驱动”的方法将传统的专门化课程进行分解与整合,构建了更具高职特色的全新课程体系。 3.2 顶岗实习 顶岗实习是高职教育中非常重要的环节,它是课堂教育过渡到社会工作的一个中间轴,起到承上启下的作用。 学生必须根据自己的专业选择顶岗实习的单位,并且按照岗位的要求努力工作,把课堂上学习的知识综合运用到实践操作中。遇到问题可以和同事和老师沟通共同解决。学生在顶岗实习期间要做好实习周志的写作和总结,积极努力地和学校老师联系,报告近况,做到与社会和学校都不脱节。 3.3 项目比赛 指导学生参加各项比赛,也是教学环节中非常重要的部分。比赛不仅可以检验学生学习的程度,还可以激发学生的学习兴趣,甚至可以检验学习的内容和设计的成品在社会中的实用价值。 学校各艺术专业应该根据社会发展现状,记录一些长期可以参加和协作的比赛,也可以机动地参加一些特殊的设计比赛。让比赛成为教学环节中的一个有机组成部分,把比赛内容纳入到教学环节中,既可以增强教学的互动性,也可以增加老师对新知识的摄入和传播。 高职动漫设计与制作专业是一个新型的快速发展的专业门类,教育工作者们要顺应时代潮流,找准方向和方法,才能培养出符合社会需求的动漫设计与制作人才。 动漫设计教学改革研究:高等职业教育动漫设计专业教学改革探索 【摘 要】随着现代工业与经济的发展,社会对艺术设计类动漫专业人才需求量增大,各高校也开始对艺术设计类动漫专业进行组建扩招。由此产生招进来的学生水平参差不齐,对本专业的认识不够等问题,笔者根据自己多年的研究和工作经验,主要探讨了高等职业教育艺术设计动漫专业教学存在的问题及高等职业教育艺术设计动漫专业教学改革的的建议。希望对相关领域的研究具有一定的作用。 【关键词】高等职业教育;动漫专业;教学;探索 一、前言 动漫设计专业是随经济发展而产生的一个新型专业,同时国家大力扶持动漫产业。但由于入学学生水平参差不齐,对本专业的就业认识不足,及人才培养方案的一些偏差。使得动漫设计专业教学存在着很多问题。如何解决这些存在的问题,是高等职业教育动漫专业教学面临的一大挑战。因此,笔者就在这个方面进行了一些探讨,希望能够促进高校动漫专业人才培养的新发展。 二、高等职业教育动漫专业教学存在的问题 现阶段动漫专业的教学还是沿用十九世纪时期俄罗斯的美术教育思想,从我国现在的基础美术教学到专业美院,都是十九世纪的产物。这就出现了一些问题。 根据对动漫专业学生培养的职业教育的发展和职业教育是以培养应用型人才的目标,似乎全国所有高职院校都在进行着轰轰烈烈的教学改革。到底改掉些什么,革掉些什么最为合适,大家也都在讨论,实践,验证。 我们艺术设计分院对动漫专业也积极响应学院教学改革的号召。请了些校外的用人单位进行咨询 双师型教师探讨 企业走访调查等,对教学进行了大刀阔斧的改革,可以说现已取得初步良好的效果,但也存在一些问题。例如之前的动漫设计专业的造型基础课的“设计素描”后来改成“动漫造型”,但教材依然是〈〈设计素描〉〉,教学内容依旧是设计素描的内容。和其他专业的设计素描教学没有什么两样。这种换汤不换药,不得不引起我们的反思。 我一直以来担任着动漫设计的基础教学工作。关于艺术设计动漫设计的教学改革有着相应的体验,我们传统的教育模式是基础到专业,从理论到实践,几乎是所有学科教学必须遵循的原则。艺术设计教学也不例外。因此,我们从课程设置到教学安排,无不遵从这一原则而按部就班地进行。然而,暑假在昆明一些公司走访调查期间,我发现一个特殊的人。一个高中没有毕业从未经过高等学府“正规训练”的竟然是设计总监,他既没有接受过系统的基础学习,诸如素描、色彩、构成等,也没有多少艺术设计理论指导他们的实践,他只是在“做中学”,“学中做”,即走实践在先这样一条路。 据我的了解,从我国目前绝大多数学校的教学计划、课程安排,课程的设置几乎都是一个模式:先基础后专业。把3年的学习分成“三大块”即以素描,色彩、构成为主的基础块以及设计软件教学、电脑辅助设计等适用于不同专业需要的专业基础块和专业块。大多数学校说改革也只是压缩了美术基础课,加了些软件课,或者就是把课程的名字换了和专业的名字更接近些。在教学时间安排上,新生入学的第一年为基础年,“高楼万丈平地起”、“基础好,专业才会好”,因此学生不敢怠慢。第二年为专业基础年,“循序渐进”,基础向专业“平稳过渡”,但感觉“不疼不痒”,仍不知自己专业为何物。到了第三年才是专业年,学生从大学三年级才开始真正接触到专业,而第三年的第二学期学生面临毕业实习、毕业设计和就业问题,真正学专业的时间只有半年,而且今年07级出现了一个这样的现象,大三一开学就有学生申请“半工半读”,那他们是不是学的很好了,可以工作了?据我了解07级动漫设计与制作专业的马同学也选择了“半工半读”,工作是移动3G业务的推销员。也就是她的专业课就没有学或者只学了一个多月。这显然是不够的。其结果是学生到社会上觉得自己竟然是那么没用,感觉十分心虚或恐慌,觉得过去在学校里学的是些无关痛痒的课程,过去对基础的学习与理解上也有一定的误区,有―种“上当”的感觉,“悔不当初早些接触专业,参与实践”。这样的毕业生给用人单位的印象是既不能,也不专,无奈之下,由用人单位“回炉再炼”,或者是“转业”。于是用人单位大发感慨:“我们公司培养一个设计人员只要3~4个月时间便可搞掂,而大学用3~4年还搞不定。”当然,此话有失偏颇,但是作为高等职业技术教育,如果仍是按照传统的教学模式,目无市场和社会,铁板一块,四平八稳地按照所谓的教学规律去闭门教学,那么最终的失败或者说没有达到职业教育的培养目标是必然的。 三、高等职业教育动漫设计专业教学改革措施 (一)在人才培养方案上进行调整。在人才培养方案上先上专业课再上基础课第一年先把动漫设计专业需要掌握的基本技能学会。入学就开始实习让学生先了解本专业是做什么的,要怎么做,要掌握些什么样的技能,让学生心里有个底,也有一个奋斗目标,不是那么太茫然。第二年学艺术修养及动漫设计综合训练,在做中学,在学中做,学生才能有更多体会。 (二)要引进竞争机制,注重引入年轻专业对口与在企业一线的动漫设计人才,为高等职业教育动漫设计专业注入新鲜的血液。这样就可以使动漫设计的教学具有活力,开拓动漫设计教学的新思维,增加新观点。把更多的动漫设计教学新观念引入高等职业院校。这样就能使高等职业教育动漫设计专业教学避免认识上的误差。 (三)建立学院自己的动漫设计工作室,引进校企合作单位。让学生更早更好的接触了解动漫设计,同时也能更方便更直接的进行实际操作,而不是纸上谈兵。 四、结束语 动漫是一个新兴的产业,动漫设计专业在学院开设的时间较短,面临着许多问题需要探索,还有很多问题需要解决。同时因为是新兴产业,也有很多机遇可供探索的路子也比较多。只要很好的抓住机遇,解决存在的问题。就能使动漫专业取得更快更好的发展。 动漫设计教学改革研究:高职院校“动漫设计”课程的教学改革 摘 要:随着国内动漫产业的飞速发展,市场对动漫人才需求的逐步增加,许多高职院校开设了动漫设计专业。动漫设计专业作为新兴的专业,目前还存在着许多问题,通过改进课程的教学方法,培养出适合市场需求的专业型人才。 关 键 词:动漫设计;高职教育;教学改革 随着国内动漫产业的飞速发展,市场对动漫设计人才需求在逐步增加。2008年文化部《关于扶持我国动漫产业发展的若干意见》,提出“提高人才培养水平,促进动漫人才职业化,从高等教育、职业教育、继续教育、基础教育等不同层次全面推进动漫人才培养。以职业院校为依托,大力推进动漫人才职业教育”的要求。在此背景下,动漫设计专业也由1999年的两所院校开设的相应专业到现在的动漫设计专业比比皆是。为了符合市场需求规律,高职院校在动漫设计专业建设过程中,引进先进的教学理念,改进课程的教学方法,培养出适合市场需求的专业型人才。 一、高职院校动漫教育存在的问题 1.高职人才培养目标定位不清 近年来,市场对动漫设计人才需求在逐步增加,而高职动漫设计专业毕业生就业情况并不理想。究其原因,还是高职院校动漫人才培养目标含糊、定位不清所致。高职教育主要培养的是市场需要的技术应用型人才,高职动漫设计专业的性质决定了它要为社会培养专门的动漫技术工作者及相关设计人员,实践与操作能力强是它的主要特性[1]。然而,大多数高职院校在招生时为了扩大和吸引生源,忽视了本身学生素质低和个人潜能弱、课时少以及师资力量不足等客观因素,对本科教育模式进行盲目效仿,将人才培养目标订得过高,培养出来的高职学生在就业时,普遍存在“学不精,做不了”的现象,实践与操作能力并不强,职业教育实用性、技能性和职业性的特色与优势也没有得以体现,使人才培养目标与培养结果南辕北辙。 2.动漫设计课程设置不合理 高职院校动漫设计专业基础理论课的课时安排较少,对动漫设计原理性的知识(如动画造型、原画、动画场景设计、动画剧本写作、分镜头台本设计等)只是泛泛而谈,学生的基础理论知识不强,只会对动漫设计的相关软件进行操作,对动漫作品只会按部就班地模仿,而无创新精神。这也使很多学生就业时,很难达到就业单位对专业技能应用能力要求。 3.实践教学效果不明显 大部分的高职院校动漫设计专业实践教学体系尚未完善,高职动漫设计教育必须加强实践性教学,强化职业所需实践能力的培养,使我们的教学内容、教学方法、教学手段与社会的需求和技术的发展同步,突出教、学、做的有机结合[2]。然而,我们实践性教学效果并没有达到高职人才培养的目标,许多高职院校并没有做到真正的“校企合作”,并没有与动漫相关产业的公司建立合作项目,没有相应的校外实习基地,学生的企业实习并不是从事动漫设计专业,使教学与实践没有有机结合到一起。 4.学生缺乏创新精神 目前,很多高职院校过分强调实践技能培养,不注重学生创新精神的培养。学生在动漫公司实习时,只会机械性地模仿和套用,没有想象力,缺乏原创力和原创精神,并不能很好的胜任相关工作,使学生在动漫公司的就业情况并不理想。创新人才培养,创新模式教学理念是高职教育发展的必由之路。 二、高职院校动漫设计改革措施 动漫设计课程是一门实践性很强的课程,为了加强教学的效果,使学生很好的就业,就必须采用好的教学方法,加强动漫设计的实践训练。 1.实习实训基地建设 高职院校可以与企业共同建设动漫专业培训实践基地,使高职学生在毕业前,参加一段时间的企业顶岗实习,不仅将实训基地看成是教学实践场所,用来提高学生的实际动手能力,还可以是学生参加工作前提前进行企业生产实践的平台,同时也为企业提供一个现有人才选拔和招聘的平台,使学生真正能够实现“毕业、上岗零过渡”。解决了高职学生毕业后,需要再培训,才能上岗的现象。 2.合理制定人才培养方案 高职院校应结合自身办学能力和教学特色,从动漫行业发展、企业人才需求以及学生个人素质三个方面合理制定符合高职特点的人才培养方案。盲目效仿本科教育模式,将人才培养目标订得过高,培养出“学不精,做不了”的高职毕业生,将难以就业。只有制定出符合市场需要的人才培养方案,培养出具备实用性、技能性和职业性特点的人才,才有较强的就业竞争力。 3.师资队伍的培养 加强高职动漫设计师资队伍建设,是动漫人才培养的根本保障。高职院校可以聘请一定数量的企业工程师兼课,通过制定相应专业教师岗位考核标准,完善教师聘用制度,加强学校与企业进行师资的交流与合作,建立一支强大的动漫设计“双师型”师资队伍。专职教师要定期到企业参加操作实践,外聘教师则要定期到学校参加教学工作,努力发挥专职和外聘教师各自的优点,着重发展师资队伍的自主设计与开发能力,教师设计、制作动漫产品,再将成型的产品应用到整个教学体系中,每门课程环环相扣,从上专业课开始就进入动画制作流程中,专业课采用“工学结合”的人才培养模式对专业教师提出了更高的要求[3]。 三、结束语 我国高职动漫设计专业起步较晚,动漫设计专业的人才培养模式和实践教学还处在摸索阶段,如何能科学定位与正确导向人才培养目标,合理设置专业优秀课程,在动漫的教学过程中找到更好的教学方法和改进实践教学环节,使高职院校动漫教学体系更加完善,能更好地为社会为行业培养出一专多能的动漫技能人才,是高职院校动漫专业需要探索的课题,也需要我们所有的高职教师在教学中不断总结和思考[4]。
数字化影视制作论文:影视制作中数字化技术管理论文 一、数字技术对影视制作理论方面的影响 数字技术对影视制作的影响,这一类的研究文献主要是从理论方面进行讨论,数字技术带来的变革对传媒界、从业人员、影视制作观念的影响。《数字技术对电视媒体的能动性研究》从传播事业发展的历史入手,分析了传播技术学派的理论以及它所引发的争议。通过对数字技术的研究,尤其是通过数字技术对电视媒体的影响的重点研究,研究传媒技术在传媒事业发展过程中的能动作用。作者认为数字技术对影视制作的巨大推动作用是积极的,是正面的,这种积极的能动作用将为我们正确认识传媒技术与传媒事业的关系带来新的视角。《数字技术对影视从业者的影响》这篇文章,数字技术在贯穿影视制作全过程的应用中,其不仅仅改变了传统的制作方式,不仅仅体现在数字特效令人震撼的视觉效果上,而是对影视制作从观念到具体创作实现的方方面面都带来了革命性的影响,作者从编剧、导演、摄像几个影视制作的关键环节进行分析。《浅析数字技术对影视艺术发展的影响》对飞速发展的数字技术为影视艺术发展所带来的深刻变化进行了论述,重点阐明了在电影数字化进程中应该建立新的电影观念。《关于数字技术与影视创作观念的冷思考》,认为数字技术在影视创作中发挥着越来越重要的作用。但是作者认为应冷静地看待数字技术对影视生产的价值。数字技术的确为影视创作提供了重要的美学表现手段,但从创作手段来看,传统的影视拍摄手段仍然有无尽的开掘空间,辩证地看待数字技术所带来的影响。 二、数字技术对影视制作中的美学方面的影响 比如,《数字技术从电影创作到接受的美学思考》这篇文章,认为,当前数字技术在电影中的运用仍属于初级阶段,但其本身急剧的发展和日新月异的变化,以及其牵涉、融汇多门类学科的特性,使数字技术的概念和范畴仍纷繁复杂,还有待进一步梳理和规范。其着重论述的数字技术是以计算机图形学为基础,在与电影制作结合过程中发展起来的信息数字化处理技术,侧重于其在电影创作和接受方面引起的影像变革和美学意义。《双刃剑、双重视阈与审美价值—论知识经济时代数字技术对影视艺术的影响》针对知识经济时代数字技术在影视艺术生产实践中所体现出来的“双刃剑”特性,文章在“双重视域”的学理审视下分析了数字技术对影视剧艺术的积极影响和消极影响,并主张回到影视剧艺术生产的文化语境,在审美情境中贯注生动的历史具体性,弘扬人文精神的审美价值理想。 三、数字技术对影视制作的具体方面的影响 这方面的研究,主要是侧重从数字技术对传统影视制作中的某一方面,比如影视制作的人员、影视效果、拍摄镜头、后期制作编辑的影响。数字技术已进入电影创作的全过程,从前期策划、实际拍摄到后期制作,数字技术所具有的功能及其在电影中能够实现的效果,已大大拓展了电影艺术的内涵和表现力。由于技术手段的可能,数字技术对电影叙事、电影语言的影响不仅仅停留在现象的改变,它所引发的对电影本体真实性的思考,都是当代电影人无法避之不谈的。比如,《数字技术对传统影视镜头的挑战》这篇文章,随着计算机数字图像处理技术越来越广泛地应用于影视制作领域,传统镜头画面的构成、产生方式以及我们对镜头画面的固有观念等都发生着巨大的变化。许多微观的、新奇的画面令人震撼,极大地拓展了创作者的想象空间,“只有没有想到的,没有做不到的”成为了可能,数字技术正挑战着我们对影视镜头固有的认识和观念。《谈数字技术的发展与影视制作》一文,认为数字技术改变了原来人们对影视创作的理解,在计算机视觉与计算机图形学这两个学科相互交叉的发展趋势所造成的新的影响给影视;动画和广告的创作的观念的转变,对创作出电影品质的动画影片已不再是不能实现。这里就目前数字影像的新技术成就来分析当前影像创作,及培养具有相应知识体系人才的现实问题,以及在视觉感知层面来谈视觉心理学在影视动画领域中提高创作表现的认识层面,和如何在视频创作领域里拓展思路,提高技术使用,与开发和应用能力来更好的提高创作水平的问题。《影视制作中的数字技术的应用》从影视制作的数字化入手,剖析了影视制作中的数字化素材、数字化存储以及数字技术合成方面的现状,旨在利用现有的条件,不断提高影视制作的数字化水平。在当今的数字技术快速发展的大环境下,作为中国电影业,尤其是中国电影业中独特的武侠电影,其画面表达在数字技术影响下得到了长足的发展。《浅析数字技术在武侠影视画面表达中的运用》就武侠电影的这种变化对比过去与现在的不同处理手法展开论述。这篇文章认为后期数字特效将与人景物、声光色、镜头运动等一起被归为视听语言的元素,从影像造型的层面上来看,它已成为以传统电影摄像光线、光学、运动、色阶为参照的第五种手段。《浅析三维影视动画中的数字技术》从数字技术目前发展的高峰三维动画入手进行分析,三维动画在影视领域中取得了非凡的成就,国内外许多影视、广告都运用三维动画技术和计算机软硬件的配合制作出令人赏心悦目的视觉效果。 数字化影视制作论文:数字化影视制作论文 一、影视制作的艺术与数字化技术相结合的策略 为了使影视制作技术实现更高水平的发展,更能满足观众的需求,应当使影视制作的艺术与数字化技术完美地结合在一起,充分发挥二者的优势,使得影视制作更深入人心。最重要的一点是应当不断地提高影视制作技术人员的专业素质,使得制作人员对数字化技术达到熟练掌握的程度,在技术的指导和艺术的创造灵感下不断地完善影视制作的质量,丰富影视作品的形式。在这一过程中,制作人员要对影视制作的数字化、计算机化以及制作设备的高度集成化有所认识,使得制作环节以及制作工种之间形成相互配合的关系,在影视制作领域实现数字化技术,需要多门专业知识以及影视制作的多个部门之间形成紧密的配合。由艺术家和数字化技术人员相互配合,首先由艺术家制作故事版或者是分镜头剧本,之后由数字化技术人员利用计算机技术或者是模型模拟真实的影视空间,并在此基础上制定出最高效的拍摄场景使用方案,并在拍摄现场设置灯光照明、场面调整和摄像机运动等拍摄细节的问题,避免在拍摄现场出现设备浪费,场地使用时间过长和场地使用成本过高的状况,之后由数字化技术人员对影视制作的后期进行数字合成,实现最佳效果的影视制作效果。为了不断地提升制作人员的数字化技术掌握水平与艺术水平,在培养专业人才的时候要求制作人员有一定的美术功底,也就是在艺术领域有一定的认知,并且要求制作人员能够掌握基本的二维以及三维的动画制作和非线性编辑。从事录音工作的制作人员应当对音乐有一定的认知,掌握必备的录音工程技术的知识,同时,英语素质和计算机素质也是要同期加强的,因为当前集影视制作的多数专业化软件都是以英文版本的形式出现的,在熟悉整个软件的使用过程以及阅读设备说明书的时候都需要制作人员的英语专业素养。为了避免出现照本宣科的情况,在对制作人员的数字化技术以及艺术融合的培训过程中,要给予充分的实践机会,强化理论知识的应用,进行基础训练的同时给制作人员更广阔的创作空间,在没有工作任务的约束之下,使得制作人员自由发挥,制作复杂的特技效果,在真刀实枪的实践过程中,帮助影视制作的制作人员克服技术的难点,在实践过程中积累丰富的经验,从而在制作影视节目的时候能够更好地将数字化技术和艺术效果融合在一起,实现更高水平的影视制作。在数字化技术的辅助之下,影响制作的形式变得更加的多样化,不会受到技术方面的限制,使得当前的影视节目受到了广泛的欢迎,但是在进行制作人员素质锻炼的时候,注意不要过多地强调影视制作的形式,否则会对制作人员的思维产生较强的局限性,严重的时候会导致之后的影视制作的形式变得单一、格式化,对影视制作的未来发展产生较大的局限性。 二、总结 艺术与技术是共同发展进步的,影视节目的制作是一门艺术,随着技术的进步,数字化技术对影视节目的制作质量的改善有非常重要的意义,说明艺术创作以及数字化技术的处理两个部分是不可分割和互相依存的一部分,本文对数字化技术与影视节目制作艺术的融合进行了探索,对未来影视节目的制作人的培养提出了几点建议,希望未来影视制作能够上升到一个更高的空间,数字化影视制作的作品能够更加丰富,能够更加满足广大观众对于影视节目的需求。 作者:李媛 单位:长治学院 数字化影视制作论文:影视制作数字化发展特征论文 【摘要】本文从当前影视制作的数字化入手,着重剖析了影视制作中的数字化素材、数字化存储以及数字技术合成方面的现状,旨在利用现有的条件,不断提高影视制作的数字化水平。 【关键字】数字技术影视制作素材存储合成 前言 数字技术在影视制作中的介入和应用从根本上改变了影视作品的质量和特性,也使影视制作平台发生了巨大的变化,促使影视制作产生了划时代的变革。这场变革开始于美国,最先使用数字技术制作电影的著名导演詹姆士·A·卡梅伦认为:“视觉娱乐影像的制作和技术正在发生着一场革命,这场革命给我们制作电影和其他视觉媒体节目的方式带来了如此深刻的变化,以至于我们只能用出现了一场数字化文艺复兴运动来描述它。”著名导演乔治·卢卡斯也认为:“我在发展数字技术方面的主要兴趣在于能加快电影制作的过程,从而使我能够以更有效的方式实现我的想法。我一直致力于改进我在电影制作方面的能力,因为主要的电影制作过程仍然停留在19世纪。数字技术可以节省大量的时间和能源,它可以使电影制作人员更富有创造力(无论是在特殊效果还是在后期制作方面)并且使电影制作工作更加轻松。” 在数字技术条件下,影视作品的制作工序大大简化,制作人员可以比较容易地集导演、摄影、美工等于一身,能够更好地表现自己的创作意图,使影视作品更充分地表现创作人员的个性,从而为影视制作人员提供了更为广阔的制作空间。 一、影视素材创作数字化 数字化非线性编辑系统以及计算机合成技术的普及和应用,使得影视镜头中的景物可以由无数个独立拾取、记录和处理的影像元素来合成,从而大大拓宽了制作人员的创作想象力。许多影视素材都是通过实拍,然后利用专门的采集设备转化为数字影视素材的,再根据创作人员的实际需要,进行不同的特效处理;有的影像素材,从头到尾都是创作人员通过不同的编辑软件创作出来的。这些素材可以是图形、图像等静态素材,也可以是动画、录像等动态素材,还可以是声音素材。 图形、图像作为一种静态素材在影视制作中是必不可少的。这些素材可以通过拍摄、采集或扫描等方式使其数字化,然后通过图形、图像处理软件制作成各种效果。如果制作人员具有一定的绘画功底和相关的图形图像处理软件的知识,甚至可以自行创作,而且自行创作可以完全按照自己的设想去实现,并可充分利用所使用的图形、图像处理软件的集成功能。常用的图形、图像处理软件有Photoshop、Painter、PaintBrush、Illustrator、CorlDraw以及PhotoDraw等等。 作为动态素材的录像视频素材,主要是通过摄像机拍摄,然后利用计算机软件或硬件,将呈现在屏幕上的影像截获,并以一定的格式存储起来,从而获得可利用的数字化视频素材,这一过程通常被称为视频捕获或抓帧。通过抓帧得到的原始素材,可以通过视频处理软件做二次处理,从而为更好地实现制作人员的创作要求提供了条件。这类处理软件有Premiere、AfterEffects以及VideoStudio、DSP等等。还有一种动态素材——动画,它可以完全不受时间和空间的限制,由创作人员利用计算机技术,根据剧本或创意进行制作,大大提高了影视作品的美感和技术含量,这类软件有Maya、3DSMAX以及Software3D等等。 近几年,随着音频技术数字化的发展,数字音频工作站(DAW)已经成为专门的计算机化硬盘录音系统。该系统能够实现音频的编辑和处理功能,支持处理长样本文件(文件大小只受硬盘大小的限制),而且可以随机存取编辑。音频素材记录在硬盘上,无损编辑不会影响原始录音文件的效果,同时还支持DSP数字信号处理,可以将一个片断或在整个音频样本实现编辑,不管是实时的还是非实时的,都不会影响信号的质量。 二、影视素材存储数字化 随着存储技术、计算机技术以及网络技术的发展,视频、音频等数字化影视素材的处理手段的不断更新,原来记录在电影胶片、磁带上的声音、视频和图像将逐渐被存储在硬盘等数字存储设备上,使常规的胶片、磁带的存储转向数据硬盘存储,视频磁带录像机逐步被数字录像机所取代,这将是数字化发展的又一个飞跃。 数字化存储设备主要有磁存储器(如硬盘存储器)、光盘存储器(如CD-ROM、DVD等等)以及半导体存储器。这些存储设备存储的素材都是数字素材,使用起来非常方便。3种数字存储器各有利弊,作为单个的存储器都不能满足影视级的存储需要。目前许多影视素材(无论是高清的还是标清的)是以视频、音频、图像等形式存储在硬盘阵列系统中的。通过网络技术将诸多影视编辑系统设备与硬盘阵列连接起来,各个编辑系统就可以通过网络连接设备访问硬盘阵列,从而形成在线数字素材库。 例如,目前中央电视台电影频道所使用的S2A8000光纤磁盘阵列,不仅速度快、效率高,而且容量大、可扩展性强,并采用了先进的虚拟存储技术,使数字素材的存储看起来就像存储在一个大存储池中;而且采用了高宽带和并行处理方式,使影视制作人员可以随时根据自己的需求快捷地得到所需的数字素材。 三、影视合成数字化 在影视制作的过程中,影像合成占据着非常重要的地位,它是将多种原始素材通过特效混合处理的过程。如抠像、叠加以及色彩通道合成等多种合成手法都在影视制作中得到了应用。这些技法在乔治·卢卡斯的代表作《星球大战》中,得到了非常成功的应用。 如今随着计算机技术的发展,以及数字技术在影视制作过程中的广泛应用,数字影视合成的手段和方法都得到了很大的扩展。它运用先进的计算机图像学的原理和方法,将多种原始素材通过专门的采集设备数字化,并用计算机将这些数字化素材合成为最终作品,然后输出到磁带或胶片上。其画面效果要比传统的光学合成方式要好得多。例如曾轰动一时的影片《泰坦尼克》,就以数字化的合成技术实现了诸多惊人的视觉效果,其中最为经典的男主人公教女主人公在甲板上飞翔的镜头大家还记忆犹新。它就是通过在绿色背景下运用运动控制捕捉技术进行原始素材的拍摄,然后用三维软件设计“泰坦尼克”号,通过虚拟摄像机拍摄一段轮船以及海水运动的画面,最后在合成软件中进行最终的效果合成。这些数字化的制作和合成手段及方式,都为影视作品的制作提供了新的思路,同时影视工作者在使用计算机进行数字合成的过程中,强烈地感受到数字合成技术的便利性和手段的多样性;合成的作品比传统的合成效果更加精美,更加不可思议。这成为了推动数字合成技术发展的巨大动力。公务员之家 目前我国在影视制作方面对数字技术的应用能力也在逐步提高,逐渐拥有了世界水平的一些软件、硬件设备,已具备了影视数字加工、数字特技制作的基本条件,并完成了诸如《紧急迫降》、《惊涛骇浪》、《极地营救》、《十面埋伏》等多部数字化技术含量较高的影视作品。当前根据我国影视制作的数字化的发展进程,最为重要的是要不断地培养一批具有创作能力的复合型技术人才,以不断提高我国数字化制作能力。
舞台服装设计论文:现代舞台服装设计论文精选 一、舞台服装色彩可营造舞台的气氛 舞台服装是舞台表演者重要的语言表达符号,舞台演员可借助繁杂的服装张显不同角色的表演,设计师应对重点掌控服装的颜色。在日常的生活中进行服装设计,可以采用不同的色彩来展现舞台演员的喜好、性格以及审美情趣,可进一步依靠色彩不同的搭配来展现人们的修养与情感。另外,还应和人物性格所处环境匹配,而且还应兼顾美观和舞台功能的需要,舞台的色彩其决定性作用的是灯光和布景,服饰是细节,舞台主题、色彩风格都可通过服装来体现,服装作为一种流动式色彩板块,能很好的营造气氛。以舞台作为特色的表现手法,颜色搭配应根据不同的主题变化来决定,如冷色调的赈灾晚会;暖色调的国庆晚会,两种主题采用的基调和风格是完全不同的,舞台服装色彩的饱和度以及明暗度都是为了舞台画面背景而服务的。 二、舞台服装应选择合适的面料 舞台服装面料在选择上也较为讲究,一般选择吸收光源能力较强的面料,一般以棉、麻、丝、缎为面料。并要求结合不同的工艺来进行选择,也可以把材料进行二度的制作,以达到展现更多材质肌理的目的。为了满足舞台的演员角色表演的目的需求,面料选材具有相当高的要求,材料的厚薄、轻重、密透、光亚、垂挺、软硬以及弹性的高低等都是面料选择时应考虑的因素,它们必须依靠服装来展现效果、表演方式以及角色动作。随着科学技术的不断发展,舞台负责的材料也有了更多的选择,例如金属、塑料制品以及丝织品等都可以用来制作材料。 三、审美基础是精湛的工艺技巧 服装工艺的划分主要包括制作和裁剪,精湛的裁剪手法能创造出合身的服装进而展现出更加自如的形体美。每一种舞台艺术的表现过程都无法离开服装的辅助表现,舞台人物可以通过语言表达、肢体动作、音乐唱歌等的不相同的艺术表现的形式来塑造主角特征。另外,角色的性格和特色是通过把舞台服装当成是一种外表的符号来展示的,这起到有效塑造人物的作用。设计师在设计时应把握好分割线与结构设计,舞蹈服装增加舒适感必须兼顾运动和表演两个方面,舞蹈艺术作为重要表现形式的舞台上,对服装的舒适度显得更加注重。舞剧是集时间、空间以及综合因素为一体具有动态性的艺术的表演,舞剧演员一般通过夸大肢体的动作来展现任务的特征。 在舞台上服装设计中用得较多的还有立体裁剪方法和平面裁剪方法,设计师在裁剪时都是将人体结构排在第一位的,需贴近人体的不同部位进行裁剪,并尽量做到准确和细致。实用性较强的服装一般缝制工艺的手法和结构设计都是固定的,舞台服装应打破这种束缚,为设计出与演员气质和身体相协调且符合舞台需要的服装,应注重裁剪手法,缝制工艺以及结构设计等方面,以求不断创新,推动舞台服装艺术的快速发展。 四、结语 现代的舞台服装设计更加关注美学艺术,它是一个交叉性和综合性都较强的学科,从一定程度上继承传统风奠基现代的服装设计。舞台的服装设计涵盖了不同时期的精神意境以及文化背景,舞台艺术的表现力为服装设计提供了辅助展现作用,这一环节是为了剧情需要、气氛营造以及角色塑造而服务的,能进一步展现舞台服装的艺术美感。 舞台服装设计论文:现代舞台服装设计论文 一、舞台服装色彩可营造舞台的气氛 舞台服装是舞台表演者重要的语言表达符号,舞台演员可借助繁杂的服装张显不同角色的表演,设计师应对重点掌控服装的颜色。在日常的生活中进行服装设计,可以采用不同的色彩来展现舞台演员的喜好、性格以及审美情趣,可进一步依靠色彩不同的搭配来展现人们的修养与情感。另外,还应和人物性格所处环境匹配,而且还应兼顾美观和舞台功能的需要,舞台的色彩其决定性作用的是灯光和布景,服饰是细节,舞台主题、色彩风格都可通过服装来体现,服装作为一种流动式色彩板块,能很好的营造气氛。以舞台作为特色的表现手法,颜色搭配应根据不同的主题变化来决定,如冷色调的赈灾晚会;暖色调的国庆晚会,两种主题采用的基调和风格是完全不同的,舞台服装色彩的饱和度以及明暗度都是为了舞台画面背景而服务的。 二、舞台服装应选择合适的面料 舞台服装面料在选择上也较为讲究,一般选择吸收光源能力较强的面料,一般以棉、麻、丝、缎为面料。并要求结合不同的工艺来进行选择,也可以把材料进行二度的制作,以达到展现更多材质肌理的目的。为了满足舞台的演员角色表演的目的需求,面料选材具有相当高的要求,材料的厚薄、轻重、密透、光亚、垂挺、软硬以及弹性的高低等都是面料选择时应考虑的因素,它们必须依靠服装来展现效果、表演方式以及角色动作。随着科学技术的不断发展,舞台负责的材料也有了更多的选择,例如金属、塑料制品以及丝织品等都可以用来制作材料。 三、审美基础是精湛的工艺技巧 服装工艺的划分主要包括制作和裁剪,精湛的裁剪手法能创造出合身的服装进而展现出更加自如的形体美。每一种舞台艺术的表现过程都无法离开服装的辅助表现,舞台人物可以通过语言表达、肢体动作、音乐唱歌等的不相同的艺术表现的形式来塑造主角特征。另外,角色的性格和特色是通过把舞台服装当成是一种外表的符号来展示的,这起到有效塑造人物的作用。设计师在设计时应把握好分割线与结构设计,舞蹈服装增加舒适感必须兼顾运动和表演两个方面,舞蹈艺术作为重要表现形式的舞台上,对服装的舒适度显得更加注重。舞剧是集时间、空间以及综合因素为一体具有动态性的艺术的表演,舞剧演员一般通过夸大肢体的动作来展现任务的特征。 在舞台上服装设计中用得较多的还有立体裁剪方法和平面裁剪方法,设计师在裁剪时都是将人体结构排在第一位的,需贴近人体的不同部位进行裁剪,并尽量做到准确和细致。实用性较强的服装一般缝制工艺的手法和结构设计都是固定的,舞台服装应打破这种束缚,为设计出与演员气质和身体相协调且符合舞台需要的服装,应注重裁剪手法,缝制工艺以及结构设计等方面,以求不断创新,推动舞台服装艺术的快速发展。 四、结语 现代的舞台服装设计更加关注美学艺术,它是一个交叉性和综合性都较强的学科,从一定程度上继承传统风奠基现代的服装设计。舞台的服装设计涵盖了不同时期的精神意境以及文化背景,舞台艺术的表现力为服装设计提供了辅助展现作用,这一环节是为了剧情需要、气氛营造以及角色塑造而服务的,能进一步展现舞台服装的艺术美感。 作者:张瑶 单位:河北省承德市艺术研究所 舞台服装设计论文:戏剧舞台服装设计论文 1、影响戏剧舞台服装设计的几个重要因素 1.1演员 在戏剧表演的过程中,演员是服装的承载主体,通过表演展示服装设计的水平。对于戏剧作品中的同一个人物来说,不同演员的演绎会产生完全不同的艺术效果。决定不同演员艺术风格和特点的要素主要包括外在形象、气质、性格等等外在因素,也包括艺术修养、文化水平等内在因素。对于服装设计师来说,需要根据不同演员的这些特点来设计适合的服装,服装的风格、款式和面料等等既要符合演员的个人特质,又要符合剧本中的人物角色特点,这对于服装设计师来说是一个巨大的挑战。 1.2导演 在戏剧舞台表演的过程中,导演的重要作用不言而喻。导演要对舞台表演的全过程进行严格把控,既要根据剧情发展的需要来分配不同角色的戏份,又要根据剧情的需要来指导道具、布景和服装等艺术设计。在这个过程中,导演会根据戏剧剧本的内容以及自身对于戏剧艺术的理解和认识来制定服装设计的基本原则和思路,服装设计师需要根据导演的总体思路和要求来相应地进行设计。值得一提的是,虽然导演提出的服装设计模式和方案未必得到全部的贯彻和执行,但是服装设计师必须在充分尊重导演的艺术设计和构想的前提下开展工作,确保服装设计作品能够完全符合戏剧表演的需要,实现艺术的高度融合。 1.3舞台表演 舞台表演的需要也是决定服装设计的重要因素之一。在戏剧舞台表演的过程中,演员除了要保持静态的状态以外,还需要大量的表演动作来推动剧情发展,展示人物形象。为了达到艺术表演的效果和要求,演员必须要穿戴合适的服装,这就对舞台表演服装的材料、款式、裁剪等等都相应地提出了要求。特别是一些对于动作要求较高的戏剧舞台作品,例如杂技、武术表演等等,服装设计师都要充分考虑到表演过程中演员的各种需要。因此,近年来许多服装设计师都广泛采用了涤纶等耐磨、高弹力材料作为服装设计材料。 1.4技术因素 在戏剧舞台表演的过程中,除了演员的因素以外,灯光、道具、布景等技术因素也会对服装设计师的设计方式产生一定的影响。例如灯光的明暗、数量、布置等灯光技术的运用,将会直接影响到人物服装艺术效果的展示。例如在相对昏暗的舞台环境下,演员身穿红色、高反光度的服装,配合追光灯,能够产生出十分鲜明的视觉反差,给观众留下深刻的印象。因此,说,在为戏剧演员设计服装的过程中,服装设计师还要综合考虑到舞台表演的各种技术性因素,采取不同的设计方式和方法,达到应有的艺术效果。 2、对于提高服装设计水平的思考 笔者认为,为了有效提高当代国内戏剧服装设计水平,我们可以采取如下几方面做法。 2.1服装设计师要进一步提高剧本文本阅读分析能力 剧本文本是编剧艺术构思的外在体现。服装设计师通过对剧本文本的细读和分析,要得到文本以外的深层次信息,这对于全面准确地理解编剧的艺术构思是至关重要的。当前,国内出现了一批新生代的戏剧作家,这部分作家的创作思维较为先进和新潮,这就给服装设计师的文本分析阅读能力提出了挑战。对于服装设计师来说,要对戏剧剧本的文本进行更加深入地分析和理解,获取更多指导服装设计的信息和线索。 2.2服装设计师要参与戏剧表演全过程 服装设计师要在准确全面地文本阅读基础上,根据服装设计的相关理论,确定大致的设计风格,在此基础上参与到戏剧表演的全过程。在排练的过程中,要和导演就服装设计风格等方面进行沟通和协商,确保准确掌握导演的艺术构思,并结合每一个演员的自身特点,为其设计个性化的服装。在现场表演的过程中,要能够及时有效地应对各种突发状况,特别是在演员临场表演过程中出现服装损毁的状况之下,能够在最短时间内进行修补,最大限度地保持应有的艺术效果。 作者:李薇 单位:辽宁儿童艺术剧院舞美中心 舞台服装设计论文:舞台服装设计论文 1当代中国舞台服装设计的嬗变 在新世纪以来的舞台服装设计中,新元素、新理念、新要求逐一在服装设计当中展现出来,这使得舞台服装设计呈现出多元化的特点,本土性的设计理念不断与国际化的设计理念相接轨。我们必须注意到,对传统舞台服装设计的创新和发展是现代舞台服装设计不断发展的不竭动力。而现代舞台服装设计对传统舞台服装设计的创新主要体现在以下几个方面:一是观念的创新;二是科学技术的创新[1]。21世纪舞台服装设计在对传统舞台服装设计创新的基础上,呈现出多元化的特点。任何一种传统文化艺术既要能够突出自己的民族特色,又要能够与国际化接轨,在全球化的大背景中,实现传统文化艺术的多元化的进程。舞台服装设计具有明显的多元性特征。意大利设计师吉奥庞蒂曾说过“:本土传统的设计语汇将成为一个国家设计的重要纬度。”舞台服装设计要跟上时代的进步,就必须从理念、认识、评价标准等方面对传统舞台服装设计进行变革,创造出新的适合当前人们审美需求的作品,以便推动舞台服装设计水平,促进舞台服装设计艺术的发展与腾飞。例如,2012年范冰冰在戛纳电影节穿过的“龙袍”礼服(如图4),就其创作元素而言,具有明显中国传统文化色彩,以“龙”作为袍上的主要元素,而就其设计款式而言,又与国际化的设计理念接轨,将整款服饰设计成了拖地曳尾的款式。此外,当前舞台服装设计呈现多元化的特点,不仅表现在舞台服装的色彩缤纷、款式多样、风格各异等方面,也表现在舞台服装的质地多样、剪裁独特等方面。 2当代中国舞台服装设计之前瞻 2.1多元化成为未来舞台服装设计的主要特性 因此,舞台服装设计应顺应多元化的发展趋势,不断吸纳多种元素随着经济全球化的发展,不同的服装设计理念之间的相互碰撞、不同的服装设计要素之间的相互融合,使得现代服装设计更加多元化,因此多元化日益成为未来舞台服装设计的主要特性。以戏剧表演中的舞台服装设计为例,随着时代的发展,戏剧进入到了一个多元化的时代,服装设计师要积极更新设计理念,迎合观众的审美需求,摸索自己的创作道路,使自己的创作及设计能够达到全方位的艺术表现[2]。当前,舞台服装根据艺术表演形式的不同,具有不同的分类,如话剧人物服装、戏曲人物服装、歌剧人物服装、小品人物服装、杂技人物服装、魔术人物服装等等,而传统的舞台服装设计理念已然不符合当前人们的审美需求,也不符合当代社会对于服装设计的新的要求。因此,为了适应时代的变化,舞台服装设计者们也不断尝试从多个角度、多方面挖掘服装设计的潜力与表现力,对现代舞台服装设计从形式到内容进行丰富与填充,例如,近几年来央视春节联欢晚会上,主持人的服装可谓是奇思妙想、推陈出新,不仅有中式的古典旗袍,也有西式的现代礼服,将中国传统元素与西方现代元素相互配合、相互冲击,形成不一样的冲突之美。 2.2创新变革是未来舞台服装设计的发展动力 因此,舞台服装设计应该在创新变革中不断前行舞台服装设计的创新与艺术表演形式一样,是不断发展变化的,呈多元化格局,没有固定的模式,它受一个时代的历史环境、文化形式、艺术思潮等的影响,它不是一种颠覆性的创新,而是一种继承性的创新[3]。如何对传统舞台服饰进行设计上的创新与变革,这个问题一直是当代中国设计师经常会被问到的问题,中国传统民族服饰具有独特的魅力和历史价值,要想在中国传统民族服饰的基础上创新出中国现代舞台服饰,就必须在款式、色彩、面料、图案等方面进行新的探索与尝试[3]。在实现现代舞台服装设计创新变革的过程中,不仅需要将现代科学技术应用到舞台服装设计理念与技巧当中,使得舞台服装设计的创新变革得到技术的支持,成为现代服装设计的新的出路。例如,在当前许多晚会中舞蹈家表演的机械舞蹈中,舞蹈者多身着带有LED显示灯的服装,使得其舞蹈在黑暗中既具有震撼力与表现力,给观众们带来了不一样的视觉享受。可见,随着科学技术的发展,舞台服装设计在服装造型、服装面料、服装的材质工艺等方面都具有了更多的选择,以科学技术为基础对现代舞台服装设计进行创新将使舞台服装设计成为科技发展的一个符号,使舞台服装设计具有更深的人文内涵[1]。3结束语舞台服装设计具有时代特点,能够凸显出一个社会的经济发展和文明进步的状况。随着中国社会经济发展产生翻天覆地的变化,舞台服装设计在中国的发展变化,也从单一的服装设计风格到绚丽的服装设计风格,再到本土化与多元化相互融合的设计理念,舞台服装设计向着多元性、国际化的趋势发展。立足中国舞台服装设计发展史,思索现代舞台服装设计发展之前景,现代舞台服装设计应该顺应多元化的发展趋势,不断吸纳多种要素,在创新变革中不断前进。 作者:周婕 单位:惠州学院服装系 舞台服装设计论文:色彩舞台服装设计论文 1舞台服装设计中色彩的功能 1.1色彩的象征功能 从古至今,色彩就是有象征功能的,不同的色彩拥有不同的意义,色彩赋予的不同服装也代表者不同的身份地位,所以人们常常会通过穿戴服装的款式与色彩来判断这个人的性格以及社会地位等,这种现象在我国的古代尤为明显,因为色彩是区分不同阶层的重要方式。而在舞台服装设计中,色彩主要是用来突出人物的思想,比如红色就代表着热情与浪漫,所以红色代表着积极向上的象征意义;白色象征着纯洁、和平。所以在对舞台服装进行设计的时候还要考虑到色彩在不同时候的寓意,这样才能更完美地表现出舞台服装所体现的人物性格。 1.2色彩的审美功能 审美功能是对舞台服装设计中最为显著的一个作用,这个作用在古代不是很明显,但是在时展的现代,人们对色彩的关注越来越高,是否能够合理使用色彩正是审美的重要内容。舞台服装色彩的审美功能主要体现在两个方面,一种是把色彩与图案融合一起来展现,还有一种是把色彩与人物的肤色以及身材融合一起来展现,另外不同元素融合进入也会让舞台服装表现出不一样的风采,所以探讨舞台服装设计的色彩应用时十分重要。 2影响舞台服装设计色彩的重要因素 2.1灯光带来的影响 没有灯光如何表演呢?舞台服装的色彩受到灯光的影响十分大,灯管不仅可以为观众营造出不一样的舞台气氛,还能够让表现的演员与观众拥有不一样的情绪,正是由于灯光能够将布景与演员融合在一起才能够在舞台上展示出一幅幅流动的画面。而我们也知道,我们看着舞台上的服装是一种颜色,在舞台下看到的服装又是另外一种颜色,这就是因为灯光刺激了人们的视觉神经带来的不同感觉。灯光的大小、找色角度、灯光的色彩以及明度都会影响到舞台服装呈现给观众的感受,比如明亮等灯光就会提高舞台服装色彩的明度,而灰暗的灯光则会让服装的明度与饱和度降低。 2.2布景舞台服装色彩带来的和谐关系 要让舞台表现获得成功,不仅需要演员的表演能力,还需要舞台服装的色彩与布景的充分融合,两者结合体现出的人物形象更加丰满完美,这是十分重要的一点,在舞台上服装的色彩点缀着舞台,它与灯光、布景完美搭配,描绘出了一幅幅动人的画面,也一直影响到舞台给予观众的视觉感受,因此处理好色彩与布景的关系十分重要,这样更有利于诠释舞台内容。 2.3面料与舞台服装色彩的关系 在观看舞台剧的时候人们首先关注到的就是服装,而服装的款式与色彩也是最为受到关注的,服装的面料往往是最容易被忽视的一点。但是舞台服装设计师告诉我们舞台服装面料不仅仅是用来制作服装,还能够丰富舞台语言,让舞台的质感更上一层,所以他们为了让观众更快速地进入舞台的场景内,对面料进行了不一样的组合与提升,赋予服装面料不一样的内涵。服装面料的质感以及表面形态各异,凹凸不平,这让它们在舞台上带来的效果也更加不同,面料充分融合灯光以及布景带来的效果,更能够凸显出人物的丰满度。 3突出人物的色彩使用手法 舞台服装设计师设计出来的服装不仅仅对款式很重视,对色彩的运用也十分重视,为了更加突出舞台人物,他们常常使用表现色彩的方法有以下几点: 3.1色彩对比法 色彩对比法就是用不同的色彩给人们带来的视觉感受来突出想要表现的主要人物,比如一群穿深色系服装的人中,穿浅色系服装的人是最明显与突出的;在服装色彩十分鲜艳的人群中,穿淡雅的服装是最突出的,所以在一系列的服装中,通过色彩的对比来突出相对弱的另一方面。 3.2色彩错觉前移法 这种方法就是利用色彩给人视觉上的错觉来突出人物。比如大小一样的色块,在相等距离下,会因为颜色不同而让人们产生色块所处位置的不同,产生前后或者是大小的差异,一般人们都会觉得明亮色彩的在前面,而暗色系的则在后面,暖色系的在前面而冷色系的则在后面,这是对色彩位置上的差异。有的时候人们也会对色块大小存在错觉,觉得亮色体积大一点,而暗色体积则小一点,所以不少设计师利用这样的色彩错觉方法来突出舞台上想要突出的人物。3.3造型、色彩变异法这种方法主要应用使用在不同群众角色中突出主要人物的方法,简单来说一堆人穿一样的衣服、打扮一样的造型,如果主要人物与他们不同则会显示出来,所以这就是主要人物通过造型与服装样式与色彩的差异来突出所要表现的人物,加强观众对人物的关注与印象,也会让人感受到耳目一新的感觉,这是现代舞台中常常会使用的方法,主角与群众人员的服装的不同,造型不同。 3.4色彩烘托法 什么是烘托法?烘托法就是利用一堆一样的东西来烘托出另外一个不一样的东西。在一些人物十分多的大舞台上,服装色彩是一定要有次序的,这样做的目的也是为了不让主要人物被众多的群众演员所淹没,否则观众在台下观看的时候就无法感受到主次之分,也分不清哪一个是男女主角,更加理不清舞台中想要表现的故事,平淡无奇的叙述无法给观众带来印象深刻的感受。设计师一般会将群众演员的服装的色彩,统一在一个与主角对比相对较弱的色度里,让主要人物的服装色彩更加突出于明显,对比度更加强烈,把群众演员与主要人员的服装区分开来,这样才能够在舞台上把主要人物、次要人物以及群众演员,按照一层层的划分,层层烘托,相互衬托,让舞台内容更有层级感,更有主次之分。 4结论 不管从色彩的功能与作用来看,还是从众多众多色彩的因素来看,色彩都是舞台服装设计中十分重要的一点之一,从某种程度上来说色彩使用的对不对,好不好,可以决定服装作品成功与否,因此对服装设计师来说,色彩不仅仅是可以运用来表现服装的手段,更是一种可以阅读的语言,充分掌握这种语言就能够做出成功的服装作品,突出服装中的色彩美。而不同时期的服装所需要的色彩不同,设计师们就要掌握色彩搭配原则,这样才能够把握住所设计服装的风格。色彩的重要性不言而喻。 作者:钟兴 单位:江西服装学院 舞台服装设计论文:舞台服装设计论文 一、前言 舞台服装可通过优美的款式来塑造演员角色的形象美感,通过服装的色彩来营造舞台良好的氛围,以及通过面料和精湛的工艺来展现艺术的美感。本文对以上几个方面做出了具体的阐述,以期理论指导实践,进一步推动舞台服装设计的快速发展和创新。 二、舞台服装设计的美学艺术 1.舞台服装款式可以塑造角色的形象美感 塑造舞台上的人物,一般比较注重外部形象,适合表演者的服装不仅可以让演员获得更多的自信,还可增加观众对角色的认同感。服装设计需满足舞台的人物形象要求,结构和款式是较为关键的因素,一般舞台服装设计可采用以下对比方式:收紧对比、窄宽对比、长短对比、不对称和对称对比等;服装结构设计采用长短、松紧不同等方式;服装设计的风格可采用如下表现手法:现代和古代、写意和写实等表现手法,使角色特点得到充分展示。部分舞台服装用夸张的表现方式来进行设计,实现与时尚接轨,其能进一步提升演员的表演力及形象。设计师在设计的前期,应认识到导演在塑造人物时的思想,如导演一贯的指导风格、历史背景、情绪中涵盖的音乐元素、任务角色具有的特征以及任务演员自身特点等方面。在舞台服装的设计中,所涉及的主题包括服装是否与剧情相符、是否具有鲜明的人物特征、现代与传统是否具有明显的划分以及繁杂或是简约设计风格是否确定等。为了设计出比较好的舞台效果,设计师应深层次了解和掌握以上主题元素。 2.舞台服装色彩可营造舞台的气氛 舞台服装是舞台表演者重要的语言表达符号,舞台演员可借助繁杂的服装张显不同角色的表演,设计师应对重点掌控服装的颜色。在日常的生活中进行服装设计,可以采用不同的色彩来展现舞台演员的喜好、性格以及审美情趣,可进一步依靠色彩不同的搭配来展现人们的修养与情感。另外,还应和人物性格所处环境匹配,而且还应兼顾美观和舞台功能的需要,舞台的色彩其决定性作用的是灯光和布景,服饰是细节,舞台主题、色彩风格都可通过服装来体现,服装作为一种流动式色彩板块,能很好的营造气氛。以舞台作为特色的表现手法,颜色搭配应根据不同的主题变化来决定,如冷色调的赈灾晚会;暖色调的国庆晚会,两种主题采用的基调和风格是完全不同的,舞台服装色彩的饱和度以及明暗度都是为了舞台画面背景而服务的。 3.舞台服装应选择合适的面料 舞台服装面料在选择上也较为讲究,一般选择吸收光源能力较强的面料,一般以棉、麻、丝、缎为面料。并要求结合不同的工艺来进行选择,也可以把材料进行二度的制作,以达到展现更多材质肌理的目的。为了满足舞台的演员角色表演的目的需求,面料选材具有相当高的要求,材料的厚薄、轻重、密透、光亚、垂挺、软硬以及弹性的高低等都是面料选择时应考虑的因素,它们必须依靠服装来展现效果、表演方式以及角色动作。随着科学技术的不断发展,舞台负责的材料也有了更多的选择,例如金属、塑料制品以及丝织品等都可以用来制作材料。 4.审美基础是精湛的工艺技巧 服装工艺的划分主要包括制作和裁剪,精湛的裁剪手法能创造出合身的服装进而展现出更加自如的形体美。每一种舞台艺术的表现过程都无法离开服装的辅助表现,舞台人物可以通过语言表达、肢体动作、音乐唱歌等的不相同的艺术表现的形式来塑造主角特征。另外,角色的性格和特色是通过把舞台服装当成是一种外表的符号来展示的,这起到有效塑造人物的作用。设计师在设计时应把握好分割线与结构设计,舞蹈服装增加舒适感必须兼顾运动和表演两个方面,舞蹈艺术作为重要表现形式的舞台上,对服装的舒适度显得更加注重。舞剧是集时间、空间以及综合因素为一体具有动态性的艺术的表演,舞剧演员一般通过夸大肢体的动作来展现任务的特征。在舞台上服装设计中用得较多的还有立体裁剪方法和平面裁剪方法,设计师在裁剪时都是将人体结构排在第一位的,需贴近人体的不同部位进行裁剪,并尽量做到准确和细致。实用性较强的服装一般缝制工艺的手法和结构设计都是固定的,舞台服装应打破这种束缚,为设计出与演员气质和身体相协调且符合舞台需要的服装,应注重裁剪手法,缝制工艺以及结构设计等方面,以求不断创新,推动舞台服装艺术的快速发展。 三、结语 现代的舞台服装设计更加关注美学艺术,它是一个交叉性和综合性都较强的学科,从一定程度上继承传统风奠基现代的服装设计。舞台的服装设计涵盖了不同时期的精神意境以及文化背景,舞台艺术的表现力为服装设计提供了辅助展现作用,这一环节是为了剧情需要、气氛营造以及角色塑造而服务的,能进一步展现舞台服装的艺术美感。 作者:张瑶单位:河北省承德市艺术研究所 舞台服装设计论文:年画在舞台服装设计中的应用 杨柳青年画有着三百多年的悠久历史,用自己独特的方式表达着当时人们的生活方式和寄托着人们对美好生活的向往。将杨柳青年画创造性的融入到舞台服装设计中,不仅为杨柳青年画市场找到新出路,也为现代舞台服装设计探索出新的方向。 一、舞台服装概论 (一)舞台服装概念 作为包装角色的一部分,目的是一方面为了提高整体的舞台艺术效果,另一方面为了娱乐人们的生活,它是体现演出风格的重要作用。舞台服装的设计源于生活又高于生活,源于生活是通过生活中的服装来表现出舞台服装真实性的一面,高于生活是指通过设计师根据整个舞台艺术的需要,借助夸张的造型、复杂的装饰、靓丽的色彩等方法,表现出独特的舞台艺术魅力。 (二)舞台服装的特点 舞台服装的设计原则有:一是满足大众的审美需求,二是与舞台的整体艺术风格相统一,三是服装设计要与演出的主题相符合,四是帮助演员塑造角色的外部形象,有助于强化演员的表演。舞台服装的设计不仅要在视觉上满足观众的需求,还要创造意境美,把观众带入到富有想象的艺术空间,提升观众的艺术境界。 二、杨柳青年画的审美特征 (一)构图特征 杨柳青年画的构图形式往往和我们所熟知的构图形式不同,它经常会把不同空间的物象放在同一画面中,表达出一种超自然的形式美感。杨柳青年画的构图特点大体概括为饱满、均衡、丰富、和谐等特点,主题均为人,景物均为陪衬与烘托主题的作用。构图原则上用以装饰性及图案化原则来衬托出画面的丰满,运用平视化手法,不分层次,见缝插针,以空间为主互不遮挡的方式方法来打破时间空间的限制,蕴含着具有中国传统审美的内在秩序美感,体现了古人的人生观与世界观。 (二)色彩特征 杨柳青年画在色彩上以原色为主要的色彩表现形式,画面的色彩对比强烈,色调明度较高富有生机,体现了人们对美好生活的向上追求的心理。在人物的脸部和手部的处理上使用过度色,让画面具有国画的味道富有层次感与立体感。杨柳青年画继承了传统年画风格特点,继承了传统绘色方法,吸收了工笔重彩人物及民间艺术品中的崇尚原色、鲜艳、明快等特点,使色彩在满足整体画面效果的同时还富有象征意义的传统意蕴,最终形成自己独特的艺术风格。如关公的形象,由于人们所熟知的关公的脸为红色,所以人们就把红色的脸形容为刚直不阿的形象。 (三)造型特征 在人物的笔法上采用线描的方式来表达,造型上画娃娃一般采用短胳膊短腿大脑袋,小鼻子大眼睛没脖子,眼睛、眉毛、鼻子凑一起等等。杨柳青年画在造型的表现方式上具有强烈的主观臆想,运用夸张、变形、概括等手法来达到其综合概括的造型观。 (四)寓意特征 由于杨柳青年画的本质是过年时所贴在房门内的一种图案形式,以此来对未来的生活寄予美好的期望,因此在画面中常常会出现中国的传统吉祥图案。杨柳青年画中的吉祥图案是中国传统文化的积淀,体现着先民对自然、繁殖后代、阴阳哲学观的崇拜,形成了本民族的“神”,往往体现了精神上的需求,达到了心理上的慰藉。 三、杨柳青年画在舞台服装设计中的体现 (一)造型的体现 比如在很多大型晚会的演出中或者大型的运动会开闭幕式演需要有吉祥物的设计,因此在吉祥物的服装及道具的设计中。我们可以借鉴杨柳青年画中的娃娃造型,大脑袋,小鼻子,大眼睛,没脖子等特点,在娃娃的面部使用过度色,使造型富有层次感和立体感。 (二)色彩的体现 杨柳青年画中较多使用原色,这样在舞台服装的应用上可以增加舞台服装的视觉效果与感受,对比强烈,让人感觉到强烈的民族色彩的味道。在话剧的服装设计上,可以根据杨柳青年画中的不同角色穿着不同颜色的衣服作为依据来设计服装,如妇女用黄色,寡妇用青色,老者用褐色等等。在杨柳青年画的色彩上采用红、黄、蓝、绿、紫、黑几大主色块,随后的一些年又出现中间色,使画面变得典雅、柔和、靓丽,丰富了舞台服装设计在色彩上的应用研究。 (三)图案设计的体现 我们可以将杨柳青年画中的内容以新的方式出现,这样不仅推动的舞台服装设计的发展趋势,也为传播传统的民族文化做出贡献。杨柳青年画基本为吉祥图案,对于吉祥图案的运用上不能照搬照抄,设计师可以通过打破重组的方式运用在舞台服装的设计上。 四、杨柳青年画在舞台服装设计中的结合形式 (一)刺绣的表现形式 刺绣是我国民间优秀的传统手工艺,一直延续至今,是我国特色的风格元素,在舞台服装的运用上,不仅提升档次,也丰富了画面的效果。年画中有很多的颜色层次细微的变化,刺绣是作为最好的衔接杨柳青年画与舞台服装设计的方法。通过刺绣可以表现出丰富的色彩与自然的晕染效果,虽然我国有四大名秀,但由于人工的成本及时间还有舞台服装的一次性性等特点,在制作过程中大部分还是采用机绣,在舞台的大空间里不会影响整体的艺术效果。 (二)手绘的表现形式 手绘运用在舞台服装的设计上并不少见,其表现形式上比较自由随意,不受生产工艺、技术的等问题的制约,画面色彩丰富并且每一件作品都是独特的,具有个性化,这一点可以很好的体现舞台服装的艺术化的特点。手绘的表现形式主要受绘画者的绘画水平及颜料与面料的融合等方面的因素影响,如水彩与丙烯这两种完全不同性质的颜料,在处理晕染效果上时就会出现不同的效果,水彩为水性燃料,可以很好的做到晕染效果,而丙烯则属于油性颜料,不怕水耐晒,颜料干后会形成像油漆一样的保护层,但对于服装中的晕染效果则会很差,所以在手绘表现上要求服装设计师熟悉不同颜料的特性,根据画面所需的不同效果选择适合的颜料进行创作。 (三)数字喷墨的表现形式 随着社会的发展,舞台服装的设计也要融入科学技术,这样不仅可以提高生产的速度和质量。数字喷墨是近些年在服装面料中运用最多的表现形式,最开始只可以喷出单色,随着科技的发展,现已可以喷出成千上万中颜色,这种技术的实现有两大好处:一是,改善了传统印染中无法达到的色彩、层次上的微妙变化,图案的精确度高;二是,舞台服装讲究独创性与一次性性的特点,设计师可以用数字喷墨的技术专门为某场演出进行小规模的服装设计,这样可以减少服装图案的重复性。利用数字喷墨的技术可以很好的将杨柳青年画中元素表现的淋漓尽致,不仅节约了成本,还推动了舞台服装图案在面料应用中的阻力。 总结 近年来,人们对传统文化的关注度越来越高,也在号召我们学习中华民族的传统文化,我们在学习传统文化的同时也要成为保护与传播的实行者。杨柳青年画作为我国非物质文化遗产中的一部分,舞台艺术是一个很大的传播方式,将年画与舞台服装设计融合在一起。 作者:于砚 单位:理工大学 舞台服装设计论文:舞台服装设计思路探索 由于舞台服装要为舞台艺术服务,所以必须受到舞台艺术的制约,这也就决定了舞台服装的假定性必然会高于其实用性。令舞台艺术的受众能够从舞台艺术中联想到真实生活,并认同舞台艺术所表现出的内容,是舞台服装设计及舞台服装运用的重要目的之一,这就是舞台服装的假定性。人们心中的审美尺度会影响人们对艺术真实性的认知和认可,而假定性作为一种约定成俗的属性能够满足人们心中的审美尺度。总而言之,舞台服装在舞台效果的要求下必须要具有假定性,而在符合假定性的基础上实用性中的合身、便利、耐穿等都不再占据主导地位。 舞台服装作为舞台艺术中的一部分,与舞台中其他艺术表现形式是紧密相关的,并且会受到其他艺术表现形式的影响与制约,如在舞台艺术表演中,舞台空间与服装的搭配程度、演员与演员之间的关系、角色自身的形体条件等都会对舞台服装造成一定程度的影响。所以在舞台服装设计中,舞台艺术中的其他方面也是要考虑的重要因素,只有实现舞台服装设计与舞台其他表现艺术的和谐,才能够取得相得益彰的效果。舞台艺术中的舞台与观众席会有一定的距离,而这种距离效应会使舞台服装强调的内容不在于缝制工艺,而是在于整体的轮廓与造型,尤其表现为对材质和色彩的重视。同时由于距离效应的存在,舞台服装在再现生活服装方面的材质选择上通常会以假代真,即利用类似的色泽与质地来仿制生活服装。而事实也证明,这种以假乱真不仅经济,而且在表现效果上也更加事半功倍。这也就决定了在舞台服装的设计中服装样式、材质、色彩的选用应当放在突出的地位上。 舞台服装设计与舞台其他艺术表现形式的关系 (一)舞台服装设计与化妆造型的关系 由于舞台服装设计与化妆造型都是为塑造角色外貌服务的,所以舞台服装设计与化妆造型是一个不可分割的整体,它们都能够通过直观的视觉效应来使观众感受到角色的内容,为角色的外部形象起到定位的作用。两者不同的是化妆造型在舞台艺术中难以做出改变,而舞台服装需要根据不同的场景做出不断的变换。无论如何,在舞台服装的设计中,重视与化妆造型的相辅相成应当是重要的原则之一。 (二)舞台服装设计与舞台美术的关系 舞台美术应当包括舞台服装设计,因为舞台服装能够塑造良好的舞台形象,为舞台艺术的受众提供更好的视觉享受,所以舞台服装设计应当属于舞台美术的范畴,但是舞台服装设计又与舞台的设计、灯光、道具、效果等各个部门在媒介语言方面存在着很大的差异,这是由各个部门的本质特征所决定的。要将舞台艺术做到相对完美,就必须实现舞台服装设计与舞台美术的相互融合与互补,在与道具、灯光等默契匹配的基础上保持舞台视觉形象的整体性。 (三)舞台服装设计与表演艺术的关系 舞台服装设计与表演艺术的体现载体都是演员,在舞台艺术中,舞台服装设计是否贴切也将影响表演艺术所能达到的高度。二者之间的关系主要体现在以下几个方面:一是舞台服装能够促使演员尽快进入角色。舞台服装作为演员的外部形象,能够折射出角色的特点及情感状态,所以通过对舞台服装的定位可以诱发演员去体验角色,从而促使演员能够更形象地表达角色的感觉;二是舞台服装设计需要与表演艺术互补。舞台服装设计是舞台角色的外在特征,而表演艺术需要演员通过表情、心理活动表现出来,所以这种表现手段的差异应当通过互补来达到完美的统一,这就要求设计者在服装设计中能够对角色进行正确的定位与把握。 现代舞台服装设计对传统舞台服装设计的传承与创新 (一)现代舞台服装设计对传统舞台服装设计的传承 现代服装设计对传统服装设计的传承主要体现在两个方面:一是对传统舞台服装设计构成样式的传承。在舞台服装设计中,坚持创新势必会带来发展,但是事实上舞台服装设计领域中的许多方面必须受到表演艺术形式的局限而不能随意做出改动。例如在一些传统的舞台戏曲表演中,舞台服装中的样式、花色等方面都是经历了很长时期的发展而固定下来的,也使受众形成了一种审美习惯,这也是许多老戏迷通过人物的服装就能辨别出角色的原因,所以这些具有“写意性”以及“符号性”的舞台服装应当继承而不能进行随意的创新;二是对传统服装设计审美观点的传承。同样是以传统戏曲为例,传统戏曲重视整体美与对比美,在舞台服装颜色上包括黑白对比、华素对比、同调对比和援例对比,这些色彩的运用十分独到并且对现代舞台服装设计仍旧具有很大的气势与借鉴作用。 (二)现代舞台服装设计对传统舞台服装设计的创新 现代舞台服装设计对传统舞台服装设计的创新主要体现在以下几个方面:一是观念的创新。随着文化交流的国际化,现代舞台服装设计逐渐体现出国际化是发展的必然趋势,在现代舞台服装设计中我们应当在传统舞台服装设计的基础上实现国际化,从而保留舞台服装设计的本土性与民族性,而无论是背离传统性还是国际化都是不符合现代舞台服装设计发展趋势的;二是科学技术的创新。现代舞台服装设计应当挖掘和发挥出传统舞台服装设计中所不具备的优势,随着科学技术的发展,舞台服装设计在服装造型、服装面料、服装制作的设备、服装的材质工艺、服装的装饰工艺等方面都具有了更多的选择,以科学技术为基础对现代舞台服装设计进行创新将使舞台服装设计成为科技发展的一个符号,使舞台服装设计具有更深的人文内涵。 现代舞台服装设计思路 (一)重视与角色形象和情感的结合 舞台服装的设计能够塑造出舞台角色的形象、体现出舞台角色的情感,也正因为如此,舞台服装设计由于受到舞台人物形象的局限,必须要表现出特定人物的特点,如通过服装的颜色来体现角色的情感变化,蓝色表现出角色的悲伤与忧郁;粉色来体现出角色的柔情;白色来衬托出角色的高贵和纯洁等,符合舞台角色的舞台服装设计能够成为一种传情的工具,通过给予观众视觉冲击来使观众体会到舞台艺术要表达的内容,所以重视舞台服装设计与角色形象和情感的结合,能够对舞台表达起到很大的推动作用。 (二)重视服装的统一与变化 舞台服装设计的统一能够使舞台艺术更加整齐与单纯,而舞台服装设计的变化则会使舞台艺术更加活泼,没有变化的舞台服装设计只会使舞台艺术显得过于呆板。所以舞台服装设计要重视统一与变化的结合,统一的准则是和谐,而变化的准则则是适度,只有和谐的统一才会给予观众更好的视觉享受,而适度的变化才能够实现与统一的互补,并且没有杂乱的感觉。 (三)突出服装的时代性 在一些传统的舞台艺术中,尊重传统的服装设计构成样式能够得到观众的认同,但是在一些具有现代感的舞台艺术如现代音乐剧中,服装设计应当体现出时代性的特点,即要具有时代感与时尚感,在这个过程中,可以对当前时装设计的原色做出借鉴,在角色衣着的风格中也可以适当地运用夸张来突出角色的个性化,从而加强观众对剧目发生背景的印象及对角色的印象。 (四)与现代科学技术的融合 将现代科学技术融入服装设计理念能够给予观众耳目一新的感觉,同时也能够使服装设计成为体现科技发展的一个符号,例如在2008年奥运会闭幕式中的铃衣舞就是利用现代科技进行服装设计的实例,铃衣舞采用许多银铃作为装饰,成为了服装设计的一大亮点,而与演员身上的灯带结合进行舞蹈可谓是有声有色,给观众带来了难忘的视觉享受,同时也为现代服装设计提供了更多的思路。(本文作者:左花苹单位:河南省郑州市河南工业贸易职业学院) 舞台服装设计论文:舞台服装设计中面料的选择 【摘要】舞台服装的设计,日常生活服装是根本,但其又是日常生活服装的升华和浓缩。舞台服装设计师运用现代舞台美术的特有手段,按照剧情和角色的需要,从材料、质地、色彩、造型、光学物理效应等方面考虑选择服装面料。 【关键词】舞台;服装设计;面料;选择;浅议 舞台艺术创作源自生活,但又高于生活,是现实生活的升华和浓缩。色彩斑斓的大千世界,生活着芸芸众生。通过舞台艺术创作,小小舞台尽现了人世间的悲欢离合,生活中的酸甜苦辣。而舞台剧的上演,观众首先入眼的是演员身上的服装。如何让观众一开始就能意会到剧情的内在和灵魂,舞台服装的设计是首要的。舞台服装的设计,日常生活服装是根本,但其又是日常生活服装的升华和浓缩。设计舞台服装应符合剧情和角色的定位,色彩明暗有致、造型新颖独特、面料粗细适合、演员着衣合身得体、最主要的是应与角色相配,舞台服装设计师运用现代舞台美术的特有手段,按照剧情和角色的需要,从材料、质地、色彩、造型、光学物理效应等方面考虑选择服装面料。 服装设计师选择舞台服装面料与现实生活服装是不一样的。目前面料的可选择种类很多,有丝绸、棉纺、棉布、牛仔、麻料、皮草、化纤、人造革等等。服装的面料选择取决于所表演的角色,而作为演员表演的重要辅助方式,首要考虑的就是面料的质地,根据不同的角色、场景、季节等选择不同的面料。什么样的服装造型决定选择什么样的面料,加上精心准备的头饰、鞋帽等,并通过演员精湛的表演来更好地诠释舞台人物形象。 比如话剧,因话剧基本贴近于现实生活,所以话剧服装选择相对生活化的面料,则更能准确反映舞台人物个性形象。观众会有一种身临其境、很真实的感觉,在情感上与观众容易产生共鸣。而舞剧(蹈)则纯靠肢体语言来表达,其动作的技巧性很强,有时大开大合,有时轻微柔软,演员通过跳跃、下蹲、托举、劈跨、腾空、翻滚、旋转等高难度技巧性舞蹈动作来诠释剧情,因此服装设计师在设计舞剧(蹈)服装时一定选择致密、飘逸、柔软的面料,必须达到一定程度的韧性及悬垂感,主要选轻薄布料这一类型,从而确保演员舞台表演的需要,使舞蹈演员能尽情发挥,施展舞蹈动作技巧。戏剧中的面料是根据舞台人物来选择的,古装剧中上层社会的帝王将相、商贾富贵的服装设计选用的是软缎,水袖部分则选用丝纺,而底层社会的市井小民、丫环侍从、贩夫走卒选用的则是材质普通的面料。而对于具有高难度高强度的肢体动作的杂技而言,其面料必须超结实、超韧性,同时要保证演员穿在身上的舒适度,从而确保杂技演员的表演能随心所欲。随着科技飞速发展,新型的高科技的舞台服装设计材料也会越来越多。服装设计师在设计各式各样灿烂绚丽、多姿多彩的舞台服装时,选择什么样的服装色彩必须放在首位考虑。 色彩本身不存在高低美丑,不同的意境,反映出来的是各自的美。服装面料色彩美是由纱支、图案、色彩、织物等组成因素决定的,色彩染上不同材质的面料,呈现出的光泽亦不同。如丝绸面料吸收、反射色彩的效果都非常好。所以丝绸和化纤面料染色后色泽鲜艳。而棉麻布色彩的吸收效果还行,但反射效果则差远了,粗麻布效果则不尽如人意。不管是相同色彩不同材质,还是不同色彩相同材质的面料,带给观众的却是不一样感情色彩。如将乔其纱染上红色,诠释了飘洒、娇媚、俊逸、温柔的性格;但在丝织品上染上红色,它则体现了富贵、热情、美丽、大气的表情。同样色彩,能给观众庄严贵重的感觉,也能给观众压抑忧伤的心境。色彩的光学效应和物理特性也是不容忽视的重要因素,服装设计师在选择舞台服装面料时,应优先使用吸光的面料,演出时则通过舞台灯光的变换而使服装变色,白色的服装在灯光下,可任意变化,什么样颜色的灯光呈现出什么样的色彩;绿色的服装在黄光和浅蓝色光照射下则更纯正,但若在红光照射下,将会瞬间变为黑色;蓝色服装遇上黄色灯光会变绿,而遇上橙色灯光则会变灰暗,当然,所有颜色的服装在本色灯光下则更鲜亮。灯光主宰着整个舞台的色彩变化,没有灯光的配合,再好的人物造型、再漂亮的舞台服装,也会如白开水般平淡无奇。因此舞台服装设计师只有充分利用色彩的光学效应和物理特性,与灯光相辅相成、相互配合,才能给观众呈现出一盘最美、最真的视觉大餐。 目前,人们随着物质生活水平的提高,追求高内涵高素质的文化生活已渐成主流,观众欣赏高雅艺术的水平也日益提高,对舞台服装设计师的专业素质也提出了更高的要求,因而对于舞台服装面料的选择,服装师要考虑到材料、质地、色彩、灯光、导演的习惯、演员体形、舞美等因素的影响,熟悉各种高新技术,并运用到日常设计中,不断创新。当然,更少不了舞美各部门的紧密配合,一台优秀的舞台剧目才能在观众面前展现得淋漓尽致。 作者:倪玲 单位:盐城市歌舞剧院有限公司 舞台服装设计论文:浅谈舞台服装设计 摘要:21世纪,社会文明的进步,国际交流的频繁,文化艺术思潮呈多元化趋势。舞台艺术也不断发展,舞台服装作为舞台艺术中视觉呈现的主要部分,其艺术和商业价值得到人们的广泛认可,并呈现多姿多彩的局面。 关键词:舞台服装文化;舞台服装的设计;艺术审美;创新 中国历代文艺表演形式不断发展,以人物造型为主要手段的舞台艺术仍然是舞台中的传统形式。传统的中国舞台服装的特点在于它的装饰性、夸张性和可舞性。20世纪30年代以来,受欧美戏剧的影响,产生了现代话剧,舞台美术的设计思想经历的很大的变化。写实主义与非写实主义戏剧在服装领域开创了多样化的结局。服装强调生活的真实性、具体性、服装成为舞台上再现生活的一部分。 1舞台装设计的意义 舞台服装是舞台艺术中不可或缺的部分,是对舞台人物的包装,与生活装不同,它具有鲜明的戏剧代表性。区别于生活装的不同点是它的多元化。需要借助舞台空间来展示,是典型性视觉艺术创作。服装是表演艺术一个必不可少的部分。观众在看剧的同时,对美丽别致的舞台服装会有一种赏心悦目的感受。同时,舞台服装又通过色彩和质感表现出剧中人物的心理,而且因剧内容的暗示等手段使舞台服装更加细腻。因为舞台服装设计是舞台艺术创作中一个独立的专业领域,是解释整个作品,表现人物、创造戏剧风格设计工作中的一个重要组成部分。舞台装随着艺术与时代的发展,已经成为一门具有创造性的艺术。 2舞台装研究现状 随着舞台艺术的迅速发展,芭蕾舞剧、音乐剧、歌舞晚会等新的舞台表演形式不断出现,使舞台服饰得到了极大的发展和创新。并随时代的发展不断变化其设计理念进入21世纪,中西文化交流频繁,影视技术的革新发展,多媒体,计算机等高科技的出现,加之艺术表现手段的丰富,舞台服装的社会价值和艺术价值被广泛认可。舞台服装的市场价值也不断被挖掘,舞台服产业也迅猛发展起来。 2.1舞台服装的款式研究 范雪梅《试论舞台服装造型艺术的特点》中阐述,舞台服装造型受时间,空间,剧情,人物等诸多因素的制约。舞台服装艺术包含着其他诸艺术的特点,甚至其他诸艺术的美学原理。如:比例,节奏,平衡,对比,调和,统一,变化等都在服装上有独特的运用,它用一种自己独特的艺术语言传递给观众。在造型手段上,它直接受“人”“舞台”这个框框的限制,作为服装构成要素,它受材料,色彩,造型样式,制作工艺,环境条件,舞美设计风格,灯光,化装等的变化而变化。舞台服装造型艺术是以剧中人物,及表演者为主体。舞台服装的美源于各个方面,款式、结构、面料、结构等,在保持固有的特点外加入时尚流行元素和自己的创作思维,使设计的服装达到与众不同的个性美。它是塑造角色外部形象,表现演出风格的重要手段之一。舞台服装源于生活服装,但有别于生活服装,它和化妆师演出活动中最早出现的造型元素。 2.2舞台服装色彩研究 从赵伟月的《舞台服装色彩》中我学到了,在服装三要素(式样、色彩与质料)中,色彩占据着最重要的地位。当一个或一群人出现在我们面前时,最先传递到我们大脑的服装信息是服装的色彩,然后才是它的式样与面料。时装是这样,包括戏剧在内的表演服装更是如此。这是因为:(1)表演是在一定距离下欣赏的,观众对服装式样的细节与质料很可能一时并未察觉,而对色彩却能立刻感受到;(2)因为时装与表演服装虽然都是服装,但它们所属的范畴与存在的目的是完全不一样的。舞台服装却属精神生活范畴,是以审美为存在的第一目的。舞台服装色彩设计必须“因人而异”、因款式而异。服装是造型、色彩、材质三者的综合体,其中色彩作为服装的载体,在整个舞台服装设计发展过程中起到了不可忽视的作用。 2.3舞台服装的整体风格 凡舞台表演艺术所使用的衣着服饰统称为“舞台服装”。艺术来源于生活,造的平台。郭志清在《谈舞台服装设计》说到“舞台服装设计有着自身的创作规律,设计者结合导演规定的戏剧风格,演员自身的条件特点,发挥主观想象,通过服装制作完成舞台服装的设计。”舞台服装设计的原意是指“针对一个特定的目标,在计划的过程中求得一种问题的解决和策略,进而满足人们的某种需求”。舞台服装设计所涉及的范围广泛,目标体现了人类文化演进的机制,是创造审美的重要手段。不同类型的舞台服装设计侧重的思维类型往往有所差异。需要运用形象思维的因素,在舞台服装设计方面则更注重“美感”等等。 2.4舞台服装的面料研究 刘伟伟的《服装设计中面料的语境表达》说,面料是服装的基础,服装面料悄然传递着着装主体的时代意识、文化背景以及个人爱好、生活情趣和个性气质,是着装主体仪表与内涵的承载物。服装面料同时也是服装设计师诠释流行主题和体现服装风格的主要载体。面料作为服装的载体,也以各种全新的面貌出现。现代舞台服装对面料的要求也非常严格,不同的面料能体现出不同的舞蹈风格和静态与动态的转变,舞台服装设计的发展速度日新月异,作为现代设计也要把国际流行因素融入到作品中。我们要借助舞台这个平台达到精神文明的一种更高的境界。 2.5舞台服装的手工工艺及配饰 在刘媛的《高级时装中的常见装饰手法在舞台服装中的应用》中指出“舞台服装设计离不开各种装饰手法的运用,适当的装饰不但使舞台服装显得雅致秀美,花团锦簇,而且还能提高身价。发展到今天的高级时装在装饰手法上可以说是百花齐放,最常用的装饰手法有:刺绣,褶皱,钉珠,立体造型装饰……这些装饰手法通常都是几种综合使用,这样服装才会更加的丰富多彩”。舞台服装设计的任务不仅仅的满足个人需求,它同时需要兼顾社会的、经济的、技术的、情感的、审美的需要。现代的舞台服装设计理念在更新中,也要遵循舞台服装设计的规范,要考虑众多的“需要”。 3我国舞台服装市场存在的问题 孙强,孙金颖《中国服装市场的前景展望》中指出,“面对中国市场之门的敞开,各行业都面临着新的机遇与更大的挑战”。经济全球化的形势下,服装行业竞争日益加剧,这对我国服装行业既是新的机遇也是挑战,同时也是中国从服装大国建设强国的关键。目前我国舞台服装设计市场存在的问题有:市场体制不完整,舞台服装的规范性较弱。缺少品牌,自主服装品牌的开发比较少。不仅对品牌的建设和运营机制还不完善,而且对市场的经营也不规范。缺少政府的协调与管理,无序竞争、用次面料、低价格谋求生存等商贩屡见不鲜。 4关于我国舞台服装产业的建议及前景 舞台空间的立体化和多维化等多种新颖的技术与舞台表现力相互作用,成为了冲击观众视线,激发观众共鸣中必不可少的手段和途径,随着社会的发展,人们精神文化的提高,对各行各业的要求也随之提高。参考孙强,孙金颖《中国服装市场的前景展望》“衣着消费在不断满足物质功能的同时,应该向多层次的审美时尚和个性表现需求转变,这就需要我们投入市场的服装具有“新奇”性,能够牵动消费者的心,激发其购买欲望,为拉动国民经济的增长而献力。关于舞台服装行业问题的建议:重视中传统文化,加强中西方文化交流;加强舞台服装的宣传,提高人们的精神文化追求;规范舞台装的市场,提高对面料质量的要求要在提高人们视觉享受的同时,提高舞台表演艺术人的品质质量;舞台设计是以“舞台”为标的物的设计,更细的说以舞台设备、灯光、布幕、音响、演出道具、悬吊与更换支架系统、戏服、戏妆为目标的设计。关于我国舞台服装设计行业发展前景:随着人们认知的增加与变化,设计会更加多元化;随着世界经济文化的进一步交流,服饰文化的交流也将在更深层次上展开,中西方的元素会互相融合。将会在颜色、款式和结构上的变化上表现出来。 5结语 当今舞台服装正以一种国际化的理念并很好的结合中国特色,以一种全新的方式逐步深入到每一场演出中,这种伴随着高科技元素的舞台美设计,经过一定的积累,拓展和创新,正在蓬勃的发展,舞台服装设计的发展对服装起到了积极的推动作用并持续延续着。随着舞台服装设计理念不断的革新,舞台装的内涵已不仅仅是为了满足人们视觉感官的一种享受,它的美好追求与愿望,是一个时代的审美标准、经济发展、社会制度的综合体现。理论的形成有助于实践的创新,这需要我们不断完善我们中国民族特色的现代舞台服装设计理论体系,为欣欣向荣的中国舞台艺术事业做出努力。 作者:史海亮 单位:河南工程学院服装学院 舞台服装设计论文:论舞台服装设计外在因素 舞台服装设计是舞台美术创作的重要组成部分,是对舞台人物角色的包装。它是依赖于戏剧、音乐和舞蹈,借助于舞台特有空间来展示的,属典型性视觉艺术创作。在戏剧的初始阶段,原始服装与原始道具是原始戏剧最早的演绎手段。中外演出史上,有过没有布景没有舞台的现象,却从未有过没有服装的正式演出。远古时,人即使穿得极其简陋甚至全身裸露,但在祭祀和舞蹈表演时也要着重装扮一番,或扮成猛兽、或扮成鬼怪,这就出现了最原始的舞台服装。 舞台服装设计发展至今,除了形态、色彩、材质这些本质因素以外,还要面临和处理诸多外在因素,有剧本因素、导演因素、演员因素、运动因素、技术因素等等。 一、剧本因素 舞台服装的设计因素虽多,但首先要考虑的是剧本。舞台服装是运动于规定情景和特定空间里的。因此着手设计之前,设计师必须反复阅读剧本,揣摩剧情,做到深刻理解。针对剧本有三方面的基本信息需要研究。a、时间信息。剧情发生在什么时期或定位在哪个时代,在设计服装时是必须要弄清楚的。服装设计必须要符合剧情时代。例如湘剧《秦王谴将》的服装设计就必须符合秦汉时期的服饰特征。b、地点信息。地点信息决定舞台背景与情境,对服装也有着一定的影响。服装则必须随环境而变换风貌。例如:地点如果是战场,服装则须做破损、染血色;环境如果是宫殿,服装则须庄重典雅。C、人物信息。人物信息收集是舞台服装设计最关键的工作。舞台服装是“角色身份与个性的传导体”(罗素《舞台服装设计・风格・工艺》)。在阅读剧本和设计过程中要充分研究人物在剧情中的作用、地位及其性格特征。通过揣摩和分析渐渐转化为人物形象,并通过服装语汇表现出来。这一过程可看作形象的触发、形象的构成和形象的完善。人物信息研究的全面与否关系到舞台服装设计的准确性和深刻性,从这个意义上讲,人物形象的着装设计是设计师对剧本、角色的诠释。 二、导演因素 面对不同的剧目,导演所执导的风貌是不同的,面对同一个剧目,不同的导演所执导的风格也是存在差异的。这与导演的人生体验、学识修养、审美追求等息息相关。舞台服装设计师遇到不同风格的导演时,应随机而变。既要坚持自己正确的观点与看法,也要善于与导演沟通磨合。导演风格大致可分为三类:a、写实型。这类导演大多崇尚现实主义风格,追求写实,坚持真实就是美,靠真情实感来打动观众。他们往往艺术风格上追求的特点是厚重、质朴而具真实力度。那么服装设计师需要跟随导演的意图,深刻挖掘剧情中的现实因素。在款式、色彩和用料上遵循客观因素,处理好整体写实风貌与主观创意的关系。b、写意型。这一类型的导演热衷于追求剧目的形式意味,多采用象征手段和意象手法。剧目所呈现的风格形式美感强烈,并具备一定的思想性,给观众留下无限的联想空间。这类导演往往给服装设计师较大的创作空间。服装设计师此时应有一定的创新突破,从型、色、材以及工艺处理可适当突破传统与常规。创意设计使服装所呈现的面貌既符合剧目的整体风格又具备独立的审美特征。c、前卫型。这类导演艺术思想激进,站在艺术潮流的前沿,对新思潮、新理念尤为推崇,反对守旧。这类导演执导的剧目形式前卫甚至抽象,喜于创造新的舞台样式,学术性与审美性突出。服装设计师必须保持前卫的艺术观点,采取前卫的艺术处理形式与这类导演相融通。在可能的条件下利用一切尖端的表现手段与技术处理手法,服装造型可以夸张变形,甚至怪诞;色彩运用可以更具情趣性,更有表现张力;材质大胆采用非常规和高科技材料。舞台服装设计的创作走向、艺术思想、表现观念、运用手段在不同的导演的执导下,应有不同的构思。 三、演员因素 设计师在设计舞台剧目服装时,除了考虑剧种剧情和导演风格基本因素外,还必须考虑演员的因素。演员因素主要包含物理因素和精神因素。演员的精神因素由精神、气质、性格等构成。有时服装很可能适合剧本情节,符合角色的需要,也可能很得导演的欣赏,但是未必适合演员的气质和形象特点。设计的服装如果没有考虑到演员的精神气质和形象特征,很有可能是失败的。服装设计的形式以及风格面貌应与其所包装的演员的精神气质有着内在的默契。演员的物理因素是由高矮、胖瘦以及生理特征构成的。舞台服装的设计必须认真审视演员的生理特征和身体尺寸,尤其在服装制作阶段演员的形体尺寸对服装的形态控制至关重要。例如音乐剧《钟楼怪人》中的卡西莫多,剧情需要塑造特型角色,他的服装设计与制作时需要利用各种手段突出角色特征。剧中设计师利用了“填充”手段,使演员的正常体形塑造成卡西莫多所特有的奇特怪诞的形象。一个成功角色是由演员与服装共同演绎的结果。不同气质的演员演绎同一个角色会产生不同的效果。同一个演员去演绎不同的角色所产生的视觉效果也有很大区别。因此,演员的条件是服装设计必须考虑的重要因素。 四、运动因素 运动因素是舞台服装设计师们频繁面对的不可忽视的因素。由于剧种的差异,决定了不同剧种的服装需要不一样的运动量。有舞蹈表演成分的剧目在进行服装设计与制作时,采料、制板、缝制都必然要思考和研究其运动特点以及活动量的控制与把握。尤其杂技表演服,其款式与材料极其受控制。首先在款式上就得简约而适宜各种高难动作。只能在关节以外作修饰、求变化,而且宜简不宜繁。因此,杂技服装在视觉上总是显露着人体的健美。杂技服装的采料也极其考究,为适应运动因素多采用有弹力的面料。诸如安纶、弹力丝等。无论是什么剧种、无论是什么艺术形式的舞台服装设计都受到运动因素的制约。 五、技术因素 舞台服装设计经常所面临最棘手的问题是技术和材料的限制。设计师们往往热衷于追求具有非常艺术感染力,达到特殊效果,而这些效果往往依赖于特种材料和科学技术才能得以体现。不可否认,我国现在的舞台科技和材料与国外有差距,而国内中西部地区与沿海发达地区也存有差距。这使得很多设计师在体现自己的设计思想时常常感到力不从心,最理想的创意不得不一步步向现实条件妥协,最终造成实际效果与设计创意的显著差距。设计师们为了弱化这种矛盾,在实际工作中应该在尊重实际情况前提下,尽力坚持自己的创造思想并努力创造条件争取体现的机会。例如《同一个月亮》剧目的创作过程中,设计了两场精彩的灯光服装。技术上要求能够由演员随剧情的变化、音乐的起伏自行控制灯光,以达到美仑美奂的艺术效果,为了达到设计的目的,在运作过程中遇到了种种问题。主要是材料与技术的问题。具体有电源的问题、电压的问题、灯泡与电线的问题、开关控制的问题、灯线材料与面料以及人体舒适协调的问题、用灯塑型的问题等等。经过反复不断的实验,多方的努力才逐一得到解决,最后的演出效果博得了观众的掌声与喝彩。由此可见,材料与技术因素不仅仅体现了舞台服装的质量,而且还表现了舞台服装的艺术感染力,甚至对整个剧目的魅力有着不可忽视的作用。 舞台服装设计的外在因素虽然繁多,但是我们只要抓住关键、把握根本,就能达到理想的设计效果。 舞台服装设计论文:浅谈舞台服装设计中色彩的运用 【摘 要】舞台服装设计中,从剧情发展需要,设计师最先确定的是色彩基调,色彩作为服装设计中的首要因素,其能给人以刺激感官、眼前一亮的感觉。本文着重从色彩对于服装设计重要性来讲,简述了各种色彩象征的内在情感语言、色与色之间搭配的问题以及色彩的运用及其他因素的关系。 【关键词】色彩;舞台服装;内在情感;运用 现实生活中,赤橙黄绿青蓝紫,自然界中五颜六色的色彩点缀着我们生活的这个世界。色彩作为大自然对人类的馈赠,遍布世界的每个角落,成为人类生活中不可或缺的重要元素。五光十色、绚丽多彩,人类在震撼于这世界的灿烂美丽之时,想方设法要将这些大自然给人类的美丽馈赠能够物尽其用,并将其逐渐融入人类的生活中,为生活增光添彩。设计中,人类通过实践,将自然界的色彩与自身的情感揉合起来,并赋予其特殊的象征意义。人们日常生活方式、习惯、环境等大都赋予了色彩的感情和联想。不同的地域、民族、性别对色彩的感情认识亦不同。色彩本身并无特定的感情,它是人类在长期生活实践习惯中赋予每种颜色不同的感情内容。不同时代赋予色彩的理解也不同,它有着社会象征性、审美性和实用功能性的特点。本文着重从色彩对于服装设计重要性来讲,简述了各种色彩象征的内在情感语言、色与色之间搭配的问题以及色彩的运用及其他因素的关系。 目前随着人类社会的不断进步,现代科技在飞速地发展,人类对于色彩的认知达到了更高的水准,色彩的各种功能正被广泛用于社会的各个领域。在人类历史发展漫漫征途中,人类在征服自然进程中,慢慢赋予了色彩各种情感象征意义。色彩是感情的语言,色与色之间没有好坏美丑高低之区别,各有各自的美,不同场景不同色彩可以诱发不同的情感,但有些颜色具有双重象征,既有褒义,也有贬义,例如黑色褒义代表庄重、正直、内敛、含蓄、沉默、高尚等,如在古装戏表演中许多公正无私、品格高尚的正派角色常常用黑色脸谱,如宋代的包拯舞台形象,就是黑色的脸谱;贬义则象征黑暗、阴森、恐怖、挫折、死亡等。红色褒义象征热情、革命、幸福、喜庆等 ,如春节联欢晚会等开场舞服装大都是喜庆的中国红,红衣服、红灯笼,一派喜庆,贬义则象征危险、流血、警告等。黄色褒义象征高贵、明朗、快活、幸福和希望,贬义则代表警告、危险等。白色褒义象征纯洁、朴素、无私、神圣、善良等,贬义则象征柔弱、虚无、奸邪、哀伤、死亡等,如古装戏中正直无私的用黑脸谱,相对应的奸臣阴险的大多是白色脸谱,如三国时的一代枭雄曹操。蓝色代表宽广、宁静、永恒等。绿色代表生命、自由、青春等。紫色代表优雅、高贵、魅力等。灰色则代表平静、稳重、朴素等。所以说每种色彩都有其自身的内在情感,不同场景,不同事件,同种色彩表现的内在情感也不尽相同。这就要求服装设计师必须十分熟悉每种色彩能表达出的全部内在情感语言,从而能准确熟练地将其运用到日常服装设计中。当然,作为一名合格的服装设计师,如何熟练地将色彩的情感语言运用到设计中,并不是将各种色彩简单地堆搭起来就可以了,必须首要考虑怎样才能将不同色彩搭配出最好的效果,这样才能设计出符合剧情角色需要的服装。 舞台艺术创作源于生活,日常生活服装是基础,舞台服装是在此基础上通过特殊的艺术手段、制作工艺加工而成,成套的舞台演出服装还包括鞋帽头饰道具等。演出时,这些别致新颖的舞台服装方能给观众带来赏心悦目的感受。同时,利用舞台服装的色彩和质感来反映剧中人物的心理,通过对剧情的暗示隐喻等手段使舞台服装表现出更加细腻的感情。而其中最具代表性的则是舞蹈服装,相较于其他舞台表演形式,舞蹈只能以纯粹抽象的肢体语言来表达情感意境,而不能用语言来表达。演出时,观众第一眼看到的是舞台上的色彩,然后演员造型和舞台布景,而色彩给予观众第一印象最强烈。舞蹈节目中,服装色彩象征性的准确运用对塑造剧目中人物的心境、身份及音乐情绪的渲染都有着很重要的象征意义。设计舞蹈服装时,表现舞蹈作品有效的手段是准确运用色彩的情感象征性,能恰如其分地反映设计的人物形像。例如:黄海之滨舞蹈《丰年渔归》中的渔民们,小伙子服装色彩用明黄色背心配白色裤子、黑色舞蹈鞋,姑娘们则以玫红色上衣、裤子加蓝色、白印花肚兜、白色舞蹈鞋、头戴有刘海假发、蓝色簪子,手中拿的是道具鱼和渔筐,LED背景海港里到处是满载而归的渔船,表现了在黄海之滨,一代又一代与大海作伴,伴着海盐生活的先民们通过辛苦耕耘,挥洒汗水,喜获丰收的喜悦心情,那遍地的盐花、棉花、芦花,绘成了银滩特有的风景。 在舞台服装设计中色彩的运用,设计师还要通晓色彩的物理属性及特点,掌握色彩在灯光下的变化情r,舞台服装设计师应充分利用光色变化原理,根据剧情把光色物理变化效应有效地运用到舞台服装设计中,从而达到自己想要的最理想的艺术效果。 作者简介: 倪 玲,江苏省盐城市歌舞剧院,舞台技师。 舞台服装设计论文:浅谈舞台服装设计构思 【摘 要】舞台服装设计是戏剧艺术、服装艺术、服装技术、服装史学、设计师品位的综合体现,它的最终设计必须经过构思、出设计方案、成衣、修正四大阶段,这四个阶段密切相扣且每个阶段均决定着服装形象的最终演出效果。可以说,舞台服装设计是一个系统工程。 【关键词】舞台;服装;设计;构思 中图分类号:J816 文献标志码:A 文章编号:1007-0125(2017)07-0052-01 舞台服装设计是根据剧本或演出策划者的要求,结合服装造型艺术法则,采用相匹配的面(材)料,经过成衣过程来实现与角色贴切的装束。舞台服装设计与其他造型艺术一样,包含着相同的美学因素,不同点在对象与手段方面。舞台服装设计受人体与戏剧两大方面的制约,它是一项需考虑剧本内容、导演流派、舞台形式、演员条件等方面的设计艺术,它是角色及舞台构成的一个部分。 一、研读剧本 接到设计任务的第一步就是接触剧本,需反复地阅读分析,了解剧本的主题、题材与风格,敏锐地找出剧中发生了什么事,有哪些人物,划出有关角色形象的外观或心理活动的描写,这些描述是设计师阅读剧本时必须记住的内容。对剧本的阅读,仅了解什么角色、多少角色、换几次服装、表达了一个什么事件是远远不够的,应通过这些事态与人物洞察出剧本的深层功能。 研读剧本之后转入分析剧本的进程,分析剧本部分之间的关系(幕、场次方面),局部与整体的关系(角色与角色之间)。在分析过程中能发现许多对角色形象有用的成分,如有帽子的细节描写、花边的图案介绍等等。 二、风格的确立 构思过程的风格倾向首先来自剧本的揭示及导演的提示,在导演的提示之后,设计师需依据提示和组合服装的规律来确立风格样式。风格的内容包括剧目的精神及设计师个性与崇尚(或擅长),风格追求首先需找到自身的位置,正确估价自己对剧目精神的理解及形式构造的能量,是外观上大刀阔斧还是精心于细节,是浓墨重彩还是清淡虚幻;其次⑺选定的风格确立下来,再做固定或添删,如设计风格上追求时代轮廓的象征与简洁化,就必须增加该时代服装形象的典型特色而略去细节刻画。在舞台服装的构思与创造中,风格化具有极大意义,能对剧目或演出样式的鲜明性、独特性起强化作用,反之常常显得乏味平俗。 三、形象理解与形象意蕴的结合 在构思阶段,通过形象的考据及素材的收集,基本轮廓与色彩类别大致可以确立下来。这时,对角色服装款式与色彩的安排不可忽视款式与色彩应该产生或必然产生的隐喻作用,即形象的意味内蕴。如《雷雨》中繁漪的“旗袍”是基本衣式,为了体现她忧郁绝望的心境而选用紫色,而且随场次的发展一件更比一件深暗,使她的绝望更为强烈,这里旗袍、紫色与绝望有机地融合在一起。台湾上演的《胭脂扣》(30年代爱情题材)中,女主角梅艳芳以深底色带有殷红飞蝶图案的中式服装,设计师把汤显祖“生不同欢,死也化蝶”的凄美词句写在痴情女如花的角色身上,目的是引导观众在不自觉中进入一个沉重的悲情境界,说明设计师需将对形象的理解及要素的安排与角色意蕴汇合联通。 四、划分角色层次 任何剧目均有角色来充当,而角色总有力量上、方位上、强弱上的主次之分,设计师在构思中需明确地划分出角色层次差异,找出角色之间的重心,也就是需浓墨刻画之处,再以重心来带动角色间的连环。如《哈姆雷特》,王子与国王是第一层面(也可称作主角层),王后与情人是第二层面,大臣与兵士、百姓是第三层面。只有将剧本中角色的层次分清列出,才能在处理款式与色彩上主次分明。 即使有些剧目是非叙事性的,如歌舞性、庆典性表演,也有层次关系,这种关系较多地表现在相互间的平衡。如音乐会表演服装需在歌唱者与伴唱者、乐队之间划定式样与色彩的层次,舞蹈有领舞与伴舞之分。在有层次的前提下考虑设计语言的处理,或调和或对比,或浓烈或优雅。 五、与舞台各部门的协调 舞台服装设计的构思活动不像生活装那样,拿出方案及设计稿交给制作部门即可,舞台服装毕竟是舞台诸要素的一个部分,在研读剧本、交流、确立风格等一系列自身行动之后,需留心并审视一下布景、灯光、化妆的进程,了解他们的方案,倾听他们的意见,目的在于使自己的构思与他们趋向一致,否则,舞台服装的设计构思将受到致命的打击。如服装方案是求整体、求温和而用轻淡的色彩,想让服装随色光的变化而变化,而灯光设计的构思却是素描光(白光),这种局面如果不去事先了解,必然会使服装在演出中惨淡黯然;再如服装方案是高度写实、细节真实,而化妆设计师方案是夸张变形,这二者最终效果如何则可想而知。只有双方经商议后趋向语言处理的一致,才能产生舞台的整体效果而使风格更鲜明。 六、结语 总之,舞台服装设计是戏剧要求与服装要素结合的产物,设计过程从形象创意到成衣制作,直至舞台呈现,均是根据预先考虑而进行的表现戏剧人物外在形象意图的行为,是设计师心象与服装物质的综合体现。 舞台服装设计论文:舞台服装设计中的色彩运用与搭配 摘 要:色彩是向人们传递服装当中的文化、情趣、风格的一种语言表达形式,色彩的运用和搭配不是单纯依靠色彩的数量来决定,而是要将色彩之间的互通性充分发挥出来,将每一种色彩自身的魅力表达出来的同时,能够与其他色彩之间相互作用。本文对舞台服装设计中的色彩运用和搭配进行详细分析和研究,科学合理的利用色彩,才能够更好的进行服装设计。 关键词:舞台 服装设计 色彩运用 搭配 色彩的运用和打搭配对于舞台服装设计来说,有非常重要的影响和作用。服装色彩被称之为“流动的色彩”,其中不仅能够体现出着装者自身的文化、性别、种族等一些外在因素,而且能够将其自身的内在气质充分展示出来。服装色彩能够充分的体现出现代化社会发展过程中的时代感以及人们所追求的精神面貌,色彩服装可以说是人类文明进步发展的一面镜子。很多人认为色彩的堆砌越多就会展示出的效果更好,将各种颜色全部都放在服装上,其实这种“丰富多彩”很容易让人出现审美疲劳。服装的美丽与否,并不是在于色彩的实际数量,而且关键点要在于如何将色彩进行科学合理的运用和搭配,将每一种色彩自身的魅力充分l挥出来,与其他色彩之间能够形成协调、统一、和谐的存在,这样才能够促使服装设计的整体性凸显出来。 1.单色在舞台服装设计中的运用与搭配 单色配色也可以称之为一色配色,也就是服装配色设计过程中,最重要的一种配色形式。没有彩色当中的黑色,是服装配色设计当中非常重要的颜色,黑色具有非常搞鬼、沉着的性格特征,所以黑色服装是西方上层人士的首选,能够体现出一种礼仪性。在一些社交场合,黑色不仅能够凸显出着装者自身高贵典雅的气质,而且能够将着装者自身的尊贵气质体现出来。现如今,黑色进行逐渐进入了普通人的生活当中,越来越多的年轻人比较于黑色的色系,也成为服装设计师在舞台服装设计过程中,首选和频繁使用的色彩之一。服装当中的黑色由于面料的选择不同,黑色所产生出来的视觉效果也大不相同,因此,设计师在选择黑色的时候,要根据实际舞台服装的用处,根据不同面料的特性来进行不同风格配色的设计和搭配,这样才能够将黑色的特点充分发挥出来。白色与黑色一样,都是无彩色系当中的主色,白色与黑色不同,白色给人一种阳光、圣洁的感觉。在古代埃及人、古希腊以及罗马人都比较崇尚穿白色衣服,这就与现如今欧美人在举行婚礼的过程中,新亮的婚纱必须是白色的一样,衣服的白色主要是其中蕴含着神圣、纯洁的象征。现如今,白色已经成为现代人在夏季时候主要选择的颜色,由于白色不吸热,给人一种清洁干爽的感觉。因此,白色已经逐渐成为设计师在舞台服装设计过程中,选用比较多的原因[1]。总而言之,在对舞台服装进行设计的过程中,利用一些单一的色彩,如白色、黑色来进行设计,除了颜色的纯度之外,还可以在色彩的明暗度上进行一些变化,打破传统单色的局限性,促使服装设计更加丰富多样。 2.二色在舞台服装设计中的运用与搭配 二色配色是服装配色设计过程中,比较常见的配色形式,二色配色与单色配色相比,配色的方法更加具有多样性和丰富性。 2.1同一色搭配 同一色搭配主要是指同一色相当中,利用明暗、深浅的言变化,利用两种颜色来进行搭配,这种搭配方法是所有搭配技巧当中最为方便也是效果最好的。同一色相当中,无论是二色相配,还是多色相配,都是最能够体现出颜色变化的方式之一,也是稳妥性最强的配色方法[2]。在同一色搭配过程中,利用颜色的明暗、深浅度来进行适当的调整,保证舞台服装设计的整体效果同时,又不缺乏服装的表现力,具有一定的活泼感,给人眼前一亮的视觉享受。 2.2同类色搭配 同类色搭配也可以称之为类似色搭配。在舞台服装的实际设计过程中,为了保证颜色的整体性和有效性,可以利用颜色的多种搭配形式来经过搭配。在服装配色当中,由于两种颜色比较接近,所以颜色之间的对比性就会呈现出比较若的状态,所以搭配起来很容易调和。但是,在实际服装设计过程中,设计师在面料的选择时,要根据颜色的实际情况以及舞台服装的实际用处来进行科学合理的搭配。这样不仅能够避免一些低俗的配色现象发生,而且能够尽可能保证颜色之间的协调性[3]。所以,尽管利用比较相近的颜色来进行搭配,也应当从颜色的深浅度、明暗程度来将颜色之间的距离拉开,给人以美感的享受,避免出现一些撞色现象的发生。 2.3对比色搭配 对比色的搭配方式可以根据其自身的特点分为对比色搭配和互补色搭配两种形式。互补色的搭配主要是指选择一些有强烈对比的颜色之间搭配,比如红与绿、黄与紫等等,对比色搭配则是指颜色之间的对比性不是很强烈,比如红与蓝、或者是绿与紫等等。这种配色方法在舞台服装的实际设计过程中,也是比较常见的一种形式,利用色相环上直径两端的颜色或者是固定一种颜色,另外一种颜色则是利用直径另外一段左右两旁的任意一个颜色来进行搭配[4]。这样不仅能够促使两个个性非常强的颜色之间进行相互互补和搭配,而且能够碰撞出不一样的火花。 3.多色在舞台服装设计中的运用与搭配 多色搭配是舞台服装设计过程中比较难的一种色彩搭配形式。根据服装本身来说,无论采用的面料是非常昂贵的或是比较低廉的,色彩搭配有多么的专业性,如果穿上之后,给人的视觉感受并不是很好,那么只能说明这次的服装设计是失败的。多种颜色运用到一件服装上,很难取得非常优秀的效果,所以很多设计师一般情况下,都不会轻易的选择多色搭配的方式。但是多色搭配又是确实存在的一种方式方法,要想取得良好的搭配效果,设计师还要对其进行研究和分析。首先,设计师可以选择一种颜色作为主色,其他颜色为辅助颜色,利用透明度、或者是纯度来对辅助颜色进行调整,最终达到良好的搭配效果,这样能够促使颜色之间形成良好的统一效果。另外,当所用的多色是均势搭配的状态下时,可以将这些颜色在服装商的位置或者是形状做一些改变,让这些颜色能够均匀的出现在人们的视野当中,不会显得很突兀,从而保证搭配的合理性和有效性。 结束语: 综上所述,服装能够体现出一个人的性格,所以在舞台服装设计过程中,设计师要根据颜色的实际运用情况来进行合理的搭配和利用,不仅要将服装设计的与现代人的着装要求吻合,而且要能够满足现代人的整体审美需求。 舞台服装设计论文:浅议舞台服装设计中面料的选择 【摘 要】舞台服装的设计,日常生活服装是根本,但其又是日常生活服装的升华和浓缩。舞台服装设计师运用现代舞台美术的特有手段,按照剧情和角色的需要,从材料、质地、色彩、造型、光学物理效应等方面考虑选择服装面料。 【关键词】舞台;服装设计;面料;选择;浅议 舞台艺术创作源自生活,但又高于生活,是现实生活的升华和浓缩。色彩斑斓的大千世界,生活着芸芸众生。通过舞台艺术创作,小小舞台尽现了人世间的悲欢离合,生活中的酸甜苦辣。而舞台剧的上演,观众首先入眼的是演员身上的服装。如何让观众一开始就能意会到剧情的内在和灵魂,舞台服装的设计是首要的。舞台服装的设计,日常生活服装是根本,但其又是日常生活服装的升华和浓缩。设计舞台服装应符合剧情和角色的定位,色彩明暗有致、造型新颖独特、面料粗细适合、演员着衣合身得体、最主要的是应与角色相配,舞台服装设计师运用现代舞台美术的特有手段,按照剧情和角色的需要,从材料、质地、色彩、造型、光学物理效应等方面考虑选择服装面料。 服装设计师选择舞台服装面料与现实生活服装是不一样的。目前面料的可选择种类很多,有丝绸、棉纺、棉布、牛仔、麻料、皮草、化纤、人造革等等。服装的面料选择取决于所表演的角色,而作为演员表演的重要辅助方式,首要考虑的就是面料的质地,根据不同的角色、场景、季节等选择不同的面料。什么样的服装造型决定选择什么样的面料,加上精心准备的头饰、鞋帽等,并通过演员精湛的表演来更好地诠释舞台人物形象。 比如话剧,因话剧基本贴近于现实生活,所以话剧服装选择相对生活化的面料,则更能准确反映舞台人物个性形象。观众会有一种身临其境、很真实的感觉,在情感上与观众容易产生共鸣。而舞剧(蹈)则纯靠肢体语言来表达,其动作的技巧性很强,有时大开大合,有时轻微柔软,演员通过跳跃、下蹲、托举、劈跨、腾空、翻滚、旋转等高难度技巧性舞蹈动作来诠释剧情,因此服装设计师在设计舞剧(蹈)服装时一定选择致密、飘逸、柔软的面料,必须达到一定程度的韧性及悬垂感,主要选轻薄布料这一类型,从而确保演员舞台表演的需要,使舞蹈演员能尽情发挥,施展舞蹈动作技巧。戏剧中的面料是根据舞台人物来选择的,古装剧中上层社会的帝王将相、商贾富贵的服装设计选用的是软缎,水袖部分则选用丝纺,而底层社会的市井小民、丫环侍从、贩夫走卒选用的则是材质普通的面料。而对于具有高难度高强度的肢体动作的杂技而言,其面料必须超结实、超韧性,同时要保证演员穿在身上的舒适度,从而确保杂技演员的表演能随心所欲。随着科技飞速发展,新型的高科技的舞台服装设计材料也会越来越多。 服装设计师在设计各式各样灿烂绚丽、多姿多彩的舞台服装时,选择什么样的服装色彩必须放在首位考虑。色彩本身不存在高低美丑,不同的意境,反映出来的是各自的美。服装面料色彩美是由纱支、图案、色彩、织物等组成因素决定的,色彩染上不同材质的面料,呈现出的光泽亦不同。如丝绸面料吸收、反射色彩的效果都非常好。所以丝绸和化纤面料染色后色泽鲜艳。而棉麻布色彩的吸收效果还行,但反射效果则差远了,粗麻布效果则不尽如人意。不管是相同色彩不同材质,还是不同色彩相同材质的面料,带给观众的却是不一样感情色彩。如将乔其纱染上红色,诠释了飘洒、娇媚、俊逸、温柔的性格;但在丝织品上染上红色,它则体现了富贵、热情、美丽、大气的表情。同样色彩,能给观众庄严贵重的感觉,也能给观众压抑忧伤的心境。 色彩的光学效应和物理特性也是不容忽视的重要因素,服装设计师在选择舞台服装面料时,应优先使用吸光的面料,演出时则通过舞台灯光的变换而使服装变色,白色的服b在灯光下,可任意变化,什么样颜色的灯光呈现出什么样的色彩;绿色的服装在黄光和浅蓝色光照射下则更纯正,但若在红光照射下,将会瞬间变为黑色;蓝色服装遇上黄色灯光会变绿,而遇上橙色灯光则会变灰暗,当然,所有颜色的服装在本色灯光下则更鲜亮。灯光主宰着整个舞台的色彩变化,没有灯光的配合,再好的人物造型、再漂亮的舞台服装,也会如白开水般平淡无奇。因此舞台服装设计师只有充分利用色彩的光学效应和物理特性,与灯光相辅相成、相互配合,才能给观众呈现出一盘最美、最真的视觉大餐。 目前,人们随着物质生活水平的提高,追求高内涵高素质的文化生活已渐成主流,观众欣赏高雅艺术的水平也日益提高,对舞台服装设计师的专业素质也提出了更高的要求,因而对于舞台服装面料的选择,服装师要考虑到材料、质地、色彩、灯光、导演的习惯、演员体形、舞美等因素的影响,熟悉各种高新技术,并运用到日常设计中,不断创新。当然,更少不了舞美各部门的紧密配合,一台优秀的舞台剧目才能在观众面前展现得淋漓尽致。 作者简介: 倪 玲,单位:盐城市歌舞剧院有限公司,职称:舞台技师。 舞台服装设计论文:浅谈舞台服装设计的三个“关键词” 舞台服装指舞台艺术表演时演员所穿的服装。大家清楚,舞台艺术包含的门类很广,主要有戏剧(包括话剧、戏曲、歌剧、舞剧、音乐剧、哑剧等)、艺曲(包括相声、二人转、大鼓、快板书、山东快书等)、杂技、魔术、小品(包括戏剧小品、戏曲小品等)、音乐、舞蹈等等。由此可以得出结论,舞台服装的范围大得多,其特点也不像戏剧服装那样相对单一集中,其主要区别在于:戏剧服装是角色(剧中人物)的服装,而舞台服务则既有角色服装,也有演员(非剧中人物)服装。 那么,具体说来,舞台服装设计要充分注意哪些舞台服装的特点,并予以艺术化地概括和创造性地创意呢?根据笔者舞台服装设计的实践经验,我认为主要有以下三个方面,也就是我总结的三个“关键词”。 一、艺术化 舞台服装不同于生活化的“时装”,而是在生活化的基础上提炼加工的艺术化服装。所以也是“艺术服装”,这是舞台服装的一大特点,设计舞台服装时同样必须充分考虑到这一点。 所谓“艺术化”,包含许多具体内涵,其中主要有下列特点: 1.民族。不同民族的服装有不同的个性特色,舞台服装设计要根据剧(节)目题材的不同,突出不同的民族特色。例如京剧《芦沟晓月》(《完颜金娜》),就突出了女真人民族服装的毛领、毛袖的特点,显示出北方高寒地带的民族服装特点;舞蹈《雀之灵》的服装,就突出了傣族民族服装的紧身、细腰、短袖的特点;赫哲族的舞蹈《乌苏里船歌》(根据同名歌曲改编),就突出这个“鱼皮部落”的民族服装“鱼皮服”的特点;其他如朝鲜族舞蹈《长鼓舞》,突出朝鲜族女性服装长裙短衣与男性服装肥裤的特点;蒙古族舞蹈《安代舞》,突出蒙古族的蒙古袍的服装特点,如此等等。 2.地域。“一方水土一方艺”、“五里不同风,十里不同俗”,说的都是艺术的地域性特色。地域性特色往往成为艺术强势甚至品牌,如东北二人转,最近就大红大紫,火爆全国,其中的主要原因,就是鲜明而又强烈的地域化特色,使其成为艺术中的一大品牌,博得“宁舍一顿饭,不舍二人转”的殊荣。舞台服装设计也要懂得这个道理,在地域性上狠下工夫,通过地域性充分体现其艺术化特征。这方面成功的例子很多,如小品《红高粱模特队》的服装设计,男子群舞演员的皮帽皮袍与女子独舞演员(“小辣椒”)的鲜红色服装,就极富东北农村服装的特点,充分显示出关东神韵。 3.人物。这一特色体现在戏剧艺术的服装设计中,要使服装为人物性格服务、为塑造人物的外部形象服务,充分体现“人是衣,马是鞍”的美学精神与“穿靴戴帽,各有所好”的个性原则。在这方面,也有许多成功的例证,如哈尔滨话剧院演出的北方风情剧《秋天的二人转》,老锁与二平的服装,就分别突出了废品收购站的人和二人转艺人的不同身份,以及一男一女的不同性别特点。 4.艺术。舞台服装设计要服从、服务于剧(节)目的总体艺术风格,是写实的,还是写意的,是夸张浪漫的,还是质朴典雅的,都要根据内容而定,要服从舞美设计师的总体艺术要求与导演的总体构思。 二、时代感 一个时代有一个时代的艺术,也有一个时代的服装,舞台服装设计也要与时俱进,充分体现时代感。如历史题材的舞蹈《秦王点兵》与话剧《曹植》就要充分体现历史服装特点;现代的通俗音乐与现代舞,就要显示出其紧身、露脐等新潮、时尚的现代感。 三、舞台性 舞台性是舞台服装的根本属性,在设计舞台服装时,必须首先充分考虑到这一点。 所谓“舞台性”,对于服装设计而言,主要考虑的就是在舞台灯光照射下的变异性。众所周知,不同亮度、不同角度、不同颜色灯光下,舞台服装的颜色也会有明显不同。例如强光之下会使服装颜色变浅、暗光之下会使服装颜色加深等等。与此同时,还要充分考虑到服装颜色的“谐调”,比如红色外衣加上白衣领或配以淡黄色飘带,等等。服装设计师一定要深谙“五彩缤纷”、丰富多彩、“五颜六色”的道理,在服装颜色上紧紧抓住“变异”与“谐调”两大关键,设计出真正好看的舞台服装。 舞台服装设计论文:浅谈服装设计方法在舞台服装设计中的重要性 [摘要]舞台艺术是运用人体的动作去抒发情感的表演艺术,在舞台上表演中,为了恰如其分地表达情感,舞台服饰的作用就显得格外重要。从某种意义上甚至可以说舞台服装是舞台表演艺术的灵魂。要呈现出好的舞台表演,舞台服装的设计便成为服装设计师考虑的重点,在设计舞台服装时,服装设计方法便显得尤为重要。一个好的舞台服装设计,需要将先进的设计理念与舞台表演高度结合起来,兼顾艺术和设计,让服装设计方法吸取舞台艺术精华,展示出它的重要作用;让舞台艺术依托服装设计方法,变得更加璀璨夺目。 [关键词]舞台表演 舞台服饰 服装设计 从舞蹈专业的学生到成为舞蹈老师。接触舞蹈的同时也接触到了各个艺术门类,如戏剧、声乐、钢琴等等。这些艺术门类都带有舞台表演性质,在舞台表演的过程中,舞台服装是必不可少的。例如:舞蹈,穿着平时的练功服与穿着华美的舞台服装跳出来的感觉是截然不同的,后者更让人精神亢奋,态度积极。 作为一名舞者,舞台服装是重中之重,而舞台服装的美丑与否,都设计到服装设计的方法。着手设计的最初程序是动手绘图,设计方法是在服装设计中是重要至极的,掌握服装的设计方法更是重中之重。舞台服装,顾名思义,指的是舞台艺术表演时,演员所穿的服装。而舞台艺术包含的门类很广泛,主要有戏剧、曲艺、杂技、魔术、小品、音乐、舞蹈等等。因此,舞台服装的范围要大得多,其特点也不像戏剧服装那样相对单一、集中,其主要区别在于:戏剧服装是角色(剧中人物)的服装,而舞台服装则既有角色服装,也有演员(非剧中人物)服装。舞台服装设计就是指为演员在舞台表演场所穿着的服饰进行的艺术设计,目的是为了娱乐人们的生活和进行艺术欣赏。它具有塑造角色外部形象,体现演出风格的重要作用。舞台服装设计要充分注意舞台服装的特点,并予以艺术化的概括和创造性的创意。作为舞台服装设计的根本属性,舞台性的原则便成为了在进行舞台服装设计时所必须遵循的原则。通过舞台不同颜色、型号的灯光的照射,舞台服装可以在颜色、亮度、视觉感应等方面呈现出变异性的特征。比如说,当舞台灯光照射较为暗淡时,舞台服装的颜色将会变得浓重,反之当使用强光照射时,舞台服装的颜色将会变得浅显等。此外,舞台服装对于增强演员的舞台表现力方面具有十分重要的作用,因此在设计时应充分考虑到服装颜色与整体演出内容、服装整体舞台表现力的协调性。例如:颜色的搭配不能过于单一,红色的主体服装上可搭配有白色的飘带等。设计者应将牢牢把握住五彩缤纷的理念,将舞台服装颜色设计上的“变异”与“协调”两大理念完美的融合在一起。舞台服装的设计源于生活,在生活的基础上融汇了艺术的元素。因此我们可以将舞台服装设计称之为艺术化的生活服装,艺术性便是舞台服装设计的又一特点。同时,在设计民族舞台服装上还应根据演出题材的要求,重点突出民族特色、个性。比如:舞蹈《酥油飘香》,就突出了壮族服装的特点;舞蹈《月光下的凤尾竹》的服装就突出了傣族民族服装的紧身、细腰、短袖的特点;还有朝鲜舞蹈《长袖舞》,突出朝鲜族女性服装长裙短衣与男性服装肥裤的特点。 中国地大域广,所谓“五里不同风,十里不同俗”,故而艺术具有地域性差别及特点。苏州评弹的吴侬软语,东北二人转的火热幽默,都提现了鲜明又强烈的地域化特色。舞台服装设计也要懂得这个道理,在地域性上狠下功夫,通过地域性充分体现其艺术化特征。这方面成功的例子很多,如小品《红高粱模特队》的服装设计,男子群舞演员的皮帽皮袍与女子独舞演员的鲜红色服装,就极富东北农村服装的特点。再如话剧《金大班的最后一夜》中女子穿的各色旗袍则充分显示出上海滩上的东方神韵。舞台之上是人在演绎,每个人都有不同性格与角色,舞台服装的设计也是其角色演绎的一部分,以艺术化、舞台化的舞台服装来增强观众的视觉、语言感官。因此舞台服装的设计要突出演员的角色特点和性格特点,要使服装为人物性格服务,为塑造人物的外部形象服务,充分体现“人是衣,马是鞍”的美学精神,又要给观众留下深刻的印象。虽然舞台服装设计与生活服装设计都以人为设计主体,但是舞台服装和生活服装在对于人的活动形式的表现形式上存在着明显的差异,因此两者的设计要求也存在着差异性。往往在开台演出前,演员的服装与化妆是最早给观众带来评判标准的元素,直接影响着舞台表演的成功性。舞台服装设计与生活服装设计的区别主要有几下几点:在舞台服装的设计上,应有针对性的结合演出题材的风格进行颜色和款式上的提炼,重点表现美观、气氛等艺术性;而生活服装设计则重视实用性和舒适性。舞台服装是表现舞台风格的一种媒介,有利于强烈视觉美感的创造。随着社会时代的发展变革,人们的思维与意识形态正在逐步的发生着变化,艺术美感日益深入到人们的价值理念中,促使人们对艺术审美的追求日益强烈,从而更多的促进了国际艺术的交流与发展。舞台艺术作为审美艺术的一种表现形式,既丰富了人们的事业,有陶冶了人们的情操,在舞台艺术的快速发展过程中,更不能忽视舞台服装设计的重要性,舞台服装设计在提升舞台表现力、满足人们视觉感官需求的同时,其所蕴含的艺术文化价值与商业价值也逐步被人们所发掘,它是一个时代艺术发展的标志,我们需要将它更好的完善,更好的加以诠释,从而为我国舞台服装设计的发展历程中添砖加瓦。
医学技术论文:开放式医学信息技术教育研究 一、国内外开放式教育平台研究现状 随着开放式教育资源运动的持续发展,大规模网络开放课程已成为高等教育发展新趋势,新型课程体系迅速席卷全球。麻省理工学院(Edx)和斯坦福大学(Coursera)等世界知名大学以及许多创新公司(如Udacity)纷纷投身于大规模网络开放式课程市场,引起了巨大反响,获得了公众大量的关注和模仿。2012年9月,Google了一款用来传递免费在线课程的开源软件CourseBu1ider,这是Google涉入在线教育领,实验性的第一步。2012年12月,英国开放大学(OpenUniverity)成立了一家私人企业,推出一个新的大规模开放式在线课程平台Fu-turelearn,通过提供一些著名大学和机构开设的高质量课程,增加人们接受高等教育的机会。同月,全球最大的商业网络教学平台提供商Blackboard宣布与大学合作,利用CourseSites平台免费为用户提供在线课程创建和便利化服务平台,方便中小学教师、大学教师或社区教育工作者为课程添加网络元素。美国Instructure公司也开发了CanvasNetwork,面向所有的机构、教师和学生免费开放,世界范围内的教师均可以通过注册,按照自己意愿设计和开发课程。2013年4月,欧洲多国合作参与的MOOC(massiveopenonlinecourses,大型开放式网络课程)被命名为OpenupE,该平台注重课程的平等性、高质量和多样化,旨在为学习者提供便利,引导高校采取更加灵活和创新的教学方法。2013年7月,平台加拿大的Text-bookVi-deos已22门MOOC课程,且将与全国各地的大学和学院合作,提供非传统的教育课程,包括有利于终身学习的课程,目前已经6门课程。2013年10月,Google联合Edx推出免费教育平台,该网站将向教育工作者和公众提供工具,以便他们能创建自己的数字课程。2012-2013年间兴起的大规模在线课程在全球引发了教育信息化的新浪潮和新挑战。在全球MOOC发展热潮的背景下,国内开放式教育平台的发展已成燎原之势。2013年7月,教育部科技发展中心主任李志民提到,对于各国知名高校而言“,慕课”平台是高等教育的新大陆,谁都不希望失去向全世界传播知识,提升国际地位的机会。2013年5月,北大和清华同时宣布加入Edx。我国果壳网MOOC自习教室拥有接近4万用户,成为拥有全国最大的MOOC线上社区。2013年10月,由清华大学打造的全球首个中文版“慕课”平台———“学堂在线”正式推出,清华大学的电路原理等5门课程,麻省理工学院的电路原理以及北京大学的计算机辅助翻译原理与实践作为首批上线课程对外开放选课。2013年底,复旦大学与Coursera(由美国斯坦福大学两名计算机科学教授创办的免费大型公开在线课程项目)正式签署了合作协议,U21联盟之一的复旦已经加入联盟的MOOCs计划。开放式在线教育成为我国解决教育公平问题的有力手段。从以上研究可知,大规模网络开放课程已成为高等教育信息化建设的新方向,备受教育界内外广泛关注。目前推出的免费开放式平台能优化教育资源配置,加深用户对课程的理解和认识,但大多基于单一模式,限制了不同类型课程的教学改革,且缺乏具有领域、学科和专业优势,符合高校实际发展的需求,能将教育理念和教育模式系统呈现的专用教育平台。由此可见,构建一个符合高等医药院校人才培养需求,基于泛在学习的开放式医学信息技术教育平台迫在眉睫。 二、开放式教育平台的比较研究 2012年以来,各类开放式网络教学平台通过信息技术与网络技术将优质教育送到世界的各个角落,不仅提供免费的优质资源,还提供完整的学习体验,展现了信息技术与现行高等教育体制结合的种种可能。从最初的Coursera、Udacity、Edx三大平台,到后来各国不断涌现的通用平台,大家都看到了信息时代的特点,害怕错失良机,并非冷静思考如何提升教学质量,更关注以下问题:(1)大规模参与;(2)在线、开放的教学资源;(3)一系列教学环节与流程;(4)嵌入相关资料或测验的教学短片;(5)网上朋辈(Peer)支持与学习讨论。但真正意义上的开放式教育平台不单是教育技术的革新,更应该带来教育观念、教育体制、教学方式、人才培养过程等方面的深刻变化。通过各类开放式网络教学平台优缺点的比较研究,有助于准确把握研究目标,合理规划和设计开放式医学信息技术教育平台。 三、开放式医学信息技术教育平台的设计 开放式医学信息技术教育平台是针对学生在泛在学习环境下自主学习和终身学习的需求,坚持“前瞻、导向、科学、可行”的建设思想,把研究成果应用于教学实践之中,利用计算机网络技术和PHP+MySQL开发环境,通过几种基于Web2.0技术的开源软件进行开发,为学习者搭建一个良好的在线学习与互动交流平台,建立行之有效的基于泛在学习的教育资源共享信息平台,采用一体化的方式为高等医药院校师生提供教育资源共享信息服务和课程指导、研讨、互动、交流环境,为建立一个网络化、数字化、智能化、科学化有机结合的开放式技术教育平台而努力。本平台利用Web2.0技术的互动性和开放性建立了医学信息技术教育资源共享库,通过启发式、探究式教学,深入剖析课程中的重点和难点,培养学习者的信息素养、自主学习能力、分析问题和解决问题能力,构建终身学习体系。平台包括注册登录、课程概述、课程互动和在线学习等功能。 (一)课程概述子模块 该模块系统的介绍了开放式信息技术教育平台中各门课程的相关情况,其中包括医学类课程沿革、教学定位与目标、教学手段与方法、教学内容、课程考核方案、教学效果与评价、教师队伍和课程建设与规划。内容展示的形式多为课程详细内容的文本文件和图片。此模块能完整呈现教学的设计,通过对课程全方位的解读,让学习者更了解课程教学的思路、理念,将所学知识融会贯通。 (二)课程互动子模块 课程互动模块包括教学活动、讨论区、联系我们三部分功能。该部分能有效呈现课程的多元培养形式,为医学信息类人才多途径培养实践与效果评价提供依据。该模块支持管理员和教师上传资源、发帖、讨论和私信群发功能,为师、生之间营造了一种良好的学习和教研氛围,内容展示的形式可以为文字,图片和视频等,能有效促进各级用户之间的互动和交流。 (三)在线学习子模块 在线学习模块能再现教学的全过程,包括医学类课程公告、评分标准、课程学习、在线练习、私信、考试、课件、课程评价和分享功能。该模块能记录课程教学的进度,群发私信提醒参与课程的学习者;明确教学各环节的评分标准和细则,为课程考核和认证奠定基础;每部分学习内容提供在线练习、课件下载和分享功能,每门课程都能实现在线考试;各级用户在平台互动过程中产生的所有数据都能从数据库中导出相关的excel文件,便于课程后续的评价和分析。 四、结束语 文章顺应开放式教育平台的发展和教育信息化模式的变革,提出一种新型课堂体系———开放式医学信息技术教育平台,将开放式教育理念和教育模式贯穿于高等医药院校大学教学全过程,遵循“前瞻、导向、科学、可行”的建设思想,利用Web2.0技术和计算机网络技术,从课程概述、课程资源、课程互动、在线学习等四个方面阐述基于泛在学习的教育资源共享信息平台的实现思路和系统原型,为后续建立一个网络化、数字化、智能化、科学化相结合的开放式技术教育平台奠定理论基础。在后续的教学改革中,作者计划将文章所提出的开放式教育平台应用于高等医药院校课程教学当中,以检验这种新型课堂体系在提升学生的自主学习能力和实践动手能力方面的实效。 作者:刘青萍 晏峻峰 周燃犀 周知 瞿昊宇 王林峰 刘东波 单位:湖南中医药大学管理与信息工程学院 医学技术论文:代谢组学技术在医学检验中的应用 一、代谢组学技术的概念 从一般意义上说,代谢组学是指通过分析组群中的单个细胞结构、器官、组织或者体液内的小分子物质,对组群指标进行高位检测和操控处理,利用多元统计学原理和模式识别的技术设备,对细胞体内的代谢物质进行全面立体的检查和研究;是一门对某一特定时间段的有机体全部小分子代谢物质,进行定量和定性解剖处理的学科。 二、代谢组学技术与研究方法 (一)代谢组学的检测技术 1、核磁共振技术 核磁共振技术作为检测有机体机构的重要谱学,能够在自动旋转的原子核的基础上,依靠核外磁场的引力作用,通过吸收到的辐射波刺激发生能量跳迁的一种谱学技术。其优点在于无损害,对检测的样品结构不存在破坏性;操作方式多样化,能够根据实际情况变换多种检测方案,采用不同的实验方法进行研究;速度较快,能够在较短的时间内得到检测结果;富有动态性,能够得到较为与时俱进的灵活变动的研究信息。缺点在于检测的灵敏度不是很高,制约着NMR技术的发展。 2、气相色谱——质谱联用技术 从字面上解析,气相色谱——质谱联用技术融合了色谱、质谱二者的优势特点,检测的灵敏度更高、效能更好、分辨率清晰。由于自身的构造,需要观测的主要参数为毛细管柱的尺寸大小等指标:被检测样品通过毛细管柱时,仪器设备会依据生物体分子的构成性质不同而得到分离,各自流入不同的柱子里,记录下不同时间段里流入柱子里的分子结构,然后利用色谱和质谱进行检验。这样通过利用气相色谱——质谱联用技术,能够及时准确地将被检测样品实行快速的剥离,然后利用相关仪器进行检测和分析处理,最终进行定性分析,记录研究的结论。但是气相色谱——质谱联用技术也有自身的局限性,由于在检测之前需要对样品结构实行预备式的衍生化操作工作,在这一过程中需要耗费较多的时间,会因时间的耽搁而使原本的样品发生一些微妙的变化,使检测结果不真实;同时还有一个缺点在于不能分析某些个大分子代谢物质的结构。 3、液相色谱——质谱联用技术 液相色谱——质谱联用技术把液相色谱作为一个样本的分离处理系统,把质谱当做样本结构的检测处理系统,这样液质联用技术充分发挥了色谱和质谱的优势特色,融于一身。既具备了分离复杂样品结构能力强的色谱的优势,又具有了检测灵敏度高、动态性强的质谱的特点,使这一技术能够更好地为疾病监测发挥自己的力量。 (二)代谢组学研究方法 通常一个比较完整、规范的代谢组学检测程序一般要经过收集样品、处理样品并进行保存工作;进行仪器的分析和选择,获取样本数据,进行数据的定性和定量的分析和处理;最终进行研究结果的总结和归纳,总结出生物学意义上的代谢结论。 三、代谢组学技术在医学临床检验中的应用 1、代谢组学技术与糖尿病、肾病的研究 糖尿病与肾病紧密联系,目前进行的DM并发症的代谢组学技术的研究,更多地涉及肾病,可以借助核磁共振技术分析DN中小分子代谢物质的结构,进行剥离处理和分析,如果实验证明葡萄糖含量和氧化三甲胺的存量在血浆中有上升的趋势,而多种氨基酸却在下降,则证明有机体肾存在着病变,为医学临床诊断和检测提供了实验依据。 2、用于诊断肿瘤 医学专家Odunsi等曾利用氢核磁共振波谱法开创了一个新的医学诊断模型,利用检测血清上的代谢标志物可以诊断出是否存在皮性卵巢癌的病症。Corona专家学者曾利用代谢组学技术用于肿瘤方面的诊断研究,发现了重大的成果,结果中发现通过分离检测能够分析出不同种类的代谢物质分子结构,灵敏度和清晰度较高,其中的色氨酸、丝氨酸及其甘油磷脂等为医学中诊断乳腺癌提供了重要的参考依据。 3、消化系统疾病的检测 医学家利用氢核磁共振波谱法技术建立的生物标志体模型,能够及时、较快速的检测出有机体是否存在肠炎病症,进行及早的治疗。 四、结语 随着科学技术的不断发展,代谢组学技术的研究不断深入推进,应用的领域更加广泛和普遍,需要不断开拓其在医学、营养与健康学、生物学等学科上的发展空间,由于是发挥代谢组学技术在医学检验中拥有疾病诊断的重要功能,为人类的生命健康贡献力量。 作者:张再华 单位:黑龙江省齐齐哈尔市第一机床厂职工医院 医学技术论文:医学检验技术综合实训课程构建 一、综合实训课程教学内容的确定 (一)对检验岗位能力需求和检验项目的调查。 2013年在浙江省范围内对163家不同类型医疗机构的检验工作岗位进行调研,包括55家三级医院、16家二级医院、45家社区医院、42家乡镇卫生院和5家检验公司独立实验室。对医学检验技术人员应必备的专业知识技能和综合素质能力需求的重要性进行调查。除寄生虫检验的重要性需求在78.5%之外,其他各课程均在91%以上。同时,被调查单位对团队协作能力和分析问题解决问题能力的重要性需求均在93%以上,说明各单位对工作人员具备这些综合素质和能力的要求越来越高。对这163家单位开展的主要检验项目进行调研(见表2)。除骨髓象检查外的各主要检验项目开展率均在60%以上,三大常规达到100%。其中二级以上医院和独立实验室的项目开展率跟社区医院和乡镇卫生院因定位不同有所区别,各主要检验项目的开展率接近于100%,最低的骨髓象检查也在86%以上。 (二)教学内容的确定。 根据调研结果,即检验岗位对专业知识技能和综合素质能力的需求和各单位主要检验项目的开展情况,组织课程专家、专业优秀课程教师召开课程分析会议,从检验专业优秀课程分析出常规检验项目形成教学内容,建立新的课程标准和教学大纲。教学内容包括:三大常规、骨髓象检查、生物化学检验、免疫学检验、微生物检验,结合团队协作能力和分析问题解决问题能力的培养。 二、医学检验技术综合实训室的建立 我校医学检验技术专业得到中央财政专业建设项目和省特色专业建设项目的支持建立了医学检验技术综合实训室。招标购置和医院、公司馈赠,配置了一批检验仪器设备:Sysmex-xs1000i全自动血细胞分析仪、FUS-200尿有形成分分析仪和H-800尿干化学分析仪、ESR-30全自动动态血沉仪、迈瑞BS-320全自动生化分析仪、DNM-9602自动酶标分析仪、奥林帕斯显微成像系统、荧光显微系统等。并安装了LIS系统,把所有的仪器设备连接,形成一个完整的检验实验室系统,从标本接收、项目检验、结果审核到检验报告单的输出打印实现一体化,实现医院检验科的功能。 三、综合实训课程教学方法的确定和实施 (一)教学方法的确定。 我校医学检验技术综合实训课程安排在学生完成专业课程学习后、进入毕业实习前进行。课程30学时,集中一周以小组为单位开展,训练学生团队协作能力和分析问题解决问题能力。根据教学内容确定教学方法,通过临床病例引导,提出医院检验项目,要求学生查询相关资料以医院检验顺序(提供检验项目和标本)为线索进行设计,按照工作过程整合(复习实验原理步骤)、安排项目准备(准备实验器材试剂)、项目实施(操作过程和注意事项)、项目结果(实验结果和报告)、分析讨论(实验过程的总结及碰到的问题进行讨论)等学习项目。 (二)课前准备。 综合实训前一周,准备好若干个病例,经筛选的病例要求是能整合包含各专业课程三个以上检验项目,以达到综合实训的目的。将学生5人一组分组,每小组为一个团队分配以不同的病例并提出数个检验项目,各小组学生一同设计每个检验项目。要求学生查阅资料,对每一个检验项目做好以下知识理论准备:选取正确的检验方法、确定检验项目的标本类型和标本前处理、检验方法的原理、需用到的仪器与试剂、检验方法的步骤及注意事项、结果的判断、检验方法的质量控制、正确的结果报告形式、废物处理、临床意义,最后形成纸质报告。培养学生自主学习查阅资料分析问题的能力。 (三)综合实训课程的开展。 在开展医学检验技术综合实训课程时,医学检验实践中心所有实验室和检验综合实训室向学生全面开放,并有专任指导教师在各自课程的实训室进行指导。每个检验项目的实施将模拟临床检验工作的流程展开,由组长安排,各小组成员主要负责某一项工作任务共同完成:标本的采集和接收,标本的检测,结果的分析与审核等工作。整个技能操作严格按照《全国临床检验操作规程》(第三版)进行。如遇到结果异常,检验人员还需对结果进行分析,如需手工复查的进行手工复查。完成该项目的检验工作后,各小组根据检验结果进行综合分析,完成实验报告。实训结束后,教师引导学生进行分组讨论,对检验项目的目的和原理、检验过程中的注意事项、检验结果的分析进行阐述,对遇到问题如何分析和解决问题进行回答,最后总结整个综合实训过程中的经验和收获。 (四)综合实训课程的考核。 综合实训课程的考核以检验过程的形成性考核为主,由教师评分和学生互评相结合,评分根据实训的实施由三部分组成:课前准备的纸质报告、检验项目过程中的规范操作和处理、检验项目完成后的分析和讨论。根据各检验项目不同特点,针对检验项目操作制定一套检验项目评分标准,在训练检验综合能力的同时也不放松对检验技能的强化训练。 (五)综合实训课程的成效。 检验综合实训课程的开展,对照我校医学检验技术专业2011、2012级两届学生在课程开展前后检验技能操作得分,有了显著提升。并培养了学生的临床思维能力和素质,在实习生、毕业生中问卷调查显示,检验综合实训课程得到了学生和实习、用人单位充分认可和高度评价。 四、小结 医学检验技术综合实训课程的构建,将分散于各专业课程中单个检验项目和方法有机结合起来,不仅培养学生临床思维能力和医学检验综合素质,也对课程教学和教师素质提出了更高的要求。(1)强化训练了学生的检验技能操作水平。检验技能操作是医学检验技术人员的根本,检验综合实训课程加强了这方面的训练,并着重强调技能操作的规范化。(2)培养学生的临床思维能力和对检验专业课程综合知识的运用。检验综合实训课程模拟临床检验项目的工作流程,训练学生将本专业各专业优秀课程的知识及技能综合运用到临床检验工作中去。(3)提高学生团队协作能力和分析问题解决问题的能力,提升学生的检验综合素质和职业素养。综合实训过程中,各小组成员分工合作,共同完成多个检验项目的实训,培养团队协作能力。在实训设计中,先提出多个检验项目,要求学生查阅资料,分析并统筹安排检验项目的开展,锻炼学生分析问题解决问题的能力。为从事临床检验工作打下基础。(4)加强教学与临床之间的对接。检验综合实训课程安排在学生进实习之前,模拟临床检验工作流程,能够为学生进临床实习起到一个适应建立SP联系网络,互通有无、共享资源,使之发挥优势并形成辐射网络。综上所述,OSCE作为一种较全面评价临床胜任能力的考试模式,具有传统笔试无法比拟的优势,但在应用中也逐渐暴露出一些不足。通过加强对SP的系统培训,合理调整考试设置,以及进一步改进考试形式等方式,OSCE能够适用于各种形式、不同要求的考核,从而更好地服务于我国医学教育及医师培训。 作者:沈鑫烽 吴怡春 褚美芬 汤立旦 黄卫平 王家学 单位:浙江医学高等专科学校 医学技术论文:技术人员继续医学教育问题及建议 1发展现状 继续医学教育考核合格已是专业技术人员执业注册、年度考核、技术职称晋升等必备条件。继续医学教育包括国家、省级继续医学项目,发表科研论文,单位组织的学术活动等形式。医疗卫生机构可以通过继续医学教育项目的申报与举办,推广科技成果,充分带动学科培养创新性人才。 2存在问题 2.1思想认识不到位 卫生技术人员的学习缺乏主动性与积极性,不能形成良好的学习氛围。部分学员认为参加继续医学教育只与职称晋升相关,已晋升到高级职称或不再愿意继续晋升职称的部分人员,对参加继续医学教育热情度较低。另外,基层医院部分在职在岗人员工作繁忙,难以离职离岗学习,无法满足送培需求。 2.2学科发展不均衡 中西部地区老、边、贫地区较多,区域、城乡医疗卫生机构发展不平衡,基层全科医学的培训更显薄弱;同时,部分新生的边缘学科继续教育项目开展较为困难,学科发展不均衡,继续医学教育项目层次结构、专业结构存在偏科现象,难以满足全体人员需要。 2.3体系建设不完善 部分继续医学教育方法稍显陈旧、途径不多,远程、网络教育等先进的继续医学教育手段未被广泛而规范使用;培训内容的针对性、方式的适宜性、实施的协调性与结果的有效性需要改进;医疗卫生机构对继续医学教育工作投入不够,教育经费偏低,培训基地与信息化建设滞后,监督管理相对薄弱。 2.4人员配备不充分 部分医疗卫生机构无专职继续医学教育工作人员或专职人员流动性较大,不熟识相关政策,导致在项目的实施过程中还存在不够规范的现象,如举办时的项目名称与公布的项目名称不完全相符、学分管理与登记制度混乱等。继续医学教育管理人员缺乏足够经验、知识,继续医学教育管理干部队伍建设有待加强。 3发展建议 3.1优化模式,深化改革 集成各类优势资源,构建区域布局合理、专业覆盖广泛,满足各级医疗卫生人员培训需求的继续教育体系。以实际素质能力为基础,以岗位胜任能力为优秀,有计划地选派与组织相关专业的人员参加内容鲜明,具有科学性、先进性、战略性与可推广性的继续医学教育学习,逐步实行各类卫生技术人员的规范化培训;加强构筑网络化信息平台,将集中面授与远程教育相结合,方便尤其是边远地区农村基层卫生技术人员就地学习;推动继续医学教育信息化管理,逐步健全覆盖城乡的继续医学教育管理与服务信息化公共平台,提升继续医学教育管理水平。 3.2重点扶持,均衡发展 通过开展有效的继续医学教育活动提高农村医疗卫生队伍素质与服务水平是卫生技术人员队伍建设的重要内容。均衡继续医学教育项目的层次结构、专业结构,特别是提高农村、民族地区与偏远地区的教学质量,更好适应卫生事业改革与发展的需要。积极探索符合农村基层特别是民族地区、边远贫困地区农村基层实际的继续医学教育方式,增强培训的针对性、实用性、便捷性与有效性,使所有农村基层卫生技术人员均能参加适合的继续医学教育。对基层继续医学教育项目的申报、举办给予重点扶持,在政策导向与资金安排方面予以重点倾斜,力争使继续医学教育工作重心下移,提高农村、民族地区与偏远地区的教学质量,提升全体卫生技术人员的职业素质能力。 3.3完善监管,提高效率 适时调整继续医学教育发展的目标考核、学分授予等具体政策措施;建立培训、质量控制与监管机制,严格对培训的针对性、科学性与有效性监督管理;加强对继续医学教育管理人员法规、政策与管理知识的培训,组织继续医学教育科学研究,支持继续医学教育工作的交流与合作,学习先进工作经验,提高管理效率与水平。 3.4保质保量,稳步提升 完善继续医学教育培训体系,设立一批形式多样、水平较高的继续医学教育基地,全面开展继续医学教育工作。鼓励优秀卫生技术人才承担继续医学教育的教学工作,强化年轻卫生技术人员终身学习的理念,为其自觉参与医学终身教育奠定基础,为促进卫生事业发展提供人力资源保障。 作者:杨麟 何剑 单位:四川省医疗卫生技术咨询所 川北医学院附属医院 医学技术论文:医学检验技术本科人才培养探索 一、发展现状及存在问题 理论课教学一般采用大班授课,以教师为中心,学生参与课堂教学的机会相对较少,课后学习也以复习课堂内容及相关知识为主。目前国内大中型(三甲及以上)医院、高等医学院校及科研机构中医学检验专业本科生及研究生已基本饱和,但市县级以下医院仍以大中专学历专业人员为主;医疗器械生产、营销及技术支持行业对检验本科生的需求量较小;四年制检验专业的本科生不能报考国家执业医师资格考试,不能转向临床、口腔、预防等专业,毕业生的去向主要是中小医院、血站或疾控中心的临床检验机构。 二、改革思路 1.以就业为导向,增加培养方向。 目前,我国输血、病理及其相关行业的技术人员任职前大多未接受专业教育,他们绝大多数来自检验科及临床相关科室,而医学院校关于输血和病理的教学内容很少,相关知识和技能主要来源于实际工作中积累的经验和非系统的培训,学生对输血医学和病理技术的认识已不能适应输血医学和病理学的飞速发展及临床工作需要,急需医学院校培养一大批高学历的输血医学和病理技术专业人才。潍坊医学院医学检验技术专业充分利用自身的资源与优势,以临床检验方向为主体,增加输血技术、病理检验这两个培养方向,以提高学生就业能力,拓展就业渠道,力求探索出适合地方高等医学院校的输血技术和病理检验人才的教育模式。 2.以精品课程和考试平台为依托,建立网络教学资源库。 精品课程建设是教学质量的重要标志,以优秀课程为中心,整合优质教学资源已经成为提高教学质量的关键环节之一。潍坊医学院医学检验学系在已有的《分子生物学检验技术》和《临床免疫学检验技术》两门省级精品课程基础上,积极构建医学检验技术专业精品课程群,将课程群的大纲、PPT课件、教学视频等资源上传至校园网服务器,建立课程群网上平台,并尝试与学生在线交流与答疑。同时,通过制作专业课的网络考试平台,建立形成性评价机制。每学完一个章节,让学生先自测,再集体测试,教师根据测试结果确定下一阶段的学习任务与速度,让学生循序渐进地掌握预定的教学内容。 3.更新教学理念,丰富教学手段和教学方法。 教学理念是影响教学质量的重要因素。潍坊医学院医学检验学系组织全体教师观摩学习各种先进的课堂教学方法与教学手段,充分利用现有的资源调动学生的主观能动性。如在《临床微生物学检验》课程中实施PBL教学模式,以问题为基础,小组讨论为主要方式,促进学生将理论与实践有机结合;采用启发式和讨论教学法,结合案例分析或病例分析,鼓励学生发表自己的意见和看法,培养学生的创新思维;在专业课教学中试行教师边教、学生边学边做的教学模式,促进理论与实践的融会贯通。 4.建立实验、实训、实习三位一体的技能培训体系。 医学检验技术专业的专业课程强调学生的动手操作能力,实验教学学时占课程总学时的50%,因此,实验教学的效果是影响教学质量的重要因素。潍坊医学院医学检验学系进一步完善基础检验、微生物学检验、显微互动等专业实验室,安装多媒体实验教学系统,使形态学教学更加丰富形象。加大实验室开放力度,提高仪器利用率,为学有余力的学生提供练习平台。同时,建立医学检验实训中心,根据职业岗位需求和临床工作的实用性技术,遴选100项实验技能,按难易程度分配到每个学期,并开设检验技能课程,进行专业的指导培训。课程结束时对每项技能进行严格考核,合格者颁发合格证书,并且每年举行专业技能大赛,为获奖者颁发荣誉证书。挑选大型三甲医院作为临床实习基地,提高临床教师实习带教水平,并拓展北京、上海等地三甲医院作为实习基地,以满足不同学生的实习和就业需求。 5.以重点实验室为平台,培养学生科研创新能力,促进产学研结合。 潍坊医学院临床检验诊断学实验室是山东省“十二五”高校重点实验室,学校附属医院检验科为省级临床重点专科、市级重点学科,科研氛围浓厚,坚持“以科研带动教学,以教学促进科研”。鼓励教师与企业联合开展科研项目,企业提供资金,学校教师提供技术支持;鼓励教师课题组吸收一部分有兴趣的学生参与科学研究,让学生进入实验室充当教学和科研实验助手,充分挖掘学生潜力,培养学生的科研意识;挑选适合医学检验技术专业本科生的科研课题,遴选中级以上职称教师担任指导教师,学生自愿报名参与,组成科研小组,撰写课题申请书竞标,中标者在规定时间内完成开题、实验、结题等程序。学生在参与研究过程中不仅提高了动手和创新能力,也被激发了科研发展潜能,为顺利开展科研设计和论文写作奠定了坚实的基础。 6.形成人文与医学相融合的教育模式。 医学人文教育能够提高医学生的人文素质和科学素质。学生不仅要有熟练的临床技能,而且要有良好的职业道德,在今后的职业生涯中践行人文关怀。将人文教育融入医学专业课程,既可以丰富枯燥的医学专业知识,拓宽医学生的知识面,又能培养学生的人文精神及职业道德。另外,开展丰富多彩的校园文化活动,举办人文讲座和读书活动也是人文教育的一种重要方式。潍坊医学院每年举办“科技文化活动月”“科技、文化、卫生三下乡”等丰富多彩的校园文化活动,学生自愿参加各种社团组织。2013年开始,学院定期举办潍医大讲堂,邀请社会各界专家学者讲学,讲学内容广泛新颖,切入社会热点,营造了浓厚的人文氛围,是课堂教学的有益补充。医学检验学系开展“我读经典”活动,并长期坚持,将集体统一组织和自主学习相结合,让学生更多地接触经典原著,培养读书的习惯和能力。 三、结语 潍坊医学院医学检验学系自2014年开始逐步推行医学检验技术专业培养模式的改革,下一步将对授课教师和受试学生进行问卷调查以及通过实验技能考核、专业课程考试等方式,了解人才培养模式改革的效果,发现实施过程中存在的主要问题,组织专家讨论(包括学校、用人单位、实习单位等)以及毕业生反馈等方式,初步确定一套符合学校实际的医学检验技术专业人才培养实施方案,为完善人才培养体系提供理论支撑和现实依据。 作者:李猛 单位:潍坊医学院 医学技术论文:技术专业建设医学检验论文 1专业建设当前存在的问题 医学检验技术专业是较年轻的临床医学专业,相比其他临床医学教育体系,存在较多需规范和完善之处。目前主要表现在以下方面: 1.1课程设置 ①课程体系设置中注重专业教育,人文素质教育、医德医风教育相对薄弱。②检验医学相关临床课程设置求广求全、培养重点不突出。③专业必修课程过多,学科交叉、岗位需要的选修课程和专题讲座极少。④课本教学、课堂讲授为主要方式,教学网络化与数字化水平低下。⑤课程体系由5年制“医学士”改为4年制“理学士”,原有课程体系明显不适合现教学需要。 1.2实验教学 ①检验专业实验课程存在设备陈旧、利用率低,管理水平差。②注重理论课程学习,对临床实验教学和管理关注不足。③实验课教学偏重教材知识讲授,科研精神与科研能力等创新性能力培养不足。④实验教学内容与临床实际应用脱节,与现代医学检验发展现状脱节。 1.3实践教学 ①实践教学管理松散,专业技能培养方式落后。②未及时与实践教育基地沟通,不能及时了解实习同学思想动态。③因为实习基地师资、管理水平不同,实践教学效果存在明显差异。 1.4前、后期教师缺乏交流 进行基础课教学的前期教师缺少机会接触临床,对医学理论知识在临床实践中的具体应用缺乏一定的了解和实践;来自医院进行实践教学的后期教师教学经验相对不足,在教学方法、语言组织能力等方面存在一定的缺陷。 2检验专业建设的初步尝试 针对培养方案调整,以及存在的问题,我们在借鉴兄弟单位经验基础上,进行专业建设的改革,主要在课程体系与教材、教师队伍、实验教学中心、实践教学基地建设等进行一些有益的尝试,取得一定的经验。 2.1课程与教材建设 ①课程体系建设:医学检验技术专业作为教育部教学改革试点,培养目标和时间均有改变。如何培养出能满足社会需求的医学检验应用型人才?我们对已有的教学资源进行有效整合,对现有课程体系教学进行改革,以专业课贴近临床实际应用为目的,突出临床应用型专业课建设。例如利用现有省级精品课程———《生物化学》、《医学免疫学》和校级精品课程———《人体寄生虫学》,以及省级教学团队———人体寄生虫学教学团队、医学免疫学教学团队,省级实验实训教学中心———病原生物学实验教学示范中心等课程建设时,突出医学检验技术专业的特点,以达到打造成医学检验精品专业课目的;专业课程教学以基础学院和临床学院教师共同担当,利用各自教学特长,取长补短,切实达到理论与应用相结合,保证教学工作与临床实际应用相一致。加强教学改革工作,将临床医学各相关学科内容合并成《临床医学概要》进行讲授,即保证学时不足与临床课程教学任务过重的矛盾,又满足学生对临床医学知识了解的需要,取得良好的教学效果。同时我们加大人文科学素质、心理健康教育,在思政类课程中组织开展各种社会实践活动,让学生们走出校门,到社会去积累经验;积极有步骤开展教学改革,将专业课程建设成为网络课程或在线网络课程,建设网络课程专题网站,开展基于网络环境下的教学内容与教学手段的改革。②教材建设:各级部门重视教材的建设,学校教务部门设教材建设专项经费,积极支持和鼓励检验技术专业各学科教师参与教材的编著工作。本专业多名教授近年以来编写出版了多部规划教材,在已有的编写基础上,现正组织编写适合医学技术发展的专业教材或讲义,满足教学工作需要。 2.2教师队伍建设 ①建设有特色的教学团队:a.建设一支素质高、业务强、务实、创新、凝聚力强的教学团队是学科建设的重点。我们的师资队伍建设以“三高一强”(学历高、职称高、综合素质高、实践教学能力强);结构(年龄结构、职称结构、学历结构)合理、质量优良、创新精神强、专兼结合、一专多能的“具有创新性和应用型”兼顾的教师队伍为目标。b.培养教师树立崇高理想和激励奋斗目标。坚持以教育思想观念改革为先导,以专业教学改革为优秀,鼓励教师教学进行教学改革,以学科建设为重点,注重提高教学质量和科研水平;开设专业选修课和1-2门双语教学专业课,努力把医学检验专业打造成有特色的专业。c.重视科学管理,突出“以人为本”。建立一套教学、科研、特殊贡献在内的团队管理制度和工作量化考核指标体系,努力营造积极和谐、公正合理评价体系的团队内部环境,提高团队整体精神面貌,建立公平、公正、公开的评价体系;加大奖惩力度,体现在晋升、晋级、年度考核之中。②完善教学管理工作,建立相应规章制度:a.完善《教学管理工作手册》,实施教师考核记录、集体备课记录、讲课讲座记录、教学会议记录、授课试讲记录。b.加强教学督导,提高教学质量,由相关专业领导和教授组成校、院、教研室三级教学质量指导、监督小组配合学校教学督导组进行教学质量监控,并开展教师之间、学生对教师的授课评价活动,保证专业教学工作有章可循,维护教学工作的严肃性。c.不断完善教学计划,学生实纲的修订;严格按照教学计划完成教学任务,鼓励深化教学改革;在教务部门指导下不定期举办教学计划修订会议,不断完善不足之处。d.加强学生实习的管理,完善《医学检验专业实习考核制度》,每年不少于两次教学实习检查。e.完善学生毕业论文的工作规程,修订和规范一套完整的毕业论文实施与管理体系,严格要求学生完成毕业论文,规范学生毕业论文的完成过程,包括选题原则、查阅文献,开题报告、中期检查、签署指导老师意见、审阅人意见和答辩情况记录等; 3实验实训教学中心建设 医学检验实验教学中心建设包含两个实验平台,分别为医学检验形态学和机能学实验室。形态学实验室主要服务于检验医学微生物、临床基础检验、骨髓细胞学、染色体检查等形态学实验教学。机能学实验室主要负责生物化学检验,免疫学检验、分子生物学、分子遗传学等相关专业课的实验教学。实验教学中心担负培养检验专业学生基本实验技能、独立分析问题和解决问题的能力,形成检验专业基础实验、专业实验和探索性实验三个层次有机结合、协调发展、具有一定特色的开放性专业实验教学中心。选择性的开展一些新方法、新技术的实验项目,即满足检验医学实验教学需要,又加强学生的综合分析能力培养;培养学生基本的科研能力。添置贴近临床实际的现代化实验设备:购置贴近临床实际使用的现代化实验设备,如全自动生化分析仪、全自动五分类血液检测仪、PCR仪、尿液分析仪、自动血培养仪、全自动细菌鉴定仪、流式细胞仪等。为配合检验专业教学的需要,打破原来依附于教研室的实验室管理旧模式,建立检验实训教学示范中心,促进实验室工作整体水平的提高,推动了实验室的管理、建设和发展;将实验仪器集中组成仪器实验室,集中管理和使用。制定合理的措施,做到既能提高仪器的使用率,满足教学科研使用要求,又能有效维持仪器的安全完好。建设相关网页:利用计算机网络系统平台,介绍实验中心所拥有的仪器设备的性能、配置,为广大的师生员工提供全天候的科研教学平台。构建基于检验课程内容的“虚拟实验室”,改善学生对实验内容的理解和掌握,并为学生进行探索性实验及自主设计实验提供虚拟化平台。 4实践教学基地建设 加强与实习医院的合作,促进实践教学基地建设:①通过加强与实习医院的合作,发挥好学校的主导作用,促进医学检验专业临床教学基地的建设。定期召开实习医院领导、主管部门、各带教临床教师参加的现代教育思想的讲座,更新教育观念。②规范教学管理,组织开展教学管理业务讲座或座谈会进行现场指导;每年按照学校统一安排,到实习医院进行教学检查;不定期进行教学抽查,加强与实习单位和带教教师沟通,及时了解学生情况。③强化医学检验专业毕业实习质量,在临床教学基地遴选出一批具有副高以上职称,能完成对同学进行业务指导的教师担任实习同学的导师。同时,根据实习学生的反馈意见,结合检验技术的发展,不断地更新实纲和实习手册中的内容,使学生能够学到更多的检测项目和检测技术。实行导师指导下的毕业设计和撰写论文:①加强学生毕业论文的规范化管理工作并不断改革。规定每届本科学生实习阶段必须在导师指导下完成一篇毕业论文并参加答辩。②在临毕业实习前一个学期,配合文献综述课程,要求学生掌握课题文献查找方法、综述撰写格式、开题并进行科学研究的步骤,论文撰写的正确格式,为学生在实习阶段开展初步科学研究和撰写论文打下良好的基础。③规范毕业论文实施与管理体系,如选题原则、查阅文献,开题报告、中期检查、签署指导老师意见、审阅人意见和论文答辩情况等,并制订了毕业论文管理条例,论文成绩作为实习成绩的一部分纳入学生成绩单。④强化毕业论文管理过程。为防止出现论文抄袭的现象,每篇论文进行上网核对检查。⑤组成专家组负责学生论文审核和答辩。专家根据学生的论文完成的内容、课题相关综述、论文质量、答辩等情况,现场提出问题,考察学生回答问题的能力,可以评价学生毕业论文完成的质量,按照评分标准评分,记入成绩。 5小结 我校医学检验技术专业自2012起即招收4年制学生,经过近年专业建设,医学检验教学团体取得多项成果,其中获批校、省级教学改革项目5项,大学生创新创业项目4项,编写教材和讲义5本,发表教学研究论文17篇、科学研究论文100余篇,获得教学成果3项,获得国家、省级科研课题18项等,这些成果为今后培养出有特色的医学检验专门人才和学科进一步发展打下了坚实的基础。医学检验专业具有多学科理论交叉和应用性强的特点,医学检验作为近年新开专业,完善人才培养方案,创新实验教学体系、建设实践教学基地;改革传统的医学检验教学模式势在必行;成立有完整逻辑、能激发学生创新思维、培养出能适应未来人才需求、独立的实践课程体系十分必要。培养能适应21世纪国家经济建设与社会发展需要的、具有国际竞争能力的高素质创新型医学人才是医学检验检验改革的主要方向和目标。 作者:浦春 冯钢 武其文 黄丽珠 张鹏 黄建军 单位:皖南医学院临床检验诊断学教研室 医学技术论文:网络技术教学改革下医学信息管理论文 一、非计算机专业网络技术课程教学中缺少面向应用的问题 (一)教学目标定位不准,学习内容纷杂、主线不清 非计算机专业网络技术教学存在照搬计算机专业教学程式,忽视专业特点的现象。教材一味择权威、“高大全”,内容覆盖广,重、难点多,专业术语繁杂、抽象。教学目标制定盲目攀高,面向理论,缺少实践内容等问题。网络技术是一门交叉学科,涵盖、涉及的知识面广。若无选择、无着重点、无针对性,忽略教学目标与今后职业应用的关系,会造成学生望而却步,产生厌学情绪。更有甚者,许多内容未必用得到,势必造成教学内容丰富,学生所获实用知识甚少的尴尬局面。偏离了“着眼应用重视需求”这条教学目标主线。 (二)理论与实践脱节,实验拘于步骤 教学过程存在理论与实验分离的现象。单纯的理论传授使学生无感性认识,实验操作时无所适从。以教师为主导,学生被动接受知识的教学模式抑制了学生的自主潜能,削弱了学习兴趣。实验内容单调、重视步骤,缺乏理论与实验衔接,缺少实验内容与实际应用结合。理论与实验的分离遏制了网络技术教学的发展,严重影响了教学质量。拘泥于步骤的实验方法束缚了学生的主观能动性,有悖于“学生为中心”、“问题为中心”等先进的教学理念,不利于学生应用能力和科学思维能力的培养。 二、医学信管专业网络技术应用能力的培养 在缺少本专业教学模式、经验借鉴的情况下,针对教学中存在的问题及现状,几年来,经过反复摸索、改革、实践,在教学方式和方法上,针对信管专业教学得到了一些经验。 (一)教学目标主线定位明确 教学目标的定位要紧密结合专业培养目标,以提高专业技术的应用能力为教学目的,以专业需求为依据,强调实用性,实效性。重视应用能力的培养,有的放矢、学以致用。教学目标确定基于教学目的,教学目标定位应考虑学生未来职场应用的需要,考虑所学内容能否充分运用到实际工作中。结合办学条件、性质、教授对象,认真分析、实践、总结,从章节到总体构成进行综合科学评价,得出符合自己专业的教学内容体系。内容体系要随信息化进程同步革新,这是个不断总结、研究、调整、实践、再总结周而往复的渐进过程。 (二)教学要突出应用,内容明晰 教学目标的准确定位是确保教学效果最优化的基础,把握内容组成结构是决定教学基本内涵的重要环节,不能机械式照搬,更不能盲目模仿。网络技术由原理及应用两部分组成,前者侧重理论基础,后者是基于理论的设计、配置、开发应用等实践性内容。针对本专业特点,紧密结合应用需求,遵循确定的教学目标,充分对知识体系进行全面分析、认真设计,研究制定出课程的内容体系和教学方法。排除轻视应用,注重理论,或迷信应用,忽视理论的现象。理论、实验相辅相成,互为支撑,合理组织理论及实验内容,不能偏废。从实际应用需求着手,使学生既具备一定的理论素养,又拥有较强的网络技术应用能力。围绕教学目标组织教学内容。依据内容体系结构,优化、精练教学内容,合理分配,科学取舍。制定出适合本专业教学目标,注重理论、实践密切结合的教学内容纲要。 (三)以应用为目的,培养科学思维,改革教学方法及教学手段 改革教学方法,摒弃教条、照搬书本的陈旧教学模式。探索适合本专业学生接受能力、科学思维的教学手段。以启发、引导、师生互动为主要途径,采用适宜本课程教学的“问题为中心”、“任务驱动”等广为推崇的教学方法,达到理想的教学效果。 1.理论与实验交叉教学,解决理论、实践脱节问题。 网络技术理论、实验密不可分,两者平行且交融。理论是实验的基础,实验是加深对理论认识、应用的有效途径,是理论联系实际、培养、提高动手能力的重要平台。采用理论、实验交叉教学效果明显。所谓“交叉”指对某些内容理论、实验交互进行。该方法保证了理论与实验内容的有效衔接。对教学内容有目的、条理化组织,将理论与实践内容合理分配。对关键原理性内容教师现场演示讲解,学生同步操作,以实验事实说明理论原理。涉及到与理论相关联的应用实时进行操作验证,在感性认知的基础上掌握理论内容,加深学生对所学知识的理解。实践表明,交叉教学方法可充分提高有关教学内容的效果。合理采用模拟实验环境,可在有限课时内达到事半功倍。如,对TCP/IP体系各层实现原理,通过包捕获软件进行有关分析,理解报文的组成及协议层间的相互关系。再如,网络设计中,在模拟环境下用多种拓扑结构实现设定功能,比较各种方法的优劣,了解网络设计优化的概念等。 2.依内容特点,引“问题为中心”教学,培养科学思维方法。 根据教学内容特点,有针对性地采用“问题为中心”的教学方法。“问题”教学优势已日渐凸显,成革除传统教学弊端的手段之一。将课程所含知识,转化为解决实际应用的问题。针对实际应用,以提出、分析、解决问题为线索,以启发、引导的方式进行教学,使学生在探索解决问题的思维活动中掌握知识,提高专业科学思维意识。围绕教学知识点,对优秀内容以问题构造情境。如,介绍TCP/IP体系结构内容时,用“tcp/ip协议的各层数据包结构及其关系”提出要解决的问题,带着问题进入学习过程,继而通过对数据包分析,引导学生发现IC-MP、OSFP等协议无传输层协议包,产生“为什么”的疑问。教师分析归纳、实验演示,学生同步操作,清楚了类似协议在网络层结束向上传输的缘由。明白了层间包结构的关系及构成。创设问题情境,学生参与其中,体现了学生的重要地位。对问题的处理,增加了学生的问题意识,激发了学习潜能,培养了学习兴趣。通过归纳分析,总结规律,培养了学生对网络技术的科学思维方法。 3.以“任务驱动法”营造应用情境,激发学习主动性。 对设计类型实验采用“任务驱动”教学法。以任务为主线,学生为主角,教师设计出体验实践的任务情境。如,基于实验总体目标,将内容划分成典型的单元“任务”,优秀内容融入具体的案例和任务中,通过对“任务”的执行完成预定目标。该方法利于培养学生分析、解决问题及彼此协作的能力。改变了传统实验单调、注重步骤的弊端,创建了以学施教、学生主动参与、自主协作的新型教学模式。以局域网设计为例,教师结合综合案例,模拟企业级局域网作为基础项目,按逻辑划为单元任务。诸如,Ip子网、vlan设计;静态路由、动态路由区域设计;访问控制,基于网络层、传输层区域流量及安全限制;边界路由的NAT转换;汇聚设备上的DHCP配置等任务。学生围绕与现实情况类似的单元任务,以角色身份带着真实的“任务”进入完全情景化的虚拟环境。“身临其境”增加了任务感,通过分析解决面临的问题,加深了对网络设计过程的了解,开阔了视野,强化网络技术的应用技能。在完成“任务”的过程中,教师提供解决问题的线索,将网络系统设计思想融入实验中,营造讨论、交流合作的氛围。学生面对实际应用案例,积极、主动地应用所学知识分析、解决实际问题,采用自己认为最佳的途径得出解决问题的方法。单元“任务”的完成,更能激发学生的求知欲,形成感知心智活动的良性循环。随着各个单元任务的完成,伴随接踵而来的成就感,更加提高了学习兴趣。最后,回首完成的所有任务,相当于一个较全面的网络设计项目,这时的成功喜悦是不言而喻的,这将大大增强学生的学习自信心。“任务驱动”为学生思考、探索、发现和创新提供了开放的空间,培养了学生分析问题、解决问题、相互协作的能力,开拓了主动创新的意识,培养了科学思维的良好习惯。 4.采用模拟仿真教学,增强实践应用能力。 针对网络设备相对短缺,硬件网络实验环境效率低下,学生缺少实践机会的状况,对部分实验采用模拟软件仿真教学方法。由于其对物理环境模拟的真实性,具有仿真程度高,使用过程方便,交互性好,对硬件要求低等优点,成为网络实验的重要手段。极大地促进了教学方法的优化,充分提高了网络技术教学的效果和效率。在应用模拟环境的教学中,可即时模拟演示应用操作内容,学生同步进行实践,达到即学即用的效果。有机地将理论与实践统一起来。教学实践表明,这种教学方式效率高,节省开支,有较好的教学效果。模拟仿真方法打破了传统教学模式,开创了课堂教学的新形式,解决了传统教学模式下理论、实验难以交叉进行教学的难题。网络模拟仿真环境可以实现具有一定规模的真实网络环境,在此平台进行实验,可以满足大多数的实验需求。在网络设计实验中,它克服了网络物理环境下拓扑不易改动,实验用时过长、不够灵活等诸多缺点,大大提高了网络实验效率。在课时有限的情况下,可以达到事半功倍的效果。仿真模拟环境增强了学生应用动手能力,为学生进行网络实践,培养专业应用技能提供了良好的条件。仿真模拟教学方式,充分发挥了教师的主观能动性,积极探索实验教学新方法。力求营造出高效、良好的教学实验环境。结合“任务驱动”、“问题为中心”的教学方法,使实验教学内容更加丰富、充实。由于模拟软件的易操作性、便利性,不受时间、空间的限制,使学生在课外进行实践成为可能。有效开展课外教学实践,设定课外实训项目,增强学生对网络技术的实际操作能力。通过模拟教学,我们对“教学环境职业化、教学环节情景化、教学手段现代化”的教学理念有了更进一步的理解。 三、结语 总之,针对医学信息管理专业的特点,对网络技术教学进行多方面研究、改良、实践,旨在提高网络技术教学质量,加强对学生网络技术应用能力及科学思维方法的培养。实践证明,网络技术教学的改革,充分提高了学生的网络技术应用能力,大大提高了网络技术教学质量。 作者:常沛 赵建伟 单位:内蒙古医科大学计算机信息学院 医学技术论文:基于检验技术的医学检验论文 1开设校外检验仪器实训课的必要性 1.1实践教学模式陈旧 医学检验技术专业实践教学一直沿袭“基础实验→专业技能训练→临床见习→毕业实习”教学模式进行,实践教学以校内实验、实训为主,缺少与行(企)业的联系与互动。 1.2实验教学内容滞后 当代医学检验已远不是一杆枪(刻度吸管)、一门炮(显微镜)的时代,取而代之的是操作自动化、技术现代化和方法标准化的时代。然而,由于受到条件的限制,临床检验新设备和新的检验技术在临床应用后,很长一段时间内不能被纳入教学内容。 1.3校内实训基地建设滞后 医学检验技术专业校内实训基地建设,一直按照课程为基础设计教学实训室,通常为生化检验实训室、免疫学检验实训室、微生物学检验实训室、临床基础检验实训室和血液学检验实训室等。实训室功能单一,缺乏医学检验职场氛围,教学仪器设备更新速度慢,明显落后于医院检验科。这些都导致学生在进入实习岗位时对自动化仪器的使用及维护不能熟练掌握、融入角色慢等问题。 2检验仪器实训的改革与实践 2.1开展岗位调研 2010年我们就浙江省各级各类医院检验科大型仪器配置情况以及对检验仪器使用与维护重要性的评价开展了调研。调研单位共165家,收回有效调查问卷163份。其中三级医院55家,二级医院16家,城市社区卫生服务中心45家,乡镇卫生院42家,独立实验室5家。 2.1.1大型检验仪器配置情况 五分类血细胞分析仪、尿干式化学分析仪、尿沉渣自动分析仪、全自动血凝仪、全自动生化分析仪、血气分析仪、酶标仪、免疫发光分析仪以及微生物鉴定药敏分析系统在二级及以上医院配置情况达80%以上。 2.1.2对检验仪器使用与维护重要性的评价 调研结果表明:90%及以上被调查者认为检验仪器使用和维护对医学检验技术专业很重要或重要,应作为医学检验技术人员必备的专业技能。 2.2实施过程 根据上述调研结果,结合医学检验技术专业实践中心现状,在充分听取专业建设指导委员会专家意见的基础上,我们将专业优秀课程中有关大型检验仪器实训内容进行整合,确定检验仪器实训内容。将五分类血细胞分析仪、尿干式化学分析仪、尿沉渣自动分析仪、全自动血凝仪、全自动生化分析仪、血气分析仪、酶标仪、免疫发光分析仪以及微生物鉴定药敏分析系统作为实训重点。2011年与杭州5家医院按照“院中校”的理念建设紧密型校外实训基地,通过集体备课的形式,共同制订校外检验仪器实训教学大纲,统一教学方法,通过联合命卷统一实训考核评价标准。 2.2.1实训安排 在第四学期的第15周安排为期一周的校外检验仪器实训。通过一周的校外检验仪器实训,要求学生初步熟悉和了解检验常用仪器如血细胞分析仪、尿液分析仪、尿液沉渣仪、全自动血凝仪、全自动生化分析仪、酶标仪、全自动细菌鉴定仪等仪器的工作原理、操作方法、试剂参数、质量控制、维护保养及注意事项等内容。上述教学过程,全部由临床一线骨干教师通过集中讲授、分组示教以及实战演练等形式完成。校外检验仪器实训总学时为30学时,其中集中讲授11学时,分组(6人/组)示教19学时。 2.2.2总结及考核 每次实训结束后,临床一线教师对检验常用仪器的工作原理、操作方法、试剂参数、质量控制、维护保养及注意事项等进行总结。为了更好地了解学生对检验仪器实训内容的掌握情况,以试卷形式完成考核。试卷由5家校外实训基地联合命题,其中客观性试题占75%,主观性试题占25%。考核内容主要为常用检验仪器有关的基本原理和操作方法,如自动生化分析仪常用的分析方法有哪些?尿沉渣分析仪标记参数和定量参数分别有哪些?目前医院使用的主流血培养仪型号是什么?其检测原理主要是什么?等等。 3效果 为了解在校学生校外检验仪器实训效果,我们对2012级医学检验技术专业174位学生进行了问卷调查,本次调查共收到有效问卷167份。绝大部分学生肯定了我们的改革,认为校外检验仪器实训内容安排合理,与专业理论非常衔接,对掌握专业理论知识很有帮助;而且通过这次实训,知道了医院检验科整个检验流程,熟悉了一些大型检验仪器的操作流程,了解了大型检验仪器的维护对检验结果的重要性。实训过程中带教老师随时向学生渗透质量控制对检验医学工作的重要意义,这对培养和提高学生的质量意识、诚信意识等专业必备的职业素质都有很大帮助。从2011年开始,医学检验技术专业已经连续4届(2009级-2012级)22个班级637人参加了校外检验实训,取得了良好的教学效果。学生一进入实习岗位就能很快进入角色,深受实习单位好评。通过近2年毕业生访谈得知,校内所学的专业技能和岗位实际应用比较衔接,能迅速适应岗位要求,因此,这项改革得到了用人单位的肯定。 4小结 校外检验仪器实训,充分利用行业的优质教学资源,不仅解决了学校教学中大型仪器昂贵难以更新的难题;同时实现课堂与职场的无缝对接,提高教学效果,凸显职业能力培养,从而切实提高学生的岗位适应力。在真实的工作环境、职业氛围中,能更好地培养学生的职业态度、职业道德和职业能力。我们的实践表明,通过一周的校外检验仪器实训,不仅开拓了学生的视野,使学生了解临床检验实际工作过程,而且加强了实践教学与临床实践的紧密联系,实现了教学与临床的“零距离”对接,同时,为学生顺利走上实习岗位打下了良好的基础。尽管我们的改革已经取得了一定的成绩,但在今后的教学中还需要不断完善。(1)校外检验仪器实训虽然有统一的教学大纲,但缺少统一的实训教材;(2)由于要在短短的一周时间内完成临床检验、血液学检验、生化检验、免疫学检验及微生物学检验的相关仪器实训,而且每家实训基地需要承担一个班级的实训,只能以试卷形式完成考核。今后如何进行检验仪器实训操作考核,以便更加客观地评价学生掌握的情况等,需要我们进一步加大校院合作的力度,使这项改革日趋完善,以更好地培养高素质技能型医学检验技术人才。 作者:褚美芬 吴怡春 单位:浙江医学高等专科学校 医学技术论文:地区医学工程技术论文 1医学工程技术现状及人力资源状况 (1)人员严重短缺。 根据《河北省医疗卫生机构医学装备管理实施办法》第2章第8条“医学工程技术人员与床位的配比不少于1:200”的规定,6家三甲级医院共有床位15000张,应配备医工人员75名,实有32名,只占规定人数42.7%。其中人员最短缺的医院医工人员只有2名,仅占规定人数的16%。人员的短缺使分工不细,常常一个人负责多方面的工作,只能在繁重的工作中,疲于应付,没有时间去钻研新业务,学习新知识。因此,技术含量较低,只能维修一些小设备和基础设备,工作效率不高。 (2)专业人员少,职称普遍不高。 在32名医工人员中,有高级职称的仅6人,占总人数的18.7%;医学工程专业毕业的有18人,占总人数的56%,其他的都是从后勤部门调配过来的或者是部队复员转业人员,当中也包括没有任何学历的电工、机修工等。这些人员虽能掌握某一方面、某一专业的实践知识,但因缺乏必要的基础理论,缺少跟踪先进医学工程技术的潜能,致使技术单一,发展后劲不足,难以具备维修大型仪器设备所需要的技术能力。 (3)从业人员年龄老化,结构不合理。 在32名从业人员中,年龄<35岁的,仅有7人,占总人数的21.8%。容易出现人才断档现象。 (4)维修手段落后,设施不完善。 由于医院长期以来对医学工程技术不重视,致使技术手段落后,设备陈旧。现在大多数医院给医学工程技术部门配备的工具非常简陋,基本上是钳子、螺丝刀加万用表,在维修过程中多数是凭借个人经验来判断故障所在。随着医疗设备的集成化、模块化、计算机程度越来越高,很多设备使用了大规模集成电路、贴片元件、多层电路板等元器件,单靠这样的维修设备和个人经验已远不能适应实际需要了。三甲级医院的情况已不容乐观,其他医院的情况更糟。综上所述,石家庄地区医院的医学工程技术人力资源短缺,技术水平低,不能有效地保证医疗设备的安全运行。 2形成现状的原因 (1)医院对医学工程技术工作重视程度不够。 大多数医院“重采购,轻医工”,领导层往往把提高经济效益作为主要目标,认为采购管理人员能够带来直接的经济收益,可以给医院节约大量资金,而医学工程技术工作既需要人力,又需要财力,工作成效还不明显,还不如请厂家或第三方维修更方便快捷。因此,常把其当做后勤班组来管理,对医工人员的培养、使用、晋升、工资待遇等方面都不够重视,使医工人员产生了强烈的不平等感。另外,医院也没有很好的激励机制,干多干少一个样,干好干坏一个样,严重挫伤了医工人员的积极性。 (2)优秀的医学工程技术人才流失严重。 目前医学装备市场发展迅速,医疗器械公司(含医疗器械维修公司)如雨后春笋般地冒了出来,据不完全统计,石家庄市每年新增此类公司达200家之多,因此,需要大量的专业人才。他们可以提供更为优厚的条件,比如高出医院几倍的薪酬,提供更多学习、进修甚至出国深造的良好机会等。医院内外待遇的强烈反差,造成了医院很多优秀的医学工程技术人才的流失。 (3)医学工程市场的激烈竞争。 随着医疗设备市场竞争的白热化,各生产厂家对售后工作的重视程度越来越高,再加上众多第三方维修公司的加入,使医学工程市场逐渐规范和成熟,他们有高素质的维修队伍、完善的工作制度、合理的奖惩机制、维修响应时间快、维修价格也趋于合理。而医院的很多医工人员没有危机意识,缺乏学习新知识和新技术的动力和精神,工作懈怠、服务态度差、技术水平低。因此,很多医院宁愿选择厂家或第三方维修公司,也不愿意多增加医工人员。 3对策 (1)医院领导要高度重视医学工程技术工作。 医院领导应该清楚地认识到,很多医疗设备虽然都能使用,但是否符合国家规定的使用标准,它的参数、功能等是否符合要求,仅仅靠出了故障找厂家或第三方公司维修,是解决不了所有问题的,要想彻底解决只能靠医院自己的医工队伍。因此,医工人员理应成为医院建设中一支不容忽视的技术生力军。医院领导要重视部门建设、学科的发展和人员的培养,尽快改变医学工程技术落后的局面。要改变目前的局面,医院应该做好以下几点工作:①配备足额的专业人员,使他们可以细化分工,实施精细化管理。在配备人员时,要尽量选择高学历、高能力的医学工程技术专业人员,同时要注重人员梯队建设和培养,不可急于求成;②加大资金投入,配备先进的维修设备和质控设备。要学会用质量控制设备检测日常使用的医疗设备参数、功能等是否符合规定的要求;③重视医工人员的继续教育和再培训。医院应将医学工程技术做为一门专业学科来发展,使其享有同临床医技科室一样的地位,在教育和培训方面与医护人员一视同仁,给他们提供足够的学习、进修和参加各种专业技术培训机会,以提高医工人员的技术水平和管理水平;④提高待遇,建立健全激励机制。医工人员服务于临床,要求随叫随到并且快速准确地解决问题,技术含量高、工作压力大,医院应该提高他们的收入,并在职称晋升、人才使用与培养等方面予以照顾。同时通过岗位职责、劳动绩效、劳动态度、技能等指标对他们进行动态考核,并与待遇挂钩,以加强工作责任心,充分调动工作积极性。 (2)医工人员要加强自身素质修养,提升在医院中的地位。 首先医工人员要有危机意识、竞争意识、服务意识。在当前医工市场的激烈竞争中,如果没有过硬的技术和较强的管理能力,最终会被淘汰。在日常工作中,急医护人员之所急,想医护人员之所想,多与临床医护人员接触,多为医院利益着想。其次,要努力提高自身素质。刻苦学习和钻研新知识、新技术,努力探索医学工程技术的新方法。在工作中不断总结经验教训,做到能发现问题,并有能力解决问题。这样,既提高了自身素质,也提高医工人员在医院的地位。 作者:王保林 单位:河北医科大学第三医院医疗设备处 医学技术论文:基于实验诊断技术的医学论文 1实验诊断技术的现状 随着交叉学科的兴起与发展,不同学科技术的有机融合不断形成崭新的混合型技术,如化学与电学技术的结合产生了化学传感器检验技术.光学与电磁学技术的结合产生了流式分析技术,等等。为了便于介绍和了解,应将医学实验诊断技术进行合理的分类。但是,混合型新技术的出现,使得众多实验诊断技术难以按某种单技术原理进行分类。由于同一原理可建立多种不同技术。而不同的原理又可建立类似的技术,用于解决相同的问题,因此,目前实验诊断技术分类比较困难。 2实验诊断具体方法 2.1实验诊断前的准备工作 首先实验诊断技术人员必须提高自己的知识水平,不断学习,钻研专业技能,经常去医院了解医学发展动态,以便使教学与临床实践紧密结合,从而获得更多、更新的知识。其次,上课前要熟悉每个实验的目的、要求、试剂配制、用具的准备、提前预示,以掌握实验诊断的全过程和预计可能出现的问题。例如,微生物基础实验课中如果标本制作的结构不清楚、不典型、染色模糊、有人工假象,那么学生观察起来则很吃力,不能独立找到所要了解和掌握的结构内容。还有在进行细菌生化鉴定方面实验时,如果没有进行预示,不知道细菌培养生长的情况如何,实验诊断中出现的问题就很难给学生解释,这就必然影响学生的实验情绪,影响实验诊断结果。因此实验诊断前的准备工作至关重要。 2.2运用实验诊断教学方案 传统的教学模式往往是教师牵着学生的鼻子走,多以“满堂灌”方式指导进行实验,故导致学生有依赖心理,不动脑思考,对实验诊断过程及结果不甚明传统的教学模式往往是教师牵着学生的鼻子走,多以“满堂灌”方式指导学生进行实验,故导致学生有依赖心理,不动脑思考,对实验诊断过程及结果不甚明了,从而使整个实验课效果不理想。近年来,我们在教学中开展了综合性实验诊断教学,即学生独立设计和完成一次实验,教师只提供必要的器材和试剂,提出实验诊断技术要求和操作事项。 2.3做好实验诊断的考核方法 以往实验成绩的考核,过分依赖报告的优劣,导致学生不注重实验过程,片面追求实验结果的正确性和实验报告的篇幅与整洁程度,严重制约了对学生综合素质的培养,导致学生对实验课的不重视,不当回事。近几年我们将实验课独立出来,成为单独的一门课后,学生普遍重视起来,提高了他们对实验的重视程度,调动了他们学习的积极性,保证了成绩评定的客观和公正、提高了实验的教学效果。 3展望 发展基于需求。随着人们对疾病防治及保健概念的转变,医学实验诊断技术也必然向着相应的方向发展。同时由于相关技术的不断突破,必然促使医学实验诊断技术的加速发展。在未来的几十年内,医学实验诊断技术将会达到:①个性化和自主化为主的家庭或个人健康侦监。为达到此目的,将促使两类产品的出现:家用简便型检验仪器和即用型检测试剂材料。前者的形式可能是多探头、多功能衣帽、床、柜,甚至镜子、拐杖、手表等,后者的形式则可能是笔、纸、滴瓶、塑料卡片等。此类产品使人们可以自主检查、了解自身的某些生理或生化指标;②医院以综合生理功能监测室和组合指标化学分析室的模式服务患者。只要人进入综合功能监测室,受检后即可得出形态学检查结果。再由化学组合指标检测进行印证,最终得到确诊,即医院的实验诊断技术主要用于完成疾病的明确诊断。家庭或个人所需的实验诊断技术主要用于完成对健康指标、疾病状况的跟踪和疗效评价。 4结论 总之,未来的医学实验诊断技术将使人能够全程了解自身的健康情况。你穿着的衣服可能就是多功能的监护衣,可实时监测、记录或显示你的各项生理参数。梳妆台可能就是功能完善的体层扫描影像系统,你在梳妆时就可以顺便观察一下自己各个脏器的形态及功能状况,一旦发现异常,即可通过在线咨询得到指导,及时采取防治措施。多数疾病若能在临床前期或亚临床状态时被发现,均可通过适当的生活调理而治愈。而无需吃药、打针或手术。所以,从一定意义上讲,今后的医学实验诊断可能比医学治疗更重要。 医学技术论文:芯片技术领域下的医学检验论文 一、资料与方法 1.一般资料: 随机抽取于2010年7月在我院乙肝治疗的40例感染性疾病患者,年龄分布为35~55岁。调查的40例患者均为感染性疾病患者,全身均无系统性疾病和药物过敏史。患者需要进行采血、化验等辅助检查。现将40例感染性疾病患者随机分为实验组和对照组,实验组人数20人,男11人、女9人,对照组人数20人,男10人、女10人。分组完全按照随机分组的方法来进行分组,不考虑年龄、性别及疾病。显示结果具有统计学意义。 2.纳入和评价标准: 纳入标准:年龄在35~55岁的感染性疾病患者;没有免疫缺陷等疾病、智力正常、自然状况一切正常;排除标准:存在感觉功能缺陷;先天性的疾病;高血压等。 3.方法: 实验组采用生物芯片技术对感染性疾病的患者进行检测,对照组采用传统检测方法对患者进行检测,即常规的ELISA检测。两组的用药方法用量相同。对照组:传统检测法;实验组:生物芯片技术检测法,根据对感染性疾病病毒的敏感度进行评价。 4.效果评价标准: 观察检测感染患者病毒的灵敏度作为评估标准。5.统计学处理:采集到的数据采用SPSS15.0软件进行统计学分析,百分率(%)表示计数资料,定性资料的比较采用χ2检验,成组设计的t检验用于组间比较,当P<0.05时,可认为差异有统计学意义。 二、结果 数据显示P值小于0.05,表示调查结果具有统计学意义,即表明生物芯片技术对感染性疾病的患者检测效果优于传统检测法。 三、讨论 感染性疾病主要是由病毒和细菌引起的。除了理解感染性疾病的发病机制之外,临床上通过检测病毒/细菌其相应的免疫标志物在人体中的存在,对病因诊断与治疗意义重大,但传统检测的方法,如ELISA费用较高。由于生物芯片技术的引进,大大增强了对疾病的治疗与检测的效率。由乙肝病毒(HBV)、丙肝病(HCV)引起的病毒性肝炎是全世界主要的公共健康问题。生物芯片技术能够同时检测出不同的HCV抗体。与ELISA技术相比具有较高的敏感性和特异性;且易操作、低成本,非常适用于体外HCV抗体的检测。Duan等用纳金免疫扩增和银染为基础构建的蛋白芯片可以同时快速地检测HBV和HCV的相应抗体HBsAb、HBeAb、HBcAb和HCVAb,而且不存在交叉反应,结果与ELISA检测的结果无显著差异。而且芯片技术引入光学生物传感器技术,突破了常规ELISA技术所采用的底物显色方法。Ivanov等首次应用IAsys+双通道光学生物传感芯片,记录固定在生物传感芯片上的抗HBs单抗与血清样本中的HBsAg的相互作用,从而对乙型肝炎表面抗原进行鉴别。与酶免疫技术对比,它具有灵敏度高、特异性好的特点。生物芯片的应用给临床检验带来了方便与快捷,人类基因组计划是为了更好的认识自己进行的一项伟大影响力深奥的研究计划,但还存在很多的问题和困难,之后的基因组计划、蛋白组计划、疾病基因组计划的都是为了这一目标而产生的。从以上研究结果可以看出,采用生物芯片检测技术,检测灵敏度要优于对照组采用的常规检测手段,并且结果具有显著性差异。 四、结语 现阶段,我们要更好的、更全面了解不同组织、不同生物体、不同生命状态的基因表达信息的差异,而生物芯片技术就更好的完成这项任务。生物芯片技术具有高通量、并行性、低消耗、微型化、自动化等特点,总体更优于临床传统检测方法,生物芯片技术一定会被众多临床理疗中国所使用。所以这种技术是需要一个国际上通用的评定标准,但是我国的生物芯片技术还不完善,有很多方面需要改进,但我们相信生物芯片技术在不久的将来一定会成为历届人类生命、检查疾病的重要工具。 作者:杨巍巍 单位:黑龙江省大庆龙南医院检验科 医学技术论文:生物医学图像信息技术论文 1生物医学图像信息技术的应用分析 目前,生物医学图像信息技术主要包括生物医学图像传输、图像管理、图像分析、图像处理几方面。这些技术同以前的图像技术、医学影像技术都有一定的联系,其在涵盖以往图像技术、医学影像技术的同时,也具有自身的特点,与传统的图像和医学影像技术相比,生物医学图像信息技术更加强调在医学图像信息收集、处理等过程中应用计算机信息技术。 1.1图像成像 从本质上来看,生物医学图像成像技术(下文简称“图像成像技术”)与医学影像技术的区别并不大,仅仅是人们更习惯将其表达为医学影像。生物医学图像成像技术的研究内容为:利用染色方法和光学原理,清晰地表达出机体内的相关信息,并将其转变为可视图像。图像成像技术研究的图像对象有:人体的标本摄影图像、观察手绘图像、断层图像(如ECT、CT、B超、红外线、X光)、脏器内窥镜图像、激光共聚焦显微镜图像、活细胞显微镜图像、荧光显微镜图像、组织细胞学光学显微镜图像、基因芯片、核酸、电泳等显色信息图像、纳米原子力显微镜图像、超微结构的电子显微镜图像等等。 图像成像技术主要包括2个部分:现代数字成像和传统摄影成像。通常可采用扫描仪、内窥镜数码相机、采集卡、数字摄像机等进行数字图像采集;显微图像采集则可应用光学显微镜成像设备及超微结构电子显微镜成像设备;特殊光源采集可应用超声成像仪器、核磁共振成像仪器及X光成像设备。目前,各种医学图像技术的发展都十分迅速,特别是MRI、CT、X线、超声图像等技术。在医学图像成像技术方面,如何提高成像分辨力、成像速度、拓展成像功能,尤其是在生理功能及人体化学成分检测方面,已经引起了相关领域的重视。 1.2图像处理 生物医学图像处理技术,是指应用计算机软硬件对医学图像进行数字化处理后,进行数字图像采集、存储、显示、传输、加工等操作的技术。图像处理是对获取的医学图像进行识别、分析、解释、分割、分类、显示、三维重建等处理,以提取或增强特征信息。目前,医学领域所应用的图像处理技术种类较多,统计学知识、成像技术知识、解剖学知识、临床知识等的图像处理均得到了较快的发展。另外,人工神经网络、模糊处理等技术也引起了图像处理研究领域的广泛重视。 1.3图像分析及图像传输 生物医学图像分析技术,是指测量和标定医学图像中的感兴趣目标,以获取感兴趣目标的客观信息,建立相应的数据描述。通过计算测定的图像数据,可揭示机体功能及形态,推断损伤或疾病的性质及其与其他组织的关系,进而为临床诊断、治疗提供可靠依据。生物医学图像传输技术,是指应用网络技术,在互联网上开展医学图像信息的查询与检索。通过网上传输图像,在异地间进行图像信息交流,可实现远程诊断。同时,在院内通过PACS(数字医学系统—医学影像存档与通信系统),也能在医院内部实现医学图像的网络传递。 2总结 医学图像不仅形象、直观,同时信息含量也十分丰富,且易于存储和观察,所以其在现代医学实验研究及临床诊断中所占据的地位也日益重要。生物医学图像信息技术的应用水平也已经成为衡量现代医院医疗设备现代化水平和诊断水平的一个重要标志,由此可见生物医学图像信息技术在生物医学领域的发展前景必将十分乐观。 作者:郜璐璐 单位:山西医科大学医学影像学系 医学技术论文:医学决策树技术的作用 1概念与特点 1.1概念 决策树方法(decisiontree)是通过一系列规则对数据进行分类的过程。具体讲是利用信息论中的互信息(信息增益)寻找数据库中具有最大信息量的属性字段,建立决策树的一个节点,再根据该属性字段的不同取值建立树的分支,在每个分支子集中重复建立树的下层节点和分支的过程[1]。也可以从几何意义上直观理解:将训练样本集中的每一个数据看成是n维空间上的一个点,决策树的分支就是按照一定规则完成对n维空间的区域划分。当决策树建好,n维空间便分成了若干个小区域,由于n维空间不直观,不易理解,便以树形结构展现[2]。 1.2特点 决策树学习属于机器学习的范畴,是一种类似于判别分析的有监督的学习方法。从统计角度看,与假定数据源呈一固定概率分布,然后进行参数估计的常规分类方法相比,决策树属于严格“非参”方法,对于输入数据高维属性和分类标识具有更好的弹性和稳健性。决策树对于问题的分类是基于逻辑,而不是像传统统计分类模型一样基于样本的统计属性。决策树分类耗时短,占用计算机资源少,效率高。分类结果简单、明确、结构直观,适用于较大规模的数据集研究。与神经网络和贝叶斯分类相比,决策树更容易理解,能处理缺失值,同时处理有数值型、两分类和多分类,有序型变量的数据,能清楚显示对分类或预测有意义的变量,并可生成一些规则(从根节点到每个叶子节点对应的路径就是“规则”)为决策提供依据[3~8]。 2历史与发展 决策树是迄今为止发展最为成熟的一种概念学习方法。它最早产生于20世纪60年代,是由Hunt等人研究人类概念建模时建立的学习系统(CLS,ConceptLearningSystem)。到70年代末,J.RossQuinlan提出ID3算法,当时他目的在于减少树的深度,却忽略了叶子数目的研究。1975年和1984年,分别有人提出CHAID(Chi-squaredAutomaticInteractionDetection)和CART(ClassificationandRegressionTree,亦称BFOS)算法。1986年,J.C.Schlimmer提出ID4算法。1988年,P.E.Utgoff提出ID5R算法。1993年,Quinlan本人以ID3算法为基础研究出C4.5/C5.0算法,新算法在对预测变量的缺失值处理、剪枝技术、派生规则等方面作了较大改进,C5.0是C4.5的商业改进版,与see5相对应[2,9~10]。 3种类与算法 3.1种类 按照不同的标准,决策树可以划分为不同的种类。①按照分类精确度和树复杂程度的大小,分为单个决策树和多个决策树,多个决策树是由单个决策树合并得到。②根据分割内部节点时使用统一的还是不同的算法,分为单一决策树和复合决策树。其中,单一决策树又可分为单变量(特征)决策树和多变量决策树,前者在树中每一内部节点处由数据的单一属性决定树的分支,后者在内部节点处由通过数学或逻辑算子将某些属性组合起来的新属性决定树的分支;复合决策树中常用的算法有决策树算法、线性判别函数和K最临近分类器。③根据每一树叶子节点内是否只含有相同类别的对象,可分为确定性决策树和非确定性决策树。④根据分类或预测变量的特征,分为分类树和回归树,分类树是对离散变量做决策树,回归树是对连续变量做决策树[3~10]。 3.2算法 决策树技术中有多种算法,最为有影响的是Quinlan以信息熵的减少作为选取分裂属性标准的ID3算法。该算法基本原理中引入了信息论的概念,简要介绍如下。假设训练实例集为X,目标分类为n。设属于第i类的训练实例个数为Ci,X中总的训练实例个数为X,若选择属性a进行测试,在得知a=aj的情况下属于第i类的实例个数为Cij个,则P(Ci;a=aj)=CijX为在测试属性a的取值为aj时它属于第i类的概率。此时决策树对分类的不确定程度,即训练实例集对属性a的条件熵是H(Xj)=-∑ip(Ci/a=aj)logp(a=aj),决策树的学习就是使得对划分的不确定程度逐渐减少。又因为在选择属性a后伸出的每个a=aj叶结点Xj对于分类信息的信息熵为H(X/a)=∑jp(a=aj)H(Xj),所以属性a对于分类提供的信息量即信息增益为I(X;a)为:I(X;a)=H(X)-H(X/a)。C4.5算法建立决策树时就是选择信息增益最大的属性作为分裂属性[11]。尽管决策树算法很多,但各有优势与不足。从事机器学习的专家学者一直在潜心改进现有算法并研究新算法,改进的着眼点主要围绕提高树的分类精度、减少树的大小、降低复杂性等几个方面。仅就ID3算法而言,就有二叉树判定算法、按信息比值进行估计、按分类信息估值、按划分距离估值、基于ID3的ID3-MAX、ID3-SD算法等几种改进[11]。此外,还有其它基于粗集的改进、基于深度优先搜索的改进、分类规则简化生成算法、加权模糊熵算法[6~8,12]等。 4优秀问题与应用条件 4.1优秀问题 决策树算法围绕的优秀是决策树的生长和剪枝。生长,就是利用训练样本集完成决策树建立的过程;剪枝,就是利用检验样本集对形成的决策树进行优化处理,防止发生拟合过度的过程。剪枝方法主要包括预剪枝和后剪枝。预剪枝意为事先定好决策树的大小从而阻止其自由生长,停止准则常基于统计意义下的χ2检验或信息增益等度量,预剪枝计算量较少,但难以精确估计何时应该停止树的生长。后剪枝意为让决策树充分生长之后然后用所选的精度准则回头去除拟合过度的分支,主要分为减少分类错误修剪、最小描述长度修剪和最小代价-复杂性修剪等方法。后修剪通常能产生更可靠的树,因此在实践中应用更多一些。 4.2应用条件 决策树算法很多,可实现的软件也很多,常被应用的软件有SAS/EM、CART、See5-demo、KnowledgeSEEKER、KnowledgeSTUDIO、BusinessMiner、Decisionseries等。现以决策树较为常用的CART、CHAID、C4.5三种算法为例,说明它们在SAS/EM(SAS软件EnterpriseMiner)中各自的应用条件及选择分裂属性的标准。 4.2.1CART算法软件中输入变量(即自变量)的类型可以为名义型、数值型,如果是有序型,则可当作数值型变量处理。目标变量(即应变量)可以为两分类、多分类、数值型和有序型变量。不同的目标变量采用不同的分裂标准(splittingcriterion),两分类目标变量采用基尼系数(GiniCoefficient)、twoing和orderedtowing标准,其中后两个分裂标准使用频率不高;多分类变量采用基尼系数和twoing两个标准;数值型目标变量采用方差减少量或最少绝对差减少量标准;有序型目标变量采用的分裂标准为orderedtowing。 4.2.2CHAID算法输入变量的类型可以为名义型、有序型,因为选择分裂变量的算法不针对数值型变量,所以遇到数值型输入变量需先将其分段后再进入软件参与分析。目标变量可以为名义型或数值型,名义型和数值型变量选择分裂变量的标准分别是基于和卡方F分布的P值,决策树在构建过程中的停止均以卡方或F分布统计显著性为准。 4.2.3C4.5算法输入变量的类型可以为两分类、多分类名义型和数值型变量,目标变量可针对两分类或多分类名义型变量,分裂标准可选取信息熵(entropy)、信息增益(informationgain)或信息增益比(gainratio)。 5医学领域中应用 在国外,决策树应用领域较为广泛,其在商业、工业、农业、天文、医学、风险分析、社会科学和分类学等领域中的应用已经取得了很好的经济和社会效益。国内目前有关决策树的研究多是围绕算法的改进以及决策树在商业、工业等领域的运用,在医学领域应用较少。现将决策树在国内外医学中的应用情况集中概括为以下几个方面: 5.1疾病诊断治疗 临床医生为病人做出医疗诊断可以看作是一个分类的过程:医生根据他的知识和经验将病人分类到一个特定的疾病群中。决策树产生的结果简洁明了,易于理解,并能提取相应的诊断规则,其应用于疾病的分类诊断往往可以提高诊断正确率,并为经验较少的临床医师提供帮助,因而得到了广泛的应用。ErnaKentala等人曾从赫尔辛基大学附属医院的鼻神经专家系统数据库ONE中提取前庭区与晕头有关的6种发病人数较多的疾病资料,分别为6种疾病建立不同规模的决策树,并针对6棵树单独分析影响每一种疾病发生的重要因素,而且从决策树中提取诊断规则,从而将专家经验知识转化成了可供年轻医师随时参考的有价值的信息[13]。决策树在临床医学中应用范围较广,除了可以对疾病分类以外,还可以对疾病程度分级,筛选危险因素、决定开药处方大小以及选择治疗方法等[14~20]。 5.2基因与高分子序列分析 随着人类基因组计划的进行,目前已获得数十亿的核苷酸和上百万的氨基酸数据,如何对基因进行功能分类已成为基因研究人员非常关心的问题。而关于高分子序列,大约4000种蛋白质已经被排序,但只有10%的蛋白质的三维结构被研究过,三维结构基本决定蛋白质的功能,所以需要有一种可靠方法从氨基酸序列中预测出它的功能结构,数据挖掘中的决策树技术可以满足上述需求。有人利用决策树对已知功能分类的基因建立分类树,归纳出蕴含在数据中关于分类的信息并提炼成规则,从而实现对未知功能分类的基因进行分类预测[21]。DakeWang等人则利用决策树对已知功能分类的蛋白质序列进行研究,建立了已知功能分类的蛋白质序列决策树模型,实现了模型对未知功能分类的蛋白质序列功能的预测。结果表明决策树方法比传统方法有效[22]。 5.3医院信息系统挖掘 医院HIS(HospitalInformationSystem)系统包括管理信息系统(ManagementInformationSystem,MIS)和临床信息系统(ClinicalInformationSystem,CIS)两部分。目前的HIS可以高效地实现数据的录入、查询和统计功能,但在决策支持方面存在明显不足,难以发挥其潜力。而将数据挖掘决策树技术运用到该系统之后,可以从中提取大量隐含的、事先未知的、对决策有潜在价值的信息,为管理决策和临床决策提供支持。决策树在HIS系统的主要用途可以表现为医疗需求预测、医疗市场分析、预测未来某段时间内常发生的疾病种类、未来某段时间内的药品使用频率、分析疾病之间的关系以及疾病的影响因素、总结各种治疗方案的治疗效果等[23]。 5.4医疗政策分析 一个国家国民的健康保障在很大程度上依赖于其完备的医疗卫生政策,政策的制定离不开理论的分析与方法的探讨,离不开已积累的与人群健康状况相关的各种数据。从目前积累的各型数据库来看,利用知识管理优化库信息并从中提取知识结构为政策分析提供依据已经成为卫生管理人员和信息开发人员的共同任务。研究人员多次尝试将数据挖掘中的决策树技术在此进行应用。韩国的YoungMoonChae与SeungHeeHo等人便利用以监测卫生状态和开发国民健康促进程序为特征的韩国医疗保险公司数据库,成功地将决策树应用于人群健康状态评估以及为高血压管理提供政策信息[24]。 5.5医疗卫生保健 卫生保健是卫生领域内的一个重要内容,保健的需求与利用评价、不同保健方式的选择以及保健的经济和社会效益评价一直是卫生保健人员关心的问题。利用决策树方法可以解决诸如家庭护理保健的需求分析、儿童预防保健的干预、为不同的卫生保健群体提供实际可行的决策支持系统等一系列问题,为保健政策的制定与实施提供了相应的基础[25]。 5.6医疗资源利用评价 尽管当今社会医疗科技手段日新月异,医疗技术水平不断提高,但并不表明医疗卫生资源的极大丰富。医疗资源合理分配、恰当运用仍是医学研究中不可忽略的重要问题。把决策树技术引入对有潜在急症的病人是否进行预检查而导致医疗资源占用情况不同的比较其成功地显示出决策树在处理此类问题的重要意义[26]。 随着数据挖掘技术的广泛应用,决策树算法的不断改进与完善,决策树可实现软件的普及推广,决策树处理医学资料功能的日显强大,相信决策树方法在医学领域与管理决策中的应用范围将会越来越广泛,带来的经济和社会效益将会更多更可观,必将显示出重要的实用价值和广阔的发展前景。 医学技术论文:医学图像配准技术探究 1医学图像配准方法 医学影像学的发展为临床诊断和治疗提供了有效的辅助手段。目前,医学成像模式可分解剖成像和功能成像,前者主要描述人体形态信息,后者主要描述人体代谢信息。基于各种原因,临床上通常要将同一病人的多种模式成像结果结合起来进行分析,以提高医学诊断和治疗的水平。这就需要对不同模态的图像进行融合,而融合首先要解决这几幅图像的严格对齐问题,即配准问题。医学图像配准,即通过寻找一种空间变换,使两幅图像的对应点达到空间位置和解剖位置的完全一致,配准的结果应使两幅图像上所有解剖点、或至少是所有具有诊断意义上的点都达到匹配。医学图像配准方法基本上可分为前瞻性和回溯性两种[1]。前瞻性配准是基于外部特征的图像配准(有框架),它是利用外部基准点特征,精度较高,但由于它是有创的,且操作较复杂,应用较少。回溯性配准即是基于内部图像特征的图像配准(无框架),它是利用图像内部本身的特征,具有无创性和可回溯性,已成为配准算法研究的重点。回溯性配准技术可分为形状特征点的方法和像素(体素)相似性的方法。基于形状的方法根据图像间的共有特征进行几何配准,该方法原理简单,应用面广,但是需要较多的人工介入,且配准精度受特征点(面)提取精度的限制;基于像素相似性的方法是基于图像中所有体素的配准方法,不需要对图像做预处理。近年来,引入了信息论中的一些概念,如联合熵、相对熵和互信息[2],精度较高,可以达到亚像素级,已成为医学图像配准很重要的方法。互信息是信息论中的一个基本概念,是两个随机变量统计相关性的测度,当两幅图像基于共同解剖结构的图像达到最佳配准时,它们对应像素的灰度互信息应达到最大。由于该测度不需要对不同成像模式下图像灰度间的关系作任何假设,也不需要对图像进行分割或任何预处理,所以被广泛地用于多种医学图像配准,特别是当其中一个图像的数据部分缺损时也能得到很好的配准效果。 2互信息基本概念 将两幅待配准的图像RF图像和FA图像的灰度值看作两个随机变量A和B,其灰度值为0~255,其概率密度函数分别为和,两者的联合概率密度函数为,虽然两幅图像来源于不同的成像设备或来自于不同的时间,但它们都是基于共同个体的同一位置的解剖信息,所以当两幅图像在空间位置配准时,其重叠部分所对应的像素对的灰度的互信息达到最大值,以此时的变换参数作为空间变换的参数,通过空间变换达到图像配准的目的。 3归一化互信息 尽管互信息测度成功地应用于医学图像配准中,由于两幅图像重叠部分的大小对互信息的度量有很大影响,重叠部分减小,参与统计互信息的像素个数减小导致互信息值减小,互信息与两个图像重叠部分多少成正比,其次Studholme等[4]指出误配数量增加可能导致互信息值增大。因此互信息值达到最大并不能保证得到正确的配准结果。为了解决这个问题,使目标函数能更加准确反映互信息量和配准参数之间的关系,Studholme等提出了一个归一化互信息测度,归一化互信息使配准函数更平滑,它能减少对图像重叠部分敏感性,配准精度更高。NMI(A,B)=H(A)+H(B)H(A,B)(6)Maes等[1]利用熵相关系数(ECC)作为另一种归一化相关系数。NMI和ECC有如下关系表示式:ECC=2-2/NMI(7)近年来归一化互信息被许多学者广泛应用,实践证明,在刚性配准中,归一化互信息比传统互信息有更强的稳健型[5~7]。 4利用互信息配准常用方法 互信息的计算是最为关键的问题,计算结果对配准精度有很大的影响[8]。主要体现在插值运算、优化算法及提高配准速度等3个方面。Zhu和Cochoff[9]研究了采用不同的优化算法、插值方法、直方图及多尺度逼近方法对配准结果的影响。目前,虽然提出了许多种方法,但还没有一种非常有效的方法。 4.1空间变换 当两幅图像配准时,需要根据变换参数求出空间变换,浮动图像的空间变换按照变换性质不同可分为刚体变换(rigid)、仿射变换(affine)、投影变换(projective)和非线性(curved)变换。刚体变换是指物体内部任意两点间的距离保持不变;仿射变换是将直线映射为直线,并保持平行性;投影变换将直线映射为直线,但不再保持平行性质;非线性变换也称做弯曲变换,它把直线变换为曲线。基于互信息的配准技术一般采用刚性变换或仿射变换。 4.2插值运算 在一般情况下,图像经过几何变换后,像素的坐标不会和原来的采样网格完全重合,像素的灰度值也需要重新计算,这就需要对变换后的图像进行重采样和插值处理。常用的插值算法有最近邻域法(Nearestneighboringinterpolation)、线性插值法(Trilinearinterpolation)和三线性部分体积分布(Trilinearpartialvolumedistribution)插值算法,简称PV插值方法。最近邻域法具有计算量小、速度快的优点,但是存在质量不高的缺点。线性插值效果较好,运算量也不很大,故经常采用。三线性PV插值算法不是通过邻居点确定所求像素的灰度,它是按照周围8个像素和所求像素点的空间距离来分配权重,避免了一次插值运算,使互信息的计算更为精确,而且对于小的空间变换,增量,互信息的变化会更平滑,同时优化过程中的局部极值问题也会有所缓解[2]。文献[10~12]讨论了包括最近邻居法、线性插值法、PV插值法在内的几种插值算法,比较了各自的优缺点。文献[10]详细分析了线性插值法和PV插值法产生局部极值的原因,其实验结果表明,非网格点上的PV插值操作造成的直方图分散甚至比在位移更大的整数平移点上由于失配造成的直方图分散还要严重,在整数平移点上产生局部极值。针对这个问题,文献[11]提出了先验联合概率法和随机重采样法两种改进的插值算法,先验联合概率法既保证了最大互信息量方法的有效性,又引入了与变换无关的先验分布,增加了联合分布的稳定性,使得互信息量随配准参数变化更加平滑;随机重采样法在每个网格点施加一个轻微的扰动避免大量网格重合,这两种方法在一定程度下抑制了局部极值的产生。文献[12]提出带扰动采样的最近邻居法(Nearestneighborwithjitteredsampling),网格点扰动后该坐标位置的灰度值由最近邻居法确定,达到抑制局部极值的目的。 4.3优化策略 图像配准在本质上是一个多参数优化问题[13],即寻找互信息达到最大时的几个空间变换参数值。因此,配准问题实质是配准函数优化问题,但是,配准函数经常不是光滑的,存在许多局部极大值,给求解带来很大难度。产生局部极大值主要有两个原因[14]:一是两幅图像本身存在较好的局部匹配;二是在运算过程中产生的,如插值运算、图像重叠部分的改变都有可能产生局部极值。避免局部极值的常用方法有:采用PV插值方法、图像先滤波减少噪声以及增大灰度直方图窗口尺寸等方法。由于局部极大值的存在,优化算法的选取对配准结果有较大的影响,尤其对初始变换的鲁棒性有很大影响。另一个关键问题是优化过程中参数变量的合适取值范围[15]。优化过程中得到的值可能不是搜索空间中全局极大值,而是部分搜索空间中局部极大值。初始值偏离搜索区间太大很难使图像配准正确。实践证明,遗传算法等随机优化算法不适合求解此类问题,因为此类算法很容易跳出搜索区间。目前常用的方法是Powell优化算法[13],该算法轮流对变换参数进行优化,由于无需计算梯度,因而可以加快搜索最大互信息的速度,在每一维内使用Brent算法迭代搜索和估计配准参数,从而使互信息不断增加。实践表明Powell优化算法很容易受到局部极值的干扰[14]。另一个常用的方法是单纯形算法,该方法也不要求计算梯度,与Powell算法只考虑单一变量相反,它同时考虑所有变量[9,13,16,17],但是该方法收敛速度不确定。Plattard等[18]使用Powell和单纯形混合算法。Kagadis等[19]采用Powell和遗传算法混合方法。Jenkinson和Smith用多分辨率技术扩展了Powell算法。尽管爬山法是一种最简单的优化方法,但是它在多分辨率策略中有较好的效果,随着图像分辨率的增加,爬山法搜索步长逐渐减小[20]。其他常规的算法如梯度上升法、Newton法、模拟退火法等也得到应用。为了提高配准函数全局最优值的搜索能力,Chen等[21]先将整幅图像分成4个子块,分别计算整幅图像和4个子块的互信息,并假定当整幅幅像互信息达到最大时,子块图像也应达到最大。Thevenaz等[22]同时利用3个不同窗口尺寸的直方图计算的互信息来求解变换参数。采用多分辨率方法是一种克服局部极值的一种有效方法[23]。 4.4优化速度加速策略 多分辨率策略除了能够避免出现局部极大值外,还能提高算法执行速度。配准按照从粗到精的方式执行,在低分辨率下利用较少的时间进行初配,在高分辨率下精配需要花销较多的时间。Maes等[13]对多种优化算法在不同的分辨率情况下结果进行了详细比较。一般情况下,多分辨率策略分为增加模型复杂度方法和增加数据复杂度方法[24],多分辨率策略经常采用高斯金字塔方式。多分辨率策略提高了运行速度、增加了鲁棒性,不影响配准正确性。对于高分辨率图像采用多分辨率策略是降低运算时间一种最有效的方式。最近提出的主要加速策略有:基于轮廓特征点的互信息配准方法[25],先用小波变换或其它边缘检测算子求出两幅幅图像的轮廓信息,利用聚类分析法求出轮廓特征点,再求出特征点对的互信息;Josien等[26]提出联合互信息和梯度信息作为图像配准的新标准,该算法不仅利用了图像的灰度信息,而且还利用了图像的空间信息(梯度信息),实验表明,该方法比采用传统互信息或归一化互信息结果更准确,还能避免产生不正确的全局极大值以及由于插值产生的局部极大值。 5结束语 近几年来,将信息论的互信息概念引入到医学图像配准中取得了很大进展。由于该方法不需要对图像进行预处理、其精度高、适应性强、自动化程度高,能使多模态图像的配准精度达到亚像素精度,因而在医学图像配准中得到广泛应用。然而,互信息只是一个相似性测度,如何实现不同模态图像间互信息的最大化到目前为止还没有一套完全成熟的方法,选取什么样的优化策略、如何避免局部极值、如何提高优化速度、如何将互信息概念与其他概念结合起来形成一个更稳健的测度、怎样将互信息应用到非刚性变换中等等问题均需要我们继续深入研究。 医学技术论文:医学图像处理技术分析 1医学图像处理技术 医学图像处理技术包括很多方面,本文主要介绍分析图像分割、图像配准和融合以及伪彩色处理技术和纹理分析在医学领域的应用和发展。图像分割就是把图像中具有特殊涵义的不同区域分开来,这些区域使互不相交的每一个区域都满足特定区域的一致性。它是图像处理与图像分析中的一个经典问题。目前针对各种具体问题已经提出了许多不同的图像分割算法,对图像分割的效果也有很好的分析结论。但是由于图像分割问题所面向领域的特殊性,至尽尚未得到圆满的、具有普适性的解决方法[2]。 图像分割技术发展至今,已在灰度阈值分割法、边缘检测分割法、区域跟踪分割法的基础上结合特定的理论工具有了更进一步的发展。比如基于三维可视化系统结合FastMarching算法和Watershed变换的医学图像分割方法,能得到快速、准确的分割结果[3]。图像分割同时又是进行三维重建的基础,分割的效果直接影响到三维重建后模型的精确性,分割可以帮助医生将感兴趣的物体(病变组织等)提取出来,帮助医生能够对病变组织进行定性及定量的分析,从而提高医生诊断的准确性和科学性[4]。 如何使多次成像或多种成像设备的信息得到综合利用,弥补信息不完整、部分信息不准确或不确定引起的缺陷,使临床的诊断治疗、放疗定位、计划设计、外科手术和疗效评估更准确,已成为医学图像处理急需解决的重要课题。医学图像配准是通过寻找某种空间变换,使两幅图像的对应点达到空间位置和解剖结构上的完全一致。要求配准的结构能使两幅图像上所有的解剖点,或至少是所有具有诊断意义以及手术区域的点都达到匹配[5]。目前医学图像配准方法有基于外部特征的图像配准(有框架)和基于图像内部特征的图像配准(无框架)两种方法。后者由于其无创性和可回溯性,已成为配准算法的研究中心。基于互信息的弹性形变模型也逐渐成为研究热点。 互信息是统计两个随机变量相关性的测度,以互信息作为两幅图像相似性测度进行配准基于如下原理:当两幅基于共同的解剖结构的图像达到最佳配准时,它们对应的图像特征的互信息应为最大[6]。图像配准是图像融合的前提,是公认难度较大的图像处理技术,也是决定医学图像融合技术发展的关键技术。近年来国外在图像配准方面研究很多,如几何矩的配准、利用图像的相关系数、样条插值等多项式变换对图像进行配准。国内研究人员也提出了一些相应的算法:对于两幅图像共同来估计其正反变换的一种新的图像配准方法,称为一致图像配准方法;采用金字塔式分割,进行多栅格和多分辨率的图像配准,称为金字塔式多层次图像配准方法;为了提高CT、MRI、PET多模态医学图像的三维配准、融合的精度,还可以采用基于互信息的方法[7]。 在图像配准方面,在努力提高配准精度的同时,目前提出的多种方法都尽量避免人工介入,力求整个过程自动化,其结果导致实现算法的过程复杂而耗费时间,文献[5]已进行研究,试图实现基于人机交互的快速图像配准策略,同时根据图像的不同成像模式选择合适的配准测度也十分重要。不同的医学图像提供了相关脏器的不同信息,图像融合的潜力在于综合处理应用这些成像设备所得信息以获得新的有助于临床诊断的信息。利用可视化软件,对多种模态的图像进行图像融合,可以准确地确定病变体的空间位置、大小、几何形状及它与周围生物组织之间的空间关系,从而及时高效地诊断疾病,也可以用在手术计划的制定、病理变化的跟踪、治疗效果的评价等方面。在放疗中,利用MR图像勾勒画出肿瘤的轮廓线,也就是描述肿瘤的大小;利用CT图像计算出放射剂量的大小以及剂量的分布,以便修正治疗方案。 在制定手术方案时,对病变与周围组织关系的了解是手术成功与否的关键,所以CT与MR图像的融合为外科手术提供有利的佐证,甚至为进一步研究肿瘤的生长发育过程及早期诊断提供新的契机。在CT成像中,由于骨组织对X线有较大的吸收系数,因此对骨组织很敏感;而在MR成像中,骨组织含有较低的质子密度,所以MR对骨组织和钙化点信号较弱,融合后的图像对病变的定性、定位有很大的帮助[8]。由于不同医学成像设备的成像机理不同,其图像质量、空间与时间特性有很大差别。因此,实现医学图像的融合、图像数据转换、图像数据相关、图像数据库和数据理解都是亟待解决的关键技术[9]。对一幅黑白图像,人眼一般只能辨别出4到5比特的灰度级别,而人眼能辨别出上千种不同的颜色。针对这一特点,人们往往将黑白图像经过处理变为彩色图像,充分发挥人眼对彩色的视觉能力,从而使观察者能从图像中取得更多的信息,这就是伪彩色图像处理技术。 医学图像大多是黑白图像,如X、CT、MRI、B超图像等。经过伪彩色处理技术,即密度分割技术,提高了对图像特征的识别。通过临床研究对X线图片、CT图片、MRI图片、B超图片、电镜图片均进行了伪彩色技术的尝试,取得了良好的效果,部分图片经过处理后可以显现隐性病灶。例如对X线图片,在乳腺照影中伪彩色处理能鉴别囊性病、良性和恶性肿瘤,同样,钡餐照影图片和各种X线图片也得到良好的诊断效果[10]。纹理是人类视觉的一个重要组成部分,迄今为止还难以适当地为纹理建模。为此有关专家进行了大量的探索研究,但未能获得有关纹理的分析、分类、分割及其综合的有效解释[11]。 有研究针对肝脏疾病难以根除、危害面广的问题,采用灰度梯度共生矩阵的方法,分别提取纤维化肝组织和正常肝组织的CT图像的纹理特征,提出了基于灰度梯度共生矩阵的小梯度优势、灰度均方差、灰度熵等参数作为图像的纹理特征量。通过选取的纹理参数,可以看到正常组和异常组之间存在显著性差异,为纤维化CT图像临床诊断提供了依据[12]。 2三维医学图像的可视化 三维医学图像的可视化通常是利用人类的视觉特性,通过计算机对二维数字断层图像序列形成的三维体数据进行处理,使其变换为具有直观立体效果的图像来展示人体组织的三维形态。三维医学图像可视化技术通常分为面绘制和体绘制两种方法。体绘制技术的中心思想是为每一个体素指定一个不透明度,并考虑每一个体素对光线的透度、发射和反射作用。医学数据的可视化,已成为数据可视化领域中最为活跃的研究领域之一。实现三维数据可视化的方法很多,空间域方法的典型算法包括:射线投射法、足迹法、剪切-曲变法(目前被认为是一种速度最快的体绘制算法)等;变换域方法的典型算法有频域体绘制法和基于小波的体绘制法,其中小波的体绘制技术显现出较好的前景[13]。 以上可以利用的三维可视化软件有AVS、Analyze、amira、3Dslicer等,其中Analyze是专为生物医学图像的研究而开发的图像可视化软件。利用二维断层数据进行三维重建,可以更为直观地显示人体器官的各个解剖结构的形态及它们之间的毗邻关系,为基础研究和手术规划及手术过程模拟提供参考。鼻部是人体内解剖结构比较复杂的部位之一,可以利用3DSlicer来尝试实现鼻部部分解剖结构的三维可视化,以此为可视化虚拟人体模型的建立探索一种精确的重建方法和显示手段,同时也可为医疗工作者提供更为细致、完全和快捷的观察方案[14]。 随着互联网技术不断发展,跨越空间限制的远程虚拟现实技术已经逐步成为可能。基于虚拟现实技术利用美国国家医学图书馆VHP(VisibleHumanProject)完整数据重建可视人体,综合VTK、VRML、OperGL等可视化平台的优势,采用三维互动、空间电磁定位、立体视觉等虚拟现实技术,实现了全数字可拆装人体骨骼的本地和远程互动学习。三维虚拟现实让“遨游”人体世界成为可能,可以呈现一个物理上并不存在但又实实在在“看得见”、“摸得着”的“真实”人体,使用者可以无数次地“解剖”这个虚拟人以了解人体的结构[15]。在临床方面,提出了一种用AVS/Express开发的基于PC的LeFortI手术模型系统原型。 利用AVS/Express大量预制的可视化编程对象模块,快速构建系统的结构框架和功能模块,生成的原型能对以DICOM(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine)格式存储的颅颌面CT序列断层图像进行预处理,并进行三维重建,在交互式操作环境中,显示颅颌面各种组织的解剖结构,进行相应的三维测量,模拟LeFortI手术的截骨头,对截骨段实行任意的平移颌旋转[16]。 在体视化方面一直致力于提高重建速度(实时显示利于交互操作),使重建效果理想,减少冗余信息及存储空间。具体需要考虑:1)不完全数据提出一个足够精确的数据提取方案2)什么算法能够快速准确地实现图像重建。人体器官是一个高精度庞大的结构,所建模型还应考虑临床实用方面的因素以及某些特殊部位的个体差异,针对不同的生理组织应采用不同的分割方法[17]。3针对PACS的图像压缩PACS(PictureArchivingandCommunicationSystem,图像存档及通信系统)是近年来国内外新兴的医学影像信息技术,是专门为医学图像管理而设计的,包括图像获取、处理、存储、显示或打印的软硬件系统,是医学影像、数字化图像技术、计算机技术和网络通信技术相结合的产物。显然,计算机网络是PACS的重要组成部分,它负责提供底层图像传输服务,是PACS的软硬件基础,正是通过各个层次的网络才将PACS中的图像获取、存储显示以及医疗数据的管理等单元连为一体,使之形成一个统一、高性能的系统。 PACS需要解决数据传输和图像存储的问题,如何利用有限的存储空间存储更多的图像,医学图像压缩是关键的技术之一。医学图像数据量是非常惊人的,建立PACS的许多技术困难都与之有关,如图像的存储、传输、显示等。从图像压缩还原的角度出发,图像压缩方法可分为无损压缩和有损压缩两大类,常用的无损压缩方法有差分脉冲预测编码、多级内插方法等。常用的有损压缩方法有离散余弦变换(DCT)、全帧离散余弦变换、重叠正交变换(LOT)、自适应预测编码和神经网络法等,近年来又出现了分形和小波变换编码[18]。如何对医学图像进行压缩,是近年来图像处理技术中的一个重点研究的问题[19]。 医学图像的压缩无疑是减低应用系统成本,提高网络传输效率,减少存储空间的一个重要途径。DICOM作为医学图像与通信的重要标准,加入了对图像压缩算法的支持。目前DICOM正在研究对最新的压缩标准JPEG2000支持的可能性。随着新一代静态图像压缩标准JPEG2000的发展,小波理论在这个领域成为研究的热点,在这方面文献[20]提出了面向任务的医学图像压缩的概念。医学图像是医学诊断和疾病治疗的重要根据,在临床上具有非常重要的应用价值。确保医学图像压缩后的高保真度是医学图像压缩首要考虑的因素,现在医学图像上常常采用无损压缩,因为它能够精确地还原原图像。但是无损图像压缩的压缩比很低,一般为2~4;而有损图像压缩的压缩比可以高达50,甚至更高。 所以将这两种压缩方法在保证使用要求的基础上结合起来,在获取高的压缩质量的前提下提高压缩比。因此,医学图像被人为地划分为两个区域:1)包含重要诊断信息的区域,其错误描述的代价非常高,所以此感兴趣区域(ROIRegionofInterest)需要高重构质量的压缩方案;2)非感兴趣区域则要求达到尽可能高的压缩比,即需要在某一框架下将无损压缩与有损压缩统一起来,这也是目前医学图像研究领域的一个热点。我们的工作就集中在小波理论框架下实现面向任务的医学图像压缩,由于并非所有的小波基都适合于分解图像,所以前期工作的重点在MATLAB的仿真上,考虑到部分所选医学图像的ROI区域和非ROI区域的对比度不很理想的情况,图像分割的最优算法是考虑的一个方面。 压缩比方面在满足一般性的图像条件下针对某些特殊图像也会有相应的考虑,目前的工作是在VC平台下实现面向任务的医学图像压缩。在医学图像压缩方面,许多学者结合模式识别、计算机视觉、神经网络理论、小波变换和分形理论等探索图像编码的新途径,同时人的视觉生理心理特性的研究成果也开拓了人们的视野,给从事图像编码技术研究的学者带来了新的启迪。但随着网络技术在医学领域的广泛应用,更加细致的要求也逐渐被提出来了。 4结束语 随着远程医疗技术的蓬勃发展,对医学图像处理提出的要求也越来越高。以“千禧年的技术挑战和全球机遇”为主题的IEEE生物医学信息学和生物医学工程学(BIBE)国际会议的一个重要议题就是“多媒体、虚拟现实、可视化、高级图像处理和机器人在医学中的应用”。医学图像处理技术发展至今,各个学科的交叉渗透已是发展的必然趋势,其中还有很多亟待解决的问题。有效地提高医学图像处理技术的水平,与多学科理论的交叉融合、医务人员和理论技术人员之间的交流就显得越来越重要。总之,医学图像作为提升现代医疗诊断水平的有力依据,使实施风险低、创伤性小的化疗、手术方案成为可能,必将在医药信息研究领域受到更多的关注[21]。
在我国经济水平不断提高的基础之上,我国科学技术水平也在不断提升,科学技术不断应用于各个行业领域当中,对人民的工作以及生活产生了很大影响。尤其是将机电一体化系统应用到机械工程当中,提升了工程的整体效率,减少了成本资源的浪费,促进了机械工程的发展,该技术的应用对机械工程具有重要价值意义。基于此,本文对机电一体化系统在机械工程中的应用进行具体分析,对机械工程的发展具有重要意义。 1机电一体化相关概述 机电一体化又被称为电子机械工程,是一种新型的机械电子工程技术,该技术将以往的机械技术与电子信息技术有机结合在一起,在以往的机械零件之上设置传感器以及微型电子等电子设备,进而使机械的自动化得以实现。机电一体化是一项复杂的技术,其既可以实现传统的机械功能,又能在该基础之上进行自我控制、检验以及处理信息[1]。其主要具有以下几点特征:首先,应用性较强,该技术是以机械作为基础,对实现产品的机电性能进行研发,可以应用到不同的系统当中。其次,具有较强的系统性,机电一体化是一个完整的系统,其使各个技术协调合作完成整个过程。最后,操作较为简单。 2机电一体化系统在机械工程中的具体应用 2.1数控技术在机械工程当中的具体应用 数控技术是机电一体化技术的主要代表技术之一,将数控技术应用到机械工程当中,具有十分重要的作用,可以有效提高机械的效率,促进机电一体化技术的长远发展,夯实机电一体化技术的发展基础[2]。在数控技术的实际应用当中,主要工作内容是对相关电子设备中的数据以及参数进行整理分析,将其与机电技术的自身优势有机结合在一起。现今,通过研究数控技术的实际应用状况,可以发现数控技术的应用可以提高技术含量,扩大技术的应用范围,另外,在数控技术的应用过程中,要提升系统的包容性,进而使系统的技术含量得到有效发挥。 2.2电子油门控制技术在机械工程中的具体应用 随着我国经济水平的不断提高,我国人民物质生活水平在不断地提升,在该背景之下,人民对产品的具体要求也在不断提高,同时人民的环保意识也在不断加强,通过应用机电一体化技术,可以有效地帮助人民改善生活环境,给人民提供安全、便捷以及环保的生活方式。通常情况下,以前的柴油装置会存在油使用量大以及排放污染物的不良状况,针对这一问题,可以将电子油门控制装置应用其中,可以在很大程度上减少污染物的排放,进而达到环保的目的。通过机电一体化技术的应用,可以在提高技术水平的同时,提升机械设备的安全性以及稳定性。 2.3机电一体化技术在包装机械以及控制机械精度上的应用 包装机械是一项较为复杂的工作,是机械工程的主要内容。在以前,包装机械的主要连接手段是控制电路,进而使机械的结构变得复杂,容易出现操作难、机械故障等问题,另外,也需要请专业人员对其进行维护,造成了人力、财力以及物力等资源浪费[3]。而将机电一体化技术应用于机械包装上,提高了企业的经济效益,减少了不必要的资源浪费。另外,机械的精度在一定程度上决定着产品质量,进而对企业的经济效益产生影响。将机电一体化技术应用其中可以有效地提高产品精度。例如:利用该技术进行测量,使误差得到有效控制。 3机电一体化技术的发展趋势 机电一体化技术会朝着自动化、智能化的方向发展。首先,部分的传统机械技术已经实现了自动化,但是由于现有的技术水平不高,不能达到理想中的自动化状态,鉴于此,要及时的完善机电一体化技术,进而使机械工程的自动化发展得到有效保障,提高企业的生产效率,降低相关的资源浪费,使企业的经济效益得到有效提升。其次,为了满足社会发展以及人民生活的需求,机电一体化技术会朝着智能化的方向进行发展,通过对计算机进行程序设置以及系统控制,可以进一步的促进我国机械设备实现智能化。与此同时,智能化是未来的发展趋势,受到政府以及人民的大力支持,通过实现机电一体化技术的智能化,可以提升机械的信息整合能力,进而提高机械设备的管理水平。在具体的操作当中,我国可以利用光学技术对传感器的灵敏程度进行有效改善,进而实现机械设备的智能化,通过智能化技术的应用,可以提高系统的整体性能,实现机械工程的系统化发展[4]。另外,要对机电一体化整体系统进行不断的优化,这有利于对整体机械系统进行系统化管理,使系统在面对突发状况以及环境变化的情况,可以科学合理的分配工作,进而使系统更加有效的完成工作。 4提升机电一体化系统在机械工程中应用效果的措施 4.1降低机电设备的能耗、响应节能理念 传统的柴油机电设备发展是以提升技术水平为主要目标的,主要通过降低柴油的排放量来控制污染物的排放量,要求在达到工作效率最高的同时,将能源的消耗量降到最低,可以使能源消耗以及污染排放两者达到平衡状态[5]。为了提高机电一体化技术的应用效果,改善资源浪费以及环保问题,可以在柴油机电设备中装置电子信息控制系统,既可以降低柴油的使用量,又可以减少污染物的排放,提高了能源的使用效率,响应节能环保的理念,有效提升机电一体化在机械工程当中的应用效果,进而促进机电一体化技术水平的提高。 4.2提升智能化以及自动化技术 机电一体化技术开启了自动化技术的新章程,即使传统的机电一体化已经具备了自动化技术,但是自动化的技术水平较低,不能够满足机械设备的具体发展要求。现今,随着机电一体化技术水平的不断提升,促进了自动化技术的发展,提升了机械设备的工作效率,降低了人力、物力以及财力等资源的浪费,有效减少了生产成本。另外,自动化的发展目标是提升技术水平,使机械设备可以自主的完成工作,在遇到设备故障时,可以自主的找到并解决问题,因此,要积极的提升机械设备的能力,降低各个因素对工程的影响,进而使工程的顺利开展得到有效保障。随着我国信息技术的快速发展,智能化机电设备对技术提出了更高的要求,与此同时,机械设备的智能化,是国家提出的战略发展要求,国家也进行了相关的政策扶持以及经济扶持[6]。因此,要不断的提升机械设备的智能化以及自动化水平,提高机电设备的信息储存能力以及信息处理能力,协调发展系统的各项功能,进而提高机电一体化技术水平。 4.3规范机电一体化技术的发展战略 机电一体化技术的发展是以机电技术以及机电设备为主要基础的,要建立正确的发展理念,根据机电一体化技术发展方向制定系统的发展战略。首先,在系统化发展的过程当中,保证技术应用的科学合理性,使机电系统独立运行于工程建设中,对机电设备的工作内容进行有效协调,建立系统化的工作分配方案,采取合理的方式应对突发状况以及环境变化。另外,在信息技术快速发展的今天,要从不同角度对机电工程进行规划,制定完善的自动化操作指令,进而提升机电设备的自动化水平。现如今,机电一体化技术水平在不断提高,因此,要及时规范机电一体化的发展战略。使其朝着智能化、自动化、精确化的方向发展,使机电一体化系统的科学性以及准确性不断提高。 5结论 通过分析本文可知,将机电一体化技术应用于机械工程当中,可以提高工程的准确度以及效率,节约资源成本,进而提升企业的经济效益。基于此,为了使机电一体化的应用效果得到有效提升,本文提出几点建议:降低机电设备的能耗、响应节能理念、提升智能化以及自动化技术、规范机电一体化技术的发展战略。通过开展上述策略,可以在一定度程度上提高该技术的应用效果,进而提升我国的机电技术水平,促进我国社会以及经济的发展。 参考文献: [1]程彬.关于我国工程机械机电一体化发展的探讨[J].内燃机与配件,2017,15(20):18-19. [2]吴传全.机电一体化技术在机械领域的应用与实践探讨[J].南方农机,2018,24(13):16-17. [3]赵国鑫.机电一体化技术在现代工程机械中的发展运用分析[J].科技风,2018,19(17):14-21. [4]张良.浅谈机电一体化技术在煤矿机械设备中的应用[J].山东工业技术,2018,43(13):27-39. [5]荀同煜.关于机电一体化技术在工程机械中的应用研究[J].南方农机,2017,48(23):11-24. [6]刘桂超,李玉满.机电一体化技术在机械工程上的应用及发展趋势探析[J].化工管理,2017,25(35):20-32. 作者:穆成昱 单位:河南科技大学附属高级中学
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工程机械机电一体化研究:工程机械中的机电一体化 一、工程机械中机电一体化应用所具有的优势 1监控作用工程机械中所具有的电子监控系统,其能够对机械设备的运行状况以及机械设备的实际应用状况进行有效的监测,当机械设备在运行过程中出现严重的磨损或者故障问题时,其能够发挥出本身所具有的诊断功能,发出报警提醒,使得相关的人员能够及时的对故障问题进行有效的排除,从而保障工程机械可以顺利的运行。这样就可以有效的保障工程机械的工作效率,从而降低安全事故出现的几率。 2节能功能在过去,工程机械在实际的施工中,其利用率相对较低,这样就造成了资源的严重浪费。而为了解决这一问题,相关的研究人员研发出有效的电子节能控制器,利用该控制器实现对工程机械设备的有效利用,使得相关的大型工程机械设备能量的利用率可以得到最大限度的提升,从而实现节能的发展目标,这样可以有效的保障资源的储备量,保持生态环境的平衡。而且利用该电子节能控制器,也可以使得工程机械的操作变得更加的简单,同时还能够降低机械设备的磨损率,使得机械的工作效率得到提升,这对于推动工程机械的发展具有积极的影响意义。 3保证成品的作业精度在工程机械中,应用电子控制系统,能够有效的提升工程机械应用的效率,在称量上,也可以有效的提升称量结果的精确度,使得称量的过程变得智能化和自动化,这样能够有效的规避因人工操作失误所带来的测量误差问题,从而可以使得成品在具体的作业中,作业精确度可以得到有效的提高。同时将电力控制系统应用到工程机械中,可以使得工程机械实现自动化,这样就能够有效的减少人工的应用,从而可以降低人工成本的支出,进而使得相关企业的经济效益可以得到提升。 二、机电一体化技术的发展趋势 机电一体化技术是在原有技术的基础上所发展得来的,其体现了现代化工程机械的发展趋势,其应用在工程机械中,使得工程机械的原有功能和性能都得到了极大的改进,从而有效的推动了工程机械企业的进一步发展。机电一体化技术通过计算机技术的支持,实现了机械工程的自动化和智能化。机电一体化在工程机械中所具有的发展趋势有以下几点: 1智能化趋势智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。智能化是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、计算机科学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。 2微型化趋势微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术,微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。 3网络化趋势由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术迅速发展起来,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统,使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。 三、结语 总而言之,机电一体化具有许多突出的应用优势,其在应用到工程机械中后,能够有效的简化其操作的工序,从而使得相关工作人员的工作负担减轻,进一步的推动工程施工的开展,使得工程机械企业的经济效益可以得到有效的提升,实现工程机械企业的可持续发展。随着工程技术以及机械运行的不断进步,机电一体化技术得以出现,在这一技术出现后,其使得机械的运行效率得到了有效的提高,为企业发展节省了大量的人力、物力和财力,推动了企业经济效益的增长。可以说,机电一体化技术的应用,可以使得工程机械实现智能化和数字化,使得工程机械的质量得以提升,从而使得人们的生活更加的便利。 作者:刘继峰 单位:光大新能源(砀山)有限公司 工程机械机电一体化研究:工程机械中的机电一体化论文 1在工程机械中应用机电一体化技术的必要性 可以说,机电一体化技术的出现,将会是我国现代工程技术水平的重要体现,更是工程机械主要的发展趋势。而这一技术无论是对工程施工质量,还是工程机械的使用性能好坏,都有着关键的影响与意义。在实际的施工过程中,工程机械作为一种不可或缺的设备,随着施工单位对于机械设备的自动化要求越来越高,原有的工程机械技术已经无法再满足工程施工技术需求。因此,通过在工程机械设备中应用机电一体化技术,使其充分发挥自身高效、安全的实用性,确保在预期时间内完成工程任务,同时保障工程项目建设质量,降低工程建设成本。下面,就详细阐释了机电一体化技术在工程机械中应用的必要性,具体表现在以下几个方面:首先,由于当前大部分工程规模普遍较大,这就对工程机械设备的生产效率有着较大的要求,而机电一体化的工程机械能够有效提高施工效率,能够确保在规定时间内,交付工程项目。其次,在现代工程施工中,各大施工单位对于工程机械的耗能量有着明确的要求,通常都是希望在完成施工任务的前提下,又可以降低能耗量,真正实现节约能源,降低施工成本的根本目标。再者,如果工程机械设备的自动化程度越高,这就说明对于工程施工难度也就越高,在实际施工中,有很多分项工程项目是需要应用到大量工程机械。反之,若是这些机械设备的自动化程度较差,就无法充分保障机械施工质量。此外,在工程施工过程中,通常使用的工程机械设备自动化程度非常高时,一般就不会需要浪费大量的人力,甚至有些施工工作完全不用劳动力完成。并且,机电一体化技术的工程机械实际操作起来十分简单,只需一、两个操作人员即可,这就为施工单位节省了一部分的劳动力成本。最后,在工程机械设备应用一体化技术,不仅能够大大提高其使用寿命,还有效降低了运行故障的发生率,在充分保障工程施工质量的同时,还减少了一定的设备维修费用。通常上文几点描述,我们也不难看出,传统的工程机械技术已经无法在满足于现代化工程的施工需要,而机电一体化技术的出现,彻底解决了这些问题,尤其是在工程机械设备中占据十分重要的地位,达到了非常理想的施工效果。 2机电一体化在电力变压器绕线机的应用 电力变压器的环型铁心使用高导磁率的硅钢带绕置。用环型铁心绕制的电力变压器,具有低损耗、低躁声、漏磁小的特点,是近几年电力行业推广使用的电力变压器。电力变压器绕线机是制造这种电力变压器的专用设备。该绕线机可以绕制100kW以下的电力变压器的三相绕组。该设备能够根据绕组导线的线径调整绕制的速度;具有缓慢起动、停止的功能,以防止绕线机因快速起动造成断线的现象;能够自动记录绕组的绕制匝数;能够预置绕制匝数,当实际绕制匝数等于预置绕制匝数时,绕线机能够自动停车。可以说,在变压器绕线机中运用机电一体化,极大的提高了其运行效率和质量。其中,机电一体化绕线机的控制系统是由可编程序控制器和变频器组成。其控制面板包适各种按钮、选择开关,用于给PLC输入控制信号。绕组匝数的预置使用4位拨码盘,将4位十进制数转换成16位二进制数,送到PLC的输入口。旋转编码器将转数脉冲送到PLC的输入口,从而测定绕组的实际绕制匝数。旋转编码器将主轴电动机转数变为脉冲计数信号,作为比较数据。在这样的控制系统下,变压器的绕线机实现了较高的自动化和智能化,生产效率有了显著提升。 3机电一体化的主要发展方向 3.1智能化。机电一体化产品的智能化主要是使高性能、高速的微处理实现机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,机器人与数控机床的智能化就是重要应用代表。智能化通过对机器行为的描述,在控制理论科学的基础上,应用人工智能、运筹学、模糊数学、计算机科学、生理学、心理学等新思想和新方法,使机器具有逻辑思维、判断推理最终能够自主决策。 3.2模块化。模块化是机电一体化技术中的一项重要而艰巨的工程。机电一体化产品种类和生产厂家繁多的现实情况使得相关单位制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配,企业研制和开发具有标准机械接口、动力接口、电气接口和环境接口等的机电一体化产品单元,在这些标准单元的基础上就可迅速开发新产品,同时也可以扩大生产规模。 3.3微型化。微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势,泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积越来越小,耗能也越来越少,运动更加灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。综上所述,机电一体化在工程机械中的应用,具有很多优点,而且体现了工程的现代化。这项技术在工程机械中的应用取得了良好的效果,既加快了工程施工的进度,也提高了工程施工的质量,具有高效的特性。 作者:李松峰单位:特变电工沈阳变压器集团有限公司 工程机械机电一体化研究:工程机械中机电一体化技术的运用 摘要:随着科学技术的发展与进步,我国的机电一体化系统也逐渐从传统技术的束缚中走了出来,并充分融合了时代的技术成果,将技术充分的运用到了工程实践过程中。机电技术的综合性特征表现出技术领域的专业性,交叉学科的融合发展拓展了机电设备的应用领域。下面,本文就针对工程机械中机电一体化技术的应用进行简单分析,以供日后参考。 关键词:工程机械;机电一体化技术;应用 简单来说,所谓的机电一体化技术,指的就是机械电子学,它可以对计算机信息技术以及机械技术等技术均有所涉猎,是一种实践性以及系统性极强的技术。该技术在20世纪70年代就已经被人们所知晓,随着现阶段社会经济以及科学技术的不断发展,微电子技术的产生使让机电一体化技术发生了巨大的改变。它在工程机械领域的大范围应用,不仅可以提升生产质量、产品的性能以及工程机械的施工效率,还能很大程度上改变现阶段的机械面貌。 1工程机械机电一体化技术概述 (1)工程机械现状分析。从本质上来说,如果我们想要有效的提高工程机械的应用效率,把机电一体化技术引入其中,就必须要对工程机械的使用性能有一个充分的了解,才能对工程机械中的机电一体化进行系统的探究。随着社会经济的不断发展,工程项目中的人力作用已经在逐渐的消退,取而代之的是机械化施工,机械化在工程中的施工可以很大程度上减少施工中的人力成本,还可大大提高工程的运行效率。要想使施工进程的工作效率最大化,就要逐步对机械性能进行更新,电子信息系统的应用与探索在不断促进机电一体化的发展进程,所以现阶段的工程机械所面临的要求就是要把机电一体化应用到工程机械当中。 (2)机电一体化的概述。就针对于目前的实际情况来看,我国的工程机械依然处于关键的发展时期,所以将机电一体化应用到工程机械当中成为现阶段发展阶段的必然要求,机电一体化的应用可以促进工程机械的发展,并且使得机械工程逐步地向综合且系统的趋势发展,这样会大大提高工程机械的运行效率,而且也会对工程机械的投入使用效果进行改善,提升经济性以及可靠性。在现阶段的工程机械的制造过程中对机电一体化的使用主要体现在微电子处理器方面,以此来实现综合的处理以及优化、总结项目中的系统设备。随着当前经济水平的不断提升,随之而来的工程机械的发展在不断为机电一体化引导发展方向。在现阶段的工程项目发展过程中,电子设备的应用依旧是运行的主体,并且相关的技术也在工程机械的运行过程中被大范围的引用,比如工程中设备运行过程中的自主故障消除与检测以及实时动态检测等,而且电子控制设备也在安全、高效以及经济的应用至大型的工程机械当中。根据可靠的调查数据显示,我国对工程机械的进口数量在不断提升,这也是当前机械工程在发展中面临的重要问题。 2工程机械中机电一体化技术的应用策略 (1)降低机电设备消耗。就针对于传统的柴油动力的机电设备来说,由于其自身的缺陷已经难以完全满足时代的发展需要,因此,我们应当全面提升技术含量,减少柴油消耗,提升节能技术含量,减少废弃物的排放。在追求工作效率最大化的同时将消耗能源减到最小,平衡消耗和污染两个重要问题。在提升节能技术过程中,在机电设备系统中加入电子控制系统,削减柴油输出,减少耗油损失,来提高能源利用率。 (2)提升自动化能力。从本质上来说,所谓的机电一体化,指的就是机电工程自动化技术的革新,传统的机电一体化已经具备自动化功能,但自动化水平较低。机电一体化的发展趋势就是逐渐提升自动化水哦的过程,自动化的发展将提升工作效率,减少人员投入,降低生产成本,保障产出和效率。自动化是从技术主体为出发点,机电自动完成工作任务,在面对突发问题时自动解决或停止工作,在自动分配过程中保证工程规律性进展。机电自动化发展将提升机电设备的工作能力,减少部分因素的影响,保障整体工程顺利进展。机电一体的智能化是随着互联网信息技术发展而来,智能化的机电设备对技术要求提升到一个新阶段。智能化发展使现代技术提倡的发展战略,也是国家鼓励的机电技术创新政策。提升机电设备整体信息储备能力,协调机电设备各项功能,保障系统化的系统力度。系统化发展是将整体化只能技术进入信息处理阶段,提高信息处理能力,习惯成全系系统化发展模式。同时,利用光学技术,改善传感器敏感度,精确设备,提升技术应用能力。 (3)制定系统化发展战略。事实上,要想促进机电一体化的发展,就要求我们必须要基于机电技术和机电设备,坚持发展理念。机电一体化在未来发展方向上应制定系统化的发展策略。系统化发展包括几点技术在一定程度上应用于实际工程中的系统性,在落实工程建设过程中独立运营机电系统,在多个机电设备同时工作的情况下,有效协调工作内容,形成系统化分配方案。在应对外界变化时,及时采取有效方式。以上的机电一体化都要求机电设备附有完善的自律分配系统。更好地完成机械工程工作。在信息技术发挥作用的今天,对机电工程全方位系统化发展目标越来越明确,全方位的机电一体化系统将从不同方面规划机电工程,对自动化操作制定更晚辈的一体化指令。在人工智能化的时代背景下,发展方向越来越体现出系统化科学化。机电一体化体现出机电工程中的电子工程尤为重要。随着机械工程难度的提升,机械工程要求复杂性和精确性相结合。对于传统的机电一体化设备的继承,光机电一体化加入了光学原理,在设计制造的过程中融入科技内涵,提升了科技含量,尤其对光学利用中传感器的使用,体现在各个系统结构中。所以,制定系统化的机电一体化发展规划,是提升机电技术水平,提高机电设备科技含量,提升机电工程效率的有效保障。 3结语 总而言之,机电一体化技术的使用价值逐渐提升,机电自动化发展也逐渐完善,精确化智能化成为未来机电一体化系统发展的方向。文章从机电一体化系统的应用特征入手,分析几点一体化系统在实际工程中应用情况。在科技领域,机电技术是科技融合发展的重要方面,以机械设备为基础,融合电子信息技术等多学科的结合发展,推动技术水平的提升。机电技术为各领域的发展提供技术来源,学科之间理论与实践的结合,互相渗透在技术领域中。 作者:马永薪;许永行 单位:四川省成都理工大学 工程机械机电一体化研究:工程机械机电一体化论文 1机电一体化概述 机电一体化作为一门独立的交叉学科,具有跨学科性、综合性性的特点。现代信息时代的到来,尤其是现代计算机技术的不断改进和完善,促使机电一体化飞速发展并且在现实生活中得到前所未有的广泛应用。 2机电一体化发展趋势 随着各科技术的不断发展、相互融合,以及社会经济发展对机电一体化提出的必然发展需求,导致机电一体化在未来的发展过程中将呈现以下几大趋势: (1)智能化。人工智作为科技进步的一种体现,代表着一种新的生产力,在问世之初就得到了社会各个方面的关注。“智能化”的主要描述对象是机器设备的行为,这是各科学技术相互融合的一个必然结果,即结合控制理论、计算机科学、心理学等新思想,使机器本身如同人类一样具有逻辑、判断以及自主决策等能力,从而更好的控制发展进程,实现目标。 (2)微型化。微型化主要指的是物体的体积方面,泛指机电一体化产品的体积之小,其尺单位一般用毫米,甚至是微米、纳米。微型化的主要特点是主要体现在:体积小、耗能小、运动灵活。机电一体化技术的微型化将在社会的各个方面得到应用,尤其是精细化的行业和部门,如:医疗、军事、信息等多个方面。 (3)绿色化。社会的持续发展给人们带来巨大改变,在物质丰富、生活舒适的同时,资源减少,生态环境严重污染等问题要同时浮现。在保护环境成为社会发展的必然前提的社会环境下,绿色产品的概念应运而生。作为绿色产品必需满足符合环境保护及人类健康这两大硬性指标,这主要体现在其产品的设计、产品的制造过程、产品的使用以及使用后期的销毁的几大方面。而作为机电一体化这一特殊的对象,其绿色化主要体现在产品的使用以及使用后期的销毁的两大大方面,即在使用的过程中不污染生态自然环境,同时能够回收利用。设计绿色的机电一体化产品,顺应了时代的发展要求,将具有广阔的发展前景。 (4)模块化。在现实社会的生产过程中,生产具有标准的、统一接口的一体化产品需要具备两大方面的因素:第一、一体化产品的各种类具有明确的技术标准,第二,生产机电一体化电子产品的厂家能够严格按照各种类的技术标准进行生产,且所生产的产品各项技术指标过关。但是,现实社会中这两方面的因素不能够达到生产标准化、统一接口的机电一体化产品单元,成为一项十分复杂的事情。但研制和开发具有标准接口机电一体化产品单元本身对于机电一体化的发展是非常重要的事情。 (5)网络化。随着网络技术的发展,科学技术、工业生产、人们生活等方面都发生了重大改变。在全球经济发展过程中,各产品的生产、销售等各个环节都随着网络的全球化纳入到全球经济发展过程中,各企业之间的竞争也随着这种进程呈现出全球化的态势。可以毫不夸张的说,只要研制出的机电一体化新产品满足社会需求且质量保证,畅销全球将不是问题。 3机电一体化技术在工程机械中的应用 机电一体化技术在被引进工程机械这一领域后,其应用领域及范围非常广泛,这主要源于机电一体化技术在工程机械领域所产生的以下几大方面作用: 3.1监督与控制 机电一体化这一技术被引入到工程机械领域之后,在该领域所发挥的作用主要是利用电子一体化产品的各种功能如智能化,其所发挥的作用主要多种多样,其中监督与控制作用是在该领域所发挥的关键作用之一。监督和控制主要是利用了机电一体化的半智能化特点,对工程机械的使用过程及故障的出现进行自动的监督和控制,从而减少相关事故的发生,提高安全性。这主要体现在以下三大方面:第一、电子监控,第二、自动报警、第三、故障自诊。 3.2节能降耗 没有将机电一体化引入至工程机械领域时传统意义上的工程机械领域,存在一个非常突出的问题:功能与功能之间无一定的相关性、联系性,呈现相互杜历的态势,这就致使各功能之间不能进行有机的协调统一,从而致使设备的利用效率偏低,生产资源浪费相对比较严重。 3.3提高作业精度 产品的作业精度直接影响着工程的质量,对于工程所具有的各种效益必将产生直接的影响。这不仅体现在施工过程中,在简单的产品生产过程中同样如此。一般情况下,机床加工的不良产品的成因主要是人的因素,即人的技术水平以及操作经验。机电一体化技术在工程机械中的引用,很大一方面是借助电子系统的精密控制系统,从而,不仅实现了其自动化、智能化,而且同时减少人为因素引起的各种失误和偏差,从而提高工程机械工作的精密程度,确保产品质量。 3.4降低劳动强度 目前,工程机械施工操作过程中呈现的自动化或者半自动化这一特点,是对机电一体化技术引入后的一个必然结果。这促使在施工过程中,劳动者的劳动强大得到大大降低,同时能够在同时间段内完成各种不同工作,促使工作效率得到大大提高。 4结语 机电一体化技术是各种科学技术共同发展、相互融合的产物,是社会进步的一种标志、体现。机电一体化技术在引入至工程机械中的后,所起的作用不仅包括对工程机械的工作过程进行监督和控制,从而降低生产过程中的能耗,提高作业精度、提高产品质量,同时降低人员的工作强度,使人力资源得到更好的配置。 作者:顾子旭 单位:河北南玻玻璃有限公司 工程机械机电一体化研究:机电一体化在工程机械中的应用 一、机电一体化概述 就机电一体化化技术的内容来说,其中最主要的内容就包括机械、电子技术以及计算机这三个方面的内容,机电一体化技术通过利用计算机技术来推动工程的发展。所谓的机电一体化就是在机械设备所具有的原有功能上,结合现代各种先进的技术,来对机械的工作效率以及工作水平等进行提升的一种技术手段,在各个企业中应用机电一体化都可以有效的推动企业的发展,从而实现企业的可持续发展。在机电一体化中所包含的三方面内容都各自有着各自的功能,其可以根据施工具体要求的不同,而发挥出不同的作用。但是,机电一体化系统在运转的时候,也需要依据一定的要求和原则,要有序的进行运转工作,保障每个运转环节都能够顺利的进行,从而避免出现严重的运转失误现象。因此,在工程机械中应用机电一体化的时候,要坚持机电一体化系统运转的原则,对其运转的特点进行全面的了解,以保障工程机械生产可以顺利的进行。 二、工程机械中机电一体化应用所具有的优势 1监控作用 工程机械中所具有的电子监控系统,其能够对机械设备的运行状况以及机械设备的实际应用状况进行有效的监测,当机械设备在运行过程中出现严重的磨损或者故障问题时,其能够发挥出本身所具有的诊断功能,发出报警提醒,使得相关的人员能够及时的对故障问题进行有效的排除,从而保障工程机械可以顺利的运行。这样就可以有效的保障工程机械的工作效率,从而降低安全事故出现的几率。 2节能功能 在过去,工程机械在实际的施工中,其利用率相对较低,这样就造成了资源的严重浪费。而为了解决这一问题,相关的研究人员研发出有效的电子节能控制器,利用该控制器实现对工程机械设备的有效利用,使得相关的大型工程机械设备能量的利用率可以得到最大限度的提升,从而实现节能的发展目标,这样可以有效的保障资源的储备量,保持生态环境的平衡。而且利用该电子节能控制器,也可以使得工程机械的操作变得更加的简单,同时还能够降低机械设备的磨损率,使得机械的工作效率得到提升,这对于推动工程机械的发展具有积极的影响意义。 3保证成品的作业精度 在工程机械中,应用电子控制系统,能够有效的提升工程机械应用的效率,在称量上,也可以有效的提升称量结果的精确度,使得称量的过程变得智能化和自动化,这样能够有效的规避因人工操作失误所带来的测量误差问题,从而可以使得成品在具体的作业中,作业精确度可以得到有效的提高。同时将电力控制系统应用到工程机械中,可以使得工程机械实现自动化,这样就能够有效的减少人工的应用,从而可以降低人工成本的支出,进而使得相关企业的经济效益可以得到提升。 三、机电一体化技术的发展趋势 机电一体化技术是在原有技术的基础上所发展得来的,其体现了现代化工程机械的发展趋势,其应用在工程机械中,使得工程机械的原有功能和性能都得到了极大的改进,从而有效的推动了工程机械企业的进一步发展。机电一体化技术通过计算机技术的支持,实现了机械工程的自动化和智能化。机电一体化在工程机械中所具有的发展趋势有以下几点: 1智能化趋势 智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。智能化是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、计算机科学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。 2微型化趋势 微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术,微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。 3网络化趋势 由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术迅速发展起来,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统,使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。 总而言之,机电一体化具有许多突出的应用优势,其在应用到工程机械中后,能够有效的简化其操作的工序,从而使得相关工作人员的工作负担减轻,进一步的推动工程施工的开展,使得工程机械企业的经济效益可以得到有效的提升,实现工程机械企业的可持续发展。随着工程技术以及机械运行的不断进步,机电一体化技术得以出现,在这一技术出现后,其使得机械的运行效率得到了有效的提高,为企业发展节省了大量的人力、物力和财力,推动了企业经济效益的增长。可以说,机电一体化技术的应用,可以使得工程机械实现智能化和数字化,使得工程机械的质量得以提升,从而使得人们的生活更加的便利。 作者:刘继峰 单位:光大新能源(砀山)有限公司
高分子化学论文:高分子化学实验教学论文 1应用型人才培养定位下高分子化学实验教学改革 1.1教学理念上,注重调动学生自身主动性 应用型人才培养的教学理念要求在继承传统教学优势的基础上,大力创新教育观念,坚持以学生为本,调动学生主动性[3]。作为一门实践教学活动,高分子化学实验教学要取得良好的教学效果,必然要更新教学理念。在应用型人才培养定位下,我们确立了以学生为中心地位,尊重学生意愿,充分发挥学生能动性、积极性和创新性的教学理念。在教学过程中,让学生占据课堂的主导地位,将教师的被动教变为学生的主动学,教师定位于学生实验的组织者。教师的主要作用不是讲解,而是组织学生主动思考、动手实验。课堂上,教师不再用权威性的语言告诉学生,什么时候准备实验,选择什么样的试剂,而是把自己融入学生中,和学生一起讨论和思考,学生由被动转为主动,成为实验教学的中心。鼓励学生自己制定标准,自己确定实验步骤,允许按自己设计的预习报告进行实验,如实记录实验现象和实验数据,自己分析实验过程中存在的问题及解决办法。实验结束,鼓励学生自己点评,交流实验过程,总结成功经验,分析失败原因。 1.2在教学载体上,为学生提供充实的实验材料 在教学过程中,教师工作的重点是为学生提供大量的学习资源,使学生处于一种可以选择的、能满足他们需求的自由实验环境。通过开发《高分子化学实验》课件增设多媒体教学内容,将实验项目、基本仪器操作使用等制作课件,并将课程资料上网,学生直接申请下载、预约实验。通过多媒体实验演示,让学生在较短的时间内,直观的掌握更多的实验内容,节省了课堂时间,提高了授课的实效性,为学生的个性培养和自主学习创造了有利的条件。学生也可自行拟定设计课题,学生自己查阅资料,预约教师进入实验室进行指导。对学生自己设计的或自带课题的实验,只要所设计的实验方案合理、实验条件许可,就允许进入实验室开展实验,让学生成为实验的主人。上述课程改革,《高分子化学实验》课程已被评为校级精品课程。另一方面,逐渐开放实验室和仪器设备。常用的玻璃仪器由学生自己保管。大型仪器,如红外光谱、元素分析、激光粒径测定仪、X射线衍射仪、扫描电镜等为学生全部免费开放,学生通过提前预约,可对实验中制备的化合物随时进行分析表征。 1.3改革教学内容,增设综合性和设计性实验 为了增强学生的实践能力和独立思考能力,在教学中注重理论与实践相结合,结合高分子化学的基本问题,将科研成果转化为可供学生实验的教学内容改革教学内容,重新编写《高分子化学实验》教学大纲和实验指导书,删除了部分内容陈旧的验证性和基础性实验,增设综合性、探索性和设计性实验,确保实验教学内容的先进性、新颖性。通过精选实验内容使学生加深对所学理论知识的认识,了解高分子化学领域的飞速发展和高分子材料在人们的日常生活和高科技领域中的应用,为学生将来走向工作岗位奠定基础。在教学内容上,不设置标准答案,挑选应用性和综合性强的实验。将传统的单纯“灌注式”理论教学转变为"教学-文献查找-文献综述-汇报交流-自主实验"的多环节、多方式、互动性、研究性、开放式教学。如实验内容上增选“聚乙烯醇的缩醛化制备胶水”的实验。此实验应用性很强,让学生通过实验亲身感受高分子化学的重要意义和实用价值,增强学生实际动手能力。学生在实验中表现出浓烈的兴趣,相互之间探讨实验的工艺过程和应该注意的事项,对制备的胶水质量互相比较并查找原因,收到了良好的教学效果。在"苯乙烯分散聚合的实验"中,对同一单体选用不同的分散剂,包括有机分散剂、无机分散剂及复合分散剂。通过改变引发剂用量、搅拌速度等,使不同组的学生在不同的聚合条件下进行实验,然后将实验结果进行比较、讨论和总结。对于设计性和研究性实验,教师提前一周告知实验内容,提供部分参考目录,供学生查阅。学生自己设计出可行性的实验方案,经教师批准后进行实验。目前已开设的设计性和研究性实验都是以高分子领域中的最新研究成果并结合本院教师的科研项目与科研经验开设的,如"温度和pH值敏感性水凝胶的制备及对药物的释放性能"、"无皂乳液聚合制备核-壳结构聚合物"等。设计性和研究性实验的开设,能够充分调动学生的学习积极性,发挥学生的主观能动性。使学生把自己所学的理论知识、书面知识和科学研究紧密相结合,提高了学生对于科学研究的认识,同时激发和促进了学生的科研兴趣。 1.4考核方式上,采取组合式考核,提高实验教学效果 实验考核是实验教学的重要环节,是激励学生学习和巩固知识、检查教学效果、改革教学方法的重要手段。多年来,我校沿袭的高分子化学实验考核办法是实验报告和期末理论笔试各占50%。该考核方法导致学生对实验预习、实验操作重视程度不够,考试前死记理论知识,综合实践能力薄弱。在应用型型人才培养的要求下,我们改革了传统的实验考核方法,建立了平时成绩、实验操作考核和笔试相结合的新型考核模式,使实验课的考核和评价能够更加科学化和合理化。在高分子化学实验的考核过程中,采取平时考核和实验考试考核相结合的办法。平时考核侧重于对学生平时学习情况的评价,包括实验预习、实验操作、实验记录、实验报告等内容。实验考试考核既要考查学生的实验基本操作和综合运用能力又要检验学生掌握的理论知识。考试之前教师设定合理的考核内容,包括在规定时间内完成一个完整的实验和理论抽查。实验考试时,将学生每4~5人一组进行分批考试,通过考察学生的基本实验操作,实验方案、仪器安装、结果处理以及产品质量等,考查学生掌握实验技能情况。实验结束后,教师根据实验过程的条理性、实验操作情况以及实验结果对学生实验考试进行评分。操作考试结束后,针对实验过程中的理论知识随机抽查3~5个简答题,考察学生对知识的掌握情况。通过平时考核和实验考试考核相结合的方式,能科学有效地对学生进行学习效果评定,提高学生学习的积极性。 2结语 经过近几年的改革与探索,高分子化学实验教学坚持将知识传授、能力培养、素质提高协调发展的实验教学理念,对实验课程进行了改革和探索,较好的形成了有利于培养学生综合实践能力和研究创新思维的实验教学体系。 作者:李桂英 郭磊 蒙延峰 陈厚 单位:鲁东大学 高分子化学实验教学方法论文 1结合当代大学生成长特点,改进教学方法 1.1网络书本相结合,充分做好实验预习工作 随着网络技术的发展,学生在网络上获取信息的兴趣与能力都不断增强。因此我们将传统的预习报告与网络学习相结合,充分帮助学生详细了解实验原理和意义,熟悉实验操作,增强实验意识。如在每次实验前,都要求学生利用网络自主探索该实验与实际生活的联系,比如有机玻璃的制备,学生可以了解到有机玻璃目前被广泛应用于广告装潢、铭牌制作上等等,在课堂上与其他同学就相关应用前景进行讨论,并将自己的想法融入实验过程,这增强了学生的主人翁和创新意识。同时,我们在实验中心网站上制作实验动画,展示实验仪器的使用,实验装置的装搭,帮助学生更直观的了解实验过程。并明示一些突发情况的处理方法,做到有备无患,例如在制备尼龙66的实验中,原料己二胺是强有机碱,强腐蚀性,我们通过动画的形式告知学生在称取过程中一定要小心,一旦沾到皮肤,应立即用大量清水冲洗,并用3%的冰醋酸或1%硼酸冷敷伤口。 1.2情景带入,边讲边做,让学生成为实验主导 实验课是将理论转化为实践,学生应该成为实验的主导。我们每次实验开始前都会先创设情境,将现实问题的解决与实验紧密联系起来,把照方抓药的实验课转变为学生发现问题、解决问题的实践课。基于充分的课前预习工作,课程中教师重点强调实验的重要环节和容易出现的意外事件。学生以小组为单位,每个小组都会接到一个实验相关的问题,如在苯乙烯的乳液聚合实验中,向学生提问乳化剂在乳液聚合中的作用等,实验结束后进行小组讨论,分析实验结果,得出问题答案。实验过程中有任何问题都可以随时跟老师交流,学生带着问题做实验,在实验中探寻答案,成为主导,教师从知识“传教者”变成“军师”,这样激发了学生的学习意愿,提高了实验课的质量。 1.3认真总结实验报告,强化实验结果与理论的联系 在传统的教学模式中,实验报告往往流于形式,学生只是简单记录实验过程。我们则要求学生对实验中遇到的问题进行记录并查阅资料予以解答,反思实验课与理论课的联系,并尽量多的列举出其他相似的应用,以此巩固学生的理论知识。 2量化考核标准,激励学生认真完成实验的各个环节 实验期末考核并不能真正说明学生的实验情况,出勤率、预习报告、实验操作、实验报告结果和卫生,也是反映学生学习态度、学习情况的重要指标。因此在实验考核中综合了平时成绩和考核成绩两部分。出勤率要求学生做到全勤,不迟到、不早退;预习报告要求书写规范,步骤详尽;实验操作要求学生在整个实验过程中操作规范,认真观察实验现象并记录;实验报告中实验现象分析是否客观,实验结果是否符合预期,课堂上的思考题是否总结到位等;实验结束后的值日工作,要求学生检查关闭仪器,整理教室卫生。期末综合考核以设计性实验为主,教师给出一个实验题目,要求学生提前搜集资料,结合本学期其他实验的操作方法,在考试现场自行选择仪器,装搭实验装置,处理实验结果,教师根据现场操作技能和解决问题的能力等进行评判。 3结语 我们认为高分子化学实验教学应体现出该学科的应用特点,向学生展示高分子化学与实际生活的紧密联系,让他们将理论与实践结合起来,学以致用。在教学方法上,也应确立学生的主导位置,通过交互式沟通培养学生的主动性。在我们的实践中,不少学生反映他们对高分子化学有了全新的认识,学习化学知识的兴趣也大大提高,实验技能得到了进一步增强。相较于四大化学,高分子化学实验仍是一门比较年轻的课程,我们将与时俱进,为更好的开展教学工作努力探索。 作者:张艳 董文佩 张洁 单位:河南师范大学化学化工学院化学实验教学中心 高分子化学论文:高分子化学实验论文 1培养环保与安全意识的必要性 现在的大学生多数为独生子女,在成长过程中,父母更多地注重他们的文化课学习,忽略了对其动手能力和责任心的培养;而中小学在这方面的重视程度也不够,导致部分学生动手能力较差,责任心不强。在实验过程中一方面表现为紧张、不敢操作;另一方面表现出对有毒有害物质的回收处理认识不够,没有环保意识,对水、电、易燃易爆等危险化学品的使用不当,安全意识淡薄。高分子化学实验过程中,必然要接触有机溶剂,易燃易爆、有毒有害物质,防火、防爆、防中毒、防止环境污染是学生时刻需要注意的问题。只有具备环保意识和安全意识,在实验过程中具有强烈的责任心,才能防止环境污染现象的出现和安全事故的发生。高分子化学实验正是培养学生这两种意识的有效途径。因此,我校教师在高分子化学实验教学中采取了多种方式对学生进行环保与安全意识培养。 2环保意识培养 2.1在实验教学中培养环保意识 北京的雾霾天气,使身在其中的人们深切体会到恶劣环境对自身的不利影响。伴随着工、农业生产的快速发展,大量化学污染物进入生态系统,对全球生态环境造成了严重危害,给人类生存带来巨大威胁。因此,环境问题越来越受到重视,对“三废”的处理提出了更高的要求。在现有条件下,与高分子化学有关的生产不可能完全避免使用有毒有害物质,因此,对学生进行环保教育至关重要。高分子化学实验教学是对学生进行环保教育的有效途径,不仅要培养学生的动手能力、分析和解决问题能力,还要重视传授环保知识,使学生有机会、有能力利用所学知识,处理实验中产生的有毒有害物质,主动参与到环境保护工作中,增强学生的环保意识。 2.2加强污染物的回收管理 在高分子化学实验中,常会用到有毒有害、易燃易爆的试剂,最大限度减少污染物排放是师生共同的责任。实验教师要对学生实验过程中产生的废弃物进行严格管理,以增强学生的环保意识。实验过程中,要求学生将所有有害物质回收到指定的回收瓶中,对不能再利用的废液进行无害化处理,对能再利用的进行提纯、重复使用,减少有害物质排放。如果在实验过程中有有害气体生成,则实验必须在通风橱中进行,并对有害气体进行无害化处理后再排放。实验教师必须对实验过程进行监控,发现问题及时解决,并提醒全体学生注意。通过一系列的措施,学生的环保意识不断增强,处理有害物质的能力也不断提高。 2.3采用小量、半微量实验 高分子化学实验使用的很多是易燃和毒性较大的药品,在实验过程中可能会产生一些对人体和环境有害的物质,因此,尽可能减少实验中的“三废”排放量至关重要。高分子化学基础实验旨在培养学生的操作能力和观察能力,要求实验现象明显。实践证明,采用小量实验完全可以满足这两方面的需要。当学生具备基本操作技能后,复杂合成实验可以采用半微量法进行。这样既达到了实验目的,又节约了药品,缩短了实验时间,减少了“三废”的产生,减轻了对环境的污染。 2.4将环保能力列为考核内容 对学生每次实验中试剂取用情况、废弃物回收处理情况、有害气体处理情况进行记录,并记入平时成绩。在学期中的实验笔试中加入废弃化学物品的无害化处理方法内容;在实验操作考试中,安排废弃物处理实验,以抽签方式确定考题,考试内容有:废弃单体和聚合物的处理,高浓度有机溶剂的处理,酸、碱废液的处理,洗涤废液的处理等。 3安全意识的培养 3.1安全教育贯穿教学始终 首先,在理论教学中进行安全意识教育。比如,讲解绪论时,在介绍高分子化合物的合成特点和物理性质后,及时举例说明一些低燃点常用物质,如烷烃、乙醚、乙醇、丙酮、过氧化物等易燃易爆物质,告知使用时要注意防火、防爆。随着教学的深入,逐步强化实验安全教育,介绍常用化合物(如苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、甲醛、苯酚等)的毒害性及使用注意事项,为实验教学做好准备。其次,在实验教学中加强安全教育。在第一节实验课上,采用讲解、演示等教学方式,专门进行安全教育,强调水、电、易燃易爆物质、有毒有害物质的安全使用和事故处理办法。随着实验的进行,要求学生在每次实验课之前,必须弄清楚与实验有关物质的物理性质和注意事项;实验课中,实验教师检查并确认学生的实验装置没有错误后,学生方可继续进行实验;当学生的实验装置或操作方法有误时,可以请其他组的学生指出并纠正错误,以加深学生印象,有效防止类似错误的发生。 3.2利用多媒体课件辅助教学 为有效提高教学和安全教育效果,实验教师还制作了多媒体课件供学生学习。比如基本操作中的“单体的精制”,需根据被精制单体的沸点选择热源,要求蒸馏时不能将烧瓶中液体蒸干。由于实验课时有限,低沸点物质的蒸馏和高沸点物质的蒸馏不能都在课上进行。虽然教师在课上对此进行了多次强调,但还是有很多学生在蒸馏操作中习惯性选择第一次蒸馏时使用的热源,而不考虑被蒸馏组分的沸点。还有些学生不知道何时停止蒸馏,往往一直将液体蒸干。利用多媒体辅助教学可以解决以上问题。学生可以在多媒体课件上看到不同热源的选择方法和蒸馏过程,也可以看到错误操作所造成的危害。通过多媒体辅助教学,学生在这方面犯的错误明显减少了。 3.3将安全意识纳入考核范围 为引起学生对实验安全性的高度重视,我们将实验安全内容纳入考核范围,考核内容包括物质的物理、化学性质查阅,实验装置的安装,实验操作,化学试剂的安全量取,溶剂及产品的回收,实验结束后水、电关闭。此外,在学期中安排一次实验笔试考试,考试内容包含安全操作注意事项和违规操作可能产生的后果;学期末安排一次实验操作考试,考试内容包括实验装置的搭建及易燃试剂的安全使用,反应过程中产生的有毒气体的处理方法等。教师在考前将要制备的目标产物告诉学生,实验方案和制备过程完全由学生独自完成,一组学生(20人左右)由两位教师监考,最后给出操作考试成绩。通过以上改革,学生的安全意识普遍增强,实验教学进行到中期时,已经看不到学生在实验结束后不切断电源、用明火提纯易燃单体、用过的溶剂不回收等现象了。 4结语 通过在高分子化学实验教学中进行环保与安全意识培养,学生在实验过程中的责任心明显增强,处理问题的能力也显著提高。然而,为了培养出具有更高素质、更强责任心的人才,高分子化学实验教学改革还需不断深入。 作者:张宜欣 刘永红 古同男 单位:首都医科大学燕京医学院 高分子化学论文:影响高分子化学的历史故事论文 一、导电高分子的发现 导电高分子的发现充满了戏剧性。1967年,白川英树的研究生做实验时错用了一千倍的催化剂,加上搅拌器凑巧停止,在溶液表面生成了银色的薄膜状物。白川英树以此为切入点,进行了深入细致的研究,终于发现制备膜状聚乙炔的有效方法。1975年,美国的Macdiarmid教授偶然见到白川英树的金属光泽的膜状聚乙炔后,立即邀请他去美国与Heeger合作研究。后来,三人一起获得了2000年诺贝尔化学奖,也被传为佳话。与硝酸纤维素、炭黑增强橡胶等发现一样,聚乙炔膜的发现也是“偶然的”。这个故事也教育我们合作的重要性“。这是我的idea,说出去会不会被别人学去了?”具有知识保护意识固然重要,合作交流能够更快、更有效地促进研究的发展,科研中需要有团队精神。 二、Crothers与尼龙66 深受女士喜爱的尼龙袜无疑是引出缩聚反应的最佳例子。尼龙袜在全美首次发售时,每人限购一双,500万双当天告罄,没有买到尼龙袜的人在裸腿上画纹路冒充丝袜。那么引起如此轰动的商品是如何制造出来的?这个问题吊起了学生的胃口,他们对相应的知识特别用心。1928年,杜邦公司成立了基础化学研究所,Crothers受聘担任该所的负责人,并决心利用二元醇和二元酸的缩聚来支持当时刚刚提出的高分子学说。在实验中,同事偶然发现熔融的聚酯可以抽丝,Crothers意识到这是纺丝原料的特性,并展开了大量的研究。克服各种困难后,最终得到了尼龙66纤维。尼龙66的出现不仅有力的支持了高分子学说,也深入改变了人们的生活。尼龙的发现离不开Crothers。同样让人称道的还有杜邦公司,能够在经济大萧条时期拿出一笔巨款支持没有明确应用目的的基础研究,需要敏锐的眼光和巨大的勇气。注重基础研究,在今天也有着重要的借鉴意义。 三、塑料之父———Baekeland 作为第一种人造聚合物———酚醛树脂的发明者,Baekeland是一个传奇人物。他21岁就获得了博士学位,专利意识非常强。发明Velox相纸后,故意在专利中省略一两步。结果柯达公司不得不两次出资购买。在发明酚醛树脂后,Baekeland及时申请了专利(仅比同行早一天),也得到了塑料之父之称。Baekeland的幸运和知识产权保护意识让人感叹不已。酚醛树脂的发明也是一个成功的科研案例。Baekeland敏锐地意识到绝缘材料在刚刚兴起的电力工业中的巨大市场,将研究目标确定为寻找天然绝缘材料的替代品。他没有立即进行实验,先是充分进行了文献调研。发现早在1872年德国化学家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合产生一种树脂状物质,指出在实验中应防止它的产生。Baekeland反其道而行之,加热加压来加快反应,得到琥珀样的样品,并最终掌握了酚醛树脂的制备方法。他于1907年申请了专利,这年也被视为塑料元年。这个故事充分说明了科学研究的选题和文献调研的重要性,在阅读文献时要注意批判性阅读,不迷信已有的解释。 四、配位聚合和Ziegler-Natta 1953年Ziegler在用乙基铝使乙烯加成的一次偶然失败中发现,镍会抑制反应进行,其他过渡金属也有类似作用。他给博士生Breil的论文题目是“系统地实验整个周期表的元素”来对这一作用进行研究!有趣的是,最终研究得到了一种能使乙烯迅速聚合成为高分子量聚乙烯的催化剂。事实恰好与预料的相反,这充分说明,和预期不同的结果不见得是坏结果!Natta的成功无疑是跟踪世界研究前沿的结果。他在Ziegler催化剂研究之初就派人过去接受指导。在用改进后的催化剂进行了丙烯聚合后,Natta发现它含有高结晶部分,敏锐地“把新的结晶聚合物的结构归之于主链或至少相当长部分的主链上的不对称碳原子都采取了相同的构型”。Natta文章因未披露催化剂的本质这一关键问题,初审被拒稿。而作为编辑的Flory则意识到了文章不寻常的意义,更改了裁决才使得文章得以发表。与Ziegler-Natta的成功相对的是,1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成润滑油的方法,发现“当三氯化铝与四氯化钛并用作催化剂时,液态产物减少而有利于生成固态物”,因此似乎是失望多于希望。另外,Ziegler的学生Wesslan制备聚丙烯后,发现物质的熔点高于聚乙烯,他肯定自己错了,他不相信支化会提高石蜡烃的熔点。他没有认识到熔点升高的意义。这两个故事也从反面再次印证了如何看待实验中的意外。高分子史上还有更多的历史故事,如“的确良”(涤纶),田中耕一发现质谱离子化新方法,聚四氟乙烯和高压聚乙烯的发现等。在高分子化学教学中适当穿插相应的历史故事,不仅可以增加课堂的趣味性,还有助于学生了解科学家思考问题的方式,学习他们成功的经验和失败的教训,培养学生思考研究的能力。 五、结语 最后要强调的是,故事可以有适当的艺术处理,但不应违背历史和科学常识。如有文章这样介绍导电高分子“楼道角落里的一堆既像塑料又闪着银光的薄膜吸引了艾伦教授的注意了。当他好奇地询问陪同的白川教授时,对方不以为然地回答:这只是一堆废品,毫无科学价值”。该描述对百川英树有失公允,引用后会给学生错误的印象。充分利用网络资源对故事进行甄别,可以避免这种事情的发生。 作者:纪仕辰 沈星灿 单位:广西师范大学化学与药学学院 广西师范大学药用资源化学与药物分子工程重点实验室 高分子化学论文:高分子化学分析论文 一、高分子化学的内涵 1.何为高分子化学 顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。 2.高相对分子质量与高强度 相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。 3.高分子科学的主要内容 既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连 接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。 二、高分子材料化学的应用 材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。 第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。 第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。 第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。 第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。三、高分子化学与高科技的结合 当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。 随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。 第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹性功能材料,如热塑性弹性体等。 第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。 第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。 可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。 四、高分子化学的可持续发展 研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。 高分子化学论文:高分子化学探讨论文 一、高分子化学的内涵 1.何为高分子化学 顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。 2.高相对分子质量与高强度 相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。 3.高分子科学的主要内容 既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连 接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。 二、高分子材料化学的应用 材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。 第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。 第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。 第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。 第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。 三、高分子化学与高科技的结合 当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。 随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。 第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹性功能材料,如热塑性弹性体等。 第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。 第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。 可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。 四、高分子化学的可持续发展 研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。 高分子化学论文:论高分子化学教育机制建设 为保证实验的顺利进行,我们会让学生展开“往期问题”讨论,将往届学生实验室遇到的实验现象展现给大家:(1)预聚阶段产生气泡,难以排出;(2)浇模时进入气泡;(3)低温反应阶段出现产品与模脱离的情况;(4)后聚合的高温反应阶段,出现气泡,甚至爆聚。学生围绕实验现象展开讨论,讨论结束后教师进行总结:(1)预聚反应时,粘度增大,不要剧烈摇晃锥形瓶,否则会造成空气掺入,形成很多气泡;(2)浇模速度要慢,让流体沿器壁缓慢、连续流入模内;(3)预聚时间要足够长,否则后聚合时因产品收缩率较大,会造成与壁面脱离的情况;(4)低温反应时间要足够长,完全消除凝胶效应,否则高温反应时,会出现气泡,甚至爆聚。制备“人工琥珀”时,为防止产品产生气泡,应注意:(1)物件应充分干燥,否则后聚合时会有水气及气泡产生,影响产品外观;(2)物件表面要用单体或预聚物充分浸润,否则浇模时表面极易残留气泡。此外,不要选取膨胀比相差过大的产品,否则高温处理时会造成产品或模具开裂。为了体现材料的应用性,对该实验进行了改进,扩展内容为透光率的测定。学生在学习理论知识时,已经知道聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被称作有机玻璃,但是到底它的透光率和真的玻璃相比如何呢?带着这种疑问,学生的学习的主动性提高,学习效果提高,我们的教学效果也可得到大大的提升。为了保证所得透光率数据的可比性,有机玻璃的透光率是使用分光光度计、根据国家标准GB/T2680-94《建筑玻璃———可见光透过比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关玻璃参数的测定》对“可见光透过比”进行测定的。实验测得PMMA的透光率大都在86~92%,与市场产品的值所提的高达93%相接近。 个别产品透光率较低,原因主要有:(1)表面收缩造成壁面不平;(2)模具夹层厚度上下不一致;(3)表面硬度不够,因擦拭造成划痕。与工业生产相结合,展现材料生产全过程基础性实验与工业生产相结合,开设综合性实验。综合实验要求学生完成从原料准备到产品检测全过程,提高学生的综合能力,尤其是工程实践能力。如“线形酚醛树脂的制备”实验项目,根据金光集团酚醛泡沫恒温板的生产工艺进行了改进,扩展为“发泡用酚醛树脂的制备及性能检测”。作为发泡用酚醛树脂,树脂合成后,学生不再进行常规的粘度测定和固含量测定,而重点进行发泡起发时间和固化时间测定。在25℃,称取酚醛树脂50g,将乳化剂(有机硅泡沫稳定剂)2g和发泡剂(正戊烷)2g加入到酚醛树脂中,用机械搅拌器搅拌1min,然后加入固化剂(对甲苯磺酸∶磷酸∶水=5∶3∶2)8g,同时用秒表开始计时,搅拌30s。一般所得酚醛树脂室温下发泡起发时间70~200s,固化时间3~10min。普通高化实验无非就是高分子材料的合成,要求学生掌握高分子材料的合成工艺。该实验在原有合成实验基础上,增加了“泡沫塑料的成型”工艺学的内容,使学生掌握了利用低沸点发泡剂液体蒸发气化而使聚合物发泡的方法[5],即物理发泡法。实验技术讲座中对泡沫塑料的发泡方法进行详细讲解,如聚氨酯软泡沫塑料是采用异氰酸酯与水(或羧基)反应放出CO2气体的化学发泡法,又如脲甲醛开孔硬质泡沫塑料采用机械发泡法。此外,该生产原有工艺中采用的发泡剂氯氟烃会导致大气层臭氧层的破坏,对人类生态平衡不利,实验室工艺中发泡剂改用了生理毒性较小的正戊烷。 与学生创新成果相结合,组建设计性实验在实验室开放阶段,曾指导学生对“苯乙烯的悬浮聚合”进行改进。实验教材上选用的分散剂多为聚乙烯醇类的有机分散剂,但是理论上也可用无机分散体系。该实验要求学生自选分散体系,进行实验步骤设计,确定实验所需仪器设备及药品。学生有选用Mg(OH)2为分散剂的,也有选用聚乙烯醇为分散剂的。当分散介质蒸馏水为100mL,引发剂过氧化二苯甲酰为0.6g,苯乙烯单体为20mL,搅拌速度为250r/min,在85℃反应3h,分散剂用量选用1mol/LMgCl2溶液3mL和1mol/LNaOH溶液6mL或0.3%(wt)聚乙烯醇溶液8mL,所得产品颗粒均匀且直径较大。前者所得直径2.0~2.5mm,后者所得直径3~3.5mm。因为是设计实验,只要实验方案切实可行的,都可进入实验室做实验,所以学生所选分散剂用量和搅拌速度等都不尽相同。但也恰恰是这种不同,让学生直观地认识到悬浮聚合的一些特点:搅拌速度较大时,颗粒粒径较小;无机分散剂用量过多时,产品的透明度不好;聚合后如不进行表面处理,颗粒表面会残留有分散剂。增加研究性实验项目要求每位学生限选一个研究性实验项目。比如“聚丙烯(PP)/蒙脱土(MMT)纳米复合材料的制备及热性能分析”实验是根据老师的科研方向提炼出来的实验项目[6]。教学与科研相结合,用高水平的科研带动实验课教学,培养了学生的初步科研能力和创新意识。通过高分子化学理论知识的学习,学生已经知道Ziegler-Natta引发剂的发现在高分子科学的发展史上具有划时代的意义,但其主要原料三乙基铝在空气中能自燃,遇水爆炸,对人体有灼伤作用;TiCl4与水接触会发生剧烈反应,冒白烟,对呼吸道有刺激作用,而且该引发剂在空气中放置会失去活性。因此,在引发剂制备及使用时都要采用无水无氧操作,且氮气必须为高纯氮气。通过该探索实验,学生很好地掌握了无水无氧操作技术,如双排管的使用、注射器法和内转移法移取溶液。为提高复合材料的热稳定性能,采用化学反应法制备了MgCl2-MMT复合载体型Ziegler-Natta催化剂,通过单体原位插层聚合法有效地制备了剥离型PP/MMT纳米复合材料。通过该实验,学生了解了蒙脱土有机改性的方法,掌握了Ziegler-Natta复合载体催化剂的制备方法,掌握了一种聚合物/无机纳米复合材料的制备方法———单体原位插层聚合法,了解了无机材料对高分子材料的改性作用。健全实验室开放制度配合学生探索性实验因为课程学时有限,学生有时不能完成高分子材料的性能测试与表征实验内容。通过开放实验室,学生一方面可以继续实验,另一方面可根据个人兴趣,进行探索性实验。为了方便解决学生疑问,高分子化学实验室每天安排有老师值班,随时解答学生疑问。学生探索性实验已经取得一定成果。如“蒲公英橡胶的制备及物理性能研究”,采用组织破碎机破碎蒲公英植株的根部组织,用环己烷萃取破碎物中胶乳成分,将萃取液与水共沸蒸馏,抽滤后得蒲公英橡胶。粘度法测得蒲公英橡胶的粘均分子量为4.9×105;红外光谱法测试显示,所得蒲公英橡胶与天然橡胶的结构相似;差热-热重分析法测得蒲公英橡胶失重15%的温度为271℃,此数值与天然橡胶的测试结果相接近。该项目综合运用了有机化学、高分子化学和化工原理等课程知识,2011年7月获得了第十二届山东省挑战杯大赛三等奖。学生除了可以当面向老师请教外,还可通过《高分子化学实验》课程网站、QQ和飞信与指导老师取得联系。每个老师负责6~8位学生、2~3项探索性实验项目。 实验技术讲座的开展、综合性实验的开设,使学生可以系统地掌握高分子实验技术、高分子材料的合成及性能表征的方法,完善了学生的知识结构。研究性和探索性实验项目切实提高了学生的创造性思维及创新能力。工程性实验项目培养了学生的工程意识,为培养应用型人才提供了新的途径。开放实验室为全面提高学生的创新能力、实践能力提供了有力支持。总之,通过高分子化学实验教学体系改革,有效提高了学生的创新能力和工程实践能力。我们将进一步加强实验教学的研究与探索,不断进行实验教学的改革,提高实验教学水平,为全面培养创新性应用型的高素质人才而努力。我们将从以下几点继续努力:(1)深化教学改革,不断将最新的科研成果应用到教学中;(2)进一步加强实验教材建设,更新教材内容;(3)加强教学队伍建设,吸收高学历高水平的教师加入到实验课程教学队伍中;(4)以精品课程建设为契机,完善课程网站建设,增加知识的先进性、全面性、导向性。 作者:王丽梅 单位:德州学院化学系 高分子化学论文:高分子化学考试模式变革思索 考试不仅是测定和检验学校教学质量最基本、最重要的方式,也是关系教学质量的重要环节。目前,国内工科高校各专业课程考试都存在着一个普遍的问题———考试偏重于理论内容的考核,而轻视学生解决实际问题能力的考查,考试形式集中单一,常常是“一纸考卷定成绩”。这种考试模式会导致学生平时不下工夫学习,考前突击复习,毕业后重理论、轻实践,综合素质下降而不能满足社会的需要。[1,2]因此,对传统的考试内容和形式进行改革,有意识地激发学生的创新意识、创新精神,加强学生科研能力的培养,调动学生学习的积极性和主动性的考试模式势在必行。结合学校的考试改革,针对本校高分子类专业的高分子化学课程考试的现状,提出如何通过课后作业、期中考试、期末考试相结合的形式考核专业理论知识,通过分散考核、课后专题调研报告等方式来考核学生解决实际问题能力,以分散期末考试的压力,有利于学生对所学知识的巩固和掌握,达到素质教育的目的。 一、高分子化学课程特点及考试现状 高分子化学课程是高分子材料以及相关专业的基础课程,是研究高分子的合成原理及其化学反应的一门科学。通过该课程的课堂教学及与课程配套的实验课程,使学生掌握高分子的基本概念、合成高分子化合物的基本原理、聚合方法的选择、控制聚合反应速度和分子量以及分子量分布的方法、高分子化学反应的特征等。该课程需要有机化学、物理化学等为基础,是后继的专业课程———聚合物制备工程基础、聚合物合成原理及工艺学等的必备课程。该课程在整个高分子科学知识体系中起到承前启后的作用,它的基础内容如缩聚反应、自由基聚合、共聚合反应、离子聚合、聚合反应实施方法、聚合物的化学变化等对本专业的其他基础课程———聚合物制备工程基础、聚合物合成原理及工艺学、高分子前沿、功能高分子等课程奠定理论基础。[3]由于高分子化学课程本身涉及物理化学、有机化学、化工原理等学科领域,且也是高分子类专业学生接触的第一门与专业相关的课程,课程内容又涉及大量化学反应,学生对此缺乏直观的认识,因此单一的讲授常常会使学生感觉非常枯燥而难于理解,进而缺乏学习兴趣,因此学生普遍感到此课程难学。针对以上问题,结合高分子化学课程省级精品课程建设,我们尝试进行了一系列教学方法的改革:采用在授课过程中提出一些与科研生产实际相关的问题,引导学生通过运用所学的授课内容相关知识予以解决,激发学生的学习兴趣,以此加深学生对授课内容的理解;采用多媒体给学生演示一些实验、工业生产过程;采用动画方式向学生展示相关原理,这样更生动、直观地将知识传授给学生,以达到较好的教学效果;对课后的习题分类处理,对难度较大的习题进行课间解答,对于一般难度的则课外解答。但根据多年的授课经验发现,仍有学生在期末面对考试时,还存在只死记硬背书本内容的现象和“临时突击”应付期末考试的现象。考试的目的是通过对课程教学效果的检测,帮助教师和学生发现课程教学中存在的问题,进而采取适当措施予以改进,不断提高教学质量。在科技飞速发展的新形势下,传统的考试已不能满足对学生知识掌握程度的评价要求。因此,有必要对考试制度、模式、内容和方法进行改革,使之更科学、合理,并能充分发挥其积极功能。于是,从我校高分子类专业的实际出发,我们提出对高分子化学课程考试进行改革,在课程考试中引入先进理念,注重平时考核,实施全学期分散式考试、动态考核的管理方式。过程中采用“全面性一体化”考试模式。 二、“全面性一体化”考试模式的总体思路及预期目标 改变专业基础课只重视理论教学、学生只是机械记忆专业理论课的弊端。通过考试改革使学生更加牢固地掌握本课程所学基础知识。除期末考试以外,还结合课后作业、期中考试、课后专题调研报告等形式考核专业理论知识,通过分散考核的方式改变学生以往死记硬背、“临时突击”的情况,让学生把工夫下在平时,通过考核方式的改变提高学生学习效果。 1.考核内容更全面、更综合。除全面考察学生对课程基础知识、基本理论和基本技能的把握外,在考核内容方面,加重对学生查阅资料能力、运用所学知识分析问题和解决问题综合能力的考核。以前的课程考试,主要注重考查学生对知识的接收和掌握情况,而往往忽视了对其分析、综合和运用的能力。考试范围一般局限于所用教材,考试重点常常在考前由任课教师划定,结果导致部分学生考前突击,“临时抱佛脚”,也使一部分学生产生了考试作弊等侥幸的想法,考试结果学生学习成绩优劣难分,不能真实反映学生的学习情况,学和不学一个样。这严重伤害了认真学习的学生的积极性,破坏了学校的考风和学风建设。因此,我们把考核内容的全面化作为考试改革的首要方面。 2.考试形式更丰富、题型更多样。考试形式的丰富化是促进目前教育思想转变的有效手段,高分子化学课程内容多,所涉及的知识面广,用简单的一张考卷,不论开卷、闭卷都不能检测出学生对课程知识的真实掌握水平。从新的教育理念出发,结合学校本科生创新实验计划的实施,我们采取了一系列灵活多样的有效形式,如开卷考试与科技小论文形式相结合的方式,口头报告与课堂讨论相结合,模拟操作式考试,等等。尽量避免使用过分偏重于对知识的知与不知的试题,使学生必须经历一个理解、分析、比较、综合过程才能得出答案。根据不同类型试题的特点,在兼顾内容的同时,进行合理搭配与组合,尽量减少名词解释、填空等客观题的比例,增加分析、解决实际问题类型的试题比例,最真实地检测出学生对知识的掌握与应用情况,最大限度地调动学生学习和思考的兴趣。另外,提供一部分选做题给学有余力的学生,以保证他们能充分地发挥与展示自己的才华。根据具体的考试内容和目标,灵活地选择与采用不同类型的试题,充分发挥其最佳测试点。在适当的阶段,进行科学而合理的考试,引导并敦促学生不断努力;通过考试结果的比较、评讲而调动学生的积极性、主动性,促进他们对知识的进一步掌握。完善试题库,推行与实施题库考试,实现教考分离。高分子化学试题库基本包括名词解释、选择、写反应式、简答、计算、论述等题型,可根据需要利用计算机随机抽取一套完整的试题,根据实际情况进行适当修改后形成试卷,评卷时可从计算机中输出相应的标准答案进行评分,再采取集体多人流水作业的形式评卷,以保证考试分数的公平性和准确性。 3.成绩构成更多元、成绩评定更科学。对学生成绩实行综合评定,将平时的考核、考查和期末考试相结合,改变长期形成的“一考定成败”的现象,学生的最终成绩分成五个部分按如下比例计算:课后作业(15分)、课堂回答问题(5分)、出勤情况(10分)、期中考试(30分)、期末考试(40分),总计100分。充分利用平时考核,提高教育教学效果。评分是考试的最终也是重要的环节,学生的某一次考试得分,只表示他对该课程这个阶段知识的掌握程度,并不完全代表其智能水平,故应根据学生的实际情况,结合高分子化学课程的特点、目标、题型采用更加灵活的评分办法:针对主观性试题采用等级评分法、模糊评分法,对客观题型采用准确评分法,再结合学生课堂讨论、口头报告、完成作业等方面综合评价适当给予必要的权重。对不同层次的学生实施多元化的成绩评价模式,把分散式考试、动态考核的管理方式落到实处。 4.考试质量分析与信息反馈。考试质量分析与信息反馈也是促进考试质量提高的重要措施。有必要对考试结果进行科学分析,这样才能抓好考试工作。充分发挥考试对教学的反馈促进功能,提高教学质量。通过试卷分析获得的信息,不仅有利于改进教学方法和手段,指导学生正确有效地学习,同时也对提高考试质量大有帮助。因此,阅卷工作的结束,并不意味着考试工作的完成,还有必要对考试作出定性与定量的分析。定性分析包括对试题质量、学习质量、教学质量提出有针对性的改进意见;定量分析要求统计出各个分数段的人数及所占比例,了解考试成绩分布是否合理,从中找出学生的薄弱环节,并采取相应的改革措施。认真做好试卷分析工作,及时反馈信息;分析学生掌握知识、创新能力的发展情况;分析学生在新的课程教学理念下的学习情况;分析学生学习态度、方式方法的变化情况;分析我们在教学中的薄弱环节,并提出改进措施,进一步优化高分子化学课堂教学,提高该课程的教学质量。 说明:本计划和以往考核的区别在于,通过降低期末考试成绩比例,将出勤情况、课后作业、课堂回答问题、半期考试等形式具体形成考核点。通过考试内容分段考试的形式,强化学生平时学习。期中考试侧重考核学生前半段学习内容,期末考试侧重考核学生后半段学习内容,并注重考核前后关联的综合内容。 高分子化学论文:探究高分子化学学习技巧 一、高分子化学及相关知识领域简介 高分子化学是研究高分子化合物合成和反应的一门科学,根据性能的要求、性能和结构的关系,进行高分子的设计和合成,同时为合成预定结构的聚合物,研究聚合原理、聚合方法、寻找引发剂等是分子化学的任务。目前高分子学科正向纵深扩展:在聚合反应、聚合方法方面、有基团转移聚合、开环移位聚合、微生物方法聚合、天然酶催化聚合;在功能高分子方面,有反应分离膜、液晶态高分子、生物活性高分子、医用高分子,以及各种具有光学(非线性光学)、电学、磁学性能的聚合物;在天然高分子方面,有天然高分子的构成、改性及作为材料的使用等等。 高分子化学内容包括: ①聚合反应、聚合原理,根据聚合机理和动力学的不同聚合反应分类如下:连锁聚合和逐步聚合。连锁聚合包括自由基型聚合(自由基均聚、自由基共聚)、离子型聚合(阴、阳离子聚合,离子型共聚)、配位聚合(属于离子聚合范畴,大多为阴离子聚合)。逐步聚合包括均聚缩、杂缩聚、共缩聚。 ②聚合方法:本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合,逐步聚合及界面缩聚。悬浮乳液聚合只用于自由基型聚合反应,所用引发剂分别是油溶性和水溶性的,本体聚合、溶液聚合只用于自由基、离子型聚合及逐步聚合但水不能作为离子在溶液中聚合的溶剂,界面缩聚只用于逐步聚合,各种聚合方法中,聚合体系的组成配方、各组分作用、聚合过程,体系的粘度、散热及温度控制的难易,聚合速度、链转移反应、分子量及其分布等是不同聚合方法主要关注的内容。 ③聚合热力学:单体能否聚合须从热力学和动力学两方面考虑,若热力学上有聚合的可能,再进一步寻找引发剂、温度等动力学条件解决聚合速度问题。从热力学角度分析单体聚合的倾向。可通过聚合热、聚合的上限温度等的估算和分析。 ④聚合物的化学转变:相似转变,聚合度变大的转变(交联、接枝、嵌段、扩链),聚合物降解。 二、高分子化学学习方法 一般而言,对某门课程的学习一方面是各知识单元能否从共同角度去学习和掌握,另一方面是就某一层面、某一角度进行比较和综合。比较是为了避免知识的割裂和混淆,综合则有一个学习认识上的上升过程,通过综合获得解题能力、获得该门课的基本思想及一般思考方法。同样地,高分子化学的各聚合反应也可从几个共同的方面去学习和掌握: 1.各聚合反应研究的重要的问题、主要的控制目标 对于均聚反应(自由基型或离子型),研究的重要内容是聚合速度、平均分子量、分子量分布。而共聚反应则主要集中在共聚物的组成(平均组成、瞬时组成)、组成分布、序列分布。对于配位聚合主要是立构规整性问题,寻找高效络合引发体系,合成预定立构规整聚合物是配位聚合的任务。对于缩聚反应,聚合速度、分子量控制是线型缩聚的优秀问题,凝胶点的控制则是体型缩聚的关键问题。 2.各聚合应机理及聚合特点 自由基聚合:聚合机理的特征为慢引发、快增长、有终止。活性中心是碳自由基,增长反应、向单体、溶剂、引发剂的链转移反应相互竞争,引发速率最小(Ed=105~150KJ/mol,R1=10-8~10-10mol/L·s),反应为引发控制,Rp比Rt大3~5个数量级,反应达到一定的转化率(15%~20%)后,由于凝胶效应会产生自动加速现象,并使分子量增加。自由基聚合时,单体一经引发便很快增长成高分子聚合物,不能停留在中间聚合度阶段,体系始终由单体、高分子聚合物和微量引发剂组成,并且在不同转化率下分离得到的聚合物分子量差别不大。 阳离子聚合:聚合机理的特征为快引发(E1=8.4~21KJ/mol)、快增长(Ep=8.4~21KJ/mol,与自由基聚合增长活化能属同一数量级,由于kt很小、活性种浓度高因而聚合速度要快得多)、易转移、难终止。活性中心是碳阳离子,碳阳离子不能双分子终止,因而无自动加速现象。增长、增长链的分子内重排(氢转移聚合或异构化聚合)、链转移、单基终止相互竞争,阳离子聚合反应时向单体的链转移(CM=10-2~10-4)比自由基聚合时(CM=10-4~10-5)要大得多,且真正的动力学终止比较稀少。活性中心碳阳离子总是与反离子形成离子对,离子对的紧密程度对聚合速度、平均分子量会产生影响。 阴离子聚合:聚合机理的特征为快引发、慢增长(较引发慢而言)、难转移、无终止。活性中心是碳阴离子,碳阴离子增长速率比自由基还快(由于无终止以及阴离子增长种浓度10-3~10-2mol/L比自由基10-9~10-7mol/L大)。引发快于增长,即聚合开始前引发剂已定量离解成活性中心([M]=引发剂浓度),阴离子活性中心几乎同时增长,增长的几率相等,所得聚合物接近单分散性。反离子为金属阳离子,离子对的紧密程度对聚合速度、平均分子量有影响,并影响着链节的构型。 配位聚合:先配位形成σ-π键,然后单体经四元环插入M—R中间而增长。配位引发剂的作用:一是提供阴离子活性种,二是使单体定位并以一定构型进入增长链。引发剂络合中心构型、单体的配位方式及单体和络合中心形成中间体的稳定性决定着各聚合物构型及相对含量。逐步聚合:逐步和平衡,反应无特定活性种,任何带不同官能团的两组份(单体、低聚物)之间均能缩合(连锁聚合中,活性中心只与单体作用,单体相互间或与聚合物间均不反应),反应可停留在中等聚合度阶段,两单体非等量或低温可使缩聚暂停。 3.影响聚合反应的因素及影响规律 不同的聚合反应,其主要的研究内容及控制目标各不相同。了解影响它们的因素及规律,为实验控制提供依据和指导。 ①自由基均聚合 聚合速度(RP):单体浓度、引发剂浓度越大,温度越高,RP越大。选择Ed较低的引发剂,可显著加速反应,引发剂种类的选择和用量的确定是控制聚合速率的主要因素,聚合温度则随引发剂 分解温度而定。 平均分子量(平均聚合度Xn):引发剂浓度、聚合温度也是影响Xn的主要因素,但影响方向却相反,即引发剂浓度越大、温度越高,Xn越小。链转移反应使分子量减小,由于体系中引发剂浓度很低,向引发剂转移而引起聚合度降低比较小。通常选择链转移常数在1左右的化合物作分子量调节剂。 分子量分布:自由基终止方式、凝胶效应对分子量分布均有影响。歧化终止时Xw/Xn=2,偶合终止时Xw/Xn=1.5,有凝胶效应时Xw/Xn=5~10。聚合物微结构及立体构型:自由基聚合分子链上取代基的排布是无规则的。 聚合条件的选择:聚合控制主要借助对聚合条件的选择,它必须兼顾对聚合速度、平均分子量、分子量分布等方面的影响和效果。自由基均聚时,聚合温度、引发方式、引发剂种类及用量、溶剂、分子量调节剂都是可供选择的因素。以溶剂的选择为例,自由基聚合时,须考虑溶剂对引发剂的诱导分解作用,链自由基对溶剂的链转移反应,溶剂对聚合物溶解性能,凝胶效应等的影响,从而兼顾其对聚合速度、分子量、分子量分布的影响。 ②自由基共聚 共聚物组成及组成分布与单体组成、转化率、两单体的竟聚率有关,根据两单体竞聚率r1、r2的特点及相应的共聚物组成曲线(F1~f1),自由基共聚表现为五种有规律的共聚行为类型。共聚产物是组成不一的共聚物的混合物,存在组成分布的问题。恒比共聚时组成不随转化率而变,若单体组成在恒比点附近,转化率在90%以下组成变化均不大,若配料组成偏离恒比组成,则很难得到组成均一的共聚物。 共聚物微结构及链段分布:某一链段的几率随段长而递减。聚合度不够大( 1000)时,聚合物分子的序列分布并不完全相同,聚合度 5000以后聚合物分子的序列分布才比较接近。聚合控制、聚合条件的选择:利用温度、溶剂、PH值、盐类等因素对单体竟聚率的影响,选择适当的外界条件或选择一定结构的单体(Q、e值大小)来实现某一类型的共聚行为。通过控制转化率的一次投料法或补加活泼单体法来达到对共聚物组成的控制。 ③阳离子聚合、阴离子聚合 阳或阴离子均聚与自由基聚合一样,其优秀问题仍然是聚合速度、聚合度、及分子量分布。离子聚合增长活性种为离子,其近旁存在反离子,活性中心与反离子的结合可以是共价键、离子对(紧对或松对)、自由离子,并处于平衡,离子的聚合速度是离子对、自由离子共同引发并增长结果,即便少量的自由离子对聚合速度的贡献比离子对还大。反应介质:溶剂极性、溶剂化能力影响离子对的紧密程度及自由离子的比例,从而影响聚合速度和聚合物的分子量,另一方面,溶剂必须不与反离子反应(在阳离子聚合中)并且在低温下对聚合物溶解,以保持聚合体系的流动性。 反应温度:阳离子聚合时温度对聚合速率的影响比自由基聚合时小,聚合度随温度降低而增大。阴离子聚合时,聚合速率随温度升高略有增加但并不敏感,温度的影响颇为复杂。总的来说,离子聚合因引发活化能小,加之为了防止链转移、重排等副反应,反应常在低温下进行。 ④逐步聚合(略) ⑤引发剂、引发剂的选择 自由基聚合:引发剂有偶氮类(AIBN)、有机过氧类、无机过氧类、氧化还原引发体系(水溶性和油溶性)。引发剂选择时,首先根据聚合方法选择引发剂类型,然后根据聚合温度,选择活化能、半衰期适当的引发剂。一般选择半衰期与聚合时间相同数量级的引发剂。 阳离子聚合:引发剂有普通质子酸、Lewis酸引发体系、电荷转移络合物等。Lewis酸引发体系的引发活性与引发剂、共引发剂的不同组合及配比,主引发剂、共引发剂酸性强弱等有关。 阴离子聚合:引发剂有碱金属、有机金属化合物(金属氨基化合物、金属烷基化合物)、其它亲核试剂。引发剂的活性不同,应与一定活性的单体相匹配而使用。 配位聚合:引发剂有Ziegler-Natta型、π-烯丙基镍型、烷基锂类。Ziegler-Natta引发体系由主引发剂(过渡金属化合物Lewis酸)和共引发剂(主族元素金属有机化合物)组成,Ziegler-Natta引发体系两组份的选择和组合,以及与单体的匹配,对其立构规化能力有很大的影响。聚合物的立构规整度主要决定于过渡金离属组份,而且,引发剂定向能力与均相表面有关。 4.理论依据及思考方法 上述各类聚合反应有关聚合速度、聚合度、分子量分布;共聚物组成、序列分布;体型缩聚中临界反应程度等控制目标的影响因素及影响规律都有其动力学上的依据,或者通过概率法、Flory统计法可推导而得出。 ①动力学方法 根据聚合机理及各基元反应速率方程,在等活性、稳态等假定和某些特设模型的基础上,推导出速率方程、共聚物组成方程,并得出浓度因素对聚合速率、共聚物组成的影响;从总表观速率常数,聚合反应总活化能与各基元反应活化能关系,估算出总的表观活化能大小,并根据阿氏公式:K=Ae-E/RT,得到温度对聚合速率的影响规律。 类似地,从动力学链长、聚合度概念出发(υ=Rp/RiXn=Rp/(Rt+Rtr)),得出浓度因素、链转移反应对聚合度的影响;从聚合度的综合活化能及其与基元反应活化能的关系估算出聚合度的综 合活化能,并得出温度对聚合率的影响规律。 自由基、离子型连琐聚合讨论中用的是上述思想。 5.聚合动力学实验方法 自由基聚合时聚合速度的测定用膨胀计法,阴或阳离子聚合由于聚合速度快,聚合速度的测定用毛细管流动法。 高分子化学论文:高分子化学实验教学概况 摘要:概述了目前国内高校高分子材料与工程专业高分子化学实验教学存在的共性问题和关键问题。提出了高分子材料与工程专业高分子化学实验课程由基础技能实验,综合设计实验,研究创新实验三个模块组成的新教学体系,并在每个模块中引入一些综合性和应用性的实验教学内容。实践证明所构建的实验教学体系在培养学生的创新意识、应用与实践能力方面起到了较好的效果。 关键词:高分子材料;高分子化学;实验教学 高分子化学实验是高分子化学课程教学的一种最有效的实践教学形式,它可以帮助和促进学生课堂理论知识的学习与消化,建立和巩固高分子化学基本概念和理论,获取高分子化学知识,培养科学素质和操作技能。我国著名化学家戴安邦指出:“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的,全面的化学教育要求既传授化学知识和技巧,又训练科学方法与思维,还培养科学精神和品德,学生在化学实验中是学习的主体,在教师指导下进行实验,训练用实验解决化学问题,使各项智力皆得到发展”。这番话指出了开设化学实验课的深刻内涵和重要价值。2004年国家教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》在评估指标的二级指标“实践教学”中,从“实践教学内容与体系,综合性、设计性实验课的比例及效果,实验室开放”三个方面明确了实践教学改革和发展的方向。近几年高校的化学类实验教学改革取得了令人瞩目的成果。高分子材料科学与工程专业是很多高校在近年来新开设的专业,在实验教学与改革方面的成果积累较少,尤其高分子化学实验教学采用陈旧的教学内容和教学方法依然居多。通过调研发现,目前国内高校高分子材料科学与工程专业的高分子化学实验教学依然不同程度地存在一些问题。 一、高分子化学实验教学现状剖析 1.实验教学体系和内容欠争理 多数的实验教学附属于理论教学,没有单独设课和单独考核,实验课时相对较少虽然有些高校高分子化学实验已经独立设课,但仅作为考查课。实验教学内容中传统的、陈旧的实验较多,而体现现代科学技术发展成果的实验很少认知性、验证性实验所占的比理偏高,培养学生创新能力的综合性、设计性、应用性和创新性的实验偏少,而且实验环节偏重于理论,突出高分子材料应用性特点的实验太少,不利于培养学生的工程观念。 2.实验教学方法单一 学生按照实验讲义预习,然后进实验室。实验前教师把实验目的、实验原理、仪器使用方法、测试方法、实验步骤和数据记录表格及数据处理方法等进行详细的集中讲解。学生只需按教师指导的过程按部就班或者依照讲义“照方抓药”,就可以完成一个实验。一部分学生糊里糊涂地来到实验室,只动手不动脑地完成实验,然后又迷迷糊糊地离开实验室。实验的现象和结果没有给他们留下太深的印象,对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养都很不够。这种统一模式、统一要求、齐步走的教学方法,一方面造成了学生对教师的过分依赖,另一方面抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养。 3.实验嫩学手段落后 在现代信息技术迅速发展的今天,虽然网络技术、多媒体技术等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用,但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用。这样对于一些耗费过高、时间过长、毒性过大、危险性过高的实验,只能最低限度地开设,且开设过程中费用大和危险性高,导致学生对此类重要实验缺乏足够的认知和感受的机会。 二、新教学模块的实践性探索与成效 针对目前国内高校高分子材料科学与工程专业高分子化学实验教学中存在的一些问题,借鉴其他化学实验教学改革的优秀成果,提出了基础技能实验、综合设计实验、研究创新型实验的三个高分子化学实验教学模块体系,并在每个模块中结合常熟理工学院教师的科研成果引入_些新的实验教学内容,采用开放式实验教学方法。通过实验教学实践发现新的体系和教学方法在培养学生的创新意识和工程实践能力方面起到了较好的效果。 1.基础技能实验教学模块 基础技能实验模块构建的目的着重建立高分子化学实验与相关基础理论知识之间的有机联系。培养学生的实验安全意识、清洁卫生习惯和严谨的实验态度。训练学生掌握熟练规范的实验操作技能和技巧,为后续的实验教学模块的实施打下良好的基础。 基础技能实验模块的教学内容设计在课时总量的40%~50%为宜,课时数约30学时,开设8~10个实验。教学内容设计涉及到高分子化学反应机理,如自由基、阴离子,阳离子等连锁反应机理,缩聚、基团转移聚合等逐步反应机理,开环聚合反应机理等。在实验实施方法方面涉及到本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、熔融缩聚、界面缩聚等。如设计膨胀计发测定苯乙烯本体聚合动力学实验,让学生直观感受到了诱导期概念、聚合过程体积减小的现象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化学理论知识。设计过硫酸钾引发甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合实验,除让学生明确了乳液聚合的基本原理外,还了解到了聚合物大分子链端基的重要作用。设计己二酰氯和己二胺界面缩聚实验,让学生深入理解了界面缩聚的概念和聚合物的可纺成纤性能等主要高分子知识。通过设计一些自由基、阴离子、阳离子等连锁反应机理的实验,使学生进一步掌握了活性中心的概念,同时在实验过程中认知了这些引发剂的活性、安全使用和贮存事项。 2.综合设计实验教学模块 综合设计实验教学模块旨在培养学生较强的实际动手能力,自主设计和分析解决问题的能力。本实验模块是实验教学的较高层次,注重学生实验的自主设计性和综合性。 教学内容设计在课时总量的20%~25%为宜,课时数约15学时,开设2~3个实验。本教学模块的特点之一是实验内容的综合性,可以将同一门课的几个实验,或者是几门课的实验组合在一起,形成一个大实验。本教学模块的特点之二是实验方案的灵活性和设计性,侧重培养学生的自主实验和学习的意识和良好习惯。例如关于高分子合成实验先确定好采用的聚合机理和聚合方法,在原材料配方组成、引发剂种类及用量、合成温度等工艺条件方面给出一个大致的框架,然后让学生在所给的框架内进行自行设计和实施实验。譬如悬浮法制备聚苯乙烯珠粒实验,水的用量范围为苯乙烯质量的100%~200%、分散剂为磷酸钙或聚乙烯醇两种、引发剂过氧化二苯甲酰用量为苯乙烯质量的0.2%~1.0%、反应温度设定在75℃~85℃范围等。学生通过自行设计的方案实施实验获得了不同的实验结果,通过对不同组之间实验结果的综合分析,找到了影响悬浮法制备聚苯乙烯珠粒的一些因素,激发了学生动手实验的兴趣,发挥了学生自主实验和学习的主观能动性。 3.研究创新实验教学模块 设置研究创新实验教学模块培养学生的科研和创新意识、提高学生的综合素质和应用开发能力,为实现培养高质量的应用型人才的教育目标提供重要的教学内容实体支撑。 本实验模块是实验教学的最高层次,注重学生实验的独立自主陛、综合性、应用性和创新性,教学内容设计在课时总量的20%~25%为宜,课时数约15学时,开设2~3个实验。本实验教学模块的特点之一是实验项目的独立自主性和综合性。也就是说确定好实验项目之后,让学生在实验教师指导下独立自主地进行实验项目方案的调研、设计、实施和结果分析。本实验教学模块的特点之二是实验项目的应用性和创新性,所拟定实验项目必须关联生产实践中的聚合物产品,充分体现实验项目的应用性。实验项目设计主要针对这些高分子产品生产实践中存在的共性问题和关键问题的解决来进行设计。通过研究创新实验的实施,发现学生学习积极性很高,乐此不疲,为培养学生创新意识和展示高分子化学实验的应用性特征提供了最佳学习平台,尤其是开发一些联系生活实际的应用型实验,可使学生亲身感受到高分子化学实验的实用价值,能强烈激发学生的创造动机。此外,研究创新实验往往需要多名学生共同完成,有利于培养学生的团队合作精神。例如,聚氨酯绝缘漆的制备及性能测定实验,每个学生做一个实验配方,每5名学生一组,5名学生的实验结果综合在一起可以得出高分子树脂配方组成与漆膜性能之间的关系曲线,以及固化条件与漆膜性能之间的关系曲线。在实验过程中,5名学生要共同安排实验方案,尽量保持操作的一致性,最后得出的结果要呈规律性变化。如果有一名学生操作有误,这个实验点就会落在规律性以外,影响其他学生对实验现象的观察。因此,实施研究创新实验项目对教师也提出了更高要求。在每次实验前,教师要指导学生拟定方案,并对可能出现的实验现象和各种影响因素进行分析,实验过程中,又有多种意外的实验现象出现,这势必要求师生共同分析和讨论造成这些现象的原因,帮助学生透过现象深刻理解事物的本质。这样做需要教师有相当的知识储备量,并且要求教师也不断进取,充分体现了教学相长的教育理念。 三、结论 基础技能实验、综合设计实验、研究创新实验+教学模块教学的实践证明教学效果显著,特别对提高学生综合实践能力、激发学生理论课学习兴趣、培养学生创新意识和应用开发技能取得了预期效果。基础技能实验模块的教学效果主要体现在实验现象与相关基础理论知识之间的有机联系,高分子化学实验操作技能和技巧的掌握和规范。综合设计实验的教学效果主要体现在学生自主设计和分析解决问题的能力培养。研究创新实验的教学效果主要体现在学生科研和创新意识的建立,以及学生团队意识和应用开发能力的培养。 高分子化学论文:高分子化学课程教学探讨 [摘要]高分子化学课程是高分子材料与化工专业的专业基础课,涵盖内容多,需要合理安排教学,运用其他课程知识,用学生容易接受的实例解释理论问题,能够增强学生学习的兴趣,达到较好的讲授效果。 [关键词]高分子化学;教学;实例 高分子化学课程是高分子材料与化工专业的专业基础课,是研究高分子化合物的合成原理和化学反应的科学。学生应具备一定的无机化学、有机化学、物理化学和概率论与数理统计知识才能学好该课程。国内高校多采用潘祖仁先生主编的部级优秀教材高分子化学[1-2],对这门课的掌握程度,影响后续课程的学习。因此学生一般比较重视[3]。但对于初学者来说,认为该课程的内容较多,比较分散,系统性不强,有些知识点理解不透。 1高分子化学的课程特点 高分子化学主要介绍高分子的合成原理及高分子的化学反应,合成原理以聚合反应动力学为主线,衍生到聚合速率和分子量,而这二个指标正是工业生产控制的主要工艺参数,再通过聚合理论方程,讨论温度、介质、单体、引发剂等对聚合的影响。对于连锁聚合,每一种聚合机理都有特殊的引发体系,因此引发剂或引发体系也是高分子化学的重点内容之一。最后一章,聚合物的化学反应,主要介绍聚合物化学反应特征、聚合物的基团反应及接枝、扩链、交联、降解和老化,提出促使降解或防止老化的途径。有学者总结高分子化学课程有“五多”的特点,即内容多、概念多、头绪多、关系多和数学推导多[4]。该课程专业理论性强,概念复杂,抽象难懂,一定程度上影响了学生的学习兴趣[5]。 2课程知识点浅析 该课程序论中,除了介绍高分子化合物的基本概念、命名、发展历程及结构方面的基本知识外,重点介绍分子量。高分子的分子量大且具有一定的分布是高分子化合物的主要特点,其作为材料的力学性能主要由分子量及其分布决定。该部分内容介绍,需使学生明白高分子的分子量与小分子的相对分子质量的区别。缩合和逐步聚合反应中,首先通过二种双官能团单体参与的线形缩聚过程示例,第一步反应,得到二聚体,第二步反应可以得到三聚体、四聚体,此时体系中含有一、二、三、四聚体的分子,第三步聚合,体系中可能含有八、七、六、五、四等聚体,假若反应就此终结,体系中产物的聚合度不同,由此使同学们很容易理解聚合反应得到的产物即聚合物,分子量存在一定的分布。同时自然引入官能团等活性概念,才能从纷乱的聚合反应中抽取出本质特征,用一个速率常数描述同种官能团的反应特征。在课程体系中,活性中心等活性概念是高分子化学的基本思想,因此要借助实验数据进行例证,分子碰撞理论进行阐释。还需要明晰N0和N的含义。有二个相同的羟基,肯定体系中存在另一个分子含有二个羧基,因此平均每个分子链含有一种基团;对于均缩聚,更是如此。这点一定让同学理解,因为后面的理论方程推导要不断用到。另外,反应程度p是一个非常重要的概念和度量,定义为参与反应的基团数(N0-N)占起始基团数N0的分数[2],代表某种基团的转化率,反映了聚合反应的反应进程。缩聚反应中产物分子量分布,Flory利用统计法,根据等活性概念假设,以双官能团单体均缩聚为例,形成x-聚体每个键的成键几率为p,分子末端一个不成键几率为(1-p),推导了线形缩聚的分子量分布关系[2]。实质上,每一个键的成键几率不同,按照反应程度概念,应该是随着聚合度增大,p增大,为了处理简便,等同化,根据乘法原理,即得x-聚体的数量分布函数。后面自由基聚合、共聚合、离子聚合和配位聚合,都属于连锁或链式聚合机理,聚合一般都包含链引发、链增长、链终止和链转移几个基元反应。首先,要有活性中心的形成,进行链引发反应;正是根据其活性中心的不同,将其分为以上自由基聚合、离子聚合等。 有关其机理及分子结构的形成,与有机化学中的空间位阻效应、共轭效应有关。聚合动力学与物理化学知识有关,需要同学学前不妨复习下以前学过的有关内容。对于自由基聚合,介绍其英文词汇为Radical,含有“激进、活泼”之意,故可以作为活性中心,故教材中一般用R•表示,黑点代表单电子。聚合物中单元结构主要在链增长阶段完成,故链增长过程直接影响聚合物分子结构。①键接结构。增长过程中,结构单元间的连接存在“头—尾”、“头—头”(或“尾—尾”)两种可能形式,一般以头-尾结构为主。原因是以尾-尾连接,活化能大。列举生活中的实例,如小轿车、“和谐号”动车车头,都采用流线型,头部体积较小,阻力较小。微观上的化学反应也遵循同样道理。②立体构型。自由基上C为SP2杂化,与单体作用时既可从上方也可从下方进行作用,自由基聚合物分子链上取代基在空间的排布是无规的,但从空间位阻考虑,无规结构中,间同结构略占优势。③几何构型。双烯类单体,还存在几何异构,倾向于形成反式结构,都可以根据空间位阻进行解释。这样同学就容易理解高分子结构比较复杂的特性。另外自由基聚合的引发效率,主要是①诱导分解。诱导分解实际上是自由基向引发剂的转移反应,也就是说,自由基诱使引发剂分解,消耗掉引发剂,作无用功,故使引发效率降低。②笼蔽效应,主要指溶液聚合中,引发剂分子处于溶剂的包围中而不能发挥作用,可以想象,引发剂分子周围存在一层层的溶剂分子和单体分子相隔的球形包围圈(好像笼子一样),初级自由基遇到单体,直接作用,形成单体自由基,若遇到溶剂分子,不能作用,被弹回,有可能与下一个初级自由基结合,甚至与溶剂分子结合,使引发剂分子白白消耗,引发效率降低,称为笼蔽效应。由此派生出单体的活性与浓度、体系粘度和引发剂浓度,都影响引发效率,使同学将知识学通、学活。自由基共聚合中,关于链自由基的活性,一般认为带有共轭取代基的链自由基稳定,同学不易理解,以射击为例,若自由基上存在共轭基团,单电子不再归属于某个原子,离域程度大,行踪不定,这样用枪瞄准难度增加。单体相当于枪,就不易和它反应,故该类自由基活性差。 若链自由基带有非共轭取代基,其单电子位置固定,活动空间小,容易瞄准击中,即容易和单体发生反应,该类自由基活性高。烯类单体的离子聚合中,单体适宜于进行阳离子聚合还是阴离子聚合,主要取决于单体的结构,考虑取代基的诱导效应和工轭效应。带有π-π共轭体系的单体都能进行阴离子聚合。如果取代基具有吸电子性质,更易进行阴离子聚合。因为吸电子基降低双键上电子云密度,有利于阴离子进攻,并使形成的碳阴离子的电子云密度分散而稳定。而具有推电子取代基的烯类单体可进行阳离子聚合,因为推电子取代基增大了双键上电子云密度,有利于阳离子进攻,并使形成的碳阳离子的正电性降低而稳定。苯乙烯,丁二烯等含有共轭体系的单体,由于其π电子云的流动性强,易诱导极化,能进行阳离子、阴离子或自由基聚合。阴离子的活性聚合在理论上和实际应用中具有重要意义,要让学生明白活性聚合的原因、应用价值。配位聚合,要重新复习下无机化学中的配合物知识,其引发体系中,过渡金属为中心原子,它提供空轨道,烯类单体作为配体在空轨道上活化、按照一定的方向或方式进行配位、插入到增长链中,因此所得产物立构规整度一般较高。聚合物的化学反应,是聚合物改性、扩大聚合物品种的手段之一。接枝、交联等使聚合物分子量增大,降解、老化使聚合物分子量降低。用鲜活的实例向同学介绍,这样学生学习时不觉得生硬,便于接受。 3结语 作为一名高校教师,能够将复杂的原理讲解得浅显易懂,抽象的理论能够结合现实生活具体化、简单化,语言生动,课堂气氛活跃,学生对所讲内容有强烈的兴趣,这门课程的授课质量才有保证。 作者:廖肃然;迟长龙 单位:河南工程学院 高分子化学论文:高分子化学实验教学初探 摘要: 实验教学是培养复合型创新人才的重要实践环节,《高分子化学综合实验》是高分子材料科学与工程专业本科生的专业基础课之一。本文针对目前高分子化学实验教学体系中存在的问题探讨了教学改革的途径:通过开展多层次的教学内容,引入综合型、设计型和趣味型实验,结合现代教育技术,灵活应用互动式教学模式,引导学生对高分子科学的科研兴趣,发挥学生的主观能动性,并树立严谨的科学态度,培养其独立的思辨能力和创新能力。 关键词: 高分子化学实验;教学改革;创新能力 高分子化学是高分子学科的重要领域之一,是以实验为基础的自然学科[1,2]。《高分子化学综合实验》是我校《高分子化学》精品课程建设中重要的实践性教学环节,是高分子材料科学与工程专业和材料化学专业本科生的专业基础课之一。实验教学的目的是促进学生理解和掌握高分子化学理论知识并将其应用于实践,从而增强动手能力以及分析问题、解决问题的能力[3~6]。我校的《高分子化学综合实验》课程已开展多年,课程中开设了一系列具有代表性的实验,但在实践过程中也逐渐暴露出了一些问题,譬如,实验教学体系还不够系统,实验课内容中的验证型实验较多,难以提高学生的思辨能力和创新能力,教学方法和手段还不够多样化,不利于提高学生的学习积极性和增强教学效果。为提高教学质量,培养具有创新意识和创造能力的复合型人才,推进广东省精品开放课程———《高分子化学》的建设,对《高分子化学综合实验》教学体系进行改革势在必行。改革后的《高分子化学综合实验》除了能使学生在有限的实践过程中有效巩固本学科的理论知识,掌握基本实验技能,还应提高其自身软实力,通过实验课的开展引导学生对科研探索产生兴趣,发挥其主观能动性形成创新思维,同时增强其发现问题和解决问题的能力。为建立这样一套科学的《高分子化学综合实验》教学体系,应始终贯彻以学生为本的教学理念,从教学内容、教学方式、教学模式三方面系统开展教学改革。 1教学内容层次化:合理配置验证型、趣味型、综合型、设计型实验 传统的高分子化学实验教学项目以验证型实验为主,实验教材中写明实验目的、实验原理、实验注意事项等,教师在课前进行讲解,课堂上学生依据讲义中的操作流程进行实验,并通过实验结果验证高分子化学的理论知识。目前,《高分子化学综合实验》中已开展的验证型实验包括引发剂分解速率的测定、膨胀计法测定自由基聚合动力学。尽管在进行验证型实验的过程中学生的基本操作技能得到了训练,但是因为实验结果是明确的,实验留给学生思考和发挥创造力的余地非常有限[7,8]。为提高学生的工程素养和创新能力,应以充分调动学生主观能动性为突破口,调整高分子化学实验课的内容,引入设计型、综合型、趣味型实验项目,使教学内容更加层次化、系统化。 (1)设计型实验的实施过程中,教师预先给定学生实验设计要求,学生据此查阅相关文献和资料,自主设计实验方案并独立完成实验,通过观察实验现象分析实验成功和失败的原因以及影响实验结果的各种因素,由此让学生得到科学的思维训练。例如,苯乙烯的悬浮聚合可以作为验证型实验,预先给定实验条件,让学生“照方抓药”地进行实验,也可以作为设计型实验开展,不设定实验条件,只提出实验产物的设计要求———制备颗粒均匀、大小适中的聚苯乙烯粒子,让学生从配方(包括分散剂类型与用量、单体和水的比例等)、反应温度和搅拌策略等方面入手设计实验方案,最终独立完成实验并评价产品是否达到要求。让学生们始终带着“如何实现设计要求”的问题,进行“调研设计实验分析总结”的训练过程,通过这种锻炼能够充分发挥他们的主观能动性,大大提高其分析问题和解决问题的能力。下图是两组学生采用悬浮聚合所制备出的聚苯乙烯粒子,图1(a)显示颗粒直径在1.5mm~4mm之间,若增加有机分散剂聚乙烯醇的使用量还可以制备直径更小、粒径分布更均匀的聚苯乙烯粒子,如图1(b)所示。 (2)综合型实验的内容和过程较为复杂,涵盖了不同的知识点,开展此类实验能够锻炼学生综合运用所学知识和实验技术的能力,并有利于学生建立正确的科研思维和培养严谨的科研态度。譬如,以苯乙烯悬浮聚合为优秀内容,可以从产品设计的角度出发,采用“原料精制单体聚合产品性能检测”的思路将其扩展为综合实验内容。在苯乙烯悬浮聚合之前引入“苯乙烯单体和引发剂的精制”的实验内容,可以使学生巩固洗涤、萃取、蒸馏、结晶等基本实验操作。将苯乙烯悬浮聚合延伸到聚合物的下游应用,如交联聚苯乙烯粒子(聚苯乙烯离子交换树脂骨架)的制备与性能的研究,可以使学生体验一个较为完整的功能高分子材料合成的全过程。考虑到实验的难度和复杂度,该实验着重考察交联剂的用量对交联密度的影响。由于交联剂/单体摩尔比对产物的交联密度有影响,粒子最终会表现出不同的溶胀性。通过测定其在良溶剂中的溶胀度,学生可以非常直观地获得配方设计对聚合产物性能影响的相关知识。以苯乙烯悬浮聚合为优秀内容,经过一系列扩展后建立的综合型实验涉及原料的提纯、聚合反应、聚合物的改性以及性能评价的内容,该综合实验具有很好的系统性和延续性,既能全面提升学生的实验技能又能培养学生全局思考实验问题的能力,具有重要的教学实践意义。 (3)兴趣是最好的教师,采用有趣的与日常生活密切相关的实验项目,做到趣味性与知识性、实用性结合,寓教于乐激发学生们的兴趣,可以显著提高教学成效。例如,在高分子化学实验内容中引入甲基丙烯酸甲酯的本体聚合(有机玻璃的制备)实验,学生可以自制有机玻璃相框或有机玻璃坠,将心爱的相片、小挂件、干花镶嵌在自己合成出的有机玻璃中。为了让有机玻璃制品更美观,还可以加入不同的着色剂,制备颜色各异的有机玻璃制品,实验过程因此而变得充满乐趣。学生们对该实验表现出了极大的兴趣。为了制备出合乎自己心意的“作品”,学生们会自发对反应条件进行优化,密切观察实验现象,防止聚合时产生气泡或温度失控发生爆聚而制备出失败的产品。在后期的热处理过程中,有部分学生很急切地盼望看到“作品”,在课余时间也会来实验室查看热处理过程是否已经完成。由于上课人数较多,实验课都是分批次进行的,通过对比可以发现后批次进行该实验的学生会比第一批学生准备更充分,制备出更多美观和特别的“作品”,这也反映了学生们对实验有浓厚的兴趣,融入了更多的设计理念,有助于激发学生的创新意识。图2展示的是学生通过本体聚合制作的成功、失败或有缺陷的有机玻璃制品。 2教学方式多样化:应用多媒体、虚拟化、网络教学等现代教育技术 高分子化学实验的教学普遍采用的是“言传身教”的方式,学生需要在有限的学时内掌握实验要领,这种单一的教学方式会限制教学质量的提升。借力于现代教育技术,普及视频教学、虚拟化教学、教学网站的应用能丰富教学方式,提高学生们的学习兴趣与学习效率,强化教学效果。 (1)视频教学:相对于文字讲义、口头讲解的方式,视频演示的优势在于能够使学生对高分子化学实验有一个初步的感性认识,预先从心理层面接受实验内容和掌握实验方法,提高实验成功率,增加教学质量。譬如,根据高分子化学实验教学大纲,可以将甲基丙烯酸甲酯本体聚合、发泡聚氨酯的制备等教学内容拍摄成教学录像,向学生演示基本实验流程,突出实验操作中的要点、难点、注意事项等,让学生对实验流程和仪器设备的使用方法获得直观地认识。须注意的是,教学视频虽然能再现实验过程,但不能替代学生亲自动手操作的环节,所谓“会看不一定会做”,只有实践才能让学生真正掌握实验技巧。 (2)虚拟化教学:对于一些受限于实验条件难以开展的实验教学项目(如原子转移自由基聚合)或具有一定危险性的实验项目(如高温、高压聚合等)可以应用虚拟化教学方式,通过模拟仿真实验过程,演示实验现象,穿插操作要点和注意事项等,让学生开拓眼界,学习更多的实验技术和研究方法。原子转移自由基聚合是“活性”自由基聚合的一种,因为具有巨大的应用前景而受到广发关注,引入“ATRP的动力学研究”的实验内容有助于学生们掌握“活性”自由基聚合的原理和特点。尽管如此,在本科实验教学过程中开展ATRP实验项目难度很大。ATRP通常以亚铜/胺络合物作为催化组分,由于聚合所采用的催化剂量很少,即使存在微量的氧气就能大大降低催化剂的活性,导致聚合难以进行。因而,除氧的效率对于聚合的成败十分关键。首先,聚合之前须对反应溶液以及反应釜预先除氧,加料和取样时也应避免引入空气,这对学生们的操作技术要求很高,相对于普通自由基聚合,该聚合方法的成功率大大降低,实践教学效果难以收到理想效果。其次,通入反应体系中的惰性气体须预先经过除氧柱才能使用,并且该除氧柱中的填料事先必须活化(用H2或CO还原),该活化过程危险性极高,存在潜在的安全隐患,因而“ATRP的动力学研究”不适合纳入本科生的实践教学。采用仿真技术将“ATRP的动力学研究”制作成虚拟的演示实验,则能有效地化解以上问题。根据实验流程可以将“ATRP的动力学研究”的演示实验分解为惰性气体净化、反应器和反应混合物的除氧、聚合反应(包括引发、增长、终止)、取样和干燥称量等步骤,可有效促进学生们对ATRP原理的理解。此外,聚合过程中ATRP催化剂的颜色会发生变化,因而该仿真实验具有良好的指示性和演示度。 (3)实验教学网站:建设专门的实验教学网站,上传课件、讲义和教学视频,方便学生有效利用课余时间进行预习,有助于提高学习效率。此外,还可以通过网站开辟答疑专区,促进教师和学生们之间或者不同班级、不同专业的学生们之间的交流,营造良好的学习气氛,互相促进和互相提高。总之,一切教学方式都应以提高学生自主学习效率,激发学生学习兴趣,提高教学效果为宗旨。 3教学模式人性化:灵活应用互动式教学 传统的高分子化学实验课主要采用教师预先讲授继而学生动手实践的教学模式,无法达到现代教育以树立学生创新意识和培养学生创新能力为宗旨的教学要求,而采用互动式教学模式能活跃课堂气氛和促进师生之间的交流,是适应当代教学需求的一种教学模式。例如,在实验课堂中,授课教师可以随机抽取平时已经做过的实验考察学生的掌握情况。问题归纳法也是互动式教学方式的一种。在批改完实验报告之后,教师可组织学生们进行归纳和总结,分析各个实验成功和失败的原因,让他们对实验现象和结果分析得更为透彻,提升学习积极性。互动式教学过程中师生互为主体,学生发言可以帮助自己整理思路,强化对实验项目所涉及知识要点的理解以及对实验技术的掌握。若遇到学生对实验结果存在疑问,想通过再一次的实践验证自己推断的情况,授课教师应预留时间和提供实验场所、试剂、器材等,有效组织二次课堂的方式,用开放和包容的心态为学生开启探求真理的大门。 4小结 高分子化学实验教学改革是一项系统工程,应始终以学生为本,从教学内容、教学方式、教学模式三方面进行,改革后的高分子化学实验教学除了应该促进学生掌握基础知识,提高实验技能之外,更要发挥学生的主观能动性,引导其产生科研兴趣,树立创新意识和培养创新能力。改革过程中教育者应明确改革目标,不断修正或改变教学方法,为培养高层次的创新人才不断努力。 作者:赵颖 罗美香 蒋智杰 姜蕾 张安强 吴水珠 单位:华南理工大学材料科学与工程学院 高分子化学论文:分析高分子化学 人类从一开始即与高分子有密切关系,自然界的动植物包括人体本身,就是以高分子为主要成分而构成的,这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等,也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后,这些人工合成的化合物,才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料(聚合物)的应用与发展,人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时,很多人会想到“白色污染”,甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子,这说明他们对高分子并不十分了解。当今高分子的功用无处不在,而人们认识高分子时,往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益,不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。 一、高分子化学的内涵 1.何为高分子化学 顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。 2.高相对分子质量与高强度 相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。 3.高分子科学的主要内容 既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。 二、高分子材料化学的应用 材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。 第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。 第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。 第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。 第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。 高分子化学论文:高分子化学教学中无机化学知识的有效融入 摘 要 高分子化学中融入了大量的无机化学知识,在高分子化学教学中,适当的引入无机化学中的相关知识,将有助于学生更好的学习高分子化学知识。文章根据教学实践,介绍了无机化学知识在自由基聚合、离子聚合以及平衡缩聚中的运用情况,取得了较好的教学效果。 关键词 高分子化学 无机化学 高职院校 教学 “高分子化学”是高分子学科一门重要的专业必修课,是继无机化学、有机化学、分析化学和物理化学之后新开设的一门科学,主要研究高分子化合物的合成原理及其化学反应,该课程的学习为学好后继专业课程奠定了基础。然而,“高分子化学”由于内容抽象、概念多、公式复杂等特点,使得很多学生特别是高职院校的学生在学习该门课程时信心不足。因此,为了培养学生学习该课程的积极性和主动性,增加该课程学习的趣味性,提高该课程学习的质量,很多一线教师开始探索该课程的教学方法。其中,陈静、王小龙、何冰晶等①②③④认为,教学中不能孤立的去讲授该课程,应注重加强高分子化学知识和有机化学知识的有效衔接,取得了很好的教学效果。然而,笔者在教学中发现,对于高职院校的学生来说,无机化学知识在高分子化学学习中同样具有举足轻重的地位。文章Y合作者多年的教学实践和心得,分析了无机化学知识在高分子化学教学中的运用情况,既提高了教学效果,又达到了温故而知新的目的。 1 自由基聚合 自由基聚合反应是连锁聚合反应中最重要、最典型的一种聚合反应,生活中约60%高分子材料,都是按自由基聚合反应合成的,如:PE、PP、PVC、PMMA、ABS、SBS、SBR、丁氰胶、丁苯胶等。自由基聚合反应是单体借助于光、热、辐射、引发剂等的作用,使单体分子活化为活性自由基,再与单体分子连锁聚合形成高聚物的化学反应,聚合过程见图1,也就是说,要想使单体小分子转变成高聚物,活性自由基是贯穿着整个自由基聚合反应的主线,然而,什么是自由基?自由基是怎么产生的?自由基的活性以及自由基的化学反应等问题是教学中的一个难点,学生只有掌握了自由基方面的内容,才能更好的学习接下来自由基聚合机理的问题。因此,教师上课时必须首先讲自由基知识。 自由基,化学上也称为“游离基”,是指化合物的分子在光、热等外界条件下,共价键发生断裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。授课时,应结合无机化学知识系统的复习共价键的相关知识。共价键概念最早是由美国化学家路易斯提出的,通常是指两个原子通过共用电子对形成的化学键,而这两种原子的电负性一般相差不大。共价键可以是单键,也可以是双键和三键,根据共价键的极性情况,又可以把共价键分成极性共价键和非极性共价键,极性共价键通常是由不同原子组成的,非极性共价键通常是由同种原子组成的。当学生充分了解了共价键的相关知识后,再进一步讲清楚共价键是如何断裂形成自由基的。共价键在不同的外界条件下发生断裂的方式不同,如图2。通常共价键在光、热等的条件下易发生均裂,形成的两个原子各带有一个未成对电子,叫做自由基;在极性溶剂或者催化剂作用下易发生异裂,产生了带有不同种电荷的离子。至此,学生便了解了自由基是什么,自由基是如何产生的问题。 然而,对于一个小分子来说,共价键通常有很多个,在形成自由基的时候究竟是哪一条键发生断裂呢?即影响共价键断裂的因素是什么?此时,教师又可以展开讲授共价键断裂的因素有哪些。如此讲解,帮助学生揭开了自由基神秘的面纱,从根本上解决了学生的疑虑,对接下来的学习更有信心。 在讲授自由基聚合反应时,必须要讲到它的引发体系,其中引发剂是最常用的引发方式,要重点讲解。常用的引发剂主要有偶氮双腈类、有机过氧类、无机过氧类和氧化―还原类引发剂。对于前三种引发剂,其共价键的断裂通常发生在C-N、O-O键之间,因为相对于C-C、C-H键的键能,C-N、O-O键的键能要低很多,也就是说共价键的键能越小越易断裂,越易形成自由基。然而,含有弱键的引发剂通常要在较高的温度下才能分解成自由基,若是聚合反应要求的温度较低该怎么办呢?此时可以在过氧化物类引发剂里加入还原剂,便成了氧化―还原引发体系,这里面除了有共价键方面的知识外,还涉及到无机化学里面的氧化还原反应的相关知识。如过氧化氢和亚铁离子氧化―还原引发剂引发的方式见图3,过氧化氢是氧化剂,具有氧化性,亚铁离子是还原剂,具有还原性,两者发生了氧化还原反应。 亚铁离子把自己的一个电子给了过氧化氢,形成了氢氧根离子,本身化合价升高变成了正三价铁离子。然而,在讲授过硫酸盐和亚铁离子引发体系的时候,如图4,该引发体系产生了一个带负电荷的硫酸根自由基,这和大多数学生一贯认为自由基应该是电中性的认识是不吻合的,因此这里要结合以上自由基的知识进行拓展。自由基可以是电中性的,也可以是带电的离子,判断某种物质是不是自由基,关键是看是否存在不成对的电子。 2 离子聚合 离子聚合是另一种重要的连锁聚合方式。由于反应活性种所带电荷的不同,离子聚合可以分为阳离子聚合、阴离子聚合和配位离子聚合。⑤和自由基聚合反应不同,离子聚合对体系中的水、空气及杂质等非常敏感,且通常在低温下进行,给科学实验和工业生产增加了难度。然而,离子聚合反应在高分子合成的理论研究上和工业生产上同样具有着重要的地位,有些重要的聚合物只能使用离子聚合的方式进行合成,如热塑性弹性体SBS、聚甲醛、丁基橡胶等。因此,离子聚合也要详细讲解。 2.1 阳离子聚合 当烯类单体双键上带有推电子取代基或者具有共轭效应的基团时,该单体具有富电子性质,易被阳离子进攻,发生阳离子聚合。在讲到阳离子聚合时,阳离子引发剂既是重点,也是难点,必须好好讲。常见的阳离子引发剂通常是亲电试剂,即电子接受体,被称为广义上的“酸”。当让学生回顾“酸”的知识的时候,多数学生一脸茫然,可能是对之前所学的酸的概念记得不是很清楚了。因此,这里必须要先帮助学生回顾无机化学中酸的知识。酸碱质子理论认为,凡是能给出H+的物质都是酸,如HClO4、H2SO4 HCl、H3PO4等,这些酸在溶液中会离解成质子氢,从而引发单体聚合。但是质子酸反离子亲核能力较强,在聚合过程中容易和活性中心结合导致反应提前结束,一般不能得到高聚物。酸碱电子理论认为,酸是任何可以接受电子对的分子或离子,由于该理论是美国化学家G.N.Lewis提出的,将此类酸称为Lewis酸,如BF3、TiCl4、SnCl4、AlCl3等。Lewis酸中除了少数能单独引发聚合外,大多数Lewis酸需要和能够提供质子或者碳阳离子的物质一同引发聚合,称为助引发剂,如水、醇、氢卤酸等。BF3和助引发剂水的作用如图5,可以看出BF3中的B的空轨道接受了水的OH中的O提供的孤对电子而形成的离子对。当讲清楚酸的相关知识后再学习阳离子聚合引发体系内容,学生会更容易接受。 高分子化学论文:轻化工程专业学科平台课《高分子化学与物理》的教学改革实践与大学生创新能力培养 摘要:《高分子化学与物理》是轻化工程专业(染整方向)开设的重要学科平台课,该课程的学习对后续相关课程的学习、创新能力的培养、毕业论文的开展和科学研究工作等方面具有重要的意义。因此本文结合专业学科特点,通过转变《高分子化学与物理》课程的教学理念、完善教学方法与手段,激发学生学习兴趣、培养创新意识、提高动手能力和提升科学情操,使得该专业的毕业生在社会发展和科学研究中施展才华和作用。 关键词:高分子化学与物理;教学改革;科学研究;创新能力培养 一、《高分子化学与物理》课程特点 经过高分子科学与技术的快速发展,高分子的理论发展与应用已经渗透到物理学、化学、材料学、生物学等各个学科与领域,具有鲜明的学科交叉特色。高分子化学与物理的研究成果已经进入了我们日常生活的每个方面[1-6]。作为一门多学科交叉、实用性很强的学科,高分子对各个工业部门和科技领域的渗透作用已成为不争的事实,所以在现行中国高等教育的本科专业中,如化学、应用化学、材料化学、材料物理、复合材料、轻化工程、包装工程、纺织工程、生物工程和环境工程等许多非高分子专业都将高分子相关知识作为必修课和选修课。 非本专业《高分子化学与物理》教学的侧重点在于阐述现代高分子科学已成熟的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法,对涉及高分子科学研究前沿的理论、测试方法以及高分子的新产品介绍等内容点到为止,该课程的学习为轻化工程专业学生开启了一扇通往高分子科学的窗户,引导学生了解高分子化学在高分子学科中的地位,通晓课程的主要研究对象和研究内容,为后续专业基础课的学习和高分子在染整中的应用奠定基础[1,2]。通过多年的教学实践证实,对于轻化工程专业(染整方向)的本科生来说,《高分子化学与物理》课程教学呈现以下几方面的特点。 (一)基础课程,衔接不够 对于轻化工程专业(染整方向)的本科生,高分子的学习显得尤为重要,一方面后续课程(如《纤维化学与物理》、《染整工艺原理》和《染料化学》等)的学习必须以高分子为学科背景,另一方面大学生的生产实习、创新学分实验、创新训练计划和本科毕业论文等实践性环节的开展也必须要有高分子基础,因此为了让染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理论知识和应用,开设了《高分子化学与物理》学科平台课程。该课程的学习必须以《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》的课程学习为基础,但江南大学轻化工程专业将《高分子化学与物理》课程设置在大二下学期,《物理化学》等课程也在此学期开设,因此课程开设时间过早,缺乏基础课程的知识,建议在大三上学期开设,以期获得较好的教学效果。 (二)内容多、学时少,课时紧张 《高分子化学与物理》课程主要包括高分子化学和高分子物理两个部分,其中高分子化学部分包括高分子科学的发展历史、发展趋势,基本概念、分类与命名、基本原理、高分子合成反应与方法等,涉及逐步聚合、自由基聚合、离子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分则侧重于高分子的结构(如链结构、聚集态结构等)、分子运动、力学状态与转变,物理性能等。对于高分子专业的本科阶段,通常会开设《高分子化学》和《高分子物理》两门课程,分别在32至48学时不等;而对于轻化工程专业,只开设了《高分子化学与物理》一门课程,48学时,相对来说内容多、课时少。在这样的情况下,教学活动的有效开展、课程体系的完善、讲授内容的连贯与取舍等都显得非常重要,对任课老师是一种不小的挑战。 (三)注重理论,缺乏实践 《高分子化学与物理》是一门以实验为基础的自然科学,但轻化工程专业只开设理论学习课程,没有相关实验课程。为了使学生能够更好地掌握课程学习内容,同时培养学生的动手能力和分析、解决问题能力,提高学生的实验技能,相应的实验课程的开设显得非常迫切,能够让所学知识与理论在实验中得到验证,注重理论与实践的结合,让学生从最初的原料出发,选择合适的聚合方法与聚合反应,得到在实际生活中真正用得上的高分子产品。 二、教学改革举措 针对轻化工程专业《高分子化学与物理》的课程特点,结合本校的实际情况,要求学生在理解基本概念和掌握基础理论的基础上能够了解高分子的应用,重点培养他们的实践与创新能力,作者经过几年的教学实践和摸索,总结了几点教学改革举措。 (一)规划本科培养方案,合理调整课程设置 目前我校轻化工程专业的课程设置还存在一定的问题,建议对本科培养方案进行修改,在《高分子化学与物理》授课前完成《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》等基础课程的学习,这样才能提高学生的学习效率,增强他们的学习兴趣,便于更好地掌握相关理论与知识。 (二)多媒体资源课件与传统板书有效结合 多媒体课件具有丰富表现力、良好交互性和极大共享性等特点,它可以将枯燥乏味的理论知识直观化和形象化,能够充分调动和发挥学生学习的积极性和主动性。但在运用多媒体教学的同时也出现了诸如教师几乎不写板书,学生不记笔记等问题,严重影响了教与学的质量。建议对任课教师的教学大纲、考核方式、教学难点与重点等相关教学文件进行监督,要求授课过程中课件放映与传统板书相结合,将学生上课情况、学生主动参与积极性、平时作业等与学生的最终成绩挂钩,进行综合评定。 (三)增设实验课程,提高学生实践能力 《高分子化学与物理》是一门理论与实践相结合的课程,实验课是对理论课学习的有效补充,通过直观的现象和结果验证理论学习的真实性,帮助学生理解所学理论知识,因此实验课的教学显得尤为重要,建议在轻化工程专业开设实验课程,但涉及的实验众多,要求任课老师充分考虑实验的可操作性、重复性和可行性等方面,认真编写实验讲义。此外,学校和学院应重视实验室配套设施建设,突破实验教学完全依附于理论课程教学的传统框架,增加启发式实验和创新性实验所占比例额,注重验证性实验、启发式实验和创新性实验有效结合,开动学生的思维,发挥学生的潜质,提高学生的创新意识。 (四)理论联系实际,注重启发式教学 《高分子化学与物理》是一门相对来说比较抽象、枯燥的课程,但它也是一门应用性很强的课程,高分子材料用途广泛,遍及现代社会生活中衣、食、住、行、用等各个方面,因而在课程讲授时注重理论联系实际,将抽象的概论、理论与实际应用有机结合,将对课堂教学效果起到重要的促进作用。 三、创新能力的培养 (一)培养方案中开设新生研讨课和专业导论课 为了提高学生对专业的认同感以及学生的学习兴趣和热情,可以尝试在本科培养方案中针对大学新生开设新生研讨课和专业导论课,以趣味讲座和座谈的方式进行专业介绍,了解专业背景,告知学生轻化工程这个专业是以化学与高分子为学科背景的,加强学科平台课程的学习至关重要。 (二)实施学生双导师制 全面推进学生双导师制是确保创新型人才培养的重要手段,企业导师和校内导师组成课程小组,共同确定课程教学大纲、教学内容、教材及承担教学任务,使专业理论课程与行业实际需求紧密结合。 (三)强化实验课程学习和创新能力培养 实验课程采用自主设计实验,在实验大纲的规范下完成实验要求,将验证性实验、启发式实验和创新性实验有机结合。在国家大学生创新创业计划项目、江苏省大学生创新创业计划项目和江南大学大学生创新训练计划项目等资助下,实现学生创新训练的全参与和全覆盖,指导教师从选题开始就应该注重基础理论知识在创新实验中的应用,达到学以致用的目标。 (四)强化学生的毕业论文(设计)指导 毕业论文(设计)是学生毕业离校前最后一个实践性环节,也是所学基础理论知识得到充分应用的关键环节,因此可以从课题的选择、采取的技术路线、拟采用的研究方法和达到的预期目标等方面进行合理规划与设计,充分发挥学生所学知识与理论的应用,提升学生运用知识的综合能力,强化学生的专业基础。同时,轻化工程专业的毕业生中从事与高分子相关行业的人数众多,学科交叉特色鲜明,为学生的出国深造、攻读研究生和就业奠定坚实的高分子基础。 四、结语 根据国内外行业需求和自身特色,通过教学改革与实践,围绕复合型、创新型染整专业技术人才的培养目标,通过理论与实践相结合、教学和科研相结合、校内与校外相结合、科学素养与人文情怀相结合的人才培养模式,注重理论知识的传授与学生创新能力的培养相结合,全面提高和调动学生的学习积极性和学习兴趣,为学生的学习与工作奠定坚实的基础。 高分子化学论文:生物功能材料专业《高分子化学与物理基础》课程教学探索 摘 要: 《高分子化学与物理基础》是高分子材料与工程、生物功能材料等专业的专业基础课,也是材料化学、应用化学等专业的选修课。本文针对本校高分子化学与物理在生物功能材料专业教学中体现的学时少、教学内容广等特点,探讨如何提高该学科的教学质量,激发学生的探知欲望、强化学生的创新意识和能力等问题,提出合理安排教学内容、理论联系实际、多种教学方法相结合、网络教学方法的运用、开展互动式教学等具体措施,提高教学效率。 关键词: 高分子化学 高分子物理 生物功能材料 教学探索 高分子化学和高分子物理是高分子科学相关专业的专业基础课。在专业课程设计中,一般两门课程独立设置,其中各占有48到72学时不等。我校的生物功能材料专业开设了高分子方面的课程,其中高分子化学与物理是该专业的专业基础课。根据该专业特点,生物功能材料涉及领域较广,从无机陶瓷材料到有机高分子材料都有涉及。该专业学生只需掌握有关高分子化学和高分子物理的基本理论知识和应用技能,因此我们开设了高分子化学与物理课程,所设学时为56学时,开设时间安排在二年级下学期,为三年级开设《高分子材料化学》等课程打下一定基础。该课程内容涉及高分子材料的合成与实施方法,高分子材料的结构、性能、成型加工及其应用,是一门多学科交叉、实用性很强的学科。根据该课程具有涵盖内容广,物理化学和有机化学知识运用较多等特点,这样有限的课时设置就给授课带来了一定困难,导致学生在理解和应用本课程知识方面具有一定难度。另外,我校该专业物理化学课程设置在二年级下学期和三年级上学期,其中物理化学反应动力学部分讲授时间较晚,这也给高分子化学与物理的授课带来了一定困难。那么如何在有限的学时内系统地讲授高分子学科基础知识,是本文需要重点探讨的问题。 1.选择教材,合理安排教学内容 受授课学时的限制,我们选用的教材是化学工业出版社出版的《高分子化学与物理基础》,由魏无际等主编。该教材系统地阐述高分子化学与物理的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法,教材内容全面,难度适中,比较适合生物功能材料专业的教学要求。针对课时较少的现状,我们对教学内容进行了合理安排。对于高分子化学部分,重点讲解高分子的基础概念、缩聚和逐步聚合、自由基聚合、聚合方法、阴离子聚合等内容,自由基共聚合、阳离子聚合、配位聚合等可较简单讲解,聚合物的化学反应章节主要由学生自学。这样既保证了学生能够掌握高分子化学的基本概念及反应,又没有因为课程过难给学生造成学习困难。对课程中的某些内容,例如聚合动力学的推导,在物理化学中化学动力学部分还没讲解的情况下,我们在教学中不要求学生记住所有推导和公式,仅提出聚合动力学基本知识,引导学生自己进行动力学推导。对于高分子物理部分,我们重点讲解高分子的结构、高分子的分子运动、力学状态及其转变,简单讲解高分子固体的基本力学性质、高分子溶液的基本性质章节,对高分子电学、热学和光学的基本性质章节主要由学生自学。这样课程的安排,重点讲解能够加强学生对高分子学科基本知识的掌握;简单讲解能够扩大学生的知识面、引导有科研需求的学生课下加强该部分内容的掌握;自学部分主要为了深化学生对高分子学科知识的理解。重点讲解、简单讲解与学生自学相结合的教学方法,突出了本课程重点、拓宽了学生知识面,克服了高分子学科教学中内容多、概念多、数学推导多等难于克服的难点。 2.理论联系实际,提高学生学习兴趣 高分子化合物广泛存在于日常生活中,如穿着用的化学纤维、自然界存在的棉、麻、丝绸等,食品行业中的蛋白质、淀粉、纤维素,建筑行业中用的涂料、各种高分子管材、胶黏剂、有机玻璃,行驶工具中应用的橡胶、工程塑料、增强纤维等。高分子科学在人们的日常衣、食、住、行中发挥着极其重要的作用,其是一门应用基础型的学科。高分子化学与物理的教学,单纯的讲解很难引起学生的学习兴趣,教学效果不显著。为提高学生学习兴趣,我们在讲解基本知识的同时,注重理论和实际相结合,列举了大量实例。例如讲解缩聚反应时,对涤纶、尼龙等一些重要的缩聚物的生产原理进行了重点讲解,对聚乳酸生物材料进行了系列概述,包括其生产方法、原理和应用等;自由基共聚合部分,讲到聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、丁苯橡胶(SBR橡胶)等一些著名共聚物和常见聚烯烃产品及它们的制备原理、主要性能和用途。其中举例聚四氟乙烯(PTFE)用于流量泵、反应釜内衬和搅拌棒外面涂层,聚氯乙烯(PVC)用于各种集成吊顶和各种垃圾袋等。在高分子发展史中,讲授诺贝尔奖成果和获得者的发明典故,例如电高分子的发现、齐格勒-纳塔催化剂的发展,以增强课堂的趣味性;讲述了第二次世界大战期间高分子的发展典故。此外,让学生翻看塑料水杯的材质、衣服标签让学生认识各种标志上一些材质的名称,指出我们的水杯、服装由哪些合成高分子构成,并讨论目前常用的化学纤维名称和聚合原理;通过举例讲解方式,激发学生自主学习兴趣。 3.多媒体与板书教学方法相结合,提高教学质量 高分子化学与物理基础课程知识面广,其涵盖了高分子化学、高分子物理、高分子加工等方面内容。该课程教学信息量大、理论性强,学生理解相对比较困难。因此,我们在教学过程中注意多种教学形式相结合,提高教学质量。课堂主要采用多媒体教学方式,同时辅以板书讲解,取得了不错的教学效果。利用多媒体教学方法既能够将理论的知识直观体现出来,又能够将难于理解的教学内容形象地展示出来,这样可以使学生更容易理解所学内容。例如,在讲解配位聚合时,利用动画演示双金属活性中心机理和单金属活性中心机理中单体分子的插入过程与链增长过程;自由基聚合实施方法中,利用制作动画模拟悬浮聚合和乳液聚合过程中单体的分散过程,高分子物理中拉伸对高分子结晶形态的影响、动态黏弹性模型,等等。通过多媒体的运用,可以使抽象的教学内容具体化,有效提高学生学习的趣味性。多媒体课件也会存在一些缺陷,比如讲课节奏过快,学生难以吸收;教师过于关注幻灯片屏幕,减少了和学生的交流互动,等等。在实际教学过程中,还应注意和板书的有效结合,对重点知识内容采用板书的形式进行讲解,取得了不错的效果。 4.网络教学方法的运用 针对多媒体教学存在讲课节奏过快,学生难以吸收等缺陷和板书教学进度缓慢等特点,对重要章节,我们采取课堂与课下网络教学相配合的方法。网络教学在原来多媒体教学基础上,对教学过程和教学内容提供了全面支持。目前学校构建了一个比较完整的网上教学支撑环境,提供多媒体录播室进行教学视频的录制,最后把课件与录制视频统一上传到网络教学平台。网络教学有许多传统学习方法无可比拟的优点,例如学生学习自主性增强,真正发挥学习的主观能动性,学生学习在时间和空间上少了许多限制,学习的探究性更加深入。另外,网络背景下学生在获取不同的资源时可以进行比较,相互之间取长补短,知识面更广。随着现在网络技术的发展,学生可以在宿舍、教室和学校多媒体教室通过网络对课堂内容进行学习。网络教学方法的运用,大大弥补了课堂多媒体课件存在一些不足,大大提高了教学效率。 5.开展互动式教学,发挥学生的学习主动性 教学是教师和学生的共同行为,学生是课堂的主体,教师是学生学习知识的引导者。目前高校教学方式偏重以教师“教”为主,忽视了学生“学习”的主动性,学生始终处于“被动学习”地位。这样的“被动学习”,导致学生具有学习压力大、心理负担重等特点。针对这一现状,我们采取课堂互动的教学方式,包括师生提问、讨论和学生上讲台相结合的方式进行教学活动,取得了一定效果。比如在下课前教师先提出下一节课的预习内容,提出一些讨论问题,例如在讲述缩聚反应时,提出不同聚合时间获得聚合物分子量是否相同、什么样的单体能够发生缩聚反应、什么样的单体能够获得支化的高分子等问题。让学生通过查阅资料,自己寻找答案,并在下次课堂上让学生进行讨论,然后教师补充。这样既提高了学生的学习思考能力,又增强了学生的学习主动性,提高了学习兴趣。另外,我校为农业院校,虽然学习《高分子化学与物理课程基础》课程的学生是非农业专业,但是部分学生毕业后或许从事涉农相关服务业。考虑到此种情况,我们在授课内容安排上,对目前农业应用的高分子材料和高分子在农业方面的潜在应用进行了讨论,给他们提供了创造性思维。比如在讲自由基聚合章节时,我们就对强吸水树脂的制备现状和发展前景,主要针对其在农业生产中的应用进行了讲述,对高分子薄膜在农业中的应用及带来的“白色污染”与应对措施进行了讨论。通过这样的讨论,我们锻炼了学生分析思考问题的能力,这为学生工作与科学研究的创新思维形成打下了基础,提高了学生的学习积极性和学习兴趣,加深了对本课程的理解。 6.结语 通过对本校生物功能材料专业《高分子化学与物理基础》课程教学中的一些课程设计特点、面临的问题及目前采取的措施进行了总结。《高分子化学与物理基础》虽然是一门专业基础课,但其理论性强、概念抽象难懂,如何让学生在掌握该课程基本理论的同时,调动学生的学习积极性,培养学生的自主学习能力和创新意识,是教学工作中需要不断探索的问题。我们将在总结已有教学经验的基础上,继续对本课程教学方法的改善与创新进行探索,以提高该课程的教学质量。
商务统计论文:俄语商务信函常用词汇统计及语义分析 [摘要]俄语商务信函是中俄贸易往来中的重要桥梁。鉴于俄语商务信函在对俄语国家商务活动中的重要性和汉俄商务信函往来中存在的问题和困难,本文选取了近一万字的俄语商务信函文本建成小型语料库,从俄语商务信函中的基本语言单位――词汇出发,对所选信函进行定量分析,统计不同词性出现的频率与频度并加以归纳,揭示它们在俄语商务信函中的功能和分布状况,以期达到总结词汇特点、分析语义特征、促进中俄商务交往之目的。 [关键词]俄语商务信函 常用词汇统计 语义分析 俄语商务信函是企业和个人展开商务活动时对外联系的重要手段。从语体角度看,商务信函如非私人性、表述高度准确、程式化,语气客观、冷漠等基本特点。本文试从俄语商务信函中的基本语言单位――(常用)词汇出发,建成小型语料库,对所选信函进行定量、定性分析,揭示其在俄语商务信函中的功能和分布状况,分析其语义特征,以达到帮助从业者更好地运用俄语商务信函词汇,促进中俄合作交流的目的。 一、俄语商务信函常用词汇统计 (一)语料来源 本文选取了近一万字的俄语商务信函文本,语料来源主要是近年的俄语公文、商务信函专著、教材及文献。与从网络及不同贸易公司搜集来的语料相比,实例类文献和书籍中的语料显得更加规范、可靠。 (二)分词 在进行常用词汇统计之前,需要对语料进行初步处理――分词。首先对所收集的约一万字的语料进行分词,把每个句子分为单个的词语。由于俄语语言本身的特殊性,所以本文所指的分词并不是现代俄语语法中严格意义上的词,也不是普遍意义上的词组,比如俄语商务信函中有许多前置词词组,表示一个完整的概念,不能再分解成独立的词汇意义。因此,本文将如下情况作为一个整体,即视为一个词,不再细分,例如: (1)人名、地名、产品名称、公司名称等专有名词。如:в связи с...,в соответствии с...,по поводу…等固定前置词词组。(2)合成连接词,如:потому что,так как,так что等;对偶连接词,如:не только… но и,как… так и等。 本文依据以上分词原则所分出的词语共有9429个。各词性的词汇出现的频度及频率见下表。 二、俄语商务信函常用词汇语义分析 从俄语商务信函词语的词性统计结果中,我们可以分析出以下特点: (一)名词 名词主要包含具有术语含义的普通名词、一般名词、专业词汇及动名词。同时俄语商务信函中常见由名词转化来的复合前置词,如:в исполнение(приговора),в интересах (обороны),以及大量的动名组合,如сделать отчет (отчитаться)等。 (二)形容词 广泛使用形容词是商务俄语的一个重要的词汇特征。商务信函以商务交往为优秀,所以必然大量使用修饰人和事物的性质、状态和特征的名词以及代词的形容词。除此之外,俄语商务信函中还常见被动形动词长尾和短尾形式,多做谓语或定语。其目的在于突出对事实的表述,减少个人主观色彩,使表述变得更加客观、准确。 (三)前置词 大量使用前置词,这是由俄语语言特点而决定的:前置词属虚词,是表示名词、代词、数词与其他实词之间的语法联系和意义关系的词类,在句中组成前置词短语做句子成分。在商务俄语中前置词多用于虚词前置词词组,或与名词组合,由于名词的使用频率高导致前置词的使用也较为积极。 (四)动词 俄语商务信函中动词比率不高,主要包括:普通动词、情态动词、带-ся动词。动词的比重也从另一个侧面印证了俄语商务信函的静词性特征。 (五)代词 商务信函属于公文语体中的书面语,其目的是完成信息传递及交际往来,所以大量使用人称代词符合交际语用原则中的礼貌原则。且俄语商务信函中名词比重高,为使语言精炼,避免重复,多使用指示代词及带который和说明代词的定语从句。 (六)数词 商务信函的基本内容是商品的买卖,所以其中也就必然有表示商品型号、种类、数目的数词。此外,俄语商务信函中的数词还反映在表示时间和日期的数字上。如:商务约定的时间、日期,买卖的期限,收发信函的时间、日期等。 (七)缩略语 在俄语商务信函的统计中还存在一定数量的缩略语。该部分基本包含表示国际商贸专业词汇(КПД, ФОБ, ТН)、地名街道(г., ул.)、计量单位(экз., долл., кг.)、国家名称(КНР, РФ, США,)、通用组织名称(ГТК РФ, ГНС РФ, ЛТД),以及前置词词组,如см., в т.ч., т.д., с.г.等。 (八)连词 包括简单连接词,如:и, а, или等,也包括合成连接词,如:потому что,так как等;还有对偶连接词,如:не только… но и, как… так и等。其主要用于表示联合、对别、说明、条件关系的简单或复合句以及由что, чтобы 引导的定语从句。 (九)副词 一是用做谓语副词或与动词不定式一起组成无人称句,以及副动词,如приятно, нужно, пользуясь этим случаем等;二是表示行为或状态特征,用以修饰动词、形容词、其他副词或全句,表示时间、程度、方式、条件、比较、说明以及连接副词等概念,如искренне, дополнительно, высоко(оценить), немедленно等。 (十)语气词 俄语商务信函中使用语气词几率极少。语气词出现较多的信函类型为索赔函,这主要是由其信函的内容所决定的:索赔函多涉及商品质量不符、双方分歧等否定内容,且伴随商量语气,所以语气词相对其他类型信函较多。但笔者在数以万计的信函中统计词语时发现,语气词的数目仅为 43个,叹词则没有出现。这是因为公文语体属于冷淡语体,极少使用语气词和叹词的缘故,这在其下位语体的商务信函语体中体现得尤为明显。常见的有表示假定、商定和否定三种语气的бы, же, не。 (十一)外来词 在俄语商务信函中不足1%。这里说的外来词成分有两种表现形式,一是借用词,直接由英文音译来的词语,如:факс, телефон,сити等,这是由于俄语与英语语言相差大且融合性较低,为使用方便多采用音译转换法;二是指非俄语词汇,字母与字母的组合、字母与数字的组合和一些国际通用符号,如产品型号、E-MAIL地址和一些标示产品的专用符号等。这是由于商务信函的应用领域是国际商务交往,所以必然出现外来词借用的现象。 三、结语 基于对语料库的统计分析,我们可以总结出俄语商务信函如下的词汇特点:俄语商务信函中使用名词最多,形容词次之,二者频率和超过半数,静词性高。名词、形容词、代词、动词及数词等现代俄语十大词类中的实词,在俄语商务信函里的总比重占七成,可见俄语商务信函词语以实词为主。虚词比重较小,主要是前置词、副词、连词和少量的语气词。感叹词基本不存在于俄语商务信函之中。商务信函所追求的目标是贸易双方用最准确、最清晰的外贸语言进行最有效的沟通和交流,以期取得更高的经济效益。本文基于详尽语料对俄语商务信函词汇进行统计分析,旨在达到对俄语商务信函写作教材编写及应用提供参考,帮助俄汉两种语言的使用者更好地使用正确的俄语商务信函来进行业务沟通。 商务统计论文:商务类专业的统计学课程教学模式初探 摘要: 本文主要对商务类专业的统计学课程教学模式作的初步探讨,对于经济管理为主的学校,掌握统计这个工具很有必要,在教学过程中应以理论为辅,应用为主,结合统计软件达到解决问题的目的。 关键词: 商务类;统计学课程;教学模式 统计学早在17世纪中叶便在英国与德国萌芽,而国内的统计学则起步较晚,在学校以及社会上的认识度不是很高。近年来,统计方法在社会上尤其是在市场经济活动中的应用越来越广泛,迅速的扩大到企业管理、市场营销、 金融 、证券、保险等领域,统计学这门课程也已成为高等院校经管、工程等专业的必修课。如何将统计学的教学内容和学生们的实际需要结合起来,这是每个统计学教学工作者都面临的一个重要课题。 一 商务类专业的统计学课程的特点 统计学是用定性和定量方法研究实际问题的一门学科,是学习其他专业课的基础,也是未来社会实践的重要工具。商务类专业的统计课程的设置原则、方法和目的与统计专业侧重点会有所不同,对基本理论,相关公式熟悉就可以了,主要掌握如何与计算机结合使用,来解决社会现象数量方面的研究或对自然现象数量方面的研究,更甚帮助我们的管理、决策等。 在教材的选用上基本遵循“以就业为向导”,“适度、够用为原则”,“案例导入教学模式”。 二 商务类专业的统计学课程教学中存在的问题 1.学生的重视度不够。 就目前我校统计学教学来看,学生对统计学的认识不够深入,统计意识淡薄,重视程度不够。当提及统计,很多学生仅能联想到“打杂”,最多就是汇总等,很难将统计学与自己本身的专业联系起来,并且认为统计学不学都会,因此重视程度也仅停留在“豆芽科”,获得学分的层面上。 2.文、理科学生的结构差异。 目前大多高校的经管类专业都是文、理科学生兼收,同一个专业乃至同一个班级里面可能既有文科学生,又有理科学生。文、理学生的混合构成给教学过程带来很大困扰,难以因材施教。而统计学又是一门对数学基础要求比较高的学科,它涉及到了微积分、概率论、数理统计等多门数学理论课程,尤其在抽样推断部分,要求学生具有较强的逻辑推理能力。而一般来说,文科学生的数学功底比较差,逻辑演绎思维较弱。如果文科学生比重太大,就会给教学带来很多障碍。 3.教学培养方案和教学计划统一不变。 在制定教学培养方案和计划的时候,很多老师没有考虑到专业与专业的差异,学生与学生的不同,而统一使用一个方案和计划,导致不同班级的接受程度很不一样。 4.教学方法不够多元化。 教学方法对于教学质量至关重要。但目前统计学教学仍然是以教师讲授为主,学生被动地接受知识的传输;教师机械的按照PPT照本宣科,“启发式”教学方法应用的还不够,而且缺乏师生之间的互动和交流。在教学内容上重理论、轻实践,忽视发展与变化,教会了理论知识,却忽视了应用知识。在这种传统的统计教学模式下,学生或许学会了怎样计算平均指标、抽样误差等,但这对提高学生的实际应用能力极为不利,而且在学习过程中学生容易产生统计学既难学又枯燥无味的情绪,不利于发挥学生的积极性和创造性。 5.考试形式和方法过于单一。 目前统计学课程的考试形式和方法基本上是以闭卷的形式考查学生对知识的记忆和理解。虽然这种考试模式较充分地考虑了知识本身的逻辑性,并将其与学生的认识发展过程相结合,易于组织教学,但它由于过分追求学科知识的完整性,容易使理论脱离实际。由于考试内容严格按照考试大纲,主要以课本上理论知识为主,这就导致教师传授给学生的前沿知识较少,甚至教师课堂讲课本,学生课后背课本,其实际应用能力得不到培养。 6.统计学教师社会实践经验不足。 现如今高校教师以中青年特别是青年为主,这些教师拥有高学历,但严重缺乏实践经验,大多数都是刚毕业的学生,虽然在知识准确性方面不存在问题,但是实际应用能力尚不足,而对于商务类学校的经管类是以应用为主。 三 商务类专业的统计学课程教学模式的初探 1.结合专业制定教学方案和教学计划,完善教学内容设置。 统计学的教学方案和教学计划不能孤立地制定,而是要在明确学生文、理科出身及所学专业开设的课程与统计学相关关系的基础上,制定满足专业需要的教学方案和计划。在教学内容设置上,根据应用统计学学科特点,结合各专业课程教学目的的要求,在统计学基本教学内容设置基础上,对统计基础理论、统计分布、统计推断、时间序列、统计评价决策等统计方法部分的实际应用状况进行介绍,本着“服务专业,突出应用”的原则,提高学生的统计素养。 2.在课堂中适当的穿插案例教学。 案例教学通过学生自己分析与老师讲解相结合,使学生变被动学习为主动地阅读、思考、分析、判断。教师通过对案例的归纳、整理,引导学生提炼和掌握具体的统计分析方法,有利于把所学的统计理论落到实处,使抽象的方法、公式变得十分具体,在模拟实验中接近理论与实际的距离。我们知道统计理论来源于统计实践过程,反过来它又指导统计工作。统计案例教学作为统计实践过程的一种模拟,它对激发学生学习兴趣、培养学生专业素质、提高学生在实践中探究学习方法的自觉性、有效地将理论知识转化为专业技能等方面都发挥着重要作用。 3.任务驱动法(在教学中适当地安排社会实践 )。 在教学中,应适当结合课程内容安排一定的社会实践环节,通过给学生分组布置任务来学习,就一些学生关心或与专业相关的课题作市场调查。如可组织学生针对大学生们感兴趣的就业问题、逃课问题、智能手机使用情况等展开调查,从具体调查对象和单位的确定,样本的抽取(不一定要很大),问卷的发放、回收与审核,数据输入与资料整理,估计与分析,一直到调查报告的编写,调查或体会的形成,全部都由学生自己来完成,最后形成报告,并以PPT形式与大家一起分享。这样,同学们就亲自参与了统计工作的整个过程,既巩固了基础知识的掌握,又锻炼了应用理论的能力,同时还锻炼了大家团队协作能力。 4.将课堂教学与统计分析软件相结合。 统计学课程的特点之一是对大量的数据进行分析,因此在平时应加强对统计软件的教学,如EXCEL、SPSS等软件,提高学生对于数据的观察和处理能力,锻炼学生使用统计软件解决实际问题。其中,SPSS软件具有完整的数据输入、编辑、统计分析、报表、图形制作等功能,是非专业统计人员的首选软件,也是经济管理专业教学的重要工具。经管类学生主要是'用'统计,对于理论部分达到熟悉的程度就够了,在应用的同时,结合软件SPSS,可以帮助我们对统计结果实际意义的理解,使学生能够解决和正确分析社会经济现象,管理决策问题等。 5.创新统计学教学考核方式。 就经管类专业的学生而言,他们学习统计学的第一目的和最终目的都是用其去解决经济管理和社会实践中出现的实际问题。因而我们的考试方式和考查内容应着重测试和体现学生对统计知识和统计方法的应用水平。结合统计学自身特点,打破原有的考核制度,将学生独立思考和创新意识列入考试评分标准当中,采取“理论+实践”,“开卷+闭卷”的考试形式,从知识、能力和素质等方面综合评价学生成绩。 可以将考核分为两部分:平时成绩(60%)+期末成绩(40%)。平时成绩包括出勤率(10%),课堂互动(10%),课后作业(10%);另外30%的平时成绩是分组完成的实践训练,学生以团队的形式完成相应的任务,并结合统计软件EXCEL、SPSS辅助分析,最后以报告和PPT的形式展示。这种考核形式涵盖比较广泛,对商务类学校来说是一种较有效的方式。 6.教师积极参与项目课题及企业实践等多管齐下。 青年教师社会实践经验少,除了可以向资深教师咨询听课及课程培训外,积极参与课题项目也是一种很好的办法,在研究课题的同时积累实践经验;此外,尽量重视和参与企业实践的机会,多参加专业顶岗实习,或者请企业中相关人士对学生和教师举办讲座。 综上所述,对商务类学校的统计学课程的教学,目前应以熟悉基础理论为辅,掌握实际应用为主;对于分析的部分,删繁就简,尽量浅显易懂,保证最基本的应用;在教材的选取上,最好不涉及很强的数学运算和复杂的模型;在讲解过程中,'启示法',任务驱动法灵活应用,尽量调动大家的积极性,共同探讨,共同完成,共同进步。 商务统计论文:独立学院商务统计教学实践与研究 【摘 要】独立学院迅猛发展,商务统计课程是一门以数学理论为指导的应用性课程,而其在独立学院的教学效果并不理想,理解并能应用商务统计的基本思想和方法对于增强独立学院学生的竞争力大有帮助。本文基于作者在中山大学新华学院的商务统计教学实践,从学生特点和教学方法两方面分析独立学院商务统计的教学现状,进而对相关问题提出相应的解决方法,并结合教学实践中的成功经验给出了独立学院商务统计教学上的施教建议。 【关键词】商务统计;独立学院;学生特点;教学方法 独立学院是我国高等教育体制改革与制度创新的成果,是大众化教育的产物,它以培养应用型人才为办学目标,独立学院的学生有其自身的特点,因此独立学院相关课程的教学有必要在传统的教学模式和教学内容的基础上进行改革和创新。商务统计课程是一门以应用为目的的课程,主要是为商务管理、经济学等方向的学生概念性地介绍统计学的基础知识及其在商务领域中的实际应用。作者在给独立学院的学生讲授商务统计课程的过程中总结出了以下几个问题,针对这些教学实践中的具体问题本文提出了一些有效的解决方法。 1 学生对统计学认识不足,不知统计学有什么用 1.1 不知统计学为何物,总以为是数学的延伸 由于在中国大学里面统计学过去一直被认为是数学的一部分,过去以及现在的很多统计教材和统计教学都有浓厚的数学味道,这使得目前我国统计教学过程中存在一些问题或误区。商务统计课程虽然加了“商务”二字,但重心仍是统计,所以对统计学的各种错误看法在商务统计教学中也经常出现,独立学院的学生经常会问到“商务统计和高数哪个更难”。这看起来只是一个非此即彼的简单问题,其实反映出来的是独立学院学生的一个特点:惧怕数学,惧怕与数学有关的课程。为此需要让学生明白:统计学不是数学,统计学是一种哲学,是一种指导行为的方法,商务统计则是将这种哲学思维应用到商务领域,所以更加不是数学。数学是以公理为基础,以归纳演绎为基本思想方法的逻辑体系,逻辑正确,则结果正确,逻辑错误,则结果也是错的;统计学的研究需要在各种假设的基础上来研究未知的对象,所以统计学的结论是不能证伪的,统计学里没有“对”和“错”,只有“好”和“坏”,这与数学差别很大。我们要做的只是在众多的可能中找出最可能,然后据此来进行各种推理,做出我们认为最正确的决策。 1.2 从实际问题出发,从具体数据入手 分析数据、提出对策是让学生理解统计、应用统计的必经之路,所以在商务统计的教学中也应多让学生做一些开放式的习题,让他们真正利用学到的统计知识去解决实际问题,而少要学生进行枯燥的公式推导,把统计知识的应用放到重要位置,这样才不会把统计课上成数学课。 让学生明白统计知识的应用领域是非常广泛的,可以在上课的相关章节插播一些与统计有关的影音资料。例如在讲解条件概率的时候,可以让学生观看世界德州扑克大赛决赛的视频,这个决赛视频的特点是牌面上每发出一张新的公共牌,后台就会根据对阵双方的手牌和当前的公共牌情况计算出当前情况下对阵双方获胜的概率各为多少,并且这个概率会一直更新,直到比赛结束。非常直观,且浅显易懂,能够很好地让学生明白条件概率的本质就是在当前已知的数据基础上对未知事件做出的概率判断,已知的信息有变化,由此得出的概率也会跟着变化。这既能让学生明白条件概率的本质,又能让学生明白条件概率的具体应用。这局比赛的过程跌宕起伏,在最后一张公共牌发出之前本场比赛对阵双方获胜的概率分别为90%和10%,但最后的结果却是获胜几率只有10%的选手取得了胜率,这就能让同学们更加明白统计学的结论没有绝对的“对”和“错”,只有相对的“好”和“坏”。 2 学生数学基础较弱,对统计学有畏难情绪 2.1 数学基础薄弱,畏惧公式定理 独立学院商务统计课程的开设对象都是非统计专业的学生,这些学生的特点是数学水平参差不齐,在独立学院里,学生们的数学基础本来就较为薄弱,较大一部分学生对数学类课程兴趣不大,直接导致他们大一的数学类基础课学得并不扎实,面对一门公式和数据遍布书本的商务统计课程,大家第一印象就是数学,第一反应就是畏惧,直接导致学习热情大减。目前有些独立学院所选的商务统计教材在理论方面过于偏重数学公式的推导,仍然有比较复杂的积分求导等运算,这也会让学生望而生畏。还有部分商务统计的教材只是把统计学教材里的例题换成了商务案例,,而对知识的实际应用却较少提及,这样的教材也不适合独立院校的学生。 2.2 简化数学推导,讲解定理内涵 首先,商务统计教材的选择应以应用为导向,学习难度上以应不需要很深奥的数学知识为标准,只需要具有一些代数方面的常识即可。笔者任职的独立学院经过长期的教学探索,最终在学科专家的建议下选择了辛辛那提大学戴维安德森等三位教授编著的《商务与经济统计(精要版)》的中译本作为教材,这本书最大的特点是简化了繁琐的公式推导与证明,紧密地将统计学与商务和经济实践相结合,既介绍了统计的方法,又介绍了统计学在商务与经济领域中的实际应用,真正以应用为导向,在每一章的开篇部分都有一个实践案例,学生能够一开始就对即将学习的概念或原理有一个感性认识,且这些案例又都新鲜有趣,大大提高了学生的学习兴趣。 其次,在教学过程中应尽量少出现数学推导,而应尽可能以浅显易懂的语言向学生讲授那些数学推导难度较大而又非常重要的公式、定理。例如中心极限定理,这个定理在统计推断中非常重要,但其证明过程较难,这时候可以向学生非常直白地阐述这个定理的思想,笔者常举的例子就是平均身高,如果随机选取班上30个同学,测量他们的身高然后求出平均值,那么这个平均身高是否有可能为180cm?是否有可能为150cm?显然是不太可能的。因为随机抽到的30个同学里面应该是有高有矮的,所以他们的平均身高也不应该是180cm或者150cm这种较为极端的情况,而更可能的是一些比较正常的数字,例如160cm~170cm,也就是说这个平均值取到极端值的可能性比较小,而取到正常值的可能性比较大,这不就是正态分布所描述的情况吗?这个时候学生就能很轻松地理解中心极限定理:从总体中抽取一个样本,当样本容量足够大时,样本均值的抽样分布就近似服从于正态分布。有了感性地认识后,再回过头来看这个定理就能更加有针对性地去理解定理里面的每一个专业术语和限制条件,这样就能更加有效地记忆和应用这个定理,然后再结合统计软件,用电脑逐步演示样本容量从小到大变化时的样本均值的抽样分布的曲线图,那效果就更好,这样,一个统计学里的重要定理就会深深植根在学生的脑海里了。 最后,独立院校商务统计课程里的“商务”二字不应只是体现在案例本身的商务属性,除此之外应更多体现在计算过程的简化和对实际结果的分析上。积分的计算应以均匀分布为主,其他的积分计算完全可以依靠附录表格或统计软件进行查询和计算,这样有以下三个好处: 第一,可以规避繁琐的积分计算,让学生明白数学不好也能学好商务统计这门课,这对独立院校的学生来说是一个重要的心理暗示。 第二,可以节约大量的演算时间,而将更多的精力放在统计知识的应用方面:分析数据和理解数据。 第三,可以让学生明白,现在的统计分析很多都是能用统计软件直接完成的,不需要纸笔演算,我们的学习目的是要能理解数据后面隐藏的深层信息,而不是拘泥于繁琐的公式推导,这样就能调动学生在统计实操课上的学习热情,因为熟练掌握一种统计软件就能在很大程度上弥补他们在数学计算上的不足,同时还能轻松地完成统计分析,这正是学生希望达到的效果。 3 独立学院商务统计教学实施策略 3.1 从简单的实际问题出发,启发式教学 兴趣是最好的老师,这点对独立学院的学生同样适用。我们可以多在教学环节中将统计知识加以应用。例如在独立学院学生较为关心的点名问题上,一次统计知识的小小应用很可能让他们对统计产生新的认识,笔者曾在“总体比例的点估计”这一小节课程中向学生展示了这个估计的实用性,当场做了个小实验:估计课上的缺勤人数,然后决定是否点名。这个实验方法非常简单,学生也很感兴趣。具体情况如下:114个人的班级在一个座位数为12排12列的教室上课,随机抽取其中三排座位,一共36个座位,然后清点这三排座位里面的空位,结果发现空位共有11个,由此可以得到这三排座位的上座率为: 由于缺课人数较多,于是决定点名,并请同学们一起记录缺勤的人数,结果发现有15个同学缺勤,跟我们的估计值14非常接近,教室里当场响起了热烈的掌声,能够感受到同学们的惊讶之情。接着就告诉学生这个估计之所以非常准确,是因为我们抽样时选择的三排座位处于教室的中间位置,就座情况比较均匀,如果我们选择的样本中正好包括教室第一排,那就会出现一个比较大的抽样误差,因为在大教室上课时坐第一排座位的学生很小,这一排入选样本可能会导致我们对整个教室上座率的低估。讲到这里同学们就对抽样误差有了较为直观感性的认识。最后再让同学们一起帮忙想办法,看看如何解决这个抽样过程中可能会出现的抽样误差较大这一问题,这时候大家热情很高,因为这个问题不再是一个枯燥的统计学里的过于理论的抽样问题,而是一个他们看得见且天天接触的实际问题,最终有同学想到了一个非常有效的解决办法,就是不要整排抽样,而应整列抽样,因为整个教室几乎没有出现过某一列大量空位的情况。这的确是一个非常有效的解决方法,多么聪明的学生。师生的有效互动确实是提高教学效果的有力手段,正确的引导也确实能调动学生的学习热情,启发式教学的重要性不言而喻。 3.2 从实际数据出发,启发学生的独立思考能力 大不列颠百科全书将统计学定义为“收集、分析、处理和解释数据以更好地进行决策的一门学科”。在当今这个数据庞大的信息时代,分析、理解和应用数据能对我们的决策提供巨大的帮助,商务统计更是一门以应用为导向的课程,是利用统计方法来分析商务数据的学科,其实用性毋庸质疑。大数据时代的来临使得统计学的方法日新月异,但这些方法产生的背景仍然是实际数据,所以处理实际数据是学好统计的有效方法,在教学实践中也应鼓励学生多动手处理实际数据,多从数据本身发现问题、分析问题、解决问题,一次成功的数据处理会给学生带来很大的成就感和认同感,这会让他们对课程本身产生强烈的兴趣,对知识产生强烈的渴望,并且能够培养他们独立分析和解决问题的能力,而这正是我们传授知识的目的。 商务统计论文:商务英语专业毕业生问卷调查和就业情况统计报告 【摘 要】 当前就业是摆在高职院校商务英语专业面前的一大难题,不仅影响专业的未来持续发展,同时也影响着为地区相关行业企业输送合格的毕业生源。为了切实了解我院商务英语专业毕业生的工作就业、择业等方面问题,从而制定更为全面务实的人才培养方案,特别进行课题研究,制定问卷,并对问卷结果进行汇总分析,力图找出问题并解决问题。 【关键词】 商务英语专业 调查 就业情况统计 近年来,高职院校毕业生的就业问题已经成为困绕大学生的主要难题,就业问题同样已经成为实现商务英语专业长远发展必须解决好的一个关键问题。为了真实了解商务英语专业毕业生的择业意向、工作就业情况、社会人才培养的要求以及这届毕业生的培养质量等问题,从而找出商务英语专业在人才培养过程中存在的问题和偏差,进而使人才培养规划和课程设置更加科学合理,更加符合人才市场需求,并更有针对性地开展就业指导方面工作,课题组调查并分析了天津滨海职业学院商务英语专业近三年以来的《商务英语专业毕业生就业情况调查问卷》,对本院高职商务英语专业毕业生的择业意向、工作就业情况及社会人才培养的要求及毕业生的人才培养质量进行深入分析。 1 调研目的 通过这次调查,我们力图发现毕业生的真实就业情况和用人单位对商务英语人才的工作岗位技能,以及其他素质方面的要求。调查研究后,要根据大学生就业情况和用人单位岗位要求,调整我们的教学计划和人才培养方式,努力做到专业教学内容和职业岗位工作范围挂钩、大学生的能力培养和职业岗位技能挂钩,从而增强商务英语专业学生的就业竞争力,并促进商务英语专业的持续发展。 2 调研方法 该问卷面向天津滨海职业学院2012-2014届商务英语专业毕业生发放,共计发放问卷181份,实际回收问卷181份,其中无效问卷为6。调查的主要内容为我校商务英语专业毕业生就业企业的性质、工作岗位、专业对口率、毕业生期望起薪线、实际起薪线、用人单位对毕业生的满意度、毕业生对学校教育工作的评价等方面。 3 调研结果分析 3.1 毕业生就业情况调查 (1)毕业生就职单位性质(图1所示)。图中由统计数据可以看出,民营企业和三资企业是我院商务英语专业毕业生就业的主要方向,因此我们应加强与滨海新区民营企业、三资企业的联系,深入了解他们的用人需求,同时依此来制定商务英语专业的人才培养目标。 (2)期望起薪线和实际起薪线对比(如表1)。就当前就业市场整体来看,对于刚毕业的高职院校专科生,1200元――2000元的月薪是目前大部分企业可以提供的待遇,毕业生的实际起薪情况也说明了这一点。除非有一定的个人专长、技能才能或者面试中的出色变现,方能获得用人单位青睐,进而可能获得较高的薪酬。因此加强学生正确的就业观、以及爱岗敬业等方面的教育,并把这种择业和就业教育同专业技能教育一起作为今后商务英语专业教育的重点之一来抓是非常必要的。 (3)专业对口情况(图2所示)。图中通过调查数据显示,商务英语专业毕业生仅有不足三分之一的学生在毕业后能从事与专业对口的工作,这说明本院商务英语专业的学生就业形式依旧比较严峻,同时也说明商务英语专业的人才培养方向与企业的实际岗位需求间存在一定的差距,专业的发展今后需要做更多、更全面的建设工作。 3.2 毕业生对学校教育教学工作的评价 为了发现问题的实际所在,我们进行了更为细致的问卷调查,专门收集了该届毕业生对学校教育教学工作的评价,并对一些重要信息统计如表2。 通过上面这个数据汇总表(表2),我们可以清楚地得出如下结论:我们商务英语专业的毕业生对在校期间商务英语专业的整体实践教学还是给予了充分的肯定,认为所开设的课程与用人单位的需求基本相符,认为本专业的实践教学对就业帮助较大。但是于此同时,缺点也非常明显,这在模拟实训和实习基地学习两个方面尤为突出。这反映出目前我们的实训教学没有形成专业特点,在专业模拟实训和实习基地学习方面没有办学特色,教学安排内容和形式量不足而且形式老化。上述这些方面如果不改变,将会严重影响到学生的学习兴趣和积极性,更会影响到商务英语专业的教学效果与教学质量,并最终会影响到学生未来的就业状况。 另外通过走访调查中我们发现,用人单位普遍反映我校商务英语专业的毕业生存在综合实践能力不强的问题,具体表现在英语听、说、读、写、译的能力较弱,商务洽谈能力欠缺,综合实践能力不足等。而综合实践能力的不足影响了他们的工作业绩和个人持续发展能力。我们知道只有提升个人的综合实践能力,才有可能在激烈的就业竞争中生存下来。经过分析总结,现将发现目前的主要问题做出如下归纳: (1)对商务英语专业实践教学重视不够。我院自 2000年开办商务英语专业以来,课程设置的形式虽然从偏重于理论知识的传授逐渐转变成实践和理论教学兼备,但是教学模式单一,仍采用传统的课堂授课制,实践教学概念在很大程度上还是停留在理论层次,难以真正深入应用于课堂教学中。 (2)能够独立进行商务实践类教学的师资力量缺乏。目前商务英语专业的实践教学主要是围绕单纯的英语语言类技能训练,比如英语听、说能力的训练、英语阅读训练等等。而诸如实用外贸函电写作能力、商务沟通技巧能力、会谈技巧等这些与实际工作岗位紧密联系的商务技能类训练都未能有效地开展,相关师资力量缺乏无疑成为了主因。 (3)实训实习条件落后,投入不足,无法有效的开展实践教学。商务英语专业学生在校期间的实习实训机会较少,导致学生的的沟通能力、组织能力、择业、就业、转岗和自主创业能力都比较薄弱。学生的综合素质与用人单位的要求存在有一定的差距。由此可见,商务英语专业的实践教学体系亟待完善。 (4)缺少学生能够进行集体实训的单位。商务英语专业学生在校三年,能够进行集体实训的基地或者单位严重不足。如何联系更多的企业来容纳学生集体实训,这将是商务英语专业未来工作的一个重点方向。 4 结语 通过对近三届毕业生的跟踪调查,我们深刻地认识到在专业建设方面存在的问题与不足,在此基础上,对商务英语专业的培养方向、课程设置、实践教学环节等方面进行了认真的反思和总结,力争找出造成毕业生工作能力缺失最主要的原因,并以此为依据科学合理地完善商务英语专业课程体系。 商务统计论文:国际电子商务信用领域研究力量分布统计分析 摘 要:利用信息可视化分析软件CitespaceⅢ对从Web of Science中下载的1999-2013年间电子商务信用研究领域的文献题录数据进行了分析。从文献数量、文献作者、文献来源机构和国家的可视化分析角度展示了该研究领域的优秀作者、机构及国家。 关键词关键词:电子商务信用;信息可视化;CitespaceⅢ 作者简介作者简介:曾丽(1991-),女,华中师范大学信息管理学院学生,研究方向为电子商务、信息管理;娄策群(1956-),男,博士,华中师范大学信息管理学院教授、博士生导师,研究方向为信息管理、信息经济、信息生态、电子商务。 0 引言 电子商务交易在开放的网络环境下开展,具有匿名性、随机性和动态性的特点[1],由于交易双方对对方身份存在质疑,往往使得信息交换、商务交易被中断,由此可见,信任问题是阻碍电子商务交易的因素之一。近些年,一系列有关信任的理论和模型成为了国内外研究机构、学者们的研究热点,并涌现出了大量研究成果。本文将利用CitespaceⅢ软件对近15年来国际上电子商务信用研究文献进行分析,以展示国际电子商务信用领域研究力量的分布。 1 数据来源与文献数量统计它反映了1999-2013年电子商务信用研究领域发文数量的增长趋势。关于电子商务信用的研究开始于1999年前后,此后1999-2010年间,除2003年和2007年的发文数量有少许下降外,总体呈现增长趋势,并在2010年达到高峰,发文数量达到了85篇,且发文数量的增长速率不断加快。在此期间,学者们主要探究了信任对电子商务的影响力、信任系统的计算模型、P2P电子商务信用评估模型、网上拍卖信任管理等。2010年后,电子商务信任领域的研究出现了转折,发文数量虽有所下降但仍处于较高值,表明学者们渐渐发现了新的研究方向,主要从消费者角度思考,探索电子商务环境下新型信任评估方法,比如利用网上评论、借助社交网络等对电子商务信用进行评估,另外关于可信任第三方的研究也较多。 2 电子商务信用领域研究的优秀力量 将下载的数据输入到CitespaceⅢ中,时间跨度设置为1999-2013,时间片设置为1年,Term Source按默认全选,Node Types设置为Author,每个时间片按被引次数排序提取前30篇文献,阈值(c,cc,ccv)设为系统默认值,其中c为最低被引次数,cc为本时间片内共被引次数,ccv为共被引系数[2]。经可视化分析和整理后得到电子商务信用研究领域学者们的发文数量情况,按照发文数量由高到低排序得到发文数量排名前10的作者统计表,具体如表1所示。 排名第1位的是来自荷兰阿姆斯特丹自由经济与工商管理系的Yaohua Tan,他和排名第9位来自荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学决策与信息系统研究所的Walter Thoen曾一起对电子商务通用信任模型进行研究,主要探讨信任控制机制的建模、信任机制在电子支付及国际电子交易中的应用[3]。排名第2位的是来自英属哥伦布亚大学商务与工商管理学院的IzakBenbasat,他主要从事智能系统中解释的作用调查、信息系统在部门经理中的能用性及信息系统专业人员业务能力的测量、电子商务网络接口的设计和对人机界面的评估研究等。排名第3位的是来自中国华中科技大学管理学院的鲁耀斌,他与排名第4位来自中国杭州电子科技大学管理学院的周涛和排名第10位来自美国德克萨斯大学泛美分校的Bin Wang曾共同通过计划行为理论、技术接受模型及流动理论探索中国用户对即时通讯的认可度[4]。其中,鲁耀斌教授主要从事电子及移动商务中关于电子市场结构与消费者采纳、信任机制、商务战略研究和项目管理、信息管理方面的研究。排名5、6、7位的分别是来自美国休斯顿明湖大学计算机信息系统的Dan J.Kim、来自加拿大西门菲莎大学工商管理学院的Dianne Cyr、来自美国德雷克塞尔大学商务学院管理系的David Gefen。Dan J.Kim主要专注于电子商务信任、无线与移动电子商务、信息安全与保障研究,Dan J.Kim等认为互联网消费者的信任和感知风险对其购买决策具有较大影响,消费者信任的性格、声誉、隐私问题、安全问题、网站信息质量和公司信誉都会影响互联网消费者的信任,而第三方印章对消费者信任的影响不大[5]。排名第8位的是来自台湾国立中央大学咨询管理系的Chaomin Chiu,他在电子商务、电子学习和知识管理领域的研究较多。从个体角度来看,关于电子商务、信任机制的研究是上述学者的研究方向之一,两位中国学者在电子商务信用领域的研究成果较为突出,均发文7篇,说明中国在电子商务信用领域的研究具有一定的国际影响力。 3 电子商务信用领域研究力量的机构、地区分布 在CitespaceⅢ中,将Node Types设置为Country,其它策略不变,将可视化的数据整理后得到排名前10位的高产机构情况如表2所示。 排名第2位的是加拿大英属哥伦比亚大学,该校商务与工商管理学院IzakBenbasat的发文数量为9篇,达到了该机构总发文数量的81.8%。排名第4位的是美国德雷克赛尔大学,发文数量为9篇,而该大学商务学院管理系David Gefen的发文数量为5篇,占该机构发文数量的一半以上。排名第8位、第10位的分别是加拿大西门菲莎大学和荷兰伊拉斯姆斯大学,发文数量均为7篇,其中加拿大西门菲莎大学工商管理学院Dianne Cyr的发文数量为6篇,占该机构总发文数量的85.7%以上,荷兰伊拉斯姆斯大学决策与信息系统研究所Walter Thoen的发文数量为5篇,占伊拉斯姆斯大学总发文数量的71.4%。来自中国的华中科技大学、杭州电子科技大学发文数量分别位居第6位、第12位,在电子商务信用领域,华中科技大学管理学院鲁耀斌的发文数量占华中科技大学总发文数量的87.5%,杭州电子科技大学管理学院周涛的发文数量即为杭州电子科技大学的总发文数量,说明周涛是该机构在电子商务信用领域研究的优秀人员。而表2中排名在前12名的其它6所机构是中国香港城市大学、国立新加坡大学、美国威斯康星大学、美国华盛顿周立大学、韩国成均馆大学、韩国庆熙大学。通过对比表1、表2可发现,高产作者中没有来自这6所机构的成员,表明虽然上述6所研究机构的整体发文量名列前12位,但是这几所研究机构没有进行电子商务信用研究的优秀人物,学者们的研究方向也较为分散。由此可知,加拿大、荷兰、中国以及美国部分机构学者们的研究方向较专一,这些国家研究机构的发文数量主要由一些优秀作者或其领导的团队贡献。 按国家或地区来看,发文数量排名前10位的如表3,可视化分析的知识图谱则如图2。其中美国的发文数量为224篇位居第一,占前10名总发文数量的37.4%。其次是中国台湾,发文数量为67篇,占总发文数量的11.2%,中国大陆排名第3位,发文数量为59篇,从第4名往后的几个地区发文数量的差距都不大。图2中圆形节点代表国家(或地区),节点大小代表发文数量多少,节点间的连线代表国家(或地区)间的合作关系,连线越粗,代表地区间合作越密切。在图2中也能看出美国的发文数量最 总体而言,从地区来看,美国的发文数量最多,但从个人和机构的角度来看,中国和加拿大的发文数量较多,美国不占优势。这表明,美国从事电子商务信用领域研究的人很多,但是其研究方向都很分散导致研究机构发文数量不多、缺乏优秀作者,而中国和加拿大稳定的研究方向和团队,使得其机构和个人的发文数量很可观。 4 结语 通过运用CitespaceⅢ软件对SCI和SSCI数据库中1999年至今关于电子商务信用的文献题录数据进行了分析,揭示了中国的部分学者、中国部分机构在电子商务信用领域的研究拥有可观的实力,但中国总发文量远不及高产国家美国,说明在中国从事电子商务信用研究的学者和机构不够多。因此,我国需着力培养电子商务信用研究的科研人员,并支持相关机构进行电子商务信用研究或建立专门的电子商务信任研究机构。 商务统计论文:电子商务对广西企业统计分析的影响初探 [摘 要] 科技的进步和经济社会的发展促进了电子商务的发展,而电子商务的快速发展在给广西企业统计分析带来巨大机遇的同时,也带来许多挑战。本文在阐述电子商务发展的基础上,初步分析了电子商务对广西企业统计分析工作的影响,并提出构建企业电子商务统计分析的方法及建议。 [关键词] 电子商务 统计 分析 企业电子商务统计 随着全球信息化的快速发展,电子商务受到世界各国政府和企业界的重视,成为最受资本关注的互联网细分市场。2008年中国电子商务市场交易额达上万亿元,已成为经济发展中的新的增长点。电子商务的发展,信息交融汇合,大大的激增了数据的容量,使得统计信息的分析应用受到人们的关注。 互联网为庞大的信息资料数据提供了一个很好的平台,无论是企业还是个人想要的数据都可在互联网上获得。电子商务的兴起为企业和消费者提供了获取统计信息服务的一种新方法,统计信息非常适应电子商务这种交易方式,在线服务、互联网和企业内部网允许使用者直接访问统计信息产品,电子商务企业的统计工作,也日益提到了重要的议事日程上来。如何对电子商务进行统计和量化的评估,引导和推动电子商务健康发展,对于规划本地区电子商务的发展,提高综合国力,具有重要的意义。 电子商务时期企业统计分析特征首先是企业统计分析的信息量大增。电子商务对企业统计分析工作有很多影响。企业作为电子商务活动的主体,面对电子商务的巨大挑战,纷纷开展电子商务,力图在新经济中保持并取得新的竞争优势。由于电子商务的迅猛发展,几乎所有的企业都面临着激烈的竞争。在INTERN上,即使是一家很小的企业,也能够非常容易地大量的信息,并通过国际互联网轻易地传递到全世界的每一个角落。 广西地区经济的落后,从历史、客观条件看,在很大程度上是由于地处偏远、交通通讯落后、市场信息匮乏造成的。在广西经济大开发中,电子商务将发挥巨大的作用。电子商务的快速发展在给广西企业统计分析带来巨大机遇的同时,也带来了许多挑战。广西企业必须在实践中正确及时地发掘现有的信息,充分利用统计分析工具分析和获取相关经济数据资料,才能在激烈的竞争中保持竞争力。 一、中国及广西企业电子商务统计调查的工作现状 1.中国电子商务统计调查现状 1990年底,中国的电子商务首先从应用EDI(电子数据交换)开始,主要集中在外贸、海关及航空运输等领域。1993年,中国正式启动国家信息化建设。1994年,中国企业开始涉及电子商务。1997年,电子政务、企业上网、网上纳税、网上教育、远程诊断、以及网上购物等电子商务开始启动。 目前,中国的电子商务尚处在发展的初级阶段,有关电子商务的统计调查也刚刚起步。中国半官方或非官方的部门及机构尝试性地进行有关电子商务的统计调查。《中国互联网络发展状况统计调查》《CII中国电子商务总指数指标体系研究与指数测算》《企业互联网应用和电子商务发展水平统计调查》《企业电子商务发展现状调查》已经涉及到电子商务内容一些指标。 2.中国电子商务统计调查的发展阶段 从中国有关电子商务的统计调查发展阶段看,目前已经历了3个阶段: (1)电子商务统计调查的准备阶段――研究与宣传:组织专家设计统计调查的调查方案、指标体系、设计问卷,对一些概念进行定义等,并进行了尝试性的统计调查。 (2)电子商务统计调查的初级阶段――互联网应用调查:统计调查的主要内容是中国互联网上网计算机数、带宽总量、网站的数量及地区分布、CN域名、用户人数、用户分布、信息流量等方面的信息。对政府和企业动态掌握互联网在中国的发展情况,提供决策依据有着十分重要的意义。 (3)中国电子商务统计的发展阶段――实验与探索:CNNIC从个人用户角度进一步开展了涉及电子商务活动的问卷调查;国家统计局国际统计信息中心与CII进行了分地区的电子商务指数统计调查;国家经贸委委托中国社会科学院等单位对中国部分大中型企业进行有关电子商务的统计调查;CCID从企业角度开展了电子商务统计调查等。 3.广西企业电子商务统计调查的工作现状 广西统计局已建成LAN,与国家统计局已建成的帧中继(Frame Relay)主干网建立连接。统计工作方式随着网络的应用发生了很大变化,大量统计业务通过网络进行,统计信息网络已成为支撑统计业务运行的重要基础。集成共享的数据库系统已在一些地区的统计部门开始应用,信息方式有很大的变化。广西互联网基础设施水平逐步提升,网民数量快速增长,企业上网环境改善等诸多因素的综合作用下,个人和企业用户的生活以及工作将越来越离不开互联网,这必将推动广西电子商务市场的发展和成熟,也必将推动广西电子商务统计的发展。 二、广西企业电子商务统计调查工作应解决的主要问题 我国统计电子商务方面的研究基本上是空白,要建立统计电子商务系统,其系统构成、运作模式、安全机制等深层次问题有待于深入研究。统计电子商务实施无法完全照搬其它行业的模式。企业统计信息电子商务可划分为三个阶段:前交易阶段,主要是统计信息的和获取;交易中阶段,主要是进行统计信息商品选购、价格洽定、合同签订等交易磋商确认活动;后交易阶段,主要是完成与交易有关的款项支付、统计产品的输送、凭证发放及签收等活动。广西企业电子商务统计调查工作应解决的主要问题有以下几点: 1.电子商务的统计调查工作应及早纳入官方的统计工作发展计划之内,建立有关电子商务的官方统计调查体系,并尽快付诸实施。 2.深入地研究和制订有关电子商务的统计方法、统计口径、统计指标体系,及统计范围,并在其中包括电子商务交易额等优秀指标。 3.利用较系统的地区及企业电子商务的统计体系,做到既为宏观战略决策服务,又为微观运作服务,同时又能与国外进行比较,从而达到为促进广西电子商务发展,提高广西信息化水平而提供量化的参考依据的目标。 总的来说,广西企业电子商务统计调查要确定研究目标,通过对国外发达国家统计信息产业电子商务系统有关资料的收集与深入分析,结合广西统计信息及产业服务的现状、特点及发展趋势,运用计算机网络技术、Web数据库技术、动态Web开发技术、计算机软件技术和现代密码学技术等,来探索适合广西统计电子商务系统的构建模式及安全方案。 三、广西企业建立统计电子商务系统,有待研究的内容及建议 统计电子商务系统的建立,要根据在线用户的实时需求,即时提供符合用户要求的服务,方便满足社会各层次对统计信息的需求,从而为企业的经营管理决策等提供更准确有效的高质量基础资料。 广西中小企业在线交易大多是通过第三方电子商务平台进行。目前广西开展的电子商务类调查,除了部分针对企业外,大部分是针对网民个人进行的一些调查。如:分析互联网领域中主流、热点及潜在高成长领域的市场规模、增长率、营业收入结构和网络广告、搜索引擎、综合门户、网络游戏、即时通讯、博客、宽带视频、音乐、社区/BBS等信息。但是,电子商务统计,尤其是官方电子商务统计,必须以客观指标为主,尽量少采用或不采用主观指标。例如,对电子商务进行测度,网站数量是一个非常重要的指标,我们就应该直接通过搜索工具进行搜索,获取直接数据,而不应该进行抽样调查,进而估计出该地区的网站数量。又如,对于上网速度,我们虽然可以对网民进行抽样调查,但是根据该地区互联网总体带宽情况和上网用户数进行估算就要更客观得多。 广西企业建立统计电子商务系统,使统计信息电子商务化,不仅能为社会创造巨大的财富,促进社会经济发展,而且将促进广西民间统计的发展;将改变人们对统计的观念,强化对统计的社会监督机制;将改变统计的组织体系;使国家统计机构、企业内部统计的职能也更规范、更完备。 商务统计论文:基于生物统计特征的验证技术在电子商务中的应用 [摘 要] 本文分析了影响电子商务的安全因素,介绍了为保证电子商务平台安全运行的基于生物统计特征的生物识别技术,进而提出解决电子商务安全性的对策,本文就生物识别技术在电子商务安全性中的应用进行分析探讨。 [关键词] 电子商务 生物识别技术 安全性 一、引言 随着各种电子商务的蓬勃发展,它已经逐渐成为人们进行商务活动的新模式。电子商务的安全性也变得越来越突出,无论我们到银行取钱、网上购物,还是注册网络服务、刷卡消费,都需要身份的识别。传统的身份识别方式不仅繁琐,并且满足不了安全性的要求,但令人欣喜的是,生物识别技术作为一个电子商务中独特的领域越来越受到关注。近年来不断发展的生物识别技术正被越来越多地应用于身份识别,从而更有效地保护我们的安全和隐私。 二、影响我国电子商务安全性的因素分析 经济全球化和信息技术与信息产业迅速发展,电子商务将成为今后信息交流的热点,成为各国争先发展,各个产业部门最为关注的领域。 1.互联网电子商务平台的普及使安全性经受新考验 由于INTERNET的迅速流行,电子商务引起了广泛的注意,被公认为是未来IT最有潜力的增长点。然而,在开放的网络上处理交易,如何保证传输数据的安全成为电子商务能否普及的最重要的因数之一。人们担心遭到黑客的侵袭而导致信用卡信息丢失,不愿意使用电子商务,安全成为电子商务发展中最大的障碍。 2.电子商务的国际化趋势使安全问题日益严峻 中国电子商务必然走向世界,同时也面临着世界电子商务强手的严峻挑战。我国电子商务企业将随着国际电子商务环境的规范和完善逐步走向世界。我国企业可以由此同发达国家真正站在一个起跑线上,变我国在市场经济轨道上的后发劣势为后发优势。 三、基于生物统计特征的生物识别技术 1.生物识别技术的特点 生物识别技术是以生物技术为基础,以信息技术为手段,集光学、传感技术、超声波扫描和计算机技术于一身的身份验证技术。它依靠人体的生物特征来进行身份验证,具有不可复制性和唯一性。生物识别技术是最为方便与安全的识别技术,它不需要记住复杂的密码,也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。可借助于计算机技术实现,实现自动化管理。 2.生物识别技术分类 虹膜识别技术:通过对虹膜的特征结构进行检验,进而确定用户身份。这种方式方便可靠,无需物理接触,具有惟一性、稳定性、可采集性、非侵犯性等优点。 视网膜识别技术:包括虹膜技术与角膜技术。角膜扫描是用低密度的红外线去捕捉角膜的独特特征,血液细胞的惟一模式就被捕捉下来。它具有使用者和设备非接触、视网膜不会被伪造等特点,但由于要求被扫描者在它读取角膜信息时直立不动,很难获得用户的普遍接受,另外,角膜扫描仪对于盲者和眼睛患病的人是无效的。 面部识别:通过对面部特征进行识别。标准视频技术通过一个标准的摄像头摄取面部的图像或者一系列图像,记录一些优秀点及它们之间的相对位置,然后形成模板;热成像技术通过分析由面部的毛细血管的血液产生的热线来产生面部图像,通过特定算法将图像变成数字信号,最终产生匹配或不匹配信号。面部识别是非接触的,用户不需要和设备直接接触。 签名识别:也被称为签名力学辩识,它是建立在签名时的力度上的。它分析的是笔的移动,而非签名的图像本身。签名力学的关键在于区分出不同的签名部分,有些是习惯性的,而另一些在每次签名时都不同。它容易被大众接受,但随着经验的增长、性情的变化与生活方式的改变,签名也会随之改变。 声音识别技术:是一种行为识别技术,识别设备不断地测量、记录声音的波形和变化,并将现场采集到的声音同登记过的声音模板进行精确的匹配,从而确定用户身份。 是一种非接触的识别技术,用户可以很自然地接受。 指纹识别系统:它通过对指纹的全局特征和局部特征采集、分析后,与模板库中存储的指纹对比,自动、准确地鉴别出个人身份。用来采集指纹图像的技术为光学技术和电容技术。光学技术需要一个光源从棱镜反射按在一个取像头的手指,光线照亮指纹从而采集到指纹。电容技术是按压到采集头上的手指的脊和谷在手指表皮和芯片之间产生不同的电容,芯片通过测量空间中的不同的电容场得到完整的指纹。 四、生物识别技术发展趋势 随着数字时代的到来,基于生物特征的验证技术愈加显示出它的价值。生物密码时代呼之欲来,生物识别技术的可靠性,以及有效地鉴定个人的身份有着重大的社会和经济意义。“执生命密匙,启身份之锁”,在以计算机和生物技术为主流的知识经济崛起时代,身份的鉴定有了来自生物体自身的密匙,横跨这两大科技领域的生物特征识别技术正愈益显示出其旺盛的生命力和远大前景。 由于各种生物特征的识别方式都有其一定的适用范围,单一的生物特征识别系统在实际应用中显现出各自的局限性,生物特征识别技术开始向多生物特征识别技术结合方向发展。当然生物识别技术并非万无一失,与数字密码识别技术相比最大的缺点是,一旦当事人的生物特征被仿制,很难像改变密码一样更改自身的特征。 五、结论 从目前的应用现状看,生物特征是最好的验证方式,个体的生物特征不易丢失,不易仿造,是个体在出生的时候就获得了的惟一的、先天的身份证明,这份证明是由最可信,最具权威性和通用性的大自然发放的。总之,随着电子商务成为信息交流的热点,生物识别技术将获得空前的发展空间,多生物识别技术共同应用是大势所趋,随着时间的推移和技术的发展,电子商务安全体系将越来越完善。
电子学论文:成人教育电子学籍档案管理论文 一、电子档案的含义 电子档案是指通过计算机磁盘等设备进行存储,与纸质档案相对应,相互关联的通用电子图像文件集合,通常以案卷为单位。电子档案与传统的纸质档案有相同的本质:都是文件存在的一种方式、都具有物理实态的特征、都是形成者真实活动的记录,有参考利用价值,需要存档备查。但相比之下电子档案在记录方式上有许多独特的特性:即电子档案依赖于计算机软、硬件和数据库与网络系统,其信息存储量大大高于过去的各种信息介质。而且便于存放、方便快捷,极大地提高了工作效率,信息可以实现共享且不受地域的限制。 二、成人教育电子学籍档案管理的作用 首先,计算机内存容量满足大,可以满足由于招生规模扩大而导致的学籍档案数量迅速增加的需要。一台配备电子档案管理软件的计算机就可以存储历年历届学生的学籍档案,这样就能够安全高效地完成各级学生学籍档案的日常管理。同时电子档案管理通常情况下实行专人管理,档案的保密性强,工作效率高。其次,由于电子档案管理软件具有搜索和查询功能,管理人员可以随时输入查询条件仅需几分钟甚至更短的时间就可以调取任何一个考生的信息。如果是传统的纸质方式进行查询往往需要数小时甚至更长时间才能找到,为管理人员节约了大量的时间和精力,既减少了档案管理的成本,也大大提高了工作的效率。再次,利用计算机中某些软件,可以对相关学籍信息进行分析处理,对每个学生的信息进行综合处理,为学生加深对自身的了解、高校提高管理水平、用人单位找到更合适的员工和制定合理的用人计划提供方便。 三、目前成人教育学籍电子档案管理工作中存在的问题 1、成人电子档案管理重视程度不够。 一部分成教管理工作人员对学籍管理工作认识模糊,思想上只把成教当成普教的附属品;还有少数分管成教工作的校领导和工作人员仅将它看成创收的渠道。这种思想导致许多软件和硬件的配备都不能满足电子档案的管理需要,硬件设施不够完善,不能按岗配备专门人才及档案管理混乱等。 2、成人电子档案管理仍然存在手段落后和模式陈旧现象。 虽然目前很多成人教育都采用了电子档案管理方法,但实践中还有许多高校的成人教育学籍电子档案管理仍然采用的是传统手工操作,没有采用电子档案管理,没有配备专门的电子档案管理软件。有一些学校的学籍管理的常规性工作虽然也一部分使用了计算机,但也仅仅是采用单机操作,计算机的价值只是打印的工具而已。这些手段明显落后于形势,跟不上时展的需要,从而必然阻碍了工作效率的提高和成人教育事业的发展。 3、电子档案管理存在忽视学籍档案管理队伍建设和人员培训的现象。 成教学籍档案管理工作是一项复杂的系统工程,要求成人电子档案管理人员不仅要有过硬的专业素养,而且要把握工作中的准确性和原则性。随着计算机系统软件的不断升级,要求电子档案管理人员要不定期的参加系统培训。但是实践中,许多地方高校普遍存在着忽视学籍管理队伍的建设的现状,学籍管理人员存在着综合素质偏低、专业结构、年龄结构不合理等现象。高校只有紧紧围绕当前时展对成人高等教育的新要求,彻底摒弃陈旧和落后的管理理念,将科学、先进、高效的管理理念引进到学籍电子档案管理领域,才能有效地加强和完善学籍管理队伍建设工作。 4、成人电子档案管理存在着信息技术领域内的一些难题 如学籍管理密钥升级过于繁复、网上黑客与病毒的客观存在。而且电子档案管理有其自己的特点,它是无形的东西,装载在某种介质上,并且必须通过计算机或其他“懂”得其组成规则的工具才能看得到它,没有传统档案的直观性等等。可以说,保证电子文件的真实性和原始性的技术难题很多,这些因素都制约着学籍电子档案管理水平。当然,电子档案当前还处于发展的初级阶段,需要不断的改进和完善。 四、成人教育学籍电子档案管理的具体措施 1.成人教育学籍管理需要引进一套规范、标准的学籍档案管理软件。 目前大部分高校使用的学籍档案管理软件是购买软件公司开发的通用的档案管理软件,比较有实力的高校也可能根据本校的实际情况自行开发管理软件。软件公司开发的档案管理软件虽然设计的原理遵循了国家档案实体分类法的规定,能够基本适应高校学籍档案管理的需要,但是这类软件更适用于文书档案的管理。将其用于高校的学籍档案管理比较牵强。而部分学校自行开发的软件由于根据本校实际进行设计,所以比较适合本单位档案管理工作。但自行开发的软件分类标准却欠规范。两种类型都各有利弊,如何扬长避短?实践中购买软件的高校可以在引进软件时与软件公司进行约定,要求开发人员根据本校实际,在原有通用软件的基础上做适当的修改。而有条件自行开发软件的高校,可以在基于本校工作实际的基础上,严格按照国家档案实体分类法的规定制定分类标准,使其在适应自身学籍档案管理需要的同时,更加标准和规范。 2.配备专职的成人学籍档案管理人员,并加强管理人员的培训。 首先,先进的学籍管理软件需要掌握信息技术知识并能熟练操作使用这些管理软件的专职管理队伍才能实现发挥作用。要保障成人学籍档案管理的现代化和信息化,不仅要大力提高学籍管理人员的知识水平及管理能力,尤其要管理人员具有熟练使用现代化办公设施的能力。所以配备专职的成人学籍档案管理人员至关重要。其次由于信息技术是不断更新的,所以重视和加强对档案管理人员的培训和继续教育也不容忽视。学籍管理人员必须及时学习新技能和新知识以提高他们的信息管理意识和水平,这样才能更好地为本职工作服务。 3.成人电子学籍档案管理需要建立网络互联平台以实现信息共享。 成人教育的学籍管理不仅部门自身需要查阅,各级教育主管部门也要在需要时对成人教育学籍档案的相关信息进行查询。如何提高办事效率,减少重复劳动和查阅纸质档案的时间?这就需要建立网络互联平台以实现信息共享,实现成人教育学籍档案相关管理模块与教育主管部门的对接。各部门可以根据工作需要直接调用学籍档案中的信息。 4.成人电子学籍档案管理要注意学籍档案的安全性和保密性。 成人电子学籍档案由于教育系统分布广泛,多个校区和工作站或总校与各分校及各分校之间都要进行相关信息的交流和传递,所以不可避免的具有一定的开放性。但是学籍档案中又包含了很多如身份证号码、联系方式及家庭住址等涉及学生个人隐私的信息,这些信息的泄露会影响学生个人正常生活,为了避免学生的隐私信息不被不法分子利用,保护学生的合法权益,成人的电子学籍信息是需要保密的。这就要求管理软件首先要具有一定的学籍信息安全与保密功能。另一方面学籍管理工作还要严格审查网上公布的信息,避免涉及学生隐私的信息泄露以保障成人教育学籍档案信息的安全。 作者:徐松 单位:营口职业技术学院 电子学论文:医用电子学与医疗论文 一、医用电子学与医疗器械的关系 随着社会进步,有些便携式医疗器械进入家庭,使人们随时了解自己身体的健康情况。人口老龄化的增多,医疗器械市场需求不断增长,人们健康意识不断增强,促进医用电子学的发展和进步。血压计、血糖计等早已进入家庭,使人们及时发现血压动态变化。如发现血压出现不正常,及时调节饮食和生活,减少不必要的病痛。同时血糖计可以提前预防糖尿病,及时发现血糖是否增高,减少去医院的次数和时间。电子是由原子组成的,导体之所以能够导电,是由于导体中存在着大量可以自由移动的电荷。各种医疗器械都是医用电子学发展的产物。如CT机、彩超等大型医疗设备内部芯片的制作原理,必须有一定的医用电子学基础理论才能解释。随着医用电子行业的进步,一些医用电子行业的最新研究结果将运用于医疗器械,使医疗器械行业得到发展。现实中我们每个人都希望有一个健康的身体,这就需要随时观察自己的身体状况,就要用到医疗器械。要想弄清医疗器械的内部结构和原理,就需要有足够的医用电子学理论知识。因为,医疗器械内部由很多电子器件和集成块组成的,每个电子器件和集成块都需要医用电子学知识才能知道它是如何正常工作的。科学家们不断研究更新医疗器械,如血压计由机械式发展到电子数字式,体重计也由指针式发展到电子数字式,体现了全球科技的进步。 二、电子学是一门以应用为主要目的的科学 电子是一种极其微观的粒子,在物理领域对其研究比较深入,它的性质决定了应用的广泛,自由电子能够在导体的原子之间轻易移动,利用这个原理我们通过导线可以控制引导电子的定向移动,进而为人类服务。电子学是研究导体及半导体如何导电的,电子学课程包括低频电子电路、数字电路,这些都是以应用为主要目的的科学技术。如医疗器械维修专业,所开课程必须有电子学。没有电子学知识,医疗器械内部电路原理无法解释。有些医疗器械为什么只能用,不会修,就是因为没有丰富的电子学知识,充分证明电子学在医学学科中的重要性。要想维修好医疗器械,必须有丰富的电子学知识和医学知识。低频电子线路主要讲半导体电子如何导电,单级、多级放大器的工作原理、差动放大器原理、多谐振荡器原理、直流稳压电源等知识,掌握这些基本知识,才能学习电子学高深的内容。高频电子电路,阐述频率高的电子学知识,数字脉冲电路,阐述电路输入不同的脉冲电路的工作原理,有了这些电子学的基本知识,才能初步了解电子仪器的内部结构原理。电子技术是一门实用技术,是一门综合科学。要想学好电子学,必须学好高等数学和物理。因为高频电路涉及高等数学,物理涉及电学和磁学,它们都是相互联系的共同体,所以,电子学是一门实用的科学。现代的电脑、手机这些实用电子设备,机芯都是由若干集成电路组成的,集成电路是根据电子电路原理制成的,集成块各有不同的原理和作用。任何电子器件都是在电子学原理基础上研制成的。电子学这门学科已经普及,在飞速发展的年代起到了重要作用。在现实生活中,电子学这门科学运用到各个领域。电子技术的飞速发展使得电子仪器在医学领域得到了广泛的应用,如基础医学研究、临床诊断和治疗、病房监护以及预防保健。在这些应用过程中,电子技术不断吸取生物医学领域中其他学科的知识,从而逐步形成一门新兴学科——医用电子学。目前,医用电子学已成为医学影像、生物医学工程,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。 三、现代医疗器械在病理诊断中的重要性 医学发展到现代,已经是一个应用高端电子技术以及材料科学的学科。医学的重要方面就是诊断。于是,就要有现代医疗设备,不断发展检测手段。“诊断”包括诊察和判断两方面。所谓诊断,指的是对病性、病因的判断。在此过程中,医生对疾病规律比较全面的掌握非常重要。具备了比较全面的知识和经验就能作出比较准确的判断,从而为病症施治提供依据。为了高效准确诊断病症,我们不得不依赖科技发展。例如运用现代检测设备,我们可以快速采集到病理标本,并通过电子设备使用电子学的各种原理变换、传输、交换、处理信息,从而直观再现出来,使我们对病症诊断有一个科学精确的分析。不仅是病理诊断使用到,就是我们未发病的时候也能经常使用简单而又准确的检测仪器自检。医疗器械在人们生活中起到重要作用,为医生诊断病情提供了一定的依据,提高了诊断病症的准确率,使医疗水平得以提高。在高节奏、高强度的竞争时代,需要强壮健康的体魄,更好地工作学习生活,要不断学习专业知识,才能跟上快节奏的时代。尤其电子学这门学科,更要努力学好,只有掌握电子学专业知识,才能维护医疗器械。现代医学的发展,医疗器械的不断更新与换代,使医生对病症的诊断精确率越来越高,从而使人们的寿命不断增长,现代医疗器械充分发挥了有效的作用,为全世界人们服务。科学家们不断创新研究医疗器械,加之医生专业水平的提高,使难疑病症得到医治。 四、传感器与电子学的关系 传感器技术、通信技术和计算机技术一起构成了现代信息技术的三大基础,分别被喻为五官、神经和大脑,分别完成信息的采集、传输和处理。随着信息处理技术以及微处理器和计算机技术的高速发展,传感器的作用越来越重要。传感器是一种能把非电学量转变成便于测量的电信号的器件。传感器的种类很多,常用的有光电门、声、电、光强、温度、电位、位移、压力、电压等传感器。它们的主要功能是将诸如力、热、光、温度等非电学量的信号转化成电信号并通过接口电路与微机相连,实现实时监控。还有电磁传感器、红外传感器、光纤传感器。磁传感器是最古老的传感器,指南针是磁传感器最早的应用。红外技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。光纤传感器是最近几年出现的新技术,可以用来测量多种物理量,比如声场、电场、压力、温度。人体的血压、血流、呼吸、温度、生物电、化学物质和生物物质,细微的变化,我们自身无法及时体验,有时一些轻微的变化也会引起生理疾病,我们运用各种物质传感器就能及时感知到这些变化。各种传感器都是依赖电子学中电路处理、计算机整合等原理,通过极敏感的感知效应和强大的放大效应将生物信号转化为直观可见的图像信号。于是我们便能及时获得人体的生理健康信息。诊断结果出来我们更需要考虑治疗方案,严重的可能需要置换人造或组织器官,这就涉及到了材料科学。而电子学在改造现有材料、创造新型材料方面发挥着积极的作用。 五、结束语 由此可见,尽管电子和医学属于不同的领域,但在科技发达的现代社会,两者有着密切的关系,人类对电子的研究不断进步应用到更广泛的领域,为我们的医学事业发展提供强大的支持。 作者:林凤云 单位:内蒙古医科大学计算机信息学院 电子学论文:电子学系统电路设计论文 1.辅助电子学系统电路设计实现 1.1ARM处理部分 针对ARM内核的高速可顺序执行特性,更适合处理复杂协议信息。ARM处理部分在设计中主要负责协议层处理工作,包括通信信息、人机交互设定、系统工作参数监测、报警数据设定、监测以及系统数据分析处理等多方面的工作,整体采用抢占式进行多任务分配,提高CPU利用率以及系统鲁棒性。 1.2FPGA控制部分 总体来看,FPGA主要负责硬件设备底层驱动的读写,作为ARM的一个外部扩展RAM进行外设数据交换,所有FPGA采集、输出的数据均可通过ARM的可变静态存储控制器(FlexibleStaticMemoryController,FSMC)总线读写。在设计中运用FPGA独特的可多任务并行执行的特性,FPGA控制部分主要负责外部通信模式的选择;外部模拟信号的采集、输出温度的控制、时钟同步、时钟移相、数码管计数显示等多项功能的处理。在外部模拟量、氢原子钟内炉温度采集部分,由FPGA内部硬件采用状态机形式通过两片AD7490D对外部32路模拟量采集,并直接用模数转换器进行控制处理;另一个状态机通过热敏电阻对内炉顶,上,底等三部分温度进行采集;在温度输出控制部分,通过三路PWM控制方式,以外部温控器作为驱动信号,调节加热功率。在模数转换部分由专用基准电压芯片REF192产生参考电压,温度转换经过带有前置运算放大器(Operationalamplifier,OP)的模数转换器进行采样,并同时具有抑制50Hz抑制功能,以抵消测量中所产生的工频干扰。在通信电路的设计部分由FPGA来选择所采用的通信方式,其中串口通信采用隔离式电平变换芯片,避免电平不兼容或是不同设备间的静电释放(Electro-Staticdischarge,ESD)所带来的放电损坏;以太网部分采用专用以太网接口模块,可同时兼容TCP/IPv4、用户数据报协议(UserDatagramProtocol,UDP)等。 1.串口通信接口的电路设计 原本的串口通信设计为了满足两路串口通信的技术指标,采用AT89C52结合通用同步异步接收发送器8251A实现双串口的扩展。本文采用ADM3251E[3]来解决多路串口的通信功能。ADM3251E是一款高速、2.5kV完全隔离、单通道RS-232/V.28收发器、具有isoPower隔离电源的双通道数字隔离器,设计中无需使用单独的隔离DC-DC转换器。由于RIN和TOUT引脚提供高压ESD保护,因此该器件非常适合在恶劣的电气环境中工作,或频繁插拔RS-232电缆的场合。ADM3251E采用ADI公司的芯片级变压器iCoupler技术,能够同时用于隔离逻辑信号和集成式DC-DC转换器,因此该器件可提供整体隔离解决方案。 2.ADC模拟量采样电路设计改进 原本的ADC采样电路使用两片ADC0816。ADC0816是逐次比较式16路8位A/D转换器,其内部包含有一个8位A/D转换器和16路的单端模拟信号多路转换开关,转换精度为1/2LSB,转换时间为100us(时钟频率为640KHz)。改进设计中采用AD7490,它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同时AD7490采用单电源工作,电源电压为2.7V至5.25V,最高吞吐量可达1MSPS;其内置一个低噪声、宽带宽采样/保持放大器,可处理1MHz以上的输入频率;转换过程和数据采集过程通过CS和串行时钟进行控制,从而为器件与微处理器接口创造了条件。 3.温度控制部分的设计改进 温度对于氢原子钟来说是个很重要的因素,温度控制不好会引起氢原子钟稳定度变差;温度失控会直接导致氢原子钟没有中频信号输出。因此在温度控制的设计中首先要做到可靠、稳定。原先的温度控制系统采用模拟控制多块电路板各温度区域独立控制模式,其缺点是变容二极管参数数值不在正常工作范围内之后,需要人为调整电路板的电位器,即通过人为改变电阻的模式来达到调整温度的目的。在数字化智能温控设计中采用AD7792[4],AD7792具有两个高精度的可编程恒流激励源,内置有可编程的仪表放大器,可以对不同的输入信号选择相对应的放大倍数,实现信号的匹配。它内置16位ADC,采用SPI串行接口,容易实现光耦隔离,有三路差分模拟输入,可以满足设计中分别对内炉顶,上,底三部分温度进行采集的设计要求。AD7792为适应高精度测量应用的低功耗、低噪声、完整模拟前端,内置一个低噪声、带有三个差分模拟输入的16位Σ-Δ型ADC。它还集成了片内低噪声仪表放大器,因而可直接输入小信号;内置一个精密低噪声、低漂移内部带隙基准电压源,而且也可采用一个外部差分基准电压。图2中所示CHAN表示温度区域,其中CH1代表内炉顶,CH2代表内炉上,CH3代表内炉底;ACTU代表采样温度数值,SET代表设定温度数值,OUT代表了输出功率的大小。 4.移相同步精度设计改进 传统控制板同步精度为100ns±逻辑门延时(约几个ns),移相分辨率为0.1us。经过设计改进后,采用独特的先倍频后同步技术,可大大提高移相同步分辨率。在本次应用中,先对外部输入的10MHz方波信号,经过FPGA内部的锁相环(PhaseLockedLoop,PLL)的配置进行零度移相五倍频,得到和输入信号零相位差的50MHz信号。上一幅为10MHz信号波形,下一幅为倍频后的50MHz方波信号波形。 5.DDS电路设计部分 之前控制板在综合器设计输出时,采用AT89C52驱动三片74LS595串入并出输出6位8421码共24位数据信息经25芯弯角插座(DR-25)将数据传输至接收机控制板,再由CPLD处理后输出所需的频率信号。而目前设计中选取AD9956[5],使用直接数字式频率合成器(DirectDigitalSynthesizer,DDS)技术直接从监控板输出所需的频率信号,AD9956是由美国AnalogDevice公司推出的高性能的DDS芯片,提供速度高达400MHz的内部时钟,可合成频率高达160MHz,支持2.7GHz的时钟输入(可选2,4或8分频)、内部集成14位的D/A转换器,具备快速频率转换、精细频率分辨率和低相位噪声输出的性能,适用于快速跳频频率合成器的设计,本设计DDS输出频率信号可以根据键盘键入的频率值不同而输出不同的频率值。 6.存储器设计改进 氢原子钟必需具有对时间以及对所监测数据实时保存的功能。然而外部存储器的选择也是多种多样的,目前应用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM这三种方案。我们目前使用的存储器就是采用SRAM加后备电池的模式,型号62256,它是组织结构为32K*8位字长的高性能CMOS静态RAM。在设备掉电的情况下,存储数据易丢失。同时SRAM加后备电池的方法增加了硬件设计的复杂性,降低了系统的可靠性;EEPROM方式可擦写次数较少(约10万次),且写操作时间较长(约10ms);而NVRAM的价格问题又限制了它的普遍应用。因此越来越多的设计者将目光投向了新型的非易失性铁电存储器(FRAM)。铁电存储器具有以下几个优点:可以总线速度写入数据,而且在写入后不需要任何延时等待;有近乎无限次擦写寿命;数据保持45年不丢失;具有较低的功耗。设计中采用的FM25L16是串行FRAM。其内部存储结构形式为2k×8位,地址范围为0000H~07FFH,FM25L16支持SPI方式0和方式3。具有先进的写保护设计,包括硬件保护和软件保护双重保护功能。FM25L16的数据读写速度能达到18MHz,可与当前高速的RAM相媲美。结束语从设计的测试结果来看,全新的设计模式对电路的性能,可靠性,稳定性等多方面都有很大的提高,具体表现如下所示: (1)设计中采用AD7490替代ADC0816,从而使得ADC精度提高8bit升级到12bit,精度提高了16倍,并且无需经过外接模拟开关,减少了信号经过多个模拟芯片引起误差。 (2)温度控制系统采用全数字化设计模式,提高测量精度,降低干扰,可避免处理运放电路所造成的对温度飘移的影响以及多级模拟带来的累计误差,最重要的一点就是不用再人为的通过改变电阻模式来达到调整温度的目的。 (3)综合器设计部分采用DDS处理技术,直接从监控板输出所需频率信号,从而大大减少设计中潜在的故障点,大大提高了设计的可靠性,稳定性。 (4)通信电路采用的ADM3251E是ADI公司推出的基于其专利iCoupler和isoPower磁隔离技术的RS-232隔离器,在性能、功耗、体积等各方面都有传统光电隔离器(光耦)无法比拟的优势。它的功耗仅为光电耦合器的1/10~1/6,具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力,大大提高了通信的质量和正确性。 作者:李锡瑞 单位:中国科学院上海天文台 电子学论文:硅微电子学研讨论文 摘要本文展望了21世纪微电子技术的发展趋势。认为:21世纪初的微电子技术仍将以硅基CMOS电路为主流工艺,但将突破目前所谓的物理“限制”,继续快速发展;集成电路将逐步发展成为集成系统;微电子技术将与其它技术结合形成一系列新的增长点,例如微机电系统(MEMS)、DNA芯片等。具体地讲,SOC设计技术、超微细光刻技术、虚拟工厂技术、铜互连及低K互连绝缘介质、高K栅绝缘介质和栅工程技术、SOI技术等将在近几年内得到快速发展。21世纪将是我国微电子产业的黄金时代。 关键词微电子技术集成系统微机电系统DNA芯片 1引言 综观人类社会发展的文明史,一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的,科学技术作为革命的力量,推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和优秀的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式,与材料和能源一起是人类社会的重要资源,但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用,更好地满足了人们对信息的需求;而网络化则使人们更为方便地交换信息,使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同,它具有极强的渗透性和基础性,它可以渗透和改造各种产业和行业,改变着人类的生产和生活方式,改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说,没有微电子技术的进步,就不可能有今天信息技术的蓬勃发展,微电子已经成为整个信息社会发展的基石。 50多年来微电子技术的发展历史,实际上就是不断创新的过程,这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验,而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时,每一项重大发明又都开拓出一个新的领域,带来了新的巨大市场,对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新,才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始,与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文,所以有人认为,1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代(siliconage)〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新,没有创新,社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”,但经过这种破坏后,又将开始一个新的处于更高层次的创新循环,社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。 在微电子技术发展的前50年,创新起到了决定性的作用,而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为:目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期,21世纪上半叶,也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面:以硅基CMOS电路为主流工艺;系统芯片(SystemOnAChip,SOC)为发展重点;量子电子器件和以分子(原子)自组装技术为基础的纳米电子学;与其他学科的结合诞生新的技术增长点,如MEMS,DNAChip等。 221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺 微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比,因此便要求提高芯片的集成度,这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例,沟道长度缩小可以提高集成电路的速度;同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸,提高集成度,从而在芯片上集成更多数目的晶体管,将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上;此外,随着集成度的提高,系统的速度和可靠性也大大提高,价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟,这样在器件尺寸缩小后,即使器件本身的性能没有提高,整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。 自1958年集成电路发明以来,为了提高电子系统的性能,降低成本,微电子器件的特征尺寸不断缩小,加工精度不断提高,同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE.Moore1965年预言的摩尔定律,即每隔三年集成度增加4倍,特征尺寸缩小倍。在这期间,虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓,但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测,微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期,这是其它任何产业都无法与之比拟的。 现在,0.18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术,0.035微米乃至0.020微米的器件已在实验室中制备成功,研究工作已进入亚0.1微米技术阶段,相应的栅氧化层厚度只有2.0~1.0nm。预计到2010年,特征尺寸为0.05~0.07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。 21世纪,起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展;但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律,一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间,硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外,全世界数以万亿美元计的设备和技术投入,已使硅基工艺形成非常强大的产业能力;同时,长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步,成为自然界100多种元素之最,这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用,人们不会轻易放弃。 目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0.030~0.015微米的“极限”之后,将是硅技术时代的结束,这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外,还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展,这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术,很多著名的微电子学家也预测,微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域,它仍将保持快速发展趋势,就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。 随着器件的特征尺寸越来越小,不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题,究其原因,主要是:对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上,这些理论适合于描述微米量级的微电子器件,但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用;在材料体系上,SiO2栅介质材料、多晶硅/硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约,已无法满足亚50纳米器件及电路的需求;同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求,必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括:基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件,新型器件结构,高k栅介质材料和新型栅结构,电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀,SOI、GeSi/Si等与硅基工艺兼容的新型电路,低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。 3量子电子器件(QED)和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域 在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术,可称之为“scalingdown”,与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面: (1)量子电子器件(QED—QuantumElectronDevice)这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动,由于系统能量的改变和库仑作用,一个电子进入到一个势阱,则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高;由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低;由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间,所以速度很快;且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难,特别是制造大量的一致性器件很困难;对环境高度敏感,可靠性难以保证;在室温工作时要求电容极小(αF),要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。 因此,目前可以认为它们的理论是清楚的,工艺有待于探索和突破。 (2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列(QCA—Quantum-dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。 量子点阵列由量子点组成,至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快,功耗低,集成密度高。但难以制造,且对值置变化和大小改变都极为灵敏,0.05nm的变化可以造成单元工作失效。 以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强,可支持高密度电流,而热导性能类似于金刚石,能在高集成度时大大减小热耗散,性质类金属和半导体,特别是它有三种可能的杂交态,而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管(CNT)成为当前科研热点,从1991年发现以来,现在已有大量成果涌现,北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0.33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件,更难以集成。 目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。 QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做,有待突破,离开实际应用还需较长时日!但这终究是一个诱人探索的领域,我们期待它们将创出一个新的天地。 4系统芯片(SystemOnAChip)是21世纪微电子技术发展的重点 在集成电路(IC)发展初期,电路设计都从器件的物理版图设计入手,后来出现了集成电路单元库(Cell-Lib),使得集成电路设计从器件级进入逻辑级,这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计,极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品,它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板(PCB)等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制,整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,系统对电路的要求越来越高,传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时,由于IC设计与工艺技术水平提高,集成电路规模越来越大,复杂程度越来越高,已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108-109个晶体管,而且随着微电子制造技术的发展,21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代(即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps,注:1G=109、1T=1012、bps:每秒传输数据位数)。 正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片(SystemOnAChip,简称SOC)概念。 系统芯片(SOC)与集成电路(IC)的设计思想是不同的,它是微电子设计领域的一场革命,它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似,它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。 SOC是从整个系统的角度出发,把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来,在单个(或少数几个)芯片上完成整个系统的功能,它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下(Top-Down)的。很多研究表明,与IC组成的系统相比,由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况,可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0.35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下,能够相当于采用0.18~0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能;还有,与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l~2个数量级。 对于系统芯片(SOC)的发展,主要有三个关键的支持技术。 (1)软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论(FunctionalPartitionTheory),这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。 (2)IP模块库问题。IP模块有三种,即软核,主要是功能描述;固核,主要为结构设计;和硬核,基于工艺的物理设计、与工艺相关,并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础,在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线(Fabless)公司的基础上,90年代后期又出现了一些无芯片(Chipless)的公司,专门销售IP模块。 (3)模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术(gluelogictechnologies)和IP模块综合分析及其实现技术等。 微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前,SOC技术已经崭露头角,21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。 在新一代系统芯片领域,需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革,例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中,由于射频、存储器件的加入,其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构,因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外,为了实现胶联逻辑(GlueLogic)新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。 5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点 微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点,这方面的典型例子便是MEMS(微机电系统)技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的,后者则是与生物工程技术结合的产物。 微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号,把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,发出指令并完成该指令。从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。 MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具;微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护;信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用;同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子,可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。 MEMS技术及其产品的增长速度非常之高,目前正处在技术发展时期,再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年,全世界MEMS的市场达到120到140亿美元,而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。 目前,MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期,其电路在今天看来是很简单的,应用也非常有限,以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资,促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度,对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动,形成了今天的双赢局面,带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强,单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步,最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业,从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。 当前MEMS系统能否取得更更大突破,取决于两方面的因素:第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展,使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统;第二是找准应用突破口,扬长避短,以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破,从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有:MEMS建模与设计方法学研究;三维微结构构造原理、方法、仿真及制造;微小尺度力学和热学研究;MEMS的表征与计量方法学;纳结构与集成技术等。 微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础,利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,并与工程技术相结合进行加工生产,它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点,正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。 采用微电子加工技术,可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况,这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。 DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽,然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段,该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA(脱氧核糖核酸)是生物学中最重要的一种物质,它包含有大量的生物遗传信息,DNA芯片的作用非常巨大,其应用领域也非常广泛:它不仅可以用于基因学研究、生物医学等,而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统,这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面,那时,生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。 目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术,在固体芯片表面构建的微分析单元和系统,以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。 6结语 在微电子学发展历程的前50年中,创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起,又提出了一系列新的课题,客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。 回顾20世纪后50年,展望21世纪前50年,即百年的微电子科学技术发展历程,使我们深切地感受到,世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇,也是一个严峻的挑战,如果我们能够抓住这个机遇,立足创新,去勇敢地迎接这个挑战,则有可能使我国微电子技术实现腾飞,在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权,促进我国微电子产业的发展,为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础,以重铸中华民族的辉煌! 电子学论文:硅微电子学研究论文 摘要本文展望了21世纪微电子技术的发展趋势。认为:21世纪初的微电子技术仍将以硅基CMOS电路为主流工艺,但将突破目前所谓的物理“限制”,继续快速发展;集成电路将逐步发展成为集成系统;微电子技术将与其它技术结合形成一系列新的增长点,例如微机电系统(MEMS)、DNA芯片等。具体地讲,SOC设计技术、超微细光刻技术、虚拟工厂技术、铜互连及低K互连绝缘介质、高K栅绝缘介质和栅工程技术、SOI技术等将在近几年内得到快速发展。21世纪将是我国微电子产业的黄金时代。 关键词微电子技术集成系统微机电系统DNA芯片 1引言 综观人类社会发展的文明史,一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发现和新技术的产生而引发的,科学技术作为革命的力量,推动着人类社会向前发展。从50多年前晶体管的发明到目前微电子技术成为整个信息社会的基础和优秀的发展历史充分证明了“科学技术是第一生产力”。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式,与材料和能源一起是人类社会的重要资源,但对它的利用却仅仅是开始。当前面临的信息革命以数字化和网络化作为特征。数字化大大改善了人们对信息的利用,更好地满足了人们对信息的需求;而网络化则使人们更为方便地交换信息,使整个地球成为一个“地球村”。以数字化和网络化为特征的信息技术同一般技术不同,它具有极强的渗透性和基础性,它可以渗透和改造各种产业和行业,改变着人类的生产和生活方式,改变着经济形态和社会、政治、文化等各个领域。而它的基础之一就是微电子技术。可以毫不夸张地说,没有微电子技术的进步,就不可能有今天信息技术的蓬勃发展,微电子已经成为整个信息社会发展的基石。 50多年来微电子技术的发展历史,实际上就是不断创新的过程,这里指的创新包括原始创新、技术创新和应用创新等。晶体管的发明并不是一个孤立的精心设计的实验,而是一系列固体物理、半导体物理、材料科学等取得重大突破后的必然结果。1947年发明点接触型晶体管、1948年发明结型场效应晶体管以及以后的硅平面工艺、集成电路、CMOS技术、半导体随机存储器、CPU、非挥发存储器等微电子领域的重大发明也都是一系列创新成果的体现。同时,每一项重大发明又都开拓出一个新的领域,带来了新的巨大市场,对我们的生产、生活方式产生了重大的影响。也正是由于微电子技术领域的不断创新,才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。自1968年开始,与硅技术有关的学术论文数量已经超过了与钢铁有关的学术论文,所以有人认为,1968年以后人类进入了继石器、青铜器、铁器时代之后硅石时代(siliconage)〖1〗。因此可以说社会发展的本质是创新,没有创新,社会就只能被囚禁在“超稳态”陷阱之中。虽然创新作为经济发展的改革动力往往会给社会带来“创造性的破坏”,但经过这种破坏后,又将开始一个新的处于更高层次的创新循环,社会就是以这样螺旋形上升的方式向前发展。 在微电子技术发展的前50年,创新起到了决定性的作用,而今后微电子技术的发展仍将依赖于一系列创新性成果的出现。我们认为:目前微电子技术已经发展到了一个很关键的时期,21世纪上半叶,也就是今后50年微电子技术的发展趋势和主要的创新领域主要有以下四个方面:以硅基CMOS电路为主流工艺;系统芯片(SystemOnAChip,SOC)为发展重点;量子电子器件和以分子(原子)自组装技术为基础的纳米电子学;与其他学科的结合诞生新的技术增长点,如MEMS,DNAChip等。 221世纪上半叶仍将以硅基CMOS电路为主流工艺 微电子技术发展的目标是不断提高集成系统的性能及性能价格比,因此便要求提高芯片的集成度,这是不断缩小半导体器件特征尺寸的动力源泉。以MOS技术为例,沟道长度缩小可以提高集成电路的速度;同时缩小沟道长度和宽度还可减小器件尺寸,提高集成度,从而在芯片上集成更多数目的晶体管,将结构更加复杂、性能更加完善的电子系统集成在一个芯片上;此外,随着集成度的提高,系统的速度和可靠性也大大提高,价格大幅度下降。由于片内信号的延迟总小于芯片间的信号延迟,这样在器件尺寸缩小后,即使器件本身的性能没有提高,整个集成系统的性能也可以得到很大的提高。 自1958年集成电路发明以来,为了提高电子系统的性能,降低成本,微电子器件的特征尺寸不断缩小,加工精度不断提高,同时硅片的面积不断增大。集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE.Moore1965年预言的摩尔定律,即每隔三年集成度增加4倍,特征尺寸缩小倍。在这期间,虽然有很多人预测这种发展趋势将减缓,但是微电子产业三十多年来发展的状况证实了Moore的预言[2]。而且根据我们的预测,微电子技术的这种发展趋势还将在21世纪继续一段时期,这是其它任何产业都无法与之比拟的。 现在,0.18微米CMOS工艺技术已成为微电子产业的主流技术,0.035微米乃至0.020微米的器件已在实验室中制备成功,研究工作已进入亚0.1微米技术阶段,相应的栅氧化层厚度只有2.0~1.0nm。预计到2010年,特征尺寸为0.05~0.07微米的64GDRAM产品将投入批量生产。 21世纪,起码是21世纪上半叶,微电子生产技术仍将以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术为主流。尽管微电子学在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大进展;但还不具备替代硅基工艺的条件。根据科学技术的发展规律,一种新技术从诞生到成为主流技术一般需要20到30年的时间,硅集成电路技术自1947年发明晶体管1958年发明集成电路,到60年代末发展成为大产业也经历了20多年的时间。另外,全世界数以万亿美元计的设备和技术投入,已使硅基工艺形成非常强大的产业能力;同时,长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步,成为自然界100多种元素之最,这是非常宝贵的知识积累。产业能力和知识积累决定了硅基工艺起码将在50年内仍起重要作用,人们不会轻易放弃。 目前很多人认为当微电子技术的特征尺寸在2015年达到0.030~0.015微米的“极限”之后,将是硅技术时代的结束,这实际上是一种误解。且不说微电子技术除了以特征尺寸为代表的加工工艺技术之外,还有设计技术、系统结构等方面需要进一步的大力发展,这些技术的发展必将使微电子产业继续高速增长。即使是加工工艺技术,很多著名的微电子学家也预测,微电子产业将于2030年左右步入像汽车工业、航空工业这样的比较成熟的朝阳工业领域。即使微电子产业步入汽车、航空等成熟工业领域,它仍将保持快速发展趋势,就像汽车、航空工业已经发展了50多年仍极具发展潜力一样。 随着器件的特征尺寸越来越小,不可避免地会遇到器件结构、关键工艺、集成技术以及材料等方面的一系列问题,究其原因,主要是:对其中的物理规律等科学问题的认识还停留在集成电路诞生和发展初期所形成的经典或半经典理论基础上,这些理论适合于描述微米量级的微电子器件,但对空间尺度为纳米量级、空间尺度为飞秒量级的系统芯片中的新器件则难以适用;在材料体系上,SiO2栅介质材料、多晶硅/硅化物栅电极等传统材料由于受到材料特性的制约,已无法满足亚50纳米器件及电路的需求;同时传统器件结构也已无法满足亚50纳米器件的要求,必须发展新型的器件结构和微细加工、互连、集成等关键工艺技术。具体的需要创新和重点发展的领域包括:基于介观和量子物理基础的半导体器件的输运理论、器件模型、模拟和仿真软件,新型器件结构,高k栅介质材料和新型栅结构,电子束步进光刻、13nmEUV光刻、超细线条刻蚀,SOI、GeSi/Si等与硅基工艺兼容的新型电路,低K介质和Cu互连以及量子器件和纳米电子器件的制备和集成技术等。 3量子电子器件(QED)和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新的领域 在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术,可称之为“scalingdown”,与此同时我们必须注意“bottomup”。“bottomup”最重要的领域有二个方面: (1)量子电子器件(QED—QuantumElectronDevice)这里包括单电子器件和单电子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动,由于系统能量的改变和库仑作用,一个电子进入到一个势阱,则将阻止其它电子的进入。在单电子存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高;由于只有一个或几个电子活动所以功耗极低;由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间,所以速度很快;且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难,特别是制造大量的一致性器件很困难;对环境高度敏感,可靠性难以保证;在室温工作时要求电容极小(αF),要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。 因此,目前可以认为它们的理论是清楚的,工艺有待于探索和突破。 (2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列(QCA—Quantum-dotCellularAutomata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。 量子点阵列由量子点组成,至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快,功耗低,集成密度高。但难以制造,且对值置变化和大小改变都极为灵敏,0.05nm的变化可以造成单元工作失效。 以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子之间的键合力很强,可支持高密度电流,而热导性能类似于金刚石,能在高集成度时大大减小热耗散,性质类金属和半导体,特别是它有三种可能的杂交态,而Ge、Si只有一个。这些都使碳纳米管(CNT)成为当前科研热点,从1991年发现以来,现在已有大量成果涌现,北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0.33纳米的CNT并提出“T形结”作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件,更难以集成。 目前“bottomup”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往往与“Scalingdown”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的功耗制约将会带来突破性的进展。 QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做,有待突破,离开实际应用还需较长时日!但这终究是一个诱人探索的领域,我们期待它们将创出一个新的天地。 4系统芯片(SystemOnAChip)是21世纪微电子技术发展的重点 在集成电路(IC)发展初期,电路设计都从器件的物理版图设计入手,后来出现了集成电路单元库(Cell-Lib),使得集成电路设计从器件级进入逻辑级,这样的设计思路使大批电路和逻辑设计师可以直接参与集成电路设计,极大地推动了IC产业的发展。但集成电路仅仅是一种半成品,它只有装入整机系统才能发挥它的作用。IC芯片是通过印刷电路板(PCB)等技术实现整机系统的。尽管IC的速度可以很高、功耗可以很小,但由于PCB板中IC芯片之间的连线延时、PCB板可靠性以及重量等因素的限制,整机系统的性能受到了很大的限制。随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展,系统对电路的要求越来越高,传统集成电路设计技术已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。同时,由于IC设计与工艺技术水平提高,集成电路规模越来越大,复杂程度越来越高,已经可以将整个系统集成为一个芯片。目前已经可以在一个芯片上集成108-109个晶体管,而且随着微电子制造技术的发展,21世纪的微电子技术将从目前的3G时代逐步发展到3T时代(即存储容量由G位发展到T位、集成电路器件的速度由GHz发展到灯THz、数据传输速率由Gbps发展到Tbps,注:1G=109、1T=1012、bps:每秒传输数据位数)。 正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片(SystemOnAChip,简称SOC)概念。 系统芯片(SOC)与集成电路(IC)的设计思想是不同的,它是微电子设计领域的一场革命,它和集成电路的关系与当时集成电路与分立元器件的关系类似,它对微电子技术的推动作用不亚于自50年代末快速发展起来的集成电路技术。 SOC是从整个系统的角度出发,把处理机制、模型算法、芯片结构、各层次电路直至器件的设计紧密结合起来,在单个(或少数几个)芯片上完成整个系统的功能,它的设计必须是从系统行为级开始的自顶向下(Top-Down)的。很多研究表明,与IC组成的系统相比,由于SOC设计能够综合并全盘考虑整个系统的各种情况,可以在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。例如若采用SOC方法和0.35μm工艺设计系统芯片,在相同的系统复杂度和处理速率下,能够相当于采用0.18~0.25μm工艺制作的IC所实现的同样系统的性能;还有,与采用常规IC方法设计的芯片相比,采用SOC设计方法完成同样功能所需要的晶体管数目约可以降低l~2个数量级。 对于系统芯片(SOC)的发展,主要有三个关键的支持技术。 (1)软、硬件的协同设计技术。面向不同系统的软件和硬件的功能划分理论(FunctionalPartitionTheory),这里不同的系统涉及诸多计算机系统、通讯系统、数据压缩解压缩和加密解密系统等等。 (2)IP模块库问题。IP模块有三种,即软核,主要是功能描述;固核,主要为结构设计;和硬核,基于工艺的物理设计、与工艺相关,并经过工艺验证过的。其中以硬核使用价值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A/D、D/A等都可以成为硬核。其中尤以基于深亚微米的新器件模型和电路模拟为基础,在速度与功耗上经过优化并有最大工艺容差的模块最有价值。现在,美国硅谷在80年代出现无生产线(Fabless)公司的基础上,90年代后期又出现了一些无芯片(Chipless)的公司,专门销售IP模块。 (3)模块界面间的综合分析技术,这主要包括IP模块间的胶联逻辑技术(gluelogictechnologies)和IP模块综合分析及其实现技术等。 微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破,同时也是信息技术新发展的里程碑。通过以上三个支持技术的创新,它必将导致又一次以系统芯片为主的信息技术上的革命。目前,SOC技术已经崭露头角,21世纪将是SOC技术真正快速发展的时期。 在新一代系统芯片领域,需要重点突破的创新点主要包括实现系统功能的算法和电路结构两个方面。在微电子技术的发展历史上,每一种算法的提出都会引起一场变革,例如维特比算法、小波变换等均对集成电路设计技术的发展起到了非常重要的作用,目前神经网络、模糊算法等也很有可能取得较大的突破。提出一种新的电路结构可以带动一系列的应用,但提出一种新的算法则可以带动一个新的领域,因此算法应是今后系统芯片领域研究的重点学科之一。在电路结构方面,在系统芯片中,由于射频、存储器件的加入,其中的电路结构已经不是传统意义上的CMOS结构,因此需要发展更灵巧的新型电路结构。另外,为了实现胶联逻辑(GlueLogic)新的逻辑阵列技术有望得到快速的发展,在这一方面也需要做系统深入的研究。 5微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点 微电子技术的强大生命力在于它可以低成本、大批量地生产出具有高可靠性和高精度的微电子结构模块。这种技术一旦与其它学科相结合,便会诞生出一系列崭新的学科和重大的经济增长点,这方面的典型例子便是MEMS(微机电系统)技术和DNA生物芯片。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的,后者则是与生物工程技术结合的产物。 微电子机械系统不仅是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。MEMS将电子系统和外部世界联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号,把这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,发出指令并完成该指令。从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统。MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等〖3〗。 MEMS的发展开辟了一个全新的技术领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统所不能完成的任务。正是由于MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、成本低、可靠性高、性能优异及功能强大等传统传感器无法比拟的优点,因而MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。例如微惯性传感器及其组成的微型惯性测量组合能应用于制导、卫星控制、汽车自动驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、稳定控制和玩具;微流量系统和微分析仪可用于微推进、伤员救护;信息MEMS系统将在射频系统、全光通讯系统和高密度存储器和显示等方面发挥重大作用;同时MEMS系统还可以用于医疗、光谱分析、信息采集等等。现在已经成功地制造出了尖端直径为5μm的可以夹起一个红细胞的微型镊子,可以在磁场中飞行的象蝴蝶大小的飞机等。 MEMS技术及其产品的增长速度非常之高,目前正处在技术发展时期,再过若干年将会迎来MEMS产业化高速发展的时期。2000年,全世界MEMS的市场达到120到140亿美元,而带来的与之相关的市场达到1000亿美元。 目前,MEMS系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期,其电路在今天看来是很简单的,应用也非常有限,以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资,促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度,对CPU和RAM的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动,形成了今天的双赢局面,带来了一场信息革命。现阶段的微机电系统专用性很强,单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似于CPU和RAM这样量大面广的产品。随着微机电系统的进步,最后将有可能形成像微电子技术一样有广泛应用前景的新产业,从而对人们的社会生产和生活方式产生重大影响。 当前MEMS系统能否取得更更大突破,取决于两方面的因素:第一是在微系统理论与基础技术方面取得突破性进展,使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统;第二是找准应用突破口,扬长避短,以特别适合微系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破,从而带动微系统产业的发展。在MEMS发展中需要继续解决的问题主要有:MEMS建模与设计方法学研究;三维微结构构造原理、方法、仿真及制造;微小尺度力学和热学研究;MEMS的表征与计量方法学;纳结构与集成技术等。 微电子与生物技术紧密结合诞生的以DNA芯片等为代表的生物芯片将是21世纪微电子领域的另一个热点和新的经济增长点。它是以生物科学为基础,利用生物体、生物组织或细胞等的特点和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,并与工程技术相结合进行加工生产,它是生命科学与技术科学相结合的产物。具有附加值高、资源占用少等一系列特点,正日益受到广泛关注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。 采用微电子加工技术,可以在指甲盖大小的硅片上制作出包含有多达万种DNA基因片段的芯片。利用这种芯片可以在极快的时间内检测或发现遗传基因的变化等情况,这无疑对遗传学研究、疾病诊断、疾病治疗和预防、转基因工程等具有极其重要的作用。 DNA芯片的基本思想是通过生物反应或施加电场等措施使一些特殊的物质能够反映出某种基因的特性从而起到检测基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人员已经利用微电子技术在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他们制作的DNA芯片是通过在玻璃片上刻蚀出非常小的沟槽,然后在沟槽中覆盖一层DNA纤维。不同的DNA纤维图案分别表示不同的DNA基因片段,该芯片共包括6000余种DNA基因片段。DNA(脱氧核糖核酸)是生物学中最重要的一种物质,它包含有大量的生物遗传信息,DNA芯片的作用非常巨大,其应用领域也非常广泛:它不仅可以用于基因学研究、生物医学等,而且随着DNA芯片的发展还将形成微电子生物信息系统,这样该技术将广泛应用到农业、工业、医学和环境保护等人类生活的各个方面,那时,生物芯片有可能象今天的IC芯片一样无处不在。 目前的生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术,在固体芯片表面构建的微分析单元和系统,以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具体实现技术、基于生物芯片的生物信息学以及高密度生物芯片的设计、检测方法学等等。 6结语 在微电子学发展历程的前50年中,创新和基础研究曾起到非常关键的决定性作用。而随着器件特征尺寸的缩小、纳米电子学的出现、新一代SOC的发展、MEMS和DNA芯片的崛起,又提出了一系列新的课题,客观需求正在“召唤”创新成果的诞生。 回顾20世纪后50年,展望21世纪前50年,即百年的微电子科学技术发展历程,使我们深切地感受到,世纪之交的微电子技术对我们既是一个重大的机遇,也是一个严峻的挑战,如果我们能够抓住这个机遇,立足创新,去勇敢地迎接这个挑战,则有可能使我国微电子技术实现腾飞,在新一代微电子技术中拥有自己的知识产权,促进我国微电子产业的发展,为迎接21世纪中叶将要到来的伟大的民族复兴奠定技术基础,以重铸中华民族的辉煌! 电子学论文:光学与电子学相结合分析论文 0引言 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术[1]。它主要利用电子技术对光学信号进行检测,并进一步传递、储存、控制、计算和显示[2]。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息,然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量,并进一步经过电路放大、处理,以达到电信号输出的目的[3]。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律,以便于进行相应的电路改进,更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性,从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号,同时提高检测系统输出信号的信噪比。 1光电检测电路的基本构成 光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱,而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中,因此,要对这样的微弱信号进行处理,一般都要先进行预处理,以将大部分噪声滤除掉,并将微弱信号放大到后续处理器所要求的电压幅度。这样,就需要通过前置放大电路、滤波电路和主放大电路来输出幅度合适、并已滤除掉大部分噪声的待检测信号。其光电检测模块的组成框图如图1所示。 2光电二极管的工作模式与等效模型 2.1光电二极管的工作模式 光电二极管一般有两种模式工作:零偏置工作和反偏置工作,图2所示是光电二极管的两种模式的偏置电路。图中,在光伏模式时,光电二极管可非常精确的线性工作;而在光导模式时,光电二极管可实现较高的切换速度,但要牺牲一定的线性。事实上,在反偏置条件下,即使无光照,仍有一个很小的电流(叫做暗电流或无照电流1。而在零偏置时则没有暗电流,这时二极管的噪声基本上是分路电阻的热噪声;在反偏置时,由于导电产生的散粒噪声成为附加的噪声源。因此,在设计光电二极管电路的过程中,通常是针对光伏或光导两种模式之一进行最优化设计,而不是对两种模式都进行最优化设计[4]。 一般来说,在光电精密测量中,被测信号都比较微弱,因此,暗电流的影响一般都非常明显。本设计由于所讨论的待检测信号也是十分微弱的信号,所以,尽量避免噪声干扰是首要任务,所以,设计时采用光伏模式。 2.2光电二极管的等效电路模型 工作于光伏方式下的光电二极管的工作模型如图3所示,它包含一个被辐射光激发的电流源、一个理想的二极管、结电容和寄生串联及并联电阻。图中,IL为二极管的漏电流;ISC为二极管的电流;RPD为寄生电阻;CPD为光电二极管的寄生电容;ePD为噪声源;Rs为串联电阻。 由于工作于该光伏方式下的光电二极管上没有压降,故为零偏置。在这种方式中,影响电路性能的关键寄生元件为CPD和RPD,它们将影响光检测电路的频率稳定性和噪声性能。CPD是由光电二极管的P型和N型材料间的耗尽层宽度产生的。耗尽层越窄,结电容的值越大。相反,较宽的耗尽层(如PIN光电二极管)会表现出较宽的频谱响应。硅二极管结电容的数值范围大约在20或25pF到几千pF以上。而光电二极管的寄生电阻RPD(也称作"分流"电阻或"暗"电阻),则与光电二极管的偏置有关。 与光伏电压方式相反,光导方式中的光电二极管则有一个反向偏置电压加至光传感元件的两端。当此电压加至光检测器件时,耗尽层的宽度会增加,从而大幅度地减小寄生电容CPD的值。寄生电容值的减小有利于高速工作,然而,线性度和失调误差尚未最优化。这个问题的折衷设计将增加二极管的漏电流IL和线性误差。 3电路设计 3.1主放大器设计 众多需要检浏的微弱光信号通常都是通过各种传感器来进行非电量的转换,从而使检测对象转变为电量(电流或电压)。由于所测对象本身为微弱量,同时受各种不同传感器灵敏度的限制,因而所得到的电量自然是小信号,一般不能直接用于采样处理。本设计中的光电二极管前置放大电路主要起到电流转电压的作用,但后续电路一般为A/D转换电路,所需电压幅值一般为2V。然而,即使是这样,而输出的电压信号一般还需要继续放大几百倍,因此还需应用主放大电路。其典型放大电路如图4所示。 该主放大器的放大倍数为A=l+R2/R3,其中R2为反馈电阻。为了后续电路的正常工作,设计时需要设定合理的R2和R1值,以便得到所需幅值的输出电压。即有 3.2滤波器设计 为使电路设计简洁并具有良好的信噪比,设计时还需要用带通滤波器对信号进行处理。为保证测量的精确性,本设计在前置放大电路之后加人二阶带通滤波电路,以除去有用信号频带以外的噪声,包括环境噪声及由前置放大器引人的噪声。这里采用的有源带通滤波器可选通某一频段内的信号,而抑制该频段以外的信号。 Q为品质因数,Q值越大,则随着频率的变化,增益衰减越快。这是因为中心频率一定时,Q值越大,所通过的频带越窄,滤波器的选择性好。 有源滤波器是一种含有半导体三极管、集成运算放大器等有源器件的滤波电路。这种滤波器相对于无源滤波器的特点是体积小、重量轻、价格低、结构牢固、可以集成。由于运算放大器具有输人阻抗高、输出阻抗低、高的开环增益和良好的稳定性,且构成简单而且性能优良。本设计选用了去处放大器来进行设计。 本设计选用了去处放大器来进行设计。 图6所示的二阶带通滤波器是一种二阶压控电压源(VCVS)带通滤波器,其滤波电路采用有源滤波器完成,并由二阶压控电压源(VCVS)低通滤波器和二阶压控电压源高通滤波器串接组成带通滤波器。 4完整的检测电路设计 本光电检测系统设计的完整电路如图7所示。为方便表示,电路中的R2、R3即为前面等效电路模型中的RT、RF。前级部分由光电转换二极管与前级放大器组成,这也是光电检测电路的优秀部分,其器件选用高性能低噪声运算放大器来实现电路匹配并将光电流转换成电压信号,以实现数倍的放大。然而,虽然前级放大倍数可以设计得很大,但由于反馈电阻会引入热噪声而限制电路的信噪比,因此前级信号不能无限放大。 5结束语 本文研究了光电检测系统的原理和设计方法。通过从经济和实用的角度对相关的光电转换器件和前置放大器进行了选择和电路设计,从而确定了关键元器件的参数。实际使用证明:该设计可以满足一般光电检测场合的需要。 电子学论文:电工电子学阅卷心得浅谈 摘要: 电工电子学是中国石油大学的一门部级精品课程,本文介绍了该课程的试卷批阅流程及特点。在阅卷时采取集体阅卷、试阅、流水作业、复查和反复检查的标准流程,有效避免错判和错给分的现象。借助于Excel软件进行单题成绩的登记、再查、誊写的标准流程,避免分数登记错误、分数计算错误,并根据学生的各题得分情况用EXCEL软件对试卷进行统计分析,从中发现教学中存在的问题,以便于进一步提高教学质量。 关键词: 电工电子学;阅卷;Excel;分数统计;试卷分析 0引言 考试是对学生学习的阶段性总结和评价,也是对教师教学情况的评判。对于大学生来说,考试成绩还成为了个人能力的重要指标,好的成绩能成为各种机会的敲门砖。所以教师对于阅卷工作一定要认真负责,要做到公平、公正,这不只是本科评估的要求,更是教师的责任。而且,学生的答题情况还在很大程度上反映了老师的教学情况,可以从中发现教学中存在的问题,从而在以后的教学中不断改进,使教学水平不断提高。 电工电子学是中国石油大学的部级精品课程,在课程建设过程中,经过不断探索改进,总结了一套比较好的阅卷方法,既提高了阅卷效率,又提高了准确性,同时还进行试卷统计分析,便于进一步提高试卷质量,并从答卷情况中分析讲课过程中存在的问题,以便进一步提高教学质量。下面从几个主要方面说明电工电子学课程的阅卷方法和特点。 1阅卷方法 1.1 集体阅卷多年来,电工电子学课程一直采取集体阅卷的方式,尤其在高校扩招后,集体阅卷的优势更加明显。集体阅卷有两大优点: 1.1.1 质量高,效率高扩招后,教师教授的班数增加,一般在七个班到十几个班,如果独立阅卷,一则不可能及时上报成绩(不负责任的阅卷方式除外),二则因阅卷时间太长,教师身心疲惫,阅卷质量容易越来越低,并且很容易出错。而集体阅卷则体现了合作互助的优势,每个人都不太累,而且人多不沉闷,一般在一天到一天半的时间内即可完成。因时间短,故每人都精力充沛,阅卷质量高。而且每人只阅一道或两道题,在思维上简单,容易对评分标准掌握得一致,公平性好,而且阅卷速度快,一般在阅过十几份卷后就基本不再需要看答案及评分标准了。 1.1.2 教学研讨集体阅卷还是一个很好的教学研讨的机会。 在阅卷开始前,首先讨论标准答案及评分标准,往往会有不同意见,讨论的过程就是互相学习提高的过程。 在阅卷过程中,教师都会把学生的各种不同的甚至稀奇古怪的做法讲出来,针对一些典型问题一般要进行简短的讨论,分析为什么会有这种情况发生,在教学中应该如何教导学生才能使其真正领会,从而在今后的教学过程中避免这种情况的发生。 有的时候是因为题目不太严谨以至部分同学产生歧义,以后如何避免,本次应该如何评判,等等。例如,数字电路的组合逻辑电路设计中没有真值表直接得到的情况,讨论结果,一是因题目并没有严格要求一定要真值表,而学生通过其他手段进行分析得到了正确的表达式,应该全部得分,二是学生的理解还存在问题,其实是知识理解不深造成的,在今后的教学过程中要强调分析的方法和步骤,因为不规范的做法是不可取的,三是在今后出题时应该详细说明都要求哪些结果。 因为这种研讨是针对学生答题中出现的具体问题进行讨论的,但由于时间限制不能讨论得非常深入,所以可以作为正常教学研讨活动的有效补充。 1.1.3 深刻把握学生存在的问题由于每位老师只阅其中的一道或两道题,所以对于学生的答题情况掌握得深刻,能够发现学生比较集中的问题。一般地,在一道中学生犯错的模式不过几种,大同小异,由此可以发现学生错误的症结所在,由此对教学方法进行改进,以便让学生更好地掌握知识,减少犯错学生的比例,提高教学质量。试卷批完后,阅卷教师都要向主讲教师汇报答题情况,并由主讲教师记入试卷总结,为进一步改进教学方法以及改进试卷质量做一个很好的参考。 例如,选择题内容较杂,仅从分数上看不出问题。在某次考试中,阅卷教师发现其中一道选择题出错率很高,属于不正常情况,故当场提出。该题目的电路如图1所示,要求当开关S闭合时两灯的明暗情况。该题的考点在于电源为一直流电源,而变压器只能对正弦交流电源进行电压变换。而很多学生并未注意到加的是直流电源,理所当然地按照交流电源计算,所以大面积出错。一方面说明学生观察不仔细从而失分,另一方面该题有“陷阱”嫌疑。改进措施:对于类似的题目,应该在题目叙述中强调“电源为直流电源”。 1.2 试阅一份好的试卷应该难易适中,使得学生成绩呈正态分析。如果题目偏难,则会出现成绩总体偏低、优良率低、不及格率高的现象。如果全部阅完卷总完分才发现问题就被动了。如果对分数用某种算法处理,如“开方乘十”或统一加分等,都是本科评估所不允许的;如果不作处理,则会成绩总体偏低,学生的成绩不能反映学生的水平,至少是不能反映学生的相对水平,对学生是不公平的;如果重新修改评分标准重新阅卷,则会在试卷上普遍留下太多的改动痕迹,这在本科评估中也是会受到质疑的。 为避免以上问题,应该先取一个班的试卷为样本进行预先评估。 试阅时,各老师对一个班的试卷同时进行,并不断报告每题的得分情况及出错情况,并不断总结比较普遍的错误方式,如果需要则适时修改评分标准。如果试卷严重不合理,则中途就会发现,否则,就在整班阅完后立即总分,算出试卷成绩,各档次人数,如果分布不合理,则根据具体情况调整评分标准,并重新阅卷。 1.3 流水批卷在流水阅卷时,每题的得分只记在题目左上角,并不登到封面上,这样阅卷效率高,并且封面比较干净。阅卷时必须避免既有加分又有减分的情况,我们统一用加分,因为加分制可避免多给分或遗漏的情况。 阅卷中还实行复查制。每位教师在阅完所有的试卷后,再复查一遍,主要查评分标准是否一致,有没有多给分或漏分的情况,然后再查一下每题的总分是否正确。这次复查必须是认真进行的,尤其保证不能有错给分或漏给分的情况。 然后再复查一遍,这次的复查主要针对分数加得是否正确,可由助教完成,如果由教师完成,则应交换来做。 至此,教师的阅卷工作就可以告一段落了。 1.4 用Excel录入成绩这项工作可由助教完成,但应事先准备好名单及处理模板。 录入方法:由助教两人一组,一人念一人录,把每道题的成绩都录入到事先准备好的Excel表格中。录完后,将成绩打印出来再进行核对,打印出来不容易出错。核对时,两人互换,原来念成绩的拿成绩单,原来录入的念试卷上每题的得分。一般在这个过程中多少总会有点错误,经过核对后就不会再有错误了。 有的文献采用了另一种核对方法:由两人分别将各题成绩录入到两个Excel表中,然后利用Excel的公式功能对两个文件进行对比,但本文的方法效率要高些。 由于用Excel可以很容易地实现总分的功能,所以总成绩就不必人工口算了。 成绩核对无误后,就可以由助教对照着成绩单上的各题分数及总分誊写到试卷的封面上了。 至此,阅卷完毕。教师的主要任务是题目的审阅,分数的给定,而总分、誊写等工作则可由助教或研究生完成,减轻了老师的工作量,提高了效率。 2试卷分析 每题的得分都录入到了Excel表中,这就为试卷分析提供了方便。成绩录入及分析模板应该在阅卷前完成。 试卷分析主要使用得分率,其次为方差,因每题分数不同,故平均分并无太大意义。 考虑到每次阅卷使用方便,特将成绩录入模板进行如下设计。 由于每个学生班的人数不尽相同,所以在计算时不应按人数计算,比如“Average(I4:I33)”,而应该按列计算,即“Average(I:I)”。为了保证按列计算的正确性,在每一项成绩所在列中,除了中文的说明字符外,不应再有其他数字,所以统计分析工作都放在成绩右侧的列中进行。 统计时,主要统计每道题及总分的平均成绩、得分率、方差值。为了模板的通用性及计算得分率方便直观,还应列出每题总分。 统计模板的截图如图2所示。 其中,得分率和方差是考察的重要内容。 例如,在图2所示的成绩分析表中,三(4)题的得分率只有30%,四(1)题的得分率只有50%,这两题需要重点关注。 三(4)题的题目为:设八位模数转换器ADC0809的输入电压范围为0~5V,求最小分辨电压ULSB,以及输入电压为4.5V时输出的二进制数。 经分析,该题得分率的原因主要为:①该部分内容为最后一次课时讲授,时间紧张,学生出现浮躁情绪;②该内容夹在介绍性的内容当中,部分同学未认真听讲,误认为不考,未听讲也未复习;③学时分配偏少,未能细讲;④对于非电专业的学生来说,对这类问题理解较困难,单靠死记硬背则容易出错。 虽然该题的分数少,但得分率严重偏低,说明学生未能掌握知识,所以必须改进教学方法。措施为:①适当增加学时,放慢进度,适当举两个例题;②重点强调,提醒学生应该掌握哪些知识,以及在工作中可能会遇到的类似问题,加深印象。 经过调整后,在以后的考试中,这类题目的得分率提高到了60%~70%,效果明显。 四(1)题考核整流滤波稳压电路的知识,电路图如图3所示,要求学生求解电路主要器件的参数。该题目的主要原因是:讲课时主要以W7805和W7815为例进行讲解,虽然讲了78系列稳压器件的命名规则,但部分同学知识复习不全面,故不知道W7818为何物,从而造成失分。这也暴露了讲课的局限性,故在后来的讲课中,有意识地在举例时多用几种器件,并强调产品的系列性,以加深学生的印象。在后来的考试中,该类题的得分率都达到了70%以上。 3结论 本文总结了我校部级精品课程―电工电子学在教学实践中多年积累的阅卷经验。阅卷采取了集体阅卷、试阅、流水作业、复查、反复检查、登记、再查、誊写的标准流程,有效避免了错判、错算的现象,实现了优质高效的阅卷方式,并对学生的各题得分情况进行统计,实现试卷分析,为后来的提高教学质量提供了参考依据。 电子学论文:利用电子学档进行外语学习评价的特征与功效 摘要: 基于电子学档的学习评价以其较强的人文性、个性化、开放性和多元化特征强调元认知和自我反思。本文从分析其特征的基础上,探讨如何在大学外语教学中通过建立电子学档,充分发挥其评价、反馈和管理功能,使其成为培养学生信息技术、问题解决、协作交流、元认知等诸多方面的能力和态度的有效工具。 关键词: 电子学档;学习评价;元认知策略 1问题的提出 学习评价是教学过程中一个重要组成部分,我国传统教学评价依赖于终结性评价,关注等级、名次和知识,重视课程和技能,把教室内评定(测验、小考和家庭作业)和标准化测验当成衡量学生学习优劣的唯一依据,忽视学生的成长和发展,忽视对学生情感、学习策略、文化意识及综合素质的考察,缺乏以人为本的教学理念。 作为教学信息化进程中产生的一种新事物,电子学档(E-Portfolio)以其信息强大的交互性、数据收集整理的即时性和方便性特点,通过文本、视听文件、超媒体、超文本链接、数码照片和动画等各种媒体,长期动态地收集和管理个人信息和学习结果,实现了在教学中对学生学习的有效结果和学生的发展潜能进行整体价值判断的过程。 2电子学档在外语教学中的运用 2.1 利用电子学档进行学习评价的理论基础多元智力学习理论认为人的智力至少有八种:语言智力、逻辑―数学智力、空间关系智力、形体运动智力、音乐智力、人际关系智力、个人内省智力和自然智力,因而不能用固定统一的标准来测试、要求不同的学生。多元智力理论的提出从神经心理学、认知心理学、发展心理学、心理测量学等多学科上支持了档案测评。 2.2 电子学档在外语教学中的运用 2.2.1 学生的基本信息学生的基本信息包括标识,外标识,姓名,电话,通讯地址,扩展信息(学生个人有关的其他信息,主要包括注册日期,自我介绍,专长,个人爱好,学习风格等)。 2.2.2 学业信息 2.2.2.1 学习任务的识别学生对学习任务的识别主要是指识别自己与所从事的学习活动相关的心理、任务操作因素。 2.2.2.2 制定学习目标在自我识别基础上,学生在教师指导下制定不同层次、阶段的学习目标(包括课程学习目标、小组学习与研究目标、个人学习与发展目标),并将总目标分解为阶段性目标,使其具体化、个性化、具有可操作性和可检测性。 2.2.2.3 选择学习策略二语习得者从获得语言输入到语言输出的感知、识别、选择、内化、提取和使用的全部过程即学习策略的选择运用过程,对其语言学习潜能和语言学能的发展有重要的制约作用。 2.2.2.4 评价信息评价信息是学生学习评价的汇总,应包括评价标准和成绩记录。评价标准应由师生从语言层面(词、句、篇章)、语言技能(听、说、读、写)和心理过程(识别、记忆、理解、推理、概括和重构等过程)等三个方面共同讨论制定;评价主体有教师评价、自我和同伴评价等多种形式。 2.2.3 反思总结反思总结主要是指学生以书面论文的形式围绕认知主体对自身在学习活动中的心理状态、能力、目标、策略等方面的认知以及对自身认知活动的计划、监控和评价等方面做出的反思。 3利用电子学档进行学习评价的特征与功效 3.1 利用电子学档进行学习评价的特征 3.1.1 人文性此特征把学生看作一个全面发展的人,尽可能客观真实地评价其学业成绩和能力品质,它不仅要评价学生对知识的获取程度(目标导向),还要评价学生应用、分析、综合、创造性思维等高层次的智力因素,以及兴趣、态度、情感等方面的非智力因素。 3.1.2 个性化电子学档创作活动的优秀是学习者个体的独立思考和创新呈现出个人风格。学生可自行决定如何组织电子学档的内容,决定评价的标准和依据,此特征还体现在档案是个人学习与成长的记录。 3.1.3 开放性电子学档完成之后,可利用网络条件链接在教育网络资源上,在任何时候、任何地方、任何教师(学生)都可以将自己最新的电子学档添加入资料库,成为全体师生共享的丰富教学资源。 3.1.4 多元性评价的多元性是指评价主体、内容和手段的多样性。如:除采用传统标准化测验的手段之外,还要采用一种“另类评价”,即采用观察、记录、展示、演说、辩论、调查问卷等多种方式进行;评价主体不仅仅是教师,还可以是学习者本人和学习同伴等。 3.2 电子学档的功效 3.2.1 评价功能电子学档对学习评价具有事实描述和价值判断两种功能。 3.2.2 反馈功能由于电子学档用于存放学生在学习过程中包括学习评价、学习策略、学习自省等在内的各种学习材料,教师可从中获取很多有关学生知识获取和能力发展的各种信息。如学生的当前水平、学习需求、学习策略、学习风格、个性特征及发展潜能等。教师可根据这些信息及时制定或调整教学内容、方法和计划以适应学生的发展需要。 3.2.3 管理功能基于电子学档的学习过程包括学生的自我监察、指导、强化和评价等环节,这是由一系列互动的、以动态方式彼此影响的组成部分构成的活动,这些环节可使学生成为能够参与、控制并管理学习过程的自我调节的主体,形成对自己学习的元认知并掌握一整套策划、启动、实施、监控、调节和评价学习的自我管理技能。 电子学论文:电工电子学教学改革的探索与实践 摘要: 本文提出了关于电工学实行“四段式”教学模式的设想。四段式教学是指:感性认识阶段、理论教学阶段、实践教学阶段、综合提高阶段。通过这种四段式教学体系的初步实践及教学效果的反馈,深刻体会到这种教学模式能够进一步开发学生的创造性思维,培养学生的动手能力,引导学生培养自学能力。让学生在学习理论知识前学会提出问题,在学习理论知识后学会发现新问题,从而能够通过自学不断的将新知识填充到自己的知识框架中,这样学生就掌握了科学研究的基本方法(提出问题-解决问题-提出新问题),具备了很强的适应能力和可持续发展的能力,将终身受益。 关键词:教学改革 电工电子学 教学模式 教学效果 0引言 高等教育教学必须屏弃那些与现代高等教育不相适应的旧思想、旧观念,培养和造就未来社会所需要的高质量的开拓型创造型人才。改革是社会的需求,每次教学改革的前进,都是在社会经济进步的基础上,教育思想上有所飞跃的条件下形成的。电工学是高等院校工科非电类专业的一门重要的技术基础课,该门课程的改革重点是将过去传统的以传授知识为主的教学模式,向培养学生知识、能力、素质并重的模式转变。本文所提出《电工电子学》“四段式”教学体系的建立正是基于这种理念,把单调的理性教学转变为一个从感性认识到理性教学,到实践教学、再回归理性教学的过程。这样就形成了电工学教学的感性认识阶段、理论教学阶段、实践教学阶段、综合提高阶段的“四段式”教学体系。 1感性认识阶段[1] 感性教学的目的在于激发学生的学习兴趣和学习热情,最大程度的发挥学生的主观能动性,挖掘其潜能,从而达到提高教学质量的目的,这在高等教学中有着重要的意义。因此首先必须提出电工电子学感性教学概念,所谓的感性教学资料是在教学改革讨论中,以及对毕业生的跟踪调查中得到的,然后把这些资料介绍给学生或穿插在教学过程中,学生总会对那些实际的事例很感兴趣,而学生在学习的过程中,时间、精力的投入主要源于兴趣,有了学习兴趣,就能理性的深入学习,对教学内容理解得更深刻,学习更扎实,反过来会使学习兴趣更浓,步入良性循环的学习过程。 感性教学的实施是在理论教学之前,我们在非电专业学生中提前一个学期开展了电子工艺实习,让学生到实验室来认识常用的电子元器件,了解常用电子仪器的使用,了解电子器件的焊接工艺及技巧,并通过实物展示、模型教具及感性教学录象片等形式使学生了解电在工农业生产及日常生活中的主要应用,了解安全用电常识。通过感性阶段的学习,使学生明确学习电工学的重要性,能带着问题独立思考进入理论学习阶段。 2理论教学阶段 本阶段的教学重在使学生掌握基本理论知识和基本技能加强对学生能力的培养。在教学内容上做了较大的调整。 2.1 对课程改革的探讨 2.1.1 适当增加新的教学内容随着电力电子、数字控制技术的发展,数字电路的集成度愈来愈高,一批大规模和超大规模的新型集成电路应运而生,并很快在工农业生产中得到了广泛的应用,因此,在讲述数字电子技术过程中要及时补充这方面的内容,如可编程逻辑器件、数模转换器和模数转换器等,并列举一些应用实例,使学生对该方面的知识有更为系统的认识。 2.1.2 对教学内容进行适当的整合、顺序适当调整《电工电子学》是由《电路理论基础》、《模拟电子技术》与《数字电子技术》三门课合成的,它涉及的内容多、知识面广,三门课之间既独立又相互联系。因此,在有限的学时数内有必要对其课程内容进行有效的整合、顺序进行适当的调整,以力求达到更好的教学效果。比如:电阻元件、电容元件、电感元件属于电工技术课程,而二极管、三极管属于电子技术课程,在电工电子技术里可将上述内容统一到电路元件中。又比如:“运算放大器”的内容在电工技术课程和电子技术课程中都有讲述,电工技术里只讲述它的输出特性及线性应用和非线性应用,电子技术里则着重讲述其内部电路,如果将它放在电工技术 “电路变量与元件”,“电路化简与电路分析”的内容之后,“电路响应”与“正弦波分析”的内容之前讲述,这样在进行信号运算和信号处理电路的讲述时,便于进行带运算放大器与不带运算放大器电路的对比,进而加深学生对此类电路知识的理解和掌握。另外,这样更切合实际,使学生更易于理解实际应用中的电路。 2.2 对教学方法和教学手段改革的探讨随着信息化时代的到来,通讯技术和传媒技术得到了迅猛的发展,课堂教学方法和教学手段发生了根本的变化。传统的教学方法和教学手段已经无法满足现代教学的需要,运用现代化的教学方法和教学手段,既可以丰富课堂教学内容,又可以提高教学质量。 2.2.1 采用多元化教学[2],提高教学质量采用多元化教学方法,是一种提高教学质量的手段。它使得现代教学方法在整个教学过程中所采用的方法和措施都是以教学为对象、学生为中心,以充分发挥学生的主观能动性为目的。教学中重视学生的感觉、质疑、逻辑推理等感知和思维过程,让学生在反复实践和挫折中体味“发现的喜悦和创造的价值”。 根据《电工电子学》课实践性很强这一特点,在学生的实验方式上,要采用“开放式”,在时间和内容上充分对学生开放,让有时间、有兴趣、有能力的学生有一个自我发展的空间,这样可以培养他们动手能力和提出问题、分析问题和解决问题的能力。 2.2.2 采用多媒体技术[3],改革教学手段多媒体技术作为一种新的教学手段,已经在各门课程教学中得到了广泛的应用,它在传授知识、描述过程、阐述原理、演示过程、揭示本质等方面显示了独特的功能和优势。它不但丰富了教学内容,而且可以使很多抽象知识通过演示而具体、形象,更重要的是在教学环节上通过多媒体与传统教学的有机结合,可以大大节省时间,提高教学效率和教学质量。但同时要求教师在制作多媒体课件时要多花时间和精力,力求更好的发挥多媒体技术的优势。 3实践教学阶段 我这里所说的实践教学是指学生见习阶段,当理论教学进行到一定阶段中间可带领见习教育,这样可以建立学习与就业的桥梁、使学生明白理论学习的重要性,从而培养学生学习的主动性。每当我们讲完电工电子学的基础理论部分,剩下的内容比如电动机、继电接触系统和下册的电子技术都很重要但比较抽象,学生对这些内容的感性认识不足势必会影响学习的效果。在这种情况下我们带领学生去见习,在见习过程中我们就可以着重介绍理论教学的相关内容,让学生有针对性地去观察了解,这样会引发学生极大的学习兴趣,学生就会主动提出问题,为我们接下来的理论教学做好铺垫。事实上经过这样一个实践环节,当学生再次坐在教室里学习时教师会发现自己的讲解变得不那么费力,因为所涉及到的器件他们都认识而且都有了解;对于学生来说理论学习再不是抽象的和枯燥的,他们也很渴望获得更多的知识去面对毕业、就业。 当然,一次见习不能只为一门课程而安排,应该同时为一个专业的课程而安排,所以见习的前期工作就变得尤为重要,带领学生见习的教师须对这个专业课程知识体系和专业课程结构都非常了解,这样就可以在见习过程中指导学生的实践学习以备与我们的理论教学接轨;否则学生只是走马观花的无目的性的参观那些厂家和相关器件,对于学生的学习是没有多大帮助反而会因为理论学习的偶然中断而分散学习注意力使他们一时无法集中于学习。见习实践教育阶段是学校教学体系中的一个不可缺少的重要组成部分和不可替代的重要环节。成功的见习是学生衔接理论学习到实践操作的过渡、也是从学习到就业的过渡。实践教学可以培养技能型人才,是实现培养目标的重要途径。没有实践教学,就没有完整的教育,它是校内教学的延续。学校要提高教育教学质量,在注重理论知识学习的前提下,首先要提高实践教学管理的质量。实践教学的成功与否,关系到学校的兴衰及学生的就业前途。 4综合提高阶段 以“加强基础、突出能力、注重创新、全面发展”为优秀的教育理念贯穿于《电工电子学》教学的始终。实验教学是《电工电子学》教学的重要组成部分,是提高学生综合运用知识和分析问题、解决问题能力的重要途径。学校一定要加大对电工电子实验中心的投入,大量更新了实验仪器、设备及装置,使实验条件得到完善,同时对实验教学的内容和方法作出相应的调整和改革。以教学大纲为基础,以改善实验条件为保障,以因材施教为优秀,根据学生的不同层次,建立三级实验教学平台:基础部分应满足教学大纲要求的实验;提高阶段应结合各部分理论知识,带有一定设计性的实验,学生可有选择的完成;最后综合型阶段结合本专业,自行设计并实现具有一定功能的电路,将所学的知识得以综合利用。通过提高阶段的学习,使学生的实验能力得到提高,同时对理论教学内容有了更深层次的理解,在这个过程中,实现了理论与实践相互促进的效果。 5结论 综上所述,我们通过这种四段式教学体系的初步实践及教学效果的反馈,深刻体会到这种教学模式能够进一步开发学生的创造性思维,培养学生的动手能力,引导学生培养自学能力。让学生在学习理论知识前学会提出问题,在学习理论知识后学会发现新问题,从而能够通过自学不断的将新知识填充到自己的知识框架中,这样学生就掌握了科学研究的基本方法(提出问题-解决问题-提出新问题),具备了很强的适应能力和可持续发展的能力,将终身受益。 电子学论文:福州大学微电子学专业卓越工程师培养体系的探讨 【摘 要】根据卓越工程师培养体系的标准,提出微电子学专业卓越工程师培养体系的建设内容,分析了该培养体系实施过程中遇到的问题,给出卓越工程师培养实施的几点建议。应用该培养体系对在校生进行试点,在多个方面已取得初步成效。 【关键词】卓越工程师 培养 体系 福州大学于1970年开始招收微电子专业学生,为我省培养出第一批微电子专业人才,但由于历史原因,80年代微电子学专业停办了。为促进福建省IC产业的发展,加速福建省集成电路专业技术人才的培养,促进闽台两岸IC产业对接和为海峡西岸创新经济建设提供有力的人才支撑,2007年2月,经教育部批准,福州大学复办微电子学本科专业,依托福建省集成电路设计中心的公共服务平台,建立起集教学、研发与产业化功能于一体的国家集成电路人才培养基地。经过这几年的建设,微电子学专业实验室、福建省集成电路重点实验室等几个平台已建立起来,基本可满足学生、老师学习与研究之用,但微电子的人才还很奇缺,培养的人才与社会的需求还有一定的差距,因此我们根据教育部“卓越工程师培养计划”的标准,对微电子学专业的培养方案进行探索,培养符合社会需求的人才。 作为第一批试点单位,福州大学“卓越工程师培养”采用校企联合培养模式,把工程师培养分为校内学习和企业学习两个培养阶段。本科培养采用“3+1”培养模式,即前3年在校内学习本科课程,第4年到企业实践;硕士培养采用“1.5+1”培养模式,硕士工程型要求前一年半以校内为主学习硕士课程,后一年到企业实践,接受工程设计研发训练。 一、卓越工程师培养体系的建设 根据卓越工程师培养标准,卓越工程师培养体系的建设应包含以下几个方面: 1.教学计划建设(理论教学和实践教学安排) 集成电路设计、集成电路测试与封装等微电子专业都是实践性很强的学科,除了要有厚实的理论基础外,学生参与实践显得非常重要,这与卓越工程师的培养精神相吻合。因此在本科工程培养阶段,课程体系要面向工程,强调宽基础、重实践、重应用,强调学以致用,教学内容精而管用,可适当削减部分课程学时,同时开设企业与工程管理、企业法规、企业文化、国内外营销等与企业管理密切相关的课程,注重自然科学与人文科学的融合,并开设前沿性交叉学科课程,拓宽学生知识面。 2.教学模式和考核方式方面 教学模式和考核方式方面改革,课程教学与考核结合工程实际进行,专业课强调案例教学。通过课堂理论教学、研究性学习和企业实践性学习三段式的培养,实现培养模式创新。学生一年时间到企业顶岗或挂职,接受工程实践训练,并结合企业生产实际完成相关课程与毕业设计(工程设计)。 3.学生管理方面 学生管理方面实行校内、外双导师制。在企业的生产实习、企业实践与毕业设计的教学过程中,采用“双导师制”,即学生下派企业的同时,一个企业指定一名学院内在职教师为指导教师,长期与企业合作,与企业导师共同制定课程进度与相关内容等,为学生及时完成学业奠定基础。学生到达企业后,由企业指派高级技术人员(一般应为总工程师或部门负责人)为固定企业指导教师。 4.课程建设方面 把构建科学的卓越工程师培养课程体系,与实际的教学实践有机地结合起来,突出工程实践和创新能力,打造一批工程教育特色课程,一些面向企业实践性强的课程或项目聘请企业高级工程师授课或学生到企业通过动手实践完成,力争每一届学生有6门专业课是由具备5年以上在企业工作的工程经历教师主讲。 5.师资队伍建设方面 在每个企业中遴选出2~3名适合微电子专业各相关专业课程教学的高级专业人才,通过福州大学高等教师专业培训,正式聘任为福州大学教师,完成企业课程的授课任务与承担企业导师的工作。此外,学院的教师也应不定期地深入到相关企业进行调研和科研项目合作,加强校企的实质性深入合作,提高校内教师的工程素质与业务水平。同时鼓励中青年教师积极参加、探索新的教学模式和实验创新机制,逐步形成一支优秀教学团队,以培养一批中青年骨干教师。 二、卓越工程师培养计划的实施 目前正处于卓越工程师培养启动阶段,部分培养模式可对在校生进行试点,针对目前教学体制更注重学生的理论学习、实践环节明显不足、学生工程意识淡薄、毕业后很难让企业满意、学校的教学环节与企业的需求有较大的脱节等问题,并根据我省集成电路行业的发展状况和我校的现有条件,适当调整现有课程与课程的教学内容,适应微电子行业的人才结构需求,力争与福建省现有微电子企业联合培养集成电路方面的人才,探讨IC专业人才的培养模式与培养方案的创新和研发,是目前的工作重点。 1.课程体系的改革 深入集成电路的有关企业调研,了解企业需求,对2009级《微电子学专业培养计划》已做了很大修改,课程设置突出工程实践和创新能力的培养,培养方案与目标比较接近于企业的要求。这些变化体现在大多数理论课程之后都设置了相应的应用课程,比如数电、模电、C语言、数字集成电路设计、模拟集成电路设计、微机原理等课程,不仅有相应的课内实验,还有相应的课程设计,将刚学到的基础知识赋予实践,不仅巩固了基础知识,加深了理解,而且也培养了学生学以致用的能力。 2.本科第四学年的教学安排 根据卓越工程师培养方案的要求,第四学年应安排一些实践性的、研究性的课程,比如毕业实习、科研实践、毕业设计、项目研发管理等,这些课程可以带到企业中完成,可以结合各个企业的实际情况,做相应的课程研究,使得学生的研究内容来源于实际,使学生的学习与实际接轨。 3.课程建设方面 与实践相关的课程、教学内容要求直接使用目前行业流行的三大巨头软件,比如SPICE模拟设计与实验、逻辑设计与FPGA、数字集成电路CAD、模拟集成电路版图设计、集成电路制造工艺、集成电路可测性设计等课程的实验,都要求用目前市面上流行的软件工具与版本,并且教学内容要求来源于实际工程,逐步形成几门有特色的课程。 4.师资培养方面,加强现有教师参与企业项目研发的力度。 目前6名年青教师承担了福州福大海矽微电子有限公司的研发项目,研制的三个芯片已经完成MPW流片,经测试达到了设计技术要求,取得良好的效果;另有多名教师参与了福建省集成电路服务中心的建设与技术服务工作,逐步培养与锻炼了一批中青年骨干教师,形成了一支优秀的教学团队。 5.企业师资培养 在企业中遴选适合微电子各相关专业课程教学的高级专业人才,通过福州大学高等教师专业培训,正式聘任为福州大学教师,完成企业课程的授课任务与承担企业导师的工作。《集成电路实习》课程已经在ICC上课,07级的《教授讲座》由福州贝莱特集成电路有限公司的老总陈炳来教授承担。今后,其他相关课程的部分实践也将在该中心完成。 三、卓越工程师培养过程中存在的难点 1.企业难以接受学生实习 微电子行业都有较高的技术要求,企业一定是靠技术生存,各个单位对保护自己的商业秘密都非常重视,所以一般都不太愿意接受实习生。他们认为大学生没有实际工作能力,即使有,短时间内也不能很好地发挥出来为企业所用,所以企业接收大学生实习不仅没有得到免费的劳动力,而且还要冒着泄露商业机密的风险、需要付出各种代价,比如,至少必须给实习生安排办公位置及设备等,另外学生短时间内难以接手相关工作,还要让老职工去带,必然影响企业的进度安排,因此企业收益和成本相比得不偿失。总之,由于行业的原因,企业难以接受学生实习,这是微电子学专业卓越工程师培养实践过程的最大难点。 2.诚信问题 现在企业愿意接受学生实习的,大多是希望学生毕业后能够到企业来工作,这样相当于学生提前一年来企业实习,企业可以少培养学生一年,这对于学生、企业都是一件双赢的好事。但出现了很多学生毕业后又不去这个企业工作,失信于企业,以至于企业认为现在的学生诚信差,眼高手低在企业呆不住,打击了很多企业的热情。 3.学生管理上的难题 学生分散于各个企业实习,给学生管理带来了很大的难度,如学生在外地,老师很难经常去检查学生的情况,如在本地实习,学生大多还会住在学校,则交通问题给学生的安全带来了隐患,学校存在很大的压力。 四、卓越工程师培养的出路 1.政府给予参与企业一定的优惠 目前实行本计划的难点之一在于企业的参与。建议教育部联合国家有关部门共同出台政策,调动企业接受学生实践并共同参与培养学生的积极性,例如给予参与本计划的企业在税收上的减免或经费补贴,或在企业申报国家有关部门科研立项,技改立项时给予优惠。 2.加强学生的诚信建设 如果学生的诚信度可以得到企业的信任,那么我们可以这样来分流学生:对于不考研的学生,可以以找工作单位的方式去找实习企业,与企业签定协议,毕业后到企业工作,这样企业基本上就会接受这一批学生;至于要参加考研的学生,可以到学校的各个研究室等参与老师的课题研究,或者由一些有实践经验的老师各自带几个学生做些实用性、综合性的设计,也可以得到一些工程性的实战。 3.加强学校自身科研机构的建设,让更多的学生可以在校参与科研研究。 4.在一些重点企业设置教育部门,参与学校的实践教学。 建议国家、学校在各个地方建立大型的实践基地,接受学生的实习,这些实践基地可以依托某些学校已有的实践中心也可以依托某些大型企业。 本文根据教育部卓越工程师培养体系的标准,提出了微电子学专业卓越工程师培养体系的建设内容,结合该培养体系实施过程中遇到的问题,给出卓越工程师培养实施的几点建议。该培养体系对在校生进行试点,在多个方面已取得初步成效。 电子学论文:Multisim10在医学电子学教学中的应用 【摘 要】本文介绍了在医学电子学教学中引入Multisim 10仿真软件的必要性。以共射极单管放大电路和RLC谐振电路为例研究了Multisim 10在医学电子学教学中的应用,说明Multisim 10仿真软件是化解教学难点、提高教学效果的重要教学辅助工具。 【关键词】Multisim10;医学电子学;仿真 医学电子学是医学信息工程、医学影像技术等专业的一门专业基础课,是应用电子技术解决生物医学工程中问题的一门交叉学科,教学内容涵盖了理工科院校多门电子学课程的相关知识,而且它又有别于理工科的电子学课程。通过学习,可以提高学生运用电子学技术来解决生物医学中相关事情的能力[1-2]。 1 Multisim10仿真软件引入医学电子学教学的必要性 医学电子学课程由理论课和实验课两部分组成,课程内容主要包括电路基础、模拟电子技术和数字电路三部分。该课程的很多重点教学内容抽象、难懂,成为教学难点,目前理论课的主要教学手段是利用传统教学与幻灯片结合在课堂上完成,不能实时、动态显示电路的功能,对复杂的内容,教师难于讲解,学生不易接受。随着计算机仿真技术的发展,利用计算机构造一个虚拟的实验环境,通过建立电路、设定参数、自动建立电路方程并计算结果,最后以图形和动画的形式将电路功能表现出来,可达到与传统实验的效果和目的,大大增强教学效果[3]。这类仿真软件很多,现在比较流行的仿真软件有Matlab、Orcad/Pspice、Multisim和Protel等。在众多的电路仿真软件中,Multisim是最容上手的。multisim10属于较新的版本,具有界面直观、操作简单等优点。将Multisim10引入教学,对于帮助教师课堂上阐述、验证医学电子学的基本原理以及学生深入理解概念和掌握规律有着重要作用[4]。将Multisim10软件引入到理论课教学中,对电路进行仿真,使学生很直观的看到由于参数变化引起的电路各项指标的变化,使课堂教学变得形象、直观,学生易于理解,化解了教学难点。学生可以在业余时间利用Multisim10仿真软件设计各种电路并判断电路的可行性与结果,仿真验证正确后,再进行实物的设计,可以有效提高效率,避免浪费。 2 Multisim10软件简介 Multisiml0仿真软件是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作,它含了电路原理图的图形输入,电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力,作为专业的应用软件,它具有以下功能特点[5-6]:直观的图像界面、丰富的元件库、强大的分析功能、高效的“实时仿真”模式。由于 Multisim10具有以上特点,被广泛应用于电子类课程的辅助教学,成为提高电子类课程教学效果的重要工具。 3 应用思路 教师在备课时根据教学内容提前设计仿真电路,在理论课和实验课上进行传统教学、幻灯片教学的同时,在必要时刻将Multisim10软件仿真教学穿插到教学中,把三种教学手段有机结合起来,达到最佳的教学效果。由于Multisiml0具有界面直观、操作简单等优点,学生完全可以通过自学掌握该软件的使用方法并加以应用。教师在上第一次课时就将Multisiml0安装包包拷贝给学生让学生自行安装,要求学生利用课余时间自学该软件,掌握其使用方法并会设计简单电路。 4 Multisiml0在医学电子学教学中的应用 4.1 Multisiml0在医学电子学课堂教学中的应用 医学电子学中戴维南定理、RLC谐振电路、共发射极放大电路、负反馈放大电路等重点教学内容都很抽象、复杂,因而成为教学难点。下面就以共发射极放大电路为例介绍Multisiml0在医学电子学课堂教学中的应用。 教师在利用传统教学和幻灯片讲解完共发射极放大电路的静态工作点、放大倍数、输入电阻、输出电阻后,打开如图1所示的仿真电路并进行仿真,通过投影仪把仿真结果展示给学生看。 图1 共发射极放大电路的仿真电路 图2 静态工作点仿真结果 4.1.1 设置静态工作点 4.2 Multisiml0在医学电子学实验教学中的应用 医学电子学实验是培养学生基本技能的重要环节,是实践能力培养的重要手段,为学生以后学习专业课程奠定必要的实验基础。我校医学电子学课程开设有:电路元器件伏安特性的测绘、RLC串联谐振电路、整流滤波电路、共发射极放大电路四个实验项目。下面就以实验电路比较简单,学生能比较容易的搭建电路的RLC串联谐振电路为例介绍Multisiml0在医学电子学实验教学中的应用。在开设此实验前一周,要求学生利用仿真软件按照实验讲义预做实验并记录仿真结果。教师在讲授完实验目的、原理、实验步骤等内容后,将提前设计仿真电路进行仿真,把仿真结果展示给学生看后才让学生进行实物实验。学生可以将自己的仿真结果与老师的仿真结果进行比较,实物实验完成后还可以将实物实验数据、仿真数据与理论值进行对比,验证仿真数据、实验数据的正确性。 4.2.1 测定谐振频率与品质因数 4.2.2 绘制幅频特性曲线 幅频特性曲线是在信号源电压值不变的情况,电路中的电流随频率变化的规律。在输入信号的电压值为1V不变的情况下,在13kHz-23kHz之间取11个值对电路进行仿真,用万用电表测出各个频率值相对应的电流值如表1所示。 由表1所示仿真数据看出随着信号频率的增加,输出电阻R上的电流先增大然后减小,在输入信号频率为17.9kHz时输出电流最大,说明这一频率点电路发生了谐振。利用表1所示的数据可以绘制幅频特性曲线。 通过上述两个实例可以看出把Multisim10仿真软件引用到医学电子学教学中,够让学生形象、直观的理解教学重点并化解教学难点,激发学生学习兴趣,提高教学效果。 电子学论文:机械电子学课程信息化教学需要把握的几个重点 摘 要 随着计算机、多媒体、网络通讯等技术在课堂上的应用,信息化教学也应运而生。与传统教学相比,信息化教学具有很多优势,对学生学习习惯具有颠覆性,同时,它可以更好地将复杂抽象的知识展现在学生面前,对学生也具有思维启发作用。文章围绕信息化教学理念和教学设计,针对如何将信息化教学在机械电子学课程中应用提出了几点见解。 关键词 机械电子学 信息化教学 课程教学 0 引言 机械电子学是一门综合了机械工程、计算机技术和电子技术的学科,它内容丰富,实践性强,知识更新快,对机电行业人才的培养具有重大的作用。随着机电制造业的快速发展和市场对机电一体化人才需求的变大,机械电子学课程在高校的地位也越来越突出。目前来看,工业信息革命对教育行业的影响也已然敲响了教育改革的钟声,传统的教学模式无法满足这一门课程的特点要求。 信息化教学是将先进教学理念与现代信息技术相结合,运用现代教学方法的教学,它明确以学生为中心,强调协作、透明、思辨。本文就信息化教学在机械电子学课程中的应用提出了需要把握的几个重点。 1 树立信息化教学正确理念 信息化教学,研究的主体对象是教学,目的是达到教学的信息化。信息化教学模式是教师以信息技术为教学手段,引导学生积极主动获取知识,摆脱传统的知识灌输者角色的教学方式。教学过程也由讲解说明转变为情景设定、问题分析、协商研讨、总结延伸等模式,极大地去调动学生的积极性、主动性和创造性。①从目前来看,高校教室都配有计算机和投影仪等基础教学设备,并实现了联网,但教师的传统角色并没有改变,从而对教学设备资源也造成了一定的浪费。可见,如果教师没有领悟信息化教学内在本质,即使丰富了课堂知识内容,但还是无法更好引导学生获取知识,只是在为用技术而用技术,忽视了教学的目的是让学生深刻理会课堂知识,摆脱传统的僵化的教学模式。 在信息化教学模式下,课程考核机制也要随着改变,并不是“一卷定全程”的做法,因为每个学生对不同知识的理解程度、兴趣度是不一样,单凭教师所谓的“重点知识”来考核,极易忽视学生的个性化,遏制学生的思辨思维,对于学生学习知识也纯属应付教师、应付考试,容易造成理论知识和实践操作的脱节。 在整个教学过程中,教师只有具备合理的信息化教学理念,并以此为依据制定信息化教学目标,每一环节都要认识到学生的主体性,使课堂变得科学化、现代化,高校培养的人才才是社会所需要的。 2 丰富信息化教学的数字化资源 传统的教学中一支粉笔、一块黑板就够了,教师是以知识灌输者的角色“活跃”于课堂。随着信息化、数字化已成为当今时代的显著特征,教学领域也应丰富教学的数字化资源,多层次的激发学生的发散思维、创造性思维以及知识处理能力。机械电子学是融合了多种技术的学科,内容丰富多样,所以学习它需要多方面的基础知识。然而课堂多媒体资源毕竟有限,这就需要在信息化教学设计中,使课程资源多样化。如今,移动网络终端发达,数字化资源可能会比书本内容提供更好的服务,而且数字化资源能紧跟机械电子行业发展,提供前沿的知识,对学生以后的实践操作能起到很大的作用。 机械电子学课程的特点也表明,单凭一本教材很难让学生深刻领悟知识。学生的实践机会本来就很少,如果理论方面还不能提供丰富生动的资源,那这门课对于学生的作用就很小。由于数字化资源不局限于时间和空间的限制,教师的教学设计中可以从课本内容或者相关基础知识出发,围绕某个知识点提供全方位的学习资源。信息化教学中,教师所有的备课资源应该是为学生服务,而不是在课堂上进行教学“表演”。除PPT课件外,教师可根据每节课内容要求,录制或搜索相关视频分享给学生,建立实践应用题库,并开通教学平台鼓励学生积极讨论,开设教师答疑专栏等。 3 完善信息化教学的硬件环境 信息化教学的具体实践离不开配套的教学硬件,没有硬件设施的支持,再好的信息化教学理念也只是“纸上谈兵”,也就不能达到信息化这一教学目标,可见,硬件设施环境是信息化教学环境的基石。 类似于传统课堂中的粉笔、黑板、板擦等基本物品,计算机和多媒体设备已成为课堂必不可少的“一员”,而计算机和多媒体大多情况也只是方便教师教学的设备。随着科技的快速发展,硬件设备趋于智能化、便携化,教学课堂的布局也要根据设备的应用程度。②对于机械电子学中抽象难懂的知识点,教师可以带领学生参观或展示相关机器或构件,使学生对知识有清晰的掌握。机械电子学这门课程是服务于实践操作,理论知识要与实践相结合,考虑到实际设备购置昂贵,可引进相关模拟系统,使学生通过虚拟的操作达到对理论知识的把握。 4 提高信息化技术的运用能力 信息化教学理念再好,课堂设备再先进,教师不会运用这些技术,也就不会使信息化技术发挥到高效的作用,所以信息化教学对教师的信息化技术应用能力也提出了要求。教师是学生攀登知识殿堂的阶梯,决定了学生攀登的高度。在信息化教学中,教师也要积极主动地提高自己的教学能力,紧跟时展步伐,而教师教育技术能力的优秀是基于信息支持的教学设计,美国《面向教师的美国国家教育技术标准》(2008版)中明确指出了,教师应能够使用各种数字化时代的媒介和方式与学生、家长及同事就一些信息和想法进行有效的沟通。教师信息化技术能力是一种综合能力,它包括信息化教学迁移能力、信息化教学融合能力、信息化教学交往能力、信息化教学评价能力、信息化协作教学能力、促进学生信息化学习能力。③ 在信息化、数字化时代,教师也要不断学习,不断创新教学方式方法,注重技能培养,如多媒体设备操作技能、教学应用软件开发设计能力。虽然在过渡阶段,教师可能会有压力,但要有清醒的认识,只有把自己综合教学能力提高上去,才不会在教学改革中迷失,才可以在以后教学中更加轻松灵活。 5 掌握信息化教学的方法手段 以往教师备课只是去制作和熟悉讲课用的课件,而多数情况课件也都是随着教材附带,给学生的感受是教师只是在念课件内容,忽视了学生对本节课知识的掌握程度,期间教师并没有认识到信息化教学理念的本质。很多教师以为教室配备了计算机和多媒体设备,只是用来方便教学,而有些教师虽然认识到了信息化教学的重要性,通过技巧使课件生动,比如在课件中穿插搞笑动画、字体显示伴有特殊声效等简单手段,吸引学生注意,但这并不适用于高校课堂,尤其对于机械电子学这门理论知识繁琐、内容抽象的课程。教师存在的价值是为学生传授解答知识,而方法手段是取得成效的保障。 信息化教学手段是将信息化教学硬件设备和信息化教学理念相结合的教学方式,教师充分合理使用教学中的资源,使课堂形象化、生动化、具体化。④机械电子学课程要求有较好的机械、计算机、电子等基础知识,综合性较强,而学生以前“术有专攻”,可能并不能很全面地理解课堂知识,在这种情况下,教师就要提前了解到学生的具体情况,因材施教,为学生更好理解新知识制定良性的教学方法。 6 信息化教学的课堂把控能力 在信息化教学课堂上,教师需要具备调动学生积极性、主动性,根据不同知识点灵活组织课堂模式,把控课堂气氛,擅于转变师生主体地位,把握全局,避免学生自由思想泛滥的能力。现在的高校学生在中学时代都是在传统教学模式下培养的,新的教学模式对于他们来说是新颖的,就会导致学生很容易“乐在其中”,这对于教师也是一种挑战。在信息化教学中,学生接触的数字化设备功能强大,摆脱了单一的课本,他们很容易偏离教学设计内容,虽然上课积极性很高,但是并没有对知识有系统性的掌握。教师要“利用”学生的这一心理特点,制定完善的学习任务,使学生学习具有明确的目的性。信息化教学并不仅局限于课堂,它具有延长性。⑤教师要充分利用教学资源,课下带动学生在教学平台交流、利用数字化资源并完成作业,同时教师也应注意方式方法,不能忽略学生的主体地位,要体现出学生个性化,发掘出学生对知识的兴趣。 7 结论 机械电子学这门课理论与实践结合性强,这就需要学生接触更多虚拟仿真环境、操作实际设备,经常进行互动交流。同时教师也要根据知识特点搭建信息化教学环境,既要给学生明确的学习任务,也要起到教学监督的作用。信息化教学模式以其和信息技术的高度结合,越发体现出它在现代教学中的优越性,必将代表教学模式改革和发展的趋势。对信息化教学模式的研究和推广,将是推动高等教育信息化进程的必由之路。 电子学论文:电子学籍档案管理在普通高中的探讨 【摘要】随着科学技术不断发展,互联网技术不仅对于教育起着十分重要的影响,同时还对学校档案管理产生了影响。学生的学籍档案十分重要,在电子档案的保管方面,快捷便利是电子档案比传统纸质档案管理中的突出优势。本文主要分析在普通高中中,电子学籍档案管理工作的具体应用。 【关键词】电子学籍档案;管理;普通高中;具体应用 社会不断发展的今天,个体的档案在整个社会中起到的作用越来越突出,而学籍是学生档案的一个重要组成部分,对学生的学业来说起着十分重要的作用。它详实的记录了学生在学校学习过程中整个学习状态和具体生活状态,也表现出学生学习所在的学校展现出来的具体情况,十分丰富多彩的学习状况,由此可见学籍的涉及内容范围很广,并且是学生学习状态以及学校具体情况的真实性反应。这对于教育部门以及学校具体管理工作的开展和教学内容的选择方面具有极高重要价值。而随着科学技术不断发展,学籍也朝着电子化和数字化方向发展,表现出了优越性。 一、电子学籍管理所具有的重要作用 现在许多高校学生毕业之后,因为思想中没有档案的概念,使得他们没有档案的重要性的想法,对档案如何处理和安排也毫不关心。所以,现阶段越来越多的高校毕业生对自己的档案采取一种漠然的态度,一旦开始工作、读研、出国等,就发现自己的档案早已经不知道被放置在何处,成为一个阻碍。 (一)电子学籍档案在保管方面具有极高的优势。与传统纸质学籍档案的管理工作相比,电子学籍档案的管理具有极为明显的优越性,主要表现在以下几点:首先,由专门的系统进行学生各种资料的收集和整理,不论是在学校期间的各种荣誉奖项,还是在学校期间的学习成绩,都晚安整整的保存在这个专门的系统之中。不仅由专门的档案保管所进行档案的保存,学生也有自己的一份报关,定期在档案中输入各种的信息,十分的方便并且安全。其次,所有的教学信息都储存在专门的教育系统之中,以互联网为基础,通过正确的登录步骤就能够查看学生的各种信息内容,这样方便了学校对于档案的管理,还简化了整个档案的具体工作效率,更加的省时省力。 (二)电子学籍档案在学籍的改动方面具有优势。在高速发展的社会中,信息总是时刻处在高速的变动之中,教育教学也在所难免。学生在学习过程中,总会遇到这样或者那样的问题,从而导致学校的改变或者年级的变动,甚至会出现休学、退学的现象。这种时期需要提交大量的表格,手续很多。但是电子学籍档案在这一方面的手续要明显简化于传统的档案管理方式。因为电子档案主要基于互联网,在专门的系统中进行内容的更改就可以了,修改后,信息共享就可以使得全国各地的教育机构看到学籍的变化。这样不仅简化了工作步骤,还提高了办事效率。 (三)电子学籍档案管理是整个学校管理的重要组成部分。在具体的教育教学管理活动中,学校应该重视电子学籍档案的突出优势,把握好电子信息档案所掌握的各种真实性信息,更加做好教育教学的服务。对于电子学籍的管理中,极好的发挥了整个网络的独特性优势,满足了整个学校的社会发展需要,能够密切不同部门的沟通和联系,推动着学校朝着统一的方向不断发展,并且帮助学校实现自身监督管理工作的标准化。 二、电子学籍档案管理在普通高中中的具体运用 学籍管理是一项十分严肃并且对于严谨程度要求极高的管理工作,需要学校高度的关注这一项工作,并且秉持着高度的热情来对待管理工作。 (一)现代高中需要转变传统学习管理意识。随着科学技术不断发展,我国教育也受到计算机网络的影响,朝着电子化的方向发展。从这一角度看出,学籍档案朝着电子化的方向发展是主要性的趋势。中小学生电子学籍管理是教育工作者在逐步发展中不断探索的成果,它是适应信息时代教育教学管理的一种重要模式。在潜移默化中,它逐步提高了教育界的管理水平和效率,实现了学校和教育行政部门办公自动化的管理模式。实践证明,有效实施电子学籍管理,对于教育教学的管理质量非常有益,同时有利于学校、学生管理信息的积累、分析、利用、交换和共享。电子学籍管理的主要内容是熟练运用电子信息技术,利用电子信息技术的优势对学籍管理的方式、方法进行改革,以此提高办事效率。现阶段我国的学籍管理制度都已经是电子化管理。电子信息化管理的应用能够帮助我们快速的查阅学生的学籍信息,在中学生的高考、升学、就业等多方便起着至关重要的作用。所以,电子学籍档案对学生来说,是成长、学习的痕迹,更是一个学生学历证明的重要材料。 (二)给电子学籍的管理制定健全的制度。教育部门和学校要负起责任,切不可马虎。学校的学籍管理工作应该交给一些管理经验丰富、责任心强的老师。这些老师应该有着熟练的计算机技能,对电子数据的管理有着过硬的基本功。学校还应该制定健全的制度,有序地管理学生的电子学籍。制定科学、规范、高校的管理制度也有利于学校管理工作的健康运行,是一个学校教师的素质水平和综合水平的体现。学校应该做好细心的准备,相关的教育部门也应该给以足够的认识。学籍的电子档案也应该坚持“以人为本”的原则。深入贯彻落实学生信息的准确化和标准化。学生档案的纸质版和电子版相对接,做到真正地服务于学生。有效的管理,必将带来学校的有序管理,是受学生和家长们值得肯定的制度。 三、结语 随着我国整体教育水平的提高,大多数的家长已经不满足于学生只有九年义务教学,追求更高的学历是学生和家长的追逐的目标。所以,学籍的流动性也很大,所以学籍是非常重要的。学校科学、规范的学籍管理制度也直接影响学会学籍的相关工作。伴随着计算机水平的发展,我国的电子学籍必将成为趋势。所以,不断地根据教育现状的特点,从而改进电子学籍管理,在实践中积极稳妥地去工作。学校有序组织相关老师和部门管理人员去认真落实电子信息档案的整理和扫描工作,才能为学生带来切实地方便,从而辅助我国教育教学质量的提高。完善相关部门的科学化管理,并真正地让学生家长感受到电子信息档案的好处。 电子学论文:翻转课堂在《电工电子学》的教学实践研究 【摘要】近年来,随着信息技术的发展,推动了新型学习模式的发展,翻转课堂正是信息技术与现代教育相结合的产物。翻转课堂改变了以往先课堂授课再课后复习的传统模式,采用先课前在线学习后课堂吸收消化,提高了混合学习的层次,使学生的学习更加深入,提高学生学习的自主性,改变传统教育统一施教的弊病,尽可能的做到因材施教,并对教师提出了更高的要求。本文以《电工电子学》为例,设计基于翻转课堂的教学模型,通过教学实践,探索翻转课堂教学模式的优缺点。 【关键词】翻转课堂 混合学习 教学改革 一、研究背景与意义 传统教育的弊端是以知识的传授为中心,过分强调了教师的作用,忽视了学生的主动性。课堂进度统一,不能因材施教,忽略学生个体特点,教师在授课过程中把知识单向输送给学生,双向的互动和反馈不多;强调老师的教,弱化学生的学。极大地削弱了学生自主学习的动力和能力,也减少了学生自主学习的时间。为了改善传统教学模式的弊病,提高教学质量,需要对传统教学模式进行改革,翻转课堂借助现代信息技术的发展,致力解决传统教学模式的这些弊端。翻转课堂及其教学实践研究培养学生的学习兴趣,调动学生学习的主动性和积极性。 二、翻转课堂的内容 翻转课堂属于一种新型的混合学习模式,它是传统课堂模式教学与现代在线学习的高度融合。翻转的课堂摆脱了传统“课堂知识传授课后知识内化”的教学形式的束缚,将二者实施的顺序颠倒过来,采用“课前知识学习课堂知识深化”。翻转课堂教学中,课前和课堂的大部分时间交由学生支配,课堂小部分时间留给教师,大大减少了教师知识讲授的时间,这是翻转课堂的一个重要特征。翻转课堂将原来课堂讲授的知识内容转移到课前去完成,在不缩减原先课时知识量的基础上,利用课堂时间来增强师生以及学生之间的交流和沟通。 翻转课堂是构建一个全新的深层次学习的课堂,学生成为课堂的主角。翻转课堂通过充分利用课下时间完成了基本知识的传递,极大地延长课堂上教与学的时间,而且时间是弹性的。学生角色的转变随着教育信息化学习网络化的不断深入,在定制化的网络学习环境中,学生能够根据自己具体的学习情况需要选择学习的内容、时间和地点,然后再按照自己的节奏和特点进行学习。 三、翻转课堂的设计与实施 通过研究并分析现有的翻转课堂教学模式,构建全新的通用型翻转课堂简单教学模型,翻转课堂的三个关键环节都是双向的闭环的,三个部分都是要根据实际情况不断改进更新的,根据翻转课堂教学模式,设计出支持翻转课堂网络教学系统模型,为翻转课堂的具体实施提供网络技术支持,实现翻转课堂教学效果的最大化。课前,老师根据课程任务安排学习计划,制作学习视频,布置学习任务;学生观看视频,自主决定学习进度,观看结束后完成老师布置的任务,在完成过程中检验自学的效果;在课堂上,师生间及同学间讨论课程知识,深化学习。 以《电工电子学》课程为例,设计基于支持翻转课堂的网络教学系统,通过教学实验来探索翻转课堂教学模式的优点与不足。翻转课堂要点在于:一、课外真正发生了深入学习;二、课堂上观点能够真正相互碰撞并将对问题的研究引向更深层次。实施的关键在于:微课程开发、课前深入学习、课堂学习活动组织。根据《电工电子学》各章节的知识点,制作微视频,学生在学习各知识点的时候自由进行,《电工电子学》各知识点结合非常紧密,如电路的基本定律、电路的分析方法,学生看视频时可以前后视频穿插看,以便自己理解,在学习三相交流电时,又可以复习正弦交流电路的知识。在制作视频和设计作业时也考虑前后知识点衔接的问题。根据《电工电子》各个知识点的情况,结合本校和本班情况录制有针对性的微课视频。设计视频教程时控制时长,因为太长学生容易学习倦怠,不利于学习效率的提高,一般一个微视频5-15分钟,辅以用于知识巩固强化的针对性练习和用于课堂知识内化的学习活动等。为很好促进学习,建立班级《电工电子学》学习群,在群里面师生合作探讨本学科的问题,及时解决学生在自主学习过程遇到的问题,适当布置设计任务,让同学们协同解决难题。布置设计任务,学生完成后可以上传班级群,同学们一起点评,提出意见和建议,共同进步。 《电工电子学》学习过程中,实验部分也是重点,以往传统教学中,老师会在实验室教授实验内容,并指导学生操作,但是一般只演示一两次,不能保证每个学生当时就看懂且会操作,在翻转课堂学习时,学生可以多次观看并就疑惑处询问老师,到了课堂阶段就可以短时间学会操作并完成实验内容,提高学习的效率。学生也可以录制各自实验步骤,请老师点评,老师可以全时段的了解全部同学的实验步骤,有针对性的进行指导,以便学生改进。 在课程考核时,根据学生课前学习、课堂情况、平时知识讨论、以及上传的实验视频综合考量,不简单以试卷为衡量,促进学生学习能力动手能力的提高。 四、总结与展望 翻转课堂实施过程中存在几个关键环节,一是明确视频教内容,要精品化,以往视频内容大多是课堂内容的录制,内容简单,形势呆板,问题的针对性不强,不利于学生自学。二是精简视频长度,现有的教学视频一般以课时为单位,时长一般在40-50分钟,甚至更长,视频片段过长,学生专注力下降,效率降低,达不到好的学习效果,三是布置针对性作业,学生要根据学到的知识完成作业,及时巩固所学内容。四是在教学闭环中根据学生学习时的反馈及时跟进,帮助每个学生解决所遇问题,调整视频内容和作业,不断完善时时更新。 结果证明,基于文本提出的通用翻转课堂教学模型教学效果优于传统教学模式,但翻转课堂的适用范围具有一定局限性,其实施难度也高于传统教学模式。对老师的要求较传统教学模式都有所提高,首先要求老师能制作适合本班本专业的识破内容,其次要求老师全程跟踪学生学习,包括学生课堂学习;对学生要求也有所提高,要求学生有更强的自主学习的主观能动性。反之翻转课堂也正是提高教师和学生综合素质的有利手段,也更能促进学习效果的提高。 作者简介: 职燕,女,陕西杨凌人,硕士,桂林理工大学讲师,研究方向是自动化控制,嵌入式系统。 电子学论文:《微电子学导论》“过程化管理”方法的研究 【摘 要】《微电子学导论》课程是微电子专业学生本科阶段接触的第一门专业课程。本文通过研究《微电子学导论》“过程化管理”的方法,使学生具备自主学习的能力和习惯,自己掌控学习。充分利用网络的在线互动,增加学生学习中的时效性。真正培养学生的良好的生活习惯和学习态度。通过本项目的实施,有利于培养具有全面高素质的微电子本科毕业生,为我国的微电子专业的发展培养合格人才。本项目提出的课程建设思路,也适用于其它专业的课程建设,具有一定的推广价值。 【关键词】 过程化管理;微电子;自主学习 0 引言 近几年,微电子专业教师的队伍在不断扩大,教师的专业方向也在不断丰富,能够胜任并有选择性的担任各主要方向的专业课教学。但学生的个性不同,使学生在学习的兴趣、主动性等方面差异很大;随着社会竞争的日益激烈和社会需求的不断变化,又使学生的未来发展面临很大挑战,学生的需求随之呈现多样化。因此,多元化的培养规格应当成为共识。将学生的具体情况和社会需求相结合,这就要求我们必须打破现有的统一模式,根据学生的实际和社会需求建立多样化的课程体系,实施分类教学和过程化管理教学,在保证打好扎实的专业基础的前提下,设立尽可能多的适应当今社会发展的方向性课程。因此,本项目选择一门专业基础课程《微电子学导论》,尝试“过程化管理”的教学模式,即学生自主选择时间观看教师录制的讲课录像,保证一定的学习时间,并和教师在线和课堂互动,用于答疑和讨论。 《微电子学导论》课程是微电子专业学生本科阶段接触的第一门专业课程,本课程教学的主要任务:通过向微电子专业的学生介绍微电子学科体系结构,使其掌握微电子专业知识的基本构架,了解本专业毕业后可能从事的工作和进一步深造的方向,同时也培养他们的专业兴趣。本课程按照自底向上的方式对微电子学的知识体系展开介绍。通过本课程的学习,学生可以循序渐进、由浅入深地初步掌握半导体物理、半导体器件物理、集成电路工艺、集成电路设计、集成电路设计方法学、微纳机电系统和纳电子技术等基本内容,从而为其后续学习奠定基础。因此,其教学有着十分重要的地位。 1 研究内容 本项目选择《微电子学导论》,尝试“过程化管理”的教学模式,即学生自主选择时间观看教师录制的讲课录像,同时保证和教师的在线互动,用于答疑和讨论。根据本课程的特点,课程的过程化管理通过以下四个环节进行: (1)进行4-5次课堂讨论,组织学生进行讨论,成立学习小组; (2)提交1-2份读书报告进行交流,了解掌握微电子最新技术及发展趋势; (3)布置2-3次课堂作业,巩固学生所学知识; (4)开展2-3随堂测验,测试学生学习效果。 备注:课堂讨论与课堂教学交叉进行,读书报告与课堂作业交叉进行。 项目研究具体内容包括以下两个方面: (1)研究教学视频内容:首先应明确学生必须掌握的目标,以及视频最终需要表现的内容。在安排视频内容的时候,要考虑已有知识点的主次分配。同时,还应考虑学生的想法,以适应不同学生的学习方法和习惯。 (2)研究课堂活动:内容在课外传递给学生后,那么课堂内更需要高质量的学习活动,让学生有机会在具体环境中应用其所学内容。如何建立更加有效的课堂互动和讨论。 2 研究目标 通过此次项目的研究,争取达到以下目的: (1)使学生具备自主学习的能力和习惯,自己掌控学习。过程化管理后,利用教学视频,学生能根据自身情况来安排和控制自己的学习。学生在课外或回家看教师的视频讲解,完全可以在轻松的氛围中进行;而不必像在课堂上教师集体教学那样紧绷神经,担心遗漏什么,或因为分心而跟不上教学节奏。学生观看视频的节奏快慢全在自己掌握,懂了的快进跳过,没动的倒退反复观看,也可停下来仔细思考或笔记,甚至还可以和同学相互讨论、寻求帮助。 (2)充分利用网络的在线互动,增加学生学习中的时效性。保证有一半左右的学时用于课堂互动。具体表现在教师和学生之间以及学生与学生之间。让教师有时间与学生交谈,回答学生的问题,参与到学习小组,对每个学生的学习进行个别指导。当学生在完成作业时,我们会注意到部分学生为相同的问题所困扰,当学生遇到难题准备请教时,我们能及时的给予指导。 (3)真正培养学生的良好的生活习惯和学习态度。过程化管理扩展了我们与学生交流的内容。我们会更愿意去思考:学生们是否在学习?如果他们不学习,我们能做些什么来帮助他们学习呢?这个更深刻的问题会带领教师思索:如何把学生带到一个环境,帮助他们成为更好的学习者。 考核方式如下: (1)总成绩有平时成绩和期末考试构成,其中平时成绩占比0.6,期末考试占比0.4; (2)平时成绩严格由五项教学环节的情况产生,其中课堂讨论占比0.3,随堂测验占比0.2,读书报告占比0.2,课堂作业占比0.2,课堂签到占比0.1。 3 研究的创新性 研究的重点、难点在于如何使学生具备自主学习的能力和习惯,自己掌控学习。如何能真正培养学生的良好的生活习惯和学习态度,如何把学生带到一个环境,帮助他们成为更好的学习者。如何利用好视频资源,增加学生学习中的时效性。合理地安排教学视频内容和课堂的在线讨论和互动。即使有这些难点,但本项目的创新点仍然很明显: (1)过程化管理可以帮助学习有困难的学生。过程化管理巨大的灵活性让学生能够自主安排时间―可以提前学习或事后补课,做到课程和活动两不误。而且能够暂停、倒带、重放讲座视频,直到听懂为止。 (2)过程化管理增加课堂互动。改变了教师与学生相处的时间。过程化管理后,教师可与学生进行一对一的交流,也可以把有相同问题的学生聚集在一起集中讲解。教师与学生时时互动。学生之间的互动也比以前更多了。学生间互相讨论、帮助学习,而不是依靠老师作为唯一的知识传播者。学生的参与度更高了。 (3)过程化管理让教师更了解学生。过程化管理让教师花更多的时间与学生在一起,听学生们讨论讲解。因此我们能更好的了解学生。同时,我们还能了解学生的生活。并有机会给予他们生活上和精神上的帮助。 (4)过程化管理能实现学生个性化学习。每个学生的学习能力和兴趣都不同。虽然我们早认识到这一点,但传统教学统一的课堂却无法真正分层教学。过程化管理承认了学生的不同,并能真正实现分层教学,每个学生可以按自己的速度来学习。学习速度快的学生可以掌握更难的课程内容,速度慢的学生则可以反复学习,并寻求教师的帮助。 (5)过程化管理改变了课堂管理。在传统教学课堂上,我们必须始终密切注意课堂上的学生动向。很多学生因为没兴趣就分神或是睡觉。从而跟不上进度或者影响其他人的学习。过程化管理课堂后,学生都在忙于讨论或活动,也没有时间分神了。 4 对本科教学的意义 全面高素质人才的培养顺应了二十一世纪对人才的需求。通过本项目的实施,有利于培养具有全面高素质优良的微电子本科毕业生,为我国的微电子专业的发展培养合格人才。有利于提高学生全面素质、加强专业技能、扩大专业知识涵盖面、增强实践能力的培养。本项目提出的课程建设思路,也适用于其它专业的课程建设,具有一定的推广价值。 电子学论文:电子学案的特征分析 摘 要:文章通过对“电子学案”简要分析,明确了“电子学案”与“普通学案”相比所具有的六个基本特征,即学习目标层次化、学习资源多样化、学习路径个别化、学习反馈及时化、学习评价导向化和学习记录全程化,并对每一个特征的特点及如何在设计中体现做了简要说明。 关键词:学案;电子学案;特征 课程改革倡导以学生为中心,充分发挥学生学习的主动性、积极性,课堂教学的重心由教师的教向学生的学转变。经过多年改革实践,一批体现学生学习主体的改革成果不断涌现,其中以“学案”作为成果之一的研究受到重视,“学案导学”成为当下课堂教学改革的一道亮丽风景。当前,在信息技术飞速发展的影响下,信息化环境下的学习成为研究热点,以“电子学案”为代表的研究正逐步走向深入,这对建立“深化课程改革,适应时展”的教育新常态,无疑具有十分重要的现实意义。 一、对电子学案的认识 为了研究的方便,以便建立交流的共同话语体系,我们有必要对什么是“电子学案”做进一步明晰。查询中国知网发现,对于“电子学案”的研究成果相对不足,以“电子学案”作为“关键词”查询,仅有4篇文献,其中硕士论文1篇、期刊文献2篇,会议文献1篇。但对于“学案”的研究成果相对丰富,以“学案”作为“关键词”查询,有14941篇文献资料(查询日期:16年4月10日)。 梳理相关文献发现,关于“学案”的界定并不统一,主要有三种观点[1]:学案即学习方案,学案就是学习材料,学案就是案例。这三种观点虽然从不同角度解读了学案,但对学案本质的认识而言是一致的,那就是重视学生的学,强调学生学习的主动性,强调教师的教是为了促进学生的学。因此,对学生来说,学案是学生课前预习、课堂自学、课后复习所使用的工具与方案,是学生主动学习所依据的材料。对教师而言,它是教师启发讲解的工具与方案。[2] 电子学案可通俗地理解为是基于数字化环境下的学案。它是电子化(数字化)的学习活动方案,是教师基于对数字化学习的理解,依据学生现有认知特点和知识背景,为指导学生进行主动意义建构而精心编制的学习活动方案。电子学案的主体是学案,用信息技术来扩充“学案”的功能,使“学案”插上“信息技术”的翅膀。[3]普通学案与电子学案的关系见表1。 从学案到电子学案实现了四个转变:从静态学案设计转变为动态学案设计,学生有机会参与其中;从传统学案设计转变为电子学案设计,引导学习教材变为组织和帮促学生自我发展;从针对全体学生的集体统一设计,转变为面向每个学生的个性化设计;从重视学习结果评价,转变为个体能力发展评价。[5] 因此,电子学案是以支撑学生在数字化环境下如何有效学习为设计的基本理念,以提升学生在数字化环境下的有效学习能力为优秀,着眼于学生学习方式的有效变革,面向学生终身发展,切实提升学生的信息化学习素养为目标指向,它是推进课程深化改革的有效抓手。电子学案具备普通学案的一般特征,但并不是普通学案的简单数字化,而是基于数字化学习环境的学案设计,有其自身的特征。本文以信息技术课程为例,研究电子学案所具备的基本特征及在设计中如何体现。 二、电子学案特征分析 电子学案具有十分显著的特征,主要表现在学习目标层次化、学习资源多样化、学习路径个别化、学习反馈及时化、学习评价导向化和学习记录全程化等方面。 1.学习目标层次化 在进行目标设计时,传统学案也会考虑分层的要求,但限于课堂教学现状,大多只是完成了基础性目标,拓展、提升目标往往只能停留在纸面上,没有完成的时空。而以电子学案为载体的学习,可以较为有效地解决这一问题。在数字化学习环境下,学生学习有更大自主性,可以自己确定学习的要求、节奏,这样教师就可以设计对应不同学习目标要求的多项活动,学生可以根据自身情况有选择地进行学习。学生有了学习的自主性,不同层次的目标要求就有了达成的可能。传统课堂上,师生是“一对多”的关系,不可能关注到每个学生,而基于电子学案的学习,可以有效改变这种对应关系,实现学案与学生之间的“一对一”关系,不同的学生可以达成不同的目标要求,在达成基本目标要求的基础上,允许学有余力的学生根据自己的特点获得更大提升。 2.学习资源多样化 (1)从表现载体上来看 学习资源的表现载体包括文字、图像、动画、音频、视频、虚拟环境等,这也是与普通学案的一个根本区别。而且,这些载体充分体现了网络学习的特征,如文本资源可以体现出超文本的特性,在一些关键词汇上实现“超链接”,动画资源可以实现交互功能等。从另一角度来看,在设计这些载体时也应该充分体现其特征。如,操作学习可以设计为一种虚拟环境,学生在虚拟环境中进行操作学习,针对性更强,因为在虚拟环境下,无关操作是被禁止的,这对于技能的掌握会更加有效。 (2)从资源功能上来看 学习资源承载的功能可以是学习内容,也可以是学习工具。对应优秀学习内容,我们可以通过不同的表现载体准备多种学习资源供学生选择学习。这里可以有两类思考方案:一是对应优秀学习内容,可提供多类型资源,如学习信息技术的发展史,可以是文字资源、图片资源,也可以是视音频资源,这些资源可由学习者自主选择使用。二是多角度提供资源,让对应优秀内容的学习变得更加丰满。如某一技术的使用,既可以提供技术使用的方法介绍资源,也可以提供技术解决问题的案例资源,还可以是技术使用技巧类资源等。学习工具类资源主要是学习者学习的助手,让学习者的学习更加方便,一般也有两种类型:一是直接工具,是指直接用于学习支持的工具,如为了让学生更好地学习计算机系统的组成知识,可以将“输入、输出、存储器、运算器、控制器”等学习内容设计成积木,学生可以以类似搭积木的方式进行学习,而且还可提供判断对错功能,在这样的情境下,学生的学习可以更加有趣、有效。二是间接工具,一般为非学习的内容,只是学生可以借助于该工具资源进行学习,如对于图片资源格式的认识,可以借助于“格式转换”软件,让学生将同一素材资源进行格式变化,再进行对比研究,如文件大小、分辨率等等,从而加深学生对学习内容的理解。 (3)从资源呈现上来看 学习资源包括学生必读资源、主动选择阅读的资源以及学案智能推送的资源。学生必读资源一般包括了学生学习所包括优秀内容,供学生阅读学习,以达成共同基础目标要求;学生选读资源一般为拓展类资源,以进一步提升学习者的能力,促进学生的个性发展。学案智能推送资源一般基于两种情况进行设计:一是发展学生的个性特长。可由学案系统依据学生各种表现,如选择阅读的文章类型,所推送的自选实践作品分类等,从而判断学生的喜好而推送的。如学生平时喜欢上传一些小的Flash作品,系统由此判断学生是对Flash学习有特殊追求的,因此可以有意向其推送一些Flash学习的资源。二是针对学生可能存在问题而推送。如学案系统可以根据学生在测试系统中的表现或问题解决中的表现来判断学生的不足,而推送相关学习材料。 3.学习路经个别化(分支化) 考虑数字化学习的特点,可以针对学习的内容进行细化、加工,对相应的知识点、技能点实现单独设计,这样学生也可以根据自己的基础情况进行选择学习。如对知识点没有逻辑层次的平行学习内容,学生可以自行决定先学习的内容,对不同的学习内容也可以选择花费不同的学习时间,在学习内容的资源使用上,可以选择文本性阅读材料、动态型的动画(视频)材料、音频材料等等,从而为每一个学生的学习提供不同的学习路径,满足了不同学生的学习风格和个性特点,充分体现出个性化学习的特点,同时也体现出电子学案学习的可选择性。一般来说,学习选择可体现在学习内容、时间分配等方面。从内容的选择来看,可以有两种情况:一是根据自己的基础情况,选择相应能力要求的学习内容,如基础性的内容、拓展性内容等。二是对于选择学习的内容,也可以根据自身的情况,选择学习的起点、学习的知识点、学习的技能点等。如对网络传输介质学习,从知识点来说,主要涉及分类(有线与无线)及特点、有线介质的认识(同轴电缆、双绞线、光纤)等。学习者如果对其中某一部分已知晓,可以选择不学或少学,对特别有兴趣的内容,可以先学。时间分配同样也可以体现出选择性,简单的内容或熟悉的内容可以少花时间,比较难或有兴趣的内容可以多花些时间,这都可以依据学生的个体情况进行选择。这种选择正是学习路径个别化的基本保证。 4.学习反馈及时化 信息时代的学习,及时反馈是一大基本特征。基于电子学案的学习,就是要充分发挥技术优势,实现有效及时反馈,促进学习质量的有效提升。从信息技术课程本身来看,其“所见即所得”的特征本身就是一种及时反馈,错误的操作系统可能马上提示,也得不到正确的结果;从测试上来看,通过在线测试系统有效实现测试结果反馈及时化,不单是学生本人,教师也可以通过测试系统获得全体学生的学习反馈信息,这为有效组织后续学习提供了第一手资料。同时,对于学习中可能出现的问题,学生可以通过电子学案本身提供的帮助系统解决,如相关资料、微课、学件等,也可以利用在线工具得到老师、同学甚至其他人的在线支持,甚至获得学习系统(如智能技术)的支持,实现反馈的及时化。 5.学习评价导向化 评价应立足于发展,强调运用多元评价,实现内容、形式、主体、反馈的多元化,充分发挥诊断、调节、反馈、激励的作用,达到促进发展的目标[6]。即通过评价,要发现学习中的问题,分析问题产生的原因,并指明学生后续学习的方向,从而有效促进学生的发展。所以,评价应该是基于过程的,也是基于发展的。有学者将这种基于过程的评价喻为学习行程中的指路牌,在现代技术支持下,这种“导向”变得更加可能。在评价设计上,可以通过技术手段及时获得学生学习情况,并提供进一步的学习支持,如根据学生完成试题的情况初步判断学生出现错误的问题所在,从而给出进一步的学习建议,如某个知识点掌握不好,可以建议再看一看,而且在技术支持下,可以对不同学生给出不同建议,实现“因材施教”,充分体现出评价的“导向”价值。另外,通过学生互评、教师点评都能给学生的学习提供进一步学习的方向。 6.学习记录全程化 基于电子学案下的学习,学生的学习过程在技术支持下进行,可以被有效记录,从而为有效地分析学习、指导学生提供重要信息。如学生在阅读相关电子材料时,可以从材料中提取自己认为重要的信息,并将这些信息以一定的方式记录下来,这样,学生的学习过程通过这些记录的信息就能有效呈现。如通过学生提取的信息可以分析学生对关键信息的获取能力,从而判断学生的自主学习能力等。再如,学生的操作实践能力,一般通过学生最后的实践作品来分析,但我们也可以通过屏幕录像的方法全程记录学生的操作过程,从而进一步分析学生的操作行为,有效提升学生的操作能力。同时,学生参与各类互动所留下来的发言、进行系统测试的应答等都可以成为学习过程资料而被保存,体现出学习记录的全程化。 三、结束语 这里,我们抽取了电子学案的六个基本特征,其中学习目标层次化是设计的基础,学习资源多样化既是对学习目标层次化的响应,也是对学习路径个别化的支持,学习反馈及时化、学习评价导向化和学习记录全程化是对学习支持系统的要求,因此,它们构成了一个有机的整体,有效地服务于信息化环境下的教与学。 随着社会的发展,基于信息化环境下的学习会成为常态,对学校教育产生巨大影响,在课堂教学中,以“电子学案”的设计与应用为抓手,对于提高学生信息素养十分重要。如果我们能够在设计与应用中更好地体现出这些特征,对于提升学习过程的效果,进而提高教与学的质量无疑具有重大价值。 电子学论文:生物医学电子学实验课程设计 【摘 要】为了加强对生物医学工程专业本科生的电子工程技术训练,对该专业的生物医学电子学实验进行课程设计。选取生物电位放大器作为实验主题;实验中,要求学生将基于电子设计自动化软件的设计仿真和实践操作相结合,完成生物电位放大器的设计工作、验证其功能、并对其重要性能进行测量;该实验安排在理论课早期集中精力完成。实践表明,学生经过生物医学电子学实验的训练,对电子工程技术中不同手段的特点有了更深刻的体会,对生物电位放大器的原理和性能有了更深入的理解。因此,该实验的课程设计是成功的。 【关键词】生物医学工程;生物医学电子学;生物电位放大器;电子设计自动化 0 引言 生物医学工程专业涉及多种学科和技术,具有很强的综合性[1];但与此同时,该专业的本科生培养工作也具有很高的难度,原因就在于学生学习的内容多而不精,在择业时常常无法体现出能力优势。因此,从培养生物医学工程专业本科生的角度而言,应该在对学生进行综合素质培养的同时、加强特定专业技能的训练,为学生的就业和继续深造打下良好的专业基础[2]。 医学电子仪器方式是上海理工大学生物医学工程专业的一个重要方向,在课程设置上,专注于培养学生的电子工程技术[3]。这其中,生物医学电子学[4]是生物医学工程专业的重要专业课程之一,其教学目的是让学生掌握医学电子仪器中带有共性的电子器件、电子线路及电子学设计方法,因此是引导学生学习将电子工程技术应用于生物医学工程专业的重要环节。生物医学电子学实验是该课程的配套实验,目的是在于通过有代表性的实验课题,引导学生学以致用、将课堂内容融会贯通于实践之中。因此,生物医学电子学实验是生物医学工程专业的一门重要实验,需要进行慎重的实验选题、认真的实验设计和细致的实验安排。为此,进行了相关的课程设计和实践工作,详述如下。 1 课程设计思想 上海理工大学生物医学工程专业的生物医学电子学实验被安排于第五学期,和生物医学电子学理论课平行设置。此前,学生已经通过电路原理、模拟电子技术基础、数字电子技术基础和电子技术技能训练等课程的培养,具备了一定的电子工程技术基础。生物医学电子学实验的总课时为16学时,在有限的课时内,让学生得到最大程度的专业训练,具有一定难度。在此背景下,展开生物医学电子学实验的课程设计工作。 首先要解决的问题是实验选题。生物医学电子学实验的选题,应该能够突出生物医学电子学的特色,具有代表性。经过研究,多个生物医学电子学的相关教材中,都将生物电位放大器(Biopotential Amplifier),即仪表放大器(instrumentation amplifier),放在了相当重要的位置上[5]。生物电位放大器,是用于放大心电、肌电和脑电等信号的专用放大器;这些信号具有的特点包括:由生物体内的电活动产生、属于微弱的差分信号、非常容易被更加强烈的共模噪声淹没;而生物电位放大器具有很好的共模抑止特性,最适于放大这些存在于强烈共模噪声背景下的微弱差分信号[6];因此,生物电位放大器在生物医学电子学中占有重要地位,以生物电位放大器为主题开展生物医学电子学实验,不仅具有代表性,而且能够引导学生在前期的课程基础上有所提高。 其次要解决的问题是实验设计。围绕生物电位放大器这个主题开展实验设计工作,需要使实验具有一定深度,但同时又要保证大部分同学有能力在限定的课时内完成任务。经过反复论证设计,最终决定生物电位放大器相关实验由两部分组成:基于电子设计自动化(Electronic design automation, EDA)软件的设计仿真实验和动手实践实验。在第一部分实验中:学生基于LM324[7]完成生物电位放大器的设计工作;仿真验证设计结果;仿真测试其差模增益幅频响应曲线[8]。在第二部分实验中:学生在面包板上动手搭建生物电位放大器;并在实验室中,使用各种设备测试差模增益幅频响应曲线。上述实验设计的优点在于:通过设计仿真工作,让同学们尽快掌握生物电位放大器的原理,同时,基于EDA软件开展电路工作,符合发展趋势[9];通过设计仿真和动手实践相结合,互为验证,比较差异,容易引发思考,更加深刻的体会电子工程技术中不同手段的特点;对生物电位放大器的重要参数进行仿真、测量和总结,有利于学生们在更深地程度上掌握生物电位放大器。 最后要解决的问题是实验安排。由于生物医学电子学实验是生物医学电子学理论课程的配套实验,因此在进度安排上必须要统筹考虑;此外,实验设计决定了生物医学电子学实验适宜集中精力完成,而不是分散到每周进行,集中完成实验能够取得更好的效果。为此,在生物医学电子学理论课程中,生物电位放大器相关内容被安排在课程的早期进行讲解;紧随其后,利用课余和周末时间,在一周内完成生物医学电子学实验。这样安排的好处是:学生能够在课程的开始阶段,就体会到了如何将理论应用于实际,引发学习兴趣。 2 实验内容展示 下面以一位学生的实验情况为例,说明课程设计效果。 1)生物电位放大器的设计和仿真 a)生物电位放大器的设计: 基于lm324设计一个基于三运放的仪表放大器,用于生物电位测量,仿真电路原理图如图1所示。增益公式如公式(1)所示,其中:R1、R2、R5和R6都选用10KΩ的电阻;R3和R4都选用24KΩ的电阻;Rg为增益电阻,当Rg为无穷大时,(这里选用600MΩ),增益约为1倍,当Rg为5.6kΩ时,增益约为10倍,当Rg为470时,增益约为100倍,当Rg为47时,增益约为1000倍。 A=(2*R3/Rg+1)*R2/R1(1) b)对所设计的生物电位放大器进行仿真,验证其功能 如图1所示:使用+Vdm/2和-Vdm/2两个信号源组合成模拟心电信号的差模输入信号Vdm,峰值为10mV,频率为18Hz;使用Vcm仿真工频干扰产生的共模信号,峰值为500mV,频率为50Hz。取Rg为5.6kΩ,输入、输出信号对比图如图2所示。由图可见,差模输入信号被放大约10倍,但50Hz共模输入信号在输出信号中全无踪迹,因此该生物电位放大器正确的实现了预期目的:放大差模信号、抑制共模信号。 c)对所设计的生物电位放大器进行仿真,测量其性能,频率范围设定在0.1Hz-5MHz之间: 对图1的生物电位放大器进行仿真,测量其差模增益频率响应,如图3所示。图中从上到下的短划线、虚线、点划线和实线分别代表差模增益约为1000倍、100倍、10倍和1倍时的幅频响应。由图3可见,放大倍数越小时的幅频响应截止频率约高:差模增益约1000倍时,幅频响应在1kHz左右就开始截止;差模增益约100倍时,幅频响应在10kHz左右开始截止;差模增益约10倍时,幅频响应在100kHz左右开始截止;差模增益约1倍时,幅频响应在1MHz左右开始截止。 2)生物电位放大器的实践实验 动手实现所设计的生物电位放大器。使用的器材包括:面包板、lm324、10KΩ电阻、24KΩ电阻、5.6KΩ电阻、470Ω电阻、47Ω电阻和导线等,电阻均为5%精度;使用的仪器包括SPF05数字合成函数信号发生器、DS1000数字示波器和电源。测试所得到差模增益频响曲线如图4所示。其中,差模增益随频率变化的趋势与仿真所得的结果基本类似,除了差模增益为1时的截止频率出现在了100kHz左右。 3)实验分析 相比于实际实现的生物电位放大器,仿真实验而得的结果具有更好、更理想的特点。其原因在于:仿真时避免了器件差异造成的影响,需要匹配的电阻和运放可以做到完全匹配,同时也避免了人为测量失误造成的影响,因此可以排除随机误差。仿真实验更容易实施,对于理解理论课内容大有裨益;但动手实验更加真实,且可以提高动手能力、积累实验经验,对于理解真实情况、解决实际问题非常有好处;两者可以互为补充。 3 结论 为了避免生物医学工程专业本科生培养博而不精的问题,在对学生进行综合素质培养的同时,应该加强特定专业技能的训练;上海理工大学生物医学工程专业医学电子仪器方向在课程设置上专注于培养学生的电子工程技术;生物医学电子学实验作为该专业的重要课程生物医学电子学的配套实验,在引导学生“入门”、引发专业兴趣等方面,具有重要作用;为此,对该实验进行了相关的课程设计工作。实践表明,通过生物医学电子学实验的训练,学生对专业的认知程度、对技术的理解程度和对知识的掌握程度,都得到了提升,这些能力的加强有助于学生对其它专业课程的学习和掌握。因此,该实验的课程设计是成功的,今后将沿此方向继续推进。 电子学论文:高校电子学籍档案法律效力探析 [摘 要]随着信息技术不断演进,电子档案正在以惊人的速度激增并终将取代传统纸质档案,解放人类的劳动。高校有效保管教学管理中需要长期甚至永久保存电子学籍档案的任务已经显得十分迫切,探索电子档案法律效力,成为法律上认可的证据,是本文重要的研究内容。 [关键词]电子学籍档案;保全认证;信息技术 一、电子学籍档案的特性 学籍档案电子化管理系统模式是通过采用现代化信息技术快速而又高效的完成学籍档案收集、分类、存储、统计以及查阅等环节,从而实现学籍档案管理全程的自动化[1]。电子学籍档案拥有以下一些不同于纸质档案的特性:1.信息载体的变化。传统的学籍档案都是纸质的,档案形成依赖人工的立卷、装订、上架,工作效率低,使用起来查找不便,难以发挥其作用。学籍档案电子化后,改变了信息的载体,以电子数据格式等形式存储于服务器或者磁盘,查找方便,检索快速,并且便于保存。2.信息和载体的可分离性。同纸质学籍档案相比,电子学籍档案的显著特点就是其内容和载体的是可以分离的,我们可以通过技术手段将电子学籍档案无限次数的分享给不同的用户使用。这样虽然能够极大的方便使用者减少获取档案的时空成本,但是原始信息有容易被修改、破坏的风险。3.技术依赖性。电子学籍档案的利用依赖一定的电子设备,因为电子学籍是以计算机可识别的一定的文件形式来进行保存和利用的。所以,一旦获取了电子原文件,还需要利用设备来还原电子学籍信息[2]。 二、电子学籍档案在利用过程中的问题 随着教学管理信息化的推进,各高校普遍建成自己的教务管理系统,用于排课与选课、教学与实践、招生与学籍、考试与成绩等教务管理领域。系统的广泛使用极大提高了教务管理的信息化水平,解放了繁杂的手工劳动,提高了教务工作效率。但是,教务管理系统海量数据如何有效转化为规范的电子教学档案却显得十分滞后。很少有高校开展电子教学档案的归档工作,包括需要长期甚至永久保管的学生学籍档案的电子档也没有归档,教务管理电子档案的安全隐患巨大。部分高校已开始借助教务管理系统进行电子学籍管理,但远远未上升到电子学籍档案管理层面。分析其原因,主要有以下两个方面:1.教务管理系统电子数据如何有效同档案资源管理系统进行对接,同时确保教务管理系统与档案管理系统数据的真实性(收到的文件与上传的文件相比数据是否被修改过)、完整性(是否在传输过程中丢失)和有效性(是否与上传的文件是同一文件)未得到有效解决;2.当前电子档案法律效率未得到真正认可,保管电子档案必须同时保存纸质档案,实行“双套制”管理,不少单位认为多一事不如少一事,没有推进保管电子档案的动力。3.在教学管理过程中,教学档案意识薄弱,误以为借助系统进行电子学籍管理,就能够确保电子学籍的安全和有效。 然而,随着信息技术不断演进,电子档案正在以惊人的速度激增并终将取代传统纸质档案,解放人类的劳动。高校有效保管教学管理中需要长期甚至永久保存电子学籍档案的任务已经显得十分迫切,探索电子档案法律效力,成为法律上认可的证据,更是一直以来都是档案界、法律界和软件行业共同努力研究的课题。 三、利用电子证据保全解决电子学籍档案法律效力问题 所谓电子证据保全即是指对以电子形式存在的,能够作为证据证明有关事实的一切材料及其派生物的固定和保护制度。充分利用理论和技术相结合的办法来解决电子学籍档案利用过程中的法律效力问题:理论上采用电子证据保全的方法,重庆邮电大学数字档案系统所提供的远程异地电子档案利用依托于重庆邮电大学法学院建成的电子保全认证中心。该中心已获中央与地方共建项目400万元资助,建成了集电子数据收集、分析、取证和保全功能于一体的电子保全认证系统,该系统能够有效、安全的对各种形式的电子文件进行保全认证,并且于重庆市各级法院以及北京部分法院进行试点,其司法有效性得到了验证;该系统作为具有公信力和权威性的第三方为数字档案的法律效力提供了真实的,可靠的理论保障。在技术上采用数字摘要技术,也称作安全Hash编码法。应用单向Hash函数对文件中若干重要元素进行某种变换运算得到固定长度的摘要码,并在传输信息时将之加入文件一同发送给接收方,接收方收到文件后,用相同的方法进行变换运算,若得到的结果与发送来的摘要码相同,则可断定文件未被篡改,反之亦然,它可以产生信息的数字“指纹”,以确保数据信息未被修改或变化,保证信息的完整性不被破坏[3]。 具体的流程如下:将电子学籍档案传送予保全认证系统。保全系统主动抓取用户电子档案信息特征的Hash值,应用混沌分组密码对电子文件进行保密,采用分片Hashing技术保证电子文件的完整性,利用数字签名标准DSS防止通信双方相互欺骗或抵赖,通过算法的运算,保证证据的原生态。然后由保全系统反馈给档案系统经过运算加密后的、保存用户信息特征的电子戳文件。最后再由档案系统将经过加密的电子档案原文传送给用户使用。经过保全认证的电子档案,在使用的过程中完全可以等同于纸质档案加盖公章的效力。 电子学籍档案远程异地利用平台,为用户提供远程异地信息服务,既提升了档案资源管理系统的服务层次,方便用户使用,又利用第三方权威机构提供的电子证据保全对电子文件、数字档案的法律效力进行保障,让用户摆脱纸质文件的束缚,可以利用方便、实时的电子文件、数字档案,同时确保了数字档案的真实性、完整性、有效性并同时赋予其法律效力。 电子学论文:试论“电子学案”在初中数学学科中的运用 “电子学案”作为新课改教学探索中的一部分,正将全新的教学理念和教育模式带进了我们的课堂.它的主旨是最大程度关注学生的学,更明确教师的作用不是向学生灌输知识,而是引导学生自主学习.作为一名初中数学教师,我以这种全新的教学模式开展了《轴对称》这一内容的“电子学案”课.现就自己对如何将“学案”引入数学教学课堂谈谈自己的浅见. 一、课前准备有预案 首先,我们应当明确“学案”只是一种教学手段,电脑网络仅仅是传播知识的一个载体,但由于“学案”课的特殊教学模式,导致教师在课前的准备工作的重要性和必要性更是不容忽视,它将直接影响到“学案”课能否顺利地开展.因此,在进行《轴对称》一课的教学设计前,我充分考虑到以下几方面: 1.预习工作适当放手 由于“学案”课更多依靠的是学生自己的自主学习,自我探究.因此,对于学习内容的预习显得尤为重要.我在课前要求每位同学认真阅读《轴对称》这一章节的内容,对先前所学内容安排了适当的练习巩固,确保学生对前后知识有系统性的了解.另外,要求学生在课前上网阅读“学案”资料,并熟悉评价表的内容,根据此表对自己的任务有明确的了解,并根据“学案”内容做好适当的准备工作,以便于能使学生迅速进入课堂角色,真正成为课堂上的主角. 2.课堂设计层层铺垫 对于逻辑性较强的数学学科,相较于其他学科而言,要让学生通过自学扫除所有障碍比较困难,因为它的知识结构不是被分割成一个个单独的个体的,而是有十分强的前后连贯性,因而为使学生能顺利开展自学探究活动,我对于《轴对称》这一课的内容安排设计上安排了阶梯式的铺垫工作,如为让学生对于轴对称有直观的认识,我在设计时安排了实验这一内容,让一名学生将一张纸对折,用油彩在上面绘图,然后将纸张展开,发现位于折痕两边的图案是完全相同的,从而让学生从直观的实验中引入了轴对称的思想.又如在让学生掌握如何画一个图形关于一条直线成轴对称,我安排了观察多幅两图形成轴对称的图片,让学生通过互相启发,充分讨论,总结两个图形之间形状、大小关系,两个图形的关键点与这条对称轴之间的位置与距离关系,从而让学生有了完整的思考过程,也便于他们总结正确的绘图方式,有效解决本课的难点. 二、课堂探究有抓手 课前细致的准备工作无疑为正式“学案”课的开展奠定了扎实的基础,而在课堂中我们必须关注的是以下几个问题: 1.自学效果真实反馈 由于“电子学案”课将学习的任务真正转交给学生本人,更多的是需要学生运用所给的资料,通过独立思考以及小组协作来解决问题,因此课堂上的设疑就显得格外重要.因此我在上《轴对称》一课时,在“学案”内容中的每一阶段均铺设了疑问,如轴对称图形与轴对称有什么区别和联系;两个图形成轴对称有什么特点?如何运用这些特点进行规范作图等等,让学生在不断解疑的过程中牢固掌握知识. 2.课堂合理调整节奏 学生在自主学习过程中所发生的问题,以及可能出现的情况是教师在课前无法完全预知的,有些时候或许会与当初的设想大相径庭.因此对于教师来说,运用教学机智,适当调整教学的进程将是格外重要的.我在授课过程中,当进行到寻找两个图形与对称轴的关系这个环节时,学生无法像我事先预料的那样将“连接对应点的线段被对称轴垂直平分”这一特点正确表达,此时,若我还坚持赶进度,或者直接将答案告知,势必违背了让学生自主探究的初衷.因此我适当放慢了节奏,再次形象地展示各图片,使学生在直观的刺激感受下,自然得到了结论,既使他们对知识有了更深层次的认识,同时也真正体现了让学生通过自主学习得到结论的理念. 3.自我评价激励学习 在上《轴对称》这一课时,我要求学生时刻关注自己学习的每个阶段实效如何,并在完成一个任务后迅速给自己一个评价.如在比较轴对称与轴对称图形填表后,请他们即刻反思自己是独立正确填写,还是经过同学启发填写,亦或是填写有误等等,为学生的自学提供了一个衡量的标准,减少了这种自主学习的盲目性,为他们更好地进入角色提供了平台. 三、课后思考有深度 经过实践,我在课后对这堂课进行了深入的分析和思考.我认为采用“学案”课这一教学手段的目的是希望通过它让学生在自我探究的过程中,能更主动和牢固地掌握知识,提高学习的能力,并能增强团队协作的意识.对于数学课的教学来说,由于理科的内容着重于概念明确,步骤清晰,较其他学科而言也应当有其特殊之处.要达到这个目的,更多地要求教师进行层层深入的设疑和引导,对此,我经过反思后,认为数学“学案”课的顺利开展,在课堂上必须注重以下几点: 1.无可厚非,“学案”课的安排应以学生自学为主,让学生能有更充分的时间通过小组间的交流以及自我探索来掌握知识.但是由于数学这门学科客观性十分强,很多概念、定理、性质并不是靠学生单方面的学习能够真正掌握的.因此对于这些内容,教师不应当太过“吝啬”于自己的语言提示与小结,不能因为是“学案”课而让数学课的本质变了味,刻意去减少讲授的时间.毕竟一堂真正的数学课,无论以任何形式进行,它的教学目的只有一个――那便是要让学生真正从本质上牢固掌握新的知识. 2.由于“学案”课需要分组进行,学生被分配到各个小组中进行学习,如此形式确实能增进同学间的交流与讨论.但是对于数学学科而言,培养学生进行独立思考的能力是十分必须的.因此教师在创设问题时必须充分考虑到这一方面,既要合理分配好自我解答和交流合作的时间,使每个学生都能有所收获,更要充分利用好这个特殊的教学形式,以此作为提高教学成效的一个台阶.自己上完“学案”课后的一个体会是,这样的合作其实不仅仅是讨论型的,更是在无形中形成了一个“互助”的氛围.由于在传统的教学课堂上无法跟上教师上课节奏而落下了队伍的同学,而今因为有了这样的一个小团体,能够在同组同伴的帮助下也能掌握知识,这样的学习方式既使各层次同学均有提高,更加深了同学间互帮互助的良好风气. 最后,我认为教师应当及时组织学生再次利用“学案”内容巩固所学知识,并及时通过练习加以反馈.因为对一堂数学课而言,练习是必不可少的一部分,学生在整堂课中若没有完整的书面练习,仅仅是靠听和看是无法牢固掌握数学知识的,而这堂课的实际意义也是空的. 当然,无可置疑,每种课堂形式都或多或少存在着利与弊,对于各个学科而言,应该明确并不是每个内容都能利用“学案”的形式来开展教学的.相信“电子学案”课的探究路程还很长,它有待我们每位教师从实践中去体会和总结,希望通过大家的努力,能够让其在我们的课堂中真正发挥提高学生学习能力,提高课堂教学效率的作用.
随着社会的发展,在高新科技支持下,现代测绘技术体系在理论、技术上都得到了迅猛的发展,技术面貌日新月异。现阶段,工程测量学已经突破了传统的服务范畴,从仅服务与(于)工程建设,朝着广义工程测量学的方向发展[1]。矿山测量是现代工程测量学的一个分支学科,随着测绘新技术的研发及广泛应用,目前其测量技术、工作方式及服务范围也在不断变化,GPS-RTK技术、无人机遥感技术、惯性测量系统等技术等绘与地理信息新技术的应用,使得矿山测量在数据采集、储存、处理等流程中趋于数字化、网络化,测绘工作效率及质量不断提升。 1GPS-RTK技术 GPS技术是一种可以实现定时控制进行距离测定的空间交会定点导航系统,由空间部分、地面控制部分和用户设备部分组成,通过覆盖全球的卫星系统,能够为用户提供地标物的精准三维定位数据,目前在矿山测量中得到了广泛的应用[2]。该技术在研发应用期间经过多次技术革新,现阶段的技术体系以RTK技术(Real-timekinematic)为优秀,是一套自动化程度高的具备地标物动态精准定位的技术装置。RTK技术装置主要有基准站、流动站,需将上述装置按照标准设置好后,才能够开始工作,初始化流动站,实时接收到大于等于4颗卫星的信号后,才能够获取到符合要求的精准数据。现阶段,GPS-RTK技术主要应用在煤矿控制测量、采场日常验收测量、矿区工程测量等矿山测量工作中,可获取矿区建筑物三维坐标及地形地貌信息,绘制采矿工作平面图,获取精准的矿产开采信息,与矿产开采计划核对,加强采矿进度管理。 2全站仪 全站型电子测距仪,简称为全站仪(ElectronicTotalStation),是一套具备距离(斜距、平距)、高差、垂直角、水平角等多种测量功能于一体的测绘仪器系统,其优秀技术为光学测绘技术、电子信息技术及现代化的数据系统。现阶段,全站仪可应用于矿山测量的以下项目:①井上矿山工程测量,主要用于悬高测量、露天矿开采工程测量及工程放样测量工作中,全站仪具有免棱镜测量功能,而且数据精度高,能够用于棱镜无法到达区域的测量作业中,保证数据精度;②井下矿山工程测量,主要用于竖井定向、斜井及中段平巷施工控制测量、工程放样测量工作中,能够为井下工程建设及作业提供精准信息支持,确保生产的安全性及高效性。 3无人机遥感技术 无人驾驶飞机,简称为无人机(unmannedaerialvehicle,UAV),是通过无线电遥控设备及固定程序自主或半自主操控的装置,具有轻便灵活、造价低的优点。从系统框架上来说,无人机测量系统主要由无人机飞行平台、具有飞行控制和任务设备管理功能的飞行控制系统、摄影传感器、地面控制系统组成,一般情况下,人们会选用固定翼无人机,以及EOS5DMarkⅡ摄影传感器,经过“需求调研→航线设计→外业航拍→内业处理→成果质量评定”等流程,完成矿山测量作业,在推动数字化矿山建设、加强矿山环境治理及恢复监测、监测矿产资源保护与利用等工作中发挥着重要作用,在矿山开采建设过程中发挥着指导作用,有效保障了生产安全性及环保性。 4惯性测量系统 惯性测量系统(ISS)是一种在矿山测量中具有较大开发前景的新技术,为工程测量的自动化、智能化提供了技术支持,具备全天候、自动化、机动性高、功能多样化的优点,常与GPS系统联合应用。该技术的实施原理为惯性导航原理,在应用过程中可获取地标物的经纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差等参数,常应用于矿山控制测量系统构建、设计放样工作、矿山地表形变监测、矿区地表沉陷监测、矿山井筒及罐道梁的垂直性监测等矿山测量工作中,工作效率高,数据精度完全符合要求。现阶段,惯性测量系统在矿山测量中的开发应用尚处于初级阶段,不过在GPS技术基础上应用ISS,有利于提升其在矿山测量中的利用率。通过“GPS+ISS”组合系统,矿山测量工作人员可实现高精度导航定位,实现对整体大地测量模型进行数据处理的功能,明确获取地标物的三维坐标和大地水准面,进一步提升定位及导航的稳定性和精确度,具有广阔的应用前景。 5结语 矿山测量是矿山开采建设中不可或缺的一个环节,通过矿区车辆控制系统的建立、矿山工程设计放样及矿区空间数据等图纸资料的绘制等工作的实施,能够为矿山开采安全提供保障,确保矿山资源的合理高效开发,通过矿山地表形变监测及地表沉陷预测,能够有效确保矿区的和谐建设,规避矿山不合理开采危急工人及周围居民的生命财产安全。整体而言,矿山测量是矿山可持续发展建设中极为重要的一项工作,为了适应矿山科技化发展需求,管理者应该不断引进新型测绘与地理信息技术,以便获得更为显著的工作成果。 [1]张波,潘双彦.含不等式约束的总体最小二乘算法在矿山测量数据处理中的应用研究[J].决策探索(中),2018(05):18-19. [2]李晓磊,郑世超.测绘与地理信息新技术在矿山测量中的应用及展望[J].世界有色金属,2017(21):32-33. 作者:朱兆先 倪磊 单位:江西省煤田地质局测绘大队