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力学性能论文范文1
【关键词】多孔建筑材料；非均匀孔洞；均匀孔洞；力学性能
1引言
多孔材料内部有一系列相互连通或封闭的孔洞，构成网状结构。多孔材料性能优良，具有较高的孔隙率和比面积、良好的化学性能、物理性能、吸附性能和渗透性能。目前已经成为重要的功能结构材料，广泛应用于石油化工、航空航天、建筑材料、过滤分离等领域，并作为催化剂、超级电容器、吸附剂和过滤装置等使用[1]。但是多孔材料在制作工艺上也存在一定的困难，在制作材料时，孔洞要与承压面垂直，这就对原材料的要求比较高，在多孔材料的制备技术研发上能力不足，生产效率低下。此外，在制备过程中，对材料中的孔径及孔隙度等微观结构仍不能进行很好的控制与调控。近年来，我国也在不断推进对多孔材料的制备及应用研究，并且取得了很大进展。多孔结构材料在建筑材料中的应用很多，主要集中在砌筑材料和混凝土材料，如焦渣空心砖、水泥空心砖、小型混凝土砌块、空心粘土砖、加气混凝土砌块等以及加气混凝土、大孔性混凝土、粉煤灰加气混凝土等。多孔材料中非均匀孔洞与均匀孔洞对材料性能的影响是不同的。本文基于ABAQUS软件，通过建立非均匀孔洞模型和均匀孔洞模型，分析研究其对材料性能产生的不同影响。
2多孔材料的特性
多孔材料是一种特殊的结构，可以看作材料与空气的复合材料，这样不仅可以减轻材料的质量，又可以很好地实现各种功能。由于具备很多优异性能，多孔材料在航空航天、石油化工以及建筑工程等领域都具有广泛的应用价值。①质量轻，强度高。多孔材料内部有很多孔隙，或分布均匀，或分布不均与，比强度和比模量高。例如，泡沫铝的表观密度为200～500kg/m3，屈服强度为20～60MPa，比强度在0.04～0.3MPa·kg/m3，远高于普通混凝土0.012MPa·kg/m3和低碳钢0.053MPa·kg/m3的数值[2]。轻质高强材料应用于新型墙体中，既能确保材料轻质环保又能满足高层建筑墙体要求，促进了我国建筑材料行业的发展。②吸声性能好。多孔材料由于具有大量内外连通的孔洞和孔隙，当声波射入内部时，会引起空隙中空气的振动。孔隙内空气的黏滞效应导致曳力引起空气表面产生剪应力，从而产生声阻尼，使声能转换为热能[3]。在材料进行安装时，多孔材料背后留有空腔，低频的吸声系数会有所提高。例如，无机高强隔声板是一种既可以隔声又能够防潮防腐的板材。当室内湿度偏高时，多孔结构可以吸收湿气，调节湿度，使它具有良好的透气性能。
3非均匀孔洞与均匀孔洞对材料性能的影响
3.1模型建立。为了说明非均匀孔洞的力学性能优于均匀孔洞，本文做的非均匀孔洞模型为边长L=20mm的正方形单向板，高为10mm，其中上半部分内嵌3排10列半径R=0.5mm的圆，下半部分内嵌1排5个半径R=1.5mm的圆。另外做1个相同大小的均匀孔洞模型用于对比，内嵌4排13列半径R=0.6mm的圆，并保证两种模型孔洞的体积分数相同，经计算，体积分数均为29.4%。非均匀孔洞模型和均匀孔洞模型如图1和图2所示。有限元网格划分采用三角形单元。边界条件采用四边简支的方式，即设置底面（Z=0的面）四条边为：U3=UR1=UR2=0，其中U3为Z方向的位移，UR1、UR2分别为X、Y方向的转角。分别在非均匀和均匀孔洞模型的上表面上施加均布载荷，大小为1MPa。边界条件和加载情况如图3和图4所示。通过研究发现，孔洞分布是否均匀会对材料的性能产生影响。对平板施加均布荷载后，根据ABAQUS软件的分析结果，对荷载作用下材料性能进行具体研究，比较均匀孔洞模型和非均匀孔洞模型的最大应变量和最大应力。
3.2有限元分析。当均布荷载作用在非均匀孔洞模型时，孔洞边缘出现了明显的应力集中，如图5和图6所示。孔两侧出现最大压应力，孔顶和顶底出现最小压应力，但没有出现拉应力，这种加载和受力状态与弹性力学中的基尔斯解答是相符的。且最大压应力出现在大孔两侧。为避免孔上部及两侧应力叠加，造成不利的应力状态，孔间距不易小于5r。当均布荷载作用在均匀孔洞模型时（见图7和图8），孔洞边缘也出现了明显的应力集中，但最大和最小孔边应力都明显大于非均匀孔洞结构。由图可见，在相同荷载下，非均匀孔洞模型的最大应变明显低于均匀孔洞模型的值。这说明均匀孔洞模型容易发生很大的变形，从而引起复合材料层乃至整个机构的损伤，最大应变显然与孔洞的分布密切相关。不论是均匀孔洞还是非均匀孔洞，在孔边都出现了明显的应力集中，但非均匀孔洞结构使最大和最小孔边应力都明显小于均匀孔洞结构。
3.3实验结论。通过对非均匀孔洞模型和均匀孔洞模型的有限元模型分析，发现在孔洞体积分数相同的情况下，并且载荷也相同的条件下，非均匀孔洞结构的最大应力和最大应变均明显小于均匀孔洞。非均匀孔洞模型通过在外层排列细而密的孔，在内层排列较大的孔，使结构具有更好的弯曲刚度和稳定性，实现了用最少的材料来承担最大的外荷载。
4多孔材料在建筑领域应用中的问题
多孔材料之所以得到推广，与其在建筑结构、建筑节能、装配式建筑等诸多领域中潜在的应用价值密不可分。随着材料制造技术的进步，人们对材料性能认识的不断深入，多孔材料必将在建筑领域发挥日益重要的作用，但是目前仍然存在一些需要解决的问题：①多孔建筑材料的制备技术和研发能力欠缺，一些新工艺的工业化程度不高，生产效率较低。②某些多孔建筑材料的制备工艺非常烦琐且复杂，对生产设备的要求相对较高，仅适合在实验室内研究却不适合在实际中推广应用。③大规模生产的多孔和建筑材料，抗震及腐蚀等性能，难以满足特定环境的应用环境要求。④多孔建筑材料的开孔率对建筑物影响很大，开孔率对建筑物整体的观光性、透气性、吸声性、耐久性、抗震性、保温性的综合作用需要进一步的探索研究。⑤不同孔型多孔建筑材料的物理性能及力学性能，以及对建筑物的影响作用尚需研究。
5结语
纵观多孔材料的发展历程，正在向一个新的时代快速前进。本文通过建立非均匀孔洞模型和均匀孔洞模型的有限元模型分析可得，在外层排列细而密的孔，在内层排列较大孔的非均匀孔洞材料，结构具有更好的弯曲刚度和稳定性。在建筑领域，要充分发挥多孔材料轻质高强、吸声性能好等特性，提高对多孔建筑材料的研发能力，加强工业化程度，进一步开展对多孔建筑材料透气性、抗震性、耐热性等综合作用的研究。
【参考文献】
【1】马玉,明广天,班青,等.多孔材料的合成研究与应用[J].齐鲁工业大学学报(自然科学版),2016,30(03):14-19.
【2】魏剑,桑国臣.金属多孔材料在建筑领域的应用展望[J].热加工工艺,2009,38(22):59-63.
力学性能论文范文2
针对土木工程材料专业的特点，立足于实验教学的基础性、系统性和层次性，强调综合性和创新性，创新性的构建了土木工程材料专业的独立实验教学体系，单独设立材料科学基础、材料制备、性能测试、材料分析技术、专业方向综合实验、毕业论文设计等实验课程，并在教学中逐次推进，实现了实验教学的独立性和系统性。
关键词:
土木工程;材料专业;实验课程;教学体系
创新源于问题，始于实践［1］。实验是理论课程抽象知识的具体化，是理论的延伸，是理论再实践的深化。实验是所有工学和理学科技工作者必须掌握的基本手段。实验不同于理论，往往理论是美好的，实践时却经常因某个细节而造成实验结果与理论预期不相符，而某些细节经过研究探索，可能会促进理论的发展。因此，对以实验为基础的学科，实验和理论显得更相辅相成。土木工程材料属于传统材料，属于典型的应用型科学，更是以实验为基础的学科的典型代表，其大量的科学理论首先来源于实际经验的总结，来源于实验规律的总结和提升。
1实验教学的分析
良好的实验教学是促进并实现“工学并举”的重要手段。实验教学不同于理论教学，更注重于培养学生理论联系实际、综合运用知识、观察与思考的能力，即培养学生动手，用所学知识解决实际问题的能力;通过观察实验现象、分析实验问题和结果，培养学生在实践中的探索和创新意识。我校郑家茂校长指出:相对于理论教学，实验教学更有利于促进学生主动构建科学的知识体系、促进理论与实践结合;更有利于突出研究探索，培养学生创新意识和能力;更有利于提高学生综合科学素质、突出知、情、意、能的高级复合作用，帮助学生取得创新成果并得到全面综合发展［1］。如何通过实验有效地培养学生的动手能力呢？以往的实验教学一般均作为理论教学的一部分，采用非单独设课方式，以平时成绩计入课程总分，一般占10～30%，但多为论证性实验，仅针对某单一目标，对课程整体理论的连贯性理解不足，对知识的综合运用能力不足。事实上，培养一个学生动手能力和实践能力，应在满足若干学时的基础上，通过一个与课程紧密相关但又相对独立的完整实践体系的实施，才能实现［3］。同时，高水平的实验教师队伍也是提高实验教学、提高单独设课效果的基本保障。我校材料专业实验室拥有多位博士和全校仅有的两位教授级高工，在院系的支持下，构建了独立实验教学体系，建立了实验课程间、不同实验间的紧密联系，并从2011级学生开始实践。采用单独设课，实验教师具有较大的自主权，但同时对实验教师和学生的要求更高［2］，要求实验教师兼具扎实的理论知识、丰富的实践经验、足够的科研经历。
2实验教学体系的设置原则
为培养创新型人才，大学实验教学应在立足基础性、系统性和层次性的基础上，强调综合性和创新性。基础实验是扎实掌握相关专业知识点的重要手段，不能忽视基础实验的作用。虽然综合设计性实验项目对于培养学生创新意识、全面提升学生的知识应用能力和解决问题能力方面发挥着不可替代的作用。但基础不够，过多的强调综合性、设计性实验，很难达到预期的效果。二者应相得益彰，不可偏废［4］。综合性、设计性实验更不能片面强调实验教学的探索功能，甚至过高要求产生创新成果，应强调培养学生掌握如何综合设计的基本思路、基本流程和基本方法，强调方案设计的重要性，强调与理论知识的结合，强调合作与团队意识等［5］。事实上，综合性实验往往也是由一系列简单的基础实验组成，只是更强调各种结果之间的相关性。如某个简单实验的结果，能用来表征该材料的某些关键性能，无疑该简单实验本身就是一个完美实验设计的诠释。一个完整的综合性实验教学，应包含与该实验相关的知识体系，包含文献综述，熟悉和了解与实验内容相关的知识背景、材料性能、整个实验设计原理和方法、实验过程的影响因素、实验可能的结果，实验过程的操作，结果计算，对实验过程出现的现象进行分析总结等。实验前，应了解实验背景知识、基本理论和实验过程，了解实验设计方法，了解实验过程可能出现的偏差和现象，并初步预期实验结果;实验过程中，要认真观察实验现象，思考问题所在，对比实验结果与预期结果等;实验结束后，认真总结实验结论，分析实验过程中的现象和实验结果的偏离等。通过完成从了解实验、设计到结论分析的整个实验过程，通过有趣的实验现象和有效的实验结论，调动学生的求知欲，启发学生的创新性思维，使学生由被动接受转变为主动求知，从而达到提高实践能力的目的。
3全新实验教学体系的构建
从培养“创新研究型人才”和高素质人才的角度出发，我校土木工程材料专业基于实践教学体系全局化、整体构建的思路，制定了相对独立而又完整的实验课程体系。课程体系的设计以材料科学基础、材料制备、性能测试和分析为主线，以材料的组成、结构、性能、工艺的相关性为牵引，突出系统性和学科交叉性，同时设置专业方向大型综合实验、本科毕业论文设计，以强调综合性和创新性。实验课程具体设置了材料科学基础实验、材料制备技术实验、材料性能测试技术实验、材料分析技术实验、专业方向大型综合实验、本科毕业论文设计等独立课程。每门课程中，又同时包含基础性实验和综合型实验，充分体现了基础性和层次性。材料科学基础实验结合硅酸盐材料方向的材料科学基础理论课程，通过丰富多彩的显微世界和材料的鉴别技术，引导学生对材料的兴趣。而材料制备、性能测试与分析技术三门课程均偏重于方法的学习，同时注意学科交叉，制备技术偏重于材料的各种制备工艺与方法，性能测试则在充分考虑材料的物理、力学、声学、热学、电学等方面的基础上，对实验课程所制备的具体材料进行系列性能的测试，分析技术则偏重于所制备样品的微观分析，三者之间借助制备的材料相互联系，相互穿插，但同时又各有侧重;实验内容囊括了土木工程材料的各种典型实验，及相关性较强的部分金属材料性能试验，提升了实验内容的深度，突出“理论够用，实验为主”，基础性实验项目教学中，更强调理解实验原理、步骤的流程，重点讲解其中易引起实验结果产生偏离的步骤、原因及注意事项等;而综合性实验项目或课程注重学生对实验方案的设计，注重科研思维、科研方法等的教学，以实际工程应用问题和指标要求为目标，综合应用各种基础实验，分析材料组成、结构、工艺与性能之间的相关关系，通过对实验的理解、动手操作、对现象和结果的分析、总结和评估，培养学生独立解决问题及创新的能力。
4实验教学体系的构建说明
材料制备实验教学内容的设计，在考虑了专业特点的同时，又充分考虑了材料或产品在生产工艺上的延伸。大多数材料的更新发展和进步，主要通过配方的改进和工艺的更新来实现。配合比设计即材料的配方设计。混凝土的配合比设计为通过计算配方，实验验证性能，得到合理配方;各种泡沫轻质材料的制备原理基本相近，均为在基体中加入各种气体形成气孔，以金属为基体，加入气体即成为泡沫金属，以陶瓷为基体引入气孔，即成为泡沫陶瓷，以混凝土为基体引入气孔，即成为泡沫混凝土。而不同基体，因其特性不同，引入气孔的方式和方法也有所不同。模压法是采用预先制备好的模型，将所需制备的材料加入模具中，采用浇注或者加压的方法制备出与模型相同的产品，除广泛用于混凝土模型、构件或试件的浇筑、墙体材料的压制成型外，同时也是模具设计和工艺制品常用的方法。水热法广泛应用于各种材料领域，如用于生产纳米材料、陶瓷材料、生物材料、使合金变成超细粉末或结晶粉末等，是指温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液中物质，进行化学反应，从而制备出一种新材料的方法，其关键是根据所需制备的产品选择合适的原材料、合适的反应温度及反应时长等。高温烧结法是把各种原料粉末或粉末压坯，配入适量的燃料和熔剂，在高温炉或窑中加热到低于其中基本成分的熔点的温度，经过一系列的物理化学反应，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程，采用不同原材料，在不同的烧结工艺制度下，可制得不同的产品。高温烧结是陶瓷材料制备的常用方法，也是合金等材料改性的主要方法，该制备方法的关键主要是选择合适的原材料，然后根据原材料的特性进行工艺的合理优化。性能测试实验课程的设置，注重实验间的对比与分析。如不同材料的力学性能有何异同?如同样是力学性能，木材、钢筋、高分子材料各有何特性，实际使用中如何考虑?另外，同样的检测方法，如超声无损检测，测试不同材料如金属和混凝土时，方法有何异同，是否可相互借鉴?通过课程中的综合实验，分析性能间的相互关系，如力学性能与渗透性的关系;同样是混凝土渗透性的表征，RCM法、电通量法、气渗法等，有何异同，结果之间的关联性如何?总之，就是培养学生分析材料组成、性能、结构与工艺等之间的相关性、对比材料性能之间或方法之间的异同、并分析异同产生之根本缘由等。综合实验中，还包含制备实验所制备材料的部分性能，从而进一步了解制备方法的合理性和有效性，最终形成对材料制备、性能的综合评估与分析。专业方向大型实验则在补充了前述缺乏的少量专业实验的基础上，设置以解决实际工程应用问题为目标的小型课题，其包含技术较成熟、目标相对简单且较易实现，结合学生理论课程试验设计与数据处理进行实验方案的设计，实验内容包含从原材料、性能指标、测试、分析技术的测试应用和综合分析，必须覆盖原材料的关键性能(含物理性能和形貌)、工作性、重要的力学性能和易于实现的耐久性或功能性(如吸声/导热/无损等特性)测试等，适当微观分析。且尽量控制工作量和学生的实验时间，工作量不宜太大，需轻重、难易结合，注重于前述知识的综合运用，注重于整个科研方法和思维的培养，注重于解决实际问题。作为毕业论文设计，结合科研项目，学生必须独立完成一个相对系统的微型课题。需要学习者较为全面地熟悉掌握专业和课程的基本原理，才能综合运用各种方法进行设计。如果学生不具备相应的理论基础和实践基础，难以达到预期的效果，所以，设计性实验的安排应与本专业的基础理论教学进程紧密结合。
5结语
以材料科学基础实验引导学生了解材料，以材料制备－性能测试－分析为主线，分析材料组成、性能、结构与工艺之间的相关性，对比材料性能之间或方法之间的异同，并分析异同产生之根本缘由，结合专业综合性实验和毕业设计，进一步掌握各种实验技能的综合应用，结合理论教学体系，培养学生实验或科研设计的思路和方法，从而培养学生的分析问题和解决问题的能力。
作者：庞超明 张亚梅 梅建平 张萍 韩雪芹 单位：东南大学材料科学与工程学院 江苏省土木工程材料重点实验室
参考文献:
［1］郑家茂．对大学实验教学若干问题的厘析［J］．实验室研究与探索，2007，26(10):1－3．
［2］金南国，钱匡亮，孟涛．高校土木工程材料实验教学单独设课的探讨［J］．实验室研究与探索，2009，29(9):111－112．
［3］庞超明，秦鸿根，张亚梅，等．材料专业本科实验教学课程设置的思考［J］．实验技术与管理，2011，28(6):271－275．
力学性能论文范文3
【关键词】木质工程材料；木结构建筑；应用
1引言
木质工程材料在木结构中的设计和应用过程中存在的问题制约着木结构建筑行业的发展，无法充分满足木结构建筑行业的使用要求，因此，需要加强对木质工程材料的设计应用研究，明确木质工程材料应用过程中需要注意的问题以及相关设计应用的不足，并采取针对性的措施进行解决，进一步提高木质工程材料的应用效率和应用价值。
2木质工程材料概述
2.1木质工程材料的类型
根据木质工程材料的加工处理特点，可以将木质工程材料分为胶合木结构、胶合板、大片刨花板等多种类型。工程木质材料保持了原有木材的无辐射、减震、调湿的优势，且能够有效解决木材易发生火灾、易被虫蛀以及容易变形的缺陷，也是当前建筑行业进行新型木结构建设的首选材料。胶合木主要是采用小方材或者板材，按照木纤维的平行方向在长度、宽度以及厚度方面通过胶合而制备成的木材产品。胶合木制造的构件尺寸可以打破树木尺寸的限制。胶合板普遍应用于轻型木结构房屋的墙面板、屋面板以及楼面板[1]。大片刨花板指的是长度为7cm、宽度为2cm、厚度约为0.8mm的大片刨花。平面结构上随机铺装制成工程用单板层积材也被称之为切片，胶合木质量轻、强度高、耐候性好，在工程建设领域有十分重要的应用价值。定向刨花板以木间伐材以及小径材等为原料，通过专用设备加工成长条刨花经过定向铺装、施胶以及干燥之后，热压成型的人造板为定向刨花版。定向刨花具有线膨胀性小、结合力强、强度高、耐水性好以及握钉力高等多种优势。
2.2木质工程材料的力学性能
木质工程材料的力学性能主要取决于原材料的加工方式以及原材料的种类，木质工程材料的弯曲弹性模量以及弯曲强度一般指的是板材平板弯曲或表面弯曲的性能指标。木质工程材料的拉伸压缩性能与材料的弹性模量有关，一般指的是材料表面的抗压强度以及抗拉强度。材料的顺纹与横纹方向的抗压和抗拉性能有着较大的差异。所以，在材料设计过程中，需结合材料的使用场合及材料的使用要求进行科学的产品设计。板材抗剪性能指的是木质工程材料表面抵抗变形的能力，由于外部压力的影响，会造成板材出现菱形形变，产品设计过程中可以参照材料的弯曲性能进行设计。
3木质建筑材料的发展
在我国古代，建筑大量采用了木结构和木质建筑材料，故宫等就是其中的优秀代表。而在现代，我国的木结构建筑却出现了一个断层，木材的使用越来越少，木质建筑材料行业的发展也相对滞后。我国现代木结构建筑的使用分布，除边远山区的简易木房，多用于一些景区的景观建筑以及少数发达地区的别墅等，整体使用量非常少，与优质木质建筑的高昂价格及占地面积较大有关，也与国内落后的木质建筑设计及木质建材标准件的缺失相关。国内的木质建材主要只是应用在门窗、地板等装饰部分，木质主体结构构件相对缺失，而且木质建筑材料没有形成标准件，不能批量生产，成本不能有效降低。因而出现了木质建筑材料行业整体发展滞后的现象。一方面，由于我国在20世纪80年代开始种植人工林，进入21世纪后，逐渐迎来了砍伐期，木材年增量约为2.5×107m3；另一个方面，我国加入世贸组织后，进口木材关税大幅下降，我国可以通过比较优惠的价格买到俄罗斯、新西兰等盛产木材国家的木材，同时，可以吸收和学习国外对木材加工的许多高端技术，使木结构建筑和木质建筑材料行业得到了很快的发展。随着人们经济水平、生活水平、审美观念和文化素养的继续提高，对木质建筑材料的欢迎程度也会随之而提升。在今后的发展过程中，木质建筑材料将会是建材行业里不可忽视的一员。
4木质工程材料在木结构建筑中的设计和应用
4.1木结构建筑局部的设计
木结构建筑属于框架结构体系，外墙、楼盖及屋盖是建筑最为重要的结构部分，决定了建筑物的稳定性、刚度以及强度。在木结构的设计过程中，需要结合木结构的使用范围及使用条件，首先，工程项目建设人员需要确定建筑外观的物理尺寸，并进一步确定建筑结构的类型。然后，根据建筑外观、尺寸等计算建筑的楼盖、屋盖以及外墙。设计过程中，应考虑建筑材料的类型以及结构布置的条件并对力学强度进行验算，保证材料的刚度和强度。楼盖和外墙的设计相对比较简单，主要采用倾斜木结构墙体和楼盖的结构类型。屋盖的结构设计相对比较复杂，主要包括大木结构木屋架、轻型木结构木架以及胶合木结构木架3种类型。在进行屋盖结构设计验算的过程中，工作人员需要根据建筑物的外观尺寸分别确定各部分结构的特征，分别按照制定的技术路线进行设计。屋面材料的选择直接关系着整体结构的稳定性，因此，需要在对顺水条、挂瓦条以及屋面板的强度进行运算之后再确定所承受的载荷。
4.2砖石与木材结合
砖石砌体是一种重要的建筑材料，坚韧的木材和坚硬的砖石结合，能更好地发挥木材和砌体的功能。因为不同的材料具有不同的性质，在建筑设计中将石材与木材相结合，可以产生独特效果，拥有更舒服的美学感受。砖石材料一般适用于地基和墙面，木材用于门窗、地板、楼梯和屋顶，木材的温暖感和轻柔的特点，可以使人们感受到自然和新鲜。
4.3混凝土与木材结合
混凝土是一种人造建筑材料，与金属材料一样有着坚硬、冰冷的特点，和木材的弹性、柔软的特性对比强烈。在建筑中融合使用2种材料，在一定程度上会更自然，使建筑显得理性、简单。另外，木质材料和混凝土在结构特性方面可以互补，使建筑材料的选择更加灵活。
5结语
综上所述，木质工程材料在木结构建筑中的设计与应用直接关系着木结构建筑的稳定性和安全性。因此，必须加强对木质工厂材料性能以及结构分析的研究，明确木结构建筑的设计方案以及建设标准，并采取有效措施提高木质工程结构的稳定性和可靠性，为木结构建筑物的持续稳定发展提供有效参考。
【参考文献】
力学性能论文范文4
高分子材料与工程专业课程设计局限于绘制模具图，已不适应企业人才需求。课程设计改革在内容上增加了材料改性及工艺探索的题目，并通过两次试点，在人员、进度安排及突发情况等方面进行了探索。结果表明课程设计选题应因人定题，与学生就业意愿相结合，在进度安排方面应制定应急预案，预留机动时间。相关改革成果为2015级本科生培养方案中增设“专业综合实验”环节提供了实践依据。
关键词:
高分子材料与工程专业;课程设计;改革成果
课程设计环节作为高分子材料与工程专业实践教学的重要环节，所占学时仅次于毕业设计环节，历年来均以绘制塑料模具图为课程设计内容。但从学生就业情况来看，从事高分子材料产品生产管理、原材料改性、成型工艺制定等工作的学生已占2/3，而从事高分子材料成型模具设计的学生仅总人数1/3左右。显然，课程设计的教学内容已无法适应企业的人才需求。课程设计环节迫切需要补充材料改性以及工艺制定等内容，以便在有限的实践教学学时以及有限的设备条件下让更多学生获得材料改性及工艺制定方面的训练［1］。从2012年起，笔者承担了高分子材料与工程专业课程设计改革的相关教研课题，在课程设计指导工作中增加了材料改性及工艺探索的题目，由学生独立完成。通过两届学生试点，证实了学生在4周内完成材料改性及工艺探索相关内容的可行性，也在课程设计题目选取、人员进度安排及突发情况处理等方面积累了经验。相关改革成果为2015级新生培养方案中增设“专业综合实验”环节提供了重要的实践依据。
1课程设计改革内容简介
2012年秋季学期，笔者承担了课程设计改革相关教研项目。按照进度安排，第一次试点放在2013秋季学期，从笔者指导的5名2010级学生中抽选了2名学生完成材料改性相关课题，主要是验证学生在4周内完成材料改性课题的可行性;2014年秋季学期进行了第二次试点，从笔者指导的11名2011级学生中指定4名学生完成配方探索及工艺制定相关内容，这一阶段主要是在课题选取、实验进度安排及突发情况处理方面进一步积累经验。
2改革试点成果介绍
2.1课程设计题目选取与人员安排
选择难度适中的设计题目是保证学生如期完成课程设计的前提［2］。因材施教、因人定题，最大限度的激发学生的主动性，才能确保课程设计顺利进行。往届高分子专业的学生只会在毕业设计阶段涉及到材料改性及工艺制定的内容。毕业设计阶段时间非常充裕(12周)，足以让学生熟悉相关设备的操作以及应对实验失败等突发情况。而课程设计环节仅有4周的时间，因此课程设计选题应“小而精”，难度应明显低于毕业设计题目。基于以上原因，笔者在第一阶段试点时选取了有一定研究基础的课题，在材料制备工艺方面无需进行探索，减少了学生“走弯路、耗时间”的可能。将往届毕业设计题目“硅橡胶阻燃材料性能研究”分化为两个课程设计题目，分别由两个学生完成“硫化剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”以及“结构控制剂种类及用量对硅橡胶力学性能的影响”。从第一阶段试点结果看，学生借助已有的工艺参数，在第一周的实验中就顺利制备出了硅橡胶材料的空白试样，完成后续实验内容的时间也较充裕［3］。因人定题有利于最大限度的激发学生的主动性和创造性。在第二阶段试点时，笔者在题目选取方面做了新的尝试。在这一阶段试点的学生中，有3名学生的题目仍然衍生于往届的毕业设计题目。而有1名学生曾担任过两年的科研助手，具有较强的动手能力和独立思考能力。针对这名学生的特点，笔者让其独立制备一种天然有机填料/淀粉胶复合材料，实验原料及实验方案等自己通过查阅资料确定，笔者仅在实验遇到困难时参与讨论并提出建议。最终，该名学生通过6轮实验探索制备出了符合要求的材料样品。试点结果证明，对于主观能动性较强的学生而言，即使只有4周时间，也能在没有研究基础的情况下完成课题内容，但实验工作强度偏大。课程设计题目与学生就业意愿相结合，也有利于激发学生的主观能动性。对于在大四秋季学期工作单位已提前落实为材料改性或工艺制定岗位的学生，可以优先安排其在课程设计阶段进入相关实训。本次课程设计改革中，参与第一阶段试点的一名学生在课程设计开始前就确定了工作单位(主要生产硅橡胶产品)。由于课程设计题目与就业单位需求密切相关，这名学生在课程设计过程中非常积极主动，最终很好的完成了课程设计内容［3］。
2.2实验进度安排及突发情况处理
课程设计时间有限，如果安排材料改性及工艺制定内容，则在短短4周时间内需要学生完成资料搜集、方案拟定、方案实施、论文撰写等内容，因此需要指导教师合理安排实验进度。此外，由于实验设备故障、实验失败等突发因素会严重影响实验进度，如何制定出行之有效的应急方案是确保课程设计顺利完成的又一关键。课程设计初步的进度安排是［4－5］:第一周完成资料搜集、方案制定以及原料采购;第二周、第三周进行实验;第四周完成课程设计论文撰写。在两次课程设计改革试点中，均出现了一些突发情况，导致实验进度安排临时调整。在第一次试点时，由于实验关键设备平板硫化机的温控器失灵而维修了几天，耽误了实验进度。针对这一突发情况，指导教师及时调整进度，让学生在设备维修期间完成前期实验数据整理及课程论文框架构建等工作，从而大大缩短了后期课程论文撰写的时间，确保了课程设计如期完成。第二次试点时，由于其中一个选题没有研究基础，学生在实验过程中花了两周多的时间尝试了多种原料配比，才最终敲定实验方案。所幸学生自身积极性很高，时间安排也比较紧凑，白天进行探索实验，晚上查阅资料调整实验方案，最终按期完成了课程设计论文。由此可见，科学合理的实验进度安排不能仅仅依靠指导教师“纸上谈兵”，还应该结合学生的自身能力以及参与实验的积极性进行设定。对于能力强、积极性高的学生可以适当提高要求，增加实验内容，紧凑安排实验，以便学生得到更多的能力锻炼。对于专业基础较弱、动手能力相对较差的学生，可以预留出合理的机动时间，以便学生能从容完成实验内容。
3改革成果推广及应用
目前，本次课程设计改革成果已经进入应用阶段，在本校高分子材料与工程专业本科生人才培养方案中已经增设了4周的“专业综合实验”环节，并从2015级学生开始实施。这一环节将专门用于学生进行材料制备及工艺探索等综合实训内容。笔者认为本次课程设计改革已经达到预期目标:(1)改变了课程设计实践环节内容单一的现状;(2)证实了4周内完成材料配方探索及工艺制定等内容的可行性;(3)进一步锻炼了学生的动手能力和独立思考问题的能力;(4)为人才培养方案的调整提供了实践依据。
4结语
课程设计改革能够使学生的动手能力得到进一步锻炼，从而使其成长为复合应用型人才。课程设计内容多元化，可以让学生所学知识更贴近企业需求，有利于扩大学生就业面，从而实现学校、企业“双赢”合作。相信本次课程设计改革取得的成果在将来的实践中会得到进一步完善充实。
作者：盛旭敏 单位：重庆理工大学材料科学与工程学院
参考文献
［1］盛旭敏．浅谈高分子材料与工程专业课程设计改革［J］．广州化工，2014，42(7):182－183．
［2］范雪兵．“机械设计课程设计”多理念融合教学改革实践探讨［J］．中国电力教育，2012，(26):69－70．
［3］盛旭敏．高分子材料与工程专业课程设计改革初探［J］．广州化工，2015，43(2):155－156．
力学性能论文范文5
关键词：高等教育；选修课；纳米材料导论；科学世界观
高等教育突出专业教育，高等学校根据自身的性质和社会需求设置专业，各个专业设置相应课程来完成专门人才定向培养。高校课程根据对专业的适用性可分为必修课程和选修课程。前者是重点讲授本专业必须掌握的基础知识和技能，教学内容具有系统性、完整性和相对稳定性，后者则是作为必修的一种补充，有利于培养学生专业特长，系统构建专业知识和专业技能。在高校教育目标实现过程中，高等学校教学原则始终处于指导地位。教学规则是根据教学目的和教学规律制定出来的对教学的基本要求，对教学过程实施起到约束和规范作用，是成功进行教学活动必须贯彻的准则。如何在教学实践环节中，灵活运用、落实高等学校教学原则，是高校教师必须直面的重要课题。纳米材料导论是苏州大学材料专业开设的选修课，重点介绍纳米材料的基本概念和基本性质，着重介绍纳米粒子、纳米薄膜、纳米固体等材料的制备方法和基本性能。该课作为材料学专业重要选修课之一，如何在教学过程中，深入践行高等学校教学原则是本文探究的重点。
一、教学实践中选修课教学的科学性与思想性统一
本科教育过程是专业科学知识体系构建过程，同时也是本科生世界观逐步确立的过程。高等学校教学的首要原则是科学性和思想性统一。科学性要求教学要客观传授专业科学理论，而思想性则要求教学要体现社会主义教育的政治方向，培养学生树立正确的世界观和人生观。在纳米材料导论课程教学过程中，针对纳米材料特性这一章节中，重点揭示材料构效关系中所蕴含的哲学原理，即利用唯物辩证法的量变质变关系原理引导学生认知纳米材料特性。材料是人类赖以生产和生活的物质基础。材料是客观的物质，纷繁的材料构成了多彩的物质世界，层次的划分使复杂的物质世界变得清晰而富于条理。物质可分为若干层次，每个层次又可分为若干个亚层次。目前，三层次理论为人们所共识，即以典型尺度划分，物质可分为微观、宏观、宇观三个层次，不同层次的物质服从不同的运动规律。微观世界到宏观世界尺寸的划分不应当是截然的，具有一定的模糊性，即它们之间必然存在一个介观，处于介观领域的物质其典型尺寸为1～100nm（小于1nm为微观世界；大于100nm为宏观世界），该范围也称为纳米尺寸范围。这一过渡区域的特点表现为宏观规律和微观规律的互相交叠。一方面，牛顿经典力学的规律尚起重要作用；另一方面，量子力学的各种效应已十分显著，其结果是出现了新的尺寸效应。其中，既有本构特性变化的尺寸效应，又有新的物理和化学机制出现的尺寸效应。具体表现为宏观块状物质的本构特性与特征尺寸无关，而当物质的特征尺寸减小到某一临界值时，其本构特性变成与特征尺寸相关，或者出现新的物理和化学机制，即纳米尺寸效应，其包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。团聚是纳米材料制备过程中材料尺寸控制的关键。纳米材料在制备过程中容易发生团聚，造成团聚发生的内因是由于纳米材料尺寸极小，比表面过大，比表面能过高，使材料体系处于不稳定状态，有自发通过接触团聚增大颗粒尺寸，降低比表面能使体系趋于稳定的趋势。造成团聚的外因是材料制备或煅烧过程中存在着范德华力、氢键和毛细管效应。这里小尺寸，高比表面能是团聚发生的根据，是第一位的，它决定着纳米材料团聚发生的基本趋势；而范德华力、氢键和毛细管效应是团聚发生的外部条件，它是第二位的，对事物的发展起着加速或促进作用，外因必须通过内因而起作用。学生通过辩证分析，在掌握教学知识点的同时，确立辩证唯物主义科学世界观，实现了纳米材料教学实践中科学性和思想性的统一。
二、纳米材料导论教学中实践教学与科学研究相结合
本科教育过程是知识的传承，更是科学研究方法的领略，通过个性的抽象思考，领悟共性的哲学精髓，将会开启本科生的创新之路。高教理论研究表明，探索、研究的本质是对未知领域的求索，而教学是已知的传承，二者的区别在于认识的客观对象不同，任务也不一样。但是两种认识过程又是互相依存和互相转化的。在专业选修课教学过程中，高校教师在传授系统知识的同时，有必要向学生传授一些科学研究的思维方法，在学生的兴趣中埋下探索的火种，实现科学思维的启迪。尖晶石型氮氧化物是一种新型的陶瓷材料，具有出色的光学性能、力学性能、热学性能、介电性能等，但氮氧铝制备相当复杂。尖晶石型氮氧化铝合成有三种方法，最普遍的方法是碳热还原氮化氧化铝法；第二种方法以金属铝为原料，借助燃烧反应来氧化氮化制备氮氧化铝；第三种方法是用气相反应合成氮氧化铝。这些方法的共同的特点是制备过程必须在高温下进行，高温、氮气、金属铝是合成不可缺少的条件；碳热还原氮化氧化法中，高温、氮、碳是必备的条件，因此，只要具备上述两种条件，就能够合成氮氧铝。经典爆轰理论表明，含能材料TNT爆轰，瞬间可释放出很高的能量，形成高温、高压、强冲击波能量场，高温、氮、碳均已具备的条件下，适当引入铝粉，就可以实现氮氧铝的制备。通过对自己课题组已有科研成果的介绍，将具体的思考方法传授给学生，经过综述、归纳分析，让学生感受到创新不光是靠偶然的灵感和顿悟，是有章法可循的。这种将研究方法和教学方法相互渗透的方式，能有效启迪学生们的创造性思维。
三、高等教育教学中理论与实践的多元化
理论源于实践，实践是理论的最终归宿，“从实践中来，再回到到实践中去”，理论知识才有望夯实、提升并得到发展。课堂教学以纲要为引领，以教材为蓝本系统地传授专业知识。教材具有通识理论的普适性，但绝大多数学生缺乏实践历练，很难对经典的理论有深刻体会，课堂教学所构建的知识体系难免平面化。如何使知识体系鲜活、立体，则是教学实践中必须直面的问题。如今，科研已成为高校教师教学实践之外的实践活动的主战场。立足这一优势，结合教师科研课题，有计划地组织学生开展科研实践活动，可激发学生们学习的热情，加深对教材基础理论的理解。纳米材料导论这门选修课在苏州大学2008级材料化学班开课期间，作为选修课教师，我将自己的实验室向本科生开放，让学生从课堂走进实验室，立足选修课，申请校级或省级大学生创新课题，把所学到的理论知识与实践相印证，这种实践训练不但加深了学生对基础知识的理解，同时也培养了本科生科研创新精神。经过训练，苏州大学2008级材化专业周秀峰同学在本科三年级便在国际期刊上发表了SCI收录论文，四年级申请国家发明专利获批，因成绩优秀顺利保研；本科毕业论文被评为江苏省高校本科毕业论文一等奖。同届参与实验锻炼的2008级材料化学班的朱艳菁同学也发表了国际性的学术论文，顺利保研。实践证明，本科学生利用业余时间，积极参加科研活动，既开阔了视野，更实现了理论和实践对接，使知识体系由平面化向立体化丰富，顺利完成理论知识从书本中来到实验室中去的跨越。
四、结束语
高等教育是培养高级专门人才的一种社会活动，树立先进的教育观念，掌握正确的高等教育方法，有助于高校教师按照高等教育的内在规律从事高教工作。将哲学、教育学、心理学有机地融合在教育实践当中，以高等教育教学原则为准则，以辩证唯物主义哲学理论为引导，借助课堂教学和实验室辅助实践教学相结合，可有效完成构建本科教育专业知识体系，同时培养学生确立辩证唯物主义科学世界观，真正实现高等教育科学性和思想性的有机统一。
参考文献：
[1]周川.简明高等教育学[M].南京:河海大学出版社,2006:05.
[2]曹茂盛.纳米材料导论[M].哈尔滨工业大学出版社,2001:08.
[3]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2020:1.
力学性能论文范文6
【关键词】集料；试验检测；检测指标；质量控制
1引言
公路桥梁建设对交通运输业的发展具有重要作用，是国家重要的基础工程。集料是公路桥梁建设过程中最基本的工程材料，使用量占总质量的70%以上，由小粒径的砂到大粒径的碎石，其形状和物理、化学性能影响着结构的安全性和耐久性。
2集料试验检测技术和概述
集料质量对路桥工程的整体质量起着至关重要的作用，粗集料和细集料分别起骨架作用和填充作用[1]。因此，必须重视混凝土中的集料使用，施工过程中对集料试验检验工作必须符合有关规范要求，选择粒径合适、级配好、试验检测技术指标满足工程建设要求的集料，减小水灰比提高混凝土强度，保证整体施工安全。
3集料试验检测技术类型
3.1机械检测。机械检测技术是一种提高公路桥梁工程安全性的检测技术，采用精密仪器检测集料结构，其特点如下：（1）实时监控集料质量，动态分析检测过程，保证测试结果的准确性。集料机械检验过程详细，集料数据变化敏感，检验数据传输快，可及时发现数据变更出现的质量问题，并给出处理方法。（2）机械检测技术灵活性、适应性高，可对不同集料的检验方法进行调整，以满足检验目标，保证检验结果符合规范要求。
3.2性能检测。性能检测技术是对建筑材料的物理、化学、力学等性能指标进行测试，确保测试结果符合标准，提高工程可靠性。砂石、碎石（卵石）、水泥等集料是常用的施工集料，根据公路桥梁实际工程的需要，科学选择施工集料，保证集料的颗粒级配、吸水率、含泥量等性能指标满足工程建设要求[2]。
4集料试验检测指标
4.1粗集料主要检测指标。1）含泥量。筛洗法是测定粗集料含泥量的常用方法。将称好的粗集料试样倒入盛有清水的容器中，粗集料原始质量为m0，静置24h后淘洗，将清洗后的液体倒入1.18mm和0.075mm筛网，对粗集料进行多次清洗，去除直径小于0.075mm的颗粒，直至冲洗后的水清澈。将2个筛网上的颗粒和清洁后的粗集料烘干，烘干后质量为m1，粗集料的含泥量为(m0-m1)/m0。2）密度和吸水率。2次平行试验的结果偏差控制在0.02范围内。密度=烘干后称重/（擦拭后称重-漂洗后称重）；吸水率=（擦拭后称重-烘干后称重）/烘干后称重。3）针片状含量。常采用归准仪法检测粗集料针片状含量，主要用于检测直径大于4.75mm颗粒的针片状含量。4）力学性质试验。粗集料力学性能检测主要包括压碎值、磨光值、冲击值等的检测。压力机经过均匀加压，直至荷载在10min内达400kN，然后保持恒载按压5s，采用2.36mm筛网筛分出粗集料压碎后形成的细集料，压碎值=压碎后形成的直径小于2.36mm的细集料质量/原粗集料的质量。磨光值是指磨光集料后，通过摆式摩擦系数测定仪来计算磨光值。冲击值是在一定高度自由下落标准锤，连续进行15次的骨料锤击，冲击值=粗集料锤击后形成的直径小于2.36mm的细集料质量/原集料质量。
4.2细集料主要检测指标。1）密度。容量瓶法常被用于检测含有直径大于2.36mm细集料的密度，将质量为m2的细集料倒入装有清水的容器中，静置24h后称量，m3为（容器+水）的质量，m4为（容器+水+集料）的质量，细集料的密度=m2/(m2+m3-m4)。2）含泥量。细集料的含泥量与粗集料含泥量计算方式一样，此处不赘述。3）云母含量。称取50g试样，烘干至恒重后筛去超过5mm及小于0.315mm的颗粒，使用钢针挑出砂中的云母，云母含量=挑出云母质量/烘干试样质量×100%。4）砂当量。砂当量试验用于检测集料中的杂质含量。向试筒内加入10mm冲洗液，倒入相当于120g干重的细集料，除去试筒中的气泡，静置10min，采用自动砂当量振荡器90次，试筒中插入冲洗管，清洗试筒，使杂质浮起，直至试筒液面到达380mm，静置20min，测量试筒底至絮状物的高度h1，将活塞插入试筒至沉淀物顶，拧紧套筒螺钉，套筒顶面与活塞底高度为h2，砂当量=h2/h1×100%。
5集料质量控制措施
某公路桥梁采用沥青路面，上、下面层分别为玄武岩和石灰岩集料，采用性能检测技术检测集料的各项主要技术指标，检测结果如表1所示。
5.1集料级配。因试验条件或误差等原因，多次试验检测数据可能存在不同，集料的级配指标检测误差将影响沥青混合料级配，从而影响路面质量。本工程集料级配指标检测值的主要影响因素如下：（1）破碎机筛孔及筛网。本工程集料加工过程中，破碎机筛孔间距设置较大，可将振动筛规格设置为3mm、6mm、12mm、16mm，避免集料筛选出现误差。集料加工过程将造成筛网的筛孔变大或破损，因此，必须选择耐磨性能高的筛网进行集料的筛选加工，减小筛孔对集料级配指标的影响。（2）料源位置。本工程的集料主要来源于开采的块石，经压碎加工后作为工程使用的集料，因此，集料的来源地对集料级配和质量产生影响，固定集料来源可稳定集料指标检测值。（3）集料产量。本工程出现破碎机超负荷工作，产量过高，导致加工后的集料形状尺寸出现偏差，很难分辨集料档次，筛选效率低，集料级配不稳定。因此，施工现场应控制破碎机的使用程度，注重产量的同时必须保证集料的筛选质量，保证级配稳定。
5.2含泥量。集料表面的泥浆及粉尘等杂质将影响沥青与粗集料间的直接接触，在两者表面形成隔离层，导致黏附性降低，当出现动水压力时极易出现沥青剥离现象，导致沥青路面的损坏。本工程采用玄武岩和石灰岩集料，表面较易附着亚黏土、粉质土等，附着土的种类不同对沥青与集料黏附性影响程度不同。泥土的塑性指数越大，对两者的黏附性影响程度越高，亚黏土与粉质土的塑性指数分别为18.5和5.5，因此，必须将集料表面的泥土清除干净，避免对两者黏附性产生影响。本工程还可采取以下措施降低含泥量对黏附性的影响：（1）开采块石前应清除覆盖层，开采中及时清除表面泥土，禁止雨天作业；（2）保持集料堆放处清洁，对料场内的集料进行覆盖，避免雨淋及粉尘污染；（3）道路硬化，禁止泥土或泥块与集料同时装车；（4）加工集料的破碎机必须保持清洁，配置去尘设置，污染的集料采用水冲洗，清除表面泥土杂质。
5.3针片状颗粒含量。优质的集料针片状含量较小，表面有棱角，形状类似立方体。本工程直接开采的集料针片状含量较高，经后期加工生产后，集料针片状颗粒含量有所降低，主要影响因素如下：（1）料源延性。本工程采用部分形状为片状的块石或裂隙发育较好的岩石作为原料，经过加工产生的针片状颗粒含量较高，因此，可以采用岩石胶结强度高，压碎值较小的原料，形成的针状颗粒含量较小。（2）加工方式。本工程先采用粗碎机对块石进行初步破碎，之后通过颚式破碎机再次破碎，通过筛网筛分出集料，不符合要求的返回重新破碎。颚式破碎机再次破碎加工的集料，针片状颗粒含量很难满足要求，可将其更换为反击式破碎机，有利于针片状颗粒含量的降低。
6结语
集料是保证路桥工程质量的重要影响因素。集料试验检测技术在公路桥梁工程建设中的应用，有利于保证施工现场建筑材料符合标准要求，为公路桥梁设计和施工程序的制定提供了重要的数据支持，减少后期使用过程的反复修护，降低造价，保证公路桥梁的安全性和耐久性。
【参考文献】
【1】李淑萍.材料试验检测技术在公路工程中的应用浅述[J].科学技术创新,2017(31):161-162.
力学性能论文范文7
关键词:高分子物理实验;教学改革;进展
“高分子物理实验”课是配合高分子物理理论课开设的一门重要实验课程，它可以帮助学生进一步理解抽象的理论概念，提高他们的实验动手能力，培养他们对高分子材料专业的学习兴趣，进而提高自身的创新能力。长期以来，受传统教学模式和不同层次学校客观条件的限制，高分子物理实验课程仍存在着一些普遍的问题，如，“浇灌式”教学、“围观式”教学的现象，基础性实验较多，缺乏综合型、设计型和研究型实验的问题，不易调动学生的主观能动性，不利于因材施教的问题等等［1］。所以围绕高分子物理实验课的教学改革研究，许多学者和老师发表了一些切实可行的方案，交流了自己的教学经验。这些教学改革的研究主要围绕以下几方面进行:一是教学的实验内容和类型的改革;二是教学方法和模式的改革;三是大型仪器在高分子物理实验中的应用改进;四是实验教学评价形式的优化。本文对上述研究进行总结，以求为进一步做好高分子物理实验课程的改革理清思路。
1高分子物理实验课教学内容和类型的改革
实验课教学的内容是实验课程的核心，所以开设什么内容的实验项目一直是实验课程的中心任务。根据高分子物理实验课的特点，一般将实验项目类型分为验证性、综合性、设计性三大类。结合这几种类型，各高校对实验课的内容进行着不断的改革和完善。验证性实验是最基础的一类实验。它的特点是每个实验内容针对高分子物理的课堂教学中的某个知识点，不同实验之间关联不大，但它们作用在于重点培养学生的基本操作能力，让学生通过实验加深对理论知识的理解，为培养学生解决和分析实际问题的能力打好基础［1］，因此该部分实验是必开内容，并且在上述三类实验类型中所占比例最大。目前教学改革中涉及到这一部分内容的改革变化不大，一般采用的都是教学大纲中的经典实验。综合实验一般分为三类［2］:(1)与高分子材料性质的变化相关的综合实验;(2)与高分子材料或高分子化学课程相结合的综合实验;(3)与老师科研相结合的高分子物理实验。设置这些综合实验，可以使学生进一步加深对高分子物理理论知识的理解，提高学生综合运用知识分析和解决问题的能力，从而提高学生的综合素质。这类实验往往是在验证性实验完成的基础上再行开展。由于它们具有较大变化性，所以针对该类实验教学的改革内容是大家研究的热点。如徐世爱等［1］利用偏光显微镜开设的“结晶聚合物的熔融和动力学”实验。学生通过该实验能同时观察到聚合物在不同温度下的结晶和熔融过程，以及球晶的生长和形态变化等。该实验涉及聚合物结晶性能的许多知识点，是一个非常有代表性的高分子物理综合实验项目。吴强等［3］通过开设热塑性材料加工制备及其力学性能表征的综合实验，使学生不仅可以了解多种热塑性高分子材料的加工特性与力学特性，而且可以掌握多种材料力学性能的表征手段。体现了高分子物理与材料加工相结合的特点。将高分子化学和高分子物理相结合来开设综合实验是许多高校常选择的方案。目前这类综合实验的内容重点体现在突出高分子化学的合成特点与高分子物理结构与性能特点相结合这方面。以苯乙烯的悬浮聚合和分子量测定为例，首先要求利用高分子化学知识完成苯乙烯的聚合，然后结合高分子物理知识，利用凝胶渗透色谱(或与激光光散射仪联用)测定所制备的聚苯乙烯的分子量和分子量分布［4－6］。其它类似的实验如，赵成吉［7－8］将不同体系聚合物的制备与所得样品的热性能分析相结合，利用热失重分析仪、差示扫描量热仪和动态热机械分析仪等设备引导学生分析样品的热稳定性、玻璃化转变、模量等变化与其结构的关系。刘晶如等［9］提出串联多个简单实验的思路改进综合实验。他们以“聚丙烯的结晶形态”为例，在实验中加入成核剂，改变样品结晶过程，最终改变其力学、光学和耐热性能。将涉及到上述测试的几个高分子物理实验串联起来形成一个有机整体运用于教学。朱利平等［10］提出采用组合化教学方法对高分子物理实验课程进行改革，他们将原本简单但关联性较强的实验组合在一起，选取典型的高聚物如全同聚丙烯、高密度聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯作为盲样，由学生选取一种，结合上述组合实验的要求，自行设置实验方案和参数，分别完成实验设计。上述多种实验能有效地发挥学生的积极性和主动性，提高动手能力和创新能力，加深了学生对高分子物理各知识点的理解和关联。设计性实验主要是根据实验目的、要求和条件，要求学生通过思考选择原料及配方，设计实验方案。它们是在综合实验基础上的提升。设计性实验的开设给学生提供了充分发挥自己主观能动性的空间，可以调动学生的积极性，激发他们的学习兴趣和创新意识。这部分实验项目所占比例不宜过大，主要是针对学有余力的学生开设，实验过程中有很强的研究性质。有时为了强度科学研究性特点，有的学校分的更细，把设计性和研究性实验分开来讲。开设与高分子材料鉴定有关的实验就属于常见的一类设计性实验。实验对象一般是外形相同的聚合物材料，如高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的鉴定［1］，还有如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯的混合物的鉴别［11］。为了完成这些实验，学生首先要从不同的出发点考虑分析问题，查阅相关文献，然后设计实验步骤，选用不同的仪器表征等等，最终实验方案也不尽一致。通过这种设计型实验，学生可以有效地培养独立分析问题、解决问题的能力。与老师科研成果相结合又是开展该类实验的一个特点。如王继虎等［12］将教师的校基金项目“功能化丙烯酸酯导电压敏胶的研制”中的有些工作添加到高分子物理实验当中进行教学尝试。李战胜等［13］以不同材料分子量测定为对象开展科研与实验教学相融合的改革探索。史以俊等［14］以纳米碳酸钙改性聚丙烯为例，详细介绍了开展高分子物理研究性实验教学的实施方法。吴广峰等［15］介绍了通过梯度式设计实验教学内容和结合科研实验的两种途径进行高分子物理实验教学改革的工作。张予东［16－17］在这方面也做了一些尝试工作。结合自身科研课题，指导学有余力的大三学生对聚甲醛的结晶行为、聚丙烯抗氧化剂的结晶和流变行为等项目开展研究性实验工作，学生反映良好，其中部分考上研究生的学生反馈信息，认为这种实验经历对他们科研素质的培养起了很好的帮助作用。
2与大型仪器应用相关的高分子物理实验教学改革
由于许多高分子物理实验都要用到大型精密仪器，对仪器的依赖性强是高分子物理实验的特点，如何应用好相关的大型仪器服务高分子物理实验，许多学校在这方面进行了有益的探索。唐萍等［18］结合本单位大型仪器用于高分子物理实验教学的情况强调大型仪器在高分子物理实验教学中具有独特作用。目前，在高分子物理实验教学改革中讨论较多是与热分析仪器相关的高分子物理实验。如赵成吉分别进行了热重分析仪［7］、示差扫描量热仪［19］、动态机械分析仪［20］在高分子物理实验教学中应用的实例分析。翁秀兰［21］、李明玲［22］、姚芳［23］、刘素霞［24］和于欣欣［25］等老师以热分析技术或热分析仪器为题探讨了其在实验教学中的应用情况。王艳色等［26］利用DSC技术对PET材料的热转变实验进行细致研究，从而用于学生实验教学。致所以大家把热分析仪器作为热点进行高分子实验课方面的讨论，这至少说明两个原因:一是热分析仪器在高分子物理实验中应用已非常普及;二是热分析技术是与物质性能测试相关的一类技术，涉及到多种热分析仪器，联系着高分子物理的许多理论知识点，可以衍生出多项实验内容。其次与高分子物理实验改革涉及较多的仪器是用于聚合物的球晶测试的偏光显微镜，其中代表性的工作是羊海棠等［27］以偏光显微镜观察为例详细探讨了其在高分子物理实验项目改革中作用。另外，刘宇艳等［28］以聚合物分子量测试的渗透色谱仪为例，列举了在GPC实验中常见的一些问题，讨论了凝胶填料的种类、不同的装柱方法、溶剂以及样品浓度、柱温改变等对实验结果的影响。疏瑞文［29］和唐萍［30］分别将旋转流变仪和门尼黏度仪应用于本科实验教学中，从而帮助学生加深对聚合物流变性质、分子链及链段运动等相关理论知识的理解与巩固。
3高分子物理实验教学方法和模式的改革探索
除了对实验内容进行改革外，许多新的教学方法和模式也被各高校积极地探索和尝试，如开展网络平台教学，开发新的教学软件和模型，开发新的实验教学演示视频、仿真实验等，改进实验教学评价方式等等。这方面的工作中国科技大学开展的很有代表性，以朱平平、何平笙为代表的老师先后发表了四十余篇与之相关的教改论文［31－32］。随着网络技术的发展，利用网络平台开展教学活动的模式越来越被人们接受。如朱平平［32］、王贺云［33］和苗继斌等［34］均提到发展网络平台拓展新的教学渠道。将网络平台用于高分子物理实验课程教学可以为师生带来很多便利，如为学生提供自学环境，阅读、下载实验教学资料，随时了解开设实验的具体指导内容，师生在线交流等等。另外，朱平平等［31－32］还将分子模拟技术引入到高分子物理实验课程中，他们先后开发了5个高分子物理的计算机实验:用“分子模拟”软件构建聚乙烯、全同立构聚丙烯分子，并计算它们末端的直线距离;用“分子模拟”软件计算聚丙烯酸甲酯的构象能量，开展二维高分子链形态的计算机模拟，高分子链均方末端距、均方半径与聚合度之间的标度关系的计算，受限空间大分子链的穿越过程模拟。这些形象化的分子模拟技术有效地弥补了实体分子模型和课堂教学难易达到的效果，是实验教学的新模式。部分实验已在国内其它高校得到普及应用。开放式实验教学也是改善高分子物理实验教学很好的模式。唐萍等［35］采取实验时间开放、实验设备开放、实验人员开放的三开放实验模式进行了高分子物理实验的开放式教学改革和摸索，取得了良好的教学效果。吴广峰等［36］将开放式与互动式实验教学相结合，在灵活中体现自主创新。张葵花［37］以应用型本科院校高分子材料与工程专业的学生为对象，开展开放式高分子物理实验教学改革探索。上述这些教学方法的共同特点是调动学生的积极性和主动性，变被动学习为主动学习，从而使学生在完成实验的过程中加深对基础理论知识的理解。
4高分子物理实验教学评价方式的改革
在改进高分子物理实验教学评价方式方面，多数学校认同强调实验过程管理的观点。如杜滨阳等［2］、胡建设等［6］、苗继斌等［34］在创新考核方式过程中，建议实验教师从实验预习开始，指导学生注意实验操作的细节、关注学生对实验现象的观察，加重这部分考核的权重。然后老师要对实验报告的点评，让学生参与对实验结果的讨论。降低实验报告和期末笔试在考核中所占的权重，从而使实验课的考核和评价更加全面、合理，力求客观评价高分子物理实验的教学效果。这种实验考核方式的改进，改变了部分学生仅想照方抓药的惰性实验操作思想，提高了学生的主观能动性和认真思考的学风。朱平平等［38］还详细介绍了高分子物理实验课程实验报告的规范化管理，值得同行借鉴。
5结语
力学性能论文范文8
传统教学模式中，教师不但列出了实验目的和实验步骤，还明确了实验器材和药品的数量、试剂的纯度、实验方法，甚至连仪器组装都包办了。研究型实验教学模式，强调教师和学生之间的教学互动，教师帮助学生根据实验目的，让学生自己运用已有的知识和上网检索到的知识，与同组学习成员交流合作，让学生自己根据学校实验条件确定实验药品和仪器的类型、数量、实验方法和实验步骤，在研究中培养学生的能力。例如在“Fenton试剂降解阿特拉津动力学性能的测定”实验中，教师要引导学生自己确定使用什么仪器和方法测定溶液中阿特拉津的浓度，如何用计算机软件绘制测定阿特拉津浓度的标准曲线，让学生自己思考FeSO4和H2O2用量对阿特拉津降解速率的影响，如何求降解过程中的速率常数和反应的活化能。
传统教学模式中，实验内容只是局限于所选用的实验教材，这在相当程度上影响了学生对知识的综合应用能力与分析问题、解决问题的能力。而在研究型教学模式中，实验内容不再局限于实验教材，教师鼓励学生联系日常生活、学校周边工厂和家庭所在地的环境问题，鼓励学生积极参与教师科研，注重实验内容的开放性。例如笔者经常组织学生到学校所在市调查冶金、印染、电镀、制药等化工行业以及城市污水处理厂和垃圾填埋场的污水处理情况，经常从这些行业带样品让学生做实验，为学校周边地方行业污水处理提供实验参数、检测方法和污水处理工艺。这样学生的实验内容不再拘泥于实验教材，而这种来源于生产实践的实验项目大大提高了学生的积极性，学生的能力在研究性的实验中也得到了极大地提升。
环境工程专业实验课研究型教学的主要教学过程
实验课研究型教学的主要教学过程包括：创设情境、确定实验项目的研究内容、设计实验、研究性实验、效果评价五个阶段。以“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”为例，论述环境工程专业实验课研究型教学的主要教学过程。在环境工程专业实验教学中，教师可结合生活实际、工厂实践和学生已具备的基本概念、原理等来创设情境，激发学生的求知欲和实验动机。例如，石油化工水平关系到一个国家的国计民生，石油化工行业的污水是怎样处理的，石油化工行业的污水经生化处理后，是否能够达到国家的排放标准。树脂吸附法作为一种低能耗的固相萃取分离方法受到广泛重视，树脂吸附法具有分离效率高、溶剂消耗少、操作安全、能循环使用等优点；树脂吸附法在处理难降解生化尾水的同时，可对生化尾水中难生化的有毒污染物吸附、分离与回收，经树脂处理后可提高尾水的可生化性，树脂还能循环使用。这样引入实验“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”。确定实验项目的研究内容是研究型教学的关键，因为它是整个实验研究型教学过程的载体。实验项目的研究内容应在学校实验条件允许的前提下具有探究性、可接受性，且能激发学生的实验兴趣。例如在“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”实验中，教师可引导学生上网查阅“石油化工行业的污水排放标准”。在国家标准的指导下结合学校实验条件，确定实验的研究内容：树脂处理前后化学需氧量（CODCr）、生化需氧量（BOD5）、氨氮、pH值、电导率等参数的测定、树脂吸附法处理石油化工生化尾水的实验优化条件。
根据实验项目的研究内容，学生上网查阅“中国期刊网”、“Elsevier”、“Wiley”数据库，仔细查看和阅读“与实验项目研究内容”相类似的研究论文；学生在小组讨论的基础上明确实验目的和实验原理，并具体设计实验，确定实验步骤、仪器药品的种类和数量。例如在“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”的实验中，在查阅文献基础上，学生确定了具体的实验步骤：第一步，选择树脂。依据树脂对石油化工生化尾水中CODCr的去除率和树脂的解吸效率，从众多的商业树脂中筛选出D201树脂。第二步，优化树脂吸附条件。以生化尾水中CODCr的去除率为指标，从溶液pH值、温度、树脂用量、生化尾水的上样浓度、流速等因素优化树脂的吸附条件。第三步，在最优条件下重复实验，确定树脂的循环次数。依据设计的实验，学生小组分工协作，在教师指导下认真做实验。详细记录实验数据和实验现象，并认真分析实验现象产生的原因，要求学生学会运用origin或MicrosoftOfficeExcel等软件分析处理数据和制作图表。在这一过程中，教师一定要注意培养学生良好的科学态度，让其学习科学研究的方法。
这一阶段在学生小组集体讨论的基础上，由学生完成实验报告或研究小论文，锻炼学生分析、归纳和总结问题的能力。教师可针对学生的小论文或实验报告，面对面地给学生批改，帮助学生进一步分析实验现象和数据，以及如何用科学规范的语言来书写实验报告和论文，这样可进一步提高学生的科学语言的表达能力。教师也可就实验原理、数据处理、实验方法和仪器使用等方面，组织学生进行实验答辩。例如在“D201树脂吸附法处理石油化工生化尾水”实验中，笔者组织学生进行答辩。答辩中请学生回答：D201树脂的骨架是什么；D201树脂上是否有电荷，如果有电荷，如何定量测量D201树脂上的电荷；D201树脂上的电荷对实验有什么影响；D201树脂去除石油化工生化尾水中CODCr的原理是什么；如何确定D201树脂吸附达平衡；为什么温度越低树脂吸附效果越好；为什么pH值在8左右树脂吸附效果好等问题。通过对这些问题的回答，有利于学生对实验原理和实验方法的巩固提高，能帮助学生对实验原理和实验方法进行再次建构，有利于培养学生将实验原理和实验方法迁移应用到其他实际问题中的能力。
