工程热力学发展史范文

导语：如何才能写好一篇工程热力学发展史，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：管理科学与工程；研究热点；发展趋势；比较分析

中图分类号：C93 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）11-000-01

管理科学是研究管理过程中的带有普遍性的客观规律的科学。我国对管理科学的广义范畴上的理解不同于国外管理科学的狭义范畴，国外的管理科学的产生和发展经历了科学管理、行为科学、管理丛林三个阶段；我国的管理科学发展同样也经历三个发展阶段：改革开放以前的仿苏模式，1977-1995年发展重建和现在的繁荣创新三个阶段。由此可以看出我国的管理科学进入科学管理和管理丛林阶段的时间晚于西方国家，而且二者研究的主要内容也有很大的差异。

一、国内外管理科学与工程研究的现状特征

进入21世纪财富和经济价值的创造都依赖于信息、金融资本、智能和观念，使经济社会跨进了信息与知识经济时代。新世纪的到来，迫切的需要对适应信息时代知识经济特点的新型管理科学的探讨和研究。管理科学与工程主要是指通过吸收、改造、转换其他学科的研究方法为管理科学的其他两个领域提供基本技术、基本方法和基本手段。

1.国外的管理科学与工程研究的现状特征

本文首先选用了60种有代表性的国外期刊，然后利用关键词检索的方法总结了在这十年的时间里被SCI和SSCI收录的全部论文。从研究总量上来看，国外管理科学与工程研究的内容主要包括决策与对策理论、组织理论、运筹与管理；次之的是信息技术与管理、管理系统工程、评估技术、复杂性研究和一般的管理理论。而关于管理思想史、管理心理与行为理论、工业工程、预测技术等发面夫人论文相对来说要少很多。这主要是第二次世界大战以后国外管理科学的研究重点是运用运筹学和系统工程等数量分析方法来提高管理的效率和决策的精确度，受到了人们的高度重视。而管理思想史、管理心理与行为理论并没有得到新学科的支持，所以其研究力量相对来说就会减弱。纵观历史的发展变化，所有领域的论文都会有不同程度的增加。根据历史的发展趋势来看，运筹与管理、信息技术和管理将会保持继续上升的发展态势，得到研究人员的高度重视。

2.我国的管理科学与工程研究的现状特征

这篇文章通过关键词检索，对在这十年里被中国期刊网收录的44种期刊论文进行了系统的分析。我国的管理科学与工程研究中研究数量最多的内容是信息技术与管理和管理系统工程，然后是评估技术、预测技术和运筹与管理。而管理科学与管理思想史和管理心理与行为理论的数量只有不足20篇，不能发展成主流思想。这主要是基于信息技术的影响和国家对信息化战略的高度重视，从历史的纵向发展变化规律来看，信息技术与管理、管理系统工程、评估技术和预测技术的增长速度是最快的。在近几年的发展变化中，管理系统工程、组织理论和预测技术保持持续稳定的上升趋势，由此可以预见出未来的几年中，他们将会成为研究的主要领域。此外，受政府政策和资助环境的影响，不同领域的论文数量增长波动大，落差也大，不利于学科的健康发展。

二、国内外管理科学与工程研究的热点问题比较

“研究热点”是反映在某一个时间范围内，学术界对一些特定问题的关注程度。可以用在某一个领域内的情况和关键词出现的频率来说明对某一个理论研究的重视程度。热点问题是随着社会实践的需要和理论研究的发展而发生变化的。研究热点问题和研究的主流领域是相通的，也就是说一个问题成为研究的热点问题，必然会引起该领域的专家学者的关注，必然推动了这一领域成为研究的主流领域。

1.国外的管理科学与工程研究的热点问题

对于一个问题的广泛关注，必然会引起这个问题所属领域的专家和学者们高度重视和研究，也必然会使这个领域快速发展成为主流领域。通过对国外在这十来年收录的论文的研究分析我们可以看出国外研究的热点问题主要是一般管理领域的知识管理问题、管理系统的哲学属性研究、和团队管理及信息管理的方法论。

2.我国的管理科学与工程研究的热点问题

随着改革开放的程度的不断加深，现代科学管理理论在我国的管理实践中发挥着越来越重要的作用，受到理论界与决策接的高度重视。根据这十年收录的重要的论文研究成果，我们得出结论是在一般管理理论领域中，我国研究的热点问题是人本管理理论、管理模式的研究、知识管理的初步理论和基于知识的管理激励。其次是运筹与管理领域的动态规划、线性规划、生产系统库存优化理论和各种限制条件下的排队系统。

3.国内外管理科学与工程研究的差异比较分析

根据这篇文章对国内外管理科学与工程研究的各个领域的分析，可以发现国内外在研究内容、发展趋势和热点问题等方面都存在明显的差别。国内外共同的研究领域主要是运筹与管理、管理系统工程、组织行为和组织理念、评价理论与技术，这些也将是未来几年的主要研究方向和研究重点，而一些在国外进行的复杂性研究、决策理论与技术等领域，在我国并没有发展起来。但是受国外研究的影响，我国也将这两个领域的研究作为热点研究对象。

三、结语

进入21世纪以后，信息技术和知识资本的发展改变了人们的生活和工作方式，扩大了管理学科的研究内容，促进了改革方式的变革。适应社会经济发展和理论研究的进步，诞生了很多新的领域，旧的领域逐渐被淘汰。而且国内外的管理科学研究的热门话题也不断变化更新。每一次新的研究都会促进管理学科与工程的进一步完善和创新，为今后的研究工作起到很好的指导作用。

参考文献：

[1]邹树梁.张彩平.管理科学与工程硕士研究生复合型培养模式研究[J].湖南科技大学学报，2010（05）.

[2]许春燕，张亚丽.管理科学与工程专业硕士研究生论文选题方向与研究趋势分析[J].科学时代，2010（12）.

[3]缪园，张伟倩，李媛.国内管理科学与工程研究热点以及发展趋势——近年国家自然科学基金资助项目的非线性分析[J].科学学与科学技术管理，2007（10）.

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关键词：材料物理化学；课堂教学；模式

作者简介：冯利邦（1971-），男，甘肃庆阳人，兰州交通大学机电工程学院，副教授；刘艳花（1982-），女，甘肃榆中人，兰州交通大学机电工程学院，讲师。（甘肃 兰州 730070）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0105-02

材料物理化学是以物理原理和实验技术为基础，研究材料化学体系的性质和行为，发现并建立材料化学体系殊规律的一门课程。它综合了基础化学、高等数学、普通物理和部分材料化学课程的基础知识，是学生学习后续专业课程的基础，是工科材料类专业非常重要的一门专业基础课。然而，由于材料物理化学课程本身理论性强、概念繁多、内容抽象，加之随着科学的不断发展，课程内容在深度和广度上不断增加，而相对于化学化工类专业，材料类专业的学生学习该课程的课时又少，这使得学生在学习过程中普遍出现思想负担重、畏难心理明显、学习兴趣不高等现象。因此，如何激发学生的学习兴趣，加深学生对抽象概念的理解和深奥内容的掌握，改善学生学习材料物理化学课程的学习效果便成为当前该课程授课教师必须要进行思考和探索的重要课题。本文从以下四方面对工科材料物理化学课程的课堂教学进行了一些探索，借此提高材料物理化学课程的课堂教学效果，以推动材料类人才培养质量的提升。

一、激发学生学习兴趣和求知欲

材料物理化学概念繁多、公式繁杂、枯燥难学，因而提高学生的学习兴趣很关键。兴趣是最好的老师，只有对材料物理化学产生浓厚的兴趣和求知欲，学生才会以极大的热情去学习。笔者通过以下方式来提高学生学习该课程的兴趣：第一，时刻跟踪物理化学和材料科学的发展，适当引入一些前沿知识，使经典知识和前沿知识相结合，强化材料物理化学课程的生命力，同时激发学生学习物理化学的激情。例如在讲解热力学能量转换时结合当前比较热门的光伏发电、新型电池等，分析热力学基本知识在解决能源危机方面的作用，以激发学生学习的兴趣。第二，在讲述热力学三大定律及著名方程时，让学生搜集相关的科学发展史和科学家的逸闻趣事，借此提升学生探究材料物理化学现象的兴趣，并通过对科学家探索真理的过程进行分析，培养学生保持积极向上的学习态度，激发学生探究科学知识的欲望。第三，结合生活中的物理化学现象，在课前提出问题：例如讲解卡诺定理时提出“为什么汽车发动机的效率超不过50%”，在讲解化学平衡的影响因素时提出“为什么乙苯脱氢生产苯乙烯时需要加入惰性气体”等问题，然后让学生带着问题听课，这在很大程度上提高了学生的兴趣和学习效果。第四，让学生参与教学、讨论等，例如在推导热力学函数的基本公式时，可让学生推导Maxwell关系式及其他公式；提出切实可行的小科研课题，引导学生凭借所学的材料物理化学知识，解决科学难题。例如设计实验根据稀溶液的依数性测定物质的分子量，这可进一步提高学生的学习兴趣和主动性。

二、理论联系实际，将枯燥的理论与实际生活相联系

材料物理化学课程理论性强、内容抽象，为了加深学生对材料物理化学抽象概念的理解和深奥内容的掌握，注意收集、整理生产生活中用到物理化学知识的相关实例，并在讲授相关基本物理化学知识时穿插讲解，将枯燥的理论与实际生活密切相联系，借此说明物理化学知识并不是虚无缥缈的，可加深学生对物理化学知识的理解。同时，引导学生注意观察生活中的物理化学现象，促使学生运用所学的物理化学知识解释客观现象，解决实际问题，从而提升学生学习的动力。

例如，在讲解热力学第一定律时，以化工生产中的能量守恒及节能措施、冬季北方热力公司供热防寒等为实例；在讲解热与功的转化时以发动机的效率、空调制冷致热为例子；在讲解稀溶液的两个定律时可参考金属冶炼时助溶剂的作用、生物实验中半透膜的应用等；在讲解稀溶液的依数性时，可以冬天下雪后在路面上撒盐融雪等为例；在讲解相平衡时，讲述相平衡在冶金工艺当中的重要应用，包括枝晶偏析、退火、淬火和区域熔炼等技术的原理和具体过程；在讲解润湿问题时列举超疏水材料的自清洁机制、喷洒农药杀虫等；在讲解胶体知识时可以材料合成中溶胶-凝胶法的运用、用乳液法合成空心微球及在药物输送中的应用等为例；在讲解电化学内容时以太阳能电池的开发、利用电化学反应进行镀膜、海洋船舶的电化学防腐等为例；在讲解吸附作用时以超吸水树脂、超吸油树脂的应用等为例；在讲解开尔文公式时，与人工降雨、暴沸等现象相联系。

三、教学与实验互动，用教学指导科研，用科研反哺教学

物理化学的许多原理、定律都是在大量的实验基础上，通过科学分析、归纳总结而得到的。因此，材料物理化学不仅理论性强，同时实践性也较强。加强材料物理化学的教学与实验互动，在课堂上引入一些物理化学小实验或将理论课的课堂教学转移到实验室，留给学生思考的空间，变灌输式教学为研究式教学，这样有助于学生加深对难懂的理论知识的理解。

另外，教学与科研相长，加强以科研带动教学，以教学引导科研，科研可促进教学内容的更新及教学方法和手段的改进。教师把最新科技前沿和科研成果及时转化为材料物理化学课程的教学内容，可以丰富课堂教学和学生的知识面。同时，激励高年级本科生充当科研助手，带领学生研究和探索教师正在开展的课题，可充分利用学生们活跃的思维促进教师的科研，再进一步反哺教学。

四、探索有效的课堂教学方法

1.传统板书与多媒体授课有机结合

传统板书授课灵活性强，可以有效地控制课堂节奏，能与课程的各个教学环节严密吻合。教师边讲边板书可以引导学生的思路沿着教师的讲述而发展，这有助于学生对材料物理化学各知识点逻辑关系的理解。同时，可以引导学生独立思考，培养学生的逻辑思维能力，这对于一些复杂公式与定律的推导和理解尤为重要。然而，材料物理化学理论性强、公式多、内容丰富但课时少，仅用板书授课课时比较紧张，并且教学的一些重点和难点仅凭用语言描述很难解释清楚，学生接受效果有限。

与传统板书相比，多媒体教学直观形象、信息量大，可将抽象难懂、枯涩的教学内容更加便利、直观生动地表现出来，有助于学生掌握概念、规律和加深对材料物理化学深奥内容的理解，同时可节省大量宝贵的教学时间。但是，在进行公式的推导和讲解时，学生一味盯着屏幕接受而不愿进行主动思考，缺乏学习的主动性和积极性，这严重影响了学生对公式的理解和掌握。所以，单纯用多媒体授课也不适合本课程的教学。

因此，在材料物理化学课堂授课时，探索将传统板书与多媒体授课有机结合，根据教学内容选择合适的授课手段，实现各个教学手段的优势互补，从而达到较好的教学效果。例如，对于理论性强的内容、重要概念、重要定律、公式推导和典型例题的讲解及习题的解答，应以板书的形式进行授课；而对于那些理论性较少且偏重于介绍性的知识，应以多媒体的形式进行授课。

2.其他教学方法的运用

突破单向灌输模式，坚持以学生为主体、教师为主导的原则。教师根据授课的具体内容，精心设计，实施启发式、讨论式、交互式等教学方法，引导和激励学生积极参与教学，巧妙运用提问甚至追问方式活跃课堂气氛，鼓励学生发表意见，引导学生参加讨论，在争辩中得出正确的结论，从而提高教学效果。其次，探索通过电话、E-mail、qq等方式进行课程辅导和习题答疑，使学生随时加深和巩固对相关知识的理解。

以上是对材料物理化学课程教学方面的初步探索，在以后的教学工作中，还要继续不断探索、发展和完善，以进一步丰富教学内容和教学方法，使材料物理化学课堂教学更加丰富多彩，以实现教学效果的最优化，最终使材料物理化学的教学质量得到极大提升。

参考文献：

[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]邵光杰，王锐.物理化学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，

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关键词：汽机运行温差巨大改善措施

中图分类号：U664.112 文献标识码：A 文章编号：

1、前沿

汽轮机的出现无疑是在中国工业技术史上画上了浓厚的一笔。是中国工业革命的开端，不得不说，汽轮机的运行从一定程度上促进了生产资料的提高，推动了社会物质文明和工业文明的发展和进步。而汽轮机成为工业革命的开天鼻祖，主要的工作原理就是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。一般来说，也被称之为是蒸汽透平，存在的历史意义就是直接成为各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨的助推器，给人类的提供源源不断的热能量【1】。满足人类生产和生活的需要，改善人们的生活质量，从而将工业物质文明推向了新的发展。但是工业文明社会不断地给人类提出一个又一个的难题。汽轮机的广泛使用，确实是刺激了文明社会的发展程度，但汽机运行中上下缸温差大却成为人类需要面临的又一大难题和挑战。适当的温差存在是不会影响汽轮机的运转，但温差过大，则会导致国家电网的运营出现难以规避的风险，存在着巨大的危害性和潜在的爆发力，不得不引起人类的重视。国家想要加快电网建设速度，满足经济发展需要，就必须要将汽机运行中上下缸温差大的难题彻底解决方可。

2、汽机运行的出现历史及其工作原理

何为汽机？顾名思义，汽机是蒸汽机和汽轮机的简称。在世界汽机发展史上，最初问世是在19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯发明了这种实用性比较强大的汽机，而这也是汽机发展的雏形。最初的问世的是单级冲动式汽机，功率比较低，难以满足工业社会发展经济发展的必然，在工业革命史上是昙花一现，最终为人类改革汽机提供了理论依据。而汽机运行的工作原理是利用了物理学上力的作用，全力将蒸汽的热能【2】转换为机械能的回转式原动机，是目前最常用的电力系统的动力之一。也是世界上火电和核电的主要运营设备，最常见的是发电机发电。在运行的过程中，利用活塞原理，压力原理，及其螺旋的原理来传输能量给发电系统，从而将高压缸作为中介。从物理学上发电的角度上来看，汽轮机在消耗热量的同时，会逐步变为蒸汽的巨大能量，然后用力的推动装有叶片的汽轮机转子运行，最终转化为机械能，为人类所用。但汽机在运行的过程中会出现温差，导致运行不是很顺畅，如何改善这种现象，必定成为人类研究店里学的新课题。

3、汽机运行出现温差的复杂性原因

3.1 汽机运行为何会出现温差

坚持适度原则，这是生活中大家做任何事都需要遵循的原理。同样，科学数据中若是出现很小的数字偏差，就会诱发不一样的后果。在汽机运行中也是如此，为何汽机运行会出现温差呢？而据国内相关界内人士介绍说，汽机运行中过大的上、下缸及内外壁温差可能导致汽缸出现大家常说的“猫拱背”的物理现象。从而会导致气缸在运行的过程中引起机体自身动静部分出现强烈的碰撞、碰磨。进而诱发大轴的过度、强烈弯曲【3】、变形。在国内外汽机的运作发展史上，出现过此类现象，因温差巨大而导致出现了严重的事故，给人类带来的教训是惨重的，甚至是血和泪的教训，不得不引以为戒。因此，国家电力公司为了历史重演，防止电力生产重大事故的再次发生，必须要将汽机运行中的温差值控制在最小的差距内。

3.2 汽机运行中出现温差的原因分析

汽机运行中的核心环节就是上下缸，产生的温差也跟其运行的速度、汽缸的保温程度、疏水倒串、汽缸进水、进冷气有着密切的关系。国内一些著名的物理学教授在对影响气缸运行的这些因素进行分析后得出结论，想要彻底解决汽机运行中上下缸温差大的现状还需要做好有效的防护措施。遵循马克思的辩证唯物主义观点理论，坚持具体问题具体分析，注意区分不同机组的实际情况，对症下药进行全面、透彻的现状分析，根据每次温、热态开机及甩负荷后出现高压下缸温度下降的现象来做好疏导工作，调整启动方式，着重下手加大疏水力度，及时限制启动速度，做好暖机的系统调动工作【4】，严加监视机组振动情况和温差变化，以及涨差情况，将气缸的上下温差波动值控制在最小的范围内，及时关注温差值的变动，从而从多次研究中入手，找出改善的万全之策。

3.3 控制上下缸的温差波动

国家电力部门的专业人士对汽机运行中上下缸的温差做了全方位的研究分析，发现热力发电中的疏水系统若是做的不到位，就会导致气缸运行中的温差过于大，对全电厂的安全形成一定的威胁。电厂的热力配备系统就会出现紊乱，在指标跟进的环节中，机组温、热态开机和跳机后缸温差波动比较厉害，冷热比较明显，研究人员在剖析温差这方面时最初只是考虑了正常运行或机组冷态启动时疏水压力高低分布【5】，而未考虑温、热态开机以及机组甩负荷后机组启动的情况。最终导致温差效应比较大，机组温度过热的时候就会给机组带来超量的负荷，导致汽机运行中不得不被迫停止，终止。甚至是重新启动，这就给发电带来了负面的影响，直接关系着几组运营的效率。特别是电动主汽门前、后疏水门的开启，使大量高温不断的积聚，形成倒流之后，导致高压缸的温度出现被迫下降，热胀冷缩之后，汽机运行就会受阻碍。

4、改善汽机运行中温差大的措施

4.1设计完善的疏水系统

从上文大家可以得知，汽机运行中出现温差大的现象，有一部分原因就是因为汽机组织设计的疏水系统并不合理，大多数都是正常运行或机组冷态启动时疏水压力高低分布情况，而未将机组运用后的负荷量考虑进去，这就导致发电系统又诱发了机组冲转前要求开启本体的动力不够，疏水工作【6】做得也不到位。当机体在上下的巨大温差值中反复出现热胀冷缩现象之后，就会导致高压缸温度的积聚下降，高压缸的上、下缸温差逐步的扩大，出现恶性循环。因此若是想要彻底的将温差控制在一定的范围内就不得不从技术改造的层面入手。

4.2技术层面温差改造

汽机运行中温差大原因的出现从根本上来说，还是因为汽机的技术层面深度和广度达不到。因此，想要彻底解决汽机运行中上下缸温差大的问题还需要国内的一些电力人员从技术层面入手来进行整体的改造。汽缸和管道的疏水存在的弊端就是一般来说，机体的运转是从疏水扩容器返回汽缸的，而这从工业技术层面上来说，则是一个非常严重的核心技术问题，在一些机组上温差过大会出现危险。因此，疏水联箱或扩容器应保证在各疏水门全部开启的情况下，其内部压力仍低于各疏水管内的最低压力，这样以来才能确保温差指数控制在最小程度之内，避免出现意外的事故。

4.3做好上下缸温差及时检测工作

机组在运转的过程中，会产生强大的热量，摩擦生热，尤其是在炎热的天气内或者是机体高速运转的过程中温度更高。在机组停止运作之后，工作人员应该及时的做好数据信息的采集和录入、对比工作。对缸温数据的变化趋势做好详细的分析，只要是发现温度出现差异就及时的对机组运行的负荷量进行调节。在进气压力和负荷量上升的过程中，温度自然就会提高，这就要求，信息观察人员需要细心，自信，有着一丝不苟的工作态度，尤为重要。只有这样才能从全方面检测好温差的波动，对症下药消除温差。

5、结语

从十九世纪汽机的出现、发展至今，不得不说，人类是在逐步的认识问题发现问题中，逐步的提升自己。而汽机在运行中出现上下缸温差现象由来已久。是人类在利用电力资源中不得不解决的一个难题。通过以上的这些信息，大家知道了汽机出现温差的原因以及急救的方案措施之后，就不会感到非常无知和迷茫。而在人类主观能动性的发挥下，通过改造疏水系统管道，调整启动方式，成功解决了这个历史遗留下来的难题，保障了机组的正常运行。在专业人员的大力疏导，全面改造下，汽机运行中上下缸温差明显缩小，较小的投资运营经费，促进了汽机的功率和效力的大大提高，改造一小步，成就汽机发展大未来，虽然说热经济的效益也有了显著地提高，但是迄今为止，温差大的问题得到妥善的解决之后，势必会彻底改善汽机的温差现状，更好的为热力学服务，并且是不竭余力。

6、参考文献

[1] 张春发 张宝 张德成;热电厂三种典型热、电分摊方法的内在联系及其应用[J];电力情报;2001年02期

[2] 李虎 大型亚临界汽轮机发电机组的滑压运行安全经济性对比研究[J];电力科学与工程;2006年03期

[3] 郭江龙,张树芳,宋之平,陈海平;基于等效热降理论的热力系统热经济性矩阵分析方法及其应用[J];工程热物理学报;2004年05期

[4] 张永军;Web模式下供热机组在线性能监测与分析系统[D];浙江大学;2003年

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关键词 创新创业意识 创新精神 化学基础课 探究

Abstract Integrating Innovation and entrepreneurship education into the teaching of chemistry basic course plays an important role in University. It can cultivate students' Innovation and entrepreneurship awareness and practical ability. By analyzing the urgency and necessity for putting innovation and entrepreneurship education in chemistry basic course， the paper proposes that we first should change our teaching ideas， cultivate students' innovative awareness， change teaching methods of chemical theory and practice，transform evaluation system and so on.

Keywords innovation and entrepreneurship awareness； innovative spirit； Chemistry basic course； exploration

创新创业教育是培养学生首创精神、冒险精神、创业能力、独立工作能力以及技术、社交和管理技能的具有实际意义和效果的教育理念。创新创业教育不能仅在大学后期和专门的创新创业课程中开设，还应在公共基础课和专业基础课和相关的实践课程中逐步渗透。化学基础课是我校食品、生物工程、园林的专业学生大一进校就要开设的课程，并且与专业实践和生活实践联系较紧密，如果此阶段在教学中融入创新创业的思想，既可以唤醒学生思想深处的创新创业萌芽，同时提高学生对化学知识的创新应用和专业知识的深入学习。

1 化学基础课开展创新创业教育的紧迫性和必要性

化学在生活中的应用非常广泛，创新创业教育同样强调知识的运用与创新，那么在化学基础课教学中渗透创新创业教育是将化学知识进一步深化运用的重要体现。学校应试教育背景下侧重于理论知识的教学，而在某种程度上忽视动手实践，这使当代学生安于现状、缺乏冒险精神和创新意识，导致大学生创业意识淡薄。另外，一些高校教师本身创新创业教育理念薄弱，①教学内容还只是停留在书本内容，不能与时俱进，只授之以鱼而不能授之于渔，这也极大限制了学生对化学本身或在相关领域创新发展的认识。②

2 化学基础课渗透创新创业教育的几点探究

在创新创业教育的初级阶段，不仅要使大学生有“想创业”的想法和理念，树立正确的择业观，还要使他们具备“能创业”的科学知识储备，提高其创业能力，而化学基础课的学习正是食品及生物工程等专业学生完成知识储备的重要途径。我认为化学基础课应该从转变教学理念入手，将创新创业教育的思想和方法融入到改革教学方法和优化教学模式的^程中去，培养学生对化学基础知识的应用创新及相关思维方法的训练，逐步培养学生的首创精神和实践能力。

2.1 转变教学理念，培养学生创新创业意识

传统的高校基础课教学强调教师的主体性，学生只是被动地学习书本知识，缺乏对知识的创造性应用和逻辑思维的训练，没有创新创业教育的阶段性融入，在初级阶段在基础课程教学将创新创业的教育融入课程教学则更是少之又少。创新创业的意识和能力是逐步提升的，绝不是一蹴而就，所以高校教师特别是负责基础课教学的教师更应该转变教育观念，更新教学理念，将创新创业教育融入到基础课教学中去，逐步培养学生的创新创业意识。在化学基础课教学中，要改变传统的教育理念，比如在讲解化学发展史时，化学家从意外发现到实验探究最后到验证真理的过程，促使他们成功的是不断创新的精神和坚持不懈的实践。另外课程中融入创业成功案例，让化学家或企业家创新的思想火花与学生思维碰撞；③通过化学知识的联系运用和实验新方法的探索以及在微妙的解题思路中潜移默化地进行创新思维训练，培养学生科学分析解决问题的能力。

2.2 改革教学方法，优化教学模式，培养学生创新精神

在化学基础课教学中融入创新创业教育要以课程教学为载体，深入挖掘教材的思想内涵，改革创新教学方法，优化教学模式，将创新创业教育的理念贯彻到教学实践中去，培养学生创新精神。

2.2.1 构建理论知识主线，培养学生科学思维

在化学基础课理论教学中，改变“满堂灌”的教学方法，以构建“知识结构网络图”为切入点，在掌握基础知识，基础方法和基本计算的前提下，将解答问题的思路、创新学习方法的培养作为重点。比如在讲授《无机及分析化学》第二章化学热力学和第三章化学动力学时，可以将二者联系对比讲解，让学生在学习中获取科学分析问题、解决问题的方法，对于一个化学反应，首先可以从热力学的角度考虑化学反应的可能性，进而以化学动力学的知识去研究反应的现实性，这种知识点前后联系对比的方法可以教给学生全面考虑化学反应发生的可能性推断方法，也提高了学生逻辑思维能力。又如第三章化学平衡常数及化学平衡的计算和四大平衡中的酸碱理解常数、沉淀的溶度积常数、配合物的稳定常数及相关多重平衡计算连成一条知识主线，归纳出化学平衡计算一般采用“三步走”的解题思路，即“找出起始浓度”、“分析转化浓度”、“表示出平衡浓度”，再根据反应的平衡常数计算出未知数，这种方法在后续章节学习中非常适用，奠定了学习四大平衡计算的基础，培养了学生对解题方法举一反三创新应用的能力，④这在创新创业的实践中同样需要。

2.2.2 增加设计探究实验，提升学生实践能力

对于《基础化学实验Ⅰ》的教学，在严格依据课程大纲，完成备课、预做实验、讲授实验的正常教学环节的基础上，在实验讲解过程中延伸实验技术的应用，重点步骤的细化，增加设计、创新性实验。教师提出题目和要求，学生3到5人自由组合，参考教材实验原理和操作方法，通过查阅书籍和文献资设计新的实验方案，在老师的指导下将实验方案完善，并制作PPT在课堂讲解。通过《食醋中总酸的测定》设计实验提高了学生的学习兴趣和创新性，如有同学提出用相同的方法测定柠檬、白酒、酸奶、雪碧等样品的总酸度，并设计出详尽的实验方案。还有一组同学通过已学知识，在选择老陈醋中总酸的测定方案中，提出滴定过程要用pH计去检测pH的变化，从而避免终点颜色不易观察的问题。这种主动学习的方式，首先提高了学生积极向上的进取精神和团队合作精神；其次，通过课外预习和资料的检索培养了学生良好的学习习惯，增强学习能力；再次，通过PPT制作和讲解，提高了学生的组织和表达能力，这也正体现了和创新创业教育培养目标的一致性。⑤

2.3 建立多样化的考核评价形式，激发学生创新动力

多样化的考核评价方法可以更加全面的考查学生对所学知识的掌握和应用能力，同时在不同的考核方式中激发学生创新动力。在讲授《无机及分析化学》和《基础化学实验Ⅰ》时不是一考定成绩，而是更加注重过程和能力考核。理论课中，从“知识问答分组比赛”和“学生当老师”两个方面着手，对于章节重点内容，在完成内容讲授以后，将三个班分成三组，抢答题目，加深学生对知识点的掌握和理解，得分计入平时成绩；对于较易理解的内容，让学生提前准备PPT，课堂时间就交于他们。整个实验授课过程考核内容除了课前预习报告的检查，实验过程中学生操作的规范性和熟练程度，实验结果的检查，还将学生的责任意识和思辨能力纳入考核范畴，为鼓励同学在实验中积极思考，对于善于发现问题和提出问题的学生酌情增加课堂表现加分；在实验报告的书和总结中，考核学生对实验过程中出现问题的分析深度，通过多样化的考核评价形式挖掘学生潜能，发挥学生特长，激发学生创新动力。

总之，创新创业教育已成为高校教育不可或缺的一部分，也是学生创新意识培养和创业实践能力的重要方法。在化学基础课教学中融入创新创业教育对学生创新创业意识的培养和创造能力的提升具有极其重要的作用，而这一课题的深入研究则需要全体教师树立创新创业教育理念，充分挖掘理论知识或实践课程中隐含的创新创业教育元素，深化教学内容和教学手段的改革与创新，培养出具有完整科学知识储备和正确创业观的当代应用型人才。

注释

① 李平媛.将创新创业教育融入人才培养全过程的思考[J].创新创业教育，2013.4（4）：31-33.

② 张雷.创新创业教育背景下“思想道德修养与法律基础”课程教学实践思考[J].教育观察，2014.3（4）：30-32.

③ 张甜，傅玉琴.创新与创业教育在有机化学教学中的融合[J].广州化工，2013.41（9）：231-232.

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关键词：高等职业教育系统 有序发展 耗散结构 熵流控制

中图分类号:G718.5 文献标识码:A

文章编号:1004-4914(2011)04-142-02

一、引言

耗散结构理论（Dissipative structure theory）是由比利时物理化学家普里高津（Prigogine (T）于20世纪70年代创立的，是建立在对热力学第二定律的研究基础之上的一门研究开放系统的耗散结构（dissipative structure）的性质、形成、稳定和演变规律的科学。普里高津的耗散结构理论以开放系统为研究对象，研究系统在远离平衡的条件下，由于其内部的非线性相互作用从热力学的无序（disorder）向有序（order）转化的过程。耗散结构理论认为：一个复杂的开放系统在平衡态附近的非平衡区域不可能形成新的开放系统的有序结构，在这个区域内系统的基本特征是趋向平衡态（equilibrium state）。在一个远离平衡的开放系统，无论是力学的、物理的、化学的、生物学的，还是社会的、经济的系统，如果某系统不断地与外界交换物质和能量，在外界条件变化过渡到一定程度，系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时，通过涨落，系统将发生序度突变，可能从原有的混乱无序状态，转变成为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态，这种在非平衡状态下形成的新的有序结构。随着科学技术的不断发展，耗散结构理论在现代科学技术中的应用越来越广泛，已经由宏观热力学拓展到管理科学、工程技术,乃至社会经济等领域。

依据复杂系统（Complex Systems）理论，高等职业教育系统结构可以理解为是由许多相关要素构成的，并且这些要素之间存在着一定规则的联系方式、组织秩序及其时空关系，这种相互联系、相互制约的联系方式构成了高等职业教育系统的有机整体，是一个复杂系统。优化高等职业教育系统结构已成为当前高等职业教育改革的重点。高等职业教育系统结构优化必须遵循系统演化规律，使系统形成耗散结构。

二、高职教育系统演化发展的动力因子

按照系统论的观点，系统诸多要素及其运动是引起系统涨落的动力因子。高等职业教育系统能否形成新的有序稳定的耗散结构，要依赖于这些内外因子的作用。影响高等职业教育系统结构的主要因子有：

1.社会经济的发展。社会经济发展的水平，是高等职业教育发展的基础。它既对高等职业教育发展提供不同的物质、技术条件，又对教育提出不同要求。一个学校发展的规模、速度、体系、结构、内容、形式、方法、手段，乃至人才规格，无不与社会发展水平和生产力发展水平、方式发生直接、间接关系。高等职业教育系统结构的优化与功能的发挥为社会生产力的发展及由此而形成的经济系统所制约，高等职业教育系统的良性运行依赖于与经济系统的协同发展。经济环境对高等职业教育系统的影响更直接的是与一定社会的经济结构密切相关，这种影响主要是以就业结构为中介投射到高等职业教育的专业设置、人才培养水平和区域结构等状态上。从耗散结构理论出发，高等职业教育系统与社会经济系统的关系，就是随时都进行物质、人才、技术和信息的交流，各种要素诱发高等职业教育系统从无序向有序演化的涨落。

2.科技进步水平。当今国际竞争的实质是综合国力的竞争，而综合国力的竞争，科技是关键。纵观国外发达国家的经济发展充分说明了一条规律，即一个国家经济的繁荣，国力的强盛和现代化建设的成功，莫不与科学技术与教育事业的发展联系在一起。科技进步全面作用于高等职业教育系统，使得高等职业教育系统结构作出相应的调整。高等职业教育系统结构的调整打破了系统原有的资源组合方式和信息反馈系统，也改变了系统与环境的约束机制，从而使高等职业教育系统内部及其与环境之间产生不同于从前的力和流，形成新的、非线性反馈机制。在系统内部通过非线性相互作用产生相干效应，有可能在相互竞争和协同中形成导致系统整体质变的巨涨落，使原系统结构失稳，触发整个系统序度突变，形成新的系统的整体性。

3.人口结构。人口结构主要包括人口的数量、密度、性别和素质等要素构成。马克思把“人”看作为生产因素中的能动因素，是具体的、活生生的人，是有生命、有知识和创造力的一种复合体。美国经济学家舒尔茨认为人力资源是生产活动中最活跃的因素，被称为第一资源。人力资源越来越成为经济增长的关键性因素，呈现出经济实力的强弱与人力资源存在正相关的关系。但是“人”要成为人力资源，需要通过接受一定的教育或培训，提高必要的智力素质。人口结构对高等职业教育系统产生影响，突出反映在区域分布和学校规模等结构上。一般而言，人口数量多、密度大，则生源充足，供需旺盛，对高等职业教育规模和学校数量的需求量大；相反，人口稀少的区域，对高等职业教育所需求的规模和数量就小。可见，人口结构对高等职业教育系统的涨落有直接的影响作用，人口结构因素将通过高等职业教育系统内部的非线性作用，使系统偏离稳定状，形成新的有序的耗散结构。

4.体制创新。教育的种种创新必须有体制的创新做支柱、作保证，否则，任何创新的知识、方法和实践等等都会在陈旧的体制中被吞噬。对高等教育体制进行有效的改革与创新是当前和未来教育发展的关键所在，也是优化高等职业教育结构外源动力因素。体制创新主要包括国家教育体制改革和管理机制创新。高等职业教育结构优化与可持续发展必须从体制改革和创新入手，完善其系统的宏观管理，增强其运作的目标性、完整性、协调性，提高其整体效率。

5.高职教育内部人力资源配置。高等职业教育人力资源配置就是围绕高等职业教育的科类建设、层次定位和发展目标，对人力资源进行优化组合，在有限资源的基础上最大限度地发挥资源潜力，在人才培养、科研产出、科技成果转化等方面实现收益最大化。就现有高等职业教育内部人才状况来看，人才匮乏，以及由人才的缺乏所引起的专业设置单一、层次水平较低是高等职业教育可持续发展所面临的一大难题。因此，高等职业教育内部在人力资源配置方面存在的这一切问题，直接影响人才培养、科研、社会服务的效益，对此必然会刺激高等职业教育系统演化的涨落的产生。

6.高职教育内部财力物力资源配置。对高等职业教育财力物力资源进行优化配置，是实现对有限的高等职业教育资源有效利用、使其边际效益最大化的必备途径，是提高高等职业院校办学经济效益的一项重要内容。高等职业教育的投入与产出决定了其在社会经济发展中的地位和作用，高等职业教育的规模、区域布局也取决于资源的投入和产出。因此，财力物力资源供给的变化与产出结构、数量、质量影响到高等职业教育数量、规模、专业设置、层次结构和区域布局等一系列问题，对于高等职业教育系统而言，将产生不可回避的具有决定作用的涨落，在系统内部非线性协同相干作用下，形成巨涨落，它将打破原系统的稳定状态，形成新的稳定有序的耗散结构。

7.高职教育科类设置。高等职业教育的科类设置是社会需求与高等职业院校实际工作紧密结合的纽带，科类结构调整是学校教学工作主动、灵活地适应社会需求的关键环节。有的学者认为，高等教育科类结构本身蕴含着分化，因为科类是分化的结果。但随着科学技术的发展和社会需求的变化，单一的分化特征复杂化为分化和综合并行，特别体现在人才培养上。高等职业教育科类结构的调整必然会刺激涨落的形成，原来高等职业教育系统结构失稳，促使新的稳定状态的形成。

8.高等职业教育层次分化。高等职业教育层次分化是教育发展的必然结果。从职业教育的整个发展史来看，对高等职业教育的培养目标的层次分化起促进作用的除了技术、经济等因素以外，另一个非常重要的因素是来自教育内部，那就是与基础教育和普通高等教育的发展密切相关。当基础教育普及停留于小学阶段时，职业教育则为初等职业教育；当普及的基础教育延伸至初中阶段时，职业教育则上延为中等职业教育；当高中教育普通后，职业教育再次延伸，为专科类高职；当普通高等教育进入大众化甚至普及化后，高等职业教育自然就往上延，到本科、硕士甚至博士层次。高等职业教育层次结构的拓展或高移，逐步体现出高等职业教育的类型及体系特征。因此，高等职业教育要想达到优化结构的目的，必须完善高等职业教育纵向结构体系，增强层级之间的关联度。只有这样，才能在稳定的基本前提下实施高等职业教育结构优化。

三、高等职业教育系统熵流控制设计

依据熵理论，高等职业教育系统形成耗散结构的关键在于降低系统内部结构正熵增和从外界输入负熵流，对此创造有利环境和条件。

1.扩大高等职业教育系统对外开放。对于高等职业教育系统，要使系统总熵减小或者变为负值，只有大量的从外界环境引入负熵。因此，对于高等职业教育系统总熵的控制，必须不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交流，利用从外界环境中得来的交换物，抗拒系统内部的熵增，使系统总熵减小，增加有序度。但是，负熵的引入也有可能产生负面效应，即从外界环境交换得来的物质和能量不能得到有效的利用，那么这时不但不会对系统的有序化有贡献，反而会加剧系统内部的混乱，使系统更无序。如高等职业教育发展过程高薪引进一些高职称人才，本来可以推动高等职业教育的专业建设，但也许因为过于高薪伤害了原来教师的积极性，结果专业建设不升反降。因此，在强调负熵引进原则时，一定要注意引入的信息与原来系统里的要素协调融合问题，只有这样才能发挥负熵的抗拒系统内熵增的正面效应，促使高等职业教育系统有序度的提高。因此应做到：第一，培育和强化高等职业教育国际化的系统观，创建全面开放的高等职业教育体系，扩大和加强高等职业教育的国际交流与合作，不断与国内外进行广泛的人力资源、管理经验、资金技术的交换，加强人才、物质、资金、设备、产品等与外部环境的交换使高等职业教育系统和社会间形成良性互动关系。第二，积极从外部环境中获取改革的动力，引进先进的科技、文化、信息，提高教学质量，推进科技成果向现实生产力的转化，拓宽高等职业教育系统的职能和服务范围，使高等教育系统获取新的稳定生源和多条办学资源渠道。

2.创新高等职业教育体制。创新高等教育体制，形成一个具有效率化特点的运行机制，是许多发达国家和地区不得不作出的选择。英国、德国、澳大利亚、美国、日本，以及我国台湾等国家和地区，不断创新与社会发展相适应的高等教育体制，建立各自特色的高等教育人才培养模式。我国高等职业教育发展的过程有一个明显的特点，就是前一阶段是由政府指令性文件引导，属于外部干预发展型，进入新世纪之后转入内部调整阶段。我国高等职业教育从上世纪起步到现在发展成“多如牛毛”，超速和过度发展已成现实。这种超速发展带来的规模过大、管理混乱、区域结构失衡、人才培养质量不高等负面效应使得高等职业教育的发展步入迷途。所以，创新体制、制定有利于发展的法律、法规，创造良好的教育投资环境和人才培养环境，有效配置各种资源，优化高等职业教育结构和秩序，解决高等职业教育自身无法解决的熵增问题，同时促进高等职业教育发展过程中与外界环境的协调，有利于负熵的流入。第一，积极探索和推进建立现代高等职业教育管理体制。不断完善中央、省与地（市）三级办学的高等职业教育管理体制，加强教育立法工作，改善和加强对高等职业教育的宏观管理，进一步调整和优化高等职业院校布局。第二，大力创新高等职业教育办学体制。国家应制定政策，充分发挥市场在教育资源配置、人才培养等方面的适度调节作用，积极推进多元化的办学模式，构建多渠道投资办学、国有民办、一校两制、股份制、中外合作等多种办学形式，突出校―企结合，走社会化、特色化的道路。第三，构建可持续发展的现代高等职业教育体系。要积极引导各级各类高等职业院校合理定位，拓宽高等职业教育与普通高等教育互通的通道，建立专科教育、本科教育、硕士教育和博士教育梯度结构的高等职业教育体系，为高等职业教育创造更好的发展空间。第四，建立与现代国民教育体系相适应的教育经费投入体制。必须依法建立与公共财政体制相适应的教育财政制度，进一步拓宽教育经费筹措渠道，建立企业、社会团体和个人投资、出资和捐资教育的激励机制，为高等职业教育的持续、健康发展提供更加有力的保障。

3.合理调配现有教育资源。资源是有限的，高等职业教育资源也同样不可以无限消耗。高等职业教育的资源包括教育经费、科研经费、师资力量、设备资源、实训资源、图书信息资源等等，要使系统熵值最小，必须合理利用与分配资源。这就要以能否减缓高等职业教育系统总熵值增大的趋势为出发点，以低熵为目标，通过合理调配现有教育资源，整合要素，达到耗能最少、绩效最高的状态。第一，充分开发现有教师资源，赋予教师个体以充分的自主性、自由度与选择权，调动教师的积极性，实现高效办学。第二，通过合理、科学的规划来调配资源合理聚集和分散，使高等职业院校的区域布局、科类结构比例和层次结构梯度更科学，对有限的经费控制消耗、充分利用、避免浪费。第三，要重视教育投入，在教育资源配置系统工程中，不断强化政府的主导作用，根据经济社会发展状况，研究制定适合实际的教育经费政策。第四，随着经济社会和高等职业教育自身的发展，要加强高等职业教育与经济社会的结合与互动，真正从源头上提高高等职业教育资源利用率，推进教育资源跨区域、跨部门、跨所有制优化重组。

4.以市场为导向，确立发展战略。控制系统熵增的延缓或降低，应充分发挥市场机制的作用。在高等职业教育系统的熵流控制过程中，与经济活动一样，在相当广的范围里和相当大的程度上，市场能够以最小的能耗，传递和处理高等职业教育的信息，达到教育资源的最优配置，在高等职业教育系统演化过程中起到传感器、控制器和执行器的作用，具有高效的信息传递和灵敏的组织协调功能以及良好的控制决策和有力的执行激励功能。高等职业教育为了维持可持续发展，以“无形之手”为媒介，根据从市场上得来的各种信息，来调整高等职业教育发展目标，如根据社会需求调整专业设置、招生规模、人才培养目标等等，抑制系统熵增，并从市场获取负熵进行自组织，以形成耗散结构。因此，在目标定位上，中央和地方政府在制定发展战略一定要从各地社会需求的实际出发，树立多层面的人才培养质量观，制定符合社会发展要求的人才培养目标，为社会多规格、多层次培养人才。

5.建构有效完善信息沟通体系。高等职业教育系统总熵的控制过程实质上是一个纠正偏差和错误的信息反馈过程。高等职业教育发展过程中的偏差和错误是偏离目标的行为，是系统中正熵增，这是不可避免的。有效的系统总熵控制不在于是否出现过偏差和错误，而在于能否及时有效地控制误差。只有通过了解、分析、研究偏差产生的原因，才能找到具体解决偏差的措施，即引入负熵。这个认识、纠正偏差的过程实际上是一个信息的接受、加工、处理的过程。因此，在高等职业教育发展过程中的各种信息能否准确及时，将直接关系到系统总熵值的变化。只有信息系统灵敏可靠时，高等职业教育系统总熵控制体系才能作出准确地判断，才能对系统的诸要素进行有效调整，才能尽可能使系统与外界环境之间物质、能量、信息、人员等交流达到平衡，才能大量引入负熵，使系统有序发展。因此，一要建立完善的、多通道的信息沟通渠道。建立多通道的信息沟通渠道就是提高高等职业教育沟通体系的自主性和独立性，形成一个既相互独立又相互统一的纵横交错、四通八达的沟通网络。通过立法，规范人才流通、学术交流、招生考试制度等，使其能成为系统内外沟通的主要渠道之一。同时，应加强宣传、大众传媒、公众舆论等的作用，使沟通渠道多元化。二要增强教育信息沟通体系的自我矫正力。要建立健全及时、充分的反馈机制，对高等职业教育信息沟通体系各个环节要加强管理和约束，提高决策者鉴别真伪信息的能力，警惕信息失真。

[基金项目：广东省哲学社会科学规划资助项目《高等职业教育结构优化研究》（2009JYY024）。]

参考文献:

1.普利高津，曾庆宏译.从混沌到有序人与自然的对话[M].北京：高等教育出版社，1987

2.闫卫华，蔡文伯.构建优化高等教育结构机制研究[J].国家教育行政学院学报，2010（4）

3.艾凉琼.从耗散结构理论看高校科技人才的可持续发展[J].科技管理研究，2008（7）

4.刘畅.区域高等教育非均衡发展现状与对策调整[J].国家教育行政学院学报，2010（4）

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关键词: 高等金属学材料研究领域作用

在人类社会的发展过程中,材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志。人类和材料的关系不仅广泛密切,而且非常重要。事实上,人类文明的发展史,就是一部人类利用材料和创造材料的历史。同时,材料的不断创新和发展,也极大地推动了社会经济的发展。在当代,材料、能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱,其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。

一

随着社会和科技的进步,人们不仅需要性能更为优异的各类高强、高韧、耐热、耐磨、耐腐蚀的新材料,而且需要各种具有光、电、磁、声、热等特殊性能和偶合效应的新材料,同时对材料与环境的协调性等方面的要求也日益提高。生物材料、信息材料、能源材料、智能材料和生态环境材料等将成为材料研究的重要领域。展望未来,材料科学与工程学科的发展方向将是:实现微结构不同层次上的材料设计,以及在此基础上的新材料开发;材料的复合化、低维化、智能化和结构材料―功能材料一体化设计与制备技术;材料加工过程的自动化、集成化,等等。

20世纪最重大的科技成就之一就是人类实现了原子核内部巨大能量的释放。尽管原子能时代的降临是以核武器为开端的,但核材料也能造福人类,特别是核反应堆、同位素的应用、核医学等。核反应堆一般采用热中子堆,堆心的结构件必须采用锆合金,因为锆合金吸收中子的几率很小,不会破坏堆内的链式反应,所以要建设核电工业系统,必须建立锆材料工业。

当今最具时代特征的工业是信息产业,信息产业的基石是半导体材料。任何高度复杂、高度精细加工的集成电路,都需要高纯度、高度掺杂的半导体材料和各种先进工艺的应用。信息技术的每一次突破都与材料和工艺的创新有着密切的关系,如高密度的光磁记录材料给信息的存储提供了极大的便利。

激光材料也是现代信息科技的一部分。各种波长的激光晶体、半导体激光器、激光光导纤维等对信息传输和信息高速公路的实现起着决定性的作用。

在航空航天技术的发展过程中,材料的发展水平对航空航天器的性能至关重要。航空用结构材料最主要的性能是高比强度和高比刚度,同时具有良好的工艺性能。高强度铝合金、钛合金和碳纤维增强的树脂基复合材料是主要的航空材料。火箭、导弹材料与航空材料相比,关键是瞬时性能。导弹壳体材料对导弹的射程至关重要,壳体由金属改为石墨纤维增强的复合材料后,洲际弹道导弹的射程可增加近1000公里。

进入21世纪后,新能源材料的发展将对社会经济产生重要影响。为了保障世界经济的可持续发展,解决越来越严重的温室效应和大气污染等环境问题,新能源材料将引导传统能源向洁净能源、可再生能源、分散型能源等多元化能源发展。除核能外,当今太阳能材料、燃料电池材料、锂离子电池材料等取得了很大的研究进展,在不久的将来必然会对社会经济等方面产生巨大影响。

二

一般来说,材料的基础研究和带有明确目的的开发性研究都有它们自身的价值。它们的效用有长有短,在实际生产上的体现有快有慢,但有一点是相同的,那就是要不断探索。材料的应用研究一旦成功,即一种材料诞生之后,它的应用价值和市场开发就可以产生较大的辐射作用。比如金属钛,作为一种航空材料,它可用机,也可用于化工、建筑、潜艇、首饰等。其应用越广,需求量越大,则生产成本越低,越能带动相关领域的研究和发展。20世纪后期,由于材料的应用越来越广泛,并渗透到各行业,许多领域都与材料的制备、性质、应用等密切相关,使得材料成为机械、电子、化工、建筑、能源、生物、冶金、交通运输、信息科技等行业的基础,并与这些相关学科交叉发展。

三

自20世纪60年代初以来,物理、化学等学科的发展推动了对物质结构、物性和材料本质的研究和了解;冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等的发展推动了对材料的制备、结构、性能及其相互关系的研究;金属材料、无机非金属材料、高分子材料等各类材料具有共同的或相似学科基础、学科内涵、研究方法与研究设备;同时科学技术的发展在客观上需要对各类材料的全面了解和研究。

现代科学技术发展的特点是,一方面,学科呈现出多科性,新兴学科不断涌现,另一方面,学科发展又呈现出高度综合的趋势,交叉学科和边缘学科层出不穷。学科交叉的形式可以多种多样。如美国的著名大学一般都设有材料研究中心或材料研究实验室,其研究人员往往横跨高分子、金属、陶瓷、表面改性、解剖、动物实验、细胞培养等研究方面。金属材料的性能主要取决于它的化学成分和组织、结构。化学成分不同的金属材料具有不同的性能;而相同成分的金属材料经过不同加工处理,具有不同的组织、结构时,也将具有不同的性能。可以认为:化学成分规定了组织、结构的可能变化范围,而加工工艺是获得某种预期组织、结构的手段。

四

金属学是以金属和合金的化学成分、加工工艺、组织结构和性能间的关系作为研究对象的,以这些关系作为依据,我们可以为金属材料设计适当的化学成分和适宜的加工工艺,从而获得预期的组织、结构和性能。

在金属学中,对组织、结构的分析和研究是十分重要的核心问题。

金属和合金在固态下通常是晶体。要了解金属材料内部的组织结构,我们首先必须了解晶体中原子的相互作用和结合方式,晶体中原子的聚集状态和分布规律,以及各种晶体的特点和彼此之间的差异,等等。这些研究涉及分子生物、固体物理、金属学、矿物学及聚合物等广泛领域。我们对晶体结构和晶体生长进行综合研究,可以获得控制组分和实际结构的知识,从而可以用各种手段来控制晶态材质的性质,据此还能探索具有非常宝贵性质的新晶体。事实上,对晶体的综合研究已经使人们制成了并且正在发展着一大批结构材料及功能材料。

金属学以金属电子论、晶体学(见晶体结构)及合金热力学为理论基础,依靠物理、化学的微观和宏观检测技术,扩展了金相学的内容,保持应用科学的传统,其研究内容可分为两方面:①联系成分、处理过程对金属组织结构和性能的影响,研究合金相结构和组织的形成规律,包括:研究合金相的形成、相图原理及其测定、合金元素及微量元素在合金相中的分布等合金组成的规律;研究晶体中原子的扩散过程;晶体重构的相变过程,包括金属的凝固与温度压力变化下的固态相变;研究晶体缺陷和金属形变过程中的位错运动;研究成分及杂质对金属性质的影响,包括超微量元素,以及微观和宏观偏析。②联系金属材料的使用,研究材料结构强度和断裂行为(见形变和断裂);研究金属材料在各种不同使用条件下的特性变化等(范性形变,疲劳,蠕变,应力腐蚀,断裂和氢脆);研究金属的强化原理。至于那些虽以金属为对象,或虽与金属有关,但主要研究晶体缺陷和金属电子结构,以及它们之间,或它们与各种射线之间的交互作用等微观过程;研究金属和合金的物性本质,或纯属探索自然规律的领域,则另列入金属物理,属凝聚态或固体物理的分支。

最近20年来,金属学出现不少新的突破,主要是由于新实验技术和新工艺的出现而取得的。例如,应用电子计算机进行图象处理,可以明显地提高电子显微镜的分辨能力,能直接看到金属中单个原子分布的图象(电子显微学);分析电子显微术和各种表面分析设备不断出现,将金属学的发展引向更加深入。又如应用激冷技术制成的快冷微晶合金和某些合金体系形成的非晶态金属,都各自显示出特有的性能,有很大的理论意义和实用价值,为金属学开拓了新园地,也为材料的研究提供了更便捷的手段。

五

高等金属学在我们现在所研究的“铝锌合金的耐腐蚀性”课题中也发挥着重要的作用。要研究铝锌合金的耐蚀性,我们首先必须了解材料的组织和性能,联系成分、处理过程对合金组织结构和性能的影响,研究合金相结构和组织的形成规律,包括:研究合金相的形成、相图原理及其测定、合金元素及微量元素在合金相中的分布等合金组成的规律,从而分析它在各种不同使用条件下的特性变化,也即包括材料在不同环境介质中的耐腐蚀性。这些都是高等金属学要研究的内容。随着材料的不断发展,高等金属学在材料研究领域中必将发挥越来越重要的作用。

参考文献:

[1]卢光熙,侯增寿.金属学教程.上海:上海科学技术出版社,1985.

[2]胡赓祥,钱苗根.金属学.上海:上海科学技术出版社,1980.

[3]弗豪文著.卢光熙等译.物理冶金学基础.上海:上海科学技术出版社,1980.

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【关键词】 计算机模拟技术 石油工程 运用 黑油模型 裂缝模型

1 计算机模拟系统在钻井工作中的应用

1.1 钻井概述

所谓钻井就是在油田开采之前，选择相应的地表位置进行向上或一侧的打孔，直至到油层的位置。根据对钻井的目的分类大致可分为区域普查井、探井、开发井以及特殊用途井等；根据钻井的钻入角度的不同，可以大致分为直井、定向井、水平井等；根据对钻井的钻入深度不同进行分类大致可分为浅井、深井、中深井、超深井以及特超深井等。

1.2 钻井的发展史

钻井最开始时期是人们想获得地下的盐，以供人们生活所使用，在偶然的情况下获得了地下的石油，为此人们也将利用钻井的形式来获取地下更多的石油，这也是我国石油工程中的第一口油井。在1521年之前钻井的方法都是采用人工掘井的方式，从这以后才研制出人力冲击钻的钻井方法，一直到1859年科技不停的发展，也研制出我国第一台冲钻机械，到现今为止，钻井发展中经历了旋转钻、自动化冲钻机械等一直到当今油田工程中所使用的计算机模拟系统的钻井方法，为石油工程的发展创造出更有利的条件。

1.3 影响钻井的主要因素

在钻进下钻的过程中，会出现很多因素影响下钻的工作效率，大致可分为可控制因素和不可控制因素，每一种影响钻井的因素都可能决定钻井的成功与否。可控制因素，主要是指通过一些手段和技术能对其控制的因素，比如，在钻井中使用的钻头类型、下钻钻压、器械的转速、泵机的压力、以及地表机泵的设备等；不可控制因素，主要是只客观存在的通过设备和技术无法改变的因素，例如，储油层的深度、所钻地层的可钻性、所钻地层的压力、所钻地层的岩性以及研磨性等。钻井的成功率是石油企业重点关注的问题，为了能提高钻井的成功率就需要对可控制的因素进行不断的优化，而优化的基本策略要根据钻井中所涉及到的可研性、地应力、岩性等进行相关的优化，尤其是对所钻地层的参数，这将决定在钻井过程是否能精确的达到相应的油层位置。

1.4 计算机模拟系统在钻井中的应用

利用传统的钻井方式在钻井的过程中，对所钻位置的地质情况、深度等没有较好的数据分析，就算是有合理的管理制度，有效的指挥措施，但是在不知情的情况下进行钻井，也会对钻井的效益产生一定的影响，岩层地质的复杂性是无法想象的，因此，要运用钻进技术和优化钻进的手段来提高钻进的工作效率。通过对多方面的优化研究表明，利用计算机模拟系统将其应用到钻井工作中会为钻井工作带来很大的帮助，尤其是对不可控制因素的了解更明显。计算机模拟系统主要针对钻井施工所在地的地质情况分析；施工方案的模拟；注水泥设计的模拟；对下钻工具的力度掌控；对实际井眼偏离设计井眼轨道的修正；对钻井控制的模拟；对所钻地质的倒向控制；对钻头和其他器械的选择和参数上的配置；钻井模拟教学等。

2 计算机油藏模拟技术的应用

随着社会科技的不断进步，油田行业的发展也在不断的加速，同时在油田开发和勘探方面的费用也越来越高，不仅需要掌握油田开发地质的各种参数数据，还要根据不同的地质特征来制定相关的分布图的模型，尤其是油藏的位置模型非常重要，要采用相关的油藏技术对其进行三维空间定量的研究，才能有效的描述油藏的位置，进而制作模型。所谓油藏技术，就是对油藏的流体、沉积、构造等特征进行三维油藏地质的模拟。因此，油藏技术可以说是在油田开采行业中占有非常重要的地位，促进油田行业的发展，还需要从优化油藏技术的角度出发。根据当今形式的发展，我国将计算机技术与油藏技术相互结合的使用称为计算机油藏模拟技术，更进一步优化油藏技术，为油田行业做出巨大的贡献。其中利用计算机油藏模拟技术制作较为常用的模型有黑油模型、裂缝模型、组份模型、蒸汽驱模型、化学驱模型等。

2.1 黑油模型

黑油模型被油田行业广泛的应用，其中在砂岩油气田的开发中经常用到，黑油模型由三组份形成的三维三相模型，其中三组份主要包括水、气、油等三部分组成。根据当今的发展趋势，传统的开发方案已经不足以满足现在油田开发的需求，尤其是对油田新区的开发，需要对开放方案进行处理和优化，而通过计算机模拟技术开发的黑油模型能有效的满足当今油田开发的需求，在油田新区的开发中得到广泛的应用，另外黑油模型还可利用到油田老区，用来确定油田老区开采之后剩余油资源的分布，进而达到增加油产量，提高油田开发的效果。除此之外，黑油模型还在地下水层储气等油矿方面得到广泛的应用。根据它的使用情况可以推断出，黑油模型不仅是油藏模拟技术中使用的最广泛的模型，同时它还是其他油矿开采模型发展的基础，在油田行业中的应用极大。

2.2 裂缝模型

油气藏的种类多种多样，裂缝油气藏的开采是比较多的，根据名字大概可以分析出存在裂缝之间的油气藏。事实就是如此，裂缝性油气藏是由渗透性比较强的自然裂缝和岩层延性紧密的基质岩块组成的，由此可以看出，这类油气藏的开采相对比较困难一些，并不是由单一性质的孔隙介质组成的油气藏，对于此类油田的开采措施也做了相应的优化策略。根据计算机模拟技术的应用，针对这类裂缝油气藏的开采建立了裂缝模型的开采模式，裂缝模型主要是采用双重介质渗流的开采模式，对于这样特殊的油气藏模拟来说是非常有效的。主要应用于华北、四川等地，根据我国的油气藏分布情况来看，大多数的裂缝性油气藏都处在华北、四川等一带。较为常见的裂缝油气藏主要由花岗岩、石灰岩、变质岩等物质构成。

2.3 组份模型

随着计算机技术的不断发展，在石油工程中应用的计算机模拟技术也针对各种不同的油气藏制定相应的模拟技术。尤其是在针对开采难度较大轻质油藏、凝析油气藏以及挥发性较强的油气藏等，由于这些油气藏的油质极其的不稳定，甚至会出现物化反应的情况。因此，针对这种不稳定的油气藏仅仅采用以上的模拟方式是无法来完成的，在利用油、水、气等采用多孔介质来描述流体流动的情况的基础上，还需要对油气相中的烃类成分瞬间相变的程度做以了解，这种模拟技术的形式又叫组份模型。组份模型主要应用范围在带油环和低水的凝析油气藏以及纯凝气藏等开采难度比较困难的油气藏中。组份模型在计算机模拟技术的研究领域中是比较复杂的一项研究，模拟研究内容主要包括干气、氮气、二氧化碳等气体注入以及循环注气开采、衰竭开采等方向的研究，通过多项的研究可以解决在油气藏开采中遇到的相关问题，比如：对类型的准确判断性、开采方式的选择合理性、对流体的评介、地面分离工艺、确定开工程序、最后开采的收益情况估计等多种的分析以及相关的解决方式，对于油气藏开采工程师来说，这无疑是给予他们最有力的依据，并做出正确的开采方针。从此看来，计算机模拟技术为石油工程领域做出了重大的贡献，充分促进了石油工业的发展。

2.4 蒸汽驱模型

在多种多样的油气藏中，其中有一种油气藏是非常特殊的，稠油油田的油气藏中的油质粘稠度是非常大的，有些油气藏的油质稠度甚至不会出现流动，对于这类的油气藏开采是十分复杂而麻烦的，而且，最重要的是不能充分的对这类油气藏进行开采。据统计，我国所有油田的油气藏中有10%的油气藏属于这种稠油型的油气藏，对于这种稠油油田的开采如果继续使用常规的办法的话，会非常浪费资源、人力以及物力，而且还不能有效的进行开采，比正常开采的利润要降低的很多，依靠注水和天然的能量来开发这种类型的油田根本得不到多大的利润。稠油油田的开采已经被国家列为重点关注的问题，为此做出了相应的研究成果。利用蒸汽驱的热力学原理和蒸馏的作用，来对这种油质稠度较大的油气藏进行开发，实现降低油气藏油质的稠度，提高油质的流动性，进而达到油田开采高利润的目的，这种方式名为蒸汽驱模型。很明显通过计算机模拟技术研制的蒸汽驱模型的利用，在稠油油田开采中取得了很大的成就。蒸汽驱模型的原理是在采用方法上除了采用一般油田注热水的方法外，还采用蒸汽驱和蒸汽吞吐的方法来实现降低油质的稠度。蒸汽吞吐主要是应用在油质稠度较大但还达不到没有流动性程度的油气藏开采中，应用很广泛，而蒸汽驱的应用则是继蒸汽吞吐更深一层的工作，主要应用在油质稠度特别大，甚至失去流动性的油气藏的开采中。就使用程度上来说，蒸汽驱的使用条件要高于蒸汽吞吐的使用条件，在使用蒸汽驱的过程中，要求油气藏的埋藏深度不得过深，而且油气藏的厚度要保证在10米以下，要保证在开采位置的泥岩夹层较少的地方进行工作，否则将会对蒸汽驱造成一定的影响。因此，这也是蒸汽驱由于要求过高很少进行实地试验的原因。另外，蒸汽驱模型的应用还可对油田开采中蒸汽吞吐的效果进行预测以及对蒸汽吞吐设计最佳的吞吐周期。因此，蒸汽驱模型的采用，大大促进了石油工业的发展，为油田工业创造了更多的利润。

2.5 化学驱模型

在石油工程中，采油量与产业利益有着直接联系，如何在原有的方式上增加产油量是我国石油工程中重点研究的课题。终于不负众望，在经过长时间的实验和研究之后，通过利用化学的原理达到在原有的程度上增加油产量，名为化学驱模型。化学驱模型主要是通过对注入水中加入一些化学溶剂，目的是为了降低地下相互之间的界面张力，由于在油气藏中有很多部分的原油都会由于界面张力的作用，使这些原油无法被开采出来，而化学驱模型可以解决这个问题，降低地表下相应的界面张力，使得在地下被束缚的原油有重新的流动被开采出来，直接增加了原油的采收率，这也是通过矿场实地试验以及试验室模拟实验充分证实的，是能有效增加原油产量的一种重要方法。但是，在使用化学驱模型的过程中还需要注意最关键的环节，就是对化学溶剂的调制，要根据不同油田的不同特点进行调制，化学溶剂的调制要根据计算机模拟技术中所提供的相关参数进行计算，如：液相粘度、渗透率、原油的饱和度等相关的计算，同时要结合地下的界面张力进行分析，这个计算过程是比较繁琐的，而后达成的目的就是要控制驱替相与被驱替相两者之间界面张力的变化，同时还需要注意在通过化学溶剂实现到较小的张力之后所存在的岩石之间相互吸附的问题。

根据现今石油工程开采的情况分析，很多油气藏在开采的过程中的吸附过程都会对聚合物或活性剂造成一定的损耗，在此同时也降低了段塞驱替该有的效果，而且还增加了驱动水带的推进速度直接超过段塞的推进速度，这种情况之下极有可能出现驱动水超越的现象，这对油气藏开采也会造成一定的影响。据统计，我国石油工程开采中，只有极少一部分油气藏在采用这种方式进行开采，其主要是因为化学驱模型的驱替过程比较繁琐复杂，而且由于很多油气藏开采工作都受到技术和经济的限制，使得化学驱模型很少被应用，而大多的研究成果都是从实验室和理论研究上得来的。但是，可以断定的是化学驱模型确实能有效的帮助油田工程解决两大难题。一，可以利用化学驱模型对开采碱水驱、微乳液驱、聚合物驱、活性水驱等相关的过程进行模拟，预测相关因素的开采条件，优化相应的开采工作，从而达到提高开采效率的目的，是作为开采方案设计的有力依据；二，对油气藏开采中使用的驱油机的相关因素进行了解，如，压力的分布情况、驱油的特性、饱和度的分布情况等都是与驱油机息息相关的因素，了解这些才能掌握驱油机的整个驱油过程，进而促进石油工程的良好进行。

3 结束语

本文针对于计算机模拟技术在石油工程中的运用进行了具体的分析和研究，通过本文的探讨，我们了解到，通过有效的运用计算机模拟技术，能够解决石油工程中的很多难题，能够节省大量的时间，并且有助于促进石油开采的效率，使石油企业能够获得更大的经济效益，促进石油企业的长远发展，进而推动我国社会经济的长远发展。

参考文献

[1]高兴坤,孙正义,李红宣.计算机模拟技术在钻井工程中的应用及展望[J].石油钻探技术,2007(05).

[2]李春雨.计算机在石油工程地质中的应用[J]. 石油工业计算机应用,2006(02).

[3]张天雷,曹邦功,王卫平,蒋多元.计算机系统资源管理在石油勘探领域中的应用[J]. 勘探地球物理进展,2008(06).

作者简介

张海波（1971-），男，满族，吉林省松原市人。现为吉林省镇赉县大屯镇英台采油厂工程师。主要研究方向为石油工程。