量子科学应用(精选8篇)
量子科学应用篇1
doi：10、3969/j、issn、1008-0546、2017、07、006
从启蒙的意义上看，初中化学不能视作化学学习的简单阶段，更不能视作所谓文科化的记忆阶段，初三化学应是从生活经验出发并面向学科素养的学科启蒙。在这个阶段，学生的学习既离生活最近，又紧密联系和建构学科根基。这个阶段的学习虽然说在知识上是少的，简单的，但是在形成学科观念上是丰富而深刻的。
初中化学用语计算是初中化学计算中的主体内容，主要涉及有关相对分子质量、化合物中元素质量比、化合物中某元素质量分数、化合物纯度和根据化学方程式的计算，分别安排在化学式和化学方程式的教学主题中。在教学实践中，老师们认为课程标准对这些化学计算定位得比较浅。比如化学式中元素质量比的教学被简单化地视为分子中相对分子质量与原子个数乘积之比的模仿与操练过程，教学重心落在“纯数字”的处理上，而忽视元素质量比的概念含义和用分子中原子质量比来量化宏观元素的质量比等诸多计量上的内涵，忽略了化学计算在培养学科核心素养上的启蒙价值。因此，化学用语计算的教学需要由单一技能性知识教学转向关注学科观念本质的智慧教学，需要由固定的教学模式即“教师示范、学生模仿、教师讲解、学生操练”向生动深刻的学科理解性课堂教学转型。
一、计量思想催生了化学符号系统
质和量是物质存在的?筛龌?本属性，其中量包括质量和数量两个基本物理量。计量是用一个规定的标准已知量作单位，和同类型的已知量相比较而加以检定的过程。化学计量学源自于希腊语stoicheion（元素）和metron（测量）。是在德国化学家里希特的建议下提出的，目的是要得到某些化合物中各元素之间的质量比。近代科学史上的化学计量经历了当量定律、定比定律、原子量测定、化学符号和分子学说等阶段，由宏观计量领域走向微观计量领域。可以说，计量的发展成就了化学学科发展，尤其是催生了化学符号系统的发展[1]。例如，化学用语“H2O”的发展过程，普鲁斯特提出参与反应的物质，它们的质量都成一定的整数比，即1克氢气和8克氧气化合生成9克水，假如不按此比例，多余的就要剩余而不参加反应（即定比定律）。道尔顿在此基础上又提出组成化合物时，不同元素的原子之间以简单整数比相结合（即倍比定律），他认为水为二元分子，即HO，并测定出氧的相对原子质量为8。贝采里乌斯认为道尔顿测定的相对原子质量有误，重新测定了氧的相对原子质量为16，认为一个水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成，并更新了新的化学符号系统，从而为水的化学式“H2O”的最终确定奠定了科学基础。
由此可见，化学用语是伴随着计量产生和发展的，既是计量的结果，又具有计量的内涵。由此，化学用语“语境”中的计算不只是简单意义上的数的运用，更不是一个单一的算的处理，而是计量层次上的内涵表达。这就是作为启蒙的初中化学用语计算的本质所在。
二、计量思想在化学用语计算教学中的实践
化学研究的物质及其物质变化存在着计量关系。从计量角度来看，物质的化学计量关系主要有两个物理量，即数量和质量，并由此延伸出浓度、酸碱度、反应速率等物理量；从计量思想来看，定量观是研究化学问题的重要思想方法，是用统计思想将宏观事实与微观本质联系起来，并将结果用符号来表征[2]。这里的计量思想主要是指在获取、表达和分析物质及其物质变化存在的数量和质量关系中提炼出来，有利于计量知识深刻理解的思维方法。初中化学定量观的计量思想主要有科学计量思想、整体局部思想、符号表征思想和量变质变思想。
1、 在相对原子质量中体现科学计量思想
相对原子质量既是原子质量的计量，又是后续有关分子质量和化学反应计量的基础，从计量思想的角度来把握相对原子质量这个概念，是化学用语计算教学的关键开局。
教学片断（人教版）
引入：微观上原子虽小，但它也是有质量的，不然宏观上的物质也就没有了质量。同学们估计一下，原子的质量有多大呢？
呈示与说明：
（1）观察图1。
（2）6、02×1023个碳原子虽说是一个天文数据，但却只有12g。
（3）出示与12g碳质量相当的砝码，即两个5g砝码和两个1g砝码。
感受：碳原子质量很小。
讲述：碳原子质量大约是1、993×10-26kg，氧原子质量约为2、657×10-26 kg，氢原子质量约为1、67×10-27 kg，可见用千克、克等计量单位来衡量原子的质量不合适，它使得数值太小，书写和使用都不方便。
思考：原子质量用怎样的计量单位来衡量比较合适？
讨论与汇报：用接近10-27 kg的计量单位。
介绍：
（1）以一种碳原子原子质量的1/12作为标准，即图2。
（2）列出氧原子、氢原子、碳原子等与这个标准的比式及比值。
（3）相对原子质量H-1、C-12的比较（见图3）。
（4）相对原子质量的定义。
练习：查阅铁原子和锌原子相对原子质量；由铁的相对原子质量56和锌的相对原子质量65，可以得出铁原子和锌原子在质量和数量上的哪些信息？
相对原子质量属于微观计量，以上片段包含三个教学环节：第一是通过天平情境勾勒出计量背景，在微观与宏观的联系中建立微观直观，并体会原子质量的真实存在和极其微小，为探寻合适的计量单位打下伏笔，并为高中“物质的量”提前建立一致性关联；第二是寻找合适的计量单位，并在求算中体验计量标准和相对原子质量的概念，这是教学的难点；第三是在具体情境中运用相对原子质量，体会相对原子质量的计量意义。而这三个环节都是围绕科学计量思想这个核心来展开。让学生感受到使用什么样的标准而使计量结果准确简约是计量智慧层面上的思考，亦即科学计量思想。而这里科学计量思想的启蒙对于后续化学用语计算，还有溶液的浓度表示、溶解度等教学具有迁移作用。
2、 用整体局部思想建构有关相对分子质量计算中的宏微关系
有关相对分子质量的计算包括相对分子质量、物质组成中元素质量比和物质中某元素质量分数三部分内容，其中相对分子质量是基础，宏观上的元素质量比、元素质量分数与微观上的分子中原子质量比、原子质量分数建立实质性联系是教学难点。
教学片断（人教版）
环节一：相对分子质量
谈话：
谁的质量大，如何来说明？
指出：相对原子质量是原子质量计量上的伟大发明。
引入：
谁的质量大？大多少？
思考与汇报：44>18，说明二氧化碳分子质量大；比例为44∶18。
追问：44和18是怎么来的，分别表示了什么？
学生说明：12×1+16×2=44，1×2+16×1=18，即分别表示二氧化碳和水的相对分子质量。
追问：相同质量的水和二氧化碳中，谁所含的分子个数多？
学生说明：（1÷44）
形成：相对分子质量。
精要练习（略）
环节二：元素质量比与元素质量分数
对话：H2O中，1×2∶16×1=1∶8，表示的是什么？
得出：1∶8表示了水分子中氢原子与氧原子的质量比。
思考与讨论：宏观上水是由氢元素和氧元素组成的，水中氢元素的质量与氧元素质量的比值即为氢、氧元素质量比，那么如何求算这个质量比呢？
汇报与提炼：1、宏观上氢元素、氧元素的质量就是微观上所有氢原子、氧原子的质量，所以氢元素与氧元素的质量比在数值上等于所有水分子中氢氧原子质量比，又因为每一个水分子都相同，所以这个质量比又等于一个水分子中的氢氧原子质量比，即1×2∶16×1=1∶8；2、宏观上水的?|量就是微观上所有水分子的质量和，因为每个水分子都相同，所以宏观上的水与微观上的水分子是对应的，于是水中氢、氧元素质量比在数值上等于一个水分子中的氢、氧原子质量比。
指出：宏观上物质组成元素的质量比可以通过微观上一个分子来计量，即以点代面。
追问：如何求算水中氢元素质量分数（即氢元素的质量与各元素的总质量之比）？
汇报：与求算元素质量比一样，可以通过水分子中氢原子质量分数来求算，即1×2/18×100%。
环节三：提炼计算公式与巩固（略）
环节一中，先通过比较碳原子、氧原子的质量来温习原子质量的计量即相对原子质量的概念，接下来在比较二氧化碳与水分子质量的情景中引出对分子质量的计量，并在对“44、18”的列式与表述中让学生体会分子的质量为各原子质量和，反之各原子相对质量和就是相对分子质量，即计量中的整体局部思想，从而形成相对分子质量的概念。环节二中进一步应用了整体局部思想，体现在“为什么水中氢氧元素质量比在数值上等于一个分子中氢氧原子质量比和如何求算水中氢元素质量分数”的思考与追问之中，让学生感受到图6所呈现的完整的整体局部思想[2]，即物质质量与元素质量，元素质量与原子质量，物质质量与分子质量，分子质量与原子质量等。
3、 用符号表征思想领会根据化学方程式计算的本质
根据化学方程式的计算是从量的方面研究物质的变化，而量的关键并不是具体计算问题中的数字，也不是计算过程中所列的比例式，而是深刻领会化学方程式这个符号表征所蕴含的计量。
教学片断（人教版）
环节一：体会化学方程式中的计量数
回顾：根据微观图示，写出对应的化学方程式。
评价：
读：化学方程式。
追问：如果增加一个氢分子，即图8
对应的是几个水分子？
阐述：还是两个水分子。
体会：化学计量数是成比例的，比例是固定的。
环节二：领会根据化学方程式计算的“根据”
辨析：根据化学方程式判断“8g氢气与4g氧气燃烧后生成12g水”的说法是否正确？
思考与交流
汇报：1、根据化学方程式的计量数关系：v（H2）∶v（O2）∶
v（H2O）=2∶1∶2，得出：m（H2）∶m（O2）∶m（H2O）=2×2∶1×32∶2×18，因为8∶4∶12≠4∶32∶36，所以不可能生成12g水；
2、根据化学方程式，在质量上m（H2）∶m（O2）=2×2∶1×32即1∶8，所以8g氢气与4g氧气中，8g氢气有剩余，不可能生成12g水。
体会：化学方程式中的各物质质量比是固定的，这是根据化学方程式计算的根本依据。
追问：如何计算生成的水的质量呢？
展示：计算思路与格式。
环节三：巩固（略）
量子科学应用篇2
论文摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么，高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的 发展 关系如何呢？以下作简单介绍。
人类从一开始即与高分子有密切关系， 自然 界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等，也都是高分子。只是到了 工业 上大量合成高分子并得到重要应用以后，这些人工合成的化合物，才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料（聚合物）的应用与发展，人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时，很多人会想到“白色污染”，甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子，这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在，而人们认识高分子时，往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益，不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。
一、高分子化学的内涵
1、何为高分子化学
顾名思义，高分子就是相对分子质量很高的分子，它是高分子化合物的简称。高分子化合物，又称聚合物或高聚物，是结构上由重复单元（低分子化合物—单体）连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大，小到几千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支，同样也是从事制造和研究分子的 科学 ，但其制造和研究的对象都是大分子，即由若干个原子按一定 规律 重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。
2、高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。
3、高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学，对大分子的反应和方法的研究，显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题，也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有：如何将低分子化合物连
接成高分子化合物，即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子，其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子，就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志，是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用，把人类由工业社会推向信息和知识 经济 社会。可以说某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革，材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料，家家离不开高分子材料，处处离不开高分子材料，是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的，高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料，另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一，塑料：一类是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等；另一类叫工程塑料，其强度大，如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二，纤维：人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物，通过不同的加工，生产出了各种纤维制品，极大地满足着人类的需要。
第三，橡胶：天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制，于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四，精细化工：比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品，如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油，使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂，以及各种吸水树脂等都是高分子产品。
三、高分子化学与高科技的结合
当今社会，人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息 发展 的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起，人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足 计算 机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械 工业 等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和 科学 技术的发展，许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来，如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域，下面简单介绍特种高分子材料：功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料；高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴；特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂）的范畴。
第一，力学功能材料：强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；)弹材料，如热塑性弹性体等。
第二，化学功能材料：分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。
第三，生物化学功能材料：人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
可以预计，在今后很长的 历史 时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化，增加循环使用和再生使用，减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染，也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成，在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成，探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子来处理污水和毒物，研究合成高分子与生态的相互作用，达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
量子科学应用篇3
关键词：电子信息；科学技术；智能化；网络
电子信息科学技术是新时期人类科技技术发展历史上重要的标志，且影响着人们的生活、学习以及工作等形式，突破了传统意义上的教学形式。新时期电子信息科学技术得到了有效的推广，在交通、建筑以及教育等行业的应用越来越多，在提升社会经济发展速度的过程中，也优化了人们的生活、生产以及前进形式。文章主要是对电子信息科学技术的特点和未来发展方向进行分析。
1电子信息科学技术及其特点
信息科学是理解和应用信息的科学，为了满足现代化发展需求提出的理念，其主要是指依据信息为基础分析目标，且结合信息运动特点和方案为基础分析内容的一项学科。信息运动特点通常情况下包含了信息监察、传播以及解决的特点，信息的分析目标包含了应用信息达到方案、管理的全面，最后达到系统组织的改善。电子信息科学技术提出的要求是现代化信息社会发展的需求，其在构成和发展过程中，促使我们突破了传统意义上工业社会的约束，逐渐来到信息时代，促使信息技术成为发展的重点内容。电子信息科学技术特点一般主要分为以下几点：①电子信息技术的智能化。这是电子信息技术发展的主要方向之一，智能化产品可以在一定意义上为我们的生活带来更多的便捷。随着社会经济的不断提升，人们生活质量的不断增加，人们对智能化产品的需求量也在不断增加，其在日常生活中逐渐展现出更为重要的作用，更在各行各业中得到了有效推广和应用；②电子信息科学技术的网络化。随着电子信息科学技术和网络技术的不断推广，两者结合的特点就是网络化发展迅速。电子信息科学技术自身就具备高效率、便捷式和数字化的特点，同时科学应用网络技术，可以让电子信息科学技术知识变得更加直观，以此全面展现在人们眼前。由此可知，因为网络化特点的影响，有助于电子信息科学技术降低了人们之间的距离，且依据网络信息资源，促使信息及时传递，从而达到资源共享的目标。
2电子信息科学技术的未来发展
2、1光电子技术是未来发展的中心技术
电子学和光电子学的出现，为现代化电子信息技术的发展提供了依据。现阶段，我国已经到了电子信息科学技术发展时期，21世纪是光电子信息科学技术有效推广和应用的阶段。光子自身可以成为能源和信息的载体，且逐渐构成信息光子学和电子学，同时依据时代的不断变迁，促使其得到了更为有效的发展。
2、2智能化发展的计算机技术
计算机技术包含了PC机、服务器以及其他外界设备的开发技术、移动计算、网络计算以及多媒体技术、人工智能技能等。直到现阶段，计算机的实际性能正在依据每两年增强一个数量级的速度有效前进，且并行处理器得到了有效的优化和创新。现阶段六十四位CPU已经逐渐转变为三十二位，在构成产品的过程中，互联网设施也在逐渐渠道计算机的重要地位。在计算机系统内部，储备期占据的区域逐渐增加，储备技术也在向着大量储存前进、多媒体技术的推广和应用，促使计算机、通信以及家电得到了有效的结合，手写判断技能和语言判断技能开始投入到市场当中，数字图像交换技术也得到了现实的应用和推广。因此，电子信息科学技术的不断推广和全面优化，在未来发展中一定会向着更为人性化和个性化的方面发展，如笔记本会因为人们的需求变得越来越小、越来越薄，手拿电脑也会成为大规模推广的形式。
2、3多元化发展的互联网技术
网络技术和安全技术都是互联网技术的重要内容，目前多样化工作、高性能和大容量是互联网技术发展的重要方向。在实际发展的过程中，IP工作的爆炸式提升、超高速互联网和宽带综合工作数字网的推广成为互联网技术发展的重点内容。第二代互联网开始整理信息、语音、资源，且构建了多样化的网络，现阶段在实际发展中已经替代了第一代互联网。密集波分多路复用技术在实际发展中，于光网通信技术中得到了有效的推广，在一定意义上降低了网络传递成本支出，在不断发展中也可以为大量应用者带来无线宽带，促使多媒体及时传递信息成为现实。在某一网络中达到整体媒体信息的有效传递，以此有效优化多媒体通信技术。多媒体通信技术与以往信息通信之间存在一定的区别，其中包含了多样化信息影响因素。由于多媒体信息在通讯过程中会形成更多流量，并且连接媒体具备实际效益的规定，这样及时传递信息在多媒体通讯系统中占据的地位就会越来越重。
2、4ID自主研究发展的电子信息技术
在实际发展的过程中，电子信息科学技术的推广对全球经济发展产生了一定的影响。但是因为国家之间合作的电子信息科技活动存在约束，不是一切电子信息科技活动都可以与其他国家合作。一般情况下，国家与国家之间在沟通电子信息科学技术的过程中，包含的信息大都是这一国家电子信息科学技术中的边缘技术，国家自身是不会将聚集大量社会资源的电子信息核心科学技术与其它国家共享的。由此，为了提升我国电子信息科学技术能力，为我国成为世界地位中电子信息科学技术的强国，在实际发展的过程中需要满足时展需求，提升我国电子产品的自主研究水平，只有自主研究，才能促使我国自主参与到电子信息科学技术的沟通和交流中，从而促使我国在国际技术和经济沟通中获取更多的经济效益。
3结束语
现阶段我国面对的是一个科技技术发达、信息资源丰富的社会环境，而信息技术的发展会为人们带来革命性的转变。文章主要分析了电子信息科学技术的特点，且对其未来的发展方向进行了详细的分析，这就需社会各界人士对电子信息科学技术深入研究和分析，以此明确电子信息科学技术对自身发展的意义，从而正确应用电子信息科学技术。
参考文献：
[1]龚成、论电子信息技术的应用特点与未来发展趋势[J]、网络安全技术与应用,2014(8):197-198、
[2]蔡鑫杰、电子信息技术发展中的问题及发展趋势[J]、计算机光盘软件与应用,2012(15):7+9、
量子科学应用篇4
关键词：类比教学法；科学教学；运用方法
皮亚杰认为，人的发展、智慧的发展是靠他自己与周围环境发生交互作用而慢慢地建立起来的。而教师必须改变自己的角色，学会换位思考，从学习者的角度选用教学方法，并通过实践摸索找出最适合大部分学生的方法突破教学中的重难点，真正提高每一个学生的科学素养。
初中生的思维水平处于具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，因此对于相对原子质量这一抽象的概念较难理解与领悟。尤其是对“相对原子质量没有单位”，学生往往出错，只能死记硬背避免出错。可见，这显然造成了教学难点。而笔者在一次课堂教学中运用了类比教学法进行相关教学后，发现学生对这一知识点掌握得很好。于是，笔者以类比教学法在相对原子质量的教学难点突破中的运用案例，呈现这一教学法对于帮助学生理解抽象概念的妙处。
师：同学们，有这样一个真实的战时故事，我想分享给大家。在战时的英国，有一本晦涩难懂的书在书店销售一空，它就是著名的存在主义哲学家萨特写的《存在主义哲学》。有人就很好奇，那些普通老百姓为何突然对这本书那么热衷起来，同学们，你们怎么看？
（生表示疑惑不解）
师：有一个异国的观察者非常好奇，于是，进入一户人家进行查看，发现原来老奶奶把书买回家后，把它当秤砣用呢。因为在战时的英国，铁质的物件稀缺，铁大多都被用去制造枪支弹药了，所以很多人家都没有秤。而老奶奶从商店买了香蕉，想确认商家有没有缺斤少两，所以要想办法称一称。那这跟萨特的书有什么关系？原来，有人发现这本书刚刚重一磅。于是，这书便成了人们的秤。一磅=一本书。
（生释然，又开始疑惑老师卖什么关子）
师：同学们，现在我们同样面临一个类似的问题，请大家找一找那个可以当作一磅的“一本书”！
（展示PPT课件，呈现问题情境“一个氢原子的质量是
1、674×10-27kg，一个氧原子的质量是2、657×10-26kg，它们的质量很小，如果用小数表示即0、00000000000…kg了，那要应用它们进行计算是不是很不方便？有没有更简单的方法来替代？”）
生：就像前面老奶奶找来一本书表示抽象的一磅，我们也可以找到同样有替代作用的东西表示。
师：很好，请同学们阅读书本，看看科学家找到的是什么替代东西？
生：可以借用C-12原子质量的十二分之一表示“1”。
师：那他们是如何用这个“1”的？
生：用氢原子的实际质量除以这个C-12原子质量的十二分之一，得到的数字就是氢原子的相对原子质量，这就是新的原子质量表示方法。
师：这个新的原子质量表示方法与原子的实际质量比较，有什么不同之处？
生：表示更简单了，而且没有单位。
师：很好。这其实就是科学家找到的那本书。
在课堂的当堂练习中，学生运用了相对原子质量的相关知识，进行了相应的练习，从反馈结果看，学生对相对原子质量没有单位这一点掌握很好。可见，类比教学法在相对原子质量这一抽象概念的教学中收到了较为理想的效果。笔者认为，这一教学方法与传统教学方法相比，存在一些明显的长处。
相对原子质量这一概念在教材中的呈现形式是公式化的，需要学生具有较强的演绎思维能力和一定的数学基础。教师对这一难点的突破似乎也仅仅在于强化练习，并没有从学生已有的认知水平搭建支架进行教学。而用具体的生活实例铺设这一思想方法，从而在具体的教学情境中再现应用，需要学生具备一定的迁移能力，更需要教师找准、找好有力的支架搭建。
《义务教育科学课程标准》的核心理念是“发展每一位学生的科学素养”，而科学思维水平的提高是科学素养提升的核心，在课堂教学中有意识地渗透科学思维方法的应用，有助于落实这一核心理念。因此，用类比教学法进行抽象概念内容的教学是一条值得尝试和实践的路径。
建构主义教学论认为，应当把学习者已有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中，生长新的知识经验。而类比教学法恰恰将学习者原有的经验与新的知识之间架起了一座桥梁，由此岸顺利到达彼岸。它帮助学习者在新的抽象知识与原有的、熟悉的、直观形象的经验之间找到了一些相似点，由此及彼，化难为易，是一种巧妙的教学方法。这种方法的实践应用有助于提高学习效率，加深理解，而且适用于大多数的学生，值得教学者在更多的教学任务中加以应用和拓展。
量子科学应用篇5
【关键词】 光电子技术 光医学 光保健 学科现状 发展趋势
一 引言
生物医学光学与光子学是光学或者说光子学现展的一个分支学科。由于光学与光子学是具有极强应用背景的学科，所以“生物医学光子技术”这一多学科交叉的新兴研究领域在20世纪末叶也随之应运而生。
激光技术作为一项重大的科技成就，为研究生命科技和疾病的发生、发展开辟了新的途径，为保健和临床诊疗提供了崭新的手段,推动人类科学技术进入新的发展阶段。
可以把与光的产生、传播、操纵、探测和利用有关的物理现象和技术包括在内的科学及工程笼统地简称为光学。用光学最广的含义来概括各研究领域及其相关交叉分支时必然包括了激光和光电子技术。运用光学及其技术研究光与人体组织的相互作用问题可归之于“组织光学”范畴。它是研究光辐射能量在生物组织体内的传播规律以及有关组织光学特性的测量方法的一门新兴交叉学科，是光医学（光诊断和光治疗）的理论基础。经过40多年的发展，激光与光电子技术在人类的保健、医疗以及生命科学中产生了很大影响。
在医学领域，光电子技术使各种新疗法，包括从激光心脏手术到用光学图像系统的关节内窥镜进行微损膝关节修复等，成为可能或得以实现。目前，科学家们正致力于研究光学技术在非侵入式诊断和检测上的应用，如乳腺癌的早期探查、糖尿病患者葡萄糖的“无针”监控等。激光在医学上的最早应用虽然集中在治疗方面，然而在80年代初期起便开始了光诊断技术的探索。指望无损害地获得诊断信息是这些研究的驱动力之一，其中在物理学中高度发展的光谱技术有望在诊断医学中得到应用。利用光纤把光传输到身体内部的能力，可以完成膀胱、结肠和肺等器官的检查。随着医学诊断方法向无损化方向发展，利用光电子学技术对组织体进行鉴别和诊断，有可能更早期、更精确地诊断各种疾病。近年来，人们开始把这种诊断方法称之为“光活检”。
随着现代医学模式的转变、健康概念的更新以及人民生活水平的提高，从20世纪80年代后期起，“激光美容术”在世界各地包括在我国各大城市逐渐地开展。保健美容是光电子技术应用越来越活跃的领域。激光技术应用于美容外科的起步较早，使得一些在美容整形外科很棘手的疾病，如太田痣、血管瘤等治疗变得简易有效。到20世纪末，人们又开发了一种称为光子嫩肤术的新美容技术。它基于选择性的光热解作用，有效地改善肌肤的质地和弹性，达到美容的效果。之所以用激光或强脉冲光进行非消融性的嫩肤或治疗越来越流行，是因为这类手术具有无损、不必住院、几乎无副作用和无疼痛，从而使受术者容易接受的优点。
国家自然科学基金委员会先后二次在“光子学与光子技术”以及“生物医学光学”优先资助领域战略研究报告中分别指出：近年来生物医学光学与光子学的迅猛兴起，令人瞩目，并因而引发出一门新兴的学科－生物医学光子学（Biomedophotonics）。研究报告选定了近期优先研究领域包括生物光子学、医学光子学基础研究、医学临床的光学诊断和激光医学中的重要课题等诸方面。
福建师范大学在1974年成立了“医用激光及其应用技术”研究组，以激光与光电子技术为基础，围绕激光医学应用的核心技术开展研究与开发。至二十世纪九十年代，跟随该领域的国际走向，转入激光医学技术的基础理论研究工作，在国内率先开展了生物组织光学与光剂量学的研究。伴随研究工作的深入开展，逐步形成了我们有特色的若干前沿研究方向，并于2005年获准立项建设医学光电科学与技术教育部重点实验室。
二 国内外现状
光学在生命科学中的应用，在经历了一个缓慢的发展阶段后，由于激光与新颖的光子技术的介入，进入了一个迅速发展的新阶段。与光学有关的技术冲击着人类健康领域，正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段，并为医疗诊断提供了革命性的新方法。特别在近十多年来，与蓬勃的学术研究活动相对应，国际上出现了专门的研究性学术杂志，如：Laurin 出版公司于1991年发行了“Bio-Photonics”新杂志。美国光学学会重要的会刊之一“Applied Optics”也于1996年将其“Optical Technology”栏目扩充为“ Optical Technology and Biomedical Optics”，并定期出版有关生物医学光学的论文专集。SPIE亦于1996年创办了期刊Journal of Biomedical Optics，且声誉日隆。到2004年，该刊的SCI影响因子已达3、541。当前，发达国家普遍对生物医学光子学学科给予了高度重视。例如，在美国国家卫生研究院（NIH）新成立的国家生物医学影像与生物工程研究所（NIBIB）中，生物医学光子学也成为其主要资助的领域。近三年中，美国NIH已经召开过4次研讨会，认为新的在体生物光子学方法可用于癌症和其它疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术正处在从实验室转向癌症临床应用的重要时刻。在NIH的支持下，美国国家癌症研究所（NCI）正在计划5年投资1800万美元，招标建立“在体光学成像和/或光谱技术转化研究网络（NTROI）”，其研究内容主要包括：光学成像对比度的产生机理、在体光学成像技术与方法、临床监测、新光学成像方法的验证、系统研制与集成等五个方面。2000年底，在美国NIBIB的首批支持项目中，光学成像方法约占30%。2000年7月，美国NIH投资2000万美元，开展小动物成像方法项目（SAIRPs）研究，受到生命科学界的高度关注，其中光学成像方法是研究重点之一。美国国家科学基金会（NSF）在2000-2002年了4次关于生物医学光子学研究（Biophotonics Partnership Initiative）的招标指南。“9、11”事件后，美国国防部启动了“应激状态下的认知活动”(Cognition under stress)项目，采用的研究方法就是光学成像技术。美国加州大学Davis分校于2002年10月宣布：未来10年内，将投资5200万美元建立生物医学光子学科学技术中心（The Center for Biophotonics Science and Technology），其中4000万美元由NSF支持。在学术交流活动方面，国际光学界规模最大西部光子学会议（Photonics West）上，每年的四个大分会之一即是生物医学光学会议（BiOS），论文均超过大会总数的三分之一，如，2003年关于BiOS的专题为19个，占整个会议的19/52=36、5%；2004年，IBOS会议专题为20个，占整个会议的20/55=36、4%。另外，每年还召开欧洲生物医学光子学会议。除疾病早期诊断、生理参数监测外，在基因表达、蛋白质―蛋白质相互作用、新药研发和药效评价等研究中，特别是近年来的Science, Nature, PNAS等国际权威刊物发表的论文表明，光子学技术也正在发挥至关重要的作用。在某些领域，如眼科，光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现，并以最小的无损或微损疗法代替外科手术，如膝关节的修复。现在，用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段，包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。光学技术还为生物学研究提供了新的手段，如人体内部造影、测量、分析和处理等。共焦激光扫描显微镜能将详细的生物结构的三维图象展现出来，在亚细胞层次监测化学组成和蛋白质相互作用空间和时间特征。以双光子激发荧光技术为代表的非线性成像方法，不仅可以改善荧光成像方法的探测深度、降低对生物体的损伤，而且还开辟了在细胞内进行高度定位的光化学疗法。近场技术将分辨率提高到衍射极限以上，可以探测细胞膜上生物分子的相互作用、离子通道等等。激光器已成为确定DNA化学结构排序系统的关键组成部分。光学在生物技术方面的其它应用还包括采用“DNA芯片”的高级复杂系统，和采用传输探针的简单系统。激光钳提供了一种在显微镜下方能看见的一种新奇的、前所未有的操作方法，能够在生物环境中实现细胞或微观粒子的操纵与控制，或在10-12m范围内实现力学参数的测量。结合光子学和纳米技术已经可以探测细胞机械活动，揭示细胞水平上隐秘的生命过程，利用纳米器件甚至可以检测和操纵原子和分子，这可以应用在细胞水平的医学领域。高技术的进步，如：微芯片极大地加速了生物光子学的发展进程。集成电路、传感器元件和相连电路的小型化、集成化促使在体和体外测量分子、组织和器官图像成为可能。许多生物医学光子学技术已经在临床上应用于早期疾病监测或生理参量的测量，如血压，血液化学，pH，温度，或测量病理生物体或临床上有重要意义的生化物种的存在与否。描述不同光谱特性（如荧光，散射，反射和光学相干成像）的各种光学概念出现在功能成像的重要领域。从大脑到窦体再到腹部，精确导位和追踪，对于精确定位医疗仪器在三维手术空间的位置具有重要的作用。基于分子探针的光子技术可以识别发生疾病时产生的分子报警，将真正实现令人激动的、个人的、分子水平的医学。
我国的研究基础与条件虽然相对落后，研究投入不足，但生物医学光子学是一门正在兴起和不断发展的学科，在这一新兴交叉学科上国内外处于一个起跑线上。近年来，在国家自然科学基金委、省部委以及其它基金项目的资助下，我国在生物医学光子学的研究中取得了很大的进展，尤其是2000年第152次主题为 “生物医学光子学与医学成像若干前沿问题”、第217次主题为“生物分子光子学”的香山会议后，有许多学校和科研单位开展了生物医学光子学的研究工作，并初步建成了几个具有代表性的、具有自己研究特色和明确科研方向的研究机构或实验室，并在生物医学光学成像（如OCT、光声光谱成像、双光子激发荧光成像、二次谐波成像、光学层析成像等）、组织光学理论及光子医学诊断、分子光子学（包括成像与分析）、生物医学光谱、X射线相衬成像、光学功能成像、认知光学成像、PDT光剂量学、高时空谱探测技术及仪器研究等方面取得了显著的研究成果。发表了许多研究论文，申请了许多发明专利，有些已经获得产业化。国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。这对我国生物医学光子学学科的发展起到了积极的推动作用。在我国近年所召开的亚太地区光子学会议中，有关生物医学光子学的内容已大幅增加，成为主要的研讨专题。我国的生物医学光子学研究和学术活动也方兴未艾，呈现与国际同步的态势。在基础研究、应用基础研究以及对新技术的掌握方面跟踪国际先进水平，但国内科研经费的投入相对较小，科研队伍规模不大，原创性的科研成果与国外有较大差距。和国外的发展水平相比，我国的生物医学光子学发展还存在以下问题：
（1）尽管从事生物医学光子学的科研单位很多，但取得突破性、创新性的研究成果很少，主要是由于我们的科研队伍在组织、组成上还不合理，过于分散、开展的内容繁杂，难以将有限的资金投入到一些有利于国计民生的及上水平的研究方向上；另外许多单位的研究重复，缺乏合作，导致水平低下；
（2）和国外相比，研究经费无论在绝对值还是相对值上均投入十分不够；
（3）缺乏研究成果产业化的引导机制。
三 医学光电科学与技术（福建师范大学）教育部重点实验室概况
“医学光电科学与技术”教育部重点实验室设立于福建师范大学物理与光电信息科技学院（激光与光电子技术研究所）内，作为本学科开展科研研究和实施建设与发展的一个基础平台。实验室已有30年发展历史，1973年成立福建师范学院物理系激光实验室，1984年成为福建师范大学激光研究所实验室，1995年为福建省首期211重点学科《应用光子学》学科实验室，2003年5月26日经福建省科技厅批准成立“光子技术福建省重点实验室”，2005年7月28日经教育部批准立项建设教育部重点实验室。实验室座落于福建师范大学长安山校园内。
30年多来，实验室在生物组织光学、医学光谱与光学成像技术、光诊断及光诊疗技术、信息技术光学及其生物医学应用等四个主要方向上努力开拓，承担并完成了数十项国家与省部重点、重大项目课题，取得一批代表我国本领域研究水平的科研成果，其中十五以来获省部级科技进步一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，其它省级以上奖励12项。在国内外重要刊物发表的论文以及被SCI、EI收录的论文均超过100篇。
实验室目前承担着国家与省级重要课题50余项，科研经费超过2000万元。其中国家自然科学基金项目11项，国家教育部、科技部、卫生部项目9项，福建省科技重大专项1项，其它省级重要项目近30项。
中科院半导体研究所原所长王启明院士任重点实验室学术委员会主任，副主任由黄尚廉院士和谢树森教授担任。另有九位国内外著名的激光、光电子与医学学科交叉的院士、专家或资深教授担任委员，其中海外委员两人。他们规划、指导并检查本学科实验室的建设与发展。
重点实验室主要学术带头人、实验室学术委员会常务副主任谢树森教授是中国光学学会副理事长、福建省光学学会理事长、国家有突出贡献的中青年专家、光学工程专业博导、全国劳动模范，是我国医学光电科学与技术领域的学术带头人与开拓者。实验室主任陈荣教授、副主任李晖教授均为国务院特殊津贴专家，实验室常务副主任陈建新教授来自于北京大学的优秀博士后研究员。重点实验室拥有稳定的可持续开展高水平科研的学术梯队，其中的中青年学术带头人或学术骨干包括1位闽江学者特聘教授、1位福建师范大学特聘教授、3位国务院特殊津贴专家、2位全国优秀教师、2位福建省优秀教师和15位博士。
重点实验室与国内外学术界建立了并保持着广泛的联系。重点实验室已设立面向国内外的开放课题基金。已批准并实施来自浙江大学、厦门大学、上海光机所、西安交通大学、华南师范大学、天津医科大学、上海市激光医学研究中心等单位知名学者的开放课题。
重点实验室已具备良好的科研软硬件环境。现有面积近5000平方米，仪器设备原值2500多万元。重点实验室各项管理制度健全。
“医学光电科学与技术”重点实验室，在我国现代科学技术领域特色鲜明，在我国相关学科处于领头地位，有较大影响。重点实验室建设将有力促进福建省科技创新能力建设，促使福建师范大学迅速向高水平、有特色、开放型的综合性大学迈进。同时，重点实验室的建设与发展将有力促进我国医学光电科学与相关学科的发展，为广大民众的身心健康，为海峡西岸的科技、社会与经济发展做出重大贡献。
四 发展趋势和展望
光子学及其技术已广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面，被科学界所认同和重视。生物医学光学已经成为国际光学学科重要发展方向之一。生物医学光子学的发展，将为现代医学和生命科学带进崭新的时代。本学科的发展将继续体现了多学科交叉的特点，研究领域涉及到了生物学、医学、和光学，还有化学等不同大学科的方方面面。技术开发与临床应用研究的结合将越来越密切。一般认为，光学领域未来发展的重点是将各种复杂的光学系统和技术更加广泛地应用于保健和医疗。当今世界中,与光子学有关的技术冲击着人类对生命体的认知及人类健康领域。基于现代激光与光电子技术的生物医学光子学技术将为生命科学研究带来具有原始性创新的重要科研成果，并可望形成有重大社会影响和经济效益的产业。
在医学领域，光子学技术正在改变着药物疗法和常规手术的实施手段,并为医疗诊断提供了新方法。在某些领域,如眼科,光学和激光技术已成熟地应用于临床实践。激光还使治疗肾结石和皮肤病的新疗法得以实现,并以无损或微损疗法代替外科手术,如膝关节的修复。现在,用激光技术和光激励的药物相结合可治好某些癌症。以光学诊断技术为基础的流动血细胞测量仪可用于监测爱滋病患者体内的病毒携带量。还有一些光学技术正处于无损医学应用的试验阶段,包括控制糖尿病所进行的无损血糖监测和乳腺癌的早期诊断等。
在基础研究方面，研究重点在于从细胞，甚至是亚细胞尺度层次揭示病变组织与正常组织之间的差异，为新技术开发以及应用提供理论依据。另一方面，研究光与人体组织之间的相互作用以及所产生的光化学、光热和光机械效应。在技术的应用方面，研究重点转向比较各种技术中光源（相干光源/非相干光源、波长、功率密度、偏振性、连续/脉冲光源、脉冲持续时间等）和个体差异（年龄、性别、临床症状、发病史、发病时间等）对诊断或治疗结果的影响，在确定各种技术临床适应症的同时，进一步实用化各种技术。此外，还在不断开发新的实用于不同疾病的诊断、治疗和监测技术。
值得关注的是，国外从事“生物医学光学”领域研究的高校或研究机构中，来自大陆的中国学者的数量越来越多。这有助于使国内外的学术交流更加有效，并可以预期国内与国外在该领域的研究水平差距将不断缩小。
今后若干年内医学光电科技学科需关注的重大科学问题和优先研究领域如下：
（一）医学光子学基础
在组织光学方面，其中最主要的有光在组织体内传播的特殊方式、组织光学性质的描述以及有关实验技术的开发和完善等。组织光学是医学光子技术的理论基础。光在生物组织中的运动学（如光的传播）问题和动力学（如光的探测）问题是研究的主要内容，目的是要研究生物组织的光学性质和确定某靶位单位面积上的光能流率。应优先解决测量技术和实验精度的问题，利用近场光学显微技术、光镊技术测量活体组织的光学参量。在理论建模方面，建立生物组织中光的传输理论和数值模拟方法。具体开展的研究工作应包括：1）光在生物组织中传输理论：要用更复杂的理论来描述生物组织的光学性质以及光在其中的传播行为。建立准确的组织光学模型，使之能反映生物组织空间结构及其尺寸分布情况、组织各个部分的散射与吸收特性以及折射率在一定条件下的变化情况；改造传输方程，使之适应新的条件，并能在某些情况下求出光在生物组织中传输的基本性质。2）光传输的蒙特卡罗模拟：继续开发新的更为有效的算法以适应生物组织的多样性和复杂性的要求。除了了解光在组织中的分布，还在探索从大量数字模拟中得到生物组织中光的宏观分布与其光学性质基本参量之间的经验关系。另外，发展非稳态的光传输的蒙特卡罗模拟方法也是一个重要的研究方向，从中可以获得比稳态条件下更多的信息。
组织光学参数的测量方法和技术方面，尚未获得人体各种组织的可靠实验数据。发展和完善活体的无损检测尤为重要。在这方面，时间分辨率与频率分辨率的测量方法引人注目。
（二）医学光子学光谱诊断技术
医学光子学光谱（非成像）诊断技术实质上是利用从组织体反射、散射、发射出来的光，经过适当的放大、探测以及信号处理，来获取组织内部的病变信息，从而达到诊断疾病的目的。
生物组织的自体荧光与药物荧光光谱技术，内容涉及光敏剂的吸收谱、激发与发射荧光谱以及各种波长激光激发下正常组织与病变组织内源性荧光基团特征光谱等。现在人们所谓的特征荧光峰实际上只是卟啉分子的荧光峰。客观和科学地判断激光荧光光谱对肿瘤的诊断标准是十分必要的。目前，某些癌瘤的药物荧光诊断已进入临床试用，自体荧光的应用尚处于摸索之中。需要开展激光激发生物组织和细胞内物质的机理研究，探讨激光诱发组织自体荧光与癌组织病理类型的相关性以及新型光敏剂的荧光谱、荧光产额和最佳激发波长等方面的研究，以期获得极其稳定、可靠的特征数据，为诊断技术的发展提供科学依据。
近年来，拉曼光谱技术应用于医学中已显示出它在灵敏度、分辨率、无损伤等方面的优势。应开发并完善重要医学物质拉曼光谱数据库，并使基于拉曼光谱分析的小型、高效、适用于体表与体内的医用拉曼光谱仪和诊断仪将在医学临床获得更广泛的应用。
超快时间分辨光谱比稳态光谱在技术上更灵敏、更客观和更具有选择性。因此，将脉宽为ps、fs量级的超短激光脉冲光源用于医学受到广泛重视，其一，应发展超快时间分辨荧光光谱技术，用于测量生物组织及生物分子的荧光衰变时间，分析癌组织分子驰豫动力学性质等，为进一步研究自体荧光法诊断恶性肿瘤提供基础数据；其二，应发展超快时间分辨漫反射（透射）光谱技术。以时域的角度测量组织的漫反射，从而间接确定组织的光学特征。这是一种全新的、适用于活体的、无损和实时的测量方法，为确知光与生物组织的相互作用，解决医学光子学中基础测量问题开辟一条新径。
（三）医学光子学成像诊断技术
发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术，并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。主要的医学光子学成像诊断技术包括：
超快时间分辨成像技术：以超短脉冲激光作为光源，根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性，使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光，进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。
散射成像技术：包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等，利用红外光源，光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米，在低散射的人脑组织中甚至可达30mm。
红外热成像：红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置，现已在医学诊断中得到广泛的应用，如乳腺肿瘤的诊断。
光学相干层析成像技术：一种非侵入式无损成像技术，并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用，从而具有广阔的应用领域。而且，OCT能进行众多功能成像，如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT：也可以与众多成像技术结合使用，如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。
荧光寿命成像：受超短光脉冲激发后，荧光团，包括自体荧光团如NADH、FAD等和外源荧光团，如有机荧光染料、荧光蛋白等，所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境，如pH、离子浓度（如Ca2+、Na+等）、氧压等，因此荧光寿命的测量和成像，有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合，可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断，是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。
光声作用成像：利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性,将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合,以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法,对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力,可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。
非线性光学成像：双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率，对比度高、对生物组织的损伤小等优点，研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围，重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。
人体经络的光学表征及其调控功能：已经用不少事实证明了经脉循行路线的现象，也初步显示了人体体表沿十四经脉路线存在的红外辐射轨迹。然而，至今未能用西医的形态学或生理学方法证明它的存在，也不能明晰地阐明“经络”的实质。可以利用已发展的生物医学光子学诸多成像技术为工具，研究这个具有中国特色的中医学中的重大问题。
4、医用激光治疗技术（激光医学）
强激光治疗：是当前激光医学中最成熟和最重要的领域。随着新型医用激光器的不时出现，如：钛激光、铒激光、准分子激光等，强激光治疗技术的临床用途也逐渐增多，提出一些新的问题。关于这些新型激光器及新的工作方式对人体组织的作用特点的认识还相对不足，基本没有适合国人组织特性的治疗参数。为此需加强研究激光与生物组织间的作用关系，特别是在诸多有效疗法中已获得重要应用的激光与生物组织间的作用关系；研究不同激光参数（包括波长、功率密度、能量密度与运转方式等）对不同生物组织、人体器官组织及病变组织的作用关系，取得系统的数据，同时也有必要加强新型激光器及新的工作方式的临床适应证的研究。
低强度激光治疗：非热或低强度激光辐射可作为一种辅助治疗手段，其作用机理尚不清楚。对弱激光治疗机理的认识有待于整个基础医学的提高，如充分认识细胞基因表达与调控、细胞代谢的调控、免疫反应的调控等，同时还需研究不同弱激光剂量对这些调控的影响，这才能提高弱激光治疗的针对性和疗效。针对目前临床上盲目夸大疗效、照射剂量严重混乱的局面，建议重点扶持2-3个弱激光研究中心，集中财力与人力进行弱激光的细胞生物学效应研究；弱激光生物调节作用和细胞生物学现象（基因调控和细胞凋亡）的量效关系、弱激光镇痛的分子生物学机制以及弱激光与细胞免疫（抗菌、抗毒素、抗病毒等）的关系及其机制。寻求弱激光生物刺激效应的可能机制与量效关系；规范临床治疗参数与操作等。
光动力学治疗（PDT）是当前激光医学中最具活力且发展迅速的领域。光动力疗法具备了诊断和治疗肿瘤、心脑血管病等人类重大疾病的潜力。光动力疗法在鲜红斑痣、老年性眼底黄斑病变、某些顽固性皮肤病、类风湿性关节炎等常规手段难以奏效的良性疾病的治疗研究中取得一系列进展，并结合内镜技术的发展等，其应用领域得到很大的延伸和扩展。这些都说明发展光动力疗法具有重要的社会和经济效益。应当重点资助PDT相关产品的国产化，扶持新一代国产光敏剂的开发及相应激光器的产业化，资助新一代光敏剂光动力学治疗的机理研究。作用机理、光动力疗法各要素对光动力学效应的影响、建立数学模型、新型光敏剂光动力学效应的研究，为开拓光动力疗法新的应用领域取得系统的数据。
激光美容与光子嫩肤术：利用激光或强脉冲光照射皮肤后的选择性光热解效应，即靶组织（病灶）和正常组织对光的吸收率的差别，使激光在损伤靶组织的同时避免正常组织的损伤这一原则，达到去皱、去文身、脱毛和治疗各种皮肤病或达到美容的效果。
五 结论
医学光子学及其技术的学科发展，对生命科学有重要且积极的意义。在医学领域，将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性，从而提高人类的生存价值和意义，其中的重大突破将起到类似X射线和CT技术在人类文明进步史上的重要推动作用，在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。
参考文献
〔1〕Michael I、 Kulick、 Lasers in Aesthetic Surgery、 New York: Spring-Verlag,1998、（中译本：激光美容外科，叶青等译，福建科技出版社 2003、）、
〔2〕美国国家研究理事会编，上海应用物理研究中心译、 驾驭光：21世纪光科学与工程学, 上海：上海科学技术文献出版社，2001、 78-114、
〔3〕 谢树森，雷仕湛、 光子技术、 北京：科学出版社,2004、 266、
〔4〕国家自然科学基金委、 光子学与光子技术：国家自然科学基金优先资助领域战略研究报告、 北京: 高教出版社/海德堡，施普林格出版社, 1999、 96-114、
〔5〕Raloff, Janet, Optical biopsy hunts would-be cancers, Science news, 2001,159(14):214、
〔6〕 Kathy Kincade, Medicalwatch: Optical biopsy device nears mercial reality, Laser focus world, 2000、
〔7〕 Britton Chance, Mingzhen Chen and Gilwon Yoon, Editors, Optics in Health Care and Biomedical Optics: Diagnosis and Treatment, Proc、SPIE, 2002、
〔8〕R、R、 Alfano, Advances in optical biopsy and optical mammography, Published by the New York Academy of Sciences, 1998、
〔9〕R、R、 Anderson, J、A、 Parrish, Science, 1983, 220:524-527、
〔10〕 谢树森，龚玮，李晖，光电子激光，2004，15（10）：1260-1262、
〔11〕 R、 Christian, G、 Barbel, etal, Lasers Srug Med,2003;, 32:78-87、
〔12〕范滇元 中国激光技术发展回顾与展望 《2000高技术发展报告》 2000、
〔13〕 世界激光医学发展简史 2004、
〔14〕 李兰 我国激光医学现状发展战略――问题与对策《科技日报》2002、07、
〔15〕 Wei Gong, Shusen Xie, Hui Li、 Photorejuvenation:still not a fully established clinical tool for cosmetic treatment、 ICO20: Biomedical Optics, Proc、 of SPIE Vol、 6026, 602604, (2006)、
〔16〕 Hongqin Yan, Shusen Xie, Hui Li et al、 Optical imaging method、
课题组成员：
1、谢树森：教授、博士导师，中国光学学会副理事长，福建省光学学会理事长
2、李 晖：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
3、陈 荣：福建师范大学 医学光电科学与技术教育部重点实验室
量子科学应用篇6
关键词：观念启蒙；计量思想；化学用语；计算教学
文章编号：1008-0546（2017）07-0024-04 中图分类号：G633、8 文献标识码：B
doi：10、3969/j、issn、1008-0546、2017、07、006
从启蒙的意义上看，初中化学不能视作化学学习的简单阶段，更不能视作所谓文科化的记忆阶段，初三化学应是从生活经验出发并面向学科素养的学科启蒙。在这个阶段，学生的学习既离生活最近，又紧密联系和建构学科根基。这个阶段的学习虽然说在知识上是少的，简单的，但是在形成学科观念上是丰富而深刻的。
初中化学用语计算是初中化学计算中的主体内容，主要涉及有关相对分子质量、化合物中元素质量比、化合物中某元素质量分数、化合物纯度和根据化学方程式的计算，分别安排在化学式和化学方程式的教学主题中。在教学实践中，老师们认为课程标准对这些化学计算定位得比较浅。比如化学式中元素质量比的教学被简单化地视为分子中相对分子质量与原子个数乘积之比的模仿与操练过程，教学重心落在“纯数字”的处理上，而忽视元素质量比的概念含义和用分子中原子质量比来量化宏观元素的质量比等诸多计量上的内涵，忽略了化学计算在培养学科核心素养上的启蒙价值。因此，化学用语计算的教学需要由单一技能性知识教学转向关注学科观念本质的智慧教学，需要由固定的教学模式即“教师示范、学生模仿、教师讲解、学生操练”向生动深刻的学科理解性课堂教学转型。
一、计量思想催生了化学符号系统
质和量是物质存在的筛龌本属性，其中量包括质量和数量两个基本物理量。计量是用一个规定的标准已知量作单位，和同类型的已知量相比较而加以检定的过程。化学计量学源自于希腊语stoicheion（元素）和metron（测量）。是在德国化学家里希特的建议下提出的，目的是要得到某些化合物中各元素之间的质量比。近代科学史上的化学计量经历了当量定律、定比定律、原子量测定、化学符号和分子学说等阶段，由宏观计量领域走向微观计量领域。可以说，计量的发展成就了化学学科发展，尤其是催生了化学符号系统的发展[1]。例如，化学用语“H2O”的发展过程，普鲁斯特提出参与反应的物质，它们的质量都成一定的整数比，即1克氢气和8克氧气化合生成9克水，假如不按此比例，多余的就要剩余而不参加反应（即定比定律）。道尔顿在此基础上又提出组成化合物时，不同元素的原子之间以简单整数比相结合（即倍比定律），他认为水为二元分子，即HO，并测定出氧的相对原子质量为8。贝采里乌斯认为道尔顿测定的相对原子质量有误，重新测定了氧的相对原子质量为16，认为一个水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成，并更新了新的化学符号系统，从而为水的化学式“H2O”的最终确定奠定了科学基础。
由此可见，化学用语是伴随着计量产生和发展的，既是计量的结果，又具有计量的内涵。由此，化学用语“语境”中的计算不只是简单意义上的数的运用，更不是一个单一的算的处理，而是计量层次上的内涵表达。这就是作为启蒙的初中化学用语计算的本质所在。
二、计量思想在化学用语计算教学中的实践
化学研究的物质及其物质变化存在着计量关系。从计量角度来看，物质的化学计量关系主要有两个物理量，即数量和质量，并由此延伸出浓度、酸碱度、反应速率等物理量；从计量思想来看，定量观是研究化学问题的重要思想方法，是用统计思想将宏观事实与微观本质联系起来，并将结果用符号来表征[2]。这里的计量思想主要是指在获取、表达和分析物质及其物质变化存在的数量和质量关系中提炼出来，有利于计量知识深刻理解的思维方法。初中化学定量观的计量思想主要有科学计量思想、整体局部思想、符号表征思想和量变质变思想。
1、 在相对原子质量中体现科学计量思想
相对原子质量既是原子质量的计量，又是后续有关分子质量和化学反应计量的基础，从计量思想的角度来把握相对原子质量这个概念，是化学用语计算教学的关键开局。
教学片断（人教版）
引入：微观上原子虽小，但它也是有质量的，不然宏观上的物质也就没有了质量。同学们估计一下，原子的质量有多大呢？
呈示与说明：
（1）观察图1。
（2）6、02×1023个碳原子虽说是一个天文数据，但却只有12g。
（3）出示与12g碳质量相当的砝码，即两个5g砝码和两个1g砝码。
感受：碳原子质量很小。
讲述：碳原子质量大约是1、993×10-26kg，氧原子质量约为2、657×10-26 kg，氢原子质量约为1、67×10-27 kg，可见用千克、克等计量单位来衡量原子的质量不合适，它使得数值太小，书写和使用都不方便。
思考：原子质量用怎样的计量单位来衡量比较合适？
讨论与汇报：用接近10-27 kg的计量单位。
介绍：
（1）以一种碳原子原子质量的1/12作为标准，即图2。
（2）列出氧原子、氢原子、碳原子等与这个标准的比式及比值。
（3）相对原子质量H-1、C-12的比较（见图3）。
（4）相对原子质量的定义。
练习：查阅铁原子和锌原子相对原子质量；由铁的相对原子质量56和锌的相对原子质量65，可以得出铁原子和锌原子在质量和数量上的哪些信息？
相对原子质量属于微观计量，以上片段包含三个教学环节：第一是通过天平情境勾勒出计量背景，在微观与宏观的联系中建立微观直观，并体会原子质量的真实存在和极其微小，为探寻合适的计量单位打下伏笔，并为高中“物质的量”提前建立一致性关联；第二是寻找合适的计量单位，并在求算中体验计量标准和相对原子质量的概念，这是教学的难点；第三是在具体情境中运用相对原子质量，体会相对原子质量的计量意义。而这三个环节都是围绕科学计量思想这个核心来展开。让学生感受到使用什么样的标准而使计量结果准确简约是计量智慧层面上的思考，亦即科学计量思想。而这里科学计量思想的启蒙对于后续化学用语计算，还有溶液的浓度表示、溶解度等教学具有迁移作用。
2、 用整体局部思想建构有关相对分子质量计算中的宏微关系
有关相对分子质量的计算包括相对分子质量、物质组成中元素质量比和物质中某元素质量分数三部分内容，其中相对分子质量是基础，宏观上的元素质量比、元素质量分数与微观上的分子中原子质量比、原子质量分数建立实质性联系是教学难点。
教学片断（人教版）
环节一：相对分子质量
谈话：
谁的质量大，如何来说明？
指出：相对原子质量是原子质量计量上的伟大发明。
引入：
谁的质量大？大多少？
思考与汇报：44>18，说明二氧化碳分子质量大；比例为44∶18。
追问：44和18是怎么来的，分别表示了什么？
学生说明：12×1+16×2=44，1×2+16×1=18，即分别表示二氧化碳和水的相对分子质量。
追问：相同质量的水和二氧化碳中，谁所含的分子个数多？
学生说明：（1÷44）
形成：相对分子质量。
精要练习（略）
环节二：元素质量比与元素质量分数
对话：H2O中，1×2∶16×1=1∶8，表示的是什么？
得出：1∶8表示了水分子中氢原子与氧原子的质量比。
思考与讨论：宏观上水是由氢元素和氧元素组成的，水中氢元素的质量与氧元素质量的比值即为氢、氧元素质量比，那么如何求算这个质量比呢？
汇报与提炼：1、宏观上氢元素、氧元素的质量就是微观上所有氢原子、氧原子的质量，所以氢元素与氧元素的质量比在数值上等于所有水分子中氢氧原子质量比，又因为每一个水分子都相同，所以这个质量比又等于一个水分子中的氢氧原子质量比，即1×2∶16×1=1∶8；2、宏观上水的|量就是微观上所有水分子的质量和，因为每个水分子都相同，所以宏观上的水与微观上的水分子是对应的，于是水中氢、氧元素质量比在数值上等于一个水分子中的氢、氧原子质量比。
指出：宏观上物质组成元素的质量比可以通过微观上一个分子来计量，即以点代面。
追问：如何求算水中氢元素质量分数（即氢元素的质量与各元素的总质量之比）？
汇报：与求算元素质量比一样，可以通过水分子中氢原子质量分数来求算，即1×2/18×100%。
环节三：提炼计算公式与巩固（略）
环节一中，先通过比较碳原子、氧原子的质量来温习原子质量的计量即相对原子质量的概念，接下来在比较二氧化碳与水分子质量的情景中引出对分子质量的计量，并在对“44、18”的列式与表述中让学生体会分子的质量为各原子质量和，反之各原子相对质量和就是相对分子质量，即计量中的整体局部思想，从而形成相对分子质量的概念。环节二中进一步应用了整体局部思想，体现在“为什么水中氢氧元素质量比在数值上等于一个分子中氢氧原子质量比和如何求算水中氢元素质量分数”的思考与追问之中，让学生感受到图6所呈现的完整的整体局部思想[2]，即物质质量与元素质量，元素质量与原子质量，物质质量与分子质量，分子质量与原子质量等。
3、 用符号表征思想领会根据化学方程式计算的本质
根据化学方程式的计算是从量的方面研究物质的变化，而量的关键并不是具体计算问题中的数字，也不是计算过程中所列的比例式，而是深刻领会化学方程式这个符号表征所蕴含的计量。
教学片断（人教版）
环节一：体会化学方程式中的计量数
回顾：根据微观图示，写出对应的化学方程式。
评价：
读：化学方程式。
追问：如果增加一个氢分子，即图8
对应的是几个水分子？
阐述：还是两个水分子。
体会：化学计量数是成比例的，比例是固定的。
环节二：领会根据化学方程式计算的“根据”
辨析：根据化学方程式判断“8g氢气与4g氧气燃烧后生成12g水”的说法是否正确？
思考与交流
汇报：1、根据化学方程式的计量数关系：v（H2）∶v（O2）∶
v（H2O）=2∶1∶2，得出：m（H2）∶m（O2）∶m（H2O）=2×2∶1×32∶2×18，因为8∶4∶12≠4∶32∶36，所以不可能生成12g水；
2、根据化学方程式，在质量上m（H2）∶m（O2）=2×2∶1×32即1∶8，所以8g氢气与4g氧气中，8g氢气有剩余，不可能生成12g水。
体会：化学方程式中的各物质质量比是固定的，这是根据化学方程式计算的根本依据。
追问：如何计算生成的水的质量呢？
展示：计算思路与格式。
环节三：巩固（略）
化学方程式作为化学学科中独特语言，它将宏观反应事实准确、简洁地用数字和符号来表示，变繁为简地将宏观与微观联系起来，是化学反应定性与定量思维的核心工具。学生能否理解“可观察的宏观世界，分子、原子和离子构成的微观世界，化学式、化学方程式和元素符号构成的符号世界”这三者之间的联系，是影响学生化学学习的重要因素，而这也是符号表征思想的基本内涵[3]。以上教学就是紧扣符号表征思想，先由微观示意图入手引出化学方程式，然后通过增加一个氢分子后生成几个水分子的追问，让学生体会化学方程式中计量数的微观计量内涵，为后续“定量”打下基础。在教学环节二中通过对定量化的具体反应实例的辨析和体会，让学生深刻领悟微观计量与宏观计量的联系，并体会宏观上反应中的各物质质量比的确定性，从而确立根据化学方程式计算的本质。
综上所述，关注计量思想的化学用语计算教学，是为了将计算教学由单一技能向智慧层面提升，是试着从计量的角度抵达学科核心素养的实践探索。当然，由计算到计量的教学转向，并不排斥计算技能，而是给计算技能一个温暖的学科本质的底色，是朝向学科核心素养的回归。
参考文献
[1] 曹英、“物质的量”概念的形成历史与科学本质观 [D]、上海：华东师范大学，2012
量子科学应用篇7
【关键词】电子信息工程；现代化技术；策略
0、前言
电子信息工程通过对现代信息技术手段、计算机系统的科学应用，将其作为核心基础，进而真正实现了电子信息科学管控，令信息处理更加优质高效，是一类综合复杂的学科。由实践应用视角来讲，电子信息工程将对众多价值化信息的处理与收集作为主要研究内容。借助现代化技术，对各类信息电子设施、数字化系统进行深入分析、科学应用，完成有效的集成化处理。尤其是在当今现代信息网络技术与电子手段不断发展及全面更新的环境影响下，电子信息工程全面渗透至较多行业领域之中，完成了科学高效的实践作业。为良好的推进电子信息工程的科学应用，我们应对有关的现代化技术展开深入分析研究，并为其提供更为优质的技术保障以及基础支持，优化背景条件。因此，本文就电子信息工程应用现代化技术展开探讨，对推进电子信息工程的科学应用与优质发展，有积极有效的促进作用。
1、电子信息工程现代化技术服务应用
1、1工程造价领域电子信息工程现代化技术应用
当前，工程造价管理服务实践中，针对电子信息工程相关技术的实践应用涵盖，基于互联网系统为基础背景，创建包括内部外部与内外相互联络通讯的网络系统平台，将其作为核心基础，并借助自动化办公系统相关手段的科学应用，实现提升工程造价综合管理质量的核心目标。同时，还可通过科学的应用有关工程量与钢筋消耗分析研究软件，进而以达到提升工程造价管理工作中的指标评估准确率目标。再者，可借助优质高效的数据库技术手段，创建收集汇总指标与相关数据标准的分析研究系统，实现对各类完成工程量的积累管理目标。另外，还可借助信息网络系统上传有关信息数据，令其成为获取优质信息的有效途径，令加工处理完成的数据应用在对项目工程预决算的成本造价管控以及编制管理的重要任务之中。
1、2公路建设领域电子信息工程现代化技术应用
通过对高级别公路工程信息数据综合体系结构展开深入分析不难看出，较多信息数据直接创建于相同数据库系统之中。而公路工程项目参加建设施工的相关人员针对数据信息的应用需要却包含一些差异之处。因此，利用电子信息工程现代化技术，则可快速的对公路桥梁项目工程施工建设阶段中的信息数据进行准确计量，明确有关进度数据、工程质量信息与经费数据。还可圆满的完成对工程量信息数据标准的取算任务。
1、3日常设施信息化工作中电子信息工程现代化技术应用
随着现代社会群众，对高端信息化生活质量、环境条件要求的持续丰富、快速发展， 较多日常设施需要逐步着眼在对各类现代电子信息技术的挖掘以及科学应用。例如，日常生活不可缺少的电冰箱内部恒温调控体系，电视机内部数据网络应用体系等，均需要用到电子信息工程现代化技术。再者，车辆之中的电子系统也需要应用现代化电子信息工程技术，进而保证令车辆的系统整体运行服务状态调节到最佳的标准。
2、优化电子信息工程现代化技术科学策略
2、1实现服务与产品的逐步融合及全面创新
有关工作人员应明确意识到，实践工作中应最大化确保应用现代化电子信息工程技术的安全可靠以及科学有效性。因此，需要我们不断的推进研发制造设备产品同有关企业单位以及移动通信服务运营商的全面交流沟通与有效协调运转，进而最大化的完成相关现代化服务同信息产品的有效融合以及全面发展创新。依据该类方法，还可令有关行业的工作领域、研究工作系统、服务管理平台实现良好的创新与完善。
2、2持续扩充电子信息工程应用发展领域
为持续推进我国当前整体电子信息工程领域的完善以及持续发展，应由政府有关机构做起，持续的扩充有关项目工程的经费投入。由政府单位角度来讲，则应由投资途径与融资管理渠道两层面努力，创建专业意义层面的电子信息项目工程领域研究成果的有效转化基金。应从充足的资金投入保障入手，进而持续促进电子信息工程应用发展领域实现健全、完善以及快速发展。
3、结语
通过实践证明不难看出，针对我国来讲，现代社会逐步加剧的市场竞争，令各类企业要想真正实现又好又快发展，令生存状态更加稳定，经营更加科学有效，便应下大力气扩充电子信息工程领域的经费投入以及研究开发工作。应实现现代化电子信息技术的科学应用，推进其同企业生产研究产品的全面融合，进而完善企业产业结构，实现现代化发展的科学目标。总之，本文就相关现代化电子信息工程技术在当前社会领域中的应用以及相关问题进行研究与分析，并制定了科学有效的实践策略。对推动电子信息工程现代化技术的全面应用，创建信息化、现代化发展环境，有重要的实践意义。 [科]
【参考文献】
[1]胡强、新形势下电子信息工程专业改革建设面临的一些问题与思考[J]、广西大学学报；自然科学版，2008，33（z1）：204-205，221、
[2]杜晋军，李霖、基于可靠性工程的电子信息装备质量管理研究[J]、装备指挥技术学院学报，2011，22（3）：34-37、
量子科学应用篇8
关键词：模糊综合评价法；层次分析法；因子分析法
中图分类号：G311
学科建设是衡量高校在新形势下是否具有综合竞争实力和办学适应能力的一个重要方面，高水平的学科有利于凝聚高级科技人才，学科水平是高校水平的重要体现，是高校科技创新的关键。
近年来随着我国高等教育的快速发展，国内普通高等学校数目也不断的增加。对于这些新建本科院校或者刚刚合并升本的地方院校来说，学科水平和办学实力均无法与国家重点高校相比。学科发展的无限性和办学资源的有限性决定了任何一所大学只能在某几个方向上或某几个领域中暂时处于领先地位，它不可能在某一个学科的全部方向都达到最高的水平，也不可能独自占领所有的学科领域。因此，学校的学科建设工作更应该集中有限的资源来重点建设好学科规划中的重点学科，发挥学校学科建设的合力，如何正确评价学科水平进而确立重点学科是学科建设的首要条件。
高等学校既需要加强科技创新进而创造高质量科研成果，更加需要确保科研成果能够及时应用到学科建设中，为人才培养和学科发展服务。因此，高校科研不再是单纯利用现有科技知识，更重要的是要创造知识，实现知识的生产和知识的增值，来提升学科层次。高校学科科研水平是高校学科水平的重要体现，科学、正确的评价学科的科研水平对高校学科评估起到指导性作用。
1 各种学科科研水平评价方法分析
目前学科科研水平评价方法主要有层次分析法，将模糊数学引入的模糊综合评价方法，基于因子分析评价方法等，以上的评价方法各有优缺点。
1、1 层次分析法
层次分析法，是将一个复杂的多目标决策问题当作一个系统，将系统目标分解为多个准则或多个目标，进而分解为多准则、多约束的若干个层次，通过定性标度模糊量化方法算出单层次排序（权重数）和总的排序，以作为多指标、多方案优化决策的系统方法。层次分析法是建立在科学的学科科研水平评价指标体系的基础上。层次分析法包括以下基本步骤：
（1）构建层次分析法的层次结构模型。
（2）构造两两比对的对比阵。
（3）计算分层次权向量并做一致检验。
（4）最后计算组合总权向量并做组合一致性检验。
将层次分析法应用于学科科研水平评价中，主观因素过重，评价的结果不够客观、科学。早期的学科科研水平评价方法多用层次分析法，随着分析方法的进步更多的客观分析方法被引入学科科研水平评价中。
1、2 模糊综合评价方法
根据模糊数学的隶属度理论，模糊综合评价方法把定性评价转化为定量评价，是一种基于模糊数学的综合评标方法。用模糊数学对受到多种因素制约的对象或事物做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。模糊综合评价的基本步骤是：
（1）设定评价因素集U：U={u1，u2，……un}，这里的评价因素un包括科研经费、获奖成果、论著、专利、研究项目等评价因素。
（2）设定评价集V：V={V1，V2……V5}，通常，设V1：优秀，V2：良好，V3：中等，V4：一般，V5：较差。
（3）根据学科实际情况由专家组成评判组，得到评价矩阵。
（4）确定权重集A。
（5）根据最大隶属度原则，获得学科科研水平为“优秀”、“良好”、“中等”、“一般”、“较差”五个层次中的一个。
模糊综合评价方法是主观和客观结合的评价方法，对于多所高校的不同学科之间如果差异不大，或者需要将学科水平严格打分排序的情况下，模糊综合评价方法并不是理想的评价方法。
1、3 因子分析法
因子分析最早由英国心理学家C、E、斯皮尔曼提出，是指从研究变量群中提取共性因子的统计技术。因子分析是指在许多变量中找出隐藏的具有代表性的因子并将相同本质的变量归入一个因子，不但可减少变量的数目，还可检验变量间关系的假设。因子分析所得的主因子为原始指标的线性组合，是采用少量的主因子代替多个原始指标。
采用因子分析进行学科科研水平评价之前，需要有科学的评价指标模型，根据评价指标对学科科研进行学科科研水平的因子分析，分析步骤如下：
（1）根据评价模型确定分析变量，收集数据资料。
（2）对收集的原始数据进行标准化处理。
（3）接下来计算出所选变量的相关系数阵。
（4）公共因子提取，计算初始载荷阵，对主成分分析方法而言，就是通过资料矩阵的相关系数矩阵计算出特征值和特征向量。
（5）因子旋转，通过坐标变换使用较少的公因子表达原始变量，使每个原始变量和尽可能少的公共因子之间有密切的关系。
（6）计算公共因子的得分情况。
（7）以提取的公共因子的方差贡献率作为权重，结合因子得分，建立学科科研水平综合评价模型，计算各样本的综合得分情况并进行排序比较，最终得出综合评价结果。
将因子分析是一种客观的分析方法，将因子分析应用于高校学科科研水平评价是一种科学的评价方法，尤其适用于相同或将近似的专业评价模型类似的学科科研水平评价，比如电子信息工程与电气技术或计算机专业等进行评价。但是将差异较大专业进行评价的时候，选取的模型不同，因子分析法不能根据具体情况区分应用。
2 结论
基于各种方法的缺陷与不足，一些学者又提出了改进的算法。如西安理工大学的曾绍智教授等，将一种基于层次分析和数据包络分析（DEA）的二次相对评价方法应用于“高校内部科研院所科研绩效”中，整个评价过程分两个阶段进行。另外，还有数学方法以及各种多元统计方法和计算机的应用，如主成分分析法、非线性综合评价模型的综合研究、因子分析法、集对分析以及判别分析和韦林分布、多知识库的计算机专家评价系统等等，在高校科研评价中都有所涉及。
参考文献：
[1]刘春霞、高校教师教学质量的综合评价[J]、广西大学学报（哲学社会科学版），2001，6：2481、
[2]刘坚，苏军、因子分析在综合素质评价中的应用[J]、华东交通大学学报，2004，21（5）：145-149、
[3]翟亚军，王文利、河北省普通高等学校学科建设现状分析[J]、河北大学学报，2006，3：85-921、
[4]肖鹏、层次分析法在科研专项绩效评价中的应用[J]、科学管理研究，2008，4：38-41、
作者简介：柯洪娣（1977-），女，吉林长春人，吉林工商学院信息工程分院，副教授，博士，研究方向：智能仪器、智能控制、算法优化。
