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按照区委、区政府的统一部署和安排,根据我单位《深入学习实践科学发展观活动实施方案》的要求, 通过走访、座谈、书面(电话、网络)征询等多种形式,深入干部职工、深入群众开展调研和征求意见。
通过调研活动,一方面了解到广大干部职工对科学发展观是衷心拥护的,也在努力学习力求深刻掌握、认真实践,从而形成推动广播电视事业发展的强大动力。但是,在调研中我们也查找出不少与科学发展观要求不相适应的问题,还需要采取更为积极有效的措施,才能把学习实践科学发展观进一步引向深入。
一、学习实践科学发展观存在的问题
(一)认识问题
1、围绕网络建设如何抓好发展,如何抓住各级高度关注的民生问题、高度重视有线电视“村村通”工程的重大机遇,抓好有线电视村村通工作的落实,大力推动网络建设。
2、认识片面。对政治、经济、文化、社会四位一体的总体发展布局认识不全面。片面地认为发展就是经济的发展,忽略了政治、文化、社会发展的同样重要性。
3、对科学发展观的深刻内涵和历史地位理解不深。
(二)能力问题
1、理论方面:相当一部分干部的理论修养、文化、科技知识不适应科学发展要求;
2、思维能力方面:习惯性的思维影响很严重,上级叫干啥就干啥,叫咋干就咋干,存在着出头的椽子先烂,枪打出头鸟,跟着队伍走等思想。缺乏独立思考能力,缺乏创新、争强好胜意识。
3、技能和技术水平方面:专业技术人员虽具备一定专业技能,但在科研、解决复杂技术问题、开发应用新技术、新知识等方面,能力还不强。
(三)思路问题
思路决定出路。制定年初工作计划或几年发展规划,都要符合实际,符合发展规律。目标、任务、措施要具体,而且计划、规划制定了就要严格落实,要进行责任追究。现有各种计划、规划随意调整,执行不执行、落实不落实也无人问津,难以适应当前发展形势。
(四)环境问题
当前经济形式严峻,发展环境也不够轻松,一定程度上都影响了发展。地面卫星锅、小耳朵锅已抢占市场,不利于有线电视的发展;数字电视整体转换大部分人不容易接受等问题。
(五)机制体制问题
1、政企不分、政事不分、事企不分。各事业单位责权利不统一,不到位。缺少自主权,缺乏活力。
2、统的过死,缺少灵活性。各事业单位情况不同,但管理模式一样,不符合科学发展观的要求。
3、分配大锅饭问题。分配机制不灵活,缺少激励机制。各事业单位干好干坏一个样、事业单位内部干好干坏一个样的现象是影响事业发展的突出问题。
(六)管理问题
1、围绕机关建设如何抓好规范做好调研。如何深化、细化机关的规范管理,降低管理成本,提高管理效益,切实维护干部职工的合法权益,让广大干部职工共享改革发展的成果
2、敬业精神方面。干部职工还存在着满足心理、安于现状、敬业精神不强、思想不解放等问题。
二、把学习和贯彻落实科学发展观进一步引向深入的对策建议
(一)不断增强各级领导干部理论素养
进一步贯彻落实科学发展观,关键在于党员干部,干部的理论修养、工作作风、个人能力都决定了科学发展观的落实。要通过建设学习型机关,切实用科学发展观武装党员干部头脑,不断提高党员干部学习能力和学习水平。
(二)丰富学习内容,形成理论系统。
通过深入学习科学发展观,使广大党员干部对政治、经济、文化、社会等各个方面的事业都有深刻而系统的理论主张,掌握社会发展、改革开放的规律及各项工作的规律,能够从全局上了解中国特色社会主义建设四位一体的总体布局,进一步明确科学发展观与社会主义经济建设、政治建设、文化建设和社会建设的逻辑关系和指导作用,能够谋划全局、具体指导、抓好落实。
深入学习实践科学发展观活动分析检查报告
根据县委、农村经济局党委的统一部署,__县水产技术推广站扎实有效地开展了学习实践科学发展观活动。领导班子成员带头学习研讨,深入渔业生产一线进行调查研究,广泛听取生产者的意见和建议。领导班子成员积极查找工作中存在的工作作风和思想认识的问题,进行分析,并提出了解决这些问题的具体措施。
一、 落实科学发展观取得的成果与共识
(一) 水产站取得的成绩
几年来,在科学发展观的重要思想指导和农村经济局的正确领导下,我们水产站紧紧围绕“做强近海渔业”的主题,扎实工作,取得了可喜的成绩。全县有养殖水面10.2万亩,渔业总产值超过15亿元,占农业总产值的20%以上。淡水渔业已成为我县农业的优势产业,呈现出良好的发展态势。
1全县有养殖水面10.2万亩,其中池塘养殖面积80013亩,已经被省海洋渔业厅认定为无公害水产品生产基地。为我县发展无公害渔业奠定了良好基础。
2 全县有渔药经营业户41家,这两年执法监管很严,41家渔药经营业户基本都能做到守法经营。
3 全县有渔用饲料加工业户79个,其中饲料厂17家。目前调查摸底工作取得了很大进展,为全面监管奠定了基础。
4 在水产技术研究方面,我站与中国农业科学院、中国环境科学研究院、沈阳市雨浓鱼类研究所合作,先后承担了国家“863”课题2项、国家重点科技攻关2项、国家科技支撑计划课题1项,和省海洋科学计划课题1项,自立课题2项,编订完成省市水产地方标准9项,发表学术论文23篇,发表论著1册。
5 在新技术技术推广方面先后推广了高效低污染水产配合饲料5万吨,直接经济效益1200万元,社会效益1亿元;推广了菌藻修复水产养殖环境新技术,示范10000亩,为发展我县有机绿色渔业提供了技术和经验支撑;推广了养殖池塘老水再利用技术,示范水面10000亩。节约用电750000千瓦时,节约地下水资源20__万立方米,综合经济效益650万元,社会效益超亿元。
6 水产病害防治方面,以水生动物防疫站和沈阳是雨浓鱼类营养病害研究所为中心辐射全县渔区40家病害防治网络,每年平均处置病害上万例,并在全县推广了框鲤、草鱼和黄颡鱼的主要病害防控技术,大大减少了病害发生。
7 在苗种检疫方面,取得了一定进展,我站实施了抽检监督,在今年全省抽检的3组样品中检测均为合格。
8 在水产品安全执法监管方面取得了一定成效,全年巡回安全检查30000多亩,在国家商品鱼抽检中呋喃类、孔雀石绿和氯霉素均为检出。
9 在水产技术培训与服务方面,我们对养殖者开展了无公害生产技术培训,对与要经营业户进行了法规培训。我站还组建了“沈阳近海渔业网”和“北方水产病害防治资讯”两个技术服务平台,开设了水产养殖技术、病害防治、营养与饲料等20多个栏目,还开辟了专家远程诊断咨询系统,方便了水产养殖者的技术咨询与病害诊断。
(二) 领导班子形成的共识
通过学习调研、广泛征求意见和建议,全面分析检查并结合工作实际,我站领导班子达成如下几点共识:一是坚持科学发展就是可持续发展,没有科学的创新就没有可持续的发展;二是加大对养殖者无公害生产技术的培训力度,是获得无公害食品安全的重要保障;三是实现渔业增效、农民增收是我们水产技术推广人和管理人的工作核心;四是实现渔业生产规模化、规范化、产业化和现代化使我们水产推广人的最终目标。
二、 存在的主要问题和原因
(一) 存在的问题
1无公害水产品生产基地的食品安全监管力度不够,偌大的8万亩生产基地存在食品安全隐患,除投入品如渔药、饲料等需要进一步加强监管外,应加强监管体系建设和采取得力的监管措施。
2 新技术推广和技术培训工作还没有跟上时展的步伐,需要进一步加强跟进。
3 新品种引进试验示范工作需要加强,因为它是调整养殖品种结构的基础性工作。
4 苗种检疫工作有待于加强,苗种是养殖的基础,苗种的质量关系到养殖的成败和收益,也关系到水产养殖业的健康发展。
5 饲料加工户和渔药经营户的原料进货来源和渠道需要进一步监管,应建立投入品的可追溯制,便于查清隐患根源和避免隐患。
(二) 问题产生的原因
1客观原因是政策、机制、人力跟不上发展需求。有些事情是主观
想到各观做不到。比如我县有无公害水产品养殖基地8万亩,饲料加工业户79家,渔药经营业户41家,有20__多个养殖单位,从业人员上万人,仅靠几个人去监管是力不从心的,主要是监管体系建设不到位,县乡监管机制设置不顺畅。招人又没有编,工作经费严重不足,乡镇、村的机构设置不对应,我们有协调不了也管不了。
2 主观原因是领导班子思想认识跟不上发展要求,有时一想就这几个人,经费不足,人力孤单,管道什么程度是什么程度,没有从措施和办法上下功夫,缺乏创新思维和得力措施。
三、 今后发展思路及工作目标
(一) 我县水产业发展的主要思路
1进一步加大对渔业投入品及水产品质量安全的监管力度。具体措施是:针对养殖单位和养殖者印发池塘生产日志和产地证明,对水产良种场印发苗种繁育记录手册和产地证明,要求他们严格记录生产过程管理记录,定期抽查和检查,对水产良种场还要实施定期苗种检疫,实施生产过程控制和可追溯制;针对饲料加工业户和渔药经营业户印发进货销货记录表,要求他们记录原料来源和进货渠道,记录销售对象,定期抽查检验,控制货源与去向。
2、开展新品种引进、繁育、驯化、试验与示范工作。引进新品种,尤其是濒危的一些土著养殖品种,这些品种往往天然产量接近枯竭,市场需求价格高,如果试验成功,一方面保护了品种增值,一方面一旦形成规模化生产会产生巨大的经济效益,对养殖品种结构调整具有重要意义。
3、大力推进优势养殖品种的规模化、标准化和产业化养殖进程。推进无公害、有机和绿色水产品养殖,大力倡导生态养殖模式。
4、大力推广生物工程菌修复池塘养殖环境新技术和养殖池塘老水再利用技术。对构建生态良好,环境优良的水产养殖环境具有生态战略意义。
5,加大
对水产养殖生产者的生产技术培训力度,提高养殖者的生产技术素质,对生产增效农民增收和水产食品质量安全具有重要意义。(二) 未来三年工作目标
1技术指导和支持建立优势养殖品种haccp管理示范基地三个。(黄颡鱼、框鲤、草鱼个1个,每个300亩-500亩)。
2 技术指导和支持建立省级健康养殖示范基地5个,每个300亩-500亩。
3 技术指导和支持建立优势养殖品种产业化生产基地3个,面积800亩以上。
4 技术指导和支持建设有机和绿色商品鱼生产基地一个,面积1000亩以上。
5引进乌苏里拟鲿新品种繁育、驯化养殖,形成规模化繁育养殖基地1个,辐射周边区县面积10万亩,助弄增收一亿元人民币。
关键词:光学实验 教改 多元化教学
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)10(b)-0027-02
物理学是一门以实验为基础的科学,特别是近代物理学中每一个重大的进展都是和实验研究工作分不开的,同样光学实验是光学这门学科的重要组成部分,对于大学物理实验教学来说,怎么把现代化注入教学理念中,怎么在实验教学理念中注重教学方法的改革,同时能提高学生的理论素质和动手能力是一个重要的研究课题。
1 包头师范学院物理与技术科学学院光学课程开设现状
现阶段包头师范学院物理与技术科学学院下设4个专业,分别是物理学专业、应用物理学专业、微电子专业、物理学国际班。这4个专业都需要开设光学实验,而光学实验大致分为三大部分:几何光学实验部分、物理光学部分、量子光学实验部分。从近几年光学实验的现状来看,各方面的短缺并不能使光学实验发挥它最大的作用。从笔者所在学校的状况来看,光学实验开设过程中出现的问题有如下几点。
(1)从学生现状来看,由于应试教育的原因,高中物理光学部分放到了选修课程中,好多学校不开光学部分,即便有个别学校开设光学部分的课程,对光学实验也是不开设的,造成现在的学生进入我们物理系后对光学仪器及光学元器件非常陌生,对于很简单的光学实验原理也一窍不通,给实验教学带来诸多不便,有时会占用很多教学课时讲授基础知识,从而挤占了学生动手操作时间,实验效果非常不好。
(2)从实验器材来说,虽然今年学校对笔者所在系进行了很大的投入,光学实验室也投入了百万之多,但我们现在是4个专业同时共享一个光学实验室,各种类型仪器由于台套数的限制,一旦损坏无法维修就将影响实验教学。
(3)各个专业研究方向不同,实验的开设内容必须不一样,针对不同专业制定不同的光学实验教学大纲,虽然前期我们进行教学大纲的调整,但由于硬件条件的限制,还需要进一步加强实验仪器的投入购置,对不同专业开设不同的光学实验题目,从而能从开设的实验题目中体现其专业特点。
(4)加强网络和虚拟实验室的建设和投入,建立学生预习制度,不只是提前看课本预习,也可以在虚拟实验室中提前预习光学实验过程,熟悉实验步骤,在虚拟实验中发现问题,这样在正式实验中就可以避免同样问题的发生,从而给学生创造一个良好的预习和学习光学实验平台;另外把不同类型的专业软件引入光学实验,让这些专业软件在图形描绘和数据处理方面发挥作用,从而对提高学生对光学实验的学习能力和认知能力有很大帮助。
(5)授课方式单一,目前我国光学实验的授课以教师教授为主,学生通过教师的板书以及亲身示范来学习知识,尽管这样的方法可以让同学们在很大程度上增加得出正确实验结果的几率,可是教师为主体的授课方法突出了教师在实验课程的作用,弱化了学生的角色。同学们缺乏“犯错”与自我探讨的过程,无法深层次地了解实验的本质,只能狭隘地把实验内容禁锢于书本上与老师教授的知识。课后老师检验学生学习程度的标准只是凭借实验报告得出的结果,因为授课模式的单一,实验成为了简单的重复,学生的实验报告出现雷同,教师很难真正地了解学生真实的学习情况。
(6)实验方法授课内容老套,从实验方法与授课内容来看,光学教材在近几年的更新不具有足够的创新性以及实用性,光学实验大多数都是测量数据以及验证前人结果是否成立,创新性与设计性实验尚未成为光学实验的主流,这种单一重复的实验并不能真正地满足学生未来的就业需求并且教材的改动程度并不能满足快速发展的科学技术需求,实验方法的落后也不能使得学生接触到最新的光学技术。
2 探索多元化的光学实验改革模式
(1)针对不同专业设置符合其专业的光学实验题目,修订教学大纲,完善教学大纲;突破旧的模式,把选修实验和必修实验同等对待,完成部分基础性光学实验、部分综合性实验及设计性实验,修够必修的学分即视为完成光学实验课程,后边设置一部分研究性、创新性光学实验题目,不做硬性要求,为考研和有兴趣研究光学实验的同学提供便利条件,让同学们在做光学实验的过程中夯实基础,逐步加深对光学知识的认知,建立循序渐进的光学实验教学模式。
(2)加大光学实验室的投入,淘汰老旧仪器,增加台套数,引进贴近本专业的现代光学实验仪器,比如,多购买关于激光光学和通讯光学方面的仪器,拓宽教学视野,让光学实验课程跟上时代的节奏。
(3)在该系实验室中心建立光学实验教学网络课程体系,将各专业的“教学大纲”以及课程介绍在网上,把每个实验的难点、重点和操作步骤中容易出错的详细标明在光学实验预习题目中,布置同学们提前预习,写出预习报告,记录难点和不懂的部分,这样老师在讲授过程中有针对性地讲解,减少实验课的讲解时间,增加同学们的操作时间,在实验题目完成后,教师和同学们可以在网络平台上互动,答疑解惑,而且老师可以把实验相关的拓展性问题在网上,让有兴趣儿的同学进一步探究学习。
(4)建立仿真实验教学平台,将仿真虚拟实验与真实操作的光学实验相结合,彼此相辅相成,建立仿真虚拟实验室一方面学生可以通过仿真实验室提前预习实验题目,提前熟悉实验步骤和解决实验中可能碰见的难点,另外仿真虚拟实验室也可以把光学实验室做不了的某些设计性和综合性实验题目开设出来,为那些考研和对光学实验有兴趣的同学提供一个良好的学习平台,建立仿真虚拟实验室可以先从几何光学实验开始,循序渐进、由简而繁地逐步建立起来。
(5)数据处理软件和图形绘制软件在光学实验题目中的引入,如,我们现在引入的“Oringin”“Matlab”“Excel”软件,各软件应用方向虽然不同,但对于光学实验数据处理和图形描绘有着非常大的帮助,软件的应用不只是对数据的处理更加准确和便利,另一方面通过对数据点的描绘形成图形后,能让学生更加直观地理解光学实验中的理论知识和实验目的。
(6)优化光学实验的教学内容,目前的光学实验存在着实验单一、不具备创新性、不满足科学技术发展等问题,光学实验的改革在物理学发展中显得尤为重要。实验的目的最终是要让每一个同学可以了解物理现象的原理并可以进行进一步创新以满足社会科学发展的需求。为了解决这个问题,教材改革是最需要改变的部分,要使得教材做到更加适应当下社会的需求。
(7)建立开放的光学实验室平台,因为实验课时间的短暂,很多同学不能在实验课彻底了解光学实验的步骤及物理现象,光学物理实验室可以定时开放,同学们提前预约,来进行上周做过的实验,让同学们可以在二次巩固中对实验知识有更多的了解,也可以让同学们提出创新型实验,在实验器材允许的情况下,让同学自己设计光学实验题目,自己组装光学实验仪器,提高同学们的动手能力和创新能力。
3 结语
“ 物理光学实验”课程改革是一个多层次、多元化、系统化的改革,不是一蹴而就的,需要从事“光学实验”的教师经年的积累经验努力创新而来,怎么突破旧的教学模式,建立新的“光学实验”教学体系,最大地调动学生学习“光学实验”课程的主动性、积极性、创新性,是教学改革者长期探索、不断完善的一个过程。
参考文献
与传统光学不同的是,由光学与微电子、微机械、纳米技术互相融合、渗透、交叉而形成的前沿学科――微纳光学,变革了传统光学与技术的发展路线。这门新兴的交叉学科在信息、能源、生命、环保、宇航、国防等领域均已产生新的重要应用。在我国,微纳光子学的发展也日益受到重视,未来发展前程似锦。
1996年,付永启博士毕业。近20年过去,付永启一直没有离开过微纳光学研究领域,在他看来,尽管微光学似乎看不见,摸不着,但从人们的生活乃至国家的高尖端科学都离不开它。这正是它的魅力所在。
“微纳光子虽小,照亮我们未来的路”
1994年,付永启在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所攻读博士学位,“当时是跟导师一起做国家航天项目中的一个子项目――‘动态目标发生器’的研究,我主要负责曲面光刻的研究。”那是他接触到微光学并逐渐对微光学元器件的设计制作产生兴趣的开始。
在博士后研究阶段,付永启又接着在衍射光学元件的设计制作方面开展了深入研究。随后为了开阔视野、提升研究能力,付永启于1998年赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心作研究员,借助当地优越的软硬件条件继续深入开展微光学以及后期纳米光学领域的研究工作。
从此,一个崭新的世界――纳米光学这个交叉领域逐步在他面前展开。
正如他所说的“学得越多就会发现自己不懂的东西越多”,在学习和研究过程中,他觉得不应该囿于领域,萌生了走出国门看看的念头。1998年,他选择赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心做研究员。后来,又通过那里获得了在麻省理工学院作访问学者的机会。
通过与科研院所及工业界的合作,付永启开展了多个横向和纵向项目研究,接触到了微电子、微机电系统(MEMS)、微纳加工、纳米计量及生化分析等多学科领域的知识,先后完成了多项重大研究课题,并取得了许多创新性成果。
借助于国外较好的软硬件条件,付永启快速提高了独立开展科研工作的能力。东西方文化在他身上相遇,已经不再是形式的混体,而是精神层面的和平融合,使得付永启的治学态度里,囊括了中国智慧的通达以及西方思想严密的逻辑性,在这种态度的指引下,他对科研工作有了更深层次的认识,同时对科学研究也更加热爱。
2001年,付永启将目光专注到了一种新的微纳光学元件一步加工制作方法―聚焦离子束制作技术上,经过两年的反复研究、实验,终于获得成功并使该技术逐渐走向成熟。
付永启利用纳米加工技术实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化,即利用聚焦离子束技术直接一步将微光学元器件甚至纳米光子元器件与光电子器件(如半导体激光器、光导纤维等)集成于一体,从而达到直接控制光束的目的。这一技术摆脱了传统的采用离散光学元件对激光束进行准直或聚焦的方法,不但减少了光学系统的元件数,而且节省了空间,更容易实现系统的轻量化和小型化,对微系统的开发具有重要意义。
同时,他还发现了两种材料,它们在聚焦离子束轰击下具有材料自组织成型特性,该特性可直接用于微光学元件的结构成型。以该技术为基础,能够制作出几种特定的微光学元件,包括微正弦光栅、微闪耀光栅等。
此外,付永启还利用聚焦离子束直接写入法和辅助沉积法成功实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化;也就是说,该集成一体化既可以采用基于聚焦离子束去除材料的方法实现,也可以利用材料生长的方法来得到。从而为光学系统的小型化、微型化、平面化提供了制作技术保障。该集成一体化元/器件已经广泛应用于生命科学、生化、通信、数据存储等领域,至今仍在应用,还没有其他方法能够替代。
值得一提的是,聚焦离子束技术在微电子行业的广泛应用,大大提高了微电子工业上材料、工艺、器件分析及修补的精度和速度,目前已经成为微电子技术领域必不可少的关键技术之一。同时,由于它集材料刻蚀、沉积、注入、改性于一身,有望成为高真空环境下实现器件制造全过程的主要加工手段。
“研究要服务社会,我们要瞄准国家重大需求”
“在国外更能体会到‘国家’两字的真实内涵,真心希望自己的祖国能够早日强大。当2008年北京奥运会开幕式上播放出《我的祖国》这首歌时,激动的心情难于言表,内心百感交集。” 付永启感慨道。2007年,付永启放弃国外优越的待遇和生活,带着累累硕果和先进理念回国,先后受聘于中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室和电子科技大学物理电子学院。
“刚回国时想有一个属于自己独立的科研小组和相对宽松的科研环境,在这种环境中能静下心来实际做点科研,希望能从科研工作和培养学生方面体现出自身的价值所在。科学研究最终是要服务社会的,而具体的应用领域要瞄准国家的重大需求。”付永启是这样说的,也是这样做的。
在学校和所在团队的支持下,付永启在纳光子结构、元器件及其应用方面取得多项国家自然科学基金项目的资助。提出了两种基于纳金属结构的超分辨透镜,该透镜可方便地通过聚焦离子束技术一步制作出来,其光学表征可利用近场扫描光学显微镜实现;基于表面等离子体极化用于生化免疫分析:设计和制作了菱形纳金属颗粒,并成功地用于老年痴呆症(ADDL)以及SEB病毒素的测试;有源及无源光电子器件与衍射光学元件的集成;基于聚焦离子束技术的微光学元器件的一步制作技术的开发和拓展;基于纳光子器件微探头的纳米计量系统的概念设计:提出利用纳光子超透镜微探头并结合激光多普勒外差干涉技术实现纳米缺陷的动态在线检测,该内容已获得美国专利授权。
研究工作的创新点主要体现在微光学元件的加工制作技术上,国际上首创采用聚焦离子束技术直接一步加工和制作微小光学元件,具体包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及椭球面透镜等。这一创新技术解决了一些常规微光学元件制作方法难以实现的微光学元器件集成一体化问题,为光学系统紧凑化和小型化,以及微光学系统的研究开发提供了一条新的有效途径。
如果把才华比作剑,那么勤奋就是磨刀石。付永启和课题组成员付出了超乎寻常的努力,经过多年的努力拼搏,在纳米光学、微细加工、纳米加工、衍射光学及微光学领域取得多项研究成果,在国际相关著名学术期刊和国内核心学术期刊上150余篇,其中被SCI检索收录论文120余篇,以第一作者撰写和58篇,以通讯作者100余篇,JCR分区一区刊物论文23篇,影响因子IF>3.0的论文46篇(占SCI论文总数的34%),论文累计被引次数1100余次,单篇他引最高次数83次,JCR统计h指数18。其中,代表论文之一:“Optics Express 18(4), 3438-3443 (2010)”被国际文献追综机构BioMedLib于2011年2月28日评为纳光子结构领域的“Top10”论文之一;此外,在该领域国际著名学术刊物Plasmonics(该刊物属于JCR分区一区刊物)上陆续发表系列研究论文22篇。
此外,付永启在微纳加工及纳米光学领域分别撰写五部英文专著中的各一章:即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology(2nd Edition,出版号:ISBN: 1-58883-159-0)、Lithography: Principles, Processes and Materials(出版号:I S B N: 978-1-61761-837-6) 、Plasmonics: Principles and Applications(出版号:ISBN: 979-953-307-855-6)Ion beams in Nanoscience and Technology(出版号:ISBN 978-3-642-00622-7)、和《Nanofabrication》 (出版号ISBN: 978-953-307-912-7);并独立撰写中、英文专著各一部,分别为《纳光子学及其应用》(出版号ISBN: 978-7-80248-537-2)(该书是目前国内唯一一部具有自己独立编著版权的全面系统地介绍纳米光学发展前沿的中文专著,出版后得到同行的一致好评。)、英文专著书名为《Subwavelength Optics:Theory and Technology》;并以此为基础,在国内首次开设了《亚波长光学》课程,于2009年秋在电子科技大学作为研究生专业课程讲授。自2010年电子科技大学研究生院和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究生部均采用《纳光子学及其应用》一书作为研究生专业课程:《亚波长光学》及《纳米光学》的指定教材。该书作为2011年电子科技大学“十二五”规划研究生教材建设立项支持(项目编号:11211CX20401),于2012年12月末成功出版了修订版。
有关利用聚焦离子束一步制作微光学元件的内容被法国DELAWARE大学电子和计算机工程系Robert G.. Hunsperger教授写入其编著的教科书《Integrated Optics: Theory and Technology》(第五版)的一个章节中。部分研究结果还被美国网络多媒体组织NANOPOLISTM于2007年出版的《纳米技术百科全书》多媒体教程引用并收录, 并被邀请作“聚焦离子束”章节的内容评审人。
学术刊物论文中有关基于聚焦离子束直接沉积实现微型柱面透镜与边缘发射型半导体激光器集成化实现激光束的一维和二维整形的技术、以及类金刚石薄膜上一步写入微透镜技术,被国际上面向工业界的杂志Laser Focus World分别摘录并以新闻简报的形式在“光电子世界新闻”栏目中公布;并已分别获得美国发明专利和中国发明专利的授权。
鉴于他出色的科研成就,近年来相继在美国、加拿大、日本、韩国、新加坡、中国等国举办的衍射光学与微光学、微加工及纳米加工、离子束及应用、精密工程、纳米技术NanoTech 2004、亚洲光电子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等专题会议及年会上作大会报告及特邀报告。
2010年,付永启被国家科技部聘请为国家重点基础研究计划(973)项目“光学自由曲面制造的基础研究”的项目专家组成员;并受邀分别担任国际学术刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高级主编、副主编、及编委。
自1999年微软通过IntelliEye光学引擎揭开光学鼠标的序幕以来,距今已有13个年头。在这期间光学引擎技术在不断完善,同时还陆续出现了激光引擎、蓝影引擎以及蓝光引擎等多种定位方式。但归根结底,这些更新换代的定位方式都是在传统光学引擎的基础上改良而来的,并没有颠覆原有光学传输方式。而EG MeduZa魔妒刹和Razer帝王蟒4G游戏鼠标却不同,它们基于双传感器架构设计,有别于过去单一传感器的定位方式,是真正的进步。对于这两款产品,相信玩家与我们一样都充满好奇,电充满期待,话不多说,接下来我们将通过详细的体验来解读它们。
EG MeduZa魔妒刹采用右手型造型设计,两侧均带拇指槽,并在右侧设有无名指的放置位。其上盖为类肤质感,两侧均提供了防滑橡胶,并通过两条高亮烤漆“腰带”来增强视觉层次。在通电之后,鼠标的滚轮、左侧分辨率挡位、背部Logo以及MeduZa Logo处都会亮灯,非常炫。同时,如果玩家点击分辨率切换键和模式切换键,模式灯也会有变化,能直观显示鼠标状态。更独特的是,它的底盘为红色,底壳上的两个透光孔非常显眼,并且设有一个拨键,用于切换光学、激光和HDST(激光+光学混合)模式,体现了它的双核身份。
通过软件,可实现六键自定义、15组宏自定义和5组可编程模式,玩家可将模式保存到鼠标内存中,随时调用。在性能部分,可对分辨率、报告率、按键双击速度和滚轮速度进行调整。值得一提的是,该鼠标支持独立设定光学、激光以及HDST模式的分辨率。光学最高为3200dpi,激光可达6030dpi(X轴、Y轴设定),而HDST模式受到光学的影响,最高只能到4800dpi。此外,我们还能对鼠标的Lift off distance和AngleSnapping进行调整,这对FPS类游戏帮助较大。对于鼠标的灯光系统,则建议增添呼吸效应和变色功能。
MeduZa魔妒刹的外形符合人体工学原理,握持时饱满舒适,与手型贴合紧密。它的按键敲击感清晰且反馈及时,同时其左键压力稍大于右键,如此设计是考虑到玩家的食指使用频率更高,且指力略大于中指。这款鼠标的尺寸和重量更适合玩FPS类游戏,我们用它的HDST模式进行了体验。在游戏中,该鼠标的顺滑度上乘、移动稳定且定位准确,基本能实现指哪打哪,轻微抬起鼠标也不会有光标跟随现象,同时其较大的自重也避免了“飘”的感觉。同时,它还能很好地兼容布艺、树脂、玻璃和铝制的游戏鼠标垫,未出现丢帧现象。
Imperator帝王蟒4G版依旧沿用了老版的造型。虽说造型决定了握持感,但新老版本Imperator帝王蟒的触感却截然不同,原因在于4G新版采用了全新的外壳材质。它的上盖使用了枪灰色的特殊亚光材质,既保持了类肤质感的细腻,又提供了干涩感,有助于防滑。在鼠标两侧,4G新版也改用了橡胶表面,稳固度更好。可自定义侧键位置是Imperator帝王蟒的特色之一,通过鼠标底部的拨键可以对侧键位置进行前后位移。除此之外,鼠标底部还能清楚看到双传感器的透光孔,但未见光学与激光的模式切换键。
呼吸效应尾灯和滚轮灯是Razer的典型设计,这在Imperator帝王蟒4G版中得以体现。在软件方面,4G版和老版共用了同一款程序,可见两者的功能没有区别。在软件中,该鼠标支持9键自定义、5挡分辨率调节、3挡报告率调节、飞敏调整功能、宏自定义以及控制鼠标内部光源等功能。可是,我们没有看到如MeduZa魔妒刹那样的独立分辨率调节项,只能对激光分辨率进行设置,最高为6400dpi,在老版5600dpi的基础上有所提升。可见,4G双传感器系统中的光学引擎并不能独立运行,只是辅助激光引擎定位,起到增益作用。
Imperator帝王蟒4G版的握持感舒适,拥有顺滑不失稳固的触感,宽大的橡胶滚轮和欧姆龙微动开关使鼠标的手感良好。同时,它的左键要比右键硬朗,与MeduZa魔妒刹的设计目的一样。可自定义侧键是一项人性化设计,我们在控制侧键时更贴近拇指。该鼠标是针对FPS类游戏而开发的,在《CS 1.6》中,它能较好兼顾准确度和顺畅感。当进行抬枪和点射动作时,能精确指点。在偶尔习惯性抬起鼠标位移时,保证了光标无跟随和无抖动现象。此外,它能顺畅兼容各种材质的鼠标垫。不过,该鼠标的重量轻,“稳”的表现略显中庸。
双传感器原理各不同
鼠标定位技术发展至今,这两款产品同时提出了用激光+光学的模式来改善单一传感器性能的不足,这对于定位技术的发展有一定的参考价值。但在技术实现上,它们的工作原理却不相同。Razer 4G双传感器系统是光学传感器辅助激光传感器工作,鼠标的移动定位侦测由激光系统负责,而光学系统的作用是测量鼠标抬起高度,设定好跟踪截止距离,当鼠标被抬起一定距离时自动冻结光标移动,以实现更低的Lift Off distance特性。而EG提出的概念是Hybrid DualSensor Technology,是一种混合双传感器技术。它的工作原理是让光学传感器和激光传感器协同工作,克服了单一光学传感器的LiftDistance off特性差、分辨率低,以及单一激光传感器太敏感容易出现抖动现象等问题。光学传感器与激光传感器的搭配能够起到互补的作用,兼顾稳定性、反应速度以及较高的精度,这就好比采用油电混合动力的汽车,通过“Hybrid”的理念突破传统效率瓶颈。由于HDST系统的架构复杂,对算法要求更高,因此鼠标内部还有一颗主频为72MHz的ARM Cortex-M3微处理器,用于完成消除抖动、丢帧以及漂移等现象的工作。
4G双传感器系统的架构相对简单,通过光学传感器辅助激光传感器定位,这可看作是一种针对Lift off distance特性进行的技术优化。它没有绝对的技术革新,可操作性更强。EG的HDST双传感器技术拥有两套独立的定位系统,它除了同样具备低Lift Offdistance特性之外,既支持双传感器协同工作也可以让激光系统和光学系统独立工作,此方案的技术含量更高,可获得更高价值的性能突破。当然,这种方式的算法更复杂,如果想要鼠标在协作模式和单一定位模式都获得高精度定位的话,对厂商的技术实力有很高要求。同时,它的功耗较高,是普通鼠标的两倍。
关键词:多维物理特征检测;在线源识别;高时间分辨率;低成本;大气颗粒物 文献标识码:A
中图分类号:TH70 文章编号:1009-2374(2016)35-0013-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.35.007
大气颗粒物来源复杂并具有区域传输和快速演化特征,现有仪器主要集中在颗粒物粒径、浓度和成分的单独检测,且时间分辨率低、价格昂贵,缺少能够进行快速源识别和支撑颗粒物动态时空分布研究的在线监测仪器。本项目融合多角度测量与偏振测量两项技术,研制多角度偏振光散射大气颗粒物源识别在线分析仪,并推进大气颗粒物物理光学表征体系的完善,是大气污染物源解析新型技术的典型应用。
1 原理及方法介绍
当大气颗粒物被采集进入光检测室后,通过对气路流量、流速和扩散行为的调控,使得入射光在测量区域仅与单个颗粒物产生相互作用,此时颗粒物粒径、复折射率、等效散射体结构等物理特征影响偏振状态的演化以及角度分布,对全偏振散射角度谱信息进行提取和简并变换,建立偏振光学指标组合与颗粒物物理复合特征之间的对应关系,并借助多维网络化数据的逆推算法,通过所测量的偏振指标反演并识别单颗粒物的类别信息,其中多个光散射脉冲序列的高灵敏提取能够反馈大气颗粒物复合体系中的多类源识别比例,单个光散射脉冲的同步检偏确保大气颗粒物偏振表征的有效性和实时性。整体技术路线大致如下图1所示:
对比非偏振的测量,扩展为16个信息维度的偏振光散射测量后带来的好处:
第一,偏振通道的散射信息量大,可以在不依赖多角度、多波长条件下获取多维表征参数。
第二,偏振对颗粒物属性变化更为敏感,尤其对小尺寸或者各向异性的微观结构具有较高的测量敏感性。同时经历不同散射次数的偏振光子保偏能力不同,偏振测量的优势还在于通过剔除多次散射后扩散光子的影响,而达到增强对比度和弱信号探测效果。
第三,多维的退偏、椭偏、旋偏组合信息为多组分多类别复杂颗粒物源识别提供可能。
第四,起偏检偏模块的兼容性好,不影响原有光散射测量,易实现光学方法的复合测量。
2 项目主要解决的科学技术问题
项目技术路线如图5所示:
2.1 研究大气颗粒物偏振光散射模型和演化算法
发展单颗粒物散射物理模型,引入结构特征和光学属性等因素来识别颗粒物,结构特征包括粒径分布、复折射率、特殊形态、复合结构等,光学属性包括光吸收散射过程的计算方式,旋光、双折射、二向色性等,探讨颗粒物不同来源所对应的示踪成分和示踪光学现象,研究散射偏振矩阵的变换和降维方式。对全偏振散射指标组进行筛选和比较,包括各偏振指标的误差传递和权重因子分析,各偏振指标在不同物理过程和结构对象上的灵敏度差异;对不同分类识别算法在计算速度、网络复杂度、降维能力、适用对象、训练数据要求、类间距误差等方面进行比较,确定反演算法关键节点的选取和设定,进一步探讨理论数据库和标样测试数据库对算法的训练学习流程以及多组分多类别现场对照误差的分析和校准方式等。
2.2 颗粒物源识别在线分析仪的研发
2.2.1 仪器关键部件开发,包括:(1)研制精确的流量控制模块,高速喷嘴、鞘气保护系统,达到大气颗粒物以排列形式单个依次通过光散射区的目标;(2)研制稳定的温湿度控制模块、高吸收气密散射室,减少各测量通道的噪声基底值以及噪声漂移;(3)开发超高灵敏光电传感器、高信噪比放大电路,达到考核指标中粒径分析下限的要求;(4)开发多偏振参量同步检测器和同步数据采集卡,实现多通道多偏振态同步检测和数据接收。
2.2.2 颗粒物光散射特性分析和仪器性能评价:搭建多组分颗粒物单粒径稳定发生和筛选系统,实现多种类颗粒物的稳定发生和选择,以此为基础开展多组分、多粒径的标准单颗粒光散射及偏振特性测试系统设计及实验,其中单粒径颗粒物类型涵盖水溶性颗粒物(氯化钠、硫酸铵、硝酸铵等)、PSL标准小球等,多粒径颗粒物类型涵盖扬尘(亚利桑那尘)、碳类(煤矿尘)等,在完成实验室多参数测定及样机标定的基础上,同步开展仪器环境适用性检测和评估研究,开展实际大气环境下(合肥)的仪器示范运行测试和数据比对,形成仪器性能评价报告和改进建议。
2.3 污染源分类的偏振数据解释和仪器应用比对
在研发样机完成的基础上,选择已有颗粒物源谱的典型地区,涉及不同纬度、不同气候特征(包括温度、湿度、气流等)和不同的工业结构的颗粒物排放区域,如京津冀、长三角、珠三角等地区,同时在外场安放研发样机及颗粒物采样器。每个季度采集20天,一共采集4个季度。其中研发样机通过仪器自身采集到的颗粒物的单颗粒光学特征,在线分析出颗粒物的主要来源;颗粒物采样器利用滤膜采集样品、实验室分析其中的有机碳(OC)/元素碳(EC)、水溶性阴阳离子(F-、Cl-、NO3-、SO42-;K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+)、无机元素(Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Pb、Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Si等),采用化学质量平衡(CMB)源解析技术,模拟计算得到采样点的颗粒物来源。将上述两者来源做比对,验证研发样机的结果的可靠性,修正研发样机的误差,形成比对验证报告。在研发样机改善的基础上,在上述外场做应用示范,实现偏振光散射的颗粒物快速动态源识别,获得高时间分辨率的颗粒物来源信息,形成仪器应用示范分析报告,为当地大气污染防治和管理提供数据支持。
2.4 工程化和可靠性测试
为保障本项目工程化与产业化的顺利进行,切实形成皮实耐用、稳定可靠具有市场竞争力的产品,申报团队引入专业的工程化可靠性研究团队,在项目论证、仪器开发、应用开发、产业化等环节,针对项目仪器的研制与应用,开展可靠性研究,目标仪器的技术就绪度≥8级、环境适应性符合GB/T 11606规定的要求,安全性符合EN 60100或GB/T 17626规定的要求。
3 创新性
在线分析仪基于偏振光散射多角度测量装置和算法对大气颗粒物进行分析识别,属于国内领先、国际首创,其创新性主要体现在原理、评价体系和功能三个方面:
3.1 国际首创的多角度偏振光散射颗粒物在线分析方式
依托清华大学团队自主创新的两项国际专利技术,并采用新型光探测器、低噪声跨阻放大器及半导体制冷技术突破单颗粒微弱信号的增敏提取瓶颈,实现全偏振快速同步检测;借助偏振同步分析所提取的多维偏振指标体系,对颗粒物形貌、光吸收等属性进行复合表征,从而对颗粒物示踪成分,如水、炭黑、硝酸盐、硅酸盐等,开展特异性识别;通过扫描差分电迁移粒径选择、环境条件可控、均匀混合箱设计及气流控制等技术,实现多组分、多粒径的标准单颗粒的稳定发生和筛选以及光散射及偏振特性参数的系统性实验测试与分析,实现仪器的单颗粒定标测试,并获取颗粒物光学识别数据库标准偏振数据。
3.2 对现有大气颗粒物多维信息评价体系的创新型补充
开发对微观结构的偏振光散射过程分析能力具有国际领先水平的偏振光散射蒙特卡洛理论计算和仿真模拟平台,研究多维偏振指标的优化组合和逆向反演颗粒物类别的算法,这种新的源类分析模型和算法是基于大气颗粒物的物理特征数据谱库,首次对偏振光学散射过程与典型源类对象之间的关系进行描述和解释,它在燃煤、机动车尾气、生物质燃烧、扬尘等典型排放源的实测评价,能够成为大气颗粒物形成机理、时空分布以及区域传送等重点研究问题的辅助依据;基于实验室典型源类测试,利用综合观测和解析手段,通过对颗粒物开展定量动态源解析,率先建成颗粒物光学信息组合特征与典型源类特征的关系数据库,实现基于光学特征的环境大气颗粒物快速动态来源识别。
3.3 功能创新
体现在三个方面:(1)该设备具备长周期不间断连续观测能力,核心部件和器材都可以长期稳定工作,不需要定期的耗材更换,偏振光学在线数据采集和高维数据处理后的源识别数据更新速度在分钟量级;(2)该设备是一种单颗粒物分析装备,对大气真实体系下的颗粒物的原始状态进行分析;(3)该设备完全自主知识产权,价格低廉。
4 项目团队
项目团队共六家单位,完整覆盖技术支撑、应用示范、工程化以及产业化四大领域。首先,在中兴仪器承担的整机设计与开发任务的牵引下,由清华大学和中国科学院合肥物质科学研究院配合分别承担颗粒物特异性表征和源识别偏振光学模型算法与系统优化,颗粒物光散射特性分析及仪器性能评价两项基础性任务,为中兴仪器完成整机设计与开发任务奠定基础;然后,由中国环境科学研究院和中国环境监测总站分别负责完成偏振光表征体系识别污染源的分类模型和数据解释,颗粒物源识别的比对验证和应用示范两项仪器应用开发任务;最后,由电子五所配合中兴仪器完成仪器工程化与产业化的任务。通过上述七项任务的统筹安排和布局,实现关键技术突破、仪器研发、应用开发、工程化与产业化的全链条打通,保障本项目目标的实现。
5 预期效益
本项目的顺利实施,在科学上极大地丰富了大气颗粒物源解析技术体系,光学数据库与已有化学属性库形成互补验证,为开展大气污染源复合解析提供综合数据支撑;在社会管理上,一方面减少大气颗粒物源识别仪器对国外技术的依赖,为国家和环保产业培育人才,另一方面可实现数据及结果共享,共同繁荣蓝色文明,创造社会公众价值;在经济上,仪器产品具有广阔的市场前景,不仅产生填补国内外空白的多项技术专利,为企业创造新的就业机会和可观利税;推动了环境监测和治理领域的产业技术快速发展,同时带动科学分析、机电一体化、自动控制、电子信息、基础材料等相关产业发展,创造出显著的高科技产业经济效益。
[关键词]实验教学;麻省理工学院;教学改革;综合设计实验
[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2017)03-0071-03
随着互联网教育技术的发展以及全球化教育的盛行,中国高等教育正经历新一轮的教育教学改革。各个高校都在就如何推进大学教学改革,提高人才培养质量进行探讨。在教学改革环节中,实验教学改革是其重要的组成部分。相对于纯粹的课程教学,实验教学可以增强学生对科学规律的感性认识,提高其实践动手能力,培养学生的创新精神和思维以及综合素质。另外,生动直观的实验教学还可以激起学生的学习兴趣和积极性,有助于团队协作能力的培养。鉴于实验教学在学生综合能力素质培养过程中的重要地位,国内外各所高校都十分重视实验教学。
国外著名院校经过多轮教学改革,已形成了自己的实验教学特色,而我国高校的实验教学正处于发展完善之中,实验教学中还存在较多的问题需要解决。首先,演示型、原理验证型实验仍占据实验教学的主导地位,在培养学生的综合设计能力和创新思维能力上存在较大欠缺。第二,实验内容陈旧,未根据科学知识的发展规律及科技前沿及时更新相关实验内容。第三,综合设计型实验开设比例较低,多数实验仍属于规定具体实验步骤的普通实验,不仅限制了学生的思维,而且降低了学生的主动参与性。学生往往把实验当成一种任务来完成,而没有积极思考实验的目的、原理以及实验方法,因此,实验教学未对学生起到应有的培训和训练目的。
为了解决目前我国高校实验教学中的一些问题,积极探讨科学有效的实验教学方式已迫在眉睫。国外著名高校成熟的实验教学模式可以为我们探讨实验教学改革起到引领作用和借鉴作用。本文拟以美国麻省理工学院现代光学实验教学模式为例,探讨其对我国高校实验教学改革的启示。
一、MIT实验教学模式
(一)实验课程概述
MIT现代光学实验课程提供了实验室光学、光学原理、光学设备及光学系统的详细介绍,内容包括光的偏振特性、反射和折射、干涉、夫琅和费和菲涅尔衍射、全息、光学成像、透镜的变换特性、空间滤波、双透镜相干光学处理器、材料的光学特性、激光、电光、声光、液晶光调制器、光学探测器、光波导以及光纤通信系统等。
多数光学实验系统将涉及平时课程所学的理论和器件,课程的目标是通过手把手的课堂学习和动手实践,再辅以相应的问题解答和最终的综合实验设计,帮助学生深入理解和掌握现代光学设备与系统的基本原理、设计理念。综合实验设计有12个备选项目,学生可以在此基础上选择适合自己的设计项目。
(二)实验教学环节
MIT现代光学实验教学环节包括理论授课、实验室训练、作业、课程考试以及综合设计实验等。
1.理论授课
头8周每周安排2次理论教学(每次1.5小时),1次实验训练(每次3小时)。头几周的理论教学主要是回顾经典光学、光电子和量子电子中涉及的基本原理和概念,剩余几周的理论教学主要讲解现代光学中涉及的主要科学问题。由于本门课程属于实验课程,因此不会讲授详细的理论,而是给学生提供足够的实验背景及具体的实验感知。
2.实验室训练
总共有7个短的实验训练项目,内容涉及基本的实验室训练,这些实验训练跟基本的光学和量子现象的测量与观察有关。每个实验训练项目包括实验前练习(实验前完成)和几个围绕同一主题的实验,目的是巩固理论教学所学内容,每个实验完成一周后,需要上交实验报告。
3.作业
实验作业包括实验前预习作业和实验课后作业,布置作业的目的是鼓励学生进行课外阅读,从而加强对基本知识的掌握。每周会安排一套课后作业,一周之后上交。
4.课程考试
本门课程共安排2次课程考试,每次考试时长1.5小时,考试内容包括理论授课、实验训练和作业中涉及的思想与观点,目的是测试学生对基本理论的理解和运用。学生不应该对这些测试有任何压力,只要按时上课,参加实验,完成课后作业,考都不成问题。考试题目有短问答题,目的是测试学生基本的光学理论和光学实验知识。考试分数占20%。
5.综合实验设计
为了确保所有的综合设计题目在难度和时间花费上尽可能公平,实验课程提供了几个可选的设计题目,学生可以随时开始最后的综合实验设计工作,避免期末的完成压力。指导老师会提供必要的实验设备和技术帮助,以确保对学生真正起到教育锻炼作用。另外,学生也可以选择自己感兴趣的课题。学生完成综合实验设计后,需要上交一份书面设计报告,篇幅约15-30页(4A纸,5号字太长的报告需要进一步精简浓缩),最后按小组参加口头答辩,陈述自己的实验工作。在综合设计实验开始之前,会要求学生通过调研提出可行的实验方案,并以书面形式上交指导老师。
二、实验教学启示
(一)注重系统性、综合性训练
在MIT开设的实验课中,教学环节包括理论讲授、实验室训练、作业、课程考试以及综合实验设计等。其中,理论讲授部分不同于普通的课程授课,在实验课中进行的理论讲授主要是后续实验需要用到的知识点,一方面是对之前课堂所学知识的回顾,另一方面是让学生进行实验时有一定的基础,减少其盲目性。实验课中的理论讲授不以传授理论知识为目的,它更注重运用知识解决实际问题的能力。另外,在理论教学环节还会讲授基本的实验技能、常用实验方法、实验设备使用、实验数据采集、实验系统测试、实验数据分析等实验技能,使学生在正式实验之前拥有必备的实验知识和技能,为其开展实验打下良好基础。实验室训练部分主要是让学生进行热身性质的基础实验训练,目的是训练学生使用常用实验设备的技能、实验系统搭建和调试技能、数据采集和分析技能等,增强学生对前述理论讲授知识的掌握,为后续综合性实验设计打下坚实基础。实验作业包括实验前预习作业和实验后思考作业,作业设置的目的是督促学生进行实验前预习和实验后理解消化,减少学生实验中的盲目做法,提高实验效率和效果。课程考试主要是考核学生对实验课中所学的基本知识和实验技能的掌握,对有关实验现象的解释等,一方面检验学生的学习效果,另一方面检验授课教师的授课效果,为以后进一步改进实验教学提供参考。
从MIT实验教学环节可以看出,其非常重视实验课的系统性和综合性训练,既有理论知识和基本实验技能的讲授,又有实践锻炼;既有基础性实验,也有综合性设计实验,中间掺杂作业和考核,可以说是全方位地系统性地训练学生。实验教学环节的安排遵循从理论到实践,由浅入深,由零件到系统,循序渐进的教学思路。而目前我国高校的实验教学普遍是把理论与实践分离、基础实验与综合设计实验分离,缺乏对学生的系统性训练,学生获得的训练和知识比较零散。为此,我们可以借鉴MIT的实验教学模式,注重对学生的系统性、综合性训练,增强学生获取知识的完整性和运用能力。
(二)注重综合设计型实验开设
在MIT实验教学中,综合设计型实验占实验总学时的2/3以上,可见其对综合设计型实验的重视程度。不同于普通基础实验,综合设计实验可以实现对学生的综合训练,因为综合设计实验过程跟科学与工程研究过程一致,包括实验题目选择、文献调研、实验方案设计、实验系统搭建、系统调试、实验数据采集、实验数据分析、实验总结报告撰写以及口头答辩等环节。因此,一个完整的综合设计实验可以理解为一次科学研究过程,相当于对学生提前进行科学研究训练。在综合设计实验过程中,没有限制具体的实验方案和方法,学生可以自由发挥,它锻炼了学生的文献检索能力、实践动手能力、团队协作能力、写作能力、口头表达能力、分析问题解决问题的能力以及学生的创新思维。这些能力无论是今后继续从事科学研究还是企业工作都是至关重要的。反观我国高校,目前普遍存在综合设计实验在整个实验教学所占比重偏弱的问题,一定程度上阻碍了创新人才的培养。因此,在实验教学改革上,需要加大综合设计实验的比重。
(三)强调基本实验技能的训练
基本实验技能包括实验设计能力、设备操作能力、系统搭建能力、器件选取能力、系统调试能力以及数据采集和分析能力等。这些基本实验技能是从事科学研究的必备技能,也是产品研发人员要求掌握的技能。这些能力的获得单纯依靠课程讲授是无法完成的,必须在实验教学环节实现。MIT的实验教学无论是在实验室训练环节还是在最后的综合设计实验环节,都特别强调基本实验技能的训练。我们在进行实验教学改革时,应该大幅压缩演示型、验证型实验的比重,因为这些实验并不能全面训练学生的基本实验技能,学生得到的只是单纯的实验数据,而对其中的实验原理和步骤没有真正理解与掌握。
(四)注重培养学生的综合素质和创新能力
经过MIT完整的实验过程训练之后,学生无论是在系统设计上,还是在学术写作和表达交流上,甚至在团队协作精神上,都得到了全面的训练和提高,学生的综合素质和科学素养得到了进一步加强。另外,MIT多数实验内容并没有限制具体的固定的实验方案和步骤,学生可以充分发挥自己的想象力,提出不同的解决实际问题的方案,然后再通过对不同实验方案进行对比分析和交流,极大地开阔了学生的眼界,进一步激发了学生的思维活跃度。我们在实验教学环节,应该想方设法开设开放性的实验,不要把具体的实验内容和步骤限制得过于死板,应努力提高学生的参与度和实验主动性。
(五)强调多种教学方式融合
为了对学生进行全方位的综合训练,加强实验教学效果,MIT实验课实行多种教学方式相结合,既有理论教学和基本的实验训练,又有综合设计实验以及作业和考核环节。不同教学方式的结合,极大激发了学生的学习兴趣和积极性。同时,实验内容灵活多樱学生不会感到实验课程枯燥,而是感受到实验课带给他们的成就感和满足感。因此,我们在实验教学上,也应该采用不同的教学方式,实现教学方式多样化,尤其是可以尝试加入互联网+的思想,把现代教育技术融入实验教学环节,在训练实验技能的同时,增强实验课程的趣味性和可操作性。
三、结语
“大众创业、万众创新”的新形势,对创新型人才的培养提出了更高的要求。实验教学是培养高素质创新型人才的必要环节。当前的高校实验教学远不能承担起培养创新型人才的任务,需要进行进一步的实验教学改革。只有积极借鉴国外著名高校在实验教学环节的优势和特色,努力探讨科学有效的实验教学改革路径,切实加强实验教学在培养学生综合能力中的地位,真正提高实验教学质量,才能体现出实验教学应有的作用和价值。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张学军,王琐萍.全面改革实验教学 培养学生创新能力[J].实验室研究与探索,2005(1).
[2] 曾卫东,张桥.深化实验教学改革,促进创新能力的培养[J].实验技术与管理,2005(4).
[3] 许华,朱敏杰,李志鹏.学科交叉与研学结合开展研究型实验的探索[J].实验技术与管理,2016(5).
水晶光电(002273)业绩快报:2017年公司营业收入21.46亿元、归属于上市公司股东的净利润3.56亿元,比上年同期分别增长 27.71%、 40.22%。公司加快国际市场和大客户拓展,加大产品和技术创新,积极布局3D成像相关光学组件新品,光学业务稳步上升;公司优化产业和产品结构,LED蓝宝石业务及反光材料业务快速发展,盈利能力不断增强;参股的日本光驰在报告期内业绩大幅提升,贡献了较好的投资收益。
海康威视:2017年净利94亿 同比增26.6%
海康威视(002415)业绩快报,公司2017年营收为418.95亿元,同比增长31%;净利为94亿元,同比增26.60%。基本每股收益1.03元。
比亚迪:2017年净利同比下降19.7%
比亚迪(002594)业绩快报,公司2017年营收1058.95亿元,同比增2.34%;净利40.57亿元,同比降19.7%。2017年,公司新能源汽车业务继续维持行业领先地位,集团传统汽车业务销量及收入有所下滑,给集团盈利增长带来一定压力。太阳能业务方面,年内市场竞争依然激烈,太阳能业务仍给集团盈利带来较大负面影响。此外,云轨业务已于2017年下半年开始为集团带来一定的收入贡献。
科技教育活动作为素质教育理念施行的重要手段之一,是以实践项目为载体,以发展学生的科学精神、知识与技能、方法与能力、行为与习惯为目的的教育活动。长期以来,一线教育工作者在组织科技教育活动时,往往面临着度浅(活动研究深度不够)、面窄(活动参与人数较少)等诸多的困扰。根据“多元智能理论”“丰富教学模式”的指导,针对不同智能类型、不同能力水平的学生设计不同方向、深度的项目活动,可以在一定程度上解决上述困扰。下面,我们以“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”为例,谈谈如何基于项目来实施分层次的科技教育活动。
一、活动背景
光污染是继水、气、声和渣污染之后的一种新型污染,主要包括白亮污染、人工白昼和彩光污染。光污染的影响首先在于破坏天文观测环境,历史上天文台因此而被迫搬迁的案例屡见不鲜。英国格林尼治天文台早在1948年就为躲避光污染和大气污染而迁往东南沿海环境优美、观测条件更好的赫斯特蒙苏堡地区。在美国、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等国,多个著名天文台都曾几次迁址。我国紫金山天文台的观测工作也全部转移到了其他观测站点,紫台园区则已改建为天文博物馆,以天文科普和天文旅游为主,仅保留了少量与太阳观测有关的科研工作。
光污染的影响其实并不局限于天文观测。居高不下的学生近视率、迷途的海龟幼崽、撞上玻璃幕墙的飞鸟、爆发性增殖的水藻、能源紧缺与气候变暖,这些看似并无关联的人与事,其实背后都与灯光之扰息息相关。
作为长三角地区的重要城市之一――无锡的光污染较为严重。在距市中心三阳广场约6.2公里远的天一中学校园里,天空是白的是灰的是橙的是多彩的,北斗七星中的天权是看不到的,狮子座的镰刀是认不全的……在距三阳广场16.9公里远的斗山山顶,连仙女座大星系M31和猎户座大星云M42都仅能勉强分辨,山脚下的路灯和远近城镇的光源清晰可见,天空泛着浅浅的灰白色……在与市区间隔有10公里的太湖十八湾地区竟连天顶附近的银河都彻夜不现,三角座星系M33也必须要通过双筒镜才能被观察到……
为提高学生及公众对光污染的认识,学校针对性地引进了一批测光仪,并依托天一天文社加贺谷穰工作室(文化宣传部)、达盖尔工作室(学术委员会)、伽利略工作室(普及委员会)和斯科特工作室(项目办公室),设计了“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”,策划并实施了多个文宣、教育、科普和研究性项目。
二、活动目标
知识与技能:
1.理解夜空光度、光污染的概念,了解导致夜空光度增大的主要原因。
2.掌握夜空光度分级的方法,并能运用器材测量夜空光度值。
3.了解背景光对天文观测的影响,
学会设计反映此原理的科普实验。
过程与方法:
1.开展观星活动、光污染摄影与夜空光度测量活动,掌握天文观测及夜空光度测量的基本方法。
2.了解策划、组织活动的过程,学会科学研究的一般方法,实验设计的一般结构。
情感、态度和价值观:
1.了解城市对自然地理环境的改变,不合理的城市亮化带来的环境问题,敢于解决问题。
2.在活动中,提升科学素养,发展科学思维、合作创新精神。
三、参与对象与活动形式
活动对象以天一天文社社员为主体,包括国际分社约40人,少年分社约40人,高中分社约70人,荣誉分社约20人。此外,还包括无锡市中小学天文联合会(锡天联)下属成员学校约150人,以及其他相关单位的学生约300人。
活动主体――天一天文社社员参与了“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”的全部项目、环节的活动,包括项目研究、实验设计、科普观测和摄影活动。锡天联成员学校、无锡市少年宫等其他相关单位的学生主要参与了科普观测和摄影活动。
四、活动的重点、难点、创新点
活动重点:搭建天文研究平台,以光污染研究为抓手,调动学生积极性,让更多的学生参与到天文活动中来。
活动难点:城市夜空光度测量研
究,光污染相关实验设计。
活动创新点:由中学发起并组织
的使用国际顶尖测光仪对城市进行高覆盖度的夜空光度测量研究,夜天光监测站点建设在世界范围内都具有唯一性;由中学生开展科普实验设计与教材编写同样具有开创性;以光污染为主题的摄影大赛在当今世界也是少见的。
五、可利用的各类科技教育资源
1.技术指导:中科院紫金山天文台科普部、北京师范大学天文系高爽老师、国家天文台刘博洋博士等以技术顾问的身份,参与了“城市夜空光度测量”的相关活动指导。此外,南京大学、中国科技大学、北京天文馆的专家教授们也曾多次来校指导天文课程建设。
2.团队建设:锡天联成员学校、无锡市少年宫等作为天一天文社紧密的合作伙伴,不仅为开展与夜空光度相关的科普活动提供了场地与学生支持,而且还有一批教师参与共同开展天文教研活动,形成了教研团队。
3.资金支持:天一中学为开展天文教育投入了大量的资金,已多批次采购天文实验器材如望远镜、测光仪、相机、野营设备、图书等,并已建设完成天文创新实验室一间;天文创新实验室作为学校“STS综合创新课程基地”的重要组成部分,还得到了省市区各级教育部门的专项建设资金支持;锡天联成员学校、无锡市少年宫等单位也配套投入了相关的天文基地建设。
六、活动内容
“多层次城市夜空光度测量科技教育活动”的全部项目、环节的活动,包括项目研究、实验设计、观测实践和摄影活动等多个层次,分别由天一天文社斯科特工作室(项目办公室)、伽利略工作室(普及委员会)、达盖尔工作室(学术委员会)和加贺谷穰工作室(文化宣传部)等四大工作室具体负责。表1为各工作室的智能类型列表。
(一)主题活动一:城市夜空光度测量(项目研究)
1.选题背景及意义:
无锡作为长三角地区的重要城市之一,经济发达,城市光污染情况总体比较严重,但是不同区域的污染程度也存在明显差异。夜空光度是衡量城市光污染程度的重要指标,通过使用专门的测光仪器,对无锡城区进行高覆盖度的光度测量,从而了解无锡城区整体的污染程度,不同区域的污染水平差异,以及分析光污染产生的背景,并尝试提出防治的建议,有利于提高公众对光污染的认识,也能为城市管理部门在优化城市灯光设置时提供参考。
2.活动过程和步骤:
(1)编写《无锡市夜空光度测量指导》方案。指导学生收集、整理与夜空光度测量相关的研究论文及其他材料,对“光污染”“夜空光度”等概念进行界定,并组织编写《无锡市夜空光度测量指导》方案,就测量时间、地点、方法及报告填写的格式予以统一规范。
(2)撰写开题报告。指导学生撰写《无锡城市夜空光度测量》开题报告,对研究背景、要解决的问题、选题意义及研究价值,核心概念的界定、相关现状、参考文献,研究目标、研究内容、研究假设,研究思路、研究计划,预期成果等内容进行项目论证。经论证后的项目被中国教育学会地理教学专业委员会研究性学习课题专家组立项。
(3)开展测量活动。指导学生开展城市夜空光度测量活动,具体步骤有:
①仪器编号:为支持本课题组
的研究工作,学校从加拿大购置了9台SQM测光仪,并予以编号(以分辨仪器本身存在的机械误差)。
②路线设计:将无锡市区划分为
不同的片区,并设计好测光的具体行
进路线和测光任务。
③实地测量:将课题组成员分成不同的小组,每组由3人组成,分别负责仪器操作、数据记录和坐标定位,每个坐标点测5个数据,以减小误差。
④数据处理:将测光所得的数据(经度、纬度、时间、测光值)输入EXCEL表格,进行误差分析,取平均值,得到各坐标点夜空光亮度的最终值。
(4)撰写结题论文。指导学生根据开题报告中预期成果的要求对收集的数据进行不同角度的分析,并将结论撰写成结题论文《无锡城市夜空光度测量研究》。结题论文主要结构包括:夜空光概述,测量仪器及方法,数据分析及测量结果(数据测量与分析步骤、夜空光亮度的地区分异、夜空光亮度的地区变化、夜空光亮度的地平高度及方位分异、夜空光亮度的时间变化),反思及讨论等。于2015年第4期《地理教学》杂志。
3.活动效果及呈现方式:
活动进行过程中及之后,我们得到了诸多媒体的关注:指导教师受邀赴上海复旦大学为2015年第六届全国天文社团发展论坛作了《也谈高中天文社团建设》的专题报告,赴江阴为2015年第二届无锡市高中生峰会作了《城市天文学》的专题报告。项目组还收到了国际天文学联合会普及工作委员会及香港大学物理系的邀请函,受邀加入国际夜空光度监测网络并赴香港大学开展项目交流与培训。
在前期活动的基础上,天一天文社发起成立了锡天联、无锡城市夜空光度监测网络两个组织,吸引了南菁中学、青阳中学、山明中学、旺庄实验小学等多家单位参与,将在无锡建设若干城市夜空光度监测站,并以此为抓手,开展进一步的天文教育活动。
(二)主题活动二:光学相关实验设计(科普实验)
1.选题背景及意义:
激发学生对科学的热情,培养并学习掌握科学研究的方法与技能是我国进行素质教育的目的之一。科学研究的方法和技能至少应包括:分析和观察周围世界的技能,发现问题、提出问题、作出假设、安排实验的技能,真实地记录观察结果与数据的技能,按照正确方法处理数据的技能。
天文因为不属于中小学必修课程而不被大多数学生所了解,中学阶段非常缺乏天文科普实验或科技制作的教学内容,非常有必要利用天一天文社的资源优势整理、设计一些科普天文实验或制作,这些源自我们身边的天文科学知识将极大地激发学生对天文的兴趣,增加他们对天文的认识,促进天文知识在基础教育阶段的普及。
2.活动过程和步骤:
(1)编写“光学相关实验设计”模板。指导学生学习《高中物理实验手册》等专业书籍,在此基础上,编写“光污染相关实验设计”模板:活动目标、概念与方法、材料准备、活动步骤、活动建议、活动拓展等,同时,设计一份样稿《在微光中辨认颜色》。
(2)开展“光学相关实验设计”。指导学生开展“光学相关实验设计”,具体步骤有:
①创意征集:发动学生提出光学
相关实验(及制作)设计的创意,组织人员从投稿的创意中精选可操作性较高的方案。
②方案编写:制订编写计划,并为课题组每一位学生分配编写方案(草案),指导他们根据模板和样稿的格式及要求进行方案编写。
③实验验证:将课题组成员分成不同的小组,每组2人,以小组为单位对所编写的方案进行实验验证。
(3)组织“光学相关实验设计”比赛。面向全校师生组织开展“光学相关实验设计”比赛,吸引对天文有兴趣、乐于动手实践的学生参加“在微光中辨认颜色”“彗星为什么长尾巴”“简易望远镜制作”等比赛,并评优颁奖。
(4)举办“光学相关实验设计”科普活动。面向锡天联成员学校、无锡市少年宫及无锡地区其他中小学、幼儿园开展“光学相关实验设计”科普活动,针对不同年龄阶段的受众举办光污染科普讲座或科普游戏。
3.活动效果及呈现方式:
学生编写的“光学相关实验设计”将被编入校本教材《中小学生天文学习指南3》,这是一本专门介绍天文相关科普实验及科技制作的教材,受众定位为中小学天好者及天文指导教师。
上述科普实验及科技制作被引入天文社“宇宙意识”少儿天文科普项目及“天文全球化”社区天文科普项目,作为寓教于乐的教学素材向少年儿童及社区的天好者推广。
(三)主题活动三:星空光害旅行团(观测实践)
1.选题背景及意义:
对业余天好者来说,观星是极大的乐趣所在。然而,严重的光污染正将灿烂的星空从我们身边
夺走。
为便于普通学生及其他业余天好者通过对比观测,直观地了解无锡各地的光污染情况,我们依托天一天文社组织的“天一观星营”项目,开展了“星空光害旅行团”活动,带领旅行团的团员们利用晚上的时间,去往锡城不同的地点,实地观测、考察并对比分析星星的数目,从而普及光污染的防治意识、夜空光度的概念。
2.活动过程和步骤:
(1)编写观测方案。指导学生编写观测方案,使用最常见的目视极限星等法,即通过肉眼能观察到的最暗星等来进行估算:选择2个或2个以上地平高度大于40°的定标天区,数出该天区内能观察到的恒星数目,与国际流星组织提供的表格对应来确定极限星等。同时,为便于零天文基础的团员参与,我们设计了简易观测法,请同学们观测标志性星座所在天区的恒星数量,来比较不同地点的光污染程度。
(2)开展观测实践。带领旅行团的团员们利用晚上的时间,去往无锡城不同的地点,实地观测、考察并对比分析星星的数目。具体观测过的地点有太湖广场、馨和苑广场、天一中学、斗山、保利广场、崇安寺广场、南禅寺广场、安镇高铁新城、太湖十八湾等。(见图9、图10)
3.活动效果及呈现方式:
通过“星空光害旅行团”活动,结识了一批无锡地区的成年及未成年业余天好者。以此为抓手,天一天文社发起成立了“无锡市业余天
好者协会”QQ群。以此活动为素材撰写的《星星都去哪儿了》发表在《天好者》杂志2016年第2期。
(四)主题活动四:光污染摄影大赛(文化艺术)
1.选题背景及意义:
为推动公众思考光污染在无锡及其所在社区的状况,让公众参与光污染活动,我们发起了“光污染摄影大赛”活动。邀请公众使用摄影设备捕捉各种光污染的画面,从而了解及思考无锡地区乃至全世界日益严重的光污染问题。比赛主题分为:光污染与生态、光污染与健康、光污染与能源、光污染的分布、光污染的来源等。评选标准主要有:摄影照片视觉美感、作品说明表达技巧、光污染意涵、手法创意等。
2.活动过程和步骤:
指导学生起草“光污染摄影大赛章程”,包括组织单位、大赛目的、比赛主题、参赛资格、参赛设备、照片格式、相关权益、比赛日程、评选规则等。
章程起草完毕后,通过锡天联官网、锡天联微信公众号(AUWS2015)、无锡市业余天好者协会QQ群(91462404)、牧夫天文论坛无锡天协专版等渠道向外比赛信息。
投稿截止后,组织专家对作品进行评审,并举办颁奖仪式。
3.活动效果及呈现方式:
通过光污染摄影比赛,一方面间接了解了无锡地区光污染的来源、分布情况,另一方面,在公众中对光污染进行了有效的宣传与普及。光污染摄影作品还被制作成海报,用于专题展览。
七、活动可能出现的问题及解决预案
1.项目研究中的技术问题:
考虑到光污染问题在大陆地区的研究仍处于起步阶段,即便在世界范围内也未引起足够的重视,我们在开展夜空光度测量时会遇到各种各样的技术问题。对此我们的解决方案主要是:
(1)开题报告与测量指南两个指
导性文件必须花大力气保证质量,保证指导性和可操作性。
(2)争取学校在测光仪采购上的
支持,以及年级组、班主任在学生活动时间上的支持。
(3)遇到实在难以解决的技术问题,请教中科院紫金山天文台等相关研究机构。
2.科普实验中的素材问题:
中学生的专业知识储备毕竟是有限的,对生活的观察能力也仍有待提高,这直接导致了科普实验素材的缺乏。对此我们的解决方案主要是:
(1)大量、深度阅读中小学阶段及国外的实验手册,学习实验编写的一般结构,积累与光学相关的实验和科技制作素材。
(2)通过天文科普书籍和天文历
史故事,寻求实验和科技制作素材。
(3)面向全校发起光污染相关实
验和科技制作素材的征集活动。
3.观测实践中的安全问题:
夜间开展天文观测实践活动遇到的最大挑战是人身与财产安全问题,很多学生、家长或教师不支持天文活动也主要是对此有深深的顾虑。对此我们的解决方案主要是:
(1)与参加活动的学生签订合同,
并要求学校同意、学生签字、家长签字。
(2)统一、强制购买意外险,分担风险。
(3)与有资质、口碑好的旅行社合作,联系包车或食宿。
(4)对每一个观测地点进行事先
的实地探访,确保观测地的安全性,远离陡坡与水体。
4.摄影大赛中的发动问题:
摄影大赛看似简单,就是摁一下快门的事。但真正要发动公众参加,激发大家的热情却并不是一件简单的事。对此我们的解决方案主要是:
(1)通过锡天联成员学校的天文
指导教师,发动学生中的天好者参赛。
(2)通过官网、微信公众号、QQ群等网络平台推送摄影大赛比赛通知。
(3)积极联系赞助,为获奖选手准备证书、奖杯及奖品。
八、效果评价标准与方式
在评价的过程中,坚持“主体多元”“方式多样”“向度多维”等原则。
1.主体多元:
在活动过程中,要求学生首先进行自评和互评,不同组别之间也可以进行他评。这有利于加深学生对评价标准的认识与理解,可以促进学生自我反思和自我发展。教师在此基础上,对学生自评、互评及他评进行再评价,保证了评价的指导性。
2.方式多样:
在活动过程中,灵活运用即时评价与延时评价。即时评价有利于表扬先进,纠正缺陷;延时评价则体现了尊重、关爱与期待。此外,还将口头评价与书面评价,一次评价与多次评价,诊断性评价、过程性评价与终结性评价等多样化的评价方式相结合,以保护学生的积极性,强化学生的成就感。
3.向度多维: