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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇化學工程與工藝的概念，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：綠色化學；工程工藝；化學工業節；應用
工業是國民經濟的基礎，隨著社會經濟的不斷快速發展，對于工業生產也提出了更高的要求。然而，當前我國工業發展面臨著資源價格飛漲，環境污染日益嚴峻的情況，這也使得全社會對于工業生產越來越關注。怎樣有效的處理好工業污染物，防止其對環境的二次污染，怎么有效的利用好數量龐大的生活廢品，是當前許多學者都在研究的問題。綠色化學工程是在社會迫切需要的情況下誕生的新型項目，這個項目的目標是：對日常化學生產當中的一些資源浪費及環境污染進行有效的處理，從而使得化工污染得到有效緩解，化工生產過程中的資源浪費得到很大的改善。
一、綠色化學工業的概念
綠色化學又被稱為無污染化學，以此為理念而開發出的技術就是綠色化學工程技術，采用化學原理從根本上降低化學工業對環境造成的破壞。化工業發展的基礎是綠色化學工程，它已成為了未來化學工業發展方向的重要研究目標之一，綠色化學具有以下兩種特性：首先，綠色化學的根本思想在于保護環境，使自然資源可持續發展，讓人與自然之間的關系和諧，人們對環境造成的破壞促使了對綠色化學的研究；其次，綠色化學是將環境改變的技術，發展下的綠色化學技術以逐漸可以應付各種環境下對自然的破壞。從根本上來說，綠色化學是預防環境污染；而環境化學則是對污染后的環境進行改善和治理。兩者之間是根本不一樣的，在最終目的上也是千差萬別的。
目前，對綠色化學進行研究的重要發現和實踐活動為綠色化工技術。基本原理是采用原料中的原子進行轉化，這就使化學工業在進行工作時不會產生污染物，達到對化學工業污染物的零排放。并且，在進行化學工業工作時，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，這樣可以生產出對環境不造成破壞的產品。這種技術目前處于理論狀況，但是在眾多科研人員的努力探索下，還是可以逐漸實現此種設想的。
二、綠色化學工程與工藝的開發
在傳統化學的生產過程中，在有毒、有害物質的處理上存在較為嚴重的滯后性，因此導致化學工藝一直處于被動生產。應用這樣的化學工藝對污染物進行處理無法取得理想的效果，資源優化也無法得到有效實現。化學工藝的應用不但導致化學生產污染物成本提高，還導致污染物處理效率嚴重下降。綠色化學工程的應用可有效彌補傳統化學工程中存在的缺陷，其通過對相關科學技術及先進方法的利用，對化工生產相關污染物進行除塵、脫硫等處理。綠色化學工程與工藝具體實施方法主要有以下幾種。
（一）采用綠色化學原料
在化工生產工藝及具體流程中，化學生產原料是起著決定性作用的主要因素，在傳統化學工程中，所用原料大部分為不可再生能源。采用這些原料不但大大提高國家不可再生能源的消耗，同時還導致污染物的排放量大大增加，加重生態環境污染程度。將綠色化學原料作為化工生產材料是綠色化學工程重要研發內容之一。在化工生產過程中，可使用綠色化學物質、自然物質等無染污、可再生的化學原料。典型的綠色化學原料主要有蘆葦、苞米桿、纖維植物等。將這些作為原料投入到化工生產過程中，可使其轉化為酮、醇、酸類等多種化學品。在整個轉化反應過程中，這些原料僅會產生一定量的氫氣，而不會有任何一種有害、有毒的物質產生。
（二）提高化學反應的選擇性
在化學工程的物質反應中，化學反應作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學原料的轉化均是需要化學反應才能得以實現。在化工生產過程中，合理選擇有效的化學反應形式可有效促進化學工程生產效率及質量得到提高。對化學反應產生影響的因素有很多種，反應原料、環境、時間、特點等均會對化學反應產生不同程度的影響。在化學生產過程中應用最為普遍的反應形式為氧化反應。在氧化反應過程中會有大量的熱產生，所有化學原料均會在熱的催化作用下發生變質，因此會大大降低化學品的生產質量。在綠色化學工程中，應用新型的反應形式，這種新型反應形式為烴類氧化反應。這種反應形式的應用不僅可促進催化物反應催化能力得到提高，同時還可有效促進生產物同分異構反應時間增加。
（三）使用無毒無害催化原料
隨著化學工業發展速度的不斷加快，將化學反應合理的應用于化工生產過程中已經成為促進工業可持續發展的重要前提之一。在化學反應過程中均離不開催化劑的使用。將催化劑應用于化學反應過程中，可有效加快反應速度，縮短法寧時間。所以，在化工生產過程中使用無毒無害的催化原料成為推動綠色化學工程與工藝不斷深入發展的重要前提條件之一。目前，我國相關部門已經高度重視對催化原料的選擇及應用進行深入研究。越來越多的催化劑得到開發和研制，化學反應過程中使用的催化原料不斷得到改善，分子篩除催化劑等優良催化原料在化工生產過程中的應用越來越廣泛。無毒無害催化原料的應用可有效提高化學反應效率，降低能源消耗量，同時也可減少環境污染。
三、結論
化學工程與工藝的發展不僅影響著現代社會的發展，而且有助于環境友好型社會的構建。當前世界面臨著資源和能源的短缺，社會經濟的發展不能以犧牲環境為代價，這就需要化學工程與化學工藝共同發展，滿足我國資源節約和環境保護的需要。化學工程與工藝的行業領域需要積極配合國家提出的可持續發展戰略。轉變可持續發展的概念。重視化學工程與工藝發展的環保性，轉變傳統的化學工程與工藝，減少環境的污染，積極開發新能源，走環境友好型道路。
參考文獻
[1]艾寧，計偉榮，項斌，等.化學工程與工藝專業人才培養模式改革的探索與實踐[J].化工高等教育，2009，26（6）：28-31，35.
關鍵詞：化工工藝學；課程建設；工程能力；教學
中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0271-02
隨著我國經濟迅速發展，社會對對化工人才培養提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目標之一是培養高素質的工程技術人才，使學生在獲得專業知識和技能的同時具備較高的綜合素質和創新能力。教育部“卓越工程師培養計劃”明確提出“……改革工程教育人才培養模式，提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力……”。強化學生工程能力的培養已成為高校工科專業人才培養的核心任務。化學工程與工藝專業肩負著培養高級化工人才的使命，專業工程性質突出。培養學生的工程能力，不僅要加強實踐環節建設，更要重視理論課教學特別是專業課教學的指導作用。化學工程與工藝專業主要面向的工業部門是化學工業，屬流程工業，往往涉及一系列物理、化學和生物加工過程。化工產品的生產是各種化學單元反應和化工單元操作的有機組合和綜合應用。化工工藝學是根據化學、物理、物理化學、化學工程原理和其他科學的成就，研究綜合利用各種原料生產化學產品的方法原理、操作條件、流程和設備，以創立技術先進、經濟合理、安全環保的化工生產工藝的學科，被認為是架在實驗室研究與工業生產中的一個橋梁。課程工程性強，存在許多與實踐環節的關聯點，是培養學生工程能力的適宜載體。關于化工工藝學課程教學已由不少報道。黃美英[1]等對強化課堂教學、加強實踐與理論教學相結合以及強化學生工程觀念等方面對《化工工藝學》課程教學方法的改革進行了探討；邱玉娥等[2]指出該課程教學應加強工程意識和創新意識的培養，并嘗試采用“傳統型、技改型、創新型”案例教學法強化培養學生的技改創新意識。王鈞偉等[3]認為可通過精選教材內容、強化實踐教學、追蹤學科發展、開設專題報告、加強綠色教育等方式，提高學生學習熱情，鍛煉學生的實際動手能力，培養學生的創新意識，增強教學效果。本文介紹了在化工工藝學的課程建設和教學中突出學生工程能力培養的一些新嘗試。
一、課程教學目的再認識
從化工生產工藝角度出發，運用化工過程的基本原理，闡明化工工藝的基本概念和流程組織、物料衡算、熱量衡算的通用方法，介紹典型產品的生產原理、典型流程、關鍵設備、工藝條件。典型產品生產工藝的講解重點放在分析和討論反應、分離部分的工藝原理、影響因素、確定工藝條件的依據、反應設備的結構特點、流程的組織等；同時對工藝路線、流程的經濟技術指標、能量回收利用、副產物的回收利用及三廢處理運作進行一定的論述。使學生獲得廣博的化學工藝知識，培養工程能力，以便在生產與研究開發工作中開拓思路，靈活運用，不斷開發應用新技術、新工藝、新產品和新設備，更好地滿足社會需要。為強化工程能力培養，要重視本課程對專業實驗、課程設計、生產實習等實踐環節的指導作用，教學活動與實踐環節有機關聯，畫龍點睛，有的放矢。
二、課程教學資源建設突出學生工程認知、工程設計、實驗操作
依據課程實踐性、綜合性、復雜性，為提高學生的工程認知能力和感性認識，基于FLASH和網頁制作等軟件工具，開發了多功能的化工工藝學資源庫，包括：例題分析、圖形演示、生產裝置實際錄像和圖片、實習現場實際教學錄像和圖片等。學生可隨時通過網絡觀摩這些資源。學生將工業生產裝置和工藝展示的視頻看作理論聯系實際的視覺紐帶，訪問的積極性高。《化學工藝學》中流程圖較多，如果采用學生自己看書本中的流程圖，然后老師講解的教學方法，很容易讓學生感覺枯燥無味，所以本課程特別重視直觀、豐富多彩的多媒體教學方式的高效應用，課件可通過網課程絡平臺自由訪問。在繪制工藝流程圖時，盡量使用動態畫面，如把物料的流動做成動畫，管道、設備、閥門等做成立體圖，不同的物料及公用工程用不同的顏色區分，力求逼真、醒目。固體燃料氣化制備合成氨原料氣的間歇造氣過程的操作循環的動畫演示就很受學生歡迎。在本課程的建設安排了課程設計，其中大約■的設計題目與授課內容直接相關，如合成氨、芳烴分離、天然氣制甲醇等，著重培養學生分析問題、解決問題的綜合能力，鍛煉和提高其對工藝路線的設計、設備選型，以及車間布置和管道布置的能力，培養正確、熟練查閱工藝設計規范、手冊及參考書的技能。將教師科研項目、社會正在建設的工程項目等引入教學，強化學生的應用意識和工程觀念。化工專業綜合實驗中設置乙苯脫氫、反應精餾、噴霧干燥、空氣分離等與化工工藝學授課內容直接相關的實驗項目。
三、課程教學突出培養學生的“當代工程觀”
工程觀是人們關于工程活動的基本理念，是認識和進行工程活動的指南。工程觀念的強弱和趨向直接影響著從業人員的實踐能力。在當代學科交叉滲透的趨勢下形成的當代工程觀[4]是對傳統工程觀的揚棄和超越。當代工程觀視生態環境為工程活動的內生因素，認為工程活動不但受生態環境的制約，而且應按照生態規律重塑生態活動的方式[4]。化工工藝學是培養學生工程意識的良好媒介。在緒論部分，我們強調工藝技術不同于實驗室制備技術，工藝路線評價要突出理論上的正確性、技術上的可行性、操作上的安全性、經濟上的合理性，還要突出環境及生態相容性。講解具體產品的生產工藝過程中，將原子經濟性（AE）[5]、環境商（EQ）[6，7]的概念進行具體計算、剖析。比如氯醇法與乙烯環氧化法制備環氧乙烷路線的比較就是用案例教學提高學生對可持續發展的責任意識和創新素質的生動素材。
四、授課過程強化與實踐環節的聯系
在授課過程中，我們適時引入后期開設的專業實驗、課程設計的題目，提高學習的針對性，如介紹乙苯脫氫時讓學生思考專業實驗將重點考慮的問題：降低體系分壓的方法、測定乙苯轉化率和苯乙烯收率的方法、采用色譜定量時苯乙烯的出峰順序等；在講解物料衡算、熱量衡算、工程圖紙視圖、流程組織時強調在課程設計、畢業設計中的實際應用；在介紹特殊設備布置時強調設計發展，如介紹合成氨工藝技術時引入廢熱鍋爐的適度傾斜布置；適時介紹生產實習中遇到的工藝技術問題，并啟發學生分析、解決這些問題，引導學生建立工程應用意識；授課期間帶學生去觀摩校內實驗及中試裝置，突出情景式教學，使理論學習與實踐環節無縫統一、相互促進。
五、授課過程突出原理-條件-流程-設備一條主線
為強化工程意識，使學生形成做工程就是做細節的理念，在介紹氨、C8芳烴、甲醇、苯乙烯、環氧乙烷、丙烯腈、氯乙烯等產品制備技術時，用整體一條線的思想組織教學：按照產品性質、用途―生產原理（含主副反應、熱力學和動力學分析）―催化劑選擇―工藝條件討論─工藝流程比較―設備分析的順序，由淺入深，漸入佳境。
強化學生工程能力的培養已成為工科高校實踐和理論教學的核心任務，通過化工工藝學教學培養學生工程能力是課程建設的內在要求。強化與工程認知、工程設計、實驗操作相關教學資源建設，授課中貫徹當代工程觀，授課過程與實踐環節緊密結合，用原理-條件-流程-設備整體一條線組織教學等是在化工工藝學教學中培養學生工程能力的有效措施。
參考文獻：
[1]黃美英，梁克中，賴慶柯.對《化工工藝學》教學改革的探討[J].重慶三峽學院學報，2007，（3）：122-124.
[2]邱玉娥，張秀玲，等.化工工藝學應注重工程素質和創新意識的培養[J].化學工程與裝備，2009，（5）：214-216.
[3]王鈞偉，官葉斌，孔學軍，等.《化學工藝學》教學改革探索與實踐[J].廣東化工，2012，（4）：233-234.
[4]汪應洛.當代工程觀與工程教育[J].中國工程科學，2008，10（3）：17-20.
[5]B M Trost. The atom economy - a search for synthetic efficiency[J]. Science 1991，254，1471-1477.
關鍵詞：無機化工；綠色化學工藝；可持續發展
0 前言
化工產品在人類文明發展的長河中發揮著十分重要的作用，它為人類的生產和生活提供了許多重要的產品。但是，隨著人類使用化工產品程度不斷的加深，化學物質造成的各種污染也不斷危害著我們的生活，威脅著人類的身體健康。人類正在逐漸認識到環境的重要性，對化學物質使用的管控措施也越來越嚴格。而如何開發對人類健康和環境危害小的化工生產過程，甚至是無公害的化工生產過程已經成為化學家和化工生產面臨的最大挑戰。我們通常將無機化工過程稱為綠色化學。綠色化學就是用化學的方法和技術去消除和減少化學危害，主要是對危害人類健康、對環境有害的物質進行處理，包括有害原料、催化劑、溶劑以及化工產物等。綠色化學要達到的目標就是不再使用有毒有害的化學過程，以及不產生有毒有害的副產品，是一項從源頭上遏制化學污染的新型學科。
在綠色化學基礎上發展起來的技術是綠色技術、主要就是利用科技的進步，對原來生產過程存在毒害作用的生產進行技術改造，使其耗能最少、污染程度最少的先進技術。利用化學的方法從根本上減少環境污染的產生， 是消除污染的根本方法，是一種可持續發展的生態模式。通過技術改造，實現或者接近零污染排放的目的。此外，綠色化學要求具備一定的轉化效率，實現在技術上和經濟上的共贏。
1. 綠色化學的發展進程
到目前為止，化學工程已經有了上百年的歷史，但是大部分工藝的技術改造都不能完全解決環保問題。由于當時技術和條件的原因，對許多環境問題的設計沒有充足的考慮。化工生產過程會產生大量的廢氣、廢物等物質，進而也使后期的環保處理費用成本大幅度增加。例如，某年美國的Dupont公司的化學品銷售額僅僅180億美元，而環保費用卻高達10億美元。環保經濟和社會需求的狀態來看，傳統的化學工藝已經不再適合現代的社會需求了。
為了保護環境，化學工作者做出了許多的努力，進行了大量的污染控治方面的技術研究。所謂的污染控治就是嚴格控制污染性廢物的產生，而綠色化學工藝正好彌補了這一不足。世界環境組織指定的目標是到2020年的地球日時，將廢物的排放減少40%～50%，實現每套裝置消耗原材料減少20%～25%。總之，綠色化學在國外的研究已經運用到了生產，引起許多政府和學術界的高度關注。而我國的綠色化學產業發展剛剛起步，面臨著嚴峻的挑戰和發展機遇。
2. 開發新型的綠色化學工藝
2.1開發“原子經濟”的綠色化學反應
1991年提出的原子經濟的概念，就是原料中的分子有多大程度轉變成了產物，這個概念的提出并沒有得到化學界的足夠認同。而理想的原子經濟反應是要求原料分子中的原子都能夠轉換成產物，卻不會生成造成環境污染的副產品以及三廢，其目的就是實現廢物的 “零排放”。
2.2采用無毒無害的化學生產原料
為了工藝需要，目前仍有許多的化工廠使用劇毒的光氣和氫氰酸等化工原料。這些有毒有害的物質使用會導致許多副產品的產生，嚴重污染了環境。為了人類健康和環境保護，化學工程師必須行動起來，盡量使用無毒無害的原料代替有毒原料，最大限度的保證人類的健康和環境。
目前化工廠使用了大量的酸、堿及有機合成化合物等化工原料，而這些物質存在著共同的缺點，就是腐蝕性和毒害性，對設備存在著嚴重的腐蝕、對工作人員的健康危害十分嚴重、產生的廢物也會污染環境。為了保護環境，化工企業需要采用新的催化劑，研究新興的催化劑材料。多年來，我國正在大力研究許多固體的酸烷催化劑。
2.4采用無毒無害的溶劑
大量污染問題還會來源于制造過程中使用的溶劑，最常見的就是反應介質、分離以及配方的使用溶劑。在綠色的溶劑研究中，最活躍的研究項目是開發超臨界流體，特別是一些超臨界二氧化碳溶劑的開發。超臨界二氧化碳指得是在溫度和壓力達到臨界點以上的二氧化碳流體，并且還具有液體的密度，所以會具有比較常規的液態溶劑的溶解度，在相同的狀態下，又具有氣體的粘度并具有很高的傳質速度。所以流體的許多性質就有可能用溫度的變化來調節。超臨界二氧化碳存在的最大優點就是無毒、不可燃、價廉等。
2.5使用許多可再生的資源進行合成化學品
利用研究的生物原料代替當前使用的石油產品，是保護環境的一個重要的研究課題，也是重要的發展方向。現在有許多技術可以實現這個目標，其中有一項技術就是，將化工生產的廢物轉變成動物飼料、工業產品和燃料。此外，利用生物或者農業的廢料進行聚合物再造工作，涉及很多環保問題，所以引起了人們的特別興趣，它的優越性就在于聚合物原料的單體實現無害化。生物催化轉變的方法比常規的聚合法更加優越，同時還具有生物降解功能。
實現社會經濟的可持續發展，已經成為了我國的一項基本的國策。作為社會經濟的重要組成部分的化學工業，在這一基本國策的指導之下，最行之有效的實現可持續發展戰略的方法便是綠色化學的開發和利用。綠色化學，不單單是指那些對環境產生的有害影響小甚至沒有有害影響的化學生產過程，更重要的是包括那些行之有效的且作用明顯的價格平民化的化學化工技術的研究以及應用。綠色化學的生產過程只產生非常少量的廢物處理，或者不產生廢物處理。其最主要的特點便是在生產的過程中，最大程度地充分利用資源，使原材料轉化為產品，盡量不產生污染。有利于化學化工產業的發展以及可持續發展戰略這一道路的切實執行。■
參考文獻
[1] 霍小平，李仲謹，劉存海.無機化學實驗教學綠色化研究[J].廣東化工，2012， 39（9）：134-135.
1課程體系
1.1課程體系應適應催化工業大環境的變化就傳統《工業催化》課程體系而言，其培養目標是通過課程學習，使學生掌握催化作用的基本規律，了解催化過程的化學本質和熟悉《工業催化》技術的基本要求和特性，培養標準是為培養化學工程與工藝類專業工程師提供堅實的理論基礎服務。隨著現代化學工業的發展，催化理論持續更新，許多新型催化工藝及技術不斷涌現，學習這些新催化工藝及技術的背景及原理，對于化學工程與工藝專業的本科生能否成為具有堅實的開發、研究和使用催化劑能力的高層次工程技術人才，能否勝任將來有可能從事的催化領域研究工作都有著重要的理論指導意義。相對穩定的培養目標和培養標準不能限制課程體系進行必要的變動，以適應外部環境和需求的變化。因此在“卓越工程師計劃”的實施過程中，《工業催化》課程體系要隨著卓越工程師的培養目標和培養標準的調整而做相應的變化，從而體現《工業催化》課程滿足培養目標的根本價值。
1.2校企合作建設課程體系。“卓越計劃”要求高校與企業共同制定和實施卓越工程師培養方案，包括共同建設課程體系和教學內容。《工業催化》課程可以充分發揮合作企業所具有的工程教育資源優勢，包括先進設備與技術、實驗環境、研究開發條件等，與本校催化人才培養優勢實行優勢互補，共同設計與構建卓越工程師培養的課程體系和教學內容，使得《工業催化》的課程體系和教學內容具有鮮明的特色。校企合作建設的課程體系將更有助于培養學生綜合解決實際問題的能力，摒除傳統課程體系不能聯系工程、生產實際的局限，鼓勵教師與各行業生產管理第一線的工程技術人員聯合指導學生。通過校企聯合指導課程，現場案例教學，增強課題的實際應用價值，為學生提供良好的工程環境。學生在完成課程學習過程中，可以隨時請教企業中有經驗豐富的技術人員和老師傅，學到許多課堂上學不到的、學校教師也無法傳授的一些實踐經驗。
2教學方法：貫徹研究型教學方法，理論聯系實踐
教學方法是使教學思想得以貫徹執行、知識體系和課程內容得以完整實施和傳授的關鍵所在。傳統的《工業催化》課程之間具有明顯的界限，課堂教學以講授為主，綜合性的案例和結合實際項目的教學不多，而基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習、基于項目的參與式學習等多種研究型教學方法更是少之又少。研究型教學(problem-basedlearning，PBL，對學生而言可以稱之為研究型學習)，它是一種符合工程能力培養規律和綜合素質形成邏輯的教學組織形式和教學方式，得到“卓越計劃”的大力提倡和著力推行[4]。研究卓越工程師不僅應具備分析問題、解決問題的能力，而且要能將設想和概念轉化為現實，形成學生的工程能力。“卓越計劃”通用標準對本科層次卓越工程師培養予以如下定位：本科層次卓越工程師：主要從事產品的生產、營銷、服務或工程項目的施工、運行，維護，能夠完全勝任現場或生產一線的各項工作。因此現有《工業催化》教學方法需要重構，在面向實際教學的基礎上，遵循催化工程的實踐、集成與創新的特征，采取相應的教學方法，按照催化劑的催化作用，催化劑的生產，催化劑的表征，催化劑的使用來組織教學內容，以學生為中心開展教學活動，著力推行符合工程能力培養規律的學習方法，強調學生創新意識和創新精神的培養，加強學生創新能力的訓練，有效地提高學生的工程實踐能力。所以，貫徹研究型教學方法，理論教學和工程實際相聯系就非常重要。作為一種學習方法體系，研究型學習主要由基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習和基于項目的參與式學習三種形式組成。從培養化工方向的卓越工程師的需要出發，其中的問題、案例和項目可以分別工業上成熟的催化工藝作為教學內容以實施相應的教學方法。這些問題可以是現行催化工藝中各種問題的重現、演變、放大或綜合，也可以是教師根據對未來發展的預見專門設計出的催化方面的新問題。通過教師精心選擇和設計這些問題、案例和項目，并采取研究性學習方法，就能夠在學生知識的獲取、應用和創新，工程能力的培養和提高，社會能力的培養和提高以及綜合素質的養成和提升等方面發揮重要作用。
3教學內容：拓展知識視野，完善知識結構
3.1拓展知識視野，完善知識結構為了培養學生學習《工業催化》的興趣，首先在每一章節的的教學過程中，凡是教學內容涉及到的在現行化工生產中已成功工業化的催化劑體系，如催化重整，催化裂化，合成氨等催化劑，可以引導學生多查閱相關資料，了解與這些催化劑的相關的制備工藝，催化反應原理，催化反應設備，催化劑使用過程條件控制以及催化劑再生等相關的知識。這樣不但可以拓展學生的科學史知識，提高學習興趣，增加求知欲，還有利于培養學生的自學能力；而且，結合專業特點豐富課程教學內容，聯系與化工生產(化學工藝專業)及人們日常生活(應用化學專業)密切相連的催化知識，使學生主動去學習與催化相關的知識，從而理解并解決疑難問題，推動課堂教學的發展和質量的提高。豐富教學內容要求教師在備課過程中必須保證內容充實、準確、高質量。教師在準備每一堂課內容時，都必須查閱大量參考資料以確保知識的準確度，同時應從多角度、多層次綜合、全面理解和詮釋每一個知識點，并通過不懈的努力和研究形成自己的一套教學體系和教學風格。
3.2擴展前沿知識當今是個知識更新迅猛的時代，《工業催化》課程快速發展，必須與前沿科學知識緊密聯系，才能培養出跟上工業和科學技術發展步伐的新世紀卓越工程師。擴展催化技術方面的前沿知識，不但有利于提高學生的學習興趣，而且有利于培養學生的創新能力。前沿知識擴展對教師的素質有著很高的要求，這要求教師具備一定的科研素養，能有緊跟催化理論和技術發展的步伐，教師應深入學習、研究新的催化理論知識及催化技術最新發展趨勢和動態，并將這些前沿知識充實到課堂教學之中，使學生能深切感受到科學技術的飛速發展給社會發展帶來的巨大變革。例如：在《工業催化》課程中酸堿催化作為傳統催化劑在催化裂化，催化重整等已經得到廣泛應用，但課程對最前沿的酸堿倆性催化劑的介紹較少，這方面的知識，需要教師在查閱資料，將課堂內容補充完善。前沿知識的擴展，不僅需要提高教師的科研素養，還要調動學生的學習積極性。將《工業催化》課程每一章節的課余作業設置為此章節的相關前沿知識學習不失為一個理想的方法，例如在學習分子篩催化劑章節時，新型的雜原子分子篩，新型介微孔復合分子篩等催化劑是目前分子篩催化劑研究的前沿方向，教師可以布置學生課余查閱相關文獻，形成報告，制作PPT，分組匯報并討論，從而調動學生自發學習的興趣。
4考核方式：以課題綜述的形式考核
關鍵詞: 《煤化工》 教學改革 教學方法
一、概述
《煤化工》課程是涵蓋煤化學、化工原理、反應工程等內容的綜合性學科。此門課程通過對煤化工產品開發的生產原理、生產方法、工藝計算、設計、操作條件及主要設備等的介紹,使學生具備煤化工專業的堅實基礎,對煤化學工業的原料選擇、工藝路線設計優化、典型單元操作及化工工藝的實現有深刻的認識和理解,具備對煤化工工藝流程進行分析、設計、改進及開發新工藝和新產品的能力,從而更好地服務于煤炭行業。淮北市是全國五大煤炭生產基地之一,地質儲量100億噸,遠景儲量350億噸。2011年原煤產量達3373萬噸,居全國第四位。淮北師范大學(以下簡稱“我校”)坐落在淮北市,發展煤化工專業有著得天獨厚的地理優勢。為了滿足淮北及周邊礦業集團對煤化工專業人才的需要,我校化學與材料科學學院在化學工程與工藝專業開設了《煤化工》專業必修課程。但是,在教學實踐中作者發現學生對這門課程的學習疏于對課堂內容的理解和思考、學習興趣不高。為了充分調動學生積極性和主觀能動性,使我校學生在將來的工作崗位上更有競爭力,作者對《煤化工》課程的教學大綱、教學內容安排、教學方法和手段進行了一系列的探索和改革。
1.教學內容的相應調整
由于我校僅開設了煤化工課程,學生對煤化學相關的名詞概念不了解,對于教學內容備感生疏。因此,我及時調整教學內容,制定適宜的教學大綱,首先穿插介紹一些煤化學相關內容,包括:煤的生成、煤的結構、煤巖學、煤的物理性質、煤的化學性質等內容。著重強調煤的分子結構理論,探究煤的結構與組成和性質之間的關聯性,尋找組成和性質的變化規律。同時在教學中總結煤化學理論與煤化工的相關知識之間的聯系,使學生對煤化工的相關知識有了深刻的認識,從而增強了對本課程的興趣。其次是,對于煤化工課程的重點內容,如:煤焦化、煤的液化和煤的氣化,做重點介紹。尤其對工藝原理,流程,以及設備裝置的結構特點,結合圖片和實例做細致具體講述,使得學生對煤化工的重點知識有更加深刻的認識。既增加了學生學習的興趣,又提高了其學習的積極性。
2.課堂教學方法多樣化
考慮到三年級學生已經完成了對化學基礎課程的學習,對于化學理論知識已經有了一定的認知。因此,在教學方法上,我將傳統的以教師講述為主的單一課堂教學模式,轉變為討論式、啟發式的新型教學模式,讓學生參與到課程的討論中來。通過布置專業課題或就自己感興趣的課題,讓學生課下查閱相關資料,課上積極參與互動討論,大膽提出自己的見解,突出學生的主體作用,發揮教師的導向作用,從而調動學生的學習積極性,提高學習效率,促進學生技能的全面提高。同時要強調的是,學生為查閱資料,準備材料花費了不少精力,教師須及時跟蹤,認真批閱和講評,從而提高學生的積極性。
3.充實并更新教材內容
現今,國際煤化工行業發展迅速,許多新技術、新成果不斷被應用于生產之中。老的流程工藝逐漸被自動化程度更高的新工藝、新設備所取代。因此,在介紹教材上成熟老工藝流程的同時,要適當穿插與當今煤化學和煤化工發展前沿相關的內容,增加關于當今世界上的最新工藝、設備的講述,使學生對當今新的工藝流程有更多的認識。因此對于教師而言,僅僅掌握教材上的內容是遠遠不夠的,還需要時時跟蹤當今煤化工發展的前沿理論,更好地充實自身理論水平,這樣才能更好地激發學生學習的興趣。另外,由于《煤化工》具有實踐性較強的特點,教學過程中必須注意理論聯系實際,把教學和實際生產過程有效結合起來,使學生既能在實踐中加深對書本知識的理解,又能提高動腦、動手的能力。為此,根據學校周邊廠礦企業生產實際,我們走訪焦化廠,了解其生產工藝(備煤工藝,煉焦工藝,化產工藝,甲醇工藝,干熄焦工藝),并將具體生產工藝流程的相關知識增加到教學活動中,理論聯系實際,使學生對實際工業生產有了更深刻的認知。既增加了學生的學習興趣,又使學生對企業的生產流程有了更加清晰的認識,得到了用人單位的一致好評。
4.傳統教學與多媒體教學相結合
煤化工課程內容涉及大量的設備圖和工藝流程圖,采用常規的板書,在黑板上畫流程圖耗時耗力,不能滿足現代化教學的需要。此外,板書繪制的流程圖為二維平面圖,學生對設備構件的立體構型、工藝流程中原料和產品流向等沒有完整的概念。學生理解起來非常吃力,教師講授過程同樣費力。引入多媒體教學可以有效地解決上述問題,實現教學目的。借助多媒體輔助教學軟件,開發了煤化工多媒體輔助教學課件,尤其是工藝原理圖、設備示意圖,可以借助專業繪圖軟件直觀、形象地向學生展現,可以幫助學生理解復雜的裝置立體結構和工藝流程圖,增加學生的學習興趣及理解程度。此外,借助于網絡上豐富的教學資源來充實課堂教學內容,在教學過程中根據具體需要,及時地向學生介紹國內外最新的煤化工生產工藝流程和技術等,并對國內外知名煤化工企業的最新動態、發展趨勢需求等進行信息傳遞,使學生不僅加強和鞏固了理論知識,增加了學習的積極性和主動性,而且提高了學生再就業環節中的適應能力和解決實際問題的能力,從而更好地服務于企業和社會。
總之,通過激發學生的學習興趣、調整教學內容、結合煤化工研究的前沿理論、傳統教學與多媒體教學相結合,能提高煤化工教學的質量,滿足經濟日益發展對創新型人才的需求。教師要想取得更好的教學效果,就要有創新意識和科研進取精神,不斷完善教學內容,調整教學方式更好地為學生服務,提高教學質量。
參考文獻:
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關鍵詞：化工分離工程 多元化教學手段 考核方式
1 概述
《化工分離工程》是高等院校化學工程專業一門重要的專業課程，內容涵蓋了化工原理、化工熱力學和物理化學等課程的知識，是一門綜合性的重點學科。隨著化工行業的迅速發展，分離工程在現代化學工業及其相關工程領域中的應用越來越廣泛。
《化工分離工程》課程內容覆蓋面廣、難度大、應用性強，所培養的能力是學生畢業后從事專業工作直接需要的。針對以往以掌握知識、應試為目的的傳統教學模式弊端，結合本課程的培養目標，開展了以實際應用為目的的教學研究與實踐，摒棄了填鴨式、保姆式的傳統教學方法，使學生處于主動掌握知識的狀態，培養學生自主發現問題并解決問題的能力。
我們的理念是以培養工程意識、實踐能力為根本目標，以培養能力為重點。即將零散的知識點模塊化、系統化，讓學生主動尋求解決問題的思路，掌握分離過程單元操作的特點，能夠靈活應用理論知識解決實際生產中的具體問題；同時要重點培養學生獨立分析問題的能力，從而充分滿足將來職業崗位的能力需求，縮短學生頂崗后的實習期，更好的適應崗位環境熟悉工藝過程操作流程。
2 改進教學方法，采用多元化教學手段
2.1 以教材為主的理論知識的教授 與傳統教學模式相比，改革后的教學增設網絡課堂，在校園網上設置本課程的教學大綱、教學課件、教學視頻及相關知識點的動畫演示，并提供配套的習題庫，專門設置了答疑板塊，為學生提供了一種先進的多媒體教學平臺[1]。該多媒體教學平臺的應用提高教學質量，學生可以根據自己的需求查閱相關信息，同時提高了學生學習的興趣與動力，促進了對學生專業技能的培養。
2.2 理論結合實際的校內實訓模擬 充分利用實驗室資源，建立實驗室全面開放制度，完成理論課程的學習后進行相關知識的實驗動手操作，增加學生的實踐機會，提高學生的實驗設計與動手能力，強化對理論知識的理解，這是學生專業技能提高的重要環節。另外，積極拓展校外實訓基地，依靠企業建立產學研緊密結合的校外實習基地[2]，讓學生直接參加生產和實際工作，促進理論知識向實際生產轉化，提高了解決工程問題的能力。
2.3 結合相關軟件學習分離工程 化工常用軟件有Auto CAD、Chem CAD、Aspen plus等，會使用這些軟件是化工專業學生必備的基本能力。教學過程中盡量引導學生全面化發展，例如用Auto CAD軟件繪制某分離過程設備圖或者分離過程的工藝流程圖，用Chem CAD軟件模擬油井氣中輕質烴的分離，或者用化工流程模擬軟件Aspen plus模擬甲基叔丁基醚（MTBE）的反應精餾過程等。一方面提高學生理論聯系實際的能力，另一方面讓學生更熟練的使用這些應用軟件。
2.4 逐步推行雙語教學 雙語教學即是把化工專業外語與化工專業課程相結合，在學習理論的同時提高了專業外語的水平，既培養學生用外語思考和解決問題的能力又有利于學生查閱相關外文文獻了解本專業發展的前沿信息。雙語教學有高、中、低三個層次，高層次教學以外語為主漢語為輔，鍛煉學生用外語組織語言解答簡單的問題；中層次教學交替使用雙語，提高學生外文理解能力掌握簡單的外文專業知識；低層次教學即簡單滲透穿插外語教學，用外語講述重要的原理和關鍵詞等，學生可以多一些機會接觸外語。
3 建立全面的考核制度
化工分離過程重點講授多組分精餾、吸收及吸附過程的分析和建模，簡要介紹了新興的分離過程如膜過程、萃取精餾、液液萃取等的基本概念。教學中強調理論聯系實際、工程與工藝結合，以培養學生分析和解決工藝問題的能力。通過本課程的學習要求學生牢固掌握分離過程的基本原理及應用方法，學會實際工藝的分析與綜合，了解分離及相關工程研究的進展，學會針對工業生產正確的選擇分離過程及設備。因此，考核方法要盡可能準確反映學生的實際能力，為全面考查學生能力我們提出了以下幾種考核形式：
3.1 采用考試成績與實踐環節相結合的方法 改變傳統考核以卷面和平時成績為主的方式，改善學生不認真聽課考前突擊備考的狀況，增加實踐環節考核比重。針對重要的分離過程安排實踐課，考察學生運用理論知識選擇分離工藝并實際動手操作的能力[3]。這種考核方式與課程教學內容相匹配，使學生由被動接受知識變為主動探索知識，激發了學生的創新思維，更好地促進了學生較全面地學好本課程，達到了本課程學以致用的教學要求。
3.2 靈活運用雙語考核形式 為適應高校素質教育的發展，在進行雙語教學的同時增設雙語考核，筆試口試結合考查學生的綜合能力。為了提高學生的學習積極性，平時在課堂上發言次數質量和水平都被計入考試成績[4]。雙語考核方式提高了他們的語言表達能力思維水平及知識掌握程度，達到了雙語教學的目的。
3.3 全面考核方式 課程成績評定采用全面考核方式，全面考核包含三部分：一是作業成績、試卷成績；二是課程設計、科技論文成績；三是上機實訓、分離工程實驗成績等[5]。第一部分仍是傳統考核中的內容即平時作業與卷面成績的結合，但整體比重有所下降。第二部分是對學生課外延伸學習的考查，強調創新性鼓勵新發現、新觀念的積極思維。第三部分以軟件的使用及實際分離過程操作為重點，這與工作內容十分接近，是提高學生職業技能素質的重要方面。
4 小結
化工分離工程是一門實用性很強的學科，在教學過程中必須把理論教學與實踐性教學環節緊密結合，提高學生的生產實踐操作和創新能力。同時我們改革了課程考核方式，建立了科學、全面的考核制度使學生獲得廣博的分離工程知識，培養理論聯系實際的能力，為其將來從事化工分離過程的設計打下牢固的基礎。
參考文獻：
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關鍵詞：水處理理論與技術;課程體系;教學模式;教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）43-0092-02
《水處理理論與技術》課程是武漢大學水質科學與技術專業、能源化學工程專業重要的必修課。通過本課程的學習，使學生掌握水處理的基本原理，熟悉水處理工藝單元、設備、系統的基本知識，培養學生具有設計、計算水處理工程中的設備、工藝系統的基本能力，為將來從事本專業的工程設計、科研及運行管理奠定必要的理論和應用基礎。
一、課程的性質和要求
《水處理理論與技術》課程主要包含水處理的基本原理和應用技術，涉及化學反應、化工傳質、流體力學和機械設備等多學科的專業知識。通過本課程的學習，使學生掌握水處理的基礎理論知識，以及工藝設計和計算方法，了解水處理在電力、煤炭等能源行業的應用知識，初步具備將各種水處理單元技術組合成水處理系統的能力。
二、課程現狀
1.傳統教材單一，教學內容陳舊。全國高校同類課程參考教材主要是許保玖主編的《給水處理理論》（中國建筑工業出版社，2000年），許保玖、龍騰銳主編的《當代給水與廢水處理原理》（第二版，高等教育出版社，2003年）。這些教材都是水處理領域經典的教學參考書，都很好地闡述了水處理的基本理論和基礎知識，但是教材出版年代比較久遠，不能滿足新形勢下水處理技術不斷發展的需求，不能及時更新拓展教學內容。
2.教學方式落后。水處理設備及構筑物的工作原理和結構復雜，依靠傳統課程講解及板書的教學方式獲得的信息很抽象，學生難以理解，而且教學方式過于單一，學生較難理解工作原理和設備運行情況。學生的創造性和積極性難以被激發出來，導致教學效果欠缺[1]。
3.考核與評價方式片面。傳統的考核方式通常以單一的期末閉卷考試為主，這種單一以分數高低評價學生成績的考核方式不能適應《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》的要求，也不利于學生的全面綜合發展。
三、課程體系的建設
1.教材的選擇與建設。考慮本專業是以電力行業為辦學特色以及將來學生就業方向，選擇了周柏青、陳志和主編的熱力發電廠水處理（上冊，第四版，中國電力出版社，2009年）及李培元、周柏青主編的發電廠水處理及水質控制（第一版，中國電力出版社，2012年）作為主教材[2，3]。并參考國外大學的原版教材，把最前沿的理論和知識融入教學中，讓學生從Water research，Desalination等著名期刊上搜尋最新的水處理技術文獻，掌握最新最前沿的理論與基礎知識，從而激發學生的學習興趣。
2.理論課程與實驗課程。《水處理理論與技術》的理論課程，共3學分54學時，包括水質概述、水的混凝處理、沉淀與澄清、過濾、離子交換除鹽、凝結水精處理、循環冷卻水處理7章內容。《水處理理論與技術》的實驗課程18學時，包括混凝實驗、樹脂RH―Na交換平衡等溫線的測定、循環冷卻水阻垢劑的快速篩選、水處理藥劑緩蝕性能的測定四個教學實驗。
3.教學大綱的修訂與教學內容的調整優化。在新大綱中對原教學體系和內容進行了調整和充實。如將絮凝反應池中新的設計理念、新型過濾材料、凝結水精處理新型過濾技術等，在教學內容中得到補充和完善。在教學過程中，將授課內容分為基本和重點兩類。對于重點內容，對書本中的知識重新設置并對相關知識加以補充，例如重點內容陽離子與陰離子之間的關系、含鹽量與溶解固體之間的關系、硬度與堿度的關系、pH值與碳酸化合物之間的關系、pH值與硅酸化合物之間的關系。同時還注重培養學生綜合運用知識的能力，例如在講工程應用時以電廠水處理各個工段的處理方法和工藝為例，重點講述基本原理在工藝流程上的應用。
隨著發電廠高參數、大容量機組的增加，凝結水處理技術越來越廣泛得到應用[4]，增加了凝結水處理系統混床樹脂的分離，混床運行中出現的異常情況、可能原因及處理方法等內容。循環冷卻水處理增加了鹽量平衡與水質變化，補充水量的計算。此外，課堂教學內容的調整與優化還包括當今國內外先進的水處理技術和工藝，并與傳統技術與工藝進行對比，使學生真正掌握水處理技術的精華，啟發學生思維，培養學生的創新意識。
四、教學模式的改革
1.開展引導式、啟發式、舉例式教學。開展了引導式、啟發式、舉例式相結合的教學方法。本課程內容廣、名詞概念多，傳統的教學方式使學生不能及時理解和掌握知識。在教學過程中應以學生為主體，調動學生參與到課堂教學，發揮學習的主動性和積極性。在講授時要突出重點，啟發和引導學生提出問題，和學生共同探討;鼓勵學生積極查閱國內外文獻，尋找答案。此外，教師在課前將課件上傳班級QQ群，使學生提前預習和課后復習。教學方法的改革對于提高教學質量、改進教學效果、培養學生分析與解決能力均有很大促進。
2.利用多媒體、板書、視頻相結合進行教學。“水處理理論與技術”課程有許多工藝流程圖、設備及構筑物結構圖等，傳統的教學方法是教師現場繪制或展示掛圖等，缺乏生動性和靈活性。本課程以文字、圖片、三維動畫和視頻錄像為基礎，精心制作課程PPT，將水處理工藝的各個流程以現場照片、視頻和電腦制作的單元處理過程的動畫再加上文字說明展示給學生，為學生提供生動形象、豐富多彩的知識，使學生更容易理解并掌握水處理設備、構筑物和工藝系統的工作原理，為今后在工作中能夠合理選擇和設計水處理工程打下良好的基礎。
3.專家講座。定期聘請水處理工程領域的專家學者給學生進行講座，能夠使學生把課本上的理論知識與實際工程聯系起來，有助于提升學生對知識的掌握并拓展視野。通過專家講座，讓學生了解國內外水處理領域的新工藝、新材料和新方法，發展趨勢及應用特點和適用性，對培養學生深入探索的精神具有顯著的作用。
4.討論課。將全班學生分成7個小組，每小組3～4人，每個小組對不同論題進行論述，要求查閱國內外最新文獻并制作PPT。每小組推出代表上臺講述5～8分鐘。陳述完畢后，其他同學和教師對其論題進行提問，由該小組成員負責回答。討論結束后，教師概括其主要內容，評價該組同學的陳述情況，并提出建議。通過開展討論式課堂教學，極大調動了學生的主觀能動性，取得了很好的效果。
五、結束語
根據筆者近幾年在《水處理理論與技術》實際教學過程中的實踐與體會，本文對該課程的教學內容和教學模式進行了探索，著重對課程體系的建設、教學方法和教學手段的改革，構建有利于培養電力、煤炭等領域的水處理技術研究和管理人才的教學新體系。在教學過程中運用多樣化教學方法調動學生的學習積極性和創造性，取得了良好的教學效果。通過多元化考核體系的建立，能更全面、科學地評價學生的綜合素質，從而培養出符合國家需求的高素質專業技術人才。
參考文獻：
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The Class Teaching Innovation and Exploration for the "Theory and Technology of Water Treatment"
ZENG Yu-bin，ZHOU Bo-qing，LIU Guang-rong
（School of Power and Mechanical Engineering，Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072，China）
關鍵詞：化工設計；CDIO；實踐
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）11-0188-02
《化工設計》是面向化學工程與工藝類專業學生開設的一門技術基礎課，教學的目的是通過本課程的學習，提高學生綜合運用已學的專業基礎課等方面知識，培養學生聯系實際分析問題、解決問題的能力，同時使學生掌握設計計算的基本方法等。以往的講授方法是按照章、節平鋪直敘地進行，但因學生工程經驗不足等因素，達不到真正地培養學生工程能力的目的。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，美國MIT的機械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教學大綱，取得了良好效果，按照CDIO模式培養的學生深受社會與企業歡迎。CDIO大綱定義了培養學生的具體指標，CDIO標準實質上是一個實施CDIO培養模式的指引。作為中國第一個全面應用CDIO的學校，汕頭大學5個工科專業都按照CDIO大綱和標準進行了教育改革，提出并實施了以設計為導向的EIP-CDIO工程教育模式，主要是突出兩個方面：工程創新能力和人文素質及職業道德標準的新型工程技術人才。筆者在幾年教學過程中，參照CDIO工程教育模式的12條標準，在《化工設計》課程上進行了探索和應用。
一、按照CDIO工程教育模式制定《化工設計》課程的教學大綱
課程教學大綱是根據課程內容及其所處課程體系和教學計劃的要求編寫的教學指導性文件，現以《化工設計》課程中的第二章“化工廠設計概述”為例對大綱的主要內容進行修訂如下。
1.CDIO項目。根據學生學習的具體情況，由學生自由選擇以下項目進行實施：①2000噸/年碳酸二甲酯分廠項目建議書編寫。②2000噸/年碳酸二甲酯分廠項目可行性研究報告編寫。③2000噸/年碳酸二甲酯分廠項目工藝流程的選擇。④2000噸/年碳酸二甲酯分廠項目綜述。
2.主要知識點。化工設計的工作程序和建設程序；化工設計項目的建議書和可行性報告的編寫內容和原則；化工廠工藝流程的選擇方法與原則；化工廠項目設計的綜述。
3.教學提示。本章通過多個CDIO項目，本著“做中學”的原則，在指導學生實施項目的過程中，通過傳授學生如何搜集與整理資料，逐步展開化工廠設計概述的學習，針對具體項目實施具體的相關設計。
4.重點講解。①項目建議書和可行性研究報告內容；②工藝流程選擇原則。
5.檢驗標準。根據選擇的CDIO項目進行書面總結與討論，達到知識點互惠的目的。
二、基于“項目式”教學方法
《化工設計》課程是綜合運用已學過的專業基礎課和專業課，如化工原理、物理化學、化學反應工程、化工熱力學、化工過程分析與合成、機械設備、化學工藝、化工AutoCAD等專業課程的知識，在現有資源、法律和社會觀念的條件下，討論化工工藝過程開發設備的設計以及工廠的整體設計。化工設計是化工類專業工程教育的本質和核心，是培養未來工程師的創新思維和實踐的手段，也是理論聯系實際最主要的通道。
教學方法采用項目式教學模式，即第一課時，教師給學生安排一個團隊設計項目，如2000噸/年碳酸二甲酯分廠設計，該項目稱一級項目，下設化工工藝選擇、化工過程設計、設備選型與自動控制、化工廠經濟分析與評價、化工廠風險分析與預防、廠址選擇等二級項目。學生通過自由組合，由6～8人組成一個設計小組協同完成工廠設計任務，每個設計組設小組長1人，組長負責統籌整個設計項目的分工與實施，同時規劃整個項目與總結等。
在教學過程中，講授、設計和討論并重，其中講授約占總學時的■左右。教師在講授了基本的課程內容及要點后，各小組學生根據二級項目內容查找資料、討論設計內容、初步設計并形成項目報告。每個二級項目結束后，在討論課上，各小組匯報自己的項目內容，其他學生可提問、點評，最后由教師進行總結。教師在項目設計過程中要隨時解決學生提出的各種問題。在討論課中，一方面要把握住方向，另一方面也從中受到啟發，達到教學相長的目的。通過這種教學形式，學生真正開動腦筋，互相學習，培養了學生創新思維和實踐能力，同時亦培養了學生團隊合作能力、組織能力和競爭意識。
三、化工過程模擬軟件在化工設計中的應用
化工過程模擬與實驗研究的結合是最有效和最廉價的化工過程研究方法。可以大大節約實驗成本，加快新產品和新工藝的開發過程。在化工廠設計中，化工過程軟件的模擬也是必不可少的工具，因此在化工設計課程中應該做為重點講授內容，適當安排相關計算機上機實際操作，對具體的CDIO項目進行物料衡算和熱量衡算模擬等。除此之外，還可以使用相關軟件進行優化，比如利用Aspen Pinch進行熱集成，實施熱量集成與優化，將化工過程中冷熱物流進行匹配優化，將系統中冷熱量消化在體系內部，實現能源的節約目的。
四、對參加按照CDIO模式培養的學生建檔管理，跟蹤反饋
將所有參加《化工設計》課程按照CDIO模式培養的學生全部建檔管理，每個人都建成電子信息表，包括個人的所有基本信息、工作單位和其他相關信息等，然后根據具體信息對其進行定期的跟蹤反饋，及時了解相關企業對學生的知識體系、個人能力和工程能力的評價等，并通過交流，總結寶貴的經驗。
五、改進傳統的考試方法
考試是評價和改進教學，使之有利于培養創新人才的基本途徑；考試是引導學生主動、創造性地學習的重要手段；考試是檢測和提高學生創新思維和創新能力的重要環節。因此，科學合理的、鼓勵創新的、富有活力的考試制度有利于培養高校學生的創造力，有利于造就建設創新型國家所需要的創新型人才。我們認為，教學是一個動態的持續過程，考試作為教學質量的評價手段，要達到客觀評價的目的，其評價活動應貫穿整個教學過程，不應以一次考試決定成績。為此，團隊提出了“做中學，學中考”的考核方式，具體做法如下：基于化工設計課項目式教學模式的教學方法，我們對考核內容做了合理化分配（見表1），從三個方面進行考核，平時成績、設計報告、期末考試。平時成績占總成績的20%，主要考核學生出勤、回答問題等課堂表現情況；每一個二級項目完成后，在規定時間內提交完整的項目設計報告，設計報告占總成績的50%，是考核的主要部分；期末考試采用閉卷方式，主要考核化工設計過程中涉及的基本原理、方法、步驟等問題。這種分配方式突出強調了設計報告的重要性，弱化了期末考試的分值，這與化工設計課自身實踐性強的特點是相適應的，學生通過考核就必須認真作好二級項目，不但鞏固了化工設計的基本理論，又熟悉了相應的設計規范，這樣就避免了學生考試突擊現象。幾年來，沒有學生要求劃范圍、劃重點，考試時也沒有作弊現象。
六、結束語：
筆者基于CDIO理念下的工程項目制定教學大綱，就是培養學生的工程概念、工程意識、分析工程問題、解決工程問題的能力，培養工程業務素質。該項目的實踐效果體現在通過基礎科學理論如何運用工程理論的教學過程中，又體現在如何應用工程觀點、工程理論和方法，解決各類工程問題的教學和訓練過程中。并對參加COIO教育模式下的學生進行相關跟蹤，與相關企業對接，了解企業需要的工程人才等，然后再在新一輪教學中不斷進行相關補充與完善，為培養21世紀具有創新精神與實踐能力的高素質化工人才的目標服務。
參考文獻：
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關鍵詞：化工 自動化 整合 教學資源
化工生產過程,通常是在密閉的容器和設備中,在高壓、真空、高溫、深冷的情況下連續進行的，此過程中的介質具有毒、易燃、易爆、有腐蝕的性質，這些性質無法用人工觀察和控制。因此,為使化工生產正常、高效、安全地進行,就必須把各項工藝參數維持在某一最佳范圍之內,并盡量使生產過程自動化、現代化。這種利用自動控制學科、儀器儀表學科、計算機學科的理論與技術，服務于化學工程學科，管理化工生產過程的方式,就稱為化工生產過程的自動化。同樣，化工儀表自動化就是需要將自動化裝置作用于化工設備上，應用于化工生產中的各個過程，實現對化工生產中各工藝參數進行檢測，并實施控制[1]。目前，從市場需求來看，自動化儀表自動化工業在石油化工占有的市場份額最多，其次是鋼鐵、電力、紡織等行業。
在信息技術高度發達的今天，作為傳統工業的石油化學工業仍然是我國經濟發展的重要支柱性基礎產業（2011年我國石化行業的產值已達到11.28萬億元）。由于石油化學工業具有資源能源消耗量大、生產過程工藝復雜、產業鏈條長、技術裝備水平要求高、污染排放量較多，安全生產形勢嚴峻、結構調整任務重等特點，不僅要求質量高、壽命長的自動化儀表，還需要提供完整的系統和優化的軟件，更需要能與工藝人員結合的自控工程師。我國石油和化工自動化經過50年的發展，通過技術引進，消化吸收和不斷創新，自動化水平取得了長足進步[2]。PLC、DCS和變頻與傳動等自動化產品已被普遍應用到生產工藝中。特別是在2009-2011年間，更有不少化工企業對DCS系統進行了升級改造。目前，工業生產逐漸趨于大規模、綜合化和自動化，生產工藝也變得日益復雜，儀表的控制檢測向多功能發展，應用范圍不斷擴大。同時，快速反應、臨界穩定工藝、能力綜合平衡等工藝的開發成功以及激烈的市場競爭，對自動化提出了更高的要求和新的目標[2]。
當前眾多的高職院校正在進行以職業活動為導向、能力為目標、任務驅動的項目化教學改革。高職院校以服務于企業為指導方針，企業對人才需求的調整，相關專業勢必隨著企業需求展開教學內容、教學方式的轉變。因此針對我校的化工、自動化專業的有機結合做了相關的思考。
一、兩個專業的背景及現狀
化工自動化及儀表是面向化工類專業開設的技術基礎課程，我校的化工專業在建設初期至今一直開設有化工儀表及自動化（含實訓）課程。該課程以化工企業所采用自動化及儀表的現狀為基礎，通過化工生產過程中的自動控制系統涉及到的化工儀表的結構、原理、性能、應用等的學習，讓學生能夠根據化工生產過程中對溫度、壓力、液位和流量等工藝參數和指標進行測量的需求，正確選擇對應儀表的型號，并掌握在安裝、使用、控制、維護中的技能，熟悉化工自動控制技術在工藝控制上的使用。該課程的實訓中一直采用到化工企業實習的方式進行，因為化工企業的特殊性，聯系企業實習困難，并且學生也很難在運作的機器設備上實現相關的操作與維護學習。
本校自控系的機電一體化和電氣自動化專業是以電工基本知識和電工技術基本技能構建專業基礎平臺，以自控化網絡控制為核心，突出計算機管理、遠程控制、現場總線技術等自動控制領域先進技術的應用，培養學生具備自動控制系統的安裝、調試、管理、維護的能力，具備設計、組建、運行、維護工業控制系統的能力及供電系統的設計能力。在教學方面強調是以專業知識加以實踐運用，就業崗位多為大型機械制造企業和化工企業，其相關的專業課程實習均在本地的化工企業進行。
二、兩個專業整合的前提
通過調查了解到我校的自動控制系相關專業部分就業方向為化工企業，而每年化工企業招聘時需求化工專業學生和自動化專業學生的比例為3:1左右，新進自動化專業員工首先被要求熟悉該企業的化工生產工藝過程。從相關資料收集顯示，自控專業在過去的教學中一直未體現與化工的結合，學生缺少對專業服務對象的了解和掌握，特別是針對化工企業的生產過程、生產原理的了解。如果能熟悉化工生產的原理、工藝、特性，對于自動控制系統的操作和維護將更能對癥下藥。
隨著現今化工行業的發展，許多技術雄厚的大型化工企業已陸續提出“一崗多能”的政策轉變傳統化工工藝操作人員的定位。要求操作人員（包括分析、儀表、設備維護等崗位不僅能在自己就職的領域做好，還要學習其他崗位的知識，如果生產現場出現一般故障，不用等待專業人員到達，可立即解決故障，既節省時間又節省人力，并以調整崗位工資的方式激勵員工的學習熱情和主動性。化工專業學生在校期間就儀表自動化的學習是相對薄弱的，缺乏大量的實踐動手訓練，對于企業“一崗多能”的要求，是遠遠達不到的。
三、兩個專業教學資源的整合構想
以企業需求為導向，以“一崗多能”為方針，尋找兩個專業的切合點，以實現教學資源利用的最大化。
1.教學團隊的溝通交流
兩個專業師資力量雄厚，教學經驗豐富，利用各自優勢和在相關行業的影響力，針對同一服務對象的特性，拓寬各自專業的實用性，實現雙方共享師資，打造一流教學團隊。
2.內教學資源的共享與結合。
關鍵詞:梯度功能材料，復合材料，研究進展
Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.
Key words :FGM；composite；the Advance
0 引言
信息、能源、材料是現代科學技術和社會發展的三大支柱。現代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學的發展。對材料，特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應用能力，直接體現國家的科學技術水平和經濟實力，也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此，新材料的開發與研究是材料科學發展的先導，是21世紀高科技領域的基石。
近年來，材料科學獲得了突飛猛進的發展[1]。究其原因，一方面是各個學科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術;另一方面是實際應用的迫切需要對材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實際生產應用問題而產生的一種新型復合材料，這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質化”，“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2]，并且它也可廣泛用于其它領域，所以它是近年來在材料科學中涌現出的研究熱點之一。
1 FGM概念的提出
當代航天飛機等高新技術的發展，對材料性能的要求越來越苛刻。例如：當航天飛機往返大氣層，飛行速度超過25個馬赫數，其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內燃燒氣體溫度可超過2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2， 其空氣入口的前端熱通量達5MW/m2.對于如此大的熱量必須采取冷卻措施，一般將用作燃料的液氫作為強制冷卻的冷卻劑，此時燃燒室內外要承受高達1000K以上的溫差，傳統的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復合材料，如金屬基陶瓷涂層材料，由于各相的熱脹系數和熱應力的差別較大，很容易在相界處出現涂層剝落[3]或龜裂[1]現象，其關鍵在于基底和涂層間存在有一個物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規耐熱材料的不足，日本學者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以連續變化的組分梯度來代替突變界面，消除物理性能的突變，使熱應力降至最小[3]。
隨著研究的不斷深入，梯度功能材料的概念也得到了發展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設計為基礎，采用先進復合技術，使構成材料的要素（組成、結構）沿厚度方向有一側向另一側成連續變化，從而使材料的性質和功能呈梯度變化的新型材料[4]。
2 FGM的特性和分類
2.1 FGM的特殊性能
由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續變化的特點如圖2，因此它能有效地克服傳統復合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統復合材料相比FGM有如下優勢:
1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料，可以大大地提高粘結強度;
2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應力和熱應力;
3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點以及應力自由端點的應力奇異性;
4)用FGM代替傳統的均勻材料涂層，既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅動力。
2.2 FGM的分類
根據不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據材料的組合方式，FGM分為金屬/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1]；根據其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側到另一側呈梯度漸變的結構材料），梯度功能涂敷型（在基體材料上形成組成漸變的涂層），梯度功能連接型（連接兩個基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據不同的梯度性質變化分為密度FGM，成分FGM，光學FGM，精細FGM等[4]；根據不同的應用領域有可分為耐熱FGM，生物、化學工程FGM，電子工程FGM等[7]。
3 FGM的應用
FGM最初是從航天領域發展起來的。隨著FGM 研究的不斷深入，人們發現利用組分、結構、性能梯度的變化，可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM，并可望應用于許多領域。
功 能
應 用 領 域 材 料 組 合
緩和熱應
力功能及
結合功能
航天飛機的超耐熱材料
陶瓷引擎
耐磨耗損性機械部件
耐熱性機械部件
耐蝕性機械部件
加工工具
運動用具:建材 陶瓷 金屬
陶瓷 金屬
塑料 金屬
異種金屬
異種陶瓷
金剛石 金屬
碳纖維 金屬 塑料
核功能
原子爐構造材料
核融合爐內壁材料
放射性遮避材料 輕元素 高強度材料
耐熱材料 遮避材料
耐熱材料 遮避材料
生物相溶性
及醫學功能
人工牙齒牙根
人工骨
人工關節
人工內臟器官:人工血管
補助感覺器官
生命科學 磷灰石 氧化鋁
磷灰石 金屬
磷灰石 塑料
異種塑料
硅芯片 塑料
電磁功能
電磁功能 陶瓷過濾器
超聲波振動子
IC
磁盤
磁頭
電磁鐵
長壽命加熱器
超導材料
電磁屏避材料
高密度封裝基板 壓電陶瓷 塑料
壓電陶瓷 塑料
硅 化合物半導體
多層磁性薄膜
金屬 鐵磁體
金屬 鐵磁體
金屬 陶瓷
金屬 超導陶瓷
塑料 導電性材料
陶瓷 陶瓷
光學功能 防反射膜
光纖;透鏡;波選擇器
多色發光元件
玻璃激光 透明材料 玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半導體
稀土類元素 玻璃
能源轉化功能
MHD 發電
電極;池內壁
熱電變換發電
燃料電池
地熱發電
太陽電池 陶瓷 高熔點金屬
金屬 陶瓷
金屬 硅化物
陶瓷 固體電解質
金屬 陶瓷
電池硅、鍺及其化合物
4 FGM的研究
FGM研究內容包括材料設計、材料制備和材料性能評價。
4. 1 FGM設計
FGM設計是一個逆向設計過程[7]。
首先確定材料的最終結構和應用條件，然后從FGM設計數據庫中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結構，以及制備和評價方法，最后基于上述結構和材料組合選擇，根據假定的組成成份分布函數，計算出體系的溫度分布和熱應力分布。如果調整假定的組成成份分布函數，就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應力分布，此時的組成分布函數即最佳設計參數。
FGM設計主要構成要素有三:
1)確定結構形狀，熱—力學邊界條件和成分分布函數;
2)確定各種物性數據和復合材料熱物性參數模型;
3)采用適當的數學—力學計算方法，包括有限元方法計算FGM的應力分布，采用通用的和自行開發的軟件進行計算機輔助設計。
FGM設計的特點是與材料的制備工藝緊密結合，借助于計算機輔助設計系統，得出最優的設計方案。
4. 2 FGM的制備
FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段，實現FGM組成成份、微觀結構能夠按設計分布，從而實現FGM的設計性能。可分為粉末致密法:如粉末冶金法(PM) ，自蔓延高溫合成法(SHS) ;涂層法:如等離子噴涂法，激光熔覆法，電沉積法，氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD) 和化學相沉積(CVD) ;形變與馬氏體相變[10、14]。
4. 2. 1 粉末冶金法(PM)
PM法是先將原料粉末按設計的梯度成分成形，然后燒結。通過控制和調節原料粉末的粒度分布和燒結收縮的均勻性，可獲得熱應力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高，適用于制造形狀比較簡單的FGM部件，但工藝比較復雜，制備的FGM有一定的孔隙率，尺寸受模具限制[7]。常用的燒結法有常壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結及反應燒結等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設備簡單、易于操作和成本低等優點，但要對保溫溫度、保溫時間和冷卻速度進行嚴格控制。國內外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/ Ni 、ZrO2/ W、Al2O3/ ZrO2 [8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7] 。
4. 2. 2 自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis 簡稱SHS或Combustion Synthesis)
SHS 法是前蘇聯科學家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃燒反應時，發現的一種合成材料的新技術。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學反應，此后化學反應在自身放熱的支持下，自動持續地蔓延下去， 利用反應熱將粉末燒結成材，最后合成新的化合物。其反應示意圖如圖6所示[16]：
SHS 法具有產物純度高、效率高、成本低、工藝相對簡單的特點。并且適合制造大尺寸和形狀復雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應的材料體系，金屬與陶瓷的發熱量差異大，燒結程度不同，較難控制，因而影響材料的致密度，孔隙率較大，機械強度較低。目前利用SHS 法己制備出Al/ TiB2 ， Cu/ TiB2 、Ni/ TiC[8] 、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4. 2. 3 噴涂法
噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝，適用于形狀復雜的材料和部件的制備。通常，將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內，并在熔化的狀態下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層。可以通過計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設計所要求的梯度分布函數。這種工藝已經被廣泛地用來制備耐熱合金發動機葉片的熱障涂層上，其成分是部分穩定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4. 2. 3. 1 等離子噴涂法(PS)
PS 法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物，形成等離子體，其溫度高達1 500 K，同時處于高度壓縮狀態，所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流，速度可高達1. 5 km/ s。原料粉末送至等離子射流中，粉末顆粒被加熱熔化，有時還會與等離子體發生復雜的冶金化學反應，隨后被霧化成細小的熔滴，噴射在基底上，快速冷卻固結，形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例，調節等離子射流的溫度及流速，即可調整成分與組織，獲得梯度涂層[8、11]。該法的優點是可以方便的控制粉末成分的組成，沉積效率高，無需燒結，不受基體面積大小的限制，比較容易得到大面積的塊材[10]，但梯度涂層與基體間的結合強度不高，并存在涂層組織不均勻，空洞疏松，表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7] 、NiCrAl/MgO -ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料
4.2.3.2 激光熔覆法
激光熔覆法是將預先設計好組分配比的混合粉末A放置在基底B上，然后以高功率的激光入射至A并使之熔化，便會產生用B合金化的A薄涂層，并焊接到B基底表面上，形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比，在上述覆層熔覆的同時注入，在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復以上過程，就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強劑熔覆金屬獲得了梯度多層結構。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數量和厚度，以及熔區的深度來獲得，熔區的深度本身由激光的功率和移動速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能，但由于激光溫度過高，涂層表面有時會出現裂紋或孔洞，并且陶瓷顆粒與金屬往往發生化學反應[10]。采用此法可制備Ti - Al 、WC -Ni 、Al - SiC 系梯度功能材料[7 ] 。
4.2.3.3 熱噴射沉積[10]
與等離子噴涂有些相關的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化，并噴涂到基底上凝固，因此，建立起一層快速凝固的材料。通過將增強粒子注射到金屬流束中，這種工藝已被推廣到制造復合材料中。陶瓷增強顆粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固態，混入金屬液滴而被涂覆在基底，形成近致密的復合材料。在噴涂沉積過程中，通過連續地改變增強顆粒的饋送速率，熱噴涂沉積已被推廣產生梯度6061鋁合金/SiC復合材料。可以使用熱等靜壓工序以消除梯度復合材料中的孔隙。
4.2.3.4 電沉積法
電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學方法。該法利用電鍍的原理，將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場中，通過注入另一相的懸浮液使之混合，并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度，在電場作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來，最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃，涂層的主要材料為TiO2-Ni， Cu-Ni ，SiC-Cu，Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層，以改變固體材料的表面特性，提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學功能、熱物理性能，該工藝由于對鍍層材料的物理力學性能破壞小、設備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低，精度易控制，生產成本低廉等顯著優點而備受材料研究者的關注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5 氣相沉積法
氣相沉積是利用具有活性的氣態物質在基體表面成膜的技術。通過控制彌散相濃度，在厚度方向上實現組分的梯度化，適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料，但合成速度低，一般不能制備出大厚度的梯度膜，與基體結合強度低、設備比較復雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機理的不同分為物理氣相沉積(PVD) 和化學氣相沉積(CVD) 兩類。
化學氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質源輸送到反應器中進行均勻混合，在熱基板上發生化學反應并使反映產物沉積在基板上。通過控制反應氣體的壓力、組成及反應溫度，精確地控制材料的組成、結構和形態，并能使其組成、結構和形態從一種組分到另一種組分連續變化，可得到按設計要求的FGM。另外，該法無須燒結即可制備出致密而性能優異的FGM，因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括：氣相反應物的形成；氣相反應物傳輸到沉積區域；固體產物從氣相中沉積與襯底[12]。
物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質，使其蒸發為氣相，然后沉積于基材上，形成約100μm 厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD 法的特點是沉積溫度低，對基體熱影響小，但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/ TiN、Ti/ TiC、Cr/ CrN 系的FGM [7~8、10~11]
4. 2. 4 形變與馬氏體相變[8]
通過伴隨的應變變化，馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個附加的被稱作“相變塑性”的變形機制。借助這種機制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應力和變形量的增加而增加。因此，在合適的溫度范圍內，可以通過施加應變(或等價應力) 梯度，在這種材料中產生應力誘發馬氏體體積分數梯度。這一方法在順磁奧氏體18 -8 不銹鋼(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 試樣內部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數的連續變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍，但能提供一個簡單的方法，可以一步生產含有飽和磁化強度連續變化的材料，這種材料對于位置測量裝置的制造有潛在的應用前景。
4. 3 FGM的特性評價
功能梯度材料的特征評價是為了進一步優化成分設計，為成分設計數據庫提供實驗數據，目前已開發出局部熱應力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎性的工作上[7]。目前，對熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機械性能進行評價[8]。目前，日本、美國正致力于建立統一的標準特征評價體系[7~8]。
5 FGM的研究發展方向
5.1 存在的問題
作為一種新型功能材料，梯度功能材料范圍廣泛，性能特殊，用途各異。尚存在一些問題需要進一步的研究和解決，主要表現在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料設計的數據庫（包括材料體系、物性參數、材料制備和性能評價等）還需要補充、收集、歸納、整理和完善；
2）尚需要進一步研究和探索統一的、準確的材料物理性質模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結構以及制備條件的定量關系，為準確、可靠地預測梯度材料物理性能奠定基礎；
3）隨著梯度材料除熱應力緩和以外用途的日益增加，必須研究更多的物性模型和設計體系，為梯度材料在多方面研究和應用開辟道路；
4）尚需完善連續介質理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結構模型，并借助計算機模擬對材料性能進行理論預測，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結構簡單，還不具有較多的實用價值;
6)成本高。
5.2 FGM制備技術總的研究趨勢[13、15、19-20]
1）開發的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術；
2）開發大尺寸和復雜形狀的FGM制備技術；
3）開發更精確控制梯度組成的制備技術（高性能材料復合技術）；
4）深入研究各種先進的制備工藝機理，特別是其中的光、電、磁特性。
5.3 對FGM的性能評價進行研究[2、13]
有必要從以下5個方面進行研究：
1）熱穩定性，即在溫度梯度下成分分布隨 時間變化關系問題；
2）熱絕緣性能；
3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；
4）抗極端環境變化能力；
5）其他性能評價，如熱電性能、壓電性能、光學性能和磁學性能等
6 結束語
FGM 的出現標志著現代材料的設計思想進入了高性能新型材料的開發階段[8]。FGM的研究和開發應用已成為當前材料科學的前沿課題。目前正在向多學科交叉，多產業結合，國際化合作的方向發展。
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關鍵詞：環境工程；工程實踐；創新能力；研究生；教學體系
2014年6月，在中國科學院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會開幕會上發表重要講話，強調“堅定不移創新創新再創新，加快創新型國家建設步伐”，肯定并再次強調了創新在科技發展方向中的重要性。大學研究生院作為我國現行教育體制中最高層次的教育學院，是我國專業創新人才培養的搖籃，支撐著國家創新體系的建設。因此，為培養具備寬厚的科學素質、扎實的工程素養、良好的道德品質、優秀的創新能力和事業寬廣的高素質拔尖人才，必須將研究生工程實踐和創新能力培養作為教育的首要目標。近年來，我國環保事業正蓬勃興起并逐漸成為一個巨大的新興產業，社會急需大量具有工程實踐和創新能力，能快速擔當起環境污染治理重任并能隨污染情況變化和環保要求提高不斷研發新技術、新工藝的應用型專業人才，而環境工程專業創新能力的形成和發展必須以工程實踐活動為基礎。因此，實踐教學對培養本專業學生的實踐能力和創新能力有著理論教學不可替代的特殊作用，是創新人才及卓越工程師教育培養過程中貫穿始終的、不可或缺的重要組成部分[1]。科學合理的環境工程專業實踐教學體系不僅要向學生傳授科學知識，培養動手能力并強化實踐技能，還應該積極拓展實習載體、開闊學生視野并加強產學研工程實踐轉化，引導學生掌握科學的思維方式，提高分析問題和解決問題的能力并強化培養學生的工程實踐和創新能力[2]。
一、環境工程專業研究生實踐教學體系的構建目標和原則
中國地質大學（北京）環境工程專業研究生培養實踐教學體系的構建必須緊緊圍繞人才培養方案和專業人才培養目標進行，以培養學生專業素質、工程能力和創新能力，全面提高環境工程專業教學質量為出發點，結合學校的人才培養特色，通過學生自主設計和研究活動，學會科學研究的方法，建立科研創新概念，在實踐中全面提升研究生的專業素質、工程能力和解決新問題、改善僵化學習思路的創新能力。環境工程專業研究生實踐教學體系一般包括實踐教學內容體系、實踐教學的考核評價體系、實踐教學保障體系和實踐教學基地體系等要素，各要素相對獨立又相互統一，綜合實現研究生工程實踐和創新能力培養的功能。因此，我校環境工程實踐教學體系的建立需要遵循以下幾個基本原則[3]：
（1）整體性原則。實踐教學體系是一個相對獨立又統一的有機整體，每個體系相互關聯又具有層次化和模塊化特點。每個實踐環節層次分明、逐步遞進，具有明確的要求和保障措施以確保整個實踐教學體系的完整性。
（2）應用性原則。應用反映在社會崗位對環境工程專業人才的需求上，是我校研究生專業人才培養的目的，以應用為主旨和特征構建環境工程專業實踐教學體系是實現應用型人才培養目標的前提。因此，緊緊圍繞社會崗位需要的各項技術能力—設計能力、施工能力、研究能力和創新能力等，構筑實踐教學體系的內容和考核指標。
（3）特色性原則。實踐教學形式和環節多樣，各有特色，其中包括實驗、實習、畢業設計和企業實踐等。我校環境工程專業研究生實踐及教學體系的構建應該確立“素質教育為核心，技術應用能力培養為主線，創新能力培養為關鍵，產學研結合為途徑”的特色，充分考慮環境工程專業依托的行業特色以及區域的經濟發展水平，選擇合適的實踐教學基地并創建科學合理的保障體系。
（4）產學研結合原則。本實踐教學體系的創建目標是為社會培養高素質的環境工程專業創新人才，產學研結合是實現此目標的必要手段。通過產學研結合，共同研究培養方案，制定培養計劃，實施培養過程，以滿足社會工作崗位的需求。
二、環境工程專業研究生實踐教學體系的構建
根據上述研究生實踐教學體系的構建目標和原則，結合我校環境工程專業研究生教學實踐特點，建立了一套包括實踐教學的內容體系、考核評價體系、保障體系和創新實踐體系四要素的研究生實踐教學體系。
1.實踐教學內容體系
實踐教學內容體系是指培養研究生教學環節所呈現出來的具體教學內容，是整個環境工程專業研究生培養的核心內容。教學內容應以學生綜合素養、應用知識與創新能力的提高為目標，著重突出專業實踐類課程和工程實踐類課程，教學內容要強調理論性與應用性課程的有機結合[4]。針對傳統實驗教學依附于理論課體系的橫向模式，超越單門實驗課程的范圍，建立教學課程之間的系統聯系，精選實驗項目，統籌實驗內容，使基礎性、理論性、設計性和綜合性各類實驗項目合理配置，建立符合環境工程專業人才培養特色的一體化多層次的實踐教學內容體系[5]。該內容體系主要分為兩個層面，即：
（1）基礎實驗教學。鑒于我校研究生生源多數來自外校，實驗能力參差不齊，因此應增設旨在培養研究生實驗室動手能力的基礎實驗教學課程。為不同研究方向研究生增設“環境微生物實驗”、“水污染控制工程實驗”、“水化學分析實驗”、“大氣污染控制實驗”、“固體廢物處理處置實驗”和“環境監測實驗”等選修實驗課程內容，重點培養學生的基礎實驗技能和專業興趣。
（2）創新實踐活動。該層次是為了培養我校環境工程專業研究生的科研能力、工程能力、創新能力和綜合能力開展的教學實驗內容。在學生了解相關專業課程背景及學術概念基礎上，鼓勵學生根據興趣學科方向查閱和總結文獻，依托我校研究生院、科技處、水資源與環境學院以及科研公共服務體系，進行自主創新實踐活動、參加指導教師的科研項目或申報學校的科技扶持獎勵與科研競賽等。鼓勵學生發表高水平科技論文、參加國內外學術會議、依托產學研基地轉化科研成果等，積極培養學生的科學精神、創新意識和創業能力[6]。
2.實踐教學考核評價體系
實踐教學考核評價體系是整個體系的反饋機制，我校環境工程研究生教育培養實踐教學考核評價體系的實施主體由研究生院和直屬院系承擔。實踐教學考核評價體系分別針對獨立的實踐環節制訂了不同的考核評價標準，主要包括以下幾個方面：
（1）實驗教學考核評價。這一部分評價標準主要針對基礎理論實驗教學課程。評價重點主要在學生掌握基礎理論和實驗手段的內容、方法和效果上，強調實驗課程的設計是否合理，實驗目標是否明確具體，學生動手操作能力是否得以培養等。
（2）畢業設計考核評價。我校環境工程專業研究生培養設計類主要體現在畢業設計上，選題上傾向于培養學生解決實際工程問題的能力，允許學生進入企業進行工程實踐。設計內容的設置，有利于促進學生綜合利用所學知識，對實際工程問題進行深入研究，通過工藝參數選取、構筑物計算、設備選型、經濟概算等環節，逐步建立工程意識。因此，考核評價的重點主要集中于選題的難易程度、與工程實際結合的緊密度、設計完成情況和答辯準備情況等幾方面。
3.實踐教學保障體系
實踐教學保障體系是整個體系正常運行的前提，主要包括實驗、實踐教學師資隊伍和實驗、實踐運行管理兩方面內容：
（1）實驗、實踐教學師資隊伍建設。環境工程專業涵蓋化學、工程、材料等不同學科領域，研究內容需要交叉學科協助。因此，研究生需要更多維的思維方式和廣闊的學術視野。此前，我校一直采用的是“一對一”的研究生培養模式，這種模式易導致研究生思維局限、學術視野狹窄等問題。因此，我校可以改革這種研究生培養模式，試行導師團隊模式（涵蓋實驗、科研、工程技術各具專長的教師團隊），引入交叉學科老師進入指導團隊，實行主副導師工作制度。這種指導方式更加利于研究生創新及工程能力的培養[7]。
（2）實驗、實踐運行管理。良好的實驗、實踐教學管理可以保障高水平的實踐教學質量。我校現有水資源與環境工程北京市重點實驗室，包括水分析實驗室、環境化學實驗室、水力學實驗室、地下水物理模擬實驗室、水處理實驗室、環境微生物實驗室、環境數值模擬實驗室、巖土環境工程實驗室、包氣帶水分運移實驗室和地下水循環實驗室等。每個實驗室配有切實可行的實驗教學管理規章制度，涵蓋設備管理、教師管理、學生管理、實驗管理、項目管理和安全管理等各方面內容。實驗室運行采用開放式管理模式，包括定時開放和預約開放。定時開放主要根據實踐課程實驗的教學計劃和任課教師的教學安排確定；預約開放則針對本專業科研教師和研究生的具體要求（科研、培訓、項目、競賽和創業計劃等）安排確定[6]。
4.實踐教學創新實踐體系
研究生創新教育培養之根源在于實踐，有了創新性意識和思維，才能通過研究手段取得創新性研究成果。因此，通過構筑創新基地和平臺，為研究生提供廣闊的校內外實踐場所，提供創新思維轉化的媒介，達到環境工程專業研究生工程實踐和創新能力的培養[8]。
（1）校內專業教學實踐。我校環境工程專業下屬實驗室開放給研究生，鼓勵學生在導師團隊指導下進行自主實驗，學校研究生院積極組織學生參與各類科技創新活動，資助具有自主知識產權的科研項目、創業計劃和成果轉化。在此過程中注重引導培養學生的科研意識、創新思維和能力，尊重學生個性和興趣，充分發揮研究生的潛能。
（2）校外創新拓展實踐。加強專業實踐環節的組織和團隊指導，積極與協作單位共建常設的校外實踐訓練基地，鼓勵研究生在校外創新拓展實踐基地實習。校外創新拓展實踐基地的指導團隊以合作單位設計部、工程部、環評部的工程技術人員為主，校內專業教師配合協作，學生在工程師的指導下承擔實際工程項目的設計、施工、管理和環境評價，使學生真正接觸工程項目的技術核心，通過實戰鍛煉掌握工程實施和工藝創新的技能。在此基礎上，通過推動產學研合作，將科研成果轉化，直接有效地服務于社會。
三、結束語
在全社會關注研究生教學質量的今天，各高校都在開展硬件設施升級、課程改革、教材建設和人才引進等工作。同樣，近年來實踐教學的重要性也得到了前所未有的重視。對于我校環境工程專業的研究生培養來說，實踐教學的改革應該著眼于工程實踐和創新能力的培養。根據我校環境工程專業辦學特色與社會崗位需求構建自身培養特色的研究生實踐教學體系，對從根本上提高實踐教學質量，提高研究生工程實踐能力和創新能力具有重要作用。
參考文獻：
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關鍵詞：協同創新 合作者有機構成 協同 組織原則
2011年同志在清華大學建校100周年大會上提出，高校在“積極提升原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新能力”的同時要“積極推動協同創新”。其中“協同創新”這一提法對我國創新能力的提高、“建設創新型國家”具有重要的戰略指導意義。協同創新，其核心目標是創新，推動創新的途徑是協同，因此這個概念應當被劃分到科學學或管理學范疇中，而且目前從這兩個角度對它的闡述已經較多。但協同創新同時也和作為社會生活基礎的經濟息息相關，本文試圖從經濟學的角度對協同創新的含義進行闡釋。
核心目標—經濟學意義上的創新
創新一詞《辭海》中的解釋是：創立或創造新的；首先的。這個解讀從哲學一般的層面解釋了創新的含義。從相對具體的層面來看，創新應該還包含另一層意思，即創造出的新事物得到廣泛使用從而體現出其存在價值。在現代社會中，經濟活動可以使新創造出的事物得到廣泛的應用并體現其價值，于是創新的概念也被應用到經濟學領域。
經濟學中，創新的概念起源于美國經濟學家熊彼特的著作《經濟發展理論》。熊彼特（1990）提出：“生產意味著把我們所能支配的原材料和力量組合起來……我們所說的發展，可以定義為執行新的組合。這個概念包括下列五種情況：一是采用一種新的產品……；二是采用一種新的生產方法……；三是開辟一個新的市場……；四是掠取或控制原材料或半制成品的一種新的供應來源……；五是實現任何一種工業的新的組織”。其中，熊彼特認為這種被引入“經濟生活的循環流轉”中“新組合”的作用是“革命性”的，即熊彼特意義上的創新。熊彼特意義上的創新是一個經濟學的范疇，是指經濟上執行某種“新”的東西，并不能等同于創造，只有當新的創造被應用于經濟活動時，才能成為“創新”。
英國著名經濟學家克里斯·弗里曼則把創新對象基本上限定為規范化的重要創新。他在1973年發表的《工業創新中的成功與失敗研究》中提出：“技術創新是技術的、工藝的和商業化的全過程，其導致新產品的市場實現和新技術工藝與裝備的商業化應用”。
無論是熊彼特，還是弗里曼，他們從經濟學的視角出發，對于創新的認識有一個共同點，即發明創造導致的新的要素組合應用于經濟活動中，并在其中體現自身的價值，這種觀點即是經濟學意義上創新的含義。不能與經濟生活廣泛結合的創造發明很顯然沒有太大意義。因此筆者認為，“協同創新”中的“創新”實則是可以推動經濟發展的經濟學意義上的創新，即“把一種‘新組合’引入生產體系”。在下文中，筆者論及到的創新也都是經濟學意義上的創新。
在這種對創新的規定中，隱藏著一個含義：得以在經濟中“被執行”的創新解決了經濟生活中的實際問題。從實證的角度來看，創新也多發生于提出問題后解決問題的方案中。因此筆者認為，經濟學意義上創新的一個重要特征是解決實際經濟問題，而問題的提出是創新出現的前提。
從“解決問題”這個含義出發，就引出了“創新從何而來”的問題，即推動創新及提高創新能力的機制是什么。具體到本文，則是要解釋協同如何促進創新的產生和創新能力的提高。
協同的基礎—協作和協調
隨著人類勞動生產力的提高，人類在勞動中的分工合作越發精細。勞動生產能力的提高過程，也是勞動生產中各要素和工序從簡單到復雜組合的過程。其中，要素的組合方式是生產和創新發生的基礎，是由要素所有者的合作和組織機制所決定的。因此，要素所有者的組織機制是創新發生的必要條件，本文將其規定為合作者有機構成，即由生產勞動中要素的組合方式反映出在生產過程中要素所有者的合作、組織機制。作為必要條件，這種機制也會對創新產生反作用，從創新對其的需求來看，合作者有機構成與之適應會推動創新發生，反之則會阻礙創新，于是會產生對合作者有機構成產生演化到與之適應機制的需求。
合作者有機構成是一個描述要素所有者之間關系的概念，屬于生產關系的范疇。關于生產力和生產關系，馬克思曾指出：“人們在自己生活的社會生產中一定的、必然的、不以他們本身意志為轉移的關系，即與他們當時的物質生產力發展程度相適合的生產關系”，因此生產力發展水平對合作者有機構成的演變構成限制與決定關系。因為合作者有機構成是通過要素的組合方式反映出來的，所以本文從要素的組合方式出發，將合作者有機構成依據其發展變化過程劃分為三種形式：協作、協調、協同。
（一）協作——簡單分工
人類最初的勞動就不是一個單獨的過程，而是可以分成很多部分來完成的。當涉及較大規模的工程時，往往需要將整個勞動過程分為相對獨立的許多步驟來由不同的人專門完成——即分工，全部勞動過程的完成則需要將這些不同的任務或勞動再集合起來，處于不同分工位次的人在這個過程中就構成了合作關系。
關于協作的論述，最早可以追溯到古希臘，亞里士多德在他的《政治學》中提出：“勞動者的注意力專注于工作、而不是分解工作時，各種工作便可做得更好”；協作可以實現“整體當然高于部分”。另一個希臘人色諾芬調查了當時的生產活動，論述了分工協作的概念及其優越性（潘開靈、白烈湖，2006）。
到了工場手工業時期和工業生產的初期，此時仍相對簡單的分工與協作在勞動生產力的發展中起到了尤為重要的作用。亞當·斯密對分工協作給予高度評價：“勞動生產力上最大的增進，以及運用勞動時所表現得更大的熟練、技巧和判斷力，似乎都是分工的結果”。而馬克思在《資本論》中這樣敘述協作：“許多人在同一生產過程中，或在不同的但互相聯系的生產過程中，有計劃地一起協同勞動，這種勞動形式叫做協作”。馬克思認為協作一方面縮短了各工序之間的距離和時間提高了勞動效率，另一方面則是創造了一種生產力：“結合勞動的效果要么是單個人勞動根本不可能達到的，要么只能在長得多的時間內，或者只能在長得多的時間內，或者只能在很小的規模上達到。這里的問題不僅是通過協作提高了個人生產力，而且是創造了一種生產力，這種生產力本身必然是集體力”。
在這個時期，大機器生產剛開始使用，產品工序的劃分相對而言還不復雜，代表性創新項目如飛梭、珍妮紡紗機、蒸汽機等的出現也大多對應著相對簡單的分工；同時由于工業化生產處于起步階段，勞動生產力提高帶來的產量大幅上升還遠未達到市場的極限，基本上處于是薩伊所說的“生產創造需求”的階段，企業利潤空間很大，企業家要做的最重要的事是圍繞產品的分工解決好協作問題。在此階段，社會生產要素組合及要素所有者的組織主要由手工業及初級工業生產的工序分工決定，日益細化但仍相對簡單的分工是其最重要的特征，因此本文將從協作出現到此時期規定為合作者有機構成的第一種形式——協作。
（二）協調——連接、聯合、調和
隨著勞動生產能力的進一步提升，產品越發豐富，工業體系、大城市逐漸成形，使得勞動生產中的組合要素越來越多，新技術以及隨之而來的新生產組合不斷產生；與此同時，社會生產的聚集、無計劃也開始導致其產品的需求出現瓶頸，生產過剩的經濟危機周期性爆發……與工業化的初期不同，工廠、資本的聚集造成市場的飽和使得利潤率無法和從前相比。
面對市場出現的新情況，企業家開始將市場的消費能力作為一個重要問題進行評估，以實現其合理和有效的經營，同時工廠的所有者需要對工廠中日漸復雜的要素進行更好的搭配和組合以實現更高的效率。不同于協作機制，合作者有機構成演化到由管理者主動調節、調整的新形式—協調。此階段的特征更多地表現在企業管理中，體現了在企業生產經營中管理者的理性和計劃性。
協調的前提首先是管理者面對市場的需求制定合理的生產經營目標，主要特征是在集合個別勞動要素的基礎上，進一步考慮這些勞動要素在時間和數量上的配合，從而實現資源和效率的最大化。
關于協調，法國管理學家法約爾最早在論述企業的管理職能時提出這一概念，他認為“協調就是指連接、聯合、調和所有活動及力量”，即協調是指企業的一切工作都要和諧地配合，以便于企業經營順利進行。他依據企業部門形成的本位主義缺陷，第一次鮮明地提出了協調的機制。在他看來，協調是一種平衡行動，使設備適合于實現生產目標以及確保銷售和生產之間的協調一致。
美國管理學家盧瑟·古利克則把管理職能的理論加以系統化，提出了計劃、組織、人事、指揮、協調、報告和預算的“七職能論”。他認為協調就是為了使企業各部門之間工作和諧、步調一致、共同實現企業目標的職能。
在此階段，企業的生產管理中的均衡生產、流水生產線的組織配合、準時生產體現了要素所有者組織方式“連接、聯合、調和”的主要特征；與協作為主的階段相比，其代表性的創新項目如電機、內燃機、汽車、螺旋槳飛機等已經復雜了許多。依據其管理所呈現出的特征，筆者將這種企業內協調的機制規定為合作者有機構成第二種形式——協調。
隨著勞動生產力水平的不斷提高，要素所有者的組織經歷了協作、協調兩種形式。但通過上文的介紹可以看到，這兩個階段的要素所有者的組織、合作主要是在企業內部，但隨著生產的進一步演變，這種組織機制開始打破企業的界限，演化形成新的形式——協同。
協同—有序、均衡
勞動生產力的繼續發展，使得企業內部的協調漸漸不能滿足生產、創新的需求，新的要素所有者組織機制逐漸被孕育出來，對于這一趨勢的描述和概括，最初來自于物理學。
德國物理學家，協同學的創始人哈肯1971年發表了《協同學：一門協作的科學》一文，引入了協同學及協同的概念。協同學主要研究遠離平衡態的開放系統在于外界有物質或能量交換的情況下，通過內部協同作用，自發地出現有序結構的理論。協同效應則是指開放系統中大量子系統相互作用而產生的整體效應。對于開放的系統，當外來能量的作用下或特質的聚集態達到某種臨界值時，子系統之間產生相互作用，這種協同作用能使系統發生質變，即從無序變為有序，從混沌中產生某種穩定結構（哈肯，2005）。
協同學和協同效應不只可以應用于物理學和自然界，同時也在一定程度上反映著社會不斷發展與演化的機制。協同效應所描述的有序狀態是一種具有穩定結構的狀態，這種狀態用經濟學的語言可以視為一種“均衡”狀態。在經濟學中，均衡意味著系統處于一種相對最優的狀態—只有相對最優的組合，才是均衡、有序的。因此筆者認為，經濟學意義上的協同即是一種大系統中的要素相互作用而實現均衡的狀態。協同效應在經濟中的表現則是大系統中可以無限制運動、結合的要素在新能量（技術、資金等）的作用下發生相互作用，趨向于有序狀態。經濟中的協同效應也體現出了協同的重要特征—開放性，這一特征則與當代的創新模式相符合。
美國的Chesbrough教授在2003年通過對現代創新項目的觀察和研究后，提出了開放式創新模式，意指一個組織可以從其外部和內部同時獲得有價值的創意和優秀的人力資源，運用外部和內部的研發優勢在外部或內部實現研發成果商業化，并在使用自己與他人的知識產權過程中獲利。上文曾介紹，在合作者有機構成的協作、協同階段，要素所有者的組織合作局限在企業內部，到了協同階段，要素的無限組合趨勢則使創新體現出了跨越企業邊界、學科邊界的開放性特征。
從科技創新、生產力發展的角度來看，開放性的協同機制出現是必然的。當今的時代是一個 “大科學時代”，意指現代科學技術研究日益需要眾多研究者的合作，一個項目所需的人員、資金、設備越來越多，相應地就更需要高度的組織協調能力和大規模資金支持，二戰前曾經是科研主流的靠一個人或者幾個人的小組就能得到重要成果的可能性越來越低（賈晉京，2012）。從要素的組合來看，如果沒有跨越企業邊界的協同組合，則很難滿足“大科學時代”對于產品生產和科技創新的要求。以蘋果公司的IPHONE手機為例，它匯集了1000余項專利技術，如此多的專利技術顯然無法由一家公司來完成，蘋果公司則是通過相關企業和科研機構的要素及要素所有者突破企業界限的組合完成了這個技術匯集的過程。
同樣，“大科學時代”的創新成果往往是跨學科的成果。一項關于諾貝爾獎的統計數據很好地說明了這一點。20世紀的諾貝爾獎中，超過40%的發現是在多學科的交叉領域，尤其在20世紀最后25年，自然科學領域的諾貝爾獎中接近半數都授予了在交叉學科領域作出貢獻的科學家。由此也可以簡單預見，隨著科技的發展，會有更多創新成果出現在學科交融的空白地帶，創新本身對于開放的協同機制的需求日益強烈。
從經濟學的微觀意義上看，協同機制的出現則是因為它可以為要素所有者帶來更多的利潤和利益：協同機制的出現使得要素可以突破企業的界限實現優化的組合，催生出更多熊彼特意義上的創新，可以為要素所有者帶來額外的高額的利潤，這部分利潤也被稱作“合作剩余”。合作剩余的出現在創新本身的要求之外又為促進創新的協同機制的形成提供了額外的動力，也使得協同體現出了不同于協作協調的新特性：協作與協調機制下的企業屬于“外組織”，而協同機制下的企業則與市場中其他企業、單位的優化組合而體現出“自組織”的特性。在協同的自組織中，企業以及與之進行組合、聯合的單位形成一種共生的關系，即進行組合的各方互相提供有利于生存和發展的互助關系。共生關系一方面是協同的狀態形成的結果；另一方面，共生關系因其形成使各方獲得的益處，也反過來成為推動協同進一步深化的動力，促進協同這一穩定狀態的形成。從微觀意義上看，協同是某企業突破自身的限制，在與自身相適應的環境中去尋找有效的資源和要素以使用新技術、實現新的組合；從宏觀來看，則是市場中的單位，以技術、資金、信息等要素進行優化組合的一種趨勢。盡管此前在大型跨行業的壟斷組織中也可以實現這種優化組合，不同于協同的是其僅限于壟斷組織內，仍屬于協調的范疇，且并非整個經濟系統的常態。
根據科斯的交易費用理論，組織（企業）的存在即是為了節省交易費用。著名制度經濟學家威廉森則認為交易費用可以區分為：搜尋成本、信息成本、議價成本、決策成本。從這層意義上看，協同的必然產生，也在于可以降低交易費用。子系統企業之間的相互作用，企業中的要素實現跨邊界組合意味著形成新的組織，首先可以節省搜尋成本，其中的子系統不再需要為了新的同類交易尋找新的交易對象；其次由于雙方或多方的共生可以大大節省信息成本；再次，由于新組織的形成，決策變得更加集中。可見，從新古典制度經濟學——交易費用的視角，也可以發現從協作發展到協同的必然趨勢。
從協作協調發展至協同，各個方面的原因起了重要的推動作用：一是經濟發展使得各類企業不斷聚集以及城市規模市場不斷擴大，為經濟活動中要素所有者的要素間聯系的增加與深入提供了條件；二是隨著經濟活動中組合的增加導致的要素增加，企業類型愈發豐富，企業間的聯系方式日益豐富；三是生產實踐的豐富和聚集，應用的需求不斷增加，對科技創新不斷提出更高的要求，成為加速這一過程的重要動力；四是信息技術的發展，推動了協同的產生和加速。其中尤其值得一提的就是信息技術的發展，互聯網的產生使得信息得以幾乎無限高的速度流動和傳播，資金在全球范圍的快速流動也成為可能，同時任何一家企業面對的環境幾乎突破了時間和空間的限制實現了最大化。
綜合上文的簡要分析，可以看出協同不是簡單意義上的合作，相比協作與協調，它所對應的范圍更廣闊。協同機制下，整個經濟系統中要素跨越子系統邊界的組合，使整個系統趨向于有序、均衡。因此本文將要素組合所體現出的要素所有者突破企業邊界的合作、組織而實現要素的優化組合的機制規定為協同，即合作者有機構成的第三種形式。
協同創新及組織運行構想
最早提出協同創新（Collaborative Innovation）這一概念的是彼得·葛洛，他規定協同創新即“由自我激勵的人員所組成的網絡小組形成集體愿景，借助網絡交流思路、信息及工作狀況，合作實現共同的目標”。葛洛的規定形象地描述了協同創新“協同”的特征以及具有時代特征的交流方式，在概念的創建上具有開創性意義，但此概念規定停留在對現象的歸納、比較上，并未就協同、創新兩個概念進行分析、綜合進而抽象出明晰的概念規定。
基于上文對于創新與協同的解析，本文對協同創新的內涵從經濟學角度進行如下規定：通過協同機制來組織、整合要素所有者使得要素得以優化、有效組合，進而促進經濟學意義的創新來推動經濟發展。
“協同創新”的提出，是在充分認識現代科技和經濟發展趨勢基礎上，針對我國“提升創新能力，建設創新型國家”的目標做出的戰略性指導性原則，對我國自主創新能力的提高具有重要的戰略指導意義。我國的創新能力在幾十年積累的基礎上有著顯著的提高，但仍存在“瓶頸”。協同創新的提出則是針對的是當前較為關鍵的問題——科技資源的分散和封閉導致的創新能力遇到瓶頸。葉仕滿（2012）提出：科技資源的分散性導致科技生產的封閉性，中國的科研領域患上“自閉癥”，小作坊生產的觀念嚴重阻礙了科研創新。結合存在的問題以及上文對協同創新的解析與闡釋，本文對協同創新的運行組織提出如下構想：
（一）以需求為導向并以解決實際問題為目標
在我國現有的科技創新合作實踐中，校企合作是一個重要的部分。但長期以來，這種合作機制對于創新的推動作用還不夠顯著。國內學者蔡寧等研究了1985-2005年20年發明專利申請量居前列的高校科研成果實際轉化率還不到10%，兩者數據反差明顯。而美國硅谷、英國劍橋工業園區、德國巴登-符騰堡、臺灣新竹工業園區、日本的筑波科學城等通過高校成功推動區域產業發展的案例表明，構建高校與區域產業之間合理的內在關系是成功推動區域經濟發展的重要因素（蔡寧等，2010）。
制約這種合作獲得理想效果的一個重要原因，便是合作中以高校而不是市場或現實生活中的實際需求為主。但是由于高校是多數合作中的主體，這種合作的核心目的與經濟學意義上的創新往往是有所偏差的。
賈晉京提出：從過程角度來看，任何創新都是一個“誰來提出問題 誰來解決問題，靠什么資源，以什么方法 解決方案如何推廣”的序貫過程。其中，“誰來提出問題”環節的核心是如何把某種社會需求具體化為可供研發體系去研究的問題；“誰來解決問題，靠什么資源，以什么方法”涉及到復雜的研究部門體系、研究支持體系等，具體來說其中的主體包括大學、研究所、實驗室的組織運作以及科研政策體系等；“解決方案如何推廣”則與工業體系、商業體系的運作結構有關，最終是個社會結構與社會過程問題（賈晉京，2012）。從現實角度看，我國近些年來的專利申請數量之所以大幅增加并位于世界的前列，制造業的發達與一直在第一線解決實際問題有著密不可分的關系。
因此，要提高我國創新能力，并以此推動產業升級、提高國內企業在國際分工中的地位，需要從經濟生活第一線中的問題出發，在協同創新指導下的科研和生產實踐中，以市場實際需求為導向，以解決經濟生活中的實際問題為目標。
（二）形成相對緊密的、產權明晰的協同創新組織
現代制度經濟學則認為企業（組織）中的契約是非完全契約，因此存在著的行政管理和命令使得企業內部的交易可以節省相當數量的交易費用。
協同是要素突破原有子系統形成新組織的一種均衡。因此協同機制要求要素所有者形成一個相對緊密的組織，從而節省契約的形成帶來的交易費用。在我國現有的校企創新合作實踐中，多是就某個單一或某系列簡單項目的合作，從制度經濟學的角度分析，屬于完全契約組織，交易費用很高，不大可能出現合作緊密的協同創新組織。如上文所說，當代的創新需要大量要素所有者合作完成，這樣的組織必然將要面對復雜市場環境、龐雜的信息、更多和更重要的決策，松散的、完全契約的創新組織必然會面對高昂的交易費用，因此需要大量的要素所有者以協同機制組織起來。要保證這種組織的存在及發展，建立相對緊密的、不完全契約的協同創新組織是尤為必要的。當然，相對緊密的組織的實現不會一蹴而就，需要在實踐中不斷深化地溝通、交流。
新古典制度經濟學認為，要素所有者合作的目的是合作剩余，和現實中企業的目的相符合。但在理論中，合作剩余的分配是西方經濟學和經濟學爭議的一個焦點；在現實中，合作剩余的分配往往引起諸多利益方面爭議矛盾，導致合作不能持續下去，這種情況屢見不鮮。在協同創新中，熊彼特意義上的創新出現，一定會帶來相當數量的合作剩余。對于合作剩余的分割，是合作雙方關系以及合作能否持久、深入地繼續下去的關鍵。要解決這個問題，需要對產權進行嚴格、清晰的規定，實現外部性的內部化，才能使得協同創新組織中的合作不斷深化和優化。
（三）有效發揮政府作用
上文曾指出，“大科學時代”的創新需要眾多要素所有者和研究者的合作，單個項目所需的大量的人員、資金、設備，因此就更需要高度的組織協調能力和大規模資金支持。二戰中及二戰后，美國在政府的組織計劃下進行協同科研、生產，結果導致了創新成果井噴，至今仍在多數領域處于領先地位。認識到協同機制對創新的重要作用后，發達國家也紛紛通過立法來保護協同機制下企業之間的深入合作，1984年美國國會通過了《國家合作研究法》，將協同創新作為一項國策加以推進；日本政府則在1961年制定了《工礦業技術研究組合法》，該法規定只要被認定為“技術研究組合”，就可以被視作非營利性的特殊法人，并享受若干稅制優惠（劉悅倫、沈奎，2009）。相反，也有一些國家的政府由于沒有發揮應有作用，導致了創新步伐減緩。例如，孕育第一次工業革命的英國，在后來的發展中因為沒有高層次的組織、計劃，不能實現大規模的機構協同，在需要更大規模和組織程度更高的教育及研發體系的電氣化和化學工程成為主要創新產業的時候，變得難以跟上時代的腳步，在很多科研領域中的地位一再滑落。
我國是有中國特色的社會主義國家，在現有體制下，可以發揮政府在一些行業中的計劃、組織作用，將我國擁有的“集中力量辦大事”、社會組織動員能力強的社會主義制度優勢轉化為全社會協同創新的機制優勢。協同創新組織在協同創新指導下的實踐中，需要相關政府部門充分發揮應有的組織、協調、計劃的功能，為與創新相關的要素所有者之間深度合作提供強大的助力。
政府在協同創新中的作用主要體現在三個方面：首先，從全局的角度，針對最為需要的創新項目制定發展戰略，并以此為導向組織相關企業、高校、科研單位形成協同創新組織；其次，不同單位在尋找合作伙伴的過程中較難獲得有效的信息，而政府可以利用其信息優勢為創新項目相關單位提供企業合作信息便利；再次，政府可以為協同創新組織提供相應法規及政策支持，一方面解決外部性的內部化難題，另一方面為協同創新組織的形成提供優惠政策。
（四）創建科技信息服務中介
近年來我國科技成果的轉化率較低，很大一部分原因在于要素所有者之間缺乏溝通的渠道，造成科研、生產單位尋找適合的合作對象的信息成本偏高，創新組織的形成較為困難。因此在此領域中，對科技信息的需求越來越強。但目前我國科技服務中介缺乏，往往高校的科技成果找不到買家，而企業單位也找不到高質量的科技成果進行投資，大大限制了校企、校校、企企之間的深入、廣泛合作。基于此種情況，可以借鑒美國斯坦福OTL的工作模式，在具備相應條件的高校設立技術轉移中心。另外，也可以由我國主管教育、科技和經濟產業的部門進行跨部門的合作，聯合成立政府主導性的技術服務中心。通過各類科技服務中心的創建來加大相關單位間溝通的機會，讓信息更加傳遞暢通，從而增加協同創新組織進行合作的可能性。
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