電子科學技術導論精選(九篇)

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第1篇：電子科學技術導論范文

關鍵詞：職業教育 電子電工 技術

職業教育是社會發展的產物，是人類文明發展的產物，也可以說是人自身發展的產物，而且是發展到某個特殊時期的產物。職業教育受益于社會，社會也可受益于職業教育，促進社會發展是職業教育的應有之義和神圣職責?！峨姽る娮蛹夹g基礎》是中職學校工科類專業必修的一門專業基礎課，通過這門課程的學習，學生具有一定的電子技術知識和能力，為以后學習專業課打下堅實的基礎。

一、培養目標

以終身教育、素質教育、個性教育為基點，培養德、智、體全面發展，知識、能力、素質協調發展，能獨立地分析和解決問題，適應“電氣工程及自動化”領域的各項工作，并在計算機應用技術方面有專長的寬厚型、復合型具有創新能力的中級技術工人。畢業實習使學生了解工廠供配電、生產組織和管理、電氣控制設備的安裝、調試、維修等工作的過程。也可使學生直接參與無線電廠、研究所等企業的生產、科研實踐活動，使學生了解電子裝置設備的安裝、調試及開發、研制過程。在實習中注意運用所學知識觀察、分析有關的工程實際問題。

二、電子發展

今天，以電子和計算機技術為特征的新技術又在延伸人類的智力功能。正是電磁規律在能源、信息、控制等領域的技術應用，描繪出現代化社會的藍圖，形成新技術革命的主流。它沖激著社會生產和生活的每一個角落，不僅大幅度地提高了社會生產力，創造出豐富的物質財富，而且改變著人們的生活方式、社會行為、教育訓練、思維方法，促進了社會的精神文明。電工正在與現代科學技術相匯合，繼續發揮社會支柱的作用。

（1）電子設備現狀與發展： 2010年全球半導體制造設備銷售總額達到395.4億美元，恢復到歷史最高水平。各個地區的設備支出都呈現了兩位數甚至三位數百分比的增長，增長最快的是中國大陸和韓國。2010年中國內地半導體設備市場為22.4億美元，預計2011年為26.4億美元。按此增長率推算，到2015年，我國半導體設備市場規模將達到300億元人民幣。

（2）電工新技術：我們已在準備進入21世紀。21世紀，人類期望著進入一個持續協調發展的新時代，我國將以無愧于我們這個偉大民族的新姿態屹立于世界之林。整個進程中，科技的進步與發展有著特別重要的意義。

（3）電工技術基礎理論包括了交流電路理論，磁路理論，電機與變壓器理論，電能傳輸理論，電工材料理論，電介質理論，氣體放電理論等都發展成為系統的科學知識。20世紀50年代以來，計算機技術、電子技術以及工程控制論等一系列新興的科學技術理論蓬勃發展，基礎科學、應用科學和技術開發之間的知識結構更加緊密，各門學科與專業之間互相滲透，互相交叉，使科學技術和社會生產形成一個既深入分化又高度綜合的龐大復雜的整體，同時也促進了電工理論的發展。

三、重要意義

（1）教育的重要性在于學會思考，而不是題目、學科的累加。

由于現在高職高專進行教學改革，《電工電子技術》課程學時數在減少，而基礎內容又很多，學時有限，我們只能精選基礎內容，大大刪減細節問題的定量分析計算，使學生夠用，但是也要達到教學的要求。在學習過程中“漁”比“魚”對我們更難也更重要。

（2）在教學方法上，摒棄灌輸式，實行目標討論式和啟發式。通過這樣的目標討論和啟發，引發了學生的興趣，有比較的對象讓學生能夠有話可說、有問題可提。電工電子技術是20世紀最有影響的科學技術之一，教師如果適時、合理地從中摘取幾片花絮，無疑會為寂靜的課堂帶來幾分生動，為學生躍躍欲試的求知欲望增添幾分興致。

（3）經歷、觀察，并強迫自己分析不同的問題，幫助我們學會思考。搜索積累的知識，聯系需要解決的問題，思考其中的關鍵因素，尋找新的方法。

四、總結

電工電子技術不管是對生活還是對科技都有非常重要的作用，生活上離不開它，數字電視、手機、自動導航、自動倒車，這些在以前都是沒有的，現在都變成尋常百姓的日用品了，在其他的領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，影響著我們日常身邊的一切，在我們身邊每天無處不在無處不見。新課導入就是一節課的開頭，一個新知識的起點。在課堂教學中起著從舊知識到新知識的過渡作用，是教師充分發揮其教學藝術水平的最佳時機。教師要努力提高自身素質和教學基本功，通過精心設計、別具一格、引人入勝的新課導入方法，最大限度地調動學生學習的積極性，引發強烈的求知欲，把提高課堂教學效率落到實處。新課導入的方法很多，不管用哪種方法，只要能夠緊緊抓住學生的思維，引發學生的共鳴，就是成功的開始。同時還應注意多種導入方法交錯使用，使每節課都有新意，都有亮點。

參考文獻

第2篇：電子科學技術導論范文

關鍵詞：量子力學；教學探討；能力提高

1 引言

生產力的發展客觀需要，推動人們探索微觀世界的奧妙，掐指算來，量子概念的誕生已經超過整整100年。但隨著科技日新月異的發展，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。量子物理的應用已經滲透到現代化生產的許多方面，如半導體材料與器件，磁性材料與器件，原子能技術、激光技術等等。《量子力學》課程的學習已成為國內高等理工科院?！皯梦锢怼薄半娮涌茖W與技術”“光信息科學與技術”等專業的必修學科基礎課。通過該課程的學習，培養學生辯證唯物主義世界觀，獨立分析問題和解決問題的科學素養，并為“固體電子導論”“光電子學”等后續課程的學習打下良好的基礎。

2 對《量子力學》課程的探討

《量子力學》涵蓋了基礎物理、數學物理方法、概率論、線性代數、矩陣等多個學科領域的內容，特別是基本概念、規律與方法與經典物理截然不同，不能憑借我們所熟悉的經典概念去證明。這些現狀導致學生在該課程學習中感覺到難度更大。傳統的課堂教學容易陷入純粹的數學推導而忽略物理情景的建立。

種種現象表明，現存的“單純授課式”教學方式不符合本課程的教學規律，無法實現其預定的教學目標，必須在各方面加以充分改進。目前，國內外對《量子力學》課程的教學方法已經作了大量的嘗試和研究，提出了多種教學方法，如開發生動的多媒體課件、課堂分組討論、模塊化教學等。如何讓學生在偏微分方程為主線的教學體系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激發和保持學生的學習興趣，是任課教師需要探索和實踐的重要課題，值得花力氣去研究。此外，隨著時代的發展，量子物理所帶來的新技術又層出不窮，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用技術融入到日常課堂教學中，無疑對教師的教學能力、教學方法和綜合素質以及學生的課程學習方式等都提出了更高要求。

問題既是學習的起源，也是選擇知識的依據，又是掌握知識的手段，因此在教學實踐的基礎上，可以嘗試以“問題導向”作為切入口，將案例教學、視頻教學、科研成果等融入《量子力學》的教學過程，克服抽象的物理圖景給學生帶來的困擾，增強學生利用所學知識解釋現實、分析問題、解決問題的能力，培養學生主動思考和實踐創新能力，進而提高教學效果。鼓勵學生根據自己的興趣與基礎，在教師的指導下進行專題研究，用現有的專業實驗室條件，針對課程理論知識帶著問題和專業的實踐應用問題，在科研實踐中加深知識的理解和運用，逐步提高其創新能力。

3 《量子力學》課程問題導向型教學實施建議

3.1 學習狀態的調查與分析

量子力學可謂無處不數學，因此需要以無記名答卷調查和課間交談方式，對學生的之前數學物理知識基礎，學習興趣等進行統計和分析，從而為制定合適的教學計劃、選取恰當的教學內容和教學方式打下基礎。如果沒有對具體問題進行嚴格的數學推導，就無法真正深刻理解基本原理，量子物理的實際應用也就更無從談起。課程系統學習之前，教師應該把知識點中可能運用到的數學知識梳理后作為參考資料發給學生，便于學生在平時練習中使用。

3.2 建立“問題為導向的交互式教學模式”

第3篇：電子科學技術導論范文

關鍵詞：電氣自動化發展現狀前景展望

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： TU855文獻標識碼：A 文章編號：

一 電氣工程及其自動化發展歷史的闡述

電氣工程是研究電磁現象、規律及其應用的科學技術，是以電工科學中的理論和方法為基礎而形成的工程技術。包括電力系統及其自動化、電器與電機及其控制技術、高電壓與絕緣技術、電工新技術、電力電子技術等多個領域。

電氣工程的定義本已經十分寬泛，但是隨著科學技術的飛速發展，21世紀的電氣工程概念已經遠遠超出上述定義的范疇，斯坦福大學（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、光子有關的工程行為?！蹦壳半姎夤こ碳夹g在航天、化工、汽車、制造、用電設備及計算機控制等領域的應用是很普遍的。

由此可見，它已成為是現代科技領域中的核心學科之一，更是當今高新技術領域中不可或缺的關鍵學科。當年正是電力電子技術的巨大進步才推動了以計算機網絡為基礎的信息時代的到來，并改變人類的生活工作模式。 可以說，電氣工程學科是一個國家最重要的命門學科，電力技術水平在很大程度上決定了這個國家的工業發展與經濟發展。

二、電氣自動化的發展現狀

1 平臺開放式發展。

(1)IEC61131 國際標準使得編程接口標準化。

現階段,世界上眾多PLC廠商生產的近四百種PLC 產品,在編程語言和表達方式上迥異。 為了使 IEC61131 標準 適用于不同的 PLC 產品,又能為 PLC 制造廠商所接受和支持,IEC61131-3 規定了二大類編 程語言即文本化編程語言和圖形化編程語言。

前者包括指令清單語言(IL)和結構化文本語言 (ST);后者則有梯形圖語言(LD)和功能塊圖語言(FBD)。在標準的文本中沒有把順序功能圖 (SFC)單獨列入編程語言,而是將它在公用元素中予以規范。不論在文本化語言中,或者在圖 形化語言中,都可以運用 SFC 的概念、句法和語法。結構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 正成為事實上的工控標準平臺。

微軟的技術如 Windows NT、Windows CE 和 Internet Explore 已經正在成為工業控制 的標準平臺、語言和規范。PC 和網絡技術已經在商業和企業管理中得到普及。在工業自動 化領域,基于 PC 的人機界面已經成為主流,基于 PC 的控制系統以其靈活性和易于集成的特 點正在被更多的用戶所采納。

2 現場總線和分布式控制系統的應用。

隨著 DCS 在企業實踐中的應用,其缺點日益突出。主要表現在:(1)DCS 是一種數字-模擬混合系統,DCS 現場儀表仍為傳統模擬儀表,可靠性差, 安裝維護成本高;(2)互換性差,各大廠商之間沒有統一的協議標準,使用與維修困難;(3)價格昂貴。信息技術的飛速發展推動了自動化系統結構的變革,逐步形成了以網絡集成自動化系統為基礎的信息系統,于是,現場總線技術應運而生?，F場總線控制系統在設計更具目的性, 它是工廠底層設備之間的通信網絡,為底層設備信息及生產過程信息集成提供了通信平臺。對于不同的間隔可以有不同的功能,這樣可以根據間隔的不同情況進行設計。工廠底層應用 現場總線技術實現從管理層到自動化底層的數據存取,現場總線的介質訪問控制方式可滿足 工業控制網絡的要求。和 DCS 相比,除了具有節省安裝費用、節約材料、可靠性高、組態靈 活等優點外,還可以節省大量控制電纜,節約投資和安裝維護工作量,從而降低成本。

3IT技術與電氣自動化。

PC、客戶機/服務器體系結構、以網和 Internet 技術引發了電 氣自動化的一次又一次革命。正是市場的需求驅動著自動化和IT平臺的融合,電子商務的普及將加速著這一過程。信息技術對工業世界的滲透來自于兩個獨立的方向:一是從管理層縱向的滲透。企業的業務數據處理系統要對當前生產過程的數據進行實時的存取;另一方面信息技術橫向擴展到自動化的設備、機器和系統中。信息技術已滲透到產品所有的層面,不僅包括傳感器和執行器,而且包括控制器和儀表。Internet/Intranet 技術和多媒體技術在自動化領域有著廣泛的應用前景。企業的管理層利用標準的瀏覽器可以存取企業的財務、人事等管理數據,也可以對當前生產過程的動態畫面進行監控,在第一時間了解最全面和準確的生產信息。虛擬現實技術和視頻處理技術的應用,將對未來的自動化產品,如人機界面和設備維護系統的設計產生直接的影響。信息技術革命的原動力是微電子和微處理器的發展,隨著微電子和微處理器技術應用的增加,原本定義明確的設備界線,如PLC、控制設備和控制系統變的模糊了。相對應的軟件結構、通訊能力及易于使用和統一的組態環境變得重要了。軟件的重要性在不斷提高。

三、電氣自動化的發展策略

1.采用統一的系統開發平臺。

統一的系統開發平臺應當可以支持一個逢動化項目周期中 的設計、實施和測試、調試和開機、運行及維護等各個階段和環節,這樣可以大大降低從設 計到完成的時間和費用。 統一的系統開發平臺還應滿足用戶另一個重要需求即開發平立于最終的運行平臺。根據項目的特點和最終用戶的需求決定將統一的運行代碼不載到硬件 PLC、基于 WindowsNT 的軟件 PLC、嵌入式 NT 系統還是基于WindowsCE 的控制系統中。在這方面,基于 PC 的自動化產品滿足了以上需求。

2.通用的網絡結構。

一個成功的自動化系統離不開通用的網絡結構。任何企業的網絡結 構對于設備控制、監督系統、企業管理系統之間的數據通訊暢通無阻必須予以保證。數據添 加和整理工作結束后,要對中心管理機和其他通訊管理機進行網絡通訊配置,以便系統能夠 協調工作,傳送正確數據。虛擬現實技術和視頻處理技術的應用,將對未來的自動化產品產生 直接的影響。

3.標準化的程序接口。

成功的自動化系統的另一個重要因素在于標準化的程序接口。基 于 Microsoft 的標準和技術,如 Windows2000、OPC、ActiveX 和 WindowsCE,減少了工程 時間和費用,方便了自動化系統和辦公系統的數據交換與共享。 在與企業的 MES 系統、ERP 系統連接時,基于PC平臺的自動化解決方案意義非同尋常。使用 WindowsNT/Windows2000 作為操作系統,使用 TCP/IP 作為辦公環境的通訊標準,PC 可以在自動控制和管理平臺之間建 立一種最好的接口。標準化的程序接口還保證了不同廠家的軟硬件產品的交換,不需擔心它們之間的通訊問題。

四 結語

電氣自動化系統的發展趨勢應該是分散、開放并具備信息化特征的。真正做到電氣自動化系統的不斷提升，未來的發展趨勢中，我國還需要保證穩定的健康發展，認識不足并不斷的通過高新科技的學習，鞏固基礎能力，發揮創新精神，才能開創出和諧的發展局面，為電氣自動化的發展提供更多的貢獻。

參考文獻

[1] 譚濤.現場總線及其所組成的控制系統[J].能源研究與管理.2010(2)

第4篇：電子科學技術導論范文

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科大學。我校臨床醫學專業 21 名本科生組成參賽隊伍，在微生物學教研室教師指導下，歷時一年，完成了參賽項目“外源基因敲入乳酸乳球菌快速篩選系統”，一舉斬獲金獎，受到參賽各隊及評委的好評。本文結合我校 iGEM參賽過程，就如何開展備賽工作、大賽對醫學院校本科生創新能力培養的啟示進行了思考。

1 iGEM 簡介

1.1 iGEM 的起源和發展

iGEM是合成生物學領域的頂級國際性大學生學術競賽，而合成生物學是 21 世紀初興起的一門新興學科，強調“設計”和“重設計”，試圖設計、構建、完善人工生物模塊及系統，實現對復雜生物系統的操縱和測量，在疫苗生產、新藥研發、生物制造、生物能源、環境修復、生物傳感器等多個領域具有極好的應用前景。

iGEM起源于 2003 年麻省理工學院的合成生物學課程，2004 年發展成為一個有 5 支隊伍參加的暑期競賽，2005 年發展為國際競賽并更名為 iGEM，之后參賽隊伍逐年增加。2006年亞洲隊伍開始參賽，2007 年北京大學、清華大學、中國科學技術大學等高校參賽。到 2016 年，iGEM已成為世界上最前沿和最具影響力的生物學競賽，共有來自五大洲三十多個國家、地區的 283 支隊伍參加比賽，包括哈佛、耶魯、劍橋、牛津、帝國理工等世界一流大學，以及我國的北京大學、清華大學、中國科學技術大學、復旦大學、浙江大學等高校代表隊。iGEM匯集了來自世界各地的精彩紛呈、創意迭出的參賽項目，既充滿了奇思妙想又展現出巨大的應用前景。作為合成生物學領域的頂級賽事，iGEM受到學術界和工業界的廣泛關注與積極宣傳，《Na-ture》《Science》《Economists》等國際頂級雜志以及 BBC 等媒體都對其做過專題報道。不僅如此，競賽中展示的眾多研究成果都會提交到麻省理工學院的 iGEM組委會，供全球科學家共享。

1.2 iGEM 競賽形式

iGEM涉及生物學、化學、物理學、信息學等學科，是以合成生物學為核心多學科交叉的國際級科技競賽，其理念在于鼓勵大學生積極創新，用創新去改變世界。通過競賽搭建學科間交流的平臺，回答合成生物學的核心問題。大賽每年舉行一次，各參賽院校在每年年初組建隊伍，自行選定課題并進行驗證，于第四季度赴美國波士頓參加總決賽。參賽隊伍根據課題類型分為 Energy、Environment、Foundational Advance、Food and Nutri-tion、New Application 等 8 組。備賽過程中學生為主導自由選題，指導教師給予相關建議，大賽組委會對參賽項目沒有明確限定，各隊利用課余時間合作完成相應的實驗，同時，組委會每年都會提供詳盡的時間進度表。

iGEM是一項綜合比賽，充分鍛煉了參賽隊員的創新能力、團隊協作能力。大賽包括實驗項目、實踐推廣、數學建模、合作交流、網頁制作、部件遞交、現場答辯、海報展示 8 個模塊，需要參賽隊伍具備實驗設計、數學建模、網頁設計等綜合技能。參賽隊伍在前期必須完成實驗室驗證、數學建模、部件遞交、實踐推廣、利用網絡展示研究結果等規定任務。赴美比賽期間還必須完成海報展示、現場答辯工作，在組委會指定大廳展示項目海報，并對前來提問的裁判進行講解匯報。在此基礎上，進行現場答辯，先用英語匯報 20 分鐘，包括研究背景、實驗項目、數學建模、實踐推廣、研究展望等內容，匯報結束后全體隊員上臺進行答辯，回答評委提問。大賽獎項分為金獎、銀獎、銅獎、小組獎、最佳單項獎以及全球最佳大獎，其中金獎、銀獎、銅獎評定側重于參賽項目的完成度，由組委會按具體評判標準評定。

1.3 iGEM 參賽意義

iGEM是對傳統教育的有益補充，采取學生自主選題、導師提供實驗室和指導意見的“學生主導、導師把關”模式，為本科生提供了一個在課外進行自主探索的平臺，使其不但可以將學到的知識運用到實際科研工作中，而且對科學思維、自主學習、人際交往、團隊協作、跨學科交流等能力進行了全面鍛煉。

2 iGEM 參賽過程

2.1 隊伍組建高素質的隊員和領隊是參加競賽活動的關鍵。我校第一次參加 iGEM競賽，由基礎部微生物學教研室負責備賽工作，并聯合外語教研室共同實施，確立了以饒賢才教授、胡曉梅教授、胡啟文副教授、王競講師等為主的指導教師團隊。鑒于很多學生對 iGEM不熟悉，微生物學教研室胡啟文副教授先后組織 3次演講，讓學員知道 iGEM是什么、做什么、怎么做。在此基礎上，通過校園網、海報等方式進行隊員招募宣傳，全校學生都可以通過網絡報名，根據個人簡歷進行第一輪篩選，隨后進行面試選拔。面試環節指導教師采取談話交流形式，通過學生自我介紹和回答問題，綜合考察其參賽動機、學習態度、時間安排、個人能力等情況，在寒假前確定了 21 名本科生為參賽隊員，并組建了我校第一支 iGEM參賽隊伍，命名為“TMMU- China”。

2.2 隊伍培訓我校是國內參賽隊伍中唯一一所獨立醫科大學，隊員均來自臨床醫學專業，合成生物學專業知識比較欠缺。如何讓一支新的隊伍變得團結且具有戰斗力、如何為隊員補充專業知識，成為培訓的首要問題。一是學習專業基礎知識。指導教師提供合成生物學和 iGEM相關資料，要求隊員在寒假期間進行大量閱讀，并且通讀《合成生物學導論》；指導教師建立 QQ 群，每周布置特定任務，隊員完成后在群內交流并上傳自己的讀書筆記等。二是舉辦專題講座。由指導教師和校內相關領域教師組織合成生物學講座，介紹國內外合成生物學最新進展。三是學習相關操作技術。2016 年 3—4 月隊員開始接受 PCR、WB等專業技術培訓，同時加強文獻閱讀，每周開會討論課題思路并進行調研實踐。此外，根據每位隊員的特長進行分工分組，分為實驗組、建模組、網頁組和社會活動組等 5 個小組，邀請相關人員開展針對性培訓。

2.3 競賽項目在前期調研、頭腦風暴基礎上，參賽團隊先后對二十多個項目進行評估討論，最終確定了一個既有創新性和科學性又能在幾個月時間內完成的項目。我校參賽項目定位為底盤生物。在合成生物學中，一個活的生命體或者細胞就是底盤生物，比如大腸桿菌、酵母菌、小球藻等，以此為基礎，將其他的一些“元素”加到這種底盤生物上，使之呈現出多種性能。我校參賽項目是改造乳酸乳球菌，通過系統設計將其變為一個更優秀的底盤生物，為以后人們對乳酸乳球菌進行改造提供便利。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質粒切粒的方式，將目的基因敲入基因組中。二是為解決抗生素問題，引入食品安全級的篩選標記“nisin”，并引入可以完整編碼半乳糖苷酶的 LacZ 基因，結合基因同源重組，建立了可以直接通過視覺進行篩選的“藍白斑篩選系統”。三是為使乳酸乳球菌系統更加完善，進行了系列優化，實現了表面展示降鈣素和沙門傷寒菌多糖抗原 Vi，進一步驗證了設計系統。這種工程菌在適當培養基上是藍色，當其他元素成功導入后，就會變成白色，這種差別肉眼可見，一目了然，且無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。

2.4 交流活動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、與別的隊伍合作交流。我校舉辦了到重慶市圖書館演講、校運動會宣傳活動，設計了合成生物學涂色本等。同時，我們與國防科技大學、四川大學、電子科技大學、南京大學等高校代表隊進行了深入交流，在隊伍建設、課題進展、數學建模等方面進行了合作，并先后參加了西南聯盟 iGEM團隊交流會（四川大學、電子科技大學等 5 支隊伍參加）和第三屆中國地區 iGEM交流會（北京大學、中山大學等 28 支隊伍參加），各參賽隊伍分享參賽項目，與會專家重點對項目設計、研究方法、項目進展、科學問題等提出針對性意見和建議。我們也主動邀請國防科技大學、南京大學等高校的 4 支隊伍來我校交流，相互介紹課題進展，完善參賽課題。

3 iGEM 對本科生創新能力培養的啟示

創新能力是指人們在創新活動中表現出來的潛能，包括創新意識、創新精神、創新性人格等要素。iGEM作為一項國際性大學生學術競賽，對提升本科生創新能力、培養創新性人才發揮了重要作用。因此，可以以 iGEM為載體，進一步完善本科生創新教育體系。

3.1 創新本科生科研競賽形式堅持“科教融合、協同育人”理念，將 iGEM培訓納入本科生第二課堂，使之成為一項系統化、長期的科研訓練活動；借鑒其競賽形式，構建科研項目、實踐推廣、海報展示、現場答辯等多環節一體化科研訓練模式，并以此為基礎，組織本科生參加國內外學術競賽。

3.2 搭建本科生學術交流平臺開設合成生物學、專業文獻閱讀等選修課程，加強本科生專業理論知識和操作技能學習；舉辦科研學術講座，定期邀請校內外專家講學；建立信息交流網站，定期組織本科生學術報告會，培養學生科研興趣；建設 iGEM創新實驗室，為學生深入開展合成生物學領域的科研訓練提供平臺，為競賽成果轉化應用提供資源支持。

第5篇：電子科學技術導論范文

關鍵詞：CDMA、通信系統、Simulink系統仿真

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: TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

隨著社會的不斷發展和科學技術的不斷進步，現如今世界已經進入信息時代。通信的不斷發展和完善給人們帶來了更多的快捷和方便。本文首先對CDMA系統原理詳細做了闡述；然后對碼分多址技術進行了介紹，并列出其主要優點與存在的問題；隨后詳細闡述了碼分多址技術的理論基礎、擴展頻譜通信原理、并且畫出了碼分多址通信系統的框圖；最后采用基于MATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，并且結合m序列擴頻原理和通信系統框圖設計了碼分多址通信系統仿真模型，得到了接收信號的時間波形圖。CDMA通信系統仿真模型的正確性得以證明。

CDMA系統的理論基礎

2.1 擴展頻譜通信原理

擴頻是用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種傳輸方式，頻帶的擴展由獨立于信息的擴頻碼來實現，與所傳信息數據無關，在接收端用同步接收實現解擴和數據恢復。根據香農定理即，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。這也就是擴頻通信系統的原理，把信道帶寬擴展許多倍從而可以得到信噪比上的好處，增強系統的抗干擾能力。擴頻通信系統框圖如圖1所示。

圖1 典型的擴頻通信系統模型

在擴頻通信系統中，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，使其具有檢錯或糾錯能力提高信道傳輸質量。調制使經信道編碼后的符號能在適當的頻段傳輸。擴頻和解擴是為了提高系統的抗干擾能力而進行的信號頻譜展寬和還原。

碼分多址系統應用擴頻通信原理，在發送端，將要傳輸的信息通過與偽隨機碼序列進行調制，使其頻譜展寬，即“擴頻”；在接收端，用與發送端相同的碼序列進行“反擴展”，將寬帶信號恢復成窄帶信號，即“解擴”。窄帶干擾信號由于與偽隨機序列不相關，在接收端被擴展，從而使進入信號頻帶內的干擾信號功率大大降低，增加解調器輸入端的信噪比。

2.2 CDMA系統的擴頻方式和重要參數

在CDMA碼分多址系統中廣泛應用直接序列擴頻方式，其抗干擾能力較強，采用高速碼率的偽隨機碼在發送端進行擴頻，在接收端用相同的碼序列進行解擴，然后把展寬的擴頻信號還原成原始信息。擴頻增益和干擾容限是CDMA擴頻通信的兩個重要參數。

（1）擴頻增益

擴頻增益一般用來評價擴頻系統抗干擾能力的優劣，指的是接收機相關器輸出信噪比和接收機相關器的輸入信噪比之比。式中和分別指的是接收機相關器的輸入、輸出端信號功率，和分別指的是相關器的輸入、輸出端干擾功率，W是系統的擴頻帶寬，是基帶信號的信息速率。

（2）干擾容限

干擾容限一般用來表示擴頻系統在干擾環境下的工作性能，公式是 。

式中是輸出信噪比，是系統損耗，G是擴頻增益。并且如果干擾功率超過信號功率M（dB）時，系統將無法正常工作。

2.3 偽隨機碼序列

偽隨機序列的自相關和互相關特性是碼分多址系統中的研究重點。自相關函數用來表示信號與其延遲時間T以后的相似性，公式是，對于二進制而且周期為P的序列，歸一化后計算得到的互相關系數是 。A為位移前后兩個碼元序列相同碼元的數目，D為位移前后兩個碼元不同碼元的數目。

互相關函數是指兩個不同碼序列之間的相關性，公式是，對于二進制周期為P的序列，歸一化之后計算得到的互相關系數是，如果M是某編碼碼組的集合，則對于碼組，都可以滿足，那么此時把M稱為正交編碼，其任意兩個碼組均互不相關，保持正交。

狹義偽隨機序列指的是凡自相關系數具有下列形式的碼序列：

，其中為序列與初始序列的相位差。

廣義偽隨機序列指的是凡自相關系數具有下列形式的碼序列：

。

偽隨機序列主要用于擴頻調制。由0和1組成的偽隨機序列，用來模擬偽隨機信號波形。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應關系，這樣碼序列的模2加和信號波形相乘是等效的。需滿足目標接收端，能識別并同步產生此序列；對于非目標接收端而言，該序列是不可識別的。利用線性反饋移位寄存器或PN模塊可以產生這樣的偽隨機序列。本CDMA仿真模型中的偽隨機序列主要采用四級m序列。

2.4m序列

m序列為由n級線性移位寄存器產生的周期為的碼序列，為最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱。周期為的m序列可以提供個擴頻地址碼。M序列能夠擴展頻譜、區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。應用MATLAB函數編程的方法可以產生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序列產生器，由線形反饋移位寄存器構成，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式，可以找出相關性較好的m序列組。

（2）應用偽隨機序列產生器產生四級m序列

圖3是產生m序列的仿真模型，利用示波器觀察產生的m序列波形。

圖3 產生m序列的仿真模型

2.5 SIMULINK仿真簡介

本文采用的是SIMULINK仿真，其所有的模塊在每個時間步長上同時執行，被稱為時間流的仿真。SIMULINK應用包括建模和仿真兩部分。建模即指從SIMULINK標準模塊子庫或MATLAB其它工具包模塊庫中選擇所需模塊，并復制到用戶的模型窗口中，經過連線和設置模塊參數等構成用戶自己的仿真模型的過程。通信模塊的創建和仿真，一般是在SIMULINK工作窗口內利用COMMLIB庫中的通信模塊構筑用戶設計的通信模型，然后再利用SIMULINK工作窗有的菜單選項進行仿真。當一個動態模型包含許多環節時，往往把系統按功能分塊，每一塊建立一個子系統。本文采用“自底向上”的設計方式，先完成每個部分的底層設計，封裝為子系統后，再用其搭建出一個總體框圖。

CDMA通信系統仿真模型

CDMA仿真模型參數設置：仿真時間設置為10s，求解器輸出為可變步長離散型模式。圖4所示為基帶信號源以及信號源通過CDMA傳輸系統后在接收端所接收到的解調信號的時域坡形圖。 從圖中可以看出，通過CDMA通信傳輸系統后的解調信號與信號源的時域波形除了在幅度上有所增大以外，其余各參數都相同。能夠獲得基于Simulink方法的CDMA仿真模型，符合CDMA傳輸系統。從頻譜中可以看出，頻譜圖完全相同，同時通過計算誤碼率可得，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，將會產生誤碼，使其誤碼率增大。

CDMA通信系統的仿真模型接收信號的時間波形圖如圖4所示。

圖4 CDMA通信系統仿真模型接收信號的時間波形圖

結語

CDMA碼分多址技術是移動通信系統常用的技術之一，且是主流技術之一。本文首先對CDMA系統原理詳細做了闡述；然后對碼分多址技術進行了介紹，并列出其主要優點與存在的問題；隨后詳細闡述了碼分多址技術的理論基礎、擴展頻譜通信原理、并且畫出了碼分多址通信系統的框圖；最后采用基于MATLAB6.5仿真工具箱SIMULINK，并且結合m序列擴頻原理和通信系統框圖設計了碼分多址通信系統仿真模型。在仿真過程中對信道信噪比設置不同數值，從而獲取了碼分多址仿真系統誤碼率和信道信噪比之間的關系圖，并且分析多址干擾獨立加入AWGN噪聲時對誤碼率的影響。

參考文獻：

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[4] John G Proakis. Digital Communications.4th ed[M]. 北京：電子工業出版社，2003.

第6篇：電子科學技術導論范文

關鍵詞：水利大壩；裂縫；轉異診斷；小波分析，

中圖分類號： TV698.2+31 文獻標識碼： A

一.前言

水庫大壩的安全監測，首先應該設計科學的大壩安全監測網絡系統，選擇合適的測點定時定點對大壩壩體和周邊地區進行監測，在洪澇季節，還應該加強人工的觀察和巡查。對大壩安全監測進行科學的管理，及時對所測得的數據進行分析，及時發現大壩存在的安全隱患。

二.水利大壩裂縫安全監測的意義

經過大壩安全監測儀器人工巡查監測，根據相關的數據和資料，診斷的大壩安全與否的結果，影響著水庫大壩的施工安全、周邊地區的生命財產安全和生態安全，也對以后的設計提供了很好的借鑒，能夠改進相關的安全監測設計、施工技術以及對大壩安全性的診斷，能夠確保水庫大壩安全性能的全面提高。

1.確保施工安全

水庫大壩的安全監測是否合理到位，首先關系著水庫大壩在施工過程中是否安全?？茖W、合理、有效的水庫大壩安全監測，能夠確保水庫大壩施工整個過程的安全進行，能夠確保水庫大壩在施工過程中出現的實際性問題得到及時合理的解決，最終保障水庫大壩的后期運行安全。

2.確保生態安全

水庫大壩的安全監測關系著水庫大壩的安全運行，也關系著水庫大壩周邊和下游地區生態環境的安全。水庫大壩的安全能夠確保周邊生態環境的良好運行，避免地震、洪水、泥石流等地質災害的發生，避免大氣氣候的異常導致的氣象災害，避免景觀文物的損毀，避免巨大的生態經濟損失。

3.改進設計方案

在水庫大壩的安全監測過程中，通過總結實踐中的經驗，可以驗證和完善水庫大壩的設計參數，提高監測設計的科學有效性，并且能夠在施工技術和安全分析診斷方面進行改進，從而完善大壩的安全監測。也能夠在長期的實踐和觀察分析中，進一步預測大壩的未來狀態，避免大壩存在重大的安全隱患。

三.水利大壩裂縫轉異診斷中的小波分析方法

1.裂縫時效變形提取的小波分解方法

首先對裂縫的信號序列進行小波多層分解，濾除隨機成分以及隨著水位、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時間序列的發展趨勢，即為裂縫的時效變形。在小波分析中，低頻部分則對應著最大尺度小波變換的低頻系數；因為尺度的不同，時間的分辨率也會變得不一樣，那么這時候測試的信號就會比開始表現得更加明顯。下圖1為小波分析方法的函數圖。

四.水利大壩檢測技術的現狀

近年來，我國對水利大壩的檢測進行的大量研究。通過大量試水利大壩檢測驗經驗的積累，我國開發一些實用的檢測方法。幾十年來，我國逐漸從半損傷式檢測法過渡到了無損失檢測法。無損檢測法主要包括對水利大壩局部的檢測和對水利大壩整體進行檢測兩個主要內容。下面將對這兩個方面進行簡單的探討。

1.水利大壩的局部檢測

對水利大壩結構進行日常檢測主要采用技術手段的是局部檢測技術。局部檢測技術是采用目視或專門的檢測儀器對結構局部的損傷和缺陷狀況進行檢測。局部檢測主要是檢測水利大壩結構的材質狀況與耐久性。通過x射線、滲透、磁粉、渦流以及超聲波等檢測技術來檢測混凝土強度、混凝土的碳化深度、混凝土內部損傷情況、鋼筋分布及保護層厚度、鋼筋的腐蝕情況、氯離子含量等內容。近年來，隨著科學技術的發展，遠紅外熱象、核磁共振、全息攝影、層析成像、微波以及雷達等先進檢測技術也逐漸應用到水利大壩的局部檢測工作中。上圖3為某小波分析方法來對水利大壩裂縫分析的曲線圖。

2.水利大壩的整體檢測

（1）整體檢測的作用

水利大壩的整體檢測能反映水利大壩的承載力以及正常使用狀態，它克服了結構局部檢測所存在的局限性。它主要通過對水利大壩結構進行靜、動力試驗等手段采集水利大壩結構的速度、加速度、位移、應力、應變等結構響應數據。再通過數學以及力學方法對響應數據進行科學的處理，然后通過技術人員的細致分析就能夠得到水利大壩結構的整體狀況以及局部的損傷狀況。水利大壩結構整體的工作性能通過整體檢測技術真實地反映出來，它能回答所有人最關注的水利大壩結構承載力的問題，從而能夠較為準確的驗證了水利大壩的設計過程以及施工管理過程能否達到標準的要求。

（2）整體檢測采用的方法

通過施加可控荷載的對水利大壩進行試驗，并由試驗檢測、收集水利大壩結構的應變量、應變分布和加速度等響應數據，據此來評估水利大壩結構的整體性能。水利大壩的整體檢測試驗可以分為靜荷載試驗以及動荷載試驗。靜載試驗指的是施加靜荷載于指定的位置對水利大壩的各項指標進行檢測從而得出水利大壩整體的工作性能的試驗。水利大壩的動載試驗是指用某種方法引起水利大壩結構振動，測定其各項震動指標來判斷其整體剛度的試驗。水利大壩的動荷載試驗不會妨礙交通的運行，是水利大壩結構整體檢測中不可或缺的技術手段。左圖4為通過小波分析方法分析的水利大壩裂縫時效變形曲線圖。

五.裂縫預防與治理措施

1.優化混凝土成份的配比在施工前，進行原料試驗工作，在保證質量的情況下，盡量降低水泥的用量，可以添加一些I級粉煤灰，合理控制水膠比，采用二級配來配拌粗骨科。事實上，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，對增強抗腐蝕的作用明顯。還可以在容易裂縫的位置添加一些斜筋，像孔洞的四周和轉角處，這樣可以讓鋼筋來承擔更多的拉應力，減小混凝土的負荷從而有效的防治裂縫。在實際的工程結構的設計中還應注意降低對結構的約束，減小鋼筋保護層的厚度值。

2.加強混凝土結構養護一般的工程在拆模后有美化措施，如鋪草澆水，其實就是養護保濕。對混凝土的保養不僅可以預防裂縫的產生，而且對混凝土后期的穩定與安全也非常有利。因此應該足夠重視對混凝土的養護。大部分的鋼筋腐蝕是氧化反應，需要氧氣和水的參與，我們可以加強混凝土的密實度和保護層厚度，噴涂防腐材料，阻止他們的侵入，預防氧化。這些對預防混凝土裂縫的產生有良好的功效。

3.避免混凝土基礎不均勻沉陷 對于混凝土基礎的沉陷，最有效的是保證地基的穩定與牢固，對松軟的土質結構，施工前進行充分夯實。其次就是優化設計方案，減輕結構的重量，或通過施工的工序優化，改善混凝土的結構。但是不可過分依靠減輕結構重量，會削弱結構的穩定性。

4.加強施工管理首先管理要從技術抓起，技術含量是衡量工程質量的重要標準，在水利工程中混凝土澆筑施工過程對技術的把關也是舉足輕重。其次，通過全面的質量管理，從治理為主轉向預防為主、防治結合；從分散管理轉向系統、集中的管理。

六.結束語

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，著重對裂縫產生的機理和內在原因進行了分析，并小波分析方法針對水利大壩裂縫轉異進行診斷是有著十分重要的意義的。

參考文獻：

[1]滕海文，江見鯨，霍達，基于小波變換的結構損傷診斷研究[J]．武漢理工大學學報，2011，28(10)：58__60．

[2]吳中如．水工建筑物安全監控理論及其應用[M]．高等教育出版社，2011．

[3]胡昌華，張軍波，夏軍，張偉．基于MATLAB的系統分析與設計一小波分析[M]．西安電子科技大學出版社，2010．

第7篇：電子科學技術導論范文

關鍵詞：熱力學與統計物理學；國家精品課程；統計熱力學體系

“熱力學與統計物理學”（簡稱“熱統”）是我國高等院校本科物理專業的一門必修課程，是研究物質有關熱現象（即宏觀過程）規律的理論物理課，也是普通物理“熱學”的后續課。內蒙古大學“熱統”教學組在20多年教學實踐中，不斷更新教育觀念，探索課程教學體系的改革，逐步建立了以微觀理論為主線的教學體系，建設了首門“熱統”國家精品課程（2004年）——“統計熱力學”，陸續出版了配套教材[1]和學習輔導書[2]。

一、關于“熱統”教學體系的思考

關于熱現象的理論包括兩部分，即宏觀理論——“熱力學”和微觀理論——“統計物理學”。我國目前的“熱統”課程由早年設置的 “熱力學”和“統計物理學”兩門課程合并而成，一直沿襲“熱”、“統”相對獨立的“一分為二”教學體系[3-5]。教學內容安排大體以學科發展歷史和認識層次為序，由唯象到唯理，由宏觀到微觀。這種體系十分成熟，在多年教學實踐中獲得很大成功。隨著科學技術和人類現代文明的飛速發展，人們認識世界的條件、增長知識的方式和獲取信息的渠道發生了質的變化：昔日深奧難解的名詞，今天已可聞之于街巷；諸多科學概念的理解，逐漸變得不很困難。在這種知識氛圍和學習環境下，從中學到大學的物理教學內容均在不斷地改革和深化。同時，現代科學成就在高新技術中的廣泛應用向21世紀人才培養提出更高的要求。這一切，催動著大學物理課程改革的進程，也激發起我們對傳統體系的思考。

從“熱物理”系列課程改革現狀來看，一方面，普通物理“熱學”課程的內容已進行了必要的深化和后延，原有“熱統”課程與現行“熱學”課程內容出現較多重復。僅以汪志誠著《熱力學 · 統計物理》[5]和秦允豪著《熱學》[6]為例，二者內容重疊約為1/3。過多重復造成學習時間與精力的浪費，甚至引發學生的厭學情緒，使學習效益降低。另一方面，飛速發展的高新技術拉近了基礎理論與應用技術的距離，就熱物理而言，無論實際工作中的應用，還是繼續深造時的基礎，都對“熱統”課程教學提出更高的要求。增加課程的統計物理比重，深化微觀理論的系統理解勢在必然。此外，改革開放以來，我國高等教育從學制到專業及課程設置均有較大幅度的變動，“熱統”課教學時數多次削減（1208672、64），課堂教學的信息量和效益問題變得更加突出。面對這種形勢，各校對“熱統”課程的內容進行了不斷的改革，逐步增加統計物理比重，努力減少和避免與“熱學”的重復。然而，由于沒有觸動“一分為二”的體系，大量的簡單重復難以避免，“熱力學”內容仍然偏多，實際教學中統計物理的系統性難以保證。

針對上述問題，我們從體系結構著眼，對“熱統”課程進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，削減學時、充實內容，有效地避免與普通物理的簡單重復，提高教學效益；以微觀理論為主導，確保統計物理體系的完整性與系統性，增加課程的先進性與適用性。在上述思想指導下，構建了“熱統”課程的“統計熱力學”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、內容重復的問題；大幅增加統計物理比重，使其理論及應用內容在總學時中占到3/4以上。

二、統計熱力學體系的特色

統計熱力學教學體系的主要特色是：熱物理學以微觀理論為框架；微觀理論以系綜理論為主線；系綜理論以量子論為基礎。體系知識結構框如上圖所示。

1．以微觀理論為框架，融微觀與宏觀一體

“統計熱力學”以微觀理論——統計物理為主導，建立了從微觀到宏觀、完整自恰的理論體系。

在傳統的“一分為二”體系下，學生往往將過多精力用于熱力學計算，不能很好地理解統計物理的理論體系，容易將熱現象的宏觀和微觀理論割裂開來。本體系從微觀理論出發，用統計物理理論導出熱力學基本定律，討論體系熱力學性質，給出統計物理概念與宏觀現象的對應，融熱現象的微觀、宏觀理論于一體，結束了兩種理論割裂的傳統教學格局，提高了認識層次。同時，使理論物理與普通物理的分工更趨合理，便于解決傳統體系難以避免的“熱統”與“熱學”過多重復問題。

本體系按照統計物理學的知識框架，將主要知識點劃分為孤立系、封閉系和開放系等三個模塊（參見上圖）。各塊均首先給出相應的統計分布，進而引入熱力學勢（特性函數），導出熱力學基本定律，再用微觀和宏觀理論相結合的方法研究具體系統的熱力學性質。例如：在孤立系一章，從等概率基本假設出發，引入統計物理的熵，導出熱力學第一、第二定律，進而研究理想氣體的平衡性質。在討論封閉系時，從正則分布出發，引入熱力學勢——自由能，給出均勻系熱力學基本微分式，進而導出麥克斯韋關系，介紹用熱力學理論研究均勻物質宏觀性質的方法，再具體討論電、磁介質熱力學、焦-湯效應等典型實例。同時用正則分布研究近獨立子系構成的體系，導出麥-玻分布，介紹最概然法；進一步導出能均分定理，介紹運用統計理論研究半導體缺陷、負溫度、理想和非理想氣體等問題的方法。對于開放系，首先導出巨正則分布，再引入巨勢，給出描述開放系的熱力學微分式，研究多元復相系的平衡性質，討論相變和化學熱力學問題；用量子統計理論導出熱力學第三定律，討論低溫化學反應的性質。另一方面，考慮全同性原理，用巨正則分布導出玻色、費密兩種量子統計分布，給出它們的準經典極限——麥-玻統計分布，并運用獲得的量子統計分布分別討論電子氣、半導體載流子、光子系的統計性質和玻色—愛因斯坦凝聚等應用實例。

2．以系綜理論為主線，完善統計物理體系

與國內現流行體系不同，“統計熱力學”的統計物理以“系綜理論”為基礎，具有更強的系統性。

現流行體系為便于學生理解，大多先避開系綜理論，講解統計物理中常用的分布和計算方法，如近獨立粒子的最概然分布、玻耳茲曼統計、玻色統計和費米統計及其應用等，而在課程的最后介紹系綜理論有關知識[5]。這種體系除內容不可避免地出現重復外，還在一定程度上犧牲了統計物理的系統性。在實際教學中，為了闡明有關分布和統計法，往往不可避免地運用如等概率假設、配分函數、巨配分函數等系綜理論的基本概念，難免出現生吞活剝、“消化不良”的弊端。從體系實施現狀來看，不少院校因學時有限，在熱力學和基本統計方法的教學之后，對系綜理論的介紹只能一帶而過，學生難以完整掌握統計物理理論。

我們多年采用系綜理論為主線的教學實踐表明，“統計分布”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“統計熱力學”的基礎建立在系綜理論之上，從一個基本假設——等概率假設（微正則系綜）入手，漸次導出各種宏觀條件下的系綜分布，建立配分函數、巨配分函數等基本概念，給出相應的熱力學勢和熱力學基本微分公式；同時，順暢地導出如最概然分布、玻耳茲曼統計、玻色統計和費米統計法等常用分布和計算方法，并用于實際問題。在教學過程中，力求循序漸進地闡明統計物理的基本理論，使學生準確、清晰地掌握統計物理的基本概念，對熱物理理論有完整系統的理解，能夠全面、靈活地運用，為進一步學習更高深的知識和了解物理學的最新成果奠定扎實的基礎。

3. 以量子理論為基礎，認識微觀運動本質

為使學生準確認識微觀運動本質，“統計熱力學”將系綜理論建立在量子論的基礎上，而經典統計則作為量子統計的極限給出。

傳統體系多從經典統計入手，然后進入量子統計。我們教學實踐的體會是，物理學歷史上由經典論到量子論的認識過程沒有必要在統計物理教學中重演。通過現設“普通物理學”課程的學習，學生已理解微觀運動遵從量子力學規律，并具備了一定的量子論知識基礎，在量子論基礎上建立統計物理理論順理成章。事實上，微觀運動的正確描述須用量子理論，而量子統計與經典統計就統計規律性而言并無本質區別，經典統計只是量子統計的極限情形而已。以量子論為基礎構建統計物理體系，更有利于學生盡快認識事物的本質，迅速進入對前沿科學的學習。

三、關于體系的兼容性——幾個共同關注的問題

“統計熱力學”以系綜理論為主線，以量子論為基礎,大幅提高統計物理比重，適當地增加了課程深度。在課時縮減，招生規模擴大的形勢下,實施上述改革更有一定風險和難度。另一方面，新體系能否與流行體系兼容，也是國內同行普遍關注，需要在優化改革方案過程中解決的問題。為化解難度，提高兼容性，在體系建立和教學實踐中，我們著力解決了以下幾個問題：

問題之一：量子理論與系綜理論理解困難問題。如前所述，學習本體系前應具備一定的量子論知識。目前國內物理專業的“熱統”課程多排在“量子力學”之前。這就不可避免地出現了“前量子力學”困難。為解決這一問題，我們在課程引論中安排了量子論基本知識的講授，介紹量子態、能級、簡并、全同性、對應關系等概念。如此處理，再結合普通物理“原子物理學”中學到的量子力學初步知識，學生就能夠較好地接受“量子統計”有關概念。此外，我們將“量子態”和“量子統計法”兩個初學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，又使概念和運用銜接緊密，有利于及時消化。

系綜理論是統計物理中最核心、最抽象的內容，也是統計物理教學的難點。國內流行體系將系綜理論與常用統計分布及計算方法分離，安排在課程最后集中單獨介紹。我們實踐的體會是，這種處理將多個難點（三種系綜及相應熱力學關系）集中，增加了學生的理解困難；加之系綜概念孤立于基本統計方法和應用之外，更顯抽象枯燥。學生學后或覺不知所云，或難縱觀全局，終致應用乏力。鑒于此，我們遵循由表及里、由淺入深、循序漸進、層層推進的認識規律，將系綜的基本概念和三個系綜分散在七章中穿插講授、逐步深入，并及時運用理論對相應系統的性質加以討論。這樣做，可分散認知難點，并及時結合應用，實現宏觀微觀的交錯，避免枯燥無味的困惑，既保證了熱物理理論的系統性和完整性，又解決了系綜理論為主線的教學困難。

問題之二：關于最概然法與麥-玻統計問題。最概然（可幾）法與麥克斯韋-玻爾茲曼（麥-玻）統計法，是統計物理中應用較廣的兩個方法。采用系綜理論為主線的教學體系，是否會影響這兩種方法的學習和運用？這也是國內同仁關注的問題之一。在新體系課程改革和教材編寫中，對這兩部分內容均給予充分的注意。在第三章（封閉系）導出正則分布和相應熱力學公式之后，用兩種方法導出麥-玻分布：一是作為近獨立子系的平均分布，由正則分布導出；二是從微正則系綜出發，用最概然法導出。同時還由麥-玻分布給出熱力學公式，并討論幾種分布之間的關系，給出分布的應用實例。實踐表明，這種處理模式能全面深化學生對最概然法與麥-玻分布的理解，以致在應用中得心應手；還能強化對系綜理論和統計物理體系的理解。

問題之三：熱力學基本方法掌握問題。熱力學作為一種可靠的宏觀理論，從基本定律出發，通過嚴格的數學推演，系統地給出熱力學函數之間的有機聯系，將其用于實際問題。深入理解熱力學定律的主要推論和熱力學關系，熟悉它們的應用，掌握熱力學演繹推理方法，是“熱統”課程不可或缺的內容?！敖y計熱力學”體系以微觀理論為框架組織教學，是否會削弱學生在熱力學理論的理解和應用方面的訓練？對這個問題，國內同行關注有加，各見仁智，也是我們在課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，針對不同宏觀條件，在相應章節給出各種系綜分布，然后導出熱力學公式，并插入相應的熱力學理論訓練內容，確保足夠篇幅討論平衡態的熱力學性質。例如：在建立封閉系的正則系綜理論后，插入“均勻物質熱力學性質”一章，集中講授麥克斯韋關系、基本熱力學函數和關系、特性函數等概念，介紹熱力學基本方法和對典型實例的應用。建立開放系的巨正則系綜理論后，又集中介紹與之相關的相平衡、化學平衡等問題的宏觀理論。事實上，熱物理的微觀和宏觀理論相得益彰、不可分割。在學習運用統計物理研究宏觀過程的規律時，勢必也會反復地運用熱力學函數、公式和相應方法，使學習者得到相應訓練。此外，再提供一定數量的習題，輔之以課外練習，以達到“學而時習之”的效果。這樣，新體系雖然大量削減純粹“熱力學”內容，并未削弱對熱力學理論的理解和方法的訓練，相反可使其得到加強和升華。

內蒙古大學“熱統”教學組近20年的課程改革和教學實踐證明，用“統計熱力學”體系組織本科物理專業“熱統”課教學是可行的。采用同樣的體系和教材，適當取舍內容，在應用物理和電子科學技術專業組織2學分“統計物理”教學，亦取得一定的經驗，其效果令人欣慰。毋庸置疑，筆者主張統計熱力學體系，絲毫無意否定“熱統分治”的傳統教學體系。兩種體系，各有千秋，互補互鑒。究竟采用何種體系組織教學，還應視培養目標、師資力量、學生狀況等，因地制宜地選擇。

參考文獻：

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