時間:2023-05-22 16:51:51
引言:易發表網憑借豐富的文秘實踐,為您精心挑選了九篇量子科學應用范例。如需獲取更多原創內容,可隨時聯系我們的客服老師。
關鍵詞:整合利用;課程資源;教學質量
Abstract: With the persity of English -learning, English Teaching resources play an important role in order to meet the need of inpidual development and to improve the method of teaching and learning. The paper tries to find out how to integrally apply several kinds of English-Teaching resources to teaching practice to improve the quality of teaching.
Key words: integral application;teaching resources;teaching quality
積極開發和合理利用課程資源是英語課程實施的重要組成部分,除了合理有效地使用教科書以外,還應該積極利用其他課程資源,特別是英語電視節目、電影英語、廣播影視節目(VOA,BBC)、錄音、錄像資料、各種形式的網絡資源和報刊雜志等各種媒體。隨著學習英語需求的多樣化,英語教學資源,對于更新教師知識結構,擴寬學生學習渠道,改進教與學的方式,滿足個性化發展需要等,其重要作用就迅速地被凸現了出來。
眾所周知,教和學的過程就包括教師輸出,向學生輸入的過程和學生輸入,再進一步吸入,達到最終輸出的目的過程。所以在這關鍵的輸入部分,就要注意輸入資源的積極開發和合理利用。
文章將通過介紹幾種常用的教學資源,說明如何整合利用這些課程資源提高英語教學質量。
1 電視英語教學節目
電視英語教學節目(如中央電視臺英語頻道和國際頻道)充分利用現代媒體技術,形象、生動地反映社會結構,描繪不同階級、性別、種族的社會生活,真實地傳播和宣傳發展中的中國,向世界展示中國源遠流長的歷史文化、自然景觀,讓世界了解中國的過去、今天和未來。與此同時也為現代多媒體教學提供了方便快捷的聲像資料,使學生在有興趣的視、聽、讀中,鞏固和內化所學語言知識,實現自動化的語言應用能力。
利用電視英語教學節目資源,在教學中:
(1)可以從中獲得信息,即時補充與完善教材不足的內容(如目前所用的教材缺乏英語國家文化的介紹),使學生既學了英語知識,又了解了英語文化,尤其是有關外國的生活習慣、傳統習俗、風土人情等在書本上不能學到的知識。
(2)借助媒體聲情并茂的優勢,能進一步激發學生學習英語的興趣,幫助他們擴展視野,提高中外文化異同的敏感性和鑒別能力,為發展跨文化交際能力打下良好的基礎。
(3)組織學生進行聽、說、讀、寫綜合語言實踐活動,則能活化書本文字,活現教學情景,創造語言“習得”環境,便于師生之間展開有實際意義的話題交流活動,更有利于學生參與各種教學活動,培養學生直接用英語思維的習慣,從而全面提高學生素質和語言實際運用能力,提高教學效率。
2 英文原版電影
學好英語必須從聽說入手。看英文原版的電影,能夠鍛煉聽力,這種電影聽力不像聽磁帶那樣干巴巴的,你可以通過事件發展的邏輯推理,感覺到臺詞的意思,或者可以多看幾遍電影,熟知內容后對臺詞自然就有感覺了,從而提高英語的聽力水平,只要具備雅思的詞匯量,就已經足夠能看懂電影了。通過看電影能夠掌握常用的地道活潑的口語句型,更重要的是學生可以通過電影情節非常容易地理解這種句型的適用語境。電影教學專家邱政政認為: 看英文原版電影才能把外國人的思維、文化和語言“泡”來吃。
利用英文原版電影資源,在教學中:
(1)選擇與所學內容、語言含量相當的電影,當然發音清晰地道也是需要注意的。以上對電影的描繪幾乎涵蓋了語言學習中語音、語調、節奏、用詞、句式、思維、文化和感情等幾大要素。
(2)選擇看電影的方法和技巧。要把自己看成局內人,要與角色同呼吸、共命運,產生場景感覺。看電影前,或者先看懂它的介紹,并對情節有一定的掌握;或者不要看劇本,看不懂也要硬著頭皮看,至少對情節有所了解。邊看電影邊研讀劇本,不要以為掌握了一定的詞匯量就可以應付一切閱讀,電影中的有些對話看起來很費勁,里面充斥著習慣用語和美國人獨有的思維方式,要多看多聽才能適應它。所以看電影時,要抓住關鍵字詞,挖掘其深層含義,特別是對理解電影起重要作用的、出現在影片中的人名、地名,形容人或事件的形容詞、動詞或短語等。好記性不如爛筆頭,當你把經常錯過的、聽不懂的常用的語言句子詞組寫在筆記本上,并思考、加以模仿地背誦,熟練直到能脫口而出,就能把美國人的邏輯思維變成自己的,通過對西方歷史文化等方面的綜合理解,將語言上升到真正意義上的交流,讓英語“活”起來。看過約10部電影后,你會馬上體會到這些方法會帶給你巨大的收獲。
3 英文報刊雜志
報刊雜志是廣大有志于學習現代英語者最好的教材。英語報刊文章中使用的語言代表英語最新的發展趨勢,許多新生詞匯和短語也最先見諸于報刊文章。其內容主要是新聞英語,其語言變化日新月異,新的詞語層出不窮。掌握報刊閱讀技巧,經常閱讀報刊文章對提高英語水平有很大的幫助,而且報刊文章內容多樣,涉及許多文化背景知識,包括新聞意見、偏見、語言領域、讀者群和專業性。讀者可以更多地了解西方國家的社會和文化,從而進一步提高熟練運用當代英語的實際能力。
利用報刊雜志資源,在教學中:
(1)可以用所學文章和報刊雜志文章進行對比,讓學生了解不同文體的詞匯、語法、句型和篇章特點,進而理解語言的多樣化特點。例如,新聞英語中常見的語法現象,標題的措詞和語法特點,消息的基本結構和報道形式,導語的種類和特點等會令學生耳目一新,產生學習英語的興趣。對于新聞專業學生,還能提高他們的專業英語能力。
(2)可以利用新聞英語涉及領域廣泛的特點,在學習語言的同時了解西方文化背景知識,提高學生綜合素質。新聞英語涉及時事、政治、外交、國際事務、經濟、貿易、科教、文化、能源、交通、軍事、體育、社會、宗教、環境、衛生、影視、媒體、法律和道德等眾多領域,學生可在學習知識的同時擴大視野。
4 網絡英語
網絡使得人類進入了快速發展的信息化時代,向人們傳播著各種各樣的信息,同時網絡英語也在潛移默化地影響著人們日常英語的表達。網絡英語在吸收其他學科的英語用語的同時,隨之也產生了大量的英語詞句在網絡中流行,形成了不同于傳統英語模式的英語新詞。了解網絡英語新詞的構成及語義特征,探究其富有時代特色的新特征和形成的原因以及對漢語的影響,可以看出新詞對社會發展的影響的確值得關注。這不但有助于知識的積累,開闊我們的視野,更有助于我們的英語教學。
利用網絡英語資源,在教學中:
(1)擴充詞匯量,理解多樣化的構詞方式。例如:通過縮略與簡化,網絡英語ASAP=as soon as possible,AFAIK=as far as I know;通過復合構詞informercial= information+commercial;通過給已有詞匯加上與網絡有關的前后綴E-、INTER-、CYBER-、-naut,etc(cyberbrain、cyberspace、cyberculture、internet、internaut、e-life)。
(2)在特定語境中,靈活地理解語義。網絡英語語義生動貼切,Menu(菜單)原意指飯店菜單,引申為計算機屏幕上以另框顯示程序中具體內容的選項或指令的清單;ROTFL(=Rolling on the Floor laughing)表示笑得直打滾。另外網絡英語語義簡練明確,例如,hyperlink(超級鏈)cyberfair(網上集市)。
當我們涉足網絡領域,遇到一些英語熟識詞匯時,不僅需要知道它們的基本意義,而且更要理解它們在網絡特定語境中的涵義。
5 廣播英語
廣播VOA、BBC播放與電視,出版社和各媒體同步的新聞節目,或者編輯一些英語短片聽力節目。只是報紙新聞訴諸于目,而廣播新聞訴諸于耳。廣播新聞的電訊稿必須適合于聽,要求措詞簡短,通俗到口語化程度,保證每字每句播出之后能立即為聽眾所接受和理解。還必須使用簡明扼要的句型,尤其以單句為佳,或將長句折成短句,使之更適合人們的聽覺習慣。
收聽中國國際廣播電臺(China Radio International)每天早上7:00~8:00,中午11:00~12:00各有1 h的英語節目。內容包括國內外新聞、剪報集錦和各類系列的專題報道。除了英語標準流利的國內播音員擔任廣播之外,也有向外僑或訪客就某一話題而做的錄音訪問。內容廣泛,但詞匯較簡單,語速亦適中,可以藉此訓練或增進英語的聽力。
廣播的特點表明,在教學中可以用來提高學生的聽力。所謂隨時隨地聽英語,就可以從聽廣播英語開始。唯一的辦法是聽聽聽,最后能聽寫下來。
6 廣告英語
廣告在我們今天的社會幾乎是無孔不入,它的傳播介質多種多樣,包括報紙、雜志、電視、廣播、網絡等。廣告中,文字和圖像的完美結合取決于創意和所用媒體,它們共同組成了廣告語言,即,通過意象分析和構建,理解ICON的重要性。英語廣告實例標題中的用詞、句子結構、稱謂模式、修辭格對廣告效果具有重要的影響。英語廣告的語言在詞匯、句法、篇章上有其獨特的語言特點,從語言的意義、風格以及功能去分析,可以發現廣告英語的共性以及廣告英語在不同類型廣告中的特殊性。
廣告具有鮮明的目的性,即說服顧客進行購買,這種目的性決定了其語言的特色性風格,使其獨立于其他文體,在語言學范疇內值得研究,英語應用于廣告領域會產生一些語言學特點。
關鍵詞 教學做一體化 理實一體化教學 電子測量 應用探索
中圖分類號:G71 文獻標識碼:A
“教學做一體化”的思想,對指導職業學校的電子專業課教學有重要的理論價值和實踐意義。理實一體化教學是打破理論課、實驗課和實訓課的界限,理論和實踐同時進行,突出學生動手能力和專業技能培養,充分調動和激發學生學習興趣的一種教學方法。
電子測量是一門知識面很廣,理論性、實踐性都很強的課程,電子測量技術又是一門綜合性技術。我們在電子測量課程教學中進行理實一體化教學的研究表明,開展理實一體化教學有利于學生操作技能的提高,有利于加深學生對理論知識的掌握與理解。
1理實一體化教學是“教學做一體化”的實踐
它基本主張是:事怎樣做便怎樣學,怎樣學便怎樣教,在做上教、在做上學,做既是學的中心,也是教的中心。“理實一體化”教學模式要改變以往的教學模式,在課程標準的設置上做到理論知識的講授以“必需、夠用”為原則,強調“實用、適度”,技能操作則強調與實際接軌,同時注重學生的創新能力的培養。
2“教學做一體化”在電子測量課程中的應用探索
2.1“教學做一體化”需要優化課程標準
隨著技術進步,社會需求的改變,電子測量的課程體系和內容已跟不上社會、企業對本專業人才提出的培養目標,與理實一體化教學的要求不相適應。同時,現有的電子測量課程標準對理論知識的要求較多,而實踐操作的要求相對較少。因此,課程標準的調整是十分必要的。如第一部分電子測量的基本知識,設置一些關于實際測量結果的數據的處理,增強學生對基本知識的應用能力。第二部分常用的電子測量儀器及其測量技術,主要將掌握信號發生器、電子示波器、電壓表儀器的工作原理改為理解儀器的工作原理。第三部分其他電子測量儀器及其測量技術,只要求學生掌握電子計數器、掃頻儀、晶體管特性圖示儀等相關儀器的操作方法就可以了。
2.2“教學做一體化”應具備合適教材
實施“教學做一體化”需要根據學校的實際情況,編寫適合本校的校本教本。在編寫過程要注意以下問題:
(1)要依據上級教學大綱、課程標準和國家技能鑒定的標準,按科學合理性和實用夠用的原則編寫一體化教材;
(2)深入企業進行調研,了解企業崗位要求,以企業用人標準為依據,在專業知識的安排上,堅持夠用、實用的原則,去除復雜的理論知識,同時,提高技能訓練學時的比例;
(3)對學校實驗實習場所的情況進行調查,掌握現在實驗實施的可使用情況,結合課程標準中的實踐要求編制適合學校設備的技能操作指導手冊;
(4)關注行業的發展趨勢,多介紹新技術、新知識、新工藝、新方法,使教材與行業發展緊密聯系。
2.3“教學做一體化”需要理實一體化的教學場所
教學場所是保證教學實施的重要環節,傳統的教學是理論和實踐分別在不同的教室進行的。以往的電子測量課程教學安排,理論課程大多在多媒體教室進行,介紹儀器的基本原理與操作方法,而到實習室進行實踐訓練時操步驟已經忘記了,老師又要重新講,十分浪費時間,影響教學效果。這種理論與實踐分割的教學場地安排,是與實踐教學嚴重脫節的,因此要改變理論課與實踐課地點分離的教學模式,創造一體化的教學場地。
2.4“教學做一體化”需要“雙師型”教師
長期的理論和實踐分開教學,導致部分專業課教師只在專業理論知識的教學方面下功夫,而忽略了實踐操作方面的能力的提高 ;另外,專職實訓教師在理論教學的方面能力比較欠缺,而操作方面的比較突出。要進行一體化教學,對專業教師提出了更高的要求,這不僅要求教師具有較扎實的專業理論功底,也要具有較熟練的實踐技能。所以專業課教師要通過各種培訓、下廠實習等學習機會,逐漸成長為能勝任理論教學又能指導實習操作的“雙師型”教師。
2.5“教學做一體化”需完善課程評價體系
以往電子測量課程的考核偏向于理論考試,而對實踐操作的考核是忽略的,導致教學質量評價很不全面。因此,需要對課程評價體系進行改革,可以從過程評價和結果評價兩個方面著手,逐漸完善考核方法。對于理論知識的考核可以采用結果評價,可以采取理論考試的方法,根據學生的考試成績,給出相應的評價。而操作技能需要從過程考核入手,根據學生對操作技能掌握的情況給出不同成績評價。這樣使學生對職業技能的掌握就有較高的積極性和主動性,教學效果顯著。
3結語
運用“教學做一體化”的思想探索理實一體化教學的過程中,要緊緊把握課程改革的動態,創新地應用新教學方法;要不斷地進行反思,并在實際教學過程中加以改進和提高。只有這樣才能更好地將理實一體化教學應用到實踐教學中提高教學質量。
參考文獻
[1] 李明生.電子測量儀器[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2] 周洪宇.陶行知教育名篇精選[M].福建:福建教育出版社,2013.9.
Abstract: In order to solve the bottleneck of resources in the practical training, a simulation software based on LabVIEW is developed by Automation Department of college of Information and Control Engineering in our university. In this software, typical equipments are selected as controlled objectives and other blocks are designed, including sensors, PID controllers and actuators together to form complete automatic control systems. Teaching practices show that the software is a powerful tool in both class and laboratory.
關鍵詞: 仿真軟件;測量儀表及自動化;自動控制系統;教學資源
Key words: simulation software;instrumentation and automation;automatic control system;teaching resources
中圖分類號:TP39 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2013)07-0182-03
0 引言
《測量儀表與自動化》課程是一門有著廣泛社會需求和技術基礎的綜合性技術學科,其水平是一個國家技術先進程度、生產力發達程度與生產關系相適應的標志[1]。現代化生產過程的科技人員,除了必須深入了解和熟悉生產工藝之外,還必須學習和掌握自動化儀表方面的知識,才能在生產、管理、調度崗位及科研部門充分發揮作用。我校信息與控制工程學院自動化教研室目前開設的這門課程適用專業除化學工程與工藝以外,還面向諸如環境工程、油氣儲運、建筑環境與設備工程、熱工等專業。該課程包括過程測量儀表、過程控制儀表和過程控制系統三大方面的內容,涉及電子、機械、大學物理、自動控制原理等多門學科,是一門知識點多、涉及面廣、實踐性強、信息更新快的綜合性學科。
對于工藝類專業學生來說,缺少相應的專業背景知識、學時短(根據不同專業,目前學時設置為48或32學時);加之相應控制系統部分概念抽象、知識聯系緊密、難于理解,學生學習難度較大。為此,我教研室專門利用LabVIEW研發了自動控制系統仿真軟件作為仿真教學資源使用。下面就該軟件的開發背景、功能和使用做逐一介紹。
1 自動控制系統仿真軟件的開發背景
1.1 《測量儀表與自動化》教學中的重點和難點 目前我校《測量儀表與自動化》課程大綱明確要求學生掌握自動化儀表的基本原理、結構和特點,為自控設計根據工藝條件選擇合適的儀表;除此之外,更強調掌握自動控制系統的基本概念,能對工藝過程提出合理的檢測和控制方案。
筆者在教學當中發現,工藝類專業的學生在學習過程測量儀表部分,各種壓力、物位儀表雖然種類繁多,但相應學時較長,占到總學時一半左右;加之內容直觀,通過圖片、實物、動畫等方式,學生們可以理解掌握。但隨著課程內容進展到過程控制儀表部分,接觸到控制器、執行器以后,一些抽象概念諸如控制點、控制規律、控制器正/反作用、調節閥氣開/氣關、PID算法等內容逐漸讓學生感到吃力,且內容相對較少,講解速度較快。而最后一部分過程控制系統中被控對象的動態特性、自動控制系統的過渡過程、被控變量、操縱變量及控制器參數整定等概念也讓學生感覺枯燥單調,學習積極性不高,難以形成有關系統的概念。
這一點可從《測量儀表與自動化》期末考試及課程設計環節中發現,部分學生由于不理解自動控制系統的基本概念,設計出來的控制方案東拼西湊,導致整個設計文件完全錯誤。
1.2 工程實踐中的重要性和實用性 關于過程控制系統基本概念的重要性,筆者還有過親身的體會。一次在某大型煉廠的催化裂化車間調研過程中,該車間的工藝技術骨干就急迫提出希望我們能夠給他仔細講解一下PID參數整定的內容。這是因為他意識到自動控制系統對于裝置設備的平穩、高效和安全的重要性,而對PID參數的認識不夠使他不能大膽自信的在DCS工程師站整定PID參數。經過兩個小時的講解,該工程師詳細做了筆記,并就相關概念提出了大量問題。
另一次參與某石化公司新項目裝置開工建設過程中,負責工藝的工程師需要給新上崗的操作工人培訓裝置的控制方案。但拿到設計圖紙后,面對圖紙當中的復雜控制系統,諸如分程控制、比值控制及選擇控制等尚不能充分理解,更何談培訓上課。發愁之余,找到筆者幫忙。除了講解了上述復雜控制方案后,對方還索要《測量儀表及自動化》一書作為參考書使用。本課程內容在工程實踐中重要性和實用性可見一斑。
1.3 其他院校的多媒體教學手段 近年來各高等院校不斷就《測量儀表及自動化》的教學內容、教學方法、教學模式等進行著的討論、改革與探索[2-5]。上述文章當中無一例外提到,這是一門專業理論知識與工程實踐結合非常緊密的課程,教學中應摒棄單一的板書和PPT授課方式,而充分利用多媒體和計算機技術進行儀表設備及自動控制系統的演示。孫自強提出利用通用的工控組態軟件的演示版,可形象的模擬控制現場和控制室的操作[3]。曾珞亞等利用Matlab與VB混編來顯示過渡過程曲線和進行控制器參數整定[4];鄔勇奇等制作了Flash儀表動畫[5]進行演示,如電接點信號壓力表等10個儀表動畫。
2 自動控制系統仿真軟件的基本功能
該仿真軟件選取液罐代表了生產過程中的物位對象。與直接使用實際裝置仿真軟件相比,可使學生避免花費大量時間熟悉整套生產流程和繁復的組態軟件操作,而將注意力全部放在控制儀表與控制系統上。下面介紹軟件的基本功能。
2.1 手/自動控制系統的對比 該軟件專門設計了手動控制和自動控制的切換界面。手動控制界面如圖1所示,僅有液罐(被控對象)、進水手閥和出水手閥。界面上還顯示柱狀顯示水位設定值、實時液位實際值及設定值曲線顯示。操作者課根據實際水位(測量值)和理想水位(設定值)相比較的結果,決定開大或關小手閥閥位,從而調整液罐水位,模擬實際工況中的人工控制。手閥閥位的修改可以直接修改閥位文本框,或通過轉動手輪實現。
自動控制界面如圖2所示。與手動控制界面相對比,自動控制界面增加了液位傳感器、PID控制器、調節閥(由原手閥修改),與原液罐構成一個完整的單回路控制系統。界面色彩鮮艷,各環節設備形象生動,基本能夠達到真實現場的使用感受。
2.2 測量傳感器的設計 該水箱液位傳感器模擬恒浮力液位計。浮球始終漂浮在液面上,隨著液面高低變化而變化。液罐下方增設了液位計的儀表表頭。此外,測量值采用紅色細信號箭頭線(區別與藍色的粗管道線)送給控制器,表明了儀表之間的邏輯關系。
2.3 控制器的基本功能 控制器面板如圖2自動控制界面左側所示。該控制器模擬實際單臺數字調節器(如DRC-97智能記錄調節儀),實現了控制器的基本功能。
2.3.1 顯示功能及控制運算 控制器面板上顯示偏差(比較器)、輸出(運算器)、給定值(水位給定)及PID參數等。PID參數可以根據用戶需要實時交互式修改。
在自動狀態下,根據水位給定和水位測量值得到偏差e,控制器將按照PID算法給出輸出操縱值(MV,Manipulated Value)信號。值得注意的是,控制器的設定值與測量值通過采用紅色細信號箭頭線送給比較器,而比較器得出的偏差e送給運算器進行運算。同時該操縱值信號同樣用紅色細信號箭頭線傳送到調節閥上,表明了信號之間的基本關系。
2.3.2 控制器的正、反作用選擇 控制器下方的兩個選擇按鈕分別是正作用和反作用。選擇正作用時,控制器的測量信號增大(或給定信號減小)時,其輸出信號隨之增大;反作用則當調節器的測量信號增大(或給定信號減小)時,其輸出信號隨之減小。這是控制器構成閉環負反饋控制系統的必備功能之一。
2.3.3 手動/自動切換 控制器具備手動/自動切換功能。選擇自動時,紅燈亮且功能面板顯示“自動”字樣。此時,控制器輸出根據控制規律隨偏差變化而變化;選擇手動時,綠燈亮且功能面板顯示“手動”字樣。此時控制器輸出與偏差無關,控制規律無效直接由手操縱控制器輸出,類似于直接手調閥門開度。
控制器還具備實現手/自動雙向無擾動無平衡切換功能。在手動狀態下,此時設定值(水位給定)不能由操作者輸入運算器文本框改變,而是跟隨測量值的變化而變化,始終保持偏差為零,即控制器PID算法輸出增量為零。所以切換至自動瞬間,控制器輸出無跳變;在自動狀態下,控制器的設定值可以通過改變水位給定文本框或柱狀顯示來改變,此時輸出不能通過文本框改變。切換至手動的瞬間,控制器輸出無跳變。該控制器具備實現自動/手動無擾動無平衡切換功能。
2.3.4 調節閥的設計及氣開/氣關選擇 執行器模擬最常見的薄膜式氣動調節閥。氣動調節閥有氣開式與氣關式兩種形式。軟件中所設計的調節閥,若選為氣閥,運算器輸出為0%,閥門全關閉,運算器輸出為100%,閥門全打開。
2.5 系統過渡過程的顯示與保存 為了說明控制系統的工作機理,實時曲線顯示是必不可少的。界面右側的繪圖窗口可實時顯示水位測量值、設定值及操縱值。可根據需要任意改變曲線的顏色和寬度。需保存某曲線畫面時,右鍵導出簡化圖形即可。圖3衰減震蕩過程的簡化圖形。
3 仿真軟件應用舉例
下面以2學時實驗為例,介紹該仿真軟件的使用。提前下發電子版實驗講義及軟件說明書,供學生預習及在實驗上機過程中參看。
3.1 熟悉軟件的基本操作(10分鐘)。首先,引導學生觀察手動控制界面與自動控制界面的區別。總結一個完整的自動控制系統包含哪幾部分?該水箱液位控制系統當中的被控變量和操縱變量分別是什么?并要求學生在實驗報告中畫出該控制系統的方框圖。
3.2 對象特性測試(10分鐘)。利用測試法建立被控對象模型,并將測試曲線圖進行保存。根據測試曲線確定對象的放大系數、時間常數及純滯后時間。
3.3 調節閥氣開/氣關及控制器正/反作用的選擇(10分鐘)。給出工藝安全生產的條件,液罐水位系統中要求液位不能溢出。請學生選擇調節閥氣開/氣關形式及控制器正/反作用。觀察若選擇不當會出現什么結果。
3.4 自動控制系統投運(10分鐘)。復習自動控制系統投運的基本步驟,將手動狀態調到穩定狀態下進行投運。觀察投運過程中控制器的無擾動無平衡切換現象。
3.5 控制器參數的工程整定(40分鐘)。
3.5.1 純比例(P)控制作用下的過渡過程測試 保持出水閥50%不變。將控制系統投運,設置PID參數(Ti>5000s,Td=0s),Kc分別等于1,5,20時,設定值從50%變化到60%時,得到的過渡過程曲線。將曲線畫面保存并進行對比,說明Kc的變化對過渡過程的影響。
改變出水閥的閥位(相當于改變對象特性)至80%,重復上述步驟,觀察曲線的變化。
3.5.2 比例積分(PI)作用下的過渡過程測試 保持出水閥50%不變。將控制系統投運,設置PID參數(Kc=3,Td=0s),Ti依次設置為4,10,20。說明Ti的變化對過渡過程的影響。改變對象特性(同3.5.1)后重復本步驟。
3.5.3 比例積分微分(PID)作用下的過渡過程測試
保持出水閥50%不變。將控制系統投運,設置PID參數(Kc=3,Ti=10s),Td依次設置為0,2,10,20。說明Td的變化對過渡過程的影響。改變對象特性(同3.5.1)后重復本步驟。
3.6 整理實驗數據、圖表,回答思考題(20分鐘)。
4 結語
本文介紹了由我教研室自主開發的自動控制系統仿真軟件的基本功能和使用。通過該仿真軟件的應用,解決了《測量儀表及自動化》課程中實驗設備短缺、教學手段單一的問題。該教學資源對于提高學生學習的興趣,研究和掌握課程的重點及難點,培養工程實踐概念都具有重要意義。
參考文獻:
[1]杜鵑編,《測量儀表與自動化》[M].東營:石油大學出版社出版.
[2]潘浩,杜鵑.《測量儀表與自動化課程教學改革探索與實
踐》[J].自動化與儀器儀表,2010,6:142-144.
[3]孫自強.《化工自動化及儀表課程教學改革與實踐》[J].化工高等教育,2012,2:51-54.
[4]曾珞亞等.《MATLAB與VB輔助化工儀表及自動化教學
關鍵詞:高職院校;電子測量技術;引導項目;引深項目
電子測量技術是高職院校電子信息類專業的職業技能性課程,它旨在培養學生電子測量綜合應用能力以及對電子產品的檢驗技能,以使學生畢業后能勝任電子信息技術領域的設計制造、開發應用、安裝調試、運行維護、管理及產品的銷售與技術服務等方面的工作。近年來,我國電子信息產業得以迅速發展,對一線高素質技能型人才需求的數量和要求也越來越高。電子測量技術課程建設的好壞將直接影響到培養學生質量的高低。在新的教育形式下,認真探究電子測量技術課程的教學改革以改進教學方法和模式、提高學校總體質量就顯得尤為重要了。
一、電子測量技術教學改革的緊迫性
1.高職院校電子測量課程授課對象的現狀客觀要求進行教學改革
高職院校的擴招使學生生源中文科生的比例大增,這些學生的工科基礎理論相對薄弱;電子測量技術課程的授課對象多為大三學生,他們剛剛經歷了專轉本的篩選,這些學生的綜合素質總體較差,搞錯周期和頻率單位、不知兩者互為倒數關系的學生大有人在;部分學生有學習的欲望,但又苦于前面課程底子沒打好。這些學生又有陽光、活潑,動手能力較強的優點,具有一定的可塑性。學生學習主動性是發揮智慧的基礎,面對當前高職院校電子測量技術課程授課對象的現狀,改進課程設置,加強該課程的內涵建設,將質量提升起來,是電子測量技術課程亟待進行教學改革的客觀要求。
2.教育部有關高等職業教育的文件及當前“用工荒”現象主觀要求進行教學改革
《教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》中明確指出“培養學生的社會適應性,教育學生樹立終身學習理念,提高學習能力”“提高學生的實踐能力、創造能力、就業能力和創業能力”“積極推行訂單培養,探索工學交替、任務驅動、項目導向、頂崗實習等有利于增強學生能力的教學模式”等要求;《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》中也提出“把促進學生成長成才作為學校一切工作的出發點和落腳點”的要求。新一輪高職院校人才培養工作評估要求也需要我們系統地謀劃教學工作,深化教育教學改革和管理模式改革,創新人才培養模式。準生產型的人才培養目標主觀上也迫切要求電子測量技術課程進行教學改革。
二、電子測量技術教學改革的措施
高職教育教學方法的研究在逐漸深入,教學方法必須以培養高等技術應用型人才為切入點也得到了職教界的共識,廣大教學工作者亦在積極探尋教學方法改革,改進教學模式。目前,我國高職院校電子測量技術課程教學主要存在如下兩方面的問題。
其一,大部分高職院校電子測量技術課程沿用了傳統教學體系,其教學方法和模式依舊桎梏于傳統教學理念的影響上,教學內容沒有從實質上突破傳統單一式,理論色彩過于濃重,同時所授內容滯后于高職教育的需要,以至于并沒有將學生的學習能動性完全地激發起來。其二,某些高職院校電子測量技術課程教學過程中,從其課程結構以及結果上來看,諸多方面有待實踐中來完善。電子測量技術進行教學改革,其教學方法和教學模式具體怎樣個改法,確實是門學問。現就我校電子測量技術實施教學改革的具體措施闡述如下。
1.徹底改變過去與任務相脫離的、單純學習知識的課程模式,倡導以學生為中心的“教、學、做”合一的教學方法
項目式教學=理論教學+實驗教學+實訓,項目式教學不能說是高職教育發展的方向,但大家都在這樣做了。可以說,項目式教學是當前職業教育課程改革的基本取向。電子測量技術課程必須徹底打破按照知識本身的相關性組織課程的傳統模式,應該按照工作任務的相關性來組織課程。在基于工作過程的教學過程中,精心組織項目,教師在做上教,學生在做上學,通過營造愉悅的氛圍,使學生學習不再成為一種痛苦的經歷,不再避而遠之。項目式教學模式易于激發學生在與工作任務的聯系過程中主動學習知識的積極性,從而能更有效地培養學生的職業能力。
2.按照項目工作體系從宏觀和微觀兩方面重構課程結構,適當刪減理論知識,強調知識體系的縱向銜接
項目式教學突出強調課程結構,要讓學生獲得哪些知識,而且要讓學生以什么結構來獲得這些知識,將直接影響學生職業能力的形成。以工作結構為基本依據開發課程結構,不但要使課程的宏觀結構以工作結構為基本依據,而且其微觀結構也應以工作結構為基本依據。電子測量技術是一門綜合性很強的課程,其內容涵蓋了高等數學、電路、模擬電子技術、數字電子技術以及微機原理等多方面的知識,我們將其偏深、偏難的理論知識予以刪減,把握理論內容“必須、夠用”的真正內涵,兼顧一定程度的可持續發展性要求,將教學內容重組,相關知識打包,在教學過程中圍繞工作任務,先把學生帶入工作場景,并初步授以技術實踐知識,然后深化到技術理論知識,借助“引導項目”和“引深項目”,由淺入深,梯式推進。電子測量技術實施項目式教學的具體過程舉例如下。
遵循認知規律,從學生比較熟悉的放大電路出發,以“電壓串聯負反饋放大電路的設計與裝調”作為電子測量技術學習的第一個項目,在學生開始做該項目之前,教之電子測量基本概念、測量誤差分析及數據處理、電子元器件的基本常識等技術實踐知識。然后學生動手搭接電路的過程中授之晶體管特性圖示儀的使用方法、萬用表檢測元器件及測量放大電路靜態工作點的方法,結合交流毫伏表、信號發生器和示波器測量電路放大倍數后,給學生初步闡述信號發生器、示波器等時域測量儀器的基本原理,同時講授頻域測量的相關知識。隨后在學生做的過程中掌握用失真度儀測量波形失真度的方法和用掃頻儀測量放大電路的中心頻率值、頻帶寬度等幅頻特性的方法。以上述第一個項目作為引導,以“音響放大器的設計與裝調”作為引深項目,在學生做的過程中,在理論上從高頻和低頻兩部分深化對信號發生器的認識,深化模擬示波器和數字示波器在結構組成、多波形顯示及示波器應用上的認識。以“數字萬用表的設計與裝調”作為第二個引導項目,知識鏈接到萬用表的測量原理、電壓測量基本知識、數字域測量基本知識,學生在做的過程中用到的儀器有萬用表、信號發生器、示波器、邏輯筆等。以“基于單片機數字頻率計的設計與裝調”作為第二個引導項目的引深項目,深化對時間和頻率測量的認識,該項目中還涉及到電子計數器、智能儀器及虛擬儀器的使用。總的來說,通過精選典型項目,在“教學做”相結合的過程中用到什么內容就教什么內容,既把握了理論內容的深度,又達到了學科內容的完整性。同時精選的項目能較好地引導學生在完成工作任務的過程中主動建構理論知識,使學生在做的過程中激發了學習動機,提升了職業技能。
3.采取與項目式教學相匹配的考核方式
項目式教學強調學生在項目活動中能力的發展過程,傳統的考核方式已不適應項目式教學。項目式教學評價涉及項目任務進行過程中各階段的學習評價、項目任務的完成質量和平時表現等多方面的綜合評價。
三、結束語
面對當前我國職業教育的發展形勢,項目式教學已是當前職業教育課程改革的基本取向,但從長期來看,項目式課程改革是不可能一蹴而就的,而是一個相對較長的過程。對于高職教育工作者來說,我們當前工作的重點是遵循教育規律,抓住戰略機遇,堅持實踐落實科學發展觀,打破知識的學科邏輯,同時又能一定程度的兼顧學科的系統性來制定項目式的課程體系表,通過典型項目的教、學、做,來提升高職教育的整體品質,為社會輸送多層次、多樣化的應用型人才。
參考文獻
[1]王瓊,郭南初.基于項目教學的學生就業技能培養研究[J].蘇州市職業大學學報,2009,20(4):77~79
[2]丁心慶.論電子測量儀器發展的新方向[J].硅谷,2009,16:23
[3]教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見[Z].教高[2006]16號
[4]黃建鋼.培養模式創新與創新人才培養[J].中國高等教育,2010,9:41~42
[5]陸綺榮,顧炳根.電子測量與應用[M].北京:人民郵電出版社,2009
[6]管莉.實用電子測量技術項目教程[M].北京:科學出版社,2009
[7]王月愛.探索《電子測量技術》在項目教學中的應用[J].現代企業教育,2010,1:55~56
筆者在教學《電子商務基礎》“網絡營銷新理念”這一章節時,創造性地引入了企業的微博活動進入課堂,讓學生利用計算機網絡的工具,通過模擬參與微博營銷,在學習中體會企業在進行網絡營銷時新理念,掌握一定的實際網絡營銷技巧。這樣與時下最流行的互聯網應用結合起來,增強了電子商務教學的趣味性,提高了學生的學習興趣,讓學生在活動中掌握網絡營銷新理念的知識和技能。
本節課的教學目標是希望學生通過學習,了解網絡營銷相對于傳統營銷的新理念,對“網絡軟營銷”的應用技巧有一定直觀的認識,具體做法如下:
一、傳統營銷理念案例分析
在引入新課的時候,我先提出問題:“何為新理念,新在何處?”讓學生帶著思考進入本節課的學習。
要知道什么“新”,先要知道什么是“舊”,我先通過常見的電視廣告——腦白金、戶外平面廣告——電線桿上的小廣告、人員推銷——街頭攔截等等傳統營銷手段的案例展示,讓學生思考:傳統營銷有沒有效果——當然是有效果的;傳統營銷有何特點——學生會有直觀的感受,例如重復,強制,直接,甚至有些粗暴,無聊。以此,為接下來引出網絡營銷新理念做好鋪墊。
二、微博活動過程
接下來就是通過微博活動,讓學生全員參與,對網絡營銷有一個直觀的認識。教學活動的設計如下:
1、活動介紹:
什么是微博活動?
微博活動是網絡營銷手段的一種,在微博迅速走紅的今天,越來越多的企業開始嘗試利用微博進行網絡營銷活動。微博所具有的快捷性、交互性和廣泛性,為企業拉近與用戶距離,增強用戶忠誠度,獲取用戶需求提供了一個非常好的平臺。
企業通常采用的形式是,在新浪或騰訊微博平臺上注冊自己的官方微博,利用企業官方微博組織一場消費者與企業之間的互動活動,在這個過程中通過一定獎品的利益驅使,激勵用戶為其轉發傳播企業信息。并在此過程中強化消費者對于企業品牌的認知度和忠誠度。
教學活動目的:
本節課,是想通過一個模擬的、縮小的微博活動,讓學生親身體驗微博活動的做法,認識到微博營銷的特點、成效,以及從中體現出的網絡營銷新理念。由于該班學生為物流專業,所以在模擬活動的時候,以著名物流企業“順豐速運”為例。
活動內容:
假設物流企業“順豐速運”擬在新浪微博上開展營銷活動。本物流公司認為物流工作不僅僅是為廣大消費者傳遞物品,其實也在傳遞寄收雙方的愛意。冬天已至,也希望能鼓動微博網友為其下一階段的廣告宣傳口號出謀劃策。
活動微博內容為:
“#微博速遞#寒冬已至,XX速運為您傳遞暖暖的愛意,轉發此條微博,并@你特別關注的三位好友,就有機會獲得獎勵。另外,在評論中留言,為我們策劃一個“宣傳口號”,一經采用,將有更加豐厚的獎勵。”
活動規則:
(1)使用各自的新浪微博賬號,在新浪微博上搜索并關注“教師活動微博”。
(2)轉發活動微博,并@你的三位好友,前5位轉發者可獲得平時成績+3分。
每個賬號可進行多次轉發,總轉發次數第50次的轉發者,可獲得平時成績+4分。第100次轉發者,可獲得平時成績+6分。
(3)為本次主題活動策劃“宣傳口號”。這個可以是每個同學獨立思考,也可以小組內共同討論協作制定,以小組內某同學的賬號在活動主帖下以評論形式留言。
評選出最佳宣傳口號,該留言同學可獲得平時成績+10分,同時,該同學同組同學每人+2分。
(4)活動時間限定為5分鐘。
在課前我已經做好了布置,讓他們每個人都注冊一個微博,并且關注了我的“教師活動微博”,熟悉微博的轉發評論功能。這個微博活動當中,有一項策劃廣告詞的內容,鼓勵學生發揮創意,也是一種營銷能力的鍛煉。
在活動過程中,我利用機房教室的投影屏直播活動進行過程,根據活動進行情況作出適當的激勵和控制。在5分鐘的過程中,學生的表現甚至超出我的預期,轉發量超過150次,評論——即廣告詞30余條,其中有不少很優秀的廣告詞,
2、活動分析:
活動完成,趁熱打鐵,對微博營銷的活動進行分析。
(1)成果分析
(2)成本分析
(3)效率分析
三、新舊營銷理念對比思考
活動做完,成效也進行了深入地分析。我又提出了一個新的問題。
“這是一個典型的網絡營銷案例,與傳統營銷相比,它的理念新在何處?好在哪里?”
這是一個比較寬泛、比較大的問題,學生在思考時可能較難找到出發點、落腳點,因此我把它分解為6個小問題。
從以下角度思考,在這個營銷活動中:
1、主要參與者是企業還是消費者?
2、信息的傳播者是企業還是消費者?
3、獲益的是哪一方?企業還是消費者?
4、消費者轉發評論的行為是主動自愿進行的還是被脅迫進行的?
5、企業與消費者之間的溝通有沒有經過中間商或者是廣告商?
6、企業與消費者之間的信息傳遞是單向的還是雙向的互動?
由小組討論來回答。
四、由問題探討引出網絡營銷的三種新理念
這六個分解問題的設計是與網絡營銷的三種新理念相互呼應的。
網絡營銷的三種新理念分別為:
1、 整合營銷
2、 網絡“軟營銷”
3、 網絡直復營銷
五、課堂總結
最后與學生一起回顧本節課的重點——通過微博活動引出的三種網絡營銷新理念。然后再引導學生思考,網絡營銷的手段僅僅只有微博營銷一種嗎?
當然不是,網絡營銷的手段有很多,例如搜索引擎營銷、病毒式營銷、SNS營銷等等。所以布置的作業即是每個小組分配一項任務,尋找某種網絡營銷手段的案例,下次課向全班同學分享展示。這樣在作業中,讓學生去鍛煉,去了解,加深對網絡營銷的認識,為后續的課程學習也做好準備鋪墊。
六、教學反思
電子商務是一個對時效性與實踐性要求很高的專業。作為一個年輕的學科,電子商務的理念以及應用模式一直在不斷地發展和進化。因此,電子商務的教學絕不應該僅限于故紙堆當中的理論,或者是已漸漸過時、被淘汰的工具應用,而是要做到:一,與時俱進,適應當下,面向未來;二,重視實踐,學校的教學要與企業的實際結合,培養企業需要的電子商務人才;三,培養學生的創新能力,企業需要創新,經濟發展需要創新,電子商務的進步需要創新。
電子商務行業、互聯網行業每天都在誕生新鮮有趣的創意和應用,年輕學生更喜歡接受新鮮事物,電子商務的課堂可以用時下最流行的互聯網應用點亮。
在教學中,教師自己應當不斷學習,不斷進步,這樣才能提升教學水平,增加課堂的吸引力,才能培養出與時俱進,適應時展需要的電子商務人才。
北京市工商局近日本周食品下架信息,共有11種食品被停售。哥倆好、牛排王、鄉吧佬、小面筋等四家品牌的部分調味面制品成為本次檢查出的主要問題食品。
本次共抽取樣本706個,不合格樣本11個,抽檢合格率為98.44%,其中蔬菜、鮮肉、食鹽、大米、食用油、食糖、水發產品、鮮奶、干菜、小麥粉、蜂產品抽檢全部合格。日常烹飪調味品大料(八角茴香)出現在下架榜單之上。北京佳久發商貿有限公司生產的古福牌50克/袋的大料被查出二氧化硫含量超標,該產品在去年8月份就曾被查出質量問題。
取款機骯臟程度如公廁
人們往往認為公共廁所是最骯臟的地方,也是公共衛生最大威脅。然而,據英國《每日郵報》報道,英國最新調查發現,自動取款機(ATM)的骯臟程度堪比公廁。因此,下一次從自動取款機上取錢時,最好戴上手套。
英國某公司的專家用棉簽在英國城市中心每天被無數人使用過的ATM取款機的數字鍵上提取標本,與從公共廁所馬桶上提取的標本一起,在實驗室里進行培養和觀察。檢驗發現,ATM機鍵盤和公廁馬桶標本都含有假單胞菌和芽孢桿菌(導致疾病和細菌性腹瀉的病菌)。
明亮的燈光可緩解老年人抑郁癥狀
一項新的研究顯示,使用特殊設計的燈箱進行三周的光照療法,可使老年抑郁癥患者的癥狀改善54%。除了可提高病患的情緒外,光照療法也可改善睡眠,并使神經傳導物質血清素的水平最佳化。血清素水平過低被證實與抑郁有關,且通常是抗抑郁藥物的治療標的。此外,研究還發現,接受明亮燈光治療的患者,壓力型荷爾蒙皮質固醇濃度有所下降,其睡眠質量同樣也得到了改善。明亮的燈光療法為那些不愿意、拒絕或無法耐受抗抑郁藥物治療的患者提供了替代的方法。
散裝土雞產蛋更具營養
在超市里,標明“有機”、“綠色”、“散養”等概念的高價柴雞蛋為數不少,那么,它們與普通散裝雞蛋相比,到底有何不同?北京市農林科學院畜牧獸醫研究所研究員劉華貴給出了答案:“產蛋雞分為高產蛋雞和地方土雞。高產蛋雞多為國外進口品種,目前許多品牌雞蛋其實是高產蛋雞所產,并不是柴雞蛋。真正的柴雞蛋應該是散養土雞所產。土雞屬中國本地品種,其蛋孕育時間長,產量低,因此營養價值會更高些。因此選雞蛋,首先要看雞的品種。”
他說,在北方地區,被《中國家禽品種志》收錄的北京油雞屬中國優良地方雞種,已有300多年歷史,被列為國家重點保護品種。其適合山地散養,但平均產蛋率只有籠養的40%左右,年產蛋量不超過120枚,飼養成本比普通雞蛋高一倍多,因此市場價也比普通雞蛋貴一倍。
劉華貴稱,真正的柴雞蛋與普通雞蛋的區別有三:一是外形顏色不同,柴雞蛋較小,一般在42至52克之間,大小、顏色深淺不一致;二是柴雞蛋比等重的普通雞蛋的卵磷脂營養含量高;三是柴雞蛋口感比較香嫩,沒有蛋腥味。
他提供的區別柴雞蛋與普通雞蛋的區別方法是:煮熟后不立即浸冷水蛋殼很難剝離,且易剝下蛋白的是普通雞蛋;煮熟后不用浸冷水也很容易剝離,且蛋白更加透明的則是柴雞蛋。
個別日用陶瓷鉛鎘超標嚴重
廣東省工商局近日公布了2010年廣東省流通領域日用陶瓷商品質量監測情況,在抽查的120款日用陶瓷餐茶具中,23款商品質量問題較嚴重,不合格率為19.2%。但令人擔憂的是,在抽查的120款產品中,竟有72款是無廠名廠址商標的“三無”產品,占抽查總數的60%。其中檢測出鉛鎘溶出量超標的商品8款,7款為“三無”產品。
專家提醒消費者,慎購無廠名廠址的餐茶具,陶瓷中的鉛鎘遇熱、遇酸更易溶出,長期使用會引起慢性中毒。購買餐具時,純白、無裝飾的更安全。
母乳喂養的孩子學習成績較好
澳大利亞一項新研究為“母乳喂養有益孩子智力發育”提供了新證據。研究顯示,嬰兒期接受母乳喂養6個月以上的孩子在10歲時的學習成績要明顯好于母乳喂養少于6個月的孩子。這一點在男孩身上體現得尤為明顯。
科研人員分析了1 038名澳大利亞兒童的學習成績,并與他們的母乳喂養記錄等數據進行關聯分析。排除可能影響孩子學習成績的其他因素,比如家長的受教育水平、家庭收入以及家庭早教狀況等,研究結果顯示,母乳喂養6個月以上會對孩子日后的學習成績有明顯益處。這一點在女孩身上表現得不如男孩明顯。研究人員說,這可能是因為男孩和女孩的發育情況有所不同,所以母乳喂養對男孩的大腦發育影響會更大一些。但他們指出,這并非說明母乳喂養對女孩不重要。
研究人員介紹說,母乳對于嬰兒的神經系統發育十分有益,母乳中許多對大腦發育至關重要的營養成分是配方奶所不能提供的。他們之前的一項研究還發現,母乳喂養達到6個月以上的嬰兒在兒童期不易出現一些心理問題,鑒于母乳喂養的種種益處,無論男孩還是女孩都應大力提倡接受母乳喂養至少6個月。
老人上網更長壽
老人的長壽法則,不僅僅是清淡飲食、適量運動和早睡早起。美國護理服務公司進行的一項調查顯示,上網、寫博客、玩電子游戲等時髦行為,一樣能成為長壽秘訣。
以前不少老人都有“恐腦癥”,覺得高科技產品太難學。其實,越是年齡大,越應該接受一些新事物。首先,老人每天上網瀏覽新聞,或是關注自己曾經從事領域的最新進展,可以防止自己的知識落伍,有助于增強自信。其次,聊天工具和社交網絡有助于讓老人和子女、朋友保持聯系。再次,老人可以利用電腦寫博客,或把家人的照片做成PPT等,這樣可以把美好的回憶永久保存下來。最后,在搜索、打字、寫博客等過程中,腦細胞活性能被充分調動,延緩腦力衰退,能有效防止老年癡呆的發生。
不過,老年人上網跟應該注意有度,如果染上“網癮”,一樣會危害健康。
藥監局曝光9種產品違法廣告
關鍵詞:量子點 發光 量子點尺寸效應
近幾年來,寬禁帶半導體發光材料引起人們極大的興趣,是因為這些材料在藍光及紫外光發光二極管、半導體激光器和紫外光探測器上有重要的應用價值。這些器件在光信息存儲、全色顯示和紫外光探測上有巨大的市場需求,人們已經制造出III族氮化物和ZnSe等藍光材料,并用這些材料制成了高效率的藍光發光二極管和激光器,這使全色顯示成為可能。量子點(QuantumDot)憑借自身獨特的光電特性越來越受到人們的重視,成為研究的熱點。
由于量子點所具有的量子尺寸、量子隧穿、庫侖阻塞、量子干涉、多體關聯和非線性光學效應非常明顯,故在低維量子結構的研究中,對載流子施以盡可能多的空間限制,制備零維量子點結構并開發其應用,受到世界各國科學家和企業家的高度重視。
1、半導體量子點的制備方法
高質量半導體量子點材料的制備是量子器件和電路應用的基礎,如何實現對無缺陷量子點的形狀、尺寸、面密度、體密度和空間分布有序性等的可控生長,一直是材料科學家追求的目標和關注的熱點。
應變自組裝量子點結構生長技術是指在半導體外延生長過程中,由于襯底和外延層的晶格失配及表面、界面能不同,導致外延層島狀生長而制得量子點的方法。這種生長模式被稱為SK生長模式。外延過程的初期為二維平面生長,平面生長厚度通常只有幾個原子層厚,稱為浸潤層。隨浸潤層厚度的增加,應變能不斷積累,當達到某一臨界層厚度時,外延生長則由二維平面生長向三維島狀生長過渡,由此形成直徑為幾十納米、高度為幾納米的小島,這種材料若用禁帶較寬的材料包圍起來,就形成量子點。用這種方法制備的量子點具有尺寸小、無損傷的優點。用這種方法已經制備出了高質量的GaN量子點激光器。
化學自組裝量子點制備方法是一種通過高分子偶聯劑將形成量子點的團簇或納米顆粒聯結起來,并沉積在基質材料上來制備量子點低維材料的方法。隨著人們對量子線、量子點制備和應用的迫切需求,以上物理制備方法顯得費時費力,特別是在批量制備時更是如此,化學自組裝為納米量子點的平面印刷和納米有機-無機超晶格的制備提供了可能。由于化學自組裝量子點的制備具有量子點均勻有序、制備速度快、重復性好等優點,且選用不同的偶聯劑可以對不同的量子點前驅顆粒進行不同對稱性的組裝,從而能制備出不同的量子點。它的出現為批量制備高功率半導體量子器件和激光器提供了一種有效的途徑,因此這種方法被認為是制備量子點最有前途的方法之一。
2、 II-VI族半導體量子點的發光原理和發光特性
2.1 發光原理
半導體量子點的發光原理(如圖1-1所示),當一束光照射到半導體材料上,半導體材料吸收光子后,其價帶上的電子躍遷到導帶,導帶上的電子還可以再躍遷回價帶而發射光子,也可以落入半導體材料的電子陷阱中。當電子落入較深的電子陷阱中的時候,絕大部分電子以非輻射的形式而猝滅了,只有極少數的電子以光子的形式躍遷回價帶或吸收一定能量后又躍遷回到導帶。因此當半導體材料的電子陷阱較深時,它的發光效率會明顯降低。
2.2 發光特性
由于受量子尺寸效應和介電限域效應的影響,半導體量子點顯示出獨特的發光特性。主要表現為:(1)半導體量子點的發光性質可以通過改變量子點的尺寸來加以調控;(2)半導體量子點具有較大的斯托克斯位移和較窄而且對稱的熒光譜峰(半高全寬只有40nm);(3)半導體量子點具有較高的發光效率。半導體量子點的發光特性,除了量子點的三維量子限制作用之外,還有其他諸多因素需要考慮。不過人們通過大膽嘗試與努力探索,已在量子點的發光特性研究方面取得了很大的進展。
3、量子點材料的應用
鑒于量子點的獨特理化性質,科學工作者就量子點材料的應用研究開展了大量的工作,研究領域主要集中在納米電子學、光電子學、生命科學和量子計算等領域,下面介紹一下量子點在這些方面的應用。
3.1量子點激光器
用量子線或量子點設計并制作微結構激光器的新思想是由日本的兩名年輕的科學家在1982年提出了,但是由于制備工藝的難度很大而擱淺。隨著技術的進步,到90年代初,利用MBE和MOCVD技術,通過 Stranski―Krastanow(S―K)模式生長In(Ga)As/GaAs自組裝量子點等零維半導體材料有了突破性的進展,生長出品格較完整,尺寸較均勻,且密度和發射率較高的InAs量子點,并于1994年制備出近紅外波段In(Ga)As/GaAs量子點激光器。
3.2量子點紅外探測器
半導體材料紅外探測器的研究一直吸引人們非常廣泛的興趣。以量子點作為有源區的紅外探測器從理論上比量子阱紅外探測器具有更大的優勢,這些優勢包括:(1)量子點探測器可以探測垂直入射的光,無需像量子阱探測器那樣要制作復雜的光柵;(2)量子點分立態的間隔大約為50meV-70meV,由于聲子瓶頸效應,電子在量子點分立態上的弛豫時間比在量子阱能態上長,這有利于制造工作溫度高的器件;(3)三維載流子限制降低了熱發射和暗電流;(4)探測器不需冷卻,這將會大大減少陣列和成像系統的尺寸及成本。因此,量子點探測器已經成為光探測器研究的前沿,并取得了重大進展。
3.3 單電子器件
電子器件是基于庫侖阻塞效應和單電子隧道效應的基本原理,通過控制在微小隧道結體系中單個電子的隧穿過程來實現特定功能的器件,是一種新型的納米電子器件。
3.4 量子計算機
量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息,運行的是量子算法時,它就是量子計算機。1998年,Loss和Di Vincenzo描述了利用耦合單電子量子點上的自旋態來構造量子比特,實現信息傳遞的方法。
除此之外,量子點在生物化學、分子生物學、細胞生物學、基因組學、蛋白質組學、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中有極大的應用前景。
結束語 我們相信量子點技術應用的未來出現很多奇跡,隨著對量子點的深入研究,其在各個領域的應用前景還將更加廣闊。
參考文獻
[1] Hong S, Hanada T, Makino H, Chen Y, Ko H, Yao T, et al. Band alignment at a ZnO/GaN (0001) heterointerface [J]. Appl. Phys. Lett. , 2001, 78(21): 3349-3351.
[2] Yarelha D A, Vicet A, Perona A, Glastre G, Fraisse B, Rouillard Y, et al. High efficiency GaInSbAs/GaSb type-II quantum well continuous wave lasers [J]. Semicond. Sci. Technol. , 2000, 15(4): 390-394.
在認識量子反常霍爾效應之前,讓我們先來了解一下量子霍爾效應。
量子霍爾效應,于1980年被德國科學家發現,是整個凝聚態物理領域中重要、最基本的量子效應之一。它的應用前景非常廣泛,比如,我們使用計算機的時候,會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下芯片中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發生能量損耗。實際上,量子霍爾效應就是粒子在低溫條件下所發生的一種奇特現象。普通狀態的電子是雜亂無章的,它們無序運動,不斷發生碰撞。而處于量子霍爾態的電子則好像置身在一條“高速公路”上,中間有隔離帶,將兩個方向的“車流”隔開。
也就是說,量子霍爾效應能解決電子碰撞發熱的問題,因而在未來的量子計算、量子信息存儲方面具有巨大的應用潛力,據此設計新一代大規模集成電路和元器件,將會具有極低的能耗。
量子霍爾效應可以對電子的運動制定一個規則,讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進。這就好比一輛高級跑車,常態下是在擁擠的市區街道前進,而在量子霍爾效應下,則可以在“各行其道、互不干擾”的高速路上前進。
然而,量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,相當于外加10個計算機大的磁鐵,這不但體積龐大,而且價格昂貴,不適合個人電腦和便攜式計算機。而量子反常霍爾效應的美妙之處就是不需要任何外加磁場,在零磁場中就可以實現量子霍爾態,更容易應用到人們日常所需的電子器件中。
在當今信息社會,半導體技術飛速發展,但電腦運行中熱量如何散發成為困擾半導體和信息產業發展的一個瓶頸問題。而量子反常霍爾效應的發現將有望解決這一難題。科學家可使電子在不需要強磁場的情況下,按照固定軌跡運動,減少電子無規則碰撞導致的發熱和能量損耗。也許不久的將來,量子反常霍爾效應能夠得到廣泛應用,通過密度集成,計算機的體積也將大大縮小,千億次的超級計算機有望做成現在的IPAD那么大,未來電腦也可能不再需要散熱器。
1.量子通信的基本原理及發展
量子是對原子、電子、光子等物質基本單元的統稱。量子通信(Quantum Teleportation)是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式,是量子論和信息論相結合的新研究領域。量子通信主要涉及:量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等。
1.1量子通信的起源
量子通信起源于19世紀20年代的“量子糾纏”。在量子力學中,有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系,不管它們被分開多遠,只要一個粒子發生變化,就能立即影響到另外一個粒子,即兩個處于糾纏態的粒子無論相距多遠,都能“感知”和影響對方的狀態,類似于人類的“心靈感應”。值得一提的是,盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現象的存在,卻不愿意接受它,并把它斥之為“幽靈般的超距作用(spooky action at a distance)”,認為在量子力學的詮釋背后一定有著更根本的規律,它們才能正確、全面地解釋量子現象。
1.2量子通信的雛形
量子通信的概念是美國科學家貝內特(C.H.Bennett)于1993年提出,即是由量子態攜帶信息的通信方式,利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現保密通信過程。量子通信的概念提出后,有6位來自不同國家的科學家基于量子糾纏理論,提出了利用衛星網絡、光纖網絡等傳統信道與量子糾纏技術相結合的方法,實現量子隱形傳送的方案,即將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方,把另一個粒子制備到該量子態上,而原來的粒子仍留在原處,這就是量子通信最初的基本方案。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義,而且可以用量子態作為信息載體,通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸,實現原則上不可破譯的量子保密通信。
1.3量子通信的現狀
目前對量子通信的理論方案和實驗研究,主要集中于利用光纖信道和點對點的陸地無線光信道。在標準光纖信道中,2007年6月,一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組,在量子通信研究中創造了通信距離144公里的紀錄。在點對點通信上,2008年,在《新物理學》(New Journal of Physics)雜志上,一支意大利和奧地利科學家小組宣布,他們首次識別出從地球上空1500公里處的人造衛星上反彈回地球的單批光子,實現了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。在多點通信上,2009年9月,中國科學技術大學潘建偉教授領銜的科研團隊,建成了3節點鏈狀16公里的自由空間量子信道,并在此基礎上建成了世界上首個全通型量子通信網絡,首次實現了實時語音量子保密通信,在23km的自由空間信道中,實現了基于單光子的量子密鑰分配;在600m的自由空間中實現了基于糾纏光子對的量子密鑰分配實驗。如果按照這種速度發展下去,量子通信預計在2020年之前就可以進入實用。
2.量子通信的主要特點
量子通信與成熟的傳統通信技術相比,具有以下主要特點:一是保密性強。量子密碼通信其實不在于密碼通信本身,量子密碼技術不是用于傳輸密文,而是用于建立傳輸密碼本。根據海森伯不確定性原理和量子不可克隆的特點,信息的量子比特或量子位一經檢測,就會產生不可還原的改變,用量子位傳遞加密信息,若在到達預定接收者途中被竊取,預定接收者肯定能夠發現。再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式,且絕對不會重復使用,確保了通信的保密安全。
二是隱蔽性高。量子通信利用單量子糾纏現象,使光子、電子甚至是原子之間能相互影響(制約),從而傳遞信息。當其中的一個量子發送信息時,它本身并不移動,也不用借助其他媒介,另一個相關量子自然會接收到這個信息,空間距離和中間介質將不再成為通信的障礙。由于量子通信過程不存在任何電磁輻射,無論現有的無線電探測系統性能如何先進,對量子通信這種完全無“電磁”的通信目標,也是無能為力的。
三是應用性廣。由于量子通信過程與傳播媒質無關,傳遞的過程不會被任何障礙阻隔,甚至量子隱形傳態過程中可穿越大氣層,所以說量子通信的應用非常廣泛,它既可以在太空中進行通信,又可以在海底等惡劣條件下通信,還可以在光纖等介質中進行信息“傳遞”。應用到衛星通信、深海通信、太空通信和光纖通信等領域的前景廣闊。
四是時效性高。由于量子通信時延為零,可以實現超光速通信,將極大地提高通信速度;量子通信具有空間遠距離、大容量、易組網等特點,可以用來構筑高速、大容量的通信網絡,用于高清晰度圖像、大容量、超高速數據的傳輸,便于建立量子因特網。
3.量子通信的應用前景
3.1建立全新衛星通信網
由于單光子在現在的硅光纖和陸上自由空間中的傳輸距離受到了限制,使量子通信的距離目前只有百余公里,無法實現全球范圍意義上的量子通信。現在已經得到廣泛應用的衛星通信和空間技術,給全球范圍的量子通信提供了一種新的解決方案。即可以通過量子存儲技術與量子糾纏交換和純化技術的結合,做成量子中繼器,突破光纖和陸上自由空間鏈路通信距離短的限制,延伸量子通信距離,實現真正意義上的全球量子通信。
3.2構建超光速信息網絡
隨著量子通信技術的研究突破和日趨成熟,可以利用量子隱形傳態以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特點,建立有特殊需求的超光速量子通信網絡。利用量子通信網絡可實現大容量、高速率信息傳輸處理及按需共享,滿足信息綜合分析及輔助決策的需求。
3.3用于深海通信
目前岸基與深海之間的通信是采用長波通信方式,不僅系統龐大、設備造價高、抗毀性差,而且僅能實現海水下百米左右的通信。量子通信不同于傳統的“波”通信,在同等條件下,量子通信獲得可靠通信所需的信噪比,要比其他現有通信手段低30~40dB,加之量子通信的光量子隱形傳態與傳播媒質無關,這為深海通信開辟了一條嶄新的途徑。
3.4用于隱蔽保密通信網
通信隱身的關鍵之一是要降低電磁輻射,而目前的無線電通信都要依靠電磁波傳輸信號,特別是遠程無線電通信需要輻射很強的電磁波,即使是激光通信,也要輻射很強的光波,而量子通信既無電磁波輻射,也無強光波輻射,且采用“一次一密”的加密方式,密碼具有“不可破特性”和“竊聽可知性”,從而確保了信息傳輸的安全,提高了信息保護和信息對抗能力。