时间：2023-06-07 09:28:18
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇化工热力学论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
论文关键词：MCR，WebService，架构模式，数值计算，热力学数据库
1引言
随着Internet技术的不断发展。基于浏览器/Web服务器结构模型（即B/S结构模型）的热力学数据库得到了广泛的应用。在这种结构模型下，一部分事务逻辑在客户端浏览器实现，大部分事务逻辑在热力学数据库服务器端实现。然而，由于在热力学数据库的应用中涉及到大量的数值计算，会大量消耗服务器CPU和内存资源，从而导致热力学数据库服务器的负载加重，增大响应时间，因此，如不能很好地解决数值计算的速度问题，系统整体性能将受到较大的影响。
同时，在热力学数据库的开发过程中，开发人员不仅要集中精力将热力学数据库中的数学模型转换为计算机控制代码，而且还需要花费大量精力去实现、验证、优化数学模型中所涉及的数值计算方法。从而加大了热力学数据库的开发周期和难度。
本文针对Web热力学数据库数值计算的特点和对性能的要求。使用面向服务的架构思想，提出了基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式，实现了Web热力学数据库计算模型控制与数值计算过程的分离，大大提高了系统数值计算能力和速度，同时简化了热力学数据库系统实现数值计算方法的过程。
2Web热力学数据库架构模式研究
随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，Web热力学数据库已成为当前热力学数据库技术发展的主流并得到广泛应用。但是围绕着提高Web热力学数据库系统性能的研究依然没有停止。这些研究主要集中在两个方面，一方面是对热力学数学模型的理论研究[1][2]，目的在于建立解决特定热力学问题的正确、高效的数学模型。另一方面是对Web热力学数据库架构模式的研究[3][4]，目的在于降低系统开发难度和缩短系统开发周期，优化网络计算性能，提高应用系统的效率和共享能力，在这类研究中，普遍采用了多层架构模式思想，将系统不同类型的工作任务分配到不同的层中执行，这样不仅便于网络用户使用热力学数据库，同时也便于系统的协同开发，提高了系统代码的复用性，便于业务逻辑的共享、重组和系统的维护。
2.1 三层架构模式的Web热力学数据库
图1. Architecture ofthree-tiers
在图1所示的三层架构模式中，客户端采用浏览器作为的系统界面访问工具。数据库服务器提供高效、安全的数据存储操作。WebServer则实现整个系统的控制。
三层架构模式主要解决了热力学数据库业务逻辑控制与数据存储控制的分离，实现了“瘦客户端”访问，便于用户使用，系统部署简单，维护成本低。从图1可以看出，热力学数据库系统的工作负载主要集中在Web Server，从而导致WebServer负载过重，成为影响系统性能的瓶颈。
2.2 n层架构模式的Web热力学数据库
图2. Architecture of n-tiers
为了减轻三层架构模式下Web热力学数据库系统Web Server的工作负载，系统架构师们提出了如图2所示的n层架构模式。其中，业务逻辑层负责热力学数据库的核心功能----计算模型控制和数值计算。表示层负责用户界面控制，数据访问层负责热力学数据库的访问并屏蔽使用数据库的细节信息。
采用n层架构模式使整个系统的工作负载分布到不同的服务器中，避免因某台服务器负载过重而成为影响系统性能的瓶颈，也便于系统的协同开发和维护，增加了系统部署的灵活性。例如，能够在业务逻辑层利用负载均衡技术构建应用服务器集群，解决复杂业务逻辑控制和大量用户并发访问的性能问题，在数据访问层引入中间件技术，解决高效访问数据库的问题。
3基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式
虽然n层架构模式的Web热力学数据库具有很多优势，但是在具体实现架构模式中的核心层----业务逻辑层时，面临两个比较棘手的问题。
一是如何实现热力学数据库数学模型中的数值计算，例如积分、方程组求解等，这需要热力学数据库开发人员耗费大量的时间和精力去编程实现各种相关数值计算求解程序。如果能够在系统中直接引用目前成熟的科学计算软件来解决数值计算求解问题，将大大简化数值计算实现过程[5][6]。
二是如何提高数值计算的效率。数值计算往往会消耗计算机大量的内存和CPU资源，加重应用服务器的负载，从而导致系统的响应时间增长，成为影响系统性能的瓶颈。如果能够将数值计算过程从业务逻辑层中分离出来，将其转移到专用的数值计算服务器中，不仅能够减轻应用服务器的负载，而且专用的数值计算服务器能提供更好的执行效率，从而改善系统的性能[7][8]。
本文提出的基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式能够很好的解决以上两个问题。该架构模式的核心思想是利用MCR框架构建高性能的、易于使用的热力学数据库数值计算引擎，避免了在热力学数据库的开发过程中直接编程实现数值计算算法，同时使热力学数据库计算模型控制与热力学数据库数值计算过程分离，从而达到简化热力学数据库的开发过程和提高系统性能的目的。
MCR（MATLAB CompilerRuntime）是建立在MATLAB基础上的一个独立的应用框架，能够执行MATLAB文件和函数。而MATLAB是世界上公认的功能强大、应用广泛的科学计算软件,具有丰富的数值计算工具和高效的数值计算效率，占据世界上数值计算软件的主导地位。利用MATLAB提供的MATLAB Builder NE编译工具，能够将MATLAB数值计算函数转换成MCR组件（.net类）。因此，在.net框架中安装MCR就能够实现.net应用调用MCR组件（.net类），进而可以在程序中直接使用MATLAB强大的数值计算功能。为此，本文扩展了n层架构模式，构建了如图3所示的基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式。
图3. Architecture of Basedon MCR
从图3可以看出，数值计算引擎将数值计算功能从业务逻辑层中独立出来，数值计算引擎的构建采用了Service-OrientedArchitecture（面向服务体系架构）的思想，利用Web Service技术实现SOA。SOA 是一种IT体系结构样式，支持将业务作为链接服务或可重复业务任务进行集成，可在需要时通过网络访问这些服务和任务。SOA将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的基于XML的语言（也称为Web服务描述语言，Web Services Definition Language，WSDL）定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得不同类型的业务逻辑层可以以一种统一和通用的方式与数值计算引擎进行交互，便于各种异构热力学数据库业务逻辑层与数值计算引擎的集成和复用，同时也能够利用服务群集技术构建数值计算引擎集群，动态均衡数值计算负载，满足网络高并发、高密集的数值计算需求，优化了系统性能，大大提高了Web热力学数据库数值计算引擎的计算能力和速度。
1)数值计算引擎接口
对外提供统一的热力学数值服务接口，例如焓、熵计算等。只要通信双方定义好服务契约，数值计算引擎可以为各种同构或者异构系统提供热力学数值计算服务，从而使数值计算引擎能够实现跨系统的业务集成和复用。
2)数值计算类
实现数值计算引擎接口定义的具体的热力学数值计算方法，这些方法封装了各种热力学基本计算公式的求解过程，例如求解焓、熵的基本积分公式等。并在方法中调用MCR组件（.net类）利用MATLAB完成具体的数值计算过程。例如定积分运算或矩阵运算等。此外，数值计算类还要负责本地调用语言数据类型与MATLAB数据类型的转换，以及错误处理等辅助工作。
3)MCR
根据数值计算类的调用请求，执行相应的MATLAB函数。
4基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式的优点
在基于MCR框架的Web热力学数据库架构模式中，建立数值计算引擎将数值计算功能从热力学数据库业务逻辑层中分离出来，具有以下优点。
1)采用SOA思想，实现了业务逻辑层与数值计算引擎之间的松耦合，便于各种异构热力学数据库共享数值计算引擎服务。
2)采用SOA思想，能够使用服务器集群技术建立数值计算服务器群，通过负载均衡技术分担各个数值计算引擎的工作负荷，支持高密集数值计算，可灵活的增减系统数值计算能力。
3)减轻了热力学数据库应用服务器的负载，有利于提高系统的整体性能。
4)热力学数据库的业务逻辑层只关注如何使用数值计算服务，而不关心如何实现数值计算，简化了业务逻辑层的实现过程，提高了热力学数据库系统开发效率。
5)能够充分利用MATLAB丰富的数值计算工具，屏蔽了使用MATLAB的复杂的过程。同时借助于MATLAB卓越的数值计算性能提高了数值计算效率。
6)可对数值计算引擎做进一步的优化。如直接利用MATLAB并行计算功能构建多核、多处理器并行计算服务器。或利用MATLAB分布式并行计算功能构建MATLAB分布式计算计算机集群。进一步提高数值计算引擎的数值计算速度。
5结束语
在冶金、化工领域的生产和研究中，热力学数据库作为基本工具得到了越来越广泛的应用，对热力学数据库的计算性能要求也越来越高，而系统的架构模式是影响热力学数据库系统性能的关键因素之一，是热力学数据库系统软件开发的基础。本文分析了三层和n层架构模式的Web热力学数据库所存在的问题，根据热力学数据库数值计算的特点，在n层架构模式的基础上，提出了基于MCR框架的、多层、分布式计算的Web热力学数据库架构模式，可以方便的实现对MATLAB计算功能的调用而无需了解具体的技术细节，从而大大简化了Web热力学数据库开发过程中实现数值计算功能过程，同时也为Web热力学数据库在重负载网络环境下的应用和异构热力学数据库共享热力学数值计算服务提供了一种可行方案。
参考文献
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关键词：逆流换热器热力学优化温差场均匀性因子火用效率熵产
1．引言
换热器作为一种各工业领域广泛使用的设备，它的研究倍受重视。目前关于换热器的研究大致有两个方向，一是研究换热器传热强化，主要目的是提高换热器流体和固壁间的对流换热系数，进而提高换热器的效能。二是从可用能的角度研究换热器的热力学优化，包括换热器的熵产分析、火用效率分析等，从使换热过程不可逆性最小的角度来优化换热器。其中过增元提出的换热器温差场均匀性原则，一方面可以指导新的提高换热器效能的方法，另一方面也可以对换热器热力学优化做分析。本文是从温差场均匀性原则出发，将其应用于逆流换热器的优化过程，并对各种优化方法进行分析比较。
2．换热器温差场均匀性原则
过增元在1992年《热流体学》[1]一书中定义了温差场不均匀因子，应用于顺流、逆流和叉流换热器，发现在相同的传热单元数NTU、热容量比W和流体进口温度的条件下，逆流换热器温差场最均匀，效能也最高，熵产也最小。进而在1996[2]年定义温差场均匀性因子，提出了换热器热性能的温差场均匀性原则：在NTU和W一定时，换热器的温差场越均匀，其效能越高。并采用数值方法对13种换热器的温差场和效能进行了分析，验证此原则的正确性。通过熵产分析指出此原则是以热力学第二定律为理论依据的。同时针对叉流换热器，提出了分配换热面积来改善换热器性能的新方法。过先生又在2002[3]年给出了简单顺流、逆流、叉流换热器温差场均匀性因子的解析表达式，同时通过实验的方法对此原则进行了验证，针对多流程叉流换热器，举例说明用改变管路连接的方法来改变温差场均匀因子，进而改变换热器的效能。在2003[4]年提出基于温差场均匀的场协同原则，同时将此原则应用于多股流换热器中，提出换热器传热性能的高低取决于冷热流体温度场的协同程度，而不是流动方式。
从上述温差场均匀性原则的提出、验证和发展历程来看，这一理论已经比较成熟，也是从传热物理机制方面优化换热器的新探索，可以利用它比较实际换热器的换热性能。很多换热器大都是复合型流动方式的换热器，基本上没有解析表达式；尤其对于叉流换热器，应用此原则，可以在NTU和W给定时，改变传热面积的分布或是管路连接方式，来改变换热器的效能。温差场均匀性原则前提条件是NTU和W值恒定。对于换热方式（逆流）已定的换热器，在W和NTU变化时，应该如何应用此原则是本文讨论的主要内容。
3．温差场均匀性原则在逆流换热器热力学优化中的应用
过先生[3]将温差场均匀性原则用于指导叉流换热器的优化，并对优化效果进行了分析验证。温差场均匀性原则，是从研究对流换热的物理机制出发[5]，用于指导各种形式换热器的优化。本文目的就是应用这一原则来指导逆流换热器优化方法的选择。
3.1逆流换热器已有热力学优化方法比较分析
以目标函数区分的优化方法大概有两类：一是传热过程熵产分析，二是定义火用效率分析。
关于熵产，徐志明、杨善让[6]等人定义熵产生数Ns：单位换热量的熵产。以Ns最小为目标，通过泛函求极值求得换热器温度和热流的最优分布，得到结论：使W略大于1实现最优参数分布。他们从温度分布的角度来优化换热器，提供了一种从换热内部的细节研究问题的思路。能大曦[7]等人在分析换热器的熵产时得到了类似的结论：在W为1时，换热器的Ns最小。同时指出徐志明等人研究得到的W略大于1的结论，是因为他们定义的NTU与常规的定义不同。综合分析前二者可以得到：当NTU一定W变化时，使W为1，换热器性能最佳。对于逆流换热器，W为1就意味着温差场均匀，符合温差场均匀的原则。当W不变NTU变化时，对于Ns的变化，能大曦[7]等人的研究得到：对于逆流换热器，W不变，随着NTU的变化，Ns单调减小。
关于火用效率分析，徐志明、杨善让[8]等人，给出考虑阻力的火用效率取极大值的方法。通过定义火用效率：
分析火用效率随NTU和W的变化，下图是他们分析的结果。从上述结果看出：对于逆流换热器，W不变，NTU较大时，随着NTU的变化，η会越来越低，NTU不变，W变化时，η在W近似为1时取得最大。
比较熵产和火用效率两种方法的结论可以得到，NTU不变，W变化时，二者结论基本一致。而对于W不变，NTU变化的情况，随着W增大，Ns单调减小，而也降低了。两种方法出现了矛盾。下面通过温差场均匀性原则对两种方法比较选择。
3.2逆流换热器熵产和温差场均匀性分析
3.2.1逆流换热器W变化时，看换热器的效能、Ns、温差不均匀因子变化规律。
分析中采用文献中已有的表达式：
(a)换热器的效能[8]：
(b)换热器的熵产[7]：
(c)熵产生数[7]：
其中：。
的解析表达式见文献[7]，换热器的表达式见[3]，图1给出W从0.1变到0.9时，、以及变化结果。其中
由图中得到：随着热容量比接近于1，换热器温差场均匀性因子增加了，熵产减小了。同时结合徐志明[8]等人分析火用效率的结论，综合得到：在NTU不变，W越接近于1，换热器温差场均匀性因子越大，熵产生数越小，火用效率越高。即熵产分析和火用分析均符合温差场均匀性原则。另外从图中看出效能随着温差场的均匀而降低了，用效能来评价换热器性能和热力学分析结论出现了矛盾。当NTU一定，如果要求不同的W得到相同的换热量的话，那么W小的流体，热侧流体的流量很大，保证如此高的流量也要有代价，同时由于流量大，通过换热器时阻力损失也大，与之相对应的火用损失也大，火用效率[7]降低了。因此同时得到单纯用效能来评价换热器是不可靠的结论。
3.2.2W一定，NTU变化时，温差场均匀性因子、熵产生数以及效能的变化。为便于和火用效率[7]分析的结果作对比，取热容量比：
得到结果如下：
图2Ns－NTUφ-NTU和ε-NTU曲线
由上图可见，当W不变时，随着NTU的增加，Ns变小了，效能增加了，但温差场变得不均匀了。结合徐志明[8]的结论，火用效率变小。发现此时火用效率判据符合温差场的均匀性原则，而熵产分析却和原则相反了。Bejan[10]曾把逆流换热器传热过程的熵产分为不平衡流动即热容量不匹配的熵产和由于传热面积有限引起的熵产。能大曦[7]等人对两部分熵产比较得到：两部分的熵产随NTU的变化，趋势是相反的。由于换热面积有限引起的熵产随NTU增加而减小，由于不平衡流动的熵产随NTU增加而增大。对于逆流换热器，温差场均匀与否只取决于W是否为1。不难理解只有由热容量不匹配引起的熵产变化趋势能用温差场均匀性原则来解释。换句话说，熵产生数来做判据包含了换热的物理机制之外的部分，在对换热器做优化时，应怎样用它还有待进一步的分析。从这个角度考虑，基于换热的物理机制建议选择火用效率作为换热器热力学优化的判据。
4．结论
（1）针对逆流换热器，比较已有优化方法，发现熵产分析和火用效率分析在W一定，NTU变化时得到的结论出现了矛盾。
（2）应用温差场均匀性原则，对比温差场均匀性程度变化的趋势和熵产生数、火用效率的变化趋势，得到火用效率和温差场均匀程度变化趋势相协调，选用火用效率来做优化更能反映换热的物理机制。因此建议用火用效率来优化换热器。
参考文献
[1]过增元，热流体学，清华大学出版社，1992
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[8]杨善让、徐志明等，工程热物理学报，Dec.1996
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[10]BejanA.EntropyGenerationthroughHeatandFluidFlow.NewYork:Wiley-Interscience,1982
关键词：热经学分析；以煤气化为核心；多联产系统；应用
中图分类号：F4文献标识码：A
一、引言
立足于我国以煤为主的能源结构，在发电行业里发展了多种清洁煤技术，其中以煤气化为核心的多联产系统是解决我国未来可持续发展的方向之一。
多联产系统是一个非常复杂的系统，主要的产品输出有两种形式：化学品和电力资源。化学品的化学能与输出电力的电能，品位不同，单位(火用)价格不同。如果将两者等同起来可能只会得到尽量提高系统热力学效率的片面结论，为此需要将(火用)与经济结合进行分析――(火用)经济学分析。(火用)经济学分析的依据是热力学与经济学结合的原理，在合适的热力学量度（热效率、(火用)效率）与资金支付方面寻找一种最佳关系，使产品的能耗最低，单位成本最小，经济效益最佳。
二、热经济学分析在多联产系统中的应用
本文输入输出的(火用)分析表明：气化炉单元的(火用)效率为85.27%；净化、变换与甲醇合成单元的(火用)效率为85.08%；发电单元的(火用)效率为42.41%。其中，入口单元煤的化学(火用)为27，557.7kJ・kg-1coal。
在甲醇合成单元中，提高未反应气的循环率可以提高系统的(火用)效率。然而，在合成甲醇单元中，未反应气的循环率的提高势必增加甲醇合成单元及其后续单元中各设备的负荷，导致设备装置增大，投资成本和运营成本增加。从热力学角度分析多联产系统，只能得到系统能量利用的合理性，但系统(火用)效率高并不代表经济上的最佳。因此，需要热力学分析与经济学分析结合起来的(火用)经济学分析法，分析甲醇合成单元中分流器分流值f对系统经济性和(火用)效率的影响，寻求最优值。
为了分析工艺参数（循环率f）对系统各单元的影响，在保持多联产进料煤不变的情况下，通过改变f值对甲醇合成单元进行模拟。其中，f=0表示合成气一次通过，而f=0.6表示合成气通过合成塔后未反应的原料气60%返回合成塔，以提高甲醇产量。随着f值的增加，气体流量也相应的增加。若其他操作条件保持不变，为了保证循环物流的输送和甲醇合成的转化率，甲醇合成单元中的设备也相应增大。本文通过多项式回归，以合成气一次通过（f=0）甲醇的产量为准，然后将不同f值时的气体流量与之相比，得到装置放大倍数与f值的代数关系式为：
F1＝326.576×f5-662.539×f4＋471.843×f3-134.908×f2+13.939×f+0.9184
装置放大（缩小）倍数主要是涉及非能量费用（主要包括初投资折旧费、运行管理费及维修费）。可以说，循环率f越大时增加了设备的损耗，从而放大了非能量费用；但对发电单元却正好相反，循环率越大，未反应气体通过分流器继续循环，进入发电单元的合成气相应减少，从而减少了设备的损耗，缩小了非能量费用。而发电单元的发电量与f值的代数关系式为：
F2＝－105.132×f5＋317.1×f4-339.293×f3+144.83×f2-3.7096×f+0.9679
改变甲醇合成单元中分流器循环率f的值，甲醇产量会随着f值的升高而增加。合成气的(火用)转化产物甲醇的转化率随f值的变化关系式为：
F3＝6.9413×f5-20.1406×f4+22.419×f3-11.9558×f2+3.1119×f+0.4456
同理，随着f值的增大甲醇单元排放出来的燃气（未反应气）量降低，未反应气的(火用)值占进料合成气的百分比随f值的变化关系式为：
F4＝－105.132×f5+317.1×f4-339.293×f3+144.83×f2-3.7096×f+0.9679
本文参照产品的市场价格，计算产品的单位(火用)成本，然后以系统的利润最大化为目标，用mathematica建立多联产系统的(火用)优化方程。通过优化求解，寻找系统(火用)效率和经济效益的最佳关系，使产品的能耗最低，单位成本最小，经济利益最大。按照成本方程和(火用)平衡方程，该多联产系统的优化方程，如下所示。
目标方程为：max profit=Exc-Exc-Z
式中，Ex为系统输出的第i种产品(火用)；Ex为系统输入的第j种燃料(火用)；c和c分别表示输出产品和输入产品的单位(火用)价格；Z为系统中初投资折旧费、运行管理费及维修费等各项费用的总和；profit为该系统的利润。
上述目标方程的约束方程为：
①EX3=F3×EX2
②EX4=F4×EX2
③EX5=0.4241×EX4
④EX2=0.8527×EX1
⑤EX1=27557.7×6×107
⑥Y甲醇=F1
⑦Y发电=F2
⑧Z甲醇=Z甲醇0×（Y甲醇）0.62
⑨Z发电=Z发电0×（Y发电）-0.62
式中，EX1表示年投入煤化学(火用)；EX2表示气化炉单元出口的(火用)值；EX3表示甲醇合成单元甲醇的(火用)值；EX4=表示甲醇合成单元未反应气体的(火用)值；EX5=表示发电单元电的(火用)值；Zi0表示f=0时第i单元的设备投资折旧费、运行管理费及维修费等各项费用的总和，为了简化经济计算，假定设备的残值率15%，设备折旧费按25年直线折旧计算，年度设备维修费占设备初始投资的0.5%，设备管理费占设备初始投资的1%。原料煤的(火用)价C1为6.5317×10-6元/kJ，产品甲醇的(火用)价C3为2.368×10-4元/kJ，产品电的(火用)价C5为1.6651×10-5元/kJ。Shell气化炉日处理煤250～400t，若取300t/天，每年按200个工作日计算，则年处理煤共6×107t。合成气单元、甲醇合成单元和发电单元设备的初始投资分别为39，705万元，77，866万元，发电设备的单位造价1，400元/Kw。具体的计算过程可从下面的计算得出。把上述计算代入各方程，通过运筹学的线性规划求解可求算出目标方程的最优值。
从前面的(火用)分析可知，要增加化学品甲醇的产量或提高系统的(火用)效率，必须加大甲醇合成单元尾气的循环率，即提高f值。然而，提高尾气的循环率，则会增加甲醇合成单元及其后续单元中各设备的负荷，导致投资成本和运营成本增加。本文建立的多联产系统热经济优化模型是在mathematica中实现，通过调用mathematica的求最大值函数，得到最优的f值为0.7173，此时系统的利润额最大，为22，860万元。
三、结论
热经济学分析是将系统用能的合理性和经济效益综合起来评价的方法，具有很强的实际应用意义。本文将(火用)分析与经济分析相结合，建立多联产系统的热经济优化模型，通过模型的优化求解，得出甲醇合成单元中循环率f的最优值为0.7173，此时系统的利润额最大，为22，860万元。
（作者单位：北京化工大学）
主要参考文献：
[1]倪维斗，李政，薛元.以煤气化为核心的多联产能源系统――资源/能源/环境整体优化与可持续发展[J].中国工程科学，2000.2.8.
论文关键词：孔隙热弹性地基，移动周期载荷，周期性条件，微分求积法(DQM)，动力学响应
0 引言
半空间体受移动载荷作用的问题是交通运输、土木工程以及地震工程中最基础的一类课题。例如，由高速火车或者地铁引起的噪声和振动是现代城市结构设计中必须要考虑的重要因素。对移动车辆或者地铁引起的微振动的评估，以确保精密仪器的正常运行，对于土木工程设计部门来说同样重要。研究运动荷载作用下地基的动力响应，对于我国，尤其是对于在南方软土之上发展新型高速铁路，开发磁悬浮列车也具有重要的理论和工程意义。
在文献[1-3]中，人们研究了在移动载荷作用下弹性或者粘弹性半空间的动力学响应。但是，利用单相介质来模拟由土颗粒和水组成的二相饱和介质会产生一定的误差。为了进一步探讨在移动载荷作用下由二相饱和介质组成的地基的动力学响应，基于多孔饱和介质的Biot理论[4]，金波等[5-7]用Fourier变换研究了受匀速移动简谐力作用的多孔弹性半平面问题，发现多孔饱和弹性固体在移动荷载下的动力响应与单相弹性固体的动力响应明显不同，多孔饱和弹性半平面的应力和孔隙水压力都随振动频率或载荷移动速度的增加而增加。
虽然，用Biot理论成功地解决了许多工程实际问题，然而当地层介质中的孔洞不含液体时，用Biot理论来描述流体饱和多孔介质显得不够准确。为了弥补这一不足，同时考虑温度的影响，Goodman，Cowin和Iesan等人[8-11]发展了一种较为完善的孔隙热弹性理论。该理论的基本假设为：材料的体积密度是两个场，即基体材料密度场和体积百分比场的乘积物理论文，这样，材料体积密度的表达式可由一个独立的动态变量表示，这个变量就是孔隙体积百分比。然后由热力学第一、第二定律导出各向异性孔隙线性热弹性材料的基本方程。
由于孔隙热弹性材料兼具结构和功能双重用途，具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，它们多见于天然多孔材料、人造多孔材料和生物工程材料等，不但在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景，而且相比其他理论也更适合用于研究特殊的连续体和地质材料，如岩石，砂土等的力学特性。
本文基于孔隙热弹性线性理论，首先建立了在移动周期载荷作用下二维孔隙热弹性地基动力响应问题的数学模型，其中包括动量平衡方程、平衡力的平衡方程、能量方程、周期性边界条件、初始条件等。在此基础上，分别采用微分求积法(DQM)和有限差分法(FDM) 在空间和时间域内对控制方程进行离散，并求解。作为算例，首先研究受移动谐载荷作用下孔隙热弹性地基的动力学响应。然后，分析了在极限车载作用下孔隙热弹性地基的动力学特性，考察了车速对沉降、孔隙体积百分比和温度的影响。通过计算和分析看到，本文提出的用于处理周期性问题DQM，具有精度高、收敛性好，计算效率高等特点。对于求解各种土质条件下地基的动力学响应具有独到之处。
1问题的数学描述
考察图1所示厚为，宽为无限长的孔隙热弹性二维介质，其所占的区域，在顶端受移动周期性外载荷或周期性温度的作用。任取一个周期性区域来进行分析，是周期载荷的波长。令为区域左右两侧的周期性边界，其边界方程为：。
关键词：大学物理；物理学史；课堂教学；兴趣激发
作者简介：李玲（1980-），女，湖北荆州人，长江大学工程技术学院，讲师。（湖北 荆州 430020）
基金项目：本文系长江大学工程技术学院教研基金项目（项目编号：JY201112）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0122-02
一、大学物理课程的意义
物理是自然科学的基础性学科，它的知识体系和思维方法贯穿人们学习自然科学知识的始终，培养人的科学精神，陶冶人的科学思维，教会人应用科学方法解决具体问题。大学物理是工程技术学院（以下简称“我院”）相关系部许多专业课的理论基础，但因有些学生认识不到这门课的重要性，经常在课程中期出现畏难厌学现象。现通过改革课堂教学内容，提高学生对物理的学习兴趣，以期提高教学质量。
物理学史上的许多名人轶事及其主要研究成果的研发过程都对今人有积极的指导作用，如光学波粒二象性对立统一的认知发展过程。若能结合教学内容将物理学史中有代表性的知识体系发展融入教学过程，既可激发学习兴趣，改变满堂灌的理论推导，又可有机地将物理知识要点与科学的世界观及哲学发展理论结合起来，有利于学生知识底蕴的累积和眼界的开阔。
表1 大学物理全模块教学内容及课时分配
我院经过数年的大学物理模块化教学改革[1]后，将学科内容分为六个模块（表1），参考课时分配，本文讨论如何在课堂教学中将物理学发明史、名人史等容易激发学生兴趣的内容导入，以及导入后其对课题教学可起到的积极作用，课程内容以我院现在使用的大学物理教材[2]为准。
二、大学物理全模块教学内容
1.力学
力学部分的讲授内容比较多，是物理学实践探索方法与思想体系建立的基础。质点运动学有两次课，第一次课绪论开端讨论物理学科的研究范围，介绍从古人对自然的朴素的感性认知，到近代利用微积分等数学工具归纳推导大量天文观测数据及实验室数据而获得的经典物理学基本定理与定律，再到近现代的量子物理和相对论，物理的发展史即人类文明的发展史。这两次课中要将大学物理用到的微积分、矢量等数学知识进行系统化介绍，而微积分的发明者之一牛顿正是近代物理的标志人物。
牛顿定律部分由于学生熟悉内容，在理论讲授部分很容易分散注意力，因此，介绍相关物理学史知识可以有效地激发学生兴趣。如被称为近代物理学之父的伽利略，其著名的比萨斜塔落体实验、斜面实验皆入选最美丽的十大物理实验，[3]其物理思想如惯性、力与运动的关系等，是牛顿定律得以建立的基石。而牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。质点动力学的最后一节非惯性系略有些抽象。以科里奥利命名的旋转参考系中的惯性力有许多常见实例，很容易激发学生探究兴趣，如台风气旋、下水方向、河道两边的不对称冲刷，以及著名的列入十大最美物理实验之一的傅科摆。[3]
刚体力学三次课相对来讲较难较抽象，需要用到微积分、空间立体几何及矢量叉乘知识，质点的角动量守恒可以将开普勒第二定律的反向证明作为计算实例，而历史上牛顿正是由开普勒第二定律推导定义角动量的概念。在大段相对沉闷的概念讲解和定理推导之后，第谷与开普勒师生的历史故事以及他们对物理学发展的贡献很容易引起学生的兴趣。
2.振动与波
由于简谐振动的振动方程、平面简谐波的波动方程等都比较抽象，其对应物理量的计算和转换多，所以此处学生最易产生厌学情绪。
机械振动两次课，第一节课可用中国2013年6月太空课堂的单摆实验导入；第二次课的利萨，及其后的阻尼振动及共振在生活中的应用及历史中的实例就更多了，例如著名的18世纪拿破仑士兵齐步过桥致桥塌事件。在西方，波动现象的本质首先是由达芬奇发现的。机械波致质点受迫振动也可举共振的例子，如中国古代战场上利用共振器判断敌军多寡和方位、唐朝寺庙钟磬声波共鸣等事例。第二次课中可以用1842年多普勒在散步时的“多普勒效应”导入，目前该效应应用很广。
3.热学
热学部分我院仅勘工和化工类专业需要学习。气体动理论部分的两次课中涉及到微积分的计算不太多，学生们对克拉伯龙方程也有一定基础，总体难度不大。第二次课讲自由度及麦氏速率分布率时，由于涉及到统计学，相对比较枯燥且理论公式冗长。可以在前期已观察到学生状态及接受水平的基础上，淡化理论，介绍一下科学家麦克斯韦生平。麦克斯韦被誉为牛顿与爱因斯坦之间最伟大的物理学家，其一生对物理学的卓越贡献不仅表现在对后世产生巨大影响的电磁学上。他在热力学方面提出的麦克斯韦速率分布式也是应用最广泛的科学公式之一，在许多物理分支中起着重要的作用。同时代的科学家玻尔兹曼将麦克斯韦速率分布式应用到保守力场中，提出了玻尔兹曼速率分布律，在热力学研究中也具有重要地位。玻尔兹曼把物理体系的熵和概率联系起来，阐明了热力学第二定律的统计性质并引出了能量均分原理。
热力学基础三次课，可联系科学发展史上对永动机的探索导入。如第一类永动机不可能被创造出来是违背了能量守恒定律，但其探索过程为热力学第一定律的建立提供了实验基础；第二类永动机则违背了热力学第二定律。此外，热机的发明是工业革命的标志之一，第二次课的循环过程可借此话题导入。
4.光学
光学是一个古老而充满活力的学科。[4]从十七世纪中叶牛顿和惠更斯分别提出光的微粒学说和波动学说之后，对于光的本质的讨论一直是科学界热点话题，直到二十世纪爱因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛顿对光学的研究可视为近代光学的开端，其棱镜分解白光实验入选十大最美物理实验，[3]而牛顿环实验至今仍是大学普通物理实验室经典必选实验之一。因牛顿的权威，光的微粒学说在科学界占主导地位达一个多世纪。光的干涉第一次课以十九世纪初托马斯杨的双缝干涉实验导入，这一实验揭开了近代波动光学的序幕，亦是十大最美丽的物理实验之一。[3]第二次课薄膜干涉可以用牛顿环导入。第三次课中介绍在物理学史上有重要地位的迈克尔逊（1907年获诺贝尔奖）干涉仪。
在衍射部分，将菲涅尔等实验证明的著名泊松亮斑在第一次课中作简单介绍，可以很好激发学生的讨论热情，因泊松亮斑的相关历史很多学生都有所了解。第二次课的X射线衍射的发现过程亦十分有趣，伦琴（1901年获诺贝尔奖）夫人戴婚戒的手骨底片是第一张X光照片。
光的偏振总体上是介绍性质的讲授，重点是1808年发现的马吕斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重点但比较有趣的双折射现象则是早在1669年就被人们发现的，其在生活中可作为辨别晶体与非晶体的一种方式。
5.电磁学
经典电磁学理论是大学物理中的必修模块，虽然理论推导多、微积分计算多，但现在电磁学在生活中的应用无处不在，且名人辈出，将课上得生动有趣并不困难。如静电学部分的库仑定律是1785年的库仑扭秤实验确立的，电荷的不连续性是由1909年密立根油滴实验证明，该实验是十大最美物理实验之一。[3]第三次课讲授的静电场高斯定理因“数学之王”高斯得名。高斯生平传闻轶事很多，尤其是其研究生时期，误将悬留两千余年未解的尺规作正十七边形问题作为导师布置的课后作业一夜解决的故事，与学生们发散讨论其心理学与教育学意义，对于学生打破心理设限努力钻研学习很有意义。
稳恒磁场八次课，第一次课可介绍中国古人在磁学方面的发现，司南和指南针的意义；1820年近代磁学标志性的奥斯特实验等，也是学生们熟悉且有兴趣的内容。第二次课的毕奥-萨伐尔定律，可介绍其定律的得出与安培、拉普拉斯等在数学上的帮助密不可分，再次强调大学物理学习中高数知识的重要性。安培是一位在数学、物理、化学领域都有很高造诣的科学家，约第四、五次课中学习的磁场安培环路定理、安培定律都由他发现，被称为“电学中的牛顿”。
电磁感应部分则由著名科学家法拉第的故事导入。被誉为电磁学领域的平民巨人，著名的自学成才的科学家法拉第，生于英国一个贫苦铁匠家庭，仅上过小学。1831年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。[4]法拉第是一位无以伦比的实验物理学家，在电磁学、化学、电解、气体液化等实验方面都做出了巨大贡献。而且法拉第十分幸运地在晚年遇到了既能理解他的物理思想，又长于数学的麦克斯韦，第三、四次课中的感生电场和位移电流假设都是由麦克斯韦提出。麦克斯韦于1873年出版了科学名著《电磁理论》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论，这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。1888年，赫兹经反复实验，终于发现了人们怀疑和期待已久的电磁波，由法拉第开创、麦克斯韦总结的电磁理论，得以完美的证明。
6.相对论与近代物理
这部分内容我院只有全模块的勘工和建环专业按十六课时教学并考试，其他专业都只作为了解内容，用物理学史的故事串讲主要内容即可：
（1）被誉为20世纪最伟大物理学家的爱因斯坦，其狭义相对论的两个重要结论：时间延缓和长度收缩效应，及物理学史上著名的双生子佯谬已被实验证明，而为爱因斯坦赢得1921年诺贝尔奖的是光电效应的研究。
（2）光电效应方程中的普朗克常数对描述光的量子性非常重要，因研究黑体辐射而提出该常数的普朗克（1918年诺贝尔物理学奖）是量子力学的创始人。有趣的是，普朗克本人并不认同量子理论的许多观点，直到爱因斯坦利用能量子假设完美地解释了光电效应。
（3）被戏传一举拿下诺贝尔奖（1929）的德布罗意也是量子力学创始人之一，以物质波假设理论最初的确是在其博士论文中提出的，因德布罗意是法国公爵兼德国王子，使其曾被传闻是一位花花公子，事实上德布罗意终身献身于科学，深居简出，是个标准的工作狂。
（4）提出氢原子能级假设的天才玻尔是著名的哥本哈根学派创始人，量子力学的奠基人之一。
（5）概率波动力学的创始人薛定谔，提出著名假设“薛定谔的猫”。
三、结束语
本文按长江大学使用的《大学物理》教材[2]中各章节先后顺序列出各章可能提及的名人轶事，希望对执教于大学物理的同仁们在课堂教学中有所助益。
参考文献：
[1]李玲，梅丽雪.独立学院大学物理模块化教学探讨[J].华章，
2009，（9）.
[2]康垂令， 伍嗣榕，李玲.大学物理[M].武汉：武汉理工大学出版社，2013.
[3]宫铁波，张炳恒.十大经典物理实验回顾[J].大学物理实验，
论文摘 要:在科学技术的发展中，化工技术已渗透到科学技术的各领域，对科学技术的进步、国民经济和现代社会生活的发展发挥着重要的作用。化工专业课程的特点是论文性强、概念抽象、原理复杂，对成人学生来说是比较困难的。笔者在教学过程中结合成人的特点，结合专业课程特点，有针对性的提出几点意见和建议，以期提高成人化工专业的教学质量。
成人教育在我国的高等教育中占有越来越重要的地位，这充分体现了我国高等教育的“终身化”、“大众化”和“综合化”。成人学生大部分是已工作的在职人员，虽然他们具有丰富的实践经验，但对化工专业理论知识的掌握和理解存在着很大的差异，另成人学生毕业较早、年龄偏大，因此，这决定了成人教育与全日制本科教学有着许多不同。作为化工专业从业人员，面对科技，文化，经济全球化的激烈竞争，我们必须接受新的知识，不断提高自己的工作能力和专业水平，对我国化工行业的迅速发展添砖加瓦。我国成人教育的办学规模越来越大，学员人数越来越多，在提高广大在职化工人员的专业水平上发挥着重要的作用。但目前，我国化工成人教育也存在着“普教化”倾向，缺乏成人特点，不能很好地满足社会对化工成人高等教育所培养的人才在知识和技能等方面的更高要求。为此，笔者结合成人教育特点和教学实践，就化工专业成人的教学方法进行探讨，以适应化工成人教育发展的需求。
1 掌握成人学生特点，因人施教
成人学生的来源不同于全日制本科生，学生来源主要是已经参加工作的具有一定社会实践能力、独立人格的在职人员，他们毕业较早，受外界干扰多，精力不易集中，但对知识的追求欲很强，重视接受教育对自身价值的提升。他们的学习是一种充电，是对知识更新与补充，也是对专业理论和技术的提高。又由于每个成人以前所受教育不同，对专业知识的掌握参差不齐，这就要求教师必须针对成人的特点，因势利导、因人施教。成人学生有实际工作经验，多数来自生产第一线，如来自化工厂化验室的学员，他们对常规的分析方法和分析手段比较熟悉，但对近代分析仪器手段比较陌生，且充满兴趣，所以在讲授这部分内容时，我们尽可能讲述每一种仪器分析方法最新进展，以满足成人学生对知识的求新心理。例如，在讲述光谱分析部分时候，侧重介绍荧光、红外光谱，波谱学等的工作原理及分析手段，加以动漫和化工软件演示，以此激发学生学习的能动性，满足他们求实创新的需求。
成人学生的年龄一般较大，记忆力远不如全日制学生，但他们对知识的理解性和逻辑性的记忆较强。针对这一特点，加强理解性记忆，具有重要意义。为此，在授课内容中注重用通俗的语言结合成人的实践经验来把枯燥、乏味的理论知识传授给学生。例如，化工生产中温度、压力是如何确定的？需用到物理化学中的化学平衡的知识，直接讲述化学平衡学生难以理解记忆，我们结合学生在实际操作中的情况，如合成氨的生产，为什么条件是高温、高压？把实际和理论结合起来，进行对比讲解，提出在实际操作中如果温度低了，会出现什么情况，对产率有何影响？当温度高了又有何影响？学生把自己的实践和理论结合马上就理解了温度、压力等操作条件是如何影响生产的，进而知道了温度、压力等是如何确定的。又如在无机化学中讲到原子轨道理论，分子轨道理论和杂化轨道理论时，我们可以把这几个知识放在一起，进行对比，找出它们的差异，同时以动漫演示这几种理论的变化过程，相信成人学生对这种复杂、抽象的概念理解也不会太难了，加深了学生对知识的理解记忆。
2 采用多种教学方法，激发学生的学习兴趣
由于成教学生大多数基础较差，且对这门学科缺乏正确认识，有些学生甚至觉得学习理论在实际中没有多大的用处，因此缺乏学习积极性。要激发成人学生的学习积极性，在教学中就应针对成人学生特点，采用多种教学方法。
2.1 启发式
启发式教学是一种注重发挥学生主体能动性的一种学习方法，比较适合成人学生独立思维、积极主动地去获取知识的特征。启发式教学是指教师从学生的实际出发，采用各种有效的形式去调动学生学习的积极性和主动性，指导他们动脑、动口、动手，经过自己的思考去获得知识，引导学生去发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，使之生动活泼、有兴致地学习。有人提出了启智的七把钥匙:第一，质疑;第二，引趣;第三，勤学;第四，改难;第五，动情;第六，求变;第七，务本。教师在教学中采用满堂罐式的教学，只能使学生觉得乏味，最后完全失去学习的兴趣。在教学中如果教师善于应用启发式教学，不但使学生想学、愿学，而且提高了学生的创造性思维能力。例如，我们在讲授硫酸这门课时，可以提出“生产硫酸的原料有哪些？”“原料不同对后面的工序有何影响”、“由于原料的不同生产硫酸的工艺有何不同？”“为什么硫酸的净化工序差别较大？”等一系列问题，要求他们认真思考后再回答，这样就能使他们的思维活动变得非常积极而主动，讲授的有关知识也就很快掌握了。这样不仅可以启发学生学习基础知识的自觉性，而且对培养学生的科研兴趣和创新意识大有裨益。
2.2 对比式
化工专业有些课程的内容比较相似，要想区别并理解记忆这些内容，对比法是一种行之有效的讲授方法。例如，有机化学中的双分子亲核取代、单分子亲核取代和双分子消除反应、单分子消除反应非常相似，很容易混淆，而这部分内容既是重点又是难点，在讲授过程中我们把这四个内容放在一起进行列表找出相同点和不同点，并且抓住几个关键词取代、消除，单分子、双分子进行讲解，再从反应机理进一步对比，这样就使学生对这几个概念有一彻底的理解，从而达到了对理论知识的掌握。又如物理化学中有一些公式十分相似，如范特霍夫公式、克—克方程和阿累尼乌斯方程外在形式的相似隐含着它们之间一定有内在联系，只要我们分析一下上述关系式的来踪即可发现它们相似的内在原因。这些公式相似的内因是由于它们都反映着某种平衡关系及体系从一个平衡态变到另一个平衡态的条件。推广开来，对任何一个可用平衡表示的热力学体系，用有关平衡理论去讨论总可以得到某个物理量随温度的变化为该类形式相似的公式。这种相似性为我们掌握热力学量间的关系及热力学方法处理问题的特点，进行一些物理量的计算或一些公式的理论推导提供一定的方便。通过对几个相似公式的分析，我们把不同章节的公式联系在一起，通过挖掘教材内容和各知识点的结合，使学生易于理解及记忆。有利于成人学生对相关内容记忆得更深刻。
2.3 比喻式
化工专业课的理论性较强，在教学过程中常常会遇到一些较难理解的理论和概念，如果只用专业语言去讲，成人学生由于专业基础普遍较差，很难听懂，此时就可以运用比喻的方法把一些理论问题形象化去讲，可达到事半功倍的效果。例如，我们在讲授表面活性剂分子的结构时，可以将其比喻成火柴，火柴的大头是表面活性剂分子的极性基部分，火柴杆是表面活性剂分子的非极性基部分，这样形象化的比喻就能使学生很轻松地接受表面活性剂分子的结构并能牢牢地记住。又如在物理化学中讲授熵的物理意义时，我们可以把熵比喻成一个小孩，孩子天生好动，这是一个自愿过程，熵是增大的，无序度也是增大的;而想让孩子不动，则必须束缚他，这是一个非自愿的过程，熵是减小的，有序度是增大的。这样把一个抽象的概念形象化，使学生很容易理解。
2.4 总结式
一堂课讲完以后，都必须留十分钟左右的时间，对这堂课进行总结、归纳。成人学生理解问题、分析问题的能力强，因此，可以用准确简练的语言，提纲挈领地对一些重点、难点进行总结。这样学生可以牢牢抓住本节本章的重点、难点，加快了对知识的掌握，除此总结式还可以提高学生对知识的概括能力，不会出现眉毛胡子一把抓的结果，更有利于学生更好的完成学习任务。
3 利用现代技术手段，完善教学环节
化工专业的专业基础课程，如有机化学中的有机化合物的分子结构，由于结构抽象、复杂，很难用语言描述清楚。化工专业的专业课程，如无机化工工艺学教材中有许多的工艺流程图和众多的配方，用常规方法进行教学，既难板书，又费时间，一堂课下来讲不了多少内容，难以完成大纲规定的教学任务。针对上述情况采用现代的、高技术的、大容量的现代化教学方法如多媒体教学，借助计算机技术将图像、声音、文字、动画等相结合，形成“动静结合、声形并茂”的教学情境，使微观世界变得直观、明了，非常有助于学生对知识的理解和掌握。利用多媒体课件教学可以使有机化合物的结构一目了然;可以使各流程中物料的流向、产物的分离、设备的结构形象生动。
4 根据教学实际强化理论基础
成人学生多数离校已久，知识结构相对老化，基础理论较为薄弱，对抽象的、逻辑性较强的理论知识的学习困难较大。针对这种情况，教师必须全面了解课本，深入研究教学大纲，做到心中有数。在讲解过程中对较易掌握的知识可以一带而过，碰到理论性强的难点和重点时，例如，无机化学中的能斯特方程、法拉第定律等的数学表示式含义及其各种符号的意义和公式应用的条件和范围，有机化学中的各反应的反应机理、特点，提出来讲深讲透，可以重复多次的讲解，重点一定要突出，难点一定要强调，使这些知识在学生大脑中扎根，而达到学生对知识的熟练理解和掌握。
5 结语
随着专业改革的不断深入，在成人化工专业的教学过程中，不断的探讨适合成人学生能力培养的课程教育方式和方法是有必要的。通过教师在教学中的不懈努力，相信一定能完成课程教学改革的任务，为社会培养合格的化工人才做出贡献。
参考文献
[1] 湖南大学化学化工学院组.分析化学[M].北京:科学出版社，2001.
[2] 陈五平.无机化工工艺学[M].北京:化学工业出版社，2001.
[3] 肖衍繁，李文斌.物理化学[M].天津:天津大学出版社，2004.
[4] 高职高专化学教材组.有机化学[M].北京:高等教育出版社，2000.
材料工程(专业代码085204)：接收专业型硕士研究生
化学(专业代码：070300)：物理化学、无机化学方向接收学术型硕士研究生
二、研究方向
1、能源环保功能晶态材料
本方向以面向能源环保领域的晶态材料为研究对象，以宏观性质(光、电、能源气体存储、太阳燃料(产氢、温室气体转化)光催化材料、光电转化和污染物去除)与微观结构、形貌之间的内在关系为主线，开展研究工作，为晶态材料功能导向的结构设计、可控制备和性能调控提供新理论、新方法与新材料体系，重点实现其在新能源利用、环境治理、能源存储和转化等领域的应用。
目前主要研究方向有：
1、孔性晶态材料：储氢、捕获温室气体、污染物去除、气敏、绿色催化;
发光晶态材料：荧光、化学传感器、光电转化;
新型高效催化材料：太阳燃料(分解水、CO2转化)光催化、电催化等。
联系人：赵君
联系方式：13507206810，[email protected]
2、动力与储能电池材料
本方向长期致力于锂离子电池等储能电池新型电极材料结构设计、合成和电化学性能研究。以宜昌地区丰富的磷矿、石墨矿及铁矿等矿产资源为原料，积极开展高附加值锂离子电池正/负极材料和超级电容器用复合材料方面的基础和应用研究。现有博士生导师2人，硕士生导师4人，在读研究生13人，已毕业研究生均在国内著名能源材料企业或研究机构(如上海杉杉科技、东莞新能源、深圳贝特瑞、亿纬锂能等)从事研发工作。本方向在研国家自然科学基金5项，其它省部级及企业横向课题6项。研究成果在国际权威刊物上发表SCI论文90余篇，获得授权发明专利6项，并被评为湖北高校十大科技成果转化项目提名奖。
联系人：杨学林
联系方式：13972604202，[email protected]
网页：newenergy.ctgu.edu.cn
3、能量转换材料与器件
本方向长期致力于能量转换材料与器件的研究，结合国家新材料产业发展规划以及宜昌市无机功能材料聚集中心的发展目标，以揭示材料设计、合成、制备及器件组装与性能的依存关系为主线，探索提升材料及器件性能的新工艺和新途径。本方向主要围绕Si基及C/Si基薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和超级电容器材料的设计、可控合成、器件表面界面调控及性能优化开展系统研究工作。
联系人：孙盼盼
联系方式：13618682465
4、光伏材料与器件
光伏材料与器件团队所在的太阳能研究所实验室主要致力于各类太阳能电池的研发、超级电容器的制备及光伏发电电力系统相关问题的研究。现有博士生导师1人，硕士生导师4人，在读研究生14人。本方向主持有国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅青年基金、湖北省科技厅中小型企业创新基金以及与企业合作横向项目十余项。实验室拥有从材料制备、电池组装到性能分析的整套设备，有研究光伏发电及电力变换想问题的分布式发电系统及基于新能源微电网研究的2011省级协同创新科研平台。相关研究成果曾获湖北省自然科学奖二等奖、三等奖各1项，获国家发明专利12项。
联系人：谭新玉，肖婷
联系方式：15872592999，18986817550，[email protected]
5、金属陶瓷材料
金属基/陶瓷基复合材料是我校较早开展的研究领域之一，主要研究方向：金属基复合材料、陶瓷基复合材料、金属材料。基础研究以材料热力学、动力学为理论基础，结合现代材料制备技术，研究材料成分、组织、性能之间关系;工程应用面向切削刀具、模具耐磨材料、汽车超高强度用钢、高温合金和新型建筑材料。实验室拥有较为完善的材料制备、测试和表征设备。近年来形成了以博士为主体的研究队伍，现有导师7名，其中教授4人，在读研究生21名。研究工作先后得到国家自然科学基金委、省部级部门和企业的资助，承担纵、横向项目30余项，三大检索论文150余篇，授权国家发明专利9项，部分科研成果已转化为工业应用。研究成果获得湖北省科技进步三等奖3项，市科技进步一等奖2项。
联系人：丰平，戴雷
联系方式：13997700627，13197326390
论文关键词：锅炉原理 实践训练 教学
论文摘要：为适应创新型国家发展战略，教育创新应贯穿大学课堂理论教学和课程实践训练教学。针对“锅炉原理”课程实践训练教学，重点探讨了华北水利水电学院“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法，以期对电厂热能与动力工程专业实践能力训练方面起到一定的推动作用。
锅炉是用以生产热水或蒸汽的设备，在国民经济中具有异乎寻常的重要作用，电站锅炉是火力发电系统三大主机之一，对火电的高效、洁净和安全生产及其重要，因此，“锅炉原理”是热能与动力工程专业最核心专业课程之一。“锅炉原理”课程主要讲授锅炉的基本工作原理，包括锅炉的炉内燃烧原理及燃烧设备、锅炉的传热过程、锅内水动力、受热面外部工作过程和先进锅炉技术的发展等内容，要求学生掌握锅炉工作过程的基本理论及锅炉设备的相关知识，并培养学生分析工程问题、锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
为适应创新型国家发展战略，高等教育要实现从知识型向创新型培养目标转变，具体到“锅炉原理”的课程教学中，创新应贯穿课堂理论教学和课程实践训练教学。对“锅炉原理”课程的理论教学内容设计、教学手段、教学方法等方面已有较多的探讨和实践研究，[1-4]本文从“锅炉原理”课程实践能力的培养出发，重点讨论华北水利水电学院（以下简称“我校”）“锅炉原理”课程实践训练的目标定位、教学内容的设计和实施方法。
一、“锅炉原理”课程实践训练教学的定位
“锅炉原理”课程实践训练教学的定位必须符合我校热能与动力工程专业定位，应全面贯彻党的教育方针，遵循大学教育教学规律，秉承我校办学理念，实施“基础、实践、创新”三位一体的培养模式，在教育教学中，坚持夯实基础、强化实践、注重创新的思想，培养吃得苦、下得去和用得上的专业技术人才。应以“宽基础、强能力、高素质”为培养人才的宗旨，注重学生的动手能力、创新意识与能力的培养，加强实践性教学环节，优化教学方法与教学手段。专业实践能力培养始终围绕“强化实践教学、提高学生素质、培养创新意识、重在实际应用”的教学指导思想，从人才培养目标、实验教学体系、实验教学内容和方法、实验教学队伍、实验环境条件和实验室管理体制等方面进行了全方位的改革与建设，探索实现基础性验证实验、测定试验、创新性科研训练实验和拓宽知识面的演示实验的“四级实验”教学体系，实现教育创新。“锅炉原理”课程实践训练教学应实施从理论到实际、从传统到创新、从课堂到工程项目的工程化实践教学思想，围绕动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力，达到加深理论知识的掌握和应用，在实践训练中切实培养学生处理工程问题，进行锅炉设计计算和锅炉试验的实践能力。
二、“锅炉原理”课程实践训练教学内容的设计
“锅炉原理”课程实践训练教学内容尚无可参考材料，根据我校热能与动力工程专业人才培养和“锅炉原理”课程大纲的要求，基于我校的专业师资、实验室和实习资源以及用人单位和历届毕业生的建议，科学制定“锅炉原理”课程实践训练教学内容。
1.“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计原则
对我校“锅炉原理”课程实践训练教学内容进行设计时，实行“工程化”设计思路，并遵循四个原则，即实践训练内容以“锅炉原理”为中心、内容进程科学有序化、内容设计层次化和实施方式多元化。
（1）以“锅炉原理”为中心，多课程之间紧密联系化。鉴于“锅炉原理”是热能与动力工程专业的最重要专业课，处于前期的专业基础课程以及后续课程之间的中心地位，因此在设计“锅炉原理”课程实践训练教学内容之前，先对我校“流体力学”、“工程热力学”、“传热学”和“燃烧学”等基础课以及后续专业选修课程比如“大型锅炉运行”、“单元机组集控运行”和“循环流化床燃烧技术”等课程的教学大纲、实验大纲、知识点讲授情况以及实践实验训练情况进行详细调查、分析和总结，做到了然于胸，确保“锅炉原理”课程实践训练教学内容设计与前期专业基础课程及后续专业选修课程的紧密联系，力求通过该课程实践训练，既可以巩固和加深学生对前期专业基础课的理解，加强对所学基础知识的实践应用，将所学的热工学知识、燃烧学知识在电站锅炉中加以应用，达到学生对锅炉原理中炉内燃烧、锅内传热及水动力和烟风阻力知识融会贯通、举一反三，为灵活应用打下坚实基础，又能激发学生学习后续专业选修课程的欲望和热情，培养学生学习后续课程的好奇心、主动性和积极性。
（2）实践训练课程内容进程科学有序化。“锅炉原理”课程本身知识点之间的顺序决定了课程实践训练教学内容的设计次序，要由浅入深、层层推进、由易到难，脉络清晰。因此，训练内容应严格按照锅炉原理本身的发展进行设计。内容主要包括客观认识实践、原理性演示验证实践和工程实践训练三大内容。
客观认识实践主要是对锅炉实物、锅炉机组整体模型、锅炉重要设备的直观认识，如在开设“锅炉原理”课程前进行电厂认识实习，对锅炉的实物直观认识，在“锅炉原理”课程第一节绪论课和锅炉组成课讲解后进行模型实验，通过模型参加实验、拆装模型和动画模型模拟巩固加深锅炉机组系统及组成知识。
原理性演示验证实践。笔者通过几年的“锅炉原理”教学发现，锅炉的水循环内容是该课程的难点之一，学生往往难以理解和掌握，通过课程原理性演示和实践可以帮助学生理解和掌握水循环等难点。该部分主要是对自然循环原理、直流锅炉原理等的演示验证实践内容。
工程实践试验主要是对锅炉的三大计算能力的训练实践，包括锅炉辅助计算、热力计算、水动力计算、烟风阻力计算和强度计算的实践训练、锅炉热平衡的实验和锅炉机组运行仿真实验训练。
（3）实践训练课程内容设计层次化。内容设计要贯穿层次化的思路，内容的难易程度要进行层次化设计，对训练中的每一个内容根据其在课程中的总体地位和重要程度按照“了解、理解、掌握”等不同层次进行分级定位；同时，根据学生个体水平的差异，对同一内容也要进行层次化设计，在满足分级定位要求和大部分学生学习基础上，对那些学有余力的学生进行进一步的拓宽设计。比如锅炉的计算，对于普通的学生则只要会进行锅炉的辅助计算、各受热面热力计算和简单的水循环计算即可，而对于部分学有余力的学生，则可更进一步进行较复杂的水动力计算、强度计算和烟风阻力计算，并完成一些计算程序的编制。 转贴于 （4）实施方式多元化。课程实践训练教学是实践性课程，因教学学时、实验室资源等多方面的因素，决定教学实施的方式必须多元化，即课堂、实验室和企业生产三位一体，课堂演示、实验室参观验证实践和电厂实践构成全方位多层次的实践训练。传统与现代先进技术结合，实践训练中采用比如计算机程序模拟、动画设计模拟实践、锅炉事故仿真模拟等先进技术手段实施实践训练。
2.“锅炉原理”课程实践训练教学具体内容设计
我校“锅炉原理”课程计划学时64学时，其中实验6学时。其前期基础课程包括“流体力学”、“工程热力学”、“传热学和燃烧学”，还开设了后续课程“锅炉运行”和“单元机组集控运行”。“锅炉原理”课程内容多、难点多、实践性强，“锅炉原理”课程通常设置有锅炉原理课程设计，我校“锅炉原理”课程设计时间为1.5周。实际上，仅靠课程设计和6学时的实践训练难以达到学生牢固掌握锅炉原理理论知识、灵活运用所学解决实际问题的目标。“锅炉原理”课程实践训练教学包括锅炉原理6学时实验课、1.5周课程设计、16学时单元机组集控运行实验，但主要利用学生的课余时间进行。教学过程贯穿第5至第8学期，延续2年时间，实践训练教学包括13个内容，90小时。具体内容和建议学时如下。
电站锅炉机组实物模型和虚拟模型实践，2学时。标准煤样工业分析验证性实验，4学时。混合煤工业分析测试实验，4学时。煤的发热量测定实验，2学时。自然循环锅炉工作原理实验，1学时。多管水循环验证实验，1学时。直流锅炉工作原理实验，1学时。锅炉综合测试项目设计实验，13学时。锅炉原理课程设计训练，32学时。锅炉水循环计算训练，10学时。锅炉烟风阻力计算训练，6学时。锅炉启停仿真训练，8学时。锅炉运行仿真训练，8学时。
三、“锅炉原理”课程实践训练教学实践
我校“锅炉原理”课程实践训练教学课题在2008提出，在2006、2007和2008年级开始实施，实践证明，通过“锅炉原理”课程实践训练教学，激发了学生学习专业知识的热情，巩固和加深了锅炉原理知识的理解，提高了学生的专业素质，培养了学生动脑想方案、动手做试验、动嘴讲成果、动笔写报告等“四动”能力。我们对2006和2007年级的学生进行锅炉实践能力的调查分析发现，无论是研究生复试（锅炉及锅炉相关知识的笔试和面试），还是就业面试（热工学和锅炉等口试）过程中，学生对锅炉相关考题从容自如，安之若素。当然，在教学内容设计方面还需进一步改进，实施的方式还需更科学合理。
参考文献
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在山东大学化学院办公室，笔者见到了刚刚被聘为“长江学者奖励计划”特聘教授的郝京诚。他给人的第一印象是很阳光，也很阳刚小平头、休闲装，思维敏捷，性格爽直，快言快语。说起来有些令人难以置信，这位长期从事胶体与界面化学研究，取得一系列创新性成果的杰出学者，当年竟差一点成为一名专业运动员。
郝京诚天运动，也具有很好的运动天赋。篮球、排球和田径都技艺不俗。少年时曾有许多专业队看中他，希望作为后备力量带走培养，只因是家中独子，父母不舍得他远离才没有成行。1983年，作为高水平运动员，他考取山东师范大学体育系。化学系发现一个体育生的文化课成绩竟然高出很多普通系学生，便毫不客气地“挖”了过来，从此改变了郝京诚的生活轨迹。凭着突出的运动成绩，郝京诚赢得过很多荣誉，曾经获得山东省第五届大学生运动会中长跑冠军，山东师范大学800米记录保持了近10年。
扎实苦干 不好高骛远
1990年，郝京诚考取山东大学化学系沈静兰教授的硕士研究生。在这里，他经常看到老师们埋头工作，不知疲倦的身影。统计热力学是一门比较难学的课程，蔡政亭老师、冯大诚老师的课却讲得特别精彩。“要是仔细记录下来，简直就是一部非常清晰、完整的教科书。”老师们还鼓励他业余时间阅读英文版的《统计热力学》，这成为他英语水平迅速提高的一个关键阶段。而高自立和孙思修老师扎实的文字功底、绘图技艺和解释实验结果的超强水平对郝京诚产生了深刻的影响。“还有杨孔章、李干佐、刘成卜、徐桂英等老师……他们在做人、做学问，教书育人方面值得我们上个世纪60年代、70、80年代出生的学生很好地学习。”
郝京诚在德国做洪堡学者时，德国人对待工作的严谨认真，一丝不苟，给他留下了极为深刻的印象。他的导师是世界公认的著名胶体与界面科学家，经常为工作忙碌到深夜。刚到德国时，他的语言还不够熟练。有一次，导师看完他的论文，对文章内容颇为欣赏，但也直言不讳地说，“你的英文论文写作还需要提高。”郝京诚深知从事化学研究，英文不好寸步难行。没有捷径可走，只能一步步追赶。他放弃了很多休息时间，拼命工作学习。
追求卓越 不轻言放弃
从硕士阶段起，郝京诚就确立了胶体与界面化学这一研究方向。胶体与界面现象是日常生活中普遍存在的一种化学现象，如泥沙、珍珠、面包、蛋糕、牛奶等都是胶体分散体系。作为胶体与界面化学基础研究的前沿，涉及到的领域非常广泛，比如囊泡作为药物释放体系、特异形貌纳米材料的模板控制合成和囊泡作为生命细胞的模拟研究等等，其理论在生产生活实际中发挥着重要指导作用，如油田化学品在三次采油、驱油体系中的应用等。郝京诚所在的胶体与界面化学教育部重点实验室，自1996年通过验收并正式对外开放以来，已经发展成为我国胶体与界面化学基础研究与应用基础和人才培养的重要基地，承担着包括国家“973计划”、“863计划”、国家自然科学基金等许多国家级重点项目，先后取得一系列高水平研究成果，获得过国家科技进步奖等多个奖项，研究所的很多老一辈科学家为国民经济的发展作出过重要贡献。
郝京诚先后在《德国应用化学》、《美国化学会志》、《欧洲化学》等在内的高水平国际学术刊物上发表SCI论文86篇，其中影响因子大于3的研究论文56篇。近5年所发表的论文他人引用388次(2007年5月18日检索)，其中合作发表在JACS上的研究结果被《自然》以“一个铝荷叶”作了亮点报道。作为主席组织国际会议一次，被国内外国际学术会议邀请作大会或邀请报告15次，并担任Colloid ＆ SurfaceA和《化学学报》等国内外学术期刊编委。
谈到科研方面的体会，郝京诚强调，对研究的方向和内容要有全面的了解，每一项研究的科学意义都要经得起论证，每一个结果都要能在实验室重复，每一个结论都必须有数据作为支撑。发表文章不仅要注重数量更要注重质量。当付出巨大心血完成的论文，经过专家们的评审，期刊编辑的认可，反复修改到最终得以发表，其中的酸甜苦辣，更值得回味咀嚼，非亲身经历者难以体会。他举例说，2006年6月，他有篇文章投往德国的《应用化学》，这是化学学科顶尖的杂志。不久，编辑反馈意见说，文章内容太多，不适合读者的兴趣，很快把文章退回了。郝京诚并没有放弃，而是加深研究，扩充了研究结果，又将文章投了出去。等了很久，文章再次有了反馈，只好再修改。就这样，反反复复，不断修改完善，直到2007年8月份才登出来。一年多的时间，郝京诚在焦急中等待，也在等待中经受着严格的学术历练，他感到非常有价值。他说：“作为科研工作者，得到的数据要对别人有借鉴，要给别人提供重要的信息才有意义。我们应当注重SCI数量，但更要注重质量。”
薪火相传 培养学术精神
“我在学术上取得的一点成绩，首先应当感谢自己周围以及国际上的老师、朋友的支持与帮助。”郝京诚始终不忘老师们对自己的辛勤培养，并希望通过自己的努力，使学术薪火代代相传。
作为博士生导师，郝京诚目前带着6名硕士研究生、11名博士研究生和1名博士后，自回国的第二年就坚持给本科生上《物理化学》课。他欣慰地说，回国四五年一直没有间断。他说不仅自己如此，在整个化学院，教授给本科生上课率也是非常高，达90％。郝京诚讲的《物理化学》课，是专业基础课，非常重要也具有相当难度。虽然学术研究、院里工作非常繁忙，本科生的每周四节课，他从不马虎。坚持认真备课，“前两年用手写，这两年用PPT课件。”
2003年，有个从济南某重点中学考来的学生，言行举止一看就透着股聪明劲儿。上课按时来，下课按时走，却从来不带书本，不听课。郝京诚一问才知，那个学生自己对化学没兴趣，是父母做主硬让他进了化学专业。郝京诚一边劝导他既来之则安之，一边凭着自己对专业的深刻理解，用知识本身的魅力吸引他领略化学王国的无穷奥妙。那位学生从郝老师的讲述中，逐渐迷恋上化学，后来成绩非常好。郝京诚认为，这个过程是一个教学相长的过程。做基础研究肯定很
忙，但备课、讲课、上课过程中会有很多灵感、想法，每年把基础理论从头到尾捋一遍，受益匪浅，会增加自己的科研自信心，很多老教师都是多年坚持给本科生上课。他说：“作为一个教师，如果不承担本科生的课，就是当了教授心中也不安!”。
沟通合作 促进学院发展
作为山东大学化学院副院长，郝京诚分管学科建设，而他坦诚开朗、善于合作沟通的性格，也有助于他的工作。他相信：“实实在在对人，踏踏实实做事，心底无私无地宽。”
谈到学科建设，他说经过多年努力，2007年，化学院的“物理化学”被确认为国家重点学科，今年初，“山东大学化学国家基础学科和教学理科基地”通过专家评审。化学院今年将面临胶体与界面化学教育部重点实验室的评估和国家教学示范中心的申报，并有望与中国石油管理局合作建设国家工程中心，经过在未来8―10年的建设，如果立项，可以在国家的经济发展中承担更大的重任，也可以使学科建设上一个大的台阶。同时，学院的学科建设目标是经过3～5年的发展，争取成功申报国家重点实验室。“不管遇到什么困难，只要脚踏实地干，总有一天会得到同行的认可，新化学学科的发展是必然的。”郝京诚充满信心地说。
多年来，化学院非常注重引进年轻人才，郝京诚也是受益者之一。目前已经形成一支比较整齐的老中青学术梯队。“比如近年引进的丁轶和占金华等上个世纪70年代出生的青年学者，很年轻，有学术思想，工作基础非常好，经过3～5年锻炼，将来肯定会成长为学术的领军人物。”
[关键词] 湿蒸汽； 凝结式干度仪； 燃煤测量
1 引言
燃煤蒸汽锅炉安装流程及控制要求燃煤蒸汽锅炉是一种强制循环高压单管直流锅炉。其生产中包括三个同时进行的工艺流程：燃料的燃烧过程、烟气向水的传热过程和水吸热后的汽化过程。燃煤蒸汽锅炉控制系统的基本任务是使煤粉燃烧的热量能适应蒸汽负荷变化和干度的要求。将蒸汽干度和蒸汽压力保持到一定范围内，同时努力提高蒸汽锅炉的热效率。调节量鼓风、引风、给煤量、给水量，使它们之间随时保持适当的比例关系。此外，还需实现锅炉的自动点火控制及锅炉吹灰等过程的自动控制。
国内燃煤锅炉设计中，使用的蒸汽干度测量方法是化学滴定法，人工因素造成测量的不一致性和不确定性，导致注汽干度管理相对粗放，并由此可能产生能源的浪费和注汽质量的不稳定，不连续的人工测量无法为自动控制蒸汽干度提供实时数据；为降低热采成本、提高效率，从监测、管理角度，湿蒸汽的干度在线检测控制势在必行[1-2]。
由于湿蒸汽干度是汽液两相流特有的参量，它与注汽锅炉多个运行参数有复杂的内在联系，同时检测的噪声很多，所以不能像压力和温度那样直接测量。虽然在实际应用中很重要，但由于两相流型的复杂性和汽液之间的相变，使得干度的测量成为国际上一直没有很好解决的一个难题。
目前，蒸汽干度测量的主要控制和测量方法有数学模型类、现场人工化验法、热力学类和非热力学类[3-8]（如表1所示）。
2 凝结式干度仪测量原理
凝结法测量湿蒸汽干度的方法是将抽取的待测湿蒸汽和冷却水引入到一个绝热的间壁式换热器中。在换热器内，冷却水冷却待测湿蒸汽并使蒸汽降温相变为凝结水。根据能量平衡原理求解出待测湿蒸汽的干度x[9]。干度仪的示意图如图1所示。从图1中可以知道，假定湿蒸汽管道中入口焓值为h0，换热后焓值为h1，取样流量为W0，二次侧冷却水入口焓值为h2，出口焓值为h3，流量为W1。在考虑热量损失的情况下，尽管间壁式换热器采取了良好的保温，但也不可避免会对外界有少许散热。在实验之前，先通过单相水和单相汽对干度仪进行热平衡测试，获得热效率ηx。根据能量守恒方程：
从上式中可以看到，二次侧出口温度T3的变化量？驻T3是？驻x的函数，而且？驻T3随？驻x的变化关系主要取决于k值（即一、二次侧的流量之比）和一次侧湿蒸汽出口焓值的变化量？驻h1。当W1远远大于W0（即k非常大）时，或者当？驻h1非常大时，同时？驻x变化较小时，二次侧出口温度的变化量？驻T3会非常的小，导致干度计不能灵敏地测量出锅炉出口湿蒸汽的干度变化。所以，进行凝结式干度测量仪必须确保即使样品湿蒸汽的干度发生微弱变化时，二次侧冷却水的出口温度明显变化较大，能够被热电偶准确测量。
3 干度测量装置优化设计
针对上述情况，需要开展凝结式干度仪的优化设计[10]。优化的路线如图2所示。首先确定优化目标，指的是湿蒸汽干度的变化量对二次侧冷却水出口温度的影响程度。例如，本次优化的目标是确保？驻x=0.02时，？驻T3≥2℃；其次，设定湿蒸汽出口焓值不变，即？驻h1=0，根据能量守恒，计算得到一次侧与二次侧之间的流量比，该流量比是影响？驻T3的关键参数；最后根据确定的一、二次侧流量，结合其他位置的热工参数以及一些约束条件就可以确定干度仪间壁式换热器的最小换热面积。约束条件主要包括两个，第一个是一次侧湿蒸汽出口温度要低于对应压力下的饱和水温度，第二个是二次侧冷却水出口温度要低于对应压力下的饱和水温度。这两个约束条件是为了确保热电偶对上述两处的流体温度测量的准确性。
上述优化计算过程在Excel表格中实现，重要的参数列于表1中。从表中可以看出，在湿蒸汽含汽率变化0.02时，冷却水出口温度变化量为1.91℃，这样的变化量级能够被热电偶准确测量。通过能量守恒计算，得到湿蒸汽流量与冷却水流量之比为0.5。假设抽取的样品湿蒸汽流量为100kg/h，要保证上述冷却水出口温度变化量，冷却水流量必须小于或等于200kg/h。在假定两个流量已知，冷却水流量按最大流量200kg/h取值，根据对流换热经验公式求得了换热器所需最小换热面积。可以看到，随着湿蒸汽含汽率下降，所需的最小换热面积也下降。但是在最终换热面积要以样品湿蒸汽中可能出现的最大含汽率为准，这样才能始终保证湿蒸汽出口温度处于饱和温度以下。通过给定换热管的管径尺寸，根据最小换热面积确定了换热管的最小长度。
4 测量实验结果
为了验证上述优化设计思路的合理性，需要相应的实验数据给予支撑，为此根据上述设计思路研制了凝结式干度测量装置，并将其应用于实验回路中进行了相应的测量实验。
实验回路由屏蔽泵、预热段、双文丘里干度测量装置、稳压器、混合器、回路辅助设备以及相应管道、阀门等主要设备构成。回路流程如图3所示：屏蔽泵提供一定压力的水工质，通过阀门TV1和TV2调节实验支路流量，经文丘利流量计后进入预热段加热，以获得设定工况下的湿蒸汽，湿蒸汽接着依次进入双文丘里管，从双文丘里管的出口出来后与主回路冷流体在混合器中混合，再经换热器冷却后回到屏蔽泵入口，完成了一次循环。回路压力依靠稳压器进行调节。凝结式干度仪的湿蒸汽取样的位置是在预热器与双文丘里管之间。双文丘里管也是一种干度测量装置。
实验在压力为6MPa，总流量为350kg/h下进行，干度在0.4-0.8之间变化。实验数据见表2。从表2中可以看出，当取样蒸汽的含汽率变化0.02时，冷却水出口温度变化接近3℃。说明凝结式干度仪具有较高的测量灵敏度，同时也说明根据第三节中所述的设计思路开展凝结式干度仪设计工作是合理可行的。
5 结论
（1）凝结式蒸汽干度测量方法具有测量原理简单、受待测蒸汽参数影响小、干度测量范围宽的特点，并能在工程实时测量中应用。
（2）为了提高凝结式蒸汽干度测量的准确性和灵敏度，提出了一种优化设计凝结式蒸汽干度仪的方法。
（3）根据优化设计的思路，设计研制得到了凝结式蒸汽干度仪，并通过测量实验，验证了该蒸汽干度仪达到了设计目标，具有较高的准确度和灵敏度。
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关键词:精品课程;无机及分析化学;课程建设;实践
无机及分析化学是我校首批校级精品课程,2008年被批准为四川省精品课程。该课程是材料、环境、食品、生物、生技、制药、农学、园艺、动科、安全和辐射等专业非常重要的一门基础课,它是根据无机化学与分析化学两门课程联系紧密的特点,将无机体系和分析体系进行有机融合,既继承了无机化学理论知识的系统性,又突出了分析化学实际操作的应用性,减少了教学中的重复和脱节内容,有利于教与学。该课程涵盖了无机化学与分析化学的主要内容,用热力学、动力学的知识揭示无机反应的方向和历程;把最新的量子力学成就作为阐述元素和化合物性质的理论基础,从而拓展到重要元素及其化合物的组成、结构、性质和变化规律;运用溶液中四大平衡原理进行滴定分析,确定物质中各组分的含量。
一、无机及分析化学课程系列教材的建设实践
教材是教学思想、培养目标、教学内容和课程体系的载体,是教学内容和课程体系改革的主要标志,是精品课程建设的重要组成部分。在深化教学改革中,实现教材建设的创新是有效解决教学内容和教学方法存在问题的关键。根据非化学化工类专业本科生对化学基础知识的要求,以少而精、精而新的原则,将传统教学内容与现代新知识相结合,对无机化学、分析化学、普通化学内容进行整合、革新和优化,注重对学生进行素质教育,编写出版了21世纪高等院校教材《无机及分析化学》。该教材注重处理传统学科与新兴交叉学科知识的关系,在阐述基本原理和知识的基础上注重内容的更新,体现了材料、环境及生物类学科与化学学科的交叉与融合。将化学热力学知识融入全书有关章节,并将四大平衡和四大滴定分析法有机结合。理论教学以化学热力学基础、物质结构、四大平衡为重点,适当简化四大滴定分析法,而使其在实验教学中加强,简化分子轨道理论、晶体场理论等过于难深的内容。编写了绿色化学概论、材料与化学、生命与化学、环境与化学等作为培养学生兴趣和扩大知识面的阅读材料。教材把知识传授、能力培养和素质提高融为一体,体现了教育思想、教学观念的转变。编写教材力求使量和单位在体系上、名称和符号上系统化,科学、严谨地反映当代学科的发展,使基本概念更为科学、严谨、清晰,编写结构层次更加合理。通过阅读材料部分的学习,既可使学生了解本专业的发展动态,扩大知识面,又能使学生了解化学基础理论在相关学科中的重要地位,激发他们学习化学知识的兴趣和热情。编写中力求使本教材简明扼要、概念准确、重点鲜明、深入浅出、通俗易懂、理论联系实际,适用于材料、环境、生物等主要专业大类。
由于无机及分析化学课程的内容多,课时相对较少,教学进度快,教师在课堂上难于列举足够数量的例题,教材因篇幅限制,例题数量有限;同时该课程一般在大学一年级的第一学期开设,学生预习、复习较吃力,学习时也感到基本概念多、重点难于掌握、计算题解题困难等。为适应学生对本课程的学习、复习和练习的需要,启迪科学思维,培养学生的独立学习和创新能力,我们编写了配套的《无机及分析化学学习指导》。学习指导书主要解决学生在学习理论课程时抓不住重点的问题,对每一章知识的重难点进行了梳理和总结,精选了例题;通过对教材后的习题解答,旨在引导学生如何审题和解题,以巩固和掌握本课程的基本原理和基本知识;通过自测习题可检验学生的学习效果,提高学生的解题能力;模拟试题及研究生入学试题,力求题目典型,覆盖面广,使学生既能尽快地适应大学的学习方法,又能较好的掌握课本的内容,同时也是学生期末考试和考研生复习的好参考。
因学习指导书编写了教材所附习题的详细解答过程,再布置书上的习题就失去了意义。为了使学生有更多的练习机会,并了解学生对所学知识的掌握情况,我们把章节内容分板块,按试卷格式编写了8个单元练习题,包括选择题、判断题、填空题、简答题、计算题,这给学生交发作业和教师批改等带来了极大的方便,同时也有助于学生参加期末考试。另外,我们还编写了无机及分析化学实验指导书,主要内容包括:化学实验安全知识、基本操作、基本技能实验、综合应用实验和设计实验。
二、无机及分析化学课程网站建设
按照国家精品课程的要求对本课程进行了全面建设,建立了无机及分析化学精品课程网站。本课程已上网的资源包括课程负责人及主讲教师(基本信息、教学情况和学术研究),教学队伍(人员构成、队伍结构、教学改革与教学研究、师资培养),课程描述(历史沿革、教学内容、教学条件、教学方法与手段、教学效果),自我评价(课程主要特色、课程地位、存在的不足),课程建设规划,学校的政策与措施,支撑材料等栏目内容。课程网站(jpkc.swust.省略/c270/Course/Index.htm)包括课程简介,教学方法,有关课程的管理规章制度(包括教师教学工作规范、师资队伍建设规划与措施等10项),各层次教学大纲与教学要求,各章的教案与讲稿,电子课件,实验教学(实验规章、实验考核、安全知识、实验操作、实验指导、实验测试、视频资料、实验环境与条件),授课录像,教学互动(各章的学习指导、习题解答、自测试题),考试导航(单元测试、课程试卷、模拟试题、考研试题),在线交流,在线考试,知识拓展,化学用表,参考文献等栏目。现在无机及分析化学理论教材、实验教材、学习指导书、电子教案、精品课程网站等学习资源已经形成了全方位、立体化的课程教学体系。学生的学习几乎不受时间和空间的限制,无论何时何地都有一个无形的老师,学生完全可以掌握自己的学习过程。
在教学理念方面,我们把培养学生的科学素质和创新精神放在第一位,把无机及分析化学课建设成为既是学生学习科技知识的基础课,又是培养学生科学素质的基础课。理论课教学以无机化学基本原理为主,以物质结构基础为依据,以四大平衡原理为重点,以重要元素及其化合物的结构、组成、性质、变化规律及其含量测定为目标,以指导学生自我学习为方法。实验教学以化学分析技术和技能训练为核心和重点,强化基本技能训练、强调系统分析问题和解决问题,重视系统性、综合性、设计性实验。材料科学、生命科学、环境科学等诸学科的研究和发展都离不了无机化学、分析化学原理和技术的进步与发展,我们建立了材料类、环境类、生物类3个模块相关专业的课程体系和教学内容。
三、改革教学方法,加强师生互动
现代化教学方法和手段是精品课程建设的重要途径。尽管传统的讲授方法在传授大量知识方面是有效的,但单靠传统的讲授方法却不能很好地调动学生的积极性,不利于鼓励学生对超越课堂知识的记忆,并以此对这些内容进行反思。学分制的改革,作为基础课的无机及分析化学的学时数也在降低,这对教学内容和教师的教学水平提出了更高的要求,必须不断进行教学内容更新,教学方法、教学手段及考试方法的改革。无机及分析化学内容广泛,涉及物质结构理论基础、化学反应基本原理、溶液平衡、化学分析、元素化学、部分仪器分析等内容。课程讲授不可能面面俱到,要在吃透教材的基础上分层次合理安排讲课内容,注重难点和重点引导,精讲与对比分析讨论,如四大平衡与四大滴定,同时注意引入学科前沿知识。在教学方法方面,主要是讲重点、讲难点、讲思路、讲方法、讲应用,形成了“课内讲授+课外讲座+辅导答疑+考核评估”教与学一体化的互动教学模式,既注重培养学生的逻辑思维能力,又注重培养学生的创新精神和自主学习的能力。
精品课程的教学应为学生创造条件,让学生对所讲的内容进行反思,提出问题并思考对问题的解决方案,教师重视通过提问和课堂讨论让学生对课堂上的信息进行分析。因此,课堂讲述的主要功能不再是对书本知识的灌输,而应是理论与实际相结合地对知识进行系统化的阐释。教师首先要抓好备课一关,同时要提高讲演水平和驾驭课堂的能力,脱离讲稿以增加感染力,进行启发式教学。互动教学法是充分发挥教师和学生二者主观能动性的教学方法,其常用的方式有答问式、问答式、讨论式等多种形式。“答问式”“问答式”“讨论式”三种方式中的每一种方式都有其特点和特定的适用范围,教师必须有选择地加以灵活运用。课堂教学中注重学生自学能力和学习兴趣的培养,兴趣是学习的动力,创造的源泉。无机及分析化学的学习在大学一年级进行,该课程的学习不仅使学生在知识上有所积累,而且在学习能力上也应得到较大的提高,我们要求学生做到课前预习、课中互动、课后小结,学会学习的方法。在教学中针对部分内容,要求学生自学,对有些延伸内容,要求学生查阅有关学术期刊,并撰写小论文、课堂讨论,最后教师总结。同时充分运用现代教育技术,将传统的教学方式与现代化教学手段相结合,大大提高课堂效率。此外,课程组制作了大量的图片、图表、动画、录像等素材和资料,用以表现课程教学内容,并将多种形式的课程教学资源上网。
不断进行考试方法的改革。鼓励学生撰写读书报告和科技“小论文”,培养学生科学研究的意识、习惯和能力,有助于学生对化学的知识的深入理解及综合运用。期末成绩由考勤、平时作业、课堂提问、单元测验、期末考试等成绩综合评定,撰写的读书报告和科技小论文实行额外加分,根据撰写的质量在总成绩中加0～10分,若能达到公开发表的水平最多可以加10分,但课程总成绩最多为100分。
四、无机及分析化学实验课的改革
实验改革的目标是通过系统的实验教学,加强基本训练,着重能力培养,强化创新意识。创造性教育要求对学生既要有宽的基础知识和新的专业知识的传授,又要有自学能力、独立思考能力、动手能力的培养,尤其是现代意识、竞争意识的培养。传统的化学教学方式是所有学生做同样的实验,教师从最基本的原理讲到实验中的每一个细小点,学生完全处于一种被动接受状态,这样既限制了学生的思维、学习的积极性与主观能动性,又影响教学效果。实践“一体化、多层次、开放式”实验课程教学模式,构建了符合我校培养目标和学校特点的实验课程体系。本着“化学教育既传授知识和技术,又训练科学方法和思维,还培养科学精神和品德”的全面化学教育准则,自2004年起,根据我校实际情况和学生不同层次、不同专业的培养要求,对原实验课程体系、教学内容和方法进行改革,建立和完善了无机及分析化学实验课的教学内容,按照基础实验―综合实验―设计实验3个层次推进教学进程。建立了以实验技术要素为主线的实验教学体系,开出了适合我校不同学科学生的多层次实验教学内容,为学生提供个性发展,开发其潜能以及为优秀学生脱颖而出创造了条件。针对生源及学生的实际水平,采取分层次教学;针对专业及学时,实验内容分必做和选做,对学时太少的专业重在基本技能训练,要求获得过硬的操作能力。开放实验室,使一些不能在课堂上完成的实验得到补充,同时学生也可以自己设计一些感兴趣的实验,在教师的指导下进行实验,从而使学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力得到进一步提高。无机及分析化学实验形成了多层次的实验教学体系、多模块的实验教学内容、预约开放式教学模式。为此,无机及分析化学实验课程教学采取了以下改革措施:
1.对无机及分析化学实验教学内容进行了删减与重组,并进行绿色化改造。本实验课注重在继承传统内容的基础上创新,增加设计性实验,加强综合性实验,减少验证性实验。通过对原有实验项目的整合,实现了实验教学内容体系的整体优化。在教学过程中注重对学生环境保护意识的培养,为学生灌输绿色化学思想,积极开展绿色化学实验研究,并推进化学实验教学的绿色化。根据无机及分析化学实验的特点,用绿色化学的观念对传统化学实验进行了改造,建立了“性质实验点滴化、制备实验小量化、分析实验减量化”。如滴定分析实验,将标准溶液的浓度由0.1mol/L降至0.01～0.02mol/L,滴定管使用25ml,锥形瓶改用100ml。试剂用量大大减少,提高了实验的安全性;产生的“三废”量很少,改善了实验环境条件,极大地减少了对环境的污染。这样在常规仪器中完成无机及分析化学的实验教学,不仅大量减少了化学试剂和药品的消耗,节约了实验消耗费用,而且也加强了学生的环保意识,收到了良好的效果。
2.正确认识理论课教学与实验课教学的关系。在无机及分析化学实验教学中,学生应始终处于主置,教师则处于为实验教学服务的主导位置。作为实验教学主体的学生,在继承传统知识和技术的基础上,重点进行知识和技术的应用和创新;作为主导的实验教师,在搞好实验教学引导工作的同时,加强自身知识和技能的扩展和更新,达到知识丰富,技术熟练和教学方法科学而实用的要求。
3.多媒体辅助教学和开放实验室缓解实验课时少、内容多的矛盾。随着单一、验证性实验向综合性、设计性实验的转化,实验教学内容不断丰富,往往一个连续的系统的试验中涉及好几个相关的实验技术,由学生自己动手设计并完成整个实验,由此开设综合实验面临着如何在有限时间内让学生掌握更多实验技术的难题。对于无机及分析化学实验课,使用多媒体技术辅助教学,利用录像演示实验技术的操作要点,再现实验进程和结果,增强学习效果。建立了仿真实验室,学生可以在计算机上进行无机及分析化学实验等课程的仿真实验,同时可进行相应的预习。
4.形成了基础―提高―扬优―介入科研4层次的开放实验教学模式和管理方法,完善了对不同层次学生因材施教的实验教学方法。在生产实践中发现、研究、分析和解决问题,这对于培养学生分析问题和解决问题的能力,培养创新意识和实践能力有着不可替代的作用。无机及分析化学实验室成为大学生科技创新创业的基地,几年来西南科技大学启动“大学生创新基金项目”等多项大学生科技创新资助计划,开放无机及分析化学实验室,为其高质量完成项目提供条件保证。
参考文献
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Practice on the construction of the provincial classic course inorganic and analytical chemistry
Zhong Guoqing
Southwest university of science and technology, Mianyang, 621010, China
关键词：环境化学；农业院校；土壤学；教学改革；教学建设
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）24-0224-03
环境化学作为环境科学与工程类专业的重要专业基础课，主要研究有害化学物质在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法，重点考察岩石圈、水圈、生物圈、外层大气圈的化学组成及其发生过程，特别是界面上的化学组成与过程，是环境科学的核心组成部分。作为新兴交叉学科，我国高校环境科学最初多立足于本校强势学科和优势专业，进一步发展成为综合学科，这也使环境科学在某一方面的特色和优势得以体现，环境化学的发展亦如此。土壤学是农业院校发展的重要学科和研究方向，与环境科学的交叉日益增强。目前，土壤学已突破传统理念，开始关注地球表层系统中土壤与其他各圈层之间的物质能量交换，研究土壤全球变化及土—水—气—生物界面的环境过程与机理，而环境化学多为关注污染物在此界面反应过程，两个专业方向具有互促共进的关系。针对农业院校具有土壤学科背景，在环境化学理论教学与实践过程中，我们在师资队伍建设、教学内容和实验实习等方面进行了探索，期望建设具有农业院校特色的环境化学课程。
一、建设师资队伍
新世纪优秀人才的培养离不开一支理论功底深、学术造诣高、教学能力强的师资队伍。为充分体现农业院校环境化学课程的教学特色，我们组建了一支有环境科学、土壤学和化学专业背景的教师队伍。在课程建设过程中，授课经验丰富的资深教授对年轻教师开展“传、帮、带”活动，自觉履行培养青年教师的职责，向青年教师传授知识、教学经验和方法，并以高尚的人格魅力和严谨的治学精神感染青年教师。在观摩学习、交流过程中，努力做到环境化学与土壤学专业知识的有效融合，使学生全面掌握污染物在各个圈层之间的迁移转化规律。如讲授含硫化合物在大气和水体中的迁移转化过程，除一般教材涉及的大气硫化物种类、来源及硫酸烟雾形成机理外，还增添土壤学相关知识，进一步阐明土壤中硫的含量、形态及其转化与循环过程。为贯彻“寓教于研、以研促教、教学相长”的教学理念，课程组教师积极开展环境化学和土壤学方面相关的科研工作，共主持和参加科研项目20余项，公开发表SCI收录的科研论文百余篇。科研活动探明污染物的迁移转化机理及其影响因素，并将其作为案例在教学过程中进行讲解，更为生动具体，学生更易接受。为了提高教学质量及教研效果，课程组成员承担了环境化学校级优质课程的建设，参编了环境化学教材一部，努力打造精品课程。逐步形成梯队合理、思维活跃、勇于进取、团结创新的教学科研团队。
二、丰富教学内容
教学内容紧密结合土壤学背景，运用土壤学相关理论深化对环境化学知识点的理解。污染物在大气圈、水圈和土壤圈间迁移、转化和循环，在讲述前两圈层内污染物的化学行为时，将土壤圈作为环境的关键带联系在一起。在分析影响酸雨的形成因素时，阐明大气颗粒物酸度及其缓冲能力，比较不同城市大气颗粒物对酸雨的影响，考虑到不同区域扬尘的化学组成与相应土壤组成的基本特点，补充说明我国南北土壤组成及性质差异，强化土壤学与环境化学知识的融合。在水环境中，氧化还原反应平衡影响和决定变价元素或污染物的形态、迁移和转化过程，以土壤锰氧化物、铁氧化物及层状硅酸盐矿物对有毒金属离子Pb、Cr和As等形态及其转化过程的影响作具体案例进行说明。这些相关内容，课程组教师已在实验室开展了大量的研究工作，可娓娓道来，丰富了授课内容，也能激发学生的科研热情。文献调研也是扩充教学内容的重要方法。在完成教学大纲规定内容之外，在课堂或课后适当补充土壤学相关知识，扩展学生视野。补充内容涉及环境化学热点和前沿，也超出一般土壤学教材的深度和广度，有的需要查阅新近文献才能完成。环境化学中提及温室气体和温室效应，一般认为矿物燃料燃烧是大气中CO2的主要来源，而往往忽视了土壤中碳的贡献，不同农业利用土壤中碳素的微小变化也会对大气中CO2浓度产生重要影响，可能加剧温室效应。为让学生了解实际情况，布置课后文献调研，了解有关土壤碳形态、分布、迁移转化规律及其影响因素（如植被、气候、施肥和土地利用类型等）。这些课程改革使环境化学与土壤学得到有机结合，进一步明确了农业对环境的影响，强化学生的农业环境保护意识。最新科研进展也是我们关注的教学内容，多以专题形式进行讲述。为了说明环境化学研究新进展，结合教师专业背景，我们就污染土壤的电化学修复和绿色化学的基本原理与应用作为专题进行授课。虽然教材对相关内容有所介绍[1]，为详细说明相关进展，任课教师查阅了国内外大量文献资料，进行全面阐述。如污染土壤电化学修复专题中提及土壤颗粒类型对修复效果的影响，更是加深了对土壤基本特性的认识。专题报告主题不多，所占学时少，却能让学生了解环境科学与工程领域最新科研动态，激发他们的学习兴趣与动力。另外，专题文献报告也是重要手段之一，如为了用实例说明并区分微生物对有机污染物的降解是生长代谢还是共代谢，安排学生课后查阅有关土壤微生物降解有机污染物的最新文献，并适时安排学生报告所阅读文献。文献调研还可有效提高学生的思辨和创新能力，树立对待科研论文的正确态度。
三、完善实验实习
实验课是环境化学重要的实践教学环节，也是培养学生理论联系实际、提高动手能力、增强创新能力的重要途径之一。较环境科学专业其他课程实验内容，环境化学实验偏重于污染物在环境中迁移转化的过程和原理，所以实验项目应由验证型向综合型、设计型和研究型转变。现有环境化学实验教材较多关注环境中某些污染物含量测定或者某些工艺过程的模拟，与《环境监测》、《仪器分析》和《污染控制化学》等实验课有部分重复或雷同之嫌。为了深化对污染物在环境中迁移转化过程的认识，也结合土壤学相关知识，除常规环境化学实验外，还新设计并安排了三个实验，分别为土壤对重金属离子铅的等温吸附实验、氧化锰对Cr（III）氧化量的测定和铁（III）—草酸盐配合物对橙黄II的光降解动力学。在实验目的上，我们更偏重于探明污染物在环境中的迁移转化过程。前两个实验让学生深化对土壤吸附氧化重金属离子机理的认识，明确作为土壤的重要组成部分的锰氧化物影响变价金属离子的存在形态与迁移转化过程，了解土壤对有毒金属离子热力学吸附氧化研究的原理和一般方法，掌握分光光度法和原子吸收法测定重金属离子浓度、制作吸附等温线等方法。后一个实验可认识光解动力学基本方法及其在环境化学中的应用，熟悉有机污染物的消除方法。上述实验内容既属于环境化学教学范畴，又深化了土壤学知识，更体现出农业院校的教学特色。为增强学生科研意识、提高学生创新能力，我们鼓励学有余力的学生走进实验室独立开展科研活动。课程组教师研究课题主要集中在土壤环境化学领域，为学生进入实验室开展土壤环境化学相关的课题研究提供了便利。学生自愿组团，在老师指导下，课余时间独立开展科研活动。该活动可得到国家大学生创新性实验计划、校级大学生科技创新基金的资助，也可用指导教师科研经费支出。课程组教师已指导3项国家大学生科技创新实验计划，10余项校级大学生科技创新基金，且前者结题验收均被评为优秀。多名本科生以第一作者发表核心期刊论文，并参与部分研究生实验工作，作为共同作者发表多篇SCI论文。科研活动激发学生学习环境化学的热情，体会到土壤学的奥妙，也锻炼了学生的科研思维和创新潜能，还可为高素质研究生储备有生力量。为让学生早日走向社会，认识自然环境演化过程和人类活动对环境造成的影响及工厂企业如何从源头上控制污染物的排放，我们与多家不同规模的企业进行了交流与合作，安排实践基地。很多污染控制问题的解决都离不开环境化学研究的理论方法与技术，环境化学对于环境科学与工程领域特别是解决环境问题有着十分重要的地位与作用。通过实地参观学习活动，学生现场认识了生活废水、工业废水、固体废弃物、废气的来源及处理过程。如在株洲化工厂学生参观生产车间，了解单个生产车间及整个化工企业清洁生产过程和污染物排放控制细节，明确环境化学理论与技术在这些方面的应用。在校内还建有人工湿地实习基地，让学生真实认识到水体自净化过程及水资源的重要性。这些活动丰富了环境化学教学内容，开阔了学生视野，也增强了学习动力。环境化学教学和实验内容非常丰富，要在有限学时内对环境化学有一个较为全面的认识，又要尽量少与环境监测、仪器分析、环境生态学和污染控制化学等内容重复，且能够让学生综合运用所学到的知识与实验技能，提高分析问题和解决问题的能力。在专业教师队伍、授课内容和实验实习上合理安排，结合农业院校现有资源配置和相关知识背景及课程体系，建设有农业院校特色的环境化学课程，系统培养学生知识体系、科研创新能力和动手实践能力；实践也证明取得了良好的教学效果，以期为促进环境化学教学发展和创新型人才培养作出贡献，同时还望对其他课程教学改革提供一定借鉴作用。
参考文献：
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