忆阻器对电子信息的启示.doc

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1、忆阻器对电子信息的启示摘要：忆阻器被称为第四种基本电路元件，具有结构简单、功耗低、易于集成等优点，在高性能存储器和神经网络中展现出良好的应用前景。作为电子信息类专业的教师，在关注忆阻器技术迅速发展的同时，更应该思考忆阻器的发现历程对专业教学的启示。文章以忆阻器概念的提出和忆阻器元件的发现为例，结合电子信息类专业教学中发现的问题，从教师和学生的角度，论述启发式教学对激发学生探索精神的重要作用。关键词：忆阻器；电子信息；教学1忆阻器概念的提出忆阻器是近年来提出的继电阻、电感及电容之后的第四种基本电路元件，用于表示磁通与电荷之间的关系，具有电阻的量纲。与

2、电阻不同之处在于其阻值由流经它的电荷确定，从而具有记忆电荷的作用。1971年，忆阻器理论的奠基人、美国加州大学蔡绍棠教授（LeonChua）在研究电荷、电流、电压和磁通四者之间的关系时（图1），依据电路基本组合完备性和物理对称性原理，提出在电阻、电容和电感之外，应该还存在一个代表电荷和磁通之间关系的元件（缺失的元件）。借助该元件，电阻会随着通过的电流量而改变；当电流停止时，该电阻仍旧会停留在当前值。忆阻器的概念提出后，科学家一直在寻找能够实现忆阻器功能的材料。2忆阻器元件的发现2008年，惠普实验室的研究团队在研究二氧化钛的电阻特性时，首次在实验上

3、证实忆阻器的存在。忆阻器具有尺寸小、能耗低的优点，并能够高效地储存和处理信息，引起了科技界的研究热潮。此外，忆阻器是物理上实现人工神经网络突触的最好方式，可以模拟经验学习和记忆等多种生物复杂功能。由于忆阻的非线性性质，可以产生混沌电路，从而在保密通信中也有很多应用。近年来，制备忆阻器的材料正在多样化发展，氧化物、氮化物、固体电解质，有机聚合物等材料均可实现忆阻器性能。目前，忆阻器的研究已成为材料、物理、生物、电子等领域的前沿和热点，并呈现多学科交叉融合的特征。53电子信息类专业课程与忆阻器的关联电子信息类专业涵盖电子、信息、通信、控制、计算机等领域

4、，基础知识面宽、应用广泛。专业课程中的《电路分析》、《大学物理》和《电磁场与电磁波》等均与电路、电场和磁场相关。其中《电路分析》使学生掌握电路理论的基本概念、基本定理和基本分析计算方法，在给定电路模型的情况下计算电路中各部分的电流或电压。电路模型包括电路的拓扑结构、无源元件电阻、储能元件电容及电感等。《大学物理》中的电磁学部分和《电磁场与电磁波》则重点讲授电荷、电场和磁场的基本规律及其相互之间的关系。上述三门课程中，电路的基本要素如电压、电流、电阻、电容、电感等，电场的基本单元电荷和磁场的基本量磁通，都是课程的基础知识，需要学生重点掌握的。电路、电

5、场、磁场各个基本量之间的关系都由简单的数学公式表达，也是课程考核的必然要求。忆阻器正是基于电荷、电流、电压、磁通四者之间的关系，考虑到物理对称性而提出的。四者之间理应存在六个组合关系式，但是当时仅有五个关系式存在并被广泛应用，也就是电子信息类专业课程中的基础关系式，唯有磁通和电荷之间没有建立关系式。忆阻器则代表着磁通和电荷之间的关系，完善了四者之间的第六个关系式。但是跟很多新的理论一样，由于缺少实验上的验证，忆阻器概念在提出后很长一段时间，并未受到研究者的关注。随着半导体制备技术的进步，忆阻器一经实现，便得到迅速发展。4课程教学中存在的问题5忆阻器

6、概念的提出是突破性的科研成果，它完善了电路理论，开拓了研究人工智能的新模式。忆阻器领域具有重要的科研价值，但对于高等教育而言，教师和学生有必要在忆阻器的发展历程中，审视自己的角色，查找“教”与“学”中存在的问题：为什么不是我们提出“忆阻器”这个概念？作为电子信息类专业的教师，研读教材并把握课程的目标体系，了解课程发展脉络，做到居高临下、高屋建瓴，再灵活应用教学方法，调动学生的学习兴趣，即可将专业知识完美呈现给学生，使学生掌握课程大纲规定的教学内容，从而在课程考核中得到较好的成绩。以电荷、电流、电压、磁通四者的关系为例，教师可以采用多种教学方法，将教

7、材中存在的五个关系式以理论和实验的形式教授给学生。特别是《电磁场与电磁波》课程，围绕电荷、电场、电流、磁场的相互关系，建立静态和交变的电磁方程组，但方程组中缺少电荷和磁场的关系式。另外，教材中特别提到电场与磁场中各个物理量的对应关系，至今没有发现与电荷对应的“磁荷”。因此，该课程具有忆阻器发现的理论基础：物理量之间的关系式和物理对称性关系，但却没有引起教师的重视，与发现“忆阻器”失之交臂，值得专业教师深思。因此，将专业知识教授给学生，使学生掌握课程大纲规定的内容，只能是教育的初级阶段，更重要的是如何在教学过程中启发学生，发现问题，学以致用，融会贯通

8、。相比于注入式教育，启发式教育在提高学生学习积极性和思维创新能力方面可以起到更大的作用。启发式教学对教师提出了更高的要求。