时间：2023-03-13 11:05:07
导语：在电磁波课程论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
摘要：电磁场方向人才培养模式是电子科学与技术学科人才培养的重要的研究方向之一，CDIO教育理念是以学生为中心的工程应用能力培养的一种有效模式。本文将CDIO教育理念应用于电磁场与电磁波课程教学活动中，针对传统教学存在的不足，围绕教学方法、课程实验教学、项目驱动教学等方面进行了初步探讨，提出了一些经验总结。
关键词：电磁场方向；CDIO理念；人才培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0143-02
一、引言
电磁场方向人才培养模式是电子科学与技术学科人才培养的重要的研究方向之一。电磁场与微波技术类课程是电子、通信以及物理电子等专业的专业基础课程或专业方向课程。以《电磁场与电磁波》这门课程为例，该课程实际应用很广，是一门理论性很强的专业基础课，起到承上启下的重要作用。因此如何提高该课程的教学质量和效果，是教学者在改革探索和实践过程中遇到的难题，也是值得进一步深入研究的课题。
CDIO教育理念是以学生为中心的工程应用能力培养的一种有效模式[1]。CDIO教育模式不仅重视培养学生的基础理论、专业技能，在工程领域的情境中展开教学活动，还重视培养学生的创新实践能力、团队合作意识以及沟通交流能力[2，3]。
为结合电子科技大学教学综合改革试点工作，对电磁场方向人才培养模式进行改革，拟开展对基于CDIO教育理念的电磁场方向人才培养模式的初步研究。具体以《电磁场与电磁波》课程为例，针对该课程教学的具体情况，为提高人才培养质量，提升学生的学习积极性和教学质量，运用CDIO教学理念，从教学方法、课程实验教学及项目驱动教学等方面进行了初步探索与实践。
二、CDIO理念与电磁场人才培养的融合
1.教学方法研究。CDIO教育理念重视培养基础理论和专业技能[4]，而良好的教学方法可以起到事半功倍的效果。因此有必要对不同的教学方法进行实践研究。
类比教学法是一种行之有效的方法。《电磁场与电磁波》整个课程体系中都存在对立统一的关系，通过对不同知识点的类比，学生可以体会到课程的精髓。类比包含两个方面的类比，一是课程之间的横向类比，另一个是课程自身知识点的纵向类比。横向类比如《电磁场与电磁波》与《大学物理》相关知识点的类比，虽然有部分知识有交集，但并不是简单的重复，因此，要明确它们之间的联系与区别。教学中借助类比的方法，可以消除学生的疑虑，同时增强相关知识的理解。纵向类比是课程自身知识点的类比，如在时变电磁场中，电和磁是紧密联系的两种现象，具有相似的宏观现象，因此可以运用类比的教学方法，讲解电介质的极化现象与磁介质的磁化现象、电场的位函数与磁场的位函数、并且利用电磁对偶关系，深入理解电磁现象，加深对其物理本质的理解。采用类比的教学策略可以形象、直观地教学，启发学生的创造性思维。
探究式教学的设计与实践也能很好地激发学生的学习积极性。在授课前，教师可以根据教学内容设置一个相关的应用情境，并布置课后需要查阅相关资料，之后尝试用电磁场与电磁波的知识进行解释，激发学生的探究欲望。在进行探究式教学的双向活动中，以学生为主体，教师为主导，师生良好互动，探究问题本质。教师及时引导学生自行讨论和思考，对学生思维中的模糊认识进行探讨，在互动交流中大胆质疑和解疑。教师引导学生进入正确的探究路径，并让学生感受到自我探索的乐趣。
2.课程实验教学。“纸上得来终觉浅”，在传统的理论课堂教学中，学生大多数只是被动接受知识，学习兴趣不浓。为了使学生直观生动地理解各种不同电磁场理论模型，可以将Matlab、HFSS等软件的应用引入到《电磁场与电磁波》课程的实验教学中。通过仿真各种电磁场模型结果，可以将抽象的理论模型及相关特性都生动直观的可视化，增强了学生理论与实践结合的能力，达到了改善教学效果的目的。
例如在学习矢量场时，可以利用Matlab绘制不同三维矢量场的静态和动态分布图；在学习均匀平面波时，可以绘制均匀平面波在无耗和有耗媒质中传播时的电场和磁场分布图；在学习矩形波导时，可以利用HFSS绘制矩形波导的主模和高次模的电磁场分布图；在学习电磁辐射时，可以利用HFSS绘制电流元的电场和磁场分布图以及半波振子的方向图分布。通过实验教学，可以大大提高同学们的空间想象力和对这部分知识的理解。
电磁仿真实验平台可以有效地把理论教学和仿真实验教学结合起来，不仅可以使学生更好地理解课程的基本原理，掌握分析方法，还可以通过直观的三维结构，提高学生的学习效率，提高他们的学习积极性，让被动的接收变成主动的思考与总结，发挥学生的主体地位，为以后的工程实践打下基础。
3.项目驱动教学。CDIO教育模式更加强调在工程领域的情境中展开教学活动，重视培养学生的创新实践能力、团队合作意识以及沟通交流能力[5，6]。
在已实施的教学实践中，首先将课程分解为多个可应用的知识单元，每个知识单元对应一个或几个训练项目，然后根据实践提炼出需要用所学的理论分析和设计的训练项目，每个训练项目对应具体的知识和能力训练目标。在讲授相关内容之前，把对应训练项目给学生，提出要解决的关键问题。待相关内容讲授完毕后，把学生分成若干小组，以小组为单位，完成训练项目。在项目实施过程中，学生需要搜集资料、查找文献，分析讨论，归纳总结，撰写小论文，制作PPT并上台讲解和演示，最后由教评分并计入平时成绩。相关训练项目包括矢量场环境下的特性分析、同轴线单位长度电容和电感的计算、矩形波导的场分布分析、半波振子天线的设计与分析等。
这种方法能有效地激发学生学习热情和学习动力，小组合作学习培养了学生团队精神，口头表达有针对性地培养了学生的沟通交流能力，大多数学生对此有很高的积极性。
通过项目设计将所学课程系统有机地结合起来，可以有效地把《电磁场与电磁波》的理论知识应用到工程实际中来，帮助学生获得一些基本的解决实际工程问题的经验，对工程设计建立一个直观、整体的认知，理解理论和工程实践之间的关系。
三、结束语
CDIO教育理念是以学生为中心的工程应用能力培养的一种有效模式。将CDIO理念融入电磁场方向人才培养，可以加快理论知识的消化理解速度，缩短理论与实践的距离，培养学生从实际问题中抽象出理论问题的能力。本文围绕教学方法、课程实验教学、项目驱动教学等方面进行了初步探讨，为培养学生专业技术应用能力、自主创新能力提供了有益探索。
参考文献：
[1][美]克劳雷，等，著.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，等，译.北京：高等教育出版社，2009.
[2]顾佩华，包能胜，等.CDIO在中国（上）[J].高等工程教育研究，2012，（3）：24-25.
[3]王天宝，程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践[J].高等工程教育研究，2010，（1）：25-31.
[4]查建中，徐文胜，顾学雍，等.从能力大纲到集成化课程体系设计的CDIO模式――北京交通大学创新教育实验区系列报告之一[J].高等工程教育研究，2013，（2）：10-23.
[关键词]材料分析技术 教学方法 实践
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）21-0108-02
一、引言
《材料现代分析技术》课程是材料科学与工程类专业的一门专业特色课，是该专业的主干课程，在整个培养计划的专业课程架构中起着至关重要的作用。众所周知，材料是人类进化史的里程碑、现代文明的重要支柱、发展高新技术的基础和先导。现代材料的发展在很大程度上依赖于对材料性能与其成分及显微组织关系的理解。材料现代分析技术和仪器的发展，加深了对材料结构和性质的认识，促进了对材料本质的了解，使得对材料的组分构成、制备方法和工艺、组织结构与性能，以及它们之间的相互关系的研究愈来愈深入，为材料科学理论体系的形成打下坚实的基础。国内的清华大学、哈尔滨工业大学的材料（金属材料、无机非金属材料及有机高分子材料）及热加工（热处理、铸造、锻压、焊接）专业均开设了《材料现代分析技术》这门课，国外的如麻省理工学院的材料科学与工程专业也开设了《衍射与结构》、《材料的成像（微观分析）》等类似的课程。由此可见，该课程在材料科学与工程类专业中的重要性。由于不同学校的专业倾向性不同，课程整体设置不同，讲授内容和侧重点也不同，因此根据自身的情况开设一门符合本专业特点的《材料现代分析技术》课程是非常有必要的。
二、我校开设该课程的基本情况
我校自2008年成立材料科学与工程专业以来，所在的材料科学系就根据国家本科生培养计划，结合学校优势专业和重点发展方向设置了《材料现代分析技术》这门专业特色课。我们选用获全国普通高等学校优秀教材一等奖，哈尔滨工业大学周玉院士主编的“十五”国家规划教材《材料分析测试技术》为主讲教材。课程主要讲授的内容包括X射线衍射、电子衍射原理、电子光学基础、衍衬运动学基础等基本理论和X射线衍射仪、电子显微镜等现代仪器的基本原理和结构，重点讲授材料结构、晶体缺陷以及微区成分、微区形貌的基本方法，使学生掌握现代材料的分析测试方法和手段，提高研究和解决材料理论和工程实际问题的能力。
三、《材料现代分析技术》课程教学研究与实践
该课程涉及大量材料科学和物理等领域的基础知识，也涉及理论知识的工程实践应用，还包含较多抽象的概念和晦涩难懂的公式推导，学生普遍反映该课程较难学。如何提高学生的学习原动力和兴趣，让学生能够由被动变为主动学习；如何提升学生的创新思维能力，让学生能够把理论知识和工程实践应用有机联系起来，是摆在授课老师面前的两道难题。因此，通过不断改进教学方法、教学手段来提升教学效果是非常有必要的。笔者自该专业成立以来就一直担任该课程的主讲老师，积累了一定的教学实践经验。
（一）加强背景资料的收集和介绍，提升学生的学习情趣
该课程涉及的主要内容多是抽象的知识，如果直接进入主题，没有预先做一些铺垫，学生往往会感到困惑，直接影响其继续听课的兴趣和对知识的深入理解。针对这个问题，可以通过预先介绍相关的背景资料来解决。例如在讲授X射线性质的章节时，我首先介绍X射线发现者伦琴的生平，然后讲述伦琴通过偶然现象发现X射线的过程，并给学生观看伦琴夫人在X射线作用下与底片上留下的完整手骨影子，并提及我国的李鸿章在X射线被发现后仅7个月就体验了此种新技术，成为拍X光片检查枪伤的第一个中国人。通过这些背景的介绍，极大地调动了学生的积极性，学生迫切需要知道X射线的本质是什么，X射线和其他电磁波的本质区别是什么，X射线的具体用途有哪些。这样再讲授以上内容就变得顺理成章。在讲授X射线在晶体中的衍射章节时，我先介绍X射线衍射用于晶体结构分析的背景，也就是19世纪末20世纪初国际上困扰人们的两个难题。第一个难题就是1895年伦琴发现X射线后，认为是一种电磁波，但无法证明。要证明X射线是一种电磁波，只需证明它可以通过光栅产生衍射，衍射产生的子波干涉后可以在记录板上留下衍射花样。然后提出X射线无法得到衍射花样的两个原因：1.X射线根本不是一种电磁波；2.X射线是一种电磁波，但由于波长极短，通过人工的方法无法制造出可以满足衍射条件的具有足够小狭缝的光栅。第二个难题就是同一时期晶体学家根据晶体的一些特性推测其由周期排列的原子、分子或离子组成，但无法证明。这两个看似风马牛不相及的难题被德国物理学家劳埃巧妙联系在一起，他以单晶体作为天然光栅、原子之间的间距作为狭缝。狭缝尺寸如此小的光栅是人工无法制造出来的。他让X射线照射到单晶体，然后观察是否会产生衍射现象。结果他得到了世界上第一幅晶体的衍射花样，震惊世界。劳埃不仅证实了X射线是一种电磁波，还同时证明了晶体的周期性。然后我又介绍了迄今为止和X射线及晶体衍射研究相关的诺贝尔获得者以及他们的获奖成果，从1901年X射线的发现者伦琴，1914年X射线衍射现象的发现者劳埃，1915年布拉格方程的推导者布拉格父子，到1962年脱氧核糖核酸DNA双螺旋结构的发现者威尔金斯、沃森和克里克，再到1994年在中子衍射领域作出突出贡献的布罗克豪斯和沙尔。通过以上背景的介绍，明显提升了学生的兴趣，学生很渴望了解X射线在晶体中产生衍射需要满足什么条件，不同晶体是否会得到不同的衍射花样，衍射花样是否能够反映晶体结构等等。接下来再讲授这些内容，学生就很容易带着问题来听课，课堂纪律明显提高，学生积极性也得到了提高。
由此可知，主讲内容相关背景资料的介绍是否充分、是否到位会直接影响教学效果。
（二）强化和内容相关案例的收集和介绍，增强学生对知识的归属感
该教材正文中介绍了大量的基础知识，包括概念、现象的理论解释和原理、公式的推导等等，但针对某一概念或某一原理的案例很少，很容易让学生对所学知识没有归属感，即不明白学这些内容的用途是什么，使用的前提是什么，应用的条件是什么，结果形式是什么，如何具体问题具体分析。这些疑问，可以通过讲解一些和内容密切相关的案例或者自己的研究成果来解决。在X射线物相分析章节，主要内容就是介绍单相分析的程序和注意的事项，相对简单，很容易让学生误以为物相分析就是一件很简单的比对工作。事实并非如此，实际中物相的鉴别是非常复杂的一件事。我以我的科研成果为例，介绍激光熔覆层的物相分析过程。1.试样制备：熔覆层表面通常为火山口或山峰状，要通过电火花切割法对其表面平整化；2.衍射花样的标定：由于熔覆材料组分通常较为复杂，含有多种元素，在熔覆过程中会产生较为复杂的多种物相，且激光熔覆快速加热、快速冷却的特点也易产生亚稳定过饱和固溶体或中间相，晶格也会发生畸变。这使得其物相分析较为棘手。通常要分为以下几个步骤：1.根据熔覆材料组分，结合相图及热力学计算来预测可能生成的物相种类，以及生成倾向性的排序；2.通过Jade软件来进一步鉴别，初步标定主要物相组成；3.通过电子探针进行不同形态物相的成分分析，最终确定熔覆层的主要物相组成。在扫描电镜和能谱分析章节，主要内容就是介绍其在微观组织的应用，原理相对简单，但在实际中较复杂。我也以我的科研成果为例介绍不同材料显微组织分析过程。1.针对不同的材料，如何来选择合适的腐蚀剂？腐蚀到什么程度较为适宜？2.如样品导电性不好，需要通过喷金来提高像的衬度；3.在观察时，如何选择是用二次电子扫描还是背散射电子扫描？如何根据形貌衬度和原子序数衬度对增强相形态、大小、分布以及原子序数的相对高低进行合理分析？在进行微区成分分析时，如何合理选择点分析、线扫描和面扫描这三种操作模式？如何对得到的成分信息进行合理分析？
通过大量案例和自身科研成果的介绍，学生加深了对基础知识的理解，并提高了他们将知识和实践相结合的能力，教学效果非常明显。
四、体会和总结
《材料现代分析技术》理论性很强，通过上述介绍的两种方法可以有效提升教学效果，激发学生进一步学习的兴趣，变被动为主动，也增强了学生申报和参加大学生创新项目的积极性，有效提高了学生的创新思维能力和将理论用于解决工程问题的能力。在大学最后一个学期的毕业设计环节，这门课所学的知识得到了充分发挥，毕业设计的效率得到了提高，论文质量也有了较大的改善。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 钟世云.麻省理工学院材料科学与工程专业本科培养计划的分析[J].中国大学教学，2013（3）.
[2] 杨新亚.《材料研究与测试方法》的教学改革实践[J].理工高教研究，2006（2）.
1探寻相对论诞生的逻辑脉络，体验物理学发展的科学方法
相对论教学中不少教师习惯于直接给出狭义相对论的两个基本假设，忽视爱因斯坦提出相对论的历史背景，学生的认知仅仅停留在识记层次，对狭义相对论的两个基本假设缺乏深入理解，科学素养得不到有效提升.基于上述教学现状创新教学设计，客观考虑高中学生认知能力，按照下面的教学逻辑关系展开课堂教学，取得了比较理想的教学效果.
1.1三个必须明确的基本物理问题
狭义相对论的诞生源自于对相对性原理、牛顿绝对时空观及其速度变换法则和麦克斯韦电磁理论这三个基本物理问题的审视和思考，教学过程中首先必须使学生明确对这三个基本物理问题的认识.可以将上述三个基本物理问题以文本材料方式呈现给学生，要求学生依据文本材料进行自主研习，为接下来相对论学习进行必要的知识准备.
材料1相对性原理
伽利略在《关于两个世界的对话》中提到一个事实，在一艘封闭且匀速行驶的大船里观察自由释放的小球，小球的运动规律和在地面上得到的运动规律是相同的（均为自由落体运动），也就是说船上得到的物理规律和地面得到的物理规律是相同的.依据这个事实相对性原理指出，物理规律在任何惯性系中都是相同的，要求所有惯性系是平权的，或者说同一个物理规律在所有惯性系中具有相同的数学表达式.可以看出相对性原理是一个优先级很高的原理，只有满足相对性原理才能称之为物理规律.同时相对性原理也符合物理学的基本哲学观和世界观，自然世界是简单优美而和谐的，难以想象如果物理规律对于不同惯性系具有不同表达形式，物质世界将会变成一副怎样混乱复杂的图景.
材料2牛顿绝对时空观及其速度变换法则
如图1所示，一辆平板车AB以速度v相对地面匀速行驶，平板车A端一物块相对平板车以速度u向B端匀速运动，尝试推导物块相对地面的速度v′.
以平板车为参考系，物块t1时刻从A端出发，t2时刻到达B端，在平板车惯性系中车长AB为l，根据运动学规律有
l=u（t2-t1）（1）
以地面为参考系，物块t1′时刻从A端出发，t2′时刻到达B端，在地面惯性系中车长AB为l′，则物块从A端到达B端的时间为t2′-t1′，这段时间内平板车相对地面的位移为v（t2′-t1′），物块相对地面的位移为v′（t2′-t1′），根据位移关系有
v′（t2′-t1′）=v（t2′-t1′）+l′（2）
牛顿绝对时空观指出：时间就其本质而言，是永远均匀地流逝着，与任何外界事物无关；空间就其本质而言，永远不动、永远不变，与任何外界事物无关.基于牛顿绝对时空观可以看出，对于平板车和地面两个不同惯性系来说，运动时间和平板车长度是绝对相同的，应该有t=t1′、t2=t2′、l=l′，这个结论从经验角度看来也是毋庸置疑的.由此可以将（2）式写成
v′（t2-t1）=v（t2-t1）+l，
对比（1）式可知v′（t2-t1）=v（t2-t1）+u（t2-t1），
即v′=v+u（简称伽利略速度变换法则）.
材料3麦克斯韦电磁理论
1873年麦克斯韦在前人工作的基础上提出著名的麦克斯韦方程组，系统解释了电磁场的演化过程，成功预言了电磁波的存在.根据麦氏理论可以证明电磁波在真空中的传播速率等于真空中的光速，从而揭示了光的电磁本质.赫兹于1886年首次在实验中捕捉到了电磁波，并通过一系列实验观测了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，同时还通过测量证明电磁波在真空中具有与光相同的速度 .由此赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，将天才的预言变成世人公认的真理.麦克斯韦电磁理论表明电磁波在真空中的传播速度等于光速c，并没有涉及相对哪个参考系的问题，也就是说“电磁波的速度等于 ”本身就是电磁规律的一部分，而不是电磁规律应用于某个具体参考系的结果.
1.2三个基本物理问题引发的困惑
麦克斯韦电磁理论的出现引发了一个不可调和的矛盾，审视上述三个基本物理问题不难发现存在如下逻辑关系.相对性原理+牛顿绝对时空观伽利略速度变换法则①，①式认为物理规律在不同惯性系中具有相同的数学表达式，结合牛顿绝对时空观必然导出伽利略速度变换法则；麦克斯韦电磁理论+相对性原理光速对任何惯性系均为c②，②式认为麦克斯韦电磁理论推导出光速对于任何惯性系均为c，可以理解为麦克斯韦电磁理论对于任何惯性系都具有相同的数学表达式，那么这将符合相对性原理关于是否能成为物理规律的判定，麦克斯韦电磁理论作为物理规律的地位得到进一步确立.假如①和②两种逻辑关系都成立，就会得出矛盾的结果，②式表明光速对任何惯性系均为c，而①式却表明若光在惯性系K中速度是c，惯性系K′相对惯性系K以速度v运动，那么光相对于惯性系K′的速度应该是c-v.
相对性原理、牛顿绝对时空观及其速度变换法则、麦克斯韦电磁理论都是凝聚着物理学家智慧的科学结晶，放弃哪一个都是非常困难的，看来物理学陷入了无法自洽的困境.但是问题不能止步于此，物理学必须在三者之间作出选择，审视三者之间的逻辑关系，物理学似乎存在如下两种选择的可能.
选择A麦克斯韦电磁理论仅相对于某个特殊惯性系（以太系）成立，真空中的光相对于该系的速率为c，相对其他惯性系光速并不是c而遵循伽利略速度变换法则.同时为了肯定麦克斯韦电磁理论作为物理规律的地位，提出相对性原理仅适用于力学规律而不适用于电磁学规律，也就是说“真空中光速为c”虽然仅对以太系成立，但是不影响其成为物理规律.
选择B麦克斯韦电磁理论仅相对于某个特殊惯性系（以太系）成立，真空中的光相对于该系的速率为c，相对其他惯性系光速并不是c而遵循伽利略速度变换法则.同时坚持相对性原理适用于所有物理规律，既然麦克斯韦电磁理论仅相对于以太系成立，那么麦克斯韦电磁理论不能称之为物理规律，应该另外存在一个高于麦氏理论的电磁规律，它在所有惯性系中均具有相同的数学表述.
从上面的分析不难看出，A、B两种选择都承认牛顿绝对时空观及其速度变换法则，A选择坚持麦克斯韦电磁理论作为物理规律而放弃（修正）相对性原理，B选择坚持相对性原理而放弃麦克斯韦电磁理论作为物理规律的地位.因此在牛顿绝对时空观视阈下，相对性原理和麦克斯韦电磁理论是水火不容的，坚持一个必须放弃另一个，使物理学家们陷入了两难的境地.
1.3决定物理学走向的历史选择
相对性原理和麦克斯韦电磁理论到底该放弃哪个，历史上物理学家们做过了大量的尝试，但是都陷入了无法自圆其说或者与实验事实不符的困境.其中最著名的莫过于迈克尔逊――莫雷实验，实验旨在测量地球相对于以太系的速度，却意外得到“零结果”，同时发现不论光源与观察者存在怎样的相对运动，观察者得到的光速都是一样的.看来需要重新审视前面三个基本物理问题间的逻辑关系了，相对性原理和麦克斯韦电磁理论之所以水火不容，是因为都坚持牛顿绝对时空观及其速度变换法则，这种坚持看上去理所当然，实际上在三个基本物理问题中恰恰是牛顿绝对时空观来源于直觉认识，缺乏理论和实验的佐证，或许选择从一开始就走进了错误的方向.
爱因斯坦敏锐地看到，如果放弃牛顿绝对时空观及其速度变换法则，相对性原理和麦克斯韦电磁理论其实并不是势不两立的.1905年爱因斯坦发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，首次提出狭义相对论的两个基本假设：①对于所有的惯性系，任何物理规律都是相同的，具有相同的数学表达形式；②真空中的光速与光源和观察者之间的相对运动无关，在任何惯性系中均为c.从狭义相对论的两个基本假设可以看出，爱因斯坦的选择非常明确，在三个基本物理问题中选择相对性原理和麦克斯韦电磁理论，放弃牛顿绝对时空观及其速度变换法则，这将成为物理学走出无法自洽困境的必然选择，物理学自此来到了一片前所未有的广阔天地.
2合理设计问题情景，巧妙构建时空观念
物理学在三个基本物理问题中作出了必然选择，基于相对性原理和麦克斯韦电磁理论提出的狭义相对论两个基本假设，在放弃牛顿绝对时空观的同时将推导出对时空观念的全新认识.教学过程中应注重合理设计问题情景，有效降低教学起点，适当增加教学梯度，以有利于学生科学构建相对论时空观.依据物理新课程标准的教学建议，主要从同时的相对性、长度的相对性、时间间隔的相对性三个方面展开课堂教学.
2.1同时的相对性
问题情景：如图2所示一列火车沿平直轨道以速度v高速行驶，车厢中央有一光源发出闪光，将闪光传播到车厢前壁和后壁看作两个事件.分别以地面和车厢作为惯性系，这两个事件是否同时发生.
以车厢为惯性参考系，光向前壁和后壁传播速度均为c，显然应该同时到达前壁和后壁，两个事件同时发生；以地面为惯性参考系，光的传播速度仍然为c，考虑到车厢以速度v向右前进，在传播过程中车厢将向前运动一段距离，那么向前传播的光路程要大于向后传播的光，所以先到达后壁，两个事件不同时发生.
2.2时间间隔的相对性
问题情景：如图3所示一列火车沿平直轨道以速度v高速行驶，车厢地板上有一光源向上发出闪光（事件1），闪光到达车厢顶端h高处的反射镜被反射回来（事件2）.
以车厢为惯性参考系，事件1和事件2发生在同一位置，传播的距离为2h，那么车厢里面的观察者测得事件1和事件2的时间间隔即为光传播所需时间，记为Δτ=2hc①（也称固有时间）.
以地面为惯性参考系，由于车厢与地面竖直方向上无相对运动，车厢高度h保持不变.假设闪光发射（事件1）到接收到反射光线（事件2）的时间间隔为Δt.如图4所示考虑到列车在水平方向向右运动，相对地面事件1发生于A位置，那么事件2将发生在B位置，AB之间的距离等于vΔt.实际上地面的观察者看来闪光沿锯齿形路径传播，其传播距离为2（vΔt2）2+h2，所以有cΔt=2（vΔt2）2+h2，化简可得Δt=2hc1-（vc）2②.比较①式和②式可知Δt=Δτ1-（vc）2，表明同一过程在相对运动情形下测得的时间间隔Δt大于相对静止情形下测得的时间间隔（固有时间）Δτ，即运动时间间隔变长、时间进程变慢，也称为时间膨胀效应.
2.3长度的相对性
问题情景：如图5所示一列火车沿平直轨道以速度v高速行驶，在列车地板上放置一把尺子AB.为了测量尺子的长度，在尺子A端放置光脉冲发射器和接收器，B端放置一平面镜，.闪光从A端发出（事件1），经B端平面镜反射回来，被A端接收器接收到（事件2）.
以车厢为惯性参考系，事件1和事件2发生的时间间隔Δτ为前述相对静止情形下测得的固有时间，而且事件1和事件2都发生在同一位置A，假设相对静止情形下尺子的长度为l0（也称固有长度），则有Δτ=2l0c.
以地面为惯性参考系，事件1和事件2发生的时间间隔为Δt，相对运动情形下测得尺子的长度为l.地面上的观察者看来列车向右运动，事件1和事件2并非发生在同一位置.如图6所示将上述过程分成两个部分，闪光从A端发出到达B端时间为Δt1，Δt1时间内列车前进的距离为vΔt1，显然有cΔt1=l+vΔt1，即Δt1=lc-v；闪光从B端返回A端时间为Δt2，Δt2时间内列车前进的距离为vΔt2，同理可得Δt2=lc+v.那么事件1和事件2发生的时间间隔Δt=Δt1+Δt2可以写成
Δt=lc-v+lc+v=2lc（1-v2c2），
结合Δτ=2l0c以及时间膨胀效应Δt=Δτ1-（vc）2，可以得到l=l01-（vc）2.表明相对运动情形下测得的物体长度小于相对静止情形下测得的物体长度（固有长度），即运动长度变短，也称为长度收缩效应.
通过上面三个问题情景的讨论，学生可以比较形象地认识到相对论时空观与牛顿绝对时空观的差别，深刻体会到是相对论的两个基本假设引领物理学走出无法自洽的困境，同时将人类时空观念拓展到崭新的境界.特别需要说明的是，教学过程中可以引导学生从时间膨胀效应、长度收缩效应的结论，认识到牛顿绝对时空观是相对论时空观在宏观低速条件下的近似，因此在经典物理学当中牛顿绝对时空观仍然是适用的，而相对论时空观主要研究物体高速运动情形下的图景.
3相对论教学结语
论文摘要:物理教育不仅仅是知识的传授、能力的培养，更是一种课程文化的亲润和陶冶，其中蕴涵着丰富的人文精神。作为一种认识真理的探究活动，物理学不断丰富、深化或改变着人们的思想观念、文化传统，导致人们在认识论、方法论及自然观等方面发生重大变化。严谨的科学态度、克服困难的意志品质，这为物理教育中人文价值的体现提供了广阔的平台。
教育要适应经济社会的发展和需要，要培养学生的科学人文素质，把爱国主义中华传统美德教育、科学精神教育等有机的统一与教育教学之中，已成为现代教育改革的一种趋势。物理教育不仅仅是知识的传授、能力的培养，更是一种课程文伟的亲润和陶冶，其中蕴涵着丰富的人文精神。
物理教育，从内容上看作为一门研究物质结构和物质运动基本形式和运动规律的基础科学，给人们带来视野广阔而又深邃的世界观和宇宙观。如伽利略的理论，改变了地球中心说;建立在广义相对论基础上的大爆炸宇宙学描绘了整个宇宙演化的图景，正在不断改变和深化人类关于整个世界的看法。又如牛顿建立的经典力学体系在天文学上的极大成功让确定论的认识模式长期渗透在人的思维中，而大量分子运动的统计分布、量子力学中的海森堡准不准关系、天体力学中三体问题的不确定现象等使随机论的思维模式得到承认。再如按经典的还原论，要认识物质必须首先认识物质的分子结构，而认识分子结构就要揭开原子的奥秘，即任何复杂的、整体的事物可以把它还原为简单的、部分的子系统来研究，然后把各部分的性质、规律加起来，就能得到整体的性质、规律，但还原论忽略了子系统间的相互作用，而部分间祸合性质对整体的贡献有时却是必须正视的，如强相互作用的结合能与强子自身的能量是可比的，这样我们就应以系统论的观点来研究问题。可见，作为一种认识真理的探究活动，物理学不断丰富、深化或改变着人们的思想观念、文化传统，导致人们在认识论、方法论及自然观等方面发生重大变化。
做为一名教师在自己的教学活动中要完成上述的教育内容，教师与学生两者之间就要有认识上、感情上和行动上的交流与探讨，通过认真塌实的探究、实事求是地获得结论等活动，让学生体会形成科学的过程，把握科学、自然、社会和人类的关系，养成尊重他人和成果的正确态度，以及不断追求的进取精神。严谨的科学态度、克服困难的意志品质，这为物理教育中人文价值的体现提供了广阔的平台。
物理教师如何通过有效的课堂让学生体会物理教育中的人文精神呢?
一、教学中加强科学价值取向的指导
要使科学真正造福人类，必须从人文价值的视野中来逐步看待和理解科学。因此，物理教师在教育中要加强科学价值观方面的教育，使学生掌握真理，具有理性，能够从科学的层面扩展到社会的层面，关心他人，关心社会，用联系、发展的观点看待问题，使科学在人文的关照下，真正朝着对人类有利的方向发展，避免出现有悖于科学教育目的的负效应。如学习原子能，既要让学生了解核技术可以用作医疗、能源，同时也必须向学生介绍核污染、核放射可以杀伤人类甚至摧毁地球;介绍水力发电，可适当介绍修建大坝对环境的影响。另外，要鼓励学生将物理学习与生活实际以及社会问题(如能源、环境)相对接，在课堂与大世界连接的氛围中吸吮人文思想的乳汁，学会与他人和谐共处，增强社会责任感，确立正确的科学价值观。如:学习了能源的知识后，让学生扮演未来的工程师，根据当地的地形特征、能源分布及社会发展要求情况，对火力发电、水力发电、核电站的建设进行大胆的设想;学习了声学知识后，组织学生到工厂车间现场体验，调查噪声的危害，并尝试提出减少噪声的有效措施;学过电磁场和电磁波的相关内容之后，让学生研究身边的电磁污染，了解电磁污染的产生原因、电磁污染对人体的危害、公众对电磁污染的了解程度以及怎样防治电磁污染等。这样，学生获得基础知识与基本技能的过程同时也就成为形成正确价值观的过程。
二、培养学生的科学精神
客观求实、理性求真，批判创新等科学精神的培养应贯穿于物理教学的过程中。科学精神是人文精神不可分割的重要组成部分‘科学核神与科学活动内在地直接相关，物理学史上许多实验发规都经过曲折，只有靠科学家实事求是的科学态度和坚韧不拔的精神，才最终取得了成功。科学家薄重事实，坚持不懈，勇于探索，他们在致力于科研活动的同时，处处重视人的价值，孜孜不倦地追求社会的和谐发展，是科学精神和人文精神结合的楷模。牛顿的名言“如果我看得更通那是因为站在巨人的肩上”，既表现出对他人劳动虎果的薄重，也体现了实事求是的态度。爱因斯但在第二次世界大战期间，从人类的企义感出发，劝说美国总统罗斯福抢在纳粹德国以前研制原子弹;当研制成功以后，他又从人类的良知和社会责任感出发，和原子弹之父奥本海默一起，联合反对使用原子弹。教师在教学中，将这些科学史内容与物理知识相融合，其中蕴涵的科学家充满人文主义的态度和精神将激起学生心灵的震动。 三、离辩证唯物主义教育于物理教学中
物理课程面对的主要是物质世界，探讨物质世界运动变化的规律，其中包含了丰富的辩证唯物主义的观点和方法，如电荷间、磁体间相互作用，表面上与中介物无关，被称为超距作用，法拉第提出电荷、磁体周围存在着电场、磁场，赫兹实验证实电磁波愉存在，场是物质便毫无疑问了;“作用与反作用气“分子引力与斥力”、“波粒二象性”、“辐射与吸收”等都是辫证唯物主义中“对立统一”的物理事实;“物质的三态，.，;“全反射中的临界角”、光电效应中的极限频率，体现了奉物在柑互作用与转化中的“量变引起质变”……这些丰富的素材对培养学生科学世界观的作用不容置疑
四、教学中弘扬道德价值
道德是人的全面发展所追求的最高鸽的。21世纪所需的高素质人才，需要柑应一的道德修养，“公”、“诚”、“勤”、“勇”、‘谦”、“和”等美德在物理教育中都有极为丰富的内涵。物理是一门以实验为基础的学科，实验是培养学生严谨求卖的科学态度的良好载体;《墨经》中杠杆平衡与小孔成像的观察研究、原予弹氮弹的爆炸、人造卫星的上天能激起学生的民族自东感，而科技落后必遭污辱的道理又能激起学生的历史责任意识;“两弹一星”功勋.奖章获得者王淦昌、邓稼先等隐姓埋名、顽强拼搏，玻尔在薄重老师与科学之间的抉择，居里夫人发现镭后将成果的无偿奉献，这些科学家的人格力量让人肃然起敬·。一物理教学中，爱国主义与社会责任感的教育、道德价值的弘扬可有机地融人教学内容进行。
五、发挥美育功能.发展学生个性
物理课程资源包括校内的教科书、教师和学生的教学用书、科技图书、录像带、视听光盘、计算机教学软件、图书馆、实验室、专用教室、实践基地，以及校外的社会化物理资源即报刊、互联网、博物馆、展览馆、科技馆、公共图书馆、电视节目、工厂、社区、农村、家庭、高等院校和科研院所等.社会化物理课程资源是校内的物理课程资源的重要补充，也是人们经常忽视的一类课程资源.当前学校物理教育对社会化的物理课程资源关注不够，造成大量的社会化的课程资源的浪费.
然而物理是一门“从生活走向物理，从物理走向社会”与生活实际联系很密切的课程.家庭、学校、社区都有大量学生感兴趣的物理问题，物理课程资源的开发若能紧密结合学生身边的生活实际，引导学生关心身边的物理现象，从物理学的角度来看待自然界中丰富多彩的现象，使学生真切地感到物理在生活及社会的各个领域里的广泛应用.教师上课时若能巧妙地将与学生生活联系密切的素材用于教学，引导学生关注周围的生活.这既能增加学生对物理课的亲切感，又能提高学生学习的兴趣.因此物理教师应有强烈的开发和有效利用物理社会化课程资源的意识，进一步提高物理教育质量和学生的科学素养.本文就如何将物理社会化课程资源在课堂教学中的运用略作一些粗浅的探讨.
1 “就地取材”善用社会化课程资源，优化物理教学内容
“就地取材”可使物理的教学内容贴近学生生活实际.重视与实际生活、生产科技和社会的联系是物理学的一个重要的特点.因此，在教学中选取的教学事例时应尽可能广泛地结合学生的生活实际，体现STS的思想，把家庭、旅途、游乐场、运动场等场所中的学生熟知的物理现象、现代科技、人文科学融合在物理概念、规律的学习和实验的设计中.这既能激发学生的学习热情，强化学生的实践意识，提高学生的分析问题和解决问题的能力，又能拓宽学生的视野，帮助学生形成科学的价值观，增强社会责任感.[HJ1.35mm]
但在选择事例时，并不是所有事例都会有预期的效果，在事例的挖掘、收集、和选择上不仅要选择与教学内容有关的实践性事例，还应注意选国外的，不如选国内的；选外地的，不如选本地的；选历史的，不如选现在的.如
在上力的合成与分解分析时可以用日常生活中实例.如：课前直接演示如图1在钉完衣服的扣子后要在扣子与衣服之间绕几圈线，将线集成一束，这样做比较牢固，为什么？上课时可用几根细线绑着学生用的大字典演示分力、合力及两者关系.
上日光灯的原理时可以直接利用教室里的日光灯进行讲解，而不用示教板.学生既好奇又亲切更有兴趣.
用玩具汽车在教室里演示离心现象分析生活和生产中的雨天或雪天时，有一些车速较快的自行车或摩托车为什么在转弯的地方会莫名其妙地摔到？
上完动能定理后可拿把如图2的伞让学生解释：图2是一种雨伞的骨架示意图，A、B为两个滑动轴套，它们之间有一个弹簧P.细钢杆AC与CD在C点连接在一起，A、B、C三处可看到铰链连接，这种伞一旦关闭，一按开关便能自动张开，为什么？
2 “亲身体验”社会化课程资源，优化物理教学方式
“亲身体验”社会化的课程资源使物理的教学方式更贴近学生社会生活，更切实际.学生通过物理知识的学习，了解物理学的研究方法和思想，认识物理学对技术、经济、社会的影响.因此物理教学不应局限于课堂教学和书本知识的教学，而应通过多种形式与课内外、校内外的活动紧密结合，让学生更广泛接触生活和社会.若能巧妙地利用社会化的课程资源，它将促进学生逐步形成自主参与、开放、灵活的学习方式.笔者通过五方面让学生“亲身体验”社会化课程资源在物理教学中的妙用.
2.1 感受：使学生在实践中得到感性的体验.
挂图、幻灯片、投影片、录像带、视听光盘、多媒体软件等都是常用的社会化课程资源，这些资源有利于创设形象生动的物理情景，丰富物理教学的内容，激发学生的学习兴趣，促进学生对知识的理解和掌握.
用一些学生耳闻目睹的娱乐游戏、运动、生活等的图片引入到概念、规律的讲解中.如：上“能量”时用荡秋千、玩弹弓、踢足球、点生日蜡烛等许多图片引入能量的概念，使学生觉得亲切生动、在轻松的气氛中领会其中的物理概念和规律.
运用多媒体与互联网实现资源共享.如：上“天体运动”，先让学生观看有关人造地球卫星、航天飞机、空间站的录像片，再结合电视中有关火箭发射、航天等有关的新闻资料和“王亚平”的太空授课实录，播放与教材知识相关的有关片段，然后播放卫星发射和回地球的全程模拟动画.这既降低知识点的难度，又使学生更直接的、感性的理解卫星的发射、运行完全失重等较难掌握的知识点.
通过各种活动让学生体验物理现象.如：上“失重和超重”时可以让学生乘坐电梯、站在体重计上做下蹲和起立的动作、到游乐场乘坐过山车等了解和体验失重和超重.
2.2 解释：学生通过查找资料并对其进行解释，能增进学生对物理学与生活联系的理解.
通过查找资料了解并讨论新科技和物理学对人类进步的意义.如：航天技术对科学发展和人类进步上的重大意义及我国在航天技术上的成就.太阳能发电、低碳生活的意义等.
通过查找资料和研究物理学在日常生活中的应用.如：收集和研究盥洗室、厨房、游乐场等场所中的物理知识；日常用品中的如：热水瓶与热学、自行车等的物理知识并撰写小论文.
用所学的物理知识解释你身边的物理现象.当教室里的吊扇（或空调）打开时可以让学生仔细观察并体会吊扇（或空调）工作时的情况.说出并解释吊扇（或空调）在工作时遵循哪些物理规律？
2.3 调查：使学生真切地看到物理学在生活、生产、社会发展中的作用.
调查日常生活和生产中利用静摩擦的事例.如：如图3，尼龙搭口整体不容易拉开，若从边缘逐渐分离就能拉开为什么？车站、飞机场中运送行李的传送带如何利用摩擦力输送物品.
调查传感器在家用电器中的应用.
上传感器时可让学生收集家用电器如电视机、电冰箱、空调等说明书或上网查阅传感器在这些用电器中的运用.小区楼道中节能开关的传感器的应用.
2.4 设计：增强学生把物理学知识创造性地应用于生活、生产和社会实践的意识.提高学生的综合能力.
设计实验：鼓励学生充分利用日常生活中廉价的器具和废弃的材料制作简易的实验仪器，这些仪器既简便、直观，又能解决仪器的短缺弥补实验经费的不足，丰富实验教学资源；又有利于学生动手，发展学生的实验技能，培养学生的创新意识；增强学生节约和环保意识.如可用废弃的拉杆天线、可乐瓶、易拉罐、饮料瓶、吸管、电视机、玩具等生活中常见的物品来做物理实验.如：（1）废品再利用如：①废弃的拉杆天线可以做：磁场对电流的作用的实验；压缩气体做功的实验；运动物体受到法向的力作用而作曲线运动；“速度分解模型”的实验.②可乐瓶、易拉罐、矿泉水瓶等可以做很多有趣的实验：自由落体运动和竖直上抛运动中的完全失重现象；反冲运动；水流星；静电除尘；音叉共鸣等.（2）利用玩具如：牛顿“秋千”、碰碰球等可以做碰撞实验.（3）利用家用电器如：电视机可以做许多有趣的实验：电荷之间的作用；电子的扫描和视觉暂留；电子的扫描的周期等.（4）利用新颖材料如：激光笔做奇妙的反射、衍射、干涉等.
设计解决实际问题的方案.如：如图4骑自行车时，如果停止用力蹬踏板，由于地面阻力，自行车在水平路面上前进一段路程后就会停止运动，你能设计出几个测量自行车在一段路程中所受到的平均阻力大小的实验方案？
创造发明的设计.如：利用电磁感应原理和惯性原理制作的小发电机.
2.5 论述：使学生能从理论上认清物理学与社会的互动作用.
论述物理定律对人类的作用.如：通过万有引力发现未知天体的事实，说明科学定律对人类认识世界的作用.
运用哲学的观点正确认清新科技带给人类的利和弊.如：评价电磁波为人类带来的好处和电磁波的污染问题；核能源的利用的利与弊.
3 “多渠道、多手段”运用社会化课程资源，优化物理教学的组织形式
“多渠道、多手段”运用社会化课程资源使物理教学在组织形式多样化，更贴近学生生活，让学生时时处处感到物理的存在.
3.1 运用媒体，拓宽学生的视野
公共媒体如：广播、电视、报纸、科学期刊中的新闻版、体育版、娱乐版的科技信息是直观和重要的社会化课程资源，教师指导学生学会收集并运用公共媒体把它们中的某些与物理有关的事例收纳进来与物理知识融为一体.促使学生主动地通过这些渠道丰富自己对学习内容的理解，开阔视野，成为社会化课[HJ]程资源的建设者.如：中央电视台中的科技频道有许多与物理有关的节目：我爱发明、科技之光等；军事频道中有许多飞机、武器等介绍；新闻频道中有许多国内外科技的新成果、新成就的报道及一些生活中与物理相关的许多事情的报道如交通事故、火灾等.教师应指导学生将相关节目录制下来，后根据不同的知识类型和水平层次在学校、年级或班级进行播放，丰富学生的科技视野.
互联网既是现代生活不可缺少的信息传播媒体，也是一种重要的传递教育信息和认知的工具.互联网上的科学教学网站既可用于支持师生之间和学生之间的沟通.又使课堂教学更具个性、交互性、信息资源的丰富性和时空不限性.教师和学生若能熟练运用互联网这种社会化的资源，将促使物理教学向更优化的方向发展.因此教师应及时地从这些地方收集有关的社会化课程资源信息，丰富物理教学的内容.如：航天发射、核电站、纳米技术、环境保护等；同时教师应向学生介绍与科学教育相关的网站，教会学生从网上获取科学、技术方面的知识和信息，提高学生运用社会化课程资源的能力.
3.2 广泛发动、组织学生积极参与各种运用物理知识和物理原理的活动
学生既是物理教学的主体，又是一种能动的社会化的课程资源，他能对物理社会化课程资源加以理解和体验.无论是课内还是课外，他既是社会化课程资源利用者又是开发者.因此在教学中教师应抓住时机，因势利导，创设物理情景，激发学生的参与意识，使学生有所发展，有所发现，有所创造，充分发挥学生在社会化课程资源开发中的能动作用.这既能培养学生的创新精神和实验探究能力，又能开发和积累更多的新的社会化课程资源.[BP）]
3.2.1 组织学生“实地考察”
科技馆、博物馆等场馆和工厂等集中了许多有用的大、中型科学教育的器材，充分挖掘与高中物理知识相关的社会化课程资源，利用这些科技教育资源，有目的地组织学生参观学习，这种感受和体验是课堂教学所不能替代的.如：上“交流电”前笔者带学生去参观了本地的桐柏电站和城东发电厂，使学生对交流电的产生和远距离输电有一个感性的、直观的认识.
3.2.2 举办物理讲座和学术报告会
不定期开展物理讲座，如《科学家的故事》、《电子技术的发展》、《创新发明》等伟大科学家的故事、物理学发展史，阐述物理的重要作用及物理教育与人文素养的关系等，这既提高了学生科学素养，又培养了学生对社会的责任心与使命感，更有助于他们树立高尚的科学道德.
3.2.3 开展趣味性、实用性、多样性的物理小活动
不定期将一些趣味性、实用性强的物理小活动，如：物理游戏、物理模型制作、物理调查研究、物理板报、物理竞赛、物理辩论等有机的穿插到平时的教学中，激发学习兴趣，使学生在活动中受到熏陶、磨练.
3.2.4 成立物理学习互助小组，开展研究性学习和科技活动
关键词：大学物理；分层次教学；探索
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2013）11-0011-02
大学物理作为高校的一门必修的公共基础课，授课对象是全校所有理工专业的学生，学生学好大学物理，才能为其他课程学习奠定坚实基础。21世纪以来，随着我国高校招生规模不断扩大，高校生源质量明显下降已是不争的事实。同时，传统“一刀切”式的教学方式，容易出现基础好的学生“吃不饱”，基础差的学生跟不上，教学效果差，不及格率偏高等普遍现象。如何通过改进教学方式，培养学生在物理学方面的创新能力和科学素质，是大学物理课程教师必须认真思考的问题。
一、大学物理开展分层次教学的意义
“分层次教学”思想，在某种程度上，与孔子提出的“因材施教”有类似之处。美国心理学家布鲁姆指出，“许多学生在学习中未能取得优异成绩，主要问题不是学生智能能力欠缺，而是由于未得到适当的教学条件和合理的帮助造成的”[1]。所以，根据不同学生能力差异采取不同的教学方式，才会真正地起到好的教学效果。分层次教学是在承认学生身心发展差异的前提下，确立以学生为主体的理念，有区别地制订教学目标，设计教学内容，控制教学进度，变换授课方式和学习方式，创立评估体系，促使每个学生在适合自己的学习环境中得到最优发展的一种教学策略[2]。美国的不少名校，如麻省理工学院、耶鲁大学、斯坦福大学等学校的物理专业也都采取分层次教学，为国内大学物理教学提供很好的范例[3]。目前，分层次教学也被国内广大教育工作者所认同，部分高校已经开始大学物理分层次教学的尝试。
事实证明，分层次教学，不仅可以调动大学物理教师的教学积极性，而且能充分满足各层次学生的学习要求，促进学生各方面能力的提高。
（一）有助于学生克服学学物理的畏难情绪
大学物理是一门系统性强、知识体系严密的课程。相比高中的物理课，大学物理基本原理多、理论性强、运算能力要求高。对大多数学生来讲，大学物理课本身就是非常难的一门课程。而对基础较差的学生来讲，那就体现的更明显。全校按照学大纲、材进行教学，学生容易产生畏难情绪。有些学生几堂课之后就跟不上、听不懂，甚至放弃学习。实行分层次教学，按学生的实际理解能力，针对学生的实际情况把握课堂教学节奏，对不同层次的学生进行不同讲授，可以让学生在理解基础上把握知识，克服畏难情绪。
（二）有助于激发不同层次学生学习物理的热情
大学物理分层教学法的实施，可以避免部分基础较差的学生跟不上进度而在课堂上玩手机、睡觉等行为。同时，也可以避免部分基础较好的学生感觉内容简单，而丧失学习的积极性。如，教学中多穿插一些科学历史人文背景，对基础较差的学生，可以增加他们对物理学的兴趣；教学中多介绍一些物理理论在不同专业领域中的实际应用，比如扫描显微镜、纳米材料、半导体技术、激光的特性及其应用等等，对基础较好的学生，则可以使他们对所学知识有更深的理解和认识。
（三）有助于培养学生的自主学习能力和创新能力
通过对不同能力的学生分层次教学，可以使有兴趣有能力的学生开阔视野，激发他们投身科学研究的热情。如，对有能力的学生，可以让其参与教师的科研项目，做一些基本的工作。同时，教师可以多举办一些讲座，向学生多介绍一些物理研究的前沿动态。教师也可以指导学生参加一些考查学生自主学习能力的比赛，如中国大学生物理学术竞赛、挑战杯等全国性的大学生课外学术实践竞赛，从而引导学生真正做到理论联系实际，提高学生的自主学习能力和创新能力。
二、大学物理分层次教学的实施方案
（一）教学班级的层次划分
1.按照不同类别招生开展分层次教学。中北大学目前招收的本科生分：一本B、二本A、二本B、二本C。在分层次教学设计中，要制定专人负责每一个类别的分层次教学，制定不同的教学大纲，选取不同的教学内容，提出不同的教学目标。
2.按照不同专业来划分层次。中北大学为理工科院校，目前有65个本科专业，其中开设大学物理课程的就有50个专业。在教学中，需要对不同专业进行分层次教学。按中北大学情况大致可分为三大类别：第一，机械工程、机电工程、土木工程类专业；第二，信息通信、电气工程、计算机类专业；第三，化工，材料类专业。
3.班内开展分层次教学。即使同一类别的学生，由于地域差异，同一班级的学生入学时物理成绩差异也比较大。所以，班内教学也需要分层次开展。首先，教师要对所授内容非常熟悉，熟知每章知识点的难易程度，依据学生实际的认知水平，在教学中为不同层次的学生设计与其相适应的课堂思考问题。其次，教师可以在制作多媒体课件时，增加一些扩展性的资料，引导在课堂上“吃不饱”的学生在课后不断充实提高自己。再次，对于一些对物理特别感兴趣的学生，可以鼓励其选修一些研究性公共选修课，如“经典力学”、“量子物理”、“相对论”等，发掘其物理学习潜能，培养从事物理学的精英人才。
（二）教学内容分层次实施方案
1.教材的选用和学时分配。大学物理教师首先要根据不同招生类别选用不同的教材，根据教材的特点和深度分层次分专业配套使用。比如一本B和二本A的学生基础相对较好，可以选用难度相对高、内容比较丰富的教材，同时教学学时可以长一些。中北大学分两个学期开设，每学期64学时。二本B和二本C的学生基础相对差一些，因此要选用比较浅显易懂的教材，学时数相应可以减少一些，还是分为两个学期，每学期减为48学时。
2.教学大纲设计和教学重点区分。由于中北大学专业较多，且专业特点各不相同，因此要根据各专业的特点相应增减和调整部分章节，设计不同教学大纲，合理设置大学物理教学内容，从而有效地开展分层次教学。
教学重点区分。首先，考虑不同专业对物理知识的需求。如机械工程、机电工程、土木工程类专业的教学重点为力学、电磁学、光学等内容；信息通信、电气工程、计算机类专业的教学重点为电磁学、光学、近代物理学等内容；化工、材料类专业教学的重点则为力学、热学、原子物理学等内容。其次，考虑学生自身基础的不同。如，对一本B和二本A的学生，教学重点是让学生把握基本理论基础上，更好地理解和应用基本原理来解决具体问题；对二本B和二本C的学生，则要求他们把握基本原理、基本理论即可。
3.课后作业练习分层次。课后作业除一些基本的练习题要求所有学生完成以外，可以对基础较好的学生布置一些开放性的题目。如在讲到电磁学时可以给学生留一个小论文：题目为《电磁波的应用》，学生要完成论文就需要在课后查阅一些相关资料，这样，不仅可以使学生加深对书上所学知识的理解，同时可以扩大知识面，使他们感受到物理学是非常有用的一门学科。
4.教学考核的层次划分。目前，多数情况下虽然教师使用的是先进的多媒体教学手段，但在教学考核环节，依然是要学生记住课本上的知识，反复做练习题、模拟题，最后“一张考卷定终身”。分层次教学要求对学生采取多种多样的考核办法，才能真正检验分层次教学的效果。
教学考核环节可以采取“课堂讨论+课外实践+考试”的方式进行。首先，课堂讨论，占总分30%。在教学中教师可以提出一系列不同程度的思考题，让学生讨论和回答。同时可以让学生分组对某些问题进行讨论，提出并思考问题。学生是否积极参与课堂讨论，是否有一些新的想法和见解都可以作为课堂讨论考核的依据。其次，课外实践，占总分20%。根据学生在课外实践中所取得的成果来对其大学物理学习情况进行评价。如，是否有独立研究论文；是否参与教师科研；是否参与课外物理相关竞赛等等。最后，期末考试，占总分50%。虽然分层次教学考核方式多种多样，但书面考试还是考核学生的基本方式。需要注意的是，书面考试应针对不同层次的班级，设计不同的考试题目，难易明显区分，突出对不同学生的不同要求。
三、教学中需要注意的问题
（一）了解学生物理学习的现状
如何真正掌握学生实际学习情况是分层次教学中的一个难点。实际办法可以采取：首先，在大一进校整个年级进行物理大规模摸底考试，初步了解学生的物理基础。其次，开设网络教学平台，在教学中随时了解学生的疑难问题，掌握各学生的学习程度。再次，通过问卷调查的方式，了解学生对学习物理课程的兴趣。
（二）做好学生的思想工作
分层次教学容易使部分学生有自满情绪，同时部分学生也难免会出现自卑情绪。在分层次教学的同时，对学生的思想教育工作也是教师需要注意的问题。教师要对学生讲清大学物理分层次的重要性和意义，同时，注意做好学生的心理工作，帮助学生正确认识分层次教学。
（三）把握不同的教学尺度
教师如何发挥主导性，把握不同教学尺度，是做好分层次教学工作的关键。大学物理教师需要在了解自己所教学生实际学习情况的基础上，认真备课，并随时调整教学方式方法，满足学生的学习需求，真正做到“学生开心，教师舒心”。
总之，分层次教学是一种新的教学模式，更是一种新的教育理念。中北大学在大学物理课程教学中运用分层次教学方式，收到了良好的教学效果。但是，如何更好地运用分层次教学模式，提高大学物理的教学质量，还需要广大教育工作者在今后继续不断地探索。
参考文献：
[1]彭振生，徐小华，王桂英.大学物理课程分层次教学的教学大纲研究[J].池州学院学报，2009，（6）.
物理学理论的研究是源于对实验现象的观察、总结和解释，这也成为一种非常通用而有效的科学研究方法。物理教育教学要实现新课程目标就必须要让学生在学习中体会这一科学研究方法，能够用准确简要、逻辑清晰的物理语言来描述物理现象、阐述物理概念、陈述物理规律等。然而，在高考阅卷中发现，很多学生的物理信息处理能力和物理表达能力不高;在教学中也发现不少学生很难读懂科技文章或者对此类文章和新闻毫无兴趣，无法有效提取新闻报纸阅读材料中包含的物理学信息，也不能够将科技文章和平时所学的物理知识联系起来。
物理中的科技写作是指对某一物理现象或物理问题，学生通过阅读文献、观察实验等方式获取信息，对信息进行分析筛选和逻辑推理，对所研究的物理现象或问题进行解释，最后用简明扼要的语言写成报告或小论文[2]。通过这样的方式，不仅可以提高学生的阅读理解以及写作能力，有助于培养学生的科研创新精神;同时对一部分有志于物理学研究的学生来说，还可以从中找到自己的兴趣点，开始撰写一些有创新性和学术性的科技论文。此处从以下三个方面来探讨科技论文写作的重要性。
第一，重视科技写作可以加强学生对教材内容的理解，应该成为教材学习中的一部分。在这里先以美国流行的《物理：原理与问题》教材为例，该教材分为30章，在每一章节的课后测评都设有“科技写作”栏目，至少一道题，多则三道题，从题目的分类情况来看，主要是以下这么几个方面[3]：
1、物理学史：
1)实验发展类：例如研究并描述人类测量太阳和地球之间距离的发展史。
2)物理学家的生平和影响：如研究并阐述伽利略对物理学的贡献
这类型的科技写作需要学生对物理学史的参考资料做调查研究并进行分析总结，在此过程中，学生不仅可以充分了解物理理论建立的过程，从中体会物理学家们积极探索、勇于创新的科研精神，学习科学的思维方式和研究方法，同时也可以在研究中发现物理知识的突破和社会生产力以及经济发展的联系。
2、生活中的物理学：这类型的题目很多，例如要求用物理学原理解释过山车竖直的环形滑道大多数并不具有圆环形状的这种设计思想，还有研究体重计的工作原理、安全气囊的作用等等。
学生通过对这些题目的研究，能够真实体会到物理知识在实际生活中的应用，对物理规律的理解也会更会深刻，增加对物理学习的兴趣。
3、物理学与其他学科：
1)物理学与生物学：研究一个人能够无眩晕地忍受的最大加速度。
2)物理学与艺术：研究某些乐器，如小提琴或者小号的构造。
3)物理学与天文学：研究多普勒效应在天文学上的应用。
4)物理学与医学：研究和解释衍射在医学和天文学中的作用。对每一种领域，至少描述两种应用。
这类型的题目可以让学生进一步意识到物理学科不是一门孤立的学科，而是跟很多学科都有着千丝万缕的联系。从某种意义上说，物理是万物之理并不是一句大话，特别是现在诞生了很多的交叉学科，如物理化学、生物物理学、天体物理等等。学生越能够了解物理和其他学课的关系，就越能体会自然科学和谐统一的美感，同时也能发现物理作为自然科学的基础学科对其他学科的重大影响，从而对物理学科的学习也会更为重视。
4、物理学前沿：例如研究迄今所见的最大质量的粒子的干涉效应，描述实验过程，并说明干涉是怎样产生的。
了解物理学发展前沿，对学生的物理学学习十分重要，通过对前沿的了解，学生不仅可以知道物理学在高新科技上已经取得的成就，还能加深对这些成就中用到的物理学理论的了解。有时候，前沿科学中涉及到的物理学并不复杂，以中学的物理知识完全可以理解。而当学生了解这一点以后不但能建立起学习物理的信心，减少对物理学科的畏难情绪，同时也会对当前物理学的应用产生兴趣，增加学习物理的积极性。
第二，目前的高考试题越来越重视物理理解能力和表达能力。
现在高考题目的改革使得题目都会有一定的生活或科技发展背景。以近年各地高考试题为例，就能发现大量以实际生活为背景或者与科技前沿相联系的题目。
如2015年北京卷的18题，以“蹦极”运动为背景，考查牛顿运动定律、动量定理以及功能关系。20题又以常用的一卡通(IC 卡)为研究对象考察电感和电容以及电磁波的相关知识。
又如2015年全国课标卷II 中的第18题，是以指南针为载体考察磁学基础知识;而在第25体总，以常见的地质灾害滑坡和泥石流为背景，考察摩擦力、压力等受力分析以及物体的运动等知识，可以说综合应用性很强。
尤其是2012年浙江卷的25题，是设计一种提高自行车夜间行驶安全性的“闪烁”装置，在第四问中还要求对设计方案进行优化和评价，这就直接考查了学生的学术表达能力和科技写作能力。
其余各省的考题中这样的题目屡见不鲜，如2015年四川省的物理部分第9题联系到了目前人们关心的严重雾霾天气，并从“铁腕治污”出发讨论地铁的运动，并且计算燃油公交的气体污染物，这就极大增加了物理学习的实际应用价值。可以看出，在平时的教学中如果能够引导学生主动发现日常生活中蕴含的物理应用，就能让学生在高考考场上遇到这样的题目心里有底，从容应对。特别是在回答非选择题时，能够对题目给出的材料细致分析，从而给出清晰的回答和明确的解释。
第三，科技论文写作有利于加强多学科联系，对培养学生的综合性能力有益。
关注物理学科和其他学科之间的联系，并在物理学科中培养学生的人文素养和道德情操是符合新课标的要求的。而且，在物理教学中加强学科联系，不仅可以实现情感和价值观的教学目标，同时也可以促进学生对各门学科的学习效果。
科技论文的写作可以培养学生简洁明朗的写作风格，提高学生的写作水平和论证观点的严密性。而在完成论文写作中，学生不可避免的需要查询资料并分析整理，这样也会积累很多有用的科技素材，这不仅可以训练学生的逻辑思维能力，提高了阅读能力和信息处理能力，同时也可以扩大学生的视野，对在语文课上的议论文写作是很有帮助的。
学生在论述物理学史上的一些物理发现的地位、物理人物的成就时，会联系当时的历史背景和社会形势进行分析，并对科学家所处年代的政治经济情况有所了解，特别是物理学的发展常常会受到哲学宗教以及国家政局的影响，因此训练学生的科技论文写作过程也潜移默化地影响了学生对政治历史的理解。
如果让学生分析猎豹适合奔跑、鱼鹰能够捕鱼的物理原理，不仅能促进学生对物理理论的理解，学生还能对生物的生活习性和体态特征有更深的感受，对生物学的学习也会更感兴趣。
物理和化学之间的联系就更为紧密了，为何收集氢气试管开口朝下、为何收集氯气试管开口朝上，为何我们可以通过火焰的颜色或者液体的色彩来初步判断化学实验的产物，这里面都蕴含了大量的物理道理。
物理和体育就更有关系了，在投铅球时为什么老师强调出手速度要快、角度要成45度左右，为何跑步时手臂要前后摆而不是左右摆，这些都是可以用物理知识来解释的。所以学好了物理，对提高体育成绩也有好处。
教师在物理教学中应该有意识地布置一些与物理知识有关的科技论文写作任务，鼓励学生多关注最近的物理进展、科技发明，引导学生自动发掘生活中的物理学应用，从而真正提高学生对物理学习的兴趣和思考能力。 高中物理新课程标准要求学生能通过物理课程学习终身发展必备的物理基础知识和技能，了解这些知识与技能在生活、生产中的应用，关注科学技术的现状及发展趋势。而科技论文写作可以在教学中实现这一课程目标。
5、总结
通过如上三点论述，可知在物理教学中重视物理科技论文写作，不仅可以提高物理教学效果，增加学生学习物理知识的兴趣和积极性，帮助学生提高物理知识理解能力，还能够提高学生的写作水平，并让学生能够发现学科间的联系和影响，从而促进学生的全面发展。
编辑点评：科技论文写作是改变这种现状、实现这些新课程目标的一个有效途径。这些目标的达成并非易事，需要从物理学本身的学科特点出发，深入研究中学物理教学方法才有望实现。撰写者可参考以上相关内容进行写作。
关键词：实验教学；微波技术；无缝对接
Exploration of teaching microwave technology course experiment based on
college-enterprise jointless matching mode
Li Jiusheng, Qiu Guohua
China jiliang university, Hangzhou, 310018, China
Abstract: By using engineering practice innovational laboratory, we reformed the experiment teaching method of microwave technology course. In the laboratory, the experimental items were provided by the enterprise according to the actual technical problems and market demand. The teaching methods of the college-enterprise jointless matching mode were adopted in the experiment teaching course, which cultivated students’ interests in science research and their creative consciousness. The students’ comprehensive quality of engineering practice was also improved. According to the exploration of teaching experiment course, we provided a very good idea for the construction and application of new laboratory.
Key words: experimental teaching; microwave technology; jointless matching
随着本科生招生规模的迅速扩大，许多高校实验室建设跟不上扩招的需求，导致本科生的动手能力和创新能力下降。如何改善课程实验教学条件，开拓新的实验教学资源，培养学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合素质，成为当务之急[1,2]。2007年，教育部实施“国家大学生创新性实验计划”，随后启动“高等学校本科教学质量与教改工程”，以及实施“实践教学与人才培养模式改革与创新”，都以提高学生的实践能力和综合素质、培养创新人才作为重要内容[3-5]。自此，大学生创新性实验计划也成为我国本科教学“质量工程”的重要组成部分，各高校也对实验教学进行了一些改革，例如减少了演示性、验证性实验，倡导和开展综合性、设计性实验教学。由于现有的实验项目与实际应用存在脱节，依然存在公式化、被动式的实验现象，难以调动学生的主观能动性，难以实现培养学生探索、创新和独立思考能力的目的。为了彻底改变这一局面，我们在课程实验改革方面做了不少探索工作，对该创新性实验教学的实施方式和取得的成果进行总结与分析。
1 建设面向工程实用化的创新实验室平台
基于高校在人才、研究、高档测试分析仪器方面的优势，企业具有产品开发、在线测试和产品销售方面的优势，本着产学研结合优势互补原则，杭州紫光网络技术有限公司出资并提供专用仪器设备，在中国计量学院信息工程学院建立了微波与射频技术产品的研发本硕创新实验室，学校提供实验室和相关配套设施。杭州紫光网络技术有限公司与中国计量学院微波工程研究所的科技研发方向相同，而且双方在地理位置上很近，随着杭州紫光网络技术有限公司移动通信(3G，4G等)新产品开发力度的加大，企业急需高层次的人才，不仅仅包括研发人员，还包括测试工程师，每年我校都有相当数量的本科生和研究生加入该企业。为了培养学生的实践能力和创新能力，提高学生的综合素质，培养应用型人才，使学生掌握的专业知识和技能能够满足未来岗位的需要，非常有必要对我校现行的微波技术实验课程教学方法进行改革。
2 利用创新实验室平台开展微波技术课程实验教学
以前在微波技术实验课程教学中，学生都是照实验指导书要求按部就班地进行，通常都是先演示性实验，然后验证性实验，师生、生生之间互动较差，这类实验不能激发学生的实验兴趣，更不能调动学生的主观积极性，不利于培养学生的动手能力、分析与解决问题能力。针对这一情况，我们对这门课程的实验内容进行了彻底改革。微波技术实验课程单独开设，共48学时(共3周)。实验课程按照认识规律进行教学，使学生先“知其然”，再“知其所以然”，先让学生看到实物，然后在后续的实验中逐步加深理论知识学习。采取的具体措施如下：
2.1 让学生利用校企联合，开展微波器件仿真
安排1周的时间，让学生利用校企联合研发微波与射频技术产品创新实验室Ansoft-HFSS软件，开展微波器件仿真设计。
在此之前，安排1～2天的时间，把学生带到公司，由公司技术主管进行现场讲授，让学生直接体会到课本知识如何用到企业产品研发中。在企业，学生不仅能看到各种微波器件，如滤波器、功分器、耦合器、合路器、双工器、天线、互调分析/测试仪等，而且还可以看到公司研发人员如何进行微波器件的研发设计。通过亲眼所见和亲身体会，学生受到的触动很大，把现场了解的微波技术应用问题带回学校，带入实验室，强化对基本理论的学习，让学生了解学习本课程的重要意义，学生的学习兴趣高涨，学习效果提升明显。
2.2 学生参与企业的研究项目小课题
每年企业结合实际技术需求提出并设立研究项目小课题和测试项目课题，并且针对不同的实验项目，企业为每个课题提供2万～6万的科研经费，开发期限2～6周。学生自主联系搭档，自由组合组建团队，挑选课题，并进行申报研究。企业提出的科研项目均与实际技术难题和市场需求紧密联系，如高性能微带带通滤波器研究、互调分析、测试仪的测试分析报告等。要求申报者完成结构设计、器件制作及调试、说明文档编写，满足标准的测试误差和重复性要求。课程组每位教师都积极参与这类创新性实验项目的指导和实施工作，教师在指导创新性实验过程中，只负责项目研究过程中的理论及技术指导。实验的设计、实施、管理等均由学生自己完成。注重创新性实验项目的实施过程，强调项目实施过程中学生在创新思维和创新实践方面的收获。实验过程中，学生之间可以相互交流，比照不同方案的实验结果。实验完成后，要求学生撰写完整的实验报告，并对各种方案的实验结果进行比较分析。这样，学生通过参与企业技术研发的相关项目，可以更好地把课内外的科技知识相结合，培养发现问题、解决问题的能力。
整个实验课程教学方式已不再是传统的单纯模仿实验教学，通过本实验课程的学习，学生得到初步的科研训练，激发大学生的学习兴趣和潜能，培养大学生的团队协作意识和创新精神。学生成为实验过程中的主体，在培养学生独立解决问题的能力和创新意识方面发挥了很好的作用。通过企业项目进学校、学生创意进企业的“无缝对接”，为本科生工程实践能力的提升搭建新平台。通过与企业的零距离对接，参加实际产品开发，培养了学生的创新能力和动手能力。创新性实验项目可与学生毕业论文设计相结合，选取部分成绩优秀，有志于考研或从事科研工作的二、三年级学生，让他们提前进入毕业论文的准备阶段和摸索阶段。
2.3 实验课程成绩的评定方式
对提交实验研究总结报告的学生，课程组任课教师在课程结束一周时间内安排学生到实验室接受教师的现场提问。对于能条理清晰交流微波器件设计研究
(下转页)
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心得的学生，他的本课程期末成绩评定为优秀；对能够回答教师提问，但是部分概念还不够清晰的学生，其成绩评定为良好。如果是研究小组(2～3人一组)，教师安排这些研究小组进行讲解并接受提问，最后根据每个学生的表现给出小组成绩。这种成绩评价方式受到学生的热烈欢迎，学生对本课程测评满意度达到99.98%以上。
以实施此类校企“无缝对接”实践教学项目为契机，把它作为一次教学观念的改革，从整个实验课程的结构及教学方法等方面着手，促进教师的教学反思，最终推动学生创新素质的提高。通过上述实验课程教学探索，也为新型实验室的建设和应用提供了很好的思路。
3 结束语
本着“培养学生创造性思维和开发创造力”的实验教学思想，利用与企业构建的面向工程实用化的创新实验室平台，开展校企“无缝对接”的实验项目， 充分调动学生的积极性和创造性，提高学生的综合素质，构建以素质教育为重点的实验教学体系，不断改进实验教学方法，改变了以往微波技术实验课程教学中存在的枯燥、繁杂问题，充分发挥学生的积极性、主动性和创造性，提高了教学质量，达到了预期教学目的。虽然我们对实验课程开展了大胆的尝试和探索，并取得了一定成绩，同时也出现了许多新问题，有待于我们进一步的探索。
参考文献
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关键词：指纹系统，安全防范，防御机制
一、概述
指纹信息系统作为一种公安工作的局域网，有其特定含义和应用范畴，它积累信息为侦察破案提供线索，概括起来有四个方面的典型应用：第一，指纹系统是为公安工作服务的，是一种刑事侦察的工具，它是各地、市之间指纹交流工具，也是指纹信息资源的提供者。第二，指纹系统是为侦察破案提供线索，为案件进展提供便利服务的。第三，指纹系统积累犯罪嫌疑人信息，如嫌疑人的指纹管理、前科管理、基本信息管理等，为串、并案件提供可靠依据。第四，指纹系统是沟通与其他公安工作的窗口，利用它既可以获取各种信息，也可以向其他公安工作相关信息。
二、指纹信息系统安全的主要问题
随着网络在公安工作各个方面的延伸，进入指纹系统的手段也越来越多，因此，指纹信息安全是目前指纹工作中面临的一个重要问题。
1、物理安全问题
指纹信息系统安全首先要保障系统上指纹数据的物理安全。物理安全是指在物理介质层次上对存贮和传输的指纹数据安全保护。目前常见的不安全因素（安全威胁或安全风险）包括两大类：第一类是自然灾害（如雷电、地震、火灾、水灾等），物理损坏（如硬盘损坏、设备使用寿命到期、外力破损等），设备故障（如停电、断电、电磁干扰等），意外事故。第二类是操作失误（如删除文件、格式化硬盘、线路拆除等），意外疏漏（如系统掉电、“死机”等）。
2、指纹操作系统及应用服务的安全问题
现在应用的主流操作系统为Windows 操作系统，该系统存在很多安全隐患。操作系统不安全也是系统不安全的重要原因。
3、非法用户的攻击
几乎每天都可能听到在公安网上众多的非法攻击事件，这些事件一再提醒我们，必须高度重视系统的安全问题。非法用户攻击的主要方法有：口令攻击、网络监听、缓冲区溢出、邮件攻击和其他攻击方法。
4、计算机病毒威胁
计算机病毒将导致指纹系统瘫痪，系统程序和指纹数据严重破坏，使系统的效率和作用大大降低，系统的许多功能无法使用或不敢使用。虽然，至今还没过出现灾难性的后果，但层出不穷的各种各样的计算机病毒活跃在公安网的各个角落，令人堪忧。计算机病毒是指人为制造的干扰和破坏计算机系统的程序,它具有传染性、隐蔽性、潜伏性、破坏性等特点。通常,我们将计算机的病毒分为“良性”和“恶性”两类。所谓良性病毒是指不对计算机数据进行破坏,但会造成计算机工作异常、变慢等。 恶性病毒往往没有直观表现,但会对计算机数据进行破坏,有的甚至会破坏计算机的硬件,造成整个计算机瘫痪。前段时间流行的冲击波、震荡波、狙击波病毒，它们根据 Windows漏洞进行攻击，电脑中毒后1分钟重起。在重新启动之前，冲击波和震荡波允许用户操作，而狙击波不允许用户操作。病毒是十分狡猾的敌人,它随时随地在寻找入侵电脑的机会,因此,预防和清除计算机病毒是非常重要的，我们应提高对计算机病毒的防范意识,不给病毒以可乘之机。
三、指纹系统的安全防范措施
指纹信息系统是一个人机系统，需要多人参与工作，而系统操作人员是系统安全的责任主体，因此，要重视对各级系统操作人员进行系统安全的教育，做到专机专用，严禁操作人员进行工作以外的操作；下面就本人在实际工作中总结的一些经验,谈一 谈对指纹信息系统的维护与病毒的预防。
1、 对指纹系统硬件设备和系统设施进行安全防护
（1）系统服务器安全：服务器是指纹系统的大脑和神经中枢，一旦服务器或硬盘有故障，轻者将导致系统的中断，重者可能导致系统瘫痪或指纹数据丢失，因此在服务器端，可以采用双机热备份＋异机备份方案。论文大全。在主服务器发生故障的情况下，备份服务器自动在 30 秒 内将所有服务接管过来，从而保证整个指纹系统不会因为服务器发生故障而影响到系统的正常运行，确保系统 24小时不间断运行。在磁盘阵列柜，我们可安装多块服务器硬盘， 用其中一块硬盘做备份，这样可保证在其它硬盘发生故障时，直接用备份硬盘进行替换。
（2）异机数据备份：为防止单点故障（如磁盘阵列柜故障）的出现，可以另设一个备份服务器为，并给它的服务设置一个定时任务，在定置任务时，设定保存两天的备份数据，这样可保证当某天指纹数据备份过程中出现故障时也能进行指纹数据的安全恢复。通过异机备份，即使出现不可抗拒、意外事件或人为破坏等毁灭性灾难时，也不会导致指纹信息的丢失，并可保证在1小时内将指纹数据恢复到最近状态下，使损失降到最低。
（3）电路供应：中心机房电源尽量做到专线专供，同时采用UPS（不间断电源），部分非窗口计算机采用300 W 延时20分钟的 UPS进行备用，这样可保证主服务器和各服务窗口工作站不会因电源故障而造成指纹信息的丢失或系统的瘫痪。
（4）避雷系统：由于通信设备尤其是裸露于墙体外的线路，易受雷击等强电磁波影响而导致接口烧坏，为对整个系统进行防雷保护，分别对中心机房、主交换机、各分交换机和各工作站进行了分层次的防护。
（5）主机房的防盗、防火、防尘：主机房是系统中心，一旦遭到破坏将带来不可估量的损失，可以安装防盗门，或安排工作人员24小时值班。同时，由于服务器、交换机均属于高精密仪器，对防尘要求很高，所以对主机房进行装修时应铺上防静电地板，准备好（电火）灭火器，安装上空调， 以保证机房的恒温，并派专人对主机房的卫生、防尘等具体负责。论文大全。
（6）对移动存储器，借出时要写保护，借入时要先杀毒；
（7）不使用盗版或来历不明的软件，做到专机专用，在公安内网的机器不准联到互联网上使用；
2 、 全方位的系统防御机制
我们常说“病从口入”所以要做到防患于未然,必须切断计算机病毒的传播途径,具体的预防措施如下:
（1）利用防病毒技术来阻止病毒的传播与发作。
为了使系统免受病毒所造成的损失，采用多层的病毒防卫体系。在每台PC机上安装单机版反病毒软件，在服务器上安装基于服务器的反病毒软件，并在网关上安装基于网关的反病毒软件。因为防止病毒的攻击是每个工作人员的责任，人人都要做到自己使用的台式机上不受病毒的感染，从而保证整个指纹系统不受病毒的感染。
（2）应用防火墙技术来控制访问权限。
作为指纹系统内部网络与外部公安网络之间的第一道屏障,防火墙是最先受到重视的网络安全产品之一。虽然从理论上看,防火墙处于网络安全的最底层,负责网络间的安全认证与传输,但随着公安网络安全技术的整体发展和公安工作中网络应用的不断变化,现代防火墙技术已经逐步走向网络层之外的其他安全层次,不仅要完成传统防火墙的过滤任务,同时还能为各种网络应用提供相应的安全服务。 在系统出口处安装防火墙后，系统内部与外部网络进行了有效的隔离，所有来自外部的访问请求都要通过防火墙的检查，这样系统的安全有了很大的提高。论文大全。防火墙可以通过源地址过滤，拒绝非法IP 地址，有效避免公安网上与指纹工作无关的主机的越权访问；防火墙可以只保留有用的服务，将其他不需要的服务关闭，这样做可以将系统受攻击的可能性降低到最小限度，使非法用户无机可乘；防火墙可以制定访问策略，只有被授权的外部主机才可以访问系统的有限IP地址，保证其它用户只能访问系统的必要资源，与指纹工作无关的操作将被拒绝；由于所有访问都要经过防火墙，所以防火墙可以全面监视对系统的访问活动，并进行详细的记录，通过分析可以发现可疑的攻击行为；防火墙可以进行地址转换工作，使外部用户不能看到系统内部的结构，使攻击失去目标。
（3）应用入侵检测技术及时发现攻击苗头。
入侵检测系统是提供实时的入侵检测及采取相应的防护手段，如记录证据用于跟踪和恢复、断开网络连接等。实时入侵检测能力之所以重要是因为它能够对付来自系统内外的攻击，缩短入侵的时间。
（4）应用安全扫描技术主动探测系统安全漏洞，进行系统安全评估与安全加固。安全扫描技术与防火墙、入侵检测系统互相配合，能够有效提高指纹系统的安全性。通过对系统的扫描，系统管理员可以了解系统的安全配置和运行的应用服务，及时发现安全漏洞，客观评估系统风险等级。系统管理员也可以根据扫描的结果及时消除系统安全漏洞和更正系统中的错误配置，在非法用户攻击前进行防范。
（5）应用系统安全紧急响应体系，防范安全突发事件。
指纹系统安全作为一项动态工程，意味着它的安全程度会随着时间的变化而发生改变。 在信息技术日新月异的今天，即使昔日固若金汤的系统安全策略，也难免会随着时间和环境的变化，变得不堪一击。因此，我们需要随时间和系统环境的变化或技术的发展而不断调整自身的安全策略，并及时组建系统安全紧急响应体系，专人负责，防范安全突发事件。
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