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2参与行业共性、关键性技术的研究
积极与地方政府、企事业单位共建合作平台,开展产学研合作,服务地方经济发展中心以国家重点发展的主导产业为抓手,充分利用学校人才、特色优势学科和最新科技成果的优势,积极融入区域创新体系的建设,加强与各级地方政府和企业构建合作平台,走政产学研合作之道路。同时,企业单纯依靠内部技术创新活动实现技术创新能力提高越来越难,需要与外部知识源的合作,因此,校地合作、校企合作已成为地方经济快速发展、企业提高技术创新能力的有效途径。中心先后与南京六合区、张家港、连云港、萧山、武义等19个省内外城市共建南航国家级技术转移中心分中心,同时在高端装备制造、新能源、新材料等领域与政府以及企事业单位建立研究院、研发基地、工程中心、联合实验室等36个技术创新平台。这些平台的建立,大大加快了学校最新科技成果向地方转移,促进了当地经济及企业的快速发展。中心依托我校在航空航天民航等领域的国家重点学科、国家优势学科创新平台、国家重点实验室等科技创新平台,围绕国家和区域产业需求,积极参与行业共性、关键性技术研究,促进科技创新成果的转化,显著提升相关行业的发展水平。例如,在江苏省重点发展的新能源产业领域中,中心以我校作为首席单位承担的三项国家“973”项目为基础,整合学校在力学、电子信息和机械自动化等学科方面的科研成果及人才团队,与无锡市展开了全面合作,将“973”项目、国防预研项目等研究的创新成果成功应用到无锡的风电产业,开发出了全球首创的MW级竹质复合材料风力机叶片,共建无锡市风电设计研究院、南航无锡研究院等创新平台16个,有效推动了无锡市在装备制造、新能源等优势战略新兴产业的发展。
3以企业需求为导向
加速科技人员服务企业长效机制建立,有效推进学校最新科技成果转化成社会生产力科技人员服务企业为我校、地方企业、科技人员等搭建了交流合作平台,推动我校最新科技成果迅速向企业集聚,对帮助企业攻克技术难题、提升企业技术创新能力和竞争力、促进先进适用技术向现实生产力转化、促进地方经济发展等方面起着至关重要的作用,也是我校技术转移中心的职责所在。一方面主动贴近企业,挖掘企业技术需求,积极构建企业、中心数据共享平台(南京航空航天大学技术转移中心网站),主动联合企业开展技术开发、技术咨询、成果转化等多形式、多层次的合作,积极推荐教授、博士柔性进企业,直接参与企业技术创新工作,有效开展科技人员为企业服务。另一方面完善制度、规划激励措施,制定各类学科及技术团队的产学研合作策略,实现重点(特色)学科服务重点产业,不断提升中心综合服务能力。同时,中心着力建设打造科技人员服务企业的技术转移人才体系,多次组织涵盖科研老师、学院科研秘书、技术经纪人及中心管理团队等技术转移各个层面人员的技术转移业务培训,打造一支专业水平高、视野开阔的创新型科技人员服务团队,为服务企业工作打下坚实基础,不断强化和提升中心服务人员在市场经济条件下的综合服务能力。
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一、航空航天技术的发展
人类很早就有了航天的思想,我国古代流传的"嫦娥奔月"、"吴刚砍桂"等传说故事,就是对人类航天理想的生动描绘之一。当然,人类真正实现这种理想是到19世纪末才开始起步的.从那时起,相继涌现出俄国的齐奥尔科夫斯基,美国的戈达德和德国的奥伯特等富于探索精神的航天先驱者。俄国的奥尔科夫斯基最早从理论上证明用多级火箭可克服地球的引力而进入太空,建立了表征多级火箭理想速度的著名的齐奥尔科夫斯基公式。而且他肯定了液体发动机是航天飞行器最适宜的动力装置。美国的戈达德是液体火箭的创始人。他曾指出,要克服地球引力,火箭必须具有每秒79公里的速度。他在1921年开始研制液体火箭发动机,1926年3月16日,他研制的液体火箭飞行成功。德国的奥伯特也是最早的火箭和航天的理论家和实践者。1923年奥伯特论述了火箭飞行的数学理论,并对火箭结构和星际飞行提出了许多新观念。到了1942年10月3日,德国太空协会的青年专家布劳恩领导的航天研究小组,经过艰苦的探索,在总结历次失败教训的基础上,终于发明了再生冷却式燃烧室和燃气舵等新技术。采用这些新技术,终于获得弹道导弹(V-2)的发射成功[1]。从而在工程上实现了航天先驱者的技术思想,取得向地球引力挑战的胜利,并对后来大型火箭的发展起到了继往开来的重大作用。堪称是人类航天发展史上的一个里程碑。
第二次世界大战后,前苏联和美、法、日、加拿大、澳大利亚等国家,都先后发射了探空火箭,创造出发射393公里高度的纪录,获得了许多高层空间的宝贵资料,为发展航天奠定了科学基础。经过10多年的艰苦探索之后,于1957年10月4日,前苏联把世界上第一颗人造地球卫星送入大气层外的运行轨道,开创了人类航天史的新纪元。以后,美、英、法、日和中国、印度等国均成功地发射了人造卫星。自60年代中期开始,卫星的发展便从探索试验转入实用阶段。如今,人类发射的侦察、预警、通信导航、天文气象、海洋监视、测地探矿等应用卫星巳超过2500颗,它们在经济、军事和科研中发挥了非常大的作用。
随着航天技术的发展,人类不断刷新航天纪录.创造出一个个惊人的奇迹。诸如:1961年4月12日开辟了载人航天的成功之路;从1959年开始又开创了对月球的探测和人类登月考察的新篇章;自70年代起,人类对太阳系中的行星先后进行了探测,前苏联和美国并相继在空间建立了航天站;80年代初又发明了能重复使用的航天飞机等等。这些令人鼓舞的成就,对航天技术及其它科学领域的发展都具有深远的历史意义。
二、物理在航空航天中的应用
(一)火箭推进原理
所有航天器的发射都依靠火箭技术,而火箭的飞行是遵循着质点系动量定理和动量守恒的。竖立在发射架上的火箭本身带有燃料和氧化剂,火箭在发射前总动量为零,当点火燃烧后,高温高压的气体不断从火箭尾部的喷管往后喷出,从而使火箭获得向上的巨大推力,克服自身的重力,向太空冲去。下面我们看一下火箭所受的推力大小和火箭的运动速度。
(二)火箭的速度
火箭是依靠连续不断的喷出大量质量m极小的燃料气体才得到连续平稳的加速上行。为了进一步说明火箭在这一过程中获得的速度,先不考虑地球的重力作用,将质量为M的火箭中的燃料燃烧后喷出的燃料气体看成质量为m(远小于M)、相对火箭速度为u的细小弹丸,由于火箭不受任何外力,因此火箭系统总动量守恒,当弹丸以速度u向后喷出,火箭就获得与弹丸等量而方向向前的动量,由于燃料不断燃烧,火箭体的质量就不断减小,因而火箭是一个变质量体系,我们用动量守恒来计算火箭最后得到的速度。
(三)多级火箭
从以上的分析可知,要想航天器上天,至少要获得7.9km/s 的速度,而要到达其他行星或是其他星系,则需要更大的速度。要想火箭得到大的速度,就必须增大燃料气体的喷射速度u和增大质量比M/Me。我们先看燃料气体的喷射速度,它受到诸多因素的影响,一种液态的常规燃料是偏二甲肼( H-N-N-CH3)加四氧化二氮(N2O4),燃料后气体的速度u接近2km/s,另一种非常规的燃料(如液氢加液氧)做推进剂,其喷射速度可达4km/s。同时由于火箭上所装载的仪器设备等的影响质量比M/Me 也有所限制,大约在10到20之间[2]。在这样的条件下,我们可以对一级火箭所能达到的末速度做一估计,其速度必须达到10.8(km/s)这并不是火箭真正能达到的速度,必须考虑地球引力和空气阻力的影响等,所以最终的单级火箭的速度只可能达到7km/s左右,小于第一宇宙速度7.9km/s,无法将航天器送上天。
实际的火箭通常为多级火箭,是用多个单级火箭经串联、并联或串并联(即捆绑式)组合而成的一个飞行整体。
三、载人航天工程七大系统
(一)航天员系统
载人航天首先要有航天员及其上天飞行的保障设施。这是一个航天员为中心的医学和工程相结合的复杂系统。它涉及航天生命科学和航天医学等领域,包括航天员的选拔训练、航天员的医学监督保障、 航天员的一样食品、航天员飞行训练模拟等分系统。
(二)载人飞船系统
飞船是载人航天的核心部分,它为航天员和有效载荷提供必要的生活和工作条件,保证航天员进行有效空间实验和出舱活动,并安全返还地面。
(三)运载火箭系统
运载火箭是把载人飞船安全可靠送入预定轨道的运载工具。包括箭体结构、动力装置等10个分系统,特别是增加了载人所需的故障监测分系统和逃逸救生分系统。
(四)飞船应用系统
载人航天工程最终是为了应用,创造效益,因此飞船应用系统是备受关注的部分。它利用载人飞船的空间试验支持能力,开展对地观测、环境监测、生命科学、材料科学、流体科学等试验,安装有多项任务上百种有效载荷应用设备。
(五)测控通讯系统
当运载火箭发射和载人飞船上天飞行以及返回时,需要靠测控系统通信系统保持天地之间的经常联系,完成飞船遥测参数和电视图像的接受处理,对飞船运行和轨道舱留轨工作的测控管理,这个测控通信系统由北京航天指挥控制中心、陆上地面测控站和海上远望号远洋航天测量船队组成、执行飞船轨道测量、遥控、遥测、火箭安全控制,航天员逃逸控制等任务[3]。
(六)发射场系统
神舟号飞船的发射场选在酒泉卫星发射中心,发射场系统由技术区、发射区、试验指挥区、首区测量和航天员区组成,形成火箭、飞船、航天员从测试到发射以及上升段、返回段测量的一套完整体系。
(七)着陆场系统
载人航天这路着陆场系统包括主、副着陆场,陆上应急援救、海上应急援救、通信测量、航天员医保等部分。
四、结束语
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人工智能技术已经成为目前最受社会关注的新兴科技之一,随着该技术在各行业和领域中的应用不断深入,人们的工作和生活方式不断向智能化方向发展,工作和学习效率都得到了质的飞跃,未来,人工智能技术也必然会获得更加广阔的发展前景。
2人工智能技术概述
人工智能是计算机科学的一个分支,这门学科的主要目标是了解人类智能的本质,并通过将人类智能转移到智能机器中,使智能机器能在不同应用场景下做出类人思维的反应。人工智能是一项综合了多项高新科技的综合性学科,包含5项核心技术,分别是计算机视觉、机器学习、自然语言处理、机器人技术和生物识别技术。其中,机器学习是实现计算机人工智能技术的核心技术,该技术使智能机器在算法复杂度理论、凸分析、统计学等学科的支持下,能自主模拟人类行为。目前已经发表的机器学习策略主要包括模拟人脑的机器学习和采用数学学习方法2种策略。其中模拟人脑的机器学习策略又可细分为符号学习和神经网络学习,符号学习是以认知心理原理为基础,在机器中输入符号数据,用推理过程在图或状态空间中搜索并进行符号的运算,对概念性和规则性知识的学习能力较为突出,如示例学习、记忆学习、演绎学习等;神经网络学习是从微观生理角度对人脑活动进行模拟,利用函数结构模型代替人脑神经网络,以函数结构进行数据运算,并在数据迭代过程中在系数向量空间中搜索,对函数型问题具有较好的学习能力,如拓扑结构学习、修正学习等。采用数学方法的机器学习主要是利用统计机器,建立相应的数学模型,拟定超参数,输入样本数据后根据不同的运算策略对模型进行训练,最后根据训练结果进行结果预测。
3人工智能技术的发展历程
3.1人工智能技术的兴起
虽然新兴技术的兴起获得了广泛的关注,但由于人工智能技术涵盖的学科和技术范围过大,兴起阶段的该技术的理论知识、产品应用、发展应用等均存在明显缺陷。除此之外,计算机技术在当时也并不成熟,当时的计算机编程和计算水平较为落后,很多超前的想法以当时的技术水平来说实现较为困难。在多种因素的影响下,人工智能技术在兴起阶段并未得到快速发展。
3.2人工智能技术的高速发展
人工智能技术这一概念在提出后近20年的时期中其发展始终处于停滞状态,直至20世纪70年代,该领域的专家研发出全新的人工智能专家系统DENDRAL,该系统的诞生带动人工智能技术迈向新的发展阶段,并且在这之后进入高速发展时期。日本始终重视本国科学技术的发展,并且在20世纪80年代提出“科技立国”的政策,此后很长一段时间,日本依托此国策使经济得到迅速恢复和发展。在1982年,日本国内对第五代计算机的研究以失败告终,但此次研究中提出了新的计算机算法和逻辑程序语言Prolog,Prolog在处理自然语言过程中具有比LISP语言更好的应用效果,这一创新进一步促进了人工智能技术的发展。人工智能技术的发展建立在多项先进学科共同发展的基础上,与其他技术相比,人工智能技术在处理数据、整合资源方面具有更大优势。
3.3人工智能技术的发展现状
3.3.1专家系统
专家系统指的是一种智能计算机程序系统,是人工智能技术应用最为广泛也最为重要的领域之一,系统中涵盖大量某领域专家水平的知识与经验,通过应用人类在该领域中的专家级别知识来为用户解决在该领域中遇到的问题。专家系统有效地将人类智能延伸到专业领域中,实现了理论研究向实际应用方向过渡的目标,大幅提高了人类对专业问题的处理效率,并且专家系统依托复杂的算法能对专业问题未来发展的可能性进行更全面的计算,工作效率甚至会比人类专家更高效、更准确。随着对专家系统研究的不断深入,目前很多专家系统都能依据对人类行为的模拟在不同的应用场景中作出智能化的反应和判断,并且能够利用知识库,深入挖掘复杂问题的内在联系。专家系统已经在多个领域中都得到了广泛的应用,帮助企业更客观地摸索市场规律,从而作出正确的生产决策、调度规划、资源配置计划等,大幅提高了企业经营的科学性,使企业能在节省生产成本的同时,获得更好的经济效益。
3.3.2模式识别
模式识别是利用计算机技术将识别对象按一定特征归类为不同类别,目前人工智能技术在模式识别中的主要研究方向包括语音语言信息处理、计算机视觉、脑网络组等,希望通过人工智能技术实现对复杂信息的识别和处理,这一应用能促进多个行业向智能化方向发展,如军事领域、医疗领域等。
3.3.3机器人学
机器人学的主要研究方向是机器人的设计、制造和应用,随着人工智能技术的成熟与应用,机器人的智能水平不断提高,并且在不同行业中的应用已经较为普遍,日常生活中常见的机器人包括扫地机器人、迎宾机器人、快递机器人、早教机器人、无人机等,人们可以利用可移动设备对其进行操作,极大程度地提高了人们生活的智能性和便捷性。
3.3.4机器学习
机器设备并不具备自主思考能力,在不同应用场景下的反应主要是依托计算网络技术和算法对人类思维模式进行模拟,并将人类行为进行充分消化以使自身性能得到优化,能对不同问题进行处理。机器学习是一项涵盖多个学科且复杂程度很高的科学,包含统计学、概率学、算法复杂度理论等,是人工智能的核心技术,也是推动计算机向智能化方向发展的关键技术。
3.3.5人工神经网络
人工神经网络是人工智能技术自进入高速发展时期后广泛研究的重点内容。利用计算机算法将人脑神经元进行简单化、抽象化、模式化,并构建成与人脑神经元网络相似的网络结构。人工神经网络技术的成熟与发展为专家系统、模式识别、机器人学、生物、经济等多个学科的发展提供了技术支持,解决了很多人工智能技术发展中的实际难题。
4人工智能技术的应用
4.1人工智能技术在计算机网络技术中的应用
4.1.1计算机网络安全管理
人工智能技术与计算机网络技术互相依存、互相促进、共同发展,在计算机网络技术的多个方面都有深入的应用。其中,在网络安全管理方面主要有如下应用:①智能防火墙技术。防火墙技术随着计算机的普迅速发展,应用人工智能技术的防火墙技术比传统防火墙技术的性能更加优异。智能防火墙技术具有智能记忆功能,能自动记录并储存历史处理病毒的记录,在后续应用过程中依据记录直接优化计算机匹配环节,减少计算机数据量,提高防火墙的隔离病毒能力。另外,智能防火墙还能结合用户的需求,对用户不需要的弹窗功能、访问权限、有害信息等进行智能化拦截。②计算机入侵检测。防火墙的主要功能就是为计算机设备创造安全的运行环境,保证系统和内部数据不被侵害。计算机入侵检测功能是保障防火墙正常工作的基础功能模块,对提高计算机数据的安全性和可靠性具有直接的影响。应用人工智能技术的入侵检测功能,能对计算机系统进行智能化分析和处理,根据预定算法将处理数据整理成为入侵检测报告,让用户能全面地掌握计算机设备的安全状态。③垃圾邮件智能化处理。该技术依托人工智能技术中的模式识别功能,对接收邮件进行扫描和归类,发现垃圾邮件后直接将其标注为垃圾邮件,为用户发出风险警告,避免用户因误操对计算机系统造成损害。
4.1.2计算机网络管理
人工智能技术的发展和应用促进计算机网络技术向智能化方向发展。在实际应用中,除计算机网络安全管理模块外,还能解决多种网络管理问题。随着计算机技术的普及,网络数据呈爆炸式增长,网络管理工作量和工作难度都达到了空前高度,通过应用人工智能技术,能大幅提高计算机网络管理效率,优化网络管理效能。
4.2人工智能技术在企业管理中的应用
企业是市场经济活动的主要参与主体,是维持市场经济稳定运行和发展的关键要素,在企业生产活动中科学地应用人工智能技术,能有效提高企业的生产能力,促进企业获得更高的经济效益和社会效益。具体应用渠道如机械自动化、智能监控、推荐系统、用户购物行为分析、零售分析、数据提取、文本归类、文章摘要等,从员工工作的细微之处实现工作效率上的提升,进而提升企业整体的运行效率。对工业行业来说,应用机械自动化技术还能有效降低传统工业生产中对人工的依赖性,大幅提高工业企业的生产能力,在行业发展的过程中起到了非常积极的促进作用。
4.3人工智能技术在航空航天技术中的应用
航空航天技术是目前人类最高科技的集合体,涵盖众多学科,如信息技术、卫星技术、生物技术、天文学、生命科学等,对提高国家的国防力量、提高国家的国际地位、促进国家经济增长都具有非常重要的意义。航天器设计是航空航天领域中的关键工作之一,而远程控制又是航空航天技术长久发展以来研究的重点,因我国对该技术的研发起步较晚,我国对航空航天技术的研发存在重重困难,但经过国家和科技工作者的不懈努力,目前我国航空航天技术已处于世界先进水平。将人工智能技术应用于航天远程控制中,利用智能系统对数据进行自动采集、处理和储存,如通过采集航天器的轨道信息,并以此分析航天器的运行状态,根据分析结果制定运行决策,对提高航天器的运行安全性和运行质量都是非常重要的举措,推动国家航空航天事业获得进一步发展。
4.4人工智能技术在医疗领域中的应用
目前,人工智能技术在医疗领域中的应用已经非常广泛,使医护人员的工作内容不断得到优化,提高工作效率,还有效提高了国家医疗水平。具体应用包括以下几项内容:①在电子病历中的应用。传统就医诊断环节,医生都需要以手写方式记录病患病例,并根据病例详细列出治疗方案,工作量大,且效率较低,病例保存便捷性较差。通过应用电子病例,不仅能大幅减少病例记录的工作量,还能在医疗系统中直接勾选治疗所需药品,完成病例及用药的勾选后打印即可,既能大幅提高工作效率,还能将病例在计算机中进行储存,且现阶段病例文件的储存格式不再局限于文字,语音和图像也可被添加到病例中,提高医疗诊断的准确性。②在健康管理中的应用。在现代医疗中应用人工智能技术,对病患的病情进行智能化分析,能使医生对疑难病症的分析更加全面准确,制定针对性更强的医疗方案,提高医疗水平,为改善患者的健康状况提供辅助。
5结语
综上所述,计算机人工智能技术的应用,对社会各行业都产生了不同程度的影响,人们的工作和生活方式得到优化和改变,国家科技水平也不断提升。加强对计算机人工智能技术的研究,推动人工智能技术在各个行业中的应用,让人们能切身感受到科技为生活带来的改变,对促进人类社会的发展具有非常重要的意义。
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我国社会主义现代化建设,经过改革开放多年努力,已经取得了重要实质性成果,尤其表现在我国社会经济快速增长。但是,随着全球经济和金融一体化趋势不断深入,我国各项产业正面临着严峻考验,2008年金融危机以来,国民生产总值和贸易出口额获得了进一步增加,这一结果主要还是以高额资源消费为代价。世界各国都更加关注高新科学技术和构建未来可持续发展的制高点,如何构建符合我国国情的产业结构和培植具有核心竞争力的新产业,已经成为国家宏观政策制定的主要方向和学术界研究的一个热点问题。
2012年,我国出台关于《“十二五”战略性新兴产业发展规划》,更加明确我国着力发展新兴产业的相关政策和指导方针,由于航天产业从自身建设和功能性外延等特征,更加成为我国战略新兴产业发展的关键性支撑石。2011年,河北省政府与中国航天科技集团公司签署区域地方和航天产业系统发展战略框架协议,在“十二五”期间,共同促进河北省社会经济和航天产协同发展,主要包括:运载火箭制造及实验、战略性新兴产业等五个主要内容。而廊坊市在河北省具有得天独厚的位置优势,廊坊航天战略新兴产业建设,对于我国航天工业可持续发展、京津航天产业的拓展和延伸、地方传统产业调整和产业结构全面系统升级都有着关键性的实践性理论意义。
航天战略性新兴产业是基于高新技术和新兴产业相互融合,代表着我国科技创新和产业发展方向,近年来,河北省在推进产业结构调整和突出新兴战略产业方面,推出了一系列具有导向性政策措施,而这些实践性政策性策略,对于航天战略新兴产业长足进步起到关键性作用,并且取得一定的成效。但是不可回避的是,河北省产业调整和战略产业培育过程中,受到理论和经验等多维度影响,以及实际客观条件局部限制,产生很多新问题。
河北省航天产业发展的必要性
航天产业发展将会直接带动一系列战略新兴产业培育和学科技术的融合式发展,我国经过几十年的航天工业的探索和建设,已经构建出我国航天产业体系结构,并且航天产业的发展迈入了一个新发展阶段和历史时期。
航天产业具有重要的战略导向性。航天产业的发展直接关系到我国高端装备制造建设和发展,是我国众多行业中具有高新科学技术应用产业之一,同时对于我国企业产业发展,起到战略导向性作用。①航天产业技术创新和应用,对于我国社会经济的发展起着重要的技术支撑和推进性作用效果,在提升我国人民生活质量、国际地位和综合国力方面,更加强调其战略性影响意义,一方面代表着我国在国际航天发展领域地位,另一方面也能够表示我国核心国防实力。例如美国航天协会关于航空航天技术的相关说明,②即该技术是否领先于世界水平,直接关系到国家各个方面战略性安危,发展航空航天技术是现在乃至未来长期投入和建设国家安全战略。可见,航天产业在我国社会经济和军事中占据核心地位,河北省航天战略性新兴产业建设,将会直接关系到我国航天产业整体规划和可持续发展。
航天产业的技术多样性和链条可扩性。航天产业建设和发展具有战略现代性作用,主要体现在航天产业技术的构成技术多样性和链条可扩展性,一是技术多样性,航空航天产品制造和生产是一项高精端、多学科技术融合而成,从某种程度上讲,航空航天产业发展水平能够直接代表我国先进科学生产力的基础建设情况。由于航天产品生产工艺的复杂性要求,制造生产需要在特定环境下完成,涉及多个学科和技术领域的协调配合,例如要求航空航天材料具有高可靠性新材料、新工艺和新技术,这也能够进一步说明航天产业在我国各产业领域前瞻性地位。同时技术多样性还体现在,生产航天产品需要小批量和多零件构成,这也要求在加工工艺选择和技术上,呈现出明显柔性生产力。二是链条可扩性,据有关部门相关数据统计,③航天战略新兴产业发展带动我国80%的新材料研发,促进多产业链条企业之间融合式发展,技术能够直接提升企业核心市场竞争力,能够更加有效促进其他产业结构的有效调整。未来10年,一个航天项目与产业效益的比值为1:180,推进国民生产总值增长值为 0.714%。
河北省航天产业发展存在的问题
河北省在航天性战略产业培育和发展方面,具有独特发展优势。一是区域位置属于京津经济的三角区域,符合产业延伸和资源互相渗透互补的要求,河北省航天产业的发展,将带动区域多元新兴产业发展,并且能够具有影响和被影响的区域经济发展优势;二是河北省的产业优势,2012年底,河北省物流产业呈现出快速增长趋势,同比2011年增加23.4%,物流产业已经成为河北省现代服务性的优势性产业,这也为航天战略新兴产业全国协同发展,提供重要基础性保障,同时河北省在推动我国“十二五”新兴产业方面,具有明显的发展成果,尤其是先进制造、新材料和高科技电子信息技术等;三是河北省航天产业政策性优势,主要体现在“十二五”纲要中明确指出进一步促进和实现河北省沿海地区发展,这也为河北省航天产业发展,提供上层政策性保证。由于河北省航天产业建设过程中基本无样本参照,属于探索性发展模式,目前,河北省航天产业发展的过程中,依然存在两个重要问题。
航天战略新兴产业集群模式偏低。从国家统计据的相关数据分析可知,④河北省是我国一个重要经济型大省,但是从河北省国内生产总值产业分布情况看,不属于一个以新兴产业为主导经济强省。主要体现在河北省的基础性还是以粗放式、高资源消耗为主的,例如钢铁等传统产业,企业规模虽有所增加,但是系统化归类集成程度不明显,低水平生产现象还很明显,这也是河北省产业发展过程中一个基础性问题。河北省航天产业有其自身特有发展模式,航天战略性新兴产业需要从布局上,充分考虑集中性,并通过相应产业集群模式,进行统筹式发展,构建出航天产业企业之间协调、多赢和技术互补促进融合的创新发展模式,并积极带动与之相关辅产业发展,初步形成以廊坊市为主的新兴航天产业集群,而对比河北省其他产业来说,还是属于较小规模产业集群,并且还需要进一步完善系统框架上的组织协调发展,形成航天战略新兴产业的协同发展机制,形成大产业链条下的规模性循环经济,从而形成以河北廊坊为中心的航天产业集群基地。
缺失高新核心支持性技术。全球范围内已经掀起了新一轮航空航天产业发展新时期,我国航空航天产业虽然在一些关键性技术领域,例如载人和火箭技术,已经达到国际航空航天的世界领先技术,但是从整个航天产业发展上,却具有明显的缺点和不足,主要体现在两个方面:一是航天产业原始创新能力还存在着明显的差距性,尤其是一些关键性核心支撑技术,不能满足我国社会经济发展要求,例如民用和军用飞机在我国社会生产生活中需求量急剧增加,而我国大型航空工业,还承接一些国外外包业务,严重影响航空科技技术创新资源。同时航天产业相关技术研发过多关注于数量而不是质量,2012年航天制造产业的申请专利数达到908件,但是具有整个行业高新技术比例不足2%,美国申请8654项,核心技术占26%,这一数据显示,我国航天产业原始创新能力和驱动力存在着较为严重问题,这也是河北省航天战略新兴产业发展的一个关键性问题。二是创新体制上存在着一定问题,尤其是在航天产业高新技术研发和市场结合方面的问题,河北省政府与中国航天科技集团具有战略性协同发展关系,在航天战略新兴产业发展过程中,已经感觉到中国航天科技集团具有明显的计划经济体制形态,企业之间管理上还存在行政领导关系,各个企业的自主经营权受到了重要限制,这也是导致原始创新动力不足的一个重要原因,同时,中航集团强调科研是主要,直接影响科研成果的市场性技术转化,导致与河北省航天战略新兴产业发展中的资源浪费和技术搁置情况,这也是河北省以及廊坊市航天战略新兴产业发展过程中的一个关键性抑制性问题。
促进航天战略性新兴产业发展的对策和建议
河北省航天产业发展是一项多技术、多企业相互融合,协同发展的高新技术产业模式,在河北省产业结构调整和新兴产业配置中,具有特殊的重要作用和意义。
地处京津两大城市之间的廊坊市其地理位置优越,并且具有较好的航天产业发展基础和条件,已建成的固安航天科技城正在成为对接北京、借势发展的契合点,预计在未来几年,固安航天科技城将形成航天技术研发、应用、服务一条龙的完整产业链,抢占战略性新兴产业发展的制高点。此外,廊坊市还拥有较好的科学研究平台,“河北省航天产业发展软科学研究基地”和“河北省航天遥感信息处理与应用协同创新中心”均设在廊坊市北华航天工业学院,这将为我省航天产业发展提供高质量的研究成果。在我国“十二五”规划的指导推动下,廊坊市航天产业必然会成为河北省社会经济发展的新的增长点。因此,在促进河北省及廊坊市航天战略新兴产业发展过程中,可以以廊坊市航天产业发展为着眼点,集中一切优势资源,制定符合区域经济发展可行性政策引导和支持,完善航天产业链条发展支持性渠道,运用多维度协同共进机制和手段,加大培养和促进航天战略性新兴产业发展。具体建议及对策如下:
促进廊坊航天产业集群模式和产业链条协同创新。航天产业自身特点是一个大型复杂、多技术、多产业组合,要实现国家航天战略创新导向目标,不断创造和提升航天战略新兴产业发展增长点,就要更加关注和强调航天产业集群模式合理化构建和产业链条中各个相互企业之间协同创新能力。廊坊市航天战略性新兴产业可持续发展,需要产业系统良好外界政策性环境和产业链条中各个企业创新,两者直接相互协调,直接影响航天产业发展实质性效率,也制约着航天产业价值链条各企业均衡性发展。因此,河北省及廊坊市航天新兴产业发展,就要不断完善和优化航天产业各企业外部发展环境,即给予政策性的引导和税收支持,构建出符合产业发展航天产业链条各个企业协同创新和共生平台,加大对于产业关键性核心共性产业技术研发突破,作为其他产业发展的技术导向和配套支持,从而更好服务于河北省传统产业结构转型和新兴战略产业发展。
实现廊坊特色航天产业核心技术创新。河北省航天战略新兴产业发展要充分和依靠自身,地理、科研和政策性优势,强调和突出以廊坊市为产业中心,支持和培养企业核心技术发展。核心技术企业发展是航天产业链条中心脏组成部门,直接代表着航天产业专业化和高信息技术性,这也直接需要政府政策性导向和引入社会资本进行长期可持续建设和发展。例如,国际上航天产业的一些核心技术都是由寡头企业垄断,由于利益驱使,其更加注重核心技术保护,使得其他国家难以获取。而我国在掌握航天产业关键技术中,具有较好产业发展优势,核心技术研究就是要依靠企业原创性,要耐得住长期投入和风险,建议河北省构建出航天产业核心技术创新保障平台,增加航天产业核心技术研发抗风险能力,关注国外航天同类技术反向工程求解、结合我国本土技术,进行核心技术再创新。在实现以河北省廊坊市为代表的航天产业核心技术创新的过程中,要始终明确两个支持问题:一是结合国内外航天产业发展新形势,解决关键性技术核心问题,以点盖面,充分把握住航天产业发展必要性和特殊性,建立廊坊市航天战略新兴产业良性发展合理化机制,形成一种产业优势发展稳定环境。二是以中央国企混合制改革为背景,不断整合河北省航天战略新兴产业链条,推进航天产业军用和民用相结合模式,更好地实现航天产业研发性向服务性模式转化,促进河北省及廊坊市区域社会经济航天新兴产业和其他产业的联动协调发展。
结语
航天战略性新兴产业的可持续发展,直接关系到我国社会经济发展和国际地位,航天产业发展的必要性,主要体现在航天产业具有先天的战略导向性和航天产业的技术多样性和链条可扩性,战略导向性是航天产业发展的必要前提,而产业技术多样性和链条可扩性是航天产业推进自身和促进其他产业建设的着眼点,可见构建我国大战略背景下的航天产业航母,促进河北省航天战略新兴产业发展具有现实客观需求。河北省在产业结构调整和培育新兴战略产业上,具有更加突出的京津翼黄金三角区地域优势、更加完备的产业配套服务保障体系和航天战略新兴产业发展的政策性扶持导向优势。
近几年,河北省航天战略性产业发展取得一定成绩的同时,也暴露出一些明显不足和问题,主要是航天战略新兴产业集群模式偏低和缺失高新核心支持性技术,而产业集群模式是航天战略新兴产业价值链条协同发展的保障性措施,高新核心技术支持是航天战略性新兴产业发展基础,也是推进河北省其他产业模式创新发展推动力。对于当前所存在的问题,文中建设性提出促进航天战略性新兴产业发展的对策和建议,主要包括,航天产业集群模式和产业链条的协同创新,及河北省具有特色航天产业核心技术创新。河北省航天战略产业发展需要来自各方面的多维度创新,只有创新才能走出一条符合我国实际情况的航天产业发展之路。我国航天战略新兴产业发展,是一项理论和实践反复结合的工作,需要更多机构和学者,进行系统性和关键问题研究,希望笔者文章关于河北省廊坊市航天战略性新兴产业发展问题探究,能起到抛砖引玉之作用,更加有利于航天战略新兴产业可持续发展的进一步探讨和研究。
(作者单位:北华航天工业学院;本文系2013年度北华航天工业学院科研基金项目“加速廊坊战略性新兴高端产业发展,助推绿色崛起”阶段性成果并受“河北省航天产业发展软科学研究基地”资助,项目编号:KY―2013―24)
【注释】
①傅培瑜:《我国战略性新兴产业发展的研究》,东北财经大学硕士学位论文,2010年,第6~9页。
②张春玲:“加快培育我国战略性新兴产业的对策研究“,《生态经济》,2013年第3期,第30页。
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二是校本研修是通过学校自行策划与实施的,即“通过学校和教师的发展”而有效推进的。学校大力支持校本研修活动,通过自行设计与策划安排,做到成系列、分阶段、有层次。例如,在“信息技术与学科整合”的研修活动中,信息技术教师利用课余时间对其他教师进行统一培训,已卓见成效;在“提高自身修养和责任意识”的研修活动中,以党总支和团委为核心,通过集中学习、观看视频材料、小组研讨等方式具体实施,并且积极通过心理课堂等渠道教育学生;学校政教处正与语文组、历史组联合开展国学教育活动,通过示范课、观摩课等方式唤起师生心中对圣贤哲思的温情与敬意。有诸如双语教学等学科问题,也在各教研组开展得如火如荼;加大硬件建设力度,为阅读型校园等活动提供保障。
三是校本研修的主要目的是“为了学校和教师的发展”。经过“信息技术与学科整合”的校本研修,教师们已经掌握了基本的软件操作技术,并与学科教学有效整合,充分发挥多媒体的优势,调动了学生的积极性、主动性,大大提高了课堂效率。“提高自身修养和责任意识”及各学科的研修活动,提高了教师的政治理论水平,增强了其事业心和责任感,使学校形成了一种忠于、勤于、乐于教育事业的优良师风。近两年来,学校涌现出了一大批优秀教师代表,如国家、省、市、区骨干教师55人,各级优秀班主任21人等。学科知识研修是一线教师教育教学能力提升的“加油站”,让教师们自觉地走向了学科教学的最前沿,使学校开设的校本课程上了一个新的台阶。
二、校本研修的实践探索
1.“航天励志”特色,课题引领发展
神舟飞船总设计师戚发轫院士在学校60周年校庆上的讲话燃起了师生心中的激情,开启了校本研修新的思路。学校物理组开展了“探索宇宙空间,继承航天梦想”的研修活动,并以校本课为载体让航天知识走进了课堂。在此活动的影响、推动下,学校先后有百余名学生考入北京航空航天大学、南京航空航天大学以及其他名校的航空航天专业。2016年5月,戚发轫院士在学校建校70周年校庆之际第四次重返母校,为全校师生及老校友做了长达三个小时的题为“航天技术与中国航天”的主题报告,以“热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀”的“两弹一星”精神和“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的“载人航天”精神再次勉励师生。
学校分别聘请资深航天科普作家、中国宇航学会《太空探索》杂志社原社长兼主编田如森教授,国家青少年航天科普教育专家、全国青少年科技教育终身成就奖获得者金声老师,莅临学校参观指导,为全校师生作专场报告,展示人类航天成果与航天人的科技素养,开阔了学生的视野,点燃了学生们投身科技事业的热情。田教授还向学校馈赠了珍贵的航天种子,让航天育种项目走进了“金高生态园”,为学校的航天特色发展助力引航。学校抓住这样的机遇,申报了省级课题“航天励志在高中教育教学中的实践研究”,以课题促研修,以研修谋发展。
2.以课堂改革促校本研修
课堂教学改革是一切改革的基础,也是一切改革成败的关键。在全国大力开展教育教学改革的浪潮中,“请进来”“走出去”等各种培训方式被各个学校广泛应用,但此时的校本研修便具有其他形式无可比拟的优势。
现在,翻转课堂教学模式受到学校和教育工作者的高度关注。所谓“翻转课堂”,是指学生提前完成课堂知识的学习,而课堂变成了教师与学生之间和学生与学生之间互动的场所,包括答疑解惑、知识的运用等,从而达到更好的教育效果。学校教师们通过不断地践行翻转课堂,取得了良好的教学效果。
学校派教师到厦门等地学习关于翻转课堂、微课、慕课等相关教学模式,并投资修建了标准化录播教室等。有的教师在欣赏了很多微课后,虽然自我感觉良好,但实际操作起来完全可以用“抓狂”来形容。所以,在接下来的“翻转”路上可能会遇到很多困难,故应做好保障工作,加大对教师相关方面的培训力度,进一步调动学校校本研修及发展的动力。
三、校本研修的主要依托
校本研修的顺利开展必须以大批的骨干教师为依托,带动全校教师共同研修。
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本科毕业设计作为大学四年最后一个重要的教学环节,长期以来受到指导教师的重视和关注,创新研究了各种有效途径,取得了很好的实践效果。[1-3]笔者所在的课题组基于多年的本科毕业设计指导实践经验,深入分析了国防科学技术大学军事指挥类学生和工程技术类学生不同的特点,考虑到大范畴下单个毕业设计课题研究的局限性,分别设置了相应的专题作为毕业设计课题,受到了学生的广泛好评。
在本科毕业设计指导实践过程中,课题组基于专题式本科毕业设计指导方案,提出了“四课法”本科毕业设计专题指导方法。针对军事指挥类学生,为促进空天作战力量建设和“天战”优秀军事指挥人才培养,基于空天作战背景,设计了空天作战专题作为毕业设计选题。另外,针对测控技术与仪器专业学生的专业特点,充分结合理论和实践,软件和硬件能力的双重训练,设计了卫星测控专题作为毕业设计选题。通过空天作战专题和卫星测控专题本科毕业设计的指导研究与实践,深入分析和总结了专题毕业设计指导的相关经验,对后续毕业设计指导工作具有重要的指导意义。
一、本科毕业设计专题设计
1.军事指挥类学生本科毕业设计专题设计
自20世纪90年代至今,国际上发生了几场较大规模的局部战争,其中一个不容忽视的重要特点便是空天领域的军事应用,空天作战的概念应运而生。空天作战是指以航空航天力量为主,在其他有关力量的配合下,为达成一定的作战目的,根据统一计划和统一指挥,在空天战场共同进行的以空天威慑、空天支援和空天攻防为主要方式的作战行动。[4]未来战争,谁能够掌握空天的“制高点”,谁必将掌握战争的主导权。近年来,世界主要军事强国都争先发展空天作战力量,太空领域的竞争更趋激烈,空天战场的地位将进一步凸显。随着航空航天技术的发展,未来高技术局部战争将首先从外层空间开始,空天战场将成为敌对双方激烈争夺的战略高地。
为了保卫国家的空天安全,有效防御军事强国的空天威胁,需要科学深入地研究空天作战问题,理解和系统掌握空天作战的有关理论,对空天作战中的相关技术问题进行前沿探索。结合国防科学技术大学军事指挥类学生的培养目标和特点,笔者所在的指导团队结合空天作战相关的人才培养的迫切需求,确定了“空天作战专题”作为学生的本科毕业设计课题。因此,本毕业设计专题不仅具有很强的军事应用背景,而且具有明确的研究意义。
以空天作战为背景,从争夺制天权的基本手段、空间信息的获取及在空天作战中的应用、空间环境监测、美国空天作战相关研究对我军的启示、空天作战系统中的目标选择、攻击和防御等方面展开研究,精心设计了14个子课题以供14名军事指挥类学生选择,每个子课题都是空天作战背景下相关问题的具体描述。专题包含的14个子课题是一个有机整体,有利于学生在毕业设计过程中资源共享,相互交流和探讨,群策群力,在有限的毕业设计时间里掌握更多的相关知识。
2.工程技术类学生本科毕业设计专题设计
课题组所指导的工程技术类学生来自于测控技术与仪器专业(以下简称“测控专业”),该专业一直被学生称为“万精油”专业。因为测控专业所涉及的领域很宽,它集计算机、软件、网路、传感、电子、机械、光学等多种技术于一体,用于解决实际工程中的控制管理、信号获取、传输和处理等一系列问题。[5]但随着我国航天事业的飞速发展,“航天测控”成为测控专业学生耳熟能详的领域,更愿意将本专业和航天技术的发展同等看待。航天测控是反映一个国家综合科技实力的重要标志之一。作为当今世界最尖端的领域之一,航天测控涉及天文、天体力学、空间控制技术、电子信息、数值计算等多个尖端学科。作为测控专业的本科毕业生,迫切希望通过毕业设计更深入地了解航天测控相关的技术细节。
针对5名测控专业学生,以卫星测控为背景,确定了“卫星测控专题”作为学生的本科毕业设计课题。从卫星测控星载仪器电路原理与设计、卫星测控星载仪器信号设计与合成、卫星测控星载仪器信号接收与处理、卫星测控中的扩频信号捕获技术研究、卫星测控中的扩频信号跟踪技术研究,精心设计了5个子课题,每个子课题都是卫星测控信号流程中的重要环节,环环相扣,最终构建了一个完整的测控实验平台。有利于在毕业设计过程中培养学生的团队协作精神,加强学生间的交流与探讨,共同将卫星测控领域的技术细节理解的更加透彻。
二、“四课法”本科毕业设计专题指导实践
专题式本科毕业设计与传统的“一对一”本科毕业设计之间的不同之处在于学生从给定的子课题中选择一个子课题开展毕业设计工作,所有学生要了解专题的整体情况,同时要求每人独立完成一题。所有子课题是一个统一的整体,指导团队通过开展相应的指导,确保每个学生都能在规定的时间内进行较为深入的研究,最终完成优秀的毕业论文。指导团队包括10名教师,作为一个整体,由负责人协调进行全面指导工作,同时根据教师的专业特长,确定具体指导的子课题。在整个指导过程中,提出了“四课法”本科毕业设计专题指导方法,在四个重要阶段集中指导,以确保毕业设计指导工作进行的更加高效。
1.下达任务课:明确任务,充分交代
在学生选定相应的子课题之后,教师将下发《本科毕业设计任务书》(简称《任务书》)。在学生初步理解《任务书》的基础上,给学生们上第一课:下达任务课。
对于学生来说,本科毕业设计是一个全新的重要环节,它不同于前三年的课堂教学,也不同于任何之前进行过的教学、实验等单一训练,它是一个综合的“项目”,所以学生在拿到《任务书》后会非常困惑,不知道具体该做什么,如何做。这就迫切要求教师能够在第一时间把握学生的心理特点,针对他们的疑问,逐一解答他们的困惑。在下达任务课上,教师要积极引导学生“发问”,这样才能有的放矢的解决他们最关心的难题,达到更好的指导效果。“好的开始,是成功的一半。”在第一课上,教师要针对问题充分交代,帮助学生充分理解《任务书》的要求,让他们明确自己的任务:需要哪些基础知识,需要补充学习哪些新知识,任务的最终目标是什么,各个过程环节该如何实施?每一个方面都要交代清楚,让学生彻底打消疑虑,给他们建立自信心,为接下来的毕业设计奠定坚实的基础。
2.开题报告课:确定方向,引导思维
学生在充分理解《任务书》研究内容的基础上,通过查阅相关参考文献,将各个任务进一步细化,提炼出课题的关键问题,提出课题研究的基本方法,并制定详细的研究计划,完成《本科毕业设计开题报告》(简称《开题报告》)。
《开题报告》是学生开始进行毕业设计实质性工作的第一步,也是毕业设计环节第一次由学生主导,向教师提交撰写材料。开题报告课作为毕业设计指导的第二堂课,教师需要着重从以下几个方面把握,协助他们确定明确的方向,引导学生的发散思维,为下一步毕业设计工作制定可行的计划。
(1)对专题及子课题的认识:学生针对不太熟悉的专题领域,要了解自己子课题的研究内容,必须要全面认识子课题所在的大专题背景。所以开题报告中,要简要介绍自己对专题及课题的认识。
(2)本课题国内外研究现状及发展趋势:要明确课题的具体研究内容,首先要对国内外的研究现状进行全面了解和梳理,准确分析它的发展趋势,找准课题的研究方向。
(3)课题在理论与实践上的意义:学生选择一个子课题,最初对课题的意义并不完全清楚。通过开题报告课,教师根据学生分析的课题在理论与实践上的意义,点评相关的内容,为后续工作的展开明确方向。
(4)课题需要解决的关键理论问题和实际问题:课题研究的核心内容是解决一定的理论问题和实际问题,这是学生必须把握的内容,也是开题报告课最重要的部分。教师要根据学生《开题报告》的内容分析他们的思路,从各子课题展开,确保每个学生都能理顺课题的关键问题。
(5)课题研究的基本方法、实验方案及技术路线的可行性论证,并估计在进行论文工作中可能遇到的困难、问题和解决措施:明确了需要解决的关键问题之后,学生在《开题报告》中对研究的基本方法及可行性进行分析。教师要客观分析研究内容的工作量和学生有效投入时间等因素,评价其可行性,及时修正不合理部分。此外,教师还要对论文工作中可能遇到的困难和问题与学生进行充分探讨,引导学生提出相应的解决措施。
(6)论文研究的进展计划:在有限的时间里,需要进行一定的研究工作。一般而言,时间较为紧张,通过制定详细的研究进展计划,划分重要的检查节点,有利于教师更有针对性的指导学生顺利完成毕业设计任务。在开题报告课上,教师根据学生制定的论文研究进展计划,分析其合理性和可考核性,并进行必要的调整。
3.中期检查课:查看方法与思路,细致指导,广泛讨论
在学生毕业设计工作进行到一半时,实施“中期检查课”。开题报告课上,已经对整个毕业设计进行全面规划和部署,在中期检查节点应该完成哪些内容,是有明确计划的。因此在中期检查课上,教师首先要查看研究方法是否正确,研究思路是否清晰,在更细节的方面加强指导,为后半部分的毕业设计定下方向。其次多个学生做同一个专题,有很多研究内容和研究成果是可以提前进行资源共享的。教师要引导学生进行广泛的讨论,取长补短,齐头并进,共同进步。另外,还要给每个学生吃下“定心丸”:大家一定能在规定的时间内顺利完成毕业设计工作,只需要稍稍调整心态,更加投入,按照《任务书》中的任务需要,对照《开题报告》中的研究思路,一步步朝着目标努力。
4.论文成稿课:查看内容与数据,规定格式
在学生完成《本科毕业论文》(简称《论文》)初稿时,开设“论文成稿课”。事实上,从毕业设计之初,大部分学生就开始着手为撰写毕业论文储备有用的素材,认真思考,形成新的观点进行论述。在论文成稿课上,教师要查看论文的内容是否是学生独自完成的,是否是带有自己新观点的论述;检查相关的实验数据是否真实可信,必要时进行相关的考证;其他方面也要严格把握,如语句是否通顺,逻辑是否合理等,都要进行全面的指导;另外,还要查看论文格式是否完全符合规定。
除了以上重要的“四课”之外,在毕业设计实施过程中,由指导团队负责人统一安排和部署,每周都有2~3名教师进行全面的指导;指导教师针对各自具体负责的子课题,定期和学生见面,了解毕业设计进展,进行现场指导,及时解决学生毕业设计过程中遇到的问题。此外,鼓励学生通过电子邮件的方式和指导教师每周联络一次,学生向指导教师汇报毕业设计的进展情况,指导教师检查学生的阶段性完成情况,以确保指导工作落到实处。
三、感想与总结
在本次本科毕业设计工作中,针对军事指挥类学生和工程技术类学生,均创新性地提出了“大专题”模式本科毕业设计团队指导方案。对于选定该专题的学生,每个人都要花费一个学期的时间完成一个完整的毕业设计课题,毕业论文就是最终的成果形式。事实上,每个人除了自己的成果之外,还能在每次讨论及最终答辩中汲取其他同学的研究成果,学到其他的新知识,达到知识共享。这就是专题式毕业设计最大的意义所在。
通过本次毕业设计研究与实践发现:第一,空天作战专题和卫星测控专题都是全新的毕业设计课题,深受学生们的欢迎,两专题可以作为固定课题以供后续的学生继续研究和学习。第二,毕业设计指导过程中,教师要指导学生学习基础理论、基本知识和基本方法,学生通过思考和提问,又能促进教师更多的思考,师生间碰撞出意想不到的火花,使学生学到更多新知识。第三,“四课法”本科毕业设计专题指导方法是通过多年实践经验总结出来的,应用成效显著。课堂上对学生进行针对性指导后,学生能更清晰地梳理自己的思路,调整自己的进度,学生之间也可以取长补短,资源共享,达到更好的效果。通过分析和总结相关经验,在后续的毕业设计指导工作中,教师将更有针对性地指导学生,让他们在毕业设计过程中取得更大的进步。
参考文献:
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[2]王正杰.基于团队设计项目的本科毕业设计模式研究与实践[J].北京青年政治学院学报,2011,20(2):105-110.
[3]范兴明,张鑫,王荣,等.本科毕业设计过程中创新精神与实践创新能力的培养[J].科技信息,2011,(21):22-23.
[4]王万春.空天作战理论与实践[M].北京:蓝天出版社,2010.
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1.发挥群体作用,引导基层科协分会开展工作
公司科协根据科协工作“三服务,一加强”的定位思想,制定一系列的管理制度,建立健全激励机制,如“讲、比”活动(金桥工程)、科技论文评选及学术交流活动等等一系列管理办法,以此激发广大科技人员参与公司科技创新、技术竞技、学术交流的积极性与主体意识。以“关爱工程”的实施、慰问有困难的科技人员、为科技人员赠送生日礼物、一年一度组织科技人员休假疗养以及探望生病住院的科协会员等等途径为科技人员送温暖等一系列细节工作,充分发挥“科技工作者之家”的作用,增强这个大家庭的凝聚力、亲和力,为这个群团组织营造着和谐、奋进的氛围,为科协各项工作的开展奠定良好的基础。
为了进一步规范基层科协组织管理工作,强化其管理意识,引导其有计划地开展基层工作,公司科协对前期制定的“基层分会工作考核奖励细则”(以下简称“细则”)作了改进,将中国科协的“组织建设”、“创新活动”、“学术/技术交流及科普活动”、“ 为科技工作者服务”等日常工作细化成十七小项,并制定了量化考核标准,加大了奖励额度。基层委员会各成员职责清晰、目标明确,在其各负其责的日常管理工作中具有可操作性。“细则”增设“自查打分”栏目,以提高评估的透明度和民主性。这种形式增强了各基层分会的成员的荣誉感与责任感,同时在分会与分会之间自然而然地形成了竞争的态势。
在日常的管理工作中,公司科协与基层科协组织不只是考核与被考核的关系,公司科协的工作人员更多的是要注重指导基层分会组织管理者的工作方法,提高他们自主开展工作的能力。如提醒他们及时填报会员申请或变更手续;指导他们如何撰写“讲、比”活动(金桥工程)、科技成果、技术改进等等与技术创新相关的申报材料,还对分会技术骨干进行撰写科技论文必备要素的指导,以及通过科技咨询服务部的门户帮助科研技术部门实现技术引进与输出等等。科协的工作人员经常与基层分会委员进行沟通,跟进工作。在指导工作的同时也能够掌握来自一线的相关材料,从而使科协的工作更能体现实效性、适时性。
此外,关爱科技人员系列制度的实施,以及科普宣传、学术交流、技术培训、创新活动的开展等等都少不了基层组织的协作。尤其是为了更切实有效地开展学术交流、技术培训活动,必须准确选题定位。因此,科协的工作人员加强与基层分会委员间的沟通,并在他们的帮助下深入第一线,广泛调查,了解科技人员的技术需求,结合公司科研、生产的重大任务,开展对科研生产起到助推作用的学术交流/技术培训活动。
2.扎实有效地开展学术交流活动:
科协在公司既要当好科技人员联系党政领导的桥梁和纽带,要成为扶持基层分会健全组织、开展工作的组织者、引导者,还要成为促进科技人才成长的协作者。
学术交流活动是促进科技人才互学共长的有效途径。开展学术交流活动能够开拓学术思路,实现相关领域的资源共享和学科发展,促进学术创新,推动学术繁荣。航宇公司区域分散、专业种类丰富,科协根据这些特点,结合科研生产任务的需要,组织开展多层面、多角度的学术交流活动。今年,学术交流活动列入公司军民融合式发展工作中,公司科协在原有的基础上进一步认真研究,结合公司特点,更精确地制定出今年公司学术技术交流活动方案。
2.1走出去 请进来
公司科技委作为“湖北省航空学会”及“中国航空学会救生专业委员会”的挂靠管理单位,今年在面向国内知名专家和同行征集论文的基础上,融入航空防护救生技术航空科技重点实验室的研究方向主办以航空防护救生为主题的学术交流活动。科协与航空学会将联合举办好这次交流活动。继续推荐公司优秀科技论文参加上级协会、学会的评审交流活动,如参加省、市自然科学优秀论文评选活动,中国航空学会青年论坛,亚太航空航天技术学术会议等等。根据科研任务需求,邀请专家学者来公司进行学术讲座与交流,并发动各系统科技人员代表写出参加讲座与交流活动后的收获或想法、建议等,及时掌握反馈信息,以便不断改进,更好地开展这样的工作。
科技论文对外发表(尤其是在核心刊物上发表)及对外交流或者被推荐参加上级学会协会的优秀论文评选,不仅仅是作者个人的荣誉,更重要的是借助更为丰富广阔的平台科技人员能阐明自己的专业理念、研究成果等,同时还能彰显公司科技队伍的专业实力,提高公司的市场竞争力。近年来,科协不断改进管理措施,鼓励科技人员对外发表(交流)科技论文或参加高层次的优秀论文评选活动。即将颁发的“关于印发《中航工业航宇科技论文管理办法(修订)》的通知”文件中对这上述工作的管理实施环节进行了明确的细化,并加大了奖励力度。
2.2内部交流
科协注重做好各种学术技术交流活动过程管理,发挥基层单位和科协分会作用,加强公司学术/技术交流氛围营造。公司科协提供经费支持各系统集合科技人员的需求根据研制任务或工艺攻关课题,开展相关专业人员间的学术/技术交流活动,达到资讯相通,以更好地推动科研生产目标的完成。在确保安全保密的前提下做到事前有信息,事中有跟踪协调,事后有效果总结和宣传报道。向公司各专业系统征集科技论文以及对优秀科技论文进行表彰奖励是科协常年工作要点之一。在即将颁发的“关于印发《中航工业航宇科技论文管理办法(修订)》的通知”文件中针对奖励额度进行了上调,在保证评审质量的同时期冀更大力度地激发广大科技人员撰写论文的积极性。科协在公司局域网中开设的学术交流论坛给科技人员提供点阅、交流、学习的平台,它不光汇集每年公司内部的优秀论文作品,科协还会适时把有关专家来公司开展学术讲座的材料充实进去。今年,航宇公司把重点研发部门的学术交流活动纳入了KPI考核项目中,并拨专项经费支持。这为公司科协开展工作提供了更坚实的依靠。
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集成电路是工业化国家的重要基础工业之一,是当代信息技术产业的核心部件,它是工业现代化装备水平和航空航天技术的重要制约因素,由于它的价格高低直接影响了电子工业产成品的价格,是电子工业是否具有竞争力关键因素之一。高端核心器件是国家安全和科学研究水平的基础,日美欧等国均把集成电路业定义为战略产业。据台湾的“科学委员会”称未来十年是芯片技术发展的关键时期。韩国政府也表示拟投资600亿韩元于2015年时打造韩国的集成电路产业。
集成电路主要应用在计算机、通信、汽车电子、消费电子等与国民日常消费相关领域因此集成电路与全球GDP增长联系紧密,全球集成电路消费在2009年受金融危机的影响下跌9%的情况下2010由于经济形势乐观后根据半导体行业协会预计今年集成电路销售额将同比增长33%。
一、我国集成电路业发展情况和特点
有数据统计2009年中国集成电路市场规模为5676亿元占全球市场44%,集成电路消费除2008、2009年受金融危机影响外逐年递增,中国已成为世界上第一大集成电路消费国,但国内集成电路产量仅1040亿元,绝大部分为产业链低端的消费类芯片,技术落后发达国家2到3代左右,大量高端芯片和技术被美日韩以及欧洲国家垄断。
我国集成电路产业占GDP的比例逐年加大从2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增长远远超过国际上任何一个其他国家,是全球集成电路业的推动者,属于一个快速发展的行业。从2000年到2007年我国集成电路产业销售收入年均增长超过18%毕业论文提纲,增长率随着经济形势有波动,由于金融危机的影响2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成电路设计业增速放缓实现销售收入269.92亿元同比上升14.8%,由于受金融危机影响,芯片制造业实现销售收入341.05亿元同比下降13.2%、封装测试业实现销售收入498.16亿元同比下降19.5%。我国集成电路总体上企业总体规模小,有人统计过,所有设计企业总产值不如美国高通公司的1/2、所有待工企业产值不如台积电、所有封测企业产值不如日月光。
在芯片设计方面,我国主流芯片设计采用130nm和180nm技术,65nm技术在我国逐渐开展起来,虽然国际上一些厂商已经开始应用40nm技术设计产品了,但由于65nm技术成熟,优良率高,将是未来几年赢利的主流技术.设计公司数量不断增长但规模都较小,属于初始发展时期。芯片制造方面,2010国外许多厂商开始制造32nm的CPU但大规模采用的是65nm技术,而中国国产芯片中的龙芯还在采用130nm技术,中芯国际的65nm技术才开始量产,国产的自主知识产权还没达到250技术。在封装测试技术方面,这是我国集成电路企业的主要业务,也是我国的主要出口品,有数据显示我国集成电路产业的50%以上的产值都由封装产业创造,随着技术的成熟,部分高端技术在国内逐步开始开展,但有已经开始下降的趋势杂志网。在电子信息材料业方面,下一代晶圆标准是450mm,有资料显示将于2012年试制,现在国际主流晶圆尺寸是300mm,而我国正在由200mm到300mm过渡。在GaAs单晶、InP单晶、光电子材料、磁性材料,压电晶体材料、电子陶瓷材料等领域无论是在研发还是在生产均较大落后于国外,总体来说我国新型元件材料基本靠进口。在半导体设备制造业方面毕业论文提纲,有数据统计我国95%的设备是外国设备,而且二手设备占较大比例,重要的半导体设备几乎都是国外设备,从全球范围来讲美日一直垄断其生产和研发,台湾最近也有有了较大发展,而我国半导体设备制造业发展较为缓慢。
我国规划和建成了7个集成电路产业基地,产业集聚效应初步显现出来,其中长江三角洲、京津的上海、杭州、无锡和北京等地区,是我国集成电路的主要积聚地,这些地区集中了我国近半数的集成电路企业和销售额,其次是中南地区约占整个产业企业数和销售额的三分之一,其中深圳基地的IC设计业居全国首位,制造企业也在近一部壮大,由于劳动力价格相对廉价,我国集成电路产业正向成都、西安的产业带转移。
二、我国集成电路业发展存在的问题剖析
首先,我国集成电路产业链还很薄弱,科研与生产还没有很好的结合起来,应用十分有限,虽然新闻上时常宣传中科院以及大专院校有一些成果,但尚未经过市场的运作和考验。另外集成电路产品的缺乏应用途径这就使得研究成果的产业化难以推广和积累成长。
其次,我国集成电路产业尚处于幼年期,企业规模小,集中度低,资金缺乏,人才缺乏,市场占有率低,不能实现规模经济效应,相比国外同类企业在各项资源的占有上差距较大。由于集成电路行业的风险大,换代快,这就造成了企业的融资困难,使得我国企业发展缓慢,有数据显示我国集成电路产业有80%的投资都来自海外毕业论文提纲,企业的主要负责人大都是从台湾引进的。
再次,我国集成电路产业相关配套工业落后,产业基础薄弱。集成电路产业的上游集成电路设备制造的高端设备只有美日等几家公司有能力制造,这就大大制约了我国集成电路工艺的发展速度,使我国的发展受制于人。
还有,我国集成电路产成品处于产品价值链的中、低端,难以提出自己的标准和架构,研发能力不足,缺少核心技术,处于低附加值、廉价产品的向国外技术模仿学习阶段。有数据显示我国集成电路使用中有80%都是从国外进口或设计的,国产20%仅为一些低端芯片,而由于产品相对廉价这当中的百分之七八十又用于出口。
三、我国集成电路发展趋势
有数据显示PC机市场是我国集成电路应用最大的市场,汽车电子、通信类设备、网络多媒体终端将是我国集成电路未来增长最快应用领域. Memory、CPU、ASIC和计算机外围器件将是最主要的几大产品。国际集成电路产业的发展逐步走向成熟阶段,集成电路制造正在向我国大规模转移,造成我国集成电路产量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投资4.5亿元后,2007年又投资25亿美元在大连投资建厂预计2010年投产。
另外我国代工产业增速逐渐放缓,增速从当初的20%降低到现在的6%-8%,低附加值产业逐渐减小。集成电路设计业占集成点设计业的比重不断加大,2008、2009两年在受到金融危机的影响下在其他专业大幅下降的情况下任然保持一个较高的增长率,而且最近几年集成电路设计业都是增长最快的领域,说明我国的集成电路产业链日趋完善和合理,设计、制造、封装测试三行业开始向“3:4:4”的国际通行比例不断靠近。从发达国家的经验来看都是以集成电路设计公司比重不断加大,制造公司向不发达地区转移作为集成电路产业走向成熟的标志。
我国集成电路产业逐渐向优势企业集中,产业链不断联合重组,集中资源和扩大规模,增强竞争优势和抗风险能力,主要核心企业销售额所占全行业比重从2004年得32%到2008年的49%,体现我国集成电路企业不断向优势企业集中,行业越来越成熟,从美国集成电路厂商来看当行业走向成熟时只有较大的核心企业和专注某一领域的企业能最后存活下来。
我国集成电路进口量增速逐年下降从2004年的52.6%下降为2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于进口量增速。预计2010年以后我国集成电路进口增速将小于出口增速,我国正在由集成电路消费大国向制造大国迈进。
四、关于我国集成电路发展的几点建议
第一、不断探索和完善有利于集成电路业发展的产业模式和运作机制。中国高校和中科院研究所中有相对宽松的环境使得其适合酝酿研发毕业论文提纲,但中国的高端集成电路研究还局限在高校和中科院的实验室里,没有一个循序渐进的产业运作和可持续发展机制,这就使得国产高端芯片在社会上认可度很低,得不到应用和升级。在产业化成果推广的解决方面。可以借鉴美国的国家采购计划,以政府出资在武器和航空航天领域进行国家采购以保证研发产品的产业化应用得以实现杂志网。只有依靠公共研发机构的环境、人才和技术优势结合企业的市场运作优势,走基于公共研发机构的产业化道路才是问题的正确路径。
第二、集成电路的研发是个高投入高风险的行业是技术和资本密集型产业,有数据显示集成电路研发费用要占销售额的15%,固定资产投资占销售额的20%,销售额如果达不到100亿美元将无力承担新一代产品的研发,在这种情况下由于民族集成电路产业在资金上积累有限,几乎没有抗风险能力,技术上缺乏积累,经不起和国际集成电路巨头的竞争,再加上我国是一个劳动力密集型产业国,根据国际贸易规律,资本密集型的研发产业倾向于向发达国家集中,要想是我国在未来的高技术的集成电路研发有一席之地只有国家给予一定的积极的产业政策,使其形成规模经济的优势地位,才能使集成电路业进入良性发展的轨道.对整个产业链,特别是产业链的低端更要予以一定的政策支持。由政府出资风险投资,通过风险投资公司作为企业与政府的隔离,在成功投资后政府收回投资回报退出公司经营,不失为一种良策。资料显示美国半导体业融资的主要渠道就是靠风险基金。台湾地区之所以成为全球第四大半导体基地台就与其6年建设计划对集成电路产业的重点扶植有密切关系,最近湾当局的“科学委员会”就在最近提出了拟扶植集成电路产业使其达到世界第二的目标。
第三、产业的发展可以走先官办和引进外资再民营化道路,在产业初期由于资金技术壁垒大人才也较为匮乏民营资本难于介入,这样只有利用政府力量和外资力量,但到一定时期后只有民营资本的介入才能使集成电路产业走向良性化发展的轨道。技术竞争有利于技术的创新和发展,集成电路业的技术快速更新的性质使得民营企业的竞争性的优势得以体现,集成电路每个子领域技术的专用化特别高分工特别细,每个子领域有相当的技术难度,不适合求小而且全的模式。集成电路产业各个子模块经营将朝着分散化毕业论文提纲,专业化的方向发展,每个企业专注于各自领域,在以形成的设计、封装、测试、新材料、设备制、造自动化平台设计、IP设计等几大领域内分化出有各自擅长的专业领域深入发展并相互补充,这正好适应民营经济的经营使其能更加专注,以有限的资本规模经营能力能够达到自主研发高投入,适应市场高度分工的要求,所以民间资本的投入会使市场更加有效率。
第四、技术引进吸收再创新将是我国集成电路技术创新发展的可以采用的重要方式。美国国家工程院院士马佐平曾今说过:中国半导体产业有着良好的基础,如果要赶超世界先进水平,必须要找准方向、加强合作。只有站在别人的基础上,吸取国外研发的经验教训,并充分合作才是我国集成电路业发展快速发展有限途径,我国资金有限,技术底子薄,要想快速发展只有借鉴别人的技术在此基础上朝正确方向发展,而不是从头再来另立门户。国际集成电路产业链分工与国家集成电路工业发展阶段有很大关系,随着产业的不断成熟和不断向我国转移使得我国可以走先生产,在有一定的技术和资金积累后再研发的途径。技术引进再创新的一条有效路径就是吸引海外人才到我国集成电路企业,美国等发达国家的经济不景气正好加速了人才向我国企业的流动,对我国是十分有利的。
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《中等职业教育课程改革国家规划新教材·物理 (电工电子类)》,主要有以下四个方面的体现.
1突出了以能力为本位的学习目标
物理学科基础目标之一是知识与技能培养,而能力的形成是在这一基础目标上发展起来的.在当今信息飞速发展的社会里,知识与技能通过各种媒介和途径更易获取.所以,新教材在课程内容的实施过程中,突出了以学生职业能力发展为中心,形式上符合职业学校学生的学习心理与阅读习惯、图文并茂.为教师的教学与学生的学习提供比较全面的支持.
在课程结构上按照基础模块、职业模块和拓展模块来构建知识框架.基础模块是本课程的基础性内容和应该达到的基本要求,并且设置了一些与生产、生活实际密切相关的实践活动.职业模块是适应各大类专业(机械加工类、电工电子类、医药卫生类、土木水利工程等专业)学生学习、专业课所必须需要限定选修的内容.拓展模块是满足学生个性发展和继续学习的需要,其内容可以通过“物理广角”、“实训项目”、“交流分享”等形式呈现.
新教材在整体设计思路上既要考虑物理学的基础性和系统性,又要考虑其应用性和实用性;掌握知识内容的同时,体验、理解应用知识的过程与方法,从而形成能力的提高.例如,在设计匀变速直线运动规律这一节时,以前在证明物体做匀变速直线运动的4个基本公式要进行严格的数学推导.根据职业学校学生学习的心理特征,新教材是这样安排:首先给出两个实际事例,即火车做匀加速直线运动、每隔相等时间内速度的变化;汽车做匀减速直线运动、每隔相等时间内速度的变化.如表1~2.
由以上两个事例可以简单计算出单位时间内速度的改变量是相等的.从而引出加速度的概念.再根据上述的匀变速直线运动的规律,推导出一些其他公式.
先将加速度公式变形,即
又因物体做匀变速直线运动的平均速度为
从(1)~(3)式可以直接给出匀变速直线运动的位移公式
可见,本书对于本节课的设计,不过于追求理论知识体系的完整性(简化理论证明),不需要严格的数学推导过程,让学生大致知道怎么来的或直接记住结论和公式即可.
职业学校的学生与重点学校的学生比较起来,基础知识相对弱些,但他们的好奇心、好动性也很强,项目式教学恰恰适合这类学生.要求教师在教学中,不断设悬念,引导学生自己寻找解决问题的方法和答案.不能太难,要让学生跳一跳就能摘到,让他们有成功的喜悦,就不会丧失学习的信心.例如对匀速圆周运动与万有引力的内容安排上,新教材利用“物理广角”和“小知识:宇宙速度”,按照项目式教学形式分成如下环节.
观察与思考:通过影像和多媒体的演示了解我国航天工程计划,嫦蛾1号卫星运动引入物体做圆周运动的条件.参观与实践:观察公路拐弯处路面的倾斜情况及车辆拐弯时的受力情况,分析向心力的来源.
工作任务:通过演示实验观察线速度的方向,介绍液体加速器、洗衣机等实例,加深对向心力的理解.
学习目标:在观察与实验的基础上,使学生有了一定的感性认识之后,再归纳总结出物体做匀速圆周运动时的基本物理量(周期、频率、线速度、角速度、向心力、向心加速度).
知识与能力的提高是可以相互转化的,理论知识的积累和巩固可以提升能力的形成,反过来实验技能的熟练操作、观察事物运动的变化、积极参与实践活动也可以提升理论知识的形成.所以,新教材在每一章节内容介绍前,安排了“本章导读”和“核心提示”.在知识内容编排中穿插“故事坊”、“小知识”、“实训项目”,图文并茂,版式生动活泼.其目的是为学生学习时创造良好的读书环境.
2注重了对知识学习过程的探究
新教材所体现出的新课程理念是:注重培养学生对知识获取的过程,从学生的生活经验或熟知的事物运动变化出发,引人物理概念和规律,引导学生主动构建知识的形成.将物理教育的基本知识与基本技能,以一种新的教学思想去传授给学生.在课堂教学过程中,教师应该最大限度地发挥课程的优势去贴近学生生活,渗透“科学·技术·社会”的教育思想,满足学生个性发展和继续学习的需要,以及后续专业课程学习的要求.例如在第一章运动和力中,讲“力的合成与分解”时,一般情况下教师都是引入物体放在斜面上静止时,从力的作用效果可以分解出三个力.但是从实际教学反映,学生不易理解、出现错误较多.新教材在讲这节时引入了一个小知识“滑板运动”——在日常生活中学生常做的一种运动.在教师的引导下学生很容易分析出“运动员双脚通过滑板向后蹬地的同时,地面给予滑板一个反作用力,这个反作用力的一个分力使滑板前进”.教学中注意去分析贴近学生生活的例子之后,再分析较复杂的物体运动效果会更好.例如在讲“机械振动与波”时,新教材设置了“物理广角1:机械振动”和“物理广角2:机械波”.教材在开头首先设置了生活中常见的情景案例“家庭里钟摆的摆动、钓鱼时水中浮标上下的浮动、扁担挑物体时的颤动及在公园里小朋友荡秋千游戏”等活动.通过情景的引入及描绘,讲清楚物体运动过程中的特征及规律.之后再做一个典型的水平弹簧振子的演示实验,归纳总结出振幅、周期和频率等基本物理量.在讲“物理广角2:机械波”时,教材安排了一个“小知识:地震波的传播方式”.对广大学生来说教育意义非常深刻.教师可因势利导,讲地震波传播过程的同时,就把机械波的种类、性质以及波长、波速和频率之间的关系交代清楚.这样学生不仅学到了物体振动与波动的知识,同时也了解到关于地震、共震、声波的传播等自然现象.
3体现了物理学与专业课程的衔接
物理学与其他专业学科课程的关系主要表现在两个方面:一是物理学就其本身知识内容而言,是工科各专业基础课程内容的基石,因此也是学生学好专业基础课程所必备的铺垫.二是物理学是一门理论与实践结合很密切的学科,在学习物理的过程中,学生会学到一些完整的科学思想和科学方法,这对培养学生学习工科专业基础知识、物化科学素养是非常有益的.另外,物理学与专业知识、工程技术结合的途径,主要还是从物理知识、原理去衔接.所以,在该教材中列举了大量的生产生活中常见的物理现象,突出了教材的实用性和专业特色,强化物理课与后续课程密切联系的知识应用,这是本教材编写的旨意.
在教学过程中,可以采用项目教学法的形式去组织教学,引导学生的学习兴趣,培养学生分析问题和解决问题的能力.因为,这套教材主要适用于职业学校的电工电子类专业.如电子技术应用专业,它的主要专业课程的内容是:电工基础、电子线路、电子测量技术与仪器、电子产品结构工艺等.所以,在课程内容和课程结构的安排上,跟普通基础教育的课程都有所不同.在内容体系安排上,力学部分包括运动学、动力学、功与能、振动与波,只用了两章篇幅.而电磁学部分包括了直流电路、安全用电、静电学、磁场、电磁感应、电磁波等,用了四章篇幅.其目的是为了突出电工电子类专业基础课程的需要.
在课程结构安排上,每一章节都安排了小知识.例如在讲电功、电功率时,在小知识栏目中介绍一度电的作用以及在生活、生产中各种电度表的使用.在讲焦耳定律时,为了说明“电流通过导体时产生的热量跟电流的平方、导体的电阻和通电时间三者的乘积”的物理关系,教材除了安排一个典型例题“一台直流电动机在正常工作时,它的额定电功率和1小时流过电流所产生的热量是多少?”之外,还在“小知识”栏目中重点介绍了各种家用电器省电常识及正确使用方法.如“功放机节约用电的办法主要是减少音量,外接音箱的阻抗不可太小.避免多只音箱并联使用,尽可能减轻功放机的负荷,以达到节电和保护机器的目的”.这样处理后,学生不仅对电功、电功率的物理概念及焦耳定律有了深刻的理解,同时将学习到的物理知识应用于专业技术中,为后续学习家用电器的专业基础课程作了铺垫.
4拓展了科学素质培养的空间
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每次要上好“科学之旅”这节课,不妨用三个苹果的故事引入牛顿定律,用伽利略在教堂观察吊灯的故事知道钟表的发明阿基米德洗澡的故事了解浮力原理;从展示生活用品、生产工具、航天技术、自然界景观的几组图片,让学生感受到物理就存在了实际生活之中;老师演示电吹风出乒乓球实验、瓶口吞鸡蛋实验、三棱镜分解太阳光等实验,让学生感到物理就像魔术课;让每个同学吹、吸一个漏斗下的乒乓球,发现不管是吹还是吸乒乓球都不掉……使学生产生疑惑、惊奇、诧异的情感,让他们初步了解与物理有关的人和事,让学生明白物理知识来自生活经验,来自社会实践,来自科学研究,从而激发学生的学习热情。从物理学知识魅力上来吸引学生。
有了第一节课的情境设计,就可以引导学生带有目的地去听下一节课,让学生每节课都知道要学什么;然后设计一些惊奇性、参与性、启发性的小实验和一些生活中实例应用去激发学生的兴趣,让学生保持探究物理问题的兴奋点,从而提高课堂效率。
二、提出富有创新性的问题引入新知识
爱因斯坦指出:“提出一个问题往往比解决一个问题重要。因为解决一个问题也许仅仅是一个数学或实验上的技能而已,而提出新的问题,却需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步。”有效的问题设置即问题应有趣味性、启发性、探究性和延展性的特点,一个好的问题提出能较好地处理教与学两者间的关系,能够让课堂教学波澜起伏、引人入胜。如为什么“一枚硬币可以放在水面上吗?”“扔出去的石头总落到地面上?”“如何实现鸡蛋在盐水中上浮下沉?”“用高压锅做饭是什么道理?”这些问题的提出根据不同的情况可以让学生自己做一做试一试,久而久之,学生创造性思维得到训练,学生再做中考题型的归纳探究、演绎探究和问题解决题也就迎刃而解了,在物理创新实验和创新小论文评比活动中也会有很多学生脱颖而出了。
三、设计科学合理的探究过程收获结论
青少年时期的学生天性好动,你让他聚精会神地听你整节课的讲解几乎是办不到的,学生的注意力很容易分散和发生转移,也就没了学习兴趣。针对这些特点,我们要让学生积极起来,让学生去听、去讲、去看、去体验,而不是凭空的讲解。在此过程中,教师的原则是学生能自己做的就让学生做,不能做的老师可以演示,不能演示的可以看录像,能看录像的就决不看动画。如我让他们亲自去荡一次秋千,然后让他们讲一讲机械能的转化情况;让他们去收集破旧眼镜片,然后让他们区分开哪些是凸透镜,哪些是凹透镜;给他们每人一块橡皮泥,思考怎样放在水里沉不下去;我把一辆自行车搬上课堂,让学生体验哪些是杠杆……学生在这些活动中发现问题――做出假设――设计并进行实验――归纳分析――得出结论――评估与交流,激发学生兴趣,更能提高学生的科学素养和创新精神。
四、制作适用精致的微课用来翻转课堂
现在的初中学生生活经验较少,我们又处在农村学校,学生见识较少。有些物理知识涉及的电梯、轮船、过山车游戏、霓虹灯、盘山路……没见过只能死记硬背。为此我把生活中、旅游过程中积累的一些图片、视频制作成微课,来拓展学生的视野,使他们更好地理解物理知识。如学习运动和静止的相对性时,播放联合收割机与卡车同时的工作过程、录制自己乘坐电梯的过程;学习光污染时,展示自己拍摄一组城市玻璃幕墙的照片;学习平面镜成像时,展示美丽的西湖倒影、京杭大运河夜景、上海外滩夜景;学习机械部分时,让学生观看工地上吊车、挖土机的工作过程、东营世博园内用辘轳提水的过程、胜利油田磕头机的工作过程……利用微课课内课外的学习,物理理论知识紧密的联系实际,同时学生也感受到老师的良苦用心,师生关系更加的融洽。
五、学习STS引导学生应用物理知识
课堂中插入一些现代物理的新发展、新成果、新成就,让学生了解现代科技的发展与物理的关系,体会物理来源于生活。如在讲到光的知识时,说说光污染的问题;讲到力的知识时,说说航空航天神舟系列和新型生产工具;讲到电的知识时,说说家庭用电与安全节约用电;讲到热的知识时,说说交通安全、环境污染与保护、能源问题;讲到声的知识时,说说噪音的危害、说说超声波的利用等等。让学生感兴趣的同时认识到生活中处处有物理又离不开物理知识,让学生愿意学习,乐于学习物理。
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1.有些问题教材未作深入阐述或未阐述,但在学生探索能力范围之内,可以引导学生进行研究探讨。
2.与个人或家庭生活密切相关的问题。如改造家庭炉灶以提高燃料的效率、设计特殊电路、制作自动控制电器等。从一些装置产生的问题。如傻瓜相机为什么不用调焦?为什么人能通过门镜(“猫眼”)看到门外的人,而门外的人却看不到室内的人?
3.与工农业生产密切相关的问题。如惯性在汽车制动和导航中的应用、太阳能的综合利用、静电利用和危害防范、农业生产中的物理学知识、高科技在抗洪救灾中的应用等。
4.与科技发展有关的问题。如新型电池、超导体、激光、航空航天技术、现代信息技术、纳米技术、记忆合金等。
5.一些重大社会问题。如环境保护、物理污染、能源危机、新能源开发、电脑病毒以及犯罪克隆与伦理等。
一、结合物理游艺表演进行拓展
在学习了八年级物理《第一章物质的状态及其变化》和《第二章物质性质的初步认识》后,让学生观看“油锅取物”的游艺表演。表演者从沸腾的油锅中伸手取出物体后若无其事。在学生惊叹的同时,让其明白其中的物理知识:原来油锅中的液体是油和白醋的混合物,由于油的密度小,所以漂浮在白醋的上面,并且白醋的沸点比油的沸点低,在40~50℃之间即可沸腾,看起来像是油锅中的油沸腾了,而实际上是白醋在沸腾。表演者伸手到50℃左右的液体中拿物体时,虽然感到热但不会烫伤皮肤,加之动作快,是不会有危险的。这种趣味性、娱乐性与知识性相结合的活动,创造出一个和谐高效的课堂气氛,极大地吸引了学生的注意力,充分调动了学生的眼、脑、口、手等对教学信息进行反应。
二、结合活动进行拓展
我们应该根据不同的物理学内容,将对这些问题的探究结合到各种活动中。活动的设计要尽可能贴近日常生活、生产的实际,使学生有积极参与各类活动的兴趣和主动性。
比如,我们学习了八年级物理《第一章物质的状态及其变化》,就可开展“物理就在我们身边”的主题活动。鉴于学生的知识有限,可将主题范围缩小为“厨房里的热学知识”,引导学生去对平时“视而不见”的厨房用具、设备、现象进行仔细观察、思考:这些用具、设备为什么要这样造?厨房中的现象为什么会这样?并要求学生用物理知识进行解释。
三、补充课外小实验,撰写科技小论文
在以往的学生实验中,实验材料、试剂都是书本上指定的,课前由教师准备好,实验时,学生完全按规定的步骤进行。在这过程中,学生完全成了不用思考的机械操作者。这种教学没有给学生思维空间和余地,抑制了学生的主动性和思考的独立性。而现代教育就是要引导学生自主学习,因此,教师可以结合具体的实验,教会学生一些基本的实验研究方法,然后让学生自己查资料,弄清实验的原理,选择合适的实验材料和实验方法。还可以补充一些课外的小实验。比如:学习八年级物理《第一章物质的状态及其变化》时,可以让学生做几个小实验,如“纸锅烧水”、“鱼在沸水中生存”、“用冰水煮开水”等,并解释其物理现象和规律。
学习了《水的循环》一节内容后,让学生以“日常生活中的水的再利用”为题,撰写小论文或设计一个学校、家庭的节水方案,并在班上交流,以增强学生对水资源的保护意识。
还可以让学生开展对校园生活垃圾的处理和合理利用的研究,讨论制定“怎样处理和合理利用校园生活垃圾”的科学方案。
四、结合网络及课外读物进行拓展
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近年来,航空航天技术快速发展,各类飞行器的飞行能力不断提升,这就要求现代雷达应具有高精度、远距离、高分辨力的探测性能。传统脉冲雷达存在雷达探测能力与距离分辨力之间的矛盾[1]。为解决这一矛盾,大多数现代雷达采用脉冲压缩技术,调制信号频率或相位,从而产生探测距离较远的大时宽带宽信号,接收端通过具有匹配滤波器的接收机接收,产生窄时脉冲,提高了距离分辨率。
随着大规模集成电路及超大规模集成电路的快速发展,可编程门阵列(FPGA)被广泛应用,以可编程门阵列为硬件基础实现的数字脉冲压缩技术有着可靠性高、灵活性好、可编程、电路集成度高等优势[2],逐渐取代早期的模拟脉压技术,成为现代雷达脉冲压缩系统的发展主流。本文以此为技术背景,对线性调频信号的脉冲压缩进行了深入研究和波形仿真,并给出了一种基于可编程门阵列的数字脉冲压缩实现方法。
1 脉冲压缩技术原理
脉冲压缩技术主要应用于现代雷达上进行距离探测和目标识别。线性调频信号属于大时宽带宽积信号中的一种,它通过非线性相位调制或线性频率调制( LFM)来获得大的时宽带宽积,是研究的最早且应用最广泛的一种脉冲压缩信号[3]。采用匹配滤波器,可将接收机接收到的宽脉冲信号经过处理得到窄脉冲信号,实现脉冲压缩,同时提高信噪比。目前这种技术已经广泛用于各种雷达体制中。一般在时宽带宽积BT>30时,可以近似认为线性调频信号具有矩形振幅频谱,因此其匹配滤波器也应该具有矩形带通振幅特性。线性调频信号的匹配滤波器的近似频率特性可描述为:
(1)
设匹配滤波器输入端作用信号为:
(2)
式中: 为多普勒频率,匹配滤波器输出信号的频谱为:
(3)
对 求傅里叶反变换得到时域表达式 ,即为脉压系统的输出:
(4)
可以看出,经过脉冲压缩处理后的线性调频信号具有sinc函数的特性。
2 数字脉冲压缩系统的实现
在理论上,时域卷积法和频域相乘法均可以实现数字脉冲压缩。在工程上,却要同时考虑匹配滤波器的长度和雷达信号处理的巨大计算量,因此多采用频域相乘法进行脉冲压缩。回波信号首先经过A/D转换模块,再经由FFT运算模块处理后乘以频域匹配滤波系数,然后数据送入IFFT模块经D/A转换后即为脉压输出结果。采用频域相乘法的脉冲压缩处理流程如图1所示。本文的各模块设计也正是遵循这一思想进行的。
2.1 FFT模块设计
脉冲压缩处理速度的关键取决于FFT模块的算法设计,之前由于数字电路发展的限制,FFT处理结构更多的考虑节约硬件资源以获取更低的功耗,近年来随着大规模集成电路的快速发展,FFT模块的设计已经突破硬件瓶颈,看重指标主要集中于数据处理速度及数据处理精度上。以FPGA为硬件基础设计的FFT运算结构有着递归结构、流水线结构和全并行结构三种类型。递归结构在数据控制上占有优势,因其只有一个运算单元,因此占用的资源最少,需要较长时间运算。流水线结构将本级运算结果直接送入下一级运算,运算速度有所提高,但需要消耗较大的存储空间。全并行结构的运算单元数量与运算点数成正比,是计算速度最快的一种,是以牺牲硬件资源为代价[4]。本文以16路并行运算结构为基础,主要通过FPGA芯片内部资源的合理配置大幅度提升了FFT的运算能力,其中单极FFT处理模块处理流程如图2所示。
2.2 系数匹配相乘模块和IFFT模块设计
系数匹配模块根据发射波形是否可变,有两种模式可供选择。如果雷达发射可变波形,就需要在对发射波形采样的同时进行快速傅里叶变换处理,得出频谱序列的幅值即为匹配系数;如果雷达反射固定波形,可先行通过MATLAB计算出匹配系数并存储到 EPROM 中,通过系数调用方式相乘,这种方法实现起来比较简单,适合绝大多数的脉压系统。
IFFT运算模块可以调用FFT运算模块的硬件电路实现,具体处理原理如下:
将 分解为实部与虚部,将实部与虚部互换得到 ,表达式为:
(5)
对 进行傅里叶变换可得 ,即:
(6)
将 的实部与虚部交换后乘以系数因子 可得:
(7)
由(8)、(9)式可知在工程中实现IFFT模块运算对预处理数据的实部与虚部对调,调用FFT模块硬件电路处理后,再次交换数据的实部与虚部并乘以系数因子 ,通过硬件电路的共用不但降低了硬件电路的复杂程度,节省了系统资源,同时也使运算速度大大提升,其数据处理流程同图2相同。
3 实验结果与仿真
采用美国Agilent公司E8627D信号源模拟雷达回波信号,FPGA芯片选取Xilinx公司生产的XC2V1000。线性调频信号具体参数设置如下: 中频、 偏频、 的脉冲宽度, 的周期。FPGA系统输出结果和Matlab仿真结果如图3所示,可以看出二者基本吻合,从而验证了本方案正确性和可行性。
(a) FPGA输出结果 (b) Matlab仿真结果
4 结语
雷达采用线性调频脉冲压缩技术后具有作用距离远、距离分辨力高、抗干扰能力强的特点,本文给出了一种以可编程门阵列(FPGA)为硬件基础进行数字脉冲压缩的设计方法。这种基于FPGA的模块化设计方法非常灵活,电路设计简单,电路集成度高,稳定性好,极大缩短了研发周期,便于工程实现与后期维护。通过理论仿真和试验验证,FPGA芯片的输出结果和MATLAB仿真结果相吻合,满足现代雷达对数据采集与处理实时性和准确性的要求。
参考文献
[1]李方慧,龙腾,毛二可.基于TMS320C6201的并行高速实时数字脉冲压缩系统研究[J].电子学报,2001,29(9):1272-1275.
[2]贺知明,黄巍,向敬成.数字脉冲压缩时域与频域处理方法的对比研究[J].电子科技大学学报,2002(4):31-33.
篇13
1.国家级科技力量强大,地方科技力量弱小
科技人员、机构、研究开发活动总要落在某一地理空间上,从而形成科技的区域布局即区域科技。对某一特定区域而言,由于科技经费的来源和科技活动功能定位不同,从而可区分为“国家科技”和“地方科技”。按国家主要提供公共物品和克服市场失灵的经济职能[2],国家科技活动研发经费全部由中央政府提供,主要进行基础研究、战略性研究和前瞻性技术开发以及国防科技研发;按地方政府主要是保持地方经济社会持续发展的经济职能[3],地方科技活动研发经费主要由地方政府提供,在直接、间接享受国家科技成果的同时,集中力量进行适应本地经济发展需求和具有本地资源特色的技术应用开发研究和技术扩散、推广与普及工作。根据上述分析,在陕西区域技术创新体系结构中,可明显地看出,陕西国家级科技力量强大,而地方级科技弱小。
区域科技发展是一个政治、经济、科技、文化和历史的综合过程。在计划经济体制下,国家科技战略布局是影响区域科技形成实力的决定性因素。我国在建国以后,就把国家建设与区域经济、科技布局紧密联系在一起,统筹考虑和安排。“一五”、“二五”时期,国家把陕西作为战略后方,在陕西关中地区新建了20个大型军工骨干企业、研究所和配套企业,奠定了陕西科技与工业基础。20世纪60年代,出于国防安全考虑和与“三线”建设配合,国家又相继投入巨额资金,在“三线”地区(重点是陕、川、贵等省区)进行大规模的军事工业和国防科技建设,陕西陇海沿线和汉中地区当时新建军工企业59家,研发机构23家,新建和内迁重点高校3所,使陕西成为我国重要的军工研发和生产制造基地,也使陕西的科技实力迅速提升。20世纪末期西部大开发以来,国家又看好陕西良好的科技基础,在科技经费投入、科技重大专项安排和科技基础设施建设等方面,进一步加大对陕西的支持力度,使陕西科教大省的地位更加牢靠。由此可见,陕西科技是嵌入式的,是国家根据总体战略布局考虑长期支持培育形成的,而非陕西经济、科技自身发展的结果。从而造成了陕西区域科技结构国家科技力量强大、地方科技力量弱小的不平衡态势。
据统计,1999年陕西省共有104个技术研究机构,46218名技术研究人员,当年获得重大科技成果589项,居国际先进水平的197项,占33.4%;居国内领先水平的265项,占44.9%;在全省科研院所一级学科的101个优势专业的研究领域中,共获得省部级以上的成果奖8754项,其中国家级成果奖564项,而且17个是全国唯一[4],详见表1、表2。
表1陕西省科研机构高新技术成果资源分布研究研究技术获省部级在全国
学科领域方向机构人员以上奖励专业
(个)(个)(个)成果数量(项)水平
航空航天技术1217257172753(国家级154)4个国内唯一
兵器制造技术9114996848(国家级269)5个国内唯一
动力与电气工程992040760(国家级10)1个国内唯一
电子通信技术55169981(国家级8)1个国内唯一
食品科学技术421411001个国内唯一
土木建筑工程451452141个国内唯一
测绘科学技术2252139(国家级27)1个国内唯一
材料科学1114191个国内唯一
军事医学1112371个国内唯一
机械工程6538211个国内唯一
表2陕西省科研机构各优势学科领域获奖成果所占比重及排序学科领域获奖成优势专技术人排序
果比重业比重员比重
航空航天技术31.4%11.9%55.6%1
核技术16.4%1.9%2.1%2
冶金工程技术10.8%2.9%3.1%3
兵器制造技术9.7%8.9%10.8%4
动力电气工程8.6%8.9%4.4%5
从表1、2可以清楚地看出,陕西省科研机构、技术人员和获奖成果所占比重前5位的优势学科是航空航天技术、核技术、冶金工程技术、兵器工程技术、电力电气工程,基本上都属典型的国防高科技。
进一步从陕西研究开发经费来源和投入结构看,也可明显地看出这种不平衡状况。多年来,陕西R&D经费投入一直较高。2001年,陕西R&D经费支出占全国总额的4.96%,居全国第8位。R&D经费占GDP的比重更高,为2.8%,居全国第2位,仅排在北京(6.02%)之后,高于广东、上海、江苏等东部发达省份,达到发达国家的科技投入强度。但高投入的R&D经费主要是由作为陕西R&D活动主体的中央所属研发机构、重点高校通过争取中央财政获得的,而地方所属企事业单位的R&D经费投入很低。2000年,在陕西R&D经费内部支出中,政府资金占60.85%,居全国第1位,甚至高于北京;政府R&D投入占GDP比重居全国第2位,为1.81%,高于上海等经济发达城市,是全国平均值的5.5倍;同样,中央所属企事业单位的R&D经费占总额的76.9%,高于北京,居全国第一,而地方所属企事业单位的R&D经费支出仅占总支出的23.1%,远低于上海(45.8%)、湖北(39.9%)等省市[5]。而且,投入中央企事业单位的R&D经费中主要用于国防科研,民口研究机构投入很低,在2001年R&D执行经费中,民口仅占2.63%[6]。由此可见,主要承担国家高精尖和军工技术任务,为国家总体经济、军事服务的中央属企事业单位是陕西R&D活动的主力军,而陕西地方科技和主要为陕西当地经济发展服务的地方属企事业单位的R&D活动能力却很弱。
2.研发能力较强,产业化和市场实现能力弱
一般认为,对科技相对发达地区,应采取技术推动型的技术创新模式。技术推动型的创新模式大体包括基础研究应用研究试验发展生产制造市场营销等五个相互关联、上下游互动的完整过程。研究表明,在陕西技术创新上、下游的链条中,其优势在于上游的研发能力较强,而下游的产业化和市场实现能力则较弱。上、下游链条严重断裂和不平衡。
据柳卸林等主持的以知识创造、知识获取、企业创新、创新环境和创新绩效等五项为一级指标的“中国区域创新能力报告”,2001、2002、2003连续三年陕西区域创新综合排名均比较靠前,三年全国排名分别为第11、10、11名。但其靠前主要由作为其二级指标的研发投入和研究成果带来的,研发投入强度三年全国排名均为第二,仅列北京之后;研究成果中又以作为表现基础研究成果形式的科研论文指标靠前,三年排名分别为第5、7、4名;而作为应用与开发研究成果表现形式的技术专利指标则相当靠后,三年排名分别为第19、15、20名;制造与生产能力也靠后,分别为17、13、18名[7]。另外,从研发经费投入内部结构看,2003年陕西基础研究、应用研究和试验发展三者经费支出比例为1∶5.1∶1.2,而同期全国三者比例为1∶3∶13[8],也表明陕西用于基础研究经费较高,与生产直接联系的试验发展经费太低,不到全国的10%。由于后续投入跟不上,使得上游的科技成果难以形成产品和产业化。与这种不平衡直接相关,在陕西区域技术创新体系中,还存在着科技能力强大,经济能力(吸收能力)弱小的不平衡。
据吴贵生等建立的一套评价指标体系对全国各地区科技与经济发展之间的关系状况进行评价,将全国分为五类区域:Ⅰ类区域——经济科技最发达地区;Ⅱ类区域——经济科技发达地区;Ⅲ类区域——经济处于中等水平,但科技相对发达地区;Ⅳ类区域——经济处于中等水平,科技欠发达地区;Ⅴ类区域——经济科技均欠发达地区。陕西属第Ⅲ类地区,为典型的科技发达、经济落后地区。
3.国有大中型企业研发能力强,外资和民营企业研发能力弱
这可从陕西工业企业内部R&D经费投入结构明显地看出。在工业企业内部,虽然陕西工业企业R&D经费投入很高,2000年,有科技活动的工业企业的R&D经费投入强度居全国第1位,为2.57%,是全国平均值的2.5倍。但在工业企业R&D经费支出中,国有大中型企业系统占绝对优势,为56.64%,股份有限公司(大部分是国家控股)占22.75%,两者之和为79.39%,是陕西R&D活动的主要执行者,而港、澳、台和外商企业合计仅占6.9%,民营企业R&D经费投入更少,研发能力很弱,这和浙江、福建、广东等东部沿海地区国有企业在企业R&D中经费支出的比重很低(浙江国有企业占8.22%、福建15.22%、广东17.46%)[9],外资企业、股份企业和民营企业等成为R&D活动的主力形成明显反差。国有企业由于体制、市场化和经济外向型等因素制约,致使企业技术创新机制活力不足,创新效率低下,对陕西经济增长贡献不大,也加剧了陕西科技研发能力强、经济吸收较弱,科技与经济严重不协调的状况。
4.西安等中心城市科技能力强大,其他市县区科技能力弱小
科技及其产业化具有空间聚集性特征,其科技产业集群的区位选择一般会落在政治、经济、科技、教育、文化发达的大城市,这在国内外都是如此。但陕西这种科技区位分布不均衡性在国内最为显著。科技能力近八成分布在省会西安市,而省内其他地市科技能力极其微弱。据魏守华对全国27个省区(除北京、上海、重庆三个直辖市)科技集中度计算分析,西安集中陕西76.9%的科技,在全国除海南外,居第2位(虽然海口市集中海南省90.5%的科技,但由于海南科技发展尚处起步阶段,在全国科技力量很弱,全省科技基数本身很小,所以西安科技集中度实际上在全国最高),为最典型的科技单中心城市(将科技首位城市的集中度在0.5以上称为单中心城市,科技前两位城市的集中度在0.5以上称为双中心城市,在0.5以下的称为多中心城市),而西安以外的宝鸡、汉中、咸阳、渭南等市和广大县区科技力量极其微弱,与东部的浙江、江苏、山东等经济发达省份科技分布为双中心或多中心,科技分布相对均衡明显不同。如在江苏,科技集中度位居前两位的城市分别为南京(26.2%)和无锡。南京、无锡之和仅为37.9%,为典型的多中心城市[10]。
陕西区域技术创新体系除了上述非均衡的二元结构缺陷外,还存在着人们公认的体系内各创新行为之间相对封闭的内在缺陷。由于国家科技与地方科技、军工科技与民用科技等职责、任务的不同,加上传统计划经济体制的严重束缚,使得产业与产业之间、高新技术产业与传统产业之间、科研院所、重点高校与企业之间、军民创新体系之间联系较弱,往往自成体系,存在着大而全小而全的特点,缺乏专业化分工和社会化协作。就在产业集群相对较高的西安高新区也存在这样的情况,一家做压电陶瓷变压器的企业,从材料到元件再到器件背光电源,都要自己来做。尤其作为陕西科技支撑的国防科技部门、军工企业和重点高校,受行业和体制束缚,几乎不和地方科技与企业发生联系,研究合作、加工配套都在系统内部进行。特别是近年来军工需求升温,把刚刚开始的国防工业向民品、向市场转化的过程又停顿下来;国家级科技重点实验室、重点学科、工程研发中心基本不对外开放和合作,地方科技经济很难利用;国家科研机构和重点高校的大量研发成果,或者通过自办企业自行转化,或者流向资金雄厚、市场化程度高的东部发达地区。
陕西区域技术创新体系存在缺陷的直接后果是创新资源的不合理配置(科研机构和能力建设与陕西经济社会发展要解决的科技问题脱节,科技供给与需求严重不匹配)和创新效率低下(1999-2002年4年间技术创新效率一直在全国排第20位以后,分别为第24、26、20和22位[11]),科技优势远未转化为经济实力,最终形成日趋明显的科技与经济发展严重不协调的“陕西现象”。
二、陕西区域技术创新体系缺陷的调适对策
1.克服认识误区,提高技术创新的实效
早在1要为陕西当地经济发展服务的地方属企事业单位的R&D活动能力却很弱。
2.研发能力较强,产业化和市场实现能力弱
一般认为,对科技相对发达地区,应采取技术推动型的技术创新模式。技术推动型的创新模式大体包括基础研究应用研究试验发展生产制造市场营销等五个相互关联、上下游互动的完整过程。研究表明,在陕西技术创新上、下游的链条中,其优势在于上游的研发能力较强,而下游的产业化和市场实现能力则较弱。上、下游链条严重断裂和不平衡。
据柳卸林等主持的以知识创造、知识获取、企业创新、创新环境和创新绩效等五项为一级指标的“中国区域创新能力报告”,2001、2002、2003连续三年陕西区域创新综合排名均比较靠前,三年全国排名分别为第11、10、11名。但其靠前主要由作为其二级指标的研发投入和研究成果带来的,研发投入强度三年全国排名均为第二,仅列北京之后;研究成果中又以作为表现基础研究成果形式的科研论文指标靠前,三年排名分别为第5、7、4名;而作为应用与开发研究成果表现形式的技术专利指标则相当靠后,三年排名分别为第19、15、20名;制造与生产能力也靠后,分别为17、13、18名[7]。另外,从研发经费投入内部结构看,2003年陕西基础研究、应用研究和试验发展三者经费支出比例为1∶5.1∶1.2,而同期全国三者比例为1∶3∶13[8],也表明陕西用于基础研究经费较高,与生产直接联系的试验发展经费太低,不到全国的10%。由于后续投入跟不上,使得上游的科技成果难以形成产品和产业化。与这种不平衡直接相关,在陕西区域技术创新体系中,还存在着科技能力强大,经济能力(吸收能力)弱小的不平衡。
据吴贵生等建立的一套评价指标体系对全国各地区科技与经济发展之间的关系状况进行评价,将全国分为五类区域:Ⅰ类区域——经济科技最发达地区;Ⅱ类区域——经济科技发达地区;Ⅲ类区域——经济处于中等水平,但科技相对发达地区;Ⅳ类区域——经济处于中等水平,科技欠发达地区;Ⅴ类区域——经济科技均欠发达地区。陕西属第Ⅲ类地区,为典型的科技发达、经济落后地区。
3.国有大中型企业研发能力强,外资和民营企业研发能力弱
这可从陕西工业企业内部R&D经费投入结构明显地看出。在工业企业内部,虽然陕西工业企业R&D经费投入很高,2000年,有科技活动的工业企业的R&D经费投入强度居全国第1位,为2.57%,是全国平均值的2.5倍。但在工业企业R&D经费支出中,国有大中型企业系统占绝对优势,为56.64%,股份有限公司(大部分是国家控股)占22.75%,两者之和为79.39%,是陕西R&D活动的主要执行者,而港、澳、台和外商企业合计仅占6.9%,民营企业R&D经费投入更少,研发能力很弱,这和浙江、福建、广东等东部沿海地区国有企业在企业R&D中经费支出的比重很低(浙江国有企业占8.22%、福建15.22%、广东17.46%)[9],外资企业、股份企业和民营企业等成为R&D活动的主力形成明显反差。国有企业由于体制、市场化和经济外向型等因素制约,致使企业技术创新机制活力不足,创新效率低下,对陕西经济增长贡献不大,也加剧了陕西科技研发能力强、经济吸收较弱,科技与经济严重不协调的状况。
4.西安等中心城市科技能力强大,其他市县区科技能力弱小
科技及其产业化具有空间聚集性特征,其科技产业集群的区位选择一般会落在政治、经济、科技、教育、文化发达的大城市,这在国内外都是如此。但陕西这种科技区位分布不均衡性在国内最为显著。科技能力近八成分布在省会西安市,而省内其他地市科技能力极其微弱。据魏守华对全国27个省区(除北京、上海、重庆三个直辖市)科技集中度计算分析,西安集中陕西76.9%的科技,在全国除海南外,居第2位(虽然海口市集中海南省90.5%的科技,但由于海南科技发展尚处起步阶段,在全国科技力量很弱,全省科技基数本身很小,所以西安科技集中度实际上在全国最高),为最典型的科技单中心城市(将科技首位城市的集中度在0.5以上称为单中心城市,科技前两位城市的集中度在0.5以上称为双中心城市,在0.5以下的称为多中心城市),而西安以外的宝鸡、汉中、咸阳、渭南等市和广大县区科技力量极其微弱,与东部的浙江、江苏、山东等经济发达省份科技分布为双中心或多中心,科技分布相对均衡明显不同。如在江苏,科技集中度位居前两位的城市分别为南京(26.2%)和无锡。南京、无锡之和仅为37.9%,为典型的多中心城市[10]。
陕西区域技术创新体系除了上述非均衡的二元结构缺陷外,还存在着人们公认的体系内各创新行为之间相对封闭的内在缺陷。由于国家科技与地方科技、军工科技与民用科技等职责、任务的不同,加上传统计划经济体制的严重束缚,使得产业与产业之间、高新技术产业与传统产业之间、科研院所、重点高校与企业之间、军民创新体系之间联系较弱,往往自成体系,存在着大而全小而全的特点,缺乏专业化分工和社会化协作。就在产业集群相对较高的西安高新区也存在这样的情况,一家做压电陶瓷变压器的企业,从材料到元件再到器件背光电源,都要自己来做。尤其作为陕西科技支撑的国防科技部门、军工企业和重点高校,受行业和体制束缚,几乎不和地方科技与企业发生联系,研究合作、加工配套都在系统内部进行。特别是近年来军工需求升温,把刚刚开始的国防工业向民品、向市场转化的过程又停顿下来;国家级科技重点实验室、重点学科、工程研发中心基本不对外开放和合作,地方科技经济很难利用;国家科研机构和重点高校的大量研发成果,或者通过自办企业自行转化,或者流向资金雄厚、市场化程度高的东部发达地区。
陕西区域技术创新体系存在缺陷的直接后果是创新资源的不合理配置(科研机构和能力建设与陕西经济社会发展要解决的科技问题脱节,科技供给与需求严重不匹配)和创新效率低下(1999-2002年4年间技术创新效率一直在全国排第20位以后,分别为第24、26、20和22位[11]),科技优势远未转化为经济实力,最终形成日趋明显的科技与经济发展严重不协调的“陕西现象”。
二、陕西区域技术创新体系缺陷的调适对策
1.克服认识误区,提高技术创新的实效
早在1988年,陕西就在全国率先提出了“教育奠基,科技兴陕”的战略,实施了技术创新工程和构建关中高新技术产业开发带的重要举措,收到了一定实效。但陕西在实施“科教兴陕”的战略中,存在着片面的认识误区,有为科教而科教的倾向:把科教兴陕的重点放在发展“科教”上,而忽视了其宗旨是“兴陕”;把技术创新当成技术的创新,而忽视了技术创新的实质在于实现技术的经济效益;把发展高科技产业当成发展高科技,而忽视高科技产业化和对传统产业的改造提升。其结果是科技确实发展了,教育也上去了,在全国确保了科教大省的地位,但兴陕的根本目的远没有达到。具体表现在:陕西历来把注意力放在争取国家级课题、项目和经费投入上,放在追求在SCI、EI发表多少篇论文的“虚名”上,以取得在全国科教排名前列为荣耀,而对整体体制改革、建立现代企业制度促进产学研合作,促进科技要素与其他生产要素结合,实现科技的经济价值重视不够;在发展路径上,过度依赖自主知识产权、自主开发和自主培育产业增长点,而在对外开放、促进高新技术发展的国际化上力度不够。对此,陕西应认真对多年来科教兴陕成效不彰进行反思,克服认识误区,从整体上调整科教兴陕的发展思路,在科技与经济的结合、国家科技资源与地方科技经济资源的整合上下工夫,切实提高技术创新的实效。
2.充分利用国家科技实力,大力发展陕西地方科技
陕西区域科技布局中国家级科技与地方级科技不均衡状况,在很大程度上是国家出于整体战略考虑长期支持培育而历史形成的,具有客观必然性。作为陕西地方政府和企业,应主动服从、服务和支持国家级科技的发展。一方面,国家级科技包括军工高科技应充分发挥技术外溢和溢出的空间局限性[12],通过民项目、人员流动、技术转让和示范与学习等路径内化和提升陕西地方科技实力;另一方面,陕西地方政府和企业则要提高利用国家科技资源的意识和能力,更加主动地做好与其的对接工作。一是根据陕西区域经济社会发展对科技的实际需求,通过建立科技园区、科技孵化器等科技转化平台,选择若干重大科技项目和成果,利用地缘优势,做好国家级科技产业化长链的中下游工作,使其首先在陕西本地开花结果;二是利用陕西强大的国家级科技优势,依托西安高新区和杨凌农业高新技术示范区两个“中国亚太经合组织科技工业园区”,积极开展对外交流,争取国外大企业把研发中心、生产基地设在陕西。利用陕西的优势、廉价的人力资源和随着西部大开发已大为改善的投资软硬环境,加大招商引资力度。进一步创造条件,促使陕西一部分高水平大学、科研机构主动对外寻求跨国集团与国内大企业在陕设立、共建技术开发中心,以此使本地国家科技、人员从高端介入国际产业链,并通过人才密集、研发机构密集形成硅谷效应;三是积极促使本地企业、科研单位、承接国内外科技产业的业务外包,鼓励企业开展产品代加工,使本地生产要素得到充分就业。同时,更重要的是,陕西要大力发展地方科技,增强地方科技的实力与能力。当前,一是要切实加强地市和县域科技开发推广机构建设,切实落实领导、政策、人员和资金投入,确保其正常运转和发挥作用。二是加大地方财政对本地科技的资金投入,尤其要采取强力措施,确保“科技三项经费”的到位和专项使用。投入专项资金加强地方科技信息化建设和完善地方科技服务体系;三是要结合地域资源优势、特色和经济发展实际需要,大力发展服务地方经济、提升地方科技实力的地方属高等院校和职业教育,以此作为突破口,逐步改变陕西国家级科技与地方级科技一头沉的状况。