量子科学应用大全11篇

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【关键词】 血压；血压计；可靠性

电子血压计操作简单，使用方便，作为保健用品逐渐进入更多的家庭。为检测电子血压计测量血压的可靠性，为临床提供一个快捷、有效的血压测量途径，我们选择了国产欧姆龙HEM-741臂式电子血压计，以听诊法为参考，根据美国标准（ANSI/AAMISP10）、英国高血压协会（BHS）推荐的方法进行评估。

1 资料与方法

1.1 一般资料 血压正常组30例，男10例，女20例，年龄17～50岁；高血压组30例，男18例，女12例，年龄37～74岁。臂围22～32cm。

1.2 方法

1.2.1 听诊法 在评估电子血压计是否准确时，规定了将被测电子血压计袖带气路与合格的汞柱血压计串联在一起，并请两位合格的血压测量师同时监测同一被试者肱动脉处血压值［1］。为能使两人同时测量血压，我们对听诊器进行了改进，将两个未安装听诊头的听诊器胶管口分别连接三通管（另一听诊器部件）两端，另一端再连一胶管，然后接听诊头。由两名有经验的护师，按护理学基础的血压测量方法，以汞柱式血压计进行同时独立测量训练。充气后以2～3mmHg／s的速度放气，听到第一声响的汞柱数值为收缩压，声音突然消失的汞柱数值为舒张压［2］。

1.2.2 电子血压计测法 受试者坐靠背椅上休息5～10min，脱去紧束上臂衣袖，将电子血压计袖带缚于上臂，其胶管通过三通管与标准的上海鱼牌汞柱式血压计串联。取两人同时独立测量的血压平均值为听诊法测量值。连续测量2次，测量中间休息2～3min。

1.3 统计学方法 两组分别采用配对样本t检验，统计过程由SPSS 10.0软件完成。根据美国ANSI/AAMI SP10-1992《电子或自动血压计》规定的收缩压和舒张压的误差要求：差值的平均值±5mmHg，差值的标准差

2 结果

血压正常组和高血压组使用两种方法测量的血压平均值、两种方法测量的血压差值平均值、标准差，见表1。 表1 欧姆龙HEM-741与汞柱式血压计测值的比较

3 讨论

本文结果表明：该型电子血压计收缩压和舒张压差值的平均值和标准差均符合美国ANSI标准，与听诊法测量血压是一致的。其适用于血压正常人群，也适用于高血压病人。可替代听诊法在医院进行血压测量，更适于病人在家庭监测血压和日常保健。本组试验结果与既往文献［1］一致。

电子血压计有以下优点：（1）作为一种无汞的测量仪器，更有利于人员的健康和环保要求。（2）听诊法受测试者听力、视力，视听误差，测量习惯等因素的影响，电子血压计获得的资料客观，重复性好。（3）便于携带，使用省时、省力，可提高工作效率。（4）电子血压计患者实现自我测量血压，可避免白大衣现象的发生。（5）高血压患者定期监测血压，有助于提高患者的药物治疗依从性［3］。

为了提高电子血压计的准确性，使用时需注意：操作前检查仪器充电情况，袖带内气囊有无漏气等，电池不足可影响血压结果；操作中受试者正确，冬季应注意保暖避免寒战，袖带缚扎部位正确，松紧度合适，与心脏应在同一水平；不应在磁场环境测量，测量时不使用移动电话；操作后要妥善放置仪器，及时充电，定期检修。对高血压患者，医护人员应教会患者及家属正确的使用方法，以提高其准确性。

【参考文献】

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要培养出新型高素质的技术人才，首先必须提高学生的思想道德素质。否则，将难以胜任各种工作岗位的需求。因此，要求教师遵循中等职业学校学生身心发展的规律，增强新形势下德育教育的主动性、针对性和实效性，在整个教育教学过程中都要渗透德育教育。如引导学生认清职业教育的特点是要求他们具备熟练的专业技能，树立健康的学习观和择业观，正确评价自己，增强爱岗敬业意识等等。

二、刻意强调安全生产，文明生产

出于学科的特点，本学科的大部分时间都是和电打交道。这就涉及到一个很严峻的问题，那就是安全问题。退一步讲，不论技术学得怎样，都要确保安全万无一失。要做到这一点，就是要严格要求。如不准学生在实训室内嬉闹，电源总开关不能忘记关闭，电源线漏电要及时维护，不要违章操作等。消除人为的安全隐患。师生齐抓共管，按章法办事，一丝不苟，不可粗心大意。除此之外，还要做到文明生产。不论课程的那一个环节，只要走进了实训室，就要在安全的前提下，做一个文明的学生。工具用完了，不要随意乱扔乱放；焊锡丝要节约使用；电烙铁要适时保养；万用表使用要规范，不能故意拉断表笔线，断了要及时焊上，使用完毕要关表；实训台要保持整洁，不经老师允许不得乱动实验装置，用完后单台关闭等。这些看起来都是容易做到的事，但也是容易忽视的小事，只要大家共同努力，形成习惯，就一定能够构建一个安全文明的学习环境，使学生学习专业技术的大道一路畅通。

三、夯实专业基础，激发学习兴趣

我们的学生入学程度绝大部分低于初中二年级水平，对本学科内容一无所知或知之甚少，近乎于启蒙教学。基于这一点，必须从头开始，进行点滴积累。在实际教学中根据学生的实际情况，根据自己对教材的理解和整体把握，依照“以就业为导向”的方针。力争做到以基本技能为主，以基础理论为辅，重在培养学生的动手能力。启发引导学生的专业思维，从日常生活出发，留心观察，寻找本学科与生活的关系，要求学生从认知常用电子元器件入手，从符号到实物，如电阻器、电容器、半导体二极管、三极管。通晓他们的功能及特性，同时，引导学生认识一些相对较生疏的元器件。如光敏电阻器、热敏电阻器、陶瓷滤波器、晶振，可控硅、驻极体、电子音乐芯片、电源变压器等，为下学期实践整机联装做好感性储备。

要想使学生真正打好基础，首要问题是要引发他们学习本学科的兴趣，激起他们的好奇心和学习欲望。具体的做法是：（1）列举自己最熟悉或喜欢的电子产品，如手机、mp3等；（2）学会操作先进的实训设备；（3）教学中引进竞赛机制，如用色标法判读电阻器的标称阻值及实际阻值的测量；用数码表示法判读电容器的标称容量及容量大小比较。看谁做得又快又准。（4）参观历届毕业生的优秀作品，感悟电子产品的无限魅力。

兴趣调动起来了，就要进一步着手对学生进行识图能力的培养。目的是让学生能读懂电子整机的原理图和印制电路板图，提高整机连装的速度和质量。从绘制一些简单的串并联电路开始，一步步由浅入深，以至于能够自行设计稍微复杂一点的电路。

四、指导学生认知并准确检测电子元器件

要做到准确检测电子元器件，首先必须学会检测工具的使用。常用的也是最基本的检测工具就是万用表。每位同学都必须掌握测量技术，否则，后面的学习将无法继续进行。

在实际教学中，要求学生能够使用万用表测量电阻器的实际阻值，判别晶体二极管的引脚极性，识别晶体三极管各极的位置及相关参数，判识电解电容器的引脚极性，元器件的质量判别等等，掌握了测量技术，是在前面基础上的一个飞跃。

五、教会学生掌握熟练的手工焊接技术

要组装出一部性能良好的整机，除具备上述能力之外，还要具有高超的手工焊接能力。首先要学会焊接工具及材料的使用。即电烙铁的握法、焊接的五步法、三步法；焊料供给要适量有度，焊剂不宜过多，做出圆润、光亮、美观的焊点，杜绝虚假焊、拉尖及桥连现象。所以我们也称手工焊接技术为手工焊接工艺。还要掌握拆焊技术，力争做到电路板和元器件两不损，这是技术全面的重要表现。只有熟练掌握手工焊接技术，才能进入下一环节的技能训练。

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关键词： 仿真软件；测量仪表及自动化；自动控制系统；教学资源

Key words： simulation software；instrumentation and automation；automatic control system；teaching resources

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）07-0182-03

0 引言

《测量仪表与自动化》课程是一门有着广泛社会需求和技术基础的综合性技术学科，其水平是一个国家技术先进程度、生产力发达程度与生产关系相适应的标志[1]。现代化生产过程的科技人员，除了必须深入了解和熟悉生产工艺之外，还必须学习和掌握自动化仪表方面的知识，才能在生产、管理、调度岗位及科研部门充分发挥作用。我校信息与控制工程学院自动化教研室目前开设的这门课程适用专业除化学工程与工艺以外，还面向诸如环境工程、油气储运、建筑环境与设备工程、热工等专业。该课程包括过程测量仪表、过程控制仪表和过程控制系统三大方面的内容，涉及电子、机械、大学物理、自动控制原理等多门学科，是一门知识点多、涉及面广、实践性强、信息更新快的综合性学科。

对于工艺类专业学生来说，缺少相应的专业背景知识、学时短（根据不同专业，目前学时设置为48或32学时）；加之相应控制系统部分概念抽象、知识联系紧密、难于理解，学生学习难度较大。为此，我教研室专门利用LabVIEW研发了自动控制系统仿真软件作为仿真教学资源使用。下面就该软件的开发背景、功能和使用做逐一介绍。

1 自动控制系统仿真软件的开发背景

1.1 《测量仪表与自动化》教学中的重点和难点 目前我校《测量仪表与自动化》课程大纲明确要求学生掌握自动化仪表的基本原理、结构和特点，为自控设计根据工艺条件选择合适的仪表；除此之外，更强调掌握自动控制系统的基本概念，能对工艺过程提出合理的检测和控制方案。

笔者在教学当中发现，工艺类专业的学生在学习过程测量仪表部分，各种压力、物位仪表虽然种类繁多，但相应学时较长，占到总学时一半左右；加之内容直观，通过图片、实物、动画等方式，学生们可以理解掌握。但随着课程内容进展到过程控制仪表部分，接触到控制器、执行器以后，一些抽象概念诸如控制点、控制规律、控制器正/反作用、调节阀气开/气关、PID算法等内容逐渐让学生感到吃力，且内容相对较少，讲解速度较快。而最后一部分过程控制系统中被控对象的动态特性、自动控制系统的过渡过程、被控变量、操纵变量及控制器参数整定等概念也让学生感觉枯燥单调，学习积极性不高，难以形成有关系统的概念。

这一点可从《测量仪表与自动化》期末考试及课程设计环节中发现，部分学生由于不理解自动控制系统的基本概念，设计出来的控制方案东拼西凑，导致整个设计文件完全错误。

1.2 工程实践中的重要性和实用性 关于过程控制系统基本概念的重要性，笔者还有过亲身的体会。一次在某大型炼厂的催化裂化车间调研过程中，该车间的工艺技术骨干就急迫提出希望我们能够给他仔细讲解一下PID参数整定的内容。这是因为他意识到自动控制系统对于装置设备的平稳、高效和安全的重要性，而对PID参数的认识不够使他不能大胆自信的在DCS工程师站整定PID参数。经过两个小时的讲解，该工程师详细做了笔记，并就相关概念提出了大量问题。

另一次参与某石化公司新项目装置开工建设过程中，负责工艺的工程师需要给新上岗的操作工人培训装置的控制方案。但拿到设计图纸后，面对图纸当中的复杂控制系统，诸如分程控制、比值控制及选择控制等尚不能充分理解，更何谈培训上课。发愁之余，找到笔者帮忙。除了讲解了上述复杂控制方案后，对方还索要《测量仪表及自动化》一书作为参考书使用。本课程内容在工程实践中重要性和实用性可见一斑。

1.3 其他院校的多媒体教学手段 近年来各高等院校不断就《测量仪表及自动化》的教学内容、教学方法、教学模式等进行着的讨论、改革与探索[2-5]。上述文章当中无一例外提到，这是一门专业理论知识与工程实践结合非常紧密的课程，教学中应摒弃单一的板书和PPT授课方式，而充分利用多媒体和计算机技术进行仪表设备及自动控制系统的演示。孙自强提出利用通用的工控组态软件的演示版，可形象的模拟控制现场和控制室的操作[3]。曾珞亚等利用Matlab与VB混编来显示过渡过程曲线和进行控制器参数整定[4]；邬勇奇等制作了Flash仪表动画[5]进行演示，如电接点信号压力表等10个仪表动画。

2 自动控制系统仿真软件的基本功能

该仿真软件选取液罐代表了生产过程中的物位对象。与直接使用实际装置仿真软件相比，可使学生避免花费大量时间熟悉整套生产流程和繁复的组态软件操作，而将注意力全部放在控制仪表与控制系统上。下面介绍软件的基本功能。

2.1 手/自动控制系统的对比 该软件专门设计了手动控制和自动控制的切换界面。手动控制界面如图1所示，仅有液罐（被控对象）、进水手阀和出水手阀。界面上还显示柱状显示水位设定值、实时液位实际值及设定值曲线显示。操作者课根据实际水位（测量值）和理想水位（设定值）相比较的结果，决定开大或关小手阀阀位，从而调整液罐水位，模拟实际工况中的人工控制。手阀阀位的修改可以直接修改阀位文本框，或通过转动手轮实现。

自动控制界面如图2所示。与手动控制界面相对比，自动控制界面增加了液位传感器、PID控制器、调节阀（由原手阀修改），与原液罐构成一个完整的单回路控制系统。界面色彩鲜艳，各环节设备形象生动，基本能够达到真实现场的使用感受。

2.2 测量传感器的设计 该水箱液位传感器模拟恒浮力液位计。浮球始终漂浮在液面上，随着液面高低变化而变化。液罐下方增设了液位计的仪表表头。此外，测量值采用红色细信号箭头线（区别与蓝色的粗管道线）送给控制器，表明了仪表之间的逻辑关系。

2.3 控制器的基本功能 控制器面板如图2自动控制界面左侧所示。该控制器模拟实际单台数字调节器（如DRC-97智能记录调节仪），实现了控制器的基本功能。

2.3.1 显示功能及控制运算 控制器面板上显示偏差（比较器）、输出（运算器）、给定值（水位给定）及PID参数等。PID参数可以根据用户需要实时交互式修改。

在自动状态下，根据水位给定和水位测量值得到偏差e，控制器将按照PID算法给出输出操纵值（MV，Manipulated Value）信号。值得注意的是，控制器的设定值与测量值通过采用红色细信号箭头线送给比较器，而比较器得出的偏差e送给运算器进行运算。同时该操纵值信号同样用红色细信号箭头线传送到调节阀上，表明了信号之间的基本关系。

2.3.2 控制器的正、反作用选择 控制器下方的两个选择按钮分别是正作用和反作用。选择正作用时，控制器的测量信号增大（或给定信号减小）时，其输出信号随之增大；反作用则当调节器的测量信号增大（或给定信号减小）时，其输出信号随之减小。这是控制器构成闭环负反馈控制系统的必备功能之一。

2.3.3 手动/自动切换 控制器具备手动/自动切换功能。选择自动时，红灯亮且功能面板显示“自动”字样。此时，控制器输出根据控制规律随偏差变化而变化；选择手动时，绿灯亮且功能面板显示“手动”字样。此时控制器输出与偏差无关，控制规律无效直接由手操纵控制器输出，类似于直接手调阀门开度。

控制器还具备实现手/自动双向无扰动无平衡切换功能。在手动状态下，此时设定值（水位给定）不能由操作者输入运算器文本框改变，而是跟随测量值的变化而变化，始终保持偏差为零，即控制器PID算法输出增量为零。所以切换至自动瞬间，控制器输出无跳变；在自动状态下，控制器的设定值可以通过改变水位给定文本框或柱状显示来改变，此时输出不能通过文本框改变。切换至手动的瞬间，控制器输出无跳变。该控制器具备实现自动/手动无扰动无平衡切换功能。

2.3.4 调节阀的设计及气开/气关选择 执行器模拟最常见的薄膜式气动调节阀。气动调节阀有气开式与气关式两种形式。软件中所设计的调节阀，若选为气阀，运算器输出为0%，阀门全关闭，运算器输出为100%，阀门全打开。

2.5 系统过渡过程的显示与保存 为了说明控制系统的工作机理，实时曲线显示是必不可少的。界面右侧的绘图窗口可实时显示水位测量值、设定值及操纵值。可根据需要任意改变曲线的颜色和宽度。需保存某曲线画面时，右键导出简化图形即可。图3衰减震荡过程的简化图形。

3 仿真软件应用举例

下面以2学时实验为例，介绍该仿真软件的使用。提前下发电子版实验讲义及软件说明书，供学生预习及在实验上机过程中参看。

3.1 熟悉软件的基本操作（10分钟）。首先，引导学生观察手动控制界面与自动控制界面的区别。总结一个完整的自动控制系统包含哪几部分？该水箱液位控制系统当中的被控变量和操纵变量分别是什么？并要求学生在实验报告中画出该控制系统的方框图。

3.2 对象特性测试（10分钟）。利用测试法建立被控对象模型，并将测试曲线图进行保存。根据测试曲线确定对象的放大系数、时间常数及纯滞后时间。

3.3 调节阀气开/气关及控制器正/反作用的选择（10分钟）。给出工艺安全生产的条件，液罐水位系统中要求液位不能溢出。请学生选择调节阀气开/气关形式及控制器正/反作用。观察若选择不当会出现什么结果。

3.4 自动控制系统投运（10分钟）。复习自动控制系统投运的基本步骤，将手动状态调到稳定状态下进行投运。观察投运过程中控制器的无扰动无平衡切换现象。

3.5 控制器参数的工程整定（40分钟）。

3.5.1 纯比例（P）控制作用下的过渡过程测试 保持出水阀50%不变。将控制系统投运，设置PID参数（Ti>5000s，Td=0s），Kc分别等于1，5，20时，设定值从50%变化到60%时，得到的过渡过程曲线。将曲线画面保存并进行对比，说明Kc的变化对过渡过程的影响。

改变出水阀的阀位（相当于改变对象特性）至80%，重复上述步骤，观察曲线的变化。

3.5.2 比例积分（PI）作用下的过渡过程测试 保持出水阀50%不变。将控制系统投运，设置PID参数（Kc=3，Td=0s），Ti依次设置为4，10，20。说明Ti的变化对过渡过程的影响。改变对象特性（同3.5.1）后重复本步骤。

3.5.3 比例积分微分（PID）作用下的过渡过程测试

保持出水阀50%不变。将控制系统投运，设置PID参数（Kc=3，Ti=10s），Td依次设置为0，2，10，20。说明Td的变化对过渡过程的影响。改变对象特性（同3.5.1）后重复本步骤。

3.6 整理实验数据、图表，回答思考题（20分钟）。

4 结语

本文介绍了由我教研室自主开发的自动控制系统仿真软件的基本功能和使用。通过该仿真软件的应用，解决了《测量仪表及自动化》课程中实验设备短缺、教学手段单一的问题。该教学资源对于提高学生学习的兴趣，研究和掌握课程的重点及难点，培养工程实践概念都具有重要意义。

参考文献：

[1]杜鹃编，《测量仪表与自动化》[M].东营：石油大学出版社出版.

[2]潘浩，杜鹃.《测量仪表与自动化课程教学改革探索与实

践》[J].自动化与仪器仪表，2010，6：142-144.

[3]孙自强.《化工自动化及仪表课程教学改革与实践》[J].化工高等教育，2012，2：51-54.

篇（4）

1 强化实践操作的《电子测量技术与仪器》课程教学内涵

目前，《电子测量技术与仪器》课程作为移动通信专业的必修理论课，该课程对理论和实践的要求都比较高，高职学生在移动通信工程中所需的测量技能以及微波理论知识需要有较高的要求，传统教学中实验操作较少，电子测量仪器种类较少，如何通过教学改革，强化学生的理论知识和实践操作技能，形成具有高职自身特色的教育课程，值得我们深入研究和思索。

结合该课程特点，我认为其教学内涵应体现任务驱动的本质，一是理论性和实践性。理论性是指对学生的基本理论知识要求较高，因为移动通信专业的知识外联性较低，学生以前接触的很少，因此我们要求学生掌握基本的电子测量技能，并能够运用理论去指导本专业的实践操作。实践过程必须以提高学生基础和应用能力为主线，使其能够胜任岗位基本要求。二是任务性。《电子测量技术与仪器》课程教学将工作任务细分，同时配备多种电子测量仪器，让学生在实际操作中练习各种测量技能，学和做相辅相成，更重要的是在学习中以实际电子仪器作为载体，遴选、重构课程内容，将工作任务作为终极努力目标。

2 教学改革实施

依据高职院校培养高端技能型专门人才的培养目标，本课程实践教学改革的原则如下：⑴以电子仪器或模块作为课程载体。⑵将实际工程应用引入实践教学。⑶以实践作为教学的主线，通过实践带动知识、技能的学习与职业素养的养成。

在上述原则的指导下，对该课程教学进行如下改革：

⑴在教学中以学生为主体，以教师为主导，充分发挥主导的导向作用，使主体具有自主学习的能力。主导教师应加强自身理论知识水平的提高和技能的锻炼，同时及时更新专业动向。主体学生需要在理解理论知识的基础上，着重锻炼自身实践操作。通过调查分析及学生反馈，移动通信专业对于电子测量的能力要求为熟练使用各种电子仪器，运用自己所学理论指导实践，进行高频微波各种信号的测试，对相关数据进行记录分析并处理。因此，本课程从专业需求入手，充分利用实训室条件，培养学生分析问题，解决问题的能力。

⑵充分采用多种教学方法，逐步培养学生自主学习能力。在实践教学中，引入实际工程应用，以任务作为驱动，积极引导学生学习。主导教师介绍任务，将学生分组，每组同学分贝完成不同任务，在同一组中，每位同学轮流当组长，指导该组学生进行整个任务的完成流程。在授课过程中采用课前预留，让同学们在课下时间充分利用网络资源丰富和准备即将学习的知识，在后续课中鼓励同学们上台展示，给学生发挥的空间。将教学内容分为基本模块和拓展模块两部分，基本模块用于提高电子测量能力，拓展模块用于培养学生的创新能力。

⑶以电子仪器作为载体，联合企业开发多项实验实训项目，构建理论实践统一的教学体系。通过整合电子测量实践教学，合理有序的安排实验项目，根据不同的工程环境、工作任务及精度要求，选取科学合理的测量方案，选取正确的测量仪器。主导教师给定测量要求，学生自行确定实验方案，配置实验仪器，分组制定实验步骤，完成实验任务。比如测量射频放大器参数实验，不同组别的学生可以选取不同测量模块，自行查阅实训手册，分别制定不同实验步骤，最终完成测量任务。同时提出扩展性任务，添加学生自己的新思维，锻炼学生分析问题解决问题的能力。构建虚拟实验平台，引入Lab View虚拟仪器平台，利用虚拟仪器测量相关实际电路测试点，得出仿真结果，从而掌握电子产品发展新方向。

在综合性课程设计中，要求学生使用DXP、Multisim等软件进行项目设计与仿真。根据仿真通过的电路结构与参数，进行搭建实际电路并进行实际参数测量，要求学生提交测量结果，完成课程实习报告的书写，同时在实训结束前预留一定时间，自行讲解实训原理、数据处理过程、实训过程中碰到的问题及如何解决等，指导教师进行点评与打分。整个过程其他同学均可参与讨论，学生分析与解决问题的能力得到了进一步的升华。

3 总结

通过对电子测量技术与仪器课程进行的教学改革，学生有了较强的自信心，理论知识在不断的展示讲解中得到了进一步的提高，而有目的的实践又能够帮助学生从全局角度完善整个任务，进而提高学生整体思路思考方式的锻炼。师生在教学过程中关系融洽，面对问题能够共同讨论解决，学生的学习积极性有了明显的提高，真正落实了理论实践深层次理论的过程，学生探究性的学习精神得到提高。课改过程中学校和企业关系进一步增进，教学内容贴近实际要求，因此，基于工程应用的电子测量技术与仪器课程实践教学意义深刻。

[参考文献]

篇（5）

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）22-0117-03

应用型本科教育作为一种新的教育现象和教育类型在我国是20世纪90年代末随着科技进步、经济的快速发展和产业不断升级对知识与技能兼备的高层次应用型人才需求背景下产生的[1]。在我国，应用型大学是相对于研究型大学和教学研究大学而言的，它是按照我国目前大学培养的特点，在我国经济建设现代化和高等教育大众化推动下产生的一种新型的本科教育[2]。目前，我国本科高校总数的1/3定位为应用型大学，由于这类高校大多设在地级市，所以又称为地方应用型本科高校[1]。安徽科技学院于2009年获批安徽省示范应用型本科高校建设单位，2014年获批安徽省地方应用型高水平大学建设单位，确定了“地方性、应用型、高水平”的办学定位。

1 地方应用型本科高实践教学存在问题

实践教学是高等教育教学体系的重要组成部分，是培养学生基本技能、实践能力、创新精神的有效途径[3]。服务地方经济社会发展、面向行业内部的实际需要是地方应用型本科高校的立足之本；培养学生的知识应用和实际操作能力是地方应用型本科高校人才培养的根本出发点；培养基础知识比高职高专生深厚、实践能力比传统本科生强的应用型人才是地方应用型本科高校人才培养的优势[3-4]。因此，实践教学在地方应用型本科高校人才培养过程中具有举足轻重的作用。目前许多地方应用型本科高校在实践教学方面仍存在诸多问题，如师资制度不健全、队伍力量不够、基地建设不完善、评价体系不科学、监控不到位等等[5]。具体表现为：多数教师缺乏实践经验，新教师多数是从高校到高校，缺乏实践经验，老教师不能及时掌握现代实用技术，因此学生的实践应用能力不能得到很好的提高；资金和场所不能保障实践教学的正常运行，学生不能及时对课堂理论知识进行实际操作和现场实践；实践教学体系的构建合理、教学计划的制定与执行、教学质量的评价执行不到位，实践教学教师也各自为战，无统一的标准，监控与管理较为混乱；实践教学环节的评价不科学，多数仍采用传统的“笔试”形式，不能真正放映学生的实践教学水平，极大地挫伤了学生进行实践学习的主动性。

2 种子专业实践教学体系的构建与优化

为适应地方应用型本科高校建设的需要，我校种子专业主动出击、全面调研、统筹规划，紧紧围绕地方应用型高水平种业人才的培养目标，科学构建了与理论教学体系相对独立又相互呼应、课内外相结合、校内外相结合、集中与分散相结合、实习与实训相结合的“三能合一、十六个环节”的实践教学体系。在学科基本素质的基础上突出了专业知识应用能力、创新创业能力和社会活动能力的培养，“三能合一、十六个环节”即专业课程实习、专业生产实践、专业综合技能训练、专业技能大赛、职业技能鉴定、企业实训、毕业实习，创新创业培训、创新创业论坛、大学生创新课题、创新创业大赛、校企合作创业课题，个性化拓展实习、暑期社会实践、大学生村官、暑期企业营销实战。构建的实践教学体系中规定课内实践教学不少于26周、课外不少于17周，在166个总学分的人才培养方案中，实践教学环节占3分，加上课内实验折合的学分，实践学分占总学分的39.6%。此外，根据种子专业特点，实行农忙学期制（6月下旬至9月底），安排学生进入企业进行岗位实战训练，在培养学生专业知识应用能力的同时，更突出学生社会活动综合能力的培养。

3 种子专业实践教学质量保障与监控体系的构建与实践

为确保实践教学体系的顺利执行，并取得实效，我校从实践教学规章制度、实践师资队伍、实践基地、实践教材、实践经费、实践教学质量评价及监控等方面构建了以系统论为支撑，办学理念先进、培养方案科学、组织机构健全、管理制度完善、条件保障得力、运行机制规范、效果评价科学合理的地方用型本科高校种子专业实践教学质量保障和监控体系。

3.1 制定规章制度，确保实践教学有章可循 要确保实践教学各环节按计划有条不紊地进行，制定相关的规章制度是非常有必要的，因为只有制度健全了，才能保证实践教学活动有章可循、监控有制度可依。为此，我校在学校层面制定了实验教学管理办法、实验教学与成绩考核评定、课程实习管理规定、实践教学工作的若干意见、毕业论文（设计）管理工作细则等实践教学相关制度。学院结合种子专业特点，对相关制度进行了补充和细化，从实践课程、实践师资、实践教材、实践基地、实践教学考核办法及质量评价与监控等方面对实践教学相关环节进行了细化和完善。

3.2 强化队伍建设，确保实践教学师资力量 地方应用型本科高校要求教师不仅要有扎实理论知识，更要有丰富的行业企业专业实践经验和应用能力，但目前许多应用型高校教师主要来自刚毕业的（硕士、博士）研究生，这些青年教师大部分是从学生直接过渡到老师，缺乏实践教学的能力和经验，从而导师应用型本科高校所要求的“双能型”教师缺乏。针对这种情况，我校主要通过“内培”与“外引”相结合的方式来提升实践教师的专业实践技能。“内培”主要有以下几种形式：一是对新进青年教师实行导师制，由实践经验丰富的老教师担任其导师，制定指导计划，通过指导，2a内获得“双能型”教师资格。二是选派中青年教师到专业对口的企业挂职锻炼或利用课余和假期担任大学生假期社会实践的专业指导老师，以提高专业实践能力。三是鼓励和引导中青年教师参加行业、职业培训和相关资格考试，获取职业资格证书。四是鼓励教师积极参与产学研合作、项目申报、技术服务等，通过项目和实战提高教师专业实践能力。“外引”主要是通过弹性引进或聘请行业企业专家承担相关实践环节的指导教师，如种子生产、种子加工、种子营销等实践环节邀请种子企业技术人员或种子管理部门相关专家指导学生，以弥补校内实践教师的不足或实践经验的不足，从而提高实践教学效果。

3.3 加强基地建设，确保实践教学场所需求 实践教学场所一般包括专业实验室、校内实践基地（训练中心）和校外实习基地等。许多应用型本科高校的实践场所存在实验室利用效率不高、校内实践基地管理混乱、校外实习基地流于形式等问题。我校种子专业实践教学基地建设的具体做法是：一是加强实验室建设。通过国家综合改革试点专业、省级特色专业和省级卓越农艺师支撑计划等项目的建设改善实验室软硬设施，在原有遗传育种实验室和种子学实验室的基础上，筹建了分子育种室、种苗培育室（组织室）、创新实验室，并根据种业岗位群建立了种子检验室、种子加工室、种子发芽室等功能室，实验室面积超600m2以上，仪器设备价值1 000余万元，完全能满足种子专业实践和种子科技创新的室内要求。二是加强校内实践基地的建设和管理。利用省振兴计划和高水平大学创建专项资金加强校内实践基地的建设、规范管理，新建种质资源圃、种子生产试验田、微型种子仓库等，并推行校院二级管理，确保校内课程实习有保障。三是校企合作共建校外实习基地。与皖垦集团、安徽隆平等种业企业共同建立校外实习基地，选派专业教师到企业挂职，负责实习基地的建设与管理，聘请企业专家在种子生产、加工及销售等关键环节全程指导，从而确保校外实习见成效。

3.4 完善教材建设，确保实践教学地方特色 质量高、操作性强的实践教材是开展实践教学的有力保障。为了充分体现地方性、应用型和高水平的特点，学院组织种子专业课教师根据人才培养目标，深入行业、企业及生产一线进行专业调查，了解社会对现代种业人才的真正需求，结合专业人才培养目标，编写能体现地方特色、实用性强、系统规范的种子专业系列实践教材，如根据学校具体情况和安徽沿淮淮北种植业特点，编制地方性、操作性强的《种子生物学实验指导》《种子生产技术实验指导》《种子加工贮藏实验指导》《种子实践》和《种子实训》等实践教材。

3.5 多渠道筹集资金，确保实践教学经费 目前许多地方应用型本科高校由于实践经费得不到保障，使得实践教学停留于纸上，得不到很好的实施。我校主要采取以下措施保障充足的实践教学经费：一是学校每学期划拨实验室易耗品维持费，确保实验教学的正常开展。二是利用省级振兴计划、高水平大学创建等专项经费，确保实验室、校内实践基地硬件设施建设。三是利用国家综合改革试点专业、省级特色专业和省级卓越农艺师支撑计划等，通过项目驱动，确保专业综合技能训练、创新训练等正常运转。四是通过种业企业的横向合作经费，确保校外实习基地的建设。通过以上几种渠道，种子专业的实践教学经费充足，确保了实践教学扎实有效开展。

3.6 科学评价，确保实践教学质量 目前许多学校实践教学环节的评价仍采用传统的“笔试”形式或根据实践报告或实物进行评价，缺乏对过程的考核评，导致考核评价结果不能真正反映出实践过程，很难对教师的实践教学水平和学生的实践操作进行准确判断，不仅挫伤了学生实践学习的积极性、主动性，而且严重影响了实践教学的有效开展。我们根据学校和学院实际，构建了学生评价体系、教师评价体系以及企业、行业、学生家长、研究机构等利益相关方共同参与的第三方实践教学质量评价体系，通过以上3个层面的评价体系来衡量实践教学质量的好坏。学生评价体系主要以过程操作考核为主、结果（目标）考核为辅，旨在培养学生的实践技能，结果只作为评价的参考。教师评价体系主要依据实践教学计划的制定与执行、过程考核标准的制定及执行、专业技能大赛指导成绩等方面对实践课教师进行考核。利益相关方共同参与的第三方实践教学质量评价体系主要根据学生实习企业的评价、行业对实践内容及成效的评价、学生家长对学生掌握实践技能满意度以及被研究机构采用的评价指标等情况对实践教学进行评价。

3.7 全程监控，确保实践教W落到实处 一是实践教学计划的制定不能由任课教师说了算，要通过课程组、教研室和学院讨论后制定执行，避免了实践内容的重复性，保证实践内容的连贯性；二是学院督导组对实践教学过程的全程监督和指导，及时协调解决实践过程中出现的问题，保证实践教学顺利进行；三是学校督导组加强对实践教学的督导，杜绝师生散漫实践教学思想的产生。

4 种子专业实践教学成效显著

通过构建科学的实践教学体系及质量保障和监控体系，我校种子专业实践教学取得了明显成效。一是学生的实践技能显著提高。毕业生获得国家级“作物种子繁育员”和“农业技术指导员”的比率达100%，部分学生获得了省级种子检验员资格证书。二是学生创新创业意识明显增强。通过构建“三个环节、三项课题、三大训练、多种大赛的专业实践创新体系”（即“学科带动―项目驱动―教师指导三个环节，大学生创新课题、企业创新课题、科技创新兴趣课题三项课题，暑期专业技能训练、学生综合训练田、企业专业实训三大训练，种子检验技能大赛、生物标本制作大赛、农科学子风采展之农科专业技能大赛、挑战杯创新创业技能大赛”等），并以“三进二促一创”（即“应用性研究进课堂、进教材和进学生毕业论文，科研促实践教学和创新创业的开展，通过科研创造良好的学习氛围和平台”）为途径，学生参与科技创新创业的积极性明显增强，学生的科技创新项目和毕业论文90%以上源于教师的科研课题或生产实践，近3a来，学生参与申报专利的达20余人次，学生参与发表的论文达20余篇。三是毕业生就业率明显提高。2012-2014届种子专业毕业生就业率分别为98.4%、98.6%和100%，学院多次获校就业先进集体称号，学校连续3a荣获“安徽省普通高校毕业生就业工作标兵单位”荣誉称号。四是企业和社会对毕业生的满意度大幅度提升。从毕业生跟踪调查情况来看，用人单位对种子专业毕业生的能力素质给予高度评价，一致认为“思想道德素质”过硬，90.1%的单位认为专业基础扎实；在实践能力、人际交往能力、创新意识和能力的评价中，选择“很强”、“强”的分别占到93.8%、95.1%和92.6%；毕业生能“完全适应”或“基本适应”工作岗位要求，58.0%的毕业生获得过销售冠军、优秀员工、工会活动积极分子、优秀新闻奖等单位、县级、省级奖励；在对毕业生工作满意度、人才培养质量满意度的调研结果中，超过98.5%的用人单位表示“很满意”或“满意”，毕业生技能符合工作岗位要求的达到74.1%以上，29.6%的单位指出，种子专业社会需求处于供不应求的状态，需加大学科专业建设力度。

参考文献

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[2]王良莹.地方应用型本科高校内涵式发展的战略思考[J].河南科技学院学报，2014（10）：10-13.

[3]金晶，陈斌，臧靖.对地方应用型本科院校实践教学管理改革的探索[J].科教文汇，2012（12）：27-28.

[4]王丽霞.地方应用型本科高校人才培养模式存在的问题及路径探索[J].湖北函授大学学报，2014，27（17）：13-14.

篇（6）

本次共抽取样本706个，不合格样本11个，抽检合格率为98.44%，其中蔬菜、鲜肉、食盐、大米、食用油、食糖、水发产品、鲜奶、干菜、小麦粉、蜂产品抽检全部合格。日常烹饪调味品大料(八角茴香)出现在下架榜单之上。北京佳久发商贸有限公司生产的古福牌50克/袋的大料被查出二氧化硫含量超标，该产品在去年8月份就曾被查出质量问题。

取款机肮脏程度如公厕

人们往往认为公共厕所是最肮脏的地方，也是公共卫生最大威胁。然而，据英国《每日邮报》报道，英国最新调查发现，自动取款机(ATM)的肮脏程度堪比公厕。因此，下一次从自动取款机上取钱时，最好戴上手套。

英国某公司的专家用棉签在英国城市中心每天被无数人使用过的ATM取款机的数字键上提取标本，与从公共厕所马桶上提取的标本一起，在实验室里进行培养和观察。检验发现，ATM机键盘和公厕马桶标本都含有假单胞菌和芽孢杆菌(导致疾病和细菌性腹泻的病菌)。

明亮的灯光可缓解老年人抑郁症状

一项新的研究显示，使用特殊设计的灯箱进行三周的光照疗法，可使老年抑郁症患者的症状改善54%。除了可提高病患的情绪外，光照疗法也可改善睡眠，并使神经传导物质血清素的水平最佳化。血清素水平过低被证实与抑郁有关，且通常是抗抑郁药物的治疗标的。此外，研究还发现，接受明亮灯光治疗的患者，压力型荷尔蒙皮质固醇浓度有所下降，其睡眠质量同样也得到了改善。明亮的灯光疗法为那些不愿意、拒绝或无法耐受抗抑郁药物治疗的患者提供了替代的方法。

散装土鸡产蛋更具营养

在超市里，标明“有机”、“绿色”、“散养”等概念的高价柴鸡蛋为数不少，那么，它们与普通散装鸡蛋相比，到底有何不同?北京市农林科学院畜牧兽医研究所研究员刘华贵给出了答案：“产蛋鸡分为高产蛋鸡和地方土鸡。高产蛋鸡多为国外进口品种，目前许多品牌鸡蛋其实是高产蛋鸡所产，并不是柴鸡蛋。真正的柴鸡蛋应该是散养土鸡所产。土鸡属中国本地品种，其蛋孕育时间长，产量低，因此营养价值会更高些。因此选鸡蛋，首先要看鸡的品种。”

他说，在北方地区，被《中国家禽品种志》收录的北京油鸡属中国优良地方鸡种，已有300多年历史，被列为国家重点保护品种。其适合山地散养，但平均产蛋率只有笼养的40%左右，年产蛋量不超过120枚，饲养成本比普通鸡蛋高一倍多，因此市场价也比普通鸡蛋贵一倍。

刘华贵称，真正的柴鸡蛋与普通鸡蛋的区别有三：一是外形颜色不同，柴鸡蛋较小，一般在42至52克之间，大小、颜色深浅不一致；二是柴鸡蛋比等重的普通鸡蛋的卵磷脂营养含量高；三是柴鸡蛋口感比较香嫩，没有蛋腥味。

他提供的区别柴鸡蛋与普通鸡蛋的区别方法是：煮熟后不立即浸冷水蛋壳很难剥离，且易剥下蛋白的是普通鸡蛋；煮熟后不用浸冷水也很容易剥离，且蛋白更加透明的则是柴鸡蛋。

个别日用陶瓷铅镉超标严重

广东省工商局近日公布了2010年广东省流通领域日用陶瓷商品质量监测情况，在抽查的120款日用陶瓷餐茶具中，23款商品质量问题较严重，不合格率为19.2%。但令人担忧的是，在抽查的120款产品中，竟有72款是无厂名厂址商标的“三无”产品，占抽查总数的60%。其中检测出铅镉溶出量超标的商品8款，7款为“三无”产品。

专家提醒消费者，慎购无厂名厂址的餐茶具，陶瓷中的铅镉遇热、遇酸更易溶出，长期使用会引起慢性中毒。购买餐具时，纯白、无装饰的更安全。

母乳喂养的孩子学习成绩较好

澳大利亚一项新研究为“母乳喂养有益孩子智力发育”提供了新证据。研究显示，婴儿期接受母乳喂养6个月以上的孩子在10岁时的学习成绩要明显好于母乳喂养少于6个月的孩子。这一点在男孩身上体现得尤为明显。

科研人员分析了1 038名澳大利亚儿童的学习成绩，并与他们的母乳喂养记录等数据进行关联分析。排除可能影响孩子学习成绩的其他因素，比如家长的受教育水平、家庭收入以及家庭早教状况等，研究结果显示，母乳喂养6个月以上会对孩子日后的学习成绩有明显益处。这一点在女孩身上表现得不如男孩明显。研究人员说，这可能是因为男孩和女孩的发育情况有所不同，所以母乳喂养对男孩的大脑发育影响会更大一些。但他们指出，这并非说明母乳喂养对女孩不重要。

研究人员介绍说，母乳对于婴儿的神经系统发育十分有益，母乳中许多对大脑发育至关重要的营养成分是配方奶所不能提供的。他们之前的一项研究还发现，母乳喂养达到6个月以上的婴儿在儿童期不易出现一些心理问题，鉴于母乳喂养的种种益处，无论男孩还是女孩都应大力提倡接受母乳喂养至少6个月。

老人上网更长寿

老人的长寿法则，不仅仅是清淡饮食、适量运动和早睡早起。美国护理服务公司进行的一项调查显示，上网、写博客、玩电子游戏等时髦行为，一样能成为长寿秘诀。

以前不少老人都有“恐脑症”，觉得高科技产品太难学。其实，越是年龄大，越应该接受一些新事物。首先，老人每天上网浏览新闻，或是关注自己曾经从事领域的最新进展，可以防止自己的知识落伍，有助于增强自信。其次，聊天工具和社交网络有助于让老人和子女、朋友保持联系。再次，老人可以利用电脑写博客，或把家人的照片做成PPT等，这样可以把美好的回忆永久保存下来。最后，在搜索、打字、写博客等过程中，脑细胞活性能被充分调动，延缓脑力衰退，能有效防止老年痴呆的发生。

不过，老年人上网跟应该注意有度，如果染上“网瘾”，一样会危害健康。

篇（7）

量子科学，对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连，就与我们每个人息息相关。当今社会，信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。

量子卫星首席科学家、中国科学技术大学教授、中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心主任潘建伟院士介绍，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。

那么，量子卫星具体将会在哪些方面给我们的生活带来影响呢？“瞬间移动”、“信息绝密”真的可以实现吗？潘建伟院士将对这些问题进行一一解答。

问题1：量子究竟是什么？

量子是构成物质的基本单元，是能量的最基本携带者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小单元，不存在“半个光子”，同理，也不存在“半个氢原子”“半个水分子”等等。量子世界中有两个基本原理：

――量子叠加，就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。

――量子纠缠，类似孙悟空和他的分身，二者无论距离多远都“心有灵犀”。当两个微观粒子处于纠缠态，不论分离多远，对其中一个粒子的量子态做任何改变，另一个会立刻感受到，并做相应改变。

问题2：世界上真有“绝对安全”的通信吗？

这得先说说通信中信息是如何被窃取的。传统光通信是通过光的强弱变化传输信息。从中分出一丁点光并不影响其他光继续传输信息，测量这一丁点光原理上就能窃取信息。

量子通信则完全不同！窃听者如果想拦截量子信号，并对其进行测量，将不可避免地破坏携带密钥信息的量子态。根据量子“测不准定理”，这种破坏必然会被信息发送者和接收者所发现。

是否可以不破坏传输的量子态，只截取并复制，再继续发送？这已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保证了量子通信的绝对安全。

问题3：量子科学和技术究竟将带来一个怎样的未来？

量子科学和技术其实已经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航，包括医院里的磁共振成像等等，无一不得益于量子科学和技术。

用发展的眼光看，随着微纳加工、超冷原子量子调控等技术的不断进步，人类将能够制备出越来越复杂、功能越来越强大的各种人造量子系统，例如包括量子计算机芯片在内的各种量子电路，其功能和信息处理能力将远远超过我们目前正在使用的经典芯片，并且更加节能；再如可望制备出达到量子极限的能量收集和转换器件，将引发能源变革；也有望大幅提升对时间、位置、重力等物理量超高精度的测量，不仅实现超高精度的潜艇定位、医学检测等，也将加深对物理学基本原理的认识。

总之，量子科学和技术的广泛应用最终将把人类社会带入到量子时代，实现更高的工作效率、更安全的数据通信，以及更方便和更绿色的生活方式。

问题4：量子技术什么时候才能“飞入寻常百姓家”？

量子通信目前已经实现在金融、政务系统等中的使用。要让每个人都用上，乐观的话需要10到15年。这需要对网络基础设施进行改造，还涉及到标准制定。到时候，个人的网上银行、手机支付、信用卡等就再也不怕被盗号，“棱镜门”那样的泄密事件也不会发生了。

而量子计算目前仍然处于基础研究的阶段，前进道路上还面临着巨大的挑战，不知道在二三十年的时间内能否实现初步应用。一旦取得进展，其意义将是极其重大的。这需要一个过程，依赖于量子通信网络的建设，应用成本也会逐渐下降。

问题5：“量子态隐形传输”意味着能实现《星际迷航》里的瞬间移动吗？

“量子态隐形传输”是基于量子叠加和量子纠缠的特性，使甲地某一粒子的未知量子态，可以在乙地的另一粒子上还原出来。其实传输的是粒子的量子态，而不是粒子本身。这种状态传送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬间移动”。

现在，在光子、原子等层面已经实现了量子态隐形传输。电影里“大变活人”在原理上是允许的，但目前还远远做不到。因为科幻电影里人的传送，不仅需要把人的实体部分的大量原子、分子传送，并且严格按照原来的相对位置重新排列起来，更何况重现意识和记忆就更复杂了。

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说起量子卫星，就得先讲讲什么是量子。对一般人来说，“量子”一词似乎有点深奥，难以理解。实际上，量子是组成物质的基本单元，是能量不能再分割的最小单位。如，量子是光能量的最小单位，不存在“半个光子”。

量子通信的安全性，就是基于单个光子的不可分割性和量子态的不可复制性，从而保证了信息不被窃听和不可破解的安全性。

量子通信绝对安全，还因为量子有两个基本特性，即量子的叠加和量子纠缠。量子叠加，是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。也就是说，任何一个干扰包括光照都会使量子改变状态，即它刚才还在随机蹦Q，忽然就停止不动了，变幻莫测。

著名的“薛定谔虐猫”理论就形象描述了这一现象：装在盒子里的猫，在盒子没打开时，猫可以同时既是活的又是死的，只有打开看才知道。这表明，量子状态随机变化，两种状态可叠加存在，这就是量子的叠加态;量子纠缠，是指量子间具有像孙悟空和其分身那样“心有灵犀”的功能，两个量子无论相隔多远，若对其中一个量子态做任何改变，另一个会立刻感受到，并做相应的状态改变，这就为远距离同步传递不被破解的信息提供了可能性。

欧洲、美国、日本等国的科学家很早就对量子通信进行研究实验，但由于种种原因而成效甚微。我国研究量子通信虽然起步较晚，于2011年才启动量子卫星研制计划，然而在党和国家极其重视和大力支持下，一举获得开创性的突破，成功地发射了“墨子号”量子卫星，成为这一科技领域的领路者。

“墨子号”开创安全通信新时代

“墨子号”量子卫星发射后，将实验远距离传输不可破解信息的方式，即卫星升空后，其主要任务是建立一个量子密钥分发网络，并在太空中首次进行量子纠缠分发实验，从而展现一种让用户免受最精明的窃听者伤害的安全网络，开创安全通信的新时代。

潘建伟院士是研制“墨子号”量子卫星的领军人物。20世纪80年代初，法国科学家阿兰・阿斯佩首次用实验证实了“量子纠缠”现象存在后，潘建伟于20世纪90年代赴量子力学创始人薛定谔的祖国奥地利留学，学习最先进、最完整的量子科学知识，奠定了其在量子科学方面的基础。潘建伟学成回国后，很快就投入到量子通信方面的研究实验。

2003年，潘建伟研究小组正式成立，主攻自由空间量子通信方面的研究。他们在实验点制备出成对的纠缠光子，再利用专门设计加工的发射望远镜将容易发散的细小光束“增肥”后，向东西相距13千米的两个实验站发送。然后，实验站的接收端用同样型号的望远镜收集。实验人员发现，在如此远距离的传送中，竟有许多纠缠光子“夫妻对”仍能保持相互纠缠状态，其携带信息的数量和质量完全能满足基于卫星的全球化量子通信的要求。

在国家的大力支持下，量子卫星研制团队经过精心研究实验，终于在2016年8月16日将我国研制的世界首颗量子卫星成功发射。这次发射不仅使我国走到世界量子通信研究领域的最前沿，更重要的是，它使我们在获得网络安全“圣杯”（即令黑客无法渗透的数字通信系统）方面大大领先于全球竞争对手。

全球的量子通信网络，起步

首颗量子卫星上天，我国在国际上将率先实现高速星地量子通信，借助连接地面光纤量子通信网络，初步构成全球量子通信网络。

据潘建伟院士透露，京沪干线大尺度光纤量子通信骨干网工程将于2016年下半年完工交付。该工程将构建千公里级高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，并建成大尺度量子通信技术验证、应用研究和应用示范研究平台。

参与量子卫星研制的奥地利科学家/潘建伟导师蔡林格强调说：“量子卫星有助于信息传递者和接收者远距离交换令信息无法破解的密钥，而量子卫星将首先同北京交换密钥，今后还可在北京和维也纳之间分发量子密钥”，逐步构筑成全球量子通信网络。

值得庆贺的是，“墨子号”卫星发射后一直表现很好，所有参数都已达标，有些甚至高于预期。“墨子号”卫星发射升空一周时，中科院国家天文台兴隆观测站观测到罕见的红、绿光束。人们形象地说，“墨子号”实现了天地“握手”， 这一观测显示“墨子号”可以正常通信联系了。

量子通信，许你美好未来

目前，量子通信这一“永不被破解”的信息安全传输方式，已在市场上得以产业应用，如工商银行等多家银行率先试用量子通信加密技术。工商银行通过国盾的量子加密技术，将数据从数据中心传输到同城的另一个机房内。这样做是因为通过设备产生量子密钥，再对数据进行加密传输是不会被窃取的，这对金融数据传输非常必要。

早在2008年10月，中国科技大学通过实验将合肥市内的本校区、杏林苑、滨湖新区三个本不相干的点连接在一起。由于这三个点组成三节点可扩展的量子通信网络，因而实现了全球首个量子保密电话系统建设，开创了量子通信网的先河。随后，五节点，四十六节点，合肥、济南城域网，“京沪”城际网……量子通信网在不断扩张。

如今量子通信卫星发射成功后，量子通信网络如虎添翼，就能真正升到“广域”“洲际”传播，为信息保密传输开辟了“天地一体”的广阔天地。预计今年12月贯通的量子通信京沪干线（总长2000多千米）建成后，将主要用于军事、金融、政务等领域的信息安全传输。此外，媒体、大型企业、金融机构等都可以成为量子通信用户。量子通信关键技术的研发，初步形成构建空地一体广域量子通信网络体系的能力，并在全天时量子通信上取得突破。

量子通信的应用前景美好，但普及应用是逐步进行的，就像电话、手机的普及过程一样。起初，量子通信会应用于科学研究、国防、政务和金融等领域，之后才会在大众中广泛应用。至于要让每个人都能用上，估计需要10至15年。届时，每个人的家里、手机上或许会有一个量子加密芯片，银行转款、电子账户等操作将不用担心被盗用或者遭到攻击。

量子计算机，有望走入现实

更引人注目的是，随着对量子科学的深入研究和量子卫星的成功发射，进一步促进了量子计算机的发展。

在“墨子号”发射前不久，中国科技大学量子实验室成功研发出半导体量子芯片和量子存储技术，取得了量子计算机研制的突破性进展。量子芯片用于计算机的逻辑运算和信息处理，被称为计算机的“大脑”;有了量子存储装置，科学家利用它能实现超远距离的量子信息传输。因此，该技术的突破特别振奋人心。

为什么要研制量子计算机？早在1981年，物理学家理查德・费曼就提出了此观点：如果用传统电子计算机模拟量子力学，那么微观粒子的数量越多，计算量就越大，也就越不可能实现模拟。这种情况下要实现量子力学的模拟，就必须用和它的原理相同的方式。人们认为他的说法有道理，而且也得到事实的证明。于是，量子力学和计算机科学便开始结合，人们开始研究量子计算机了。

量子计算机优势大，关键在于它一个量子位可同时处于0和1两个状态，这是由量子叠加特性决定的。与此形成对比的是，传统电子计算机中的晶体管一次只能处于0或1的状态。如此一来，如果要进行海量运算量子计算机更合适。

因为，传统电子计算机只能按时间顺序来进行运算;而量子计算机能做到超并行运算，即它的N个量子位可同时表示2的N次方个状态，数量呈指数增长。譬如，目前我国性能最强大的天河二号超级计算机需要100年才能处理的任务，一台量子计算机只需0.01秒就能完成。

因而，量子计算机适用于庞大运算量的项目，如太空探测、核爆模拟、密码破解、气候变化、药物研究和模拟复杂的化学反应等。量子计算机对解决精确的天气预报和大城市交通拥堵等难题，也能大显身手，迎接挑战。

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量子是对原子、电子、光子等物质基本单元的统称。量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式，是量子论和信息论相结合的新研究领域。量子通信主要涉及：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。

1.1量子通信的起源

量子通信起源于19世纪20年代的“量子纠缠”。在量子力学中，有共同来源的两个微观粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分开多远，只要一个粒子发生变化，就能立即影响到另外一个粒子，即两个处于纠缠态的粒子无论相距多远，都能“感知”和影响对方的状态，类似于人类的“心灵感应”。值得一提的是，尽管爱因斯坦最早注意到微观世界中这一现象的存在，却不愿意接受它，并把它斥之为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”，认为在量子力学的诠释背后一定有着更根本的规律，它们才能正确、全面地解释量子现象。

1.2量子通信的雏形

量子通信的概念是美国科学家贝内特（C.H.Bennett）于1993年提出，即是由量子态携带信息的通信方式，利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信的概念提出后，有6位来自不同国家的科学家基于量子纠缠理论，提出了利用卫星网络、光纤网络等传统信道与量子纠缠技术相结合的方法，实现量子隐形传送的方案，即将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处，这就是量子通信最初的基本方案。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。

1.3量子通信的现状

目前对量子通信的理论方案和实验研究，主要集中于利用光纤信道和点对点的陆地无线光信道。在标准光纤信道中，2007年6月，一个由奥地利、英国、德国研究人员组成的小组，在量子通信研究中创造了通信距离144公里的纪录。在点对点通信上，2008年，在《新物理学》（New Journal of Physics）杂志上，一支意大利和奥地利科学家小组宣布，他们首次识别出从地球上空1500公里处的人造卫星上反弹回地球的单批光子，实现了太空绝密传输量子信息的重大突破。在多点通信上，2009年9月，中国科学技术大学潘建伟教授领衔的科研团队，建成了3节点链状16公里的自由空间量子信道，并在此基础上建成了世界上首个全通型量子通信网络，首次实现了实时语音量子保密通信，在23km的自由空间信道中，实现了基于单光子的量子密钥分配；在600m的自由空间中实现了基于纠缠光子对的量子密钥分配实验。如果按照这种速度发展下去，量子通信预计在2020年之前就可以进入实用。

2.量子通信的主要特点

量子通信与成熟的传统通信技术相比，具有以下主要特点：一是保密性强。量子密码通信其实不在于密码通信本身，量子密码技术不是用于传输密文，而是用于建立传输密码本。根据海森伯不确定性原理和量子不可克隆的特点，信息的量子比特或量子位一经检测，就会产生不可还原的改变，用量子位传递加密信息，若在到达预定接收者途中被窃取，预定接收者肯定能够发现。再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且绝对不会重复使用，确保了通信的保密安全。

二是隐蔽性高。量子通信利用单量子纠缠现象，使光子、电子甚至是原子之间能相互影响（制约），从而传递信息。当其中的一个量子发送信息时，它本身并不移动，也不用借助其他媒介，另一个相关量子自然会接收到这个信息，空间距离和中间介质将不再成为通信的障碍。由于量子通信过程不存在任何电磁辐射，无论现有的无线电探测系统性能如何先进，对量子通信这种完全无“电磁”的通信目标，也是无能为力的。

三是应用性广。由于量子通信过程与传播媒质无关，传递的过程不会被任何障碍阻隔，甚至量子隐形传态过程中可穿越大气层，所以说量子通信的应用非常广泛，它既可以在太空中进行通信，又可以在海底等恶劣条件下通信，还可以在光纤等介质中进行信息“传递”。应用到卫星通信、深海通信、太空通信和光纤通信等领域的前景广阔。

四是时效性高。由于量子通信时延为零，可以实现超光速通信，将极大地提高通信速度；量子通信具有空间远距离、大容量、易组网等特点，可以用来构筑高速、大容量的通信网络，用于高清晰度图像、大容量、超高速数据的传输，便于建立量子因特网。

3.量子通信的应用前景

3.1建立全新卫星通信网

由于单光子在现在的硅光纤和陆上自由空间中的传输距离受到了限制，使量子通信的距离目前只有百余公里，无法实现全球范围意义上的量子通信。现在已经得到广泛应用的卫星通信和空间技术，给全球范围的量子通信提供了一种新的解决方案。即可以通过量子存储技术与量子纠缠交换和纯化技术的结合，做成量子中继器，突破光纤和陆上自由空间链路通信距离短的限制，延伸量子通信距离，实现真正意义上的全球量子通信。

3.2构建超光速信息网络

随着量子通信技术的研究突破和日趋成熟，可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点，建立有特殊需求的超光速量子通信网络。利用量子通信网络可实现大容量、高速率信息传输处理及按需共享，满足信息综合分析及辅助决策的需求。

3.3用于深海通信

目前岸基与深海之间的通信是采用长波通信方式，不仅系统庞大、设备造价高、抗毁性差，而且仅能实现海水下百米左右的通信。量子通信不同于传统的“波”通信，在同等条件下，量子通信获得可靠通信所需的信噪比，要比其他现有通信手段低30～40dB，加之量子通信的光量子隐形传态与传播媒质无关，这为深海通信开辟了一条崭新的途径。

3.4用于隐蔽保密通信网

篇（10）

量子力学课程的学习要求学生具有良好的数学和物理基础，对学生的逻辑思维能力和空间想象能力等要求较高，因此要学好量子力学，在我们教学的过程中，需要充分发挥学生的学习主动性和积极性。同时，随着科学日新月异的发展，对量子力学课程的教学也不断提出新的要求。如何充分激发学生的学习兴趣，充分调动学生的学习主动性和能动性，切实提高量子力学课程的教学质量和教师的教学水平，已经成为摆在高校教师目前的一项重要课题。

该课程组在近几年的教学改革和教学实践中，本着高校应用型人才的培养需求，强调量子力学基本原理、基本思维方法的训练，结合物理学史，充分激发学生的学习积极性；充分利用熟知软件，理解物理图像，激发学生学习主动性；结合现代科学知识，强调理论在实践中的应用，取得了良好的教学效果。

1 当前的现状及存在的主要问题

目前工科电类专业普遍感觉量子力学课程难学，其主要原因在于：第一，量子力学它是一门全新的课程理论体系，其基本理论思想与解决问题的方法都没有经典的对应，而学习量子力学必须完全脱离以前在头脑中根深蒂固的“经典”的观念；第二，量子力学的概念与规律抽象，应用的数学知识比较多，公式推导复杂，计算困难；第三，虽然量子力学问题接近实际，但要学生理解和解决问题，还需要一个过程；由于上述问题的存在，使初学者都感到量子力学课程枯燥无味、晦涩难懂，而且随着学科知识的飞速发展，知识的更新周期空前缩短，在有限的课时情况下，如何使学生在掌握扎实的基础知识的同时，跟上时代的步伐，了解科学的前沿，以适应新世纪人才培养的需求，是摆在我们教育工作者面前的巨大挑战。

2 结合物理学史激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师，在大学物理中，谈到了19世纪末物理学所遇到的“两朵乌云”，光电效应和紫外灾难，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解决了黑体辐射的问题；后来，爱因斯坦在普朗克的启发下，提出了光量子的概念，解释了光电效应，并提出了光的波粒二象性；德布罗意又在爱因斯坦的启发下，大胆的提出实物粒子也具有波粒二象性；对于物理学的第三朵乌云“原子的线状光谱，”玻尔提出了关于氢原子的量子假设，解释了氢原子的结构以及线状光谱的实验。后来还有薛定谔、海森堡、狄拉克等伟大的物理学家的努力，建立了一套崭新的理论体系-量子力学。在教学的过程中，适当穿插量子力学的发展历史以及伟大科学家的传记故事，避免了量子力学课程“全是数学的推导”的现状，这样激发学生的学习兴趣和学习热情，通过对伟大科学家的介绍，培养刻苦钻研的精神。实践表明，这样的教学模式大大提高了学生的学习主动性。

3 结合熟知软件化抽象为形象

量子力学内容抽象，对一些典型的结论，可以用软件模拟的方式实现物理图像的重现。很多软件如matlab、c语言等很多学生不是很熟练，而且编程较难，结合物理结论作图较为困难；Excell是学生常用的软件之一，简单易学却功能强大，几乎每位同学都非常熟练，我们充分利用这一点，将Excell软件应用到量子力学的教学过程中，取得了良好的效果。

如在一维无限深势阱中，我们用解析法严格求解得到了波函数和能级的方程。而波函数的模方表示几率密度。我们要求学生用Excell作图，这样得到粒子阱中的几率分布，通过与经典几率的比较（经典粒子在阱中各处出现的几率应该相等）和经典能级的比较（经典的能量分布应该是连续的函数），通过学生的自我参与，充分激发了学生的求知欲望；从简单的作图，学生深刻理解了微观粒子的运动状态的波函数；微观粒子的能量不再是连续的，而是量子化了的能级，当n趋于无穷大时微观趋向于经典的结果，即经典是量子的极限情况；通过学生熟知的软件，直观的再现了物理图像，学生会进一步来深刻思考这个结论的由来，传统的教学中，我们先讲薛定谔方程，然后再解这个方程，再利用边界条件和波函数的标准条件，一步一步推导下来，这样的教学模式有很多学生由于数学的基础较为薄弱，推导过程又比较繁琐，因此会逐步对课程失去了兴趣，这也直接影响了后面章节的学习，而通过学生亲自作图实现的物理图像，改变了传统的“填鸭式”教学，最大限度的使学生参与到课程中，这样的效果也将事半功倍了，大大提高了教学的效果。

4 结合科学发展前沿拓宽学生视野

篇（11）

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127