时间：2022-12-18 03:43:28
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【关键词】机器人教学;能力培养;教学内容;教学方法
【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)03―0144―03
引言
20世纪是人类科学技术迅速发展的辉煌100年,综合诸多前沿学科和技术的机器人的诞生和机器人学(Robotics)的建立是上世纪科学技术所取得的重大成就的代表之一。从1962年美国万能自动化(Unimation)公司的第一台机器人的投入使用到现在,短短40多年的时间,机器人已从无到有,现在已拥有“百万大军”,在世界各个领域和人民生活的诸多方面忠诚地为人类服务,做出了不可磨灭的贡献。随着机器人技术的蓬勃发展,目前全国的许多高校甚至中小学都开设了机器人教学的相关课程,而且学生的人数在逐年增多。以北京航空航天大学(简称北航)为例,现在每年选修机器人课程的学生都在上百人左右。机器人是一门多学科高度交叉的前沿学科,包括机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等,无论在基础理论方面还是在实践应用方面其发展速度都十分惊人。为了进一步更新教学理念,优化教学策略,保持与国内外机器人教学同步提高,笔者对国内外十几所著名高校的机器人教学情况,就教学大纲、成绩考核等方面进行了调查研究与分析,在此基础上对笔者从事的机器人教学课程进行了改革和探索,提出了一些建议和改革措施,并在近三年北航的《机器人学》教学过程中进行了实践,取得了不错的教学效果。
一 国内外机器人教学的调研
美国是机器人技术的发源地,开展机器人教学的高校比较多,而且教学水平和教学质量在国际上都是首屈一指的。调研的美国高校包括MIT[1]、Stanford[2]、CMU[3]、UC-Berkeley[4]、CIT[5]五所高校,国内高校包括清华大学[6]、上海交通大学[7]、哈尔滨工业大学[8,9]、吉林大学[10]、天津大学[11]、北航六所高校。调研的方式主要是收集各高校网站相关教学信息,包括教学大纲、成绩考核等,通过分析比较,总结经验。
就所调研的国内外高校而言,国内外高校机器人教学特点可概括如下(参见表1和表2):
1 美国高校的机器人启蒙课程或机器人导论等开设在本科,使本科学生对机器人有个普遍的了解,以“讲解+实验+讨论”的形式,利于形象化理解;研究生阶段开设《高级机器人学》等更深层次的课程,进行分方向研究。开设的专业较广,涉及机械工程、电子工程、航空航天、计算机科学等专业,而国内高校本科开设机器人课程的相对较少。
2 国内的机器人课程主要开设在硕士第一学期,部分学校在本科阶段开设《机器人概论》课程,现有将《机器人学》从硕士提到本科的倾向。开设方式多样,如必修、专业选修、全校选修等。国内高校选择教材较集中,选用蔡自兴《机器人学》、熊有伦《机器人学》的居多,部分高校的课外参考书为国外原版教材。
3 美国高校的机器人实验与课堂讲解的学时比例基本上在1:1.5左右,而国内高校的实验学时数相对较少(实验与讲解的比例最高为1: 3.2),半数以上高校的实验课时数为零。例如,MIT的课堂教学学时数与北航的差不多,但实验的学时数已经达到了22学时,而北航的实验学时数为零。
4 就考核方式而言,美国高校的机器人课程都有期中考核,国内高校基本上没有期中考核。此外,美国高校的机器人课程作业考核占的比重比较大,比如CMU的作业考核占到了总成绩的60%。
二 北航机器人教学现状
以北航机器人所为全校研究生开设的《机器人学》这门课程为例,我们的机器人教学还有较多不合理之处:
1 教学内容陈旧。课程的教学大纲是九十年代制定的,十几年了没有什么变化,远远落后于机器人技术的发展。而教师在授课时基本按照教学大纲来执行,对教学内容的更新不多。课程设置的大多还是一些传统基础内容,而从学生的反馈来看他们对该学科的前沿进展和最新成果更加感兴趣,因此需要从兴趣方面引导学生积极地自主学习,在该学科上不但具有扎实的基础同时具有宽广的知识面。
2 教学环节上也存在诸多不合理之处,过多偏重于教师的讲授,学生独立思考、实践的课程根本没有。而实践环节是检验学生创新思维能力的最佳方法, 是锻炼学生对信息的采集、分析、处理和应用等必不可少的重要环节。
为了全面提高机器人教学的质量和学生的培养质量,使学生能真正学到系统深入的机器人知识并具有较强的实际运用能力,为他们在后续的工程实践和研究过程中创造出创新性的研究成果奠定基础,有必要针对上述问题进行《机器人学》课程教学的改革,制定合理的课程内容和教学方案。
三 改革措施与实践效果
针对《机器人学》这门课程存在的问题,基于“能力培养”的主导思想,对该课程进行了改革和探索。
1 教学内容方面的改革
教学内容方面的改革主要包括两方面:
(1)在教学内容上增加了入门介绍的内容。针对我校的大部分研究生在本科阶段未上过机器人相关课程的情况,借鉴国外本科机器人教学的内容和方式,把绪论部分的学时从原来的1学时增加到了2学时,并采用视频、图片、动画、参观等直观形象的方式为学生较系统地介绍机器人的发展历史、分类、用途、研究方向等,让学生在2学时的时间内对机器人这个学科有一个基本的认识,避免了过去绪论时间短,学生还未弄明白学习对象的情况下就开始专业知识的学习。此外,在绪论里面每年都增加新的机器人的研究进展,学生们既了解了历史又开阔了眼界。在过去三年的实践中,上述教学改革得到了学生的好评。
(2)在教学内容上注重了“深度”与“广度”的结合。在以前的机器人教学内容中偏重于知识的深度而忽略了知识的广度,例如偏重于机器人运动学和动力学,机器人控制和运动规划都不讲,这存在一个弊端,即如果有的学生在后期的研究中要进行机器人控制方面的工作,相关的知识是没有学过的,还要重新自学。因此在教学内容上我们降低了机器人运动学和动力学的讲解深度,增加了机器人控制和机器人规划方面的内容,力求通过该课程的学习让学生们既比较深入地掌握了机器人运动学和动力学的基础知识,同时对于其他相关的理论也有一个基本基础和认识。
2 教学方法方面的改革
(1)在教学方式上增加了课堂讨论的环节。以前的机器人教学,主要采用老师讲、学生听的方式,学生与老师之间没有交互的机会,课堂气氛比较沉闷,学生比较容易游离于教学环节之外。为了调动学生学习的积极性,让他们参与到机器人的学习过程中,我们在每章的教学内容中都设置了讨论的问题,让学生自己来表述解题的方法、对问题的看法,并让他们之间进行互相的辩论,老师是作为一个仲裁者的身份进行讨论的组织和总结。在该方式最初试行的时候,由于中国学生天生的内向性格,参入的学生比较少,但在后续的讨论中,越来越多的学生敢于发表自己的观点,并积极地参与辩论。在辩论中学生们都感觉收获很大,对于一些深奥或难理解的问题理解地比较清楚明了了。
(2)在教学方式上增加了现场讲解环节。为了让学生们能够更好地理解和掌握机器人运动学的知识,我们把部分课堂环节改在实验室进行,以真实的机器人为例,讲解机器人的关节、坐标系、D-H建模、正运动学和逆运动学的知识,如图1所示。这种教学方式避免了以往学生学习运动学的知识只是面对机器人简图、缺乏真实案例的弊端,让学生们的学习做到了理论与实际的结合。
(3)在教学方式上增加了专题作业论文的环节。专题作业论文是为了能够扩展学生的知识面,同时把课堂学习的机器人知识与自己未来的研究方向结合起来,选题的内容由学生跟自己的导师商量,格式按照标准的期刊论文的格式来写,必须把一个与学习内容相关的专题内容论述清楚。比如,往届学生有写轮式移动机器人机构的、机器人视觉的、机器人优化控制的,如图2所示。这种专题作业论文既让学生练习了专业论文的写作格式,同时又结合某个专题扩展了学生们的知识面。
(4)在教学方式上增加了实验环节。受我校机器人实验的条件限制,我们一直未能正式地开展机器人的实验课程,但是机器人实验对于锻炼学生的实际操作能力是很重要的。在08年秋季,通过整合部分机器人资源,为学生开设了机器人实验。实验内容是编程控制机器人按自设定的轨迹运动,采用的机器人是ABB的1440。由于学生多机器人少,我们采用了四个学生一个组的方式,大家按组轮流来做实验。尽管学生们在实验中出现了各种各样的错误,但学生们的兴致很高,一直操作到每组许可的时间结束。学生们反映这个实验对于他们锻炼的价值很大,因为把理论和实际之间的这层窗户纸给打通了,让学生们对于这门机器人的课程有了一个系统的认识和理解。
四 结语
机器人课程在各高校中变得越来越普遍,如何结合机器人技术的发展搞好机器人的教学工作是许多机器人教育者关心的问题。笔者通过对国内外部分高校的机器人教学进行调研,并结合我校机器人教学的实际情况,对《机器人学》这门研究生课程进行了改革与探索,在过去三年的改革与实践过程中,取得了不错的教学效果。
本论文得到了北京航空航天大学研究生教育与发展研究专项基金的资助,在此表示感谢。
参考文献
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Research and Practice in Teaching of a Robotics Lesson
ZHAN Qiang YAN Cai-xia CAI Yao
(Robotics Institute, Beihang University, Beijing 100191, China)
维修有两层含义：维护系统与设备按设计正常运行；修复失效的系统与设备使其恢复设计的 运行能力。与之相适应，维修一般分为两种类型：预防性维修与纠正性维修。纠正性维修过 程一般为故障诊断、临时处理、计划准备、最终修复和再鉴定试验。设备故障无法绝对避免 ，因而纠正性维修是一种被动的活动，所以维修部门均在预防性维修上下功夫。
预防性维修也包括计划、实施、试验三个步骤。与纠正性维修不同的是，预防性维修是在系 统或设备失效以前采取行动，避免设备失效。预防性维修分类方法目前各国尚未统一，一般 分为以下两种：
A 周期性维修：按预先制定的时间表(根据制造厂提供的维修手册和有关程序)实施维修， 而不考虑设备的状况如何。周期性维修的理论基础是设备失效的浴盆曲线(见图)。t1以前是初期故 障期，t1到t2期间属偶然故障期，t2以后是耗损故障期。在t2到来之前的t3时刻进行维修或 更换部分设备，避免耗损故障期的到来。再经过一个偶然故障期，到达t4。t5-t3即为设备 维修的周期。
B 预见性维修：英文Predicative Maintenance，文献〔4〕和〔8〕中译为判断性维修 。这个 术语用于不需要拆卸而能提供有效监督的方法，特别适用于运行中的复杂机械设备。它通过 监测设备，采集、积累数据来判断故障是否有可能发生，选择设备维修的最佳时机。进行 预 见性判断的数据资料来自于振动监测、油分析、声学监测、红外拍照测温、绝缘电阻测 量等。
改造与更换活动既可以是纠正性维修也可以是预防性维修。机组换料大修基本上是一种周期 性检修，但其过程涉及到几乎所有类型的维修活动。维修活动对机组的安全与性能举足轻重，各国核电站均十分重视维修，制定各自的《预防性 维修大纲》，并根据维修实践的经验反馈不断完善，取得了很大的成绩。
12 核电站维修的误区
当人们认真回顾维修思想的发展过程，并深入地考察各国核电站《预防性维修大纲》的时候 ，会发现各国核电站先后都存在过以下的误区：
A 认为预防性维修越多，维修大纲就越完善。的确，有可能应尽量多地安排实施预防性维 修 活动，但是，除了维修需要人力物力外，执行不必要的预防性维修会降低设备的可用率。
B 认为一个好的《预防性维修大纲》可以消灭所有的故障。有的核电站某一时期的维修方 针是“以预防性维修消灭纠正性维修”。事实上，设备故障是无法绝对避免的，而且，如设 备对安全或发电并不关键，采用故障后维修比周期性维修常常经济得多。
C 认为预防性维修即为周期性维修。提到PM，很多人认为既可以是Periodic Maintenance， 也可以是Preventive Maintenance，将其混为一谈。这并不是因为英文不好，主要原因是， 在很多核电站，预防性维修目前基本上只是一种基于时间的维修--周期性维修。科学分析 与实践表明，周期性更换油、密封材料、滚珠轴承是正确的，但绝无必要随意推广到其 它维修活动。根据南非KOEBERG的资料，调查的设备中，94%设备预防性维修的负面作用大于 正面作用。
D 同一类型的设备采用相同或类似的程序。因维修程序的制定很大程度上受设备制造商用 户说明书的影响，而制造商事先并不知道其产品售后投运的具体情况。同一类型的设备，安 装 环境不同，工况会不一样，投运时间不一样，而且在系统中的重要性不一样，因此不应该采 用完全一样的维修程序。人们在实践中逐渐发现以上问题，并认识到需研究新的维修政策 予以解决。
2 RCM 思想的形成过程
RCM全称为Reliability Centered Maintenance，译为“以可靠性为中心的维修”。RCM思想 是在军事与航空航天工业中发展起来的。过去一直认为飞机的安全是与它的元、部件的可靠 性紧密相关的。每一元、部件的可靠性总是随时间的增加而下降，因此必须经常检查并定期 翻修以恢复原有的可靠性，而检查和翻修周期的长短是控制元、部件可靠性的重要因素， 所以认为预防工作做得越多，飞机就越可靠。这就是以定期全面翻修为主的预防性维修思想 ，其理论基础就是浴盆曲线。因此，对每个产品都要规定一个寿命，在进入耗损故障前进行 翻修。
但在以后的实践中逐渐得到下面的几点结论：
A 对于复杂产品，如系统、设备或部件除了一、二种耗损故障占绝对优势外，浴盆曲线是 不适用的。一般说来复杂产品只有早期故障期和偶然故障期而没有耗损故障期，这是因为复 杂产品是由许多元、部件组成，在使用中究竟哪个出故障是偶然的，元、部件数量越多，偶 然性就越强。
B 既然复杂产品的故障具有偶然性，因而是不可避免的。我们在设计上的对策不是预防故 障的发生，而只能是预防故障危害安全。如应用冗余度、破损安全设计、主要故障的防护装 置(如保险丝、断流器)等。
C 定期解体检查不是连续监控性的，所以在产品的分解检查时，没有客观的办法来鉴定其 元、部件的可靠性下降程度。因此不能提供延长其寿命的客观基础。
D 系统的可靠性和安全性是由设计制造所确定的固有的性能，通过维修只能保持这些固有 的可靠性而不能提高它。
E 维修过程中人的差错无法绝对避免，人们开始承认并且正视人因故障，从而需要努力减 少不必要的维修。
由于有上面这些结论，所以就发展了预见性维修和事后监控方式(让产品一直运行到出故障 以后，采用纠正性维修，并不断收集、分析故障情况和历史资料，采取改造或适当的预防性 措施)，这就标志着RCM--以可靠性为中心的维修思想形成。
最初的RCM方法仍只是独立地考虑某一个设备，如文献〔6〕中，南非RCM研究人员首先挑选 厂用66kV电动机进行RCM研究。随着维修技术的发展，人们把系统论的思想与可靠性数据 结合，即不仅考虑单个设备运行的可靠性，还需研究每个设备在系统中的重要性(对安全、 生产重要性及维修的辐射与成本)，从整体上把握系统的运行性能，在系统结构中更有针对 性地进行维修。
美国电力研究所(EPRI)RCM用户组认为，以可靠性为中心的维修思想可以大致归结为：RCM是 一种发展与优化维修大纲的系统化的评估方法。根据每一种故障的安全和运行后果，以及导 致故障的恶化机制，采用决策逻辑树寻找系统的最优的维修需求。
用RCM思想制订的维修大纲在实践中取得了很大的成功。如B-707飞机原来的99%的产品是用 周期维修方式的，采用新的维修大纲后降到40%，维修费用下降了30%。在设备的复杂程度和 安全的重要性方面，核电站与航空航天工业有很大的相似性。核电领域引入这一思想后，效 果也十分显著〔1，5，6〕。
尽管法国电力公司也进行了一些按时间的维修(周期性维修)，其对于预防性维修的基本态度 却是按设备状态〔8〕即最易于达到经济和技术最佳点的方法。而可靠性分析，是判 断设备状态的一个重要依据，因而近年来法国核电站亦加紧研究RCM技术。在大亚湾核电站 ，《维修政策》规定，应开展RCM研究工作，这项工作由技术支持处实施〔2〕，目前 已开始PSA数据库的工作。
3 RCM研究的基本方法与步骤
具体的工作方法与步骤如下：
Ⅰ 系统选择
系统选择主要考虑系统对电站在安全、可靠性、维修成本、辐射四个方面的重要性。可以通 过加权打分的方法，越是重要的越应首先进行RCM工作。
Ⅱ 数据与信息采集
挑选系统后，必须尽可能多地收集这两个系统的各种信息，确保在RCM研究中充分考虑了系 统设计、运行性能与要求、系统运行历史。信息包应包括RCM研究人员所需要的所有信息， 以确定系统功能、系统边界、功能故障模式、设备失效模式与原因、故障率等。信息的来源 主要是：
---设计规范；
---运行程序与技术规范；-维修与监督要求；
---图纸、描述以及对本系统的已有研究；
---在系统上进行的所有维修与监督任务；
---收集维修历史数据，包括故障日期、原因、后果、维修主要工作等等；
Ⅲ 建立可靠性数据库
设备可靠性数据库记录设备平均无故障时间、失效率、平均故障检修时间、平均故障检修成 本、平均预防维修时间、平均预防维修成本、设备维修辐射代价等等。其中部分参数采用理 想化，如辐射代价，可用打分的方法，最严重的可给10分，无辐射代价给0分。
我国的秦山和大亚湾核电站投运的时间不长，仍属投运的初期，故障原因和类型复杂。如何 减少不定性，提高分析的精度，文献〔3〕已给出方法。多年来，通过试验和实际运行，已 经积累和收集了大量数据，在此基础上形成了公用数据库。核电厂可以结合本厂实践和自己 所收集的数据，对公用数据库采用贝叶斯公式进行更新以形成专用库。数据库建成后，应该是“实时”的，即每次设备故障后，输入本次故障模式、维修时间、成 本等，数据库能根据新的数据和有关的程序，经过计算后更新原有数据库。
Ⅳ 建立系统故障树
系统论认为，系统是指有若干相互联系相互作用的要素构成的，具有特定功能的有机整体， 而系统包含着层次。可靠性工程的故障树分析方法正是一种系统方法，它从系统整体的观点 出发，从系统与要素之间，要素与要素之间，以及系统与外部环境之间的相互联系、相互作 用中考察对象，以达到最佳地处理问题。故障树分析法遵从系统方法的三条原则：整体性原 则，最优化原则和模型化原则。
文献〔3〕将故障树分为三个等级：功能故障树、系统故障树和部件故障树。RCM研究采用系 统故障树，其顶事件是系统功能失效，而底事件是部件或设备的失效。故障树分析的最终任 务是要找出导致顶事件发生的最少的最小割集数以及其相应概率。参考系统手册和系统流程图，分析、确定系统功能、系统边界、系统层次和系统失效模式等 ，建立故障树仿真结构。
Ⅴ 维修的优化决策
我们采用“代价”一词，以区别一般工业中的“费用”，核电站维修所付出的除了 设备维修 费用和系统停运损失费用之外，还包含有安全、辐射方面的代价。代价的另一层含义是，事 件发生的后果与事件发生的概率的乘积。进行预防性维修。核电站维修决策的基本要求是： a系统的可靠度不得低于允许的最小值〔R〕；b系统的维修代价Kr为最少， 或不得大于某个预定的值Krmin，即R(t)≥［R］)
Kr≤Krmin〖JY，22〗(1)
Krmin
而设备的维修代价一般由几个部分组成：
Kr＝Krb＋Krp＋Krc＋Krs〖JY，22〗(2)
其中Krb-纠正性维修代价；
Krp-预防性维修代价；
Krc-运行监测代价；
Krs-停机损失代价。
以整个系统的可靠性和维修代价为目标，用系统论的观点考查，在时间的发展中考查，合理 地进行维修决策。运算的结果包含两个方面：1寻找系统最薄弱的环节，提出设备维修的 要求；2在保证整个系统综合代价不变或降低的条件下，优化原有的设备预防性维修周期 。这是RCM研究的最终目的。
Ⅵ 比较与分析
将RCM研究的结果与维修大纲有关内容进行比较，论证RCM方法是否可行，是否具有参考意义 。根据国外的经验，进行RCM研究后，预防性维修工作减少，设备可靠性提高。但正如美国人 说，“没有免费的午餐”，仍需付出一定代价的。代价的一个重要方面是，设备故障诊断技 术能力需随之提高。我们不必每年去医院打开胸腔体检，但光靠听诊器是不够准确地测定健 康指标的。这一方面的问题，亦需我们进一步探讨，但不作为本课题主要研究范围。
4 建议
RCM研究的理论基础是可靠性工程、系统理论和优化理论。因为RCM涉及多个系统，多种设备 ，多种专业，从研究工作的开展上，可以说也是一项系统工程，各国核电站或是相关研究机 构都投入一定的人力、物力和时间进行这项工作。不少国家在70年代就开始了这方面的研究 ，但现在仍不能大量付诸实践。其主要原因在于，人们普遍认为，设备内部性能是否完好， 拆检是最直观、最令人信服的手段。而且，取消维修活动，必须有可靠的“健康指标”测量 手段为前提，而这方面的代价是不容忽视的。可以说，RCM思想在核电领域仍有极大的争议 。
尽管有争议，各国并没有停止这方面的研究，因为人们相信，RCM研究的理论基础是正确的 ，其目标也是令人鼓舞的。我们国家的核电起步较晚，我们参考国外经验并结合自己的特点 制定维修政策，有效地开展维修工作，并积极进行了一些创新性的研究与实践。1995年2月 ，I AEA在大亚湾核电站举办了“亚太地区优化维修提高核安全”的培训；1996年6月，又开始了 PSA数据库的工作。对于国内外一些新的思想、方法，我们不只是观望、等待，要跻身于国 际一流核电站的行列，解放思想、积极探索，是可行而且也是必要的。
根据国内核电站现在的情况和国外的经验反馈，建议开始做一些起步的研究工作，可以说是 做一个试验。选择典型的系统，根据其结构，建立系统功能树(故障树)；根据维修历史档案 ，建立可靠性数据库；以系统的安全、经济运行为目标，寻找系统的薄弱环节并优化系统内 设备的维修周期。如分析结论合理可行，真实反应了实际情况，并有一定的参考甚至是指导 性意义，则试验的目的就达到了。
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关键词：应用型本科；嵌入式软件；课程体系
中图分类号：G 文献标识码：B
文章编号：1672-5913 （2007） 07-0035-03
嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器等众多领域，“嵌入式无处不在”已成为现实。而社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。2004年6月，美国电气及电子工程师学会计算机协会（IEEE-CS）和美国计算机学会（ACM）公布了“计算教程2004”(Computing Curriculum 2004，简称CC2004)。CC2004对原“计算教程CC2001”四个专业方向进行了修改和扩充，并给出了新的评述，其中在计算机工程专业课程中将嵌入式系统作为一门核心课程，分两个学期进行学习。可见，国内外将嵌入式技术人才的培养已经作为一个重点方向。本文根据江苏技术师范学院以培养应用型本科人才的教学体系，对在计算机科学与技术专业中增设嵌入式软件专业方向进行探讨。
1 增设嵌入式软件专业方向的可行性
20世纪70年代，随着微处理器的出现，计算机的发展出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速应用在智能化控制领域中，这使计算机失去了原来的形态与通用计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。
嵌入式系统所涉及到的知识有电子工程、通信工程和计算机技术等多种学科。在嵌入式系统应用领域中，人才可分为两类，一类主要是搞硬件设计，他们大多数在本科阶段学习电子类或通信类专业；另一类主要从事嵌入式操作系统和应用软件的开发，他们大多数在本科阶段学习计算机专业。嵌入式产品硬件设计完成后，后期工作主要靠软件技术人员进行开发与设计，不同的软件体现不同的功能，在嵌入式系统设计中软件开发与设计占总工作量的80%左右，所以在嵌入式系统设计和开发中需要更多的嵌入式软件开发人才。
目前，我校从事嵌入式应用方向研究的教师有16人，其中副高以上5人，讲师5人，助教6人，获得硕士以上学位的教师有8人，在读研究生4人。与嵌入式相关的实验室有计算机组成、接口实验室，以51序列为主的嵌入式实验室，以ARM7为主的嵌入式实验室，正在筹备的以ARM9为核心的嵌入式实验室。
从社会需求、师资力量、实验室建设等多方面可得出，在我校计算机科学与技术专业中增设嵌入式软件专业方向是可行的。
2 嵌入式软件人才培养目标与规格
2.1 培养目标
嵌入式软件专业方向是以应用为主的专业，其培养目标是：德、智、体、美全面发展，掌握计算机基础理论和软件开发的过程，掌握必需的嵌入式软件理论、主流嵌入式系统硬件架构，和嵌入式软件编程的技术、方法和工具，基本具备本领域分析问题解决问题的能力，具备一定的工程实践能力，并具备良好外语运用能力，从事嵌入式软件设计与开发的应用型人才。
2.2 培养规格
计算机科学与技术专业（嵌入式软件方向）的学制一般为4年，授予工学学士学位。学生在专业知识的学习、实践能力以及职业素质的培养过程中，逐步提高自身的获取知识的能力、应用知识能力、创新能力以及团队合作的能力。
（1）职业素质
现代企业需要的人才是职业化的专业人才，企业选拔、考核人才主要从德、能、勤、绩四个方面考核，德排在首位，因此，职业素质是培养嵌入式软件人才的基础。在计算教程CC2004报告中，各专业方向的知识领域中都包含社会和职业生涯方面的知识，涉及与计算相关的哲学、历史、社会、职业和道德责任、知识产权、隐私和公民自由、计算机犯罪等内容。通过这些知识体培养学生的思想品德、职业道德和社会责任。一个合格的人才首先要具备良好的职业素质。
（2）专业能力
嵌入式系统专业方向知识结构比较庞大，为了在本科阶段培养出合格的嵌入式软件专业人才，需要将计算机知识、嵌入式系统知识、相关交叉学科（电子、通信）基础知识结合起来，形成嵌入式软件专业方向领域知识。
（3）实践能力
培养嵌入式软件人才，工程实践能力非常重要，因为嵌入式系统是以应用为中心，要求学生能借助于硬件开发平台进行实际的研究与开发，并且要求学生具有独立设计产品的能力，同时也要求学生具有团队合作的能力，这就需要在实践技能训练过程中，加强学生的动手能力、团队合作能力的培养。
3 课程体系结构
从企业实际用人需求出发，分析现阶段嵌入式相关产业领域、行业人才需求特点及发展趋势，合理地安排课程，是培养优秀人才的关键。根据培养嵌入式人才的能力构成将所学课程归纳为如下五个模块：
人文社科模块（A模块）：在于强化学生的思想道德素质、文化素质和职业素质，让学生对社会环境有所认识和了解。可安排政治思想、形势与政策、法律等人文社科方面的课程，大学语文、英语、体育、心理学、经营管理等方面的课程，以及培养学生团队合作精神和沟通能力相关的课程也放在该模块中。
基础学科模块（B模块）：在于为学生打下扎实的基础知识，主要安排高等数学、大学物理、计算机基础等方面的基础课程。
专业知识模块（C模块）：是体现本专业业务能力和素质的核心、涉及专业基础课程、专业核心课程。
专业基础课程主要有离散数学、电路与电子学、逻辑设计、计算机组成原理、汇编语言程序设计、高级语言程序设计、数据结构、嵌入式系统概论和学科前沿讲座。
专业核心课程主要有操作系统、数据库系统原理、嵌入式微处理器原理与接口技术、计算机网络、算法设计与分析、软件工程方法学、Java 语言程序设计。
实践教学模块（D模块）：培养学生实际工作能力和操作技能，主要安排为实验、实习、课程设计、实训、毕业设计、职前培训或案例分析等环节。
专业扩展模块（E模块）：是培养学生专业知识和职业适应能力，该模块课程设置为选修课程，可分为专业必修课程和专业任选课程。必修课程主要有嵌入式实时操作系统、嵌入式网络技术、嵌入式系统设计方法、嵌入式系统体系结构、DSP软件开发技术、单片机原理与应用。专业任选课程可安排多种不同要求的选修课，任选课有 Windows 环境与编程、面向对象技术、无线局域网、计算机控制系统、计算机安全技术、J2ME、移动通信、家庭网关技术、计算机系统结构、WinCE 操作系统、嵌入式Linux操作系统、传感器概论等。
4 实验室建设
为了让学生能够深入地理解和掌握嵌入式软件开发与设计技术，必须建立嵌入式软件实验室，在建立嵌入式软件实验实之前，首先要对嵌入式实验课程内容、实验体系、实验室师资队伍等诸多方面进行详细设计和规划，以保证嵌入式软件实验室能够满足学生掌握嵌入式软件开发与设计的要求。根据培养目标，实验室要配备相应的硬件开发环境和软件。硬件包括开发板、仿真器等必须的硬件设备，最好采用以ARM9为核心的实验开发平台，软件包括常用的Linux、μC/OS、VxWorks、WinCE等常用操作系统，以及相应的软件开发工具。实验室要有经验丰富的、具有项目开发经验的教师进行实验指导。
5 结束语
在计算机科学与技术专业中设置嵌入式软件专业方向是可行的，它符合社会发展的需要。由于嵌入式系统将多种学科交织在一起,所以在制订教学计划，专业知识结构和课程体系时要充分考虑各学科的知识点，形成嵌入式软件专业方向人才培养的独特体系。
参考文献：
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[2] IEEE Computer Society/ACM Task Force on Computing Curriculum. Computing Curricula-Computer Enginnering “Iron-Man Draft”. June 8,2004 (/ece/CCCE/).
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[4] 2006年第三届全国高等院校嵌入式系统教学研讨会第一届全国嵌入式系统学术交流会论文集.北京:北京航空航天大学出版社,2006.
学好数理化，走遍天下都不怕
――理科实验班
理科生在人数上占了绝对优势，与此相应，高校的理科专业也比文科更多，但也更加复杂。如果和后面介绍的文科类实验班相比，你就会知道理科实验班情况有多么不同，最大的不同在于，理科实验班包含的专业有较大差别，不像文科实验班往往能实现更多专业的通识。一般来说，高校设置的理科实验班会与学校的优势、特色学科联系起来。开设理科实验班的院校有人大、中国科大、上海交大、北交大、北京科大、中国农大和上海大学等，还有吉大、同济、浙大开设的工科实验班，复旦开设的自然科学实验班和技术科学实验班，以及浙大开设的科技与创意设计实验班等。
中国人民大学：人大的理科实验班属于信息学院，对该院四个专业（信息管理与信息系统、数学与应用数学、计算机科学与技术、信息安全）统一招生，学生进校后，在学习共同基础课的基础上，自主选择课程，根据选课自动形成专业和发展方向。学有余力的学生可以同时完成两个专业的学习并以双专业或双学位毕业。部分学生从大四起可以赴美国纽约州立大学、宾汉姆顿大学学习两年，获得人大和该校两个学位；还有部分学生作为交流生赴香港城市大学、台湾逢甲大学、新加坡国立大学等学习一年，同时还将选派部分毕业生赴世界著名大学攻读博士学位。此外，人大每年从新生中分别选拔7人和5人进入数学与经济学双学位实验班、数学与金融学双语双学位实验班，学习数学专业和经济学、金融学接轨课程，完成培养要求后获理学和经济学两个学位。
中国农业大学：农大的理科实验班与学校的优势紧紧联系在一起，分为生命科学和信息科学两个方向。学生在大一时重点进行公共课和基础课教学，除了人文、英语、体育、计算机等公共课，主要进行数学、物理、化学等相关基础课程的学习。此外，为了拓展学生综合素质，学校还安排了人文类系列讲座。大二时，理科实验班重点进行基础课和专业基础课教学，如生命科学实验班在数学、化学等基础课以外，开始学习生物类的专业基础课程；信息科学实验则在数学、物理等基础课以外，开始学习电子、信息、电气类的专业基础课程。当学生确定专业方向并选择导师后，便开始学习相关的专业课程。如果学生在大三完成了所选专业方向规定的专业课程并完成毕业论文，可以提前毕业。
北京交通大学：北交大的理科实验班（即思源班）开设在理学院。入学前两年，实验班在注重通识教育的基础上，强化了数学和物理学科基础教育，培养学生既有数学的高度抽象思维能力，又有现代物理的形象思维和实验技能，以及优良的外语应用功底。该班设置电路分析类、模拟、数字电子技术类、信号与系统类、信号处理类、电磁场类、计算机原理类等模块的专业平台基础课程，使学生得到电气信息大类学科的专业基础。大二以后，学生可以根据个人的兴趣和发展需要，自主选择通信工程、自动化、电子科学与技术、计算机科学与技术、生物医学工程、电气工程及其自动化、电气信息工程等专业，并通过个性化培养计划，完成专业课程的学习。
上海交通大学：上海交大的理科实验班将数学与金融打通，并实行本硕贯通培养模式。这不是简单地将本科数学课程与研究生金融课程相叠加，而是将数学、经济、金融的学习、研究和实践整合成一体，贯穿整个本硕培养过程，从而实现学科交叉融合。另外，上海交大还有电子信息科学类本硕连读试点班，学生进校后一年左右将与普通班学生一样，根据规定在电子信息与电气工程学院的六个本科专业中选择主修专业，学院会按淘汰机制淘汰不合格的学生，并于大四第一学期对该试点班学生进行直升硕士研究生资格审核。取得直升资格的学生从这时开始兼修硕士研究生基础课程，同时确定其硕士研究生阶段的导师并提前进入导师课题研究组。
浙江大学：浙大突破了学院的划分，以信息学院、计算机学院、材料与化学工程学院、航空航天学院等工科学院为依托，建立了特殊的工程人才培养基地，以“工科实验班”统一招生。入学后，学生在两年内确认主修全校的各个工科专业（包括实验班内设专业和实验班外其他学院的专业），鼓励交叉学习修读第二专业和进入本硕或本博一贯制培养。浙大的工科实验班由学校工科大类培养基地直接负责管理，除荣誉证书需申请认定外，学生享有竺可桢学院学生同等待遇。
清华大学：化学-生物学基础科学班的学生主要有化学或生物学竞赛获奖的保送生，以及从各理工科院系通过全校性第二次面试选拔的同学，其中不乏奥赛金牌得主和省高考状元。学生大一大二学习共同基础课以及化学和生物学的核心课程，包括基础化学及其相关实验，基础生物学及其相关实验。从大三开始进行科学研究训练，可选择不同学科方向参加科研实践，将本科与研究生培养过程有机衔接。学生成绩合格并参加科研实践后，可根据自己的志趣和对学科的认识，通过多次选择机会找到适合自己的主修学科方向，并在此方向上继续攻读硕士或博士学位。
电子科技大学：电子科大的管理-电子工程复合培养实验班，从报考工商管理类专业的考生中择优录取。前两年学生学习通识类课程、电子信息大类学科基础课程和经济管理专业核心课程，打下厚实的基础；第三年则根据志向选择在电子工程或工商管理类专业方向进行深入学习。而综合素质培养贯穿于整个培养过程。
传递人文精神
――人文科学实验班
最早的人文科学实验班是武大在1993年设立的，现在清华、人大、浙大和吉林大学、郑州大学等高校也都开设了人文科学实验班。顾名思义，人文科学实验班的目的是培养具有深厚文、史、哲理论基础和科学素养，又有较高的外语水平，能适应多学科日益渗透发展趋势的人文学科科学研究和教学方面的人才。
清华大学：入学后的前三个学期实行不分专业的通识教育，主要打好专业基础。从第四学期开始，分别开设中国语言文学、历史学、哲学等专业课程，实施双向选择，学生可以根据自己的兴趣、爱好和理想，经过学校考核，在文史哲三个专业中选择一个作为主修的专业方向，同时选修其他两个专业的相关课程。
中国人民大学：人大的人文科学实验班学制是六年，本硕连读，毕业时授予硕士学位。毕业后如果想继续深造，可以继续在本院攻读博士学位。课程分为学科通识课、学科基础课、专业必修课和专业选修课，比如国学通论、文字音韵训诂、版本目录校勘、国学经典研读系列、先秦诸子研究、宋明理学研究、唐诗研究、宋词研究、敦煌文书研究、信息与社会、外国语言学等。
浙江大学：涵盖人文学院、外国语言文化与国际交流学院、传媒与国际文化学院等三个学院的专业，主要包括哲学、汉语言文学、古典文献、编辑出版学、历史学、博物馆学、新闻学、广播电视新闻学、广告学以及英、俄、德、法、日等外语和对外汉语等专业。
解析真实的世界
――社会科学实验班
社会科学是很庞杂的学科，主要研究社会现象及其发展规律，涵盖了经济学、政治学、法学、伦理学、历史学、社会学、心理学、教育学、管理学、人类学、民俗学、新闻学、传播学等，可谓包罗万象。因此，一些高校对同是社科的几个专业实行联合招生，在学生对具体专业有所了解之后，再选择其方向。这类实验班往往文理兼招，当然还是以文科生为主。除了老牌文科较强的高校如人大、武大等，以工科为主的清华、浙大、北航等高校也开设了社会科学实验班。不同的院校，开设的这类实验班包含的具体专业有所不同，如浙大包含经济、法学、管理、教育等几大类专业，清华则包含了经济学、社会学、国际关系三个专业，北航则几乎包括了其所有文科学院的专业。
清华大学：入学后的前一年半，学生主要学习社科专业基础课，特别是打好数学和英语基础，同时也接触专业基础课程，以便确定自己的学科兴趣，寻找符合自己的发展方向。这一阶段的课程如数学类课程、微观及宏观经济学、社会学概率、政治学概论和国际关系分析等，通过学习，学生基本了解了社会科学的研究工具、研究领域与研究方法。大三大四时，学生根据自己的兴趣以及专业的要求通过双向选择，从社会学、经济学、国际关系中选择专业方向，深入学习各自专业的专业知识，加深对专业知识掌握的深度。经济学专业具体学习中级微观/宏观经济学、计量经济学、投资、国际贸易等课程；社会学专业学习社会思想史、家庭社会学、组织社会学等具体领域；国际政治深入学习包括国际关系理论、地区研究、研究方法等。
北京航空航天大学：入校后第一年统一以“社会科学实验班”的名义加以组织，隶属于人文与社会科学高等研究院，并实行一年通识课程（如中国文明文化史、西方文明文化史、艺术史）和交叉学科基础课程（经济学、法学、行政管理三大学科的基础课程），为学生的专业学习奠定宽厚的学科基础。在专业选择方面，实施“既充分尊重考生对专业的自主选择，又恰当考虑学院的专业要求”的双向选择机制，根据学生的专业兴趣和第一学年的课程选择、学习成绩以及综合表现进行二次选择。
浙江大学：文科生报考浙大，只需要选择人文科学实验班或社会科学实验班即可，这两个实验班几乎涵盖了浙大的所有文科专业。社会科学实验班，涵盖了经济学院、光华法学院、教育学院、管理学院以及公共管理学院等学院的专业，主要包括经济学、国际经济与贸易、财政学、金融学、法学、教育学、公共事业管理、工商管理 、物流管理、旅游管理、农林经济管理、社会学、政治学与行政学、国际政治、行政管理、劳动与社会保障等。
迈向“华尔街”之路
――经济管理实验班
经济、管理专业是当下备受考生青睐的两类专业，学科领域也有所交融。因此很多大学对两者进行联合培养，比如复旦、北交大、中南财经等高校开设了经济管理实验班。从招生对象来说，虽然社科实验班也会招收一些理科生，但总体上理科实验班和人文社科实验班招生还是比较泾渭分明的，真正实现文理兼收的只有经济管理实验班，此外，西南财经大学开设的金融双语班、工商管理双语班等也文理兼收。
虽然经济管理实验班包含的专业有所不同，但在培养方面仍是以通识教育加专业教育的形式进行。由于经济管理专业以数学、经济学、管理学为主干学科，部分课程会采用英语教学，所以，考生报考的时候要权衡一下自己的数学和英语水平是否符合要求。
复旦大学：复旦的经济学院、管理学院、旅游学院对经济学、国际经济与贸易、金融学、财政学、保险、公共事业管理、旅游管理、工商管理、市场营销、财务管理、会计学、管理科学、信息管理与信息系统、统计学等14个专业以“经济管理实验班”进行招生。虽然招生时文理兼收，但第一学年结束后分流时，后七个专业只招收理科生。
北京交通大学：第三学期末学生要进行分流选专业，分流的依据条件依次是标准专业规模、分流时的填报志愿和大学前两个学期的学习成绩，可选择专业包括经济学、金融学、市场营销、工商管理、会计学、财务管理、劳动与社会保障、工程管理、旅游管理、物流管理、信息管理与信息系统等专业。
中南财经政法大学：中南财经的经济管理实验班以财经政法类专业为特色，依托该校经济学、管理学与法学三大主干优势学科，于2012年首次面向全国招生，优先录取第一专业志愿考生且其高考总分位列所在地区生源中前2名，或其高考各科目中理综或文综达到卷面总分80%及以上，且另三门科目中有两门科目达到卷面总分90%及以上的考生。
武汉大学：武大开设的不是经济管理实验班，而是数理经济与金融实验班（含数理经济实验班、数理金融实验班），注重在现代经济学、金融学、高等数学、计算机和英语方面进行教学和训练，采用国际上最新版本的权威性原文教材。学生进校后前两年，在公共基础课和专业基础课学习阶段打通专业界限，采用统一的经济学科基础平台和专业基础课平台进行培养；大二快结束时，在学生对专业有一定了解的基础上，根据其兴趣、专长、人生规划和社会需要，分别进入两个实验班继续进行专业课学习。学生毕业后可获得经济学学士和理学学士双学位。
其他实验班
除了以上四大类学科实验班，还有其他一些实验班也比较有特色，这里选取两例进行简略介绍。
浙江大学：浙大的“求是科学班”可以说是“实验班中的实验班”，该班重在加强学生科学基础培育及科学素养的熏陶，实施全程导师制，采用个性化、国际化培养方案，设置本硕博多通道出口。该班选拔的是对数学、物理、化学、生物、计算机科学五个基础学科中某一学科有浓厚学习兴趣、具有较强培养潜力并有志于深入学习的优秀学生。所招学生或是通过保送，或是通过在大一新生中公开选拔，每届招生100人左右。
西南财经大学：光华创新人才实验班在四个学院进行设置，包括金融学院“光华创新人才金融与理财实验班”、工商管理学院“光华创新人才金融服务与管理实验班”、统计学院“光华创新人才金融统计与风险管理实验班”和经济信息工程学院“光华创新人才金融智能与信息管理实验班”。每届“光华创新人才实验班”学生选拔总人数为160～200人，选拔时间在大一第二学期结束后进行。
友情提醒
如果能有机会进入大学实验班，一则证明了你的实力非常强，二则让你在大学里拥有一个良好的学习环境和条件，为你今后进一步深造奠定了基础。
关键词：金属材料 性能 组织 使用
能源、信息、材料是社会发展的三大支柱。其中材料是人类生存和发展的物质基础，它是社会发展和进步的标志，是人类文明的重要支柱。而材料又主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，这其中，金属材料是人类历史上系统的应用研究时间最长，在目前应用也较为广泛的一种重要材料。
一、金属材料对人类社会的意义
金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。金属材料可以说是人类社会发展的见证者，因为它在人类社会各个转型期起到了举足轻重的作用。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现在，种类繁多的金属材料已经成为人类社会发展的重要物质基础，尤其是钢铁，对人类文明发挥着重要的作用。一方面是由于它本身具有比其他材料更加优越的综合性能，能够更适应科技和生活方面提出的各种不同的要求；另一方面，是由于它始终蕴藏着的在性能、数量、质量方面的巨大潜力，能够随着日益增长的要求不断发展和更新。作为人类最早发现并开始加以利用的一种材料，金属可以说从方方面面影响着人类的历史发展进程。
二、金属材料的应用
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。①黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳 2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。②有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。③特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。
农业现代化、工业现代化、国防和科学技术现代化都离不开金属的支持，小到农具、机械零件、日常用品，大到飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由金属制成。现在世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展金属、有色金属工业，增加金属的战略储备。所以说金属材料是国民经济、人民日常生活及国防工业、科学技术发展必不可少的基础材料和重要的战略物资。
三、影响金属材料性能的因素
金属材料，尤其是钢铁，因其本身具有优越的综合性能和在数量、质量方面的无限潜力，能够适应社会不断发展和需要，所以金属材料对人类文明发挥着重要的作用。对其成分、组织结构、性能三者之间的关系及变化规律的研究也显得至关重要。
金属材料中往往会含有不同种类的金属元素，不同金属元素成份对金属材料影响不同。例如，钢除含碳以外，还含有少量锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）和氢（H）等元素。一些元素是为改善钢材质量有意加入的，而另一些是由矿石及冶炼过程中带入的，称为杂质元素。这些杂质对钢的性能是有一定影响，从而降低钢材使用性能，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都有严格的规定。决定金属材料性能的基本因素是化学成分和组织结构。同一化学成分，或是同一结构的金属材料，其某些性能可以在一个大的范围内变化，从而影响其性能（最主要是工艺性能和使用性能）。
金属材料的工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能。金属材料从冶炼到制造成器件使用，需要经过铸造、压力加工、机械加工、热处理以及铆焊等一系列的工艺过程，其所具有的那种能够适应实际生产要求的能力统称为工艺性能，如铸造性、锻造性、深冲性、弯曲性、切削性、焊接性、淬透性等。而金属的使用性能是说金属材料制作成工件后，在使用过程中，要求其能适应或是抵抗作用到它上面的各种外界作用（诸如力学、化学、辐射、电磁场以及冷热作用等，这些作用有强有弱，有大有小，有单一有复合）。金属材料的这两种性能及相辅相成又互相制约，平衡两者之间的关系会促进金属材料发展，更有效利用资源。
四、新型金属材料的应用
由于金属材料具有其他材料体系不能完全取代的独特性质和使用性能，例如它具有很高的模量，较高的韧性，并且具有磁性和导电性等优异的性能。而且，在其他材料发展的过程中，金属材料也在不断地推陈出新。现在，许多新兴的金属材料应运而生，传统的钢铁材料正在不断提高质量、降低成本、扩大品种规格，在其加工和处理等工艺上不断革新。近些年，中国制造业迅速崛起，作为制造业的基础行业之一的金属加工、成形行业，发展更为明显：在过去几年，整个行业以年均增长20-30%的速度发展，产品品质也在以惊人的速度提升，逐渐获得整个世界制造业的认可。新型金属材料在整个发展浪潮中更是炙手可热。
现如今，节能减排已深入人心，而汽车工业更是改革重点。汽车工业节能减排的首选便是轻量化材料。据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%，而镁、铝作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中发挥出重要作用。铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。镁合金具有密度小，比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好等有点。如果每辆汽车能使用70公斤镁，CO的年排放量就能减少30%以上。世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。现在世界各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志。
五、合理利用金属材料
如今金属材料工业中，钢铁工业已经具有了一套相当完整的生产技术并拥有相应的生产能力，且具有质量稳定，供应方便，性价比高等优势。金属是可以回收循环使用的，其本身对环境并没有污染，但是在提炼过程中却会对环境产生污染。如有色金属，在生产过程中通常产生大量废气、废水和废渣，其中含有多种有用组分，有时含有有毒物质。因此，在生产过程中，必须注意综合利用与环境保护。金属矿石中常是多种金属共生，因此必须合理提取和回收有用组分，做好综合利用，以便合理利用自然资源。
自从人类发现了金属，金属就与我们的生活息息相关，密不可分。人类在不断的求知探索中，对金属材料的运用逐渐成熟，成熟的技术和先进的工艺方法使得金属材料为人类社会不断提供更便捷、更高效的服务。
参考文献：
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【关键词】中国 美国 法律教育 异同 启示
【中图分类号】G53/57 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）09－0043－03
【Abstract】Legal education is the national higher education basic teaching content, is the realization of rule of law is important assure. After years of legal education reform, China’s legal education system is gradually perfect and is perfect, but still existed some problems. This article from the American legal education of the same and different aspects of our current legal education in the existing problems, and puts forward corresponding countermeasures.
【Key words】China The United States Legal education Similarities and differences Enlightenment
中国的法学专业是朝阳学科，从法学毕业生就业现状来看，主要在检察机关、审判机关、仲裁机构和法律服务机构、行政机关、企业事业单位和社会团体等行业从事法律服务工作。就业前景广泛，主要从事检察官、法官、律师、行政机关公务员、大公司主管法律事务人员、高校法学教师、法学研究者等职业，从社会需要来看大有发展前景。因此，法律职业教育值得我们关注和探讨。而美国作为西方法律职业教育的先进国家，有值得我们学习和借鉴之处。
一、中美法律教育的共同点
1．法律教育的承担者相同
目前，中美两国的法律教育的承担者主要是各大学的法学院。美国耶鲁大学和哈佛大学先后于1800年和1817年设立法学院，自19世纪后期开始，法律教育主要任务由各大学法学院承担。中国的法律教育也是以大学教育为主。主要有两类：一类是综合大学中的法律院系，一类是单科性高等政法学校。自1979以来，中国法律教育发展迅速。另外中国还有大专、中专层次的各种法律职业学校，还有各种业余教育中的法律专业。但在各种法律职业学校和成人教育的法学教学中，存在的问题较多，如师资力量不强、教学管理松弛、教学效果较差、毕业生质量不高，因此中国的法律教育主要以各大学法学院的普通教育和单科性高等政法学校为主。
2．法律教育与科研任务并重
中美两国高等法学院系除以教学任务为主外，还承担法学的科学研究任务。与欧洲大陆一些国家不同，中国的专门研究机构较少，因而法学研究方面的力量主要集中于高等学校的法学院系中，教师既是法学教育的承担者，也是法学研究的主力军，这与美国法学院承担的任务类似。
二、中美法律教育的不同点
当代中国法律教育在社会制度、意识形态以及本国历史、文化传统方面，都不同于任何西方国家的法律教育。就法律教育的形式、技术方面而论，中国较接近民法法系国家法律教育。与普通法系国家相比，尤其是美国，有很大差别。近几十年来，两国间的法律教育方面的交流日益加强，美国的法律教育方法与模式被积极引进中国，有关美国的法律、法学及法律教育方面的知识，对中国的法律教育产生了一定的影响。
1．入学资格不同
中国法学院的入学资格主要是高考毕业生，通过每年一度的高考选取法学专业，达到高考成绩的，批准入学。以高中学习成绩和高考成绩为基础。另外也有少数学生通过成人教育方式学习法学，主要包括自学考试和成人函授考试等方式实现学习法律，入学资格也是高考毕业生，但可以招收往年毕业学生，因此成人法学教育的学生较普通大学的法学学生年龄偏大，社会经验较为丰富，但这种入学的学生数量少，教学质量问题较大，因此，中国法律教育招录的学生是以基本没有社会经验的高考毕业生为主体。这种入学资格和美国法学院的入学资格有较大不同。美国法律教育的一大特点是入学资格之一是已是大学本科毕业生，即已取得文科或理科学士学位（B.A.，B.S.）。要求申请入学者要参加全国性的“法学院入学考试”（LSAT），以大学本科成绩和LSAT成绩为入学的基础，合格者被批准入学。因此，法学院的学生年龄要比一般大学生大，所具备的基本知识也较为扎实与广泛，有一定的社会经验和文理知识。
2．教学目标不同
中国各大学法学院的教学目标旨在为学生提供较为广泛的法律理论和知识方面的基础，而不单纯是职业训练。中国法学教育的对象主要是高中毕业生，在法学院系学习四年，符合条件的毕业生被授予法学学位。在校四年学习期间，主要学习法学专业课程，但也要学习很多一般人文学科课程，如外语、哲学、政治、历史学。这种教学对学生的基本要求是，毕业后不仅可以从事律师、法官等职业，还能从事公务员、一般工作人员等职业，律师在主要的职业取向中不占主导地位。中国的法学本科学位不同于美国法学院所授予的法学博士（J.D.）学位。美国这种教学对学生的基本要求：毕业后立即参加律师考试，能从事以开业律师为主的实际工作。这种方针的一个前提就是：法学院的学生在入学前已具备必要的人文学科知识。［1］据统计，目前全美共有200多所法学院，其中184所是经美国律师协会American Bar Association（简称ABA）认可的。所有被ABA认可的学校，每年大约招收3万6千多名的全时法律学生及接近七千名的选读法律学生，可以参加美国各州的律师考试。他们中80%以上的人都以律师为主要就业方向，约10%以上的毕业生则进入司法体系或担任其他公职。因此，在ABA这个“法律职场代表”的外部引导下，各法学院为美国每年造就数以万计的律师（美国律师人数比全球其他所有地区律师的总和还多，迄今已突破100万人），从而形成一条“产、供、销一条龙”的法律职业教育之路。因此，中国法学院的教学目标更侧重于知识性的训练，而美国法学院的教学目标更侧重于职业训练，以培养“未来的律师人才”为教育目标，这也可以从两国的教学课堂设置得出结论。
3．课堂设置不同
中国的法律教育，是统一由国家管理，其课程设置原则上按国家统一规定的教学计划，但各院系分别结合本单位实际情况制定各自的教学计划。以北京大学法学院多年的教学计划而论，首先，就本科生的专业和课程设置来说：1979年，根据当时的需要在全国率先增设了国际法学专业，1980年又率先增设了经济法学专业，1993年再增设国际经济法学专业。这就形成一个包括法律学专业、经济法学专业、国际法学专业、国际经济法学专业在内的在国内属于尤为完整的法学专业体系。在发展专业体系的同时，法律学系的课程设置体系不断发展。经多次调整，从1993年开始，本科生进校后任选专业，学满两个专业学分的可取得双专业毕业文凭。与此同时，近年来再次修订教学计划，贯彻“加强基础，淡化专业”的精神，加强了基础课比重。全系所开本科生专业课程已逾70门。其中全系各专业必修课17门：法理学、中国法律思想史、中国法制史、西方法律思想史、外国法制史、宪法学、行政法学、民法概论、合同法、刑法学、国际法、国际私法、民事诉讼法、行政诉讼法、刑事诉讼法、法律文书、律师实务与律师道德；法律学专业必修课6门：知识产权法、婚姻家庭法与继承法、企业法/公司法、司法鉴定学、犯罪学、劳改法；经济法学专业必修课9门：经济法总论、企业法/公司法、反不正当竞争法、计划法与投资法、财政法与税法、金融法/银行法、会计法与审计法、劳动法与社会保障法、环境法；国际法学专业必修课8门：中国外交史、国际环境法、国际经济法、国际组织、海洋法、航空航天法、国际司法判例、专业外语；国际经济法专业必修课8门：国际贸易法、国际投资法、国际金融法、国际税法、海商法、国际技术转让法、国际经济组织、专业外语；全系各专业限制性选修课23门：现代西方法律哲学、立法学、当代西方法律思潮、中国司法制度、中国法律文化、香港特别行政区基本法、外国宪法、公务员法、罗马法、外国民商法、实用刑法学、青少年法学、外国刑法、刑事侦察学、刑事技术概论、法医学、保险法、中国经济立法史、司法精神病学、外国婚姻法、票据法、国际税法、国际法与国际组织专题。除专业课程外，还有若干门全校性公共课程。［2］除学习课程外，还要求学生在学习期间有固定时间在司法机关、律师事务所或其他单位实习；并要求在教员指导下，撰写毕业论文。
美国的法律教育较为注重职业训练，其课程设置明显地反映了职业教育的特色。各法学院课程设置有所区别，但基本上是相同的。以法律专业本科教育为例，其基础课程包括：宪法、合同、侵权、财产、、民事责任、刑法、民事诉讼法以及法律推理和司法文书、商法、公司法、知识产权法、WTO等。客观地说，普通本科三年的法律课程之中第一年是最难的。上课时间往往不是很多（哥大法学院每周五天约上二十个小时），但每上一次课，学生必须花三四个小时甚至一整夜的时间做课前准备工作（包括阅读讲义、检索案例、寻找案例争点issue、尝试回答布置的问题等）。而临近期末考试时，那就更要加倍努力了。选修课程基本设置在第三年，开设课程五花八门，包括法律与社会科学、法经济学、法律与全球化、收购与兼并、谈判理论等。由于不同类别的学生选修课可以交叉，因此像哈佛等名校常年提供100多门课程供学生选择。鼓励学生自选的课程包括比较法、法制史、法律哲学、法律与经济等课程。［3］
4．教学模式不同
中国的教学模式较为传统，一般以教员系统讲授为主，一般课程也有专门课堂讨论。就国内各部门法课程而论，讲授内容主要围绕该部门法的有关法律、法规的理论和实践。即通常的老师讲授知识，学生作笔记，间或有师生互动提问、释疑环节的授课方式。无论中外，它都是讲授基本理论课或学科基础课的唯一之选。但由于相对忽视学生在教学中的主体性，有着被动接受的弊端，因此这种教学模式在中国通常也被称作“填鸭式”教学，成为学者批评和教学改革的对象。中国没有判例法制度，在讲授或讨论部门时，也研究少数有关判例，但这仅仅是为了贯彻“理论与实际相结合”的原则，更好地理解有关法律规定，而不是像美国法学院所推行的“判例教学法”。目前中国的一些法学院已经注意到此类问题，不但加大了给各类学生安排法律实务类课程的数量，而且通过暑期社会实践、毕业实习、组织模拟法庭和组建法律社团、提供免费法律援助等方式不断加强学生们的实践能力。
美国教学力求发挥学生的学习主动性和积极性。一种是讨论课的方式。在课堂上，教师与学生从施教者和受教者的模式中脱离出来，进而演变为合作者的关系。它强调学生主动性的最大发挥，每一个学生在课前预习（通篇阅读教师预留的参考文章以及选定案例）的基础上，在课堂上畅所欲言，发表个人见解。教师往往扮演一个引导者、提问者以及思路转换者的角色。更多时候，教师的身份被完全淡化而彻底融入到课堂讨论之中。这种教学方式中教师的主导性实际上增强了，因为他需要在课前针对本门课程，安排最能说明问题的案例和参考文章供大家阅读，并预先就每次将要讨论哪些题目、从哪几个角度进行深入分析等问题通过电子邮件发给大家提前准备。因此，教师组织讨论课的方式付出的精力反而比一般的“填鸭式”授课方式大的多。另一种是判例教学法，这种方式在中国法学教学中的影响越来越大，但其局限性也日益凸显，美国随着社会的需求，其Clinic（诊所式）教学模式逐渐成为美国各大法学院青睐的一种方式，此种模式在美国法学院推行已有30多年的历史。它是以培养学生处理法律实务问题的各种技巧为主要内容，把课堂假设为一个法律“诊所”，教师的任务就是要引导和训练学生对一个个法律疑难杂症做出“诊断”，并提出解决问题的办法――开出“处方”，从而锻炼出“医术高超”的法律实务人才。目前Clinic教学的主体内容是公益诉讼（Public Interest Law Initiative，简称PILI），其范围包括对穷人、妇女、儿童、残疾人被侵权提供法律援助，以及环境问题诉讼、移民案件诉讼、公平住房诉讼等。具体做法就是对法学院一二年级的学生志愿者进行Clinic培训，有针对性地讲授各式各样的实践案例、可能遇到的情况、可用的法律对策等，最终以培养出一批能在某个地区开展短期或中期公益诉讼的法律工作者为目标。
三、启 示
1．重新确立法学教育目标，注重职业培养的教学模式。
法律人要走向实践，以经世致用为本。法学教育是面向市场经济和法律职业实务的主战场，应树立新的教学思想和教学目标，为此要增加实践教学的方法，强化“全国统一司法考试”的教学权重。目前课程改革已有成效（如“方法”课和“案例”课），但还需进一步改进。在老师配备上，应强调有适当比例的实务人士聘为客座或兼职教授；聘请法律实务中的资深律师定期来校开课（如专门的律师实务，或者特定法域的选修课）；强化毕业前实习课程的教学和考评，开展相对固定的用人单位的学校招聘会。有一定数量的实习基地和调研地（如法院、检察院、律师事务所、法律服务所、监狱等）；加强模拟法庭、法律诊所、法律社团以及自办刊物、网站的建设。强化“全国统一司法考试”在法学教育教学中的权重，鼓励教师结合法律实务进行教学。目前，我国的法律教育对以上教学目标已有较好定位，以我国较小的法学院――江苏淮阴师范学院法学院为例，学院在教学目标的设定、教师师资的聘请、实践基础的建设及司法考试的重视上，都做到了以上的要求，教学效果显著，以司法考试过关率来说，近三年来，每年大三学生过关率在30%以上，这可以说明，我国法学教育教学目标的重新定位有着极大的希望。但从整体上看，我国的大学法学院的职业教育定位还不够，法学毕业生的就业选择还不能准确定位，这在极大程度上影响了法学毕业生整体就业质量。
2．建设实践性较强的专业课程群，鼓励跨专业、跨院系选修课程的设置。
在法学院开设的课程中，每组的课程结构分为公共必修课、方向必修课和选修课（含推荐选修课和自选课）三类。公共必修课应包括传统法学的基础课，如宪法学专题、法史学专题、法理学专题、民法学专题、刑法学专题等；方向选修课应包括：司法法务方向，可选民事诉讼法、刑事诉讼法、法官学等；政务法务方向，可选行政法、行政诉讼法、立法学等；商事法务方向，可选公司法、金融法、担保法、劳动法等。另外，我国应面向未来，尽快开设国家和社会以后愈益重要的新专业科目和相关课程，如可以单独设置人权法、公益诉讼、非诉讼纠纷解决机制、环境保护法律等课程。
同时为培养跨学科的复合型人才，鼓励跨专业、跨院系选修课程的设置，主要措施有：增加财税法、知识产权法和新型交叉学科选修课的设置；鼓励校内不同学院联合开设跨学科课程，如财税金融与财税金融法、法律和经济学、公司并购和公司法学等。
目前，中国各高校法学院基本都能根据自身情况，制订较为完善的课程，但关键问题是部分选修课实践性较差，课程的设置可有可无，再者学生对一些实践性较强的选修课的认识不足，造成实践性的选修课没有实践作用。这还有待我们在教学实践中逐渐积累教学经验。
3．切实提高本科生和研究生的学术水平
学生的科研水平是在实践基础上不断提升的，法律教育虽然以职业性与实用性为主要教学目标，但缺少理论研究，法律教育也就成了无本之木、无源之水，为此，我们要在注重实践教学的基础上，同时加强对学生科研水平的提升。为此我们可以注重以下途径：①常设教授沙龙、主题研讨会、学生社团学术研讨会、实现学生期刊的正规化。②加强对硕士、博士的日常管理。规定学生定期向指导教师做研究报告或案例调研报告，认真准备，提高学术水平，为此要做出常设性的硬性规定。③坚持在硕士、博士课程中开设各类“法学前沿课”，增强学生的理论和学术水平。
四、结 论
总的看来，美国法学教育特别强调职业性和实用性，很少进行单纯的书本教育，反对刻板教条、反对不结合实际案例空谈法律理论的教育思想。法学院就是职业教育学院，其法律教学的各个环节，包括入学资格、教学模式、课程设计、考试方式以及毕业要求都紧紧围绕学生就业和法律实用的根本宗旨进行设计与运作。教师教育学生从案例中总结归纳法律原则，帮助学生阅读和了解具体问题的全部相关材料，分析和评判某项法案和司法裁决的优劣得失，教师的任务就是要引导和训练学生对一个个法律疑难杂症做出“诊断”，并提出解决问题的办法，从而锻炼出法律实务人才。这种教育定位与教学模式使美国的法学教育在全球化的背景下，始终居于强大地位和有力影响。这对于我国目前的法律教育有着积极的启示意义。
参考文献
1 沈宗灵.比较法研究［M］.北京：北京大学出版社，2006：235
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