時間：2022-07-22 06:14:16
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇直升機技術論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】航路規劃 無人直升機 飛行安全
1 引言
無人直升機的航路規劃是指在特定的約束條件下，尋找滿足無人直升機機動性能及戰場環境信息限制的從起始點到目標點的最優飛行軌跡，是在給定數字地圖、飛行器特性參數、飛行任務的情況下，按照某種性能指標，要求航路規劃系統能夠在數字地圖上方的某個離地高度上規劃出一條性能最優的三維航跡。它是無人直升機任務規劃系統的關鍵技術之一，是確保無人直升機提高飛行器的作戰效能，圓滿完成偵察任務，有效實施遠程精確打擊的有效手段，也是無人直升機實現自主控制，智能飛行的技術保障。因此。無人直升機的迅猛發展和廣泛應用給航路規劃技術提出了更高的要求，針對于固定翼無人機，無人直升機有自身的特點， 無人直升機可垂直起降、對起降環境要求低，飛行速度低、高度低、可超低速飛行或懸停。對于這些特點，無人直升機的航路規劃較固定翼無人機有特殊性。這都使無人直升機航路規劃技術成為國內外學者研究的熱點之一。
對于無人直升機來說，飛機的安全性是放在首位考慮的問題之一，然而在無人直升機航路規劃過程中，對安全性問題的分析與判定是航路規劃的重要環節。也是影響規劃質量的重要因素。本文核心內容就是針對無人直升機航路規劃安全問題進行分析，然后針對這些問題給出本文的解決方案。
2 安全性判定問題
一般情況下，航路規劃主要分為飛行前“離線規劃”，即在飛行前，人工或自動規劃一條滿足一定條件的飛行航線；另一種為飛行過程中“在線規劃”即在飛行過程中，根據現場情況進行航跡的調整與規劃。無論是手動規劃還是半自動、自動規劃，航路規劃一般采取以下3個步驟：
（1）建立任務場景，輸入限制條件。一般場景中包含以下元素：控制站位置、任務區、規避區、威脅源、空域使用情況、站位情況、任務屬性等等。
（2）人工手動規劃或者采用航路規劃算法，根據一定條件對無人直升機的航路進行規劃，并生成滿足一定條件的無人直升機的參考航路/航線。
（3）將規劃的航路供任務規劃使用（一般情況下，航路規劃是任務規劃的一部分）或加載至無人直升機獨立使用。
一般情況下一條規劃的航線包括飛行高度信息、飛行速度信息、航點特性信息、時間戰位信息等等。為了保證規劃航線的合理性需要結合飛機本身的特性以及飛行控制策略，合理的配置航線中航點的參數，時期既滿足任務需求，有保證飛行的安全。本文著重從速度判定、高度判定、航點特征字判定、數據鏈通信判定、控制律適應判定以及燃油判定等6個方面闡述在航路規劃中對飛行安全的判定。而進行安全性判定的前提條件為：
（1）可獲得無人直升機平臺參數以及控制律控制策略；
（2）可獲得規劃區域的三維地形數據，GIS數據。我們使用osgEarth作為我們基礎GIS功能開發工具和運行庫。加載局部30m高精度高程數據（.tif格式）。
2.1 速度判定
速度是無人直升機非常重要的一個參擔由于無人直升機的特性，無人直升機的速度跨度范圍比較廣，無人直升機可倒飛、可懸停、可側飛、可正常前飛。但從整體來看無人直升機的速度可分為低速階段、過度階段以及正常速度階段。在機上，速度分為地速和空速。一般情況地速來源于GPS/北斗等衛星設備，空速來源于大氣機或慣導等設備。在低速時采用地速信號作為飛行控制律的速度控制量，空速信號基本處在不可用狀態。在正常速度階段，基本采用空速信號作為飛行控制律的速度控制量。而在過度速度階段，處在空速和地速的切換臨界階段。在航路規劃過程中，速度應遵循以下判定準則：
（1）速度應處在飛機可飛范圍之內；
（2）速度應避開過渡段速度范圍；
（3）速度盡量設置為巡航速度值左右；
（4）為增強飛機抗風等特性，飛機盡量不在低速范圍飛行；
（5）應避開可能引起飛機共振的速度點。
2.2 高度判定
相比于固定翼無人機，無人直升機的飛行高度一般比較低，有時為了特殊需求需要貼地飛行。因此無人直升機對三維地形數據的精度要求比較高。
在高度判定準則中，首先應滿足無人機飛行的離地高度應大于無人機的最小安全離地高度。在實際情況中，無人直升機在飛行過程中與理論/規劃的航線之間存在側偏距。
如上圖所示，在規劃的理論航跡周圍，以側偏距d，步長為s，虛擬出折線形“高度判定軌跡”，然后在“高度判定軌跡”中，每隔一定距離l取點p，經過p點，做垂直于對應航段的直線，與理論航線的交點為p1，以p1的理論飛行高度值，作為p點的飛行高度值。然后判定p點的飛行高度是否滿足最小離地要求。依次類推。判定所有航段的飛行高度是否滿足最小離地要求。
在無人機上根據不同的傳感器，獲取高度一般有無線電高度、衛星高度/海拔高度、大氣高度、超聲波高度等。由于傳感器的量程和誤差等原因，在飛行控制策略中，童謠需要根據實際情況選擇不同的傳感器信號作為飛行控制律中的高度控制量。我們將切換高度傳感器的高度范圍作為過渡段高度。因此在過渡段高度范圍內飛機處在高度波動比較大，在規劃高度時應避開過渡段高度范圍。
除此之外無人直升機的飛行高度還應滿足無線電通視要求。對于無線電通信對高度的要求在數據鏈通信判定一節中詳細描述。
2.3 數據鏈通視判定
數據鏈無線通信是無人直升機重要組成部分。在飛行過程中，正常狀態下需要保證無人直升機與控制站之間通信暢通。無人直升機測控系統的信息傳輸屬微波視距通信，一般認為直線傳播，為了無線通信暢通最少需要滿足以下兩個條件：
（1）無人直升機與控制站之間無障礙遮擋；
（2）無人直升機的飛行高度應滿足微波視距通信的視距要求。
為了判斷無人直升機與地面站之間是否有遮擋，我們在理論航跡上，從起飛點開始，每隔s米步長（s取值越小判定精度越高，計算工作量越大），取一個航線上的空間點P，將控制站是為一個質點O，連接空間點P與O點 ，然后利用osgEarth的功能庫函數，判斷PO連線與地形曲面是否有交點。如果有交點則證明無人直升機在該點與控制站之間有遮擋，無法完成正常數據鏈無線通信。否則證明該點與控制站之間無遮擋。
對于微波視距通信的視距是指在兩個天線之間保持無障礙通信的最大距離，它與地球曲率、大氣折射、地面反射、氣候、地形等諸多因素有關。根據我國以往無人機系統飛行數據和經驗，可以把僅考慮地球曲率的幾何視線距離作為無線電視距。在地面的天線之間，設地面天線高度為h1，機載天線高度為h2，當兩者的高度確定之后，就有一個與之對應的視線距離。它是當收發天線的連線和地面相切時，在地面上的大圓弧長d，如圖3所示。
而機載天線的高度基本可視為無人直升機的飛行高度。在這里我們設控制站天線高度已知。此時我們可根據航點離控制站的距離和控制站的天線高度，可得在該距離條件，滿足數據鏈微波視距的最低高度。因此飛機的飛行高度應大于求得的最低高度值，最好有一定的余量。
2.4 控制律適應性判定
飛控系統作為無人直升機最為核心的系統之一，是無人直升機的大腦，而飛行控制律就是其思想。對于一條航線，可分為若干航段，每個航段都有兩個航點。無人直升機某條航段的飛行動作都是有這條航點的兩個航點參數決定的。因此航點是整條航線的信息單元。在一條航段中包含，若干飛行過程，如加速過程、減速過程、爬高過程、下降過程、懸停過程、定速巡航過程等過程。這些過程作為基本的過程單元。除了這些基本的過程單元外，還包含協調轉彎過程、盤旋過程等特殊過程或叫任務過程。一條航段可包含一種或多種基本的過程單元和若干特殊過程。這些過程的執行都需要一定的飛行距離和時間，根據飛機的運行特性和控制律的控制策略，我們可以理論的計算出每個過程需要的理論飛行距離和時間，如果這條航段的長度小于理論上的基本過程（定速巡航過程比較特殊，需要單獨考慮）和特殊過程執行過程的距離累加和，就可能出現飛行過程沒有按照設想的過程飛，有可能影響后續飛行過程，影響整個任務的執行情況，甚至影響飛行安全。除此之外，由于受外界風速、環境、溫度等影響，需要在每個過程單元中考慮一定的距離余量。保證該航段有足夠的長度，執行所有的過程單元。對于不同的無人直升機他的控制策略都不大相同，加上該過程的計算非常簡單。因此此處的計算不做具體的介紹。
2.5 燃油預估判定
燃油消耗預估是影響飛行安全的重要因素之一。當無人直升機的飛行航線確定后，通過對航線進行分析，確定無人直升機包含哪些過程，然后計算每個過程的平均耗油率和持續時間，平均耗油率與持續時間相乘得到該階段的消耗預估油量。最后將每個過程的預估油量相加即得到整個飛行過程的總油量預估。計算公式如下：
其中GF為燃油消耗量，單位為千克（kg），n為航線飛行包含的飛行過程，為第i個飛行過程的平均耗油率，單位為千克/秒（ kg/s），t（i）為第i過程的持續時間。
在燃油預估計算中，關鍵是獲取飛行過程的耗油率。為了獲得高精度耗油率，我們開創性的發明一種耗油率自學習的方法。該方法是基于查耗油率數字圖表和飛行參數分析與統計相結合的方法，是一種混合預估方法?；趫D表的燃油預估方法使用簡單，計算速度快，基行參數分析與統計的燃油預估方法在耗油率自訓練的混合方法的比例不斷增加，從而自動的提高了對燃油消耗量的A估準確性。該方法考慮了溫度和風速等因素對燃油預估的影響，大大提高了燃油預估的精度。
除此之外，在飛行過程中，根據初始燃油量、已飛航程、已飛時間、待飛航程、待飛時間，修正剩余飛行任務的最低燃油消耗量的數據。使得對燃油的預估更加準確。進而保證有足夠的燃油完成剩余飛行任務。
3 總結
航路規劃是無人直升機任務規劃重要組成部分，本文只是從速度判定、高度判定、數據鏈通視判定、控制律適應性判定以及燃油預估等5個方面，講述了保證飛行安全的方法和措施。當然在航路規劃中，影響無人直升機飛行安全的因素還有很多，比如航線切換和在線調整過程中安全判定等。
參考文獻
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[3]符小衛，高曉光.一種無人機路徑規劃算法研究系統仿真學報[J].2004，16（01）：20-23.
作者簡介
張大高（1984-），男，山東省棗莊市人。工程師，主要從事無人直升機測控與導航、指揮控制系統、任務規劃等方面的研究。
據說尼安德特人在房屋燒塌時首次嘗到了烤乳豬的美味，為了吃烤豬肉，后來不知點燃過多少間房屋……這就是“無法總結成功的法則”，為了再次成功，只有依樣畫葫蘆重新做起。我認為新聞人應該像一架直升機，在高空（理論）與低空（實務）之間頻頻升降。
鄭志榮同志談起他即將出版的文集，定名為《志當存高遠》，我說“好”；又談起文集的大部分是理論研究，我又說“好”――誰知接下來他要我寫序！可見叫好是要付出代價的……背著“序債”還在拖延，他又專程送來書稿，翻閱一過，足證我的直覺不虛。
志榮文集的顯著特征，是理論研究與新聞業務緊密結合。我乍一聽就叫好，是覺得它同眾多的記者編輯自選集不同，在新聞作品之前，有2／3的理論研究。由于工作原因，我同新聞學界與業界都有聯系，曾調侃這兩界與李白詩――“相看兩不厭，唯有敬亭山”剛剛相反，有些互相不待見！原因復雜，這里不說。只說業界對理論的輕視有個基本理由：新聞重操作，不會動手，說再多也白搭。
我大體同意，但認為不能把這推向極端，否則就成了尼安德特人。據說尼安德特人在房屋燒塌時首次嘗到了烤乳豬的美味，為了吃烤豬肉，后來不知點燃過多少間房屋……這就是“無法總結成功的法則”，為了再次成功，只有依樣畫葫蘆重新做起。全面地看，沒有理論指導的實踐是“摸索”，甚至是“賭博”；沒有實踐檢驗的理論是“猜想”，甚至是“荒謬”。讀讀志榮的這些論文，像最新的也是獲得中國地市報人研究會二等獎的《試論構建和諧社會中主流媒體的輿論宣傳》，所提出的“調整宣傳思路和側重點，在三個方面加大宣傳力度”：加大對共同富裕的宣傳力度；加大對社會進步、人的全面發展的宣傳力度；加大對社會公平的宣傳力度。這，不正是當前亟需的理論指導嗎？有了這個宏觀視野，大概不必事事臨陣磨槍，次次都從摸索做起吧！
舉這個例子就可看出，志榮的研究緊貼著時代，他不是坐書齋中推敲定義的圓滿、體系的成熟，而是瞄準時代急迫的問題，研究“如何”把解決推進一步?；蛟S，這正是業界中人從事研究的優勢，立意高、切口細，從大量現象中抽象出帶普遍性、方法性的東西，得出既有啟迪意義又具可操作性的研究成果。書中的各篇研究，就有這樣的特色。
志榮告知書名幾經推敲，最后確定為“志當存高遠”，我說“好”，是因為它暗合了我長久堅持的一個看法，我認為新聞人應該像一架直升機，在高空（理論）與低空（實務）之間頻頻升降。新聞不同于藝術，可以老在云端飄，你必須時不時下到低空，把握細節，了解具體情況，記錄社會變遷與人心律動。另一方面，新聞又不同于工程技術，可以畢生專注一點，不及其余。新聞報道的對象是整個社會，是地球村，因而又必須時不時升上高空，把握全局與整體。只有理論高空容易脫離實際；只有實務低空可能見樹不見林。志榮的書前2／3是理論研究，后1／3是新聞作品，而兩者的寫作時間是交織的，那不正是一架直升機形象？
（作者為四川省社科院新聞所所長、研究員）
古代有飛機嗎？古人為何會制造出和現代飛行器類似的飛機？目前文獻中記載了怎樣的古代人類飛行器的相關情況？神秘的古代人類飛機到底是什么樣的？
本文將對此一一解答。
古代埃及：法老的直升機與木鳥
“法老的直升機”
1848年，一名考古探險家在古埃及阿比杜斯城塞蒂神廟入口橫梁上發現了一些稀奇古怪的圖像。當時，人們腦海中還沒有飛機的概念，自然也沒人知道那些飛機狀象形圖描繪的是什么。于是，這些古怪的圖像隨著時間的流逝漸漸被世人遺忘。直到20世紀末，現代考古學家才驚訝地發現，那些3000年前的古埃及雕刻圖像竟然是現代直升機的模型。神廟墻壁上雕刻的武裝直升機圖像擁有明顯的螺旋葉片和垂直尾翼，另外幾個航空器圖像也極像現代的超音速戰斗機和轟炸機。
據史料記載，3000多年前，統治古埃及的是著名的法老塞蒂一世，他統領的軍隊所向披靡，大大擴張了古埃及領土。這些石刻中的圖案被史學家稱為古埃及“法老的直升機”。
3000多年前的古埃及人怎么可能會畫出直升機和飛機圖像呢？關于這一問題，在考古學界曾引發了激烈的爭議。埃及考古學家艾爾福德在研究了塞蒂神廟上的象形文字后認為，古埃及藝術家描繪的“直升機”或“飛機”都是真實存在的。他表示，古埃及人描繪的是一個真實的直升機模型，就像他們經常用圖畫描述日常生活一樣。反對者則認為，塞蒂一世法老有個綽號叫“蜜蜂”，古埃及神廟墻壁上描繪的不過是一只蜜蜂的圖形而已，他們無論如何也不相信3000多年前的古埃及人竟然看到過20世紀才發明的直升機。
時至今日，有關“法老的直升機”的爭論仍在繼續，一些研究人員始終堅信，古埃及人是通曉航空學知識的，并且學會了飛行，但后來這一知識不知為何失傳了。還有歷史學家宣稱，古埃及神廟上描述的奇怪飛行器事實上是人類歷史上最早的飛行器。他們甚至根據這些圖案制造了靜態模型，并發現許多模型都符合空氣動力學原理，能夠在風洞中“飛翔”。
木鳥模型
1898年，在一座4000多年前的古埃及墳墓里，人們發現了一個與現代飛機極為相似的物品――木鳥模型。其材質為古埃及盛產的無花果樹，重量很輕，只有30克左右。該模型除頭部似鳥外，其他部分與現在的單翼飛機極為相近：有一對平展的機翼，修長的機身，尾部設置有垂直尾翼，垂直尾翼上方還有平直尾翼脫落的痕跡。由于當時人們腦海中尚無飛機這一概念，便把它命名為“木鳥模型”。古埃及木鳥模型目前存放在開羅古物博物館第22室，物品登記編號為6347。
1969年，考古學家米沙博士在博物館的古代遺物倉庫里發現了更多的木鳥模型。為了弄清木鳥模型的廬山真面目，米沙博士建議埃及文化部組成特別委員會深入開展調查研究。
1971年12月，一支由考古學家、航空史學家、空氣動力學家和飛行員組成的委員會開始對這架木鳥模型進行研究。經鑒定，大多數專家認為，該木鳥模型在外形上具有現代飛機的基本特征：流線型機身、上單翼、近似錐形的鳥頭狀機頭、垂直尾翼;各部件比例協調，再加上脫落的平直尾翼，完全符合現代飛機的基本構造。在氣動性能方面，主機翼提供升力，尾翼和機翼分別提供飛機俯仰、橫滾及航向上的穩定性，符合空氣動力要求。隨后的風洞與飛行模擬實驗還表明，該木鳥具有良好的滑翔飛行性能。
古瑪雅：千年前的超音速飛機
瑪雅人的“黃金飛機”
瑪雅文明是1500年前分布于南美洲的叢林文明。雖然處于新石器時代，但在天文學、數學、農業、藝術及文字等方面都有極高的成就。然而，在900年前，瑪雅文明突然神秘消失，為后人留下了許多不解之謎。
18世紀，人們在哥倫比亞瑪雅文明遺址中發現了一個極像現代飛機的黃金制品。當時的考古學家認為，這是一種以鳥或魚為原型制作的飾物，并沒有給予其更多的關注。到了20世紀末，人們在厄瓜多爾南部一座教堂和地下隧道中，又先后發現了兩個用黃金制成的類似物品。航空專家認真辨認和研究，得出了完全不同于前人的結論。他們認為，那是一種飛機模型，與現代飛機模型極為相似。
這種“飛機”的“機頭”有些笨拙，后面是“駕駛艙”，由一個防風墻保護著，推進系統裝在“機身”里，兩個對稱的水平機翼呈三角形，再加上兩個水平安定面尾翼和一個垂直尾翼，就構成了一架完全符合空氣動力學的飛機模型。根據這些模型畫出的三視圖（機械制圖中“俯視圖”“側視圖”和“前視圖”的統稱），看上去同現代飛機確實非常相似。
更令人稱奇的是，在南美另一處約238米深的地下，人們也挖出了一個用黃金鑄造的古瑪雅“黃金飛機”模型，它與現代的B-52轟炸機十分相像。這個物件不但設計精巧，而且具有飛行性能。
超音速的鼻祖
1956年，美國紐約首都藝術博物館曾舉辦了一場前哥倫布時期的黃金展，展品中就有一個擁有三角翼和垂直尾翼的黃金飛機模型。美國紐約研究所的專家在對這架古代飛機模型進行風洞實驗后，繪制了一張技術圖紙，把古代飛機模型的概貌描繪了出來。
接著，科學家在實驗室對同樣的模型進行了測試，結果發現，這種模型竟然能夠以超音速速度飛行。據說，正是對這架黃金飛機的研究，才使得洛克希德公司的航空設計師們發明出了當時最好的超音速飛機。
然而，飛機是1905年才由美國的萊特兄弟發明的，這些黃金模型的制作者卻是不知道飛機為何物的古瑪雅人。制作模型當然不同于制作飛機，但模型不會是憑空想象的產物，它必定要以某些實有之物作為依據。那么，在古代的南美洲，誰為制作這些飛機模型的古瑪雅人提供了飛機的實物呢？這又是一個未解之謎。
古代印度：神秘的維曼拿斯
維曼拿斯，又叫維曼拿，指的是一類古代印度飛行器。在古印度《摩訶婆羅多》《羅摩衍那》等典籍中，維曼拿斯被描述成能夠在地球大氣層、太空和水底航行，具有軍事方面用途的多棲飛行器。維曼拿斯的英文名為Vimanas，意思是“神話般的飛行器”。在現代印度語里，“維曼拿斯”一詞泛指普通的飛行器。
史詩中的飛船
大多數飛碟研究者認為，維曼拿斯可能來自于外太空，或者可能源自于政府的某種軍用設備;但也有很多人認為，它們源自于古印度。他們的依據是，古印度的《摩訶婆羅多》《羅摩衍那》等梵語史詩中記載有這種飛行器。這些文獻還被翻譯成英文甚至中文，廣泛傳播，具有一定的可信度。
近年來，我國拉薩等地發現了一些珍貴的梵語資料。它們被交給印度一位梵文專家魯思羅拿博士翻譯。魯思羅拿博士拿到資料后驚訝地發現，這些文獻不僅描述了維曼拿斯的構造，甚至還描述了維曼拿斯的推進方式：用一種所謂的“反重力”來抵消地球引力，很像中國的輕功。
“維曼拿斯有很多窗戶、兩層結構，飛走時發出的強烈光芒，就像太陽，其聲音似炸雷……噴著紅色火花，升到高空，看起來就像彗星，直達太陽和星空?！边@是古代印度史詩《摩訶婆羅多》里記載的內容?！赌υX婆羅多》描寫的是古印度婆羅多族兩個分支之間的戰爭。這場戰爭規模浩大，許多國王和神靈分別參加了雙方的戰斗。根據史學家考證，這場大戰有一定的事實背景。近年來，有些學者重新審視并研讀這部史詩，發現其中竟描述了許多高科技武器和飛行器，包括維曼拿斯。這些維曼拿斯的出現時間和發展水平遠遠超過了古詩產生的時代，甚至在今天看來也十分先進。這不能不令人稱奇。
《羅摩衍那》是和《摩訶婆羅多》齊名的另一部古印度史詩，它記載的羅摩帝國相傳建立于大約1.5萬年前，位置大致在今天的印度和巴基斯坦，經濟繁榮，國力強盛，由“文明的祭司――國王”統治。羅摩帝國有7個大城市，古典印度文獻將它們稱為“七圣城”。在《羅摩衍那》中，至少記載了4種維曼拿斯。作為飛行器，維曼拿斯被描述成圓形，擁有舷窗和圓屋頂，有點像我們想象中的飛碟，它以“像風一樣的速度”飛行，發出聲響;也有一些維曼拿斯為長圓筒狀。
神廟中的驚人發現
甘吉布勒姆是位于印度南部的一座古城，有400余座神廟。在這些神廟中，除了濕婆、黑天、羅摩等眾多古印度神靈的雕像外，還有大量被稱為“戰神之車”的維曼拿斯雕塑。
人們一般認為，這種維曼拿斯就是神話中人物的坐騎，是被杜撰出來的物品。然而，1943年，在印度南部的邁索爾市梵語圖書館一座倒塌廟宇的地下室中，人們發現了公元前4世紀的印度古代文獻――一份題為“Vymaanila-Shaastra”的古代梵文本簡稿件。
在這份“科技論文”中，以6000行的篇幅詳細記載了維曼拿斯的構造、驅動方式、制造、保管、原料乃至飛行員訓練與服裝等諸多細節。更令人驚奇的是，這份文獻中還記載了維曼拿斯的駕駛方法，也就是說，早在史前時代，印度就有了維曼拿斯和維曼拿斯駕駛員。根據記載，維曼拿斯的飛行速度，換算成現代計量單位約為5700千米/小時――近似于5倍的音速。5倍的音速！這已屬于現代意義的高超音速飛行器的范疇。
研究者們還注意到，這些維曼拿斯多被描述為多層結構，絕緣裝置、電子裝置、抽氣裝置、螺旋翼、避雷針以及噴焰式發動機都安裝在飛船上。文獻中還多次指明，維曼拿斯呈金字塔形，頂端覆蓋著透明的蓋子。有趣的是，以4個不同種類的維曼拿斯的內容介紹為基礎，1923年，專家們還繪制了4張不同維曼拿斯的結構圖。
很顯然，建造這樣的維曼拿斯，需要借助多種現代高科技設備，更需要現代物理學特別是空氣動力學的理論基礎。在人們的印象中，高速飛行器械肯定是現代人的發明。但是，考古學家給出了不同的答案，他們自稱已經掌握了一些證據。這些證據表明，古印度人不但能夠造飛行器械，還能造宇宙飛船。也就是說，當人類發明了火車、飛機、飛船，并為自己的發明所陶醉的時候，他們根本就沒有想到，這些看起來非?，F代化的工具，在幾千年前可能就已經存在了。
古代中國：從飛車到火箭
奇肱飛車
奇肱飛車是古代中國傳說中的一種飛行器。它是公元前1500多年商朝奇肱國人制作的一種能借助風力載人在天空遠距離飛行的裝置。傳說，奇肱飛車曾借助風力從今天的四川載人飛行至河南。
奇肱飛車在中國古代文獻中有明確記載。《山海經?海外西經》“奇肱之國”條下注釋有：“其人善為機巧，以取百禽。能作飛車，從風遠行。湯時得之于豫州界中，即壞之，不以示人。后十年，西風至，復作譴之?！?/p>
類似的文字也見于晉朝的《博物志?外國》中出現：“奇肱民善為拭扛，以殺百禽。能為飛車，從風遠行。湯時西風至，吹其車至豫州。湯破其車，不以視民。十年，東風至，乃復作車遣返，而其國去玉門關四萬里?！?/p>
對奇肱飛車的構造、動力，人們至今仍無從考證，它的出現在黃帝指南車之后，結合了“善為機巧，以取百禽”的機械制作技術背景。由此可見，它的出現基本上還是遵循科學發展邏輯的。
公輸木鳥和墨子木鷂
公輸般，即大家熟悉的魯班，春秋末期著名工匠，被后世尊為中國工匠師祖。據《墨子?魯問》記載：“公輸子削竹木以為鵲，成而飛之，三日不下，公輸子自以為至巧?！庇纱丝梢?，他也是中國航空史第一人。
墨翟，即墨子，春秋戰國之際的思想家、墨家學派的創始者。他曾用3年時間制成一只會飛的木鷂;但一試飛，就壞了。
墨子是我國早期進行飛行器研究的學者，為風箏等民間簡易飛行器的誕生奠定了實踐基礎。
飛行翼裝
古代中國人曾設想像鳥兒那樣有一雙翅膀，自由翱翔天空。這個設想放在現代，便是刺激冒險的翼裝飛行運動。早在西漢，我國就曾出現過身有兩只巨大人工翅膀的“羽人”形象。但因史書上只載其事，未記其名，讓他成了一位無名的“翼裝俠”。
據《漢書?王莽傳》記載，當時王莽篡位建立了新朝，北方匈奴經常進犯，王莽遂下令招募類似今天特種兵的勇士，凡是有特殊技能者均可以破格使用，委以重任。
一時間，眾多懷有絕技的人前來獻藝。其中，有一男子自稱能飛，日行千里，很適合當偵察兵，可以空降到敵后偵察敵情。王莽半信半疑，讓他當場試飛。此人用鳥羽制成了兩只人工翅膀，即“取大鳥翮為兩翼”，將之緊綁在自己的身上;又在頭和身體其他部位插上羽毛，最后再裝上環鈕等器件，雙腳彈地而起。雖然此次飛行只有“數百步”，卻是中國飛天夢想中的一個重要事件。遺憾的是，王莽覺得其人技藝華而不實，雖然給了獎勵，并委任其為“理軍”，但此技術并未能得到重視和發展。
張衡木雕
張衡，我國東漢時期偉大的天文學家、數學家、發明家、學者，曾官至尚書，為我國天文學、機械技術、地震學的發展做出了不可磨滅的貢獻，后世稱張衡為“科圣”。
事實上，張衡在早期飛行器的探索中也有貢獻。北宋《太平御覽?工藝部九》引《文士傳》中一段記載說：“張衡嘗作木鳥，假以羽翮，腹中施機，能飛數里。”意思說，張衡的這項發明是一只內部裝有特殊裝置的能飛幾里的木雕。也有學者認為，這可能是一種飛機類的飛行器。但裝在飛行器上的發動機必須重量足夠輕而馬力足夠大，并且還要求飛行器本身具有一定的適宜起飛上升的形狀等，這些條件在張衡所處的時代沒有一條是能做得到的。所以，一些航空專家推測，張衡的木雕即使真的“腹中施機”，這種“機”也不會是動力機，而是一種裝在風箏上用線控制飛行的操縱機構。然而該木雕“能飛數里”的記載從另一個方面證明，我國古代的工程師已經開始進行飛行器控制方面的思考和探索，并且注意到飛行器航程對行器功能的作用。
萬戶火箭
萬戶，或萬虎，相傳為我國明朝時的一個低級位官吏，或者是錦衣衛都指揮使，但他也許是世界歷史上第一位嘗試用火箭升空的人。
根據記載，早在16世紀，萬戶便開始嘗試用民間自制的煙花來產生動力，從而推動他飛往太空。 捆綁著47支煙花的座椅便成了萬戶的第一架也是最后一架“飛行器”。在發射當天，萬戶穿戴整齊，坐上座椅。跟隨他的47位仆人同時點燃了煙花。隨著一陣劇烈的爆炸，硝煙散盡后，萬戶和他的“飛行器”已是灰飛煙滅。
美國著名的探索頻道節目“流言終結者”歷來以嘗試各種瘋狂實驗而聞名。該節目的制作人員曾經制作了萬戶的飛行座椅來進行發射實驗。當煙花引燃后，座椅還未離開發射臺便已爆炸，捆在座椅上的仿真人體模型被燒得慘不忍睹。他們也嘗試用新型火箭推進器來代替古老的煙花進行實驗，但這樣做很難讓座椅垂直升降。在節目中可以看到，離地約1米左右時，座椅已經變成橫向前進然后馬上沖向地面。實驗證明，利用捆綁在座椅上的小型火箭推進器難以產生足夠的推力來使座椅升空，雖然使用現代小型火箭能夠產生足夠大的推力，但并沒有持久性和穩定性來保持座椅一直向上運動，更不用說要達到第一宇宙速度來進入地球軌道了。
萬戶是世界上第一個利用火箭向太空搏擊的英雄。他的努力雖然失敗了，但他是全球首位設想借助火箭推力升空的人，因此他被世界公認為“真正的航天始祖”。
自古以來，我國蘇州香山一帶能工巧匠輩出，在明代，此地木工工藝尤其發達。我國清代著名學者徐翥先在《香山小志》一書中記載，明朝有個叫徐正明的，聽人講《山海經》中奇肱國人坐飛車的故事，就想造一架飛車。他殫精竭慮，用了一年才設計出圖紙，按照圖紙反復修改，十多年后，才把飛車制造出來。
徐正明飛車的形狀酷似一把圈椅，下面有機關和齒輪。人坐在椅子上踩踏兩塊木板，上下機關旋轉，“風旋疾馳而去，離地可尺余，飛渡港汊不由橋”。
徐正明并不滿意飛車的性能，他希望能飛過房屋、越過湖面才好。正想著繼續改進飛車的設計，人卻病死了。
項目名稱：多機器人立體反恐救災系統關鍵技術研究
研究單位：北京航空航天大學
課題負責人：劉榮
項目背景
大廈、會議場館、體育館、劇場、機場和客機等封閉場所由于其內部環境復雜、可視空間有限、隱藏躲避方便等原因，是目前反恐救災中作業難度較大的地方。
針對這類封閉環境內的反恐救災作業要求，北京航空航天大學機器人研究所所長劉榮教授所在的項目組，提出了多機器人立體化反恐救災系統的概念，并于2008年由北京市自然科學基金資助立項開始研究。
劉榮介紹，目前的機器人，包括爬壁機器人、地面移動機器人、空中飛行機器人等研制的關鍵，是其指揮控制問題。
為此，項目對多機器人立體化反恐救災系統中的關鍵技術問題進行了深入研究，并研制了壁面爬行、地面移動、空中飛行小型機器人樣機，以及多機器人指揮中心。
據了解，爬壁機器人采用風機負壓吸附原理，帶中間關節的雙體可變形設計，可以實現地面到墻面以及不同墻面間的面面轉換，也能實現機器人跨越墻面窗框、縫隙等越障。該機器人能在多種材質的壁面上移動，并通過搭載的攝像頭透過玻璃窗實現偵察功能。
研究成果
項目組研制的地面移動機器人有兩種，一種是采用可變形履帶的地面偵察機器人，主履帶驅動機器人在地面行進和轉彎，前部的副履帶可整體轉動，通過其支撐可輔助機器人跨越較高的障礙。該機器人除了能在一般樓道快速移動外，還能實現上下樓梯及乘坐電梯，攜帶攝像頭還可完成攝像偵察任務。另一種是可拋擲式球形偵察機器人，它作為地面偵察機器人的補充，能通過拋擲快速到達某些難以進入的樓層、房間、封閉院落等。
空中飛行機器人采用了四旋翼十字布局的直升機方案，通過姿態穩定控制，實現了空中平穩飛行和懸停，依靠搭載在飛行器上的攝像頭能對周圍環境實施偵察。
多機器人指揮中心由無線視頻接收器、視頻監控服務器、顯示大屏幕和語音通訊裝置組成。各個機器人上攝像頭拍攝的畫面通過無線傳輸可以實時顯示在指揮中心屏幕上，供指揮人員研判和決策，并可以通過語音通訊設備指揮各個機器人操作人員執行相應的操作。
“在北京市自然科學基金的資助下，項目組共發表研究論文6篇，其中EI檢索4篇；獲得專利4項；培養了研究生5人?！眲s介紹，項目成果已于2011年12月22日通過了北京市自然科學基金委員會辦公室組織的專家驗收。
“項目的有關成果將對首都經濟建設和社會發展具有促進作用?！睂＜以隍炇諘r表示。
社會效益
關鍵詞：橢圓盤；極點配置；冗余度
中圖分類號：TP13文獻標識碼：A
Abstract：For a class of linear continuous systems， this article studied the gain deviation tolerance about the actuator for each channel in the oval plate pole. Firstly， in the oval plate problem， this article gave the gain deviation concept of tolerance range， tolerance factor and redundancy about the actuator for each channel. Secondly， this article gave a necessary and sufficient condition for linear systems for oval regional pole configuration， and further， gave the gain deviation tolerance algorithms about actuator channel in the elliptical disc pole configuration problems. Finally， a simulation example shows that the algorithm is effective.
Key words：oval plate； pole assignment； redundancy
1引言
對于安全性能要求較高的系統，如飛行器、核電等，在控制系統設計過程中，提高系統可靠性是設計者首要考慮的問題。但以往的實現系統可靠控制[1-2]方法，如被動容錯控制[3]是將系統部件可能出現的故障考慮在設計過程中，這樣設計的系統不論部件是否出現故障都能保持系統原有設計性能。對系統實施可靠設計后，閉環系統對部件故障具有一定的抵御能力，但是，同時也會對閉環系統產生許多不良影響：閉環系統可靠反饋控制器的能量消耗較大；閉環系統設計過程的保守性增大；系統的性能指標下降等。為了克服可靠設計給系統帶來的這些不良后果，人們轉而研究利用增加系統可能出現故障部件的數量來提高可靠性，這就是硬件冗余的可靠設計問題[4-3]。
同時，閉環系統極點配置問題[6-8]是控制理論中的重要研究課題之一。由于不確定性和時滯等原因，閉環系統準確極點很難實現。因此，人們經?？紤]閉環系統在保持穩定的前提下，其閉環系統極點全部落在左半平面的某個指定區域內，也就是區域極點配置問題。到目前為止，閉環系統區域極點配置問題已日趨完善。然而，對于系統部件偶然發生的故障，時常會使設計完成的閉環系統的極點跳出所指定的區域，有時甚至會跳離左半平面，形成不穩定極點。近年來，人們開始研究將閉環系統部件（執行器或傳感器）可能發生的故障考慮在系統的設計中，這樣構成的閉環系統不論系統部件是否發生故障都會使閉環系統的極點保持在指定的區域內，這就是所謂的閉環系統的區域極點可靠配置問題[9-10]。
基于以上兩點，本文研究了帶有硬件冗余的區域極點可靠配置問題。本文利用文[4]的方法，研究了針對一類線性系統的橢圓盤極點配置問題，提出了相應的執行器各條通道增益偏差容忍區間、容忍度、容忍因子的概念。利用執行器單一通道增益偏差模型，給出了在橢圓盤極點配置問題中執行器通道增益偏差容忍區間的算法。硬件設計者可以根據執行器每條通道的增益容忍區間，來判斷出每條通道對閉環系統影響的重要程度，再根據其重要程度大小來加強通道的硬件冗余度，這樣大大加強了系統硬件設計的可靠性。一個CH-47雙螺旋直升機的實例仿真說明了此算法的有效性和重要性。
5結論
本文給出了在橢圓盤區域極點配置問題中第i條通道增益偏差容忍區間計算方法，設計者可根據執行器每條通道故障增益偏差容忍區間，來判斷出每條通道對系統的重要性不同，再根據其大小來加強該信號通道的硬件冗余度，這樣大大加強了系統硬件設計的可靠性。參考文獻
[1]俞立.線性系統的魯棒D穩定分析[J].自動化學報，2001，27（6）：860-862.
[2]姚波，王福忠.考慮連續增益故障線性系統可靠控制[C].IEEE笫五屆全球智能擰制勾動化人會論文集，杭州.2004：760-764.
[3]葛建華，孫優賢.容錯控制系統的分析與綜合[M].杭州：浙江大學出版社，1994.
[4]王福忠，姚波.線性系統可靠控制分析與設計 [M].遼寧：遼寧科學技術出版社，2012：208-212.
飛翔的青蛙
2000年，因“用磁鐵克服了重力作用，使一只活青蛙懸浮在半空中”獲得搞笑諾貝爾物理W獎。
安德烈?蓋姆和同事邁克爾?貝瑞通過實驗使活青蛙在強大電磁鐵的作用下懸浮在了空中。盡管磁懸浮原理在很早以前就被發現了，而且當時磁懸浮地球儀和磁懸浮鬧鐘幾乎在每個禮品店都能看到，但蓋姆和貝瑞決定測試活的生物體是否具有磁性。
為了使青蛙不遭受不必要的危險，他們起初用堅果和水滴做實驗，在無數次嘗試后，終于讓兩棲動物飛了起來。青蛙之所以能懸浮在距離試驗桌幾厘米的半空中，是因為青蛙體內的主要成分是水，在外加磁場的作用下，表現出很強的反磁性。
“理論上，人類也可以像青蛙一樣懸浮在半空中，因為人體內的主要成分也是水，不過必須在外加磁場足夠大的條件下才行。雖然我們暫時還做不到，但我愿意成為第一個懸浮在空中的人！”安德烈?蓋姆在被授予搞笑諾貝爾獎后認真地說，他是第一位諾貝爾獎、搞笑諾貝爾獎的雙獎獲得者。
大量細線或頭發無法避免地糾纏在一起
2008年，因“用數學證明細繩或頭發將無法避免地糾纏在一起”而獲得搞笑諾貝爾獎。
很多人大概都有過這樣的經歷：將耳機整齊疊放在口袋里，運動一天后，雖然沒動它，但是當你拿出后發現它的線還是無可避免地糾纏在了一起。這究竟為什么呢？
美國學者多利安瑞摩和道格拉斯?史密斯提出這個令他們困惑不已的問題后，進行了3415次試驗。試驗很簡單：拿一個盒子，在里面放上兩根普通鞋帶，然后蓋上盒蓋使勁搖晃盒子。最后他們發現，強力搖晃后鞋帶會纏繞在一起打成結。
這還不是重點，重點是兩位研究者借助電腦運用數學中的節點理論對每一個結進行了精密的分析。他們稱，他們在試驗中成功地打了120個不同類型的結，其中有11個復雜交錯在一起。將這個結論記錄在《在劇烈晃動下細繩自動打成結》一文中，多利安瑞摩和道格拉斯?史密斯以此成為了搞笑諾貝爾獎的獲得者。
收集鯨魚鼻涕
2010年，因“使用遙控直升飛機收集鯨魚的鼻涕” 獲得搞笑諾貝爾工程學獎。
地球上最大的哺乳動物是鯨魚，它們長時間生活在海洋里。如果研究人員發現大海中正在被監測的鯨魚突然生病了該怎么辦？倫敦動物協會海洋生物學家卡琳娜?阿塞韋多?懷特豪斯和墨西哥國立理工學院的尚德隆致力于解決這個問題已經不止一年了。這項研究的結論發表在《使用非創傷性新方法觀察自由移動的鯨魚的病情及在保護環境項目上的應用》一文中，文章作者也因此被授予搞笑諾貝爾工程學獎。
研究人員發現海洋中的鯨魚生病后，只需派出專用于收集鯨魚鼻涕的遙控直升飛機。直升機下部安裝了培養皿，當鯨魚釋放噴泉，培養皿就可以收集到噴濺物，這樣就能夠監測到病毒、細菌、脫氧核糖核酸、激素等一些鯨魚的重要數據。
采用這種新技術前，研究鯨魚不僅不易，還具有一定的危險性。研究人員手工收集鯨魚噴出的黏液時，由于個頭較小的鯨魚呼出的液氣混合物離海平面過近，經常在到達研究者手中的培養皿前就已被海浪打散。有了遙控直升飛機，研究人員在收集鯨魚噴出的黏液時，只需在船上遠程遙控就可以了，還可以隨時跟蹤鯨魚。
每當鯨魚呼吸時，飛機俯沖而下，將樣品收集在機身下的培養皿中，在海浪到來之前迅速升起并滿載而歸。
把煮熟的雞蛋變回“生雞蛋”
2015年，因“發現了將煮熟的雞蛋還原成生雞蛋的方法” 獲得搞笑諾貝爾化學獎。
從某種意義上說，由美國和澳大利亞學者組成的研究團隊成功地使時間“倒退”了。他們是怎么做到的呢？正是其在科研報告中提到的“將煮熟的雞蛋還原到了生雞蛋的狀態”。
研究者先將雞蛋煮20分鐘，然后在蛋殼上扎孔，向內注射化學藥劑，在藥劑的作用下，蛋清逐漸開始“復原”，最終還原到和生雞蛋一樣的液體狀態，蛋黃也聚集在一起。
當然，蛋清“復原”只是一種粗略的說法。如果蛋清真能還原，他們就可以獲得真正的諾貝爾獎了。更準確地說，他們只是將煮熟的雞蛋變成了類似生雞蛋的渾濁液體。這是一套能更好地促進聚沉重組蛋白在體外發生再折疊的技術：可以讓變性失活、結構亂掉的蛋白質恢復活性，重新折疊成正常的結構。
這項技術有望用于治療癌癥，并可能被投入市場。此外，工業奶酪的制造者、農民以及其他需要使用重組蛋白質的人，都可以因此獲取更高利潤。
跳蚤比賽
2008年，因“發現狗身上的跳蚤比貓身上的跳得更高”而獲得搞笑諾貝爾生物學獎。
法國圖盧茲獸醫院的瑪麗?克莉絲汀?卡迪耶格、克里斯特爾?朱伯特和米歇爾?弗朗克對寄生在貓狗身上的跳蚤的彈跳力進行了對比分析，最后得出結論：狗身上的跳蚤比貓身上的跳蚤跳得高。
研究人員在科研報告《對比狗身上的跳蚤和貓身上跳蚤的彈跳力》中記錄了以下結論：貓身上的跳蚤跳的平均距離為19.9厘米，狗身上的為30.4厘米，狗身上跳蚤的彈跳力比貓身上的跳蚤更好。還有一個看似滑稽的理論：如果為它們舉行比賽，狗身上的跳蚤只有超過25厘米才能角逐冠軍，而貓身上的跳蚤要超過17厘米才能進入決賽。
貓和抑郁癥
2014年，因“研究發現家中養貓會對人的心理健康產生影響”獲得搞笑諾貝爾公共衛生獎。
2013年，由來自捷克、日本、美國和印度的醫學家、生物學家組成的研究小組對750份被貓咬過的人和1108份被狗咬過的人的電子醫療檔案進行了研究。這些人的檔案中還記載了他們的其他病情信息。研究者們分析了其中可能存在著的某種關系。
專家提出被動物咬傷和心理健康有關的猜想，并決定對此進行試驗。研究結果令所有人感到震驚。被貓咬過的人中高達41.3%的人都患有抑郁癥，而被狗咬過的人中患抑郁癥的比例為28.7%。研究人員在《關于被貓咬傷與抑郁癥的關聯》一文中嚴肅地提到了這個令人堪憂的比例，文章中還強烈呼吁社會各界要加強對這個問題的關注，因為除了患抑郁癥之外，還有其他潛在的危險威脅著養貓人的身心健康，而且可能更加嚴重。
養貓會導致抑郁癥，還是抑郁癥患者會更傾向于養貓？專家表示：“我們的論文沒有解答這個問題，但提出了更多的問題?！倍c此同時，捷克布拉格查爾斯大學的雅洛斯拉夫?弗萊格等人發現：捷克軍隊中，那些感染了弓形蟲的新兵在智力與對新奇事物的好奇心方面表現都更差。弓形蟲是貓身上的一種寄生蟲。同時，他們還提出，這種弓形蟲可能與人患精神疾病有關。
芥末報警器
2011年，因“利用芥末的刺鼻氣味制成報警器”獲得搞笑諾貝爾化學獎。
2009年，日本化學家小組向美國專利局遞交了一份名為《報警信號的味道和緊急情況通知的辦法》的申請書，這個神秘的方案源于一項“氣味報警”的創新技術。在附屬文件中，研究人員計算出何種濃度的芥末釋放到空氣中可以在緊急情況下喚醒沉睡中的人，還重點提到這種濃度使人類無法忍受，但又不會危及健康。
關鍵詞：建構主義學習理論；生產與運作管理；教學方式；多媒體課件
作者簡介：蔣南云（1982-），女，江蘇南京人，南京工業大學經濟與管理學院，講師；張琳（1968-），女，江蘇南京人，南京工業大學經濟與管理學院，教授。（江蘇 南京 210009）
基金項目：本文系江蘇省高等教育教改研究項目“支撐創新教學活動的畢業設計關鍵問題研究”（項目編號：2011JSJG182）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0079-02
一、“生產與運作管理”課程教學難點
“生產與運作管理”課程是工業工程、工商管理、信息管理與信息系統、電子商務等專業的專業基礎核心主干課程，涉及生產系統整個過程的管理，包括生產系統的設計、構建、運行、維護四大階段。課程大多在經濟與管理學院開設，相關專業學生對制造企業現場沒有感性認識，理論和方法理解較為困難，這是難點之一。難點之二是如何將種類繁多的運作管理方法有效傳授給學生，使其靈活應用。難點之三在于課程內容與其他專業課交叉聯系，需融會貫通才能解決企業實際問題，對學生綜合能力要求很高。難點之四欠缺中國企業運作管理案例，過多使用國外案例易產生與實際脫節問題。難點之五沒有成套的教學輔助材料，如課外練習題、實踐案例、計算機輔助軟件等，增加了實訓難度。如何使學生既能解決書本上題目又能解決實際生產中的難題，成為極具挑戰的任務。因此，在課程建設中需要將各種信息技術與先進的教學方式相結合解決以上教學難題。
二、建構主義學習理論
建構主義學習理論是在瑞士心理學家皮亞杰的兒童認知發展理論的基礎上形成的一種學習理論。[1，2]它認為：學生的知識和智慧不是先天就有的，也不是學校和教師賦予的，而是學生自己在特定文化背景的學校教育（包括教師和學習伙伴）相互作用的過程中逐步構建的。
建構主義提倡在教師指導下的以學生為中心的學習。學生通過一定的情景，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得知識。因此，情景、協作、會話和意義建構被稱為學習環境中的四大要素。[1]“情境”，為了促進學生對所學知識內容的意義建構，建構主義理論強調真實環境的創設和模擬，并把情境創設看作是教學設計的最重要內容之一。“協作”貫穿于學習過程的始終，比如對學習資料的搜集與分析、假設的提出與驗證、學習成果的評價以及意義的最終建構，都涉及協作，它既包括學生之間的相互協作，也包括教師與學生以及教師與教師之間的協作?！皶挕笔菂f作過程中必不可少的環節，各學習小組成員之間只有通過會話來商討、交流彼此的意見與學習成果，才能共同完成規定的學習任務。“意義建構”，就是要幫助學習者對當前學習內容所反映的事物的性質、規律以及該事物與其他事物之間的內在聯系有較深刻的理解，意義建構是整個學習過程的最終目標。
三、基于建構主義的教學方式設計
由于建構主義學習理論強調以學生為中心，注重對教學情景和學習環境的設計，重視合作性學習小組的建立，最終幫助學習者完成意義的建構，特別適合解決本門課程的教學難題。[3]基于此，將建構主義理論作為本課程建設的指導思想，以多媒體課件為實現手段，建立“生產與運作管理”課程的新型教學方式。
1.注重教學情景和學習環境的構建
在課堂教學中，輔之以大量的多媒體（照片和電影片斷、錄像、Flexsim仿真模型等）資料來加深學生對生產管理的認識和對知識點的掌握，包括寶馬汽車生產線、虛擬制造、倉儲等視頻，擴大學生的視野，給學生以豐富的背景知識。其次在實訓環節，實驗中心情景模擬實際車間生產線建立流水線綜合實驗室，實驗室擁有三段式流水生產線、中控室、分揀臺、質檢臺、條碼掃描裝置，完全模擬企業現場場景。按實際企業運作過程安排實驗順序，學生在教師問題導引下進行現場布置、飛機模型裝配等參與生產線運行管理，利用仿真軟件評價流水線設計過程并優化，制訂裝配直升機玩具生產計劃，完成實驗背景一致的全部實訓內容。實訓過程與企業真實運作過程和工作情景相同，為學生提供了真實的學習環境。
2.建立協作學習小組加強合作與互動機制
由學生自由組合建立協作學習小組，協作貫穿于整個學習過程，共同討論合作完成課程學習和實驗內容。在課堂教學過程中進行研究型教學，讓學生親自參加科研活動和論文寫作。以協作學習小組為單位，經過小組成員充分討論選擇一個研究課題，在大量翻閱參考資料、小組討論的基礎上，共同協作提出富有創新意識的觀點，撰寫科技論文，使學習過程變成學生在教師指導下知識探索和知識生產的過程。目前通過與本科生合作的方式已完成學術論文3篇，多項課題參加江蘇省大學生創新訓練項目。
3.構建問題導向型教學模式
在課堂教學中采取問題導向式教學方法，每章內容通過多媒體課件介紹一個實際企業的問題或放一段錄像視頻，然后梳理出一個或幾個問題，從對這些問題解釋的角度出發，引導出本章需要學生掌握的概念或者原理。問題導向教學法也應用到課程實驗環節，由教師提出導引問題，以協作學習小組為單位，每組成員自主設計實驗內容和實驗步驟，解決每一環節存在的問題。教師僅進行實驗場景搭建、布置任務、觀察完成情況及總結點評。
4.以學生為中心進行案例教學及角色扮演
案例教學是生產運作管理教學中的重要環節。課堂講授除了詳細、有選擇地將生產運作管理內容講解傳授給學生外，還有針對性地根據不同的知識點講解分析國內外企業生產運作管理的實踐案例。
在生產決策相關內容模擬中進行角色扮演，根據模擬的情景，讓學生扮演成現實世界中的不同角色，如公司經理、財務主管、采購主管、生產主管等，對遇到的生產運作問題進行討論與決策幫助學生主動“建構”知識，使學生在提高了學習興趣的同時加深對概念的理解，解決實際問題。
四、基于建構主義的多媒體課件設計
要用建構主義學習理論來指導“生產與運作管理”課程建設、實現以上多種教學方式，就要充分利用各種信息技術，在多媒體課件設計中體現建構主義學習理論的教學方式?；诖?，課件包含課堂教學課件、實驗訓練體系課件、課后案例及輔導課件和課程教學網站四部分內容（如圖1所示），使多媒體課件成為建構主義實現其理論主張的技術手段。
1.課堂教學課件
課堂教學課件按章節目錄編排，每章分提綱介紹、引導案例、課程講義、重點難點、練習題、作業習題六部分，與教材配合緊密；每章設計引導案例引出需掌握的概念或原理；課件展示形式豐富多樣，含有視頻、3D動畫、表格、圖片等多種類型的素材，將企業現場生產管理情景展現在學生面前；重點概念和課堂提問采用彈出式文本框，PPT制作畫面美觀大方，風格統一，增強感官認知，調動課堂氛圍，激發學生學習興趣。
2.實驗訓練體系課件
實驗教學體系課件提供了實驗所需的Flexsim、Proplanner、Project、Boss、流水線加工等工業工程著名軟件的講義、案例、試用版安裝程序和實驗指導書等實驗輔導材料，供學生選擇并設計實驗內容，方便學生實驗前預習、實驗中使用、實驗后鞏固，為實驗訓練體系提供不可或缺的技術支持。
3.案例討論與輔導課件
課后案例及輔導課件包括“案例閱讀”、“視頻資料”和“課后輔導”三部分，其中“案例閱讀”、“視頻資料”提供企業生產現場實際狀況的文檔、視頻及杰出企業家訪談節目等30多個國內經典實際案例，學生通過課后案例閱讀和視頻觀看進行案例討論，在課堂開展討論、進行交流，有效節約課堂教學時間?！罢n后輔導”中分電子教案、每章習題、例題詳解、術語解釋、考試樣題五個欄目，提供400多道習題、100個中英文術語詳解，幫助學生復習課堂學習內容。
4.課程教學網站
課程網站中集成全部教學資源，包括：課程簡介、教學大綱、指定教材、案例教學、電子課件、授課實況、實踐教學、考試樣卷、作業習題等，供開設本課程的學院及教師、學生共享。
五、實施效果
在多媒體課件的技術支持下，建構主義學習思想指導的“生產與運作管理”教學方式得以實現。與其他教學手段相比，它具有很多無可比擬的優點：在學習資源豐富的、真實的、高度視覺化的情境中學習，使知識和技能更緊密地與學生的背景和經驗建立聯系；通過交互式的活動，促使學生積極主動地參與學習；通過以小組為基礎的合作學習，讓學生學會怎樣與他人相互配合解決問題；突破了簡單的教學演示型模式，將學生帶入一個較完整的企業情景中，有利于學生進行知識的意義建構。這些足以滿足建構主義學習理論對學習環境中“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”的要求，對全方位提高課程教學質量、培養學生綜合能力是非常有效的。
參考文獻：
[1]李振亭.多媒體課件設計理論與實踐[M].北京：清華大學出版社，2005：38-40.
關鍵詞：創新興趣；創新熱情；創新習慣；創新能力
創新是時代的需要，是發展的需要。現實生活中最重要的素質是創新能力，課堂教學的創新是一個再創造，在課堂教學中要讓學生思維飛起來，讓學生在學習中活起來，能說想說，敢說敢想，倡導尊重每個學生的興趣、愛好、特長，鼓勵學生積極參與其中，積極為學生設置一個展示的平臺，讓學生在活動中學習，在求變中收獲，從而提高自己的創新意識。中學科學教師在課堂教學中要注重求變，這就是創新的開放性，很多科學知識教師可舉例，而讓學生去考慮其它，有些科學知識教師可做趣味演示實驗，而讓學生總結、歸納結論。教師的教學方法在課堂實踐中要求變。那么，如何在科學教學中培養學生的創新能力呢？
一、大膽嘗試新的教法，滲透創新教學
傳統的科學教法沒有很好地遵循學生的認知規律，教師是注射器，學生是接受器，不管學生愿不愿意聽，一講就是45分鐘，結果往往是事倍功半，這樣的教學與培養學生的創新能力毫無關系，因此也談不上什么創新教學，教師的“填鴨式”、“滿堂灌”教學，教師辛苦，學生痛苦，到頭來還是稀里糊涂，臨考搞題海大戰，時間+汗水，日光+燈光，這樣就幾乎抺殺了所有的創新能力，所以，這樣的傳統教學方法必須改進。
第一，千方百計調動學生學習科學的興趣。因為興趣是最好的老師，是學習積極性的源泉，增長智慧的動力，是學生求知欲的表現，它能促進學生積極思考、勇于探索?？茖W是一門實驗學科，教學中學生的興趣如何，直接影響著他們知識的學習、技能的掌握和動手能力的提高，只有把學生的興趣調動起來了，才能做到事半功倍。筆者給七年級新生講第一章《科學入門》時，大膽創新，設計了有趣的十二個小實驗，如：筷子提米、一張薄紙能擋住一杯水、鎂在酒精燈中燃燒、水火箭等實驗。這些類似小魔術的興趣實驗，大大激發了全班學生學習科學的興趣，學生有了興趣，才會主動自覺地去研究探索，去設計創新。
第二，培養學生良好的學習習慣。良好習慣的形成，是學生主動學習的先決條件，對掌握知識、創新發展至關重要。
第三，培養學生頑強的意志品質。有了興趣和良好的習慣，還必須要有堅強的毅力和不達目的決不罷休的精神，才能激發創新的潛意識。
第四，拓寬視野，大膽走出課堂，課內與課外相結合，讓潛在的創新意識大展鴻圖。
二、運用網絡資源，激發學生創新熱情
隨著網絡技術的發展，使得共享資源進一步豐富，它不僅可以培養學生獲取信息、運用信息和處理信息的能力，還能有效激發學生的創新熱情，實現課堂教學的突破性進展。比如：筆者在教學《保護生物的多樣性》時，為了保護自然資源，特別是為了保護珍稀生物資源和具有代表性的自然環境，教師的教學不只是停留在嘴巴講看課本插圖等層面，而是巧妙運用共享資源，讓學生觀看一些保護自然和自然環境的錄像作品，由于大多中學生對自然保護很感興趣，大家積極討論，踴躍發言，設計出更方便、更可行的保護措施，這樣既能激發學生的創新熱情，又培養了學生熱愛自然的能力，又增強了保護大自然的能力。
三、活躍課堂氣氛，激勵學生樂于創新
在科學課堂教學中，教師應營造出一種寬松、和諧、民主的課堂氣氛，充分發揮學生主體作用，只有當整個課堂氣氛和諧，學生才敢于說心里話，敢于標新立異，異想天開，教師要善于保護學生的創造力的積極性，哪怕是幼稚可笑的，只要有一點創新的火花，都值得充分肯定和表揚，學生學習的熱情一定會大大高漲，整個課堂氣氛會始終處于活躍狀態。 比如在教學體積測量時，作業本上有一題拓展提高題，愛迪生要求助手幫助他測量一只小燈泡的體積，筆者請同學們思考：你能設想哪些好的方法呢？學生們爭先恐后，紛紛登臺展示自己的才能：有的說用鉆洞灌水法測出小燈泡的體積，有的說用細針下壓排水法測出小燈泡的體積，也有的說用鐵塊下沉排水法測出小燈泡的體積，也有的說用排沙法測出小燈泡的體積等。盡管有些學生在設計上不夠完善，不夠科學，但教師應抓住其某一點創新的火花給予表揚，激勵學生樂于創新。
四、開展課外活動，為學生提供創新空間
科學所涉及的內容非常之廣泛，學生在課堂上和課本中所學的知識是有限的，課本以外的生活是我們學習的廣闊天地，它是創新思維能力培養的源頭活水。教師應引導學生由課內延伸到博大的知識領域，開闊視野，豐富知識，只有重視課內外結合，才能為學生的認知活動、思維活動、科學實踐活動，提供取之不盡、用之不竭的豐富源泉。各種課外活動，如：舉辦擴展課內所學過的知識內容的專題講座，做科學趣味實驗，制作實驗教具，組織參觀，社會調查等等，都是培養與發展學生創造性的有效途徑，在這些實踐活動中，教師要盡量發揮學生的特長，鼓勵學生多動手、多動腦、多實驗，為學生提供創新空間。如在講授《無性繁殖》中的營養繁殖時，就讓學生走出課堂，對植物扦插、嫁接搞實踐活動，學生們對月季花的扦插、對桃樹的嫁接有了直觀的認識，還探究了有些難扦插的植物用“扦插+嫁接”的繁殖方法。
總而言之，我們應根據中學生的心理特點和認知規律，對學生進行創造性的指導和誘導，培養學生的創造個性，進而使他們具有一定的創新活動，使他們在這片沃土中有大膽創新的空間。
五、開展多種競賽活動，培養學生創新能力
1.開展別具一格的趣味競賽活動
學期初，教師可制定一系列的學生比賽計劃，如：實驗操作比賽、趣味小實驗設計比賽、科學小魔術比賽、植物的嫁接比賽、配電板安裝比賽，星空圖制作比賽、科學探究比賽、小發明、小制作、小論文比賽、科學晚會表演比賽等。在一次科學晚會上，學生的表演有歌頌祖國的詩歌朗誦，有保護保護自然的演講，有趣味科學實驗的小魔術、小游戲等。豐富多彩的晚會把同學們帶入五光十色的科學世界，在晚會上，大家聽到了不純氫氣點燃時的爆鳴聲，看到了“空瓶生煙”、“清水變色”、“物體變色”等夢一般的魔術表演，這時的學生更活了、更動了，充分發揮了學生的主體作用。另外，結合實際指導學生寫出治理保護河流措施方面的小論文，先在班級上交流，最后評出一等獎二人，二等獎三人，三等獎五人，并發獎品給予鼓勵。
2.拓展創新活動進一步提高創新能力
每年暑假，我們都定期組織科技夏令營活動，使學生的創新能力進一步得到拓展，同時，教師和學生也有更多的時間面對面交流，可以現場討論當時身邊的科學現象。如：用飲水機時，就可以討論：飲水機自動保溫、制冷、制熱問題，在觀察被污染的河流時，可討論：河流污染的原因和環保的措施，同時還組織學生進行現場科技小制作比賽，學生們制作的紙飛機、有線操縱飛機、遙控直升機等，在夏令營的最后一天進行航模比賽，充分展示了學生們的聰明才智和很強的動手能力。通過每年的科技夏令營活動，極大地拓展了學生創新的視野。通過多種競賽活動，既能提高學生學習的積極性，又能讓學生自己動手、動口、動筆、動腦，激發其求知欲望，培養他們善于思考、分析、操作的創新能力。
初中科學教師肩負著重大的責任，開展創新教學是一項艱巨的工作，同時，創新教學也是一個嶄新的課題，只要我們把握好新課程標準，創造性地進行科學教學，采取切實有效的措施，不斷地培養學生的創新興趣、創新熱情、創新習慣，學生的創新思維一定會被激活，創新能力會得到更大的發展，為祖國培養出一批又一批具有創新精神、創新能力的新型人才。
參考文獻
認識創新?！罢J”是一個認知，明白其表象的過程;而“識”是一個理解，探索其本質含義的過程。認識創新，我們不僅僅要“認”，更重要的是要“識”。認識創新，我們與其共同發展。共同閱讀青年要創新發展演講稿5分鐘，請您閱讀!
青年要創新發展演講稿1大家好，我姓姚，叫___，天空的天，宇宙的宇。我來自湖南懷化市，現就讀于電子信息工程學院，機電1133班。
“創新”，它有三層含義，第一層，更新;第二層，創造新的東西;第三層，改變。我認為，“創新”這個東西說大可以影響一個國家的興衰，說小可以決定一個人的成敗。那我們到底該如何去實現創新呢?美國宣傳奇才哈利才十五六歲的時候，在一家馬戲團做童工，負責在馬戲團內叫賣小食品，但每次看的人不多，買東西吃的人更少，尤其是飲料。有一天，他腦袋里誕生了一個想法：向每一個買票的人贈送一包花生，借以吸引觀眾。老板最初不同意這個“荒唐的想法”，后來，哈利用自己的工資做擔保，懇求老板讓他試試。果然，這個“買一送一”的方法吸引了不少觀眾。觀眾看到中途時，哈利就開始叫賣飲料，絕大多數觀眾在吃完花生后，都會覺得口渴，然后買上一杯飲料。這樣一場表演下來，營業額比以前翻了幾番。由此可見，善于觀察，見微知著是產生創新思維的重要前提。
美國有家電力公司遇到電線被積雪壓斷的問題，要想辦法清楚電線上的積雪，工程師開了很多會，都無計可施。有個孩子異想天開的提出用直升機吊掃帚掃雪。最后經過多方論證，這是最可行的方法。這個故事告訴我們，想象是創新的先導，偉大的創新皆起源于激發人們創造動機的偉大想象。
最后，知識是創新的基礎，知識越豐富，基礎打得越牢，創新的機會才會越多!謝謝大家!
青年要創新發展演講稿2創新必須基于務實的基礎之上，才會是有效的創新。德魯克先生在書中告訴我們：“創新是有目的性的，是一門學科?！睂τ谖覀兤髽I，我們創新的目的就是要幫助客戶體現更大的價值，獲得更多的市場份額。書中德魯克先生還告誡我們：創新是否成功不在于它是否新穎、巧妙或具有科學內涵，而在于它是否能夠贏得市場。這就說明企業所倡導的創新應該是實用型的創新，對于我們企業，我們的創新必須是“聚焦客戶的信息化的創新”，這就決定了我們在創新的過程中必須立足客戶的需求，立足企業的實際情況，遵循市場發展的規律，只有這樣我們的創新成果才會對企業發展有意義和價值，才是真正有效果。
要想讓我們的創新真正做到是基于“實事求是”基礎的創新，我想首先要明確什么是創新。德魯克先生在書中談到，對于“創新”的誤解，主要有這么幾種，一是把“創新”與聰明的創意或發明混為一談;二是一提到它就想到科學性的創造發明;三是很多人認為凡開創一項新生意或者新事業就是創新。事實上，創新對于企業來說，主要是看能否為客戶創造出新的價值，提供新的服務。
創新必須是主觀意愿而不是偶然的機遇。書中德魯克先生告訴我們，創新的機會處處都有，創新的行為人人都可以做到，更為重要的是創新是可以學習、可以訓練的。這就是說，創新并不是偶然遇到的機遇，不是不可控制的，創新的思維、行為是只要我們有這樣的主觀意愿就可以學習得會，掌握得了，實踐得下去的。因此，面對創新的要求，我們必須養成正確的心態。
首先是要克服對于創新的畏難情緒，不要因為改變有可能遭受失敗就抵觸和抗拒;其次要有持續的韌性，創新的過程必然是曲折的，因此要有足夠的心理準備來應對創新過程中可能會遇到的挫折，要有健康的心理來調整創新實踐的思路和步驟;最后要有耐力，就算經歷了多次失敗，只要堅信方向是正確的就一定要堅持推行下去。
創新必須付諸于行動和實踐才有現實意義和價值。從創新的思維到付諸創新實踐，到取得創新成果，這中間的過程對于一些人來說可能是難以逾越的鴻溝。記得馬云在演講中曾經這樣描述他的創業經歷，他說，很多人晚上想得是心潮澎湃，到了第二天早上就一切照舊，從產生思路，到付諸行動，往往需要非常的勇氣和決斷力。創新也是一樣，只有當我們把自己的創新意識、創新思維付諸到實際的行為中，變成具體的工作思路，并推行下去，這些思路、意識才有實際的意義和價值，才有可能產生出創新的成果。
青年要創新發展演講稿3尊敬的老師們，親愛的同學們：
大家好!
有一個現實疑問我必須提醒各位，那就是埃及文明、古巴比倫文明、瑪雅文明、中國西方的新疆沙漠地帶(過去也是輝煌的文明，是中國最早文明之地)，這些覆滅的文明為什么都成為了沙漠地帶。這些地方過去輝煌都是一種假象，他們都是一種以欲望帶動的文明，而不是科學化的文明。盲目的財富擴張與對外擴張，盲目的資源開發，盲目的土地開發。今天，我們新疆地區的沙漠擴大，黃河流域的缺水以及西南地區的干旱，不能不說給我們敲響了警鐘。城市化擴張及城市生活方式所帶來的森林破壞，以及農村自治來帶來的盲目擴張土地開墾。經濟化與財富欲望主導(人戰勝自然的盲目自大)的社會發展道路是危險的?？纯茨切┍讳螠绲奈拿鳜F狀，他們無不都是城市廢墟和沙漠化的丘陵。
農村自治看上去擺脫了國家的負擔，其實不然，農村傳統文化根深蒂固，家族勢力主導了農村的利益分配。即便是所謂農村選舉，只能為大家族勢力盲目開發土地提供了合法性的外衣。由于基層缺乏合理的組織制約，一旦國家政策全力支持農村發展，那么這種家族勢力控制的基層容易走向一種發展的極端。
當得我們的發展是主要還是依靠土地資源與農村自治的農業發展。我們的工業化道路在國外市場幾乎沒有利潤，有大量的資源換取微小的利潤，這便是工業化道路上的人才與技術支撐?；鶎拥霓r業化，小規模經營，無法獲得外部市場的信息支撐，受制于市場價值劇烈波動的嚴重影響;過剩的勞動力缺乏了工業化技能，無法支撐工業化道路的合理成長;同時，缺乏農業科技支撐與生態環境知識的小農，不僅影響農業的健康發展，對生態環境來說來是一個重大的考驗;更缺乏國家金融的支撐。
面對此，我們應該在以下方面做出改革，政治上有兩點，一政黨法應該出臺。嚴格各政黨的行為規范。不管是執政黨還是合作黨，或者將來的“忠誠反對黨”等。政黨的行為必須是為國家為社會為人民而服務，不得制造有害于為國家為社會為人民的政黨行為，各政黨要嚴格約束各政黨黨員的行為。不能把所有社會矛盾問題指向對面，要客觀地議政;更不能制造黨派斗爭，尤其是制造基層社會混亂;同時要為政黨之間合理制約提供議政平臺。二是對憲法的序言修改。理清中國歷史文化脈絡，理清各政黨治理的戰略與方針，不能借歷史之名否定和壓迫合理的政見;理清執政黨的執行力效力與反對黨之間的參考價值關系。
社會全面治理上有三點，一工業化與城鎮化的道路的合理規劃，重視金融科技與創新支持，重視質與量的關系，規模與利潤的關系。二、農村與農業的現代化，重視農地合理開墾開發與生態環境保護的關系;重視農業現代化中的農村自治組織對利益的合理控制;三民族自治與農村自治的合理制約，重視民族關系及農村家族關系的矛盾制約。
金融與軍事上的，這兩點是西方社會在近代歷史超越亞洲文明的兩大法寶，我們不得不對其加以重視。正所謂“知己知彼百戰百勝”，我們不重視就會被別人所控制。不管我們是否需要使用同樣的手段來與他們競爭，但我們必要至少要做到獨立自主以及強大的反作用力。
青年要創新發展演講稿4尊敬的老師們，親愛的同學們：
大家好!
什么是科技?所謂科技，百度說就是科學技術的簡稱，對人類社會的發展進步具有重大影響的前沿科學技術，這將是推動各行各業發展的關鍵因素之一。往小處說，其實是指在現有溫飽的基礎上，生活質量進一步提高，達到豐衣足食。在很早很早以前，我們的祖先就盼望過上這種衣食無憂的生活，如今，這都已變成了現實，科技就在我們身邊。
科技就在我們身邊，不是嗎?科技創新是城鎮的變化，是我們創建新型科技社會的一個縮影，來看看我們塔山鎮吧，沐浴著改革開放的春風，一棟棟樓房拔地而起，商店里商品琳瑯滿目，令人眼花繚亂;寬闊的公路上車水馬龍，各種車輛川流不息;昔日面向黃土背朝天的農民現在坐在電腦前，通過互聯網來了解菜市行情;我們這些小學生打扮得大方、漂亮，也更加活潑了;家用電器日益增多，蒲扇也光榮“下崗”了;工廠里一切都是機械化設備……
科技就在身邊，不是嗎?以前，我們鄉鎮一到晚上靜悄悄的，沒幾個地方是亮著路燈的，街上的店面也幾乎不開，可是現在呢?一到晚上，燈火通明，大街上，商店照常營業，顧客依舊不少，再看看那縱橫交錯的馬路上，車水馬龍，川流不息，大大小小的廣場上，有人在跳舞，有人在散步，五彩的霓虹燈加上車鳴聲、舞曲聲、歡笑聲，構成了一曲祥和的月光進行曲，還頗有一番大城市的感覺呢!
科技就在身邊，不是嗎?在我家里，爸爸媽媽都是做生意的。我小的時候，爸爸媽媽進貨都是跟大客車去，夏天，十分炎熱，冬天，十分寒冷，每次回來都很辛苦。可是現在好了，隨著生活水平的慢慢提高，爸爸買了輛新車幫媽媽進貨，讓他們減少了許多的辛苦。聽媽媽說，他們還想再開二店、三店呢!爸爸媽媽的生意做大了，我家的收入也高了。以前我們家的二居房，幾十平方米，每次逢年過節的，家里一來人，就站不下了，十分擁擠?？涩F在已經變成了樓上樓下，電燈電話的寬敞大房了，就算來再多的客人，也不會為房子小而發愁了。
科技就在我們身邊，幸福的生活和美好的未來要靠自己去創造，同學們，讓我們從現在起就胸懷全面建設小康社會的宏偉目標，從點點滴滴做起，奮發學習，把自己鍛造成一塊有為的好鋼，把我們的社會建設的更加美好吧!
青年要創新發展演講稿5尊敬的各位領導,老師,親愛的同學們:
大家好!
創新之路 吾將上下而求索!
從小，我就是個對任何事物都懷有強烈好奇心的孩子，當我得知東方魔稻惠及幾億人民，當我看到神舟飛船直沖云霄，我便產生了對于科技創新的無限向往。進入學校以來，學校濃濃的科技教育氛圍給了我解決困惑的機會，我漸漸愛上了科技創新。
我也曾心生困惑，創新究竟是什么?我應該如何創新?我反復問自己，反復思考。我感到科技創新像霧里看花，空中樓閣，不可捉摸。在思考的過程中，我想起看過的一檔名叫《異想天開》的電視欄目，專門播出青少年制作的創新發明。我至今還對那個把小風扇安裝在筷子上，用來給熱面條降溫的創意記憶深刻。在上數學課時，老師鼓勵我們用多種不同方法解同一道數學題，我喜歡解幾何題時，嘗試添加不同的輔助線;我喜歡學習化學，尤其喜歡做試驗，因為在實驗中我會發現世界是如此奇妙。突然，我好像感悟到了什么，也許我給了創新過深的含義，創新并不是一項深不可測的領域，創新其實就是發現創造價值的新方法，創新是可以溶入我們的日常生活的。雖然發明家不是人人可當，但是科技創新應該是每個人都擁有的能力。
八年級時，我們開始接觸物理學，那可真是令我大開眼界。其中，我對電磁學產生了濃厚的興趣，經過反復琢磨，多次論證，自己撰寫篇《電磁跑道》的科技小論文，并因此而獲獎。心血來潮，讓我初嘗科技創新的快樂。之后，我的創新熱情進一步高漲，《電磁式“內燃機”》，《火車發電設想》，《樹干為什么是圓的》這些科技論文陸續參與科技論文比賽的征文。同時我也喜歡進行小制作，這些小制作可以便利生活，營造樂趣，我相信“小想法”將成就“大作為”。
今天的我們，雖然時時刻刻享受著發明，卻仍然對發明充滿陌生。有職業的教師和科學家，卻沒有“發明”這種職業，沒有人為發明家付薪水。世界因為發明而輝煌，而發明家個體常常寂寞地在逆境中奮斗。他們經歷著科學技術攻關上的艱難攀登，經歷著成果開發上的艱苦跋涉，他們是一個在為社會進步而奮斗著的群體，他們是偉大，無私的，我立志也要成為一名偉大的發明家，讓我更多的幻想變成現實，讓科技服務于人民。
關鍵詞：旋翼式無人機；定位懸停；討論
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.250
1 緒論
無人機即所謂的無人駕駛飛機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV），是指不需要飛行員在機上駕駛，而是利用無線電遙控設備以及自備的程序控制裝置實行對飛行器的控制。無人機在接收到地面傳達的遙控信息后，可以完成一些自主控制功能。位于控制站的人員可以通過各種設備，通過無人機實現遠程巡視，監控，定位，打擊等操作。如今，隨著無人機技術的飛速發展，其實現了成本低，體積小，重量輕與飛行靈活等特點，越來越多的政府和機構開始關注起它來。
在本文中所討論的無人機的定位懸停動作，是以多旋翼式無人機為平臺的。
定位懸停是指將無人機固定在預先設定的高度位置和水平位置上。這是無人機實現應用所需的一個基本的飛行姿態。
以最近亞馬遜公司推出的無人機配送貨物服務為例，亞馬遜公司所提交的方案細節中表示：
（1）無人機會直接把貨物送到客戶個人所在地，并在下單時啟用定位系統；
（2）無人機需要特定感應器來確定路線以及準確著陸，比如相機和紅外感應裝置。
在亞馬遜公司所構想的無人機配送貨物方案中，有兩個關鍵詞，一是定位系統，二是精準著陸，而在無人機定位懸停動作的研究中，定位系統是研究的出發點，精準著陸是研究可以收獲的成果?？梢?，幾乎在所有無人機應用中，對精確的定位懸停姿態控制的研究都是一項十分重要的課題。
2 無人機的幾種高精度定位方案
現如今，無人機定位懸停的精度并不高，大疆公司的最新型無人機Phantom 3可實現誤差在垂直10厘米，水平1米精度范圍內的自動懸停，當需要更高精度時，便需要在“專家模式”下手動來進行微調。
無人機實現自動懸停實質上便是將其固定在預先設定好的高度位置與水平位置上，這也就是說，要實現懸停這一動作，事先讀取自身的位置，即產生一組三維坐標這一步顯得至關重要。比較準確地確定無人機的位置信息是無人機完成定位懸停這一動作的前提與基礎。
2.1 以GPS模塊為主的定位
2.1.1 無人機GPS定位工作原理
GPS在綜合至少4顆衛星的位置信息后，可實現無人機的空間定位。利用以GPS為中心，輔助以各種傳感器的定位方法是如今無人機所采用的主流定位方案。無人機在懸停之前首先需要明確自身的高度信息和水平信息，而在以GPS模塊為主的定位方式中，GPS模塊主要負責提供無人機的水平位置坐標，而其高度位置坐標一般來講是通過氣壓計，利用不同高度上大氣壓力的變化來計算提供。同樣，GPS模塊也可以提供高度信息，但是在主流無人機上很少使用，因為低成本的GPS數據的刷新率不高，無人機在高速運動時，會導致GPS讀取的數據滯后，引起高度跌落。
2.1.2 差分GPS（DGPS）的應用
為了應對GPS系統中選擇可用性技術（Selective availability，SA）造成的誤差，無人機所搭載的GPS通常利用差分GPS技術來提高定位精度。GPS的差分技術有兩種，分別是坐標差分技術與偽距差分技術。無人機所搭載的GPS常采用的技術是偽距差分技術。該技術是通過計算已知點偽距與真實距離之間差值以修正誤差。所以機載GPS常需要兩個接收器同時接收同一衛星組發出的信號。這種方案的定位精度較高，但對地面設施有一定要求，不利于快速部署。
2.2 運用視覺系統的定位
目前出現了較新的定位技術采用了視覺定位系統，如深圳大疆公司最新型號的無人機Phantom 3便采用了這種方式。
2.2.1 視覺系統結構
所謂的視覺系統定位是指為搭載了攝像頭的無人機提出的一個基于影像的控制系統。該控制系統有兩種實現方式，一是僅靠機載攝像機拍攝提供的圖像數據來分析，控制無人機；二是結合運用慣性測量部件和視覺里程計，這種結合工作的視覺系統可以有效地減少系統的工作量，而且可以為無人機提供更精確的定位。如圖1是結合各種傳感器的視覺定位系統結構圖。
視覺控制在機器人技術的研究里是一個很活躍的領域。而在無人機的研究中，視覺里程計被用作幫助實現飛行器的自主控制。常利用搭載的三維影像幫助提高無人機的穩定性，并指示無人機與所處環境中有關物體之間的相對位置關系，達到定位的目的。
2.2.2 視覺系統的定位原理
機載攝像機的持續拍攝，為導航系統提供連續的圖像幀。在圖像特征匹配的計算程序中，特征追蹤器從連續的兩個圖像幀中獲取自然地標信息，并在一對自然特征中測出位移。通過周期性地記錄新特征點，并比較重復的特征點，便可以測算出各圖像捕捉序列之間用作3D幾何投影的單應性矩陣，從而可以實現對無人機的定位。
2.3 無線電加激光定點的高精度定位方案
本文作者構想了一種用于定點位的高精度懸停方案。預想結合無線電技術與激光傳感器，實現無人機的高精度定位懸停。
2.3.1 無線電定位
無線電定位是在已知導航臺的精確位置下，通過接收器對導航臺所發出的無線電信號進行接收，計算信號發出到接收之間間隔的時間，以處理得到導航臺至目標物之間的相對距離來達成位置的確定。除了延遲時間外接收器還會處理所接收到無線電信號的一系列電參量，比如頻率，相位或振幅，根據電波傳播的特性，轉換得到實現導航所需要的數據。
但僅通過一個導航臺是不能確定目標物體的位置的，通常會運用“幾何原理”來實現對一點的位置確定。所謂的“幾何原理”是指，當接收器只接收一個導航臺所發出的無線電參量時，僅僅可以確定目標點相對于導航臺的軌跡線，當用兩個及以上的信號量時，便可以利用幾何線相交來完成定位的工作。當有兩個導航參量時，可以實現平面上的定位；當有三個及以上的導航參量時，可以實現空間上的定位。
2.3.2 激光傳感器
所謂的激光傳感器是指利用激光來實現測距的傳感器。由于激光具有高單色性，高方向性與抗干擾性等優點，對于精確測量技術來說是很關鍵的一部分。激光傳感器的工作原理其實與無線電雷達是相似的。在發射器將激光對目標物發射出去后，計算激光往返的時間，利用光在空氣中的傳播速度便可以得到與目標物之間的距離，便可以實現精確測高的目的。
一個激光傳感器常由三部分組成，一是激光器；二是激光檢測器；三是測量電路。激光器可以分為固體激光器，氣體激光器，液體激光器和半導體激光器四種類型。其中半導體激光器是一種比較新型的種類，較成熟的是砷化鎵激光器。該種類的激光器體積小，重量輕，結構簡單，比較適合在無人機上配備。
2.3.3 定位實現方案
無人機搭載有無線電模塊，半導體式激光器。
A.陸基無線電引導粗定位。無線電模塊負責提供一個第一階段的定位懸停控制信息。利用無線電范圍傳播的特點，可以在一個范圍內對無人機進行初步的引導定位工作。根據“幾何原理”，預定地點位置布置三個導航臺，無人機上接收器在接收三個信號量后實現其空間上的定位。利用空間散布面積較大的無線電信號，可讓無人機實現快速的定位信號截獲而進入定位程序。因為無線電波長較大且易受干擾，并不適用于超高精確定位的目的，這時便需要激光傳感器進行第二階段的精確調整。
B.激光引導高精度定位。由于激光直線傳播的特點，為了簡化設備，可以預先安置于所需要進行懸停的水平點位處，進行垂直高度的測距?？紤]到無人機底部并非整塊平面，存在高度差，這種情況下，如果僅采用單一的信號量提供高度信息，此高度信息必然會有偏差，并不能保證無人機中心位置的高度與之相符。而且在單一的信息量下，僅可以提供高度信息，無法二次限制無人機的水平位置。
考慮到該方面的不足，為了在無線電的基礎上盡可能提高水平方向的精度，安排無人機上與地面兩個激光傳感器同時進行測距。地面激光器四周需平坦，而無人機底置的激光器四周也需要小塊平面以提供測量精度。兩臺激光器將測量到的高度信號以無線電的形式發送到終端電腦，控制無人機進行姿態的微調，直到兩信號量達到一致且符合預定值后，停止調整，保持無人機懸停的飛行狀態。
安排兩臺激光器進行信號量對比的目的主要有兩個：
（1）為了確保測量高度與無人機中心點位距離地面的高度量一致。由于所測高度量有地面距無人機底部高度與無人機中心點高度兩方面，此種情況下即使由于粗定位的偏差，使地面激光器是通過與無人機底部非中心點處構成的預定高度值，這樣機載激光器數值必然與預定值有偏差，不會結束定位過程，直至無人機中心點位距地面高度與預定值一致。
（2）為了提高二次定位精度，在高度基礎上，進行水平修正。無人機底部設計是中心點處相對四周凸起，表面平滑，且凸起處嵌入機載激光器。這樣當兩高度量一致時，地面激光器采集的高度信息必然為地面相對于無人機底部凸起平面的距離。當地面激光器所測高度并非距無人機底部凸起平面距離時，必然會有兩個高度量的不一致，也就是說，雙激光器測距的設計，間接限制了無人機的水平位置。
當兩信號量完全一致后，此刻無人機處于精確點位，完成懸停動作。如圖2是該方式實現的示意圖。
2.3.4 利用摩爾斯碼對陸基臺站的識別
考慮到在同一地區放置多個該種精確定位設備，無人機在返航階段可能無法確定某一專屬的定位設備。為解決該問題，可以嘗試在裝置粗定位階段所用的無線電信號中加入摩爾斯碼，每一架無人機設定識別相應裝置的摩爾斯碼，這樣可以進一步提高多陸基臺站情況下多無人機在返航階段的自動化程度，從而實現在較小區域范圍內進行高密度的多無人機起降控制。
2.3.5 激光充電技術
激光充電是美國的洛克希德?馬丁公司與美國激光動力公司合作，測試成功的一種新型的充電方式。該技術初始研究階段的目的便是希望實現無人機永久地滯留在空中。洛克希德?馬丁公司與激光動力公司對一架美國特種部隊使用的小型無人機Stalker進行改造，配備了激光充電系統，最后測試發現，該無人機的續航能力提高了2400%。
利用激光充電技術，在本方案中可以在無人機利用激光傳感器進行第二階段的高精度定位時發揮作用，在定位的同時為無人進進行電量的補充，從而提高無人機的續航能力。
3 不同方案的比較與分析
3.1 各定位方案的應用性能比較
從可適用的廣泛性來講，GPS定位>視覺系統定位>無線電引導，輔助激光定位。由于GPS信號的全球性，并且只需要接收四顆衛星信號便可以完成一個精度不錯的定位，非常的方便。而視覺系統定位受光亮與地形特征的限制，就廣泛性來講，不如GPS定位。最后的無線電引導，輔助激光系統定位，相比于前兩種來講，廣泛性最低，因為該方案僅僅適用于某一些特殊的工作任務中。
從各方案應對周圍變化環境的靈活性來講，視覺系統定位>GPS定位>無線電引導，輔助激光定位。視覺系統定位可以從采集的圖像信息中讀取出無人機相對于四周物體的方位，就對四周環境的反應靈活性來講，是最高的。GPS定位僅對線路有一個認識，對四周環境無法感知，靈活性不高。無線電引導，輔助激光定位的靈活性最低，因為該方案局限于某一預定方位實行定位，并不可做出其它反應。
從戰時可靠性來講，無線電引導，輔助激光定位>視覺系統定位>GPS定位?？紤]到戰場環境的復雜性，多變性，無線電引導，輔助激光定位方案的可靠性最高，因為該方案是兩種定位階段的結合，穩定，可靠。視覺系統定位由于對環境的特征度有要求，考慮到戰場炮火引發的煙霧環境可能會對其辨識度造成干擾，可靠性次之。GPS定位的可靠性最低，因為戰時情況下，GPS衛星很可能被關閉，使得該方案失效。
3.2 各定位方案的應用場合
3.2.1 GPS定位
GPS信號的接收易受建筑物，樹木的阻隔而擾，并且由于多路徑效應，接收機會接收到經過建筑物或者水面等一系列反射面反射后的干擾信號，使得信號的路徑變長了，偽距產生系統偏差，最后導致定位不準。由此可以分析出，當無人機的工作環境處于空曠無遮擋地帶，并且四周水域不算多時，比如在廣場，田地，沙漠等地區，GPS定位可以達到比較好的效果。
GPS定位的定位懸停方式適用于一些對懸停精度要求不是太高的工作任務，比如對電網情況巡視，監控等一些在相對空曠地區進行的任務。
3.2.2 視覺系統定位
由于視覺系統擺脫了需要接收GPS信號的束縛，可以在沒有GPS信號的情況下通過與慣性傳感器等部件的配合，保持無人機的穩定，所以使用該方案的無人機可以運用在一些環境特征明顯的地區，如附近有河流，房屋等一些工作環境中。
最近提出的無人機送貨物方式，顧客一般居住在小區之中，而小區之中房屋林立，對GPS信號的接收有影響，這種情況下，便比較適合運用視覺系統幫助定位。并且需要無人機在封閉空間內完成懸停監控的任務，也比較適合通過利用視覺系統來實現。
3.2.3 無線電引導，激光精確定位
根據該方案高精度，但工作位置固定的特點，比較適合用作無人機在執行任務前或者執行完任務后的方位待命工作。
比如說現在嘗試的利用無人機完成農藥噴灑任務的設想，實際應用時，考慮到效率問題，一片田會用到多架無人機同時工作，那么在工作完成后，無人機的回收工作便出現在了面前。如果進行人為的一架架進行手動遙控回收便會大大增加工作的繁瑣度。此時在固定點位布置激光傳感器，采用無線電引導，激光定點的方案使無人機定位懸停達到回收的目的，便可以大大的提高任務的自動化程度，提高工作效率。并且由于該構想方案定位精確的特點，可以避免無人機在回收過程中在空中發生碰撞的事故風險。
甚至在作戰時期，對數架出外執行任務的無人機進行回收工作時，同樣可利用無線電引導，激光定點的方案提高戰時效率與作戰秩序，并且結合在懸停狀態下的激光充電能力，可以增加無人機的續航能力。如表1是對各定位方式的總結。
4 總結與展望
本文所歸納的三種定位方案，各有特征點，可以滿足不同工作環境的需求。未來繼續對無人機定位方面工作的研究，可以從如下的幾個方面進行。
（1）所運用的視覺系統，運用攝像機采集圖像信息，而攝像機有限的測量范圍，當無人機飛行超過一定高度時，便不能測算高度信息，要進一步研究視覺系統的工作高度，探究與氣壓傳感器測高的結合方法。
（2）提高控制算法下，無人機的響應速度，以進一步增加無人機響應的及時性。
對本文作者所構想的一種運用無線電加激光定點的高精度懸停定位方案，在今后的工作中，可以從以下的幾個方面展開，對該方案進一步補充和完善。
（1）為解決同一地點多無人機懸停時，對地面裝置的識別問題，未來的工作中可以嘗試在粗定位階段的無線電信號中，加入摩爾斯碼，實現無人機與相應的地面裝置的匹配。
（2）當今無人機在執行任務中，能耗是必須考慮的問題之一。為提高無人機的續航問題，在本方案第二階段激光引導高精度定位中，可以考慮加入激光充電功能，使得無人機即使在懸停時，也可以得到能耗補充，短時間得以重新投入新工作中。
（3）本文構想方案如今最大的不足是需要提前安置地面設備，這樣設備安置問題會造成對工作地點的限制。為解決該不足，在未來的研究工作中，可以從兩方面考慮，一是考慮與其他定位方案的結合作業，比如GPS+本方案，視覺系統+本方案等等，二是考慮工作環境，將本方案拆分作業，如單無線電方式或者單激光方式。在一些空間廣闊，且對無人機懸停精度并不是很高的工作中，可以單純使用無線電方案，而在深井等一些狹小區域的無人機懸停，則可以省略無線電粗定位階段，單純使用激光方案。
參考文獻：
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關鍵詞：城市公共空間；應急避難；防災；設施；功能
導言
加快研究和興建城市應急避難場所，是擺在世界各個國家面前迫切的新課題。公園、廣場作為重要的避難場所類型，對其進行深入研究是非常有價值的。本文以杭州城市公共空間為研究對象，展開城市防災應急避難功能的研究。我國應急避難場所建設還處于探索和起步階段，理論匱乏，實踐經驗缺少。本次研究試從城市空間、、防災規劃、公共設施等角度入手以杭州為例探討城市現有公共空間應急避難功能的建設，公共空間規劃與防災應急避難功能的結合。
1.應急避難的概念及國內外經典理論與實踐
1.1 基本概念
應急避難場所是指：居民在災難發生后一段時間內，躲避由災難帶來的直接或間接傷害，并能保障基本生活而事先劃分的具有食品、住宿、醫療等功能設施的場地。避難場所包括公園、綠地、廣場、體育場等城市公共空間，其中公園是避難場所的主體。
城市應急避難所的建設方式一是體育館式避難（疏散基地）：是指利用轄區內的大形體育館和閑置大型庫房（展館）、結建防空地下室等建筑物賦予避難所功能。二是坑道式避難所：是指利用轄區內的人防坑道工程進行建設改造，完善相應的生活設施，賦予人員應急避難所功能。三是公園式避難所：是指利用轄區內的各種公園、綠地、學校、廣場、體育場等公共場所進行改造，加建相應的生活設施，賦予人員應急避難所功能。
城市應急避難所的規模分為一級應急避難所：一般規模在15萬平方米以上，可容納10萬人（人均面積1.5m2）。當市民接收到防災警報信號后，通過半小時到兩小時的摩托
化輸送即可到達的應急避難所；二級應急避難所：一般規模在1.5―15萬m2，可容納1萬人左右； 三級應急避難所：一般規模在2000 m2左右，可容納1000人。市民在5―15分鐘內即可進入應急避難所。
1.2 國內外經典理論研究與實踐
日本是較早重視應急避難場所研究和設計的國家，也是最早提出專門興建的國家，有相當豐富的理論研究和建設經驗。多次大地震的發生使日本充分認識到公共空間作為應急避難場所的重要性。在關東和阪神?淡路大地震后，日本把合理建設城市空間作為抗震減災的基本方針之一，制定一系列法規并提出建立專門的“防災空間”。 三木綜合防災公園是日本具有代表性的新型“防災公園”，它是日本興建的首個廣域防災據點，功能與以往的廣域避難場所不同，它可以開展災后救援以及復興活動的后方基地，可以容納城市大規模災害的大型救援。該公園不僅具有應急避難功能，也是平時地區開展體育活動的場所，具有平災結合的雙重性。公園內有人類的防災中心，還有動物愛護中心及自然環境保護中心，共同構成縣域范圍內的廣域防災據點。
2001年美國的“9?11”恐怖襲擊災難發生后,美國政府為強化城市整體防災應急功能，開始積極推廣建立全民安全文化和公共教育體系，并以“防災型街區”為重心。法國政府十分重視對地震災害的監測預報及相關理論的研究，特別是巴黎有精心設計的地下水管網，保證城市不受暴雨和洪澇災害。歐洲城市防災規劃和建設一般體現在規劃寬闊、筆直的城市大道，以保證即使在房屋倒塌時民眾仍能安全地離開他們的住宅，并規劃建設大型廣場，以保證地震發生時民眾有疏散避難的開闊場地，大道兩旁種植行道樹以防物體直接砸到地面上的避難人員。
2000年，廣東省江門在進行城市公共空間系統規劃編制時，看到了城市公共空間對城市防災減災的作用，編制了專門的避災空間規劃。這是我國國內最早的較為完整的城市公共空間避災系統規劃。2003年10月建成了國內第一座防災公園――北京元大都城垣遺址。我國對于應急避難場所的重視，最初源于北京為了舉辦2008年奧運會和殘奧會在安全方面的需要，在《北京中心城地震應急避難場所(室外)規劃綱要》的指導下，首先在北京城中心建立了29所應急避難場所。這樣一批應急避難場所的建立為全國建立應急避難場所提供了樣板，在國內具有良好的示范意義。
經歷了2008年南方大雪災和5.12汶川大地震后，我國政府、專家以及公眾都認識到建立應急避難場所的重要性和迫切性。參照北京建設情況的基礎上，各個城市紛紛出臺了一系列相關的法規和綱要，成為了應急避難場所建設的重要法律保障；全國專家、學者們大量的論文和提案，成為重要的參考意見;群眾也認識到盡快在自己身邊建立應急避難場所的必要性，積極參與到建設和學習中來。政府和民眾促建應急避難場所的心情之迫切，為快速推動應急避難場所的研究和建設，提供了難得的契機。
我國目前公共空間防災避難的相關研究多傾向于借助國外的經驗討論我國社區防災的工作機制、體系建設、政策制定。對可作為公共應急避難場所的資源狀況以及實際需求狀況研究較少，極大地影響城市防災避難工作的推進和防災設施的建設。
2.城市公共空間與應急避難功能的結合――以杭州城市為例
2.1 我國城市公共防災空間的現狀
城市公共空間的滯后削弱了其應急避難功能：由于市場的驅動，目前我國城市規劃中更多的是注重城市的土地利用規劃，使城市公共空間建設總是被動地去適應城市規劃所形成的空間布局，造成城市綠地的布局不均衡，舊城區公共空間嚴重不足，新建公共空間多數分布在城市的周圍或局部地段的狀況，城市公共空間與城市人口分布規律背道而馳，不利于形成有效的防災公共空間系統，難以起到全方位防御災害的作用。
城市避難空間規劃建設的法規體系尚不完備：空間規劃法規體系是城市公共空間規劃制度的核心，為空間規劃行政的運作體系提供法定依據和法定程序。對城市公共空間系統規劃和建設的要求著重在景觀和生態方面，忽略了城市避難的重要性，因而即使進行了城市公共空間系統規劃的城市基本上也未進行專項的城市避災綠地規劃。
對城市防災空間的研究和規劃不足：目前我國對城市空間應急避難功能的研究基本上僅限于介紹日本的防災綠地規劃和措施，規劃則僅有幾個城市（北京、西安、江門等）的個案研究和實例。避難空間體系由一級避災據點、二級避災據點、避災通道和救災通道組成，但對各要素的選址、規模設計和設備配置要求無準確依據和定量要求，造成避災規劃成果比較粗略。
我國國土遼闊，地形復雜，影響各城市的災害類型不同，必需構建符合國情、市情的完善城市避災公共空間體系，我國城市中心地區的公共空間規劃指標僅夠滿足避災公共空間的最低要求，很多城市還遠未達標，如果加強城市開敞空間和防災功能的結合，城市人均避災公共空間面積將嚴重不足。
2.2 杭州城市公共空間與應急避難功能的結合
本文以杭州地區的7個區域作為調研范圍進行調查，每個區域選取1-2個具有代表性的公共空間進行實地調研。最終選擇杭州紫金港、翠苑四區、慶春廣場三個公共空間作為研究樣本。對于杭州這類高密度建設的城市來說，筆者認為將城市各類公共空間與防災應急避難規劃設計統一配合是科學的規劃方法。城市公共空間中包含的綠地、廣場、街道等場所在平時起到優化城市景觀、生態循環的作用，在災難發生后立即能適應應急避難的使用功能，該規劃手法更適合杭州城市用地發展的模式。具體而言，杭州城市公共空間應具有避震疏散場所功能：便捷的疏散出入口、道路、街道防災緩沖帶設計、布局公共空間的防災植被、提供應急直升機場地、多樣化、多用途的公共應急設施等。本文從針對杭州城市公共空間的調研中總結出了以下幾點：
（1）空間性質相同，具有結合的可能性。
城市景觀綠地和避難場所從空間性質來說都屬于城市公共空間,在城市總體規劃布局中兩者都要求根據城市布局、人口分布等因素，形成 “點、線、面”一體的網絡均衡布局模式。兩者都要考慮近遠期發展，符合城市總體規劃要求，滿足各類功能需要和大眾人群的生活需求，如集散、交通、餐飲等，因此兩者具有結合的可能性。
（2）使用時間互補，結合具有靈活性
杭州景觀空間、綠地與應急避難場所不同功能的發揮具有時間上的互補性。平時使用或災難啟用時，可靈活運用各種技術手段進行功能和形式的轉換，巧妙實現兩者之間的結合，達到城市公共空間與避難場所的平、災雙重要求。
（3）缺乏統一評價標準，需建立統一參數
城市景觀公共空間與應急避難所在城市規劃中各成系統，具有不同的分類標準，兩者系統分類的依據與指標不同，缺乏統一標準和指標。要使兩者結合，必須借照統一參數，構建獨立的城市應急避難綠地分類評價標準體系。
（4）因為功能目標各異，所以結合要有協調性、目的性
城市景觀公共空間以景觀、娛樂休閑為主要功能，杭州應急避難場所以防災避難功能為主，這種差異導致兩者在地形設計、樹種選擇等方面的結合中產生沖突，影響各自功能的正常發揮。因此結合設計要因地制宜，協調好防災和景觀的功能要求，并且我們在杭州城市公共空間中設計加入避難設施功能，同時要時刻考慮到避難設施的可靠性與安全性，能在災難來臨時達到本身設計的目的，保障市民的安全。
3.結合原則
（1）“統籌規劃”的原則
杭州公共空間與應急避難場所在城市規劃層面上各成系統，因此需將其結合產物同時納入兩個系統綜合考慮，系統布局現狀，缺少應急避難據點的由城市綠地進行調整改造；遠期將安全理念納入城市空間規劃中,預先考慮提供給居民設施完備的應急避難空間。
（2）“安全優先”的原則
杭州公共空間的優美、生態等非防災功能與應急避難功能有時會產生沖突，如自然山水、蜿蜒的游覽路線阻礙避災時快速通行。結合設計中應權衡兩者的關系，首先滿足安全性的需要，保證避難場所遠離地震斷裂帶、水淹區、各類危險管道、建筑物坍塌范圍等危險區域，在“安全優先”的基礎上考慮景觀效果。
（3）“平災結合”的原則
應急避難場所與公共綠地結合后在地震、火災等突發災害事件時，所配備的應急設施發揮避難場所的特殊作用。例如在應對火災時可以在避難設施的外墻上采用防火涂料，防火材料在保護避難設施同時可以結合周邊的環境選擇色調，對應急設施進行適度美化，使其融入杭州地域特色中去。
（4）“改建結合”的原則
面對中國城市土地資源的日益稀缺和城市綠地已有的系統及規模，根據杭州應急避災系統布局，改造現有杭州公共空間使其具有防災功能，可以節約杭州空間和資源，減少投資成本，這是應急避難場所構建的首選方式。通過“改建結合”，建立民眾直接參與應急防災的基礎平臺。
總之，在未來的規劃中，杭州城市公共空間需要人防部門與規劃、園林部門有效協調，并加強應急避難知識的宣傳教育，對相關管理人員進行專業培訓，根據避難場所等級合理規劃平時和災時的功能分區及轉換問題。
參考文獻
[1]林展鵬．高密度城市防災公園綠地規劃研究――以香港作為研究分析對象．中國園林．2008年(8).
[關鍵詞]培養模式 全日制專業學位碩士研究生 協同創新中心
[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）07-0010-03
近年，為適應我國社會經濟轉型升級發展的新形勢，教育部推進實施了全日制專業學位碩士研究生教育。全日制專業學位碩士是與應用領域任職資格相聯系的專業型學位，與全日制學術型碩士處于同一層次，但側重點不同。專業學位碩士側重于應用領域，旨在培養適應行業實際工作需要且具有創新和實踐能力的高層次應用型人才。[1] [2]為進一步加快高校體制改革，轉變高校創新方式和人才培養模式，教育部隨后啟動實施了“高等學校創新能力提升計劃（2011計劃）”。[3]
專業學位碩士研究生培養模式是對研究生培養過程的總體規劃與安排，也是對培養成果考核的重要依據。它體現出高校對于專業學位碩士研究生培養的整體思路，是研究生教育理念的重要體現。本文結合南京航空航天大學控制工程全日制專業學位研究生創新能力培養模式改革實踐，研究運用協同創新中心的共享資源提升研究生創新能力的可行方案，為構建新型創新能力培養模式提供理論與實踐依據。
一、創新能力培養模式存在的問題
（一）培養模式大眾化，不利于個性化發展
目前，國內專業學位碩士研究生的培養總體呈大眾化趨勢，學校更多地注重招生規則的制定，而對培養模式的關注不夠，往往簡單地套用學術型碩士研究生的培養模式，未能融入體現專業學位碩士研究生培養特色的創新要素，也未突出其在實踐方面的創新優勢。導師和研究生作為培養的主體與對象，在培養過程中缺乏主動性，不能根據實際需求制定特色培養計劃，從而阻礙了研究生個性化發展。對于目前相當一部分高校的專業學位碩士，培養方案所規定的公共必修課、專業必修課所占比例較大，體現特色培養需要的選修課所占比例相對較小，研究生不能根據自身需求選擇相應課程，從而導致理論學習與創新實踐脫軌。同時，選課范圍主要限于本專業之內，這人為樹起了學科專業之間的“高墻”，不利于跨學科復合型創新人才的個性化培養。
（二）指導形式單一，不利于創新能力培養
專業學位碩士普遍實行導師負責制。然而，由于不少研究生導師主要從事教學工作或理論研究，在科研實踐及工程應用方面缺乏經驗，且對專業學位碩士的培養要求、培養目標、培養方法理解不夠透徹，所以在指導專業學位碩士時采用和學術型碩士同樣的方案。這顯然和當前社會對專業學位碩士的要求不協調，也和教育部的初衷相悖。同時，隨著近年來研究生的擴招，一名導師往往負責多名學生，難以對每個學生進行個性化指導，這對學生創新能力的培養也是不利的。
（三）專業實踐形式化，效果得不到保證
目前，國內大多數高校的專業學位碩士研究生在完成課程學習后，由學?；驅熉撓颠M入高校與企業聯合設立的研究生工作站開展與學位論文相關的科研活動。但近年的實踐表明，這種培養效果往往受制于企業所擁有的創新研究隊伍水平和科研保障條件，更為重要的是，研究生可支配的創新研究時間相對企業所提供的研究項目來說周期過短，使得研究生更多地只能承擔產品測試和生產運行維護等周期短、創新性弱的任務，限制了研究生創新能力的深度發展。專業學位碩士研究生開展創新研究往往涉及多個交叉學科領域，所以受此影響尤為顯著。[4]
二、利用協同創新中心進行創新能力培養改革的必要性
（一）有利于健全創新人才培養的內、外部條件
協同創新中心以人才、學科、科研三位一體的創新能力提升為核心，通過構建面向科學前沿和行業產業的協同創新模式，促進高校資源的宏觀整合，推動高校體制改革，加快人才培養模式轉變。協同創新中心的建立，提供了專業學位碩士研究生創新能力培養必要的外部條件支持，如學校制度、師資、創新平臺資源環境等。在研究生創新能力的發展過程中，協同創新中心對研究生創新的內部因素同樣具有重要的引導作用。依托協同創新平臺提供的活躍創新氛圍，參與協同培養的研究生更易產生創新積極性。依靠協同體的豐富資源完善創新基礎理論，掌握科學創新方法，這直接或間接促進了研究生創新能力的發展，影響到創新研究的突破和創新成果的產生。因此，基于協同創新中心，改革研究生培養模式，可調動一切積極因素提高研究生創新能力。
（二）有利于提升創新人才培養水平和培養質量
利用協同創新中心開展人才培養模式改革，對于增強高校創新人才培養的能力和水平有明顯的推動作用。專業學位碩士研究生的培養著力于提高研究生的創新和實踐能力，使其能夠將理論與方法相結合解決工程科學問題，并在實際工程中善于運用創造性思維，勇于開展創新實驗、創新設計和創新研究，這正體現了“2011計劃”對人才創新能力培養的內涵要求。利用協同創新中心協同體間的聯合創新實踐，可為專業學位碩士研究生所參與承擔的相關項目提供全方位的創新條件。更為重要的是，創新研究往往涉及多學科優化設計，如我?？刂乒こ虒I的飛行控制研究，涉及飛行器、動力與控制的綜合優化，協同創新中心能夠為研究生開展這方面的跨學科創新研究提供全面支持。這還有助于研究生拓寬專業知識面，開拓新的研究領域。利用協同創新中心協同體的多樣性構建專業學位碩士研究生培養的寓教于研、寓教于用的新型創新模式，可從實質上提高專業學位碩士研究生的研究水平和培養質量。
（三）有利于完善高校社會職能，建設創新型國家
協同創新中心的建立關注國家重大需求和社會經濟發展，它可以最大限度地爭取到各個行業資源的協作與整合，能有效改善高校分散、低效和封閉的創新模式，避免重復建設造成的人才和資源浪費等情況。通過得到行業科研院所和骨干企業廣泛的聯合支持，形成緊密的一體化產學研創新體制，通過協同體間的深度融合將創新轉化為生產力，進而促進創新型國家的建設。因此，針對專業學位碩士研究生培養模式改革，建立基于協同創新中心的聯合培養模式，充分體現了高校在建設國家創新體系方面的社會職能，順應了創新型國家對高校創新培養模式的內在要求。
三、利用協同創新中心進行創新能力培養的改革思路
就我?？刂乒こ虒I而言，通過建立完善的制度機制，將提升專業學位碩士研究生創新能力的培養模式改革與協同創新中心共享資源的平臺建設相結合，綜合中心的項目需求和研究生的研究方向，合理組織和分配研究生的創新實踐任務，可有效解決目前所面臨的問題。這不僅體現了我校控制工程專業學位碩士研究生培養特色，也是適應“2011計劃”加快轉變人才培養模式的客觀需要。我校設有“輕型通用航空飛行器技術協同創新中心”以及“直升機技術協同創新中心”，基于這兩個協同創新平臺，可以在以下幾個方面對控制工程專業學位碩士研究生的培養模式進行改革。
（一）依據協同創新中心的學科交叉優勢，制定個性化培養方案
在很長時期內，專業學位碩士研究生的培養模式單一，為了突出專業學位碩士研究生的應用型特點，使其能更深層次地投入到實踐工作中去，需要加強其個性化創新能力的培養。
由于專業學位碩士研究生培養需要面向工程實踐，其研究過程中往往涉及多學科的交叉融合。例如控制工程專業學位碩士研究生參與協同創新中心的飛行器控制項目研究，需要涉及飛行器總體、發動機及控制、傳感器信號處理、控制算法等內容。因此，在培養專業學位碩士研究生過程中，需注重構建其完善的知識結構與理論體系，加強專業學位碩士研究生對學科的整體把握與深入理解，以培養面向工程實踐能力為核心，提高創新能力為重點，打破原有培養方案，重構課程體系，形成多學科交叉發展的培養模式。在具體實施過程中，可以以學分制和彈性學制為依托，以完善的課程設置作保障，增大專業選修課的比例，增設跨學科課程，使學生能根據自身需求，在相對自由的環境下有針對性地進行專業課的選課與學習。同時，基于協同創新中心的項目需求，在中心開設相關專業實踐課程，鼓勵研究生和協同創新中心其他合作院系乃至企業、研究院所的技術人員一起進行跨學科課程的學習和跨學科研究，以增強學生在學習過程中的主動性，促進其個性化發展，為其以后深層次的創新工作奠定基礎。
（二）利用協同創新中心的雄厚智力資源，實行雙導師培養制度
專業學位碩士研究生區別于普通學術型碩士研究生，其更注重專業實踐能力的培養，旨在培養具有扎實理論基礎，并適應特定行業或職業實際工作需要的應用型高層次專門人才。因此，專業學位碩士研究生培養對指導教師的要求也有別于學術型研究生。為了應對目前專業學位研究生培養模式缺陷，可采用雙導師制度，利用協同創新平臺優勢學科專業群匯聚的高校多學科優勢師資、科研院所專業研究人員、行業企業工程技術骨干，豐富專業型研究生的導師資源，促進專業學位碩士研究生培養模式的改革。雙導師制度能有效改變傳統一對一和一對多的導師指導方式。
在實施過程中，由研究生主導師提出申請進行協同培養。主導師負責推薦并聯系副導師人選、提出擬協同培養的研究課題、協同培養的內容和形式等，副導師可以是校內其他學院有相關合作的導師，也可以是協同創新平臺的企事業單位、研究所的工程技術人員。協同培養申請經主導師所在學院審核、研究生院遴選、批準后實施。協同培養研究生由主導師和副導師共同指導，開展跨學科、跨部門論文研究工作。
為了保證協同培養的效果，研究生院應對指導質量進行檢查。一是成立導師監督小組，通過定期舉行會議的形式對學生的科研工作進行檢查，從而在一定程度上約束導師的行為、督促導師對學生的指導;二是通過制定指導手冊的形式，明確規定培養過程中導師與研究生雙方各自的權利和責任，對于培養效果好的案例，進行宣傳、推廣和表彰。
（三）基于協同創新中心的創新平臺資源，開展高水平創新實踐
專業學位碩士研究生不僅需要豐富的知識積累和完善的理論結構，更需要專業實踐環節的培養與鍛煉。在以往的實踐環節中，專業學位碩士研究生主要依賴企業的創新能力培養模式開展實踐活動，學校對承擔創新實踐培養任務的企業并無完全約束機制，雙方對研究生創新活動的管理存在明顯的分界面。然而，作為協同創新平臺的主體成員之一，高校對研究生創新能力的培養具有不可替代的作用。從這點來看，利用協同創新中心可為專業學位碩士研究生提供開放的實踐基地與完善的機制保障。
基于協同創新中心提供的校企合作平臺，可深度利用雙方所擁有的資源與環境，突出其在創新活動中的核心優勢，以吸引專業學位碩士研究生的實踐參與。在創新實踐改革的具體實施過程中，專業學位碩士研究生通過提交申請，并經過導師和學院的批準，進入協同創新中心進行實踐學習。按學生的自身情況與協同創新中心的項目需求，將研究生分入相應的課題小組。通過任務分配的方式，將企業遇到的科研問題帶入課題小組。這樣一方面可以加強研究生的責任意識，使其具備創新工作所需要的基本素質;另一方面可以約束研究生切實投入實踐工作，提高創新實踐能力。在此期間，學校充分開放實踐活動所需的各項資源，如實驗室、圖書館、教室等。學校定期對參與協同創新實踐的研究生的工作表現及成果進行評價，設立相應獎勵機制，鼓勵具有突出貢獻的研究生，以活躍實踐過程中的競爭氛圍。這對協同創新中心專業實踐平臺的長期高效發展具有積極的促進作用。
此外，基于協同創新中心提供的廣闊平臺，可舉辦研究生創新實驗競賽，以項目立項的形式資助，以現場比賽的方式競賽，在此過程中增強研究生理論聯系實際的創新能力以及團隊分工的合作意識，培養其成為具有優秀綜合素質的高級工程應用型人才。
（四）依托協同創新中心的國際交流舞臺，提升國際化創新水平
在經濟、科技全球化的背景下，高校發展也正面臨全球化趨勢，傳統的封閉式創新研究模式已不能滿足當今教育發展的要求。國際化交流不僅能在較短時間內提高研究生的整體創新研究水平，更能使一個學科乃至學校更快地與國際對接。
立足于協同創新中心所提供的學術高地，通過建立“多元、融合、動態、持續”的協同創新模式，可構建國際交流創新研究平臺，為專業學位碩士研究生與國內外專家就共性技術聯合開展創新實踐和學術研究創造交流機會。具體實踐過程中，可以充分利用協同創新中心的優勢學科平臺，定期邀請國際著名專家、教授、學者進行學術訪問與交流工作。此外，通過設立關于國際合作交流的鼓勵和獎勵政策，為研究生提供海外訪學計劃，包括聯合培養、短期訪學、海外實習、國際會議等交流項目，促進研究生切身參與國際交流，為創新提供動力和活力。利用協同創新中心具有國際影響的創新基地和學術高地，構建開放的國際學術研究環境，能有效培養研究生的國際競爭意識，拓寬研究生的科學創新視野，活躍學術思想，實現多元文化的融合。同時，開放的國際化學術環境對于克服中國學生常有的封閉、保守的性格弱點，提高研究生以競爭共贏的姿態參與國際科技協同創新的能力具有重要作用，能為社會培養具有國際化視野的創新能力強的多元工程科技人才。
四、結語
全日制專業學位碩士研究生創新能力培養是建立學科人才與高級工程師培養體系的橋梁?！?011計劃”積極推動高校、研究院所和行業企業的協同創新，促進高校體制改革，加快高校人才培養模式轉變。因此，開展利用協同創新中心提升專業學位碩士研究生創新能力培養改革勢在必行。
本文結合我校控制工程全日制專業學位碩士研究生創新能力培養模式的改革實踐，指出了傳統培養模式存在的問題，分析了利用協同創新中心開展創新培養模式改革的必要性，從協同體學科交叉融合、智力資源配置、資源互補優勢和國際化學術高地等方面，提出利用協同創新中心提升專業學位碩士研究生創新能力的培養模式改革思路，從而為推動專業學位碩士研究生培養體制改革提供理論與實踐依據，以適應我國社會經濟發展方式轉變對高層次應用型創新人才的迫切需求。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 曹俊杰.專業碩士學位教育發展的國際經驗及其啟示[J].研究生教育研究，2011（3）：90-95.
[2] 張志紅，潘紫微.全日制專業碩士：產學研合作培養模式的探索[J].高等工程教育研究，2011（4）：132-136.
