DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 反思与对策 针对以上问题，为保证该慕课的持续健康发展，笔者认为可以从以下几个方面进行进一步改革和尝试： 1) 提高视频录制质量：慕课质量的核心是教学视频，我们在实践中发现：采用提前写好台词的录制方式准备时间长、录制效果好，但是内容涵盖广度和深度有所欠缺；而以讲授大纲和PPT辅助同步讲授录制，讲授者有较大发挥空间，后期剪辑、修订较为复杂，但学生感觉生动亲切，更能体现富媒体的“富”字。今后的录制如何讲二者结合扬长避短，是个需要研究的课题。我们目前考虑是否可以采用基本知识、基本技能采用台词录制，而教学小视频(病例讨论、相关知识回顾、临床前言介绍等)采用根据大纲适当发挥录制。 2) 团队建设：应以教研室为单位，建立专门的网络教学支持团队，将课程的录制、设计与运行管理相对分开，防止出现老师一边承担繁重的教学科研任务，一边还要天天查看网站运行、疲于解决众多技术问题。可以采用开课前研讨和结课后汇报研究的形式，不断完善教学内容。同时教学支持团队将学生反馈以在线问卷和文字总结的方式及时告知教学制作团队，保证慕课的循环开课质量不断提高。 3) 对教学管理的启示：目前多数院校采用课题项目资助的方式帮助慕课制作和上线，缺乏进一步的支持手段。如何在绩效考核、教学投入方面进行妥善的计算工作量和奖励，激励慕课制作团队不断扩充上线内容，提高在线学习质量，并能有效地将教学转化为有形科技成果。 4) 对于课程改革的启示：内外科护理的教学一直以来因其课时多、难度大，时间跨度长，关联临床科室多等导致教学组织与考核困难，学生也经常存在课时内容过于集中、准备考试不知如何下手的问题 [ 4 ]。国外有的护理院校已经实现内外科护理理论教学全部利用网络进行 [ 5 ]，我们如能有效运用慕课辅助本科教学和考核，或作为临床见习的同步教学手段(学生自己根据所转科室学习相应系统的慕课并进行考核)，对于提升教学质量、降低学生负担会有一定的作用。我们有理由相信，慕课的富媒体教学素材和不受时间、空间限制的教与学特质，如能利用得当，必能有效从知识、技能和情感三个层面拓展护士角色，提升护生综合能力。
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user: 摘 要 本文以低品位磷矿为实验原料，分析纯二氧化硅为助熔剂，焦炭为还原剂，在1250℃下反应不同时间，计算磷矿还原率，并对反应后的残渣状态和物相组成进行分析。结合FactSage热力学软件，对反应历程及过程中可能发生的反应进行理论验证。结果表明脱氟反应是磷矿热解还原反应的第一步，形成磷酸钙和硅酸钙，此反应也是磷矿热解还原反应过程的控制步骤。硅钙比在一定程度内的增加有利于脱氟反应的进行，从而提高磷矿还原率。本研究系统研究了磷矿热解还原过程机理，为解决热法磷酸能耗大的问题提供了依据。 关键词 :热解，磷矿，机理 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 磷酸是重要的化工原料，其产品广泛用于医药，化工，农业，国防等各个领域。目前生产磷酸的方法主要为三种：湿法磷酸，热法磷酸和窑法磷酸。湿法磷酸工艺需采用高品位磷矿，且后续分离工艺复杂 [ 1 ]。窑法磷酸在技术和工艺上尚未成熟，目前仍处于研究阶段 [ 2 ]。热法磷酸能直接利用中低品位磷矿，但存在能耗较高的问题 [ 3 ] [ 4 ]。因此，只有通过研究氟磷灰石热解还原机理找到降低还原温度的可行方法，才能从根本上解决热法磷酸能耗大的缺点。 早在1983年，氟磷酸钙的热解还原反应就被概括为： 2Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 15C + 9zSiO 2 = 3P 2 (g) + 15CO(g) + 9[CaO∙(SiO 2 ) z ] + CaF 2 (1) SiO 2 作为添加剂不仅可以提供热力学驱动力，促进反应的进行，而且还能改变熔化现象 [ 5 ]，当其他条件相同时，二氧化硅的量不同，反应生成的产物也不同，在还原期间会形成各种各样的熔融态硅酸盐，以此增加反应驱动力。江礼科等 [ 6 ] 研究发现，氟磷酸钙在SiO 2 的作用下先脱氟生成磷酸钙，磷酸钙再与还原剂反应还原出磷，并且当硅钙比不同时，产物也不同，高硅钙比时，反应会生成SiF 4 气体。然而，当反应在真空条件下进行时，其反应机理会发生变化。刘予成等 [ 7 ] 研究了氟磷酸钙真空碳热还原反应机理，发现在系统压力为10~10 5 Pa时，氟磷灰石与二氧化硅在900℃~1900℃之间不发生反应，当温度低于1450℃时，添加SiO 2 有利于还原反应的进行。在此基础上，刘予成等 [ 8 ] 还从分子动力学角度推测氟磷酸钙碳热还原反应机理。首先C与Ca 5 (PO 4 ) 3 F中的PO3− 4反应，不断脱去PO3− 4中的氧原子，PO3− 4 → PO2− 3 → PO− 2 → PO → P，然后C与O 2− 结合生成CO，Ca 2+ 分别与O 2− 、F结合生成CaO、CaF 2 。鲍晓军 [ 9 ] 等在研究磷矿石熔态还原动力学及反应机理时，得出在还原剂为煤和焦炭的磷矿碳热还原反应体系中，实验条件下反应近似为二级反应。根据动力学实验及XRD和显微镜物相分析结果，提出了如下磷矿石碳热还原机理： 3Ca 3 (PO 4 ) 2 ·CaF 2 = 9CaO + CaF 2 + 3P 2 O 5 (2) 2P 2 O 5 + 6O 2− = 4PO3− 4 (3) 3 PO3− 4 + 10C = P 4 + 10CO + 6O 2− (4) P 4 = 2P 2 (5) 其中式(4)为反应的控制步骤。 本研究利用X射线衍射技术对不同反应时间反应后的残渣进行物相分析，写出其可能的反应方程式，并结合FactSage热力学软件对磷矿热解还原过程进行理论验证，研究磷矿热解还原反应过程机理。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验原料 本文所用磷矿来自云南晋宁，其成分用X射线荧光光谱仪测定，如表1所示，二氧化硅为国药分析纯试剂，还原剂焦炭的工业分析见表2。 Table 1 Main chemical composition of phosphate rock % (wt 磷矿来源 P 2 O 5 CaO SiO 2 MgO Fe 2 O 3 Al 2 O 3 F 云南晋宁 16.24 26.16 43.58 3.46 1.75 6.11 0.63 表1. 磷矿的主要化学成分% (wt) Table 2 Industrial analysis of reducing agent coke % (wt 成分 固定碳 灰分 挥发分 水分 含量 82.03 9.27 4.15 4.55 表2. 焦炭的工业分析% (wt) 2.2. 实验方法 实验所有原料均过200目分样筛，将按一定配比混合均匀后的物料用粉末压片机在10 MPa压力下压制成若干Φ15 mm × 3 mm的片状，取5~6 g片状样品放入80℃的烘箱中干燥至恒重。将干燥至恒重的样品置于石墨坩埚中，称重后放入预先设置好加热程序的高温电炉中，以80 ml/min的流速通入高纯氮气30 min，排尽电炉内的空气后，在高纯氮气保护下启动高温电炉，以5℃/min的升温速率升至指定温度后并恒温一段时间。程序在降温过程中仍然保持通入高纯氮气，待炉体降至室温后将装有炉渣的石墨坩埚取出，称重并在研钵中将炉渣磨成粉末，留作分析测试样品。 2.3. 实验仪器 本研究所用到的主要实验及分析测试仪器如表3所示。 2.4. 磷矿还原率的计算 P 2 O 5 的质量分数采用GB/T 1871.1-1995磷钼酸喹啉质量法 [ 10 ] 进行测量，磷矿还原率计算公式如式(6)所示： X = M − M 1 M × 100 % (6) 其中，X为磷矿还原率，M为反应前混合样品中P 2 O 5 的质量，M 1 为反应后残渣中P 2 O 5 的质量。 Table 3 Main apparatu 仪器名称 生产厂家 型号 电子天平 上海雷韵试验仪器有限公司 JA5003 超纯水系统 上海康雷分析仪器有限公司 NW15VF 高温电炉 合肥科晶材料技术有限公司 GSL-1700X-S 粉末压片机 天津市金孚伦科技有限公司 YP-15T X射线衍射仪 德国Bruker公司 D8 Advance 电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司 DHG-9249A 表3. 主要仪器
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 反应还原率的计算 在高纯氮气保护下的高温电炉中，以P 2 O 5 含量为16.24%的云南晋宁低品位磷矿为原料，焦炭作为还原剂，分析纯二氧化硅作为助熔剂，在1250℃下，分别反应30、60、90、120、150、180 min，计算磷矿还原率，其变化如图1所示。 图1. 1250℃下不同反应时间磷矿还原率的变化 由图1可知，在反应时间从30 min延长到180 min时，磷矿的还原率从31.58%增加到了96.57%，因此在此条件下研究磷矿热解还原过程机理，可以较好的反映出磷矿热解还原反应整个过程的物相变化，进而得出热解还原过程中可能发生的反应方程式，完善反应机理。 3.2. 残渣状态分析 残渣的状态可以直观的反映出还原过程中的物态变化。在高纯氮气保护下的高温电炉中，以P 2 O 5 含量为16.24%的云南晋宁低品位磷矿为原料，焦炭作为还原剂，分析纯二氧化硅作为助熔剂，在1250℃下，分别反应30、60、90、120、150、180 min，反应结束冷却后的残渣表面形貌如图2所示。 由图2可知，反应时间不同，样品的熔融状态也不同：在反应时间为30~60 min时，样品形貌几乎没有变化，说明尚未出现熔融态，磷矿还原反应受限；反应时间为90~120 min，残渣表面有凸起部分，说明样品内部有一定程度的熔融状态；反应时间延长到150~180 min时，样品内部产生很多的熔融态物质，流动性大大大增强，冷却后的残渣表面形成坚硬的乳白色薄壳腔体，此时磷矿被很大程度的还原，与图1中反应时间为150~180 min时的高还原率相对应。 图2. 不同反应时间反应后的残渣：(a) 30 min，(b) 60 min，(c) 90 min，(d) 120 min，(e) 150 min，(f) 180 min 3.3. X射线衍射物相分析 随着反应时间的延长，样品内部产生了由固相到液相的转变，为了进一步研究不同反应时间下的磷矿热解还原反应过程特性，采用德国Bruker公司生产的D8 Advance X射线衍射仪，以Cu靶Kα为射线源，射线波长为1.5418 nm，管电压40 kV，管电流40 mA，扫描角度2θ在10˚~90˚，对1250℃不同反应时间反应后的残渣进行XRD测试，结果如图3和图4所示。 由图3可知，原矿中主要物质是二氧化硅、氟磷酸钙和磷酸钙，说明磷矿中的含磷化合物并非全以氟磷酸钙的形式存在，还有少部分以磷酸钙的形式存在。随着反应时间的延长，氟磷酸钙和二氧化硅特征峰的数量和强度明显下降，且不断出现新物相的特征峰。反应30 min时，体系中出现了CaSiO 3 特征峰，说明磷矿中的主要含磷化合物Ca 5 (PO 4 ) 3 F发生了脱氟反应生成磷酸钙，同时由于Ca 3 (PO 4 ) 2 热解还原反应不彻底，CaO的生成量较少，而此时体系中SiO 2 过量，生成的CaO随即与SiO 2 结合生成CaSiO 3 和少量的Ca 2 SiO 4 。反应60 min时，含磷化合物的量进一步减少，Ca 5 (PO 4 ) 3 F脱氟和Ca 3 (PO 4 ) 2 碳热还原反应速率增加，体系CaO的量增加，与CaSiO 3 结合生成Ca 2 SiO 4 ，XRD图谱中CaSiO 3 的特征峰数量下降，Ca 2 SiO 4 的特征峰数量增加 [ 11 ]，且形成少量更加复杂的Ca 3 Si 2 O 7 硅酸盐。反应90 min时，Ca 5 (PO 4 ) 3 F脱氟和Ca 3 (PO 4 ) 2 热解还原反应速率持续增加，CaO与CaSiO 3 和Ca 2 SiO 4 结合形成Ca 3 Si 2 O 7 。XRD图谱中CaSiO 3 的特征峰和Ca 2 SiO 4 的特征峰数量都下降，Ca 3 Si 2 O 7 的特征峰数量增加。同时XRD谱图中出现MgSiO 3 和Ca 3 Al 2 O 6 特征峰。由于磷矿中含有氧化镁和氧化铝等金属氧化物，且反应90 min时样品内部已有熔融态存在，在熔融态物质的流动作用下，各物质之间的有效接触面积增加，SiO 2 和CaO与磷矿中微量的金属氧化物反应生成了MgSiO 3 和Ca 3 Al 2 O 6 。 图3. 原矿和1250℃下反应30、60、90 min后残渣的XRD图 图4. 原矿和1250℃下反应120、150、180 min后残渣的XRD图 由图4可知，反应进行到120 min时，XRD谱图中MgSiO 3 的特征峰消失，出现Mg 2 SiO 4 特征峰，这是因为形成的MgSiO 3 又与MgO结合。由于样品内部流动性很好，SiO 2 与Al 2 O 3 结合形成Al 2 SiO 5 ，因此XRD谱图中出现了Al 2 SiO 5 特征峰。反应进行到150和180 min时，XRD谱图中特征峰数量减少，Al 2 SiO 5 特征峰消失，出现Al 6 Si 2 O 13 特征峰，说明随着流动性的增强，Al 2 O 3 和SiO 2 之间形成了难熔物莫来石。Mg 2 SiO 4 特征峰数量减少，形成了更加复杂的Ca 2 MgSi 2 O 7 (镁黄长石)和CaAl 2 Si 2 O 8 (钙长石)。同时观察到硅酸盐的特征峰在磷矿热解还原反应的全程都存在，也说明影响磷矿热解还原反应历程的是二氧化硅和氧化钙的含量，并非磷矿中的微量金属氧化物，但是磷矿中的微量金属氧化物可以影响样品的熔融状态，与二氧化硅和氧化钙结合形成各种硅酸盐物质。 3.4. 反应历程分析 磷矿热解还原反应过程复杂，涉及许多副反应的发生，在上述XRD物相分析的基础上，结合FactSage热力学软件，对反应过程中可能发生的化学反应进行热力学验证，见表4，结果如下： Table 4 Possible chemical reactions during the reactio No 反应方程 FactSage热力学验证结果 对应文献 (1) SiO 2 + CaO = CaSiO 3 ΔG < 0 [ 12 ] (2) CaSiO 3 + CaO = Ca 2 SiO 4 ΔG < 0 (3) Ca 2 SiO 4 + CaSiO 3 = Ca 3 Si 2 O 7 ΔG < 0 (4) MgO + SiO 2 = MgSiO 3 ΔG < 0 (5) MgSiO 3 + MgO = Mg 2 SiO 4 ΔG < 0 (6) 3CaO + Al 2 O 3 = Ca 3 Al 2 O 6 ΔG < 0 [ 13 ] (7) SiO 2 + Al 2 O 3 = Al 2 SiO 5 ΔG < 0 (8) 2Al 2 SiO 5 + Al 2 O 3 = Al 6 Si 2 O 13 ΔG < 0 (9) Mg 2 SiO 4 + 4CaO + 3SiO 2 = 2Ca 2 MgSi 2 O 7 ΔG < 0 [ 14 ] (10) CaO + Al 2 O 3 + 2SiO 2 = CaAl 2 Si 2 O 8 ΔG < 0 [ 15 ] 表4. 反应过程中可能存在的化学反应 由以上分析可知，不同配比硅酸盐化合物的生成和反应，在磷矿热解还原反应的全程都有参与。磷矿中的微量金属氧化物与二氧化硅和氧化钙一起参与熔融态流动液相的形成，并不改变磷矿热解还原反应历程。氟磷酸钙在助熔剂二氧化硅的作用下，首先发生脱氟反应生成磷酸钙和硅酸钙，同时氟以四氟化硅的形式逸去；生成的磷酸钙在还原剂焦炭的作用下被还原成磷单质，同时生成氧化钙固体和一氧化碳气体；磷酸钙被还原阶段生成的氧化钙与二氧化硅结合，生成不同组成的硅酸盐化合物。
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user: 4. 结论 本文对低品位磷矿热解还原反应过程机理进行了研究。在1250℃下首先计算了磷矿的还原率；其次对反应结束后的残渣状态进行了直观研究，并且利用X射线衍射技术进行了不同反应时间下的物相分析；最后结合FactSage热力学软件对反应过程中可能发生的化学反应进行了理论验证，得出以下结论： 1) 氟磷酸钙的脱氟反应是磷矿热解还原反应的第一步，形成磷酸钙和硅酸钙，也是整个反应的控制步骤；磷酸钙被还原剂还原为磷单质，此过程伴随氧化钙和一氧化碳的生成；氧化钙可与二氧化硅结合，生成不同组成的硅酸盐化合物； 2) 硅钙比的增加有利于氟磷酸钙脱氟反应的进行，从而提高磷矿还原率。但二氧化硅过量时，更易与磷矿中的氧化铝结合形成难熔物莫来石，不利于熔融液相的形成，造成磷矿还原率下降； 3) 磷矿热解还原反应历程可概括如下： Ca 5 (PO 4 ) 3 F + SiO 2 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + CaSiO 3 + SiF 4 (控制步骤) Ca 3 (PO 4 ) 2 + 5C → 3CaO + P 2 + 5CO xCaO + ySiO 2 → Ca x Si y O (x+2y)
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user: 摘 要 分布式目标雷达干涉(DS-InSAR)技术既继承了传统InSAR技术观测范围广、自动化程度高等技术优势，又能提高复杂艰险山区时序InSAR相干点密度，可应用于滑坡形变监测。本文利用覆盖康定附近的Sentinel-1A升轨影像，基于KS统计检验方法和自适应滤波，提取出了位于岩屑区、裸露土坡的DS点，并进行滑坡形变分析，实验结果为：该滑坡区域在2017年3月~2018年10月的监测时间内，年平均沉降速率约为10.9 mm/y，最大沉降量达到21.0 mm；且发生较大沉降时间段主要集中于每年5~8月，与该区域集中降雨时间相符。实验表明DS-InSAR技术对复杂艰险山区进行滑坡形变监测具有重要的参考价值。 关键词 :复杂艰险山区，滑坡形变监测，DS-InSAR技术，KS统计检验方法 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 复杂艰险山区山高谷深，地层岩性复杂多变，地质构造复杂、深大断裂发育，新构造运动活跃、地震频繁强烈，气候恶劣多变，致使内、外动力地质作用十分强烈，具有“显著的地形高差”、“强烈的板块活动”、“频发的山地灾害”、“脆弱的生态环境”等四大特点。在复杂艰险山区工程施工要面对极端艰险复杂的地形与地质环境，高原地区频发的地震、滑坡、泥石流等山地灾害给重点工程建设及后续运营造成巨大安全风险，本文就DS-InSAR技术在复杂艰险山区滑坡形变监测的应用前景开展相关研究工作。 卫星合成孔径雷达干涉(InSAR)技术具有观测范围广、自动化程度高等技术优点，已被证明是滑坡监测的有效手段 [ 1 ] [ 2 ]。在其基础上发展起来的永久散射体雷达干涉测量(Persistent Scatterer InSAR， PSI)技术受时空失相干和噪声影响较小，能够为形变场提供可靠的观测结果 [ 3 ]。但PSI技术只针对永久散射体点目标(如房屋、铁塔等人工建筑物)进行分析，在复杂艰险山区进行滑坡形变监测时，人工建筑物稀少，PS点几乎没有 [ 4 ]。除永久散射体以外，还存在地物性质较为一致且在一定时间内保持稳定的散射体(即分布式散射体，DS点)，能为复杂艰险山区InSAR形变监测提供更丰富的信息。本文引入DS-InSAR技术，开展复杂艰险山区滑坡形变监测，对岩屑区和裸露土坡进行分析，识别出分布式散射体(Distributed Scatter，DS点)，增加用于形变监测的点目标数量，提高滑坡形变监测结果的可信度。
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user: 2. 技术路线 在PS-InSAR技术的基础上，基于点目标的时间序列分析(IPTA)、相干点时域分析(TCP InSAR)等技术的提出，进一步推动时序InSAR技术的发展 [ 5 ] [ 6 ]。然而，对于PS点目标稀少的区域，这些算法均无法起到形变监测的作用。尤其是川藏铁路沿线山高谷深，引起侧视成像雷达阴影和叠掩，可识别的PS点几乎没有，致使PSI技术滑坡形变监测结果空间分辨率低，相位解缠效果差 [ 7 ]。Ferretti等学者于2011年提出了SqueeSAR技术，以分析识别DS点，来增加自然地表的点目标数量。SqueeSAR技术利用KS算法探测出分布式散射体，再进行建模解算和位移提取，并通过对山区SAR数据进行SqueeSAR实验证明了其有效性。为提高川藏地区滑坡识别和位移监测的能力，本文引入分布式散射体(如岩屑区、裸露土坡等)的识别分析，具体的DS点提取流程如图1所示。 图1. DS点提取流程 探测DS点时，釆用KS检验方法为每个像素点确定统计同质点(Statistical Homogeneity Point， SHP) [ 8 ]。如果一个像素点的统计同质点大于所设阈值，则将其定义为DS备选点(DSC)。对DSC进行自适应滤波，逐点恢复相位时间序列，提高DSC点的相干性。通过计算相干系数从DSC点集中筛选出真正的DS点，得到较高空间密度的形变场。 KS检验基于通用分布的拟合优度检验方法，采用经验分布函数确定两像素之间是否具有一致性 [ 9 ]。设总体分布F的独立同分布样本为 X 1 ， X 2 ， ⋯ ， X k ，其经验分布函数为： F N ( z ) = { 0 ， x < X ( 1 ) k N ， X ( k ) ≤ x ≤ X ( k + 1 ) 1 ， X ( N ) ≤ x ， k = 1 ， ⋯ ， N − 1 (1) 式中， X ( 1 ) ≤ X ( 2 ) ≤ ⋯ ≤ X ( k ) 为从小到大重新排序后得到的序列。 对于两个不同的像素点而言，判断其振幅一致性所对应的零假设和备选假设为： H 0 : F N i ( z ) ≡ F N j ( z ) ↔ H 1 : F N i ( z ) ≠ F N j ( z ) (2) 式中， F N i ( z ) 和 F N j ( z ) 分别代表两个不同像素点i和j的经验分布函数。 Ferretti等通过引入柯尔莫哥洛夫距离D N 进行上述假设检验： D N = N 2 | F N i ( z ) − F N j ( z ) | i sup (3) 式中D N 的累积概率密度函数为： P ( D N ≤ t ) = H ( t ) = 1 − 2 ∑ N = 1 ∞ ( − 1 ) N − 1 ⋅ e − 2 ⋅ N 2 ⋅ t 2 (4) 所对应显著性水平α为： α = 1 − H ( t ) (5) 一般情况下，取拒绝域为0.05，当统计检验量大于0.05时，接受零假设，两个不同像素点i和j分布相同，为一对SHP；当统计检验量小于0.05时，接受备选假设，认为两点不是一对SHP。 确定了点P旳SHP之后，即可判定此点是否为DSC。判定过程中需设定SHP的数目阈值，SHP数目大于给定阈值才是DSC。对影像进行逐点分析之后，即可得到全部的DSC。然后对影像进行自适应滤波，提高DSC点的相干性。滤波的本质，是针对备选点进行逐点计算，提高备选点的相干性，同时提供非常好的可视化效果，去除了影像中大部分斑点噪声。依次计算每个DS备选点的相干系数值，并设定经验相干性阈值，判断相干性较高的DSC为DS点。 得到所需DS点集后，采用分步三维解缠算法进行相位解缠，即可获取DS点相位时间序列 [ 10 ]。相位解缠后，把除形变相位外的其他相位成分都归为形变提取的残余误差项。为了最终得到形变相位，需要先扣除相位值中的残差项。残差项可以分为空间相关与空间非相关部分。其中，残差项空间非相关部分可以被当作噪声，通过空间域低通滤波的方法扣除；对于残差项空间相关部分可以通过最小二乘迭代的方法和先时间域高通滤波、再空间域的低通滤波的方法扣除。最后，将DS点形变相位转化为DS点形变时间序列 [ 11 ] [ 12 ]。
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user: 3. 实验分析 实验利用覆盖康定附近复杂艰险山区的Sentinel-1A升轨影像数据，影像获取时间为2017年3月13日至2018年11月15日，使用合适的参数生成干涉影像集合，采用KS统计检验方法提取DS点集，使用分步三维相位解缠方法进行时空相位解缠，进而提取形变时间序列。经实验分析，发现朋布西乡存在滑坡隐患灾害点。 朋布西乡是四川省甘孜藏族自治州康定市辖乡，位于康定西南部，管辖面积4236平方公里，人口0.3万，S215省道经此辖域，是道孚前往塔公草原的重要路段。实验选用覆盖朋布西乡的49景Sentinel-1A升轨影像(雷达波长5.6 cm，多视处理后影像空间分辨率30 m)，影像数据基本信息如表1所示。 Table 1 Image informatio 序号 成像日期 时间间隔T/d 序号 成像日期 时间间隔T/d 1 20170313 −300 26 20180107 0 2 20170325 −288 27 20180119 12 3 20170406 −276 28 20180131 24 4 20170418 −264 29 20180212 36 5 20170430 −252 30 20180224 48 6 20170512 −240 31 20180308 60 7 20170524 −228 32 20180320 72 8 20170605 −216 33 20180401 84 9 20170617 −204 34 20180425 96 10 20170629 −192 35 20180507 108 11 20170711 −180 36 20180519 120 12 20170723 −168 37 20180531 132 13 20170804 −156 38 20180612 144 14 20170816 −144 39 20180624 156 15 20170828 −132 40 20180718 168 16 20170909 −120 41 20180730 180 17 20170921 −108 42 20180823 192 18 20171003 −96 43 20180904 204 19 20171015 −84 44 20180916 216 20 20171027 −72 45 20180928 228 21 20171108 −60 46 20181010 240 22 20171120 −48 47 20181022 252 23 20171202 −36 48 20181103 264 24 20171214 −24 49 20181115 276 25 20171226 −12 表1. 影像基本信息 通过进行SLC影像的生成、轨道校正、配准及裁剪等预处理工作，裁剪后的影像覆盖范围如图2所示，实验影像覆盖范围31.2 × 14.3 km 2 。该区域山高谷深，有植被覆盖，使用DS-InSAR技术增加滑坡监测相干点数量，提高大面积区域滑坡隐患点探测的成功率。 图2. 实验影像覆盖区域 以2018年1月7日影像为主影像，将其余48景影像一一与主影像干涉，生成48组干涉对，时空基线图如图3所示。选取的主影像在时间序列上靠中间位置，使所有影像时间基线合适，保证影像的干涉质量。 图3. 时空基线图 实验提取DS点的方法为KS统计检验方法，主要包括以下关键步骤：1) 通过选取合适的窗口大小，运用KS统计检验方法逐个选取SHP点，搜索窗口大小为15，设定平均阈值100对点进行筛选，得到DSC点集；2) 对得到的DSC点集进行滤波，减弱斑点噪声效应，达到增强相干性的目的。设置像元相干系数阈值0.2，从DSC点集中进一步筛选得到DS点。通过KS统计检验方法共选取得到DS点89672个，相位解缠后得到相位解缠结果如图4所示。 图4. 相位解缠图 通过分析干涉相位的空间相关部分和空间非相关部分，逐步分离雷达侧视角误差、大气延迟和轨道误差，最终提取得到雷达视线方向(LOS向)年平均形变速率，如图5所示。从图5可以看出，提取得到的DS点几乎全是雷达扫射到的裸露土坡，为常见的分布式散射体。B区域山坡发生了沉降，年平均形变速率约为−10.9 mm/y，而其余坡体未发生类似B区域的沉降变化，标记B点为探测到的滑坡隐患点。 图5. LOS向年平均形变速率 图6. 形变时间序列 把第一景影像作为零形变起始点，B点在2017年3月至2018年11月间的形变时间序列如图6所示。从B点形变时间序列可以看出，B区域发生较大幅度的沉降主要发生在2017年4月30日至2017年8月28日和2018年4月25日至2018年8月23日两个时间段，最大沉降量为21.0 mm，从2018年8月23日后，B区域沉降逐渐趋于平稳。已有研究资料表明，康定市多年平均降雨量804.5 mm，主要集中在5～9月，夏季降水量达621 mm [ 13 ] [ 14 ]。强降雨使得大量的地表水渗入地下，使得软弱层不断受到侵蚀，导致岩土体的抗剪强度降低；土体的重度逐渐增大导致斜坡土体聚合力的减弱；土体裂隙中产生静水压力，增加坡体的滑动推力，从而降低坡体稳定性，引发滑坡沉降。从沉降量时间序列中可以发现，发生较大幅度沉降的时间段主要分布于每年5~8月。随着雨季来临，降雨量增大，开始出现滑坡且沉降现象加剧，在经过雨季之后，随着降雨量的减少，以及滑坡区域进行自然修复，沉降现象得到缓解。
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user: 4. 结论 本文以复杂艰险山区为实验区域，利用覆盖康定附近复杂艰险山区的49景Sentinel-1A SAR影像，采用KS统计检验方法提取出DS点集，并基于提取到的DS点相位空间相关性，运用时序InSAR技术进行滑坡形变监测。实验结果为：朋布西乡存在滑坡隐患灾害点，2017年3月至2018年11月，其年平均形变速率约为−10.9 mm/y，最大沉降量达到21.0 mm；且发生较大沉降时间段主要集中于每年5~8月，与该区域集中降雨时间相符。实验表明，DS-InSAR技术对复杂艰险山区进行滑坡形变监测具有重要的参考价值。
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user: 摘 要 分光计的调节与使用是基础物理实验中教师难教，学生难学的一个实验。为了提高该实验的教学效果，我们开发了基于Unity 3D的三维虚拟分光计仿真系统，实现了分光计中最难学习的同轴等高调节的虚拟仿真。学生利用该系统，不仅可在三维空间中直观地认知分光计各部件的构造及其对应的物理原理，也可以模拟操作分光计，练习同轴等高的调节。教师利用该系统，在课堂教学中可以更有效地讲解分光计的调节。仿真系统的虚拟及增强现实功能显著降低了学生学习分光计的难度，大幅提高了预习效果，有利于教师教学及学生课堂实际操作的开展。我们同时开发了移动端版本，进一步方便了学生的使用。 关键词 :Unity 3D，三维虚拟仿真，分光计 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 分光计的调节与使用是基础物理实验中一个重要且有难度的实验，它不仅体现了巧妙独特的实验仪器设计，包含了大量的光路调整与技巧，而且蕴含了丰富的物理实验思想方法。因此，掌握分光计的调节与使用不仅是学习操作光学仪器的一项基本训练，而且对于锻炼学生思维能力、学习体会实验思想具有重要作用。然而分光计构造精密，部件较多，如JJY-1型分光计的各种控制螺钉就达到14个(5个调节、5个锁紧、4个微调螺钉) [ 1 ]，使得操作繁复，初学者不容易掌握调节要领。此外，分光计主要是利用双面平面镜配合阿贝目镜来完成同轴等高调节，原理及调节都较为复杂。学生预习时，仅凭教材的平面图示和文字叙述，难以充分认识分光计的结构特点及对应的调节方法，往往在有限的课堂学习中感觉难度很大，伴随的是教师的教学难度增大，从而造成学生难学、教师难教的局面，进而没有体现出该实验本身的教学意图。 针对分光计教学中的这两个主要问题，在当前虚拟现实技术高速发展背景下 [ 2 ] [ 3 ]，我们开发了基于Unity 3D的三维虚拟分光计仿真系统，供学生进行课前预习及课后复习。利用该系统，学生不仅可以在三维空间中认知分光计各部件，熟悉其功能，也可以将各部件进一步分解，了解其内部构造以及对应的物理原理，使学生对分光计建立起形象而直观的认识。系统也以最接近真实的状态，实现了最难学习的同轴等高调节的仿真模拟，使学生按照实验流程在三维空间中进行调节练习。经过使用发现，该系统有效弥补了学生抽象思维不足，锻炼了学生操作能力，提高了课堂教学效果。此外，我们开发了移动端版本，进一步方便了学生的使用。
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user: 2. 三维分光计仿真系统的方案设计 2.1. 系统的开发思路 三维虚拟实验仪器的优势在于提供实物仪器难以提供的展示方式，例如通过交互操作不仅可即时改变仪器零部件的颜色、透明度、相对位置、旋转角度，还可以透视、剖面等显示方式充分展示仪器内部结构，以及通过快速拆分和组装实现对仪器结构的充分了解。根据这一特点，并结合多年实验教学实践，我们从学生使用的角度出发，对于三维分光计仿真系统的开发思路确定为“知结构”，“懂原理”，“会操作”，如图1所示。 图1. 系统功能框架图 知结构，分光计的结构特点是望远镜、平行光管、载物台、读数装置这四大部分围绕共同的竖直轴旋转，每一部分都有独特的内部及外部结构，且测量时需要借助两个一组的锁紧螺钉进行相对固定。知结构是懂原理的基础，是会操作的前提。懂原理，分光计的调节涉及丰富的几何光学原理，因此需要结合分光计的机械结构特点，掌握分光计光学系统设计所依据的物理原理。会操作，在知结构，懂原理的基础上才能观察、操作融会贯通，这时的操作才是理性的，自然效果和效率都很好。此外，结合光杠杆望远镜、测量显微镜的调节和使用方法，可引导学生归纳总结光学仪器调节的一般方法。因此，三维分光计仿真系统的开发将围绕“知结构”、“懂原理”、“会操作”这三个功能的实现展开。 2.2. 系统的开发平台与工具 系统的开发平台为Unity 3D，这是由Unity Technologies公司开发的一个可以创建三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台开发工具，近年来逐渐被应用于教育领域进行虚拟仿真教学系统的开发 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。Unity 3D的优势在于所有空间模型均为矢量数据，局部放大后依然清晰。本系统采用的建模工具为Blender，它是一款高效的创建三维模型与动画制作软件，作用与3D max相似。系统的交互操作功能由C#编程实现。
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user: 3. 三维分光计仿真系统的开发与功能实现 3.1. 系统的开发流程 系统的开发流程如图2所示，首先通过拆解一台备用的分光计，测量每一个零部件的主要几何参数，然后根据数据在Blender中对每个零部件进行相同比例的独立建模。为了展示各部件的内部结构及光路调节原理，对阿贝目镜、望远镜筒、平行光管这三个核心部件采用纵向刨开建模，从而可以看到所有的透镜、棱镜及叉丝分划板。在Blender中建好的三维模型以FBX文件格式导入unity，最后根据分光计原有的机械结构在unity中进行组装。组装时根据教学需要和支撑作用指定模型之间的主从关系，并通过添加恰当的材质和贴图，进一步增强了模型的真实感。 3.2. “知结构”的实现 开发出的三维分光计虚拟仿真系统整体效果如图3(a)所示。为了提高人机交互效果，根据学生使用习惯，在开发中对鼠标左右键、滚轮作用进行了定义；同时辅以按钮、下拉选项、滑动条，配以提示语音，文字的引导提示，实现了进一步的交互。当学生将鼠标移到某一部件上时，该部件颜色会突出显示，并标注该部件名称及作用，如图3(a)中阿贝目镜上的紧固螺钉的作用通过文字进行了提示。当学生滑动滚轮可对部件进行放大观察，点击鼠标右键并移动，可从不同角度观察分光计，如图3(b)所示。此外，学生还可通过点击鼠标，上下拖动滑动条观察分光计组装与拆分过程。进一步了解分光计的组成，提高“知结构”效果，如图3(c)所示。 分光计的阿贝目镜、望远镜、平行光管这三个组件中包含独特的机械构造及光学系统，为了便于学生学习，仿真系统通过半透明显示的方式，模拟了这三个核心部件的内部结构。学生移动鼠标点击这几个部件，就可以看到所有的透镜、棱镜、狭缝及叉丝分划板等，如图4所示。对于阿贝目镜及狭缝装置，学生可点击松开上方的锁紧螺钉，然后前后拖动阿贝目镜和狭缝装置，模拟真实操作，进而了解其机械结构。 图2. 系统开发流程 图3. (a) 系统侧视图；(b) 系统俯视图；(c) 系统拆分图 图4. (a) 望远镜及阿贝目镜内部结构仿真；(b) 平行光管及狭缝内部结构仿真 3.3. “懂原理”的实现 在知结构的基础上，学生要进一步学习各部件中蕴含的物理原理，如阿贝目镜、望远镜、平行光管的光路系统包含着丰富的几何光学知识。为了使学生学习背后的光路调节原理，我们在仿真系统开发中，借助绿色辅助线表征光的传播，从而显示绿十字的形成以及与十字叉丝的关系，如图5所示，光线经过棱镜、分划板，从望远镜筒中射到平面镜上，再反射回望远镜筒，经物镜成像到分划板上，形成绿十字。使学生直观形象地认知绿十字的来源。 阿贝目镜中的光学原理，分别是望远镜调焦和目镜调焦原理。对于望远镜调焦，我们在交互设计中增加滑动条，实现了在松开阿贝目镜上方紧固螺钉时，通过左右拖动滑动条来移动阿贝目镜，观察绿十字像的清晰程度。图6展示了在向外移出阿贝目镜过程中，绿十字像逐渐由模糊、清晰再到模糊的过程，使学生直观地学习望远镜调焦目的是使分划板上十字叉丝调整到焦平面。对于目镜调焦，同样利用互动条，在交互设计中也实现了旋转目镜调焦手轮，使叉丝清晰这一过程的模拟。 图5. 望远镜光路、绿十字模拟仿真 图6. 阿贝目镜工作过程模拟 平行光管中光路模拟如图7所示，紫色虚线表示平行光管的光轴，在系统中，学生可边移动狭缝装置边观察出射光线状态，当狭缝处于前方物镜的焦平面处，出射光即可呈现平行光状态，直观体现了平行光管的工作原理。 图7. 平行光管光路原理模拟仿真 3.4. “会操作”的实现 学生操作分光计的难点主要集中在同轴等高的调节和刻度盘的读数。对于同轴等高，多数学生从理解调节原理到实际操作均有难度。如不理解绿十字在调节同轴等高过程中的作用，看不到反射回的绿十字，不了解调节步骤及几个关键螺钉作用。本系统针对同轴等高这个关键进行了细致的交互设计，借助不同颜色的辅助线表示望远镜光轴、平行光管光轴及镜面法线，通过这三种颜色的辅助线来说明同轴等高，如图8所示。 图8. 平行光管轴线(紫色)、镜面法线(蓝色)及望远镜轴线(黄色)的辅助线 在同轴等高调节中，通过转动载物台使双面平面镜转过180˚，在这一过程中观察绿十字的位置，进而判断系统是否达到同轴等高。如没有达到，需要调节载物台、望远镜下的俯仰螺钉，使经双面镜两个镜面反射的绿十字均与望远镜分划板最上方十字叉丝重合。 为了模拟这一判断调节过程，根据实际使用习惯，设定鼠标左键点击俯仰螺钉实现旋进，右键点击俯仰螺钉实现旋退。在系统交互设计中，学生通过鼠标点击游标盘并拖动，可以同步旋转游标盘、载物台、双面镜，实现双面镜旋转180˚。为了真实模拟绿十字位置的变化，我们根据载物台、望远镜下方调节螺钉的螺距，分划板距载物台中心(反射镜表面)距离等数据计算出绿十字位置的改变量。具体来说，对于调节载物台下方螺钉观察绿十字位置的情况，载物台下方三个螺钉的顶点组成等边三角形，设此三角形高为H；螺钉的螺距为s，即调节螺钉旋转一圈，顶点高度变化s；设分划板距载物台中心距离为L，根据几何关系，可得出当调节螺钉旋转一圈，绿十字位置该变量 Δ x 为， Δ x = 2 ⋅ L ⋅ arctan ( s / H ) (1) 调节望远镜下方螺钉观察绿十字位置情况与此相似。通过测出相关数据，并利用C#编程进行交互设计，即可真实模拟绿十字位置的变化。如图9所示，旋进望远镜筒下的俯仰螺钉，绿十字向分划板下方移动直至移出视线，旋退望远镜筒下的俯仰螺钉，绿十字向分划板上方移动直至移出视线，使学生直观了解绿十字位置变化原因。因此在接下来的调节中就能配合双面平面镜，较好地进行同轴等高的调节。 图9. (a) 望远镜俯仰螺钉旋进时系统状态及对应绿十字位置；(b) 望远镜俯仰螺钉旋退时系统状态及对应绿十字位置 对于读数测量的模拟，我们根据游标原理精确设计制作了刻度盘和游标，如图10所示。学生左键点击望远镜支架并拖动，即可移动刻度盘进行观察。为了便于学生学习读数，利用unity自带的脚本编程，动态生成当前位置时的读数，如图10中展示绿色角度，便于学生对比检查。由于在学生通过刻度盘和游标读取角坐标的过程中，经常发生两个问题，一是读数时忽视刻度盘的最小分度是0.5度；二是计算时忘记度、分、秒之间是六十进制。针对这两个常见问题，我们在软件设计中突出显示了读数的过程，通过输入框和显示框考察学生的掌握程度。 图10. 模拟仿真的游标盘、刻度盘及角度测量
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user: 4. 结束语 随着信息技术的发展，虚拟现实技术作为一种新的教学手段正逐步进入教育领域，特别是本次新冠疫情的出现，使得在线教育成为必然选项，而虚拟现实技术正是提高在线教学效果的有力手段。因此开发基于虚拟现实技术的三维虚拟物理教学仿真系统，对保证、提高线上线下的大学物理实验教学都具有重要意义。 通过实践，我们将Blender和Unity两个软件相结合，开发了三维虚拟分光计仿真系统，有效克服了分光计这一经典实验教学中的存在的难题，提高了教学效果。并且在开发过程中，积累了制作实验教学虚拟软件的经验，通过吸引感兴趣的学生参加开发，也促进了学生学习的积极性，发挥了多方面的作用。
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user: 摘 要 随着高校在疫情防控期间的线上教学成主流，智慧课堂做为“互联网+教育”的新型研究成果，可贯穿于线上教学的教学过程中。课程教学上设计课前预学，课上梳理，课后辅导三个阶段，利用互联网技术收集学生学习数据，从而保障学习结果，实现知识内化。课程内容上紧跟时事，增加思政内容，从而提升学生行业归属感，与教学内容相得益彰。从反馈数据来看线上教学设计教学目标达成度较高，整体教学效果良好。 关键词 :智慧课堂，线上教学，教学设计 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着2020年以来全力做好新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控工作开展。教育部发布了《关于2020年春季学期延期开学的通知》和《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》，要求采取政府主导、高校主体、社会参与的方式，共同实施并保障高校在疫情防控期间的线上教学，实现“停课不停教、停课不停学”。而智慧课堂做为“互联网+教育”的新型研究成果，极大延展了教学的空间维度，活化教学资源、丰富了教学手段，为师生提供了更多教与学的可能性。同时由于智慧课堂在教学空间上具有更多个性化、自主化的空间与机会，一方面使得教师有更多的教学组织形式和资源呈现，另一方面使得学生有更多自主性的时间与精力安排自己的学习任务，符合网络学习的碎片化特征 [ 1 ]。因此在线上开展智慧课堂教学就成为线上教学的首要选择。前人研究发现现阶段互联网课堂无论是MOOC、微课还是SPOC在形式上都缺少学生与资源、学生之间的互动交流过程，仅仅实现了单向播放，过于单一静止 [ 2 ]，互联网在其中发挥的作用仅仅局限于数据传输方面，在教学过程中很少体现 [ 3 ]。因此如何将智慧课堂教学贯穿于知识传输与教学过程中，利用互联网技术保障学习结果的最优化，实现知识内化，就成为线上智慧课堂教学设计急需解决的问题。
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user: 2. 线上智慧课堂教学设计 本次教学设计将课程教学过程分为：课前预学，课上梳理，课后辅导三个阶段。课前阶段：引导学生通过自主学习，阅读学习资料、观看微课视频等形式，获取课程信息。同时以讨论、投票等手段鼓励学生提出问题，反馈课程中的难点，起到知识传递的作用。课上梳理阶段：通过抢答、选人提问等教学活动来检测课前预习效果，已确定课堂实施方案。通过分组讨论、成果展示、评价交流等教学活动，完成知识梳理和探究，达到知识内化的目的。课后辅导阶段：通过整理补充材料、发布共享文档，来达到课程的拓展提升，完成学生个性化辅导，达到知识提升和拓展的目的。
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user: 3. 线上智慧课堂教学具体实践 本次线上智慧课堂教学课程实践选用土木工程类专业类的《建筑材料》课程。该课程作为土建类的专业基础课，开设专业广，受众面积大，具有较好的代表性。教学对象为安徽工业经济职业技术学院工程造价专业和建筑工程技术专业共计221人，在线上开展智慧课堂教学。 3.1. 课前预学阶段 依据教学设计，课程开始前在教学平台发布课程通知，阐述课程学习方法和教学流程，通过沟通消除师生间的陌生感。课前预学阶段。上课前两天会在学习通平台发布线上学习通知，告知学生本周课程所要学习的任务内容、签到、作业提交等时间节点，鼓励大家利用网络教学的优势：随时随地，错峰学习 [ 4 ]。同时发布与本次课程内容相关课前主题讨论，引导学生发帖、回帖参与课程讨论，师生之间积极互动。而后发布开放式问卷调查旨在了解学生的学习情况，以便及时调整教学重点以保证教学质量。 3.2. 课上梳理阶段 该阶段中以任务驱动为主线，用生活中常见的事物，让学生感受较为真实的工作情境。其中为了让学生能更好地掌握课程知识，依据课前问卷调查结果，对本周教学内容的重难点进行直播讲解。最初利用过腾讯直播在上课时间进行直播，但是考虑到腾讯直播无回看功能，因此改到学习通平台。同时考虑到网络压力，错峰学习等情况，选择利用晚上20点之后的时间，和学生开展直播讲解，这样有效的避免了有少数同学无法准时参加听课的问题 [ 5 ]。同时此时教学平台网络延迟低，在直播过程中，学生与教师可以实时互动，教学效果显著。 3.3. 课后辅导阶段 课后辅导阶段。根据本次课程内容设计相应作业。对学生所交作业及时批改，在多个平台上答疑解惑，辅导学生理解重点，化解难点。
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user: 4. 线上智慧课堂教学内容创新 做为疫情期间的线上的课程，课程在教学内容选择时有意识的加入时事及思政内容。《建筑材料》做为土木工程类专业的专业基础课程，所产生的作品——建筑是在生活中实实在在可见，可感的。故在课程内容设置时就有意识在课程的每章加入思政内容，编辑引入了《中国建筑、大国奇迹》等央视系列作品。客观展示了我国超高层建筑施工技术从传统的搭设脚手架到滑模，再到机械化、标准化施工，极大的激发了学生民族自豪感和爱国主义情怀。 其中跟进热点的《武汉火神山医院建造讲解》系列作品引起学生强烈反响，学生纷纷表示观看后感到震撼，方知今日所学是为以后工作的应用，提升了行业归属感，与教学内容相得益彰。
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user: 5. 线上智慧课堂教学总结与反思 从调查问卷结果 1 可以看出，本次线上教学设计教学目标达成度较高，整体教学效果良好。其中直播讲解、拓展视频、课程讨论这三个环节，活跃了教学气氛，充分调动了学生积极性。使用多种信息化手段，帮助学生在探究中掌握专业知识，达成教学目标。思政内容的引入，提升了行业归属感，提高职业素养。今后可将本次课程的教学设计思路既可以应用于其他土木工程类专业课程的教学中去。 从教学反馈结果来看，目前学生在课前自主学习时主观能动性不足，存在着刷时间，不听课的现象。对此，建议今后引入屏幕活动定时检测功能，督促学生按时观看网络课程内容，提升学习效率，这将是以后课程改进的研究方向。
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user: 摘 要 围绕高等院校创业创新教育这一主题，以《地质学基础》课程教学为载体，采用调查问卷的形式对安徽工业经济职业技术学院非地质专业学生进行调查分析，结果显示近一半的学生认为该课程的学习开拓了其眼界，有效提高了其实践能力和创新创业能力。该课程创新人才培养模式，融创新创业能力培育于专业教育之中，针对不同专业侧重不同的教学内容，采用线上MOOC和线下理实一体化教学，激发学生的灵感思维，引导学生观察、描述并发现问题，进而培养学生创新创业能力，提高人才培养质量。 关键词 :创新创业能力，特色化教学，线上线下教学，《地质学基础》 Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着大学生就业压力越来越大，创新创业能力成为当代大学生需要具备的一项重要能力，创新创业能力培育成为大学教育人才培养的重点。创新创业能力的培养强调以学生为中心，提升学生的创新创业意识和实践能力，是顺应社会主义经济发展和就业形势的重要课题 [ 1 ] [ 2 ]。《地质学基础》课程是当前地勘类院校非地学专业通识教育的重要课程，在各专业人才培养中均具有重要意义 [ 3 ]。该课程具有较强的逻辑性与科学性，应用范围很广，与众多学科相互交叉，如工程地质、环境地质、海洋地质、数学地质等；其“将今论古”独特的地学思维方式将开阔学生的眼界，拓宽其思维方式 [ 4 ] [ 5 ]。因此，在增进学生对地球认识的同时，提升其科学创造力，对其创新创业能力的培养产生一定的积极影响和作用。 调查选取安徽工业经济职业技术学院非地质专业开设《地质学基础》课程的学生进行调研，通过学管处统计近五年来创业人数为40余人，其中包括宝玉石鉴定与加工、工程测量、工程造价、安全管理技术、建筑工程技术等专业，且所教授的学生连续获安徽省创新创业大赛奖项。本次调查通过问卷星发放，主要关于地勘类院校学子对地质学基础课程学习中创新创业能力培养的认识与见解，共收回调研问卷228份。结合《地质学基础》课程课堂授课以及MOOC视频线上授课的体会，分析《地质学基础》课程对相关能力的培养情况以及创新创业能力培养途径，探讨《地质学基础》课程与创新创业能力之间的联系，改革创新教学模式。
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user: 2. 《地质学基础》课程对创新创业能力培养的调查情况分析 (一) 《地质学基础》课程对相关能力的培养 《地质学基础》课程的教学将理论知识与实践操作相结合，授课地点在理实一体化教室，做到学中做、做中学，此外，还有增加学院地质走廊参观以及巢湖实习基地实习。调研显示通过《地质学基础》室内知识和室外实践相结合的学习方式有42%的学生认为提高了他们的实践动手能力、开拓了眼界，54%的学生表示有提高其实践能力，但是有限(图1)；对于创新意识和创业能力的培养，有43%的学生表示能够培养其创新创业能力(图2)。此外，46%的学生都认为学习《地质学基础》这门课程对其未来就业有所帮助(图3)，并且有50%的学生认为掌握了一定的地质学知识和生活密切相关并有着积极的影响(图4)。 69%的学生认为通过地质学知识的学习既能使其感受地球科学的独特魅力(图5)，提高对地球认知水平；又能够对其专业知识的学习有所帮助，比如矿物独特的形态和结构形成五彩斑斓的宝石对宝玉石鉴定与加工专业的同学至关重要；比如地质构造(断裂、节理等)促使某些地质灾害体形成是地质灾害与防治专业必须掌握的内容；再比如岩石的形成和地质构造对建筑材料和地基基础的影响对建筑工程技术专业的同学显得尤为重要，还有测量工程、工程造价、安全工程等专业都有着一定的作用。 (二) 创新创业能力培养途径 对于创新创业培养的途径的调查，显示82%的学生认为实践活动在创新创业培养上起着至关重要的作用(图6)，其次是大学生创新创业意识的培养、建立合理的个性化学生选拔培养考核体系等等。《地质学基础》课程的学习强调将理论知识与实践操作相结合，做到学中做、做中学，能大大提高学生的实践动手能力。 图1. 课程的学习对学生的思维方式、眼界和实践动手能力是否有积极影响 图2. 学习地质学知识是否能培养学生的“调查数据创新意识和创业能力”调查数据 图3. “所学的地质学知识会对以后的工作的影响”调查数据 图4. “地质学知识和我们的生活实际是否联系密切并具有积极影响”调查数据 图5. “与地质学相关课程哪方面最具有吸引力”调查数据 图6. 创新创业培养的途径的调查数据
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user: 3. “双创”背景下《地质学基础》课程的教学改革 《地质学基础》是地球科学的基础课，也是人类认知地球，认识世界的重要通识课程，具有无可比拟的实践技能锻炼性。对于非地质专业的教学，其具体施教过程不能像对地质类专业那样严格，知识点需科普化，通俗化。其次，教学过程需根据不同专业特点，安排课程侧重点各有不同，并且尽可能地进行信息化教学，提高学生学习兴趣。第三，融创新创业能力培育于专业教育之中，要正确处理好课程教学与创新创业能力培养的关系。具体如下。 (一) 教学内容科普化、通俗化 《地质学基础》具有较强的理论性和实践性，作为一门通识课程，地质学知识点的掌握不是首要的教学目标，所以在教学内容中把身边的自然现象和地质理论联系起来 [ 6 ]，将会大大提高教学效果。 例如讲到地球的圈层结构时，我们可以用鸡蛋来形容，蛋壳、蛋白和蛋黄分别代表着地壳、地幔和地核，而世界最深钻“科拉深钻”(12.3 km)相对于陆壳平均厚度(33 km)也只是到达了地球非常薄的一层；再比如讲到差异风化的时候，可以通过长江三峡的牛肝马肺峡的形成原因来进行解释；再比如讲到对矿物的肉眼鉴定，地质学家根据中医学家的“望闻问切”，提出“看掂刻敲”的鉴定步骤，看颜色、条痕，掂比重，刻硬度，敲解理、断口。 (二) 教学方式特色化、信息化 通过分析非地质专业中基础地质类课程的教学过程中出现的问题，针对不同专业侧重不同内容的教学，如我校宝玉石鉴定与加工专业的地质类课程则可侧重结晶矿物学、各大岩类赋存的宝石及宝玉石矿床的介绍等内容，地质灾害调查与防治专业侧重引发地质灾害的地质因素的解释，安全管理技术专业可侧重地质类安全相关的内容(地质灾害防治、矿山安全等)，工程造价和建筑工程技术专业侧重于和地基、建筑材料相关的各类岩石的特征等。通过该课程的特色化教学，拓宽学生的思维方式，增强学生的理解，将地质学知识和本专业知识有机结合，着力培养学生创新创业的精神和能力。 此外，通过学习通平台等开展智慧课堂教学，特别是对一些常见矿物、岩石标本的进行直播讲解，这样即使是大班教学也能做到教师之所述即是学生之所见，并且将直播设置为可回看，让学生课余时间还能巩固相关学习内容，使学生在学习的过程中体会到乐趣和价值。 (三) 融创新创业能力培育于专业教育之中 在平时教学中，结合线上MOOC内容，要有意识地激发学生的灵感思维，做到线上线下实时互动，帮助学生建立知识之间的相互联系，在提高专业知识水平的同时，达到创新的目的；在实践教学中，引导学生观察、描述，并发现问题、解决问题，从感性认识上升为理性认识 [ 7 ]，从而改善教学效果，提高人才培养质量，培养一专多能，具有创新精神和实践能力的地方性应用型高级专门人才(图7)。 图7. “双创”背景下《地质学基础》课程的教学模式图
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user: 4. 结论 “大众创业，万众创新”作为推动我国经济发展新引擎，鼓励和引导高校学生进行创新创业活动。《地质学基础》作为一门通识课程，在增进学生对地球认识的同时，能提升其科学创造力。通过该课程的特色化教学，将地质学知识和本专业知识有机结合，融创新创业能力培育于专业教育之中，创新教学方法，培养一专多能的地方性应用型高级专门人才，以适应新形势下的人才培养要求。