時(shí)間：2023-06-21 08:55:23
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇化學(xué)分子工程，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
計(jì)算機(jī)變得與試管一樣重要
在漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，對(duì)化學(xué)家而言，試管是他們最為重要的工具，另外通過(guò)小棒和小球，他們就可以搭建出一些化學(xué)反應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)。但是當(dāng)人類進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代以后，對(duì)化學(xué)研究人員而言計(jì)算機(jī)開(kāi)始逐步變得與試管同樣重要。
中科院化學(xué)研究所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任邊文生表示，化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)微觀過(guò)程，許多化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生可能只需要幾微秒，傳統(tǒng)上用實(shí)驗(yàn)手段描述出反應(yīng)過(guò)程的每一個(gè)步驟幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，而此次獲獎(jiǎng)的三位科學(xué)家使計(jì)算機(jī)成了描述一些化學(xué)反應(yīng)的重要工具。
諾貝爾評(píng)審委員會(huì)說(shuō)，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾研究的開(kāi)創(chuàng)性在于，他們讓經(jīng)典物理學(xué)與迥然不同的量子物理學(xué)在化學(xué)研究中“并肩作戰(zhàn)”。以前，化學(xué)家必須二選其一。依靠用塑料棒和桿創(chuàng)建模型的經(jīng)典物理學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算簡(jiǎn)單且能為大分子建模，但其無(wú)法模擬化學(xué)反應(yīng)。而如果化學(xué)家選擇使用量子物理學(xué)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，但巨大的計(jì)算量使得其只能應(yīng)付小分子。為此，在20世紀(jì)70年代，這三位科學(xué)家設(shè)計(jì)出多尺度模型，讓傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)走上了信息化的快車道。在由這三位科學(xué)家研發(fā)出的多尺度模型的輔助下，化學(xué)家們就可以讓計(jì)算機(jī)做“做幫手”來(lái)揭示化學(xué)過(guò)程。
諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在當(dāng)天發(fā)表的聲明中說(shuō)，現(xiàn)在，對(duì)化學(xué)家來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)是同試管一樣重要的工具，計(jì)算機(jī)對(duì)真實(shí)生命的模擬已為化學(xué)領(lǐng)域大部分研究成果的取得立下了“汗馬功勞”。并且通過(guò)模擬，化學(xué)家能更快獲得比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)結(jié)果。
研究成果被廣泛應(yīng)用
事實(shí)上，也正是三位科學(xué)家上個(gè)世紀(jì)70年代的開(kāi)創(chuàng)性研究，讓計(jì)算機(jī)模擬揭示復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程成為可能。此后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，科學(xué)家們建立了更加準(zhǔn)確和普遍適用的量子化學(xué)和分子力學(xué)結(jié)合的多尺度計(jì)算模型。
邊文生表示，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾所發(fā)明的多尺度模型的意義在于其具有普遍性，可用來(lái)研究各種各樣的化學(xué)過(guò)程，從生命分子到工業(yè)化學(xué)過(guò)程等，都可以應(yīng)用到他們研究的模型。
北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院長(zhǎng)江特聘教授夏斌表示，如今無(wú)論是在化學(xué)領(lǐng)域，還是分子生物學(xué)領(lǐng)域，三位獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯砍晒家驯挥枰詰?yīng)用，其已經(jīng)成為了很多研究人員十分重要的研究工具。
“如今，蛋白質(zhì)、核酸、碳?xì)浠衔锏壬锎蠓肿拥难芯浚钚卵芯颗c開(kāi)發(fā)的藥物設(shè)計(jì)等相關(guān)研究，幾乎都離不開(kāi)三位獲獎(jiǎng)?wù)咄ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)模擬出的化學(xué)分子模型。”邊文生說(shuō)。
關(guān)鍵字：sbs卷材；建筑防水材料；檢測(cè)技術(shù)
中圖分類號(hào)：TU57文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
一、快速檢測(cè)方法
1.1解析實(shí)驗(yàn)儀器
使用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，該設(shè)備對(duì)指紋功能檢測(cè)效果比較明顯，檢驗(yàn)得出的特征是一種紅外光譜圖類型。該設(shè)備是依據(jù)每種材料中的化學(xué)分子分布情況進(jìn)行檢測(cè)，解析化學(xué)分子組建情況，這些綜合特征能夠識(shí)別出混合物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)類型。SBS卷材化學(xué)成分主要是石油瀝青，另外還由玻纖氈以改性劑組成。FT-IR檢測(cè)方法，它是基于計(jì)算機(jī)輔助原理下，對(duì)材料中的成分進(jìn)行檢驗(yàn)。定量、定性的分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變動(dòng)情況，最終由準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)析。其檢測(cè)時(shí)間比較短，在幾分鐘之后便可獲得檢測(cè)結(jié)果，該檢測(cè)方法能夠幫助人們實(shí)現(xiàn)區(qū)分材料組分目的。
1.2解析檢測(cè)材料
時(shí)常需要試劑及材料是：需要化學(xué)物質(zhì)三氯甲烷、需要氯化鈉、需要，窗片包括溴化鉀以及溴化元素等等。這些材料要準(zhǔn)備充足，進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，保障具備足夠的量，提升檢測(cè)質(zhì)量。需要的檢測(cè)儀器有，F(xiàn)T-IR儀器，該儀器能夠保障波段在40000到400-1范圍內(nèi)，檢測(cè)使用的樣品是4cm-1，當(dāng)達(dá)到這個(gè)分別率需求便可。另外，還需要保障檢測(cè)環(huán)境，一般要求為室內(nèi)溫度要在18攝氏度到25攝氏度以內(nèi)。室內(nèi)的濕度要保障在大于或者等于60%。樣品的制備應(yīng)該在規(guī)定需要內(nèi)進(jìn)行制定，在定性分析中，準(zhǔn)備的樣品性能要強(qiáng)，它的吸收峰透過(guò)率應(yīng)該保障在10%左右。進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該依據(jù)SBS防水卷材性能，分析該材料物理性能以及化學(xué)性能之后，再使用備置的試樣進(jìn)行取樣。在進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該使用刮刀將瀝青表面的材料刮下1到2mg樣品。將這些樣品磨成粉末，將其放置溴化鉀中，一般而言，該溴化鉀等級(jí)應(yīng)該保障在A.R級(jí)別中，粉末的數(shù)量為100mg。這些材料融合在一起之后，將其放置磨具中，使用壓片機(jī)進(jìn)行壓縮，樣品就這樣被研制而成。
1.3討論
進(jìn)行鑒定時(shí)，使用的是特征峰，該特征峰不完全放置在指紋區(qū)內(nèi)，它可以在外表得到覆蓋，而且執(zhí)行整個(gè)波段覆蓋。舉個(gè)例子：在這些材料中，煤焦油同石油瀝青性能比較相似，都會(huì)具有大量的特征峰，而且還會(huì)重疊在一起。在這特征峰的范圍一般都在860cm-1到760c-1之間，隨著這些峰值的累積，會(huì)形成多蜂群。這些蜂群積累數(shù)量越多，對(duì)人體的危害越大，因?yàn)檫@些材料一般都會(huì)含多環(huán)芳烴。當(dāng)含量增加時(shí)，人體的健康便受到危害。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，瀝青的特征峰重疊現(xiàn)象比較復(fù)雜，但是這兩者之間卻有明顯的區(qū)分。例如，甲基的區(qū)分就比較明顯，在3030到3050cm-1范圍內(nèi)時(shí)，就被分析出來(lái)。實(shí)驗(yàn)人員根據(jù)瀝青的材質(zhì)以及數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分析，便可獲取準(zhǔn)確分析結(jié)果。而且，從全譜圖景上看，它的填料、固化以及增塑劑等等覆蓋率比較高，每個(gè)階段的峰值也不盡相同。存在明顯的差異，可以根據(jù)才差異做出準(zhǔn)確的檢測(cè)，這樣能夠達(dá)到檢測(cè)目的。
二、常規(guī)檢測(cè)方法
根據(jù)國(guó)家檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，這些檢測(cè)要求在《彈性體改性瀝青防水卷材》已經(jīng)有明確規(guī)定。檢測(cè)項(xiàng)目也比較清晰，一般而言，主要檢測(cè)項(xiàng)目有耐熱度檢測(cè)、不透水性能檢測(cè)以及拉力檢測(cè)等等，檢測(cè)項(xiàng)目比較繁多。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般會(huì)包含四種檢測(cè)指標(biāo)要求，根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)會(huì)取得較佳效果。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，時(shí)常會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，SBS卷材檢測(cè)結(jié)果主要有低溫柔度檢測(cè)和耐熱力度檢測(cè)，這兩項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)比較成熟，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將其定位為二項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)。在往后檢測(cè)時(shí)，應(yīng)該著重檢查可溶物，使用小尺度的方式進(jìn)行檢測(cè)，這樣擴(kuò)建索氏萃取效率，提升檢測(cè)效率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，要將國(guó)標(biāo)要求的100mm*100mm轉(zhuǎn)化成50mm*50mm，另外，萃取器大小也應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整，將其高度擴(kuò)大到1000MI。在保障其他條件不變的情況下，可以提升檢驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間明顯縮短，從最初的75小時(shí)到95小時(shí)之間下降到40小時(shí)到60小時(shí)。雖然時(shí)間縮短，但是最終的檢驗(yàn)結(jié)果不會(huì)改變。這實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到降低實(shí)驗(yàn)成本、提升實(shí)驗(yàn)質(zhì)量目的。
三、外觀鑒別
從材料外觀上看，可以適當(dāng)?shù)募尤胍恍└男詣?dāng)SBS材料容量達(dá)到12%時(shí)。卷材具有彈性效果，而且柔性也比較好。當(dāng)觸摸這些材料時(shí)，會(huì)感覺(jué)手感輕柔。材料的表面比較平整，看起來(lái)比較美觀，不會(huì)出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。而且該材料的粘結(jié)比較牢固，在烈日照射下，不會(huì)有濃重的氣味。只要加入少量的SBS材料進(jìn)行改性或者使用想繳費(fèi)進(jìn)行處置會(huì)取得良好效果，假設(shè)那些會(huì)出現(xiàn)冒油的SBS卷材，彈性比較差，而且表面會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)，一旦被太陽(yáng)照射氣味比較濃。在進(jìn)行選擇材料時(shí)，應(yīng)該根據(jù)材料性能進(jìn)行選取。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，材料的化學(xué)性能和物理性能影響材料使用途徑。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該把握住材料性質(zhì)，隱去材料弊端，放大材料優(yōu)勢(shì)，這將取得良好效果。
四、結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)大量的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，樣品的可溶物含量比較高，進(jìn)行溶解時(shí)具有不透水性質(zhì)，而且拉力延伸率比較高。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，著重注意低柔度檢驗(yàn)，如果不通過(guò)該指標(biāo)檢驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)將其定位為不符合要求之材料。因此，進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，低溫柔度以及耐熱度成為評(píng)判sbs卷材是否適合需求條件之一。
參考文獻(xiàn)
[1]賈壘,溫貴祥.亨斯邁紡織染化推出PHOBOT-EX系列無(wú)氟防水防污產(chǎn)品[J].紡織導(dǎo)報(bào),2013年4期
[2]楊勇,朱建潮.科威特中央銀行新總部大樓地下室防水混凝土施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2013年6期
[3]李美華,蔣小軍.切割鰭和掃帚鰭磨片組合打漿提高防水銅版原紙品質(zhì)[J].紡織導(dǎo)報(bào),2013年4期
――摘自張建日記
最后一次見(jiàn)到張建時(shí)，他已經(jīng)躺在了醫(yī)院的病房里。雙頰深陷，本已不太結(jié)實(shí)的身板更顯瘦弱。即使眼珠內(nèi)的眼白已經(jīng)變成黃色，眼睛里仍有青春陽(yáng)光的神采。
他仿佛一眼看穿了筆者的難過(guò)和不安，用淺淺的微笑安慰著。那絲笑容，成為定格在筆者腦海中關(guān)于他的最后印象。
2014年4月15日，二炮某基地作戰(zhàn)保障團(tuán)警防營(yíng)技術(shù)室助理工程師張建因長(zhǎng)期高強(qiáng)度、滿負(fù)荷的工作，導(dǎo)致身體透支、積勞成疾，獻(xiàn)出了他年僅32歲的生命。
革命人永遠(yuǎn)是年輕。張建，從軍13年，歷任學(xué)員、排長(zhǎng)、副指導(dǎo)員、助理工程師，無(wú)論在什么崗位，給人的印象始終充滿斗志和激情。幾個(gè)月過(guò)去了，對(duì)于熟悉他的人來(lái)說(shuō)，追憶張建，青春依舊，熱血沸騰。
追夢(mèng)少年
熱愛(ài)歷史、文學(xué)，喜歡爬山、打籃球、踢足球……在父母親的眼里，張建永遠(yuǎn)是那個(gè)長(zhǎng)不大的“追夢(mèng)少年”。
高中畢業(yè)那年，本可以保送上大學(xué)的張建，聽(tīng)到軍校招生信息，就像打了興奮劑：這就是我想去的地方！
出于同樣的原因，防化學(xué)院畢業(yè)時(shí)他選擇了艱苦的青海高原。然而，他在學(xué)校所學(xué)專業(yè)是防化指揮，到技術(shù)室后，面對(duì)新的化驗(yàn)分析崗位，他頭一次感到了力不從心。為了盡快適應(yīng)新的工作崗位，張建經(jīng)常一個(gè)人“泡”在學(xué)習(xí)室。通過(guò)努力，幾十張密密麻麻的常見(jiàn)有毒有害物質(zhì)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)圖，他都能熟練地默畫(huà)、背講下來(lái)。張建總是說(shuō)，知識(shí)是自己的，誰(shuí)也奪不走，那才是真正的財(cái)富。
有一次，二炮通過(guò)廠家給營(yíng)里送來(lái)了一套“質(zhì)譜、光譜、色譜”化學(xué)分析的新裝備，并指派一名專家負(fù)責(zé)交接。為了在專家離開(kāi)前，掌握新裝備的性能和操作，張建緊緊跟著專家，不斷地提問(wèn)，不斷地記錄。專家無(wú)可奈何調(diào)侃道：“給你們送裝備，連我的休息時(shí)間也送給了你們！”
這些年，經(jīng)過(guò)不懈努力，張建的追夢(mèng)之旅不斷結(jié)出果實(shí)：先后排除化驗(yàn)裝備故障30起，解決技術(shù)難題10起，創(chuàng)新專業(yè)方法3項(xiàng)，編寫(xiě)防化專業(yè)教材、規(guī)程、工作流程等35冊(cè)，參加二炮防化專業(yè)比武，取得化驗(yàn)組第一名并榮立二等功。
創(chuàng)新“刀鋒”
說(shuō)起張建，技術(shù)室主任王猛印象最深的就是那張標(biāo)志性的“空鋪”。他說(shuō)，很少能見(jiàn)到張建按時(shí)休息，他自己也經(jīng)常加班，但幾乎每次都發(fā)現(xiàn)張建比自己睡得還晚。
那年，營(yíng)里接回一臺(tái)新型檢測(cè)車，但苦于沒(méi)有操作使用教材，檢測(cè)車的專業(yè)訓(xùn)練一直沒(méi)有開(kāi)展。得知此事，張建找到營(yíng)長(zhǎng)胡金波：“我們可以組織官兵自己編教材，要不讓我試試！”得到首肯后，張建說(shuō)干就干。他每天只睡三四個(gè)小時(shí)，為了不影響同宿舍人休息，后來(lái)直接住在了檢測(cè)車上。最終，張建編寫(xiě)完成了6萬(wàn)多字的某新型檢測(cè)車操作使用教材。書(shū)稿出來(lái)了，張建像大病了一場(chǎng)，體重降了10多斤。如今，這本教材早已被第二炮兵推廣到各基地防化分隊(duì)使用。
一次，在準(zhǔn)備參加核生化防護(hù)比武競(jìng)賽的過(guò)程中，張建發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行毒劑樣品檢測(cè)這個(gè)環(huán)節(jié)中，按照教材上規(guī)定的單樣品檢測(cè)法，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。“戰(zhàn)時(shí)爭(zhēng)分奪秒，而這種檢測(cè)方法顯然太慢！”他寢食難安，同事不理解他：“這種檢測(cè)方法是多少化驗(yàn)前輩在實(shí)際操作中總結(jié)出來(lái)的，你就不要瞎折騰了！”張建依然執(zhí)著。經(jīng)過(guò)幾十次的反復(fù)試驗(yàn)，他終于提煉出了一種多樣品同步檢測(cè)法，比原來(lái)的時(shí)間提高了近6分鐘。同時(shí)，他還大膽提出“同時(shí)分析法”，把原本6套依次走的流程，改成4套一起走的流程，大大提高了分析效率。
生命終曲
今年2月以來(lái)，張建經(jīng)常感到全身無(wú)力，有時(shí)呼吸困難，肩不能抬，手不能提，蹲下去站不起來(lái)，經(jīng)部隊(duì)醫(yī)院診斷為肌無(wú)力。醫(yī)生囑咐他按時(shí)服藥，定期到醫(yī)院復(fù)診。“工作狂”的張建常常把醫(yī)生的話不當(dāng)回事，而是更拼命地工作著……
然而，病魔卻沒(méi)有因他拼命工作而退卻。事實(shí)上，他并沒(méi)有把肌無(wú)力這種病當(dāng)回事，后慢慢發(fā)展為重癥肌無(wú)力并伴有惡性胸腺瘤，逐漸出現(xiàn)了胸痛、吞咽困難和呼吸困難等癥狀。到最后，他的胃部被打開(kāi)時(shí)里面已是腫瘤遍布。
生命不息，戰(zhàn)斗不止。就是在住院前一天他還帶病參加了戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)訓(xùn)練，他硬是坐在操場(chǎng)上完成了他生命中的最后一堂訓(xùn)練課。
手術(shù)后，張建晚上疼得睡不著覺(jué)，陪床的李戴吾心疼地對(duì)他說(shuō)：“張工，疼你就喊出來(lái)吧，這樣會(huì)舒服些。”他卻執(zhí)拗地說(shuō)：“這點(diǎn)病痛就想讓堂堂軍官妥協(xié)，沒(méi)門(mén)！”
接下來(lái)的幾日，張建病情經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)，有時(shí)呼吸困難，有時(shí)昏迷，最后無(wú)法言語(yǔ)。在他恢復(fù)意識(shí)時(shí)，便吃力地伸出右手，比劃某個(gè)動(dòng)作。可是，當(dāng)筆遞在張建手里、紙擺在張工面前時(shí)，他卻僅僅能握住筆桿，無(wú)法寫(xiě)清楚任何一個(gè)字。潔白的紙面上，只留下一串串密密麻麻的黑色線條。
那是給妻子最后的情書(shū)嗎，為了未能兌現(xiàn)相伴一生的承諾而黯然長(zhǎng)嘆？還是在向年邁的父母說(shuō)話，訴說(shuō)為了盡忠而未能盡孝的深深抱撼？抑或是他心中始終牽掛和沒(méi)有完成的工作？
法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)的讓-彼埃爾?索維奇（Jean-Pierre Sauvage）教授、美國(guó)西北大學(xué)的詹姆斯?弗雷澤?斯圖達(dá)特（James Fraser Stoddart）爵士以及荷蘭格羅寧根大學(xué)的伯納德?L?費(fèi)林加（Bernard L. Feringa）教授共享2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他們因在分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和合成上的貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。這讓許多人不禁感慨，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)終于頒給了屬于純化學(xué)范疇的“分子機(jī)器”。此前歷屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)都授予了交叉學(xué)科，比如生物化學(xué)和生物物理等。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)有關(guān)在分子層面微觀尺度上設(shè)計(jì)機(jī)器的故事。這幾位獲獎(jiǎng)人成功地將分子連在一起，開(kāi)發(fā)出了只有頭發(fā)絲千分之一粗細(xì)的“分子機(jī)器”，共同設(shè)計(jì)了包括分子電梯、分子馬達(dá)、分子人造肌肉在內(nèi)的各種分子機(jī)器。正如諾獎(jiǎng)委員會(huì)所言：“他們掌握了在分子層面上控制運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。”
分子機(jī)器的幻想
“分子機(jī)器”又稱生物納米機(jī)器，是在1959年作為納米技術(shù)的概念被提出的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“分子機(jī)器”就是在分子水平上，由一個(gè)分子或幾個(gè)分子，通過(guò)分子的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)宏觀機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。它主要由蛋白質(zhì)等生物分子構(gòu)成，具有小尺寸、多樣性、自適應(yīng)，以及僅依靠化學(xué)能或者熱能驅(qū)動(dòng)等其他人造機(jī)器難以比擬的性能，對(duì)促進(jìn)生物學(xué)以及仿生學(xué)的發(fā)展具有重要意義。
早在1959年，當(dāng)時(shí)著名的物理學(xué)家理查德?費(fèi)曼（Richard Feynman）就大膽預(yù)測(cè)，在納米尺度下打造機(jī)器是可能的，分子機(jī)器未來(lái)將會(huì)在納米機(jī)器人操作手術(shù)和定位藥物在人體內(nèi)的輸送方面起到關(guān)鍵作用。他說(shuō)：“雖然這個(gè)想法聽(tīng)起來(lái)很瘋狂，但是如果人們能夠吞下一個(gè)納米外科醫(yī)生，這樣的手術(shù)會(huì)很有意思。”他描繪道，只要把這個(gè)外科醫(yī)生放進(jìn)人體的血液中，它就能夠抵達(dá)心臟，并且查看哪里出了問(wèn)題，然后納米機(jī)器人會(huì)拿出小刀，把不好的地方（比如腫瘤部位）切除。
費(fèi)曼的想法很快在1966年美國(guó)的一部科幻影片《神奇旅程》（Fantastic Voyage）中得到了體現(xiàn)。影片講述了一名科學(xué)家因腦血管遭到間諜破壞而命在旦夕，為了救他，5名美國(guó)醫(yī)生乘坐飛船，在被集體縮小后注射進(jìn)他的體內(nèi)進(jìn)行血管手術(shù)，完成任務(wù)后經(jīng)眼睛逃出，從而拯救了他的生命。
50年后的今天，人們雖然仍然未能將科幻變成現(xiàn)實(shí)，但是很多人還在努力去證實(shí)費(fèi)曼的預(yù)言，當(dāng)然這個(gè)證明過(guò)程是漫長(zhǎng)的。
索維奇研究出分子機(jī)器的雛形
在科學(xué)研究中，靈感常常來(lái)自完全不同的領(lǐng)域。讓-皮埃爾?索維奇一開(kāi)始的研究領(lǐng)域是光化學(xué)，這個(gè)領(lǐng)域的化學(xué)家試圖開(kāi)發(fā)能夠捕獲太陽(yáng)能并用它驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的分子復(fù)合物。當(dāng)索維奇建好了其中一個(gè)光化學(xué)分子模型之后，他突然發(fā)現(xiàn)這個(gè)模型與分子鏈的相似之處：一個(gè)核心離子周圍纏著兩個(gè)分子。這靈光一閃使得索維奇的研究方向大轉(zhuǎn)，從而復(fù)興了拓?fù)浠瘜W(xué)領(lǐng)域。
1983年，讓-彼埃爾?索維奇踏出了分子機(jī)器研發(fā)的第一步。當(dāng)時(shí)，他成功地將兩個(gè)環(huán)形分子連接起來(lái)，形成一根鏈，并將其命名為“索烴”（Catenanes）。其中一個(gè)環(huán)能在接受能量后受控繞另一個(gè)環(huán)旋轉(zhuǎn)，這是非生物分子機(jī)器的最初雛形。通常，分子是由共價(jià)鍵（原子共享電子）結(jié)合而成，但在“索烴”里它們是通過(guò)更自由的機(jī)械結(jié)合連接。機(jī)器要完成任務(wù)，必須要有相互之間能夠相對(duì)移動(dòng)的部件，這兩個(gè)相互扣合的環(huán)形分子就能符合這個(gè)要求。
斯圖達(dá)特向分子機(jī)器邁出第二步
詹姆斯?斯圖達(dá)特小時(shí)候成長(zhǎng)在蘇格蘭一個(gè)沒(méi)有電也沒(méi)有任何現(xiàn)代設(shè)施的農(nóng)場(chǎng)，他用拼圖游戲來(lái)打發(fā)時(shí)間。這就給了他一個(gè)化學(xué)家所需要的訓(xùn)練：辨認(rèn)形狀，發(fā)現(xiàn)它們可以怎樣組合在一起。他還被化學(xué)中的一種可能性所吸引，就是可以成為分子藝術(shù)家――雕琢出世界上從來(lái)沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)的形狀。
斯圖達(dá)特在1991年完成了分子機(jī)器研發(fā)的第二步――利用分子間的互相吸引，研究出“輪烷”（Rotaxane）。他將一個(gè)分子環(huán)穿入一個(gè)細(xì)的分子軸，證明了環(huán)狀分子能隨軸運(yùn)動(dòng)。于是他得到了“輪烷”：一個(gè)環(huán)狀分子以機(jī)械作用套在一個(gè)軸上。
接下來(lái)斯托達(dá)特利用了環(huán)能在軸上移動(dòng)的特性（加熱時(shí)，環(huán)會(huì)在軸之間前竄后跳――就像一個(gè)微型梭），在1994年做到了完全控制其運(yùn)動(dòng)，使得它不再只會(huì)自由隨機(jī)移動(dòng)。之后，他和他的團(tuán)隊(duì)以“輪烷”為研究基礎(chǔ)，構(gòu)建多種分子機(jī)器：分子電梯（2004年），它可以將自己從表面上抬高0.7納米；還有人造肌肉（2005年），能把一塊非常薄的金箔弄彎。斯托達(dá)特還和其他研究者聯(lián)手開(kāi)發(fā)了一種基于“輪烷”的計(jì)算機(jī)芯片，能儲(chǔ)存20KB的數(shù)據(jù)。現(xiàn)今計(jì)算機(jī)芯片中的晶體管已十分微小，但是和“輪烷”芯片一比都要算是巨型了。我們相信分子計(jì)算機(jī)芯片能夠像當(dāng)年的硅片晶體管那樣，給計(jì)算機(jī)技術(shù)帶來(lái)又一次革命。
費(fèi)林加是研究出分子馬達(dá)的第一人
正常情況下，分子的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的分子向左與向右轉(zhuǎn)動(dòng)的概率大體相同。對(duì)于分子機(jī)械工程來(lái)說(shuō)，重要的目標(biāo)是制造出一個(gè)能夠在同一方向上持續(xù)旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。在20世紀(jì)90年代，該領(lǐng)域的研究者們作出了許多不同的嘗試，但是最先取得突破的是荷蘭人伯納德?L?費(fèi)林加。
1999年，費(fèi)林加研究出分子轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，成功地使葉片持續(xù)朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并保持此方向不變。分子由兩個(gè)像旋翼葉片般的結(jié)構(gòu)組成，由一對(duì)碳碳雙鍵連接。每個(gè)葉片分別與一個(gè)甲基相連，它們和葉片一起如同棘輪般運(yùn)作，迫使分子朝同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)分子被暴露在紫外線脈沖下時(shí)，一個(gè)旋翼葉片圍繞中心的雙鍵翻躍了180度。接著，棘輪運(yùn)轉(zhuǎn)到位。當(dāng)下一束脈沖到來(lái)時(shí)，葉片又再翻躍了180度。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，分子就按照相同方向旋轉(zhuǎn)，就像一個(gè)“分子馬達(dá)”一樣。這被視作分子機(jī)器領(lǐng)域的標(biāo)志性事件。
雖然第一個(gè)“分子馬達(dá)”的速度并不快，但費(fèi)林加還是成功用“分子馬達(dá)”轉(zhuǎn)動(dòng)了比它大一萬(wàn)倍的玻璃杯。在2011年，研究組還制造了一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)的“納米車”，一個(gè)分子底盤(pán)將四個(gè)“馬達(dá)”聯(lián)結(jié)在一起，當(dāng)作車輪使用。當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，納米車就在表面上向前行駛。后來(lái)費(fèi)林加的研究組對(duì)“分子馬達(dá)”進(jìn)行了優(yōu)化，在2014年，使旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到了每秒1200萬(wàn)轉(zhuǎn)。
在宏觀層面上，如果數(shù)以億計(jì)的分子機(jī)器共同協(xié)作，確實(shí)能夠改變材料的某些宏觀性質(zhì)。比如能夠根據(jù)光或化學(xué)信號(hào)進(jìn)行伸縮的智能凝膠就可以用來(lái)制造可調(diào)節(jié)型鏡片或傳感器。費(fèi)林加曾說(shuō)，“我敢打賭，在未來(lái)5年之內(nèi)，嵌入了分子開(kāi)關(guān)的新型智能材料就會(huì)問(wèn)世。”
邁向全新而充滿活力的化學(xué)
所有的化學(xué)系統(tǒng)都會(huì)力圖達(dá)到平衡，這是一種低能量狀態(tài)，但這更是一種僵局。這些研究之所以能獲得2016年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，很重要的一部分原因在于研究者驅(qū)動(dòng)著分子系統(tǒng)遠(yuǎn)離了這種僵局。他們還開(kāi)創(chuàng)出分子機(jī)器發(fā)展的道路，使分子的運(yùn)動(dòng)具有可控性，因此誕生的一系列化學(xué)結(jié)構(gòu)，成為全世界研究者用于進(jìn)一步創(chuàng)作的工具箱。其中最令人震撼的例子是一個(gè)可以抓取并連接氨基酸的分子機(jī)器人，它是2013年以“輪烷”為基礎(chǔ)建造出來(lái)的。
[關(guān)鍵詞]材料；有機(jī)化學(xué)；分子模擬；創(chuàng)新；教學(xué)改革
1前言
材料有機(jī)化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)課程，其主要研究化學(xué)材料的結(jié)構(gòu)與性能。相較于其它課程，材料有機(jī)化學(xué)的理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多、化合物結(jié)構(gòu)抽象、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜。在傳統(tǒng)的教學(xué)中教師往往采用實(shí)物模型展示的方式，然而現(xiàn)今材料化學(xué)中的化合物種類繁多，現(xiàn)有的簡(jiǎn)單模型已經(jīng)不能滿足日常教學(xué)的需要，因此在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生很難理解部分復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物及其反應(yīng)機(jī)理。如何將材料化學(xué)中的結(jié)構(gòu)形象化、具體化是提高該課程效率的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，計(jì)算化學(xué)作為一門(mén)新興學(xué)科在生物、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[1-2]。傳統(tǒng)的物理、化學(xué)研究方法面臨著周期長(zhǎng)、設(shè)備復(fù)雜、資金不足等問(wèn)題，而模擬計(jì)算從量子力學(xué)角度進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)與性能研究，被認(rèn)為是揭示微觀機(jī)理與加速宏觀研究的有效手段。當(dāng)前，模擬計(jì)算已經(jīng)大規(guī)模的應(yīng)用在科學(xué)研究中。在眾多模擬軟件中，Materialstudio(MS)具有友好化的Wiondows操作界面，可以將微觀結(jié)構(gòu)立體化，使得原本抽象的結(jié)構(gòu)具有可操作性，同時(shí)它能夠解決很多宏觀上難以觸及的問(wèn)題，諸如：分子軌道、偶極矩、分子間作用力、熱力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程機(jī)理等。將MS應(yīng)用在材料有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，可以將課本理論與實(shí)體化的反應(yīng)歷程結(jié)合，提高學(xué)生的理解力，形成長(zhǎng)效記憶。下面筆者將從材料有機(jī)化學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀、模擬軟件介紹以及模擬計(jì)算用于材料有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的實(shí)例展開(kāi)詳述。
2材料有機(jī)化學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
材料有機(jī)化學(xué)課程的服務(wù)面大，基本是生物、化學(xué)、化工、醫(yī)藥等專業(yè)的必修課程之一，對(duì)本科生后續(xù)課程學(xué)習(xí)乃至科研工作都起著關(guān)鍵作用。然而對(duì)于多數(shù)學(xué)生而言，該課程通常被認(rèn)為是一門(mén)可怕的、掛科率高的課程，部分原因是知識(shí)點(diǎn)分散且抽象化。現(xiàn)階段，板書(shū)和幻燈片教學(xué)是眾多高校及科研院所的主要教學(xué)模式，缺少革新。正如國(guó)際化學(xué)聯(lián)盟化學(xué)教育委員會(huì)前主席所感慨的那樣[3]：“我們的許多教科書(shū)和教學(xué)方法都停留在過(guò)去的30~50年里，沒(méi)有太大的改變。”然而抽象的書(shū)本教學(xué)使得學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解該課程上出現(xiàn)了困難。學(xué)生難從本質(zhì)上理解材料化學(xué)涉及的微觀結(jié)構(gòu)、分子間作用力、反應(yīng)機(jī)理，從而覺(jué)得有機(jī)化學(xué)是一門(mén)枯燥乏味的理論課程。在研究材料有機(jī)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀中，渥太華大學(xué)化學(xué)教授艾莉森·弗林發(fā)現(xiàn)學(xué)生很不擅長(zhǎng)對(duì)長(zhǎng)鏈有機(jī)物進(jìn)行命名，同時(shí)多數(shù)學(xué)生在思考反應(yīng)機(jī)理時(shí)，很隨意的將電子從一個(gè)分子分配給另一個(gè)分子，而不考慮這些分子之間化學(xué)鍵的限制。弗林教授歸其原因是學(xué)生不能將材料分子的空間結(jié)構(gòu)繪制出來(lái)，從而無(wú)法理解成鍵規(guī)則。總結(jié)而言，現(xiàn)階段的有機(jī)學(xué)習(xí)教學(xué)中主要存在以下問(wèn)題：(1)單靠閱讀書(shū)本，學(xué)生很難構(gòu)思出三維立體的分子結(jié)構(gòu)；(2)抽線的理論知識(shí)使得學(xué)生無(wú)法從本質(zhì)上理解反應(yīng)機(jī)理，從而加劇對(duì)有機(jī)化學(xué)課程的厭學(xué)情緒。值得一提的是，特別是進(jìn)入冠狀病毒病大流行的特殊時(shí)期，晦澀抽象的材料化學(xué)在遠(yuǎn)程教學(xué)中面對(duì)著更大的挑戰(zhàn)。
3分子模擬及模擬軟件簡(jiǎn)介
盡管如此，新挑戰(zhàn)也預(yù)示了新契機(jī)。現(xiàn)今隨著計(jì)算化學(xué)的飛速發(fā)展，分子模擬被認(rèn)為是一種提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)興趣的有效手段。諸如：Gaussian、Vasp、CP2K、Materialstudio等，這類模擬軟件均基于一系列的半經(jīng)驗(yàn)公式，包含密度泛函以及從頭算方法等，被廣泛的應(yīng)用于材料有機(jī)化學(xué)中的微觀結(jié)構(gòu)解析以及反應(yīng)機(jī)理探究，其在數(shù)字教學(xué)中或?qū)l(fā)揮巨大作用。渥太華大學(xué)弗林教授他們借助可視化的OrgChem101模擬計(jì)算程序幫助學(xué)生了解化學(xué)語(yǔ)言和符號(hào)，并掌握長(zhǎng)鏈有機(jī)物的命名及成鍵規(guī)則。此外，新加坡國(guó)立大學(xué)的化學(xué)教育者最近開(kāi)發(fā)了一種方法，將化學(xué)模擬軟件融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕虒W(xué)策略。在國(guó)內(nèi)，安徽醫(yī)科大學(xué)提出將Gaussian模擬軟件用于波譜分析的教學(xué)，利用模擬光譜有效區(qū)分出手性對(duì)映異構(gòu)體[4]。此外，重慶文理學(xué)院采用化學(xué)模擬軟件輔助反應(yīng)機(jī)理的教學(xué)也取得很好成果[5]。然而如何融合模擬計(jì)算更形象的呈現(xiàn)材料有機(jī)化學(xué)中的抽象模型，相關(guān)報(bào)道較少，亟需我們進(jìn)行深入的研究探討。筆者自高校工作以來(lái)一直從事材料有機(jī)化學(xué)的教學(xué)科研工作，對(duì)材料化學(xué)課程的現(xiàn)狀以及突破點(diǎn)有一定的理解，因此提出以模擬軟件輔助材料有機(jī)化學(xué)的教學(xué)模式。BIOVIAMS擁有一套完整的建模和模擬環(huán)境[6]，包括：量子力學(xué)、分子力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、介觀動(dòng)力學(xué)等，旨在讓材料科學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的研究人員預(yù)測(cè)和理解材料的原子和分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其表現(xiàn)出的宏觀性能。眾多科研人員正在利用MS軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各種類型材料，包括催化劑、聚合物、復(fù)合材料、金屬、合金、制藥、電池等。本文筆者將闡述自己在材料有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，采用理論模擬輔助教學(xué)的一些實(shí)例，包括發(fā)展三維立體教學(xué)，通過(guò)MS這一可視化模擬軟件，在線搭建三維長(zhǎng)鏈分子及其空間構(gòu)型，更直觀的獲取材料分子的結(jié)構(gòu)信息；為化學(xué)反應(yīng)提供可視化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，讓學(xué)生對(duì)反應(yīng)歷程、過(guò)程機(jī)理有本質(zhì)性的理解。實(shí)踐證明，將模擬軟件融入材料化學(xué)的教學(xué)中，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，提高了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的深入理解。
4軟件模擬在材料有機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例
4.1分子三維結(jié)構(gòu)的在線搭建及其空間結(jié)構(gòu)分析
在材料有機(jī)化學(xué)課程中，分子結(jié)構(gòu)、同分異構(gòu)體以及立體異構(gòu)體等是一個(gè)重要概論。初次接觸的學(xué)生往往會(huì)由于缺乏空間想象力，而無(wú)法在腦海中操縱、旋轉(zhuǎn)復(fù)雜這些結(jié)構(gòu)。利用MS中Visualize模塊可以繪制分子的微觀結(jié)構(gòu)以提升學(xué)生對(duì)空間想象力的培養(yǎng)。圖1可視化的有機(jī)分子及其空間結(jié)構(gòu)Fig.1Visualizedorganicmoleculesandtheirspatialstructure如圖1a中，我們可以看到不同雜化方式的碳原子，并且能夠從三維角度觀測(cè)它們的空間構(gòu)型。再如，判斷同分異構(gòu)體的構(gòu)象是教學(xué)中的一個(gè)重難點(diǎn)。我們知道同分異構(gòu)體是由于分子中單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生了相同原子而不同排列形式的構(gòu)象，同分異構(gòu)體間的化學(xué)性質(zhì)截然不同。如圖在1b-c中，如何判斷1,2-二氯代丁烷兩種同分異構(gòu)體的內(nèi)內(nèi)消旋性？MS模擬軟件可以輕松解決該教學(xué)問(wèn)題。首先通過(guò)在MS繪制出1,2-二氯代丁烷的兩種空間構(gòu)象，可以清楚看到圖1c中的對(duì)稱性是由不對(duì)稱性的碳原子引起，因此具有內(nèi)消旋性，即為(2R，3S)1,2-二氯代丁烷。以上僅僅是簡(jiǎn)單分子的繪制，MS的功能強(qiáng)大在于它特別適用于復(fù)雜分子的繪制，如碳納米管、C60、石墨烯等，如圖1d。MS可以自定義的繪制任何有機(jī)物質(zhì)，該軟件的工具欄提供了多種雜化方式的碳鍵，方便在教學(xué)中隨意的切換。利用該套繪制分子空間結(jié)構(gòu)的功能，學(xué)生能夠從不同角度觀察分子的空間結(jié)構(gòu)及成鍵方式，從而輕松解決材料化學(xué)中涉及鍵長(zhǎng)、鍵角、軌道、電荷分布以及原子共平面等問(wèn)題。通過(guò)在線搭建不同空間構(gòu)型的有機(jī)化學(xué)分子，學(xué)生甚至可以遠(yuǎn)程親手操控、旋轉(zhuǎn)、增減該結(jié)構(gòu)，加深對(duì)雜化理論以及同分異構(gòu)的理解，極大增強(qiáng)對(duì)材料有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。
4.2模擬計(jì)算分子間作用力
分子間作用力是指作用于原子和它相鄰粒子之間的引力或斥力。分子間力相對(duì)于分子內(nèi)力來(lái)說(shuō)是很微弱的，主要包括氫鍵、配位鍵、范德華力、共價(jià)鍵、色散力等。深入理解分子間作用力對(duì)于材料有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)非常重要。這里筆者將以氫鍵為例，闡述模擬計(jì)算在識(shí)別氫鍵中的有效作用。氫鍵指的是一個(gè)氫原子與一個(gè)電負(fù)性高的元素(通常是氮、氧或氟)以共價(jià)鍵的形式結(jié)合，鍵能介于成鍵作用和非鍵作用之間，常被描述為偶極-偶極鍵的一種極端形式。實(shí)際中，氫鍵的形成需要滿足一定距離和角度要求。如何判斷是否有氫鍵形成以及氫鍵形成的數(shù)量是判斷材料穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵。在模擬計(jì)算中，通常根據(jù)以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氫鍵形成的判斷(圖2a)：(1)施體(指與氫原子成健的原子)與受體(指與氫原子形成氫鍵的原子)之間的距離小于等于0.35nm；(2)氫原子-施體-受體之間的夾角小于等于30度。為進(jìn)一步在課堂上使氫鍵可視化，我們創(chuàng)建了水分子(圖2b)，可以看到幾何優(yōu)化后的水分子氫氧鍵長(zhǎng)為0.96?，鍵角約為104.5度。而后構(gòu)建1.0kg/m3的水盒子，能量最小化后計(jì)算出氫鍵分布。圖2b中氫鍵用藍(lán)色虛線表示，可以清楚看到中間水分子形成了3個(gè)氫鍵，進(jìn)一步計(jì)算顯示，水相中每個(gè)水分子約可形成3.5個(gè)氫鍵，跟文獻(xiàn)報(bào)道一致。同時(shí)該模擬計(jì)算也給出了體系內(nèi)的范德華及靜電作用能分別為27.5kcal/mol，-150.9kcal/mol。MS為體系分子間作用提供了可視化的分析方法，在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)該套算法搭建分子間微觀作用力與材料宏觀性能之間的匹配性關(guān)系，將材料有機(jī)化學(xué)教學(xué)提升至一個(gè)新的高度。
4.3催化反應(yīng)過(guò)渡態(tài)計(jì)算
過(guò)渡態(tài)理論認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)中原子排列位置的變化是連續(xù)的，從反應(yīng)物到生成物中間存在一個(gè)中間體，即過(guò)渡態(tài)，該中間體與反應(yīng)物的能量差為反應(yīng)活化能(圖3a)。催化劑的加入能有效降低該活化能，使得化學(xué)反應(yīng)更易進(jìn)行。為了更直觀的描述催化反應(yīng)過(guò)程，筆者常用MS中的量化計(jì)算輔助課程講解，使得原本抽象的催化反應(yīng)歷程具有可視化效果。甘油催化裂解是筆者在教學(xué)課堂中常舉得一個(gè)例子。眾所周知，甘油蒸汽在沒(méi)有催化劑的情況下十分穩(wěn)定，解離能很大，但是在Co催化作用下，其裂解活化能得以有效降低。為了探討甘油蒸汽在Co0和Co2+界面處的轉(zhuǎn)化過(guò)程，采用量子力學(xué)模擬計(jì)算甘油催化裂解。如圖3b，計(jì)算過(guò)程中，由于能量最小化的驅(qū)使下，甘油分子最終停留在Co0和Co2+界面處，此時(shí)體系最穩(wěn)定。隨后根據(jù)公式計(jì)算出甘油四步裂解過(guò)程中的能壘數(shù)值，并繪制過(guò)程階梯圖，如圖3c。根據(jù)該階梯圖，我們能清晰的看到甘油分子在界面處的裂解催化所需的能壘最低，即表明此反應(yīng)最容易發(fā)生。材料化學(xué)教學(xué)中通過(guò)該實(shí)列的操作展示，學(xué)生可以更直觀的看到化學(xué)反應(yīng)是如何一步一步進(jìn)行的，并且了解每一步都需要克服反應(yīng)能壘，加深對(duì)催化反應(yīng)及過(guò)渡態(tài)理論的理解。反應(yīng)步驟一：CH2OHCHOHCH2OH→CH2OHCHOHCHO*+H2反應(yīng)步驟二：CH2OHCHOHCHO*→CH2OHCH2OH+CO*反應(yīng)步驟三：CH2OHCH2OH→CH3CHO*+H2O反應(yīng)步驟四：CH3CHO*→CH4+CO*
5結(jié)束語(yǔ)
[關(guān)鍵詞]農(nóng)林；無(wú)機(jī)及分析化學(xué)；試題庫(kù)
無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程是我國(guó)農(nóng)林院校的一門(mén)公共基礎(chǔ)課，以西北農(nóng)林科技大學(xué)(西農(nóng))為例，每年有過(guò)一半的大一新生(近3000人)要學(xué)習(xí)該課程，足見(jiàn)其在農(nóng)林院校的重要地位。一般有如此多學(xué)生的課程都會(huì)采用統(tǒng)考的方式考試，因此試卷的全面性、公正性、區(qū)分度和客觀性就顯得非常重要。然而由于某些原因，部分農(nóng)林院校仍以人工命題的方式出卷。人工命題方式有其優(yōu)點(diǎn)，但在當(dāng)前信息科技越來(lái)越發(fā)達(dá)的時(shí)代，其缺點(diǎn)越來(lái)越突出。首先，人工命題往往易受出題人的主觀影響，存在對(duì)課程內(nèi)容覆蓋面不全、難度把握不好、重點(diǎn)不夠突出、題目容易跟往年類似或重復(fù)等缺點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的考查不夠細(xì)致，區(qū)分度可能也不好，達(dá)不到考試目的[1]。如果情況嚴(yán)重，甚至可能造成教學(xué)事故。其次，人工命題容易出錯(cuò)，如符號(hào)錯(cuò)誤、分值錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。出題人的責(zé)任心不同，試卷的質(zhì)量往往差別很大，責(zé)任心強(qiáng)的教師出的試卷質(zhì)量還比較高，但責(zé)任心較弱的老師所出的試卷質(zhì)量則不能保證。再次，人工命題效率低、成本高。命題一般在教師課程未結(jié)束的時(shí)候同時(shí)進(jìn)行，教師在上課之余，要花很多時(shí)間命題，往往是人付出了很多精力，卻沒(méi)有得到相應(yīng)回報(bào)，可能也沒(méi)有得優(yōu)良的試卷[2]。
1試題庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
我們已進(jìn)入一個(gè)信息科技爆炸的時(shí)代，電腦、手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已是我們?nèi)粘Ｉ睢⒔虒W(xué)和工作必不可少的工具，農(nóng)林院校的無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程也應(yīng)該跟上時(shí)代步伐，建立計(jì)算機(jī)試題庫(kù)系統(tǒng)。試題庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。首先，計(jì)算機(jī)試題庫(kù)系統(tǒng)可有效避免人工命題的諸多缺點(diǎn)，如實(shí)現(xiàn)教考分離，更好把握課程內(nèi)容的覆蓋、難度分布、重點(diǎn)突出、不易出錯(cuò)等等[3]。再次，機(jī)器出卷效率高，只要設(shè)置好一些基本要求，就會(huì)很快組成試卷。另外，試題庫(kù)系統(tǒng)還有其他方面的用途，如滿足學(xué)生的日常練習(xí)，課程進(jìn)行過(guò)程中，可以利用試題庫(kù)系統(tǒng)出一些較簡(jiǎn)單的練習(xí)題，供學(xué)生加深對(duì)課程內(nèi)容的理解之用。最后，考試完之后，考試情況可以反饋給試題庫(kù)系統(tǒng)，進(jìn)一步改進(jìn)試題庫(kù)系統(tǒng)，那么以后的試卷會(huì)越來(lái)越好越客觀。當(dāng)然電腦組卷也不是萬(wàn)能的，如果結(jié)合電腦組卷和人工修改，即可結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，得到一份優(yōu)秀的試卷。建立一個(gè)優(yōu)秀的試題庫(kù)系統(tǒng)，工作量巨大，需要大量細(xì)致長(zhǎng)期的工作。總的來(lái)說(shuō)，試題庫(kù)系統(tǒng)首先應(yīng)該有一套優(yōu)秀的試題庫(kù)軟件，然后問(wèn)題就在于要采集大量試題，最后就是管理與參與者的長(zhǎng)期完善。針對(duì)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程，應(yīng)該包含以下幾個(gè)方面。所示，應(yīng)該包含四個(gè)基本子系統(tǒng)，即題型管理、試題管理、用戶管理和組題管理子系統(tǒng)[4]。題型管理子系統(tǒng)可以設(shè)置加入不同類型題目，除傳統(tǒng)的填空、選擇、判斷及計(jì)算題之外，用戶可以定制自己的題型；試題管理子系統(tǒng)對(duì)試題進(jìn)行管理、設(shè)置難度、歸類等，如批量輸入試題，設(shè)置修改難度系數(shù)等；通過(guò)用戶管理子系統(tǒng)可設(shè)置不同權(quán)限的用戶，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以登錄系統(tǒng)，根據(jù)要求使用系統(tǒng)，保證多用戶使用，同時(shí)保證安全；組題管理子系統(tǒng)可以設(shè)置不同組題方式，產(chǎn)生試卷。另外還有試題質(zhì)量評(píng)價(jià)模塊，為考完試后進(jìn)行評(píng)價(jià)反饋而設(shè)置。
2試題庫(kù)系統(tǒng)軟件
試題庫(kù)軟件一般通過(guò)兩種途徑獲得，即商業(yè)軟件和使用者自己編寫(xiě)。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的化學(xué)工作者來(lái)說(shuō)，編寫(xiě)一套較好的軟件有一定難度，故采用成熟商業(yè)軟件比較可行。不管那種方式，試題庫(kù)軟件系統(tǒng)應(yīng)包括以下方面：(1)界面友好，易于操作管理，功能齊全：試題庫(kù)系統(tǒng)不僅管理員使用，普通老師也要用，如出一些練習(xí)題、小測(cè)驗(yàn)等。大多數(shù)化學(xué)老師的計(jì)算機(jī)水平有限，因此簡(jiǎn)單易用的界面能為更多人使用。界面簡(jiǎn)單易用的同時(shí)，還要保證內(nèi)容豐富、功能齊全。如題型的設(shè)置，普通的選擇、填空、判斷、計(jì)算題必不可少，還有其他題型，如概念、證明、小論文之類。另外用戶管理、組題出卷等都要包含。每個(gè)題目設(shè)置相應(yīng)的難度系數(shù)，組試卷時(shí)根據(jù)難度系數(shù)的分布情況組卷，這樣考試時(shí)一般都會(huì)比較符合正態(tài)分布，難度系數(shù)可由管理員修改。(2)化學(xué)語(yǔ)言友好：由于化學(xué)試題必不可少的出現(xiàn)化學(xué)語(yǔ)言，如無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課中熱力學(xué)部分的熱化學(xué)方程式、熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系式，原子分子結(jié)構(gòu)部分的分子雜化軌道顯示、化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式，四大平衡對(duì)應(yīng)的滴定實(shí)驗(yàn)示意圖等。因此試題庫(kù)軟件應(yīng)該正確顯示這些化學(xué)語(yǔ)言，兼容CHEMDRAW等化學(xué)軟件繪制結(jié)構(gòu)圖，而且必須是WORD軟件友好的軟件，以正確顯示化學(xué)語(yǔ)言和數(shù)學(xué)公式。(3)網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)：試題庫(kù)系統(tǒng)不僅在考試時(shí)使用，平時(shí)也要發(fā)揮作用。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課本中的練習(xí)題非常有限，學(xué)生可能需要做更多些練習(xí)題以加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解，試題庫(kù)系統(tǒng)可以提供網(wǎng)絡(luò)練習(xí)接口，讓學(xué)生可以更靈活地獲取知識(shí)。另外網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)可以發(fā)揮其交互的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生和教師更好的交互反饋。(4)安全性：無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程為農(nóng)林院校公共基礎(chǔ)課，因此試題庫(kù)軟件的安全性一定要高，如果出現(xiàn)試題泄露、黑客入侵等情況，將嚴(yán)重影響教學(xué)工作，造成教學(xué)事故。因此，軟件系統(tǒng)一定要提供良好的安全性。
3試題采集
試題庫(kù)系統(tǒng)的另一大關(guān)鍵就是試題的數(shù)量和質(zhì)量，即試題采集。大量試題需要大量人員完成，是一個(gè)大工程。有經(jīng)驗(yàn)的老教師承擔(dān)試題的核驗(yàn)、確定難度系數(shù)、試卷的把關(guān)等工作，其他老師可搜集試題，試題翻譯，試題錄入及管理等工作。系統(tǒng)管理可由幾位老師承擔(dān)，每位負(fù)責(zé)某種題型。試題采集是最為繁瑣且龐大的工作，必須由多人承擔(dān)，按章節(jié)劃分，每1至2位老師負(fù)責(zé)一章，結(jié)合科學(xué)前沿有趣的東西，收集翻譯編寫(xiě)題目。試題采集主要通過(guò)以下幾種途徑獲得：(1)已有資料。西農(nóng)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程的命題近年都由不同老師輪流命題，教師一般都有出題經(jīng)歷，有一定量試題資料，因此首先將每個(gè)老師的試題資料收集、歸類，就是試題庫(kù)的基礎(chǔ)試題。(2)外文課本翻譯。相對(duì)于國(guó)內(nèi)課本，國(guó)外教科書(shū)或參考書(shū)中一般都有大量題目，可以聯(lián)系版權(quán)方，獲得題目的使用權(quán)，然后進(jìn)行翻譯。(3)自編題目。組織教師自己命題，教師根據(jù)自己的授課經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自己的專業(yè)特長(zhǎng)和學(xué)校特點(diǎn)，負(fù)責(zé)某一章節(jié)試題的編寫(xiě)。(4)另外，試題庫(kù)的題型可多樣化，不局限于考試，可引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手，查資料寫(xiě)小論文，將小論文的題目也可加入試題庫(kù)共享。
4不斷實(shí)踐、反饋和改進(jìn)
試題庫(kù)系統(tǒng)是不斷建設(shè)、實(shí)踐及完善的長(zhǎng)期工程，每次組卷考試后，根據(jù)考試情況進(jìn)行反饋，然后對(duì)有問(wèn)題的部分進(jìn)行修改，如難度調(diào)整等。另外，每年都應(yīng)該往系統(tǒng)里加入一定量的試題，淘汰陳舊試題，保持更新。經(jīng)過(guò)幾年的改進(jìn)完善，最終會(huì)建設(shè)好一個(gè)優(yōu)秀的試題庫(kù)系統(tǒng)。
綜上所述，無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課是一門(mén)農(nóng)林院校非常重要的基礎(chǔ)課，應(yīng)該充分重視其考核方式的公平性和客觀性，實(shí)現(xiàn)教考分離，淘汰陳舊的人工命題方式，有效組織起來(lái)，建設(shè)試題庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行組卷考試。
作者:蒲亮 張忠 王文己 楊正亮 單麗偉 單位:西北農(nóng)林科技大學(xué)
參考文獻(xiàn)
[1]袁東華．高校試題庫(kù)、試卷庫(kù)建設(shè)問(wèn)題的思考[J]．黑龍江教育，2013，4：77-78．
[2]陳紅兵，賈俊仙，武英耀，等．創(chuàng)建農(nóng)業(yè)院校化學(xué)網(wǎng)上試題庫(kù)的探討[J]．高等農(nóng)業(yè)教育，2002，138(12)：50-51．
關(guān)鍵詞：室內(nèi)污染物；種類；來(lái)源；危害；防治
【分類號(hào)】：X6.3
由于室內(nèi)裝修引入能釋放有害物質(zhì)的污染源或室內(nèi)環(huán)境通風(fēng)不佳，導(dǎo)致室內(nèi)空氣中有害物質(zhì)無(wú)論數(shù)量上還是種類不斷增加，并引起人的一系列不適癥狀的現(xiàn)象，即為室內(nèi)空氣受到了污染[1]。就環(huán)境污染對(duì)人體健康的影響而言，由于人們生活、工作在室內(nèi)環(huán)境的時(shí)間長(zhǎng)，室內(nèi)通風(fēng)狀況不良、不利于污染物稀釋擴(kuò)散自凈等原因，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量比室外環(huán)境質(zhì)量顯得更為重要。
室內(nèi)主要污染物來(lái)源及危害
《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)定》的控制項(xiàng)目不僅有化學(xué)性污染，還有物理性、生物性和放射性污染。其中范圍最廣、影響最大的莫過(guò)于甲醛、苯、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物、放射性氡這五類物質(zhì)[2]了。
甲醛：化學(xué)分子式HCHO，也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)消費(fèi)者及媒體最為關(guān)注的室內(nèi)空氣污染物。空氣中游離甲醛是一種無(wú)色、具有刺激性且易溶于水醇、醚，其40%的水溶液稱為"福爾馬林"，具備防腐作用。而正是由于它的防腐（防蟲(chóng)）作用，甲醛被廣泛應(yīng)用于各種建筑裝飾材料之中。甲醛的熔沸點(diǎn)很低，因而很容易從裝修材料中揮發(fā)出來(lái)，甲醛的危害很大，居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08mg/m3[3]，當(dāng)室內(nèi)空氣中的甲醛含量超過(guò) 0.06mg/m3 時(shí)就有異味和不適感，造成刺眼流淚、咽喉不適或疼痛、惡心嘔吐、咳嗽胸悶、氣喘甚至肺水腫；達(dá)到 30mg/m3，會(huì)立即致人死亡。而長(zhǎng)期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、結(jié)腸癌、腦瘤、月經(jīng)紊亂、細(xì)胞核的基因突變，引起新生兒染色體異常、白血病、青少年智力下降。
氨氣： 氨的化學(xué)式為NH3，是一種無(wú)色且具有強(qiáng)烈刺激性臭味的氣體，比空氣輕 （ 比重為 0.5） 。氨是一種堿性物質(zhì)，溶解度極高，所以主要對(duì)動(dòng)物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對(duì)疾病的抵抗力。部分人長(zhǎng)期接觸氨可能會(huì)出現(xiàn)皮膚色素沉積或手指潰瘍等癥狀；短期內(nèi)吸入大量氨氣后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴(yán)重者可發(fā)生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥，同時(shí)可能發(fā)生呼吸道刺激癥狀。
苯（苯系物）： 苯系物也是為人們所關(guān)注的室內(nèi)空氣污染物，苯（C6H6）、甲苯（C7H8）、二甲苯（C8H10）為無(wú)色透明油狀液體，具有強(qiáng)烈芳香的氣體，易揮發(fā)為蒸氣、易燃有毒。苯被國(guó)際癌癥研究中心確認(rèn)為高毒致癌物質(zhì)，對(duì)皮膚和粘膜有局部刺激作用，吸入或經(jīng)皮膚吸收可引起中毒，嚴(yán)重者可發(fā)生再生障礙性貧血或白血病。
總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）：TVOC是空氣中三種有機(jī)污染物中影響較為嚴(yán)重的一種。TVOC可以分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。它們都以微量和痕量水平出現(xiàn)，所以容易被忽視。VOC是指室溫下飽和蒸氣壓超過(guò)了133.32pa的有機(jī)物，其沸點(diǎn)在50℃至250℃，在常溫下可以蒸發(fā)的形式存在于空氣中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的氣味性，會(huì)影響皮膚和黏膜，對(duì)人體產(chǎn)生急性損害。TVOC可有嗅味，有刺激性，而且有些化合物具有基因毒性。世界衛(wèi)生組織（WHO）、美國(guó)國(guó)家科學(xué)院/國(guó)家研究理事會(huì)（NAS/NRC）等機(jī)構(gòu)一直強(qiáng)調(diào)TVOC是一類重要的空氣污染物。
氡：氡由放射性元素鐳衰變而生成，是一種放射性氣體。近年來(lái)對(duì)氡的關(guān)注主要來(lái)自于媒體對(duì)石材放射性的報(bào)道。人體吸入氡后，衰變產(chǎn)生的氡子體呈微粒狀，會(huì)吸入呼吸系統(tǒng)堆積在肺部，沉淀到一定程度后，這些微粒會(huì)損壞肺泡，進(jìn)而導(dǎo)致肺癌。但并不是說(shuō)生活在這種情況下的人都會(huì)得癌，一般從受到氡的照射到肺癌發(fā)病之間可能要經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間。
室內(nèi)空氣污染的防治措施
1合理布局及分配室內(nèi)外的污染源
為了減少室外大氣污染對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響，對(duì)城區(qū)內(nèi)各污染源進(jìn)行合理布局是很有必要的。居民生活區(qū)等人口密集的地方應(yīng)安置在遠(yuǎn)離污染源的地區(qū)，同時(shí)應(yīng)將污染源安置在遠(yuǎn)離居民區(qū)的下風(fēng)口方向，避免居民住宅與工廠混雜的問(wèn)題。
2 裝修材料選擇上要嚴(yán)格把關(guān)
在選擇裝飾材料時(shí)，要謹(jǐn)慎地控制污染嚴(yán)重有毒的材料作為裝飾材料，減少污染物的產(chǎn)生。如選擇對(duì)人體無(wú)害的天然建筑材料，或有主管部門(mén)核發(fā)合格證的綠色環(huán)保證書(shū)的化學(xué)合成材料。當(dāng)材料用量大時(shí)還應(yīng)進(jìn)行必要的抽檢和復(fù)檢，重點(diǎn)應(yīng)以控制有害氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物、放射性物質(zhì)的含量為主要內(nèi)容。
3 加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)
對(duì)于甲醛、室內(nèi)放射性氡物質(zhì)等，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)換氣次數(shù)，尤其是對(duì)甲醛的污染治理。室內(nèi)放射性氡的濃度，在通風(fēng)時(shí)其濃度會(huì)下降；而一旦不通風(fēng)，濃度又繼續(xù)回升。因此保持居室場(chǎng)所的通風(fēng)換氣是必須的，它可以保持室內(nèi)污染物濃度低于一定的水平，保持室內(nèi)空氣的清潔。
4用綠色植物治理室內(nèi)污染
養(yǎng)花愛(ài)花，是中華民族的傳統(tǒng)。古往今來(lái)，人們精心地將花種植在陽(yáng)臺(tái)，或培育于花盆中，擺設(shè)在窗臺(tái)、走廊等處，供作欣賞，不僅美化了環(huán)境，更可凈化空氣，減少污染。、吊蘭、虎尾蘭、綠蘿、蘆薈等植物均可吸收和清除不同的化學(xué)污染物。
5進(jìn)行必要的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)和空氣處理
室內(nèi)污染， 其實(shí)是化學(xué)污染， 所以， 不能簡(jiǎn)單地憑氣味感覺(jué)來(lái)判斷， 必須借助于專業(yè)設(shè)備由專業(yè)人員進(jìn)行分析處理。室內(nèi)污染以投入使用的第1、2年危害性最大， 采取自然通風(fēng)方式并不能根本和完全處理這些污染， 所以， 室內(nèi)污染一定要及時(shí)進(jìn)行室內(nèi)污染治理。
總結(jié)
室內(nèi)裝修等造成的室內(nèi)空氣污染及其防治措施是一個(gè)常新的研究課題， 室內(nèi)污染的防治應(yīng)以事前控制為主，事后處理為輔， 雙管并重， 雙管齊下， 在事前控制中， 研究開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保建筑裝飾裝修材料， 實(shí)現(xiàn)最大限度的降低污染物的排放量， 是減少裝飾裝修材料產(chǎn)生室內(nèi)空氣污染，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的有效措施， 也是最根本的措施； 同時(shí)也必須注重建筑裝修完成后投入使用前的污染處治， 把裝飾污染對(duì)人的健康危害控制到最小程度。
參考文獻(xiàn)
[1] 朱天樂(lè).室內(nèi)空氣污染控制[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2003.
關(guān)鍵詞 視頻公開(kāi)課 建設(shè) 思考
中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Construction and Thinking of "Life and Chemistry" Video Open Class
LIU Zheng， LI Heping
（College of Chemistry and Bioengineering， Guilin University of Technology， Guilin， Guangxi 541004）
Abstract In this paper， take Guilin University of Technology "life and Chemistry" video open class building for example， describes the characteristics of video open class and constructive and video open class curriculum design， classroom teaching， organizational shooting ways and means.
Key words video open class； construction； thinking
化學(xué)作為一門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)，無(wú)論是理科生還是文科生，通過(guò)中學(xué)階段的學(xué)習(xí)都已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)知識(shí)。然而在現(xiàn)實(shí)生活中很多大學(xué)生缺失生活中的化學(xué)常識(shí)，這種缺失在一定程度上影響了大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和環(huán)境意識(shí)的提高。“生活與化學(xué)”選修課就是為達(dá)到提高大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的目的而開(kāi)設(shè)的。課程主要以發(fā)生在人們身邊的各類現(xiàn)象以及化學(xué)在日常生活中的應(yīng)用為線索，從化學(xué)角度給予科學(xué)的解釋。具體的授課內(nèi)容涉及人類的衣食住行中與化學(xué)密切相關(guān)的生活實(shí)用知識(shí)，并結(jié)合各種媒體已有的現(xiàn)代生活的化學(xué)信息，兼具趣味性和實(shí)用性，內(nèi)容貼近生活，與時(shí)代同步。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生深切體會(huì)到化學(xué)就在他們的身邊，提高基本科學(xué)素質(zhì)，同時(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力也得到一定程度的提高。
桂林理工大學(xué)“生活與化學(xué)”課程開(kāi)設(shè)于1998年，計(jì)劃學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)，是面對(duì)全校學(xué)生開(kāi)設(shè)的選修課，授課對(duì)象為本校非化學(xué)化工類專業(yè)的學(xué)生，涉及地球科學(xué)學(xué)院、環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院、土木與建筑工程學(xué)院、測(cè)繪信息學(xué)院、機(jī)械與控制工程學(xué)院、信息科學(xué)與工程學(xué)院、人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院、管理學(xué)院、旅游學(xué)院、藝術(shù)學(xué)院、外國(guó)語(yǔ)學(xué)院、理學(xué)院等十三個(gè)學(xué)院的40多個(gè)專業(yè)，每年近1000名學(xué)生選修這門(mén)課程。選用在國(guó)內(nèi)有一定影響力的，由曹振宇、程順達(dá)編《化學(xué)與現(xiàn)代生活》和王夔等編《化學(xué)與社會(huì)》作為教學(xué)的主要參考書(shū)。
長(zhǎng)期以來(lái)，我們將“生活與化學(xué)”與同樣為非化學(xué)化工類專業(yè)開(kāi)設(shè)的國(guó)家級(jí)精品課程“普通化學(xué)”共同建設(shè)，使“生活與化學(xué)”教學(xué)質(zhì)量有了極大的提升，在培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)方面發(fā)揮了極大的作用。2013年“生活與化學(xué)”課程入選桂林理工大學(xué)視頻公開(kāi)課的立項(xiàng)建設(shè)計(jì)劃。經(jīng)過(guò)一年的建設(shè)，使我們對(duì)視頻公開(kāi)課在拍攝內(nèi)容的設(shè)計(jì)、授課特點(diǎn)、拍攝組織、字幕撰寫(xiě)和后期制作等方面有了一定的體會(huì)，下面談?wù)勎覀儗?duì)建設(shè)視頻公開(kāi)課的一點(diǎn)思考，與同行們分享。
1 視頻公開(kāi)課的特點(diǎn)和建設(shè)意義
2003年，教育部啟動(dòng)了高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程精品課程建設(shè)工作， 至 2010年，國(guó)家財(cái)政部和教育部評(píng)選與支持建設(shè)國(guó)家級(jí)精品課程有4000多門(mén)，經(jīng)過(guò)“十一五”八年的時(shí)間建設(shè)，全國(guó)各高等學(xué)校“精品課程建設(shè)”，總體質(zhì)量已達(dá)到較高的水平。“十二五”期間，教育部、財(cái)政部決定繼續(xù)實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”（教高〔2011〕6號(hào)），組織建設(shè)包括精品視頻公開(kāi)課、精品資源共享課等建設(shè)項(xiàng)目在內(nèi)的“本科教學(xué)工程”。①②視頻公開(kāi)課是在現(xiàn)代教育理念與新興媒體技術(shù)促進(jìn)下的公開(kāi)課的一種新形式，是教育電視網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男骂愋停蔷氛n程教學(xué)錄像的豐富和發(fā)展。精品視頻公開(kāi)課的課程定位是“以大學(xué)生為服務(wù)主體，同時(shí)面向社會(huì)大眾免費(fèi)開(kāi)放的科學(xué)、文化素質(zhì)教育網(wǎng)絡(luò)視頻課程與學(xué)術(shù)講座”， 精品視頻公開(kāi)課的建設(shè)理念主要體現(xiàn)在能“推動(dòng)高等教育開(kāi)放，廣泛傳播人類文明優(yōu)秀成果和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿知識(shí)，提升大學(xué)生及社會(huì)大眾的科學(xué)文化素養(yǎng)，服務(wù)社會(huì)主義先進(jìn)文化建設(shè)，增強(qiáng)我國(guó)文化軟實(shí)力和中華文化國(guó)際影響力。”這一定位和理念與“十一五”期間的精品課程建設(shè)不同，同時(shí)精品視頻公開(kāi)課在主講教師、課程內(nèi)容、傳播渠道、傳播受眾等方面具有鮮明特點(diǎn)。③
2 視頻公開(kāi)課內(nèi)容設(shè)計(jì)
從各高校在高等教育出版社下屬的“愛(ài)課網(wǎng)”已上線的精品視頻公開(kāi)課內(nèi)容來(lái)看，課程內(nèi)容的選題大多數(shù)集中在中國(guó)傳統(tǒng)文化、科學(xué)技術(shù)和社會(huì)熱點(diǎn)等題目上，課程內(nèi)容不是太專精，而是具有普及性，這些課程的受眾既有高校學(xué)生，也有社會(huì)大眾的特點(diǎn)所決定的。選題確定后，一般根據(jù)選題（主題），設(shè)計(jì)各節(jié)課（或?qū)ｎ}）的具體內(nèi)容。首先，內(nèi)容的設(shè)計(jì)要有思想性、科學(xué)性和啟發(fā)性；其次，內(nèi)容設(shè)計(jì)要凝聚精華、引人入勝和時(shí)間適宜；最后，內(nèi)容的展現(xiàn)適合于網(wǎng)絡(luò)傳播。④根據(jù)以上思路，我們選定了“生活與化學(xué)”課程中的“中國(guó)古代化學(xué)科技成就”為主題，將這一選題分為“火藥發(fā)明和化學(xué)成就”、“造紙術(shù)發(fā)明和化學(xué)成就”、“中國(guó)古代陶瓷工藝中的化學(xué)成就”、“中國(guó)古代金屬的冶煉和鑄造技術(shù)” 和“中國(guó)古代本草學(xué)中的化學(xué)成就”五個(gè)專題（五節(jié)課），這五個(gè)專題，內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，各專題之間又有一定聯(lián)系。我們查閱了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，精心設(shè)計(jì)課內(nèi)容，努力使同學(xué)通過(guò)學(xué)習(xí)這門(mén)視頻公開(kāi)課后，能夠了解我國(guó)古代化學(xué)科技發(fā)展的歷史，同時(shí)也可以汲取化學(xué)科技史中蘊(yùn)涵的科學(xué)思想，樹(shù)立科學(xué)的世界觀。
3 視頻公開(kāi)課的課堂教學(xué)特點(diǎn)
國(guó)外名校網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課課堂教學(xué)最大的特點(diǎn)是課堂教學(xué)是一個(gè)開(kāi)放探討的過(guò)程，是一個(gè)交流思考的過(guò)程。⑤因此，我們?cè)跍?zhǔn)備視頻公開(kāi)課時(shí)，加強(qiáng)了對(duì)視頻公開(kāi)課教學(xué)方法設(shè)計(jì)的研究，采用啟發(fā)式、問(wèn)題式、案例式、引導(dǎo)式、探究式多種教學(xué)方法組織教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如以大量的中國(guó)古代化學(xué)科技成就作為案例、以火藥、造紙術(shù)、陶瓷工藝的發(fā)明過(guò)程作為探究素材，設(shè)計(jì)多種富于啟發(fā)式的問(wèn)題，極大活躍了課堂氣氛，營(yíng)造了一種輕松、自由的學(xué)習(xí)氛圍，提高了視頻公開(kāi)課的教學(xué)質(zhì)量。
4 視頻公開(kāi)課拍攝組織，字幕撰寫(xiě)和后期制作
教育部高等教育司制定了《精品視頻公開(kāi)課拍攝制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（2013年版）》，我們?cè)谝曨l公開(kāi)課拍攝過(guò)程中，嚴(yán)格按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。首先主講教師根據(jù)視頻公開(kāi)課內(nèi)容，精心制作PPT，確保沒(méi)有文字方面的錯(cuò)誤，要有學(xué)校 LOGO 標(biāo)題，并請(qǐng)多媒體課件制作專業(yè)人員對(duì)PPT進(jìn)行美化修飾，以確保在拍攝時(shí)能有一個(gè)良好的效果；其次，主講教師在拍攝前認(rèn)真?zhèn)湔n，熟悉教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)方法，把握好拍攝時(shí)間（30～50分鐘），努力提高授課質(zhì)量；第三，選擇專業(yè)人士進(jìn)行拍攝，采用高清數(shù)字設(shè)備，3機(jī)位以上進(jìn)行多角度拍攝，選擇好錄制場(chǎng)地，特別要注意錄制場(chǎng)地環(huán)境，不要在鏡頭中出現(xiàn)有廣告嫌疑或與課程無(wú)關(guān)的標(biāo)識(shí)等內(nèi)容；第四，拍攝時(shí)，授課教師著裝要莊重得體，同時(shí)在拍攝前，要對(duì)參加拍攝的學(xué)生進(jìn)行動(dòng)員，講清拍攝的注意事項(xiàng)；第五，要高度重視包括字幕在內(nèi)的后期制作，特別是唱詞文件的制作，要認(rèn)真校對(duì)唱詞，每屏只有一行唱詞，每行不超過(guò)20個(gè)字，唱詞中的數(shù)學(xué)公式、化學(xué)分子式、物理量和單位，盡量以文本文字呈現(xiàn)，并與拍攝人員密切配合，制作獨(dú)立的SRT格式的唱詞文件。
5 結(jié)束語(yǔ)
視頻公開(kāi)課在我國(guó)剛剛處于啟步階段，與國(guó)外的視頻公開(kāi)課相比，還有一定的差距，但網(wǎng)絡(luò)資源課程是中國(guó)開(kāi)放教育的必然結(jié)果和新的起點(diǎn)，同時(shí)視頻公開(kāi)課也強(qiáng)化了大學(xué)服務(wù)社會(huì)、傳播文明的基本職能。視頻公開(kāi)課的制作必然為中國(guó)開(kāi)放教育奠定良好的基礎(chǔ)。
基金項(xiàng)目：桂林理工大學(xué)視頻公開(kāi)課建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目（桂理工教[2013]22號(hào)）
注釋
① 朱志偉.精品視頻公開(kāi)課建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].黑龍江教育，2013（7）：42-43.
② 劉廣，鄭重.中國(guó)大學(xué)精品視頻公開(kāi)課的現(xiàn)狀，特點(diǎn)與發(fā)展策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2012.22（10）：15-18.
③ 張凱，陳艷華.大學(xué)視頻公開(kāi)課示范效應(yīng)分析與思考[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2013（1）：82-88.
【關(guān)鍵詞】煤層氣；DT3井；固井；排水采氣
鐵法煤田位于遼寧省東北部，距沈陽(yáng)市約100KM，交通便利。已探明煤炭17.5億噸。其中最有利于煤層氣開(kāi)發(fā)的大興井田目前的煤炭保有儲(chǔ)量6.87億噸。煤層氣資源量達(dá)187億立方米。煤類為長(zhǎng)煙煤和氣煤。
1995年起，東北煤田地質(zhì)局在該區(qū)的大興井田共施工了DT1、DT2、DT3、DT4等4口煤層氣參數(shù)及生產(chǎn)試驗(yàn)井。鐵法煤業(yè)集團(tuán)根據(jù)這四口井所取得的參數(shù)，截止2010年又相繼施工了15口煤層氣生產(chǎn)井。通過(guò)這些井的實(shí)踐，使我們認(rèn)識(shí)到，煤層氣資源開(kāi)發(fā)的成敗與施工工藝及方法有著重要的聯(lián)系，下面簡(jiǎn)介我們的施工方法和體會(huì)。
1 鉆井工程
1.1 井身結(jié)構(gòu)
根據(jù)大興井田的地質(zhì)條件，DT1井開(kāi)孔井徑為∮395mm。井深58.2m時(shí)，下入日本產(chǎn)鋼級(jí)J-55.72m。上聯(lián)28m，注入鐵法產(chǎn)425#水泥4噸，清水1.5噸表套固井，固井后以244.5mm口經(jīng)透孔并鉆進(jìn)。井深769.25m時(shí)下入日本產(chǎn)鋼級(jí)J-55的∮177.8mm（內(nèi)徑161.7mm）技術(shù)套管，總長(zhǎng)766.53m，然后換井徑150mm鉆進(jìn)。從757m下入并懸掛∮127mm生產(chǎn)套管，其中與煤層相對(duì)應(yīng)的篩管53m。
DT2、DT3、DT4井簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔∮311mm井徑，下入∮244.5mm（內(nèi)徑224.44mm）表層套管，穿過(guò)第四紀(jì)松散層段封隔第四紀(jì)含水層及風(fēng)氧化帶，坐在致密完整的巖層。表層套管固井，水泥漿返至地表。然后采用∮215mm井徑鉆止終孔（最后一個(gè)產(chǎn)氣煤層以下50米，用作排水采氣過(guò)程中的沉沙），下入∮139.7mm（內(nèi)徑124.3mm）生產(chǎn)套管，下深至井底。鐵法煤業(yè)集團(tuán)施工的井基本均采用以上簡(jiǎn)化后的井身結(jié)構(gòu)。
1.2 儲(chǔ)層測(cè)試
DT1、DT2、DT3井共進(jìn)行7段次試井，分別由3個(gè)試井隊(duì)完成。除DT2井的下煤段16、17煤層為管內(nèi)測(cè)試外，其余6個(gè)層段均為裸眼測(cè)試。通過(guò)試井作業(yè)取得以下幾點(diǎn)體會(huì)。
1.2.1 試井膠套規(guī)格應(yīng)有多種，以適應(yīng)不同井徑的需要。
1.2.2 電子壓力計(jì)最好不隨油管一起上下，試井時(shí)預(yù)計(jì)的儲(chǔ)層壓力有變化時(shí)，可從油管中提上來(lái)，重新設(shè)置時(shí)間間隔，比全部提上油管方便。
1.2.3 套管內(nèi)測(cè)試與裸眼測(cè)試比較其優(yōu)點(diǎn)有二：一是可準(zhǔn)確地測(cè)試煤層段的參數(shù)。二是安全可靠。
2 固井工程
2.1 裂隙發(fā)育。該井田地層裂隙，煤層割理比較發(fā)育。鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生過(guò)程度不同的漏失，給固井造成一定的困難。
2.2 固井水泥漿比重偏大。平均比重1.65，鉆進(jìn)時(shí)泥漿發(fā)生漏失的層位，固井質(zhì)量不好。
2.3 排量偏大。根據(jù)煤田鉆探經(jīng)驗(yàn)，同樣地區(qū)使用繩索取心金剛石鉆進(jìn)，由于環(huán)宇間隙小，鉆井液在上返時(shí)呈紊流，紊流狀態(tài)的大排量形成較大的環(huán)空流動(dòng)阻力，使本來(lái)就比較脆弱的地層造成局部層段壓裂漏失。
2.4 套管檢查不夠嚴(yán)格。DT1、DT3井固井時(shí)，天氣睛朗，套管檢查嚴(yán)格細(xì)致，下入井內(nèi)沒(méi)有發(fā)生意外。DT2井于1997年1月中旬固井時(shí)，遇到大風(fēng)雪，盡管也逐根進(jìn)行檢查，可能還是有不合格套管下入了井內(nèi)。
2.5 根據(jù)固井操作規(guī)程要先堵漏后固井。鉆井發(fā)現(xiàn)漏失層應(yīng)及時(shí)進(jìn)行水泥堵漏護(hù)壁。
3 排采工作
3.1 排采前的煤層改造
為了形成好的煤層氣氣流通道，我們經(jīng)歷了裸眼造穴清水壓裂、清水?dāng)y砂壓裂、大規(guī)模高砂比高壓力的過(guò)程。
3.1.1 裸眼造穴清水壓裂對(duì)DT1井下煤組12、13、14煤層采用力水務(wù)沖割造穴工藝，∮150mm三翼鉆頭體側(cè)鉆眼，安裝并焊死∮12mm鉆頭噴射水嘴2個(gè)，進(jìn)行了水力切割造穴，根據(jù)撈取煤顆粒返出量估算洞穴大小。煤層厚6.37m，返到地表顆粒返到地表顆粒量2860kg,煤的容重1.3，其體積為2.2m3，加上井眼體積0.13 m3，洞穴容積為2.33 m3，則理論直徑為0.68 m，加上沉淀坑中不可收集的煤粉，估算直徑應(yīng)大于0.7 m。接著下入∮127mm篩管尾管總長(zhǎng)103.27m，氣舉洗井后壓裂，壓入清水170 m3，井口壓力5.5Mpa。按設(shè)計(jì)∮177.8mm套管下在煤層頂板并進(jìn)行了固井，由于斷層因素實(shí)際煤層深度下延40m，造成裸眼段過(guò)長(zhǎng)，水量小又無(wú)支撐砂，近井帶煤層得到改造而遠(yuǎn)井帶煤層沒(méi)有得到較好改造。造穴改造效果與后來(lái)的壓裂改造效果比較可看出鐵法煤田的煤層改造應(yīng)以壓裂為宜。
3.1.2 清水?dāng)y砂壓裂，考慮到交聯(lián)液的化學(xué)分子對(duì)煤層的污染傷害，不攜砂會(huì)使所造的裂縫在地應(yīng)力作用下重新閉合，對(duì)DT1井上煤組進(jìn)行了清水?dāng)y砂壓裂改造壓裂分兩段進(jìn)行。
（1）支撐石英砂充填地層裂隙，使泵壓曲線平緩下降，煤層改造的不夠理想；
（2）含砂比偏低，使導(dǎo)流能力提高不夠
（3）理僅溝通天然裂隙割理，沒(méi)造新縫。
3.1.3 細(xì)砂降濾失高壓壓裂，在DT3井壓裂設(shè)計(jì)中，先用100-120目的細(xì)砂對(duì)地層裂隙進(jìn)行堵漏降濾失，再充填20-40目石英砂作支撐劑，在現(xiàn)場(chǎng)施工條件允許下，盡量加大砂比，泵壓曲線應(yīng)有起伏，壓裂規(guī)模根據(jù)美國(guó)的低滲透率大規(guī)模，高滲透率小規(guī)模的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合DT3井所在斷塊該井距斷層達(dá)界的距離，設(shè)計(jì)單翼支撐縫長(zhǎng)202.1m，支撐縫寬4.12mm。
3.1.4 壓裂施工的其它注意事項(xiàng) 煤層壓裂以溝通煤層割理天然裂隙為主，以造新縫為輔，彎曲延長(zhǎng)，如果較長(zhǎng)保持一定的壓力，也能溝通主應(yīng)力方向的煤層割理，造出新縫。除DT1下煤組采用套管注入壓裂外，其余壓裂都采用油管混合注入壓裂，便于處理萬(wàn)一發(fā)生的堵埋事故。
封隔方法，填砂法安全好，但準(zhǔn)確程度差，壓裂后探砂面比壓裂前要低。用可撈式封隔器封隔，準(zhǔn)確程度高，但易失效造成撈不上來(lái)的事故。
油田的設(shè)計(jì)壓裂模型與煤田煤層壓裂模型不同，現(xiàn)在還未聽(tīng)說(shuō)有煤田壓裂模型，用油田模型縫長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)要加大系數(shù)，油田造直縫為主，煤田溝通彎曲縫為主。
3.2 排水采氣
煤層氣井的排水采氣工作，是檢驗(yàn)煤層氣井設(shè)計(jì)，施工效果，是評(píng)價(jià)煤價(jià)煤層氣田的重要工作。
DT1井十煤組造穴水力激發(fā)后，1995年12月5日下入井下桿式泵排水；11日甲烷氣體從油套環(huán)行空間排出，點(diǎn)火成功，火焰2m左右，出日產(chǎn)氣量1000m3，平均日產(chǎn)水量10余m3。分析認(rèn)為當(dāng)初為近井地帶游離氣體，煤層段沒(méi)有改造，達(dá)不到長(zhǎng)期采氣要求。
DT1井上煤組壓裂改造后，1996年11月27日開(kāi)始排水采氣，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的排水采氣，最高日產(chǎn)氣量417 m3，最高井口套壓1.85Mpa，沒(méi)有達(dá)到工業(yè)氣流要求。
DT3井壓裂后，根據(jù)水文地質(zhì)資料，煤層及頂?shù)装迳皫r屬弱含水層，最大日排水量61 m3（通常30-40 m3/d）。7月12日修井作業(yè)，增大排水量，日產(chǎn)氣量穩(wěn)步上升，由4月15日的14 m3/d上升到12月1日的6761 m3/d，最高井口套壓2.8Mpa。從4月9日開(kāi)始排采。10月以后將排水量控制在20-30 m3/d，控制日產(chǎn)氣量2000 m3/d左右。經(jīng)氣樣化驗(yàn)甲烷含量93%。
自從生物克隆技術(shù)被廣泛應(yīng)用以來(lái)，科學(xué)家利用激光、生化、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)在皮膚、骨骼等組織的人工再造方面取得了重大進(jìn)展。洛杉磯的研究人員利用生物工程技術(shù)培育出人造皮膚，麻省的科研人員利用自體細(xì)胞使長(zhǎng)出的更趨完善，而人造骨骼及其移植技術(shù)的精彩翻新，更讓“人體雕塑”有了讓人眩目的內(nèi)涵。
“人造骨”，整形正當(dāng)紅
2000年初，美國(guó)加州大學(xué)的一個(gè)研究小組率先把“人造骨”移植體推向市場(chǎng)。這種形狀類似絕緣小導(dǎo)管的移植體由聚四氟乙烯制成，與人體的親和力比較強(qiáng)。人體自身的細(xì)胞和組織可以在中空的開(kāi)口內(nèi)生長(zhǎng)，管狀植入體既有利于固定，除去也非常容易，具有實(shí)心植入體所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。因此即使移植后效果不夠理想，一個(gè)小手術(shù)就可以把它取出來(lái)，非常適用于那些對(duì)造型美感要求嚴(yán)格的各種面部整形手術(shù)。
“人造骨”可插入面部、鼻部或頸部皮膚下的軟組織內(nèi)，在臨床運(yùn)用中取得了較好的效果。研究報(bào)告表明：“人造骨”使受術(shù)的人們皮膚更加飽滿，皺紋消失了，看上去充滿生機(jī)。
目前，最常用的人工骨骼由氫磷化合物制作，它的化學(xué)分子式與骨骼一樣，但卻不像真骨骼那樣具有多孔結(jié)構(gòu)，在結(jié)實(shí)程度上也比不上真骨骼，植入最長(zhǎng)壽命僅為10年。“骨骼中毛孔的作用十分重要，”美國(guó)CCACS研究中心主任斯喬文博士解釋說(shuō)，“它們是血液流動(dòng)的通道，而且可有效降低骨骼重量并增大骨骼強(qiáng)度。同時(shí)，毛孔也提供了一種長(zhǎng)期植入人造骨骼可借鑒的方法：如果真骨骼能在植入的人工骨骼的毛孔中生長(zhǎng)，那就大功告成了――兩者自然地結(jié)合在一起，不會(huì)再出現(xiàn)連接處損壞的現(xiàn)象。”
于是在今年，世界各國(guó)先后公布了一系列新型元素，逐步升級(jí)了“人造骨”及其移植技術(shù)。
造“骨”新元素
第一元素：生物降解泡沫骨架
最近，多倫多大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)專家約翰?戴維斯和他的同事利用經(jīng)過(guò)改造的生物降解泡沫材料，成功地研制出了微孔人造骨。
首先，他們用生物降解泡沫材料為病人按照需修補(bǔ)部位做了一個(gè)骨架模型，模型上布滿了無(wú)數(shù)個(gè)與人體軟骨組織類似的微孔，然后在微孔中植入骨骼生長(zhǎng)細(xì)胞。這種人造骨骼模型一旦被植入人體，其中的骨骼生長(zhǎng)細(xì)胞可按骨架方向生長(zhǎng)并形成新骨，從而達(dá)到修補(bǔ)骨骼的目的。
第二元素：計(jì)算機(jī)訂制“陶瓷骨”
日本大阪OSU公司與大阪產(chǎn)業(yè)大學(xué)合作，開(kāi)發(fā)出一種多層多孔結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷材料。這種材料實(shí)際上是高溫?zé)Y(jié)的多層多孔碳化鈦，其多孔結(jié)構(gòu)的空隙率為50 %，比重比最輕的金屬鎂還要輕。研究人員認(rèn)為，這種多層多孔的碳化鈦是人造骨骼的最好材料。
用陶瓷制造骨骼是依靠X線來(lái)確定骨骼尺寸和形狀的，精確度可達(dá)到0.1毫米。然后再將要替換的骨骼形狀輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)骨骼形狀將其分割為幾部分，再自動(dòng)制作出所需骨骼，之后還會(huì)在骨骼上鉆一些小孔，這樣便于手術(shù)醫(yī)生將新骨骼與病人的舊骨骼連接起來(lái)。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為患者專門(mén)訂做的“陶瓷骨”，完全適合面部整形患者的個(gè)性需要。另外，由于這種人造骨骼所用的材料與人體骨骼非常相似，因而會(huì)讓植入者感到更加舒適。
第三元素：磷酸鈣骨膠原復(fù)合骨
Cerasorb是德國(guó)curasan公司自行研制的人造骨骼再生材料，它由骨骼的基本成分――鈣和磷酸鹽組成，具有良好的生物兼容性，在很多美容整形手術(shù)中，使用這種材料可以維持空間、形成骨架，它的沉淀礦物質(zhì)還可以促進(jìn)骨質(zhì)生長(zhǎng)，并且在新的骨質(zhì)形成時(shí)被完全吸收，沒(méi)有疾病的污染，不會(huì)刺激植入部位發(fā)炎，減少了手術(shù)的危險(xiǎn)和患者的疼痛。
目前，日本物質(zhì)和材料研究機(jī)構(gòu)公布了Cerasorb的升級(jí)版人造骨骼，它由磷酸鈣和有機(jī)成分骨膠原組成，其強(qiáng)度與彈性均接近于真正的骨骼。把它移植到缺損部位，破骨細(xì)胞能把人造骨骼吸收，而骨芽細(xì)胞能在其周圍生長(zhǎng)出新的骨骼。在狗身上做的實(shí)驗(yàn)表明，大約3個(gè)月就可以再生出新的骨骼來(lái)。不過(guò)這一科研成果目前還處在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，尚需進(jìn)行實(shí)用化研究開(kāi)發(fā)，才能達(dá)到臨床應(yīng)用水平。
第四元素：骨髓細(xì)胞體外再生骨
日本奈良縣立醫(yī)科大學(xué)教授高倉(cāng)義典使用骨髓細(xì)胞在體外再生骨骼獲得成功。
在移植手術(shù)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家先從患者骨盆的髂骨中抽出骨髓液，再提取其中的間葉干細(xì)胞培養(yǎng)兩周，然后把它涂抹在陶瓷制人工關(guān)節(jié)的表面，在激素等的誘導(dǎo)下成長(zhǎng)為成骨細(xì)胞，并吸收鈣質(zhì)。培養(yǎng)大約一個(gè)月，人工關(guān)節(jié)便被再生骨骼所覆蓋。對(duì)需做四肢關(guān)節(jié)整形的移植手術(shù)而言，使用它不會(huì)發(fā)生排異癥狀，兩名女性患者術(shù)前行走困難，但接受此手術(shù)后已可在室內(nèi)自由活動(dòng)。
第五元素：羥基磷灰石等離子噴涂骨
前幾年年，我國(guó)科學(xué)家研制出一種嶄新的人造骨骼制備方法――羥基磷灰石等離子噴涂法。它是在已有的金屬鈦復(fù)合材料表面，用高溫等離子火焰噴涂上一層幾十微米厚的羥基磷灰石，它既保持了金屬鈦材料的強(qiáng)度和韌性，也保持了羥基磷灰石的生物活性。這種涂層克服了一般簡(jiǎn)單植入再生骨所帶來(lái)的生物機(jī)體排異性，實(shí)現(xiàn)了良好的生物兼容性，能夠很好地為成骨細(xì)胞所接受。
第六元素：激光三維點(diǎn)鑄金屬鈦骨
【關(guān)鍵詞】支架式教學(xué)法；大專天然藥物化學(xué)；黃酮；統(tǒng)計(jì)學(xué)比較
支架式的教學(xué)方法指的是，在日常的教學(xué)中，由我們的老師為同學(xué)們構(gòu)建一個(gè)外觀完整的知識(shí)框架結(jié)構(gòu)，然后指引學(xué)生在這些結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)上尋找新的內(nèi)容，最后再對(duì)這些新的內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)判斷歸納的過(guò)程的一種教學(xué)方法。這個(gè)教學(xué)方法當(dāng)然不是我們首創(chuàng)的，它在我國(guó)已有十余年的使用歷史，早已被我們的專家學(xué)者運(yùn)用在一些英語(yǔ)、漢語(yǔ)、物理等相關(guān)大眾化課程中，并且取得的效果也是很好的。在一些偏專業(yè)化的課程比如計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電工電子等課程上，支架式教學(xué)方法也有被使用過(guò)。但是，在我們的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是我們的《天然藥物化學(xué)》教學(xué)課程，支架式的教學(xué)方法很少被使用到。在醫(yī)學(xué)教學(xué)上，《天然藥物化學(xué)》是一門(mén)非常重要的專業(yè)學(xué)科，它主要講解了常用的天然藥物中各類化學(xué)分子的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，以及這些藥物的藥性提取和成分鑒定等方面的學(xué)習(xí)。這個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)非常多，而且相互之間是交叉相連的，我們的學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)學(xué)科是經(jīng)常很遇上知識(shí)點(diǎn)記漏和記錯(cuò)的現(xiàn)象。我們針對(duì)這樣的問(wèn)題就提出了在日常的教學(xué)中改用支架式的教學(xué)方法，幫助學(xué)生能更好更準(zhǔn)確的掌握天然藥物化學(xué)中各類知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也希望這樣的教學(xué)方法能更好的提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力，為他們以后進(jìn)入社會(huì)打下扎實(shí)的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。本次研究采用的是各個(gè)章節(jié)理論授課的方式，對(duì)采用傳統(tǒng)方式教學(xué)的小組和采用我們新型的支架式教學(xué)方法的小組進(jìn)行對(duì)比教學(xué)，最后對(duì)于教學(xué)效果進(jìn)行判斷。
1 教學(xué)實(shí)例
1.1 教學(xué)對(duì)象及教學(xué)內(nèi)容
這次研究所選擇的對(duì)象是我校2014級(jí)的藥學(xué)專業(yè)一班和二班的學(xué)生，他們的分班是當(dāng)初由電腦隨機(jī)產(chǎn)生，且從入學(xué)以后都是由同一位輔導(dǎo)員進(jìn)行管理，前期接受的教學(xué)課程也是一樣的，我們對(duì)他們兩個(gè)班的成績(jī)進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)，比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，他們兩個(gè)班在學(xué)習(xí)能力上不存在過(guò)大差別。所以，以上所有因素綜合考慮，判斷兩個(gè)班具備對(duì)比的條件，沒(méi)有太大的顯著性差異。因此我們決定藥學(xué)一班（110人）為我們本次研究的實(shí)驗(yàn)班，藥學(xué)二班（112人）為我們本次研究的對(duì)比班。
本次對(duì)比教學(xué)所選取的內(nèi)容是《天然藥物化學(xué)》里面“黃酮”一節(jié)。黃酮類的藥物在我們的日常醫(yī)藥中使用的量非常大，但是這類的藥物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及的理論也較多，提取分離的方法也比較麻煩，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)最為吃力。所以我們選擇“黃酮”這一節(jié)作為我們的對(duì)比教學(xué)的課程進(jìn)行教學(xué)，不僅具備教學(xué)的代表性，更能突出教學(xué)的差異性。
1.2 教學(xué)導(dǎo)入
教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)是指，是老師通過(guò)對(duì)前期知識(shí)的回歸和相應(yīng)的案例知識(shí)的運(yùn)用，使同學(xué)們漸漸進(jìn)入“黃酮”一節(jié)的教學(xué)中，老師在開(kāi)始教學(xué)時(shí)通過(guò)使用案例分析和黃酮結(jié)構(gòu)的描述來(lái)引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)，在引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以后，在慢慢的構(gòu)建一個(gè)關(guān)于黃酮學(xué)習(xí)的知識(shí)框架，引領(lǐng)他們學(xué)習(xí)的方向。
1.3 擬定問(wèn)題
老師在進(jìn)行教學(xué)案例分析的時(shí)候，可以讓學(xué)生們積極的討論他們?cè)谌粘；蛘呤瞧渌矫嬷赖挠嘘P(guān)黃酮的知識(shí)。比如，在哪些臨床藥品含有黃酮？哪些天然藥品中有黃酮？哪些臨床的癥狀會(huì)用到黃酮？等等。1.4 協(xié)作學(xué)習(xí)
我們對(duì)實(shí)驗(yàn)班的同學(xué)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，將他們進(jìn)行隨機(jī)分組，每十人為一組，選一名為小組長(zhǎng)，小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)在學(xué)習(xí)的過(guò)程中記錄本小組成員討論和分析的結(jié)果，再以小組為單位進(jìn)行知識(shí)框架的連接，最后在整個(gè)班內(nèi)形成一個(gè)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)鏈。
小組成員之間討論學(xué)習(xí)完成以后，每組再選擇一名成員與其他組的成員進(jìn)行組與組之間的討論，完成一個(gè)對(duì)所研究知識(shí)的豐富和找錯(cuò)的過(guò)程。這樣反復(fù)討論和研究的過(guò)程中，豐富了我們學(xué)生對(duì)于黃酮類知識(shí)的相應(yīng)的掌握。這樣的學(xué)習(xí)方式使得我們的學(xué)生在個(gè)人研究、小組討論和老師的指引下，不斷的學(xué)習(xí)和鞏固相應(yīng)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)了我們的學(xué)生的分析、歸納、總結(jié)的學(xué)習(xí)能力。
1.5 獨(dú)立探索
在獨(dú)立探索的過(guò)程中，我們的老師要指導(dǎo)學(xué)生熟悉書(shū)本知識(shí)上的關(guān)于“黃酮”的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上或者是圖書(shū)上去收集一些沒(méi)有出現(xiàn)在書(shū)本上的知識(shí)，將這些知識(shí)收集來(lái)以后，可以更好的加深我們的學(xué)生對(duì)于“黃酮”的學(xué)習(xí)。而后，有了這樣的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)以后，我們的同學(xué)就可以在相應(yīng)的“蒽醌”“香豆素”“生物堿”等章節(jié)也采取這樣的學(xué)習(xí)方法。在課余時(shí)間，我們的老師可以用課后作業(yè)的方式來(lái)讓學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固黃酮的結(jié)果、黃酮的物理和化學(xué)性質(zhì)等。只要讓我們的學(xué)生掌握了這種學(xué)習(xí)的方法，在進(jìn)行舉一反三的練習(xí)，就可以為完成對(duì)整本書(shū)的學(xué)習(xí)， 同時(shí)我們的學(xué)生也具備有了獨(dú)立判斷和學(xué)習(xí)的能力。
2 效果評(píng)價(jià)
對(duì)于這兩個(gè)教學(xué)方法的結(jié)果的判斷，我們?cè)O(shè)定了一些列的評(píng)價(jià)指標(biāo)，來(lái)全面科學(xué)的判斷支架式教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法的優(yōu)劣。在主觀方面，我們通過(guò)學(xué)生們對(duì)于黃酮章節(jié)學(xué)習(xí)效果的自我判斷來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)；在客觀方面，我們準(zhǔn)備了相同的試卷來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試判斷。通過(guò)我們對(duì)實(shí)驗(yàn)班110名同學(xué)的調(diào)查問(wèn)卷的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，有96.12%的同學(xué)更喜歡支架式的教學(xué)方法，有95.35%的同學(xué)認(rèn)為支架式的教學(xué)方法激發(fā)了他們對(duì)于學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，有96.22%的同學(xué)認(rèn)為這種新的教學(xué)方法中他們找到了團(tuán)隊(duì)合作的樂(lè)趣。同時(shí)與傳統(tǒng)教學(xué)班的試卷測(cè)試結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室的成績(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)教學(xué)班的成績(jī)。
3 討論
3.1 支架的搭建
本次研究采用支架式的教學(xué)方法，在《天然藥物化學(xué)》中的“黃酮”一節(jié)中，取得了良好的教學(xué)成果。在一系列的反復(fù)探索和研究中，我們發(fā)現(xiàn)，要想運(yùn)用好支架式教學(xué)方法，最主要的就需要建好一個(gè)合理、完善的支架，再找到一個(gè)合適的切入口進(jìn)行細(xì)化，尤其針對(duì)那些學(xué)習(xí)能力弱的同學(xué)，更需要老師建立一個(gè)合適的框架幫助其加深對(duì)于相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。
3.2 教學(xué)個(gè)體化
在支架式的教學(xué)方法中，學(xué)生是這個(gè)方法的中心點(diǎn)，所有的支撐點(diǎn)都是圍繞作學(xué)生的能力展開(kāi)。老師只是一個(gè)知識(shí)的引導(dǎo)者和協(xié)助者。同時(shí)這個(gè)框架的構(gòu)建也要因?qū)W生的學(xué)習(xí)能力來(lái)有所不同，學(xué)習(xí)能力好的學(xué)生，老師構(gòu)建這個(gè)框架是不僅要使學(xué)生掌握其基本的知識(shí)點(diǎn)以外，還更多的有相應(yīng)的發(fā)散的知識(shí)的延伸；對(duì)于學(xué)習(xí)能力不好的同學(xué)，老師在構(gòu)建這個(gè)框架是主要還是以基礎(chǔ)知識(shí)的積累來(lái)構(gòu)建。
3.3 充分利用現(xiàn)代化手段
在支架式教學(xué)方法的運(yùn)用中，會(huì)有一個(gè)知識(shí)收集的過(guò)程，知識(shí)的收集有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和支架式教學(xué)目標(biāo)的完成，這個(gè)過(guò)程學(xué)生會(huì)用到各種工具來(lái)收集知識(shí)，然而對(duì)這些工具的使用還需要老師的指導(dǎo)和推薦。比如，推薦學(xué)生去圖書(shū)館查詢書(shū)籍，或者指導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)上收集信息等等。
支架式的教學(xué)方法其實(shí)質(zhì)就是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)的方法。《天然藥物化學(xué)》這門(mén)學(xué)科的學(xué)習(xí)體系錯(cuò)綜復(fù)雜，就需要運(yùn)用支架式的教學(xué)方法來(lái)幫助我們的學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，提高相應(yīng)的學(xué)習(xí)的能力。
【參考文獻(xiàn)】
[1]趙悅涵.支架式教學(xué)模式在五年制師范英語(yǔ)寫(xiě)作教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].英語(yǔ)2015（13）：11-12.
[關(guān)鍵詞]女學(xué)員 學(xué)習(xí) 能力
當(dāng)今社會(huì)，信息彌漫在社會(huì)的各個(gè)角落，信息化帶來(lái)的影響和挑戰(zhàn)隨處可見(jiàn)。知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的來(lái)臨使個(gè)人的思維能力、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力在社會(huì)發(fā)展、個(gè)人發(fā)展中的作用越來(lái)越重要。這種新類型的工作人員稱作“知識(shí)工人”或“符號(hào)分析員”。他們必須具備較高的思維素質(zhì)，操縱復(fù)雜的觀念與符號(hào)，有效地獲取和分析信息，并保持足夠的靈活性及具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境和終身學(xué)習(xí)的需要。對(duì)于一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，有大量有知識(shí)會(huì)思考會(huì)學(xué)習(xí)的公民是最有價(jià)值的財(cái)富。對(duì)于個(gè)人而言，較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和較高的思維素質(zhì)是獲得好的工作職位和高收入的保證。
目前，高等教育已成為提升女性社會(huì)地位的首要因素，女性在高等教育中的發(fā)展被看作是一個(gè)國(guó)家人權(quán)發(fā)展的重要標(biāo)志。《中國(guó)性別平等與婦女發(fā)展評(píng)估報(bào)告（1995――2005）》將高等教育稱為教育領(lǐng)域性別平等指數(shù)提高最快的一個(gè)領(lǐng)域。女生在校生總數(shù)、各高等教育層次女生數(shù)及比例都有較大增加。但男女兩性在現(xiàn)代教育體系中的分布仍然是極不平衡的，這主要體現(xiàn)在高等教育中的性別隔離上，其中很重要的方面是學(xué)科的性別隔離，學(xué)科性別隔離是男女兩性在教育上不平等的延伸。女生在語(yǔ)言文學(xué)、歷史、外國(guó)語(yǔ)等學(xué)科專業(yè)中的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于男生，而在物理、力學(xué)與工程、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)和化學(xué)分子工程等學(xué)科專業(yè)中，男生的比例則遠(yuǎn)遠(yuǎn)譏于女生。在科研院所中，女性指導(dǎo)老師占的比例低于男性指導(dǎo)教師；在中國(guó)科技隊(duì)伍中，女科技人員的比例低于男科技人員。這一現(xiàn)象在某種意義上嚴(yán)重影響了男女平等均衡發(fā)展。雖然造成上述現(xiàn)象的原因是多種多樣的，如社會(huì)文化歷史傳統(tǒng)、社會(huì)分工不同、生理特征不同等等，但不得不承認(rèn)女學(xué)員學(xué)習(xí)能力的局限性也影響了她們接受更高層次的教育，影響了她們參與 尖端科學(xué)研究的能力。專門(mén)探討女學(xué)員學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)顯然意義重大。
一、學(xué)習(xí)能力的概念
學(xué)習(xí)能力本身是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多維度、多層次的心理現(xiàn)象。
心理學(xué)、教育學(xué)和教育心理學(xué)一直將學(xué)習(xí)能力作為研究的重點(diǎn)，形成了很關(guān)于學(xué)習(xí)能力的研究學(xué)派和理論成果來(lái)看，對(duì)學(xué)習(xí)能力的概念、內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)，還存在很多認(rèn)識(shí)上的分歧。目前比較有代表性的觀點(diǎn)主要有：（1）學(xué)習(xí)能力等于智力。迪爾本（W.F.Dearborn）認(rèn)為“智力是學(xué)習(xí)能力或由經(jīng)驗(yàn)中得益的能力”，而蓋茨（A..L.Gates）認(rèn)為：“智力是關(guān)于學(xué)習(xí)能力的綜合能力”。（2）學(xué)習(xí)能力的條件反射理論。這一理論認(rèn)為人的學(xué)習(xí)跟動(dòng)物沒(méi)有明顯的區(qū)別，認(rèn)為學(xué)習(xí)是對(duì)刺激不斷反射形成行為習(xí)慣的過(guò)程，這一理論否認(rèn)了人的主觀能動(dòng)性。（3）認(rèn)知心理學(xué)家 認(rèn)為，從認(rèn)知的的過(guò)程來(lái)看，記憶力、思維能力、觀察能力和想象能力是構(gòu)成學(xué)生學(xué)習(xí)能力的四要素。（4）建構(gòu)主義的認(rèn)知心理學(xué)派認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者個(gè)體主動(dòng)建構(gòu)的心理過(guò)程。學(xué)習(xí)者接受到的新的知識(shí)與已有的知識(shí)相互作用，是學(xué)習(xí)者頓悟的過(guò)程。（5）從心理過(guò)程來(lái)看，學(xué)習(xí)能力不僅包括傳統(tǒng)的主要的認(rèn)知過(guò)程，還應(yīng)該包括操作和控制等因素。學(xué)習(xí)能力的構(gòu)成包括：知覺(jué)動(dòng)作綜合能力，理解與記憶能力，學(xué)習(xí)計(jì)劃和控制的元認(rèn)知能力，學(xué)習(xí)的操作能力等。（6）從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)看，學(xué)習(xí)能力是直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)效率、完成各項(xiàng)學(xué)業(yè)任務(wù)的個(gè)性心理特征。
盡管上述不同的研究角度和研究方向之間存在著很大的差異，但歸納起來(lái)，認(rèn)知技能、學(xué)習(xí)策略、對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程管理與監(jiān)控的無(wú)論智能力是構(gòu)成學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)能力的主要因素。學(xué)習(xí)能力是其他能力的基礎(chǔ)，是指在很多種基本活動(dòng)中表現(xiàn)出來(lái)的一種較為穩(wěn)定的心理特征，如觀察力、記憶力、視聽(tīng)覺(jué)能力、思維能力、分析能力、抽象概括能力、意志力、理解能力等。
二、當(dāng)代女學(xué)員學(xué)習(xí)能力的特點(diǎn)
（一）學(xué)習(xí)計(jì)劃的能力不夠科學(xué)合理。女學(xué)員中不乏有遠(yuǎn)大志向、強(qiáng)烈事業(yè)心和對(duì)學(xué)習(xí)有較高的期望值者，但相當(dāng)數(shù)量的女學(xué)員把自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)定位在的較低的成就期望值上。有的女學(xué)員在中學(xué)里埋頭苦讀，自己最高的奮斗目標(biāo)就是考大學(xué)，上了大學(xué)后便茫然不知所向。由于在個(gè)人事業(yè)發(fā)展方向上缺乏明確目標(biāo)，在大學(xué)階段的學(xué)習(xí)就失去了動(dòng)力，變得胸?zé)o大志、懶懶散散，缺乏拼博奮斗進(jìn)取的銳氣。在對(duì)未來(lái)的考慮上，很少想到自己的社會(huì)責(zé)任，只希望有份穩(wěn)定的好工作，找個(gè)女丈夫，建立一個(gè)好的家庭。這種對(duì)于未來(lái)規(guī)劃的方向嚴(yán)重影響了女學(xué)員對(duì)于自身學(xué)習(xí)的期望和目標(biāo)，學(xué)習(xí)上目標(biāo)不明確，甚至缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力方向。
（二）學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不夠端正。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和前提，良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是圓滿完成學(xué)習(xí)任務(wù)的保證，學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)分為內(nèi)部動(dòng)機(jī)和外部動(dòng)機(jī)。對(duì)學(xué)習(xí)和知識(shí)本身感興趣是學(xué)習(xí)的內(nèi)部動(dòng)機(jī)，這種動(dòng)機(jī)是穩(wěn)定的、持久的。而自我提高的需要、交往和附屬的需要屬于學(xué)習(xí)的外部動(dòng)機(jī)。女學(xué)員學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)偏向于自我提高、交往等附屬的外部動(dòng)機(jī)，受外部動(dòng)機(jī)的影響，在學(xué)習(xí)上受到挫折的時(shí)候，耐挫力和堅(jiān)持性相比較男生有較大差別。
（三）女學(xué)員的思維能力比較具體細(xì)致，不夠發(fā)散開(kāi)闊。女學(xué)員往往對(duì)具體的知識(shí)本身或細(xì)節(jié) 感興趣，但對(duì)整個(gè)學(xué)科的結(jié)構(gòu)、各章節(jié)的邏輯關(guān)系、不同學(xué)科之間關(guān)系的把握往往不夠擅長(zhǎng)。知識(shí)的廣泛性發(fā)散思維的基礎(chǔ)，根據(jù)建構(gòu)主義理論，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者個(gè)體主動(dòng)建構(gòu)的心理過(guò)程。學(xué)習(xí)者接受到的新的知識(shí)與已有的知識(shí)相互作用，是學(xué)習(xí)者頓悟的過(guò)程，而達(dá)到頓悟的境界需要有開(kāi)放的思維能力。當(dāng)今社會(huì)是信息爆炸的社會(huì)，廣泛知識(shí)的獲得需要有較強(qiáng)的獲取信息的能力。現(xiàn)代社會(huì)獲取方方面面的信息需要運(yùn)用高科技工具，而女學(xué)員運(yùn)用高科技工具獲取信息的能力相對(duì)男學(xué)員來(lái)說(shuō)比較弱。
三、提高女學(xué)員學(xué)習(xí)能力的對(duì)策
首先，女學(xué)員應(yīng)注意訓(xùn)練自己思維的開(kāi)放性。思維廣闊開(kāi)放接受新知、創(chuàng)新知識(shí)的重要基礎(chǔ)。由于受知識(shí)廣度、興趣廣泛性的局限，女學(xué)員總體來(lái)說(shuō)思維較男生封閉、局限，較難接受新事物，不樂(lè)意探究復(fù)雜事物，好奇心較弱，難以在學(xué)習(xí)上找到持久的興趣和突破點(diǎn)。因此，培養(yǎng)自己涉及多個(gè)寬泛領(lǐng)域，多關(guān)注周圍事物的變化，培養(yǎng)多樣化的興趣愛(ài)好就顯得十分重要，了解的事物足夠多，才可能有開(kāi)闊的思維。
其次，要培養(yǎng)女學(xué)員的科技能力、應(yīng)用工具能力。高科技領(lǐng)域中女性的比例較小，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是否有利于女性，還取決于女性是否愿意利用，是否有時(shí)間利用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷深入我們的生活，長(zhǎng)期以來(lái)，由于女性對(duì)技術(shù)的恐懼心理使不少女性對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、部分高科技產(chǎn)品等持觀望態(tài)度，或者依賴男性去解決她們遇到的技術(shù)難題，這在一定程度上會(huì)形成惡性循環(huán)，使女性越來(lái)越對(duì)科技和工具技術(shù)等不感興趣，也會(huì)影響到學(xué)業(yè)的進(jìn)步。在高校中應(yīng)鼓勵(lì)女生理解數(shù)理領(lǐng)域?qū)ι畹闹匾裕e極支持女生追求數(shù)理領(lǐng)域的教育和職業(yè)，讓她們走入計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，能熟練駕馭并利用這一工具，更好地服務(wù)其學(xué)習(xí)和生活。
再次，要培養(yǎng)女學(xué)員篩選和處理信息的能力。人是在現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)之上理解信息的意義、解決問(wèn)題、創(chuàng)造新知識(shí)的。問(wèn)題解決、知識(shí)創(chuàng)新的關(guān)鍵不是獲得信息，而是如何處理大量的信息。在信息爆炸的今天，人們只需要幾分鐘就能從互聯(lián)網(wǎng)上獲得大量蝗信息，而如何選擇、理解、消化、評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)和運(yùn)用這些信息去創(chuàng)造新的知識(shí)就顯得十分重要了。在學(xué)習(xí)當(dāng)中，從互聯(lián)網(wǎng)上獲取的信息往往是雜亂、零碎不系統(tǒng)的，如果不處理好，可能是白費(fèi)功夫反而沒(méi)有成效。搜集和 處理信息要利用各種可以利用的渠道，計(jì)算機(jī)等工具檢索的能力固然重要，但“人”在某種程度上是獲取有用信息最有利的來(lái)源。與老師、同學(xué)、校友等的人際交往和溝通交通在篩選和處理信息中起著關(guān)鍵性的作用，女學(xué)員的交際范圍總體上還是小于男性，不夠積極主動(dòng)，還急待于改善和提高。
然后，要培養(yǎng)女學(xué)員樂(lè)于計(jì)劃和堅(jiān)持的能力。計(jì)劃是成功的一半，有嚴(yán)密的計(jì)劃并堅(jiān)定地堅(jiān)持下去，才可能學(xué)有所成。堅(jiān)持對(duì)于學(xué)術(shù)成功是十分重要的，思維是一項(xiàng)艱苦的活動(dòng)，只有努力堅(jiān)持才會(huì)有成功的可能。不管一個(gè)人有多高的天分，也不管他對(duì)自己的學(xué)業(yè)懷著多么強(qiáng)烈的興趣，如果他是浮躁的、缺乏意志力的，而不是把自己的注意力長(zhǎng)義的其二鍥而不舍地集中在自己的思維對(duì)象上，那么要有創(chuàng)造性的思維是非常困難的。科學(xué)研究是一項(xiàng)極其艱辛的勞動(dòng)，沒(méi)有頑強(qiáng)的的意志力是什么也干不成的。而這一點(diǎn)正是目前許多女學(xué)員所欠缺的，她們當(dāng)中的許多都沒(méi)有堅(jiān)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)或未來(lái)的發(fā)向，大都是持走一步看一步的觀望態(tài)度，她們的目標(biāo)選擇總是受太多因素的影響，如就業(yè)、擇偶等等，充滿了變數(shù)。當(dāng)然，這一現(xiàn)象的形成也是諸多因素綜合影響的產(chǎn)物，但女學(xué)員們積極轉(zhuǎn)變觀念，自立自強(qiáng)，有堅(jiān)定的目標(biāo)并為之奮斗，對(duì)自身的學(xué)業(yè)成就，對(duì)整個(gè)社會(huì)女性的進(jìn)步和發(fā)展是有重要意義的。
最后，培養(yǎng)女學(xué)員元認(rèn)知監(jiān)控的能力。元認(rèn)知通常定義為“我們知道我們知道什么”，即 關(guān)于知識(shí)的知識(shí)，是一種“監(jiān)控自己對(duì)目標(biāo)理解及進(jìn)展情況的傾向”，元認(rèn)知對(duì)于學(xué)員學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)具有自我意識(shí)、計(jì)劃、組織和監(jiān)控的作用。應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)員了解自己的思維方式，形成一種檢查自己思維過(guò)程與成果的習(xí)慣。元認(rèn)知監(jiān)控貫穿于學(xué)員學(xué)習(xí)的始終。調(diào)控包括確定哪些問(wèn)題值得解決，如何分配時(shí)間和精力用于不同的問(wèn)題及問(wèn)題的不同部分，使自己的思維朝向預(yù)定的目標(biāo)。元認(rèn)知監(jiān)控也就是不斷進(jìn)行反思，進(jìn)行自我關(guān)注和評(píng)估，從而正確看待自己。培養(yǎng)元認(rèn)知的能力有得于女學(xué)員更加正確的認(rèn)識(shí)自己，樹(shù)立強(qiáng)烈的自信心，在不同階段定出適宜的目標(biāo)，從而不斷地前進(jìn)。
總之，女學(xué)員是女性當(dāng)中的精英和希望，也是整個(gè)社會(huì)進(jìn)步和前進(jìn)的重要推動(dòng)力量。開(kāi)闊的思維是學(xué)習(xí)的前提，科技和應(yīng)用工具的能力是學(xué)習(xí)過(guò)程中的關(guān)鍵，樂(lè)于計(jì)劃和堅(jiān)持是學(xué)習(xí)的持久動(dòng)力，元認(rèn)知又貫穿學(xué)習(xí)過(guò)程的始終，注重并提高以上能力是必要且十分有效的。
[參考文獻(xiàn)]
[1]馬萬(wàn)華.中國(guó)女性高等教育發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀與問(wèn)題[J].教育發(fā)展研究，2005（3）
[2]朱新秤.學(xué)員思維能力培養(yǎng)四要素論[J].煤炭高等教育2000（3）
[3]張國(guó)艷.我國(guó)女子高等教育發(fā)展現(xiàn)狀、制約因素與對(duì)策[J].社科縱橫，2000（6）
[4]趙榮榮.工科女學(xué)員學(xué)習(xí)與發(fā)展現(xiàn)狀研究[D].華中科技大學(xué)碩士論文，2007（6）
