脑科学与生理研究论文

论学前教育的重要性学前教育在世界范围内受到了普遍关注，许多发达国家积极采取措施，优先发展学前教育，在普及学前教育与提高学前教育的质量上作了很多的投入。我国政府正在实施“科教兴国”的战略、大力推进素质教育，本文旨在结合大量国内外儿童早期发展和教育的研究，以心理发展研究和脑科学研究为依据，论证、阐述学前教育的重要价值。 一、学前教育对于人的发展的价值 （一）学前教育对于人的社会性、人格品质发展的重要性 社会性、人格品质是个体素质的核心组成部分，它是通过社会化的过程逐步形成与发展的。学前期是个体社会化的起始阶段和关键时期，在后天环境与教育的影响下，在与周围人的相互作用的过程中，婴幼儿逐渐形成和发展着最初、也是最基本的对人、事、物的情感、态度，奠定着行为、性格、人格的基础。研究和事实均表明，6岁前是人的行为习惯、情感等基本形成的时期，是儿童养成良好社会性行为和人格品质的重要时期；并且，这一时期儿童的发展状况具有持续性影响，其影响并决定着儿童日后社会性、人格的发展方向、性质和水平；同时，儿童在学前期形成的良好的社会性、人格品质有助于儿童积极地适应环境，顺利地适应社会生活，从而有助于他们的健康成长、成才。 儿童社会性、人格的健康发展需要成人提供良好、适宜的教育环境。学前期适宜的社会性教育能够有力地促进儿童社会交往能力、爱心、责任感等社会性、人格品质的发展，接受了适宜社会性教育的儿童以上各方面发展水平都要显著高于没有接受过这一教育方案的儿童。而不良的学前教育则容易使儿童形成消极的社会性及人格品质。诸多事实和研究均反映，学前期是儿童形成各种行为、习惯和性格的重要时期，而该时期所受到的环境和教育影响则是其行为、性格形成的基础。 （二）学前教育对于人的认知发展的重要性 学前期是人的认知发展最为迅速、最重要的时期，在人一生认识能力的发展中具有十分重要的奠基性作用。在关键期内，个体对于某些知识经验的学习或行为的形成比较容易，如果错过这一时期，在较晚的阶段上再来弥补则是很困难的，有时甚至是不可能的。 处于学前期的儿童虽然发展变化迅速，具有巨大的学习潜力，看是这种发展特点只是说明了婴幼儿具有很大的发展“可能性”。要将这种发展的可能性变为现实性，需要成人提供适宜于儿童发展的良好环境，尤其是良好的教育影响。已有研究证明，早期教育对于儿童的认知发展具有重要影响。单调、贫乏的环境刺激和适宜的学前教育的缺乏，会造成儿童的认知方面的落后，而为儿童提供丰富的感性经验并给以积极的引导、帮助和教育则能够促进其认知的发展。另一方面，学前教育的质量还直接关系到儿童能否形成正确的学习态度、良好的学习习惯和强烈的学习动机，从而对个体的认知发展和终身学习产生重大影响。适宜的、遵循儿童身心发展规律的学前教育能够积极地促进儿童各种智力和非智力因素，包括语言能力、思维里、想象力、创造性、学习动机、求知欲、自我效能感等的发展，而不适宜的学前教育如单纯对儿童进行机械的学业知识和技能的训练，不但会损害儿童的学习兴趣、学习积极性和内在的学习动机，降低其自我效能感，而且会使儿童逐渐丧失独立思考的能力和创新精神，从而对儿童的认知发展产生长远的消极影响。 二、学前教育对于教育事业、家庭和社会的价值 学前教育不仅对于个体的身心发展十分重要，而且对于教育事业的发展、家庭的幸福和社会的稳定与进步也具有重要的作用。 （一）学前教育对于教育事业发展的价值 学前教育作为我国学制的第一阶段、基础教育的有机组成部分，必然对我国教育事业的整体发展、尤其是基础教育的发展具有重要的作用与影响。通过帮助幼儿做好上小学的准备（包括社会适应性、学习适应性、身体素质以及良好的学习与行为习惯、态度和能力等方面准备），学前教育有助于儿童顺利地适应小学的学习和生活。我国教育部和联合国儿童基金会历时5年合作进行的“幼小衔接研究”，通过儿童入学前半年和入学后半年的连续实验研究发现，对学前儿童做好入学前准备，包括学习适应方面的准备（如培养幼儿小学学习所需要的抽象思维能力、观察能力、对言语指示的理解能力和读写算所需要的基本技能等）以及社会适应方面的准备（如培养幼儿任务意识与完成任务的能力、规则意识与遵守规则的能力、独立意识与独立完成任务的能力以及主动性、人际交往能力等），能够使儿童入小学后在身体、情感、社会性适应和学习适应等方面都有良好的发展，从而顺利地实现由学前向小学的过渡。我国已将普及九年制义务教育作为教育事业发展的重要目标，学前教育则可为有效提高义务教育的质量与效益、促进这一目标的实现做出积极的贡献。 （二）学前教育对于家庭和社会的价值 由于计划生育基本国策的实行，当前我国大多数家庭只有一个孩子，这就使独生子女很自然地成为整个家庭关注的焦点。众多事实表明，孩子能否健康地成长和发展已成为决定家庭生活是否和谐幸福、影响家庭生活质量的一个关键性的因素。家庭又是社会的最基本的单位，每一个幼儿都连接着一个或几个家庭，因此学前教育牵动了全社会，在许多国家成为政府关心国民的窗口。当前我国幼儿的入园率正在逐步上升，学前教育机构不仅承担着从实践上为家长参加工作和学习提供便利的任务，而且在家长普遍重视孩子发展和早期教育的当今时代，学前教育质量更成为家长关注的核心，直接关系着家长能否放心地工作、安心地学习。有人曾言，关闭一所幼儿园比关闭一所大学，或一所低质量幼儿园的存在比一所低水平大学的存在，更会让家庭、社会不得安宁，这从另一个侧面反映了学前教育及其质量对家庭生活、国民经济发展和社会秩序的稳定等所具有的重要作用。 三、学前教育价值的生理基础——来自脑科学研究的证据 学前教育对于人的发展的价值是学前教育诸多价值中最核心、最根本的价值，它对于教育事业、家庭和社会发展的价值都是以其对于人的发展的价值为中介来实现的。那么学前教育何以能对个体的发展和国民素质具有如此重要而长远的影响呢？近年来的脑科学研究提供了这一问题的证据。 脑的发展是人的心理发展的自然物质基础。学前期是人一生中脑的形态、机构和技能发展最为迅速的时期。脑的形态和结构，如脑重的增长、大脑皮质的发展直接决定着脑机能的发展，而机能的发展也会影响结构的发展。 人脑中有140多亿个细胞，研究表明，出生后3个月内脑细胞第一次迅速增殖，70~80%的脑细胞是在3岁前形成的。脑重的研究则告诉我们，脑的发育速度在7岁前是最快的。 大脑皮质的研究揭示，儿童出生时脑细胞已分化，出生后皮质细胞迅速发展，层次扩展。皮质的广度与脑细胞髓鞘化的程度密切相关，婴幼儿期大脑的髓鞘化程度是脑细胞成熟状态的一个重要指标。 大脑单侧化，即在大脑某个半球建立特定功能的过程，是大脑技能发展的另一重要方面。新生儿就具有大脑单侧化的倾向，但这种倾向则表明了大脑两半球在功能上存在着量的差异。随着幼儿期大脑逐步发育成熟，单侧化倾向逐渐发展，两半球在功能上出现质的差异。 同时，研究发现，上述脑的结构和技能在学前期的发展并非出于一种纯粹自然的状态，而是在很大程度上受到环境和教育的影响与制约，表现为大脑在学前期具有巨大的可塑性。研究者认为：丰富的环境刺激可以促进脑的发展，而适宜的早期教育是促进脑发育充分和完善的最有效的环境刺激因素。同时，大量的动物和人类婴幼儿的研究结果也表明，幼年期持续的早期经验的剥夺将会导致中枢神经系统的发展出现减慢甚至停止现象，并构成终身性的永久伤害。另一方面，由于在学前期儿童脑的发展尚未定型、可塑性强，因此这一时期如能积极提供良好、适宜的教育影响，脑还具有良好的修复性。一般来讲，成人脑损伤是难以弥补的，其原因之一在于脑细胞的生长不同于身体细胞，一旦完成就不会再增殖。而对婴幼儿脑损伤的研究发现，某半球受损后，通过某种适宜的学习、训练的过程，另侧半球可以产生替代性的功能，从而使脑损伤获得一定程度的修复。例如，5岁以前任何一侧的损伤都不会导致永久性的语言功能的丧失，因此语言中枢可以通过适宜的早期语言训练较快地移向另一半球，以克服言语障碍。 可见，学前教育之所以能对个体的发展和国民素质的提高具有重要而长远的作用是有其生理基础的。脑是个体心理发展必须的“硬件”，其质量直接影响人的发展，而学前期是脑的形态、结构和技能发展最为迅速、关键的时期，同时这一时期的发展又在很大程度上受影响与早期环境和教育质量，这就直接为学前教育对人的全面发展和国民素质的提高产生长远、深刻的影响提供了生理基础和依据。 以脑生理、心理研究为主要内容的儿童早期心理和教育研究的深入，正使人们对于学前教育重要性和价值的认识不断地提高和深化。加强早期儿童教育，为每一个儿童创造受到高质量的学前教育的机会，正成为世界各国教育改革与发展的一个重要方面。我国也必须放眼未来，从新世纪国际社会政治经济的新格局和我国现代化建设需要的高度来思考学前教育的发展问题，以使我国的学前教育真正从教育舞台的边缘走向中心。

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神经网络的是我的毕业论文的一部分4．人工神经网络人的思维有逻辑性和直观性两种不同的基本方式。逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程；它先将信息化成概念，并用符号表示，然后，根据符号运算按串行模式进行逻辑推理。这一过程可以写成串行的指令，让计算机执行。然而，直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来，结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。 人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。人工神经网络学习的原理人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习，然后才能工作。现以人工神经网络对手写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明，规定当“A”输入网络时，应该输出“1”，而当输入为“B”时，输出为“0”。 所以网络学习的准则应该是：如果网络做出错误的判决，则通过网络的学习，应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先，给网络的各连接权值赋予(0，1)区间内的随机值，将“A”所对应的图像模式输入给网络，网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算，得到网络的输出。在此情况下，网络输出为“1”和“0”的概率各为50%，也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确)，则使连接权值增大，以便使网络再次遇到“A”模式输入时，仍然能做出正确的判断。 如果输出为“0”(即结果错误)，则把网络连接权值朝着减小综合输入加权值的方向调整，其目的在于使网络下次再遇到“A”模式输入时，减小犯同样错误的可能性。如此操作调整，当给网络轮番输入若干个手写字母“A”、“B”后，经过网络按以上学习方法进行若干次学习后，网络判断的正确率将大大提高。这说明网络对这两个模式的学习已经获得了成功，它已将这两个模式分布地记忆在网络的各个连接权值上。当网络再次遇到其中任何一个模式时，能够做出迅速、准确的判断和识别。一般说来，网络中所含的神经元个数越多，则它能记忆、识别的模式也就越多。人工神经网络的优缺点人工神经网络由于模拟了大脑神经元的组织方式而具有了人脑功能的一些基本特征，为人工智能的研究开辟了新的途径，神经网络具有的优点在于:（1）并行分布性处理因为人工神经网络中的神经元排列并不是杂乱无章的，往往是分层或以一种有规律的序列排列，信号可以同时到达一批神经元的输入端，这种结构非常适合并行计算。同时如果将每一个神经元看作是一个小的处理单元，则整个系统可以是一个分布式计算系统，这样就避免了以往的“匹配冲突”，“组合爆炸”和“无穷递归”等题，推理速度快。（2）可学习性一个相对很小的人工神经网络可存储大量的专家知识，并且能根据学习算法，或者利用样本指导系统来模拟现实环境(称为有教师学习)，或者对输入进行自适应学习(称为无教师学习)，不断地自动学习，完善知识的存储。（3）鲁棒性和容错性由于采用大量的神经元及其相互连接，具有联想记忆与联想映射能力，可以增强专家系统的容错能力，人工神经网络中少量的神经元发生失效或错误，不会对系统整体功能带来严重的影响。而且克服了传统专家系统中存在的“知识窄台阶”问题。（4）泛化能力人工神经网络是一类大规模的非线形系统，这就提供了系统自组织和协同的潜力。它能充分逼近复杂的非线形关系。当输入发生较小变化，其输出能够与原输入产生的输出保持相当小的差距。（5）具有统一的内部知识表示形式，任何知识规则都可以通过对范例的学习存储于同一个神经网络的各连接权值中，便于知识库的组织管理，通用性强。虽然人工神经网络有很多优点，但基于其固有的内在机理，人工神经网络也不可避免的存在自己的弱点:（1）最严重的问题是没能力来解释自己的推理过程和推理依据。（2）神经网络不能向用户提出必要的询问，而且当数据不充分的时候，神经网络就无法进行工作。（3）神经网络把一切问题的特征都变为数字，把一切推理都变为数值计算，其结果势必是丢失信息。（4）神经网络的理论和学习算法还有待于进一步完善和提高。神经网络的发展趋势及在柴油机故障诊断中的可行性神经网络为现代复杂大系统的状态监测和故障诊断提供了全新的理论方法和技术实现手段。神经网络专家系统是一类新的知识表达体系，与传统专家系统的高层逻辑模型不同，它是一种低层数值模型，信息处理是通过大量的简单处理元件(结点) 之间的相互作用而进行的。由于它的分布式信息保持方式，为专家系统知识的获取与表达以及推理提供了全新的方式。它将逻辑推理与数值运算相结合，利用神经网络的学习功能、联想记忆功能、分布式并行信息处理功能，解决诊断系统中的不确定性知识表示、获取和并行推理等问题。通过对经验样本的学习，将专家知识以权值和阈值的形式存储在网络中，并且利用网络的信息保持性来完成不精确诊断推理，较好地模拟了专家凭经验、直觉而不是复杂的计算的推理过程。但是，该技术是一个多学科知识交叉应用的领域，是一个不十分成熟的学科。一方面，装备的故障相当复杂;另一方面，人工神经网络本身尚有诸多不足之处:（1）受限于脑科学的已有研究成果。由于生理实验的困难性，目前对于人脑思维与记忆机制的认识还很肤浅。（2）尚未建立起完整成熟的理论体系。目前已提出了众多的人工神经网络模型，归纳起来，这些模型一般都是一个由结点及其互连构成的有向拓扑网，结点间互连强度所构成的矩阵，可通过某种学习策略建立起来。但仅这一共性，不足以构成一个完整的体系。这些学习策略大多是各行其是而无法统一于一个完整的框架之中。（3）带有浓厚的策略色彩。这是在没有统一的基础理论支持下，为解决某些应用，而诱发出的自然结果。（4）与传统计算技术的接口不成熟。人工神经网络技术决不能全面替代传统计算技术，而只能在某些方面与之互补，从而需要进一步解决与传统计算技术的接口问题，才能获得自身的发展。虽然人工神经网络目前存在诸多不足，但是神经网络和传统专家系统相结合的智能故障诊断技术仍将是以后研究与应用的热点。它最大限度地发挥两者的优势。神经网络擅长数值计算，适合进行浅层次的经验推理;专家系统的特点是符号推理，适合进行深层次的逻辑推理。智能系统以并行工作方式运行，既扩大了状态监测和故障诊断的范围，又可满足状态监测和故障诊断的实时性要求。既强调符号推理，又注重数值计算，因此能适应当前故障诊断系统的基本特征和发展趋势。随着人工神经网络的不断发展与完善，它将在智能故障诊断中得到广泛的应用。根据神经网络上述的各类优缺点，目前有将神经网络与传统的专家系统结合起来的研究倾向，建造所谓的神经网络专家系统。理论分析与使用实践表明，神经网络专家系统较好地结合了两者的优点而得到更广泛的研究和应用。离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别，它不是利用汽缸容积减小的方式来提高汽体的压力，而是依靠动能的变化来提高汽体压力。离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时，叶片就带动汽体运动或者使汽体得到动能，然后使部分动能转化为压力能从而提高汽体的压力。这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不断地沿半径方向被甩出去，所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。其中根据压缩机中安装的工作轮数量的多少，分为单级式和多级式。如果只有一个工作轮，就称为单级离心式压缩机，如果是由几个工作轮串联而组成，就称为多级离心式压缩机。在空调中，由于压力增高较少，所以一般都是采用单级，其它方面所用的离心式制冷压缩机大都是多级的。单级离心式制冷压缩机的构造主要由工作轮、扩压器和蜗壳等所组成。 压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室，并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器(或中间冷却器)来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮3(工作轮也称叶轮，它是离心式制冷压缩机的重要部件，因为只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。汽体在叶片作用下，一边跟着工作轮作高速旋转，一边由于受离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器4(因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速，扩压器便把动能部分地转化为压力能，从而提高汽体的压力)。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇集到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。 二、离心式制冷压缩机的特点与特性 离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较，具有下列优点： (1)单机制冷量大，在制冷量相同时它的体积小，占地面积少，重量较活塞式轻5～8倍。 (2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件，又没有曲柄连杆机构，因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低。 (3)工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能。 (4)能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大。 (5)对制冷剂的适应性差，一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂。 (6)由于适宜采用分子量比较大的制冷剂，故只适用于大制冷量，一般都在25～30万大卡／时以上。如制冷量太少，则要求流量小，流道窄，从而使流动阻力大，效率低。但近年来经过不断改进，用于空调的离心式制冷压缩机，单机制冷量可以小到10万大卡／时左右。 制冷与冷凝温度、蒸发温度的关系。 由物理学可知，回转体的动量矩的变化等于外力矩，则 T=m(C2UR2-C1UR1) 两边都乘以角速度ω，得 Tω=m(C2UωR2-C1UωR1) 也就是说主轴上的外加功率N为： N=m(U2C2U-U1C1U) 上式两边同除以m则得叶轮给予单位质量制冷剂蒸汽的功即叶轮的理论能量头。 U2 C2 ω2 C2U R1 R2 ω1 C1 U1 C2r β 离心式制冷压缩机的特性是指理论能量头与流量之间变化关系，也可以表示成制冷 W=U2C2U-U1C1U≈U2C2U （因为进口C1U≈0） 又C2U=U2-C2rctgβ C2r=Vυ1/(A2υ2) 故有 W= U22(1- Vυ1 ctgβ) A2υ2U2 式中：V—叶轮吸入蒸汽的容积流量（m3/s） υ1υ2 ——分别为叶轮入口和出口处的蒸汽比容（m3/kg） A2、U2—叶轮外缘出口面积(m2)与圆周速度(m/s) β—叶片安装角 由上式可见，理论能量头W与压缩机结构、转速、冷凝温度、蒸发温度及叶轮吸入蒸汽容积流量有关。对于结构一定、转速一定的压缩机来说，U2、A2、β皆为常量，则理论能量头W仅与流量V、蒸发温度、冷凝温度有关。 按照离心式制冷压缩机的特性，宜采用分子量比较大的制冷剂，目前离心式制冷机所用的制冷剂有F—11、F—12、F—22、F—113和F—114等。我国目前在空调用离心式压缩机中应用得最广泛的是F—11和F—12，且通常是在蒸发温度不太低和大制冷量的情况下，选用离心式制冷压缩机。此外，在石油化学工业中离心式的制冷压缩机则采用丙烯、乙烯作为制冷剂，只有制冷量特别大的离心式压缩机才用氨作为制冷剂。 三、离心式制冷压缩机的调节 离心式制冷压缩机和其它制冷设备共同构成一个能量供给与消耗的统一系统。制冷机组在运行时，只有当通过压缩机的制冷剂的流量与通过设备的流量相等时，以及压缩机所产生的能量头与制冷设备的阻力相适应时，制冷系统的工况才能保持稳定。但是制冷机的负荷总是随外界条件与用户对冷量的使用情况而变化的，因此为了适应用户对冷负荷变化的需要和安全经济运行，就需要根据外界的变化对制冷机组进行调节，离心式制冷机组制冷量的调节有：1°改变压缩机的转速；2°采用可转动的进口导叶；3°改变冷凝器的进水量；4°进汽节流等几种方式，其中最常用的是转动进口导叶调节和进汽节流两种调节方法。所谓转动进口导叶调节，就是转动压缩机进口处的导流叶片以使进入到叶轮去的汽体产生旋绕，从而使工作轮加给汽体的动能发生变化来调节制冷量。所谓进汽节流调节，就是在压缩机前的进汽管道上安装一个调节阀，如要改变压缩机的工况时，就调节阀门的大小，通过节流使压缩机进口的压力降低，从而实现调节制冷量。离心式压缩机制冷量的调节最经济有效的方法就是改变进口导叶角度，以改变蒸汽进入叶轮的速度方向(C1U)和流量V。但流量V必须控制在稳定工作范围内，以免效率下降。