混合培养体系（共7篇）
混合培养体系 篇1
摘要：目的:探讨混合培养体系对染料的脱色和降解的条件,为实际应用奠定一定基础。方法:利用4株细菌和4株丝状真菌组建了一真菌细菌混合物培养体系,考察了该混合培养体系对各单一依染料的脱色与降解情况,初步研究了其对混合染料脱色与降解的工艺条件,包括接种比例、处理时间、氧气供应、接种顺序等。结果:真菌与细菌同时接种,且接种比例为2:1,振荡培养到3h就达到很高的脱色率和降解率,12h时脱色率和降解率分别达到98.36%和89.89%;而且该混合培养体系对高浓度染料有较强的耐受性,在染料浓度高达320 mg/L时,脱色率和降解率仍高达97.03%和74.03%。结论:得到了该混合培养体系对染料脱色和降解的最佳工艺条件。
关键词：染料,脱色,降解,混合培养体系
常见的处理印染废水的方法主要有物理法、化学法、生物法三大类。物理法工艺简单、操作方便,但泥渣产量较大,且费用较高,所以很少单独使用。化学法在处理过程中需要投加化学药品,增加了处理费用,还可能造成二次污染,而且在能耗、设备等方面尚存在不少问题。还有一些化学方法在COD或色度等某些方面处理效果不尽人意,故化学法也很少单独运作。生物处理方法是利用微生物的代谢活性降解环境中的有机污染物的方法,由于投资少、占地少也不需要特殊设备而倍受青睐[1]。研究表明,利用微生物处理印染废水是一条可行的途径[2,3,4,5]。
由于染料种类结构的多样性与复杂性,染料废水的处理中,单一菌种脱色降解染料的种类有限而且对作用条件的适应范围较窄,细菌对染料的脱色主要表现在细菌在厌氧条件下利用偶氮还原酶对偶氮染料的还原脱色,还原产物需要在好氧细菌的作用下进一步降解。微生物的好氧脱色研究主要集中在白腐真菌所产生的木质素降解酶系统方面的研究。目前的问题是真菌能同时降解的染料种类仍比较有限,微生物本身的生长和产酶特性还无法实现工业化应用[6]。混合菌群在这方面有其优势,它们之间存在协同降解作用,并且它对作用条件的适应范围较宽,增加了降解效果。因此混合微生物脱色、降解染料是目前研究的主要发展趋势,分离脱色降解菌株,构建混合菌群,利用各微生物体内产生的酶系之间的协同作用对染料分子进行彻底的消化,既可以达到对印染废水中有色物质的脱色,又可以使脱色过程中产生的有毒物质进一步降解,为实际印染废水的彻底处理开辟了一条更加有效的新途径。
利用混合培养体系对混合染料的脱色和降解未见报道。本文利用混合细菌和混合真菌共同组建的真菌细菌混合培养体系[7]对各单一染料进行脱色和降解,并初步探讨了对混合染料脱色降解的工艺条件,为工业生产中产生较高浓度混合染料的处理奠定了一定基础。
1 材料和方法
1.1 实验材料
1.1.1 菌种:
河北大学微生物实验室筛选菌种,包括细菌BD4、BD5、BD7、BH,真菌FZH、FHL、FZHV3、FZC。
1.1.2 主要仪器
TDL-5台式低速离心机(上海安亭科学仪器厂);721型分光光度计(上海第三分析仪器厂);HZQ-Q全温振荡器(哈尔滨东联电子技术开发有限公司);HQ45恒温摇床(中国科学院武汉科学仪器厂);冰箱:4℃冷藏,-20℃冷冻(青岛海尔公司生产);FA2004型台式电子天平;紫外可见分光光度计U-2000(Hitachi日本日立)。
1.1.3 染料
染料液的制备:将染料制成浓度为10mg/mL的染料水溶液母液,经0.22μm微孔滤膜过滤除菌,备用。
混合染料液的制备:将7种单一染料等量混合制成浓度为10mg/mL的染料水溶液母液,经0.22μm微孔滤膜过滤除菌,备用。
1.1.4 培养基
(1)真菌用培养基(g·L-1):
葡萄糖10,蛋白胨5,KH2PO4 1,MgSO4·7H2O 0.5。
(2)细菌用牛肉膏蛋白胨培养基:
见参考文献[8]。
(3)混合菌群用培养基(g·L-1):
葡萄糖3蛋白胨10,NaCl 5,牛肉膏3,KH2PO4 1,MgSO4·7H2O 0.5。
(4)察氏培养基:
用于真菌菌种活化,见参考文献[8]。
(5)含染料培养基:
在上述(1)、(2)、(3)三种培养基中分别加入一定量的染料使浓度达到40mg·L-1即得。
1.2 方法
通过对各细菌菌株和真菌菌株进行拮抗试验,结果供试验的4株真菌和4株细菌之间均无拮抗现象,组建了一组由4株细菌和4株真菌构成的真菌与细菌混合培养体系[7]。
1.2.1 混合培养体系对各单一染料的脱色与降解
在含染料混合菌群用培养基中,分别接入0.5mL真菌孢子悬液和0.5mL细菌液体种子,32℃下分别以振荡和静置两种方式培养3d,离心取上清,在各染料最大吸收波长处测定脱色率和降解率,根据结果确定振荡培养还是静置培养。
1.2.2 混合培养体系对混合染料的脱色与降解研究
利用投菌法进行研究,首先将真菌和细菌分别进行培养,收集菌体,直接将收集的菌体按比例接入含染料的水中,对染料进行脱色和降解。
①真菌和细菌不同接种比例的影响
在各自最适条件下分别培养混合细菌和混合真菌一定时间,离心收集菌体,在加有40mg/L染料的去离子水中,分别接入质量比例为8∶1、4∶1、2∶1和1∶1的真菌菌丝球和浓缩细菌菌悬液,振荡处理24h, 同时以去离子水为空白以加有染料的去离子水为对照,测定脱色率和降解率。
②处理时间的影响
在确定真菌与细菌质量接种比例的基础上,在含染料水中,接入适当比例的真菌菌丝球和浓缩细菌菌悬液振荡处理,于3h、6h、12h、18h、24h后测定脱色率和降解率。
③氧气的影响
在确定真菌与细菌质量接种比例和处理时间的基础上,在含染料水中,接入适当比例的真菌菌丝球和浓缩细菌菌悬液,分别静置和振荡处理一定时间,测定脱色率和降解率。
④不同接种顺序的影响
在确定真菌与细菌质量接种比例、处理时间和培养方式的基础上,在含染料水中分别采取真菌细菌同时接入、先接入细菌6h后接入真菌、先接入真菌6h后再接入细菌的接种方法接种,振荡处理一定时间,测定脱色率和降解率。
⑤混合菌群对高浓度染料水的脱色和降解
在确定真菌与细菌质量接种比例、处理时间、培养方式和真菌与细菌的接种顺序的基础上,在去离子水中,分别加入40mg/L、80mg/L、160mg/L、240mg/L、320mg/L浓度的混合染料,接入真菌菌丝球和浓缩细菌菌悬液,培养一定时间,测定脱色率和降解率。
⑥全波长扫描
对真菌细菌混合培养脱色降解后的染料液在300nm～900nm范围内进行扫描,与未经处理的含染料去离子水的扫描图谱进行比较。
2 结果与分析
2.1 真菌细菌混合培养体系对各单一染料的脱色与降解效果的比较
从表2可以看出振荡条件下该混合培养体系对7种单一染料均表现出很高的脱色率和降解率(全部>90%),说明该混合培养体系能对多种染料进行脱色与降解。
2.2 混合培养体系对混合染料的脱色和降解条件探讨
2.2.1 真菌和细菌不同接种比例的影响
结果见表3。
由表3可以看出,真菌与细菌的接种比例对染料的脱色与降解作用影响不十分明显,在真菌与细菌的质量接种比例为8∶1、4∶1、2∶1、1∶1时,脱色率都在95%以上,降解率也在90%左右;而在接种比例为2∶1时,脱色率和降解率最高,因而确定真菌与细菌的接种比例为2∶1。
2.2.2 处理时间的影响
结果见图1。
由图1可以看出,在处理时间为3h时,混合培养体系对染料的脱色率已经达到90%以上,降解率达到70%以上;以后继续延长,脱色率上升较慢,而降解率在12h以后基本不变;说明混合培养体系在12h时对染料的脱色和降解达到较好水平,确定脱色时间为12h。
2.2.3 氧气的影响
结果见表4。由表4可以看出,混合培养体系对染料的脱色率在静置和振荡条件下都可达到95%以上,但是降解率在这两种培养方式下差别悬殊,可能是由于混合培养体系中的降解酶类对氧气有更大的依赖性,可以认为供给氧有利于染料分子降解,所以确定培养方式为振荡培养。
2.2.4 不同接种顺序的影响
结果见表5。
由表5可以看出,不同的接种顺序对染料的脱色与降解效果差别很大,真菌和细菌同时接种比真菌6h+细菌效果好,真菌6h+细菌比细菌6h+真菌效果好,所以确定接种顺序为真菌与细菌同时接种。
2.2.5 混合培养体系对含高浓度染料水的脱色和降解
结果见表6。
由表6可以看出,该混合培养体系对含染料浓度为320 mg/L的水仍然具有很高的脱色率和降解率,分别达到97.03%和74.03%,说明该混合培养体系对于高浓度染料的毒性具有很好的耐受性,对高浓度染料废水的处理具有很好的应用潜力。
2.2.6 全波长扫描
结果见图2、图3。
由图2和图3可以看出未经真菌细菌混合培养体系脱色降解的染料液在可见光区620nm 左右都有一明显的吸收峰,而真菌细菌混合培养体系处理的染料液在此处吸收峰明显消失,说明该混合培养体系对绝大部分染料进行了脱色与降解。
3 讨论
国内外对能脱色与降解染料的微生物进行了广泛研究,主要包括细菌、真菌、藻类等。但主要集中在单一菌种的研究,单一菌种降解染料一般只是将发色基团打开,中间产物如苯胺类致癌物质很难进一步降解,混合菌种在这方面有其优势,混合微生物群落中由于微生物之间的代谢互补或共代谢作用可以对染料分子高度降解和矿化。很多生物脱色反应器都是利用混合菌群共同作用的结果[9]。曾丽璇[10]等人对10株纯菌进行单株及10株混合菌群的脱色能力、脱色条件试验,结果表明在控制相同的细菌接种量的条件下,单株菌的脱色效果、对温度和pH值的变化适应能力、脱色速度均不及混合菌群。说明混合菌不仅脱色能力强,还有更强的适应能力和耐冲击性能。真菌和细菌共同作用脱色降解染料具有广谱性和连续的脱色能力,使其在染料变化频繁的染料和印染废水处理中具有一定的应用价值。李蒙英[11,12]等人研究比较了单一和不同组合混合的真菌G-1菌株(Penicillium sp.)、细菌L-1菌株(Enterobacter sp.)和L-2菌株(Pseudomonas sp.)对偶氮染料红M-3BE和蒽醌染料艳蓝KN-R的去除情况,建立了染料脱色降解菌的最佳组合;进一步测定了此最佳共培养体系对另外13种不同结构染料的脱色降解,结果表明,该共培养体系表现出脱色降解染料的广谱性;并进行了真菌和细菌共培养对染料的吸附脱色和吸附脱色能力再生的研究,在前述工作的基础上进一步探讨了碳、氮营养因子对青霉菌和细菌吸附及脱色降解染料的影响,以加快青霉菌对染料的吸附去除和与细菌共培养时的脱色降解速度,促进青霉菌吸附脱色能力的再生,为真菌应用于染料废水处理,加快染料脱色降解速度,增加菌体对染料废水的处理次数提供理论依据及技术指导。
本文研究了真菌细菌混合培养体系对七种单一染料脱色率和降解率均较高的基础上,利用投菌法将菌群接入含混合染料的去离子水中,一定时间后测定脱色率和降解率,并对处理时间、接种比例、接种顺序、通气状况等条件进行了研究,并作了全波长扫描。结果表明:真菌与细菌同时接种,且接种比例为2:1,振荡培养到3h就达到较高的脱色率和降解率,12h后脱色率和降解率分别达到98.36%和89.89%;而且该混合培养体系对高浓度染料有较强的耐受性,在染料浓度高达320 mg/L时,脱色率和降解率仍高达97.03%和74.03%,表明该真菌细菌混合培养体系在适当条件下对混合染料可以快速进行脱色与降解,并且对高浓度染料有很好的耐受毒性,对于工业生产中一般排放的高浓度的混合染料的处理具有潜在的应用价值。
参考文献
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混合培养体系 篇2
培养计算思维能力的“计算机导论”的混合式教学是以促进学生计算思维形成和激发学生创新能力为本的教学, 其实质是一种以学生为主体、以学习为中心、以自学为基础的发展性课堂教学。与“狭义工具论”或者汇集计算机专业各门课程前言或绪论知识的传统“计算机导论”教学不同, 它强调在教学中形成学生的信息素养, 培养计算思维能力, 激发其对计算机领域科学探索的兴趣。实践表明, 要实现课堂教学根本旨趣的转换, 推进课堂教学的深层变革, 急需建构科学合理的发展性课堂教学评价指标体系。[1]本文在相关研究成果的基础上, 结合培养学生计算思维能力的“计算机导论”的混合式教学的特点, 构建了一套针对此门课程的混合式教学评价指标体系。
二、培养计算思维的“计算机导论”课程与混合式教学
1.培养计算思维的“计算机导论”课程。“计算机导论”是计算机本科专业一年级新生学习的第一门专业必修课程。本课程旨在提高学生的计算思维能力, 使他们能像计算机科学家一样思考。一旦学生迷上了这种清晰的、基础的、充满魔力的计算思维方式, 并用于未来的学习、生活和工作中, 会加深他们对人类行为的理解, 并在更高的智力层面, 大量地发现和探索问题解决与系统设计的有效途径。[2]
2. 混合式教学。混合式教学将课堂教学与Web-based Learning结合起来, 可以处理传统课堂教学无法解决的问题, 如为学生设计任务活动, 促进师生、生生合作与交流, 提供丰富的学习资源, 促进学生的课外学习, 为学生提供学习支持等等。同时, 混合式教学也能发挥课堂学习系统性、组织性、目的性、教师主导作用等优势。[3]
三、培养计算思维的“计算机导论”的混合式教学评价指标体系的构建
根据“计算机导论”课程的特点, 构建了一套混合式教学评价指标体系。这套针对培养计算思维的“计算机导论”课程的混合式教学模式的教学指标体系由四大评价项目、十一个评价要点以及最后的综合评价构成。四大评价项目以教学目标为核心, 分别是教学目标、教学素养、教学过程、教学效果。
在“教学目标”评价项目中, “教学目标价值观的多维性”评价要点是指“计算机导论”教师确立教学目标时, 不仅要体现计算机学科的需要和学科的标准, 即计算机科学知识的掌握, 还要考虑学生个人需要和人本标准, 即计算思维的形成、学习兴趣的增强、能力的提高等素质发展的目标;并且能将计算机科学知识掌握的目标与计算思维培养的目标较好地融合与统一, 使这两类目标具有内在联系。“教学目标的恰当性及形成性”评价要点是指“计算机导论”的教学目标与课程教学大纲要求的匹配程度, 与教材内容、在线学习平台的教学资源、学生认知水平的适合程度, 以及教学目标在计算思维形成上的恰到好处。即学生通过指定教材内容的学习和在线学习平台的教学辅助功能, 能否实现所确立的教学目标, 同时, 学生凭借现有的知识基础和能力水平是否能达成教学目标, 是否需要经过努力与学习在形成新的思路或发展出新的策略时才能达到;是否最终能达到教学大纲所需要达到的知识水平和能力要求。
在“教学过程”评价项目中, “学习内容及提供方式的有效性”的评价要点是指“计算机导论”教师采用混合式的教学模式, 通过传统课堂与在线学习平台所提供的学习内容, 是否适合于学生的计算思维的形成;“学习方式设计的有效性”的评价要点是指“计算机导论”教师在混合式教学模式中, 是否采用接受式或者探究式的学习方式, 或者采用学生合作或独立完成的学习方式, 这样的学习方式是否适合特定教学目标和学习内容, 以使计算思维得以有效建立;“在线学习平台资源的有效性”的评价要点是指“计算机导论”教师在混合式教学模式中利用在线学习平台提供教学资源, 是否能满足学生的学习需求, 是否能对课堂教学的内容给予有利补充;“学习组织及管理的有效性”的评价要点是指“计算机导论”教师在混合式教学模式中, 利用在线学习平台对学生的课堂外学习活动的组织管理的有效性, 如学习任务的布置、任务执行情况的监督与检查等是否有利于教学目标的实现;“学习指导与答疑的有效性”的评价要点是指“计算机导论”教师利用在线学习平台对学生进行学习指导是否起到促进作用, 如方法思路的点拨、疑难的解答等是否必要;利用在线学习平台对学生的提问给予答疑, 是否及时、准确、适当, 是否有利于学生掌握知识或提升学习效果。
在“教学素养”的评价项目中, “教师的基本技能”的评价要点是指“计算机导论”教师采用混合式教学模式, 是否具有为学生开展自主学习、营造良好的学习氛围的素养和能力, 只有在轻松、愉快、民主、和谐的气氛中, 学生的自主性、主动性、创造性才能得到充分的释放、展示和有效的培养、提高;“教师教学理论的基本修养”的评价要点是指“计算机导论”教师采用混合式教学模式, 是否对教学活动具有较强的组织调控与应变能力。
在“教学效果”的评价项目中, “学生的学习状态”的评价要点是指学生对“计算机导论”的特定学习过程的经历与体验, 以及这样的经历、体验过程让学生获得的计算机科学知识, 以及接受的计算思维熏陶、计算机文化濡染, 此项评价要点反映的是学习活动的体验性目标的达成度;“学生的学习成效”的评价要点是指学生通过“计算机导论”的学习, 在计算思维的建立、计算机科学知识掌握等方面的情况, 此项评价要点反映的是学习活动的结果性目标的达成度。只有学习活动的体验性因素与结果性因素相互配合, 才能保证学生计算思维的建立和创新能力的培养。因此, 基于“计算思维”的“计算机导论”混合式教学模式的教学评价不但要有学习活动的体验性目标的达成, 而且能根据具体情况分析出与特定结果性目标相配合的、促进学生计算思维形成的体验性目标的具体内容。
四、培养计算思维的“计算机导论”的混合式教学评价指标体系的实施[1]
1.等级评定和解释说明。评价者先要对每一个评价要点给予好、中、差的等级评定。然后在观察、调查和测验等事实证据的基础上对自己给出的等级加以解释说明。比如, 评价者对混合式教学“教学目标价值观的多维性”给出了“中”的评级, 就需要进一步具体分析混合式教学的教学目标如何体现出对计算思维培养方面的发展要求, 但还不够充分等。再如, 评价者对“在线学习平台资源的有效性”给出了“好”的评级之后, 就需要分析在线学习平台的教学资源是如何适应学生自主、有挑战性的学习, 使之顺利进行。又如, 评价者对“学生的学习成效”给出了“差”的评级, 就需要给出课后的学生调查结果或测验结果, 作为证据支持。在给出等级之后的解释说明, 不仅可以使等级评定更加理性、客观, 而且可以更好地发挥评价“解释教学”、“改进教学”的功能。
2.分项评价基础上的综合评价。就各指标进行分项评价之后, 要对混合式教学做出综合评价。综合评价是对混合式教学动用各种教学手段促进学生计算思维形成的有效性的整体评价。它把前面分项评价中的各个评价项目、评价要点联系起来, 形成对混合式教学整体效果的评定和主要因果关系的解释。综合评价重点看教学目标有多少促进学生计算思维形成的成分, 最终又得到多大程度的实现, 从而据此判断混合式教学在促进学生发展上的优劣等。这样, 综合评价就抓住了“计算机导论”混合式教学促进学生计算思维形成这条主要线索, 给混合式教学模式评定了等级并做出了解释说明。在实践中, 如果需要更为精确的定量评价结果, 就要研究培养计算思维的“计算机导论”教学的实际情况, 据此赋予各个评价项目、评价要点适当的权重, 通过加权求和获得定量的评价结果。其中, 权重确定的合理性决定了最后所得分数的效度。
3.评价者素质。这套针对培养计算思维的“计算机导论”课程的混合式教学模式的教学评价指标体系需要评价者具有深厚的计算机科学专业素养。首先他必须具备掌握计算思维的内涵, 对“计算机导论”教学的内在规律有所把握, 能准确判断所提供的学习内容与所选择的学习方式之间是否相互匹配;其次必须具备深刻的洞察力, 能够透过观察学生的课堂表现准确判断其学习是否处于自主状态, 有效完成计算思维的建立。
五、结束语
培养计算思维能力的“计算机导论”混合式教学的教学评价指标体系旨在为“计算机导论”课程的教学改革效果提供一种评价的手段, 为进一步完善以培养“计算思维”为导向的“计算机导论”教学提供参考依据, 并不作为教师教学水平、教学质量的终结性评定。
摘要：鉴于目前以培养学生“计算思维”能力的“计算机导论”课程缺乏有针对性的课堂教学评价指标, 本文在借鉴已有研究成果的基础上, 构建了一套针对培养计算思维的“计算机导论”课程的混合式教学模式的教学评价指标体系, 并给出了实施办法。
关键词：计算机导论,计算思维,混合式教学,评价指标体系
参考文献
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混合培养体系 篇3
党的十六大报告指出, 我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段, 人民日益增长的物质文化需要同落后的社会生产之间的矛盾仍然是我国社会的主要矛盾。在扩大高等教育规模和推进高校收费改革的过程中出现了部分经济困难大学生。经过教育部、财政部等有关部门十几年的共同努力, 我国已经初步建立起以学生贷款、奖学金、勤工助学、困难补助、学费减免和“绿色通道”制度为主体的、多元化的资助经济困难学生的政策体系。
1 贫困学生资助国内外研究综述
1994年之后, 我国初步建成了“奖、贷、助、补、减”及国家助学贷款与国家奖学金高校大学贫困学生资助的体系。虽然初步构建了高校贫困学生的资助体系, 但是由于资助体系是一个全方面的资助, 其既包含了奖、助学金的资助还包括了心理资助、就业能力资助。因此, 学者提出了发展型贫困学生的资助体系。发展型资助不仅是一种“功能性”资助, 而且也是一种造血型资助。从“功能性”资助而言, 即财务帮助, 事实上我国资助政策的制定过程都是围绕物质资助展开 (高艳丽, 2012) 。
从心理方面看, 贫困生的问题并非单纯的经济解困, 贫困生因经济困难产生的各种心理问题例如多有自卑、嫉妒、虚荣等不良思想, 社会和学校应加强对贫困生的思想和心理健康教育 (王东华, 2005) 。从贫困生的职业素质培养角度来讲, 发展型学生资助体系中必然包含了贫困生素质提升的内容, 对贫困生综合素质培养对其个体全面发展的具有重要意义 (李华明, 2008) 。
通过文献综述, 可以发现对于发展型资助体系的研究, 还存在着一下问题:1) 对发展型学生资助概念内涵相对模糊;2) 缺乏系统性的发展型学生资助体系的构建;3) 学术界多为理论性讨论缺乏实践性的检验。本文希望通过对我国现有高校贫困生资助体系进行分析, 找出存在的问题, 并结合我国的国情, 就存在的问题提出解决的对策。
2 我国发展型贫困生资助体系存在的问题及原因
我国贫困生资助体系经过几年的发展完善, 截止08年全国公办和民办全日制普通高等学校学生资助总金额达到了293.7亿元, 共资助学生达到了4156.24万人次。但是在发展型学生资助体系构建中也存在着诸多问题。
2.1 贫困生认定困难
发展型学生资助体系构建, 对于贫困学生的认定取决于当地民政部门对贫困家庭的认定。只限于学生入学时出示的《家庭经济状况调查表》, 以地方政府出具的证明为依据, 入学后也只能依靠对学生日常生活的观察和反映, 不能对贫困学生的经济情况作全面的调查, 由于认定标准的单一、认定信息的不完全性, 这就有可能不能有效的反应学生家庭经济的真实情况。在对学生的调查过程中发现只有60%左右的同学真正有申请贫困生的意愿, 有近20%的学生是因为从众心理而报名了贫困生。
2.2 勤工助学基金、岗位缺乏
教育部和财政部发布的《关于在普通高校设立勤工助学基金的通知》规定:各高校每年必须从学费收入中划出10%的经费, 专门用于勤工助学工作。但据调查, 目前高校一般只从当年学费收入中划拨出1%作为勤工助学基金真正用于勤工助学, 与国家规定的规定相差甚远。发展型学生资助体系中, 岗位锻炼作为进行素质提升的重要手段。目前学校能提供的勤工助学岗位比较少, 学校有能力安排的岗位不到申请学生总数的30%, 校内兼职机会较少, 与校外公司和企业联手的机会就更少。
2.3 发展型资助的育人功能缺失
目前我国大部分高校学生资助体系更多的是从解决学生经济困难的角度来考虑的, 忽略了对贫困学生思想、人格等各方面状况的密切关注以及相关的心理援助。无偿资助会使一部分学生产生了强烈的依赖心理, 这不但不能起到资助的目的, 还容易使学生缺乏吃苦耐劳精神, 不利于对学生的培养。在对他们进行经济资助的同时, 要让他们懂得承受一定的义务, 学会拥有一颗感恩的心, 学会用实际行动去回馈社会对他们的关爱。
2.4 发展型资助管理体制不健全
我国的资助体系无论在程序上还是实际操作中都面临着管理上的困难。尚未设计出一种既方便学生申请又便于学校、银行有效管理全国通用的集学生申请信息、各类资助资源等功能于一身的学生“资助包”, 也未设计出一种集学生借款个性化、还款差异性、信用历史数据齐全、个人追踪信息有反映的学生“还贷包”。
3 动态的混合贫困生资助体系的构建
发展型贫困生的资助体系关注的是学生个体的发展, 其不仅包括了贫困学生的学业资金的发展型资助, 关键在于帮助贫困学生提高具有自我生存能力, 真正将“资助”模式变成个体的“自助”模式。
3.1 动态混合的贫困生认定工作
动态的贫困生认定工作是整个动态混合贫困资助体系公平、公正实行的关键。可以制定出一套“量化指标”, 对贫困程度进行定量分析;采取“民主评议”的方法, 对贫困程度进行定性分析。在定量和定性的基础上, 对贫困生进行动态混合认定。
1) 量化指标设计
根据贫困的指标把贫困生的贫困程度进行量化, 可以设置二级指标, 其中一级指标包括:家庭成员情况、家庭收入情况、现受资助情况。二级指标包括了:家庭成员就业等情况、年收入人均收入、受资助金额等。都需要分别赋予分值, 同时进行分别考核得出考核分数。最后进行汇总。
2) 民主评议
可以组建“民主评议”小组, 主要负责:认定的具体组织和审核工作、认定的民主评议工作。其成员主要有院/系分管资助领导、各院/系辅导、学生代表。中间的辅导员在两个组中都分担着不同的角色并着重要的作用。其中学生代表主要包括:班干部、成绩优异学生、成绩中等学生、成绩差等学生、贫困学生, 其比例分别为20%。在此基础上可以设计“民议评定”流程。即在分组的基础上进行组别评审之间的互动, 其主要包括了信息的传达、认定评议、反馈、举报、监督、名单公布等, 环节。
3) 分配动态混合资助权重
限定每个人应接受资助的总额, 可以把学生当年所需学费、住宿费和生活费作为学生受资助总额的最高限制。在总额的限定下, 根据学生受资助情况, 从可受资助额度中去除已受额度, 剩下余额作为下次接受资助时的一个参考指标。
3.2 设置动态分层次贫困资助体系
动态混合资助体系表现为贫困学生资助总额的动态平衡分配和整体的混合均衡, 也表现资助中的过程均衡和发展性平衡。
1) 纵向的动态资助
由于各个阶段的学生所接受教育年限、阅历有所不同, 就要综合考虑各方面因素, 根据不同阶段的学生, 选择不同的资助方式。对于一年级刚刚进校的学生, 理论课学习是他们的首要任务。因此, 勤工助学所占比重相对偏低, 特困生补助和减免学费所占比重相对偏高。随年级上升勤工助学比重应该逐步提高, 特困补助和减免学费应该逐步降低。在此基础上, 高校也可以考虑有偿资助等方式。把应该承担的高等教育成本承担起来, 实现资金回收, 重复使用, 使更多的人得到资助, 同时, 又与成本分担、收费改革的精神相吻合, 与无偿资助相比更为公平。
2) 横向动态资助
学校通过“量化指标”和“民主评议”认定出不同程度的贫困生, 而且每年定期对贫困生状况进行审核, 其贫困情况处于一个动态的变化过程当中。因此, 就应该根据每年所认定出学生的不同贫困程度, 采取不同的资助方式。
长期资助与临时资助动态结合。长期资助对象主要针对那些来自农村和边远贫困地区, 家庭平均收入在当地处较低水平, 以及一些孤残学生、少数民族学生及烈士子女、优抚家庭子女等。
一般资助与特困资助动态调整。一般资助主要针对那些家庭平均收入相对较低, 家庭尚能承担一部分学生支出的学生。特困资助则是针对那些家庭经济特别困难, 无力承担学生支出。两者结合, 满足各个不同贫困程度学生的需求。
物质资助与精神资助动态融合。例如, 学校为贫困生开展成才培训、拓展训练和相关课程, 为贫困学生搭建交流学习的平台, 把受助学生组织成公益团队开展活动等。
3.3 完善动态混合资助的管理机制
动态的混合资助体系的实现, 需要有相关的管理制度作为保障。要成立相关的资助委员会, 整合各部门之间的行政利益, 形成总体利益动态混合统一。需要制定动态混合贫困生资助体系的可操作办法, 加强资助体系中各条块之间的内部联系, 提高资助管理效率。需要设立资助过程中的申诉机制监督管理者在实践过程中违规行为。发现其中存在着的管理问题和机制本身问题, 并在委员会统一讨论的基础上及时对机制进行修改, 以确保动态混合资助体系的管理有效性。
参考文献
[1]马彦周.高校构建发展型资助的必要性研究[J].湖北社会科学, 2011 (1) .
混合培养体系 篇4
随着数字证书应用的不断发展, 数字证书运营商对业务灵活性的需求不断增加。目前主流数字证书客户端软件基本属于纯粹的本地客户端软件, 虽然经过多年的不断开发完善, 功能已经基本成熟、稳定, 但是随着客户端软件部署数量的不断增加以及地域范围的不断扩大, 当数字证书运营商的业务管理规则需要调整时, 客户端软件的更新维护成本将会很高。更重要的是, 有的业务规则调整之前需要做到所有的本地客户端软件都统一更新到一个最新的版本, 否则将会导致用户体验不一致问题的发生。数字证书运营商迫切需要一种统一、快速、准确控制客户端软件功能的技术解决方案。
基于Web的应用虽然具有很高的灵活性以满足这种需求, 但由于主流浏览器在安全方面的限制, 使得在涉及硬件设备管理的领域, Web应用常常存在各种使用上的困难。以IE浏览器为例, 虽然可以通过开发ActiveX控件的方式来使得Web页面具有访问本地数字证书硬件设备的能力, 但是各种不同的IE安全设置和操作系统安全设置常常使得控件无法正常使用, 这大大增加了运营商的维护工作量。另一方面, 传统的本地客户端软件, 虽然具有完全控制硬件设备的权限, 但是在灵活性上还远远不如像Web页面那样可以通过服务器端代码动态实时为客户端生成用户界面和业务流程。
本文提出了一种Web/Native混合软件体系结构, 该体系将Web浏览器引擎集成到本地客户端软件中, 实现了在客户端软件中通过HTML、CSS和JavaScript来控制用户界面和业务流程, 底层则可以直接访问硬件设备, 实现对设备的完全控制。
2体系结构设计
Qt是一套开放源代码的跨平台C++ 开发框架, 为了将来客户端软件可以顺利移植到各种基于嵌入式操作系统的车载或手持移动设备上, 选择Qt作为体系结构的技术实现框架。Web浏览器引擎采用了开放源代码的WebKit, 该引擎目前已经被各种商用浏览器广泛使用, 例如苹果Safari、Google Chrome等。
基于Qt和WebKit的Web/Native混合软件体系结构如图1所示。最上层的Application层将完全使用网页开发语言来进行描述 (HTML/CSS/JS) , 可以通过网页开发工具来进行开发, 这使得数量众多的网页开发人员可以参与到客户端软件开发中, 在某种程度上降低了客户端软件开发的人力成本。在Application层之下, 是WebKit浏览器引擎, 用于对网页代码进行解析。在WebKit之下, 则是Qt提供的对网络、图形界面等方面的开发库, 这些库都通过C++ 代码来进行调用。在这一层中也包含了各种自行开发的对硬件设备进行控制的库。
3 JavaScript与本地Qt对象交互机制
将Web页面与底层开发库整合起来的核心在于实现JavaScript与本地Qt对象之间的交互机制, 本文将对该机制进行详细描述。
信号和槽 (Signal and Slot) 机制是Qt机制的核心, 用于对象间的通信, 也是Qt的一个主要特点。Qt提供了信号和槽机制, 当一个信号被触发, 与其连接的槽便会触发, 这是在Qt的预编译过程中生成moc代码来实现的。
在图形用户界面开发中, 当对一个Widget进行操作时, 常常需要触发另一个Widget去处理, 也就是实现两个对象之间的通信。例如, 当按下一个按钮时, 希望窗口关闭。
常见的实现机制是使用回调函数。回调函数是调用一个函数指针所指向的函数。如果需要在按下按钮时, 执行某个函数, 则需要把指向这个函数的指针作为参数传入到回调函数中。但采用这样的机制存在类型安全问题, 此外还会增强类之间的耦合性, 不利于软件的扩展和维护。
JavaScript与本地Qt对象的交互分为两个步骤, 如图2所示:1) 将本地Qt对象的信号和JavaScript的slots连接起来;2) 通过JavaScript调用本地Qt对象的slots。
在开发中, 一个对象只需继承Qobject, 便可使用该机制。信号和槽机制首先是类型安全的, 信号和槽的参数必须匹配 (槽函数的参数表必须小于或等于信号的参数表) 。其次, 使用该机制可以降低对象耦合性, 在开发一个对象时, 不需考虑一个信号发出后需要进行什么操作, 也不需考虑谁要连接到这个槽函数, 这样有利于多人合作开发以及将来的代码复用。信号和槽的连接方法请见图3所示。
4对象与Web页面的整合方式
有两种方式可以将Qt对象整合到Web页面中, 然后再用QWebView widget来显示这张Web页面:方式1将Qt对象添加到JavaSript的上下文环境中;方式2创建一个插件, 然后通过对象标签将Qt widgets置入到Web页面中。
我们选择了使用方式2, 页面中widgets的公共槽将像普通函数一样公开给JavaScript函数。widget要能整合到Web页面中, 需要继承QWebPluginFactory类, 并且重新实现plugins方法和create方法。plugins方法用来通知Web页面该插件可用。但需要创建widgets时, create方法将被调用。例如, 当需要将一个名为my-device-control的widget置入页面的HTML代码时, 可使用如下的对象标签:
为了创建这个widget, 必须激活plugins并且将plugin工厂类通知给QWebPage。在下面的代码中 , DeviceControlFactory在application/my-device-control发出请求时, 创建了DeviceControl实例widget。
DeviceControl widget公开了一个名为openDevice () 的公共槽, 这样就可以在JavaSript中像调用普通函数那样进行调用了, 调用代码如下:
5实现效果
如图4所示是基于Web/Native结构开发的数字证书客户端软件。该客户端的显示界面全部采用Web方式实现。界面分为证书功能区、证书消息区、证书展现区。使用纯Web的方式很容易实现证书消息区和证书展现区的功能, 但是如果不进行一系列浏览器安全设置, 是无法实现读取USBKey中的数字证书的, 也就无法实现数字证书与服务器消息之间的对应关系。引入Native的方式很好的解决了这个问题, 通过Native接口不仅可以在完全无需额外设置的情况下读取USB Key中的数字证书, 还可以实现证书功能区中的修改USBKey密码、使用USBKey中的私钥进行文件签名等功能。
5结束语
Web/Native混合软件体系结构通过在传统C/S结构的客户端软件中集成Web浏览器引擎, 使得客户端软件既具有对硬件设备的全面控制能力, 又具有与Web应用相同的灵活性。基于该体系结构开发的数字证书客户端管理软件将能很好的满足数字证书运营商越来越复杂多变的业务需求。
参考文献
[1]布施曼等著.面向模式的软件架构 (卷4) :分布式计算的模式语言.人民邮电出版社, 2010.
[2]叶伟等著.互联网时代的软件革命——SaaS架构设计.电子工业出版社, 2009.
[3]伊斯特等著.C++设计模式——基于Qt 4开源跨平台开发框架.清华大学电子工业出版社, 2007.
[4]Developing hybrid Web/GTK+rich internet applications.http://www.atoker.com/webkit/webkitgtk-fosdem08.pdf.
混合培养体系 篇5
混合式学习在传统的教学中早已存在,但是直到2001年国外E-learning进入低潮以后,人们才开始对纯技术的环境进行反思,关于Blended-learning的探讨才逐渐增多,并出现Blended E-Learning。现在学术界将Blended E-Learning和 Blended-Learning看做同一名词,国内学术界也对此产生了很大的热情。
1 背景分析
20世纪90年代以来,E-learning在教育领域得到迅速的应用和发展,推动了教育改革,并产生了许多新的教育思想和理念。但是人们在应用E-learning的过程中逐渐体会到,由于学习过程过度地依赖数字技术,人和人之间缺乏直接面对面的接触,人和人心灵的距离被拉大了这些问题在传统课程上却能轻而易举地避免。另外,由于学习资源获得的便捷,而使得教师在学习中的地位受到质疑,教学中的盲目低效、难以持久以及有经验的教师指导作用如何体现,都成为现代教学过程面临的新问题。由此人们开始重新审视 E-learning和传统的课堂学习各自的优势和不足。
2 Blended-Learning的涵义
与其它的教育技术学专业名词一样,Blended-Learning也面临着中文译名的问题:何克抗教授将其翻译为“混合式学习”,祝智庭教授将其译为“混合学习”,而黎加厚教授在自己的网络Blog中结合整合的思想,主张将其翻译为“融合式学习”,台湾省学者把它译为“混成学习”。笔者认为,结合Blended-Learning的发展历史,将其翻译为混合式学习是比较准确的。
混合式学习目前没有一个权威的定义,学术界从不同的角度对此进行了界定,以下是国内外几位著名学者对混合式学习的定义。
2.1 国外学者的定义
印度NIIT公司2002年发表在美国培训与发展协会网站上的《Blended Learning白皮书》中教学设计专家们提出,混合式学习应被定义为一种学习方式,这种学习方式包括面对面、实时的E-learning和自定步调的学习。大多数时候,混合式学习也被用来描述多种传输媒体、智能学习导师系统(ILT)和多种技术的混合应用。这些技术有E-learning、电子绩效支持(EPSS)以及知识管理技术实践等。
学者Micharel Orey从学习者、教师或教学设计者以及教学管理者3者的角度进行定义。
(1)从学习者角度来看,“混合式学习”是一种能力,指从所有可以得到的并与自己以前的知识和学习风格相匹配的设备、工具、技术、媒体和教材中进行选择,帮助自己达到教学目标。
(2)从教师或教学设计者角度来看,主要是组织和分配所有可以得到的设备、工具、技术、媒体和教材,以达到教学目标,即使有些事情有可能交叉重叠。
(3)从教学管理者角度来看,是尽可能经济地组织和分配一切有价值的设备、技术、媒体和教材,以达到教学目标。
Margaret Driscoll 认为,混合式学习指的是4个不同的概念:①结合(combine)或混合(mix)多种网络技术(如实时虚拟教室、自定步调学习、协作学习、流媒体和文本)实现教育目标;②结合多种教学方法(如建构主义、行为主义、认知主义)利用或不利用教学技术产生最佳的学习成果;③将任何一种教学技术(如录像带、CD-ROM、网络化培训、电影)与面对面的教师指导的培训(ILT)相结合;④教学技术与实际任务相混合或结合,以使学习和工作协调一致。
2.2 国内学者的定义
何克抗教授认为:混合学习就是要把传统学习方式的优势和E-Learning的优势结合起来。也就是说,既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性、创造性。
李克东教授认为:混合学习本质着眼于信息传递通道的选择上,关注的是如何依据低投入、高效能的原则选择信息通道。混合学习基本形式是在线学习与面对面教学(课堂教学)的结合,是教师主导与学生主体的结合。
黎加厚教授认为:所谓“融合性学习”,是指对所有的教学要素进行优化选择和组合,以达到教学目标。教师和学生在教学活动中,将各种教学方法、模式、策略、媒体、技术等按照教学的需要娴熟地运用,达到一种艺术的境界。
结合以上学者的定义,我们可以将Blended-Learning的本质归结为:全面考虑综合经济效益,以学习过程、效果最优化为目的,在教学过程中以教师为主导,学生为主体,以online(在线)加face-to-face(面对面)为其基本学习形式;根据教与学的实际进行教学设计,开展教学活动,进行教学指导,实施教学监控,全面科学地汲取、有机地融合、创造性地利用一切能够正确、有效指导学生全面发展的教育、教学理论和实践经验的教学理念。
我们由此可以得出这样的结论:混合学习的重点不在于混合哪些事物,而在于如何混合,其目的在于达到最优的学习效果和经济效益。混合学习所要做的工作是在适当的时间,为适当的人,以适当的传递媒体,通过适当的学习方式,提供适当的学习内容。
3 Blended-Learning的理论基础
笔者认为指导混合式学习的理论应该是多元化的,而不应该是一元的,应该是多种学习理论的混合。从总体来说,混合式学习理论应该包括建构主义学习理论、人本主义思想、教育传播理论、活动理论以及情境认知理论。
3.1 建构主义学习理论
建构主义最早由瑞士心理学家皮亚杰(piaget)提倡在教师的指导下以学习者为中心的学习,强调学习者对知识的主动探索、主动发现和对所学知识的意义建构,教师不再是知识的传授者和灌输者,而是意义建构的帮助者、促进者。换句话说,建构主义认为,知识不是通过教师的直接传授得到的,而是学习者在一定的情境中,借助于教师和其它学习者的帮助,通过意义建构而主动获得的。
混合式学习认为学生获得知识的多少取决于学习者在教师帮助下,根据自身经验去建构有关知识的意义的能力,而不是学习者重视教师思维过程的能力。
3.2 人本主义思想
人本主义思想是以“学”为中心的学习模式的重要理论支持。罗杰斯认为,“教学方法就是促进学生学习的方法”“教师要教好学生,必须有适当的教学方法”。并且,罗杰斯将人本主义心理学思想运用于教学研究与实验,确定了“情意教学论”和“以学生为中心的教学模式论”。罗杰斯强调教学要发展学生的个性,充分调动学生学习的内在动机,并要求创造和谐融洽的教学人际关系,这无疑对克服传统教学重视社会功能,忽视培养个性发展功能、学生学习的主动性不够等弊端,具有一定启迪作用。
3.3 教育传播理论
教育传播理论是教育技术学的基本理论,也是混合式学习的重要理论基础之一,它包括教育传播信息、符合、媒体、效果理论。其中教育传播媒体作为教育信息符合的载体,它的选择对教育传播效果有着直接决定作用。而混合式学习的关键问题之一就是教育传播媒体的选择与组合应用。因此对教育传播媒体理论的研究有利于混合式学习的顺利开展,以下从两个方面探讨教育传播媒体理论对混合式学习设计与应用的影响。
(1)“媒体是人体的延伸”的理论。
1964年,加拿大学者马歇尔·麦克卢汉(MarshanMclhuna)在《媒介通论:人体的延伸》一书中提出“媒体是人体的延伸”的理论。在教学中,媒体起到了重要的作用,但没有“万能”媒体。在混合式学习中,要根据各种不同的媒体的特性和实际情况进行媒体的选择优化组合,才能更好的促进媒体为教育教学服务。
(2)媒体选择定律。
美国著名传播学家施兰姆(W.Shcrmam.1954)曾提出媒体选择定律。从媒体选择定律中可以得到启示:媒体的选择和使用,应以提高媒体的功效与代价之间的比值为目标。混合学习就是期待以付出最小的代价,得到最大的报酬。在设计混合学习方案时可以采用如下的途径:①教学效能不变,尽量降低成本;②保持成本不变,尽量提高效能;③尽量降低成本,努力提高效能;④成本略有提高,更大提高效能;⑤效能略为下降,但大幅度降低成本。
3.4 活动理论
活动理论基本思想是:人类行为活动是与形成社会和物理坏境的事物以及社会和物理坏境所造就的事物之间的双向交互的过程。以“学习活动”作为基本设计单位的优点是做到全面关注学生的个体差异和性格培养。以学习活动为中心的教学设计理论其核心理念强调教学皆可活动化。混合式学习强调根据学生的个体差异设计适合学生学习的活动,从而达到发展学习心理机制的目的。
3.5 情境认知理论
情境认知的主要作用是允许学习者将新知识运用于真实的日常情境中。“学习是个性化的、内部的智力过程,在这个过程中知识得以习得并且存储,以备日后自由地运用于任何环境之中”。为了达到这一点,将个人和环境联系起来很重要。情境认知鼓励学生动手去做而不仅仅是记忆一些事实性的信息,也鼓励高度组织的思维技能,同时它也关注学生的进步。情境学习也提供了一个更加真实的方法,将独特的情境概念化。
4 Blended-Learning的技术基础
4.1 电子绩效支持系统
电子绩效支持系统(EPSS)是一个整合的电子环境,每个学生都可以利用,并很容易地访问,提供与工作相关的信息、软件、向导、建议、支持、数据、图像、工具以及评估和监督系统的即时、个性化的在线访问,允许学生在最少量的支持和他人干预下获得工作绩效。
EPSS实质上是为企业、学校、学生等提供服务的一个软件系统,通过提供模板、灵活的帮助、专家系统、指南、代理、流程图、图表、技巧与提示、实战经验、演示、模拟或案例文件等所有的媒体形式,促进工作或学习高效地完成。
4.2 知识管理技术
知识管理技术是起源于商务经济领域中的一门新兴的管理学科,它吸收了众家之长,纵向总结与概括了管理学科理论与实践的精华,横向融会与联系了诸如社会学、信息管理学、心理学、教育学等多学科、多门类先进的理念。在知识经济时代,“知识管理”这一思想不应当仅仅被看作是存在于经济领域或商业组织中的孤立单元,知识管理的理念有必要渗透到与知识活动紧密相关的科研活动中去,知识管理的技术与方法值得任何学科借鉴与学习。随着信息技术的飞速崛起,教育技术活动越来越表现出强势的知识密集性特征,知识管理技术的思想与经验、方法与技术可以供教育技术参考、借鉴与迁移。
5 结束语
通过对混合式学习理论体系的探讨,国外的B-Learning研究主要集中企业培训、成人教育等领域。在国内相关人员对学校教育中的B-Learning关注更多一些。从国内外的研究我们可以看出:①人们关注的焦点不是技术形式“数字化”、“网络化”,而是教学效果、绩效、成本;②从形式上看,混合式学习更多地体现了多种媒体的组合、传统教学形式和数字化学习形式的结合,但是这些形式实现上体现了教学思想趋向、教学方式、教学模式的混合。启发我们在实践中不能只从形式上进行融合,关键是观念、理念、方法的融合,才能真正发挥各家优势,达到教学效率效果的最大化。成功的混合式学习需要成功的设计、合理教学活动呈现顺序,目前国内外学术界也没有形成统一的论述。在混合式学习中也不能形成一个固定的理论模式,学者给我们总结一些指导性的原则,具体的实现还要和具体的教学活动相结合。探讨混合式学习的理论体系,对更好地指导我国教育信息化和企业E-Learning的可持续发展是有意义的。
目前我国的教育信息化正在不断地深化,整个社会与教育都在经历信息化,国内E-learning在很多方面走着国外曾经走过的弯路,通过学习和研究混合式学习的理论体系和技术体系,必将有助于我国各学校和培训机构更好地开展有中国特色的,整合现有的各种技术和理论资源,完善教育技术理论的发展,尽量避免走国外走过的弯路。
摘要：混合式学习的核心目的就是将传统的课堂学习和E-learning相结合,既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性,以达到教学效果最优化的目的。对混合式学习的理论体系和技术基础进行了研究,探讨适合中国国情的混合式学习策略和方法。
关键词：混合式学习,理论体系,技术基础
参考文献
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混合培养体系 篇6
颗粒物质是非常丰富的, 如自然界中沙石、土壤、浮冰、积雪等, 日常生活中的粮食、糖、盐等, 生产和技术中的煤炭、矿石以及化工品等。然而在医药、食品、化工、陶瓷、冶金、建筑行业等操作时经常会出现颗粒物质的混合与分离。这将与颗粒物质自身的属性有关[1,2], 例如, 颗粒的尺寸、颗粒的密度、几何形状等。早期人们已经发现了巴西果效应, 即大小或密度不同的颗粒在振动过程中出现的分离和分层, 较大或较轻的颗粒会出现在上面, 较小或较重的颗粒会出现在下面。为了增加颗粒体系的混合或分离, 人们采用竖直振动、水平振动、不同旋转筒等方法, 还有些专家学者在转筒中增加一些构件来提高混合或分离[3,4]。对于如何解释这些分离与混合的机理, 人们提出了各种理论模型, Hong[5]等人提出的渗流与凝聚竞争机理来解释粒度和密度在颗粒体系混合与分聚过程中的作用。然而, 在旋转筒内密度、尺寸等颗粒体系的分离机理仍然缺乏系统的研究。
以二维旋转圆筒内的二元颗粒体系为研究对象。其中第二部分为计算模型及参数, 第三部分模拟结果及讨论, 第四部分理论分析, 主要对直径相等密度不等的颗粒体系进行分析, 第五部分结论。
2 计算模型
利用PFC2D进行模拟, 在模拟中采用线性接触模型, 当两个颗粒存在接触时, 两个接触实体的切向刚度ks和法向刚度kn通过串联方式相互作用。线性接触模型中切向刚度kn可通过下式计算:ks=ks1ks2/ (ks1+ks2) , 法向刚度可通过下式计算:kn=kn1kn2/ (kn1+kn2) 。式中1和2表示两接触实体 (球或墙面) 。有关颗粒及混合器的参数取值见表1:
3 模拟结果与讨论
3.1 颗粒密度效应和转速效应
本文的模拟体系有两种粒度不同的颗粒组成, 被限制在一个准二维圆形筒中。大小颗粒的半径比为1:1, 旋转筒的转动角速度为ω=40r/min, 转动为逆时针方向。两种颗粒初始是混合的, 我们采用“落雨式”的方法, 在重力作用下自由下落, 形成二元颗粒体系的初始态, 填充度为混合器的一半, 红色颗粒为60个, 其余为白色颗粒, 如图1所示。
首先, 对颗粒半径比为1:1, 密度比为1000/250、500/250、50/250的颗粒体系进行模拟, 如图2所示。对比图2可以看出, 两种颗粒在空间的分布比较均匀, 在筒的旋转作用下, 靠筒壁的颗粒沿筒壁整体运动至最高点, 然后在重力作用下沿着颗粒表面向下流动。随着颗粒密度比的增加, 红色颗粒的分布在明显的变化, 我们看到随着白色颗粒密度的减少, 红色颗粒有中心不断向白色颗粒的外围运动, 形成了由分聚到混合, 混合到分聚的变化过程, 如图2 (a) (b) (c) 所示。
为了进一步了解二元颗粒体系混合与分聚的状态, 固定颗粒的密度和尺寸, 改变转筒的角速度。角速度依次为1、5、30。由图3可以看到随着角速度的增加, 颗粒起初是处于混合的, 如图3 (a) 。随着角速度的增加, 逐渐出现了颗粒之间的分聚, 如图3 (b) 。当转筒速度达到一定值时, 颗粒体系的将会出现混合, 颗粒体系做离心运动, 如图3 (c) 。
图4给出模拟的颗粒速度场分布, 可以看到颗粒的运动可以分为两个区域, 一为处于表面速度较大的颗粒, 这些颗粒在自由表面, 受重力驱动, 速度较快, 速度矢量是比较混乱的, 说明剪切混合是比较明显的;另一为受边壁剪切带动的整体旋转运动。
3.2 讨论与分析
我们看到在转筒中颗粒流动时, 颗粒间相互作用的区域主要在表面, 表面的颗粒流动速度是很快的, 该区域称为级联区, 而表面以下的颗粒是随转筒一起旋转, 该区域称为固定区, 如图5所示。在级联区, 对于大小不等, 密度相等的颗粒体系来说, 小颗粒不断向大颗粒下面运动, 称为渗透机制;对于大小相等, 密度不等的颗粒体系来说, 重颗粒不断向轻颗粒下运动, 轻颗粒将会向上运动, 这称为浮力机制。下面主要分析密度不等的颗粒体系。
我们考虑准二维旋转圆筒, 如图5所示。颗粒的流动在x方向, 假设流层中颗粒的流动密度与固定层中颗粒的流动密度相等, 则可得质量守恒方程为[6]
依据流层中颗粒流动的连续性, 可知。两种不同密度的颗粒 (重颗粒和轻颗粒) 在X方向的速度可得到[6]
重颗粒在y方向的速度为[6]
轻颗粒在y方向的速度为[6]
上式中假设碰撞耗散系数Dcoll恒定, 耗散系数k可忽略。图6展示了重颗粒与轻颗粒的运动趋势, 我们可以看到重颗粒的运动范围比轻颗粒的运动范围广泛, 并且它们运动的趋势明显不同。当转速ω一定时, 重颗粒的质量越大, 则重颗粒的运动范围就越广泛, 说明重颗粒与轻颗粒分离的越明显。从重颗粒与轻颗粒包围的面积我们也可以看出, 重颗粒的质量越大, 它们包围的面积就越大, 说明它们分离的越显著, 如图6所示。从模拟中我们也可以看到, 重颗粒的质量越大, 两种颗粒分离的就越明显。在图2我们看到, 随着颗粒密度比的变化, 重颗粒与轻颗粒的变化范围发生明显的变化。
图7 (a) 看到, 当角速度较小时, 重颗粒与轻颗粒处于混合态, 当转动时, 重颗粒先运动, 轻颗粒后运动, 两种颗粒不存在分离, 即称为混合区。随着角速度的增加, 两种颗粒同时运动, 出现了明显的分离, 称为分离区, 如图7 (b) 。当角速度增加到一定程度时, 两种颗粒的区域减少, 说明又慢慢出现混合, 如图7 (c) 。
从图8中看到, 混合区到分离区有一个临界点ω。因此将改变重颗粒的质量, 看临界值如何变化。随着重颗粒质量的增加, 临界值ω逐级增加, 增加的幅度越来越慢。
4 结论
通过计算模拟研究了密度和转速对旋转圆筒内二元颗粒体系混合与分离的影响, 结果发现通过改变颗粒的密度和转速可以实现二元颗粒体系的分离。当直径相同的颗粒密度比增加时, 二元颗粒体系的分离明显增加;当转速增加时, 二元颗粒体系的分离明显增加, 但到一定值时, 颗粒出现离心运动, 处于混合态。最后通过密度不同的颗粒体系进行理论分析, 发现从混合区到分离区的临界值。
参考文献
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混合培养体系 篇7
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验材料
综纤维素:云南省红河州弥勒县朋普糖厂甘蔗渣, 经烘干以后, 用亚氯酸钠法去除木质素, 所得总纤维素烘干粉碎后过40目筛。
木糖标准溶液:50μg/mL;葡萄糖标准溶液:50μg/mL。
1.1.2 实验试剂
D (+) 木糖, 生化试剂, 中国医药 (集团) 上海化学试剂公司;D (+) 葡萄糖, 分析纯, 国药集团化学试剂有限公司;95%乙醇, 分析纯, 天津化学试剂三厂;盐酸 (36～38%) , 分析纯, 北京化工厂;3, 5-二羟基甲苯 (地衣酚) , 分析纯, 天津市光复精细化工研究所;三氯化铁, 云南师范大学实验化工厂。
1.1.3 仪器设备
722S可见分光光度计, 上海菁华科技仪器有限公司;天平, mettler-teledo PL203, 分度值0.001g;手工磨;玻璃砂芯漏斗;电炉及水浴锅等。
1.2 方法
1.2.1 样品溶液制备:准确称取0.100g过40目的总纤维素, 加入10mL 3mol/L HCl, 沸水浴中加热40min, 冷却过滤并将滤液适当稀释, 作为测定戊糖含量的样品。
1.2.2 100mg/mL地衣酚试剂:准确称取1.000g地衣酚用95%的乙醇溶解并定容到10mL, 贮于棕色瓶子中, 使用时现配现用。
1.2.3 0.1% (W/V) 三氯化铁浓盐酸溶液:取0.1g三氯化铁溶于100mL浓盐酸中即得。
1.2.4 测定波长的选择:取0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL的木糖标准溶液, 加蒸馏水至3mL, 再加入3mL 0.1%的三氯化铁浓盐酸溶液、0.3mL的地衣酚试剂, 沸水浴中加热40min, 冷却, 在500～700nm的波长范围内进行扫描, 以3mL蒸馏水代替木糖标准溶液为空白。
1.2.5 参比波长的选择:取0.1mL、0.2mL、0.4mL、0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL、2.4mL、3.0mL的葡萄糖标准溶液用蒸馏水补至3mL, 加入3mL 0.1%的三氯化铁浓盐酸溶液, 0.3mL 100mg/mL地衣酚试剂, 在沸水浴中加热40min, 冷却后在500～700nm的波长范围内进行扫描, 以3mL蒸馏水代替葡萄糖标准溶液为空白。同时对显色剂 (3mL蒸馏水加入3mL 0.1%的三氯化铁浓盐酸溶液再加入0.3mL地衣酚试剂) 以蒸馏水为空白进行同样的处理后在500～700nm波长范围内进行扫描。
1.2.6 单波长和双波长法标准曲线的制作:取木糖的标准溶液0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL与1.2.4进行同样的操作, 以确定的单波长和双波长下测定吸光度, 以吸光度和吸光度差为纵座标, 以木糖的含量为横坐标绘制标准曲线。
1.2.7 单波长和双波长法对样品溶液和标准溶液的回收率试验:在0.1mL 50μg/mL的木糖标准溶液中分别加入0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL 50μg/mL的葡萄糖标准溶液, 加水补足到3mL, 再依次加入3mL 0.1%的三氯化铁浓盐酸溶液、0.3mL地衣酚试剂, 以蒸馏水代替木糖标准溶液加显色剂为空白, 用单波长和双波长法测定木糖的回收率。
总纤维素的水解液经过适当稀释取0.5mL, 分别用单波长和双波长法测定其中戊糖的含量, 再在溶液中分别加入0.1mL、0.2mL、0.3mL 50μg/mL的木糖标准溶液, 用单波长和双波长法测定木糖的回收率。除特别注明外以上每组实验均取2个平行, 取其平均值为测定结果。
2 结果与分析
2.1 测定波长的选择
由图1可以看出, 对于不同浓度的木糖溶液, 其生成物在670nm处都有稳定的吸收峰, 故选择670nm处为测定波长, 以求最大限度地减小实验误差并且提高实验的灵敏度。
2.2 参比波长的选择
从图2可以发现, 对于不同浓度的葡萄糖溶液, 与地衣酚试剂显色以后的反应产物的吸光度在不同波长下有相似的变化趋势, 且在620nm处有一个小的吸收峰。图3表明, 显色剂在该波长范围内也有吸光值, 随着波长的增加吸光度在减小, 但在测定波长670nm处仍有吸光度, 这个吸光度造成的误差在单波长测定以显色剂为空白时是不能消除的, 而且也正是由于显色剂在测定波长处的吸光值不为零, 使得在测定低浓度的样品时单波长的读数会出现负值, 从而影响测定结果的准确度。用双波长法则可以有效地解决这个问题 (具体推导过程略) 。图4的情况表明, 显色剂和葡萄糖的反应产物在580nm处的吸光值与其在670nm处的吸光值有近似等吸收的特点, 故把580nm作为参比波长, 是一种等吸收双波长法, 可以有效减少和消除葡萄糖和显色剂对测定结果造成的干扰。
2.3 标准曲线的制作
地衣酚-盐酸法测定戊糖含量标准曲线的线性范围为5～30μg。以显色剂为空白, 分别在580nm、670nm处测定吸光度, 以670nm处的吸光度与木糖含量建立标准曲线和回归方程;同样以670nm与580nm处的吸光度的差值与木糖的含量建立标准曲线和回归方程 (如图5示) 。
2.4 单波长和双波长的回收率试验
分别对试样和标样进行了单波长和双波长的回收率试验, 其结果如表1、表2所示, 从测定的结果可以看出, 不论是对标样还是对试样的回收率试验都表明:双波长法测得的结果都比单波长法的测定结果偏差较小, 双波长法可以有效减少己糖的干扰, 提高测定的准确度。
3 讨论
利用地衣酚-盐酸法测定戊糖的原理是根据戊糖与浓盐酸反应生成糠醛, 糠醛与地衣酚试剂反应生成有色物质, 该物质在670nm处有最大的吸光值, 利用标准曲线可以根据吸光度计算出戊糖的含量。但在含有己糖的二元混合体系中, 以单波长测定会带来较大的误差。许多研究资料都显示[5,6,7], 当混合体系中葡萄糖的含量超过木糖含量的5倍以上时, 对测定的结果有明显的干扰, 本研究的结果也表明, 当葡萄糖的含量达到150μɡ/体系时, 在670nm处有明显的光吸收给测定带来一定的干扰, 且随着葡萄糖浓度增大, 这种影响更加明显。为消除葡萄糖的干扰, S.Hashimoto[8]、T.A.Delcour[9]、李利明[1]等在测定体系中加入酵母发酵以去除葡萄糖, 而周素梅等[10]研究发现, 利用酵母发酵去除葡萄糖会带来更多的干扰。综合比较发现地衣酚-盐酸双波长法是一种简便易行的测定混合体系中戊糖含量的方法。
参考文献
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[7]冯焱, 佟建明.地衣酚-盐酸测定小麦中戊聚糖含量的研究[J].粮食与饲料工业, 2004, (7) :44-45.
[8]S.Hashimoto, M.D.Shogren, Y.Pomeranz.Cereal Pentosans:Their Estima-tion and SignificanceⅠ.Pentosans in Wheat and Milled Wheat Products[J].Cereal Chemistry, 1987, 64 (1) :30-34.
[9]T.A.Delcour, S.Vanhamel, C.DE.Geest.Physicochemical and FunctionalProperties of Rye Nonstarch Polysaccharides[J].Cereal Chemistry, 1989, 66 (2) :109-111.