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中圖分類號:G641 文獻標志碼:A 文章編號:1002-2589(2015)30-0145-02
引言
航空航天代表了科技和工業發展的最前沿,是促進國家科技發展、滿足經濟建設、增強國防安全和加快社會進步的重要力量。加強航空航天類高校教育,培養一批具有高素質、創新能力的航空航天類專業人才是服務我國戰略發展的必然需求。航空航天類本科人才是高層次航空航天類人才的基礎,培養適應國際競爭的航空航天類本科人才,是我國航空航天科技發展的關鍵。當前,以美、俄為代表的航空航天大國都建設了自己特色的航空航天專業院系,開展了多年的教學實踐,具有豐富的經驗。論文旨在通過材料的梳理,了解國外航空航天專業人才培養模式,對國際一流大學航空航天類專業設置、課程安排、學生培養特點等方面進行研究,從中總結經驗,為國內航空航天類專業教學教改提供參考。
一、國外著名航空航天院系
(一)美國著名航空航天院系
美國是世界上航空航天類研究最發達、人才培養最成功的國家,其人才培養主要依賴其國內的大學。比較有代表性的有麻省理工學院和斯坦福大學。
麻省理工學院航空航天類教學與科研由航空航天系負責,下設三個部門,分別是信息部、航空系統部、飛行器技術部。信息部分主要研究航天系統有關的信息獲取、處理、傳輸技術,如衛星通信、高空偵察、空中通信、集成防御系統等,負責教授導航、制導、控制、通信、網絡、實時軟硬件系統等課程。航空系統部門主要研究航空航天高復雜性系統的設計、制造、操作方法,教授最優化方法、故障診斷、系統容錯等課程,建有人機實驗室、空間系統實驗室、國際空運中心、操控臺研究中心、復雜系統研究實驗室等。飛行器技術部門負責計算方法、流體力學、推進技術、材料科學、結構技術等的研究和教學,建有宇航計算設計實驗室、空氣渦輪實驗室、宇航微小結構協會、空間推進實驗室、先進材料和結構技術實驗室等。
斯坦福大學航空航天系隸屬于工學院,承擔航空專業的教學科研任務。該系的研究領域包括空氣彈性變形及流體仿真、飛行器設計與控制、應用航空動力學、空氣聲學計算、流體動力學計算、動態系統計算、機器人控制、復雜材料與結構、湍流模擬、推進、高超聲速流體、導航、控制系統辨識與優化、衛星工程、湍流與燃燒等。
(二)俄羅斯著名航空航天院系
俄羅斯也是航空航天強國,開設航空航天專業的主要學院有莫斯科國立航空學院、西伯利亞國立航空航天大學。莫斯科國立航空學院建于1930年,擁有12個學院,56個系,128個實驗室,3個設計局,幾個計算機中心,一個實驗工廠,一套運動航空訓練設施,一個莫斯科附近的飛機場,兩個科研機構(應用力學和電氣力學,低溫研究)。該學院通常以數字編號代替學院名稱,從一院到十二院分別為航空工程院、發動機院、控制系統院、信息與電力院、無線電電子學院、經濟與管理院、航空航天院、機器人與智能系統院、應用數學和物理院、應用力學院、人文科學院、預科院。西伯利亞國立航空航天大學擁有空間研究及高技術學院和航天技術學院,設置了飛機制造系、航空發動機與能源裝備系、飛行器管理系統系、航空導彈技術系、飛行器無線電技術系統系。
(三)歐洲著名航空航天院系
英國帝國理工學院在其工學院設置了航空系,主要負責飛機設計制造方面的研究與人才培養,包括航空動力學與航空結構學兩個研究方向。航空動力學方向包含流體基礎、航空飛行器設計、控制、生物醫學、環境與工業關系等方面的研究。航空結構學方向包括計算力學、沖擊與損傷、復合材料等方面的研究。
法國國家高等航天航空學院已經有90多年的歷史,它位于歐洲航天業發展的中心地帶,致力于培養頂尖的技術工程師,在研制協和式客機的工程師當中,有許多就是從法國高等航天航空學院畢業的。學院下設5個系和一個研究中心,分別是空氣動力學、能源、推進系、結構與材料力學系、光電子與信號系、語言文化藝術系、航空宇航中心。
二、國外著名航空航天院系專業設置與課程體系
(一)學位與專業設置
國外著名航空航天院系多數是本科四年,研究生二年,英國有本科3年,研究生1年。俄羅斯不同,如莫斯科國立航空學院預科1年、本科4年、碩士2年、博士3年。在學位設置上,各個院校有所不同,歸納起來,主要有工學學士、航空航天工程學士、航空工學學士、航空航天工學學士、航空工程理科碩士、航空航天工程學士、航空與宇航工程學士、航空學理科碩士、航空與航天學理科碩士、機械與航天工程理科碩士。
(二)國外著名航空航天院系課程體系
麻省理工學院(MIT)航空與航天專業是美國同領域中最有名的專業,其人才培養理念和課程設置世界聞名。MIT航空與航天系設有兩個本科專業方向:航空與航天科學工程專業和航空與航天信息科學工程專業,兩個方向的課程設置都建立在航空航天基礎(核心)課程上,下面分別以A和B代指這兩個專業。課程主要包括全校統一要求課程和系課程構成。全校統一要求課程包括基礎科學課程(6門)、人文、藝術、社會科學課程(8門)、科學與技術限選課程(2門)、實驗課程(1門);系課程包括系核心必修課程、專業課程、試驗與進展課程,其中系核心必修課程包括一體化工程I、II、III、IV,計算機和工程問題求解引論,自動控制原理、動力學、隨機系統分析、微分方程;專業課程中專業A包括空氣動力學、結構力學、推進系統引論、航天工程中的計算方法,專業B包括航天系統的評估與控制、數字系統實驗室介紹、實時系統與軟件、交互系統工程、人為因素工程、自主決策原理;試驗與進展課程包括飛行器工程、空間系統工程、試驗項目I、試驗項目II、飛行器進展、空間系統進展I、空間系統進展II。
(三)學時學分要求
1.學分組成。課程學分組成考慮教學環節,如MIT飛行動力學課程,總學分12分,構成包括課堂3分、實驗1分、預習和復習8分。另外還有無學分課程,課程必修但無學分,如普林斯頓沒有學分制、強調上課門數,斯坦福大學基礎課程要求5門航空航天基礎課程,專業課程4選3。英國大學一般不設立學分制,所有學生都按部就班完成規定課程的學習。
2.學分要求。美國大部分學校有明確的畢業學分數要求。如MIT航空航天工程系根據培養計劃設課程學分,又分成4類,分別是核心課(core)108、專業領域課(professio-
nal area)48、實驗和綜合應用(experiment and Capstone)30、非限制性選修課(unrestrictived elective)48,總學分大于234學分。但是在學分數量并不統一,差異很懸殊,如密歇根128學分、MIT大于234學分、賓州州立132學分。航空航天專業必修課比例很高,有的高達90%以上,如斯坦福、佐治亞理工、普渡。另外還有只要求課程而不要求學分的,如普林斯頓畢業要求共36門課。
3.學時要求。有些大學要求學時達到一定數量,如悉尼大學本科至少192學時,研究生核心課程和選修課程,至少144學時。斯坦福大學研究生基礎課程設置門數要求,其他按學時要求,數學(6個學時)、技術選修(12學時)、人文社科類選修(45學時)。
三、國外著名航空航天院系專業培養特色
歸納起來,國外著名航空航天院系在專業培養上具有如下特色。一是國外著名大學航空航天專業設置寬、窄各有特色。美英等專業設置以寬口徑、大類培養為主,基本不針對特定航空航天器劃分專業,學生專業方向只是體現在個別課程的選擇上。俄羅斯、烏克蘭等的專業劃分細而精,如莫斯科國立航空學院幾乎整個大學的院系專業就代表了航空航天器的各個不同部分,專業面向具體而明確。二是國外著名大學航空航天專業課程體系具有少而精且多樣化特色。美英等課程每學期課程數量相對較少,但課業工作量不少。學生畢業所需學時學分也不少。美英等航空航天專業的課程必修多、選修少,完全學分制的作用并不明顯,反映了航空航天專業的特殊性。課程學習課內外并重,還有較多實踐環節、交流討論、項目設計等。課程的環節豐富多樣(如劍橋)。教授授課。三是注重通識教育與專業教育的結合。在通識教育上,在課程設置中有重視科技寫作、科研道德規范、表達與交流、團隊協作、人文素質培養和工程師就業指導。在專業教育上,強化多樣化實踐環節、注重專題課程和生產實習。四是注重綜合素質和個性化培養。例如南安普敦大學設置有工程管理與相關法律的必修與選修課程,讓學生學習在工程實踐中如何領導團隊、進行項目管理與風險評估、做出決策以及熟悉與之相關的法律知識。還會從工業部門請來客座教師來協助授課,并安排有相應的實踐環節。針對個性化培養需求,在課程設置上具有較大的選擇基數。
四、總結
航空航天類本科人才是高層次航空航天類人才的基礎,是航空航天類研究生人才的后備軍。論文主要對國際一流大學航空航天類專業學位與專業設置、課程體系、學時學分要求點等方面進行了梳理,總結了人才培養特色,為國內航空航天類專業建設和教學教改提供參考。
參考文獻:
[1]田正雨,李樺.麻省理工學院航空航天類本科生課程體系分析[J].高等教育研究學報,2010(1).
中國航天事業的蓬勃發展也給我們的高考命題提供了很好的素材。2008年發射"神舟七號",航天員出艙在太空行走;2011年8月,"嫦娥二號"成功進入了繞"拉格朗日點"的軌道,我國成為世界上第三個造訪該點的國家;"神州八號"飛船與"天宮一號"目標飛行器成功實施了首次交會對接等,都給了我們非常生動的情境。下面我就從航天技術的發展歷程、載人航天工程七大系統等方面來研究航空航天中的物理問題,具體如下:
一、航空航天技術的發展
人類很早就有了航天的思想,我國古代流傳的"嫦娥奔月"、"吳剛砍桂"等傳說故事,就是對人類航天理想的生動描繪之一。當然,人類真正實現這種理想是到19世紀末才開始起步的.從那時起,相繼涌現出俄國的齊奧爾科夫斯基,美國的戈達德和德國的奧伯特等富于探索精神的航天先驅者。俄國的奧爾科夫斯基最早從理論上證明用多級火箭可克服地球的引力而進入太空,建立了表征多級火箭理想速度的著名的齊奧爾科夫斯基公式。而且他肯定了液體發動機是航天飛行器最適宜的動力裝置。美國的戈達德是液體火箭的創始人。他曾指出,要克服地球引力,火箭必須具有每秒79公里的速度。他在1921年開始研制液體火箭發動機,1926年3月16日,他研制的液體火箭飛行成功。德國的奧伯特也是最早的火箭和航天的理論家和實踐者。1923年奧伯特論述了火箭飛行的數學理論,并對火箭結構和星際飛行提出了許多新觀念。到了1942年10月3日,德國太空協會的青年專家布勞恩領導的航天研究小組,經過艱苦的探索,在總結歷次失敗教訓的基礎上,終于發明了再生冷卻式燃燒室和燃氣舵等新技術。采用這些新技術,終于獲得彈道導彈(V-2)的發射成功[1]。從而在工程上實現了航天先驅者的技術思想,取得向地球引力挑戰的勝利,并對后來大型火箭的發展起到了繼往開來的重大作用??胺Q是人類航天發展史上的一個里程碑。
第二次世界大戰后,前蘇聯和美、法、日、加拿大、澳大利亞等國家,都先后發射了探空火箭,創造出發射393公里高度的紀錄,獲得了許多高層空間的寶貴資料,為發展航天奠定了科學基礎。經過10多年的艱苦探索之后,于1957年10月4日,前蘇聯把世界上第一顆人造地球衛星送入大氣層外的運行軌道,開創了人類航天史的新紀元。以后,美、英、法、日和中國、印度等國均成功地發射了人造衛星。自60年代中期開始,衛星的發展便從探索試驗轉入實用階段。如今,人類發射的偵察、預警、通信導航、天文氣象、海洋監視、測地探礦等應用衛星巳超過2500顆,它們在經濟、軍事和科研中發揮了非常大的作用。
隨著航天技術的發展,人類不斷刷新航天紀錄.創造出一個個驚人的奇跡。諸如:1961年4月12日開辟了載人航天的成功之路;從1959年開始又開創了對月球的探測和人類登月考察的新篇章;自70年代起,人類對太陽系中的行星先后進行了探測,前蘇聯和美國并相繼在空間建立了航天站;80年代初又發明了能重復使用的航天飛機等等。這些令人鼓舞的成就,對航天技術及其它科學領域的發展都具有深遠的歷史意義。
二、物理在航空航天中的應用
(一)火箭推進原理
所有航天器的發射都依靠火箭技術,而火箭的飛行是遵循著質點系動量定理和動量守恒的。豎立在發射架上的火箭本身帶有燃料和氧化劑,火箭在發射前總動量為零,當點火燃燒后,高溫高壓的氣體不斷從火箭尾部的噴管往后噴出,從而使火箭獲得向上的巨大推力,克服自身的重力,向太空沖去。下面我們看一下火箭所受的推力大小和火箭的運動速度。
(二)火箭的速度
火箭是依靠連續不斷的噴出大量質量m極小的燃料氣體才得到連續平穩的加速上行。為了進一步說明火箭在這一過程中獲得的速度,先不考慮地球的重力作用,將質量為M的火箭中的燃料燃燒后噴出的燃料氣體看成質量為m(遠小于M)、相對火箭速度為u的細小彈丸,由于火箭不受任何外力,因此火箭系統總動量守恒,當彈丸以速度u向后噴出,火箭就獲得與彈丸等量而方向向前的動量,由于燃料不斷燃燒,火箭體的質量就不斷減小,因而火箭是一個變質量體系,我們用動量守恒來計算火箭最后得到的速度。
(三)多級火箭
從以上的分析可知,要想航天器上天,至少要獲得7.9km/s 的速度,而要到達其他行星或是其他星系,則需要更大的速度。要想火箭得到大的速度,就必須增大燃料氣體的噴射速度u和增大質量比M/Me。我們先看燃料氣體的噴射速度,它受到諸多因素的影響,一種液態的常規燃料是偏二甲肼( H-N-N-CH3)加四氧化二氮(N2O4),燃料后氣體的速度u接近2km/s,另一種非常規的燃料(如液氫加液氧)做推進劑,其噴射速度可達4km/s。同時由于火箭上所裝載的儀器設備等的影響質量比M/Me 也有所限制,大約在10到20之間[2]。在這樣的條件下,我們可以對一級火箭所能達到的末速度做一估計,其速度必須達到10.8(km/s)這并不是火箭真正能達到的速度,必須考慮地球引力和空氣阻力的影響等,所以最終的單級火箭的速度只可能達到7km/s左右,小于第一宇宙速度7.9km/s,無法將航天器送上天。
實際的火箭通常為多級火箭,是用多個單級火箭經串聯、并聯或串并聯(即捆綁式)組合而成的一個飛行整體。
三、載人航天工程七大系統
(一)航天員系統
載人航天首先要有航天員及其上天飛行的保障設施。這是一個航天員為中心的醫學和工程相結合的復雜系統。它涉及航天生命科學和航天醫學等領域,包括航天員的選拔訓練、航天員的醫學監督保障、 航天員的一樣食品、航天員飛行訓練模擬等分系統。
(二)載人飛船系統
飛船是載人航天的核心部分,它為航天員和有效載荷提供必要的生活和工作條件,保證航天員進行有效空間實驗和出艙活動,并安全返還地面。
(三)運載火箭系統
運載火箭是把載人飛船安全可靠送入預定軌道的運載工具。包括箭體結構、動力裝置等10個分系統,特別是增加了載人所需的故障監測分系統和逃逸救生分系統。
(四)飛船應用系統
載人航天工程最終是為了應用,創造效益,因此飛船應用系統是備受關注的部分。它利用載人飛船的空間試驗支持能力,開展對地觀測、環境監測、生命科學、材料科學、流體科學等試驗,安裝有多項任務上百種有效載荷應用設備。
(五)測控通訊系統
當運載火箭發射和載人飛船上天飛行以及返回時,需要靠測控系統通信系統保持天地之間的經常聯系,完成飛船遙測參數和電視圖像的接受處理,對飛船運行和軌道艙留軌工作的測控管理,這個測控通信系統由北京航天指揮控制中心、陸上地面測控站和海上遠望號遠洋航天測量船隊組成、執行飛船軌道測量、遙控、遙測、火箭安全控制,航天員逃逸控制等任務[3]。
(六)發射場系統
神舟號飛船的發射場選在酒泉衛星發射中心,發射場系統由技術區、發射區、試驗指揮區、首區測量和航天員區組成,形成火箭、飛船、航天員從測試到發射以及上升段、返回段測量的一套完整體系。
(七)著陸場系統
載人航天這路著陸場系統包括主、副著陸場,陸上應急援救、海上應急援救、通信測量、航天員醫保等部分。
四、結束語
關鍵詞:中美貿易順差;高技術產品;形成原因;調整對策
20世紀90年代初,隨著美國“新經濟”的出現,美國與世界其他國家或地區間的高技術產品貿易迅速發展。作為世界“新經濟”的發源地,美國毫無疑問成為世界第一科技強國,科技創新能力和生產能力都超過其他國家。然而,自21世紀初以來,美國對中國的高技術產品貿易卻呈現日益擴大的貿易逆差,其形成的真正原因以及如何對其進行調整,需要我們做進一步深入研究。
一、中美高技術產品貿易差額的現狀
目前,中美兩國商務部均已開始統計雙邊高技術產品貿易,但相比之下,美國商務部的統計時間較早,數據較為充分。根據美國商務部的劃分方法,高技術產品主要分為10類:生物技術、生命科學、光電技術、信息與通訊、電子產品、柔性制造品、高新材料、航空航天技術、武器和核技術。
從2002—2008年中美高技術產品貿易差額的數據看,它主要有三個特征:第一,中美高技術產品貿易順差的核心是中美信息與通訊貿易順差。2002—2008年中美信息與通訊產品貿易順差保持著年均100億美元左右的增長速度,七年累計總額高達3414.48億美元,在中美兩國10類高技術產品貿易順差總額中的比重高達109.64%。第二,中美兩國間部分高技術產品貿易正從順差轉為逆差。自2007年以來,中國對美國的生物技術、高新材料與核技術貿易正逐步從貿易順差逆轉為貿易逆差,而且2008年這三類商品的中美貿易逆差正日益擴大。第三,雖然部分關鍵高技術產品雙邊貿易仍表現為中國對美國的貿易逆差,但其中有部分產品的貿易逆差額在縮小。
從2002—2008年中美高技術產品貿易差額的結構看,并非所有類別的高技術產品都呈現中國對美國的貿易順差,如在生命科學、電子產品、柔性制造品和航空航天技術等產品上,中國始終對美國呈持續貿易逆差,七年的貿易逆差總額分別達到18.12億美元、179.19億美元、42.53億美元和292.99億美元,只是因為中國對美國信息與通訊貿易順差數額過大,才使中美高技術產品貿易整體表現為順差。需要指出的是,從2008年開始,中國對美國的生命科學、柔性制造品和航空航天技術貿易逆差正呈日趨縮小的趨勢,相比2007年同期分別減少了0.07億美元、3.83億美元和19.68億美元。
二、中美高技術產品貿易順差的形成原因
中美高技術產品貿易順差是由多因素導致的,因此需要對表現出不同變化趨勢的雙邊高技術產品貿易差額做出解釋,才能真正闡釋中美高技術產品貿易順差的形成原因,本文認為可以從三個方面解釋其成因。
1、外資對中國信息與通訊行業的產業轉移。中美高技術產品貿易順差的核心是中美信息與通訊產品貿易順差,要探討中美高技術產品貿易順差的形成原因,首先要解釋中美信息與通訊產品貿易順差為什么會持續擴大。20世紀90年代初,在信息與通訊技術革命的推動下,美國率先步入“新經濟”時代。進入21世紀,隨著東亞各主要國家或地區對美國信息與通訊領域創新技術的模仿,世界信息與通訊領域的市場競爭日益激烈,美國也因此開始調整其高技術產業發展的重心。
首先,美國在繼續鼓勵國內信息與通訊產品研發和創新的基礎上,逐步將處于衰退期的信息與通訊產業的核心制造與加工裝配環節讓渡給其他國家或地區進行,建立起信息與通訊產品的全球生產網絡。目前,美國將信息與通訊產品的零部件制造環節主要是讓渡給東亞的日本、韓國、中國臺灣地區及東盟進行,而將信息與通訊產業的加工生產工序,與東亞的這些國家或地區一起,通過外商直接投資的方式轉移到勞動力成本較低的中國。這使得以外資在華企業加工類產品出口為特征的對美出口不斷增多,中美信息與通訊貿易中也因此出現了明顯的“外資引致中美加工貿易順差”的特征。
其次,美國開始將國內政策支持的重點轉向新興高技術產業。如生物技術、生命科學、電子產品、柔性制造品、高新材料等新興產業。通過將資本、人力資源、稅收優惠向這些新興產業的傾斜,鼓勵其產品研發及參與國際市場競爭,以始終保持其對其他國家或地區的技術優勢,2008年美國在生物技術、生命科學、電子產品、柔性制造品、高新材料、航空航天技術、核技術等產品上能夠保持對中國的貿易順差,與此有一定關聯。因此,綜合這兩方面因素,可以認為包括美資企業在內的外資企業對中國的信息與通訊產品加工生產工序的產業轉移,是導致中美高技術產品貿易順差的最主要原因。
2、美國對中國的技術出口管制。目前,國內外學術界更多地是從“重商主義”的角度解釋中美高技術產品貿易順差的形成原因,有兩種截然不同的觀點:其一,美國部分學者認為中國實施的出口鼓勵和限制美國對華出口政策,導致中美高技術產品貿易順差;其二,部分中國學者和國外機構認為美國對華技術出口管制是造成中美高技術貿易順差的主要原因。沈國兵(2006)認為1989年后美國對華實施的貿易制裁和技術禁運,加強了對華高技術產品出口管制,致使中國從美國高技術產品進口被扭曲,使美國對中國高技術產品貿易出現逆差。中美經濟安全委員會(USCC)認為,中美貿易引發了戰略技術利害關系,中國是美國先進技術產品的最大供給商,究其原因可歸咎于美國對華高技術產品出口管制政策。杜莉(2006)則明確提出,由于美國始終對中國懷有,“戒心”,因此一直限制涉及到安全問題的高技術產品出口,在諸如核電站、衛星、超大型計算機和數控機床等許多產品的對華出口上實施嚴格限制,使中國在高技術產品進口上出現了“愿買者無可買”的現象。
從中美兩國10類高技術產品貿易順差的趨勢看。美國對華技術出口管制可以解釋中美部分高技術產品,如光電技術、武器與核技術貿易順差的形成原因。但是,“中國實施出口鼓勵和限制美國對華出口導致中美高技術產品貿易順差”的觀點卻難以成立。2004-2007年中國在對美國出現貿易順差的同時,卻對日本、韓國、東盟和中國臺灣地區出現了巨額貿易逆差。這充分說明中國對外并沒有實施獎出限入的重商主義貿易政策,否則在出現中美貿易順差時,必然會出現中國對這些國家和地區的貿易順差。
目前,“美國對華技術出口管制”論的解釋力度正不斷減弱。美國在決定對外是否實行出口管制政策時一般基于四個原則:一是否涉及敏感技術和武器出口而危及美國國家安全,二是否影響美國國家戰略目標和外部政策目標,三是否影響到美國經濟利益,四是否允許美國對其先進技術出口進行終端使用情況檢查。從這些原則看,由于光電技術、武器與核技術等關鍵高技術可能在軍事領域廣泛運用,美國必然會對其出口實行嚴格限制,導致美國在這些產品上對中國呈貿易逆差。然而,在與軍事領域也有密切關聯的航空航天技術與柔性制成品上,美國對中國卻始終保持貿易順差,這是美國對華技術出口管制論難以解釋的。
3、中國國內技術創新水平的提升。2008年中美兩國10類高技術產品貿易最突出的變化表現為中國對美國的生命科學、柔性制造品和航空航天技術貿易逆差在不斷縮小,這間接地加快了中美高技術產品貿易順差的擴大速度,這很可能是近年來中國在這些領域自主創新水平的提升導致的。
21世紀初以來,隨著中國加入世界貿易組織,政府對知識產權保護和自主技術創新的日益重視,中國國內科技研發水平日益提升,尤其是在航空航天技術創新能力迅速提高的帶動下,中國在上述幾類高技術產品上的對美進口日益減少,一定程度上加快了中美高技術產品貿易順差的擴大。
三、調整中美高技術產品貿易順差的可行措施
隨著中美高技術產品貿易順差的擴大,貿易各方間實際形成了一種“互利”、但非“共贏”的利益分配格局。貿易各方利益分配不均的現實客觀存在,尤其是在美國主導的全球高技術產品生產網絡中,中國主要從事的是低附加值的加工裝配、貼牌定制等勞動密集型工序,這些工序相比美國從事的研發工序及東亞主要國家或地區從事的核心制成品生產工序,進入門檻低、替代性強、基本處于或接近處于完全競爭狀態,因而常常只能獲得較低的附加收益。如果這種利益分配不均一直持續,將可能拉大各主要國家或地區的貿易及經濟發展差距,不利于中國在國際經濟格局中地位的保持或提升。因此,需要對中美高技術產品貿易順差進行適當調整,以實現貿易各方的真正“互利共贏”。
1、完善外資政策,強化對高技術產業外資流入的政策性引導。中美高技術產品貿易順差的核心是信息與通訊產品貿易順差,而其主要來源是包括美資企業在內的外資在華企業。因此,當前要調整中美信息與通訊產品貿易順差,就需要對外資在華直接投資方向做出調整。
目前,FDI在中國信息與通訊領域的投資主要集中在高技術產品加工生產企業,加工貿易仍然是中國對美信息與通訊貿易的主要方式。這種貿易方式不僅使中國獲利較低,而且全部最終產品的出口均被計人中國對美出口。因此,中國政府需要對高技術產業中的外資流入結構進行政策性引導,逐步減少對信息與通訊產業加工類外資流入的“超國民待遇”,將優惠政策集中于其他新興高技術產業,尤其是具有自主研發和技術創新能力產業的引資上,降低外商對華信息與通訊加工制造業投資對中美貿易順差的“引致擴大效應”,增加其他新興高技術產業的引資額,提高其技術創新能力和對外貿易競爭力。
2、改善中美政治關系,游說美國政府及國內利益集團。中美政治關系是否改善是決定中美經貿關系好壞的重要基石。當前調整中美高技術產品貿易順差的可行途徑之一是逐步減輕美國對華技術出口管制。因此,當前中國政府應做的重要工作之一,就是要想方設法改善中美政治關系,通過游說美國國內的部分利益集團,由其作為中國的“代言人”,游說美國政府將中國視為“正常的”貿易伙伴,取消對華實施或即將實施的技術出口管制。
3、繼續擴大內需,彌補美國進口需求的下降。在國際金融危機爆發的背景下,如何應對美國對中國進口需求的下降是中國外貿政策需要解決的主要問題之一。中國不僅要想方設法維持對美高技術產品出口的持續擴大,而且應繼續堅定不移地推行擴大國內有效需求的政策,變國內過剩儲蓄為國內消費,變對美高技術產品出口為國內銷售。從而有效彌補美國國內進口需求下降給中國出口帶來的“缺口”,使包括外資在華企業在內的中國國內企業的銷售實現可持續增長。
中圖分類號:G643 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)03(b)-0000-00
1、引言
高等教育承擔者人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承四大任務,其中,人才培養是核心。本科生教育是高等教育的基石,在整個高等教育體系中具有舉足輕重的地位,世界一流大學無不高度重視本科教育。自1999年高校學校實施擴招以來,我國本科生招生一直維持龐大規模,2011年,全國高校院校招收本科生349萬人。龐大的招生規模,使得本科生培養質量受到嚴峻挑戰,尤其是作為本科生培養質量和教育教學改革效果重要衡量標準的創新能力和實踐能力,存在嚴重缺失。2011年4月,總書記在清華大學建校100周年大會上指出,高等學校要創新教育教學方法,強化實踐教學環節,形成人才培養新優勢[1]。
近年來,國內高校積極借鑒國外大學本科生創新實踐能力培養經驗,努力探索適合我國高等教育實際的政策措施,其中,建立本科生創新實踐基地是重要的方式。國外的劍橋大學、麻省理工學院、普度大學、波士頓大學等很早就已積極探索本科生創新實踐活動組織形式,開設了形形的本科生創新實踐項目,以航空航天專業為例,普度大學組織本科生開展了固液探空火箭和小型云在火箭的設計、加工制造和發射等全流程活動,波士頓大學本科生創新實踐活動包括了探空火箭、納星、臨近空間浮空飛行器等諸多項目。據不完全統計,全世界目前有近100所大學在開展納星研究,有50余所大學組織開展以高空氣球為工具的臨近空間探測等研究,其中,絕大多數項目都有本科生,甚至是高中畢業后即將入學的本科生發揮著重要作用。國內的浙江大學、華中科技大學、國防科技大學、西北工業大學、南京航空航天大學等國內重點高校相繼建立了本科生創新實踐基地[2~6],本科生創新能力、實踐能力培養取得一定成績,同時,創新實踐基地建設也暴露出一些問題,如運動管理效率較低、創新實踐項目設置不合理、創新文化氛圍不足、師資隊伍薄弱等[7]。
本論文結合國防科技大學無人飛行器本科生創新實踐基地建設實踐,對航天學科本科生創新實踐基地建設問題進行分析研究,研究成果對于加強本科生創新實踐基地建設和運行管理,促進本科生創新實踐活動高效蓬勃發展,推動本科生創新實踐能力提升,加快本科生整體培養質量躍升,具有重要的現實意義。
2、建設航天學科本科生創新實踐基地的必要性
2000年以來,隨著國家政策調整,航空航天事業地位日益突出,除傳統航空航天院校外,高等院校尤其是工科院校,如清華大學、上海交通大學、西安交通大學、大連理工大學等紛紛設立航空航天專業,空天學科本科生招生規模日益擴大。對于航空航天這樣的尖端科學技術,通過建設創新實踐基地,鼓勵本科生從事豐富多彩的創新實踐項目,對于增強本科生專業認同感,激發創新激情,培養創新能力、實踐能力和協同攻關能力等尤為重要。
2.1是強化本科生認同感、激發學習熱情的需要
本科教育是高等教育的第一個階段,剛剛結束高中階段學習的本科生,對于高等學校專業的含義理解和認知程度十分有限,對所學專業未來應用領域和應用前景的認識更是少之又少,加上就業壓力大等各種因素影響,導致很多航天專業本科生專業認同感缺失,缺乏學習興趣,更談不上學習激情,嚴重影響本科生培養質量,尤其是相對研究生階段學習,本科階段是夯實基礎理論和學習能力的關鍵時期,薄弱的本科基礎,會嚴重影響學生未來研究生階段的學習,進而制約未來的發展。
建設本科生創新實踐基地,使本科生在課程學習的同時,有機會參與衛星、運載火箭、無人機、高空科學氣球等與所學專業有密切聯系的創新實踐活動,近距離接觸與所學專業密切相關的科研項目和工程項目,可使本科生充分理解航天學科的應用方向和應用領域,認識所學專業的重大戰略意義,了解所學專業的前沿發展動態,從而大大增強學生的專業認同感,加深專業認知度,激發濃厚的學習熱情[8],打牢專業基礎。
2.2是培養本科生創新能力與實踐能力的需要
創新能力和實踐能力培養歷來受到國外高等學校高度重視,通過本科階段學習培養良好的創新能力和實踐能力,是本科生在研究生階段可出高水平研究成果、走上工作崗位可堪大任的關鍵。受傳統教育模式和教育觀念影響,現階段我國本科生教育對引導學生創新意識,鼓勵學生參與創新實踐活動,激發學生創新思維,培養學生創新能力和實踐能力的關注仍十分不足,造成本科生創新能力和實踐能力嚴重缺乏。在航空航天專業,很多本科畢業生畢業之時,尚未見過真實的飛行器,對飛行器組成和功能的理解僅局限于課堂上所講的通用的動力、結構、控制等幾部分,對更加具體的分系統和部件的認知十分匱乏。
建設本科生創新實踐基地,設置豐富多彩的創新實踐項目,為學生從事創新實踐活動提供良好條件,使本科生充分利用所學知識,設計新概念飛行器,參與諸如無人機等飛行器從方案論證、方案設計、加工制造至發射試驗的全壽命周期活動,可大大激發學生的創新熱情,激發學生的創新思維,培養實踐動手能力,從而大大提升創新能力和實踐能力。
2.3是培養本科生團隊協作精神和協同攻關能力的需要
人類科技史表明,絕大多數成功的科學家都具有良好的團隊協作精神[9]。大力協同、合力攻關的團隊協作精神,也是 “兩彈一星”、載人航天等國家重大項目研究歷程中凝練出來的寶貴財富。尤其是航天科技這樣的尖端科研領域,涉及面極廣,參與人員多,更是需要團結寫作的攻關模式。以載人航天工程為例,包括運載火箭系統、載人飛船系統、航天員系統、發射場系統、測控系統、著陸場系統等大系統組成,每個系統又包括若干子系統。這樣復雜的工程沒有大力協同、聯合攻關的團隊協作意識和組織模式是根本無法完成的。由于傳統本科教育模式中,學生絕大部分時間都用于課堂學習,最多在相關課程實驗或實驗課程中會有些許的寫作開展實驗項目的機會,造成本科生團隊協作精神和協同攻關能力難以得到很好培養。
建設本科生創新實踐基地,圍繞設置的模擬工程實際的飛行器設計項目,眾多本科生進行角色分工,共同完成一個實踐項目,集智創新,合力攻關,對于培養學生的退隊協作精神和集體榮譽感,提高協同攻關能力無疑具有重要作用。
3、航天學科高水平本科生創新實踐基地建設的啟示
高水平的本科生創新實踐基地,對于提高本科生的創新能力和實踐能力,培養團隊協作精神,培育創新思維,具有重要推動作用,而低質量的創新實踐基地,雖然浪費了大量人力物力,卻難以在提高本科生培養質量方面發揮作用。作者所在的國防科技大學無人飛行器本科生創新實踐基地,堅持以創新實踐項目合理設置為核心,以高水平導師隊伍配備為關鍵,以濃郁的創新氛圍營造為牽引,以健全規范的運行機制為保障,多年來,在推動提升航天專業本科生培養質量方面起到了重要作用,成為學院本科生創新實踐基地的典范。結合無人飛行器本科生創新實踐基地多年建設的實踐,我們認為,建設高水平的航天學科本科生創新實踐基地,必須做好以下幾個方面工作。
3.1努力設置高水平的創新實踐項目
實踐項目設置是創新實踐基地工作的核心,創新實踐基地的全部活動實際上都是圍繞實踐項目開展的,實踐項目設置的水平直接關系到創新實踐活動的效果,關系到基地的運行效果。本科生創新實踐基地實踐項目設置要充分考慮本科階段重在夯實專業基礎的學習特點,注重蘊含對所學專業知識的運用,充分體現學研結合;注重從多角度鍛煉學生的實踐動手能力,減少低水平的、粗放的所謂動手能力培養;注重鼓勵學生參加創新實踐項目的積極性和主動性,盡量減少項目設置限制,讓學生可以大膽嘗試新概念、新想法;注重實踐項目要根據航天技術前沿發展動態不斷更新,避免一個實踐項目連續使用多年。近幾年來,隨著無人飛行系統的發展,無人飛行器本科生創新實踐基地的實踐項目也實現了不斷更新,從常規無人機到太陽能無人機,從常規零壓氣球到長航時超壓氣球,從常規飛艇到平流層飛艇,實踐項目設置緊跟無人系統發展的前沿,實現了持續更新,起到了良好效果。
3.2打造指導能力強的導師隊伍
高水平的導師隊伍是建好創新實踐基地的關鍵[10]。導師不僅是創新實踐項目的設置者,而且直接指導學生參與創新實踐活動的全過程。創新實踐基地導師隊伍,既要保證有一定比例的有多年本科生培養經驗的老教授、老專家,又要大力吸納年輕的、時間充裕、思維活躍的青年教師,還可以適當引入航天工業部門的工程技術人員到創新時間基地兼職。創新基地導師隊伍建設可與本科生全程導師制度有機結合,選取在全程導師制中表現突出的導師進入創新實踐基地工作。多年來,無人飛行器創新實踐基地凝聚了大批年輕的具有博士學位的教師和博士后,吸納了兵器工業集團附屬工廠的工程技術人員,引進了部分具有海外留學經歷的青年教師,他們工作熱情高、工作時間充裕,創新實踐能力強,在創新實踐活動開展過程中和學生打成一團,親自參與無人機設計、加工制造、野外飛行試驗、試驗結果分析等全部環節,確保了創新實踐活動的效果。
3.3推動形成濃郁活潑的創新實踐文化
文化作為一種軟力量,其影響作用“于無形中見力量”。要采用靈活多樣的方式方法,推動形成濃厚的創新實踐文化氛圍,使學生積極主動參與創新實踐活動,勇于創新創造。經常舉辦各種創新實踐活動宣傳,讓對創新實踐活動感興趣的、切實參與創新實踐活動的學生做解說宣傳,引導更多學生進入創新實踐基地;在創新實踐基地舉辦各種形式的新概念飛行器設計大賽等競賽活動,設置專門的展區,展出歷次競賽獲獎作品,激發學生的創新實踐熱情[11];可聘請美歐等航天學科創新創新實踐活動組織效果突出的院校的負責人,到創新實踐基地向學生介紹國外學生創新實踐的情況;可安排專門資金,鼓勵創新實踐能力強的學生參與國際學生創新實踐活動,比如參與國際高校大學衛星計劃,參與德國、瑞典等聯合發起的歐洲學生探空火箭和科學氣球創新實踐活動等。我校無人飛行器本科生創新實踐基地,每年定期安排在創新實踐活動中表現突出的本科生開辦學術交流活動,宣傳創新實踐活動成果,交流創新實踐活動經驗,擴大創新實踐基地影響;基地借助“航天科技文化周”等活動,舉辦各種形式的新概念無人機設計大賽,同時,積極派出學生參加“中航杯”、“挑戰杯”等全國性學生作品競賽活動。極大激發了學生在創新實踐活動中力爭上游的熱情,取得了豐碩的創新實踐活動成果,形成了競爭性創新實踐文化。
3.4制定規范高效的運行管理機制
健全規范的運行管理機制是本科生創新實踐基地高效有序運行、充分發揮作用的重要保障[12]。要設立專門的創新實踐基地管理機構,安排專門的高水平管理人員,對基地運行秩序進行管理,尤其是要考慮本科生課程較多的實際,確保實踐基地有足夠的開放時間,使學生確實在課程之余能夠進入基地開展實踐活動;要努力發揮信息化手段在創新實踐基地運行管理中的作用,依托互聯網等手段,實現實踐項目選擇、實踐項目交流、實踐成果展示等網絡化管理。
4、結束語
建設創新實踐基地,是探索提高航天學科本科生培養質量的一種新模式。從國內外著名高校已有航天學科創新基地的運行效果來看,基地的確在促進航天人才培養質量方面發揮了重要作用,從國內航天學科本科教育存在的問題和社會對航天學科畢業生的需求來看,建設創新實踐基地勢在必行。創新實踐基地的建設和運行是一項復雜的系統工程,本文結合作者所在的國防科技大學無人飛行器本科生創新實踐基地建設和運行情況,對建設航天學科本科生創新實踐基地的必要性進行了深入分析,對建好本科生創新實踐基地的政策措施進行了系統總結,為國內航天學科本科生創新實踐基地建設提供借鑒。
參考文獻
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一是校本研修是“基于學校和教師的發展”。校本研修是學校、教師在教育教學的實際工作中發現、思考和迫切需要解決的問題,也是教師在教育教學中遇到的最有意義的問題。當多媒體技術全面挑戰傳統課堂的時候,學校積極應對新形勢的發展,開展“信息技術與學科整合”的校本研修;學校以《教育法》《教師法》《教師職業道德規范》等為主要內容,結合實際工作,要求教師對照自己的言行,開展“提高自身修養和責任意識”的校本研修;隨著“終身學習”的觀念深入人心,學校開展了“創建閱讀型校園”的校本研修,旨在以此帶動學生終身學習習慣的養成。同時,在新課程改革的大背景下,學校以教研組為單位,積極開展學科知識研修,以順應課程改革的趨勢。
二是校本研修是通過學校自行策劃與實施的,即“通過學校和教師的發展”而有效推進的。學校大力支持校本研修活動,通過自行設計與策劃安排,做到成系列、分階段、有層次。例如,在“信息技術與學科整合”的研修活動中,信息技術教師利用課余時間對其他教師進行統一培訓,已卓見成效;在“提高自身修養和責任意識”的研修活動中,以黨總支和團委為核心,通過集中學習、觀看視頻材料、小組研討等方式具體實施,并且積極通過心理課堂等渠道教育學生;學校政教處正與語文組、歷史組聯合開展國學教育活動,通過示范課、觀摩課等方式喚起師生心中對圣賢哲思的溫情與敬意。有諸如雙語教學等學科問題,也在各教研組開展得如火如荼;加大硬件建設力度,為閱讀型校園等活動提供保障。
三是校本研修的主要目的是“為了學校和教師的發展”。經過“信息技術與學科整合”的校本研修,教師們已經掌握了基本的軟件操作技術,并與學科教學有效整合,充分發揮多媒體的優勢,調動了學生的積極性、主動性,大大提高了課堂效率?!疤岣咦陨硇摒B和責任意識”及各學科的研修活動,提高了教師的政治理論水平,增強了其事業心和責任感,使學校形成了一種忠于、勤于、樂于教育事業的優良師風。近兩年來,學校涌現出了一大批優秀教師代表,如國家、省、市、區骨干教師55人,各級優秀班主任21人等。學科知識研修是一線教師教育教學能力提升的“加油站”,讓教師們自覺地走向了學科教學的最前沿,使學校開設的校本課程上了一個新的臺階。
二、校本研修的實踐探索
1.“航天勵志”特色,課題引領發展
神舟飛船總設計師戚發軔院士在學校60周年校慶上的講話燃起了師生心中的激情,開啟了校本研修新的思路。學校物理組開展了“探索宇宙空間,繼承航天夢想”的研修活動,并以校本課為載體讓航天知識走進了課堂。在此活動的影響、推動下,學校先后有百余名學生考入北京航空航天大學、南京航空航天大學以及其他名校的航空航天專業。2016年5月,戚發軔院士在學校建校70周年校慶之際第四次重返母校,為全校師生及老校友做了長達三個小時的題為“航天技術與中國航天”的主題報告,以“熱愛祖國、無私奉獻、自力更生、艱苦奮斗、大力協同、勇于登攀”的“兩彈一星”精神和“特別能吃苦、特別能戰斗、特別能攻關、特別能奉獻”的“載人航天”精神再次勉勵師生。
學校分別聘請資深航天科普作家、中國宇航學會《太空探索》雜志社原社長兼主編田如森教授,國家青少年航天科普教育專家、全國青少年科技教育終身成就獎獲得者金聲老師,蒞臨學校參觀指導,為全校師生作專場報告,展示人類航天成果與航天人的科技素養,開闊了學生的視野,點燃了學生們投身科技事業的熱情。田教授還向學校饋贈了珍貴的航天種子,讓航天育種項目走進了“金高生態園”,為學校的航天特色發展助力引航。學校抓住這樣的機遇,申報了省級課題“航天勵志在高中教育教學中的實踐研究”,以課題促研修,以研修謀發展。
2.以課堂改革促校本研修
課堂教學改革是一切改革的基礎,也是一切改革成敗的關鍵。在全國大力開展教育教學改革的浪潮中,“請進來”“走出去”等各種培訓方式被各個學校廣泛應用,但此時的校本研修便具有其他形式無可比擬的優勢。
現在,翻轉課堂教學模式受到學校和教育工作者的高度關注。所謂“翻轉課堂”,是指學生提前完成課堂知識的學習,而課堂變成了教師與學生之間和學生與學生之間互動的場所,包括答疑解惑、知識的運用等,從而達到更好的教育效果。學校教師們通過不斷地踐行翻轉課堂,取得了良好的教學效果。
學校派教師到廈門等地學習關于翻轉課堂、微課、慕課等相關教學模式,并投資修建了標準化錄播教室等。有的教師在欣賞了很多微課后,雖然自我感覺良好,但實際操作起來完全可以用“抓狂”來形容。所以,在接下來的“翻轉”路上可能會遇到很多困難,故應做好保障工作,加大對教師相關方面的培訓力度,進一步調動學校校本研修及發展的動力。
三、校本研修的主要依托
校本研修的順利開展必須以大批的骨干教師為依托,帶動全校教師共同研修。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2016)11-0001-04
測試技術課是工程類專業的主干專業基礎課,對于學生的動手實踐和試驗探索能力培養具有非常重要的意義。該課程是一門綜合性和實踐性很強的課程,在教學過程中必須有效兼顧知識傳授的廣度和深度、試驗探索的理論與實踐兩對矛盾[1]。通常在本科和研究生層次上都會開設相應的課程。
創新能力培養已成為研究生教育改革的基本問題,應將其貫穿于包括課程教學在內的研究生培養的各個環節[2]。研究生創新能力的培養不僅影響高等學校知識創新的水平, 也關系國家未來的整體創新能力[3]。近年來,隨著航空宇航事業的迅猛發展和公眾對航空宇航的認知提升,研究生學歷已經成為從事航空宇航技術工作的基本條件,越來越多的學生跨專業進入航空宇航類專業的研究生行列。培養具有創新能力的航空宇航專業研究生對于提升我國航空宇航領域的技術實力和國際競爭力具有非常重要的意義。鑒于測試技術本身具有很強的實踐性,因此有必要探索能激發研究生積極思維和主動參與、具有航空宇航特色的測試技術課程教學模式,使測試技術課程教學成為培養研究生創新和實踐能力的重要環節。
關于本科階段測試技術課的教學改革和實踐,國內諸多學者進行了卓有成效的探索。針對機械工程與自動化及相關專業“測試技術”精品課程建設的需要,劉進志等從教學資源建設、師資隊伍建設、教學內容革新、實踐教學模式改革等方面進行了探索。王豐在“機械工程測試技術”課程體系優化、優質資源開發、教學技術改進、實驗內容建設、工程素養和創新能力培養等方面進行了一系列改革與實踐[4]。以培養學生綜合應用能力為目標,李孟源等提出了強化測試技術實踐教學的新思路,并在河南科技大學的教學過程中進行了實踐[5]。賀德全對通信、電子信息、測控工程專業測試技術課“現代測試技術及應用”的教學改革進行了有益的探索,提出了課程改革的新思路[6]。王鵬等對應用電子技術、信息工程、測控技術與儀器等專業的測試技術課“自動測試系統”課程建設進行了探索,在教學隊伍、教學內容、教學方法與教學手段、教材建設、教學管理和實踐教學等方面開展了教學改革實踐[7]。
不同于本科測試技術課程,研究生測試技術課更強調以創新和實踐能力培養為核心的知識體系廣度和試驗探索實踐。課程教學應充分借鑒國外頂尖高校的先進經驗,強化前沿性、研討性和實踐性等教學環節,激發學生主動參與和積極思維的創新意識,為學生創新實踐能力的培養提供充足的教學空間[8]。然而遺憾的是,如何對研究生測試技術課進行改革以適應創新實踐能力的培養需求在國內還是空白,更遑論航空宇航這樣具有鮮明專業特色的研究生測試技術課程的教學改革。
有鑒于此,本文以北京理工大學 “航空宇航測試與試驗技術”課程為樣本對航空宇航類專業研究生測試技術課程的教學改革進行了探索。在分析該課程的培養需求和教學目標基礎上,本文提出了課程教學改革思路和詳細的教學環節設置,總結了依托課程網站、科研課題和實驗室設備進行課程教學改革的經驗和實踐效果,以期對國內高校航空宇航類專業及類似專業的研究生測試技術課教學改革有所啟發。
一、培養需求分析
“航空宇航測試與試驗技術”是北京理工大學宇航學院為航空宇航科學與技術專業開設的一門主干技術基礎課,是學術型碩士研究生、全日制碩士專業學位研究生以及本科起點博士的專業必修課。課程課內計劃學時為54學時,考核方式為平時考核與期末考試相結合的方式。其中,平時考核占70%,期末考試占30%。在測試技術、航天技術概論等課程學習的基礎上,本課程旨在構建合理的課程知識體系,著力培養研究生在航空宇航領域的創新和實踐能力,為培養肩負航空航天事業發展重任、理論與工程并重的高層次研究人才奠定必要的基礎。
表1給出了近3年來課程的選課情況。需要說明的是:除表中明確列出的四個方向外,學術碩士生和本科起點博士生的研究方向還包括航空宇航制造及其自動化和振動與噪聲控制兩個方向,專業碩士生的研究方向還包括發射理論與技術、材料與結構力學和空氣動力學三個方向。因人數較少,為簡化需求分析,表中將這些方向統一歸入其他項。從表1可以看出,本課程的選課研究生逐年階梯式上升,課程的重要性和效果得到了研究生的廣泛認可;選課研究生涵蓋了北京理工大學航空宇航科學與技術專業的主要研究方向和三個不同層次的研究生。因此課程內容需要精心設計,以滿足不同方向和不同層次研究生的學習需求。
與其他類型專業不同,航空宇航科學與技術是針對工程應用背景設置的專業。各研究方向的基礎知識和應用領域涵蓋很大的技術范疇,跨越機械、電子和信息等多個不同的領域,相應的測試需求也存在很大的差異。表2給出了主要研究方向的專業背景和測試需求。事實上,就本科層次而言,機械、電子信息、測控與儀器等不同專業類型的測試技術課程教學的側重點和教學內容也存在很大的差別。本課程的教學目標需要充分考慮相關方向研究生在專業基礎、應用背景和測試需求等方面的差異。
表2 主要研究方向專業背景及測試需求
鑒于航空宇航科學與技術專業具有專業涉及面寬、創新性強和測試需求明確等特點,本課程的教學目標定位在:(1)深化有關測試的基礎知識和理論,介紹相關研究方向測試技術發展前沿,兼顧深度與廣度、經典與現代兩對矛盾,構建合理的課程知識體系,激發研究生的主動參與熱情;(2)以測試系統設計和調試為手段,強化以知識應用為特征的實踐能力培養;(3)以文獻閱讀和
探索研究為手段,通過體會和體驗方式培養創新能力。
二、教學改革思路與措施
根據以上教學目標,本課程在北京理工大學精品課程建設項目的支持下,對“航空宇航測試與試驗技術”課程的教學進行了改革,期望通過優化課程教學過程,適當壓縮理論教學課堂授課內容,借助科研和實驗室優勢強化前沿性、研討性和實踐性教學環節,提升課程教學效果。
本課程的教學主要由理論教學、專題討論、測試系統設計和自選試驗四個環節組成。
根據教學計劃,理論教學應著力于深化測試與試驗的基礎知識和理論以及介紹本專業測試的工程需求,主要包括測試基礎理論及其應用和航空航天試驗技術兩個部分。具體內容為測試基礎理論、數據采集與虛擬儀器技術、測試系統設計及評估、航空航天試驗概述、航天測控系統、空間環境試驗技術、飛行試驗技術。其中,前三者主要著眼于深化測試與試驗的基礎知識和理論,后四者主要是幫助研究生了解其所在研究方向的測試需求。理論教學在實施過程中主要存在兩個方面的問題。一方面,選修本課程的研究生的基礎有較大的差異。在選修本課程的研究生中,部分是本校本專業的本科畢業生,選修過類似課程,對專業應用背景和測試需求已有一定的了解,但也有相當部分的研究生是跨專業的,對測試基礎知識和理論了解較少,對專業應用背景和測試需求了解不多。另一方面,理論教學學時有限和不同方向的研究生興趣差異也是需要考慮的問題?;谝陨峡紤],理論教學采用課堂講授和課后自學相結合的方式進行。對理論性較強的、各研究方向有共同興趣的內容采用課堂講授;對其他內容,依托精品課程項目支持建設的課程網站開展教學,以自學為主,通過網上測驗和答疑等方式幫助研究生檢驗和鞏固學習效果。
專題討論是兼具研討性和前沿性特點的綜合性重點教學環節,對構建研究生課程知識體系廣度、提高創新意識以及體會創新過程具有重要的作用。根據研究生人數的不同,本環節占本課程的教學總學時的1/3―1/2。專題討論要求研究生結合專業方向、課題組科研項目、參研課題或者個人感興趣領域的測試需求進行調研,以近5年內發表的重要文獻為主,完成專題報告,并在課堂上進行時長為20分鐘的講述以及現場質詢?,F場質詢時,先由其他研究生根據自己的理解提出問題,教師補充提問和做最后的評價總結。原則上,專題報告必須有與測試相關的思考和分析,并應提交最終的電子文檔。教師根據研究生的報告以及現場回答情況給出相應的評定成績。研究生在他人報告的現場質詢環節所提出的問題的質量將作為其成績評定的重要組成部分。為便于研究生完成選題、搜集材料以及準備專題報告,教師會在課堂上結合自身的科研積累進行相應的專題報告,并給出選題方向和專題范例供研究生參考。
測試系統設計是針對實踐能力培養的教學環節,目的在于強化測試系統設計能力,是在本科課程基礎上對研究生知識應用能力的進一步深化。該環節分為兩個階段。一是教師在課堂上對若干個典型設計范例由淺入深地講解,采用互動教學方式加深研究生對設計難點的理解。課堂教學時共選用3個設計范例。其中,第1個范例較簡單,教師通過仔細講解使研究生對設計流程有所了解;后面進行更接近工程實際的兩個范例教學時,教師先給出設計題目,研究生若干人為一組討論后推薦1人作為代表在黑板上寫出設計結果,教師在課堂上組織學生對各組的設計結果進行充分討論后給出參考答案和總結,以突出設計難點和其解決思路。二是在上述基礎上,研究生自主選擇設計題目,教師通過對研究生提交的設計作業存在的典型問題進行點評,有針對性地糾正存在的共性問題。
不同于本科測試技術課程的實驗環節,自選試驗環節屬于研究性的試驗項目,是兼具前沿性和實踐性特點的綜合性環節,也是研究生體驗創新的重要途徑。整個試驗過程,研究生自主選題,自由組合,自行組織管理。試驗沒有確定的答案和結果,要求研究生若干人(一般4―6人)1組圍繞課題組科研項目、參研課題、實驗室特定設備和自己感興趣的主題開展試驗。自選試驗中發現問題、分析問題和解決問題的過程即是研究生體驗創新的過程。根據需要,學??梢赃m當資助研究生自行購置試驗器材,搭建測試系統開展試驗。教師通過選題討論、疑難解答和報告評定等方式管理和控制試驗進程和教學質量。
各教學環節與教學目標的關聯如圖1所示。由圖1可以看出,改革后各教學環節更有利于強調知識廣度和現代前沿的課程知識體系構建,并且設置的測試系統設計、專題討論和自選試驗三個環節大幅增加了前沿性、研討性和實踐性教學內容,有效加強了研究生創新能力和實踐能力的培養,形成了鮮明的航空宇航教學特色。這具體體現在以下幾個方面。
(1)通用與特色有機結合的教學內容、基礎與前沿并重的教學思路是構建課程知識體系的保障。一方面,本課程的教學內容在強調通用測試技術的基礎上更注重航空宇航特色,大多與專業應用背景有關,能夠有效激發研究生的專業學習興趣,并為研究生從事相關試驗工作奠定基礎。另一方面,理論教學安排注重夯實研究生的理論基礎,專題討論可使研究生了解先進測試技術的發展情況及其在航天領域的應用前景。
(2)高度參與互動的教學模式是創新能力培養的前提。創新意識是創新能力的基礎,獨特的互動教學模式有效激發了研究生的主動參與和積極思維的創新意識。本課程超過1/3的學時是圍繞專題討論展開的,課程要求研究生必須主動參與討論,同時,教師要將提問情況作為考評標準之一。此外,試驗環節也要求研究生相互協作,共同完成預定的試驗項目。
(3)理論與應用緊密結合的教學方式是實踐能力培養的基礎。測試技術課程是一門以知識應用為導向的實踐型課程。本課程設置的專題討論、測試系統設計以及自選試驗三個環節占整個課程學時的2/3以上,為研究生應用測試理論和基礎知識的學習提供了充分發揮想象力和創造力的展示平臺。
三、教學改革的成效
改革后的課程學時分配及考核情況如表3所示。借助于圖2所示的具有良好互動性的課程網站,課程的理論教學學時被壓縮到10學時。除了《測試基礎理論》、《測試系統設計與評估》以及《航空航天試驗概述》三章在課堂上講授以外,其余的理論教學內容均被安排為自學。這種安排方式充分保證了其他三個教學環節(特別是專題討論環節)的學時,為優化課程教學奠定了基礎。
表4給出了近三年專題討論選題的統計分析結果。需要說明的是:表中的“結合研究方向”是指研究生所選的題目能夠結合本學科各研究方向的應用需求。“結合前沿”是指研究生所選的題目能夠結合測試技術的發展前沿。“結合科研”是指研究生選題為所在課題組此前開展的科研工作。研究生可通過查閱前人公開發表的論文和已畢業研究生的學位論文了解,也可通過與導師或者高年級研究生的交流理解項目深層次的技術問題。“結合課題”是指研究生所選題目與該研究生作為主要參與人參加的研究課題有關。由表中數據可以看出:絕大多數專題都能夠結合研究方向,有助于研究生對專業前沿和工程需求的理解與把握。這主要得益于專題準備階段指導教師對選題的嚴格把關和有意引導研究生盡量選擇與研究方向相關的題目。專題中也有相當比例的題目結合科研或者課題。尤其是結合課題的專題,由于研究生親自參與了課題,有深刻的實際體驗,報告效果極佳,也易于激發課堂討論。需要說明的是:結合課題的選題數量基本保持不變,這主要是后續選課的飛行器總體設計和航天器系統與自主技術方向研究生相對接觸試驗性質科研項目較少以及部分研究生課題暫時沒有確定的緣故。
表5給出了2014年度自選試驗分析結果。由統計結果可以看出:絕大多數試驗選題都是結合科研、課題和實驗室設備進行的,并且有相當部分試驗使用了專業實驗室的重大實驗設備。自選試驗的調試過程對研究生發現、分析和解決問題的能力提出了挑戰。通過參與自選試驗,研究生了解了先進設備的用途和前沿課題的試驗需求。由于所參與的課題是前沿的,部分試驗獲得的結果本身就具有創新性。這表明,通過依托專業實驗室的科研儀器設備,自選試驗取得了良好的教學效果。
依托互動良好的課程網站、反映學科前沿的科研課題以及強大的實驗室科研設備,“航空宇航測試與試驗技術”課程教學改革壓縮了理論教學的學時,并通過專題討論、測試系統設計和自選試驗等三個教學環節,為研究生構建了合理的課程知識體系,加強了研究生創新能力和實踐能力的培養力度,取得了良好的教學效果。本課程的教學改革探索開辟了新的航空宇航類專業研究生測試技術課教學模式,也可為類似專業教學改革探索提供有益的借鑒和參考。
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1.科技課與科技活動課結合起來
使教師不僅具有科技意識,更重要的是具有指導學生進行科技創新活動的能力。通過這些活動不僅深受學生的喜愛,教師也在長期的活動中豐富了知識,形成了一定的技能,使科技活動課逐步形成了一定的規模。
2.科技課與科技實踐課結合起來
在使用教材的過程中,我們注意結合課程的需要和學生的接受能力調整順序,并及時補充相關的內容。如根據季節的變化,教師將制作標本設計成實踐活動課,帶領學生到大自然中去親自捕捉蝴蝶、蜻蜒,采集各種植物的根、莖,時,指導學生制作標本,使學生親歷標本制作的整個過程。教師充分利用極為豐富的地理資源創造性的使用教材,不僅幫助學生掌握了科學知識、科學方法、操作技能。同時培養了學生了解自然、關注自然的意識。
3.科技課與其它學科結合起來
科技課的開設旨在全面提高學生的科學文化素養,為提高全民的科學文化素養打好基礎。我的做法是,在抓好科技課課堂教學的同時,要求在開設所有的學科中滲透科學思想,用現代教學手段傳遞最新科技信息。如教學《太陽》一課時,教師
要求學生運用多種媒體查閱資料,用生活實例和數據來說明太陽與人類的關系,從而科學地認識宇宙中的自然現象。在教學《蛇與莊稼》一課時,學生通過大量的數據闡述生物鏈之間相互依存的道理。在教學《三角形的認識》一課時,引導學生觀察三角形的穩定性在科學技術和工農業生產上的應用,啟發學生運用這一性質設計美觀、實用的物品。學校每學期都要舉辦課題的研究課,評選出優質課。各科教學中這種潛移默化的影響使學生感到科學知識就在我們的身邊。
課堂是我們教師的第一戰線,也是學生在校接受教育的主要途徑。在科學、語文、數學等課中的許多內容與科技有關,只要稍作點撥,在完成教學任務的同時,又可開展一次科普活動。課堂中,我還結合國內發生的大事,對學生進行問題性的科技教育,如在手足口病多發時期,通過校園廣播臺、宣傳欄等對學生進行了如何科學地預防及其他傳染性疾病的教育。在我國“神舟五號”載人飛船成功返回地面時,將我國的航空航天技術和航天的歷程對學生進行了介紹??傊?,對學生科技教育思想的培養要貫穿于平時的教育教學工作中,同時要注意結合學生實際,設計更加趨于彈性化、多樣化的課程結構,從而拓寬學生學習的渠道。
二、精心籌劃組織形式,開發活動資源
開發科技活動資源是時代和改革的需要,是學??萍蓟顒影l展的需要,也是“十五”課題向我們提出的新的挑戰。抓好“科技周”活動,根據學生的興趣愛好創辦各類研究所,如氣象研究所、花卉研究所、鳥類研究所、環保研究所及信息中心等,開發了適合學生科技創新的活動組織形式,由學生自己操作,輔導教師幫助協調。聘請有關專業人士指導,教師輔助,在全校范圍內普及科技知識,規范科技活動,提高活動的科技含量。從而體現科技活動是現代科技教育的最佳途徑、最有效的辦法和最直接的表現。
科技周以一個主題,開展一個系列活動,活動內容為知識競賽、作品評選、知識講座、論文征集等。通過這樣的集中活動,有效地推動了科技知識的普及。
創辦“少兒科學院”。以“天天是創造之時,處處是創造之地,人人是創造之人 ”為座右銘,將積累的許多活動方案進行整理,反復醞釀,精心籌劃,在保留原有活動類型的基礎上,開發適合學生科技創新的活動組織形式組建少兒科學院。
“少兒科學院”運作方式完全由學生自己操作,輔導教師幫助協調。學校提供固定的場所,配齊實驗設施。三年級以上的學生可根據自己喜愛自愿參加其中任何一種活動并進行管理。
引言
集成電路是工業化國家的重要基礎工業之一,是當代信息技術產業的核心部件,它是工業現代化裝備水平和航空航天技術的重要制約因素,由于它的價格高低直接影響了電子工業產成品的價格,是電子工業是否具有競爭力關鍵因素之一。高端核心器件是國家安全和科學研究水平的基礎,日美歐等國均把集成電路業定義為戰略產業。據臺灣的“科學委員會”稱未來十年是芯片技術發展的關鍵時期。韓國政府也表示擬投資600億韓元于2015年時打造韓國的集成電路產業。
集成電路主要應用在計算機、通信、汽車電子、消費電子等與國民日常消費相關領域因此集成電路與全球GDP增長聯系緊密,全球集成電路消費在2009年受金融危機的影響下跌9%的情況下2010由于經濟形勢樂觀后根據半導體行業協會預計今年集成電路銷售額將同比增長33%。
一、我國集成電路業發展情況和特點
有數據統計2009年中國集成電路市場規模為5676億元占全球市場44%,集成電路消費除2008、2009年受金融危機影響外逐年遞增,中國已成為世界上第一大集成電路消費國,但國內集成電路產量僅1040億元,絕大部分為產業鏈低端的消費類芯片,技術落后發達國家2到3代左右,大量高端芯片和技術被美日韓以及歐洲國家壟斷。
我國集成電路產業占GDP的比例逐年加大從2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增長遠遠超過國際上任何一個其他國家,是全球集成電路業的推動者,屬于一個快速發展的行業。從2000年到2007年我國集成電路產業銷售收入年均增長超過18%畢業論文提綱,增長率隨著經濟形勢有波動,由于金融危機的影響2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成電路設計業增速放緩實現銷售收入269.92億元同比上升14.8%,由于受金融危機影響,芯片制造業實現銷售收入341.05億元同比下降13.2%、封裝測試業實現銷售收入498.16億元同比下降19.5%。我國集成電路總體上企業總體規模小,有人統計過,所有設計企業總產值不如美國高通公司的1/2、所有待工企業產值不如臺積電、所有封測企業產值不如日月光。
在芯片設計方面,我國主流芯片設計采用130nm和180nm技術,65nm技術在我國逐漸開展起來,雖然國際上一些廠商已經開始應用40nm技術設計產品了,但由于65nm技術成熟,優良率高,將是未來幾年贏利的主流技術.設計公司數量不斷增長但規模都較小,屬于初始發展時期。芯片制造方面,2010國外許多廠商開始制造32nm的CPU但大規模采用的是65nm技術,而中國國產芯片中的龍芯還在采用130nm技術,中芯國際的65nm技術才開始量產,國產的自主知識產權還沒達到250技術。在封裝測試技術方面,這是我國集成電路企業的主要業務,也是我國的主要出口品,有數據顯示我國集成電路產業的50%以上的產值都由封裝產業創造,隨著技術的成熟,部分高端技術在國內逐步開始開展,但有已經開始下降的趨勢雜志網。在電子信息材料業方面,下一代晶圓標準是450mm,有資料顯示將于2012年試制,現在國際主流晶圓尺寸是300mm,而我國正在由200mm到300mm過渡。在GaAs單晶、InP單晶、光電子材料、磁性材料,壓電晶體材料、電子陶瓷材料等領域無論是在研發還是在生產均較大落后于國外,總體來說我國新型元件材料基本靠進口。在半導體設備制造業方面畢業論文提綱,有數據統計我國95%的設備是外國設備,而且二手設備占較大比例,重要的半導體設備幾乎都是國外設備,從全球范圍來講美日一直壟斷其生產和研發,臺灣最近也有有了較大發展,而我國半導體設備制造業發展較為緩慢。
我國規劃和建成了7個集成電路產業基地,產業集聚效應初步顯現出來,其中長江三角洲、京津的上海、杭州、無錫和北京等地區,是我國集成電路的主要積聚地,這些地區集中了我國近半數的集成電路企業和銷售額,其次是中南地區約占整個產業企業數和銷售額的三分之一,其中深圳基地的IC設計業居全國首位,制造企業也在近一部壯大,由于勞動力價格相對廉價,我國集成電路產業正向成都、西安的產業帶轉移。
二、我國集成電路業發展存在的問題剖析
首先,我國集成電路產業鏈還很薄弱,科研與生產還沒有很好的結合起來,應用十分有限,雖然新聞上時常宣傳中科院以及大專院校有一些成果,但尚未經過市場的運作和考驗。另外集成電路產品的缺乏應用途徑這就使得研究成果的產業化難以推廣和積累成長。
其次,我國集成電路產業尚處于幼年期,企業規模小,集中度低,資金缺乏,人才缺乏,市場占有率低,不能實現規模經濟效應,相比國外同類企業在各項資源的占有上差距較大。由于集成電路行業的風險大,換代快,這就造成了企業的融資困難,使得我國企業發展緩慢,有數據顯示我國集成電路產業有80%的投資都來自海外畢業論文提綱,企業的主要負責人大都是從臺灣引進的。
再次,我國集成電路產業相關配套工業落后,產業基礎薄弱。集成電路產業的上游集成電路設備制造的高端設備只有美日等幾家公司有能力制造,這就大大制約了我國集成電路工藝的發展速度,使我國的發展受制于人。
還有,我國集成電路產成品處于產品價值鏈的中、低端,難以提出自己的標準和架構,研發能力不足,缺少核心技術,處于低附加值、廉價產品的向國外技術模仿學習階段。有數據顯示我國集成電路使用中有80%都是從國外進口或設計的,國產20%僅為一些低端芯片,而由于產品相對廉價這當中的百分之七八十又用于出口。
三、我國集成電路發展趨勢
有數據顯示PC機市場是我國集成電路應用最大的市場,汽車電子、通信類設備、網絡多媒體終端將是我國集成電路未來增長最快應用領域. Memory、CPU、ASIC和計算機外圍器件將是最主要的幾大產品。國際集成電路產業的發展逐步走向成熟階段,集成電路制造正在向我國大規模轉移,造成我國集成電路產量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投資4.5億元后,2007年又投資25億美元在大連投資建廠預計2010年投產。
另外我國代工產業增速逐漸放緩,增速從當初的20%降低到現在的6%-8%,低附加值產業逐漸減小。集成電路設計業占集成點設計業的比重不斷加大,2008、2009兩年在受到金融危機的影響下在其他專業大幅下降的情況下任然保持一個較高的增長率,而且最近幾年集成電路設計業都是增長最快的領域,說明我國的集成電路產業鏈日趨完善和合理,設計、制造、封裝測試三行業開始向“3:4:4”的國際通行比例不斷靠近。從發達國家的經驗來看都是以集成電路設計公司比重不斷加大,制造公司向不發達地區轉移作為集成電路產業走向成熟的標志。
我國集成電路產業逐漸向優勢企業集中,產業鏈不斷聯合重組,集中資源和擴大規模,增強競爭優勢和抗風險能力,主要核心企業銷售額所占全行業比重從2004年得32%到2008年的49%,體現我國集成電路企業不斷向優勢企業集中,行業越來越成熟,從美國集成電路廠商來看當行業走向成熟時只有較大的核心企業和專注某一領域的企業能最后存活下來。
我國集成電路進口量增速逐年下降從2004年的52.6%下降為2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于進口量增速。預計2010年以后我國集成電路進口增速將小于出口增速,我國正在由集成電路消費大國向制造大國邁進。
四、關于我國集成電路發展的幾點建議
第一、不斷探索和完善有利于集成電路業發展的產業模式和運作機制。中國高校和中科院研究所中有相對寬松的環境使得其適合醞釀研發畢業論文提綱,但中國的高端集成電路研究還局限在高校和中科院的實驗室里,沒有一個循序漸進的產業運作和可持續發展機制,這就使得國產高端芯片在社會上認可度很低,得不到應用和升級。在產業化成果推廣的解決方面??梢越梃b美國的國家采購計劃,以政府出資在武器和航空航天領域進行國家采購以保證研發產品的產業化應用得以實現雜志網。只有依靠公共研發機構的環境、人才和技術優勢結合企業的市場運作優勢,走基于公共研發機構的產業化道路才是問題的正確路徑。
第二、集成電路的研發是個高投入高風險的行業是技術和資本密集型產業,有數據顯示集成電路研發費用要占銷售額的15%,固定資產投資占銷售額的20%,銷售額如果達不到100億美元將無力承擔新一代產品的研發,在這種情況下由于民族集成電路產業在資金上積累有限,幾乎沒有抗風險能力,技術上缺乏積累,經不起和國際集成電路巨頭的競爭,再加上我國是一個勞動力密集型產業國,根據國際貿易規律,資本密集型的研發產業傾向于向發達國家集中,要想是我國在未來的高技術的集成電路研發有一席之地只有國家給予一定的積極的產業政策,使其形成規模經濟的優勢地位,才能使集成電路業進入良性發展的軌道.對整個產業鏈,特別是產業鏈的低端更要予以一定的政策支持。由政府出資風險投資,通過風險投資公司作為企業與政府的隔離,在成功投資后政府收回投資回報退出公司經營,不失為一種良策。資料顯示美國半導體業融資的主要渠道就是靠風險基金。臺灣地區之所以成為全球第四大半導體基地臺就與其6年建設計劃對集成電路產業的重點扶植有密切關系,最近灣當局的“科學委員會”就在最近提出了擬扶植集成電路產業使其達到世界第二的目標。
第三、產業的發展可以走先官辦和引進外資再民營化道路,在產業初期由于資金技術壁壘大人才也較為匱乏民營資本難于介入,這樣只有利用政府力量和外資力量,但到一定時期后只有民營資本的介入才能使集成電路產業走向良性化發展的軌道。技術競爭有利于技術的創新和發展,集成電路業的技術快速更新的性質使得民營企業的競爭性的優勢得以體現,集成電路每個子領域技術的專用化特別高分工特別細,每個子領域有相當的技術難度,不適合求小而且全的模式。集成電路產業各個子模塊經營將朝著分散化畢業論文提綱,專業化的方向發展,每個企業專注于各自領域,在以形成的設計、封裝、測試、新材料、設備制、造自動化平臺設計、IP設計等幾大領域內分化出有各自擅長的專業領域深入發展并相互補充,這正好適應民營經濟的經營使其能更加專注,以有限的資本規模經營能力能夠達到自主研發高投入,適應市場高度分工的要求,所以民間資本的投入會使市場更加有效率。
第四、技術引進吸收再創新將是我國集成電路技術創新發展的可以采用的重要方式。美國國家工程院院士馬佐平曾今說過:中國半導體產業有著良好的基礎,如果要趕超世界先進水平,必須要找準方向、加強合作。只有站在別人的基礎上,吸取國外研發的經驗教訓,并充分合作才是我國集成電路業發展快速發展有限途徑,我國資金有限,技術底子薄,要想快速發展只有借鑒別人的技術在此基礎上朝正確方向發展,而不是從頭再來另立門戶。國際集成電路產業鏈分工與國家集成電路工業發展階段有很大關系,隨著產業的不斷成熟和不斷向我國轉移使得我國可以走先生產,在有一定的技術和資金積累后再研發的途徑。技術引進再創新的一條有效路徑就是吸引海外人才到我國集成電路企業,美國等發達國家的經濟不景氣正好加速了人才向我國企業的流動,對我國是十分有利的。
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二、理論綜述
(一)高新技術企業定義 高新技術企業是指在《國家重點支持的高新技術領域》內,持續進行研究開發與技術成果轉化,形成企業核心自主知識產權,并以此為基礎開展經營活動,在中國境內(不包括港、澳、臺地區)注冊一年以上的居民企業。它是知識密集、技術密集的經濟實體。我國重點支持的高新技術領域有電子信息技術、生物與新醫藥技術、航空航天技術、新材料技術、高技術服務業、 新能源及節能技術、資源與環境技術、高新技術改造傳統產業。
(二)高新技術企業的特點 主要包括:(1)高知識技術密度。高知識技術是指大量高級技術實驗設備、生產設備和最先進的工藝水平以及技術人員這一企業中的無形價值都在高新技術企業中占有很大比重。高知識技術的高投入使得高新技術企業與更多地強調固定資產等硬件設備創作利潤的傳統企業有很大差異。(2)高投入。高新技術企業在研究、中試、生產等各個階段都需要大量的高科技人才、先進的設備和資金。根據發達國家的經驗,研究、中試、生產投入資金的比例關系為1:10:100。總投入至少數千萬,多則數百億美元。在傳統企業中,更強調對材料成本的控制,在新產品開發上也就遜色于高新技術企業。 (3)高風險與高收益并從。高新技術企業無論是在研究實驗階段,還是最后產品投產上市階段都存在著高風險,實驗階段會出現資金不足,理論基礎不成立等實驗失敗的風險,而投產上市后也有新產品、新技術能否為消費者普遍接受的風險。但高風險必然伴隨著高產出,據統計表明,高新技術產品的投入產出比例一般會高達1:10~20,大大高于傳統企業的綜合效益。
三、研究設計
(一)樣本選取 近年來,環保企業研發投入多,發展速度快,是我國高新技術企業中具有典型代表意義的行業。本文以上海證券交易所和深圳證券交易所兩市A股市場環保概念的上市公司為研究對象,利用2010年我國環保概念上市公司年報中披露的信息,共選取了37家環保概念上市公司作為研究樣本。
(二)指標選取與處理 具體表現在:
(1)高新技術企業經營業績評價指標體系。為客觀、真實、全面、系統評價高新技術企業上市公司的經營業績,本文將無形資產占總資產比重、研發費用占銷售收入比重、研發人員占職工比重這三個指標納入指標體系中,作為衡量高新技術企業創新能力方面的指標,同時兼顧了指標體系的系統性和可操作性相結合的原則,建立的指標體系包括償債能力指標、營運能力指標、獲利能力指標、發展能力指標和創新能力指標等五類指標,解決了現有評價體系沒有針對高新技術企業的特點的問題。建立的高新技術企業經營業績評價指標體系,如圖1所示:
(2)指標同向化處理。本文用于評價環保概念企業績效的指標中,速動比率、資產負債率、無形資產占總資產比重和研發費用占銷售收入比重并不是越大越好,屬于適度指標;研發人員占職工比重這個指標由于是衡量高新技術企業的創新能力的指標,因此這個指標屬于正指標,數值越大,說明企業的科技人才越多,創新能力也就視為越強;另外十個指標也都是正指標,越大越好。為便于比較,需要對上述反映償債能力和創新能力的四個適度指標進行同向化處理。
同向財務比率=-|原始財務比率-原始財務比率的平均值|
(3)指標標準化處理。為了消除不同指標數據不同量綱沒法比較的缺點,需要對原指標數據進行標準化處理,把不同指標數據轉化成相同量綱的數據,使得各指標數據具有可比性。
(三)模型構建 高新技術企業的經營業績受多項指標的影響,像償債能力指標、總資產周轉率、總資產收益率、無形資產占總資產比重等,從直觀上能夠看出其單項指標的好壞程度,但不能直接看出企業的綜合水平。為了獲得對高新技術企業的經營業績的評價,就必須尋求一種建立在評價指標體系基礎上的整體經營業績評價方法。鑒于此,本文根據統計學中的因子分析模型,提出一種能夠客觀評價高新技術企業某方面水平以及整體業績的評價模型——因子分析綜合評價模型,來確定高新技術企業的綜合業績。
高新技術企業的經營業績=償債能力+營運能力+獲利能力+發展能力+創新能力
四、實證研究
(一)因子旋轉 由于公共因子在原始變量上的載荷值不太好解釋,故需進一步進行因子旋轉,其旋轉的結果如表1所示:
由表1可以看出,公共因子F1在銷售凈利率、總資產凈利率、每股收益和凈資產收益率上的載荷值較大,故其歸為第一個因子,由于其衡量的是企業獲利方面的能力,故將其歸為獲利因子;公共因子F2在速動比率、資產負債率上的載荷值較大,故其歸為第二個因子,由于速動比率、資產負債率是衡量企業償債能力方面的指標,故稱其為償債因子;公共因子F3在存貨周轉率、總資產增長率上的載荷值較大,故其歸為第三個因子,稱為發展因子;公共因子F4在固定資產周轉率、總資產周轉率和總資產增長率上的載荷值較大,故將其稱為營運因子;公共因子F5在銷售收入增長率和研發人員占職工比重上載荷較大,故其歸為第五因子,稱為創新因子;公共因子F6在應收賬款周轉率和研發費用占銷售收入比重上的載荷較大,由于其衡量的是企業內部運營和管理方面的投入,故稱其為管理因子。
(二)解釋總方差 根據特征值大于1的原則,選人六個公共因子,其累計方差貢獻率為81.625%。對于負載較小的因子,由于其解釋方差較小,所以予以舍棄。如表2所示:
(三)公共因子得分 因此,可將公司評價指標分為六大類,有了各個公共因子合理的解釋后,再繼續求得環保概念公司的各個公共因子得分及其綜合得分。如表3所示:
表3是因子得分系數矩陣,根據因子得分系數和原始變量的值可以計算每個觀測量的各因子的分數,并可以據此對觀測量作進一步分析,旋轉后的因子得分表達式及其計算結果:
F1=0.024速動比率+0.277資產負債率+……-0.273研發費用占銷售收入比重-0.235研發人員占職工比重
…… ……
(四)綜合得分 為了便于對上市公司進行績效評價,現利用各上市公司的因子得分表計算綜合得分,上市公司綜合經營績效的獲取是基于總方差分解表中旋轉后各因子的方差貢獻率及計算所得的上市公司各因子得分獲取的,其計算公式如下:
綜合經營績效=(22.392%×F1+14.832%×F2+13.479%×F3+11.141%×F4+11.017×F5+8.765%×F6)/81.625%
計算結果如表4所示:
五、研究結論
通過使用因子分析法對選取的37家環保概念上市公司評價其2010年綜合經營績效,維爾利的績效評價得分為最高分,分值為1.129075,而先河環保最后績效評價得分為最低分,分值為-0.6879。從環保概念上市公司綜合績效實證結果來看,南海發展第一因子得分最高,是因為企業有較強的獲利能力;第二因子得分較高的是聚光科技,償債能力很強,速動比率、資產負債率指標較高,但聚光科技的其他因子得分在樣本企業中屬于中等水平;第三因子得分最高的是洪城水業,其存貨周轉率和總資產增長率較高,企業的營運和發展能力都在較高的水平;第四因子得分最高的是維爾利,其固定資產周轉率最快,總資產周轉率和無形資產占總資產比重也適中,說明企業較好的運用了創新能力,將企業的整體運營與新產品研發很好的結合了起來;第五因子得分最高的東湖高新,其銷售收入增長率和研發人員占職工比重較大,企業的財務風險不大且創新投入多,所以其第五因子得分最高;第六因子得分最高的是霞客環保,其應收賬款周轉率處于較高水平,研發人員占職工比重也很高。
結果表明,本文建立的指標體系和指標模型是可以應運于高新技術企業經營業績的綜合評價中的。一個公司尤其是高新技術企業,在整個運營過程中創新能力的重要作用是不容忽視的,只有注意對其經營業績有影響的償債、營運、獲利、發展及創新這五個方面能力的整體把握,才可實現高新技術企業持續高速穩定的發展。
2.與個人或家底生活密切相關的問題。如改造家庭爐灶以提高燃料的效率、設計特殊電路、制作自動控制電器等。從一些裝置產生的問題。如傻瓜相機為什么不用調焦?為什么人能通過門鏡(“貓眼”)看到門外的人而門外的人卻看不到室內的人?
與工農業生產密切相關的問題。如慣性在汽車制動和導航中的應用、太陽能的綜合利用、靜電利用和危害防范,農業生產中的物理學知識、高科技在抗洪救災中的應用等。
4.與科技發展有關的問題。如新型電池、超導體、激光、航空航天技術,現代信息技術、納米技術、記憶合金等。
5.一些重大社會問題。如環境保護,物理污染、能源危機、新能源開發等。
具體拓展方式可分為以下幾種:
一、結合活動進行拓展
我們應根據不同的物理教學內容,將問題的探究結合到各種活動中?;顒拥脑O計要盡可能貼近日常生活、生產的實際,使學生有積極參與各類活動的興趣和主動性。
比如我們學習了八年級物理《第一章物質的狀態及其變化》,就可開展“物理就在我們身邊”的主題活動。鑒于學生的知識有限,可將主題范圍縮小為“廚房里的熱學知識”,引導學生去對平時“視而不見’的廚房用具、設備、現象進行仔細觀察、思考:這些用具、設備為什么要這樣造?廚房中的現象為什么會這樣?并要求學生用物理知識進行解釋。
二、補充課外小實驗,撰寫科技小論文
在以往的學生實驗中,實驗材料、試劑都是書本上指定的,課前由教師準備好,實驗時,學生完全按規定的步驟進行。在這個過程中、學生完全成了不用思考的機械操作者。這種教學沒有給學生思維空間和余地,抑制了學生的主動性和思考的獨立性。而現代教育就是要引導學生自主學習,因此,教師可以結合具體的實驗,教會學生一些基本的實驗研究方法。然后讓學生自己查資料,弄清實驗的原理,選擇合適的實驗材料和實驗方法。還可以補充一些課外的小實驗。比如:學習八年級物理《第一章物質的狀態及其變化》時,可以讓學生做幾個小實驗,如“紙鍋燒水”“魚在沸水中生存”“用冰水煮開水”等,并解釋其物理現象和規律。
學習了《水的循環》一節內容后,讓學生以“日常生活中水的再利用”為題,撰寫小論文或設計一個學校、家庭的節水方案并在班上交流,以增強學生對水資源的保護意識,還可以讓學生開展對校園生活垃圾的處理和合理利用的研究,討論制定“怎樣處理和合理利用校園生活垃圾”的科學方案。
三、結合物理游藝表演進行拓展
在學習了八年級物理《第一章物質的狀態及其變化》和《第二章物質性質的初步認識》 后,讓學生觀看“油鍋取物’的游藝表演。表演者從沸騰的油鍋中伸手取出物體后若無其事。在學生驚嘆的同時,讓其明白其中的物理知識:原來油鍋中的液體是油和白醋的混合物,由于油的密度小,所以漂浮在白醋的上面,并且白醋的沸點比油的沸點低,在40-50℃之間即可沸騰,看起來像是油鍋中的油沸騰了,而實際上是白醋在沸騰。表演者伸手到50℃左右的液體中拿物體時,雖然感到熱但不會燙傷皮膚,加之動作快,是不會有危險的。這種趣味性、娛樂性與知識性相結合的活動創造出一個和諧高效的課堂氣氛,極大地吸引了學生的注意力。充分調動了學生的眼、腦、口、手等對教學信息進行反應。
四、結合網絡及課外讀物進行拓展
根據新課程理念要求一要注重全體學生的發展,改變學科本位;二要注重從生活走向物理,從物理走向生活;三要注重科學探究,提倡學習方式的多樣化;四要注意學科滲透,關心科技發展,具有可持續發展意識。而目前的初中物理教學存在著重視書本忽視其他學習資源、重視課內忽視課外學生活動的問題。反思多年的教學實踐,認識到教師的任務不僅僅是教給學生物理概念、規律(定律)以及解的方法,而應該和學生一起開發盡可能多的物理學習資源,以拓展知識,彌補教材的不足??梢砸龑W生探究以下一些問題。
1.有些問題教材未作深入闡述或未闡述,但在學生探索能力范圍之內,可以引導學生進行研究探討。
2.與個人或家庭生活密切相關的問題。如改造家庭爐灶以提高燃料的效率、設計特殊電路、制作自動控制電器等。從一些裝置產生的問題。如傻瓜相機為什么不用調焦?為什么人能通過門鏡(“貓眼”)看到門外的人,而門外的人卻看不到室內的人?
3.與工農業生產密切相關的問題。如慣性在汽車制動和導航中的應用、太陽能的綜合利用、靜電利用和危害防范、農業生產中的物理學知識、高科技在抗洪救災中的應用等。
4.與科技發展有關的問題。如新型電池、超導體、激光、航空航天技術、現代信息技術、納米技術、記憶合金等。
5.一些重大社會問題。如環境保護、物理污染、能源危機、新能源開發、電腦病毒以及犯罪克隆與倫理等。
一、結合物理游藝表演進行拓展
在學習了八年級物理《第一章物質的狀態及其變化》和《第二章物質性質的初步認識》后,讓學生觀看“油鍋取物”的游藝表演。表演者從沸騰的油鍋中伸手取出物體后若無其事。在學生驚嘆的同時,讓其明白其中的物理知識:原來油鍋中的液體是油和白醋的混合物,由于油的密度小,所以漂浮在白醋的上面,并且白醋的沸點比油的沸點低,在40~50℃之間即可沸騰,看起來像是油鍋中的油沸騰了,而實際上是白醋在沸騰。表演者伸手到50℃左右的液體中拿物體時,雖然感到熱但不會燙傷皮膚,加之動作快,是不會有危險的。這種趣味性、娛樂性與知識性相結合的活動,創造出一個和諧高效的課堂氣氛,極大地吸引了學生的注意力,充分調動了學生的眼、腦、口、手等對教學信息進行反應。
二、結合活動進行拓展
我們應該根據不同的物理學內容,將對這些問題的探究結合到各種活動中?;顒拥脑O計要盡可能貼近日常生活、生產的實際,使學生有積極參與各類活動的興趣和主動性。
比如,我們學習了八年級物理《第一章物質的狀態及其變化》,就可開展“物理就在我們身邊”的主題活動。鑒于學生的知識有限,可將主題范圍縮小為“廚房里的熱學知識”,引導學生去對平時“視而不見”的廚房用具、設備、現象進行仔細觀察、思考:這些用具、設備為什么要這樣造?廚房中的現象為什么會這樣?并要求學生用物理知識進行解釋。
三、補充課外小實驗,撰寫科技小論文
在以往的學生實驗中,實驗材料、試劑都是書本上指定的,課前由教師準備好,實驗時,學生完全按規定的步驟進行。在這過程中,學生完全成了不用思考的機械操作者。這種教學沒有給學生思維空間和余地,抑制了學生的主動性和思考的獨立性。而現代教育就是要引導學生自主學習,因此,教師可以結合具體的實驗,教會學生一些基本的實驗研究方法,然后讓學生自己查資料,弄清實驗的原理,選擇合適的實驗材料和實驗方法。還可以補充一些課外的小實驗。比如:學習八年級物理《第一章物質的狀態及其變化》時,可以讓學生做幾個小實驗,如“紙鍋燒水”、“魚在沸水中生存”、“用冰水煮開水”等,并解釋其物理現象和規律。
學習了《水的循環》一節內容后,讓學生以“日常生活中的水的再利用”為題,撰寫小論文或設計一個學校、家庭的節水方案,并在班上交流,以增強學生對水資源的保護意識。
還可以讓學生開展對校園生活垃圾的處理和合理利用的研究,討論制定“怎樣處理和合理利用校園生活垃圾”的科學方案。
四、結合網絡及課外讀物進行拓展