科技成果物化（精选7篇）
科技成果物化 篇1
企业发展, 科技文化引领。对企业来说, 设备是物化的技术, 是衡量企业现代化程度的一个基础指标, 而科技文化创新水平则是考评现代化程度的重要指标。以科技文化创新推助设备管理和技术装备水平的不断提升是企业可持续发展的重要基础。
全国铝型材十强生产企业之一的福建省南平铝业有限公司把科技文化创新推助设备全过程管理作为增强企业核心竞争力、促进企业可持续发展的重要基础, 将科技文化创新与以“可靠性”为中心的设备管理文化相融合, 实现设备管理的规范化、程序化、现代化和科学化管理, 使设备管理适应不断变化的市场, 用重量级高效运转的先进技术装备支撑起企业金字塔的坚实底座, 提高设备经济运行水平, 为企业发展提供了强有力的技术支持。企业经营规模逐年扩大, 现已拥有年产15万吨铝型材产业链的综合生产能力, 是国内惟一同时拥有“中国驰名商标”、“中国名牌产品”、“国家认定企业技术中心”、“国家级创新型试点企业”、“高新技术企业”等荣誉的国有大型铝型材企业。2006年、2009年连续两届获“全国设备管理优秀单位”荣誉称号。
实现设备全过程管理信息化打造现代化的物化技术
提升设备管理与信息化融合水平。信息化是企业精确管理的必由之路。历时三年, 南平铝业全面推进并基本完成“南铝铝产业链全维管理信息化系统集成平台” (COMMS) 的开发, 现已在南平铝业及其下属企业全面投入运行, 覆盖企业所有管理部门和5条产品链、14大类产品的全过程生产经营活动。该系统构建并实施了目前国内外铝产业链规模最大的管理信息化集成系统, 使企业各项管理职能的基础工作实现了仿真精益全维的信息化, 达到提高效率和降低成本目的。该项目得到工程院院士吴澄等的项目鉴定委员会专家的高度评价, 项目整体达到了同行业国际先进水平, 对制造型企业信息化建设具有良好的示范作用。4月22日, 被国家工业和信息化部列为“两化”融合促进节能减排的典型企业和试点示范候选企业。
实施设备全过程动态管理。随着设备的增多, 设备先进性的提高, 感性管理已无法适应设备管理的需要, 先进的设备需要先进安全高效的管理模式与之相适应。南平铝业加强设备管理信息化的建设, 实施设备动态管理, 提高管理预知性、可控性和准确性, 为企业的整体设备管理水平上台阶打下基础。充分利用建立的COMMS系统平台, 实现了从设备采购、设备运行、设备保养、设备报废的全过程信息化动态管理;为设备全寿命过程提供技术经济分析数据基础, 通过数据统计与分析、比较, 为设备技术改造和编制检修计划提供科学依据。充分利用“设备点巡检系统”, 实现点检结果与COMMS维修计划相结合, 实现有效及时完成维修, 确保设备正常运行。
三级点检和三级计量互促降成本。依托设备管理创新推助降成本。建立“公司-分厂-工段”三级点检网络, 切合三级计量管理网络, “三级能源计量信息采集系统”在福建省企业内最先进, 得到省计量院高度评价。该系统设置22个数据采集终端, 建立以电能为主, 同时对天然气、压缩空气、燃油、工业用水等数据采集的三级能源计量信息系统。三级计量管理系统实时准确的监控生产线和设备能耗, 动态分析各生产线、设备的能源消耗, 有效指导生产与节能改造, 实现能源成本考核到机台, 节能意识落到每个人身上, 同时将能源使用情况回馈决策层, 提高企业管理水平, 降低生产成本。
创新设备管理体系加强对设备设施“人文”管理
建立健全设备管理体系。制定严格的设备管理制度, 认真落实《设备事故管理实施细则》、《设备管理专项考核》、《设备安全点巡检制度》等一系列制度。按设备管理过程的设计实施设备管理, 完善《设备管理制度》, 对设备的前期管理、使用维护及设备后期管理实行设备寿命全过程管理。设备现场管理是降低维修成本、提高效益的基础。认真落实设备维护的“三项制度” (交接班制、岗位责任制、巡回点检制) 、“三定” (定人、定机、定职责) 和“四懂” (懂结构、懂原理、懂性能、懂用途) , 要求做到“三好” (用好设备、管好设备、修好设备) 、“四会” (会使用、会维护、会点检、会紧急处理故障) 和达到“六项规定” (整齐、清洁、润滑、紧固、防腐、安全) 。
设备管理创新推助安全生产。坚持安全为天, 以抓好设备日常安全维护保养为基础, 以提高设备完好率和利用率为最终目的, 将每台设备的安全维护、保养落实到个人, 努力实现设备安全管理的规范化、制度化。加强在线设备的安全分级管理, 狠抓设备现场管理, 落实好设备日常安全维修和换季维护保养, 加强对生产设备的点检、润滑、巡视、维修等工作, 对关键设备的维护维修采取定机、定人和定时的办法, 把加强设备的预警维护放在重要位置, 保证设备性能的安全可靠性和正常性。设备各项考核指标均完成较好, 为企业生产经营目标的实现提供了设备安全保障。企业连续25年无重大人身、设备及火灾事故, 两次获全国“安康杯”竞赛优胜单位。
设备管理与质量控制协同作战。高质量生产过程源于强有力的装备技术支持。南平铝业认真对产品质量尤其是“质控点”设备进行全过程的有效控制, 不仅对设备选型质量、设备运行状态、设备可靠性、各种设备管理规章制度进行控制, 更对设备操作人员的能力、技术水平、环境条件和加工产品的全过程进行控制。联手打造设备质量保障体系, 工艺与设备管理实现有机渗透、互为支撑, 促进设备保证工艺质量的能力。2005年, 通过质量、环境、职业健康安全管理体系认证, 实现了质量管理从人治向“法制”的超越。节能隔热铝建筑型材等“闽铝”系列产品获全国有色金属产品实物质量“金杯奖”。企业成为全国四家GB5237“铝合金建筑型材”试验研制基地之一, 中心试验室通过国家实验室认可, 被列为“福建省创新型企业”。
依托技改提高自动化水平为企业发展提供精良的物化技术
健全设备技术创新机制。切合企业发展进行设备技改, 保证设备技术水平的先进、适用、高效。聘任18个专业主任工程师, 作为各专业的学术带头人, 每年确定科技创新和设备技改项目, 实施项目负责人制。“Φ165mm油气润滑结晶器开发与Φ305mm油气润滑浇铸系统国产化设计”项目, 使企业在先进技术国产化方面处于国内领先水平。自主设计开发大规格油气润滑Φ381铸造平台一次试车成功, 企业铸造水平跻身行业先进, 成为国内油气润滑铸造应用领域最成功的企业之一。进行模具扩建改造, 实现模具数控化和网络化加工, 提升设备加工能力, 显著提高生产效率, 模具产能提高20%以上。
通过技改打造先进铝产业链。以打造完整的铝产业链技术装备为主攻目标, 设备技改坚持不懈。近年来, 投资15亿元进行环保节能电解铝、铝铸造、预焙阳极、铝型材和铝板带等十多个项目技改, 其中, 有两个技改项目被福建省政府评为“省重点建设项目优胜奖”。南平铝业技术装备达到国内同类型企业先进水平, 在铝电解、铝铸造 (轧) 、铝型材、铝板带材等生产技术装备方面具有较强的竞争优势。铝加工分厂挤压机、表面处理生产线、模具生产线均实现计算机全自动化控制生产。已形成较为完整的年产15万吨铝型材产业链, 产业链规模处于非集团类铝业公司的前列, 增强了竞争力和抗风险能力, 规模效益显现。
从源头上把好设备节能关。坚持将节能减排作为企业可持续发展的重要内容来抓。通过设备节能技改, 淘汰了高能耗、工艺落后的产能, 实现了同一个厂区内铝冶炼、铸造 (轧) 、加工上下游产业链产能的协同稳步发展, 大大优化和缩短了产业链上下游间转序物流管理过程, 节约了铝锭重熔工序能耗、长距离物流转序能耗。南平铝业铝商品材加工产能15万吨/年, 由于铝水直接配制合金圆铸锭, 大大减少了铝金属锭的烧损和降低能耗, 年节能4800万千瓦时, 每吨约产生400元综合效益, 铝产业链年综合节能产生直接经济效益约6000万元。“十一五”期间, 南平铝业节能目标是:以“十五”末期的能耗为基础, 在五年内节约4.8万吨标准煤。2006年至2009年, 已节约4.8388万吨标准煤, 提前超额完成省里下达的“十一五”节能目标。南平铝业被评为“福建省节能先进企业”。
物化与文明 篇2
英文中的文明 (Civilization) 一词源于拉丁文“Civis”, 意思是城市的居民, 其本质含义为人民和睦的生活于城市和社会集团中的能力。引申后意为一种先进的社会和文化发展状态, 以及到达这一状态的过程, 其涉及的领域广泛, 包括民族意识、技术水准、礼仪规范、宗教思想、风俗习惯以及科学知识的发展等等。
布罗代尔认为, 文明是一个空间、一个文化领域, 是文化特征和现象的一个集合;沃勒斯坦把文明定义为世界观习俗结构和文化的特殊联结, 它形成了某种历史总合, 并与这种现象的其他变种共存。由于布罗代尔和沃勒斯坦都是史学家, 所以在他们的定义中文明的概念总是和历史的某种集合密不可分。社会主义的早期支持者埃米尔·德克海姆认为文明是一种包围着一定数量民族的道德环境, 每一个民族文化都只是整体的一个特殊环境。以《西方的没落》而闻名的斯宾格勒看来, 文明是文化不可避免的命运, 是一种发达的人类能够达到一些最外部的和人为的状态, 是一个从形成到成熟的结构, 文化实际上是所有文明定义的共同主题。萨缪尔·亨廷顿对于文明的定义是这么说的:文明的观点是由18世纪法国的思想家对于‘野蛮’状态提出的。文化和文明都涉及了一个民族全面的生活方式, 文明是放大了的文化, 它们都包括“价值、规则、体制和一个既定社会中历代人赋予了头等重要性的思维模式”从而提出21世纪核心的政治角逐是在不同文明之间进行。法兰克福学派主要理论来源之一弗洛伊德在《文明及其缺憾》中这样定义文明:“文明不过是意指人类对自然之防卫及人际关系之调整所累积而造成的的结果、制度等的总和”。也就是说, 文明是指人类调整与自然的关系及人类自身之间关系的能力。简单地说就是衡量人类作为一个整体的生存能力。
可以看出, 无论是历史学家还是社会学家, 无论是什么样的政治观点, 每个人都不能否认社会的进步以及人的思想对于文明进程的影响。
物化概念在西方马克思主义中是一个比较核心的概念。1923年卢卡奇在《历史和阶级意识》一书提出了“物化”概念, 以概括随着资本主义社会的发展, 人与人之间、人与物之间所呈现的异化现象。在卢卡奇看来, 马克思主义本质上是一种关于人类解放的学说, 而人的解放是与人的主体性的确立、与人的自我意识的呈现, 进而与阶级意识的觉醒联系在一起的。随着科学技术的飞速发展和国家对经济生活的干预, 当年为卢卡奇所揭露的物化现象非但没有消失, 反而更为广泛、更为严重。物化现象的出现以及对商品拜物教的崇拜, 使得人类文明发生了巨大的改变。
而对于物化和异化现象的出现, 无一例外是伴随着垄断资本主义代替自由竞争的资本主义产生的, 新的异化形式及现象更加普遍, 与阶级统治并存并为统治阶级所掌握的的技术统治更为强大, 人完全沦为技术工具的仆役, 并且在日常生活的各个领域都承受着巨大的心理与精神上的压抑。发达工业社会使人成了“单面人”, 社会成了“单向度”的病态社会, 一切阶级阶层无一例外地被卷入到物化———异化的旋涡之中。
必然的, 在这种社会下生存的人的思维以及创新意识定然会被磨灭, 意识也成为千篇一律的复制与拷贝。在商品丰富, 物质生活提高的同时, 产生了新的匮乏, 即精神的空虚和痛苦:人们成了商品的俘虏, 他们被动地接受传媒铺天盖地的广告, 这些广告制造虚假的、强迫性的需求, 人们的审美观在不知不觉中完全被大厂商调度和控制, 毫无理性地一味追求高档、名牌商品;在虚假的满足中, 人丧失了自己的天性, 甚至丧失了痛苦的感觉, 这并不是说明痛苦不存在, 而是说明人已被异化得失去了自我, 在这种混沌的状态下, 真正的文明也被商品拜物教冲击的千疮百孔。
既然文明是衡量人类作为一个整体的生存能力, 那么随着社会异化-物化现象的越加明显, 人类自身的整体生存能力究竟是呈上升趋势还是下降趋势呢?
用一个简单的例子先说说人与自然的能力。伴随人类发展的一个显著的事实那就是科学的发展。科学毫无疑问改善了人类整体的生存状态, 我们战胜了许多疾病, 人均寿命显著延长, 明显减轻了许多自然灾害的的危害, 人类从基本的生存中危机中逐渐解放出来, 衣、食、住、行都有极大的改善, 过上更舒适的生活。然而正如大家讨论的科技的弊端一样, 科技的发展也带来了许多人与自然的矛盾与问题。环境的破坏、污染也如此严重, 许多物种灭绝, 是不是人类命运的预演呢?寿命延长, 如果在病床上度过, 与死亡相比哪个更好呢?新的、破坏力更强的疾病正不断的出现, 下一次大的、让人类束手无策的大瘟疫什么时候到来?资源正以加速的方式被消耗掉, 完了以后呢?那些损失惊人的自然灾害人类自己又要负多少责任呢?
由于异化性的高消费、高生产, 人类与自然的和谐关系早已不复存在, 双方处于极度尖锐的对立和冲突中;贪得无厌地追求物质享受驱使人不加节制地开发自然, 这实际上成了盘剥和破坏自然。
如弗洛伊德自己所说, 文明就是把人类单个的人, 然后是家庭、种族、民族和国家结合在一个大的统一体中, 即人类的统一体中。基于这样一种定义, 我们可以得出这样的结论:文明不是个体专有的, 它是整个人类统一体所共有的。既然是人类统一所拥有的, 那就说明一个区域或者一个个体的进步不能认为是文明。资本主义社会资产阶级为了更大程度的追求剩余价值, 使得劳作阶级, 也就是工人阶级人的生活受到控制, 他们之间的关系受到破坏, 人成了“没有思想、没有感情的机器”。也即是霍克海默、阿多尔诺的观点:科学技术的发展并未带来人类幸福与进步的增长, 而是统治者力量的增加以及人性的压抑。故而统治力量的单一文明并不能认定是整体的社会文明。
以与野蛮相对的文明概念来衡量高度物化的现代社会, 文明的水准是同社会的规则以及进步呈正比的, 社会物化的程度越高, 社会中人的理性战胜了欲望, 人的行为越加规范, 社会体系也随着社会的进步而稳固。但是更多的人衡量文明的标注是以宏观的, 也就是“整体化”的标准来评判, 社会的物化程度越发达, 人的个性和自由、人的创造性和自主性一步步被扼杀, 文明在达到一个高点后便会止步不前甚至有微弱的下滑趋势。这种下滑是相对定义上的下滑, 因为文明本身在高度发达的科技及经济的刺激下会有缓慢的上升趋势, 但是这种上升更多的被物化社会中人性的丧失而掩盖甚至抵消, 所以从社会进步的宏观角度来衡量, 也就是以一种相对比的观点来审视, 文明不会再更大的发展。
摘要：弗洛伊德认为, 文明是指人类调整与自然的关系及人类自身之间关系的能力。简单地说就是衡量人类作为一个整体的生存能力。随着社会的发展, 异化—物化现象也愈发突出, 文明的进程在这种物化社会中的发展呈现曲线状态。
关键词：物化,文明,曲线发展
参考文献
【1】卢卡奇, 《历史和阶级意识》, 重庆出版社, 1989
【2】布罗代尔, 《15至18世纪的物质文明、经济和资本主义》, 顾良、施康强译, 北京三联书店, 1993
【3】伊曼纽尔·沃勒斯坦, 《现代世界体系》, 尤来寅等译, 北京高等教育出版社, 1998
【4】奥斯瓦尔德·斯宾格勒, , 《西方的没落》, 吴琼译, 上海三联书店, 2006
【5】塞缪尔·亨廷顿, 《文明的冲突与世界秩序的重建》, 周琪等译, 新华出版社, 1998
设计源于“玩”的物化 篇3
人们在“玩”物的过程中不断构想、琢磨才有不断的创新,而且“玩物”一旦到了痴迷的地步就有可能成为发明创造,从某种意义上来说“玩”物的痴迷并没有什么不好,痴迷的一个基本特点就是精益求精,不断完善,事实上我们在“玩”物的过程中也在不知不觉地进行着创造。虽然有的创造是初级的、原始的、甚至不被人所重视,但是一种创造,玩的“物”与“事”的规则、标准都是人在玩的过程中精心设计完善的过程。
“玩物”语出《尚书》:“玩人丧德,玩物丧志。”那么,“玩物”是否就一定“丧志”呢?刘谦痴迷于魔术,把魔术玩得丰富多彩,花样百出。爱因斯坦曾说过:“拉琴于我思考大有裨益。”这哪里是“玩物丧志”?分明是“玩物得志”,同为“玩物”,结果却大不相同。
“玩物丧志”,我们往往把“志”作为志向、目标来理解,如果从另一个层面来看,“玩”不仅有利于人类社会的进步与发展,而且我们可以在“玩”物的过程中创造和发现新的事物,试想一下,人类的任何发明创造哪一个不是人们过度“痴迷”而创造出来的。关键在于“志”是否坚定纯洁。爱因斯坦坚持正确的人生态度,并不断建立起新的奋斗目标,虽玩物,却不丧志。所以,“玩物丧志”,不是要约束“玩物”,只要把握积极向上的目标与正确的人生态度,就不怕“玩物丧志”。
“玩物”是人手与心的创造,在“有固定形态的造物活动中,人们将对该物品的物质功能与精神功能按一定的设想与计划物化为一定的表现形式,这一过程可以称之为最直接意义上的设计”。可以说“玩物”是我们生活中的重要组成部分,与“造物”、“设计”有着直接的联系,例如,我们先人为了节日快乐、热闹发明了“鞭炮”、“泥哨”、“乐器”、“皮影”戏等,人类为了美化自己用兽骨、天然的玉石等材料制造项链、手饰等装饰品,为了生活的需要创造出陶器、铜制品、瓷器等,为了祈福在器物上描绘一些吉祥、祝福的图案等,所有这些发明创造无不是人们由于“玩”物的痴迷而创造出来的。“造物”与“设计”活动是人类走向文明的第一个阶梯,也是人类对物质的转化过程。
人类在最早的“玩物”过程中就已经形成了人与物的关系,并且“玩物”中已经蕴含有实用、娱乐的成分,有美化、装饰的成分,从而形成“造物”活动。“玩物”也是人类对于生活方式与价值的综合追求,像民间的泥玩具,自制的“铁环”、“轴承车”、“滑雪板”、“弹弓”等,虽然有很多的玩物看起来并不很专业,而现代的许多设计发明都与人们执著于“玩”的结果有着密切的联系。从这个意义上说,“玩”与“造物”不仅仅是物质的转化和原始生活行为的再现,它还是以人的创造力开发物质潜能、提高行为效率、提升生活质量,开拓更完美的生活环境的行为。
“造物”活动是人类迈向社会文明的开始,从人类造出第一件人造物到现在,始终没有停止过文化和文明的追求,而是致力于如何将物品造得更好一些、更实用一些、更安全一些、更美观一些。例如,我国古代的陶器水壶,就已经知道利用力学的原理将壶身造得对称、尖底小口,一旦沉入水中即可自动横于水面,将水汲满之后又利用重心的原理而自动恢复到垂直,这样的“造物”尽管材料简单,却反映出人类对功能完美与省力方便的追求,同时也体现了古代人类的智慧。
“造物”活动是设计的真正起源,尽管在人类没有形成语言与文字的早期文明中,没有“设计”的概念与社会分工,但作为对人造物(工具)的设想、认定、选择等活动都始终贯穿于人类走向自身完善与适应自然的发展全过程,人类正是通过“造物”过程中的工具加工与使用,使自己变得强大、灵巧、智慧起来,这也是人类走向“智者”的开始。虽然早期的人类造物活动中,“设计”的表现非常单纯,使用者与设计、制造者直接对话,而且是个别的行为,是直接用于造物行为的活动。但到了现代社会,人类生产活动与经济活动变得空前复杂,设计就不再是单层次的活动形式,人类需要的“设计”内容变得极其复杂。
《易经·系辞》云:“形而上者谓之道,形而下者谓之器。”这里的“形”应当是有形的人造物的统称。人类通过造物活动,熟悉了自然材料,熟悉了物质的机能,熟悉了加工的媒介,熟悉了工艺的技巧,从此出现了一个人类自己的双手所创建的第二自然。人类通过造物活动,不断强化了自己与自然共处的能力,人口繁殖,生命延长,人类在生产活动中有了频繁的接触与合作,产生了语言,从此形成人类社会。通过造物活动,人类发现了造物的形式规律与审美的意识,而且从物质的形式中产生出某种审美与精神寄托。
在现代生活中,人的衣、食、住、行等生活方式的各种因素已基本实现人工化、标准化,使得产品设计、生产与人的生活方式之间发生了历史上前所未有的密切联系。从某种意义上说,人们所说的设计实际就是生活方式的设计,正因为如此,今天的设计担负着重要的历史责任,成功的、完美的设计可以将人类引向更幸福的未来。
事实上,大家在“玩”的过程中总是在不断使自己的“玩物”做得更加完善,希望与众不同,今天的“设计”是在痴迷的“玩物”过程中不断发展、完善,进而产生新的创造物,正如《考工记》所说:“知者创物,巧者述之守之,世谓之工。百工之事,皆圣人之作也……”这里所谓的“圣人”,事实上是神化了的人,人类创造物品,是人的本能与本质力量的显现。事实上可以理解为“玩物”已经到了痴迷的程度,一旦玩到一定的层次、一定的高度就可能成为设计创新。
河流治理物化技术分析 篇4
国外对河流水体的治理技术相对研究较早, 如美国有关受损水环境研究自1970年就由Clean lake program (CLP) 组织实施, 在此基础上, 1990年提出并实施了庞大的修复计划, 其中包括在2010年前恢复64万平方千米的河流[2,3]和400万平方千米的湿地。荷兰1990年对Alde Feane地区进行水环境修复, 使周边河流水质得到了很大的改善[4]。日本从1980年开始进行恢复自然状态的水环境建设, 在确保河流防洪水资源利用功能的同时, 创造了优美和谐的自然环境[5]。正是由于有这些治理技术的飞速发展, 才有河流今天的治理效果, 就河流治理的物理, 化学技术而言, 概括起来大体可分为以下几方面。
1 物理方法
物理方法采用物理的、机械的方法对污染水体进行人工净化, 该类方法工艺设备简单。主要的河流物理净化方法有调水稀释, 底泥疏浚, 底泥覆盖等。
1.1 调水稀释
调水稀释是通过工程调水对污染水体进行稀释, 通过稀释冲刷可以有效减少污染物浓度和负荷。该方法能增加流速, 激活水流, 使水体中氧的浓度增加, 水体中微生物、植物的数量和种类也相应增加, 从而达到净化水质的目的。1964年, 日本东京为改善隅田川的水质, 从利根川和荒川引清洁水进行冲污, 结果表明, BOD5由原来的40 mg/L降到了10 mg/L, 改变了隅田川的黑臭现象, 俄罗斯的莫斯科河、德国的鲁尔河、我国的黄浦江都曾使用过此方法, 而且取得了比较理想的效果[6]。但调水稀释对引水水域又有一定的负面影响, 可能会导致两水域生态体系发生变化。如果稀释速率不当, 使底泥处于大的扰动状态, 从而致使底泥中总氮和总磷等营养盐的释放率加快, 最终导致水体中营养盐浓度增加[7]。因此, 在调水稀释的过程中, 一定要考虑周边的环境容量, 以及水体的稀释程度。
1.2 底泥疏浚
由于污染河流底泥中含有大量的有机物和氮磷营养盐, 它们在一定条件下会从底泥中释放到水体内, 使水质恶化[8]。底泥疏浚是通过挖除表层的污染底泥, 从而减少污染物的释放。如美国的马萨诸塞州的New Bedfold港, 疏浚有效地消除了沉积物PAHS和重金属的释放[9]。我国许多中小河流, 如上海的苏州河、南京的秦淮河等, 都使用过该技术。但从治理效果看, 许多河流的水质未见明显改善, 其主要原因是各个污染河水体受污染的类型时间和程度不同, 污染低泥的厚度、密度污染物浓度的垂直分布差异很大。此外, 疏挖深度也是需要考虑的问题, 有些研究认为一定深度下的沉积物中可溶性磷和氨氮高于表面[10,11]。疏浚有见效快, 能增加河流水体容量或提高河流过水能力及夹沙能力等优点, 但疏浚工程还存在着一些不足, 如底泥疏浚的治理费用十分昂贵。如果按照美国国家海洋及大气局关于底泥中多氯联苯 (PAHs, 45μg/g-1) 的划分规定去疏浚沉积物, 则五大湖的Hamilton湾及Indianat这样的污染港口进行疏浚的费用相当惊人 (Hamilton湾的污染中心区需2千万美元, 全部治理要40亿美元) [12], 同时若疏浚深度控制不当, 会导致在疏浚同时带走大量的植物根系, 打破原有的生态系统, 引起不良的生态反应, 从而使水质更加恶化。疏浚的过程中还易产生噪声、臭气、有毒有害气体威胁作业人员或让其产生不舒适的感觉。
1.3 底泥覆盖
底泥覆盖是在河流污染底泥上放置一层或多层覆盖物, 使污染底泥与水体隔离, 防止底泥污染物向水体迁移。覆盖物可以是沙子、卵石、或粘土和高聚物材料[13]。覆盖具有三个功能:将污染沉积物与底栖生物物理性地分开;固定污染沉积物, 防止其再悬浮或迁移;降低污染物向水中的扩散通量。最早的覆盖技术是1978年在美国进行的, 随后其他几个国家如日本 (1983年) 、挪威 (1992年) 以及加拿大 (1995年) 也相继使用这一技术。Azcue等人测定了hamilton港施用覆盖技术控制底泥污染的效果, 实验结果表明, 掩盖能有效防止底泥中的PCBs、PAHs及重金属进入水体而造成的二次污染, 对水质有明显的改善作用[14]。Bona等曾采用一种包括化学分析、毒性测定以及栖息地质量评价在内的一种整体性评价方法, 评价了意大利Venice环礁湖Lag dei Teneri区沙土覆盖法治理污染沉积物的工程效果, 评价结果表明对于水动力强度不大、污染程度不太高的沉积物, 沙土覆盖可有效地阻止污染沉积物扩散, 使水底溶解氧含量满足底栖生物的需要[15]。覆盖技术相比别的控制技术, 花费低, 适用有机、无机处理, 对环境潜在的危害小, 但其工程量大, 同时覆盖会增加底泥的量, 使水体库容变小, 因而该技术不一定适用于小河流, 而更加适用与深海底泥的污染控制中。实践中覆盖法可以与疏浚相结合, 尤其是在航道中, 先疏浚后覆盖, 往往可以取得较好的治理效果。
2 化学法
化学法是根据水体中污染物种类、数量、特性的不同, 向水体中加入一定量的化学药剂, 通过絮凝、沉淀、络合等化学反应, 使污染物从水体中去除的方法, 依化学药剂的不同, 通常有营养盐固定法、化学除藻法、重金属固定法等。
2.1 营养盐的固定技术
营养盐的固定技术是向水体投加铝盐、铁盐、钙盐等药剂, 通过压缩双电层、吸附中和和架桥等作用原理, 使之与河水中溶解态磷形成不溶性固体转移到底泥中。有研究认为, 天然水体底泥中铁磷和钙磷较铝磷更不易从底泥中溶出, 因此应尽量使用铁盐、钙盐来沉淀磷[16]。河流底泥的磷释放除了与磷的存在形态有关, 还与温度、底泥的微生物活动、溶解氧浓度、p H、泥水界面的扰动状况密切相关。在一定条件下, 投加石灰石可以恢复提高水体的p H值, 使其维持在微生物较易脱氮的水平[17]。同样有研究表明升高温度、厌氧状态、酸性或碱性环境能促进底泥磷释放[18]。因此从化学固磷的角度, 应控制河流的p H处于中性[19]。
2.2 化学除藻技术
化学除藻是控制藻类生长的快速有效方法, 即直接向藻类繁殖的水体加藻类抑制剂或杀藻剂。常用化学除藻剂有Cu SO4、西玛三嚓等。混凝剂通常配合除藻剂同时使用, 常用混凝剂有硫酸化铝 (PACS) 、聚合硫酸铁 (PFS) 等。化学除藻操作简单, 可在短时间内取得明显的除藻效果, 提高水体透明度, 其治理效果在滇池中得到了验证[20]。但该法不能将氮磷等营养物质清除出水体, 不能从根本上解决水体富营养化。而且除藻剂的生物富集和生物放大作用对水生生态系统可能会产生负面影响, 长期使用低浓度的除藻剂还会使藻类产生抗药性。正是这些内部因素的局限, 使得化学除藻技术在很大程度的使用受到了限制。
2.3 重金属的化学固定法
在河流水生生态系统中, 重金属的物理迁移、化学形态和生物学归宿都受到水体自身特性的影响。生物体的直接吸附及生物体的扰动都会导致底泥与上覆水之间建立新的平衡, 从而延长底泥中重金属污染物的生物有效性的时间周期, 因此如果能将重金属结合在底泥中, 抑制重金属的释放, 则可降低其对河流生态系统的影响。调高p H是将重金属结合在底泥中的主要化学方法。相反, 水体中存在一定溶度的重金属盐, 又可以反过来牵制水体中营养盐的迁移[21], 在较高p H环境下, 重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物。加入碱性物质将底泥的p H控制在7-8, 可以抑制重金属以溶解态进入水体。其中碱性物质施用量的多少, 视底泥中重金属的种类、含量及p H的高低而定, 但整体而言碱性物质的量不宜过多, 以免对对水生生态造成破坏[22]。
3 结论
虽然污染河流净化技术的研究与应用取得了一定的进步, 但仍存在一些尚需解决的问题。首先, 目前物理化学类技术的实际应用范围较窄, 大都只适应中小河流;其次, 该类净化技术在应用过程中, 某些技术还会对水域生态系统的结构和功能造成一定的影响;再次, 为恢复水环境结构与功能, 必须开发水环境的总体设计和集成技术, 许多案例表明, 人工治理后的水环境难于保持长期稳定性, 因此系统稳定化管理也有待研究[23,24]。最后, 必须建立一套完整的河流评价体系, 如美国的IBI (Index of Biotic Integrity) 指数, 欧盟的WFD (water Framework Directive) 指数等, 作健康河流的评判标准。
摘要：随着经济的发展, 城市河流污染程度加剧, 治理的难度也在增加。如何选用适宜的技术实施污染河流的水质净化, 以及如何评价其工程措施的效果, 是污染河流治理实践中面临的难题。结合国内外河流治理的物理, 化学的技术研究成果及经验, 综述城镇污染河流物理, 化学治理技术在实际应用中的不足和发展前景, 为我国城市河流治理提供一定的参考。
基因选择式代孕的物化本质 篇5
关键词：基因选择式代孕,定制生命,物化
一、基因选择式代孕与时俱进
生育一个健康的宝宝是每个父母的愿望, 但打造一个完美的宝宝就不仅仅是愿望, 严格说是欲望在作祟, 现代代孕借助现代科技把代孕逐步变成了一种可以无限满足客户要求的生育捷径。从定制“一个宝宝”, 到定制“一个漂亮宝宝”, 继而变为定制“一个超人”。代孕孕育了一个个生育梦想, 也打造了一个个欲望果实, 原本单纯的血亲沿续变为用金钱购买的定制婴儿。
(一) 代妈分等级
哈萨克斯坦的“代孕母亲”被分成了不同的等级, 所得的酬劳也分为好几档。最高的是城市知识女性, 其次是一般城市妇女, 再其次是乡村有文化的妇女, 最低的是文化水平不高的乡村妇女。“代孕”报酬大约分别为5万美元、2.5万美元和1.5万美元不等。这让很多人觉得和在超市里挑选商品并无二致。美国宝贝服务中心将代孕妈妈的身体健康状况、心理健康状况、生育资格状况、医疗史、有无犯罪记录及家庭支持系统等各方面进行综合筛查。代孕需求者为了减少孩子的健康风险或者为了改良遗传基因都会尽可能的可以根据自己的要求购买更高级别的代孕服务。
(二) 制造混血儿
据英国《每日邮报》报道, 印度被称为“世界婴儿工厂”, 代孕客户群涉及全球。如今迫于客户的不同需求以及竞争压力, “混血儿”业务大热, 通过引入不同国家的精、卵子, 生产出基因优良的“混血宝宝”。他们使用西方富豪的精子, 搭配东欧美女的卵子, 并于美国受精后, 将胚胎送往印度植入母体, 产下混血婴儿。
印度首家代孕安排公司怀扎斯代孕顾问公司的两位老板科里和辛格表示, 客户主要是家财万贯的夫妇, 多来自西方国家如英国。这些不能生育的家庭对婴儿的要求越来越苛刻, 而不是简单地挑选合适的精子和卵子。他们对基因和性别有很大要求, 甚至有的还要求必须是金头发和蓝眼睛, 希望婴儿聪明、长得好看、热爱运动。于是, 科里和辛格发明了一种“协议”:经过遗传疾病和智商测试后, 他们会将乌克兰、立陶宛和白俄罗斯等东欧国家的年轻貌美女性的照片放在网络上, 让准父母从中精心筛选卵子捐赠者。因此被选中的东欧美女需搭乘长途飞机到美国取卵子, 捐一次卵子可得750英镑。卵子在美国与西方富豪的精子完成受精, 美国部分州的实验室可选择婴儿性别, 而选择婴儿性别在重男轻女的印度则是违法的。受精后, 胚胎运到印度德里和孟买, 在那里被植入代孕母亲体内。贫困的印度妇女会在代孕诊所排队等着当代孕母亲。
(三) 制造转基因婴儿
凤凰科技讯北京时间7月3日国外媒体报道, 近日美国培育出世界首批转基因婴儿。科学家于6月29日宣布了这个消息。在进行了一系列的实验后, 30名转基因婴儿顺利出生。目前为止已经对其中两名婴儿进行测试, 他们含有三个“父母”的基因。这些婴儿由无法受孕的母亲所生, 额外的基因来自于另一名女性捐赠者。将她们的基因注入受孕母亲的卵子使其受精。对两名婴儿的基因指纹测试证明他们遗传了三名成年人的DNA——两个女人和一个男人。婴儿继承了额外的基因意味着未来他们也能将这些遗传基因传递给自己的后代。
实际上, 这种改变人类自身基因的技术一直被全世界大多数科学家所回避。遗传基因学家担心未来这种方法会被用于创造新的人类种族, 获得额外所需的特性, 比如强壮, 高智商。
二、代孕方被物化或具有强烈的物化意识
(一) 生育外包是一种生育殖民, 是经济强者对弱者的身体掠夺
在印度, 生育外包 (reproductive outsourcing) 是一个新兴的但迅速成长的产业。为外国人提供代孕服务的诊所表示, 国外的顾客大多通过口耳相传, 得知印度有熟练的专业医务人员、代孕成功率高、法律相对宽松而且价格便宜。近几个月来, 来自美国和欧洲的要求提供代孕服务的委托人人满为患。
相对富裕的外国人租用贫穷的印度妇女的子宫, 是对印度贫困妇女的一种潜在的剥削。尽管政府积极推动把印度作为一个医疗旅游目的地, 包括吸引外国人前来的“生育观光”, 但一想到在这里可以用金钱换取婴儿, 还是让很多人感到极不舒服。“代孕母亲之所以这么做是为了让子女享有更好的教育, 买上房子, 或者开始做点生意, 开家小店等等”’, “代孕一次的收入相当于她们三年的辛苦劳动所得”’, “不能忽视印度的赤贫和西方财富之间的鸿沟。”
(二) 寻求代孕是生育本身的异化, 是生育权的背离
从法理上看, 生育权的享有也并不以生育能力的存在为前提, 和正常夫妇一样, 不孕夫妇也依法享有生育权, 并不能因为其由于生理上的原因不能生育而剥夺其生育权。但为了保护工作前景、害怕体形走样, 甚至是为了不满意自己的基因等目的, 而找人替生孩子这是对生育下一代的不负责任。
假如转基因婴儿技术真的得到推广, 那么, 希望自己的婴儿聪明、健康、强壮, 父母便可以定制孩子。医生可以通过转基因技术, 制造出多个胚胎, 然后通过基因筛选, 挑出合适的胚胎, 植入母亲的子宫孕育宝宝。为了自己的孩子具有更多舞蹈、绘画天赋, 便可以加强这方面的基因。这样在孩子出生前, 父母便能够知道他们的相貌、天赋、甚至性格, 从而对自己和孩子的未来作出安排。然而, 这也必然造成更多的伦理和社会问题。
假如人类无需进行经由爱情并结合而繁衍后代的过程, 而是直接由科学家在实验室通过现有的基因来制造人类, 他们将这些基因按照想要的方式组合, 这样产生的婴儿与父母将不再具有传统意义上的血缘关系, 那么, 按照现在血缘体系建立起来的人类伦理关系, 及法律关系, 都将发生根本性的变化。
而对这个婴儿来说, 父母究竟是谁也很难界定, 这对于依然生活在现代社会的人, 不啻为一个巨大的打击——我们到底是要为人父母还是仅仅为了打造优秀人种。同时这种优秀人种将更热爱社会, 还是成为社会的反叛, 我们无存得知。而且这样的人类还是否具有我们现在所认为的人性, 也无从得知。那么, 人这个物种, 是否也将重新定义?
通过代孕中介的运作, 代孕母亲因年龄身体相貌学历被分成不同档次, 价位也很有差距, 需求方可以选择他们想要的档次, 甚至可以选择婴儿的皮肤颜色, 头发颜色, 身高甚至遗传基因DNA, 最后得到需求方认为完美的孩子, 这个孩子是这种生产工艺打造出来的“艺术品”, 这种消费听起来是超值享受, 但是却背离了人类繁衍的本质。
定制婴儿, 指通过“植入前基因诊断”, 用“试管受孕”形成胚胎, 然后检验胚胎的基因, 再选择不具有特定基因 (例如癌症) 的胚胎植入母体, 最后发育成婴儿。成功培育出“定制婴儿”的科学家们说, 最初这项技术是为了帮助人类征服那些潜藏在生命特征深处的疾病, 是用更加纯洁的基因作为打开人类幸福未来的钥匙。
但擅自改动胚胎的基因来创造“完美婴儿”无疑是存在一定风险的:目前人类对于基因技术的掌控并不能达到完全精确的水平, 在复杂的人类受精卵上, 目前也没有人能够保证能够完全准确的修改若干DNA的碱基。即便修改基因的技术完全成熟, 对基因的鉴别也是一个非常棘手的问题, 相信对于不同的人来说, 这些标准都是不一样的。如果人类可以擅自改动自己的任何基因, 大家根据大众审美观都成了“相似的个体”, 那么整个人类的基因多样性又该如何保证?
即便人类真的产生了多种“优秀”基因集合的婴儿, 他/她的伦理身份也难以确定:因为他/她的“优秀”基因可能来自于多个不同的供体, 那么谁才是他/她的父母?他/她的基因所有权到底是谁?这种由“人工合成”的人类是不是和普通人一样能够拥有人权?那这种合成人种是我们需要的人类吗?
定制婴儿是反自然的产物, 一切按照人的要求去生产婴儿, 必然让婴儿的自然多样性受到破坏。这种破坏也必然是对人类个性多样化与自然进化的破坏, 这种破坏是深入内部, 彻底断根的破坏, 这种破坏不仅是对人类自身物理属性的破坏, 也是对人类精神理性的破坏, 最终将导致人类的物质属性与精神属性崩塌。
三、代孕子女被物化
(一) 代孕子女成为有价商品, 金钱可以定制生命, 生命就是商品
代孕是造人的流水线, 生命是这种工厂制造的产品, 生命失去了他的最高价值—尊严。
同时, 如果基因甄选技术被允许广泛应用, 那么“甄选权”以什么为标准呢?如果是因为那些被抛弃的胚胎含有致病基因, 如果发病会给社会造成负担, 那是不是说明人的生命本身已经不是最值得珍视的财富, 要重新沦为斯巴达式的工具意义呢?还是说仅仅因为我们是父辈, 就能决定下一代的生死?那我们是不是要回到那个“父要子亡, 子不能不亡”的时代呢?作为有尊严的人类, 我们倡导人的生命是平等而且神圣不可侵犯, 基因选择是否已经在漠视生命的尊严?
(二) 代孕服务套餐价位的差异—生男生女价格悬殊, 是性别不平等, 性别异化
据有关代孕中介称, 他们提供多种“代孕套餐”。一是普通代孕, 收费30多万元, 不保证成功与否;二是小包套餐, 收费50多万元, 两年里保证客户抱个孩子回家, 性别不管;三是大包套餐, 包生男孩, 收费在100万元以上。男孩价格高于女孩, 明显的男尊女卑的反映, 是性别不平等, 性别异化。
四、代孕技术被异化
2003年, 人类基因组的研究揭示了每个人都差不多由2.5万个基因构成, 而其中的每条基因都决定了每个人不同的外貌、生理、性格、智商等等因素。而“基因测序”就是检查你拥有什么样基因的最佳手段。
实际上, 用基因测序“设计”婴儿的技术早就应用于试管婴儿领域, 但是, 这种应用远没有“定制”这么夸张。为避免遗传性疾病的产生, 实行第三代试管婴儿技术能够对婴儿的基因进行筛查来选择性别。操作人员需要根据情况对男性的精子进行挑选。操作人员从形成的胚胎中抽取细胞, 进行基因和染色体的检查, 如果这个胚胎含有某些遗传性疾病的基因, 而且这些遗传性疾病与性别有关, 这样才能进行胚胎的性别筛选。
但是, 这种技术的存在并不代表可以广泛应用。在大多数国家, 擅自挑选婴儿的性别都是违法行为。很多国家为控制男女比例正常, 不但禁止B超检查胎儿性别, 而且不能因选择胎儿性别实施人工流产。如果在进行试管婴儿的过程中需要进行婴儿的性别选择的, 也需要提供一系列权威且详细的检验报告才能实施。
我们这个社会的另外一项价值基础——公平, 同样将在基因选择技术投入普遍应用时遭遇尴尬的命运。基因选择技术同样可以为父母提供关于挑选更长寿、更聪明甚至更英俊美丽的新生儿服务。而且只要父母们愿意, 这些“优良品种”甚至不需要含有一丁点儿父母本身的基因。当然, 这种服务不可能是平民父母们所能奢望的, 巨额费用必将使其在很长一段时间内成为富贵人家所垄断的特权。
人类的整个近现代历史都在为实现社会平等而斗争, 也仅只岌岌可危地守住了“机会平等”这条底线。而当基因选择技术能够为富人提供绝对具有先天优势的“定制婴儿”之后, 机会平等——这道社会平等的最后堤坝也将在瞬间崩塌。社会阶层的流通渠道会从根本上封闭, 社会可能重新回到充满歧视和压迫的时代。看看近年风靡全球的《X战警》《HERO》等关于基因改良题材的影视作品, 这种忧虑并非杞人忧天。
参考文献
[1]李志强.代孕生育的民法调整[J].山西师大学报, 2011.
[2]顾莉.代孕现象的伦理学思考:第六卷[J].辽宁医学院学报, 2008.
[3]王敏.有关代孕问题的法律浅谈[J].商, 2013.
改善物化污泥沉降性能的研究 篇6
关键词：污泥沉降性,微曝气,减容减量
1 背景
绍兴水处理发展有限公司目前已建成投运一二三期工程, 日处理水量为90万吨, 处理工艺为"预处理-厌氧 (水解酸化) -好氧", 其中日产生污泥约7万多吨, 包括物化污泥、厌氧污泥和好氧污泥, 以不同比例进入污泥处理系统, 然后采用重力浓缩-浓缩池, 机械脱水-带式压滤机/离心脱水机, 来对污泥进行减容减量处置。
物化污泥, 沉降性差, 絮体细小, 吸附性和粘性差, 易造成浓缩池上清液大量带泥;这带来两个结果:1) 由于沉降效果差, 使相当比例的污泥通过提升泵房回到水处理系统, 增加了其处理负担;2) 进机械脱水段污泥含水率居高不下, 导致泥处理成本大幅度提高。如果能改善重力浓缩段污泥的沉降性能, 提高污泥浓度, 那么对于提高污泥脱水设备的运行效率、稳定泥饼含水率、降低污泥脱水成本都有着十分重要的意义。为此, 对物化污泥的性质、改善其沉降性能等方面进行一些探讨和研究, 很有必要。
活性污泥具有良好的沉降性和吸附性。活性污泥中具有大量的微生物, 而研究表明多种微生物能分泌一种具有粘性的高分子有机物, 使细胞具有絮凝现象[1]。因此, 可以考虑通过发挥活性污泥的絮凝特性, 将生化污泥掺入到物化污泥中, 改善物化污泥的沉降性, 并可通过适度的微曝气工艺, 使微生物进入自身氧化阶段, 来实现污泥减容减量的目的。
本实验以小试结果为基础, 在确定物化污泥和生化污泥的混合比例, 微曝气时间, 曝气量等因素的影响大小下, 并通过中试试验放大考察该工艺的优缺点和具体参数要求。
2 材料与方法
2.1 试验方案
研究分2个阶段: (1) 小试阶段:研究物化污泥与生化污泥的比例 (2:1或3:2) , 微曝气时间 (1-4小时) , 曝气量等因素, 对改善混合污泥沉降性的作用; (2) 中试阶段:依据小试摸索的具体参数, 设计污泥曝气氧化池中试装置。如图1, 氧化池分四格, 有效容积21m3, 停留时间控制在4小时之内, 故每一格的曝气时间约为1小时。按小试确定的混合污泥比例进泥, 并可按照实际结果进行调整。每日测每格的污泥沉降性和污泥浓度。
2.2 检测指标及方法
污泥沉降比:100ml量筒法。
3 研究结果与讨论
3.1 小试研究结果
3.1.1 混合污泥微曝气后沉降性
分析图2可以发现, 对混合污泥进行微曝气能明显改善其沉降性。当按物化污泥:生化污泥=2:1时, 混合污泥经过1小时的微曝气后, 污泥沉降性有明显改善, SV30从87%降到43%, 且当物化污泥和生化污泥的比例提高至3.2时, 混合污泥曝气1小时SV30为36%。说明可以通过发挥生化污泥吸附性和沉降性好的特性来改善物化泥的沉降性。同时, 随着对混合污泥曝气时间的延长, 污泥SV30逐渐下降, 到曝气4小时后趋于稳定, SV30接近于30%左右。
3.1.2 混合污泥微曝气后污泥容量
如图3, 对混合污泥 (物化污泥:生化污泥=3:2) 进行微曝气1小时后, 污泥浓度由3021mg/L降低为2430mg/L, 污泥减量率为19.56%。曝气4小时后, 污泥浓度仅为2095mg/L, 减量率为29.86%。说明, 生化污泥加入到物化污泥中后, 不但改善了混合污泥的沉降性, 在经过一定时间的曝气后, 自身代谢增强, 消耗掉了大量的有机物, 使混合污泥浓度明显下降[3]。
3.2 中试研究结果
中试氧化池分4格, 停留时间控制在4小时内, 因此, 刚好每格的曝气时间约为1小时。按照小试的参数, 初期将物化污泥:生化污泥设置为3:2, 每日测定曝气1-4小时的污泥沉降性和曝气4小时后的污泥浓度, 后期发现, 效果并没有实验室小试结果那么理想, 因此, 调整物化污泥:生化污泥比例为4:3。
经过连续多天的中试试验, 分析可以发现, 当物化泥:生化泥=3:2时, 对混合污泥进行曝气, 沉降性并为得到明显改善, 各时段的SV30都在90%左右;因此, 提高生化泥的比例, 调整为物化泥:生化泥=4:3时, 混合污泥的沉降性得到明显改善, 曝气1小时后, SV30稳定在38%, 且经过连续多天的验证, 曝气1-3小时, 混合污泥的SV30均在37-38%。证明, 生化污泥对降低物化污泥沉降性的重要作用。
同时也可以发现, 曝气4小时后, SV30波动很大, 且明显高于曝气1-3小时, 推测原因可能为过度曝气, 打散了生化污泥的菌胶团, 反而使混合污泥的沉降性变差。
4 结论
4.1 生化污泥对改善物化污泥的沉降性具有重要作用。中试研究发现, 当物化污泥:生化污泥=4:3时, 能将混合污泥的沉降性降低到SV30=38%左右。
4.2 生化污泥对混合污泥的减量具有重要作用。配合对混合污泥进行微曝气, 可使混合污泥减量化, 减少最终污泥产量。
参考文献
[1]李锋, 小俊, 运平等.微生物絮凝剂及其在染料废水处理中的应用[J].广州化工, 2010.38 (9) :12-14.
科技成果物化 篇7
一、原理物化背景
一天, 美国雷声公司的电工技师帕西·斯潘塞在做雷达起振的实验时, 偶然发现放在上衣口袋里的巧克力糖融化了。帕西是一个喜欢思考的人, 他没有放过这件偶然的事情, 他在想:“好端端的, 巧克力为什么融化了呢?”但是, 随后又有一次, 他刚刚爬上雷达的塔台, 携带的巧克力又开始熔化了。看看四周, 没有炉子, 只有雷达正在发出强大的电磁波, 他猜想电磁波具有加热食物的功能。经过一系列实验研究, 他证实了这一猜测, 发现了微波能引起食物内部分子运动并产生热量的原理。于是, 世界上第一只微波炉于1947年在帕西手中诞生了, 他实现了无需用火就能将食物“烹”熟的创举。
从1864年英国科学家麦克斯韦发现电磁波到微波炉的发明, 前后不过80余年, 人们就将一种物理原理转化成为一项实用技术, 使无数家庭从中受益。这种原理物化的例子不胜枚举, 所以说, 物理原理来源于生活, 还要服务于生活, 更重要的是创造生活。而物理教学的目标就是要将物理原理与创新实践结合起来, 鼓励学生灵活运用物理知识和科学原理, 结合日常学习和生活中遇到的问题进行发明创造和技术革新, 不断提高自己的创新能力。
原理物化1:压强原理的应用———恒定液位墨水瓶
如图1所示, 该墨水瓶中的钢笔蘸水处的墨水液位保持恒定, 使钢笔蘸水或吸水时墨汁不污笔。它所利用的就是物理知识中有关压强的原理:当使用钢笔吸水使蘸水处的液位降低后 (低于导气管口) , 空气会进入墨水瓶中, 此时瓶中压强增大, 将水压了出来, 直到瓶内的压强与蘸水口液面处的压强相等。而此时, 瓶内的压强是由进入瓶内的空气产生的压强与墨水水柱 (墨水液位差) 产生的压强之和, 而蘸水口液面处的压强是大气压。以此循环。
二、原理物化步骤
原理物化就是从某种科学原理出发, 经过创造性思维设计, 将抽象原理固化到某种新产品或新方法的创意和技术方案上, 因此它是一种创造性的实践活动。首先, 创造者需要运用所学科学原理和知识创作一个产品或一项新技术, 这是创新精神的体现;其次, 创造者为了发明新产品, 还需要学习和掌握许多实用制作技术, 其动手能力也会得到加强;第三, 创造者通过创造性思维和动手制作, 成功地将科学原理转化为实物, 这将大大激发他们的学习兴趣和创造力。
通常, 原理物化的创造模式如图2所示。
1. 物理原理探究
物理原理都是由某种特定规律构建的, 学习物理原理要做到知其然, 还要知其所以然, 决不能只满足于对内容的死记硬背。即不但要知道物理规律的内容, 还必须了解它们产生的背景, 以及它们是通过对哪些物理现象的分析归纳总结出来的;同时, 要重视对物理原理、规律内涵的探究, 尤其要重视实验探究, 实验要尽可能自己动手做, 自己发现或得到的规律 (即使是重复别人的) 更容易理解。
2. 创造课题选择
引导学生用创造的眼光在日常学习、生活和社会活动中寻找不方便、不顺手的问题或者不满意的事物, 然后结合所学过的物理知识和原理, 进行有目的的发明创造或革新。
原理物化2:虹吸原理的应用———永不漏水的水槽
(1) 生活问题:水槽的底部都接有一个排水装置, 时间一长由于部件材料的老化导致缝隙加大而渗水, 给生活带来麻烦。
(2) 物理原理:虹吸原理
(3) 发明创造:设计一个底部无出口的水槽, 然后采用虹吸的办法向外排水, 如图3所示。将活塞推杆下推到底, 水被压入排水管, 根据虹吸原理, 水槽中的水源源不断地自动向外排出直到流光。向上拉活塞推杆到原位即可重复使用。由于该水槽的底部没有出水口, 因此达到了永远不漏水的目的。
3. 相关资料查询
为了不侵犯他人的知识产权, 有必要对自己的创造目标进行调查, 即市场调研、网上查询和专利检索。如果别人已经制作了相同或相似的产品, 那么你就不能再继续研制了, 否则就是白费功夫, 不能获得知识产权。
4. 物化模型设计
根据基本的科学原理, 发挥自己的直觉和创意, 设计出选题对象的形态、结构、方法与实施方案, 设计方案以取材简单、结构巧妙、容易实现为佳。
原理物化3:法拉第电磁感应原理的应用———免电池遥控器
(1) 生活问题:家用电器普遍都用上了遥控器, 造成大量电池消耗, 随之而来的是环境污染问题严重, 因此需发明一种不用电池的遥控器。
(2) 物理原理:法拉第电磁感应原理
(3) 资料查询: (1) 经专利查询, 自发电手电筒已经存在, 但免电池遥控器还没有, 所以该项目可以研制; (2) 研制时可参照自发电手电筒的原理, 这样做符合发明创造的技法——移植发明法。或者, 直接根据电磁感应原理进行制作。
5. 其他技能辅助
顺理成章指的是写文章或做事情顺着条理就能做好, 发明创造亦如此。在创造过程中, 所有的科学原理、方法、技巧、经验和技术都是“理”, 只有武装了这些“理”, 你才能在“创造”的疆场上驰骋, 到达成功的彼岸。所以, 除了教会学生物理知识和原理外, 还要向他们渗透一些创造方法和技巧, 甚至培训一些实用制作技术, 如组合发明法、机械加工技术等。只有这样, 才有可能化虚为实, 将无形的物理原理转化为有形的发明作品。
6. 发明创造成果
按照事先设计的方案, 制作一个模型进行测试, 看看该设计方案是不是有效。然后, 不断修改、完善, 直至完成作品。
原理物化4:浮力原理的应用———水龙头停水未关保护器
(1) 创造课题:有时候遇到停水情况, 而水龙头又忘记了关闭, 当突然来水时容易造成水的外溢, 既浪费水资源, 又会发生水渗漏而造成其他损失。创造一个来水即可关闭水路的装置。
(2) 资料查询:《水龙头停水未关报警器》已经存在, 其他未见相关报道。
(3) 物理原理:浮力定义——物体在流体 (包括液体和气体) 中, 上下表面所受的压力差。许多教师在验证该原理时曾做过一个重要实验——浮力消失了, 如图4所示。
器材:大小适当的玻璃漏斗一个、乒乓球一只、红水一杯。
步骤: (1) 将乒乓球有意揿入水中, 松手后乒乓球很快浮起。 (2) 用手托住漏斗, 将乒乓球放入其中, 以大拇指按住乒乓球, 将水倒入漏斗中, 松开拇指, 可见乒乓球不浮起, (这时漏斗柄下口有水流出, 这是因为乒乓球与漏斗间不太密合) 。 (3) 用手指堵住出水口, 可见漏斗柄中水面逐渐上升, 当水面升至乒乓球时, 乒乓球迅即上浮。
(4) 物化设计与实验:受到“浮力消失了”实验的启发, 有个学生发明了《水龙头停水未关保护器》, 其结构原理如图5所示。
材料:主体均选用PVC管材, 大小自定;浮球应选橡胶材质的空心球。
验证: (1) 将浮球从置球口置入; (2) 将保护器进水管与自来水管道、出水管与水龙头分别连接好; (3) 关闭自来水进水阀门, 打开水龙头, 让水流光; (4) 打开自来水进水阀门, 水龙头中的确无水流出, 说明浮球下沉堵住了水的出口; (5) 关闭水龙头后等一会, 根据浮力原理, 浮球应该上浮, 再开水龙头, 水应该流出, 但没有水出来。实验失败, 为什么呢?
探索: (1) 水未流出, 说明浮球没有上浮, 即浮球没有浮力。什么原因呢? (2) 事实上, 验证的第 (4) 步就已经预示了问题的所在, 由于浮球与光滑的管道壁之间无缝隙, 导致无水流出, 造成浮球下面永远无水 (即使关闭水龙头也无用) , 所以浮球得不到浮力, 浮不起来也就不足为怪了。 (3) 将浮球与出水口之间的管道壁处理得粗糙一些, 使出水口有少量水漏出。 (4) 再重复验证一次, 成功。
(5) 创造成果: (1) 选择合适的材料和一定尺寸制作出成品; (2) 该保护器有一个缺陷, 即浮球绝不能完全封闭出口, 必须让少量的水流出, 这样也会造成小部分水的浪费。因此, 还要进行后续的研究, 以完善该创造成果。