量子科學應用大全11篇

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【關鍵詞】 血壓；血壓計；可靠性

電子血壓計操作簡單，使用方便，作為保健用品逐漸進入更多的家庭。為檢測電子血壓計測量血壓的可靠性，為臨床提供一個快捷、有效的血壓測量途徑，我們選擇了國產歐姆龍HEM-741臂式電子血壓計，以聽診法為參考，根據美國標準（ANSI/AAMISP10）、英國高血壓協會（BHS）推薦的方法進行評估。

1 資料與方法

1.1 一般資料 血壓正常組30例，男10例，女20例，年齡17～50歲；高血壓組30例，男18例，女12例，年齡37～74歲。臂圍22～32cm。

1.2 方法

1.2.1 聽診法 在評估電子血壓計是否準確時，規定了將被測電子血壓計袖帶氣路與合格的汞柱血壓計串聯在一起，并請兩位合格的血壓測量師同時監測同一被試者肱動脈處血壓值［1］。為能使兩人同時測量血壓，我們對聽診器進行了改進，將兩個未安裝聽診頭的聽診器膠管口分別連接三通管（另一聽診器部件）兩端，另一端再連一膠管，然后接聽診頭。由兩名有經驗的護師，按護理學基礎的血壓測量方法，以汞柱式血壓計進行同時獨立測量訓練。充氣后以2～3mmHg／s的速度放氣，聽到第一聲響的汞柱數值為收縮壓，聲音突然消失的汞柱數值為舒張壓［2］。

1.2.2 電子血壓計測法 受試者坐靠背椅上休息5～10min，脫去緊束上臂衣袖，將電子血壓計袖帶縛于上臂，其膠管通過三通管與標準的上海魚牌汞柱式血壓計串聯。取兩人同時獨立測量的血壓平均值為聽診法測量值。連續測量2次，測量中間休息2～3min。

1.3 統計學方法 兩組分別采用配對樣本t檢驗，統計過程由SPSS 10.0軟件完成。根據美國ANSI/AAMI SP10-1992《電子或自動血壓計》規定的收縮壓和舒張壓的誤差要求：差值的平均值±5mmHg，差值的標準差

2 結果

血壓正常組和高血壓組使用兩種方法測量的血壓平均值、兩種方法測量的血壓差值平均值、標準差，見表1。 表1 歐姆龍HEM-741與汞柱式血壓計測值的比較

3 討論

本文結果表明：該型電子血壓計收縮壓和舒張壓差值的平均值和標準差均符合美國ANSI標準，與聽診法測量血壓是一致的。其適用于血壓正常人群，也適用于高血壓病人。可替代聽診法在醫院進行血壓測量，更適于病人在家庭監測血壓和日常保健。本組試驗結果與既往文獻［1］一致。

電子血壓計有以下優點：（1）作為一種無汞的測量儀器，更有利于人員的健康和環保要求。（2）聽診法受測試者聽力、視力，視聽誤差，測量習慣等因素的影響，電子血壓計獲得的資料客觀，重復性好。（3）便于攜帶，使用省時、省力，可提高工作效率。（4）電子血壓計患者實現自我測量血壓，可避免白大衣現象的發生。（5）高血壓患者定期監測血壓，有助于提高患者的藥物治療依從性［3］。

為了提高電子血壓計的準確性，使用時需注意：操作前檢查儀器充電情況，袖帶內氣囊有無漏氣等，電池不足可影響血壓結果；操作中受試者正確，冬季應注意保暖避免寒戰，袖帶縛扎部位正確，松緊度合適，與心臟應在同一水平；不應在磁場環境測量，測量時不使用移動電話；操作后要妥善放置儀器，及時充電，定期檢修。對高血壓患者，醫護人員應教會患者及家屬正確的使用方法，以提高其準確性。

【參考文獻】

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要培養出新型高素質的技術人才，首先必須提高學生的思想道德素質。否則，將難以勝任各種工作崗位的需求。因此，要求教師遵循中等職業學校學生身心發展的規律，增強新形勢下德育教育的主動性、針對性和實效性，在整個教育教學過程中都要滲透德育教育。如引導學生認清職業教育的特點是要求他們具備熟練的專業技能，樹立健康的學習觀和擇業觀，正確評價自己，增強愛崗敬業意識等等。

二、刻意強調安全生產，文明生產

出于學科的特點，本學科的大部分時間都是和電打交道。這就涉及到一個很嚴峻的問題，那就是安全問題。退一步講，不論技術學得怎樣，都要確保安全萬無一失。要做到這一點，就是要嚴格要求。如不準學生在實訓室內嬉鬧，電源總開關不能忘記關閉，電源線漏電要及時維護，不要違章操作等。消除人為的安全隱患。師生齊抓共管，按章法辦事，一絲不茍，不可粗心大意。除此之外，還要做到文明生產。不論課程的那一個環節，只要走進了實訓室，就要在安全的前提下，做一個文明的學生。工具用完了，不要隨意亂扔亂放；焊錫絲要節約使用；電烙鐵要適時保養；萬用表使用要規范，不能故意拉斷表筆線，斷了要及時焊上，使用完畢要關表；實訓臺要保持整潔，不經老師允許不得亂動實驗裝置，用完后單臺關閉等。這些看起來都是容易做到的事，但也是容易忽視的小事，只要大家共同努力，形成習慣，就一定能夠構建一個安全文明的學習環境，使學生學習專業技術的大道一路暢通。

三、夯實專業基礎，激發學習興趣

我們的學生入學程度絕大部分低于初中二年級水平，對本學科內容一無所知或知之甚少，近乎于啟蒙教學。基于這一點，必須從頭開始，進行點滴積累。在實際教學中根據學生的實際情況，根據自己對教材的理解和整體把握，依照“以就業為導向”的方針。力爭做到以基本技能為主，以基礎理論為輔，重在培養學生的動手能力。啟發引導學生的專業思維，從日常生活出發，留心觀察，尋找本學科與生活的關系，要求學生從認知常用電子元器件入手，從符號到實物，如電阻器、電容器、半導體二極管、三極管。通曉他們的功能及特性，同時，引導學生認識一些相對較生疏的元器件。如光敏電阻器、熱敏電阻器、陶瓷濾波器、晶振，可控硅、駐極體、電子音樂芯片、電源變壓器等，為下學期實踐整機聯裝做好感性儲備。

要想使學生真正打好基礎，首要問題是要引發他們學習本學科的興趣，激起他們的好奇心和學習欲望。具體的做法是：（1）列舉自己最熟悉或喜歡的電子產品，如手機、mp3等；（2）學會操作先進的實訓設備；（3）教學中引進競賽機制，如用色標法判讀電阻器的標稱阻值及實際阻值的測量；用數碼表示法判讀電容器的標稱容量及容量大小比較。看誰做得又快又準。（4）參觀歷屆畢業生的優秀作品，感悟電子產品的無限魅力。

興趣調動起來了，就要進一步著手對學生進行識圖能力的培養。目的是讓學生能讀懂電子整機的原理圖和印制電路板圖，提高整機連裝的速度和質量。從繪制一些簡單的串并聯電路開始，一步步由淺入深，以至于能夠自行設計稍微復雜一點的電路。

四、指導學生認知并準確檢測電子元器件

要做到準確檢測電子元器件，首先必須學會檢測工具的使用。常用的也是最基本的檢測工具就是萬用表。每位同學都必須掌握測量技術，否則，后面的學習將無法繼續進行。

在實際教學中，要求學生能夠使用萬用表測量電阻器的實際阻值，判別晶體二極管的引腳極性，識別晶體三極管各極的位置及相關參數，判識電解電容器的引腳極性，元器件的質量判別等等，掌握了測量技術，是在前面基礎上的一個飛躍。

五、教會學生掌握熟練的手工焊接技術

要組裝出一部性能良好的整機，除具備上述能力之外，還要具有高超的手工焊接能力。首先要學會焊接工具及材料的使用。即電烙鐵的握法、焊接的五步法、三步法；焊料供給要適量有度，焊劑不宜過多，做出圓潤、光亮、美觀的焊點，杜絕虛假焊、拉尖及橋連現象。所以我們也稱手工焊接技術為手工焊接工藝。還要掌握拆焊技術，力爭做到電路板和元器件兩不損，這是技術全面的重要表現。只有熟練掌握手工焊接技術，才能進入下一環節的技能訓練。

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關鍵詞： 仿真軟件；測量儀表及自動化；自動控制系統；教學資源

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

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）07-0182-03

0 引言

《測量儀表與自動化》課程是一門有著廣泛社會需求和技術基礎的綜合性技術學科，其水平是一個國家技術先進程度、生產力發達程度與生產關系相適應的標志[1]。現代化生產過程的科技人員，除了必須深入了解和熟悉生產工藝之外，還必須學習和掌握自動化儀表方面的知識，才能在生產、管理、調度崗位及科研部門充分發揮作用。我校信息與控制工程學院自動化教研室目前開設的這門課程適用專業除化學工程與工藝以外，還面向諸如環境工程、油氣儲運、建筑環境與設備工程、熱工等專業。該課程包括過程測量儀表、過程控制儀表和過程控制系統三大方面的內容，涉及電子、機械、大學物理、自動控制原理等多門學科，是一門知識點多、涉及面廣、實踐性強、信息更新快的綜合性學科。

對于工藝類專業學生來說，缺少相應的專業背景知識、學時短（根據不同專業，目前學時設置為48或32學時）；加之相應控制系統部分概念抽象、知識聯系緊密、難于理解，學生學習難度較大。為此，我教研室專門利用LabVIEW研發了自動控制系統仿真軟件作為仿真教學資源使用。下面就該軟件的開發背景、功能和使用做逐一介紹。

1 自動控制系統仿真軟件的開發背景

1.1 《測量儀表與自動化》教學中的重點和難點 目前我校《測量儀表與自動化》課程大綱明確要求學生掌握自動化儀表的基本原理、結構和特點，為自控設計根據工藝條件選擇合適的儀表；除此之外，更強調掌握自動控制系統的基本概念，能對工藝過程提出合理的檢測和控制方案。

筆者在教學當中發現，工藝類專業的學生在學習過程測量儀表部分，各種壓力、物位儀表雖然種類繁多，但相應學時較長，占到總學時一半左右；加之內容直觀，通過圖片、實物、動畫等方式，學生們可以理解掌握。但隨著課程內容進展到過程控制儀表部分，接觸到控制器、執行器以后，一些抽象概念諸如控制點、控制規律、控制器正/反作用、調節閥氣開/氣關、PID算法等內容逐漸讓學生感到吃力，且內容相對較少，講解速度較快。而最后一部分過程控制系統中被控對象的動態特性、自動控制系統的過渡過程、被控變量、操縱變量及控制器參數整定等概念也讓學生感覺枯燥單調，學習積極性不高，難以形成有關系統的概念。

這一點可從《測量儀表與自動化》期末考試及課程設計環節中發現，部分學生由于不理解自動控制系統的基本概念，設計出來的控制方案東拼西湊，導致整個設計文件完全錯誤。

1.2 工程實踐中的重要性和實用性 關于過程控制系統基本概念的重要性，筆者還有過親身的體會。一次在某大型煉廠的催化裂化車間調研過程中，該車間的工藝技術骨干就急迫提出希望我們能夠給他仔細講解一下PID參數整定的內容。這是因為他意識到自動控制系統對于裝置設備的平穩、高效和安全的重要性，而對PID參數的認識不夠使他不能大膽自信的在DCS工程師站整定PID參數。經過兩個小時的講解，該工程師詳細做了筆記，并就相關概念提出了大量問題。

另一次參與某石化公司新項目裝置開工建設過程中，負責工藝的工程師需要給新上崗的操作工人培訓裝置的控制方案。但拿到設計圖紙后，面對圖紙當中的復雜控制系統，諸如分程控制、比值控制及選擇控制等尚不能充分理解，更何談培訓上課。發愁之余，找到筆者幫忙。除了講解了上述復雜控制方案后，對方還索要《測量儀表及自動化》一書作為參考書使用。本課程內容在工程實踐中重要性和實用性可見一斑。

1.3 其他院校的多媒體教學手段 近年來各高等院校不斷就《測量儀表及自動化》的教學內容、教學方法、教學模式等進行著的討論、改革與探索[2-5]。上述文章當中無一例外提到，這是一門專業理論知識與工程實踐結合非常緊密的課程，教學中應摒棄單一的板書和PPT授課方式，而充分利用多媒體和計算機技術進行儀表設備及自動控制系統的演示。孫自強提出利用通用的工控組態軟件的演示版，可形象的模擬控制現場和控制室的操作[3]。曾珞亞等利用Matlab與VB混編來顯示過渡過程曲線和進行控制器參數整定[4]；鄔勇奇等制作了Flash儀表動畫[5]進行演示，如電接點信號壓力表等10個儀表動畫。

2 自動控制系統仿真軟件的基本功能

該仿真軟件選取液罐代表了生產過程中的物位對象。與直接使用實際裝置仿真軟件相比，可使學生避免花費大量時間熟悉整套生產流程和繁復的組態軟件操作，而將注意力全部放在控制儀表與控制系統上。下面介紹軟件的基本功能。

2.1 手/自動控制系統的對比 該軟件專門設計了手動控制和自動控制的切換界面。手動控制界面如圖1所示，僅有液罐（被控對象）、進水手閥和出水手閥。界面上還顯示柱狀顯示水位設定值、實時液位實際值及設定值曲線顯示。操作者課根據實際水位（測量值）和理想水位（設定值）相比較的結果，決定開大或關小手閥閥位，從而調整液罐水位，模擬實際工況中的人工控制。手閥閥位的修改可以直接修改閥位文本框，或通過轉動手輪實現。

自動控制界面如圖2所示。與手動控制界面相對比，自動控制界面增加了液位傳感器、PID控制器、調節閥（由原手閥修改），與原液罐構成一個完整的單回路控制系統。界面色彩鮮艷，各環節設備形象生動，基本能夠達到真實現場的使用感受。

2.2 測量傳感器的設計 該水箱液位傳感器模擬恒浮力液位計。浮球始終漂浮在液面上，隨著液面高低變化而變化。液罐下方增設了液位計的儀表表頭。此外，測量值采用紅色細信號箭頭線（區別與藍色的粗管道線）送給控制器，表明了儀表之間的邏輯關系。

2.3 控制器的基本功能 控制器面板如圖2自動控制界面左側所示。該控制器模擬實際單臺數字調節器（如DRC-97智能記錄調節儀），實現了控制器的基本功能。

2.3.1 顯示功能及控制運算 控制器面板上顯示偏差（比較器）、輸出（運算器）、給定值（水位給定）及PID參數等。PID參數可以根據用戶需要實時交互式修改。

在自動狀態下，根據水位給定和水位測量值得到偏差e，控制器將按照PID算法給出輸出操縱值（MV，Manipulated Value）信號。值得注意的是，控制器的設定值與測量值通過采用紅色細信號箭頭線送給比較器，而比較器得出的偏差e送給運算器進行運算。同時該操縱值信號同樣用紅色細信號箭頭線傳送到調節閥上，表明了信號之間的基本關系。

2.3.2 控制器的正、反作用選擇 控制器下方的兩個選擇按鈕分別是正作用和反作用。選擇正作用時，控制器的測量信號增大（或給定信號減小）時，其輸出信號隨之增大；反作用則當調節器的測量信號增大（或給定信號減小）時，其輸出信號隨之減小。這是控制器構成閉環負反饋控制系統的必備功能之一。

2.3.3 手動/自動切換 控制器具備手動/自動切換功能。選擇自動時，紅燈亮且功能面板顯示“自動”字樣。此時，控制器輸出根據控制規律隨偏差變化而變化；選擇手動時，綠燈亮且功能面板顯示“手動”字樣。此時控制器輸出與偏差無關，控制規律無效直接由手操縱控制器輸出，類似于直接手調閥門開度。

控制器還具備實現手/自動雙向無擾動無平衡切換功能。在手動狀態下，此時設定值（水位給定）不能由操作者輸入運算器文本框改變，而是跟隨測量值的變化而變化，始終保持偏差為零，即控制器PID算法輸出增量為零。所以切換至自動瞬間，控制器輸出無跳變；在自動狀態下，控制器的設定值可以通過改變水位給定文本框或柱狀顯示來改變，此時輸出不能通過文本框改變。切換至手動的瞬間，控制器輸出無跳變。該控制器具備實現自動/手動無擾動無平衡切換功能。

2.3.4 調節閥的設計及氣開/氣關選擇 執行器模擬最常見的薄膜式氣動調節閥。氣動調節閥有氣開式與氣關式兩種形式。軟件中所設計的調節閥，若選為氣閥，運算器輸出為0%，閥門全關閉，運算器輸出為100%，閥門全打開。

2.5 系統過渡過程的顯示與保存 為了說明控制系統的工作機理，實時曲線顯示是必不可少的。界面右側的繪圖窗口可實時顯示水位測量值、設定值及操縱值。可根據需要任意改變曲線的顏色和寬度。需保存某曲線畫面時，右鍵導出簡化圖形即可。圖3衰減震蕩過程的簡化圖形。

3 仿真軟件應用舉例

下面以2學時實驗為例，介紹該仿真軟件的使用。提前下發電子版實驗講義及軟件說明書，供學生預習及在實驗上機過程中參看。

3.1 熟悉軟件的基本操作（10分鐘）。首先，引導學生觀察手動控制界面與自動控制界面的區別。總結一個完整的自動控制系統包含哪幾部分？該水箱液位控制系統當中的被控變量和操縱變量分別是什么？并要求學生在實驗報告中畫出該控制系統的方框圖。

3.2 對象特性測試（10分鐘）。利用測試法建立被控對象模型，并將測試曲線圖進行保存。根據測試曲線確定對象的放大系數、時間常數及純滯后時間。

3.3 調節閥氣開/氣關及控制器正/反作用的選擇（10分鐘）。給出工藝安全生產的條件，液罐水位系統中要求液位不能溢出。請學生選擇調節閥氣開/氣關形式及控制器正/反作用。觀察若選擇不當會出現什么結果。

3.4 自動控制系統投運（10分鐘）。復習自動控制系統投運的基本步驟，將手動狀態調到穩定狀態下進行投運。觀察投運過程中控制器的無擾動無平衡切換現象。

3.5 控制器參數的工程整定（40分鐘）。

3.5.1 純比例（P）控制作用下的過渡過程測試 保持出水閥50%不變。將控制系統投運，設置PID參數（Ti>5000s，Td=0s），Kc分別等于1，5，20時，設定值從50%變化到60%時，得到的過渡過程曲線。將曲線畫面保存并進行對比，說明Kc的變化對過渡過程的影響。

改變出水閥的閥位（相當于改變對象特性）至80%，重復上述步驟，觀察曲線的變化。

3.5.2 比例積分（PI）作用下的過渡過程測試 保持出水閥50%不變。將控制系統投運，設置PID參數（Kc=3，Td=0s），Ti依次設置為4，10，20。說明Ti的變化對過渡過程的影響。改變對象特性（同3.5.1）后重復本步驟。

3.5.3 比例積分微分（PID）作用下的過渡過程測試

保持出水閥50%不變。將控制系統投運，設置PID參數（Kc=3，Ti=10s），Td依次設置為0，2，10，20。說明Td的變化對過渡過程的影響。改變對象特性（同3.5.1）后重復本步驟。

3.6 整理實驗數據、圖表，回答思考題（20分鐘）。

4 結語

本文介紹了由我教研室自主開發的自動控制系統仿真軟件的基本功能和使用。通過該仿真軟件的應用，解決了《測量儀表及自動化》課程中實驗設備短缺、教學手段單一的問題。該教學資源對于提高學生學習的興趣，研究和掌握課程的重點及難點，培養工程實踐概念都具有重要意義。

參考文獻：

[1]杜鵑編，《測量儀表與自動化》[M].東營：石油大學出版社出版.

[2]潘浩，杜鵑.《測量儀表與自動化課程教學改革探索與實

踐》[J].自動化與儀器儀表，2010，6：142-144.

[3]孫自強.《化工自動化及儀表課程教學改革與實踐》[J].化工高等教育，2012，2：51-54.

篇（4）

1 強化實踐操作的《電子測量技術與儀器》課程教學內涵

目前，《電子測量技術與儀器》課程作為移動通信專業的必修理論課，該課程對理論和實踐的要求都比較高，高職學生在移動通信工程中所需的測量技能以及微波理論知識需要有較高的要求，傳統教學中實驗操作較少，電子測量儀器種類較少，如何通過教學改革，強化學生的理論知識和實踐操作技能，形成具有高職自身特色的教育課程，值得我們深入研究和思索。

結合該課程特點，我認為其教學內涵應體現任務驅動的本質，一是理論性和實踐性。理論性是指對學生的基本理論知識要求較高，因為移動通信專業的知識外聯性較低，學生以前接觸的很少，因此我們要求學生掌握基本的電子測量技能，并能夠運用理論去指導本專業的實踐操作。實踐過程必須以提高學生基礎和應用能力為主線，使其能夠勝任崗位基本要求。二是任務性。《電子測量技術與儀器》課程教學將工作任務細分，同時配備多種電子測量儀器，讓學生在實際操作中練習各種測量技能，學和做相輔相成，更重要的是在學習中以實際電子儀器作為載體，遴選、重構課程內容，將工作任務作為終極努力目標。

2 教學改革實施

依據高職院校培養高端技能型專門人才的培養目標，本課程實踐教學改革的原則如下：⑴以電子儀器或模塊作為課程載體。⑵將實際工程應用引入實踐教學。⑶以實踐作為教學的主線，通過實踐帶動知識、技能的學習與職業素養的養成。

在上述原則的指導下，對該課程教學進行如下改革：

⑴在教學中以學生為主體，以教師為主導，充分發揮主導的導向作用，使主體具有自主學習的能力。主導教師應加強自身理論知識水平的提高和技能的鍛煉，同時及時更新專業動向。主體學生需要在理解理論知識的基礎上，著重鍛煉自身實踐操作。通過調查分析及學生反饋，移動通信專業對于電子測量的能力要求為熟練使用各種電子儀器，運用自己所學理論指導實踐，進行高頻微波各種信號的測試，對相關數據進行記錄分析并處理。因此，本課程從專業需求入手，充分利用實訓室條件，培養學生分析問題，解決問題的能力。

⑵充分采用多種教學方法，逐步培養學生自主學習能力。在實踐教學中，引入實際工程應用，以任務作為驅動，積極引導學生學習。主導教師介紹任務，將學生分組，每組同學分貝完成不同任務，在同一組中，每位同學輪流當組長，指導該組學生進行整個任務的完成流程。在授課過程中采用課前預留，讓同學們在課下時間充分利用網絡資源豐富和準備即將學習的知識，在后續課中鼓勵同學們上臺展示，給學生發揮的空間。將教學內容分為基本模塊和拓展模塊兩部分，基本模塊用于提高電子測量能力，拓展模塊用于培養學生的創新能力。

⑶以電子儀器作為載體，聯合企業開發多項實驗實訓項目，構建理論實踐統一的教學體系。通過整合電子測量實踐教學，合理有序的安排實驗項目，根據不同的工程環境、工作任務及精度要求，選取科學合理的測量方案，選取正確的測量儀器。主導教師給定測量要求，學生自行確定實驗方案，配置實驗儀器，分組制定實驗步驟，完成實驗任務。比如測量射頻放大器參數實驗，不同組別的學生可以選取不同測量模塊，自行查閱實訓手冊，分別制定不同實驗步驟，最終完成測量任務。同時提出擴展性任務，添加學生自己的新思維，鍛煉學生分析問題解決問題的能力。構建虛擬實驗平臺，引入Lab View虛擬儀器平臺，利用虛擬儀器測量相關實際電路測試點，得出仿真結果，從而掌握電子產品發展新方向。

在綜合性課程設計中，要求學生使用DXP、Multisim等軟件進行項目設計與仿真。根據仿真通過的電路結構與參數，進行搭建實際電路并進行實際參數測量，要求學生提交測量結果，完成課程實習報告的書寫，同時在實訓結束前預留一定時間，自行講解實訓原理、數據處理過程、實訓過程中碰到的問題及如何解決等，指導教師進行點評與打分。整個過程其他同學均可參與討論，學生分析與解決問題的能力得到了進一步的升華。

3 總結

通過對電子測量技術與儀器課程進行的教學改革，學生有了較強的自信心，理論知識在不斷的展示講解中得到了進一步的提高，而有目的的實踐又能夠幫助學生從全局角度完善整個任務，進而提高學生整體思路思考方式的鍛煉。師生在教學過程中關系融洽，面對問題能夠共同討論解決，學生的學習積極性有了明顯的提高，真正落實了理論實踐深層次理論的過程，學生探究性的學習精神得到提高。課改過程中學校和企業關系進一步增進，教學內容貼近實際要求，因此，基于工程應用的電子測量技術與儀器課程實踐教學意義深刻。

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中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）22-0117-03

應用型本科教育作為一種新的教育現象和教育類型在我國是20世紀90年代末隨著科技進步、經濟的快速發展和產業不斷升級對知識與技能兼備的高層次應用型人才需求背景下產生的[1]。在我國，應用型大學是相對于研究型大學和教學研究大學而言的，它是按照我國目前大學培養的特點，在我國經濟建設現代化和高等教育大眾化推動下產生的一種新型的本科教育[2]。目前，我國本科高校總數的1/3定位為應用型大學，由于這類高校大多設在地級市，所以又稱為地方應用型本科高校[1]。安徽科技學院于2009年獲批安徽省示范應用型本科高校建設單位，2014年獲批安徽省地方應用型高水平大學建設單位，確定了“地方性、應用型、高水平”的辦學定位。

1 地方應用型本科高實踐教學存在問題

實踐教學是高等教育教學體系的重要組成部分，是培養學生基本技能、實踐能力、創新精神的有效途徑[3]。服務地方經濟社會發展、面向行業內部的實際需要是地方應用型本科高校的立足之本；培養學生的知識應用和實際操作能力是地方應用型本科高校人才培養的根本出發點；培養基礎知識比高職高專生深厚、實踐能力比傳統本科生強的應用型人才是地方應用型本科高校人才培養的優勢[3-4]。因此，實踐教學在地方應用型本科高校人才培養過程中具有舉足輕重的作用。目前許多地方應用型本科高校在實踐教學方面仍存在諸多問題，如師資制度不健全、隊伍力量不夠、基地建設不完善、評價體系不科學、監控不到位等等[5]。具體表現為：多數教師缺乏實踐經驗，新教師多數是從高校到高校，缺乏實踐經驗，老教師不能及時掌握現代實用技術，因此學生的實踐應用能力不能得到很好的提高；資金和場所不能保障實踐教學的正常運行，學生不能及時對課堂理論知識進行實際操作和現場實踐；實踐教學體系的構建合理、教學計劃的制定與執行、教學質量的評價執行不到位，實踐教學教師也各自為戰，無統一的標準，監控與管理較為混亂；實踐教學環節的評價不科學，多數仍采用傳統的“筆試”形式，不能真正放映學生的實踐教學水平，極大地挫傷了學生進行實踐學習的主動性。

2 種子專業實踐教學體系的構建與優化

為適應地方應用型本科高校建設的需要，我校種子專業主動出擊、全面調研、統籌規劃，緊緊圍繞地方應用型高水平種業人才的培養目標，科學構建了與理論教學體系相對獨立又相互呼應、課內外相結合、校內外相結合、集中與分散相結合、實習與實訓相結合的“三能合一、十六個環節”的實踐教學體系。在學科基本素質的基礎上突出了專業知識應用能力、創新創業能力和社會活動能力的培養，“三能合一、十六個環節”即專業課程實習、專業生產實踐、專業綜合技能訓練、專業技能大賽、職業技能鑒定、企業實訓、畢業實習，創新創業培訓、創新創業論壇、大學生創新課題、創新創業大賽、校企合作創業課題，個性化拓展實習、暑期社會實踐、大學生村官、暑期企業營銷實戰。構建的實踐教學體系中規定課內實踐教學不少于26周、課外不少于17周，在166個總學分的人才培養方案中，實踐教學環節占3分，加上課內實驗折合的學分，實踐學分占總學分的39.6%。此外，根據種子專業特點，實行農忙學期制（6月下旬至9月底），安排學生進入企業進行崗位實戰訓練，在培養學生專業知識應用能力的同時，更突出學生社會活動綜合能力的培養。

3 種子專業實踐教學質量保障與監控體系的構建與實踐

為確保實踐教學體系的順利執行，并取得實效，我校從實踐教學規章制度、實踐師資隊伍、實踐基地、實踐教材、實踐經費、實踐教學質量評價及監控等方面構建了以系統論為支撐，辦學理念先進、培養方案科學、組織機構健全、管理制度完善、條件保障得力、運行機制規范、效果評價科學合理的地方用型本科高校種子專業實踐教學質量保障和監控體系。

3.1 制定規章制度，確保實踐教學有章可循 要確保實踐教學各環節按計劃有條不紊地進行，制定相關的規章制度是非常有必要的，因為只有制度健全了，才能保證實踐教學活動有章可循、監控有制度可依。為此，我校在學校層面制定了實驗教學管理辦法、實驗教學與成績考核評定、課程實習管理規定、實踐教學工作的若干意見、畢業論文（設計）管理工作細則等實踐教學相關制度。學院結合種子專業特點，對相關制度進行了補充和細化，從實踐課程、實踐師資、實踐教材、實踐基地、實踐教學考核辦法及質量評價與監控等方面對實踐教學相關環節進行了細化和完善。

3.2 強化隊伍建設，確保實踐教學師資力量 地方應用型本科高校要求教師不僅要有扎實理論知識，更要有豐富的行業企業專業實踐經驗和應用能力，但目前許多應用型高校教師主要來自剛畢業的（碩士、博士）研究生，這些青年教師大部分是從學生直接過渡到老師，缺乏實踐教學的能力和經驗，從而導師應用型本科高校所要求的“雙能型”教師缺乏。針對這種情況，我校主要通過“內培”與“外引”相結合的方式來提升實踐教師的專業實踐技能。“內培”主要有以下幾種形式：一是對新進青年教師實行導師制，由實踐經驗豐富的老教師擔任其導師，制定指導計劃，通過指導，2a內獲得“雙能型”教師資格。二是選派中青年教師到專業對口的企業掛職鍛煉或利用課余和假期擔任大學生假期社會實踐的專業指導老師，以提高專業實踐能力。三是鼓勵和引導中青年教師參加行業、職業培訓和相關資格考試，獲取職業資格證書。四是鼓勵教師積極參與產學研合作、項目申報、技術服務等，通過項目和實戰提高教師專業實踐能力。“外引”主要是通過彈性引進或聘請行業企業專家承擔相關實踐環節的指導教師，如種子生產、種子加工、種子營銷等實踐環節邀請種子企業技術人員或種子管理部門相關專家指導學生，以彌補校內實踐教師的不足或實踐經驗的不足，從而提高實踐教學效果。

3.3 加強基地建設，確保實踐教學場所需求 實踐教學場所一般包括專業實驗室、校內實踐基地（訓練中心）和校外實習基地等。許多應用型本科高校的實踐場所存在實驗室利用效率不高、校內實踐基地管理混亂、校外實習基地流于形式等問題。我校種子專業實踐教學基地建設的具體做法是：一是加強實驗室建設。通過國家綜合改革試點專業、省級特色專業和省級卓越農藝師支撐計劃等項目的建設改善實驗室軟硬設施，在原有遺傳育種實驗室和種子學實驗室的基礎上，籌建了分子育種室、種苗培育室（組織室）、創新實驗室，并根據種業崗位群建立了種子檢驗室、種子加工室、種子發芽室等功能室，實驗室面積超600m2以上，儀器設備價值1 000余萬元，完全能滿足種子專業實踐和種子科技創新的室內要求。二是加強校內實踐基地的建設和管理。利用省振興計劃和高水平大學創建專項資金加強校內實踐基地的建設、規范管理，新建種質資源圃、種子生產試驗田、微型種子倉庫等，并推行校院二級管理，確保校內課程實習有保障。三是校企合作共建校外實習基地。與皖墾集團、安徽隆平等種業企業共同建立校外實習基地，選派專業教師到企業掛職，負責實習基地的建設與管理，聘請企業專家在種子生產、加工及銷售等關鍵環節全程指導，從而確保校外實習見成效。

3.4 完善教材建設，確保實踐教學地方特色 質量高、操作性強的實踐教材是開展實踐教學的有力保障。為了充分體現地方性、應用型和高水平的特點，學院組織種子專業課教師根據人才培養目標，深入行業、企業及生產一線進行專業調查，了解社會對現代種業人才的真正需求，結合專業人才培養目標，編寫能體現地方特色、實用性強、系統規范的種子專業系列實踐教材，如根據學校具體情況和安徽沿淮淮北種植業特點，編制地方性、操作性強的《種子生物學實驗指導》《種子生產技術實驗指導》《種子加工貯藏實驗指導》《種子實踐》和《種子實訓》等實踐教材。

3.5 多渠道籌集資金，確保實踐教學經費 目前許多地方應用型本科高校由于實踐經費得不到保障，使得實踐教學停留于紙上，得不到很好的實施。我校主要采取以下措施保障充足的實踐教學經費：一是學校每學期劃撥實驗室易耗品維持費，確保實驗教學的正常開展。二是利用省級振興計劃、高水平大學創建等專項經費，確保實驗室、校內實踐基地硬件設施建設。三是利用國家綜合改革試點專業、省級特色專業和省級卓越農藝師支撐計劃等，通過項目驅動，確保專業綜合技能訓練、創新訓練等正常運轉。四是通過種業企業的橫向合作經費，確保校外實習基地的建設。通過以上幾種渠道，種子專業的實踐教學經費充足，確保了實踐教學扎實有效開展。

3.6 科學評價，確保實踐教學質量 目前許多學校實踐教學環節的評價仍采用傳統的“筆試”形式或根據實踐報告或實物進行評價，缺乏對過程的考核評，導致考核評價結果不能真正反映出實踐過程，很難對教師的實踐教學水平和學生的實踐操作進行準確判斷，不僅挫傷了學生實踐學習的積極性、主動性，而且嚴重影響了實踐教學的有效開展。我們根據學校和學院實際，構建了學生評價體系、教師評價體系以及企業、行業、學生家長、研究機構等利益相關方共同參與的第三方實踐教學質量評價體系，通過以上3個層面的評價體系來衡量實踐教學質量的好壞。學生評價體系主要以過程操作考核為主、結果（目標）考核為輔，旨在培養學生的實踐技能，結果只作為評價的參考。教師評價體系主要依據實踐教學計劃的制定與執行、過程考核標準的制定及執行、專業技能大賽指導成績等方面對實踐課教師進行考核。利益相關方共同參與的第三方實踐教學質量評價體系主要根據學生實習企業的評價、行業對實踐內容及成效的評價、學生家長對學生掌握實踐技能滿意度以及被研究機構采用的評價指標等情況對實踐教學進行評價。

3.7 全程監控，確保實踐教W落到實處 一是實踐教學計劃的制定不能由任課教師說了算，要通過課程組、教研室和學院討論后制定執行，避免了實踐內容的重復性，保證實踐內容的連貫性；二是學院督導組對實踐教學過程的全程監督和指導，及時協調解決實踐過程中出現的問題，保證實踐教學順利進行；三是學校督導組加強對實踐教學的督導，杜絕師生散漫實踐教學思想的產生。

4 種子專業實踐教學成效顯著

通過構建科學的實踐教學體系及質量保障和監控體系，我校種子專業實踐教學取得了明顯成效。一是學生的實踐技能顯著提高。畢業生獲得國家級“作物種子繁育員”和“農業技術指導員”的比率達100%，部分學生獲得了省級種子檢驗員資格證書。二是學生創新創業意識明顯增強。通過構建“三個環節、三項課題、三大訓練、多種大賽的專業實踐創新體系”（即“學科帶動―項目驅動―教師指導三個環節，大學生創新課題、企業創新課題、科技創新興趣課題三項課題，暑期專業技能訓練、學生綜合訓練田、企業專業實訓三大訓練，種子檢驗技能大賽、生物標本制作大賽、農科學子風采展之農科專業技能大賽、挑戰杯創新創業技能大賽”等），并以“三進二促一創”（即“應用性研究進課堂、進教材和進學生畢業論文，科研促實踐教學和創新創業的開展，通過科研創造良好的學習氛圍和平臺”）為途徑，學生參與科技創新創業的積極性明顯增強，學生的科技創新項目和畢業論文90%以上源于教師的科研課題或生產實踐，近3a來，學生參與申報專利的達20余人次，學生參與發表的論文達20余篇。三是畢業生就業率明顯提高。2012-2014屆種子專業畢業生就業率分別為98.4%、98.6%和100%，學院多次獲校就業先進集體稱號，學校連續3a榮獲“安徽省普通高校畢業生就業工作標兵單位”榮譽稱號。四是企業和社會對畢業生的滿意度大幅度提升。從畢業生跟蹤調查情況來看，用人單位對種子專業畢業生的能力素質給予高度評價，一致認為“思想道德素質”過硬，90.1%的單位認為專業基礎扎實；在實踐能力、人際交往能力、創新意識和能力的評價中，選擇“很強”、“強”的分別占到93.8%、95.1%和92.6%；畢業生能“完全適應”或“基本適應”工作崗位要求，58.0%的畢業生獲得過銷售冠軍、優秀員工、工會活動積極分子、優秀新聞獎等單位、縣級、省級獎勵；在對畢業生工作滿意度、人才培養質量滿意度的調研結果中，超過98.5%的用人單位表示“很滿意”或“滿意”，畢業生技能符合工作崗位要求的達到74.1%以上，29.6%的單位指出，種子專業社會需求處于供不應求的狀態，需加大學科專業建設力度。

參考文獻

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[4]王麗霞.地方應用型本科高校人才培養模式存在的問題及路徑探索[J].湖北函授大學學報，2014，27（17）：13-14.

篇（6）

本次共抽取樣本706個，不合格樣本11個，抽檢合格率為98.44%，其中蔬菜、鮮肉、食鹽、大米、食用油、食糖、水發產品、鮮奶、干菜、小麥粉、蜂產品抽檢全部合格。日常烹飪調味品大料(八角茴香)出現在下架榜單之上。北京佳久發商貿有限公司生產的古福牌50克/袋的大料被查出二氧化硫含量超標，該產品在去年8月份就曾被查出質量問題。

取款機骯臟程度如公廁

人們往往認為公共廁所是最骯臟的地方，也是公共衛生最大威脅。然而，據英國《每日郵報》報道，英國最新調查發現，自動取款機(ATM)的骯臟程度堪比公廁。因此，下一次從自動取款機上取錢時，最好戴上手套。

英國某公司的專家用棉簽在英國城市中心每天被無數人使用過的ATM取款機的數字鍵上提取標本，與從公共廁所馬桶上提取的標本一起，在實驗室里進行培養和觀察。檢驗發現，ATM機鍵盤和公廁馬桶標本都含有假單胞菌和芽孢桿菌(導致疾病和細菌性腹瀉的病菌)。

明亮的燈光可緩解老年人抑郁癥狀

一項新的研究顯示，使用特殊設計的燈箱進行三周的光照療法，可使老年抑郁癥患者的癥狀改善54%。除了可提高病患的情緒外，光照療法也可改善睡眠，并使神經傳導物質血清素的水平最佳化。血清素水平過低被證實與抑郁有關，且通常是抗抑郁藥物的治療標的。此外，研究還發現，接受明亮燈光治療的患者，壓力型荷爾蒙皮質固醇濃度有所下降，其睡眠質量同樣也得到了改善。明亮的燈光療法為那些不愿意、拒絕或無法耐受抗抑郁藥物治療的患者提供了替代的方法。

散裝土雞產蛋更具營養

在超市里，標明“有機”、“綠色”、“散養”等概念的高價柴雞蛋為數不少，那么，它們與普通散裝雞蛋相比，到底有何不同?北京市農林科學院畜牧獸醫研究所研究員劉華貴給出了答案：“產蛋雞分為高產蛋雞和地方土雞。高產蛋雞多為國外進口品種，目前許多品牌雞蛋其實是高產蛋雞所產，并不是柴雞蛋。真正的柴雞蛋應該是散養土雞所產。土雞屬中國本地品種，其蛋孕育時間長，產量低，因此營養價值會更高些。因此選雞蛋，首先要看雞的品種。”

他說，在北方地區，被《中國家禽品種志》收錄的北京油雞屬中國優良地方雞種，已有300多年歷史，被列為國家重點保護品種。其適合山地散養，但平均產蛋率只有籠養的40%左右，年產蛋量不超過120枚，飼養成本比普通雞蛋高一倍多，因此市場價也比普通雞蛋貴一倍。

劉華貴稱，真正的柴雞蛋與普通雞蛋的區別有三：一是外形顏色不同，柴雞蛋較小，一般在42至52克之間，大小、顏色深淺不一致；二是柴雞蛋比等重的普通雞蛋的卵磷脂營養含量高；三是柴雞蛋口感比較香嫩，沒有蛋腥味。

他提供的區別柴雞蛋與普通雞蛋的區別方法是：煮熟后不立即浸冷水蛋殼很難剝離，且易剝下蛋白的是普通雞蛋；煮熟后不用浸冷水也很容易剝離，且蛋白更加透明的則是柴雞蛋。

個別日用陶瓷鉛鎘超標嚴重

廣東省工商局近日公布了2010年廣東省流通領域日用陶瓷商品質量監測情況，在抽查的120款日用陶瓷餐茶具中，23款商品質量問題較嚴重，不合格率為19.2%。但令人擔憂的是，在抽查的120款產品中，竟有72款是無廠名廠址商標的“三無”產品，占抽查總數的60%。其中檢測出鉛鎘溶出量超標的商品8款，7款為“三無”產品。

專家提醒消費者，慎購無廠名廠址的餐茶具，陶瓷中的鉛鎘遇熱、遇酸更易溶出，長期使用會引起慢性中毒。購買餐具時，純白、無裝飾的更安全。

母乳喂養的孩子學習成績較好

澳大利亞一項新研究為“母乳喂養有益孩子智力發育”提供了新證據。研究顯示，嬰兒期接受母乳喂養6個月以上的孩子在10歲時的學習成績要明顯好于母乳喂養少于6個月的孩子。這一點在男孩身上體現得尤為明顯。

科研人員分析了1 038名澳大利亞兒童的學習成績，并與他們的母乳喂養記錄等數據進行關聯分析。排除可能影響孩子學習成績的其他因素，比如家長的受教育水平、家庭收入以及家庭早教狀況等，研究結果顯示，母乳喂養6個月以上會對孩子日后的學習成績有明顯益處。這一點在女孩身上表現得不如男孩明顯。研究人員說，這可能是因為男孩和女孩的發育情況有所不同，所以母乳喂養對男孩的大腦發育影響會更大一些。但他們指出，這并非說明母乳喂養對女孩不重要。

研究人員介紹說，母乳對于嬰兒的神經系統發育十分有益，母乳中許多對大腦發育至關重要的營養成分是配方奶所不能提供的。他們之前的一項研究還發現，母乳喂養達到6個月以上的嬰兒在兒童期不易出現一些心理問題，鑒于母乳喂養的種種益處，無論男孩還是女孩都應大力提倡接受母乳喂養至少6個月。

老人上網更長壽

老人的長壽法則，不僅僅是清淡飲食、適量運動和早睡早起。美國護理服務公司進行的一項調查顯示，上網、寫博客、玩電子游戲等時髦行為，一樣能成為長壽秘訣。

以前不少老人都有“恐腦癥”，覺得高科技產品太難學。其實，越是年齡大，越應該接受一些新事物。首先，老人每天上網瀏覽新聞，或是關注自己曾經從事領域的最新進展，可以防止自己的知識落伍，有助于增強自信。其次，聊天工具和社交網絡有助于讓老人和子女、朋友保持聯系。再次，老人可以利用電腦寫博客，或把家人的照片做成PPT等，這樣可以把美好的回憶永久保存下來。最后，在搜索、打字、寫博客等過程中，腦細胞活性能被充分調動，延緩腦力衰退，能有效防止老年癡呆的發生。

不過，老年人上網跟應該注意有度，如果染上“網癮”，一樣會危害健康。

篇（7）

量子科學，對絕大多數人來說十分高冷。但當它與信息技術相連，就與我們每個人息息相關。當今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極武器”。

量子衛星首席科學家、中國科學技術大學教授、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心主任潘建偉院士介紹，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態的不可復制性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。

那么，量子衛星具體將會在哪些方面給我們的生活帶來影響呢？“瞬間移動”、“信息絕密”真的可以實現嗎？潘建偉院士將對這些問題進行一一解答。

問題1：量子究竟是什么？

量子是構成物質的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個光子”，同理，也不存在“半個氫原子”“半個水分子”等等。量子世界中有兩個基本原理：

――量子疊加，就是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。著名的“薛定諤的貓”理論曾經形象地表述為“一只貓可以同時既是活的又是死的”。

――量子糾纏，類似孫悟空和他的分身，二者無論距離多遠都“心有靈犀”。當兩個微觀粒子處于糾纏態，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應改變。

問題2：世界上真有“絕對安全”的通信嗎？

這得先說說通信中信息是如何被竊取的。傳統光通信是通過光的強弱變化傳輸信息。從中分出一丁點光并不影響其他光繼續傳輸信息，測量這一丁點光原理上就能竊取信息。

量子通信則完全不同！竊聽者如果想攔截量子信號，并對其進行測量，將不可避免地破壞攜帶密鑰信息的量子態。根據量子“測不準定理”，這種破壞必然會被信息發送者和接收者所發現。

是否可以不破壞傳輸的量子態，只截取并復制，再繼續發送？這已被“量子不可克隆定理”完全排除，于是也就保證了量子通信的絕對安全。

問題3：量子科學和技術究竟將帶來一個怎樣的未來？

量子科學和技術其實已經在方方面面影響著我們的日常生活。我們目前正在廣為使用的計算機、手機、互聯網、時間標準和導航，包括醫院里的磁共振成像等等，無一不得益于量子科學和技術。

用發展的眼光看，隨著微納加工、超冷原子量子調控等技術的不斷進步，人類將能夠制備出越來越復雜、功能越來越強大的各種人造量子系統，例如包括量子計算機芯片在內的各種量子電路，其功能和信息處理能力將遠遠超過我們目前正在使用的經典芯片，并且更加節能；再如可望制備出達到量子極限的能量收集和轉換器件，將引發能源變革；也有望大幅提升對時間、位置、重力等物理量超高精度的測量，不僅實現超高精度的潛艇定位、醫學檢測等，也將加深對物理學基本原理的認識。

總之，量子科學和技術的廣泛應用最終將把人類社會帶入到量子時代，實現更高的工作效率、更安全的數據通信，以及更方便和更綠色的生活方式。

問題4：量子技術什么時候才能“飛入尋常百姓家”？

量子通信目前已經實現在金融、政務系統等中的使用。要讓每個人都用上，樂觀的話需要10到15年。這需要對網絡基礎設施進行改造，還涉及到標準制定。到時候，個人的網上銀行、手機支付、信用卡等就再也不怕被盜號，“棱鏡門”那樣的泄密事件也不會發生了。

而量子計算目前仍然處于基礎研究的階段，前進道路上還面臨著巨大的挑戰，不知道在二三十年的時間內能否實現初步應用。一旦取得進展，其意義將是極其重大的。這需要一個過程，依賴于量子通信網絡的建設，應用成本也會逐漸下降。

問題5：“量子態隱形傳輸”意味著能實現《星際迷航》里的瞬間移動嗎？

“量子態隱形傳輸”是基于量子疊加和量子糾纏的特性，使甲地某一粒子的未知量子態，可以在乙地的另一粒子上還原出來。其實傳輸的是粒子的量子態，而不是粒子本身。這種狀態傳送的速度上限仍然是光速，也不是“瞬間移動”。

現在，在光子、原子等層面已經實現了量子態隱形傳輸。電影里“大變活人”在原理上是允許的，但目前還遠遠做不到。因為科幻電影里人的傳送，不僅需要把人的實體部分的大量原子、分子傳送，并且嚴格按照原來的相對位置重新排列起來，更何況重現意識和記憶就更復雜了。

篇（8）

說起量子衛星，就得先講講什么是量子。對一般人來說，“量子”一詞似乎有點深奧，難以理解。實際上，量子是組成物質的基本單元，是能量不能再分割的最小單位。如，量子是光能量的最小單位，不存在“半個光子”。

量子通信的安全性，就是基于單個光子的不可分割性和量子態的不可復制性，從而保證了信息不被竊聽和不可破解的安全性。

量子通信絕對安全，還因為量子有兩個基本特性，即量子的疊加和量子糾纏。量子疊加，是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。也就是說，任何一個干擾包括光照都會使量子改變狀態，即它剛才還在隨機蹦Q，忽然就停止不動了，變幻莫測。

著名的“薛定諤虐貓”理論就形象描述了這一現象：裝在盒子里的貓，在盒子沒打開時，貓可以同時既是活的又是死的，只有打開看才知道。這表明，量子狀態隨機變化，兩種狀態可疊加存在，這就是量子的疊加態;量子糾纏，是指量子間具有像孫悟空和其分身那樣“心有靈犀”的功能，兩個量子無論相隔多遠，若對其中一個量子態做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應的狀態改變，這就為遠距離同步傳遞不被破解的信息提供了可能性。

歐洲、美國、日本等國的科學家很早就對量子通信進行研究實驗，但由于種種原因而成效甚微。我國研究量子通信雖然起步較晚，于2011年才啟動量子衛星研制計劃，然而在黨和國家極其重視和大力支持下，一舉獲得開創性的突破，成功地發射了“墨子號”量子衛星，成為這一科技領域的領路者。

“墨子號”開創安全通信新時代

“墨子號”量子衛星發射后，將實驗遠距離傳輸不可破解信息的方式，即衛星升空后，其主要任務是建立一個量子密鑰分發網絡，并在太空中首次進行量子糾纏分發實驗，從而展現一種讓用戶免受最精明的竊聽者傷害的安全網絡，開創安全通信的新時代。

潘建偉院士是研制“墨子號”量子衛星的領軍人物。20世紀80年代初，法國科學家阿蘭?阿斯佩首次用實驗證實了“量子糾纏”現象存在后，潘建偉于20世紀90年代赴量子力學創始人薛定諤的祖國奧地利留學，學習最先進、最完整的量子科學知識，奠定了其在量子科學方面的基礎。潘建偉學成回國后，很快就投入到量子通信方面的研究實驗。

2003年，潘建偉研究小組正式成立，主攻自由空間量子通信方面的研究。他們在實驗點制備出成對的糾纏光子，再利用專門設計加工的發射望遠鏡將容易發散的細小光束“增肥”后，向東西相距13千米的兩個實驗站發送。然后，實驗站的接收端用同樣型號的望遠鏡收集。實驗人員發現，在如此遠距離的傳送中，竟有許多糾纏光子“夫妻對”仍能保持相互糾纏狀態，其攜帶信息的數量和質量完全能滿足基于衛星的全球化量子通信的要求。

在國家的大力支持下，量子衛星研制團隊經過精心研究實驗，終于在2016年8月16日將我國研制的世界首顆量子衛星成功發射。這次發射不僅使我國走到世界量子通信研究領域的最前沿，更重要的是，它使我們在獲得網絡安全“圣杯”（即令黑客無法滲透的數字通信系統）方面大大領先于全球競爭對手。

全球的量子通信網絡，起步

首顆量子衛星上天，我國在國際上將率先實現高速星地量子通信，借助連接地面光纖量子通信網絡，初步構成全球量子通信網絡。

據潘建偉院士透露，京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網工程將于2016年下半年完工交付。該工程將構建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡，并建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示范研究平臺。

參與量子衛星研制的奧地利科學家/潘建偉導師蔡林格強調說：“量子衛星有助于信息傳遞者和接收者遠距離交換令信息無法破解的密鑰，而量子衛星將首先同北京交換密鑰，今后還可在北京和維也納之間分發量子密鑰”，逐步構筑成全球量子通信網絡。

值得慶賀的是，“墨子號”衛星發射后一直表現很好，所有參數都已達標，有些甚至高于預期。“墨子號”衛星發射升空一周時，中科院國家天文臺興隆觀測站觀測到罕見的紅、綠光束。人們形象地說，“墨子號”實現了天地“握手”， 這一觀測顯示“墨子號”可以正常通信聯系了。

量子通信，許你美好未來

目前，量子通信這一“永不被破解”的信息安全傳輸方式，已在市場上得以產業應用，如工商銀行等多家銀行率先試用量子通信加密技術。工商銀行通過國盾的量子加密技術，將數據從數據中心傳輸到同城的另一個機房內。這樣做是因為通過設備產生量子密鑰，再對數據進行加密傳輸是不會被竊取的，這對金融數據傳輸非常必要。

早在2008年10月，中國科技大學通過實驗將合肥市內的本校區、杏林苑、濱湖新區三個本不相干的點連接在一起。由于這三個點組成三節點可擴展的量子通信網絡，因而實現了全球首個量子保密電話系統建設，開創了量子通信網的先河。隨后，五節點，四十六節點，合肥、濟南城域網，“京滬”城際網……量子通信網在不斷擴張。

如今量子通信衛星發射成功后，量子通信網絡如虎添翼，就能真正升到“廣域”“洲際”傳播，為信息保密傳輸開辟了“天地一體”的廣闊天地。預計今年12月貫通的量子通信京滬干線（總長2000多千米）建成后，將主要用于軍事、金融、政務等領域的信息安全傳輸。此外，媒體、大型企業、金融機構等都可以成為量子通信用戶。量子通信關鍵技術的研發，初步形成構建空地一體廣域量子通信網絡體系的能力，并在全天時量子通信上取得突破。

量子通信的應用前景美好，但普及應用是逐步進行的，就像電話、手機的普及過程一樣。起初，量子通信會應用于科學研究、國防、政務和金融等領域，之后才會在大眾中廣泛應用。至于要讓每個人都能用上，估計需要10至15年。屆時，每個人的家里、手機上或許會有一個量子加密芯片，銀行轉款、電子賬戶等操作將不用擔心被盜用或者遭到攻擊。

量子計算機，有望走入現實

更引人注目的是，隨著對量子科學的深入研究和量子衛星的成功發射，進一步促進了量子計算機的發展。

在“墨子號”發射前不久，中國科技大學量子實驗室成功研發出半導體量子芯片和量子存儲技術，取得了量子計算機研制的突破性進展。量子芯片用于計算機的邏輯運算和信息處理，被稱為計算機的“大腦”;有了量子存儲裝置，科學家利用它能實現超遠距離的量子信息傳輸。因此，該技術的突破特別振奮人心。

為什么要研制量子計算機？早在1981年，物理學家理查德?費曼就提出了此觀點：如果用傳統電子計算機模擬量子力學，那么微觀粒子的數量越多，計算量就越大，也就越不可能實現模擬。這種情況下要實現量子力學的模擬，就必須用和它的原理相同的方式。人們認為他的說法有道理，而且也得到事實的證明。于是，量子力學和計算機科學便開始結合，人們開始研究量子計算機了。

量子計算機優勢大，關鍵在于它一個量子位可同時處于0和1兩個狀態，這是由量子疊加特性決定的。與此形成對比的是，傳統電子計算機中的晶體管一次只能處于0或1的狀態。如此一來，如果要進行海量運算量子計算機更合適。

因為，傳統電子計算機只能按時間順序來進行運算;而量子計算機能做到超并行運算，即它的N個量子位可同時表示2的N次方個狀態，數量呈指數增長。譬如，目前我國性能最強大的天河二號超級計算機需要100年才能處理的任務，一臺量子計算機只需0.01秒就能完成。

因而，量子計算機適用于龐大運算量的項目，如太空探測、核爆模擬、密碼破解、氣候變化、藥物研究和模擬復雜的化學反應等。量子計算機對解決精確的天氣預報和大城市交通擁堵等難題，也能大顯身手，迎接挑戰。

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量子是對原子、電子、光子等物質基本單元的統稱。量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式，是量子論和信息論相結合的新研究領域。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等。

1.1量子通信的起源

量子通信起源于19世紀20年代的“量子糾纏”。在量子力學中，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關系，不管它們被分開多遠，只要一個粒子發生變化，就能立即影響到另外一個粒子，即兩個處于糾纏態的粒子無論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態，類似于人類的“心靈感應”。值得一提的是，盡管愛因斯坦最早注意到微觀世界中這一現象的存在，卻不愿意接受它，并把它斥之為“幽靈般的超距作用（spooky action at a distance）”，認為在量子力學的詮釋背后一定有著更根本的規律，它們才能正確、全面地解釋量子現象。

1.2量子通信的雛形

量子通信的概念是美國科學家貝內特（C.H.Bennett）于1993年提出，即是由量子態攜帶信息的通信方式，利用光子等基本粒子的量子糾纏原理實現保密通信過程。量子通信的概念提出后，有6位來自不同國家的科學家基于量子糾纏理論，提出了利用衛星網絡、光纖網絡等傳統信道與量子糾纏技術相結合的方法，實現量子隱形傳送的方案，即將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個粒子制備到該量子態上，而原來的粒子仍留在原處，這就是量子通信最初的基本方案。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。

1.3量子通信的現狀

目前對量子通信的理論方案和實驗研究，主要集中于利用光纖信道和點對點的陸地無線光信道。在標準光纖信道中，2007年6月，一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組，在量子通信研究中創造了通信距離144公里的紀錄。在點對點通信上，2008年，在《新物理學》（New Journal of Physics）雜志上，一支意大利和奧地利科學家小組宣布，他們首次識別出從地球上空1500公里處的人造衛星上反彈回地球的單批光子，實現了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。在多點通信上，2009年9月，中國科學技術大學潘建偉教授領銜的科研團隊，建成了3節點鏈狀16公里的自由空間量子信道，并在此基礎上建成了世界上首個全通型量子通信網絡，首次實現了實時語音量子保密通信，在23km的自由空間信道中，實現了基于單光子的量子密鑰分配；在600m的自由空間中實現了基于糾纏光子對的量子密鑰分配實驗。如果按照這種速度發展下去，量子通信預計在2020年之前就可以進入實用。

2.量子通信的主要特點

量子通信與成熟的傳統通信技術相比，具有以下主要特點：一是保密性強。量子密碼通信其實不在于密碼通信本身，量子密碼技術不是用于傳輸密文，而是用于建立傳輸密碼本。根據海森伯不確定性原理和量子不可克隆的特點，信息的量子比特或量子位一經檢測，就會產生不可還原的改變，用量子位傳遞加密信息，若在到達預定接收者途中被竊取，預定接收者肯定能夠發現。再加上量子通信采用的是“一次一密”的加密方式，且絕對不會重復使用，確保了通信的保密安全。

二是隱蔽性高。量子通信利用單量子糾纏現象，使光子、電子甚至是原子之間能相互影響（制約），從而傳遞信息。當其中的一個量子發送信息時，它本身并不移動，也不用借助其他媒介，另一個相關量子自然會接收到這個信息，空間距離和中間介質將不再成為通信的障礙。由于量子通信過程不存在任何電磁輻射，無論現有的無線電探測系統性能如何先進，對量子通信這種完全無“電磁”的通信目標，也是無能為力的。

三是應用性廣。由于量子通信過程與傳播媒質無關，傳遞的過程不會被任何障礙阻隔，甚至量子隱形傳態過程中可穿越大氣層，所以說量子通信的應用非常廣泛，它既可以在太空中進行通信，又可以在海底等惡劣條件下通信，還可以在光纖等介質中進行信息“傳遞”。應用到衛星通信、深海通信、太空通信和光纖通信等領域的前景廣闊。

四是時效性高。由于量子通信時延為零，可以實現超光速通信，將極大地提高通信速度；量子通信具有空間遠距離、大容量、易組網等特點，可以用來構筑高速、大容量的通信網絡，用于高清晰度圖像、大容量、超高速數據的傳輸，便于建立量子因特網。

3.量子通信的應用前景

3.1建立全新衛星通信網

由于單光子在現在的硅光纖和陸上自由空間中的傳輸距離受到了限制，使量子通信的距離目前只有百余公里，無法實現全球范圍意義上的量子通信。現在已經得到廣泛應用的衛星通信和空間技術，給全球范圍的量子通信提供了一種新的解決方案。即可以通過量子存儲技術與量子糾纏交換和純化技術的結合，做成量子中繼器，突破光纖和陸上自由空間鏈路通信距離短的限制，延伸量子通信距離，實現真正意義上的全球量子通信。

3.2構建超光速信息網絡

隨著量子通信技術的研究突破和日趨成熟，可以利用量子隱形傳態以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特點，建立有特殊需求的超光速量子通信網絡。利用量子通信網絡可實現大容量、高速率信息傳輸處理及按需共享，滿足信息綜合分析及輔助決策的需求。

3.3用于深海通信

目前岸基與深海之間的通信是采用長波通信方式，不僅系統龐大、設備造價高、抗毀性差，而且僅能實現海水下百米左右的通信。量子通信不同于傳統的“波”通信，在同等條件下，量子通信獲得可靠通信所需的信噪比，要比其他現有通信手段低30～40dB，加之量子通信的光量子隱形傳態與傳播媒質無關，這為深海通信開辟了一條嶄新的途徑。

3.4用于隱蔽保密通信網

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量子力學課程的學習要求學生具有良好的數學和物理基礎，對學生的邏輯思維能力和空間想象能力等要求較高，因此要學好量子力學，在我們教學的過程中，需要充分發揮學生的學習主動性和積極性。同時，隨著科學日新月異的發展，對量子力學課程的教學也不斷提出新的要求。如何充分激發學生的學習興趣，充分調動學生的學習主動性和能動性，切實提高量子力學課程的教學質量和教師的教學水平，已經成為擺在高校教師目前的一項重要課題。

該課程組在近幾年的教學改革和教學實踐中，本著高校應用型人才的培養需求，強調量子力學基本原理、基本思維方法的訓練，結合物理學史，充分激發學生的學習積極性；充分利用熟知軟件，理解物理圖像，激發學生學習主動性；結合現代科學知識，強調理論在實踐中的應用，取得了良好的教學效果。

1 當前的現狀及存在的主要問題

目前工科電類專業普遍感覺量子力學課程難學，其主要原因在于：第一，量子力學它是一門全新的課程理論體系，其基本理論思想與解決問題的方法都沒有經典的對應，而學習量子力學必須完全脫離以前在頭腦中根深蒂固的“經典”的觀念；第二，量子力學的概念與規律抽象，應用的數學知識比較多，公式推導復雜，計算困難；第三，雖然量子力學問題接近實際，但要學生理解和解決問題，還需要一個過程；由于上述問題的存在，使初學者都感到量子力學課程枯燥無味、晦澀難懂，而且隨著學科知識的飛速發展，知識的更新周期空前縮短，在有限的課時情況下，如何使學生在掌握扎實的基礎知識的同時，跟上時代的步伐，了解科學的前沿，以適應新世紀人才培養的需求，是擺在我們教育工作者面前的巨大挑戰。

2 結合物理學史激發學生學習興趣

興趣是最好的老師，在大學物理中，談到了19世紀末物理學所遇到的“兩朵烏云”，光電效應和紫外災難，1900年，普朗克提出了能量子的概念，解決了黑體輻射的問題；后來，愛因斯坦在普朗克的啟發下，提出了光量子的概念，解釋了光電效應，并提出了光的波粒二象性；德布羅意又在愛因斯坦的啟發下，大膽的提出實物粒子也具有波粒二象性；對于物理學的第三朵烏云“原子的線狀光譜，”玻爾提出了關于氫原子的量子假設，解釋了氫原子的結構以及線狀光譜的實驗。后來還有薛定諤、海森堡、狄拉克等偉大的物理學家的努力，建立了一套嶄新的理論體系-量子力學。在教學的過程中，適當穿插量子力學的發展歷史以及偉大科學家的傳記故事，避免了量子力學課程“全是數學的推導”的現狀，這樣激發學生的學習興趣和學習熱情，通過對偉大科學家的介紹，培養刻苦鉆研的精神。實踐表明，這樣的教學模式大大提高了學生的學習主動性。

3 結合熟知軟件化抽象為形象

量子力學內容抽象，對一些典型的結論，可以用軟件模擬的方式實現物理圖像的重現。很多軟件如matlab、c語言等很多學生不是很熟練，而且編程較難，結合物理結論作圖較為困難；Excell是學生常用的軟件之一，簡單易學卻功能強大，幾乎每位同學都非常熟練，我們充分利用這一點，將Excell軟件應用到量子力學的教學過程中，取得了良好的效果。

如在一維無限深勢阱中，我們用解析法嚴格求解得到了波函數和能級的方程。而波函數的模方表示幾率密度。我們要求學生用Excell作圖，這樣得到粒子阱中的幾率分布，通過與經典幾率的比較（經典粒子在阱中各處出現的幾率應該相等）和經典能級的比較（經典的能量分布應該是連續的函數），通過學生的自我參與，充分激發了學生的求知欲望；從簡單的作圖，學生深刻理解了微觀粒子的運動狀態的波函數；微觀粒子的能量不再是連續的，而是量子化了的能級，當n趨于無窮大時微觀趨向于經典的結果，即經典是量子的極限情況；通過學生熟知的軟件，直觀的再現了物理圖像，學生會進一步來深刻思考這個結論的由來，傳統的教學中，我們先講薛定諤方程，然后再解這個方程，再利用邊界條件和波函數的標準條件，一步一步推導下來，這樣的教學模式有很多學生由于數學的基礎較為薄弱，推導過程又比較繁瑣，因此會逐步對課程失去了興趣，這也直接影響了后面章節的學習，而通過學生親自作圖實現的物理圖像，改變了傳統的“填鴨式”教學，最大限度的使學生參與到課程中，這樣的效果也將事半功倍了，大大提高了教學的效果。

4 結合科學發展前沿拓寬學生視野

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水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計算量子化學開始廣泛地應用于許多水泥熟料礦物和水化產物體系的研究中，解決了很多實際問題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產物相之一，它對水泥石的強度起著關鍵作用。程新等[1,2]在假設材料的力學強度決定于化學鍵強度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學強度的大小差異。計算發現，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級與Sr-O，Ba-O共價鍵級都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級和Ca-O共價鍵級，由此認為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強度高于硫鋁酸鈣的膠凝強度[3]。

將量子化學理論與方法引入水泥化學領域，是一門前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結構與宏觀性能聯系起來，也為水泥材料的設計提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應用

過渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質的超精細場和電子結構，通過量子化學計算表明，含有雜質石原子的磁矩要降低，這與實驗結果非常一致。閔新民等[4]通過量子化學方法研究了鑭系三氟化物。結果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結合能計算值與實驗值定性趨勢一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結構及光譜的計算[5]。再比如說，NbO2是一個在810℃具有相變的物質(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結構和光譜也是通過量子化學方法進行的計算和討論，并通過計算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質方面存在的差異[6]。

量子化學方法因其精確度高，計算機時少而廣泛應用于材料科學中，并取得了許多有意義的結果。隨著量子化學方法的不斷完善，同時由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學在材料科學中的應用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學的發展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應用

（一）在煤裂解的反應機理和動力學性質方面的應用

煤是重要的能源之一。近年來隨著量子化學理論的發展和量子化學計算方法以及計算技術的進步，量子化學方法對于深入探索煤的結構和反應性之間的關系成為可能。

量子化學計算在研究煤的模型分子裂解反應機理和預測反應方向方面有許多成功的例子,如低級芳香烴作為碳/碳復合材料碳前驅體熱解機理方面的研究已經取得了比較明確的研究結果。由化學知識對所研究的低級芳香烴設想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經驗方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計算方法和考慮了電子相關效應的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對設計路徑的熱力學和動力學進行了計算。由理論計算方法所得到的主反應路徑、熱力學變量和表觀活化能等結果與實驗數據對比有較好的一致性，對煤熱解的量子化學基礎的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應用

鋰離子二次電池因為具有電容量大、工作電壓高、循環壽命長、安全可靠、無記憶效應、重量輕等優點，被人們稱之為“最有前途的化學電源”，被廣泛應用于便攜式電器等小型設備，并已開始向電動汽車、軍用潛水艇、飛機、航空等領域發展。

鋰離子電池又稱搖椅型電池，電池的工作過程實際上是Li+離子在正負兩電極之間來回嵌入和脫嵌的過程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機理對進一步改善鋰離子電池的性能至關重要。Ago等[8]用半經驗分子軌道法以C32H14作為模型碳結構研究了鋰原子在碳層間的插入反應。認為鋰最有可能摻雜在碳環中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預示在較高的摻鋰狀態下有可能存在一種Li-C和具有共價性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計算法，對低結晶度的炭素材料的摻鋰反應進行了研究，研究表明，鋰優先插入到石墨層間反應，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對材料晶體結構的進一步認識和計算機水平的更高發展，相信量子化學原理在鋰離子電池中的應用領域會更廣泛、更深入、更具指導性。

三、在生物大分子體系研究中的應用

生物大分子體系的量子化學計算一直是一個具有挑戰性的研究領域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學可以在分子、電子水平上對體系進行精細的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關酶的催化作用、基因的復制與突變、藥物與受體之間的識別與結合過程及作用方式等，都很有必要運用量子化學的方法對這些生物大分子體系進行研究。毫無疑問，這種研究可以幫助人們有目的地調控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結構、設計并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進而調控基因的復制與突變，使之造福于人類；可以根據藥物與受體的結合過程和作用特點設計高效低毒的新藥等等，可見運用量子化學的手段來研究生命現象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學發揮了重要的作用。在近十幾年來，由于電子計算機的飛速發展和普及，量子化學計算變得更加迅速和方便。可以預言，在不久的將來，量子化學將在更廣泛的領域發揮更加重要的作用。

參考文獻：

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[2]程新,馮修吉.武漢工業大學學報,1995,17(4):12

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[4]閔新民,沈爾忠,江元生等.化學學報,1990,48(10):973

[5]程新,陳亞明.山東建材學院學報,1994,8(2):1

[6]閔新民.化學學報,1992,50(5):449

[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉化,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