时间：2023-11-23 11:04:50
导语：在材料科学与工程的定义的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词: “材料科学基础” 哲学概念 教学意义
“材料科学基础”是材料科学与工程学科的主干课程之一,国内大多数院校都把该课程当作研究生入学考试课程。
对于这样一门专业性很强的课程,教学改革一般是积极吸收学科领域内的新知识、新理论,使学生学到更加前沿的知识。我在此基础上,另辟蹊径,挖掘、提炼该课程中蕴涵的丰富哲学知识,从而使学生在专业知识学习的同时,还感受到哲学思想与哲学方法的魅力,将自然科学范畴的材料专业知识与人文科学范畴的哲学知识有机地结合起来。
一、哲学教学的困惑
从知识学习的角度讲,本科生需要更加高深的专业知识和更为宽广的学术视野。因此,本科教学的一般思路是加深、加宽专业知识。加深知识靠更为高深的专业理论,而拓宽知识则必须吸收最新的科技成果。
如果站在高于知识的思想与方法的角度上,则仅限于专业知识范畴是不够的,还必须让学生具备一定的哲学思想,掌握一定的哲学方法,从而应对专业以外的事物。因为在当今社会,纯粹专业内部的事物是极少的,科学研究、生产实践往往涉及其他学科的知识,往往需要处理人际事物。因此,从最高层面的哲学入手,来强化学生的素质非常必要。
然而,当我们把教育的视野延伸到哲学的高度时,就会发现一个令人困惑的难题,即哲学的巨大作用与这种作用很难实现之间的矛盾。也就是说,虽然哲学是人类知识形态的极致,但由于哲学非常抽象,因此教学难度非常大。不难看出,理工科中的哲学教学,既有巨大需求,又难以操作。
应该指出,目前理工科开设的“科学技术哲学”选修课程,是这方面的一种积极尝试,该课程对于学生的哲学素养的提高确实起到了一定的作用。尽管如此,无论是从学时数还是从教学效果看,仅仅一门课程还难以起到太大的作用。同时,理工科学生趋于定型的学习习惯,也制约了该课程功效的发挥。例如,有些学生对于“科学技术哲学”不感兴趣,有些则难以适应这类文科课程的教学方法。
凡此种种,都说明理工科哲学教学中所面临的窘境。因此,要想突破这种状况,我们就必须转变观念,另辟蹊径,从而找到一条更加适合理工科的哲学教学之道。
二、“材料科学基础”哲学概念的提炼
课程的教学基础是知识的生成,没有知识课程就无法生存。但是,要想在理工科专业课中实施哲学教学,仅仅有专业知识是不够的,还必须把这些专业知识背后的哲学概念、方法提炼出来。下面以实例的方式展示理工科课程中哲学知识的提炼过程与结果,归纳提炼的方法。
1.牛顿第二定律的哲学意义。
牛顿第二定律本不属于“材料科学基础”课程范畴。之所以拿它作为例子,是因为该定律是自然科学的经典,所以人人都能够理解。而直接选用“材料科学基础”课程中的例子,由于专业性很强,读者不易理解。
牛顿第二定律为f=ma,换一种表述形式就是a=f/m。根据语义流源理论,可以把属于物理学的专有概念转化为哲学表述。例如,f是外力,这是一种物理表述,但根据语义流源,外力退化为外界作用;m是质点质量,它也可以表述为事物的内在属性,因为质点说到底还是一种事物,而质量是用来描述质点属性的;a是质点加速度,它退化为事物的行为;“二”退化为关联,因为“二”不过是关系(关联)的一种特殊形式。
在完成了上述转换之后,牛顿第二定律就有了哲学意味,其新的表述为:事物的行为既与其内在属性有关,又与外界对于该事物的作用有关[1]。不难看出,这是一个典型的哲学规律,潘懋元先生提出的高等教育内外部关系规律,恰好是这一哲学规律在教育中的体现。换言之,自然科学的牛顿第二定律与教育学的高等教育内外部关系规律,具有哲学意义的统一性。
2.“材料科学基础”中的哲学概念。
牛顿第二定律的哲学抽象不仅展示了一条哲学规律,而且展示了抽象过程的一般方法。按照这一方法,就可以处理“材料科学基础”课程中的相关知识,以使它们上升到哲学的高度。同时,由于基本的提炼方法在牛顿第二定律中已经展示,因此在下面的例子中更多地介绍过程与结果,以避免过多的专业介绍带来理解困难。
(1)晶体缺陷
它是材料学科中一个极为重要的概念,表示晶体中不但存在缺陷,而且缺陷有可能以平衡的方式存在。
从哲学的角度看,缺陷无非是一种新的物质存在方式。换言之,缺陷造成了物质存在的多样性,而多样性概念就属于哲学范畴了。因此,材料缺陷的哲学抽象就是:事物以多样性的方式存在,优于单一的存在方式。这个规律在自然界与社会领域都是颠扑不破的真理。
(2)凝固(相变)过程
在材料的凝固过程中,形核理论至关重要。该理论的基本预设是,在原来的液相中产生具有固相结构的小核心,且它们随机出现、时聚时散。一旦过冷度足够大,这些小核心就能长大,直至完全凝固。
从哲学的角度看,凝固形核现象是旧事物中存在新事物的范例。存在于旧事物中的新事物尽管是不稳定的,但它包含了新事物的“基因”,且一旦环境条件适合,这些“弱小稚嫩”的新事物就能由小到大、由弱变强,直至完全取代旧事物。
(3)界面平衡偏析
这个材料概念可以用来展示哲学认识论的一般程序,也就是逻辑学中的属+种差理论。一般来说,一个新概念总是由几个旧概念组合而成。在组成新概念的旧概念中,必有一个是基本的,而其他是从属的。例如,知识经济概念中,经济是基本的,而知识是从属的。逻辑学把这种处于基础地位的概念称为属,从属概念称为种差[2]。
以界面平衡偏析为例,最基本的属就是偏析这一概念,而平衡是从属概念。因此,平衡偏析概念的根本意义由偏析决定,它意味着成分的(空间)差异,平衡偏析无非是说这种成分差异处于热力学稳定的状态,因此称为平衡。当我们建立了平衡偏析概念之后,它就成了新的起点,即新的属,而相对于这个属,界面就是种差。因此,界面平衡偏析就是:与界面有关的平衡偏析。换言之,界面平衡偏析=界面(种差)+平衡偏析(属)。
不难看出,尽管界面平衡偏析概念本身没有演绎出什么哲学意味的东西,但对于它的认识却能从方法的角度上升到逻辑学的层次,从而具有哲学意义的普遍性。
(4)规则溶液自由能表达式
在二元合金固溶体的自由能表达式中,学生的学习难点并不在表达式的数学形式。教学实践发现,他们产生模糊认识的根源在于:该表达式说的是谁。
按着德国哲学家弗雷格的指称理论[3],一个事物的认识与三个要素密不可分,即事物的名称、事物的内涵和事物的所指,其中名称与内涵很容易理解,而事物的所指(这是一个哲学专有名词)是需要进一步说明的。按理说,认识过程涉及所指应该是常识,如黄山,它有名称(就是黄山),有内涵(如险峻、秀美等),还有就是作为物质存在的那些花岗岩构成的山峦。因此,所指就是指向物质存在的,因此理解起来似乎并不难。但是,当某个所需认识的对象以抽象的、看不见的方式存在时,所指就不像黄山那么清晰了。在初学的过程中,所指往往被学生忽略,甚至是遗忘,而只记住三要素中的名称与内涵。这种所指认识的缺失会带来严重的问题,如把对象搞混。不难看出,弗雷格的指称理论有助于强化学生的认识对象意识,而这种意识的强化在面对数学公式具有特殊的价值。
(5)相变定义
根据冯端院士的定义[4],“相变”指:“在外界条件发生变化的过程中物相于某一特定条件下发生突变。”但是,相变的定义也可以简化为:凡是结构发生变化的过程都是相变。不难看出,与冯端院士的定义相比,新的相变定义粗略了很多。
如何看待这种由于简化而带来的粗略,是一个超越材料专业的问题,而知识范畴的超越本身就具有哲学的意味。显然,这里涉及思想方法的问题,对于不同思想方法的认识与把握,恰恰是学生应该努力的新方面。这个问题的重心不在于孰是孰非的细节探讨,而在于认识效率等更高的层次范畴。换言之,细节的是非判断转向了效率考量,这种价值标准的转向对学生思维训练具有重要作用。
三、“材料科学基础”哲学概念的教学意义
从上面的论述看出,在材料专业知识中提炼具有哲学意味的概念与方法并非难事,其中的关键是思想观念的转换,具体就是从单纯专业视野拓展到更为宽广的哲学领域。站在哲学的高度重新看待“材料科学基础”课程的教学,它有了新的意义和价值。
1.丰富了教学内容,深化了专业知识。
到目前为止,理工科专业课改革的思路重点在更新教学内容,具体方法是积极吸收新专业知识,反映学科的新发展。不难看出,这种改革的视野仍然局限在专业、学科的范畴之内。
因此,本文给出的哲学概念提炼的思路,是一种新的尝试。按着这样的思路,教学内容同样得以丰富。同时,还可以深化课程的内容,如上面列举的弗雷格指称理论,属种+差的认识理论,都具有很高的认知难度,这些哲学概念的学习会极大地深化课程内容。
2.建立了理解的新维度。
就本科生学习而言,理解的重要性远大于高中生。从某种意义上讲,理解是本科生学习的生命,而高中生的学习还带有相当成分的记忆因素。因此,深化理解就成了本科生学习的当务之急。
但是,深入剖析理解概念会发现,理工科学生的理解视野是不够宽广的,他们的理解维度主要集中在以下几个方面。首先是事实和自然科学定律,这是理解不可或缺的维度;其次是简单逻辑,因为理解的过程往往是逻辑推理过程;最后就是数理方法,因为理工科中大量的知识是建筑在数理基础上的。但是,仅仅把理解的视野向这些方面展开是不够的,因为这些维度的综合也不具备超越的功能和开拓创新的意味。因此,有必要把理解的维度进一步向哲学、方法论的层次展开,以便提高学生的理解水平,进而提高他们的思维能力。
3.开拓了通识教育的新视野。
在本科教学中,通识教育尽管非常重要,但它的实际操作却一直令人困扰。其中的重要问题是不同门类的知识各行其是,结果是多而不通。本文提出的理工科知识的哲学提炼与教学,为解决这一问题的提供了新的思路,因为通识教育的终极价值在于一个“通”字,即融会贯通。但由于不同学科之间的天然差异,因此直接贯通是不可能的。但是,如果使不同学科的知识都升华为哲学概念,则在哲学层面就能实现贯通。
参考文献:
[1]吴锵.从博雅教育、通识教育到人文素质教育.南京理工大学学报(社会科学版),2004,1.
[2]中国人民大学哲学系.逻辑学.中国人民大学出版社,1996:27.
关键词: 《材料科学基础》课程 教学改革 教学质量
《材料科学基础》课程是材料专业首要的专业基础课,是学生全面进入专业领域、从基础课到专业课的过渡课程。它具有概念多、学科知识面宽、应用基础理论广的特点,既包括基本原理,又涉及工程实践应用,无论教师教起来,还是学生学起来都有相当难度。为了提高该课程的教学质量,必须改革教学内容、教学方式和优化教学手段并注重教学反思,在课堂教学中,积极探索适应素质教育需要的教学方法。
1.教学内容的改革
我校使用的参考教材是高等教育出版社出版的余永宁教授主编的普通高等教育“十五”国家级规划教材《材料科学基础》,共有十二章:晶体学基础、固体材料中的电子运动状态、晶体缺陷、非晶态与半晶态、相图、有序介质中的点缺陷和线缺陷、面缺陷和体缺陷、固体中原子的扩散、材料的形变、相变的基本原理、凝固、固态转变。对于学生来说,通过这门课程的学习,目的是学习、掌握材料科学学科的基本概念、基本原理和基础理论知识,建立起成分、结构与性能之间关系的基本思维模式。对于教师来说,教学的目的就是要帮助学生达到上述目的,正确地引导学生进入这一材料科学领域。为了达到上述目的,我对教学内容进行了增减。
增加的部分主要是与材料学教学内容有关的国内外最新的科技成果,紧跟当前科研前沿动态,介绍国际上一些最新成果和研究进展,学术界比较关心的热点和难点、疑点问题,把当前国内外最新的研究成果融进教学中,增加教学的时效性。如学过“塑性变形”章节后,我在课堂上介绍了2004年度中国十大科技成果之一的“超高强度高导电性纳米孪晶纯铜”,通过这个成果,我把强度―结构材料的性能、导电―功能材料的性能、孪晶―材料的塑性变形性能和纳米技术联系在一起,让学生把一个个孤立的知识点有机地结合,让学生感受、理解某一知识、发明或创造产生和发展的过程,培养学生的献身科研的精神和创新思维的习惯,同时又要求学生脚踏实地,知识的大厦是靠平时点滴的积累。
精讲某方面知识的专题,如我把材料的强韧化与材料的缺陷理论知识构成一个小专题。学生在学习材料的缺陷章节时,感到枯燥,因为概念定义繁多,又抽象,如刃位错、螺位错、全位错、不全位错等,只有把它们放到材料强化的知识中去讲才能赋予这些位错以生命,滑移、攀移等这些概念才能被学生掌握。我在课堂上利用纳米铜三氧化二铝(Cu/Al2O3)复合材料的实例,让学生知道纯铜的变形能力优异。我在课堂上直接演示纯铜管的变形,让学生思考在铜基复合材料中铜的优良塑性变形能力哪里去了?Al2O3的作用是什么?从而讲清了位错、沉淀强化、弥散强化等概念,加深了学生的认知程度。
由于课时是有限的,增加的教学内容占用了一定的课堂时间,因而必须减去一定的教学内容。我在教学的过程中删掉了与具体制备工艺有关的内容,如铸锭的凝固、熔焊及特殊凝固工艺、玻璃体的形成于晶化、聚合物的结晶、烧结过程、热处理过程等。这些内容留待具体的专业课讲授。
2.教学手段的综合应用
当前我国高校普遍还是采取在课堂上“满堂灌、填鸭式”的教学方式,这样减少了学生自己阅读、思考、消化的时间,使他们消极、被动地接受知识的单向输入,导致继承性有余,开拓性、创新性不足。本科生,特别是高年级的学生,都会认为教师“照本宣科”,不去上课业余时间自学也行,造成学生大面积“翘课”(当然学生“翘课”原因多种多样,我只是从教师的主观、自我反思的角度认识问题)。来上课的学生同样抱有这个观点,有的认为听课没意思,思想“开小差”,有的干脆上课讲话,发短信,课堂一派“繁忙景象”。
我在教学中摒弃传统教学方法,科学引进灵活的教学方法启发教学,留给学生更多思考的空间和机会,加强方法的传授,弱化知识灌输。实施方法论教学,而非一味灌输现成的知识,教师的主导作用主要表现在处处想方设法地启发学生的思维,引起其兴趣,有意识地留出“空白时间”让学生以充分的思考、发问,而不是代替其谈出问题的结论。同时教师要进行研究性教学,选取合适的研究性课题,合理设计教学进程,制定好研究方案,引导学生进行探索研究,研究成果撰写成研究报告。
如何充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性,变被动学习为主动学习,变“让他学”为“我要学”?我认为着力点是变革教师的思想、教学观念、教学策略和教学方法,使教师由传授者、灌输者变为学生学习的组织者、指导者、帮助者和促进者。为此,我作了如下一些尝试。
(1)课后习题的多样性
除了常规的课后习题,用于巩固当堂所学的知识外,我在每讲一个新内容之前,先给学生讲一、两个生产中的实际事例,让学生自己发现存在的问题,指出解决问题所需的理论知识,让学生自己试着解决问题。这样既可以培养学生的学习兴趣和积极性,又可以启发学生理论联系实际的思维方式,还可以培养学生分析问题、解决问题的基本能力。例如在讲“回复与再结晶”内容之前,先让学生去了解“冷作硬化”的现象,让学生自己体会怎样不利用工具折断细铁丝,怎样更容易让铜管子弯等实际问题。让学生带着问题走进课堂,走进知识的海洋,这样课堂的教学气氛和谐,教师与学生的互动热烈,教学效果理想。
(2)课堂教学中溶入科研
我认为教学与科研是高度统一的。教学能发现科研中存在的问题,科研能促进教学水平的提高,在这方面,二者并没有根本冲突,而是互相帮助、互相提高的关系。科研对教学的促进作用是:一是科研充实教学的内容,教学内容的更新和深化的基础是科研。我在材料学的教学过程中,书本上有一章节只是简单涉及环境因素对凝固的影响,教科书中只是一笔带过。由于我有相关的科研课题,在平时的实验过程中积累了许多的经验或者是弯路,便在课堂上列举了一些因素,如温度、湿度等,丰富了教学内容。同时也涉及地域对温度的影响。在实验条件中,经常会有“室温条件”,我就具体到不同地域的“室温条件”,讲清实验结论的差异所在。如某种金属材料的性能在我国南部地区是能满足零件技术要求的,而在我国北部地区就有可能不能满足零件的技术要求。究其原因是环境温度的差异。北部地区的冬天温度,如2009年的温度低于零下三四十度,很有可能接近了材料的脆性转变温度区间,会发生脆性断裂的几率明显增大。我通过讲解自己的科研工作,不但培养了学生的科研欲望、献身科研的精神,而且培养了学生做任何事情都要严谨、精益求精的作风。二是科研深化教学的手段和方法。教学手段和方法的创新和深化其基础也是科研。教师通过科研,更能把握全局,以点带面,避免“满堂灌”,给学生更多的学习空间。教学也有利于科研的进一步深化,因为教学过程是一个师生互动和教学相长的过程,同时也是一个知识发现过程。教学是目的,科研是手段,要想把教学搞好,就要不断研究教学内容和教学手段,否则教学就是苍白、单调的,教师就是一位“教书匠”而已,而且有可能会误人子弟。所以,要想结出甜美的教学之果,就要多进行科研方面的投入,根好才能叶壮,果实才有可能是丰硕的。
(3)多媒体的灵活使用
教师可以把理论教学与实践教学有机地结合起来。在传统的教学模式中,因教学手段落后,教师往往很难将理论与实践有机统一起来。多媒体教学是利用计算机的主动交互功能,产生出新的图文并茂、丰富多彩的人机交互方式,这种交互式的教学过程能充分激发学生的学习兴趣,使学生产生强烈的学习欲望。例如,教师通过Flash等形象地演示点缺陷的产生、运动过程,有助于学生的理解。有的教师在一些课上从头至尾都用多媒体,这样用机器取代教师,对学生实施“目中无人”的教学,既违背了教学规律,又忘记了教师是教学的主导。计算机只能起到辅助教学的作用,教师应根据教学目标和教学内容选择相应的教学手段,如公式的推导,我认为应该用板书较好,充分发挥教师在教学中的主导作用。只有将教师的主导性与多媒体的辅结合起来,才能获得良好的教学效果。
《材料科学基础》的教学实践证明:上述课堂教学的一些做法,较好地体现了“学生主体,教师主导”的教学思想,不仅保证了每一个环节的教学任务落到实处,而且较好地调动了学生学习的积极性、主动性和创造性,达到了事半功倍的教学效果。
参考文献:
关键词： 银纹；材料疲劳破坏；安全隐患
中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）01-0293-02
飞机客舱玻璃，存在多种损伤形式，常见的有裂纹、划痕、分层等。但有一种损伤，在日常维护中容易被忽略，这就是银纹。那么，什么是银纹呢？在英文中银纹被称为“crazing”，波音将其定义为“Many very fine fissures with no visible width at the surface of a ply”。银纹一般是不容易检查到的，必须在一定的角度和光线下才能看到，它是发生在玻璃表层并且宽度不可测的细小裂缝，这种状态属于微观裂纹。
有机玻璃线膨胀系数比金属材料相差很大，如果安装在金属骨架内的有机玻璃没有足够的热间隙，材料膨胀收缩受到限制，也会产生应力集中，这种应力及使用应力将加速裂纹的扩展。
高分子聚合物的疲劳破坏机理在拉应力作用下，由于非晶态聚合物的表面和内部会出现银纹，因此，不同结构的聚合物疲劳破坏机理也有差异，易产生银纹的非晶态聚合物的疲劳破坏过程主要决定于外加名义应力。高循环应力时，应力很快便达到或超过材料银纹的引发应力，产生银纹，并随之转变成裂纹，扩展后导致材料疲劳破坏；中应力循环时也会引发银纹，并转变为裂纹，裂纹扩展速度比高应力区低，但机理、过程相同；低应力循环时因难以引发银纹，由材料微损伤累积及微观结构变化产生微孔洞及裂纹，并导致宏观破坏。
飞机从地面到空中又回到地面的循环过程，被称为飞行循环。在每一次飞行循环中，飞机将承受温度的变化，这是从地面常温到升空后降到-36℃至-55℃的冷热变化；同时飞机还将承受机械应力变化，这是从地面的正常大气压力到升空后的机外压力降低引起的压力变化。客舱玻璃是由内外层玻璃组成的套件，外层复合材料的有机玻璃在受到温度变化和机械应力变化的反复循环中将承受热疲劳和机械疲劳，然后逐步产生银纹。有机玻璃零件中存在大的内应力及装配时应力过高，也会诱发银纹甚至裂纹。
银纹是复合材料的有机玻璃发生失效的先兆，是复合材料的有机玻璃发生疲劳破坏的必然过程，如果不采取有效措施消除隐患可能会造成严重的安全后果。英国在1954年就发生过因类似原因引发的空难。尽管在这几十年间高分子聚合物的研发得到了长足的发展，复合材料的有机玻璃寿命也不可同日而语，但银纹的形成并最终发展成裂纹导致宏观破坏依然是是客观存在的。应用到飞机上，则是由于客舱外层玻璃破损导致座舱失密的隐患也是客观存在的。
如何在维护工作中消除银纹所带来的安全隐患呢？首先应按照飞机制造厂家的相关文件制定定期的检查计划，国航的维修计划中规定每24个月或4000飞行循环对玻璃进行检查，别的航空公司也有类似的维修计划；其次要对银纹的特点有详细的认知并应用到实际工作中。银纹的初始阶段会呈现细小的密密麻麻的点状，肉眼看起来是很多细小的白点（图1），这是该舷窗疲劳（热疲劳+压差疲劳）失效的先兆，这最初的点状会逐步发展为微观裂纹，从而形成银纹。在充分照明的条件下，变换光源角度，如果发现有银色反光，就可确定银纹已从其初始阶段演变为银纹了；最后就是必须采取有效措施消除隐患。每个飞机制造厂都有相应的更换和修理标准。
以波音为例，根据波音手册AMM56-21-00的要求，玻璃允许出现银纹，当银纹深度达到手册标准才更换，即边缘的银纹深度超过0.03英寸，中央的银纹深度超过0.05英寸（图2-1和图2-2）。但银纹深度的测量必须有特殊工具并且要在拆下的状态下测量才准确，这对于航线维护来说，测量工作的不可操作性较大，因此在维护工作中一旦确认有银纹存在，最简洁有效的措施就是将其更换，拆下的玻璃送厂修理。银纹可以通过打磨去除，只要打磨后的玻璃剩余厚度超过0.265英寸（6.731毫米），则修理后的玻璃仍然可用。另外，在组装玻璃套件的施工过程中，工作者往往可能会担心漏气而将内外层玻璃进行紧配合安装，这种做法是错误的，必须按飞机制造厂家手册或部件制造厂家手册中的标准施工程序完成组装，避免因装配时应力过高，诱发银纹。
对于航空公司来说，客舱玻璃银纹损伤的安全性问题来自于日常维护中该损伤易被忽略且不太容易被发现，从而错过最佳维护时机导致埋下了安全隐患。但这种情况并非不能避免，只要对银纹有了足够的认知并在日常工作中严格执行相关规定和检查标准，这一安全隐患完全可以消除。
参考文献：
[1]BOEING 737NG AMM Part II， P&P D633A101-BEJ， Revision No. 51.
[2]BOEING 737-FTD-56-11004： Passenger Window Outer Pane Cracks and Departures.
[3]BOEING 737NG MPD，D626A001.
关键词：高分子材料；功能；研究现状；发展前景
前言
在我们的日常生活中，材料随处可见，材料的发展水平直接影响我们的生活质量。高分子材料在我们日常生活的应用中拥有很多的优势，与现代化生产非常吻合，同时它也产生了很高的经济效益等，因此它在工业上发展的十分迅速。在过去，20世纪60年展起来的功能高分子材料是属于那时的一个新兴领域，这个新兴领域同时渗透到能源和电子以及生物三大领等。而如今，21世纪的科技不断创新，也有了新型有机功能高分子材料，它们在人们的生产和生活中扮演着一个越来越重要的角色。
1 功能高分子材料的定义
功能高分子材料是指同时兼顾有两种性能的复合高分子材料，性能一：传统高分子材料的所体现出来的性能，性能二：某些特殊功能的基团所体现出来的性能。一般说来，具有传递信息、转化能量和贮存物质作用的高分子及其复合材料为功能高分子材料，或者还可以理解为具有能量转换的特性、催化特性、化学反应活性、磁性、光敏特性、药理性、导电特性、生物相容性、选择分离性等功能的高分子及其复合材料，同时还具有原有力学性能的基础。
2 功能高分子材料的工程实际应用
目前，在工程上应用较广泛而且具有重要应用价值的一些功能高分子材料主要分为以下几种：光功能高分子、液晶高分子、电功能高分子、吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、医用功能高分子、环境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具体从这几方面阐述：
（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能够产生物理变化，如光导电、光致变色或者化学变化，如光交联、光分解的高分子材料，或者在物理或化学作用下表现出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要应用在电子工业和太阳能的开发利用等方面。
（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一种新型的功能高分子材料，它是分子水平的微观复合，由纤维与树脂基体在宏观上的复合衍生而来，也可以理解为在柔性高分子基体中以接近分子水平的分散程度分散增强剂（刚性高分子链或微纤维）的复合材料。强度高、模量大是液晶高分子材料的主要特点，它在复合材料、纤维和液晶显示技术等方面的应用非常广泛。
（3）电功能高分子材料。电功能高分子材料主要表现为在特定条件下表现出各种电学性质，如热电、压电、铁电、光电、介电和导电等性质。根据其功能划分，主要包括导电高分子材料、电绝缘性高分子材料、高分子介电材料、高分子驻极体、高分子光导材料、高分子电活性材料等。同时根据其组成情况可以分成结构型电功能材料和复合电功能材料两类。电功能高分子材料在电子器件、敏感器件、静电复印和特殊用途电池生产方面有广泛应用。
（4）吸附分离高分子材料。吸附分离功能高分子按吸附机理分为化学吸附剂、物理吸附剂、亲和吸附剂，按树脂形态分为无定形、球形、纤维状，按孔结构分为微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分离功能高分子主要包括离子交换树脂和吸附树脂。
（5）反应型功能高分子材料。反应功能高分子是有化学活性、能够参与或促进化学反应进行的一种高分子材料。它是将小分子反应活性物质通过共价键、离子键、配位键或物理吸附作用结合于高分子骨架，主要用于化学合成和化学反应。
（6）医用功能高分子材料。在生物体产生生理系统疾病时，一些特殊的功能高分子材料有对疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的作用，此类特殊的功能高分子材料称为医用功能高分子材料。一般来说，医用功能高分子材料多用于对生物体进行疾病的诊断和疾病的治疗以及修复或替换生物体组织或器官和合成或再生损伤组织或器官，具有延长病人生命、提高病人生存质量等作用，在医疗方面被广泛应用。
（7）环境降解高分子材料。高分子材料在发生降解反应的条件有许多，如机械力的作用下发生的降解称为机械降解，此外在化学试剂的作用下可发生化学降解，在氧的作用下可发生氧化降解，在热的作用下可发生热降解，在光的作用下可发生光降解，在生物的作用下可发生生物降解等。具有此类功能的高分子称为环境降解高分子材料。
（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一种具有选择性透过能力的膜型材料，同时也是具有特殊功能的高分子材料，一般称为分离膜或功能膜。使用功能膜分离物质具有以下突出的优点：具有较好的选择性透过性，透过产物和原产物位于膜的两侧，便于产物的收集；分离时不发生相变，同时也不耗费相变能。从功能的角度，高分子分离膜具有识别物质和分离物质的功能，此外，它还有转化物质和转化能量的其它功能。利用其在不同条件下显出的特殊性质，已经在许多领域获得应用。
3 功能高分子材料的发展前景
人类赖以生存和发展的物质基础离不开材料，材料的发展关系到社会发展和国民经济以及国家的安全，同时也是体现国家综合实力的重要标志。高新技术和现代工业发展的基石离不开高分子材料，国民经济基础产业以及国家安全不可或缺的重要保证同样也离不开高分子材料。而功能高分子材料由于其优越性，使得其在材料行业中发展迅速。
未来材料科学与工程技术领域研究的重要发展方向离不开功能高分子材料，材料、信息和能源理所当然的被评为新科技革命时代的三大根基，信息和能源发展离不开材料领域中功能高分子材料作为它们物质基础所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究与发展主要取决于现代学科交叉程度高这一特点。在传统的三大合成材料以外，陆陆续续又出现了具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同时也出现了生物高分子材料，隐身高分子材料等许多具有特殊功能的高分子材料，与此同时功能高分子材料的发展速度依然保持着加快的状态，显然它们对新技术革命影响非常之大。这些新型的功能高分子材料在我们的尖端科学技术领域和工农业生产以及日常生活中扮演着越来越重要的角色，21世纪人类社会生活必将与功能高分子材料密切相关。
4 结束语
功能高分子材料是一门研究高分子材料变化规律以及实际应用技术的一门学科，在高分子材料科学领域中的发展速度是最快的，同时也是与其它科学领域交叉最为密切的一个研究领域。它是以高分子物理、高分子化学等相关学科为基础，同时与物理学和生物学以及医学密切联系的一门学科。因此学习这门学科能让我们很好的将高分子学科的知识综合运用起来，进而使我们对高分子学科有更深刻的认识，让我们受益匪浅。
参考文献
[1]张青，陈昌伦，吴狄.功能高分子材料发展与应用[J].广东化工，2015，42（06）：119-120.
[2]武帅，鲁云华.功能高分子材料发展现状及展望[J].化工设计通讯，2016，42（04）：82.
[3]赖承钺，郑宽，赫丽萍.高分子材料生物降解性能的分析研究进展[J].化学研究与应用，2010，03（01）：1-7.
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在三维坐标上画出一个网格图，代码如下：
from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d #导入3D作图库axes3d
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
fig = plt.figure（）
ax = fig.add_subplot（111， projection='3d'） #定义3维坐标
X， Y， Z = axes3d.get_test_data（0.2） #从3D作图库中获取测试数据，即X，Y，Z的值
ax.plot_wireframe（X， Y， Z） #作图，
plt.show（）
结果如图1所示。
5 结语
Python语言简洁，因此开发效率高、易于维护，而且拥有强大的科学计算库。另外Python是一门通用语言，除了科学计算外，从系统维护到黑客程序，从web编程到游戏开发，从大数据到云计算，都有Python代码的存在。因此Python适合各个领域的科研人员使用。
1启发教学法
启发教学法就是在教学过程中通过教师的活动启发引导学生主动、自觉地去获得知识。其出发点是要学生形成一种自求自得的学习意识，并最终做到学懂会用，教师在这里扮演的角色就是“授人以渔”。这种教学方法强调在传授知识的同时，重视学生创造性思维能力的培养；强调学生既是受教育对象，又是具有主观能动性的认识主体，可极大地调动学生学习的积极性与主动性。随着知识经济的兴起，社会对创新型人才需求日益迫切，启发式教学作为培养创新型人才的有效手段正被广泛地应用于教学实践。在课堂教学中，掌握围绕主题发问的技巧，精心没计各种启发式问题，进行互动提问，鼓励学生大胆发表自己的见解，让他们有充分的空间进行自主学习、独立思考，对于提高学生学习的主动性，培养学生的实践能力和创新能力是至关重要的。课堂是求知的地方，既为求则必有疑，为此在教学过程中应根据具体问题巧设疑问，多设计“是什么”、“为什么”等问题，留给学生思考的余地、判断的空间，才能调动学生学习的积极性，真正引导学生学会发现问题、思考问题和解决问题。例如金属凝固原理中的形核理论这部分内容概念、原理、规律及公式推导多，既抽象又难以理解，学生学习兴趣不高。为此在处理这部分内容时利用形象、恰当地举例，并且在举例过程中层层设疑，吸引学生的注意力，激发学习兴趣，最大限度地调动学生在课堂上动脑筋想问题的积极性，让他们随同老师攻克一个又一个难点。比如关于非自发形核的内容，就以人工降雨引入，人工降雨学生都知道，即通过向空中发射AgI炮弹来增大降雨量，于是我就以此作为切人点，向学生提出问题“为什么人工降雨能增大降雨量?”带着这个“启”就能有效地引导学生主动的“发”，在讲解的过程中又不断穿插与之相关的问题，迫使学生主动地去思考，自己去找寻问题的答案，最终就会得出“非自发形核与自发形核相比可降低形核功，从而提高形核率”的结论。
2直观教学法
直观教学法就是通过运用实物、挂图、模型等教学媒体创设具有情绪色彩的具体生动的形象或场景，激发学生的学习兴趣，使学生在学习过程中达到精神集中与愉悦的境界。运用直观性教学法，可以培养学生敏锐的观察力、丰富的想象力和准确的判断力，充分发挥学生认知的主体作用，培养学生学习的积极性、主动性和创造性，发展学生分析、归纳、推理判断等各种能力，对提高该课程的教学效果具有非常重要的实际意义。为了更好地进行直观教学法，首先课前教师应该认真钻研教材，深刻领会授课内容，做到胸有成竹，这样讲课时才能深入浅出，才能使学生真正听懂。另外要选择好直观教具，明确所要达到的目的和要求，处理好讲课和使用教具的关系，使直观性教学有利于启发学生的思维，有利于学生获得深刻的记忆。这就要求教师在备课时，要仔细考虑如何引导学生对直观教具进行观察、分析并提出问题，启发学生积极思维、形成概念、找到规律、加深记忆，这样才能使直观性教学收到预期的效果。例如，工程中许多零件，如齿轮、轴、弹簧等，它们在实际使用中受到的是交变载荷，主要的失效形式是疲劳断裂，疲劳断裂往往是在低于零件的屈服极限下发生的，断裂前几乎不发生任何塑性变形，是一种无任何预兆的、突然的脆性断裂，危险性极大。以前学生在学习这部分内容时，往往不理解何谓疲劳断裂，因此教师在讲述金属的疲劳这部分内容时，就可以选择一根铁丝作为教具进行现场演示：用手在铁丝两端使劲拉不能把它拉断，而反复弯折却能把它折断。我就问学生：“为什么会出现这种现象呢?”通过教师的演示实验并提出问题可以启发学生思维，使学生的全部认知能力都积极地活动起来，从而培养学生创造性的思维能力。在此期间教师再进行适当地思维引导，学生就会明白原来这是由于铁丝在来回弯曲过程中受到的是交变载荷，交变载荷的反复作用使铁丝在外加应力小于抗拉强度时，在铁丝内部或表面的某些缺陷处萌生裂纹，而裂纹扩展导致铁丝最终产生了疲劳断裂。
3导学讨论教学法
在教师指导下的学生自主学习称为导学。皮亚杰的建构主义学习理论认为，知识不是通过传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助他人f包括教师与学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，主动建构知识的过程，学习者要以原有知识经验为基础，对知识进行加工、改造、提炼、创造，从而建构起新的知识。他的建构理论强调了学习主体的主观性和主动性。导学讨论教学法是教师根据教学目的设计出具有一定深度的问题，并根据学生的实际，把握学生的程度，预测学生的热情，组织好课堂讨论。在实施这种教学法时要注意以下几点：
(1)讨论的问题要有一定深度，并具有启发性。要使学生动脑之后才得以回答，这样的讨论才能达到良好的效果。太简单，学生不假思索就能回答；太难，学生又会失去信心。
(2)讨论的问题要有程序性。
(3)讨论的形式可以采用小组式即一个问题几个人共同商量的小组讨论法或全班集体讨论法。
(4)讨论的时间要充足，切忌蜻蜓点水。教师在组织学生讨论之前，就应考虑到留给学生充分的独立思考与集体讨论的时间。否则，议论时间仓促，讨论不到位，敷衍了事，根本就达不到讨论的目的。
(5)讨论时教师要及时参与、启发指导，切忌放任自流。课堂讨论不仅仅是学生活动，教师作为组织者也要积极“投身到学生讨论的洪流中”，使讨论充满互动性，这样才能使课堂讨论达到理想的效果。
(6)及时对课堂讨论进行总结。对课堂讨论进行总结十分重要，它不仅会使讨论中暴露出的问题得到及时修正，使学生获得正确的观点和系统的认识，而且能进一步加深学生对基本理论的理解。通过教师的画龙点睛、切中要害地总结分析，学生们才会获得比较明确的认识，这样的讨论式教学学生才会真正有收获。例如，在讲到铁碳相图这部分内容时，由于学生在此之前已经学习过二元合金相图的基本知识，而铁碳相图实际上是由几种基本的二元合金相图f一个包晶相图、一个共晶相图、一个共析相图、两个匀晶相图)组合而成，因此在教学中对于这部分教学内容尝试导学讨论法效果就非常不错。在课堂讨论前的1-2周将讨论题告诉学生，要求学生以组为单位在查阅相关资料的基础上写出发言提纲。课堂讨论时每题由各小组派代表发言，阐述自己观点，通过讨论以达到取长补短，完善各自认识的效果。期间我及时对课堂讨论内容进行启发指导和总结，并对学生表现进行打分。导学讨论教学法让学生积极主动地参与到教学中来，把学习的主动权交给学生，能让学生对已经学过的知识进行自我整合，可以提高学生的自主学习能力，充分调动他们的学习积极性，从而收到事半功倍的效果。
4比较教学法
比较是人们认识、鉴别事物的一种方法，也是一种有效的教学方法。俄国教育家乌申斯基说：“比较是一切理解和思维的基础；我们都是通过比较来了解世界的一切。”比较教学法就是把彼此之间具有某种联系的教学内容放在一起加以对比分析，以确定异同关系。在课程教学中运用比较教学法有利于引导学生利用已有知识与经验，主动探索知识的发生与发展，可以使学生能更准确、更深层次地把握教学内容，更好地认识事物的本质与特征，使学生获得的新知识更加鲜明、准确、深刻、牢固。根据教学内容的不同，可采取列表比较法、异同比较法等。列表比较法是教学中经常采用的一种教学方法。材料科学基础课程涉及面广、内容繁而杂，需要掌握的知识点很多，因此在教学中采用列表法可以帮助学生将零散孤立的知识串联起来，化繁为简，突出重点，在比较中加深理解和记忆，提高对知识的掌握效果。例如钢铁材料这一章内容庞大，涉及钢的种类繁多，易于混淆、不便记忆，因此笔者在教学中对于这部分内容采用了列表比较法，表格中包括钢的类别、典型牌号、含碳量、合金元素作用、热处理特点、使用态组织、性能要求及用途等，表格在上课前交给学生，由学生自己填充，这样可以引导学生课下在已有知识的基础上通过自学对学习内容进行分析、归纳、概括和总结，而课堂则采取以学生为主、教师为辅的教学方式对表格内容进行分析讨论。这种列表比较法与导学讨论法的有机结合可以激发学生学习兴趣，开拓思维，提高他们分析问题与解决问题的能力。在“材料科学基础”课程中有许多性质相近的概念，学生学习起来很容易混淆，采用异同比较法可以在比较鉴别中加深对概念的认识，从而促进理解和记忆。例如索氏体与回火索氏体，都属于珠光体类型的组织，从相组成上来讲它们都是由仪和Fe3C两相构成，这是它们的相同点；但索氏体是通过正火得到的组织，而回火索氏体需先淬火再高温回火，正是由于它们形成条件不同，因此其组织形态不同，索氏体中的渗碳体呈片状，而回火索氏体中的渗碳体呈颗粒状，组织形态的差异造成其力学性能的不同。通过以上的分析比较，不仅可以使学生从本质上认清这两个概念的异同点，而且可以教会学生一种学习和研究的方法，从而举一反三、触类旁通，提高学生对知识的消化、迁移和运用的能力，培养学生的创造性思维。
[关键词]室内安全学生态学构建
1人类的安全健康需求企盼“室内安全生态学”诞生
1．1室内不安全不卫生因素是危害现代人类安全健康的最重要因素之一
从人类告别了洞穴学会建筑房屋算起，人类以人工建筑室内作为栖身之地的室内居家文明已有上万年的历史，有史料记载的完整的室内设计活动至少也有5000多年的历史川。这期间，室内设计与装潢技术随着人类社会科学技术(建筑力学、艺术美学、材料科学技术)的不断进步和发展得到了前所未有的发展。特别是近几十年来，随着现代建筑学、室内装饰艺术和装饰材料科学技术的发展，人类赖以生存的室内环境日益向舒适、艺术和豪华方向发展，甚至正在形成片面追求豪华程度的现代室内文化。
科学技术的不断进步和发展，使现代人类生活、工作在室内的时间越来越长。据研究，现代人一生有70％一80％的时间在是室内度过的。现代建筑室内设计与装潢技术为人们提供了宽敞、舒适、艺术的居住环境，而现代家电产品、家具及各种各样的室内工作、生活用产品为现代人类的室内生活和工作提供了各种各样的支持和便捷手段，从而使现代人类在享受水平、舒适性、艺术性和工作与生活的效能方面有了空前的提高和飞跃。然而，高科技进入现代室内环境在给人类舒适、享受、方便、美感的同时，也给人类带来了前所未有的隐型灾难和严重的安全、健康问题。近年来，新购买的居家室内甲醛(HCHO)、氨(NH3)和苯系物(C6Ha))等有毒有害气体严重超标，许多人、许多家庭由于人住了安全质量先天低劣的住房或因时尚的室内装修而使家人身患绝症生死难测，甚至全然不知其原因所在。
例如，20__年3月，武汉市建筑材料放射性检测中心，对武汉1400个新居住户(4．2万平方米)的装修材料进行了一次大规模实地采样检测，发现所检瓷砖、花岗岩、大理石、洗脸瓷盆、陶瓷坐便器等新型材料的放射性严重超标达24％。
北京“现代城”开发商为增进冬季施工的进度，在建筑材料和室内装饰中掺用了氨成分极强的物质，结果导致所售新房中充满氨味，致使新人住居民被迫退房退款。
20__年初春北京儿童医院血液科主任医师臧晏在问诊时进行了一次因素性调查，意外发现：90％的白血病患儿家中半年至一年内均曾有过装修，而且大部分人都曾用了豪华石材和时尚型装修材料。
无独有偶，哈尔滨第一医院血液病研究所的长期临床资料更让人们震惊：该研究所10年中收治的1000多名白血病患儿中，竟有46％的孩子是因家中半年内曾进行过室内装修而染上此症!专家结论：居室装修材料中的有害物质是引发近年来儿童白血病高发的重要原因之一。
现代装修材料中开始出现含有苯系物的倾向，包括甲苯、二甲苯等毒性物质，以胶粘剂类尤为突出。而现代临床专家研究表明，暴露于低剂量甲醛中的女性，对其会造成较大危害，主要表现为妊娠综合征、染色体异常、月经不调、呼吸道疾病。长期在甲醛环境中生活的人，可诱发鼻腔、口腔、咽喉癌，还能导致皮肤和消化道癌症，女性在怀孕时还可致畸胎；苯系物除了可对人的眼睛、嗅觉系统和皮肤造成伤害外，最具毒性的是使胚胎和血液发生改变，并直接发生癌变。国外的流行病学研究和调查表明，接触建筑材料中过量的苯毒，即使浓度很低，其白血病和恶性淋巴瘤的发病率也明显高于一般人群。
氡(Rn)与氡子体能引起人呼吸道癌症，已为世界所公认。另外，氡与人的脂肪有较高的亲和力，能潜入式地影响人的神经系统，使人神态不清，昏昏欲睡。据联合国原子辐射效应科学委员会1982年报告，建筑材料和建筑物是室内氡及氡子体最重要的来源。目前，我国每年约5万人因氡及其子体致肺癌而死亡。美国每年有20__～5000人因在．有氡气的室内环境而患上肺癌毙命。
20__年贵州“中天宅吉大厦”因房地产商在建筑时用了大量的煤渣砖这种被称为辐射砖的材料，氡浓度超过国家安全标准的30％，结果造成居民家中养的鱼一条又一条莫名其妙地死掉，许多入住居民终日精神不振、头晕耳鸣、昏昏欲睡。
当代电子技术一日千里，计算机和现代家电设备已成为现代室内环境的重要组成部分，由此而来的室内电磁辐射污染、微波泄露污染、噪声污染和危害等问题，已引起人们的普遍关注。据国内外有关资料报道，恶性肿瘤、白血病等多种疾病的发病原因与人们周围的环境辐射本底有很大关系，其发病潜伏期一般在15年以上。
据研究，许多室内观赏花卉、树种(18个科的52种植物)含有促癌物[4)。环境中促癌物可通过不同途径诱导人体内EB病毒对淋巴细胞的转化，促进由肿瘤病毒或化学致癌物质引起的肿瘤生长。
现代人居家生活中大量使用铝质炊具，结果造成老年痴呆症患者越来越多(痴呆症病人脑内铝的含量是一般人的4倍)。医学专家预言，老年痴呆症的流行与蔓延将是新世纪人类面临的新灾难，目前世界已有1000多万这种病人，在美国，老年痴呆症是仅次于心血管病、癌症及中风的第四杀手。
最近上海市疾病预防控制中心对全市20个区县200户家庭进行一项抽样调查研究结果表明，22．8％的家用物品细菌污染严重。其中，牙刷最甚(50．5％重度污染)，竟然每两支中就有一支严重污染。特别值得指出的是，有5．9％的牙刷受到可引起胃溃疡和胃癌的致病因子——幽门螺杆菌的污染；其次为卫生洁具(55．5％)；洗衣机(27．5％)；肥皂(27．1％)。家庭日常物品大肠杆菌菌群污染率为50．2％，其中以抹布最严重，阳性率高达61．8％。调查结果还表明，在一年中，家庭成员中曾发生与微生物感染有关疾
病的家庭占82．1％，除了呼吸道疾病的上升是与使用空调没有注意经常通风有关外，胃肠道疾病、皮肤病和口腔疾病的发生都与家庭居家生活中清洁卫生用品受污染有关。
1.2 人类的安全健康需要是“室内安全生态学”产生和发展的动力
安全是人类生存和发展的最基本的需求之一，而人的安全与健康又是人类古今最关心的头等大事。当今，几乎没有任何事情能比人们关心自身的安全与健康更重要。一般的生产技术(主要是指获取物质财富的科学技术)如同一把双刃剑，通常具有两面性：一方面可促进生产力的发展，增加物质财富并提升人类的舒适、享受水平；另一方面也会导致环境污染、人类生存环境(包括室内环境)恶化、事故与灾害发生、危及人类健康的新疾病流行和蔓延。特别在20世纪60年代后，生产技术的这种两面性表现更是令人震惊。随着各种生产技术的发展，如何认识人类活动与人类赖以生存的环境间的相互作用关系，如何解决人类活动与自身安全的关系就成为现代人类必须认真思考的两大科学问题。由于人们科学地认识人类活动与人类生存环境相互作用关系的需要，导致了生态学的产生和快速发展；由于人们要解决人类活动与自身安全健康的问题，不得不在发展生产技术的同时相应发展自我保护的安全措施。20世纪90年代，人们对安全科学的研究已由零散的、部门性研究，逐渐进入到全面的、系统的、本质的研究阶段，于是一门新的学科——安全科学技术诞生，并迅速发展成为新兴的一级学科。
同其他学科的产生和发展一样，生态学和安全科学一级学科的产生和发展，再一次表明这样一个真理：人类社会由低级文明向高级文明不断发展的客观需要，是新兴学科产生和发展的源泉和动力。因此，今天，人类又迫切需要一门新的专门的科学技术，一门以室内环境和安全问题为研究对象，从安全科学技术(包括安全卫生学)和生态学的角度来审视建筑室内文明的发展过程，以安全科学、生态学原理、方法来研究、辨识现代室内环境对人类安全、健康的危害及其科学预防和治理难题，研究和探索现代室内环境安全化、绿色化规律，指导人们正确认识和从本质上预防和治理来自室内的各种危险、各种自然的或技术的危害，为提高人们生活质量提供科学依据，最终实现让每个人都能置身于安全、舒适、绿色的生活和工作环境中，推动现代可持续文明和社会、经济的可持续发展。于是，一门新的科学——室内安全生态学，便应运而生。
2室内安全生态学的概念及主要研究内容
2．1室内安全生态学的概念
室内安全生态学，简单地讲，它是一门关于室内(包括各种载人运载工具驾驶仓室、乘客仓室)安全化、无害化、舒适化和绿色化的专门学问，是一门综合运用现代安全科学技术和生态学、环境科学的原理、方法研究人类行为与室内环境；室内环境因素对人类安全健康的影响；室内环境危险辨识、预防和本质治理；现代室内及家具、家电、设备类产品安全设计、绿色设计、安全管理的新兴的交叉学科(科学技术)。其目的旨在为人们科学地营造安全、舒适、绿色、宜人的现代室内环境，最大限度地消除室内环境对人类安全、健康的不利影响，切实提高现代人生活质量，提供科学理论和技术方法。
2．2室内安全生态学的主要研究内容
室内安全生态学所研究的内容非常广泛，不仅仅涉及房屋楼宇设计、室内环境设计、室内装璜设计、装饰材料等，还涉及立法、法规、技术标准、卫生、环保、人文习惯，并涉及所有家用电器、家具、用具、陈设品、用品的设计制造和在室内的贮藏、陈示、管理等问题。笔者认为在初级研究阶段，将集中于以下方面的探讨：
(1)建筑安全设计。主要研究建筑物的安全结构、安全化建筑材料、消防设计、应急安全逃生技术等。
(2)室内安全工程学。包括居室安全学和办公室安全学。主要研究室内安全的本质、规律，实现安全的基本原理、原则和一般方法；室内安全设计、安全管理方法、室内危险源自动识别与监控报警，室内安全状态评价等。
(3)室内环境卫生学。主要研究室内环境中的化学、微生物、毒物毒理学和室内环境因素致病理论、室内安全卫生和无害化设计等问题。
(4)室内安全装璜与陈设技术。主要研究如何实现安全装修、不留任何危及人安全、健康的隐患或使装修后的室内环境不超出国内外公认的标准界限。
(5)室内安全绿化学。主要研究室内绿化植物、观赏花卉等对人类生存安全和健康的影响；植物、花卉与人的相互作用关系；使人致病植物、花卉的致病机理、条件和预防问题。
(6)宠物对人类安全健康影响学。主要研究宠物可能对人类安全健康的影响，宠物与人类疾病的互相传播，宠物因素与人类因素相互作用对诱发某些疾病的可能性及其规律等。
(7)室内安全人机学。主要研究室内人性化、宜人化设计理论与方法，包括室内噪声控制和声光设计、空间布局设计、热环境和小气候处理及家具、设备人性化设计等。
(8)室内安全、卫生标准和立法研究。主要研究适用于审理、仲裁因建筑设计、施工、装修、销售失误造成的不安全、影响人健康案件的法律法规和各种有关技术标准。如室内安全、卫生设计标准，室内装饰立法与安全卫生技术标准，家用电器、家具、用具、物品的安全、卫生设计和绿色、环保设计标准等。
3室内安全生态学的学科知识构成
任何一门新学科的产生都是建立在人类整个现有科学基础之上的，其学科知识的构成主要决定于其研究内容和目的，室内安。全生态学也不例外。根
据室内安全生态学的定义、目的和主要研究内容，笔者认为，室内安全生态学主要是由“建筑室内与装饰”、“安全科学与技术”、“生态学”、“环境卫生学”、“系统科学”、“人类工效学”、“法学”、“材料科学”、“毒物毒理学”、环境艺术、动植物学等众多相关学科高度交叉、融合构成的新兴学科。其主干部分为“室内建筑与装饰”、“安全科学技术”、“生态学”、“人类工效学”和“环境卫生学”。其知识涉及建筑设计、建筑施工、建材、装饰材料、室内设计与装饰，安全设计、安全检测与评价、人机工程学、毒物毒理学、毒物检测、环境卫生学、生态学理论、环境保护、立法、人文、管理、自动识别与监控技术、家电家具安全卫生设计技术等众多领域知识，其涉及知识领域之多难以枚举，上述所列仅是其中的一部分。
4 结束语
室内安全生态学是一门新兴的高度综合的交叉科学，其产生和发展，是现代科学技术高度分化、同时又高度综合的结果；它的科学体系、知识结构和学科的发展以及课程的形成，都将是非常复杂的。
室内安全生态学是一门交叉学科，它在今天的产生和发展是历史的必然，不以人的意志为转移。当然，作为一个从前无的新兴学科，开始很可能难以被人理解，甚至有的学者可能会持不同观点，这都是正常的。笔者坚信，它一定会被承认并受到重视，因为它是人民大众安全与健康迫切需要的新的科学理论和知识。
受笔者知识和研究水平所限，仅对“室内安全生态学”作了一般性论述，对它的几个基本概念和主要研究方面谈了一些个人看法，仅是个人观点。笔者撰写的初衷是感到在我国，应进入系统地研
究“室内安全生态学”的阶段了。其目的旨在抛砖引玉，愿所有关心此项事业的人们，仁者见仁、智者见智，共同研究和探讨“室内安全生态学”问题，加速其发展和建设，使其能尽快地为现代安全、绿色的室内设计，为人们能够享受安全、舒适、绿色、宜人的室内环境，为人们能够安全、健康、高效能地生存、工作和生活，发挥其科学指导作用。
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高新技术在国外一般称之为高技术(HighTechnology)，而在我国则有狭义和广义之分。狭义的高新技术是具有国际可比性的高技术的概念，广义的高新技术，则包括“高技术”和“新技术”。
高技术本身是一个动态的、发展的概念，国内外目前关于高技术、高技术产品和高技术产业的界定没有统一的定义，处于众说纷纭的状态。关于高技术，有以下一些代表性观点：
美国学者的定义。美国学者D.Crane指出：应用研究如果同科学有联系，那么它有时被称为高技术；如果没有联系，它就被称为低技术。美国的J.Utterback认为：高技术在不同时期有不同所指，冷藏技术、电器、汽车和航空技术，都曾是不同时期的高技术，高技术不局限于电子学、计算机、生物工程、材料、激光、海洋工程等六个领域。美国《韦氏第三版新国际辞典增补9000词》定义高技术是：使用或包含尖端方法或仪器用途的技术。
日本学者的定义：建立在当代尖端技术和下一代科学技术基础上的技术即为高技术。日本学者津曲辰一郎认为高技术是经济过程中的主导技术，他将高技术定义为下述技术的总称：①为提高现有商品功能的必要的中心技术；②具有能赋予产品以新功能的主导技术；③构成下一代产品基础的技术。
国内学者的观点。高技术是指能带来高效益、具有高增殖作用，并且能向经济和社会广泛渗透的技术，它是第二次世界大战以后涌现的新技术群的核心。王伯鲁提出枚举定义法，即当代高技术领域是指：微电子与计算机技术、信息技术、自动化与机器人、生物技术（包括制药技术）、新材料技术、新能源技术（包括核技术）、航空和航天技术（空间技术）、海洋开发技术。
从以上各种定义可以看出，高技术应是一个相对的动态的概念，不同时代的高技术内涵是不同的。现代高技术应反映如下3个方面的要求：
从技术的结构看，高技术是尖端技术，其主要原理建立于人类最新科学成就的基础上，是建立在现代科学技术基础之上的技术，这一点有别于传统技术，传统技术是经验的积累；从时间上看，高技术是新技术，是以最新成就为基础的技术；从与科学的关系来看，高技术是基于科学的发现而产生的技术，即高技术是Science-based技术。
因此，高技术是一种建立在科学基础上的最新尖端技术。必须强调，新技术不一定是高技术，新技术仅仅代表了技术发展过程中出现的相对新颖的技术形态，而不是技术内涵的革命。
综上所述，我们认为所谓高技术，是指运用当代最新科学知识和尖端技术而形成的技术群，它们构成新一代产品的基础技术和主导技术，对一个国家经济社会有重大影响，具高增殖作用和广泛的渗透功能。
2高新技术产品的界定
美国科学基金会的定义：高技术产品是指每1000名职工中有25名是科学家和工程师，并把3.5%以上的净销售额用于研究开发而生产的新产品。
美国商务部依据某类产品销售额中R&D支出的比重和科学家、工程师、技术工人占全部职工的比重为标准确定的高技术产品为：①导弹以及航空器；②无线电及电视接收设备；③通讯设备；④电子元器件；⑤飞机及零部件；⑥办公设备及计算、会计仪器；⑦军械用品；⑧医药制品；⑨工业用无机化工制品；⑩专用设备及科学仪器；(11)发动机及涡轮机；(12)塑料材料及其合成制品，合成纤维及其他人造纤维（不包括玻璃制品）。美国海关合作理事会在以往对高技术产品定义和分类进行研究的基础上，又增加了定性分析，对高技术产品进一步筛选，把满足以下两个条件的产品定义为高技术产品：①产品的主导技术必须属于所确定的高技术领域；②产品的主导技术必须包括高技术领域中处于技术前沿的工艺或技术突破。据此所确定的技术10大领域为：①生物技术；②生命科学技术；③光电技术；④计算机及通信技术；⑤电子技术；⑥计算机集成制造技术；⑦材料设备技术；⑧航天技术；⑨武器技术；⑩核技术。
广东省“高技术企业统计方法研究”课题组认为：符合下述条件的①、②、③、④中的任一项及⑤、⑥两项者，即为高技术产品：①（在国际或国内）首次应用新科学原理生产的产品；②（在国内或省内）首先应用我国独创的新工艺或国际上最新工艺，并使产品质量或功能或劳动生产率、成本有显著改进的产品；③采用新材料、新结构、新技术、新生物品种，并使质量或劳动生产率或成本或功能有显著改进的产品；④符合国家或有关部门公布的高技术产品目录；⑤符合国际标准或技术先进国家标准，若无国际标准，则应根据具体情况符合国家、专业、地方或企业标准；⑥达到本年代技术先进水平。
我们认为，所谓高技术产品，是以高技术为主导技术而生产的具有新的用途和性能，或质量、劳动生产率、成本有显著改进的产品。
3高新技术产业的界定
美国方面的研究。美国劳工统计局的定义：研究试制费和科技人员与职工总数的比例，比整个制造业高出1倍以上的产业，即为高技术产业。美国国立科学财团的定义为：研究和开发费用在销售额中所占的比重为3.5%以上，职工中每千人中有25人以上的科学家和高级工程师的产业，即为高技术产业。美国商务部的定义为：研究开发费用在总附加值中所占的比重为10%以上，而科学家和工程师在总职工中所占的比重为10%以上的产业，即为高技术产业。美国学者纳尔逊(R.Nelson)在《高技术政策的五国比较》一书中指出：所谓高技术产业是指那些以大量投入研究与发展资金，以及迅速的技术进步为主要标志的产业。美国学者戴曼斯叙(D.Dimancescu)在《高技术》杂志上指出：对高技术企业的定义，主要依据两大特点：一是专业技术人员的比重高；二是销售收入中用于研究与发展的投资比例高。这两大特点又反映了一个共同的东西，即知识密集，这是高技术产业的一个必要成份，也是技术持续创新的必需。美国学者杜迪(F.D.Doody)和芒塞(H.B.Muntser)认为，高技术部类可以被定义为是一类体现出高增长率、高额的研究与开发费用、高附加价值、强烈的出口导向和劳务密集（这里专指高技能的劳务）的生产技术公司。
在英国，高技术产业被认为是一组包含新信息技术、生物技术和许多位于科学和技术进步前沿的其它技术的产业群体。
法国经济学家认为，只有当一种产品使用生产线生产，具有高素质劳动力队伍，拥有一定的市场且已形成新分支产业时，才能称其为高技术产业。
在加拿大，高新技术产业被定义为是一种技术水平相对高的生产部门，这种相对高的技术水平通过劳动力的技术素质或用于研究与开发的经费来反映。
在澳大利亚，科学与技术部将高技术产业定义为投入大量研究与开发经费，与科学技术人员联系紧密，产生新产品并且有科学或技术背景企业的产业。
在日本，日本长期信用银行的定义为：能节约资源和能源，技术密度高，技术革新速度快，且由于增长能力强，能在将来拥有一定水平的市场规模，能对相关产业产生较大波及效果的产业。
经济合作与发展组织(OECD)把R&D密集度（R&D经费占工业总产值的比重）作为界定高技术产业的标准，将相对于其他制造业而言具有较高R&D密集度的产业定义为高技术产业。
《欧盟科学技术指标报告》把有很高的经济增长率和国际竞争能力，有较大的就业潜力，同时R&D投入高于所有部门平均水平的航空航天制造业、化工产品制造业、医药品制造业、汽车及零部件制造业、科学仪器制造业等产业作为技术密集型或先导产业。
在中国，目前采取的主要是概括法，也叫例举法，即按技术类型定义高技术产业。《中国科技产业》公布的目录包括：①微电子科学和电子信息技术（产业）；②空间科学和航空航天技术；③光电子科学和光机电一体化技术；④生命科学和生物工程技术；⑤材料科学和新材料技术；⑥能源科学和新能源、高效节能技术；⑦生态科学和环境保护技术；⑧地球科学和海洋工程技术；⑨基本物质科学和辐射技术；⑩医药科学和生物科学工程；(11)其它的新工艺、新技术。
从以上各种定义可以看出，高技术产业具有以下4项特点：
它是技术密集型产业，生产所用的设备、材料涉及到现代技术领域的许多尖端成果；它是资本高度密集型产业，其科研费用和设备投资大，产品的附加值高；它是知识密集型产业，需要大量的科技开发人员和富有创新精神的经营管理人员；它的产品具有国际性和前景良好的市场需求。
综上所述，我们认为高技术产业是指由高技术成果转化形成的具有知识密集、R&D投入高、附加价值高、增长速度快、技术进步快等特征的先导型产业。
【参考文献】
1蔡莉，王新.高技术产业的划分及发展分析[J].科学学与科学技术管理，1997(12)
关键词：大回转角；弯管；气固两相；冲蚀失效
引言
管道冲蚀广泛发生在离心风机管道、海洋石油运输，天然气管道的内壁面上，冲蚀损耗是造成管道破坏的重要形式[1，2]，冲蚀损耗用管道内表面材料损耗来表征，查阅相关材料，锅炉事故中，有相当一部分发生在管道上，而管道失效则有三分之一为冲蚀磨损；各种泵体部件如叶片、管道的损毁约一半为冲蚀失效；弯头磨损较之直管线路要高出五十余倍[3]。可见对管道冲蚀的研究有可观的经济意义，各领域学者对于气固两相、液固两相流的冲蚀研究已有近十年以上的实验经验，内容涵盖了能源、化工、机械、水利水电、土木工程等各领域的管路、线路，但是对象多为线路的冲蚀机理，或常见的直角弯头，但是实际生产中弯头形式多种多样如管线绕过障碍物时的大回转角较之其他弯头优先失效，造成经济损失，所以有必要针对特定形式的弯头重点研究，为管路结构优化和工艺改进提供数据支持。
1 气固两相流场控制方程及冲蚀模型
1.1 离散相模型（DPM模型）
多相场中对粒子间的相互作用一般不予考虑[4]，并由Lagrange方程求解粒子迹线。因粒子浓度小、空气流速高、两相间浓度差较为明显，忽略粒子所受作用力[5]。进而可以写出离散相粒子运动方程：
（1.1）
式中：f为连续相值，P为和离散相值；x为位置坐标；u为速度；t为时间；？籽为密度i为坐标轴分量；F为离散相粒子的拖曳力；D为离散相粒子直径；CD为拖曳系数，按公式1.2计算：
（1.2a）
（1.2b）
1.2 冲蚀计算模型
管材和冲蚀粒子不同，冲蚀模型结构不一，一般取决于冲蚀速度和冲蚀角[6，7]。文章应用美国塔尔萨大学E/CRC中心的冲蚀模型[8]：
（1.3a）
（1.3b）
（1.3c）
式中：ER为靶材的磨损率；C为靶材常数；HB为靶材布氏硬度；Fp为冲蚀粒子形状因数，n为流场的速度指数；Vp为离散相粒子冲蚀速率；f（？兹）为冲击角度函数，按公式（1.3c）；PR为靶材冲蚀率；■p为离散相粒子质量流率；？籽w为靶材密度；Ac为网格单元面积；？兹为离散相粒子冲击角弧度数；？兹0，a，b，w，x，y，z为由靶材确定的经验常数。
2 计算模型与恢复方程
2.1 计算模型
20摄氏度下，以空气为连续相，密度1.205kg/m3，以FLUENT提供的wood作为离散相颗粒，密度1500 kg/m3；管材为普通碳钢。大转角弯头如图1所示，具体尺寸已标出，求解域采用结构化网格，网格形式如图1右侧所示。
2.2 壁面碰撞恢复方程
在冲蚀发生的过程中必然存在能量的转换，一般用速度分量的变化来描述，并将碰撞前后速度分量的比值定义为恢复系数，该比值主要取决于靶材与颗粒的物理属性，常见形式有stochastic恢复系数方程以及Forder[1-3]恢复系数方程[7]，文章应用的是前者，其后者形式如公式（1.4）：
（1.4）
式中：T和N分别代表切向和法向方向。
3 计算结果与分析
3.1 流场分析
流场基本方程的求解是其他仿真结果的先决条件，弯头冲蚀一般都依赖于流场的分布情况。图2及图3分别给出了速度分布情况以及离散相粒子轨迹情况，根据这两个结果大致可以知道，大回转角弯头冲蚀较为严重的区域可能有三处图2的A、B及图3的C，这三处明显的特征是速度分布较为集中或者粒子浓度较为密集，进而可知弯头几何机构的变化影响了速度分布与粒子浓度，间接影响冲蚀率。
图2 速度分布云图 图3 流场迹线图
3.2 冲蚀率分析
图4给出的是冲蚀率云图，是文章最想获得的仿真结果，可从该云图上清晰地看到危险区域与大小，可以看到，管路弯头较大时，内壁面磨损较为严重的区域为流体进入弯头1/2出靠前的位置，以及该位置对应的外测内壁面，次之区域为出流管道外侧的内壁面，设计管线大弯头使用寿命时应以这些位置作为参考，图4是在流速1m/s、粒径0.001的结果。
4 结束语
（1）文章通过美国塔尔萨大学冲蚀研究中心提供的冲蚀模型对大回转角弯管进行冲蚀模拟，确定大回转角弯头危险区域与位置，为设计人员对该机构的寿命设计提供了参考。（2）进一步探究了流体速度、离散相粒子粒径对大弯头管线的综合影响，使用时应尽量避免有危害直径的粒子射入并根据实际情况控制流速，延长使用寿命。
参考文献
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[3]黄勇，蒋晓东，施哲雄.弯头的冲蚀问题及其预测和预防[J].炼油技术与工程，2005，35（2）：31-36.
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[6]沈天耀，林建忠.叶轮机械的气固两相流基础[M].机械工业出版社，1994.
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