DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 6. 总结和展望 在本文中，我们讨论并评价了当前新提出的注意控制理论。在此基础上，我们提出观点认为基于先前经验产生的自动化的注意偏向不需要被单独划分为一种新的注意控制方式，该效应可以被解释为自下而上的注意加工。然而，尽管我们在文中提供了研究证据说明选择历史与物理凸显的刺激影响注意控制的方式非常相似，但目前也没有直接的证据去证明选择历史与具有物理凸显性的刺激影响注意的机制是相同的。有研究者在一个修改的双侧反眼动任务中发现基于奖赏选择历史的刺激能够产生与经典反眼动任务中凸显的外源性刺激引发的相同的效应，高奖赏相关的刺激在反眼动任务中表现出了更长的潜伏期和更低的正确率。但是，研究者发现奖赏特征引发的反眼动的效应量要小于经典的反眼动任务中由突然出现的外源性刺激引发的效应量，研究者认为这可能是由于奖赏选择效应和外源性注意的区别造成的 (Theeuwes， 2010)。因此，未来研究可以去探究选择历史和物理凸显性导致的自下而上的自动化的注意偏向的异同。我们推测尽管都是具有凸显性的刺激以自下而上的方式影响注意，通过经验获得的凸显性和纯物理凸显性之间可能存在优先级的差别。鉴于目前在行为结果上两者影响注意的方式非常类似，未来在神经机制上探究这两种注意机制作用的方式是否相同可以帮助进一步检验我们的观点。其次，虽然目前的研究已经证明了选择历史对刺激的凸显性有影响，但我们还不清楚先前经验是通过怎样的神经机制影响了刺激的凸显性。未来的研究者需要进一步去解释经验塑造刺激凸显性的神经机制。此外，在文中我们提到由经验获得的自动化的注意偏向并不一定总是有利于个体的适应，如奖赏驱动注意。对此，我们的想法是既然奖赏相关特征的凸显性是通过经验获得的，那么是否也就意味着我们可以再次通过经验的塑造去干预和消除被试在先前经验中形成的某些非适应性的注意偏向。因此，未来的研究者可以去探究通过训练是否可以矫正被试非适应性的注意偏向。例如某些焦虑的个体可能会存在对负性刺激的自动化的注意偏向，那么我们就可以通过长期训练来奖励被试将注意偏离负性刺激的反应，从而以相反的逻辑方向来消减相关刺激的心理凸显性。
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user: 摘 要 利用工业循环冷却水动态模拟实验台和高压静电水处理器，对自制水进行阻垢效果研究。结果表明，在4.0 kV工作电压下作用10小时，重量法计算的阻垢率为50.0%。其中循环水中的Ga 2+ 浓度越小，结垢量越大，实验显示在作用前两小时结垢量最大。 关键词 :高压静电场，循环冷却水，阻垢率 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 内蒙古地区工业用水主要是地下水和地表水，水中含有大量Ca 2+ 、 HCO 3 − 等结垢离子 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ，呼和浩特当地火电厂循环冷却水系统主要采用天然水循环冷却，运行过程中CaCO 3 水垢沉淀严重 [ 4 ] ，目前多采用的化学药剂阻垢主要弊端是运行成本高及排放污染环境等 [ 5 ] [ 6 ] ，高压静电场、脉冲磁场、超声波等物理技术作为新型环保、减排的处理手段被广泛关注 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。课题组之前以当地火电厂用水为实验用水进行阻垢研究，由于各次实验水质均不同造成了实验结果不稳定。本实验以高纯水添加适量药剂为研究对象，模拟火电厂循环冷却水系统，通过分析在施加高压静电场和未加静电场两种情况下，循环水中各离子浓度和相应物理性质的变化，试图寻找在高压静电场作用下水成垢的机理。
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user: 2. 实验部分 2.1. 实验装置及方法 根据中华人民共和国化工行业《冷却水动态模拟试验方法(HG/T 2160-2008)》 [ 11 ] ，搭建了“工业循环冷却水分析测试台”和“高压静电水处理器”。测试台主要由换热器、加热水系统、自动补水系统、冷却塔、高压静电水处理器、高压发生器组成(实验流程如图1所示)。进行了阻垢实验和空白对照实验，有研究指出施加4 kv高压静电场时阻垢效果最佳 [ 12 ] ，故本实验阻垢处理实验组施加4 kv工作电压持续作用10小时，未处理实验组未施加电压持续10小时。实验中保持循环冷却水温度(30 ± 10.5℃)，加热水温度(90 ± 1.0℃)，循环处理水量250 L。 图1. 实验流程图 [ 12 ] 2.2. 实验水质 实验采用自制循环冷却水，在高纯水中只加入了GaCl 2 和NaHCO 3 ，Ca 2+ 浓度12 mmol/L， HCO 3 − 浓度12 mmol/L，溶液PH值为7.82。为了保持实验过程中水质的硬度和碱度不变，实验中持续补充硬度和碱度。 2.3. CaCO 3 的结晶过程 实验水质在模拟过程中将发生如下反应： CaCl 2 → Ca 2+ +2Cl − NaHCO 3 → Na + +HCO 3 − HCO 3 − → H + +CO 3 2 − Ca 2+ +CO 3 2 − =CaCO 3 − CaCO 3 溶解度很小，属难溶性盐，当液相成垢离子的浓度达到饱和状态后在换热器表面上形成CaCO 3 水垢。
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user: 3. 实验结果与分析 实验过程中不同时刻实验水质分析如表1所示。 Table 1 Analysis of water quality in experimen 未处理组 Ca2 + 碱度 PH值 电导率 起始 9.72 0.65 7.82 3190 2小时 8.25 0.55 8.31 3270 4小时 8.80 0.38 8.46 3580 6小时 9.41 0.35 8.59 3940 8小时 9.56 0.32 8.65 4310 10小时 10.05 0.30 8.67 4660 处理组 Ca2 + 碱度 PH值 电导率 起始 10.00 0.68 7.81 3070 2小时 8.42 0.42 8.31 3360 4小时 10.15 0.32 8.41 3890 6小时 10.80 0.28 8.42 4370 8小时 13.45 0.28 8.49 4810 10小时 13.80 0.22 8.43 5320 表1. 不同时刻实验水质分析 将沉积在换热面上的CaCO 3 晶体称为附着垢，将被水流冲击而剥离至拦截网中的CaCO 3 晶体称为脱除垢，脱除垢与附着垢之和称为总垢量。实验结束后，取出换热器铜管烘干，称量处理组和未处理组换热铜管的质量通过(1)式计算阻垢率η，(2)式计算总垢量变化率k： (1) k = m 2 − m 1 m 2 (2) 式中： m 1 ' ——处理组的附着垢量，g； m ' 2 ——未处理组的附着垢量，g； m 1 ——处理组的总垢量，g； m 2 ——未处理组的总垢量，g。 公式(2)中当k为正值时表示未加静电场的总垢量大于加静电场的总垢量，反之为负值。本次实验的附着垢、脱除垢与总垢量的变化见表2所示。 Table 2 The change of scale quantity of CaCO 附着垢 脱除垢 总垢量 η% k 处理组 0.658 10.362 11.020 45.977 0.528 未处理组 1.218 22.129 23.347 表2. 处理组和未处理组CaCO 3 垢量变化 图2显示处理组和未处理组在实验两小时处滴定消耗量最小表明此时水质溶液中Ca 2+ 浓度最小，大量的Ca 2+ 用于结垢，由此说明在实验初始两小时是结垢的高峰期，实验过程中不停地补充Ga 2+ 但由于结垢速度趋于缓慢导致溶液中Ca 2+ 浓度逐渐回升，处理组的钙离子浓度高于未处理组浓度表明了静电场能够抑制水垢的生长，从表2的结果也证明了高压静电场对循环冷却水起到了阻垢作用。图3表明由于HCO 3 HCO 3 − 不断水解参与结垢，实验水质的碱度呈下降趋势，由于处理组结垢变缓需要的CO 3 2− 少于未处理组，所以处理组的碱度下降要显著高于未处理组。图4表明两组实验水质随着结垢的发生均呈碱性变化趋势，由于为处理组消耗较多的CO 3 2− 用于结垢导致溶液碱性更强。图5显示了由于静电场能够阻垢导致了溶液中有较多的游离离子故处理组电导率显著高于未处理组。 图2. 处理组和未处理组钙硬度随时间变化曲线 图3. 处理组和未处理组碱度随时间变化曲线 图4. 处理组和未处理组PH值随时间变化曲线 图5. 处理组和未处理组电导率随时间变化曲线
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user: 4. 结论 实验表明，4 kV高压静电场作用10小时下的阻垢率为45.977%，总垢量变化率为0.528，静电场对水垢的形成有抑制作用，并且在实验最初两个小时是形成水垢最多的时段。
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user: 摘 要 甲壳素的分子内与分子间氢键相互作用使甲壳素形成微纤维网状的高度结晶有序结构，导致甲壳素本身难脱乙酰。本文以NaOH/尿素混合溶液作为溶剂低温下溶解甲壳素，再将其沉淀，改变其凝聚态结构，然后进行脱乙酰反应。研究了NaOH/urea配比对甲壳素溶解度及NaOH浓度对脱乙酰反应的影响，采用FTIR、SEM、XRD、TG表征分析了溶解–沉淀过程处理后甲壳素的结构性能。结果表明，NaOH/urea = 12/6(w/w)混合溶液的溶解效果最佳，溶解度可达90%。溶解–沉淀处理后的甲壳素原有的微纤维状有序结构被破坏，呈无定形态且乙酰胺基可及度变大。NaOH浓度降低至50 wt%时即会起到用60 wt%处理甲壳素原粉同样的脱乙酰度，制得壳聚糖。 关键词 :甲壳素，脱乙酰，低温溶解，高可及度 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 甲壳素主要从废弃蟹、虾和龙虾壳等海产品废弃物中提取，来源广泛且可再生，是最丰富的天然多糖，也是最重要的化学原料之一 [ 1 ] 。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物。甲壳素及壳聚糖可以方便地加工成不同的材料，如膜 [ 2 ] 、凝胶 [ 3 ] [ 4 ] 、微球 [ 5 ] 和纳米纤维 [ 6 ] 。这些材料可用于生物医学领域，包括药物递送、组织工程和伤口愈合等 [ 7 ] 。 天然甲壳素结构是由排列有序的结晶区和排列无序的无定形区交错排列而成，也就是说甲壳素结晶区在三维空间上是规则的、伸直的、紧密的有序排列，无定形区则是由疏松的分子链无规则卷曲和相互缠结而成的 [ 8 ] 。甲壳素的分子内与分子间氢键相互作用使甲壳素形成微纤维网状的高度结晶有序结构，这导致甲壳素难以脱乙酰制备壳聚糖。壳聚糖经由甲壳素在浓NaOH溶液、高温下脱除乙酰基制得。但是，由于甲壳素的半结晶结构，乙酰胺基可及度较小，即OH-不易接触到乙酰胺基，使得脱乙酰反应效率低、脱乙酰不完全。 迄今为止，只有少量的溶剂可以溶解甲壳素 [ 9 ] ，例如LiCl/DMAc、CaCl 2 /CH 3 OH、离子液体、六氟异丙醇，碱/尿素。碱/尿素是一种近年来开发的新型绿色溶剂。其溶解机理为：在低温下，溶剂中的NaOH和urea小分子先组装成水合物，水合物破坏了甲壳素大分子链间原有的分子间作用力，与之形成新的氢键。最后，氢氧化钠/尿素水合物包覆在甲壳素分子链上形成管状包合物而导致甲壳素溶解在溶剂中 [ 10 ] [ 11 ] 。 本文为了增大乙酰胺基可及度，使OH-能够充分接触乙酰胺基，使其易于脱乙酰高效地制备高脱乙酰壳聚糖。选用NaOH/urea混合溶液低温下溶解甲壳素，再将甲壳素析出，通过溶解–沉淀的方法改变甲壳素凝聚态结构，使原有致密的结构变得松散。然后进行脱乙酰反应，探究溶解–沉淀后甲壳素对脱乙酰反应的促进作用。
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user: 2. 实验材料与方法 2.1. 材料与试剂 甲壳素，高密度，浙江金壳药业有限公司；NaOH，分析纯，国药；尿素，分析纯，国药。 2.2. 实验设备 超低温冰箱：DW-60W108，浙江捷盛制冷科技有限公司；油浴锅：DF-101S，湖南力辰仪器科技有限公司；环境扫描电镜：S-4800，HITACHI；红外光谱仪：Nicolet6700，美国赛默飞世尔科技；X射线衍射仪：D8，Bruke。 2.3. 实验方法 2.3.1. NaOH/urea混合溶液溶解甲壳素 配置一系列不同质量比例8:4:88、10:5:85、12:6:82、14:7:79、16:8:76的NaOH/urea/water溶液，置于超低温冰箱−40℃预冻至冰状。称取得到的冰状碱溶液97 g，加入3 g甲壳素粉末，室温下搅拌至大部分溶解，待其温度升到室温后，再放入冰箱−40℃冷冻，重复2~3次冻融循环。 2.3.2. 高可及度甲壳素的制备 室温下，7000转/min离心6 min，去除未溶解的甲壳素，制得甲壳素低温冻融液。将甲壳素冻融液逐步加入到400 mL去离子水中，500 rpm磁力搅拌10 min后，用砂芯漏斗过滤析出的甲壳素。 2.3.3. 甲壳素粉末的脱乙酰反应 分别称取3 g甲壳素粉末和溶解–沉淀后的甲壳素，量取150 mL 40~60 wt%的NaOH溶液，80℃下反应6 h，过滤出产物水洗至中性，干燥后保存。甲壳素脱乙酰反应方程如图1所示。 图1. 甲壳素脱乙酰反应方程式 [ 12 ] 2.4. 溶解度测试 溶解过程中得到的未完全溶解的甲壳素碎片放入真空干燥箱，在40℃下干燥，称重记为W。 Solubility = 3 − W 3 × 100 % 2.5. 脱乙酰度测试 将脱乙酰后粉末，置于真空干燥箱中60℃干燥。采用红外KBr压片法测试，设置扫描范围4000~400 cm −1 ，扫描次数32次，频率4 cm −1 。DD为脱乙酰度，A 1560 /A 2875 是1560和2875 cm −1 吸收峰强度比例 [ 11 ] 。 A 1560 A 2875 = 0.0125 × ( 1 − D D ) + 0.2 2.6. XRD分析 将脱乙酰后粉末，置于真空干燥箱中60℃干燥。采用粉末X射线衍射仪测试纤维的结晶性能。测试条件：铜靶，管压40 kV，管流200 mA，扫描范围5˚~60˚。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. NaOH/Urea溶解甲壳素的影响因素 图2为甲壳素粉末溶解于−40℃预冻碱液的实物照片，将甲壳素粉末和预冻后的冰状碱液混合后，不断搅拌，甲壳素会逐渐溶解。再次冷冻–溶解操作过程中，液态水结冰则体积增大，水结成冰的作用力能够进一步削弱、打断甲壳素分子间氢键，破坏其结晶结构，因此，更多的碱溶液分子能够渗透入甲壳素的分子链段中，进而逐渐破坏其整体结构，促进甲壳素的溶解。NaOH/urea质量配比对甲壳素溶解度的影响如图3所示，NaOH/urea = 12/6(w/w)溶解效果最好，溶解度可达90%，见图2。溶解度先增大后减小，因为随着NaOH、urea溶质比例的增加，混合溶液冰点越低，没有来自于水结冰的作用力进一步削弱、打断甲壳素分子间氢键，破坏其结晶结构，导致溶解甲壳素能力变小。 图2. 甲壳素粉末低温溶解过程实物照片 图3. NaOH和Urea质量比例对甲壳素溶解的影响 为了探究NaOH/urea低温溶解过程对甲壳素结构的影响，利用红外光谱分析甲壳素冻融前后的基团变化。如图4所示，未处理甲壳粉末的FTIR谱图中，3445 cm −1 处的宽带对应于甲壳素-OH振动及氢键作用、1660 cm −1 处为C=O的酰胺I谱带、在1623 cm −1 处归属于C-N振动与C=O基团的拉伸的叠加、1560 cm −1 处的强峰是酰胺II谱带、1310 cm −1 处为C-N振动。在甲壳素冻融液(NaOH/Urea = 12/6)红外谱图中，1560 cm −1 处酰胺II谱带和1310 cm −1 处峰消失，因为低温下，NaOH和Urea混合溶液组装形成水合物，水合物再和甲壳素分子链上乙酰胺基(-NHCOCH 3 )、羟基(-OH)基团相互作用，破坏原有的分子间氢键作用，与之形成新的氢键，从而包裹在甲壳素分子链周围，形成管状包合状物，使甲壳素溶解在混合碱/尿素溶液中 [ 10 ] [ 11 ] 。 图4. 甲壳素粉末和甲壳素冻融液(NaOH/Urea = 12/6) FTIR谱图 3.2. 高可及度甲壳素结构分析 图5(a)和图5(c)分别为甲壳素粉末和溶解–沉淀后甲壳素实物照片。由图5(b) (放大倍数2k及10k)可见，甲壳素粉末为致密有序的微纤状结构，一束束粗纤维束同向排列，粗纤维束又由很多条微纤维组成，中间孔洞为脱钙后留下的空穴。正是由于这种有序的结晶结构导致甲壳素本身难溶解及难脱乙酰。溶解–沉淀后的甲壳素失去了微纤维结构，变成细小的颗粒状结构，图5(d) (放大倍数10k)。因为沉淀过程中，大量的水导致甲壳素与NaOH/urea溶液形成的复合物被破坏，使得裸露的甲壳素分子链自缔合聚集，图中没有发现致密的微纤维状结构，这表明溶解–沉淀后的甲壳素乙酰胺基的可及度变大。 图5. 甲壳素粉末溶解–沉淀后的实物照片及SEM图 XRD衍射谱图也可佐证说明溶剂-沉淀后甲壳素乙酰胺基可及度变大。由图6可知，溶解-沉淀后甲壳素(020)、(120)、(110)、(130)、(013)晶面所对应特征衍射峰强度锐减，几乎消失。(020)晶面是a方向上甲壳素链的紧密排列，(110)晶面是b方向上的紧密堆积。这表明经溶解–沉淀过程后甲壳素原有的结晶结构被破坏，致密整齐的分子排列变得杂乱，变成无定形结构，乙酰胺基可及度变大。 图6. 甲壳素粉末和溶解–沉淀后甲壳素XRD谱图 TG分析同样表明溶解–沉淀后甲壳素结构变得松散，可及度变高。由图7可知，未经处理的高度有序甲壳素具有良好的热稳定性，其起始分解温度在342.1℃，最大热分解速率−19.74%/min，最大热分解温度395.2℃，溶解–沉淀后甲壳素起始分解温度321.6℃，最大热分解速率−13.72%/min，最大热分解温度360.3℃。这表明溶解–沉淀后的甲壳素热稳定性有所下降，因为其结晶结构被破坏，结构变得松散不致密。 图7. 甲壳素粉末和溶解-沉淀后甲壳素XRD谱图 3.3. 脱乙酰度分析 甲壳素和壳聚糖的根本区别在于乙酰度(DA: Degree of Acetylation)或脱乙酰度(DD: Degree of Deacetylation)的不同。当DA < 45%或DD > 55%，即为壳聚糖。 图8. 碱浓度与脱乙酰度的关系 甲壳素的脱乙酰反应实际上是酰胺键在碱性条件下的水解反应。作为催化剂，NaOH在甲壳素乙酰化过程中起催化作用 [ 13 ] 。本文将未处理的甲壳素和经溶解–沉淀处理后的甲壳素在80℃下反应6 h，比较不同NaOH浓度对脱乙酰的影响，见图8。随着NaOH浓度从40 wt%增加到60 wt%，未处理的甲壳素脱乙酰度由34.5%逐渐增加至58.2%。NaOH浓度要达到60 wt%，才能使未处理的甲壳素有效的脱乙酰，制得壳聚糖。而经过溶解–沉淀后，NaOH浓度为50 wt%时就有脱乙酰效果，脱乙酰度为57.3%，而60 wt% NaOH处理后，其脱乙酰度可达67.4%。溶解–沉淀后的甲壳素，凝聚态结构变得松散，晶区被破坏，乙酰胺基的可及度变大，更容易受到OH − 的进攻，因此制得的壳聚糖脱乙酰度更高。
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user: 4. 结论 甲壳素的脱乙酰化反应受天然甲壳素紧密有序的微纤维状结构及空间位阻影响很大。经溶解–沉淀后的甲壳素，晶区被破坏，微纤维状结构也被破坏，凝聚态结构变得松散，乙酰胺基的可及度变大。脱乙酰反应中，未处理的甲壳素要在碱浓度达60 wt%时才能制得壳聚糖，而经溶解–沉淀处理后，在更低的碱浓度50 wt%即可达相近的脱乙酰度，表明溶解–沉淀后的甲壳素乙酰胺基的可及度变大，促进脱乙酰反应的进行，提高了脱乙酰效率。溶解–沉淀工艺制备的壳聚糖预期会有着更窄的分子量分布，将在后续研究。
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user: 摘 要 以应用型院校转型为契机，深化本科电类基础实验教学改革，依托“PAD对分”模式，加强对学生实践能力、创新意识和自学能力的培养。结合专业特点和应用型人才培养要求，为加强电类基础实验与电类基础课程之间的衔接和提升电类基础实验的教学质量，本文对其教学模式进行了探索与实践。 关键词 :“PAD对分”模式，电类基础实验教学，应用型人才，改革 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 电类基础课程是高等院校工科电类专业重要的技术基础课，其中包含数字电子技术、模拟电子技术、电路原理、电工技术等诸多课程，具有信息量大、知识面广、实践性强等特点，电类基础课程在整个电类学科课程体系中起承上启下的作用 [ 1 ]。电类基础课程实验作为电类基础课程的课后延续教学，其重要性也不言而喻。 莆田学院以“应用型、地方性、开放式、特色化”为办学定位，致力于培养作为基层骨干、行业中坚的上手快、能吃苦、有后劲的应用型人才。目前莆田学院正处于应用型转型的关键时期，对于如何将电类实验与电类基础课程紧密衔接，如何提升电类实验的教学质量，如何提升学生的实践能力等方面均提出了全新的需求，电类基础实验教学进行改革已势在必行。而电类基础实验教学一直以来存在与电类基础课程衔接不够紧密、学生学习热情不足、动手能力不足等问题，基于此，我们提出了应用型转型背景下的电类基础实验教学改革与研究。而要完成此项改革，我们的思路是将“PAD对分”理念和模式引入电类基础实验教学课堂，有质量地提升电类实验教学的成效，培养出符合学校定位的应用型人才。
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user: 2. “PAD对分”课堂教学法的提出 PAD课堂是复旦大学张学新教授根据国内大学课堂的现状，基于心理学规律提出的一种新的课堂教学模式，对分课堂包括讲授(Presentation)、消化吸收(Assimilation)、讨论(Discussion) 3个过程，简称PAD课堂。PAD课堂把教学在时间上清晰分离为3个过程，其核心理念是将部分课堂时间分配给教师进行讲授，同时教师必须让出部分课堂时间，交给学生掌控，形成师生“对分”的课堂格局，突出课堂讨论过程 [ 2 ]。对分课堂结合了传统讲授课堂和现代讨论课堂的优势，增加师生互动及生生互动，并最终达到提升课堂教学效果和教学质量的效果。PAD课堂已经在全国多所高校实践，并收到了较好的教学效果 [ 3 ]。这种新型教学模式特别适用于我校在应用型转型背景下电类基础实验教学改革的实际情况，而且该模式给学生留出了充足的自主学习时间，可以及时的完成知识的内化，从而在课堂讨论环节展开更加高效、有价值的谈论和学习，也能在下次课堂的讲授环节中更加容易接受。该模式也有利于激发学生的学习热情，培养学生良好的学习习惯 [ 4 ]。
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user: 3. “PAD对分”课堂在应用型转型背景下电类基础实验教学的应用 3.1. 教学组织及实施的整体安排 目前电类基础实验课程上课的时间比较集中，以电路原理为例，电路原理实验学时安排为16学时，且均集中在下半学期，在课程的安排上只考虑到了电路原理实验作为电路原理课程的后续教学，没有充分考虑到两者的相互衔接性。此次改革探索将电路原理实验与电路原理课程交叉安排，在电路原理课程章节结束两周内安排对应实验，比如第三周讲解基尔霍夫定律，则将对应的实验课程安排在理论课程结束后的第五周之前，此时学生对于知识的掌握还是比较扎实的，在此基础上进行实验有如下好处：第一，实验课中PAD课堂讲授部分中的基础知识的讲解可以一部分依靠电路原理理论课程的教学，讲授时间上可以缩减一半，能为后续消化吸收及讨论留出充足的时间；第二，紧密的衔接了实验课程与理论课程，实验课程能够让学生进一步消化吸收相关理论，帮助学生更好的掌握相关知识；第三，通过实验的直观体验，能够进一步提高学生对于理论课程的学习兴趣，加强其自主学习与课堂学习的热情。 3.2. 优化教学环节 3.2.1. 增加自主预习环节 教师提前录制实验课程预习视频，其中包含相关知识点的讲解、实验过程指导、注意事项等方面的说明，让学生通过移动设备随时随地的预习实验，其中由传统的课堂传授和实验指导书方式改为通过MOC在线视频方式进行学习。同时也将预习视频上传至超星平台，让学生通过超星平台观看预习视频，增加的预习环节使得PAD课堂的讲授部分变的更加灵活，充分提高了学生的学习兴趣与学习热情，也更能满足不同基础的学生的学习需求。 3.2.2. 减少课堂讲解时间 利用学校的超星平台，让学生自行预习，并在课前与学生进行互动，学生预习的问题可以在超星平台反馈，教师可以通过超星平台进行答疑，根据学生在超星平台反馈的预习情况备课，并进行针对性讲解，加之与理论课程的紧密衔接，这样既保证了课堂质量，又能节约出一半时间将课堂交给学生。 3.2.3. 增加实验结束后的小组介绍环节 实验结束后提供10 min时间给学生，让现场小组举手报名，提供4 min时间让报名小组将组内实验的结果进行展示并现场做简要说明，同时增加6 min的现场问答环节，其他小组每组可以问一个问题，由展示组回答，教师现场进行纠正及补全。该环节作为加分环节，既提高了学生实验热情，又加强了学生对于薄弱知识点的掌握 [ 1 ] [ 5 ]。 3.3. 优化实验内容 除实验大纲内安排的独立知识点对应的实验外，实验课程内容中增加一些灵活性较强的实验作为课后实验，将其实验成绩作为平时成绩的70%进行考核。让学生用课后时间自主设计实验，并申请实验室自行完成。以电路原理为例，可以给出一个复杂的电路，可以让学生自行经过多种方式进行电路简化，再连接电路以测量某一电路参数，比如运用电压源与电流源的等效变换、戴维南定理和诺顿定理、Y-△、串并联变换等方法简化电路，采用多种方法进行实验，并相互验证实验结果，最终提交的实验报告中要求至少体现两种实验过程。这个过程能够充分促进学生自主学习，完成PAD课堂的消化吸收过程，有效的提高学生的动手能力，培养符合学校定位的应用型人才。
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user: 4. 电类基础实验教学改革反思 在电类基础实验教学课堂讲授过程中，很大程度的减少了课堂内讲授环节的整体时间，但并未降低讲授质量，通过与理论课程的紧密衔接，在学生对理论课程记忆深刻的阶段进行实验，同时将部分讲授内容通过预习视频及超星平台答疑来体现，在课堂内对学生薄弱环节进行针对性讲解，提高了讲解的效率与质量，将更多的时间还给学生。 在知识的消化吸收过程中，不局限于课堂消化，而与理论课程相辅相成，促进对于知识的掌握，同时增加了课外实验的设计，通过更加灵活的实验设计，推动学生自主学习，课下进一步的内化吸收，同时扩展了学生学习与思考的空间，提高了学生的动手能力。 在讨论过程中，课堂上通过小组介绍、现场问答、教师纠正及补全等途径，课堂外通过超星平台互动，扩展课堂，极大的增加了学生的学习热情，通过师生互动和生生互动的方式进一步加深了学生对相关内容的理解。 总之，电类基础实验教学通过实施“PAD对分”模式，提高了学生的学习能力与实践能力，锻炼了学生的总结能力和讲解能力，并激发了学生持续学习的动力与热情，更好的实现了电类基础实验与电类基础课程的紧密衔接，提升了电类基础实验的教学质量。“PAD对分”模式的实施，使电类基础实验教学更有特色，更能适应莆田学院的转型，更能满足学生发展的需求，培养出作为基层骨干、行业中坚的上手快、能吃苦、有后劲的应用型人才 [ 6 ]。
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user: 摘 要 《工程光学》课程是测控技术与仪器专业的一门专业核心课程，具有公式较多以及理论性较强的特点，它在专业学习中占有非常重要的地位。该门课程传统的教学方式是注重公式的推导和抽象概念的讲解，学生在理解和掌握上具有较大的难度。为了适应学校向应用型本科高校转型，培养具有实践能力强和自学能力强的专业型人才，在《工程光学》课程重要知识点的讲解过程中引入光学设计软件Zemax，通过Zenax软件仿真的方法提高学生对光学知识的理解以及对知识的实际应用能力，从而达到提高教学质量和满足应用型人才的培养目标。 关键词 :Zemax，工程光学，应用型人才，像差 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 根据联合国教科文组织《国际教育标准分类》的框架，高等教育可以分为三种基本类型：学术型研究大学、应用型本科院校和职业型技能型院校 [ 1 ] 。近些年，我国的应用型本科院校的数量不断扩大且分布范围较广，这类高校的主要目标是培养地方需要的应用型人才和地方经济社会发展服务为主体任务。为了确定自身的办学定位，莆田学院在2016年就印发向应用型转变试点方案的通知，大力实行向应用型本科院校转型，把该目标办成学校的特色。在这种背景下，提高学生的专业知识的应用能力和实践能力是实现普通高校向应用型本科院校转型的主要任务。因此，亟需根据各个专业学生的实际情况来对相关的课程进行教学改革。 莆田学院(以下简称“我校”)测控技术与仪器专业旨在培养具有“光学、机械学、电工电子学、计算机科学、自动控制”等宽厚专业理论知识，同时具有较强的工程实践能力和开发设计能力，并且能够不断更新该领域的新理论和新技术的开发应用型人才。根据我校的“测控技术与仪器”专业的2016版人才培养方案的要求，面向该专业大二年级的本科生开设《工程光学》作为专业必修课程，设置理论课40学时、实验课8学时，旨在通过该课程的学习学生应能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础。 根据我校以“应用型、地方性、开放式、特色化”为办学定位，致力于培养作为基层骨干的特点。目前莆田学院正处于应用型转型的关键时期，如何提升学生在光学方面的理论知识和实践能力，如何培养出高水平的光学类技术人才，如何将课程中的比较抽象和复杂的光学概念，比如光学系统的像差理论、光的干涉和衍射等，尤其是像差理论，公式比较复杂。对于这些光学的知识点，学生接受程度下降，导致学习的积极性不高，有可能还会产生反感并失去对该门课程的学习动力等问题 [ 2 ] [ 3 ] 。基于此，本文提出了应用型转型背景下的《工程光学》课程的教学改革与研究。本文就是应用较普遍的光学类软件Zemax作为《工程光学》课程教学的一种辅助教学工具，结合Zemax的仿真来加深学生对知识点的理解，从而不断提高学生的工程实践能力和自我创新能力。有质量地提升教学的成效，培养出符合学校定位的应用型人才。
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user: 2. 光学设计软件Zemax的仿真平台 Zemax光学设计软件是由美国Focus Software Inc.所发展出的一套综合性的模板、分析和辅助设计光学系统程序，它将光学系统的设计概念、光学系统建模、光线追迹计算、像差分析、优化、公差分析以及报表整合在一起，不仅是一套辅助设计软件，更是综合性能强的光学仿真设计软件。Zemax光学设计软件可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射、折射、衍射等光学模型，并结合优化、公差等分析功能，是一套可以运算序列、非序列及混合序列的成像系统和非成像系统的软件。它不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观。功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。因此Zemax软件在光学设计领域中如透镜设计、照明设计及激光光路设计等都有着广泛的应用 [ 4 ] [ 5 ] 。 应用Zemax软件来对光学系统设计的流程是根据已知的光学系统结构参数，通过Zemax软件的仿真平台建立的光学系统结构模型，能够应用光线追迹方法计算出相关的质量参数，还可以按照一定的优化条件对系统结构进行优化设计。该种光学设计软件可以让学生比较直观和形象地知道光学系统的搭建步骤、像质评价指标、各类像差在点列图的形状、像差的控制等各个过程。
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user: 3. 光学设计软件Zemax在《工程光学》课程教学中的应用实例 在《工程光学》课程教学过程中，为了能够将抽象复杂的理论知识进行直观化，让学生更好地理解和掌握；在课堂教学中借助于Zemax软件来进行辅助教学 [ 6 ] 。由于影响光学仪器工作性能好坏的最重要的因素是仪器中的光学系统的成像性能，而像差分析是处理它的重要工具；并且像差的概念比较抽象以及计算公式推导比较复杂，因此在下面光学系统的像差为例，通过Zemax软件仿真来向学生讲解像差的相关知识点，使得像差的一些抽象的概念及现场变得更加直观。因此应用一个光学系统来对其进行分析。 在进行光学系统模型搭建之前，需要知道系统的结构参数，包括系统的各个光学面的曲率半径、光学面间隔、光学材料和孔径光阑尺寸等参数。以一个全视场角为160˚、F数为2的鱼眼镜头系统为例 [ 7 ] ，应用光学设计软件Zemax对其进行光学系统的搭建 [ 8 ] ；如图1所示。 图1. 鱼眼镜头系统的二维结构图 光学系统的像差种类可以分为球差、慧差、场曲、像散、畸变和色差(包含位置色差和倍率色差)等，在这里以较难理解的彗差和畸变来阐述产生的原因和影响。彗差是轴外物点发出宽光束通过光学系统后，并不会聚一点，相对于主光线而是呈彗星状图形的一种失对称的像差；而畸变是光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度，也就是光学理论上计算得到的变形度，它分为桶形畸变和枕形畸变两种。 如图2所示为鱼眼镜头系统的在视场角为0˚和80˚情况下的光线像差分布点列图；从图2中可以看出，在视场角为0˚情况下的光线像差分布点列图是完全对称的，这证明了只有轴外物点才产生彗差；而在视场角为80˚情况下时，不对称的像差比较严重，说明在这种情况下彗差的贡献比较大，使得学生在理解彗差时有了更好的依据。图3为系统中各个光学面及总的Seidel像差系数值，从中可以得到各个光学面对系统的像差的贡献，使得它们得到了完全、具体的量化，这样就可以使学生能够对各个光学面的各类像差有更深刻的认识。图4为系统的畸变图，可以直观地从图4中得到该系统产生的畸变是桶形畸变，而且随视场角的增大，畸变量就更大。 图2. 鱼眼镜头系统的光线像差分布点列图；半视场角为(a) 0˚，(b) 80˚ 图3. 鱼眼镜头系统的Seidel像差系数 图4. 鱼眼镜头系统的畸变图 这种结合Zemax软件来对系统的像差知识点进行讲解的方法，让学生能够较清楚、直观地理解和掌握相关的知识点，从而提高教学效果和教学效率。
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user: 4. 结论 将《工程光学》课程的相关知识点讲解中引入光学设计软件Zemax，让学生很直观地理解和掌握一些比较难以想象和理解的内容，改变传统教学过程中注重于抽象理论知识点的讲解和复杂公式的推导。同时将理论知识与实际应用相结合，进一步促进学生对知识点的讲解，从而激发学生的学习兴趣，培养学生的实际设计能力，有效地改善教学效果和提高教学效率。因此，Zemax软件应用于《工程光学》课程教学中具有非常重要的实践意义。
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user: 摘 要 由化学基本观念、化学思维方式、科学探究、化学学科价值与社会责任以及化学核心知识组成的化学学科核心素养是初中化学学科教学的价值所在。深度教学共同体的构建，是培育学科核心素养体系的主要途径。通过挖掘教学内容、抓住学科特征、注重教学过程、强化学科应用等策略培育初中化学学科核心素养。 关键词 :学科核心素养，初中化学，深度教学，教学策略 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 核心素养是当前中学教学研究的热点。初中化学教育，作为化学学科的起蒙阶段，其学科核心素养是什么呢？在教学中应如何培育其核心素养？为此，我们进行了为期三年的初中化学学科核心素养的结构模型及其教学策略的研究与实践。下面，谈谈我们的认识与体会。
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user: 2. 初中化学学科核心素养结构体系 初中化学学科核心素养结构体系包括化学基本观念、化学思维方式、科学探究、化学学科价值与社会责任以及初中化学核心知识等基本要素。 2.1. 化学基本观念 化学基本观念是指学生通过化学学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性认识 [ 1 ] 。化学主要研究组成、结构和反应三个基本问题，现行初中化学教学内容也主要涉及这三个问题。所以，初中化学核心观念主要包括元素观、微粒观、变化观等。 元素观是指所有的物质都是由化学元素组成的，物质的千变万化只是化学元素原子的重新组合，在化学反应中元素不变。元素观是化学研究物质组成的独特视角。 微粒观是指物质由微粒构成、微粒之间存在相互作用、微粒以一定的空间分布方式存在。微粒观指出了化学研究物质结构的层次。 变化观是指物质是运动的、变化的，变化是有层次的，化学科学的核心是各种各样的化学变化。变化观是化学研究物质变化的核心体现。 除开这些基本观念外，还有分类观、实验观、能量观、定量观、化学价值观等等。这些基本观念之间并不是彼此孤立的，而是具有一定的联系。例如，在讨论化学反应时除了涉及化学变化观，还会涉及元素观、微粒观等。 2.2. 化学思维方式 化学思维方式是学习化学、探索化学活动中对化学感性材料进行加工处理并形成化学科学结论的思维形式。初中化学思维方式主要有三重表征、模型思维、证据推理等。 三重表征是指化学学习不仅涉及宏观现象(宏观表征)，而且涉及微观世界的解释(微观表征)，另外还有一套独特的化学用语系统(符号表征)。三重表征是化学思维的特殊方式。 模型思维是指化学学科的研究层次是原子、分子、离子等微观粒子，它们不易实际观察，学习起来困难，需要构建化学模型；需要运用化学模型解释化学原理与化学现象，对化学物质的结构和性质进行描述、解释和预测。化学符号是化学模型思维与表达的方式之一。 证据推理是指基于证据的思维。化学十分重视实证研究。化学理论和原理，都是在大量实验事实上得出的科学结论。故证据推理也是化学思维方式之一。 2.3. 实验探究 实验探究是人类探索化学奥秘的重要方法，也是学生学习化学的重要途径，是培养学生创新精神和实践能力的重要活动。在实验过程中有提出问题、猜想与假设、制定方案、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流，还有全面观察和记录实验现象、基于实验证据的推理等。实验探究能体现和发展学生的创新精神和实践能力、团队协作能力，培养学生的科学精神。实验探究主要包括化学实验、基于证据的推理、科学精神等内容。 2.4. 化学学科价值与社会责任 化学学科价值是指欣赏化学在解释、解决不断变化的世界中所发生问题的价值等价值观，主要包括化学兴趣、合理利用(物质)、安全习惯等。社会责任则是民族意识、可持续发展意识、环境保护意识和安全意识等。 2.5. 化学核心知识 化学核心知识是指初中化学课程标准中提出的主要化学概念、化学主干知识。如“构成物质的奥秘”中的分子、原子、离子的概念，“身边的化学物质”中的氧气、酸、碱、盐等化学物质。离开化学学科的具体知识，化学学科核心素养将是无源之水、无根之木。所以初中化学学科核心素养的要素之一就是初中化学学科的核心知识。初中化学学科核心知识是形成学科核心素养的支撑系统，是其载体。 为此，我们提出了初中化学学科核心素养体系结构模型。它是由化学基本观念、化学思维方式、实验探究、化学学科价值与社会责任四个要素组成的正四面体、并由化学核心知识充满其内的实球 [ 2 ] ，如图1。 图1. 初中化学学科核心素养体系结构模型 在该结构体系中，首先，化学基本观念、思维方式、实验探究和社会责任四个核心要素其地位是相同的，每一个要素与其他三个要素的关系是等同的，四者的关系是正四面体结构。每个核心要素都离不开化学学科核心知识。核心知识填充在整个球体。其次，四个要素不能孤立存在，而是相互关联，相辅相成的。例如，在化学基本观念中同样能够体现化学思维方式、实验探究和化学学科价值与社会责任，而化学思维方式、实验探究和化学学科价值与社会责任又处处渗透着化学基本观念。第三，各要素内包含的多个要点，各要点之间也是相互联系的。例如，在讨论化学反应时除了涉及化学变化观以外，还会涉及元素观、微粒观、实验观、分类观、能量观等，各要点之间也是相互联系的。
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user: 3. 培育核心素养必须构建深度教学共同体 中学化学学科核心素养的形成离不开化学知识。当今时代，人们没有必要也不可能掌握日益增长的、无穷无尽的化学知识，只有将化学知识提升为可以迁移的化学学科观念、思维方式、化学学科价值等核心要素，通过具体的化学知识学习，才能培育和发展学生的化学学科核心素养。 我们知道，认识事物总是从具体的事实和现象开始的。首先学习较简单的概念，然后以此去表示更抽象的概念，循序渐进地组织观念系统，形成认知结构。有效认知过程就是逐层抽象、逐步概括，由浅入深，渐次构建起更加高效的层次化的深度架构 [ 3 ] 。认知加工的深度决定知识掌握的质量，知识质量的高低制约着运用知识解决实际问题的能力水平。知识的质量表现为四大基本的指征：一是全面；二是准确；三是深刻；四是关系清晰。全面是抓住所有，准确是抓住细节，深刻是抓住本质。深刻是知识质量最基本的核心指标。深刻是指能透过浅层的事实或现象，深入到本质和规律的层面。把握住本质，才能不被表象所迷惑，从而获得运用知识解决问题的能力。 因此，在初中化学教学中培育学生的学科核心素养，就应以初中化学学科核心素养的构成要素为目标，以知识教学为抓手，深入剖析知识的深刻性，触及知识本质，开展深度教学，形成意义建构。 深度教学是指教师在准确把握学科本质和知识内核的基础上，旨在触动学生情感和思维的深处，引导学生自主发现和真正理解的一种教学样态 [ 4 ] 。中学化学学科核心素养的培育需要深度教学，深度教学更关注教学过程，实质就是一种思维的教学。在教学中，教师应在挖掘教学内容、抓住学科特征、注重教学过程、强化学科应用等方面来推进深度教学，通过情境创设，开展协作、会话，使学生形成意义建构。学生通过深度倾听、深度思考、深度探究、深度体验，使学生对知识有全面、准确、深刻和关系清晰的建构，进而培养学生的核心素养，形成关键能力。由此，我们提出构建以深度教学共同体为核心的深度教学体系，如图2所示。 图2. 深度教学结构体系示意图
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user: 4. 实施深度教学的主要策略 4.1. 挖掘教学内容，构建化学学科的核心观念 布鲁纳认为，任何学科的教学都必须将学科中最广泛、最强有力的观念教给学生。帮助学生通过对学科深层结构的理解，提升他们分析信息、提出新命题、驾驭知识体系的能力。然而，在当前的教学中，一些教师往往关注具体的、事实性的知识，对概念、原理等也主要强调它们的具体内容，而不能挖掘这些具体内容背后蕴含的化学基本观念。要使学生构建化学学科的基本观念，就必须改变这种教学状态。 基于深度教学的化学教学，应从初中化学学科核心素养构成体系的视角，挖掘初中化学教材蕴含的学科核心素养，确定每一章节培育学科核心素养的教学内容。例如，微粒观是初中化学最基本的化学观念。由于对微观世界的理解需要丰富的想象力，而学生想象力发展水平又存在个体的差异。因此，部分学生对微粒观的构建存在困难。教学中就要用模型、拟人化的图象等来辅助教学。在宏观实验的同时，尽量用多媒体模拟微观实质来帮助学生发展微观思想。如化学变化、物理变化、质量守恒定律、乳化作用等等。 同时，也应将化学学科的核心素养分解、落实在化学知识的教学中。如“化学物质的多样性”是义务教育化学课程标准“物质构成的奥秘”主题下的二级主题，内容有物质的三态变化、物质的简单分类等。现行初中化学教材中都将这些内容分别放在不同的章节。如果只从化学教材中的某一章节内容进行分析与教学，往往只能就该内容的教学而教学。显然，这种教学是浅层次的教学。如果以变化观、微粒观来分析物质的三态变化，以元素观、微粒观来分析认识物质的分类，以微粒观、元素观来认识原子的排列方式不同而认识同素异形体、同分异构体，这样学生就能很好地理解物质的多样性 [ 5 ]！ 4.2. 抓住学科特征，突出化学学科的思维方式 化学思维方式是解决化学问题能力的核心。启蒙的化学思维要建立起“宏观–微观–符号”三重表征以及模型思维、实证推理等，培养学生的思维能力。 三重表征是体现化学学科特征的思维方式，物质的性质体现在宏观变化上，微观理论如物质的组成、结构等则是理解性质、把握变化本质的依据，而化学符号则是连接宏观与微观的中介。它在微观层次上科学、简明地表达了宏观物质及其变化规律。教学中应将宏观现象、微观分析与符号表征有机结合起来，从微观的组成和结构上探寻宏观的性质、现象、呈现的本质原因以及符号表征的内在意义，增进学生对化学知识的理解，提高学生分析和解决化学问题的能力。 如在进行质量守恒定律的教学中，教材编者的意图是通过学生探究磷与氧气、铁与硫酸铜等反应的质量关系，得出实验结论。但有的老师在教学中往往只抓住这两个反应产生的实验现象，如试管内溶液颜色的变化、锥形瓶内产生的白烟、反应前后质量的守恒，而对于后续的“讨论”：为什么“参加化学反应前的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和”，却没有组织，更没组织学生去体会“你能用由微粒构成的观点对质量守恒定律作出解释吗？”这样，学生就不能深刻认识质量守恒定律，没有真正理解质量守恒的本质，更不能构建将化学实验现象、微观结构与化学方程式表达联系起来的这种化学特殊的思维方式 [ 6 ] 。 化学思维方式的另一个核心特征是模型思维。模型能将化学物质的结构通过最简单的方式呈现。在初中化学中用得最多的是微观模拟图。如通过微观模拟图分析化学反应前后的物质是纯净物还是混合物；在反应中参加反应前后各粒子之间的个数比等。通过对这些模型的分析，可以加深学生对微观世界以及化学反应实质的理解，培养学生微观思维能力。 4.3. 注重教学过程，强化化学实验探究 基于深度教学的化学教学，其本质就是要让学生对知识进行意义建构。建构主义认为学生对教学中获得的信息真正理解，能重新解释，重新建构，才能真正成为意义建构。化学学科的特色就是化学实验。我们不仅要凭着化学实验本身的特点，去激发和满足学生的好奇心，更要强调实验的过程，使学生获得探索新知的经历，体验认知加工的过程。使学生在实验的设计、操作、观察中不停地思考：该做什么？怎么做？为什么这么做？这样，在过程中锻炼思维，形成对化学知识的真正理解，优化学生对知识的意义建构。 如在进行酸碱中和反应的实验教学中，向滴有酚酞的氢氧化钠溶液中逐滴加入稀盐酸。在滴加稀盐酸过程中，溶液中有哪些物质？这些物质的量如何变化？溶液的pH如何变化？当红色刚好消失时，溶液中有哪些物质？此时，溶液的pH又发生了什么变化？如果继续滴加稀盐酸，溶液中存在的物质及溶液的pH会发生什么变化？你如何用宏观示意图和微观示意图画出溶液中各种物质的变化？这样的实验过程，就是学生经历和体验获得实验结果的探索过程，是学生受到科学和科学方法训练的过程，更使学生体验到化学学科的魅力。 4.4. 强化学科应用，体现化学学科价值与社会责任 有人说，体现学科本质的教学内容有三层，内层是价值和精神、中层是方法和思想、外层是问题与概念 [ 4 ] 。学科的价值和精神是学科的内核，也是发展学生核心素养的动力系统。要将外层问题深入到内层，就要调动学生的情意要素，让学生感受到化学学科价值与化学对促进人类社会发展的社会责任。通过联系生活和社会实际，强化学科应用，开展深度教学。 1) 选取生产和生活中的化学现象作为内容。用生产和生活中的化学现象作为化学教学内容，对于学生注意、解释、利用身边的化学现象，具有重要的作用。例如，关于分子、原子的学习，以学生熟悉的水的三态变化引出分子运动的有关知识，从水的电解出发认识分子和原子在化学变化中的行为，从中挖掘出分子、原子知识的生长点 [ 7 ] 。 2) 利用物质性质知识，培养学生安全意识。在化学教学中渗透安全知识，培养完全意识，是化学学科独特的价值与责任。如工厂化学品泄漏可能会使人员中毒；工人作业空间狭小可能会出现缺氧窒息；火灾现场会产生有毒气体；有毒化学品的不规范处理与管理等等都易导致各种各样的安全事故。相关的化学知识理解与掌握，完全可以避免这些完全事故，彰显化学学科价值。 3) 选取与化学有关的社会问题，体现社会责任。如在能源的开发与利用、矿物的利用、塑料的利与弊、硫和硫的化合物在空气中燃烧与其形成酸雨及环境保护、水的净化等问题的学习中，引导学生从化学的视角来解释，有利于培养学生的化学兴趣，强化合理利用物质的社会责任感。
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user: 摘 要 本文总结了用于结构健康监测研究的缩尺斜拉桥模型的设计逻辑和制作过程，详细描述了其关键点与难点，包括模型主要部件的制作、构件连接方式、斜拉索等效模拟以及损伤模拟的实现方法，并对比可选方案。最后，利用监测系统对制作完成的缩尺模型进行了动力测试，模型动力性能与设计预期吻合良好。 关键词 :斜拉桥，结构健康监测，缩尺模型，设计和制作，闵浦大桥 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 近年来，随着我国桥梁建设事业的发展，众多已建成桥梁的管养维护成为了一个重要的议题，促使桥梁结构健康监测技术成为国内外学术界与工程界关注的热点 [ 1 ] 。目前，桥梁结构健康监测虽已推广，但核心技术尚未成熟，仍有很多研究工作亟待开展。 结构模型试验是仿照真实结构，按照一定的相似关系制作出模型，对模型进行试验。模型试验具有诸多优点：可控制性强、针对性强、实用性强、外界干扰小等 [ 2 ] 。因此，探究与发展桥梁结构健康监测技术，模型试验是很好的选择。 在此背景下，本文以闵浦大桥为工程背景，论述了面向桥梁健康监测试验的斜拉桥缩尺模型设计与制作的流程。通过独立设计的健康监测系统，对制作完成的模型进行了动力测试。这一模型今后可进一步用于损伤识别、模式识别等桥梁健康监测理论的研究。
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user: 2. 模型设计 2.1. 工程背景 为了能够使模型设计有所依据，本模型选取上海闵浦大桥作为原型结构，在此基础上进行缩放与简化。闵浦大桥全长1212 m，主桥采用主跨708m的钢桁架斜拉桥，跨径组成为(4 × 63) + 708 + (4 × 63) = 1212 m。主塔采用直柱式H形塔，边跨设2个辅助墩，全塔共计4 × 22对索 [ 3 ] 。模型设计的简化工作包括： 1) 根据模态频率相似，模态形状相同的原则，将密索体系简化为共16根拉索的稀索体系； 2) 根据主梁最大挠度相似的原则，将双层桁架主梁简化为梯状双主梁，并且将变截面简化为等截面； 3) 根据模态形状相似的原则，将辅助墩数量减少至1个。 值得注意的是，制作模型的目的并非研究闵浦大桥的特性，仅是借用这一实桥背景把握模型结构的合理性。简化得到的模型立面如图1所示。 2.2. 相似理论 为准确有效地模拟实际桥梁的力学性能，试验模型的缩放应遵从结构相似理论。相似理论主要研究工程界各种物理过程相似原理 [ 4 ] 。用于结构健康监测研究的模型主要进行振动测试，因此需要满足Froude数相似，即惯性力与重力之比相似。在几何相似关系的基础上，本缩尺模型与实际桥梁在刚度、质量等方面的相似关系如表1所示。 图1. 缩尺模型尺寸图 Table 1 Similarity relation 参数名称 符号 相似关系表达式 几何尺寸 l λ l = l p / l m = 200 : 1 挠度 Δ λ Δ = Δ p / Δ m = λ l 质量 m λ m ≈ λ l 3 密度 ρ λ ρ = ρ 混 凝 土 / ρ 铝 合 金 = 0.944 弹性模量 E λ E = E p / E m 抗拉刚度 EA λ E = λ l 2 抗弯刚度 EI λ E I = λ E λ l 4 荷载 F λ F ≈ λ l 3 模态频率 f λ f = f p / f m = 1 / λ l 表1. 相似关系 从表1可以看出，几何相似比是其他相似关系的基础，需要首先确定。由于试验室空间限制，本研究选择200:1作为缩尺的几何相似比。确定几何相似比后，可进一步根据刚度相似原则，即相似荷载作用下模型的变形与实际桥梁相似，通过在有限元软件中不断试算及调整，确定模型各主要构件的几何尺寸。本模型各主要构件的截面形式与尺寸如表2所示。 一般而言，受模型制作材料密度的限制，满足刚度相似的缩尺模型往往无法直接满足质量相似，此时需要通过增加配重块的方式来满足质量相似。配重块的质量可由质量相似关系进行计算，在满足动力特性相似的基础上不断调整局部配重，最后得出配重方案为： Table 2 Section type and dimension of structure component 截面名称 截面形式 截面尺寸(mm) 主梁 铝方管 15 × 15 × 1.2 主塔 铝方管 15 × 15 × 2 普通横梁 铝排 4 × 4 加劲横梁 铝排 8 × 8 墩柱 铝方管 15 × 15 × 2 墩柱横梁 铝排 12 × 12 索14 钢丝 直径0.5 索23 钢丝 直径0.4 表2. 构件截面形式与尺寸 1) 除跨中横梁外，每根横梁均布1 kg配重，共28 kg； 2) 塔柱上每间距10 cm放置一个配重块。塔柱高1.2 m，顶部4个配重块质量为0.2 kg，其余8个配重块质量为0.4 kg。单个塔上配重共计8 kg； 3) 无配重模型总质量5.2 kg，有配重模型总质量49.2 kg。 根据相似理论，缩尺模型的边界条件必须与实际桥梁保持一致。本研究中的斜拉桥原型闵浦大桥为半漂浮体系，故其边界条件为：约束所有塔–梁、墩–梁连接处的横桥向与竖向位移。塔、墩与承台的连接处固结。 2.3. 数字建模与可视化 为了在指导模型的设计与制作、验收制作完成后的模型以及进行后续的健康监测试验，建立了缩尺模型结构的数字模型。采用Midas Civil软件建立了缩尺模型的有限元模型，用于受力分析。在整个结构的模拟中采用了两类单元：空间梁单元、空间只受拉桁架单元。空间梁单元用于模拟塔、梁、墩，空间桁架单元模拟斜拉索。全桥共有节点数量246个，单元数量285个，刚性连接与固定约束各12个。同时，本研究亦使用Autodesk Revit建立了缩尺模型的BIM模型，用于指导模型的加工制作。有限元模型和BIM模型分别如图2(a)和图2(b)所示。 图2. 数字模型与可视化