DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 黑体辐射五大定律图形关系 普朗克定律为普朗克于1900年从理论上推导确定，是热辐射最基本的定律，它反应了光谱辐射力 E b λ 和波长 λ 、温度T之间的关系，即 E b λ = c 1 λ − 5 e c 2 / ( λ T ) − 1 (1) 其中 、 c 2 = h c / k 分别为第一辐射常数、第二辐射常数。由于普朗克定律的重要性，笔者在授课过程均是围绕它进行展开。需要指出的是，研究表明，基于普朗克公式计算的结果与黑体辐射实验结果吻合非常好。 2.1. 普朗克定律、维恩公式和瑞利–金斯公式间的图形关系 在普朗克公式提出之前，笔者从物理学史出发，先介绍了维恩公式(1893年，维恩推导得到)和瑞利–金斯公式(1900年，瑞利从经典统计力学进行了推导；1905年，金斯进行了修正)，然后才引入普朗克公式。维恩公式、瑞利–金斯公式分别为 E b λ ( T ) = C 1 λ − 5 e − C 2 λ T (2) E b λ ( T ) = C 3 λ − 4 T (3) 其中 c 3 = c 1 / c 2 = 2 π c k 为第三辐射常数。 对于维恩公式和瑞利–金斯公式，“传热学”书上一般不作介绍，为了让学生全面理解普朗克定律，根据三个公式，笔者利用Matlab软件 [ 5 ] 通过图形形象展示了他们之间的关系，程序代码及温度为1000 K时的分布如图1所示。由图可清晰看出三者间的关系：在短波处，维恩公式与普朗克定律吻合很好，但长波处有些偏差；而瑞利–金斯公式在长波处与普朗克公式吻合较好，但在短波出趋于无穷大，也就是所谓的“紫外灾难”。 图1. Matlab代码及三个定律间的关系 2.2. 普朗克定律、维恩位移定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律间的图形关系 维恩位移定律和斯忒藩–玻尔兹曼定律是“传热学”中另外两个重要的黑体辐射定律。维恩位移定律表述的是黑体辐射的光谱辐射力最大处的波长与温度之间的关系，即 λ m T = 2.8978 × 10 − 3   m ⋅ K (4) 图2给出了普朗克定律、维恩位移定律两个公式的计算程序代码及图形关系。图中的曲线为光谱辐射力随温度、波长的变化分布，最高点为光谱辐射力最大处，这样可很清楚地看出二者之间的关系。 图2. 普朗克定律、维恩位移定律Matlab代码及图形关系(图(c)为算术坐标，图(d)为对数坐标) 斯忒藩–玻尔兹曼定律则描述了黑体辐射力与温度之间的关系，即 E b = σ T 4 (5) 根据定义可知，该公式是普朗克定律(公式(1))在同温度下关于所有波长范围内的积分，即普朗克曲线的阴影面积，如图3所示，这一点在后面的公式推导过程会更清晰地展现。 图3. 普朗克定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律图形关系 通过这样图形的演示，直观形象地展示传热规律，让学生对五大定律有了一个形象的认识，增强学生学习的兴趣与动力，加强学生对传热基本概念、规律的理解和掌握。
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user: 3. 黑体辐射五大定律公式推导 虽然学生形象认识了五大定律，但不足以掌握他们之间的规律，为此，笔者在授课过程中，先给出了五大定律的公式，然后让学生试着推导他们的转换，从而让他们理解五大定律中每一个参数的物理意义。 3.1. 普朗克定律、维恩公式和瑞利–金斯公式间的关系推导 根据普朗克定律、维恩公式和瑞利–金斯公式的形式和图1(b)，可以发现，当 c 2 ≫ λ T ，即 e c 2 / ( λ T ) ≫ 1 时，普朗克定律可近似为维恩公式： E b λ = c 1 λ − 5 e c 2 / ( λ T ) − 1 ≈ c 1 λ − 5 e − c 2 / ( λ T ) 。因此，在温度一定时，当波长比较短的情况下，普朗克定律可近似为维恩公式；在工程中，当温度较高时，人们可采用维恩公式代替普朗克定律。 当 c 2 ≪ λ T ，即当 e c 2 / ( λ T ) ≪ 1 时，对 e c 2 / ( λ T ) 在 c 2 / λ T = 0 处进行泰勒展开有， e c 2 / ( λ T ) = e c 2 / ( λ T ) | c 2 / ( λ T ) = 0 + ( e c 2 / ( λ T ) ) ′ | c 2 / ( λ T ) = 0 c 2 λ T + ⋯ = 1 + c 2 λ T + ⋯ ，忽略二阶项后将此式代入普朗克定律即可得瑞利–金斯公式： E b λ = c 1 λ − 5 e c 2 / ( λ T ) − 1 ≈ c 1 λ − 5 1 + c 2 λ T − 1 = c 3 λ − 4 T 。因此，在温度一定时，波长比较长情况下普朗克定律可近似为瑞利–金斯公式。 3.2. 普朗克定律、维恩位移定律和斯忒藩–玻尔兹曼定律间公式推导 由图1(b)我们知道，光谱辐射力随波长连续变化，并且在一定温度下的曲线有一个极大值，而维恩位移定律中波长为普朗克定律中最大光谱辐射力对应的波长，所以找到最大光谱辐射力就找到了其对应的波长。根据数学知识，普朗克定律对波长求一阶偏导并令其等于0即可得到峰值波长与温度的关系，即维恩位移定律，具体推导过程如图4所示。 图4. 普朗克定律与维恩位移定律间推导关系 根据黑体光谱辐射力和辐射力定义可，要求黑体辐射力只需普朗克定律对波长积分即可，具体推导过程如图5所示。 图5. 普朗克定律与斯忒藩-玻尔兹曼定律间推导关系 根据图5可知，经过这样一个积分，从普朗克定律出发可得到斯忒藩-玻尔兹曼，虽然后者比前者早。总之，经过这样的一系列的公式推导，使得学生掌握了五大定律间的脉络变化和相互关系，如图6所示，同时通过这样理论推导，可使学生更容易理解图1、图2和图3中的结果，并且可从本质上“吃透”普朗克定律。 图6. 黑体辐射五大定律相互关系
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user: 4. 结束语 通过对普朗克定律与其他公式数学分析、讨论和图像可视化展示相结合的方式，既增强了学生对这些枯燥无味公式的记忆，又能加深学生对这些基本定律的理解，同时为学习黑体辐射理论知识增添了一定的趣味性，进而有望提高学生学习的积极性和主动性。
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user: 摘 要 药理学是连接医学和药学、基础医学和临床医学、疾病学与药物治疗学的桥梁学科，是为临床合理用药提供理论基础的课程，对医学和药学专业都是核心专业课。但是由于药学人才与医学人才的培养目标与定位不同，故针对药学专业的药理学教学应当结合专业特点进行改革。本文通过对美国内布拉斯大学医学中心药学博士培养模式观摩进行总结、分析和教学反思，从教学内容、教学方法、课程整合、模拟实训、考核方式等方面探索药学专业药理学教学改革。 关键词 :药理学，教学改革，教学反思，教学方法，药学 Copyright © 2019 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 药理学是研究药物与机体相互作用及其规律的一门学科，是连接医学和药学、基础医学和临床医学、疾病学与药物治疗学的桥梁学科，是为临床合理用药提供理论基础的学科，对医学和药学专业都是核心专业课 [ 1 ] [ 2 ] 。我国目前的药学人才培养目标主要定位于培养服务型人才。对于药学专业特别是临床药学专业学生，能否很好地掌握和灵活运用药理学知识，对今后的工作至关重要。绝大多数药学专业学生都能意识到药理学在今后实际工作中的重要性。然而，在实际教学工作中，学生普遍反映药理学是一门难学的课程，需要记忆的内容太多，不容易找到规律，如药物种类多、名称多，单个药物临床应用多、不良反应多、作用机制复杂。这也反应了我们目前的药理学教学中存在一定的问题。那么，如何针对药学专业特点，改革现有的药理学教学模式，使学生能够更好地掌握药理学知识，对提高我国药学人才培养质量具有积极的意义。作者对在美国内布拉斯大学医学中心(University of Nebraska Medical Center， UNMC)教学观摩的经历进行了回顾、总结、分析、反思，从教学内容、教学方法、课程整合、模拟实训、考核方式等方面探索药学专业药理学教学改革，提出了一些可行的药理学教学改革思路。
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user: 2. 美国Pharm. D课程教学观摩体会 2.1. 培养目标与定位 美国的药学人才培养模式为Pharm. D培养模式。UNMC的Pharm. D培养主要采用“4 + 4”模式，即学生首先需完成4年本科学习，修满相应学分后并取得学士学位后，再进行4年制Pharm. D专业课程学习。学以致用，培养岗位胜任能力是Pharm. D培养的最终目标与定位 [ 3 ] 。Pharm. D阶段的教学内容和课程设置都与将来临床药师服务工作密切相关，都是为了学生能够学以致用，所学即所用，学生在课堂中学到的内容即是将来在工作中能够应用到的。 2.2. 及时更新的知识内容 教材往往滞后与科学进展。在UNMC Pharm. D课堂上，老师往往不会局限于教材，而仅仅将教材作为参考。老师会查阅最新的文献资料，在课堂上为学生提供最新的疾病的分类、治疗指南以及新药研发进展等等，从而保证学生学到的知识能够与时俱进，紧跟国际前沿。 2.3. 促进主动学习的教学方法 在著名的学习金字塔理论中，学生知识的保留率与主动学习方法(小组讨论、做中学、教他人)的应用比例呈正比。在UNMC Pharm. D培养过程中，学生以主动学习为主，教师主要是以学生为中心，多采用一些促进学生主动学习的教学方法。在课堂中，教师除了应用传统的Lecture Based Learning (LBL)教学方法，更多的应用了问题式Problem Based Learning (PBL)、案例式Case Based Learning (CBL)、以及基于团队学习Team Based Learning (TBL)的教学方法。学生积极参与课堂教学、学习兴趣高、学位氛围浓厚，在学生主动学习过程中，教师会提供精心选择的病例，由浅入深地合理设置问题。学生小组也都是训练有素的高效能学习团队。在团队学习中，学生不尽学会了沟通技巧，还通过教同伴的方式更扎实灵活的掌握了知识，培养了批判性思维能力。 2.4. 系统整合课程 美国UNMC Pharm. D课程中没有单独设置生理、病理生理、内科学、外科学、妇科学、儿科学、诊断学等临床医学学科，而是将相关临床基础知识与合理用药整合为一门药物治疗学(Pharmacotherapy)。这是一门按照器官系统进行整合的课程，主要整合了生理、病理生理、药理、诊断、药物治疗等课程。对于Pharm. D学生，这门课程需要2学年共4个学期来完成。这种按照系统整合的课程，可以让学生接收到的知识更加系统、条理、易于理解接受。 2.5. 用以促学、熟能生巧-模拟用药咨询的实训课 岗位胜任能力是Pharm. D培养的目标，因此实践训练对Pharm. D是非常重要的。模拟用药咨询的实训课是UNMC Pharm. D培养中的一个关键环节，给我留下了深刻的印象。在实训课中，老师会提供合适的病例以及不同的问题供小组讨论，同样的患者，同样的症状，往往会有不同的身体状况和用药史。同时还会有一对一的模拟用药咨询考核，老师扮演患者，学生扮演临床药师，通过在模拟实践中将所学知识灵活应用，达到用以促学、熟能生巧的目标，同时还锻炼了与患者的沟通技巧，如何获取正确的信息从而进行合理用药。 2.6. 高频率、多样化的考核方式 UNMC对Pharm. D学生的考核方式是高频率和多样化的，有课堂小测验(mini quiz)、在线测试(on-line test)、口头报告(oral presentation)、模拟用药咨询考核(simulated patient counseling test)、期末考试(final exam)。这种高频率的多样化考核方式可以让学生始终处于学习状态，不断地温故而知新，督促学生不断巩固加强知识的掌握。模拟用药咨询的考核还可以锻炼学生灵活运用知识的能力，为今后的工作打下扎实的基础。
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user: 3. 教学反思——过去教学中存在的问题 3.1. 教学内容 我们在备课时往往局限于教材，根据教学大纲对教材内容进行整合、重组，给连续几届的学生讲授的都是同样的内容。但忽略了教材往往远远滞后与科学进展，我们的教学内容滞后，与临床脱节。教材中的某些药物已经在临床逐渐被淘汰了，但还是常出现在教学内容中。其根本原因是我们未养成不断学习的习惯。 3.2. 教学方法 我们存在的主要问题：我们主要以传统教学LBL为主，学生以被动学习为主。在课堂中，学生参与度不够，师生互动不足。我们也少量应用了案例式CBL、问题式PBL、团队学习TBL的教学方法，但效果不佳。背后的原因主要有：我们的教学方法单一，以教师为中心。案例选择和问题设置不灵活、不合理。例如我们通常会刻板的根据教学内容选择一个病例，在病例中患者的病情病史、症状、用药史都是相同的，根据病例设置的问题也是相同的，这样每个小组讨论的内容也都是相同的。老师对学生个性了解不够，学生分组太随意，学生未接受过如何组织高效团队的培训。因此会经常出现学习小组中1人代劳，其他人旁观的现象，无法真正起到团队学习的目的。 3.3. 整合课程 整合课程目前临床医学人才培养中应用广泛，而在药学人才培养中应用较少。我们目前为药学学生开设的课程主要有3类：医学基础课、药学基础课、药学专业课。这些课程相互独立、衔接不紧。学生接受的知识是碎片化、不成体系的、难以理解、容易遗忘，往往在学习新课程之前已经将之前的知识遗忘了。例如在学习药理学之前，学生往往已经将之前学过的生理、病理生理等相关知识遗忘了，这就造成学生无法理解药物作用机制，只能死记硬背。 3.4. 模拟实训课 我们对药学专业的学生开设有实验课，主要包括药物制剂、药效学相关的动物实验、细胞实验和分子实验，同时我们还在药学专业学生毕业前开设了阿司匹林的合成、制剂、药效学、安全性评价的综合实验课，让学生从实验设计到药物化学合成、剂型制备以及药效学、安全性评价实验，一定程度上锻炼了学生的综合素质。但是我们缺乏与临床结合密切的专业实训课如模拟药房、模拟用药咨询、病例分析、合理用药、处方分析、不良反应报告等，而这些专业实训课恰恰是培养岗位胜任能力的关键环节。 3.5. 考核形式 我们对学生的考试仍然是以理论知识点考核为主，而欠缺能力考核形式。我们目前的主要考核形式：平时作业 + 实验课成绩 + 期末考试成绩。其中期末考试成绩占约70%~80%。这种考试方式在一定程度上能够反映学生知识点的掌握程度，但很难反映出学生的综合素质和实际应用能力。特别是有些学生平时上课不认真，喜欢在考试前临时抱佛脚，“突击”复习，通过考试后再也不去复习了，造成知识很快遗忘。
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user: 4. 药理学教学改革探索 4.1. 及时更新教学内容 药理学是一门进展飞快的实验性学科，因此，教材内容往往跟不上科学进展，与临床脱节。因此我们需要养成终身学习的习惯和不断探索的科研精神。紧紧围绕药学人才培养目标改革教学内容，多查阅文献，关注药学前沿、新药研发、临床用药进展等，让我们的知识能够与时俱进。及时更新教学内容，将最新的药学前沿、进展等新知识及时传授给学生。在课堂教学中突出重点、难点。适当介绍一些药物进展背后的科学故事，吸引学生兴趣。通过手机、微信、网络教学平台等提供给学生相关的药理学前沿的参考文献，引导学生进行小组讨论，从而不断丰富教学内容，拓宽学生视野，让学生能够紧跟药学国际前沿。 4.2. 综合运用促进主动学习的教学方法 1) 更新观念，改变固有的教学模式，以学生为中心，突出学生在课堂的主体地位，促进学生主动学习。2) 合理应用问题式PBL和案例式CBL教学法。精心选择合适的案例和合适的问题，案例要能够引起学生的兴趣，问题要由浅入深，环环相扣。例如在讲授难逆性胆碱酯酶抑制剂有机磷酸酯中毒与解救时，课前可让学生预习胆碱酯酶的作用和乙酰胆碱的生理效应，课堂上可选择2017年4月发生的引起广泛关注的新闻事件朝鲜前领导人金正日长子金正男机场遇刺案作为案例(神经毒剂VX捂脸杀)，激发学生兴趣；由浅入深提出一系列问题：造成金正男死亡的VX是什么(神经毒剂)？化学结构是什么(有机磷酸酯类)？有机磷酸酯类VX这种神经毒剂是如何起作用的(抑制乙酰胆碱酯酶)？金正男死亡前有哪些症状(乙酰胆碱酯酶抑制后引起大量神经递质乙酰胆碱在神经末梢堆积造成M样症状、N样症状、中枢神经系统症状)？如果急诊医生在现场，如何急救(与有机磷农药中毒解救相同：阿托品、解磷定)？3) 合理进行学生分组。熟悉了解我们的学生，了解每个学生的个性特点，合理进行分组并对学生进行培训。让学生学习如何组建高效能学习团队(共同的目标、明确的分工、相互的信任、有效的沟通、过程与结果的可测性)。 4.3. 按照系统整合教学内容 对于涉及多门课程的大整合，可以从学院、学校层面来进行，经过教学委员会论证之后调整药学人才培养的课程设置。对于涉及一门课程的教学内容的小整合，每位教师都可以做到。药理学是一门交叉学科、桥梁学科，虽然只是一门课程，但其内容涉及到生理学、解剖学、病理生理学、临床医学相关知识点 [ 4 ] 。因此，我们可以尝试将药理学与临床药理学两门课整合为一门课程，在内容上按照器官系统进行分类整合，如神经系统、心血管系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、内分泌与代谢系统。从而打破学科界限，将多学科知识交叉融汇在一起，将各个系统的解剖结构、生理功能、病理生理过程、药物作用机制、临床应用、不良反应、合理用药指导整合讲授，并恰当运用思维导图，可以让学生接受到的知识内容是条例清晰的、有逻辑的、系统的、完整的知识体系，而不是无序的、杂乱无涨的知识碎片。这样的整合既能够满足药理学教学的要求，还有助于提高学生灵活运用知识的能力。 4.4. 增加专业实训课 我们开设的一般药理学基础实验课包括药物代谢动力学、药效学有关的动物实验、细胞实验和分子实验。这些实验课可以帮助学生通过实验方法验证药理学的理论知识，提高学生的实验动手能力。我们还应当增加与今后药学服务工作相关的专业实训课，正如UNMC的模拟用药咨询的实训课。在人数相对较少(30~40人)的临床药学专业学生中，可以适当采用翻转课堂的形式进行实训课。翻转课堂是一种以学生为主导，教师为辅的新的教学模式，可以突出学生的主体地位，激发学生主动学习的兴趣，提高教学效果 [ 5 ] [ 6 ] 。 具体实施如下：课前给学生提前预习相关疾病与药理学相关知识内容，课堂上老师提供合适的病例资料、处方和相关问题，以学生为主导，进行小组讨论有关病历的合理用药问题、处方分析和不良反应等问题。可以设计模拟药房的情境教学模式，由小组内学生相互扮演药师和患者，进行合理用药和药物咨询模拟 [ 7 ] 。通过这种综合运用了翻转课堂和情景教学模式的模拟用药咨询的实训课，可以加强和巩固学生的理论知识，培养学生的灵活运用知识和分析问题的岗位胜任能力。 4.5. 开展多样化的考核形式 科学合理的评价体系是培养高质量药学人才的重要保证 [ 8 ] 。药理学是一门理论性与实验性非常强的综合学科 [ 9 ] [ 10 ] 。可以考核的理论与实践知识点非常多。今后应当逐步完善现有的考核评价体系，开展逐步开展多样化的考核形式，适度降低理论考试成绩比例，逐渐增加能力考核内容。考核形式多样化可以通过利用教学管理系统、网络软件等进行随堂测验和周期性考核等。能力考核部分可以增加案例分析、小组报告、模拟用药咨询考核等。
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user: 5. 结语 总之，药理学是高等药学人才培养过程中的一门核心专业课，对应用型高素质药学人才培养非常重要。我们需要不断反思在教学中存在的具体问题和原因，积极探索药理学教学改革，将美国药学人才培养中先进的教学理念和方法灵活运用到教学中，不断提高教学质量。同时，我们要养成不断学习和反思的习惯，努力提高自身的个人修养和综合素质，为我国西部高等药学人才的培养贡献力量。
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user: 摘 要 针对二语习得的研究，美国语言学家克拉申在儿童第一语言的习得基础上提出了备受争议的输入假设，强调可理解性输入在语言习得中的核心地位。对此，斯温纳持不同看法，提出了以“沉浸式教学”实践为基础的输出假设。两种假设看似对立，实则是以语言习得的不同角度为出发点。二者皆对外语教学具有重大启发。 关键词 :克拉申输入假设，斯温纳输出假设，英语教学，启示 Copyright © 2019 by author 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. 克拉申的输入假设(The Input Hypothesis) 1.1. 语言监察理论(The Monitor Model)基本内容 克拉申为解释第二语言习得过程，提出了语言监察理论。它包括以下五部分：①习得和学得假设(the Acquisition-Learning Hypothesis)：外语能力的培养依靠两种不同途径——习得和学习。习得是一种自然方式，学习是一种有意识学习语言规则的过程，学习不能导致习得。②自然顺序假设(The Natural Order Hypothesis)：语言结构的习得是有一定次序的。③监检假设(The Monitor Hypothesis)：有意识的学习只能起到监控的作用，从而进行自我纠正。④语言输入假设(The Input Hypothesis)：充分而可理解的输入是习得语言的绝对条件。⑤情感过滤假设(The Affective Filter Hypothesis)：动机、信心、忧虑程度等心理或情感因素对外语学习具有影响 [ 1 ] 。 1.2. 输入假设(The Input Hypothesis)基本内容 语言输入假设是由美国语言学家克拉申(Krashen)教授提出。输入假设是克拉申语言监察理论(The Monitor Model)中的核心部分。它的提出是建立在儿童第一语言习得研究的基础之上。根据行为主义语言学理论的S-R(刺激–反应)公式，克拉申认为语言习得的首要条件是输入 [ 2 ] 。可理解的输入等同于刺激，学习者接受到刺激后通过内在的语言习得机制做出相应的反应，以此来完成语言的习得。 克拉申的输入假设主要包括以下四个方面：①可理解性的输入：克拉申指出，语言习得的必要条件是可理解性输入，即输入的语言从形式到内容是学习者可以接受并理解的。学习者只有接触到可理解的语言信息，语言习得才可发生。②“i + 1”模式：i为学习者现有水平，i + 1部分是语言信息中包含的新的语言成份和语言形式，当学习者接收到足够的可理解的且语言质量略高于现有水平的输入时，他们的语言习得便产生了，他们的水平也会从i向i + 1发展。③有趣相关：克拉申认为输入的语言应是真实的、有意义的，既有趣又有关。要使语言输入对语言的习得有利，必须对它的意义进行加工。真实有趣的情景促进学习者语言的习得。④足够输入：实现语言的习得，不仅要求输入内容的可理解性，还要求有连续不断的足够的输入 [ 3 ] 。
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user: 2. 斯温纳的输出假设(The Output Hypothesis) 对于克拉申提出的监察模式，不少学者提出疑问。针对克拉申提出的可理解性输入是语言习得的中心这一观点，斯温纳(Swain)以在加拿大的“沉浸式教学”的调查研究为基础，提出了可理解性输出假设。沉浸式教学主要原则是将第二语言作为其他学科的工具，而语言获得则是理解这些学科信息及内容的“伴随产品”。实验表明，尽管几年来学习者获得的语言输入是无限的，但他们并未获得如本族语者那样的语言产出能力。因此，他认为造成这一现象的原因是缺乏语言输出和意义协商的机会。 斯温纳认为语言输出具有三方面作用：①注意功能：学习者在进行语言产出活动时会碰到一系列困难，这会使他们注意到语言形式的选择，自身存在的语言困难与不足。②检验假设功能：学习者在发展中介语的过程中，输出活动是学习者为进行交际提出假设，使用新语言形式和结构的尝试。并试图通过输出来验证自己的假设。③反思功能：语言输出能促进学习者进行有意识的反思。学习者利用元语言功能控制和内化语言。
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user: 3. 输入假设对于英语教学的启示 国内外有许多实证研究已经证明了克拉申的输入假设的意义。如Hatch，Wagner-Gough、Larsen-Freeman、Lightbown等人的研究均证实输人频率与习得顺序有显著相关性；Seliger研究发现成人语言习得交际量与考试成绩正相关；Fill-more通过对幼儿园儿童学习情况的对比研究发现习得的速度受到输入的质和量等影响 [ 4 ] 。 3.1. 输入假设对英语听力教学的启示 首先，听力输入内容都应是学生可理解的。不可理解的材料和语言会使学生产生畏惧和逃避心理。其次，听力教学要充分，只有足量的可理解输入才可产生语言习得。听力教学是一种进程，间断的听力教学无法帮助学生培养听的技能。并且，在教学过程中，要尽力营造轻松愉快的氛围；再次，听力难度要略高于学生现有水平，促进学生向更高层次水平发展；同时，教学过程要循序渐进，由易到难，针对不同学生水平布置不同听力任务；最后，听力内容要生动有趣，符合学生认知水平，贴近学生生活，真实且实用。 3.2. 输入假设对英语阅读教学的启示 首先，在阅读材料上的选取要难度适当，既不过于简单，对学生没有帮助。也不难度过大，打击学生自信心与积极性；同时，阅读内容要有意义，实用且有吸引力；并且，还要注重阅读量的要求。大量的阅读对于学生拓展知识面，提高阅读能力具有重大帮助；最后，对于语言的习得，我们不仅要重视语言能力的发展，还要注重文化的熏陶。因此，在英语阅读教学过程中，我们不仅要注重知识技能的输入，更应注重文化的输入。因此，要求教师深刻挖掘材料背后的文化信息，结合学生的身心发展特点与认知水平，进行合理的文化输入，以此提高学生的文化素养与思想水平。
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user: 4. 输出假设对于英语教学的启示 输出在外语学习中有显著的作用。它能帮助学生提高使用语言的流利程度，使学生意识到自己在语言使用时存在的问题。在外语教学中，应该给学生足够的机会在课堂环境中使用语言，增强学生使用语言流利性和准确性。 4.1. 输出假设对于口语教学的启示 在应试教育大背景下，我们的英语教学往往忽视了口语的练习。为解决这一问题，我国英语教学法进行了多次改革，提出了交际法、任务型教学法、听说法、情景法等多种教学方法。这些方法都将口语作为一种重要的输出方式。外语习得的最终目的是可以熟练地掌握一门外语并进行积极无障碍的沟通。我们在注重教育结果的情况下，忽视了语言最本质的意义。斯温纳的输出假说启示我们，在外语教学中，我们要培养学生交际能力，训练学生口语能力。例如：在课堂中采取复述、角色扮演、口语对话、问答、讨论等形式。课外举办朗读，配音等趣味比赛。通过各种各样的活动，激发学生兴趣，树立学生信心，营造良好氛围，为学生提供展现自我的机会和平台。 4.2. 输出假设对于写作教学的启示 写作是英语考试的一种考核形式，但也是英语教学中最易被忽视的环节。究其原因是我们没有意识到写作的重要性以及写作本身所具有的意义。写作是最为直观的语言输出形式，也是帮助学生语言习得的最为直接的方式。在写作教学中，教师应注重对学生逻辑思维的培养，思维是文章的灵魂 [ 5 ] 。同时也要帮助学生形成反思的习惯。传统的语言教学多为语法翻译法，这在写作中发挥着重要作用。学生通过写作检验自己的知识水平，并通过教师的点评进行反思，进而补齐短板，得到提高。在此过程中，学生的错误呈现是学生对于某一语言用法的假设与尝试，对于教师的教学总结反思都有相当大的意义。
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user: 5. 对输入假设与输出假设的认识 无论是输入假设还是输出假设，在教学时要注意：教育过程由易到难，循序渐进；教育形式要因材施教，因人而异；教育内容要易理解、易接受，具有实用性、趣味性。克拉申认为可理解性输入是语言习得的中心，确忽视了输出的作用。而斯温纳认为学习者既需要可理解输入，更需要可理解输出。不难发现，二者分别从不同的方面对语言习得进行了探讨。上文我们已经提到了输入假设和输出假设分别对外语教学的启示，各有千秋。在实际教学中，根据不同的教学需求，我们应灵活采取多变的方法，而不是照本宣科，生搬硬套。无论是输入假设还是输出假设，都有着一个共同的目标：促进学习者的语言习得，培养学习者的语言技能。语言教学要从听说读写四方面全面进行。听和读是输入，说和写是输出，由此可见，输入与输出同等重要。没有输入就不会产生输出，没有输出的检验与反馈，输入便失去了意义。将输入假设与输出假设相结合，应用于语言课堂之中，更有助于学生全方位习得语言。 例如：在高中英语教学中，由于高中生已经具备一定的外语语言基础，因此教学过程更侧重于能力的培养。高中生学习外语的现状是输入能力强于输出能力；枯燥无用的机械记忆多于生动实用的形象记忆。在高中英语阅读课上，通过播放影片，展示图片等给予学生可理解输入，提高学生学习兴趣。提供学生略高于他们现有水平的文章，给予学生恰当时间阅读文章，培养学生阅读能力。依据学生现有水平，提出难度不等问题帮助学生理解文章，从而促进学生向i + 1水平发展。课堂之中设置难度适宜的小组活动。如角色扮演，小组讨论等，为学生营造轻松且具有安全感的学习环境，从说的方面促进学生的可理解性输出产出。课后布置小作文等，帮助学生从写的方面进行语言输出。综上可以看出，一节优秀的英语课堂，不仅要重视输入，也要重视输出。无论是克拉申的输入假设还是斯温纳的输出假设都有其存在意义，我们要学会合理整合，应用于英语教学之中。
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user: 6. 总结 克拉申的输入假设与斯温纳的输出假设并非是矛盾的对立体，它们是从两个不同的侧面来看待语言习得的，都有其不足和可取之处。在进行高中外语教学时，我们要依据不同的教学情况采取不同的教学方法。合理融合输入与输出假说，最大程度地帮助学生习得语言，是作为教师的重要任务。因此，在教学过程中，输入假设与输出假设都是不容忽视的。任何一种理论都有其存在的合理性。
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user: 摘 要 IgA肾病(IgA nephropathy， IgAN)是全世界最常见的原发性肾小球疾病。遗传，免疫，糖基化改变等多重打击导致系膜区IgA1及其免疫复合物沉积，造成系膜细胞的增殖及肾损伤。临床表现多样并多伴有血尿，部分进展为终末期肾脏病。目前，IgAN的发病机制尚不清楚。随着全基因组连锁分析(GWAS)在IgAN的不断应用，遗传因素的致病作用受到越来越多的关注。本文将对GWAS发现的基因及这些基因在多重打击学说下的研究进展加以综述。 关键词 :IgA肾病，全基因组连锁分析，基因多态性，多重打击学说 Copyright © 2019 by author(s) 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. IgA肾病的多重打击学说 IgAN作为一类常见的肾小球疾病，占全世界原发性肾小球疾病的首位，发病率在不同地区有所不同，美国IgAN发病率约占原发性肾小球疾病的12.1%，中国IgAN的发病率约占原发性肾小球疾病的37.8%。该病临床症状隐匿，常为镜下血尿也可见肉眼血尿。在此疾病的进程中，血清内多聚的半乳糖缺乏型IgA1 (Galactosed-deficiency IgA1， Gd-IgA1)发挥重要的作用。其中以IgA1为基础的多重打击的学说受到普遍认可，即第一次打击，血清内增多的Gd-IgA1；第二次打击，针对Gd-IgA1铰链区的特异性免疫；第三次打击，免疫复合物的形成及补体和免疫细胞的参与；最终造成第四次打击，系膜细胞的增殖及肾小球滤过率的降低 [ 1 ]。
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user: 2. IgA肾病的基因多态性 IgA肾病的遗传学证据 IgAN的流行在不同地域和种族中表现出相当大的差异 [ 2 ] ，即亚洲人口发病最高，非洲最低 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。尽管每个国家的肾活检的指征和技术不同，对地域和种族间差异存在一定影响，但IgAN的遗传因素仍是导致地域和种族间差异的重要原因。此外，IgAN存在一定的家族聚集性 [ 6 ] [ 7 ]。在IgAN家族的研究中，患者被分为散发性(只有一个家庭成员受影响)；疑似家族性(一名成员有活检证实的IgAN，其他人存在尿检异常)；家族性(至少两人有活检证实的IgAN)。研究证明，在欧洲超过50%的IgAN患者患有家族性或疑似家族性的IgAN [ 8 ]。不仅如此，IgAN患者的亲属比一般人群具有更高水平的Gd-IgA1，证明IgA1糖基化是一种遗传而非获得的特征 [ 9 ]。家族性IgAN的较高患病率和较差的预后同样表明遗传因素参与IgAN的发展。
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user: 3. IgA肾病的基因多态性 3.1. 第一次打击血清内增多的Gd-IgA1 IgA1糖基修饰相关基因——ST6GAL1 IgAN中，系膜区以Gd-IgA1沉积为主，其半乳糖的缺乏与其糖基修饰过程密切相关。先前研究证明，IgA1糖基化过程中的C1GalT1及其分子伴侣Cosmc可促进半乳糖与IgA1铰链区糖基链上的N-乙酰半乳糖胺相连 [ 10 ]。且IgAN时，常存在编码Cosmc的基因改变和Cosmc的表达降低，从而引起半乳糖不能连接于IgA1铰链区。故编码C1GalT1及其分子伴侣Cosmc的基因在IgAN的发病机制中发挥重要作用 [ 11 ]。 近年进一步对汉族人进行的四阶段GWAS，鉴定出新的糖基修饰关键基因：ST6GAL1 (3q27.3) [ 12 ]。ST6GAL1编码ST6-β-半乳糖酰胺α-2，6-唾液酸转移酶，主要负责IgA1铰链区半乳糖的唾液酸化。当Gd-IgA1唾液酸化增加，可通过以下方式导致IgAN的发病：1) 唾液酸的负电荷使Gd-IgA1更具阴离子性，使IgA1及免疫复合物在带正电的系膜区沉积增多；2) 负电荷的大分子唾液酸引起IgA1三级结构、铰链区静电排斥和空间位阻的改变 [ 13 ] ，抗原性增强从而不断堆积，使Gd-IgA1易沉积于系膜区；3) ST6GAL1编码的蛋白作为甘油–甲基转移酶家族成员，可形成细胞表面糖原决定簇和分化抗原，并通过催化TNFR1死亡受体唾液酸化调节巨噬细胞凋亡 [ 12 ]。使得巨噬细胞处理 Gd-IgA1能力下降，导致其异常沉积。 3.2. 第二次打击针对Gd-IgA1铰链区的特异性免疫 IgAN前驱感染相关基因——TNFSF13，HORMAD2，DEFA IgAN前驱感染的粘膜病原体与IgA1间相互作用被认为是IgAN第一次和第二次打击的诱因。在感染期间，宿主通过模式识别受体结合并检测病原体；随后宿主启动第一道防线，包括细胞因子表达的诱导，抗微生物蛋白的分泌，以及免疫细胞的募集或活化，以抵抗感染。目前已被检测的GWAS基因常与负责微生物免疫的粘膜异常有关 [ 14 ] [ 15 ]。 如，肿瘤坏死因子超家族13 (TNFSF13)基因可编码增殖诱导配体(APRIL)，一种肿瘤坏死因子配体，它与粘膜感染的反应和肠道相关粘膜淋巴组织产生的IgA有关。TNFSF13基因变异风险增高与血清中Gd-IgA水平增加密切相关 [ 16 ]。研究显示小鼠TNFSF13的失活可导致血清Gd-IgA1水平显著降低，且高水平的TNFSF13与肾移植后IgA肾病的复发存在联系 [ 17 ]。 除TNFSF13的作用之外，IgAN的GWAS中的另一信号存在于22q12.2上的HORMAD2。它包括关键基因：myotubularin相关蛋白3 (MTMR3)；含HORMA结构域蛋白2 (HORMAD2)；白血病抑制因子(LIF)；和Oncostatin M (OSM)。LIF和OSM是IL-6相关细胞因子，体外研究表明，IL-6家族细胞因子可以增强Gd-IgA1的产生 [ 18 ]。尽管MTMR3和HORMAD2的功能尚不清楚，但这些基因的SNP可在其他免疫疾病如扁桃体炎和炎症性肠病(IBD)中被发现，这表明这些基因可能通过粘膜免疫增加IgAN风险 [ 19 ]。 DEFA基因簇编码防御素家族，是先天性和适应性免疫中的重要效应分子。人类防御素家族分为α和β。α-防御素主要在中性粒细胞和肠道的细胞中表达，参与维持肠粘膜屏障并调节粘膜免疫应答 [ 20 ]。研究发现，DEFA基因的总拷贝数变异(包括DEFA1A3，DEFA3)与IgAN的易感性和进展强烈相关 [ 21 ]。在IgAN患者的血清和尿液样品中，DEFA1A3在中性粒细胞表达的蛋白质产物，中性粒细胞肽1-3 (HNP1-3)的表达增加。同样当正常个体受脂多糖刺激时，来自健康的中性粒细胞产生的HNP1-3比IgAN患者产生的HNP1-3更多。这些结果表明在IgAN患者中DEFA1A3的表达或功能存在缺陷 [ 22 ]。 总之，这些遗传证据表明宿主和肠道病原体之间的相互作用在IgAN中发挥重要作用。二者的相互作用激活黏膜免疫系统，并促进特异性免疫过度活化，产生异常的Gd-IgA1。 3.3. 第三次打击免疫复合物的形成及补体和免疫细胞的参与 IgAN患者的Gd-IgA1与其特异性抗体形成免疫复合物后，沉积于系膜区。沉积的免疫复合物常激活补体和免疫细胞，造成系膜细胞的损伤。血清中常可见补体C3和备解素，并经常检测到C4或C4d、甘露糖结合凝集素、和末端补体复合物(C5b-C9)，而C1q通常不存在。这些发现表明补体的替代途径和凝集素途径在IgAN中起到重要作用 [ 11 ]。 IgAN免疫激活相关基因——CFHR，TNFSF13，ITGAX-ITGAM，VAV3和CARD9 IgAN的GWAS分析显示在1q32染色体处存在另一个信号，这一区域包含补体因子H (CFH)和相关的CFHR1，CFHR2，CFHR3，CFHR4和CFHR5基因。CFH蛋白作为补体激活抑制剂，具有多种功能，包括：竞争因子B结合位点，阻碍C3转化酶的形成，促进C3转化酶的解离，支持C3b蛋白水解切割 [ 23 ]。这段染色体区域中最显着的SNP是rs6677604 [ 24 ]。其A等位基因具有保护作用，并编码CFHR3-1D。CFHR3-1D可导致CFHR1-3缺失 [ 25 ]。早期的研究发现，CFH的等位基因CFHR1和CFHR3基因，作为替代补体途径中两个关键的CFH相关参与者，在IgAN中常共同缺失 [ 12 ]。 通过对IgAN家庭进行两阶段全基因组连锁分析，发现TNFSF13同样参与IgAN肾病免疫激活过程 [ 26 ]。TNFSF13编码的增殖诱导配体(APRIL)，可与TNF受体家族的细胞表面受体识别，对B细胞发育起到关键作用，促进产生分泌IgA的浆细胞，完成IgA1至IgA2类转换 [ 27 ]。这些结果表明TNFSF13可能与IgAN中IgA1的产生和粘膜免疫有关。 Kiryluk等在IgAN中发现ITGAM-ITGAX，VAV3和CARD9新的全基因组关联 [ 15 ]。这三个区域内的最显著的SNP分别为rs11574637，rs11150612，rs17019602。ITGAX-ITGAM编码白细胞特异性整合素，参与白细胞粘附，迁移，单核细胞和巨噬细胞补体包被，吞噬细胞凋亡。VAV3编码鸟嘌呤核苷酸交换因子，其对B和T淋巴细胞发育和抗原呈递十分重要。CARD9编码含有半胱天冬酶募集结构域的蛋白，是一种促进巨噬细胞中核因子NF-κB活化的衔接蛋白。可见这三个基因可从不同方面促进 IgAN 系膜区炎症反应。 3.4. 第四次打击系膜细胞的增殖及肾小球滤过率的降低 系膜细胞的炎症反应在IgAN肾损伤中起重要作用。Gd-IgA1及其免疫复合物可刺激系膜增生和并促进局部产生细胞因子和趋化因子，如IL-6和转化生长因子。此外，HLA-DRB1基因多态性与系膜增生性IgA肾病相关，DRB1-09和DRB1-11类型可增加系膜增生性IgA肾病的风险，并且与患者肾小球肾炎严重程度有关 [ 28 ]。不仅如此，IgAN中存在白细胞募集和肾小球及肾小管间质的纤维化来加重炎症反应，导致系膜细胞进一步增殖 [ 1 ]。 图1. Iga肾病基因及其功能机制
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user: 4. 总结 多重打击下基因的变化参与Gd-IgA1聚集，Gd-IgA1及其免疫复合物沉积和免疫反应(见图1 Iga肾病基因及其功能机制)，包括微生物抗原，IgG或IgA的复合物，以及系膜细胞外基质蛋白等多种分子。这些含Gd-IgA1的复合物刺激系膜细胞增殖，并引起随后的免疫反应，包括补体的激活和炎症反应的放大，最终造成系膜细胞增殖及肾损伤。虽然GWAS已发现许多易感位点 [ 29 ] ，但各个基因的精确机制仍不了解，且几种潜在的信号分子，包括转谷氨酰胺酶2和CD71等 [ 30 ] 参与免疫复合物的形成沉积仍需要进一步调查。基因组数据的整合与新遗传分析技术的应用，将明确IgAN临床表型和遗传因素间的关系，更好地了解个体间变异的潜在因素，对长期预后和治疗提出新的解决方案。
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user: 摘 要 本文首先对新四维混沌系统的动力学特性进行分析。而后，采用改进型模块化混沌电路设计方法设计新四维混沌系统的电路模型并于A + D Lab实验平台上搭建其模拟电路实现，从硬件上验证该新四维混沌系统可产生混沌运动现象。针对新四维混沌系统的稳定性控制，本文通过建立被控新四维混沌系统的数学模型，基于Lyapunov稳定性理论，设计单变量线性反馈控制器并搭建其硬件电路实现，从硬件上验证被控新四维混沌系统不再产生混沌或周期运动而是渐近稳定于平衡点原点，以及所设计的线性反馈控制器的可行性与有效性。 关键词 :混沌，新四维混沌系统，混沌控制，电路实现 Copyright © 2019 by author(s) 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 高维混沌系统维数高、动力学特性更为复杂，一直是混沌研究领域的研究热点内容之一 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。本文作者于文献 [ 5 ] 中提出一个新四维混沌系统，并于文献 [ 6 ] 中采用改进型模块化混沌电路设计方法设计了该新四维混沌系统的电路模型。同时，本文作者于文献 [ 5 ] 中基于Lyapunov稳定性理论设计出单变量线性反馈控制器，使新四维混沌系统不再产生混沌或周期运动，而是渐近稳定于平衡点原点。进一步，本文作者于文献 [ 5 ] [ 6 ] 中借助Matlab数值仿真软件和Multisim电路仿真软件，绘制了新四维混沌系统的相轨迹曲线，验证了所设计的电路模型的正确性以及线性反馈控制器的可行性与有效性。然而，针对该新四维混沌系统及其稳定性控制的硬件电路实现尚未给出。 本文基于文献 [ 5 ] [ 6 ] ，对新四维混沌系统的动力学特性进行扩充，给出对于系统对称性、耗散性、平衡点特性、初值敏感性以及混沌吸引子的具体分析。在此基础上，采用“A + D Lab 理工实验室”模拟数字混合贯穿式智慧实验平台搭建新四维混沌系统及其被控系统的硬件电路实现，从硬件上验证新四维混沌系统中混沌现象的存在性以及所设计的单变量线性反馈控制器的控制效果。
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user: 2. 新四维混沌系统的动力学特性分析 2.1. 数学模型 新四维混沌系统的数学模型如下所示 x ˙ = a ( y − x ) ， y ˙ = c ( x + y ) + z − x w ， z ˙ = m x − y − h z ， w ˙ = x y − b w ， (1) 其中， x ， y ， z ， w ∈ ℝ 为系统的状态变量， a = 25 ， b = 3 ， c = 18 ， m = 19 ， h = 14 为新四维混沌系统(1)的典型参数。 2.2. 对称性 新四维混沌系统(1)关于 w 轴对称，即通过坐标变换 ( x ， y ， z ， w ) → ( − x ， − y ， − z ， w ) ，系统的数学模型不发生改变。 2.3. 耗散性 新四维混沌系统(1)满足如下等式 ∇ V = ∂ x ˙ ∂ x + ∂ y ˙ ∂ y + ∂ z ˙ ∂ z + ∂ w ˙ ∂ w = − a + c − h − b = − ( a + b + h − c ) = − 24 < 0 ， 则新四维混沌系统(1)始终是耗散的，系统状态的变化是有界的。 新四维混沌系统相体积的指数衰减率可表示为 d V d t = e − ( a + b + h − c ) ， 即一个初始体积为 V 0 的体积元经过时间 t 收缩为体积元 V 0 e − ( a + b + h − c ) t [ 7 ] 。这意味着，当 t → ∞ 时，包含系统轨线的每个体积元以指数速率 − ( a + b + h − c ) 收缩到0。因此，当 ∇ V = − ( a + b + h − c ) < 0 时，系统吸引子的整数维体积为零。 2.4. 平衡点分析 令式(1)的右边为0，可得新四维混沌系统(1)的平衡状态方程为 a ( y − x ) = 0 ， c ( x + y ) + z − x w = 0 ， m x − y − h z = 0 ， x y − b w = 0 ， (2) 解方程组(2)，令 x o = y o = b ( 2 c h + m − 1 ) h ， z o = ( m − 1 ) h b ( 2 c h + m − 1 ) h ， w o = 2 c h + m − 1 h ， 可得新四维混沌系统(1)共有3个平衡点，分别为 S 1 = ( 0 ， 0 ， 0 ， 0 ) ， S 2 = ( x o ， y o ， z o ， w o ) ， S 3 = ( − x o ， − y o ， − z o ， w o ) ， → S 1 = ( 0 ， 0 ， 0 ， 0 ) ， S 2 = ( 10.5762 ， 10.5762 ， 13.5980 ， 37.2857 ) ， S 3 = ( − 10.5762 ， − 10.5762 ， − 13.5980 ， 37.2857 ) ， 现以平衡点 S 1 = ( 0 ， 0 ， 0 ， 0 ) 为例对平衡点处的相关特性进行分析。通过在平衡点 S 1 = ( 0 ， 0 ， 0 ， 0 ) 处对系统(1)进行线性化，得其Jacobian矩阵为 J = [ − a a 0 0 c c 1 0 m − 1 − h 0 0 0 0 − b ] ， 其特征方程为 f ( s ) = ( s + b ) [ s 3 + ( h − c + a ) s 2 + ( 1 − h c + a h − 2 a c ) s + ( a − 2 a c h − a m ) ] = 0 ， 将 a = 25 ， b = 3 ， c = 18 ， m = 19 ， h = 14 代入上式，求得其特征根分别为 s 1 = 26.8744 ， s 2 = − 33.2857 ， s 3 = − 14.5886 ， s 4 = − 3.0000 ， 其中， s 1 > 0 ， s 2 ， s 3 ， s 4 < 0 ，则平衡点 为一不稳定平衡点。其余2个平衡点的分析方法与此处相同，各平衡点的性质分别如表1中所示。 Table 1 Properties of equilibrium points of the novel 4D chaotic syste 平衡点 Jacobian矩阵的特征根 性质 S 1 = ( 0 ， 0 ， 0 ， 0 ) s 1 = 26.8744 ， s 2 = − 33.2857 ， s 3 = − 14.5886 ， s 4 = − 3.0000. 不稳定 S 2 = ( 10.5762 ， 10.5762 ， 13.5980 ， 37.2857 ) s 1 ， 2 = 3.9894 ± 16.8862 j ， s 3 ， 4 = − 15.9894 ± 2.1045 j . 不稳定 S 3 = ( − 10.5762 ， − 10.5762 ， − 13.5980 ， 37.2857 ) 不稳定 表1. 新四维混沌系统各平衡点的性质 2.5. 初值敏感性 将新四维混沌系统(1)的状态变量的初始值分别设定为 ( x 01 ， y 0 ， z 0 ， w 0 ) = ( 1 ， 1 ， 1 ， 1 ) 和 ( x 02 ， y 0 ， z 0 ， w 0 ) = ( 1.0001 ， 1 ， 1 ， 1 ) ，并保持其他条件均不变，利用Matlab数值仿真软件，绘制出新四维混沌系统(1)在不同初始值下的解曲线，如图1中所示。 图1. 新四维混沌系统(1)在不同初始值下的解曲线：(a) t-x; (b) t-y; (c) t-z; (d) t-w 从图1中可以明显地看出，其他条件均保持不变，仅仅是将新四维混沌系统(1)中 x 的初始值变化了 0.01 % ，经过很短的一段时间后，系统解曲线的变化明显，说明新四维混沌系统(1)具有初值敏感性，初值敏感性是混沌运动的一个重要特征。 2.6. 新四维混沌系统的混沌吸引子 令新四维混沌系统(1)的初值为 ( x 0 ， y 0 ， z 0 ， w 0 ) = ( 1 ， 1 ， 1 ， 1 ) ，通过数值仿真可求得系统的Lyapunov指数分别为 λ 1 = 2.6630 > 0 ， λ 2 = 0.0016 ≈ 0 ， λ 3 = − 11.7829 < 0 ， λ 4 = − 14.8816 < 0 ，说明此时新四维混沌系统产生混沌运动。由此可计算出新四维混沌系统(1)的Lyapunov维数 d L 为 d L = j + ∑ i = 1 j λ i | λ j + 1 | = 2 + 2.6630 + 0.0016 11.7829 = 2.2261 ， (3) 其中， j 是使 ∑ i = 1 j λ i > 0 的最大整数 [ 8 ] 。由式(3)可知， d L 为一分数维。新四维混沌系统(1)的各相轨迹曲线如图2中所示。 图2. 新四维混沌系统(1)的相轨迹曲线：(a) x-y; (b) x-z; (c) x-w; (d) y-z; (e) y-w; (f) z-w 由上述分析可知，由于新四维混沌系统(1)具有耗散性，因此，做混沌运动的新四维混沌系统(1)从整体来说是稳定的，吸引子外的一切轨线最后都要收缩进入到吸引子中。但就局部而言，吸引子内的运动又是不稳定的，相邻轨道要相互排斥而按指数形式分离，从而不具有轨道稳定性且具有初值敏感性。所以，新四维混沌系统(1)的混沌吸引子是整体稳定性和局部不稳定性的矛盾结合体，具有复杂结构 [ 8 ] 。
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user: 3. 新四维混沌系统的电路设计与硬件实现 3.1. 电路设计 本文作者于文献 [ 6 ] 中应用改进型模块化混沌电路设计方法设计出新四维混沌系统(1)的模拟电路模型，主要过程包括变量比例压缩变换、时间尺度变换、标准形式变换、电路模型设计、元件参数确定五个步骤 [ 9 ] ，即令 x = 10 x ^ ， y = 10 y ^ ， z = 10 z ^ ， w = 10 w ^ ，并代入式(1)。为简化标记，仍将 x ^ ， y ^ ， z ^ ， w ^ 记为 x ， y ， z ， w 。同时，为便于电路实现，对系统进行时间尺度变换并改写为标准形式，则 d x d t = − a τ 0 x − a τ 0 ( − y ) ， d y d t = − c τ 0 ( − x ) − c τ 0 ( − y ) − τ 0 ( − z ) − 10 τ 0 x w ， d z d t = − m τ 0 ( − x ) − τ 0 y − h τ 0 z ， d w d t = − 10 τ 0 ( − x ) y − b τ 0 w ， (4) 其中， τ 0 = 100 。 由式(4)设计相应的改进型模块电路并将输入、输出项对应连接，可得系统(4)的电路模型，如图3中所示。 图3. 系统(4)的电路模型 由图3，可得该电路模型的状态方程为 d x d t = − 1 R 1 C 1 x − 1 R 2 C 1 ( − y ) ， d y d t = − 1 R 3 C 2 ( − x ) − 1 R 4 C 2 ( − y ) − 1 R 5 C 2 ( − z ) − 1 10R 6 C 2 x w ， d z d t = − 1 R 7 C 3 ( − x ) − 1 R 8 C 3 y − 1 R 9 C 3 z ， d w d t = − 1 10R 10 C 4 ( − x ) y − 1 R 11 C 4 w . (5) 令式(5)与式(4)中对应项系数相等，已知 C 1 = C 2 = C 3 = C 4 = 10   nF ， R x = R fx = R y = R fy = R z = R fz = 10   kΩ ，则 R 1 = R 2 = 40   kΩ ， R 3 = R 4 = 55.6   kΩ ， R 5 = R 8 = 1   MΩ ， R 6 = R 10 = 10   kΩ ， R 7 = 52.6   kΩ ， R 9 = 71.4   kΩ ， R 11 = 333.3   kΩ 。 3.2. 硬件实现 本文应用“A + D Lab 理工实验室”模拟数字混合贯穿式智慧实验平台搭建并观测如式(5)所示的新四维混沌系统的模拟电路硬件实现。本文中所采用的运算放大器的型号均为TL082CP，乘法器的型号均为AD734AN，电源供电电压均为 ± 15   V 。新四维混沌系统的模拟电路硬件实现如图4中所示。硬件电路运行产生的实际相轨迹曲线如图5中(a)~(f)中所示。 逐一对比图5中(a)~(f)与图2中(a)~(f)，考虑到硬件电路中各元器件的精度均有限，且不可避免地存在导线电阻等外加参数摄动，使得实际电路中各参数与图3中对应参数间存在偏差。但从定性分析的角度出发，仍可认为图5中的实际电路输出曲线与图2中的软件数值仿真曲线相一致，并基于此认为实际电路的参数是正确的，可用于本文中对于新四维混沌系统硬件部分的后续研究。 图4. 新四维混沌系统的模拟电路硬件实现 图5. 硬件电路运行产生的实际相轨迹曲线：(a) x-y; (b) x-z; (c) x-w; (d) y-z; (e) y-w; (f) z-w