论文摘要:课程建设中首要的环节是课程建设的内容选择,其次是如何组织实施。分析技术应用型本科人才培养目标在知识、能力、素质方面的要求来选择技术应用型本科的课程建设内容;以“理论基础厚实、应用实践导向、理论实践融合、学会学习思考”来构建“抛锚式”课程组织实施模式。是技术应用型本科人才培养目标得以体现的基本要求和实现的有效途径。
技术应用型本科教育,是最近几年在我国新出现的一种教育形态,是为进入应用科学和现代技术领域就业的学生提供为期四年的学术和职业准备的教育。课程是为实现一定的教育目的而开设的学科及其目的、内容、范围、活动、进程等的总和,任何教育类型的独特性都要在课程中有所体现,任何教学改革和建设归根到底都要落实到课程的改革和建设上。
一、技术应用本科课程建设的内容选择
(一)技术应用型本科人才知识、能力、素质对课程建设的要求
技术应用本科教育是以培养具有较强技术理论基础、应用能力和实践技能并服务于生产、建设、管理第一线的高级技术人才(亦可称之为“技术师”或“技术工程师”)为主要目标,简单来讲,技术应用本科教育就是培养高级技术型人才的本科教育。其培养目标有两方面特征要求,一是人才培养要体现高等教育的基本要求,达到本科层次高等教育的学业标准要求;二是必须符合技术应用本科教育的特殊要求,即所培养的才必须是应用型的,具备较强的技术实践能力。从培养目标转化到课程建设的要求,是通过对培养目标的知识、技能和素质的分析来实现的。
技术应用本科的人才培养目标在知识方面,强调理论知识与实践知识并重,且注重理论知识为实践能力的培养打基础。此外,这种理论知识也不同于传统的某种学科知识,它是指从各种技术活动中概括出的共同的理论知识原理、定律和经验知识所组成的系统知识体系,对此,我们称之为“技术学科”知识。
在能力方面,技术应用本科教育的人才培养目标中除了要具备自主学习、分析问题与解决问题、创造性思维、创新精神、善于协作等基础能力外,还应重点突出具备以下能力:①具有将技术创造原型进行具体化设计并组织实施于生产实践的能力;②具有维护、监控实际技术系统,能够发现、分析和解决综合性复杂技术实践问题的能力;③具有对基层技术员或业务员提供指导和咨询的能力;④具有在服务领域运用专门知识与技术向特定顾客提供全面或综合性服务并承担相应责任的能力等。
而在素质方面,技术应用本科教育的培养目标主要是基本要素,即良好的公民道德和职业素养,包括合格的政治素养,良好的身心素质,基本的人文、科学素养和良好的职业道德等方面的内容。
(二)技术应用型本科课程内容的基本建构
根据以上对技术应用型本科人才培养目标在知识,能力,素质方面对课程建设要求的分析,笔者认为技术应用型本科课程内容选择应从以下几个方面进行建构。
1.通识教育课程——合格公民应有的人文素养和科学精神培养
作为高等教育的一个分支,高等技术教育当然也需要具备高等教育所拥有的所有特征。大学作为一个培养现代社会公民的场所,应当把学生培养成为一个具备独立健全人格的、具有一定独立思考能力的、遵守现代社会法律和规范的社会人。通识教育课具有许多重要的内在价值和外在功效,即经过良好组织的文化课能够帮助学生加深对这个世界的认识,同时帮助他们更好的认识自己。通过这些课程,学生们能够从不同的视角更加清楚的了解这个世界,并通过对一些重大问题的思考,比如人生的意义、什么是美,在一定程度上吸收人类精神文明所已经取得的巨大成就,更好的理解自己和这个世界的关系,更好的理解自己将来所从事的工作对周围世界所可能产生的影响,更好的理解这些工作所具有的文化意义以及它们在整个社会的物质文化生产中处于怎样的位置。这样一方面可以使得学生们更好的、以更加符合社会整体利益的方式完成将来的工作,使得他们具备对自己工作的反思能力,成为工作的主人而不是奴隶,另一方面,这也有利于他们在日后的工作中走向管理的岗位,承担领导的角色。
2.复合性的专业基础课程——可持续发展能力的培养
设置复合性的专业基础课程,是技术应用型本科教育具有区别于高等职业技术专科教育的特点之一。这些专业基础课的学习为将来解决专业领域内的问题提供科学原理方面的支持,帮助学生从更深的层面上理解专业领域内的技术问题。随着知识经济在社会经济生产活动中具有越来越重要的地位,知识推进生产力不断增强的过程中的作用显著提升。技术师对问题的解决更加依赖对于技术问题背后的科学原理的理解,更加依赖其所掌握的科学知识的深度和水平,更加依赖在解决技术问题过程中创造性的应用基本科学原理的能力。但技术本科的专业基础课是不同于工程本科和普通本科的专业基础课。前者在理论的深度方面明显不及后者,但并不是后者的简单压缩和改写,而分别是各自独立的两种课程的组成部分。
3.专业核心能力课程——回应学生的呼声与满足行业与企业人才需求
技术应用型本科院校是培养为地方经济建设和社会发展所需要的、具有创新精神和实践能力的应用型专门人才。这是它的主要办学理念,应该放在最突出的位置。在专业基础课较好的奠定了学生理解技术问题的科学原理方面的基础之后,专业核心能力课程的作用就在于向学生提供能够直接对技术现象和技术问题提出理论解释的专业方向课。在知识经济的时代,越来越多的技术问题的解决依赖于对于技术理论的理解,通过专业方向课传授的技术理论与技术问题直接相关,对于问题的解决方式起着关键作用。这是知识经济时代知识密集性和技术密集性对基层一线生产、管理人员提出的新要求。转贴于
4.专业实践课程——实际应用能力培养
技术应用本科教育培养目标的核心就在于对于技术实践能力的培养,而与此联系最为紧密的无疑就是专业实践课了。实践课是各种课程类型中与未来的工作最为接近的一种,通过以上各种课程学习获得的各种知识和能力要在此得到检验,学生也会通过这一阶段的学习和联系加深对于各种理论的理解(当然学生也完全有可能先接触实践,然后学习理论知识,然而经过学习之后人们还是要回到具体的实践过程中)。
其实,实践课的意义绝不只是对于已经学习的知识的简单应用,它也应当是学生真正充分理解和领会其将来所要从事的职业的主要场所之一。在这里,学生能够通过亲身参与实践过程,切身感受现实工作情境,更进一步的理解其职业的内涵和意义。更为重要的是,学生在课堂内所形成的理解能力并不能自然而然的转化成实际工作场所中的实践能力,这两种能力属于两种不同的范畴,要真正形成在工作现场解决实际技术问题的能力,则必须在实践的环节中实现。
二、技术应用型本科课程建设的组织实施
(一)两种课程论的比较
目前在课程教学中占主导地位有以下两种理论。第一种理论是以学科为中心的课程论。其理论逻辑是:学生可以先打下较为宽厚的基础,为今后学生在不同方向的发展提供有效的知识方面的支撑,也使学生在接触实际工作之前对其所从事的领域的理论有足够的认识。第二种理论是以活动项目为中心的课程论。其理论逻辑是:技术知识在人的大脑中的表征方式与科学知识不同,要培养学生的实践能力,必须在真实的工作场景中,通过让学生参与一定的时间获得项目来掌握完成技术活动所需要的技能以及对于相应理论的理解。
笔者认为以第一种课程建设理论构建课程模式,适用于研究型综合性的大学和应用型专业性的大学,而对以培养主要适应特定行业并能将科研成果转化为现实的生产力的高级技术能力人才为培养方向和以培养再创新能力为价值追求的应用型技术性的大学存在许多弊端。首先,目前在我国很多职校都存在学生厌学,教师厌教的现象,学生对理论学习没有兴趣,也不擅长。其次,技术实践能力的养成并不是完全建立在学科知识的基础之上。而以第二种课程建设理论构建课程模式,从技术知识本身的特性,按照特定专业范围内实际的技术活动项目来组织课程的内容安排学与教的进程,始终让学生参与实验课和实训课,将学生尽快带入专业技术领域;同时向学生提供具有一定广度的技术理论知识和一定的普通文化内容和数量更多、内容更为丰富的专业选修课,使得学生具有理解更加复杂的技术问题的能力。为他们将来选择自己在工作领域的主攻方向提供便利。
(二)按照以活动项目为中心的课程论,构建“抛锚式”课程教学模式
技术学科课程与工程学科课程相比较,它们同样是一种比技能教育更厚实的、具有较强应用性的基础理论,在此基础上才能形成工程或技术能力;不同之处在于技术能力的形成更赖于理论与一线实际技术活动的结合,如此才能形成现场实用的技术能力。如何在理论教学中克服传统传递知识型学科教学的弊端,必须首先从转变学习理念开始。若能把“以学为主”的教学设计和“以教为主”的教学设计结合起来,就可能发挥学科课程和活动课程各自的优势。为此我们构建了“理论基础厚实、应用实践导向、理论实践融合、学会学习思考”的“抛锚式”课程模式。
技术本科课程建设探索的一个基本点是使学生基于一个真实的技术活动项目背景中,产生学习需要,自主学习技术知识、培养技术能力;通过学习者的主动学习、教师的指导学习以及学生探究小组成员间的交流与合作,学生亲身体验到学习的快乐,有助于培养学生自主解决问题的能力、合作的精神和终生学习的能力。首先是以技术活动项目为主线组织课程内容,让学生把学到的理论基础与解决实际问题相结合,形成技术能力,为此,我们配合理论教学同步开设项目实验,将学生的系统理论学习与系列实践活动紧密结合,在理论知识的指导下开展实验,在实验活动中检验、掌握和运用技术原理知识。其次是以学习者为主体的开放型、互动式课程活动方式,为此,我们在教学中充分发挥学生的主体作用,使学生带着问题参与体验,充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性。
参考文献
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【论文摘要】整理技术课程是我国第八次基础教育课程改革中提出的一个新课程,对学生的长远发展有着重要的价值,但目前其教师的培养问题急待解决。文章将从整理技术的发展现状出发就其存在的教师培养问题及整理技术教师所应具备的素质为基础,讨论教育技术学在整理技术教师培养方面的优势。
一、问题的提出
整理技术课程是我国第八次基础教育课程改革中提出的一个新课程,其对学生的长远发展有着举足轻重的意义。但通过对文献及实时对一线整理技术教师的访谈我们发现了一个严重的问题。现在很多整理技术的老师都是从其他的学科临时调过来的,大部分都是在学校担任化学、物理、生物、数学、信息技术、劳技教学工作的教师及近年从非师范类专业招进来工科类大学生等经过短期学科培训转型而来,很少从校外有一定的技术实践经历的人员中聘请的。这样任课教师本身对于整理技术课程里面的很多知识自己理解也不够,更不用说对技术课程中的教材教法深入掌握了,俗话说老师有一桶水,才能倒给学生半桶水,而且教师的转型也困难重重。这样的观点在很多的文献都提到过,在此就不一一列举了。此外,在我们对西安某所重点高中的整理技术课程教师访谈时,老师说道:“我们学校现在有6位整理技术教师,分别来自物理实验室、化学实验室、有两个原来是化学老师、一个是语文老师、还有我是计算机老师,现在想引进一至两位教师,专业一点的,但不知道该从哪所学校什么专业去找,因为现阶段好像没人搞这些问题。”我们还从一些服务于整理技术课程的公司了解到,“他们的培训人员有很多次都被临时请去做整理技术教师。”虽然很多专家学者都提到了整理技术教师的培养存在问题,但都没有给出相应的解决方案,所以现阶段要促进整理技术课程有效实施与发展,解决整理技术教师的培养问题才是关键。
二、问题的解决
1整理技术教师的基本要求
整理技术课程以提高学生的技术素养,促进学生全面而富有个性的发展为基本目标,它有别于以往传统的学科课程,那么对整理技术任课教师的条件要求有哪些呢?《普通高中技术课程(实验)》指出:普通高中技术课程具有高度的综合性,是对学科体系的超越,它强调各学科、各方面知识的联系与综合运用。要求整理技术教师具有数学、物理、化学等科学知识和文学、技术等人文知识。具备相当水平的有关当代科学和人文两方面的基础知识,这也是整理技术教师维护正常教学和不断自我学习的基本前提}s]。所以对整理技术教师应具备以下的基本条件:
(1)整理技术教师应该具备现代的教学观念
这些基本观念包括:终身教育的思想、终身学习思想、大众教育的思想、学习化社会的思想、主体教育的思想、多元智能的理论、后现代主义课程观、建构主义教学理论、团队学习理念等。各种思想理论的发展都有相应的心理学作为基础,教学过程教师只有在掌握学生学习心理情况的基础上,才能顺利实施有效性的教学。
(2)整理技术教师应该具备广博的知识
从整理技术的课程性质来看,它强调各学科、各方面知识的联系与综合运用。学习中,学生不仅要综合运用已有的语文、数学、物理、化学、生物、历史、社会、艺术等学科的知识,还要融合经济、法律、伦理、心理、环保、审美等方面的意识。学生的技术学习活动不仅是己有知识与技能的综合运用,也是新的知识与能力的综合学习。俗话说:只有拥有100分能力的老师才能带出90分的学生,你让一名本身只具备60分能力的教师去带出90分的学生,那肯定是不可能的事情。所以,整理技术教师应该具备广博的知识。
(3)整理技术教师应该具备合理选择应用现代化教学设备的能力
随着计算机、多媒体、互联网以及卫星传输技术的发展,比较成熟的现代传媒技术被应用于教育教学,推进了包括多媒体教室、电子板书、电子习题、投影演示等现代教学方式的丰富和发展。而其对教学的优化也是显而易见的,在教学中恰当地使用教学设备可以降低学习技术的难度,提高学习技术的效率。
(4)整理技术教师应该具备动手实践能力和创新能力
首先,对于整理技术教师来说创新能力和动手能力是顺利开展教学的基础。整理技术课程以学生的亲手操作、亲历情境、亲身体验为基础,强调学生的全员参与和全程参与。每个学习者通过观察、调查、设计、制作、试验等活动获得丰富的“操作”体验,进而获得情感态度、价值观以及技术能力的发展。其次,高中学生正处在创造力发展的重要阶段,他们的想象能力、逻辑思维能力和批判精神都达到了新的高度。这就要求我们整理技术教师必须不断地学习,要经常参加各级教育部门组织的整理技术课程教材培训、教学研究活动,还有校本培训和研究等,不断获取、扩充新知识新技能、不断调整自己的知识结构和思想体系。以一个新的视角,进行和完成教学工作,启发学生创造性的学习和动手实践,引导学生学会创新。整理技术教师作为课程的引导者,学生学习过程的协助者,由此看来较强的动手实践能力和创新意识是必不可少的。
(5)整理技术教师要有教科研意识,应具有一定的教育教学研究能力
教育教学研究能力是专业化教师的必备素质。整理技术教师应该依据课标的要求,结合本地区的实际情况,立足于教学中的具体问题,通过讨论、听课、公开教学等多种方式,加强对课程的教学研究,开发课程资源做一名“研究型”、“专家型”的教师。
2教育技术学的优势
回过头来看看始终致力于以优化教学为最终目的教育技术学。教育技术学专业在这方面有哪些优势,对应与上文所说到的对整理技术教师的要求,有以下几个方面:
(1)教学观念方面
教育技术学的发展历史就是一部跟随不同教学观念发展的历史。教育技术学科开设的大量课程都涉及到有关理念的学习,例如:《教育技术基础理论研究》(李克东、桑新民)、《学与教的基本理论》等。教育技术学从最早的行为主义提倡的程序化教学,到认知主义再到建构主义提倡的学生的学习是基于以有原有知识的认知,再到终生学习的学习观,各方面都有研究。通过四年的学习,其毕业生不仅掌握了相关教学理念发展历史优缺点而且懂的其适应的应用情景。
(2)广博的知识
教育技术学专业的知识涉及面非常的广博。教育技术专业的主干课程大致有:摄影、摄像、计算机组成原理、计算机高级语言、网站设计、平面设计、基本的物理电路知识、视音频的采集与处理、教学系统设计、教育技术导论(教育技术的发展历程及相关理念的学习)、学与教的理论、远程教育等。从内容上涉及到了计算机、物理、教育学、心理学、文学等多方面的知识。
(3)对现代教学设备的应用
首先,教学技术是为了促进学习,对有关过程和资源进行设计、开发、利用、管理和评价的理论与实践。其实质之一即研究如何合理选择教学设备以优化教学。其次,教育技术学毕业生掌握了现代教学设备的功能操作,理解其优缺点及适应情景。这无疑能保证教学设备在教学中有效的应用,所以教育技术学定能在整理技术教学中合理充分而且有效地应用现代媒体教学设备。
(4)科研创新及动手能力
首先,教育技术学是一门正在发展的学科,他要求学生具备创新思维能力。随着学习的深入和新知识体系的更新,要求学生善于学习善于思考,迅速掌握新知识体系,并且勇于探索发现新体系中的问题。其次,教育技术学学科要求学生熟悉国家关于教育,教育技术方面的政策、法规,了解教育的一般规律,具有较好地运用现代教育技术从事教育教学的能力,教育研究和科学研究的能力,以及不断更新教学方法进行教学改革的能力;具有较强的协作沟通能力,具有独立获取知识和信息的能力;具有初步的美学修养。最后,教育技术学学科很注重学生动手能力的培养,课程中大量的实验学生都必须通过实践才能掌握。如摄影摄像技术、专业音视频制作、网站制作、电路基础实验、机器人搭建编程、教学实践等。
3教育技术学指导下整理技术课程实施的建议
在具体教学开展的过程中教育技术学的毕业生应该充分利用自己的学科优势,做到以下几个方面:
(1)结合现代教学理念有效教学
①结合建构主义学习理论和学习环境以学生为中心。整理技术课程以学生的亲手操作、亲历情境、亲身体验为基础,强调学生的全员参与和全程参与。其要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者。当然还可以适时结合行为主义学习理论,强化学生的学习成果。②结合教学系统设计理论分析教学过程。首先要分析学习内容和学习者现状,看如何安排教学顺序,了解学习者的原有知识水平,以决定教学深度及广度。促进学生有意义的学习而非死记硬背。其次,根据学生学习的主动性,结合不同的学习理论安排相应的教学方法。例如学生主动性强时主要结合建构主义学习理论以启发式的教学形式为主;而学生对学习缺乏兴趣时,我们可以结合行为主义学习理论,帮助学生设定小目标,及时解决他们遇到的问题,从而激发学生的学习热情。
(2)学习方式多样化、评价方式多样化
在教学设计的过程中,教师应该在分析学习内容难易度、学生基本情况的基础上决定如何组织教学。当完成一些比较简单的项目时,同学们可以通过个人努力完成,但随着项目难度的增加,学生们不可能单独完成时,教师可以让他们以团队的形式完成学习项目。例如:在灭火机器人完成过程中,由于牵扯的知识很多,对技术的要求比较高,学生无法单独完成。这时教师可以将学生分为若干团队,让他们共同努力完成项目。这样学习者在学习的过程中不仅可以较容易地完成学习项目,维持学习兴趣,而且可以促进他们之间的相互学习,并在潜意识里掌握团队学习的重要性,让他们学会做人、学会做事。从而为他们的掌握团队学习理念奠定基础,服务于他们的长远发展。此外由于每个学生的喜好特长不同,单一的评价手段可能会打击学生的学习积极性,不利于教学的开展。所以在教学过程中,教师应该多种评价手段相互结合,根据学生的基本情况和学习内容难易度对学习者进行合理的评价。
(3)合理选用现代教学设备优化教学
在教学中恰当地使用教学设备可以降低学习技术的难度,提高学习技术的效率。在教学过程中一定要根据教学内容和坏境,结合现代化教学设备的优缺点及适用情景,合理选择现代化教学设备,让技术充满整个学习过程,从而激发学生对学习技术类课程的兴趣。例如在搭建灭火机器人课程开始时,我们通过视频向同学们展示最终要完成的任务,让他们看到最终所要完成的功能,激发他们学习兴趣或者在教学过程中通过现代教学设备展示操作过程,维持学生学习的主动性。这是教育技术学学科毕业生的特长,建议在过程中教师可以自己做FLASH课件、视音频等,辅助学生的学习。
(4)培养专业技能,做善于动手有创新意识的研究型教师
在教学过程中,教师要不断地进行反思,发现教学中的实际问题,结合当地实际情况,联系教学系统设计理论、学与教的理论及时地解决问题,并且要有科研意识及时把自己的经验分享给更多的整理技术教师。做一名优秀的“研究型”、“专家型”的整理技术教师。
(5)树立终生学习的观念
由于整理技术课程涉及的知识面十分的广泛,作为整理技术教师平时应该注重各学科知识的积累,而且随着科学技术和教育观念的革新,整理技术未来的发展必将日新月异,整理技术教师必须坚持终生学习的理念,不断学习,不断用新的知识新的技术来装备自己,只有这样才能始终走在教学研究的一线才能更好的服务于学生。
关键词学科一技术关系关联性分析转化效率
1.引言
“科学一技术”关系的实践研究发展于上世纪90年代,弗朗西斯・纳林(FrancisNarin)通过专利对论文引用在来源和时间方面的关联性,证明在高科技领域,科学与技术之间有着紧密的相互作用。利用论文和专利数据可以衡量国家、地区或机构的创新能力测度以及相互间知识转移、技术转移途径的研究,主要是基于宏观数据进行统计分析。基于专利的科学一技术关系的研究,主要包括定量指标方法、数理模型方法、科学一技术映射模型及社会网络分析方法。指标方面主要有科学联系度(ScienceLinkage)及其标准化后的产业标准化指数、当前影响指数(CurrentImpactIndicator)及衍生的科学强度、技术循环时间(TechnologyCycleTime)、技术扩散系数、相对强弱指数(RSI)等。数理模型方面,有基于熵值算法学校一产业一政府的三螺旋模型与算法(已由Mode-1进化到Mode一2),技术成长曲线及其修正,以及用于科研投入与产出绩效间的灰色关联分析;科学一技术映射模型方面,国内学者尝试建立科学学科分类与专利IPC分类的映射模型等;社会网络分析方法,如高继平提出的专利/论文的混合共被引网络分析、聚类分析和聚类自动标引,基于社会网络分析工具的研究等。定量指标方法难以避免突发因素造成的数据噪音,例如论文或专利的数量的突发性增长或引用;模型研究和社会网络分析其关注的指标较为局限,例如模型研究主要是宏观的规模性产出数据;社会网络分析则要求变量数据间有共现关系。文章涉及7个论文和专利的数据变量,得到21种关系组合,扩展了定量指标体系,同时发现了一些原本弱相关或无关的数据变量去除时滞影响后呈现出较强或极强的相关性。
“科学一技术”相互作用分析能体现出科学研究与技术应用间的协同发展、扩散转化和相互贡献程度,从而为支持科技领域布局、制定技术创新策略、合理配置科研资源等提供决策依据。文章以国内高等学校“科学一技术”发展现状为研究对象,通过高校的专利数据和论文数据关联性分析,挖掘影响科学和技术发展的关联性因素,探讨科学与技术相互转化、扩散、相互促进的时间效率。一项研究,或某一领域的研究,在研究发表后需要多长时间能被关注(被引)、被传播、以及促进技术应用的出现,通过r间度量来揭示该问题,能够为高校科技管理部门开展科技资源布局提供有效的决策支持的定量分析方法体系和策略。
2.研究方法
关联性分析方法在很多学科领域得到了应用,在挖掘“科学一技术”关联性分析方面,可以分析研究经费的投入产出,但其涉及的变量局限于产出数据,而忽略了引文关系,即科学与技术间的转化和扩散效率;可以分析科研项目与专利产出间的关联性,但其忽略了科研与技术之间的时间转化差异,其相关性系数均低于0.9。
对于科学与技术的关系,通常认为:先有科学研究再有专利产出,即研究总是走在应用的前面;成果公开之后会经过一段时间得到关注、扩散、被利用。那么一个机构、一个学科、一个技术领域甚至单个的研究内容发表之后,究竟要多长时间才能爆发出大量的技术应用成果?文章扩展了“科学一技术”常用的分析指标涉及的数据变量(见表1),考量了科学与技术发展的时间差异性,一方面挖掘了更多的可用指标;一方面将原本弱相关的关联性通过时间关系处理得到了较强或极强的关联性,并分析该时间差异对科技转化效率的影响。
从表1看出现有文献的研究方法主要有两种:一是考察单一变量的变化趋势或者分布情况;二是对技术相关变量(如专利被引次数与专利公开量、引用论文文献和专利公开量或量)间通过逻辑运算得到的数值进行分析,形成衡量科学一技术关联性、活跃度和影响力的常见指标体系,运算方法主要包括平均数值、标准化数值、引用关系时间间隔等。但其存在的共性问题是:变量关系单一,且依赖于指标的建立来对数据进行处理,无法消除由突发因素引起的数据噪音。
2.1关联性分析方法
在不同的变量间可能存在着线性相关或曲线相关关系,可以是正相关也可以是负相关,不同类的相关又可分为强相关、中等相关、弱相关或者无关等几种关联程度。而曲线相关大多可以转换线性相关进行研究,衡量变量间的线性关系常用的系数为皮尔森(Pearson)相关系数。假设:变量A(专利申请)与变量B(专利被引)之间存在潜在的关联性,当N=30(1985-2014年),A与B两个变量曲线走势见图1,但两条曲线并不完全重合,可以首先计算得到一个皮尔森相关系数:
对于同一年份的数据来说,专利被引相对于专利申请有所滞后。这一规律在图1中表现为变量B的峰值在时间上较变量A提前出现。因此,在计算相同年份的变量A和B的相关性之后,尝试寻找变量B的峰值相对变量A峰值前移的一般规律,计算不同年份的变量A和B之间的相关性;当Pn达到最大值时,n即为变量B相对于变量A的峰值前移时间差,也可以理解为变量B相对于变量A的时滞。新的线性相关系数计算公式如下:
当Pn达到最大值时,n即为A变量对B变量产生作用的时滞度量。
关联性分析主要解决两个问题:(1)对于相互之间没有直接关联性的变量,通过考察其时间序列变化情况,挖掘其在时滞效应和转化速度方面的关联性,以考察其预测性。(2)消除单个数据带来的噪音影响,使分析结果具有较好的稳定性和合理性。
2.2方法验证
通过曲线拟合,比较A和B,以及A和B两组曲线的皮尔森系数和R方值,若皮尔森系数R方值得到改善或有明显提高,且通过SPSS分析软件得到的置信区间均在95%及以上,则说明该方法对于该变量组合具有统计意义。
文章通过列举两个例子来进行验证说明:(1)选择机构G的30年间(1985-2014年)(A1)和专利申请量(B1),并假设论文研究能带动专利的申请,分析在当前的发展趋势下,预测专利申请要经过时间n才能达到当前科学研究水平带来的相应技术应用规模;(2)选择机构G的30年(1985-2014年)专利申请量(A2)和专利被引量(B2)进行关联性分析,与现有的“技术扩散速度”指标进行参照分析。两组变量30年时g序列数据的趋势分布与关联性见表2和图2。
经公式(2)计算得到表3。可见,G单位专利申请与间的关联性,在时间差值n1=2年时达到最强,预测2年后在当前的总体研究态势下,会引发技术引用的大量出现;专利申请与专利引用之间原本呈现的弱关联性,在时差n2=3年时获得较强的关联性,且推测得出G单位的技术扩散速度为3年。
经过该处理后,通过SPSS以A为自变量,B为因变量进行曲线拟合,R方值都得到了明显改善(见表4)。证明该关联性方法具有统计意义,能够表征两个变量间的关联程度。
同样,通过数据验证,关联性分析7个变量(、论文被引、专利申请、专利授权、专利被引、引用专利、引用论文)的21类组合关系都呈现出较好的应用可行性。
3.评价体系的构建
文章的数据包括专利和论文两部分。专利数据来源于TI数据库,以专利权人代码为检索条件,获得1985-2014年国内排名前3的理工科高校(高校S、高校Q、高校Z)的专利公开和引用情况;论文数据来源于InCites平台中3所高校1985-2014年的和被引情况。
3.1评价指标的确立
从论文和专利数据中提取出7类变量,通过前期的关联性分析后,得到21个组合形式并确定变量A对变量B具有促进或推动作用(表5)。
根据主/客体(论文与专利)与行为(引用与被引)之间的时间维度关联性(图3),15对变量组合可以大致划分为四个类别:
(1)表征产出规模驱动的时间效应,体现在不同主体具有同样的行为:一专利申请,即科学研究产出对技术应用产出的推动作用。
(2)表征扩散时间效应,体现为不同主体的产出与被引行为的时间维度关联性,又可以细分为两类:一类包含一论文被引、一专利被引、论文被引一专利被引,即科学研究的扩散对科学研究和技术引用产出的时间影响;一类包含专利申请一专利被引、专利申请一论文被引,即技术应用的扩散对新技术应用和科学研究扩散的时间影响。
(3)表征转化时间效应,体现为不同主体的产出与其引用行为的时间维度关联性,分为两类:一类包含专利申请一引用论文、专利申请一引用专利、引用专利一引用论文,即技术转化对科学研究和新技术应用产出的作用;一类包含一引用专利、一引用论文,即科学研究转化对新的研究内容、技术应用和技术应用转化的影响。
(4)表征贡献程度,体现为引用行为与被引行为的时间维度关联性,也可分为两类:一类是科学研究对新的科学研究转化和技术应用转化的贡献度,包括引用论文一论文被引、引用论文一专利被引;一类是技术应用对新的科学研究转化和技术应用转化的贡献度,包括引用专利一专利被引、引用专利一论文被引。
3.2机构数据对比
通过公式(3)的计算处理后,我们得到以下结果(表6)。比对国内3所水平较高的理工类院校的论文和专利的产出及引用关系数据,其论文数量与专利信息的产出规模、扩散效应、转化效应和相互贡献程度都具有极高的关联性。对比变量A对变量B的推动或促进作用在时间维度的间隔大小,可以挖掘各高校间的“科学一技术”间扩散、转化速度的快慢,以及相互贡献程度的时滞效应。
从关联性来看,高校Q除了专利申请与专利被引、专利授权与、与专利被引、与专利引用专利文献、与专利引用论文文献和专利被引与专利引用专利文献6种组合呈现出中等相关外,其他变量间都呈现出较强相关;高校S和高校Z在专利被引与专利引用专利文献、专利被引与专利引用论文文献2组变量无关联性。
从时间关系上来看,专利授权与其他变量的关系,和专利申请与其他变量的关系差值在0-2之间,整体抵消了我国专利申请到授权的18个月审核周期的时间,因此两者可按需选择,文章以专利申请为主要变量开展分析。另论文被引和专利被引(2,2,1)在时间关系上同步于和专利申请(2,2,1),即一项/篇专利和论文被引用的同时,意味着另一项/篇专利和论文公开发表。因此两组变量具有相互验证的效果(表6中灰色部分为文章未选取的变量组合)。
(1)从产出规模来看:高校Z对科学一技术的产出发展较快,其变量间的时间间隔均小于高校S和高校Q。
(2)从扩散效应来看:高校S与高校Q技术扩散对科学的影响时效长于高校Z(论文被引一专利被引、一专利被引、专利申请一专利被引),而科学研究扩散对新的科学研究的促进(专利申请一论文被引)高校S要迟于高校Q和高校Z,科学研究扩散对新的技术应用的促进(一论文被引)三所高校时效相同。
(3)从转化效应来看:在技术转化方面(专利申请一引用专利),三所高校的效率相似;但高校Q的科学研究转化效率(一引用论文、一引用专利)略低于其他两所高校。
(4)从贡献程度来看:高校Z的科学贡献度较差(引用论文一论文被引),高校Q的科学贡献度和技术贡献度(引用论文一专利被引、引用专利一专利被引)较好,高校S的技术贡献度和科学贡献度(引用论文一专利被引、引用专利一专利被引)都略低于高校Q。
总体来看,高校Z近年来的产出发展较快,其科学研究向技术应用方面的转化速度较快,但是技术与科学的关联度较低,科学贡献度较低,但技术影响力较高。高校Q近年来科技产出变缓,科学研究向技术应用扩散速度较快,高校Q的科学研究转化效率较高,科学与技术的关联度居中,技术循环时间变长,但其技术贡献度和影响力仍较高。高校S在产出发展速度上略缓于其他两所高校,其技术扩散效率不高,科学贡献度和技术贡献度的水平居中。
3.5与传统指标的对比检验
传统指标受到时间变化以及突现的大数值个例影响,会导致指标结果具有数据样本的依赖性。通过分别比较扩散效应与“技术扩散速度”指标,转化效应关联性分析与“学科关联度”和“技术循环时间”指标(见表1)的数据值,对关联性方法的可行性进行检验。
(1)扩散效应关联性与“技术扩散速度”指标。
在已有的科学一技术分析中,计量扩散效应的是(专利申请)与(专利被引)的平均时间间隔,即“技术扩散速度”这个指标来度量的,用这个办法得出来的一个高校的技术扩散速度,选取的时间范围距离现在越远则值越大,选取的时间范围距今越近值越小。例如:图4中,选取30年的数据时,校S、高校Q和高校Z的均值分e为9.1、8.2和9.9年,中值为8.7、6.2和8.3年;选取近十年的数据时,三者的技术扩散速度分别为2.3、1.8和2.4年,中值为2.2、1.6和2.2年。
关联性的分析则是对两个变量的总体趋势进行对比,根据表6的结果,在30年的数据范围内,科学研究的扩散对科学研究和技术引用产出的时间影响(和论文被引:4、3、3,专利申请和专利被引:4,3,3),以及技术应用的扩散对新技术应用、科学研究和科学研究扩散的时间影响(和专利被引:5,5,4)的时间效应更加的均衡和稳定。
(2)转化效应关联性与“科学关联度”和“技术循环时间”指标。
传统指标中评价科研转化和技术转化的指标有科学关联度和技术循环时间两个指标。通过计算学科关联度得到图5,得到的2014年累积值分别为1.10、0.70、0.59,高校S的科学关联度较高,高校Q科学关联度居中,高校Z的科学关联度较低。该结果与三者的科学研究转化对新的研究内容、技术应用和技术应用转化关联分析结果(1,1,1)近似。
近五年(2010-2014年)技术循环时间方面的高校S的技术循环时间(4、5、3、3、3年)与高校Z(5、4、4、3、2年)近似,较高校Q(8、7、4、3、4年)略快,且年代越近,其技术循环时间越小。通过关联性分析,技术转化对科学研究和新技术应用产出的作用(2,3,2),高校Q略缓于高校S和高校Z,与传统指标的结果相近,但受数据集合时间范围的影响更小。
4结论
2.13G通信技术应用在煤矿中的方案设计
设计方案以CDMA技术为例,方案设计的总体思路是:通过在煤矿的生产现场设置各种无线CDMA手持终端、传感器、视频采集终端、监控分站采集各种信息数据,然后根据数据标准,将这些数据进行整理汇总,再经过CDMA煤矿移动专网传输到移动客户端(CDMA终端手机),就会显示服务器端传来的有效数据,同时提供语音通讯功能和快速信息查询。CDMA煤矿移动专网技术的解决方案:地面部分的核心设备是综合调度交换机、综合接人控制器,该核心设备向外部提供多种接口,将煤矿现有通讯系统、安全监控系统进行混合组网,有利于实现数据的共享传输;对于黑暗的环境,例如煤矿的井下巷道环境,要采用无线光电结合级联的方式覆盖井下通讯网络,通过矿用手机、矿用无线传感器、定位中端,经过基站系统的设备连接、空中接口的无线链路,实现系统的繁多业务数据能够共网传输。
2.2井下3G通信的实现
为实现井下3G通信,我们将部分通信技术与华为合作,采用其成熟完善的核心网系统,在井下布置3G专网基站,并在主干线路上通过光纤进行传输信号,非主干线路即枝干部分可通过电话线或工业用网线进行传输。这种技术的联合为我们提供通信平台,通过此平台,矿井管理部门可根据施工需要直接拨打井下工作人员携带的定制终端,该终端是符合煤安标准、符合3防标准的井下专用3G手机,实现语音通话,取得联系。下井人员可通过手机直接打给相应的管理部门,进行语音通话,听从指挥,顺利作业。
2.3井下人员定位的实现
为实现井下人员的准确定位,企业需要根据现场具体情况在井下区域和巷道中,比如井下交叉道口、主要巷道、必经之路等关键位置,放置一定数量的区域定位器和地标器。任意时刻,手机内的定位模块一旦被任意地标器或区域定位器感应到后,控制系统都可以接收到定位信号,并将信号上传到信息工作站,这样井上人员可随时跟踪井下人员的动态。井上的管理者可根据大屏幕上或电脑上反馈的信息,或者在井下也可通过观看智能定位手机上的分布示意图查看井下人员工作情况。一旦有事故发生,管理者可根据电脑或手机中的人员定位信息立即查出事故地点人员的状况,为营救人员定位事故地点,确保以准确快速的方式营救出被困人员。对于井下人员,一旦井下发生突况,可通过携带的定位手机进行紧急通话或发出警报。井下人员一旦进入限制区域时,其手机自身判断会进行报警,井上监控室的动态显示界面就会立即弹出红色报警信号窗口。如果井下通信信号连接中断,还可以定位手机来应用脱机定位功能,手机地图上还显示出最佳嗯逃生路线,有助于被困井下人员顺利逃生。
二、小结
[关键词]自然通风机理效益地域建筑设计
长久以来,自然通风做为一项传统的建筑防热技术,在世界各地的传统民居中,得到了广泛的应用。在湿热地区,人们看到的传统民居往往有这样的外表:建筑都有开阔的窗户;采用轻便的墙体;深远的挑檐;高高在上的顶棚并且设置有通风口;建筑往往架空,以避开地面的潮气和热气,采集更多的凉风——这样形象的背后,隐藏着劳动人民对利用自然通风技术的朴素观念。自然通风是一种具有很大潜力的通风方式,是人类历史上长期赖以调节室内环境的原始手段。
空调的产生,使人们可以主动地控制居住环境,而不是象以往一样被动地适应自然;空调的大量使用,使人们渐渐淡化了对自然通风的应用。而在空调技术得以普及的今天,迫于节约能源、保持良好的室内空气品质的双重压力下,全球的科学家不得不重新审视自然通风这一传统技术。在这样的背景下,把自然通风这种传统建筑生态技术重新引回现代建筑中,有着比以往更为重要的意义。
1.自然通风的理论机理
通常意义上的自然通风指的是通过有目的的开口,产生空气流动。这种流动直接受建筑外表面的压力分布和不同开口特点的影响。压力分布是动力,而各开口的特点则决定了流动阻力。就自然通风而言,建筑物内空气运动主要有两个原因:风压以及室内外空气密度差。这两种因素可以单独起作用,也可以共同起作用。
1.1风压作用下的自然通风
风的形成是由于大气中的压力差。如果风在通道上遇到了障碍物,如树和建筑物,就会产生能量的转换。动压力转变为静压力,于是迎风面上产生正压(约为风速动压力的0.5-0.8倍),而背风面上产生负压(约为风速动压力的0.3—0.4倍)。由于经过建筑物而出现的压力差促使空气从迎风面的窗缝和其他空隙流入室内,而室内空气则从背风面孔口排出,就形成了全面换气的风压自然通风。某一建筑物周围风压与该建筑的几何形状、建筑相对于风向的方位、风速和建筑周围的自然地形有关。
1.2热压作用下的自然通风
热压是室内外空气的温度差引起的,这就是所谓的“烟囱效应”。由于温度差的存在,室内外密度差产生,沿着建筑物墙面的垂直方向出现压力梯度。如果室内温度高于室外,建筑物的上部将会有较高的压力,而下部存在较低的压力。当这些位置存在孔口时,空气通过较低的开口进入,从上部流出。如果,室内温度低于室外温度,气流方向相反。热压的大小取决于两个开口处的高度差和室内外的空气密度差。而在实际中,建筑师们多采用烟囱、通风塔、天井中庭等形式,为自然通风的利用提供有利的条件,使得建筑物能够具有良好的通风效果。
1.3风压和热压共同作用下的自然通风
在实际建筑中的自然通风是风压和热压共同作用的结果,只是各自的作用有强有弱。由于风压受到天气、室外风向、建筑物形状、周围环境等因素的影响,风压与热压共同作用时并不是简单的线性叠加。因此建筑师要充分考虑各种因素,使风压和热压作用相互补充,密切配合使用,实现建筑物的有效自然通风。
1.4机械辅助式自然通风
在一些大型建筑中,由于通风路径较长,流动阻力较大,,单纯依靠自然风压与热压往往不足以实现自然通风。而对于空气污染和噪声污染比较严重的城市,直接的自然通风还会将室外污浊的空气和噪声带入室内,不利于人体健康。在这种情况下,常常采用一种机械辅助式的自然通风系统。该系统有一套完整的空气循环通道,辅以符合生态思想的空气处理手段(如土壤预冷、预热、深井水换热等),并借助一定的机械方式加速室内通风。
2.采用自然通风的的经济效益和环境效益
自然通风是当今建筑普遍采取的一项改革建筑热环境、节约空调能耗的技术,采用自然通风方式的根本目的就是取代(或部分取代)空调制冷系统。而这一取代过程有两点至关重要的意义:一是实现有效被动式制冷,当室外空气温湿度较低时自然通风可以在不消耗不可再生能源的情况下降低室内温度,带走潮湿气体,达到人体热舒适,即使室外空气温湿度超过舒适区,需要消耗能源进行降温降湿处理,也可以利用自然通风输送处理后的新风,而省去风机能耗,且无噪声。这有利于减少能耗、降低污染,符合可持续发展的思想。二是可以提供新鲜、清洁的自然空气(新风),有利于人的生理和心理健康。室内空气品质的低劣在很大程度上是由于缺少充足的新风。空调所造成的恒温环境也使得人体抵抗力下降,引发各种“空调病”。而自然通风可以排除室内污浊的空气,同时还有利于满足人和大自然交往的心理需求。3.建筑设计中自然通风的实现及实例分析
传统建筑对自然通风有很多值得借鉴的方法,而在我们现代的建筑设计中积极地考虑自然通风,并注意与地域建筑的有效结合,对于自然通风的合理利用、节约能源具有现实意义。
3.1建筑体型与建筑群的布局的设计
建筑群的布局对自然通风的影响效果很大。考虑单体建筑得热与防止太阳过度辐射的同时,应该尽量使建筑的法线与夏季主导风向一致;然而对于建筑群体,若风沿着法线吹向建筑,会在背风面形成很大的漩涡区,对后排建筑的通风不利。在建筑设计中要综合考虑这两方面的利弊,根据风向投射角(风向与房屋外墙面法线的夹角)对室内风速的影响来决定合理的建筑间距,同时也可以结合建筑群体布局的改变以达到缩小间距的目的。由于前幢建筑对后幢建筑通风的影响,因此在单体设计中还应该结合总体的情况对建筑的体型,包括高度、进深、面宽乃至形状等实行一定的控制。
3.2维护结构开口的设计
建筑物开口的优化配置以及开口的尺寸、窗户的型式和开启方式,窗墙面积比等的合理设计,直接影响着建筑物内部的空气流动以及通风效果。根据测定,当开口宽度为开间宽度的1/3~2/3时,开口大小为地板总面积的15%-25%时,通风效果最佳。开口的相对位置对气流路线起着决定作用。进风口与出风口宜相对错开布置,这样可以使气流在室内改变方向,使室内气流更均匀,通风效果更好。
3.3注重“穿堂风”的组织
“穿堂风”是自然通风中效果最好的方式。所谓“穿堂风”是指风从建筑迎风面的进风口吹人室内,穿过房间,从背风面的出风口流出。显然进风口和出风口之间的风压差越大,房屋内部空气流动阻力越小,通风越流畅。此时房屋在通风方向的进深不能太大,否则就会通风不畅。
3.4在建筑设计中形成竖井空间,来加速气流流动,实现自然通风。
在建筑设计中竖井空间主要形式有:
(1)纯开放空间——目前,大量的建筑中设计有中庭,主要是平面过大的建筑出于采光的考虑。从另外一个方面考虑,我们可利用建筑中庭内的热压形成自然通风。由福斯特主持设计的法兰克福商业银行就是一个利用中庭进行自然通风的成功案例。在这一案例中,设计者利用计算机模拟和风洞试验,对60层高的中庭空间的通风进行分析研究。为了避免中庭内部过大的紊流,每12层作为一个独立的单元,各自利用热压实现自然通风,取得良好的效果。
(2)“烟囱”空间,又叫风塔——由垂直竖井和几个风口组成,在房间的排风口末端安装太阳能空气加热器以对从风塔顶部进入的空气产生抽吸作用。该系统类似于风管供风系统。风塔由垂直竖井和风斗组成。在通风不畅的地区,可以利用高出屋面的风斗,把上部的气流引入建筑内部,来加速建筑内部的空气流通。风斗的开口应该朝向主导风向。在主导风向不固定的地区,则可以设计多个朝向的风斗,或者设计成可以随风向转动。例如在英国贝丁顿零能耗发展项目中,设计了可以随风向转动的风斗,配合其他措施,利用自然风压实现了建筑内部的通风。
3.5屋顶的自然通风
通风隔热屋面通常有以下两种方式:1)在结构层上部设置架空隔热层。这种做法把通风层设置在屋面结构层上,利用中间的空气间层带走热量,达到屋面降温的目的,另外架空板还保护了屋面防水层。2)利用坡屋顶自身结构,在结构层中间设置通风隔热层,也可得到较好的隔热效果。
b.被动式自然通风实施效果一
c.被动式自然通风实施效果二
a.自然通风原理示意
在云南省永仁县异地扶贫搬迁规划设计实施工程中,多数是从冬季较寒冷的山区迁移到夏季较炎热的丘林坝子中。原住居民的住屋形式是在寒冷地区发展与延续下来的,其夏季的通风问题不是主要的空间约束。而新迁地夏季较炎热,室外亦有较大的区域风,但是室内风速则相对较小。因后墙及山墙均无窗户,所以室内通风不是很好。新搬来的住户对室内的热环境都表现出很大的不满。因此,改进建筑的通风效果是克服民居缺陷的主要途径。在新农居的设计中,二层楼的前部采用窗加百页的构造,后部加设可开启的窗户,以保证二层堆放农作物的自然晾干功能。针对夏季的炎热气候,加大了挑檐设计,精心做了堂屋、卧室与阁楼的通风设计,通过简单的构造措施,对民居的热环境做了积极的改进与引导(图a,b,c)。在该工程中,有效的将传统的自然通风这一绿色适宜技术用于对传统民居的更新,既满足了经济的要求,又符合了生态的效益。
3.6双层玻璃幕墙维护结构
双层(或三层)幕墙是当今生态建筑中所普遍采用的一项先进技术,被誉为“会呼吸的皮肤”,它由内外两道幕墙组成。其通风原理是在两层玻璃幕墙之间留一个空腔,空腔的两端有可以控制的进风口和出风口。在冬季,关闭进出风口,双层玻璃之间形成一个“阳光温室”,提高围护结构表面的温度;夏季,打开进出风口,利用“烟囱效应”在空腔内部实现自然通风,使玻璃之间的热空气不断的被排走,达到降温的目的。为了更好地实现隔热,通道内一般设置有可调节的深色百叶。双层玻璃幕墙在保持外形轻盈的同时,能够很好地解决高层建筑中过高的风压和热压带来的风速过大造成的紊流不易控制的问题,能解决夜间开窗通风而无需担心安全问题,可加强围护结构的保温隔热性能,并能降低室内的噪音。在节能上,双层通风幕墙由于换气层的作用,比单层幕墙在采暖时节约能源42%-52%,在制冷时节约能源38%-60%,是解决建筑节能的一个新的方向。
3.7太阳能强化自然通风
太阳能强化自然通风,充分利用了太阳能这一可持续能源转化为动力进行通风。太阳能强化自然通风的建筑结构主要有:屋面太阳能烟囱、Trombe墙和太阳能空气集热器。以上三种结构可以单独设置来强化通风,但是,为了在夏季达到更好的冷却效果,通常将这些做法与其他建筑结构组合成一个有组织的自然通风系统。
4.结语