国外教学设计研究现状与发展趋势（精选11篇）
教学设计过程所产生的问题的讨论、教学设计研究的发展趋势等方面对国外教学设计研究的现状与发展趋势 进行了系统阐述。
随着科学技术的发展，心理学、教育学理论研究的深入，教学设计近年来成为国内外教育界关注的课题之 一。考察国外教学设计的研究成果，对我们深化课堂教学改革，全面推行素质教育，提高教学效率将有莫大的 启发。
一、国外教学设计研究的现状
如何提高课堂教学质量和教学效率一直是教学研究的核心问题。为了解决这个问题，许多教育工作者或从改变教学媒体、方法，或从精选教学内容，或从改进评价方式和课堂管理等进行深入的研究，但同时他们又感 到单一方面的改革其效果不能令人满意。因此，他们开始重新思考教学设计的问题，并借鉴认知理论、技术学等新成果；从更为系统的角度探索问题，以找到在整体上提高教学效益的突破口。1．学设计的概念
什么是教学设计？为了更清楚的理解这个概念，让我们先了解什么是教学和设计。美国的教育学家史密斯（P.L.Smith）和拉根（T.J.Ragan）认为，教学就是信息的传递及促进学生达到预定、专门学习目标的活动。它是教育的一个分支，包含了学习、训练和讲授等活动。所谓设计，是指在进行某件事之前所作的有系统的 计划过程或为了解决某个问题而实施的计划，它可以从精确性、细致性、系统性等方面去判断其效果的好坏。设计者必须以高度的精确和谨慎态度，具有系统计划一个方案的才能进行设计，否则，会导致时间的误用、资源的浪费甚至无效、沉闷和缺乏动机的学习。因此，设计应考虑许多可能影响实施计划或受计划实施所影响的 因素。如，设计者要考虑可能影响教学成功的因素，通过上课，把预先设计好的视觉、听觉及其他传递形式的信息传递出去。所以，教学设计的特点除上面谈到的精确、细致和系统之外，还应有形象性、创造性、工艺性、扩展性和自然性等特点。由此可见，教学设计就是把教学原理转换成教学材料和教学活动计划的系统过程，是指为了达到预期教学目标而运用系统观点和方法，遵循教学过程基本规律，对教学活动进行系统计划的过程，是教什么（课程和内容等）与怎么教（组织、方法、策略、手段及其他传媒工具的使用等）的过程。具体来 说，一方面它象工程那样需要以过去成功的原理为基础来计划他们的工作，不仅在功能方面，而且以生动的、吸引人的方式来设计事情或活动，建立用以指导他们决策、解决问题的程序。另一方面，这个系统过程是以一 种书面的形式把将要完成的事情或活动的结果写下来，而不是变成实际的产品或结果。因此，当教学媒体不仅 仅是教师时，系统的计划就显得尤其重要。好的教师有能力根据学生的需要马上调节教学。但当教学媒体不能迅速加以调节时（如印刷体的材料、录像材料、以电脑为基础的教学），以教学原理为基础的设计就显得相当 重要。所以，教学设计过程主要依据三个方面进行设计：第一，教学的目标是什么？第二，教学策略和教学媒体有哪些？第三，我们如何检验所达到的结果？如何评价和修改教学材料？
韦斯特（Charles K.West）等人则从认知科学的角度来探讨教学设计。他们认为教学就是以系统的方式 传授知识，是关于技术程序纲要或指南的实施。它也是指教师的行动、实践或职业活动。设计是计划或布局安排的意思，是指用某种媒介形成某件事情的结构方式。所以教学设计的研究应从以下几个方面出发：（1）在当今复杂的社会里，人们需要学会如何学习。这种需要大大地扩大了教学的目标，它应该包括学习者将能够了解 并适当地运用认知策略；（2）教学设计应该使用认知策略作为教学的手段；（3）教师将充当教学传递活动中运用认知策略和奖励认知策略运用的模范；（4）把认知策略的知识、适当的应用以及对认知策略的态度渗透到教学测验和评价当中。他们认为，过去的教学设计主要根据五个步骤来安排教学：即设立目标、预先评估、计划教学、实施方案和测验评价。这些步骤虽然也包含了计划教学阶段和实际教学本身，但如何把认知策略 的知识渗透到各阶段中并应用设计技术完善其设计，这是提高教学效果的先决条件。因为认知策略是由人们操作的心理活动，而在教学设计中，设计者的任务是计划教学，以便学生能够用认知策略来学习材料，积极地从 心理上加工学习内容，这才是教学设计的本质所在。2．教学设计研究的范围 从所看到的材料分析，目前国外教学设计的研究趋向于从多个研究角度，运用已有的理论成果，应用多种研究方法，尤其是系统方法来探索教学设计的问题。其共同特点是把它看作科学与技术的结合体，从整体上综合考虑教学过程的各种因素。因此，当今教学设计的研究范围主要包括以下几个方面：
1）教学设计性质的界定和理论基础。如教学设计是一个系统过程而不是偶然的、随意的活动，它需要 考虑系统与因素、结构与功能、过程与状态之间的关系而进行综合设计；教学设计有一种解决问题的取向，它 需要对引发教学的活动进行估计，而这种估计又是评价的标准；教学设计以学习和学生为主体，而不是以教师或教学媒体为中心；教学设计的目的是形成有效率、有成果、引人入胜的教学；教学设计坚持目标、教学和评 价的统一；教学设计不是一种直觉的冲动，而是一种理论与实践的统一，等等。2）教学设计如何考虑以需要为出发点，适应学习环境的问题。
（3）教学设计如何根据学生的特点（如共同点与差异性、变化与稳定的特点以及先前学习及训练等）进 行构思的问题。
（4）学习任务如何定位的问题。如怎样精确地安排学习的份量，认真地分析并确定必要的学习任务，对学习时间损耗量的估计，学生必须预先具备哪些学习技能和知识。
（5）学习评估的问题。如学习评价怎样以教学系统的目标为指导，运用专门的技术来保证评估的充分性。评估设计通常要权衡效度、信度和可操作性等。
（6）教学策略的问题。主要包括对微观和宏观水平上的学习提供一个框架，怎样更有发展性地、适应性 地依据任务、背景和学习者特点采用策略，围绕教学因素或活动来组织教学策略，形成教学策略的体系。
（7）教学设计的基本要素。包括根据不同学习任务（如陈述性知识、概念、规则、问题解决、认知策略、情感策略和技能发展等课程内容）特点，并以不同类型学习、认知要求选择教学策略，形成教学效果显著的 教学设计。（8）不同教学媒介的特点及情景分析。主要包括不同学生群体所形成的环境，与任务特点、学生特点和 学习背景相关的教学管理策略的潜在因素分析。
（9）如何利用教学传输中媒体的变化形成知识发生过程，完成从简要的教学计划向有形的教学材料的转 变。
（10）教学评价问题。主要研究形成性评价（即把教学评价作为设计和拓展过程的一部分来进行）和总结 性评价（即对完成教学效益情况所做的评价）在教学设计中的功能，等等。3.教学设计过程所产生的问题的讨论
教学设计研究的目的是为了使教学活动能够高质量、低成本、迅速地加以完成。质量高、成本低、效益好往往是评价设计好坏的标准。但在现实情况下，三者难得其全。一般说来，成本低、完成快的设计往往效果不 好；完成快、质量高的设计，成本往往不低；而质量高、成本低的设计往往又不能很快完成。因此，教学设计的可行性和适当性是实施教学设计方案中必须考虑的问题。另外，设计中各种因素怎样组织成最优化的教学系 统，设计怎样做到结构与功能的吻合、过程与状态的一致，这一直是教学设计者讨论的焦点。其中讨论最多的是资源、关键性、责任、期望或要求等要素如何影响设计的过程。所谓资源是指人和物的资源以及时间怎样利 用才能促使课堂教学的优化，包括需要评估、学习者分析、任务分析、教学策略、教学传输、形成性评价等方面的综合考虑；所谓关键性是指对可能影响教学设计实施效果的因素作预期估计，如教学活动中潜在的负面影 响、教学结果的同质要求、必须预先具备的主要技能和知识等等；所谓责任是指对教学设计中涉及的学习任务、教学内容、教学传递手段及课堂管理等方面必须达到的标准进行说明；所谓期望或要求是指设计者根据实际 情况，特别是教学资源的特点提出符合实际的设计方案，并在设计过程中根据情况的变化调整方案。至于教学设计各种因素的权重怎样确定仍无一致的看法。
二、教学设计研究的发展趋势 在教学设计从理论走向实践，从实践反馈到理论的过程中，人们开始从科学技术成果中得到启示，思考它未来的发展方向。作为一种技术的形式（我们可称它为过程技术），教学设计必然随着技术形态迅速、显著的 变化而变化。因此，设计者必须对该领域的变化和发展有充分的估计。从目前发展的前景看，最能影响教学设计的新领域主要有以下几个方面： 1.人工智能与专家系统
几年前就有专家预测，用于军事、建筑、医疗、交通方面的一些技术成果，如人工智能等，将在教育上特别是教学传递方面有较大发展潜力。这种以机器为本的、综合了各种优势的教学（智能教师），在一些研究和 发展项目上已有成功的例子。如智能计算机辅助教学（ICAI）和专家系统就是应用人工智能的技术。前者从人工智能的创作与知识基础交叉发展而来，使教学更加生动有趣，减少学习者的心理压力；后者是更有效地运用 机器智能帮助设计教学，提高教学过程的效益。这种系统比过去围绕一系列目标只教一个学习者的状况更有广泛的适应性。
2.适应性教学
适应性教学是一种在师生原有关系的基础上改变其传递途径的教学，它创造了更为互动积极的高质量的教学。这种适应性教学所指的变化，包括了传递速度、所举例子、练习难度等方面的变化。随着人工智能技术的 广泛应用，适应性教学可以向学生学习，其机器老师呈现学生已有的知识水平以及与学生相互作用时所产生的其他特点。发生式适应性教学集现代设计手段与电脑技术工具的优势，将远大的抱负与具体的措施有机地结合起来，应用认知学习原理，对所设计的教学策略进行推测，及时调整设计方案。3.互动技术
新的互动技术（如CD互动、数字视频互动等）开始用于教学传递方面，他们正与录像、计算机、以及电话系统、印刷系统联姻，大大增加了对视听材料数字信息的密度和加工能力。虽然互动技术与人工智能和适应性 教学的关系不是必然的，但教学媒体数量的增加，实际上应归因于支持它们的材料和经验的急剧增长。高度仿 真技术也有赖于可供设备的支持。同样，互动技术对教学设计的贡献是巨大的。4.教学设计模式
将来，我们用于指导教学设计的模式会变得越来越有力和复杂，并有较大的发展。有些专家（如W.Hannu m和C.Hansen，1989）认为，教学设计所依据的理论基础会从原来的行为主义学习理论、一般系统论、视听理论和交流理论进一步扩大到以下几个方面：（1）由人类学方法形成的前后分析法；（2）感知心理学和认知 科学所形成的设计和传输方法；（3）由市场研究技术形成的工具；（4）受人类学和社会学影响的评价；（5）由工作设计形成的训练课程设计，等等。此外，教学设计模式的变化也逐渐趋向越来越灵活和系统化。而改革 的方向主要有三方面：第一，向可改变模式发展；第二，向层叠性模式而非线性模式发展，这种模式可在各阶段之间来回移动，以子目录为基础，重复那些需要的步骤；第三，向“分层堆积”模式发展，该模式中包含设计程序的具体化。5.实施技术 这种技术借助于工商业的概念。从事这种技术的人喜欢在许多教学选择中挑选一种工具，它可以提供从工作辅助、激励因素到心理上咨询以及其他服务等帮助。该技术的着眼点在工作实施而不是学习的效果，只有在特殊的情况下视其需要才强调学习。其技术的重要性在于它是教学设计中专家系统提出的基础和考虑的关键因 素之一。6.认知科学的进展
认知理论的产生和发展对教学设计理论、模式、原理的提出具有很大的影响。无论教学设计将来从新的科 学成果中借鉴什么，人们对影响教学设计的主要理论如学习、认知、人类信息加工、感知等研究的新发展依然兴趣盎然。关于学习、认知和其他教学设计理论与实践基础的新知识之转换与应用，将大大改变我们教学的现实。按照结构主义学习理论的观点来看，学习者借助于媒介来了解其中包含的意义，并在与信息相互作用当中 构建个人独特的含义和解析系统。有些人认为这种含义不是信息所固有的，而是一个分享定义的现象，即把该命题的相关性分开。因此，该领域中一些发生式教学策略就是由结构主义观点建立起来的（当知识结构形成时，学习者就是教学信息的建构者而不仅仅是接收者），并且根据结构主义的观点来加强和支持这些策略的具体应用，特别是与替代性策略共用时作为监控和精选机制。所以，认知科学将来在教学设计上的应用可能会更加强调三个方面：辅助式教学策略和发生式教学策略、认知策略或学习策略的教学以及学习的情感领域。回顾过去二十多年走过的历程，我们相信将来科学对教学的贡献比以往会更有效、有趣和更富有吸引力。我国教学设计的研究方兴未艾，对其国外现状的分析和发展前景的展望相信会有助于形成更具中国特色的 教学设计。从概念上说，教学设计是一种教学“技术”，我们通常会把技术与设备或设备的使用联系起来，如计算机技术。但当技术的应用及其方法产生时，往往也包含了过程和思想。从技术发展史来看，在一种新的或令人兴奋的装置或系统运用和发展时，其思想、概念、模式、理论等与它的形态相比要重要的多，所演化和出现的新技术，就是应用这些思想、理论的结晶。因此，新的产品形态的技术如计算机、多媒体学习环境，录像、通信和其他媒体的发展和应用确实为教学设计带来许多方便，但过程技术的成熟，对教学设计更为综合化、整体化和及时反馈与调节更有帮助。1.麦曦：《教学设计的理论和方法》，新世纪出版社，1996年4 月版。2.李伯黍等：《教育心理学》，华东师范大学出版社，1993年4 月版。
1 改进FCC技术
目前, 国外提高流化催化裂化 (FCC) 汽油辛烷值的方法主要有:使用专用催化剂和助剂, 提高FCC操作苛刻度, 降低FCC汽油的干点, 采用FCC分路喷射进料技术 (S FI技术) 。
2 降低FCC汽油硫含量技术
2.1 催化裂化脱硫
美国GraceDavison公司研究出直接减少FCC汽油硫含量的新催化G SR技术[1]。该技术采用循环提升管装置, 高基质活性超稳Y (USY/MATAIX) 催化剂。第1代脱硫助剂产品GSR 1可使汽油中硫含量降低15%~25%, 其主要组分是A l 2 O3负载的Levis酸中心 (首选为ZNO或锌的铝酸盐) 。第2代脱硫助剂产品G SR 2是在GSR 1基础上添加了含有锐钛矿型结构的TiO2而制得, 主要组分为TiO2/Al 2 O3, 可使汽油的硫含量降低20%~30%。
最近Grace公司通过对USY分子筛改性, 引入较高比例的Leuis酸成分制得第3代汽油脱硫GFS催化剂, 能够有选择地裂化汽油中的含硫化合物, 可使汽油中的硫含量降低40%。该技术在欧洲已实现工业化应用。
2.2 催化加氢脱硫
2.2.1 Mobil公司的Octgain技术
美国Mobil公司1991年成功开发的Octgain技术是一种在低压下操作的固定床加氢脱硫处理工艺, 其特点是使用专利催化剂, 可降低FCC汽油中的硫含量和烯烃含量, 而辛烷值不降低, 生产成本远小于催化裂化进料的加氢处理或FCC汽油的加氢脱硫过程 (辛烷值损失大) 。该技术已经历了3代技术改进, 第3代技术不仅能脱硫, 还可控制产品辛烷值或C 5收率, 工艺过程分2段在2个反应器中进行, 第1段是将FCC汽油进行加氢精制 (HDF) , 脱除其中的硫, 中间产品汽油辛烷值因加氢脱硫而降低;第2段用1种含类似ZSM 5分子筛类的催化剂在第2反应器中对第1段中间产品油进行辛烷值恢复 (Octgain过程) 。
2.2.2 IFP的FCC汽油加氢脱硫工艺
法国石油研究院 (IFP) 对裂化汽油和石脑油脱硫提出了非常有效的脱硫工艺 (Prime G+技术) 。其主要特点是:中等操作条件、较高的空速、双催化剂体系, 避免了引起压力降增高的聚合反应, 使烯烃饱和, 辛烷值损失小, 脱硫率大于98%。
2.3 吸附脱硫
由Black&VeatchPritchardInc与AlcoaIn du strialChemicals联合开发的IRVAD技术, 采用多级吸附方式, 用氧化铝基选择性固体吸附剂处理液体烃类;在吸附过程中, 吸附剂在移动床中与液体烃类逆流接触;用过的吸附剂与再生热气流逆向接触再生后循环使用。
IRVAD技术可用来处理包括FCC汽油在内的多种液体烃类, 能够有效地脱除其中所含的杂原子, 特别是硫、氮、氧的化合物, 脱硫率达到90%以上。该技术在低压下操作, 不消耗氢气及不饱和烯烃, 并排除了有害废弃物的处理问题, 使投资及操作费用大大降低。
Phillips石油公司的S-Zo rb脱硫技术采用其独有的专利吸附剂, 能够吸附含硫分子, 并将硫原子除去。该技术可以在一个单独的反应器中对全馏程FCC汽油进行脱硫处理, 具有非常高的脱硫选择性, 辛烷值和C+5损失很小, 吸附剂可再生循环使用。
2.4 碱性抽提脱硫
美国M er ic h em公司发明的F I BE R-FILMTM接触器系统对碱性抽提非常有效。在接触器中填充大量的金属纤维, 由于毛吸作用和表面张力, 碱性水相被束缚在金属纤维上, 当汽油流过接触器时, 烃类与碱性水相之间的牵引力驱动水沿着纤维丝向前流动, 最后从分离器底部流出, 进入水相收集器, 抽提作用的水相不断更新, 汽油中的含硫化合物 (主要为硫醇) 被抽提除去, 而对烯烃无影响。
2.5 膜分离脱硫技术
美国Grace Davision公司开发的S-Brane膜分离脱硫技术是采用膜分离法将FCC汽油中的硫化物浓缩成小部分。该技术采用模块设计, 容易扩大生产, 操作温度低, 无再结合反应, 适用于催化轻汽油和PCC汽油的深度脱硫, 在脱硫的同时可降低芳烃含量, 汽油辛烷值无损失。
3 降低汽油烯烃含量技术
1996年, GraceDavison公司开发出一种FCC汽油降烯烃RFG催化剂, 可以降低25%~40%的烯烃, 同时还能保持辛烷值和轻烯烃 (C 3、C 4) 产率不会下降。这种RFG催化剂已在5套工业装置上使用。2001年, GraceDavison公司对RFG催化剂的组成作调整, 进一步提高降低烯烃的能力, 同时对产品分布实现理想调控。
4 催化重整技术
UOP公司推出的连续再生铂重整CCR工艺的特点是, 催化剂提升气用量小, 催化剂无阀门循环, 反应器之间靠引力流动;使用新型Cyclemax再生器, 操作简单;所用UOPR 130系列催化剂活性高, 寿命长, 可使重整生成油的辛烷值和汽油收率大大提高。
5 烷基化技术
Exxon公司的硫酸烷基化技术的主要特点是采用自冷冻式的冷却方法, 分段反应器系统操作压力低。Phillips公司的氢氟酸烷基化工艺采用一台组合的反应沉降器, 利用比重差的原理, 使氢氟酸在进入反应管与高度分散的烃类接触之前, 通过一台冷却器多次循环, 烃相送至主分馏塔。世界上已有100多套氢氟酸烷基化装置采用该技术。由于硫酸、氢氟酸容易造成设备腐蚀, 目前人们转向研究固体酸烷基化技术。
6 结语
世界各国社会经济发展不平衡，因此各国教育发展多姿多彩、各具特色，特别是一些发达国家地理课程改革往往具有很好的先导性和可借鉴性。基于新课程背景，我国许多地理教育工作者开始研究国外中学地理课程改革。本文主要以我国对美国、英国、德国、加拿大、日本等发达国家地理课程改革所作研究成果作简要分析。
一、我国对国外中学地理课程改革研究现状
1. 研究美国地理课程改革现状
美国从20世纪60年代以结构主义为指导思想到90年代基于标准、生活化地理为地理课程教材编写依据，体现美国地理教材内容选择逐渐由注重理论向突出实用转变；内容组织由注重表述向重视探究转变，内容表达更加灵活多样、生动形象。地理实验设计与过程强调多样性、实用性、探究性与层次性，注重对学生创新实践能力培养。
美国国家地理课程标准包括概述、地理学科知识、地理技能与方法、地理观点等。实施过程中重视地理课程对培养现代公民的重要性、凸显地理核心技能培养、地理经验在实际生活中应用等特点。美国中学地理教科书虽未统一教材，但注重通过地理活动以获取经验、强调体验式问题解决，并采用专栏形式组织内容，有助于提高学习地理兴趣和学生地理素养。美国生活化地理课程标准仍存在一些问题，如各州对课程标准执行参差不齐、内容标准操作性不够强、地理教师对课程标准缺乏深入了解、地理课程地位不高等。
2.研究英国地理课程改革现状
英国国家地理课程分为教学目标与说明、关键阶段1～4学习计划、地图三大部分，注重培养学生思维能力和地理技能，特别强调国际教育和环境教育。《地理教育国际宪章（草案）》明确提出“地理教育最主要的是国际教育和环境教育”。课程内容主要以自然地理、人文地理、环境地理等系统地理知识为主，区域地理比重相对较少。英国国家地理课程反映当前世界地理教育发展新趋势。
从英国国家地理课程可以看出世界地理课程发展具有以下趋势：世界地理教育向集中与分散相结合方向发展；综合考虑地理教育整体设计以照顾不同能力学生差异；突出能力培养和重视野外实习，增强学生参与意识；及时反映地理科学最新成果，重视现代化教学手段应用。
进入21世纪以来特别是目前，英国中小学地理教育“正处于危机时期”。造成地理教育危机的直接原因是20世纪末英国地理教育改革，这场改革主要受内外因素影响。内部因素：地理教师专业素养亟待提高，甚至出现大量非专业教师任教。外部因素：官方教育政策过度重视考试成绩以及文化重建主义影响；中央政府加强对学校的监控和管理；国家地理课程文本不够具体明确、缺乏可操作性；教育系统内部国家课程政策、地理教师和学术团体之间没有达成协调一致关系。
3.研究德国地理课程改革现状
德国作为传统教育强国，地理学教育在国际上享有很高声誉。德国的实科中学、综合学校与完全中学等各类学校都开设地理课程。从5～13年级均有地理课，其中学初级阶段和中级阶段为必修课程，课时较多，中学高级阶段则为选修课程，课时相对较少，且整个中学阶段连续开设地理课程强，课程地位较高。中学初级、中级阶段地理课程以区域地理为主，穿插专题地理，中学高级阶段以专题讲述人文地理为主，结合区域地理实例。德国地理教材编写由地方负责，类型多样，自然地理与人文地理相互贯通，区域地理与系统地理专题相互穿插，实用性强。但地理教材使用有限期，5年后必须根据实际情况和学科发展更新、修改和完善，出版供应新的教科书，利于提高教材质量。
4.研究加拿大地理课程改革现状
加拿大地理课程融入丰富的多元文化教育内容。由于加拿大只有指导性教学大纲，尚未统一教材，教育部只对中学课程设计提出最低限度要求和原则性规定，其目的在于给学校留有余地，使校长和教师能结合本校实际进行具体设计。因此，加拿大地理课程多元文化教育特点：课程设计权利交给学校和地理教师，以多元文化角度开发地理课程；借助多种资源创设丰富学习情境；学习方式多元化并以体验学习为主；以质性评价为主并注重情感态度与价值观评价。这些都对我国新课程改革具有重要启示。
5.研究日本地理课程改革现状
日本于2003年4月全面使用新编地理教材，教材内容以区域地理学习为主，且教材版本多达20余种。目前日本地理教材主要具有以下特点：突出时间与空间概念，强调地理事物发展过程；重视学生自身体验，强调学生调查、考察及分析与综合能力；重视区域性与区域联系；加强“近邻国家”学习，内容表达丰富鲜活；由近及远，结合身边事物学习世界地理知识。2009年3月日本文部科学省颁布最新的《高中地理学习指导要领》，主要包括课程目标、课程内容构成、课程处理建议等，将地理分为A和B，这三部分在A和B课程中各具特点，其中课程目标注重态度、能力等多维目标达成；注重过程、方法与能力培养；注重现实感与爱国心培养，课程内容更多体现生活气息、突出实践运用；重视知识联系、注重综合性学习。这些特点对我国地理课程改革具有借鉴作用。
二、国外中学地理课程改革特点及研究中存在不足
通过对国外部分发达国家中学地理课程改革现状相关文献研读分析，可以看出国外地理课程改革呈现如下特点：地理课程内容组织重视地理经验学习，突出地理实用价值，特别强调环境教育以培养学生可持续发展理念；地理课程目标注重学生主体地位体现，重视发展学生个性和解决问题能力培养；地理课程地位得到显著提高，且地理课程开设年限较长；地理课程教学重视学生参与度，教学方式手段更加多样化和现代化。
2003年我国新课程施行以来，加强对国外地理课程改革探索的研究，但仍存在一些不足之处：主要集中于对国外地理课程标准与地理教材研究，对地理课程在课堂教学实施过程中深入研究较少；更多关注国外中学地理整体研究，对具体某一地方或某一教学过程研究较少；更多关注对国外地理课程的质性研究分析，而对量性研究分析较少；对国外中学地理课程研究方法更多集中在历史文献法、观察法、访谈法等，未能很好对其深入研究。
三、我国中学地理课程改革发展趋势预测
随着各国经济快速发展、交流与合作逐渐加强，人类科技也在快速发展，地理教育在国民教育中的地位将进一步提高。为了更好地适应全球化、信息化社会，地理课程改革应进一步加深对地理课程开发研究、地理教材设计与编写、地理教学与评价改革等方面研究。为此，可作如下探讨。
*逐步提高地理课程在整个学校教育课程中地位，促进中学地理课程连续性，解决九年级与高三年级未设置地理课程的问题。
*进一步修订地理课程标准，特别是对地理解决问题能力培养和情感态度与价值观提高应进一步深化，使地理课程标准更具操作性。
*编写地理教材过程中关注学生身心发展需求，以生活中地理知识为主，鼓励多版本教材发行，处理好教材使用与教学考试间关系。
*地理教学过程要充分体现学生主体性地位，教学内容注重结合生活实际与学生接受程度，更好激发地理学习积极性。
中国食品产业网(2006-6-20 10:54:10)
印度
目前印度居全球第二产茶大国的位置，也是世界茶叶出口的第四大国。在印度，全国60个茶树种植场的茶叶产量占全部总产量的60%，因而产品质量易于控制，市场容易开拓。印度政府对茶叶拍卖有规定，即茶园生产的茶叶，70%以上要进入拍卖市场（也有介绍说是75%要进入拍卖市场）。国外公司的经纪人和国内零售商一般都从拍卖市场中进货。印度作为茶叶出口大国，受西方茶叶消费偏好改变的影响，以及肯尼亚等国茶叶出口的冲击，加上国内消费的增加，近年来茶叶产量持续下跌，从1998年的8.7亿公斤减少到2004年的8.2亿公斤，为15年以来的最低点。出口量也逐年下滑，茶叶出口量也从2002年的2亿公斤下降到2004年的1.45亿公斤。1公斤高品质的阿萨姆茶5年前售价100卢比（约合2.3美元），现在跌到75卢比（约合1.72美元）。除去不利天气的因素，茶叶价格下降、成本上涨、市场竞争激烈也是重要原因。为挽回印度茶叶昔日的辉煌，印度茶叶企业一面不断开拓新兴红茶市场（包括中国在内）；一面也在改变其产品结构，适应正在发生变化的西方社会的茶叶消费习惯；同时印度茶商纷纷采取措施降低生产成本，让优质茶叶能以更有竞争力的价格出售。一些茶叶研究机构也正在加紧开发降低生产成本的新技术并帮助茶厂进行生产加工设备的更新换代。
印度政府于50年代通过了《茶叶法》，该法是茶叶生产、流通环节的法律依据。印度商业部代表政府依据《茶叶法》对茶叶的生产、流通领域实施监督。商业部下设国家茶叶局，茶叶局是实行具体行业管理的机构，具有管理生产、出口和制定发展计划等行政职能，并设有专门的研究机构，负责技术研发和推广。茶叶局在国内主要茶区都设分支机构。国外在莫斯科、汉堡、伦敦、纽约、迪拜等设立代表处或常任代表。茶叶局官员由政府任命，经费都由政府提供。但总的来讲茶叶局职能在慢慢弱化，而茶叶协会等民间组织的职能在加强。
斯里兰卡
斯里兰卡茶叶产业已有130多年的历史。斯里兰卡国内每年大约消费茶叶2万吨左右，斯里兰卡一直在与肯尼亚开展激烈竞争，争夺国际茶叶出口霸主地位。尽管2004年实现出口茶叶29万吨，不及肯尼亚茶叶出口量（32.6万吨），但斯里兰卡仍处世界茶叶出口市场的主导地位。据统计，2005年，斯茶叶出口达30.8万吨，同比增长2.83%，并呈现出三年连续小幅稳步增长的态势。期间，斯里兰卡还进口茶叶719万公斤（占其茶叶产量的3%），主要用于拼配茶和再出口。俄罗斯及前苏联各国仍是斯茶叶出口的最大市场，占出口总量的近两成。
肯尼亚
茶叶是肯尼亚的第一大出口商品，每年为肯尼亚带来约6亿美元的出口收入。茶产业在肯尼亚为50万人提供了直接的就业机会，相关行业为250万人提供了就业机会。连续十年来一直居斯里兰卡之后。排世界茶叶出口第二位的肯尼亚，2004年茶叶出口量较上年猛增了21%，跃居出口第一。根据肯尼亚茶叶局公布的资料，2005年，肯尼亚出口茶叶34.9万吨，仍是世界最大的茶叶出口国。肯尼亚蒙巴萨市是非洲茶叶的出口港市。蒙巴萨茶叶拍卖中心聚集了来自马拉维、坦桑尼亚、乌干达、卢旺达、布隆迪、津巴布韦以及非洲其他产茶小国的茶叶。因此，在这些国家生产的茶叶可能就被统计在肯尼亚的茶叶出口中。
日本
日本全国现有茶园面积5万公顷，总产量8.98万吨，茶农约24万户，主要分布在静岗、鹿儿岛、三重等8个县。茶树品种比较单一，薮北种占83%。日本茶业机械化和自动化程度相当高，茶树修剪、采摘、加工、包装基本上都实现了机械化和自动化。日本茶叶几乎是青一色的蒸青绿茶，只是依据档次不同从中分出玉露、玉绿、抹茶、番茶、煎茶、焙制茶、玄米茶等。日本茶园90%属于农户所有，生产技术主要由茶叶指导者协会提供服务和协调。由农协统一购置生产机械、统一防治病虫害、统一加工，组织化程度很高。茶园管理现代化，园貌整齐划一，树势健壮，单产高，效益好。
日本在20世纪20年代就有简单的精揉机用于茶叶加工，经过几十年的发展，制茶机械已很先进，不仅台时产量大，而且产品质量稳定。茶叶加工基本上都由高度自动化的蒸青生产线来完成。一般每套蒸青机1年仅开工40~50天，由于造价高，茶农以每15~20户联合购置一套。极少量的高档玉露茶由熟练工人手工制作。手工茶每100克卖价高达3万日元，是机制茶价格的10～100倍。
近年来因茶饮料的倍受关注，使日本茶叶行情一路飘红。但根据日本有关部门的统计显示，今后一段时间，茶市场却不容乐观，特别是一些绿茶加工厂、茶商都将因库存量多大而一筹莫展。主产地之一的鹿儿岛县茶市场的平均价格与往年同期相比下降了4成。最大产地静冈县预计下跌300日元左右，跌幅为3成。在日本进口绿茶中，95%来自中国，5%来自越南等其它国家和地区。乌龙茶完全依靠中国大陆及台湾省供给，红茶来自印度、斯里兰卡等国家。预计随着经济的增长和茶叶保健功效被广泛认可，日本国内茶叶消费仍有一定的增长空间。
越南
学生姓名 张溢峰
班 级 生物技术132 专业名称
生物技术
学院名称 生命科学与技术学院
指导教师 李文兰
提交日期 2016年1月15日
广西大学生命科学与技术学院
2016年 1月
摘要：生物技术药物(biotech drugs)又称为生物药物(biopharmaceutics)。以组合化学、药学基因（功能抗原学、生物信息学等高技术为依托，融合了医学、生物学、药物学等先进技术，以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。生物制药技术将对生物技术药物的创新与发展产生十分重要的影响和作用。笔者总结了生物制药的现状，生物技术药物的分类，生物制药的发展趋势，我国生物技术制药的发展方向，并展望了我国生物制药行业的前景。
关键词 ：生物制药技术；发展趋势；发展；现状；研究；生物技术
“21 世纪是生物的世纪”这一观点已经逐渐地被越来越多的人所接受,且正沿着它特有的轨道一步步的成为现实。生物制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果“从生物体生物组织细胞体液等”综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法制作的一类用于预防、治疗和诊断的制品。其中最为主要的是基因工程方法，即利用克隆技术和组织培养技术，对DNA进行切割、插入、连接和重组，从而获得生物医药制品。生物制药产品主要包括三大类：基因工程药物、生物疫苗和生物诊断试剂。其在诊断、预防、控制乃至消灭传染病，保护人类健康延长寿命中发挥着越来越重要的作用。这些成果还可以帮助人类加速植物和动物的人工进化以及改善生态环境对人类的影响等，产生新的有机生命的研究也会取得进展。
目前,生物制药产业已经成为21世纪最具前途的产业之一, 是生物工程应用研发中最活跃和进展最快的领域。生物制药行业具有高技术、高投入、高风险、高收益、周期长等特点。世界上许多国家都把生物技术产业作为优先发展的战略性产业之一,不断加大对生物制药产业的政策扶持与资金投入。生物药物的阵营很庞大，全世界的医药品已有一半是生物合成的，特别是合成分子结构复杂的药物时，它不仅比化学合成法简便，而且有更高的经济效益。它的发展将帮助人类解决很多当前无法人类疾病，同时还可以改革食品的生产过程，彻底消除人类的营养不良。这些将极大的延长人类寿命，改善人们的生活。
一.生物制药的现状
目前生物制药主要集中在以下几个方向： 1 肿瘤
在全世界肿瘤死亡率居首位，美国每年诊断为肿瘤的患者为100万，死于肿瘤者达54.7万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病，现在仍主要运用早期诊断、手术、放疗、化疗等手段进行综合治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会迅速增多。如利用基因药物抗体抑制肿瘤的发展和扩散，如利用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，如利用基因治疗法对肿瘤进行治疗(使用γ-干扰素基因对骨髓瘤的治疗)。基质金属蛋白酶抑制剂(TNMPs)可抑制肿瘤血管生长，阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂，已有3种化合物进入临床试验。神经退化性疾病 现在利用生物技术治疗老年痴呆症、脑中风、帕金森氏病及脊椎损伤的药物，如胰岛素生长因子rhIGF-1 目前已开始Ⅲ期临床实验。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。全国每年中风患者大概60 万，每年死于中风患者达15 万。中风症的有效防治药物不多，尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少，CerestaL已被证明能对中风患者的脑力有显著改善和稳定作用，已经进入Ⅲ期临床试验。自身免疫性疾病
许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。我国风湿性关节炎患者多达4000 多万，每年花费巨额医疗费，很多制药公司正对这类疾病进行研究。如 Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘，已进入Ⅱ期临床;美国Cetor′s 公司开发出一种用于治疗风湿性关节炎的TNF-α 抗体，治疗的有效率达80%。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病，如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞，再将细胞注入人体，使工程细胞产生全程胰岛素供应。我国每年有接近一百万人死于冠心病，每年都要花费高额的治疗费。今后10年，防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。随着基因组科学的建立以及基因操作技术的迅速发展，目前基因治疗与基因测序技术正在进行商业化开发，推动了治疗学的发展。转基因技术用于构造转基因植物和转基因动物，已逐渐进入产业阶段，用转基因绵羊生产蛋白酶抑制剂ATT，用于治疗肺气肿和囊性纤维变性，已进入Ⅱ，Ⅲ期临床。大量的研究成果表明转基因动、植物将成为未来制药工业的另一个重要发展领域。
二.生物制药分类
生物药物的原料以天然的生物材料为主, 包括微生物、人体、动物、植物、海洋生物等。所以说,生物药物(或称生物技术药物)是集生物学、医药学的先进技术为一体,以化学、药学基因等高技术为依托,以分子遗传学、分子生物学等基础学科的突破为后盾所形成的产业。生物药物按它的用途不同可分为三大类: 生化药物、生物工程药物和生物制剂。
然而也可以用别的方式来进行分类。其一，重组蛋白质和重组多肽药物：即利用DNA重组技术，将重组对象的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌（或细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达，最后将表达的目的产物纯化并做成制剂，得到重组多肽、蛋白质类药物。其二，重组DNA药物：基因治疗是指向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RNA片断，以纠正或补偿基因的缺陷；关闭或抑制异常表达的基因；刺激产生相应的抗体，从而达到治疗和预防疾病的目的。其三，其他生物技术药物：如微生态制剂，另外还有利用生物技术生产的血液代用品、肿瘤疫苗等等。三.生物制药的发展趋势
现代生物技术已对医药产业发展产生了革命性影响，生物产业是一个以科学为基础的产业，它对工艺的依赖性低，对基础工业的要求相对较低。自从人类基因组计划完成以耒，结构基因组，功能基因组，蛋白质组等研究计划相继起动。这为生物技术的发展注入了强大的活力。各国对此十分重视，并把生物技术产业的发展作为国家经济发展中新的增长点之一。
生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展，而且依赖于很多相关领域的技术走向。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测，但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。
各种新技术的出现有助于新药物的开发。计算机模拟和分子图像处理技术相结合可以继续提高设计具有特定功能特性的分子的能力，成为药物研究和药物设计的得力工具。药物与使用该药物的生物系统相互作用的模拟在理解药效和药物安全方面会成为越来越有用的工具。
到下世纪初生物技术药物的种类数目尚不会超过一般药物的总数，但生物技术制药公司总数将超过前10年的6倍。
药物的研究开发成本目前已经高到难以为继的程度，每种药物投放市场前的平均成本大约为6亿美元。这样高的成本会迫使医药工业对技术的进步进行巨大的投资，以增强医药工业的长期生存能力。
总之，综合多学科的努力，通过新技术的创立可以大大拓宽发明新药的空间，增加发明新药的机遇与速度。因为这些手段可以寻找快速鉴定药物作用的靶，更有效地发现更多新的先导物化学实体，从而为发明新药提供更加广阔的前景。
四.我国生物技术制药的发展方向
我国生物医药产业还相对落后,但是国家和地方政府都在不断加大对该产业的发展力度,从政策和资金等各方面给予其便利。当前,我国已将生物制药作为经济发展的重点建设行业和高新技术的支柱产业来发展。当前一些科技发达或经济发达地区正在不断建立国家级生物制药产业基地,并初步形成了初具规模的生物医药产业集群,这对我国的生物医药产业发展起到了很好的带动作用。总体而言,中国生物制药产业未来充满希望,前景看好,中国的生物制药产业将呈继续增长态势。
综合起来考虑, 我国生物技术制药业今后的发展方向可以确定为:1)中草药及其有效生物活性成分的发酵生产;2)改造抗生素工艺技术;3)大力开发疫苗与酶诊断试剂;4)开发活性蛋白与多肽类药物这方面的开发5)开发研制靶向药物, 以开发肿瘤药物为重点6)发展氨基酸工业和开发甾体激素;7)人源化的单克隆抗体的研究与开发;8)血液替代品的研究与开发;9)人体基因组的研究。
五.我国生物制药行业的前景
（1）创投机构看好中国生物制药领域全球金融危机加剧，让创投机构在中国的脚步变得格外谨慎。但于北京举行的“2008ChinaVenture中国投资年会”上，以生物制药为代表的医疗领域，却被参会的创投精英一致看好。（2）眼光盯准生物新领域
虽然政府一直在鼓励创新研究，但是国内新药非常少，大部分都是舶来品。《规划》提出，“十二五”期间，将重点突破一批药物创制关键技术和生产工艺，完善新药创制与中药现代化技术平台，建设一批医药产业技术创新战略联盟，基本形成具有中国特色的国家药物创新体系。（3）前途光明，道路曲折
从历史情况看，产业政策在很大程度上决定了医药行业的景气度。已出台的《生物医药产业发展“十二五”规划》将会在产业发展方向和财政支持上给予更为明确的扶持。如果前瞻性地看未来五年的中国生物医药行业，我们认为：第一，中国生物医药市场空间依然广阔，第二，政策将引导行业走向更高层次的创新之路，第三，生物医药企业、尤其是中成药企业的类消费品化趋势亦会更加明显，第四，研发成本上升及周期加长，使得跨国药企的产业重心转移至中国，同时中国企业也将进一步尝试走向规范市场。
六.结语
生物制药是21世纪最核心的高新技术之一,，过去我们由于闭关锁国而错过工业革命的发展良机，由于文革而痛失信息技术革命带来的黄金发展机遇,，现在我们不能再次丧失生物技术带来的这次飞跃式发展机遇。我们要清醒认识到自身的差距与不足，找出制约我国生物制药发展的瓶颈，大力发展动物细胞大规模培养技术和治疗性抗体研究与开发的上中下游技术，把握机会, 实现跨越式发展。相信在完成人体基因组测序后，从人体基因组中寻找开发各种新药，将是一个激动人心的壮举。
Argo数据研究应用现状与发展趋势
海洋在调节大气环流和气候变化中起着非常重要的作用,但是受到技术条件和观测资料的限制,人们对广阔海洋垂直剖面上的温、盐度和海流资料则获之很少,不能满足气候预测的.需求.国际Argo计划的实施,提供了大量、密集的和准同步、准实时的海洋要素资料.有助于准确、全面地了解全球气候的变化;对分析大洋渔场的形成、渔业资源的分布有重大意义.目前,Argo数据已经被广泛地应用于很多领域,取得了不少研究和应用的成果.
作 者：杨胜龙 周d芳 崔雪森 伍玉梅 张晶 YANG Sheng-long ZHOU Su-fang CUI Xue-sen WU Yu-mei ZHANG Jing 作者单位：中国水产科学研究院东海水产研究所,渔业资源与遥感信息技术重点开放实验室,上海,90 刊 名：海洋渔业 ISTIC PKU英文刊名：MARINE FISHERIES 年，卷(期)： 29(4) 分类号：P731 关键词：Argo浮标数据 温度场 流场 海洋资料同化 业务化预报本文对国外对地观测卫星的应用现状,以及卫星任务规划的研究现状进行总结,并分析这些研究的特点,指出的发展趋势。
1 国外对地观测卫星应用现状
目前关于对地观测卫星分类没有统一标准,从不同角度有不同划分准则。如,依据传感器类型,可分为可见光、红外、多光谱、高光谱、超广谱、SAR、电子等类型;依据使命任务,可分为成像、测绘、气象、导弹预警和海洋监视等种类[2]。
从KH-1至KH-12,美国已发射了6代240多颗光学成像卫星,目前最高分辨率为0.1米。法国与意大利、西班牙合作研制的第二代Helios-2卫星,分辨率达到0.5米;第三代Helios卫星装载红外遥感器和SAR,其可见光分辨率达到0.1米。前苏联的成像侦察卫星至今已发展到了七代,目前的分辨率也达到了零点几米。印度2001年10月发射的“技术实验评估卫星”(TES)分辨率为1米,并计划发射分辨率0.5米的系列侦察卫星。以色列的Offeq-3卫星分辨率1.8米,德的5颗小型雷达卫星SAR-Lupe,分辨率为0.5米[3,4]。
美国从20世纪60年代初开始发展电子侦察卫星,目前发展的第五代的低轨卫星是“奥林皮亚”(SB-WASS),俄罗斯的电子侦察卫星是“处女地”系列,目前也发展了五代。海洋监视卫星方面,美国的“白云”星座和前苏联俄罗斯的“EORSATRORSAT”外,其他国家的海洋监视卫星报道很少[3,4,5]。
对地观测卫星的经历了多个发展阶段:六十年代早期阶段,卫星规模小,功能单一,重量相对较低;七十年代中期应用阶段,随着大功率火箭的应用和需求日增,卫星质量提高成为现实,卫星技术也日趋复杂。针对七十年代卫星存在的投资大、风险高、周期长等弊端,八十年代末期开始出现现代小卫星,采用新的设计理念,并引入科学管理方法,实现了卫星的低成本、小质量、高性能、短研制周期。因其成本低廉、部署灵活、反应快捷、应用效果好等因素,已成为多数国家发射卫星所采用的理念[6,7]。
2 卫星任务规划系统应用现状
卫星任务规划主要由操作者根据数据提出方的观测需求,根据卫星约束条件,进行任务规划,最终确定对地观测卫星的观测动作和数据传输动作的行为,因此,某种意义上讲,卫星任务规划是卫星的实际“大脑”,是决定卫星效益发挥的关键因素。研究任务规划技术具有非常重要的意义。
目前国内外针对任务规划的研究应用有专用和通用两种。通用研究主要通过研发通用规划调度软件实现,具有适应范围广、配置方便,但存在约束过于简化,不能适应复杂应用的不足;专用研究具有计算效率高,算法灵活多样,适应约束复杂等特点,但也存在针对性强,普适性和移植性差的不足。
通用规划软件系统主要有美国Veridian公司的GREAS[8]系统、美国AGI公司的STK软件的调度模块STK/Scheduler[9]、美国NASA开发的ASPEN[10]系统等。其中,GREAS系统是用于构建卫星规划和调度的专业化、通用性软件平台,该平台基于CSP约束满足问题模型研发,建立资源、事件、活动三者的关联关系,并基于约束规划方法,通过创建相匹配的对象、集成ILOG商业软件进行规划调度。该系统主要用于面向单星的任务规划,对星座规划或多星联合规划适应性差[8]。
美国AGI公司的卫星工具包软件(STK)的调度模块STK/Scheduler采用神经网络和贪婪算法,在全球很多国家的卫星管理应用中得到广泛应用。但是,该系统对一个任务由多个卫星完成的情况解决能力不足,无法得到很好的应用;另外,它也对带有数传动作的规划能力也较弱[9]。NASA开发的ASPEN软件系统采用局部邻域搜索(Local Search)的算法,结合约束描述、约束管理、搜索策略、时态推理等技术进行规划,已成功解决EO-1和SAR成像等卫星的规划问题[10]。
3 卫星任务规划技术研究现状
针对专用卫星任务规划的研究中,根据研究中考虑卫星数目多少和规划在星上或者星下实现的不同,将卫星任务规划问题分为单星离线任务规划、多星离线联合任务规划和星上在线自主规划。
3.1 单星离线任务规划
单星离线规划是指针对单颗卫星在地面进行任务规划的研究。针对单星规划的研究主要见于早期的规划应用,以美国的研究最多,多采用将卫星规划问题映射为研究较为成熟的某一经典问题,然后基于该问题的经典求解方法,进行适应性改造以适应新问题。如Hall[11]将空间任务规划问题建模为机器调度问题,Wolfe[12]等将NASA EOS中的单星成像问题映射为带时间窗约束的打包问题等。欧洲的研究中,主要采用将问题抽象建立数学模型,然后对模型进行精确求解的方式,典型应用如,Agnese[13]和Bensana[14]基于约束满足方法对SPOT成像调度问题进行了深入研究。
3.2 多星离线联合任务规划
相对于单星离线规划,多星离线任务规划的研究相对较少,而且多是最近的研究。如美国NASA的Frank[15]等将多星离线规划问题描述为约束优化问题,基于CBI框架和GRASP算法求解。Globus[16]等将多星成像调度问题表示成类似于旅行商的排队问题,基于贪婪算子进行可行解生成。意大利的Bianchessi[17]基于整数规划数学模型,分别研究了Pleiades星座和COSMO-Sky Med星座的成像调度问题。德国的Florio[18]采用具有前看功能的任务优化分配策略解决SAR卫星星座任务规划问题。
3.3 星上在线自主规划
与前两者相比,星上在线自主规划的应用难度更大,目前只有美国得到过探索应用,其他国家尚处于探索阶段,应用并不广泛。主要应用有美国Chien[19]等研究的EO-1卫星的成像调度系统ASE软件,该软件既可以在地面完成调度,也可在星上进行简单的自主规划。法国Damiani[20]也对星座自主规划及星地之间的规划机制问题进行了研究。
面向多星的星上自主规划可以看作卫星传感器网络问题,是未来卫星规划的主流趋势。美国Sherwood总结分析了传感器网络中相关的重要概念、研究方向和趋势[21]。。
4 未来发展趋势
4.1 对地观测卫星发展趋势
未来的对地观测卫星发展趋势,总体来说有以下几个发展特点:
1)随着材料科学、计算机以及人们对高分辨率遥感影像数据需求的日益旺盛,卫星的发展趋势是空间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率更高,用途更广[7]。
2)卫星的观测应用更加强多种类型资源的协同配合观测,通过多源数据的融合处理应用,实现综合效益。
3)体系化、集成化的智能对地观测卫星传感器网络。
4.2 卫星任务规划发展趋势
以体系的观点进行顶层设计,建立天地一体卫星和地面系统,提高系统快速响应能力,加强数据的共享应用,提供快速、高效、多元、可共享、可比较和可理解的观测数据,是当今国际对对地观测系统发展的共识[7]。未来对地观测卫星任务规划的主要发展趋势包括:
1)发现和预警一体的规划;
2)面向不同类型用户需求的任务描述及处理机制;
3)不同对地观测系统之间的高效协同;
4)星上自主协同规划等。
5 结束语
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0142-01
先进制造技术是为了适应时代要求，提高竞争能力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的。先进制造技术作为一个专有名词提出后，至今没有一明确的、公认的定义。
经过近来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：“先进制造技术是制造业不断吸收信息技术及现代化管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称”。
1 先进制造技术特点
（1）先进制造技术贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修等全过程，成为“市场一产品设计一制造一市场”的大系统。而传统制造工程一般单指加工过程。
（2）先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果，各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失。
（3）先进制造技术是技术、组织与管理的有机集成，特别重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。
（4）先进制造技术并不追求高度自动化或计算机化，而是通过强调以人为中心，实现自主和自律的统一，最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。
（5）先进制造技术是一个高度开放、具有高度自组织能力的系统，通过大力协作，充分、合理地利用全球资源，不断生产出最具竞争力的产品。
2 先进制造技术面临的挑战与发展机遇
21世纪制造业仍将在国民经济的发展中拥有重要的地位与作用，是国民经济的基础。先进制造技术仍是一个国家繁荣昌盛的基础技术之一，是直接创造社会财富的重要手段，是一个国家经济发展的主要技术支撑。
21世纪先进制造技术的发展面临如下挑战与机遇。
2.1 有限的资源与日益增长的环保压力的挑战
地球这个宇宙中的一个村落已日益“变小”，环境污染正威胁着人类的生存，而有限的资源正威胁着人类的持续发展。因而，如何实现可持续发展已是21世纪人类的一个重要课题。先进制造技术的发展必须充分考虑资源紧缺与环保压力。绿色制造是21世纪制造技术的一个重要特征。绿色设计技术、产品的拆卸与回收技术、生态工厂的循环式制造技术将得到迅速的发展。
2.2 消费观念变革及市场剧烈竞争
21世纪消费者的行为更具有选择性，“客户化、小批量、快速交货”的要求不断增加，批量生产的产品逐渐为个性化、多样化的产品所取代，产品的生产与服务的界限越来越模糊，市场的动态多变性以及剧烈的竞争迫使制造业改变策略。
2.3 制造全球化和贸易自由化的挑战
随着世界自由贸易体制的进一步完善及全球交通运输体系和通信网络的建立，国际经济合作与交往日趋紧密，全球产业界进入了结构大调整的重要时期，世界正在形成一个统一的大市场。制造业的全球化与一体化的格局已经初步形成。制造技术的发展必须与此相适应，新的生产模式必将是全球化的生产模式。
2.4 信息技术的发展为先进制造技术的发展提供良好的机遇
21世纪的制造业正在从以机器为特征的传统技术时代向着以信息为特征的系统技术时代迈进。信息技术的发展将大大促进先进制造技术的发展。
3 先进制造技术的发展趋势
随着电子、信息等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。当前先进制造技术的发展趋势大致有以下四个方面。
3.1 信息技术越来越重要
信息化是当今社会发展的趋势，信息技术正在以人们想象不到的速度发展，产品制造过程中的信息投人已成为决定产品成本的主要因素。信息技术也正在向制造技术注入和融合，促进制造技术不断发展。可以说先进制造技术的形成与发展，无不与信息技术的应用与注入有关。信息技术是推动制造技术发展的最关键因素。信息技术促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化以及整个制造过程的网络化、全球化。各种先进生产模式的发展，如CIMS、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。通过信息交换和信息共享，企业生产的柔性和敏捷性大大提高。
3.2 集成程度越来越高
集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成为一个能协调工作的、功能更强的新系统。先进制造技术的集成不是简单的连接，而是经过统一规划设计，分析原技术和单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。先进制造技术的集成促进了制造企业的功能集成。功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术的集成，同时还要强调人的集成。
先进制造技术的集成程度越来越高，使得专业、学科问的界限逐渐淡化、消失。先进制造技术的不断发展，使加工、检测、物流、装配过程以及设计、制造过程等逐步走向一体化，专业车间、专用设备的概念逐渐淡化，不同专业的技术甚至设备集成为先进制造技术逐渐增多。先进制造技术的高度柔性与高度集成，使得系统越来越复杂。由于计算机、知识工程及制造软件系统的使用，一些先进制造技术的智能化越来越高，能够进行分析、判断、推理、构思和决策，可以在没有人为干预的情况下进行制造生产。
3.3 趋向绿色制造
先进制造技术在整个制造过程中，应该大大减少能耗及对环境的负面影响，使得废弃物和有害物质的排放最小，对资源利用效率最高，这就是绿色制造。日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造业显得越来越重要。中国的资源、环境问题尤为突出，制造业不仅要解决生产过程的污染和资源浪费问题，更重要的是要为社会提供在全寿命周期内没有污染、节约资源的产品。因此，绿色制造将成为先进制造技术的重要特征。先进制造技术应该充分体现绿色制造，使产品在生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求。
3.4 越来越多地使用虚拟技术
从本质上讲，虚拟制造技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真，是在计算机上制造数字化产品，经过模拟仿真使产品外形设计、布局设计、加工及装配过程达到优化产品的设计及工艺过程、优化制造环境配置和生产供给计划、优化制造过程并改进制造系统的目的，用来改善各个层次的决策和控制。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前，在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft Prototype）代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。最新的进展是在并行工程环境下，开展虚拟成形制造，使得在产品的设计完成时，成形制造的准备工作也同时完成。
参考文献
[1]陈家元.机械制造工艺发展现状与未来发展趋势[J].机械研究与应用，2011，（01）
人类认识和使用钻头的历史可以上溯到史前时代。燧人氏“钻木取火”所使用的石钻，可以看作最原始的钻头。现代工业加工中广泛使用的麻花钻(俗称钻头)，是一种形状复杂的实工件孔加工刀具，诞生于一百多年前。现在，全世界每年消耗的各类钻头数以亿计。据统计，在美国的汽车制造业，机械加工中钻孔工序的比重约占50%;而在飞机制造业，钻孔工序所占的比重则更高。尽管钻头的使用如此广泛，但众所周知，钻削加工也是最复杂的机械加工方法之一。正因为如此，人们一直致力于钻头的改进和钻削过程的研究。本文根据所能得到的英文文献资料，对两沟槽麻花钻的有关技术问题及钻削研究的历史、现状和发展趋势进行综述。
近几十年来，人们关于钻头和钻削的研究除了钻头制作材料的改进以外，主要集中在以下五个方面：
①钻头数学模型和几何设计研究：包括螺旋沟槽、后刀面、主刃和横刃数学模型的建立，横向截形与钻尖结构参数的优化，切削角度(分布)的计算与控制，钻头结构的静态和动态特性分析，钻尖几何形状与切削和排屑性能关系的研究。
②钻头制造方法研究：包括钻头几何参数与后刀面刃磨参数之间关系的建立与优化，钻头制造精度和刃磨质量的评价与制造误差的测控，钻头螺旋沟槽加工工具截形的设计计算，钻头加工设备特别是数控磨床与加工软件的.开发等。
③钻削过程与钻削质量研究：包括影响钻削过程的各种因素及出现的各种物理现象的分析、建模与监控(如钻削力、切削刃应力和温度分布的测量、建模和预报);钻头磨损、破损机理与钻头寿命的研究;钻头的变形、偏斜、入钻时的打滑和钻尖摆动现象的研究;钻削工艺(如振动钻削、高速钻削、深孔钻削、钻削过程的稳定性等)与钻削质量(孔的位置精度、直线度、表面粗糙度、圆柱度、直径、孔口毛刺等)的研究。
④钻削机理与各种高性能钻头(如群钻、枪钻、干切削钻头、微孔、深孔钻头、长钻头、可转位钻头、合成材料加工用钻头、木工钻头、多螺旋槽钻头等)的研究。
⑤钻削过程模型验证和钻头性能评估过程的自动化，切削条件及钻头形状选用数据库和知识库的建立等。
工程机械装配需要考虑的几个问题为:工程机械装配工艺的质量、装配的效率以及装配的劳动强度。输送自动化的发展可以提高工程机械装配的效率，减轻工人的劳动强度，提高企业的长远经济效益，促进工程机械企业的可持续发展。因此，企业在保证工程机械装配质量的同时需要加强自动化技术的提高。要提高企业工程机械装配的自动化程度需要企业能够加大对工程机械装配的`资金和技术投入，大量引进和自主研发先进的工程机械装配技术，并配合实现高自动化水平的流水生产线，提高工程机械装配的自动化技术。
4.2设备柔性化的发展趋势
提高了工程机械装配的自动化和输送自动化水平可以较好地提高工程机械装配的效率，促进工程机械企业的长远发展。但是我国工程机械生产中还存在着批量生产规模较小的问题。目前我国依然有较多的企业在工程机械装配过程中采用的是固定式的装配方式，这种装配方式的灵活度较低，装配效率也有待提高，要提高固定装配方式的效率需要采用装配生产线的方式。但是要装配生产线就必须要求设备要具有更强的柔性，这样才能够增加生产的批量。因此，企业必须要根据产品的不同特征进行生产线的设计，使生产线可以满足不同产品的装配。当然，在生产线的设计过程中，设计人员还需要充分考虑到装配的时间问题，提高装配的效率。
4.3操作人性化的发展趋势
之所以要实现工程机械装配工艺的自动化，是为了能够提高装配的效率，减轻工人的劳动负担，降低工人的劳动压力。也就是说，企业在实现工程机械装配工艺发展的同时还需要充分考虑到工人的因素，以人为本，促进工程机械装配的人性化发展。输送的自动化可以减轻输送操作工人的劳动强度，而同样的，升降平台、助力机械臂以及平衡式起重机等设备的应用也是操作人性化的具体体现。未来的工程机械装配工艺发展过程中，企业还需要进一步加强对操作人性化的重视，为劳动工人营造更加良好的工作环境，配置冷暖空调，以提高工人的工作积极性，保证工人身体素质的健康发展。
4.4新产品虚拟化装配
随着时代的不断发展，人们对工程机械产品的需求也在不断提高，要求企业能够及时更新工程机械产品，提高产品更新换代的速度。三维可视技术在工程机械产品的开发中具有较强的应用，企业可以利用三维可视技术对工程机械产品进行虚拟化装配，以便于仔细观察工程机械装配新产品的各部分零部件设计是否合理，发现问题时也可进行调整。这样可以使企业开发新产品时因产品设计的细微差错而再次进行修补和切割，有助于大大提高新产品研发的效率和质量，减小产品研发的周期。
5结语
工程机械装配工艺的现状主要表现为:工程机械装配自动化程度较低，装配工具较为落后以及人力劳动的强度较大。未来工程机械装配工艺的发展趋势会朝着自动化、设备柔性化、操作人性化以及新产品虚拟化装配等方面发展，这对于促进我国工程机械装配行业的发展有着重要的意义。
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关键词：医疗辅助机器人 工作空间 振动分析 虚拟现实
随着社会的进步和生活水平的不断提高，医疗辅助机器人设备得到了迅速的发展，已成为当今世界发展速度最快、贸易往来最活跃的高科技产业之一。医疗辅助机器人技术是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，已成为国际机器人领域的一个研究热点。目前，先进机器人技术在医疗外科手术规划模拟、微损伤、精确定位操作、无损伤诊断与检查、新型手术医学治疗方法等方面得到了广泛应用，这不仅促进了传统医学的革命，也带动了新技术、新理论的发展。本文对医疗辅助机器人的研究现状进行了分析，指出了现行研究中存在的问题，并对其发展趋势进行了简要描述，对于医疗辅助机器人的研究有进一步的指导意义。
医疗辅助机器人的应用
第一，外科手术。最早多应用于外科手术，比起传统手术，医疗辅助机器人手术具有无感染，创口小，病人恢复快，痛苦少，减少因长时间手术医生疲劳带来的抖动的优点。
第二，远程手术。可借助“高速宽带”技术与其他有数字接口的设备对接以远距离传输，控制手术机器人，实现远程手术。
第三，康复机器人。康复机器人的主要作用是帮助由于疾病而造成偏瘫，或者因意外伤害造成肢体运动障碍的人恢复提高运动能力，脑血栓患者除了早期的手术治疗和的药物治疗外，康复训练对于患者肢体运动功能的恢复起到非常重要的作用。
工作空间分析
机器人的末端执行器所能到达的点的集合，称为机器人工作空间。机器人工作空间的分析在机器人机构设计、路径规划、轨迹规划、机器人视觉等方面都有相当重要的作用。它是衡量机器人工作特性的一个重要指标。机器人用户要求机器人能夹持工具到达一系列位置，这些位置如果在机器人的工作空间内，机器人才能实现这些操作。
工作空间一般分为两大类：第一类为规则曲面，机器人简化机构，且不考虑各关节转角和位移的限制；第二类为不规则曲面，具体结构的机器人的研究中，不但要考虑各关节的转角和位移的限制，还要考虑空间障碍等问题。
当前研究机器人机构工作空间的方法归纳起来大致有如下三类：
第一，从研究手腕点至基础关节中心这间极限距离出发，提出了机器人机构工作空间的边界点是腕点运动时一列处于极限距离点的集合。此类研究方法的最大特点是需要解决一系列非线性方和求极值的问题。
第二，用各种不同的数学解析方法来描述点绕轴旋转所形成的曲线方程，曲线绕轴旋转所形成的曲面方程，以及曲面绕轴旋转所形成的曲面包络面方程。以此来表示机器人机构的工作空间。这类研究方法的缺点是计算量大。
第三，最常见的关节轴线相互平行或正交的特殊结构机器人机构，在平面上用参数方程求解工作空间截面，或用其他数学方法求解工作空间边界方程。
振动分析
对于一个复杂的连续系统，采用连续模型以求解其振动，是非常困难的。因此，对于复杂的连续系统的振动分析，通常采用有限自由度模型，用离散的有限个自由度模型来近似取代原来的无限个自由度连续模型。离散化方法有两种：
第一，集中质量法。这种方法是把结构分为若干个单元，按静力学平行力分解原理，将单元的分布质量集中于单元的结点处。这样便把一个具有无限自由度的结构离散为一具有若干个集中质量的有限自由度系统。划分越细，则集中质量的有限自由度模型越接近原来的无限自由度的结构，得到的解就越接近精确解。集中质量离散化方法的优点是直观、简便。缺点是收敛的慢，往往需要把结构划分得相当细，才能得到所要求的精度。这样所得到的有限自由度模型的自由度数目就相当大，给计算求解带来很大困难。
第二，假设模态法。这一方法是对结构作出有限个假设模态，然后把这些有限个假设模态函数排列成为一个假设的模态矩阵，再用所假设的模态矩阵对原结构的物理坐标作线性变换，从而得到相对于假设模态的广义坐标—模态坐标。只要假设的模态比较合理，可大大减少系统的自由度数目，从而得到足够精确的结果，但对于几何形状十分复杂的系统，对整个系统选择一组合理的模态是十分困难的。
为了克服以上两种离散化方法的缺点，同时又保留它们的优点，引入有限元法。其基本思想是把一结构分割成数目有限的若干基本单元，彼此间只在数目有限的结点处相互连接，组成一个单元的组合体，以代替原来的实际构，又在结点处引进等效结点力，代替原来作用于单元上的外力。这一步与集中质量法相似，但并不是把每一单元的质量简单地向结点处集中，而是对于每个单元，先假设单元形状的函数矩阵来近似地表示其位移分量分布规律，再根据变分原理求出单元的刚度矩阵，阻尼矩阵和质量矩阵等。然后，再把单元的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵根据结构的边界条件与单元之间的连续条件，综合而成整个系统的总体刚度矩阵，总体阻尼矩阵和总体质量矩阵。这样便可将一个连续体的振动问题变成为以有限个结点位移为广义坐标的多自由度系统的振动问题。
虚拟现实技术
虚拟现实在医学上的应用起源于医务人员对复杂的三维医学解剖体数据的可视化需求，进而发展到能对可视化的数据进行实时操作，从而建立可供手术和手术前规划使用的虚拟环境。在医学手术教学和仿真训练等方面，虚拟现实技术有着不可替代作用。
由于计算机图像与图形技术的迅速发展，为医学图像处理提供了强有力的工具（如CT，MRI），然而神经外科医生们越发感到对于许多复杂的手术难以精确地完成，越发迫切需要建立三维结构的医学图像模型，以便能够在计算机屏幕上观察到不同颜色显示的人体内不同解剖结构，并可以从不同角度，对预行手术操作或结果进行虚拟演示与规划。
利用手术仿真系统为医生提供必要的数据，包括现场摄像头采集的图像，数据模拟后的三维图形等，让医生能够有足够的信息进行诊断和方案的选择，然后在计算机上模拟手术过程，显示手术结果。同时，设计特定的交互工具使仿真系统除了执行实际手术操作之外，还要能够完成医生的重复性培训任务。
首先要保证的系统模拟的准确性和精度。必须能够为专家提供精确的数据和模拟，才能不影响专家的诊断和治疗。
其次是系统的安全性。一是必须保证病人的安全，即系统需要有各种措施来消除可能对病人造成伤害的操作，二是要保证系统本身的稳定安全，以及机器人本体不因误操作而受到损坏。
最后是系统的交互性能。手术仿真系统不仅要在实际手术中承担模拟预测的功能，还必须能为手术医生提供基本的培训和控制机器人的手段。
结束语
和普遍的期待相反，现在医疗机器人只能让很少的病人和医生受益。此类系统结构复杂，需要对医生进行极严格的长时间的培训，医生才能掌握此项技术。目前全球能使用医疗机器人进行手术的专家很少。另外，此类系统十分昂贵，无论手术费用、维护费用还是医生培训费用很高，使其不具竞争力。人们对现有的系统还心存顾虑，不是很相信此类系统。现有的医疗机器人系统必须在一些方面进行修改，要考虑到以下方面：机器人结构和功能的完善和优化，体积小和重量轻；将机器人系统和手术成像获取技术，如CT（计算机断层扫描成像）/MRI（核磁共振成像）/超声波结合起来，多传感器系统将成趋势。长期发展方面，需要考虑以下方面：通用医疗机器人要应用于各个领域；增加力学反馈功能使医生能好的操控机器人，同时也增加机器人实施手术的安全性；基于微纳技术的小型化医疗机器人。
（作者单位：重庆邮电大学自动化学院）
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