前沿物理走进大学文科物理课堂
通常可以将物理知识分为经典物理和前沿物理(现代物理)两大块,这两块知识有着各自不同的思维方法和研究思路[1]。经典物理学更多地表现为一种控制逻辑,体现的是“知识即工具”这一理念;而前沿科学研究特别是纯科学研究体现的是对前人的质疑与超越,例如相对论打破了经典力学的绝对时空观,量子力学打破了可控测量过程的梦想,混沌粉碎了拉普拉斯的机械决定论……[2]但长期以来,物理教学尤其中学物理教学中,往往忽略了前沿物理,这导致了物理教育的“片断化”,物理教育成了物理“断代史”的教育,使学生只知物理学的昨天,不知物理学的今天,也不见物理学的明天;而且造成了学生对物理学的许多错误认识,比如认为物理学对科技的贡献只属于过去,物理学科已经趋于完备、已经没有什么发展的余地等等。
如果将前沿物理知识渗透于物理教学中,让前沿物理走进大学文科物理课堂,让学生多了解物理学日新月异、激动人心的变化,往往能够激发他们的认知兴趣,引起探究欲望。下面具体探讨一下前沿物理走进大学文科物理课堂的意义,以及如何更好地使前沿物理走进大学文科物理课堂。
1 前沿物理走进大学文科物理课堂的意义
1.1 激发学习兴趣
文科学生在高中开始就实行了文理分科,他们中大部分学生物理基础较差,有些人曾经惧怕物理、讨厌物理,针对这一情况,就要想方设法激发文科学生的学习兴趣。在教学内容设置上引入一些生动有趣的前沿物理知识,例如能源(太阳能、核能、风能、水能等)、武器(核武器、激光武器等)、电磁波(电视、雷达、手机、电磁炉等)等方面的问题,就能很好地激发文科学生的学习兴趣。
1.2 有利于学生开阔视野,形成合理的科学观
科学教育不能以偏概全,以单维度的实证科学观来代替全面、立体的科学观。物理前沿知识中有大量说明科学相对性、不确定性的事例,如果将其渗透于教学中,能够使学生开阔视野,启迪他们质疑旧的科学观,逐渐形成具有现代意蕴的科学观[3]。
例如讲到核能时,要让学生深刻认识到:核能一面是天使;另一面是魔鬼。明智的人类把核能用于和平目的,作为洁净的能源。可以给学生介绍田湾核电站、秦山核电站和大亚湾核电站的发电情况;同时也要让学生意识到日本福岛核电站核泄漏给人类所带来的危害,以及核武器给人类带来的威慑作用。使学生认识事物更全面,分析事物更透彻。
1.3 有利于学生追求“真善美”
科学求“真”,但科学对真理的追求往往也是对“善”和“美”的追求。因此,物理课程也就有相应的拓展功能,这一点在物理前沿教学中很明显,将物理前沿知识融人物理课堂中,可使学生在学习具体物理知识的同时进行了“善”和“美”的教育[4]。
物理前沿对“善”的追求具体体现在科学家的价值追求上。例如,爱因斯坦放弃就任以色列总统的机会而追求科学真理,他曾经说过:“照亮我的道路,并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想,是善、美和真。人们所努力追求的庸俗的目标—财产、虚荣、奢侈的生活——我总觉得都是可鄙的。”著名科学家钱学森放弃国外优越的条件,历经千辛万苦回到祖国的怀抱,投身于中国的科技事业。邓稼先在新中国半个多世纪的科技发展中,“健康生命全不顾,精忠报国重天山”。
物理前沿领域既变革了对“美”的传统看法,又蕴含着大量深邃、内在的美。如弱相互作用下宇称不守恒的发现使人们反思以往的审美观,在今天,“对称中存在破缺”已经成为一条基本的美学原则。物理之美可以是抽象的:如狭义相对论的数学基础是四维连续时空概念;广义相对论建立在黎曼几何的基础上;量子力学概念的数学基础是希尔伯特空间。这些数学相当抽象却又非常美丽[5]。物理之美也可以是直观的:通过计算机对微观世界、分形理论的模拟研究形成了大量的绘制图,这些图形本身就具有很高的美学价值。将这些物理之美呈现于教学中,能帮助审美主体去发现美,鉴赏美,进而热爱美,追求美。
2 如何使前沿物理更好地走进大学文科物理课堂
2.1 巧用多媒体技术,渗透前沿物理知识
现代多媒体技术具有丰富的表现力,可以自然逼真地表现多姿多彩的视听世界,使学生有身临其境的感觉。因此可以从网上下载一些视频资料,结合现代科学技术的发展和应用讲解前沿物理知识,学生更感兴趣,也更容易接受。例如讲解“激光”时,首先利用多媒体播放:激光的形成、激光武器、激光键盘、激光舞等视频资料,然后提出问题,让学生思考,接着讲解该节内容。由于有了之前生动的画面,学生的求知欲增强,在讲到枯燥的概念、原理时,学习劲头也很足。
2.2 发挥教师的主导作用,瞄准世界科技发展前沿
现代科技发展日新月异,这就要求教师要充分发挥自己的主导作用,关心社会、关心世界各地的科技发展,瞄准世界科技发展前沿,在文科物理教学中更好地渗透现代科技知识。
例如讲到天体物理时,可以给学生讲解天体物理与宇航工程的关系,将世界各国宇航技术的发展史、中国神州号载人飞船和探月工程、以及各种卫星技术等渗透到文科物理教学中。使学生了解并体会物理学对经济、社会发展的贡献,使他们有意识地关心国内、外宇航事业发展的现状与趋势。
2.3 发挥学生的主体作用,让学生参与到教学活动中
在文科物理教学过程中渗透前沿物理知识,必须充分发挥学生的主体作用,才能起到较好的教学效果。例如讲到“神奇的太阳能”时,可以让学生上网搜索有关太阳黑子、太阳辐射、太阳能电池等相关的知识,并做成PPT课件。上课时让学生上台讲解,并讨论太阳黑子活动会对地球产生哪些影响?太阳能有哪些应用?太阳能电池的发展现状及应用等。
2.4 前沿物理知识与日常生活相结合
物理现象和规律大部分来自于生活,又必将服务于生活。人们日常生活的各个方面,以及现代高科技的前沿问题都与基础物理的研究有关。因此,给学生讲解前沿物理知识时应当联系生活实际。例如讲到混沌理论,即“蝴蝶效应”时,可以结合经济、政治、军事以及日常生活讲解,学生就非常感兴趣,还容易接受。(注:“蝴蝶效应”是美国麻省理工学院气象学家洛伦兹提出的著名的混沌理论:一只蝴蝶在巴西扇动翅膀,有可能会在美国的德克萨斯引起一场龙卷风[6]。)
再例如讲到“电磁波”时,可以讲解在生活中如何使用手机才能避免电磁辐射。可以有以下几种方法:(1)一般情况下,手机接通瞬间释放的电磁波容易产生不好的影响,所以手机响时,一秒后再接听手机。(2)在使用手机时,可以采用手机专用耳机,实现远距离使用。(3)注意手机的摆放位置。医学专家建议我们,手机不用时最好放在包里,但不要放在胸前的口袋中,也不要直接挂在胸前。(4)休息时不要将手机置于枕头边。
3 讲授前沿物理的注意要点
对文科学生讲授前沿物理知识,教师必须很好地把握一个准则:在“量”上应遵循“少而精”的原则,以能体现物理学新思想、新方法的内容为主;在“度”上应以介绍和渗透为主,注重的是思想、方法的熏陶而非繁杂的公式推导。教学中应避免大量新现象、新知识的简单罗列,否则,物理就会变得枯燥无味[3]。
4 结语
前沿物理走进大学文科物理课堂具有重要的意义,不仅有利于激起学生学习物理的兴趣,而且可以开阔学生的视野,使学生形成合理的科学观,还有利于学生追求“真善美”。为了使前沿物理更好地走进大学文科物理课堂,可以巧用多媒体技术,在“量”上遵循“少而精”,在“度”上以介绍和渗透为主。另外要将前沿物理知识与日常生活相结合,使学生能够学以致用。前沿物理走进大学文科物理课堂的过程中要充分发挥教师的主导作用以及学生的主体作用。
参考文献
[1] 冯爽,李富强.新课改中前沿物理知识教学的问题与反思[J].北京教育学院学报(自然科学版),2008,3(3):34～37.
[2] 古乾玉.小议新课程改革中的前沿物理教学[J].新一代,2011(1):93.
[3] 陈世鸥,王辉.前沿物理教学与新课程改革[J].中学物理教学参考,2005,34(9):2～6.
[4] 欧阳秋云,姜海丽,齐立红,等.文科物理教学过程中的探索研究[J].教育教学论坛,2012(2):119～120.
[5] 杨振宁.美和理论物理学[J].自然辩证法通讯,1988(1):1～7.
[6] 苑立波,孙伟民,刘志海,等.“触摸”科学体验发现—— 物理原理展示[M].国防教育出版社,2009:55.
作者：欧阳秋云 李春燕 齐立红 姜海丽
摘要：我国大学计算机课程正在开始新一轮的改革，“计算思维”及其作为大学计算机课程改革核心的问题成为热点。文章围绕新时期大学计算机课程如何改革与发展，记述一系列学术研究、实践探索及交流研讨活动，阐述多位专家的观点、共识与争鸣，透视出当前大学计算机教育改革的前沿动向。
关键词：大学计算机课程;计算机基础教育;改革;计算思维
1 背景与主题
2012年8月8日至9日“第八届全国高等学校计算机教育改革与发展高峰论坛(2012)暨大学/高职计算机基础教育高峰论坛”(以下简称“论坛”)在云南省昆明市隆重召开。论坛是在全国高等学校计算机基础教育研究会等八个学术组织共同主办的“第二届全国高等院校计算机核心技能与信息素养大赛”(以下简称“大赛”)之后，为了推进大学计算机教育改革，促进竞赛与教学相结合而举办的。论坛的主办单位与大赛的主办单位基本一致，有教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会、教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会理工分委会、教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会计算机科学与技术专业教学指导分委会、全国高等院校计算机基础教育研究会、全国高等学校计算机教育研究会、中国计算机学会教育专业委员会、《计算机教育》杂志社等。中国铁道出版社承办了本届论坛。谭浩强、冯博琴、蒋宗礼、高林等知名计算机教育专家以及来自台湾师范大学的戴建云教授出席了会议并作学术报告，来自全国180余所高校共计200多人参加了会议。
论坛以“新时期下计算机教育的改革与发展”为主题，重点对非计算机专业大学计算机课程改革开展了研讨，围绕当前的热点“计算思维”及其作为大学计算机课程改革核心的问题，专家学者呈现了各自的学术观点，参会代表表达了不同的感想与认识。
围绕主题，共有13位专家作了大会报告。分别是冯博琴教授的《计算思维驱动的大学计算机课程改革思考和实践》、谭浩强教授的《研究计算思维，坚持面向应用，锐意改革创新》、高林教授的《面向应用型人才培养的新一轮大学计算机教育教学改革——理念与解决方案》、吴文虎教授的《“程序设计基础”课程改革十年的再思考》、卢湘鸿教授的《大学计算机课程与应用型、实用型、创新型人才培养——北京大学计算机改革介绍》、戴建云教授的《计算思维与信息决策思考力在台湾的实践经验》、王挺教授的《课程教学中的计算思维培养初探》、管会生教授《计算思维：从中国古算具到图灵机——纪念图灵诞辰100周年》、蒋宗礼教授的《深化内涵，以提高计算机类专业办学水平》、温涛教授《TPCARES-CDIO教育教学改革的探讨与实践》、袁玫教授的《核心技能、信息素养与计算机基础课程改革》、侯冬梅教授的《切实提高大学生的计算机应用能力——从IC3的实践看大学计算机教育改革》等。论坛中还举办了两个专题沙龙，分别就“应用型院校非计算机专业大学计算机课程改革”与“国际标准认证IC3的应用”进行了深入探讨，参会代表普遍认为：以计算思维为主线的新一轮大学计算机课程改革，更多是针对研究型大学提出的，而对于应用型院校，还需要积极研究计算思维的内涵，研究计算思维在应用型人才培养中的作用，从理论和实践层面处理好计算思维与应用能力的关系;国际标准认证IC3的应用，在提高大学生计算机应用能力上开辟了一条有效的新途径，值得推广;对于以培养高技能专门人才为主的高职教育中的大学计算机教育，也同样面临诸多类似问题，需要及时启动高职院校大学计算机教育改革进程，以适应新一代信息技术应用的需求。
2 共识与争鸣
论坛对于非计算机专业大学计算机课程改革与“计算思维”培养的问题进行了多视角研讨，有共识，也有不同观点的争鸣。
2.14点共识
1)大学计算机教育急需改革。
随着计算机技术的迅速发展，特别是新一代信息技术的发展，计算机应用领域不断扩大，社会对计算机应用能力要求在提高，所以高校非计算机专业对大学计算机教育教学的要求也在提高;中小学的信息技术教学不断加强，使得大学入学新生的计算机应用能力不断提升。这两方面的变化对本科/高职院校非计算机专业大学计算机课程提出了挑战：一方面，很多学生已不同程度地掌握了作为智能工具的计算机的应用;另一方面，大学计算机课程的教学内容滞后于信息技术的发展，未能很好解决专业服务的问题，对学生计算机应用能力的培养还不能满足工作需要。这些问题使学生对大学计算机课程学习兴趣不高，教学秩序难于控制。针对这种情况，一些学校开始削减大学计算机课程学时，甚至计划取消大学计算机课程，这也造成大学计算机课程教师与专业教师之间的争议。与会专家、教师都认识到推动非计算机专业大学计算机教育教学改革已迫在眉睫。
2)大学计算机教育教学改革需要分类设计。
必须重新规划大学计算机课程体系，重新设计大学计算机课程内容，改革必须分类分层次进行，不能搞一刀切。教指委有关专家指出“不需要也不可能将计算思维的所有概念全部灌输给所有的学生”“应用领域不同，使用计算机完成任务的要求、方法和程度不同，对计算机应用能力要求也就不会相同，需要进行思维活动的深浅、参与的程度也有所不同，导致大学计算机教学必然多样化，要分类分层对待”。教育部教指委文件已提出将大学本科计算机课程改革方案按学科专业门类分为6类设计。因为经济社会对人才的需求是分类型的，大众化阶段的高等教育也是分类发展的，所以非计算机专业大学计算机课程改革的分类进行，不仅要按学科专业分类，而且要按教育类型分类。首先要根据本科、专科(高职)不同培养层次划分为本科的大学计算机课程和专科(高职)的大学计算机课程;在本科层次中又分为研究型和应用型人才，进而再按理科、工科、文科等学科专业门类需要，综合考虑进行课程体系的分类设计与实施。
3)在大学计算机教育中引入计算思维具有前瞻性。
科学思维是人类智能的重要体现，是自然科学和社会科学发展提升到哲学层面的结果，进而又反作用于科学技术和人类社会的发展。自古以来，数学的发展形成了逻辑思维;物理学生成的实验思维成为实证思维的重要组成部分;系统论等提升了人们的系统思维能力。随着计算科学的发展以及全社会计算机应用水平的提高，近年来计算思维的概念被明确提出并在不断地被清晰化和系统化。计算思维是对传统计算机应用能力体系的提升，是计算机科学新发展的产物，对大学计算机课程的教学内容提出了新的要求。随着对计算思维的深入研究，计算思维有可能发展成为新的科学思维方式，指导各类专业工作，成为分析解决问题的思维方法支持。因此，会议讨论认为：在非计算机专业大学计算机课程中引入计算思维具有前瞻性，很有必要。
4)对计算思维还需要深入研究。
目前，计算思维成为计算机教育讨论的新热点，由计算机界提出，以计算学科为基础，其目标是构建形成普适性计算思维理论体系，已引起广大学者与高校教师的高度关注。目前计算思维的定义仍限于计算学科化的概念术语解释，未形成完整的理论基础和方法体系，在非计算机专业计算机基础课程改革中引入计算思维能力的培养，在认识上、教学上还存在着不少的困惑与争论。
有专家认为计算思维在“教学”层面上没有形成一个清晰的表达体系，其内涵、外延还没有得到清楚的描述……计算思维为什么可以成为当前计算机基础课程教学改革的核心，对此应当进行深入探讨。有专家认为计算思维目前还仅在计算机界内部讨论，并没有研究透彻，对计算思维诸多要素的提取还局限于计算学科的专业术语，难于被广大公众所理解和接受，成为普适性思维方式，有待提升到哲学层面。有专家认为计算思维目前的讨论只是初步的，并不成熟，应作为学术问题展开研讨，进行交流，百家争鸣，集思广益，而不要在不求甚解的情况下，急于贯彻，应该深入调查研究，充分听取各种意见，取得共识。
尽管与会专家、教师从各自不同视角发表了对计算思维的看法，但对于“将计算思维从计算学科提升成一种科学思维方式，还需要加强深入研究”是大家的共同认识。
2.2两点争鸣
“论坛”对于非计算机专业大学计算机教育改革与计算思维培养问题尚存在一些不同观点的争鸣和讨论，主要反映在以下两个方面：
1)计算思维能力与信息应用能力的关系。
“论坛”研讨中对计算思维在非计算机专业本科/高职计算机基础课程以及计算机应用中定位的讨论，其实质是在大学非计算机专业的计算机教育课程改革中如何处理培养计算思维能力与信息应用能力的关系问题。
有专家认为要把计算思维能力的培养作为我国高水平研究型大学计算机基础教学的核心任务，应加强以计算思维能力培养为核心的计算机基础教学课程体系和教学内容的研究，在计算思维指导下进行大学计算机课程改革与建设。在这一观念指导下，专家结合自身实践探索提出了理科、工科、文科类非计算机专业以计算思维能力为核心的大学计算机课程体系方案，介绍了教学中突出培养学生计算思维能力的经验以及尚存的困惑。
有专家认为对于应用型人才培养必须注意正确处理培养计算思维与面向应用的关系，培养计算思维不是目的，而是为了更好地应用计算技术，推动社会各领域的发展与提高，应用型大学非计算机专业计算机教育的本质永远是计算机应用的教育，要以应用能力为导向，使学生具备在各个领域应用计算机的能力。
有专家认为新形势下信息应用能力的内涵已发生深刻的变化，传统的以技术技能为主的信息应用能力必须向以行动能力为核心的信息应用能力提升。在计算机基础教育中计算思维要服务于信息行动。在这一认识指导下，专家介绍了面向应用型人才培养提出的“以计算机学科理论、知识应用、基本技能为基础，以计算思维为主线，以信息行动能力为核心，以信息应用为目标”的大学计算机教育课程体系和解决方案。
还有专家以国家精品课程“程序设计”课程的教学为例，介绍了递归、抽象、枚举、搜索等计算思维诸要素如何在“问题驱动-理清思路-建立模型-构思算法-程序实现”的程序设计过程中运用，以培养学生计算思维与解决问题的行动能力，极好地诠释了计算思维与程序设计行动过程的关系，强调了只有在问题解决的实践中才能培养计算思维与行动能力。
来自台湾的专家介绍了台湾地区大学非计算机专业的计算机教育，它将信息处理能力与批判思维能力很好地结合，着力培养学生信息决策思考力，这也是当前国际的主流趋势。尽管一些提法与大陆不同，其实质还是培养学生运用科学思维和信息技术解决问题的行动能力。
在大会讨论中，针对计算思维能力与信息应用能力的关系问题，来自全国大学的一线教师进行了热烈讨论，发表了各自的观点看法，给出了很多建设性意见，也提出不少疑问。
2)对当前大学新生计算机应用能力掌握状态的估计。
在对新的大学计算机课程改革方案讨论中，就主张取消作为“狭义工具”的计算机基本技能教学内容，专家、教师发表了各自的看法。不同观点的本质并非是否定计算机作为“狭义工具”的重要作用，而是对当前大学新生的计算机应用能力的掌握状态上存在着不同的估计。
主张“取消”的实质是认为，中学信息技术教学的提升使大学新生的计算机基本技能水平已有很大提高，有的甚至比教师还要强，特别是重点大学的入学新生，因此本科与高职非计算机专业计算机基础课程可以消减学时或不用开设了。但由于信息技术并未列入高考内容，也鲜见对全国范围内大学新生计算机基本技能水平的调研数据，使主张“取消”缺乏实证依据。
在论坛中专家对2012年“大赛”情况进行分析，给出了警示。从分析数据看到，在2012年大赛中，大陆有28个省、市、自治区的202所高校的1万多名在校学生参加，总决赛阶段从1万多名参赛者中选拔出534名学生进行决赛。在总决赛中，针对基于国际IC3标准的计算机基本知识、概念及IT工具使用的上机在线竞赛，竞赛结果显示这些经过选拔参赛并进行一定辅导与练习的学生，计算机基本技能与基础知识和概念掌握的平均成绩仅为及格。本科生比高职生平均成绩略高。同类学生平均成绩不高，且标准差和极差过大，说明对“狭义工具”的计算机基本技能掌握严重不平衡。按省、市、自治区统计的平均成绩看，经济发达、沿海地区的平均成绩与西部地区存在差异，但差异不明显。而对重点高校参赛情况的分析可以看出，重点高校的成绩要好于普通高校及高职院校，但不均衡，仅有两所重点大学平均成绩较高，多数重点大学的平均成绩接近总平均成绩，还有一些重点大学的平均成绩在总平均成绩以下。由此，得到的结论是，对计算机基础知识、概念的掌握和基本工具的使用，一般大学生群体的整体情况不会好于参加总决赛学生的这个竞赛结果，所以，不支持“在全国范围，进入高校的学生已经基本掌握计算机的基本操作”的观点。实证研究结论是“大学新生信息技术应用水平总体在提高，但严重不平衡”，掌握好“狭义工具”仍是非计算机专业大学生的基本功，只是大学计算机课程改革要建立在“不平衡”这一实证研究基础上。
在与会专家学者给出的以计算思维为主线的大学计算机课程体系改革方案设计中，从不同视角展示了对以计算思维为主线的大学计算机课程体系改革的认识和探索，也反映出对“狭义工具”的计算机基本技能在大学计算机课程体系改革中的不同态度，也许这正是高等教育分类发展形势下，大学计算机课程改革的良好基础。
3 结语
在本次论坛中，与会专家和教师围绕主题和重点展开学术探讨，就新时期计算机专业教学改革与非计算机专业计算机基础课程改革的热点、难点问题各抒己见，开启了新的认识，开阔了改革的思路，促进了交流的深入。面对改革与发展带来新的挑战，探索符合我国高等教育分类发展的大学计算机课程改革是我们面临的重要任务。这当中我们既不能盲目，也不能畏缩，要以深入研究为基础，明确人才培养需求，搞清内涵，抓住本质，扎实推进改革的步伐，推动新一轮改革的进程。
(编辑：彭远红)
作者：鲍洁
摘要：《大学物理》课程教学中融入科研前沿知识不仅是人才培养和时代发展的要求，而且是《大学物理》教学改革的要求。本文针对《大学物理》课程教材内容过于陈旧的问题，在教学的不同阶段，结合前沿科学的特点和具体例子，简单介绍了在《大学物理》课程教学中如何融入科技前沿。
关键词：大学物理;科技前沿;教学;融入
《大学物理》课程是高等院校理工科各专业一门重要的必修基础课，它在为学生系统地打好必要的物理学基础，培养学生初步的科学思想方法和研究问题的方法方面起着重要作用;又由于《大学物理》课程是在低年级开设的课程，它在使学生树立正确的学习态度、掌握科学的学习方法、培养独立获取知识的能力、以尽快适应大学阶段的学习规律等方面也有着十分重要的作用。
本文探讨了在大学物理教学的不同阶段如何融入科研前沿知识。其一，在教学的前言中融入科研前沿知识，其主要目的是激发学生对本课程学习的热情和兴趣。其二，在教学讲授基本概念和基本原理中引入科技前沿，加深学生对基本概率和原理的理解，同时运用前沿科研的观点和方法，延伸物理学中的基础概念和原理，启迪学生的思维，开阔学生的眼界。其三，在课程章节小节时融入科研前沿，启发学生去探究先进的科技前沿問题。
一、 教学前言中融入科研前沿
《大学物理》的教学内容主要涉及力学、热学、波动、光学、电磁学以及量子物理和相对论的基本概念和原理。如何在前言中有效融入科研前沿，引出教学的知识点，对激发学生的学习兴趣和热情大有帮助。例如，在讲解力学知识的前言时，教师可以展示载人航天飞船中宇航员处于失重状态的图片，激发学生兴趣，引发学生思考，引出力学知识。在前言阶段融入科技前沿知识，应该具有以下特点：生动有趣——生动有趣才可调动学生学习的积极性和热情;通俗易懂——通俗易懂避免了学生望而生畏，重在科技前沿中的物理思想和物理方法;熟悉的科技热门话题——以学生熟悉的科技热门话题引出物理问题，引发学生思考，使学生感受到物理的重要性，培养学生思考问题的能力等。教师在前言融入科技前沿，其目的主要是激发学生的学习兴趣和热情，教师还应该注意融入的技巧，不能生搬硬套，可以结合多媒体教学技术，辅助图片、声音、视屏等，生动的引出物理问题。
二、 教学内容中融入科研前沿
在教学讲授基本概念和基本原理中引入科技前沿，其主要目的是加深学生对基本概率和原理的理解，同时运用前沿科研的观点和方法，延伸物理学中的基础概念和原理，启迪学生的思维，开阔学生的眼界。该阶段融入科技前沿知识，主要是找到科研前沿与物理学基本概念和原理的结合点，巧妙的融入前沿知识，使学生能够了解前沿科技，体会到前沿科技的巨大魅力。同时，还可以根据前沿科技的特点，采用不同技巧融入前沿科学知识，如直接穿插或者习题方式融入。可抽象出物理模型的科研前沿，设计出物理习题，加深学生对物理概念和思想的理解。在讲解基本概念和基本原理中，穿插一些前沿科技、或者一些引人深思的科技前沿故事，既能让学生加深对物理基本概念和原理的理解，又能启迪思维，开阔视野，掌握物理思想是如何发现和构建的。
三、 课程小节中融入科研前沿
课程小节安排在每章小节教学知识点结束后，向学生归纳总结本小节的主要知识点。在此部分融入科研前沿知识，教师可以点到为止，言犹未尽，留给学生思考的空间，启发学生用基本的物理思想和原理去探究先进的科技前沿问题。同时，结合教师自己的科研背景与物理知识的结合点，教师还可以在这部分讲解自己的科学研究知识，引导学生参加科学实践，将教学课堂拓展到课外，面向学生成立课外科研兴趣小组，实现“教—学—研”互动。培养学生学习能力、科研能力、创新意识、创新能力，为后继专业课程学习打下坚实的基础。
现代科技日新月异的发展都离不开物理学的基础作用，《大学物理》教学中的不同阶段融入科技前沿，弥补目前教材的局限性，使大学物理学习成为“充满时代气息的全新的物理”，物理课堂充满着趣味和活力，让大学生体会到物理学与科技、生活、应用等息息相关，领略到物理学在科技前沿中的重要地位，激发学生的学习和科研兴趣，增强学习的主动性和积极性，进一步加深对课本知识的深入理解等。但这对教师提出了更多更高的要求。教师必须教学与科研甚至“产学研”相结合，不断学习和接触科技最新科技前沿的知识，调研国内外科研文献。其次，教师要加强教学设计，巧妙恰当的引入物理科技前沿知识，使学生更好地理解物理的基本思想和方法。再次，教师要加强和学生的互动，重视对学生思维活动的诱导，注意营造宽松的、可创作思维的环境。成立科研兴趣小组，有条件的教师可以增设专门的大学生创新实验，学生直接参入科技前沿研究。
四、 结语
现代科技日新月异的发展都离不开物理学的基础作用，在《大学物理》教学中融入科技前沿，弥补目前教材的局限性，使大学物理学习成为“充满时代气息的全新的物理”，物理课堂充满着趣味和活力，让大学生体会到物理学与科技、生活、应用等息息相关，领略到物理学在科技前沿中的重要地位，激发学生的学习和科研兴趣，增强学习的主动性和积极性，进一步加深对课本知识的深入理解等，有助于思维的开拓、分析和解决问题能力的提高以及创新精神和创新意识的培养等。总之，科技前沿融入《大学物理》教学，使课堂变得丰富多彩，提高学习兴趣和探索精神，培养学生创新能力和良好的科学素养。
参考文献：
[1]马文蔚，周雨青，谢希顺改编.大学物理[M].东南大学七所工科院校编;北京：高等教育出版社，2014，8.
作者：楚亮 王兴福 毛巍威
浅谈学科前沿讲座学习感受
学科前沿是指某一学科中最难代表该学科发展趋势制约该学科当前发展的关键性科学问题、难题及相应的学说。我有幸聆听了院里各位教授的学科前沿讲座，八次的讲座使我受益匪浅。教授们从日常生活中的小例子向大家诠释“前沿”的内涵，所谓前沿，就是无论在国内还是国外都没有重复的科学发展事态。同时，他们也结合自身做学术研究过程中的种种经历，以平实而又生动的语言讲述着做学问要付出的各种努力以及要去接触的各种问题。随后，教授们分别向大家介绍了各自目前从事的学科前沿问题，同时强调“做学问需要结合时代的需要，符合时代背景，与国际接轨”，并告诫同学们要注重积累，拓宽专业知识。
虽然仅有八次学科前沿讲座，我被教授们清晰的思路和表达、严密的逻辑和证据、学者应有的良知与责任而折服。讲座中，教授带我们一起回望化学的发展历史，展望化学未来，体会化学给我们带来的种种欢乐与梦想。
在教授们提出的众多学科前沿课题中，我最感兴趣的是：为什么热水比冷水在冰箱中结冰快，因为这一问题贴近生活，我们可以亲自动手验证，如此普通却又高深的难以解释。我对这一问题进行了资料搜集和思考。最早发现这一现象的是中学，1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇，但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为"姆佩巴效应"(Mpemba Effect)。
从物理方面来说，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流，通过实验观察，对结果进行比较，发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果，如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析原因就更能说明问题了：盛有4℃冷水的结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热的不良导体，液体内部的热量很难依靠传导有效地传递到表面，杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面，所以在水表面处最先结冰，其次是底部和四周，形成了一个密闭的“冰壳”，这时内层的水与空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，所以冷却的速率很小，阻止内层水温继续下降的正常进行，另外由于水结冰时体积要膨胀，“冰壳”起着一种抑制作用。盛有100℃热水那一杯冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”的现象，沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶(在初温低于12℃时，看不到这种现象)。随着时间的流逝，冰晶由细变粗，这是因为初温高的热水，上层水冷却后密度变大向下流动，形成液体内部的对流，使水分子围绕各自的结晶中心结成冰，初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大。正是这种对流，使上层的水不易结成冰盖，由于热传递和相变潜热，在单位时间内的内能损耗较大，冷却速率较大，当水面温度降到0℃以下并有足够的低温，水面就开始出现冰晶。初温较高的水，生长冰晶的速度较大，这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故，最后我们观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，具有较大的表面能，冰晶的生长速率与单位表面能成正比，所以生长速度仍然要比较初温低的水快得多。
从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。而某些微生物在热水(水温在100℃以下一点)中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。
以上是对观察到的现象进行分析，得出的一些结论和提出的一些解释。但要真正解开“姆潘巴问题”的谜，对其作出全面定量的令人满意的结论，还有待进一步探索。
回忆起自己的化学学习史，在初高中时期，接触到物质的定性测定，对于复杂的物质定量分析，浅尝辄止，由于许多的理论虽然成立，却对其意义无从深究，例如：酸碱指示剂的应用：酚酞的变色范围是PH8.0~9.6，在强碱滴定强酸试验中通常采用酚酞作为指示剂，理论计算得化学计量点时PH=7.0(室温)，而此值并不在酚酞的变色范围内，为何依然选用酚酞作为指示剂，一起滴定的结果会产生怎样的误差?诸如此类的问题，由于自身缺乏详细而周密的理论知识，学习的主动性不是很强。专业的化学知识是作为一名化学人首先应当具备的，无机化学学习已经让我们对于这门学科深奥的知识内涵和庞大的知识体系有所了解，而接触到有机化学课程学习，足以让我们领会到一名化学人应该持有严谨的治学态度。我对这门课的感触颇深：一套完整的理论体系背后，必然有着一套严密的数学推理过程。分析化学的任务是确定物质的化学组成，测量物质各组成成分的含量及表征物质的化学结构，形态等。为了完成这些任务，必然需要严格的公式推理，在我看来分析化学与其说是化学学科的一门分支，不如说它是架在化学学科和数学学科之间的一道桥梁。望着满满的数学公式，还有形状各异的曲线，心灵的震撼足以让我产生恐惧——如此多的公式要怎样记忆，即使记住又该怎样用?但是，随着老师的详细授教，我的认识有所改变，虽然有繁多的计算公式，但清晰的推理过程为我们的记忆工作做了很好的铺垫。除此以为，在不同的环境和条件下，数据的微元也使得计算式变得简单，在误差允许的范围内，优化了数据的处理。学习时间虽然短暂，但它将对我以后的化学学习产生很大的影响，尤其是其所需求的严谨的治学态度，会使我们终身受用。
在讲座中，我不仅感受到与世界接轨的浓厚科学氛围，更对本院及自己所在专业——分析化学有了更深的认识。当今世界，分析化学占了很重要的位置，尤其是在目前全球所面临的各个领域中的问题上，都少不了分析化学的作用。食品，环境，新型材料，医用药品，冶金，化工，生物，临床医学等领域，都是分析化学应用非常活跃的地方。所以，分析化学未来的方向可能会影响到这些领域的未来动态。本文在查阅文献的基础上，论述了分析化学未来主要的新方向——环境分析。 在环境，食品等方面的问题，我们通过有效的分析方法，可以知道问题的所在，为解决问题带来了根本的帮助。而化学反应方面讲会朝着无害原料、绿色反应条件的方向发展。光化学和电化学分析在环境方面会得到高度的重视。化学发光分析具有测定灵敏度高、线性范围宽、使用仪器简单、分析速度快、易与多种分析技术结合、容易自动化等特点。
另外，化学为人类进步提供了物质基础，对于许多学科分支的发展起了带头作用，但是其地位和作用一直受到忽视。但现在作为化工院的一员，以后将会成为化工人的我认为基础研究是人类文明进步的动力，是科技与经济发展的源泉和后盾，是新技术新发明的先导，也是培养人才的摇篮。基础研究的核心在于创新，而创新就要允许失败，创新是科研的灵魂，而创新又不可能脱离原有研究基础，同时也有不同的模式和水平。
在未来的几十年中，相信化工人将会不断发展壮大，通过分析化学领域的科学方法，对环境污染源分析，从源头上消除污染，合理利用资源和能源，降低生产成本，找到环境问题的解决办法，从而生活在更清洁，更绿色的地球。回顾化学这几十年的飞速发展，给人类带来了许多福音，相信在未来化学定会带给我们更多的惊喜和福祉!
计算机学院2011级信科 学科前沿讲座报告
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大数据与云计算
通过老师对云计算的相关概念的解析，云计算，这个在网络上十分火热的名词在我们的脑海里有了更为生动的概念。
云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。因此，云计算甚至可以让你体验每秒10万亿次的运算能力，拥有这么强大的计算能力可以模拟核爆炸、预测气候变化和市场发展趋势。用户通过电脑、笔记本、手机等方式接入数据中心，按自己的需求进行运算。
对云计算的定义有多种说法。对于到底什么是云计算，至少可以找到100种解释。 目前广为接受的是美国国家标准与技术研究院(NIST)定义：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问， 进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络，服务器，存储，应用软件，服务)，这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。
而大数据技术(big data)指的是所涉及的资料量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的资讯。(在维克托·迈尔-舍恩伯格及肯尼斯·库克耶编写的《大数据时代》中[2] 大数据指不用随机分析法(抽样调查)这样的捷径，而采用所有数据的方法)大数据的4V特点：Volume(大量)、Velocity(高速)、Variety(多样)、Veracity(真实)。
那这两者之间到底存在着何种关系呢?
从技术上看,大数据与云计算的关系就像一枚硬币的正反面一样密不可分。大数据必然无法用单台的计算机进行处理,必须采用分布式计算架构。它的特色在于对海量数据的挖掘,但它必须依托云计算的分布式处理、分布式数据库、云存储和虚拟化技术。
云计算为什么能盛行呢?在互联网领域应用系统的构建：客户群体是不确定的、系统规模不确定、系统投资不固定、业务应用有很清晰的并行分割特征、数据仓库系统的构建、数据仓库规模可估算、数据仓库的系统投资与业务分析的价值和回报相关、商业智能应用属于整体应用、Saas模式构建数据仓库系统。
大数据管理，分布式进行文件系统，如Hadoop、Mapreduce数据分割与访问执行;同时SQL支持，以Hive+HADOOP为代表的SQL界面支持，在大数据技术上用云计算构建下一代数据仓库成为热门话题。从系统需求来看，大数据的架构对系统提出了新的挑战：
1、集成度更高。一个标准机箱最大限度完成特定任务。
2、配置更合理、速度更快。存储、控制器、I/O通道、内存、CPU、网络均衡设计，针对数据仓库访问最优设计，比传统类似平台高出一个数量级以上。
3、整体能耗更低。同等计算任务，能耗最低。
4、系统更加稳定可靠。能够消除各种单点故障环节，统一一个部件、器件的品质和标准。
5、管理维护费用低。数据藏的常规管理全部集成。
6、可规划和预见的系统扩容、升级路线图。
生物特征识别技术
生物特征识别技术作为一种身份识别的手段,具有独特的优势,近年来已逐渐成为国际上的研究热点，并且具有广阔的应用领域和市场前景。以指纹自动识别系统为代表的生物特征识别技术已经在公安刑侦、人口管理等领域广泛应用;在边检、金融、教育、医疗、社保等领域的应用也在逐步扩大。研究此选题主要是为了加强对生物特征识别技术的更进一步的认识，并将其更好地应用到电子商务领域中，为人们的日常商务活动包括人员管理、资金管理、信息资源的规划等活动提供更加安全、方便、快捷、可实施性强的解决方案。
如今,随着国际互联网络的飞速发展，网上的电子交易日益频繁,这要求对身份的确认要有绝对的保证。每个从事商务活动的个体或团体都或多或少的拥有多个账户和密码，账户和密码越多越不易保密和管理，反安全技术也越来越发达。
人的许多生物特征包括指纹、DNA等是终身不变的，而且这些生物特征具有个体唯一性。因此，相比于，比如密码等技术而言，生物特征识别具有可靠性高，重复率小的特点。由于这些特点。生物识别技术是目前最为方便与安全的识别技术，它不需要记住复杂的密码，也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。生物识别技术认定的是人本身，没有什么能比这种认证方式更安全、更方便了。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。此外，生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。
随着网络经济和互联网技术的发展, 我国的经济、军事、社会各方面活动都越来越依赖于互联网, 特别是电子商务和金融方面。与此同时，计算机网络上出现利用网络窃取盗用他人信息的电子攻击现象也越来越多。非法登录计算机的案件正呈上升趋势, 在电子商务中假冒当事人上网采购所造成的欺诈案也在逐渐增多，甚至有孩子假充家长上网采购的案例。另外，我国也出现了使用盗窃来的身份证造成移动电话通信的损失和用他人信用卡疯狂透支的案件。
广义的电子商务是指当事人或参与人利用计算机技术和网络技术等现代信息技术手段所进行的各类商务活动，包括货物贸易和知识产权贸易之间(主要是企业和企业之间、企业与消费者之间)利用现代信息技术和计算机网络按照一定的标准所进行的各种商务活动。狭义的电子商务是指通过Internet进行的商务活动。[14]电子商务的功能有：交易活动管理、市场调研、广告宣传与信息发布、咨询洽谈、网上购物、网上支付、网上金融服务、服务传递、在线服务支持等。[15]这些活动都离不开身份识别。身份识别是电子商务领域中的重要环节。目前电子商务中身份认证常用一种传统的身份认证方法, 在网上提供标识信息(使用者帐号+ 密码来表明本人身份)。这种方法的缺点是：标识信息容易遗忘或记错, 容易被非法用户在信息传递过程中截获，更关键的是身份识别系统无法辨清标识信息真正拥有者和取得标识信息的冒充者。[16]所以，无论是谁，只要获得了标识信息，就一样拥有了相同的权力。针对出现的问题, 有效的身份鉴别技术可以防止这类案件发生。随着网络技术的广泛应用, 电子商务的迅速发展。发展电子商务的当务之急是如何解决安全问题, 包
括如何解决用户的身份、密码、保障网上交易活动的安全性, 防止网上金融诈骗和各种犯罪活动等, 这是新时代提出的新课题。Bill Gates曾做过这样的断言, 生物识别技术, 利用人的生理特征, 例如像指纹等来识别个人的身份, 将成为今后几年IT产业的重要革新。
数字矿山与虚拟现实
本节课赵老师和我讲的是数字矿山和虚拟化技术，通过这节课我们对数字化、信息化的采矿技术有了基本的了解。我们也将意识到伴随中国改革开放的步伐，伴随中国矿山企业的高速高效发展，我国煤矿数字矿山的发展前景将会极为光明。
虚拟现实即真实幻觉(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。
而数字化矿山技术中最为吸引人的就是虚拟现实技术在其中的运用。通过虚拟技术可以更为直观的了解矿区检测网络连接的每个角落。
通过几年来在数字化建设方面的探索，我们已在宏观上了解了国内外数字矿山的发展现状，并对其含义与内容有了进一步的认识：数字矿山是利用计算机技术，网络技术及数字化技术来描述矿山管理，监测与控制安全生产过程的数字化信息系统，其是实现矿山数字化的最终目标。
在很多人质疑数字矿山实践意义的阴霾之下，中国煤炭学术界提出了数字矿山的“五化”发展目标。我个人对于“五化”发展目标的理解归纳如下：
1数字化地集成管理与共享利用各类矿山数据与信息资源。从横向的角度收集庞大的信息量，对于指导实际工作有着客观，全面的意义;真正使矿山管理实现集成化、信息化、高效化。
2可视化地三维模拟和虚拟再现矿山地质采矿环境、过程及其相关现象。从视觉上对以往的二维图纸显现发生了空间及思维层次的超越。
3仿真化地模拟分析矿山采掘活动、采动影响与灾变过程。从以往的不可预测的，无法防治的漩涡之中，找到了清晰可见的研究道路。
4智能化地分析提取采动影响规律及环境与工艺参数。针对以往的经验性规律，数据性资料无疑更为精确与客观。
5自动化地预警矿山灾害并启动应急预案。更加全面科学的实践了安全生产这一煤矿开采的灵魂宗旨。
就目前我国矿山企业的具体情况而言，在承受着巨大经济压力与任务重量的同时，数字矿山对于企业的发展到底能给予什么样的利益与优势成为了很多人谈论与关注的焦点，我保守的总结一下，数字矿山的建设至少可以给矿山企业带来以下益处：
1拓展矿山企业的生存与发展空间，提高企业的实际竞争力。 2促进矿山企业组织结构的优化，使各种资源有效合理的配置。 3提供全面客观准确的对策分析，降低了决策的风险性。 4提高了企业快速反应的能力，为突发形势与状况的处理提供了技术上的有力支持。
从我国现有部分矿山企业的数字矿山发展的进程中，这些优势正在逐步地体现，其所取得的成果也是有目共睹的。
机器学习
上学期的丁老师所教的人工智能中我们初步接触了机器学习的概念。通过这一次陈伟老师为我们讲的有关机器学习的一些基本理论和发展前景，让我们对于这门学科有了更好的理解。 众所周知，学习是人类具有的一种重要智能行为，但究竟什么是学习，长期以来却众说纷纭。社会学家、逻辑学家和心理学家都各有其不同的看法。按照人工智能大师西蒙的观点，学习就是系统在不断重复的工作中对本身能力的增强或者改进，使得系统在下一次执行同样任务或相同类似的任务时，会比现在做得更好或效率更高。西蒙对学习给出的定义本身，就说明了学习的重要作用。在人类社会中，不管一个人有多深的学问，多大的本领，如果他不善于学习，我们都不必过于看重他。因为他的能力总是停留在一个固定的水平上，不会创造出新奇的东西。但一个人若具有很强的学习能力，则不可等闲视之了。机器具备了学习能力，其情形完全与人类似。
什么是机器学习?迄今尚没有统一的定义，由其名字可理解为机器学习是研究如何使用机器来模拟人类学习活动的一门学科。稍微严格的提法是机器学习是一门研究机器获取新知识和新技能，并识别现有知识的学问。这里所说的“机器”，指的就是计算机，现在是电子计算机，以后还可能是种子计算机、光子计算机或神经计算机等等。
机器能否像人类一样能具有学习能力呢?1959年美国的塞缪尔(Samuel)设计了一个下棋程序，这个程序具有学习能力，它可以在不断的对弈中改善自己的棋艺。4年后，这个程序战胜了设计者本人。又过了3年，这个程序战胜了美国一个保持8年之久的常胜不败的冠军。这个程序向人们展示了机器学习的能力，提出了许多令人深思的社会问题与哲学问题。 机器的能力是否能超过人的，很多持否定意见的人的一个主要论据是：机器是人造的，其性能和动作完全是由设计者规定的，因此无论如何其能力也不会超过设计者本人。这种意见对不具备学习能力的机器来说的确是对的，可是对具备学习能力的机器就值得考虑了，因为这种机器的能力在应用中不断地提高，过一段时间之后，设计者本人也不知它的能力到了何种水平。
机器学习的研究是根据生理学、认知科学等对人类学习机理的了解，建立人类学习过程的计算模型或认识模型，发展各种学习理论和学习方法，研究通用的学习算法并进行理论上的分析，建立面向任务的具有特定应用的学习系统。这些研究目标相互影响相互促进。
目前，机器学习领域的研究工作主要围绕以下三个方面进行： 1) 面向任务的研究。研究和分析改进一组预定任务的执行性能的学习系统。
2) 认知模型。研究人类学习过程并进行计算机模拟。 3)理论分析。从理论上探索各种可能的学习方法和独立于应用领域的算法，机器学习是继专家系统之后人工智能应用的又一重要研究领域，也是人工智能和神经计算的核心研究课题之一。现有的计算机系统和人工智能系统没有什么学习能力，至多也只有非常有限的学习能力，因而不能满足科技和生产提出的新要求。对机器学习的讨论和机器学习研究的进展，必将促使人工智能和整个科学技术的进一步发展。
计算机视觉(机器视觉)
姚老师在本堂课上为我们讲解了机器视觉的基本概念。通过较为生动的多媒体教学，让我们对这个学科有了基本的了解。
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
如今，中国正成为世界机器视觉发展最活跃的地区之一，应用范围涵盖了工业、农业、医药、军事、航天、气象、天文、公安、交通、安全、科研等国民经济的各个行业。其重要原因是中国已经成为全球制造业的加工中心，高要求的零部件加工及其相应的先进生产线，使许多具有国际先进水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。
经历过长期的蛰伏，2010年中国机器视觉市场迎来了爆发式增长。数据显示当年，中国机器视觉市场规模达到8.3亿元，同比增长48.2%，其中智能相机、软件、光源和板卡的增长幅度都达到了50%，工业相机和镜头也保持了40%以上的增幅，皆为2007年以来的最高水平。
2011年，中国机器视觉市场步入后增长调整期。相较2010年的高速增长，虽然增长率有所下降，但仍保持很高的水平。2011年中国机器视觉市场规模为10.8亿元，同比增长30.1%，增速同比2010年下降18.1个百分点，其中智能相机、工业相机、软件和板卡都保持了不低于30%的增速，光源也达到了28.6%的增长幅度，增幅远高于中国整体自动化市场的增长速度。电子制造行业仍然是拉动需求高速增长的主要因素。2011年机器视觉产品电子制造行业的市场规模为5.0亿人民币，增长35.1%。市份额达到了46.3%。电子制造、汽车、制药和包装机械占据了近70%的机器视觉市场份额。
通过上课的PPT我们可以知道一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、 相机(包括CCD相机和COMS相机)、图像处理单元(或图像捕获卡)、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。
系统可再分为
一、采集和分析分开的系统。 主端电脑(Host Computer) 影像撷取卡(Frame Grabber)与影像处理器 影像摄影机 CCTV镜头 显微镜头 照明设备
Halogen光源LED光源 高周波萤光灯源 闪光灯源 其他特殊光源 影像显示器 LCD 机构及控制系统 PLC、PC-Base控制器 精密桌台 伺服运动机台
二、采集和分析一体的系统 智能相机(图像采集和分析一体)
其他配套外围设备：光源、显示、PLC控制系统等等。 由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。
但是机器视觉技术比较复杂，最大的困难在于人的视觉机制尚不清楚。人可以用内省法描述对某一问题的解题过程，从而用计算机加以模拟。但尽管每一个正常人都是“视觉专家”，却不可能用内省法来描述自己的视觉过程。因此建立机器视觉系统是十分困难的任务。
可以预计的是，随着机器视觉技术自身的成熟和发展，它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。
多尺度变化的图像处理
本次孙老师给我们讲的是多尺度变换和图像感知，这个学科目前研究的问题是基于子波的统计处理方法。
目前，研究者提出了包括Ridgelet，Curvelet，Bandelet，Contourlet等一系列多尺度几何分析工具，由于
它们主要以变换为核心，因此也称为多尺度多方向变换.为了能充分利用原函数的几何正则性，这些变换基的支撑区间表现为“长条形”，以达到用最少的系数来逼近奇异曲线.多尺度几何分析技术在图像压缩、去噪、增强及特征提取等领域，表现出的性能优势显示了其强大的发展和应用潜力。
正是由于多尺度几何变换的诸多优良特性，多尺度几何分析非常适合于进行诸如去噪、压缩、增强和特征提取等图像处理任务。
10多年来，图像多尺度几何分析技术的研究取得了不少进展，但是仍然存在很多问题，有许多方向有
待进一步研究.
1)自适应和非自适应方法的选取
近几年来，在图像多尺度几何分析领域，学者们普遍认为自适应 方法相对非自适应方法具有更好的逼近性能，
于是提出了各种各样的自适应分析方法，但在某些情况下，一些非自适应方法通过简单的硬阈值处理获得的非线性逼近性能并不比复杂的自适应方法差，因此，如何选择自适应和非自适应方法，一直是学者们研究的方向. 2)滤波器组的构造和设计
图像多尺度几何分析算法中滤波器组作为各种多尺度方向变换的重要
组成部分，其性能直接影响到多尺度方向变换在实际应用中的性能，因此，有很多学者投入到滤波器组的构造和设计中，以便取得更好的变换性能.
3)基本理论框架的建立
目前，多尺度几何分析理论都是针对不同应用目的提出来的，如何从根本
上揭示其数学本质，构建统一的多尺度几何分析理论是值得研究的方向之一.
4)快速处理工具的建立目前，多尺度多方向变换没有统一有效的变换工具，如何设计快速有效的算法，发展新的多维信号处理工具，也是值得研究的方向之一.
5)多维图像模型的建立当前，多尺度几何分析方法都是建立在简单的二维图像模型之上，然而真正的自然图像远比这个模型复杂，对于更复杂的自然图像模型，如包含纹理的模型等还需要建立更好的图像模型，以便得到更优的图像多尺度几何表示方法.
6)与其他领域的结合如何将多尺度几何分析方法与数学理论、谐波分析、视觉感知、计算机视觉和信息处理等多门学科相结合，相互发展，也成为研究方向之一.
7)“稀疏逼近”的发展方向不同的多尺度几何分析技术对不同的图像有不同的稀疏表示能力，如何将变换系数的能量更加集中，有助于提取和分析图像的重要特征，得到更稀疏的图像表示，也是值得研究的方向之一.
8)算法的效率和复杂度及评价标准目前，已有的多尺度几何分析算法很多，不少算法的效果还是不错的，然而各种解决方法都是以计算复杂度或冗余度的增加为代价来获得变换精度的提高，因此，如何在提高算法效率和降低复杂度之间获得最优的结果，也是值得研究的方向之一.同时，各种分析算法目前还没有统一的评价标准.一般采用真实的或由标准测试图像人工合成的低分辨图像序列来检验新算法及改进算法，如何对各种变换算法进行量化评价，也是值得研究的方向之一
自然语言处理
在本次讲座中，老师为我们大致讲解了自然语言处理的基本原理和发展趋势。自然语言处理是计算机科学领域与人工智能领域中的一个重要方向。它研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法。自然语言处理是一门融语言学、计算机科学、数学于一体的科学。因此，这一领域的研究将涉及自然语言，即人们日常使用的语言，所以它与语言学的研究有着密切的联系，但又有重要的区别。自然语言处理并不是一般地研究自然语言，而在于研制能有效地实现自然语言通信的计算机系统，特别是其中的软件系统。因而它是计算机科学的一部分。
众所周知，语言是人类区别其他动物的本质特性。在所有生物中，只有人类才具有语言能力。人类的多种智能都与语言有着密切的关系。人类的逻辑思维以语言为形式，人类的绝大部分知识也是以语言文字的形式记载和流传下来的。因而，它也是人工智能的一个重要，甚至核心部分。
用自然语言与计算机进行通信，这是人们长期以来所追求的。因为它既有明显的实际意义，同时也有重要的理论意义：人们可以用自己最习惯的语言来使用计算机，而无需再花大量的时间和精力去学习不很自然和习惯的各种计算机语言;人们也可通过它进一步了解人类的语言能力和智能的机制。
实现人机间自然语言通信意味着要使计算机既能理解自然语言文本的意义，也能以自然语言文本来表达给定的意图、思想等。前者称为自然语言理解，后者称为自然语言生成。因此，自然语言处理大体包括了自然语言理解和自然语言生成两个部分。历史上对自然语言理解研究得较多，而对自然语言生成研究得较少。但这种状况已有所改变。
无论实现自然语言理解，还是自然语言生成，都远不如人们原来想象的那么简单，而是十分困难的。从现有的理论和技术现状看，通用的、高质量的自然语言处理系统，仍然是较长期的努力目标，但是针对一定应用，具有相当自然语言处理能力的实用系统已经出现，有些已商品化，甚至开始产业化。典型的例子有：多语种数据库和专家系统的自然语言接口、各种机器翻译系统、全文信息检索系统、自动文摘系统等。
自然语言处理，即实现人机间自然语言通信，或实现自然语言理解和自然语言生成是十分困难的。造成困难的根本原因是自然语言文本和对话的各个层次上广泛存在的各种各样的歧义性或多义性(ambiguity)。
一个中文文本从形式上看是由汉字(包括标点符号等)组成的一个字符串。由字可组成词，由词可组成词组，由词组可组成句子，进而由一些句子组成段、节、章、篇。无论在上述的各种层次：字(符)、词、词组、句子、段，„„还是在下一层次向上一层次转变中都存在着歧义和多义现象，即形式上一样的一段字符串，在不同的场景或不同的语境下，可以理解成不同的词串、词组串等，并有不同的意义。一般情况下，它们中的大多数都是可以根据相应的语境和场景的规定而得到解决的。也就是说，从总体上说，并不存在歧义。这也就是我们平时并不感到自然语言歧义，和能用自然语言进行正确交流的原因。但是一方面，我们也看到，为了消解歧义，是需要极其大量的知识和进行推理的。如何将这些知识较完整地加以收集和整理出来;又如何找到合适的形式，将它们存入计算机系统中去;以及如何有效地利用它们来消除歧义，都是工作量极大且十分困难的工作。这不是少数人短时期内可以完成的，还有待长期的、系统的工作。 以上说的是，一个中文文本或一个汉字(含标点符号等)串可能有多个含义。它是自然语言理解中的主要困难和障碍。反过来，一个相同或相近的意义同样可以用多个中文文本或多个汉字串来表示。
因此，自然语言的形式(字符串)与其意义之间是一种多对多的关系。其实这也正是自然语言的魅力所在。但从计算机处理的角度看，我们必须消除歧义，而且有人认为它正是自然语言理解中的中心问题，即要把带有潜在歧义的自然语言输入转换成某种无歧义的计算机内部表示。
自然语言处理发展至今，任然有着许多有待突破的难点： 单词的边界界定、词义的消除句法的模糊性、有瑕疵的或不规范的输入、语言行为与计划。未来的自然语言处理发展必然离不开这些问题的讨论。
感知矿山(wsn能量优化路由与矿山CPS)
本次讲座时由姜老师为我们讲解感知矿山----矿山物联网的相关理论和具体是实例。
我们知道物联网是近年来新兴起的一种技术，目前在国际上还没有形成统一认识。美国和欧洲将其视为一种智能的、传感的、泛在的网络技术。国际电信联盟在 2005 年发表的网络报告《ITUInternet Reports 2005 ：The Internet of Things》中也没有对其的内涵进行明确的解释。而在 2009 年 9 月的中欧之间的物联网与企业环境研讨会上，当时的欧委会信息社会与媒体司，也就是现在的通信网络、网络数据和技术司的部门负责人则提出了他们对于物联网的理解：物联网是全球性的动态网络基础设施，它能够对标准化和能互相操作的通信协议进行自我组织，其中物既包括物理的也包括虚拟的，它有物理属性、虚拟属性、身份特征和智能接口，并能够与信息网络做到无缝结合。无论物联网的定义是什么，它都有其核心的四大技术基础，即传感网络技术、物对物的信息交换技术(M2M)、两化融合技术和传感技术(RFID)。
现如今，无论是国内外学者、研究机构还是企业都对物联网理论和其应用技术研究非常重视。在我们国家矿山物联网物联网建设进程正在不断深入，有关矿山物联网建设的理论模型已经逐渐建立起来了，也建立起了矿山物联网技术的开放性标准模型。
矿山作为物联网应用的一个重要发展区域，矿山物联网是通过各种传感、信息传输、处理技术、云计算、自动化控制技术、现代信息管理等与现代采矿及数据挖掘技术紧密相结合，构成矿山中人与人、人与物、物与物相联的网络，将原本各自独立的作业体系通过无形的纽带连成一个整体，并通过集成化的管理平台提供生产指导、安全调度、生产经营、辅助决策等功能，从而实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化以保证矿山企业的又好又快发展。
矿山物联网的建设综合应用了物联网技术和可视化管理理论，主要是通过感知、信息传递以及信息处理，来对整个矿山及生产施工现场进行系统化、数字化和可视化的监控。潞安集团司马煤业公司在实践中试点应用了矿山物联网的物联网技术，为我们提供了宝贵的经验，矿山物联网的建设要将地质地理、采矿生产、安全监测、产品运输以及生态环境等多方面信息进行收集并数字化，把传感技术、信息处理技术、现代信息管理技术、现代监控技术等高科技与现代采矿业的生产加工技术紧密联系起来，最终形成人与人、人与物、物与物的全面联系的综合矿山网络，为详尽地感知和控制矿山生产和运营做准备，以保证整个矿山的安全与和谐。
在煤矿综合自动化建设的基础上,矿山物联网建设的核心问题是“三个感知”,即矿山物联网灾害风险,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;矿山物联网设备工作健康状况,实现预知维修。“三个感知”的目标是减灾保安全为了实现“三个感知”,需要研究开发矿山特有的感知与测量技术。许多地质参数与岩层运动规律是影响矿山安全的关键因素,如地下水赋存情况、瓦斯与煤突出、岩层受力与冲击地压、采空区发火等。目前对这些影响煤矿安全的重要因素的感知技术还不是很成熟。电磁幅射、声发射、透地成像、微振监测、红外视觉识别等技术是研制矿用感知传感器的热点技术。还应加强各类新型MEMS传感器的研制。
需要利用先进智能传感器与物联网技术对煤矿有关环境与地质参数进行实时采集,根据采集的数据与理论分析,研究煤炭资源开采尤其是深部资源开采中重大灾害的成因、预测预报理论以及防治对策等关键问题;重点研究煤与瓦斯突出、矿井突水、顶板冒落与冲击地压等突发性动力灾害成灾机理、矿山重大灾害应急救援与事故分析理论与技术,为深部资源开发中重大灾害事故的预测、预报和防治提供可靠的理论基础和技术支持。
与煤矿生产密切相关的大型设备有很多,有些设备的运转状况会直接影响工作人员的生命安全,因此,对这些大型设备进行实时的健康状况监测一直是人们关注的热点。煤矿生产过程监测和控制与地面工厂生产线有很大的不同,这就是煤矿生产过程始终需要与许多未知的因素打交道,这些未知因素对煤矿安全生产起着决定性的影响作用。因而需要研究煤矿生产工作面各种设备的联动控制与煤层、顶底板的关系,建立拟人化控制模型。目前,开展了基于传感器网络的煤矿井下采煤装备远程定位、煤岩识别、大型设备姿态控制等技术的研究;在矿山机电设备变载荷的特殊工况、摩擦磨损的监测和诊断方面具有明显特色,形成了系列理论成果,开发了专用的实验装置。
第一章 总则
1. 中山大学东校区《前沿》杂志社是在校党委学生工作部和东校区学生工作办公室指导下，由东校区学工办主管的面向东校区学生党员，建党对象和入党积极分子的学生党员刊物。
2. 《前沿》杂志社是东校区学工办与学生，尤其是学生党员沟通和交流的一个平台，同时也是作为向上级党组织展示东校区学生党员文化的一个窗口。旨在推动东校区学生党员文化的发展，展示中大学生党员文化。
3. 《前沿》的创刊理念是“追求顶尖的文化传承，追求前沿的学生党员文化”，办刊理念是“求实，创新”。
4. 《前沿》的发展规划为：立足东校区，面向整个中大，构建完整的结构体系;辐射整个大学城，通过合作与交流，推动大学城学生党员文化的发展。
5. 《前沿》杂志社与中山大学东校区“理论与时政青年研修班”为合作共建关系。
6. 《前沿》每学期出版3期，以网络杂志形式出版。
第二章 组织架构
第一条 《前沿》杂志社由顾问、指导老师、编委会、编委会下设社长、副社长、主编、副主编及四个部门组成。
第二条 《前沿》杂志社编委会由编委会社长、副社长、主编、副主编及秘书长组成。编委会委员由东校区学工办提名产生。
第三条 编委会的职能包括负责社内工作的全面指导，对社内活动的运作过程进行全面监督，决定杂志社的重大事情。 第四条 社长：社长由编委会提名，报学工办批准产生。社长负责报刊的全面组织统筹工作，负责与编委会、学工办的沟通与传达工作，协调组织内部各部门工作的开展，规划报刊的发展与完善;总体负责青研班的理论及实践宣传工作。
第五条 主编：主编由编委会提名，报学工办批准产生。主编负责组织领导杂志社的编辑出版工作，具体规划杂志社的编辑工作。
第六条 编委会委员、各部部长任期为一年，任期期满经考核合格，由东校区学工办颁发聘任证书。 第七条 《前沿》杂志社的运作实行社长负责制，社长对编委会负责。
第八条 社长办公会由社长、副社长、主编、副主编、各部部长组成，由社长主持召开，负责杂志社的运作及日常工作。
第九条 《前沿》杂志社由秘书处、采编部、网络部和宣策部组成。副主编及各部部长由社长提名，经编委会批准产生。 各部副部长由各部部长提名，经社长办公会批准产生。各部部长对社长负责。 第十条 《前沿》杂志社各部门职能：
1、秘书处：负责报刊主题的策划与安排工作，布置与协调各部门出版工作的开展设置报刊出版进程;跟进各部门的工作进程;管理杂志社的资金，统筹财政安排。
2、采编部：根据秘书部确定的主题负责开展杂志内容的采集工作。采编部根据实际情况设置青研采编部，负责青研班的采编工作。
3、网络部：结合秘书部的报刊主题和采编部的资料，负责报刊的排版设计工作;报刊逐步稳定完善后，进行报刊网站的制作工作。
4、宣策部：负责杂志的宣传工作以及杂志社活动的宣传策划工作。
第三章 杂志社成员的权利和义务
1. 杂志社成员的产生。有共同爱好，思想上积极上进的党员、预备党员、建党对象和入党积极分子均可向《前沿》杂志社提出申请，由编委会审核批准产生。
2. 杂志社成员权利。杂志社成员享有参与杂志社各项活动，建议改进工作方法、完善工作制度、修订规范化文件的权利。有权对本杂志社的各项工作提出建议和意见，并有权对本杂志社的各项活动、工作提出质疑，要求有关人员给予答复，亦可直接向指导老师提出。关于开展某项活动的建议被采纳的社员，应优先参与该项活动的策划组织工作。同等条件下社员可优先在《前沿》的刊物上发表文章。
3. 杂志社成员的义务。杂志社成员应遵守杂志社的纪律和运行规程，维护杂志社形象。按要求参加杂志社活动，按时高效的完成杂志社交给的任务和工作，对于长期不参加杂志社活动者，按自动退社处理。杂志社成员有义务遵守杂志社章程，服从学工办及杂志社编委会的管理，对违反有关规定者，视情节轻重给予适当处理。
第四章 纪律组织
第一节考勤制度
1. 《前沿》社员大会及主办活动，均实行签到考勤制度，由秘书处负责签到及考勤情况整理、备案。
2. 因故无法出席者须提前向部长请假，获得批准后报秘书处备案。
3. 社内干部对待本职工作必须认真负责，按时完成。由于懈怠等原因造成工作失误者应给予批评警告，造成严重后果者由编委会讨论作出处罚决定。
第二节奖惩制度
1. 每年度经由社员民主评议评出年度优秀干部若干名，由编委会评出优秀社员若干名，作为对工作热情、表现积极、为报社做出一定贡献的骨干和社员的表彰。
2. 对工作负责、表现积极、能力突出的社员，其所在部门负责人可向编委会推荐，经编委会研究同意批准，对该社员进行社内职务上的提升。
3. 若有社员对某一负责人工作不满，可书面提出，经调查核实，报校学工办指导老师批准并对该负责人进行纠正、批评、警告、直至撤职等处分。
4. 若有社员对所在部门负责人工作不满意，须由三分之二以上该部门成员向编委会提交书面意见，经编委会调查、核实，报东校区学工办批准，对该负责人进行批评、警告、直至撤职等处分。
5. 无故缺席例会三次以上者，将被视为自动退社处理。
6. 严重违反社内运行规程和纪律，触犯校规校纪，违反国家法律者，一经有权部门查实，立即开除出社。
第五章 出版
1. 每学期初，总编及各版主编组织采编人员召开编辑会议，确定版面主题、内容，并分配任务。 2. 每学期初和学期中，以海报、网络通告的形式登载征稿启事，向我校全体学生公开征集稿件。
3. 在《前沿》上刊发的文章，可向其他公开发行的刊物投稿。
4. 每期杂志定稿后，由执行编辑统一整理，编排目录，经主编审阅，由编委会、学工办批准后出版。
第六章 财政管理
《前沿》实行专人专管、专款专用的组织形式，力求使经费使用合理，账目清楚。
1. 每年制定一次财政预算案，经费由秘书处安排专人负责，按财政预算案统一管理和使用。
2. 每期出版费用，都由负责财务的秘书处干事做出详细的账目表，经编委会审核批准后开支使用。
3. 财务负责人在每次活动后进行开销统计，收集整理需报销的票据后统一报销。
4. 一切费用支出的报销，都必须开具发票，并由经手人、证明人签名并注明用途方可支取。
5. 经费使用应遵循节俭原则。
附则
第一条 本章程修改权归属中山大学东校区《前沿》杂志社。修改需经社员大会3/4以上(含3/4)出席人数同意通过;或由社员大会2/3以上(含2/3)出席人数同意通过，并报东校区学工办审批。 第二条 本章程解释权归属中山大学东校区《前沿》杂志社。 第三条 本章程自通过之日起施行。
中山大学东校区《前沿》杂志社
二零零五年十月
中国·联科肾脏病专项基中国·联科肾脏病专项基金金康复成果汇报会在京成功召开由北京联科中医肾病医院主办，中国科学院、军事医学科学院 、中国中医科学院联合承办的“2013中美肾脏病前沿技术推广大会——中国·联科肾脏病专项基金康复成果汇报会” 已于2013年7月27日在全国人大·会议中心成功举行。会上邀请到了来自世界各地约200多名院士、专家、学者云集北京共同研讨肾脏病的最新防治进展。
据悉本次大会主要参与嘉宾包括中国科学院、中国工程院院士、国家中医药管理局领导、卫生部肾脏病研究所原副所长、北京联科中医肾病医院名誉院长章友康教授、美国田纳西大学Tony N. Marion教授、中国科学院领导、军事医学科学院、国家卫生部、中央文明办、全军心里卫生技术专家指导组教授及北京联科中医肾病医院重要领导等。大会围绕原发性/继发性/遗传性肾脏疾病、透析和肾移植、急性肾损伤和持续肾脏替代治疗、先天性泌尿道畸形、肾脏疾病基础研究等国际学术前沿专题进行研讨，会上来自美国Tony N. Marion教授对肾病问题做了发展动态展示。同时对肾脏病前沿技术的推广也进行了相关探讨，为北京联科中医肾病医院国际会诊中心发挥更大作用打下了坚实的基础。
本届大会的亮点还在于首次把北京联科中医肾病医院领头研究的“5C国际康肾体系”面向大众及媒体发布与推广，它的成功实施，为全国及海外肾脏病患者解除了病痛，为成千上万个家庭送去幸福。对于促进医院医疗、教学和科研水平的提高，加快肾脏病医学人才培养，提高全国乃至世界人民群众的肾脏病预防与治疗水平具有十分重要和积极的意义。据悉，自2012北京联科成立首家肾脏病专项基金以来，已成功帮助3000多名肾脏疾病患者及家庭找回健康。据该公益项目相关负责人介绍，本次大会上北京联科•肾脏病专项基金还专门为此启动一个新项目——中国·联科青少年肾脏病康复援助计划，该项目主要针对中国青少年肾病患者，涵盖了青少年肾病免费救助、心理辅导、青少年圆梦计划等主要环节。另外在大会上还宣布正式成立 “中美肾脏病实验室”，希望能借助此次大会举办的契机，进一步推动中国肾脏病领域的大力发展，为更多的患者提供一流的医疗服务和人文关怀。会上从参会者的发言和讨论中可以充分体会到专家们对肾病问题极大的关注和重视，现今全球大约有5亿人存在不同程度的慢性肾脏病变，然而令人遗憾的是，在信息高度发达的今天，人们对慢性肾脏疾病的知晓率极低：九成以上患者竟不知情!全球有近20%的肾脏疾病患者到医院就诊时，病情已经发展到晚期;更让大家惋惜的是，即使知道得了肾脏疾病，目前也没有一个权威健全的治疗方法，肾脏疾病的规范及科学治疗已经成为全球关注的严重问题。
遥感科学与技术
1.遥感：从远处探测、感知物体或事物的技术。泛指通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特性，而又不直接接触物体的技术。 2.遥感的特点：①宏观性 ②综合性 ③多波段性 ④多时相性 ⑤重复探测，有利于进行动态分析 ⑥快速
3.遥感器：接收从目标中反射或辐射过来的电磁波的装置。其组成：传感器由收集、探测、信号、记录系统组成。
4.遥感平台：搭载遥感器的平台。 5.遥感技术系统的组成：遥感试验、遥感信息获取、处理、应用。
6.遥感的分类：按遥感工作平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感。按电磁波分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。按目的分：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、海洋遥感、水利遥感。
7.遥感技术研究的必要性：
① 人类及其生存的地球正面临着严峻的挑战。
(灾害频繁、资源耗失、环境污染、生态破坏。遥感是解决上述问题的基础：环境变化、灾害预报、资源预报)
② 国防建设与国家安全的需要。 ③ 经济和社会可持续发展的的需要：用于国土资
源规划与管理，城市的发展，精准农业，智能化交通等领域。
④ 国家科技发展战略的需要。
1、 遥感卫星：⑪气象卫星 ：①地轨和高轨卫星
②成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理③短周期重复观测④ 资料来源连续、实时性强、成本低。⑫陆地卫星(资源卫星) ⑬海洋卫星
2、 遥感在水利中的应用： ① 原理：水体的光谱特性，不同水体的水面特性，
悬浮物的性质和数量、水深和水底特性不同。 ② 在近红外图像上，水体成黑色 ③ 在雷达图像上，水体成黑色
④白天水体为暗色调，夜晚为浅色调
3、 遥感在水利中的应用：
① 在洪涝灾害遥感监测与评估方面的应用 ② 遥感在旱情监测方面的应用和研究 ③ 水土流失调查与动态监测方面的应用 ④ 应用遥感技术进行有效灌溉面积调查 ⑤ 在大型水库区环境容量方面的遥感应用
水利遥感在干旱沙漠区地下水资源的调查、古河道的变迁、河床及河口、三角洲的演变，大型水库坝址的地质调查，水利工程的前期规划以及水资源水环境污染的监测与调查等方面也都有不少的应用。
11、 效益分析
1、洪涝灾害的监测与评估 ：①社会效益 ②经济效益
2、在水土流失遥感调查方面
3、遥感在水利工程的前期规划、大型水库工程的地质调查、环境容量调查
12、遥感在水利应用中存在的问题
1、遥感应用单位性质和机制问题
2、遥感数据源问题
13、 未来的方向与需求： ① 开展遥感在险情、隐情快速探测方面的实验与研究
② 建立精度较高的基于灾情的评估和风险管理的地理信息系统
③ 发展我国自己的地球卫星
⑤ 继续开展大面积快速探测地表土壤前期含水
量并与水文气象等进行洪涝灾害监测 ⑥ 建立快速传输系统，全球定位系统
14、GPS(24卫星)
⑪GPS定义：利用人造地球卫星进行点位测量导航技术的一种(①空间部分 ②地面控制部分 ③用户设备部分
GPS信号接收机任务：捕捉GPS卫星发射的信号并进行处理
GPS的定位基本原理利用测距交汇确定点位 GPS点位的特点：
① 全球地面连续覆盖24颗均匀分布卫星保证地
面任何地点
② 功能多、精度高、操作简单
③ 实地定位速度快，可在1s内完成 ④ 抗干扰性强、保密性强 ⑤ 两观测点间不需要通视
14、GIS
① GIS信息：用文字、数字、符号、语言、图像、图形等介质来表达事件、事物或现象等内容、数量和特征，从而向人们提供的关于现实世界新的事实和知识。
信息特征：客观性、适用性、可传输性、共享性 ② 数据：一种未加工的原始资料，用文字、数字、符号、语言、图像、图形等都是数据。
③ 数据是信息表示载体，信息是数据的表示的内容。
④地理信息：关于地理信息实体、现象或关系的本质、特征及其运动状态、规律的表征和一切有用的知识。 ⑤ 地理数据：各种地理特征、现象和关系的符号化表示。包括空间位置及关系，周期性特征和时域特征的部分称为空间数据的基本特征。
⑥ 地理信息特征：
1、空间分不性
2、属性特征
3、数据量大
4、信息载体多样性
5、时序性
⑦ 信息系统：具有采集、管理、分析和表达数据能力的系统。
⑧ 地理信息系统：在计算机软硬件支持下是以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面(包括大气层在内)空间和地理分布有关的数据的计算机空间信息系统(整个地球或部分区域的资源，环境在计算机内的缩影)
⑨ GIS发展阶段：
1、起始
2、发展巩固
3、推广应用
4、蓬勃发展
⑩ GIS构成：硬件、计算机、外设、网络设备、GIS平台软件、数据库软件、系统软件、地理信息系统软件、应用分析程序。
⑾、结构：知识维、逻辑维、时间维
⑿、GIS软件平台的功能组成：数据输入模块，图形与属性编辑块，数据存储与管理模块、数据分析与处理模块、数据输出与表示模块、用户接口模块 ⒀、5个方面的问题：位置问题、条件问题、变化趋势、模式
11、GIS可以做什么?
管理海量数据、浏览查询、叠加分析、缓冲区分析、生成数字地面模型(地形分析、网络分析、路径分析GIS应用构成)
12、空间数据结构类型
A、矢量数据概念(代表地图、图形的各离散)b、栅格数据
16、GIS的现状：基础空间数据建设部门、市政设施部门、公众服务部门、金融服务部门、社会经济部门、能源部门
水利信息化系统
1、系统组成：信息采集、洪水预报、防洪调度、灾情评估、信息服务、汛情监测、会商信息气象系统
2、防汛系统→水资源管理→水土保持系统
3、技术在水利中的应用：防汛抗旱、水资源利用、水环境保护、水土保持、水文监测、流域规划、农田水利
4、水资源利用：
① 水资源对生态影响分析
② 地下水流系统化学组成时空变化分析 ③ 高光谱对地下水分析 ④ 降雨后河流蓄水动态分析 ⑤ 水资源污染评估
⑥ 子象元分类用于水质分析 ⑦ 水体演变遥感动态分析 ⑧水政管理
⑨水资源水文地质图 ⑩水资源规划
⑾水资源对人类影响分析
⑿地下水质与土壤及水文化状况分析 ⒀区域水资源综合分析 ⒁水利设施分析
⒂水利制图，水土流失分析
5、水土保持：水评价、流域三维生态景观
6、水环境监测：a、高光谱、光谱分析 b、淹没地理分类 c、变化检测 d、基于专家系统的水资源分类
7、水利工程规划：a、南水北调水利工程规划 b、城市泄洪系统示意图 c、GIS与水利模型集成应用d、水利工程规划评估
远程自动化监控技术
1、设计原则：
①全面规划、分级段结合工程建设逐步设施 ②采用技术先进，稳定性好，抗干扰性强 ③灵活、方便，功能及扩充性强 ④愤青项目的主次
2、基本功能：数据采集、数据通信、管理、系统检测、系统显示、优秀的监控管理系统软件、防雷、抗干扰性功能、监控数据外部接口 水文自动检测系统：
⑪ 、a水情自动采集系统：数据采集、遥测站、中继站和中心站组成超短波通讯水情自动测报系统b流程：
⑫ 水质监测系统：a、设置水质检测站 b、对未实现，自动采集的重要水质参数、人工检测后输入c、建立水质数据库d、建立预测分析模型，水质评价等模型
⑬闸门监控系统功能：a、自动监测上、下游水位及各扇门的开度和运行状态信息b、可实现近地控制、远程测控c、根据设定模型自动监控启闭闸门d、故障传警，越线告警功能 ⑭泵站监控系统
1.“数字都江堰工程”五个方面的基本特征?①空间化：高精度的定点、定位。②数字化：对信息的数字化以便量化处理。 ③网络化：实现信息资源的共享与合理利用，实现互操作。
④智能化：应用3S技术和模拟方法进行分析研究，提供决策支持。
⑤可视化：在信息资源的输入、分析过程、输出
等方面实现虚拟现实的仿真。
计算机视觉学科前沿知识
计算机视觉就是用计算机来模拟人的视觉系统，实现人的视觉功能，通常是指用摄像机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等，从而实现对客观的三维世界的识别。人与其他动物一样，视觉、听觉、触觉等感官功能的产生，首先在于进化过程中生存的需要。根据美国心理学家Gibson的理论，人的视觉不管有多少用处，但主要功能可概括为适应外界环境和控制自身的运动。看到汽车冲过来，你会赶快回避;看到前面有激流，你不会冒然趟过去。“适应外界环境和控制自身的运动”还是比较抽象的概念。事实上，为了适应外界环境和控制自身的运动，视觉系统需要能识别物体(可想而知，一个人连亲戚、同事、朋友都不认识，会怎样生活)，能判断物体的运动以及确定物体的形状和方位(否则，无法抓取物体)。所以，物体识别、物体定位、物体三维形状恢复和运动分析，就构成了计算机视觉的主要研究内容。
随着自动化水平不断的提高，机器视觉在自动化行业中应用也是越来越多，而机器视觉在我国可以说处于刚起步发展阶段，机器人视觉是一门新兴的发展迅速的学科，八十年代以来, 机器人视觉的研究已经历了从实险室走向实际应用的发展阶段。从简单的二值图象处理到高分辨率多灰度的图象处理,从一般的二维信息处理到三维视觉机理以及模型和算法的研究都取得了很大的进展。而计算机工业水平的飞速提高以及人工智能、并行处理和神经元网络等学科的发展,更促进了机器人视觉系统的实用化和涉足许多复杂视觉过程的研究。
目前，机器人视觉系统正在广泛地应用于视觉检测、机器人的视觉引导和自动化装配领域中。 在现代化的大生产之中，视觉检测往往是不可缺少的环节。比如，汽车零件的外观，药品包装的正误，IC字符印刷的质量，电路板焊接的好坏等等，都需要众多的检测工人，通过肉眼或结合显微镜进行观测检验。大量的人工检测不仅影响工厂效率，而且带来不可靠的因素，直接影响产品质量与成本。另外，许多检测的工序不仅仅要求外观的检测，同时需要准确获取检测数据，比如零件的宽度，圆孔的直径，以及基准点的坐标等等，这些工作则是很难靠人眼快速完成。 近年来发展迅猛的机器视觉技术解决了这一问题。机器视觉系统一般采用CCD照相机摄取检测图象并转化为数字信号，再采用先进的计算机硬件与软件技术对图象数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图象特征值，并由此实现模式识别，坐标计算，灰度分布图等多种功能。然后再根据其结果显示图象，输出数据，发出指令，配合执行机构完成位置调整，好坏筛选，数据统计等自动化流程。与人工视觉相比较，机器视觉具有精确，快速，可靠，和易数字化等优点。
机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。例如生产线上的单摄像机视觉系统，它的视觉系统用来检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等;图像处理设备包括相应的软件和硬件系统;输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。
由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。但是不可见光不利于检测系统的操作，且价格较高，所以，目前在实际应用中，仍多用可见光作为光源。
机器视觉系统中，视觉信息的处理技术主要依赖于图像处理方法，它包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。图像的增强用于调整图像的对比度，突出图像中的重要细节，改善视觉质量。通常采用灰度直方图修改技术进行图像增强。图像的灰度直方图是表示一幅图像灰度分布情况的统计特性图表，与对比度紧密相连。图像的数据编码和传输，数字图像的数据量是相当庞大的，一幅512*512个像素的数字图像的数据量为256 K字节，若假设每秒传输25帧图像，则传输的信道速率为52.4M比特/秒。高信道速率意味着高投资，也意味着普及难度的增加。因此，传输过程中，对图像数据进行压缩显得非常重要，数据的压缩主要通过图像数据的编码和变换压缩完成。图像边缘锐化处理主要是加强图像中的轮廓边缘和细节，形成完整的物体边界，达到将物体从图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。图像分割是将图像分成若干部分，每一部分对应于某一物体表面，在进行分割时，每一部分的灰度或纹理符合某一种均匀测度度量。图像的识别过程实际上可以看作是一个标记过程，即利用识别算法来辨别景物中已分割好的各个物体，给这些物体赋予特定的标记，它是机器视觉系统必须完成的一个任务。
在本世纪
四、五十年代发展起来的线性滤波器以其完善的理论基础，数学处理方便，易于采用FFT和硬件实现等优点，一直在图像滤波领域占有重要地位，其中以WIENER滤波器理论和卡尔曼滤波理论为代表。但是线性滤波器存在着计算复杂度高，不便于实时处理等缺点。虽然它对高斯噪声有良好的平滑作用，但对脉冲信号干扰和其它形式的噪声干扰抑制效果差，信号边缘模糊。为此，1971年，著名学者TUKEY提出非线笥滤波器——中值滤波器，即把局部区域中灰度的中值作为输出灰度，并将其与统计学理论结合起来，使用迭代方法，比较理想地将图像从噪声中恢复出来，并且能保护图像的轮廓边界，不使其变模糊。近年来，非线性滤波理论在机器视觉、医学成像、语音处理等领域有了广泛的应用，同时，也反过来促使该理论的研究向纵深方向发展。
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