材料科学与工程原理

材料科学与工程原理（共10篇）

材料科学与工程原理 篇1

一般来说, 地震的地理分布受一定的地质条件控制, 具有一定的规律。全球地震主要分布在两大区带上。一是环太平洋地震带, 包括南、北美洲太平洋沿岸, 阿留申群岛、堪察加半岛, 千岛群岛、日本列岛, 经台湾再到菲律宾转向东南直至新西兰, 是地球上地震最活跃的地区, 集中了全世界80%以上的地震。另一条地震带是在太平洋板块和美洲板块、亚欧板块、印度洋板块的消亡边界, 南极洲板块和美洲板块的消亡边界上。

一、地震工程概述

地震工程 (earthquake engineering) 是为了防御地震的突然袭击所采取的有关工程措施的总称。包括地震烈度区划的鉴定与划分, 抗震建筑规范的正确制订与合理运用, 结构设计与最佳周期的研究, 建筑材料的选择和地震灾害与次生灾害的预防等。我国各级地区均设有地震管理部门, 主要贯彻执行防震减灾工作法律法规及方针、政策;编制实施防震减灾工作发展规划与年度计划;组织实施地震监测、预报;制定并督促落实地震应急预案和综合防御措施, 负责地震速报和灾情速报;监督重大工程及重要设施的抗震设防工作;按有关法律规定, 保护地震监测设施及监测环境;破坏性地震发生后, 承担抗震救灾指挥部办事部门职能;开展防震减灾宣传教育, 普及防震减灾知识。

二、积极开展活断层探测和地震危险性评价工作

纵观大量的地震先例, 城市地震灾害的出现主要是位于城市之下的活断层突然快速错动所导致的直下型地震引起的。因此, 位于地质构造复杂、新构造运动强烈的地区的城市, 应该积极开展城市活断层探测及地震危险性评价工作, 这是城市增强其防震减灾能力的必然要求。

(一) 内容和意义

开展城市活断层探测和危险性评价工作主要是对目标区域的目标断层的规模、位置、活动性以及地震危险性进行查明, 并在查明具体位置的基础上提供标注在1:10000地理地图上的活断层分布图以及断层墙地面活动场分布图, 并综合深浅部的探测成果建立活断层的三维模型。最后利用先进技术对目标区域断层的基础数据机型地震危险性进行分析。

这项工作可以对城市隐伏断裂分布以及其活动性有明确的分析和判断, 能划定城区以及周围的地震危险段, 这些成果可以为城市的规划以及新建工程提供相关科学合理的依据。其次, 开展该活动能对活动断层的危险性进行判定和甄别, 并能根据结果确定相关的抗震设防标准以及防御措施, 同时可以提供活动层避让建议, 这样就能使土地的利用率大大提高, 而且可以为相关单位以及机构节约地震安全性评价的成本。除此之外, 开展该项工作可以利用相关的技术平台迅速地对出现灾害的范围以及程度进行展示, 这样可以为已建成的相关建筑提供具有针对性的抗震整改意见, 能对城市抗震能力的提高有所帮助, 这样即使发生灾害, 也能将损失降到最低, 最大程度上对人民的财产和生命安全进行保证, 社会效益巨大。

(二) 注意事项

这项工作的牵涉范围较广, 因此, 在开展工作时各个部门应通力协作, 成立工作领导小组, 负责各个项目的实施, 对于项目中出现的各种问题进行解决, 确保工作的顺利进行。另外在工作开展的过程中, 应该遵守国家的相关法律法规, 加强对项目的管理, 对于需要施工的项目应该选用能力强、资历高的施工队伍进行, 并加强对施工场地的安全监督等工作, 以确保工程按质按量按期完成。另外, 为了防止工作中出现腐败的违法违规行为, 应该加强资金管理, 严格遵守资金管理条例, 实行专项拨款、专项核算的制度。各个部门应该全力配合, 加强监督工作, 对于出现违规问题的现象, 应该采取零容忍的态度, 积极进行打击和制止, 确保资金使用的公正和透明。

三、结束语

综上所述, 我国最近几年发生的几起较大的地震为我国人民造成了极大的影响, 除了直接和间接的财产损失, 还有人民的生命安全, 所以加强对地震的预报工作是极为重要的, 可以在一定程度上保证人民的利益, 社会意义深远。本文从实际出发, 对地震的相关内容以及抗震的相关工作进行了说明, 旨在提高我国的抗震工作水平。

摘要：地震是指由地震波所造成岩石圈的振动。自然现象和人为因素都能造成地震波。地震的强弱可用地震仪来测量。地震的地理分布受一定的地质条件控制, 具有一定的规律。一般来说, 地震大多分布在地壳不稳定的部位, 特别是板块之间的消亡边界, 形成地震活动活跃的地震带。2008年5月12日, 我国四川汶川发生了7.9级大地震, 破坏地区超过10万平方公里, 大地震共造成69227人死亡, 374643人受伤, 17923人失踪, 是新中国成立以来破坏力最大的地震, 也是唐山大地震后伤亡最惨重的一次。这次汶川地震造成的直接经济损失达8452亿元人民币。因此, 组织实施地震监测、预报;制定并督促落实地震应急预案和综合防御措施, 负责地震速报和灾情速报是非常重要的。本文就对地震工程与抗震相关内容进行了探究。

关键词：地震,抗震原理,预测

参考文献

[1]林世镔, 谢礼立.基于能力谱的建筑物抗震能力研究——一汶川地震两栋钢筋混凝土框架结构抗震能力为例[J].土木工程学报, 2012 (05) .

[2]周云, 邓雪松, 汤统壁, 等.中国 (大陆) 耗能减震技术理论研究、应用的回顾与前瞻[J].工程抗震与加固改造, 2006 (06) .

[3]郭晓云, 薄景山, 张宇东, 等.抗震设计反应谱的标定方法[J].世界地震工程, 2011 (01) .

材料科学与工程原理 篇2

a.打浆；

b.加填；

施胶；

c.纸料前处理和流送、流浆箱中的布浆、整流、上网；

d.在造纸机上通 过成形、压榨、干燥、压光、考取、复卷或截切、包装、入库。见P17图0-14 第一章打浆 一．打浆：

1．什么是打浆:利用物理方法使浆料中的纤维产生切断、压溃、润胀和细纤维化作用。

2．为什么要打浆：未经打浆的浆料中含有很多纤维束，且纤维太常太粗，表面光滑而富有弹性，纤 维比表面积小又缺乏结合性能，不能满足草纸的要求。

3．打浆的任务：通过一些机械作用给于纸料一些特殊的性质，（机械强度、物理性质、胶体性质），借于保证抄成纸或纸板后能取得预期的质量。并控制纸料在网上的滤水性能；

是纸叶获得良好的 成形。

一．常用打浆术语：

1．打浆度；

DegreeSchopperRiegler:“SR”:也叫“叩解度”，只表示纸浆的滤水性，SR愈高，0 0 滤水性愈差，用肖氏打浆仪测定。

2．Canada标准有力度（CanadaStandardFreeness）：游离度与打浆度不同的只是测定表示方 法的不同（C·S·f）。C·S·f愈大，0SR愈小，滤水速度越快。北美和日本使用C·S·f，我国和欧洲使用0SR。

3．湿重：间接地表示了纤维的平均长度。测定多采用框架法，纤维平均长度越长，框架上 挂住的纤维越多，则湿重越大。

4．保水值（%）：纤维间的润胀水，及少量纤维表面水和纤维之间的水保水值指针可以说明 纤维的润胀程度，从而反映出细纤维化程度，说明了纤维之间的结合力。

§2打浆理论 二．打浆对纤维的作用：

1．细胞壁的位移和变形：

2.出生壁和次生壁外层的破除（P层和S层）1 3、润胀：润胀是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随体积膨胀的一种物理现象。纸浆纤维之所 以有润胀能力，主要是由于纤维和半纤维分子结构中所含有的极性羟基与水分子产生吸引。使水分子进入 无定形区而发生润胀，纤维润胀后，其内聚力下降，组织结构变得松弛，其比表面积和比容量增大，有利 于细纤维化。

4、细纤维化：细纤维化作用是指在打浆过程中，打浆设备的机械物理作用使纤维获得纵向分离，并分离 出细纤维，而且使纤维产生起毛现象。

内部细纤维化：纤维细胞壁同心层的连接被破坏，次生壁中层发生层间滑动。

外部细纤维化：纤维纵向产生分裂两端帚化，纤维表面分丝起毛。

5、切断：指纤维横向发生断裂的现象。

原因：（1）打浆设备的的剪切作用。（2）打浆比压相当大。一般情况下，在打浆过程中不希望过度的 切断纤维，因为过度切断纤维，就会使纸张的强度大大降低。

三．纸张强度、纤维的结合及其影响因素 水分子在浆料中的三种结合形式：P25 二）影响纤维结合力的因素：

见新书P25。

1．原料种类的影响：

结合力的大小：CP棉浆＞草浆＞MWP 2.半纤维素的影响：

含半纤维素多的纸浆易打浆，抄成的纸张强度也高。半纤维素含量多的纸料，打浆时易吸水润胀，增 加了纤维的比表面积和结合面积，因此提高了纸张强度。

原因是：新书P25。

3．纤维素的影响：

纤维素含量和聚合度（DP）高的纤维强度好，打浆时不易切断，而润长和细纤维化程度高，所以 纸张强度也高。

4．木素的影响：

新书P26。木素含量高，纸的强度差。

5．纤维长度的影响：

新书P26。

纤维长度与纸张的强度有重要关系（尤其是对撕裂度），当决定纸张强度的纤维结合力增长到一定 程度时，纤维长度就显示出它的重要性。对于机械浆，纤维长度非常重要。

为什么强度曲线随着打浆度升高出现转折现象？ 6、添加剂的影响：见新书P26。

加入亲水性物质，会增加纸的强度。

加入有机物或无机物时，会降低纸的强度。

§3打浆工艺 低浓打浆和高浓打浆的区别？ 1）高浓打浆的原理：

低浓打浆时，刀片直接与纤维作用，而高浓打浆时，靠纤维之间的相互摩擦作用进行打浆，这是高浓与低浓打浆的主要区别。见P37 2)高浓打浆浆料的性能：

a.更多的保留了纤维的长度和强度，很少增加细小纤维的组分，成浆的撕裂度很高。

b.纤维多是扭曲和卷曲状，纤维具有很高的收缩能力，能大大提高纸张的收缩率和韧性，纸张强、韧、耐破度高。（对于水泥袋纸、卷烟纸、高速轮印刷纸非常重要）c.不足：设备复杂，动耗大，（成纸紧度大，不透明度达）尺寸的稳定性、纸的刚性和挺度 均较差。见P38 2．中浓打浆：因效果不显著，动耗大，未能在工业上获得应用。

三．打浆质量检查 一）打浆度：打浆度值反映浆料脱水的难易程度，综合的表示纤维被切断、分裂、润胀和水化程度。打浆 0 度=1000－斜管排出的水量（ml）/10RS 见p43 二）纤维长度：显微镜法 测定方法 纤维湿重法 1．显微镜法：见P43 2．纤维湿重法：见P43 三）水化度保水值（WRV）：纤维保留水分的能力，测量浆料的保水值是为了测定纸浆打浆后纤维吸水润 胀的程度。见P43 水化度：离心保水值=｛（湿浆重—干浆重）/干浆重｝×100% 经高速离心处理的湿纸浆所含水分的重量，与该浆绝干重量的百分比率。

四）筛分析（筛分）：通过筛分析使纤维长度得到分级，测出各级纤维的长度和百分率。见P44 五）紧度：P44 §4草浆打浆 一．草浆打浆的特点：

1．草浆打浆帚化困难，即草浆不易实现外部细纤维化。

2．草浆的非纤维细胞含量高，在打浆过程中，由于其易破碎而使打浆度上升很快，大大增加草浆的滤水 困难。

3．草浆打浆应以氢度打浆较为合理。

§5打浆设备 间歇式：槽式打浆机 连续式：圆柱磨浆机 锥形磨浆机，圆盘磨浆机 一）间歇式打浆机：槽式打浆机，见P47。

二）连续打浆设备：

1．锥形磨浆机：见P48。

2．圆柱磨浆机：见P49。

特点：a.打浆的适应性强，可打木、竹、草、棉、麻浆。

b.打浆的质量好，切断作用小，帚化分丝能力强。

d.生产能力达，但动耗大，刀辊的磨损较快。设备维修工作量大。见P50 三．圆盘磨浆机：

1．概述：见P50 优点：生产能力大，成浆质量好，电耗低，占地少，效率高，适应性能强。

2．盘磨机的类型和结构：

a．类型 立式 卧式 b.单盘磨：一个磨盘固定，另一个转动。

双盘磨：两个磨盘同时转动，方向相反。

三盘磨：两边两个磨盘固定，中间磨盘转动，形成二个磨区。

单流式：如两台串联的单盘磨。

三盘磨 双流式：如两台并联的单盘磨。

3．盘磨机打浆的原理：见P52图1-29 4．盘磨的结构和齿型：见P52。

1）齿型疏解型—正锯齿型和斜锯齿型 帚化型—平齿型和圆弧齿型 以疏解纤维，轻微打浆，切断作用为主的采用细沟、细齿和浅齿；

以分丝帚化为主的，采用较大的齿 宽；

对浓度较高的浆料，采用窄的齿纹和浅齿，以减少浆料在齿忠沉积和堵塞。

2）粗磨区：浆料入口处，盘间间隙大，采用浅齿沟和宽的齿纹，能促进浆料迅速疏解，并使浆料 均匀进入精磨区。

精磨区：盘齿较窄，齿沟较深，线速度大，有利于纸浆精磨。

3）磨纹倾角：磨齿与磨盘半径之间的夹角，见P53 4)挡坝式封闭圈：见P54。

5）磨齿的材质：见P54。

四）高浓打浆设备—高浓盘磨。

1．纸浆浓度20%，浆料流动性差。

2．采用强制均匀进料。

3．采用窄齿和浅齿槽。

4．高浓磨浆产生大量热量（蒸汽），故常用空心转轴。

5．磨盘需有较大的梯度，以便顺利进料和排除蒸汽。

一．浆辅助设备 一）碎解设备：

i.水力碎解机：用于浆板，废纸和板纸的碎解处理。

优点：疏解能力强，占地面极少，产量大，效率高，电耗低，对纤维没有切断作用。

立式 卧式 间歇式 连续式 单转盘 双转盘 高转盘 类型 见P61 高浓水力碎浆机：浓度≥12%；

多用于处理废纸。

特点：在高浓下，浆料互相摩擦，转子对浆料七四类作用，单位能耗低50%以上，化学药品生20%，流程简单。

疏解设备：

齿盘式疏解机 ii.高频疏解机 孔盘式疏解机 带有锥度的齿盘式 主要用来疏解草浆、木浆、棉短绒浆和废纸。

原理：在机械力、水利和超声波的作用下，纤维素或纸片受到强烈的疏解，被分解成单根纤维。

1.添料 1．什么是添料，加添？ 添料是指纸浆中加入非纤维性的物质；

在纸浆中加入添料，改变纸张的性质，更好的满足使用的需要，这一生产过程称为加添。

2．目的：提高纸的质量，增加产量，改进操作，减少流失，见低成本。见P67 施胶胶料 用于纸内施胶：松香胶、强化松香胶、合成胶、分散松香胶。

用于纸面施胶：氧化淀粉、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、动物胶、合成树脂。

§1-2 纸内施胶 三、影响施胶的因素：

1、浆料的性质：

1）不同浆料具有不同的施胶效应。

GP＞竹（草）浆＞KP木浆、蔗渣浆＞半漂半化学浆＞人造丝浆＞棉浆 2）打浆度越高，施胶效果越好。

2、PH值：PH=4.7~5.5 3、阴离子：见P77：碱金属离子会给施胶造成困难；

松香酸钙沉淀。

4、阳离子：见P77：络合能力Cl＜SO＜CHCOO＜草酸根＜OH 2 － － － － 4 3 5、施胶温度：施胶温度最好控制20~25C，最高不超过35C 0 0 6、松香粘度的影响：P77~78。

7、打浆对施胶的影响：P78 8、加添对施胶的影响：P78 9、胶体稳定剂的影响：P78 10、网部和压榨各部对施胶的影响：P78 11、干燥和压光的影响：

四、强化松香胶：

1、松香胶起施胶作用的官能基是（COOH），若能设法增加松香的羧基数量，则可望提高松香的施胶效 能——制备强化松香胶的理论依据。

2、马来松香：P79 马来松香定义：以100g松香所加入的马来酐的克数来命名。% 五、分散松香胶：含游离松香量接近或达100%的高游离松香分散体。

1、制备方法——逆转乳化法：其特征是：随着水的加入，松香液由水/油型，逆转为油/水型，制成稳定 的松香分散体。

2、施胶机理：P81。

六、合成胶 4 1．中性施胶与中性造纸：P83。

2．中性施胶的分类：

合成胶的种类 反应型：在碱性条件下，胶料直接与纤维反应，使胶料固着在纤维上。

自行固着型：阴离子施胶剂树脂型 聚合型 3．烷基烯酮二聚物（AKD）1）AKD的结构、性质和应用。

2）AKD的施胶机理。

i.纸面施胶 一）目的和用途：

目的：1．提高憎液性能、适印性能和抗油性能。

2.提高表面性能物理强度。

3.减少纸页的两面差和变形。

4.减少胶料的流失。

用途：用于质量要求较高和用途特殊的纸种。

§2加填 三）加填方式 间歇式浆内 连续式网前箱 ii.填料的选用与性质 一）填料的选用：

一般情况：定量在50g/m2以上的印刷纸，加用廉价的滑石粉，40g/m2以下薄型字典纸，需 考虑加TiO填料。

二）填料的种类和性质：

天然填料：滑石粉、高领土、白土、石膏。

人造填料：碳酸钙、硫酸钡、钛白（TiO）2 a)滑石粉（30.6%MgO，62%SiO和高领土（瓷土））2 滑石粉目前使用最广泛，白度较高。P95 高领土：39%AlO45%SiO。P95 2．碳酸钙：天然：磨碎碳酸钙，白垩。

人造：沉淀碳酸钙,由石灰乳液通CO制成。P96 表2-22-3 2 3 2 2 3．二氧化钛（钛白）98%TiO2 4．合成硅铝——人造填料：

四．填料留着率 一）纸张填料留着率：是指纸张中所含的填料量A与加入纸料中填料量B的百分比：

R=A/B×100%从控制生产出发，求得近似值已满足需要。

A：绝干纸中填料含量；

B：绝干纸料填料含量；

单程留着率 Rt=(C·X)/H=1－(T·Y)/H H：流浆箱浆浓；

C：伏辊处纸幅平度；

T：网下白水浓度；

X：到达伏辊处浆量占流浆箱浆量的比值，一般为3~5%。

Y：通过铜网流失的浆量占流浆箱浆量的比值，95~97% 二)填料留着机理及影响留着的因素：

a)填料留着由吸附过程、过滤过程、沉积过程及絮凝过程所决定。

b)c)机械载流系统：认为，填料由于机械过滤作用，使填料不能通过滤层而留在纸内。P97。

胶体吸附学说：填料在水中带负电荷，当加入矾土后，因有水和离子产生，填料离子吸附铝离子 而转成带正电荷，并与带负电荷的纤维相吸引而沉淀在纤维的表面上。

填料的留着是由于机械截面和胶体吸附双重作用的结果，而吸附作用更重要。

影响因素：填料留着随下列情况的变化而增加：P97。

（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）纸张定量和厚度的增加；

施胶对矾土用量的适当增加。

纸张打浆度的提高；

纤维长度的提高；

白水会用量增加；

纸料温度提高；

上网浓度的提高；

在纸料中加入助留剂；

随下列情况变化而下降：

（1）（2）（3）（4）（5）纸机车速提高；

真压箱、真空压辊，真空压榨等处的真空度提高；

纸机网部振幅与振次的增大；

网眼加大。

上网浓度降低。

§3 一．染色和调色的目的：

染色 1．生产颜色纸，纸浆需要染色；

2．生产白纸也需要进行增白。

二．色相的调配校正原理：

纸张的染色是指在浆料中加入某一色料，使其有选择性吸收部分可见光，反射我们所要求的色泽光谱，这 一生产过程称为染色和调色。P98图2-16P99表2-4 三．色料的分类和性质：

颜料：有色的填料耐光性较强，不溶于水，与纤维无亲合力。染色性能不如染料。

色料 天然染料：着色力不强，光照易变色；

染料：人造染料——合成染料：溶于水，着色力强，价格低廉，染色操作简单。

碱性染料 人造染料 酸性染料 直接染料 一）碱性染料：为具有氨基碱性基团的有机化合物。

特点：

1．可溶于水，呈碱性，着色力极强，色彩鲜艳，价格低廉，应用最广。

2．对木素亲合力极大，所以对机木浆和未漂化学浆易染色。

3．对纤维漂白浆亲合力较弱，需加媒染剂才能染色。

4．耐光、耐热性极差，对酸、碱、氯根不稳定，成品易退色。

二）酸性染料：为带有苯羟基或黄酸基的有机化合物。

特点：

1．呈酸性，极易溶于水，着色能力较差；

1．耐光性较强，2．PH=4.5~4.7时，染色效果最好。

3．需借助于矾土做媒染剂。

4．不施胶的纸不得使用酸性染料。

三）直接染料：为具有黄酸基团的偶氮化合物，溶于热水。

1．直接染料与纤维亲合力很强，能直接对纤维进行染色。

2.其着色能力比碱性染料差；

3.单耐热型、耐光性好。

四）荧光增白剂：一种荧光染料，白色染料。

机理：

1．对含大量木素的机木浆和白度低于65%的纸浆料，不起作用。

iii.荧光增白剂只用于漂白浆；

白度越高，增白效果越好。

二．染色操作及影响因素：

一）染色操作：

i.浆内染色：将溶解好的染料液加入浆料中，进行间隙染色。

ii.压光染色（纸面染色）：在压光辊上使纸张与染料液接触。多用于纸板和原纸染色；

用量少，颜色鲜艳，耐光强；

易脱落。

iii.iv.浸渍染色：使原纸通过色料槽而着色。常用于皱纹色纸及其它薄型色纸。

涂布上色：属加工纸范畴。

二）影响因素：

i.纸浆性质：不同浆料对染料有不同的亲合力。木素对碱性染料；

纤维对直接染料有较大亲合 力。

ii.打浆：提高打浆度有利于纤维的染色，能使染色加深。打浆度高，纤维分丝帚化好，有利于 染料与纤维的结合。

iii.iv.胶料与矾土：松香胶对纤维着色有阻碍作用，而矾土对染料起媒染剂作用。

填料：由于填料与纤维争夺染料而有碍纤维着色。大多数填料对染料有较强的亲合力。

PH值：各种染料均有适宜的PH值范围。

v.vi.温度：提高染色温度，能增强着色效果。

vii.viii.其它化学药剂：残氯和钙对染色有不良影响很大。

染色两面性：剧烈脱水会降低染料的留着率，造成染色的两面性。

§4 助剂——造纸化学助剂——非纤维性的化学添加剂 一．使用助剂的目的、作用：P104 二．干强剂——增强剂：在纸浆中加用适当的添加剂，来提高纸张的（物理质量）干强度。（P124）1．淀粉与植物胶：能提高纸张的强度，匀度，改进纸张的耐磨性、挺度和掉毛、掉粉现象。

淀粉衍生物——改性淀粉，除了能提高干强度，还可以提高纸张的施胶度。

氧化淀粉 淀粉衍生物 阴（阳）离子淀粉 两性淀粉 2．水溶性纤维素衍生物：MC，CMC，HEC均能提高纸张的干强度。P105 3．高分子聚合物——聚丙烯酰胺：P105 阴离子型，非离子型：需加入矾土，P105 阳离子型：无论在酸、中或碱性条件，加不加矾土，均可提高纸张强度，并有一定的施胶 度。

三．湿强剂：改变纸页的性质，增加纤维间的结合力。

湿强度是指纸被水浸透以后，仍能保持一定的机械强度和特性。

1．热固性合成树脂：三聚氰胺甲醛树脂，脲醛树脂，酚醛树脂：

三聚氰胺甲醛树脂：P105机理。

用量在6%以内时，其留着量高，湿强度明显增加。

PH纸的高低会影响树脂的留着率，加树脂前PH=5~5.5%，加树脂后PH=4~5。

四．助留剂和助滤剂：

1．助留剂：用来提高纸料中的细小纤维和填料的留着率；

主要用阳离子型高分子聚合物：聚丙 7 烯酰胺、聚乙烯亚胺。用量少，效率高，经济效益好。P106机理。

高分子聚合物使纤维（或粒子）产生絮凝的机理，不仅是表面电荷的中和，还包括有桥联合嵌镶 结合的作用。

助留剂加入的位置尽可能接近纸机网前箱。

助留剂还有助滤的功能。

2．助滤剂：使细小纤维和填料与纤维絮凝，一方面提高细料的留着率，而同时加快了滤水速率。

机理：P107 第三章 纸的抄造 §1概述 一．抄造方法和设备 设备：长网造纸机，圆网造纸机，加网造纸机。（图3-4、3-5）§2 抄之前纸料的处理 处理流程见P118 1．任务：保证将纸料连续、均匀、稳定、干净地送倒流浆箱的进浆总管。

2．要求：

1）送上纸机的纤维量要恒定。

2）配比要稳定。

3）送上纸机的纸浆的浓度、温度、PH值等工艺条件要稳定。

4）纸浆要干净，尘埃小，没有浆团、渣质、纤维分散好。

1．。

三．纸料的脱气 一）纸料中空气的来源和存在形式：

1.存在形式：1）游离状态空气；

存在于纤维间或附着在纤维之上，在纤维细胞腔。

2）结合状态空气；

溶解于水和吸附在纤维上。

2.来源（浆料中游气泡的原因）：

1）浆泵密封性差；

2）不适当的搅拌；

3）输浆管喷入浆料时带入空气；

4）浆板不好打浆时带 入空气；

5）白水回收，细小纤维带入空气。

2．浆料中空气存在的状态对纸料性质的影响：

1）结合态空气对纸料性质影响不大，除非纤维吸附了CO，改变了纤维的极性而造成凝聚。

2）游离状态空气能（1）改变纤维的比重和浆料的可压缩性、脱水性；

（2）产生泡沫；

（3）使 纤维的比重减轻，产生浮浆，造成在网上出现纤维团和定量不均。

3．脱气的必要性和方法：

1）必要性：脱气后，a.提高纸料脱水能力；

b.使纸强度提高，强度得到改善；

c.节省蒸汽用量；

d.纸料压榨脱水和纸的压光较易，纸的平滑度好，透气度低。

2）方法：预防、排除。

a.化学除气（如加表面活性剂）：用物化的方法除去纸料中的空气，浆添加剂加入到纸料和白 水中，使小气泡破裂而变成大气泡，从而从纸料或白水中溢出。

b.机械法：高压水、热蒸汽、脱气设备（如脱气罐）。

最好使用脱气设备（P133,3）脱气设备及效果。

§3 纸浆的流送与上网 一．纸机的组成：整台造纸机是一种连续工作的联动机，（挂图或胶片）从流浆箱进浆总管道卷纸机。

一）本及部分：

1．湿部：流浆箱、网案部、压榨部。

2．干部：干燥部、压光机、卷纸机。

3．机械传动、真空、蒸汽、汽罩、排风、热风、施胶、（半）压光。

二）附属部分：

白水、湿纸边、湿损纸、白水坑、干损池、水利碎浆机等。是独立的，但又是造纸工艺过程不 可缺少的一部分。

二．纸料的流体特性及其对流送和上网的影响。

一）纸料的流动机理：

纸料悬浮液的组成：是一种以水为介质的纤维悬浮液，它是固体（纤维、填料、胶料）、液体（水）、气体（空气）三相混合体。

1．纸料悬浮液的特性：

1）具有机械悬浮体的性质，使纤维具有分散的倾向；

2）具有胶体溶液的性质，使纤维具有絮聚的倾向；

2．纸料的流动特性：

1）流动状态：可分为塞（拴）流、混流和湍流。图3-34 a.塞流：纤维网络做整体流动，周围有水环；

b.混流：网络塞体表面的纤维逐渐分散进入水环流；

c.湍流：纤维网络完全分散与水环混合。

塞流转变为混流时所需的流速值——上临界流速。、、混流转变为湍流时所需的流速值——下临界流速。

3．纸料的湍动和絮聚：

1．纸料的湍动：

湍动度：速度波动平均距离大小的量。

湍动强度：湍动时剪切力的大小。

a)湍动：当流体的雷诺数超过一定数值时，流体的流动状态称为湍动，这时流道内每 一个质点都有不规则杂乱无章的运动。

b)高强微湍动：浆流具有高强度和小尺寸的湍动。

c)湍动的特点：湍动具有二重性，即能分散纤维，又给纤维交缠创造机会。

4．湍动与纤维絮聚的关系 i.低强微湍动和高强大湍动都不能分散絮聚物。

ii.高强微湍动能分散纤维絮聚物，但湍动与纤维絮聚有一定平衡关系，“纤维尺 度”的湍动。

iii.iv.v.高强微湍：湍动规模小到纤维的大小，剪切力大且作用于每根纤维。

低强微湍：剪切力太小，小于絮聚物内在的强度；

高强大湍：湍动规模太大，浆絮聚物置于大涡流之中。

二．造纸机的流送装置——流浆箱 1.布浆器：作用：将净化筛选系统送来的纸料均匀地分布倒流浆箱的堰池中。

2、堰池——流浆箱的整体部分：

作用：根据纸机速的要求，依靠浆位高度或气垫压力，提供与网速相适应的静压头，并借助整流元件 对纸料进行整流并产生适当的湍动，消除泡沫。

要求：

1）2）3）4）堰池流道内浆流的浓度应保持不变，避免产生浆流不稳或二次流动。

为了稳定浆位，消除泡沫，堰池内设有溢流装置，溢流量为5%。

为了消除泡沫和清洗箱壁，堰池内装有喷水管。

流浆箱的箱壁应有足够的刚度，以避免受压变形。

几种主要的整流元件：

1）2）隔板：适于纸速敞开式：隔板分5~7格。产生的湍动规模大，整流效果差，易絮聚。

匀浆辊：是一根有较大刚性，辊面上由若干小孔的中空薄壁辊筒，是一般流浆箱应用最广的 9 整流元件。

作用：消除浆中的涡流和横流，对纸料进行整流，防止纤维絮聚和沉降。提高浆流的湍动强度，分散纤 维，提高成纸的匀度。

3）阶梯扩散器—阶扩流浆箱：体积小，结构简单，效率高。

特点：

a)阶扩具有分布、整流、消能等多功能，固不需配置其它消能元件；

b)上网浓度高（可提高到1.5%）c)使用范围广，可用于长网、圆网和纸板机。

d)抄速范围大，适应性强（车速：40~1500m/min）e)纸料通过量的调节范围广（13~18g/m,80~140g/m，380g/m）2 2 2 4)导流片（漂片）：由彝族平行的波片祝贺而成。图3-35 a.减少了整个流道中浆流截面上的速度差。

b.浆流中的横流、偏流和大湍动，由于受导流片的阻滞而逐步消失，使大湍动衰减为稳定的微湍动，整流效果非常好。

1．堰板：使纸料加速并均匀地以一定角度喷射到网面上，在网上形成均匀的湿纸页。

1）堰板的型式和特点：图3-54~57，a.闸板式堰板：可调垂直式闸板：唇板开度可全幅调节或局部微调。可用于中、高、低速纸机。结构 简单，调节方便，纸页横幅定量误差小，但易挂浆，浆流着网点近。

b.敛唇式堰板：喷浆（鸭嘴）式堰板：中、低速纸机。浆流加速比缓和，上网纸料的喷射角、着网点 易控制。需整流。

c.直立唇缘式堰板：结合（鹰嘴）式堰板：中高速纸机。具有上述二种装置的优点Ⅰ使浆流保持微 湍动，使浆料不易挂浆。

Ⅱ在上网前提高湍动强度，更好地分散纤维；

Ⅲ上堰板可全副、局部、前后调节 2）纸料所含水分：自由水：（在压榨部脱出）能在重力和机械力作用 下脱出。

结合水：（干燥部）不能在重力和机械作用下脱出，而在干燥部受热低可以脱出。

游离浆含自由水多，易脱水。粘状浆含结合水多难脱水。

§4纸页的成形与脱水 一．纸机网部的任务和要求：

1．任务：使纸料脱出水分，形成纸页，（出伏辊干度15~25%），其脱水特点：脱水量大而集中（占纸机总 脱水量的90%以上）。

2．要求：纸料在网部成形时，要求纤维适当扰动，分散均匀。使抄成的纸页匀度良好，全副一致。

二．长网部：

一）长网部纸页的脱水和成形（图3-58）1．上网段：包括胸辊、成形板；

任务：成形，缓慢脱水。

2．成形脱水段：

A区（成形区）：该区应缓和均匀脱水，以保证纸页成形良好。

B区（脱水区）：可适当加速脱水。

ii.压差脱水段：包括真空箱和伏辊：本段湿纸已经成形，可采用较高的压差加速脱水。

二）不同纸种的脱水要求与控制（图3-15）三）上网纸料的喷射和纸页的脱水与成形 1.要求：“五稳”：纸料的配比稳，车速稳，堰池的水位稳，送浆泵的水泵的压头稳，进出伏辊湿纸的水 分稳。“二个一致”：全副纸料上网一致，湿纸水线的长短一致。理想：喷射角、浆速、喷射距离、喷浆的 厚度保持一致。

：

1 2、伏辊和真空伏辊：

1）普通伏辊：脱水效率低，网的磨损消耗大，操作麻烦，出事故多等缺点，只适用于旧式纸速长网 纸机。

2）真空伏辊：由抽真空的下伏辊和包胶压辊（上伏辊）组成。

作用：使纸页紧贴伏辊，提高脱水效果，消除压花，减少纸页继头，提高湿纸页强度，方便引纸操作。

一．圆网部 一）圆网部的分类和组成：

网箱 1．老式圆网纸机网部 网槽 伏辊 1）纸料上网形式：a.顺流式；

b.逆流式；

c.侧流式。

成形原理：靠圆网内外的水位差所产生的过滤作用，使纤维在脱水过程中被吸附在网面上形成网页。

a.顺流式：纸料流动的方向与圆网转动的方向相同。脱水能力强，纸张匀度好，白水浓度低，纤维流失少，（薄纸）。

b.逆流式：纸料流动方向与圆网转动方向相反。上网浓度高，白水浓度大，纤维流失大——抄 造纸板。

0 c.侧流式：纸料流动的方向与圆网转动的方向构成90。成纸纵横拉力比小，适于长纤维抄造薄 纸或某些特殊用纸。

2．新型圆网造纸机：

1．真空圆网：

2．加压式圆网：A.在网笼外加气压提高脱水能力。

B.流失少，白水浓度低，成纸紧密，间层结合好，湿纸易剥离 a.网内抽真空；

b.进浆部分用扩散布浆器和匀浆辊。

二．夹网部 特点：强烈快速脱水，采用高效能流浆箱；

a)叠网成形器：

b)夹网成形器：

§6压榨部：

从网部来的湿纸页（含水80%左右），需要在压榨部利用机械压榨作用进一步脱水提高干度的同时，增加 纸的紧度及强度。

据称：出压榨部湿纸页干度提高1%，烘缸部蒸汽消耗量减少5%。表3-29 三．湿纸页的传递 1．引纸方式 开放引纸 比式引纸（粘纸引纸、真空引纸）1）开式引纸（图3-156，157，158）P226 2）粘舐引纸（图3-164）—中速纸机 3）真空引纸（图3-165）适于高速、超高速纸机。

三．压榨脱水原理 1．压区中的压力 机械压力 流体压力 2．横向脱水原理：

压区中主要的压力梯度是存在于和压区相垂直的，因此从湿纸中压出的水是沿着水平方向流动。

特点：脱水距离长，阻力大，脱水效果差，易产生压花（压溃）现象。

压花（溃）压力：与刚刚出现压花压立时相应的压力；

2．垂直脱水机理：（沟纹压榨，真空、育孔压榨）：

压榨出来的水沿毛毯垂直方向脱出。

特点：垂直方向压力梯度大，脱水路径短，脱水快，对压榨效果决定作用的是流体压力梯度，机械压 力是条件。

游离水 三．干燥对纸页性质的影响：毛细管水 结合水 １．干燥时的纸的收缩：原因：

1）纤维具有脱水性脱水单根纤维收缩——纸页收缩。

2）水蒸发表面张力纤维靠近氢键纸页收缩。厚＞横向＞纵向 ２．收缩性：含机木浆纸＜化学浆＜高粘KP浆 ３．牵引力与强度关系：

牵引力大——刚性强——裂断长高——耐破度下降——纵向伸长率下降——横向伸长率提高——横向裂 断下降——耐破度——撕裂度P282 ４．干燥对其它纸页性质的影响：

平滑度提高，紧度提高，不透明度下降 打浆度高——湿纸页收缩性好——紧度、透明度高 四．干燥机理和强化措施：（图277）１． 烘缸干燥区的划分及特点：

ab段：贴缸干燥段：升温，传热效率差。

Bc段：压纸干燥段：蒸发水量最大。

Cd段：贴缸干燥段：单面蒸发。

De段：双面蒸发段：靠纸页自身热量蒸发水分。

特点：

1）纸的干燥都有一个升温、降温、再升温的循环过程。

2）沿着纸幅的横向水蒸气排出速度不同，两边＞中间 3）帆布阻碍了水分的顺利蒸发。

２． 干燥机理：

过程 传质 传热 方式 接触干燥 对流干燥，双面自由干燥区 纸机干燥的主要方式是接触干燥。

升温（10~15%）1）接触干燥的阶段性 恒温（55~65%）降速（25~35%）a.升温阶段：时间短，水分变化小，湿纸温度和干燥速率增长很快。

b.恒速阶段：纸的温度和干燥速度不变，内部水分扩散＞外部，蒸发去掉的是游离水。

c.浆速阶段：第一段：温度降低，干燥速率直线下降。

第二段：温度回升，干燥速率锐减。

干燥去掉的水 第一段为毛细管水 第二段为结合水 2)干燥速率：决定于外部扩散——恒速阶段 决定于内部扩散——降速阶段；

增加烘缸个数；

3）强化干燥措施：

增加烘缸直径；

增加纸幅包角（2250~2350）3）增加接触面积F；

4）提高⊿t(t－t)——提高蒸汽压力；

b π 一般不希望烘缸温度超过1200C；

c.提高总传热系数 λ:缸导热系数 U=1/(1/α+δ/λ+1/α)1 2 α：冷凝蒸汽对烘缸的传热系数；

α：烘缸外壁对纸的传热系数；

干燥纸的热量消耗和蒸汽消耗量：凝水的热含量：

３． 干燥曲线及通风方式：（P304图291）开始逐渐升温，然后平直，最后稍有下降。

1）初期升温要缓慢：

a.产生大量蒸汽；

b.纸页贴缸 c.影响施胶 2）后期要降温（设冷缸）a.控制纸页的水分；

b.提高纸的塑性 c.减少静电作用 通气方式：（P296图281）１． 单段通气：管线简单。1）设有蒸汽循环，需定期排不冷凝气；

2）排气阻阀门太多；

3）阀门出故障时，蒸汽会流失。

2．多端通气（三段）（P296图3-282）1）一段通新鲜蒸汽，二、三段通闪急蒸发的二次蒸汽。

2）分段通气是依靠各段烘缸之间的压力差，或者借助于连接在最后一段的真空泵产生负压 进行。

特点：用气水分离器代替了排水阻气阀。

a.由于排出了冷凝水和不凝气，保证了整个烘缸温度均匀。

b.干燥曲线易于调节，趋于完善。

c.总传热系数提高。

４． 干燥部的通风 1）通风方式：

a.自然通风（层楼布置较好）5）强制通风（抽、鼓风机）6）强制循环通风 §8纸的压光、卷曲、完成整理 一．压光：一般长网纸机压部之后装有一台压光机，用以提高纸的平滑度，光泽度和厚度均匀性。

１．低中速纸机：3~6辊压光机；

高速纸机：8~10辊压光机；

P320图320 ２．压光棍个数增加，裂断长、撕裂度有所下降，厚度成直线下降；

部透明度变化不大，平滑度有显著 提高，纸的紧度提高，吸墨性下降。

３．增加纸的水分，纤维塑性增加，紧度、强度、光泽度、抗油性提高，拜读和部透明度降低；

４．压光棍摩擦产生大量的热，应设法冷却压光棍 二．卷取：要求卷筒松紧一致 轴式卷纸机：限于低速纸机。（见胶片）13 辊式卷纸机：适合于各种车速纸机，纸卷紧度好，对纸页张力小。注意：纸在卷成卷筒的过程中；

卷 筒直径不断增加，但其圆周速度却须固定不变——需调节转速。

三.纸的完成整理：

1．超级压光：P338图345、346 1）与普通压光相比：辊数较多（8~12），车速较快（600m/min），线压大，有纸粘辊。

单面超级压光机：钢辊与纸辊相间排列，辊数为奇。

双面超级压光机：有一对纸辊连着排列，辊数为偶。

2）超级压光的作用：主要是靠压光棍间的摩擦和压力作用。压力作用提高纸的紧度，降低厚度。摩 擦作用是以提高光泽度为主，提高平滑度主要靠纸辊。

2．影响超级压光的因素：

a.纸页的水分：表3-53 b.辊间压力；

c.压光棍数；

d.压光速度；

e.辊子温度。

3．复卷：上领纸式：图3-352 下领纸式：

i.幅卷应避免卷得过松或过紧。

纵切装置：剪切式：（图353）纵切实：（图354）ii.思考题：

1、纸料中空气存在的状况及对纸料性质的影响。

2、脱气的必要性和方法；

3、纸料悬浮体的特性和其流动力学特性。

4、试用机械学说与胶体学说解释湍动的二重性。

5、流浆箱组成部分及其功能作用，6、长网部可分为几段，各段的作用、任务。

7、喷射角、着网点对纸幅的脱水和成形的影响。

8、案辊案板的脱水机理及其比较。

9、网案振动的目的及其与纸幅成形的关系。

10、圆网的上网形式、成形原理及临界速度。

11、选分作用，洗刷作用对纸幅成形的影响。

12、试比较水平方向脱水和垂直方向脱水机理，并说明为什么垂直压榨脱水量大。

13、什么是纸页在压区的回湿？ 14、升温压榨为什么能提高压榨脱水速率 15、烘缸干燥区的划分及其特点。

16、接触干燥的三个阶段及其特点。

17、干燥曲线 18、干燥纸的热量消耗和蒸汽消耗量计算。

19、提高纸板层间结合力的措施。

20、竖向性质对纸张（板）使用性能的影响。

21、纸张表面结合性能的影响因素。

材料科学与工程原理 篇3

[关键词]实验课程 成绩评定

[中图分类号] G642.423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）09-0058-02

一、引言

高校实验室是培养学生创新能力和实践能力的重要场所，是推进“科教兴国”战略的重要载体。[1]过程工程原理实验是一门以化工单元操作过程原理和设备为主要内容、以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程。它在培养学生的工程能力，创新思维和创新能力方面起着重要的作用。完整的实验教学体系除了要具备高质量的实验教材、实验设备等硬件条件以外，还要有优秀的教学方法和科学的成绩评定机制等软件体系，而能否准确、客观地评定学生的课程成绩，是衡量学生学习状况和教师教学水平的具体表现。

众所知周，实验是一门实践科学，实践是检验真理的唯一标准，单凭期末考试卷面成绩一锤定音的方法来确定学生课程成绩，这显然是不科学的。为此，我们从实验预习、实验操作、实验报告、实验考核、实验拓展等多方面加权，从而准确合理地评定学生的实验课程成绩。

二、实验预习

通过本课程的学习，应使学生掌握应用化工原理和有关先修课程的所学知识，具备正确地处理工程问题的综合能力，培养学生实事求是、严肃认真的工作态度和团结协作的工作作风。目前，我国高校由于不断扩招，致使学生数量众多，而实验课程的特殊性又决定它了不能像理论课那样实施大班教学。于是实验课程教学效果与教学人数之间产生极大的矛盾，而解决该矛盾的有效方法之一就是实验预习。

预习是提高实验教学过程效率的重要手段。实验开始前要求每位学生了解该实验的目的、原理、方法等，学生首先阅读实验指导书以及所需掌握的实验基础，随后分组到实验室参观实际实验装置，再通过上机操作相关实验仿真软件。如此预习三部曲的方法，让学生从多方面了解本实验的原理及其方法，包括待测定数据和测定方法等。教师在开始实验操作之前以提问的方式和同学一起讨论实验的内容，如此创造了一种自由提问，相互讨论、教师释疑的良好的学习氛围。实际上教师提问的内容并不只局限于“实验课内知识”，也有“课外知识的提问”[2]，比如吸收实验用到的介质是氨，通过氨的特殊性质了解其广泛的用途等。学生通过预习对下一环节即实验操作真正做到“心中有数”，教师根据学生在预习过程中的表现确定实验预习的成绩。

三、实验操作

该过程是实验课程的最重要的组成部分，主要是考核学生对实验的理解、动手能力、团队合作能力等，它可以从一个侧面折射出其敬业精神。每个过程工程原理实验就是一个化工单元操作，实验设备庞大且过程复杂，需要学生2-3人一组合作完成实验过程。为了让小组内的每位学生都能有操作的机会，我们既强调分工协作的团队精神又倡导独立思考，允许实验结果的差异，不刻意要求各组实验数据的一致。实验小组成员可以分操作、观察、记录等岗位，要求实验过程操作正确，对所谓的“异常”现象能够及时发现并作出合理解释且能采取正确措施的学生，以及对实验过程提出建设性意见的学生，该项考核分数自然较高。

目前国内高校的工程实验装置倾向于“高大全”，新建的实验设备愈来愈庞大，愈来愈自动化，实验中需要学生动手操作的部件愈来愈少，更有甚者，学生只需坐在电脑前点击鼠标就能轻松完成整个实验。这样”全自动型”的实验装置使得在实验过程中几乎不需要学生操作设备，于是在实验室里看微信、玩游戏、聊QQ的大有人在，以至于实验全部结束了，有的学生对实验设备的具体结构组成、记录的数据以及记录这些数据的目的还不清楚，这显然违背了实验类课程设置的初衷。这样的实验过程对于学生实验动手能力的训练是没有益处的。

化工单元操作实验装置一般属于固定化设备，其规模较大且结构比较复杂，为提高其可操作性，我们使用的实验装置多具有同台设备上可以进行多项相关实验内容的切换，实验设备少自控多手动或兼有自动和手动功能，这样，在实验过程中学生有更多的参与机会，只有积极的参与才能有更大的收获。

四、实验报告

编写实验报告是实验课程的最后环节，也是学生综合训练的重要环节。实验报告要求学生将测得的数据、观察到的现象、计算结果和分析结论等用科学和工程的语言表达出来，通过实验报告培养学生今后从事科学研究的重要基本技能之一——科技论文的写作能力。[3]因此，应该要求每个学生能够独立提交完整的实验报告。

国内大学大多把实验报告作为普通课程作业对待，并且学生大多套用固定的实验报告模板完成实验报告，撰写实验报告的过程实际上只是实验数据的计算过程，于是众多的实验报告除了实验数据之外其他都是千篇一律。这样的过程自然无法达到让学生以此作为今后科研论文写作基础训练的目的。这方面也是国内实验教学过程与国际一流大学实验教学存在的较大差异之一。相对于国内高校，国外著名高校实验课程尤其重视学生实验报告的质量。例如美国威斯康辛大学麦迪逊分校的实验课程不仅要求学生独立完成各自的实验报告，而且要求做出实验报告的PPT，实验课程独立答辩，接受教师和学生的提问，由此给出实验课程成绩。校方实际上是将实验报告作为学生完成实验课程学习的成果，甚至将实验报告的优劣作为学生将来被应聘单位确认的个人素质里最重要的元素之一，这足见其对实验报告的重视程度。

实验报告是实验过程的重要组成部分。[4]实验教学的重要内容之一就是必须对实验报告提出具体的、实质性的要求，强调注重实验过程分析和实验结果的讨论。实验报告应从多方面进行评价：如报告结构是否完整，条理是否清晰，图表是否规范，我们要求学生按照科技论文中的图表格式去做，实验装置流程和数据处理的作图需采用合理的计算机图形处理软件，如MATLAB、Origin、AutoCAD等，这也是学生今后从事科研或设计工作所必备的技能；数据处理过程是否正确，要求学生用一组数据做出计算示例，写出数据处理过程，从中可看出学生是否理解实验、理论知识是否扎实；实验结果分析和讨论是实验报告的重点部分，这既是学生理论水平的具体表现，也是对实验方法和结果的综合分析研究；最后要求学生根据实验结果用科学的语言概括出实验的结论，并对其进行合理性分析。

五、实验考试

由于国内高校招生规模不断扩大，实验课程的学生人数众多，目前评定实验成绩少不了笔试，而且考试是成绩量化的公平评价手段之一。但实验课程毕竟不同于理论课程，在条件允许的情况下还是应采用多样化的实验考试方式更科学。[5]

实验考试的内容应该有别于理论课程，侧重于实验过程与实验结果的分析，应避免单纯的计算类型考题，否则实验课程就会由原本是以培养实践动手能力和提高分析能力为目的的课程，退变成为考核学生公式记忆能力的课程，这显然是与实验课程设置的目的背道而驰。本实验课程考前就对学生明确，实验考题中没有需要通过记公式完成的计算题，主要是针对实验结果的影响分析以及在原实验基础上拓展能力的考核。只有将考题与实验的过程有机结合才能有效地考核学生对实验的认知程度。

六、实验拓展

通过学习世界一流大学的实验课程的教学方式[6]，我们开设了探究性实验项目，这类实验基本上只有实验组件和分析仪器，学生可以自己拟定实验题目，组建实验装置，测定实验数据，完成实验报告，这样的实验过程对教师教学能力提出了更高的要求，给学生更广阔的锻炼空间，培养了学生自主创新的能力。为鼓励更多的学生参与探究性实验，我们给予实验成绩附加分，该项实验成绩优异的学生甚至可以给予实验免期末考试。

七、结语

实验课程不同于理论课程，学生成绩的量化涉及多个方面，且各方面对最终成绩的权值也应该是不同的，实验教学的最终目的是使学生更好地掌握理论知识并能灵活地运用，为学生今后走向社会培养动手能力和独立解决问题的能力。合理的多方面细化考核并采取多重性的评定模式，能全面反映学生学习情况和实验技能[7]，对于勤于思考，动手能力强，勇于探索创新的学生来说，应鼓励其对实验内容进行更深层次的探讨。只有科学合理地量化学生实验课程的成绩，才能更好地调动学生学习实验课程的积极性，培养学生正确的学习理念，鼓励学生的创新意识。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 武晓峰，高晓杰.中国高等教育学会实验室管理工作分会系列专题报告.高校实验室建设发展报告[Z].清华大学出版社，2014.

[2] 张洋.借鉴国外经验改进实验教学[J].实验室研究与探索，2002（12）：37-38.

[3] 吴宿慧，白莉.实验报告与科技论文写作的区别与联系[J].中国校外教育（下旬），2014（9）：84.

[4] 马铭杰.确保实验报告质量是提高教学效果的重要举措[J].实验室研究与探索，2004（11）：64-66.

[5] 谢昆，陈书鸿，饶通德，祁俊生.论新培养模式下的基础化学实验考试改革[J].重庆三峡学院学报，2013（3）：115-116.

[6] 叶向群，陈丰秋.美国威斯康星大学麦迪逊分校化工实验课程教学[J].实验技术与管理，2014（11）：212-214.

[7] 张锐波.培养学生创新能力的物理实验考试模式[J].实验室研究与探索，2012（2）：88-90.

湖泊水体生态工程原理与应用 篇4

水生生态系统修复 (Aquatic Ecosystem Restoration, 简称AER) 是指通过一系列的保护措施将已经退化的水生生态系统恢复或修复到使其能够长久保持稳定的水平, 即补救已经退化的水生生态系统, 减轻其影响, 使水生生态系统具有更高的生态耐受性。恢复生态学是研究生态系统退化的原因、退化生态恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。研究内容主要涉及两个方面, 一是对生态系统退化与恢复的生态学过程, 包括各类退化生态系统的成因和驱动力、退化过程、特点等;二是通过生态工程技术对各种退化生态系统恢复与重建模式的试验示范研究[4]。

1 湖泊水体退化的原因

近年来, 我国湖泊退化严重, 太湖蓝藻频繁暴发, 究其原因主要是城市和农村污水排入太湖造成的富营养化。G·P·Shang&J·C·Shang分析了巢湖尤其是西巢湖富营养化的时间和空间变化及其影响因素, 认为主要原因是自然条件适宜绿藻生长、环境恶化污染增多、玉溪关建设以及人口增长等[5]。

Thomas Neumann等使用13C和18O标记观察了湖泊许多年来来的演变过程, 阐述了湖泊富营养化的机理以及可能受12C、13C和少量CO2影响的可能原因, 并发现增加的TIC、TOC、TN和TP富集是由1971到1974年邻近湿地排水进入的营养负荷和悬浮物引起的[6]。

在一些酸性矿区附近的湖泊酸化是湖泊退化的另一个主要因素。

2 湖泊水体生态修复措施

除了依靠水生态系统本身的自适应、自组织、自调节能力恢复破坏的水生态系统外, 还可采取人工方法恢复, 这被称为生态修复。这种方法就是充分认识和利用自然规律, 以自然演化为主, 通过人工强化, 加速自然演替过程。

目前, 针对湖泊富营养化的控制技术主要分为3大类:一是营养盐控制, 二是直接除藻, 此方法难以从根本上消除水华现象。三是生物调控和生态恢复, 以浮游动物及鱼类控制浮游植物, 以水生高等植物控制水体营养盐, 同时结合环境工程和生态工程, 恢复受损生态系统, 提高水体自净能力。

富营养化湖泊的治理通常采取控制污染源、恢复生态和控制水华及实施流域管理3个步骤。其中恢复水生高等植物是生态恢复与水华控制的主要步骤。因为水生植物可以遏制沉积物的动力悬浮, 同时可以吸收水体与沉积物中的营养盐, 降低营养盐负荷, 遏制水华的发生。在太湖地区, 北太湖的梅梁湾与东太湖的营养盐浓度都比较高, 但是前者表现为蓝藻水华大量发生, 水体浑浊;而后者清澈见底, 表现为高等水生植物茂盛。通过恢复水生植物, 可以有效达到改善水质, 控制富营养化发展的目的。因此恢复水生植物, 净化水质成为湖泊生态修复的核心内容。

一般的湖泊水体富营养修复方法有化学法、物理法和生物修复等。

2.1 化学法

一些化学物质可以络合氮磷营养物质从而降低水体的营养负荷。向湖泊投加化学络合剂可以降低氮磷营养含量。Alan J·Martina等研究了受采矿影响的富营养化湖泊, 认为是由于矿区的N、P营养盐, 限制因素是磷。系统后来趋于贫营养的原因是P的减少和由于Fe (Ⅲ) 氧化还原层的加深使得As转移建立的贫营养环境[7]。G·Yuan, L·Wu指出含铝蒙脱土是一种环境友好而且经济的材料, 可以吸附磷, 从而降低富营养化[8]。

2.2 物理法

2.2.1 底泥疏浚

疏浚底泥可在短期内减少表层底泥的营养盐浓度、减少藻类种群和孢子现存量, 改善水质, 但从长时间来看, 疏浚底泥不是控制湖泊富营养化的充要条件。疏浚工程处理不当可能对生态环境产生负面影响[9]。应考虑采用环保疏浚技术, 环保疏浚技术要求疏浚精度高, 在疏浚过程中采取措施防止二次污染, 并对清除的底泥进行安全处置等[10,11]。

濮培民等研究了玄武湖清淤的效果, 认为即使截污后比较彻底的清淤, 对于水质的改善也并不明显, 透明度仍然只有20 cm, 离控制富营养化相差很远。

J·G·M.Roelofs等对荷兰的酸化和富营养两种湖泊的植物修复试验发现, 仅仅底泥疏浚不能使软水植物恢复, 附加的对抗酸性的措施是必要的。只撒石灰而不疏浚底泥会导致水质再次酸化。底泥疏浚后在水层撒石灰会使得植物在撒石灰后的几年重建, 但是会造成很高的浊度和底泥富营养[12]。

2.2.2 物理生态工程

物理生态工程 (PEEN) 技术以4 m高等水生植物、宏观仿生学、微生物及管理为核心, 主要技术有4个方面:一是能适应多种底质、风浪、湖流条件的软隔离墙过滤技术;二是水生生物群落镶嵌技术;三是捕藻技术;四是固定化氮循环细菌技术。PEEN已经在太湖梅梁湾、五里湖、贵阳红枫湖和南京莫愁湖等地试验过[13]。

2.3 植物修复

水生植物对污染水体有一定的净化能力, 在污染水体中种植对污染物吸收能力强且耐性好的植物, 应用植物对污染物的吸附、吸收、富集和降解以及植物根系—根际微生物的联合作用等, 将水体中污染物去除或固定, 从而实现水体修复。常用于水体修复的植物包括各种沉水植物、挺水植物、浮水植物和湿生植物, 如凤眼莲、芦苇、香蒲、喜旱莲子草、水芹、浮萍、菱和菖蒲等等[14]。

植物修复可以和其他方法联合实施。童昌华等采用水生植物修复和物理措施处理底泥, 结果表明, 水生植物能有效抑制底泥中硝态氮和氨态氮的释放, 沉水植物狐尾藻比漂浮植物凤眼莲的效果好。水生植物修复能有效抑制底泥中营养盐的释放[15]。

引清调水是一种利用水利工程改善河湖水环境的新思路。将引清调水与生物修复相结合, 能发挥各自优势, 弥补其局限性。何用等以汉阳4湖为例, 通过3种主要途径将引清调水与生物修复结合, 即短期引清调水与长期生物修复相结合, 局部生物修复与大区域调水置换结合, 水力调度调控与湖泊生物恢复结合, 最终达到生态恢复的目的[16]。

低温季节植物修复对环境的要求更严格。童昌华等利用人工模拟的方法, 在低温季节用金鱼藻等6种植物对养鱼池污水进行净化处理。结果表明, 即使在冬季或低温条件下, 6种植物对TN、TP和硝态氮仍有较好的吸收效果, 对氨态氮的吸收效果稍差。处理4～8 d后能显著提高水体透明度, 改善水质, 但对改善COD和DO的效果不理想。另外, 冬季或低温使植株或部分组织衰老枯死, 并不会使水中的营养盐浓度增加, 但会导致COD上升。为了提高修复工程在冬季净化水质的能力, 胡春华等在太湖引种耐寒的飘浮物种, 采取若干防寒措施后, 水生植物能青翠越冬并改善水质。水质净化的机理为高等水生植物及其共生细菌的共同作用, 使其成为能够抵抗环境变化的稳定的生态系统, 从而净化水体[17,18]。

另外, 水生植物的死亡会导致水质下降。成小英等在莫愁湖生态工程围区内, 将凤眼莲压入水下, 待其自然腐烂分解, 跟踪监测水质变化情况, 研究凤眼莲腐烂分解对湖泊水质的影响。结果表明, 初冬压入水下的凤眼莲腐烂并对湖泊水体产生污染, 水质变化呈抛物线状。由于残体释放量与水体自净力之间存在此消彼长的关系, 提高湖泊水体自净能力是降低冬季水生植物死亡污染水体的关键所在[19]。

2.4 动物修复

动物修复是指利用湖泊中的动物如田螺、鱼类等对水体的净化。

A·G·Rogozin在5个湖泊中, 用片段取样和平均取样法测定了水体中浮游动物的数量, 表明浮游动物的数量和湖泊营养情况指数TSI相关性良好[20]。但是植物、动物的培育需要一定的外部环境, 生物修复往往受湖泊水环境制约, 周期长, 见效慢, 净化效果受季节变化影响。因此, 并非所有污染物都能被生物吸收、利用和降解, 其处理能力受环境因子制约[21,22]。

3 湖泊水体生态工程实例

3.1 五里湖示范工程

陈开宁等在五里湖建立了生态重建示范工程。地点设在五里湖西部南岸水域。大型围隔示范工程区地处风浪冲击带, 岸线长735 m, 其中除150 m的硬质水泥立岸外, 水陆交错带由碎石和粗沙组成。

经过生态重建, 示范区内的水生植物种类增多, 多个月份总氮<2.5 mg/L;总磷<0.08 mg/L, 透明度也有较大幅度提高, 逐步实现水体从浮游植物占优势的浊水态向大型水生植物占优势的清水态转变。

结论一是五里湖生态系统退化、水体严重富营养化造成的因素较多。二是水生植物的恢复与重建要从湖岸带挺水植物与浮叶植物着手, 随整个湖区水质改善后逐步建立与发展沉水植物群落。三是清除鱼类是初期建立沉水植物群落的关键。特别是一些小体型野杂鱼不仅增殖速度快, 而且主要以浮游动物为食, 扰动沉积物再悬浮, 对沉水植物初期生长有较大破坏性[23]。

3.2 梅梁湾示范区

针对蓝藻水华浓度高和易于堆积的特点, 秦伯强等建立的示范区采用了PVC围隔挡藻, 围绕牵龙口水厂取水口组成两道隔离。除了软围隔挡藻外, 还在生态净化区布设了滤食性鱼控藻、贝控藻、机械除藻和絮凝除藻等其他辅助措施。在基础环境改善与综合控藻除藻的基础上, 强化净化区实施水生植物恢复与生态系统构建, 进一步实施水质净化的各种生物或非生物措施。沉水植物主要在浅水水域种植, 深水水域种植了漂浮植物和浮叶植物。工程建成后许多水质指标都有好转, 但就叶绿素a而言, 改善并不显著[24]。

3.3 骆马湖生态工程

影响骆马湖富营养化的主要因素有京杭大运河和沂河来水携带的营养物质和水生高等植物的破坏。

骆马湖生态建设的主要内容是建立南水北调骆马湖水源保护区、骆马湖湖滨生态林业建设和骆马湖东大堤多功能生态堤岸建设。示范工程通过建立自然保护区、建设入湖口人工湿地、发展生态渔业和生态旅游从而实现了骆马湖周边地区经济的可持续发展[25,26]。

3.4 什刹海生态工程

以物理除藻为前提, 通过实施基底修复而开展水体充氧等手段, 达到恢复水生植被的目的。应用的修复技术有臭氧/超声波除藻、基底修复、水下曝气充氧及冬季冰下底部充氧等。工程实施近一年后效果明显, 总氮和总磷去除率大幅提高, 后海的水体水质正向着良性生态的方向发展[27]。

3.5 滇池生态工程

为了加快治理滇池的富营养化水体, 采取了污染源治理和控制措施, 包括工业污染源的治理和控制、城市生活污水治理和控制及面源污染控制等。滇池内源综合治理包括了草海底泥疏浚工程、取水口净化工程、捕获水体中的蓝藻和湖滨带水生植被和湿地的恢复。此外还进行了滇池水污染防治管理和法制建设[28]。

4 结论

湖泊水生态工程已经成为湖泊生态系统恢复的必要工程。目前, 主要是采用物理、化学、生物联合修复的方法。大型的示范工程也取得了一定成效, 但大多是在靠陆地的湖泊沿岸设围隔, 然后进行处理。要在更大规模上取得成功还需要进一步的探索。如何克服外界环境的影响, 对自然环境恶化的治理以及人类污染排放的限制管理措施等, 这些都需要我们关注。而在工程措施上则要进一步研究各种措施之间的相互关系, 用最低的成本达到最有利的生态修复程度, 从而净化水源地, 美化环境, 实现人与自然的和谐。

摘要：湖泊作为陆地水系, 与人类生活用水、生态环境密切相关。主要介绍富营养化湖泊和酸化湖泊的生态修复工程技术。污染湖泊修复的生态工程复杂多样, 且都是以自然生态为基础的, 其中采用物理化学生物联合修复, 以恢复大型植物为标志的方法是主要的。目前, 各种生态示范工程都取得了一定成效, 但湖泊水质的完全恢复还有漫长的道路。

安全防范技术原理与工程实践 篇5

前言：内容由本人整理完成，仅供安防行业人员参考用。请勿用于商业用途。如产生任何纠纷，本人不负任何责任。

内容简介：

本书主要内容包括：安全防范系统导论、入侵探测技术与报警系统、视频监控系统、出入口控制系统、电子巡查、停车场管理一卡通系统、安全防范系统设计程序、安全防范系统的评价、实体防护系统、系统集成与工程实例等。

用途： 本书，作为安防防范专业的教材和安全防范行业职业资格培训的辅助教材，可供从事安全防范系统设计、评估、施工、运行、管理的工程技术人员参考。

一、安全—社会发展永恒的课题

1、安全是个约定俗成的概念

“安全”是近年来出现频次很高的一个词。人们给出了许多定义和解释，大多是从部门或行业的角度，诸如国家安全、生产安全、社会安全等等，有些则是说文解字，如在一些行政文件和技术标准中关于安全的各种定义。其实、“安全”是个约定俗成的概念，它的含义是明确的，但它的范围是广泛的。

安全就是在实现（个人或团体的）目标的过程中不受损失和伤害。人类社会在发展的过程中绐终伴随着各种风险（发生损失和伤害的可能），这是不可回避的客观现实，而且、人类自身的各种活动也在制造着风险。因此、安全是我们永远追求的目标，也是社会发展永恒的课题。

安全是相对的，或者说没有绝对的安全。安全科学研究的目标是建立本质的安全（体系），包括安全系统的设计，产品的制造、安全标准的制定都是如此。本质安全就是，没有风险的系统，是理想、概念化的系统。但实践是达不到的，风险不可能降低为零。实际安全系统的设计、实施和运行是降低风险到可以承受的程度，根据威胁、技术的可实现程度、决策者的意志及安全投入等因素，构建实用的安全系统，安全也是我们要去实现的目标，它与整体的目标有时是矛盾的，它需要投入，为了安全可能会牺牲其它的目标或降低原来的目标，这些都是损失。因此、在实际情况下，人们要在（整体）目标与安全之间作折中的选择。这就意味着安全具有经济的属性（可以用投入、产出来衡量与评价）。

2、公共安全的概念

接连不断的恐怖事件、突如其来的SARS和频发的自然灾害使我们真实地感受到威胁的存在，于是安全成了人们特别关注的话题。社会各部门、各地区或技术领域都从不同的角度表现出安全的需求，并针对各自的特点，提出了相应的解决方案，构建相应的防范体系，建立应对和处理突发事件的能力。与此同时、大家也都认识到：安全不是一个部门、一个地区、一种技术专业的事，它是我们共同面对的利害、是要求相互协调、配合，共同营造的环境。这就是公共（综合）安全的概念。总结和借鉴国内外应对各类灾害和处置突发事件的经验、经过各部门专家的讨论、媒体的宣传，公共安全的概念越来越明确了、综合、整体安全的框架也越来越清晰了，建立公共安全体系（形成整体防灾能力）的要求也越来越迫切了，这是当前形势的要求，也是社会发展和技术进步的必然。安全理论、安全技术和体系的研究必须围绕这个题目、坚持这个方向。

建立公共安全体系、提高综合（整体）防灾能力是基于：

安全是人类社会共同面对的利害，不是一个部门、一个地区、一个行业可以独立应对的事，世界上许多国家对公共安全（紧急）事件的定义都指出：它是在规模和影响上已超出了社区或居民能够应付的能力和范围（责任），需求政府（不论哪一级）进行干预，是政府必须采取应对行动的事件或事态；

应对各种风险、处置各种灾害、事故、事件，要在一个共同的社会环境下进行，局部的预防体系的构筑、紧急事件的处置也会影响到社会的各个方面，各部门必须互相配合、支持、必要时、要统一调度和指挥，共同行动。

要保证安全体系的有效性、经济性，必须实现各种资源的统一规划、配置、调动和充分的共享。必须认识到：共同的安全是局部安全的基础。

针对各种危险因素（风险）的安全技术（设备与系统）、技术体系（系统结构、指挥决策）是相通、相同的。安全技术从应用的角度可以分为很多种类，但基本的技术和产品是共同的，或者说：不同的安全系统可以采用通用的技术和产品来实现。这就决定了，各种安全系统在技术上是可以集成的，资源是可以共享的，构建公共安全体系在技术上是可行的，并且是经济、有效的。

以上就是建立公共安全体系的基本前题。

二、公共安全体系的基本要素

1、安全体系的目标

安全体系就是建立一个（相对）可预测的环境，以实现不受损失地达到目标。理论上讲、在人类的的各种活动中。没有损失、不受伤害是不可能的。我们为实现安全，必须作出相应的牺牲和投入，并可能降低原来的目标或放弃其它的目标，就也是损失（上节讲到的安全是相对的概念）。因此说：安全体系的目标就是减小风险、减少损失到可以容忍的程度，以合理的投入（损失或牺牲）来实现安全。

2、安全体系的基本要素 安全体系有多种形态，应用的技术和措施也多种多样。但它们追求的基本目标、实现的基本功能是相同的，换名话讲：基本要素是相同的。

预防和减灾是构成安全体系的基本要素。无论是自然灾害的防治、生产安全管理、职业病的防治，还是反恐防暴和安全防范工作都是围绕两个要素进行。这也是建立公共（综合）安全体系的基础。

预防、安全技术的核心，预防就是及时地发现（识别）危险因素（威胁的存在）及预测灾害（事故、事件）的发生和发展趋势，并采取相应的对策，制止其发生或控制其演化的过程，使其向安全的方向转化。这是一种主动的减灾。实现预防的关键是系统具有早期预警功能和快速反应能力。

探测（技术）是实现预防的主要手段，包括对各种自然环境参数的探测、自然现象活动规律的监控，对构成生产安全的各种状态和参数的探测和监控，以及可能危害人的生命、财产安全的状态和因素的探测。也包括对社会秩序、经济活动的状态和人际（团体或族群间）关系的观测，及其出现的失衡、反常情况的掌控。探测可以采用技术的方法，对有些参数和数据需要进行长期的连续的监测，并进行后期的分析和处理；有些则必须是实时的监测和即时在进行反应；探测也可以由人来进行，主动在发现各种异常和状态。安全系统不仅要求探测能实现异常状态（事故、事件发生了）的报警，还需要系统能发现事件或事故可能发生的征兆和趋势。

有些灾害（事故、事件）是可以预测的、或可以相对准确（真实）地预测的，有些则是不可预测的。有些是可以早期预报的、有些则是必须即时反应的。因此、要提高预防的有效性，形成不同的反应方式。要努力认识各种灾害的发生、发展的规律，提高预防的准确性。

需要强调的是：安防系统由于主要是针对人的恶意行为的事件，突发性很强，实现预测难度很大，因此、特别强调应急反应。这是安全防范系统的特点。

减灾，采用各种适当的加固措施，来躲避灾害或减少灾害造成的损失，通过快速、有效的反应，控制事态的发展，使其向安全的方向转变。加强基础设施的防灾（抗冲击）能力，对相对已知（规律性）的危险因素有针对性地采取制约手段和防范措施，是减灾的主要方式。建立预警系统和建立灾害（事故、事件）发生时的应急反应机制，提供充分的技术和物资保障，也是有效地减少损失的手段。然而、提高全社会的整体防灾能力的根本原则是按客观规律办事。

三、我们面对的危险

安全是相对风险而言的，风险是产生损失、受到伤害的可能性，是人类社会面对的多方面威胁所决定的。我们面对的危险可以分为以下几类（原因）：

1、自然灾害 它是由自然力所致，如地震、山体滑坡、干旱、洪水、海啸、各种气象异常、传染病（SARS）等。其实大自然的运转（天体的演化、星辰的运动、四季的交替、风云的变化）是有规律的，人类社会的发展就是逐步了解和加深认识这些规律的过程。我们认识了的部分，就可以进行有效的预防。当然还有许多人们没有认识和理解的现象，要求我们不断地探索和发现其内在的规律，提高自身抗御自然灾害的能力。自然力有时表现的太强大了，不可抗拒，但是、更多是可以抵御、控制和防范的。防范自然灾害就是要遵循自然规律，与自然和谐。人类违反自然规律的活动就是产生灾害的主要原因。

2、人类生产活动和生活引发的事故

它与我们的生产活动和生活有关，如矿难、火灾、交通事故、环境污染和职业病等。它伴随着人类改造自然、创造物质财富过程的始终。其中有些是由于对客观世界尚未认识，而违背了自然规律所引发的灾害，如过渡垦植造成的荒漠化、过渡消耗能源引起的气候异常。更多则是由于人为地违反了客观规律所导致的灾害，如追求短期效应和局部利益，违反安全生产规章所导致的各种生产事故。传统安全理论把生产安全事故解释为：系统失效，或由人的非主观故意造成的损失。后者也可以用系统失效来描述，因此、它是相对可以预测和控制的。

3、人的恶意行为造成的事件

由人（个人、团体、族群、国家）之间关系（矛盾）的激化所致。如战争、恐怖活动、各种治安案件等。当前、恐怖活动最为引人注意，因为它的破坏性极大，而且它涉及面广、突发性强，有人称之谓不对称的战争，是一项防范难度极大、需要投入极大的事。恐怖活动有两个明鲜的特征：一是有组织的活动。即便是个人的行为，也是有明确的政治倾向，二是其目的不是为了侵犯具体的生命和财产，而是针对社会的犯罪，是为了攻击一种制度和信念，或宣传和实现一种政治目的。

大量出现的治安事件是安全防范所针对的目标，其危害程度不能与恐怖事件相比、但它是发生概率很高的事件、与人们的日常生活和社会治安秩序密切地联系在一起，有些局部的问题有时也可能引发一些恶性的和突发的群体事件，是需要十分注意的。

这两类事件的防范，代表了安全系统的两种功能，一是宏观的动态的防范，一是局部的、微观的生命、财产的保护。后者是传统的安全防范系统的目标，两者在技术上是共同的，功能上是相连的，要求安全防范技术人员，要跳出原有的框子，建立大安全的概念。

四、公共安全体系构架

针对不同的威胁所建立的安全体系不同，但它们的基本内容是相同的，公共安全体系就是在这些共同的基础上，进行资源的整合和共享（不是集中），构成一个统一的平台，提供一个基础环境。既保证统一地协调、调度和指挥，又充分体现各部门的特殊性和专业的要求。完整的公共安全体系由以下几个部分构成：

1、预警系统

预警系统的核心是建立通畅的信息采集渠道、科学的处理、分析模型和权威的决策机制。通过对社情、敌情、民意及各种社会动态、不同利益集团间关系的掌控和分析，对社会、经济运行的各种参数及稳定程度的监测，分析和评价，发现和预测可能出现的风险及各种矛盾的表现形式；通过对地质、水文、气象、海洋、空气、水质和疾病流行状况的各种参数的监测，发现可能出现的异常现象及其演变的趋势。预报灾害发生的可能和程度；通过对生产环境和生产设备的状态和参数的探测和监控，及时地发现危害安全生产的因素，预报事故发生的可能；对重要部门和重要场合（高风险部位）采用安全防范措施和安全检查设备，及时地发现入侵活动和危禁物品的存在、预防和制止恐怖事件和各种治安事件的发生。

通畅的渠道保证信息的全面、及时；科学的处理将去伪存真并反应各种信息内在的联系，作出相对准确的风险（灾害等发生的可能）评估；权威的决策则是采用相应的应对措施和反应手段。

预警系统除了上述的探测、信息采集和分析处理、决策系统外（危险源的识别），重要的环节是信息发布机制，以什幺形式表示风险的等级与预测的准确性、有效性，以何种形式向公众发布都是非常重要的事情，它涉及公众的知情权，权威部门的公信力。与反应（专业机构的行动、公众自主的行动及两者的协调、配合）的有效性有密切的关系，是需要深入研究的问题。

预警可分为长期、短期和紧急预警，长期和短期预警可以为反应（行动）留有相对充裕的时间，是警示性的，其准确性可以相对低一些。紧急预警则是对发生概率极高的事件的警报或已发生灾害的报警。通常它要求立即响应，启动应急反应系统。显然、上述两种预警会导致两种安全体系架构：预防体系和应急反应体系。

2、预防系统

它是安全体系的基础，是决定社会整体防灾能力的最重要的部份。预防主要是针对可以准确预测或预警后有较充分反应时间的威胁，通过稳定（相对固定）的设施和手段，有明确目标（设定的）的防范。包括基础设施的加固（建筑物的抗震、城市规划的避灾），避灾场所和设施的规划和建设；防灾设施的建设（防洪、防火设施）；城市基础设施的保护（能源、水源的控制），社会服务系统的保卫（通信、广播）；高风险部位（政府、城市、行业的标志性建筑，机场、车站、大型活动等人流、物流密集的场所）的安全防范；生产安全设施的建设和劳动保护；以及传染性疾病的防冶和控制等。安全理论将这些措施称为系统加固。

加固技术、特别是针对特殊威胁的加固技术（设备、方法、设施）是安全技术研究的主要内容。建立预警系统也是一种加固措施，应急反应则是一种临时加固措施。预防是个综合的概念，不仅是技术上的事。还涉及社会的各个部门和各个方面。我国的社会治安综合治理就是一个完整的预防体系（针对治安事件）。

系统加固是长期的、持之以恒的事，要求大家（特别是当权者）具有风险意识，要坚持安全第一的方针、坚持建设与安全（设施）、生产与安全（系统）同时规划、同时施工、同时使用的原则。

3、应急反应体系

安全系统必须具的迅速地反应和控制灾害、事故、事件的能力。显然它是针对紧急报警而言的，它所针对的威胁是不确定的（类型、地点、时间），目标是变化的。应急反应要能有效地控制事态，使其向利于安全的方向转化，要最大限度地减小损失和不良影响。

应急反应系统包括应急反应机制和应急反应的技术支持两部份。所谓应急反应机制是指：在处置紧急事件时、社会各部门的运行方式、协同关系，人力和资源的配置、物资储备和调用；应急预案的制定和启动、现场指挥和决策及平时的管理和演练。应急是高风险、低概率的行动，为保证其有效性、必须时刻作好充分的准备并建立对各种事件（灾害、事故、事件）祥尽的应对预案，如严重自然灾害的紧急求援和减灾，重大活动（奥运会、世博会）的安全保卫，劫机、劫持人质及群体事件的紧急处置等。

应急反应必须有充分的技术支持，包括通信指挥、定位、探测（危险品、生命）监控等技术系统、交通、排险、破拆、生命救助、危险物品处置等装备器材及行动人员的武器和防护装备等。应急反应的有效性与紧急报警（预警）有密切关系的，通常应急反应的指挥系统与报警系统是集为一体的。

要保证反应的有效，必须有足够的技术支持（设备、器材配备），并保证它的时效性，但又要避免过于闲置、资源浪费。因此、进行总体的规划和资源配置，既能满足各部门的（有所差异的）安全要求、又能作到统一指挥、资源共享、共同行动和相互协调是必要的。这就是为什幺国家要求各城市建立统一的应急中心的根本原因。

我国国务院发布的《国家突发公共事件总体应急预案》(以下简称总体预案)是全国应急预案体系的总纲，总体预案共6章，分别为总则、组织体系、运行机制、应急保障、监督管理和附则。

总体预案是明确了各类突发公共事件分级分类和预案框架体系，规定了国务院应对特别重大突发公共事件的组织体系、工作机制等内容，是指导预防和处置各类突发公共事件的规范性文件。

编制总体预案的目的是为了提高政府保障公共安全和处置突发公共事件的能力，最大程度地预防和减少突发公共事件及其造成的损害，保障公众的生命财产安全，维护国家安全和社会稳定，促进经济社会全面、协调、可持续发展。在总体预案中，明确提出了应对各类突发公共事件的六条工作原则：以人为本，减少危害；居安思危，预防为主；统一领导，分级负责；依法规范，加强管理；快速反应，协同应对；依靠科技，提高素质。

总体预案将突发公共事件分为自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件四类。按照各类突发公共事件的性质、严重程度、可控性和影响范围等因素，总体预案将其分为四级，即Ⅰ级(特别重大)、Ⅱ级(重大)、Ⅲ级(较大)和Ⅳ级(一般)。

总体预案适用于涉及跨省级行政区划的，或超出事发地省级人民政府处置能力的特别重大突发公共事件应对工作。总体预案规定，突发公共事件发生后，事发地的省级人民政府或者国务院有关部门在立即报告特别重大、重大突发公共事件信息的同时，要根据职责和规定的权限启动相关应急预案，及时、有效地进行处置，控制事态。必要时，由国务院相关应急指挥机构或国务院工作组统一指挥或指导有关地区、部门开展处置工作。

总体预案规定，国务院是突发公共事件应急管理工作的最高行政领导机构；国务院办公厅设国务院应急管理办公室，履行值守应急、信息汇总和综合协调职责，发挥运转枢纽作用；国务院有关部门依据有关法律、行政法规和各自职责，负责相关类别突发公共事件的应急管理工作；地方各级人民政府是本行政区域突发公共事件应急管理工作的行政领导机构。总体预案对突发公共事件的预测预警、信息报告、应急响应、应急处置、恢复重建及调查评估等机制作了详细规定，并进一步明确了各有关部门在人力、财力、物力及交通运输、医疗卫生、通信等应急保障工作方面的职责。

总体预案要求各地区、各部门做好对人员培训和预案演练工作，抓好面向全社会的宣传教育，切实提高处置突发公共事件的能力，并明确指出突发公共事件应急处置工作实行责任追究制。对突发公共事件应急管理工作中做出突出贡献的先进集体和个人要给予表彰和奖励。对迟报、谎报、瞒报和漏报突发公共事件重要情况及其它失职、渎职行为的，依法对有关责任人给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任。

据了解，国务院各有关部门已编制了国家专项预案和部门预案；全国各省、自治区、直辖市的省级突发公共事件总体应急预案均已编制完成；各地还结合实际编制了专项应急预案和保障预案；许多市(地)、县(市)以及企事业单位也制定了应急预案。

4、评价和标准

安全系统的评价与相关的技术标准是安全技术的基础工作，评估（风险、灾害程度）和评价（技术、系统、效果、价值）是建设安全体系的重要环节。而评估和评价的依据是标准。因此、要加强安全技术（产品）、安全管理、安全服务等各方面标准的研究和制定工作。保证公共安全体系建设的科学化、规范化。必须强调的是：在安全体系中评价是多方面的，包括风险的评估、反应的效果、系统运行的有效性以及具体产品、技术、工程的评价等。这方面我们国家作的很不够，较多地注重产品、工程的评价，忽略了前几种涉及安全系统实效性的评价。如、我们讲安防服务业，那未它的产品形态是什幺，质量标准是什幺，出现争议如何进行仲裁（也是一种评价）。明确了这些，行业才能正常运行，基础工作是制定相应的标准和评价方法，但在这方面我们基本上没有作。

安全产品和技术标准的完善和提高对促进我国安全技术的自主创新，保护自主知识产权，提高市场竞争力和保护我国的安全技术市场是非常重要的，这方面我们已经吃过不少亏。特别是安防技术，基本上没有自主的知识产权，这与安防行业的基础条件和发展过程有关，但与技术标准的落后也有密切的关系，现在、我们还是先有产品，后有标准，而不是标准先行，通过标准实现在技术导向，通过标准引导创新、并保护自己的知识产权。

5、法制建设和宣传教育

公共安全体系的建设必须法律的框架下进行，安全体系要有相应的法律、法规体系作为保障和支持。安全系统建设也必须在法制的环境下进行。这方面有些行业、部门作的较好，有些则很差，很多活动缺少法律的依据。

公共安全体系的运行、特别是应急系统启动时，许多活动会超越平常的规则。如抗非典期间，如果没有相应的法律、法规支持，其行动的有效性和效率就会受到限制，因为紧急不等于乱来，超越常规不是没有限度。因此、要加强应对各种危机的战略、政策的研究、并制定相应的法律、法规，使安全走上法制化的道路。使安全体系的运行更为有效。

通过媒体的宣传、提高信息的透明度和可信度，提高公民的防灾意识和知识，是十分重要的工作，使公众能处乱不惊、处险不惊，具有足够的公德精神和自救、救人的能力，倡导与人为本、保护环境、与自然和谐的发展观和健康文明的生活方式。它是提高公共安全系统的效率、减小灾害损失的重要环节。在预防体系中，各种防灾常识、行动规则的宣传普及和养成占有重要的位置。许多发达国家把防灾知识、自救方法列入基本教育的内容，是值得我们学习的经验。

西药制药工程原理与设备的研究 篇6

1.1 制药工程概括

西药制药工程学研究的首要目标是运用先进的系统设计理念和工程技术手段制造安全、有效和可靠的中药产品, 这从西药物质基础的角度可归结为研发确保西药产品化学组成稳定和均一的制药技术。据此, 西药制药工程学当前急需研究的重大关键技术是:快速有效的过程参数检测和化学物质在线分析手段;高效稳健的药品生产工艺;先进适用的过程优化控制方法和制药装备;科学可靠的全过程质量控制方法。西药制药工程学的研发任务表明, 它涉及药物分析与质量评价、过程分析化学、化学工程与工艺、过程装备与控制、工业仪表与自动控制、计算机应用、工业系统工程等众多学科, 既需要研发各类先进的制药工程方法、工艺和设备;又必须研究西药质控方法和仪器分析技术;还需开发与西药制造过程相关的信号检测技术、数据处理和分析技术、自动控制技术以及各类综合性计算机信息管理系统等。

1.2 技术工艺

目前我国西药生产过程依然是粗放型制造模式, 在制药工程方法和制药工艺方面存在一系列关键共性技术问题急待攻克。

例如, 在药品的提取、分离、浓缩、干燥、制剂、灭菌等制药全过程中, 各步单元制药设备独立运行操作模式仍较为普遍, 尚未达到各单元制药设备间的集成联用与智能化控制, 导致物料转运过程损失、生产效率低等一系列问题;并且因敞口暴露时间较长, 增加了物料污染及有效成分损失等可能性。此外, 由于影响产品质量的制药工艺参数和质控指标 (如温度、时间、压力、体积、流量、湿度、密度、粒度、p H值、有效成分的浓度、混和均匀度、硬度、包衣均匀性等) 缺乏在线检测和分析设备, 没有实现全过程监控, 人工操作的波动因素得不到有效控制, 制药过程参数难以优化, 形成药品质量控制方面的技术盲点, 导致不同生产批次药品间的化学组成差异较大, 质量达不到稳定均一。

2 对制药工程设备的研究分析

随着药品生产质量管理规范 (GMP) 的推行极大地促进了国内制药工业的发展。GMP对直接参与药品生产的制药设备作了指导性的规定:设备的设计、选型、安装应符合生产要求, 易于清洗、消毒和灭菌, 便于生产操作和维修、保养, 并能防止差错和减少污染。新建的和实施GMP改造的药品生产企业都迫切要求购买符合Glff P要求的制药设备。制药设备是否符合制药工艺要求, 怎么样的设备才符合GMP要求, GMP对制药设备在外观、结构设计、材质、检验、在线监测控制、验证技术指标等方面有什么要求等等, 是选择设备时必须明确的重要问题。而制药工艺的复杂性又决定了设备功能的多样化, 制药设备的优劣也主要反映在能否满足使用和洁净环境的适用性上。另外, 制药设备在使用过程中, 如何提高综合利用率、挖掘生产潜力、延长设备使用寿命等, 这些也都成为现代制药企业提升管理水平和增强竞争能力所要研究和解决的问题。因此设备管理如何与GMP管理相适应以确保药品生产的顺利进行, 是企业必须思考和解决的问题。

2.1 设备管理的标准操作规程SOP

在GMP管理的实施中, 一个显著的特点是在实际工作中推行标准操作规程SOP管理, 即在药品生产过程中任何与之相关的工作都必须完全按照SOP进行, 这样, 不但可以提高工作效率, 而且可以避免因人为原因造成工作失误影响药品质量, 在设备管理中推行SOP管理, 可以达到同样的效果。一方面, 在设备日常管理工作中可以规范工作方法, 便于跟踪管理。例如:制药生产设备各种运行记录的填写、收集汇总分析的SOP化, 便于主管领导和生产计划部门对全厂设备运行状况的掌握, 以合理安排全厂的药品生产设备的添置, 申请采购、开箱安装调试、验收等工作的SOP化, 可以提高设备添置的合理性、减少风险, 加强设备的档案管理便于设备的跟踪管理;另一方面, 在设备的生产运行过程中可以规范工人的操作, 提高操作技能。例如, 设各操作的SOP化, 可以提高生产工人对设备的操作技能, 减小生产工人之间的技能差异;设备维修的SOP化, 可以提高维修工的工作效率, 减少设备的停机时间, 确保药品生产顺利进行。

2.2 完善维修管理体系

做好设备维修与管理工作是企业生存与发展的关键, 是企业进行生产活动的物质基础, 直接影响着企业的生产能力、产品质量和生产成本。建立经济责任考核制度, 用科学的管理方法和现代技术管好、用好和修好设备, 使每个员工都能懂得生产靠设备, 设备靠管理, 管理出效益的道理。

2.2.1 认真执行GMP设备管理制度

(1) 加强设备前期管理工作。

工程技术和维修管理人员应从设备安装开始, 根据设备对房屋、基础、水、电、气等技术要求, 进行现场准备, 协助配合设备厂商的技术人员全程参与设备的安装、调试和验收工作.更全面地了解和掌握设备的结构特点、工作原理、性能指标和维护保养方法等, 为编写设备GMP操作文件和管理文件等提供必要的技术资料。提高对设备的熟悉程度。为使用、保养和维护修理奠定基础。

(2) 坚持设备巡查制度。

GMP管理文件中规定了每周、每天的设备巡查制度, 维修与管理人员每周要巡查责任区内的生产及辅助设备, 并记录检查结果, 发现问题应以书面形式报告设备管理部门负责人。巡查内容主要包括:设备润滑情况、设备外观情况、设备运行状态、员工操作设备情况等。车间设备员负责每天的设备巡查工作, 主要检查运行设备的温度、压力和声音等技术参数, 记录检查结果, 发现异常情况, 及时向主管人员报告。

(3) 坚持维修工作记录制度。

GMP管理文件中规定维修人员完成每项设备维修工作时, 都要进行工作记录, 并需单位负责人签字确认。设备保养和维修工作完成后, 应填写检修或保养日期、保养内容、故障现象、故障排除情况、更换元器件名称及型号数量、维修结果等, 维修人员签字。

2.2.2 补充和完善GMP文件

随着现代化制药生产线设备技术水平的不断提高和数量的增加, 对设备维修与管理工作的要求也在不断提高。因此要不断地补充和完善GMP文件内容及设备维修管理标准化操作程序, 充分发挥生产设备的工作效能, 提高生产率, 满足疫苗生产及科研等工作的需要。管理人员在设备安装调试和验收合格后, 应根据设备技术参数及设备运行状况, 及时补充和修改设备维护保养计划, 制定维修人员工作考核和设备运行状况评价标准, 使GMP文件内容更趋合理。

2.2.3 提高维修人员的综合素质

提高维修技能, 维修人员的专业技能的高低, 直接关系到设备的使用寿命、设备的维护周期和正常的管理工作。因此, 加强人员的培训和考核工作是设备管理能否上台阶的重要条件, 通过培训提高维修人员的技术水平, 建立一支稳定的维修队伍, 确保维修质量。通过考核, 提高维修人员的工作积极性和敬业精神。

参考文献

[1]王少杰.应用计算机仿真技术优化制药工艺[J].沈阳医科大学学报, 2008 (1) .

[2]姜红.浅谈新药研发的误区[J].江苏医药, 2008 (10) .

[3]张志国, 曹臣.对521中西药剂型的调查与分析[J].中国药业, 2008 (2) .

[4]刘华本, 陈晓萍, 范元军.制药设备清洁验证的关键步骤[N].医药导报, 2009-05.

材料科学与工程原理 篇7

材料连接原理是焊接技术与工程专业的主干基础理论课之一, 是材料科学与工程、材料成型及控制工程等专业的一门必修课, 以物理化学、材料科学基础、材料力学性能等课程为基础, 概括了原焊接专业的材料连接原理、焊接方法与设备和钎焊、压力焊、高能密度焊等课程的主要内容。学好本课程的目的就是为将来研究和解决具体实际的材料连接问题打下坚实的基础, 为连接工艺的合理制定、连接新技术的开发应用、连接质量的改善和提高等提供理论依据, 为解决工程实际问题打下扎实的理论和实践基础。

一、材料连接原理教学中存在的问题

按照焊接技术与工程专业培养方案, 材料连接原理是该专业学生第一门专业必修课, 整个课程偏重于基本概念和基本理论, 课程理论性较强、内容繁杂知识点多且抽象难懂。传统教学模式是老师采用单一的黑板授课教学, 忽视多媒体辅助教学, 单一的教学手段缺乏图片、影像等动态直观的内容, 老师怎么讲学生就怎么听, 整个课堂氛围处于被动状态, 学生注意力难以集中。同时, 学生在学习过程中普遍反映学习内容多且抽象、有些内容难于理解不容易抓住重点等, 因此学习起来比较吃力。此外, 开设焊接技术与工程专业的本科院校非常少, 与之相关的专业教材、辅助教材、实验指导书、习题库等资料非常匮乏, 加上更新速度慢, 严重地制约了教学效果的充分实现。

二、材料连接原理课程改革与教学探索

针对目前教学模式存在的问题, 结合“材料连接原理”课程的特点, 笔者对该课程的教学方法、实验教学、教学过程考核等环节进行了研究和探索, 提出了一系列具体的实施方案。

1. 改进教学方法。

师者, 传道授业解惑也。作为专业教师, 不仅要将自己的专业知识传授给学生, 自身也要不断地努力学习。通过督导听课、同行评价、课程观摩等教研活动不断总结经验提高教学水平, 不断尝试教学模式, 注意课件的更新, 针对学生的学习能力及时调整教学内容, 激发学生的学习兴趣, 将先进的科研成果融入到教学环节中开阔学生的视野。传统的板书授课有利于增加课堂教学的机动性, 有利于强化教学内容的逻辑性、学生课堂笔记的条理性, 有利于拓宽学生学习的思维性。而现代多媒体教学手段, 尤其对于课程中抽象的、枯燥的学习内容通过PPT的图形、动画等表现形式而变得直观, 大大增强了学生学习兴趣。在实践教学中, 可根据教学内容适当地选用板书、多媒体, 或者两者相结合, 提高课堂教学效果。

同时, 结合授课计划, 对教学过程中的某些研究课题, 要求学生课后通过互联网、专业图书、科研论文等方式查阅与之相关的新方法、新技术、新理论研究动态, 分门别类进行归纳总结, 以大作业或演讲报告的形式完成, 激发学生学习兴趣和主动获取科研动态的方法, 提高学生独立进行科研工作的能力和水平。例如, 将铝合金搅拌摩擦焊缝超声相控阵检测技术的最新研究成果引入到材料连接原理课程体系中, 将高强钢铝合金激光焊接裂纹形成机理和裂纹预防控制措施的研究成果纳入材料连接原理课程教学实验中。应避免过去满堂灌输的教学方法, 积极尝试启发式、案例式、讨论式等能激发学生潜力的教学模式, 尽可能调动学生学习的积极性和主动性。

2. 强化实验教学。

实验教学的目的是为了让学生更透彻地掌握课堂传授的理论基础知识, 更好地培养学生思考问题、分析问题动手解决问题的能力, 培养本科生踏实认真地做科研实验的能力, 为后续学习工作打下夯实的基础。但是, 由于目前材料连接原理的课程学时不足, 开设的实验教学内容多数是演示性、认知性的内容, 局限于理论的验证, 简单重复的内容偏多, 学生参与性的较少。千篇一律的演示性实验往往难以引起学生们学习兴趣, 多数学生只是为了应付了事被动地接受老师安排好的实验, 实验过程走走过场, 学生的动手能力和解决问题能力未能达到实验要求。

针对这一现状, 首先我们在实验教学内容注重选择, 筛选出最具特点的、最核心的实践内容。注重追踪连接技术的发展动态, 把新的实验方法和焊接设备引入实验教学之中。其次在实验过程中, 要求学生实验前预习实验内容, 减少每组的实验人数尽量划分多组, 使每位学生都能多动手、多实践、多思考, 实验过程中教师就学生们遇到的共性问题进行讲解, 有效地将实验教学和理论教学结合起来。再者, 建立实验课程的信息反馈机制, 学生可根据实际情况提出自己的想法, 切实可行的建议将被采纳实施。此外, 开发计算机有限元数值模拟实验, 使实验内容紧扣课程的基本理论知识, 有助于培养学生扎实的数值模拟分析能力和创新能力。例如, 讲到不同材料焊接接头组织和性能知识点时, 可以进行计算机数值模拟实验, 输入一定的焊接材料、焊接方法、焊接设备、焊接工艺参数, 模拟不同材料焊接过程中获得的组织, 让学生整理出他们认为的最合适的焊接工艺参数。通过有限元数值模拟结果的综合分析, 学生能够提出进一步的优化工艺, 从而充分调动了学生学习的主动性和积极性, 不断激发学生的创新意识。

3. 重视教学过程考核。

传统的期末考核过于侧重于教材内容的考评, 不注重教学过程考核, 这种简单粗放的考核方式无法体现教学过程的互动过程, 忽视了教学过程中老师对学生潜移默化的作用, 学生往往通过对教材的突击学习, 就能通过考试完成考评目标。采用过程化考核方式, 可将教师的课堂教学效果、学生的课堂表现、课后习题及参加实验等情况均纳入考核范围, 从而有效提高教与学的互动性, 提高学生学习的积极性和主动性。过程化考核是对教学过程进行分阶段、多形式、多方面的考核, 通过对教师督导听课、同行评价、布置作业、作业批阅、课后答疑、实验指导等数据实时记录, 从而有效对教师的“教”进行监管。同时, 实行课堂考勤、课间提问、课后让学生完成一定量的习题、记录学生作业与实验状况、了解学生对知识要点难点掌握程度等, 对学生“学”的积极性、兴趣性、学习能力进行及时跟踪和评价, 及时调整教学内容和方式引导学生自觉、主动地学习、进而提高学生的学习成绩。

三、结语

综上所述, 焊接技术与工程的人才培养目标决定了材料连接原理课程教学过程的重要性, 教师在教学实践中始终坚持以学生为本, 加强“教”与“学”的互动, 自身不断学习先进的教学理念, 积极改善课堂教学方法, 采用教学过程化考核, 及时将自己最新科研成果融入到课堂教学环节中, 充分调动学生学习的积极性和主动性, 切实地提高材料连接原理课程的教学水平, 保障课堂教学效果。

参考文献

[1]刘会杰.焊接冶金学课程改革与教学实践[J].焊接, 2010, (10) :1-3.

[2]王永东, 赵霞, 郑光海, 朱艳, 管晓光.应用型本科焊接冶金学课程教学方法改革[J].中国冶金教育, 2013, (6) :12-14.

[3]秦优琼, 任江伟, 李东.基于网络教学综合平台的焊接冶金学课程教学改革初探[J].课程教育研究, 2014, (8) :252.

[4]李柏茹, 王永东, 刘兴, 朱艳, 孟君晟, 管晓光.多媒体技术在焊接冶金学课堂教学中的应用[J].中国冶金教育, 2015, (1) :16-17.

谈工程概预算的管理任务与原理 篇8

1 工程概预算管理的任务

工程概预算管理的基本任务, 是以最少的资金投入, 实现项目建设目标, 即达到投资最省、工期最短、质量最高、收效最快的经济效果。

概预算管理是一个系统的过程, 必须进行全方位、全过程的有效控制, 甚至渗透到工序性的的全员主动控制。所谓全过程控制必须是从项目建设的意向开始, 到竣工验收、竣工决算的投资管理全过程。其主要工作内容有:

(1) 做好建设项目的科学决策和投资估算。

(2) 选择好设计单位, 促进优化设计, 编制好设计总概算和施工图预算, 加强概预算实施中的投资目标综合控制。

(3) 做好设备物资的采购供应管理, 尽可能降低设备物资的投入费用。

(4) 有效地利用招投标竞争手段, 寻求合理的建筑安装工程合同价格, 做好施工阶段的投资控制。

(5) 严格执行交工竣工验收制度, 搞好竣工结算和竣工决算, 管好建设项目最后建设阶段的投资控制或施工企业的内部核算。

(6) 加强概预算管理的基础工作, 建立和健全概预算管理责任制度, 强化对概预算定额的管理和工作量的计划统计, 完善建设项目经济核算机制, 以及做好概预算管理的宣传教育与人才培养工作等。

2 工程概预算管理的基本原理

2.1 概预算管理的原则

2.1.1 投资经济效益第一, 讲求经济、合理、实效的原则;

2.1.2 节约、挖潜, 运用新材料、新技术、新工艺, 节约能源, 优化配置的原则;

2.1.3 技术是第一生产力, 技术与经济结合的原则;

2.1.4 全过程性、全面性、全员性动态控制的原则;

2.1.5 统一领导, 分级管理, 责、权、利相结合的原则;

2.1.6“先算后做”, 实行全面经济核算的原则。

2.2 全过程分阶段的管理

概预算管理和控制是对建设项目进行项目管理的重要内容。它将贯穿于建设项目投资管理各个阶段的全过程。在拟建项目的投资决策阶段, 虽说概预算工作尚未开始, 但这并不意味着与概预算管理无关。恰恰相反, 投资估算对项目设计和总概算总额目标的确定, 起着决定性的作用。从实质上讲, 投资估算是编制概预算和控制概预算目标的重要依据, 或者说它是概预算目标的预先控制阶段。在此以后的设计阶段, 项目发包设备物资与建筑安装工程阶段及竣工验收以及最终的决算阶段, 都将与概预算的编制和管理有着紧密的联系, 必须按照计划、实施、检查、处理循环的实施过程, 有效地管理建设实施费用的发生。

2.3 概预算控制目标的设置与分解

现代控制论的基本论点是用合适的方法、手段去优化和实现预定的目标。显然, 控制就必须以目标为前提, 没有预定的目标, 就谈不上控制。在我国解放后长时期的基本建设中, 特别是“一五”计划时期以后, 按照“三算”对比的程序分析, 不少建设项目处于一算高于一算的失控状态, 其结果使宏观失控, 微观失调, 严重影响投资效益的提高。这类问题的存在, 虽然原因很多, 然而没有真正把概预算投资目标作为建设项目管理的重要目标来管理, 则是最主要、最基本的原因。由于概预算投资额目标的设置和管理, 对国家经济宏观调控和固定资产项目建设效益的提高有着极其重要的意义, 必须把总概算目标作为首要的管理目标。

概预算目标是一个复杂的目标体系。既有概预算投资金额总目标, 又有分目标, 并且无论是投资金额总目标, 还是分目标, 它们又都是综合性目标, 都可以按照投资估算、设计概算、施工图预算等不同的编制对象和费用内容, 以及不同的编制、实施阶段, 设置各项具体的费用控制目标。

按编制对象划分, 可针对建设项目、单项工程、单位工程、分部工程, 以至分项工程来设置各项具体费用目标。按编制内容划分, 可针对不同类概预算的费用内容来设立各项具体费用目标。例如, 对一般土建单位工程, 可以设置该项工程直接费与间接费等费用目标, 其直接费又可细分为“工、料、机”三项费用等。按概预算编制与实施阶段划分, 又可分为投资估算、设计总概算、施工图预算、承包合同价和工程结算与工程决算等阶段, 或者按照基本建设程序来划分工程造价管理的各阶段, 相应设置费用总目标、费用分目标等。

2.4 概预算控制方法论

概预算控制方法也和对其他问题的控制一样, 可以分为事前控制、事中控制、事后控制和自我控制。这四种控制方法, 并存于概预算目标控制之中。事前控制与自我控制最优, 均属于主动控制。特别是自我控制强调发挥人的主观能动性, 即强调与概预算目标实施相关的每个技术人员与管理工作人员和作业人员, 竭尽全力来保证个人责任目标的优化和实现, 以个人责任目标保证上一级目标的优化和实现, 在全过程、全面和全员性目标实践中, 最终优化和实现概预算总目标, 尽可能防止目标的偏差和扩大。但是, 任何目标在实践过程中都很难避免不会出现目标偏差。因此, 还必须借助于事中控制程序和方法, 使目标偏差减到最小程度。当目标偏差出现后, 又要借助于事后控制程序和方法, 对发生的偏差进行全面的分析, 找到出现偏差的原因, 并制定相应的纠偏措施, 以改善控制状态, 使事态朝着预定的目标方向发展。

此外, 概预算目标控制的基础是信息, 即概预算计划目标值与发生的实际目标值等。一切信息的传递都是为了控制, 而任何控制又都是通过信息反馈来实现。所谓反馈, 是指一个系统把信息输送出去, 又将其发生的结果输送回来。反馈是实现有效控制的必要条件和手段。

3 结论

我国人口多, 底子薄, 建设资金有限, 而必须进行的建设工作面广量大, 供需矛盾尤为突出, 而且, 在当前的经济建设中, 浪费国家资源和资金的现象还相当普遍。因此, 如何用好有限的资金和资源, 加强工程概预算管理, 对缓解和改善国家建设资金需求巨大与供给有限的矛盾, 对不断提高建设项目投资效益, 促进全社会各行业降低生产成本, 提高生产效率和产品质量, 对不断改善城镇人民居住条件, 推进住房商品化改革的发展, 对强化建设者和工程技术人员的经济观念, 改善基本建设、设计、采购供应、施工的科学管理与经济核算, 都有重要的意义。

摘要：工程概预算是一个固定资产投资的计划价格体系, 并且具有单件定价和多次计价的特征。显然, 工程概预算管理是一个动态的综合管理的复杂过程, 必须注重工程造价管理的科学性。

关键词：工程,概预算,管理,任务,原理

参考文献

[1]刘艳平.探析概预算编制质量对工程造价的影响[J].现代经济信息, 2010 (11) .

基因工程原理与技术教学改革初探 篇9

进入新世纪以来,随着人类基因组计划的完成和基因敲除动物、干细胞等研究热点的不断涌现,基因工程技术发展日新月异,它的发展极大地促进了生物与医学相关学科的发展。对于生物工程专业的学生来说,无论以后是继续深造或就业,对其基因工程技术的掌握程度都提出了更高的要求。目前,国内各高校都加强了对基因工程课程的重视程度,对新的教学内容和方法的探索不断涌现。东南大学医学院生化课题组为了满足大学生的求知需求和未来发展的需要,紧跟科技发展前沿,适应新的形势,从教学内容优化、教学手段和方法创新以及实验操作改进等方面对《 《 基基因因工工程原理与技术》课程的改革进行了探索。

1优化教学内容

1.1教材选择

基因工程理论知识及实践技术发展日新月异,国内外知识侧重点不同的新版教材不断出版,最近出版的有:刘志国主编的《基因工程原理与技术》(化学工业出版社,第2版)、邹克琴等编著的《基因工程原理和技术》(浙江大学出版社,第1版)、刘亮伟、陈红歌等主编的《基因工程原理与实验指导》(中国轻工业出版社,第1版)、陈宏主编的《基因工程原理与应用》(中国农业出版社,第1版)等,基本理论内容大致相同,实际应用部分的偏重点有所不同。东南大学医学院生化学系编撰了《高级生物化学与分子生物学实验教程》［２］。本书是在我们多年使用的研究生高级生物化学与分子生物学技术讲义的基础上,经修订和改编而成,内容分为前后两个部分互为呼应。前一部分扼要介绍常用的生物化学与分子生物学的基础理论和实验方法,包括离心、 电泳、层析、基因工程、基因文库的构建、PCR、DNA的制备及分析、RNA的制备及分析等。后一部分是实验部分,包括蛋白的定量、PCR、基因工程、血清白蛋白的分离纯化、酶的分离及比活的测定、Western印迹、 Southern杂交等。本教材涵盖了基因工程的基本原理和具体实验方法,篇幅适宜于本科生,结构安排合理,条理思路清晰,基础理论与应用开发成果结合较好,在使用过程中得到本科学生的认可。

基因工程学科发展非常迅速,相关领域的最新发现往往发表在英文权威学术期刊上,国际学术会议上通常都用英语进行交流,掌握相关的英语专业词汇显得非常重要。因此,在中文教材的基础上,我们推荐学生使用剑桥大学出版社的An Introduction to Genetic Engineering。这是一本针对本科生的教材,由西苏格兰大学的Des Nicholl博士编撰。这本教材分为三个部分:基因工程相关分子生物学技术介绍、基因操作的基本方法和基因工程的应用。另外,推荐发表在国际权威学术杂志上的与本课程相关的研究论文作为授课教材,使教学内容与实际发展相结合,以开阔学生的视野与思路,激发学生的发散性思维。

1.2知识结构重点

基因工程处于生命科学的最前沿,是现代分子生物技术的核心和重点。基因工程这门课程主要包括 “基因工程”理论、“分子克隆实验技术”及“基因工程应用”教学三部分。基因工程在介绍基础理论的同时,融入最新的科研进展,例如转基因和基因剔除小鼠建立、 干细胞与iPS细胞、CRISPR/Cas9靶向基因编辑技术、转基因食品的安全性及伦理、合成生物学等,使学生及时了解世界的前沿知识。基因工程理论部分的重点是基因工程的基本概念、基本原理和发展历史。分子克隆实验技术部分主要介绍了分子克隆的概念、工具酶、载体、构建重组载体的基本步骤、重组载体转入宿主细胞的方法以及如何筛选重组体。基因工程应用部分主要讲授基因工程原理与技术在医学、农业、工业和科学研究中实际应用的实例和面临的现实问题。几个部分有机结合,构成了完整的知识结构。目前基因工程原理与技术广泛应用于基因修饰改造、克隆动物、 新药开发和临床诊断等领域,东南大学生物工程专业本科生毕业后以考研、出国深造为主,就业以生物制药企业、科研单位、医院等为主要渠道。伴随基因工程在科研和实际生产中的广泛应用,《基因工程原理和技术》课程给予学生的全方位的训练对学生将来的就业和深造有着积极的意义。

2教学手段和方法创新

《基因工程原理与技术》课程理论和实践相互结合,相互印证,理论部分是对实验部分的阐释和概括, 实验又是对理论的验证和补充。教学中如何改变原有的“满堂灌“和单一考试的教学模式,科学统筹、合理安排、巧妙布局,既能强化学生对基因工程及分子生物学等相关课程理论知识的理解,又能提升学生的思维能力、研究能力、动手能力和创新能力,从而达到培养专业素养好、综合素质高的优秀生物工程专业高素质人才的培养目标,这需要教学手段和方法的创新。

2.1 PBL教学法

PBL(Problem-based Learning,简称PBL,也称作问题式学习),是一套设计学习情境的以学生为主体的典型教学方法［３］。它以问题为导向,最早起源于20世纪50年代的医学教育,是近年来教育工作者一直关注和研究的有效教学方法。东南大学医学院是国内最早将PBL教学法在教学中应用的医学院之一,目前已经建立成熟的教师培训体系和授课模式。本课题组成员接受了学院组织的严格PBL教学培训,并取得了PBL授课资格。在《基因工程原理与技术》课程中,任课教师应用PBL教学法,最大限度地调动学生思维优势和主动性,培养和提高学生的创新能力。在教学实际操作中,教师根据教学内容,抛出各种有意义的问题,比如如何直观看到蛋白的存在?如何对蛋白在细胞内的定位进行分析?如何在体外大量表达蛋白?蛋白表达是选择真核还是原核表达体系?采用启发式教学、互动式、归纳式教学,引导和鼓励学生思考和探索,从而通过学生自己的积极思维掌握知识重点、难点。课外, 学生按照要求,分组完成小组作业、文献阅读心得,并且组织了讨论。在教学实践中发现,将PBL教学法引入基因工程原理与技术课堂,能够有效地变学生被动填鸭式、接受式学习为主动探索式学习,有利于学生主动掌握知识,提高了学生的探索和创新能力,此法特别对以继续深造从事科学研究为志向的生物工程相关专业学生有更为重要的意义。

2.2多媒体教学法

近几年的大学生都是1990年代后期出生,动画、 Flash等新的媒体方式对他们来说更容易理解和领悟,也更受喜爱和富有吸引力。课程改革抓住当代大学生的这一特点,灵活应用多媒体教学法,一方面,任课教师在备课时大量制作内容丰富、色彩鲜明、表现形式多样的动画、Flash等,利用多媒体动态呈现并配合PBL教学方法的应用,采用探索、引导的方法,把教学中重点、难点内容简易化,把难以理解的内容形象化、 生动化,帮助学生理解和掌握复制、转录、翻译、基因重组、转化、筛选、鉴定等难以理解的技术原理和发生过程;另一方面,鼓励学生自己搜集与课程及专业前沿知识相关的动画、Flash,在课堂上予以展示,实践中发现学生对此方式颇感兴趣。多媒体教学法弥补了《基因工程原理与技术》课程中一些原理、技术抽象和难以理解与记忆的缺陷,将声音、图像、视频融为一体,生动鲜活,表现形式多样,将抽象的理论知识以简单、形象的方式展现在学生面前,增强了课程的吸引力和感染力, 激发了学生浓厚的学习兴趣。

2.3利用丰富的网络资源

当代大学生是伴随网络成长起来的“网络土著”, 他们的生活几乎一刻也离不开手机和网络。网络资源为教师教学和学生学习提供了更为丰富的资源和便捷的途径。在《基因工程原理与技术》课程改革中,教师试图改变传统的“照本宣科”的教学方法,教学不局限于教材内容,做到“源于教材,而高于教材”,灵活利用网络资源,为学生提供更为广阔的视野和便捷的获取新资讯的途径。一是获取最新的国外知名大学的课件、网络课堂供学生学习,必要时进行讲解和提升,让学生立足国内课堂,却能了解世界前沿的专业知识。 二是将课件和重点、难点内容放在QQ群里供学生下载和考前复习、查阅,将网络资源综合利用,形成一个班级专业知识库。学生也可以在微信群里讨论、提问, 教师则积极引导、答疑解惑。三是利用微信、QQ群等,将专业前沿的新发现、新亮点、研究动向发布和公开,供学生学习和探索。现在有很多提供前沿科研知识的公共微信号,例如Medsci、解螺旋、中国生物技术网、实验万事屋、生物探索、赛先生等,教师将这些提供给学生,以学生关注的、时尚潮流的方式传递给学生最新的基因工程原理与技术的相关信息。

2.4双语教学法的融入

基因工程学科发展非常迅速,相关领域的最新发现往往发表在英文国际权威学术期刊上,国际学术会议通常也都是用英语进行学术交流,因此掌握相关的英语专业词汇显得非常重要。

将外文教材融入教学之中。除了采用我们生物化学与分子生物学系主编的《高级生物化学与分子生物学实验教程》作为授课用教材外,还引入剑桥大学出版社出版的《An Introduction to Genetic Engineering》。本书分为3个部分(分子生物学基础理论、基因操作方法和基因工程应用),共15章,分别是1Introduction;2 Introducing molecular biology;3 Working with nu- cleic acids;4The tools of the trade;5 Host cells and vectors;6Cloning strategies;7The polymerase chain reaction;8Selection,screening and analysis of recombinants; 9 Bioinformatics; 10 Understanding genes,genomes and ‘otheromes’;瑏瑡Genetic engi- neering and biotechnology;瑏瑢Medical and forensic applications of gene manipulation; 瑏瑣Transgenic plants and animals;瑏瑤The other sort of cloning;瑏瑥Brave new world or genetic nightmare。涵盖了从基础的分子生物学理论知识,实际操作方法(宿主细胞和载体,克隆策略,PCR,选择、筛选和分析重组体,生物信息学)以及现实应用(基因组学和其他组学,基因工程和生物工程,医学与法学上的应用、转基因动物与植物)的各个方面,另外对目前引起广泛关注的转基因技术是建立了美丽新世界(Brave new world)还是噩梦(genetic nightmare)进行了讨论。让学生在学习技术知识的同时,对科技的新发现能积极关注,对社会热点问题有科学判断。

引入外文科研论文。学生平时的学习大多局限于从课本中获取知识。而进入课本的经典理论大多已经发现很多年了,基因工程又是发展日新月异的学科,新理论、新观点和新方法层出不穷。这就要求学生要紧跟科研前沿,而最新的高水平的英文论文代表了科研的热点和发展方向。在课堂上传授给学生文献检索的基本方法和渠道,例如PUBMED数据库、Highwire数据库等。选出发表在Nature、Science等一流学术杂志上的与课程密切相关的论文予以精细解读。另外,详细讲解本课题组发表在SCI收录的国际杂志上的文章,让学生体会如何发现和解决问题,形成科学的思维方式。

在课堂讲授、实验报告撰写和考试环节融入双语教学。在课堂授课过程中,尽量多采用英文课件和讲授,特别要把重要内容的英文名称和实验步骤的中英文描述方式都在课件中展示给学生。鼓励学生以英文学术论文的形式完成实验报告,这将对其阅读文献、理解文献能力有很大帮助,同时也使其具有跟踪前沿学术动态的自主学习能力。课程考核(分理论部分和实验部分)加入英文考核方式,考察学生领会实验重点和实验步骤及英语表达实验过程的情况。

实际教学中,由于课程课时安排紧凑,学生的外语水平参差不齐,全英文教学有一部分学生反映有较大压力。因此我们在教学中以英文课件为主,对核心词汇、主要专业词汇进行中文标注,重要概念、原理等知识点附注中英文对照解释,每节、每章结束后教师再进行一次中文小结,以利于学生理解和吸收。教师授课过程中的语言选择,则根据学生的接受水平,中文、英文适度使用,此消彼长,必要时可以重复或者跳跃,使学生既能丰富专业英语词汇,又能牢固掌握专业知识, 并通过双语教学,提高阅读专业书报、听说专业资讯的能力。

3实验操作改革

之前此课程教学的实验环节,存在封闭性、片面性和不连续性等弊端。例如:教师告诉学生要表达的是一种外源蛋白,而学生不知道要表达的蛋白是什么,为什么要表达该蛋白质。这使得学生无法充分理解基因工程技术的重要意义。另外,之前的实验中,扩增基因的步骤由教师代为完成,学生只是从连接开始,实验并非从头开始,割裂了基因工程流程的延续性。因此有必要对实验内容进行适当优化。实验操作改革的项目主要有:

(1)引入绿色荧光蛋白这一在生物医学领域有突破意义的蛋白质。绿色荧光蛋白(Green Fluorescence Protein,GFP)是一种最早在大西洋维多利亚多管发光水母(Aequorea victoria)中发现的238个氨基酸的蛋白质。在蓝色波长范围的光线激发下,会发出绿色萤光。GFP蛋白因分子量较小,且容易在荧光显微镜下观察,通常在科学研究中要将研究蛋白与GFP相连接,从而变得易于观察和检测,因此它是一种重要的示踪分子标记。2008年美国Woods Hole海洋生物学实验室的Osamu Shimomura、哥伦比亚大学的Marin Chalfie和加州大学圣地亚哥分校的Roger Y.Tsien因发现并发展了GFP而获得诺贝尔化学奖［４］。目前在蛋白质功能研究、细胞信号转导与疾病发生研究、药物筛选、转基因动物等众多基因工程领域有广泛应用。

(2)从PCR扩增目的基因开始,增强实验的连续性。在之前开展的实验中,学生只是从现成的样品开始进行连接。这使得他们不知道扩增的是什么基因, 如何扩增,无法让他们充分理解基因工程技术的重要意义。而我们选用的从PCR扩增GFP基因开始,该基因功能明确显著,在荧光显微镜下可看到绿色的荧光,形象直观,可以激发学生的学习兴趣,体现出基因工程技术的巨大作用。

(3)增加了真核细胞表达体系的内容。之前基因工程原理与技术试验中,重组质粒只是在原核生物———大肠杆菌中表达。真核细胞表达蛋白质,可对外源蛋白进行糖基化等翻译后的修饰过程,使得蛋白质具有相应生物学活性。通过细胞转染构建好的重组质粒,在真核细胞中表达GFP蛋白。让学生在掌握真核、原核两种表达体系相关技术的同时,加深对穿梭载体这一重要概念的认识。

(4)增加了RNA抽提、RT-PCR和Western blot检测技术。之前对重组蛋白表达的检测仅采用聚丙烯酰胺凝胶电泳后的考马斯亮蓝染色,不够精确和严密。 一方面通过TRIZOL裂解细胞,收集RNA,经过反转录以后进行PCR检测,观察GFP mRNA水平,阐明质粒在细胞内转录出了大量的目的基因。另一方面, 通过收集蛋白电泳,将蛋白转移到PVDF膜上,加入抗GFP蛋白的一抗和相应二抗,显色以后在X光片上可观察到GFP蛋白的条带。该方法特异性高,稳定性好,重复性高。RT-PCR和Western blot检测技术二者相互印证,在不同层次阐明基因表达水平,在生物及医学领域被广泛采用,成为了研究的重要手段。

通过实验操作的改革,使学生熟悉从分子到细胞到功能的研究方法,这正是生物医学领域分析解决问题的基本路径。另外,将分子克隆技术与细胞培养、转染、蛋白表达和功能检测有机结合,使学生掌握了崭新的紧跟时代的技术和方法,以后不管是对深造还是就业都大有裨益。

4结论

实践证明我们对《基因工程原理与技术》这门课程的改革和创新是及时和必要的,改革能调动学生对该课程的学习和实验的浓厚兴趣,引导学生更牢固地掌握专业知识,拓宽知识面,增强动手能力、实践能力和创新能力,提升综合素质,从而达到提高教学质量,培养全球化、复合型、具有较高综合素质和较强国际视野的专业人才的目的。

摘要：基因工程是现代生命科学的核心,《基因工程原理与技术》是医学院生物工程专业本科生必须掌握的一门理论性和实践性都较强的基础课程。为更好地培养全球化、复合型、具有较高综合素质和较强国际视野的本科生,本课题组从2013年开始对《基因工程原理与技术》这门课程实行教学改革探索,取得了一定的成效。本文从教学内容优化、教学方法和手段革新、实验设计变革等几个方面对《基因工程原理与技术》课程的教学改革探索进行初步总结。

材料科学与工程原理 篇10

关键词：材料成形原理,教学方法,创新能力,改革与创新

“材料成形原理”课程是普通高等院校“材料成形及控制工程”专业的必修课,也是许多高校金属材料工程、热加工以及机械、船舶等工程专业的一门基础课程,在材料、机械和近机类学科中具有重要的地位。学好该门课程有利于培养学生运用科学问题解决工程实践问题的能力,实现专业知识与工业技术有机结合,为学生进一步的深造或者工作打下扎实的基础。

“材料成形原理”课程是讲授金属和非金属零件及其毛坯成形过程、原理及特点的一门基础课程,也是学生掌握工业产品生产知识技能必修的重要课程。因此,作为本科及研究生最重要的一门专业基础课程,为了更好地培养理论基础扎实的创新型人才,有必要在教学方法、教学实践中进行深入的探索、研究、改革和创新。

一、本课程的特点

要让学生学好“材料成形原理”这门课程,首先是老师和学生必须知道这门课程的目标,即老师要深入地了解教学大纲,了解课程所需讲授的知识和学生所需掌握的程度,讲授的过程中做到有的放矢,在第一节课堂就要让学生对这门课程充满兴趣,循循善诱,不断地激发学生的求知欲望。这门课程主要包括四个板块的内容:第一部分,金属的液态成形理论,该部分内容主要让学生了解液态金属的结构和性质,铸件形成过程中的基本凝固理论,对铸件宏观凝固组织的形成与控制以及金属结晶理论,掌握以固溶体、共晶和包晶三种基本合金组织形式为例进行的分析和数学处理方法。第二部分,金属的塑性成形理论,本部分目标是让学生了解金属塑性成形的内在规律和物理本质,掌握金属塑性成形的物理基础和力学基础理论。第三部分,金属的连接成形原理,该部分内容承接金属的凝固理论和固态相变知识,学生需要掌握焊接过程中的冶金物理本质,并了解焊接质量控制的影响因素。第四部分,粉末冶金成形原理,该部分教学目标是让学生了解粉末冶金基本原理与基本技术,粉末冶金研究新材料方法的特殊性。四个板块的内容及相互独立又具有相互关联性。

二、教学方法探讨与实践体会

在教学过程中,如何让学生融入课堂,如果没有精心地组织教学,学生在课堂上感受到的是抽象和枯燥的教学内容,很难在课堂上长时间地保持注意力集中,紧跟老师的思路来进行思考,从而有效地理解和掌握课程内容,更谈不上运用理论知识去分析工程技术中遇到的问题。

1.合理设置问题,加强互动,重视知识点的串联,形成知识体系。要让学生学好本门课程,首先要让学生喜欢这门课程,因此必须激发学生的学习兴趣和求知欲望,而激发学生学习兴趣和求知欲望最好的一个办法是根据课程内容进行合理的提问,合理的问题需要教师根据教学内容展开,用问题来串联知识点,驱动课程知识点的前后呼应。问题的设置既要通俗易懂,又要达到温故而知新的目的。通过提问,一方面加强了与学生的互动,另一方面问题可以吸引同学的注意力,造成一个一个新的兴奋点来刺激学生的大脑,使课堂始终处于活跃状态。

对于提问时间和问题的内容必须合理设置才能达到以上目的。提问的时间一般选择在某一知识点的讲授之前或者在学生学习思维疲倦的时间段。问题内容可以集中于知识点的承上启下上,譬如对不同晶体结构中的滑移系数量的提问,引入塑性变形的物理本质,引导学生思考影响金属塑性的原因,进一步地讲授本课程所涉及的塑性表征方法时,还能够让学生将材料科学基础中学到的晶体缺陷知识与本门课程密切地结合;又或通过对Schmid定律涉及的模型及内容提问,可以自然地引入本课程中涉及的Trease屈服准则。这种提问与引导的教学方式,更深层的意义也在于让学生切实体会到学科知识并不是相互脱节,而是具有严密的体系性。问题的设置也可以通过预设包袱的形式出现,问题的答案学生往往在课堂知识讲解过程中进行总结归纳得到,这个提问方式体现了对讲授知识内容的合理引导引导。

2.发挥多种教学手段的优势,形成立体化教学。现代战争,讲究的是海陆空的立体攻击手段。同样,在教学改革中,我们也可以通过多种教学手段的合作,巩固学生对知识点的长效记忆,提升学生的理解和想象力。手写教案,制作优美、新颖的幻灯片,进行适当的板书,对于提高教学的效率也有非常重要的意义。在现代教学中很多老师过分依赖幻灯片,甚至已经遗忘了手写教案这一传统的教学环节。实际上,手写教案不仅可以加深教师对于课程知识的理解,编排课程讲授的顺序,提炼课程的难点,加深对知识点的记忆,而且能够使教师脱离书本侃侃而谈,获得学生的认可。制作优美、新颖的幻灯片不仅可以形成视觉冲击力,增加教学容量,也可将抽象的模型具体化,如在讲解金属变形过程中的应力空间时,如果不借助图形在幻灯片中的描述,任何一个老师也是没有办法形象地将本知识点讲解清楚。同样的,FLASH动画对于理论机制的讲解具有重要意义,譬如抽象的凝固过程中,FLASH动画完全可以形象描绘出原子的排列和结晶的规律。此外,激情讲解过程中适当的板书能够及时补充语言难以表达的知识,通过板书推导一些经典公式,能够提高学生的记忆效果,达到其他教学方式无法达到的效果。

3.生动描述学科经典案例和发展前沿,激发学生学习兴趣。在材料成形理论这门课程中,对经典试验的讲解也有特殊的意义。故事性的讲诉既可以提高学生的学习兴趣,也能启发学生理解科学发展的基本规律。比如对1912年卡尔曼的大理石和红砂石压缩试验叙述能够直接说明应力状态对塑性的影响;在讲解Mises屈服准备和Trease屈服准则的差异时,也可以先引入1926年Lode对铝、铜、软钢薄壁管的复合加载试验。

在对某一知识点讲解时,如果结合科技发展前沿问题进行探讨,不仅能够培养学生的工程实践能力,也能提高学生的思考能力。同样的例子,在讲解应力状态对塑性的影响时,引入等通道转角挤压这一类新塑性加工技术的讲解,介绍这种新技术出现、发展的历程,结合讲授知识点解释改善塑性的原理,将极高地提升本科及研究生的科研素养。

4.培养学生自主学习独立思考能力,提升学生科学素养。“材料成形原理”这门课程虽然是一门基础课程,但其理论知识的发展与现代工业技术的发展比较而言,其更新程度很慢,为了让学生能够与时俱进,融入科学发展的洪流中,有必要培养学生自主学习独立思考能力,实现学生科学素养的培养。

为了实现综合能力和科学素养的提升,必须鼓励让学生将所学知识融合贯通。目前,课堂上常用的一种引导模式是让学生构思基础知识和专业知识的思维导图,在图形的绘制中,可以帮助学生发散思维,构建学科体系。其次,要求学生查阅成形知识相关的新技术、新理论文献,特别是国外先进技术的情报收集与整理,并制作精美的ppt进行讲座交流,对于提升学生的学习能力也具有重要意义。

三、注重实践教学环节,培养学生创新能力

材料成形原理是一门以科学研究为基础、工程应用为背景的课程,但很多高校在教学过程中并不开设试验教学环节,这并不利于夯实学生的基本理论知识,对于提升本门课程的教学效果也是一个遗憾。适当地增设如凝固过程中组织的控制试验、焊接金相组织的演示实验等实验教学环节,增加综合性试验,能够培养学生加工设计和实际工作能力。

为了让学生深入课堂,将理论知识带入工业生产,最好的一种长效机制是建立实习实训基地或者教育创新基地,让学生参与到产品的设计及制造过程中去,通过具体的产品设计,让学生对理论原理、理论知识产生理性的、直观的理解,并最终实现理论知识与实际生产技术的融会贯通,激发学生的思考能力、动手能力、工程实践与创新能力。

总而言之,理论基础课程不仅仅是向学生介绍科学现象和科学知识,更重要的是让学生体会到知识在工程实践中的重要意义,培养学生对知识的运用能力,而课程教学与实践教学的结合有至关重要的作用,老师的教学手段和改革创新对于学生能力的培养作用也显而易见。

四、重视教学与科研的相辅相成

在大学教育体系中,教学与科研是相辅相成的关系,两者相互促进,共同发展。在教学实践中,教师的基础理论得以夯实,为科研的完成奠定了坚实的基础。而科研中,对生产实践问题的解决提炼又促进了理论知识的发展。

参考文献

[1]吴树森,柳玉起.材料成形原理[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]俞汉清,陈金德.金属塑性成形原理[M].北京:机械工业出版社,2011.