化学材料科学与工程范文

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第1篇

【关键词】化工材料科学与工程 发展现状 趋势分析 研究

化工材料科学与工程是社会经济发展的主要驱动力之一，同时能够带动信息技术与生物技术的发展。在以科学技术为主导的当今社会中，无论是高校中还是化工企业中，都需要培养化工材料科学与工程的专业人才，创新材料科学与工程的发展。从化工材料科学与工程的发展中找寻其中存在的问题，以便于后期的工程技术研发。

1 化工材料科学与工程的发展现状分析

1.1 化工材料科学与工程的发展历程

化工材料科学与工程的从个个单一分来的学术系统中，逐渐实现走向了科学之间的相互融合。在社会发展的进程中，材料科学的应用与社会建设步伐息息相关。单一化的材料科学发展不能适应社会发展需求，各个材料学科之间应该实现相互交叉、渗透、移植，从细分最终走向综合化的发展。在20世纪40年代，基础科学与工程之间的相互渗透较差，固体物理学与材料工程学之间的互不融合。从60年代起，材料科学与工程学能够实现交互，材料科学与材料工程之间的大部分内涵能够实现重叠，化工材料科学与工程得到了教育界的广泛认可[1]。

1.2 化工材料科学与工程在教育界的发展

化工材料科学与工程是高校教育中的重点内容，该门学科经过多变的研究与演变，衍生出中诸多的子学科。以美国麻省理工学院材料学科专业演变为例，与化工材料科学与工程相关的专业课程有：地质与采矿工程、采矿与冶金、冶金与材料科学等。欧美等国家将在材料教育方面的认识比较深，将很多高校中的冶金、陶瓷、电子材料等科目统称为材料，材料教学内容逐渐扩大，应用到社会建设中的诸多领域中。目前，我国重点高校相继设立材料科学与工程学院，针对于化工方面的教学改革，在原设置专业的基础上，补充了非金属的工程材料的内容。化工材料科学与工程的发展能够打破原专业设置的界限，加强专业间的渗透和联系，教学内容实现了更新。截止至2003年7月份，具备材料科学与工程的院校占据我国的高校的总数的34%。化工材料科学与工程的教学逐渐展现出了新思路[2]。

2 化工材料科学与工程的发展趋势

2.1 化工材料科学与工程教学中创新性人才培养

化工材料科学与工程的发展，以来社会化工企业的技术研发还远远不够，为了更好的促进化工材料科学的发展，在未来的科技社会中，化工材料科学与工程还需要与教育实现紧密结合。促进化工新材料的研发与应用，需要在高校中培养优秀的材料科学人才，与社会高精尖材料研发机构构成联动机制。对于材料科学的人才培养要求极为严格，一方面需要学生具有较好的结构力学基础，另一方面还要向学生传授学生微系统、纳系统、生物系统。同时还需要进行材料结构、性能、工艺等工程的研究，以计算机技术进行材料科学的模拟研发。高校能够为社会输送创新性的人才，是社会化工企业实现稳步发展的关键。创新性人才的能够促进化工新材料的研发，保障化工材料领域更新[3]。

2.2 化工新材料的研发

在科技信息不断发展的当今社会中，对于化工材料的研发技术越来越先进，我国化工材料科学与工程的未来发展，需要与科技信息技术相互融合，研发出具有更多功能的化工新材料。这些新材料的研发与应用能够在传统材料的优势基础上，为人们的生活提供更多的便利。

2.2.1 纤维材料

化工新材料“十三五”发展规划在即，很多具有高技术含量、高价值知识密集和技术密集的新型材料，在社会建设中能够发挥出无线的潜力。这些新材料与传统的材料相比，在质量上更加的轻便，在性能上的更加的好，在功能上更加的强大，附加值更加的高。那么何为化工新材料，化工新材料是指一些包含高性能纤维复核材料，这些才能够在国防军工、航空航天、新能源及高科技产业中应用广泛，同时化工新材料在建筑、通信、机械、环保以及海洋开发中用途更大。有专家指出，全球纤产量在近十年内的长幅为3%，而高性能的纤维在全球范围内产量增长能够达到30%，也就是说，在未来的几年间是高性能纤维发展的黄金期[4]。

2.2.2 聚酰亚胺

有机高分子材料也是化工新材料的另一类，与传统的高分子材料相比，聚酰亚胺的综合性比较强，特点突出。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、分离膜、纳米、液晶、激光等领域。在物理性质上，耐高温达 400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，熔点特征不明显。并且该种材料绝缘性能极高。通常情况下，103赫下介电常数为4.0；在化学性质上，聚酰亚胺可以被分为脂肪族、芳香族、半芳香族聚酰亚胺三种。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其在微电子领域发挥着重要的作用。

3 结语

综上所述，化工材料科学与工程化工研发领域中的重点内容，提升对于化工材料科学与工程的研发，能够有效的促进化工领域发展。本文对化工材料科学与工程的发展现状进行分析，与社会发展趋势相互结合，研究其在未来的发展方向。在未来，需要对化工材料科学与工程教学中进行创新性人才培养，鼓励化工新材料的研发，实现科技创造未来。

参考文献：

[1]刘海定，汤爱涛，潘复生，左汝林.材料科学数据库的研究现状及其发展趋势[J].材料报，2004，09：5-7.

[2]张钧林.材料科学与工程的学科发展、现状及人才培养[J].甘肃科技，2008，15：165-168+132.

第2篇

关键词：材料类专业；物理化学；教学改革；建议

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）37-0128-02

物理化学课程是高校化学专业最重要的一门基础课程，该课程内容丰富、前后连贯、逻辑推理清晰、理论性强，不仅可对化学、化工、环境专业学生开设，也可为生物、材料、食品、水建等专业学生设置。随着社会的发展和科学技术的进步，高等学校不断深化教学改革，全面提高教学质量，对物理化学学科的课程讲授和发展也提出了更高的要求。结合我校的实际情况，以及我们近几年在建设校级精品课程的探索与实践，重新审视材料科学与工程专业物理化学课程的教学内容、教学方法和教学环节，发现目前我校材料专业物理化学课程教学中还存在以下的问题：

1.现行的教学计划中，无机化学相关课程以及后续一些专业课，与物理化学授课内容中有一些重复之处。

2.教材中抽象理论太多，造成了学生对这门基础课程产生了比较枯燥无味的感觉；加之内容多，课时量有限，老师在课堂讲授中不能针对某一化学原理或原理推导过程进行深入的剖析和讲解。

3.与之配套的物理化学实验课，经常采用多个班级集中循环进行试验的模式，有时理论部分未讲授到，但实验课程因为循环时间到，又必须开始，即实验内容超前于理论教学的进度，或者理论课早已讲授完毕，而实验课程却推后进行，学生不能及时将理论和实验相联系，无法达到预期的教学效果。目前我校物理化学的实验内容，基本以验证基础理论为主，缺少综合性、设计性及性能测试试验，因此物理化学实验体系缺少培养学生创新思维的意识以及提高学生动手能力的舞台。

因此，需要积极推进课程体系改革，充实和更新教学内容、改进教学方法、丰富实验教学，从而全面提高物理化学课程的教学质量和效果。

一、优化整合相关学科内容，打破学科壁垒，构建新的教学体系

对于我校材料科学与工程专业，按照2013版教学大纲的要求和已制定的教学计划，其中包含的课程，如无机化学、无机非金属材料、催化作用原理、胶体与界面化学等专业课，它们都与物理化学课程密切相关，有些课程如催化作用原理和胶体与界面化学，直接是从物理化学的大体系中划分出去的。由于我院材料专业招生时间不长，而这些课程总是不同的教师授课，教师之间就授课内容未来得及进行充分的交流，经过几年的授课，发现同一知识点的简单重复难以避免。因此，建议课程组就这一现象，加强教师间的交流与合作，将这些课程的内容进行有效的整合，突破原来以学科和专业来划分的粗放型的课程体系，建立起适合于自己专业的有效课程体系，是目前我院物理化学教学改革的一项重要任务。

我校材料学科专业物理化学课程采用的是南京大学沈文霞主编的《物理化学核心教程》第二版教材，主要的授课内容包括热力学（热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡和相平衡）和动力学部分（包括化学反应速率、电化学、表面现象和胶体化学），共56课学时，大学二年级上半年授课；而无机化学，同分析化学一起共48学时，无机部分主要讲授热化学（热力学第一定律）、稀溶液的性质、胶体溶液、化学平衡及化学反应速率；根据教学大纲的安排，胶体和界面化学、催化作用原理这两门课程各安排24个学时，在大学三年级下学期开展。通过几年授课，经老师观察和学生反映不难发现，以上所述这些课程，在知识内容上相互之间都存在着一定的重复性和交叉性。

针对课程内容重复的问题，为了避免盲目浪费学时数，有效改善不同课程之间的重复授课，充分利用大学课堂掌握更多的知识，使我们在课堂上的几十分钟内有效地完成教学任务，这里提议对材料系开设的几门相关课程教学内容进行整合，使每门课都有其侧重点，建议组建一个全新的教学体系，同时要照顾到这些学科知识的完整性和独立性。例如，讲授无机化学课程时，建议把化学热力学和化学平衡作为重点内容详细讲授，而其他内容，如电化学、相平衡和化学反应速率这些内容作为物理化学课程的授课侧重点。物理化学理论课程中的胶体、表面现象则可放在胶体和界面化学以及催化作用原理这两门课程中主要讲授，物理化学课程就不讲授这部分内容。这样既节省了时间，又突出了重点，不仅使教学内容独立而完整，还可以适当减轻因课时量小带来的物理化学的教学压力，弥补了物理化学课程内容多、课时少的矛盾，老师在授课的过程中再也不担心时间不够用而只能浅显的表述；对于学生来说，仍然是掌握了整个物理化学的原理，而且更加坚实。

二、掌握专业知识框架，改革教学方法

通过对物理化学课堂的观察，发现学生们刚开始对这门课还保持有神秘感，大多数同学对这门课还是很有兴趣的，加之从师哥师姐们那里听说这门课容易挂科，因此学生们刚开始上课的时候都很认真。但是随着课程的深入，部分同学开始松懈，开始排斥这门课程，以至于后来干脆放弃学习。经过细心调查分析发现，学生们在失去学习兴趣后，慢慢迷失在这门课程中。尽管老师在课堂上一再强调要理清楚各章节之间内容的联系，重点记忆关键结论，但大部分同学仍然做不到，不能掌握物理化学课程的知识框架，也没有选择性的记忆关键问题，总是被动地接受课堂上讲授的内容，甚至被很多的数学推导过程迷惑。而实际上这门课程内容衔接紧密，逻辑性很强。把各章节之间的知识框架理清楚之后，就坦然的接受和明白了各章的结论，也有利于知识点的重点记忆。在教学过程中，注重课程之间的联系，通过知识点的连接和相关内容衔接相关的课程，及时引导学生把所学的内容纳入到学科的框架中，帮助学生建立较完整的知识框架，不要迷失在盲目的理论推导中。

物理化学这门课理论性很强，内容较多而抽象，公式又多，学生接受很困难，这就对老师的课堂教学提出了更高的要求。为了能够进行有效的课堂教学，激发学生的学习兴趣，常把日常生活现象中涉及的物理化学原理介绍给学生。比如，举例高温下食物容易变质的问题，联系化学动力学的理论加以说明；讲解温度对反应平衡和反应速率的双重影响时，例举合成氨工业中如何选择最佳温度；涉及讲授表面化学的理论时，可以例举农民锄地能防止水分蒸发的现象，或者小气泡、液滴、呈球形的现象，加以解释后，学生就会对表面性质有清晰的认识；讲授渗透压的时候，联系渗透压的作用，提问为什么肥料用多了农作物会“烧死”？打吊瓶时为什么会感觉到疼痛？让学生带着问题听课，面对生活中各种现象去思考，多问几个为什么，自己到物理化学中去寻找答案，激发学生学习这门课程的兴趣，也就达到了提高教学质量的目的。

除此之外，在课堂上还可以采用小班讨论或者Seminar讨论式教学模式，以教师和学生为共同的教学主体，就某些共同关注的问题，在和谐的气氛中进行讨论，加强教师和学生之间的交流和沟通。课下，利用我校教务处网站的网络教学平台，与学生进行课下的交流和习题讨论、小测验等，与传统的课堂教学模式相比，它具有互动性、合作性、学术性的优势。

三、强化配套实验教学

实验教学在物理化学课程的教学中占有十分重要的地位，它与物理化学课程紧密配合，巩固和加深对物理化学原理的理解，提高学生对知识灵活应用的创新能力，还培养了观察和分析问题的能力。

为了避免实验课程超前理论课程，建议在学习完物理化学相关理论后，及时在学期后半学期开设实验课程。课程组已经设置独立的实验课并计算学分，如：配合表面现象，开展了液体表面张力的测定实验、粉体粒度分析实验；为了巩固反应速率反应章节的学习，开设蔗糖反应速率常数、乙酸乙酯反应速率常数的测定实验等。同时，也应鼓励学生根据所学理论，合理设计实验项目，开展综合性创新实验，增加设计研究型实验，根据设计实验的题目、要求等内容，让学生查阅相关资料，并利用学过的理论知识，选用相关的仪器、药品，分析实验中的难点和关键步骤等，自行完成实验内容、并上讲台讲授实验，以培养学生发现和解决问题的能力。

经过几年的探索和实践，我院化学化工学院材料专业物理化学课程的教学改革将有助于提高学校物理化学课程的教学质量和效果，促进了物理化学这门校级精品课程的建设和发展。

参考文献：

[1]王彬.冶金与材料专业物理化学课程教学方法的探讨[J].教学研究，2013，（7）：60-61.

[2]孙春艳.化工专业物理化学课程教学改革与实践[J].广州化工，2013，41（18）：180-181.

[3]王党生，李国宝.讲座式教学法在物理化学课程中应用[J].山东化工，2013，42（11）：157-158.

第3篇

关键词：培养计划；培养目标；材料科学与工程；麻省理工学院

欧美国家在20世纪60―70年代开始设立材料科学与工程系。名称变更反映了对材料领域研究认识的变迁，即“材料研究需要依据其行为和特征，而不是依据材料类型来进行”。1998年教育部对材料类本科专业目录进行了调整，将原来划分过细的十多个材料类小专业合并成了现在的冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等六个专业。同时，在引导性专业目录中还设置了材料科学与工程一级专业。虽然以材料科学与工程一级大学科来设置专业是必然趋势，但材料科学与工程人才培养模式仍在探索之中[1]。同济大学当年就设置了材料科学与工程本科专业，期望以欧美的模式来培养材料学科人才。实际上，早在20世纪80年代，当时的同济大学建筑材料工程系就为建筑材料专业的本科生开设了材料科学导论、断裂力学、表面物理化学和传热、传质与动量传递（简称三传）4门基础课程。近几年因为参与学院材料科学与工程专业培养计划的修订工作，查阅了国内外许多大学这个专业的培养计划，国内高校在材料科学与工程专业培养计划上的认识一直存在争议。美国麻省理工（MIT）材料科学与工程专业本科培养计划的公开信息最多，不仅有课程列表和学分要求，还有课程的详细简介。尤其是麻省理工的开放课程服务（OpenCourseWare），使得我们还能够进一步了解课程大纲和部分内容。此外，MIT材料学科是USNews全美排名第一的，他们的培养

计划应该具有更好的借鉴意义。本文在反复仔细研究其有关本科培养的各种公开资料的基础上，对其培养计划进行了分析，结合自己的教学工作实践，总结了一些心得体会，希望与国内同行共享。

一、麻省理工材料科学与工程专业的培养计划

MIT材料科学与工程系设3个专业（Course）。其一为一般意义上的材料科学与工程专业（Course 3），学生所得学位是材料科学与工程理学学士（Bachelor of Science in Materials Science and Engineering），其所授学位是被ABET（Accreditation Board for Engineering and Technology，美国工程与技术鉴定委员会）授权的，绝大部分学生都选读这个专业。其二为课程选择度更大的一般专业（Course 3-A），这个专业的毕业生将获得没有特别指定专业领域的理学学士（Bachelor of Science without specification）学位，系里并不寻求ABET对这个学位的授权，只有很少学生选择这个专业，常常是医学、法学、MBA预科生选择这个专业。第三是考古与材料专业（Course 3-C），学生所得学位是考古与材料理学学士（Bachelor of Science in Archaeology and Materials），系里也不寻求ABET对这个学位的授权。从系里是否寻求对所授学位授权就可以看到，MIT材料科学与工程系本科生的主要专业是一般意义上的材料科学与工程专业（Course 3）。后面的讨论主要针对Course 3的培养计划进行。

1. 课程和学分要求

该培养计划的要求包括：（1）MIT的一般要求，共17门课程，其中自然科学6门，人文社科8门，限选科技课程2门，实验课程1门。（2）交流能力课程（Communication Requirement）4门。（3）系内课程，包括一套核心课程（Core subjects，共10门课），一个论文或2个实习以及4门限选课程，合计184～195学分。其2011―2012版本的课程和学分要求见表1，表中课程名称前面的数字表示课程号，后面跟表示学分的数字、课程性质、前修或同修课程号。MIT每门课程的学分由三部分组成，表示学习课程所需要的时间分布，中间用短线隔开，第一个数字表示讲课时间，第二数字表示实验、设计或者野外工作时间，第三个数字表示预习的时间，是以中等学生所需要时间估计的。1个学分大约相当于一学期需要14小时的学习时间。从表 1可见，一般专业课程，预习所需时间是讲课时间的2～3倍。

备注

*可以代替本先修课程的其他先修课程列在课程描述页面。

（1）这些课程可以算作必修课程或者限选课程的一部分，但不能同时计算。

（2）可以选9-12学分。

（3）通过申请，可以被类似课程替代。

2. 限选课程的选择

中列出了21门限选课程，每个学生只需要选择4门课（48学分）。理论上，学生可以在21门课程中任选48学分，甚至经过批准，还可以选择其他系的课程或者研究生课程来代替。实际上，由于材料的范围很广，这些选修课程是根据主要的研究领域来设置的，它们是： 生物与聚合物材料（Bio-and Polymeric Materials），电子材料（Electronic Materials），结构与环境材料（Structural and Environmental Materials），基础与计算材料科学（Fundamental and Computational Materials Science）。

因此，在MIT材料学院的网页上，曾经列出了各领域推荐的限选课程。网页上还列出了每一个方向的咨询教授，以方便对上述领域某一方面更感兴趣的学生选课。

3. 部分课程大纲和教学情况分析

（1）材料科学与工程基础课程

这个课程为15学分（5-0-10），总是与“材料实验”一起选修。课程安排也是交叉进行，实验周不上课，一共有4个实验周。这样，材料科学与工程课程讲课时间就缩短为9周（一个学期14周，最后一周为考试）。其课程安排为周一、三、五各2小时的讲课（lecture），周二和四各1小时的复习课（recitation）。所以一共27次讲课，18次复习课。实际讲课为24次，另外3次课为测验和考试。最后一次考试并不是考全部课程内容，即每次测验和考试都是分段内容。

这个课程由两个教授分别讲授，每个教授都是24次课，因此可以推论，每次每个教授将讲1小时。一个讲授结构和化学键（Structure and Bonding），一个讲授热力学和统计力学学（Thermodynamics and Statistical Mechanics）。

两部分课程分别布置6次作业，每部分每次都是2～3个题目，都有交作业的期限，没有按期交作业的，该次作业成绩为0。作业答案在交作业期限过后就会立即公布。课程总成绩由作业成绩占20%、三次测验占80%构成。得分标准为：总评80分以上A，70～79分为B，55～69分为C，低于55分为不及格。

（2）实验课程

MIT材料系内有2门必修的实验课程，即材料实验和材料综合实验。这两门课程同时还是加强专业交流能力培养的课程，所以，教学过程特别注意专业交流方面（包括论文写作、口头技术报告等）的形式要求。材料实验与材料科学与工程课程同时选修，在2年级第一学期进行。材料综合实验课（Materials Project Laboratory）基本上就是几个同学合作的科研项目，在3年级下学期进行。下面以二年级的材料实验为例，介绍其教学和考评办法。

如前所述，材料实验共4个实验周，实验周没有其他专业课。实验内容包括量子力学原理演示、热力学和结构，同时囊括了几乎全部现代材料分析研究方法（XRD、SEM/AFM、DSC、光散射等），并通过口头和书面方式加强交流能力培养。从教学内容看，这门实验课承担了教授材料研究方法的任务。

一般将50个左右学生（2011年的2年级学生只有43人）分成6个组。每个实验周有3个实验主题，每个主题下面2个实验，2个组共选一个主题，每组选做其中一个实验。6个实验同时进行。一周3次实验，每次4小时。因此，每个组每周只做3个实验（每个主题做1个实验），共12个实验。由于每个组只做了一半的实验，对另一半实验的了解，通过每周2次的1小时交流课程（recitation sections，一般隔天举行）来实现。交流课上，大家各自在黑板上即兴介绍实验的发现，回答教师和同学的提问。

该实验课由3个教授上，其中一个总负责。课程成绩评分标准

二、分析和讨论

1. 关于必修课和选修课

系内必修课程除毕业论文或企业实习外，共有10门。大学一般要求的17门课，理论上可以自由选择，但从表1系内课程的先修课程可以看出，微积分I和II，物理I和II是需要先修的，大学一般要求的6门自然科学课程就去掉了4门，能够自由选择的大学自然科学课程剩下2门。从系里建议的选课表（roadmap）可以看到，另外2门自然科学是化学和生物。所以，自然科学的必修课程实际上相当于14门。

限选课程要求包括GIR类型2门和48学分的系内选修课。有3门系内课程（共39个学分）可以作为GIR课程来选，但不能同时作为系内课程要求的学分。大多数系内选修课程的学分为12分，这样的话，系内限选课48学分需要选读4门。所以，每个学生可以有6门专业选修课程。有意思的是，在表1中只有21门限选课程，而该系主要的研究领域（或者说相当于我们的专业方向）有4个，平均每个方向只有5.25门课。如果去掉2011―2012年新增的2门课程，过去几年只有19门课，平均每个方向只有4.75门课程。看来，MIT材料科学与工程专业的课程设置，并不鼓励学生选单一专业方向的课程。实际上，在以前分专业方向限制选修课时，每个专业方向仅仅提供2～3门课程，进一步的分析见下文。

反观我们的培养计划，我们的专业方向必修课程有5门（14学分），选修课程应选4门（8学分），合计9门课程22学分。因为我们的学分是按照每周上课学时数计算的。如果按照MIT的学分计算方法，学分约为每周上课学时数的3～4倍，考虑到我们的上课周数为17～18周，而MIT才14周，因此，我们的专业方向应选学分至少相当于MIT的88学分，比其4门课程（48学分）的要求多了5门课程（40学分）。可见，我们的培养计划更加注重学生专业方向知识和技能的培养。

另外，MIT材料科学与工程系的研究领域非常广泛，关于其主要研究领域的介绍出现在3个网页上。其一是在该系的学位要求中关于限选课程的介绍网页，4个主要的研究领域分别是生物与聚合物材料、电子材料、结构与环境材料、基础与计算材料科学。其二是在MIT的招生网页，4个主要的研究领域分别是：半导体材料和低维系统（Semiconductor materials and low-dimensional systems）、能源材料（Materials for Energy）、纳米结构材料（Nanostructures）、材料的生物工程（Bioengineering of Materials）。在介绍全体教师（Faculty）的网页，列出了30个研究方向（discipline），共122人次（有重复计算，因为实际教师只有35人），平均每个研究方向4.07人次（或1.17人）。少的方向仅1人如微技术、半导体，最多的是纳米技术，23人次。上面列出的生物工程（包括生物物理和生物技术）9人次，能源材料（包括能源与环境、储能）9人次。人数比较多的研究方向还有结构与环境材料9人次，高分子材料7人次，电、光和磁材料7人次。

可见，尽管MIT研究的材料类型很多，但其本科生培养计划中，涉及具体材料类别方向的课程特别少。

2. 关于考核与成绩

MIT很多课程的成绩评定都包括平时作业和出勤与课堂参与情况。有的课程，考试以外的项目在成绩评定中所占份额可达到50%，有的实验课程则更是高达85%这在一定程度上反映了MIT对大学生平时学习的管理是非常严格的，与我们头脑中关于国外大学生“自由”学习的图像截然不同。

3. 关于选课进度安排

MIT材料系没有规定统一的选课进度表。但从其推荐的选课安排（roadmap）看，具有如下特点：

（1）8门大学一般要求的社科课程（GIR）分布在8个学期选修，即每学期选修1门社科课程；

（2）一年级把大学要求的6门自然科学课程（GIR）学完，包括数学、物理和化学。

（3）二年级起全面进入专业学习。第一学期学习材料科学与工程基础、材料实验2门课程，两门课交叉进行，实验周不上课。上课周每天都有材料科学与工程基础课，实验周每天都有实验或交流，学习安排非常集中。

（4）每学期的课程一般为4门，其中1门为社科课程。

MIT二年级第1学期就学习专业基础课程，这比我们的教学计划提前很多。国内的教学计划进度安排曾经强调，前两年不安排专业课，以至于我们的材料科学与工程课程被安排在第5学期，材料研究方法更是被安排在第6学期，使得高年级学习特别紧张，深入接触专业知识和方法的时间被推迟。

4. 关于培养计划的修订

从网页上能够追溯到MIT材料系1998年的培养计划，其培养计划在2003年做了很大的调整。两者的比较

这两个培养计划的最大差别在必修课，课程名称几乎完全变了。但对比课程名称和教学内容可以发现，新培养计划中的“材料科学与工程基础”包含结构与化学键、热力学与统计力学两大部分内容，分别由两位教授讲授，似乎代替了原来的“材料热力学”、“材料物理化学”和“材料化学物理”3门课程，因为其教材之一仍然是物理化学（Engel， T.， and P. Reid. Physical Chemistry. San Francisco， CA： Benjamin Cummings， 2005. ISBN： 9780805338423）。“材料实验”应该与原先的“材料结构实验”对应，“材料综合实验”应该与原来的“材料加工实验”对应。“材料的微结构演变”与原来的“材料结构”相似。取消了“材料力学”、“材料工程中的输运现象”2门课程。增加了“材料的电光磁性能”、“材料的力学性质”、“有机和生物材料化学”、“材料加工”4门课程。取消2门，合并2门，增加4门，课程总数不变。

选修课变化较小，只是增加了若干课程，特别是生物材料和纳米材料的课程。其实，两门生物材料课程是2000年增加的，当时选修课由4方向增加为5个方向。选修课的最大变化是理论上不再分专业方向，学生可以任意选课。但实际操作时，仍然向学生推荐各专业方向的课程组合。无论如何，每个专业方向的课程不足4门，学生必然需要选修其他方向的课程。

从2003年至今，必修课没有变化，选修课则有一些小的调整（表5）。其中2005年减少了高分子化学、化学冶金学（Chemical Metallurgy）2门课程。增加了2门数学，材料热力学（原来的必修课），先进材料加工，衍射和结构，材料的对称性、结构和张量性质，材料选择，共7门课程。可见，增加的这些课程仍然是与具体材料种类无关的。2007年和2011年分别增加了1门生物材料方面的课程。可见，即使是选修课的调整，仍然在继续加强有关材料行为特征方面的课程，减少有关具体材料种类的课程。

5. 关于培养目标与课程设置

过去，MIT材料科学与工程系培养目标分四类，研究型学位（Course 3）、预科型学位（Course 3A）、实践型学位（Course 3B，2003年取消）和考古型学位（Course 3C）。其中，研究型学位与实践型学位培养要求的唯一差别是不变的，即前者在四年级做毕业论文，后者在二年级暑假和三年级暑假做2个20周的企业实习，其他课程要求完全相同。现在把实践型学位取消了，但仍然保留了学生向这个方向发展的渠道，即学生仍然可以选择做毕业论文或者企业实习，学位合并在研究型学位（Course 3）中。

从2003年培养计划大调整来看，MIT材料科学与工程专业（Course 3）的主要培养目标是让本科毕业生继续深造。也可能是社会需求的变化促使MIT对培养计划进行调整。这从MIT选读实践型学位人数变迁或许可以看出一些端倪（表6）。从1998年到2002年，实践型学位人数多于研究型学位的人数，2002年突然降低，与研究型学位相当。查看大学2年级实践型学位学生注册数，从2002年起突然减少，由原来每年约20人突然减少为6人。2003年培养计划调整当年，还有5人注册为实践型学位，这应该是此前培养计划延续所致。

那么，没有了实践型（Course 3B）学位，是否还有学生仍然会选择实习代替论文呢。下面从2002～2008年MIT材料系本科毕业生去向分析。除了一些研究生院，网页一共列出了38家企业和17家政府部门或咨询机构。统计2002年以后（至2005年结束，当年仅剩下1人）各年4年级实践型学位人数（也约等于当年毕业人数）总和恰为38人，与毕业生去向统计的企业单位数刚好相同。这难道是巧合？是否可以推论，2003培养计划修改之后几乎就没有学生选择去企业实习了？

MIT材料专业取消实践型学位，以及此后可能几乎没有人选择实习代替毕业论文事实，一方面可能与美国产业向国外转移，本国企业对工程师的需求减少有关；另一方面，MIT培养计划中的课程设置调整也起了一定作用。因为选择实践型学位人数锐减在前（2002年），培养计划调整在后（2003年）。培养计划中去掉的必修课“材料力学”和“材料工程中的输运现象”，显然属于工程类课程。因此，其培养计划课程中增加材料研究型基础知识、减少工程知识的倾向十分明显，也说明其培养计划随社会需求进行了及时调整。

另外，尽管2003年培养计划中的必修课有较大调整，但选修课调整比较有限。而且调整前后，没有改变其材料类本科生宽专业培养的模式。

但在选修课中，把专业方向的基础课程去掉，仍然让人有点匪夷所思。例如，高分子化学在高分子材料领域历来就被认为是专业基础课。MIT在2005年却把这门课从本科生培养计划中去掉了。查看其高分子方向研究生培养计划核心课程，可以看到高分子物理化学、高分子合成、高分子合成化学等基础课程。可见，MIT把专业方向的一些基础知识培养放在了研究生阶段。

以上似乎给人这样的印象，如果不继续读研究生，则专业方向的基础知识是不太够的，无形中将人才培养的周期拉长到研究生阶段了。但从我自己教学的经验来看，学习高分子物理就可以了解高分子材料的行为和特征，未必需要清楚地知道高分子材料的合成与制备方法。我的一些研究生以前从未学习高分子方面的课程，为了让他们在研究中能够理解和使用高分子材料，我就是先给他们讲授高分子物理的基本知识。

另外，注意到MIT材料专业研究生数量是本科生数量的2.2倍，有很多研究生来自校外，特别是来自国外。所以，MIT材料专业培养计划中对专业方向选修课程的调整，结合研究生阶段的课程安排，既考虑到了本科宽专业基础的培养模式，又打通了本科生培养与研究生培养之间的关联，在研究生阶段加强专业方向基础知识的培养，也便于接受其他教育背景的学生来读研究生，还是十分合理的。

MIT材料专业的本科培养计划，不断强化了按照材料大类进行培养的模式，必修课和选修课都加强了材料基本行为知识的课程，减弱了材料类别基础知识的课程，把后者移到研究生教育阶段。这说明国外关于“材料研究依据其行为和特征，而不是依据材料类型来进行”的认识形成30多年以来，不仅没有改变，还在进一步加强。MIT在2003年对培养计划大调整时，加强了材料研究基础知识课程，减少了工程类课程，其本科生的主要去向是进一步深造，直接到企业就业的比例急剧减少。本科生阶段加强研究基础知识课程，把专业方向基础知识培养放在研究生阶段，加强了研究生的知识培养，可能是其材料研究能够长期在美国名列前茅的原因之一。

第4篇

关键词：卓越工程师；材料力学；改革方案

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0102-02

据报道，截至2013年底我国开设工科专业的本科高校1047所，占本科高校总数的91.5%；高等工程教育的本科在校生达到452.3万人，占高校本科在校生规模的32%。当前我国高等工程教育的目标是培养社会需要的高级工程技术人才，但是现阶段的教育模式并不能满足社会发展所急需要的专业技术人才，随着城镇化建设进程的加速，在今后很长时期内，工程建设领域对创新型高素质工程技术人才的需求将日益迫切。[1]教育部2010年6月正式启动的“卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。然而在实践过程中，高校除了面临着更新教学理念、提高教师能力、增加教育投入、加强学风考风建设等诸多问题之外，课程建设同样面临着配套改革的艰巨任务。

由于材料力学课程作为土木工程、输电工程、给排水、工程管理、热能动力、建筑环境、机械等相关专业的重要专业基础课，因此其课程体系、教学内容与教学方法能否适应卓越工程师教育培养计划要求对于后续专业课的开展具有深远影响。本文以东北电力大学“卓越工程师教育培养计划”试点专业开设的材料力学课程为背景，就教学改革的内容和具体措施开展研讨，旨在探索材料力学课程在卓越工程师教育培养过程中的改革途径，提高教学质量。

一、课程特点及改革的必要性

材料力学课程是一门与工程实际紧密联系的内容体系成熟的经典课程，具有较强的理论性、逻辑性和系统性。课程以杆件的变形破坏分析为主，要求学生掌握杆件的内力、应力和变形的分析研究方法，能对杆件进行合理的强度、刚度和稳定性设计。同时材料力学也是一门与工程实际紧密联系的课程，有助于培养学生科学的思维方式和分析解决工程实际问题的能力。要求学生具备良好的高等数学基础、大学物理基础和理论力学基础，还要求学生具有良好的科学素质和动手能力。在系统地理解基本概念和基本理论的基础上，需要足够的复习时间并完成一定量的作业题，同时结合课程内容设计相应的实践环节。

传统的课程模式注重的是讲授知识，教学偏向学术化、对授课效果和学生掌握程度的考量主要以卷面成绩为主要手段，而对学生工程实践环节学习效果的评价多以考查方式进行。同时教师多是毕业后直接进入高校工作，工程背景不足且缺少深入施工现场的机会和时间，使得教师的课堂教学难以结合工程实例进行。因此造成多数教师和学生对实践环节缺乏足够的重视，经常流于形式。

“卓越工程师教育培养计划”的重要内容之一是强化学生的工程能力与创新能力，因此，传统的课程模式严重影响了卓越工程师教育培养计划的实施效果。为了适应卓越工程师教育培养计划的实施需要，材料力学课程必须从理念、内容、方法等各方面进行相应的改革，必须借助计算机等新技术手段及成果，强化学生的实践能力、设计能力和创新能力培养，探索新的教学改革途径。

二、课程改革途径探索

1.确立“以学生为本”的现代教育理念

鉴于材料力学课程理论性较强，采用传统以教师为中心的教学方法容易产生“枯燥、难懂、不生动”的不良效果。学生长期处于被动接受的状态就会直接或间接扼制创新能力的发展。要在教学过程中充分发挥学生的主动性，必须树立“以学生为本”、“以学生为中心”的理念。教学应以培养学生、发展学生为目的。教师以最专业化、最佳的服务促进学生最大限度的发展，才能体现教师劳动的最大社会价值。应以充分发挥教师的主导作用，突出学生主体地位，体现因材施教、个性培养和鼓励创新的教学思想来指导教学改革。

2.设定合理的课程结构

按照卓越工程师教育培养计划的目标要求，我校“卓越班”的材料力学课程最多安排84学时，其中理论学时72学时，实验12学时；制订了针对不同专业卓越工程师教育培养计划的教学大纲；开设讨论课和综合课，培养学生全局思路和解决方法，引入教学楼、电厂厂房设计等工程实例，引导学生的工程思维。实验教学中增设了综合性、设计性、创新性内容，对培养学生的动手能力、科学研究能力、观察能力、创新能力起到重要作用。安排如桁架设计等小型综合性作业，运用载荷计算、应力分析、截面尺寸设计、变形及稳定性分析等材料力学知识提高学生的综合能力。

3.整合及精简教学内容

根据工程需求整合教学内容及结构。将课程中一些繁琐的理论推导进行部分删减，如惯性积的转轴公式、畸变能公式。内容顺序进行适当调整，如将轴向拉压变形、扭转变形及弯曲变形的超静定问题归纳到一起讲解，优化课程结构。在缩减课时的同时突出了重点。

根据具体授课对象选择教材及授课内容。结合本校实际，调查各开课专业对材料力学内容的职业需求，以及后继课程的需要，进一步精选传统内容，拓宽基础内容，为引入当代前沿技术开设窗口与接口，并进一步强化基本知识、基本理论与基本方法对于卓越工程师人才培养的重要性。

根据最新科技发展对材料力学课程的要求及卓越工程师教育培养计划需要，及时充实新的教学内容。组合出单元式的课程内容模块，形成按需选用的开放式课程体系。

4.强化工程能力的培养

（1）强化工程应用能力的实践训练。以基础性、综合性、设计性实验为主体，将实验内容进行模块化整合。开展“创新性”实验教学活动，提高学生的综合能力和素质。综合性实验培养学生具有良好的团队精神；设计性的实验锻炼学生自主设计方案解决工程实际问题的能力；创新性实验则由学生提出课题，在教师指导下进行，旨在提高学生的动手能力、分析问题及解决问题的能力。

（2）强化工程创新能力的实战训练。围绕“能力”与“创新”，要求学生积极参加大学生创新活动计划项目及国家或省市技能竞赛，接受创新意识和工程能力的训练。让学生学会找出问题、分析问题和解决问题的方法。[2]与材料力学课程直接相关的竞赛（如结构设计竞赛、机械设计竞赛、大学生力学竞赛等各种大学生科技竞赛）可以作为实施卓越工程师教育培养计划的重要实践平台。以2013年吉林省高校联合举办的结构设计竞赛中，学生根据所学的力学知识查阅桁架结构的设计资料，从结构构件的受力特点出发对构件的结构形式、截面选择及节点的受力分析做了大量的工作，设计出了多种高跷方案，并取得了良好的竞赛成绩，让所学知识能够学以致用，通过实战培养了学生的工程创新能力。

（3）强化综合应用能力的先导性训练。材料力学课程是多专业共享的一门重要专业基础课。在许多相关专业中，结合工程实际问题的毕业设计选题都会涉及到材料力学知识的综合运用，如对火力发电厂主厂房建筑物的结构选型、对结构中的梁、柱的结构计算均要用到材料力学知识。因此，在课程教学期间提前组织先导性训练，结合毕业设计题目需求进行适当内容的铺垫能够激发学生的学习兴趣，同时还能促进学生理论与实际的结合，使学生学以致用。

5.改革考试、考核方法

科学的考试制度有助于良好教风、学风的形成，有利于教学质量的稳步提升。“卓越班”的考核既要考查学生掌握知识的情况，更重要的要考查学生运用知识解决实际问题的能力和认知创造能力。以考核来引导学生不拘泥于书本，不迷信权威、独立思考、大胆探索的精神。

实践中，采取分解考核项目，加大平时考核力度，笔试和面试相结合的形式，增加学生课堂上的参与意识，注重学生综合能力的培养。加大平时成绩在总成绩中所占的比例，将实验成绩记入到学生的考试总成绩中。安排有兴趣的同学参与教学课件制作及课堂教学评价来提高学生的学习积极性。对于参加与相关的竞赛取得好成绩的学生，按照一定的比例计入学生的平时成绩或替代实践成绩，取得了满意的考核效果。

6.积极运用现代化教学手段，探索新的教育模式

由麻省理工学院和哈佛大学发起的慕课（MOOCs）是新近涌现出来的一种在线课程开发模式，具有时间空间灵活、使用客观、自动化的线上学习评价系统，运用大型开放式网络处理学生的互动和回应，学生自我管理学习进度、自动批改、相互批改、小组合作等，保证教学互动、全天候开放等优势，为学生提供了更大的选择权。但“慕课”的出现对授课教师也带来了更为严峻的挑战，教师需要更快地提高自己的教育技能。总体来看，“慕课”的出现为卓越工程师教育培养计划的实施提供了更广阔的空间，“慕课”良好的教育资源与培养工程技术人才所需要的实践环节有机结合，必将为材料力学课程改革注入新的生机与活力。

三、结束语

卓越工程师教育培养计划的主要目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。本文提出的基于卓越工程师教育培养计划的材料力学课程改革方案，经近两年的实践，在更新教育观念、改进教学方法、探索新的考试、考核方式以及采用新的教学手段方面进行了广泛探索，对课程进行了大胆改革和实践。东北电力大学材料力学课程2005年荣获吉林省优秀课程称号，2007年被评为吉林省省级精品课程。但新的课程体系还需要经过更多的实践和验证，今后还将继续更新和完善，以培养更多高素质的卓越工程师后备人才。

参考文献：

第5篇

关键词：教学―科研一体化；实践能力；创新精神

中图分类号：G647 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0008-02

一、引言

高校本科实验教学是巩固理论知识、培养创新意识和高素质工程技术人员的重要环节，然而传统实验项目多以基础教学为主，即使是和专业知识最为紧密相关的专业综合实验等实践内容也仅涉及到基础的实验操作、简单合成方法和成形工艺实验，学生完全不能触及本专业发展的各个领域，更无法拓展对本专业深层次、系统地了解。实验教学缺乏引导性，无法激发学生自主探索和创新意识。为了改变实验教学现状，各个高校开展了对实验室教学模式的改革和探索，并取得了一定的成效[1-4]。

本校高分子材料与工程专业经过几十年地发展，已形成了相对稳定的科研团队，如生物医用高分子材料、光电高分子材料、3D打印材料、凝胶高分子材料等，引领着本专业的不同发展领域。如何在公共实验室资源有限的条件下，按照学校发展和人才培养的总体需求，将科研项目和科研室纳入本科实验教学环节中，建立教学―科研一体化的综合实验室教学管理体系，以科研带动教学，使大学生都能涉及本专业发展的各个领域，了解本专业最新发展动态，从而激发潜能和创新精神的培养，是解决实验教学最积极有效的途径。

二、存在的问题分析

1.教学内容设置缺乏引导性、自主性和创新性。由于实验室建设的滞后性，高校本科教学中设置的实验多以基础性和验证性为主。传统实验项目的设置总是选取固定的几个实践操作项目让学生进行实际操作，实验内容局限且简单[5-7]。传统实验教学内容缺乏引导性、自主性和创新性的培养，因此将本专业各科研实验室研究项目纳入到本科实验教学，是目前迫在眉睫的事情。

2.实验室设置缺乏系统规划。由于缺乏统一规划，目前大部分高校的公共实验室和专业教师的科研室相对分散，科研室相对独立，大部分本科生很少接触到教师的科研项目和科研实验室，无法触及专业精密仪器和设备及专业发展的前沿领域。将科研实验室纳入到本科教学中，依据科研项目设计综合性、设计性、探索性等可行的教学实验项目，提高科研实验室专业精密仪器和设备利用率，提高学生对本专业研究领域的认识，从而引导学生的创新意识。因此，系统规划基础教学实验室和科研室的布局，起到了优势互补和综合利用的最佳效果[8]。

3.实验教学缺乏有效的管理和考查机制。目前，实验实践教学以学分制作为对学生的考查机制，学生按照规定时间参加安排的实验教学环节，并完成实验指定的内容即可获得学分。实验教师往往在实验前安排好所有的实验细节，学生被动的按要求做完实验，既没有对实验内容做相关了解，也没有进行前期的查阅资料等准备工作，更无法谈及探索和创新精神。无需思考和挑战的实验考查机制无法达到自主性和创新性的培养。

三、解决措施

1.建立教学―科研一体化的综合实验室。本着以科研带动教学、教学和科研相互促进的理念，并结合本专业的研究领域采用统筹的思想规划教学和科研实验室的安排，形成教学和科研室的有利结合。学校正在筹划整体搬迁事宜，新的实验大楼已准备就绪，借搬迁的好时机系统筹建和规划的教学―科研一体化的综合实验室如图1所示。公共实验室和科研室设置在同一区域，既方便教师科研实验时高效利用公共实验室资源，又利于学生对专业研究领域的认识和了解，也解决了科研室科研项目转化为实验教学项目提供的容纳空间。

2.建立教学―科研一体化实践项目计划。科研项目纳入本科实践环节，应制订完善的科研教学实践项目计划：（1）对科研项目纳入教学环节的实践教学内容要进行科学的论证和认定，重点考察实验目的的明确性、实验装备的利用性、实验效果的显著性、能力培养的递进性和激发创新意识的能动性，尤其要考察是否代表本领域最精简、核心和是否具有完整系统性的引导项目。（2）科研教学实践项目申请，鼓励专业教师及其研究生对研究领域的科研项目进行提炼，制订适合本科教学的实验项目，对实验目的、方案、可行性和创新性等进行充分论证，由院学术委员会审核通过后进行实施。（3）根据科研项目的变化积极更新实验项目。国家级、省级等纵向和校企联合的横向科研项目代表当前该学科发展的最新方向和社会的最新需求，应根据在研的科研项目及时更新科研教学实验项目。

3.完善实验室实践教学监督、管理和考核评价体系。一方面，对纳入到教学实践中的高校科研室进行考核和绩效评估，促进实验室管理体制及运行机制改革；另一方面，强化对学生能力的培养，必须整改对学生实验环节的考查机制。完善教学―科研综合实验室实践教学监督、管理和考核评价体系，应从以下三方面入手。（1）实验室实践教学监督、管理和考核体系的设计。①学校应建立合理、高效的激励机制，鼓励科研实力强的专业教师将科研项目成果浓缩为实验项目，应用于本科教学；②教务管理人员制订教学监督、管理措施，切实落实科研项目在实验教学中的实施和运行；③制订出合理的考核体系和奖励措施，实施平时常规检查与年终考核相结合的绩效评估机制。（2）科研教师的考核与绩效评估。①为了激励科研教师向本科教学的倾斜力度，把实验室建设与教师的科研方向结合起来，与实验室绩效评估结果结合起来，绩效高的研究室加大投入力度；②为了鼓励专业教师科研成果为本科实践教学服务，学校除了在工作量上考虑专业教师本科实践教学方面付出的诙外，把此项工作作为职称评审的重要方面。（3）学生实验环节的考查机制。科研实验项目对学生的综合素质要求较高，需制订合理的考查机制才能够充分调动学生的积极性。学生实验环节的考查包括前期准备、实验进展和实验完成情况三个部分。前期准备方面的考核包括对实验目的的认知、实验方案设计、实验准备等；实验进展情况方面的考核包括分析问题和解决问题的能力；实验完成方面的考查包括对实验结果的分析和处理、实验报告的撰写等。分别从实验前期准备报告、实验进展报告、实验结果报告和实验室制定的成绩考核办法四个方面进行成绩考核。

四、结语

高校科研项目和科研实验室纳入本科实践教学环节，在提升大学生实践创新能力素质培养的同时，也给实验室科学规划和实验室教学管理带来了新的问题。专业教师、教务管理人员和实验管理部门必须对教学―科研一体化综合实验室教学管理体系进行积极探索，充分整合教学、科研资源，加强科研成果向日常教学的渗透，实现实践教学质量的提高。

参考文献：

[1]贺建武，麻朋友，陈斌，等.地方高校教学型实验室开放管理存在问题及对策[J].实验室研究与探索，2014，33（4）：240-242.

[2]皮之军，李建海，于敏，等.开放式实验教学模式的研究与探索[J].实验技术与管理，2010，5（27）.

[3]宋国利，盖功琪，苏冬妹.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索，2010，2（29）：240-242.

[4]邓小青.普通高校实验室全面开放而要解决的三大问题[J].实验技术与管理，2015，32（9）：226-229.

[5]武晓峰，高晓杰.高校实验室建设发展报告[M].北京：清华大学出版社，2014.

[6]何晋渐，徐静波.高校实验室资源共享机制的探索与研究[J].实验室科学，2010，13（6）：132-135.

第6篇

（一）在建筑材料方面的应用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。

钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1,2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca钙矾石、含Ba钙矾石和含Sr钙矾石的Al-O键级基本一致，而含Sr钙矾石、含Ba钙矾石中的Sr，Ba原子键级与Sr-O，Ba-O共价键级都分别大于含Ca钙矾石中的Ca原子键级和Ca-O共价键级，由此认为，含Sr、Ba硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。

将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。

（二）在金属及合金材料方面的应用

过渡金属(Fe、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。

量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。

二、在能源研究中的应用

（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用

煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。

量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子,如低级芳香烃作为碳/碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian98程序中的半经验方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。

（二）在锂离子电池研究中的应用

锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。

锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li+离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago等[8]用半经验分子轨道法以C32H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li-C和具有共价性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。

随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。

三、在生物大分子体系研究中的应用

生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘,进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。

综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。

参考文献：

[1]程新.[学位论文].武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院,1994

[2]程新,冯修吉.武汉工业大学学报,1995,17(4):12

[3]李北星,程新.建筑材料学报,1999,2(2):147

[4]闵新民,沈尔忠,江元生等.化学学报,1990,48(10):973

[5]程新,陈亚明.山东建材学院学报,1994,8(2):1

[6]闵新民.化学学报,1992,50(5):449

[7]王宝俊,张玉贵,秦育红等.煤炭转化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

[10]SatoruK,MikioW,ShinighiK.ElectrochimicaActa1998,43(21-22):3127

[11]麻明友,何则强,熊利芝等.量子化学原理在锂离子电池研究中的应用.吉首大学学报,2006,27(3):97.

第7篇

关键词：水利施工 软土地基 处理方法

中图分类号：TV5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0086-02

在水利工程的建设中，对软土地基的处理会直接影响到水利工程的质量及其安全性，要做好水利工程中对软土地基的处理，有效加强软土地基的稳定性，提高水利工程地基的质量，确保水利工程能够按照一定的要求完成。水利工程设计的范围很广，是一个综合性非常高的建设施工工程。由于具有软土地基富含大量的水分、土质也比较疏松和土质的空隙也较大等特点，使得软土地基无法承受水利工程的压力，因而容易引发安全问题。

1 软土地基概述

软土地基是指由软土构造而成的地基，其主要成分是软土。软土地基的主要组成包括泥炭、富含大量颗粒的松软土和孔隙较大的质土等，这些土质有的富含大量的水分，有的土质比较疏松，有的压缩性很强，但是，软土地基的抗压能力不高，难以承受过大的压力。因此，软土地基一般具有低强度、低透水、高压缩、沉降快和不均匀等特点。

2 软土地基的特点

2.1 强度低

由于软土地基主要是由一些软土疏松的土质构成，进而使得软土地基的强度较低。在水利建设施工的过程中，软土地基的低强度很容易造成坍塌和裂缝等现象，进而影响水利建筑施工的质量。

2.2 透水低

淤泥质粘性土质也是构成软土地基的一个组成部分，在水利施工过程中，一般会有很多水分排除，因此，软土地基还具有一定的透水性。为了保证水利施工的顺利完成，一定要采取有效措施及时排除水分，以提高软土地基的稳固性。

2.3 高压缩

由于软土具有很多独特的特性，使得软土地基的强度一般较低，因而具有较高的压缩性。在水利工程的施工过程中，随着水利工程的不断进行，软土地基承受的压力会越来越大，造成软土地基很容易出现坍塌等现象。

2.4 沉降快

由于软土地基具有高压缩性，进而导致软土地基的沉降速度快。并且软土地基的沉降速度会随着水利施工的进度而逐渐增大，软土地基的沉降速度越快，对水利施工带来的问题越大。

2.5 不均匀

软土地基是由很多种不同的土质构造而成，而且不同的土质都具有不同的密度、硬度和强度等特点，使得软土地基具有不同承受压力的能力。同一软土地基具有不同的承压能力增加了对软土地基施工控制的难度，也会影响水利施工的质量。

3 水利施工中软土地基处理时应注意的问题

3.1 施工准备工作

在进行水利施工前，一定要提前对软土地基进行严格的检查，注意施工前的准备工作，以保证施工设备的正常运行。水利施工前的准备工作一般包括做好施工场地的清理工作和施工材料的检查工作等，从而提高水利施工的质量。

3.2 施工过程中的相关事项

在水利软土地基施工的过程中，还应该注意施工中的一些相关事项。按照软土地基施工的工序进行施工，同时，还应做好水利施工过程中的安全防护工作，加强对施工设备的维护和保养工作，保证水利施工过程能够顺利进行。

3.3 水利工程的相关要求

在水利施工建设过程中，要以我国水利工程相关的法律法规和相关要求进行施工，由于水利工程的用途一般不一样，因而需要制定高质量的施工标准，尤其是对软土地基的处理，还有助于施工单位选择更加合理的施工方案。

3.4 软土地基的施工量

在进行处理水利施工软土地基时，软土地基的质量非常重要。水利施工应该根据不同的要求，选择不同的施工方案，以确保水利施工的高效进行。因此，软土地基的质量是水利施工中非常关键的因素之一，也是影响水利施工质量的关键，因此，注意软土地基的施工质量显得非常重要。

3.5 软土地基的施工工期

在水利施工的过程中，一般要先对软土地基进行处理，注意软土地基的施工工期，制定出合理的施工方案。充分考虑软土地基的加固时间，这对于选择合理的软土地基处理方法很重要，还能确保在设计的时间范围内完成软土地基的处理工作。

3.6 软土地基的施工环境

在水利施工的过程中，施工环境的影响也很大，不同的施工环境会有不同的施工方案，使得软土地基的处理方法也会不一样。为了确保水利施工的质量，注意软土地基的施工环境，以提高软土地基的处理质量，这对于水利施工的质量非常重要。

4 水利施工中软土地基处理的方法研究

4.1 换填管理法

换填管理法是一种非常常见的软土地基处理方法，采用适合水利施工要求的土质取代软土地基的土质，从而使换取后的土质能够满足水利施工的基本要求。在采用换填管理法进行施工过程中，应该提前将不符合水利施工要求的土质全部排出，再根据水利施工的具体要求选取满足水利施工要求的土质，以确保水利施工的顺利进行。选择填充的一般是一些富含碎石和粗砂等硬度较大成分土质，这样能保证地基的稳固性。在实际的换填管理法过程中，土质填充一般会分为几层进行，第一层是碎石层，这一层主要为了增大地基的透水性，同时，碎石还能保证地基具有较高的强度，以确保水利施工的质量。第二层为灰土层，这一层主要是为了提高地基的承压能力，同时，确保地基的平衡性，加强地基的稳固性。第三层是砂层，砂能够促进软土地基中水分的排除，从而提高地基的硬度，以提高地基的承载力。当然，在实际的水利施工过程中，应该根据具体情况采用换填管理法，充分做好软土地基的处理工作。

4.2 排水砂垫层法

排水砂垫层法也是软土地基一种非常重要的处理方法。排水砂垫层法主要是将软土地基中一些含水量较大的土质排出，同时还能将软土地基中的水分除去，以增强土质的强度，使得软土地基能够满足水利施工的地基设计要求。在施工过程中，排水砂垫层法首先是在软土地基的底层填充一层具有高透水性能的砂垫层，随着水利施工进度的加快，含有丰富水分的土质所承受的压力就会越来越大，使得水分被不断地排出。通过排水砂垫层法，能够加固软土地基的稳固性，提高软土地基的强度，使得软土地基能够满足水利施工的基本要求。当然，为了更好地防止出现地下水反渗的现象，在砂垫层上面还需要加一层隔水性较好的粘土层。但是，对于砂垫层材料的选择也有很多要求，一般采用的是粗砂等硬度较高的透水材料，以确保透水较好的情况下，还能提高软土地基的强度。在进行砂垫层的填充时，还要做好软土地基的固定工作，同时，应该将砂垫层的材料进行均匀搅拌。做好软土地基的出水工作，从而将渗透出来的水分进行有效的排出，提高地基的质量，水利施工软土地基加固强度的影响情况如表1所示。

4.3 化学固结法

由于很多常规的软土地基不能很好的对地基进行处理，采用化学固结法能取得较好的效果。化学固结法是采用一定的化学材料，对软土地基进行填充和改造等方法对软土地基进行处理，以加强软土地基的强度，还能较好地提高软土地基的承载能力，从而保证软土地基能够满足水利施工建设的质量。常见的化学固结法包括以下几种，第一，灌浆法。灌浆法是运用电气和电化学的原理，采用一些石灰石等化学材料对软土地基进行填充处理，促进化学反应的发生，从而实现对软土地基的加固处理，确保软土地基能够承载一定的承载压力。第二，人工合成材料加筋加固法。在软土地基的处理过程中，将一些高强度的化学合成材料填充到软土地基中，同时，对填充的材料进行高压处理，以促进人工合成材料能够和软土紧密地结合在一起，从而加强软土地基的强度，人工合成材料还能较好地防止软土地基发生沉降的现象，从而保证软土地基的稳定性。第三，硅化加固法。硅化加固法是指利用硅酸钠和氯化钙发生一定的化学反应，生产一些胶状的物质加强软土地基的强度，提高软土地基的硬度，以满足水利施工地基设计的要求。第四，深层搅拌法。深层搅拌法是指将水泥等物质通过充分搅拌，使得水泥和软土进行搅拌均匀，水泥凝固之后，以实现加强软土地基的目的，提高软土地基的硬度。

4.4 物理旋喷法

物理旋喷法是一种非常常见的软土地基处理方法，在软土地基的处理过程中，物理旋喷法是将喷头插入到软土的底部，然后进行缓慢的提升，利用高速旋喷的方法将适合的加固物质填充到软土地基之中。这种加固软土地基的方法能够有效地提高地基的切向硬度，还能较好地防止软土地基发生扭动等现象，从而提高水利施工软土地基的强度，以满足水利施工建设的质量。

5 结语

在水利施工过程中，软土地基的处理方法很多，不同的软土地基适合不同的处理方法。因此，在处理地基时，一定要根据实际的情况对软土地基的处理方法进行选择。同时，注意施工中出现的各种问题，加强对软土地基的改造，按施工质量的要求，掌握时间，完善软土地基的处理体系，按时按质完成任务。

参考文献

[1] 代建兵.水利施工中软土地基处理技术[J].中国水运，2013，13（8）：223-224.

[2] 赵连港.软土地基基础上水利施工处理方法[J].水利科技，2013（36）：193.

[3] 邹岫桦，王雷.浅谈水利施工中软土地基处理的方法[J].工程技术，2012（11）：198.

第8篇

摘要：

介绍了熔融沉积成型（FDM）原理及所需材料要求，详细阐述了国内外FDM用丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯的研究进展，展望了其发展前景。

关键词：

熔融沉积成型；ABS；聚乳酸；聚碳酸酯

3D打印是一种以设计的3D模型为基础，利用打印设备逐层增加材料来构造三维实物的快速成型技术[1]。它集成了CAD（计算机辅助设计）/CAM（计算机辅助制造）、机电控制和材料科学等方面的技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。目前比较成熟的快速成型工艺有：光固化立体造型、叠层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型。与其他快速成型工艺相比，FDM操作简便，安全无毒，成型效率高，成型设备价格低，发展极为迅速。目前FDM系统在全世界已使用的快速成型系统中约占1/3。材料是熔融沉积成型的重要基础，具有可黏合性的高分子材料是FDM工艺最常用的材料，它的发展速度制约熔融沉积成型的进一步发展。本文重点介绍了丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯3类高分子材料用于FDM工艺的研究进展，为熔融沉积成型进一步发展提供理论基础。

1FDM工艺概述

1.1FDM工艺工作原理

首先用加热装置将丝状（直径约2mm）热塑性材料加热熔化，给材料合适的压力将熔融态材料从微细喷嘴（直径一般为0.2~0.6mm[2]）中挤出，喷头根据计算机设定的模型截面信息运动，将挤压出的熔融态丝材涂覆在工作台的制件基座的指定位置，并快速冷却固化，一个层面沉积完成后，工作台按设定的增量下降一个层的厚度，再继续熔融沉积，循环往复，直至完成整个实体制造。

1.2FDM材料的性能要求

根据FDM工艺原理及特点，所用高分子材料应满足以下性能要求[3–5]：①材料的制丝要求高分子材料在使用前，要经螺杆挤出机加工成直径约2mm的单丝，因此材料必须能够挤出成型。单丝要求表面光泽、直径均匀、内部无中空，在常温下应具有良好的柔韧性，不会被轻易折断。②材料的收缩率线材经熔融挤出后在工作台上快速固化，但若成型材料收缩率大，固化时的体积收缩就会在制品中产生更大的内应力，进而使制品翘曲变形，甚至导致制品开裂，以至成形失败。材料的收缩率是影响制品外形质量最重要的因素之一，FDM工艺要求成型材料的收缩率越小越好。③材料的机械性能丝状进料方式要求料丝具有较好的力学性能，这样在摩擦轮的牵引和驱动力作用下才不会发生断丝和弯曲现象。由于料丝在加热装置内还起到活塞推进作用，为提高其抗失稳性能，料丝必须具有足够的弹性模量。④材料的流动性为将熔融态的丝材从喷嘴中顺利挤出，要求所用材料在熔融态时具有较好的流动性。流动性差的材料产生的阻力大，难以挤出；流动性太好的材料挤出后难以控制，发生流涎，并造成每一次循环的起始与停止时，挤出物料不均匀。

2FDM用高分子材料研究进展

2.1ABS

ABS是目前使用最多、应用最早的高分子打印线材。它综合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的优良性能，具有良好的力学性能，易加工，广泛应用于汽车、纺织、电子电器和建筑等领域[6]。但ABS也存在一些缺点：较大的收缩率，制品易收缩变形，易发生层间剥离及翘曲等现象；耐热变形性较差；打印过程中有异味产生。为改善ABS打印的成型质量，国内外学者在ABS改性方面做了很多工作。

2.1.1国外

M.L.Shofner等[7]用VGCFs（气相生长碳纤维）填充ABS，制备用于FDM工艺的复合材料，研究了填充VGCFs对ABS机械性能的影响。结果表明，加入VGCFs能提高ABS的拉伸强度和模量，但是流动性会变差。美国的Stratasys是世界上最大的3D打印材料公司，它新推出了一款ABS材料ABS–M30i。与标准的StratasysABS相比，ABS–M30i的力学性能有较大的提高，并且层间黏合强度大幅提升，扩大了ABS的应用范围[8]。Stratasys公司的第2代数码ABS2，这种新型材料可通过FDM技术制备薄壁电子器件，且具有良好的热稳定性和尺寸稳定性[9]。美国3DXTech公司利用多壁碳纳米管对纯ABS树脂进行改性，制备出新型FDM用ABS材料——3DXNanoESD，可用于打印汽车、电子器件用关键零件，以及需要静电放电（ESD）保护的器件。

2.1.2国内

仲伟虹等[10]利用短切玻璃纤维对ABS进行改性，研究了短切玻璃纤维含量对ABS机械性能的影响。结果表明，加入短切玻璃纤维，ABS材料的收缩率变小，解决了ABS制品易收缩变形的问题，同时材料强度、硬度大幅提升，但会使材料韧性变差。加入增韧剂和增容剂很好地解决了这一问题，提高了ABS复合材料的韧性，从而使短切玻璃纤维改性的ABS材料适合于FDM工艺。方禄辉等[11]将ABS与热塑材料苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物（SBS）进行熔融共混，制备用于FDM工艺的功能材料，研究了SBS结构及其含量对ABS/SBS共混物各性能的影响。结果表明，加入热塑材料SBS，ABS的流动性明显提高，韧性变好，低频下熔体强度高，对剪切频率依赖变弱，较好地适用于FDM工艺对ABS材料流动性和力学性能的要求。聂富强等[12]发明并公布了一种ABS线材的制备方法。首先将聚丁二烯橡胶剪碎溶在苯乙烯中，然后加入丙烯腈单体和稀释剂后搅拌成均相，再加入引发剂，在一定温度下连续本体聚合后获得可用于FDM工艺的ABS。利用优化后的制备方法成功制备了ABS，且制备的ABS耐热性好、抗冲击强度高。黄旭辉等[13]公开了一种3D打印用ABS材料，材料为核壳结构，核体为改性的ABS材料，壳体为聚砜（PSF）材料。通过将材料制备成核壳结构，材料同时具有ABS的高韧性和PSF的高耐热性和成型收缩率小等优势，取长补短。在ABS材料内添加抗冲击改性剂来增强材料的弯曲强度和压缩强度，改善力学性能；利用小粒度的碳纤维增强材料包裹有机倍半硅氧烷增加材料之间的界面，更好地结合ABS材料与PSF材料，解决了复合材料界面结合力较弱的问题，扩大了ABS材料的使用范围。

2.2聚乳酸

聚乳酸是以玉米或甘蔗为原料，经过发酵制成乳酸，最终转化为聚乳酸[14]。聚乳酸具有良好的光泽性、延展性、降解性、生物相容性，打印的制品硬度好，色彩鲜艳，透明富有光泽，外观细腻，打印过程中不产生难闻气味，是3D打印最好的原材料[15]。聚乳酸的缺点也同样明显，其韧性和抗冲击强度较差，打印制品脆性大，强度较低，尺寸稳定性差，不能抵抗温度变化，当温度超过50℃就会变形，限制了其使用范围[16–18]。为此，国内外学者做了很多工作来改善聚乳酸的性能。

2.2.1国外

D.Drummer等[19]将磷酸钙与聚乳酸复合，通过FDM技术制备组织工程和颌面外科用材料，研究了喷嘴温度对复合材料力学性能的影响。结果表明，喷嘴温度为225℃时，复合材料的模量为3122N/mm2，力学性能最好，而温度为235℃时，所得复合材料具有最低的拉伸强度和断裂伸长率。德国FKuRKunststoff公司与荷兰Helian公司合作，制备出用于FDM的高性能PLA材料，该材料通过加入天然纤维来提高PLA的强度和尺寸稳定性。荷兰Colorfabb公司最近开发出两款新型PLA材料，具有木质效果的WoodFillFine和仿竹子的BambooFill。随后，Colorfabb公司又推出一款独特的PLA线材——具有软木效果的CorkFill。与传统的木材相比，新型纤维增强PLA材料打印的制品外观独特，具有很好的木质效果，并且没有设计限制[20–21]。日本JSR公司推出一系列高性能PLA线材，命名为FABRIAL。此系列产品强度高，韧性好，加工过程中不易折断，制品稳定性好，可用于制造最终产品，有效解决了PLA材料打印制品脆性大、强度较低等问题，扩展了制品的用途。今后该公司将充实产品种类，推出具有特殊性能的产品，以满足多种用途需求[22]。

2.2.2国内

谭志勇等[23]将一种环氧类大分子扩链剂与PLA树脂进行共混，研究扩链剂用量对PLA相对分子质量的影响，以及热处理时间和温度对共混物机械性能和结晶性的影响。结果表明：扩链剂中的环氧基团与PLA中的端羟基、羧基发生反应，PLA的相对分子质量大幅提升；选择合适的条件进行热处理可以使PLA及其共混物结晶，PLA的强度和尺寸稳定性均得到了提高。鄢国强等[24]发明并公布了一种适用于FDM技术的改性聚乳酸复合材料，将PLA、扩链剂、增韧剂、分散剂等经高速混合机混合后，利用挤出机挤出拉丝得到线材。与纯PLA相比，该材料具有良好的柔韧性，同时冲击强度、耐热性和断裂伸长率得到了较大的提高，将该复合材料用于FDM技术，成品具有表面光洁、尺寸稳定等优点。陈庆等人[25]发明并公布了一种FDM工艺用聚乳酸材料及其制备方法。该方法利用低温粉碎混合反应技术改性PLA，改性后的PLA材料机械性能和热变形温度大幅提升，扩大了PLA材料的使用范围。增韧改性后的PLA材料打印温度为200~240℃，打印过程中材料收缩率小，无气味，打印过程流畅，制品尺寸稳定，富有光泽。

2.3聚碳酸酯

PC是一种分子链中含有碳酸酯基的热塑性树脂。它性能优良，是目前使用最多的热塑性工程塑料之一[26–27]。PC几乎具备了工程塑料的所有优良特性，抗冲击性能好、无味、耐高温、抗弯曲、强度高，此外还具有良好的阻燃特性，可用于FDM工艺制备高强度产品[28]。但PC也存在一些缺点：颜色单一，着色性能不理想；PC中含有致癌物质双酚A，在高温下会析出，影响人体健康；价格相对较高；打印温度过高（超过300℃），不适用大多数的桌面3D打印机。

2.3.1国外

Stratasys是世界上第一家推出PC线材的3D打印公司。用该线材生产的产品强度高，耐热性好，最高可耐145℃。随后，Stratasys公司开发了工程材料PC/ABS。PC/ABS同时具有PC的高强度以及ABS的高韧性，力学性能大幅提升，使用该材料配合FORTUS设备制作的产品性能更佳。随后，Stratasys公司又推出了Polycarbonate–ISO（PC–ISO）材料。PC–ISO[29]是FDM技术可采用的材料中强度最高、耐热性最好的生物相容性材料。它通过γ射线、环氧乙烷进行杀菌并且符合ISO10993和美国药典塑料VI级标准，具备PC的所有性能，又具有良好的生物相容性，广泛应用于食品包装行业及医疗器械行业。

2.3.2国内

2014年，广州傲趣电子科技有限公司公布了一种高性能PC线材。此种线材用拜耳公司生产的食品级PC原料制作，可用于FDM工艺。该线材打印过程平台温度为120~150℃，喷嘴温度为255~280℃，流动性好，制品强度高，外观光泽细腻，尺寸精度高，不含双酚A，有效解决了PC材料的致癌问题。2015年，来自上海的3D打印材料制造商Polymaker与先进化学材料开发商Covestro（前身为拜耳材料科技）联手，共同开发出了两款专门针对桌面3D打印机的全新聚碳酸酯3D打印线材——PolymakerPC–Plus和PolymakerPC–Max。这两款线材经过特殊配方已经将打印温度从300~320℃下降到250~270℃，有效解决了PC材料难以用于桌面3D打印机的问题，打印温度的降低同时也减少了在打印过程中出现翘曲或变形的可能性。管国虎等[30]公布了一种FDM用芳香族聚酯材料及其制备方法。该发明首先将芳香族聚酯加入芳香族聚碳酸酯中进行共混改性，然后将共混物加工成细条状，再用适当剂量的电子束辐射使其发生一定程度的交联。该方法保持材料熔融加工性能的同时又达到了本体增强的目的。改性后的材料抗冲击性大大提高，使芳香族聚碳酸酯具有更加广阔的应用。

3展望

FDM技术相对于其他快速成型技术，由于具有成型速度较快，产品性能好、易清洁，后处理简单，设备体积小、易维护等优点，因而将会有更广泛的应用。经国内外学者的共同努力，FDM技术最常用的ABS、PLA和PC材料的性能大大提高，为FDM技术的广泛应用奠定了基础。目前国内有能力生产用于FDM技术的丝材的企业较少，且产品较国外有较大差距。因此，今后应加大对3D打印企业的资金支持，鼓励技术革新，研发高质量产品，缩小与国外的差距，促进我国3D打印产业的发展。

参考文献：

[1]卢秉恒,李涤尘.增材制造(3D打印)技术发展[J].机械制造与自动化,2013,42(4):1–4.

[2]贾振元,邹国林,郭东明,等.FDM工艺出丝模型及补偿方法的研究[J].中国机械工程,2002,13(23):1997–2000.

[3]孔改荣.熔融挤压沉积快速原型机的设计及理论研究[D].北京:北京化工大学,2002.

[4]吴良伟.CAD模型驱动高聚物熔融挤压快速成形技术研究[D].北京:清华大学,1998.

[5]樊自田,黄乃瑜,李焰.快速造型中材料的研究及发展[C]//全国快速成型与模具快速制造会议,1998.

[6]王彬.ABS树脂生产工艺现状及发展趋势[J].炼油与化工,2008,19(2):11–14.

[9]黄赋云.3D打印机用的数码ABS新材料[J].现代塑料加工应用,2014(1):40.

[10]仲伟虹,李凡,张佐光,等.适于快速成型制造工艺的短纤维增强复合材料研究[J].复合材料学报,2000(4):43–47.

[11]方禄辉,孙东成,曹艳霞,等.SBS对3D打印ABS性能的影响[J].工程塑料应用,2015(9):54–59.

[12]聂富强,钟明成.一种基于3D打印新型ABS材料的制备方法:103626927A[P].2014–03–12.

[13]黄旭辉,赵厚华,顾建军.一种3D打印机用改性ABS材料:104312083A[P].2015–01–28.

[14]张国栋,杨纪元,冯新德,等.聚乳酸的研究进展[J].化学进展,2000,12(1):89–102.

[15]战丽娜.基于PDM的3D打印材料的分析与研究[J].科技资讯,2016(8):1–2.

[20]严淑芬.3D打印用的含有天然纤维增强PLA[J].现代塑料加工应用,2015,27(5):7.

[22]燕丰.JSR推出3D打印用高韧聚乳酸[J].橡塑技术与装备,2015(10):43.

[23]谭志勇,杨曼,崔秀丽,等.通过热处理评价PLA及改性PLA的结晶性能[J].塑料工业,2013,41(3):89–93.

[24]鄢国强,张云波,乔雯钰,等.一种适用于3D打印的改性聚乳酸复合材料及其制备方法:104177798A[P].2014–12–03.

[25]陈庆,李兴文,曾军堂.一种3D打印改性聚乳酸材料及其制备方法:103467950A[P].2013–12–25.

[26]陈久波.浅谈聚碳酸酯生产现状及国产化技术[J].硅谷,2009(1):88–89.

[27]徐振发,肖刚.聚碳酸酯的技术与市场现状及发展趋势[J].合成树脂及塑料,2011,28(2):76–80.

[29]佚名.解密3D打印[J].工业设计,2013(2):15–19.

第9篇

关键词：水工建筑物；混凝土；裂缝

一、前言

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。因此，要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

二、水工混凝土裂缝产生的原因

水工混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的、有荷载作用引起的、有养护环境不当和化学作用引起等各种裂缝，但大致可归纳为两大类。

(一)内因。

水工混凝土原材料不合格、配合比及其均匀性欠佳。混凝土原材料中含碱性离子比重大，碱性离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水分而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂；骨料颗粒级配不良，含泥量较大造成水工混凝土配合比及其均匀性欠佳，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。

水工混凝土浇筑后的硬化初期，其内部与周围的温度变化和自生变形产生的内应力，诱导混凝土产生裂缝。

(二)外因。

水工混凝土浇筑后，未能及时压实抹光、洒水养护，暴露的混凝土表面因风吹日晒迅速蒸发变干体积缩小变形，而内部仍旧是塑性体，导致裂缝产生；混凝土脱模时间控制不当，在混凝土力学性能尚达不到抗裂能力的要求时，提前拆摸，导致混凝土产生裂缝。

建筑物地基的不均匀沉陷，导致混凝土产生裂缝。

水工混凝土碳化或酸性介质的侵入引起内部钢筋的锈蚀，导致混凝土体积膨胀，引起混凝土中产生膨胀应力，形成沿钢筋的顺筋裂缝。

在混凝土深层断面，混凝土浇筑后会不断下沉，当混凝土开始初凝时，如遇到钢筋或模板连接螺栓、或模板摩擦等会阻止这种沉降，则会产生塑性沉降裂缝。

三、水工混凝土裂缝的控制

(一)材料方面。

1　根据水工混凝土建筑物的要求选择合适的水泥品种及等级；选用质地优良、级配良好的砂石骨料，在条件允许时，粗骨料尽量选用粒径较大、热膨胀系数小的骨料，以降低温度应力；细骨料以中、粗砂为宜；优先选用优质外掺料；结合水工混凝土建筑物的工作特性及环境，优化配合比等。通过这些途径可以有效地改善混凝土的热学性能和力学性能，提高混凝土的密实性，这是控制混凝土裂缝的基础。

2　混凝土的抗拉强度、极限拉伸值均随着水灰比的减小而提高，混凝土的收缩则随着水灰比的减小而减小，所以，在满足混凝土施工和易性的前提下，减小水灰比对大体积水工混凝土抗裂是有利的。

3　积极采用水工混凝土掺合料和引气剂。使用掺合料和外加剂可以减小水灰比、减少水泥用量、降低混凝土绝热温升、降低水化热放热速率、延缓温度峰值出现的时间、改善水工混凝土的工作特性，因而可以极大降低产生裂缝的机会。我们应根据水工建筑物的工作性态及部位的不同选用适宜的掺合料和引气剂。

4　水工混凝土建筑物抗裂要求高的部位可考虑采用混凝土抗裂合成纤维。例如，采用凯泰改性聚丙烯纤维对抑制裂缝的开展、增强混凝土抗裂性能有良好的作用。

(二)设计方面。

1　设计中应尽量避免结构断面突变或尖角孔洞等引起的应力集中。如因结构工作特性或结构布置方面不得以时，应充分考虑采用加强措施。例如，重力坝内廊道如果因廊道周边应力集中或温度应力可能产生贯穿到上游坝面或影响大坝整体性的裂缝，那么可通过配置一定的钢筋以期限制裂缝的进一步扩展。

2　设计中应充分考虑不均匀沉陷、混凝土收缩等原因。例如，水电站机组段、安装间及副厂房因荷载差异较大可能产生不均匀沉降而导致裂缝，设计中应视地基情况设置沉降缝，厂房排架可考虑设置伸缩缝。

3　要纠正设计中的矛盾思想。如既在分块缝面设置止水，允许其伸缩，却又埋设了大量骑缝钢筋，制止缝面张开，结果使混凝土毫无规律地拉裂，这种例子在葛洲坝工程机组蜗壳顶板普遍存在。

4　设计中应根据水工建筑物的抗裂要求选用适宜的结构型式。例如，水闸胸墙抗裂要求高，在结构选型时可优先考虑选用简支式胸墙，这样的结构型式胸墙迎水面不易产生裂缝。

5　积极采用补偿收缩混凝土技术。在常见的水工混凝土裂缝中，有很大部分是由于混凝土收缩造成的。要解决因收缩而产生的裂缝，可在水工混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。在有充分论据的前提下，也可使用微膨胀水泥对混凝土降温过程的收缩进行补偿。

(三)施工方面。

1　运输工作：所用的运输设备，应使水工混凝土在运输过程中不致发生分离、漏浆、严重泌水及过多温度回升和降低坍落度等现象。混凝土运输工具及浇筑地点，必要时应有遮盖或保温设施，以避免因日晒、雨淋、受冻而影响混凝土的质量。

2　浇筑工作：浇筑层的厚度应根据拌和能力、运输距离、浇筑速度、气温及振捣器型号而定。振捣时要快插慢拔，要避免过振或漏振。每一位置的振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡，并开始泛浆时为准。

3　温度控制工作：施工中严格地进行温度控制是防止大体积水工混凝土裂缝的主要措施。温控的主要任务是：(1)降低混凝土内部最高温升，减小内外温差，使内外温差控制在规范规定的25℃之内；(2)提高混凝土表面温度，降低混凝土内部温差③延缓混凝土的降温速率，充分发挥混凝土徐变特性。

四、裂缝处理措施

(一)表面修补法。

表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。

(二)灌浆、嵌缝封堵法。

灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙燃酸酯、聚氦酯等化学材料。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

(三)结构加固法。

当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下方法：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。

(四)混凝土置换法。

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或)生聚合物混凝土或砂浆。

第10篇

关键词 可生物降解；聚膦腈；合成；研究；发展趋势

中图分类号：O631 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0002-02

自新一轮的工业革命开展以来，在全球发展最快的技术，除了计算机技术以外，材料技术的发展速度也不可小觑。材料的发展和我们的生活息息相关，我们生活的每个细节都离不开材料，由此看来，材料的快速发展有利于我们生活水平、生活质量的提高。然而，近几年以来各种各样的化学物质的合成材料难降解、毒性大，给环境带了了极大的威胁，和现在和谐发展的理念是相违背的，因此可生物降解的概念被提了出来。

我们在运用的时候有多种的可生物降解高分子，并且现在在组织工程、医学工程等方面都有了长足的发展，聚膦腈是一类结构独特的高分子，具有很好的生物相容性，现在在生物方面的应用比较普遍，但是由于聚膦腈的研究成本相对比较高，且降解的速度很慢，这就阻碍了该类材料的进一步发展，而近几年以来采用与可生物降解的聚酯相结合为聚膦腈材料的发展带来了新的生机。

1 聚膦腈的简介

聚膦腈的结构十分独特，其主链是以氮磷单双键交替的，有机侧链基团的连接具有选择性，它是选择与磷原子相连接。较好的生物相容性是聚膦腈的特点之一，要想得到可以生物降解的聚合物，水解敏感的取代基是必不可少的，也是聚膦腈水解的必要条件，聚膦腈在降解后得到的降解产物一般是小分子的氨、磷酸盐和相对应的侧基，这些小分子团都是无毒的，由此可以看出水解敏感的取代基的种类可以决定聚膦腈的水解速度，因此我们就可以通过设计不同的侧链来得到各种各样的降解速度不同的材料。自二十世纪六十年代以来，聚二氯磷腈得以合成后，世界各国的科研人员在聚膦腈方面的研究就进入了一个新的时代，研究成果也是瞩目的，现在大多数的已合成的可生物降解聚膦腈在生物学上的可利用性比较的大，在此方面的发展前景也最好。现在合成可生物降解聚膦腈的方法一般是首先通过热开环聚合法，然后就进行关键的一步：取代基取代聚二氯膦腈上的氯原子，当然是易水解的取代基，但是，这种研究方法的成本一般是比较高的，这就为进行大量的实验带来了很大的困难，局限了这种降解材料的高速发展，而且聚膦腈的降解速度很慢，离我们现在对可降解材料的降解速度还有很大的差距，要克服材料在这方面的瑕疵，我们现在所采取的方法一般是与可生物降解的聚酯或聚酸酐共同混合使用，这样就会令研究成本降低，且提高了聚膦腈的降解速度，达到了双赢的目的，也可以促进聚膦腈的推广应用和研究的进行。

可生物降解聚膦腈是由一种或者多种较易水解的敏感有机基团组成其侧链，比如咪唑基、氨基酸酯基等。其被取代的形式有所不同可将其区分为两种，一种是相同的基团单一取代，另一种是不同的基团混合取代；其连接的取代基不同也可以分为两类，烃氧基取代和氨基取代聚膦腈；还可以根据其与水的相容特性不同来分类，疏水性聚膦腈（如：以氨基乙羟肟酸酯、缩酚肽酯、氨基酸酯、二肽酯等为侧链）和水溶性聚膦腈（如：侧链带有乙氧基吡咯烷酮、糖基、咪唑基、苯氧基羧基等）。

2 可生物降解聚膦腈的合成

得到可生物降解聚膦腈一般分为两步，即先将通过热解分解生成聚二氯膦腈（PDCP），然后根据侧基容易被水解的特性将其被Cl原子取代，具体化学过程如式1。

2.1 合成单一取代基聚膦腈

单一取代其侧基的合成方法应用较为广泛，类型也多种多样，形成的可生物降解聚膦腈包括烃氧基聚膦腈、氨基聚膦腈、等。将聚膦腈中空间位阻较小的亲核试剂作用于聚二氯膦腈，其摩尔比例控制在5：1左右，反应的常用溶剂为苯、四氢呋喃（THF）、二氧六环等。

2.1.1 合成烃氧基聚膦腈

醇酸酯类聚膦腈的合成由式2中的聚合物来完成合成，其将聚二氯膦腈与处在钠盐中的醇酸酯反应，又因为醇酸酯在四氢呋喃中的溶解度不够大，所以在合成的过程中需要很多的相关试剂。国外有很多研究员都针对此情况进行了分析，其中Allcock等人将反应温度定在50℃，实验结果表明这种情况下在保证避免聚膦腈主链被破坏的同时，也可以使聚二氯膦腈的Cl被取代。

在可生物降解的聚膦腈的含有羧基苯氧基的类型中包括聚二（对羧基乙基苯氧基）膦腈（PCEP）和聚二（对羧基苯氧基）膦腈（PCPP），如式3所示。

2.1.2 多官能团亲核试剂取代聚膦腈的合成

被引入到聚二氯膦腈中的基团可以含有一种或者多种官能团，当多种官能团被利用时，就要考虑它们之间的相互影响，为了防止其相连引起其相关功能的减退，必须对每个官能团进行重点保护，如式4中的甘油基取代过程，他其中包括三个羟基，其可行的方式为用丙酮或甲醛与其反应生成异丙叉甘油、甘油缩甲醛，这样可以保护住这两个羟基，再将其通过试剂化学反应与聚二氯膦腈相结合，最后可以用乙酸再进一步处理。

2.2 合成混合取代聚膦腈

在混合取代聚膦腈的过程中可以分为两种方法：可以根据一定的顺序进行逐步的取代；也可以在利用两种以上的亲核试剂进行竞争取代。第一种方法利用广泛且技术较为成熟，在实际的应用过程中也是主要的应用手段。

2.2.1 完全取代聚二氯膦腈中氯原子

在进行基团取代的过程中，因为其空间内的位置阻力无法完全完成取代，导致聚膦腈的无法合成，实际中可以通过一些位阻比较小的基团来进行Cl的取代，如甲氨基或甘氨酸乙酯等，雌激素酮等通过相应甾类羟基负离子连结到聚膦腈侧链上，没有被完全代替下来的氯原子通过与正丁胺、甘氨酸乙酯、甲胺或乙胺反应来使较为完全反应。

2.2.2 调节聚膦腈降解速度

生物降解聚膦腈降解速度从机理上来讲跟替代基团的水解敏感性有很大的关系，此性质较高的基团可改善其降解的速度，改良此化学材料的性质。咪唑基在酸和强碱中要有比其他的氨基酸基团更敏感的水解性质，甲氨基咪唑膦腈相对于甲氨基膦腈来说，在相同的条件下更容易被分解。如果在聚膦腈的侧链被替换为位阻较大的相关官能团时就会使此类物质难以被降解，例如聚丙氨酸乙酯对甲基苯氧基膦腈和聚丙氨酸乙酯联苯氧基膦腈的对比中就可以得到类似的结果。

2.2.3 功能化生物降解聚膦腈的合成

混合取代合成方法的好处就在于可以发挥多种基团的优势功能，聚合物的多功能化已经慢慢成为此类研究的大趋势，合成的聚膦腈对很多外界因素都较为敏感，如温度和PH值，在Song等人的研究成果中，就有甲氧基聚乙二醇和氨基酸酯以及甲氧基聚乙二醇和二肽乙酯为侧基的混合取代聚膦腈，它可降解性和温度敏感性都很强。

2.3 合成共聚或共混聚膦腈

无论是单一替代还是混合替代，都有自己的优势所在，将两种或多种聚合物进行混合生产或者将聚膦腈与其它可生物降解聚合物混合，都会得到较为良好的可降解材料，根据配比来控制降解的速度。

3 结束语

在可生物降解聚膦腈的研究过程中有很多方法可以实现，但是必须通过聚二氯膦腈进行合成，无论是单一还是混合合成都可以生产可降解的聚合物，侧链的合理替代安排也是此聚合物性质是否完善的关键，可生物降解聚膦腈的多功能性可以促进相关高分子材料的发展，新的科学技术会在此领域带来新的革命。

参考文献

[1]张爱迪，德润，朱香利，等.生物降解高分子材料研究应用进展[J].化工新型材料，2011，32（12）.

[2]侯洪江，陈复生，程小丽.可生物降解材料降解性的研究研究进展[J].塑料科技，2009，37（3）.

第11篇

学生也可通过课外时间自选课题、自行设计，将试验过的实验内容带入选修课堂进行演示，供大家讨论，一起分享。从被动到主动，充分发挥学生的主体作用，提高实践能力和创新意识。对学生科学方法的形成和实验技能与科学素养的提高是一种很好的锻炼。抓住时机，在不同学习环节设置不同学习内容，逐步培养探究性教学能力(1)大一新生在完成高中到大学的衔接与过渡中适时增加探究性实验教学。大学化学实验教学与中学化学实验教学相比，无论是教学目标、知识难度、学习方式，还是实验操作技能、思维能力、创新意识、科学品质等方面都有了质的飞跃。大学教师要了解学生在中学阶段的学习过程，增加与中学联系紧密的探究性实验(高校称之为设计性实验)，帮助大一新生顺利完成高中与大学的衔接和过渡。例如:针对课本内容“CuO是碱性氧化物，加热时易被H2、C、CO、NH3等还原为铜:3CuO+2NH3==3Cu+3H2O+N2”，即可要求设计成探究性实验并验证。在此基础上，再设计探究复杂实验，如碱式碳酸铜的制备，需要学生自行列出仪器、药品、材料清单，配制反应物溶液，探究反应物的合理比例并确定制备反应的浓度和温度条件，分析生成物颜色、状态等，强调实验过程中的变量控制，除了定性实验外还要求定量实验———计算产率。整个实验过程上升到新的高度，培养了学生独立设计实验、科学研究能力，顺利完成过渡，有质的飞跃。(2)教学实习理论结合实际、学以致用。在大学期间，师范生的学习与实习应有更紧密的结合，让学生在学习理论的同时，随时联系实际教学，不断练兵，学以致用。要熟悉《普通高等学校招生全国统一考试大纲》对化学实验与探究能力的要求，熟悉中学化学教材，熟练掌握教科书中的探究性实验，并反复训练实验教学能力。在教育实习期间，教学法实验室全天开放，有针对性地指导实习生提升探究性实验教学的能力。(3)毕业设计全面提升科研创新能力。毕业设计对于大学生科研创新能力的提高，不可小觑。论文写作是训练学生独立进行科学研究的过程，论文选题、查阅文献、收集资料、整理资料、利用资料;设计实验，独立思考分析问题、解决问题;验证实验;得出结论;论文汇报等环节，是训练学生进行科学研究的基本程序和方法。通过几个月时间，成百上千次实验，不断发现问题与解决问题。实验能力得到提高，创新能力得到加强，综合素质得到提升。在毕业设计中，也可以让学生尽早介入教师的相关科研课题组，延长毕业设计时间，增强科研创新的可能性，也可以注重引导学生关注中学化学探究性实验教学，对此进行全面深入地研究，深化对中学化学探究性实验教学的理解与认识。(4)教学做合一实现本科生的卓越成长。陶行知认为教学做是一件事，不是三件事。我们要在做上教，在做上学。为了加强探究性实验教学能力，高师院校可以按照“精英化”和“个性化”模式，吸引优秀学生积极参与社会服务，承担中学生奥赛的实验培训工作，指导中学生科技创新活动。这些实践活动，既可以提升学生“我为人人”的社会服务意识，又能让他们享受到“人人为我”的社会回报，切实提高探究性实验教学能力。多途径进行探究性实验，练好扎实基本功(1)开放性实验积极开展实验室开放工作，根据实验室自身条件设计一定数量、切实可行、具有创新意义的命题实验项目供学生选择;学生也可自带实验课题，并提出申请，由实验室安排指导教师，设计好具体的实验方案，经批准立项后开展实验。开放实验纳入学生实践教学环节，鼓励学生利用课余时间参加实验室开放活动。甚至可以选拔一些思想觉悟高、能力强的本科生参与开放性实验室的管理。在开放性实验过程中学生居于主体地位，教师起辅助作用，指导学生自主学习，全方位进行探究性实验训练。我校化学基础实验室开放“二氧化碳相对分子质量的测定”、“茶叶中一些元素的分离与鉴定”等实验让学生体验科学研究的过程，了解科学研究的方法;“纳米氧化锌的制备与研究”让学生体会典型绿色化工工艺;“淮北地区生活用水水质分析”让学生从化学的角度，就生活饮用水与健康方面开展一些基础性研究。(2)开展项目研究鼓励学生通过探究性实验开展项目研究，培养创新意识和实践能力。我校化学材料与科学学院开展“不同环境室内空气中甲醛的测定”项目研究，提高人们环境保护和自身健康保护的意识。(3)开设课外实验学生通过课外时间自选探究性实验课题、自行设计与试验，其课外实验内容可以在讨论课上演示。(4)开展创新实验竞赛通过丰富多彩的创新实验竞赛、科技活动实验和科技创新展示会等形式，充分调动学生进行探究性实验教学的积极性，提高学生的创新力和创造力。我国是果蔬生产大国，我校化学与材料科学学院学生针对我国果蔬每年腐烂损失率高达25%～30%的现状，开展“壳聚糖及其衍生物涂膜对果蔬的保鲜性能研究”，通过制备不同的壳聚糖生物保鲜膜，并将其应用于果蔬的保鲜中，达到创新训练的目的。

加强化学教育专业学生探究性实验教学能力培养的意义与作用

培养优秀的中学化学教师高等师范院校是培养高素质中学教师的主渠道。而依据新课改，有针对性地加强高师院校化学教育专业学生的探究性实验教学能力的培养，必然有助于他们掌握新的教育理念，形成新的人才观、质量观、课程观，处理好传授知识与培养能力的关系，积极有效地引导学生独立自主地质疑、调查、探究，主动而富有个性地学习。而在教学过程中，他们也能够更好地与学生积极互动、共同发展，真正成长为优秀的中学化学教师。促成高师学生创新精神、实践能力的提升教育部“新世纪教改工程”明确指出，教育要注重学生综合素质提高，培养学生的创新意识和实践能力。在高师化学教育专业中，实验课占有非常重要的地位，有的课程实验学时占总学时的60%～70%［5］。探究性实验把教师的讲授转化成了精心引导，把学生的被动接受转化成主动地探究，把学生的学习过程转化成发现认识过程，促进了学生的动脑思维、动口表达、动手实验、动眼观察［6］，达到对理论知识的深入理解、认识和融会贯通。促成高师学生创新精神、实践能力的提升。有效解决中学化学探究性实验教学的问题创新型人才的培养，依赖于高质量的基础教育;高质量的基础教育重点在素质教育的实施;实施素质教育，关键在于教师的素质。“师范院校和其他承担基础教育师资培养和培训任务的高等学校和培训机构应根据基础教育课程改革的目标与内容，调整培养目标、专业设置、课程结构，改革教学方法”［7］。现在的大学生是新课程标准的受益者，他们在实践中学习，在学习中实践。他们作为学生改变了学习方式，将来作为教师也会改变教学方式，并在教与学的过程中不断进步。重视对高师院校化学教育专业学生的探究性实验教学能力的培养，必然重视技能与能力的培养、方法的训练、情感与态度的养成教育等。拥有新的教学理念和教学能力的创新型化学教师队伍的建立，正有赖于此。也只有加强创新型教师的培养，才能有效解决中学化学探究性实验教学中面临的诸多问题。

结束语

第12篇

关键字：专业课教学；高分子物理；教学方法

【中图分类号]】G420

目前，大学生的课程就其结构层次可分两大类，一类是基础课，包括为培养德、智、体全面发展的高级专门人才开设的各专业的共同课，即公共基础课，和为了向学生讲授与他们所学专业密切相关的一些基础理论、基本知识和基本技能而开设的基础课；另一类是专业课，这是为了向学生讲授他们所学的本专业的理论、知识和技能的科学体系而开设的课程，体现了国家对专门人才在业务上面的特殊要求，是大学课程的中心部分。这两类不同层次的课程在大学生的学习生活中都有一定地位，一方面基础课是学好专业课的基础，另一方面又要在此基础上学好专业课，并学会运用专业理论知识去分析解决实际问题。因此专业课的学习在大学生学习过程中也是至关重要的。

高分子物理是高分子专业基础课，在高分子材料科学中占有十分重要的地位。高分子物理学是研究高分子的结构与性能之间关系，并为高聚物成型加工理论基础的一门科学。它是在材料力学、固体力学、流体力学、物理化学等学科基础上发展起来的一门新兴学科，因此对于化学专业学生学习具有一定难度。为了很好解决学生在学习中所遇到的问题，提高教学品质，我们在多年的教学中做了以下工作：

一.教材选取：

教材也称课本，是教学内容的主要依据，是根据教学大纲编定的要求系统地反映学科内容的教学用书，是教学大纲的具体化，是实现一定教育目的的重要工具。它即为教师的教学提供了基本材料，也是学生学习科学文化知识的主要材料，是他们阅读课外参考资料、研究学术问题的基础。因此教材的选取直接影响着知识讲授的深浅及教学品质的高低。

高分子物理这门课程国内尚无材，目前广泛使用的教学用书分别是由何曼君、金日光、柯扬船主编的三种版本的"高分子物理"。为了提高学生对高分子物理知识掌握水准，增加应试能力，我们也采用了此教材，对于教学中遇到的问题，我们采用以下措施，一是将书中涉及的较难的数学问题，用较容易的数学知识重新推导，使学生容易听懂；例如在推导高分子链的均方末端距时，采用的统计模型是三维无规行走。通过几年的教学实践，我们成功地采用了此教材。

二.课堂讲授

教学是教师的教和学生的学相结合的共同活动。学生在教师有目的、有计画的指导下，积极主动地掌握系统的科学文化基础知识。课堂讲授是当前我国高等学校班级教学的基本形式。它是在教师的主导下向学生传递知识资讯并控制学生掌握知识资讯的一种教学形式。在这种形式中，教师始终处于主导地位，因而使课程讲授具有可控性强、系统性强、效率高和简便易行等特点。

（一）知识的逻辑性

高分子物理学是研究高分子的结构与性能之间关系的科学，因此我们在教学中始终以突出这一宗旨来进行讲授，我们首先讲授高分子链的结构，然后讲授高分子的溶液、电学等性能。在讲授每一种性能时，我们都从高分子结构入手进行讲授，定性地讨论高分子的性能特点，用以揭示其内在的必然联系。这种启发式的教学方法效果很好。这种教学方法，增加了高分子物理学的逻辑性，提高学生对高分子物理学知识的掌握程度，培养学生运用专业知识独立分析问题和解决问题的能力。

（二）本学科前沿科研知识的介绍

科研成果是无数科学工作者科研工作的结晶，是人类宝贵的知识财富，它标志科学发展的方向。结合本门课程的内容，介绍一些科研知识与成果，有利于学生对科研的基本知识和基本方法的掌握；有利于培养学生的科学思维方法的；有利于激起学生对从事科学研究的兴趣和热忱。

三.作业题筛选

教学这一特殊系统要达到预期效果，就要求教师的教学活动与学生接受资讯过程具有较高的同步性，这要求教师在整个教学过程中能及时、准确地获得来自学生的回馈资讯。其主要形式是作业。为了更好地完成教学任务，加深学生对所学知识的理解和掌握，自开设这门课程以来，我们教师一直在做收集、整理并解答一些有特色的高分子物理习题的工作，装订成册。

四.教学与实践相结合

大学教学，不仅要在校内采用多种教学方法联系实践，使学生掌握的理论知识在一定程度上转化为技能，更要注重组织学生参观学习，帮助学生实现由学习向工作的过渡。

我们学校为地方性大学，大多数学生毕业后要充实到生产第一线，如何使学生毕业后，尽量缩短适应期，胜任所承担的工作，也应是我们教学的一项重要任务。

首先，我们在课堂教学中，比较注重应用知识的讲授，使学生学会如何运用所学知识去分析和解决实践问题，并且我们正积极准备，拟开设塑胶、橡胶成型加工实验课。

再者，参观教学是根据教学目的，有计画地组织学生对实际事物直接地观察研究，使理论联系实际的一种教学组织形式。这种教学形式使学生得到具体的知识，容易激发学生的学习兴趣，深化所学的理论知识。

本专业根据教学内容的需要，已坚持多年用一周时间组织学生去哈尔滨塑胶五厂、哈尔滨塑胶九厂、哈尔滨玻璃钢研究所、哈尔滨化学材料厂和哈尔滨特种塑胶厂参观学习，请工厂技术人员现场讲解塑胶薄膜、塑胶桶、塑胶电线、塑胶啤酒箱子等产品的生产加工过程，通过下厂参观学习，加深了学生对所学知识的理解与掌握，开阔了学生视野，效果很好。

总之，采用以上诸做法，通过多年教学实践，效果是显着的。学生普遍反映，此门课程平时抓得紧、要求高，考试时不用划重点、串线，学生知道复习重点，成绩优劣与用功程度有关；再有，在完成课堂教学前提下，适时地组织学生下厂参观学习，有利于学生深化科学文化知识的学习；增加学生的感性认识；增强学生适应社会的能力。同时也有利于应用型、复合型和创新型人才的培养。

参考文献

[1]刘晓亚，郁文娟，陈明清。高分子材料与工程专业人才培养探索[J]，无锡教育学院学报，2003，（12）

第13篇

关键词： 行业特色高校 物流专业 教学改革

一、引言

近年来，随着物流热的不断升温，以及高等教育大众化的发展，设置物流专业的高校数量迅猛增长，其中不乏行业特色高校的积极参与。这些行业高校大多由过去隶属中央部委行业部门到现今划转归地方政府或教育部管理，为适应国家和地方经济社会发展的需求，纷纷在学科专业结构和办学功能上表现出“多学科化、大规模化、地方化、市场化”的特点［1］。据有关数据显示，截至2010年底，我国已有378所本科高校开设物流相关专业。在经历如此快速增长的学科发展趋势同时，我国高校物流专业的教育培养正呈现较大程度的同质化现象，与一般综合性大学或高职高专院校所设物流专业相比，行业高校的专业人才培养模式大同小异、缺乏独有特色。在这样的背景下，如何在大同中寻找不同、在专业中凸显特色，成为行业高校物流专业教学改革与发展所面临的一个现实问题。本文以南京信息工程大学物流专业教学改革为例，讨论如何在专业人才培养的过程中保持和发扬行业特色，以期对其他行业特色高校相关专业的发展起到一定参考借鉴作用。

二、气象行业背景与物流专业的关系

南京信息工程大学是一所典型的行业特色高校，前身是创建于1960年素有“中国气象人才摇篮”美誉的南京气象学院，由中国气象局管理40年后于2000年划归江苏省管理，其行业背景是以大气科学为核心的气象事业。在特色人才培养的过程中，首先需要理清气象行业与物流专业之间的关系。纵观整个物流流程，其主要物流操作环节如运输、仓储和信息技术都与气象密切相关，即一个物流运作方案的完美执行需要气象知识的支撑［2］。

1.实现物流的运输环节极易受到天气的影响，低云、浓雾、雷电等气象条件会制约航空运输，台风、暴雨、大风等极端天气会威胁水路、公路和铁路运输安全。因此，既要注重通过搜集气象资料获得较准确的天气预报，又要坚持以安全经济的原则拟定合理运输线路，选择有利天气，避开不利天气，保障运输安全、提高运输效率、降低运输成本。

2.气象条件在物资的仓储环节发挥重要的作用，主要影响因素有温度和湿度。如高温高湿常会引起物资的霉变、虫蛀、老化、融化、串味等损伤，需要根据专业气象预报服务，采取相应防护措施，防止物资的质量、使用价值、性能或可靠性遭受损失。

3.物流信息技术的成功应用离不开气象条件的支持。常见的物流信息技术如全球定位系统GPS，现已被广泛应用于物流运输、应急救援、交通系统等领域，国外很多物流企业都采用GPS来定位运输车辆。而值得注意的是GPS卫星不是同步卫星，易受气象影响，如云层、雨雪、雷电都会干扰GPS的正常运作，从而影响物流活动的顺利进行。

事实上，国外一些专业物流公司非常关注极端天气的影响，如联邦快递就组织气象专家成立专门团队致力于天气状况分析，并依照所获气象数据提前设置物流优化路线。这个气象分析团队提供诸如货物途经香港时是否会遭遇台风、台风将在多大程度上影响运输业务，以及应该采取哪些物流应对措施等辅助决策信息。综上，物流与气象行业密切相关，在气象行业特色高校的物流专业人才培养中应加强两学科间的融合与交叉，使物流专业学生具备基础气象知识背景，形成具有一定特色的复合型气象物流人才。

三、气象行业特色的物流专业教学改革

将气象行业特色的物流人才培养目标定位为：以物流专业为主、气象学科为辅，培养具有扎实物流管理理论和气象学科基础知识、具备使用现代信息技术开展气象勘测和制定物流决策的能力，可胜任国内外大型物流公司气象分析或气象部门物流指导工作的复合型人才。

1.课程设置

为了更好地培养能够进入物流领域的气象学科特色毕业生，在本科高校学习的总八个学期里，可推行“1331”的教学课程体系：即所有物流专业学生在第一学期仅进行《计算机基础》、《高等数学》、《大学英语》等公共基础课程的学习；第二至第四学期间开始学习物流管理专业必修课程与大气基础课程，同时在第四学期末安排为期2―4周的一次实习活动；第五至第七学期逐步深入接触物流管理与气象专业方向选修课，其中可在第六学期重点设置两学科交叉衔接课程；最后第八学期，要求学生自主进行为期2―4个月的工作实习。

除“基础课程+物流专业课程+大气基础课程+交叉学科衔接课程”这个课程体系设置外，物流专业也可结合气象行业背景建立独特的专业体系，形成具有一定特色的气象物流经济等学科，以鼓励物流专业毕业生进入气象领域工作。可引导物流专业学生选择五门（中国气象局要求非气象专业进入气象领域工作的学生必须培训的五门课）或十门（南信大发辅修证书）气象类课程，形成“气象+物流”的综合型人才，拓宽学生的就业面。

2.教学资源

（1）教材选择

在气象行业特色物流人才培养的过程中合理选择教材：物流专业课程方面应选用高质量教材，在引进、消化和使用国际优秀主流教材的同时注意适应我国社会物流发展的实际需求；气象相关课程方面可依托学校优势，采用学校气象专家自编的教材，通过灵活施教更有利于提高气象知识教授的质量和效率；而对于物流与气象两学科交叉课程，可选择性组织资深物流专家与气象专家共同合作编著教材并进行定点试验，也可参考借鉴国外部分教材和最新研究进行筛选重整。

（2）师资队伍

要培养出优秀的、有特色的学生，必须有一支特色化的师资队伍做保障。气象行业特色物流专业的师资力量应由物流与气象专业两学科教师组成，双方专业教师都须完成对方专业基础课程知识的学习，即气象专业教师在教授课程之前需进行基础物流培训，同样物流教师也需接受大气科学基础知识的普及。另外，应组织任课老师分期、分批到物流企业或气象部门实习，参加各类培训和学术活动，积极开展校际间的教学交流和观摩学习，掌握物流和气象行业的新动态。同时可选择性聘请一些从事相关工作的资深人士担任课程的兼职教师。

（3）教学设施

气象行业特色物流专业的教学过程涉及物流仿真模拟实验和气象观察实践环节：关于物流实验室的建立，应注意侧重围绕物流核心业务流程和物流技术设备的操作、优化和管理，设置一些演示性实验、模拟性实验、制作性实验、设计性实验、创新实验，等等［3］，可以秉承实用性与先进性相结合、经济性与方便性相结合的原则，联合同一地区的其他高校积极整合资源，共同建立物流实验室或物流模拟基地；有关气象类课程实验，可依托学校自身拥有的先进气象设施优势，与气象类专业学生共用实验设备，也可将简单的气象观察实验融进物流实验室的整体规划中。

3.教学方式

（1）教学手段

突破以知识传授为中心的传统教学手段，探索以能力培养为主的教学模式：充分利用多媒体课件、网络教学等现代教学技术，这些技术的运用有利于学生注意力的集中和学习兴趣的激发、有利于增强学生的感官效应和提高学习效率、有利于反映学科前沿的新思想新成果等［4］；注意推进启发式教学，采用探究式、研究式等新的教学方法，如分组案例讨论等。另外，由于特色专业的本身是物流与气象的结合，故应该注意两学科教学手段之间的相互借鉴，双方以长补短、相辅相成，实现气象优势学科带动物流普通学科的特色发展并快速形成竞争优势的目的。

（2）重视实践

一切理论知识脱离了实践都会显得苍白无力，气象行业特色物流人才的培养过程中尤其要重视实践课程的编排与开展。实践课程的设置应当基于现代物流的核心理论和关键流程，结合学校气象行业背景全面系统地考虑，避免“空洞型”、“肤浅型”实践课程的出现。可采取将实践环节得分作为课程考核的重要组成部分，以求让教师和学生从思想上重视实践，逐渐改变教师和学生缺乏互动、专业特色和行业发展相脱离的流于形式的课程实践现状。

（3）校企合作

目前我国大多数物流企业并未关注气象分析，这给气象行业特色物流人才的培养提供了很大的合作空间与机会。凭借气象行业特色，积极主动地与大型物流企业建立良好合作关系，尝试与企业共建物流实训基地。实训基地是理论教学的实践训练场所，是加强学生理解理论知识和提高学生操作能力的平台。气象行业特色的物流专业可以采取与物流企业共同建立特色物流实训基地，如运输过程气象分析室，不仅能为学生提供真实的实践环境，而且可为企业员工提供短期理论培训，最终为企业培养定制专业方向的特色人才、为社会输送实践性强的复合型气象物流人才。

四、行业特色高校物流专业教学改革的推广

各行业特色高校间天然具有一些相同的特点和优势，如行业特色高校均是由过去的单学科走向多学科，人才培养上需要在多学科的基础上进行重新设计，保持人才培养在行业中优势和特点的同时迫切要求学生具有更广泛的学科背景，体现多学科的融合与交叉等。因此，本文所探讨的气象行业特色物流专业教学改革可在同类高校做适当推广。

1.南京工业大学是一所由原先化工部门划归地方管理的以工为主的省属高校，其化工材料科学与工程是优势学科，而物流活动与各种化学材料息息相关（物流运输离不开包装，包装的质地、重量、抗压力等都会直接影响到物资的品质），故南工大的物流专业可依托行业背景积极培养材料物流特色人才。

2.原隶属于农业部的南京农业大学于2000年划归教育部，以农业和生命科学为优势学科，其主干农业学科接近或已达到国际先进水平。科学的农业背景知识可降低农产品的物流操作成本、提升农产品价值、提高农业整体经济效益。如若知晓某种农作物在仓储时需要干燥的环境，则在物流仓库选址时就会注意避开有地下水上渗的地区。故南农大的物流专业可重点关注农产品物流，着重培养农作物物流的交叉学科人才，有助于农产品物流的专业化和规模化。

3.南京邮电大学也是由过去隶属的邮电部被划拨至以地方政府管理为主的一所行业特色高校，其以通信、计算机等电子信息学科为鲜明特色，在通信和信息系统、信号与信息处理、计算机应用领域有重要影响。而我国现阶段物流信息化程度较低，信息化系统功能欠完善，可以说，物流信息系统工程人才非常匮乏。所以南邮大也可以依托信息系统学科优势开展物流专业特色教学，培养出可从事物流信息化工程的特色物流人才。

五、结语

综上所述，依托各行业高校进行物流专业人才的特色培养，既可在一定程度上有效避免物流人才的同质化现象，又可在行业特色学科的推动下提高物流专业教学水平，使物流真正成为具有专业特色市场和美好需求前景的新型热门专业。然而，基于交叉学科融合的特色物流人才培养是一个复杂的系统工程，只有在其教学活动中不断探寻合适培养模式，才能真正实现为社会输送具有创新和实践能力的、多学科交叉特色的实用物流人才。

参考文献：

［1］别敦荣.行业划转院校改革与发展的形势、任务和战略［J］.阅江学刊，2011，（1）：12-18，23.

［2］章澄昌.产业工程气象学［M］.北京：气象出版社，1997.

第14篇

关键字 生态学 室内设计现状 生态室内设计特点

中图分类号：S891 文献标识码： A

人类社会发展到今天，近两百年来工业社会给人类带来的巨大财富，人类的生活方式发生了巨大的变化。然而工业化也极大地改变了人类赖以生存的自然环境：森林、生物物种、清洁的淡水和空气，以及可耕种的土地，这些人类赖以生存的基本物质保障在急剧地减少，气候变暖、能源枯竭……，现实问题迫使人类重新认真思考――环境与人类的关系。

其实早在1869年德国学者海格尔就提出了生态学这一学说，它是关于研究有机体与环境之间相互关系的科学。人类生态学把生态学的研究已从传统的动植物生态扩展到人与环境之间相互关系的研究。本世纪60年代以后，生态学迅速发展并向其他学科进行渗透，逐渐成为一门综合性的科学，就营造结合自然并具有良好的生态循环的室内环境而言，设计时要求最大限度地减少环境污染为原则，特别注意和自然环境的交流，善于因地制宜、因势利导地利用一切可以运用的因素和高效地利用自然资源，减少人工层次而注意室内自然环境设计。在满足了人们对环境的基本需求后，高楼大厦已不再是环境美的追求，回归自然成了我们现代人的追求。现在人们正在不遗余力地把自然界中的植物、水体、山石等引入到环境艺术设计中来，在人类生存的空间中进行自然景观的再创造。在科学技术如此发达的今天，使人们在生存空间中最大限度地接近自然成为可能。

1 室内设计现状分析

90年代以来，随着国家经济生活的发展，室内装饰设计已深入到各种类型的建筑中，室内设计所使用的材制也已涉及到钢铁、有色金属、化工、纺织、木材、陶瓷、塑料、玻璃等多种行业。目前在室内设计、施工和使用中引发出的种种环境和社会问题，如果不及时加以解决和引导，将有可能发展成为破坏生态和环境的主要因素。国内目前在室内装饰设计中，总体状况所反映出的问题可以归纳为以下几个方面。

第一，普遍存在着追求“豪华”、“新颖”、“时髦”、“气派”的倾向。这些倾向消耗掉大量不可再生的珍贵装修材料，对建筑业的可持续发展是极为不利的。

第二，现代室内装饰中大量使用了人工合成的化学材料，其中相当一部分化学材料，含有对人体有害的物质。这些物质在使用中还会长时间散发出来。不仅有刺激性气味污染室内空气，而且影响人的健康。。

第三，由于室内装饰的“时效性”，室内装饰处在不断地更新过程中，因而被拆除的建筑装饰材料，由于不能再生循环利用而被丢弃成为建筑垃圾，成为环境的污染源。

第四，把室内设计仅仅看成是装饰材料的运用，看成是室内空间中被装饰部位的形式、比例、色彩以及符号的重组和构成，忽视室内设计的技术内涵。

另外，施工现场电锯、电锤等声音齐鸣，烟尘飞舞，刺激的气味弥漫空中，施工现状秩序混乱。据有关资料统计，在环境总体污染中，与建筑业有关的环境污染占总比例的34%。在建筑业对环境造成的污染中，有相当大的比例是因为室内装修材料的生产、施工与更新造成的。目前，我国室内装修投资在工程总投资中所占的比例越来越高，室内设计所带来的资源和能源的高消耗对环境的破坏也越发严重。譬如，目前中国建筑耗能是相同气候条件发达国家2-3倍，其原因主要在于许多建筑的保温层做的不规范，就去年上海城市最高用电1500万千瓦，其中空调负荷近3成，而且至少有110万千瓦的高峰电力被消耗在空调设备的能耗缺陷上。此外中国每年消耗的木材占我国木材总消耗量的一半左右。致使乱砍乱伐，森林面积锐减，对地区的生态系统的破坏也是毁灭性的，我们面临的现实情况异常严峻。因此，绿色材料会逐步取代传统的建材而成为建筑材料市场的主流、标准化的、装配式的、充满秩序的施工场面将必然替代现在混杂、无序的场面。

2 生态室内设计的基本特点

近年来，国际上以开始注重室内环境的生态设计研究和实验。提出了以“生态概念”理论为基础的边缘性研究，这种理论认为：生态在很大程度上表现是以“绿色材料”为主题的客观载体，在设计时尽量采用无污染材料和发挥自然环境的优势（如自然采光、自然通风），目的是克服工业社会发展中对生态环境的破坏，使人类生存环境达到高层次的文明水平。生态设计应当表现可持续发展，它是遵循着可持续发展的原则。所谓的生态室内设计就是要有效地把节能设计和在生产使用及处置过程中对环境影响最小的材料结合在一起，并保持了生态多样性的室内环境。

2.1室外环境的生态性

我国古代园林设计思想就有“巧于因借”，意思是在园林设计中巧妙地将周边自然景色引进到园林中，这种设计思想也非常适用于今天的室内设计，当然现在的设计师也越来越多地将室外环境引进到室内中来，例如很多海滨别墅，滨江花园等等，其中最具有代表性的应该是赖特的“流水别墅”。这所住宅体态自然地跨越在一支小瀑布上，房屋结合岩石、瀑布、小溪和树丛而布局。“流水别墅”不仅在外形上能同周围的自然环境配合，其室内也到处存在着与自然的密切联系，室内部分墙面是用同外墙一样的粗石片砌成，壁炉前面的地面是一大片磨光的天然岩石。生态的室内环境必须是建立在优美的室外环境的基础之上的，从某种程度上来说室内环境是自然环境的有机组成部分，作为生态的室内环境首要的因素应该是与周边自然环境的有机结合。

室内空间作为联系使用者与自然环境的桥梁，应尽可能地将自然元素引用到使用者身边，它也是生态设计的一个重要体现。在这里，室内空间不再是冷漠与远离自然的代名词，它将给人们生活带来崭新的内容：新鲜的空气来自树林与花园，光线来自的太阳，人们耳中听到的只是鸟儿的啼鸣和泉水叮咚。在这样空气中生活与工作，会使人们更加身心愉快、精力充沛，更加地充满活力。因此，对于自然元素的引入，增强使用者与自然环境的沟通，是室内生态设计追求的目标。

2.2室内装修材料的生态性

中国建筑材料科学研究院徐永模教授曾在《关于生态建材的概念及战略研究》一文中总结指出：生态建筑材料的概念来自于生态环境材料，是指在材料的生产、使用、废弃和再生循环过程中以与生态环境相协调，满足最少资源和能源消耗，最小或无环境污染，最佳使用性能，最高循环再利用率要求设计生产的建筑材料。室内装修材料尽可能多地就地取材，充分应用当地自然材料。关于生态装修材料的科学和权威的定义目前仍在研究确定阶段，不过还是有一些有代表性的描述：生态装修材料是指可以大幅度降低资源和能源消耗，具有高性能的材料；生态装修材料是具有多功能、有利健康、使生活更舒适、与环境更协调的材料；生态装修材料是可以为人类争取更大的生存空间、扩大可利用资源和改善生态环境的材料；生态装修材料从材料设计、制备、应用直至废弃物的处理，即材料的全过程都以可持续发展为目的；生态装修材料是以循环再生、协调共生与持续自生为原则，尽量减少自然资源和能源的消耗，尽可能对废弃物进行回收再生和净化处理，保护生态环境，使人类的活动与环境协调一致新型材料；生态装修材料是具有优异使用性能（尤其是功能性与智能性能），同时具有环境协调性能的材料。

生态装修材料有以下优越性：①具有优异的使用性能；②生产时少用或不用天然资源，大量使用废弃物作为再生资源；③采用清洁的生产技术，废气、废渣和废水的排放量相对较少；④使用过程中有益于人体健康，有利于改善生态环境，与环境相和谐；⑤废弃后可作为再生资源或能源加以利用或能作净化处理。

2.3室内绿化的生态性

室内绿色植物具有净化空气、调节气候的重要作用，是创造生态室内环境中的一个不可或缺的要素。由于植物能够吸收二氧化碳，清除甲醛、苯和空气中的细菌，形成健康的室内环境，具有生态美学方面的作用。因此扩大绿化，把绿化、庭园引进室内环境是室内生态设计的重要内容。同时通过植物的叶子吸热和水分蒸发可降低气温，可以调节室内温度和湿度，

室内庭园是室内绿化的集中表现，是室内室外化的具体实现，旨在使生活在楼宇中的人们方便地获得接近自然、接触自然的机会，可享受自然的沐浴现而不受外界气候变化的影响，这是现代文明的重要标志之一。室内庭园不但可以维护室内小气候的自然生态平衡，还能保障人类的身心健康，改善生活环境质量。绿色植物的介入有利于帮助人们在紧张的状态下得到适当的放松，改善人们对紧张工作造成压抑的心理因素，使室内空间充满生机和令人愉快的视觉效果，帮助人的思维敏捷能力的提高。可以预见，绿色植物在促进室内空气清洁新鲜、改善空气湿度条件、降低温度等方面都将起到有效的作用。

用绿色植物布置环境是创造生态环境的有效手段。人类对阳光、空气、水、以及充满生命力植物的依赖，已成为设计室内空间环境的标准。在国际上已重视室内环境的生态设计研究和实践，提出了“绿视率”理论并开展了一系列的绿色运动。“绿视率”理论认为：绿色是一种柔和、舒适的色彩，给人于镇静、安宁、凉爽的感觉。据测试，绿色在人的视野中达到20%时，人的精神感觉最为舒适，对人体健康有利。经调查，将居住区的绿色环境与非绿色环境进行对照，绿色地区可降温1.3～8℃，可减尘4%～28%，可灭菌达2%～59%，人体在25%左右的绿色环境中，既绿色在人的视野中达到25%时，皮肤温度可降底1～28℃。日本在这方面首先提出“绿色家庭”的运动，以绿色植物点缀，绿化居住环境，已成为日本现代室内住宅布置环境的重要手段，把自然环境引入室内，使厅堂成为庭园，促使内部环境与外部环境相对应。在夏季，室内布置一定面积的绿化，通过蒸发作用使室内气温低于一般建筑室内气温，并且使完全相对气温增加10%～20%，绿化系统可以通过光合作用释放大量氧气并吸收空气中的二氧化碳，同时清除室内的甲醛、苯和空气中残留的有霉细菌等对人体有害的物质，从而提高室内环境的空气质量。

除此以外，绿色植物还可以降低太阳辐射。有绿色植被的墙体（西墙）的平均温度比无植被的墙体平均温度低12.7℃。它可以通过叶片的吸收和反射作用降低燥热。据专家研究，叶片吸收40%的热量通过周围通风散失，42%的吸收热量通过蒸腾作用散失，其余的通过长波辐射传给环境。

2.4室内物理环境的生态性

①室内空气质量 人的一生在室内的时间很长，所以空气质量至关重要。目前，室内空气调节主要通过空调来取得，人们在这类环境当中相处太久，身体会感觉不适。因此，室内采用自然通风，使空气变得新鲜大为重要，通过诱导式构造技术可以有效解决自然通风的问题。例如，在炎热地区的室内通风散热，就可以采用基于烟囱效应的诱导式构造通风技术，适当布置通风管井，可调节风口等设施来达到理想的通风散热效果。如被誉为高技派的国际建筑大师诺曼福斯特，他在设计中充分发挥了高科技提供的潜力，在实现节能、低耗、低造价的同时，创造了舒适的室内环境条件。其中最有代表性的是他设计的德国林依斯伯格商务促进中心和远程技术中心。这座建筑中的微电子中心由一组包括12幢单栋建筑的两个人工气候大棚组成。大棚采用透光的绝热材料，具有特殊的导光系统和日光反射和热量收集系统设在室外树林中空气收集系统通过地下管道吸入新鲜空气，根据季节变化将新鲜空气冷却或加热，然后送人大棚。建筑以煤气作为主要能源，安装在屋面上的两种太阳能电池板作为辅助能源供应系统。太阳能板将水加热，然后送至吸收致冷器，冷却水通过的管网设在悬挂干顶棚上的金属传导网板中，由此将室内空气冷却。

②室内光环境 自然光作为一种自然资源，具有重复利用的特性和极好的显色性，其特点是人工照明无法比拟的，人们应充分发挥科技优势，进行设计上探索。可以在窗口上布置和利用反射板将自然光尽可能地发射传递到室内的深处，使光线在室内分布均匀。自然光具有很强的表现力，是营造室内气氛、创造意境的“特殊材料”。生态的室内设计应该尽可能地将自然光引入到室内，如今的室内都采用大面积的玻璃外墙来获得自然光，不过一种新型的材料――透光水泥已经被西方科学家研制出来，这就为室内采光提供了更多的变化。当然大面积采用普通的玻璃虽然对室内采光有利，但会浪费很多能源。这就需要使用生态的材料，例如复合保温玻璃，这种低辐射―热反射中空玻璃是具有双重保温性能的材料，目前在欧洲的生态建筑中被广为使用。气凝胶玻璃是刚刚从实验室中走出不久的未来派保温玻璃材料，它的保温性能是同等厚度泡沫塑料的4倍，如果能够投入实际应用，将是生态建筑上的一大飞跃。

③室内声环境 生态的室内环境在声音的处理上也应该符合以下要求：在室内的施工过程中应该避免噪音污染，然而现阶段在我们身边只要有装修的房子，就会听到刺耳的噪音，这对周围的居民的生活会造成巨大的影响。因此我们有必要找到一条解决的办法和途径，将现场施工改为现场安装，这样才能较彻底减少噪音污染。除此之外，还应该将自然界的声音引入到室内中来，比如大海边海浪的声音，山林中的风声、鸟鸣声；夜晚的虫叫声、蛙声；小河的流水声，自然界中的雨声、雷声等等；现在我们在室内常用一些现代的手段来模拟自然界中的声音，比如在室内布置水体景观来发出潺潺的水声等。

2.5室内能源环境的生态性

使用洁净能源，它既满足使用能源的可持续性，又不会对环境产生危害，最符合生态型的室内环境要求。解决现代室内设计中的节约能源问题，离不开技术手段的支持。据文献介绍：在美国的建筑中，应用现有技术的气候敏感设计可以削弱采暖和制冷能耗的60%以及照明能量需求50%以上。可见合理利用自然常规能源，如自然采光、太阳能、风能等现代化科学技术的最新成果，结合传统的使用节能技术，采用综合节能措施是十分必要的。

目前，最有广泛使用前景的是太阳能利用技术。它主要是通过特定的构造和材料来利用太阳能，应用范围相当广泛。太阳能是一种清洁的、可再生的能源，不但可以给室内增加洁净和舒适的环境氛围，而且不会对室内环境产生危害，从而间接地实现节能和营造室内环境两者之间的良性互动关系。太阳能光电材料是将太阳能电池与建筑材料复合而成的新型建材。太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃是目前已在日本、德国和瑞士等国得到应用的主要太阳能光电材料。它们不仅能吸收太阳热能，还能将其转换为电能，支持住宅内部用电，有些甚至还能将多余电力输入电网。坐落于瑞士斯特科波斯的一座42米高的钟塔两侧墙面便是由太阳能电力墙构成，它发出的电力足以支持巨大时针昼夜不停运转。用以取代玻璃的透明太阳能光电池，也即太阳能光电玻璃，有望在十年之内成为生态建筑中的主流玻璃材料。随着太阳能技术不断取得突破，太阳能发电效率进一步提高，太阳能光电材料的前景将一片光明。这一技术终将会实现建筑能源的“零损耗”。

2.6室内水利用的生态性

生态环境是一个大系统，包括土地、水、空气、阳光、植被以及与之有关的生物链。当今世界尤以水资源短缺最受关注。我国地表水资源总量居世界第6位，但人均水资源只有2200立方米，约为全世界平均水平的四分之一，居第110位，而且污染严重。全国660个城市中有420个供水不足，100多个城市严重缺水，每年缺水量400亿立方米，农村有8000万人饮水困难或饮用水不合格。到2030年全国人口达到16亿时，人均水资源将降至1700立方米以下，成为世界上严重缺水的国家之一。因此，珍惜水资源，节约水资源，合理利用水资源， 已成为生态环境建设中第一位的问题。过去水资源的耗用大户，一是农业灌溉，二是城市用水。城市用水中80%是工业用水，20%是生活用水。随着产业结构的调整和城市化进程的加快，工业用水下降，生活用水比重上升，在居住消费中如何节约用水，日益引起人们的关注。生态的室内设计必须考虑节约水资源，有关节水措施主要有以下几个方面。

①采用雨水收集和回用系统 雨水收集一般分为屋面集水和地面集水两部分，同时收集洗漱废水送至楼顶的水箱，作为厕所冲洗用水就可以节水50%以上，这样既保护了环境，又极大的提高了水资源的利用效率。

②采用节流产品 在厨房、卫生间普遍安装和使用节水器具，包括节水龙头、节水马桶、节水浴具等，这方面的潜力很大。据2000年《文汇报》一则消息，上海住宅90%仍使用9公升水箱，而日本及西欧从20世纪60年代就大量使用6公升水箱，目前全国在用的老式水箱约有8000万只，如果都改成6公升水箱，仅此一项每年就可节水10亿吨。

③采用分质供水系统 现在的饮用水和洗涤用水混合使用，人们为了保证饮水质量大量购买纯净水，而生产1吨纯净水要多用两倍的自来水，而另一方面，冲厕、洗涤等又大量使用自来水。为了合理利用水资源，可行的办法是安装纯净水设备，逐步取代现在的桶装水。其次是要积极实施中水系统，做到卫生间冲洗、花木浇灌、观赏性水景等普遍使用中水。

2.7室内废弃物处理的生态性

室内装饰在施工过程中尽量减少废弃物，回收废物中可利用材料，实现废物减量化、资源化。设计一些有利于日常生活垃圾分类处理的方法，例如在厨房的厨柜中设置多个垃圾桶，通过将生活垃圾的有机物、无机物、玻璃、金属、塑料等分类收集，为优化城市固体废弃物处理系统提供条件保障；在洗菜盆的下水口处设计安装切碎装置，一方面可以防止堵塞下水管道，另一方面可以将较小的有机物切碎，便于微生物的分解。

结语：

将生态引人室内设计，向室内设计师提供了一个新的发展思考点，开辟了一个新的创造领域。显然，室内生态设计包含了建筑、结构、设备、自控、工艺美术、园林绿化等许多专业的内容。它需要室内设计师不断更新知识，熟悉和驾驭新技术。生态的室内环境，也是一种人类意识的精神平台，它的建立，本质上是一种精神因素的发展与释放。一个可持续发展的社会应该有两个基本前提：一是人类的自然观、财富观、消费观、发展观发生了根本的变化；二是科学技术有了极高的发展，并且人类能够更加自觉地按照保护环境和人类共同利益的原则应用科学技术。这样，人类才有可能在不破坏自然环境的前提下实现与自然环境和谐相处、和谐发展，社会的发展不再以破坏环境为前提和代价。因而，生态室内环境是可持续发展的社会文明，是一种建立在高科技、高质量环境和高品质设计意识基础上的“绿色文明”。

参考文献：