導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇量子計(jì)算研究報(bào)告，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、反?；魻栃?yīng)的前世

（一）霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)是美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的一個(gè)物理效應(yīng)。在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體中，如果施加一個(gè)垂直于電流方向的磁場(chǎng)，由于洛倫茲力的作用，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。

霍爾效應(yīng)在應(yīng)用技術(shù)中非常重要，特別是在現(xiàn)代汽車(chē)上廣泛得到應(yīng)用。

（二）量子霍爾效應(yīng)

作為微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的完美體現(xiàn)，量子霍爾效應(yīng)（強(qiáng)磁場(chǎng)中，縱向電壓和橫向電流的比值隨著磁場(chǎng)增強(qiáng)而出現(xiàn)的量子化特點(diǎn)）一直在凝聚態(tài)物理研究中占據(jù)著極其重要的地位。1980年左右，德國(guó)科學(xué)家馮·克利青發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，獲得1985年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1982年，美國(guó)物理學(xué)家崔琦和施特默等發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，這個(gè)效應(yīng)不久由另一位美國(guó)物理學(xué)家勞弗林給出理論解釋，他們?nèi)藰s獲1998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

量子霍爾效應(yīng)在未來(lái)電子器件中發(fā)揮特殊的作用，可以用于制備低能耗的高速電子器件。例如，如果把量子霍爾效應(yīng)引入計(jì)算機(jī)芯片，將會(huì)克服電腦的發(fā)熱和能量耗散問(wèn)題。然而它需要的強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備不但價(jià)格昂貴，而且體積龐大（衣柜大小），也不適合于個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。

二、反常量子霍爾效應(yīng)

1880年，霍爾在研究磁性金屬的霍爾效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使不加外磁場(chǎng)也可以觀測(cè)到霍爾效應(yīng)，這種零磁場(chǎng)中的霍爾效應(yīng)就是反?；魻栃?yīng)。反?；魻栃?yīng)與普通的霍爾效應(yīng)在本質(zhì)上完全不同，反常霍爾效應(yīng)是由于材料本身的自發(fā)磁化而產(chǎn)生的，因此這是一個(gè)全新的量子效應(yīng)，有可能是量子霍爾效應(yīng)家族的最后一個(gè)重要成員。如果能在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)零磁場(chǎng)中的量子霍爾效應(yīng)，利用其無(wú)耗散的邊緣態(tài)發(fā)展新一代的低能耗晶體管和電子學(xué)器件，從而解決電腦發(fā)熱問(wèn)題和其它的一些瓶頸問(wèn)題，推動(dòng)信息技術(shù)的進(jìn)步。但反常霍爾效應(yīng)的量子化對(duì)材料性質(zhì)的要求非?？量?，美國(guó)、德國(guó)、日本等科學(xué)家未取得最后成功。

2009年，清華大學(xué)薛其坤院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)向量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)發(fā)起沖擊。

2010年，中科院物理所的方忠、戴希理論團(tuán)隊(duì)與拓?fù)浣^緣體理論的開(kāi)創(chuàng)者之一、斯坦福大學(xué)的張首晟等合作，提出了實(shí)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)的最佳體系。由清華大學(xué)的薛其坤、王亞愚、陳曦、賈金鋒研究組，與中科院物理所的馬旭村、何珂、王立莉研究組及呂力研究組組成的實(shí)驗(yàn)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，開(kāi)始向量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)起沖擊。截止到2013年的四年中，團(tuán)隊(duì)生長(zhǎng)和測(cè)量了1000多個(gè)樣品，利用分子束外延的方法使之長(zhǎng)出一層幾納米厚的薄膜，然后再摻進(jìn)去鉻離子，生長(zhǎng)了高質(zhì)量的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體薄膜，將其制備成輸運(yùn)器件并在幾毫開(kāi)的極低溫度環(huán)境下對(duì)其磁電阻和反?；魻栃?yīng)進(jìn)行了精密測(cè)量。終于發(fā)現(xiàn)在一定的外加?xùn)艠O電壓范圍內(nèi)，此材料在零磁場(chǎng)中的反?；魻栯娮柽_(dá)到了量子霍爾效應(yīng)的特征值h/e2～25800歐姆，世界難題得以攻克。薛其坤院士說(shuō)：這是我們團(tuán)隊(duì)精誠(chéng)合作、聯(lián)合攻關(guān)的共同成果，是中國(guó)科學(xué)家的集體榮譽(yù)。

三、量子反?；魻栃?yīng)的意義及發(fā)展前景

量子反常霍爾效應(yīng)之所以如此重要，是因?yàn)樾?yīng)可能在未來(lái)電子器件中發(fā)揮特殊作用，無(wú)需高強(qiáng)磁場(chǎng)，就可以制備低能耗的高速電子器件，例如極低能耗的芯片——這意味著計(jì)算機(jī)未來(lái)可能更新?lián)Q代。

霍爾效應(yīng)是諾貝爾獎(jiǎng)的富礦。最近一次也是第三次與霍爾效應(yīng)有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)是2010年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。2005年，英國(guó)科學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，在常溫下觀察到量子霍爾效應(yīng)。他們于2010年獲諾獎(jiǎng)。石墨烯這種“超薄的碳膜”厚度只有0.335納米，是至今發(fā)現(xiàn)的厚度最薄和強(qiáng)度最高的材料。

此外，量子自旋霍爾效應(yīng)于2007年被發(fā)現(xiàn)，2010年獲得歐洲物理獎(jiǎng)，2012年獲得美國(guó)物理學(xué)會(huì)巴克利獎(jiǎng)。

篇2

XNA分子連同DNA和RNA加入基因目錄

生命的遺傳分子“動(dòng)物園”2012年又稍稍擴(kuò)大了一些。通過(guò)用其他分子替換DNA鏈主干中的糖，科學(xué)家們創(chuàng)造了ANA、TNA、HNA、FANA、CeNA和LNA。這些統(tǒng)稱為XNA的合成遺傳分子，每個(gè)都有其自己的經(jīng)設(shè)計(jì)的酶，從而允許分子被“讀取”，然后進(jìn)行復(fù)制。此項(xiàng)進(jìn)展或有助于理解地球生命是如何發(fā)端的。

在一個(gè)好的舊DNA的幫助下，XNA也可以有自己的下一代。通過(guò)選擇一個(gè)特定的性狀，如附加到其他分子的能力，研究人員還能誘導(dǎo)XNA隨時(shí)間而改變。遺傳和進(jìn)化將不再只是DNA和RNA的專利。

這項(xiàng)工作表明，地球及宇宙其他地方遠(yuǎn)古時(shí)代的生命，也可能出自其他種類(lèi)的分子。此項(xiàng)研究成果在生物醫(yī)學(xué)方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值：由于研究人員可引導(dǎo)分子的進(jìn)化，經(jīng)設(shè)計(jì)的XNA可由能傳遞藥物的特殊性狀組成。這些新鮮分子或可為從頭開(kāi)始構(gòu)建新生物提供復(fù)制機(jī)制。

“我們現(xiàn)在只知道生命的一個(gè)例子，那就是40億年前地球上的生命形式，”美國(guó)加州斯克里普斯研究所的生物化學(xué)家杰拉爾德·喬伊斯說(shuō)：“也許我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上的某種生命證據(jù)，抑或是火星上的生命化石。再不然，也許我們還能制造一個(gè)生命。”

12.量子的盛裝舞會(huì)

離超遠(yuǎn)距加密傳輸和超高速計(jì)算機(jī)更近了一步

未來(lái)正在呼喚。在防止黑客竊取消息方面，物理學(xué)家們2012年在更遠(yuǎn)距離上實(shí)現(xiàn)了量子編碼壓縮信息的傳送。他們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)夢(mèng)寐以求的粒子，其量子特性將來(lái)或可用以開(kāi)發(fā)超高速電腦。

一提到發(fā)送信息，即便是即時(shí)通信也無(wú)法與量子態(tài)隱形傳輸相提并論。研究人員使用一對(duì)“糾纏”粒子來(lái)傳送信息，即使它們相距甚遠(yuǎn)，也只需測(cè)量其中一個(gè)的特定屬性就可決定另一個(gè)的屬性。有關(guān)屬性的信息于是就可在瞬息之間在兩者間傳遞。

中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在青海湖首次成功實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)（97公里）的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。很快，奧地利物理學(xué)家安東-澤林格領(lǐng)導(dǎo)的一支國(guó)際小組成功在加那利群島的兩個(gè)島嶼——拉帕爾瑪島和特納利夫島間實(shí)現(xiàn)了143公里的量子態(tài)傳輸，一舉打破中國(guó)科學(xué)家的紀(jì)錄。

科學(xué)家們下一步將在衛(wèi)星和國(guó)際空間站進(jìn)行永久的量子態(tài)隱形傳輸實(shí)驗(yàn)。將信息送入軌道意味著傳送距離將比以往遠(yuǎn)上3倍以上。因?yàn)樵诟呖罩写嬖谳^少的干擾分子，物理學(xué)家認(rèn)為在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)是完全可能的。

另一個(gè)夢(mèng)想則是建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，其將基于粒子的量子特性以極快的速度來(lái)運(yùn)行計(jì)算。2012年，科學(xué)家們已在實(shí)現(xiàn)此一目標(biāo)的道路上邁出了堅(jiān)實(shí)一步，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)苦苦追尋的粒子——馬約拉納費(fèi)米子。

馬約拉納費(fèi)米子于上世紀(jì)30年代提出，其不像其他粒子一樣擁有反物質(zhì)伴子。因此，它們可在量子計(jì)算機(jī)中形成一個(gè)更穩(wěn)定存儲(chǔ)單元的基礎(chǔ)，幾乎不受外界的影響。

13.北極熊迎來(lái)悲慘時(shí)世

兩項(xiàng)遺傳學(xué)研究擴(kuò)展了北極熊的家世

北極熊這種毛茸茸的野生動(dòng)物，正處于氣候變化的危險(xiǎn)之中。現(xiàn)在看來(lái)，它似乎已在過(guò)去的溫暖期存活了足夠長(zhǎng)的時(shí)間。究竟有多長(zhǎng)雖有待觀察，但2012年發(fā)表的兩份遺傳學(xué)研究報(bào)告將該物種的起源追溯到了冰河時(shí)代。

北極熊歷史的改寫(xiě)，使人們重新思考它的未來(lái)。不過(guò)，雖然北極熊在過(guò)去已安然度過(guò)了好幾個(gè)溫暖期，但也無(wú)法保證它們將逃過(guò)這最新的一劫。

在2012年的遺傳學(xué)研究報(bào)告出臺(tái)前，北極熊作為一個(gè)物種的歷史一直被認(rèn)為是短的。來(lái)自挪威的北極熊顎骨和牙齒化石，可追溯到11萬(wàn)年至13萬(wàn)年前，這也是現(xiàn)存最古老的北極熊遺物化石記錄。布法羅大學(xué)的夏洛特·林克韋斯特及其同事開(kāi)展的遺傳學(xué)研究表明，雌性北極熊的家世可溯回到大約15萬(wàn)年前，這與棕熊的血統(tǒng)相一致。

法蘭克福生物多樣性和氣候研究中心的進(jìn)化生物學(xué)家弗蘭克·海拉爾表示，如果北極熊作為一個(gè)物種真的進(jìn)化得如此之快，這將是“快速適應(yīng)的奇跡”。

但2012年，兩個(gè)獨(dú)立的研究團(tuán)隊(duì)首次對(duì)北極熊細(xì)胞核中的DNA進(jìn)行了詳細(xì)分析。林克韋斯特此前曾對(duì)線粒體中的DNA進(jìn)行過(guò)分析，而線粒體僅能對(duì)母系進(jìn)行追蹤。

海拉爾團(tuán)隊(duì)的研究將棕熊與北極熊的分異往前推進(jìn)到大約60萬(wàn)年前，林克韋斯特的研究則將之推進(jìn)到更遙遠(yuǎn)的400萬(wàn)年至500萬(wàn)年前。美國(guó)科羅拉多大學(xué)波德分校的古氣候?qū)W家吉福德·米勒說(shuō)，往回追溯到60萬(wàn)年前意味著該物種安然度過(guò)了40萬(wàn)年前的溫暖期。更早一些的研究則把北極熊投入到一個(gè)可能不會(huì)有冬季海冰的不同世界。

至于為什么他們推斷出的日期如此不同，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)提出了很多的解釋。但他們一致認(rèn)為，更長(zhǎng)的家世并不意味著，這種已被列入瀕危動(dòng)物名錄的物種現(xiàn)在就可以高枕無(wú)憂了，因?yàn)樗鼈儗Ｏ淼暮１鶙⒌卣诓粩嗳诨?/p>

還有一點(diǎn)，現(xiàn)今的北極熊已不再是昔日的北極熊。北極熊的早期祖先也許根本不是專業(yè)的海冰捕食者。隨著人類(lèi)造成的氣候變暖，地球可能熱得更快，比北極熊曾經(jīng)歷過(guò)的溫暖期更長(zhǎng)久。這也是北極熊第一次和數(shù)十億的人類(lèi)共享這個(gè)正在變暖的星球。

14.人類(lèi)的血統(tǒng)可能不那么“正”

DNA描繪出石器時(shí)代的雜交亂象

科學(xué)也鬧“狗血?jiǎng)　薄?012年的一些研究曝光了人類(lèi)祖先和近親種群之間也曾過(guò)。這些新發(fā)現(xiàn)（莫名其妙地被街頭小報(bào)忽略了）提出了一個(gè)問(wèn)題，那就是數(shù)萬(wàn)年前的智人間到底發(fā)生了多少基因交換。更重要的是，這種混亂的家庭樹(shù)將現(xiàn)代人類(lèi)在非洲進(jìn)化和擴(kuò)散并擊敗了尼安德特人等近親的流行觀點(diǎn)連根拔除。

一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)揭示了一份從石器時(shí)代女孩指骨化石中提取的基本完整的基因圖譜。DNA數(shù)據(jù)表明她是西伯利亞的丹尼索瓦人種，他們?cè)跀?shù)萬(wàn)年前移居到東亞。研究發(fā)現(xiàn)，今天的巴布亞新幾內(nèi)亞人繼承了丹尼索瓦人6%的基因。

因?yàn)闆](méi)有足夠的化石，研究人員無(wú)法確定這個(gè)西伯利亞女孩或其他丹尼索瓦人是否代表了一種新的智人種群。來(lái)自一個(gè)古代個(gè)體而非代表性種群樣本的DNA，是無(wú)法確定一個(gè)新物種的。

另一方面，尼安德特人被普遍認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的種群，即使他們也偶爾與智人雜交。最近發(fā)現(xiàn)的石制工具表明，尼安德特人從75000年前開(kāi)始長(zhǎng)途跋涉從歐洲轉(zhuǎn)向東亞，使他們有機(jī)會(huì)在一個(gè)廣闊的地域內(nèi)與古人類(lèi)雜交。對(duì)丹尼索瓦人的研究還發(fā)現(xiàn)，今天的東亞人與尼安德特人共享的基因要比南美人或歐洲人多。

然而，盡管知道他們共享DNA，目前還不清楚他們之間是否確實(shí)發(fā)生過(guò)雜交，或發(fā)生過(guò)多少次雜交。一些科學(xué)家說(shuō)，非洲種群是人類(lèi)和尼安德特人的共同祖先，其攜帶的基因成為了這兩個(gè)物種基因組的一部分。其他科學(xué)家則推測(cè)至少發(fā)生過(guò)低水平的雜交。無(wú)論是哪種情況，有證據(jù)表明，今天的歐洲人帶有2.5%的尼安德特人DNA，中國(guó)人為3%，非洲人則不到1%。

當(dāng)談到這些遺傳線索意味著什么時(shí)，研究人員總是各執(zhí)己見(jiàn)。一些人懷疑，石器時(shí)代的雜交要比這些數(shù)字表明的多，從而形成了智人的遺傳進(jìn)化。其他研究人員則認(rèn)為尼安德特人和丹尼索瓦人只是偶爾與智人，對(duì)人類(lèi)進(jìn)化沒(méi)有或很少造成影響。抑或是，尼安德特人和丹尼索瓦人都屬于智人種群的一部分，只是他們?cè)谑鲿r(shí)代要比現(xiàn)在表現(xiàn)出更多的遺傳多樣性。

如果在冰河世紀(jì)，歐洲和亞洲的小股智人孤零零地隱藏起來(lái)，那么這個(gè)群體可在沒(méi)有或是很少雜交的情況下共享大量的基因。在相對(duì)溫和的區(qū)域隱藏了較長(zhǎng)時(shí)間的種群本可保留許多相同的基因，但進(jìn)化成了不同的物種，如尼安德特人，也有可能是丹尼索瓦人。在天氣變暖后，這個(gè)群體的活動(dòng)范圍逐漸擴(kuò)大，結(jié)果在偶然之間也會(huì)發(fā)生跨物種聯(lián)姻。

這種混亂的情形多起來(lái)后，古人類(lèi)可能就有了其他近親屬。在兩個(gè)中國(guó)洞穴中發(fā)現(xiàn)的化石表明，這里居住的未知智人種群與14300年至11500年前的人類(lèi)很接近。這些古老的亞洲人看上去像是今天的人類(lèi)與10萬(wàn)年前的非洲智人的合體，其可能是帶有一點(diǎn)丹尼索瓦人血統(tǒng)的智人，又或是因孤立生活得太久而進(jìn)化出不同外貌的純?nèi)祟?lèi)。

非洲或還保留著更多的人類(lèi)近親。現(xiàn)代非洲狩獵采集者的DNA顯示出其在7萬(wàn)年至3萬(wàn)年前與一種未知智人種群雜交的跡象。狩獵采集者的DNA還表明，在橫跨非洲的遙遠(yuǎn)網(wǎng)絡(luò)中，人類(lèi)至少在10萬(wàn)年前就已相互。

15.美麗的銀河或不復(fù)存在

與仙女星系的最終碰撞將撼動(dòng)太陽(yáng)系

2012年5月，美國(guó)巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的科學(xué)家報(bào)告說(shuō)，假設(shè)地球再活40億年，它的天空中將閃爍著史詩(shī)般的宇宙碰撞所造成的發(fā)光碎片。銀河星系和離它最近的鄰居——巨大的仙女座星系將投入彼此的懷抱。如果太陽(yáng)系在碰撞時(shí)能幸存下來(lái)，而且人類(lèi)文明依然存在，那么我們的位置也將被重新定位。隨著碰撞進(jìn)程的開(kāi)始，銀河的外形也將發(fā)生巨大變化，大大改變了地球上所觀察到的夜空。

研究團(tuán)隊(duì)利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)仙女座星系中的恒星運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量后確定，該星系正以每小時(shí)近40萬(wàn)公里的速度直奔銀河系。雖然兩個(gè)星系間仍有250萬(wàn)光年的距離，但萬(wàn)有引力正在將它們拉在一起。研究人員推測(cè)，鄰近的三角星座M33星系也可能會(huì)被拉入這場(chǎng)連環(huán)碰撞。不管怎樣，這場(chǎng)大合并應(yīng)是一幅壯麗的景象。

雖然天文學(xué)家們認(rèn)為銀河系與仙女座星系將在40億年后發(fā)生碰撞并融合，但是這里還有一個(gè)問(wèn)題，即仙女座星系的橫向移動(dòng)速度還是個(gè)未知數(shù)。研究人員希望借助歐空局發(fā)射的探測(cè)器來(lái)確定橫向速度值，這是判斷星系在宇宙空間中移動(dòng)路徑的一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)，目前所確定的僅僅是通過(guò)恒星光譜多普勒效應(yīng)計(jì)算出的視向速度。

16.我會(huì)走，我還喜歡爬

化石研究表明兩足行走的原始人類(lèi)仍喜歡攀爬

300多萬(wàn)年前，一個(gè)黑猩猩大小的動(dòng)物爬上了樹(shù)，并小睡了一會(huì)兒。醒來(lái)后，它又爬下樹(shù)，用兩條腿站起來(lái)，四處覓食或?qū)g。后來(lái)，它又爬上了另一棵樹(shù)。

科學(xué)家們一直在爭(zhēng)論，著名的人類(lèi)祖先露西及其阿法南猿屬是否經(jīng)常爬樹(shù)。新的化石證據(jù)表明，早期人類(lèi)即使其主要活動(dòng)是在地面上直立行走，但它確實(shí)仍會(huì)在樹(shù)上待上一些時(shí)間。該化石的發(fā)現(xiàn)對(duì)有關(guān)人樣物種取代更原始野獸的人類(lèi)進(jìn)化觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)。相反，原始人類(lèi)家族樹(shù)是一個(gè)混亂的雜色灌木叢。

華盛頓大學(xué)生物人類(lèi)學(xué)家布賴恩·里奇蒙德說(shuō)，人類(lèi)最早祖先在解剖學(xué)和行為上具有多樣性的觀點(diǎn)在近一年中得到了強(qiáng)化。

對(duì)露西們生活習(xí)慣的深刻理解，來(lái)自一個(gè)330萬(wàn)年前生活在埃塞俄比亞的阿法南猿孩童。與其他古老的原始人類(lèi)、現(xiàn)代人類(lèi)和類(lèi)人猿相比，該孩童的肩胛骨經(jīng)歷了與類(lèi)人猿一樣的發(fā)展變化，其肩胛骨的大小和形狀都受到了幼年時(shí)期攀爬的影響。這種相似性預(yù)示著，阿法南猿至少將部分時(shí)間花在了爬樹(shù)上。

露西不是一個(gè)人在樹(shù)上?？茖W(xué)家在埃塞俄比亞還挖出了一個(gè)34000年前的古原始人類(lèi)足部化石，與阿法南猿不同的是，其擁有像黑猩猩一樣的可抓樹(shù)的腳趾。這表明，這只腳屬于具有良好攀爬能力的不同物種。

美國(guó)波士頓大學(xué)生物人類(lèi)學(xué)家杰里米·德席爾瓦說(shuō)，有些物種成了更好的雙足步行者，而其他的則花更多的時(shí)間去攀爬。擁有奇特解剖學(xué)特征的是來(lái)自200萬(wàn)年前南非的南猿源泉種，其具有靈巧的內(nèi)彎腳掌。

原始人類(lèi)多樣性的研究還不限于腳踝。一些人類(lèi)學(xué)家認(rèn)為，至少有兩個(gè)獨(dú)立的智人種群生活在古人類(lèi)出現(xiàn)在非洲后的200萬(wàn)年前。在肯尼亞出土的古生物化石——一個(gè)孩子的部分臉及兩個(gè)下顎骨，與同屬一個(gè)物種的其他一些早期智人化石完全不同，研究人員說(shuō)，這為早期智人具有多個(gè)種類(lèi)提供了最好的例證。

17.你就是睡死了還在學(xué)習(xí)

大腦即便在熄燈后仍在不停忙碌著

你可能會(huì)認(rèn)為，睡眠是大腦休息的時(shí)候。但是，科學(xué)家們今年發(fā)現(xiàn)，在正常情況下，你沉睡的大腦其實(shí)正在上夜班。

人們?cè)谠L問(wèn)睡夢(mèng)之鄉(xiāng)的同時(shí)或會(huì)提高他們的音樂(lè)能力，學(xué)習(xí)將氣味與聲音聯(lián)系在一起，或是強(qiáng)化負(fù)面情緒。這些結(jié)果正將科學(xué)家們認(rèn)為的沉睡大腦所能完成的任務(wù)推進(jìn)到極限。

“我們想要了解的是，大腦在睡眠中到底能做多少事?！币陨形捍穆茖W(xué)研究所解剖學(xué)家阿內(nèi)特·阿茲說(shuō)。這一年，她的研究小組發(fā)現(xiàn)，處于熟睡中的大腦可將特定音調(diào)與臭魚(yú)的氣味聯(lián)系在一起。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，人們還可在打盹時(shí)提升現(xiàn)有技能。在午睡時(shí)間聽(tīng)完一首歌后，志愿者們能更準(zhǔn)確地敲擊鍵盤(pán)上的音符。

科學(xué)尚不能明確地建議一個(gè)準(zhǔn)備參加托?？荚嚨膶W(xué)生是否應(yīng)該整夜地聽(tīng)一盤(pán)英語(yǔ)磁帶，但研究結(jié)果確實(shí)表明，沉睡中的大腦能夠吸收這些信息，而且效果要比死記硬背強(qiáng)得多。

在一場(chǎng)痛苦經(jīng)歷后的睡眠，或許會(huì)將負(fù)面記憶鎖定在大腦內(nèi)。在關(guān)鍵的窗口期保持清醒，有助于減輕精神創(chuàng)傷的影響。對(duì)小鼠的研究表明，在動(dòng)物打盹時(shí)將藥物注射入大腦，可減輕痛苦記憶的效果。

科學(xué)家們?nèi)匀粵](méi)弄明白，為什么人類(lèi)要將生活中的很大一部分時(shí)間花在睡眠上。美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院的睡眠研究人員羅伯特·斯迪克高德認(rèn)為，在晚間大腦也許應(yīng)該放任不管，給它時(shí)間讓它做任何需要做的事情，“睡眠也許比你還聰明”。

18.肥胖研究越來(lái)越受到重視

各種研究成果正在充實(shí)脂肪背后的故事

2012年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，催產(chǎn)素和素等激素似乎有助于防止體重增加，或至少可控制食欲。其他研究則發(fā)現(xiàn)，飲用蘇打水或?qū)刂企w重幫助不大，垃圾食品進(jìn)入學(xué)校的影響可能被高估了，但這項(xiàng)成果似乎有悖常理。

肥胖研究似乎是個(gè)大雜燴，但有一點(diǎn)是明確的：美國(guó)超過(guò)三分之一的人已患上肥胖癥，另有三分之一的人已達(dá)超重標(biāo)準(zhǔn)。在這一代人中，肥胖已從一個(gè)醫(yī)療和社會(huì)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粓?chǎng)公共衛(wèi)生災(zāi)難。

肥胖會(huì)引發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化、代謝問(wèn)題和其他慢性疾病。美國(guó)佛蒙特大學(xué)生物化學(xué)羅素·特雷西說(shuō)：“如果你想要降低這些疾病的風(fēng)險(xiǎn)，減肥是一個(gè)很好的辦法。”

肥胖不只是暴飲暴食的結(jié)果，研究人員常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，不健康的生活方式會(huì)影響到人類(lèi)的的神經(jīng)系統(tǒng)。經(jīng)常食用大豆和玉米油可使體內(nèi)的熱量感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)混亂。身體會(huì)將某些植物油的成分轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性大麻素，其對(duì)食欲的刺激類(lèi)似于大麻中的化合物。更重要的是，某些暴食者的大腦區(qū)域會(huì)變得異?；钴S，尤其是與食欲相關(guān)的區(qū)域。

雖然這些發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家揭示食欲的復(fù)雜性，引起肥胖的其他原因則可能更為直接。長(zhǎng)期暴露于二手煙環(huán)境中的成年人，可能會(huì)患上糖尿病和肥胖癥，這表明禁止吸煙是比禁止垃圾食品更為迫切的事情，應(yīng)該通過(guò)立法來(lái)對(duì)抗肥胖的流行。

對(duì)嬰兒使用抗生素，似乎也會(huì)在3歲前引起超重。對(duì)小鼠開(kāi)展的研究也表明，這種抗生素效應(yīng)可能源于腸道有益菌的改變。

甚至連你的鄰居也可能成為肥胖風(fēng)險(xiǎn)。生活在有足夠綠色空間且周邊有雜貨店的孩子，與那些沒(méi)有這些便利設(shè)施的孩子相比，肥胖的可能性會(huì)減少一半。此項(xiàng)新的研究結(jié)果提請(qǐng)人們注意“建筑環(huán)境”這個(gè)可加改善的肥胖危險(xiǎn)因子。

當(dāng)然也有好消息。減肥可使人們化解肥胖、炎癥甚至是癌癥等三方面的風(fēng)險(xiǎn)。最新數(shù)據(jù)顯示，肥胖女性僅需減去5%的體重，其炎性蛋白和細(xì)胞的數(shù)量就會(huì)下降。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已將肥胖列為需要解決的頭等大事之一。

19.“好膽固醇”其實(shí)沒(méi)那么好

高密度脂蛋白對(duì)心臟的保護(hù)作用遭到質(zhì)疑

有時(shí)候，新研究會(huì)讓我們重新思考我們的既有認(rèn)知。今年就有這么一個(gè)例子，膽固醇長(zhǎng)期以來(lái)被簡(jiǎn)單地分成“好”的和“壞”的，它們分別對(duì)應(yīng)的是高密度脂蛋白（HDL）和低密度脂蛋白（LDL）。過(guò)去的研究認(rèn)為，HDL較高的人往往更少患上心臟病。

果真是這樣嗎？一個(gè)國(guó)際研究小組對(duì)數(shù)千人的醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，其中也包含一些因遺傳變異而導(dǎo)致HDL水平高于平均值的患者。令人驚訝的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，擁有天然的高HDL水平，對(duì)心臟并沒(méi)有附加的保護(hù)功能。

可增加HDL水平的活動(dòng)，如鍛煉、減肥和戒煙等，都能在防止心臟病發(fā)作方面發(fā)揮作用，這使得很難辨別HDL本身到底提供了多少保護(hù)。2012年8月份的一項(xiàng)新研究結(jié)果，對(duì)HDL是否能給心臟帶來(lái)好處提出了質(zhì)疑，并認(rèn)為擁有高HDL也許僅是身體正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)標(biāo)志而已。

20.先鋒派的洞穴藝術(shù)

繪畫(huà)和動(dòng)畫(huà)很久以前就曾結(jié)合

41000年前就已有人在歐洲洞穴的墻壁上作畫(huà)了，這要比研究人員的想法早上幾千年。這些古老繪畫(huà)的創(chuàng)作者還會(huì)使用卡通般的效果來(lái)畫(huà)野牛和其它動(dòng)物，使它們看起來(lái)就像是在墻上移動(dòng)。但是，到底是誰(shuí)創(chuàng)作了這些繪畫(huà)仍是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。

2012年的研究報(bào)告顯示，紅色圓盤(pán)、手工模板及其他的一些繪畫(huà)作品可能是尼安德特人那個(gè)時(shí)代的杰作。

但是，也有研究人員懷疑，這些藝術(shù)家應(yīng)該是智人，而不是尼安德特人。在洞穴的墻壁上開(kāi)始作畫(huà)的人大約在45000年前，比他們進(jìn)入歐洲的時(shí)間要早或稍晚一些。研究人員報(bào)告說(shuō)，許多洞穴壁畫(huà)是在尼安德特人滅絕后完成的，所以它們一定是人類(lèi)創(chuàng)造的。

許多問(wèn)題都是基于繪畫(huà)的年份，但對(duì)石器時(shí)代洞穴藝術(shù)無(wú)法使用精確的年代測(cè)定法。對(duì)西班牙的洞穴，研究人員利用礦床分析法估算出最低和最高年份。

無(wú)論是誰(shuí)完成了這些古老的洞穴藝術(shù)品，其中一些藝術(shù)家小心地創(chuàng)作出了實(shí)景的錯(cuò)覺(jué)。在法國(guó)的洞穴中，幾十個(gè)數(shù)字疊加在兩個(gè)或兩個(gè)以上相同的動(dòng)物圖案上，這也許代表了奔跑、搖頭和擺尾。有一個(gè)洞穴中描繪的狩獵場(chǎng)景顯示了一群獅子，距離較遠(yuǎn)的畫(huà)得較小一些，仿佛正在撲向逃走的野牛。

法國(guó)研究人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，古代藝術(shù)家還會(huì)把動(dòng)物雕刻在圓盤(pán)上，當(dāng)圓盤(pán)快速滾動(dòng)時(shí)，這個(gè)動(dòng)物就似乎在移動(dòng)。

21.這一年的新物種

描述新物種不必只用拉丁文

2012年的科學(xué)新聞中可不能少了那只擁有金發(fā)鬃毛和天藍(lán)色屁股的猴子，當(dāng)然也不能缺了首個(gè)帶有鈣結(jié)構(gòu)（有點(diǎn)像骨頭）的細(xì)菌、世界最小的果蠅、形似豎琴的海綿、帶有折疊右爪的“洞穴掠奪者”蜘蛛，以及一種新的魚(yú)物種，其能在雄性的頷下長(zhǎng)出長(zhǎng)長(zhǎng)的器。生物學(xué)家描述道，到2012年年底，在某地這一年新出現(xiàn)的物種就在16000種至20000種之間。

在所有這些新物種中，最出名的要數(shù)南非的一種茄屬多刺灌木。說(shuō)它出名是因?yàn)樗恼撐男畔⑹怯糜⑽淖珜?xiě)的，這標(biāo)志著對(duì)一種植物、真菌或藻類(lèi)等新物種必須用拉丁文描述的要求終于被終結(jié)。

雖然新物種的學(xué)名仍是拉丁文的。但從2012年開(kāi)始，植物學(xué)家既可用英文也可用拉丁文關(guān)于新物種的摘要信息。植物學(xué)家也將接受網(wǎng)上公布的命名。有了可選語(yǔ)言，對(duì)于那些想讓自己對(duì)新物種的命名千古流傳下去的科學(xué)家們來(lái)說(shuō)是一個(gè)大膽的改變。

國(guó)際動(dòng)物命名委員會(huì)2012年9月決定，對(duì)動(dòng)物的描述將步入數(shù)字化?？茖W(xué)家們?cè)诿枋鲆寻l(fā)現(xiàn)物種方面的進(jìn)度是很慢的，更別說(shuō)那些還正在發(fā)現(xiàn)的物種，上述急劇變化正在改變這一切。同時(shí)，《公共科學(xué)圖書(shū)館》2012年5月的一項(xiàng)研究表明，本地新生物的發(fā)現(xiàn)率在歐洲已在放緩，即使這個(gè)區(qū)域是生物學(xué)家精挑細(xì)選過(guò)的。

分類(lèi)學(xué)家迄今已描述了約19000種生物物種（不包括細(xì)菌和古細(xì)菌）。但是，最新研究預(yù)計(jì)還有680萬(wàn)種生物有待發(fā)現(xiàn)。以目前的速度，將其全部命名還將需要400年。如果一項(xiàng)更高的估計(jì)是正確的，這項(xiàng)工作則需花上1653年，前提條件是它們?cè)诒豢茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)前不滅絕。

22.金星凌日

分離百多年后的兩次重逢

2012年6月，全球數(shù)百萬(wàn)雙眼睛跟隨著金星緩緩掠過(guò)太陽(yáng)的表面，如果不借助天文儀器，你看到的也許只是一個(gè)橙色的完美圓盤(pán)上有一個(gè)小小的黑點(diǎn)在移動(dòng)。金星凌日在本世紀(jì)是第二次出現(xiàn)，第一次是在2004年。

在2004年的那次前后近6小時(shí)的金星凌日旅程中，天文學(xué)家們看到了他們一直希望看到的東西：金星上層大氣的微弱光暈清晰可見(jiàn)。今年的凌日事件則給了科學(xué)家們了解金星氣態(tài)云（其旋轉(zhuǎn)要比行星本身快）的機(jī)會(huì)。

哈雷阿卡拉天文臺(tái)的研究小組使用日冕觀測(cè)儀抓拍了大約6.6萬(wàn)張圖片。在未來(lái)的一年里，科學(xué)家們將把哈雷阿卡拉天文臺(tái)的數(shù)據(jù)與來(lái)自宇宙飛船、地面望遠(yuǎn)鏡和世界其他地區(qū)日冕儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡也參與其中，其將收集凌日過(guò)程中月球表面的反射光，以測(cè)試對(duì)遙遠(yuǎn)類(lèi)地行星的大氣進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)。

上次金星凌日發(fā)生在1882年和1874年，當(dāng)時(shí)的觀察者把精力集中在了利用三角測(cè)量計(jì)算地球與太陽(yáng)的距離。再次看到金星凌日將會(huì)在105年后的2117年和2125年。

23.大腸桿菌的三步進(jìn)化

歷經(jīng)25年的實(shí)驗(yàn)觀察到了實(shí)時(shí)的自然選擇

在歷時(shí)25年的這項(xiàng)進(jìn)化實(shí)驗(yàn)中，大腸桿菌在研究的某個(gè)時(shí)刻獲得了新能力。它們可在存在氧氣的情況下吞食一種稱為檸檬酸鹽的化學(xué)品。大腸桿菌失去此項(xiàng)性狀已超過(guò)1300萬(wàn)年了，所以，當(dāng)燒瓶中的細(xì)菌開(kāi)始對(duì)這種化學(xué)品狼吞虎咽時(shí)，科學(xué)家們簡(jiǎn)直著了迷。因?yàn)樗麄儽４媪藖?lái)自燒瓶的好幾代細(xì)菌樣品，研究人員得以追蹤導(dǎo)致這種微生物重建吞食檸檬酸鹽能力的基因變化。

美國(guó)密歇根州立大學(xué)的扎克瑞·布朗特和理查德·倫斯基2012年報(bào)告說(shuō)，他們揭示了細(xì)菌形成這一能力的三步過(guò)程。第一個(gè)階段是增強(qiáng)作用，此時(shí)大腸桿菌累積至少兩個(gè)突變?yōu)楹罄m(xù)事件打好基礎(chǔ)。第二步是實(shí)現(xiàn)，細(xì)菌首先開(kāi)始食用檸檬酸鹽，但只能勉強(qiáng)輕咬一點(diǎn)。最后一個(gè)階段是完善，有關(guān)的突變大大地提高了最初薄弱的功能。

長(zhǎng)期以來(lái)，進(jìn)化遺傳學(xué)家們稱，改變一個(gè)物種的外觀或代謝需要DNA中的許多遞增量變化。但化石記錄中并不包含會(huì)預(yù)期發(fā)生在此種情景中的所有中間形式，這表明重大創(chuàng)新可能是突然出現(xiàn)的。

實(shí)驗(yàn)表明了這兩者是如何成真的。許多基因變化要?dú)v經(jīng)數(shù)年才得以發(fā)生，以允許細(xì)菌消耗檸檬酸鹽，但這種能力似乎又是在一夜之間出現(xiàn)的。有了這樣的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化實(shí)驗(yàn)，“人們才真正得以一瞥進(jìn)化的內(nèi)部運(yùn)作過(guò)程?！?/p>

24.地下水資源漸枯竭

淡水資源過(guò)度消耗帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

每個(gè)人都需要淡水，但有時(shí)候人的需要會(huì)占據(jù)上風(fēng)，勝過(guò)明智的利用。人類(lèi)的饑渴使蓄水層的消失要快于補(bǔ)充，從而帶來(lái)災(zāi)難性的影響。一張標(biāo)示各國(guó)“地下水足跡”的世界地圖表明，全世界的淡水資源正在被吸干，其中大部分都被用于作物灌溉。根據(jù)該項(xiàng)研究的估測(cè)，印度、巴基斯坦和沙特阿拉伯是最為缺水的3個(gè)國(guó)家。

淡水枯竭的可能性并不是唯一的威脅。抽取地下水，無(wú)論是用于灌溉或飲用，對(duì)全球海平面上升造成的影響可能要比科學(xué)家們預(yù)計(jì)的大得多。從地下取水意味著它最終流入大海。許多科學(xué)家推定，從地下蓄水層獲取的淡水與全球水壩的攔水量大致相當(dāng)。但2012年的兩項(xiàng)研究得出的結(jié)論是，事實(shí)并非如此。

地下水的開(kāi)采甚至可以殺死人。地質(zhì)學(xué)家今年發(fā)現(xiàn)，從蓄水層抽水轉(zhuǎn)移了西班牙東南斷層的壓力。在2011年5月該地發(fā)生5.1級(jí)地震造成9人死亡的悲劇后，研究人員得出結(jié)論，正是因?yàn)榈叵滤某楦稍斐闪说卣鸬奶崆鞍l(fā)生。

25.瑪雅人迎來(lái)新紀(jì)元

世界末日沒(méi)有來(lái)，生活仍將繼續(xù)

你現(xiàn)在能讀到這個(gè)故事，古代瑪雅歷法預(yù)計(jì)的世界末日肯定已離我們遠(yuǎn)去了。

2012年早些時(shí)候，考古學(xué)家在危地馬拉一處瑪雅文明遺址發(fā)現(xiàn)了一塊刻有2012年終結(jié)日期的石磚。不過(guò)，和一些熱衷于末日理論的現(xiàn)代人不同的是，古代瑪雅人并沒(méi)有預(yù)言世界會(huì)在2012年12月21日終結(jié)。在考古學(xué)家們看來(lái)，將瑪雅碑文中的“終結(jié)日期”解讀為世界末日根本就是在牽強(qiáng)附會(huì)。

美國(guó)杜蘭大學(xué)馬塞洛·卡努托領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)并破譯了鐫刻在瑪雅遺址22級(jí)臺(tái)階上的象形文字。這些具有1300年歷史的碑文記述了兩個(gè)世紀(jì)的政治活動(dòng)。“這段碑文說(shuō)的是古代瑪雅人的政治歷史，而非對(duì)未來(lái)的預(yù)言?！?/p>

篇3

數(shù)據(jù)之困

讓我們?cè)倏匆唤M足以讓人目瞪口呆的數(shù)據(jù)。IDC曾過(guò)一份題為《從混沌中提取價(jià)值》的數(shù)字宇宙研究報(bào)告，報(bào)告顯示，2011年，全球被創(chuàng)建和被復(fù)制的數(shù)據(jù)總量為1.8ZB，而且全球信息總量每過(guò)兩年，就會(huì)增長(zhǎng)一倍。

知道1.8ZB的數(shù)據(jù)是什么概念嗎？它意味著，現(xiàn)在的我們用48小時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，幾乎是從人類(lèi)文明開(kāi)始到2003年間所有數(shù)據(jù)量的總和。因此，我們已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)前所未有的、真正的數(shù)據(jù)大爆炸時(shí)代，而這對(duì)基礎(chǔ)電信運(yùn)營(yíng)商的光線傳輸網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

目前我國(guó)各運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)流量已經(jīng)達(dá)到幾十T比特，北京、上海、廣州等超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)的流量就已經(jīng)超過(guò)T比特的級(jí)別。這要求傳送網(wǎng)能夠適配、提供T比特以上的傳送和調(diào)度能力；從長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，應(yīng)該有數(shù)T比特的支持能力。同時(shí)我們注意到，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量在增加，但是單位比特收益在降低，所以傳輸?shù)某杀颈仨毾鄳?yīng)地降低；否則，運(yùn)營(yíng)商將面臨業(yè)務(wù)量增加，利潤(rùn)減少的窘境，特別是在超大容量數(shù)據(jù)的承載和傳輸上這種要求尤為迫切。當(dāng)然，作為商用網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商的傳送網(wǎng)還必須滿足易部署、易管理的要求。

而采用傳統(tǒng)的SDH后者WDM技術(shù)很難完全滿足。SDH技術(shù)的響應(yīng)快、效率高，但是容量很難做大，單位成本下降困難；WDM技術(shù)很容易解決容量的問(wèn)題，但是業(yè)務(wù)響應(yīng)慢，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜，管理手段簡(jiǎn)單。那么，如何才能既解決大容量的問(wèn)題，又兼顧效率和響應(yīng)速度？這就需要具有大容量屬性的OTN技術(shù)。

OTN崛起

OTN的中文名稱是光傳送網(wǎng)技術(shù)，是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，能夠解決傳統(tǒng)WDM網(wǎng)絡(luò)無(wú)波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)調(diào)度能力差、組網(wǎng)能力弱、保護(hù)能力弱等問(wèn)題，被公認(rèn)是下一代的骨干傳送網(wǎng)。OTN處理的基本對(duì)象是波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)，它將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)階段。由于結(jié)合了光域和電域處理的優(yōu)勢(shì)，OTN可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)連接以及電信級(jí)的保護(hù)，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務(wù)的最優(yōu)技術(shù)。

OTN最初的目標(biāo)是為大量GE、2.5Gbit/S、10Gbit/s、40Gbit/s以及1 00Gbit/s等大顆粒業(yè)務(wù)提供傳輸通道，為客戶信號(hào)提供在波長(zhǎng)/子波長(zhǎng)級(jí)別的傳送、復(fù)用、交換和監(jiān)控能力，在提供豐富帶寬的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)匯聚和交叉能力、組網(wǎng)保護(hù)和OAM管理能力。隨著近幾年新技術(shù)的引入，OTN也在向著業(yè)務(wù)識(shí)別、動(dòng)態(tài)調(diào)整帶寬等智能化方向發(fā)展，構(gòu)建“用戶可識(shí)別、業(yè)務(wù)可區(qū)分、流量可調(diào)控、網(wǎng)絡(luò)可管理”的智能傳輸管道。

華為公司認(rèn)為，運(yùn)營(yíng)商如果采用大容量OTN技術(shù)構(gòu)建海量帶寬資源池，便能夠很好地滿足以上各方面的需求。OTN海量帶寬資源池涉及支線路分離的系統(tǒng)架構(gòu)、T比特OTN、單波40G/100G、WSON等多種技術(shù)。簡(jiǎn)言之，其通過(guò)支線路分離的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)和波長(zhǎng)的解耦，解決了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃難的問(wèn)題；通過(guò)T比特的大容量電層調(diào)度和WSON，實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)和端到端的安全可靠；通過(guò)單波40G/100G、PID等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超大容量和低比特成本；通過(guò)引入豐富的開(kāi)銷(xiāo)和提供完善的保護(hù)，減輕了維護(hù)的壓力。因此，OTN帶寬資源池的建設(shè)有助于運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)海量業(yè)務(wù)承載所面對(duì)的挑戰(zhàn)。市場(chǎng)上，包括華為、中興和阿爾卡特在內(nèi)的主流的OTN廠家已經(jīng)能夠提供成熟的T比特集中交叉，及數(shù)T比特線路容量的OTN設(shè)備。

與“云”共舞

此外，作為未來(lái)IT發(fā)展方向的云計(jì)算是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按需提供可動(dòng)態(tài)伸縮的廉價(jià)計(jì)算服務(wù)，提供資源和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”，“云”中的資源在使用者看來(lái)是可以無(wú)限擴(kuò)展的，并且可以隨時(shí)獲取，按需使用，隨時(shí)擴(kuò)展，按使用付費(fèi)。云計(jì)算的基礎(chǔ)是寬帶資源：無(wú)處不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)，解決海量信息的傳送。云計(jì)算需要更高的寬帶、更快的時(shí)延，更安全的保障，更低的成本，這需要一個(gè)扁平化的承載網(wǎng)絡(luò)。這要求傳送設(shè)備克服“大帶寬”，逐漸向“粗放型”方向發(fā)展，OTN技術(shù)是其必然的選擇，它本身對(duì)“跳數(shù)”不敏感，且可以通過(guò)“交叉調(diào)度”形成“虛擬光纖網(wǎng)”，幫助實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的扁平化。

光通信專家、中國(guó)移動(dòng)研究院的李允博認(rèn)為，oTN構(gòu)造了一個(gè)帶寬云的概念，打造一個(gè)動(dòng)態(tài)、共享、超大容量、智能可靠的網(wǎng)絡(luò)：通過(guò)10G/40G/100G技術(shù)構(gòu)建了大帶寬通道，T比特OTN交叉技術(shù)讓全網(wǎng)共享這些大帶寬通道，傳輸帶寬脫離某個(gè)業(yè)務(wù)的捆綁，實(shí)現(xiàn)線路帶寬的共享。引入控制平面技術(shù)讓網(wǎng)絡(luò)更加智能、簡(jiǎn)單、可靠，提供客戶化的不同保護(hù)方式，保護(hù)和恢復(fù)相結(jié)合大幅提升可靠性，簡(jiǎn)化了維護(hù)。關(guān)鍵是在OTN組成的帶寬云中，業(yè)務(wù)可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)接入，即插即用，在需要接入業(yè)務(wù)時(shí)，直接將接入點(diǎn)接入到帶寬云網(wǎng)絡(luò)中即可。

篇4

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料；表面裂紋；纖維彎曲；無(wú)損檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）05-0043-02

CFRP全名為碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，其中碳纖維作為增強(qiáng)相，樹(shù)脂基作為基體。與金屬材料相比，CFRP有更好的比強(qiáng)度、比剛度、抗疲勞性、抗腐蝕性和減震性。因?yàn)槠鋬?yōu)良的特性被廣泛應(yīng)用于航空航天、體育及休閑用品和建筑等領(lǐng)域。然而CFRP在使用或制造的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)表面裂紋和纖維彎曲等損傷，比如使用時(shí)遭遇沖擊或被尖銳物體劃過(guò)表面就會(huì)造成表面裂紋，制造過(guò)程中快速固化引起殘余應(yīng)力提高便會(huì)造成纖維彎曲。這些損傷可以對(duì)結(jié)構(gòu)造成致命威脅，引發(fā)重大事故，因此對(duì)CFRP結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)顯得意義重大。CFRP是各向異性材料，這使得對(duì)CFRP材料表面裂紋與纖維彎曲等損傷的無(wú)損檢測(cè)研究變得更為棘手。

目前對(duì)CFRP進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法主要有超聲檢測(cè)、紅外檢測(cè)、渦流檢測(cè)、太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)以及微波檢測(cè)等，每種方法有其擅長(zhǎng)檢測(cè)的缺陷類(lèi)型。本文就國(guó)內(nèi)外研究人員針對(duì)CFRP表面裂紋與纖維彎曲這兩類(lèi)損傷的檢測(cè)進(jìn)行的研究展開(kāi)介紹，并對(duì)今后的研究提出一些看法。

1 CFRP表面裂紋檢測(cè)的研究現(xiàn)狀

超聲技術(shù)是目前針對(duì)CFRP表面裂紋的一種主要無(wú)損檢測(cè)方法，不斷有學(xué)者在這方面做出創(chuàng)新，激光超聲檢測(cè)便是一種新興技術(shù)。1963年，R.M.White發(fā)現(xiàn)激光超聲現(xiàn)象，即用激光束照射到物體時(shí)，物體表面10～100μm厚度內(nèi)會(huì)激發(fā)出超聲波。對(duì)激發(fā)出的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析就可以得到物體表面的輪廓信息[1]。自1980年開(kāi)始，美國(guó)學(xué)者開(kāi)始了將激光超聲應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)的研究，由此產(chǎn)生了激光超聲檢測(cè)技術(shù)[2]。20世紀(jì)90年代開(kāi)始將激光超聲技術(shù)用于復(fù)合材料的檢測(cè)[3]。后來(lái)此項(xiàng)技術(shù)被洛克希德?馬丁空間系統(tǒng)公司獲得，在美國(guó)軍方聯(lián)合攻擊機(jī)JSF目的競(jìng)爭(zhēng)以及開(kāi)發(fā)F22與F35型戰(zhàn)斗機(jī)的過(guò)程中，該技術(shù)獲得了極大地發(fā)展，在檢測(cè)CFRP表面裂紋的能力方面也取得了重大進(jìn)步[4]。

渦流檢測(cè)技術(shù)也是檢測(cè)CFRP表面裂紋的一種重要方法。電渦流遇到缺陷時(shí)發(fā)生擾動(dòng)，其在CFRP表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)亦發(fā)生變化，通過(guò)分析CFRP樣品表面的磁場(chǎng)信號(hào)可以得到樣品表面的輪廓信息，檢測(cè)出缺陷。2003年，C.Carr等利用基于超導(dǎo)量子干涉儀（HTS SQUID）磁力計(jì)的渦流檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)CFRP樣品進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)樣品板表面的磁場(chǎng)分布，檢測(cè)出了樣品板表面的裂紋[5]。2005年，R.Grimberg等利用渦流微聚焦傳感器對(duì)CFRP板表面進(jìn)行掃描，利用全息信號(hào)處理法處理信號(hào)的相位信息，得到了聚焦的較為清晰的圖像，重構(gòu)了碳纖維的分布情況，從而檢測(cè)出了表面裂紋[6]。

2015年，中國(guó)計(jì)量學(xué)院的廖曉玲等利用反射式太赫茲時(shí)域光譜（THz-TDS）成像技術(shù)對(duì)CFRP缺陷進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，獲得了含不同缺陷碳纖維樣品的成像結(jié)果及數(shù)據(jù)。發(fā)射探頭兩側(cè)有多個(gè)接收探頭，通過(guò)處理接收探頭獲得的反射信號(hào)便可重構(gòu)缺陷信息。結(jié)果表明，反射式THz-TDS成像技術(shù)在0.1～3.5THz波段對(duì)CFRP中熱損傷、劃傷缺陷、磨損缺陷及孔洞缺陷成像清晰，分辨率較高[7]。

2016年，國(guó)防科技大學(xué)何S澤等通過(guò)電磁感應(yīng)加熱與紅外熱成像測(cè)溫相結(jié)合的技術(shù)成功地對(duì)沖擊后的CFRP樣品進(jìn)行了表征和損傷檢查，識(shí)別了破碎的碳纖維，檢測(cè)出了CFRP表面裂紋缺陷[8]。

2 CFRP纖維彎曲檢測(cè)的研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)CFRP纖維彎曲檢測(cè)的研究起步較晚，2015年，楊玉娥等研究微波信號(hào)在復(fù)合材料中的傳播特性，使用N5225A網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)碳纖維的方向和纖維彎曲進(jìn)行了微波無(wú)損檢測(cè)研究，用微波信號(hào)反射系數(shù)的相位和幅值來(lái)表征纖維方向和纖維彎曲缺陷。結(jié)果表明，在頻率為38GHz時(shí)可以用反射系數(shù)幅值表征纖維彎曲缺陷，反射系數(shù)幅值最大變化為0.004[9]。

2015年，日本的K.Mizukami等提出了一種探測(cè)器來(lái)檢測(cè)單向CFRP平面內(nèi)和平面外纖維彎曲，基于渦流的非破壞性技術(shù)來(lái)表征纖維取向。這種探測(cè)器由三個(gè)矩形線圈組成，其中兩個(gè)相同的線圈共面放置作為激勵(lì)，正中間一個(gè)接收線圈與兩激勵(lì)線圈所在平面垂直放置。通過(guò)變換探測(cè)器放置的方式，可以測(cè)量面內(nèi)纖維波紋度（即纖維彎曲程度）、面外纖維波紋度以及纖維方向角。實(shí)驗(yàn)研究表明，他們所提出的探測(cè)器可以檢測(cè)出薄的單向CFRP中長(zhǎng)度為15.9mm，最大偏移量為1.1mm的面內(nèi)纖維波紋度，也可以檢測(cè)出厚的單向CFRP中最大偏移量為3.5mm的面外纖維波度。他們發(fā)現(xiàn)掃描具有平面外波紋的材料獲得的復(fù)平面中的輸出信號(hào)變成環(huán)形圖，環(huán)形圖可用于識(shí)別平面外纖維波度的存在和位置[10]。

2016年，他們又提出了一種可視化多向CFRP纖維波紋度檢測(cè)方法。由于由驅(qū)動(dòng)線圈感應(yīng)的渦流沿著碳纖維流動(dòng)，所以如果渦流路徑可視化，纖維波動(dòng)就可以可視化。他們提出了一種新的復(fù)平面分析方法來(lái)將渦流路徑可視化。該方法的有效性通過(guò)有限元分析得到了驗(yàn)證。對(duì)多向CFRP試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在樣品中人工誘導(dǎo)具有6.9°至24.9°的失準(zhǔn)角的面內(nèi)波紋。從磁場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化渦流路徑，得到了波紋的形狀。將波狀渦流路徑的尺寸與通過(guò)X射線計(jì)算機(jī)層析成像測(cè)量的波紋尺寸和光學(xué)圖像進(jìn)行比較，結(jié)果表明，渦流法可以準(zhǔn)確地估計(jì)表面波度尺寸，但低估了內(nèi)部波動(dòng)尺寸[11]。

3 展望

國(guó)內(nèi)外關(guān)于CFRP表面裂紋與纖維彎曲的無(wú)損檢測(cè)研究取得了可喜的進(jìn)步。未來(lái)可以在如下方面展開(kāi)進(jìn)一步的研究。

（1）目前很少有專門(mén)針對(duì)CFRP表層裂紋的研究報(bào)告，裂紋造成的纖維斷裂對(duì)CFRP結(jié)構(gòu)的危害是不容小覷的，希望有擅長(zhǎng)檢測(cè)裂紋的無(wú)損檢測(cè)專家對(duì)此多加關(guān)注，給CFRP表面裂紋檢測(cè)研究提供更多可供參考的文獻(xiàn)。

（2）渦流檢測(cè)中用于檢測(cè)CFRP表層裂紋的器件主要是HTS SQUID，但是HTS SQUID工作頻率低，此時(shí)CFRP中渦流密度很小，信噪比低，并且HTS SQUID體積大，不利于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)操作。因此有必要研究使用方便，可在較高頻率下工作的探頭。

（3）關(guān)于CFRP纖維彎曲的無(wú)損檢測(cè)研究還非常少，還有很多工作可以做，鼓勵(lì)無(wú)損檢測(cè)各個(gè)領(lǐng)域的專家對(duì)此展開(kāi)研究。

致x：感謝福建省傳感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和廈門(mén)市傳感器技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)的支持。

參考文獻(xiàn)

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[3]B. R. Tittmann， R. S. Linebarger， R. C. Addison. Laser-based ultrasonic on epoxy composite interferometric detection[J]. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation， 1990， 9： 479-486.

[4]張昭，肖迎春，李閔行.激光超聲技術(shù)在航空碳纖維復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].航空工程進(jìn)程，2014，5：269-273.

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[6]R.Grimberg， A. Savin， R Steigmann， and A. Bruma. Eddy current examination of carbon fibers in carbon-epoxy composites and kevlar[J]. IEEE Transaction on Magnetics，2005，58：738-743.

[7]廖曉玲，王強(qiáng)，谷小紅，陳錫愛(ài).基于THz-TDS的碳纖維復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)[J].激光與紅外，2015，45：1255-1260.

[8]R. Yang， Y. He. Polymer-matrix composites carbon fibre characterisation and damage inspection using selectively heating thermography （SeHT） through electromagnetic induction[J]. Composite Structures，2016，140：590-601.

[9]楊玉娥，閆天婷，任保勝.復(fù)合材料中碳纖維方向和彎曲缺陷的微波檢測(cè)[J].航空材料學(xué)報(bào)，2015，35：91-96.

篇5

關(guān)鍵詞:編譯原理;計(jì)算思維;課程改革

中圖分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1編譯知識(shí)在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的作用

自從20世紀(jì)50年代中期誕生世界上第一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言編譯器――Fortran語(yǔ)言編譯器以來(lái),編譯技術(shù)不斷進(jìn)步,已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中發(fā)展最迅速、最成熟的一個(gè)重要分支。自1966年以來(lái)的所有55位圖靈獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咧?有近1/3的科學(xué)家是因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言和編譯方面的成就而獲得該項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì),可見(jiàn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和編譯的發(fā)展集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的重要成果與精華。計(jì)算機(jī)應(yīng)用能發(fā)展到今天,編譯技術(shù)的發(fā)展有著極其重要的、不可替代的作用。

五十多年以來(lái),隨著編譯技術(shù)的發(fā)展,有關(guān)編譯原理和技術(shù)的內(nèi)容被逐步引入到了計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)中。從早期各階段ACM和IEEE的計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃,到近年ACM和IEEE聯(lián)合制定的CC 2005,再到我國(guó)教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2006年編制的《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范(試行)》,直至最新的ACM和IEEE聯(lián)合制定的CS2008,都把有關(guān)編譯原理和技術(shù)的知識(shí)作為重要教學(xué)內(nèi)容列入。目前,我們編譯原理課程的教學(xué)內(nèi)容覆蓋了CS2008體系中程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言領(lǐng)域、算法和復(fù)雜性等領(lǐng)域的多個(gè)知識(shí)單元。

2編譯原理課程的理論性和技術(shù)性特點(diǎn)

編譯程序的構(gòu)造原理和技術(shù)可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中理論和實(shí)踐相結(jié)合的最好典范。在許多課程的教學(xué)中,經(jīng)典理論和先進(jìn)技術(shù)之間的聯(lián)系往往缺乏具體而形象的例證,而“編譯原理”課程在這方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。形式語(yǔ)言和自動(dòng)機(jī)理論為編譯程序的設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),正是在科學(xué)理論的保證下,才形成了一系列先進(jìn)的編譯程序設(shè)計(jì)方法和工具,使得編譯程序的構(gòu)造具有很高的系統(tǒng)性和自動(dòng)化程度。例如,正是有了有限自動(dòng)機(jī)的經(jīng)典理論,才有了LEX這樣的高度自動(dòng)化的詞法分析器的自動(dòng)產(chǎn)生器;正是有了Knuth提出的LR分析方法,才有了YACC這樣的高效的語(yǔ)法分析器產(chǎn)生器,將程序員從繁瑣的代碼編寫(xiě)中解放出來(lái)。編譯課程的教學(xué)既要強(qiáng)調(diào)經(jīng)典理論在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的重要作用,又要注重介紹利用這些基礎(chǔ)理論來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)造編譯程序各模塊的先進(jìn)方法及工具,可以具體形象地說(shuō)明經(jīng)典理論與先進(jìn)技術(shù)的關(guān)系。理論和實(shí)踐相結(jié)合是“編譯原理”課程的鮮明特色。

“編譯原理”課程特別強(qiáng)調(diào)運(yùn)用理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐的能力和素質(zhì),以突出計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)的特色。“編譯原理”是每個(gè)優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)專業(yè)人員必修的一門(mén)課程。通過(guò)編譯程序這一具體的案例,學(xué)生可以綜合理解和運(yùn)用計(jì)算機(jī)的程序語(yǔ)言、操作系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)等各種軟硬件知識(shí),形成計(jì)算機(jī)專業(yè)人才特有的系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)學(xué)習(xí)編譯的理論和技術(shù)的過(guò)程中,學(xué)生一方面對(duì)科學(xué)理論的基礎(chǔ)作用有了充分的認(rèn)識(shí),提高了學(xué)習(xí)經(jīng)典理論的興趣,形成了較高的理論素養(yǎng);另一方面,通過(guò)課程綜合性的實(shí)踐,分析或改進(jìn)簡(jiǎn)單或復(fù)雜、原型級(jí)或產(chǎn)品級(jí)的各種編譯程序或工具,也可以提高靈活運(yùn)用理論知識(shí)、設(shè)計(jì)較大規(guī)模的軟件來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中,學(xué)生可以深刻體會(huì)到理論學(xué)習(xí)的意義和動(dòng)手實(shí)踐的樂(lè)趣。

有許多人認(rèn)為,如果今后不從事編譯器的開(kāi)發(fā),編譯知識(shí)就顯得并不重要了――事實(shí)上并非如此。編譯課程鮮明的理論性和技術(shù)性特點(diǎn),使得這些知識(shí)對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)人員來(lái)說(shuō)具有重要作用,甚至可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)專業(yè)人才區(qū)別于一般計(jì)算機(jī)人員的重要知識(shí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于將來(lái)從事編譯系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的學(xué)生來(lái)說(shuō),編譯課程的學(xué)習(xí)當(dāng)然可以使他們掌握和理解編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作流程以及編譯程序各組成部分的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù),獲得分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)編譯系統(tǒng)的初步能力,打下堅(jiān)實(shí)的能力和知識(shí)基礎(chǔ);而對(duì)于那些將來(lái)不從事編譯器研制的學(xué)生來(lái)說(shuō),編譯課程的教學(xué)對(duì)于提高他們對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體認(rèn)識(shí)也具有重要的意義。通過(guò)學(xué)習(xí)編譯的理論和方法,學(xué)生可以提高對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等知識(shí)的綜合理解,而這些知識(shí)對(duì)于準(zhǔn)確掌握程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,學(xué)習(xí)新的編程范型,理解程序,開(kāi)發(fā)出正確的軟件都是不可缺少的基礎(chǔ)。圖靈獎(jiǎng)獲得者Perlis教授的名言“To understand a program you must become both the machine and the program”就精辟地說(shuō)明了這一點(diǎn)。此外,編譯課程介紹的經(jīng)典語(yǔ)言分析方法和工具,對(duì)于一些實(shí)用的工具和軟件,如自然語(yǔ)言理解、網(wǎng)絡(luò)信息處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分析與實(shí)現(xiàn)等領(lǐng)域的軟件或工具的研制,都是很好的基礎(chǔ)。更為重要的是,編譯課程中介紹的一些經(jīng)典的理論和方法,對(duì)于傳授計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的方法、訓(xùn)練學(xué)生的思維都是難得的生動(dòng)案例。因此,不能把編譯課程片面地理解成為一個(gè)介紹編譯程序的課程,而應(yīng)當(dāng)把該課程的教學(xué)放在培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)、訓(xùn)練思維的層面加以認(rèn)識(shí),特別是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)如何在編譯的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

3計(jì)算思維及其在編譯理論和技術(shù)發(fā)展中的作用

計(jì)算思維(Computational Thinking)是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系Jeannette M. Wing教授在2006年提出來(lái)的先進(jìn)的教育理念,被認(rèn)為是近十年來(lái)產(chǎn)生的最具有基礎(chǔ)性、長(zhǎng)期性的學(xué)術(shù)思想,并將成為21世紀(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類(lèi)的行為,它包括了一系列廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方法。Wing教授認(rèn)為,計(jì)算思維不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家,它將和閱讀、寫(xiě)作和算術(shù)一樣,是21世紀(jì)每個(gè)人必須具備的基本技能。計(jì)算思維已經(jīng)在其他學(xué)科中產(chǎn)生影響,而這種影響在不斷拓展和深入。例如計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算博弈理論、納米計(jì)算和量子計(jì)算等新興研究領(lǐng)域的發(fā)展正在深刻改變生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域研究的思考方式。

典型的計(jì)算思維包括一系列廣泛的計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維方法:遞歸、抽象和分解、保護(hù)、冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)和恢復(fù),利用啟發(fā)式推理來(lái)尋求解答,在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度等。顯然,這些計(jì)算思維方法都可以在許多編譯理論和技術(shù)的發(fā)展中找到痕跡,很多編譯成果正是運(yùn)用計(jì)算思維的結(jié)晶。例如,抽象和自動(dòng)化是計(jì)算思維的兩個(gè)重要手段,也是編譯理論和方法產(chǎn)生的基礎(chǔ)。編譯課程中介紹的語(yǔ)法知識(shí)描述、詞法分析、語(yǔ)法分析、屬性文法、乃至優(yōu)化等知識(shí)點(diǎn),都體現(xiàn)了面向具體應(yīng)用、從實(shí)際問(wèn)題中抽象出科學(xué)問(wèn)題并運(yùn)用科學(xué)的思維方法進(jìn)行問(wèn)題求解的思想,其成果根植于堅(jiān)實(shí)的經(jīng)典理論,并應(yīng)用于實(shí)踐,以推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。因此,在編譯課程的教學(xué)中,結(jié)合編譯理論和技術(shù)中經(jīng)典的案例培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,是一條值得探索的途徑。

4結(jié)合編譯案例的計(jì)算思維培養(yǎng)

如何培養(yǎng)“計(jì)算思維”,是目前計(jì)算機(jī)教育界非常關(guān)心的問(wèn)題。例如,在計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)中,有些學(xué)校在專業(yè)核心課程中融入計(jì)算思維的培養(yǎng);在非計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)中,對(duì)計(jì)算機(jī)導(dǎo)論類(lèi)或程序設(shè)計(jì)類(lèi)的課程進(jìn)行改革,針對(duì)學(xué)科交叉的需求,從教學(xué)內(nèi)容和方法上進(jìn)行改革,培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維?？傮w來(lái)說(shuō),計(jì)算思維的培養(yǎng)應(yīng)該貫穿在大學(xué)教育的全過(guò)程,甚至在大學(xué)之前的教育中。計(jì)算思維對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的要求,我們必須在專業(yè)課程教學(xué)中結(jié)合計(jì)算思維的培養(yǎng)。

編譯課程的知識(shí)體系完整,既有經(jīng)典理論成果奠定的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),又有在實(shí)踐中發(fā)揮巨大作用的先進(jìn)技術(shù),其中很多知識(shí)點(diǎn)都為計(jì)算思維提供了很好的詮釋和生動(dòng)的案例。下面,我們從抽象、自動(dòng)化、遞歸、問(wèn)題分解和權(quán)衡等典型計(jì)算思維方法出發(fā),探討結(jié)合編譯案例培養(yǎng)計(jì)算思維的可能途徑。

(1) 抽象

“抽象”是科學(xué)研究的重要手段,也是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的重要工具。在編譯理論和技術(shù)的發(fā)展中,正是運(yùn)用“抽象”這一有力工具,才獲得了一系列的重要成果。例如有限自動(dòng)機(jī)、形式文法等都是重要的抽象工具,有了這些工具,才能夠把握詞法分析和語(yǔ)法分析等問(wèn)題的本質(zhì),發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律,最終形成一系列的自動(dòng)分析方法。

(2) 自動(dòng)化

將抽象思維的結(jié)果在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),是一個(gè)將計(jì)算思維成果物化的過(guò)程,也是將理論成果應(yīng)用于技術(shù)的實(shí)踐。有限自動(dòng)機(jī)、預(yù)測(cè)分析程序、算符優(yōu)先分析、LR分析等編譯經(jīng)典方法,都是在抽象的基礎(chǔ)上將知識(shí)和控制分離(即分析表加控制程序),從而獲得了經(jīng)典的分析工具,而這種知識(shí)和控制的分離也為分析工具的自動(dòng)產(chǎn)生提供了可能。自動(dòng)化的思維方法不僅體現(xiàn)在編譯程序本身的工作機(jī)制上,更體現(xiàn)在編譯程序的生成工具的研究和設(shè)計(jì)上。

(3) 遞歸

許多編譯中的問(wèn)題都具有明顯的遞歸特征。運(yùn)用遞歸思維解決復(fù)雜的問(wèn)題,通常是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行逐步化簡(jiǎn),最后得到了一個(gè)規(guī)模非常小、非常簡(jiǎn)單、更容易解決的類(lèi)似問(wèn)題,將該問(wèn)題解決后,再逐層解決上一級(jí)問(wèn)題,最后解決了較復(fù)雜的原始問(wèn)題。編譯中的遞歸下降分析是最直觀的對(duì)遞歸思維的運(yùn)用,此外,基于樹(shù)遍歷的屬性計(jì)算、語(yǔ)法制導(dǎo)翻譯都是典型的遞歸問(wèn)題求解。

(4) 問(wèn)題分解

程序設(shè)計(jì)中的“自頂向下、逐步求精”的思想就是一種典型的問(wèn)題分解的計(jì)算思維方法。運(yùn)用問(wèn)題分解這種思維方法進(jìn)行問(wèn)題求解,首先須做出對(duì)問(wèn)題本身的明確描述,并對(duì)問(wèn)題解法做出全局性決策,把問(wèn)題分解成相對(duì)獨(dú)立的子問(wèn)題,再以同樣的方式對(duì)每個(gè)子問(wèn)題進(jìn)一步精確化,直到獲得對(duì)問(wèn)題的明確解答。在編譯程序的設(shè)計(jì)中,通過(guò)引入中間語(yǔ)言,將編譯程序劃分成前端和后端,就是一種典型的分解問(wèn)題的思路。

(5) 權(quán)衡

“編譯原理”課程是一門(mén)理論性和技術(shù)性都非常強(qiáng)的課程。理論研究重在探尋問(wèn)題求解的方法,而在編譯程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,對(duì)于理論成果的研究運(yùn)用又需要在能力和運(yùn)用中做出權(quán)衡。這方面一個(gè)典型的例子是,我們知道,雖然高級(jí)語(yǔ)言的大部機(jī)制都可以由上下文無(wú)關(guān)文法來(lái)描述,但是上下文無(wú)關(guān)文法不能完全刻畫(huà)高級(jí)程序語(yǔ)言的所有規(guī)范,有些語(yǔ)言機(jī)制甚至存在二義性。但是上下文無(wú)關(guān)文法的分析是高效的,所以我們?cè)诰幾g程序設(shè)計(jì)中依然采取上下文無(wú)關(guān)文法來(lái)描述高級(jí)語(yǔ)言語(yǔ)法,但是在具體實(shí)現(xiàn)時(shí),通過(guò)改造分析表消除沖突、符號(hào)表操作、語(yǔ)義檢查等手段,去實(shí)現(xiàn)上下文無(wú)關(guān)文法分析所不能完成的功能――這正是在具體實(shí)踐中結(jié)合具體問(wèn)題進(jìn)行權(quán)衡的結(jié)果。

5結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算思維的培養(yǎng)不是哪一門(mén)課程的教學(xué)能解決的問(wèn)題。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)教育來(lái)說(shuō),應(yīng)當(dāng)關(guān)注在各專業(yè)課程中的計(jì)算思維的培養(yǎng),強(qiáng)調(diào)對(duì)各種原理和方法進(jìn)行提煉,從思維方法的高度培養(yǎng)學(xué)生,使學(xué)生能夠應(yīng)用計(jì)算思維解決問(wèn)題。大學(xué)計(jì)算思維的教育應(yīng)貫穿于整個(gè)大學(xué)教育,做到學(xué)習(xí)期間不斷線。

參考文獻(xiàn):

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[2] 何炎祥,伍春香. 計(jì)算機(jī)專業(yè)不需要編譯原理課程嗎?[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2009(4):61-62,85.

篇6

【關(guān)鍵詞】 通風(fēng)系統(tǒng) 適應(yīng)性 人性化 合理化

我國(guó)中小型礦山主要分布在東北和西部地區(qū)，并且較分散，開(kāi)發(fā)的難度也與此相應(yīng)加大，由于技術(shù)限制的因素，通風(fēng)系統(tǒng)存在較大的安全問(wèn)題，嚴(yán)重影響了礦山的正常開(kāi)采以及開(kāi)采人員的人身安全，也對(duì)礦山的生產(chǎn)力存在一定的限制因素，現(xiàn)如今對(duì)礦山通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，保證了礦工人員在井下工作時(shí)的安全問(wèn)題以及對(duì)環(huán)境細(xì)節(jié)改善的優(yōu)化，通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)把工作時(shí)的溫度維持在一個(gè)界定范圍內(nèi)，能夠排出礦井內(nèi)的有害氣體和雜質(zhì).達(dá)到施工環(huán)境優(yōu)良和施工人員安全作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 當(dāng)前中小型礦山通風(fēng)存在常見(jiàn)問(wèn)題

1.1 系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量調(diào)控能力較差

測(cè)定要素多，并且又缺乏相對(duì)應(yīng)風(fēng)流量調(diào)控技術(shù)，使之流速處于一個(gè)動(dòng)態(tài)自然分配的狀態(tài)，根據(jù)礦山所處地貌特征，礦井路程長(zhǎng)，風(fēng)速難以到達(dá)在礦井中上部位置風(fēng)流量達(dá)到40km/h，底端地段的風(fēng)流量達(dá)到12km/h，都達(dá)不到所規(guī)定的范圍標(biāo)準(zhǔn)，此外，地下礦井較多，主要扇區(qū)對(duì)礦山的主控能力較差，由于扇區(qū)面積與主備井距存在較大差距，風(fēng)向難以控制，并且主井區(qū)與備用井區(qū)之間存在一個(gè)很大的限壓差，通風(fēng)的效果難以提高，使夏季風(fēng)難以灌入導(dǎo)致不透風(fēng)的現(xiàn)狀，冬季又難以被排出，出現(xiàn)氣流回旋，氣壓不穩(wěn)設(shè)備凍裂的現(xiàn)象。

1.2 采場(chǎng)沒(méi)有形成貫穿風(fēng)流

開(kāi)采場(chǎng)地應(yīng)用對(duì)角井、通風(fēng)管道與上下中繼段貫通，地下表面壓強(qiáng)差小，對(duì)流層風(fēng)力弱，大多采場(chǎng)采用擴(kuò)充方式散風(fēng)，所以采場(chǎng)通風(fēng)難度大。

1.3 礦井風(fēng)路長(zhǎng)，阻力大，系統(tǒng)風(fēng)量不足

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，至少風(fēng)量欠吹43.28%，西、南風(fēng)井的風(fēng)量已達(dá)到63km/h，主、副井口風(fēng)量已達(dá)到42km/h。由于地理位置等因素的影響，東北風(fēng)段面的風(fēng)力過(guò)小，僅能達(dá)到18km/h，并且路途長(zhǎng)，阻力大，位于東南方向-42m的井口及-132m的西風(fēng)井的2臺(tái)主機(jī)的風(fēng)扇難以高速旋轉(zhuǎn)到達(dá)地表深度位置，導(dǎo)致到達(dá)地表深度的風(fēng)力欠缺不足，尤其在雷雨季節(jié)對(duì)流風(fēng)向偏差較大，主、副之間的通風(fēng)情況會(huì)受到很大程度的阻礙。

1.4 下負(fù)壓過(guò)大，極易造成漏風(fēng)、循環(huán)風(fēng)

多個(gè)礦井點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)，密封不嚴(yán)密，難以控制實(shí)際漏風(fēng)情況。對(duì)各個(gè)采礦點(diǎn)同時(shí)開(kāi)采，大部分都是原有礦山開(kāi)采時(shí)所常見(jiàn)的問(wèn)題，便給礦井通風(fēng)造成了很大的難題。

2 礦山通風(fēng)改造方案設(shè)計(jì)思路

經(jīng)過(guò)當(dāng)今的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和原有施工規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行如下的改造設(shè)計(jì)方案。（1）通風(fēng)系統(tǒng)。現(xiàn)在把主扇區(qū)系統(tǒng)改造為量子化多級(jí)系統(tǒng)，采用預(yù)警風(fēng)向Ⅲ級(jí)系統(tǒng)，東北風(fēng)井Ⅵ級(jí)系統(tǒng)，特殊地區(qū)風(fēng)向Ⅳ級(jí)系統(tǒng)。（2）支架。運(yùn)用東北風(fēng)井為主，西北風(fēng)井為輔的支架標(biāo)準(zhǔn)體系，減少進(jìn)口的漏風(fēng)，控制東、西風(fēng)井，明天井回風(fēng)。（3）網(wǎng)路。采用左右對(duì)等間隔模式，多個(gè)網(wǎng)路共用一口回風(fēng)井，上下段中行回風(fēng)，左右段下行回風(fēng)，回風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置回風(fēng)閥門(mén)，非回風(fēng)上下段西北風(fēng)井口底端部位隔斷與回風(fēng)道的疏通。對(duì)等中段間產(chǎn)生氣壓差，導(dǎo)致開(kāi)采場(chǎng)地貫通氣流循環(huán)路段堵塞，目前在-87m以上的中段位置僅有幾個(gè)開(kāi)采場(chǎng)地投入生產(chǎn)，-130m、-260m中段的采場(chǎng)正在摸索階段，還未形成一定的覆蓋區(qū)域，現(xiàn)將-85m中段位置設(shè)置主通風(fēng)干道，在今后發(fā)展系統(tǒng)形成后，再把-225m終端設(shè)置為另一主通風(fēng)干道。（4）風(fēng)機(jī)。在-95m中段西、北風(fēng)井位置安裝一臺(tái)423kwk46-3-32第四級(jí)風(fēng)機(jī)，在-200m西、南風(fēng)井安裝一臺(tái)156kwk64-2-69第三級(jí)風(fēng)機(jī)。在-280m中段東、北安裝兩臺(tái)67kwk128-3-72第二級(jí)風(fēng)機(jī)。（5）將通風(fēng)井段面由5㎡擴(kuò)寬到8㎡左右。經(jīng)優(yōu)化改造后的風(fēng)量控制系統(tǒng)，新鮮空氣分流流經(jīng)入上井口，保鮮罐中加工貯存，在疏通管道內(nèi)運(yùn)輸?shù)街付ú课唬捎谖黠L(fēng)井只能延伸到-280m中段，就此位置建立二級(jí)風(fēng)機(jī)站，待中上部系統(tǒng)改造完善后，下挖北風(fēng)井至-240m中段位置，并在此地點(diǎn)安裝三級(jí)回風(fēng)機(jī)站。三級(jí)機(jī)站在一、二級(jí)機(jī)站建好完成后，便可動(dòng)土施工，即此各個(gè)采礦場(chǎng)地通風(fēng)效果更佳，設(shè)備優(yōu)化系統(tǒng)更加完善。

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的仿真模擬及優(yōu)化研究

筆者以西礦西二盤(pán)區(qū)為例，利用山西晉煤工程技術(shù)研發(fā)的通風(fēng)仿真系統(tǒng)MISA對(duì)山西礦西二盤(pán)區(qū)以內(nèi)地區(qū)進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的模擬，并提出有關(guān)三套加強(qiáng)式仿真模擬系統(tǒng)方案。

3.1 仿真模擬方案一

（1）系統(tǒng)概述：保持盤(pán)區(qū)內(nèi)部原有的通風(fēng)系統(tǒng)不變，在盤(pán)區(qū)位置上做一些小幅度的變動(dòng)，把珠江大道西段作為西二盤(pán)區(qū)的進(jìn)風(fēng)道口，在風(fēng)口井服務(wù)界線限定內(nèi)，由東街里服務(wù)于1102工作面和西二盤(pán)區(qū)2306工作面，西風(fēng)礦井服務(wù)于1803工作面，路由系統(tǒng)負(fù)責(zé)掌管珠江路口及翟營(yíng)大街交叉口。（2）通風(fēng)仿真系統(tǒng)模擬結(jié)論：1803工作面回風(fēng)量為8078m3/min、2306工作面回風(fēng)量為11032m3/min，西二盤(pán)區(qū)三隊(duì)列挖掘工作面回風(fēng)量為3080m3/min，1102工作面回風(fēng)量為9320m3/min，其中路由回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為3329m3/min，氣壓強(qiáng)度為4395Mpa，拐角的角度為39.5°；西回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為13075m3/min，氣壓值為3385Mpa，角度為22.6°；東湖回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為39984m3/min，氣壓值為20722Mpa，角度為-32°。（3）工程量及成本：在原有的基礎(chǔ)上解決西二盤(pán)區(qū)的進(jìn)風(fēng)進(jìn)風(fēng)問(wèn)題后，還需要在珠江大道與翟營(yíng)小巷13號(hào)東湖盤(pán)區(qū)以及東北地區(qū)南開(kāi)運(yùn)輸大巷分別動(dòng)土施工西二盤(pán)區(qū)輔助運(yùn)輸巷，作為當(dāng)前西二盤(pán)區(qū)三道進(jìn)風(fēng)口，道路工程量3200m，0.8萬(wàn)元作為每米道路的施工費(fèi)，總共施工費(fèi)用合計(jì)2560萬(wàn)元。

3.2 仿真模擬方案二

（1）系統(tǒng)概述：保持盤(pán)區(qū)內(nèi)部原有的通風(fēng)系統(tǒng)不變，在西盤(pán)區(qū)內(nèi)部進(jìn)風(fēng)問(wèn)題上，在西井區(qū)井口底端直接貫穿兩條巖接小巷，解決各盤(pán)區(qū)之間的進(jìn)風(fēng)問(wèn)題。在風(fēng)口井服務(wù)界線限定內(nèi)，由東湖風(fēng)井口服務(wù)于1102工作面和西二盤(pán)區(qū)2306工作面，西風(fēng)礦井服務(wù)于1803工作面，路由系統(tǒng)負(fù)責(zé)掌管珠江路口及翟營(yíng)大街交叉口。（2）通風(fēng)仿真系統(tǒng)模擬結(jié)論：1803工作面回風(fēng)量為7806m3/min、2306工作面回風(fēng)量為13028m3/min，西二盤(pán)區(qū)工作面回風(fēng)量為1349m3/min，1102工作面回風(fēng)量為3205m3/min，其中路由回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為4229m3/min，氣壓強(qiáng)度為4603Mpa，拐角的角度為45°；西一回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為12763m3/min，氣壓值為2385Mpa，角度為11.8°；東湖回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為32683m3/min，氣壓值為20138Mpa，角度為-18.6°（3）工程量：在解決西盤(pán)區(qū)內(nèi)部進(jìn)風(fēng)問(wèn)題上，在西進(jìn)風(fēng)口建井，并在井底層硐室處建立兩條瀝青公路與西二盤(pán)區(qū)輔助運(yùn)輸巷和西二盤(pán)區(qū)翟營(yíng)小巷交叉貫通，其中兩條瀝青公路的總長(zhǎng)為3000m，每米建設(shè)的成本為0.62萬(wàn)元，總共施工費(fèi)為1860萬(wàn)元。

3.3 仿真模擬方案三

（1）系統(tǒng)概述：原有盤(pán)區(qū)內(nèi)部的通風(fēng)系統(tǒng)不變，看待盤(pán)井礦區(qū)井口通風(fēng)問(wèn)題上，在東湖回風(fēng)區(qū)西二道口修建一個(gè)直徑為4.0m管道井作為西二盤(pán)區(qū)進(jìn)風(fēng)井口，在珠江大道與翟營(yíng)小巷13號(hào)東湖盤(pán)區(qū)以及東北地區(qū)輔助運(yùn)輸大巷作為輔助運(yùn)輸路段使用，主要用在各個(gè)小巷道內(nèi)附近修建一組風(fēng)門(mén)將東街里小區(qū)與西一盤(pán)區(qū)劃分，不作為進(jìn)風(fēng)路段道口使用，在各個(gè)風(fēng)井礦區(qū)服務(wù)范圍內(nèi)，由東湖風(fēng)井口服務(wù)1102工作面和西一盤(pán)區(qū)服務(wù)于2306工作面，路由系統(tǒng)服務(wù)于珠江道口和翟營(yíng)交叉口路段。（2）通風(fēng)仿真系統(tǒng)模擬結(jié)論：1803工作面回風(fēng)量為7234m3/min、2306工作面回風(fēng)量為10300m3/min，西二盤(pán)區(qū)工作面回風(fēng)量為1285m3/min，1102工作面回風(fēng)量為3225m3/min，其中路由回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為4126m3/min，氣壓強(qiáng)度為4204Mpa，拐角的角度為35°；西一回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為13753m3/min，氣壓值為2265Mpa，角度為11.8°；東湖回風(fēng)區(qū)立井的回風(fēng)量為31684m3/min，氣壓值為21238Mpa，角度為33.6°（3）工程量：珠江大道與翟營(yíng)小巷13號(hào)東湖盤(pán)區(qū)輔助運(yùn)輸大巷全長(zhǎng)246m，按每米的成本價(jià)為7.5萬(wàn)元，費(fèi)用為369萬(wàn)元；管道溝深22.4m，開(kāi)挖體積約為11.25m3，按每立方米挖土1000元，回填土800元計(jì)算，費(fèi)用為20250元，工程費(fèi)用總計(jì)為1855萬(wàn)元。

4 改造前后通風(fēng)效果比較

（1）系統(tǒng)排風(fēng)量為45.62m3/s，與2006年同比上長(zhǎng)28.76%，總凈化量為28.97m3/s，同比2004年上浮11.28%，總回風(fēng)43.23m3/s，比2004年上長(zhǎng)8.35%，其中主井進(jìn)風(fēng)43.49m3/s、副井進(jìn)風(fēng)36.45m3/s南風(fēng)井出風(fēng)量為14.86m3/s、北風(fēng)井進(jìn)風(fēng)量為22.35m3/s；系統(tǒng)通風(fēng)能力比預(yù)期原有系統(tǒng)有大幅度提升。（2）通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)32個(gè)施工通風(fēng)量的測(cè)定，礦山場(chǎng)地的通風(fēng)量達(dá)標(biāo)率為87.32%，同比2006、2007年上浮11.32%、8.21%，通風(fēng)效果得到顯著改善。（3）更換風(fēng)機(jī)后，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)速度加快，提高了風(fēng)機(jī)工作效率。（4）主、副井之間原有的氣壓差被打破，進(jìn)入到另一個(gè)新的界限，局部地區(qū)采礦場(chǎng)地的通風(fēng)量明顯增加。（5）節(jié)省勞動(dòng)力及風(fēng)機(jī)存儲(chǔ)容量。原來(lái)生產(chǎn)線共有各類(lèi)風(fēng)機(jī)52臺(tái)，需要技工工日11臺(tái)班，普工工日23臺(tái)班，現(xiàn)如今需要優(yōu)化改造后風(fēng)機(jī)數(shù)目為23臺(tái)，技工工日5.5臺(tái)班，普工工日7臺(tái)班，其中3臺(tái)由原有總裝機(jī)容量348.6kW到當(dāng)今使用功率120kW。

除此之外，在系統(tǒng)優(yōu)化改造過(guò)程中，改用西門(mén)子技術(shù)對(duì)主扇區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，操作平臺(tái)設(shè)立在生產(chǎn)控制室內(nèi)，縮短了原有路程差，一方面操作管理人員根據(jù)當(dāng)?shù)氐V井的生產(chǎn)需要進(jìn)行地下調(diào)度測(cè)量，確保施工的安全。另一方面減少了人員的安排，節(jié)省了每年不必要的開(kāi)銷(xiāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓振才，劉江，胡艷東.淺談加固處理濕陷性黃土地基的方法[J].巖土工程界增刊，2006.

[2]袁昌明，徐澤林.某中小型礦山通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2004，（12）；28-31.

篇7

【關(guān)鍵詞】新加坡 中學(xué) 科學(xué)教育 特點(diǎn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G511 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1006－9682（2008）12－0073－03

新加坡是一個(gè)多種族、多元文化的國(guó)家，同時(shí)其物質(zhì)資源 十分匾乏。1955～1978 年，新加坡教育以生存為主導(dǎo)，實(shí)施雙 語(yǔ)教育。1965 年獨(dú)立以后，特別是 1979～1996 年，非常重視 人力資源的開(kāi)發(fā)，特別是精英人才的培養(yǎng)，對(duì)不同學(xué)力的學(xué)生 從小嚴(yán)格篩選與分流，強(qiáng)調(diào)卓越教育，推行以效益為主導(dǎo)的科 學(xué)教育。1997 年，新加坡總理李顯龍?zhí)岢觥爸厮伎嫉膶W(xué)校，愛(ài) 學(xué)習(xí)的公民（Thinking Schools，Learning Nation）”的教育愿景 后，新加坡的科學(xué)教育開(kāi)始了新的轉(zhuǎn)型，全面推行能力取向的 科學(xué)教育改革。使新加坡的科學(xué)教育一直保持著很高的質(zhì)量， 為世界各國(guó)所矚目。

2008 年暑假，鄭州市教育局組織鄭州市第二屆中學(xué)名師赴新 加坡教育部校長(zhǎng)學(xué)院培訓(xùn)，筆者有幸參加了本次培訓(xùn)與教育考 察。本文就新加坡中學(xué)科學(xué)教育改革予以概述，以借鑒、啟示我 國(guó)當(dāng)今的新課程改革。

一、大眾教育與精英教育的和諧統(tǒng)一

1．學(xué)制改革

新加坡小學(xué)學(xué)制為 6 年，小四結(jié)束時(shí)，通過(guò)校內(nèi)考試對(duì)學(xué)生 進(jìn)行第一次分流，把學(xué)生分為 EMl 和 EM2 兩層。中等教育分中 學(xué)和中學(xué)后（post-secondary）兩個(gè)階段。小六結(jié)束時(shí)，參加國(guó)家 的小學(xué)畢業(yè)考試（PLSE），根據(jù)成績(jī)讓學(xué)生分別學(xué)習(xí)中學(xué)的三類(lèi) 課程：特別類(lèi)（special）、快捷類(lèi)（express）和普通類(lèi)（normal）。 中學(xué)畢業(yè)后，參加普通水準(zhǔn)教育證書(shū)考試（GCE O level，相當(dāng)于 我國(guó)的中考）或初級(jí)水準(zhǔn)教育證書(shū)考試（GCE N level），根據(jù)考 試成績(jī)分別升人不同類(lèi)型的中學(xué)后：大學(xué)預(yù)科（pre-university）、 理工學(xué)院（Polytechnics）和工藝教育學(xué)院（Institute of Technical Education）。

為了使盡可能多的學(xué)生接受更長(zhǎng)時(shí)間的科學(xué)教育，從 1994 年起在初級(jí)中學(xué)引入普通類(lèi)課程的工藝（technical）分支，以適 合學(xué)力較弱學(xué)生，這就把普通類(lèi)課程分為普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）和普通 類(lèi)（工藝）兩支。一般情況下，小學(xué)升中學(xué)進(jìn)入各類(lèi)課程的比例 為：特別類(lèi) 10%，快捷類(lèi) 50%，普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）25%，普通類(lèi)（工 藝）15%。

在中學(xué)的中一至中二，所有的學(xué)生都必須學(xué)習(xí)綜合性科學(xué)課 程。到中三和中四時(shí)，對(duì)于特別類(lèi)和快捷類(lèi)學(xué)生來(lái)說(shuō)，科學(xué)課程 是核心課程，必須至少學(xué)習(xí)一門(mén)科學(xué)課程；普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）可以 選修科學(xué)課程，而普通類(lèi)（工藝）學(xué)生則不學(xué)習(xí)科學(xué)課程。教育 部規(guī)定從 2006 年開(kāi)始，普通類(lèi)（工藝）的學(xué)生可以選修普通課 程（學(xué)術(shù)）的任何科目，這個(gè)規(guī)定勢(shì)必會(huì)使更多的學(xué)生接受較高 層次的科學(xué)教育。

中四結(jié)束時(shí)，特別類(lèi)和快捷類(lèi)學(xué)生參加普通水準(zhǔn)教育證書(shū)考 試；而普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）和普通類(lèi)（工藝）參加初級(jí)水準(zhǔn)教育證書(shū) 考試，成績(jī)優(yōu)異者可以進(jìn)行中五的學(xué)習(xí)，然后參加普通水準(zhǔn)教育 證書(shū)考試，這為學(xué)力較弱的學(xué)生提供成為社會(huì)精英的機(jī)會(huì)。由于 普通水準(zhǔn)教育證書(shū)考試包括科學(xué)課程，這樣又會(huì)使普通類(lèi)學(xué)生中 學(xué)習(xí)科學(xué)課程的比例有所增加。

原來(lái)新加坡的三類(lèi)課程之間的界限是涇渭分明的，各類(lèi)學(xué)生 不能互轉(zhuǎn)。90 年代以后，教育部放權(quán)給學(xué)校，學(xué)?？梢愿鶕?jù)學(xué)生 的學(xué)習(xí)成績(jī)、校長(zhǎng)和教師的評(píng)估，安排學(xué)生從一類(lèi)課程轉(zhuǎn)入另一 類(lèi)課程，尤其是放寬對(duì)普通類(lèi)（工藝）學(xué)生的限制，鼓勵(lì)更多的 成績(jī)優(yōu)異者轉(zhuǎn)人普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）。原來(lái)僵硬的界限有所軟化，增 大了各類(lèi)課程的彈性，在一定程度上促進(jìn)大眾教育與精英教育之 間的融合。

中學(xué)后的科學(xué)教育進(jìn)一步分化。普通水準(zhǔn)教育證書(shū)考試成 績(jī)最好的學(xué)生（約 30%）進(jìn)入大學(xué)預(yù)科，包括初級(jí)學(xué)院（Jun-for Colleges 兩年制）和高級(jí)中學(xué)（Centralized Institute 三年制）。 這些學(xué)生中 80%的人可以升入大學(xué)，是新加坡未來(lái)的社會(huì)精英。 他們根據(jù)興趣愛(ài)好以及高級(jí)水準(zhǔn)教育證書(shū)考試（GCE A level， 相當(dāng)于我國(guó)的高考）的要求從數(shù)學(xué)與科學(xué)領(lǐng)域中選學(xué) 1～3 門(mén)。 成績(jī)一般的學(xué)生（約占 50%）進(jìn)入理工學(xué)院（三年制），他們主 要學(xué)習(xí)技術(shù)類(lèi)和應(yīng)用類(lèi)的課程。但是，他們也會(huì)通過(guò)工程類(lèi)課 程學(xué)習(xí)一些科學(xué)知識(shí)。成績(jī)較差的學(xué)生進(jìn)入工藝教育學(xué)院（一 至兩年），主要學(xué)習(xí)職業(yè)性的課程，進(jìn)行職業(yè)訓(xùn)練，不再學(xué)習(xí)科 學(xué)課程。

另外，1983 年，根據(jù)高才教育論學(xué)者崗尼（Francays Gagne） 教授提出的天賦與才能差別模式，新加坡教育部推出了高才班計(jì) 劃（Gifted Education Programme）。崗尼認(rèn)為，外在因素（如課 程與環(huán)境）以及內(nèi)在因素（如學(xué)生的個(gè)性、面對(duì)問(wèn)題時(shí)的毅力等）， 對(duì)天賦能否發(fā)展為才能舉足輕重，應(yīng)該盡早發(fā)現(xiàn)兒童的天賦，提 供適合他們學(xué)習(xí)進(jìn)度的課程。課程挑戰(zhàn)他們的思維，并讓他們有 機(jī)會(huì)與聰穎的同輩交流，將有助于發(fā)揮潛力，讓“天賦”發(fā)展為 “才能（talent）”。高才班計(jì)劃的目標(biāo)是提供學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣 度，注重培養(yǎng)學(xué)生的批判與創(chuàng)意思維。目前，每批學(xué)生當(dāng)中有 1% 在小三通過(guò)高才班測(cè)試后，可選擇進(jìn)入高才班計(jì)劃。中學(xué)的高才 班計(jì)劃則在 2006 年取消，改以學(xué)校高才教育（School-Based Gifted Education）形式進(jìn)行。其課程由學(xué)校自行設(shè)計(jì)，教育部高才班部 門(mén)給予協(xié)助。目前，參與學(xué)校高才教育的學(xué)校有萊佛士書(shū)院、萊 佛士女中、英華學(xué)校（自主）、南洋女中、華僑中學(xué)、德明政府 中學(xué)與國(guó)大數(shù)理中學(xué)。

2．課程改革

新加坡所有的學(xué)生在小三至小六、中一至中二都要學(xué)習(xí)綜合 性科學(xué)課程，這些將成為構(gòu)建他們一生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)。在中一 和中二，特別類(lèi)、快捷類(lèi)和普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)是完 全一樣的。普通類(lèi)（工藝）有單獨(dú)的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，除了有 6 個(gè) 單元的核心內(nèi)容外，還有 3 個(gè)選學(xué)單元，學(xué)生可以從中選學(xué) 1 個(gè) 單元，中三學(xué)生的選擇余地更大，不同類(lèi)的、不同興趣愛(ài)好的學(xué) 生可以選擇不同科目、不同類(lèi)別、不同難度的科學(xué)課程。特別類(lèi) 和快捷類(lèi)學(xué)生必修一門(mén)科學(xué)課程，可以從物理、化學(xué)、生物、混 合科學(xué)（物理＋化學(xué)）（物理＋生物）（化學(xué)＋生物）中選擇。另 外，他們還可以再選修若干門(mén)科學(xué)課程。普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）的科學(xué) 課程是選修的，學(xué)生可以從三種混合科學(xué)科目中選擇。

各類(lèi) 課程 的難 度和 要求 不同 。中 學(xué)分 科設(shè) 置的 物理 課程

（5052）要求相對(duì)較高，包括 75 個(gè)知識(shí)點(diǎn)，涉及 75 個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算 公式，要求學(xué)生掌握 33 個(gè)物理量，并給出其中 16 個(gè)物理量的定 義。而混合科學(xué)（物理+化學(xué) 5152）（物理+生物 5153）中的物理 部分完全相同，內(nèi)容較少，要求也較低，都包括 52 個(gè)知識(shí)點(diǎn)， 有 15 個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算公式。

大學(xué)預(yù)科生可以選修不同的科學(xué)課程，同類(lèi)課程中還有選學(xué) 的余地。他們可以學(xué)習(xí)物理（9246）或物理（9248），兩者的區(qū) 別主要是實(shí)踐操作方面的要求，后者略高，它們的知識(shí)內(nèi)容完全 相同，核心內(nèi)容有 6 個(gè)部分，占 90%，選學(xué)內(nèi)容占 10%，有 4 個(gè)部分。物理課程還可以分為 H1，H2 兩個(gè)層次。H2 等同于高 級(jí)水準(zhǔn)教育證書(shū)考試的要求，Hl 是 H2 內(nèi)容范圍的一半，但深度 與 H2 相似，學(xué)生可以根據(jù)自己的情況和將來(lái)大學(xué)方向的專業(yè)要 求選擇 H1 和 H2。另外，還有更高級(jí)的層次 H3 為學(xué)生提供更多 的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，主要有高級(jí)內(nèi)容、研究報(bào)告和大學(xué)模塊等，但不屬 于證書(shū)考試的內(nèi)容。

精英教育中的科學(xué)課程難度較大。首先，數(shù)學(xué)工具要求較高。 物理課程中不但涉及初等數(shù)學(xué)許多內(nèi)容，而且還涉及高等數(shù)學(xué)中 的微分和積分。其次，包括大量的普通物理內(nèi)容，為少數(shù)學(xué)生準(zhǔn) 備的 H3 層次更是直接學(xué)學(xué)中的物理課程內(nèi)容，難度更大。 這些內(nèi)容為一部分學(xué)力較強(qiáng)的、將來(lái)打算從事與物理學(xué)有關(guān)的科 學(xué)研究工作的學(xué)生提供了充分的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，有利于他們盡快地脫 穎而出。

為不同的學(xué)生提供不同類(lèi)型、不同難度的科學(xué)課程，增加學(xué) 習(xí)的自主性，同時(shí)為了兼顧大眾教育和精英教育，盡可能做到因 材施教，人盡其才。

二、經(jīng)典科學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)的合理平衡

如何處理好經(jīng)典科學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)之間關(guān)系的問(wèn)題一直困擾 著課程內(nèi)容的選擇。新加坡的科學(xué)課程改革力爭(zhēng)在經(jīng)典科學(xué)與現(xiàn) 代科學(xué)之間尋求一個(gè)比較滿意的“平衡點(diǎn)”，保持經(jīng)典科學(xué)內(nèi)容 和現(xiàn)代科學(xué)內(nèi)容之間的“合理張力”。物理（5052）包括 5 個(gè)部 分，前 4 個(gè)部分是物理學(xué)基礎(chǔ)、熱學(xué)基礎(chǔ)、波、電和磁，屬于經(jīng) 典物理的內(nèi)容，第 5 部分是現(xiàn)代物理部分――核物理基礎(chǔ)，涉及 原子核和放射性，其中，第 4 部分中的簡(jiǎn)單電子學(xué)也是屬于現(xiàn)代 物理的范疇。物理（9246，9248）的核心內(nèi)容由 6 部分組成，前

5 個(gè)部分屬于經(jīng)典物理：基礎(chǔ)物理、牛頓力學(xué)、物質(zhì)、振動(dòng)和波、 電和磁。第 5 部分中的電子學(xué)（包括理想放大器、放大電路）和 第 6 部分是現(xiàn)代物理，第 6 部分包括帶電粒子、量子物理和核物理三章，涉及光子、光電效應(yīng)、波粒二象性、原子中的能級(jí)、原 子核、質(zhì)能關(guān)系和結(jié)合能、核反應(yīng)、放射性衰變等。選修內(nèi)容中 涉及現(xiàn)代物理的有：X 射線、核磁共振、激光、晶體結(jié)構(gòu)等現(xiàn)代 物理的內(nèi)容約占總內(nèi)容的 15%～20%。

三、理論知識(shí)理解、應(yīng)用與實(shí)踐操作的有機(jī)結(jié)合

1．重視科學(xué)知識(shí)的理解

科學(xué)課程精簡(jiǎn)了內(nèi)容，節(jié)省時(shí)間和空間以便集中于核心知 識(shí)。比如，物理（5052）只要求學(xué)生掌握 33 個(gè)物理量，并給出 其中 16 個(gè)物理量的定義，通過(guò)精選核心概念來(lái)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)科學(xué) 概念的深度理解。另外，重要的、難度較大的科學(xué)概念循環(huán)地出 現(xiàn)，物理（9246，9248）與物理（5052）重復(fù)的物理知識(shí)有：矢 量、速度、加速度的曲線分析、力矩、動(dòng)能、勢(shì)能、功、功率、 波運(yùn)動(dòng)的描述、橫波和縱波、電流、電勢(shì)差、電阻、電磁感應(yīng)定 律、原子核、放射性等。

2．強(qiáng)調(diào)知識(shí)的理解與應(yīng)用間的結(jié)合，使理解與應(yīng)用共同促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)。

物理（5052）有兩章是專門(mén)討論物理知識(shí)的應(yīng)用：實(shí)用電學(xué)（包括電的危險(xiǎn)、家庭安全用電）和簡(jiǎn)單電子學(xué)（包括示波器的 使用、電路部件的作用和使用、邏輯門(mén)和連接等）。其它章中也 有一些節(jié)是討論應(yīng)用的。例如，電磁波的應(yīng)用、靜電的應(yīng)用、電 流磁效應(yīng)的應(yīng)用、放射性同位素的使用等。物理（9246，9248） 中的應(yīng)用部分更多。其中，選修 C 材料物理，選修 M 醫(yī)學(xué)物理 和選修 P 環(huán)境物理都專門(mén)探討物理知識(shí)的應(yīng)用，分別包括晶體的 結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和材料試驗(yàn)，醫(yī)學(xué)成像、醫(yī)學(xué)治療、視覺(jué)中的物 理和聽(tīng)覺(jué)中的物理，動(dòng)力源、能量消耗、熱機(jī)和污染等。

3．重視以科學(xué)探究為核心的實(shí)踐（practical）操作活動(dòng)，使科學(xué)實(shí)踐操作與理論知識(shí)的理解與應(yīng)用形成有機(jī)結(jié)合。

物理（5052）要求學(xué)生掌握 5 個(gè)測(cè)量實(shí)驗(yàn)和 9 個(gè)建立在物理 規(guī)律上的實(shí)驗(yàn)，例如，用量筒測(cè)量液體與固體的體積，與全反射 定律有關(guān)的實(shí)驗(yàn)等，這些實(shí)驗(yàn)涉及 16 種重要的儀器設(shè)備，物理（9246）的課程評(píng)價(jià)目標(biāo)有一部分是“實(shí)驗(yàn)技能和探究”，要求 學(xué)習(xí)者：①設(shè)計(jì)探究，選擇技巧、儀器設(shè)備和材料；②安全地、 有效地使用技巧、儀器設(shè)備和材料；③進(jìn)行觀察、測(cè)量、估計(jì)并 記錄；④解釋和評(píng)估觀察和實(shí)驗(yàn)的資料；⑤評(píng)估方法和技巧，并 進(jìn)行可能的改進(jìn)。物理（9248）對(duì)實(shí)踐操作要求更高，明確規(guī)定： 學(xué)習(xí)者至少把 20 課時(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間用于實(shí)踐部分和它的評(píng)價(jià)。

另外，新加坡教育部還通過(guò)考試進(jìn)一步強(qiáng)化科學(xué)實(shí)踐操作。 普通水準(zhǔn)教育證書(shū)考試的物理（5052）分理論卷（試卷 1 和試卷2，共 120 分）和實(shí)踐卷（試卷 3）。試卷 3 用時(shí) 1.5 小時(shí)，包括 2 個(gè)實(shí)驗(yàn)，共 30 分。高級(jí)水準(zhǔn)教育證書(shū)考試的物理（9246）分理 論卷（試卷 1、試卷 2 和試卷 3，共 260 分）和實(shí)踐卷（試卷 4）。 試卷 4 是校本科學(xué)實(shí)踐評(píng)價(jià)（SPA），64 分，占總分的 20%。該 試卷評(píng)價(jià)學(xué)生的 4 種探究技能：計(jì)劃、實(shí)施、分析、評(píng)估。物理（9248）的實(shí)踐卷包括試卷 4 和試卷 5，試卷 4 是實(shí)踐測(cè)試，2小時(shí)，34 分，包括 2 個(gè)必做的實(shí)驗(yàn)。試卷 5 是設(shè)計(jì)問(wèn)題，1 小時(shí)，16 分，包括 2 個(gè)必做的設(shè)計(jì)練習(xí)，每個(gè) 8 分。 新加坡的科學(xué)課程考試中，理論卷會(huì)涉及部分實(shí)驗(yàn)技能和探究，實(shí)踐卷中可能會(huì)涉及有些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算，理論與實(shí)驗(yàn)之 間并不截然分開(kāi)。雖然理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作是科學(xué)課程不可分割 的兩個(gè)組成部分，但是，兩者對(duì)學(xué)生的要求畢竟有一定的差異性。

外，根據(jù)加德納的多元智能理論，不同的學(xué)生具備不同的智能， 可能有些學(xué)生更擅長(zhǎng)理論學(xué)習(xí)，另一些學(xué)生則更擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)操作。 那么，考試就應(yīng)該讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)展示自己掌握了什么。新 加坡的實(shí)驗(yàn)考試在這方面就做得很好，在實(shí)驗(yàn)卷中盡可能不涉及 理論知識(shí)方面的掌握情況，僅考核考生實(shí)驗(yàn)方面的技能。這一點(diǎn) 是與現(xiàn)代科學(xué)教育所倡導(dǎo)的“評(píng)價(jià)的目的是了解學(xué)生理解了什 么”，而不強(qiáng)調(diào)“了解學(xué)生有哪些還不知道”相一致的。

四、課程與信息技術(shù)的有機(jī)整合

1997～2002 年，新加坡啟動(dòng)了教育信息技術(shù)計(jì)劃 MITE、 MITE1 完成后，教育部又啟動(dòng)了 MLTE2，時(shí)間從 2003～2007 年。 MITE 的目的是鼓勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、通過(guò)使用信息技術(shù)來(lái)加強(qiáng)課程、 教學(xué)和評(píng)價(jià)方法之間的聯(lián)系，并激發(fā)學(xué)生獨(dú)立地、創(chuàng)造性地思考 和實(shí)驗(yàn)。

根據(jù) MITE 計(jì)劃，新加坡的科學(xué)教育改革把科學(xué)課程與信息 技術(shù)的整合作為一個(gè)重點(diǎn)，希望通過(guò)課程與信息技術(shù)的整合盡可 能創(chuàng)設(shè)有利于高水平思維的學(xué)習(xí)情境，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，促進(jìn)學(xué)生批判性、創(chuàng)造性思維能力和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。在物理（5052）和物理（9246，9248）的課程目標(biāo)中都提出，要 求學(xué)生意識(shí)到信息技術(shù)在通信中的重要性，以及使用信息技術(shù)作 為一種實(shí)驗(yàn)的輔助手段，并作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論成果解釋工具的 重要性。

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中還專門(mén)規(guī)定了要求教師在教學(xué)中要盡可能 使用信息技術(shù)的地方。比如，物理（5052）要求在繪出和解釋冷 卻曲線、把電場(chǎng)描述為電荷受到一種力作用的一個(gè)區(qū)域等處使用 信息技術(shù)；物理（9246，9248）要求在解釋和使用疊加原理、回 憶和使用庫(kù)侖定律等處整合信息技術(shù)。信息技術(shù)與物理課程整合 的內(nèi)容在物理（5052）中約占 15%，在物理（9246，9248）中所 占的比例接近 20%。

這些舉措為了學(xué)生將來(lái)能夠更好地適應(yīng)信息技術(shù)時(shí)代，它也是新加坡建立“信息島”國(guó)家戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。

五、分科課程與綜合課程的有機(jī)互補(bǔ)

中一至中二所有學(xué)生都學(xué)習(xí)綜合科學(xué)課程，可以發(fā)揮綜合 課程較全面地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)。在中三和中四，特別 類(lèi)和快捷類(lèi)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平較快，達(dá)到皮亞杰的形式運(yùn)算 階段的比例較高，所以科學(xué)課程對(duì)知識(shí)的深度有了一定的要求， 可以選擇分科的物理、化學(xué)和生物，也可以選擇混合科學(xué)。有 意升大學(xué)預(yù)科的、將來(lái)從事專業(yè)性科學(xué)工作的學(xué)生往往選擇分 科課程，能夠較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)某一科學(xué)學(xué)科的知識(shí)。混合科學(xué)雖然內(nèi)容是分立的，但形式上是綜合的，屬于“準(zhǔn)綜合科學(xué)課程”， 它既可以擴(kuò)大學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的范圍，也可以對(duì)知識(shí)上的系 統(tǒng)性有一定保證，比較適合將來(lái)升入理工學(xué)院或者不專門(mén)從事 科學(xué)工作的學(xué)生學(xué)習(xí)。同樣，由于普通類(lèi)（學(xué)術(shù)）學(xué)生的認(rèn)知 發(fā)展相對(duì)較緩慢，只要求他們選學(xué)混合科學(xué)課程，給他們提供 比較寬泛、相對(duì)淺顯的科學(xué)內(nèi)容，加深他們對(duì)科學(xué)的理解，更 好地提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

大學(xué)預(yù)科生主要為將來(lái)的大學(xué)學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備，所以開(kāi)設(shè)分科課程，讓他們較系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)物理、化學(xué)或生物。但是由于 這個(gè)階段的分科課程專業(yè)性較強(qiáng)，也會(huì)造成這些學(xué)生視野不寬、 解決現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際問(wèn)題能力的欠缺等弊端。為了緩解分科課程的弊端，新加坡在大學(xué)預(yù)科階段實(shí)施更廣泛、更靈活的課程，積 極倡導(dǎo)課程綜合化。1997 年以后，教育部對(duì)各門(mén)課程的內(nèi)容都進(jìn) 行了精簡(jiǎn)，留出時(shí)間給跨學(xué)科的綜合性課程和綜合實(shí)踐活動(dòng)。開(kāi) 設(shè)的綜合 性課 程都是以 學(xué)習(xí) 技能為主 的課 程，包括 專題 作業(yè)（project work）和知識(shí)與探索（knowledge & inquiry）。專題作業(yè) 要求學(xué)生綜合各學(xué)習(xí)領(lǐng)域的知識(shí)，在現(xiàn)實(shí)生活的情境中加以運(yùn) 用，并加強(qiáng)協(xié)作、獨(dú)立學(xué)習(xí)以及掌握溝通技能。知識(shí)與探索要求 學(xué)生理解以及綜合從不同領(lǐng)域獲得的知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)、 人文、數(shù)學(xué)及美學(xué)等方面的研究與評(píng)價(jià)。課程著重理解、思考與 主要的推理技能的掌握。專題作業(yè)和知識(shí)與探索的課程標(biāo)準(zhǔn)都已 經(jīng)頒布。為了加強(qiáng)綜合性課程的落實(shí)，從 2005 年起，規(guī)定大學(xué) 錄取的總分中專題作業(yè)占 10%，知識(shí)與探索可以替代“理解與寫(xiě) 作”。專題作業(yè)的評(píng)價(jià)分小組和學(xué)生個(gè)體兩方面，兩者各占 50%。 鼓勵(lì)學(xué)生既要注重個(gè)人表現(xiàn)，更要重視小組合作，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 見(jiàn)下表。

這些綜合性的課程在培養(yǎng)學(xué)生處理問(wèn)題的能力、溝通能力， 促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行批評(píng)性和創(chuàng)造性的思維方面，發(fā)揮了與分科科學(xué)課 程互補(bǔ)的作用。

參考文獻(xiàn)

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3 SEAB & UCLES. GCE’O’Level Physics Paper Nov,2001～2005. Singapore: Dyna Publisher Pte Ltd.2006.182-184

4 Ministry of Education, Singapore. GCE' O-LEVELEXAMINATION,2006 EXAMINATION TIMETABLE（TENTATIVELY）［Z］

5 ［美］國(guó)家研究理事會(huì). 戢守志等譯. 國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999：121