發(fā)布時間：2023-03-16 15:55:38
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生命科學導論論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
1.1以社會熱點為切入點引出知識點
為了引起學生的興趣及加深印象，在教學過程中，先從當前社會熱點入手，更會引起同學們的共鳴。例如講解蛋白質的元素構成這一章節(jié)，從之前沸沸揚揚的“三聚氰胺毒奶粉事件”入手，因為三聚氰胺是一種含有大量氮元素的化工原料，被一些不良廠家添加在食品中提高檢測食品中蛋白質檢測數值。這樣學生對蛋白質中含有氮元素并且可以通過檢測氮元素含量來確定蛋白質含量這一知識點有了一定的了解。例如近段時間的H7N9禽流感病毒讓人們談雞色變，借用這一事件，引入對病毒特征的講解。
1.2以著名實驗為例子加深印象
《生命科學導論》是一門選修課，沒有開設實驗課，這就導致學生只能單一的接受課本和老師講授的知識，如果適當的介紹一些著名實驗，不僅有助于學生對知識的理解，也能激發(fā)興趣。例如介紹胃液的分泌時，介紹了一個“假飼”實驗，這是巴普諾夫用于驗證胃液的頭期分泌的實驗，學生們記住了那只“吃不飽”的可憐狗。在講到條件反射的建立時，當提到了巴普諾夫，學生們立刻反應：“那只可憐狗這次又為科學做出怎樣的犧牲呢？”這時見學生們的眼睛里充滿了好奇和疑問，興趣一下被激發(fā)了。
1.3變知識為常識
常識是日常的見識或普通的見識，它是日常生活(日常思維和日常行動)賴以進行的知識源泉。它是最普遍的知識。有時候被記住的常識性的東西往往比被動接受的知識要更深刻。在講解了蛋白質變性這一特點后，我告訴學生們：沾有血漬或者牛奶的衣服不易用熱水洗凈，這是因為蛋白質遇熱會發(fā)生變性。學生們這時頻頻點頭，看得出他們接受了這一信息。我相信同學們以后在清洗沾有血漬或者牛奶的衣服的時候，會記住我所講的這句話的。
2素質教育貫穿教學之中
2.1培養(yǎng)學生關愛他人的品質
作為一門對非生物專業(yè)學生開設的公選課，其目標并不在于培養(yǎng)學生精深的專業(yè)技能，而在于培養(yǎng)學生的生命科學素質，是一門實實在在的素質教育課。而作為對小學教育專業(yè)學生開設的公選課，能夠把素質教育融入其中，更能夠提高他們的專業(yè)素養(yǎng)和能力。課程里經常會講到各種疾病以及疾病的治療方法，借此激發(fā)學生的關愛之心，對患者不能歧視和嘲笑，要多一些理解和關愛，在能力范圍內伸出援手，人們的理解和幫助對于疾病的治療和康復是非常重要的。
2.2提高自我保護意識
除了關愛他人，也要有一定的自我保護意識。知道了如何自我保護，才能去保護他人，這一點我時常在授課過程中提到。例如講解艾滋病時，除了病因我還側重預防方面的講解，目的在于提醒學生珍視生命。講到遺傳病方面的知識，我也重點提出了近親結婚的危害，引起學生的重視。
2.3提升社會責任感
當今社會在多種因素的影響下，有些大學生的社會責任感表現出淡化，有重才輕德的傾向，因此大學生社會責任感的培養(yǎng)勢在必行?；谶@種現狀，我會不定期開展課堂討論，比如環(huán)境污染，生物多樣性的保護，克隆人等問題。學生們開始覺得事不關己的問題，在查閱文獻資料，并在課堂上發(fā)言傾聽之后，覺得其實只要自己認識上和行動上的一點點改變對社會都是有幫助的。
3考評方法的改革
多種形式的考評方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的期末一次書面考試。課堂討論、作業(yè)、課程論文和考勤多種形式相結合的考評方法更能全面反映學生對課程的掌握程度及重視程度。為了杜絕作業(yè)和課程論文相互抄襲的現象，采取同班同學之間作業(yè)和論文的辦法，重復率高的便相應扣除一定分數。這種方法有效的杜絕了抄襲現象，讓學生們養(yǎng)成獨立思考的能力。
4教學改革實踐的效果及思考
我?，F有的公共選修課程中,既適合理、工科又適合文、管、藝術專業(yè)的為數不多,遠遠不能滿足學生的選課需求。針對這種局面,在現代生命科學課程已初具規(guī)模并已成為我校重點推薦的公選課的基礎上,繼續(xù)面向各專業(yè)學生開設食品營養(yǎng)學、普通藥物學的生命科學系列課程,不僅豐富了我校公選課的種類,而且使學生對生命科學有一個系統(tǒng)的、全面的認識和了解。生命科學類系列課程立足于對理、工、文科等非生物學類學生進行生命科學的素質教育,以生命為主線展開討論,使學生了解學科間的交叉點,激發(fā)其創(chuàng)新思維的火花,為今后的發(fā)展奠定基礎;使學生了解有關食品營養(yǎng)學和常用藥物的基本理論和概念,掌握合理搭配食物、保持膳食平衡、合理用藥的具體措施,為科學飲食、提高自身保健意識、抗病防病提供了操作性強的實施方法。
(一)精選教學內容
現代生命科學課程,突出介紹生命科學的基本概念、發(fā)展趨勢及熱點問題,突出生命科學與理、工、文科各領域之間的交叉,精選教學內容,定位于基礎性、系統(tǒng)性、趣味性和學科交叉性。以教材《基礎生命科學》[1]、《生命科學導論》[2]為主要藍本編寫教案,內容從生命的物質基礎到生命活動的基本單位———細胞,進而討論“克隆”、“癌細胞”等熱點問題;從物質代謝深入到生物遺傳的本質,在分子水平上闡述遺傳疾病等的奧秘;從生物技術到生物芯片、生物傳感器;從生物材料到人工器官,明確仿生學在工程技術上的應用,同時還從動物、植物、微生物、環(huán)境與人類的密切聯(lián)系來認識保護生物多樣性、保護生態(tài)環(huán)境、促進人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要性。利用現代信息技術,從國內外科學圖冊和網站上采集豐富、精美的圖片和信息補充到電子教案中,以視頻的方式向學生介紹一些世界著名科學家的實驗設計和研究經歷,以及他們獲得這些知識的著名實驗,如Loewi的雙蛙心灌流設計、著名的肺炎球菌實驗、遺傳密碼的破譯、PCR技術等,使學生體驗到探索生命奧秘的樂趣。
對于系列課程的開設,本著實用性、針對性、可操作性的原則,對大學生進行科學素質教育。系列課程之一———食品營養(yǎng)學,根據相關教材[3]重點介紹營養(yǎng)素的概念及生理作用、營養(yǎng)與疾病、營養(yǎng)與健康長壽的關系,強調保持膳食平衡及合理營養(yǎng)的重要性,補充講授食品營養(yǎng)學應用的熱點問題,如減肥、美容、糖尿病、補鈣等內容,并通過視頻向學生宣傳食品的安全和衛(wèi)生知識、食品新資源的開發(fā)以及世界食品的發(fā)展趨勢等國內外在本學科新的研究進展。學生既學到了有關食品營養(yǎng)學的基本理論知識,又掌握了合理搭配食物、保持平衡膳食的具體方法。系列課程之二———普通藥物學,其開設的必要性是針對大多數學生有自我藥療行為,且有錯誤診斷和不合理用藥的傾向,這種情況已通過開放式問卷形式加以證實。因此,有必要對綜合性高校非醫(yī)藥專業(yè)學生開設藥物學公選課,以提高廣大學生的合理用藥水平。參考非醫(yī)藥專業(yè)的《普通藥物學》[4],重點介紹常用藥物的防治作用及不良反應,內容包括:藥物的基本知識,常見疾病的用藥知識,消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、生殖與泌尿系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)的用藥方法,抗生素與維生素專題,各類藥物的禁忌癥及不良反應防治,家庭常備藥物介紹等。為使學生更好地理解和掌握藥物在體內的代謝,將人體系統(tǒng)的組成與結構適當補充到相關章節(jié)中。通過本課程的學習,有利于提高大學生的抗病防病能力和科學用藥水平。
(二)多元化考核
選修課教學中,學生方面的瓶頸主要在于學習積極性不高、到課率低、混學分現象嚴重。為促進學生樂學、愛學、會學,在輕負擔、高效率、高質量的教學境界中得到積極、主動、全面的發(fā)展,對考核方式進行了改革與實踐,變期末考核為隨堂測驗、課堂提問、專題討論、聯(lián)系專業(yè)的小論文以及對本課程提出建設性建議等多元化的素質考核,學生可以發(fā)現并提出自身感興趣的具體問題,使學生思維活躍,把學生從只注重記憶知識結論的傳統(tǒng)學習法引向注重探究問題所需要的觀察能力、思維能力、探索能力、分析及解決問題能力的培養(yǎng)上來,并結合蓋章形式抽查考勤,期末綜合記分給出考核成績。例如,在講授食品交換份法時,要求學生以自身為對象進行能量和營養(yǎng)素的計算,結合自身的喜好設計一日三餐的食譜;在介紹體重指數(BMI)時,要求學生通過計算,判斷自身的營養(yǎng)狀況,并提出合理的調整措施。通過課堂討論形式進行相互交流,學生們的興趣高漲。多元化的考核方式調動了學生的積極性,得到了廣大學生的認可,每次課的出勤率都達到95%以上,學生的滿意度達90%以上。
二、優(yōu)化實驗內容,培養(yǎng)實踐能力
充分利用現有實驗室資源,遵循實驗項目的科學性、趣味性和與實際生活的貼近性的指導思想,面向非生物類本科生開設實驗項目。對已初具規(guī)模的現代生命科學課程,實行獨立設課實驗,開設的實驗項目有:食醋中總酸含量的測定、葉綠體色素的層析法分離、牛奶中蛋白質的分離提取、生物樣品中微量元素的測定、現代工業(yè)水質分析等,使學生既學習和掌握了相關的實驗技能和分析方法,還學會了離心機、酸度計、分光光度計、電導儀等常規(guī)儀器的使用和操作,深受學生的歡迎。此外,注意把當代科學的研究熱點及校內的科研成果及時轉化為學生的實驗內容,既讓學生了解學科前沿,又有很強的實用性。例如,結合本系教師的科研成果,設計生物農藥蘇云金桿菌毒蛋白的合成及殺蟲實驗、污水的生物處理實驗,一方面使學生了解生物合成與生物降解的原理及方法,同時又加深對現代生物技術重要作用的認識。食品營養(yǎng)學、普通藥物學課程,配置開放性實驗,供選題目有:酸牛奶的制備、常用消毒藥品如紫藥水、碘酒的配制等,由學生自主選擇,也可由學生自己擬定題目,實驗步驟的制定、儀器設備的選擇和使用、數據的處理及實驗結果的分析均由學生通過查閱資料和獨立完成。實行開放式實驗教學可以讓學生在掌握有關知識和技能的同時,獲得較好的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
三、改革教學手段,提高教學效果
隨著學校招生規(guī)模的擴大,大班教學已成為我校公共課教學的主要形式。為了提高課堂的教學效果和信息量,借助PPT軟件,開發(fā)了多媒體教學課件。利用多媒體課件聲像并茂、視聽結合、感染力強等優(yōu)點,將書本知識變靜為動,化虛為實,化抽象為直觀,極大地激發(fā)了學生的學習興趣和求知欲望,達到寓教于樂,寓學于樂的目的。例如,在講述遺傳密碼時,設計體外翻譯系統(tǒng)的動畫實驗,通過慢放、定格、特寫等方法,真實、藝術地展現遺傳密碼破譯的全過程,使抽象的概念變得新穎有趣,再加上教師的適時講解,學生可輕松地掌握細胞中64套密碼子與20種氨基酸的對應關系,從而也加深了對遺傳的中心法則的理解?？傊?正確合理地使用多媒體教學,可以激發(fā)學生興趣,提高學生的主動性,突破教學難點,起到事半功倍的效果。
多媒體課件的使用具有許多傳統(tǒng)方式無法比擬的優(yōu)勢,但在教學實踐中也存在一些比較突出的問題。例如,信息量較大,教學節(jié)奏較快,容易導致部分學生跟不上教師的思路。因此,在使用多媒體教學時一方面要把握好度,注意控制演示速度,使可視信息與教師的教學思路同步。另一方面,由于頁面的切換還容易造成學生對某一個知識點缺乏整體的認識和思考過程,利用板書、講述、多媒體演示相結合的方法,可以彌補上述不足。此外,將傳統(tǒng)教學設計的一些演示實驗、教具模型等穿插在多媒體教學中,可進一步強化教與學的互動,達到理想的教學效果。
關鍵詞：計算思維；多樣化訓練；算法設計與分析
中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)16-3910-02
The Research of Training Computational Thinking in Teaching Algorithm Design and Analysis
SUN Ya-hong
（Xi’an Fanyi University, Xi’an 710105,China）
Abstract: Computational thinking has become the hot issue in current international education. How to develop students’habit of using the computational thinking in real life, this article discusses a computational thinking training model based on variety practice in teaching al gorithm design and analysis. And give a lot of examples to illustrate the training model.
Key words: computational thinking; variety practice; algorithm design and analysis
自2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《Communica tions of the ACM》上發(fā)表《Computational Thinking》一文以來，國際國內計算機教育界掀起了研究計算思維的熱潮。2008年6月，美國計算機科學技術教師協(xié)會（CSTA）發(fā)表文章《Computational Thinking:A problem solving tool for every classroom》，在該文章中，作者給出了計算思維的定義，并分類歸納了社會科學、計算機科學、自然科學、數學、生命科學等學科領域中關于計算思維的經典論文；2008年美國國家科學基金會NSF通過了一項計算使能的科學發(fā)現和技術創(chuàng)新CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation）計劃，該計劃進一步強調了“計算思維”領域的創(chuàng)新對自然科學和工程技術領域發(fā)展的推動作用。同時，計算思維在國內也得到了廣泛的討論。2008年11月，由全國計算機教育研究會主持的“計算思維與計算機導論專題學術研討會”在廣西桂林召開，參加會議的學者總結了當前計算思維的研究進展狀況，并討論了計算思維對計算機教育的影響。2009年7月，在NOI2009開幕式和NOI 25周年紀念會上，中科院計算技術研究所所長李國杰院士進一步闡述了計算思維的定義，他指出“計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為，它選擇合適的方式去陳述一個問題，對問題的相關方面建模并用最有效的辦法實現問題求解”；2009年12月，王亞東等人在《計算與計算思維》一文中討論了計算思維對各門學科產生的影響，并提出應該在計算機專業(yè)的各門課程中滲透“計算思維”的設想；2010年12月，張曉茹等人在《再談計算思維》一文中通過對計算機科學思維，計算思維和計算機思維概念進行一致性分析，從不同方面分析和闡述了計算思維的特征，并對計算思維研究的基本問題進行了初步探索。盡管如此，如何在具體的課程教學中培養(yǎng)學生的計算思維能力仍處于起步階段，還沒有形成一套成熟的教學指導體系。那么，如何在課堂上結合課本的知識點培養(yǎng)學生的計算思維能力，使得計算思維成為學生的一種思維習慣；如何在學生的四年大學學習，持續(xù)不斷地培養(yǎng)學生的計算思維，使學生能夠運用計算思維的方法進行問題的分析和思考，是一個重要且值得探討的問題。基于此，該文依據計算思維的方法，在《算法設計與分析》課程的教學中，提出一種基于算法多樣化訓練的計算思維培養(yǎng)方法。經實踐驗證，該方法有利于幫助教師提高教學效率，挖掘學生潛能，有利于提高學生分析問題，解決問題的能力。
1計算思維
什么是計算思維？計算思維同我們的閱讀、寫作能力一樣，是人類的基本思維方式。這種思維方式運用計算機科學的基礎概念和方法對問題進行描述，建模，求解。它是一種具有普適性的科學思維方法。為了更加具體的、詳細的說明這一概念，周教授將計算思維的概念進一步定義為以下幾個方面內容：
1)通過約簡、嵌人、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的思維方法。
2)是一種遞歸思維是一種并行處理能把代碼譯成數據又能把數據譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法。
3)是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務或進行巨大復雜系統(tǒng)設計的方法，是一種基于關注點分離的方法。
4)是一種選擇合適的方式陳述一個問題,或對一個問題的相關方面建模使其易于處理的思維方法。
5)是按照預防、保護,通過冗余、容錯、糾錯方式,并從最壞情況進行系統(tǒng)恢復的一種思維方法。
6)是利用啟發(fā)式推理尋求解答,即在不確定情況下的規(guī)劃、學習和調度的思維方法。
關鍵詞：嵌入式信息素質教育 高校圖書館 首都師范大學圖書館
泛在知識環(huán)境下，網絡遍及用戶學習、工作和日常生活中，用戶可以在任何時間和任何地點通過泛在網絡獲取信息服務或知識服務。泛在知識環(huán)境下，高校圖書館的機遇與挑戰(zhàn)并存，圖書館需要變革服務理念與服務模式，為用戶提供泛在化的服務，嵌入到用戶的學習和科研環(huán)境中。其中，嵌入式信息素質教育，即：高校圖書館的圖書館員與院系專業(yè)教師合作，將信息素質教育嵌入到院系的專業(yè)課程教學中為學生提供有針對性的培訓，是圖書館泛在服務的重要內容之一。實際上，國內外高校圖書館開展嵌入式信息素質教育的大多是學科館員，他們與教師合作的程度直接影響著嵌入式信息素質教育的效果。本文以首都師范大學圖書館的探索與實踐為例，擬對高校圖書館學科館員與教師合作開展嵌入式信息素質教育的相關問題進行探討。
1 開展嵌入式信息素質教育的意義和主要嵌入模式
學科館員和教師合作開展嵌入式信息素質教育對用戶（包括學生和院系教師）和圖書館都具有積極意義。對學生而言，將信息素質與學生的專業(yè)學習結合，有利于為學生提供有針對性的信息素質教育，不僅局限于信息資源的檢索方面，而且面向學生解決信息問題的全過程，力求真正提高學生分析、評價和利用信息的能力，進而培養(yǎng)他們終生學習的能力。對教師而言，學科館員可以向教師提供一些課程建設方面的文獻資源支撐，承擔學生的某些問題的咨詢與輔導，節(jié)省教師的工作時間，提高課程教學的質量。對圖書館而言，通過提供嵌入式信息素質教育，學科館員能夠直接參與專業(yè)課教學，加強了圖書館與院系教師之間的交流合作，拓展了圖書館服務的廣度與深度，有利于提升圖書館在學校的影響和地位。
根據學科館員嵌入課程教學的深度來劃分，學科館員與教師合作開展嵌人式信息素質教育主要分為兩種嵌入模式：一種是學科館員部分參與專業(yè)課程的教學，簡稱為“部分參與式嵌入”；一種是學科館員全程參與專業(yè)課程的教學，簡稱為“全程參與式嵌入”。
2 國內外高校圖書館嵌入式信息素質教育的現狀
2.1 國內高校圖書館
根據文獻調研，我們發(fā)現國內部分高校圖書館的學科館員開始嘗試與院系教師合作，將信息素質教育嵌入到院系的專業(yè)課中。如：上海交通大學圖書館的學科館員嵌入媒體與設計學院的《傳媒市場調查與分析》和《英文報刊導讀》兩門課程，分別采用一次介入式（即：部分參與式）和全程跟蹤式（即：全程參與式）的嵌入模式進行了探索和嘗試_4]。華南理工大學圖書館與土木交通學院合作，將信息素質教育嵌入到“船舶結構設計”課程中，學科館員在三次單獨的課程中以模塊化的形式進行教學。北京大學醫(yī)學部圖書館與天津工業(yè)大學圖書館也與院系合作，分別參與到臨床醫(yī)學和莎士比亞作品研究的課程中，對學生利用相關信息資源進行指導。
我們也在國內高校圖書館進行了實地調研，發(fā)現一些學科館員開展嵌入式教學的案例。如：北京大學圖書館的學科館員與歷史系教師合作講授“美國公民權史”，與信息管理系教師合作講授“商業(yè)信息檢索”，學科館員參與這兩門課的教學都是部分參與式嵌入。學科館員與法學院教師合作講授的“法律寫作與法律檢索”就屬于全程參與式嵌入，學科館員參加三分之一的課程教學，參與作業(yè)評分，而且被列為正式教師，在教務處備案。又如：湖南大學圖書館的學科館員和本校外國語學院教師合作講授“網絡資源與閱讀”，學科館員承擔兩次授課任務。
總之，目前我國高校圖書館的學科館員與教師合作開展的嵌入式信息素質教育尚未全面普及，仍然處于探索階段。學科館員主要采用的是部分參與式的嵌入模式，采用全程參與式的嵌入模式很少。學科館員和教師的合作程度還有待加強。
2.2 國外高校圖書館
目前國外高校圖書館開展了一些嵌入到院系課程的信息素質教育，涉及的合作教學內容比較廣泛，如：丹尼爾韋伯斯特學院（Daniel Webster College）的學科館員為英語學院的學生共提供八次信息素質教學內容，包括：圖書館研究導言和課前測試、圖書館的紙本館藏利用、網絡學習資源的利用、參考引文的使用、特定作者的文獻查找、新聞和錄音稿的檢索、館際互借和文獻傳遞、小組討論和課后測試，并根據具體教學內容的需要，靈活地改變教學時間和教學地點。而紐約市立大學（City University of New York）圖書館的學科館員在院系開設的“婦女研究導論”課程中嵌入了信息素質教育，采用了主動式的教學法，通過設計一些開放討論的問題，如；美國婦女的定義是什么？由誰定義的？引導學生自己通過網絡信息源查找分析信息，并通過小組討論讓學生在課堂上進行互動交流。
此外，還有少數國外高校圖書館的學科館員利用虛擬學習環(huán)境平臺輔助嵌入式信息素質教育，如：紐約城市大學學科館員與史泰登島學院護理專業(yè)的教師合作，嵌入到“文化探索”的課程中，并利用Blackboard開發(fā)了專門的圖書館指南。在這個虛擬的學習環(huán)境中，為學生提供了如下內容：課件、護理專業(yè)數據庫、與跨文化護理有關的網站、關于某一種族的期刊論文參考目錄和論文寫作指導等。
目前國外高校圖書館的學科館員嵌入到院系的專業(yè)課程中開展信息素質教育的主要特點是：（1）學科館員與院系教師合作程度深，兩者建立了持久、穩(wěn)定而密切的合作關系。（2）學科館員和教師都非常重視對合作效果和教學效果的評估。（3）積極利用新型信息環(huán)境和信息技術促進信息素質教育。
2.3 國內外高校圖書館開展嵌入式信息素質教育的比較分析
國內外高校圖書館開展的嵌入式信息素質教育有很多共同之處。如：嵌入的學科范圍都比較廣泛；采取的教學形式都是以面授為主；教學內容都以專業(yè)信息資源的檢索與利用為主。
但相對我國而言，國外高校圖書館學科館員開展的嵌入式信息素質教育更為普及和成熟。在教學形式上，很多國外高校圖書館的學科館員都利用了網絡平臺協(xié)助教學，還有部分利用了虛擬學習環(huán)境Blackboard輔助教學。在教學模式上，國外高校圖書館既有部分參與式嵌入，也有全程參與式嵌入，學科館員和教師合作的程度比較深入。在教學效果上，國外高校教師和學科館員都十分重視教學效果的評估。
3 首都師范大學圖書館的實踐案例分析
3.1 首都師范大學圖書館開展嵌入式信息素質教育的現狀
首都師范大學圖書館2003年正式建立學科館員制度，從那時起，館領導就積極鼓勵學科館員與教師合作開展多層次的信息素質教育。目前全館部分學科館員已經嘗試開展了嵌入院系專業(yè)課程的信息素質教育。主要案例見表1。
如表1所示，目前首都師范大學圖書館在嵌入式信息素質教育方面進行了實踐探索。學科館員根據具體院系教師的需求，開展了不同層次、不同程度的嵌入式信息素質教育。
從參與合作的院系來看，既有文科類的院系，如：美術學院、初等教育學院、教育學院、外國語學院，也有理科類的院系，如：化學系、生命科學學院?？梢娖涓采w的院系和學科范圍都比較廣泛，嵌入式信息素質教育具有學科普適性，完全可以在全校范圍內進行推廣。
從嵌入的課程來分析，嵌入式信息素質教育適合嵌入的課程有其特點，多數為研究方法導論、論文寫作等對學生綜合能力要求比較高的課程。如：“社會科學研究與論文寫作”、“教育研究方法導論”。也有少數專業(yè)基礎課的任課教師認為學生需要在課程中掌握信息檢索能力，也適合學科館員進行嵌入教學。如：生命科學學院為研究生開設的“昆蟲生態(tài)”。
從授課次數和對象來看，學科館員多數為一次性授課，當然也有少數學科館員授課次數比較多，但從介入整個專業(yè)課程的程度分析，還沒有達到全程參與式嵌入的強度和深度。在授課對象上，既有本科生，也有研究生。一般而言，學科館員對本科生的授課主要是一次性授課。對研究生的授課則次數更多。
在授課內容上，主要側重對學科專業(yè)需要的館藏資源利用進行講解，也有學科館員根據院系教師和學生的需要，拓展授課內容，如：館際互借和文獻傳遞、免費學術資源利用、論文格式編輯等。相對而言，學科館員面向研究生的授課內容更為豐富、深入。
在授課起因上，目前首都師范大學圖書館開展的嵌入式信息素質教育多數是由教師主動提出要求，也有少數是學科館員主動向教師自我推薦。學科館員對教師主動提出的需要會很快做出積極反應，并主動跟教師溝通，了解具體的教學需求，盡量滿足院系教師的需要。學科館員主動提出授課需求之前，應做好詳細的教學計劃，才更容易被教師所認可和接納。
3.2 首都師范大學圖書館開展嵌入式信息素質教育的不足及對策
盡管首都師范大學圖書館在開展嵌入式信息素質教育方面進行了一些有益探索，取得了一些成績和經驗，但在具體實踐中還面臨一些難題，需要積極探索，不斷改進。
第一，學科館員與教師合作的廣度和深度還不夠。學科館員從整體上是以部分參與式嵌入教學為主，主要體現在：學科館員對學生的授課和指導主要集中在參與的一次或者幾次課程中，之后的課程作業(yè)、考核等主要是由院系教師負責，學科館員對專業(yè)課程的參與度以及與院系教師合作的密切程度還遠遠不夠。
雖然學科館員對院系課程的參與和介入是漸進的過程，需要從部分參與式嵌入教學開始，逐漸深入，逐步擴大影響。但學科館員可通過建立虛擬網絡教學平臺提供答疑、課后提供專門時間進行輔導等手段，提高和院系教師的合作深度和合作效果。
第二，學科館員的工作時間難以保障。如果實施全程參與式嵌人教學，需要學科館員投入大量的時間和精力準備教學計劃及背課、參與批改作業(yè)和進行教學效果的調查與評估等。現在，首都師范大學圖書館的學科館員均為兼職，學科館員除了承擔學科服務外，還需承擔信息咨詢、資源建設等其他業(yè)務工作。在這種兼職模式下，學科館員的工作時間有限，難以實施深入的、全程參與式的信息素質教育。
筆者認為有條件的高校圖書館可以嘗試對部分重點院系的學科館員實行專職模式，這有利于提高學科館員與教師合作開展嵌入式信息素質教育的深度和質量。此外，也可通過招聘學生助管等方式，減輕學科館員事務性工作的數量，有利于學科館員更深地融入教學、科研和學生學習的過程，更好地開展嵌人式信息素質教育。
第三，學科館員對學生的專業(yè)信息需求缺乏深入了解，導致學科館員在開展教學活動過程中，不容易找到信息素質教育與學科專業(yè)知識的結合點。學科館員一般都具備專業(yè)學科背景，對相關的學科知識有大致了解，但任何專業(yè)知識都會隨著時代的發(fā)展而不斷更新，學生對專業(yè)信息的需求也呈現動態(tài)變化的趨勢。相對于院系教師，學科館員對學科專業(yè)知識的掌握還有相當差距，而信息素質教育是一門實踐性較強的課程，常常采用基于案例的教學模式。學科館員對專業(yè)知識的掌握和運用程度將直接影響嵌入式信息素質教育的教學質量和效果。
學科館員可通過瀏覽專業(yè)核心學術期刊、關注專業(yè)領域學術活動以及直接旁聽相關專業(yè)課程等途徑不斷更新、擴充自己的專業(yè)知識，隨時了解相關專業(yè)的學術研究熱點，了解學生的專業(yè)信息需要，進而在嵌入式信息素質教育中有的放矢地開展教學。
4 推進我國高校圖書館實施嵌入式信息素質教育的建議
4.1 循序漸進，以點帶面
目前，嵌入式信息素質教育在我國高校圖書館的實施還遠未普及，主動提出嵌入需求的院系教師并不多。因此，各館在實施嵌入式信息素質教育之初，主要靠學科館員主動聯(lián)系合適的院系教師，商議如何進行合作并盡快開始嵌入式信息素質教育的實踐。在實施之初，學科館員不可能在全校各院系全面鋪開，可采取抓典型的方法，首先開展與一個院系某門課程的合作，取得初步成效后，再逐步在其他學科和院系推廣和實踐。
作為抓典型的院系，在選取時可考慮如下因素：第一，有國家和學校重點建設學科的院系，可為嵌入式信息素質教育提供良好的人力和物力條件的院系。第二，對圖書館的學科服務較為認可的院系。由于學科館員、教師等各方面的努力，有些院系目前的學科服務已取得明顯成效，院系教師對學科館員的工作較為信任和尊重，有利于學科館員與教師開展多層面的深入合作。
相應地，院系合作教師的選擇可從如下方面考慮：第一，在學科服務中表現比較積極、與學科館員溝通比較多的教師。第二，其承擔的課程適合嵌入信息素質教育的教師。并不是所有的課程都適合嵌入信息素質教育，一般而言，專業(yè)基礎課更強調對教材知識體系的介紹，與信息素養(yǎng)知識結合并不多。因此，可選擇對學生綜合素質要求較高的々業(yè)選修課程進行嵌入。如：“學科前沿與發(fā)展”、“學科研究方法論”、“學科論文寫作”等。
4.2 制定計劃，積極宣傳
學科館員在與教師合作開展嵌入式信息素質教育之前，必須做好充分準備。通過多種方式了解所嵌入專業(yè)課程的教學內容，然后制定詳細的教學計劃。尤其是對沒有院系教師主動提出嵌入需求的高校圖書館，學科館員更要精心考察和選擇適合的課程與合作教師，制定有關合作教學計劃，才能更有針對性地說服院系教師進行合作教學。
制定教學計劃時主要需要考慮四個方面的內容：（1）教學目標。需要結合專業(yè)課程的教學目的，多體現為以培養(yǎng)學生的專業(yè)信息的獲取、檢索和利用能力為主要教學目標。（2）教學內容。圍繞教學目標，制定學科館員參與的教學內容。主要包括：檢索算符及檢索式的制定、學科有關數據庫的檢索與利用、論文寫作與投稿、參考文獻管理等知識。（3）教學形式。一般以當面授課為主要教學形式，方便學科館員與學生直接交流和溝通。同時也可利用網絡學堂等軟件輔助教學，方便學生自學。（4）教學時間。根據實際需要靈活安排教學時間。
制定周詳的計劃后，還需對學科館員開展嵌入式信息素質教育進行宣傳，尋求合作機遇。由于圖書館在學校的影響力有限，很多院系教師還意識不到學科館員對其教學的參與能力和支持作用。因此，學科館員主動進行宣傳和推廣十分重要?？赏ㄟ^發(fā)郵件、打電話、召開座談會、全校教師大會等多種途徑，對圖書館的嵌入式信息素質教育進行廣泛宣傳。
4.3 巧用技術，優(yōu)化教學
受諸多因素影響，目前我國高校圖書館開展的嵌入式信息素質教育以學科館員部分參與的嵌入課程為主，多數是一次性的嵌人與合作。為了進一步提升高校圖書館嵌入式信息素質教育的質量，可利用現代信息技術，借助虛擬學習環(huán)境平臺延伸學科館員的教學空間。虛擬學習環(huán)境具有時空開放性、資源豐富性、利用交互性等特點，在嵌入式信息素質教育中利用虛擬學習環(huán)境平臺，為學生的自主學習創(chuàng)造條件，有利于培養(yǎng)學生的終身學習能力，發(fā)揮信息素質教育的效果。
國外很多高校在開展嵌入式信息素質教育時，引入了B1ackboard等虛擬學習環(huán)境平臺，促進了學科館員和教師的合作。利用虛擬學習環(huán)境，在專業(yè)課程中嵌入信息素質教育對學科館員和教師都是新的挑戰(zhàn)，需要雙方及時有效地溝通，而且利用虛擬學習環(huán)境提供的諸多課程元素，如通知、討論區(qū)、作業(yè)題庫等，有利于拓展信息素質教育的范圍。
4.4 重視評估，提升質量
【論文摘要】：21世紀是生物科技迅猛發(fā)展的時代，生物技術為農業(yè)、漁業(yè)、林業(yè)以及食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強有力的手段。近幾年來，轉基因植物推出的品種之多、推廣面積之大、發(fā)展速度之快，遠超出人們的預測。在研究與開發(fā)轉基因產品的同時，理智、客觀、安全地運用轉基因技術，加強其安全性防范的長期應用研究。
植物轉基因技術將為農業(yè)生產帶來一場新的革命，它將為農作物的持續(xù)增產和解決全球人炸所造成的糧食危機做出巨大貢獻。但也有人對這一技術持懷疑態(tài)度，認為目前人類還不能對它的潛在危險性做出正確的評價。因此，在大規(guī)模應用前有必要對轉基因植物的安全性進行更深入的研究和分析。
1植物轉基因技術的研究意義
轉基因植物是指利用重組DNA技術將克隆的優(yōu)良目的基因導入植物細胞或組織，并在其中進行表達，從而使植物獲得新的性狀。這一技術克服了植物有性雜交的限制，基因交流的范圍無限擴大，可將從細菌、病毒、動物、人類、遠緣植物甚至人工合成的基因導入植物。轉基因作物可提高農作物產量，減少除草劑、殺蟲劑等農藥的使用量，并節(jié)省大量勞動力，因而給人類帶來了巨大的經濟和社會效益。根據農業(yè)生物技術應用國際服務組織（ISAAA）的年度報告，2006年，全球轉基因作物的種植面積猛增了1200萬公頃，首次突破了1億公頃大關。轉基因植物產生至今僅20年時間，但其研究和應用得到了非常迅猛的發(fā)展。
2對轉基因植物安全性評價的必要性
從理論上說，轉基因技術和常規(guī)雜交育種都是通過優(yōu)良基因重組獲得新品種的，但常規(guī)育種的安全性并未受到人們的質疑。其主要理由是常規(guī)育種是模擬自然現象進行的，基因重組和交流的范圍很有限，僅限于種內或近緣種間。并且，在長期的育種實踐中并未發(fā)現什么災難性的結果。而轉基因技術則不同，它可以把任何生物甚至人工合成的基因轉入植物。因為這種事件在自然界是不可能發(fā)生的，所以人們無法預測將基因轉入一個新的遺傳背景中會產生什么樣的作用，故而對其后果存在著疑慮。而消除這一疑慮的有效途徑就是進行轉基因植物的安全性評價。也就是說要經過合理的試驗設計和嚴密科學的試驗程序，積累足夠的數據。人們根據這些數據可以判斷轉基因植物的田間釋放或大規(guī)模商品化生產是否安全。對試驗證明安全的轉基因植物可以正式用于農業(yè)生產，而對存在安全隱患的則要加以限制，避免危及人類生存以及破壞生態(tài)環(huán)境。只有這樣，我們才能揚長避短，充分發(fā)揮轉基因技術在農業(yè)生產上的巨大應用潛力。
3轉基因植物安全性評價的主要內容
目前，國際市場上的轉基因食品按照要求必須進行了嚴格審查，證明它們對人類健康無副作用。檢驗不僅在生產國進行,而且聯(lián)合國糧農組織和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合委員會負責監(jiān)管。對轉基因植物的安全性評價主要集中在兩個方面，一個是環(huán)境安全性，另一個是食品安全性。
3.1轉基因植物的環(huán)境安全性
環(huán)境安全性評價要回答的核心問題是轉基因植物釋放到田間去是否會將基因轉移到野生植物中，或是否會破壞自然生態(tài)環(huán)境，打破原有生物種群的動態(tài)平衡。
⑴對野生生物的影響：轉基因植物種植推廣后，釋放到自然環(huán)境中的機會多。因其具有野生植物缺少的多種抗性，將會迅速成為新的優(yōu)勢種群，從而影響生態(tài)平衡。雖然利用"終止因子技術"，以及"化學催化"技術可以限制轉基因植物的擴散，但因此項技術對農業(yè)的持續(xù)發(fā)展等諸多方面影響而受到多方面的關注。
⑵對自然生物類群的影響：出現高抗藥性有害生物。"病毒重組"或"異源包裝"是否會產生新的農作物病原物，自然界存在著植物病毒的重組現象，包括DNA病毒和RNA病毒。轉外殼蛋白(CP)基因的抗病毒植物，當有其它病毒侵染時，入侵病毒的核酸有可能被轉基因植物表達的外殼蛋白質包裝，從而改變病毒的寄主范圍，使病毒病防治更加困難。擔心作物中轉入抗蟲或抗病基因后，會加大對某一種害蟲或病原體的選擇壓，使害蟲或病原體加速突變產生抗性，給防治增加麻煩。
3.2轉基因植物的食品安全性
食品安全性也是轉基因植物安全性評價的一個重要方面。如果轉基因植物生產的產品與傳統(tǒng)產品具有實質等同性，則可以認為是安全的。若轉基因植物生產的產品與傳統(tǒng)產品不存在實質等同性，則應進行嚴格的安全性評價。在進行實質等同性評價時，一般需要考慮以下一些主要方面。
⑴有毒物質：必須確保轉入外源基因或基因產物對人畜無毒。如轉Bt殺蟲基因玉米除含有Bt殺蟲蛋白外，與傳統(tǒng)玉米在營養(yǎng)物質含量等方面具有實質等同性。要評價它作為飼料或食品的安全性，則應集中研究Bt蛋白對人畜的安全性。
⑵過敏源：在自然條件下存在著許多過敏源。在基因工程中如果將控制過敏源形成的基因轉入新的植物中，則會對過敏人群造成不利的影響。所以，轉入過敏源基因的植物不能批準商品化。另外還要考慮營養(yǎng)物質和抗營養(yǎng)因子的含量等。
4總結
植物基因工程食品在解決全球饑餓問題和保障農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，并可通過轉基因能源植物為緩解世界能源危機作出巨大貢獻，盡管與之相伴的轉基因植物安全性問題與公眾態(tài)度、貿易中的技術壁壘及倫理、宗教等復雜因素交織為一個科技含量很高的政治、經濟問題，成為了國際、國內普遍關注的焦點和熱點，但轉基因植物輝煌的發(fā)展前景是不容置疑的。在研究與開發(fā)轉基因產品的同時，理智、客觀、安全地運用轉基因技術，加強其安全性防范的長期應用研究。建立起一整套完善的、既符合國際標準又與我國國情相適應的檢測體系，確保轉基因產品進出口的安全性，讓植物轉基因生物技術成為21世紀解決健康、環(huán)境、資源等重大社會與經濟問題的有效手段。
參考文獻：
[1]陳君石主譯，轉基因食品:基礎知認及安全性，人民衛(wèi)生出版社，2003.8
[2]閆新甫，轉基因植物(生命科學專論)，科學出版社，2006.3
[3]吳愛忠，基因轉移，上海教育出版社，2004.9
[關鍵詞]生物技術 細胞生物學 雙語教學 教學改革
[中圖分類號] Q2-4 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）11-0101-02
一、引言
2001年9月教育部出臺了要求各高校積極推動使用英語進行公共課和專業(yè)課的教學，特別強調應在生物技術等國家發(fā)展急需的專業(yè)率先開展雙語教學的文件。[1] [2]生物技術是典型的高新技術，為了加強國際的溝通與合作，英語就理所當然地成了生物技術人才的重要工具。從某種程度上來講，英語的駕馭能力與生物技術人才的國際競爭能力成正比關系。因此對于生物技術專業(yè)的學生來說，雙語教學帶來的英語水平的提高，可以起到“如虎添翼”的作用。[3]
細胞生物學知識更新很快，新概念、新名詞、新技術不斷涌現，是目前生命科學領域發(fā)展最為迅速的前沿學科之一。但目前歐美等地區(qū)處于這一領域發(fā)展的中心，高質量的細胞生物學學術論文都用英語撰寫，90%以上的新發(fā)現都是以英語方式傳播，要了解細胞生物學的最新進展，必須查閱相關英語文獻。為培養(yǎng)復合型、開放型的高素質生物技術專業(yè)人才，對細胞生物學課程開展雙語教學勢在必行。本文根據筆者在細胞生物學雙語教學實踐中的體會，對高校生物技術專業(yè)的細胞生物學雙語教學的方法進行了探討。
二、雙語教學教材的選擇
教材選用是否恰當，對雙語教學而言至關重要。教研組首先根據生物技術專業(yè)學生的具體情況編寫了教學大綱及多媒體課件。在進行細胞生物學雙語教學時，課程組仍以翟中和等人編寫的《細胞生物學》（第3版）中文教材為主，同時，教研組對國際著名院校采用的教材Molecular cell biology、Essential cell biology、Molecular biology of the cell等進行選編，并輔以適量易讀、簡短的英語材料或文獻的閱讀資料。
三、選擇適合的教學方法
教學方法和模式的好壞，是能否實現教學目標、完成教學任務的關鍵。課程組最初就設立了“以傳授專業(yè)知識為主，以傳授專業(yè)英語知識為輔”的細胞生物學雙語教學目標，并據此精心選擇了以下的教學方法。
（一）循序漸進
在細胞生物學的雙語教學中，根據細胞生物學教學內容的難易，專業(yè)詞匯的多少、生僻程度來決定多媒體課件中英語詞匯的使用量以及課堂講解中英語的使用量。遵循循序漸進的原則，讓學生由簡單到復雜、由少到多地接觸并接受細胞生物學雙語教學，在掌握專業(yè)基礎知識的基礎上，提高專業(yè)英語的聽說讀寫能力。如在第一章緒論中，我們的雙語教學以介紹術語為主，而在“細胞膜與物質運輸”這一章，專業(yè)詞匯不多，也不十分生僻，因此在這一章的雙語教學中，無論是多媒體展示還是課堂講解都可以采用通俗的英語來表達，多媒體課件采用了“全英文+生僻詞中文注釋”的形式。在整章內容的課堂講解時，大約55%的內容使用了英語授課。對于難度較大的章節(jié)如“細胞信號通路”這一章，其內容本身就抽象難懂，專業(yè)詞匯非常多且生僻，在多媒體課件中，中英文應各占50%：英語部分主要選擇了一些非?；A且需要學生掌握的內容，并加中文注解。課堂講解只采用了10%左右的英語。
此外，為了幫助學生課前預習和課后復習，提前將教學大綱、教案、課件資料（包括大量的圖片、動畫）、閱讀材料及參考文獻發(fā)給學生，對學生的學習提供幫助，鼓勵學生自主學習。
（二）加強專業(yè)詞匯的學習
細胞生物學是生命科學的前沿學科，新名詞、新術語、新知識不斷涌現。雙語課堂教學效果在一定程度上依賴于學生對專業(yè)英語詞匯的積累和擴充。如果學生對專業(yè)詞匯量的掌握不夠多，勢必影響對專業(yè)知識的掌握。因此，在教學過程中，我們編寫了專業(yè)詞匯中英文對照表，讓學生課前自主學習，以便學生在課堂上能在掌握基本專業(yè)詞匯的基礎上，在較熟悉的英語環(huán)境中更好地理解專業(yè)課堂內容。經過我們的實踐，一般經過1 / 3的專業(yè)詞匯的積累，學生往往就能適應和接受雙語教學，跨越專業(yè)詞匯理解這一難關。與此同時，教師還在課堂上隨時將遇到的詞匯，通過構詞法進行簡單講解，降低學生對專業(yè)詞匯的陌生感，有利于學生理解和記憶。而且這樣的方式還能讓學生舉一反三，進而觸類旁通地掌握更多的詞匯。例如，前綴cyto表示“細胞”“細胞質”，skeleton學生知道是“骨骼”，那么cytoskeleton就是“細胞骨架”，而cytochemistry是“細胞化學”，cytoplasm是“細胞質”。
（三）充分利用網絡的資源
當今社會網絡高度發(fā)達，關于細胞生物學專業(yè)知識的網上資源也非常豐富，充分利用網絡資源對教師和學生有著極大的幫助。我們課程組的做法是教師提前進行網絡搜索，將與細胞生物學相關的國內外網站進行篩選、分類，收集到較適合我們教材內容的網站地址后，在第一節(jié)課時就介紹給學生，鼓勵學生利用課余時間自主學習。因很多資源都來自國外網站，所以學生自主學習時，除了可以提高利用網絡資源獲取相關知識的能力，還能提高專業(yè)英語水平。此外，課程組還充分利用本校國家級雙語教學示范課程《食品科學技術導論》的平臺（http：// / ）。該平臺包含網絡字典、細胞生物學習題、游戲、動畫、在線學習、視頻等相關資源，方便學生學習，有助于開拓學生的思想維度，激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)造力。
（四）充分利用課堂進行英語互動教學
目前雙語教學要求學生具備一定的英語聽力能力，而聽力往往就是學生的弱項。教學中教師若不能設法提高學生的學習積極性及參與性，學生很可能就會因為教師過度的英語講授而不能較好地理解和掌握專業(yè)知識，進而失去學習的興趣。因此，在雙語教學過程中，適時的師生互動是必不可少的。本課程組在細胞生物學教學過程中總結的互動形式有多種，如教師英語提問，學生中文回答，這時的問題要以淺顯易答為主，提問的目的在于激發(fā)學生的興趣，調動學生參與性，使學生精力更加集中。對于較難的問題教師可以用英語自問自答，目的在于強調內容的重要性，吸引學生注意力;也可以針對某個知識點，讓學生展開課堂討論，教師最后分別以中、英文加以歸納、總結。
四、教學效果評價
（一）教師評價反饋
教師的評價有定性評價和定量評價。定性評價包括課前隨機檢查學生的預習筆記、課外材料的閱讀整理，了解學生的主動學習情況和學生上課表現及回答問題情況。定量評價包括筆試和平時考核，將兩次成績作為學生的最終成績進而做出評價。筆試采取閉卷方式，在試題中有40%的考題用英文描述，涉及概念解析、回答問題等內容，重在考查學生對基本知識的掌握及理解情況，以及對專業(yè)詞匯的理解和掌握情況。
（二）學生評反饋評價
學期結束時學生通過評教的方式對雙語教學方式給出客觀分數和主觀評價?？陀^分數評教雙語教學法要高于傳統(tǒng)教學法（95.7 Vs 91.4）。學生主觀評價主要包括在雙語教學模式下自身的自主學習能力是否得到提升，學習的興趣是否提高，專業(yè)英語水平是否提高，是否喜歡這種教學模式，學業(yè)壓力是否增加等。
五、細胞生物學應用雙語教學模式存在的問題及解決方法探討
通過問卷調查、卷面考試等方式，可以看出細胞生物學雙語教學模式在實踐過程中也存在一定的問題。如教師需要轉變思想觀念，加強自身的英語學習，特別是因為需要花費比較多的時間和精力學習這種教學模式而更愿意采用傳統(tǒng)教學模式的教師，更需要轉變觀念。而缺乏自律性，不能自主預習專業(yè)英語詞匯和術語的學生，因不能適應雙語授課模式而更習慣于傳統(tǒng)授課模式。雙語教學在一定程度上加大了學生的課業(yè)負擔。此外，雙語教學模式并不適用于所有的教學內容，例如“細胞信號轉導”這部分內容比較抽象，學生即使采用母語學習也比較困難，因此這些內容就需要用傳統(tǒng)的教學模式來講授。有學生反映學習內容太多、太集中，知識消化不了，這些是我們在進一步改革時需要深入思考的。此外，在閉卷考試中，可將40%的英文部分試題分布在填空、選擇和名詞解釋等單項分值較少的題型上，避免英文問答題。
盡管雙語教學目前還處在起步階段，存在較多問題，實施也有一定困難，但隨著經驗的逐步積累、師資隊伍的不斷建設、學生英語水平的不斷提高，雙語教學必將實現質的飛躍，上升到新的水平。
[ 注 釋 ]
[1] 龍莉，李清，陳元曉，等.學生為本、循序漸進的細胞生物學雙語教學初探[J].中華醫(yī)學教育探索雜志，2011（11）.
1 我校環(huán)境科學專業(yè)實驗課教學現狀
2005年，我校優(yōu)化整合本科專業(yè)實驗課程體系，其中將環(huán)境科學專業(yè)基礎實驗課一《無機及分析化學實驗》和《有機化學實驗》等實驗課調整到化學學院，《生物學概論》等實驗課調整到生命科學學院，環(huán)境科學實驗中心保留環(huán)境科學專業(yè)基礎、系列和主干實驗課10門。經過三年實踐，將環(huán)境科學專業(yè)基礎實驗（化學類、生物類，物理類和工程制圖類等胺照其所屬學科分配給相關院系開設，不但充分保證了實驗教學專業(yè)化水平，還實現了優(yōu)化整合實驗室資源，使環(huán)境科學實驗中心能夠集中精力建設專業(yè)實驗室。
1.1環(huán)境科學本科實驗課程教學大綱
環(huán)境科學專業(yè)實驗課依附相關理論課程而設，依據《東北師范大學實驗課程本科教學大綱》共開設了10門實驗課。詳情見表1
由表1可知，本專業(yè)學生實驗教學時數達到198課時，實驗數目為52個，在數量上完全能夠實現實驗教學目標，實驗課程內容也能基本保證學生們的專業(yè)需要。
而考察實際實驗教學，則存在著諸多問題，導致目前的實驗課程教學體系無法達到預期教學要求和效果。
受到實驗條件（儀器等）眾多因素的限制，《實驗教學大綱》中各科實驗能夠開出規(guī)定數量的60%~70%就已很難。一般的大型精密分析儀器，只能演示使用，而不能提供具體參與操作的機會。受到實驗課時數及儀器數量等因素的限制，稍有些難度的實驗題目均采取學生4~6人組的分組實驗，無法保證學生獲得充分實驗機會。不同實驗課程內容上經常出現重復沖突現象，比如《環(huán)境監(jiān)測》實驗中有水化學指標的測定，而《環(huán)境化學》和《水污染控制工程》實驗中多處存在重復內容，內容的重復導致了學生的厭學情緒。
所以，看似質優(yōu)量足的實驗教學大綱，在目前實驗條件和管理水平下，受到多方面因素制約，達不到相應的教學目標和效果。
1.2實驗課程設置與成績考核
環(huán)境科學實驗課使用的教材一般取自國家環(huán)境質量標準中規(guī)定的標準方法，正規(guī)出版社的實驗教材以及科技文獻中出現的成熟的實驗方法等。根據實驗教學實際經驗，目前采取節(jié)選相關書籍或者教材中部分實驗項目，輯成自編教材，作為環(huán)境科學實驗指導教材的辦法。受限于實驗室條件，很難選擇一本完全適合我系環(huán)境科學專業(yè)的實驗教材，若能針對本專業(yè)特點出版系列實驗教材，其針對性和效果將會更佳。
實驗課程教學過程一般由實驗技術人員備好藥品和儀器，理論課教師指導具體實驗內容，學生按照既定的題目完成實驗過程即可。學生一般無法參與到實驗前期化學藥品的配置、儀器的調試，以及原材料的預處理過程中，這不利于學生從事自主設計型實驗以及參與科研。應該注重學生基本實驗能力訓練，讓其參與到實驗課的全過程中，接受系統(tǒng)的鍛煉。
實驗課程的考核是由學生完成實驗內容，獲得數據并處理后，進行分析與評價，最終撰寫實驗報告，論述實驗全程及給出實驗結論。指導教師根據學生實驗課堂表現和多次實驗報告質量給出其實驗成績。實驗成績一般折算為百分制的20%與學生理論課浙算80%)成績合計成為該科總成績。指導教師僅憑實驗課堂上有限的印象和書面報告確定實驗成績，不能衡量學生們的真實實驗技能水平。
1.3實驗室管理
環(huán)境科學專業(yè)實驗教學主要使用環(huán)境科學實驗中心的環(huán)境科學基礎實驗室、環(huán)境科學專業(yè)實驗室、環(huán)境工程實驗室、兩個儀器分析室，及若干實驗準備室。本科所有實驗以課程為單元分屬各實驗室，相應實驗室技術人員負責管理維護實驗室及準備實驗。
具體實驗課涉及到的原材料、藥品、玻璃器皿、小型儀器、耗材等所需物品由指導教師開學時報給實驗室，實驗技術人員核對后確定需領取物品，到庫房領取。某些儀器如低速離心機、分光光度計等按實驗室等量配置，不足時需要去別的實驗室借用。
由于各實驗室每個學期承擔一至兩門實驗課程，其余時間實閑置，浪費了實驗室資源，同時學生們在有限的課時內也無法獲得足夠的訓練機會。
1.4實驗教學改革亟待解決的問題
目前環(huán)境科學專業(yè)實驗教學亟需解決的問題是，實驗課程教學形式和內容無法培養(yǎng)出高質量人才，實驗室管理沒有高效率的運轉起來，更談不上建立高水平的教學和科研平臺。
2實驗教學改革方案
2.1整合實驗內容，實驗課獨立設課
解決實驗課程體系松散、實驗內容重復、實驗數量開出率較低等諸多問題，要求重新整合實驗教學內容，刪去無法完成的實驗題目，合并重復的實驗題目，按照現代教育規(guī)律建立新的實驗教學體系。另外把實驗課教學提高到與理論課同樣的高度，單獨設課，單獨考核。
根據環(huán)境科學專業(yè)的特點，將實驗教學大綱中原有的10門實驗課，按其內容性質和規(guī)律整合歸類，形成四門實驗課，其優(yōu)劣可以通過實踐過程來檢驗，以資調整。設置的四門骨干實驗課，參見表2其具體教學內容以《實驗教學大綱》中10門實驗課為參考，推陳出新，將實驗題目有機的整合，形成系統(tǒng)的課程體系。按照教育教學規(guī)律設置學分，確定課時數量。
增設〈〈環(huán)境科學實驗基礎》性質的實驗導論課，主要講授本專業(yè)實驗基礎內容，如監(jiān)測類實驗中的布點米樣和樣品保存技術，有毒有害樣品分析時的防護技術等，將學生們導入后續(xù)實驗課程中。還增設了《環(huán)境科學高級實驗》性質的實驗課，培養(yǎng)學生自主設計實驗和解決具體環(huán)境問題的科學素養(yǎng)，提高學生解決實際問題的能力。調整后的實驗課程，形成以〈〈環(huán)境科學實驗基礎》、四門骨干課程、《環(huán)境科學高級實驗》系列課組成的核心實驗教學體系。
2.2實驗授課與考核方式的變化
實驗課獨立設課后，若能夠聘用專職的實驗教師講授實驗課程將更為有效。因為目前指導實驗課的一般為理論課教師或者年輕教師，他們承擔數門理論課程和繁重的科研任務，勢必影響實驗課教學效果。專職的實驗教師本職工作就是教好實驗課，效果不言而喻。
實驗課程的考核方式也應進行必要的調整，不但考核學生們平時勤席率。課堂表現、操作規(guī)范、實驗報告質量等關鍵環(huán)節(jié)，還在期末設置專門的書面考試或面試來考察其實驗基本技能和對實驗內容的掌握程度。
2.3改進實驗室管理方式
實驗室的管理應與實驗課教學相適應。對實驗室內儀器等資源進行再配置，將數量相對較少小型儀器（如分析天平，低速離心機，分光光度計等）等分類集中放置，保證學生獨立完成實驗，不必再施行分組實驗的做法，其它儀器設備管理亦可酌情參照。
另外，將學生從實驗的準備階段就引入實驗室，讓學生從頭到尾了解玻璃器皿的洗滌、標準溶液的配置和標定、儀器的維護和校訂，以及實驗結束后廢物的處理和實驗室的整理等環(huán)節(jié)的工作，以提高學生們珍惜實驗藥品，愛護實驗儀器的良好作風，主要目的是為學生們日后獨立設計和實現實驗練好基本功。
2.4開放實驗室
實驗室開放是實驗室資源利用最優(yōu)化的最佳形式。把實驗室開放作為實驗教學的課外延伸，不但能夠增加學生們接受實驗訓練的機會，同時為學生們獨立思考問題，參與科研活動提供了訓練平臺。
對于低年級學生，可將實驗教學內容占用課時多，難度較低和需要反復訓練的實驗整理集中，作為實驗室開放內容并引導學生們積極參與；對于高年級學生，可以將學生科研項目，教師科研課題的子課題（難度低些的）以及其畢業(yè)論文實驗等納入實驗室開放內容中，由指導教師啟發(fā)學生獨立設計并完成實驗，訓練學生運用所掌握的實驗技能，銜接好理論與實踐應用的關系。
關鍵詞:梯度功能材料,復合材料,研究進展
TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials
JinliangCui
(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)
Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.
Keywords:FGM；composite；theAdvance
0引言
信息、能源、材料是現代科學技術和社會發(fā)展的三大支柱?，F代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學的發(fā)展。對材料,特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應用能力,直接體現國家的科學技術水平和經濟實力,也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此,新材料的開發(fā)與研究是材料科學發(fā)展的先導,是21世紀高科技領域的基石。
近年來,材料科學獲得了突飛猛進的發(fā)展[1]。究其原因,一方面是各個學科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術;另一方面是實際應用的迫切需要對材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實際生產應用問題而產生的一種新型復合材料，這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質化”，“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2]，并且它也可廣泛用于其它領域，所以它是近年來在材料科學中涌現出的研究熱點之一。
1FGM概念的提出
當代航天飛機等高新技術的發(fā)展，對材料性能的要求越來越苛刻。例如：當航天飛機往返大氣層，飛行速度超過25個馬赫數，其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內燃燒氣體溫度可超過2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2,其空氣入口的前端熱通量達5MW/m2.對于如此大的熱量必須采取冷卻措施，一般將用作燃料的液氫作為強制冷卻的冷卻劑，此時燃燒室內外要承受高達1000K以上的溫差,傳統(tǒng)的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復合材料,如金屬基陶瓷涂層材料,由于各相的熱脹系數和熱應力的差別較大,很容易在相界處出現涂層剝落[3]或龜裂[1]現象，其關鍵在于基底和涂層間存在有一個物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規(guī)耐熱材料的不足，日本學者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以連續(xù)變化的組分梯度來代替突變界面,消除物理性能的突變,使熱應力降至最小[3],如圖1所示。
隨著研究的不斷深入，梯度功能材料的概念也得到了發(fā)展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設計為基礎，采用先進復合技術，使構成材料的要素（組成、結構）沿厚度方向有一側向另一側成連續(xù)變化，從而使材料的性質和功能呈梯度變化的新型材料[4]。
2FGM的特性和分類
2.1FGM的特殊性能
由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續(xù)變化的特點如圖2,因此它能有效地克服傳統(tǒng)復合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統(tǒng)復合材料相比FGM有如下優(yōu)勢:
1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結強度;
2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應力和熱應力;
3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點以及應力自由端點的應力奇異性;
4)用FGM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均勻材料涂層,既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅動力。
圖2
2.2FGM的分類
根據不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據材料的組合方式，FGM分為金屬/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1]；根據其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側到另一側呈梯度漸變的結構材料），梯度功能涂敷型（在基體材料上形成組成漸變的涂層），梯度功能連接型（連接兩個基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據不同的梯度性質變化分為密度FGM，成分FGM，光學FGM，精細FGM等[4]；根據不同的應用領域有可分為耐熱FGM，生物、化學工程FGM，電子工程FGM等[7]。
3FGM的應用
FGM最初是從航天領域發(fā)展起來的。隨著FGM研究的不斷深入,人們發(fā)現利用組分、結構、性能梯度的變化,可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM,并可望應用于許多領域。FGM的應用[8]見圖3。
圖3FGM的應用
功能
應用領域材料組合
緩和熱應
力功能及
結合功能
航天飛機的超耐熱材料
陶瓷引擎
耐磨耗損性機械部件
耐熱性機械部件
耐蝕性機械部件
加工工具
運動用具:建材陶瓷金屬
陶瓷金屬
塑料金屬
異種金屬
異種陶瓷
金剛石金屬
碳纖維金屬塑料
核功能
原子爐構造材料
核融合爐內壁材料
放射性遮避材料輕元素高強度材料
耐熱材料遮避材料
耐熱材料遮避材料
生物相溶性
及醫(yī)學功能
人工牙齒牙根
人工骨
人工關節(jié)
人工內臟器官:人工血管
補助感覺器官
生命科學磷灰石氧化鋁
磷灰石金屬
磷灰石塑料
異種塑料
硅芯片塑料
電磁功能
電磁功能陶瓷過濾器
超聲波振動子
IC
磁盤
磁頭
電磁鐵
長壽命加熱器
超導材料
電磁屏避材料
高密度封裝基板壓電陶瓷塑料
壓電陶瓷塑料
硅化合物半導體
多層磁性薄膜
金屬鐵磁體
金屬鐵磁體
金屬陶瓷
金屬超導陶瓷
塑料導電性材料
陶瓷陶瓷
光學功能防反射膜
光纖;透鏡;波選擇器
多色發(fā)光元件
玻璃激光透明材料玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半導體
稀土類元素玻璃
能源轉化功能
MHD發(fā)電
電極;池內壁
熱電變換發(fā)電
燃料電池
地熱發(fā)電
太陽電池陶瓷高熔點金屬
金屬陶瓷
金屬硅化物
陶瓷固體電解質
金屬陶瓷
電池硅、鍺及其化合物
4FGM的研究
FGM研究內容包括材料設計、材料制備和材料性能評價。FGM的研究開發(fā)體系如圖4所示[8]。
設計設計
圖4FGM研究開發(fā)體系
4.1FGM設計
FGM設計是一個逆向設計過程[7]。
首先確定材料的最終結構和應用條件,然后從FGM設計數據庫中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結構,以及制備和評價方法,最后基于上述結構和材料組合選擇,根據假定的組成成份分布函數,計算出體系的溫度分布和熱應力分布。如果調整假定的組成成份分布函數,就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應力分布,此時的組成分布函數即最佳設計參數。
FGM設計主要構成要素有三:
1)確定結構形狀,熱—力學邊界條件和成分分布函數;
2)確定各種物性數據和復合材料熱物性參數模型;
3)采用適當的數學—力學計算方法,包括有限元方法計算FGM的應力分布,采用通用的和自行開發(fā)的軟件進行計算機輔助設計。
FGM設計的特點是與材料的制備工藝緊密結合,借助于計算機輔助設計系統(tǒng),得出最優(yōu)的設計方案。
4.2FGM的制備
FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段,實現FGM組成成份、微觀結構能夠按設計分布,從而實現FGM的設計性能。可分為粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高溫合成法(SHS);涂層法:如等離子噴涂法,激光熔覆法,電沉積法,氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD)和化學相沉積(CVD);形變與馬氏體相變[10、14]。
4.2.1粉末冶金法(PM)
PM法是先將原料粉末按設計的梯度成分成形,然后燒結。通過控制和調節(jié)原料粉末的粒度分布和燒結收縮的均勻性,可獲得熱應力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高,適用于制造形狀比較簡單的FGM部件,但工藝比較復雜,制備的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的燒結法有常壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結及反應燒結等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設備簡單、易于操作和成本低等優(yōu)點,但要對保溫溫度、保溫時間和冷卻速度進行嚴格控制。國內外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。
4.2.2自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis簡稱SHS或CombustionSynthesis)
SHS法是前蘇聯(lián)科學家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃燒反應時,發(fā)現的一種合成材料的新技術。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學反應,此后化學反應在自身放熱的支持下,自動持續(xù)地蔓延下去,利用反應熱將粉末燒結成材，最后合成新的化合物。其反應示意圖如圖6所示[16]：
圖6SHS反應過程示意圖
SHS法具有產物純度高、效率高、成本低、工藝相對簡單的特點。并且適合制造大尺寸和形狀復雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應的材料體系,金屬與陶瓷的發(fā)熱量差異大,燒結程度不同,較難控制,因而影響材料的致密度,孔隙率較大,機械強度較低。目前利用SHS法己制備出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4.2.3噴涂法
噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝,適用于形狀復雜的材料和部件的制備。通常,將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內,并在熔化的狀態(tài)下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層。可以通過計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設計所要求的梯度分布函數。這種工藝已經被廣泛地用來制備耐熱合金發(fā)動機葉片的熱障涂層上,其成分是部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4.2.3.1等離子噴涂法(PS)
PS法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物,形成等離子體,其溫度高達1500K,同時處于高度壓縮狀態(tài),所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流,速度可高達1.5km/s。原料粉末送至等離子射流中,粉末顆粒被加熱熔化,有時還會與等離子體發(fā)生復雜的冶金化學反應,隨后被霧化成細小的熔滴,噴射在基底上,快速冷卻固結,形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例,調節(jié)等離子射流的溫度及流速,即可調整成分與組織,獲得梯度涂層[8、11]。該法的優(yōu)點是可以方便的控制粉末成分的組成,沉積效率高,無需燒結,不受基體面積大小的限制,比較容易得到大面積的塊材[10],但梯度涂層與基體間的結合強度不高,并存在涂層組織不均勻,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出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
圖7PS方法制備FGM涂層示意圖[17]（a）單槍噴涂（b）雙槍噴涂
4.2.3.2激光熔覆法
激光熔覆法是將預先設計好組分配比的混合粉末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,便會產生用B合金化的A薄涂層,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比,在上述覆層熔覆的同時注入,在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復以上過程,就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強劑熔覆金屬獲得了梯度多層結構。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數量和厚度,以及熔區(qū)的深度來獲得,熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能,但由于激光溫度過高,涂層表面有時會出現裂紋或孔洞,并且陶瓷顆粒與金屬往往發(fā)生化學反應[10]。采用此法可制備Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。
圖8同步注粉式激光表面熔覆處理示意圖[18]
4.2.3.3熱噴射沉積[10]
與等離子噴涂有些相關的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化,并噴涂到基底上凝固,因此,建立起一層快速凝固的材料。通過將增強粒子注射到金屬流束中,這種工藝已被推廣到制造復合材料中。陶瓷增強顆粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固態(tài),混入金屬液滴而被涂覆在基底,形成近致密的復合材料。在噴涂沉積過程中,通過連續(xù)地改變增強顆粒的饋送速率,熱噴涂沉積已被推廣產生梯度6061鋁合金/SiC復合材料?？梢允褂脽岬褥o壓工序以消除梯度復合材料中的孔隙。
4.2.3.4電沉積法
電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學方法。該法利用電鍍的原理,將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場中,通過注入另一相的懸浮液使之混合,并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度,在電場作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃,涂層的主要材料為TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層,以改變固體材料的表面特性,提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學功能、熱物理性能,該工藝由于對鍍層材料的物理力學性能破壞小、設備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低,精度易控制,生產成本低廉等顯著優(yōu)點而備受材料研究者的關注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5氣相沉積法
氣相沉積是利用具有活性的氣態(tài)物質在基體表面成膜的技術。通過控制彌散相濃度,在厚度方向上實現組分的梯度化,適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制備出大厚度的梯度膜,與基體結合強度低、設備比較復雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機理的不同分為物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)兩類。
化學氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質源輸送到反應器中進行均勻混合,在熱基板上發(fā)生化學反應并使反映產物沉積在基板上。通過控制反應氣體的壓力、組成及反應溫度,精確地控制材料的組成、結構和形態(tài),并能使其組成、結構和形態(tài)從一種組分到另一種組分連續(xù)變化,可得到按設計要求的FGM。另外,該法無須燒結即可制備出致密而性能優(yōu)異的FGM,因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括：氣相反應物的形成；氣相反應物傳輸到沉積區(qū)域；固體產物從氣相中沉積與襯底[12]。
物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質,使其蒸發(fā)為氣相,然后沉積于基材上,形成約100μm厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD法的特點是沉積溫度低,對基體熱影響小,但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]
4.2.4形變與馬氏體相變[8]
通過伴隨的應變變化,馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個附加的被稱作“相變塑性”的變形機制。借助這種機制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應力和變形量的增加而增加。因此,在合適的溫度范圍內,可以通過施加應變(或等價應力)梯度,在這種材料中產生應力誘發(fā)馬氏體體積分數梯度。這一方法在順磁奧氏體18-8不銹鋼(Fe-18%,Cr-8%Ni)試樣內部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數的連續(xù)變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍,但能提供一個簡單的方法,可以一步生產含有飽和磁化強度連續(xù)變化的材料,這種材料對于位置測量裝置的制造有潛在的應用前景。
4.3FGM的特性評價
功能梯度材料的特征評價是為了進一步優(yōu)化成分設計,為成分設計數據庫提供實驗數據,目前已開發(fā)出局部熱應力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎性的工作上[7]。目前,對熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機械性能進行評價[8]。目前,日本、美國正致力于建立統(tǒng)一的標準特征評價體系[7~8]。
5FGM的研究發(fā)展方向
5.1存在的問題
作為一種新型功能材料,梯度功能材料范圍廣泛,性能特殊,用途各異。尚存在一些問題需要進一步的研究和解決,主要表現在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料設計的數據庫（包括材料體系、物性參數、材料制備和性能評價等）還需要補充、收集、歸納、整理和完善；
2）尚需要進一步研究和探索統(tǒng)一的、準確的材料物理性質模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結構以及制備條件的定量關系，為準確、可靠地預測梯度材料物理性能奠定基礎；
3）隨著梯度材料除熱應力緩和以外用途的日益增加，必須研究更多的物性模型和設計體系，為梯度材料在多方面研究和應用開辟道路；
4）尚需完善連續(xù)介質理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結構模型，并借助計算機模擬對材料性能進行理論預測，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結構簡單,還不具有較多的實用價值;
6)成本高。
5.2FGM制備技術總的研究趨勢[13、15、19-20]
1）開發(fā)的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術；
2）開發(fā)大尺寸和復雜形狀的FGM制備技術；
3）開發(fā)更精確控制梯度組成的制備技術（高性能材料復合技術）；
4）深入研究各種先進的制備工藝機理，特別是其中的光、電、磁特性。
5.3對FGM的性能評價進行研究[2、13]
有必要從以下5個方面進行研究：
1）熱穩(wěn)定性，即在溫度梯度下成分分布隨時間變化關系問題；
2）熱絕緣性能；
3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；
4）抗極端環(huán)境變化能力；
5）其他性能評價，如熱電性能、壓電性能、光學性能和磁學性能等
6結束語
FGM的出現標志著現代材料的設計思想進入了高性能新型材料的開發(fā)階段[8]。FGM的研究和開發(fā)應用已成為當前材料科學的前沿課題。目前正在向多學科交叉,多產業(yè)結合,國際化合作的方向發(fā)展。
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