微机原理论文例1

《微机原理和接口技术》是高职高专计算机及相关专业必修的一门专业基础课，同时也是一门实践性和应用性很强的课程。经过理论和实验两方面的教学，使学生把握微型计算机的基本工作原理，汇编语言程序设计的基本方法，微机系统和输入输出设备的典型接口电路和接口技术，并能综合运用软、硬件技术分析实际新问题。《微机原理和接口技术》这门课程的学习涉及到很多先行课程，比如《模拟电子技术》、《数字电路》等，这些课程的学习效果往往对本课程的学习有一定影响，加之本课程的教学内容较多，各个知识点之间相互交叉又造成理解上的困难，需要学生记忆的内容太多，导致学生学起来较困难，从而失去了学习的信心，达不到预期的教学效果。针对这样的目前状况，作者结合自己的教学实践，谈谈对于该课程教学的思索。

一、让学生充分熟悉到该课程的重要性，提高学生的学习动力及喜好

随着高校的扩招，就业压力的增大，学生密切的关注所学的知识是否能够促进自己未来的就业和发展，高职学生尤是如此，所以在教学过程中经常有学生提问说《微机原理和接口技术》这门课程晦涩难懂，学习它有什么实际意义，对我今后的学习和发展有什么功能。对于学生的提问我思索摘要：其实在教学过程中第一节课是非常关键的，在第一节课里教师应该将本课程的内容进行整体的介绍并且要告诉学生学习该课程的意义。《微机原理和接口技术》主要讲述微型计算机的基本工作原理，汇编语言程序设计的基本方法，微机系统和输入输出设备的典型接口电路和接口技术三部分内容。第一部分内容的学习有利于学生对微机工作原理有深入地了解，直接地应用在嵌入式计算机、自动控制等方面，把握它也有利于对后续课程的学习，比如《操作系统》、《编译原理》等，并且这一部分内容中介绍到的计算机内部各部件的结构又是汇编语言程序设计的基础。第二部分介绍的汇编语言程序设计是我们和计算机沟通最直接的方式，假如我们想从事计算机科学方面的工作的话，汇编语言的基础是必不可缺的，因为我们的工作平台、探究对象都是机器，我们通过汇编语言和机器交流，尤其在和硬件关系非常密切的程序或要提高运算速度的程序，即使是C语言也会有些力不从心，而汇编语言则能够很好扬长避短，最大限度地发挥硬件的性能。由于汇编语言和硬件密切相关，所以第一部分内容的学习一定要打好基础。第三部分内容是一些常用且典型的芯片，使学生能深层次的理解微机系统，为以后学习其他芯片打下基础。只有让学生熟悉到本课程的学习确实能对自己的就业和未来发展有用，才能激起学生学习的喜好和动力，提高主动学习的热情。

二、改进教学方法，提高教学效果

《微机原理和接口技术》这门课程中有一些内容确实比较抽象，难于理解，又有很多知识点需要学生记忆，所以光有学习的热情还不够，正确的学习方法才能有事半功倍的学习效果。

1、在学生学习过程当中，要不断鼓励学生

《微机原理和接口技术》这门课程会分章节讲述构成微机的中心处理器，系统总线，存储器，输入输出设备和一些典型的接口电路以及它们的工作原理。我们知道微机是一个有机的整体，要讲清楚任何一个部件的工作原理都不可能只单独将这一部件拿出来讲，必然涉及到其他新部件，而其他新部件我们还没接触到，所以经常出现一个知识点还没讲清楚，又出现新的疑问，在整个课程的学习当中疑问会一直存在，直至该课程结束，也就是说只有到学期末所有的疑问才能搞清楚。还有这门课中最难的地方在第二章，本章知识理解起来困难，并且有大量内容（几乎全部内容）要求在理解的基础上记忆以便为后续的学习奠定基础，而这时学生刚刚开始接触这门课程便一下子觉得很难，轻易产生放弃的思想。所以教师在整个学期中非凡是学期初一定要不断鼓励学生摘要：学习中存在新问题是很正常的，随着进一步学习新问题会得到解决，关键是坚持，树立学习信心。

2、对于抽象的概念和工作原理，老师要精心设计课堂教学，使晦涩难懂的知识变得浅显易懂

课堂教学是使学生获得知识最有效最快捷的方式。在教学过程中，真正做到“以学生为本”，提高课堂效率，我的心得是精心的进行合理、有效的课堂教学设计。合理、有效的课堂教学设计可以在最短的时间得到最好的教学效果。比如，本课程的教学布置中，先讲cpu内部寄存器后讲存储器分段，讲cpu内部寄存器时就要涉及到存储器分段，这样一来知识点前后交叉多，学生听不明白，老师也会觉得讲不清楚。换种思路，重新调整一下次序，先介绍存储器分段，讲清楚四种段、段地址和偏移地址以及物理地址的形成，再介绍cpu内部寄存器，4个段寄存器分别存放4个段的段地址，地址指针寄存器和指令指针寄存器用来存放偏移地址，这样讲符合学生接受知识的规律，用时较少而且教学效果好。

3、采用多媒体教学手段，更高效地完成课堂教学任务

随着信息技术的发展，多媒体技术在课堂教学中得到了广泛的应用。多媒体计算机使图、文、声、像集于一体，使教学内容形象生动富有感染力，使抽象新问题形象化。一些抽象概念在单纯语言讲解的情况下，感性材料不足，说服力不强，通过多媒体可以把抽象的理论和抽象的模型具体形象地展示在屏幕上帮助学生理解。比如讲存储器分段时，说到存储单元物理地址唯一而逻辑地址不唯一时很多学生感到很困惑“逻辑地址不唯一”，传统教学手段凭教师一张嘴、一根粉笔、一块黑板有时很难讲清楚，这时采用多媒体动画的形式将存储器分段进行演示，它能够直观形象地让学生看出段和段之间的一种重叠关系，某个存储单元既属于A段又属于B段，从而得出这一存储单元逻辑地址不唯一，既记住了结论又很好的理解了结论推导的整个过程。

4、注重实践环节

微机原理论文例2

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）44-0090-02

一、微纳米制造技术课程的背景及特点

微纳米科学与技术已成为一种战略性的、占主导地位的技术，被中国机械工程协会列为影响我国制造业发展的问题之一。微纳米制造技术通过在微纳米尺度范围内对物质的集成与控制，创造并使用新的材料和装置，以实现不同功能的机电或机光电一体化智能系统，涉及电子、机械、光学、物理、化学、材料、制造、生物、信息等多种学科，是制造技术的融合交叉新领域。教育部已经将微机电工程列为机械工程一级学科的五个二级学科之一，相当多的高校陆续开设了相关课程。《微纳米制造技术及理论》作为微机电工程研究的入门课，提高其课堂教学的质量，逐步开展实验教学是非常有必要的。我们在精品化教学内容的基础上，在教学实践中探索了微纳米制造技术及理论课程的虚拟实验与模拟科研教学法，并取得了较好的课堂效果。

二、精品化课程内容

《微纳米制造技术及理论》作为一门导论类课程，内容涵盖了微机械加工、半导体加工、纳米制造和生物制造等种类繁多的微纳米加工方法，且各制造方法的相关性不强，给教学带来了极大的挑战。结合本校特点，我们编排的课程内容从分子操作到纳米加工、从生物制造到仿生制造、从微细机械加工到微细特种加工、从集成电路工艺（IC工艺）到MEMS（微电子机械系统）构成了结构对称的多学科制造技术。在体系编排上从纳尺度制造到微尺度制造、从低维低复杂度制造到高维高复杂度制造、从探索前沿到实用产业构成了循序渐进的知识体系。总体内容涵盖了机械、材料、电子等工程学科知识及物理、化学、生物等基础学科的理论，培养了学科交叉创新的意识。

教学内容组织首先强调“由理及表”，即从原理到应用、从理论到实际，同时强调内容来源的“鲜活性”，即紧密跟踪国际前沿最新科学研究成果，紧跟国家战略需求，最终使学生达到微纳米制造技术基础理论学习和工程应用等综合能力的培养。

三、探索虚拟科研情景教学法

（一）虚拟科研情景教学

技术发展有不以人的意志为转移的内在驱动力，在讲解某项微纳制造技术时，可以通过讲解该技术发明前的客观需求、相关技术和理论发展水平来引领学生的思维，使学生站在研究者的角度去思考如何创造一种“新”的微纳加工方法来解决面临的“历史”问题，从而引出具有内在逻辑必然性的该项微细加工技术。例如在讲解深硅等离子刻蚀技术时，我们首先讲解加速度传感器的历史现状，为提高其灵敏度，亟需高深宽比微纳结构的加工方法，而当时的硅化学刻蚀方法，无法实现高深宽比的微纳加工;等离子加工技术和理论已在集成电路加工中获得应用，如何开展基于等离子刻蚀技术的高深宽比硅加工成为当时的热门研究课题。学生从科学探索的角度和教师一起从化学原理的角度分析基于“SF6+O2”的加工方法，逐渐引出在通用的BOSCH深硅加工工艺。这种基于虚拟科研情景再现的授课方式，不但提高了学生的注意力，还使学生从一个研究者的角度去思考问题，轻松掌握了该微纳米制造技术的用途、原理和特点。

（二）多媒体辅助虚拟实验教学

微纳米制造技术及理论课程知识涵盖面广、信息量大，而教学时间仅有32个学时，如何提高课堂效率成为一个重要问题。除了突出重点，在微纳尺度效应、微机械切削原理、体微硅制造、表面微加工等方面深入讲解外，在装备原理、工艺过程等方面通过多媒体等手段增加形象认识是非常有必要的。例如，光刻过程包含清洗、烘干、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影、显影检查、显影硬烘等多步工艺，我们在研究生课的讲解中采用了传统的讲授方法，由于多数学生对相关工艺过程不了解，既不容易抓住重点，也不容易提起兴趣。而在留学生课的教学中，在给学生讲授了光刻的基本原理的基础上，我们采用了播放光刻过程实景录像，穿插关键点讲解的教学方式，这样既提高了课堂效率，又吸引了学生的兴趣，加深了理解的形象化程度。

（三）虚拟科研的考核方式

在《微纳米制造技术及理论》的课程考核中，过去我们多依赖闭卷考试的方式，闭卷考试能考察学生对基础理论的掌握，督促学生在课后进行重点内容的复习和掌握。而在本轮的改革尝试中，我们增加了要求学生写一个课程总结的考核方式。这份课程总结不是对本课程主要内容的综述，而是针对某一项微纳米制造技术的现状综述，并给出一个利用该种加工工艺制作某种新型微结构或微器件的创新性提案。虽然多数学生的提案可行性不大，但至少达到了使学生站在一个科研工作者的角度去了解并利用微纳米制造技术的教学目的。

（四）微纳米制造课的实验教学

通过虚拟科研实验的教学方式，虽然能在一定程度上增加学生的直观认识，但给人最深刻的认识一般还是从实践中获得的。《微纳米制造技术及理论》作为一门实践性很强的课，实验教学是一项重要的教学环节。但本校尚未设立微机电系统工程专业，也没有相关教学实验中心，因此开展实验教学难度很大。为此，本教学团队克服困难，采取特定时间开放科研环境，与教学并用的方案，安排了三堂精彩的实验课教学。首先为使学生对微纳米制造以直观的认识，我们在实验室展示了基于仿生制造技术的功能表面、基于生物制造技术的功能颗粒、基于微机电系统技术的微传感器等成果，并给学生展示了相关的实验环境、加工设备及原理。为进一步加深学生的认识，我们分组进行了光刻工艺试验和溅射工艺试验，使学生体验并认识到加工过程中的难点和技巧，给学生留下了深刻的印象，加深了对课堂知识的认识。此外，通过与半导体加工条件较好的科研单位合作，以创造更优良的教学参观环境，相信能使学生获得更深刻的认识，促进微纳米制造工程实践能力的培养。

四、结语

微纳米制造技术发展迅速，制造学科高年级本科生或研究生具有掌握微纳米制造的基础知识，了解其最新的发展动态及技术现状的强烈需求。要在有限的课堂时间内把丰富的微纳制造相关内容讲授给知识背景和研究方向各不相同的学生具有极大的挑战性。我们从精品化教学内容以增强内容间的逻辑性、开展虚拟科研实验教学实现教学与科研的融合、改善实验条件加深学生感性认识等三个方面做了初步探索，并取得了一定成效，力争为微纳米制造领域的教学改革和学生培养做出贡献。

参考文献：

[1]中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图[M].北京：中国科学技术出版社，2011.

[2]张海霞，赵小林，译.微机电系统设计与加工[M].机械工业出版社，2010.

微机原理论文例3

“微型计算机原理与接口技术”作为一门实践性与应用性较强的课程，是电气信息类本科教学的主要学科基础课之一，是自动控制、工业自动化、电气技术、电力系统及其自动化、自动化仪表等自动化类专业的一门重要的专业基础课[1]。作为非计算机机电类专业硬件技术的主干课程，该课程主要讲述微型计算机的基本组成、编程结构、指令系统与汇编语言程序设计及其常用外设的工作原理。整个课程内容涵盖数字系统及逻辑电路基础、微处理器结构、指令系统、汇编语言程序设计基础、存储器原理与结构、输入/输出接口及中断技术、总线的概念与标准、常用的可编程并行数字接口芯片[2]。由于该课程内容较多，硬件与软件结构结合，一些概念复杂且抽象，传统的教学方式通常不能显著提高教学效果，很难达到满意的授课目标。因此，迫切需要对该课程进行教学方法和教学手段的改革。本文着重从理论教学与实验教学相结合方面阐述微机原理课程的教学改革策略。

1 理论教学改革方案探索

针对微机原理与接口技术课程理论教学的改革，最突出的矛盾就是该课程涉及的知识点和内容较多，硬件方面包括数字电路逻辑设计基础、计算机组成与结构以及接口技术等，软件方面包括汇编指令和语言程序设计。通常给定的教学课时偏少，要使非计算机专业的学生系统掌握汇编语言程序设计基本方法和微机硬件接口技术，建立微机系统的整体概念，具有一定的难度，造成学生课堂积极性不高。采用传统的教授方法，根本无法出色地完成教学任务达到满意的教学效果。

首先需要改变以教师讲授为中心的传统的接收式学习模式，利用计算机和多媒体技术等手段，创造一个以学生为中心的开放的，以探索知识发现知识为主要目标的教学环境，激发学生的学习积极性，以利于培养更多创新型人才[2]。其次在内容取舍方面，着重从非计算机专业的特点出发，知识点讲解力求深入浅出，采用浅显、清晰、循序渐进的描述方法，注重系统性、实用性和先进性，便于学生自习，以期提高学生学习的积极性和主动性。在每章的授课中，安排1到2个课时的课堂讨论，讨论主题根据每章的学习内容由学生给出，有助于提高学生自主再学习能力，加深对知识点的巩固。

利用计算机进行辅助教学已然成为大家的共识，为适应现代化的教学手段―多媒体教学手段的需要，可采用“微型计算机系统原理多媒体CAI课件”，该课件中引入多媒体技术，利用声音、图像、文档及动画等手段，使课堂教学更加生动、直观、形象，有利于提高教学效果及效率，激发学生的学习主动性和积极性[2]。

2 实验教学改革方案探索

作为一门实践性和应用性很强的课程，微型计算机原理与接口技术的实验教学环节必不可少。实验教学内容主要包括软件实验和硬件实验，软件实验通过编写程序、上机调试测试并且运行的过程，以期提高学生的编程能力；硬件实验通过给定任务培养学生设计硬件，编制接口程序，以提高学生解决实际问题的综合能力。然而实际情况是大部分实验内容为验证性实验，使得学生无法将所学理论知识和实践内容灵活结合起来，无法让实验教学成为理论教学的延伸，更难以激发学生对实验课程的兴趣和创造性想法。传统的实验教学考核机制采用出勤点名签到和实验报告批改结合的方式，最后可能造成动手能力好的同学成绩不如动手能力差的同学，达不到培养学生理论联系实际能力、综合分析解决问题能力、创新能力以及动手能力的目标[3]。

首先，改革实验考核方式，通过设置课程设计题目以学生最终完成的结果作为考核手段，激发学生的实验积极性，培养学生的发散性思维和创新能力[4]。另外可以开展一些电子设计大赛，有助于提高学生的综合应用能力。其次，设立固定的开放实验室时间段，所有对微机原理课程感兴趣的学生都可以利用开放实验室进行学习探讨，有利于微机原理知识的拓展和推广，有利于学生自身潜能的发挥和主动学习能力以及创造意识。针对实验教学内容往往以验证为主要目的存在的问题，无法真正的去思考、分析问题，可以精选课程设计题目，培养学生的团队合作精神，采取启发式的教学方式，对于学生在实验中提出的问题，老师不立即给出正面解答，鼓励学生独立解决问题能力。最后在实验教学中采取优差生搭配提高动手能力，让更多学生对微机原理实验充满兴趣，为以后的专业课以及工作打下坚实的基础。

3 结束语

针对非计算机专业的微机原理与接口技术课程来说，由于内容多信息量大，软件与硬件结合，传统的理论与实验教学使得最后学生对知识的理解较为匮乏。针对非计算机专业的微机原理与接口技术课程来说，由于内容多信息量大，软件与硬件结合，传统的理论与实验教学使得最后学生对知识的理解较为匮乏。通过理论和实验教学方面结合改革，能够更加促进学生对微机原理与接口技术的学习兴趣，开阔学生的知识面，提高动手解决问题的能力。

【参考文献】

[1]周玉庭.微机原理与接口技术课程的改革与实践[J].重庆：重庆工学院学报，2006.

微机原理论文例4

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)20-4924-02

On the Principle of the Computer to Interface with Our Technology Course Teaching Method Reform

XIAO Hong-ju, WANG Fei

(PLA Artillery Academy, Hefei 230031, China)

Abstract: This article in view of the principle of the computer and interface technology course and the present situation of the problem in the teaching process, based on the author's teaching practice, the theoretical teaching and experimental teaching from two aspects of the course teaching method, in order to improve the teaching effect of the course.

Key words: microcomputer principle; interface technology; teaching method

《微机原理与接口技术》是我院计算机专业学生的一门必修课，是计算机学科之中实践性和理论性孝很强的专业基础课，学好这门课程，笔者认为可以达到以下三个教学目标：1）使学生理解和掌握微机系统的基本结构和工作原理；2）使学生能够熟练的掌握汇编语言的基本指令，使用汇编语言编写简单的应用程序；3）为后续的课程学习和以后的单片机系统设计与嵌入式系统开发打下坚实的基础。该课程的教学内容可分为理论教学和实验教学两个部分，理论教学的主要内容有微机原理、汇编语言程序与设计、接口技术和一些具体芯片的介绍。但这门课程内容比较抽象、指令枯燥、程序设计难度大，加上近两年来，课程的总学时已减少至40学时（包括6学时的实验）。为了使学生在有限的学时里学到必备的专业基础知识，在实践教学中调动学生的积极性和创造性，必须要对该课程教学方法进行新的探索。

1 《微机原理与接口技术》课程教学现状

就目前学院的教学情况来看，学生对于课程中的理论知识掌握和实际动手能力都不太理想，普遍反应这门课程比较难学。笔者认人其原因大概有以下几个方面：

1）课程本身的问题。《微机原理与接口技术》这门课程内容综合了微机原理、汇编语言程序与设计、接口技术及数字电路等知识，覆盖的知识面广，且对大多数学生而言，这门课程的内容抽象、枯燥、不易学习，从而导致学生的学习兴趣下降、主动性差等一系列问题。

2）传统教学模式存在的问题。传统教学方法是偏重于理论知识的传授，偏重于讲解具体芯片的性能原理等生硬知识，并且教师怕学生不理解，尽可能对每个知识点讲细、讲透、面面俱到，这种教学方法就造成了学生听课不需要思考，只需接受，最后学生为了应付考试对课本的知识死记硬背，造成知识的不理解。实验课也是按教师设计好的实验方案要求去做，按部就班，学生基本上不用动脑思考，造成了知其然不知所以然的现象。这样的话，学生对教学内容不能很好理解，严重影响了教学效果。鉴于以上原因，我们必须要对课程教学进行新的探索。

2 《微机原理与接口技术》课程新的教学探索

2.1 理论教学方面的改革

1）合理调整教学内容，培养学生自主学习的主动性

学时减少后，必须相应调整教学内容，理顺它与先修课程及后续课程之间的关系，即必须改变过去内容前后重叠的现象。比如第一章的数制与编码，就可以作为简单复习，避免重复讲解造成学时的浪费；第二章8086的体系结构和第三章8086的寻址方式和指令系统是后续章节的基础，需要重点讲解；第四章的汇编语言程序设计可放在实验课和课后进行。这样调整的话，既优化了教学内容，又培养了学生的自主学习能力。第五章存储器重点讲解下主存储器的设计；中断里主要讲解CPU的中断系统，对于其它内容可作选择性的提纲介绍。

在调整教学内容的同时，也要考虑到学生基础不同，对重难点作相应调整，使不同基础的学生都能达到教学目标的要求。

2）采用对比教学方法来提高学生学习的兴趣

目前《微机原理与接口技术》课程大多是以8086CPU（X86体系结构）为主要内容进行教学。然而，大量高性能、采用新技术的嵌入式系统CPU的出现，给传统的X86带来了较大的冲击，不同体系结构的CPU其工作原理和方法都有各自的特点。在教学过程中，及时补充一些目前市场上应用比较多的嵌入式新技术，采用对比教学法，使学生对微机原理与接口技术的最新发展有概念上的理解，为今后的进一步学习打下了基础。

3）制作生动形象的PPT课件

《微机原理与接口技术》课程中有许多知识比较抽象，学生不易理解和掌握。为了将抽象的理论讲明白，必须认真准备教学课件，做到简明易懂，充分利用图像和动画手段将抽象的理论变成动态的画面，以增强学生的感性认识。

2.2 实验课方面的改革

由于《微机原理与接口技术》这门课程的理论性、实践性、应用性都很强，因此在重视理论教学的同时也要加强实验课的动手操作。

以前的实验课学生一般都是按照教师事先设计好的实验方案去做，这样的话学生的学习兴致不是太高，对课堂讲授知识不能加深理解，更不能运用于实际中，就达不到事先预定的教学目标。针对这样的现象，笔者认为在实验课方面应做如下几点改革：

1）秉承打牢基础侧重应用的原则来设计实验内容，且针对我院学时少的情况，我们只选做一些基础型和设计型的实验，像基础的汇编语言程序设计，在接口技术这块我们选做一个学生感兴趣且联系实际紧密的内容作为设计型的实验内容，如果条件允许的话，最好安排有实战经验的教师来指导学生实验。当然这些实验可能在教学时间内完不成，需要学生在课余时间内加强实验的学习，如果学生有兴趣的话可以尝试一个综合应用型的实验来巩固所学的内容。

2）针对不同的学生可采用演示法、参观法、模拟法或练习法等多种实验方法相结合的手段，让每个学生都能掌握一些基础的操作知识，并让学生在实验课结束后及时做总结以发现问题。有些实验可以让学生多次练习并鼓励学生做一些创新型的实验。

3 结束语

《微机原理与接口技术》是一门理论性、实践性、应用性都很强的课程，对于计算机专业学生而言，在学时减少的情况下，通过合理调整教学内容，采用多种教学法，课堂教学中采用形象生动的PPT课件及强化实验教学等教学改革，可大大提高《微机原理与接口技术》课程的教学质量，使学生具有一定的软硬件开发能力，为以后的学习和工作打下基础。在改革教学方法的同时，也要求我们讲授这门课程的教师具有相当强的实战经验和科研能力，要不断地学习，及时更新新的教学内容。最后，我们也将会在今后的教学实践中不断地总结经验教训，进一步深化我们的教学改革，完善我们的课程建设。

参考文献：

[1] 左韬,熊庆国.微机原理实践教学方法研究[J].科技信息:学术研究,2007(34).

微机原理论文例5

中图分类号：TP312

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）005-0062-03

作者简介：范云飞（1993-），男，四川南充人，四川理工学院自动化与电子信息学院学生，研究方向为图像处理、智能控制、工业嵌入式；通讯作者：任小洪（1960-），男，四川南充人，四川理工学院自动化与电子信息学院教授、硕士生导师，研究方向为智能测控技术、无线传感网络技术。

0 引言

逆变技术作为非常重要的一门技术，主要应用于电气火车、变频电源、数控机床、光伏并网、燃料电池静置式发电站等领域。早期逆变主要采用模拟电路实现，精度差，不易进行幅值校正与相位匹配，现在常用微处理器生成SPWM方法。目前行业内成熟的逆变SPWM算法很多，较为常用的有对称规则采样法、不对称规则采样法、等效面积法等，其共性问题是原理复杂、程序繁琐、不易理解，初级学者不易上手。本文基于采样控制理论，提出用微元法生成SPWM的算法，在原理复杂度与程序结构上均有较大改进，更适合中低端单片机进行逆变控制。

1 微元法

1.1 微元法原理

令所要产生的正弦波峰值为1，PWM峰值也为1，将要产生的正弦基波进行有限项切割，见图1。计算每项微元对应的函数值，即对应三角函数值，用与微元项周期相同的PWM波对应一组微元项，见图2，则每项微元所对应的函数值是其对应PWM的占空比。在误差范围内，每项微元对应的占空比产生的一系列PWM波即为所需的SPWM波形。

1.2 原理论证

取直流电压幅值为1，所需的正弦波幅值为1，任取正弦基波时刻t（正半周期内），则表明SPWM每一微元项的占空比为sinωt。令微元频率为F，则微元周期为1F。在周期t至t+1F内，此SPWM所对应的冲量为1F・1・sinωt。由定积分原理可知：

由采样控制理论可知，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。所以，原题设得证。

为了SPWM输出经过积分电路后获得一个较为精确的正弦波，输出SPWM波形中的PWM周期应该远远小于积分电路的积分常数τ[2]。而PWM周期过小，则所需的计算量大大增加，造成系统性能降低，且不能明显提高精度[3]。

2 实验论证

2.1 不规则采样实验

以Msp430f169为处理器，基波频率为F，半周期内有限微元数量为N，则基波周期为：

T=1F（6）

微元周期（载波周期）为：

dt=T2・N=12・N・F（7）

则SPWM中，每项微元周期dt对应占空比η为：

η=sin（2・π・t2N），t=0，1，2，3…，N-1（8）

用定时器A和比较器产生SPWM波，表1中数据是将基波周期定为25HZ，载波周期定为32KHZ所产生的正弦数值表，在单片机中用等周期中断查表修改生成与PWM有关的寄存器TACCRx，即可产生SPWM波。

2.2 微元法实验

以Msp430f169为处理器，使用微元算法生成正弦表，见式（7）、式（8），将基波周期定为25HZ，PWM周期定为32KHZ，用MATLAB仿真，其MATLAB源代码如下：

MainFreq = 8 ；F = 25 ；N = 320 ； t = 0 ：N-1 ；

TACCR0 = round（MainFreq *1000000/（ F *N*2））

data=sin（pi/N*t）*（ MainFreq *1000000/（ F *N*2））；

data=round（data）

微元法产生的正弦表同不对称规则采样法产生的表相同。将此微元法生成的正弦表导入Msp420f169进行查表生成SPWM，其生成的双通道SPWM通过示波器显示如图3所示，显示了基波的正半周逆变波形和负半周逆变波形。

将生成的两路SPWM分别通入低通滤波器，即有如图4的波形。

所以，将生成的SPWM驱动相应桥路后通过低通滤波器即可生成所需正弦波，即完成正弦逆变。

2.3 算法对比

上述实验数据表明，在中低端处理器中不能体现算法的精度，原因是中低端单片机自身的系统误差，具体体现在：①中低端处理器系统时钟较低；②自身输出PWM的分辨率跟不上算法精度。同时，精度高的算法较此微分法运行时间长，表明微元法具有一定优势。

因为自然采样法在计算SPWM波的脉宽时要解超越方程，所以在实际控制中不能保证时效性。对称规则采样法、不对称规则采样法均有使用正弦调制波与三角载波相交原理，其中具有复杂的几何运算，且其使用的正弦调制波与三角载波相交原理在初学时不易明白和掌握，同时，其逆变算法不易从特殊推广到一般。本文提出的基于微元法的SPWM算法只需将对应时间的函数值转化为输出PWM的占空比即可产生SPWM，对比之下，此算法具有原理通俗易懂、算法简单、易于推广的优点，适合逆变初学者。

3 算法改进

处理器不易计算三角函数，若此方法用在DSP等高速处理器上，可直接将MATLAB程序转译为DSP代码。若用于单片机等低速处理器，可将三角函数进行傅立叶展开，取前几项，在精度可接受的情况下，也可粗略控制逆变电路。三角函数傅立叶变换等式[5]为：

sin（t）=t-t33！+t55！-t77！+…（9）

当取前3项时，等效变换为：

sin（t）≈t-t33！+t55！（10）

此时，繁琐的三角函数被化为简单的多项式，简化程度可观。

4 结语

本文提出了用微元法生成SPWM，诠释了数字芯片处理模糊量的经典方法，此法用微积分学理念解释了SPWM原理，其原理相比现有成熟的SPWM算法简单通俗，适合初学者参考，也适合研究人员参考。

参考文献：

[1] 熊军华，王亭岭，陈建明，等.三种SPWM形生成算法的分析与实现[J].微计算机信息，2008，24（7）：307-309.

[2] 沈建华，杨艳琴，翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[3] 胡寿松.自动控制原理[M].第5版.北京：科学出版社，2007.

[4] 姜彬，张浩然，郭启军.基于DSP的SPWM不对称规则采样算法的分析与实现[J].微计算机信息，2009，25（4）：210-212.

微机原理论文例6

北京大学微机原理课程是信息科学技术学院计算机系为全校理科院系开设的一门主干基础课。它不但是信息科学技术学院计算机专业和智能科学技术专业本科生的必修课,而且是该学院电子学专业和微电子学专业的核心选修课及数学、物理、生命科学、环境科学及元培学院等院系学生的选修课[1]。

随着信息科学技术的不断发展和社会对人才要求的提高,学院对本科生课程体系进行了改革和建设。微机原理课程在改革中出现了一些新的问题和矛盾。笔者根据亲身实践,对下述问题进行探讨。

1课程的定位和目标

在四年的学习中,信息科学技术专业的本科生除了要掌握数学、物理、电路和计算机四大基础知识,学习相应的专业基础和专业课程外,更重要的是建立系统的概念,学会站在系统的角度分析和解决问题。对于电子专业学生,则要求了解掌握以CPU为核心的电子系统。在选修微机原理前,学生已经学习过电子技术和相关电路知识,要分析和设计电子系统,还必须学习两个新的知识点:微处理器和相关接口技术,这正是微机原理的主要内容。该课可以将微型计算机系统作为电子系统的实例讲授,强调学生建立电子系统的概念。

因此,微机原理课程的定位是:计算机专业硬件基础课程群(电子技术基础、电子技术基础实验、微机原理、微机原理与接口技术实验、计算机组织与体系结构和计算机组织与体系结构实验)中一门重要的专业基础课程,在学生由电路到系统的学习过程中起到承上启下的作用。

课程的目标是:使学生从理论和实践上掌握微型计算机的基本组成、工作原理及典型接口技术,建立微机系统整体概念,具有运用微机技术进行软、硬件设计开发的坚实基础,具有分析解决实际问题的能力和创新意识[1]。

2正确处理传统与现代的关系

计算机科学发展迅猛,新技术层出不穷,因此微机原理课程教学对基础性、先进性和前沿性都有很高的要求[2]。教师在教学中需精心设计课程内容体系,正确处理传统与现代的关系。

大学基础课程教学不同于专业技术培训,必须强调基础。作为专业基础课程,微机原理教学内容组织的指导思想是:从基本概念、基本分析方法和基本能力的培养入手,在保证基础的前提下,吸收计算机技术发展中涌现的新技术,科学合理地更新课程内容,保持先进性和时代性。

具体到课程内容组织,主要分为微处理器和I/O接口技术两大部分。英特尔公司生产的系列微处理器在微机中应用最广,从1971年的“4004”到现在的“Itanium”;I/O接口电路也由原来的分立器件到现在的“南桥”、“北桥”套片,可选的内容非常广泛。

在教学实践中,笔者贯彻基础是根本的原则,选择英特尔 8086 CPU为微处理器部分主要内容,详细讲解其BIU和EU架构、管脚信号、总线时序、指令系统、分段技术及流水线技术等;I/O接口部分以并行接口、串行接口和定时器/计数器接口为例,重点讲解I/O接口的基本原理及典型电路。这种内容组织有利于学生对微机基本原理的学习,避免纠缠于高端CPU等一些技术细节中,冲淡基础知识的学习。

在保证基础的前提下,我们也将现代微机系统中具有代表性的新技术合理引入到教学中来。笔者在课程中介绍了英特尔高性能微处理器的Cache、超标量流水、虚拟存储器、分支预测、PCI总线和多核处理器等技术,不仅开阔了学生的视野,也为他们以后的学习和研究作了铺垫。

3正确处理内容与课时的矛盾

由于信息科学的不断发展,本科生课程体系也在不断改革。课程越开越多,每门课程的课时减少[2]。北京大学微机原理的课时已由原来的72学时减少到现在的54学时。但该课程的特点却是信息量大、教学内容多,于是出现了课程内容多而课时少的矛盾。

笔者采取“重点讲授、引导自学”的教学方法,将教学内容分为掌握和了解两种要求。需要掌握的部分是教学的重点知识,教师在课堂上会仔细讲解、详细刨析;对需要了解的内容,教师只给出引导思路和概括总结,详细内容需要学生课外自学完成。

需要掌握的知识是微机系统中最基本、带有共性的内容,是教师通过研究课程知识体系,探索其内在规律与联系整合出的课程核心知识单元。本课程可划分为6个核心知识单元:

(1) 微型计算机的基本组成与工作原理。

(2) 指令系统与汇编语言程序设计。

(3) 存储器原理与结构。

(4)I/O接口技术。

(5) 总线技术。

(6) 高性能微处理器及相关技术。

同时加强课程配套教材建设,写厚教材,对于需要了解的知识,教材上需详细论述,以便学生自学。

这种教学组织不仅突出了教学重点,以点带面,而且还训练了学生的自主学习能力[3]。

4理论和实践的协调

微机原理是技术性、工程实践性很强的课程,因此实践教学在教学过程中占有非常重要的地位,是培养高素质创新性人才的关键环节。实践课程不是理论教学的附属课,理论和实践只有协调合作,实现互补和互动,才能促进学生知识、能力和素质的全面发展[4]。

对实践教学内容的设计,除了使学生加深理解理论课的知识点外,更重要的是通过实践活动培养学生理论联系实际和分析解决问题的能力。北京大学微机原理实践教学分为上机实习和实验课程两个环节。

上机实习是理论课程的实习作业,主要训练学生自主学习指令系统和汇编语言编程。共分为4个题目,前3个题目为由浅入深的验证性题目,第4个题目为任务性设计题目,训练学生的综合设计能力。

实验课程是独立学分的实验课,主要训练学生的微机接口和系统综合设计能力。实验内容分为基础单元实验和开放性综合实验两大部分。基础单元实验为典型接口实验,使学生巩固对基础理论知识的理解,并培养基本实验操作技能和方法;开放性综合是以任务为导向的系统综合设计题目,训练学生的综合创新能力。学生还可以在教师的指导下自主拟定实验题目,在开放式的实验环境中自主发挥。

在理论和实践协调的基础上,理论课教师和实验课教师定期举行教学例会,协调两者的教学内容和教学进度,真正实现互补和互动,做到“我中有你,你中有我”。如理论课上给出问题指令语句,要求在上机实习中验证;理论课上讲解各种I/O接口的基本原理,而接口芯片(8255、8251、8253等)的具体应用则在实验课上完成;开放性综合实验更是将理论课上的系统概念进行提升,由学生动手实现。

5研究性学习

我国创新型国家的建设需要一大批创新性人才,这对大学教育提出了更高的要求[5]。大学教育的目标不仅是培养学生学习掌握某专业领域的知识和技能,更重要的是培养学生的综合能力和素质,尤其是创新意识和创新能力。创新能力是指学生在扎实掌握基础知识的基础上,主动发现问题、提出问题和解决问题的意识和能力。创新能力培养的关键是引导学生进行独立思考。

培养学生的创新能力有多种方法,如许多教师在课堂上采用启发式教学方法激发学生的主观能动性[6]。研究性学习方法也是培养学生创新思维的一种有效手段。它以学生为主体,让学生就某一专业领域的问题进行深入研究探讨,最终形成自己的见解。在教学中强调学生的主动思考、主动探索和共同参与。

微机原理中的研究性学习也可以采取多种方式。如设置习题讨论课,师生共同进行拓展式研究;还可以在课前指定学生准备讨论题目,课上进行演讲并全班讨论。再如课程设置研究性学习考核点,要求学生按自己的兴趣拟定研究题目,广泛查找阅读资料,撰写研究报告等。

研究性学习的重点在于学习过程,学生通过拟定题目、搜索资料、讨论辩论和形成观点,最终形成创新思维。

6结语

随着微机原理课程教学改革的不断深入,教师在教学过程中一定还会遇到一些新的问题。只要教师潜心教学研究,用心对待教学,对待学生,就一定会找到解决问题的方法,提高教学质量。

参考文献:

[1] 王克义. 非计算机专业微机原理课程的改革实践与研究[J]. 计算机教育,2005(11):37-39.

[2] 刘春玲. 微机原理及应用课程教学改革探讨[J]. 武汉科技学院学报,2007(10):70-72.

[3] 池进. 创新教育教学方法 提高教学质量[J]. 高等理科教育,2008(6):70-72.

[4] 果莉,李文哲,杨方. 加强实践教学,培养学生创新精神与实践能力[J]. 实验技术与管理,2009(1):14-16.

[5] 李福华. 实行开放式研究性教学,培养研究生的实践能力和创新能力[J]. 实验技术与管理,2009(5):18-20.

[6] 丁旭阳,罗惠琼,范明珏. 计算机教学中学生学习主动性的培养[J]. 计算机科学,2009(7):5-6.

A Discussion of Some Topics in Microcomputer Theory Teaching

WANG Zhi-jun, WANG Ke-yi, YANG Yan-jun

微机原理论文例7

《微机原理》是高等院校理工科专业的一门重要的专业基础课，也是一门核心课程，是其他相关专业课程如《单片机原理与技术》、《嵌入式系统》、《ARM技术》学习的纽带和桥梁。《微机原理》课程学习目的是让学生掌握微型计算机各主要芯片的功能、布线方法、控制方法，能针对具体的硬件电路编写汇编程序，使学生建立微机系统的整体概念，具有应用接口芯片软硬件开发的初步能力。

在《微机原理》教学过程中，由于目前学生入学门槛较低，学生总体素质也有所下降，教师深深的体会是学生对于这门课程的学习兴趣前高后低，爱学习的学生数量前多后少，能学懂的学生数量前多后少，课堂学习气氛前浓后淡。而《微机原理》课程理论性很强，技术原理很抽象，知识点多，学生普遍感到这门课程难学、难懂、概念抽象、感性认识差，学习目标不明确。学生学习完了这门课程后，总体概念建立不起来，思路不清晰，再加上大量汇编语言编写的初始化程序和应用程序，学生对于接口芯片工作原理和在计算机中的实际应用模糊不清，更谈不上创新设计。

一、教学困境产生的原因

1.学习目标不明确

微机原理课程一般选择以Intel x86CPU为基础，系统介绍了微机系统、存储器系统、外设接口的工作原理和应用技术以及汇编语言程序设计等内容。 但由于计算机技术及器件的进步，教材中出现的大部分器件也已很少在工程实践中采用。而实际的设计采用单片机或嵌入式系统，或基于板卡的设计，这使得微机原理重实用教学目的变得模糊，学生觉得课程不实用，学习积极性不高。

2.内容繁杂抽象，学习兴趣低

《微机原理》的先修课是数字电路、高级语言设计等，其后续课程有单片机、ARM应用等，起到承上启下的作用。《微机原理》作为衔接基础课与专业课的一门课程，课程中的硬件电路内容需要数字电路知识，汇编语言程序设计需要C语言基础。但目前学生入学门槛低，学生素质总体下降，若学生先修课知识不足，而课程的很多概念内容又是初次接触，学生对微机系统整体概念无法明确把握，学习就有一定的难度。并且教师主要进行《微机原理》理论讲析，单纯的理论学习使学生觉得学习内容枯燥乏味，降低了学生学习的积极性。

3.课时减少

《微机原理》课程覆盖知识面比较广泛，课程内容包含：基本组成电路触发器、寄存器等；微机基本结构和工作原理；汇编指令和程序设计；各种I/O接口等。课程教学内容信息量多, 知识点零碎，记忆的内容多，电路不可见的，逻辑原理抽象难学，而微机原理的课时的减少也增加了教学难度。

4.课程功能内容相对陈旧

目前很多教材以Intel x86CPU为基础，根本不提及32位CPU和新技术，或者仅简要阐述32位CPU。所以新技术新知识基本无法涉及，学生感觉课程与社会生产脱节，学习时就带有一定的排斥性。

5.实践环节薄弱

目前，高校《微机原理》课程的实践教学只能流于表象，与实践教学应重视实际应用的教学思路严重脱离。学生通过实验箱仅操作一些验证性实验，在实验箱上连接几根连线就可以获得实验结果，没有发挥学生的自主创新能力；即使综合设计性实验，也是实验教师给出连线图和程序。这样的实践环节对学生的课程学习起不到太大作用。

二、改革教学的思路

1.以 Proteus仿真软件为基础，结合理论教学，活学活用

《微机原理》是一门软硬件结合的课程，硬件电路图多，线路复杂，采用传统板书教学画图会占用很多课堂时间，或者利用挂图或使用幻灯片教学效果也不理想。

在讲授存储器扩展、接口电路的教学可以利用Proteus软件绘制出电路图，对一些重要的控制线和状态线做出标注并在课堂上进行讲授，这样可以使学生对Proteus软件有了初步的认识，对他们日后学习和了解完整电子产品研发过程有所帮助。

2.改变教学方法

采用传统的教学方式，由于器件的高度集成化，器件看不见也摸不着，教学内容抽象，教学效果差。而采用多媒体进行辅助教学，可以将抽象的内容直观化、形象化的演示，这既省去板书的时间，又能形象、美观的展示教学内容，有利于提高了教学效率，和学生的学习兴趣。讲解汇编指令可以借助汇编语言的调试工具DEBUG软件。通过DEBUG软件调试程序，可以让学生直观了解指令执行结果，使学生快速了解指令的功能，提高学生学习效率。

3.加强实践教学环节

实践教学在《微机原理》教学过程中应该是非常重要的，是培养创新性人才的关键环节。但是大多数高等院校的实践课程沦为了理论课程的附属课，只是作为验证理论教学的工具，不与社会生产结合，无法促进学生向高层次发展。应将实验教学分为基础实验教学和开放性实验教学。通过基础实验教学巩固学生对基础理论知识的理解,使学生掌握实验的基本技能、方法。在开放性实验教学中，在教师的指导下学生应在实验环境中自主发挥，训练的学生综合创新能力。

4.教学内容的安排

对于教学内容的安排，教师可以采用采取“重点讲授、引导自学”的教学方法。对教学重点内容，教师在课堂上要详细讲解、仔细分析；对教学了解内容,教师可引导学生自学完成。通过这种教学方式，可以简化教学内容，突破教学难点。

三、总结

《微机原理》是一门实践性较强的课程，教师只有掌握并运用富有特色的课程教学理论，加强学生的实践应用，提高学生的创新性，使学生真正掌握微机系统的设计能力，这样才能提高学生对于这门课程的认知度。

参考文献：

[1]李振宇.数学专业“微机原理”课程教学探讨[J].计算机教育,2008(6):69-71

微机原理论文例8

微机原理设计性试验教学模式实施思路

微机原理设计性试验教学模式与老旧的理论教学体系不同，在微机原理课程教学中，我们强调了设计性实验的重要性，并以设计性试验为中心开展教学工作。首先普及能够使学生完成实验的知识，然后以设计性实验本身作为目标，由学生自主进行探索，最后在对实验结果的分析、验证的过程中提升自我处理问题的能力，并完善理论知识，为接下来的课堂教学打下基础，确保学生成为课堂的主人并且将老师从传统的教授者的角色中解放出来，从不同的角度引导学生思考，使学生的自主学习能力大大提升。

设计性实验为牵引的微机原理课程教学法分析

（一）新教学模式与传统教学模式的区别所在

在传统的教学模式当中，通常在理论教学之后再进行实验，而在以设计性实验为牵引的新教学模式中则充分凸显了实验的重要性，转而在理论教学之前就安排实验课程。由于传统的理论教学过于强调了理论知识的重要性，为了避免学生走弯路，所以将实验安排在理论教学之后，因此实验的本质也由设计性试验变成了验证性试验。虽然这样的教学方法能够最大限度的达到原有的教学目标，但是在不知不觉中使学生习惯于被动接受知识，降低了其自我思考的能力，并且很难普及工程方面的知识。

（二）新教学模式的特点

使用设计性试验来引导教学，能够在最大限度保留传统理论知识教学优点的前提下，最大限度的发挥学生的主观能动性，将验证性试验转化为设计性试验来普及理论知识，在实验过程中充分暴露学生的不足之处，在理论教学的过程中进行补充。这种方法能引导学生临场对问题进行分析，在不断的探索之中完善原有的知识体系。

设计性实验为牵引的微机原理课程教学模式的进一步思考

（一）设计性试验与常规模式的区别

以设计性试验为主的教学模式能更好地与实践相结合，通过生动的实验来增强实际的教学效果，学生与老师都能乐在其中。而设计性试验教学模式却无法适用于知识体系较复杂的科目。而常规的授课模式教学周期较长，能够给与学生充分时间进行思考，适用于需要一定时间来贯彻落实的理论性课程教学之中。

（二）尚待修改的不足之处

目前，微机原理实验课所用的实验箱硬件电路一般是固定不能更改的，缺乏灵活性，不利于开展创新设计性实验。通过使用EDA仿真软件，就可以让学生脱离实验箱硬件，在EDA仿真软件上进行创新设计性实验项目的电子线路设计。教师在实验的过程中即使仔细讲解了实验的内容，但是缺少配套的硬件设备来对实验的成效进行考核，让学生重视实验的硬件选取。教师要要抛弃成品开发实验板这样的老旧设备，转而使用更先进的面包板，同时训练学生对软件和硬件的操控能力。

微机原理论文例9

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0079-03

一、背景及意义

自动控制技术是一门非常重要的现代科学技术，广泛应用在电力、冶金、汽车制造、机器人、航空航天、军事、智能家居等领域，在人类生活的各个领域创造了一个又一个文明，影响着人类的生产生活方式，因此人们需要掌握一定的自动控制技术。《自动控制原理》是学习自动控制技术的基础学科，是许多专业的基础课，掌握好《自动控制原理》是必要的。《自动控制原理》具有理论性强、实践性强、内容抽象、系统分析繁杂、涉及的知识面广等特点。学生学习起来具有一定的难度和深度，而且学生容易陷入枯燥、厌学的恶性循环，这会阻碍学生的学习[1-3]。传统的《自动控制原理》课堂教学是师生之间面对面地交流，教师可以根据学生的听课状态了解授课情况从而可以随时微调教学内容及进度，课堂的教学环境容易营造一种浓厚的学习氛围，有利于学生快速进入角色，使学生听课注意力集中，这有利于及时交流，所以传统课堂教学在大学以其不可比拟的优势占据主导地位。但是也有着不足，例如课堂学习的时间有限、不够自由灵活、课堂教学情景无法再现等。因此需要发展一些辅助教学来弥补传统课堂教学的不足，增加传统课堂教学的手段和丰富教学内容，做到以传统课堂教学为主，辅助教学为辅。

21世纪初，随着计算机的发展、互联网的出现使辅助教学发展翻开新的篇章。以互联网为基础的E-Learning（在线学习）学习方式弥补了上述不足，以互联网及其强大的信息交换能力，使学生可以重复观看上课录制好的教学视频、教师上传的教学课件等，但是在实践过程中发现，虽然E-Learning学习方式能够在一定程度上增加学习的自由性、激发学习的兴趣，但仍旧不可避免地受到电脑、网络以及不能随时随地沟通的约束[4]。因此，在近年来，我校师生积极探索新的辅助教学方式――以手机终端为基础的M-Learning（移动互联学习）学习方式。

M-Learning顾名思义是基于移动终端的教学方式。以智能手机和4G网络为代表的移动互联网的迅猛发展，使人们的生活方式发生着巨大的改变，越来越多的人变得手机不离手。大学生作为智能手机使用者的中坚力量，无时无刻不在使用手机，因此出现了所谓的“低头”族。辅助教学新阶段M-Learning（移动互联学习）正在被应用到大学课程教学中。M-Learning辅助教学不仅具有E-Learning辅助教学的各种功能，还能弥补E-Learning辅助教学的不足，如在移动平台上可以随时随地进行沟通。此外，它的特点还有信息传播更加快速化、微型化、碎片化，信息获取也更加自由，师生之间可随时随地进行互动，等等。

在智能手机琳琅满目的APP应用中，微信这一款即时通信免费聊天软件无疑是最具发展成移动教学平台潜力的。《企鹅智库：2016年微信影响力报告》表明，学生使用微信的比例达到14.4%；平均每天打开微信10次以上的用户达到61%；35.8%的微信读书用户提升了自己的阅读量。微信月活跃用户规模达到6.5亿。这说明微信在人际互动交往软件中占绝对统治地位，因此开展以微信为基础的移动互联网教学具有良好的使用基础。

二、微信具有的功能

微信是一款功能强大的即时通信软件，主要功能有聊天、朋友圈分享、微信公众号等。微信的聊天系统有强大的功能，不仅可以发送文字，还可以发送语音、图片、视频和office文件等。语音、视频交流使人与人之间的交流更加密切和方便，可浏览office文件的功能使办公更加方便。我校《自动控制原理》教师已经建立以专业为单位的“自动控制原理”微信交流群，群内包含任课教师及学生，在群组内学生可以S时随地向教师询问相关问题，教师也可以任务书。同时支持私聊和群聊的聊天模式使人际交往更加灵活，使得教师除了一对多的答疑外，也可以进行一对一的辅导。除聊天系统功能强大以外，朋友圈分享功能也是微信的一个特色。微信的朋友圈分享可以实现文章的转发、文字和图片的发表或者视频的链接，朋友圈还具有强大的评论功能，这个功能不同于QQ的说说，没有互加好友的人不能看见对方的评论。除了上述两个常用的功能外，还有面对面加群、附近的人、摇一摇等功能，具体见表1[5]。

除了个人用户的功能强大之外，微信还推出了公众号功能，公众号可以实现自媒体活动，即实现一对多的媒体性的行为和活动。微信公众号分为“服务号”和“订阅号”，作为个人目前只能申请订阅号，在订阅号中可以向所有关注的人推送微消息、微活动、微语音、微视频等。我校教师尝试建立并完善以《自动控制原理》教学为内容的公众号，在公众号内搭建多个板块，如科技前沿、历史回溯、教学天地等，并且每位教师随时可以推送与自己研究领域相关的文章、前沿科技等。

微信所展示出的各种功能与以往的E-Learning方式相比，使学生的学习方式更加灵活、自由性更高、时间地点的约束进一步降低。同时它是课堂教学的进一步延伸，无论是答疑解惑还是丰富课堂教学内容都具有良好的效果。

总之，微信整合了手机短信、通话、邮箱、论坛等多种功能，形成了一个操作简单、高效的多模态、一体化的移动交互平台。微信的这些功能不仅使人们的生活更加方便，同时也为《自动控制原理》课程的改革提供了新的发展方向和平台。

三、微信教学具有的特点

虽然微信具有如此之多的功能，但是操作起来却一点都不烦琐与复杂，而且在不同功能之间切换很方便。例如，在信息交流时，语音和文字功能相互转换比较方便，可根据自己的使用环境选择一种方便的输入方式。

微信的信息一般以简短的文字内容、快速的照片分享等“微”信息为主，适合当下“快餐式”的阅读习惯，同时由于信息具有“微”特点，使得信息更灵活，内容更丰富，以及信息传递更加精准[6]。

微信交流具有实时性，这使教师和学生不必专门准备特定的时间进行沟通和学习。同时作为“互动式”教学方式，教师不仅能有效地传递知识，而且能够及时地从学生的学习和疑问中得到教学效果反馈，从而及时调整教学进度。

朋友圈不仅能够状态、心情以及最近的活动，同时也可以使师生之间的互动更加密切，建立起亦师亦友的关系。同时，学生也可以最新的成果、作品以获得成就感和满足感。

四、基于微信平台的教改

我校师生积极探寻如何利用微信开展《自动控制原理》的课程教学，以满足学生的学习要求。微信教学平台的具体内容如下：

朋友圈：学生可以通过微信朋友圈扩散消息。例如，学生可以发送一些与《自动控制原理》有关的文章、学习技巧、科普知识等，也可以推送自己做出的成品以及自己的发明创造等。教师可以通过朋友圈对学生的内容进行点赞、评论等，增加与学生之间的互动。这不仅可以从学习上关心学生，更可以从生活上及时送上关心和分享学生的喜悦，使师生之间能够加深了解，打破传统的师生身份的观念，建立起亦师亦友的关系。例如，曾有位学生腿部骨折却无钱治疗，我校师生通过朋友圈U散消息来筹集资金，并为他送上关心和祝福。

微信群：任课教师可以建立以上课班级为单位的微信群。教师通过该群可以组织学生学习讨论，可以发起课程评价，也可以进行统一答疑、布置作业等。学生在群里还可以畅所欲谈，减小师生之间的身份差距。当然，任课教师除了这种一对多的辅导之外，还可以进行一对一的辅导。智能手机的便利性，使这种交流可以随时随地进行，它打破时空的局限性。例如，在下班回家的公交车上，教师就可以通过语音的方式完成交流讨论。

微信公众号：公众号的合理设计可以极大地增加学生学习的乐趣和对信息的获取。例如，公众号下可以列举各位任课教师的特点、研究领域等以供学生根据自己所喜好的方向有针对性地选择教师来辅导。也可以推送如生产生活中的创新性应用的实例和前沿科技发展理论等资料，来增加课程的趣味性和吸引力，令整个课程显得丰富多彩。目前，我校教师建立了“华电自动控制原理”的微信公众号，公众号的内容性还在不断探索和完善。

利用微信平台建设移动互联网教学主要集中在课外的延伸以提高兴趣、课后的复习以巩固知识和课下的交流以方便答疑，但这不并是说微信在课前和上课时不能被加以利用。例如，在课前，教师可以通过微信群通知学生需要准备的资料、需要预习的内容等；课后，上传与下节课内容有关的动画等以此激发学生的学习兴趣；再如微信表情中筛子功能，可作为上课随机点名回答问题的方式；利用微信群可以在课上做问卷调查等。

五、结论

基于微信平台的《自动控制原理》辅助教学不仅能够弥补传统课堂教学、网络教学的不足，打破课堂教学的时空限制和原有网络教学的局限性，还在此基础上丰富了教学手段、增加了学习趣味。这一辅助教学不仅仅变革了教学形式，还改变了教学理念，使“灌输式”学习变革为“交互式”学习，同时，更加注重学生的学习质量、学习体验，它进一步推动了教育信息化的发展，完善了教学内容。

参考文献：

[1]谢静超，毕月虹，刁彦华，等.土木建筑教育改革理论与实践（第12卷）[C].武汉理工大学，2010：433-435.

[2]李振龙，乔俊飞，孙亮，等.自动控制原理课程体系结构和教学方法探讨[J].教学研究，2009，32（2）：66-68+72.

[3]刘羡飞，李俊红.结合大学生特点谈“自动控制原理”的教学改进[J].中国教育技术装备，2008，（Z1）：67-69.

微机原理论文例10

1 对“波义耳把化学确立为科学”的传统解释

“波义耳把化学确立为科学”，是恩格斯的著名论断之一，语出恩格斯《自然辩证法》第2、3节“自然科学各个部门的循序发展”（〖1〗,p.28） 。奇怪的是，恩格斯在谈到生理学、比较形态学和比较生理学等学科成为科学时，都说明了原因，但是，恩格斯没有对“波义耳把化学确立为科学”作出任何解释。持马克思主义观点研究化学史和化学哲学的学者，经常引用和注释这条经典，其基本观点是：波义耳提出了科学的元素定义，从而“把化学确立为科学” 。

现以在国内颇有影响的化学史书籍《化学发展简史》为例：

在化学领域，十七世纪英国资产阶级早期活动家波义耳（robert boyle1627-1691）对一系列新的实践经验，进行了总结，为化学元素作了一个科学的定义，为使化学发展成为真正的科学做出了一项重大的贡献，为人们研究万物的组成指明了方向，因而它是化学发展中的一个转折点。对此恩格斯给予了高度的评价，他曾指出：“波义耳把化学确立为科学”。（〖11〗,p.72）

然而，据对波义耳原著的研究，发现波义耳根本就没有提出过什么“科学的”、“近代的”元素定义（〖5〗,pp.95-98;〖6〗,p.380;〖7〗,p.17;〖8〗,p.76;〖9〗,pp.240-242）。波义耳从根本上怀疑元素的存在；波义耳除了批判元素概念以外，绝不给元素概念在化学研究中留下一点地位。

如果波义耳果真没有提出“科学的元素定义”，那么，恩格斯的论断“波义耳把化学确立为科学”是否就不能成立了呢？我们究竟应该在何种意义上理解“波义耳把化学确立为科学”这一论断呢？

2 对波义耳元素定义的误读

人们常常引用的波义耳关于化学元素的定义，出自波义耳《怀疑的化学家》一书。在研究波义耳关于化学元素的定义之前，我们简要地介绍一下《怀疑的化学家》的主要内容。

波义耳《怀疑的化学家》（the sceptical chymist），出版于1661年 ，其实这本书几年前就写好了，并且私下流传着（〖12〗，p.386）。波义耳著述甚丰 ，在今天的人们看来，《怀疑的化学家》是波义耳著作中最著名的一部，但是，在波义耳那个时代，这部书并不比他的其他著作更出名，也不比他的其他著作更重要（〖4〗，p.465;〖7〗,p.19）。这一事实丝毫无损于《怀疑的化学家》对化学发展的意义。

《怀疑的化学家》在机械论哲学的指导下，以实验为基础，试图彻底清除亚里士多德的四元素说（即一切物体皆由土、水、空气和火四种元素组成）和帕拉塞尔苏斯的三要素说（即盐、硫、汞是构成一切事物的要素）。波义耳把四元素说和三要素说视为“难兄难弟”，波义耳决定一剑双雕，彻底斩断它们。他说：“••••••我所要提出的许多东西，••••••都可不分彼此地适用于逍遥学派的四元素说和化学家们的三要素说，尽管我的某些反对意见可能更多地偏重于后列出的三要素说，但这不过是因为化学家们的假说看起来似乎更要比另一个得到了更多的经验支持，因此，着重围绕这一学说进行反驳才是当务之急，尤其还要看到，绝大多数的被用来反驳该学说的论据，只须略作变更，即可被用之于反对亚里士多德学派的学说，并足以强有力地驳倒这个缺乏根据的学说。”（〖2〗,p.29;〖3〗,p.33）

此书以对话体写成，也许波义耳是想效仿伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书的手法。书中的卡尼阿德斯（carneades），是波义耳的代言人，波义耳借他之口提出自己的疑问，表达自己的观点； 弥修斯（themistius）,是亚里士多德学说或逍遥学派的信徒；菲洛波努斯（philoponus）是三要素说的代言人；埃留提利乌斯（eleutherius）是一位中立者；书中还有一个“我”，充当书记员。

在《怀疑的化学家》中，波义耳主要讨论元素的数量及其对物体性质的影响，以及火术分析的机制。

针对四元素说和三要素说，波义耳提出了三个疑问：

第一，那些被逍遥学派和医药化学家、炼金术士认为是元素或要素的东西，真的是原始的、简单的物质吗？

第二，是不是每一种混合物体都包含有全部四种元素或三种要素？

第三，元素或要素的数量，是否真的仅限于亚里士多德学派所说的那四种，或者帕拉塞尔苏斯学派认为的那三种？

这里讨论的核心概念是元素或要素。为了避免“为空洞的词或术语或概念而争吵”，讨论的各方决定在讨论的开始就必须对元素或要素的概念达成一致的理解，“对要素或元素这两个词自始自终应如何理解作出规定”。他们异口同声地欣然同意在辩论时将元素和要素当着等同语加以使用，“都是指那些原始而简单的物体，而结合物则可说成是由它们组成的，并将最终分解成它们。”（〖2〗,p.13;〖3〗,p.19）这是元素的概念在《怀疑的化学家》中第一次出现。

经过了严密的有根有据的讨论，波义耳对上述三个问题给出了否定性的答案。这里我们看看波义耳针对第二个问题所做的部分回答。

“虽然化学家们宣称他们从某些物体中提取了盐，从另一些中得到了汞，又从一些中得到了硫；但他们却从未告诉我们运用其中的何种方法能够从一切种类的矿物中毫无例外地分离出来任何一种要素，无论是盐，还是硫或汞。因此，应该允许我下出这样一个结论，在这些元素中，没有哪种可作为一切物体的某种普适组分，倒是有些元素并不能成为其为这样一种组分。”（〖2〗,p.196;〖3〗,p.212; 〖15〗,p.55）

“我从未发现从金或银（暂时不列上其他金属）中能够分离出我们通常所说的那种土或水，因此，我可以给出以下结论以反驳我的论敌们的论点，这就是，土和水这两者绝非所有的那些被当作是完全结合物的物体所共有的组分。”（〖2〗,p.197;〖3〗,p.213;〖15〗,p.55）”

在波义耳认为他已经摧毁了四元素说或三要素说的时候，他继而开始怀疑元素究竟是否存在的问题。于是，波义耳第二次给元素下了一个定义。这就是人们“频繁地引用而又同样频繁地误解”（〖8〗,p.76）的那个定义。

现在我们来推敲波义耳关于元素的定义。为准确起见，现将原文和中译文一道抄录如下：

and,to prevent mistakes,i must advertise you,that i now mean by elements,as chymists that speak plainest do by their principles,certain primitive and simple,or perfectly unmingled bodies;which not being made of any other bodies,or of one another,are the ingredients of which all those called perfectly mixt bodies are immediately compounded,and into which they are ultimately resolved:now whether there be any one such body to be constantly met with in all ,and each,of those that are said to be elemented bodies,is the thing i now question.（〖2〗,p.187）

而且，为避免误解，我必须事先声明，我现在所谈的元素，如同那些谈吐最为明确的化学家们所谈的要素，是指某些原始的、简单的物体，或者说完全没有混杂的物体，它们由于既不能由其他任何物体混成，也不能由它们自身相互混成，所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分，是它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也将分解成它们：然而，究竟是否存在这样的物体，即它们在所有的物体中总能找得到，而且它们都是所谓元素化的物体，则是我现在要怀疑的事情。（〖3〗，p.202；下划线为本文作者所加，此处译文与中译本略有改动。——刘立注）

仔细分析这段文字，可以发现：

第一，波义耳清楚地定义了“元素”概念。这里波义耳对元素作如是定义：“是指某些原始的、简单的物体，或者说完全没有混杂的物体，它们由于既不能由其他任何物体混成，也不能由它们自身相互混成，所以它们只能是我们所说的完全结合物的组分，是它们直接复合成完全结合物，而完全结合物最终也将分解成它们。”著名化学史家j•p•帕廷顿（partington）将元素的定义从上段文字中“剥离”出来，断章取义，以为这个元素定义就是波义耳所要提出的元素定义（〖11〗，pp.77-78;〖3〗，汉译者前言）,并且认为这是“把波义耳称为近代化学奠基者”的三个理由之一。（〖11〗，p.74）后来许多学者据此以为波义耳提出了近代的、科学的元素定义。这实在是一种误读。问题主要出在包括帕廷顿在内的许多学者都忽视了波义耳元素定义中的两个重要从句。

第二，波义耳的元素定义并非具有原创性。波义耳用一个从句说，他所谈的元素跟化学家明明白白所讲的要素，其意思是相同的。早在1641年，巴黎皇家学院的克拉夫（e.d.clave）就给元素下了很好的定义，即元素是“简单的物体，混合体最初由它们组成，并且最终将分解成它们或者可以分解成它们。”（〖5〗,p.85；〖13〗，p.38）其他化学家对元素也做过类似的定义。波义耳的元素定义与前人的定义本质上是一致的，因此我们认为波义耳的元素定义并不是原创的。著名科学史家r.s.westfall亦指出，波义耳“只是重复了元素的传统定义”。（〖7〗,p.19;〖8〗,p.76）

第三，波义耳的元素定义并非具有近代性。波义耳的元素定义与近代的化学元素定义有着显著的区别，其区别是如此之大，使得我们看不出该定义具有任何现代性：该定义假设，我们在任何物体中都能找到那几个屈指可数的元素，而且任何物体都应该分解成同样数目的元素，因此任何物体都是由同样数目的元素按不同的方式排列而成的。波义耳的元素定义丝毫没有这样的意思，即可能有某种物质（元素本身除外），其组成元素会少于四种（按四元素说的观点）或三种（按三要素说的观点）。显然，这跟近代化学元素定义有着本质的区别 。研究波义耳的权威化学史家marie boas hall在她为《科学家传记辞典》（dsb）撰写的波义耳条目中指出，“波义耳没有提出过近代的元素定义，但是他（特别地、故意地）给他那个时代化学家所理解的元素下了一定清楚的定义。”“波义耳从来就没有接近于提出近代的元素定义。”（〖6〗,p.380）

第四，波义耳从根本上怀疑元素的存在。上述文字中最后一个从句“究竟是否存在这样的物体，即在所有的物体中总能找到它们，而且它们都是所谓的元素化的物体，则是我现在要怀疑的事情”，表明波义耳对元素的存在持怀疑的态度。波义耳在《怀疑的化学家》中有多处表示对元素的存在表示怀疑。如波义耳说：“我就实在看不出有什么理由非要相信存在着这样的一些原始而简单的物体，说大自然正是用这些作为先在的元素才得以复合出一切其他物体。”（〖2〗,p.224;〖3〗,p.238）其实，《怀疑的化学家》这整部书乃是致力于否认元素存在的可能性。（〖7〗,p.19）在波义耳看来，元素是一个“错误的、使人误入歧途的概念”。（〖6〗，p.380）

综上所述，波义耳实际上并没有提出科学的、近代的元素定义，而且波义耳明确否定元素的存在。那种认为波义耳提出了科学的元素定义而“把化学确立为科学”的观点肯定是站不脚的。既然如此，恩格斯的论断“波义耳把化学确立为科学”是不是也站不脚了呢？看来，有必要对这一论断进行再认识。

3 1661年前的化学：炼金术、医药技艺和冶金技艺

“波义耳把化学确立为科学”，这句话本身提示我们，要分析波义耳之前的化学状态，波义耳的化学活动及其产生的影响，才能搞清楚化学经波义耳之手后变成了什么样子。

在近代之初，化学沿着三个主要趋势发展。首先，炼金术研究仍然盛行；其次，化学知识转用于医药；第三，化学同矿业密切结合。炼金术士、冶金家以及医药化学的活动，无疑产生了各种可以作科学解释的结果，但是他们的目标均属实用性质，而不属于科学；他们的实验旨在产生实际利益，而不是促进对化学现象的科学理解。他们的思维受到四元素说或三要素说的支配，即认为这些有限的元素或要素按不同的比例结合，构成世上万物。虽然亚里士多德的四元素说（土、水、气和火）似乎可以为化学提供一个可能的理论基础，但是，亚里士多德的信徒们从来就没有搞出一个亚里士多德化学体系出来。帕拉塞尔苏斯反对亚里士多德的四要素说，提出了三要素说：任何物体都是由盐、硫和汞组成的，它们分别对应于身体、心灵和灵魂。这一物质理论部分可以用来解释化学现象，当作化学理论。迄至17世纪中叶，化学领域中一直是帕拉塞尔苏斯化学占主导地位。

17世纪中叶以前的化学，与其说是自然哲学，倒不如说是实验哲学。试比较力学与化学研究的方式之不同。力学研究者以笔和纸作为工具伏案工作，而化学研究者则是在火炉上架起坩埚和蒸馏器在那里辛勤工作。自然哲学家、绅士派的学者们常常轻蔑地称化学家是“被浓烟薰得漆黑的经验主义者”，说“他们都谈不上是哲学家（虽然他们自己喜欢以此自称），因为他们被他们自己炉子里的烟雾蒙住了双眼，搅昏了心智”（〖3〗p.23）。化学家笃信火是无经不克的分析工具，可以将混合物分解成他们的元素或要素，揭示事物的本质。正如帕那塞尔苏斯的一个信徒告诫他的读者们：“购置煤炭，建造炉台，不厌其烦地注视并用火操作。用这种方法而非其他方法，你们将获得对事物及其性质的认识。”（〖17〗）那些炼金术士和医药化学家、冶金化学家，在某种意义上可以说是一批“用火操作的哲学家”。

这种重视实验的化学研究带来了经验知识的急剧增长，但是，当时的化学由于缺乏合理的理论结构，无法把握零碎散乱的经验知识，也无法为经验研究提供理论指导。

1661年以前，化学远离自然哲学的主流，尚未确立为一门独立的学科。

4 波义耳与机械论哲学、微粒哲学和机械论化学

统治了西方自然哲学达2000年之久的亚里士多德学说，终于在17世纪被一种新的自然哲学所推翻，致使关于自然的研究发生了一场深刻的革命，这就是机械论哲学（mechanical philosophy）。机械论哲学后来成为科学家的“工作假定”，到牛顿的《自然哲学的数学原理》（1687年）发表时，机械论哲学已经在欧洲科学中占统治地位。（〖16〗,p.154）

笛卡尔（rene descartes）是十七世纪机械论哲学的主要建筑师。笛卡尔不仅对力学、光学、几何学做出了巨大的贡献，而且对机械论哲学的建立也做出了杰出的贡献。笛卡尔在他的《哲学原理》（principia philosophiae,1644年）详细阐述了机械论哲学。

笛卡尔认为，自然是由物质构成的一架机器，它的运行跟机器一样，服从力学规律。物质由不连续的微粒组成，这些处于运动的微粒相互碰撞，就产生了自然现象。尽管单个微粒在相互作用中可能会改变其运动状态，或停顿，或加速，或改变方向，但是宇宙中运动的总量却是保持恒定不变的。这是笛卡尔机械论宇宙的基本法则。自然界中任何活动现象都可以用物质和运动来解释，无需引入任何非机械论的动因来解释。

机械论哲学试图把物体的性质和活动，都归结于组成该物体的微粒，它的运动、形状和广延。笛卡尔反对用终极原因或目的论来解释物体的性质和活动，他强烈抨击当时占统治地位的亚里士多德学派或经院学派解释自然现象的方式，他们到处用“实体形式”和“隐秘属性”等词语。笛卡尔宣称，整个宇宙中的任何现象，无一不可用“纯物质的原因——即完全独立于人的心灵和思维的原因”来解释。笛卡尔甚至应用机械论哲学解释了磁现象（〖8〗,pp.36-38）、动物和人体的生理现象以及心理现象（〖16〗,p.157）。

笛卡尔创建机械论哲学，是对17世纪科学改革的一个巨大贡献。但是，需要指出的是，笛卡尔的机械论哲学虽然是机械论哲学中最突出的，但并不是唯一的。在英国，霍布斯（thomas hobbes）提出了类似的哲学，不过没有笛卡尔的那么精致；在法国，原子论的主要复兴者伽桑狄（pierre gassendi）也提出了相似的观点。各种版本的机械论哲学大同小异，我们求同存异，可以发现他们在以下观点上是一致的：

1 要将“隐秘动因”（如爱、憎、亲和力）从自然界中彻底清除出去，任何自然现象都是物质过程的必然结果。

2 自然界是由物质组成的，物质是中性的，区别在于构成物质的微粒在尺寸、形状、运动等方面存在着差异。

3 自然哲学的纲领，就是要说明所有的自然现象都是微粒之间直接地相互作用而产生的。

机械论哲学犹如一阵清风，感召着那些对研究自然有兴趣的人们。他们相信，惟有从机械论哲学的观点，才能达到对自然的真正理解；相比之下，亚里士多德的自然哲学显得太浅薄，它对自然的解释总是用那些陈词滥调。他们还相信，任何新的发现，都可以从机械论哲学的观点来解释，整个世界都可以囊括在机械论哲学的范围之内。无怪乎，荷兰的惠更斯、英国的波义耳等人都对痴迷于机械论哲学；事实上，十七世纪下半叶欧洲任何一个重要的科学人物，无一不信奉机械论哲学。（〖7〗,p.17）“机械论”（mechanical）对波义耳和他的同时代人来说，是与“亚里士多德主义”和“神秘主义”针锋相对的一个概念；在他们看来，惟有机械论的解释才是理性的解释，这样的解释与力学原理相符合。

在英国，波义耳被同时代的人们称为“机械论哲学的重建者”（restorer of the mechanical philosophy）（〖4〗,p.414）。孩提时代起，波义耳就熟悉伊壁鸠鲁的原子论；他广泛阅读机械论哲学的代表人物的著作，如培根的《新工具》（1620年）、笛卡尔的《哲学原理》（1644年）。波义耳博采众家，不仅掌握了机械论哲学的要义，而且创建了自己的机械论哲学，即微粒哲学（corpuscular philosophy）。波义耳之所以要用“微粒”这个中性词汇来表达的机械论哲学，是因为，第一，波义耳既拒斥伊壁鸠鲁的原子，又拒斥笛卡尔机械论所说的粒子那复杂的等级结构；第二，波义耳希望，使用“微粒”这个中性词汇来谈论问题，可以为所有的机械论哲学家所接受和信服，不管他们信奉何种物质理论（〖4〗,p.467;〖6〗,p.379）。波义耳在1666年出版的《形式和质料的起源，根据微粒哲学》完整地阐述了他的微粒哲学。该书的出版者指出，波义耳的理论，虽然与伊壁鸠鲁的理论和笛卡尔的理论有类似之处，但是，它实际上是一个崭新的假说，“是作者独有的，是根据日常观察、严密的论证和实验，以及精确且容易操作的化学过程提出来的。”（转引自〖4〗,p.467）marie boas指出，此言极是。波义耳在《形式和质料的起源》中提出的微粒哲学，是彻底的机械论，牢固地建立在实验的基础之上，论证周密详尽；波义耳想把《形式和质料的起源》做成微粒哲学的指南（〖4〗,p.467），想一劳永逸地确立地物质内在结构的原理。

波义耳的微粒哲学,可以概括如下：

1 微粒哲学的基础是普遍质料（universal matter），这是一种“广延的、可分的、不可穿透的”物质，物质是运动的，运动乃是上帝赋予的。宇宙是一架自身包含运动的大机器，是一架“巨大的时钟”（〖4〗,p.486）。

2 物性不外乎“物质和运动”。“物质和运动”是所有东西的基本属性（primary qualities）,“物体的两个最伟大的、最普遍的原理”（〖4〗,p.468）。这里可以看到微粒哲学与原子论的不同：对经典的原子论来说，运动是感觉、性质变更的原因，而在波义耳的粒子哲学里，运动就是“性质自身的起因”。托马斯•s•库恩研究指出 ，波义耳一方面大力批判各种“原子论”，一方面发展了这种理论，其最重要的就是加上了“运动”的概念（〖14〗，p.47）。“运动”在波义耳的理论中具有极端重要的意义。

3 物质由大小、形状和运动各异的粒子构成。具有运动禀赋的物质，起初以粒子形态存在；这些粒子具有大小、形状和运动。虽然从理论上将粒子无限可分，但是，由于粒子细微又坚固，实际上是不可分的。这些细微的、坚固的、不可分的粒子，即第一自然质（prima naturalia），是构成物质的基本组分。粒子结合生成原始凝聚体或簇状物（primitive concretions or clusters），虽然它们可以还原为第一自然质，但是，在化学反应过程中表现为不可分解的单位，因而它们是可以检测到的最小粒子，是简单物体的基本化学组分。第一簇状物（primary clusters）之间相互结合，或者与第一自然质结合，即形成微粒（corpuscle），它们是物体的基本物理组分。物体的各种物理性质即是由微粒的大小、形状和运动决定的。

4 任何物体的现象和性质，均取决于微粒及其运动，并可以微粒及其运动来解释。波义耳将物体的性质分为四类（〖4〗,p.470）：第一类是第一性（primary qualities），如热、冷；第二类是可感知性（sensible qualities）,如味道、气味；第三类是第二性或化学性（secondary or chemical qualities），如流动性、稳固性、挥发性、溶解性；最后一类是隐秘性（occult qualities），如电性、磁性。波义耳认为，任何混合体的本性，都取决于组成该物体的组分，微粒或原始凝聚体；组分之间的大小和形状；更重要的是，给定时刻组分的运动状态。波义耳运用他的微粒哲学，对上述四类性质全都做出了合理的机械论解释（〖4〗,pp.469-484），不给那些隐秘的解释留下任何空间。

试以结合性（cohension）为例，看波义耳运用微粒哲学对物体性质的解释。

“关于物体的组成部分何以联合起来组成该物体的问题，人们曾信心十足地且合情合理地假定，物体中必定存在着某种实体形式，这是物体的组成部分之构成物体所必需的，否则，就不可能成之为物体。我的回答是，那些具有特定形状的组分，它们拼接配置，这样足以解释它们何以结合成物体，而无需借助于实体形式这种东西来解释。”（〖4〗,p.474）

波义耳的微粒哲学主要体现在《形式和质料的起源》一书中，但在《怀疑的化学家》中也不无阐述。我们来看《怀疑的化学家》中的两个命题。波义耳所讲的“命题”，相当于公理，它们是“明晰的命题，对于这些命题，我不作任何保证”。（〖3〗，p.33；〖2〗，p.29）

命题1 在结合物最初形成之时，普遍质料——结合物以及宇宙中其他物体均由它们所构成——实际上是那些被分割成了大小、形状和运动方式各异的细小微粒。此观点似乎并不荒谬。（ 〖2〗,pp.30-31;〖3〗, pp.33-34,此处译文与中译本上的译文有所改动。——刘立注）

命题2 在细小微粒中，那些极小且相邻的微粒在各处联结成细小的团状物或簇状物，并且正是通过这些团状物或簇状物之间的结合，形成了大量的第一（primary）凝结物或团状物，它们很难再分解成组成它们的微粒。出现这种情况不是不可能的。（〖2〗，pp30-31；〖3〗，pp.34-35 ，此处译文与中译本上的译文有所改动。——刘立注）

波义耳对第一个命题作了的如下说明：

要证明微粒的存在，有两个途径：一是可以看物体的生长、腐败、滋养和毁灭，二是通过显微镜可以观察到这些微小的粒子；或者看结合物（complex bodies）分解后的生成物；或者采用炼金术士的火术，对结合物进行操作。通过这些途径，“似乎足以表明，结合物的组成部分极其微小，而且具有不同的形状。”（〖3〗，p.34；〖2〗,p.30）。波义耳指出，伊壁鸠鲁（epicurus）或摩西（moses）是微粒概念的滥觞。伊壁鸠鲁证明，世界是由原子组成的，原子由于内在的原因在虚空中运动不息；关于摩西，据波义耳讲:

“伟大而明智的万物创造者并不是直接创造出那些植物、兽类、鸟类及其他生物，而是利用原先就存在着的、虽然也是被创造出来的物质造出来的，他将这些物质称为水和土，是他使我们能够设想这些新的凝结物赖以形成的组成粒子，被置于各种各样的运动中，从而使得它们能够联结起来，以种种结合方式和结构，组成它们所要组成的物体。”（〖3〗,p.34;〖2〗,p.30）

波义耳在《怀疑的化学家》中还谈论了微粒的结合方式，如：

“在我看来，物体的各个微小组分只是通过相互接触和依附聚在一起，然而，也有极少数的物体，其微小组分是极为紧密地结合在一起的，应将这种紧密结合归之于何种原因，我们尚不清楚。”（〖3〗，p.92;〖2〗,p.87 ）波义耳提出了几种猜测，如甲粒子可能“钻入”乙粒子；或甲粒子与乙粒子发生极为紧密的结合，以致于火，或者其他不无效力的化学分析工具，都不能将它们分开。

波义耳指出，即使元素也是由微粒组成的，而且元素远不止三五个：

“如果我们姑且认为下述假定是合理的，这一假定我就像我当时曾作过的假定一样，是说一种元素是由彼此完全相同的众多的微粒构成的，而这种微粒又是由质料的极其微小的粒子所构成的某种微小的第一凝结物组成的。那么，我们设想第一聚集体的种数可能远远不止三个或五个便绝无荒谬可言。因此，我们便无须假定，在我们所谈论的每一复合物中，都恰好能够找出三种如上所述的原始凝结物。”（〖3〗,p.103 ;〖2〗,p.96）

波义耳在明确抛弃元素概念后写道：

“我实在看不出我们为什么不能设想，造物主只须以各种方式对那些被认作是结合物的物体的微小部分施行改造作用，即可以令这些物体相互造成它们自己，而勿须将质料化作那些所谓的简单物质或均匀物质。”（〖2〗，p.224;〖3〗,p.238）

波义耳相信元素“嬗变”，即一种元素可以变为另一种元素。嬗变被认为是炼金术的思想“残余”，可是波义耳为什么要相信金属嬗变，甚至相信世间任何一种物质，都可是变成任何一种另外的物质？波义耳的观点并不是建立在实验的基础上，而且实验在当时化学家的心目中，还没有重要到超过“哲学”的地步。波义耳的结论，恰恰是由他的微粒哲学提出来的：既然万物由粒子组成，粒子的排列结构当然决定性地构造了万物。从这里我们可以看到波义耳不同于他同时代化学家的地方。一方面，波义耳是他那个时代化学家的一员：相信嬗变，即使没有实验依据也相信这一先验的结论；但他又不是这时代化学家的一员：他对嬗变的建立是建立在他自己的“微粒哲学”之上的。

波义耳的微粒哲学影响很大。牛顿是波义耳的一个坚定的追随者，他仔细认真地攻读波义耳的著作，深受波义耳微粒哲学的影响，并且接受了波义耳的化学思想，当然他后来也发展了波义耳的理论，如关于吸引力的观点（〖4〗，pp.505-520）。牛顿的化学研究和物质理论在《疑问31》 中得到了充分的体现，其主要内容是对物质本性的沉思、揣想和假说，托马斯•s•库恩对此进行过专门的研究 。牛顿从“微粒说”的观点对化学现象进行解释。17世纪最流行的化学教科书《化学教程》 对化学现象的解释，也采取了微粒哲学的观点。

17世纪的化学家假定，组成物质的微粒，上面带有“钩”、“环”、“孔”，以及类似锁匙锁眼的结构，这些微观结构决定了不同的粒子，亦即不同物质的物理、化学性质。比如酸，被认为是带有针尖的微粒构成的。何以知之？以舌尝任何一种酸，即有一种被刺痛的感觉，正如皮肤被任何尖锐的东西刺痛一样。再如，甲物质能与乙物质发生化学反应，而不能与丙物质发生类似的反应，这是为什么？因为甲物质的微观结构与乙相合，而不与丙相合，一如一把钥匙可以开一把锁而不能开另一把锁一样（〖14〗,pp.41-42）。

波义耳运用机械论哲学（微粒哲学）研究化学，使得17世纪下半叶的化学变成了机械论化学，进入了自然哲学的主流。

5 对“波义耳把化学确立为科学”的新理解

波义耳是这样一个人，一方面，他了解化学家（广义的，包括炼金术士、医药化学家）的工作，并亲自从事化学实验；另一方面，他了解最新的自然哲学即机械论哲学，并创立了微粒哲学。这样的人在17世纪寥寥无几，是波义耳架起了化学和自然哲学之间的桥梁，实现了他为自己确立的目标：“促进化学家和机械论哲学家之间的相互理解”。

t•s•库恩高度评价波义耳的工作，说：波义耳所做“仅此二端”：“粒子哲学”和“系统地运用实验方法”来发展“哲学”，即我们今天所谓的自然科学。还说，波义耳“并不是一个孤独的‘先驱者’，而是一个极大限度地发展了化学的概念体系，使之与他当时的科学思潮主流相协调一致的人。”（转引自〖14〗，p.47,p.48）

marie boas研究指出，波义耳工作的一大创新是，他不仅证明了化学对医药和实用技艺是有用的，而且证明了化学对自然哲学也是有用的；波义耳利用化学来阐述自然哲学，在当时是非常激进的做法；波义耳从机械论哲学的观点解释物体的化学性质，在这方面取得了非凡的成功。波义耳可能是第一个把化学当作自然哲学的一个分支来处理的人（〖4〗,p.493,p.494,p.497）。

westfall也有类似的观点：波义耳通过将化学机械化，成功地拆除了阻碍化学进入自然哲学领域的壁垒（〖7〗,p.19）。“机械论化学确实取得了一个成就。它把化学引进了自然科学的领域。十七世纪肇始时，化学一般不被看作是自然科学的一个部分。在最坏的情况下，它是玄妙的秘术；在最好的情况下，它是为医药服务的技艺。但是，在史七世纪结束之际，化学家在欧洲科学组织中占有令人尊敬的席位。毫无疑问，机械论化学在这个转变过程中发挥了重要的作用。机械论化学用科学共同体可以接受的术语讲述化学，使化学获得了前所未有的尊敬。”（〖8〗,p.81）

综上所述，波义耳将机械论哲学应用到化学研究，创建了机械论化学，把化学带到了自然哲学的领域，并随着自然哲学向自然科学的转型而成为科学。正是在这个意义上，我们说，“波义耳把化学确立为科学”。

参考文献

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12 亚•沃尔夫 著，周昌忠等译，《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》，商务印书馆，1985年。

13 袁江洋，“探索自然与颂扬上帝——波义耳的自然哲学与自然神学思想”，《自然辩证法通讯》，1991年第6期。

14 吴以义 著，《库恩》，东大图书公司，1996年。