时间：2023-08-16 17:29:10
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篇化学工程与工艺的概念，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。
关键词：绿色化学；工程工艺；化学工业节；应用
工业是国民经济的基础，随着社会经济的不断快速发展，对于工业生产也提出了更高的要求。然而，当前我国工业发展面临着资源价格飞涨，环境污染日益严峻的情况，这也使得全社会对于工业生产越来越关注。怎样有效的处理好工业污染物，防止其对环境的二次污染，怎么有效的利用好数量庞大的生活废品，是当前许多学者都在研究的问题。绿色化学工程是在社会迫切需要的情况下诞生的新型项目，这个项目的目标是：对日常化学生产当中的一些资源浪费及环境污染进行有效的处理，从而使得化工污染得到有效缓解，化工生产过程中的资源浪费得到很大的改善。
一、绿色化学工业的概念
绿色化学又被称为无污染化学，以此为理念而开发出的技术就是绿色化学工程技术，采用化学原理从根本上降低化学工业对环境造成的破坏。化工业发展的基础是绿色化学工程，它已成为了未来化学工业发展方向的重要研究目标之一，绿色化学具有以下两种特性：首先，绿色化学的根本思想在于保护环境，使自然资源可持续发展，让人与自然之间的关系和谐，人们对环境造成的破坏促使了对绿色化学的研究；其次，绿色化学是将环境改变的技术，发展下的绿色化学技术以逐渐可以应付各种环境下对自然的破坏。从根本上来说，绿色化学是预防环境污染；而环境化学则是对污染后的环境进行改善和治理。两者之间是根本不一样的，在最终目的上也是千差万别的。
目前，对绿色化学进行研究的重要发现和实践活动为绿色化工技术。基本原理是采用原料中的原子进行转化，这就使化学工业在进行工作时不会产生污染物，达到对化学工业污染物的零排放。并且，在进行化学工业工作时，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，这样可以生产出对环境不造成破坏的产品。这种技术目前处于理论状况，但是在众多科研人员的努力探索下，还是可以逐渐实现此种设想的。
二、绿色化学工程与工艺的开发
在传统化学的生产过程中，在有毒、有害物质的处理上存在较为严重的滞后性，因此导致化学工艺一直处于被动生产。应用这样的化学工艺对污染物进行处理无法取得理想的效果，资源优化也无法得到有效实现。化学工艺的应用不但导致化学生产污染物成本提高，还导致污染物处理效率严重下降。绿色化学工程的应用可有效弥补传统化学工程中存在的缺陷，其通过对相关科学技术及先进方法的利用，对化工生产相关污染物进行除尘、脱硫等处理。绿色化学工程与工艺具体实施方法主要有以下几种。
（一）采用绿色化学原料
在化工生产工艺及具体流程中，化学生产原料是起着决定性作用的主要因素，在传统化学工程中，所用原料大部分为不可再生能源。采用这些原料不但大大提高国家不可再生能源的消耗，同时还导致污染物的排放量大大增加，加重生态环境污染程度。将绿色化学原料作为化工生产材料是绿色化学工程重要研发内容之一。在化工生产过程中，可使用绿色化学物质、自然物质等无染污、可再生的化学原料。典型的绿色化学原料主要有芦苇、苞米杆、纤维植物等。将这些作为原料投入到化工生产过程中，可使其转化为酮、醇、酸类等多种化学品。在整个转化反应过程中，这些原料仅会产生一定量的氢气，而不会有任何一种有害、有毒的物质产生。
（二）提高化学反应的选择性
在化学工程的物质反应中，化学反应作为必不可少的重要组成部分存在。所有化学原料的转化均是需要化学反应才能得以实现。在化工生产过程中，合理选择有效的化学反应形式可有效促进化学工程生产效率及质量得到提高。对化学反应产生影响的因素有很多种，反应原料、环境、时间、特点等均会对化学反应产生不同程度的影响。在化学生产过程中应用最为普遍的反应形式为氧化反应。在氧化反应过程中会有大量的热产生，所有化学原料均会在热的催化作用下发生变质，因此会大大降低化学品的生产质量。在绿色化学工程中，应用新型的反应形式，这种新型反应形式为烃类氧化反应。这种反应形式的应用不仅可促进催化物反应催化能力得到提高，同时还可有效促进生产物同分异构反应时间增加。
（三）使用无毒无害催化原料
随着化学工业发展速度的不断加快，将化学反应合理的应用于化工生产过程中已经成为促进工业可持续发展的重要前提之一。在化学反应过程中均离不开催化剂的使用。将催化剂应用于化学反应过程中，可有效加快反应速度，缩短法宁时间。所以，在化工生产过程中使用无毒无害的催化原料成为推动绿色化学工程与工艺不断深入发展的重要前提条件之一。目前，我国相关部门已经高度重视对催化原料的选择及应用进行深入研究。越来越多的催化剂得到开发和研制，化学反应过程中使用的催化原料不断得到改善，分子筛除催化剂等优良催化原料在化工生产过程中的应用越来越广泛。无毒无害催化原料的應用可有效提高化学反应效率，降低能源消耗量，同时也可减少环境污染。
三、结论
化学工程与工艺的发展不仅影响着现代社会的发展，而且有助于环境友好型社会的构建。当前世界面临着资源和能源的短缺，社会经济的发展不能以牺牲环境为代价，这就需要化学工程与化学工艺共同发展，满足我国资源节约和环境保护的需要。化学工程与工艺的行业领域需要积极配合国家提出的可持续发展战略。转变可持续发展的概念。重视化学工程与工艺发展的环保性，转变传统的化学工程与工艺，减少环境的污染，积极开发新能源，走环境友好型道路。
参考文献
[1]艾宁，计伟荣，项斌，等.化学工程与工艺专业人才培养模式改革的探索与实践[J].化工高等教育，2009，26（6）：28-31，35.
关键词：化工工艺学；课程建设；工程能力；教学
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0271-02
随着我国经济迅速发展，社会对对化工人才培养提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目标之一是培养高素质的工程技术人才，使学生在获得专业知识和技能的同时具备较高的综合素质和创新能力。教育部“卓越工程师培养计划”明确提出“……改革工程教育人才培养模式，提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力……”。强化学生工程能力的培养已成为高校工科专业人才培养的核心任务。化学工程与工艺专业肩负着培养高级化工人才的使命，专业工程性质突出。培养学生的工程能力，不仅要加强实践环节建设，更要重视理论课教学特别是专业课教学的指导作用。化学工程与工艺专业主要面向的工业部门是化学工业，属流程工业，往往涉及一系列物理、化学和生物加工过程。化工产品的生产是各种化学单元反应和化工单元操作的有机组合和综合应用。化工工艺学是根据化学、物理、物理化学、化学工程原理和其他科学的成就，研究综合利用各种原料生产化学产品的方法原理、操作条件、流程和设备，以创立技术先进、经济合理、安全环保的化工生产工艺的学科，被认为是架在实验室研究与工业生产中的一个桥梁。课程工程性强，存在许多与实践环节的关联点，是培养学生工程能力的适宜载体。关于化工工艺学课程教学已由不少报道。黄美英[1]等对强化课堂教学、加强实践与理论教学相结合以及强化学生工程观念等方面对《化工工艺学》课程教学方法的改革进行了探讨；邱玉娥等[2]指出该课程教学应加强工程意识和创新意识的培养，并尝试采用“传统型、技改型、创新型”案例教学法强化培养学生的技改创新意识。王钧伟等[3]认为可通过精选教材内容、强化实践教学、追踪学科发展、开设专题报告、加强绿色教育等方式，提高学生学习热情，锻炼学生的实际动手能力，培养学生的创新意识，增强教学效果。本文介绍了在化工工艺学的课程建设和教学中突出学生工程能力培养的一些新尝试。
一、课程教学目的再认识
从化工生产工艺角度出发，运用化工过程的基本原理，阐明化工工艺的基本概念和流程组织、物料衡算、热量衡算的通用方法，介绍典型产品的生产原理、典型流程、关键设备、工艺条件。典型产品生产工艺的讲解重点放在分析和讨论反应、分离部分的工艺原理、影响因素、确定工艺条件的依据、反应设备的结构特点、流程的组织等；同时对工艺路线、流程的经济技术指标、能量回收利用、副产物的回收利用及三废处理运作进行一定的论述。使学生获得广博的化学工艺知识，培养工程能力，以便在生产与研究开发工作中开拓思路，灵活运用，不断开发应用新技术、新工艺、新产品和新设备，更好地满足社会需要。为强化工程能力培养，要重视本课程对专业实验、课程设计、生产实习等实践环节的指导作用，教学活动与实践环节有机关联，画龙点睛，有的放矢。
二、课程教学资源建设突出学生工程认知、工程设计、实验操作
依据课程实践性、综合性、复杂性，为提高学生的工程认知能力和感性认识，基于FLASH和网页制作等软件工具，开发了多功能的化工工艺学资源库，包括：例题分析、图形演示、生产装置实际录像和图片、实习现场实际教学录像和图片等。学生可随时通过网络观摩这些资源。学生将工业生产装置和工艺展示的视频看作理论联系实际的视觉纽带，访问的积极性高。《化学工艺学》中流程图较多，如果采用学生自己看书本中的流程图，然后老师讲解的教学方法，很容易让学生感觉枯燥无味，所以本课程特别重视直观、丰富多彩的多媒体教学方式的高效应用，课件可通过网课程络平台自由访问。在绘制工艺流程图时，尽量使用动态画面，如把物料的流动做成动画，管道、设备、阀门等做成立体图，不同的物料及公用工程用不同的颜色区分，力求逼真、醒目。固体燃料气化制备合成氨原料气的间歇造气过程的操作循环的动画演示就很受学生欢迎。在本课程的建设安排了课程设计，其中大约■的设计题目与授课内容直接相关，如合成氨、芳烃分离、天然气制甲醇等，着重培养学生分析问题、解决问题的综合能力，锻炼和提高其对工艺路线的设计、设备选型，以及车间布置和管道布置的能力，培养正确、熟练查阅工艺设计规范、手册及参考书的技能。将教师科研项目、社会正在建设的工程项目等引入教学，强化学生的应用意识和工程观念。化工专业综合实验中设置乙苯脱氢、反应精馏、喷雾干燥、空气分离等与化工工艺学授课内容直接相关的实验项目。
三、课程教学突出培养学生的“当代工程观”
工程观是人们关于工程活动的基本理念，是认识和进行工程活动的指南。工程观念的强弱和趋向直接影响着从业人员的实践能力。在当代学科交叉渗透的趋势下形成的当代工程观[4]是对传统工程观的扬弃和超越。当代工程观视生态环境为工程活动的内生因素，认为工程活动不但受生态环境的制约，而且应按照生态规律重塑生态活动的方式[4]。化工工艺学是培养学生工程意识的良好媒介。在绪论部分，我们强调工艺技术不同于实验室制备技术，工艺路线评价要突出理论上的正确性、技术上的可行性、操作上的安全性、经济上的合理性，还要突出环境及生态相容性。讲解具体产品的生产工艺过程中，将原子经济性（AE）[5]、环境商（EQ）[6，7]的概念进行具体计算、剖析。比如氯醇法与乙烯环氧化法制备环氧乙烷路线的比较就是用案例教学提高学生对可持续发展的责任意识和创新素质的生动素材。
四、授课过程强化与实践环节的联系
在授课过程中，我们适时引入后期开设的专业实验、课程设计的题目，提高学习的针对性，如介绍乙苯脱氢时让学生思考专业实验将重点考虑的问题：降低体系分压的方法、测定乙苯转化率和苯乙烯收率的方法、采用色谱定量时苯乙烯的出峰顺序等；在讲解物料衡算、热量衡算、工程图纸视图、流程组织时强调在课程设计、毕业设计中的实际应用；在介绍特殊设备布置时强调设计发展，如介绍合成氨工艺技术时引入废热锅炉的适度倾斜布置；适时介绍生产实习中遇到的工艺技术问题，并启发学生分析、解决这些问题，引导学生建立工程应用意识；授课期间带学生去观摩校内实验及中试装置，突出情景式教学，使理论学习与实践环节无缝统一、相互促进。
五、授课过程突出原理-条件-流程-设备一条主线
为强化工程意识，使学生形成做工程就是做细节的理念，在介绍氨、C8芳烃、甲醇、苯乙烯、环氧乙烷、丙烯腈、氯乙烯等产品制备技术时，用整体一条线的思想组织教学：按照产品性质、用途―生产原理（含主副反应、热力学和动力学分析）―催化剂选择―工艺条件讨论─工艺流程比较―设备分析的顺序，由浅入深，渐入佳境。
强化学生工程能力的培养已成为工科高校实践和理论教学的核心任务，通过化工工艺学教学培养学生工程能力是课程建设的内在要求。强化与工程认知、工程设计、实验操作相关教学资源建设，授课中贯彻当代工程观，授课过程与实践环节紧密结合，用原理-条件-流程-设备整体一条线组织教学等是在化工工艺学教学中培养学生工程能力的有效措施。
参考文献：
[1]黄美英，梁克中，赖庆柯.对《化工工艺学》教学改革的探讨[J].重庆三峡学院学报，2007，（3）：122-124.
[2]邱玉娥，张秀玲，等.化工工艺学应注重工程素质和创新意识的培养[J].化学工程与装备，2009，（5）：214-216.
[3]王钧伟，官叶斌，孔学军，等.《化学工艺学》教学改革探索与实践[J].广东化工，2012，（4）：233-234.
[4]汪应洛.当代工程观与工程教育[J].中国工程科学，2008，10（3）：17-20.
[5]B M Trost. The atom economy - a search for synthetic efficiency[J]. Science 1991，254，1471-1477.
关键词：无机化工；绿色化学工艺；可持续发展
0 前言
化工产品在人类文明发展的长河中发挥着十分重要的作用，它为人类的生产和生活提供了许多重要的产品。但是，随着人类使用化工产品程度不断的加深，化学物质造成的各种污染也不断危害着我们的生活，威胁着人类的身体健康。人类正在逐渐认识到环境的重要性，对化学物质使用的管控措施也越来越严格。而如何开发对人类健康和环境危害小的化工生产过程，甚至是无公害的化工生产过程已经成为化学家和化工生产面临的最大挑战。我们通常将无机化工过程称为绿色化学。绿色化学就是用化学的方法和技术去消除和减少化学危害，主要是对危害人类健康、对环境有害的物质进行处理，包括有害原料、催化剂、溶剂以及化工产物等。绿色化学要达到的目标就是不再使用有毒有害的化学过程，以及不产生有毒有害的副产品，是一项从源头上遏制化学污染的新型学科。
在绿色化学基础上发展起来的技术是绿色技术、主要就是利用科技的进步，对原来生产过程存在毒害作用的生产进行技术改造，使其耗能最少、污染程度最少的先进技术。利用化学的方法从根本上减少环境污染的产生， 是消除污染的根本方法，是一种可持续发展的生态模式。通过技术改造，实现或者接近零污染排放的目的。此外，绿色化学要求具备一定的转化效率，实现在技术上和经济上的共赢。
1. 绿色化学的发展进程
到目前为止，化学工程已经有了上百年的历史，但是大部分工艺的技术改造都不能完全解决环保问题。由于当时技术和条件的原因，对许多环境问题的设计没有充足的考虑。化工生产过程会产生大量的废气、废物等物质，进而也使后期的环保处理费用成本大幅度增加。例如，某年美国的Dupont公司的化学品销售额仅仅180亿美元，而环保费用却高达10亿美元。环保经济和社会需求的状态来看，传统的化学工艺已经不再适合现代的社会需求了。
为了保护环境，化学工作者做出了许多的努力，进行了大量的污染控治方面的技术研究。所谓的污染控治就是严格控制污染性废物的产生，而绿色化学工艺正好弥补了这一不足。世界环境组织指定的目标是到2020年的地球日时，将废物的排放减少40%～50%，实现每套装置消耗原材料减少20%～25%。总之，绿色化学在国外的研究已经运用到了生产，引起许多政府和学术界的高度关注。而我国的绿色化学产业发展刚刚起步，面临着严峻的挑战和发展机遇。
2. 开发新型的绿色化学工艺
2.1开发“原子经济”的绿色化学反应
1991年提出的原子经济的概念，就是原料中的分子有多大程度转变成了产物，这个概念的提出并没有得到化学界的足够认同。而理想的原子经济反应是要求原料分子中的原子都能够转换成产物，却不会生成造成环境污染的副产品以及三废，其目的就是实现废物的 “零排放”。
2.2采用无毒无害的化学生产原料
为了工艺需要，目前仍有许多的化工厂使用剧毒的光气和氢氰酸等化工原料。这些有毒有害的物质使用会导致许多副产品的产生，严重污染了环境。为了人类健康和环境保护，化学工程师必须行动起来，尽量使用无毒无害的原料代替有毒原料，最大限度的保证人类的健康和环境。
目前化工厂使用了大量的酸、碱及有机合成化合物等化工原料，而这些物质存在着共同的缺点，就是腐蚀性和毒害性，对设备存在着严重的腐蚀、对工作人员的健康危害十分严重、产生的废物也会污染环境。为了保护环境，化工企业需要采用新的催化剂，研究新兴的催化剂材料。多年来，我国正在大力研究许多固体的酸烷催化剂。
2.4采用无毒无害的溶剂
大量污染问题还会来源于制造过程中使用的溶剂，最常见的就是反应介质、分离以及配方的使用溶剂。在绿色的溶剂研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体，特别是一些超临界二氧化碳溶剂的开发。超临界二氧化碳指得是在温度和压力达到临界点以上的二氧化碳流体，并且还具有液体的密度，所以会具有比较常规的液态溶剂的溶解度，在相同的状态下，又具有气体的粘度并具有很高的传质速度。所以流体的许多性质就有可能用温度的变化来调节。超临界二氧化碳存在的最大优点就是无毒、不可燃、价廉等。
2.5使用许多可再生的资源进行合成化学品
利用研究的生物原料代替当前使用的石油产品，是保护环境的一个重要的研究课题，也是重要的发展方向。现在有许多技术可以实现这个目标，其中有一项技术就是，将化工生产的废物转变成动物饲料、工业产品和燃料。此外，利用生物或者农业的废料进行聚合物再造工作，涉及很多环保问题，所以引起了人们的特别兴趣，它的优越性就在于聚合物原料的单体实现无害化。生物催化转变的方法比常规的聚合法更加优越，同时还具有生物降解功能。
实现社会经济的可持续发展，已经成为了我国的一项基本的国策。作为社会经济的重要组成部分的化学工业，在这一基本国策的指导之下，最行之有效的实现可持续发展战略的方法便是绿色化学的开发和利用。绿色化学，不单单是指那些对环境产生的有害影响小甚至没有有害影响的化学生产过程，更重要的是包括那些行之有效的且作用明显的价格平民化的化学化工技术的研究以及应用。绿色化学的生产过程只产生非常少量的废物处理，或者不产生废物处理。其最主要的特点便是在生产的过程中，最大程度地充分利用资源，使原材料转化为产品，尽量不产生污染。有利于化学化工产业的发展以及可持续发展战略这一道路的切实执行。■
参考文献
[1] 霍小平，李仲谨，刘存海.无机化学实验教学绿色化研究[J].广东化工，2012， 39（9）：134-135.
1课程体系
1.1课程体系应适应催化工业大环境的变化就传统《工业催化》课程体系而言，其培养目标是通过课程学习，使学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉《工业催化》技术的基本要求和特性，培养标准是为培养化学工程与工艺类专业工程师提供坚实的理论基础服务。随着现代化学工业的发展，催化理论持续更新，许多新型催化工艺及技术不断涌现，学习这些新催化工艺及技术的背景及原理，对于化学工程与工艺专业的本科生能否成为具有坚实的开发、研究和使用催化剂能力的高层次工程技术人才，能否胜任将来有可能从事的催化领域研究工作都有着重要的理论指导意义。相对稳定的培养目标和培养标准不能限制课程体系进行必要的变动，以适应外部环境和需求的变化。因此在“卓越工程师计划”的实施过程中，《工业催化》课程体系要随着卓越工程师的培养目标和培养标准的调整而做相应的变化，从而体现《工业催化》课程满足培养目标的根本价值。
1.2校企合作建设课程体系。“卓越计划”要求高校与企业共同制定和实施卓越工程师培养方案，包括共同建设课程体系和教学内容。《工业催化》课程可以充分发挥合作企业所具有的工程教育资源优势，包括先进设备与技术、实验环境、研究开发条件等，与本校催化人才培养优势实行优势互补，共同设计与构建卓越工程师培养的课程体系和教学内容，使得《工业催化》的课程体系和教学内容具有鲜明的特色。校企合作建设的课程体系将更有助于培养学生综合解决实际问题的能力，摒除传统课程体系不能联系工程、生产实际的局限，鼓励教师与各行业生产管理第一线的工程技术人员联合指导学生。通过校企联合指导课程，现场案例教学，增强课题的实际应用价值，为学生提供良好的工程环境。学生在完成课程学习过程中，可以随时请教企业中有经验丰富的技术人员和老师傅，学到许多课堂上学不到的、学校教师也无法传授的一些实践经验。
2教学方法：贯彻研究型教学方法，理论联系实践
教学方法是使教学思想得以贯彻执行、知识体系和课程内容得以完整实施和传授的关键所在。传统的《工业催化》课程之间具有明显的界限，课堂教学以讲授为主，综合性的案例和结合实际项目的教学不多，而基于问题的探究式学习、基于案例的讨论式学习、基于项目的参与式学习等多种研究型教学方法更是少之又少。研究型教学(problem-basedlearning，PBL，对学生而言可以称之为研究型学习)，它是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式，得到“卓越计划”的大力提倡和着力推行[4]。研究卓越工程师不仅应具备分析问题、解决问题的能力，而且要能将设想和概念转化为现实，形成学生的工程能力。“卓越计划”通用标准对本科层次卓越工程师培养予以如下定位：本科层次卓越工程师：主要从事产品的生产、营销、服务或工程项目的施工、运行，维护，能够完全胜任现场或生产一线的各项工作。因此现有《工业催化》教学方法需要重构，在面向实际教学的基础上，遵循催化工程的实践、集成与创新的特征，采取相应的教学方法，按照催化剂的催化作用，催化剂的生产，催化剂的表征，催化剂的使用来组织教学内容，以学生为中心开展教学活动，着力推行符合工程能力培养规律的学习方法，强调学生创新意识和创新精神的培养，加强学生创新能力的训练，有效地提高学生的工程实践能力。所以，贯彻研究型教学方法，理论教学和工程实际相联系就非常重要。作为一种学习方法体系，研究型学习主要由基于问题的探究式学习、基于案例的讨论式学习和基于项目的参与式学习三种形式组成。从培养化工方向的卓越工程师的需要出发，其中的问题、案例和项目可以分别工业上成熟的催化工艺作为教学内容以实施相应的教学方法。这些问题可以是现行催化工艺中各种问题的重现、演变、放大或综合，也可以是教师根据对未来发展的预见专门设计出的催化方面的新问题。通过教师精心选择和设计这些问题、案例和项目，并采取研究性学习方法，就能够在学生知识的获取、应用和创新，工程能力的培养和提高，社会能力的培养和提高以及综合素质的养成和提升等方面发挥重要作用。
3教学内容：拓展知识视野，完善知识结构
3.1拓展知识视野，完善知识结构为了培养学生学习《工业催化》的兴趣，首先在每一章节的的教学过程中，凡是教学内容涉及到的在现行化工生产中已成功工业化的催化剂体系，如催化重整，催化裂化，合成氨等催化剂，可以引导学生多查阅相关资料，了解与这些催化剂的相关的制备工艺，催化反应原理，催化反应设备，催化剂使用过程条件控制以及催化剂再生等相关的知识。这样不但可以拓展学生的科学史知识，提高学习兴趣，增加求知欲，还有利于培养学生的自学能力；而且，结合专业特点丰富课程教学内容，联系与化工生产(化学工艺专业)及人们日常生活(应用化学专业)密切相连的催化知识，使学生主动去学习与催化相关的知识，从而理解并解决疑难问题，推动课堂教学的发展和质量的提高。丰富教学内容要求教师在备课过程中必须保证内容充实、准确、高质量。教师在准备每一堂课内容时，都必须查阅大量参考资料以确保知识的准确度，同时应从多角度、多层次综合、全面理解和诠释每一个知识点，并通过不懈的努力和研究形成自己的一套教学体系和教学风格。
3.2扩展前沿知识当今是个知识更新迅猛的时代，《工业催化》课程快速发展，必须与前沿科学知识紧密联系，才能培养出跟上工业和科学技术发展步伐的新世纪卓越工程师。扩展催化技术方面的前沿知识，不但有利于提高学生的学习兴趣，而且有利于培养学生的创新能力。前沿知识扩展对教师的素质有着很高的要求，这要求教师具备一定的科研素养，能有紧跟催化理论和技术发展的步伐，教师应深入学习、研究新的催化理论知识及催化技术最新发展趋势和动态，并将这些前沿知识充实到课堂教学之中，使学生能深切感受到科学技术的飞速发展给社会发展带来的巨大变革。例如：在《工业催化》课程中酸碱催化作为传统催化剂在催化裂化，催化重整等已经得到广泛应用，但课程对最前沿的酸碱俩性催化剂的介绍较少，这方面的知识，需要教师在查阅资料，将课堂内容补充完善。前沿知识的扩展，不仅需要提高教师的科研素养，还要调动学生的学习积极性。将《工业催化》课程每一章节的课余作业设置为此章节的相关前沿知识学习不失为一个理想的方法，例如在学习分子筛催化剂章节时，新型的杂原子分子筛，新型介微孔复合分子筛等催化剂是目前分子筛催化剂研究的前沿方向，教师可以布置学生课余查阅相关文献，形成报告，制作PPT，分组汇报并讨论，从而调动学生自发学习的兴趣。
4考核方式：以课题综述的形式考核
关键词: 《煤化工》 教学改革 教学方法
一、概述
《煤化工》课程是涵盖煤化学、化工原理、反应工程等内容的综合性学科。此门课程通过对煤化工产品开发的生产原理、生产方法、工艺计算、设计、操作条件及主要设备等的介绍,使学生具备煤化工专业的坚实基础,对煤化学工业的原料选择、工艺路线设计优化、典型单元操作及化工工艺的实现有深刻的认识和理解,具备对煤化工工艺流程进行分析、设计、改进及开发新工艺和新产品的能力,从而更好地服务于煤炭行业。淮北市是全国五大煤炭生产基地之一,地质储量100亿吨,远景储量350亿吨。2011年原煤产量达3373万吨,居全国第四位。淮北师范大学(以下简称“我校”)坐落在淮北市,发展煤化工专业有着得天独厚的地理优势。为了满足淮北及周边矿业集团对煤化工专业人才的需要,我校化学与材料科学学院在化学工程与工艺专业开设了《煤化工》专业必修课程。但是,在教学实践中作者发现学生对这门课程的学习疏于对课堂内容的理解和思考、学习兴趣不高。为了充分调动学生积极性和主观能动性,使我校学生在将来的工作岗位上更有竞争力,作者对《煤化工》课程的教学大纲、教学内容安排、教学方法和手段进行了一系列的探索和改革。
1.教学内容的相应调整
由于我校仅开设了煤化工课程,学生对煤化学相关的名词概念不了解,对于教学内容备感生疏。因此,我及时调整教学内容,制定适宜的教学大纲,首先穿插介绍一些煤化学相关内容,包括:煤的生成、煤的结构、煤岩学、煤的物理性质、煤的化学性质等内容。着重强调煤的分子结构理论,探究煤的结构与组成和性质之间的关联性,寻找组成和性质的变化规律。同时在教学中总结煤化学理论与煤化工的相关知识之间的联系,使学生对煤化工的相关知识有了深刻的认识,从而增强了对本课程的兴趣。其次是,对于煤化工课程的重点内容,如:煤焦化、煤的液化和煤的气化,做重点介绍。尤其对工艺原理,流程,以及设备装置的结构特点,结合图片和实例做细致具体讲述,使得学生对煤化工的重点知识有更加深刻的认识。既增加了学生学习的兴趣,又提高了其学习的积极性。
2.课堂教学方法多样化
考虑到三年级学生已经完成了对化学基础课程的学习,对于化学理论知识已经有了一定的认知。因此,在教学方法上,我将传统的以教师讲述为主的单一课堂教学模式,转变为讨论式、启发式的新型教学模式,让学生参与到课程的讨论中来。通过布置专业课题或就自己感兴趣的课题,让学生课下查阅相关资料,课上积极参与互动讨论,大胆提出自己的见解,突出学生的主体作用,发挥教师的导向作用,从而调动学生的学习积极性,提高学习效率,促进学生技能的全面提高。同时要强调的是,学生为查阅资料,准备材料花费了不少精力,教师须及时跟踪,认真批阅和讲评,从而提高学生的积极性。
3.充实并更新教材内容
现今,国际煤化工行业发展迅速,许多新技术、新成果不断被应用于生产之中。老的流程工艺逐渐被自动化程度更高的新工艺、新设备所取代。因此,在介绍教材上成熟老工艺流程的同时,要适当穿插与当今煤化学和煤化工发展前沿相关的内容,增加关于当今世界上的最新工艺、设备的讲述,使学生对当今新的工艺流程有更多的认识。因此对于教师而言,仅仅掌握教材上的内容是远远不够的,还需要时时跟踪当今煤化工发展的前沿理论,更好地充实自身理论水平,这样才能更好地激发学生学习的兴趣。另外,由于《煤化工》具有实践性较强的特点,教学过程中必须注意理论联系实际,把教学和实际生产过程有效结合起来,使学生既能在实践中加深对书本知识的理解,又能提高动脑、动手的能力。为此,根据学校周边厂矿企业生产实际,我们走访焦化厂,了解其生产工艺(备煤工艺,炼焦工艺,化产工艺,甲醇工艺,干熄焦工艺),并将具体生产工艺流程的相关知识增加到教学活动中,理论联系实际,使学生对实际工业生产有了更深刻的认知。既增加了学生的学习兴趣,又使学生对企业的生产流程有了更加清晰的认识,得到了用人单位的一致好评。
4.传统教学与多媒体教学相结合
煤化工课程内容涉及大量的设备图和工艺流程图,采用常规的板书,在黑板上画流程图耗时耗力,不能满足现代化教学的需要。此外,板书绘制的流程图为二维平面图,学生对设备构件的立体构型、工艺流程中原料和产品流向等没有完整的概念。学生理解起来非常吃力,教师讲授过程同样费力。引入多媒体教学可以有效地解决上述问题,实现教学目的。借助多媒体辅助教学软件,开发了煤化工多媒体辅助教学课件,尤其是工艺原理图、设备示意图,可以借助专业绘图软件直观、形象地向学生展现,可以帮助学生理解复杂的装置立体结构和工艺流程图,增加学生的学习兴趣及理解程度。此外,借助于网络上丰富的教学资源来充实课堂教学内容,在教学过程中根据具体需要,及时地向学生介绍国内外最新的煤化工生产工艺流程和技术等,并对国内外知名煤化工企业的最新动态、发展趋势需求等进行信息传递,使学生不仅加强和巩固了理论知识,增加了学习的积极性和主动性,而且提高了学生再就业环节中的适应能力和解决实际问题的能力,从而更好地服务于企业和社会。
总之,通过激发学生的学习兴趣、调整教学内容、结合煤化工研究的前沿理论、传统教学与多媒体教学相结合,能提高煤化工教学的质量,满足经济日益发展对创新型人才的需求。教师要想取得更好的教学效果,就要有创新意识和科研进取精神,不断完善教学内容,调整教学方式更好地为学生服务,提高教学质量。
参考文献:
[1]张香兰,王启宝.《煤化工工艺学》教学中问题启发式教学方法初探[J].化工时刊,2011,25(10):64.
[2]沈扑.《煤化工工艺学》课程的教改实践与探索[J].新课程研究,2010,177:37.
关键词：化工分离工程 多元化教学手段 考核方式
1 概述
《化工分离工程》是高等院校化学工程专业一门重要的专业课程，内容涵盖了化工原理、化工热力学和物理化学等课程的知识，是一门综合性的重点学科。随着化工行业的迅速发展，分离工程在现代化学工业及其相关工程领域中的应用越来越广泛。
《化工分离工程》课程内容覆盖面广、难度大、应用性强，所培养的能力是学生毕业后从事专业工作直接需要的。针对以往以掌握知识、应试为目的的传统教学模式弊端，结合本课程的培养目标，开展了以实际应用为目的的教学研究与实践，摒弃了填鸭式、保姆式的传统教学方法，使学生处于主动掌握知识的状态，培养学生自主发现问题并解决问题的能力。
我们的理念是以培养工程意识、实践能力为根本目标，以培养能力为重点。即将零散的知识点模块化、系统化，让学生主动寻求解决问题的思路，掌握分离过程单元操作的特点，能够灵活应用理论知识解决实际生产中的具体问题；同时要重点培养学生独立分析问题的能力，从而充分满足将来职业岗位的能力需求，缩短学生顶岗后的实习期，更好的适应岗位环境熟悉工艺过程操作流程。
2 改进教学方法，采用多元化教学手段
2.1 以教材为主的理论知识的教授 与传统教学模式相比，改革后的教学增设网络课堂，在校园网上设置本课程的教学大纲、教学课件、教学视频及相关知识点的动画演示，并提供配套的习题库，专门设置了答疑板块，为学生提供了一种先进的多媒体教学平台[1]。该多媒体教学平台的应用提高教学质量，学生可以根据自己的需求查阅相关信息，同时提高了学生学习的兴趣与动力，促进了对学生专业技能的培养。
2.2 理论结合实际的校内实训模拟 充分利用实验室资源，建立实验室全面开放制度，完成理论课程的学习后进行相关知识的实验动手操作，增加学生的实践机会，提高学生的实验设计与动手能力，强化对理论知识的理解，这是学生专业技能提高的重要环节。另外，积极拓展校外实训基地，依靠企业建立产学研紧密结合的校外实习基地[2]，让学生直接参加生产和实际工作，促进理论知识向实际生产转化，提高了解决工程问题的能力。
2.3 结合相关软件学习分离工程 化工常用软件有Auto CAD、Chem CAD、Aspen plus等，会使用这些软件是化工专业学生必备的基本能力。教学过程中尽量引导学生全面化发展，例如用Auto CAD软件绘制某分离过程设备图或者分离过程的工艺流程图，用Chem CAD软件模拟油井气中轻质烃的分离，或者用化工流程模拟软件Aspen plus模拟甲基叔丁基醚（MTBE）的反应精馏过程等。一方面提高学生理论联系实际的能力，另一方面让学生更熟练的使用这些应用软件。
2.4 逐步推行双语教学 双语教学即是把化工专业外语与化工专业课程相结合，在学习理论的同时提高了专业外语的水平，既培养学生用外语思考和解决问题的能力又有利于学生查阅相关外文文献了解本专业发展的前沿信息。双语教学有高、中、低三个层次，高层次教学以外语为主汉语为辅，锻炼学生用外语组织语言解答简单的问题；中层次教学交替使用双语，提高学生外文理解能力掌握简单的外文专业知识；低层次教学即简单渗透穿插外语教学，用外语讲述重要的原理和关键词等，学生可以多一些机会接触外语。
3 建立全面的考核制度
化工分离过程重点讲授多组分精馏、吸收及吸附过程的分析和建模，简要介绍了新兴的分离过程如膜过程、萃取精馏、液液萃取等的基本概念。教学中强调理论联系实际、工程与工艺结合，以培养学生分析和解决工艺问题的能力。通过本课程的学习要求学生牢固掌握分离过程的基本原理及应用方法，学会实际工艺的分析与综合，了解分离及相关工程研究的进展，学会针对工业生产正确的选择分离过程及设备。因此，考核方法要尽可能准确反映学生的实际能力，为全面考查学生能力我们提出了以下几种考核形式：
3.1 采用考试成绩与实践环节相结合的方法 改变传统考核以卷面和平时成绩为主的方式，改善学生不认真听课考前突击备考的状况，增加实践环节考核比重。针对重要的分离过程安排实践课，考察学生运用理论知识选择分离工艺并实际动手操作的能力[3]。这种考核方式与课程教学内容相匹配，使学生由被动接受知识变为主动探索知识，激发了学生的创新思维，更好地促进了学生较全面地学好本课程，达到了本课程学以致用的教学要求。
3.2 灵活运用双语考核形式 为适应高校素质教育的发展，在进行双语教学的同时增设双语考核，笔试口试结合考查学生的综合能力。为了提高学生的学习积极性，平时在课堂上发言次数质量和水平都被计入考试成绩[4]。双语考核方式提高了他们的语言表达能力思维水平及知识掌握程度，达到了双语教学的目的。
3.3 全面考核方式 课程成绩评定采用全面考核方式，全面考核包含三部分：一是作业成绩、试卷成绩；二是课程设计、科技论文成绩；三是上机实训、分离工程实验成绩等[5]。第一部分仍是传统考核中的内容即平时作业与卷面成绩的结合，但整体比重有所下降。第二部分是对学生课外延伸学习的考查，强调创新性鼓励新发现、新观念的积极思维。第三部分以软件的使用及实际分离过程操作为重点，这与工作内容十分接近，是提高学生职业技能素质的重要方面。
4 小结
化工分离工程是一门实用性很强的学科，在教学过程中必须把理论教学与实践性教学环节紧密结合，提高学生的生产实践操作和创新能力。同时我们改革了课程考核方式，建立了科学、全面的考核制度使学生获得广博的分离工程知识，培养理论联系实际的能力，为其将来从事化工分离过程的设计打下牢固的基础。
参考文献：
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[2]吴静，王军.深化《化工分离工程》课程改革培养应用型人才[J].高校论坛，2012（8）.
[3]张红红，张岩.分离工程课程教改探索与实践[J].科学自然， 2013（8）.
[4]戴卫东，钱礼华，赵跃强，等.化工分离工程课程探索与研究[J].考试周刊，2009（10）.
关键词：水处理理论与技术;课程体系;教学模式;教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）43-0092-02
《水处理理论与技术》课程是武汉大学水质科学与技术专业、能源化学工程专业重要的必修课。通过本课程的学习，使学生掌握水处理的基本原理，熟悉水处理工艺单元、设备、系统的基本知识，培养学生具有设计、计算水处理工程中的设备、工艺系统的基本能力，为将来从事本专业的工程设计、科研及运行管理奠定必要的理论和应用基础。
一、课程的性质和要求
《水处理理论与技术》课程主要包含水处理的基本原理和应用技术，涉及化学反应、化工传质、流体力学和机械设备等多学科的专业知识。通过本课程的学习，使学生掌握水处理的基础理论知识，以及工艺设计和计算方法，了解水处理在电力、煤炭等能源行业的应用知识，初步具备将各种水处理单元技术组合成水处理系统的能力。
二、课程现状
1.传统教材单一，教学内容陈旧。全国高校同类课程参考教材主要是许保玖主编的《给水处理理论》（中国建筑工业出版社，2000年），许保玖、龙腾锐主编的《当代给水与废水处理原理》（第二版，高等教育出版社，2003年）。这些教材都是水处理领域经典的教学参考书，都很好地阐述了水处理的基本理论和基础知识，但是教材出版年代比较久远，不能满足新形势下水处理技术不断发展的需求，不能及时更新拓展教学内容。
2.教学方式落后。水处理设备及构筑物的工作原理和结构复杂，依靠传统课程讲解及板书的教学方式获得的信息很抽象，学生难以理解，而且教学方式过于单一，学生较难理解工作原理和设备运行情况。学生的创造性和积极性难以被激发出来，导致教学效果欠缺[1]。
3.考核与评价方式片面。传统的考核方式通常以单一的期末闭卷考试为主，这种单一以分数高低评价学生成绩的考核方式不能适应《国家中长期教育改革和发展规划纲要》的要求，也不利于学生的全面综合发展。
三、课程体系的建设
1.教材的选择与建设。考虑本专业是以电力行业为办学特色以及将来学生就业方向，选择了周柏青、陈志和主编的热力发电厂水处理（上册，第四版，中国电力出版社，2009年）及李培元、周柏青主编的发电厂水处理及水质控制（第一版，中国电力出版社，2012年）作为主教材[2，3]。并参考国外大学的原版教材，把最前沿的理论和知识融入教学中，让学生从Water research，Desalination等著名期刊上搜寻最新的水处理技术文献，掌握最新最前沿的理论与基础知识，从而激发学生的学习兴趣。
2.理论课程与实验课程。《水处理理论与技术》的理论课程，共3学分54学时，包括水质概述、水的混凝处理、沉淀与澄清、过滤、离子交换除盐、凝结水精处理、循环冷却水处理7章内容。《水处理理论与技术》的实验课程18学时，包括混凝实验、树脂RH―Na交换平衡等温线的测定、循环冷却水阻垢剂的快速筛选、水处理药剂缓蚀性能的测定四个教学实验。
3.教学大纲的修订与教学内容的调整优化。在新大纲中对原教学体系和内容进行了调整和充实。如将絮凝反应池中新的设计理念、新型过滤材料、凝结水精处理新型过滤技术等，在教学内容中得到补充和完善。在教学过程中，将授课内容分为基本和重点两类。对于重点内容，对书本中的知识重新设置并对相关知识加以补充，例如重点内容阳离子与阴离子之间的关系、含盐量与溶解固体之间的关系、硬度与碱度的关系、pH值与碳酸化合物之间的关系、pH值与硅酸化合物之间的关系。同时还注重培养学生综合运用知识的能力，例如在讲工程应用时以电厂水处理各个工段的处理方法和工艺为例，重点讲述基本原理在工艺流程上的应用。
随着发电厂高参数、大容量机组的增加，凝结水处理技术越来越广泛得到应用[4]，增加了凝结水处理系统混床树脂的分离，混床运行中出现的异常情况、可能原因及处理方法等内容。循环冷却水处理增加了盐量平衡与水质变化，补充水量的计算。此外，课堂教学内容的调整与优化还包括当今国内外先进的水处理技术和工艺，并与传统技术与工艺进行对比，使学生真正掌握水处理技术的精华，启发学生思维，培养学生的创新意识。
四、教学模式的改革
1.开展引导式、启发式、举例式教学。开展了引导式、启发式、举例式相结合的教学方法。本课程内容广、名词概念多，传统的教学方式使学生不能及时理解和掌握知识。在教学过程中应以学生为主体，调动学生参与到课堂教学，发挥学习的主动性和积极性。在讲授时要突出重点，启发和引导学生提出问题，和学生共同探讨;鼓励学生积极查阅国内外文献，寻找答案。此外，教师在课前将课件上传班级QQ群，使学生提前预习和课后复习。教学方法的改革对于提高教学质量、改进教学效果、培养学生分析与解决能力均有很大促进。
2.利用多媒体、板书、视频相结合进行教学。“水处理理论与技术”课程有许多工艺流程图、设备及构筑物结构图等，传统的教学方法是教师现场绘制或展示挂图等，缺乏生动性和灵活性。本课程以文字、图片、三维动画和视频录像为基础，精心制作课程PPT，将水处理工艺的各个流程以现场照片、视频和电脑制作的单元处理过程的动画再加上文字说明展示给学生，为学生提供生动形象、丰富多彩的知识，使学生更容易理解并掌握水处理设备、构筑物和工艺系统的工作原理，为今后在工作中能够合理选择和设计水处理工程打下良好的基础。
3.专家讲座。定期聘请水处理工程领域的专家学者给学生进行讲座，能够使学生把课本上的理论知识与实际工程联系起来，有助于提升学生对知识的掌握并拓展视野。通过专家讲座，让学生了解国内外水处理领域的新工艺、新材料和新方法，发展趋势及应用特点和适用性，对培养学生深入探索的精神具有显著的作用。
4.讨论课。将全班学生分成7个小组，每小组3～4人，每个小组对不同论题进行论述，要求查阅国内外最新文献并制作PPT。每小组推出代表上台讲述5～8分钟。陈述完毕后，其他同学和教师对其论题进行提问，由该小组成员负责回答。讨论结束后，教师概括其主要内容，评价该组同学的陈述情况，并提出建议。通过开展讨论式课堂教学，极大调动了学生的主观能动性，取得了很好的效果。
五、结束语
根据笔者近几年在《水处理理论与技术》实际教学过程中的实践与体会，本文对该课程的教学内容和教学模式进行了探索，着重对课程体系的建设、教学方法和教学手段的改革，构建有利于培养电力、煤炭等领域的水处理技术研究和管理人才的教学新体系。在教学过程中运用多样化教学方法调动学生的学习积极性和创造性，取得了良好的教学效果。通过多元化考核体系的建立，能更全面、科学地评价学生的综合素质，从而培养出符合国家需求的高素质专业技术人才。
参考文献：
[1]杨国红.水质工程学多样化教学方法探讨与实践[J].技术与创新管理，2013，34（6）：595-597.
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[3]周柏青，陈志和.热力发电厂水处理（上册）[M].第四版.北京：中国电力出版社，2009.
[4]牛微，毕孝国.“火力发电厂水质净化”课程内容的优化研究[J].课程教材改革，2013，（264）：65-66.
The Class Teaching Innovation and Exploration for the "Theory and Technology of Water Treatment"
ZENG Yu-bin，ZHOU Bo-qing，LIU Guang-rong
（School of Power and Mechanical Engineering，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072，China）
关键词：化工设计；CDIO；实践
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0188-02
《化工设计》是面向化学工程与工艺类专业学生开设的一门技术基础课，教学的目的是通过本课程的学习，提高学生综合运用已学的专业基础课等方面知识，培养学生联系实际分析问题、解决问题的能力，同时使学生掌握设计计算的基本方法等。以往的讲授方法是按照章、节平铺直叙地进行，但因学生工程经验不足等因素，达不到真正地培养学生工程能力的目的。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，美国MIT的机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按照CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。CDIO大纲定义了培养学生的具体指标，CDIO标准实质上是一个实施CDIO培养模式的指引。作为中国第一个全面应用CDIO的学校，汕头大学5个工科专业都按照CDIO大纲和标准进行了教育改革，提出并实施了以设计为导向的EIP-CDIO工程教育模式，主要是突出两个方面：工程创新能力和人文素质及职业道德标准的新型工程技术人才。笔者在几年教学过程中，参照CDIO工程教育模式的12条标准，在《化工设计》课程上进行了探索和应用。
一、按照CDIO工程教育模式制定《化工设计》课程的教学大纲
课程教学大纲是根据课程内容及其所处课程体系和教学计划的要求编写的教学指导性文件，现以《化工设计》课程中的第二章“化工厂设计概述”为例对大纲的主要内容进行修订如下。
1.CDIO项目。根据学生学习的具体情况，由学生自由选择以下项目进行实施：①2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目建议书编写。②2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目可行性研究报告编写。③2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目工艺流程的选择。④2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目综述。
2.主要知识点。化工设计的工作程序和建设程序；化工设计项目的建议书和可行性报告的编写内容和原则；化工厂工艺流程的选择方法与原则；化工厂项目设计的综述。
3.教学提示。本章通过多个CDIO项目，本着“做中学”的原则，在指导学生实施项目的过程中，通过传授学生如何搜集与整理资料，逐步展开化工厂设计概述的学习，针对具体项目实施具体的相关设计。
4.重点讲解。①项目建议书和可行性研究报告内容；②工艺流程选择原则。
5.检验标准。根据选择的CDIO项目进行书面总结与讨论，达到知识点互惠的目的。
二、基于“项目式”教学方法
《化工设计》课程是综合运用已学过的专业基础课和专业课，如化工原理、物理化学、化学反应工程、化工热力学、化工过程分析与合成、机械设备、化学工艺、化工AutoCAD等专业课程的知识，在现有资源、法律和社会观念的条件下，讨论化工工艺过程开发设备的设计以及工厂的整体设计。化工设计是化工类专业工程教育的本质和核心，是培养未来工程师的创新思维和实践的手段，也是理论联系实际最主要的通道。
教学方法采用项目式教学模式，即第一课时，教师给学生安排一个团队设计项目，如2000吨/年碳酸二甲酯分厂设计，该项目称一级项目，下设化工工艺选择、化工过程设计、设备选型与自动控制、化工厂经济分析与评价、化工厂风险分析与预防、厂址选择等二级项目。学生通过自由组合，由6～8人组成一个设计小组协同完成工厂设计任务，每个设计组设小组长1人，组长负责统筹整个设计项目的分工与实施，同时规划整个项目与总结等。
在教学过程中，讲授、设计和讨论并重，其中讲授约占总学时的■左右。教师在讲授了基本的课程内容及要点后，各小组学生根据二级项目内容查找资料、讨论设计内容、初步设计并形成项目报告。每个二级项目结束后，在讨论课上，各小组汇报自己的项目内容，其他学生可提问、点评，最后由教师进行总结。教师在项目设计过程中要随时解决学生提出的各种问题。在讨论课中，一方面要把握住方向，另一方面也从中受到启发，达到教学相长的目的。通过这种教学形式，学生真正开动脑筋，互相学习，培养了学生创新思维和实践能力，同时亦培养了学生团队合作能力、组织能力和竞争意识。
三、化工过程模拟软件在化工设计中的应用
化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。在化工厂设计中，化工过程软件的模拟也是必不可少的工具，因此在化工设计课程中应该做为重点讲授内容，适当安排相关计算机上机实际操作，对具体的CDIO项目进行物料衡算和热量衡算模拟等。除此之外，还可以使用相关软件进行优化，比如利用Aspen Pinch进行热集成，实施热量集成与优化，将化工过程中冷热物流进行匹配优化，将系统中冷热量消化在体系内部，实现能源的节约目的。
四、对参加按照CDIO模式培养的学生建档管理，跟踪反馈
将所有参加《化工设计》课程按照CDIO模式培养的学生全部建档管理，每个人都建成电子信息表，包括个人的所有基本信息、工作单位和其他相关信息等，然后根据具体信息对其进行定期的跟踪反馈，及时了解相关企业对学生的知识体系、个人能力和工程能力的评价等，并通过交流，总结宝贵的经验。
五、改进传统的考试方法
考试是评价和改进教学，使之有利于培养创新人才的基本途径；考试是引导学生主动、创造性地学习的重要手段；考试是检测和提高学生创新思维和创新能力的重要环节。因此，科学合理的、鼓励创新的、富有活力的考试制度有利于培养高校学生的创造力，有利于造就建设创新型国家所需要的创新型人才。我们认为，教学是一个动态的持续过程，考试作为教学质量的评价手段，要达到客观评价的目的，其评价活动应贯穿整个教学过程，不应以一次考试决定成绩。为此，团队提出了“做中学，学中考”的考核方式，具体做法如下：基于化工设计课项目式教学模式的教学方法，我们对考核内容做了合理化分配（见表1），从三个方面进行考核，平时成绩、设计报告、期末考试。平时成绩占总成绩的20%，主要考核学生出勤、回答问题等课堂表现情况；每一个二级项目完成后，在规定时间内提交完整的项目设计报告，设计报告占总成绩的50%，是考核的主要部分；期末考试采用闭卷方式，主要考核化工设计过程中涉及的基本原理、方法、步骤等问题。这种分配方式突出强调了设计报告的重要性，弱化了期末考试的分值，这与化工设计课自身实践性强的特点是相适应的，学生通过考核就必须认真作好二级项目，不但巩固了化工设计的基本理论，又熟悉了相应的设计规范，这样就避免了学生考试突击现象。几年来，没有学生要求划范围、划重点，考试时也没有作弊现象。
六、结束语：
笔者基于CDIO理念下的工程项目制定教学大纲，就是培养学生的工程概念、工程意识、分析工程问题、解决工程问题的能力，培养工程业务素质。该项目的实践效果体现在通过基础科学理论如何运用工程理论的教学过程中，又体现在如何应用工程观点、工程理论和方法，解决各类工程问题的教学和训练过程中。并对参加COIO教育模式下的学生进行相关跟踪，与相关企业对接，了解企业需要的工程人才等，然后再在新一轮教学中不断进行相关补充与完善，为培养21世纪具有创新精神与实践能力的高素质化工人才的目标服务。
参考文献：
[1]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：81-83.
关键词：化工 自动化 整合 教学资源
化工生产过程,通常是在密闭的容器和设备中,在高压、真空、高温、深冷的情况下连续进行的，此过程中的介质具有毒、易燃、易爆、有腐蚀的性质，这些性质无法用人工观察和控制。因此,为使化工生产正常、高效、安全地进行,就必须把各项工艺参数维持在某一最佳范围之内,并尽量使生产过程自动化、现代化。这种利用自动控制学科、仪器仪表学科、计算机学科的理论与技术，服务于化学工程学科，管理化工生产过程的方式,就称为化工生产过程的自动化。同样，化工仪表自动化就是需要将自动化装置作用于化工设备上，应用于化工生产中的各个过程，实现对化工生产中各工艺参数进行检测，并实施控制[1]。目前，从市场需求来看，自动化仪表自动化工业在石油化工占有的市场份额最多，其次是钢铁、电力、纺织等行业。
在信息技术高度发达的今天，作为传统工业的石油化学工业仍然是我国经济发展的重要支柱性基础产业（2011年我国石化行业的产值已达到11.28万亿元）。由于石油化学工业具有资源能源消耗量大、生产过程工艺复杂、产业链条长、技术装备水平要求高、污染排放量较多，安全生产形势严峻、结构调整任务重等特点，不仅要求质量高、寿命长的自动化仪表，还需要提供完整的系统和优化的软件，更需要能与工艺人员结合的自控工程师。我国石油和化工自动化经过50年的发展，通过技术引进，消化吸收和不断创新，自动化水平取得了长足进步[2]。PLC、DCS和变频与传动等自动化产品已被普遍应用到生产工艺中。特别是在2009-2011年间，更有不少化工企业对DCS系统进行了升级改造。目前，工业生产逐渐趋于大规模、综合化和自动化，生产工艺也变得日益复杂，仪表的控制检测向多功能发展，应用范围不断扩大。同时，快速反应、临界稳定工艺、能力综合平衡等工艺的开发成功以及激烈的市场竞争，对自动化提出了更高的要求和新的目标[2]。
当前众多的高职院校正在进行以职业活动为导向、能力为目标、任务驱动的项目化教学改革。高职院校以服务于企业为指导方针，企业对人才需求的调整，相关专业势必随着企业需求展开教学内容、教学方式的转变。因此针对我校的化工、自动化专业的有机结合做了相关的思考。
一、两个专业的背景及现状
化工自动化及仪表是面向化工类专业开设的技术基础课程，我校的化工专业在建设初期至今一直开设有化工仪表及自动化（含实训）课程。该课程以化工企业所采用自动化及仪表的现状为基础，通过化工生产过程中的自动控制系统涉及到的化工仪表的结构、原理、性能、应用等的学习，让学生能够根据化工生产过程中对温度、压力、液位和流量等工艺参数和指标进行测量的需求，正确选择对应仪表的型号，并掌握在安装、使用、控制、维护中的技能，熟悉化工自动控制技术在工艺控制上的使用。该课程的实训中一直采用到化工企业实习的方式进行，因为化工企业的特殊性，联系企业实习困难，并且学生也很难在运作的机器设备上实现相关的操作与维护学习。
本校自控系的机电一体化和电气自动化专业是以电工基本知识和电工技术基本技能构建专业基础平台，以自控化网络控制为核心，突出计算机管理、远程控制、现场总线技术等自动控制领域先进技术的应用，培养学生具备自动控制系统的安装、调试、管理、维护的能力，具备设计、组建、运行、维护工业控制系统的能力及供电系统的设计能力。在教学方面强调是以专业知识加以实践运用，就业岗位多为大型机械制造企业和化工企业，其相关的专业课程实习均在本地的化工企业进行。
二、两个专业整合的前提
通过调查了解到我校的自动控制系相关专业部分就业方向为化工企业，而每年化工企业招聘时需求化工专业学生和自动化专业学生的比例为3:1左右，新进自动化专业员工首先被要求熟悉该企业的化工生产工艺过程。从相关资料收集显示，自控专业在过去的教学中一直未体现与化工的结合，学生缺少对专业服务对象的了解和掌握，特别是针对化工企业的生产过程、生产原理的了解。如果能熟悉化工生产的原理、工艺、特性，对于自动控制系统的操作和维护将更能对症下药。
随着现今化工行业的发展，许多技术雄厚的大型化工企业已陆续提出“一岗多能”的政策转变传统化工工艺操作人员的定位。要求操作人员（包括分析、仪表、设备维护等岗位不仅能在自己就职的领域做好，还要学习其他岗位的知识，如果生产现场出现一般故障，不用等待专业人员到达，可立即解决故障，既节省时间又节省人力，并以调整岗位工资的方式激励员工的学习热情和主动性。化工专业学生在校期间就仪表自动化的学习是相对薄弱的，缺乏大量的实践动手训练，对于企业“一岗多能”的要求，是远远达不到的。
三、两个专业教学资源的整合构想
以企业需求为导向，以“一岗多能”为方针，寻找两个专业的切合点，以实现教学资源利用的最大化。
1.教学团队的沟通交流
两个专业师资力量雄厚，教学经验丰富，利用各自优势和在相关行业的影响力，针对同一服务对象的特性，拓宽各自专业的实用性，实现双方共享师资，打造一流教学团队。
2.内教学资源的共享与结合。
关键词:梯度功能材料，复合材料，研究进展
Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.
Key words :FGM；composite；the Advance
0 引言
信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料，特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力，直接体现国家的科学技术水平和经济实力，也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此，新材料的开发与研究是材料科学发展的先导，是21世纪高科技领域的基石。
近年来，材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因，一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。
1 FGM概念的提出
当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2， 其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差，传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料，如金属基陶瓷涂层材料，由于各相的热胀系数和热应力的差别较大，很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面，消除物理性能的突变，使热应力降至最小[3]。
随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。
2 FGM的特性和分类
2.1 FGM的特殊性能
由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2，因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料，可以大大地提高粘结强度;
2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;
3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;
4)用FGM代替传统的均匀材料涂层，既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
2.2 FGM的分类
根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。
3 FGM的应用
FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM 研究的不断深入，人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化，可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM，并可望应用于许多领域。
功 能
应 用 领 域 材 料 组 合
缓和热应
力功能及
结合功能
航天飞机的超耐热材料
陶瓷引擎
耐磨耗损性机械部件
耐热性机械部件
耐蚀性机械部件
加工工具
运动用具:建材 陶瓷 金属
陶瓷 金属
塑料 金属
异种金属
异种陶瓷
金刚石 金属
碳纤维 金属 塑料
核功能
原子炉构造材料
核融合炉内壁材料
放射性遮避材料 轻元素 高强度材料
耐热材料 遮避材料
耐热材料 遮避材料
生物相溶性
及医学功能
人工牙齿牙根
人工骨
人工关节
人工内脏器官:人工血管
补助感觉器官
生命科学 磷灰石 氧化铝
磷灰石 金属
磷灰石 塑料
异种塑料
硅芯片 塑料
电磁功能
电磁功能 陶瓷过滤器
超声波振动子
IC
磁盘
磁头
电磁铁
长寿命加热器
超导材料
电磁屏避材料
高密度封装基板 压电陶瓷 塑料
压电陶瓷 塑料
硅 化合物半导体
多层磁性薄膜
金属 铁磁体
金属 铁磁体
金属 陶瓷
金属 超导陶瓷
塑料 导电性材料
陶瓷 陶瓷
光学功能 防反射膜
光纤;透镜;波选择器
多色发光元件
玻璃激光 透明材料 玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半导体
稀土类元素 玻璃
能源转化功能
MHD 发电
电极;池内壁
热电变换发电
燃料电池
地热发电
太阳电池 陶瓷 高熔点金属
金属 陶瓷
金属 硅化物
陶瓷 固体电解质
金属 陶瓷
电池硅、锗及其化合物
4 FGM的研究
FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。
4. 1 FGM设计
FGM设计是一个逆向设计过程[7]。
首先确定材料的最终结构和应用条件，然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构，以及制备和评价方法，最后基于上述结构和材料组合选择，根据假定的组成成份分布函数，计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数，就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布，此时的组成分布函数即最佳设计参数。
FGM设计主要构成要素有三:
1)确定结构形状，热—力学边界条件和成分分布函数;
2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;
3)采用适当的数学—力学计算方法，包括有限元方法计算FGM的应力分布，采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。
FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合，借助于计算机辅助设计系统，得出最优的设计方案。
4. 2 FGM的制备
FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段，实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布，从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM) ，自蔓延高温合成法(SHS) ;涂层法:如等离子喷涂法，激光熔覆法，电沉积法，气相沉积包含物理气相沉积(PVD) 和化学相沉积(CVD) ;形变与马氏体相变[10、14]。
4. 2. 1 粉末冶金法(PM)
PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形，然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性，可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高，适用于制造形状比较简单的FGM部件，但工艺比较复杂，制备的FGM有一定的孔隙率，尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点，但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/ Ni 、ZrO2/ W、Al2O3/ ZrO2 [8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7] 。
4. 2. 2 自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis 简称SHS或Combustion Synthesis)
SHS 法是前苏联科学家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃烧反应时，发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应，此后化学反应在自身放热的支持下，自动持续地蔓延下去， 利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：
SHS 法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系，金属与陶瓷的发热量差异大，烧结程度不同，较难控制，因而影响材料的致密度，孔隙率较大，机械强度较低。目前利用SHS 法己制备出Al/ TiB2 ， Cu/ TiB2 、Ni/ TiC[8] 、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4. 2. 3 喷涂法
喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺，适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常，将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内，并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上，其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4. 2. 3. 1 等离子喷涂法(PS)
PS 法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物，形成等离子体，其温度高达1 500 K，同时处于高度压缩状态，所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流，速度可高达1. 5 km/ s。原料粉末送至等离子射流中，粉末颗粒被加热熔化，有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应，随后被雾化成细小的熔滴，喷射在基底上，快速冷却固结，形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例，调节等离子射流的温度及流速，即可调整成分与组织，获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成，沉积效率高，无需烧结，不受基体面积大小的限制，比较容易得到大面积的块材[10]，但梯度涂层与基体间的结合强度不高，并存在涂层组织不均匀，空洞疏松，表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7] 、NiCrAl/MgO -ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料
4.2.3.2 激光熔覆法
激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上，然后以高功率的激光入射至A并使之熔化，便会产生用B合金化的A薄涂层，并焊接到B基底表面上，形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比，在上述覆层熔覆的同时注入，在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程，就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度，以及熔区的深度来获得，熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能，但由于激光温度过高，涂层表面有时会出现裂纹或孔洞，并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti - Al 、WC -Ni 、Al - SiC 系梯度功能材料[7 ] 。
4.2.3.3 热喷射沉积[10]
与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化，并喷涂到基底上凝固，因此，建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中，这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固态，混入金属液滴而被涂覆在基底，形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中，通过连续地改变增强颗粒的馈送速率，热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。
4.2.3.4 电沉积法
电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理，将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中，通过注入另一相的悬浮液使之混合，并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度，在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来，最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃，涂层的主要材料为TiO2-Ni， Cu-Ni ，SiC-Cu，Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层，以改变固体材料的表面特性，提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能，该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低，精度易控制，生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5 气相沉积法
气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度，在厚度方向上实现组分的梯度化，适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料，但合成速度低，一般不能制备出大厚度的梯度膜，与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD) 和化学气相沉积(CVD) 两类。
化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合，在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度，精确地控制材料的组成、结构和形态，并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化，可得到按设计要求的FGM。另外，该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM，因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。
物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质，使其蒸发为气相，然后沉积于基材上，形成约100μm 厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD 法的特点是沉积温度低，对基体热影响小，但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/ TiN、Ti/ TiC、Cr/ CrN 系的FGM [7~8、10~11]
4. 2. 4 形变与马氏体相变[8]
通过伴随的应变变化，马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此，在合适的温度范围内，可以通过施加应变(或等价应力) 梯度，在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18 -8 不锈钢(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围，但能提供一个简单的方法，可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料，这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。
4. 3 FGM的特性评价
功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计，为成分设计数据库提供实验数据，目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前，对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前，日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。
5 FGM的研究发展方向
5.1 存在的问题
作为一种新型功能材料，梯度功能材料范围广泛，性能特殊，用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决，主要表现在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；
2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；
3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；
4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单，还不具有较多的实用价值;
6)成本高。
5.2 FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]
1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；
2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；
3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；
4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。
5.3 对FGM的性能评价进行研究[2、13]
有必要从以下5个方面进行研究：
1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随 时间变化关系问题；
2）热绝缘性能；
3）热疲劳、热冲击和抗震性；
4）抗极端环境变化能力；
5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等
6 结束语
FGM 的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段[8]。FGM的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉，多产业结合，国际化合作的方向发展。
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关键词：环境工程；工程实践；创新能力；研究生；教学体系
2014年6月，在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会开幕会上发表重要讲话，强调“坚定不移创新创新再创新，加快创新型国家建设步伐”，肯定并再次强调了创新在科技发展方向中的重要性。大学研究生院作为我国现行教育体制中最高层次的教育学院，是我国专业创新人才培养的摇篮，支撑着国家创新体系的建设。因此，为培养具备宽厚的科学素质、扎实的工程素养、良好的道德品质、优秀的创新能力和事业宽广的高素质拔尖人才，必须将研究生工程实践和创新能力培养作为教育的首要目标。近年来，我国环保事业正蓬勃兴起并逐渐成为一个巨大的新兴产业，社会急需大量具有工程实践和创新能力，能快速担当起环境污染治理重任并能随污染情况变化和环保要求提高不断研发新技术、新工艺的应用型专业人才，而环境工程专业创新能力的形成和发展必须以工程实践活动为基础。因此，实践教学对培养本专业学生的实践能力和创新能力有着理论教学不可替代的特殊作用，是创新人才及卓越工程师教育培养过程中贯穿始终的、不可或缺的重要组成部分[1]。科学合理的环境工程专业实践教学体系不仅要向学生传授科学知识，培养动手能力并强化实践技能，还应该积极拓展实习载体、开阔学生视野并加强产学研工程实践转化，引导学生掌握科学的思维方式，提高分析问题和解决问题的能力并强化培养学生的工程实践和创新能力[2]。
一、环境工程专业研究生实践教学体系的构建目标和原则
中国地质大学（北京）环境工程专业研究生培养实践教学体系的构建必须紧紧围绕人才培养方案和专业人才培养目标进行，以培养学生专业素质、工程能力和创新能力，全面提高环境工程专业教学质量为出发点，结合学校的人才培养特色，通过学生自主设计和研究活动，学会科学研究的方法，建立科研创新概念，在实践中全面提升研究生的专业素质、工程能力和解决新问题、改善僵化学习思路的创新能力。环境工程专业研究生实践教学体系一般包括实践教学内容体系、实践教学的考核评价体系、实践教学保障体系和实践教学基地体系等要素，各要素相对独立又相互统一，综合实现研究生工程实践和创新能力培养的功能。因此，我校环境工程实践教学体系的建立需要遵循以下几个基本原则[3]：
（1）整体性原则。实践教学体系是一个相对独立又统一的有机整体，每个体系相互关联又具有层次化和模块化特点。每个实践环节层次分明、逐步递进，具有明确的要求和保障措施以确保整个实践教学体系的完整性。
（2）应用性原则。应用反映在社会岗位对环境工程专业人才的需求上，是我校研究生专业人才培养的目的，以应用为主旨和特征构建环境工程专业实践教学体系是实现应用型人才培养目标的前提。因此，紧紧围绕社会岗位需要的各项技术能力—设计能力、施工能力、研究能力和创新能力等，构筑实践教学体系的内容和考核指标。
（3）特色性原则。实践教学形式和环节多样，各有特色，其中包括实验、实习、毕业设计和企业实践等。我校环境工程专业研究生实践及教学体系的构建应该确立“素质教育为核心，技术应用能力培养为主线，创新能力培养为关键，产学研结合为途径”的特色，充分考虑环境工程专业依托的行业特色以及区域的经济发展水平，选择合适的实践教学基地并创建科学合理的保障体系。
（4）产学研结合原则。本实践教学体系的创建目标是为社会培养高素质的环境工程专业创新人才，产学研结合是实现此目标的必要手段。通过产学研结合，共同研究培养方案，制定培养计划，实施培养过程，以满足社会工作岗位的需求。
二、环境工程专业研究生实践教学体系的构建
根据上述研究生实践教学体系的构建目标和原则，结合我校环境工程专业研究生教学实践特点，建立了一套包括实践教学的内容体系、考核评价体系、保障体系和创新实践体系四要素的研究生实践教学体系。
1.实践教学内容体系
实践教学内容体系是指培养研究生教学环节所呈现出来的具体教学内容，是整个环境工程专业研究生培养的核心内容。教学内容应以学生综合素养、应用知识与创新能力的提高为目标，着重突出专业实践类课程和工程实践类课程，教学内容要强调理论性与应用性课程的有机结合[4]。针对传统实验教学依附于理论课体系的横向模式，超越单门实验课程的范围，建立教学课程之间的系统联系，精选实验项目，统筹实验内容，使基础性、理论性、设计性和综合性各类实验项目合理配置，建立符合环境工程专业人才培养特色的一体化多层次的实践教学内容体系[5]。该内容体系主要分为两个层面，即：
（1）基础实验教学。鉴于我校研究生生源多数来自外校，实验能力参差不齐，因此应增设旨在培养研究生实验室动手能力的基础实验教学课程。为不同研究方向研究生增设“环境微生物实验”、“水污染控制工程实验”、“水化学分析实验”、“大气污染控制实验”、“固体废物处理处置实验”和“环境监测实验”等选修实验课程内容，重点培养学生的基础实验技能和专业兴趣。
（2）创新实践活动。该层次是为了培养我校环境工程专业研究生的科研能力、工程能力、创新能力和综合能力开展的教学实验内容。在学生了解相关专业课程背景及学术概念基础上，鼓励学生根据兴趣学科方向查阅和总结文献，依托我校研究生院、科技处、水资源与环境学院以及科研公共服务体系，进行自主创新实践活动、参加指导教师的科研项目或申报学校的科技扶持奖励与科研竞赛等。鼓励学生发表高水平科技论文、参加国内外学术会议、依托产学研基地转化科研成果等，积极培养学生的科学精神、创新意识和创业能力[6]。
2.实践教学考核评价体系
实践教学考核评价体系是整个体系的反馈机制，我校环境工程研究生教育培养实践教学考核评价体系的实施主体由研究生院和直属院系承担。实践教学考核评价体系分别针对独立的实践环节制订了不同的考核评价标准，主要包括以下几个方面：
（1）实验教学考核评价。这一部分评价标准主要针对基础理论实验教学课程。评价重点主要在学生掌握基础理论和实验手段的内容、方法和效果上，强调实验课程的设计是否合理，实验目标是否明确具体，学生动手操作能力是否得以培养等。
（2）毕业设计考核评价。我校环境工程专业研究生培养设计类主要体现在毕业设计上，选题上倾向于培养学生解决实际工程问题的能力，允许学生进入企业进行工程实践。设计内容的设置，有利于促进学生综合利用所学知识，对实际工程问题进行深入研究，通过工艺参数选取、构筑物计算、设备选型、经济概算等环节，逐步建立工程意识。因此，考核评价的重点主要集中于选题的难易程度、与工程实际结合的紧密度、设计完成情况和答辩准备情况等几方面。
3.实践教学保障体系
实践教学保障体系是整个体系正常运行的前提，主要包括实验、实践教学师资队伍和实验、实践运行管理两方面内容：
（1）实验、实践教学师资队伍建设。环境工程专业涵盖化学、工程、材料等不同学科领域，研究内容需要交叉学科协助。因此，研究生需要更多维的思维方式和广阔的学术视野。此前，我校一直采用的是“一对一”的研究生培养模式，这种模式易导致研究生思维局限、学术视野狭窄等问题。因此，我校可以改革这种研究生培养模式，试行导师团队模式（涵盖实验、科研、工程技术各具专长的教师团队），引入交叉学科老师进入指导团队，实行主副导师工作制度。这种指导方式更加利于研究生创新及工程能力的培养[7]。
（2）实验、实践运行管理。良好的实验、实践教学管理可以保障高水平的实践教学质量。我校现有水资源与环境工程北京市重点实验室，包括水分析实验室、环境化学实验室、水力学实验室、地下水物理模拟实验室、水处理实验室、环境微生物实验室、环境数值模拟实验室、岩土环境工程实验室、包气带水分运移实验室和地下水循环实验室等。每个实验室配有切实可行的实验教学管理规章制度，涵盖设备管理、教师管理、学生管理、实验管理、项目管理和安全管理等各方面内容。实验室运行采用开放式管理模式，包括定时开放和预约开放。定时开放主要根据实践课程实验的教学计划和任课教师的教学安排确定；预约开放则针对本专业科研教师和研究生的具体要求（科研、培训、项目、竞赛和创业计划等）安排确定[6]。
4.实践教学创新实践体系
研究生创新教育培养之根源在于实践，有了创新性意识和思维，才能通过研究手段取得创新性研究成果。因此，通过构筑创新基地和平台，为研究生提供广阔的校内外实践场所，提供创新思维转化的媒介，达到环境工程专业研究生工程实践和创新能力的培养[8]。
（1）校内专业教学实践。我校环境工程专业下属实验室开放给研究生，鼓励学生在导师团队指导下进行自主实验，学校研究生院积极组织学生参与各类科技创新活动，资助具有自主知识产权的科研项目、创业计划和成果转化。在此过程中注重引导培养学生的科研意识、创新思维和能力，尊重学生个性和兴趣，充分发挥研究生的潜能。
（2）校外创新拓展实践。加强专业实践环节的组织和团队指导，积极与协作单位共建常设的校外实践训练基地，鼓励研究生在校外创新拓展实践基地实习。校外创新拓展实践基地的指导团队以合作单位设计部、工程部、环评部的工程技术人员为主，校内专业教师配合协作，学生在工程师的指导下承担实际工程项目的设计、施工、管理和环境评价，使学生真正接触工程项目的技术核心，通过实战锻炼掌握工程实施和工艺创新的技能。在此基础上，通过推动产学研合作，将科研成果转化，直接有效地服务于社会。
三、结束语
在全社会关注研究生教学质量的今天，各高校都在开展硬件设施升级、课程改革、教材建设和人才引进等工作。同样，近年来实践教学的重要性也得到了前所未有的重视。对于我校环境工程专业的研究生培养来说，实践教学的改革应该着眼于工程实践和创新能力的培养。根据我校环境工程专业办学特色与社会岗位需求构建自身培养特色的研究生实践教学体系，对从根本上提高实践教学质量，提高研究生工程实践能力和创新能力具有重要作用。
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关键词：协同创新 合作者有机构成 协同 组织原则
2011年同志在清华大学建校100周年大会上提出，高校在“积极提升原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力”的同时要“积极推动协同创新”。其中“协同创新”这一提法对我国创新能力的提高、“建设创新型国家”具有重要的战略指导意义。协同创新，其核心目标是创新，推动创新的途径是协同，因此这个概念应当被划分到科学学或管理学范畴中，而且目前从这两个角度对它的阐述已经较多。但协同创新同时也和作为社会生活基础的经济息息相关，本文试图从经济学的角度对协同创新的含义进行阐释。
核心目标—经济学意义上的创新
创新一词《辞海》中的解释是：创立或创造新的；首先的。这个解读从哲学一般的层面解释了创新的含义。从相对具体的层面来看，创新应该还包含另一层意思，即创造出的新事物得到广泛使用从而体现出其存在价值。在现代社会中，经济活动可以使新创造出的事物得到广泛的应用并体现其价值，于是创新的概念也被应用到经济学领域。
经济学中，创新的概念起源于美国经济学家熊彼特的著作《经济发展理论》。熊彼特（1990）提出：“生产意味着把我们所能支配的原材料和力量组合起来……我们所说的发展，可以定义为执行新的组合。这个概念包括下列五种情况：一是采用一种新的产品……；二是采用一种新的生产方法……；三是开辟一个新的市场……；四是掠取或控制原材料或半制成品的一种新的供应来源……；五是实现任何一种工业的新的组织”。其中，熊彼特认为这种被引入“经济生活的循环流转”中“新组合”的作用是“革命性”的，即熊彼特意义上的创新。熊彼特意义上的创新是一个经济学的范畴，是指经济上执行某种“新”的东西，并不能等同于创造，只有当新的创造被应用于经济活动时，才能成为“创新”。
英国著名经济学家克里斯·弗里曼则把创新对象基本上限定为规范化的重要创新。他在1973年发表的《工业创新中的成功与失败研究》中提出：“技术创新是技术的、工艺的和商业化的全过程，其导致新产品的市场实现和新技术工艺与装备的商业化应用”。
无论是熊彼特，还是弗里曼，他们从经济学的视角出发，对于创新的认识有一个共同点，即发明创造导致的新的要素组合应用于经济活动中，并在其中体现自身的价值，这种观点即是经济学意义上创新的含义。不能与经济生活广泛结合的创造发明很显然没有太大意义。因此笔者认为，“协同创新”中的“创新”实则是可以推动经济发展的经济学意义上的创新，即“把一种‘新组合’引入生产体系”。在下文中，笔者论及到的创新也都是经济学意义上的创新。
在这种对创新的规定中，隐藏着一个含义：得以在经济中“被执行”的创新解决了经济生活中的实际问题。从实证的角度来看，创新也多发生于提出问题后解决问题的方案中。因此笔者认为，经济学意义上创新的一个重要特征是解决实际经济问题，而问题的提出是创新出现的前提。
从“解决问题”这个含义出发，就引出了“创新从何而来”的问题，即推动创新及提高创新能力的机制是什么。具体到本文，则是要解释协同如何促进创新的产生和创新能力的提高。
协同的基础—协作和协调
随着人类劳动生产力的提高，人类在劳动中的分工合作越发精细。劳动生产能力的提高过程，也是劳动生产中各要素和工序从简单到复杂组合的过程。其中，要素的组合方式是生产和创新发生的基础，是由要素所有者的合作和组织机制所决定的。因此，要素所有者的组织机制是创新发生的必要条件，本文将其规定为合作者有机构成，即由生产劳动中要素的组合方式反映出在生产过程中要素所有者的合作、组织机制。作为必要条件，这种机制也会对创新产生反作用，从创新对其的需求来看，合作者有机构成与之适应会推动创新发生，反之则会阻碍创新，于是会产生对合作者有机构成产生演化到与之适应机制的需求。
合作者有机构成是一个描述要素所有者之间关系的概念，属于生产关系的范畴。关于生产力和生产关系，马克思曾指出：“人们在自己生活的社会生产中一定的、必然的、不以他们本身意志为转移的关系，即与他们当时的物质生产力发展程度相适合的生产关系”，因此生产力发展水平对合作者有机构成的演变构成限制与决定关系。因为合作者有机构成是通过要素的组合方式反映出来的，所以本文从要素的组合方式出发，将合作者有机构成依据其发展变化过程划分为三种形式：协作、协调、协同。
（一）协作——简单分工
人类最初的劳动就不是一个单独的过程，而是可以分成很多部分来完成的。当涉及较大规模的工程时，往往需要将整个劳动过程分为相对独立的许多步骤来由不同的人专门完成——即分工，全部劳动过程的完成则需要将这些不同的任务或劳动再集合起来，处于不同分工位次的人在这个过程中就构成了合作关系。
关于协作的论述，最早可以追溯到古希腊，亚里士多德在他的《政治学》中提出：“劳动者的注意力专注于工作、而不是分解工作时，各种工作便可做得更好”；协作可以实现“整体当然高于部分”。另一个希腊人色诺芬调查了当时的生产活动，论述了分工协作的概念及其优越性（潘开灵、白烈湖，2006）。
到了工场手工业时期和工业生产的初期，此时仍相对简单的分工与协作在劳动生产力的发展中起到了尤为重要的作用。亚当·斯密对分工协作给予高度评价：“劳动生产力上最大的增进，以及运用劳动时所表现得更大的熟练、技巧和判断力，似乎都是分工的结果”。而马克思在《资本论》中这样叙述协作：“许多人在同一生产过程中，或在不同的但互相联系的生产过程中，有计划地一起协同劳动，这种劳动形式叫做协作”。马克思认为协作一方面缩短了各工序之间的距离和时间提高了劳动效率，另一方面则是创造了一种生产力：“结合劳动的效果要么是单个人劳动根本不可能达到的，要么只能在长得多的时间内，或者只能在长得多的时间内，或者只能在很小的规模上达到。这里的问题不仅是通过协作提高了个人生产力，而且是创造了一种生产力，这种生产力本身必然是集体力”。
在这个时期，大机器生产刚开始使用，产品工序的划分相对而言还不复杂，代表性创新项目如飞梭、珍妮纺纱机、蒸汽机等的出现也大多对应着相对简单的分工；同时由于工业化生产处于起步阶段，劳动生产力提高带来的产量大幅上升还远未达到市场的极限，基本上处于是萨伊所说的“生产创造需求”的阶段，企业利润空间很大，企业家要做的最重要的事是围绕产品的分工解决好协作问题。在此阶段，社会生产要素组合及要素所有者的组织主要由手工业及初级工业生产的工序分工决定，日益细化但仍相对简单的分工是其最重要的特征，因此本文将从协作出现到此时期规定为合作者有机构成的第一种形式——协作。
（二）协调——连接、联合、调和
随着劳动生产能力的进一步提升，产品越发丰富，工业体系、大城市逐渐成形，使得劳动生产中的组合要素越来越多，新技术以及随之而来的新生产组合不断产生；与此同时，社会生产的聚集、无计划也开始导致其产品的需求出现瓶颈，生产过剩的经济危机周期性爆发……与工业化的初期不同，工厂、资本的聚集造成市场的饱和使得利润率无法和从前相比。
面对市场出现的新情况，企业家开始将市场的消费能力作为一个重要问题进行评估，以实现其合理和有效的经营，同时工厂的所有者需要对工厂中日渐复杂的要素进行更好的搭配和组合以实现更高的效率。不同于协作机制，合作者有机构成演化到由管理者主动调节、调整的新形式—协调。此阶段的特征更多地表现在企业管理中，体现了在企业生产经营中管理者的理性和计划性。
协调的前提首先是管理者面对市场的需求制定合理的生产经营目标，主要特征是在集合个别劳动要素的基础上，进一步考虑这些劳动要素在时间和数量上的配合，从而实现资源和效率的最大化。
关于协调，法国管理学家法约尔最早在论述企业的管理职能时提出这一概念，他认为“协调就是指连接、联合、调和所有活动及力量”，即协调是指企业的一切工作都要和谐地配合，以便于企业经营顺利进行。他依据企业部门形成的本位主义缺陷，第一次鲜明地提出了协调的机制。在他看来，协调是一种平衡行动，使设备适合于实现生产目标以及确保销售和生产之间的协调一致。
美国管理学家卢瑟·古利克则把管理职能的理论加以系统化，提出了计划、组织、人事、指挥、协调、报告和预算的“七职能论”。他认为协调就是为了使企业各部门之间工作和谐、步调一致、共同实现企业目标的职能。
在此阶段，企业的生产管理中的均衡生产、流水生产线的组织配合、准时生产体现了要素所有者组织方式“连接、联合、调和”的主要特征；与协作为主的阶段相比，其代表性的创新项目如电机、内燃机、汽车、螺旋桨飞机等已经复杂了许多。依据其管理所呈现出的特征，笔者将这种企业内协调的机制规定为合作者有机构成第二种形式——协调。
随着劳动生产力水平的不断提高，要素所有者的组织经历了协作、协调两种形式。但通过上文的介绍可以看到，这两个阶段的要素所有者的组织、合作主要是在企业内部，但随着生产的进一步演变，这种组织机制开始打破企业的界限，演化形成新的形式——协同。
协同—有序、均衡
劳动生产力的继续发展，使得企业内部的协调渐渐不能满足生产、创新的需求，新的要素所有者组织机制逐渐被孕育出来，对于这一趋势的描述和概括，最初来自于物理学。
德国物理学家，协同学的创始人哈肯1971年发表了《协同学：一门协作的科学》一文，引入了协同学及协同的概念。协同学主要研究远离平衡态的开放系统在于外界有物质或能量交换的情况下，通过内部协同作用，自发地出现有序结构的理论。协同效应则是指开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应。对于开放的系统，当外来能量的作用下或特质的聚集态达到某种临界值时，子系统之间产生相互作用，这种协同作用能使系统发生质变，即从无序变为有序，从混沌中产生某种稳定结构（哈肯，2005）。
协同学和协同效应不只可以应用于物理学和自然界，同时也在一定程度上反映着社会不断发展与演化的机制。协同效应所描述的有序状态是一种具有稳定结构的状态，这种状态用经济学的语言可以视为一种“均衡”状态。在经济学中，均衡意味着系统处于一种相对最优的状态—只有相对最优的组合，才是均衡、有序的。因此笔者认为，经济学意义上的协同即是一种大系统中的要素相互作用而实现均衡的状态。协同效应在经济中的表现则是大系统中可以无限制运动、结合的要素在新能量（技术、资金等）的作用下发生相互作用，趋向于有序状态。经济中的协同效应也体现出了协同的重要特征—开放性，这一特征则与当代的创新模式相符合。
美国的Chesbrough教授在2003年通过对现代创新项目的观察和研究后，提出了开放式创新模式，意指一个组织可以从其外部和内部同时获得有价值的创意和优秀的人力资源，运用外部和内部的研发优势在外部或内部实现研发成果商业化，并在使用自己与他人的知识产权过程中获利。上文曾介绍，在合作者有机构成的协作、协同阶段，要素所有者的组织合作局限在企业内部，到了协同阶段，要素的无限组合趋势则使创新体现出了跨越企业边界、学科边界的开放性特征。
从科技创新、生产力发展的角度来看，开放性的协同机制出现是必然的。当今的时代是一个 “大科学时代”，意指现代科学技术研究日益需要众多研究者的合作，一个项目所需的人员、资金、设备越来越多，相应地就更需要高度的组织协调能力和大规模资金支持，二战前曾经是科研主流的靠一个人或者几个人的小组就能得到重要成果的可能性越来越低（贾晋京，2012）。从要素的组合来看，如果没有跨越企业边界的协同组合，则很难满足“大科学时代”对于产品生产和科技创新的要求。以苹果公司的IPHONE手机为例，它汇集了1000余项专利技术，如此多的专利技术显然无法由一家公司来完成，苹果公司则是通过相关企业和科研机构的要素及要素所有者突破企业界限的组合完成了这个技术汇集的过程。
同样，“大科学时代”的创新成果往往是跨学科的成果。一项关于诺贝尔奖的统计数据很好地说明了这一点。20世纪的诺贝尔奖中，超过40%的发现是在多学科的交叉领域，尤其在20世纪最后25年，自然科学领域的诺贝尔奖中接近半数都授予了在交叉学科领域作出贡献的科学家。由此也可以简单预见，随着科技的发展，会有更多创新成果出现在学科交融的空白地带，创新本身对于开放的协同机制的需求日益强烈。
从经济学的微观意义上看，协同机制的出现则是因为它可以为要素所有者带来更多的利润和利益：协同机制的出现使得要素可以突破企业的界限实现优化的组合，催生出更多熊彼特意义上的创新，可以为要素所有者带来额外的高额的利润，这部分利润也被称作“合作剩余”。合作剩余的出现在创新本身的要求之外又为促进创新的协同机制的形成提供了额外的动力，也使得协同体现出了不同于协作协调的新特性：协作与协调机制下的企业属于“外组织”，而协同机制下的企业则与市场中其他企业、单位的优化组合而体现出“自组织”的特性。在协同的自组织中，企业以及与之进行组合、联合的单位形成一种共生的关系，即进行组合的各方互相提供有利于生存和发展的互助关系。共生关系一方面是协同的状态形成的结果；另一方面，共生关系因其形成使各方获得的益处，也反过来成为推动协同进一步深化的动力，促进协同这一稳定状态的形成。从微观意义上看，协同是某企业突破自身的限制，在与自身相适应的环境中去寻找有效的资源和要素以使用新技术、实现新的组合；从宏观来看，则是市场中的单位，以技术、资金、信息等要素进行优化组合的一种趋势。尽管此前在大型跨行业的垄断组织中也可以实现这种优化组合，不同于协同的是其仅限于垄断组织内，仍属于协调的范畴，且并非整个经济系统的常态。
根据科斯的交易费用理论，组织（企业）的存在即是为了节省交易费用。著名制度经济学家威廉森则认为交易费用可以区分为：搜寻成本、信息成本、议价成本、决策成本。从这层意义上看，协同的必然产生，也在于可以降低交易费用。子系统企业之间的相互作用，企业中的要素实现跨边界组合意味着形成新的组织，首先可以节省搜寻成本，其中的子系统不再需要为了新的同类交易寻找新的交易对象；其次由于双方或多方的共生可以大大节省信息成本；再次，由于新组织的形成，决策变得更加集中。可见，从新古典制度经济学——交易费用的视角，也可以发现从协作发展到协同的必然趋势。
从协作协调发展至协同，各个方面的原因起了重要的推动作用：一是经济发展使得各类企业不断聚集以及城市规模市场不断扩大，为经济活动中要素所有者的要素间联系的增加与深入提供了条件；二是随着经济活动中组合的增加导致的要素增加，企业类型愈发丰富，企业间的联系方式日益丰富；三是生产实践的丰富和聚集，应用的需求不断增加，对科技创新不断提出更高的要求，成为加速这一过程的重要动力；四是信息技术的发展，推动了协同的产生和加速。其中尤其值得一提的就是信息技术的发展，互联网的产生使得信息得以几乎无限高的速度流动和传播，资金在全球范围的快速流动也成为可能，同时任何一家企业面对的环境几乎突破了时间和空间的限制实现了最大化。
综合上文的简要分析，可以看出协同不是简单意义上的合作，相比协作与协调，它所对应的范围更广阔。协同机制下，整个经济系统中要素跨越子系统边界的组合，使整个系统趋向于有序、均衡。因此本文将要素组合所体现出的要素所有者突破企业边界的合作、组织而实现要素的优化组合的机制规定为协同，即合作者有机构成的第三种形式。
协同创新及组织运行构想
最早提出协同创新（Collaborative Innovation）这一概念的是彼得·葛洛，他规定协同创新即“由自我激励的人员所组成的网络小组形成集体愿景，借助网络交流思路、信息及工作状况，合作实现共同的目标”。葛洛的规定形象地描述了协同创新“协同”的特征以及具有时代特征的交流方式，在概念的创建上具有开创性意义，但此概念规定停留在对现象的归纳、比较上，并未就协同、创新两个概念进行分析、综合进而抽象出明晰的概念规定。
基于上文对于创新与协同的解析，本文对协同创新的内涵从经济学角度进行如下规定：通过协同机制来组织、整合要素所有者使得要素得以优化、有效组合，进而促进经济学意义的创新来推动经济发展。
“协同创新”的提出，是在充分认识现代科技和经济发展趋势基础上，针对我国“提升创新能力，建设创新型国家”的目标做出的战略性指导性原则，对我国自主创新能力的提高具有重要的战略指导意义。我国的创新能力在几十年积累的基础上有着显著的提高，但仍存在“瓶颈”。协同创新的提出则是针对的是当前较为关键的问题——科技资源的分散和封闭导致的创新能力遇到瓶颈。叶仕满（2012）提出：科技资源的分散性导致科技生产的封闭性，中国的科研领域患上“自闭症”，小作坊生产的观念严重阻碍了科研创新。结合存在的问题以及上文对协同创新的解析与阐释，本文对协同创新的运行组织提出如下构想：
（一）以需求为导向并以解决实际问题为目标
在我国现有的科技创新合作实践中，校企合作是一个重要的部分。但长期以来，这种合作机制对于创新的推动作用还不够显著。国内学者蔡宁等研究了1985-2005年20年发明专利申请量居前列的高校科研成果实际转化率还不到10%，两者数据反差明显。而美国硅谷、英国剑桥工业园区、德国巴登-符腾堡、台湾新竹工业园区、日本的筑波科学城等通过高校成功推动区域产业发展的案例表明，构建高校与区域产业之间合理的内在关系是成功推动区域经济发展的重要因素（蔡宁等，2010）。
制约这种合作获得理想效果的一个重要原因，便是合作中以高校而不是市场或现实生活中的实际需求为主。但是由于高校是多数合作中的主体，这种合作的核心目的与经济学意义上的创新往往是有所偏差的。
贾晋京提出：从过程角度来看，任何创新都是一个“谁来提出问题 谁来解决问题，靠什么资源，以什么方法 解决方案如何推广”的序贯过程。其中，“谁来提出问题”环节的核心是如何把某种社会需求具体化为可供研发体系去研究的问题；“谁来解决问题，靠什么资源，以什么方法”涉及到复杂的研究部门体系、研究支持体系等，具体来说其中的主体包括大学、研究所、实验室的组织运作以及科研政策体系等；“解决方案如何推广”则与工业体系、商业体系的运作结构有关，最终是个社会结构与社会过程问题（贾晋京，2012）。从现实角度看，我国近些年来的专利申请数量之所以大幅增加并位于世界的前列，制造业的发达与一直在第一线解决实际问题有着密不可分的关系。
因此，要提高我国创新能力，并以此推动产业升级、提高国内企业在国际分工中的地位，需要从经济生活第一线中的问题出发，在协同创新指导下的科研和生产实践中，以市场实际需求为导向，以解决经济生活中的实际问题为目标。
（二）形成相对紧密的、产权明晰的协同创新组织
现代制度经济学则认为企业（组织）中的契约是非完全契约，因此存在着的行政管理和命令使得企业内部的交易可以节省相当数量的交易费用。
协同是要素突破原有子系统形成新组织的一种均衡。因此协同机制要求要素所有者形成一个相对紧密的组织，从而节省契约的形成带来的交易费用。在我国现有的校企创新合作实践中，多是就某个单一或某系列简单项目的合作，从制度经济学的角度分析，属于完全契约组织，交易费用很高，不大可能出现合作紧密的协同创新组织。如上文所说，当代的创新需要大量要素所有者合作完成，这样的组织必然将要面对复杂市场环境、庞杂的信息、更多和更重要的决策，松散的、完全契约的创新组织必然会面对高昂的交易费用，因此需要大量的要素所有者以协同机制组织起来。要保证这种组织的存在及发展，建立相对紧密的、不完全契约的协同创新组织是尤为必要的。当然，相对紧密的组织的实现不会一蹴而就，需要在实践中不断深化地沟通、交流。
新古典制度经济学认为，要素所有者合作的目的是合作剩余，和现实中企业的目的相符合。但在理论中，合作剩余的分配是西方经济学和经济学争议的一个焦点；在现实中，合作剩余的分配往往引起诸多利益方面争议矛盾，导致合作不能持续下去，这种情况屡见不鲜。在协同创新中，熊彼特意义上的创新出现，一定会带来相当数量的合作剩余。对于合作剩余的分割，是合作双方关系以及合作能否持久、深入地继续下去的关键。要解决这个问题，需要对产权进行严格、清晰的规定，实现外部性的内部化，才能使得协同创新组织中的合作不断深化和优化。
（三）有效发挥政府作用
上文曾指出，“大科学时代”的创新需要众多要素所有者和研究者的合作，单个项目所需的大量的人员、资金、设备，因此就更需要高度的组织协调能力和大规模资金支持。二战中及二战后，美国在政府的组织计划下进行协同科研、生产，结果导致了创新成果井喷，至今仍在多数领域处于领先地位。认识到协同机制对创新的重要作用后，发达国家也纷纷通过立法来保护协同机制下企业之间的深入合作，1984年美国国会通过了《国家合作研究法》，将协同创新作为一项国策加以推进；日本政府则在1961年制定了《工矿业技术研究组合法》，该法规定只要被认定为“技术研究组合”，就可以被视作非营利性的特殊法人，并享受若干税制优惠（刘悦伦、沈奎，2009）。相反，也有一些国家的政府由于没有发挥应有作用，导致了创新步伐减缓。例如，孕育第一次工业革命的英国，在后来的发展中因为没有高层次的组织、计划，不能实现大规模的机构协同，在需要更大规模和组织程度更高的教育及研发体系的电气化和化学工程成为主要创新产业的时候，变得难以跟上时代的脚步，在很多科研领域中的地位一再滑落。
我国是有中国特色的社会主义国家，在现有体制下，可以发挥政府在一些行业中的计划、组织作用，将我国拥有的“集中力量办大事”、社会组织动员能力强的社会主义制度优势转化为全社会协同创新的机制优势。协同创新组织在协同创新指导下的实践中，需要相关政府部门充分发挥应有的组织、协调、计划的功能，为与创新相关的要素所有者之间深度合作提供强大的助力。
政府在协同创新中的作用主要体现在三个方面：首先，从全局的角度，针对最为需要的创新项目制定发展战略，并以此为导向组织相关企业、高校、科研单位形成协同创新组织；其次，不同单位在寻找合作伙伴的过程中较难获得有效的信息，而政府可以利用其信息优势为创新项目相关单位提供企业合作信息便利；再次，政府可以为协同创新组织提供相应法规及政策支持，一方面解决外部性的内部化难题，另一方面为协同创新组织的形成提供优惠政策。
（四）创建科技信息服务中介
近年来我国科技成果的转化率较低，很大一部分原因在于要素所有者之间缺乏沟通的渠道，造成科研、生产单位寻找适合的合作对象的信息成本偏高，创新组织的形成较为困难。因此在此领域中，对科技信息的需求越来越强。但目前我国科技服务中介缺乏，往往高校的科技成果找不到买家，而企业单位也找不到高质量的科技成果进行投资，大大限制了校企、校校、企企之间的深入、广泛合作。基于此种情况，可以借鉴美国斯坦福OTL的工作模式，在具备相应条件的高校设立技术转移中心。另外，也可以由我国主管教育、科技和经济产业的部门进行跨部门的合作，联合成立政府主导性的技术服务中心。通过各类科技服务中心的创建来加大相关单位间沟通的机会，让信息更加传递畅通，从而增加协同创新组织进行合作的可能性。
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