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user: 2. 朱熹山水诗的创作 朱熹生性酷爱自然山水。《福建通志·列传》卷12《朱熹传》这样记叙朱熹的山水情怀： “自号紫阳，箪瓢屡空。然天机活泼，常寄情于山水文字，南康志庐山，潭州志衡岳，建州志武夷、云谷，福州志石鼓、乌石，莫不流连题咏。相传每经行处，闻有佳深壑，虽迂途数里，必往游。携尊酒时饮一杯，竟日不倦。非徒泥塑人以为居敬者。” 朱熹一生在讲学著述之余，常常寄情山水，甚至寄情山水也成为他从事讲学著述的活动内容。在他“实历厘务差遣仅及五任，通计不满九考”的仕途生涯中，曾到过福建、江西、安徽、湖南、浙江等地。每到一处，也尽可能携友去游览山水。《广信府志》称朱熹在江西时“爱上饶南岩山水之胜，游寓其地，题咏甚多。” [ 4 ] 钱穆先生则是如此评述朱熹的游兴：“综观朱子一生，出则志在邦国，著述则意存千古，而其徜徉山水，俯仰溪云，则俨如一隐士。其视洙泗伊洛，又自成一风格，此亦可以窥见朱子性情之一面。” [ 5 ] 所到之处，决然免不了吟诗作赋，那些游历过的山水，为其带来了诗歌创作的灵感，一生创作了1148首诗。那么，其中山水诗有多少呢？“据王利民、陶文鹏统计，朱熹咏福建山水的诗超过了230首，咏江西山水的诗在80首上下，咏湖南山水的诗约50首左右，咏浙江山水的诗则屈指可数。计其名山之咏，有34首描绘武夷山，30首描绘庐山，21首描绘衡山。” [ 6 ] 据此可知，朱熹一生约创作了超过420首的山水诗。 李士金在《朱熹文学思想述论》中将朱熹诗歌创作之路分为四个阶段：“从19岁至27岁是第一阶段，从27岁同安县主簿任满后到49岁知南康军前为第二阶段，从49岁到53岁任两浙东路提举是第三阶段，从53岁九月罢归崇安到71岁去世为第四阶段。” [ 7 ] 笔者认为，山水诗是朱熹诗歌创作中数量最多、最具代表性的，其山水诗的创作情况也可以据此大致分为前后两期、四个阶段。前期从19至49岁知南康军之前，后期自知南康军至71岁逝世。 前期第一个阶段：从绍兴十八年(1148)至绍兴二十六年(1156)即朱熹19岁至27岁，主要活动在福建。期间，朱熹数次畅游建安、松溪、顺昌、政和等地，游历山水、广交朋友。他在任同安县主簿期间，经常来往于泉州、南安、安溪等地，写了《登罗汉峰》、《登面山亭》、《双髻峰》等山水诗，形成其山水诗创作的第一个高峰期。 前期第二阶段：从绍兴二十六(1156)至淳熙五年(1178)，即朱熹27岁同安任满归来到49岁知南康军前，长达二十三年。这一阶段他主要家居崇安五夫里，讲学著述之余优游山水，常与门生学友畅游江西奉新县百丈山、建阳芦峰谷以及天湖、云谷等处，写下了《云谷二十六咏》、《武夷七咏》、《游密崦》、《百丈山六咏》等诗。期间在乾道三年(1167)曾远赴湖南，在东道主张栻引导下畅游南岳衡山，一边观赏风景，一边吟诗作赋，在祝融峰顶上，陶醉于绝壑层云之奇观：“浊酒三杯豪气发，朗吟飞下祝融峰”(《醉下祝融峰作》)生动刻画了诗人踌躇满志、尽兴而归的愉悦神情。从7日上山到16日下山，10天之内共作诗130余首，多为山水诗，诚所谓“经行到处诗”。后来合而刊之，辑成《南岳酬唱集》。这是他山水诗创作的第二个高峰期。 后期第一个阶段：自淳熙六年(1179)至淳熙九年(1182)即朱熹49岁出任南康军至53岁辞两浙东路提举回到崇安。南康军南临鄱阳湖，北靠庐山，朱熹极好寻幽访胜，流连胜景古迹，治政与作诗两不误，写有《白鹿洞赋》、《卧龙庵记》等80多首诗作。 后期第二阶段：自淳熙九年(1182)至庆元六年(1200)，即朱熹53岁至71去世。淳熙九年九月，朱熹辞两浙东路提举，次年春便在武夷山五曲隐屏峰下，构筑武夷精舍，历半年而成，朱熹喜而作《武夷精舍》十二首，对武夷精舍建筑群中的堂、斋、馆、所及其周围的几处自然胜迹作了生动形象的描绘。次年，朱熹率门人弟子畅游武夷九曲，写下极富特色的《武夷棹歌十首》，成为朱熹山水诗的代表作。 朱熹在世七十一年，诗文创作期长达50多年，创作极为丰硕。清代李重华极其推崇朱熹的诗，认为朱熹在南宋诗坛上可说是一大家，堪与陆游相匹配：“南宋陆放翁堪与香山踵武，盖开浅直路径，其才气固自沛乎有余，人以范石湖配之，不知石湖较放翁，则更滑薄少味，同时求偶对，唯紫阳朱子可以当之，盖紫阳雅正明洁，断推南宋一大家”(《贞一斋诗话》) [ 8 ] 。
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user: 3. 朱熹山水诗的类型 山水诗是以自然山水为独立审美对象的一种诗歌体裁。朱熹存世的400多首山水诗，内容丰富，形式多样，我们大体上可以将其归纳为描写自然风光的审美游览型山水诗、探索根源事理的哲理启示型山水诗、拜访历史遗迹的咏史怀古型山水诗、融忧时伤世之情于山水之态中的时势政治型山水诗、寓怀才不遇之感于山水自然之中的述怀言志型山水诗等。 3.1. 审美游览型山水诗 此类山水诗以描摹山水形态、自然风光为主要内容，表达对山水自然的倾爱之情。朱熹喜爱自然山水，一泉一石，都能使他惬意。诚如其诗所云：“满意分携一杯酒，登山临水不能休”(《晦庵先生朱文公文集》卷四《送谢周辅入广》)。门人吴寿昌曾记载其师痴迷于水石草木：“先生每观一水一石、一草一木，稍清阴处竟日目不瞬。” [ 9 ] 对山水的痴迷程度由此可见。 朱熹将他对自然山水的亲近、对祖国山河的热爱之情融入了他所创作的山水诗中。如《瀑布》：“巅崖出飞泉，百尺散风雨。空质丽晴晖，龙鸾共掀舞。”前两句写瀑布自其上喷涌而出，散沫喷雾，后两句写瀑布晶莹明澈，阳光照耀下如龙鸾掀翻飞舞。全诗语言清新，形象生动地刻画了瀑布形态，洋溢着对瀑布的无比喜爱之情。又如《观西山怀岳麓》：“风月平生意，江湖自在身。年华供转徙，眼界得清新。试问西山雨，何如湘水春。悠然一长啸，妙绝两无伦。”此诗为乾道三年(1167)冬自长沙东归途经南昌观西山胜景时所作。开头四句，诗人把“风月”与“生平意”、“江湖”与“自身在”、“年华”与“供转徙”联系在一起，表现了自己一生喜爱遨游祖国美丽山河的性格特点。 3.2. 哲理启示型山水诗 在对自然山水的发现与描写中探求事物根源，给人以哲理启示，这本是宋诗的一大传统和优势，故有“宋诗主理”之说。苏轼就是在对庐山的观照中写下了这样脍炙人口的绝唱：“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目，只缘身上此山中。”(《题西林壁》)英国诗人柯勒律治说：“一个人，如果同时不是一个深沉的哲学家，他绝不会是个伟大的诗人。” [ 10 ] 这话固不尽然，但用在朱熹身上，倒很恰切。在诗人的感情世界里，即使是陶醉于山水的美妙，字里行间仍充满了灵动的理性。朱熹以道为万物之源，道为体，“用”从体出，为“体”所“用”，体用相通无间隔，所以朱熹以特有的理学家的感受和情趣描绘自然山水、一草一木，使这些本属平常的事物，具有丰富的理学内涵。如他写过《涉涧水作》一诗：“幽谷溅溅小水通，细穿涧水认行踪。回头自爱晴岚好，却立滩头数乱峰。”此诗表面上写诗人涉涧水的观感，但真正寓意是说做学问要细水长流，循序渐进，并常常回味思考。“回头”、“却立”都用来表示勤于思考的学习方法，“自爱晴岚”与“滩头数乱峰”指自有所得。诗中比喻生动，蕴含哲理，深刻动人。又如《仙霞岭》诗：“岭头云散丹梯耸，步到天街眼更明。”“步到天街眼更明”，不仅为人们登高望远的生活体验，也深含人生为学的哲理。朱熹善于在对自然的观察中进行深入的思考，正因为如此，他的山水诗始终流溢出迷人的理性光芒。 3.3. 咏史怀古型山水诗 这类诗不以纯粹写自然山水为主要内容，而是将隐藏于山川之中的历史遗迹作为媒介，着眼于个人境遇变化，借古人古事抒发自己的感慨。如乾道三年(1167)十一月冬，朱熹与林择之前往长沙访张栻，游定王台时作《登定王台》诗：“寂寞番君后，光华帝子来。千年余故国，万事只空台。日月东西见，湖山表里开。从知爽鸠乐，莫作雍门哀”。定王台在长沙城东，相传汉景帝子刘发被封为长沙定王时，为望其母唐姬墓而建。首联中的“番君”即吴苪，西汉建立后，立吴苪为长沙王，不久，吴苪奉令率兵赴闽平乱，途中病逝。此诗在时间上上溯数千年，空间上从眼前空台到日月、湖山，时空交汇，感慨万千。首联言当时叱咤风雨、声威显赫的番君竟然身后寂寞，与之对照的是汉景帝子刘发，封为长沙定王，焕发光彩，但千年沧桑巨变，人事代谢，惟今只剩一座空台了。又如《自东湖至列岫得二小诗》其一云：“孺子高风何处寻，东湖台观水云深。生刍一束人如玉，此日清凉万古心。”此诗亦写于乾道三年冬自长沙东归抵达南昌之时，诗人浏览东湖，见云水茫茫，不禁想起东汉时此地的高士徐孺子，虽时越千载，而风范犹存，令人怀念。 3.4. 时势政治型山水诗 朱熹的理学思想主要来源于儒学，仁人之心、忧思天下是他的重要思想，他的这种思想在诗中又集中表现为忧时伤世、忧国忧民的赤子情怀。宋代国事不振，朱熹所处的时代和他的政治立场，决定了他必将强烈的忧患意识和自觉的历史责任感寄托在山川景致之中。淳熙七年(1181)，朱熹时任南康知军，上《庚子封事》，痛斥朝臣失职，劝勉孝宗正心术、立纪纲，可见其用世之心切。游览本是快意之事，却反而让他忧从中来。朱熹同情人民，关系民生，写入诗中，则是物胞民与的人文关怀。如《石廪峰次敬夫韵》一诗，充分表现了诗人恤民爱民的思想和济世及物的愿望：“七十二峰都插天，一峰石廪旧名传。家家有廪高如许，大好人间快活年”。诗人见石廪峰巍然壮观，于是突发奇想。他期望人间丰衣足食，百姓安居乐业，家家户户都有像石廪峰一样高耸入云的仓库，人人都能过上幸福安宁的生活。又如《南安道中》云：“晓涧淙流急，秋山寒气深。高蝉多远韵，茂树有余阴。烟火居民少，荒溪草露侵。悠悠秋稼晚，寥落岁寒心。”诗人采用白描手法，描绘了南安秋日的荒凉景色：涧水淙淙，秋风萧瑟，四野寥落。诗人通过这样一幅国弱民贫的衰落图景，抒发了他初涉仕途对国计民生的焦虑沉郁的心情。 3.5. 述怀言志型山水诗 朱熹在《答杨宋卿》说：“诗者志之所之，在心为志，发言为诗。” [ 11 ] 诗是诗人的生活感触、理想的集中表现，当理想与现实产生矛盾时，那种用世不能的失意情绪，自然会涌向诗文创作。朱熹的此类山水诗，集中传达他渴望积极入世却又仕途失意的感伤矛盾情怀。朱熹作为一名士人，甚至自许为国士，他迫切希望在政治上有所作为，无奈事与愿违，蹉跎岁月。《留安溪三日按事未竞》诗云：“县郭四依山，清流下如驶。居民烟火少，市列无行次。岚阴常在午，阳景犹氛翳。向夕悲风多，游子不遑寐。我来亦何事，吏桀古所记。奉檄正淹留，何当语归计。”朱熹在任同安县主簿期间，一次曾受上级之命赴安溪视事，但受到吏的百般刁难，三天都还没办成事，由此他有感而发，写了这首诗。此诗以写景为主，结合叙事抒情，最后两句表明自己要当一名忠于朝廷勤政爱民的好官吏，不应萌发辞官的念头，从中可看出朱熹这时正处于想奋发有为，做一名有所建树的好官吏可又不满现实、淡于功名的思想矛盾中。又如《云关》：“白云去复还，黄尘到难入。只有涧水身，出关流更急。”诗人运用拟人手法，把飞泉、涧水比作不畏险阻、自强不息、勇于冲决恶势力和洁身自好、不愿与世沉浮的隐者，用以抒发自己当时不愿同流合污，但同时诗人又想出山入世的矛盾心情。
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user: 5. 结语 钱穆先生说：“至于文学，更为理学家所鄙视。惟朱子独精妙文辞，自谓其学文章，乃由慕敬曾巩为入门……尤其朱子之为诗，乃欲超宋越唐，上追选体。以旧风格表新意境，又另是一种酒瓶装新酒。” [ 18 ] 中国现代著名作家、文学研究家钱钟书说：“朱子早岁本号诗人，其后方学道名家。” [ 19 ] 山水诗是朱熹诗歌中的重要组成部分，他在沿承唐人山水诗的优良传统时，也形成了具有自身特色的山水诗，创作出一个心与境契、意与景融、理在景中的审美意境。可见，朱熹的山水诗，在中国古代山水诗的发展史上也应有一席之地。通过对朱熹山水诗的研究，我们可以看出朱熹作为哲人与作为诗人的双重身份，在根本上也是彼此交映、相互融契的。
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user: 摘 要 创新是文明进步的原动力，也是科技和经济发展的动力。当今世界各国在政治、经济、军事和科技方面的竞争，实质上是人才的竞争，而人才的竞争的核心是创造力的竞争。本文结合了中国古代典籍中的经典案例，从创新思维和设计方法的基本理论出发，研究讨论了创新思维和创造方法，针对各种类型的设计，圈绕设计中的机械原理方案设计、机构设计等环节，从各个角度广泛探讨创新设计的规律，对借鉴中国古代机械或者利用现有机械进行创新设计具有一定的指导意义。 关键词 :机械设计，古代典籍，创新思维 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 中国的机械史在世界文明史中有着举足轻重的地位，是世界科学技术发展史上一朵璀璨的奇葩。中华民族在五千年的历史长河中创造了无数令人举世瞩目的机械奇迹。例如春秋战国时期的《考工记》记述了齐国关于手工业各个工种的设计规范和制造工艺，书中保留有先秦大量的手工业生产技术；宋代的《梦溪笔谈》详细阐述了自然科学、机械制造工艺、技术等方面的知识，被英国科学史家李约瑟评价为“中国科学史上的里程碑”；元代的《王祯农书》中展示了“钱、鑮、耰、耧、耙、麴”各种农具的图形，让老百姓仿造试制使用，同时，作者王祯还“以身率先于下”、“亲执耒耜，躬务农桑”，亲自展示机械制造技术的革新所带来的便利；明代的《天工开物》、《农政全书》等书籍详细的记录了水利机械、农业机械、手工业机械等机械的制造过程和制造技术，淋漓尽致的展现了中国古代科学家高超的机械设计方法和设计思想。其叙述大多通俗易懂、内容丰富，反映了中国古代科学技术达到的辉煌成就 [ 1 ] 。中国古代文献对中国乃至世界的机械发展产生了深远的影响，具有相当的指导意义。古代文献中有关机械设计的方法和创新思维，对今天中国机械设计学的发展，无疑提供了宝贵的文化底蕴和历史机遇，值得我们每一位机械设计人员学习和借鉴。
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user: 2. 中国古代典籍中的机械设计方法与创新思维 2.1. 注重实用，关注民生 《天工开物》一书在研究一般造物规律的过程中，列举了许多常见的工具，它们都是一些生活用品，而且设计的要求是满足人们的日常生活需要。本书以农用工具的设计为主，农用工具与普通的民众生活有着密切的关系，书中阐述了人类赖以生存不可缺少的水稻、小麦等农作物的种植技术和各种运输工具、水利工具、耕种器具的设计制造及使用方法。在服装的染整、纺织上，介绍了各种服装的设计制造技术。在陶瓷砖瓦的设计中，论述了瓦罐、瓦块等的设计制造方法。这其中的理念都明显地展现了现了《天工开物》是以人们需求的实用性为设计的核心的。 2.2. 天人合一，道法自然 所谓“天人合一”的思想最初来源于八卦。《易传》中早有论述：“古者包犠氏之王天下也，仰则观象于天，俯则观法于地，观鸟兽之文，与地之宜，近取诸身，远取诸物，于是始作八卦，以通神明之德，以类万物之情。” [ 2 ] 《周易》所体现的思想对人类社会发展是有指导意义的，它即强调客观的自然规律，又认可了人的主观能动性。《天工开物》一书所承载的设计思想是宋应星对中国传统文化的深刻总结和是在《考工记》的基础上不断发扬光大所得来的。书名四字亦表明只有在自然条件和能工巧匠的思维相互协调，相互统一，相互促进的条件下，才能开发出实用的物品。中国传统制造业是以天然的材料为主要原料，只有适应自然，才符合事物发展的客观规律，才能被人们所接受。 2.3. 留心生活，类比联想 《墨子·鲁问篇》中说，鲁班根据墨翟的理想和设计，用竹子做风筝。鲁班把竹子劈开削光滑，用火烤弯曲，做成了喜鹊的样子，称为“木鹊”，在空中飞翔达三天之久。人们观察自然现象和已有事物两两之间的关系，从中受到启发，并将其进行推广，可以造出新的机器 [ 3 ] 。留心生活不光指留心生活中的自然现象，还要留心已有的机械，并在其基础上不断改进。《晋书·舆服志》中记载：“记里鼓车，驾四。形制如司南。其中有木人执槌向鼓，行一里则打一槌。”其中的记里鼓车就是将人工测距转化为机械测距的新机器。对已有机械进行研究，创造出新机械，能大大减少设计时间，提高设计效率，更好的为人类服务(图1)。 2.4. 利用自然，重己役物 重视利用自然能源是中国古代机械史上重要的一环。由人力、畜力为能源到以风能、水能为能源的转变，是中国古代机械史上重大的技术革新。《太平御览》引桓谭《新论·离车第十一》说：“伏义之制杵臼之利，万民以济。及后世加巧，延力借身重以践碓，而利十倍；又复设机用驴骡、牛马及投水而舂，其利百倍。” [ 4 ] 这里讲的“投水而舂”，就是水碓。凡是需要捣碎的物品，如药物、香料、乃至矿石、竹篾纸浆等等，皆可用水碓操作。《荀子·天论》中指出了“天地官而万物役”的思想，人们只要利用聪明才智，使自然能源为人所用，就能解放双手，造出更上乘的机械(图2)。 图1. 记里鼓车 图2. 水碓时代 2.5. 注重效率，省工省力 《韩非子》卷十五《难》二中有相应的论述：“审于地形、舟车、机械之利，用力少，致功大，则入多。” [ 5 ] 说明制造机械的目的就是提高效率，省工省力。《礼记·檀弓》中记述了鲁班设计出“机封”，用机械的方法代替人力下葬季康子之母，其技巧令人信服。但当时盛行厚葬，这种方法未被采纳。另据东汉崔寔《政论》的记载，赵过改进的耧车有3只耧脚，一次并联3个便使得效率提高3倍，简单但是实用。牛转连磨，由牛转动中心齿轮，齿轮驱动与之啮合的8个小齿轮从而驱动8个石磨同时工作，耧脚在平整好的土地上开沟播种，同时进行覆盖和镇压，一举数得，省时省力，其效率可达“日种一顷”，这也是对这一思想的正确运用(图3)。 2.6. 尊重生态，合理利用 《天工开物·杀青第十三》中记载了有关造纸树木的保护，“树已老者，就根伐去，以土盖之。来年再长新条，其皮更美。”《清实录》中记载了雍正皇帝禁用象牙制品的事情：雍正在雍正十二年(1734年)四月谕旨大学士等：“朕与一切器具，但取朴素实用，不尚华丽工巧，屡降谕旨甚明。”这表明我们在采集机械制造的原材料时，要以适时，适量为前提，不破坏生态环境。对于会对生态环境造成严重破环的原材料，要禁止使用或找到合适的替代品，没有替代品也要减少其使用量，合理的利用自然资源，实现和谐的生态保护 [ 6 ] 。 2.7. 扬长避短，寻找优解 机械都是由一个个单独的零件制造出来的整体。我们需要针对每一部分的功能，选择合适的加工材料，设计方法和制造工艺，以达到机械整体状况的优解。如《天工开物》中记载的扬郡“以风帆数扇”驱动翻车，“去泽水以便栽种”，说的就是立式风车，其所用木材质地坚硬刚度较大，绳子与帆面则刚度较小，每一部分零件都采用了合适的材料和设计。运转过程中，顺风的帆面与风向垂直，直面冲击，逆风的帆面随风而转，顺势而为，充分发挥了风车的功能，且运行平稳(图4)。 2.8. 参数明确，标准通用 中国古代的参数设计一般是选择器物的一个基本几何尺寸作为参数尺寸的基准，再按不同的比例常 图3. 耧车 图4. 宋代立式风车 数确定相应的尺寸。《墨子·天志上》说：“轮匠执其规矩，以度天下之方圆。”规矩，即圆规及曲尺。曲尺由尺柄及尺翼组成，相互垂直成直角，尺柄较短为一尺，主要为量度之用；尺翼长短不定，最长为尺柄一倍，主要为量直角、平衡线之用。木工以曲尺量度直角，平面，长短甚至平衡线。这是一段有关古代机械制造参数的精彩论述，可见古代机械设计制造已达到相当高的水平。又如《秦律十八种》中《工律》记载：“为器同物者，其小大、短长、广夹(狭)必等。”其意为制作同一器物，其大小、长短和宽度必须相同。这保证了产品几何参数精度的一致，体现了零件的互换性。
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user: 3. 中国古代典籍对当代机械设计制造的启示 将古书中的机械知识古为今用，实现中华民族的伟大复兴是我们追求的目标。随着全球工业化的发展，人们对自然资源的需求越来越多，导致人与自然“天人合一”的关系日渐“冷漠”。大量的消耗自然资源对环境造成了严重的破坏。树立新的环保理念，强调生态设计，绿色制造都反映了人与自然和谐相处的思想。“天人合一”是中国古人的最高精神追求，古代的农业文明依靠自然、敬畏自然，古代中国人是改造自然与保护自然的典范 [ 7 ] 。中国古代机械以人力、畜力、水力与风力等为能源，清洁环保，“取之不尽，用之不竭”。其尊重自然的设计方法和制造理念值得我们学习和研究。这与习近平新时代中国特色社会主义思想之坚持新发展理念中的协调发展，绿色发展的伟大思想是不谋而合的。许多古书中的机械都是将前人发明的机械进行改进，最终成为了更有价值的机械。技术中的创新精神依然可以影响到现在的机械设计。我们要充分设整合利用已有的设计资源，发挥创新精神，创造出与众不同的机械作品，为全人类谋福利，共建美好的未来。这种精神与习近平总书记在2018年的博鳌亚洲论坛开幕式上以“开放共创繁荣，创新引领未来”为主题的演讲有着异曲同工之妙。在当代，可持续发展与人类的生存和进步有着密切的联系。机械设计与制造是影响生态环境的诸多因素中的重要一环。现代的机械要与人，与环境保持高度的协调一致，要既能满足人们的生活需要，又能保持美丽的绿水青山。作为祖国机械事业的践行者，我们要把这种思想运用到实践中去，为把我国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国而努力奋斗。
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user: 4. 结论 中国古书中有许多机械方面的杰作，探究古代典籍中的机械设计思想对当代的设计发展是很有必要的，许多设计并非单单围绕机械构造，更展现了人与自然和谐发展的美好景象。纵观中国古代机械设计，容易看出中国古代机械工程的发展取得了辉煌的成就，更展现了中国古代机械设计与国学中的哲学、艺术、认识、思维等科学是相互交叉，不可分割的。中国古代的机械设计者将生产劳动中得出的经验与自然规律相结合，系统性的整合为经验科学书籍，为当代科学理论和定理的产生打下了坚实的基础。中国古代伟大的思想家孟子曾说：“尽信书，则不如无书。”笔者通过介绍中国古书中的经典案例，并不是想让读者囿于了解这些机械，而是希望读者把这些创造性的思维转化为诱导式的思维，启发式的思维。既然文中引用的是古书中的例子，就不一定是新鲜的，但从那些已被实践证明是行之有效的创新方法中，从机械科学史上浩若繁星的创新事例中，我们可以看到前人智慧的火花。我不希望用大量的例子来填满文章，而是希望用这些星星点点的火花来点燃读者头脑中创造的火把。中国是文明古国，工艺也许会落后，但是思想不会。从青蒿素的提取到一带一路的提出都证明了古代遗宝在今天的惊人价值。机械领域也同样可以进行研究与发掘，达到古为今用的目的。
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user: 摘 要 在医院对员工要求越来越高，考研人数越来越多的情况下，研究生培养改革的重要性日益突出。本文针对多数研究生没有自主的科研意识问题，结合作者培养医学影像研究生的经验，深入探讨医学影像学研究生培养方案，并结合本校医学影像学教学改革，总结本单位培养合格医学影像研究生的经验教训，为其他单位提供参考。 关键词 :研究生培养，医学影像，科研 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 牛津词典释义“Mentor”：名词，导师，顾问，指有经验的人，在一段时间内为经验不足的人提供建议和帮助；动词：做……的良师，指导。“Tutor”：名词，家庭教师、私人教师。因此Mentor在于指导，而 Tutor在于辅导。从1978年恢复研究生招生至今，我国研究生培养方式主要可以分为传统方式理念以及现在正在更新的新型培养方式 [ 1 ] 。通过对这两种方式理念的总结分析，我们可以形象地将前者比喻为 Tutor式教育，后者则是符合时代发展的Mentor教育。作为研究生导师，是Mentor还是Tutor，是培养研究生的关键所在。以往的Tutor式教育，培养目标定位不准，弱化了研究生的自主创新能力，培养方式不符合时代要求，导致高校医学影像研究生自学能力有限，无法在毕业后开展高质量的临床和科研工作 [ 2 ] 。因此，有必要借鉴国际先进教学理念，结合当前实际情况，深化培养模式改革，探索一条能提高中国医学影像研究生培养质量的道路 [ 3 ] [ 4 ] 。本文从对本校医学影像学研究生的培养目标，培养方案和已获得的培养成果三个方面展开论述培养一名合格的医学影像研究生的经验和教训。
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user: 2. 培养目标 研究生教育是整个教育链的最高端，只有把最高端做好了，我国才能成为教育强国。高等学校和科学研究机构招收攻读硕士学位研究生，是为了培养热爱祖国，拥护中国共产党的领导，拥护社会主义制度，遵纪守法，品德良好，为社会主义建设服务，掌握本学科坚实的基础理论和系统的专业知识，具有创新精神和从事科学研究、教学、管理或独立担负专门技术工作能力的高级专门人才。本教研室的培养目标主要是打造具有创新能力，临床基础扎实，科研能力强，能够独立开发有助于临床诊断与鉴别诊断的医学影像新技术的新时代人才。
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user: 3. 培养方案 我们的住院医师培训包括七年制医学生的第6年和第7年(研究生阶段)，与三年制硕士研究生一起培养，也有少部分五年制临床医学专业的毕业生，由于他们起步不一，需要制定不同的培养目标和方案。为此，本教研室因材施教，三年制硕士研究生提倡“临床技能和科学研究并重”，七年制本硕生提倡“以临床技能提高为主的同时注重科学研究”，五年制本科生提倡“以提高临床技能为主” [ 5 ] 。具体细节要求分为科研和临床两方面能力培养。 3.1. 科研能力培养 3.1.1. 自主学习能力培养 我国心理学家卢仲衡曾指出．学生有了自主学习能力，无论知识周期如何缩短，科学技术综合化的洪流如何奔腾，仍能用自学能力迎头赶上。教育的宗旨在于培养自主的学习者，也就是能够进行有意义的学习并养成终身爱好学习的学习者。医学生培养的当务之急是在快速更新的新知识、新技能面前，引导学生成为有效的自我指导者和自主学习者 [ 6 ] [ 7 ] 。医学影像学是一门迅猛发展的学科，从最初的解剖成像到现在能精确功能代谢定量的分子影像学。随着医学影像设备的更新，医学影像技术每天都在进步，教材的更换已经远远赶不上技术的发展的步伐。所以学生需要自主学习先进影像技术，紧跟时代潮流。在科研能力方面的自主学习要求学生：主动查阅《Nature》、《Science》和《Radiology》等高分杂志相关领域文献，了解国内外最新影像研究进展，能够独立熟练操作7T小动物磁共振，GE 3.0、1.5T磁共振、磁共振脉冲序列编程平台等，利用GE公司的脉冲序列编辑工具(Echo Pulse In C language， EPIC)，修改序列或者编写新序列 [ 8 ] ，掌握一定的计算机语言知识，熟练应用Matlab等软件处理数据，结合所学临床知识，开拓思维，开发新的影像技术应用于临床。 3.1.2. 国内外学术交流 在经济全球化的大形势下，学术交流的重要性也日益突出，交流互鉴是提升科研能力不可或缺的重要手段。本文作者导师每年为学生提供许多的交流机会，派学生参加国内外重大学术会议，如2016年在新加坡举行的第24届国际医学磁共振学会年会、2015年在加拿大举行的第23届国际医学磁共振学会年会、2012年在日本举行的国际医学工程复合会议等；为学生提供国外进修机会；举办大型学术会议，邀请国内外专家讲座等。通过参加学术交流会，学生可以拓宽眼界，发散思维，有助于培养学生的创新能力。导师邀请国外知名专家来实验室指导，结合本实验室实际情况，对症下药，不仅能帮助学生突破瓶颈，还能增进学生科研自信和动力，贯彻执着于科研的精神。另外，实验室注重理工医合作，融合理科专业的物理数学知识，工科先进的设备理论和医学领域的疾病理论背景，将多模态影像效应发挥到最大化，实现1 + 1大于1的新局面，促进学生相互学习全面发展。 3.1.3. 群策群力，总结反思 第一，建立实验室导师学生微信群，QQ群，随时随地可在群内探讨实验问题与最新进展。第二，建立实验室大数据库，将所有学生研究结果收录进实验室自主建立的大数据库中，这样既可以共享部分实验成果，又可以节省很多预实验操作。对于同一个项目不同方向，同一种技术的不同模型，可能都要经历试管–动物–人体的实验顺序，其中同一代谢物的试管实验基本都是一样的，因此通过大数据库共享成果，可以节省后续实验步骤。第三，每周二定期举行研究交流讨论会，导师和所有博士/硕士研究生都要参加，并且通过远程设备同时邀请不能在实验室的已毕业学生或者其他专家一起参加。每次会议主题为上一周导师根据每个人实验进度指定的人选汇报，在会议开始前由在读研究生博士轮流简述当前进展及遇到的问题，最后由导师引导大家一同探讨当前研究是否符合预期进展及可能的变更，群策群力解决当前实验过程中的问题。 3.2. 临床技能培养 兴趣是最好的老师，让学生带着问题学习事半功倍。研究生除了在学校一个月的基本理论学习，更重要的是在临床科室实践理论相结合的学习模式。首先，我们科室采用PBL (引入问题导向学习)式教学，科室每天晨会进行疑难病例讨论及疑难病例随访，学生提前收集疑难病例，采集病史，查阅文献，描述病例，做出分析，对仍然无法理解的地方提出问题；再由年轻医生发表看法，最后高年资医生总结概述，对前面的发言进行点评，培养学生正确的病例分析思路。其次，科室安排每周两次学生小讲课，要求学生自己确定一个授课方向，介绍一种新技术或者新的病例诊断突破口，让学生在准备和讲课阶段中学习，效果更加显著，既为科室注入新鲜血液也能让学生自己培养自我学习能力。另外，除了学生小讲课，科室每周有一次老师的专题讲课，开阔学生视野，培养专业技术 [ 9 ] 。
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user: 4. 培养成果 所有医学影像研究生必须在毕业答辩前完成英文SCI论文草稿，通过所有临床考核。因此，经过不断地探索和实践，结合中国现阶段研究培养状况，我们探索了符合时代潮流的医学影像学研究生培养模式，从人生指导到科研临床结合培养，为国家塑造了一批优秀人才。近五年，在上述培养模式下，教研室博士毕业生6名，硕士毕业生29名，招收博士后3名，出站博士后2名。其中7名学生获得国家自然科学基金，大多数学生都发表了高水平文章，6名学生成为科室带头人，所有毕业生都找到了合适的工作岗位，成为真正能为科室做出贡献，推动医学影像学发展的合格研究生。
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user: 5. 总结 实践是认识的来源也是检验认识的唯一标准。研究生导师应该是学生的mentor而不是tutor，导师更应该提供学习平台和具有国际视野的学习环境，激发学生的学习热情，用科研方式引导学生自己去解决临床问题，而不是传统的授课式教学。通过不断探索和反思，并结合国外先进教学经验，我们逐步改进医学影像研究生培养方式，我们的培养成果也证明我们的方法确实行之有效，可供其他学校其他专业培养合格研究生参考。但是时代变迁，方法不是一成不变的，我们必须紧跟时代步伐，敢于全面改革，不断更新我们的教学理念 [ 10 ] 。
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user: 摘 要 电力教育培训具有十分悠久的历史，时代的进步、科学技术的发展推动着电力教育培训的进一步发展。传统的电力教育培训存在很大的盲目性和局限性。随着信息技术的发展，电力教育培训的方式发生了深刻变化，培训中所采用的方法得到了极大的丰富。特别是大数据技术的出现，给电力教育培训带来了全新的理念，给电力教育培训行业注入了强大的动力。通过对国家电网四川省电力公司及技能培训中心(四川电力职业技术学院)、行业内电力教育培训机构以及行业外电力教育培训机构目前的电力教育培训现状进行大量的调研与分析，来提高电力教育培训的质量。 关键词 :电力教育培训，电力培训，大数据，数据挖掘 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 1.1. 培训教育 1.1.1. 培训的概念 “培训”的概念最早起源于3000年前的西周初期，为加强军事统治力量而进行的相关培训。在近代，培训是一种有组织的知识传递、技能传递、标准传递、信息传递、信念传递、管理训诫行为。为了达到统一的科学技术规范、标准化作业，通过目标规划设定、知识和信息传递、技能熟练演练、作业达成评测、结果交流公告等现代信息化的流程，让员工通过一定的教育于训练，达到预期的水平，达成预定目标，提升战斗力，个人能力，工作能力的训练都称之为培训 [ 1 ]。在当代，培训与人才的发展息息相关，培训成为人力资源开发的主要手段之一。 1.1.2. 培训的概念 培训目标的设置有赖于培训需求分析，总体上是宏观的、抽象的，它需要不断分层次细化，使其具体化，具有可操作性 [ 2 ]。培训主要为了培养学员的能力、提高企业效益、灌输企业文化、迎合学员和竞争的需求。培训目标是培训方案实施的导航灯。明确的培训总体目标和各层次的具体目标，对于培训指导者来说，就确定了实施教学计划，积极为实现目的而教学；对于受训者来说，明确学习目的，才能达到事半功倍的效果。只有明确目标才有可能科学设计培训方案的其他各个部分，设计出科学的培训方案。 1.1.3. 目前培训存在的问题 培训现在正在由传统方式向数字化方式转变，但目前更多只是授课方式的改变，如由传统的线下授课方式转为线上授课方式。传统的培训大多是培训主管部门和培训部通过对教学经验的学习、总结和继承来展开的，但是有些经验是不具有科学性的，有时会影响人们的判断。随着信息化技术的发展，培训内容、方式也应更具针对性和突破性。例如在时间安排、教师配置、培训方式上针对性较弱，并未将培训中或培训后的相关数据结合起来，反馈培训前期的安排工作。主要表现在以下几个方面：一、培训的目的不够明确，使培训失去原有的意义，产生培训短视效果；二、培训体制针对性不强，课程设计不精准，导致培训工作展开不到位，培训效果欠佳；三、没有精准的培训控制流程，效果难以保障，训而无用。 结合信息化产业的发展，对培训过程中产生的大量数据进行深入分析和利用，制定具有针对性的培训方案、课程设计，利用分析结果，产生良性循环，才能使培训顺应时代的发展，产生更好的培训效果，更有利于人才培养和企业发展。 1.2. 大数据的概况 1.2.1. 大数据的源起、概念和特点 大数据是指超出了传统方式分析和处理能力的数据，很难削足适用于现有数据库架构，传统的软件工具难以捕捉、存储、管理和分析，必须考虑新的处理手段和工具。具有规模巨大、类型多样、产生速度快、价值密度低、存储要求高、管理复杂的特点 [ 3 ]。 1.2.2. 大数据处理关键技术 大数据处理关键技术一般包括：大数据采集、大数据预处理、大数据存储及管理、大数据分析及挖掘、云计算、大数据展现和应用(大数据检索、大数据可视化、大数据应用、大数据安全等) [ 4 ]。大数据价值的完整性体现在分析技术上，人们需要通过数据分析技术从海量数据中提取出有价值的信息。大数据技术能够将隐藏于海量数据中的信息和知识挖掘出来，为人类的社会经济活动提供依据，从而提高各个领域的运行效率，大大提高整个社会经济的集约化程度。 1.2.3. 大数据在教育领域中的发展 2013年，徐子沛先生的《大数据》一书首次将“大数据”概念系统介绍于国内 [ 5 ]。由此开启了中国社会的大数据元年。国外关于教育与大数据结合研究源于2012年英国学者舍恩伯格的大数据教育理论提出与研究，之后该问题一直受到理论界、国际机构(如UNESCO、IPEA、APEC等)与各国政府、机构(NCES、SASS、BLS)的关注，已形有相应的研究成果。卡耐基·梅隆大学支持研发的STEM体系采用ERWin、Agile Data Modeling、ORM Diagrams、UML class diagrams等成熟教育数据建模制定指标体系、数据分析与表示，并应用于公民教育领域 [ 6 ]。国务院发布的《促进大数据发展行动纲要》，系统部署了大数据发展工作，推动经济和社会发展具有积极作用 [ 7 ]。这就为教育者、科研者与工作者在新形势、新条件下提出新的历史使命与任务。所以，如何利用好大数据带来新技术与新资源来有助于教育新发展，成为了教育领域新课题与新要求。 1.2.4. 大数据在电力教育培训领域中的主要应用 1) 革新培训思维与优化教学过程，随着大数据时代的来临，教育大数据深刻改变着教育理念、教育思维方式。新的时代，教育领域充满了大数据，诸如学员、培训师的一言一行，学校里的一切事物，都可以转化为数据。大数据时代将可以通过对培训过程中数据的分析，挖掘出教学、学习、评估等符合学员实际与教学实际的情况，这样就可以有的放矢地制定、执行电力教育培训方案，制定出更符合实际需求的教学策略，更好地优化、改进教学过程。 2) 加强基于数据的管理，大数据对于教育管理具有重要的价值，有利于实现管理的精确化、科学化。培训管理离不开信息，每天进行着各种培训及管理活动，蕴藏着十分丰富的信息资源。培训管理中的各种决策和控制活动，如培养目标的确定、培训计划的制定、组织指挥、质量控制、教学评估、教师管理、学员管理等，都是以大量的数据为基础的，并不断产生各种新的数据，大数据的处理和挖掘对于培训管理具有关键作用 [ 8 ]。 信息化时代，电力教育培训面临着诸多的问题需要解决，本文立足大数据技术，通过对电力教育培训和大数据现状的研究，在对中心实际电力教育培训情况调研的基础上，创建了一个电力教育培训大数据平台。本文接下章节将介绍电力教育培训调研及分析、电力教育培训大数据平台及其应用与展望。
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user: 2. 电力教育培训调研及分析 2.1. 电力教育培训调研的目的 当前大数据时代，各类教育平台中逐步存储起各类数据，并且海量地增长。充分整合利用这些数据，作为教育决策依据，可提高决策的合理性、科学性和精准性。电力教育培训是中心的核心业务，其涉及到中心的教学、管理和服务等各个领域，因此本文对中心内部、系统内基层单位、上级主管培训部门以及20个系统内培训机构和100个系统外培训机构进行调研，从电力教育培训的各个领域进行调研设计并逐步展开实施，最后对调研结果信息进行全面性、针对性及实效性分析。通过大数据平台来发现中心在电力教育培训中存在的缺陷，进而有针对性的去解决问题、转变工作思路，并以中心在电力教育培训中的可持续发展为目标去不断的尝试教学创新模式，提高电力教育培训的质量。 2.2. 电力教育培训调研内容 调研内容主要以各单位在电力教育培训领域中近十年的相关数据为依据，包括培训计划、培训方案、学员考核成绩、培训满意率及评价、教学视频监控等数据信息。主要调研对象如表1所示。 主要调研内容包括： 1) 针对培训过程不同阶段，制定了从不同角度出发的调研方案，具体如表2所示。 2) 从教学安排、学员组织、课程安排上调研：① 管理类及技能类培训的实训与理论课程安排情况；② 上下课时间；③ 教师安排；④ 辅导教师的确定；⑤ 答疑时间；⑥ 对困难学员的鼓励；⑦ 教师着装；⑧ 对于中心城市、三线城市、老少边地区的学院组织情况；⑨ 实训场地的安排、大小及配套设备。 3) 从数据信息采集的频率上调研：包括人数、次数、上课的频次数、每半天或每天的频次数及每班的频次数。 Table 1 Survey object tabl 调研对象 数量 教学视频监控 2万多小时视频内容 食堂视频监控 2万多小时视频内容 学员 2万人次 教师 1000人次(内外专) 班主任 1000人次 培训计划 1000个 培训方案 10000份 培训班总结 10000个 考核成绩 10万份 培训满意度及评价 10万份 综合服务满意度及评价 10万份 教师答疑情况 1000个 学员参加答疑表 1000个 学员考勤表 10，000个 学员请假单 1000个 表1. 调研对象表 Table 2 Research content at different stage 培训计划 计划人数、培训类别、培训班等级等内容。 培训需求调研 从学员所在地域分布、学员特征、岗位需求等角度进行调研，包括学员的性别、年龄、学历、岗位等信息。 培训资源 培训方案、培训教材、培训室、时间及教室，其中对教室资源的调研内容又包含教室所在位置及方向、照明、桌椅布局和话筒音量音质。 培训实施 教学形式、班级人数、班级数、班主任、班级出勤、学员请假数据、参培单位、参培学院的基本信息。 培训评估 学习成绩、教师评价及服务评价。 培训后评估 对学员工作岗位调整情况、职称晋级情况、绩效考核结果以及在用人单位情况进行评估。 培训学员的情况分析 对学员出勤、请假、上课专注度、实训差错率、看窗外的次数、教室视频监控图像进行分析。 培训学员的情绪管理 从熟悉与陌生、熟悉与恐惧、季节与情绪、年终绩效考核期与学习情绪、保电与学习情绪、迎峰度夏与学习情绪、冰雪抢修期与学习情绪、大假前后的学习情绪等内容进行调研。 表2. 不同阶段的调研内容 4) 从学习效果的影响因素上调研：包括时间安排、教学安排、教学组织、教学管理、培训师配置、培训师着装及学生情绪。 5) 从教室视频监控大数据分析上调研：学员情况调研、教师情况调研。 2.3. 电力教育培训调研分析 结合电力教育培训特点和大数据技术对调研结果分别从两个角度出发进行分析，分别是从大数据对电力教育培训的影响角度分析以及从培训数据本身分析。 1) 从大数据对电力教育培训的影响进行分析 改变电力教育培训中对数据价值的认识。大数据的最大特点和优点就是可以关注到学员的微观表现，例如学员上课接打手机次数、课堂上的表情和说话情况等。这些数据对其他个体没有意义，但将所有学员的数据综合起来就能解答许多在培训过程中的所遇到的各种疑问，甚至是一些在过去无法解决的难题。而与传统数据最明显的区别是，这些数据收集工作与学生自己的行为是完全独立的，这使得数据具有客观和真实性。 方便教师更全面了解每一个学员。大数据让教师能够更方便获得每一个学员的真实信息。另外，也能够帮助教师根据学员整体学习情况制定合理的培训管理方案，选择最合理、最能让全体学员接受的教学模式，从而提高教师的工作效率和学员的学习效率。 帮助学员进行个性化高效学习。学员借助“大数据”，可以更好地了解自己的学习状况，针对性开展自主学习，提高学习效率。大数据帮助我们以全新的视角判断事物的可行性和利弊性；详尽地展现了在传统教学方式下无法察觉到的深层次学习状态 [ 9 ]，进而有条件为每个学员提供个性化教学服务。 2) 从培训数据本身分析 数据异构性：培训数据数量繁多、类型繁杂，主要分为各类结构化和非结构化数据，包括培训管理数据、培训资源数据、学员信息数据、视频监控数据等。若要从中提取出有用的信息，需在数据集成时将数据进行转换。 数据质量：培训数据量大不一定就代表信息量或者数据价值的增大，相反很多时候意味着信息垃圾的泛滥 [ 10 ]。调研数据中存在数据不一致、数据重复录入等大数据集成中所遇到的问题，究其原因：一方面单个系统不能容纳从不同数据源集成的海量数据；另一方面如果在集成的过程中仅仅简单地将所有数据聚集在一起而不作任何数据清洗，会使得过多的无用数据干扰后续的数据分析过程。所以需对数据进行质量监控管理。 数据存储方式：在大数据时代下，对数据存储的要求越来越高，则需要采用新的数据存储方式来应对数据爆炸，不能再依赖传统的关系数据库存储数据。 数据共享性：对于电力教育培训工作人员、教师和学员，结构复杂的培训数据共享程度低，造成资源浪费，则需对数据进行整合平台建设，合理高效利用数据资源。
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user: 3. 展望 应用大数据技术，能够实现电力教育培训的合理配置、精准培训，从整体上提高电力教育培训的质量。随着大数据的深入发展以及大数据技术的深入研究，大数据在电力培训中的应用也将越发广泛。深度融合大数据、云计算、移动互联和人工智能等技术，电力培训也将实现从依托培训师个人水平的授课培训向依托知识库的定制培训模式转变，从提供无差别的标准服务向提供多层次增值服务转变，从传统的独立运营模式向虚拟化协作运营模式转变，从而实现向互联网+的培训教育模式转型。
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user: 摘 要 现有的大学本科《物理光学》的教学模式注重理论教学，在学生应用能力的培养方面十分欠缺。因此本文对该课程的教学体系进行了重构，建设以课堂教学为基础，实践环节为支撑，科研训练为依托的培养模式，让学生通过完成课程学习、基础科研训练之后能具备良好的分析解决问题的能力。 关键词 :物理光学，教学体系，应用能力，培养 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 物理光学在科学技术中的应用是非常广泛的，尤其在生产和国防上的应用显得更为重要。特别是激光的出现，使得它的应用领域得到了极大的扩充。现在，物理光学的应用已经涵盖了精密测量、通信、信息处理等众多领域，为科学技术和生产的发展做出了很大的贡献。例如，各种光学元件的表面粗糙度、平整度、长度及角度等等的测量，至今最好最精密的方法依旧是物理光学方法。可见，学好学精物理光学对于光电信息科学与工程专业的学生在专业的发展上是非常重要的。 《物理光学》是光电信息科学与工程专业本科生必修的一门学科基础课程，主要学习波动光学部分，即从波动性出发研究光在传播过程中发生的现象。内容包括各向同性介质中的传播规律(即光的反射和折射、光的吸收和色散)和各向异性介质(晶体)中的传播规律等。该课程理论性很强，概念抽象，数学公式复杂，对学生的理论基础要求较高。根据现在学生的特点，若依旧按照传统的课程体系(即上教下学的模式)来进行教学，势必得不到预期的教学效果，甚至会让部分学生产生厌学情绪，这样会对光电技术、激光原理与技术、信息光学等后续专业课的学习造成很大的负面影响。因此本着以培养应用型人才为基础，以需求、市场和就业为导向，培养学生能从专业知识的角度来看待问题，从基本的概念、方法入手来界定问题、解决问题，我们对物理光学课程的教学体系进行了重构，让学生通过完成课程学习之后，能够较好地具备运用课程知识分析解决相关问题的能力，在专业学习领域打下良好的基础。在目前如何培养应用型人才的背景下，探寻一条基于实际的知识应用能力养成的教学之路，具有较强的现实意义。
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user: 2. 基于学生应用能力培养的课程体系 2.1. 目前课程教学体系的不足之处 如今的《物理光学》相对于传统的教学模式进行了一定的改革，课堂授课手段更加多样化。例如采用微助教嵌入式教学，让学生实时的参与到课堂中来，将一些重要的知识点设置成各种类型的试题在课堂中解答，教师可当场对学生的测试结果进行有针对性的讲解，虽然在一定程度上活跃了课堂氛围，也提高了学生的学习兴趣，但始终没有达到预期效果。究其原因，主要是因为现有的课堂教学仍然注重理论知识的传授，教学内容与教学环节在设计上缺乏对学生显著的吸引力，学生在学习一段时间后积极性有所下降，这一点在课堂互动环节表现得非常明显，在课程学习的后期，基本上又回到了教师“一言堂”的教学模式。 另外，就是在课程考核环节中，仍然采取的是平时成绩加卷面考试的形式。平时成绩对学生的总评成绩影响非常大，但平时成绩的考核依据比较单一，主要取决于平时考勤与作业，而课后留作业不可避免的会出现抄袭情况，出勤率也是采取课堂随机点名的方式，这些都会制约平时成绩判定的公平性和准确性。因此，最终的总评成绩其实无法判定学生学习的真实情况。 根据课程教学计划，《物理光学》安排有相应的实践环节，即《光学实验》，二者的作用是将理论与实践结合起来，但目前学生的实验项目一般都是验证式实验，虽然能培养学生的基本实验技能，但极大程度上局限了学生的思维，以及分析和解决问题的能力 [ 1 ] 。同时，学生在实验过程中动手能力也不尽人意，对于相关的理论知识没有理解透彻，只能按照实验指导书上的步骤开展，遇到常见的问题也没法用所学的知识进行解释，更谈不上解决问题。所以学生理论课程的分数并不能完全体现知识的掌握程度。 鉴于此，《物理光学》课程的授课急需改变现有的教育理念，不能再拘束于现有的教育模式和教学方式，要更加注重将理论与实践进行完美的结合，提高学生的动手能力，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。 2.2. 基于应用能力培养的教学体系 根据现有教学模式的弊端，结合OBE理念，重构物理光学课程的教学体系，具体的执行过程如图1所示，理论基础以课堂讲授为主，相关参考资料为辅；另外与理论相配套的实践环节分三个方面进行展开，一是课堂实践，通过课堂练习与课堂讨论的方式进行，这样除了可以加深学生对知识的理解，还可以活跃课堂气氛；二是课后个人实践，学习一些常见的光学模拟软件，对所学的光学现象进行模拟，将课本上的静态图片变得生动有趣，同时还可以改变各种参数，得到课本上没有展示的光学现象，加深学生对课堂理论教学的理解，促进学生对基本原理的掌握，同时也可以培养学生对软件学习的爱好，这一点对于理工科的学生是受益终生的；有了前两个实践环节作为基础，第三个基础性实验就会容易得多，主要是通过实验锻炼学生的动手能力，掌握光学应用的基本技能。在有了良好的理论基础和基本的实践练习之后可以参与教师的科研项目，进行创新性实验或提前进入毕业设计环节，让自己的学习生活变得多姿多彩且有条不紊。 图1. 物理光学的教学体系 由此可见，新的教学体系符合光电信息科学与工程专业的培养目标，即将学生培养成具有一定的创新意识和较强的实践能力的高素质应用型人才，以后能在信息技术产业部门及相关行业从事光电设备、信息系统、光电信息等相关技术的研究、开发、设计、制造、应用等工作。《物理光学》是本专业的基础核心课程，不断深化、探索课程教学改革，引领学生逐渐向专业化纵深发展。 同时，新的课程教学体系的实施对教师的能力提出了更高的要求。要培养学生应用能力，教师首先就必须具备培养应用能力的“本钱”，否则会出现“师不高，弟子拙”的局面，就有悖于我们进行改革的初衷。所以专业教师需要迅速改变旧观念，加强学习，不断更新知识，掌握新技能，特别要尽快提高培养学生应用能力的本领，以适应现代教学的发展需要。
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user: 3. 新的教学体系研究的具体内容 3.1. 课堂教学与基础实践相结合 传统的四年制人才培养模式下，忽视了学生个体化与差异化的特点，对同一个专业的学生仅仅只采用同一个教育模式进行培养，毫无针对性可言，特别是现在普通本科院校生源质量参差不齐的情况下，千篇一律的培养模式对于学校和学生都将是一场灾难 [ 2 ] 。众所周知，不同的学习者具备的基础条件不同，学习能力也就不同，因此教学需要因人而异，对每一类学生要求的预期学习结果也应该有所不同，即现在流行的OBE教学理念。对学习能力强的学生设定高标准，意味着能取得更高的学习成果，但需投入更多的学习时间和寻求更有效的学习方法；对于学习能力差的学生，可以设定适合该生的相应标准，这样可以以灵活的方式来达到学生学习的需要 [ 3 ] 。 首先，课堂教学要注重不同课程中知识点的衔接，让学生在学习新知识点时能感觉自己有一定的基础，不会产生排斥感。另外，将知识点分层次讲解，让学生对自己能掌握的程度有一个比较清晰的认识，并给自己一个准确的定位。课后作业可以分为基础型、提升型以及开放题目，让学生按照自己的意愿选择，这样比较人性化的安排可以降低抄袭率，也可以让真正想学习的学生有一个相对公平的学习机会和环境。 再者，有一点非常重要，在知识讲解过程中，应尽量多讲一些与目前相关知识的发展和应用联系紧密的例子，既提高学生学习的兴趣，也可以对知识点有一个比较清晰的认识，起到事半功倍的效果。当然，课堂上介绍的应用实例毕竟有限，现在是网络时代，可以让学生课后查找相关知识的应用巩固课堂效果，也可以以调研报告的形式上交并计入平时成绩。既能让学生参与其中，又能加强学生对知识的理解，增强学生的应用意识，培养其创新意识。 除了课堂教学，我们还可以借助实验室来增强学生的即视感，锻炼学生的动手能力，更好的掌握所学的知识。例如，在讲解迈克尔逊干涉仪时，可以让学生进入实验室，自己动手搭建光路。迈克尔逊干涉仪可以实现等倾干涉和等厚干涉，但两者的条件略有不同，而且实验过程中会出现干涉图像不清晰或接收到的视场大小不一的情况，这些都需要学生利用自己所学的知识进行分析并解决，无形中加深了对知识的深化理解。通过这样的环节，可以促使学生掌握光学应用的基本技能，包括光路调节、光学仪器操作、实验数据分析与处理等，为后续的科研项目的参与打下了坚实的基础。 另外，也可以让学生学习相应的软件，如MATLAB，通过编程模拟各种光学现象，能让学生快速地观察到细微复杂但不易操作和控制的实验现象，对教学效果的提高将会有显著的催化作用。光学内容一般比较抽象，教材上的配图(包括计算和实验获得的图片)都是静态的，无法形象的说明光学中抽象的理论，因此可以采用计算机仿真光学实验，配合理论课程的开展，把物理光学课程所涉及到的部分光学现象生动形象的展现在学生眼前，可以加深学生对光学课程内容的理解和掌握。例如，杨氏双缝干涉实验，如果将光源上下移动或一缝上贴一块介质膜，会改变光程差，干涉条纹会移动，具体会怎么移动，有的学生一时很难想明白，即使老师仔仔细细的讲解，可能还是一头雾水。但是若利用MATLAB软件进行模拟，将干涉条纹的变化过程变成眼睛实实在在能看到的场景，这样学生对光学现象的变化过程会更加有兴趣，继而对杨氏双缝干涉这个实验相关的知识点会理解得很深刻。因此，将软件仿真和课堂结合，既可以探索发现光学世界的奥秘，又可以增强学生学习的学习热情。 由此可见，通过对知识点的讲授和有效的实践应用训练，能够加深学生对知识的理解和实际应用能力，是应用型人才培养的一条有效途径。 3.2. 教学与科研相结合 学生的课余时间比较多，除了一些有自制力的同学利用课余时间来学习，大部分学生在闲暇之余都比较空虚，以宿舍打游戏、刷剧来打发时间，这部分学生的成绩也是可想而知，经常在及格线附近徘徊，因此如何调动这部分同学的积极性，是普通院校急需解决的问题。 对现在学生的学习状况调查发现造成现状的主要原因是现在的一些重要的课程枯燥无味，无法提起学习的兴趣，许多学生抱着破罐子破摔的心态应付大学的后几年。基于学生的现状，可以尝试让学生参入到教师的科研项目中来。众所周知，进行科研工作，首先需查找和阅读大量的文献资料，在这个过程中，学生可以接触到各种不同的研究成果，接触到各类学者对各类问题的不同见解。无形之中，使得学生对知识的理解更加深刻，知识面也更加的宽泛 [ 4 ] 。 应用能力的培养主要体现在能够利用所学知识来解决实际的问题，因此学生参与的科研必须以应用型为主，不能太过于理论化，否则学生提不起兴趣，与课堂授课无异。例如本学院的光电精密测量实验室，主要是进行微小量(角度、位移、相位)的测量，而微小量的测量契合现代社会的工业、科技等发展需求。另外，微小量的测量依赖于光学系统的构建，涉及的光学知识比较多，与《物理光学》这门课程的知识是融为一体的，在搭建光学系统时会遇到各种各样的问题，学生可以和教师一起借助所学知识来分析问题、解决问题。例如，利用迈克尔逊干涉仪进行微小位移的测量，通过电控平移台移动干涉仪中的动镜来改变虚平板的厚度，即改变了光程差，干涉图像同心圆环会出现缩进或冒出的现象。干涉图像通过CCD相机进行接收，利用NI的图像采集卡和数据采集卡进行图像采集和数据的分析与处理，可以得出平面镜移动的距离。在整个实验中，学生除了需要自行搭建迈克尔逊干涉仪，还需掌握电控平移台的运行程序以及自学LabVIEW软件进行编程进行数据采集、分析与处理，这对学生的知识掌握程度存在非常大的考验。当然，若遇到学生无法独立解决的问题，教师就会参与其中，一起讨论并寻求解决问题的途径。在这个过程中，教师和学生是充分面对面的讨论问题，通过与学生的交流可以使教师更好的了解学生的想法，对从事教学工作也将会有很大的帮助，同时学生也受益，不再会有以前课本知识学来有何用的茫然感 [ 5 ] 。 由此可见，让学生参与到教师的科研中，有利于学生动手能力的培养，同时也培养了学生解决问题的能力，与学生应用能力培养的目标是一致的。
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user: 4. 结束语 本文针对光电信息科学与工程专业的物理光学课程的教学体系进行了重构，新的课程教学体系的实施，将极大的活跃课堂氛围、丰富学生的实验内容、深化学生对理论的理解、提高学生学习的兴趣。同时，学生的专业基础课程学好了，后续专业课程学习的动力必将增强，毕业时知识和能力水平会比较高，就业相对较容易，这与成果导向型的教育理念和要求是一致的。