時間：2023-03-13 11:05:07
導語：在電磁波課程論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
摘要：電磁場方向人才培養模式是電子科學與技術學科人才培養的重要的研究方向之一，CDIO教育理念是以學生為中心的工程應用能力培養的一種有效模式。本文將CDIO教育理念應用于電磁場與電磁波課程教學活動中，針對傳統教學存在的不足，圍繞教學方法、課程實驗教學、項目驅動教學等方面進行了初步探討，提出了一些經驗總結。
關鍵詞：電磁場方向；CDIO理念；人才培養
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0143-02
一、引言
電磁場方向人才培養模式是電子科學與技術學科人才培養的重要的研究方向之一。電磁場與微波技術類課程是電子、通信以及物理電子等專業的專業基礎課程或專業方向課程。以《電磁場與電磁波》這門課程為例，該課程實際應用很廣，是一門理論性很強的專業基礎課，起到承上啟下的重要作用。因此如何提高該課程的教學質量和效果，是教學者在改革探索和實踐過程中遇到的難題，也是值得進一步深入研究的課題。
CDIO教育理念是以學生為中心的工程應用能力培養的一種有效模式[1]。CDIO教育模式不僅重視培養學生的基礎理論、專業技能，在工程領域的情境中展開教學活動，還重視培養學生的創新實踐能力、團隊合作意識以及溝通交流能力[2，3]。
為結合電子科技大學教學綜合改革試點工作，對電磁場方向人才培養模式進行改革，擬開展對基于CDIO教育理念的電磁場方向人才培養模式的初步研究。具體以《電磁場與電磁波》課程為例，針對該課程教學的具體情況，為提高人才培養質量，提升學生的學習積極性和教學質量，運用CDIO教學理念，從教學方法、課程實驗教學及項目驅動教學等方面進行了初步探索與實踐。
二、CDIO理念與電磁場人才培養的融合
1.教學方法研究。CDIO教育理念重視培養基礎理論和專業技能[4]，而良好的教學方法可以起到事半功倍的效果。因此有必要對不同的教學方法進行實踐研究。
類比教學法是一種行之有效的方法。《電磁場與電磁波》整個課程體系中都存在對立統一的關系，通過對不同知識點的類比，學生可以體會到課程的精髓。類比包含兩個方面的類比，一是課程之間的橫向類比，另一個是課程自身知識點的縱向類比。橫向類比如《電磁場與電磁波》與《大學物理》相關知識點的類比，雖然有部分知識有交集，但并不是簡單的重復，因此，要明確它們之間的聯系與區別。教學中借助類比的方法，可以消除學生的疑慮，同時增強相關知識的理解。縱向類比是課程自身知識點的類比，如在時變電磁場中，電和磁是緊密聯系的兩種現象，具有相似的宏觀現象，因此可以運用類比的教學方法，講解電介質的極化現象與磁介質的磁化現象、電場的位函數與磁場的位函數、并且利用電磁對偶關系，深入理解電磁現象，加深對其物理本質的理解。采用類比的教學策略可以形象、直觀地教學，啟發學生的創造性思維。
探究式教學的設計與實踐也能很好地激發學生的學習積極性。在授課前，教師可以根據教學內容設置一個相關的應用情境，并布置課后需要查閱相關資料，之后嘗試用電磁場與電磁波的知識進行解釋，激發學生的探究欲望。在進行探究式教學的雙向活動中，以學生為主體，教師為主導，師生良好互動，探究問題本質。教師及時引導學生自行討論和思考，對學生思維中的模糊認識進行探討，在互動交流中大膽質疑和解疑。教師引導學生進入正確的探究路徑，并讓學生感受到自我探索的樂趣。
2.課程實驗教學。“紙上得來終覺淺”，在傳統的理論課堂教學中，學生大多數只是被動接受知識，學習興趣不濃。為了使學生直觀生動地理解各種不同電磁場理論模型，可以將Matlab、HFSS等軟件的應用引入到《電磁場與電磁波》課程的實驗教學中。通過仿真各種電磁場模型結果，可以將抽象的理論模型及相關特性都生動直觀的可視化，增強了學生理論與實踐結合的能力，達到了改善教學效果的目的。
例如在學習矢量場時，可以利用Matlab繪制不同三維矢量場的靜態和動態分布圖；在學習均勻平面波時，可以繪制均勻平面波在無耗和有耗媒質中傳播時的電場和磁場分布圖；在學習矩形波導時，可以利用HFSS繪制矩形波導的主模和高次模的電磁場分布圖；在學習電磁輻射時，可以利用HFSS繪制電流元的電場和磁場分布圖以及半波振子的方向圖分布。通過實驗教學，可以大大提高同學們的空間想象力和對這部分知識的理解。
電磁仿真實驗平臺可以有效地把理論教學和仿真實驗教學結合起來，不僅可以使學生更好地理解課程的基本原理，掌握分析方法，還可以通過直觀的三維結構，提高學生的學習效率，提高他們的學習積極性，讓被動的接收變成主動的思考與總結，發揮學生的主體地位，為以后的工程實踐打下基礎。
3.項目驅動教學。CDIO教育模式更加強調在工程領域的情境中展開教學活動，重視培養學生的創新實踐能力、團隊合作意識以及溝通交流能力[5，6]。
在已實施的教學實踐中，首先將課程分解為多個可應用的知識單元，每個知識單元對應一個或幾個訓練項目，然后根據實踐提煉出需要用所學的理論分析和設計的訓練項目，每個訓練項目對應具體的知識和能力訓練目標。在講授相關內容之前，把對應訓練項目給學生，提出要解決的關鍵問題。待相關內容講授完畢后，把學生分成若干小組，以小組為單位，完成訓練項目。在項目實施過程中，學生需要搜集資料、查找文獻，分析討論，歸納總結，撰寫小論文，制作PPT并上臺講解和演示，最后由教評分并計入平時成績。相關訓練項目包括矢量場環境下的特性分析、同軸線單位長度電容和電感的計算、矩形波導的場分布分析、半波振子天線的設計與分析等。
這種方法能有效地激發學生學習熱情和學習動力，小組合作學習培養了學生團隊精神，口頭表達有針對性地培養了學生的溝通交流能力，大多數學生對此有很高的積極性。
通過項目設計將所學課程系統有機地結合起來，可以有效地把《電磁場與電磁波》的理論知識應用到工程實際中來，幫助學生獲得一些基本的解決實際工程問題的經驗，對工程設計建立一個直觀、整體的認知，理解理論和工程實踐之間的關系。
三、結束語
CDIO教育理念是以學生為中心的工程應用能力培養的一種有效模式。將CDIO理念融入電磁場方向人才培養，可以加快理論知識的消化理解速度，縮短理論與實踐的距離，培養學生從實際問題中抽象出理論問題的能力。本文圍繞教學方法、課程實驗教學、項目驅動教學等方面進行了初步探討，為培養學生專業技術應用能力、自主創新能力提供了有益探索。
參考文獻：
[1][美]克勞雷，等，著.重新認識工程教育：國際CDIO培養模式與方法[M].顧佩華，等，譯.北京：高等教育出版社，2009.
[2]顧佩華，包能勝，等.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012，（3）：24-25.
[3]王天寶，程衛東.基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐[J].高等工程教育研究，2010，（1）：25-31.
[4]查建中，徐文勝，顧學雍，等.從能力大綱到集成化課程體系設計的CDIO模式――北京交通大學創新教育實驗區系列報告之一[J].高等工程教育研究，2013，（2）：10-23.
[關鍵詞]材料分析技術 教學方法 實踐
[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）21-0108-02
一、引言
《材料現代分析技術》課程是材料科學與工程類專業的一門專業特色課，是該專業的主干課程，在整個培養計劃的專業課程架構中起著至關重要的作用。眾所周知，材料是人類進化史的里程碑、現代文明的重要支柱、發展高新技術的基礎和先導。現代材料的發展在很大程度上依賴于對材料性能與其成分及顯微組織關系的理解。材料現代分析技術和儀器的發展，加深了對材料結構和性質的認識，促進了對材料本質的了解，使得對材料的組分構成、制備方法和工藝、組織結構與性能，以及它們之間的相互關系的研究愈來愈深入，為材料科學理論體系的形成打下堅實的基礎。國內的清華大學、哈爾濱工業大學的材料（金屬材料、無機非金屬材料及有機高分子材料）及熱加工（熱處理、鑄造、鍛壓、焊接）專業均開設了《材料現代分析技術》這門課，國外的如麻省理工學院的材料科學與工程專業也開設了《衍射與結構》、《材料的成像（微觀分析）》等類似的課程。由此可見，該課程在材料科學與工程類專業中的重要性。由于不同學校的專業傾向性不同，課程整體設置不同，講授內容和側重點也不同，因此根據自身的情況開設一門符合本專業特點的《材料現代分析技術》課程是非常有必要的。
二、我校開設該課程的基本情況
我校自2008年成立材料科學與工程專業以來，所在的材料科學系就根據國家本科生培養計劃，結合學校優勢專業和重點發展方向設置了《材料現代分析技術》這門專業特色課。我們選用獲全國普通高等學校優秀教材一等獎，哈爾濱工業大學周玉院士主編的“十五”國家規劃教材《材料分析測試技術》為主講教材。課程主要講授的內容包括X射線衍射、電子衍射原理、電子光學基礎、衍襯運動學基礎等基本理論和X射線衍射儀、電子顯微鏡等現代儀器的基本原理和結構，重點講授材料結構、晶體缺陷以及微區成分、微區形貌的基本方法，使學生掌握現代材料的分析測試方法和手段，提高研究和解決材料理論和工程實際問題的能力。
三、《材料現代分析技術》課程教學研究與實踐
該課程涉及大量材料科學和物理等領域的基礎知識，也涉及理論知識的工程實踐應用，還包含較多抽象的概念和晦澀難懂的公式推導，學生普遍反映該課程較難學。如何提高學生的學習原動力和興趣，讓學生能夠由被動變為主動學習；如何提升學生的創新思維能力，讓學生能夠把理論知識和工程實踐應用有機聯系起來，是擺在授課老師面前的兩道難題。因此，通過不斷改進教學方法、教學手段來提升教學效果是非常有必要的。筆者自該專業成立以來就一直擔任該課程的主講老師，積累了一定的教學實踐經驗。
（一）加強背景資料的收集和介紹，提升學生的學習情趣
該課程涉及的主要內容多是抽象的知識，如果直接進入主題，沒有預先做一些鋪墊，學生往往會感到困惑，直接影響其繼續聽課的興趣和對知識的深入理解。針對這個問題，可以通過預先介紹相關的背景資料來解決。例如在講授X射線性質的章節時，我首先介紹X射線發現者倫琴的生平，然后講述倫琴通過偶然現象發現X射線的過程，并給學生觀看倫琴夫人在X射線作用下與底片上留下的完整手骨影子，并提及我國的李鴻章在X射線被發現后僅7個月就體驗了此種新技術，成為拍X光片檢查槍傷的第一個中國人。通過這些背景的介紹，極大地調動了學生的積極性，學生迫切需要知道X射線的本質是什么，X射線和其他電磁波的本質區別是什么，X射線的具體用途有哪些。這樣再講授以上內容就變得順理成章。在講授X射線在晶體中的衍射章節時，我先介紹X射線衍射用于晶體結構分析的背景，也就是19世紀末20世紀初國際上困擾人們的兩個難題。第一個難題就是1895年倫琴發現X射線后，認為是一種電磁波，但無法證明。要證明X射線是一種電磁波，只需證明它可以通過光柵產生衍射，衍射產生的子波干涉后可以在記錄板上留下衍射花樣。然后提出X射線無法得到衍射花樣的兩個原因：1.X射線根本不是一種電磁波；2.X射線是一種電磁波，但由于波長極短，通過人工的方法無法制造出可以滿足衍射條件的具有足夠小狹縫的光柵。第二個難題就是同一時期晶體學家根據晶體的一些特性推測其由周期排列的原子、分子或離子組成，但無法證明。這兩個看似風馬牛不相及的難題被德國物理學家勞埃巧妙聯系在一起，他以單晶體作為天然光柵、原子之間的間距作為狹縫。狹縫尺寸如此小的光柵是人工無法制造出來的。他讓X射線照射到單晶體，然后觀察是否會產生衍射現象。結果他得到了世界上第一幅晶體的衍射花樣，震驚世界。勞埃不僅證實了X射線是一種電磁波，還同時證明了晶體的周期性。然后我又介紹了迄今為止和X射線及晶體衍射研究相關的諾貝爾獲得者以及他們的獲獎成果，從1901年X射線的發現者倫琴，1914年X射線衍射現象的發現者勞埃，1915年布拉格方程的推導者布拉格父子，到1962年脫氧核糖核酸DNA雙螺旋結構的發現者威爾金斯、沃森和克里克，再到1994年在中子衍射領域作出突出貢獻的布羅克豪斯和沙爾。通過以上背景的介紹，明顯提升了學生的興趣，學生很渴望了解X射線在晶體中產生衍射需要滿足什么條件，不同晶體是否會得到不同的衍射花樣，衍射花樣是否能夠反映晶體結構等等。接下來再講授這些內容，學生就很容易帶著問題來聽課，課堂紀律明顯提高，學生積極性也得到了提高。
由此可知，主講內容相關背景資料的介紹是否充分、是否到位會直接影響教學效果。
（二）強化和內容相關案例的收集和介紹，增強學生對知識的歸屬感
該教材正文中介紹了大量的基礎知識，包括概念、現象的理論解釋和原理、公式的推導等等，但針對某一概念或某一原理的案例很少，很容易讓學生對所學知識沒有歸屬感，即不明白學這些內容的用途是什么，使用的前提是什么，應用的條件是什么，結果形式是什么，如何具體問題具體分析。這些疑問，可以通過講解一些和內容密切相關的案例或者自己的研究成果來解決。在X射線物相分析章節，主要內容就是介紹單相分析的程序和注意的事項，相對簡單，很容易讓學生誤以為物相分析就是一件很簡單的比對工作。事實并非如此，實際中物相的鑒別是非常復雜的一件事。我以我的科研成果為例，介紹激光熔覆層的物相分析過程。1.試樣制備：熔覆層表面通常為火山口或山峰狀，要通過電火花切割法對其表面平整化；2.衍射花樣的標定：由于熔覆材料組分通常較為復雜，含有多種元素，在熔覆過程中會產生較為復雜的多種物相，且激光熔覆快速加熱、快速冷卻的特點也易產生亞穩定過飽和固溶體或中間相，晶格也會發生畸變。這使得其物相分析較為棘手。通常要分為以下幾個步驟：1.根據熔覆材料組分，結合相圖及熱力學計算來預測可能生成的物相種類，以及生成傾向性的排序；2.通過Jade軟件來進一步鑒別，初步標定主要物相組成；3.通過電子探針進行不同形態物相的成分分析，最終確定熔覆層的主要物相組成。在掃描電鏡和能譜分析章節，主要內容就是介紹其在微觀組織的應用，原理相對簡單，但在實際中較復雜。我也以我的科研成果為例介紹不同材料顯微組織分析過程。1.針對不同的材料，如何來選擇合適的腐蝕劑？腐蝕到什么程度較為適宜？2.如樣品導電性不好，需要通過噴金來提高像的襯度；3.在觀察時，如何選擇是用二次電子掃描還是背散射電子掃描？如何根據形貌襯度和原子序數襯度對增強相形態、大小、分布以及原子序數的相對高低進行合理分析？在進行微區成分分析時，如何合理選擇點分析、線掃描和面掃描這三種操作模式？如何對得到的成分信息進行合理分析？
通過大量案例和自身科研成果的介紹，學生加深了對基礎知識的理解，并提高了他們將知識和實踐相結合的能力，教學效果非常明顯。
四、體會和總結
《材料現代分析技術》理論性很強，通過上述介紹的兩種方法可以有效提升教學效果，激發學生進一步學習的興趣，變被動為主動，也增強了學生申報和參加大學生創新項目的積極性，有效提高了學生的創新思維能力和將理論用于解決工程問題的能力。在大學最后一個學期的畢業設計環節，這門課所學的知識得到了充分發揮，畢業設計的效率得到了提高，論文質量也有了較大的改善。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 鐘世云.麻省理工學院材料科學與工程專業本科培養計劃的分析[J].中國大學教學，2013（3）.
[2] 楊新亞.《材料研究與測試方法》的教學改革實踐[J].理工高教研究，2006（2）.
1探尋相對論誕生的邏輯脈絡，體驗物理學發展的科學方法
相對論教學中不少教師習慣于直接給出狹義相對論的兩個基本假設，忽視愛因斯坦提出相對論的歷史背景，學生的認知僅僅停留在識記層次，對狹義相對論的兩個基本假設缺乏深入理解，科學素養得不到有效提升.基于上述教學現狀創新教學設計，客觀考慮高中學生認知能力，按照下面的教學邏輯關系展開課堂教學，取得了比較理想的教學效果.
1.1三個必須明確的基本物理問題
狹義相對論的誕生源自于對相對性原理、牛頓絕對時空觀及其速度變換法則和麥克斯韋電磁理論這三個基本物理問題的審視和思考，教學過程中首先必須使學生明確對這三個基本物理問題的認識.可以將上述三個基本物理問題以文本材料方式呈現給學生，要求學生依據文本材料進行自主研習，為接下來相對論學習進行必要的知識準備.
材料1相對性原理
伽利略在《關于兩個世界的對話》中提到一個事實，在一艘封閉且勻速行駛的大船里觀察自由釋放的小球，小球的運動規律和在地面上得到的運動規律是相同的（均為自由落體運動），也就是說船上得到的物理規律和地面得到的物理規律是相同的.依據這個事實相對性原理指出，物理規律在任何慣性系中都是相同的，要求所有慣性系是平權的，或者說同一個物理規律在所有慣性系中具有相同的數學表達式.可以看出相對性原理是一個優先級很高的原理，只有滿足相對性原理才能稱之為物理規律.同時相對性原理也符合物理學的基本哲學觀和世界觀，自然世界是簡單優美而和諧的，難以想象如果物理規律對于不同慣性系具有不同表達形式，物質世界將會變成一副怎樣混亂復雜的圖景.
材料2牛頓絕對時空觀及其速度變換法則
如圖1所示，一輛平板車AB以速度v相對地面勻速行駛，平板車A端一物塊相對平板車以速度u向B端勻速運動，嘗試推導物塊相對地面的速度v′.
以平板車為參考系，物塊t1時刻從A端出發，t2時刻到達B端，在平板車慣性系中車長AB為l，根據運動學規律有
l=u（t2-t1）（1）
以地面為參考系，物塊t1′時刻從A端出發，t2′時刻到達B端，在地面慣性系中車長AB為l′，則物塊從A端到達B端的時間為t2′-t1′，這段時間內平板車相對地面的位移為v（t2′-t1′），物塊相對地面的位移為v′（t2′-t1′），根據位移關系有
v′（t2′-t1′）=v（t2′-t1′）+l′（2）
牛頓絕對時空觀指出：時間就其本質而言，是永遠均勻地流逝著，與任何外界事物無關；空間就其本質而言，永遠不動、永遠不變，與任何外界事物無關.基于牛頓絕對時空觀可以看出，對于平板車和地面兩個不同慣性系來說，運動時間和平板車長度是絕對相同的，應該有t=t1′、t2=t2′、l=l′，這個結論從經驗角度看來也是毋庸置疑的.由此可以將（2）式寫成
v′（t2-t1）=v（t2-t1）+l，
對比（1）式可知v′（t2-t1）=v（t2-t1）+u（t2-t1），
即v′=v+u（簡稱伽利略速度變換法則）.
材料3麥克斯韋電磁理論
1873年麥克斯韋在前人工作的基礎上提出著名的麥克斯韋方程組，系統解釋了電磁場的演化過程，成功預言了電磁波的存在.根據麥氏理論可以證明電磁波在真空中的傳播速率等于真空中的光速，從而揭示了光的電磁本質.赫茲于1886年首次在實驗中捕捉到了電磁波，并通過一系列實驗觀測了電磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等現象，同時還通過測量證明電磁波在真空中具有與光相同的速度 .由此赫茲證實了麥克斯韋關于光的電磁理論，將天才的預言變成世人公認的真理.麥克斯韋電磁理論表明電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，并沒有涉及相對哪個參考系的問題，也就是說“電磁波的速度等于 ”本身就是電磁規律的一部分，而不是電磁規律應用于某個具體參考系的結果.
1.2三個基本物理問題引發的困惑
麥克斯韋電磁理論的出現引發了一個不可調和的矛盾，審視上述三個基本物理問題不難發現存在如下邏輯關系.相對性原理+牛頓絕對時空觀伽利略速度變換法則①，①式認為物理規律在不同慣性系中具有相同的數學表達式，結合牛頓絕對時空觀必然導出伽利略速度變換法則；麥克斯韋電磁理論+相對性原理光速對任何慣性系均為c②，②式認為麥克斯韋電磁理論推導出光速對于任何慣性系均為c，可以理解為麥克斯韋電磁理論對于任何慣性系都具有相同的數學表達式，那么這將符合相對性原理關于是否能成為物理規律的判定，麥克斯韋電磁理論作為物理規律的地位得到進一步確立.假如①和②兩種邏輯關系都成立，就會得出矛盾的結果，②式表明光速對任何慣性系均為c，而①式卻表明若光在慣性系K中速度是c，慣性系K′相對慣性系K以速度v運動，那么光相對于慣性系K′的速度應該是c-v.
相對性原理、牛頓絕對時空觀及其速度變換法則、麥克斯韋電磁理論都是凝聚著物理學家智慧的科學結晶，放棄哪一個都是非常困難的，看來物理學陷入了無法自洽的困境.但是問題不能止步于此，物理學必須在三者之間作出選擇，審視三者之間的邏輯關系，物理學似乎存在如下兩種選擇的可能.
選擇A麥克斯韋電磁理論僅相對于某個特殊慣性系（以太系）成立，真空中的光相對于該系的速率為c，相對其他慣性系光速并不是c而遵循伽利略速度變換法則.同時為了肯定麥克斯韋電磁理論作為物理規律的地位，提出相對性原理僅適用于力學規律而不適用于電磁學規律，也就是說“真空中光速為c”雖然僅對以太系成立，但是不影響其成為物理規律.
選擇B麥克斯韋電磁理論僅相對于某個特殊慣性系（以太系）成立，真空中的光相對于該系的速率為c，相對其他慣性系光速并不是c而遵循伽利略速度變換法則.同時堅持相對性原理適用于所有物理規律，既然麥克斯韋電磁理論僅相對于以太系成立，那么麥克斯韋電磁理論不能稱之為物理規律，應該另外存在一個高于麥氏理論的電磁規律，它在所有慣性系中均具有相同的數學表述.
從上面的分析不難看出，A、B兩種選擇都承認牛頓絕對時空觀及其速度變換法則，A選擇堅持麥克斯韋電磁理論作為物理規律而放棄（修正）相對性原理，B選擇堅持相對性原理而放棄麥克斯韋電磁理論作為物理規律的地位.因此在牛頓絕對時空觀視閾下，相對性原理和麥克斯韋電磁理論是水火不容的，堅持一個必須放棄另一個，使物理學家們陷入了兩難的境地.
1.3決定物理學走向的歷史選擇
相對性原理和麥克斯韋電磁理論到底該放棄哪個，歷史上物理學家們做過了大量的嘗試，但是都陷入了無法自圓其說或者與實驗事實不符的困境.其中最著名的莫過于邁克爾遜――莫雷實驗，實驗旨在測量地球相對于以太系的速度，卻意外得到“零結果”，同時發現不論光源與觀察者存在怎樣的相對運動，觀察者得到的光速都是一樣的.看來需要重新審視前面三個基本物理問題間的邏輯關系了，相對性原理和麥克斯韋電磁理論之所以水火不容，是因為都堅持牛頓絕對時空觀及其速度變換法則，這種堅持看上去理所當然，實際上在三個基本物理問題中恰恰是牛頓絕對時空觀來源于直覺認識，缺乏理論和實驗的佐證，或許選擇從一開始就走進了錯誤的方向.
愛因斯坦敏銳地看到，如果放棄牛頓絕對時空觀及其速度變換法則，相對性原理和麥克斯韋電磁理論其實并不是勢不兩立的.1905年愛因斯坦發表了題為《論運動物體的電動力學》的論文，首次提出狹義相對論的兩個基本假設：①對于所有的慣性系，任何物理規律都是相同的，具有相同的數學表達形式；②真空中的光速與光源和觀察者之間的相對運動無關，在任何慣性系中均為c.從狹義相對論的兩個基本假設可以看出，愛因斯坦的選擇非常明確，在三個基本物理問題中選擇相對性原理和麥克斯韋電磁理論，放棄牛頓絕對時空觀及其速度變換法則，這將成為物理學走出無法自洽困境的必然選擇，物理學自此來到了一片前所未有的廣闊天地.
2合理設計問題情景，巧妙構建時空觀念
物理學在三個基本物理問題中作出了必然選擇，基于相對性原理和麥克斯韋電磁理論提出的狹義相對論兩個基本假設，在放棄牛頓絕對時空觀的同時將推導出對時空觀念的全新認識.教學過程中應注重合理設計問題情景，有效降低教學起點，適當增加教學梯度，以有利于學生科學構建相對論時空觀.依據物理新課程標準的教學建議，主要從同時的相對性、長度的相對性、時間間隔的相對性三個方面展開課堂教學.
2.1同時的相對性
問題情景：如圖2所示一列火車沿平直軌道以速度v高速行駛，車廂中央有一光源發出閃光，將閃光傳播到車廂前壁和后壁看作兩個事件.分別以地面和車廂作為慣性系，這兩個事件是否同時發生.
以車廂為慣性參考系，光向前壁和后壁傳播速度均為c，顯然應該同時到達前壁和后壁，兩個事件同時發生；以地面為慣性參考系，光的傳播速度仍然為c，考慮到車廂以速度v向右前進，在傳播過程中車廂將向前運動一段距離，那么向前傳播的光路程要大于向后傳播的光，所以先到達后壁，兩個事件不同時發生.
2.2時間間隔的相對性
問題情景：如圖3所示一列火車沿平直軌道以速度v高速行駛，車廂地板上有一光源向上發出閃光（事件1），閃光到達車廂頂端h高處的反射鏡被反射回來（事件2）.
以車廂為慣性參考系，事件1和事件2發生在同一位置，傳播的距離為2h，那么車廂里面的觀察者測得事件1和事件2的時間間隔即為光傳播所需時間，記為Δτ=2hc①（也稱固有時間）.
以地面為慣性參考系，由于車廂與地面豎直方向上無相對運動，車廂高度h保持不變.假設閃光發射（事件1）到接收到反射光線（事件2）的時間間隔為Δt.如圖4所示考慮到列車在水平方向向右運動，相對地面事件1發生于A位置，那么事件2將發生在B位置，AB之間的距離等于vΔt.實際上地面的觀察者看來閃光沿鋸齒形路徑傳播，其傳播距離為2（vΔt2）2+h2，所以有cΔt=2（vΔt2）2+h2，化簡可得Δt=2hc1-（vc）2②.比較①式和②式可知Δt=Δτ1-（vc）2，表明同一過程在相對運動情形下測得的時間間隔Δt大于相對靜止情形下測得的時間間隔（固有時間）Δτ，即運動時間間隔變長、時間進程變慢，也稱為時間膨脹效應.
2.3長度的相對性
問題情景：如圖5所示一列火車沿平直軌道以速度v高速行駛，在列車地板上放置一把尺子AB.為了測量尺子的長度，在尺子A端放置光脈沖發射器和接收器，B端放置一平面鏡，.閃光從A端發出（事件1），經B端平面鏡反射回來，被A端接收器接收到（事件2）.
以車廂為慣性參考系，事件1和事件2發生的時間間隔Δτ為前述相對靜止情形下測得的固有時間，而且事件1和事件2都發生在同一位置A，假設相對靜止情形下尺子的長度為l0（也稱固有長度），則有Δτ=2l0c.
以地面為慣性參考系，事件1和事件2發生的時間間隔為Δt，相對運動情形下測得尺子的長度為l.地面上的觀察者看來列車向右運動，事件1和事件2并非發生在同一位置.如圖6所示將上述過程分成兩個部分，閃光從A端發出到達B端時間為Δt1，Δt1時間內列車前進的距離為vΔt1，顯然有cΔt1=l+vΔt1，即Δt1=lc-v；閃光從B端返回A端時間為Δt2，Δt2時間內列車前進的距離為vΔt2，同理可得Δt2=lc+v.那么事件1和事件2發生的時間間隔Δt=Δt1+Δt2可以寫成
Δt=lc-v+lc+v=2lc（1-v2c2），
結合Δτ=2l0c以及時間膨脹效應Δt=Δτ1-（vc）2，可以得到l=l01-（vc）2.表明相對運動情形下測得的物體長度小于相對靜止情形下測得的物體長度（固有長度），即運動長度變短，也稱為長度收縮效應.
通過上面三個問題情景的討論，學生可以比較形象地認識到相對論時空觀與牛頓絕對時空觀的差別，深刻體會到是相對論的兩個基本假設引領物理學走出無法自洽的困境，同時將人類時空觀念拓展到嶄新的境界.特別需要說明的是，教學過程中可以引導學生從時間膨脹效應、長度收縮效應的結論，認識到牛頓絕對時空觀是相對論時空觀在宏觀低速條件下的近似，因此在經典物理學當中牛頓絕對時空觀仍然是適用的，而相對論時空觀主要研究物體高速運動情形下的圖景.
3相對論教學結語
論文摘要:物理教育不僅僅是知識的傳授、能力的培養，更是一種課程文化的親潤和陶冶，其中蘊涵著豐富的人文精神。作為一種認識真理的探究活動，物理學不斷豐富、深化或改變著人們的思想觀念、文化傳統，導致人們在認識論、方法論及自然觀等方面發生重大變化。嚴謹的科學態度、克服困難的意志品質，這為物理教育中人文價值的體現提供了廣闊的平臺。
教育要適應經濟社會的發展和需要，要培養學生的科學人文素質，把愛國主義中華傳統美德教育、科學精神教育等有機的統一與教育教學之中，已成為現代教育改革的一種趨勢。物理教育不僅僅是知識的傳授、能力的培養，更是一種課程文偉的親潤和陶冶，其中蘊涵著豐富的人文精神。
物理教育，從內容上看作為一門研究物質結構和物質運動基本形式和運動規律的基礎科學，給人們帶來視野廣闊而又深邃的世界觀和宇宙觀。如伽利略的理論，改變了地球中心說;建立在廣義相對論基礎上的大爆炸宇宙學描繪了整個宇宙演化的圖景，正在不斷改變和深化人類關于整個世界的看法。又如牛頓建立的經典力學體系在天文學上的極大成功讓確定論的認識模式長期滲透在人的思維中，而大量分子運動的統計分布、量子力學中的海森堡準不準關系、天體力學中三體問題的不確定現象等使隨機論的思維模式得到承認。再如按經典的還原論，要認識物質必須首先認識物質的分子結構，而認識分子結構就要揭開原子的奧秘，即任何復雜的、整體的事物可以把它還原為簡單的、部分的子系統來研究，然后把各部分的性質、規律加起來，就能得到整體的性質、規律，但還原論忽略了子系統間的相互作用，而部分間禍合性質對整體的貢獻有時卻是必須正視的，如強相互作用的結合能與強子自身的能量是可比的，這樣我們就應以系統論的觀點來研究問題。可見，作為一種認識真理的探究活動，物理學不斷豐富、深化或改變著人們的思想觀念、文化傳統，導致人們在認識論、方法論及自然觀等方面發生重大變化。
做為一名教師在自己的教學活動中要完成上述的教育內容，教師與學生兩者之間就要有認識上、感情上和行動上的交流與探討，通過認真塌實的探究、實事求是地獲得結論等活動，讓學生體會形成科學的過程，把握科學、自然、社會和人類的關系，養成尊重他人和成果的正確態度，以及不斷追求的進取精神。嚴謹的科學態度、克服困難的意志品質，這為物理教育中人文價值的體現提供了廣闊的平臺。
物理教師如何通過有效的課堂讓學生體會物理教育中的人文精神呢?
一、教學中加強科學價值取向的指導
要使科學真正造福人類，必須從人文價值的視野中來逐步看待和理解科學。因此，物理教師在教育中要加強科學價值觀方面的教育，使學生掌握真理，具有理性，能夠從科學的層面擴展到社會的層面，關心他人，關心社會，用聯系、發展的觀點看待問題，使科學在人文的關照下，真正朝著對人類有利的方向發展，避免出現有悖于科學教育目的的負效應。如學習原子能，既要讓學生了解核技術可以用作醫療、能源，同時也必須向學生介紹核污染、核放射可以殺傷人類甚至摧毀地球;介紹水力發電，可適當介紹修建大壩對環境的影響。另外，要鼓勵學生將物理學習與生活實際以及社會問題(如能源、環境)相對接，在課堂與大世界連接的氛圍中吸吮人文思想的乳汁，學會與他人和諧共處，增強社會責任感，確立正確的科學價值觀。如:學習了能源的知識后，讓學生扮演未來的工程師，根據當地的地形特征、能源分布及社會發展要求情況，對火力發電、水力發電、核電站的建設進行大膽的設想;學習了聲學知識后，組織學生到工廠車間現場體驗，調查噪聲的危害，并嘗試提出減少噪聲的有效措施;學過電磁場和電磁波的相關內容之后，讓學生研究身邊的電磁污染，了解電磁污染的產生原因、電磁污染對人體的危害、公眾對電磁污染的了解程度以及怎樣防治電磁污染等。這樣，學生獲得基礎知識與基本技能的過程同時也就成為形成正確價值觀的過程。
二、培養學生的科學精神
客觀求實、理性求真，批判創新等科學精神的培養應貫穿于物理教學的過程中。科學精神是人文精神不可分割的重要組成部分‘科學核神與科學活動內在地直接相關，物理學史上許多實驗發規都經過曲折，只有靠科學家實事求是的科學態度和堅韌不拔的精神，才最終取得了成功。科學家薄重事實，堅持不懈，勇于探索，他們在致力于科研活動的同時，處處重視人的價值，孜孜不倦地追求社會的和諧發展，是科學精神和人文精神結合的楷模。牛頓的名言“如果我看得更通那是因為站在巨人的肩上”，既表現出對他人勞動虎果的薄重，也體現了實事求是的態度。愛因斯但在第二次世界大戰期間，從人類的企義感出發，勸說美國總統羅斯福搶在納粹德國以前研制原子彈;當研制成功以后，他又從人類的良知和社會責任感出發，和原子彈之父奧本海默一起，聯合反對使用原子彈。教師在教學中，將這些科學史內容與物理知識相融合，其中蘊涵的科學家充滿人文主義的態度和精神將激起學生心靈的震動。 三、離辯證唯物主義教育于物理教學中
物理課程面對的主要是物質世界，探討物質世界運動變化的規律，其中包含了豐富的辯證唯物主義的觀點和方法，如電荷間、磁體間相互作用，表面上與中介物無關，被稱為超距作用，法拉第提出電荷、磁體周圍存在著電場、磁場，赫茲實驗證實電磁波愉存在，場是物質便毫無疑問了;“作用與反作用氣“分子引力與斥力”、“波粒二象性”、“輻射與吸收”等都是辮證唯物主義中“對立統一”的物理事實;“物質的三態，.，;“全反射中的臨界角”、光電效應中的極限頻率，體現了奉物在柑互作用與轉化中的“量變引起質變”……這些豐富的素材對培養學生科學世界觀的作用不容置疑
四、教學中弘揚道德價值
道德是人的全面發展所追求的最高鴿的。21世紀所需的高素質人才，需要柑應一的道德修養，“公”、“誠”、“勤”、“勇”、‘謙”、“和”等美德在物理教育中都有極為豐富的內涵。物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗是培養學生嚴謹求賣的科學態度的良好載體;《墨經》中杠桿平衡與小孔成像的觀察研究、原予彈氮彈的爆炸、人造衛星的上天能激起學生的民族自東感，而科技落后必遭污辱的道理又能激起學生的歷史責任意識;“兩彈一星”功勛.獎章獲得者王淦昌、鄧稼先等隱姓埋名、頑強拼搏，玻爾在薄重老師與科學之間的抉擇，居里夫人發現鐳后將成果的無償奉獻，這些科學家的人格力量讓人肅然起敬·。一物理教學中，愛國主義與社會責任感的教育、道德價值的弘揚可有機地融人教學內容進行。
五、發揮美育功能.發展學生個性
物理課程資源包括校內的教科書、教師和學生的教學用書、科技圖書、錄像帶、視聽光盤、計算機教學軟件、圖書館、實驗室、專用教室、實踐基地，以及校外的社會化物理資源即報刊、互聯網、博物館、展覽館、科技館、公共圖書館、電視節目、工廠、社區、農村、家庭、高等院校和科研院所等.社會化物理課程資源是校內的物理課程資源的重要補充，也是人們經常忽視的一類課程資源.當前學校物理教育對社會化的物理課程資源關注不夠，造成大量的社會化的課程資源的浪費.
然而物理是一門“從生活走向物理，從物理走向社會”與生活實際聯系很密切的課程.家庭、學校、社區都有大量學生感興趣的物理問題，物理課程資源的開發若能緊密結合學生身邊的生活實際，引導學生關心身邊的物理現象，從物理學的角度來看待自然界中豐富多彩的現象，使學生真切地感到物理在生活及社會的各個領域里的廣泛應用.教師上課時若能巧妙地將與學生生活聯系密切的素材用于教學，引導學生關注周圍的生活.這既能增加學生對物理課的親切感，又能提高學生學習的興趣.因此物理教師應有強烈的開發和有效利用物理社會化課程資源的意識，進一步提高物理教育質量和學生的科學素養.本文就如何將物理社會化課程資源在課堂教學中的運用略作一些粗淺的探討.
1 “就地取材”善用社會化課程資源，優化物理教學內容
“就地取材”可使物理的教學內容貼近學生生活實際.重視與實際生活、生產科技和社會的聯系是物理學的一個重要的特點.因此，在教學中選取的教學事例時應盡可能廣泛地結合學生的生活實際，體現STS的思想，把家庭、旅途、游樂場、運動場等場所中的學生熟知的物理現象、現代科技、人文科學融合在物理概念、規律的學習和實驗的設計中.這既能激發學生的學習熱情，強化學生的實踐意識，提高學生的分析問題和解決問題的能力，又能拓寬學生的視野，幫助學生形成科學的價值觀，增強社會責任感.[HJ1.35mm]
但在選擇事例時，并不是所有事例都會有預期的效果，在事例的挖掘、收集、和選擇上不僅要選擇與教學內容有關的實踐性事例，還應注意選國外的，不如選國內的；選外地的，不如選本地的；選歷史的，不如選現在的.如
在上力的合成與分解分析時可以用日常生活中實例.如：課前直接演示如圖1在釘完衣服的扣子后要在扣子與衣服之間繞幾圈線，將線集成一束，這樣做比較牢固，為什么？上課時可用幾根細線綁著學生用的大字典演示分力、合力及兩者關系.
上日光燈的原理時可以直接利用教室里的日光燈進行講解，而不用示教板.學生既好奇又親切更有興趣.
用玩具汽車在教室里演示離心現象分析生活和生產中的雨天或雪天時，有一些車速較快的自行車或摩托車為什么在轉彎的地方會莫名其妙地摔到？
上完動能定理后可拿把如圖2的傘讓學生解釋：圖2是一種雨傘的骨架示意圖，A、B為兩個滑動軸套，它們之間有一個彈簧P.細鋼桿AC與CD在C點連接在一起，A、B、C三處可看到鉸鏈連接，這種傘一旦關閉，一按開關便能自動張開，為什么？
2 “親身體驗”社會化課程資源，優化物理教學方式
“親身體驗”社會化的課程資源使物理的教學方式更貼近學生社會生活，更切實際.學生通過物理知識的學習，了解物理學的研究方法和思想，認識物理學對技術、經濟、社會的影響.因此物理教學不應局限于課堂教學和書本知識的教學，而應通過多種形式與課內外、校內外的活動緊密結合，讓學生更廣泛接觸生活和社會.若能巧妙地利用社會化的課程資源，它將促進學生逐步形成自主參與、開放、靈活的學習方式.筆者通過五方面讓學生“親身體驗”社會化課程資源在物理教學中的妙用.
2.1 感受：使學生在實踐中得到感性的體驗.
掛圖、幻燈片、投影片、錄像帶、視聽光盤、多媒體軟件等都是常用的社會化課程資源，這些資源有利于創設形象生動的物理情景，豐富物理教學的內容，激發學生的學習興趣，促進學生對知識的理解和掌握.
用一些學生耳聞目睹的娛樂游戲、運動、生活等的圖片引入到概念、規律的講解中.如：上“能量”時用蕩秋千、玩彈弓、踢足球、點生日蠟燭等許多圖片引入能量的概念，使學生覺得親切生動、在輕松的氣氛中領會其中的物理概念和規律.
運用多媒體與互聯網實現資源共享.如：上“天體運動”，先讓學生觀看有關人造地球衛星、航天飛機、空間站的錄像片，再結合電視中有關火箭發射、航天等有關的新聞資料和“王亞平”的太空授課實錄，播放與教材知識相關的有關片段，然后播放衛星發射和回地球的全程模擬動畫.這既降低知識點的難度，又使學生更直接的、感性的理解衛星的發射、運行完全失重等較難掌握的知識點.
通過各種活動讓學生體驗物理現象.如：上“失重和超重”時可以讓學生乘坐電梯、站在體重計上做下蹲和起立的動作、到游樂場乘坐過山車等了解和體驗失重和超重.
2.2 解釋：學生通過查找資料并對其進行解釋，能增進學生對物理學與生活聯系的理解.
通過查找資料了解并討論新科技和物理學對人類進步的意義.如：航天技術對科學發展和人類進步上的重大意義及我國在航天技術上的成就.太陽能發電、低碳生活的意義等.
通過查找資料和研究物理學在日常生活中的應用.如：收集和研究盥洗室、廚房、游樂場等場所中的物理知識；日常用品中的如：熱水瓶與熱學、自行車等的物理知識并撰寫小論文.
用所學的物理知識解釋你身邊的物理現象.當教室里的吊扇（或空調）打開時可以讓學生仔細觀察并體會吊扇（或空調）工作時的情況.說出并解釋吊扇（或空調）在工作時遵循哪些物理規律？
2.3 調查：使學生真切地看到物理學在生活、生產、社會發展中的作用.
調查日常生活和生產中利用靜摩擦的事例.如：如圖3，尼龍搭口整體不容易拉開，若從邊緣逐漸分離就能拉開為什么？車站、飛機場中運送行李的傳送帶如何利用摩擦力輸送物品.
調查傳感器在家用電器中的應用.
上傳感器時可讓學生收集家用電器如電視機、電冰箱、空調等說明書或上網查閱傳感器在這些用電器中的運用.小區樓道中節能開關的傳感器的應用.
2.4 設計：增強學生把物理學知識創造性地應用于生活、生產和社會實踐的意識.提高學生的綜合能力.
設計實驗：鼓勵學生充分利用日常生活中廉價的器具和廢棄的材料制作簡易的實驗儀器，這些儀器既簡便、直觀，又能解決儀器的短缺彌補實驗經費的不足，豐富實驗教學資源；又有利于學生動手，發展學生的實驗技能，培養學生的創新意識；增強學生節約和環保意識.如可用廢棄的拉桿天線、可樂瓶、易拉罐、飲料瓶、吸管、電視機、玩具等生活中常見的物品來做物理實驗.如：（1）廢品再利用如：①廢棄的拉桿天線可以做：磁場對電流的作用的實驗；壓縮氣體做功的實驗；運動物體受到法向的力作用而作曲線運動；“速度分解模型”的實驗.②可樂瓶、易拉罐、礦泉水瓶等可以做很多有趣的實驗：自由落體運動和豎直上拋運動中的完全失重現象；反沖運動；水流星；靜電除塵；音叉共鳴等.（2）利用玩具如：牛頓“秋千”、碰碰球等可以做碰撞實驗.（3）利用家用電器如：電視機可以做許多有趣的實驗：電荷之間的作用；電子的掃描和視覺暫留；電子的掃描的周期等.（4）利用新穎材料如：激光筆做奇妙的反射、衍射、干涉等.
設計解決實際問題的方案.如：如圖4騎自行車時，如果停止用力蹬踏板，由于地面阻力，自行車在水平路面上前進一段路程后就會停止運動，你能設計出幾個測量自行車在一段路程中所受到的平均阻力大小的實驗方案？
創造發明的設計.如：利用電磁感應原理和慣性原理制作的小發電機.
2.5 論述：使學生能從理論上認清物理學與社會的互動作用.
論述物理定律對人類的作用.如：通過萬有引力發現未知天體的事實，說明科學定律對人類認識世界的作用.
運用哲學的觀點正確認清新科技帶給人類的利和弊.如：評價電磁波為人類帶來的好處和電磁波的污染問題；核能源的利用的利與弊.
3 “多渠道、多手段”運用社會化課程資源，優化物理教學的組織形式
“多渠道、多手段”運用社會化課程資源使物理教學在組織形式多樣化，更貼近學生生活，讓學生時時處處感到物理的存在.
3.1 運用媒體，拓寬學生的視野
公共媒體如：廣播、電視、報紙、科學期刊中的新聞版、體育版、娛樂版的科技信息是直觀和重要的社會化課程資源，教師指導學生學會收集并運用公共媒體把它們中的某些與物理有關的事例收納進來與物理知識融為一體.促使學生主動地通過這些渠道豐富自己對學習內容的理解，開闊視野，成為社會化課[HJ]程資源的建設者.如：中央電視臺中的科技頻道有許多與物理有關的節目：我愛發明、科技之光等；軍事頻道中有許多飛機、武器等介紹；新聞頻道中有許多國內外科技的新成果、新成就的報道及一些生活中與物理相關的許多事情的報道如交通事故、火災等.教師應指導學生將相關節目錄制下來，后根據不同的知識類型和水平層次在學校、年級或班級進行播放，豐富學生的科技視野.
互聯網既是現代生活不可缺少的信息傳播媒體，也是一種重要的傳遞教育信息和認知的工具.互聯網上的科學教學網站既可用于支持師生之間和學生之間的溝通.又使課堂教學更具個性、交互性、信息資源的豐富性和時空不限性.教師和學生若能熟練運用互聯網這種社會化的資源，將促使物理教學向更優化的方向發展.因此教師應及時地從這些地方收集有關的社會化課程資源信息，豐富物理教學的內容.如：航天發射、核電站、納米技術、環境保護等；同時教師應向學生介紹與科學教育相關的網站，教會學生從網上獲取科學、技術方面的知識和信息，提高學生運用社會化課程資源的能力.
3.2 廣泛發動、組織學生積極參與各種運用物理知識和物理原理的活動
學生既是物理教學的主體，又是一種能動的社會化的課程資源，他能對物理社會化課程資源加以理解和體驗.無論是課內還是課外，他既是社會化課程資源利用者又是開發者.因此在教學中教師應抓住時機，因勢利導，創設物理情景，激發學生的參與意識，使學生有所發展，有所發現，有所創造，充分發揮學生在社會化課程資源開發中的能動作用.這既能培養學生的創新精神和實驗探究能力，又能開發和積累更多的新的社會化課程資源.[BP）]
3.2.1 組織學生“實地考察”
科技館、博物館等場館和工廠等集中了許多有用的大、中型科學教育的器材，充分挖掘與高中物理知識相關的社會化課程資源，利用這些科技教育資源，有目的地組織學生參觀學習，這種感受和體驗是課堂教學所不能替代的.如：上“交流電”前筆者帶學生去參觀了本地的桐柏電站和城東發電廠，使學生對交流電的產生和遠距離輸電有一個感性的、直觀的認識.
3.2.2 舉辦物理講座和學術報告會
不定期開展物理講座，如《科學家的故事》、《電子技術的發展》、《創新發明》等偉大科學家的故事、物理學發展史，闡述物理的重要作用及物理教育與人文素養的關系等，這既提高了學生科學素養，又培養了學生對社會的責任心與使命感，更有助于他們樹立高尚的科學道德.
3.2.3 開展趣味性、實用性、多樣性的物理小活動
不定期將一些趣味性、實用性強的物理小活動，如：物理游戲、物理模型制作、物理調查研究、物理板報、物理競賽、物理辯論等有機的穿插到平時的教學中，激發學習興趣，使學生在活動中受到熏陶、磨練.
3.2.4 成立物理學習互助小組，開展研究性學習和科技活動
關鍵詞：大學物理；分層次教學；探索
中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）11-0011-02
大學物理作為高校的一門必修的公共基礎課，授課對象是全校所有理工專業的學生，學生學好大學物理，才能為其他課程學習奠定堅實基礎。21世紀以來，隨著我國高校招生規模不斷擴大，高校生源質量明顯下降已是不爭的事實。同時，傳統“一刀切”式的教學方式，容易出現基礎好的學生“吃不飽”，基礎差的學生跟不上，教學效果差，不及格率偏高等普遍現象。如何通過改進教學方式，培養學生在物理學方面的創新能力和科學素質，是大學物理課程教師必須認真思考的問題。
一、大學物理開展分層次教學的意義
“分層次教學”思想，在某種程度上，與孔子提出的“因材施教”有類似之處。美國心理學家布魯姆指出，“許多學生在學習中未能取得優異成績，主要問題不是學生智能能力欠缺，而是由于未得到適當的教學條件和合理的幫助造成的”[1]。所以，根據不同學生能力差異采取不同的教學方式，才會真正地起到好的教學效果。分層次教學是在承認學生身心發展差異的前提下，確立以學生為主體的理念，有區別地制訂教學目標，設計教學內容，控制教學進度，變換授課方式和學習方式，創立評估體系，促使每個學生在適合自己的學習環境中得到最優發展的一種教學策略[2]。美國的不少名校，如麻省理工學院、耶魯大學、斯坦福大學等學校的物理專業也都采取分層次教學，為國內大學物理教學提供很好的范例[3]。目前，分層次教學也被國內廣大教育工作者所認同，部分高校已經開始大學物理分層次教學的嘗試。
事實證明，分層次教學，不僅可以調動大學物理教師的教學積極性，而且能充分滿足各層次學生的學習要求，促進學生各方面能力的提高。
（一）有助于學生克服學學物理的畏難情緒
大學物理是一門系統性強、知識體系嚴密的課程。相比高中的物理課，大學物理基本原理多、理論性強、運算能力要求高。對大多數學生來講，大學物理課本身就是非常難的一門課程。而對基礎較差的學生來講，那就體現的更明顯。全校按照學大綱、材進行教學，學生容易產生畏難情緒。有些學生幾堂課之后就跟不上、聽不懂，甚至放棄學習。實行分層次教學，按學生的實際理解能力，針對學生的實際情況把握課堂教學節奏，對不同層次的學生進行不同講授，可以讓學生在理解基礎上把握知識，克服畏難情緒。
（二）有助于激發不同層次學生學習物理的熱情
大學物理分層教學法的實施，可以避免部分基礎較差的學生跟不上進度而在課堂上玩手機、睡覺等行為。同時，也可以避免部分基礎較好的學生感覺內容簡單，而喪失學習的積極性。如，教學中多穿插一些科學歷史人文背景，對基礎較差的學生，可以增加他們對物理學的興趣；教學中多介紹一些物理理論在不同專業領域中的實際應用，比如掃描顯微鏡、納米材料、半導體技術、激光的特性及其應用等等，對基礎較好的學生，則可以使他們對所學知識有更深的理解和認識。
（三）有助于培養學生的自主學習能力和創新能力
通過對不同能力的學生分層次教學，可以使有興趣有能力的學生開闊視野，激發他們投身科學研究的熱情。如，對有能力的學生，可以讓其參與教師的科研項目，做一些基本的工作。同時，教師可以多舉辦一些講座，向學生多介紹一些物理研究的前沿動態。教師也可以指導學生參加一些考查學生自主學習能力的比賽，如中國大學生物理學術競賽、挑戰杯等全國性的大學生課外學術實踐競賽，從而引導學生真正做到理論聯系實際，提高學生的自主學習能力和創新能力。
二、大學物理分層次教學的實施方案
（一）教學班級的層次劃分
1.按照不同類別招生開展分層次教學。中北大學目前招收的本科生分：一本B、二本A、二本B、二本C。在分層次教學設計中，要制定專人負責每一個類別的分層次教學，制定不同的教學大綱，選取不同的教學內容，提出不同的教學目標。
2.按照不同專業來劃分層次。中北大學為理工科院校，目前有65個本科專業，其中開設大學物理課程的就有50個專業。在教學中，需要對不同專業進行分層次教學。按中北大學情況大致可分為三大類別：第一，機械工程、機電工程、土木工程類專業；第二，信息通信、電氣工程、計算機類專業；第三，化工，材料類專業。
3.班內開展分層次教學。即使同一類別的學生，由于地域差異，同一班級的學生入學時物理成績差異也比較大。所以，班內教學也需要分層次開展。首先，教師要對所授內容非常熟悉，熟知每章知識點的難易程度，依據學生實際的認知水平，在教學中為不同層次的學生設計與其相適應的課堂思考問題。其次，教師可以在制作多媒體課件時，增加一些擴展性的資料，引導在課堂上“吃不飽”的學生在課后不斷充實提高自己。再次，對于一些對物理特別感興趣的學生，可以鼓勵其選修一些研究性公共選修課，如“經典力學”、“量子物理”、“相對論”等，發掘其物理學習潛能，培養從事物理學的精英人才。
（二）教學內容分層次實施方案
1.教材的選用和學時分配。大學物理教師首先要根據不同招生類別選用不同的教材，根據教材的特點和深度分層次分專業配套使用。比如一本B和二本A的學生基礎相對較好，可以選用難度相對高、內容比較豐富的教材，同時教學學時可以長一些。中北大學分兩個學期開設，每學期64學時。二本B和二本C的學生基礎相對差一些，因此要選用比較淺顯易懂的教材，學時數相應可以減少一些，還是分為兩個學期，每學期減為48學時。
2.教學大綱設計和教學重點區分。由于中北大學專業較多，且專業特點各不相同，因此要根據各專業的特點相應增減和調整部分章節，設計不同教學大綱，合理設置大學物理教學內容，從而有效地開展分層次教學。
教學重點區分。首先，考慮不同專業對物理知識的需求。如機械工程、機電工程、土木工程類專業的教學重點為力學、電磁學、光學等內容；信息通信、電氣工程、計算機類專業的教學重點為電磁學、光學、近代物理學等內容；化工、材料類專業教學的重點則為力學、熱學、原子物理學等內容。其次，考慮學生自身基礎的不同。如，對一本B和二本A的學生，教學重點是讓學生把握基本理論基礎上，更好地理解和應用基本原理來解決具體問題；對二本B和二本C的學生，則要求他們把握基本原理、基本理論即可。
3.課后作業練習分層次。課后作業除一些基本的練習題要求所有學生完成以外，可以對基礎較好的學生布置一些開放性的題目。如在講到電磁學時可以給學生留一個小論文：題目為《電磁波的應用》，學生要完成論文就需要在課后查閱一些相關資料，這樣，不僅可以使學生加深對書上所學知識的理解，同時可以擴大知識面，使他們感受到物理學是非常有用的一門學科。
4.教學考核的層次劃分。目前，多數情況下雖然教師使用的是先進的多媒體教學手段，但在教學考核環節，依然是要學生記住課本上的知識，反復做練習題、模擬題，最后“一張考卷定終身”。分層次教學要求對學生采取多種多樣的考核辦法，才能真正檢驗分層次教學的效果。
教學考核環節可以采取“課堂討論+課外實踐+考試”的方式進行。首先，課堂討論，占總分30%。在教學中教師可以提出一系列不同程度的思考題，讓學生討論和回答。同時可以讓學生分組對某些問題進行討論，提出并思考問題。學生是否積極參與課堂討論，是否有一些新的想法和見解都可以作為課堂討論考核的依據。其次，課外實踐，占總分20%。根據學生在課外實踐中所取得的成果來對其大學物理學習情況進行評價。如，是否有獨立研究論文；是否參與教師科研；是否參與課外物理相關競賽等等。最后，期末考試，占總分50%。雖然分層次教學考核方式多種多樣，但書面考試還是考核學生的基本方式。需要注意的是，書面考試應針對不同層次的班級，設計不同的考試題目，難易明顯區分，突出對不同學生的不同要求。
三、教學中需要注意的問題
（一）了解學生物理學習的現狀
如何真正掌握學生實際學習情況是分層次教學中的一個難點。實際辦法可以采取：首先，在大一進校整個年級進行物理大規模摸底考試，初步了解學生的物理基礎。其次，開設網絡教學平臺，在教學中隨時了解學生的疑難問題，掌握各學生的學習程度。再次，通過問卷調查的方式，了解學生對學習物理課程的興趣。
（二）做好學生的思想工作
分層次教學容易使部分學生有自滿情緒，同時部分學生也難免會出現自卑情緒。在分層次教學的同時，對學生的思想教育工作也是教師需要注意的問題。教師要對學生講清大學物理分層次的重要性和意義，同時，注意做好學生的心理工作，幫助學生正確認識分層次教學。
（三）把握不同的教學尺度
教師如何發揮主導性，把握不同教學尺度，是做好分層次教學工作的關鍵。大學物理教師需要在了解自己所教學生實際學習情況的基礎上，認真備課，并隨時調整教學方式方法，滿足學生的學習需求，真正做到“學生開心，教師舒心”。
總之，分層次教學是一種新的教學模式，更是一種新的教育理念。中北大學在大學物理課程教學中運用分層次教學方式，收到了良好的教學效果。但是，如何更好地運用分層次教學模式，提高大學物理的教學質量，還需要廣大教育工作者在今后繼續不斷地探索。
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物理學理論的研究是源于對實驗現象的觀察、總結和解釋，這也成為一種非常通用而有效的科學研究方法。物理教育教學要實現新課程目標就必須要讓學生在學習中體會這一科學研究方法，能夠用準確簡要、邏輯清晰的物理語言來描述物理現象、闡述物理概念、陳述物理規律等。然而，在高考閱卷中發現，很多學生的物理信息處理能力和物理表達能力不高;在教學中也發現不少學生很難讀懂科技文章或者對此類文章和新聞毫無興趣，無法有效提取新聞報紙閱讀材料中包含的物理學信息，也不能夠將科技文章和平時所學的物理知識聯系起來。
物理中的科技寫作是指對某一物理現象或物理問題，學生通過閱讀文獻、觀察實驗等方式獲取信息，對信息進行分析篩選和邏輯推理，對所研究的物理現象或問題進行解釋，最后用簡明扼要的語言寫成報告或小論文[2]。通過這樣的方式，不僅可以提高學生的閱讀理解以及寫作能力，有助于培養學生的科研創新精神;同時對一部分有志于物理學研究的學生來說，還可以從中找到自己的興趣點，開始撰寫一些有創新性和學術性的科技論文。此處從以下三個方面來探討科技論文寫作的重要性。
第一，重視科技寫作可以加強學生對教材內容的理解，應該成為教材學習中的一部分。在這里先以美國流行的《物理：原理與問題》教材為例，該教材分為30章，在每一章節的課后測評都設有“科技寫作”欄目，至少一道題，多則三道題，從題目的分類情況來看，主要是以下這么幾個方面[3]：
1、物理學史：
1)實驗發展類：例如研究并描述人類測量太陽和地球之間距離的發展史。
2)物理學家的生平和影響：如研究并闡述伽利略對物理學的貢獻
這類型的科技寫作需要學生對物理學史的參考資料做調查研究并進行分析總結，在此過程中，學生不僅可以充分了解物理理論建立的過程，從中體會物理學家們積極探索、勇于創新的科研精神，學習科學的思維方式和研究方法，同時也可以在研究中發現物理知識的突破和社會生產力以及經濟發展的聯系。
2、生活中的物理學：這類型的題目很多，例如要求用物理學原理解釋過山車豎直的環形滑道大多數并不具有圓環形狀的這種設計思想，還有研究體重計的工作原理、安全氣囊的作用等等。
學生通過對這些題目的研究，能夠真實體會到物理知識在實際生活中的應用，對物理規律的理解也會更會深刻，增加對物理學習的興趣。
3、物理學與其他學科：
1)物理學與生物學：研究一個人能夠無眩暈地忍受的最大加速度。
2)物理學與藝術：研究某些樂器，如小提琴或者小號的構造。
3)物理學與天文學：研究多普勒效應在天文學上的應用。
4)物理學與醫學：研究和解釋衍射在醫學和天文學中的作用。對每一種領域，至少描述兩種應用。
這類型的題目可以讓學生進一步意識到物理學科不是一門孤立的學科，而是跟很多學科都有著千絲萬縷的聯系。從某種意義上說，物理是萬物之理并不是一句大話，特別是現在誕生了很多的交叉學科，如物理化學、生物物理學、天體物理等等。學生越能夠了解物理和其他學課的關系，就越能體會自然科學和諧統一的美感，同時也能發現物理作為自然科學的基礎學科對其他學科的重大影響，從而對物理學科的學習也會更為重視。
4、物理學前沿：例如研究迄今所見的最大質量的粒子的干涉效應，描述實驗過程，并說明干涉是怎樣產生的。
了解物理學發展前沿，對學生的物理學學習十分重要，通過對前沿的了解，學生不僅可以知道物理學在高新科技上已經取得的成就，還能加深對這些成就中用到的物理學理論的了解。有時候，前沿科學中涉及到的物理學并不復雜，以中學的物理知識完全可以理解。而當學生了解這一點以后不但能建立起學習物理的信心，減少對物理學科的畏難情緒，同時也會對當前物理學的應用產生興趣，增加學習物理的積極性。
第二，目前的高考試題越來越重視物理理解能力和表達能力。
現在高考題目的改革使得題目都會有一定的生活或科技發展背景。以近年各地高考試題為例，就能發現大量以實際生活為背景或者與科技前沿相聯系的題目。
如2015年北京卷的18題，以“蹦極”運動為背景，考查牛頓運動定律、動量定理以及功能關系。20題又以常用的一卡通(IC 卡)為研究對象考察電感和電容以及電磁波的相關知識。
又如2015年全國課標卷II 中的第18題，是以指南針為載體考察磁學基礎知識;而在第25體總，以常見的地質災害滑坡和泥石流為背景，考察摩擦力、壓力等受力分析以及物體的運動等知識，可以說綜合應用性很強。
尤其是2012年浙江卷的25題，是設計一種提高自行車夜間行駛安全性的“閃爍”裝置，在第四問中還要求對設計方案進行優化和評價，這就直接考查了學生的學術表達能力和科技寫作能力。
其余各省的考題中這樣的題目屢見不鮮，如2015年四川省的物理部分第9題聯系到了目前人們關心的嚴重霧霾天氣，并從“鐵腕治污”出發討論地鐵的運動，并且計算燃油公交的氣體污染物，這就極大增加了物理學習的實際應用價值。可以看出，在平時的教學中如果能夠引導學生主動發現日常生活中蘊含的物理應用，就能讓學生在高考考場上遇到這樣的題目心里有底，從容應對。特別是在回答非選擇題時，能夠對題目給出的材料細致分析，從而給出清晰的回答和明確的解釋。
第三，科技論文寫作有利于加強多學科聯系，對培養學生的綜合性能力有益。
關注物理學科和其他學科之間的聯系，并在物理學科中培養學生的人文素養和道德情操是符合新課標的要求的。而且，在物理教學中加強學科聯系，不僅可以實現情感和價值觀的教學目標，同時也可以促進學生對各門學科的學習效果。
科技論文的寫作可以培養學生簡潔明朗的寫作風格，提高學生的寫作水平和論證觀點的嚴密性。而在完成論文寫作中，學生不可避免的需要查詢資料并分析整理，這樣也會積累很多有用的科技素材，這不僅可以訓練學生的邏輯思維能力，提高了閱讀能力和信息處理能力，同時也可以擴大學生的視野，對在語文課上的議論文寫作是很有幫助的。
學生在論述物理學史上的一些物理發現的地位、物理人物的成就時，會聯系當時的歷史背景和社會形勢進行分析，并對科學家所處年代的政治經濟情況有所了解，特別是物理學的發展常常會受到哲學宗教以及國家政局的影響，因此訓練學生的科技論文寫作過程也潛移默化地影響了學生對政治歷史的理解。
如果讓學生分析獵豹適合奔跑、魚鷹能夠捕魚的物理原理，不僅能促進學生對物理理論的理解，學生還能對生物的生活習性和體態特征有更深的感受，對生物學的學習也會更感興趣。
物理和化學之間的聯系就更為緊密了，為何收集氫氣試管開口朝下、為何收集氯氣試管開口朝上，為何我們可以通過火焰的顏色或者液體的色彩來初步判斷化學實驗的產物，這里面都蘊含了大量的物理道理。
物理和體育就更有關系了，在投鉛球時為什么老師強調出手速度要快、角度要成45度左右，為何跑步時手臂要前后擺而不是左右擺，這些都是可以用物理知識來解釋的。所以學好了物理，對提高體育成績也有好處。
教師在物理教學中應該有意識地布置一些與物理知識有關的科技論文寫作任務，鼓勵學生多關注最近的物理進展、科技發明，引導學生自動發掘生活中的物理學應用，從而真正提高學生對物理學習的興趣和思考能力。 高中物理新課程標準要求學生能通過物理課程學習終身發展必備的物理基礎知識和技能，了解這些知識與技能在生活、生產中的應用，關注科學技術的現狀及發展趨勢。而科技論文寫作可以在教學中實現這一課程目標。
5、總結
通過如上三點論述，可知在物理教學中重視物理科技論文寫作，不僅可以提高物理教學效果，增加學生學習物理知識的興趣和積極性，幫助學生提高物理知識理解能力，還能夠提高學生的寫作水平，并讓學生能夠發現學科間的聯系和影響，從而促進學生的全面發展。
編輯點評：科技論文寫作是改變這種現狀、實現這些新課程目標的一個有效途徑。這些目標的達成并非易事，需要從物理學本身的學科特點出發，深入研究中學物理教學方法才有望實現。撰寫者可參考以上相關內容進行寫作。
關鍵詞：實驗教學；微波技術；無縫對接
Exploration of teaching microwave technology course experiment based on
college-enterprise jointless matching mode
Li Jiusheng, Qiu Guohua
China jiliang university, Hangzhou, 310018, China
Abstract: By using engineering practice innovational laboratory, we reformed the experiment teaching method of microwave technology course. In the laboratory, the experimental items were provided by the enterprise according to the actual technical problems and market demand. The teaching methods of the college-enterprise jointless matching mode were adopted in the experiment teaching course, which cultivated students’ interests in science research and their creative consciousness. The students’ comprehensive quality of engineering practice was also improved. According to the exploration of teaching experiment course, we provided a very good idea for the construction and application of new laboratory.
Key words: experimental teaching; microwave technology; jointless matching
隨著本科生招生規模的迅速擴大，許多高校實驗室建設跟不上擴招的需求，導致本科生的動手能力和創新能力下降。如何改善課程實驗教學條件，開拓新的實驗教學資源，培養學生的實踐能力和創新能力，提高學生的綜合素質，成為當務之急[1,2]。2007年，教育部實施“國家大學生創新性實驗計劃”，隨后啟動“高等學校本科教學質量與教改工程”，以及實施“實踐教學與人才培養模式改革與創新”，都以提高學生的實踐能力和綜合素質、培養創新人才作為重要內容[3-5]。自此，大學生創新性實驗計劃也成為我國本科教學“質量工程”的重要組成部分，各高校也對實驗教學進行了一些改革，例如減少了演示性、驗證性實驗，倡導和開展綜合性、設計性實驗教學。由于現有的實驗項目與實際應用存在脫節，依然存在公式化、被動式的實驗現象，難以調動學生的主觀能動性，難以實現培養學生探索、創新和獨立思考能力的目的。為了徹底改變這一局面，我們在課程實驗改革方面做了不少探索工作，對該創新性實驗教學的實施方式和取得的成果進行總結與分析。
1 建設面向工程實用化的創新實驗室平臺
基于高校在人才、研究、高檔測試分析儀器方面的優勢，企業具有產品開發、在線測試和產品銷售方面的優勢，本著產學研結合優勢互補原則，杭州紫光網絡技術有限公司出資并提供專用儀器設備，在中國計量學院信息工程學院建立了微波與射頻技術產品的研發本碩創新實驗室，學校提供實驗室和相關配套設施。杭州紫光網絡技術有限公司與中國計量學院微波工程研究所的科技研發方向相同，而且雙方在地理位置上很近，隨著杭州紫光網絡技術有限公司移動通信(3G，4G等)新產品開發力度的加大，企業急需高層次的人才，不僅僅包括研發人員，還包括測試工程師，每年我校都有相當數量的本科生和研究生加入該企業。為了培養學生的實踐能力和創新能力，提高學生的綜合素質，培養應用型人才，使學生掌握的專業知識和技能能夠滿足未來崗位的需要，非常有必要對我校現行的微波技術實驗課程教學方法進行改革。
2 利用創新實驗室平臺開展微波技術課程實驗教學
以前在微波技術實驗課程教學中，學生都是照實驗指導書要求按部就班地進行，通常都是先演示性實驗，然后驗證性實驗，師生、生生之間互動較差，這類實驗不能激發學生的實驗興趣，更不能調動學生的主觀積極性，不利于培養學生的動手能力、分析與解決問題能力。針對這一情況，我們對這門課程的實驗內容進行了徹底改革。微波技術實驗課程單獨開設，共48學時(共3周)。實驗課程按照認識規律進行教學，使學生先“知其然”，再“知其所以然”，先讓學生看到實物，然后在后續的實驗中逐步加深理論知識學習。采取的具體措施如下：
2.1 讓學生利用校企聯合，開展微波器件仿真
安排1周的時間，讓學生利用校企聯合研發微波與射頻技術產品創新實驗室Ansoft-HFSS軟件，開展微波器件仿真設計。
在此之前，安排1～2天的時間，把學生帶到公司，由公司技術主管進行現場講授，讓學生直接體會到課本知識如何用到企業產品研發中。在企業，學生不僅能看到各種微波器件，如濾波器、功分器、耦合器、合路器、雙工器、天線、互調分析/測試儀等，而且還可以看到公司研發人員如何進行微波器件的研發設計。通過親眼所見和親身體會，學生受到的觸動很大，把現場了解的微波技術應用問題帶回學校，帶入實驗室，強化對基本理論的學習，讓學生了解學習本課程的重要意義，學生的學習興趣高漲，學習效果提升明顯。
2.2 學生參與企業的研究項目小課題
每年企業結合實際技術需求提出并設立研究項目小課題和測試項目課題，并且針對不同的實驗項目，企業為每個課題提供2萬～6萬的科研經費，開發期限2～6周。學生自主聯系搭檔，自由組合組建團隊，挑選課題，并進行申報研究。企業提出的科研項目均與實際技術難題和市場需求緊密聯系，如高性能微帶帶通濾波器研究、互調分析、測試儀的測試分析報告等。要求申報者完成結構設計、器件制作及調試、說明文檔編寫，滿足標準的測試誤差和重復性要求。課程組每位教師都積極參與這類創新性實驗項目的指導和實施工作，教師在指導創新性實驗過程中，只負責項目研究過程中的理論及技術指導。實驗的設計、實施、管理等均由學生自己完成。注重創新性實驗項目的實施過程，強調項目實施過程中學生在創新思維和創新實踐方面的收獲。實驗過程中，學生之間可以相互交流，比照不同方案的實驗結果。實驗完成后，要求學生撰寫完整的實驗報告，并對各種方案的實驗結果進行比較分析。這樣，學生通過參與企業技術研發的相關項目，可以更好地把課內外的科技知識相結合，培養發現問題、解決問題的能力。
整個實驗課程教學方式已不再是傳統的單純模仿實驗教學，通過本實驗課程的學習，學生得到初步的科研訓練，激發大學生的學習興趣和潛能，培養大學生的團隊協作意識和創新精神。學生成為實驗過程中的主體，在培養學生獨立解決問題的能力和創新意識方面發揮了很好的作用。通過企業項目進學校、學生創意進企業的“無縫對接”，為本科生工程實踐能力的提升搭建新平臺。通過與企業的零距離對接，參加實際產品開發，培養了學生的創新能力和動手能力。創新性實驗項目可與學生畢業論文設計相結合，選取部分成績優秀，有志于考研或從事科研工作的二、三年級學生，讓他們提前進入畢業論文的準備階段和摸索階段。
2.3 實驗課程成績的評定方式
對提交實驗研究總結報告的學生，課程組任課教師在課程結束一周時間內安排學生到實驗室接受教師的現場提問。對于能條理清晰交流微波器件設計研究
(下轉頁)
(上接頁)
心得的學生，他的本課程期末成績評定為優秀；對能夠回答教師提問，但是部分概念還不夠清晰的學生，其成績評定為良好。如果是研究小組(2～3人一組)，教師安排這些研究小組進行講解并接受提問，最后根據每個學生的表現給出小組成績。這種成績評價方式受到學生的熱烈歡迎，學生對本課程測評滿意度達到99.98%以上。
以實施此類校企“無縫對接”實踐教學項目為契機，把它作為一次教學觀念的改革，從整個實驗課程的結構及教學方法等方面著手，促進教師的教學反思，最終推動學生創新素質的提高。通過上述實驗課程教學探索，也為新型實驗室的建設和應用提供了很好的思路。
3 結束語
本著“培養學生創造性思維和開發創造力”的實驗教學思想，利用與企業構建的面向工程實用化的創新實驗室平臺，開展校企“無縫對接”的實驗項目， 充分調動學生的積極性和創造性，提高學生的綜合素質，構建以素質教育為重點的實驗教學體系，不斷改進實驗教學方法，改變了以往微波技術實驗課程教學中存在的枯燥、繁雜問題，充分發揮學生的積極性、主動性和創造性，提高了教學質量，達到了預期教學目的。雖然我們對實驗課程開展了大膽的嘗試和探索，并取得了一定成績，同時也出現了許多新問題，有待于我們進一步的探索。
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關鍵詞：指紋系統，安全防范，防御機制
一、概述
指紋信息系統作為一種公安工作的局域網，有其特定含義和應用范疇，它積累信息為偵察破案提供線索，概括起來有四個方面的典型應用：第一，指紋系統是為公安工作服務的，是一種刑事偵察的工具，它是各地、市之間指紋交流工具，也是指紋信息資源的提供者。第二，指紋系統是為偵察破案提供線索，為案件進展提供便利服務的。第三，指紋系統積累犯罪嫌疑人信息，如嫌疑人的指紋管理、前科管理、基本信息管理等，為串、并案件提供可靠依據。第四，指紋系統是溝通與其他公安工作的窗口，利用它既可以獲取各種信息，也可以向其他公安工作相關信息。
二、指紋信息系統安全的主要問題
隨著網絡在公安工作各個方面的延伸，進入指紋系統的手段也越來越多，因此，指紋信息安全是目前指紋工作中面臨的一個重要問題。
1、物理安全問題
指紋信息系統安全首先要保障系統上指紋數據的物理安全。物理安全是指在物理介質層次上對存貯和傳輸的指紋數據安全保護。目前常見的不安全因素（安全威脅或安全風險）包括兩大類：第一類是自然災害（如雷電、地震、火災、水災等），物理損壞（如硬盤損壞、設備使用壽命到期、外力破損等），設備故障（如停電、斷電、電磁干擾等），意外事故。第二類是操作失誤（如刪除文件、格式化硬盤、線路拆除等），意外疏漏（如系統掉電、“死機”等）。
2、指紋操作系統及應用服務的安全問題
現在應用的主流操作系統為Windows 操作系統，該系統存在很多安全隱患。操作系統不安全也是系統不安全的重要原因。
3、非法用戶的攻擊
幾乎每天都可能聽到在公安網上眾多的非法攻擊事件，這些事件一再提醒我們，必須高度重視系統的安全問題。非法用戶攻擊的主要方法有：口令攻擊、網絡監聽、緩沖區溢出、郵件攻擊和其他攻擊方法。
4、計算機病毒威脅
計算機病毒將導致指紋系統癱瘓，系統程序和指紋數據嚴重破壞，使系統的效率和作用大大降低，系統的許多功能無法使用或不敢使用。雖然，至今還沒過出現災難性的后果，但層出不窮的各種各樣的計算機病毒活躍在公安網的各個角落，令人堪憂。計算機病毒是指人為制造的干擾和破壞計算機系統的程序,它具有傳染性、隱蔽性、潛伏性、破壞性等特點。通常,我們將計算機的病毒分為“良性”和“惡性”兩類。所謂良性病毒是指不對計算機數據進行破壞,但會造成計算機工作異常、變慢等。 惡性病毒往往沒有直觀表現,但會對計算機數據進行破壞,有的甚至會破壞計算機的硬件,造成整個計算機癱瘓。前段時間流行的沖擊波、震蕩波、狙擊波病毒，它們根據 Windows漏洞進行攻擊，電腦中毒后1分鐘重起。在重新啟動之前，沖擊波和震蕩波允許用戶操作，而狙擊波不允許用戶操作。病毒是十分狡猾的敵人,它隨時隨地在尋找入侵電腦的機會,因此,預防和清除計算機病毒是非常重要的，我們應提高對計算機病毒的防范意識,不給病毒以可乘之機。
三、指紋系統的安全防范措施
指紋信息系統是一個人機系統，需要多人參與工作，而系統操作人員是系統安全的責任主體，因此，要重視對各級系統操作人員進行系統安全的教育，做到專機專用，嚴禁操作人員進行工作以外的操作；下面就本人在實際工作中總結的一些經驗,談一 談對指紋信息系統的維護與病毒的預防。
1、 對指紋系統硬件設備和系統設施進行安全防護
（1）系統服務器安全：服務器是指紋系統的大腦和神經中樞，一旦服務器或硬盤有故障，輕者將導致系統的中斷，重者可能導致系統癱瘓或指紋數據丟失，因此在服務器端，可以采用雙機熱備份＋異機備份方案。論文大全。在主服務器發生故障的情況下，備份服務器自動在 30 秒 內將所有服務接管過來，從而保證整個指紋系統不會因為服務器發生故障而影響到系統的正常運行，確保系統 24小時不間斷運行。在磁盤陣列柜，我們可安裝多塊服務器硬盤， 用其中一塊硬盤做備份，這樣可保證在其它硬盤發生故障時，直接用備份硬盤進行替換。
（2）異機數據備份：為防止單點故障（如磁盤陣列柜故障）的出現，可以另設一個備份服務器為，并給它的服務設置一個定時任務，在定置任務時，設定保存兩天的備份數據，這樣可保證當某天指紋數據備份過程中出現故障時也能進行指紋數據的安全恢復。通過異機備份，即使出現不可抗拒、意外事件或人為破壞等毀滅性災難時，也不會導致指紋信息的丟失，并可保證在1小時內將指紋數據恢復到最近狀態下，使損失降到最低。
（3）電路供應：中心機房電源盡量做到專線專供，同時采用UPS（不間斷電源），部分非窗口計算機采用300 W 延時20分鐘的 UPS進行備用，這樣可保證主服務器和各服務窗口工作站不會因電源故障而造成指紋信息的丟失或系統的癱瘓。
（4）避雷系統：由于通信設備尤其是裸露于墻體外的線路，易受雷擊等強電磁波影響而導致接口燒壞，為對整個系統進行防雷保護，分別對中心機房、主交換機、各分交換機和各工作站進行了分層次的防護。
（5）主機房的防盜、防火、防塵：主機房是系統中心，一旦遭到破壞將帶來不可估量的損失，可以安裝防盜門，或安排工作人員24小時值班。同時，由于服務器、交換機均屬于高精密儀器，對防塵要求很高，所以對主機房進行裝修時應鋪上防靜電地板，準備好（電火）滅火器，安裝上空調， 以保證機房的恒溫，并派專人對主機房的衛生、防塵等具體負責。論文大全。
（6）對移動存儲器，借出時要寫保護，借入時要先殺毒；
（7）不使用盜版或來歷不明的軟件，做到專機專用，在公安內網的機器不準聯到互聯網上使用；
2 、 全方位的系統防御機制
我們常說“病從口入”所以要做到防患于未然,必須切斷計算機病毒的傳播途徑,具體的預防措施如下:
（1）利用防病毒技術來阻止病毒的傳播與發作。
為了使系統免受病毒所造成的損失，采用多層的病毒防衛體系。在每臺PC機上安裝單機版反病毒軟件，在服務器上安裝基于服務器的反病毒軟件，并在網關上安裝基于網關的反病毒軟件。因為防止病毒的攻擊是每個工作人員的責任，人人都要做到自己使用的臺式機上不受病毒的感染，從而保證整個指紋系統不受病毒的感染。
（2）應用防火墻技術來控制訪問權限。
作為指紋系統內部網絡與外部公安網絡之間的第一道屏障,防火墻是最先受到重視的網絡安全產品之一。雖然從理論上看,防火墻處于網絡安全的最底層,負責網絡間的安全認證與傳輸,但隨著公安網絡安全技術的整體發展和公安工作中網絡應用的不斷變化,現代防火墻技術已經逐步走向網絡層之外的其他安全層次,不僅要完成傳統防火墻的過濾任務,同時還能為各種網絡應用提供相應的安全服務。 在系統出口處安裝防火墻后，系統內部與外部網絡進行了有效的隔離，所有來自外部的訪問請求都要通過防火墻的檢查，這樣系統的安全有了很大的提高。論文大全。防火墻可以通過源地址過濾，拒絕非法IP 地址，有效避免公安網上與指紋工作無關的主機的越權訪問；防火墻可以只保留有用的服務，將其他不需要的服務關閉，這樣做可以將系統受攻擊的可能性降低到最小限度，使非法用戶無機可乘；防火墻可以制定訪問策略，只有被授權的外部主機才可以訪問系統的有限IP地址，保證其它用戶只能訪問系統的必要資源，與指紋工作無關的操作將被拒絕；由于所有訪問都要經過防火墻，所以防火墻可以全面監視對系統的訪問活動，并進行詳細的記錄，通過分析可以發現可疑的攻擊行為；防火墻可以進行地址轉換工作，使外部用戶不能看到系統內部的結構，使攻擊失去目標。
（3）應用入侵檢測技術及時發現攻擊苗頭。
入侵檢測系統是提供實時的入侵檢測及采取相應的防護手段，如記錄證據用于跟蹤和恢復、斷開網絡連接等。實時入侵檢測能力之所以重要是因為它能夠對付來自系統內外的攻擊，縮短入侵的時間。
（4）應用安全掃描技術主動探測系統安全漏洞，進行系統安全評估與安全加固。安全掃描技術與防火墻、入侵檢測系統互相配合，能夠有效提高指紋系統的安全性。通過對系統的掃描，系統管理員可以了解系統的安全配置和運行的應用服務，及時發現安全漏洞，客觀評估系統風險等級。系統管理員也可以根據掃描的結果及時消除系統安全漏洞和更正系統中的錯誤配置，在非法用戶攻擊前進行防范。
（5）應用系統安全緊急響應體系，防范安全突發事件。
指紋系統安全作為一項動態工程，意味著它的安全程度會隨著時間的變化而發生改變。 在信息技術日新月異的今天，即使昔日固若金湯的系統安全策略，也難免會隨著時間和環境的變化，變得不堪一擊。因此，我們需要隨時間和系統環境的變化或技術的發展而不斷調整自身的安全策略，并及時組建系統安全緊急響應體系，專人負責，防范安全突發事件。
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