時間：2022-04-07 10:34:34
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摘要本文展望了21世紀微電子技術的發展趨勢。認為：21世紀初的微電子技術仍將以硅基CMOS電路為主流工藝，但將突破目前所謂的物理“限制”，繼續快速發展；集成電路將逐步發展成為集成系統；微電子技術將與其它技術結合形成一系列新的增長點，例如微機電系統（MEMS）、DNA芯片等。具體地講，SOC設計技術、超微細光刻技術、虛擬工廠技術、銅互連及低K互連絕緣介質、高K柵絕緣介質和柵工程技術、SOI技術等將在近幾年內得到快速發展。21世紀將是我國微電子產業的黃金時代。
關鍵詞微電子技術集成系統微機電系統DNA芯片
1引言
綜觀人類社會發展的文明史，一切生產方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學發現和新技術的產生而引發的，科學技術作為革命的力量，推動著人類社會向前發展。從50多年前晶體管的發明到目前微電子技術成為整個信息社會的基礎和核心的發展歷史充分證明了“科學技術是第一生產力”。信息是客觀事物狀態和運動特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會的重要資源，但對它的利用卻僅僅是開始。當前面臨的信息革命以數字化和網絡化作為特征。數字化大大改善了人們對信息的利用，更好地滿足了人們對信息的需求；而網絡化則使人們更為方便地交換信息，使整個地球成為一個“地球村”。以數字化和網絡化為特征的信息技術同一般技術不同，它具有極強的滲透性和基礎性，它可以滲透和改造各種產業和行業，改變著人類的生產和生活方式，改變著經濟形態和社會、政治、文化等各個領域。而它的基礎之一就是微電子技術?？梢院敛豢鋸埖卣f，沒有微電子技術的進步，就不可能有今天信息技術的蓬勃發展，微電子已經成為整個信息社會發展的基石。
50多年來微電子技術的發展歷史，實際上就是不斷創新的過程，這里指的創新包括原始創新、技術創新和應用創新等。晶體管的發明并不是一個孤立的精心設計的實驗，而是一系列固體物理、半導體物理、材料科學等取得重大突破后的必然結果。1947年發明點接觸型晶體管、1948年發明結型場效應晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術、半導體隨機存儲器、CPU、非揮發存儲器等微電子領域的重大發明也都是一系列創新成果的體現。同時，每一項重大發明又都開拓出一個新的領域，帶來了新的巨大市場，對我們的生產、生活方式產生了重大的影響。也正是由于微電子技術領域的不斷創新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續發展幾十年。自1968年開始，與硅技術有關的學術論文數量已經超過了與鋼鐵有關的學術論文，所以有人認為，1968年以后人類進入了繼石器、青銅器、鐵器時代之后硅石時代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會發展的本質是創新，沒有創新，社會就只能被囚禁在“超穩態”陷阱之中。雖然創新作為經濟發展的改革動力往往會給社會帶來“創造性的破壞”，但經過這種破壞后，又將開始一個新的處于更高層次的創新循環，社會就是以這樣螺旋形上升的方式向前發展。
在微電子技術發展的前50年，創新起到了決定性的作用，而今后微電子技術的發展仍將依賴于一系列創新性成果的出現。我們認為：目前微電子技術已經發展到了一個很關鍵的時期，21世紀上半葉，也就是今后50年微電子技術的發展趨勢和主要的創新領域主要有以下四個方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統芯片（SystemOnAChip，SOC）為發展重點；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術為基礎的納米電子學；與其他學科的結合誕生新的技術增長點，如MEMS，DNAChip等。
221世紀上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝
微電子技術發展的目標是不斷提高集成系統的性能及性能價格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導體器件特征尺寸的動力源泉。以MOS技術為例，溝道長度縮小可以提高集成電路的速度；同時縮小溝道長度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數目的晶體管，將結構更加復雜、性能更加完善的電子系統集成在一個芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統的速度和可靠性也大大提高，價格大幅度下降。由于片內信號的延遲總小于芯片間的信號延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個集成系統的性能也可以得到很大的提高。
自1958年集成電路發明以來，為了提高電子系統的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發展基本上遵循了Intel公司創始人之一的GordonE．Moore1965年預言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預測這種發展趨勢將減緩，但是微電子產業三十多年來發展的狀況證實了Moore的預言[2]。而且根據我們的預測，微電子技術的這種發展趨勢還將在21世紀繼續一段時期，這是其它任何產業都無法與之比擬的。
現在，0．18微米CMOS工藝技術已成為微電子產業的主流技術，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實驗室中制備成功，研究工作已進入亞0．1微米技術階段，相應的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預計到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產品將投入批量生產。
21世紀，起碼是21世紀上半葉,微電子生產技術仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術為主流。盡管微電子學在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據科學技術的發展規律，一種新技術從誕生到成為主流技術一般需要20到30年的時間，硅集成電路技術自1947年發明晶體管1958年發明集成電路,到60年代末發展成為大產業也經歷了20多年的時間。另外，全世界數以萬億美元計的設備和技術投入，已使硅基工藝形成非常強大的產業能力；同時，長期的科研投入已使人們對硅及其衍生物各種屬性的了解達到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識積累。產業能力和知識積累決定了硅基工藝起碼將在50年內仍起重要作用，人們不會輕易放棄。
目前很多人認為當微電子技術的特征尺寸在2015年達到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術時代的結束，這實際上是一種誤解。且不說微電子技術除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術之外，還有設計技術、系統結構等方面需要進一步的大力發展，這些技術的發展必將使微電子產業繼續高速增長。即使是加工工藝技術，很多著名的微電子學家也預測，微電子產業將于2030年左右步入像汽車工業、航空工業這樣的比較成熟的朝陽工業領域。即使微電子產業步入汽車、航空等成熟工業領域，它仍將保持快速發展趨勢，就像汽車、航空工業已經發展了50多年仍極具發展潛力一樣。
隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會遇到器件結構、關鍵工藝、集成技術以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對其中的物理規律等科學問題的認識還停留在集成電路誕生和發展初期所形成的經典或半經典理論基礎上，這些理論適合于描述微米量級的微電子器件，但對空間尺度為納米量級、空間尺度為飛秒量級的系統芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時傳統器件結構也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發展新型的器件結構和微細加工、互連、集成等關鍵工藝技術。具體的需要創新和重點發展的領域包括：基于介觀和量子物理基礎的半導體器件的輸運理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結構，高k柵介質材料和新型柵結構，電子束步進光刻、13nmEUV光刻、超細線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術等。
3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術為基礎的納米電子學將帶來嶄新的領域
在上節我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術，可稱之為“scalingdown”，與此同時我們必須注意“bottomup”?！癰ottomup”最重要的領域有二個方面：
(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲器等。它的基本原理是基于庫侖阻塞機理控制一個或幾個電子運動，由于系統能量的改變和庫侖作用，一個電子進入到一個勢阱，則將阻止其它電子的進入。在單電子存儲器中量子阱替代了通常存儲器中的浮柵。它的主要優點是集成度高；由于只有一個或幾個電子活動所以功耗極低；由于相對小的電容和電阻以及短的隧道穿透時間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對環境高度敏感，可靠性難以保證；在室溫工作時要求電容極?。é罠），要求量子點大小在幾個納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。
因此，目前可以認為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。
(2)以原子分子自組裝技術為基礎的納米電子學。這里包括量子點陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎的原子分子器件等。
量子點陣列由量子點組成，至少由四個量子點,它們之間以靜電力作用。根據電子占據量子點的狀態形成“0”和“1”狀態。它在本質上是一種非晶體管和無線的方式達到陣列的高密度、低功耗和實現互連。其基本優勢是開關速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。
以碳納米管為基礎的原子分子器件是近年來快速發展的一個有前景的領域。碳原子之間的鍵合力很強，可支持高密度電流，而熱導性能類似于金剛石，能在高集成度時大大減小熱耗散，性質類金屬和半導體，特別是它有三種可能的雜交態，而Ge、Si只有一個。這些都使碳納米管（CNT）成為當前科研熱點，從1991年發現以來，現在已有大量成果涌現，北京大學納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長有序的符合設計性能的CNT器件，更難以集成。
目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術為基礎的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結合以制造器件。這對于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會帶來突破性的進展。
QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術上都有大量工作要做，有待突破，離開實際應用還需較長時日！但這終究是一個誘人探索的領域，我們期待它們將創出一個新的天地。
4系統芯片（SystemOnAChip）是21世紀微電子技術發展的重點
在集成電路（IC）發展初期，電路設計都從器件的物理版圖設計入手，后來出現了集成電路單元庫（Cell－Lib），使得集成電路設計從器件級進入邏輯級，這樣的設計思路使大批電路和邏輯設計師可以直接參與集成電路設計，極大地推動了IC產業的發展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機系統才能發揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術實現整機系統的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時、PCB板可靠性以及重量等因素的限制，整機系統的性能受到了很大的限制。隨著系統向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網絡化、移動化的發展，系統對電路的要求越來越高，傳統集成電路設計技術已無法滿足性能日益提高的整機系統的要求。同時，由于IC設計與工藝技術水平提高，集成電路規模越來越大，復雜程度越來越高，已經可以將整個系統集成為一個芯片。目前已經可以在一個芯片上集成108－109個晶體管，而且隨著微電子制造技術的發展，21世紀的微電子技術將從目前的3G時代逐步發展到3T時代（即存儲容量由G位發展到T位、集成電路器件的速度由GHz發展到燈THz、數據傳輸速率由Gbps發展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數據位數）。
正是在需求牽引和技術推動的雙重作用下，出現了將整個系統集成在一個微電子芯片上的系統芯片（SystemOnAChip，簡稱SOC）概念。
系統芯片（SOC）與集成電路（IC）的設計思想是不同的，它是微電子設計領域的一場革命，它和集成電路的關系與當時集成電路與分立元器件的關系類似，它對微電子技術的推動作用不亞于自50年代末快速發展起來的集成電路技術。
SOC是從整個系統的角度出發，把處理機制、模型算法、芯片結構、各層次電路直至器件的設計緊密結合起來，在單個（或少數幾個）芯片上完成整個系統的功能，它的設計必須是從系統行為級開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統相比，由于SOC設計能夠綜合并全盤考慮整個系統的各種情況，可以在同樣的工藝技術條件下實現更高性能的系統指標。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設計系統芯片,在相同的系統復雜度和處理速率下，能夠相當于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實現的同樣系統的性能；還有，與采用常規IC方法設計的芯片相比,采用SOC設計方法完成同樣功能所需要的晶體管數目約可以降低l～2個數量級。
對于系統芯片（SOC）的發展，主要有三個關鍵的支持技術。
（1）軟、硬件的協同設計技術。面向不同系統的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統涉及諸多計算機系統、通訊系統、數據壓縮解壓縮和加密解密系統等等。
（2）IP模塊庫問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結構設計；和硬核，基于工藝的物理設計、與工藝相關，并經過工藝驗證過的。其中以硬核使用價值最高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎，在速度與功耗上經過優化并有最大工藝容差的模塊最有價值?，F在,美國硅谷在80年代出現無生產線（Fabless)公司的基礎上，90年代后期又出現了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。
（3）模塊界面間的綜合分析技術,這主要包括IP模塊間的膠聯邏輯技術（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實現技術等。
微電子技術從IC向SOC轉變不僅是一種概念上的突破,同時也是信息技術新發展的里程碑。通過以上三個支持技術的創新,它必將導致又一次以系統芯片為主的信息技術上的革命。目前，SOC技術已經嶄露頭角，21世紀將是SOC技術真正快速發展的時期。
在新一代系統芯片領域，需要重點突破的創新點主要包括實現系統功能的算法和電路結構兩個方面。在微電子技術的發展歷史上,每一種算法的提出都會引起一場變革，例如維特比算法、小波變換等均對集成電路設計技術的發展起到了非常重要的作用,目前神經網絡、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結構可以帶動一系列的應用,但提出一種新的算法則可以帶動一個新的領域,因此算法應是今后系統芯片領域研究的重點學科之一。在電路結構方面,在系統芯片中，由于射頻、存儲器件的加入，其中的電路結構已經不是傳統意義上的CMOS結構，因此需要發展更靈巧的新型電路結構。另外，為了實現膠聯邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術有望得到快速的發展,在這一方面也需要做系統深入的研究。
5微電子與其他學科的結合誕生新的技術增長點
微電子技術的強大生命力在于它可以低成本、大批量地生產出具有高可靠性和高精度的微電子結構模塊。這種技術一旦與其它學科相結合,便會誕生出一系列嶄新的學科和重大的經濟增長點，這方面的典型例子便是MEMS（微機電系統）技術和DNA生物芯片。前者是微電子技術與機械、光學等領域結合而誕生的，后者則是與生物工程技術結合的產物。
微電子機械系統不僅是微電子技術的拓寬和延伸,它將微電子技術和精密機械加工技術相互融合，實現了微電子與機械融為一體的系統。MEMS將電子系統和外部世界聯系起來，它不僅可以感受運動、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號，把這些信號轉換成電子系統可以認識的電信號，而且還可以通過電子系統控制這些信號，發出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執行器、信號處理和控制電路、接口電路、通信系統以及電源于一體的微型機電系統。MEMS技術是一種典型的多學科交叉的前沿性研究領域，它幾乎涉及到自然及工程科學的所有領域，如電子技術、機械技術、光學、物理學、化學、生物醫學、材料科學、能源科學等〖3〗。
MEMS的發展開辟了一個全新的技術領域和產業。它們不僅可以降低機電系統的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統所不能完成的任務。正是由于MEMS器件和系統具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優異及功能強大等傳統傳感器無法比擬的優點,因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫學、環境監控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領域中都有著十分廣闊的應用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測量組合能應用于制導、衛星控制、汽車自動駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統（ABS）、穩定控制和玩具；微流量系統和微分析儀可用于微推進、傷員救護；信息MEMS系統將在射頻系統、全光通訊系統和高密度存儲器和顯示等方面發揮重大作用；同時MEMS系統還可以用于醫療、光譜分析、信息采集等等。現在已經成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以夾起一個紅細胞的微型鑷子，可以在磁場中飛行的象蝴蝶大小的飛機等。
MEMS技術及其產品的增長速度非常之高，目前正處在技術發展時期，再過若干年將會迎來MEMS產業化高速發展的時期。2000年，全世界MEMS的市場達到120到140億美元，而帶來的與之相關的市場達到1000億美元。
目前，MEMS系統與集成電路發展的初期情況極為相似。集成電路發展初期，其電路在今天看來是很簡單的，應用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進行大量投資，促進了集成電路飛速發展。集成電路技術的進步,加快了計算機更新換代的速度，對CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進了集成電路的發展。集成電路和計算機在發展中相互推動，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場信息革命?，F階段的微機電系統專用性很強，單個系統的應用范圍非常有限,還沒有出現類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產品。隨著微機電系統的進步，最后將有可能形成像微電子技術一樣有廣泛應用前景的新產業，從而對人們的社會生產和生活方式產生重大影響。
當前MEMS系統能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：第一是在微系統理論與基礎技術方面取得突破性進展，使人們依靠掌握的理論和基礎技術可以高效地設計制造出所需的微系統；第二是找準應用突破口，揚長避短，以特別適合微系統應用的重大領域為目標進行研究,取得突破，從而帶動微系統產業的發展。在MEMS發展中需要繼續解決的問題主要有：MEMS建模與設計方法學研究；三維微結構構造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學和熱學研究；MEMS的表征與計量方法學；納結構與集成技術等。
微電子與生物技術緊密結合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀微電子領域的另一個熱點和新的經濟增長點。它是以生物科學為基礎，利用生物體、生物組織或細胞等的特點和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程技術相結合進行加工生產，它是生命科學與技術科學相結合的產物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點，正日益受到廣泛關注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。
采用微電子加工技術，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時間內檢測或發現遺傳基因的變化等情況，這無疑對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。
DNA芯片的基本思想是通過生物反應或施加電場等措施使一些特殊的物質能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經利用微電子技術在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學中最重要的一種物質，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應用領域也非常廣泛：它不僅可以用于基因學研究、生物醫學等，而且隨著DNA芯片的發展還將形成微電子生物信息系統，這樣該技術將廣泛應用到農業、工業、醫學和環境保護等人類生活的各個方面，那時，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。
目前的生物芯片主要是指通過平面微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體芯片表面構建的微分析單元和系統，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實現技術、基于生物芯片的生物信息學以及高密度生物芯片的設計、檢測方法學等等。
6結語
在微電子學發展歷程的前50年中，創新和基礎研究曾起到非常關鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學的出現、新一代SOC的發展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創新成果的誕生。
回顧20世紀后50年，展望21世紀前50年，即百年的微電子科學技術發展歷程，使我們深切地感受到，世紀之交的微電子技術對我們既是一個重大的機遇，也是一個嚴峻的挑戰，如果我們能夠抓住這個機遇，立足創新，去勇敢地迎接這個挑戰，則有可能使我國微電子技術實現騰飛，在新一代微電子技術中擁有自己的知識產權，促進我國微電子產業的發展，為迎接21世紀中葉將要到來的偉大的民族復興奠定技術基礎，以重鑄中華民族的輝煌！
0引言
光電檢測技術是光學與電子學相結合而產生的一門新興檢測技術［1］。它主要利用電子技術對光學信號進行檢測，并進一步傳遞、儲存、控制、計算和顯示［2］。光電檢測技術從原理上講可以檢測一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學系統把待檢測的非電量信息變換成為便于接受的光學信息，然后用光電探測器件將光學信息量變換成電量，并進一步經過電路放大、處理，以達到電信號輸出的目的［3］。然后采用電子學、信息論、計算機及物理學等方法分析噪聲產生的原因和規律，以便于進行相應的電路改進，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號的特點與相關性，從而了解非電量的狀態。微弱信號檢測的目的是從強噪聲中提取有用信號，同時提高檢測系統輸出信號的信噪比。
1光電檢測電路的基本構成
光電探測器所接收到的信號一般都非常微弱，而且光探測器輸出的信號往往被深埋在噪聲之中，因此，要對這樣的微弱信號進行處理，一般都要先進行預處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號放大到后續處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測信號。其光電檢測模塊的組成框圖如圖1所示。
2光電二極管的工作模式與等效模型
2．1光電二極管的工作模式
光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖2所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時，光電二極管可非常精確的線性工作；而在光導模式時，光電二極管可實現較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實上，在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個很小的電流(叫做暗電流或無照電流1。而在零偏置時則沒有暗電流，這時二極管的噪聲基本上是分路電阻的熱噪聲；在反偏置時，由于導電產生的散粒噪聲成為附加的噪聲源。因此，在設計光電二極管電路的過程中，通常是針對光伏或光導兩種模式之一進行最優化設計，而不是對兩種模式都進行最優化設計［4］。
一般來說，在光電精密測量中，被測信號都比較微弱，因此，暗電流的影響一般都非常明顯。本設計由于所討論的待檢測信號也是十分微弱的信號，所以，盡量避免噪聲干擾是首要任務，所以，設計時采用光伏模式。
2．2光電二極管的等效電路模型
工作于光伏方式下的光電二極管的工作模型如圖3所示，它包含一個被輻射光激發的電流源、一個理想的二極管、結電容和寄生串聯及并聯電阻。圖中，IL為二極管的漏電流；ISC為二極管的電流；RPD為寄生電阻；CPD為光電二極管的寄生電容；ePD為噪聲源；Rs為串聯電阻。
由于工作于該光伏方式下的光電二極管上沒有壓降，故為零偏置。在這種方式中，影響電路性能的關鍵寄生元件為CPD和RPD，它們將影響光檢測電路的頻率穩定性和噪聲性能。CPD是由光電二極管的P型和N型材料間的耗盡層寬度產生的。耗盡層越窄，結電容的值越大。相反，較寬的耗盡層(如PIN光電二極管)會表現出較寬的頻譜響應。硅二極管結電容的數值范圍大約在20或25pF到幾千pF以上。而光電二極管的寄生電阻RPD(也稱作"分流"電阻或"暗"電阻)，則與光電二極管的偏置有關。
與光伏電壓方式相反，光導方式中的光電二極管則有一個反向偏置電壓加至光傳感元件的兩端。當此電壓加至光檢測器件時，耗盡層的寬度會增加，從而大幅度地減小寄生電容CPD的值。寄生電容值的減小有利于高速工作，然而，線性度和失調誤差尚未最優化。這個問題的折衷設計將增加二極管的漏電流IL和線性誤差。
3電路設計
3．1主放大器設計
眾多需要檢瀏的微弱光信號通常都是通過各種傳感器來進行非電量的轉換，從而使檢測對象轉變為電量(電流或電壓)。由于所測對象本身為微弱量，同時受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號，一般不能直接用于采樣處理。本設計中的光電二極管前置放大電路主要起到電流轉電壓的作用，但后續電路一般為A／D轉換電路，所需電壓幅值一般為2V。然而，即使是這樣，而輸出的電壓信號一般還需要繼續放大幾百倍，因此還需應用主放大電路。其典型放大電路如圖4所示。
該主放大器的放大倍數為A=l＋R2/R3，其中R2為反饋電阻。為了后續電路的正常工作，設計時需要設定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的輸出電壓。即有
3．2濾波器設計
為使電路設計簡潔并具有良好的信噪比,設計時還需要用帶通濾波器對信號進行處理。為保證測量的精確性，本設計在前置放大電路之后加人二階帶通濾波電路，以除去有用信號頻帶以外的噪聲，包括環境噪聲及由前置放大器引人的噪聲。這里采用的有源帶通濾波器可選通某一頻段內的信號，而抑制該頻段以外的信號。該濾波器的幅頻特性如圖5所示。圖5中，f1、f2分別為上下限截止頻率，f0為中心頻率，其頻帶寬度為：
B=f2-f1=f0/Q
式中，Q為品質因數，Q值越大，則隨著頻率的變化，增益衰減越快。這是因為中心頻率一定時，Q值越大，所通過的頻帶越窄，濾波器的選擇性好。
有源濾波器是一種含有半導體三極管、集成運算放大器等有源器件的濾波電路。這種濾波器相對于無源濾波器的特點是體積小、重量輕、價格低、結構牢固、可以集成。由于運算放大器具有輸人阻抗高、輸出阻抗低、高的開環增益和良好的穩定性，且構成簡單而且性能優良。本設計選用了去處放大器來進行設計。
本設計選用了去處放大器來進行設計。
圖6所示的二階帶通濾波器是一種二階壓控電壓源(VCVS)帶通濾波器，其濾波電路采用有源濾波器完成，并由二階壓控電壓源(VCVS)低通濾波器和二階壓控電壓源高通濾波器串接組成帶通濾波器。
對于第一部分，即低通濾波器，系統要求的低通截止頻率為fc，其傳遞函數為：
第二部分為高通濾波器，系統要求的高通截止頻率為fc，其傳遞函數如下：
4完整的檢測電路設計
本光電檢測系統設計的完整電路如圖7所示。為方便表示，電路中的R2、R3即為前面等效電路模型中的RT、RF。前級部分由光電轉換二極管與前級放大器組成，這也是光電檢測電路的核心部分，其器件選用高性能低噪聲運算放大器來實現電路匹配并將光電流轉換成電壓信號，以實現數倍的放大。然而，雖然前級放大倍數可以設計得很大，但由于反饋電阻會引入熱噪聲而限制電路的信噪比，因此前級信號不能無限放大。
5結束語
本文研究了光電檢測系統的原理和設計方法。通過從經濟和實用的角度對相關的光電轉換器件和前置放大器進行了選擇和電路設計，從而確定了關鍵元器件的參數。實際使用證明：該設計可以滿足一般光電檢測場合的需要。
按照學校黨委和學生工作處關于深入學習實踐科學發展觀活動的部署與要求，根據《*信息工程學院開展深入學習實踐科學發展觀活動的實施方案》和學生工作處《*信息工程學院學生黨員深入學習實踐科學發展觀活動實施方案》，結合我院學生黨員實際，特制定本方案。
一、指導思想和目標要求
我院學生黨員的學習實踐活動以鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導，全面貫徹黨的十七大精神，高舉中國特色社會主義偉大旗幟，緊緊圍繞緊緊圍繞“辦有特色的高水平的人民滿意的高等教育，實現建設特色鮮明的教學研究型信息工程大學”的目標，按照“黨員干部受教育、科學發展上水平、師生員工得實惠”的總體要求，深入開展學習實踐科學發展觀活動。
針對學生的全面健康發展需要，組織學生黨員認真學習科學發展觀的基本理論，準確把握科學發展觀的重大意義、科學內涵、精神實質和根本要求，充分發揮黨員的先鋒模范作用，堅持正面教育為主，突出實踐特色，將學習實踐活動與理想信念教育、學生黨建、學風建設、文明修身等各項工作相結合，與學生的社會實踐、科技創新活動相結合，與促進大學生成長成才相結合，與增強學生就業競爭力相結合，引導廣大學生黨員講黨性、重品行、做表率，知行統一，立志成才，積極為學校的科學發展建言獻策，為創建優良學風、培養高素質優秀人才、推動和諧校園的建設和高水平大學建設作貢獻。
通過學習實踐活動，使學生黨員的政治理論水平高于普通學生，遵紀守法觀念好于普通學生，服務奉獻意識強于普通學生，學習創新能力優于普通學生，充分體現學生黨員的先進性和先鋒模范作用。
二、大學生黨員開展學習實踐活動需要解決的重點問題
（1）通過學習實踐活動，切實加強學生黨員的黨性修養，進一步明確努力方向，增強志愿服務、提高綜合素質和保持學生黨員先進性的自覺意識。
（2）解決學生黨員發揮先鋒模范帶頭作用不夠的問題，進一步優化基層學生黨組織設置，發揮學生黨支部在學生黨建和思想政治工作中的作用，創新黨支部活動方式，完善學生黨員經常性教育長效機制，增強學生黨支部的凝聚力、創造力和戰斗力，更好地發揮戰斗堡壘作用。
（3）解決部分學生學習動力不足的問題，促進學風建設上新臺階。
（4）開展多種形式的科技創新活動，全面提高學生的創新能力和綜合素質。
三、對象范圍
學習實踐科學發展觀活動的對象范圍是學院全體研究生黨員和本科生黨員。以學生黨支部為活動單位，以學生黨員為重點，帶動入黨積極分子、全體團員和廣大學生積極參加學習實踐科學發展觀活動。
四、活動內容、時間安排和方法步驟
根據學校統一安排，本次學習實踐活動歷時半年，從2009年3月下旬開始，到8月下旬結束，分三個階段進行。
第一階段：學習調研（2009年3月下旬至5月上旬）
各支部要精心組織學生黨員，采取個人自學、集中培訓、專題輔導、集體討論等形式，對學校、學院《實施方案》規定的材料進行認真的學習，并組織好以下各項活動：
1、學院成立學生黨員學習實踐活動工作小組，并制定實施方案。
組長：彭勇
成員：朱正華徐俊朱競羽畢務忠代芯姜宇忠卓文君
王楠
2、認真開好動員大會，為學習實踐活動開好頭。
學院在3月31日下午召開學生黨員和入黨積極分子大會，學院黨總支書記張斌兵同志作動員，對學生黨員參加學習實踐活動進行思想發動和全面部署。使全體學生黨員明確開展學習實踐科學發展觀活動的指導思想、目標要求、基本原則和具體安排。
4月1日下午4：00召開全體學生黨支部書記會，傳達學院深入學習實踐科學發展觀活動第一階段的具體安排。進一步明確要求，保證學習實踐活動的效果。
3、將學習內容抓緊抓實。
以學生黨支部為單位，采取集中學習和個人自學相結合的方式，組織全體學生黨員認真學習學習黨的十七大精神、等中共中央領導同志關于科學發展觀的一系列重要論述。以十七大報告、《鄧小平論科學發展》、《科學發展觀重要論述摘編》等為主要學習內容，4月底之前，各支部組織全體黨員進行一次集中學習討論、參加全院黨員的集中學習、自學時間不少于每周6小時。要嚴肅學習紀律，建立學習考勤制度，保證參學率。以科學發展觀為主題，普通黨員要做到參加一次動員大會，參加一次輔導報告會，參加一次專題組織生活會，參加一次主題研討活動，為學校（院）發展提一條建議的“五個一”基本要求。
4、以豐富多彩的主體活動為載體，強化學習實踐活動的效果。
（1）學院以學生黨員為骨干組織廣大學生開展一次以“學習實踐科學發展觀，紅色記憶革命情懷”為內容的主題教育活動，以知識競賽為活動形式。
（2）學院以黨支部為單位，組織學生黨員開展科學發展觀之“寓科學于樂”、生活中的科學常識等系列活動，通過舉辦生活科學知識講座，開展生活科學常識競賽活躍校園內的科技氛圍，引導大學生學以致用、用中求學。
（3）組織全體學生開展“安全意識進宿舍”活動。在學院分團委設立安全保衛部，并在各班學生中推選出安全保衛委員，制定相應的制度和職責，并邀請學校保衛處進行安全防范意識、安全保衛責任及法制宣傳等方面的培訓，旨在進一步提高學生的安全保衛意識，讓學生知法、懂法、守法，讓學生的安全、財產等到更好的保護，真正讓學生受益。
5、開展支部討論。
各支部統一布置學生黨員根據中央相關文件和有關精神，圍繞科學發展觀，結合大學生培養現狀，積極展開深入討論。討論題目如下：
科學發展觀與高等教育改革
科學發展觀與人才培養模式改革
科學發展觀與辦學特色和優勢
科學發展觀與大學生黨員成長
科學發展觀與大學生擇業、就業、創業
科學發展觀與家庭經濟困難學生資助
6、深入調研。
在深入學習的過程中，以學生黨支部為單位，組織學生黨員深入廣大同學中開展一次調研活動。調研以“堅持科學發展，加強學風建設，促進學風根本轉變”為主題，圍繞學校和學院在基層黨組織建設、思想政治教育、學風建設等方面內容展開，在深入實際調查研究后實事求是地撰寫出調研報告，并于4月30日之前以學生黨支部為單位提交調研報告報學院黨總支。
第二階段：分析檢查（2009年5月中旬至6月中旬）
1、學生支部在繼續抓好學生黨員學習的同時，要認真梳理同學和老師提出的意見，認真進行分析檢查。
2、在分析檢查的基礎上學生支部安排學生黨員在本支部范圍內開展相互談心、交心、溝通思想的活動。要根據同學和老師提出的意見和建議對照黨員的要求，查找自身存在的問題和不足，明確自己在校風、學風和班風建設方面所承擔的責任及努力的方向。
3、開展優良學風、班風創建活動。學生黨支部要通過豐富多彩的活動，引導學生黨員和廣大學生將學習實踐活動與創優良學風校風緊密結合起來，排查我校學生學風建設中存在的突出問題，有力解決好學風不正和校園不文明行為的問題。
4、支部組織專題組織生活會，開展批評和自我批評。
5、在本支部覆蓋范圍，組織部分非黨員同學對支部工作，黨員個人進行民主評議。
6、舉行學生黨員獻愛心、義務勞動日活動。
7、畢業生黨支部組織全體學生參加以“感激留給老師、關心留給同學、文明留給母?！睘橹黝}的文明離?；顒?。發揮學生黨員聯系宿舍制度的作用，及時發現并協助處理“特殊群體”中存在的不穩定因素。
第三階段：整改落實（2009年6月下旬至8月下旬）
1、黨支部組織黨員按照要求參加學校、學院學習實踐活動滿意度測評。
2、做好工作總結。
學習實踐基本完成時，各學生黨支部要認真總結開展學習實踐活動的有效方式和經驗，撰寫工作總結，并上報學院黨總支。
3、暑假期間組織學生黨員開展訪問社區、訪問農村活動，進一步深化對科學發展觀的認識。
五、工作要求
1．學院成立學習實踐活動領導小組，負責活動規劃、組織協調。各學生黨支部要高度重視學習實踐活動，不走過場，不流于形式，確保活動取得實效。學習活動要做到時間、地點、人員、筆記“四落實”。
2．各黨支部要根據學院黨總支總體安排，針對不同特點創造性地設計活動方案，全面推進，開展行之有效的學習實踐活動。
3、對于集中學習活動，要嚴格考勤制度，切實履行請假手續，并及做好補課、補學工作。無論是集中學習和自學都要認真做好學習筆記，撰寫心得體會。
4．各黨支部和學院新聞中心，要加強宣傳工作，通過各種形式營造學習實踐活動的濃厚氛圍。學院將建立宣傳信息上報、通報制度。
5．總結經驗，系統提升。各黨支部要按照學習實踐科學發展觀活動的目標要求及時做好分階段和整體活動情況的總結工作，鞏固學生黨建制度成果。各學生黨支部總結報學院黨總支。
在2011年8月13日~8月20日于土耳其伊斯坦布爾舉行的第三十屆國際無線電科學聯盟理事會上，中國電子學會成功申辦第三十一屆國際無線電科學聯盟大會，并將于2014年在北京舉行，這是有著近百年歷史的、國際無線電領域最權威的科學大會首次在中國舉辦。
受中國科協委托和批準，中國電子學會代表中國申辦第三十一屆國際無線電科學聯盟大會，中國電子學會URSI中國委員會主席吳健，中國電子學會副秘書長、URSI中國委員會秘書長林潤華，URSI中國委員會各學術委員會主席、副主席及青年科學家等30多位代表參加了此次申辦過程。參與本次申辦聯盟大會的國家城市還有加拿大蒙特利爾及日本東京。
中國電子學會URSI中國委員會主席吳健在理事會上做申辦陳述報告，加拿大及日本兩國也分別派代表做陳述報告。各國陳述報告后，理事會進行了緊張的投票環節。最終，中國北京以高票擊敗日本東京和加拿大蒙特利爾，順利成為2014年URSI GASS的舉辦城市。在場各國家代表均報以熱烈掌聲祝賀中國取得此次會議的承辦權。
此次成功申辦是在中國科協的指導下，中國電子學會URSI中國委員會近20多年來不懈努力的結果。自1982年作為國家學會會員加入國際無線電科學聯盟（URSI）以來，中國電子學會曾組團參加過歷屆國際無線電科學聯盟大會，提交聯盟大會申辦報告共6次，但均落選。
國際無線電科學聯盟 (URSI)作為直屬國科聯理事會(ICSU )的科學組織之一， 擁有42個正式會員，在國際無線電科學界具有崇高的科學地位和社會影響。中國電子學會受科協委托代表中國參加到該組織。
由國際無線電科學聯盟主辦的第三十屆國際無線電科學聯盟大會也同期召開。大會聚集了來自世界上42個國家和地區的約1400位無線電科學領域的著名學者、產業界知名人士、專業高層技術代表和青年科學家，與會者就世界國際無線電科學領域的發展與進步等議題進行了深入探討。
本次國際無線電科學聯盟大會還設有多場學術委員會報告及張貼論文展示環節，內容涉及電磁計量、無線通信系統與信號處理、電子學與光子學、電磁噪音與電磁干擾、電波傳播、電離層電波遙感、等離子體波、射電天文學、生物醫療電磁學、雷達遙感、光學遙感等多個領域。各分會場學術氣氛濃厚，來自無線電科學領域的專家及學者就相關領域問題進行了激烈的討論，取得了很好的效果。大會期間，理事會還向對無線電科學領域做出突出貢獻的青年頒發了青年科學家獎，中國有6位青年學者獲此殊榮。
通過參加第三十屆國際無線電科學聯盟理事會和聯盟大會，中國電子學會URSI各委員會了解了國際無線電領域的研究方向和最新成果，探討了該領域的具體科研項目，促進了專門方向的國際合作與交流。第三十一屆國際無線電科學聯盟大會在北京的舉行將為中國無線電領域與國際社會的交流與合作搭建更大更廣的平臺。
[摘要]電子學檔是評價學生學業成就的重要工具之一，在闡述電子學檔應用現狀的基礎上。引入績效評價思想，設計、開發了基于績效評價思想的基于因特網的電子學檔系統E-portfolio。該系統以學生發展為本，倡導發展性評價與總結性評價相結合的原則，創建了一個全方位的網上評價社區。
[關鍵詞]電子學檔；績效；評價；因特網；系統開發
檔案袋是學生作品有目的的集合體，用來展示學生在一個或多個領域中的努力、進步和成就，、隨著因特網技術與應用的迅速發展，電子學檔應運而生，它允許開發者以多種媒體形式收集、組織檔案袋內容(音頻、視頻、圖形、文本)，基于標準的檔案袋采用數據庫或超鏈接將標準(或目標)、典型作業和自我反思之間的關系清晰地呈現出來。基于網絡的電子學檔則是利用網絡和數據庫技術，在一定學習目的之下，學習者對于學習過程中關于學習目的、學習活動、學習進步、學習成果等情況的記錄，以及學生或他人關于學習過程和學習結果的反思及評價的集合體，其要素包括目標、讀者、體現能力的證據、測評的標準和反思等。
一、電子學檔及其應用現狀
電子學檔是隨著信息技術(特別是網絡和多媒體技術)的發展和應用出現的。國內外有關電子學檔的研究與應用已初見成效，例如美國的Helen C．Barrett博士等人所做的研究，國內華南師范大學、上海師范大學、北京師范大學、華東師范大學等高校的專家學者都對電子學檔做過相關的研究與應用。近年來，電子學檔的實踐研究比理論探索更為迅速，特別是在與中小學相結合的項目中可見一斑。
1．研究視角
電子學檔應用的最終目的是作為評價的輔助工具。例如，華南師大所開展的一系列實驗，并將其與學習管理聯系起來。也有學者將電子學檔作為教學軟件的一員，即作為一種認知]：具。另外，也有專家利用電子學檔的管理功能，在有關師資培訓的網絡課程設計中嘗試應用學生電子進行模塊設計，提供了一種新的設計框架。
2．功能模塊
從已有的電子學檔系統來看，其功能模塊主要包括：作品提交、自評信息、互評信息、反思信息、展示網絡日志、網絡學習記錄等。根據適用的對象不同，其功能模塊也有所差異。但總體來說，形式較為單一，缺乏學校自身的特色，并且在模塊的設計、對話的運用以及界面的設計上，設計者大多是從教師或家長的角度出發的，而不是從學習者的角度來設計的。因此，在某種程度上缺乏生動性和靈活性。
3．應用形式
從電子學檔的應用形式上，可以分成以下四個層次。第一層次是單一的電子學檔，諸如各種多媒體的、基于網頁的個人作品或主頁式的電子學檔，這是目前應用較廣的一種形式，也是比較容易實現的；第二層次是嵌入到大型管理系統或電子學檔集里，國外許多中小學乃至大學都在使用這種電子學檔集進行學習者電子文檔的集成、展示、上傳、評價等；第三個層次是多種媒體組合下的電子學檔制作系統，類似于目前教學機構所使用的多媒體集成，這種系統能記錄學習情況，并作出統計及分析，定期向老師、學生家長提供學習進度報告，協助監督學生學習過程；第四個層次就是一種集成化的多用戶電子學檔系統，展現學習者對學習歷程和學習績效的反思、評價和管理。
4．應用領域
從當前電子學檔的應用來看，電子學檔可用于信息化學習、個人發展、學習管理、學習交流、教學評價、信息技術教學等等，而主流應用莫過于教學評價的應用。目前，網絡學習是電子學檔應用最廣的一個領域，即應用于中小學教學的混合學習(Blended-leaming)中。
綜上所述，目前眾多的研究者和應用者只是將電子學檔作為一種評估手段，僅僅局限于“使用”階段，并未真正將其融入學習者的學習過程，也未能提升為一種學習理念。因此，有些學者提出，要將學習、使用電子學檔看成是一種信息技術環境下的新型學習和培訓，真正做到“學會學習”。
二、績效評價思想的引入
在信息化教育中，教學形式是以學生為中心的，學牛承擔著自我學習的責任，他們的角色由被動的接受者轉變為主動的知識建構者，并將最終培養成為具有處理信息能力的、獨立的終身學習者。要達到這個目的，必然要對學生成長的各個階段，每個階段的各個不同時期，每個時期的不同活動制訂切實可行的評價標準，績效評價就為信息化教育注入了新的生機。
績效是相對于一個人的工作而言的，即按照其工作性質，員工完成工作的結果或改造職務的結果。換句話說，就是指組織成員對組織的貢獻，或對組織所具有的價值?？冃墙Y果、能力、態度、勤奮以及人際關系的綜合體現，它不僅被廣泛地應用于企業培訓行業，同時也逐漸滲透到教育領域。網絡環境下基于績效的學習評價是運用系統方法，以學生為中心來研究其學習的背景、手段、方法，從而尋求適合學生的學習方式，考察學生學習質量，并根據評價的結果形成績效改進方案從而促進學生的學習。
網絡環境下基于績效的學習評價主要由三方面的內容組成：
1．學生的學業成就評價
學業成就主要指學生在知識和能力方面的學習成績。這和傳統的學習評價內容相似，是定量評價的一部分。
2．學生的個性心理品質評價
當前，全球范圍內將形成學生良好的個性心理品質這一日標提高到了前所未有的高度。對學生個性心理品質的評價主要是對學生的學習態度和學習興趣，以及在學習過程中克服困難、持之以恒的品質的評價。對該項內容的評價主要采用定性評價。
3．學生的表現性評價
績效評價主要是通過成果展示，進行“展示表現”為主的評價方式。信息技術環境下，“以學習者為中心”的教學方式強調學生是認知的主體，強調學習者與學習環境的交互作用。因此，通過與環境、學習伙伴、教師和家長的相互作用，從學習態度、相互交流、資源的利用等維度上進行質的評價。
由此可見，信息化教育中的學習評價不僅僅是一種量化的評價，更多的是質的評價。這為電子學檔的設計提供了很好的導向作用，即在電子檔案袋的設計過程中，不僅要關注學生的學業成就，更要關注學生的個性心理品質，而網上社區型的超越傳統檔案袋的電子學檔則可以在這方面發揮重要作用。
三、網上電子學檔的設計
以績效評價思想為理念，以系統理論為指導，借鑒當前電子學檔應用的成功做法和經驗教訓，筆者設計和實現了基于績效的電子學檔系統，也稱為“電子成長記錄袋”，簡稱E-portfolio。由于該系統的使用對象是中小學學生，系統在模塊設計上應當針對他們的生理和心理特點，符合他們的興趣愛好，激發他們積極參與的熱情，在界面設計也盡量使用明快的色調和活潑的風格。系統的主界面如圖1所示。
1．系統結構設計
在進行E-portfolio系統結構設計時，綜合考慮需 求的各個方面，選擇最為合理的系統結構。根據學校對系統安全性和交互性要求高、專業性強、數據處理量大以及長遠規劃的特點，系統采用基于B／S(瀏覽器朋艮務器)模式，開發技術采用ASP＋SQL，測試版采用ACESS數據庫技術。ASP屬于ActiveX技術中的Server端技術，在Server端自動產生和執行動態、交互式、高效率的站點服務器應用程序。由于ASP傳送給用戶瀏覽器的是程序的執行結果，從而可以保證網絡的安全性，同時對客戶端沒有特殊的要求，而且維護相對簡單，且支持跨平臺。
2．模塊結構設計
該E-porttblio系統的用戶主要有四類：學生、教師、家長和系統管理員。根據用戶的不同，系統所呈現的功能模塊也有所不同，下面陳列了該系統設計的主要模塊。
(1)公共模塊
陔模塊下設資料庫、休閑所、藝術廊、讀書室、動態新聞等欄目。
資料庫包括：中華美德(記錄及同學中的美德小故事，網絡中的美德故事或視頻)、大千世界(教育類的視頻及文章)、總結交流(同學自己的學習經驗及總結)、學生網頁(學生自己根據系統提供的模板制作的網上家園)；
休閑所包括：八面來風(聊天室)、游戲地帶(學生flash游戲)；
藝術廊是由學生的一些小作品組成，是學生展示才華和魅力的場所；
讀書室則向學生推薦優秀書籍，并提供相關的讀書資料。
(2)用戶模塊
學生、家長和教師通過主界面的登陸窗口分別進入到各自的界面，執行各自的功能。
學生用戶：個人資料、通訊錄、悄悄話、成績檔案(學生自己只能查看，每學期一份)、作品展示(在生活竅門、大千世界、學生網頁、游戲地帶、成功舞臺等欄目中)、天天成長(同學的話、老師的話、家長的話、成長歷程、不足回收站、打算小日歷)；
教師用戶：教師的個人資料、悄悄話、班級學生的通訊錄、學生的成績檔案管理(任教學科成績、本班素質發展水平報告單、本班綜合評價表)、作品展示管理(中華美德、生活竅門、大干世界、學生網頁、游戲地帶、成功舞臺)和天天成長管理(同學的話、老師的話、家長的話、成長歷程、不足回收站、打算小日歷)；
家長后臺管理：個人資料修改、悄悄話、子女的成績檔案(子女素質發展水平報告單、子女綜合評價表)、查看作品展示、天天成長管理。
(3)系統管理員模塊
系統管理員執行的功能主要包括：系統信息管理、管理員管理、教師管理、班級管理、設置科目管理、信息審核管理、通知公告、讀書室管理以及網站數據管理。
E―portfolio。系統的功能結構如圖2所示。
3．功能特點
由整個系統的架構可以看出，該系統主要有以下幾個方面的功能與特色。
(1)全方位的評價體系
該系統采用三位一體的評價方式，即教師、家長和伙伴共同參與評價，構成立體互動的評價方式。家長通過系統可以看到孩子公開的信息，使其對孩子的學業成就、身體、心理發展有一個全方位的了解，并可以將自己的意見反饋給教師和學生本人；學習伙伴可以通過對話的形式對作品、個人計劃、學習情況提出意見，供參考；教師不僅看到了學生本人的成長歷程，同時從家長、學生反饋的數據中獲取大量有用的信息，為制訂學生的下一個學習計劃打下基礎。全方位的評價不僅體現在評價的參與者上，而且還體現在評價的方式上。該系統不僅從橫向、縱向兩個維度全面記錄著學生的學習成績，同時也記載著學生的身體發育情況，使學生看到自己正在茁壯成長，并且對于學生的興趣、愛好及其他的心理發展狀況通過作品、作業和言論的方式記錄在案，加強質的評價。
(2)記錄成長功能
該電子學檔要求學習者隨時對自身的學習情況、心理以及日常行為進行反思，而且這種反思和評價貫穿整個學習的始終，電子學檔可記錄學習者的點點滴滴；同時，利用系統平臺的記錄功能記錄和體現學習者在整個學習期間的階段性成果，有助于教師進一步掌握學習者的整體情況。
(3)互動反思
該系統記錄了每一位學生的所有記錄，同時，教師、家長和學習伙伴可傳送悄悄話，使每位學生看到自己成長歷程的同時，也能夠了解身邊的親人、老師和朋友是怎樣評價他的，做到人性化和情境化的融合。系統還提供了不足回收站，讓學生指出自己需要進一步努力的地方，并以此督促改進。
(4)輔助功能
八面來風、讀書室以及個人資料的管理等為學生提供了豐富多彩的網絡社區生活，這既可以增加同學間的交流，又可以豐富學生的業余生活，發展其興趣愛好，為整個系統增添了無窮色彩。
四、網上電子學檔的意義
該學習成長記錄袋是在目前基礎教育改革的背景下開發的，其使用對象是各中小學校。該系統不僅能多層面、多角度地評價學生的成長記錄，為客觀形象地反映學生各方面的進步、成熟提供了很好的平臺，而且還增強了學生的自信心，提高了學生自我評價、自我反思的能力。同時，也為學生、教師和家長提供了交流、互動的舞臺，增強學生的自我管理能力，并進一步地促進家校合作。
1．促進學生的轉變性發展
在傳統的教學中，評價只是作為區分等級和測定能力的工具，而在新課改背景下，學習是讓學生進入主動探求知識的過程。因此，面對不同的問題情境，不存在單一的評價標準。初中階段的學生，正處于轉型期，除了學習成績外，學生的身體發展、心理發展都至關重要，這關乎青少年的身心健康發展。學生由自己的成長記錄袋當中看到自己生理、心理和成績的健康成長，才能促使其建立“挑戰性”的新起點。
2．用“對話”實現評價的基本活動
所謂對話，即主體之間通過互動進行意義的重構，而不僅僅是語意―亡的交流，更不是權威的征服。在這個社區里，學習者可以通過網絡上傳自己的作品、發表言論，對自己的作品和資料擁有修改權，這種有意義的超越時空的對學習者的身心健康的發展具有很大的意義。
3．利用評價的多元性實現自我反思
評價的多元性表現在不僅是教師評價學生，還有家長、其他同學的參與。E―portfolio在提供個人隱私保密的同時，學習者均能看到其他人公開的作品和評價，促使其進行自我反思。對任何人的評價都必須建立在學習者的自我反思的基礎上，最終才能實現自我意義的建構。因此，通過師評、互評、自評等能使學習者積極參與其中。
4．建立一個開放的學習評價社區
E―portfolio。不僅能提供一個評價學習成就的場所，更重要的是為學生創設了一個學習評價的社區，是學習者展示自己，反省自己，重新樹立形象的平臺，也為家長、教師、學校以及學生提供了一很好的交流平臺，促使家校的進一步合作。
摘要：基于微電子學概論課程的特點，介紹了微電子學概論課程多媒體課件的設計方法與過程，從教學實際出發，精心組合多媒體中的各要素，實現課件最優化，為學生的自助式學習提供一個具有交互式功能的多媒體課件系統。
關鍵詞：微電子學概論；多媒體；交互式
隨著信息技術的飛速發展，傳統的教學方式已經很難適應現代教育的需要，將多媒體技術應用到教學過程是彌補傳統教學教育方式的諸多不足，提高教學效果的有效手段。多媒體課件是開展計算機輔助教學的一種基本的教學軟件，其設計方法直接影響到課件的開發質量和課堂教學的實際效果。
微電子學概論課程的主要內容包括了微電子技術的發展歷史、半導體物理和器件物理基礎、集成電路基礎、集成電路制造工藝、集成電路及系統芯片（SOC）設計方法學及設計技術、微機電系統（MEMS）技術、封裝技術、微電子技術發展的一些基本規律等，是一門與實際聯系很緊密，形象化教學素材十分豐富的課程，將這門課程開發轉化為多媒體CAI課件對提高教學效果、教學質量非常有益。
一、多媒體課件設計的指導思想
現代教育觀念強調素質與能力的培養，重視學生在教學活動中的自主活動，要求將學生作為教學的主體。為此，應該把“以學生為主體，以教師為主導”作為多媒體課件設計的指導思想，把它設計成助學式的并且具有交互功能的課件[1]。此外，多媒體課件必須既符合相關課程的特點，又符合一般教學規律，且利用多媒體計算機輔助教學的多種技術手段進行設計和制作。對于微電子學概論課程，多媒體CAI課件應該滿足以下基本特點：
1.微電子學概論課程中的版圖技術、制造工藝、器件、封裝等內容均需要演示較為復雜的圖形或過程。因此，需要充分利用多媒體技術，將圖像、動畫、音頻、文字、視頻等進行合理的處理，做到圖文并茂，形象生動，以有助于提高教學質量。
2.多媒體CAI課件應當有豐富的信息資源，便于擴大學生的知識面。在傳統的教學中，信息來源非常有限，且缺乏靈活性、方便性和交互性；隨著信息技術的發展，教師可以通過更多的渠道獲得文字、圖像、音頻、動畫、視頻，甚至三維虛擬現實等多方位信息用于多媒體課件制作，使教學內容更豐富，教學方法靈活多樣[2]。
3.微電子學是一門發展很快的學科，所以多媒體課件需要及時更新。由于受到教材限制，傳統教學方式所覆蓋的教學內容、教學深度和廣度都十分有限。而多媒體技術可采用硬盤、光盤等存放教學內容，易于從互聯網獲取更新的信息，具有強大的可擴展性，便于教學內容的及時更新，這是傳統教材所遠遠不能達到的[2]。
二、多媒體課件的設計制作
多媒體CAI課件制作的基本過程是：首先，用相應的計算機軟件對文字、圖形、圖像、音頻和動畫等各種素材進行采集或制作。其次，根據教學大綱的要求，把教學內容編寫成腳本，設計好計算機每一屏幕所要呈現的教學內容，并且把教學信息鏈接成網狀的、非線性的教學程序。最后，用多媒體素材編輯合成軟件將各種教學信息素材連接成完整的多媒體應用系統[1]。
目前市面上可用于多媒體應用程序創作的軟件工具非常多，Authorware是一款交互式多媒體應用程序創作工具，它能夠很好的支持多種格式的多媒體文件，并能夠把這些多媒體文件集成到一起，起到豐富課堂內容優化課堂結構的作用[3]。通過Authorware實現微電子制造過程真實情景的再現和元器件內部載流子運動的模擬，有利于培養學生的探索、創造能力。
（一）素材的采集及制作
多媒體素材的采集和制作是CAI課件設計制作的前提。采集即收集各種相關材料如視頻、音頻、彩色照片等，而制作則是將多媒體素材轉換為計算機所能識別形式的過程。
多媒體課件需要大量各種各樣的素材，如聲音、視頻、圖形圖像、動畫等等；對于微電子學概論課程而言，可有制造工藝流程錄像以及版圖層、封裝結構、器件結構等各種各樣的圖形及動畫。因此，素材的收集及制作需要大量的時間和各種各樣的渠道，在平時應注意收集歸類，以便日后方便使用。對于文本、圖片資料可以用掃描儀等設備將書本內容直接掃描即可；但是對于制造工藝流程錄像，則需要通過互聯網獲得；而一些演示器件內部載流子運動過程的動畫，則需要親自制作。但是，直接掃描和互聯網得到的數據一般是非常原始的，必須經過處理過程才能用于多媒體制作。部分素材則需要采用專門軟件進行設計制作，才能更好地滿足多媒體課件系統的需要[2]。
（二）腳本的設計
多媒體課件軟件腳本的設計應建立在對學生的學習心理和學習方式充分了解的基礎上。對教學方式的描述，教學內容取舍的決定應具有很強的針對性，做到重點突出、中心明確、層次分明，并注重啟發學生的思維，引導學生應用所學知識去創造性地分析問題、解決問題。因此，多媒體課件軟件腳本的創作一般由教學實踐經驗比較豐富的教師來支持完成[2]。
（三）多媒體應用系統設計
一個助學式的并具有交互功能的多媒體課件應形成一個完整的系統，該系統在功能上應包括課件演示、動畫演示、習題系統和課件管理等部分，并具有一個與之密切相關的多媒體文件集合。在完成多媒體課件素材的采集及制作和腳本的設計后，采用多媒體素材編輯合成軟件將各種教學信息素材連接成完整的多媒體應用系統，使學生能夠通過網絡進行學習、作業以及答疑解惑。
三、多媒體教學課件設計總結
一個良好的多媒體課件要能夠發揮教師的引導作用，充分發揮學生的主觀能動性，要以學生為中心，讓學生自己思考，通過豐富的課件內容去感知知識的內涵。此外，一個成功的多媒體課件更離不開教師的精心設計，使教學情境環環相扣，引導學生積極的思考，最終達到掌握知識，應用所學知識去分析問題、解決問題的目的。
多媒體課件雖然種類繁多，但其目標始終是為教學服務，優化課堂教學結構，提高課堂教學效率，既要有利于教師的教，又要有利于學生的學。因此制作多媒體課件要根據課堂教學的特點遵循教學性原則、控制性原則、簡約性原則、科學性原則和藝術性原則等基本原則。
四、結束語
多媒體教學提供了一種學生主動參與、師生互動、協同學習的良好環境，運用多媒體教學，具有傳統教學手段不可比擬的優勢。在微電子學概論課程中采用多媒體CAI教學，既節省了很多板書和作圖時間，又可以借助動畫、視頻等多媒體技術直觀地表現課程的重點、難點，使學生易于理解和記憶，取得良好的教學效果。
摘要：本文介紹了我院在教學改革中引入電子學習系統平臺作為教學手段的擴充，充分體現了以教師為主導，學生為主體的現代教學理念。實踐表明，擴大了課堂和實驗教學效果，學生的認知能力和創新能力得到了明顯的提高。
關鍵詞：認知能力；創新能力；電子學習系統；建構主義
現代教育的目標是培養具有認知能力和創新能力的高素質專門人才，傳統的教學模式已經不能滿足要求，因此，必須在教學實踐中引入新的教學理念和方法。與此同時，科學技術的發展也帶動了教育信息化的發展，使得先進的信息技術能與革新的教育理念和優質教學內容相整合，產生更加適合高素質人才能力培養的教學模式和效果。
1建構主義理論與現行教學方法融合
現行教學方法以教師為中心，充分發揮了教師“授業”的作用，“授業”的依據是明確的教學目標，但此模式沒有注重培養學生思考和探索的興趣與能力。建構主義理論則側重于使學生主動完成意義建構，教師的角色轉變為學習的輔導者，學生的自主性和學習興趣能得到培養，但對于有重要意義的教學目標及目標指導者教師的作用沒有得到應有的重視。探索將現行教學方法與建構主義學習理論相結合，形成充分發揮教師的主導作用和確立學生的主體地位，培養認知能力和創新能力的現代教學理念。
計算機教學尤需注重能力培養。計算機知識更新快，新技術不斷涌現。如仍依傳統“填鴨”式教學，在有限的課時內既要講授相對穩定的基礎理論，又要講解新知識、新技術，是無法獲得良好的教學效果的。因此，教師在課堂教學時應使學生掌握課程知識整體框架，并有選擇地講解重點和難點，然后引導學生利用計算機和網絡等進行自主學習和協作學習。
在教學理念上，要明確教師的主導作用和學生的主體地位；在教學方法上，要對傳統的教學手段進行擴充。將先進的信息技術與教學內容相整合，形成具有支撐環境、學習工具和系統管理的教學平臺，以及內容豐富、便于使用和共建共享的教育資源庫。
現在正在興起的電子學習系統(e-Learning)就是這種教學理念和方法的一種實踐。電子學習系統成為學習知識、培養認知和創新能力的平臺，它能最大限度突破課堂教學時空限制，將有限的課堂教學與自主和協同學習相結合，隨時隨地滿足師生的教學需求，讓學生在學習過程中
鞏固課堂教學效果、探究新的知識，自覺發現、分析和解決問題，學習知識和培養自己能力。
2電子學習系統
教學需求引發科學研究，科研成果促進和反哺教學改革。我們研發的電子學習系統是這種教學與科研互促的平臺，目的是為了培養具有認知能力和創新能力的高素質專門人才。它為電子學習提供支持情景創設、信息整合、資源共享、交互協作的教學環境、工具、資源和管理，主要功能如下。
2.1網上電子學習平臺
電子學習系統平臺包括與教學相關的綜合功能，多種學習方式有利于激發學生的學習興趣，讓學生有意識地鍛煉自己的認知能力，推動他們進行更深更廣的研究。多種教學手段能讓教師更有效地進行備課、上課、作業、答疑、評測、考試和管理，學生是相應教學的實施對象。平臺如圖1所示。
2.2教育資源庫共建共享
教育資源庫能為學習者提供內容豐富，數量龐大的學習資源，包括課堂教學錄像、課件、作業、試題、實驗、案例等。除了課堂講授的主題知識外，資源庫還容納了相關知識以及師生上傳的資源。學習網站上的內容還能實時或及時更新，便于師生對新知識、新技術的理解和運用。
2.3豐富的協作交流手段
學習的過程也是討論和交流的過程，不同觀點的碰撞和辯論可以補充、修正和加深學生對問題的理解，并使學生能從多種角度看問題，有利于產生創新性思維?；诨ヂ摼W的電子學習平臺能為師生之間以及學生之間的互動溝通提供多種實時和非實時的交流手段，如聊天室、BBS、電子白板、網絡電臺、E-mail等。
相對于其他教學手段，電子學習系統較充分地體現了教師為主導，學生為主體的教育理念。在學習平臺上教師主要任務有兩個，其一，參與設計教學目標和知識框架；其二，引導學生解答在學習過程中出現的問題。學生則根據自身情況，在教師的指導下制定學習計劃，選擇學習策略，完成學習任務，評價學習結果，并據此對自己的學習過程進行調整。這樣，以教師課堂教學為基礎，通過使用電子學習平臺，鞏固和擴充學生課堂所學的知識、訓練學生的認知能力，開拓學生的視野，激發學生的創新性思維。
3電子學習系統在計算機教學中的應用
我們以“微機系統與接口技術”課程及其課程群(如圖2所示)為例來展示電子學習系統在計算機教學中的應用情況?！拔C系統與接口技術”是應用微處理器和接口技術設計各種功能模塊、組成微機系統的基礎。因此，在教學中不僅要對微處理器、接口技術和微機系統進行介紹，還要注重它與課程群中其他課程的關聯，以便學生能對微機系統乃至各種計算機系統形成整體的認識。該課程難點較多且不易理解，學生很容易產生畏難情緒；并且該課程又是一門實踐性、系統性強的課程。教學實踐和教學改革的需求促使我們研究開發并在計算機教學中全面引入電子學習系統。
3.1教學環節
在教學環節上主要使用的是教學支撐環境和課程開發工具。教學支撐環境能為學生提供與現實學習基本一致的情境，它是實際學習環境的仿真與擴展。課程開發工具主要用于教師進行課件制作等備課活動，以便提供圖文聲像并茂的網上課程；也為學生提供相應學習環境和工具。
(1) 課堂教學與自主學習
在進行課堂教學的同時，教師將教案、課件以及錄像上傳到電子學習資源庫，學生可以通過網站點播和下載所需的學習內容；也可以自主選擇與課堂學習主題密切相關的問題作為學習內容。學習策略也是多樣的，有知識型、趣味型和研究型。比如，對于微處理器的學習，在課堂上主要講解的是Intel公司的32位微處理器，對于新出現的多核處理器等只作了一些介紹。為了彌補不足，教師可以將更詳細的資源上傳到電子學習資源庫，然后學生通過選擇相應的學習策略來深入了解多核技術和并行編程、64位微處理器、AMD等公司的微處理器系列。而這些新技術、新產品可以隨時在電子學習系統的資源庫中更新和增加。
此外，教師可以根據教學效果、學生需求以及技術發展的情況，通過系統的多媒體教室開設專題大講堂，學生可有選擇地參加大講堂學習自己感興趣的新技術，擴大知識面。在學習期間學生還可以根據學習的效果，對學習計劃和策略做出相應的調整。
(2) 作業評閱與輔導答疑
教師在系統平臺上給學生布置作業，并規定提交時間，學生完成作業后提交給系統。教師可以進行網上評閱，而學生也能及時看到評閱結果。通過這種方式能加速課后作業的反饋，使教師和學生都能及時了解教學效果并對教學和學習進行調整。
學生在學習過程中會產生各種問題，若不能及時對這些問題予以解答，將會影響其對后續內容的理解。比如，如果學生不能很好的理解32位微處理器的幾種工作模式，那么就會影響后面對中斷、DMA等內容的學習。這時，學生可利用輔導答疑提問，教師可以在線回答，也可以由系統從資源庫中查找相應或相近的答案反饋給學生，問答過程可反復進行。
(3) 自動組卷和在線考試
電子學習系統試卷庫中的試卷可以利用相應的工具手工制作生成，也可以通過電子學習平臺提供的組卷工具自動生成。通常情況下，根據考試目標我們只需要設置試卷的一些整體屬性參數和題型結構參數，便可以快速組成一份滿意的試卷。
目前，我們主要將在線考試用于學生的平時自測和階段考試，經教務部門批準，也可推廣到期終考試等。學生自測可以在課后任何時候進行，而階段考試和期終考試則有規定的考試時間和地點?？荚囃瓿珊?，學生可以提交給系統等待教師批閱，批閱的結果也會及時反饋給學生；對于自動組卷生成的試卷可以對照標準答案自動評分。
在上述學習環節中，學生可以形成對概念的多角度理解，并與具體情境聯系起來，形成背景性經驗，這將有利于學生在面對具體問題時建構解決問題的思路和方法。
3.2實踐環節
(1) 教學實驗
除了學習理論知識和培養認知能力之外，我們還利用電子學習系統的虛擬實驗室輔助實物實驗來培養學生的動手能力和創新思維。在電子學習平臺上設置的虛擬實驗室，既能進行每個章節的專題實驗，也能進行綜合實驗，它與實體實驗室互為補充。
學生在實體實驗室進行專題實驗后，可以利用虛擬實驗室對實驗內容進行仿真，探究同一個問題可能存在的不同解決方案。綜合實驗涉及的知識點范圍較大，設計需要的參數和要調試的硬件部件較多，程序也較復雜，在有限的時間里，學生往往無法完成設計的實驗過程和得到理想的實驗結果。將電子學習平臺引入教學后，學生可以先在虛擬實驗室中模擬實驗過程，對程序進行初步的調試，然后再在實體實驗臺上進行操作，實驗的效率得到很大提高。
(2) 科研實踐
電子學習系統中計算機系統課程群的豐富教育資源激發了學生科研的興趣，他們在教師引導下進行更深更廣的研究活動。學生們積極參加學校大學生科研立項、學院大學生業余科研項目，以及微軟創新杯等各種計算機仿真大賽、嵌入式大賽，均獲得了優秀成績。他們在畢業實踐中都參與到教師的科研團隊，寫出有價值的畢業論文并獲獎，有些本科生還被推薦成為免試研究生。
4.3教學效果
電子學習系統引入到計算機教學中是對現行教學手段的一個有力擴充，教學效果很好，大學生的科研也出現了更多成果。
(1) 教師與學生的知識結構發生了變化
教師角色的轉變，對其自身素質和知識提出了更高的要求。教師如果只了解本課程的知識是不能滿足要求的，一是需要從總體上把握專業知識結構以及本課程群中課程之間的聯系，二是不斷追蹤本學科發展的前沿，這樣才能從整體上對學生的學習研究加以引導。學生不再是了解知識點，而是以點帶面，以面帶全，以整體知識框架為基礎，熟悉、掌握并進而探索新知識、新發展。
(2) 學生對課堂教學的興趣明顯提高
由于通過電子學習系統接觸到了豐富的、直至前沿的學習資源，使學生更有興趣探究問題和帶著問題到課堂聽課。學生對課堂教學興趣的提高，促進了師生在課堂內外的互動，使得學習氛圍更加濃厚。學生對教學的評價也由過去的“太枯燥，不知道要怎樣應用學到的知識”轉變成為“能結合現在實際應用和未來發展情況講解課程內容，學以致用，課堂效率高”。
(3) 教學與科研相互促進
教學改革促進了科技創新，我們研發的一系列電子學習、網絡遠程教育國家及省部級項目都源自計算機教學改革；而這些科研成果又反過來促進了教學理念、結構、方式和手段的改進。電子學習系統的研制和引入促進了教師知識結構的變化，教師專業知識的深度和廣度有了很大的擴展，教師在教學過程中更加注重基礎與前沿的結合、理論與實踐的結合，在教學方式上也更加注重用多種方式進行知識講解與思維引導。
(4) 學生的知識、素質和能力得到較大提高
我們在2005年將電子學習系統引入到計算機系統課程群的教學中，三年多來的使用結果表明，該系統對提高學生的認知和創新能力有著積極的作用，并在有力促進了學生的科研活動。比如課程群老師指導的畢業設計，2006年在省級畢業論文評獎中，一等獎1人，三等獎1人，提名獎4人；而2007年獲得的一、二、三等獎分別提高到2、3、4人，學士論文質量有了較大的提高。又如教師指導的智能垃圾箱及其監測系統設計、Smart Library System、Learn Language Assistant(微軟2007嵌入式設計大賽中位列全球前200強)、盲人學習幫助器、Acme Rural Education System等項目都是優秀的本科生科研成果。
4結束語
實踐表明，將電子學習系統應用于計算機教學活動，體現了教師為主導和學生為主體的教學理念，能讓學生掌握系統的專業知識和了解知識的新發展，對培養學生的認知和創新能力有著積極的作用。
關鍵字：電子學籍/IC卡
從五指山野菜、菠蘿，到近日的香蕉有毒事件，海南農產品屢遭一些失實報道的損害。為此，海南省農業有關部門近日表示，海南省的農產品馬上會推行農產品“身份證”(條形碼)制度，將農產品的產期、規格、售價、產地等信息編碼上網，在網上可以查到該產品出自哪里，十分便于監督管理和電子商務的開展。
每年到了小學升中學的時候，總會有許多學生家長想利用各種關系來打破按區域就學的規定，把孩子的學籍轉到自認為較好的學校去。這一現象將隨著電子學籍的出臺被改變。
電子學籍這一信息化手段的應用，有望從根本上制止屢禁不止的非正當途徑擇校問題。在北京市2007年的小學升初中工作中，第一次使用的學生電子學籍管理系統，就是對按照規定方式升學就位的學生建立學生電子學籍，中學錄取后的學生電子檔案，學校只有補充或修改內容的權力，而不能隨意增加或者減少一個電子檔案的內容，同時這份電子檔案還將作為3年后學生中考報名的依據。這項工作的關鍵是要做好IC卡的信息提取和信息導入。學生的始發地是哪個學校，在IC卡里必須得到真實、明確的記錄，然后，由學生所在的區縣教委，根據就近劃片的原則，將該學生導入合適的學校，如果學生拒絕按照導入的學校報到，其他的導入系統對該IC卡不能識別。所用的卡一旦被識別，該卡存儲的當年入學信息立即被清空，這也就意味著每個學生只有一次刷卡機會。
對于實現公平教育而言，電子學籍IC卡的出現確實是一件簡便快捷的好方法。隨著銀聯卡、公交IC一卡通、通用病歷等信息技術手段的應用，信息化已經不僅僅是技術問題，而是一種制度和觀念的變革和更新。美國和加拿大早在上個世紀就開始實施社會保險號碼唯一的辦法，但是它的功能要遠遠超過我國現行的身份證。美國和加拿大的社會保險卡是公民的最基本的證件，相當于一個人的電子檔案。每個公民出生都要到社會保險部門辦理保險卡，每個公民終生只能有一個保險卡號(SSN)，它可以用于個人生活的所有領域，如醫療衛生、銀行存取款、工作申請、移民申請、升學轉學等等。而我國目前的身份證雖然有唯一的編號作為識別，但還沒有電子檔案的功能。
回頭我們再來看這個電子學籍，它的功能可以逐步完善起來。也許未來，它應該能夠從每個孩子上學的第一天起，到他參加工作為止，所有的教育記錄都能夠用一張小小的IC卡記錄和保存。同時，這張卡還具備與教育相關的各類功能，例如報考、錄用、參加各類等級考試等，相當于一個學生身份證。這個卡的內容還可以更豐富，比如對學生開放和優惠的場館門檢、寒暑假的火車票學生優惠卡等針對學生群的功能都整合起來，集中在一張卡上。
信息化給我們的生活帶來越來越多的便利，未來，更多的社會行為，應該都能夠整合成一卡通。這樣，既能提高工作效率，也更能體現政府執政為民的精髓。
中國科學院電子學研究所傳感技術國家重點實驗室成立于1987年。實驗室面向國家戰略需求和世界科技前沿，開展基礎性、戰略性、前瞻性的研究工作，致力于提高我國傳感技術的自主創新能力和國際競爭力，推動我國傳感技術的應用和產業的發展，為國民經濟建設服務。
中國科學院電子學研究所傳感技術國家重點實驗室立于1987年，實驗室面向國家戰略需求和世界科技前沿，開展基礎性、戰略性、前瞻性的研究工作，具有電子學、信息技術、生物技術、化學、材料科學等多學科交叉的綜合優勢，在微納傳感器及微系統的研究中獲得巨大進展，取得了突出成績，逐步形成了以基于微納加工技術的微傳感器和微系統為主要創新方向的研究特點，并已成為國內外廣泛認可、具有一定國際影響力和較強競爭力的傳感技術研究基地，同時形成了具有一流人才與完整學術梯隊以及先進儀器設備與科研條件的國家級研究基地。
傳感技術國家重點實驗室側重進行傳感器的新原理、新方法、新技術、新器件、新系統的研究，實現傳感器的微型化、集成化、智能化和網絡化。
實驗室自建立以來得到了迅速發展，先后承擔和完成了“973”、“863”、國家自然科學基金、重大專項、國家科技攻關等一批國家級科研項目，在新型傳感器和微系統研究領域取得了一批有特色、高水平的創新性研究成果，如電場傳感器及系統、SPR生化分析儀、生物傳感器及系統、氣體傳感器及系統、微流控芯片系統、集成氣象傳感器、高精度壓力傳感器、微慣性傳感器等，具有雄厚的研究基礎和技術攻關與自主創新能力。
實驗室現有面積4000多平方米，其中1000平方米超凈間，擁有一條完整的微電子機械系統（MEMS）加工工藝線，具有先進的工藝和測試設備，形成了一整套加工工藝規范，具備各種微結構器件的加工能力，并提供傳感器及系統的設計、加工、封裝等服務。
電場傳感器
實驗室研制出多種新型電場傳感器，電場傳感器在雷電預警、智能電網、氣象預報、工業靜電測量等領域具有廣泛的應用前景。
高精度諧振式壓力傳感器
實驗室研制出電磁激勵、電磁感應檢測的硅微機械諧振式壓力傳感器，可廣泛應用于工業控制壓力測試、大飛機氣壓高度計、天氣預報氣壓檢測、壓力校驗儀等。
抗高過載微慣性傳感器
實驗室研制出扭擺式抗過載微型加速度計和電磁式振動環微機械陀螺儀，抗過載沖擊大于10000g，主要應用于慣性制導及慣性測量系統。
氣象傳感器
實驗室研制出溫度、濕度、壓力單片集成傳感器和固態仿生集成風速傳感器芯片，主要應用于探空氣象參數監測。
水污染監測傳感器及系統
實驗室研制總磷傳感器、COD（化學耗氧量）傳感器、磷酸鹽傳感器，用于水環境與水污染實時現場在線監測。
氣體傳感器
實驗室研制出MEMS半導體金屬氧化物氣體傳感器和固態電解質氣體傳感器，用于乙醇、CO、氨氣等微化品和有毒有害氣體檢測。
微流控芯片系統(uTAS)
實驗室研制出集成樣品血樣預處理芯片、集成光纖電泳芯片、微泵等微流控芯片系統，主要應用于疾病檢測、食品安全等領域。
低成本手持式生化檢測儀
實驗室研制出手持式生化多參數檢測儀和糖化血紅蛋白檢測儀，適用于個人、家庭、農村、社區便捷、廉價的預測和診斷。
SPR（表面等離子體諧振）生化分析系統
實驗室研制出便攜式、電化學聯用、高通量等具有自主知識產權的系列SPR生化分析儀，可廣泛應用于藥物篩選、環境檢測和食品安全檢測等領域。
集成光波導生化檢測儀
實驗室研制出具有自主知識產權案的集成光波導生化檢測儀，可開發出面向眾多應用需求的低成本、便攜式、快速檢測裝置。
離子遷移率譜儀（IMS）
實驗室研制出離子遷移率譜儀（IMS），可實現對胺類、農藥、神經藥物、化學戰劑等物質的檢測，應用于痕量物質實時現場快速監測。
摘 要：英語口語表達能力是大學生和用人單位關注的主要英語應用能力之一。能否流利順暢地用英語進行交流與大學生畢業后待遇和前途發展直接相關。但是，目前大學生的英語口語表達能力普遍欠缺。本研究在分析學生口語表達能力缺乏原因的基礎上，提出基于電子學檔的大學英語口語翻轉課堂教學模式。這個模式可以充分利用計算機互聯網技術，增強學生的口語輸出量，提高口語表達能力。
關鍵詞：電子學檔；口語；翻轉課堂
一、引言
大學英語課程是大學生們比較重視的公共基礎課。但是由于長期以來的應試教育思想的影響，大學英語教學很難徹底擺脫應試教育模式，學生英語應用能力的提高并不樂觀。其原因主要歸結于大學英語大班制教學，學生課堂口語表達機會少，無法有效激發學生的積極性和以四級為導向的教學模式。針對此，筆者提出電子學檔下的大學英語口語翻轉課堂教學模式。
電子學檔，顧名思義，就是電子化的檔案袋，這是一種形象的表達法。利用電子學檔，學生可以根據一定的標準有意識地選擇、展示并收集自己的電子作品，還可以對自己的學習過程和學習成果自主進行評價與反思。電子學檔的使用，使得學生的學習呈現出個性化、分布式的特點。國外目前對電子文檔的研究主要是理論和應用研究且相對成熟。在國內，隨著教學的改革和推進，對電子學檔的相關研究和應用也逐漸發展起來，并得到了一定的進展。王佑鎂（2009）進行了系統的電子學檔的設計與應用研究；北京科技大學的李曉東（2014）對電子學檔應用于課堂教學進行了實證研究。但是針對核心課程的基于電子學檔的研究還是較少，研究空間較大。本研究擬在基于電子學檔云平臺上進行大學英語口語翻轉課堂研究。
二、翻轉課堂
“翻轉課堂”起源于美國，是一種新興的教學模式，依托現代化的教育技術。我國教育界的研究者們在幾年前就對此給予關注。不少學者對“翻轉課堂”進行了相關的探索、研究與實踐。
如果以“翻轉課堂”作為關鍵詞在期刊論文庫進行檢索，筆者發現，近幾年與“翻轉課堂”相關的論文多達五百多篇。早在2013年，南京大學的梁樂明和張金磊就較為系統地對“翻轉課堂”進行過研究。梁樂明認為翻轉課堂的設計要以“微課程”為主要樣本，而“微課程”的設計要結合相應的新型組織管理模式。張金磊進一步完善了翻轉課堂的教學模型，夯實了翻轉課堂的理論基礎。雖然不少學者對此進行了相關的研究，但對此的實證研究還處于初級階段，在國內將翻轉課堂應用于英語口語教學實踐為數不多。國外教學研究中，翻轉課堂更多地是與教學實踐相結合，研究信息技術在教學中的整合效果。課外活動主要為學習者學習提供所需的音頻和視頻等資料，而課內活動則涉及到學生之間，師生之間交互的學習活動。
三、基于電子學檔的大學英語口語翻轉課堂教學模式
由于受課堂規模限制，學生在大學英語課上用英語交流的機會很少，導致學生對英語口語能力表達缺乏自信心，因此基于電子學檔的口語教學模式的提出能有效增加學生的口語表達的時間和提高口語表達的興趣和自信心。
（一）電子學檔的構建
本研究在云環境下，構建電子學檔系統，包含兩類空間，私有空間和公共空間。私有空間是為每個學生單獨建立的操作空間。學生擁有自己的賬號，有一定量的存儲空間，學生可以保存各種口語學習資料。也可以將自己的口語作業，作品，反思報告等提交給教師查看，同時可以自我評價。公共空間是所有學生共享的操作環境。公共空間為學生搭建了一個公共的學習平臺，教師可以上傳班級需要的學習資料，每個學生都可以訪問公共空間上的學習資料。
教師利用電子學檔的公共空間，給學生共享關于英語口語的入門和進階的相關音頻和視頻，學生可以由易到難，從掌握發音、跟讀、模仿到自由表達，不斷提高自主學習能力和目標語言運用能力。教師課上預留項目式口語作業任務，同時在電子學檔的公共空間共享相關資源。學生在課下，通過個體或團隊合作的方式完成項目，學生可經多次練習，將最優秀的項目成果提交到電子學檔上，教師依此做出評估并給學生反饋。代表性的項目式的成果可以在課堂上共享，教師對此做出點評，學生可以相互學習，取長補短。目前微課程是翻轉課堂成功的關鍵，因此本研究在微課程的選擇上注重資料的系統性。微課程資料可以是文字的，音頻的或視頻的，但是內容上應該是系統化的，如：口語語音作業模塊，教師上傳發音規則音頻或視頻，學生自學后完成口語作業。
（二）評估手段
大學英語是一門綜合基礎課，不單獨設口語n。雖然有聽說課時，但由于課時量少，班級容量大，口語課的課堂效果不理想。大學生啞巴英語的現象很普遍。因此，充分利用網絡技術和資源提高口語的輸出量才能讓學生克服講英語時的緊張感，增強自信。適當的評價手段也是本教學模式的保障。因此，學生除了提交每次的口語作業之外，學生還可在期中，期末分別提交電子學檔，內容包括：學習成果，評價標準，自我反思等。檔案袋作為診斷工具記錄學生的口語技能訓練情況，這有利于學生自主學習能力的培養。
四、結束語
大學英語教學目前遭遇教學效果的瓶頸。我們大學英語教師要大膽的改變教學模式，與中學英語教學模式區分。大學英語教學方向不應該是以四，六級為方向，應該是建立在市場對人才能力需求上的。培養學生的口語表達能力，使其畢業后能直接用英語進行交流是目前大學畢業生的英語需求。但是，由于缺乏英語語境和輸出機會，大學生英語口語輸出量極度缺乏，因此，大學英語教師應該順應時代潮流，運用計算機網絡技術改變教學思路和方法。目前，在互聯網+時代，教師也要大膽創新，改善教學方法，提高教學效果。作為大學教育的主體，高校也應適應互聯網教育的潮流，優化學院的計算機網絡設備，擴大互聯網連接渠道，為師生提供強大的技術保障。
摘要：為了克服常規教學方法的不足，提高機械電子學課程教學質量，在該課程教學過程中引入了MATLAB仿真技術，對基于MATLAB的課程教學方法與教學內容進行了分析，并以某型炮彈制導控制系統阻尼回路的設計為例，進行了MATLAB仿真技術的教學應用研究。實際應用表明，采用MATLAB仿真技術，可以有效解決機械電子學課程教學中的難點問題，為該課程的教學提供一種全新的途徑和方法。
關鍵詞：機械電子學；MATLAB；教學；仿真技術
引言：
機械電子學興起于上個世紀80年代，是一門交叉性學科，隨著現代科技發展逐漸形成的。機械電子學知識量大，并且機電融合，內容更新快，對實踐的要求十分高，所以學生在學習過程中不僅要熟悉掌握各個專業知識和關鍵技術，還要去理解機械電子學的精髓，掌握機電一體化的理論實踐方法，以便能夠很好地運用這些技術。但在實際教學過程中發現，由于各種原因，學生對信息、控制及系統論方面知識比較欠缺，并且由于硬件教學條件的限制，許多機電實驗無法正常進行，這給《機械電子學》課程的教學形成了一定的阻礙。
MATLAB作為工程領域最為流行的仿真軟件之一，已被廣泛應用于信號處理、電路設計與仿真、控制、機械、管理等領域，其提供的圖形界面仿真手段――Simulink，使得機電系統的建模與仿真效率得到大大提高[2-3]。本文就MATLAB在《機械電子學》課程教學中的應用做一些探討。
一、課程研究內容及難點
機械電子學是一個綜合的概念，包含了技術和產品兩方面的內容，首先是機電一體化技術，其次是機電一體化產品。機電一體化的原理、技術、設計理論和方法，構成了機械電子學的研究內容。
機電一體化技術是以系統論、控制論和信息論為理論基礎和方法論，在機械技術、微電子技術、計算機和信息處理技術等現代高新技術群體基礎上發展起來的一種高新技術。概括起來，機電一體化共性關鍵技術主要有六項：機械技術、計算機與信息處理技術、檢測與傳感技術、自動控制技術、伺服驅動技術、系統總體技術，其基本體系結構如圖1所示[4]。機電一體化產品是富含高新技術的技術密集型產品。機電一體化為機械產品注入了新的技術，把計算機和電子器件的傳感檢測、信息處理、自動控制等功能融合到機械裝置中去，從而獲得了過去只靠一種技術而無法實現的功能和效果，在功能、性能、質量和效率等方面都有高水平的發展。機電一體化技術應用系統工程的觀點和方法來分析、研究機電一體化產品或系統，綜合應用各種現代高新技術進行產品設計和開發，通過各種技術的有機結合，實現產品內部各組成部分的合理配置和外部的整體性能最佳。因此，機電一體化產品表現出整體結構最佳化、系統控制智能化和操作性能柔性化。
機電系統靜態和動態設計是課程的核心內容，要求學生能夠從系統設計的角度分析機械系統和微機控制系統的元部件特性，掌握機電系統穩態和動態設計的分析方法。但是，動態系統設計涉及到的知識既有系統論和控制論方面內容，又有諸如系統動態參數整定等實踐性非常強的內容，學習難度相當大。鑒于此，在該課程的教學實踐中，筆者以計算機為工具，借助于MATLAB仿真技術，充分利用其強大的優化設計及仿真分析能力，把該課程中抽象內容形象、直觀地表達出來，取得了良好的效果。
二、基于MATLAB的教學方法
在《機械電子學》課程的整個教學環節中，需要涉及機械傳動系統、執行元件以及控制系統等多個用于實現機電有機結合的功能模塊，如何將這些不同系統、模塊的共性表達出來，是幫助學生理解、消化并建立學習主線，是實現各個章節知識串聯的一個重要環節。MATLAB工具可以實現該功能，通過采用該軟件對不同類型的系統進行仿真和特性分析，不僅使學生對機電系統特性有了直觀的認識，而且幫助學生掌握了一門有用的學習工具，為以后的學習和工作奠定一個良好的基礎。
在教學過程中，可以通過MATLAB/Simulink實現機電系統動態仿真功能，解決學生對系統動態特性的理解只是停留在公式這一難題；可以通過調節模型參數，研究延遲力矩和積分控制器的效果，讓學生對控制以及一些典型的調節手段有了更為直觀的認識；還可以利用提供的大量機械模塊的仿真工具包，通過這些工具，可以方便地對一些常見的機械元、部件進行特性分析，如液壓元件、齒輪傳動系統等，并能隨時改變約束條件和連接方式，及時觀察所設機構在變參數下運行時的工作特性。
綜上所述，基于MATLAB建成一個能夠模擬實際系統問題的虛擬實驗室，從而加深學生對知識的認識和理解，掌握其基本分析方法。
三、基于MATLAB的教學內容
基于MATLAB的教學內容主要包括五個方面：
1.利用MATLAB分析系統時間響應。在完成系統間響應求解方法的講解以及系統時域指標的討論后，將利用MATLAB提供的函數系統在不同輸入作用下的時間響應，并在單位階躍響應的基礎上，求取系統時域性能指標。在MATLAB中，可以采用impulse函數、step函數、lsim函數對線性連續系統的時間響應進行仿真計算。其中，impulse函數用于生成單位脈沖響應，step函數用于生成單位階躍響應，lsim函數用于生成對任意輸入的時間響應。在求出系統的單位階躍響應以后，根據系統性能指標的定義，分析系統上升時間、峰值時間、最大超調量和調整時間等性能指標。
2.利用MATLAB分析系統頻率特性。Nyquist圖和Bode圖是系統頻率特性的兩種重要的圖形表示形式，也是對系統進行頻率特性分析的重要工具。MATLAB提供了繪制系統頻率特性極坐標圖的nyquist函數和繪制對數坐標圖的bode函數，通過這些函數不僅可以得到系統的頻率特性圖，而且還可以得到系統的幅頻特性、相頻特性、實頻特性和虛頻特性，從而通過計算得到系統的頻域特征量。
3.利用MATLAB分析系統的穩定性。在MATLAB中，如果已知系統的特征方程，應用roots函數可以直接求出系統的特征根。根據特征根的分布情況，判定系統是否穩定。通過MATLAB提供的margin函數，求出系統的幅值裕度、相位裕度、幅值穿越頻率和相位穿越頻率，從而直接分析系統是否穩定以及系統的相對穩定性。
4.利用MATLAB設計系統校正。通過MATLAB進一步討論系統校正的設計問題，所采用的設計方法仍然是基于Bode圖的頻率分析方法。教學過程中，設定某單位反饋控制系統可以通過調整增益滿足穩態性能指標要求，但相位裕度過小，不滿足相對穩定性要求，從而通過采用超前校正環節進行校正。
5.利用MATLAB分析線性離散系統。與可用于線性連續系統分析和設計的函數對應，MATLAB提供了用于線性離散系統分析和設計的函數。教學中，采用c2dm函數和d2cm函數實現系統模型變換。其中，采用c2dm函數將線性連續系統模型轉換為線性離散系統模型，d2cm函數將線性離散系統模型轉換為線性連續系統模型。另外，利用dstep函數、dimpulse函數和dlsim函數對線性離散系統的時間響應進行仿真計算[5]。
四、教學案例分析
利用MATLAB進行某型炮彈制導控制系統阻尼回路的仿真設計，是《機械電子學》課程教學中采用的經典案例之一。
對于軸對稱彈體，俯仰通道和偏航通道結構相同，因此在制導控制系統設計時常以俯仰通道為例進行控制系統設計?？刂葡到y的內回路是阻尼回路，阻尼回路主要由舵機環節、彈體環節和校正網絡三部分組成。阻尼回路的結構框圖如圖2所示。
特征點選擇與5.2.3節相同，特征點處的彈體傳遞函數為：
從彈體傳遞函數可以看出，在特征點T1處原彈體阻尼為0.1，屬于嚴重欠阻尼，因此將特征點處阻尼回路的期望阻尼設置為0.8。
校正網絡設計主要是對阻尼回路傳遞函數系數
彈體開環傳遞函數Bode圖如圖4、圖5所示，由圖可知在增加阻尼回路前，彈體已經是穩定的，在增加阻尼回路滯后，彈體保持較好的穩定性，彈體帶寬變小，因此彈體振蕩得到抑制。MATLAB仿真結果表明，阻尼回路明顯改善了彈體動態特性。
五、結束語
通過上述研究可以得出，在《機械電子學》教學過程中采用MATLAB軟件可以有效地完善課程教學內容，實現了理論教學與實踐教學的有機結合，不僅對加強學生的理論學習有較大的幫助，而且也提高了學生對所學知識的運用能力和分析問題、解決實踐中問題的能力。
摘 要虛擬仿真實驗系統從學生，教師，實驗管理員三方面對實驗過程全面控制，滿足了對學生基礎理論的認知、專業技術的掌握和綜合設計能力的要求。
【關鍵詞】虛擬仿真實驗系統 管理系統 多樣性
近幾年，教育部一直在提出并讓高校貫徹執行教學資源的先進性和創新性理念，這是適應當前社會的高速發展對人才提出的綜合要求。如今，高等院校在教育理念上一直在摸索和發展中前進，但光有深刻的理論基礎尚且不夠，創新性需要在實踐中才能得到體現和應用。尤其工科是一門實踐性非常強的專業，要求畢業生在工作崗位上有很強的動手實踐能力。在以往的實踐中，學生的實踐大部分是局限于在實驗室展開。這種傳統的實踐模式存在以下幾個弊端，一是高校資金短缺，實驗室無法滿足日益擴招的學生數量，這樣從教學資源配置上無法很好的滿足學生的需求；二是對理論知識學習不深刻的同學直接進入實驗室進行操作實驗，很容易因為誤操作而損壞儀器儀表，直接造成了資源的浪費；三是一些高危險和能源型的會造成污染的實驗也無法在實際的實驗室中操作完成。近年來，高等學校逐漸的大規模引入了虛擬仿真實驗系統，并且也形成了學科體系。
1 傳統仿真軟件的特點
在使用虛擬仿真實驗系統之前，高校工科專業近些年也在一直使用一些仿真軟件作為對課堂和實踐教學的補充，以電子專業為例，常用到的一些電路軟件有EWB、Multisim，主要用于電子電路的功能仿真；還有由歐洲DesignSoft Kft.公司研發的Tina Pro軟件，主要用于模擬及數字電路的仿真分析；美國Wake Forest大學基于SPICE開發的CircuitMaker軟件，主要用于電子電路仿真實驗；英國Labcenter electronics公司出版的Proteus軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。這些軟件在很長一段時間里對教師和學生起到了很好的輔助作用，但在使用的過程中，也發現了一些弊端。一是這些國外的軟件都是針對企業，工程使用開發，而不是針對學校的學生實驗開發，很多軟件的功能在基礎學習中無法使用，沒有針對性。二是國外的這些仿真軟件更新換代太快，各門課程需不斷的購買正版軟件這對于學校和學生都不太現實，但是用下載的盜版軟件又存在使用過程中有時軟件不穩定的情況，對于一些電路的仿真和參數的分析會造成波動及誤差。三是這些仿真軟件的界面都是英文，對于英語基礎較差或者是學生沒有學習專業英語之前，是存在一定困難，從而造成了學生對軟件的畏懼情緒。四是人機界面比較單一，沒有配套的知識輔助資料和實驗過程指導，教師要在很多學生中進行巡回指導，工作量大，效率低。
2 虛擬仿真實驗系統的應用
2.1 虛擬仿真實驗系統的特點
虛擬仿真實驗系統是以計算機作為控制中心，采用多媒體技術手段在計算機上虛擬實驗環境，軟件構建邏輯結構模型，再和硬件相結合，構成虛擬系統。并利用互聯網形成網絡化虛擬系統在計算機人機界面上完成實驗。該系統由課程實驗仿真平臺和實驗管理系統構成，這也是和傳統使用的仿真軟件的最大區別之處。該系統引入了實驗管理系統，也就是說，該系統搭建的平臺可以針對學生，教師和實驗管理員分別使用，每個學生，教師，實驗管理員都有屬于自己的管理賬號。學生登錄賬號可以選課，可以提前預習實驗要求，獲取實驗信息，并進行虛擬實驗，最后提交實驗報告和查詢成績接收實驗結果反饋。而教師登錄賬號可以布置新實驗，并提供一些實驗案例和提出實驗要求，還可以在線指導學生實驗，對學生實驗作出批改，實時與學生進行交流。實驗管理人員登錄賬號可以添加和查看實驗室，對學生和老師的考勤進行管理，對整個系統進行維護，做好后勤保障工作。這種基于網絡的流程化管理完成了對實驗過程的全面控制，大大的提高了效率。
2.2 虛擬仿真實驗系統的發展
虛擬仿真實驗系統充分的降低了實驗實踐成本，搭建了一座從理論到實踐的橋梁，使得實驗過程安全可靠。通過網絡化的實驗管理系統，突破了空間和時間的限制，打造了生動直觀的教學環境，提高了師生的互動性。虛擬仿真實驗系統是在課堂，實驗室，傳統仿真軟件，企業實踐四種環節的基礎上汲取經驗彌補不足發展而來的。該系統連同以上四個學習環節可以優化組合，發揮最大優勢。比如原理性概念性的理論知識可以結合課件或動畫的形式在課堂完成，基本操作型的實驗可以通過傳統仿真軟件驗證后在實驗室操作來鍛煉學生的動手能力。創新性的，開發性的實驗可通過虛擬仿真實驗系統完成，學生可以反復設置參數，反復調試驗證，反復的進行修正直到最后滿意的結果，這個過程極大的減少了資源的消耗，降低了實驗的成本。
3 虛擬仿真實驗系統在電子學科的應用
3.1 虛擬仿真實驗系統的建設
全國信息技術標準化技術委員會教育技術分技術委員會在虛擬仿真實驗教學系統的開發方面制定了一系列的規范和標準草案，為各高校學科資源的共享應用奠定了基礎。一個虛擬仿真實驗系統的建設是集成了多門學科資源的，在這個方面，我們國家像北京郵電大學等高校潛心研究開發出了結合高校學科專業特點的虛擬仿真系統，建立了信息電子類課程的虛擬仿真實驗平臺。通過該平臺提供的儀器設備可進行幾百個電路、電子、信息的典型實驗項目，充分的滿足了高校學生的基礎需求。另外，把一些前言的科研項目滲入到虛擬仿真實驗范圍，豐富了實驗內容，開拓了學生視野，充分的滿足了高校學生的深層次拓展要求，有利于培養創新性的人才。
3.2 虛擬仿真實驗系統在電路中的應用舉例
以北京郵電大學開發的虛擬仿真實驗系統為例分析，仿真平臺模擬真實實驗中用到的器材和設備，而且該仿真平臺是中文界面，學生用起來直觀方便。該實驗平臺提供了二十二種典型電路實驗，在實際中，可以根據學科專業特點需要選取其中的典型性實驗。下面以戴維南定理的驗證與認識電路為例進行說明。該定理比較抽象，對其中的電路分析結果學生課堂難于掌握，通過虛擬仿真實驗系統的流程化學習系統，學生可以輕松的對定理作出深刻理解。如圖1所示，在界面的主器材庫選取相應的器材設備，在右面的實驗臺搭建電路，完全模擬真實化的實驗環境。如圖2所示，是教師登錄后的界面，教師可以在這個系統里對所有學生的實驗進行批改，設置，操作。如圖3所示，是學生登錄后的界面，學生可以對老師提前選好的一些實驗進行操作。
4 小結
虛擬仿真實驗系統為電子類專業的學生提供了多樣的可選擇實驗項目，利用虛擬技術實現了理論與實踐的密切結合，拓展了理論的深度和廣度，在綜合設計和創新方面，為學生提供了一個良好的平臺。
摘 要 本文通過對高職畢業生面臨的供需偏差進行了歸因分析，并在分析的基礎之上提出構建高職機械電子學專業項目驅動課程體系的必要性。提出高職機機械電子學專業項目課程的教學內容和課程體系的構建方案以及措施。
關鍵詞 機械電子學 項目驅動課程 課程群
1研究背景
2012、2013、2014、2015連續這四年以來，高職機械電子學專業的畢業生的工作與所學專業的相關性均低于全國其他高職專業的平均水平。換句話來說就是近四年來的高職機械電子學專業的畢業生在畢業之后大部分人從事著與學校所學專業幾乎無關的工作。因此，高等機械電子學專業的人才供給與市場需求之間還存在很大的偏差。分析出現這種偏差的原因，在很大程度上是因為高職院校機械電子學專業的課程設置已經不能適應當今的經濟發展與社會需求了。所以各個高職學院的機械電子學專業要根據目前的市場和社會需求、重新確定專業定位，全面的整合教學內容， 選擇能夠提升學生就業潛力的課程內容。
2高職機械電子學專業教學內容的選擇與課程體系的構建
2.1選取專業課程內容的方法與原則
2.1.1選擇不同的課程模式來安排專業課程
在課程安排中可采用“以專業化生產過程為課程安排主線”、“圍繞生產項目組織課堂教學和實訓”以及“以職業實踐為導向安排課程”等不同的模式來安排專業課程內容、在教學過程中采用案例式或者實例式教學。
2.1.2在課程選擇過程中遵循實用原則
在課程選擇過程中要安排好“描述性知識”和“程序性知識”這兩部分的教學內容?！懊枋鲂灾R”主要用來說明事物的各種性質、特征以及狀態，通常用來區別和辨別事務?！俺绦蛐灾R”是只能借助某種具體的作業形式間接推論其存在的知識?！懊枋鲂灾R”用來解決“是什么”的問題而“程序性知識”解決“為什么”的問題。
2.1.3要改變課程內容選擇的標準
高職機械電子學專業的課程選擇要從原來力求單一學科知識的完整性逐漸向諸多相關學科知識的綜合性轉變。例如《機械設計基礎》這本教材的課程內容可綜合機械原理、機械設計、接口技術、機械工程材料等內容，在課程實施過程中按機械設計的過程組合上述內容的教學。
2.2專業課程內容綜合模式
2.2.1綜合基礎專業課程
高職機械電子學專業的課程包含了機械制造、電子技術、計算機技術等模塊的基礎知識。傳統高職機械電子學專業的課程安排中每個模塊的基礎知識都要由幾門相關專業基礎課程來完成。具體分析這些相關專業的教材，會發現其具有將這些課程綜合的條件。例如機械制造技術這個模塊的基礎知識一般由機械制圖、計算機基礎、計算機繪圖、機械設計基礎、公差配合與技術測量、電工學及工業電子學、工程力學、機械原理、等課程組成?；A專業課程綜合中可將計算機基礎和計算機繪圖這兩門課程綜合；將機械原理、機械設計基礎以及機械制圖這三門課程綜合。
2.2.2綜合核心技術課程
高職機械電子學專業在新的就業形勢下要做到針對職業崗位安排教學內容。核心技術課程的課程內容安排要以核心技術為主線緊密的結合起來，綜合為一門新的技術課程。由核心技術組合的課程不僅包含基礎含理論知識，也包括理論與實踐相結合的教學內容，具體如何組合就要根據各個高職院校的具體情況而定。例如：數控機床操作這個崗位是所有機械制造企業比較重要的崗位之一，以數控機床操作為核心技術可供綜合的課程有：機械材料基礎知識、零部件加工及裝配工藝、計算機編程設計。如果高職學生能夠認真學完這一綜合課程之后，在企業的生產實踐環節進行練習操作，畢業之后就能勝任數控機床的編程以及操作工作。
2.2.3綜合核心技術與支撐技術課程
核心技術是專業技術的核心，而支撐核心技術的支撐技術普遍屬于專業基礎。如果將核心技術與支撐技術以及其他的相關課程綜合，打破高職機械電子學專業傳統的三段式課程設置，形成一種新的課程設置模式，或許會為高職院校學生的培養提供新的方向。目前國內外有不少學者在探討打破基礎課、專業基礎課以專業課這三段式的傳統課程結構的可能性以及利弊。許多學者主張將專業課與專業基礎課綜合起來，形成基礎課和專業課的模式。這種綜合核心技術與支撐技術課程模式的教學能夠使學生投入更多時間學習專業課。
3實施高職機械電子學專業課程建設的措施
3.1重視課程的個體差異， 實行開放式教學
在機械電子學專業的課程安排中選擇應用性、操作性以及技術性強專業課程，在專業課程的教學計劃中針對市場需求的某種能力進行有目的的培養，根據培養目的組合課程模式。這樣高職院校畢業生就能夠滿足社會上的職業需求，從事與所學專業相關的職業。
3.2 在教學過程中要嚴格控制教學質量
由機械電子學產業界、機械電子學專家、學校的管理層、相應專業的教師等編寫機械電子學課程大綱，然后由專業任課教師根據課程大綱實施教學。在教學過程中，要有完整的嚴格的教學管理制度來保證教學質量。
3.3實施措施控制課堂教學質量
各高職院校要加強對專業課教學質量的監督和評估。建立一套適合本院校的、有理論依據的、具體可行的評價機制，并通過考試等各項措施及時反饋專業課的教學質量信息。
3.4積極發揮教師在專業課程建設中的作用
在高職機械電子學專業課程的建設中，不僅要有效發揮教師隊伍的帶頭作用，而且要培養大量的能夠把理論知識與實踐過程結合起來的教師隊伍，鼓勵他們積極投入到課程建設和課程改革中。
摘要：本文針對工科非電專業留學生特點，從實驗內容、教學方法與手段入手，對留學生電工電子學實驗課程的教學改革進行了探討。實踐表明，所采用方法有助于提升留學生學習熱情，強化其對相關基礎課程的掌握，具有一定借鑒意義。
關鍵詞：留學生；電工電子學實驗；教學改革；實驗技能
隨著我國石油企業海外項目的不斷拓展，資源國企業及我國海外企業都迫切需要掌握石油開發、運輸等技術的國際化人才。中國石油大學（北京）為了順應高等教育向國際化發展趨勢，提高綜合辦學實力，從1997年開始，陸續招收了來自中亞、中東、南美等50多個國家和地區的留學生。目前在校留學生人數達800多人，生源涵蓋了本、碩、博各個層次。因此，設立針對提高留學生教學質量的課程教學改革也勢在必行。
電工電子學實驗是工科非電專業學生繼大學物理實驗之后的又一門實驗課程，是培養學生掌握基本實驗技能，提高動手能力和科技創新能力的基礎。留學生是高校教學中一個特殊的受教群體，提高留學生實驗教學質量，培養留學生的實踐能力，對提高我校國際化辦學規模和提升學校知名度都是至關重要的。作者在多年的留學生教學實踐中，通過在教學內容、教學方法及教學手段等方面的不斷探索和改革，取得了良好的效果，希望這些教學經驗和體會對提高留學生的實踐水平具有借鑒意義。
一、強化基礎，參差兼顧，以突出留學生特點為主優化實驗內容
我校與國內外石油公司合作，以聯合培養模式招收的留學生大多來自石油資源豐富的國家，受教育的程度及個人學習能力參差不齊，實踐動手能力也與中國學生相差甚遠。例如，第一次使用萬用表時，教師不需要給中國學生講解，但對留學生卻不然，需要詳細講解和演示萬用表的使用方法。這種生源質量的差異，決定了對留學生的實驗要求不能過高，應該以強化基礎知識和基本技能訓練為主，降低實驗難度，選擇相對簡單、趣味性高、實用性強的實驗內容，來激發留學生的學習興趣。而對少數基礎扎實、能力較強的留學生，則可以采取與中國學生使用相同教材，并視其能力和素質，適當增加一些綜合設計性實驗的培養方式，從而使不同水平的留學生都能找到適合自身狀況的學習點。
二、分組合作，以優帶差，充分發揮留學生之間語言溝通無障礙的優勢
近年來，我校招收的留學生多數來自哈薩克斯坦、土庫曼斯坦等俄語系國家，教學語言成為留學生課堂教學的主要困難。盡管這些學生在選擇進入專業學習之前，要在預科班學習一年漢語，但即便如此，多數留學生的漢語水平也僅限于簡單的日常對話和交流，完全理解和掌握老師所講的內容或專業術語還存在困難。而多數專業課教師俄語基礎薄弱，只能采用漢語進行授課。語言障礙給留學生在理論課上對關鍵知識點的理解帶來困難，同時也制約了實驗技能的提高。為了克服語言交流問題，在實驗教學中，我們通常把留學生分成若干小組，每組確保有一位漢語語言表達及領悟能力較好的學生。老師在課堂上講解完實驗原理和實驗內容后，先重點輔導各組中語言能力較好的學生，一旦該學生掌握了實驗過程和方法，便可作為老師的助手，代替老師在小組中用他們自己的語言幫同學輔導，發揮助教的作用。該方法不僅可以在師生之間搭起語言橋梁，解決師生間的溝通障礙，也緩解了課堂上老師被學生頻繁招呼的現象。
三、積極探索，改變模式，借助現代化教學手段提高留學生實驗教學質量
受各方面因素的影響，留學生缺乏基本的實踐能力，實驗時經常不知從何入手。針對這種情況，我們采取了“儀器操作訓練、接線能力訓練、測試分析訓練”三個單元訓練法，從夯實基礎入手，循序漸進，逐級強化，達到培養和提高留學生實驗技能和素質的目的。課上課下注重與留學生溝通和交流，課程結束前，讓留學生根據自身學習和對知識掌握的情況，填寫對該實驗課程現有教學模式及實驗內容等方面的建議。通過信息反饋，可幫助教師及時改進教學方法和教學手段，進一步加強師生之間的互動交流。
在具體實施“三個單元訓練法”時，我們主要采取以下措施：
“儀器操作訓練”單元。熟練使用電子儀器設備是完成實驗過程的重要基礎。在這個單元中會安排一次課的時間對儀器設備進行講解和強化訓練，并采取多種教學手段幫助留學生加深理解和掌握。例如，在介紹數字示波器使用時，首先要求學生登錄學校課程網絡教學平臺，觀看示波器使用視頻，讓留學生先對示波器操作有個直觀的了解。隨后在課堂講解時，讓學生將示波器的界面顯示語言設置成自己的母語文字（如俄語、英語或其他語言文字），再對照老師的中文講解慢慢消化吸收，這樣學生便很快地掌握了示波器的基本功能和使用方法。
“接線能力訓練”單元。實驗初期，留學生的電路接線能力普遍較差，很簡單的電路在他們看來都覺得很復雜。不能正確連接實驗電路，就無法完成后續的參數測量。最初我們采用教師先演示實驗，然后讓學生自己動手接線的授課方式。這種方式的弊端是學生每接一根線都要先跑到演示臺前看一次，不僅實驗效果不好、效率低下，而且還影響課堂秩序。后來，我們將現代化的多媒體技術融入課堂，把電路接線過程做成動畫，讓學生跟著動畫提示連接電路，既直觀有趣，又提高了實驗效率。經過幾次訓練，多數學生都能夠脫離動畫提示，獨立完成實驗電路的連接，效果立竿見影。
“測試分析訓練”單元。該單元是培養實驗技能的重點和難點。在這個訓練單元中學生不僅要理解實驗原理，正確使用儀器儀表并掌握不同參數的測量方法，同時，在實驗中可能還會遇到各種故障或實際問題。為此，我們采取了以下教學手段。
1.課堂講解實驗原理時，充分利用電子電路仿真軟件，通過電路仿真過程讓學生對實驗原理有更深層的理解，對實驗結果產生一個直觀的印象。例如，在做單級共射放大電路實驗時，采用Multisim仿真軟件，讓學生觀察工作點變化對放大電路的影響；通過改變工作點位置，使三極管工作在不同區域，觀察各區域中放大電路輸出波形的特點，從而使學生充分理解和掌握失真波形產生的原因及改善方法，把抽象的問題通過直觀的方式顯示出來，更便于留學生對知識的理解。
2.由于部分留學生理論知識掌握不足，課前又沒有預習的習慣，所以實驗課上許多留學生都不清楚實驗該從何做起，該怎樣用測量數據驗證實驗結論。針對這種情況，我們采用“課上提出問題講解實驗原理觀察仿真結果根據動畫提示測量參數課上互動、討論并驗證提出的問題”的授課程序，使學生通過分析實驗結果徹底克服理論知識掌握不足的弊病。例如，在做直流電路基本定律實驗時，老師先提出基爾霍夫電流、電壓定律的概念，讓學生根據動畫提示測出電壓、電流值，然后通過互動與學生討論實驗過程中出現的各種問題及解決辦法，用測量數據反推并驗證基爾霍夫電流、電壓定律。通過這種方法，留學生不僅掌握了實驗測量及分析的方法，而且很容易就理解了理論課上未搞清楚的基本概念。
3.為兼顧部分動手能力較差的學生，讓大多數留學生跟上授課節奏，在做比較復雜、實驗步驟相對煩瑣的實驗時，老師會把實驗分成多個單元，等每個學生都完成該單元的測量之后，再進行下一個單元，以避免挫傷個別留學生的自信心而失去對實驗課的興趣。
4.充分利用網絡教學平臺，把每個實驗的操作過程和儀器設備使用做成動畫或視頻，增強真實感和臨場操作感。以形象直觀的方式，把用語言難以表達清楚的問題，通過動畫或視頻表現出來，幫助留學生理解和記憶。
四、因材施教，層次教學，有效利用開放實驗室培養留學生實踐創新能力
有些留學生思維活躍，善于思考，想法較多，且對電子學方面的知識非常感興趣。針對這部分學生，可以在他們掌握了基本實驗方法后，鼓勵他們進入開放實驗室，實施分層次教學。在開放實驗室輕松自由的學習環境中，學生可以繼續做課上沒有完成的實驗，也可以根據個人愛好，嘗試一些設計性的實驗。另外，在開放實驗室還備有焊接工具及一些小電子產品的套件，例如小音箱、電子門鈴等。學生可以自行焊接組裝這些小電子產品。這樣不僅可以激發留學生的學習熱情和求知欲望，同時也可以讓他們意識到自己所學知識對將來職業發展的重要性。在整個開放環節，完全以留學生自主學習為主，充分發揮他們的主觀能動性，對提高留學生的實踐能力起到了很好的促進作用。
五、結束語
留學生教學質量是決定高校國際競爭力的重要因素之一，如何提高留學生實驗課教學水平是廣大教育同行所面臨的共性問題。針對我校留學生特點，本文探討了留學生電工電子實驗課教學方面的一些有效措施，僅供廣大教育同行參考。
