DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 45号钢属于优质中碳结构钢，具备良好的冷热加工性能和综合机械性能，应用领域十分广泛。鄂钢4300 mm宽厚板产线是国内重要的宽厚板生产基地，也是主要的45号钢厚板产线之一，主要规格集中于30~120 mm厚板，主要应用于机械、模具制造等行业。 表面边部裂纹是厚板常见表面缺陷之一 [ 1 ] [ 2 ]，鄂钢基于130 t转炉冶炼–炉外精炼–RH处理–板坯连铸–4300 mm轧机轧制流程生产45号钢，过程可控、性能良好，但是，表面质量问题并未完全解决，特别是面边部裂纹缺陷明显且有多发性特点，需要切边交货，对钢板的成材率和生产效率均造成显著影响。针对此类边部，开展了系列取样检测和针对性的优化工作，以提高表面质量控制水平和产品成材率及综合效益。
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user: 2. 45钢厚板边裂现状分析 45钢均通过鄂钢单流厚板坯铸机生产，实际生产中，200 mm、250 mm、300 mm厚度等3种规格的板坯，轧后钢板表面均出现一定比例的边部裂纹，具体情况如图1~3所示： 图1. 60 mm厚钢板边部碎裂缺陷形貌 图2. 40 mm厚钢板边部不规则裂纹形貌 图3. 45号钢不同规格板坯轧后月均缺陷发生率 从图1、图2看出，不规则裂纹分布于距钢板表面0~5 cm的范围内，距离边部越近，缺陷越严重，从长度方向上看，单块钢板表面基本是沿轧制方向连续分布。此类缺陷将直接影响钢板的宽度定尺，必须切边交货。 从图3的发生率统计可以看出，统计的6个月中，不同规格的板坯，轧后裂纹发生率月均基本都在3%以上，且随着铸坯厚度增加，缺陷发生率有增加趋势。钢板出现边部裂纹后，成材料明显下降，对钢种和产线的总体效益都产生较明显影响。
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user: 3. 边裂缺陷原因分析 3.1. 取样分析 取45号钢成品缺陷试样，进行了钢板典型部位、铸坯对应部位取样分析。其中成品钢板缺陷试样1件，铸坯试样3件，分切、打磨、抛光后，通过金相显微镜(OLYMPUS) BX51M进行金相分析。 钢板缺陷宏观及金相分析结果如图4~7所示： 图4. 钢板角部缺陷宏观形貌 图5. 角裂沿边部向内部的扩展特征 图6. 裂纹周围密布的氧化圆点 图7. 角裂不同部位的脱碳特征差异 从图4看出，45号钢缺陷试样裂纹贯穿钢板角部，打磨后裂纹有沿边部向钢板中部扩展延伸的特征，无明显方向性，总体严重程度较强、裂纹尺寸较大。从图5~7可以看出，裂纹内部有连续性的氧化物存在，紧邻裂纹附近有明显的脱碳特征，近裂纹区域的组织由正常基体部位的铁素体+珠光体转变为纯铁素体，裂纹周围区域分布大量的、明显的氧化圆点。 大量、严重的氧化圆点只能在长时间高温过程中出现，因此，可以确认裂纹在铸坯进入加热炉之前已经存在，即连铸工序是裂纹产生的根源 [ 3 ] [ 4 ]。 由于有表面氧化层覆盖，板坯表面角部裂纹缺陷在生产状态下并不十分明显，需经过酸洗，去除表面氧化层后才能显示，通过去除氧化层并取样打磨、抛光、腐蚀，获得的板坯的表面缺陷特征如图8~20所示： 图8. 250 mm厚板坯窄面裂纹宏观形貌 图9. 300 mm厚板坯窄面裂纹宏观形貌 图10. 200 mm板坯边部沿原奥氏体晶界开裂 图11. 200 mm板坯裂纹两边不同结晶特征 图12. 200 mm板坯裂纹两边不同的结晶特征 图13. 200 mm板坯裂纹区域氧化脱碳特征 图14. 250 mm板坯边部沿原奥氏体晶界开裂 图15. 250 mm板坯裂纹两边不同结晶特征 图16. 250 mm板坯裂纹两边不同的结晶特征 图17. 250 mm板坯裂纹区域氧化脱碳特征 图18. 300 mm板坯边部沿原奥氏体晶界开裂 图19. 300 mm板坯裂纹区域严重氧化脱碳特征 图20. 300 mm厚板坯由裂纹隔离的不同区域不同结晶特征 从图8~20，可以看出以下几点： 1) 45号钢成品钢板表面边部裂纹起源于连铸工序，主要分布于板坯窄边。 2) 不同规格连铸坯的裂纹缺陷特征基本一致，即裂纹沿原奥氏体晶界裂开并扩展。裂纹区域多有脱碳特征，如果裂纹在最为敏感的二冷矫直区开始出现，此区域的温度和时间条件，不足以出现明显的脱碳特征，可以认为裂纹起源于高温区域，即结晶器内 [ 3 ]，而脱碳特征随着板坯厚度增加严重程度也随之递进。 3) 在不同规格铸坯的裂纹两侧或者不同分割区域，组织结晶特征有明显差异，说明裂纹应早于等轴晶和柱状晶形成之前已经存在，即在高温区域内已存在微裂纹，一冷水和二冷水对裂纹两侧或不同微区域的冷却效果有差异，造成了区域结晶特征的明显差异，这再次验证了裂纹起源于结晶器内的结论。 由以上分析得出结论，45号钢铸坯裂纹起源于结晶器内的初生坯壳厚薄不均导致的微细裂纹，在拉矫机的作用下，坯壳在结晶器内或刚出结晶器时发生撕裂、沿晶界微细裂纹的扩展，最终形成宏观可见的铸坯表面裂纹。这些裂纹在加热炉中进一步扩展恶化，经轧制后形成钢板表面边部缺陷。 3.2. 裂纹机理分析 在结晶器中，影响初生坯壳生成及生长的，主要是冷却制度、保护渣的物化性能以及结晶器振动参数等，45号钢长期的生产实践中，振动参数都是保持稳定的，因此，裂纹缺陷发生率的波动与振动参数关系不大，则更可能与保护渣性能和一冷制度有关。而保护渣性能与结晶器热流密度直接相关，宽板坯不同区域的热流密度如表1所示： Table 1 Heat flux in 45# steel mold with different section siz 断面/mm 拉速/ m/min 热流密度/MW/m 2 规格1：200 × 1550 1.35 宽：1.1~1.15 窄：1.15~1.2 规格2：250 × 1800 1.05/1.10 宽：1.15~1.20 窄：1.25~1.30 规格3：250 × 2000 1.0/1.05 宽：1.10~1.20 窄：1.30~1.35 规格4：300 × 2200 0.8/0.85 宽：1.05~1.15 窄：1.30~1.45 表1. 不同断面45#钢结晶器内的热流密度情况 从表1可见，结晶器窄面和宽面的热流密度相差较大，则可知结晶器内不同区域的保护渣层厚度有显著差异，而且，随着断面尺寸增加，热流密度的波动越大，窄面的保护渣层厚度相对越薄。针对保护渣理化指标，与行业内同类产线进行对比，结果如表2： Table 2 Performance comparison of mold powder from different production line 类型 指标项目 现保护渣LC 现保护渣XB 对比保护渣1 对比保护渣2 碱度/R 0.95 0.97 1.01 0.93 熔点/℃ 1137 1110 1020 1054 粘度/Pa∙s 0.239 0.224 0.129 0.171 表2. 不同产线保护渣性能对比 从表2可以看出，鄂钢宽板坯产线生产45号钢时，所使用的两种保护渣熔点和粘度均较同类产线高，其结果是结晶器内液态渣膜厚度偏大，渣的流动性较差，结晶器内的润滑状况不佳、传热不均，从而引起初生坯壳不同区域厚度不均，在拉坯过程中产生应力集中，从而产生微裂纹，继而在二冷区发展为窄面的多发性裂纹。
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user: 4. 优化措施及实施 如前所述，通过取样分析确定了结晶器是裂纹的起源环节，而保护渣的熔点和粘度等性能指标难以满足要求。因此，基于保护渣性能进行了一定的优化，如表3所示： Table 3 Optimization scheme of mold powder of 45# stee 类型 指标项目 现保护渣LC 优化LC2 现保护渣XB 优化XB2 碱度/R 0.95 0.92 0.97 1.03 熔点/℃ 1137 1068 1110 1032 粘度/Pa∙s 0.239 0.153 0.224 0.122 表3. 45号钢板坯保护渣优化方案 与保护渣优化同步的优化措施还包括： 1) 成品厚度 ≥ 50 mm的钢液需进行精炼再连铸。 2) 提高典拉率，减少拉速波动对结晶器内温度场的影响。 3) 加大结晶器窄面冷却水量，减小窄面和大面的热流密度差异，避免角部应力集中，进一步降低裂纹倾向性。 4) 将矫直段铸坯表面温度目标值从900℃调整至915℃，减少不同区域温度梯度。 在以上方案的基础上，在45号钢连铸生产中以正交试验的方式实施。共进行4轮、8浇次、67炉钢的试验。
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user: 5. 实施效果 经过多轮次正交试验，轧制完成534块各规格钢板，总体边部缺陷发生率明显下降，具体如图21~23所示： 图21. 保护渣优化后45#板坯总体形貌 图22. 保护渣优化后45#钢板边部形貌 图23. 不同规格板坯对应的成品边裂发生率(板坯规格对应表1) 由图21，45号钢宽板坯总体平整，窄面无可见裂纹，取样酸洗后也未见明显裂纹，如图22，轧后钢板边部也未见明显裂纹情况。 由图23的裂纹发生率统计，使用优化后的保护渣，轧后钢板边部裂纹发生率平均在1%以内，随着铸坯尺寸增加，裂纹发生率有增加的趋势，而在300 × 2200 mm最大规格铸坯生产过程中，虽然裂纹发生率略高，但使用优化后的XB2保护渣，裂纹发生率也可控制在1.2%以内的水平，在其他规格，两种保护渣使用效果相当。
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user: 6. 结论 1) 45号钢厚板表面边部裂纹起源于连铸工序，根源在结晶器内。 2) 保护渣粘度、熔点过高，引起结晶器内坯壳生成不均，进而发生撕裂，是造成45号钢板坯窄面裂、进而形成轧后钢板表面边部裂纹的根本原因。 3) 通过降低结晶器保护渣粘度和熔点，可使成品边部裂纹发生率平均控制在1%以内，且效果稳定。
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user: 摘要 外婆菜是湘西地区的一道特色小菜，通过发酵之后，产品风味独特营养丰富，该文对外婆菜研究现状、目前存在的问题进行综述，分析了目前外婆菜在工业生产中遇到的问题并提出解决思路，为工业化生产优质产品提供新思路。
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user: 1. 前言 外婆菜是湘西地区家家户户餐桌上不可或缺的一道小菜。主要原料由大头菜、白萝卜、豇豆、刀豆、茄子、马齿苋等多个品种组成，不同地区，外婆菜组成不太一样，一般根据感官、色泽、脆度等，选出最佳原料，经干燥、切碎后，入坛腌制，数日后具有浓厚的发酵香味即可，取出加油盐以爆炒，嚼之有劲，品之逾香。通过发酵之后其中包含各种氨基酸和香味物质，具有开胃下饭，降血脂、软化血管、滋养容颜的功效。由于可口的味道和实惠的原料，外婆菜已不再仅停留于湘西地区，产业链更向湖南乃至外省扩张，如何保持外婆菜原有风味的同时，又能扩大生产量和生产范围，也越来越受到食品行业人员的重视。本文对外婆菜发酵加工研究现状和研究进展作简单介绍，并提出外婆菜产业化过程中的问题及解决措施，以期为后续研究提供参考。
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user: 2. 研究现状 外婆菜的加工工艺比较复杂，目前外婆菜加工方法有两种：传统农家加工制作法和工业化生产。这两种方法加工流程有显著的不同，并且产品风味不一样，通过走访和调查，发现传统农家加工方法的工艺流程：原料选择(新鲜)、清洗、晾干、切碎、配料(白酒、食盐)入坛腌制、炒制、成品。工业化生产过程中考虑到加工成本、加工周期、加工过程中的操作性，基本工艺流程为：原料选择(干物质)、复水、压榨、配料、炒制、成品。焦建清等 [ 1 ] 采用萝卜条30~40份、干菜20~30份、包菜20~30份、马齿苋10~20份、五花肉10~20份、红辣椒2~4份、白辣椒2~4份、火炼猪油0.6~0.9份、食用盐0.5~0.7份、味精0.1~0.4份、鸡精0.1~0.4份、密制酱0.1~0.4份、酱油0.1~0.4份、生抽0.1~0.4份、红糖0.1~0.4份、麻辣鲜0.05~0.1份、十三香油0.05~0.1份、香辛料0.05~0.1份，通过增加原料的种类、添加香料物质、增加配料物质研制出了一种营养丰富，食用方便，便于携带的外婆菜。彭强建 [ 2 ] 采用芥菜90~95千克、包菜丝48~52千克、萝卜260~270千克、豆角40~45千克、红辣椒(干) 0.8~1.2千克、白辣椒(干) 4.0~4.5千克混合获得熟料，然后添加混合油和酱油(每200千克熟料加入94~95千克混合油和5~6千克酱油)搅拌均匀，即得外婆菜，此方法充分利用了芥菜、萝卜、豆角保持的脆度、硬度，辣椒的辣度和色泽生产出了一种口感独特、色泽美观的外婆菜。李志祥等 [ 3 ] 在制作外婆菜时以萝卜干100千克、干豆角10千克、马齿苋7千克、白辣椒8千克、荠菜6千克、腌制包菜丝3千克、干榨菜皮3千克、干枸杞叶3千克、酱料22千克为原料，在干净的容器内进行分层叠放，其中，先放萝卜干，再放豆角、干榨菜皮、干枸杞叶混合物，然后放马齿苋、白辣椒、荠菜、腌制包菜丝混合物，加水浸泡150 min (加水量以刚没过物料为准)，脱水5 min (物料含水量为76%)，切碎，炒制(温度为130℃，炒制4 min)冷却，炒制(温度为150℃，物料含水量70%)；拌料(温度为150℃，时间5 min，物料综合含水量再次下降4%)摊凉后分装即得成品。由于工业化生产与传统农家生产在工艺不同，生产的产品在风味和营养功能上也有差异，利用传统农家制作法加工成的外婆菜、由于经过发酵工序，通过发酵赋予产品浓烈的发酵香味、口感独，成本高。而工业化加工没有经过发酵工序，而工业化加工没有经过发酵工序，与传统农家方法制作的外婆菜相比在营养价值、风味、口感等方面有一定的差距 [ 4 ]，优势在于加工周期短，成本低，加工可控性强等优点。
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user: 3. 存在的问题 外婆菜作为湘西地区一种传统的美食，深得人们的喜爱，特别是农家传统制作的外婆菜，经过对原料的精心挑选，清洗、晾干、然后放入陶瓷坛中，进行发酵，经过发酵之后，产品具有浓烈的发酵香味，深受消费者的欢迎。但在传统的农家制作方法中制作条件粗放，产品原料不统一、产品质量标准不统一，发酵条件难控制，产品安全性有隐患等问题，那么充分研究传统农家制作外婆菜的方法，解决传统外婆擦在加工过程中所遇到的困难，使工业化生产的外婆菜具有传统的发酵风味、营养价值，无疑是研究者的主要研究方向之一。 3.1. 发酵的安全性 外婆菜是一种蔬菜发酵型产品，其虽然制作成本简单、原料多样性、产品原料成本低、产品风味独特、产品品质良好，经过发酵之后，氨基酸种类和量都有所增加，还能产生大量对人体矿物质吸收有益的有机酸(乳酸和醋酸)以及产生60多种风味物质产生，但是其在发酵过程中会产生亚硝酸。亚硝酸盐是一种强致癌物质，其始终制约着腌制食品的发展，有实验证明，在腌制过程中，腌制的蔬菜比新鲜蔬菜中的亚硝酸盐最高达到几十倍 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。 3.2. 发酵微生物的安全性 新鲜蔬菜的表面微生物种类繁多，包括霉菌、酵母菌、乳酸菌、细菌等 [ 7 ] [ 8 ]，在有益微生物未形成优势菌群时，发酵环境中的水分、养分、温度、pH值、营养成分等有利于有害微生物的生长繁殖，有害微生物能产生大量的生物胺，生物胺能将硝酸盐转化为亚硝酸盐，这两种物质不断积累，形成酸性环境，从而形成强致癌物质亚硝基化合物。同时，在发酵过程中由于操作不断，难免会有腐败菌、致病菌和产毒微生物等有害微生物的带入，使产品在发酵过程腐败变质，或产生有毒有害物质，严重影响产品质量安全问题。 3.3. 生产工艺粗放 传统外婆菜的制作还处于农村家庭小作坊阶段，制作方法中各关键参数不统一(原料的综合水分含量、发酵过程中辅料的添加种类)，制作工艺简单，只需要一把刀、一个发酵坛即可，产品原料选择多样化，发酵时间、发酵温度、发酵湿度没有标准化，导致不同区域具有不同风味，同时质量没有一个统一的标准，无法达到工业化生产。
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user: 4. 展望 外婆菜是少数民族的传统美食，也是少数民族的特色食品之一，特别是传统农家制作的外婆菜，其风味独特，深得人们喜爱。但传统农家制作的外婆菜加工方式粗放，质量不稳定，无法工业化生产，而现阶段工业化生产的外婆菜失去了传统外婆菜的风味和香味。为解决这一问题，希望大量的研究者研究湘西地区传统外婆在发酵过程微生态变化情况、香味成分和发酵后次级代谢产物的情况，研制出一些新的方法，使生产加工工艺由粗放型转变为标准化、制备外婆专用发酵制剂防止有害微生物的生长繁殖，保证发酵微生物和发酵产物的安全性，使工业化生产的外婆菜既具有传统农家制作的风味和营养价值，也具有稳定的质量和较短的加工周期。
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user: 摘要 本篇文章讨论的是目前我国主要使用的耕地机，即铰链式耕机、复试旋耕整地机和自走式旋耕地机的研究进展与未来展望。时代不断进步的同时，科技也在飞速发展，经过不断的努力，我国研究出了一种既节能又环保的新能源耕地机，此款耕地机的推出也得到了大众一致的认可。下面将抽取不同的耕地机进行比较，进一步的了解现代耕地机的优缺点。
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user: 1. 引言 回顾耕地史，原始时代刀耕已经结束，耕地经历了锄地、牛耕、机耕等技术革命时期。耕地发展至今已有数百年的历史了，它是农业生产建设过程中必不可少的工具。随着农业现代化进程的不断推进，耕地机的性能要求也在不断提高。现在市场上有很多不同型号，不同种类的耕地机，它们形态各异，各有千秋，根据其性能特点被用于不同的环境工作。这也是从实际出发，从不同的地方表现出现代化机器的科学性和实用性。
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user: 2. 国内外研究现状 目前，大多数国家大面积的土地资源都得不到合理的利用，而且由于土地沙漠化、地震、泥石流等自然灾害的频频出现，导致了可耕地面积不断减少 [ 1 ]。以我国水稻耕作机械化收获为例，它还处于发展阶段，联合收获面积占19%，双季稻产区的收获水平还不到2% [ 2 ]。耕种和收获的机械化水平还很低，多数还是采用人工犁式耕种来减少偏远地区土地荒废的问题。 我国对于耕地机的发展研究技术起步较晚，到了60年代旋转式耕地机 [ 3 ] 已经算是比较先进的自动挖土机器了。紧随其后的是圆盘式耕地机、螺旋式耕地机和链式耕地机等四个发展过程。到目前为止，经过了50多年的发展，我们国家的耕地机也有了很大的提升，现在链式耕地机的使用范围比较广泛的，涉及到了很多领域。链式耕地机在狭窄的山区道路也很方便携带，帮助农民增加了生产量，使得他们的经济收入得到了一定程度的提高。 国外最早制造耕地机的国家是美国和前苏联。他们发展过程也是从犁铧式开始的，目前和我们一样以链式耕地机为主。 最开始美国从20世纪40年代开始研究以秸秆、残茬覆盖和尽量减少耕种的保护性耕作技术 [ 4 ]。随着世界的发展，美国的耕地机也从刚开始的单一桦犁耕翻，改变成现代化的旋耕松土一体机。且操作简单且省力，而且使用便捷，解决了许多小面积的耕种。而且目前美国传特公司的65型链式耕地机。耕地传动系统采用多级变速器，CAT发动机，型号65型耕地链条驱动，重型机械驱动，高扭矩，低速度以达到最大切割齿、挖掘深度、增强生产力和延长切割齿寿命，具有比较牢固的组合式耕地臂，还有一个与众不同的地方就是可更换的耐磨钢板系统和链条，方便了链条的单双应用，进一步提高了耕地机的效率。 可见，国内外差距还是比较大的，国内就目前而言多数还局限在犁铧、螺旋式耕地机方面，但是这种设备较为传统，不能减少土壤介质的移动阻力，不能达到节能环保的目的。国外耕地机更具以上收集的资料可知，他们的耕地机已经趋向于多样化发展，对环境的保护也起到了一定的作用，国外耕地机更趋向于专机专用，耕地机就是耕地，不耕地时闲置，这也是一种缺陷，我们应该合理利用资源，应该尽量使耕地机和拖拉机结合成为一体，这样闲置的时候还可以回复拖拉机功能，既合理的利用了有效资源，又保证通用性的良好。
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user: 3. 耕地机的类型 3.1. 立式旋耕机 过去的犁在由工厂制成以后，其工作幅宽即已固定，使用时不能改变 [ 5 ]，在面对土壤较坚实而又要求耕深较大的地块时，发动机的牵引功率无法适应。现在的复式耕地机在制作过程中充分利用数控来加工曲面，可减少土垡运动的侧向速度，避免侧向过分抛扔土垡，减少抛扔的能量消耗，提高耕地机械的工作效率 [ 6 ]。 以山东曹县为例，他们使用了复式耕地机—霸王犁，此耕地机将施肥机、深耕犁、旋耕机等机具有机结合在一起，与轮式拖拉机配套，能一次完成化肥深施、深耕20~30 cm、耕深10~15 cm，(碎土率98%)、平墒等项作业 [ 7 ]。该耕地机和传统耕地机相比，提高了50%的生产率，而且比一般的耕地机油耗减少了30%~40%。这也体现出我国耕地机的现代化水平有了很大的提高。 3.2. 链式旋耕机 铰链式耕地机结构简单，还具有直线行驶性好、通过性好、压地轻、重量轻、田间转移方便等特点 [ 8 ]。这几项优势让它更适合在偏远地区梯田、坡地等环境下工作，在让土地得到了更充分的利用的同时，又提高了工作效率。 其中装置只安装了一个驱动轮，把减速箱固定在机架上，让输出轴直接与驱动轮连接，间接性的省去了传统拖拉机所需的差速器、半轴等，而且在减速箱内只有4根轴和6个齿轮 [ 9 ]。铰链式小型耕地机驱动轮上均匀地分布了8个铰链，其上挂接着8个履板动力，采用170F型柴油机，功率为2.96 kW其附着力与履带式拖拉机相同，即该耕地机结构质量大于170 kg时，就可产生1700 N的牵引力 [ 10 ]。如下图1。 铰链式耕地机采用比较简单的杠杆机构升降原理，传动采用的是圆型光滑面接触，操作简单且省力。铰链式耕地机的生产率和同价位的其他类型耕地机相比较来说也是挺高的，每小时可以达到1.24亩左右。其稳定性也很高，根据参数得知履板极限翻倾角为26度，这个角度在独轮机型中算是相当可观的了，但是对于某些坡度比较大的地界，其安全性还需要有进一步的提高。 图1. 铰链式小型耕地机示意图。1. 发动机 2. 机架 3. 驱动轮 4. 履板 5. 手把 6. 单铧双向犁 7. 减速器 8. 张紧式离合器 3.3. 自走式螺旋深耕机 2005年吉林大学应用仿生理论设计出一款高效深松铲 [ 11 ]。2006年，周玉乾等建立了深松铲工作时受力的数学模型，并对深松铲的结构参数进行了优化 [ 12 ]。2007年，余泳昌建立了立柱式深松铲受力的数学模型，并对深松铲的结构进行了优化 [ 13 ]。经过了漫长的研究自走式螺旋耕地机逐渐出现在了大众的面前，2017年卫韦等设计了一款链式深耕机。深耕链刀正转为深耕反转为开沟，但机具作业幅宽较小。作业效率较低 [ 14 ]，2019年，西南大学张国勇等发表论文，针对小型立轴式深耕机分段螺旋耕刀进行研究 [ 15 ]。研究出一种基于立式削、具有上翻下松作业特征的立轴式分段刀具，其实际消耗功率只有2.86 KW，具有良好的碎土和刨土能力，如下图2。 目前旋耕机和铧式犁是我国农业所采用的主要耕作机械，都可以实现松土和碎土等功能，但是旋耕机和铧式犁相比优势在于旋耕机耕地、碎土和整地等多项作业可以一次性完成 [ 16 ]。 图2. 螺旋刀具、刀片示意图。1. 刀盘 2. 轴孔 3. 紧固螺栓 4. 刀片轴 5. 刀刃
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user: 4. 新型环保节能耕地机的发展 4.1. 新型环保电动微型旋耕机 设施农业是在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动植物高效生产的一种现代农业 [ 17 ]。新能源化是现代科技发展的趋势，节约能源，减少污染的排放是发展的指标。经过多年的发展，我们的新能源物质已经位于世界前列。新能源环保电动耕地机也是一个非常重要的发展方向。此款耕地机是在传统耕地机的基础上进行改造的，它使用锂电池+直流电机代替汽油驱动 [ 18 ]。设计的电动耕地机新增设变速箱、差速装置、离合器等机构，优化旋耕刀具排列，组成新型环保电动微型旋耕机。该旋耕机具有节能环保、方便灵活、噪声低、旋耕效率高、安全可靠、成本低等优点，显著降低了农耕工作强度和操作难度，应用前景广阔。该新能源环保电动耕地机数据如下表1。所以我们要永远明白只有有效的发展新能源产业，更好的开拓新能源机器，才能更好的保障国家的有效发展 [ 19 ]。 4.2. 新型环保耕地机的发展趋势 现代新型耕地机的发展象征着时代的进步，反映着社会的发展状况。坚持走新型工业化道路，它是促进我国粮食生产率提高的一个充满光明的方向。就目前而言，中国已经在逐步淘汰一些比较落后企业，抑制高耗能产业的发展。以前使用的耕地机大多数为柴油机和汽油机，它们的使用会使环境受到严重的污染，如果长期持续地使用，自然界的平衡也将会受到影响，所以现在新能源耕地机的发展已经成为一种必然的趋势。从发展的趋势来看，新能源耕地机日后将会替代所有的老型耕地机，新能源机器的绿色、高科技含量与市场前景的要求相符合，是最新的朝阳机器。 Table 1 Parameters related to environmentally friendly electric micro-rotary tiller 参数 数值 作业能耗/(kJ∙m −2 ) 100.56 耕幅/m 0.48 额定输出功率/kW 1.5 最大前进速度/(m∙s − 1 ) 0.6 旋耕作业时前进速度范围/(m∙s −1 ) 0.2~0.6 旋耕刀具最大转速/(r∙min −1 ) 360 旋耕深度调节范围/cm 0~0.12 一次充电连续最长工作时间/h 6 一次充电可耕地的面积/m 2 1733.3 充满电所需时间/h 10 外形尺寸(含扶手长度)/mm 1160 × 545 × 1048 整机重量/kg 60 整机成本/元 3500 每平方米花费/元 6 × 10 −4 表1. 环保电动微型旋耕机相关参数 (该表采用与论文中国新能源发展研究)
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user: 5. 总结 农业是国家发展的基础产业，与国家的经济条件直接联系，农业机械化是现代化发展的发展趋势。农耕机的发展能够提高农业生产的效率，解放农民的双手，增加农民的收入。农机的大范围投入使用减轻了农业生产的劳动负担，从而为其他行业增加了更多的人力与物力，因此农耕机发展的重要性不言而喻。然而对于很多地方大型农耕机根本无法推广，因为农业机械发展水平的不平衡，农业机械化组织服务能力的不足 [ 20 ]，导致机械损坏无人维修等场面的出现。这些是我们需要解决的问题。 探寻发展我国农业发展的进程需要由多种途径来实现，因此我们只能加快科学发展的脚步，有意识的提高战略性农业发展，逐步研究更好更优越的产品来提高劳动生产效率，增加劳动人民的收入，这才是我们发展的意义所在。
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user: 摘要 本文针对电子科学与技术专业研究生课程特点，紧贴工程教学实际，在《现代天线技术》课程体系的基础上，提出了一种称之为“PSCI”的全新教学方法，即以重大项目为牵引，将整个课程内容重新优化整合，通过“学生 + 学生”、“老师 + 学生”的合作研究、交流探讨，最终将教学研究成果应用于工程项目。在教学过程中，充分发挥了线上线下混合的优势，强化了学生创新思考和工程实践能力。
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user: 1. 引言 《现代天线技术》课程作为电子科学与技术专业研究生阶段的专业基础理论课程，要求学员不仅能够全面系统的掌握现代天线技术领域的理论基础和前沿知识，还要具备创新思维和工程实践能力，为后续的专业课程学习和科研攻关打下坚实基础。本文针对课程教学实际，将当下研究生教学中广泛采用的线上线下混合式教学、项目化教学、研讨式教学有机融合及提升改进 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]，创新性地提出了一种称之为“PSCI”(P：Project项目；S：Seminar研讨；C：Cooperate合作；I：Implement实现)的教育教学方法，按照模块化思路，紧贴国家重大基础项目、前沿科研项目需求，将课程内容重新优化规整为若干项目牵引教学，通过“学生 + 学生”、“老师 + 学生”的合作研究模式，针对不同的研究方向、研究思路以及研究方法和研究结果进行辩证式讨论和可行性分析，最终实现工程应用。PSCI教学法是是一种既注重教学内容组织，又突出教学过程设计和教学手段应用的多元化教学方法。相比传统研讨式教学，PSCI教学在教学手段上充分发挥了线上线下混合的优势，在信息传递和仿真验证上更显灵活；相比单纯的混合式教学，PSCI教学突出了老师和学生合作的重要环节，不仅是课下合作探讨，而且在课上老师的引导和裁判作用更显突出，对老师的专业素养提出了更高的要求。
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user: 2. PSCI教学法 “PSCI”代表“项目”、“合作”、“研讨”、“实现”，主要描述项目牵引、合作研究、研讨教学、实践应用四个环节，如图1所示。它是专门针对电子科学与技术专业研究生课程体系中能力拓展类课程凝练提出的一种有效的教学方法。 图1. PSCI方法框图 以电子科学与技术专业《现代天线技术》课程教学为例。在PSCI教学法中，P：项目，将整个课程内容重新优化整合，按照模块化思路，紧贴国家重大基础项目、国家自然科学基金项目等各类科研项目需求，围绕天线新技术、天线新突破、天线新应用等三个方面，将课程内容规整为若干具体的天线项目进行牵引式教学，天线项目讲解过程中涵盖了基本天线理论、天线新技术及天线设计方法等内容，让学生真正能懂天线、能用天线。C：合作，强调“学生 + 学生”、“老师 + 学生”的合作研究。针对具体的项目，提倡学生在课下根据研究的不同出发点，自发组成研究小组，针对具体问题进行个性化研究，同时也提倡学生将自己的研究成果和老师进行交流，互相借鉴，取长补短，改变传统老师为主的教学理念。S：研讨，主要是在课堂上，各个研究小组相互交流研究成果，针对不同的研究方向、研究思路以及研究方法和研究结果进行辩证式讨论，集思广益，实现“1 + 1 > 2”的团队研究成效。在此过程中，老师既要做好一名深度的参与者，也要做好一名合格的判定者，真正起到启发、引导、提升的作用。I：实现，要将学生的研究成果通过虚拟仿真和试验进行检验，分析方法的正确性及可行性，从而最终归于天线项目本身，找到其设计的根源，还原其设计过程，强化学生创新思考和工程实践能力。PSCI教学法在强调基础理论学习的同时，注重新技术、新方法的工程实现和应用，不仅需要老师指导和支撑，也需要学生深度的参与其中，从而不断提升学生的逻辑思维能力、解决问题的创新能力、合同协作能力及自我价值体现的内动力。
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user: 3. 应用实例 3.1. 课程内容设置 根据电子科学与技术专业研究生人才培养方案和课程标准，结合《微波技术与天线》《高等电磁理论》《阵列天线综合》等前续课程的学习基础，将《现代天线技术》课程教学内容进行了优化重组，分别整合出“面天线理论–散射通信天线设计”、“微带天线理论–宽带双圆极化天线设计”、“振子天线理论–对数周期天线设计”、“人工电磁材料在天线中的应用–阵列天线解耦技术研究”、“超宽带天线–宽带单脉冲天线设计”、“相控阵天线–可重构扫描相控阵设计”等六个方面的教学专题，如图2所示。 图2. 教学内容重组 其中，面天线、微带天线、振子天线三部分内容中，突出天线小型化、宽带化、可重构方法的基础学习和前沿拓展，以最常见、最直观的天线模型通过各种“积木式”搭建，形成复杂的天线终端。这部分内容主要鼓励“学生”的自发研究和强调“老师的”多维牵引，在强固基础的同时，形成广阔的知识面，引导学生形成“透过现象看本质”“复杂问题简单化”的设计思想。而后三个方面，主要是紧密结合重大项目研究过程中取得的重大成果、存在的争议性问题、需要重点研究的技术方向设置的完全工程化的教学内容。通过“学生 + 学生”、“老师 + 学生”的合作研究，广泛采用辩论式教学、研讨式教学，形成“百家争鸣”的学习氛围，真正体现客观真实的科学精神。 3.2. 课程教学模式 广泛采用“虚拟 + 实践”的线上线下混合教学模式。线上，研究生可以开展大量的文献查询、教学视频资源观看、项目背景调查，参与老师发布教学信息的研讨，合作团队选题信息的发布、质询和答疑，各类研究模型的创建、发布，为课堂教学中的研讨交流奠定基础。线下，针对教学内容，组织开展理论内容的精讲、合作研究成果的辩论交流、虚拟平台的仿真验证以及项目实践的分析和预设，最终实现在项目本身上的可行性评估和验证。在完全体现混合教学模式的基础上，“PSCI”教学法贯穿于课堂教学的全过程，具体如图3所示。 图3. 混合教学模式框图 3.3. 课堂组织实施 以“人工电磁材料在天线中的应用–阵列天线解耦技术研究”专题为例。针对国家某重大基础项目研究中存在的技术难题：宽带宽角相控阵天线的设计与实现，组织开展天线前沿知识——人工电磁材料的教学。相控阵天线要实现宽角扫描，需要保持波束较宽、增益平稳的单元方向图以及较小的阵元间距，但较小的阵元间距会导致阵元间存在较大的耦合，从而导致天线阻抗特性和方向图发生畸变。所以在小间距条件下，如何减小耦合是需要解决的难点问题。此外，减小耦合可使阵元方向图相对“孤立”，但在整个波束范围内，孤立单元方向图的增益稳定性又不满足要求，这又是另一个需要解决的问题。因此，专门针对这两个相互矛盾的问题设置两个完全不同的研究方向组织开展教学。教学中，采用了PSCI教学法，具体流程如图4所示。 首先在线上发布项目研究背景及存在的技术难题，指出在宽带宽角相控阵天线设计与实现中“耦合”的存在对天线阵性能的重大影响，抛出专门针对“耦合”的研究方向；研究生进行阵列理论的巩固学习，并开展宽带宽角阵列天线相关文献的检索和分类，同时各研究小组分别确定“抑制耦合”和“利用耦合”两个截然相反的研究方向。在研究过程中，老师指导研究生开展人工电磁材料的学习，并引导将人工电磁材料应用于两个不同的研究方向。研究小组实时发布研究内容和方法，进行建模仿真和提交研究报告。课堂上，老师在人工电磁材料理论精讲的基础上，引导研究生开展两个研究方向的辨析，分析两个方向研究成果的可行性、先进性及存在的问题，并结合项目实际情况，最终选择“利用耦合”拓展带宽和改善扫描特性这一研究方向取得的成果，并将其提交项目组开展工程化验证。通过PSCI教学法，让研究生能够真正领会天线的设计思想，真正掌握工程设计的全局，并且对跨学科知识的贯穿融合也有助于提升学员的创造力。 图4. 授课流程设计图
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user: 4. 结论 PSCI教学法是一种全新的教育教学方法，在针对工程教学实际和《现代天线技术》课程体系的基础上，经过多个研究生期班的课堂教学实践中提炼的一种新的行之有效的方法。教学中既突出虚拟化、实践化的混合教学模式，又注重应用新的教育平台和教育资源，尤其是凝炼了重大项目课题的研究成果、研究方向、重大技术难题，给研究生后续课题研究指引了方向，奠定了坚实的基础。随着教育技术手段的飞速发展，电磁领域知识的日新月异，“PSCI”教学法在教学过程中还应紧盯前沿，及时更新充实教学内容，进一步完善数字化资源，不断完善拓展丰富教学手段，使其真正能成为电子科学与技术学科研究生教学的一种有益借鉴和有效方法。
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user: 摘要 边界层理论及其在典型流动问题中的应用是流体力学和传热学的重要内容，通过对外掠平板层流流动和换热等问题的分析，可以揭示流体流动和传热的基本规律，是认识更为复杂流体流动和传热现象的基础。在分析和介绍边界层微分方程建立方法、相似变量表达式以及边界层方程典型解法的基础上，重点探讨了外掠平板边界层相似变换微分方程的积分解解法，并给出了相应的MATLAB计算程序。计算结果表明，边界层相似变换微分方程的积分解法简单、易行，该方法对于教师讲解和学生理解边界层流动和传热特性有积极作用。
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user: 1. 引言 流体流动涉及的动量和能量传递由连续性方程、动量方程和能量方程来描述，对于粘性流体的流动与传热，在靠近壁面附近存在着流体速度和温度沿壁面法线方向急剧变化的薄层，即流动边界层和热边界层。由于实际流体流动的复杂性，自1821年和1845年分别由纳维和斯托克斯建立起描述流体运动的N-S方程的半个多世纪里，除少数几种简单流动情况外，在解决实际流体的流动中N-S方程未能得到广泛的应用。自1904年普朗特提出边界层理论后，才使人们借助数学工具求解实际流体的流动问题成为可能，使得基于数学分析的理论流体动力学与主要基于实验的水力学有机结合，极大地促进了现代流体力学的发展 [ 1 ]。基于边界层理论和混合长度理论获得的典型内流、外流流动和传热的结果成为流体力学 [ 2 ] 和传热学 [ 3 ] 的重要内容。边界层理论的一个典型应用是求解外掠平壁的流动和传热，通过相似变换边界层方程简化为含远端渐进边界条件的非线性常微分方程，该方程最初由布拉休斯给出级数解，但该级数解中含有未定的起始端边界条件( s = f ″ ( 0 ) )，随后由霍华斯(Howarth)通过数值解得出该未定起始端边界条件 [ 4 ]。尽管随着计算机和数值方法的发展，人们已能够通过差分法、打靶法、优化设计法等获得外掠平板和钝体的相似变换方程的数值解 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]，但人们对采用不同的方法获得相似变换方程的解及其性质的探索仍保持着浓厚的兴趣 [ 10 ]。 本文以外掠平板层流边界层为例，从边界层微分方程建立、相似变量引入、相似变换方程积分解等方面进行探讨，补充和完善流体力学和传热学的教学内容。
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user: 2. 外掠平板层流流动边界层动量方程和能量方程 描述流体外掠平板稳定流动的连续性方程和动量方程为： ∂ u ∂ x + ∂ v ∂ y = 0 (1) u ∂ u ∂ x + v ∂ u ∂ y = − 1 ρ ∂ p ∂ x + μ ρ ( ∂ 2 u ∂ x 2 + ∂ 2 u ∂ y 2 ) (2) u ∂ v ∂ x + v ∂ u ∂ y = − 1 ρ ∂ p ∂ y + μ ρ ( ∂ 2 v ∂ x 2 + ∂ 2 v ∂ y 2 ) (3) 能量方程为： u ∂ t ∂ x + v ∂ t ∂ y = λ ρ c ( ∂ 2 t ∂ x 2 + ∂ 2 t ∂ y 2 ) (4) 在方程(1)~(3)中，认为流体物性为常数，不计作用于流体的质量力，忽略能量方程中的耗散项。根据普朗特边界层理论和量级分析，可得边界层微分方程组为： 连续性方程： ∂ u ∂ x + ∂ v ∂ y = 0 (5) 动量方程： u ∂ u ∂ x + v ∂ u ∂ y = − 1 ρ d p d x + μ ρ ∂ 2 u ∂ y 2 (6) 在边界层外缘： p s + 1 2 ρ u s 2 = c o n s t (7) 能量方程为： u ∂ t ∂ x + v ∂ t ∂ y = a ∂ 2 t ∂ y 2 (8) 边界条件为： { y = 0 ， u = 0 ， v = 0 ， t = t w y = ∞ ， u = u s ， v = 0 ， t = t s (9) 方程(5)~(8)除可采用量级分析法得出外，文献 [ 11 ] 和 [ 12 ] 分别用摄动法和尺度化分析法导出边界层微分方程。
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user: 3. 边界层动量方程和能量方程的相似变换 基于对边界层内惯性力与粘滞力具有相同数量级的认识，并引入流函数，可定义如下的相似变量和无量纲流函数： η = y   ν x / u s (10) f ( η ) = ψ   u s ν x (11) 取外流速度 u s = c x m [ 13 ]，动量方程(6)变为： f ‴ + m + 1 2 f f ″ + m ( 1 − f ′ 2 ) = 0 (12) 能量方程(8)变为： θ ″ 1 + 1 2 ( m + 1 ) P r   f θ ′ 1 = 0 (13) 其中， θ 1 = t − t w t s − t w 。 边界条件为： { η = 0 ， f ( 0 ) = f ′ ( 0 ) = θ 1 ( 0 ) = 0 η → ∞ ， f ′ ( ∞ ) = θ 1 ( ∞ ) = 1 (14) 方程(12)、(13)为流体外掠楔形体的相似动量方程和能量方程，当m = 0时，则变为Blasius方程。与 平板长度相比较，边界层厚度δ是一个小的量级，且与 x R e x 成正比，形如式(10)的相似变量η的表达式 是基于对边界层的认识，其构造形式存在一定的技巧性 [ 14 ]，该文通过定义当量时间 τ = x / u s ，应用量纲分析导出相似变量的表达式。文献 [ 15 ] 依据群论，从数学上更为严密地导出相似变量的表达式。确定相似变量表达式的另一种方法是，令 η = B x p y ， Ψ = A x q f ( η ) (15) 用流函数表示速度u和v，并将其代入动量方程(6)，通过比较方程两边同类项的指数，并引入边界条件，也可得到相似变量的表达式。
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user: 4. 边界层动量方程和能量方程的积分解及实现 对于流体外掠平板的边界层相似变换的动量方程和能量方程分别为： f ‴ + 1 2 f f ″ = 0 (16) θ ″ 1 + 1 2 P r   f θ ′ 1 = 0 (17) 边界条件仍然为式(14)。 由方程(16)、(17)和边界条件(14)描述的问题是含渐进边界条件的高阶非线性常微分方程两点边值问题。采用打靶法求解该问题的原理是将边值问题转化为初值问题进行求解，具体步骤为： (1) 给定初始试探值 f ″ ( 0 ) = a 1 ， f ″ ( 0 ) = a 2 和 θ ′ 1 ( 0 ) = b 1 ， θ ′ 1 ( 0 ) = b 2 (2) 通过求解初值问题得到 f 1 * ′ ( ∞ ) 、 f 2 * ′ ( ∞ ) 和 θ 11 * ( ∞ ) 、 θ 12 * ( ∞ ) ； (3) 根据以下两式： f ″ ( 0 ) = a 2 + a 2 − a 1 f 2 * ′ ( ∞ ) − f 1 * ′ ( ∞ ) ( f ′ ( ∞ ) − f 2 * ′ ( ∞ ) ) 和 θ ′ 1 ( 0 ) = b 2 + b 2 − b 1 θ 12 * ( ∞ ) − θ 11 * ( ∞ ) ( θ 1 ( ∞ ) − θ 12 * ( ∞ ) ) 修正初始试探值； (4) 判断误差 | f ′ ( ∞ ) − f 2 * ′ ( ∞ ) | 、 | θ 1 ( ∞ ) − θ 12 * ( ∞ ) | 是否小与给定误差限，若小与给定的误差限，则停止迭代，否则转第(2)步。 打靶法的求解过程也可用优化算法实现，对应的优化问题的数学描述为： 求 x → = [ f ″ ( 0 ) ， θ ′ 1 ( 0 ) ] 使 min F ( f ″ ( 0 ) ， θ ′ 1 ( 0 ) ) (18) 目标函数可表示为： F ( f ″ ( 0 ) ， θ ′ 1 ( 0 ) ) = ( f ′ ( ∞ ) − 1 ) 2 + ( θ 1 ( ∞ ) − 1 ) 2 。 常微分方程初值问题和优化问题的求解可借助MATLAB软件的相关函数实现。 观察方程(16)、(17)可以发现，采用直接积分的方法也可获得方程的解。以方程(16)为例，对该方程积分三次，并引入边界条件，得： f ″ ( η ) = exp ( − 1 2 ∫ 0 η f d η ) ∫ 0 η [ exp ( − 1 2 ∫ 0 η f d η ) ] d η (19) f ′ ( η ) = ∫ 0 η f ″ ( η ) d η (20) f ( η ) = ∫ 0 η f ′ ( η ) d η (21) 上述积分方程的求解步骤如下： (1) 预先选定一个足够大的无量纲坐标 η 的值，例如取 η max = 10 ，并将其分为n等分，得到 η i = η max n − 1 i ， ( i = 0 ， 1 ， 2 ， ⋯ ， n − 1 ) ； (2) 初始假设 f i = η i ； (3) 计算式(19)分母的积分，并记为S； (4) 依次计算式(19)~(21)分子的积分，结合步骤(3)的结果得到近似解 f ″ ( η i ) ， f ′ ( η i ) ， f ( η i ) ； (5) 根据误差 ∑ i = 1 n | f i ， o l d − f i ， n e w | 是否小于给定的误差限，决定是否中止计算；或以新算出的 f ( η i ) 重复 步骤(3)和(4)若干次，如重复计算10次，终止计算，并输出结果。 用积分法求解相似变换动量方程(16)的MATLAB程序如下： functionboundary_inte clc; clear; close all; eta_infi=10; det=0.1; eta=0:det:eta_infi; N1=length(eta); ff=eta; f1p=zeros(1，N1); fk=zeros(1，N1); etak=zeros(1，N1); f2p=zeros(1，N1); etaj=zeros(1，N1); fi=zeros(1，N1); etai=zeros(1，N1); fenmu1=zeros(1，N1); NN=10; fornn=1:NN for i=1:N1 fi=ff(1:i); etai=eta(1:i); fenmu1(i)=inte(fi，etai); fenmu1(i)=exp(-fenmu1(i)/2); end fenmu=inte(fenmu1，eta); for i=1:N1 for j=1:i for k=1:j fk=ff(1:k); etak=eta(1:k); f2p(k)=inte(fk，etak); f2p(k)=exp(-f2p(k)/2)/fenmu; end etaj=eta(1:j); f1p(j)=inte(f2p，etaj); end etai=eta(1:i); ff(i)=inte(f1p，etai); end end [eta' ff' f1p' f2p'] plot(eta，f1p，'-k'，'linewidth'，1.5) grid on axis([0 10 0 1.2]) xlabel('\eta') ylabel('f^\prime') function f=inte(yy，xx) N=length(xx); if N==1 dx=0; else dx=xx(2)-xx(1); end sum=0; for i=2:N-1 sum=sum+yy(i); end f=(sum+(yy(1)+yy(N))/2)*dx; 计算结果表明，即使数值积分采用精度较低的梯形积分也可得到较好的结果，所得无量纲速度随相似变量变化的曲线如图1所示。用积分法动量方程(16)，解法简单，学生易于理解。 图1. 外掠平板边界层内无因次速度分布 通过对边界层方程的数值求解，学生能够更直观和深入地理解边界层理论，能够自主地对典型外掠物体壁面附近剪切应力的变化以及对流换热问题进行分析。此外，壁面有抽吸、喷注和圆形自由射流等层流流动问题也具有形如式(12)的相似变换微分方程，方程(16)的数值解对于认识和了解这类问题的流动特性也有借鉴作用。由边界层相似变换得出的非线性常微分方程的求解问题还是引出摄动法的来源之一 [ 1 ]，促进了相关数学方法的发展 [ 16 ] [ 17 ]。
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user: 5. 结束语 对工程问题的数学描述和量化表示，是深刻认识和把握问题内在规律的重要途径。流体外掠典型物体的边界层流动和传热问题是N-S方程和能量方程的具体应用实例，对于理解和掌握流体力学和传热学基本理论，了解复杂工程问题的分析方法具有重要作用。通过对外掠平板层流边界层相似变换微分方程积分解法的分析和运用可以看出，积分求解方法简单、易行，计算过程稳定。边界层理论及其应用是流体力学和传热学的重点和难点内容，应用数值方法分析边界层流动问题对于学生定量理解边界层的发展，分析边界层内流动及流体与壁面的换热特性具有积极作用。
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user: 摘要 文章首先简要介绍了材料科学的最新发展方向。在此基础上分析产学研合作模式的势在必行，并提出了目前材料学科硕士研究生教育教学上存在的主要痛点问题。最后探讨了改革材料学科硕士研究生培养的几个途径，指出以项目为纽带的产学研一体化联合培养模式对培养硕士研究生的创新精神、创新能力和实践能力培养至关重要。
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user: 1. 前言 材料科学与工程是二十一世纪发展最为迅猛的三大科技领域之一。新材料的研究开发及推广应用已成为各国争相角逐新优势的重要发力点，特别是发达国家已投入大量人力、物力和财力持续研究开发，以期抢占制高点。随着科学技术日新月异的发展，材料科学的各个领域通过与物理科学、化学科学、信息科学及生命科学等学科的交叉融合，为材料科学的发展指明了新的方向，并展现出更强大的生命力和蓬勃的生机。 目前，以复合材料、纳米材料等为代表的高性能结构、功能及结构与功能一体化等材料领域，呈现出如火如荼的发展态势，引擎发力展现出巨大的科研价值与潜能。这片新气象对材料领域工作者提出了更高的要求，不仅要求其具备扎实的基础理论知识和专业知识，而且要求其在工程实践中能找准切入点和着力点，不断创新，将先进理论知识与先进的实践经验更快、更全面深入地转化为先进生产力。高校作为材料学硕士研究生的重要培养基地与成长摇篮，肩负着培养高层次的材料工程领域人才，并将其输向社会的重任，这对于促进整个材料科学领域的快速发展具有重要的现实意义和深远影响 [ 1 ] [ 2 ]。 产学研一体化培养模式是人才培养创新与实践的关键环节，正引领创新发展的新潮流 [ 3 ]。该模式通过将高校、企业和科研院所进行有机结合，形成人才培养、科学研究与生产实践的一体化协调体系 [ 4 ]。21世纪以来，美、法、英、日等发达国家都非常重视产学研合作模式的研究与深入应用，政府从政策上大力支持与倡导高等院校与各行业企业的深入合作，两者组成协同体提出的科研课题，经合作开发形成的科研成果能在第一时间内有效应用于企业实际生产实践中，实现科技成果的快速转化 [ 5 ]。当前，与国外大环境相比，我国的产学研合作模式尚不成熟，仍处于探索阶段 [ 6 ]。其在探索过程中出现诸多不适应等问题，还需进一步改进并完善。其主要问题表现如下：
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user: 2. 目前材料学科硕士研究生教育存在的问题 2.1. 课程设置缺乏系统性与科学性 长期以来，我国教育行业以二级学科进行学位点设置，并以此展开课程设置，这就决定了课程设置上的狭隘性，导致材料学硕士研究生所接受的专业知识不仅知识广度不够，而且因其“脱产”式的传授方式，使得知识结构的深度也不足以拓展，不能形成系统性与科学性的专业格局。整体上，培养出的硕士研究生综合素质呈现出创新力不足，知识体系不够，社会实战能力差的景象。材料学研究生甚至在公共基础课程、选修的专业基础课程，甚至必修的专业课程，所学的课程内容存在着与本科生所学内容的一致或者相似，而且书本上的知识存在过时、老旧，不属于材料学学科领域的最新知识，在课程传授过程中完全不能突显出研究生教育上的特点与重心。从教育的角度来说，研究生教育相比本科阶段教育，应当有更高的要求及更多的实践。然而，现有的研究生课程教学仍然以集体面听，听专业老师讲授书本知识，缺少将知识实践为生产的环节，更别提一个学生的创造力的提升。材料学学科最新的研究成果、学科热点、重点突破及与相关学科的融合发展，均不能第一时间内传授与硕士研究生，课程学习内容上的滞后且“脱产”式，已不适应高素养硕士研究生的培养要求。 2.2. 理论研究脱离生产实际 目前材料类硕士研究生进行课题研究的主要实践场所是实验室，实验室条件与实际工业生产条件存在着很大的差异。这些差异体现在在两方面：一是实验室中研究的适用范围很难与工程实践生产相匹配，有些实验室小试实验中可实现的工艺流程或试验方法，很难在具体生产中得到有效复用并指导批量生产；二是由于实验室中有限的作业条件，使得小试提供的合成工艺路线，在工艺条件、设备、原材料等方面不适合工业生产。 此外，目前材料类的硕士研究生培养仍以学术型培养为主，理论研究多于实践研究，且存在研究的深度不够。虽然教师基金项目和自拟项目较多，但这些项目多数建立在理论的可行性上，缺乏或脱离实际工业生产方面的研究。因而若将这些项目运用于实际工业生产时，会出现各类不可预知的复杂问题。理论终究与实践存在差距，这就直接导致高校培养的材料学硕士研究生工业生产实战技能的普遍不足。 2.3. 缺乏行之有效的产学研一体化培育方案 产学研深度融合是培养高素养硕士研究生的重要支撑。把高校培育的硕士研究生打造成具有高创新力、高实战性的人才，需要一套完整的科学联合培育方案，并且能适应“企业”、“科研院所”和“高等学校”的育人和用人要求。目前高校研究生所接受的课程教授内容与企业实际生产需求存在脱节的现象。出现这种现象的原因是由多方因素组成：从高教的角度来说，其在教学方面既存在教师自身实践经验的不足，知识面未及时拓展及更新；从企业的角度来说，企业往往将先进技术作为公司秘密，只允许或授权少数人接触到其关键性的研究和技术；从产学研合作的角度来说，对于先进性的技术，一方面高教及相关科研人员想把相关先进的技术内容编入教材进行传道授业，另一方面企业由于知识产权或商业机密等方面原因，不愿意公开相关的先进技术，这就会出现双方的不信任，甚至对立。如何在相互信任的基础上融合教育、研究和生产，开展行之有效的产学研一体化硕士研究生培养工作，是目前亟需探讨与深度融合推进的一件大事。
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user: 3. 改革材料学科硕士研究生培养的几个途径 3.1. 制订与实施科学的产学研一体化研究生培养方案 针对研究生培养，建立双师团队。以团队的方式开发、制订科学的产学研一体化研究生培养方案。培养方案需以双师团队为支撑平台，开发、设置科学合理的课程体系和教学大纲。传授的课程内容不仅着眼于专业基础知识，而且需更应当注重传授与企业实际生产所涉及的技能应用和先进技术。随着社会对于高等教育提出的新要求及新手段应用，近些年，武汉科技大学材料与冶金学院在材料学科硕士研究生教学过程中，进行了相适应的改革，不仅在课程体系设置上注重基础知识和实践应用两者的有机结合，而且在知识传授的深度和广度上均有所拓宽拓深，多元化的教学模式，已突显其潜在的优势。为更好地引导与推动学生的创新力和解决实际工程问题的实战能力，从课程学习方面，除教育部要求必学的理论课程外，还增加职业所需的专业知识强化。从教学模式方面，支持授课形式的灵活多样，以导师的科研课题为切入点，在实验过程中传授与之相应的专业知识，同时在实验过程中发现问题并分析解决问题，引导学生在实践实验过程中思考，拓宽思路，以提高其实践能力、思考分析能力和解决实际问题的能力。 3.2. 加强硕士研究生校企联合培养基地的建设 要培养一名高层次高素养的工程类硕士研究生，其关键是着眼培养研究生的思考能力、创新思维和实践水平。这就对培养基地提出了更高的要求，培养基地作为硕士研究生的实践实训教学的主阵地，对于研究生的培养发挥着极其重要的作用。随着硕士研究生的逐年扩招，学校的全日制硕士研究生规模也不断扩大，学校数量有限的实践实训基地已远不能满足逐年增长的研究生数量及多层次的人才培养需求。为保障研究生培养需求及培养质量，武汉科技大学材料与冶金学院通过加强多方科研合作，集中多方力量，动员组织校友会等形式进行宣传与交流，了解企业和科研机构的用人需求，制订深入融合计划，开发了百余个校企合作的研究生联合培养基地，为每个硕士研究生提供了一个或多个实践实训平台，保障了硕士研究生的持续学习与成长。借助实践实训平台，研究生积极投入到实际的生产实践中，发挥其主观能动性，极大地促进了生产活动的有效落实。 3.3. 倡导以项目为纽带的产学研一体化联合培养模式 依托具体的科研项目，将生产、教学、科研深度融合，形成有建设性的硕士研究生产学研一体化联合培养模式，是当今最快速、最掷地有声的合作模式。企业、高校、科研院所等主体不仅需要在培育人才的目标上形成全面的共识，更需要制订科学的合作体系。硕士研究生产学研一体化联合培养的最终目标是培养一批具有创新力、高层次、高能力的社会实战型人才，其培养手段以科研项目为依托，为研究生提供一个完善的集知识、实践能力、创新技能为一体的综合性平台，引导并挖掘硕士研究生的学习能力、实践能力与创造能力。武汉科技大学材料与冶金学院在各研究生联合培养基地均以实际项目为切入点，在广泛调研与协商校企项目需求的基础上，对研究生培养的培养框架、培养方针、教育教学内容、科研内容、生产实践、专项实习、论文开题、论文编写和论文评审等各个环节设置了灵活的学习机制，在保证基础必修课外，充分挖掘其与科研项目相匹配的岗位能力，包括但不限于创新力、执行力、落实力及战斗力等。
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user: 4. 结语 提高材料学硕士研究生的教学质量，培养出适应社会需要、企业需求的高素质创新型人才，产学研一体化的培养模式势在必行。产学研一体化的培养模式的萌芽、产生、形成到体系化，不但要在研究生的课程体系设置上突出创新精神和创造能力的培养，更要加强研究生校企联合培养基地的建设，这是研究生开展科学研究、培养创新能力、将理论应用于实践的第一个试验场。因此，以项目为纽带的产学研一体化联合培养模式对培养硕士研究生的创新精神、创新能力和实践能力培养至关重要。