電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論精選(九篇)

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第1篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

關(guān)鍵詞：職業(yè)教育 電子電工 技術(shù)

職業(yè)教育是社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，是人類文明發(fā)展的產(chǎn)物，也可以說是人自身發(fā)展的產(chǎn)物，而且是發(fā)展到某個(gè)特殊時(shí)期的產(chǎn)物。職業(yè)教育受益于社會(huì)，社會(huì)也可受益于職業(yè)教育，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展是職業(yè)教育的應(yīng)有之義和神圣職責(zé)?！峨姽る娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)》是中職學(xué)校工科類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生具有一定的電子技術(shù)知識(shí)和能力，為以后學(xué)習(xí)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、培養(yǎng)目標(biāo)

以終身教育、素質(zhì)教育、個(gè)性教育為基點(diǎn)，培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展，知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，能獨(dú)立地分析和解決問題，適應(yīng)“電氣工程及自動(dòng)化”領(lǐng)域的各項(xiàng)工作，并在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)方面有專長(zhǎng)的寬厚型、復(fù)合型具有創(chuàng)新能力的中級(jí)技術(shù)工人。畢業(yè)實(shí)習(xí)使學(xué)生了解工廠供配電、生產(chǎn)組織和管理、電氣控制設(shè)備的安裝、調(diào)試、維修等工作的過程。也可使學(xué)生直接參與無(wú)線電廠、研究所等企業(yè)的生產(chǎn)、科研實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生了解電子裝置設(shè)備的安裝、調(diào)試及開發(fā)、研制過程。在實(shí)習(xí)中注意運(yùn)用所學(xué)知識(shí)觀察、分析有關(guān)的工程實(shí)際問題。

二、電子發(fā)展

今天，以電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為特征的新技術(shù)又在延伸人類的智力功能。正是電磁規(guī)律在能源、信息、控制等領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用，描繪出現(xiàn)代化社會(huì)的藍(lán)圖，形成新技術(shù)革命的主流。它沖激著社會(huì)生產(chǎn)和生活的每一個(gè)角落，不僅大幅度地提高了社會(huì)生產(chǎn)力，創(chuàng)造出豐富的物質(zhì)財(cái)富，而且改變著人們的生活方式、社會(huì)行為、教育訓(xùn)練、思維方法，促進(jìn)了社會(huì)的精神文明。電工正在與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相匯合，繼續(xù)發(fā)揮社會(huì)支柱的作用。

（1）電子設(shè)備現(xiàn)狀與發(fā)展： 2010年全球半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售總額達(dá)到395.4億美元，恢復(fù)到歷史最高水平。各個(gè)地區(qū)的設(shè)備支出都呈現(xiàn)了兩位數(shù)甚至三位數(shù)百分比的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)最快的是中國(guó)大陸和韓國(guó)。2010年中國(guó)內(nèi)地半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)為22.4億美元，預(yù)計(jì)2011年為26.4億美元。按此增長(zhǎng)率推算，到2015年，我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到300億元人民幣。

（2）電工新技術(shù)：我們已在準(zhǔn)備進(jìn)入21世紀(jì)。21世紀(jì)，人類期望著進(jìn)入一個(gè)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的新時(shí)代，我國(guó)將以無(wú)愧于我們這個(gè)偉大民族的新姿態(tài)屹立于世界之林。整個(gè)進(jìn)程中，科技的進(jìn)步與發(fā)展有著特別重要的意義。

（3）電工技術(shù)基礎(chǔ)理論包括了交流電路理論，磁路理論，電機(jī)與變壓器理論，電能傳輸理論，電工材料理論，電介質(zhì)理論，氣體放電理論等都發(fā)展成為系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)。20世紀(jì)50年代以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及工程控制論等一系列新興的科學(xué)技術(shù)理論蓬勃發(fā)展，基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)開發(fā)之間的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加緊密，各門學(xué)科與專業(yè)之間互相滲透，互相交叉，使科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)形成一個(gè)既深入分化又高度綜合的龐大復(fù)雜的整體，同時(shí)也促進(jìn)了電工理論的發(fā)展。

三、重要意義

（1）教育的重要性在于學(xué)會(huì)思考，而不是題目、學(xué)科的累加。

由于現(xiàn)在高職高專進(jìn)行教學(xué)改革，《電工電子技術(shù)》課程學(xué)時(shí)數(shù)在減少，而基礎(chǔ)內(nèi)容又很多，學(xué)時(shí)有限，我們只能精選基礎(chǔ)內(nèi)容，大大刪減細(xì)節(jié)問題的定量分析計(jì)算，使學(xué)生夠用，但是也要達(dá)到教學(xué)的要求。在學(xué)習(xí)過程中“漁”比“魚”對(duì)我們更難也更重要。

（2）在教學(xué)方法上，摒棄灌輸式，實(shí)行目標(biāo)討論式和啟發(fā)式。通過這樣的目標(biāo)討論和啟發(fā)，引發(fā)了學(xué)生的興趣，有比較的對(duì)象讓學(xué)生能夠有話可說、有問題可提。電工電子技術(shù)是20世紀(jì)最有影響的科學(xué)技術(shù)之一，教師如果適時(shí)、合理地從中摘取幾片花絮，無(wú)疑會(huì)為寂靜的課堂帶來幾分生動(dòng)，為學(xué)生躍躍欲試的求知欲望增添幾分興致。

（3）經(jīng)歷、觀察，并強(qiáng)迫自己分析不同的問題，幫助我們學(xué)會(huì)思考。搜索積累的知識(shí)，聯(lián)系需要解決的問題，思考其中的關(guān)鍵因素，尋找新的方法。

四、總結(jié)

電工電子技術(shù)不管是對(duì)生活還是對(duì)科技都有非常重要的作用，生活上離不開它，數(shù)字電視、手機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)倒車，這些在以前都是沒有的，現(xiàn)在都變成尋常百姓的日用品了，在其他的領(lǐng)域也有非常重要的作用。他很大程度上的改變了我們的生活和科技，影響著我們?nèi)粘Ｉ磉叺囊磺?，在我們身邊每天無(wú)處不在無(wú)處不見。新課導(dǎo)入就是一節(jié)課的開頭，一個(gè)新知識(shí)的起點(diǎn)。在課堂教學(xué)中起著從舊知識(shí)到新知識(shí)的過渡作用，是教師充分發(fā)揮其教學(xué)藝術(shù)水平的最佳時(shí)機(jī)。教師要努力提高自身素質(zhì)和教學(xué)基本功，通過精心設(shè)計(jì)、別具一格、引人入勝的新課導(dǎo)入方法，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引發(fā)強(qiáng)烈的求知欲，把提高課堂教學(xué)效率落到實(shí)處。新課導(dǎo)入的方法很多，不管用哪種方法，只要能夠緊緊抓住學(xué)生的思維，引發(fā)學(xué)生的共鳴，就是成功的開始。同時(shí)還應(yīng)注意多種導(dǎo)入方法交錯(cuò)使用，使每節(jié)課都有新意，都有亮點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

第2篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；教學(xué)探討；能力提高

1 引言

生產(chǎn)力的發(fā)展客觀需要，推動(dòng)人們探索微觀世界的奧妙，掐指算來，量子概念的誕生已經(jīng)超過整整100年。但隨著科技日新月異的發(fā)展，可以毫不夸張地說，沒有量子物理，就沒有人們今天的生活方式。量子物理的應(yīng)用已經(jīng)滲透到現(xiàn)代化生產(chǎn)的許多方面，如半導(dǎo)體材料與器件，磁性材料與器件，原子能技術(shù)、激光技術(shù)等等?！读孔恿W(xué)》課程的學(xué)習(xí)已成為國(guó)內(nèi)高等理工科院校“應(yīng)用物理”“電子科學(xué)與技術(shù)”“光信息科學(xué)與技術(shù)”等專業(yè)的必修學(xué)科基礎(chǔ)課。通過該課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀，獨(dú)立分析問題和解決問題的科學(xué)素養(yǎng)，并為“固體電子導(dǎo)論”“光電子學(xué)”等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2 對(duì)《量子力學(xué)》課程的探討

《量子力學(xué)》涵蓋了基礎(chǔ)物理、數(shù)學(xué)物理方法、概率論、線性代數(shù)、矩陣等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容，特別是基本概念、規(guī)律與方法與經(jīng)典物理截然不同，不能憑借我們所熟悉的經(jīng)典概念去證明。這些現(xiàn)狀導(dǎo)致學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)中感覺到難度更大。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)容易陷入純粹的數(shù)學(xué)推導(dǎo)而忽略物理情景的建立。

種種現(xiàn)象表明，現(xiàn)存的“單純授課式”教學(xué)方式不符合本課程的教學(xué)規(guī)律，無(wú)法實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)，必須在各方面加以充分改進(jìn)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)《量子力學(xué)》課程的教學(xué)方法已經(jīng)作了大量的嘗試和研究，提出了多種教學(xué)方法，如開發(fā)生動(dòng)的多媒體課件、課堂分組討論、模塊化教學(xué)等。如何讓學(xué)生在偏微分方程為主線的教學(xué)體系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是任課教師需要探索和實(shí)踐的重要課題，值得花力氣去研究。此外，隨著時(shí)代的發(fā)展，量子物理所帶來的新技術(shù)又層出不窮，大量前言研究成果脫穎而出，如量子通信，量子糾纏，量子密碼等。如何將這些最近量子應(yīng)用技術(shù)融入到日常課堂教學(xué)中，無(wú)疑對(duì)教師的教學(xué)能力、教學(xué)方法和綜合素質(zhì)以及學(xué)生的課程學(xué)習(xí)方式等都提出了更高要求。

問題既是學(xué)習(xí)的起源，也是選擇知識(shí)的依據(jù)，又是掌握知識(shí)的手段，因此在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，可以嘗試以“問題導(dǎo)向”作為切入口，將案例教學(xué)、視頻教學(xué)、科研成果等融入《量子力學(xué)》的教學(xué)過程，克服抽象的物理圖景給學(xué)生帶來的困擾，增強(qiáng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解釋現(xiàn)實(shí)、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考和實(shí)踐創(chuàng)新能力，進(jìn)而提高教學(xué)效果。鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的興趣與基礎(chǔ)，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行專題研究，用現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室條件，針對(duì)課程理論知識(shí)帶著問題和專業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用問題，在科研實(shí)踐中加深知識(shí)的理解和運(yùn)用，逐步提高其創(chuàng)新能力。

3 《量子力學(xué)》課程問題導(dǎo)向型教學(xué)實(shí)施建議

3.1 學(xué)習(xí)狀態(tài)的調(diào)查與分析

量子力學(xué)可謂無(wú)處不數(shù)學(xué)，因此需要以無(wú)記名答卷調(diào)查和課間交談方式，對(duì)學(xué)生的之前數(shù)學(xué)物理知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)興趣等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從而為制定合適的教學(xué)計(jì)劃、選取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式打下基礎(chǔ)。如果沒有對(duì)具體問題進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，就無(wú)法真正深刻理解基本原理，量子物理的實(shí)際應(yīng)用也就更無(wú)從談起。課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)之前，教師應(yīng)該把知識(shí)點(diǎn)中可能運(yùn)用到的數(shù)學(xué)知識(shí)梳理后作為參考資料發(fā)給學(xué)生，便于學(xué)生在平時(shí)練習(xí)中使用。

3.2 建立“問題為導(dǎo)向的交互式教學(xué)模式”

第3篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀前景展望

Abstract: with the development of science and technology, the progress of the society, electrical automation system in real life are getting more and more widely used. Understand the system function, understand the current use, analysis of electrical automation system of the future trend, to further make it become social development, science and technology progress and the improvement of people's living standard has certain significance.

Keywords: electrical automation development present situation prospect

中圖分類號(hào)： TU855文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一 電氣工程及其自動(dòng)化發(fā)展歷史的闡述

電氣工程是研究電磁現(xiàn)象、規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)，是以電工科學(xué)中的理論和方法為基礎(chǔ)而形成的工程技術(shù)。包括電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、電器與電機(jī)及其控制技術(shù)、高電壓與絕緣技術(shù)、電工新技術(shù)、電力電子技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。

電氣工程的定義本已經(jīng)十分寬泛，但是隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，21世紀(jì)的電氣工程概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述定義的范疇，斯坦福大學(xué)（Stanford University）的一位教授曾指出：“今天的電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關(guān)的工程行為?！蹦壳半姎夤こ碳夹g(shù)在航天、化工、汽車、制造、用電設(shè)備及計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用是很普遍的。

由此可見，它已成為是現(xiàn)代科技領(lǐng)域中的核心學(xué)科之一，更是當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵學(xué)科。當(dāng)年正是電力電子技術(shù)的巨大進(jìn)步才推動(dòng)了以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息時(shí)代的到來，并改變?nèi)祟惖纳罟ぷ髂Ｊ健?可以說，電氣工程學(xué)科是一個(gè)國(guó)家最重要的命門學(xué)科，電力技術(shù)水平在很大程度上決定了這個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

二、電氣自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀

1 平臺(tái)開放式發(fā)展。

(1)IEC61131 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)使得編程接口標(biāo)準(zhǔn)化。

現(xiàn)階段,世界上眾多PLC廠商生產(chǎn)的近四百種PLC 產(chǎn)品,在編程語(yǔ)言和表達(dá)方式上迥異。 為了使 IEC61131 標(biāo)準(zhǔn) 適用于不同的 PLC 產(chǎn)品,又能為 PLC 制造廠商所接受和支持,IEC61131-3 規(guī)定了二大類編 程語(yǔ)言即文本化編程語(yǔ)言和圖形化編程語(yǔ)言。

前者包括指令清單語(yǔ)言(IL)和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言 (ST);后者則有梯形圖語(yǔ)言(LD)和功能塊圖語(yǔ)言(FBD)。在標(biāo)準(zhǔn)的文本中沒有把順序功能圖 (SFC)單獨(dú)列入編程語(yǔ)言,而是將它在公用元素中予以規(guī)范。不論在文本化語(yǔ)言中,或者在圖 形化語(yǔ)言中,都可以運(yùn)用 SFC 的概念、句法和語(yǔ)法。結(jié)構(gòu)化的編程方式使得程序更易管理, 也提高了代碼的使用效率,縮短了程序編程的周期。

(2)Windows 正成為事實(shí)上的工控標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。

微軟的技術(shù)如 Windows NT、Windows CE 和 Internet Explore 已經(jīng)正在成為工業(yè)控制 的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)、語(yǔ)言和規(guī)范。PC 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在商業(yè)和企業(yè)管理中得到普及。在工業(yè)自動(dòng) 化領(lǐng)域,基于 PC 的人機(jī)界面已經(jīng)成為主流,基于 PC 的控制系統(tǒng)以其靈活性和易于集成的特 點(diǎn)正在被更多的用戶所采納。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

隨著 DCS 在企業(yè)實(shí)踐中的應(yīng)用,其缺點(diǎn)日益突出。主要表現(xiàn)在:(1)DCS 是一種數(shù)字-模擬混合系統(tǒng),DCS 現(xiàn)場(chǎng)儀表仍為傳統(tǒng)模擬儀表,可靠性差, 安裝維護(hù)成本高;(2)互換性差,各大廠商之間沒有統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),使用與維修困難;(3)價(jià)格昂貴。信息技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革,逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng),于是,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)更具目的性, 它是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò),為底層設(shè)備信息及生產(chǎn)過程信息集成提供了通信平臺(tái)。對(duì)于不同的間隔可以有不同的功能,這樣可以根據(jù)間隔的不同情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。工廠底層應(yīng)用 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)從管理層到自動(dòng)化底層的數(shù)據(jù)存取,現(xiàn)場(chǎng)總線的介質(zhì)訪問控制方式可滿足 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的要求。和 DCS 相比,除了具有節(jié)省安裝費(fèi)用、節(jié)約材料、可靠性高、組態(tài)靈 活等優(yōu)點(diǎn)外,還可以節(jié)省大量控制電纜,節(jié)約投資和安裝維護(hù)工作量,從而降低成本。

3IT技術(shù)與電氣自動(dòng)化。

PC、客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、以網(wǎng)和 Internet 技術(shù)引發(fā)了電 氣自動(dòng)化的一次又一次革命。正是市場(chǎng)的需求驅(qū)動(dòng)著自動(dòng)化和IT平臺(tái)的融合,電子商務(wù)的普及將加速著這一過程。信息技術(shù)對(duì)工業(yè)世界的滲透來自于兩個(gè)獨(dú)立的方向:一是從管理層縱向的滲透。企業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)要對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的存取;另一方面信息技術(shù)橫向擴(kuò)展到自動(dòng)化的設(shè)備、機(jī)器和系統(tǒng)中。信息技術(shù)已滲透到產(chǎn)品所有的層面,不僅包括傳感器和執(zhí)行器,而且包括控制器和儀表。Internet/Intranet 技術(shù)和多媒體技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。企業(yè)的管理層利用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器可以存取企業(yè)的財(cái)務(wù)、人事等管理數(shù)據(jù),也可以對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)畫面進(jìn)行監(jiān)控,在第一時(shí)間了解最全面和準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應(yīng)用,將對(duì)未來的自動(dòng)化產(chǎn)品,如人機(jī)界面和設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接的影響。信息技術(shù)革命的原動(dòng)力是微電子和微處理器的發(fā)展,隨著微電子和微處理器技術(shù)應(yīng)用的增加,原本定義明確的設(shè)備界線,如PLC、控制設(shè)備和控制系統(tǒng)變的模糊了。相對(duì)應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)、通訊能力及易于使用和統(tǒng)一的組態(tài)環(huán)境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高。

三、電氣自動(dòng)化的發(fā)展策略

1.采用統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。

統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)可以支持一個(gè)逢動(dòng)化項(xiàng)目周期中 的設(shè)計(jì)、實(shí)施和測(cè)試、調(diào)試和開機(jī)、運(yùn)行及維護(hù)等各個(gè)階段和環(huán)節(jié),這樣可以大大降低從設(shè) 計(jì)到完成的時(shí)間和費(fèi)用。 統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)還應(yīng)滿足用戶另一個(gè)重要需求即開發(fā)平立于最終的運(yùn)行平臺(tái)。根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)和最終用戶的需求決定將統(tǒng)一的運(yùn)行代碼不載到硬件 PLC、基于 WindowsNT 的軟件 PLC、嵌入式 NT 系統(tǒng)還是基于WindowsCE 的控制系統(tǒng)中。在這方面,基于 PC 的自動(dòng)化產(chǎn)品滿足了以上需求。

2.通用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

一個(gè)成功的自動(dòng)化系統(tǒng)離不開通用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。任何企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)對(duì)于設(shè)備控制、監(jiān)督系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊暢通無(wú)阻必須予以保證。數(shù)據(jù)添 加和整理工作結(jié)束后,要對(duì)中心管理機(jī)和其他通訊管理機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊配置,以便系統(tǒng)能夠 協(xié)調(diào)工作,傳送正確數(shù)據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和視頻處理技術(shù)的應(yīng)用,將對(duì)未來的自動(dòng)化產(chǎn)品產(chǎn)生 直接的影響。

3.標(biāo)準(zhǔn)化的程序接口。

成功的自動(dòng)化系統(tǒng)的另一個(gè)重要因素在于標(biāo)準(zhǔn)化的程序接口?；?于 Microsoft 的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù),如 Windows2000、OPC、ActiveX 和 WindowsCE,減少了工程 時(shí)間和費(fèi)用,方便了自動(dòng)化系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與共享。 在與企業(yè)的 MES 系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)連接時(shí),基于PC平臺(tái)的自動(dòng)化解決方案意義非同尋常。使用 WindowsNT/Windows2000 作為操作系統(tǒng),使用 TCP/IP 作為辦公環(huán)境的通訊標(biāo)準(zhǔn),PC 可以在自動(dòng)控制和管理平臺(tái)之間建 立一種最好的接口。標(biāo)準(zhǔn)化的程序接口還保證了不同廠家的軟硬件產(chǎn)品的交換,不需擔(dān)心它們之間的通訊問題。

四 結(jié)語(yǔ)

電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是分散、開放并具備信息化特征的。真正做到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷提升，未來的發(fā)展趨勢(shì)中，我國(guó)還需要保證穩(wěn)定的健康發(fā)展，認(rèn)識(shí)不足并不斷的通過高新科技的學(xué)習(xí)，鞏固基礎(chǔ)能力，發(fā)揮創(chuàng)新精神，才能開創(chuàng)出和諧的發(fā)展局面，為電氣自動(dòng)化的發(fā)展提供更多的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚濤.現(xiàn)場(chǎng)總線及其所組成的控制系統(tǒng)[J].能源研究與管理.2010(2)

第4篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

我校于2016年首次參加 iGEM，也是重慶市第一所、全軍唯一一所參賽的醫(yī)科大學(xué)。我校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè) 21 名本科生組成參賽隊(duì)伍，在微生物學(xué)教研室教師指導(dǎo)下，歷時(shí)一年，完成了參賽項(xiàng)目“外源基因敲入乳酸乳球菌快速篩選系統(tǒng)”，一舉斬獲金獎(jiǎng)，受到參賽各隊(duì)及評(píng)委的好評(píng)。本文結(jié)合我校 iGEM參賽過程，就如何開展備賽工作、大賽對(duì)醫(yī)學(xué)院校本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟示進(jìn)行了思考。

1 iGEM 簡(jiǎn)介

1.1 iGEM 的起源和發(fā)展

iGEM是合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)國(guó)際性大學(xué)生學(xué)術(shù)競(jìng)賽，而合成生物學(xué)是 21 世紀(jì)初興起的一門新興學(xué)科，強(qiáng)調(diào)“設(shè)計(jì)”和“重設(shè)計(jì)”，試圖設(shè)計(jì)、構(gòu)建、完善人工生物模塊及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜生物系統(tǒng)的操縱和測(cè)量，在疫苗生產(chǎn)、新藥研發(fā)、生物制造、生物能源、環(huán)境修復(fù)、生物傳感器等多個(gè)領(lǐng)域具有極好的應(yīng)用前景。

iGEM起源于 2003 年麻省理工學(xué)院的合成生物學(xué)課程，2004 年發(fā)展成為一個(gè)有 5 支隊(duì)伍參加的暑期競(jìng)賽，2005 年發(fā)展為國(guó)際競(jìng)賽并更名為 iGEM，之后參賽隊(duì)伍逐年增加。2006年亞洲隊(duì)伍開始參賽，2007 年北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等高校參賽。到 2016 年，iGEM已成為世界上最前沿和最具影響力的生物學(xué)競(jìng)賽，共有來自五大洲三十多個(gè)國(guó)家、地區(qū)的 283 支隊(duì)伍參加比賽，包括哈佛、耶魯、劍橋、牛津、帝國(guó)理工等世界一流大學(xué)，以及我國(guó)的北京大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)等高校代表隊(duì)。iGEM匯集了來自世界各地的精彩紛呈、創(chuàng)意迭出的參賽項(xiàng)目，既充滿了奇思妙想又展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。作為合成生物學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)賽事，iGEM受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注與積極宣傳，《Na-ture》《Science》《Economists》等國(guó)際頂級(jí)雜志以及 BBC 等媒體都對(duì)其做過專題報(bào)道。不僅如此，競(jìng)賽中展示的眾多研究成果都會(huì)提交到麻省理工學(xué)院的 iGEM組委會(huì)，供全球科學(xué)家共享。

1.2 iGEM 競(jìng)賽形式

iGEM涉及生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息學(xué)等學(xué)科，是以合成生物學(xué)為核心多學(xué)科交叉的國(guó)際級(jí)科技競(jìng)賽，其理念在于鼓勵(lì)大學(xué)生積極創(chuàng)新，用創(chuàng)新去改變世界。通過競(jìng)賽搭建學(xué)科間交流的平臺(tái)，回答合成生物學(xué)的核心問題。大賽每年舉行一次，各參賽院校在每年年初組建隊(duì)伍，自行選定課題并進(jìn)行驗(yàn)證，于第四季度赴美國(guó)波士頓參加總決賽。參賽隊(duì)伍根據(jù)課題類型分為 Energy、Environment、Foundational Advance、Food and Nutri-tion、New Application 等 8 組。備賽過程中學(xué)生為主導(dǎo)自由選題，指導(dǎo)教師給予相關(guān)建議，大賽組委會(huì)對(duì)參賽項(xiàng)目沒有明確限定，各隊(duì)利用課余時(shí)間合作完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，組委會(huì)每年都會(huì)提供詳盡的時(shí)間進(jìn)度表。

iGEM是一項(xiàng)綜合比賽，充分鍛煉了參賽隊(duì)員的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。大賽包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)踐推廣、數(shù)學(xué)建模、合作交流、網(wǎng)頁(yè)制作、部件遞交、現(xiàn)場(chǎng)答辯、海報(bào)展示 8 個(gè)模塊，需要參賽隊(duì)伍具備實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)建模、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)等綜合技能。參賽隊(duì)伍在前期必須完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、數(shù)學(xué)建模、部件遞交、實(shí)踐推廣、利用網(wǎng)絡(luò)展示研究結(jié)果等規(guī)定任務(wù)。赴美比賽期間還必須完成海報(bào)展示、現(xiàn)場(chǎng)答辯工作，在組委會(huì)指定大廳展示項(xiàng)目海報(bào)，并對(duì)前來提問的裁判進(jìn)行講解匯報(bào)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)答辯，先用英語(yǔ)匯報(bào) 20 分鐘，包括研究背景、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、數(shù)學(xué)建模、實(shí)踐推廣、研究展望等內(nèi)容，匯報(bào)結(jié)束后全體隊(duì)員上臺(tái)進(jìn)行答辯，回答評(píng)委提問。大賽獎(jiǎng)項(xiàng)分為金獎(jiǎng)、銀獎(jiǎng)、銅獎(jiǎng)、小組獎(jiǎng)、最佳單項(xiàng)獎(jiǎng)以及全球最佳大獎(jiǎng)，其中金獎(jiǎng)、銀獎(jiǎng)、銅獎(jiǎng)評(píng)定側(cè)重于參賽項(xiàng)目的完成度，由組委會(huì)按具體評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定。

1.3 iGEM 參賽意義

iGEM是對(duì)傳統(tǒng)教育的有益補(bǔ)充，采取學(xué)生自主選題、導(dǎo)師提供實(shí)驗(yàn)室和指導(dǎo)意見的“學(xué)生主導(dǎo)、導(dǎo)師把關(guān)”模式，為本科生提供了一個(gè)在課外進(jìn)行自主探索的平臺(tái)，使其不但可以將學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際科研工作中，而且對(duì)科學(xué)思維、自主學(xué)習(xí)、人際交往、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、跨學(xué)科交流等能力進(jìn)行了全面鍛煉。

2 iGEM 參賽過程

2.1 隊(duì)伍組建高素質(zhì)的隊(duì)員和領(lǐng)隊(duì)是參加競(jìng)賽活動(dòng)的關(guān)鍵。我校第一次參加 iGEM競(jìng)賽，由基礎(chǔ)部微生物學(xué)教研室負(fù)責(zé)備賽工作，并聯(lián)合外語(yǔ)教研室共同實(shí)施，確立了以饒賢才教授、胡曉梅教授、胡啟文副教授、王競(jìng)講師等為主的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)。鑒于很多學(xué)生對(duì) iGEM不熟悉，微生物學(xué)教研室胡啟文副教授先后組織 3次演講，讓學(xué)員知道 iGEM是什么、做什么、怎么做。在此基礎(chǔ)上，通過校園網(wǎng)、海報(bào)等方式進(jìn)行隊(duì)員招募宣傳，全校學(xué)生都可以通過網(wǎng)絡(luò)報(bào)名，根據(jù)個(gè)人簡(jiǎn)歷進(jìn)行第一輪篩選，隨后進(jìn)行面試選拔。面試環(huán)節(jié)指導(dǎo)教師采取談話交流形式，通過學(xué)生自我介紹和回答問題，綜合考察其參賽動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)態(tài)度、時(shí)間安排、個(gè)人能力等情況，在寒假前確定了 21 名本科生為參賽隊(duì)員，并組建了我校第一支 iGEM參賽隊(duì)伍，命名為“TMMU- China”。

2.2 隊(duì)伍培訓(xùn)我校是國(guó)內(nèi)參賽隊(duì)伍中唯一一所獨(dú)立醫(yī)科大學(xué)，隊(duì)員均來自臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)，合成生物學(xué)專業(yè)知識(shí)比較欠缺。如何讓一支新的隊(duì)伍變得團(tuán)結(jié)且具有戰(zhàn)斗力、如何為隊(duì)員補(bǔ)充專業(yè)知識(shí)，成為培訓(xùn)的首要問題。一是學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。指導(dǎo)教師提供合成生物學(xué)和 iGEM相關(guān)資料，要求隊(duì)員在寒假期間進(jìn)行大量閱讀，并且通讀《合成生物學(xué)導(dǎo)論》；指導(dǎo)教師建立 QQ 群，每周布置特定任務(wù)，隊(duì)員完成后在群內(nèi)交流并上傳自己的讀書筆記等。二是舉辦專題講座。由指導(dǎo)教師和校內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域教師組織合成生物學(xué)講座，介紹國(guó)內(nèi)外合成生物學(xué)最新進(jìn)展。三是學(xué)習(xí)相關(guān)操作技術(shù)。2016 年 3—4 月隊(duì)員開始接受 PCR、WB等專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，同時(shí)加強(qiáng)文獻(xiàn)閱讀，每周開會(huì)討論課題思路并進(jìn)行調(diào)研實(shí)踐。此外，根據(jù)每位隊(duì)員的特長(zhǎng)進(jìn)行分工分組，分為實(shí)驗(yàn)組、建模組、網(wǎng)頁(yè)組和社會(huì)活動(dòng)組等 5 個(gè)小組，邀請(qǐng)相關(guān)人員開展針對(duì)性培訓(xùn)。

2.3 競(jìng)賽項(xiàng)目在前期調(diào)研、頭腦風(fēng)暴基礎(chǔ)上，參賽團(tuán)隊(duì)先后對(duì)二十多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估討論，最終確定了一個(gè)既有創(chuàng)新性和科學(xué)性又能在幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成的項(xiàng)目。我校參賽項(xiàng)目定位為底盤生物。在合成生物學(xué)中，一個(gè)活的生命體或者細(xì)胞就是底盤生物，比如大腸桿菌、酵母菌、小球藻等，以此為基礎(chǔ)，將其他的一些“元素”加到這種底盤生物上，使之呈現(xiàn)出多種性能。我校參賽項(xiàng)目是改造乳酸乳球菌，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)將其變?yōu)橐粋€(gè)更優(yōu)秀的底盤生物，為以后人們對(duì)乳酸乳球菌進(jìn)行改造提供便利。一是加工出一株通用工程菌及基因工程工具包，將攜帶有目的基因的質(zhì)粒通過第一次單交換同源重組整合到基因組中，并通過第二次同源重組誘導(dǎo)質(zhì)粒切粒的方式，將目的基因敲入基因組中。二是為解決抗生素問題，引入食品安全級(jí)的篩選標(biāo)記“nisin”，并引入可以完整編碼半乳糖苷酶的 LacZ 基因，結(jié)合基因同源重組，建立了可以直接通過視覺進(jìn)行篩選的“藍(lán)白斑篩選系統(tǒng)”。三是為使乳酸乳球菌系統(tǒng)更加完善，進(jìn)行了系列優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了表面展示降鈣素和沙門傷寒菌多糖抗原 Vi，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這種工程菌在適當(dāng)培養(yǎng)基上是藍(lán)色，當(dāng)其他元素成功導(dǎo)入后，就會(huì)變成白色，這種差別肉眼可見，一目了然，且無(wú)任何抗生素耐藥基因殘留，為研究者提供了一種有用而高效的基因組快速整合篩選系統(tǒng)。

2.4 交流活動(dòng)iGEM參賽需要的不僅僅是課題，還需要將自己的成果推廣出去、與別的隊(duì)伍合作交流。我校舉辦了到重慶市圖書館演講、校運(yùn)動(dòng)會(huì)宣傳活動(dòng)，設(shè)計(jì)了合成生物學(xué)涂色本等。同時(shí)，我們與國(guó)防科技大學(xué)、四川大學(xué)、電子科技大學(xué)、南京大學(xué)等高校代表隊(duì)進(jìn)行了深入交流，在隊(duì)伍建設(shè)、課題進(jìn)展、數(shù)學(xué)建模等方面進(jìn)行了合作，并先后參加了西南聯(lián)盟 iGEM團(tuán)隊(duì)交流會(huì)（四川大學(xué)、電子科技大學(xué)等 5 支隊(duì)伍參加）和第三屆中國(guó)地區(qū) iGEM交流會(huì)（北京大學(xué)、中山大學(xué)等 28 支隊(duì)伍參加），各參賽隊(duì)伍分享參賽項(xiàng)目，與會(huì)專家重點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、研究方法、項(xiàng)目進(jìn)展、科學(xué)問題等提出針對(duì)性意見和建議。我們也主動(dòng)邀請(qǐng)國(guó)防科技大學(xué)、南京大學(xué)等高校的 4 支隊(duì)伍來我校交流，相互介紹課題進(jìn)展，完善參賽課題。

3 iGEM 對(duì)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的啟示

創(chuàng)新能力是指人們?cè)趧?chuàng)新活動(dòng)中表現(xiàn)出來的潛能，包括創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新性人格等要素。iGEM作為一項(xiàng)國(guó)際性大學(xué)生學(xué)術(shù)競(jìng)賽，對(duì)提升本科生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才發(fā)揮了重要作用。因此，可以以 iGEM為載體，進(jìn)一步完善本科生創(chuàng)新教育體系。

3.1 創(chuàng)新本科生科研競(jìng)賽形式堅(jiān)持“科教融合、協(xié)同育人”理念，將 iGEM培訓(xùn)納入本科生第二課堂，使之成為一項(xiàng)系統(tǒng)化、長(zhǎng)期的科研訓(xùn)練活動(dòng)；借鑒其競(jìng)賽形式，構(gòu)建科研項(xiàng)目、實(shí)踐推廣、海報(bào)展示、現(xiàn)場(chǎng)答辯等多環(huán)節(jié)一體化科研訓(xùn)練模式，并以此為基礎(chǔ)，組織本科生參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)競(jìng)賽。

3.2 搭建本科生學(xué)術(shù)交流平臺(tái)開設(shè)合成生物學(xué)、專業(yè)文獻(xiàn)閱讀等選修課程，加強(qiáng)本科生專業(yè)理論知識(shí)和操作技能學(xué)習(xí)；舉辦科研學(xué)術(shù)講座，定期邀請(qǐng)校內(nèi)外專家講學(xué)；建立信息交流網(wǎng)站，定期組織本科生學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣；建設(shè) iGEM創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生深入開展合成生物學(xué)領(lǐng)域的科研訓(xùn)練提供平臺(tái)，為競(jìng)賽成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供資源支持。

第5篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

關(guān)鍵詞：CDMA、通信系統(tǒng)、Simulink系統(tǒng)仿真

Abstract: code division multiple access technology is CDMA mobile communication system commonly used one of the technology, and is the mainstream technical one. This paper first to CDMA system principle detailed paper; And then the code division multiple access technology are introduced, and giving a its main advantage of and the problems existing in the; And then expounds the code division multiple access technology theory basis, spread spectrum communication principle, and draw the code division multiple access (cdma) system of communication block diagram; Finally the paper m sequence spread spectrum communication system diagram design principle and the code division multiple access (CDMA) communication system simulation model, and the simulation software Simulink to CDMA communication system is simulated, obtained the received signal wave figures of the time. CDMA communication system simulation to prove the validity of the model.

Keywords: CDMA, communication system, Simulink system simulation

中圖分類號(hào): TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)如今世界已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代。通信的不斷發(fā)展和完善給人們帶來了更多的快捷和方便。本文首先對(duì)CDMA系統(tǒng)原理詳細(xì)做了闡述；然后對(duì)碼分多址技術(shù)進(jìn)行了介紹，并列出其主要優(yōu)點(diǎn)與存在的問題；隨后詳細(xì)闡述了碼分多址技術(shù)的理論基礎(chǔ)、擴(kuò)展頻譜通信原理、并且畫出了碼分多址通信系統(tǒng)的框圖；最后采用基于MATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，并且結(jié)合m序列擴(kuò)頻原理和通信系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)了碼分多址通信系統(tǒng)仿真模型，得到了接收信號(hào)的時(shí)間波形圖。CDMA通信系統(tǒng)仿真模型的正確性得以證明。

CDMA系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2.1 擴(kuò)展頻譜通信原理

擴(kuò)頻是用來傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式，頻帶的擴(kuò)展由獨(dú)立于信息的擴(kuò)頻碼來實(shí)現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)，在接收端用同步接收實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)和數(shù)據(jù)恢復(fù)。根據(jù)香農(nóng)定理即，能夠得出給定的信息傳輸速率，然后用不同的帶寬與信噪比的組合來傳輸。這也就是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的原理，把信道帶寬擴(kuò)展許多倍從而可以得到信噪比上的好處，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 典型的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型

在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，信源編碼可減小信息的冗余度，提高信道的傳輸效率。信道編碼增加信息在信道傳輸中的冗余度，使其具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力提高信道傳輸質(zhì)量。調(diào)制使經(jīng)信道編碼后的符號(hào)能在適當(dāng)?shù)念l段傳輸。擴(kuò)頻和解擴(kuò)是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力而進(jìn)行的信號(hào)頻譜展寬和還原。

碼分多址系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)頻通信原理，在發(fā)送端，將要傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^與偽隨機(jī)碼序列進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜展寬，即“擴(kuò)頻”；在接收端，用與發(fā)送端相同的碼序列進(jìn)行“反擴(kuò)展”，將寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，即“解擴(kuò)”。窄帶干擾信號(hào)由于與偽隨機(jī)序列不相關(guān)，在接收端被擴(kuò)展，從而使進(jìn)入信號(hào)頻帶內(nèi)的干擾信號(hào)功率大大降低，增加解調(diào)器輸入端的信噪比。

2.2 CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)頻方式和重要參數(shù)

在CDMA碼分多址系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用直接序列擴(kuò)頻方式，其抗干擾能力較強(qiáng)，采用高速碼率的偽隨機(jī)碼在發(fā)送端進(jìn)行擴(kuò)頻，在接收端用相同的碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，然后把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息。擴(kuò)頻增益和干擾容限是CDMA擴(kuò)頻通信的兩個(gè)重要參數(shù)。

（1）擴(kuò)頻增益

擴(kuò)頻增益一般用來評(píng)價(jià)擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力的優(yōu)劣，指的是接收機(jī)相關(guān)器輸出信噪比和接收機(jī)相關(guān)器的輸入信噪比之比。式中和分別指的是接收機(jī)相關(guān)器的輸入、輸出端信號(hào)功率，和分別指的是相關(guān)器的輸入、輸出端干擾功率，W是系統(tǒng)的擴(kuò)頻帶寬，是基帶信號(hào)的信息速率。

（2）干擾容限

干擾容限一般用來表示擴(kuò)頻系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的工作性能，公式是 。

式中是輸出信噪比，是系統(tǒng)損耗，G是擴(kuò)頻增益。并且如果干擾功率超過信號(hào)功率M（dB）時(shí)，系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。

2.3 偽隨機(jī)碼序列

偽隨機(jī)序列的自相關(guān)和互相關(guān)特性是碼分多址系統(tǒng)中的研究重點(diǎn)。自相關(guān)函數(shù)用來表示信號(hào)與其延遲時(shí)間T以后的相似性，公式是，對(duì)于二進(jìn)制而且周期為P的序列，歸一化后計(jì)算得到的互相關(guān)系數(shù)是 。A為位移前后兩個(gè)碼元序列相同碼元的數(shù)目，D為位移前后兩個(gè)碼元不同碼元的數(shù)目。

互相關(guān)函數(shù)是指兩個(gè)不同碼序列之間的相關(guān)性，公式是，對(duì)于二進(jìn)制周期為P的序列，歸一化之后計(jì)算得到的互相關(guān)系數(shù)是，如果M是某編碼碼組的集合，則對(duì)于碼組，都可以滿足，那么此時(shí)把M稱為正交編碼，其任意兩個(gè)碼組均互不相關(guān)，保持正交。

狹義偽隨機(jī)序列指的是凡自相關(guān)系數(shù)具有下列形式的碼序列：

，其中為序列與初始序列的相位差。

廣義偽隨機(jī)序列指的是凡自相關(guān)系數(shù)具有下列形式的碼序列：

。

偽隨機(jī)序列主要用于擴(kuò)頻調(diào)制。由0和1組成的偽隨機(jī)序列，用來模擬偽隨機(jī)信號(hào)波形。用+1代替碼序列中1，用-1代替碼序列中的0，得到碼序列和波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣碼序列的模2加和信號(hào)波形相乘是等效的。需滿足目標(biāo)接收端，能識(shí)別并同步產(chǎn)生此序列；對(duì)于非目標(biāo)接收端而言，該序列是不可識(shí)別的。利用線性反饋移位寄存器或PN模塊可以產(chǎn)生這樣的偽隨機(jī)序列。本CDMA仿真模型中的偽隨機(jī)序列主要采用四級(jí)m序列。

2.4m序列

m序列為由n級(jí)線性移位寄存器產(chǎn)生的周期為的碼序列，為最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。周期為的m序列可以提供個(gè)擴(kuò)頻地址碼。M序列能夠擴(kuò)展頻譜、區(qū)分通過多址接入方式使用同一傳輸頻帶的不同用戶的信號(hào)。應(yīng)用MATLAB函數(shù)編程的方法可以產(chǎn)生m序列，方法主要有以下兩種。

（1）移位寄存器加反饋生成m序列

m序列產(chǎn)生器，由線形反饋移位寄存器構(gòu)成，式中為1表示連接，為0表示斷開，加法器用的是模2加法。線形反饋邏輯式為：

反饋移位寄存器原理框圖如圖2所示。

圖2 反饋移位寄存器原理框圖

通過選擇不同的生成多項(xiàng)式，可以找出相關(guān)性較好的m序列組。

（2）應(yīng)用偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器產(chǎn)生四級(jí)m序列

圖3是產(chǎn)生m序列的仿真模型，利用示波器觀察產(chǎn)生的m序列波形。

圖3 產(chǎn)生m序列的仿真模型

2.5 SIMULINK仿真簡(jiǎn)介

本文采用的是SIMULINK仿真，其所有的模塊在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上同時(shí)執(zhí)行，被稱為時(shí)間流的仿真。SIMULINK應(yīng)用包括建模和仿真兩部分。建模即指從SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊子庫(kù)或MATLAB其它工具包模塊庫(kù)中選擇所需模塊，并復(fù)制到用戶的模型窗口中，經(jīng)過連線和設(shè)置模塊參數(shù)等構(gòu)成用戶自己的仿真模型的過程。通信模塊的創(chuàng)建和仿真，一般是在SIMULINK工作窗口內(nèi)利用COMMLIB庫(kù)中的通信模塊構(gòu)筑用戶設(shè)計(jì)的通信模型，然后再利用SIMULINK工作窗有的菜單選項(xiàng)進(jìn)行仿真。當(dāng)一個(gè)動(dòng)態(tài)模型包含許多環(huán)節(jié)時(shí)，往往把系統(tǒng)按功能分塊，每一塊建立一個(gè)子系統(tǒng)。本文采用“自底向上”的設(shè)計(jì)方式，先完成每個(gè)部分的底層設(shè)計(jì)，封裝為子系統(tǒng)后，再用其搭建出一個(gè)總體框圖。

CDMA通信系統(tǒng)仿真模型

CDMA仿真模型參數(shù)設(shè)置：仿真時(shí)間設(shè)置為10s，求解器輸出為可變步長(zhǎng)離散型模式。圖4所示為基帶信號(hào)源以及信號(hào)源通過CDMA傳輸系統(tǒng)后在接收端所接收到的解調(diào)信號(hào)的時(shí)域坡形圖。 從圖中可以看出，通過CDMA通信傳輸系統(tǒng)后的解調(diào)信號(hào)與信號(hào)源的時(shí)域波形除了在幅度上有所增大以外，其余各參數(shù)都相同。能夠獲得基于Simulink方法的CDMA仿真模型，符合CDMA傳輸系統(tǒng)。從頻譜中可以看出，頻譜圖完全相同，同時(shí)通過計(jì)算誤碼率可得，誤碼率為 0.00000001。原因是在仿真模型中沒有引入信道噪聲，隨著信道噪聲的引入，將會(huì)產(chǎn)生誤碼，使其誤碼率增大。

CDMA通信系統(tǒng)的仿真模型接收信號(hào)的時(shí)間波形圖如圖4所示。

圖4 CDMA通信系統(tǒng)仿真模型接收信號(hào)的時(shí)間波形圖

結(jié)語(yǔ)

CDMA碼分多址技術(shù)是移動(dòng)通信系統(tǒng)常用的技術(shù)之一，且是主流技術(shù)之一。本文首先對(duì)CDMA系統(tǒng)原理詳細(xì)做了闡述；然后對(duì)碼分多址技術(shù)進(jìn)行了介紹，并列出其主要優(yōu)點(diǎn)與存在的問題；隨后詳細(xì)闡述了碼分多址技術(shù)的理論基礎(chǔ)、擴(kuò)展頻譜通信原理、并且畫出了碼分多址通信系統(tǒng)的框圖；最后采用基于MATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，并且結(jié)合m序列擴(kuò)頻原理和通信系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)了碼分多址通信系統(tǒng)仿真模型。在仿真過程中對(duì)信道信噪比設(shè)置不同數(shù)值，從而獲取了碼分多址仿真系統(tǒng)誤碼率和信道信噪比之間的關(guān)系圖，并且分析多址干擾獨(dú)立加入AWGN噪聲時(shí)對(duì)誤碼率的影響。

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第6篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

關(guān)鍵詞：水利大壩；裂縫；轉(zhuǎn)異診斷；小波分析，

中圖分類號(hào)： TV698.2+31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一.前言

水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)，首先應(yīng)該設(shè)計(jì)科學(xué)的大壩安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，選擇合適的測(cè)點(diǎn)定時(shí)定點(diǎn)對(duì)大壩壩體和周邊地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在洪澇季節(jié)，還應(yīng)該加強(qiáng)人工的觀察和巡查。對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)進(jìn)行科學(xué)的管理，及時(shí)對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩存在的安全隱患。

二.水利大壩裂縫安全監(jiān)測(cè)的意義

經(jīng)過大壩安全監(jiān)測(cè)儀器人工巡查監(jiān)測(cè)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，診斷的大壩安全與否的結(jié)果，影響著水庫(kù)大壩的施工安全、周邊地區(qū)的生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)安全，也對(duì)以后的設(shè)計(jì)提供了很好的借鑒，能夠改進(jìn)相關(guān)的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)以及對(duì)大壩安全性的診斷，能夠確保水庫(kù)大壩安全性能的全面提高。

1.確保施工安全

水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)是否合理到位，首先關(guān)系著水庫(kù)大壩在施工過程中是否安全?？茖W(xué)、合理、有效的水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)，能夠確保水庫(kù)大壩施工整個(gè)過程的安全進(jìn)行，能夠確保水庫(kù)大壩在施工過程中出現(xiàn)的實(shí)際性問題得到及時(shí)合理的解決，最終保障水庫(kù)大壩的后期運(yùn)行安全。

2.確保生態(tài)安全

水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)關(guān)系著水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行，也關(guān)系著水庫(kù)大壩周邊和下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的安全。水庫(kù)大壩的安全能夠確保周邊生態(tài)環(huán)境的良好運(yùn)行，避免地震、洪水、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，避免大氣氣候的異常導(dǎo)致的氣象災(zāi)害，避免景觀文物的損毀，避免巨大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失。

3.改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

在水庫(kù)大壩的安全監(jiān)測(cè)過程中，通過總結(jié)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，可以驗(yàn)證和完善水庫(kù)大壩的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的科學(xué)有效性，并且能夠在施工技術(shù)和安全分析診斷方面進(jìn)行改進(jìn)，從而完善大壩的安全監(jiān)測(cè)。也能夠在長(zhǎng)期的實(shí)踐和觀察分析中，進(jìn)一步預(yù)測(cè)大壩的未來狀態(tài)，避免大壩存在重大的安全隱患。

三.水利大壩裂縫轉(zhuǎn)異診斷中的小波分析方法

1.裂縫時(shí)效變形提取的小波分解方法

首先對(duì)裂縫的信號(hào)序列進(jìn)行小波多層分解，濾除隨機(jī)成分以及隨著水位、溫度而變化的高頻部分，剩下的低頻部分就代表著大壩觀測(cè)時(shí)間序列的發(fā)展趨勢(shì)，即為裂縫的時(shí)效變形。在小波分析中，低頻部分則對(duì)應(yīng)著最大尺度小波變換的低頻系數(shù)；因?yàn)槌叨鹊牟煌?，時(shí)間的分辨率也會(huì)變得不一樣，那么這時(shí)候測(cè)試的信號(hào)就會(huì)比開始表現(xiàn)得更加明顯。下圖1為小波分析方法的函數(shù)圖。

四.水利大壩檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀

近年來，我國(guó)對(duì)水利大壩的檢測(cè)進(jìn)行的大量研究。通過大量試水利大壩檢測(cè)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的積累，我國(guó)開發(fā)一些實(shí)用的檢測(cè)方法。幾十年來，我國(guó)逐漸從半損傷式檢測(cè)法過渡到了無(wú)損失檢測(cè)法。無(wú)損檢測(cè)法主要包括對(duì)水利大壩局部的檢測(cè)和對(duì)水利大壩整體進(jìn)行檢測(cè)兩個(gè)主要內(nèi)容。下面將對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

1.水利大壩的局部檢測(cè)

對(duì)水利大壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行日常檢測(cè)主要采用技術(shù)手段的是局部檢測(cè)技術(shù)。局部檢測(cè)技術(shù)是采用目視或?qū)ｉT的檢測(cè)儀器對(duì)結(jié)構(gòu)局部的損傷和缺陷狀況進(jìn)行檢測(cè)。局部檢測(cè)主要是檢測(cè)水利大壩結(jié)構(gòu)的材質(zhì)狀況與耐久性。通過x射線、滲透、磁粉、渦流以及超聲波等檢測(cè)技術(shù)來檢測(cè)混凝土強(qiáng)度、混凝土的碳化深度、混凝土內(nèi)部損傷情況、鋼筋分布及保護(hù)層厚度、鋼筋的腐蝕情況、氯離子含量等內(nèi)容。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)紅外熱象、核磁共振、全息攝影、層析成像、微波以及雷達(dá)等先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)也逐漸應(yīng)用到水利大壩的局部檢測(cè)工作中。上圖3為某小波分析方法來對(duì)水利大壩裂縫分析的曲線圖。

2.水利大壩的整體檢測(cè)

（1）整體檢測(cè)的作用

水利大壩的整體檢測(cè)能反映水利大壩的承載力以及正常使用狀態(tài)，它克服了結(jié)構(gòu)局部檢測(cè)所存在的局限性。它主要通過對(duì)水利大壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)力試驗(yàn)等手段采集水利大壩結(jié)構(gòu)的速度、加速度、位移、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)。再通過數(shù)學(xué)以及力學(xué)方法對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理，然后通過技術(shù)人員的細(xì)致分析就能夠得到水利大壩結(jié)構(gòu)的整體狀況以及局部的損傷狀況。水利大壩結(jié)構(gòu)整體的工作性能通過整體檢測(cè)技術(shù)真實(shí)地反映出來，它能回答所有人最關(guān)注的水利大壩結(jié)構(gòu)承載力的問題，從而能夠較為準(zhǔn)確的驗(yàn)證了水利大壩的設(shè)計(jì)過程以及施工管理過程能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）整體檢測(cè)采用的方法

通過施加可控荷載的對(duì)水利大壩進(jìn)行試驗(yàn)，并由試驗(yàn)檢測(cè)、收集水利大壩結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量、應(yīng)變分布和加速度等響應(yīng)數(shù)據(jù)，據(jù)此來評(píng)估水利大壩結(jié)構(gòu)的整體性能。水利大壩的整體檢測(cè)試驗(yàn)可以分為靜荷載試驗(yàn)以及動(dòng)荷載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)指的是施加靜荷載于指定的位置對(duì)水利大壩的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)從而得出水利大壩整體的工作性能的試驗(yàn)。水利大壩的動(dòng)載試驗(yàn)是指用某種方法引起水利大壩結(jié)構(gòu)振動(dòng)，測(cè)定其各項(xiàng)震動(dòng)指標(biāo)來判斷其整體剛度的試驗(yàn)。水利大壩的動(dòng)荷載試驗(yàn)不會(huì)妨礙交通的運(yùn)行，是水利大壩結(jié)構(gòu)整體檢測(cè)中不可或缺的技術(shù)手段。左圖4為通過小波分析方法分析的水利大壩裂縫時(shí)效變形曲線圖。

五.裂縫預(yù)防與治理措施

1.優(yōu)化混凝土成份的配比在施工前，進(jìn)行原料試驗(yàn)工作，在保證質(zhì)量的情況下，盡量降低水泥的用量，可以添加一些I級(jí)粉煤灰，合理控制水膠比，采用二級(jí)配來配拌粗骨科。事實(shí)上，加入適量的粉煤灰作用明顯，可以改善混凝土的和易性，幫助散熱，降低收縮，對(duì)增強(qiáng)抗腐蝕的作用明顯。還可以在容易裂縫的位置添加一些斜筋，像孔洞的四周和轉(zhuǎn)角處，這樣可以讓鋼筋來承擔(dān)更多的拉應(yīng)力，減小混凝土的負(fù)荷從而有效的防治裂縫。在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意降低對(duì)結(jié)構(gòu)的約束，減小鋼筋保護(hù)層的厚度值。

2.加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)一般的工程在拆模后有美化措施，如鋪草澆水，其實(shí)就是養(yǎng)護(hù)保濕。對(duì)混凝土的保養(yǎng)不僅可以預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，而且對(duì)混凝土后期的穩(wěn)定與安全也非常有利。因此應(yīng)該足夠重視對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)。大部分的鋼筋腐蝕是氧化反應(yīng)，需要氧氣和水的參與，我們可以加強(qiáng)混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度，噴涂防腐材料，阻止他們的侵入，預(yù)防氧化。這些對(duì)預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生有良好的功效。

3.避免混凝土基礎(chǔ)不均勻沉陷 對(duì)于混凝土基礎(chǔ)的沉陷，最有效的是保證地基的穩(wěn)定與牢固，對(duì)松軟的土質(zhì)結(jié)構(gòu)，施工前進(jìn)行充分夯實(shí)。其次就是優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減輕結(jié)構(gòu)的重量，或通過施工的工序優(yōu)化，改善混凝土的結(jié)構(gòu)。但是不可過分依靠減輕結(jié)構(gòu)重量，會(huì)削弱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.加強(qiáng)施工管理首先管理要從技術(shù)抓起，技術(shù)含量是衡量工程質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，在水利工程中混凝土澆筑施工過程對(duì)技術(shù)的把關(guān)也是舉足輕重。其次，通過全面的質(zhì)量管理，從治理為主轉(zhuǎn)向預(yù)防為主、防治結(jié)合；從分散管理轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、集中的管理。

六.結(jié)束語(yǔ)

鑒于水利大壩半剛性基層裂縫是造成路面早期損壞的主要原因之一，從裂縫的類型入手，著重對(duì)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理和內(nèi)在原因進(jìn)行了分析，并小波分析方法針對(duì)水利大壩裂縫轉(zhuǎn)異進(jìn)行診斷是有著十分重要的意義的。

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第7篇：電子科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論范文

關(guān)鍵詞：熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)；國(guó)家精品課程；統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)體系

“熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”（簡(jiǎn)稱“熱統(tǒng)”）是我國(guó)高等院校本科物理專業(yè)的一門必修課程，是研究物質(zhì)有關(guān)熱現(xiàn)象（即宏觀過程）規(guī)律的理論物理課，也是普通物理“熱學(xué)”的后續(xù)課。內(nèi)蒙古大學(xué)“熱統(tǒng)”教學(xué)組在20多年教學(xué)實(shí)踐中，不斷更新教育觀念，探索課程教學(xué)體系的改革，逐步建立了以微觀理論為主線的教學(xué)體系，建設(shè)了首門“熱統(tǒng)”國(guó)家精品課程（2004年）——“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”，陸續(xù)出版了配套教材[1]和學(xué)習(xí)輔導(dǎo)書[2]。

一、關(guān)于“熱統(tǒng)”教學(xué)體系的思考

關(guān)于熱現(xiàn)象的理論包括兩部分，即宏觀理論——“熱力學(xué)”和微觀理論——“統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”。我國(guó)目前的“熱統(tǒng)”課程由早年設(shè)置的 “熱力學(xué)”和“統(tǒng)計(jì)物理學(xué)”兩門課程合并而成，一直沿襲“熱”、“統(tǒng)”相對(duì)獨(dú)立的“一分為二”教學(xué)體系[3-5]。教學(xué)內(nèi)容安排大體以學(xué)科發(fā)展歷史和認(rèn)識(shí)層次為序，由唯象到唯理，由宏觀到微觀。這種體系十分成熟，在多年教學(xué)實(shí)踐中獲得很大成功。隨著科學(xué)技術(shù)和人類現(xiàn)代文明的飛速發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)世界的條件、增長(zhǎng)知識(shí)的方式和獲取信息的渠道發(fā)生了質(zhì)的變化：昔日深?yuàn)W難解的名詞，今天已可聞之于街巷；諸多科學(xué)概念的理解，逐漸變得不很困難。在這種知識(shí)氛圍和學(xué)習(xí)環(huán)境下，從中學(xué)到大學(xué)的物理教學(xué)內(nèi)容均在不斷地改革和深化。同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)成就在高新技術(shù)中的廣泛應(yīng)用向21世紀(jì)人才培養(yǎng)提出更高的要求。這一切，催動(dòng)著大學(xué)物理課程改革的進(jìn)程，也激發(fā)起我們對(duì)傳統(tǒng)體系的思考。

從“熱物理”系列課程改革現(xiàn)狀來看，一方面，普通物理“熱學(xué)”課程的內(nèi)容已進(jìn)行了必要的深化和后延，原有“熱統(tǒng)”課程與現(xiàn)行“熱學(xué)”課程內(nèi)容出現(xiàn)較多重復(fù)。僅以汪志誠(chéng)著《熱力學(xué) · 統(tǒng)計(jì)物理》[5]和秦允豪著《熱學(xué)》[6]為例，二者內(nèi)容重疊約為1/3。過多重復(fù)造成學(xué)習(xí)時(shí)間與精力的浪費(fèi)，甚至引發(fā)學(xué)生的厭學(xué)情緒，使學(xué)習(xí)效益降低。另一方面，飛速發(fā)展的高新技術(shù)拉近了基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)的距離，就熱物理而言，無(wú)論實(shí)際工作中的應(yīng)用，還是繼續(xù)深造時(shí)的基礎(chǔ)，都對(duì)“熱統(tǒng)”課程教學(xué)提出更高的要求。增加課程的統(tǒng)計(jì)物理比重，深化微觀理論的系統(tǒng)理解勢(shì)在必然。此外，改革開放以來，我國(guó)高等教育從學(xué)制到專業(yè)及課程設(shè)置均有較大幅度的變動(dòng)，“熱統(tǒng)”課教學(xué)時(shí)數(shù)多次削減（1208672、64），課堂教學(xué)的信息量和效益問題變得更加突出。面對(duì)這種形勢(shì)，各校對(duì)“熱統(tǒng)”課程的內(nèi)容進(jìn)行了不斷的改革，逐步增加統(tǒng)計(jì)物理比重，努力減少和避免與“熱學(xué)”的重復(fù)。然而，由于沒有觸動(dòng)“一分為二”的體系，大量的簡(jiǎn)單重復(fù)難以避免，“熱力學(xué)”內(nèi)容仍然偏多，實(shí)際教學(xué)中統(tǒng)計(jì)物理的系統(tǒng)性難以保證。

針對(duì)上述問題，我們從體系結(jié)構(gòu)著眼，對(duì)“熱統(tǒng)”課程進(jìn)行了較大力度的改革[1]。我們的改革思路是：打通“熱物理”宏觀與微觀理論的壁壘，融二者為一體，削減學(xué)時(shí)、充實(shí)內(nèi)容，有效地避免與普通物理的簡(jiǎn)單重復(fù)，提高教學(xué)效益；以微觀理論為主導(dǎo)，確保統(tǒng)計(jì)物理體系的完整性與系統(tǒng)性，增加課程的先進(jìn)性與適用性。在上述思想指導(dǎo)下，構(gòu)建了“熱統(tǒng)”課程的“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”體系。新體系從根本上解決了熱物理課程中理論物理與普通物理之間層次交疊、內(nèi)容重復(fù)的問題；大幅增加統(tǒng)計(jì)物理比重，使其理論及應(yīng)用內(nèi)容在總學(xué)時(shí)中占到3/4以上。

二、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)體系的特色

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)教學(xué)體系的主要特色是：熱物理學(xué)以微觀理論為框架；微觀理論以系綜理論為主線；系綜理論以量子論為基礎(chǔ)。體系知識(shí)結(jié)構(gòu)框如上圖所示。

1．以微觀理論為框架，融微觀與宏觀一體

“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”以微觀理論——統(tǒng)計(jì)物理為主導(dǎo)，建立了從微觀到宏觀、完整自恰的理論體系。

在傳統(tǒng)的“一分為二”體系下，學(xué)生往往將過多精力用于熱力學(xué)計(jì)算，不能很好地理解統(tǒng)計(jì)物理的理論體系，容易將熱現(xiàn)象的宏觀和微觀理論割裂開來。本體系從微觀理論出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)物理理論導(dǎo)出熱力學(xué)基本定律，討論體系熱力學(xué)性質(zhì)，給出統(tǒng)計(jì)物理概念與宏觀現(xiàn)象的對(duì)應(yīng)，融熱現(xiàn)象的微觀、宏觀理論于一體，結(jié)束了兩種理論割裂的傳統(tǒng)教學(xué)格局，提高了認(rèn)識(shí)層次。同時(shí)，使理論物理與普通物理的分工更趨合理，便于解決傳統(tǒng)體系難以避免的“熱統(tǒng)”與“熱學(xué)”過多重復(fù)問題。

本體系按照統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的知識(shí)框架，將主要知識(shí)點(diǎn)劃分為孤立系、封閉系和開放系等三個(gè)模塊（參見上圖）。各塊均首先給出相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分布，進(jìn)而引入熱力學(xué)勢(shì)（特性函數(shù)），導(dǎo)出熱力學(xué)基本定律，再用微觀和宏觀理論相結(jié)合的方法研究具體系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)。例如：在孤立系一章，從等概率基本假設(shè)出發(fā)，引入統(tǒng)計(jì)物理的熵，導(dǎo)出熱力學(xué)第一、第二定律，進(jìn)而研究理想氣體的平衡性質(zhì)。在討論封閉系時(shí)，從正則分布出發(fā)，引入熱力學(xué)勢(shì)——自由能，給出均勻系熱力學(xué)基本微分式，進(jìn)而導(dǎo)出麥克斯韋關(guān)系，介紹用熱力學(xué)理論研究均勻物質(zhì)宏觀性質(zhì)的方法，再具體討論電、磁介質(zhì)熱力學(xué)、焦-湯效應(yīng)等典型實(shí)例。同時(shí)用正則分布研究近獨(dú)立子系構(gòu)成的體系，導(dǎo)出麥-玻分布，介紹最概然法；進(jìn)一步導(dǎo)出能均分定理，介紹運(yùn)用統(tǒng)計(jì)理論研究半導(dǎo)體缺陷、負(fù)溫度、理想和非理想氣體等問題的方法。對(duì)于開放系，首先導(dǎo)出巨正則分布，再引入巨勢(shì)，給出描述開放系的熱力學(xué)微分式，研究多元復(fù)相系的平衡性質(zhì)，討論相變和化學(xué)熱力學(xué)問題；用量子統(tǒng)計(jì)理論導(dǎo)出熱力學(xué)第三定律，討論低溫化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。另一方面，考慮全同性原理，用巨正則分布導(dǎo)出玻色、費(fèi)密兩種量子統(tǒng)計(jì)分布，給出它們的準(zhǔn)經(jīng)典極限——麥-玻統(tǒng)計(jì)分布，并運(yùn)用獲得的量子統(tǒng)計(jì)分布分別討論電子氣、半導(dǎo)體載流子、光子系的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和玻色—愛因斯坦凝聚等應(yīng)用實(shí)例。

2．以系綜理論為主線，完善統(tǒng)計(jì)物理體系

與國(guó)內(nèi)現(xiàn)流行體系不同，“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”的統(tǒng)計(jì)物理以“系綜理論”為基礎(chǔ)，具有更強(qiáng)的系統(tǒng)性。

現(xiàn)流行體系為便于學(xué)生理解，大多先避開系綜理論，講解統(tǒng)計(jì)物理中常用的分布和計(jì)算方法，如近獨(dú)立粒子的最概然分布、玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)、玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)及其應(yīng)用等，而在課程的最后介紹系綜理論有關(guān)知識(shí)[5]。這種體系除內(nèi)容不可避免地出現(xiàn)重復(fù)外，還在一定程度上犧牲了統(tǒng)計(jì)物理的系統(tǒng)性。在實(shí)際教學(xué)中，為了闡明有關(guān)分布和統(tǒng)計(jì)法，往往不可避免地運(yùn)用如等概率假設(shè)、配分函數(shù)、巨配分函數(shù)等系綜理論的基本概念，難免出現(xiàn)生吞活剝、“消化不良”的弊端。從體系實(shí)施現(xiàn)狀來看，不少院校因?qū)W時(shí)有限，在熱力學(xué)和基本統(tǒng)計(jì)方法的教學(xué)之后，對(duì)系綜理論的介紹只能一帶而過，學(xué)生難以完整掌握統(tǒng)計(jì)物理理論。

我們多年采用系綜理論為主線的教學(xué)實(shí)踐表明，“統(tǒng)計(jì)分布”與“系綜”的“分割”是不必要的。本體系首先引入“系綜”概念，將整個(gè)“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”的基礎(chǔ)建立在系綜理論之上，從一個(gè)基本假設(shè)——等概率假設(shè)（微正則系綜）入手，漸次導(dǎo)出各種宏觀條件下的系綜分布，建立配分函數(shù)、巨配分函數(shù)等基本概念，給出相應(yīng)的熱力學(xué)勢(shì)和熱力學(xué)基本微分公式；同時(shí)，順暢地導(dǎo)出如最概然分布、玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)、玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)法等常用分布和計(jì)算方法，并用于實(shí)際問題。在教學(xué)過程中，力求循序漸進(jìn)地闡明統(tǒng)計(jì)物理的基本理論，使學(xué)生準(zhǔn)確、清晰地掌握統(tǒng)計(jì)物理的基本概念，對(duì)熱物理理論有完整系統(tǒng)的理解，能夠全面、靈活地運(yùn)用，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)更高深的知識(shí)和了解物理學(xué)的最新成果奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3. 以量子理論為基礎(chǔ)，認(rèn)識(shí)微觀運(yùn)動(dòng)本質(zhì)

為使學(xué)生準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)微觀運(yùn)動(dòng)本質(zhì)，“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”將系綜理論建立在量子論的基礎(chǔ)上，而經(jīng)典統(tǒng)計(jì)則作為量子統(tǒng)計(jì)的極限給出。

傳統(tǒng)體系多從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)入手，然后進(jìn)入量子統(tǒng)計(jì)。我們教學(xué)實(shí)踐的體會(huì)是，物理學(xué)歷史上由經(jīng)典論到量子論的認(rèn)識(shí)過程沒有必要在統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)中重演。通過現(xiàn)設(shè)“普通物理學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已理解微觀運(yùn)動(dòng)遵從量子力學(xué)規(guī)律，并具備了一定的量子論知識(shí)基礎(chǔ)，在量子論基礎(chǔ)上建立統(tǒng)計(jì)物理理論順理成章。事實(shí)上，微觀運(yùn)動(dòng)的正確描述須用量子理論，而量子統(tǒng)計(jì)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)就統(tǒng)計(jì)規(guī)律性而言并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，經(jīng)典統(tǒng)計(jì)只是量子統(tǒng)計(jì)的極限情形而已。以量子論為基礎(chǔ)構(gòu)建統(tǒng)計(jì)物理體系，更有利于學(xué)生盡快認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)，迅速進(jìn)入對(duì)前沿科學(xué)的學(xué)習(xí)。

三、關(guān)于體系的兼容性——幾個(gè)共同關(guān)注的問題

“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”以系綜理論為主線，以量子論為基礎(chǔ),大幅提高統(tǒng)計(jì)物理比重，適當(dāng)?shù)卦黾恿苏n程深度。在課時(shí)縮減，招生規(guī)模擴(kuò)大的形勢(shì)下,實(shí)施上述改革更有一定風(fēng)險(xiǎn)和難度。另一方面，新體系能否與流行體系兼容，也是國(guó)內(nèi)同行普遍關(guān)注，需要在優(yōu)化改革方案過程中解決的問題。為化解難度，提高兼容性，在體系建立和教學(xué)實(shí)踐中，我們著力解決了以下幾個(gè)問題：

問題之一：量子理論與系綜理論理解困難問題。如前所述，學(xué)習(xí)本體系前應(yīng)具備一定的量子論知識(shí)。目前國(guó)內(nèi)物理專業(yè)的“熱統(tǒng)”課程多排在“量子力學(xué)”之前。這就不可避免地出現(xiàn)了“前量子力學(xué)”困難。為解決這一問題，我們?cè)谡n程引論中安排了量子論基本知識(shí)的講授，介紹量子態(tài)、能級(jí)、簡(jiǎn)并、全同性、對(duì)應(yīng)關(guān)系等概念。如此處理，再結(jié)合普通物理“原子物理學(xué)”中學(xué)到的量子力學(xué)初步知識(shí)，學(xué)生就能夠較好地接受“量子統(tǒng)計(jì)”有關(guān)概念。此外，我們將“量子態(tài)”和“量子統(tǒng)計(jì)法”兩個(gè)初學(xué)者較難理解的概念做分散處理：分別在第1章引入“系綜”概念之前和第6章巨正則系綜概念之后講授，既分散了難點(diǎn)，又使概念和運(yùn)用銜接緊密，有利于及時(shí)消化。

系綜理論是統(tǒng)計(jì)物理中最核心、最抽象的內(nèi)容，也是統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)的難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)流行體系將系綜理論與常用統(tǒng)計(jì)分布及計(jì)算方法分離，安排在課程最后集中單獨(dú)介紹。我們實(shí)踐的體會(huì)是，這種處理將多個(gè)難點(diǎn)（三種系綜及相應(yīng)熱力學(xué)關(guān)系）集中，增加了學(xué)生的理解困難；加之系綜概念孤立于基本統(tǒng)計(jì)方法和應(yīng)用之外，更顯抽象枯燥。學(xué)生學(xué)后或覺不知所云，或難縱觀全局，終致應(yīng)用乏力。鑒于此，我們遵循由表及里、由淺入深、循序漸進(jìn)、層層推進(jìn)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，將系綜的基本概念和三個(gè)系綜分散在七章中穿插講授、逐步深入，并及時(shí)運(yùn)用理論對(duì)相應(yīng)系統(tǒng)的性質(zhì)加以討論。這樣做，可分散認(rèn)知難點(diǎn)，并及時(shí)結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)宏觀微觀的交錯(cuò)，避免枯燥無(wú)味的困惑，既保證了熱物理理論的系統(tǒng)性和完整性，又解決了系綜理論為主線的教學(xué)困難。

問題之二：關(guān)于最概然法與麥-玻統(tǒng)計(jì)問題。最概然（可幾）法與麥克斯韋-玻爾茲曼（麥-玻）統(tǒng)計(jì)法，是統(tǒng)計(jì)物理中應(yīng)用較廣的兩個(gè)方法。采用系綜理論為主線的教學(xué)體系，是否會(huì)影響這兩種方法的學(xué)習(xí)和運(yùn)用？這也是國(guó)內(nèi)同仁關(guān)注的問題之一。在新體系課程改革和教材編寫中，對(duì)這兩部分內(nèi)容均給予充分的注意。在第三章（封閉系）導(dǎo)出正則分布和相應(yīng)熱力學(xué)公式之后，用兩種方法導(dǎo)出麥-玻分布：一是作為近獨(dú)立子系的平均分布，由正則分布導(dǎo)出；二是從微正則系綜出發(fā)，用最概然法導(dǎo)出。同時(shí)還由麥-玻分布給出熱力學(xué)公式，并討論幾種分布之間的關(guān)系，給出分布的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)踐表明，這種處理模式能全面深化學(xué)生對(duì)最概然法與麥-玻分布的理解，以致在應(yīng)用中得心應(yīng)手；還能強(qiáng)化對(duì)系綜理論和統(tǒng)計(jì)物理體系的理解。

問題之三：熱力學(xué)基本方法掌握問題。熱力學(xué)作為一種可靠的宏觀理論，從基本定律出發(fā)，通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推演，系統(tǒng)地給出熱力學(xué)函數(shù)之間的有機(jī)聯(lián)系，將其用于實(shí)際問題。深入理解熱力學(xué)定律的主要推論和熱力學(xué)關(guān)系，熟悉它們的應(yīng)用，掌握熱力學(xué)演繹推理方法，是“熱統(tǒng)”課程不可或缺的內(nèi)容?！敖y(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”體系以微觀理論為框架組織教學(xué)，是否會(huì)削弱學(xué)生在熱力學(xué)理論的理解和應(yīng)用方面的訓(xùn)練？對(duì)這個(gè)問題，國(guó)內(nèi)同行關(guān)注有加，各見仁智，也是我們?cè)谡n程改革中始終注意的問題。我們的處理模式是：打通熱物理宏觀與微觀理論的壁壘，針對(duì)不同宏觀條件，在相應(yīng)章節(jié)給出各種系綜分布，然后導(dǎo)出熱力學(xué)公式，并插入相應(yīng)的熱力學(xué)理論訓(xùn)練內(nèi)容，確保足夠篇幅討論平衡態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)。例如：在建立封閉系的正則系綜理論后，插入“均勻物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)”一章，集中講授麥克斯韋關(guān)系、基本熱力學(xué)函數(shù)和關(guān)系、特性函數(shù)等概念，介紹熱力學(xué)基本方法和對(duì)典型實(shí)例的應(yīng)用。建立開放系的巨正則系綜理論后，又集中介紹與之相關(guān)的相平衡、化學(xué)平衡等問題的宏觀理論。事實(shí)上，熱物理的微觀和宏觀理論相得益彰、不可分割。在學(xué)習(xí)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)物理研究宏觀過程的規(guī)律時(shí)，勢(shì)必也會(huì)反復(fù)地運(yùn)用熱力學(xué)函數(shù)、公式和相應(yīng)方法，使學(xué)習(xí)者得到相應(yīng)訓(xùn)練。此外，再提供一定數(shù)量的習(xí)題，輔之以課外練習(xí)，以達(dá)到“學(xué)而時(shí)習(xí)之”的效果。這樣，新體系雖然大量削減純粹“熱力學(xué)”內(nèi)容，并未削弱對(duì)熱力學(xué)理論的理解和方法的訓(xùn)練，相反可使其得到加強(qiáng)和升華。

內(nèi)蒙古大學(xué)“熱統(tǒng)”教學(xué)組近20年的課程改革和教學(xué)實(shí)踐證明，用“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”體系組織本科物理專業(yè)“熱統(tǒng)”課教學(xué)是可行的。采用同樣的體系和教材，適當(dāng)取舍內(nèi)容，在應(yīng)用物理和電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)組織2學(xué)分“統(tǒng)計(jì)物理”教學(xué)，亦取得一定的經(jīng)驗(yàn)，其效果令人欣慰。毋庸置疑，筆者主張統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)體系，絲毫無(wú)意否定“熱統(tǒng)分治”的傳統(tǒng)教學(xué)體系。兩種體系，各有千秋，互補(bǔ)互鑒。究竟采用何種體系組織教學(xué)，還應(yīng)視培養(yǎng)目標(biāo)、師資力量、學(xué)生狀況等，因地制宜地選擇。

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