表面分析技术综述
表面分析技术综述
—有感于屠一锋教授所讲仪器分析之表面分析技术
摘要：表面分析技术是通过分析探束或探针与材料表面发生作用产生的许多信息而研究表面的。主要分为表面形貌分析、表面组分分析和表面结构分析等几大部分，其中表面形貌分析技术有扫描电镜、透射电镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等；表面组分分析技术主要有俄歇电子能谱、光电子能谱、二次离子质谱、电子探针显微分析、离子探针显微分析等；表面结构分析技术主要有x射线衍射、电子衍射和中子衍射等。本文主要讨论了上述方法技术的原理、适用范围及特点。
关键词：表面表面分析技术TEM SEM STM AES XPS XRD应用发展
一引言：
物体与真空或气体间的界面称为表面，由于表面的最外层电子层原子的成键力士不饱和的，所以表面具有内部体相所不具备的特殊物理化学性质。因此，很多的物理化学过程，如催化、氧化、钝化、吸附、扩散等，常常首先发生在表面，甚至仅仅发生在表面。表面的化学组成、原子排列、电子状态等往往和体相不同，有其特性和重要性。
表面分析是机遇光子、电子、离子和电场与所研究材料相互作用的物理技术，对一个原子层到几微米厚的物质表面层进行分析表征的学科。能提供三方面的信息：①.表面化学状态，包括元素种类、含量、化学价态以及化学成键等；②.表面结构，从宏观的表面形貌，物相分布以及元素分布到微观的表面原子空间排列；
③.表面电子态，涉及表面的电子云分布和能级结构。
表面分析可大致分为表面形貌分析、表面成分分析和表面结构分析三类。表面形貌分析指“宏观”几何外形分析，主要应用电子显微镜(TEM、SEM等)、场离子显微镜(FIM)、扫描探针显微镜(SPM，如STM、AFM等)等进行观察和分析。表面成分分析包括表面元素组成、化学态及其在表层的分布(横行和纵向)测定等，主要应用X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、电子探针、二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(LSS)等。表面结构分析指研究表面晶相结构类型或原子排列，主要应用低能电子衍射(LEED)、光电子衍射(XPD)、扫描隧道显微镜和原子力显微镜等。由于各种方法的原理、适用范围均有所不同，因而从不同层面给人们提供了认识微观世界的手段。本文简要地讨论上述主要表面分析技术的原理、适用范围及特点等。
二表面分析技术：
2表面形貌分析：
用于表面形貌分析的方法主要是各种显微分析技术，如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、场离子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等。
2.1透射电子显微分析
透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscope)是用聚焦电子束作照明源，使用于对电子束透明的薄膜试样，以透过试样的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析试样内部的显微组织结构。其是利用电子的波动性来观察固体材料内部的各种缺陷和直接观察原子结构的仪器。在原理上模拟了光学显微镜的
光路设计，简单化地可将其看成放大倍率高得多的成像仪器。一般光学显微镜放大倍数在数十倍到数百倍，特殊可到数千倍。而透射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间，有些甚至可达数百万倍或千万倍。TEM可以用来观察有机无机纳米复合材料的内部结构以及粒径分布，可以观察不同温度下晶粒的生长情况，观测磁性纳米粒子的粒度变化，血液中红细胞的破坏过程，以及高分子网、高分子纳米微球、高分子微球的差别等。因此在材料科学，高分子科学，生物医用方面得到广泛应用。
2.2扫描电子显微分析
扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)是利用极细电子束在样品表面做光栅状扫描时产生的二次电子或背散射电子量来调制同步扫描的成像显像管电子枪的栅极而成像的，反映的是样品表面形貌或元素分布。扫描电镜的优点是景深大，样品制备简单，对于导电材料，可直接放入样品室进行分析，对于导电性差或绝缘的样品则需要喷镀导电层。SEM可以观察分析材料的形貌，对材料的表面、切面进行分析，成分分析，断口以及发光性样品缺陷分析等。
2.3扫描探针显微分析
以扫描隧道显微镜(STM,Scanning Tunneling Microscope)和原子力显微镜
(AFM,Atom Force Microscope)为代表的扫描探针显微术(SPM,Scanning Probe Microscope)，是继高分辨透射电镜之后的一种以原子尺寸观察物质表面结构的显
微镜，其分辨率水平方向可达0.1nm，垂直方向达0.01nm。由于扫描隧道显微镜是以量子隧道效应为基础，以针尖与样品间的距离和产生的隧道电流为指数性的依赖关系成像的，所以要求样品必须是导体或半导体。AFM是根据极细的悬臂下针尖接近样品表面时，检测样品与针尖之间的作用力(原子力)以观察表面形态的装置。因此对非导体同样适用，弥补了扫描隧道显微镜之不足。
扫描探针显微镜的优点是可以在大气中高倍率地观察材料表面的形貌。逐渐缩小扫描范围，可由“宏观”的形貌观察过度到表面原子分子的排列分析。目前SPM技术主要应用于微电子技术、生物技术、基因工程、生命科学、表面技术、信息技术和纳米技术等各种尖端科学领域。随着纳米器件的发展和STM理论的不断完善,人类将可以用特定的原子制造特殊功能的产品。
3表面成分分析：
目前许多物理、化学方法都可测定材料的化学成分，但常规分析方法得到的结果往往是一个平均值，对于不均匀样品，无法获知表面特征微区的化学组成。上述电子及扫描探针显微术，虽然可以提供微观形貌、结构等信息，却无法直接测定化学组成。而显微电子能谱则是特征微区成分分析的有力工具。它可直接测量材料的微结构或微小区域中元素组分和化学态及其分布。
3.1俄歇电子能谱分析
常规俄歇电子能谱分析(AES,Auger Electron Spectroscopy)是利用人射电子
束使原子内层能级电离，产生无辐射俄歇跃迁，俄歇电子逃逸到真空中，用电子能谱仪在真空中对其进行探测的一种分析方法。在薄膜材料化学成分的分析方面，俄歇电子能谱是应用最为广泛的分析方法，它能对表面0.5-2nm范围内的化学成分进行灵敏的分析，分析速度快，能分析从Li—U的所有元素,不仅能定量分析，而且能提供化学结合状态的情况。亦可用氩或其它惰性气体离子对试样待分析部分进行溅射刻蚀，从而得到材料沿纵向的元素成分分析。
3.2X射线光电子能谱分析
X射线光电子能谱分析(XPS,X-ray Photoelectron Spectroscopy)是利用X射线源产生很强的X射线轰击样品，从样品中激发出电子，并将其引入能量分析器，探测经过能量分析的电子，做出X射线对能量的分布图-X射线光电子能谱，它可以用于区分非金属原子的化学状态和金属的氧化状态，所以又叫做“化学分析光电子能谱仪(ESCA,Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)”。利用XPS可以进行除氢以外全部元素的定性、定量和化学状态分析，其探测深度依赖于电子平均自由程。对于金属及其氧化物，探测深度为0.5-2.5nm。XPS的绝对灵敏度很高，是一种超微量分析技术，分析时所需样品很少，一般10-8g左右即可，因此XPS是薄膜材料最有效的分析手段之一。
3.3电子探针X射线显微镜分析
电子探针X射线显微镜分析(EPMA,Electron Probe Microanalyser)是一种较
早发展起来的X射线元素分析方法，它是利用一束细聚焦高能电子与物质表面相互作用时，激发产生特征X射线来进行成分分析的。由于特征X射线的出射范围较深(微米数量级)，因此它属于一种表层分析方法。它所分析的区域一般可以从1μm3到几十μm3，被测元素的绝对感量可达10-10g。可分析元素范围为4～92元素。对于原子序数大于10的元素来说，定量分析的相对精度大约为l％；可对样品进行点分析、线扫描、面分布等分析。
3.4离子探针显微分析
离子探针显微分析(IMMA，Ion Microprobe Mass Analysis)是将离子源产生的一次离子加速形成能量为几千至一万多电子伏的离子束后打向样品表面，在样品表面产生正、负二次离子。将这些二次离子引入质谱仪，经放大后记录下荷质比(m/e)及其强度并根据荷质比和强度进行元素的定性和定量分析。
3.5二次离子质谱分析
二次离子质谱分析(SIMS，Secondary Ion Mass Spectroscopy)是利用高能离子和固体相互作用，引起基质原子和分子以中性的和带电的两种状态发射出来，通过高灵敏的质谱技术对此产生的带电粒子(即二次离子)进行检测，从而进行元素分析。
4表面结构分析:
表面结构分析主要以各种衍射分析最为重要，由于它们以晶体衍射现象为基础，所以衍射分析既可获得表面的晶体结构，又能获得化学式。衍射分析方法包括x射线衍射、电子衍射和中子衍射三种。
4.1X射线衍射分析
物质结构分析最常用的方法是X射线衍射分析(XRD，X—Ray Diffraction)。由于X射线的高穿透能力，X射线衍射分析实际是一种微米级的表层分析。其可以对晶体的结构以及生长过程进行分析。
4.2电子衍射分析
电子与x射线不同，它穿透材料的能力较弱，一般为1—100nm数量级，并且可以用电磁场进行聚焦，因此电子衍射法(ED，Electron Diffraction)常被用作微观表面结构分析。ED分析通常是在电子显微镜分析中和图像分析相配合，其特点是：a.灵敏度很高，可以给出几十甚至几纳米微晶的电子衍射花样。b.选区电子衍射结构分析可以与电子显微图像观察同时进行，还能得到有关物相的大小、形态及分布等，如果电子显微镜附带有能谱仪，还能给出分析区域的化学成分。
除此之外，还有低能电子衍射(LEED，Low Energy Electron Diffraction)，光
电子衍射(PD，Photoelectron Diffraction)，中子衍射技术(ND，Neutron Diffraction)等等。
三表面分析技术的现状及其发展前景
表面分析技术的现状：
现代表面分析技术发展的很快,种类很多,上面已简介绍了一些比较成熟或应用较多的分析技术。这些分析技术与计算机技术相结合构成精确、快速的分析能力,尤其新近发展的图象处理技术,使分析达到直观、立体和定量化,更有力的促进表面研究的发展。但是,目前表面分析的仪器,大都是商品型装置,在实际研究中远远满足不了需要。因此人们正在努力探索和开拓新的表面分析技术,千方百计的开发新型装置,以适应表面科学研究与发展的需要。
表面分析技术发展的前景：
加快研究表面分析的新技术，研制和开发多功能的综合型仪器，计算机技术和联用技术将成为表面分析技术发展的主流。表面分析技术在科学研究中有一定的地位和特殊功能,如将它和显微形貌观察分析,X射线结构分析和力学测试等结合起来,那么就能更好的发挥作用,为表面科学技术的迅速发展做新的贡献。
四结语:
以上介绍了在表面形貌分析，表面成分分析和表面结构分析研究中的几种现代分析技术。通过简单的讨论各种分析技术的应用特点，适用范围和优缺点，可以看出，由于每一种分析技术都具有其特点，同时也存在局限性，物质表面分析已不再是单一技术的使用，而应该是多种分析技术的综合运用。因此要全面描述固体材料表面状态，阐明和利用各种表面特性，就必须充分了解各种分析技术的特点并灵活运用，从宏观到微观按不同层次对表面进行分析研究，这样才能更好地得到最直接、最全面的表面信息。
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药物分析学现状及研究进展综述
药物分析学现状及研究进展 药物是预防、治疗、诊断疾病和帮助机体恢复正常机能的物质。药品质量的优劣直接影响到药品的安全性与有效性，关系到患者的生命安危。虽然药品也是一种商品，但是由于其特殊性，对它的质量控制远比其他商品严格。因此必须运用各种有效手段，包括物理、化学生物学以及微生物学等等的方法，通过各个环节来全面保证、控制以及提高药品的质量。传统的药物分析手段大多包括化学方法来分析药物分子，控制药品质量。但是，如今的药物分析无论是分析领域，还是分析技术都已经大大的拓展。从静态发展到动态，从体外分析发展到体内分析，从品质分析发展到生物活性分析，从单一技术分析发展到联用分析，从小样本分析发展到高通量分析，从人工分析发展到计算机辅助分析，从而使得药物分析从20世纪初的一门分析技术，逐步发展成为一门日渐成熟的科学——药物分析学。药物分析学采用化学、物理、数学、生物学和信息学等分析理论和方法，结合现代化学、光谱、色谱及连用技术，对化学药物、中药/天然药物和生物技术的研发、生产、和临床应用等各环节进行全面的质量控制。 药物分析学作为药物科学研究的眼睛，梳理并逐步明确了重点方向的重大科学问题，形成了关键的技术和方法，观念不断更新，研究范围也不断拓宽。分析科学、计算化学、生物学等相关学科的发展，促进了药物分析学的理论、技术和方法的发展；药学学科的发展对药物分析学提出了更高的需求，药物分析学不仅是静态的化学药物、中药和生物技术药物的分析，而且拓展到对生物体内、代谢过程、工艺流程、反应历程的动态分析、检测和综合质量评价分析。基因组学、蛋白质组学和代谢组学在新药开发中日益受到重视，对药物分析学提出了新的挑战和机遇，药物分析学已从以物质为中心转移到与生命科学的结合，即药物成分和药物活性的相关分析。现就药物分析学的一些较重要发展领域和分析技术的进展作一概述。手性药物分析 美国药典药名字典所收载的药物中有一半至少含有一个不对称中心。而其中绝大多数人工合成的手性药物，例如90%抗癫痫药，β-受体激动剂和阻断剂、口服抗凝剂，50%抗炎药和局麻药都以其外消旋体供药用。生物系统由生物大分子组成，如蛋白质、糖脂、多核苷酸、受体等，这些生物大分子都由L-氨基酸和D-糖类构成，因而生物体是一个手性环境。在手性药物的两个对映体分子被引入体内后，具有手性的受体、酶蛋白质将其作为两个不同的化合物处理，因而药物对映体具有不同的代谢途径和药理作用，进而产生不同的疗效或毒副作用。另外，一些药物在体内发生手性转化，如S-(+)-布洛芬是优映体，但低活性的R-(-)-劣映体可在生物体内转化为高活性的S-(+)-体。由于个体差异等原因使用外消旋体不易控制有效剂量，特别是当肾功能减弱时，S-(+)-优映体易在体内蓄积，通过抑制肾环氧化酶，加剧肾局部缺血，而发生毒副反应。美国等国药品管理部门已要求在申请新手性药物时，提供每一种对映体的药动学、药理学和毒理学研究资料，并对研制外消旋体而不是单个对映体做出合理的解释。常规的分析方法用于外消旋体药物的药动学、浓度-效应关系研究时，会导致错误的结果。因此目前需要建立对映体选择性分析方法，用于研究手性药物对映体的药物动力学、药效学和手性药物的质量控制。 对映体的分离和测定在分离科学上曾被认为是最困难的工作之一。经典的分级结晶、旋光等方法的重现性或灵敏度欠佳。随着手性色谱学，尤其是手性高效液相色谱法、性气相色谱法和手性毛细管电泳法等的发展，为解决上述问题提供了有效的手段。色谱法分离药物对映体的方法可分为两大类：间接法（手性衍生化试剂法，CRD）和直接法。间接法采用手性衍生化试剂与手性胺类、醇类、羧酸类等反应形成非对映体衍生物。非对映体对在常规色谱系统中，根据非对映体分子的手性结构、手性中心所连接的基团、色谱系统的分离效率（包括溶
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【引言】 进入21世纪以来，由于行业竞争加剧等原因，商业片植入式广告异军突起，事实上，这种广告模式由来已久，也并非中国特色。植入式广告源于欧美，发展较为成熟，我国的植入式尚处萌芽阶段，负面问题频发，饱受舆论质疑。但不可否认的是，植入式广告不但比传统硬广告更有优势，而且也是快速收回投资成本、降低商业风险急加速媒介产业循环的好方法，作为产业链上重要一环，其存在不仅具有合理性，而且具良好的发展前景。那么，如何使商业片的植入式广告快速的进入其下一个发展阶段成为现阶段的重大问题。因此，对于影响植入式广告效果的重要因素（营销手段、传播方式以及受众心理），值得我们去研究和思考我们。 【正文】 一、植入式广告的文献研究现状 植入式广告于上世纪20年代至20年代末开始萌芽、2000年以后才真正进入蓬勃发展期，虽然相对于传统传播形式的广告，植入式广告的发展历史并不长，但是以商业片植入式广告为代表的植入式广告已经成为广告发展的一股不可抵挡的趋势，而国内外专家、学者对植入式广告发展的方方面面也进行了深入研究和探讨，呈现出一定深度和广度的理论学说及典型案例，对于植入式广告产业发展发挥了作用。从国内外的研究现状看，对于植入式广告的研究成果可归纳为以下四个方面。 1.对于植入式广告的理论体系依据研究 关于植入式广告所依据的理论体系的研究，主要集中在传播学理论的体现与运用；张金海在《20世纪广告传播理论研究》一书中指出，植入式广告在现代广告业的发展中越来越引人注目，体现了现代广告逐渐将目光放在广告传播的社会文化关注，而巧妙地利用传播学中的归因理论和“说服性传播”的效果理论，则可以将这种关注的社会化效果扩大；而吕善锟在其论文《电影中植入式广告的理论依据》中则明确提出，植入式广告之所以比传统的商业广告有更好的说服效果，正在于其运用了传播学中的归因理论、两级传播理论、“说服性传播”的效果研究、经典条件反射理论以及模仿理论等。
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第六章小波变换的几个典型应用 6.1 小波变换与信号处理 小波变换作为信号处理的一种手段，逐渐被越来越多领域的理论工作者和工程技术人员所重视和应用，并在许多应用中取得了显著的效果。同传统的处理方法相比，小波变换取得了质的飞跃，在信号处理方面具有更大的优势。比如小波变换可以用于电力负载信号的分析与处理，用于语音信号的分析、变换和综合，还可以检测噪声中的未知瞬态信号。本部分将举例说明。 6.1.1 小波变换在信号分析中的应用 [例6-1] 以含躁的三角波与正弦波的组合信号为例具体说如何利用小波分析来分析信号。已知信号的表达式为 应用db5小波对该信号进行7层分解。xiaobo0601.m 图6-1含躁的三角波与正弦波混合信号波形 分析： （1）在图6－2中，逼近信号a7是一个三角波。 （2）在图6－3中细节信号d1和d2是与噪声相关的，而d3（特别是d4）与正弦信号相关。 图6-2 小波分解后各层逼近信号 图6-3 小波分解后各层细节信号 6.1.2 小波变换在信号降躁和压缩中的应用 一、信号降躁 1．工程中，有用信号一般是一些比较平稳的信号，噪声通常表现为高频信号。2．消躁处理的方法：首先对信号进行小波分解，由于噪声信号多包含在具有较高频率的细节中，我们可以利用门限、阈值等形式对分解所得的小波系数进行处理，然后对信号进行小波重构即可达到对信号的消躁目的。 小波分析进行消躁处理的3种方法： （1）默认阈值消躁处理。该方法利用ddencmp生成信号的默认阈值，然后利用wdencmp函数进行消躁处理。 （2）给定阈值消躁处理。在实际的消躁处理过程中，阈值往往可通过经验公式获得，且这种阈值比默认阈值的可信度高。在进行阈值量化处理时可利用函数wthresh。 （3）强制消躁处理。该方法时将小波分解结构中的高频系数全部置为0，即滤掉所有高频部分，然后对信号进行小波重构。方法简单，消躁后信号比较平滑，但易丢失信号中的有用成分。 小波阈值去噪方法是目前应用最为广泛的小波去噪方法之一。 3．信号降噪的准则： 1．光滑性：在大部分情况下，降噪后的信号应该至少和原信号具有同等的光滑性。
文献计量学综述
文献计量学综述 一、起源及发展 早在20世纪初，人们已经开始对文献进行定量化研究，但是当时文献计量学并没有作为一门独立的学科而存在。直到1969年，英国著名情报学家阿伦.普理查德首次提出术语“Bibliometrics”，这一术语的出现标志着文献计量学的正式诞生。 三阶段：萌芽、发展和分化 萌芽（1917-1933）这一时期文献研究人员首创文献统计方法,并在一些学科领域解剖学和化学专业进行了文献计量分析的大胆尝试,取得了一定的成果。这些研究都为文献计量学的诞生与后期的发展奠定了基础 发展（1934- 1960）年注重理论研究与规律发现，著名的文献计量学的三大基本定律中的布拉德福定律以及齐普夫定律就是在这一时期发现的到 成熟与分化阶段全面发展与分化时期(1960年至今) 这一时期文献计量学已由狭隘的理论研究发展到了广阔的应用研究和指标的研究,同时涉及的领域和主题也越来越多。 迁移衍生： 专利计量学 文献计量学网络计量学 政策计量学 二、概念界定 文献计量学是以文献体系和文献计量特征为研究对象,采用数学、统计学等计量研究方法, 研究文献信息的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理,并进而探讨科学技术的某些结构、特征和规律的一门学科。可以定量地揭示某一学术领域的发展历程、研究重点以及未来的研究方向。目前，文献计量分析已被看作总结历史研究成果、揭示未来研究趋势的一种重要工具。学科交叉使得文献计量研究内容体系日益丰富。数学中的图论、社会学中的社会网络分析、物理学中的复杂网络等理论与方法均被移植到文献计量学的研究体系中。 三、三大定律 布拉德福定律该定律描述文献分布规律，利用刊载某专业论文的数量来确定该专业的核心期刊，应用于指导文献情报工作和科学评价。 齐普夫定律该定律用以统计文献中的词频，通过文献的词频分析可确定学科或行业的研究热点和研究趋势。 洛特卡定律该定律描述著者人数与所著论文之间的关系。探讨了科学论文著者分布平衡的规律，在宏观的科学著作活动中，少数作者写出了大量文章，大多数人的著作还是很少的。依此定律推论出“杰出科学家数目仅是科学家数目的平方根”。 从表面上三大定律的统计对象各异，其结论也不尽相同，但是它们的研究方法存在着某些相似之处，事实上它们属于同一个分布体系。该体系被称为布－齐－洛体系。如果把期刊、字词、书籍、文章等称为信息发生源，将作品、论文、字词的出现、书籍的使用、文章的被引等称为产物，那么文献计量学的规律可认为是发生源数量与产物数量之间存在的函数关系。
多组分分析方法综述
重金属多组分分析的研究现状 近年来，随着科技的进步，单组分重金属的检测技术已经非常成熟，但是在实际污染体系中重金属离子种类繁多，且它们之间往往存在相互干扰，传统的化学分析方法和化学分析仪器难以一次性精确的检测出各个重金属离子的浓度，需要对共存组分进行同时测定。 对共存组分进行同时测定，传统的化学分析方法是首先通过加入各种掩蔽剂进行组分的预分离，然后采用单组分重金属检测技术进行分析检测。这种方法的分离过程往往冗长繁琐，实验条件苛刻，费时费力，而且检测精度低，无法应用于污染现场的检测。 随着计算机科学技术、光谱学和化学信息学的发展，复杂体系的多组分分析已成为当今光谱技术的研究热点，应用范围涉及环境监测、石油化工、高分子化工、食品工业和制药工业等领域，而且需求日益显著。由于多重金属离子共存时会产生重金属离子间的相互作用，因此在用化学分析仪器检测时会产生相干数据干扰，对实验结果产生影响，为了使测试结果更加准确，需要在实验的基础上建立数学模型，用于数据处理，消除各重金属离子共存时产生的相干数据干扰。近年来，引入化学计量学手段，用“数学分离”部分代替复杂的“化学分离”，从而达到重金属离子的快速、简便分析测定[1]。 化学计量学是一门通过统计学或数学方法将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科，它应用数学、统计学和其他方法和手段（包括计算机）选择最优试验设计和测量方法，并通过对测量数据的处理和解析，最大限度地获取有关物质系统的成分、结构及其他相关信息。目前，已有许多化学计量学方法从不同程度和不同方面解决了分析化学中多组分同时测定的问题，如偏最小二乘法（PLS）、主成分回归法（PCR）、Kalman滤波法、多元线性回归（MLR）等，这些方法减少了分离的麻烦，并使试验更加科学合理。 (1) 光谱预处理技术 这些方法用来降噪、消除无关信息。 ①主成分分析法 在处理多元样本数据时，假设总体为X=（x1,x1,x3…xn），其中每个xi （i=1,2,3,…n）为要考察的数量指标，在实践中常常遇到的情况是这n个指标之间存在着相关关系。如果能从这n个指标中构造出k个互不相关的所谓综合指标（k 基于学习分析的在线学习测评建模与应用 ———课程综合评价参考模型研究 孙洪涛1，郑勤华2，陈耀华2，陈 丽2 （1.中央民族大学现代教育技术部，北京 100081；2.北京师范大学远程教育研究中心，北京 100875） [摘 要]课程是在线学习的载体。课程评价是远程教育教学评价的重要组成部分。近年来，随着在线学习的迅速发展， 课程评价从内容到手段上都正经历着重要的转变。学习分析的发展为课程评价提供了新的途径。本研究首先提出了课程评价的概念框架，并通过学习分析构建了课程评价的模型，从媒体技术、学习资源、学习活动、学习支持和联通度五个维度对在线学习课程进行评价。在此模型的基础上，设计并开发了课程评价的学习分析工具，对所提出的模型进行了实际验证。最后，分析了基于学习分析的课程评价的特征和趋势。本研究为课程综合测评提供了理论参考，为学习分析技术在课程评价中的实际应用提供了方法上的借鉴。 [关键词]学习分析；课程综合评价参考模型；C-SERI ；课程评价[中图分类号]G434[文献标志码]A [作者简介]孙洪涛（1977—），男，山东青岛人。高级工程师，博士，主要从事学习分析、教育信息化规划等方面研究。 E-mail ：sun_htao@https://www.360docs.net/doc/8914176623.html, 。 基金项目：北京师范大学自主科研基金项目“学习者在线学习状态分析与可视化工具研发（项目编号：SKZZB2015013）”；中央高校基本科研业务费专项资金 一、引言 课程是远程教学的载体[1]，承载着远程教学的内容与过程。对于课程的评价是远程教育教学评价的重要组成部分。 在远程教育领域中，课程内涵丰富，并且在不断发展之中。课程从其本源意义上包含着学科教学科目和教学进程两个层面。《现代汉语词典》中将课程解释为学校教学的科目和进程。《中国大百科全书》（第二版）中将课程定义为课业及其进程，并列举了三种对课程的常见理解：课程即教学科目，课程即预期的学习结果或目标，课程即学习经验或体验。 [2] 教育行业标准中《在线课程建设》征求意见稿中指出，在线课程是在网络环境下组织某门课程的教学内容并实施的教学活动的总和。在线课程由在线学习 平台承载和运行。在线课程包括有组织的教学内容，有设计的教学活动，有记录的交互信息和对课程的教学分析。 [3] 国家开放大学将课程界定为实现专业培养 目标而开设的学科及其目的、内容、范围、活动、进程等的总和。一门课程是教学计划中的一个科目。[4]英国高等教育统计署(Higher Education Statistics Agency)发布的《什么是课程》研究报告中指出，课程具有广泛的内涵，课程的概念在高等教育周期的不同阶段有所不同。总体而言，课程是与一系列确定的学习结果相关的学习参与。[5]这个定义从课程的目的出发，强调了课程的参与过程。可见课程并非仅仅是科目与资源的集合，而更为强调学习过程和结果。 通过以上定义可见，课程的定义有广义和狭义之分。广义定义将课程界定为学科，由一系列课程构成科目体系；狭义的课程指一门具体课程，包含着课程 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/8914176623.html, 情感识别综述 作者：潘莹 来源：《电脑知识与技术》2018年第08期 摘要：情感交互在人机自然交互的研究中受到了很大的重视，而情感识别是人机情感交互的关键，其研究目的是让机器感知人类的情感状态，提高机器的人性化水平。该文首先对情感识别理论进行了概述，继而对情感识别的研究方法进行了分类描述，接着简述了情感识别的应用领域，最后对情感识别的发展进行了展望。 关键词：情感识别；综述；多模态融合；特征提取；情感分类 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0169-03 1引言 随着智能技术的迅猛发展以及智能机器在各领域的广泛应用，人们渴望对机器进行更深层次地智能化开发，使机器具备和人一样的思维和情感，让机器能够真正地了解用户的意图，进而让机器更好地为人类提供智能化的服务。在智能机器研究中，自然和谐的人机交互能力受到很大的重视。情感识别作为人机情感交互的基础，能够使机器理解人的感性思维，影响着机器智能化的继续发展，成为人机自然交互的关键要素。同时，情感识别融多学科交叉为一体，其发展将会带动多学科共同发展，其应用也会带来巨大的经济效益和社会效益。因而，情感识别技术的研究具有很大的发展前景和重要的学术价值。 2情感识别概述 情感是一种综合了行为、思想和感觉的状态。情感信息主要表现在内外两个层面：一是外在情感信息，是指通过外表能自然观察到的信息，如面部表情、唇动、声音、姿势等，二是内在情感信息，是指外部观察不到的生理信息，如心率、脉搏、血压、体温等。 情感识别本质上也是一种模式识别，它是指利用计算机分析各种情感信息，提取出描述情感的情感特征值，建立特征值与情感的映射关系，然后对情感信息进行分类，从而推断出情感状态的过程。 3情感识别的研究方法 情感识别的研究方法主要有：面部表情识别、语音情感识别、姿态表情识别、文本识别、生理模式识别和多模态情感识别。情感识别过程一般包括四个部分：数据获取、数据预处理、情感特征提取、情感分类。情感特征提取过程一般包括：特征提取、特征降维和特征选择。其中，特征提取的方式各有不同，而特征降维和选择的方式大致相同。 表面分析技术讲义 绪论 一、表面与表面科学 1. 表面与界面的定义 2.表面科学的三个组成部分 表面科学主要由表面物理、表面化学和表面分析技术三个方面所组成，是当前材料科学的前沿。 3.表面科学发展的三个阶段 （1）1947年以后(点接触二极管于1946年发明),人们开始认识到半导体表面的重要性，研究了干燥空气、湿空气、含臭氧空气等对锗表面的影响。此阶段证实了表面态的存在，但对它的来源仍不清楚。 （2）1957年前后，超高真空技术发展起来，已可以获得10-9Torr （1Torr=133.332 Pa）的真空度。通过解理、离子轰击、场致蒸发等方法可以获得一个清洁表面。人们注意力集中在清洁表面的原子排列，发现在表面原子存在重构或驰豫，并通过物理方法测量了表面的光、机、磁等特性，发现与体性质有明显的区别。此阶段仍处于唯象阶段。 （3）1968年Harris发现Auger电子能谱（AES）可以用来确定表面原子的化学态和成分。随后光电子能谱（XPS）、二次离子质谱（SIMS）等表面分析技术的相继出现，使人们可以了解表面几十个原子范围内和微区（1 m或更小）的成分和它们的化学态。60年代末期以来，随着计算机技术、电子测量技术和超高真空技术的发展，表面科学也以极其迅猛的速度发展。 二、表面科学研究领域 1．表面科学研究的领域 表面科学研究表面和与表面有关的过程，包括宏观的和微观的。近几十年来表面科学从原子水平来认识和说明表面原子的化学、几何排列、运动状态、电子态等性质及其与表面宏观性质的联系，推动了基础研究和新技术的发展。 表面科学是近代研究的重要领域，它有许多技术应用。例如： ①小于1 m的薄膜（半导体、绝缘体和金属膜等），具有复杂 的图案和结构，要求高纯和精确掺杂。 ②膜的内部和界面问题。通过离子溅射逐层剥离变成表面问 题，或在薄膜和界面形成过程中作为表面问题加以研究。 ③器件小型化带来的表面问题。 ④新型微波器件和集成光学器件中的超晶格技术的超晶格量 子现象及表面问题。 （1）纯表面科学 在10-8~10-11Torr真空度下研究单晶平滑晶面，单晶台阶面。主要是对Ge、Si、GaAs等半导体材料和Pt、W等金属材料的清洁表面进行研究。主要目的是发现清洁表面的特征，合适理论研究结果的正确程度。 （2）应用表面科学 在10-8~10-11Torr真空度范围内研究单晶、多晶、非晶材料的表面，其主要目的是分析怎样得到清洁表面或工业清洁表面，使产品的性能好，重复性好，成品率高，可靠性高。多精彩了得相界或晶粒间界的结构及特征以及纳米材料、梯度材料和各种复合材料等也属于这个领域。境界和相界同许多结构材料、敏感材料有关。两种材料的接触效应，吸附、氧化、外延、扩散、烧结、电迁移等也属于应用表面科学研究的范围。 （3）触媒实验 在10-0~10-2 Torr真空度下，用多晶、非晶和超微粒子来研究吸 2005年研究生《小波理论及应用》复习题 1． 利用正交小波基建立的采样定理适合于：紧支集且有奇性（函数本身或其导数不连续）的函数（频谱无限的函数）。Shannon 采样定理适合于频谱有限的信号。 2． 信号的突变点在小波变换域常对于小波变换系数模极值点或过零点。并且信号奇异性大小同小波变换的极值随尺度的变化规律相对立。只有在适当尺度下各突变点引起的小波变化才能避免交迭干扰，可以用于信号的去噪、奇异性检测、图象也缘提取、数据压缩等。 3． 信号在一点的李氏指数表征了该点的奇异性大小，α越大，该点的光滑性越小，α越小，该点的奇异性越大。光滑点（可导）时，它的1≥α；如果是脉冲函数，1-=α；白噪声时0≤α。 4． 做出三级尺度下正交小波包变换的二进数图，小波包分解过程？说明小波基与小波包基的区别？ 5． 最优小波包基的概念：给定一个序列的代价函数，然后在小波包基中寻找使代价函数最小的基――最优基。 6． 双通道多采样率滤波器组的传递函数为： ()()()()()()()()()()()()()z X z G z G z H z H z X z G z G z H z H z Y z Y z Y -??????-++??????+=+=∧∧∧∧212121请根据此式给出理想重建条件： 为了消除映象()z X -引起的混迭：()()()()0=-+-∧ ∧z G z G z H z H 为了使()z Y 成为()z X 的延迟，要求：()()()()k CZ z G z G z H z H -∧∧=+ （C,K 为任一常数） 7． 正交镜像对称滤波器()()n h n g ,的()jw e G 与()jw e H 以2π=w 为轴左右对称。如果知道QMF 的()n h ，能否确定()()()n h n g n g ∧ ∧,,？ ()()()n h n g n 1-= ，()()()n g n h n 1--=∧ ， ()()()n h n g n 1-=∧ 8． 试列出几种常用的连续的小波基函数 Morlet 小波，Marr 小波，Difference of Gaussian （DOG ），紧支集样条小波 9． 试简述海森堡测不准原理，说明应用意义？ 10． 从连续小波变换到离散小波变换到离散小波框架－双正交小波变换－正交变换、紧支集正交小波变换，其最大的特点是追求变换系数的信息冗余小，含有的信息量越集中。 11． 解释紧支集、双正交、正交小波、紧支集正交小波、光滑性、奇异性。 12． 已知共轭正交滤波器组（CQF ）()n h 请列出()()()n g n h n g ∧ ∧,,。 ()()() ()()()()()()???????-=--=-=---=∧∧n h n N g n g n N h n h n N h n g n n 11 13． 共轭正交滤波器()()n g n h ,的()jw e G 与()jw e H 的关系与QMF 情况 编号 学士学位论文学习分析技术综述研究 学生姓名：陈晓霞 学号：20100604002 系部：信息工程技术系 专业：教育技术学 年级：2010级 指导教师：张宗虎 完成日期：2014 年 5 月10 日 摘要 随着社会的不断进步，科学技术的不断发展与更新，我们生活在一个信息膨胀、数据大爆发的时代，大数据时代已经让我们深陷其中，对着海量的信息、数据我们无从下手。在教育信息化的时代，教育领域已经部署了众多的学习管理系统，在这些软件系统中存储着海量的学习者信息及学习过程数据，从这些数据中挖掘出改进教学系统、提升学习效果的信息，在教育信息化领域一直有着巨大的吸引力；如何运用这些数据，使这些数据转换成有效信息、知识，并为教学决策、学习优化服务，也备受教育工作者以及学习者们的关注。学习分析技术有助于发挥学习过程中数据的价值，使数据成为审慎决策、优化学习的重要依据。 学习分析是一类运用先进的分析方法和分析工具预测学习结果、诊断学习中发生的问题、优化学习效果的教学技术。随着教育信息化的发展和在线学习方式的普及，学习分析已经开始被运用于教育教学实践中，并取得了一定的效果。为了解学习分析技术的研究和应用现状，本文运用文献分析法辨析了学习分析技术的基本内涵，讨论了其组成要素和应用模型，探索了其技术来源、分析方法和分析工具，深入分析了学习分析技术在国内外的应用情况。关键词：学习分析；信息技术教学；学习管理系统 Research of Learning Analytics Abstract With the continuous progress of society, science and technology continues to evolve and update, we live in an information expansion , the era of data explosion of big data era has let us get stuck , facing the vast amounts of information, data, we can not start. In the era of information technology in education , in the field of education has deployed a large number of learning management systems , information stored learners and learning process vast amounts of data in the software system, to improve the education system to dig out from these data to improve learning outcomes information in the field of information technology in education has always been a great attraction ; how to use these data to make these data into useful information , knowledge and decision-making for the teaching and learning optimization services, but also educators and learners much attention . Learning to play a value analysis technology helps the learning process data so that the data become prudent decision-making , and optimize an important basis for learning. Learn to analyze a class of applying advanced analytical methods and analytical tools to predict learning outcomes , the diagnosis of learning problems , optimize learning teaching techniques. With the development of information technology in education and popularization of online learning , the learning analysis has begun to be used in teaching practice in higher education , and achieved certain results. To understand the research and application of analytical techniques to learn , study literature analysis using Discrimination learning the basic content analysis techniques , discussed its constituent elements and application of the model to explore the sources of their technical , analytical methods and analysis tools , in-depth analysis a case study in the application of analytical techniques at home and abroad . Key words：learning analytics;information technology teaching;learning management system 科技文献检索作业 卷 试 料 小波分析及其应用 测控技术1103 雷创新 小波分析及其应用 1.小波分析的概念和特点 1.1小波理论的发展概况 20世纪80年代逐渐发展和兴起的小波分析(wavelctanalysis)是20世纪 数学领域中研究的重要杰出成果之一。小波分析理论作为数学界中一种比较成熟的理论基础，应用到了各种领域的研究当中，推动了小波分析在各工程应用中的发展。它作为一种新的现代数字信号处理算法，汲取了现代分析学中诸如样条分析、傅立叶分析、数值分析和泛函分析等众数学多分支的精华部分，替代了工程界中一直应用的傅立叶变换，它是一种纯频域分析方法，不能在时频同时具有局部化特性。而小波分析中的多尺度分析思想，犹如一台变焦照相机，可以由粗及精逐步观察信号，在局部时频分析中具有很强的灵活性，因此有“数学显微镜”的美称。它能自动随着频率增加而调节成窄的“时窗”和宽的“频窗”，又随着频率降低而调节成宽的“时窗”和窄的“频窗”以适应实际分析需要。另外，小波变换在经过适当离散后可以够成标准正交基或正交系，这些在理论和应用上都具有十分重要的意义，因此，小波分析在各个领域得到了高度的重视并取得了许多重要的成果。 小波变换作为一种数学理论和现代数字信号处埋方法在科学技术界引起了越来越多专家学者的关注和重视。在数学家看来，基于小波变换的小波分析技术是当今数值分析、泛函分析、调和分析等半个多世纪以来发展最完美的结晶，是正在发展中的新的数学分支。在工程领域，特别是在信号处理、图像处理、机器视觉、模糊识别、语音识别、流体力学、量子物理、地震勘测、电磁学、CT成像、机械故障诊断与监控等领域，它被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。然而，小波分析虽然在众多领域中已经取得了一定的成果，但是，有专家预言小波分析理论的真正高潮并没有到来。首先，小波分析尚需进一步完善，除一维小波分析理论比较成熟以外，向量小波和多维小波则需要进行更加深入的研究与讨论;其次，针对不同情况选择不同的小波基函数，实现的效果是有差别性的这一问题，对最优小波基函数的选取方法有待进一步研究。在今后数年中，小波理论将成为科技工作者经常使用的又一锐利数学工具，极大地促进科技进步及各个领域工程应用的新发展。 小波分析的概念最早是在1974年由法国地质物理学家 J.Morlet提出的，并通过物理直观和信号处理的实际经验建立了反 材料表面工程技术练习题（答案） 一、解释名词 1.喷丸强化技术:利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。 2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。 3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。 4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。) 5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。 6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。 7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。 8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。 9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。 10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。 气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。 11.合金电镀:在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。 12.腐蚀:材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 13.电镀:在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 14.堆焊:在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 15.离子镀膜:真空蒸发镀膜:在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(基片/基板/衬底、工件)表面，凝结形成固态薄膜的方法。 16.化学转化膜:通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观(形状及几何尺寸)的一类技术。 17.表面工程技术:为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 18.表面能:严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。 ·自然科学研究· 结构非线性动力分析方法综述 周文峰 郭 剑 (攀枝花学院土木工程学院,四川攀枝花 617000) 摘 要 时程分析法是一种计算机模拟分析方法,其优势在于能模拟出结构进入非弹性阶段的受力性能。该 方法主要包括结构分析模型、单元模型和恢复力模型三个重要方面。本文从这三个方面简单介绍了结构非线 性动力反应分析方法。 关键词 非线性;动力分析;模型 结构抗震设计方法经历了静力阶段、反应谱阶段和动力阶段。从本质上说,前二者所采用的方法均为静力法,且只能进行弹性分析。动力阶段的形成建立在计算机的普及和数值分析方法的出现基础之上,其分析方法称为时程分析法。时程分析法本质上是一种计算机模拟分析方法,能够计算出结构地震反应的全过程,该方法的突出优势在于能模拟出结构进入非弹性阶段的受力性能。 时程分析法的出现促进了结构非线性地震反应分析的发展。它主要包括结构分析模型、单元模型和恢复力模型三个重要方面,下面从这三个方面进行简单介绍。 1 结构分析模型 结构的模型化是非线性动力反应分析的第一步,结构模型的模拟应着重于其动力特性的模拟。因此体系恢复力、质量、阻尼模型的准确性是模拟精度的前提。目前的结构分析模型可分为以下几类: 1.1 层间模型 考虑到框架结构质量的分布规律,很容易形成以楼层为单元的多质点体系的思路,故将这种模型称之为层间模型。在研究框架结构动力反应时,层间模型中采用得最多的是层间剪切型模型。该模型假定框架结构层间变形以剪切变形为主,忽略其它形式变形的影响,故而比较适用于高跨比不大、层数不多的框架。为了进一步拓宽此模型的适用范围,在此模型基础上又发展了层间剪弯型模型,使之能适用于层数较多和高跨比较大的框架。 但是层间模型在实际使用中却存在比较大的困难,这主要反映在如何具体确定层间的剪切刚度及弯曲刚度的问题上,而且这二者之间又是耦合在一起的。这一问题层间模型自身是无法解决的。目前,层间模型只是对于常见的层数不多且平面布置十分简单、规则、对称并且能简化为平面结构的框架有一定的实用性,也就是说对于这类框架通常能根据经验进行适当的假设后进行简单推导得到层间单元刚度。 1.2 杆系模型 杆系模型是将整体结构离散为梁、柱单元进行分析。杆系分析模型的出现不仅解决了层间模型所面临的层间刚度无法确定的困难,而且它还解决了层间模型所固有的另外两个缺陷。其一,如果说层间模型从宏观(层单元)角度展示了结构总体动力反应规律,那么由于框架各杆进入非弹性阶段的先后次序不同所造成的整个框架动力反应规律的不同,则是层间模型所不能解释、反映的。其二,无论从抗震研究还是设计角度来看,框架结构的梁、柱构件在地震作用下的反应规律到底如何也是人们所关心的,因为结构的设计最终要落实到构件的设计。如柱端弯矩增大系数应如何取值等,这些问题采用层间模型是无法回答的,从这个角度看也必须将框架结构细化到至少是构件层次才有可能解决这些问题。 杆系分析模型分为两大类,平面杆系分析模型与空间杆系分析模型。目前,平面杆系分析模型的研究相对较为成熟,国内外已开始将注意力转向空间杆系分析模型的研究上。 2 单元模型 对于杆系分析模型,目前用于模拟单元滞回性能的模型已有很多,这些单元分析模型可采取分类的方式加以比较考察。这些模型大致可分为两大类若干小类。 2.1 集中塑性铰模型 单分量模型是集中塑性铰模型中最简单的一类,该模型将杆单元的非弹性性能用非线性弹簧反映,而不对非弹性变· 109·第23卷第4期 攀枝花学院学报 2006年8月V o l .23.N o .4 J o u r n a l o f P a n z h i h u a U n i v e r s i t y A u g .2006基于学习分析的在线学习测评建模与应用_课程综合评价参考模型研究_孙洪涛_郑勤华_
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