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上世紀(jì)50年代末晶閘管在美國(guó)問世,標(biāo)志著電力電子技術(shù)就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR),我國(guó)70年代將其列為節(jié)能技術(shù)在全國(guó)推廣。然而,SCR畢竟是一種只能控制其導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷的半控型開關(guān)器件,在交流傳動(dòng)和變頻電源的應(yīng)用中受到限制。70年代以后陸續(xù)發(fā)明的功率晶體管(GTR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管(PowerMOSFET)、絕緣柵晶體管(IGBT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等,它們的共同特點(diǎn)是既控制其導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,是全控型開關(guān)器件,由于不需要換流電路,故體積、重量較之SCR有大幅度下降。當(dāng)前,IGBT以其優(yōu)異的特性已成為主流器件,容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
許多國(guó)家都在努力開發(fā)大容量器件,國(guó)外已生產(chǎn)6000V的IGBT。IEGT(injectionenhancedgatethyristor)是一種將IGBT和GTO的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來的新型器件,已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integratedgateeommutatedthyristor)在GTO基礎(chǔ)上采用緩沖層和透明發(fā)射極,它開通時(shí)相當(dāng)于晶閘管,關(guān)斷時(shí)相當(dāng)于晶體管,從而有效地協(xié)調(diào)了通態(tài)電壓和阻斷電壓的矛盾,工作頻率可達(dá)幾千赫茲[2][3]。瑞士ABB公司已經(jīng)推出的IGCT可達(dá)4500一6000V,3000一3500A。MCT因進(jìn)展不大而引退而IGCT的發(fā)展使其在電力電子器件的新格局中占有重要的地位。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)在器件制造方面比在應(yīng)用方面有更大的差距。高功率溝柵結(jié)構(gòu)IGBT模塊、IEGT、MOS門控晶閘管、高壓砷化稼高頻整流二極管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在國(guó)外有了最新發(fā)展。可以相信,采用GaAs、SiC等新型半導(dǎo)體材料制成功率器件,實(shí)現(xiàn)人們對(duì)“理想器件”的追求,將是21世紀(jì)電力電子器件發(fā)展的主要趨勢(shì)。
高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國(guó)電力電子技術(shù)發(fā)展新熱點(diǎn)。GTO和IGCT,IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競(jìng)爭(zhēng),必將為21世紀(jì)世界電力電子新技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展帶來更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
二、變頻技術(shù)的發(fā)展過程
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換
技術(shù)的不斷發(fā)展。起初,變頻技術(shù)只局限于變頻不能變壓。20世紀(jì)70年代開始,脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代,作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣,并得出諸多優(yōu)化模式,如:調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時(shí)移相PWM技術(shù)等。
VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單,機(jī)械特性硬度也較好,能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求,已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,這種控制方式在低頻時(shí),由于輸出電壓較小,受定子電阻壓降的影響比較顯著,故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。
矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic通過三相——二相變換,等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Iml、Itl,然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法,求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換,實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。
直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型,控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī),因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制,也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低,諧波電流大,直流回路需要大的儲(chǔ)能電容,再生能量又不能反饋回電網(wǎng),即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此,矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。
三、變頻技術(shù)與家用電器
20世紀(jì)70年代,家用電器開始逐步變頻化,出現(xiàn)了電磁烹任器、變頻照明器具、變頻空調(diào)、變頻微波爐、變頻電冰箱、IH(感應(yīng)加熱)飯堡、變頻洗衣機(jī)等[4]。
20世紀(jì)末期期,家用電器則依托變頻技術(shù),主要瞄準(zhǔn)高功能和省電。
首先是電冰箱,由于它處于全天工作,采用變頻制冷后,壓縮機(jī)始終處在低速運(yùn)行狀態(tài),可以徹底消除因壓縮機(jī)起動(dòng)引的噪聲,節(jié)能效果更加明顯。其次,空調(diào)器使用變頻后,擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍,不需要壓縮機(jī)在斷續(xù)狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制,達(dá)到降低電力消耗,消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來,新式的變頻冷藏庫不但耗電量減少、實(shí)現(xiàn)靜音化,而且利用高速運(yùn)行能實(shí)現(xiàn)快速冷凍。
在洗衣機(jī)方面,過去使用變頻實(shí)現(xiàn)可變速控制,提高洗凈性能,新流行的洗衣機(jī)除了節(jié)能和靜音化外,還在確保衣物柔和洗滌等方面推出新的控制內(nèi)容;電磁烹任器利用高頻感應(yīng)加熱使鍋?zhàn)又苯影l(fā)熱,沒有燃?xì)夂碗娂訜岬臒霟岵糠?因此不但安全,還大幅度提高加熱效率,其工作頻率高于聽覺之上,從而消除了飯鍋振動(dòng)引起的噪聲。
四、電力電子裝置帶來的危害及對(duì)策
電力電子裝置中的相控整流和不可控二極管整流使輸入電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,不但大大降低了系統(tǒng)的功率因數(shù),還引起了嚴(yán)重的諧波污染。
另外,硬件電路中電壓和電流的急劇變化,使得電力電子器件承受很大的電應(yīng)力,并給周圍的電氣設(shè)備及電波造成嚴(yán)重的電磁干擾(EM1),而且情況日趨嚴(yán)重。許多國(guó)家都已制定了限制諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)紛紛推出了自己的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)政府也制定了限制諧波的有關(guān)規(guī)定[5]。
(一)諧波與電磁干擾的對(duì)策
1、諧波抑制
為了抑制電力電子裝置產(chǎn)生的諧波,一種方法是進(jìn)行諧波補(bǔ)償,即設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置,使輸入電流成為正弦波[3]。
傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置是采用IC調(diào)諧濾波器,它既可補(bǔ)償諧波,又可補(bǔ)償無功功率。其缺點(diǎn)是,補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波,效果也不夠理想。
電力電子器件普及應(yīng)用之后,運(yùn)用有源電力濾波器進(jìn)行諧波補(bǔ)償成為重要方向。其原理是,從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流,然后產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等極性相反的補(bǔ)償電流,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。
大容量變流器減少諧波的主要方法是采用多重化技術(shù):將多個(gè)方波疊加以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到接近正弦的階梯波。重?cái)?shù)越多,波形越接近正弦,但電路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。小容量變流器為了實(shí)現(xiàn)低諧波和高功率因數(shù),一般采用二極管整流加PWM斬波,常稱之為功率因數(shù)校正(PEC)。典型的電路有升壓型、降壓型、升降壓型等。
2、電磁干擾抑制
解決EMI的措施是克服開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)過大的電流上升率di/dt和電壓上升率du/dt,目前比較引入注目的是零電流開關(guān)(ZCS)和零電壓開關(guān)(ZVS)電路。方法是:
(1)開關(guān)器件上串聯(lián)電感,這樣可抑制開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)的di/dt,使器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了正關(guān)損耗;
(2)開關(guān)器件上并聯(lián)電容,當(dāng)器件關(guān)斷后抑制du/dt上升,器件上不存在電壓、電流重疊區(qū),減少了開關(guān)損耗;
(3)器件上反并聯(lián)二極管,在二極管導(dǎo)通期間,開關(guān)器件呈零電壓、零電流狀態(tài),此時(shí)驅(qū)動(dòng)器件導(dǎo)通或關(guān)斷能實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS動(dòng)作。
目前較常用的軟件開關(guān)技術(shù)有部分諧振PWM和無損耗緩沖電路。
(二)功率因數(shù)補(bǔ)償
早期的方法是采用同步調(diào)相機(jī),它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機(jī),利用過勵(lì)磁和欠勵(lì)磁分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。然而,由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī),噪聲和損耗都較大,運(yùn)行維護(hù)也復(fù)雜,響應(yīng)速度慢。因此,在很多情況下已無法適應(yīng)快速無功功率補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>
另一種方法是采用飽和電抗器的靜止無功補(bǔ)償裝置。它具有靜止型和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn),但由于其鐵心需磁化到飽和狀態(tài),損耗和噪聲都很大,而且存在非線性電路的一些特殊問題,又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)載的不平衡,所以未能占據(jù)靜止無功補(bǔ)償裝置的主流。
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,使用SCR、GTO和IGBT等的靜止無功補(bǔ)償裝置得到了長(zhǎng)足發(fā)展,其中以靜止無功發(fā)生器最為優(yōu)越。它具有調(diào)節(jié)速度快、運(yùn)行范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后,可大大減少補(bǔ)償電流中諧波含量。更重要的是,靜止無功發(fā)生器使用的抗器和電容元件小,大大縮小裝置的體積和成本。靜止無功發(fā)生器代表著動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展方向。
五、結(jié)束語
我們相信,電力電子技術(shù)將成為21世紀(jì)重要的支柱技術(shù)之一,變頻技術(shù)在電力電子技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位,近年來在中壓變頻調(diào)速和電力牽引領(lǐng)域中的發(fā)展引人注目。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化及我國(guó)加人世界貿(mào)易組織,我國(guó)電力電子技術(shù)及變頻技術(shù)產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
參考文獻(xiàn):
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[3]王兆安黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.
[4]陳國(guó)呈,周勤利.變頻技術(shù)研究[J].上海大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院學(xué)報(bào),1995(6):23-26.
1.1技術(shù)人員嚴(yán)重不足
近些年來,我國(guó)電子信息技術(shù)的發(fā)展速度很大程度上受到相關(guān)技術(shù)人員缺乏的限制。雖然國(guó)內(nèi)多數(shù)高校都開設(shè)有電子信息技術(shù)的相關(guān)課程,其專業(yè)人才的數(shù)量相對(duì)較為充足。然而在這些專業(yè)人才當(dāng)中,絕大部分屬于單一型人才,其所能完成的工作也僅僅局限在自己所學(xué)的或者所負(fù)責(zé)的方面,對(duì)于其他相關(guān)領(lǐng)域的涉足相對(duì)較少。由于單一型人才數(shù)量較多,復(fù)合型人才的數(shù)量相對(duì)較少,因而這就使得我國(guó)的電子信息技術(shù)的發(fā)展很大程度上受到這方面原因的制約。同時(shí),在我國(guó)電子信息技術(shù)的從業(yè)人員當(dāng)中,其能夠勝任高端技術(shù)的人才較為匱乏,很大程度上制約著我國(guó)電子信息技術(shù)的發(fā)展。
1.2環(huán)境資源缺乏
目前,電子信息技術(shù)的發(fā)展也在某種程度上受到環(huán)境資源的限制。一方面在我國(guó)電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中,存在著假冒偽劣產(chǎn)品充斥市場(chǎng)、剽竊他人知識(shí)成果以及領(lǐng)域中企業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)等現(xiàn)象。這極大的消耗了我國(guó)電子信息技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力,不單單是企業(yè)在國(guó)內(nèi)中的競(jìng)爭(zhēng)力,也極大的影響了我國(guó)電子信息技術(shù)領(lǐng)域在國(guó)際社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)力。因而只有肅清電子信息技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域中存在的不正當(dāng)現(xiàn)象,才能使得我國(guó)的電子信息技術(shù)得到較好的發(fā)展,提升我國(guó)電子信息領(lǐng)域在國(guó)際社會(huì)中的競(jìng)爭(zhēng)力。
1.3電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理性欠缺
相對(duì)而言,我國(guó)的電子信息技術(shù)的起步時(shí)間相對(duì)較短,因而該領(lǐng)域中很多方面存在著不合理的情況,其中包括市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的合理性。目前在電子信息技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中,其各個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的設(shè)置存在著較大的不合理性,也在很大程度上制約著國(guó)內(nèi)電子信息技術(shù)的發(fā)展。因而只有將目前國(guó)內(nèi)電子信息技術(shù)領(lǐng)域中存在的不合理轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠恚拍苁沟迷擃I(lǐng)域獲得長(zhǎng)久的發(fā)展??v觀國(guó)內(nèi)電子信息技術(shù)領(lǐng)域,其已經(jīng)具備了躋身世界前列的規(guī)模,然而其發(fā)展能力等其他方面與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距相對(duì)較大。
2我國(guó)電子信息技術(shù)發(fā)展未來趨勢(shì)的展望
針對(duì)上述我國(guó)電子信息技術(shù)發(fā)展中存在問題的分析,結(jié)合筆者自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),就我國(guó)電子信息技術(shù)發(fā)展的未來趨勢(shì)作出如下展望:
2.1全球化、層次化發(fā)展
在電子信息技術(shù)發(fā)展的過程中,需要國(guó)內(nèi)各個(gè)企業(yè)以及國(guó)家之間進(jìn)行合理的交流溝通,其中包括技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、設(shè)備更新以及產(chǎn)品銷售等問題。在相對(duì)較為發(fā)達(dá)的地域,部分發(fā)展情況較為良好的企業(yè)憑借著自身較為優(yōu)秀的實(shí)力以及發(fā)展經(jīng)歷,對(duì)自身存在的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化,最終形成合理的研發(fā)以及設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。尤其是技術(shù)含量相對(duì)較高的產(chǎn)業(yè)一般都留在歐洲地區(qū),而技術(shù)含量較低的工作通常轉(zhuǎn)移到亞洲的部分國(guó)家進(jìn)行。而在我國(guó),經(jīng)濟(jì)情況較為良好的地區(qū)通常將產(chǎn)業(yè)向著西部地區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。從此可以看出,電子信息技術(shù)的發(fā)展也將逐步呈現(xiàn)全球化以及層次化發(fā)展的趨勢(shì)。
2.2產(chǎn)業(yè)化、集群化的發(fā)展
在國(guó)內(nèi)如火如荼的經(jīng)濟(jì)發(fā)展浪潮當(dāng)中,具有一定聯(lián)系的產(chǎn)業(yè)通常會(huì)逐步演化為一個(gè)較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈。然而對(duì)于電子信息技術(shù)領(lǐng)域而言,只有相關(guān)領(lǐng)域聯(lián)合成為一個(gè)整體之后,才能夠使得該領(lǐng)域獲得穩(wěn)步長(zhǎng)久的發(fā)展。相對(duì)而言,我國(guó)的電子信息技術(shù)的起步時(shí)間相對(duì)較晚,目前其依舊處于發(fā)展的過程中。然而在此期間,形成產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展模式,完成集群化的發(fā)展路線,將會(huì)使得該領(lǐng)域的生存能力得以大幅度的提升,在遭遇巨大挑戰(zhàn)的過程中能夠擁有較強(qiáng)的抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。
2.3多媒體、智能化的發(fā)展
隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,電子信息技術(shù)也將向著多媒體以及智能化的方向發(fā)展。其中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)走向了多媒體的發(fā)展道路。這也就說明國(guó)內(nèi)的電子信息技術(shù)向著多媒體的方向發(fā)展。相對(duì)而言,在電子信息技術(shù)發(fā)展的過程中,多媒體技術(shù)也是其中較為重要的技術(shù)手段之一。
3結(jié)束語
隨著電子技術(shù)創(chuàng)新能力的發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的出現(xiàn),各行各業(yè)都應(yīng)用到了電子技術(shù),同樣,網(wǎng)絡(luò)電視同樣也是電子技術(shù)應(yīng)用的使用者,本文將結(jié)合電子技術(shù)在工作生活中的實(shí)際應(yīng)用,就電子技術(shù)在電視媒體中的應(yīng)用進(jìn)行探討。
【關(guān)鍵詞】電子技術(shù) 媒體管理 工作方式
社會(huì)的發(fā)展因?yàn)楦咝码娮蛹夹g(shù)的出現(xiàn)迎來了黃金時(shí)期,其中,計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用尤其突出,他與以往的生產(chǎn)力完全不同,而應(yīng)該在另一個(gè)層面進(jìn)行解釋,對(duì)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)占據(jù)了生產(chǎn)力的主流。比如,創(chuàng)新性和戰(zhàn)略性是舊式的生產(chǎn)力所不具備的,超高的輻射性和人工智能技術(shù)同樣是本世紀(jì)的新興產(chǎn)物,作為一種新的的生產(chǎn)力,他是人們的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了翻天覆地的變化,豐富了業(yè)余生活,使電視可以連接網(wǎng)絡(luò)使用,而告別了樓頂電線桿的時(shí)代,這都大大提高了人們的生活質(zhì)量,是電子技術(shù)發(fā)展史上里程碑式的標(biāo)志。本文在這個(gè)方面探討電子技術(shù)在電視媒體中的應(yīng)用以及對(duì)電視媒體的影響。
1 電子技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展
1946年,世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)誕生,從20世紀(jì)50年代以后,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用就逐漸蔓延開來,它既包含了物理邏輯學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn),又趕上了電子技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代,于是在僅僅幾十年的時(shí)間就全球普及。電子技術(shù)經(jīng)過六十多年的發(fā)展,從最初的電子管計(jì)算機(jī),到晶體管計(jì)算機(jī)、小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)、大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī),最后是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。更新?lián)Q代程度越來越頻繁,技術(shù)越來越先進(jìn),計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度得到了大大的提高,包含的程序和功能越來越多,現(xiàn)階段已經(jīng)到了研發(fā)納米級(jí)的程度了,其運(yùn)行速度已經(jīng)超越前面任何一個(gè)階段的速度,到了納秒以下。越來越多的生活領(lǐng)域應(yīng)用到這項(xiàng)技術(shù),對(duì)人類生活的提高文明的進(jìn)步產(chǎn)生了極大的影響。
2 電子技術(shù)在電視媒體中的應(yīng)用
電視媒體的發(fā)展依靠于電子技術(shù)的發(fā)展,上文提到,網(wǎng)絡(luò)電子通信技術(shù)為多媒體電視的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,電視媒體的信息傳播依賴于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),因此人們生活水平的提高離不開電子通信技術(shù)的發(fā)展。近些年的電視媒體越來越多姿多彩,形式新穎,足夠吸引人的眼球,高傳播性同樣可以使它的影響范圍大大加強(qiáng)。首先,電視應(yīng)用的信號(hào)離不開衛(wèi)星傳播,加強(qiáng)地面覆蓋建設(shè),可以使信號(hào)覆蓋范圍大大加強(qiáng),同時(shí),媒體間的良性競(jìng)爭(zhēng)也有利于推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。其次,有線電視的發(fā)展得到了大力推動(dòng)。因?yàn)樵械碾娨曂ㄓ崅鬏斀橘|(zhì)是電纜,電纜的傳輸條件并不好,傳輸途中會(huì)損失掉好多電視信號(hào),因此近些年光纜一出現(xiàn),就迅速替代了電纜作為媒體傳輸介質(zhì)。當(dāng)前電視媒體的傳播形式主要有三,一是有線電視,二是衛(wèi)星信號(hào),三是網(wǎng)絡(luò)電視。其中有線電視的特點(diǎn)十分獨(dú)特:
(1)頻道內(nèi)容豐富,采用衛(wèi)星信號(hào)傳輸,無線網(wǎng)絡(luò)傳播,因此多媒體音質(zhì),畫質(zhì)都達(dá)到了現(xiàn)有技術(shù)的最高水平,能同時(shí)傳送多達(dá)120套電視節(jié)目。預(yù)計(jì)未來可以同時(shí)傳播多達(dá)500套電視節(jié)目。
(2)光纜信號(hào)穩(wěn)定,受干擾性小之又小,播出質(zhì)量可以保證。
(3)光纜的特征可以將信號(hào)雙向傳輸,不僅可以連接有線電視,還能將網(wǎng)絡(luò)引入到電視中來,電視上可以點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)節(jié)目觀看,擴(kuò)大了電視媒體功能領(lǐng)域。
3 電子技術(shù)在電視媒體發(fā)展中的作用
3.1 電子技術(shù)的發(fā)展提高了媒體創(chuàng)作與媒體接收設(shè)備質(zhì)量
電視媒體的發(fā)展是媒體技術(shù)的整體發(fā)展,環(huán)環(huán)相扣,都是必不可少的。每個(gè)環(huán)節(jié)都是為了將媒體技術(shù)向更高的技術(shù)水平推進(jìn),朝著數(shù)字化,動(dòng)力化,智能化發(fā)展。電子元件的發(fā)展是整個(gè)發(fā)展過程的先決條件,只有基礎(chǔ)設(shè)施完備,才能將技術(shù)發(fā)展推進(jìn)到更高的發(fā)展水平。創(chuàng)新研發(fā)能力越強(qiáng),技術(shù)進(jìn)步就越大。當(dāng)前電視媒體技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了五個(gè)轉(zhuǎn)變:
(1)電視攝像器材由攝像管向CCD的轉(zhuǎn)變。
(2)電視錄像器材同3/4模擬分量向1/2模擬分量轉(zhuǎn)變;
(3)ENG由分體式向一體化轉(zhuǎn)變;
(4)播出方式從計(jì)算機(jī)控制人工上帶的半自動(dòng)化播出向計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手上帶的全自動(dòng)播出方式轉(zhuǎn)變;
(5)從模擬播出系統(tǒng)向數(shù)字播出系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。新技術(shù)還不斷豐富著新聞媒介的報(bào)道手法,開拓著新聞媒介的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。如利用先進(jìn)的傳送設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道。
3.2 電子技術(shù)拓展電視媒體功能
技術(shù)的發(fā)展使得元器件的功能和作用都得到了很大程度的拓展,網(wǎng)絡(luò)電視和智能電視機(jī)的出現(xiàn)就是很好的佐證,利用技術(shù)進(jìn)步制造出電視制式之間的相互兼容,通過模擬分量技術(shù)將數(shù)字信號(hào)間的傳輸變得更快,新型的傳輸媒介的使用為傳輸速度提供了更優(yōu)質(zhì)的渠道,在各方面共同作用下,我們才能在家里享受豐富多彩的電視節(jié)目,提高了生活水平。在電視節(jié)目制作中,我們不再采用以往的媒體工作模式,電視節(jié)目的播出時(shí)間段和組織方式也隨著時(shí)代的發(fā)展在變化,節(jié)目越來越“接地氣”,追求高收視率,這就需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電視技術(shù)的多方面配合,是的多媒體技術(shù)更能滿足人們的日常需求,由單一模式變?yōu)槎鄻幽J健?/p>
3.3 電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)電視新聞傳播的有效影響
電子技術(shù)的高速發(fā)展有效地拉近時(shí)間和空間的距離。時(shí)間與空間不再是限制人們的桎梏,而是超越了時(shí)空的界限,今天可以收看昨天的電視節(jié)目,而大規(guī)模的傳播特性也可以坐在家里收看大洋彼岸的實(shí)況直播。隨著電子技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展,無論是在什么地方,什么場(chǎng)合中都可以將現(xiàn)場(chǎng)的情況真實(shí)有效及時(shí)的傳送到電視觀眾面前。另一方面,電子技術(shù)的以展改進(jìn)了圖像符號(hào)。使圖像更清晰,音質(zhì)更保真,近些年出現(xiàn)的3D,4D技術(shù)就是多媒體的進(jìn)步,具有強(qiáng)烈的現(xiàn)場(chǎng)感。同時(shí)在字幕制作特效方面,電子技術(shù)的發(fā)展也為其提供了技術(shù)支持。通過圖像,音效與特效三者結(jié)合,極大了發(fā)揮了電視新聞的傳播效果。同時(shí),錄像機(jī),攝像機(jī)的發(fā)明和使用,也有效的節(jié)約了人力和物力的,提高了工作效率。
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[關(guān)鍵詞]電子信息科學(xué)技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展方向;概況;光電子技術(shù);微電子技術(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
按照現(xiàn)階段電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析,西方發(fā)達(dá)國(guó)家電子信息科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系以逐漸成熟。伴隨市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度地提升及大量外資涌入,我國(guó)電子信息科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)也得到了極大發(fā)展。“十二五”規(guī)劃中明確指出,應(yīng)將信息產(chǎn)業(yè)列為重點(diǎn)扶植產(chǎn)業(yè),電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展必將帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。作為一門理工學(xué)科,電子信息科學(xué)技術(shù)是原有電子學(xué)、信息系統(tǒng)、無線電物理學(xué)及信息、電子科學(xué)的整合,以此構(gòu)成全面新型學(xué)科。因我國(guó)電子信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展起步晚,為充分發(fā)揮電子信息科學(xué)技術(shù)的作用,相關(guān)工作人員及單位必須重視該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展,只有這樣才能推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。
一、電子信息科學(xué)技術(shù)的概況
數(shù)學(xué)家香農(nóng)在其1948年發(fā)表的論文―通訊的數(shù)學(xué)理論中指出“信息是用來消除隨機(jī)不定性的東西”。作為一種普遍聯(lián)系形式,在所有通訊與控制系統(tǒng)內(nèi),信息是一切宇宙萬物創(chuàng)建的最基本萬能單位。電子信息科學(xué)技術(shù)是指利用電子技術(shù)獲取、傳遞、處理及應(yīng)用信息的一項(xiàng)技術(shù),傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與信號(hào)處理技術(shù)等都是電子信息科學(xué)技術(shù)的的重要組成部分。伴隨電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,電子信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)階段最活躍、滲透能力最強(qiáng)的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)。在計(jì)算機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)上,電子信息科學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)如下:
首先,智能化、集約化。在科學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算機(jī)智能研究的建立,其中計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要方向就是智能化,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)科對(duì)人的感覺行為與思維活動(dòng)等進(jìn)行模擬,并進(jìn)行集約化邏輯分析、綜合處理信息。其次,網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。在信息資源共享、交流互動(dòng)中,利用計(jì)算機(jī)高清晰數(shù)字處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行等即可實(shí)現(xiàn)。最后,高效化、敏捷化。在開發(fā)、研究與應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的同時(shí),可整合、存儲(chǔ)各類信息資源,并利用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù),達(dá)到高效、快捷處理信息的目的。
二、電子信息科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向
1、電子信息科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀
作為19世紀(jì)末、20世紀(jì)初發(fā)展的新興技術(shù),電子技術(shù)在20世紀(jì)得到了快速發(fā)展,因其應(yīng)用范圍地不斷擴(kuò)大,使電子技術(shù)已經(jīng)成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。伴隨信息時(shí)代的到來,信息社會(huì)逐漸以微電子技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)為發(fā)展趨勢(shì)。目前電子信息科學(xué)技術(shù)在國(guó)防、科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、通訊等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用,其已經(jīng)成為人們生產(chǎn)、生活及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè),現(xiàn)階段我國(guó)信息技術(shù)總體水平和發(fā)達(dá)國(guó)家相比,仍存有一定差距。為轉(zhuǎn)變我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)受控于人的窘境,必須始終堅(jiān)持建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家,將掌握裝備制造業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)作為提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重點(diǎn)。本文以微電子技術(shù)為例分析,在不斷突破CMOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)極限的基礎(chǔ)上,我國(guó)微電子技術(shù)始終遵循摩爾定律(集成度每18個(gè)月平均多一倍,30年尺寸減小1000倍,提升性能1萬倍),推動(dòng)我國(guó)集成電路市場(chǎng)的快速發(fā)展。但現(xiàn)階段我國(guó)市場(chǎng)自給率較低(25%以下),特別是在以計(jì)算機(jī)中央處理器(CPU)為代表的IC發(fā)展中,發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。
2、電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展方向
(1)未來信息技術(shù)的核心―光電子技術(shù)。電子學(xué)、光電子學(xué)、光子學(xué)為現(xiàn)代信息技術(shù)的主要發(fā)展階段。作為信息、能量的載體,光子可產(chǎn)生信息光子學(xué)與能量光子學(xué),根據(jù)以上兩者自身規(guī)律與市場(chǎng)發(fā)展需要,可進(jìn)行現(xiàn)代光電子交叉學(xué)科與光電子信息產(chǎn)業(yè)的建立與發(fā)展。(2)微電子―系統(tǒng)集成化發(fā)展。作為電子信息硬件產(chǎn)品的重點(diǎn),集成電路制造技術(shù)具有廣泛地應(yīng)用空間,從計(jì)算機(jī)CPU至各類IC卡都與集成電路息息相關(guān)。大規(guī)模(LSI)、超大規(guī)模(VLSI)、特大規(guī)模(ULSI)集成時(shí)代已經(jīng)成為微電子技術(shù)的過去,伴隨信息時(shí)代的到來及電子信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,集成電路將以硅基CMOS電路為主,向加工細(xì)微化、硅片大直徑化方向發(fā)展。(3)多媒體、智能化成為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展方向。計(jì)算機(jī)技術(shù)、PC機(jī)、服務(wù)器與其外部設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)等為計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要內(nèi)容。伴隨科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步,并行處理技術(shù)也得到了高速發(fā)展,平均每2年計(jì)算機(jī)性提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)為核心逐步向因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為核心進(jìn)行轉(zhuǎn)變,在系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備所占比重也逐漸增加,逐步發(fā)展為海量存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)、通信與家電設(shè)備通過多媒體逐漸融為一體,語言、數(shù)字圖像交互技術(shù)也以實(shí)用化的方式呈現(xiàn)在人們面前,促使計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸向多媒體、智能化發(fā)展全面發(fā)展。(4)通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們也越來越依賴網(wǎng)絡(luò),促使信息安全的重要性、緊迫性日漸突出,同時(shí)也加快了密碼理論、密碼算法、安全協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全和信息隱藏等技術(shù)的研究與發(fā)展。作為全球擁有最大規(guī)模移動(dòng)通信網(wǎng)的國(guó)家,現(xiàn)階段我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)普及率也有待提升。互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,為無線技術(shù)發(fā)展提供了可靠地保障,同時(shí),由無線局域網(wǎng)(WLAN)擴(kuò)展到無線城域網(wǎng)(WMAN)的發(fā)展為電子信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也提供了數(shù)據(jù)信息依據(jù)。在通信技術(shù)逐步發(fā)展為寬帶化、個(gè)性化與綜合化的同時(shí),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也逐步向多業(yè)務(wù)、高性能與大容量等方向發(fā)展。通過將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)提供給用戶,可實(shí)現(xiàn)信息通訊的快捷性,推動(dòng)信息技術(shù)的高速發(fā)展。
三、結(jié)束語
綜上所述,作為科技革命重要標(biāo)志的信息技術(shù),電子信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人們生活的各個(gè)方面,作為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要手段,電子信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的高低將直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為此,我們必須正視與發(fā)達(dá)國(guó)家在信息科學(xué)和技術(shù)方面的差距,加大自主創(chuàng)新力度,大力發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)并重視推動(dòng)信息技術(shù)在產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用,進(jìn)一步提升我國(guó)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
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案例教學(xué)法的可行性
案例教學(xué)法是一種先進(jìn)的教學(xué)方式,教師根據(jù)工程生產(chǎn)實(shí)際給出若干案例,學(xué)生分成若干研究小組,在教師地引導(dǎo)下組織文獻(xiàn)查閱、研究和討論,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成案例的設(shè)計(jì)后,通過報(bào)告的形式匯報(bào)研究成果,匯報(bào)完成后由教師和學(xué)生共同進(jìn)行對(duì)相關(guān)問題的討論。在這種教學(xué)方式下,學(xué)生由被動(dòng)的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的發(fā)掘者,實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生間的互動(dòng)。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比,案例教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)十分突出,大大改善了教學(xué)效果,因此已經(jīng)在我國(guó)高校的課堂教學(xué)中得到應(yīng)用。[6,7]電力電子技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民生活中應(yīng)用廣泛,同時(shí)也綜合了電子技術(shù)、電路、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科,因此具有很強(qiáng)的工程性和綜合性。同時(shí),“電力電子技術(shù)”強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際,因此必須重視實(shí)踐性教學(xué)。在“電力電子技術(shù)”的教學(xué)中引入案例教學(xué)法,對(duì)于達(dá)到課程的實(shí)踐性和綜合性要求,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性和主動(dòng)性,提高學(xué)生自學(xué)能力和實(shí)踐能力,改善教學(xué)效果,大有裨益。
案例教學(xué)法的實(shí)施過程
新型教學(xué)法的實(shí)施步驟為:1.提出課題(案例)將全班學(xué)生分為5個(gè)課題小組,小組可由教師劃定,學(xué)生也可以自由組合。根據(jù)“電力電子技術(shù)”教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)要求,選取實(shí)踐性較強(qiáng)的5個(gè)案例,分配給5個(gè)課題小組,每個(gè)小組負(fù)責(zé)1個(gè)課題,課題的選擇由各組自行協(xié)商。由于學(xué)生剛剛接觸“電力電子技術(shù)”,因此教師在選擇案例時(shí)需注意案例的難度,案例不能過于簡(jiǎn)單,需具有挑戰(zhàn)性,但也不能難度過大,占用學(xué)生過多的時(shí)間,甚至令學(xué)生失去興趣。經(jīng)過實(shí)踐,筆者給出的第一批5個(gè)案例為:級(jí)聯(lián)式晶閘管整流器的設(shè)計(jì)、高功率因數(shù)PWM整流器的設(shè)計(jì)、SPWM逆變電源的設(shè)計(jì)、矩形波交流電源的設(shè)計(jì)、高頻高壓脈沖電源的設(shè)計(jì)。當(dāng)然,案例的選擇并不是一成不變的,為了防止部分學(xué)生向上一屆學(xué)生索要案例設(shè)計(jì)結(jié)果,同時(shí)考慮到電力電子技術(shù)發(fā)展迅速,每一屆教學(xué)中都將對(duì)案例進(jìn)行修改或更換.2.研究學(xué)習(xí)各課題小組根據(jù)案例的要求,進(jìn)行分工合作,首先要充分理解教材,判斷案例涉及教材中的哪部分章節(jié)的內(nèi)容,深入閱讀教材,然后根據(jù)教師提供的文獻(xiàn)資料及學(xué)習(xí)方法,通過圖書館、期刊網(wǎng)等文獻(xiàn)檢索工具的幫助,查閱相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)課題進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。由于課題涉及的電路、自動(dòng)控制等方面的理論較多,需要學(xué)生閱讀較多的文獻(xiàn)。小組成員之間需要經(jīng)常溝通和討論,并進(jìn)行材料的整合并為報(bào)告做準(zhǔn)備。3.仿真研究由于學(xué)時(shí)以及實(shí)驗(yàn)條件所限,學(xué)生無法對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性,可采用仿真驗(yàn)證的方法。目前,有多種仿真軟件可以仿真電力電子電路,其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。這兩種軟件已被許多教師用于課堂教學(xué)中,但學(xué)生動(dòng)手使用的并不多,實(shí)際上,這兩種軟件易學(xué)易用,學(xué)生無需在學(xué)習(xí)軟件的使用方法上花費(fèi)太多的時(shí)間。在案例設(shè)計(jì)過程中,學(xué)生可以隨時(shí)用設(shè)計(jì)的仿真程序驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性;設(shè)計(jì)完成后,要給出不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同控制策略、不同電路參數(shù)和控制參數(shù)下的主要波形,并由此確定最佳拓?fù)浜蛥?shù)。在第二和第三階段,學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)與教師交流。4.報(bào)告討論報(bào)告和討論是案例教學(xué)法的重要環(huán)節(jié),一般安排在課程結(jié)尾階段進(jìn)行。由于學(xué)時(shí)的限制,為每個(gè)案例分配的時(shí)間為20分鐘~30分鐘。課題組推舉一位報(bào)告人,報(bào)告人應(yīng)在報(bào)告前做好PowerPoint講稿,報(bào)告時(shí)用5分鐘的時(shí)間介紹案例的要求和設(shè)計(jì)結(jié)果。余下時(shí)間由全體學(xué)生討論設(shè)計(jì)的合理性,學(xué)生也可以提出各種問題,由報(bào)告人進(jìn)行解答,報(bào)告人解答不了的,由該課題組的其他成員解答。教師在此過程中應(yīng)對(duì)討論的深度和廣度加以把握,最后對(duì)案例設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng),并記錄學(xué)生在報(bào)告和討論過程中的表現(xiàn),作為考核的依據(jù)。5.撰寫小論文通過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)與實(shí)踐,每個(gè)學(xué)生提交一份與案例相關(guān)的研究性小論文,教師應(yīng)要求每個(gè)課題組內(nèi)各成員間的小論文內(nèi)容有區(qū)別,即應(yīng)側(cè)重于自己所研究的那一部分。6.期末考核期末考核的成績(jī)由三部分組成:報(bào)告和討論過程中的表現(xiàn)以及小論文的質(zhì)量。為了保證考核的公平性,教師在布置任務(wù)時(shí)要為課題組的每個(gè)成員分配不同的工作。以“SPWM逆變電源的設(shè)計(jì)”為例,可將案例拆分為若干子課題,如:?jiǎn)蜗嗄孀冸娫吹脑O(shè)計(jì)、三相逆變電源的設(shè)計(jì)、常規(guī)SPWM調(diào)制方法研究、梯形波SPWM調(diào)制方法研究、鞍形波SPWM調(diào)制方法研究等幾個(gè)子課題。在小組成員較多的情況下,可令其中一部分同學(xué)用Matlab/Simulink仿真,其余同學(xué)用PSIM仿真,這樣不僅使每個(gè)學(xué)生都有相互獨(dú)立的任務(wù),還可將不同仿真軟件得到的結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證。
案例舉例
論文摘要:機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。此簡(jiǎn)述機(jī)電一體化技術(shù)的基本情況和發(fā)展背景,綜述國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀,分析機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透,工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域,由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化,使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化,使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
1機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為:機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù),根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求,合理配置與布局各功能單元,在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值,并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng),則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此,“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù),而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化,仍屬傳統(tǒng)機(jī)械,其主要功能依然是代替和放大的體系。但是,發(fā)展到機(jī)電一體化后,其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外,還被賦予許多新的功能,如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。也就是說,機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸,還是人的感官與頭腦的延伸,智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段:(1)20世紀(jì)60年代以前為第一階段,這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期,人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間,戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合,這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù),戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用,對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí),研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平,機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展,已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。(2)20世紀(jì)70-80年代為第二階段,可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期,計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展,為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受,大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn);機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;各國(guó)均開始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。(3)20世紀(jì)90年代后期,開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段,機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面,光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化,微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳,出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組,并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作,取得了一定成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比,仍有相當(dāng)差距。
3機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合,它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面:
3.1智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視,機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述,是在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法,使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然,使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或者人的部分智能,則是完全可能而且必要的。轉(zhuǎn)3.2模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元,具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品,同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的,還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),以便于各部件、單元的匹配。
3.3網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?,F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì),利用家庭網(wǎng)絡(luò)(homenet)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computerintegratedappliancesystem,CIAS),能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3.4微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末,指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS),泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品,并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小,耗能少,運(yùn)動(dòng)靈活,在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù),即超精密技術(shù),它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
3.5環(huán)?;?/p>
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變化。一方面,物質(zhì)豐富,生活舒適;另一方面,資源減少,生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是,人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源,回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生,綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中,符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求,對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或危害極少,資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品,具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指,使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境,報(bào)廢后能回收利用。
3.6系統(tǒng)化
未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,機(jī)電一體化的人格化有兩層含義:一層是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等,顯得越來越重要,特別是對(duì)家用機(jī)器人,其高層境界就是人機(jī)一體化;另一層是模仿生物機(jī)理,研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上,許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)而研制出來的。
綜上所述,機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的,它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶,是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然,與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多,并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來越明顯,機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻(xiàn)
1.完善實(shí)踐教學(xué)條件“電力電子技術(shù)”課程具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)用性,而實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和科學(xué)研究方法的重要手段。因此,以營(yíng)造真實(shí)的、先進(jìn)的工程環(huán)境為目標(biāo),緊密結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用,投入100多萬元建設(shè)和完善了電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室?,F(xiàn)實(shí)驗(yàn)室擁有實(shí)驗(yàn)設(shè)備24臺(tái)套,開發(fā)了電力電子技術(shù)仿真研究平臺(tái),構(gòu)建了電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系(包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等),編制相關(guān)的教學(xué)文件。實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生全面開放,學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式開展自主性實(shí)驗(yàn)和學(xué)科競(jìng)賽培訓(xùn),并為學(xué)生提供實(shí)際工程技術(shù)資料、仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件,培養(yǎng)工程實(shí)踐應(yīng)用能力。
2.精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課程組精心設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目和內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生從問題出發(fā),逐步由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)走向設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn),再過渡到創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。開設(shè)了晶閘管整流、逆變的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),使學(xué)生對(duì)本課程的應(yīng)用有初步認(rèn)識(shí);對(duì)直流斬波、交交變換以及PWM控制技術(shù)部分的實(shí)驗(yàn),則由教師給出電路參數(shù)要求,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)主電路、驅(qū)動(dòng)電路等,完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生分析問題,解決問題的能力;軟開關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)等具有較高實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,密切聯(lián)系著當(dāng)今電力電子技術(shù)發(fā)展的最前沿技術(shù),并且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生了解了電力電子新技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài),同時(shí)對(duì)本課程的應(yīng)用領(lǐng)域、可以解決的問題有了更直觀感性的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與科研、工程、社會(huì)應(yīng)用實(shí)踐密切聯(lián)系,形成良性互動(dòng),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代的有機(jī)結(jié)合,有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和自主訓(xùn)練。
3.增設(shè)課程設(shè)計(jì)與調(diào)試環(huán)節(jié)開設(shè)了1周“電力電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)與調(diào)試實(shí)踐環(huán)節(jié),以完整的電力電子系統(tǒng)為載體,將電力電子器件選擇以及電力電子主電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路、控制電路等內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來,使學(xué)生通過設(shè)計(jì)、組裝、實(shí)驗(yàn)和調(diào)試“四位一體”的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。同時(shí),在教學(xué)中使用計(jì)算機(jī)仿真軟件Matlab/Simulink搭建各種常用電力電子電路,且可方便地調(diào)整電路的參數(shù)進(jìn)行仿真,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理復(fù)雜電力電子電路的能力,也為日后從事工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。
二、改進(jìn)教學(xué)方法與手段,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性
在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中,筆者始終堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、能力為主線的教育理念,根據(jù)課程內(nèi)容合理采用不同的教學(xué)方法組織課堂教學(xué),將“理論+實(shí)踐+應(yīng)用能力”的教學(xué)模式貫穿在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中,由傳統(tǒng)的教師滿堂灌唱獨(dú)角戲變成了教師學(xué)生共同參與的互動(dòng)學(xué)習(xí),教與學(xué)融為一體。教師有所教,學(xué)生有所學(xué),極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,加深了學(xué)生的理解,加快了學(xué)習(xí)步伐。通過啟發(fā)教學(xué)法、案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法等,增強(qiáng)學(xué)生主觀能動(dòng)性,活躍課堂氣氛,挖掘?qū)W生潛力,增強(qiáng)專業(yè)素養(yǎng),逐漸讓學(xué)生由“學(xué)會(huì)”變成“會(huì)學(xué)”,由被動(dòng)變主動(dòng)汲取知識(shí)。
為了分析電力電子器件和電路的工作狀態(tài),使學(xué)生弄清電路中能量的變換和傳遞,筆者制作了本課程比較完善的多媒體教學(xué)課件。利用多媒體技術(shù)將實(shí)際應(yīng)用中的電路和電力電子裝置做成影音資料帶到課堂上,結(jié)合典型工程實(shí)例,并把電力電子前沿的研究狀況、最新的研究成果以圖表、圖片等方式充實(shí)到教學(xué)課件中,提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,不斷提高教學(xué)效果及教學(xué)質(zhì)量。同時(shí),建設(shè)了本課程的教學(xué)網(wǎng)站,網(wǎng)站資料豐富,包括教學(xué)資料和典型工程實(shí)例等,學(xué)生可以在網(wǎng)上學(xué)習(xí),教師可以在網(wǎng)上進(jìn)行答疑,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高了教學(xué)效果。
三、改革考核方式,提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力
1.考試過程全程化教師根據(jù)“電力電子技術(shù)”課程性質(zhì)和不同階段的教學(xué)要求,通過課堂提問、討論、平時(shí)作業(yè)、單元測(cè)驗(yàn)、實(shí)際操作、撰寫報(bào)告或論文等方式加強(qiáng)形成性考試評(píng)價(jià),并安排階段性考試以強(qiáng)化學(xué)生平時(shí)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和掌握,弱化期末終結(jié)性考核。
2.考核內(nèi)容能力化考核內(nèi)容圍繞應(yīng)用能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)為核心這個(gè)目標(biāo)設(shè)置,結(jié)合新的“電力電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容體系,加大電力電子器件特性分析、實(shí)際電路分析、應(yīng)用案例分析、實(shí)踐技能的比例,側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用、解決問題的能力。
3.考核方式多元化根據(jù)不同階段的教學(xué)要求,考核采取口試、筆試(開卷、閉卷)、開發(fā)設(shè)計(jì)相結(jié)合的形式,變單一形式的考核為多種形式的考核。
四、組織課外科技創(chuàng)新活動(dòng),探索課內(nèi)與課外培養(yǎng)的有效機(jī)制
按照課內(nèi)培養(yǎng)與課外培養(yǎng)相結(jié)合的原則,把培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力固化在教學(xué)任務(wù)中,成立了課外科技活動(dòng)小組,注意引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種科技競(jìng)賽活動(dòng)。依托電力電子實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施,積極組織學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽,以培養(yǎng)和提高學(xué)生的自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。在運(yùn)行中,加強(qiáng)課外實(shí)踐活動(dòng)的組織和管理,制訂《大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)運(yùn)行管理辦法》和《實(shí)驗(yàn)室開放運(yùn)行管理辦法》,對(duì)大學(xué)生第二課堂教育的條件保障、激勵(lì)政策、管理辦法、評(píng)價(jià)辦法等做了明確規(guī)定,形成了有效的大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)保障體系。
五、加強(qiáng)青年教師培養(yǎng),提高課程組教師整體水平
師資隊(duì)伍建設(shè)是課程建設(shè)的關(guān)鍵,課程組教師的理論教學(xué)水平、工程實(shí)踐能力、科研水平直接關(guān)乎“電力電子技術(shù)”課程建設(shè)水平。按照校內(nèi)培養(yǎng)與校外培養(yǎng)相結(jié)合、教學(xué)培養(yǎng)和科研培養(yǎng)相結(jié)合的原則,通過建立青年教師“導(dǎo)師制”、定期開展教學(xué)研討和教學(xué)觀摩、實(shí)行青年教師實(shí)驗(yàn)室坐班制、深入工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際、選派教師參加新技術(shù)培訓(xùn)等措施,不斷提高青年教師教學(xué)水平、學(xué)術(shù)水平和實(shí)踐能力。
六、結(jié)語
論文摘要:數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)是高校教育教學(xué)的方向,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了條件。結(jié)合電子技術(shù)類課程的實(shí)際,本文提出構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)資源的意義、內(nèi)容和方法,有利于該類課程的建設(shè),提高教育教學(xué)質(zhì)量,時(shí)數(shù)字化教學(xué)資源全面支撐下的新的人才培養(yǎng)模式的確立必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
1.引言
隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,人類社會(huì)信息化進(jìn)程明顯加快,特別是電子技術(shù)正向數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、綜合化和智能化方向發(fā)展,電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,新技術(shù)、新知識(shí)、新工藝、新器件不斷出現(xiàn),對(duì)電子技術(shù)類相關(guān)的人員需求十分巨大。這對(duì)于高等教育來講既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn),如何培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)電子技術(shù)類人才是高校電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)教學(xué)改革的重點(diǎn)。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)等信息技術(shù)的發(fā)展及其在教育中的應(yīng)用,數(shù)字化教學(xué)資源日益受到人們的青睞,開發(fā)高質(zhì)量的數(shù)字化教學(xué)資源已成為教育信息化的迫切需要。隨著電子技術(shù)教學(xué)改革的深人發(fā)展,基于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為特征的數(shù)字化教學(xué)已經(jīng)成為電子技術(shù)教學(xué)改革的主要方向。
2.數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的意義
高校是培養(yǎng)現(xiàn)代化人才的搖籃,其最終目標(biāo)就是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。以計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)向人們展示了其多媒體化、人工智能和全球網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展特性,正是這種特性可以便于創(chuàng)設(shè)一種全新的教育環(huán)境,創(chuàng)造出有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才的教育環(huán)境。
信息數(shù)字化有效地促進(jìn)了教育教學(xué)手段的多樣化,教學(xué)模式的多元化。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主創(chuàng)新學(xué)習(xí),讓學(xué)生獲得更大的學(xué)習(xí)空間和自由,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力;易于實(shí)現(xiàn)人際之間的廣泛交流和協(xié)作,支持人際之間的智能互;易于實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境的虛擬化,提供給學(xué)生更多的創(chuàng)造空間和實(shí)踐的自由。
創(chuàng)建信息化教學(xué)環(huán)境的首要條件就是建設(shè)內(nèi)容豐富的數(shù)字化教學(xué)信息資源庫。利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代教育技術(shù)的結(jié)合,創(chuàng)建數(shù)字化教學(xué)資源庫,搭建教育信息化平臺(tái),建設(shè)現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境,充分調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生互動(dòng)教學(xué)的主動(dòng)性和積極性,反映了當(dāng)代教育教學(xué)的迫切需求。
3.電子技術(shù)類課程數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)
3.1數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的內(nèi)容
數(shù)字化教學(xué)資源是指經(jīng)過數(shù)字化處理,可以在多媒體計(jì)算機(jī)上或網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行的,可以實(shí)現(xiàn)共享的多媒體學(xué)習(xí)材料。它具有多樣性、共享性、擴(kuò)展性、工具性等特點(diǎn)。數(shù)字化教學(xué)資源涵蓋的內(nèi)容十分廣泛,有多媒體課件庫、多媒體素材庫、視頻資源庫、網(wǎng)絡(luò)課程、數(shù)字化圖書館、教師教學(xué)網(wǎng)站群、專業(yè)課程資源庫等多方面。
電子技術(shù)類課程是電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電氣工程等多學(xué)科應(yīng)用型本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,具有理論性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)、發(fā)展速度快、多學(xué)科交叉、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等特點(diǎn),學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容掌握程度直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。針對(duì)電子技術(shù)類課程的特點(diǎn),其數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)放在多媒體課件庫、視頻資源庫、網(wǎng)絡(luò)課程、虛擬實(shí)驗(yàn)、試題庫和習(xí)題庫等方面的建設(shè)。主要構(gòu)建一個(gè)以電子技術(shù)課程全方位、開放性的數(shù)字化教學(xué)資源支撐下的理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)的全新的教學(xué)體系和模式,以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)資源建設(shè)為核心,為學(xué)生搭建一個(gè)自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)。
在建立數(shù)字化教學(xué)資源體系的系統(tǒng)模型時(shí),教師應(yīng)該以學(xué)生為主體,以建構(gòu)主義為理論基礎(chǔ),以現(xiàn)代教育理念為指導(dǎo)思想,重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和師生雙方的共同活動(dòng)。電子技術(shù)類課程主要包括《模擬電子技術(shù)》、《脈沖數(shù)字電路》等課程,我們將結(jié)合我校實(shí)際,在校園網(wǎng)基礎(chǔ)上,借助局域網(wǎng)絡(luò)、多媒體制作工具和網(wǎng)絡(luò)編程工具,針對(duì)教學(xué)的授課、自學(xué)、考試、答疑和實(shí)驗(yàn)五個(gè)環(huán)節(jié),利用基于Web的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),構(gòu)建相關(guān)課程的理論教學(xué)資源、實(shí)踐教學(xué)資源、習(xí)題庫、試卷庫、答疑討論系統(tǒng)等,整合和完善電子技術(shù)類課程的教學(xué)資源,豐富教學(xué)內(nèi)容,完善教學(xué)手段,形成全方位、立體化、開放式教學(xué)模式。
結(jié)合電子技術(shù)類課程的要求和特點(diǎn),我們可以構(gòu)建出相關(guān)教學(xué)資源庫的框圖:(如圖1)
3.2電子技術(shù)類課程數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)的方法
數(shù)字化教學(xué)資源應(yīng)該結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行建設(shè),利用多媒體信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),在相關(guān)課程建設(shè)基礎(chǔ)上,建設(shè)全方位、立體化、開放性的課程教學(xué)數(shù)字資源。具體建設(shè)方法如下。
3.2.1平臺(tái)構(gòu)建
首先應(yīng)充分調(diào)研該類課程數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)情況,并結(jié)合本校實(shí)際,初步構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),提出總體設(shè)計(jì)思路。
3.2.2整合資源
將電子技術(shù)類相關(guān)課程進(jìn)行梳理,在原有課程建設(shè)的基礎(chǔ)上,按照總體框架,補(bǔ)充、完善、整合各種理論和實(shí)踐教學(xué)資源,形成系列教學(xué)資源庫,完成具有“漸近性”與“多層次”性、能滿足不同層次學(xué)生要求的習(xí)題庫建設(shè),建立高質(zhì)量的電子技術(shù)類課程試題庫,并進(jìn)行數(shù)字化處理。在資源整合過程中應(yīng)注意規(guī)范化、規(guī)劃性和協(xié)調(diào)性。
3.2.3運(yùn)行調(diào)試
當(dāng)數(shù)字化教學(xué)資源庫建設(shè)完成后,應(yīng)該進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)試運(yùn)行,同時(shí)根據(jù)師生提出的問題進(jìn)行修改和完善。
3.2.4評(píng)價(jià)與維護(hù)
數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)是長(zhǎng)期的過程,需要對(duì)教學(xué)資源不斷地積累和更新,同時(shí)應(yīng)支持教學(xué)過程的跟蹤統(tǒng)計(jì),具有對(duì)教學(xué)過程的評(píng)價(jià)展示,才能充分體現(xiàn)師生互動(dòng)功能,才能極大地拓寬課程教學(xué)空間,達(dá)到預(yù)期的效果。
依托課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺(tái),通過教學(xué)資源建設(shè)和教學(xué)手段現(xiàn)代化建設(shè),力爭(zhēng)在課程建設(shè)方面取得突破。
3.3電子技術(shù)類課程數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)需考慮的問題
3.3.1發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和利用多媒體的屬性。電子技術(shù)類課程相對(duì)較為枯燥,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不夠濃厚,而網(wǎng)絡(luò)和多媒體具有集成性、控制性、交互性、多元性等特點(diǎn),能把符號(hào)、文字、聲音、圖形、動(dòng)畫和視頻圖像等信息集于一體。因此教師應(yīng)采用視頻、動(dòng)畫模擬演示等多種方法,使得學(xué)生更易于理解和接受。
3.3.2網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)具有科學(xué)性、知識(shí)性和趣味性。教師既要考慮教學(xué)的需要,堅(jiān)持實(shí)用的原則,又要不斷創(chuàng)新,兼顧學(xué)生的興趣。
3.3.3注意理論聯(lián)系實(shí)際。電子技術(shù)課程的實(shí)踐性很強(qiáng),因此教師不僅要注重理論教學(xué)資源的建設(shè),而且要重視實(shí)踐教學(xué)資源,通過構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室,使學(xué)生通過電腦即可像在實(shí)驗(yàn)室中操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備般對(duì)電路進(jìn)行驗(yàn)證和設(shè)計(jì)。同時(shí)將大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)資料及對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)培訓(xùn)的項(xiàng)目資料也放在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上,供廣大學(xué)生學(xué)習(xí)參考,由此激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣。
3.3.4注意教學(xué)資源庫的更新和發(fā)展。電子技術(shù)發(fā)展迅速,教學(xué)資源庫要緊跟時(shí)代的發(fā)展,不斷更新知識(shí)體系,始終將最新的科技動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向展示給學(xué)生。
【論文摘要】:介紹了光機(jī)電一體化技術(shù)特征,研究了國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點(diǎn)。
近些年來,光機(jī)電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展,在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因此,光機(jī)電一體化技術(shù)成為當(dāng)今機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要趨勢(shì)。
1.光機(jī)電一體化技術(shù)特征
光機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計(jì)算機(jī)和傳感器五個(gè)部分組成,相互構(gòu)成一個(gè)功能完善的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)軟硬件和傳感器是光機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較,光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。
1.1 體積小,重量輕,適應(yīng)性強(qiáng),操作更方便
光機(jī)電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進(jìn)行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式,可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序,任何一臺(tái)光機(jī)電一體化裝置的動(dòng)作,可由預(yù)設(shè)的程序一步一步控制實(shí)現(xiàn),甚至實(shí)現(xiàn)操作全自動(dòng)化和智能化。
1.2 功能增加,精度大幅提高
光機(jī)電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現(xiàn)代技術(shù)集成開發(fā)的自動(dòng)化、智能化機(jī)構(gòu)設(shè)備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制 水平提高,運(yùn)算速度加快,通過電子自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確按預(yù)設(shè)動(dòng)作,其自行診斷、校正、補(bǔ)償功能可減少誤差,達(dá)到靠單純機(jī)械方式所不能實(shí)現(xiàn)的工作精度。同時(shí),由于機(jī)械傳動(dòng)部件減少,機(jī)械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3 部分硬件實(shí)現(xiàn)軟件化,智能化程度提高
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備一般不具有自維修或自診斷功能。光機(jī)電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進(jìn)行自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補(bǔ)償、自診斷、自動(dòng)保護(hù)直至自動(dòng)記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序,指令等軟件內(nèi)容而無需改動(dòng)硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能,使機(jī)械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨勢(shì)向"軟件化"和"智能化"。
1.4 產(chǎn)品可靠性得到提高,使用壽命增長(zhǎng)
傳統(tǒng)的機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)部分,一般都伴隨著磨損及運(yùn)動(dòng)部件配合間隙所引起的動(dòng)作誤差,導(dǎo)致可動(dòng)摩擦、撞擊、振動(dòng)等加重,嚴(yán)格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用,使裝置的可動(dòng)部件減少,磨損也大為減少,像集成化接近開關(guān)甚至無可動(dòng)部件、無機(jī)械磨損。因此,裝置的壽命提高,故障率降低,從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
1.5 融合了多種學(xué)科新技術(shù),衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新產(chǎn)品
光機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究開發(fā)涉及到許多學(xué)科和專業(yè)知識(shí),包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計(jì)算機(jī)科學(xué)等。例如人們很熟悉的靜電復(fù)印機(jī)、彩色印像機(jī)等,就是一種由機(jī)、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。光機(jī)電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機(jī)械技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來,衍生出許多功能更強(qiáng)、性能更好的新一代技術(shù)裝備。
1.6 產(chǎn)品系統(tǒng)性增強(qiáng),各部分系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性要求提高
光機(jī)電一體化是一門學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù),多種技術(shù)的綜合及多個(gè)部分的組合,使得光機(jī)電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性。其各個(gè)組成部分在綜合成一個(gè)完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴(yán)格的要求,這就要求各種技術(shù)揚(yáng)長(zhǎng)避短,提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。
2.研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
2.1研究現(xiàn)狀
自從我國(guó)實(shí)行改革開放以來,科技領(lǐng)域急起直追,我國(guó)的光機(jī)電一體化技術(shù)已取得明顯的成效,數(shù)控產(chǎn)品有了很大的提高,尤其是經(jīng)濟(jì)型靈敏數(shù)控裝置發(fā)展很快,是我國(guó)特有的經(jīng)濟(jì)實(shí)用產(chǎn)品,不但適用國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要,部分產(chǎn)品還隨主機(jī)配套出口。國(guó)內(nèi)的機(jī)械產(chǎn)品采用可編程控制器(PC)和微電子技術(shù)控制設(shè)備也越來越多,覆蓋面也日益擴(kuò)大,從紡織機(jī)械、軸承加工設(shè)備、機(jī)床、注塑機(jī)到橡膠輪胎成型機(jī)、重型機(jī)械、輕工業(yè)機(jī)械都是如此,我國(guó)自行研制和生產(chǎn)的光機(jī)電設(shè)備,在質(zhì)量上也有重大突破,為今后的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
2.2 發(fā)展趨勢(shì)
光機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域,成為一種新興的學(xué)科,并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè),而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)越來越受到高度重視。
從世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來看,光機(jī)電一體化技術(shù)的未來技術(shù)熱點(diǎn)主要包括:
(1)激光技術(shù)
1)高單色性,利用激光高單色性作精密測(cè)量時(shí),可極大地提高測(cè)量精度和量程。
2)高方向性,因具有很遠(yuǎn)距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力,從而可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離激光通信、激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光導(dǎo)航以及遙控。
3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦點(diǎn)附近可產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫,可使照射點(diǎn)物體熔化或汽化,對(duì)各種各樣材料和產(chǎn)品進(jìn)行特種加工。
4)相干性,由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學(xué)計(jì)算機(jī)的研制,而在實(shí)際運(yùn)用中也會(huì)通過一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性,應(yīng)用范圍更廣。
(2)傳感檢測(cè)技術(shù)
1)激光準(zhǔn)直,能夠測(cè)量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三維空間的基準(zhǔn)測(cè)量。
2)激光測(cè)距,其探測(cè)距離遠(yuǎn),測(cè)距精度高,抗干擾性強(qiáng),體積小,重量輕,但受天然影響大。
3)光纖探測(cè)器,在目標(biāo)很小,間隔受限或危險(xiǎn)的環(huán)境中,最常選用的是光纖探測(cè)器。
其他還有激光打孔、刻槽=標(biāo)記、光化學(xué)沉積等加工技術(shù)。
(3)激光快速成型技術(shù)
激光快速成型是利用計(jì)算機(jī)將復(fù)雜的三維物體轉(zhuǎn)化為二維層,將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結(jié),由點(diǎn)、線構(gòu)造零件的面(層),然后逐層成型。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場(chǎng),極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。
(4)光能驅(qū)動(dòng)技術(shù)
利用光致變形材料可制作光致動(dòng)器和光機(jī)器人。現(xiàn)已研制成功一種光致動(dòng)器,其工作原理是將光照在形狀記憶合金上,反復(fù)地通、斷使材料伸縮,再利用感溫磁性體的溫度特性,將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性,加上光的通斷便能實(shí)現(xiàn)所要求的動(dòng)作。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該致動(dòng)器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標(biāo)處于初級(jí)階段,如果能發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異光作用特性的動(dòng)態(tài)物質(zhì),則可使光能驅(qū)動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用。
3.結(jié)語
技術(shù)上的改革和與之相配套的技術(shù)支持是創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)。開發(fā)光機(jī)電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機(jī)械技術(shù)中恰當(dāng)?shù)匾腚娮蛹夹g(shù),產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實(shí)現(xiàn)光機(jī)電一體化,便具有很高的功能水平和附加價(jià)值,將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
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