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從*年以來,在市委、市政府的大力支持和幫助下,她創(chuàng)建了**市青青園農業(yè)科技發(fā)展有限責任公司;組織農戶成立金田特菜合作社、**市特種蔬菜專業(yè)技術協(xié)會;注冊了“青青園“商標;配送中心把新鮮特菜長年遠銷到**、**、**等全國大中型城市;番杏、香芹、水果玉米、草莓等基地已成熟穩(wěn)定地帶動周邊近200多個農戶種植大棚特色菜300余畝,使他們人均年純收入達到4500元,戶均收入1.8萬元;每年引進、推廣新品種,定期進行新品種技術培訓,按采收季節(jié)評比種植狀元與采收技能標兵,實現(xiàn)農戶種植效益與個人價值最大化。其注冊商標被評為“**省十佳農產品品牌”、“**省著名商標”、公司、協(xié)會被評為“**省民營科技企業(yè)”、“**省農村科技服務體系建設先進服務機構”、“**省百強農村專業(yè)技術協(xié)會”、“**農科110服務站”、“**市綠色農業(yè)科技開發(fā)示范基地”、“**市十佳科普示范基地”。
理想在大地上實踐
**是一個一直想做城里人的農村姑娘,從金融中專學校畢業(yè)后,進入農行**市郊區(qū)支行工作。短短的兩年時間從一個對業(yè)務知識一竅不通的打字員而一躍成為單位的業(yè)務骨干——會計員。然而,好景不長,國有銀行商業(yè)化的改革浪潮將臨時工的她第一個被壓縮回家。情緒低落的她隨丈夫回到了丈夫的家鄉(xiāng)——**市史坊村。
她是從農村出來的,現(xiàn)在又回到農村,沒有覺得命運對自己不公。她說:“三百六十行,行行出狀元,就是當農民也要當出個樣子來。”
從此,她踏上自主創(chuàng)業(yè)艱辛之路。通過對市場調查了解到特色菜具有價格良好,營養(yǎng)價值高的特點,受人們歡迎,市場需求大并具備觀光價值,于是她選擇具有廣闊前景的特色蔬菜種植業(yè)開始自己的創(chuàng)業(yè)之路,承包了村里30多畝土地,找親戚朋友籌了20萬元錢,又在銀行貸了50萬元,建起了蔬菜大棚。水靈靈的櫻桃蘿卜長起來了,嬌滴滴的法國香芹長出來了,年輕的她覺得很欣慰。然而由于選錯了消費群體的時候,一車車櫻桃蘿卜、香芹無緣進入消費者口中就爛掉、倒掉,她再也忍不住自己的淚水,爬在愛人的肩膀上嚎啕大哭。哭完了,鬧完了,她開始重新選擇消費者群體,她種的特菜開始被一些中高收入者、大酒店、大賓館接受,銷路打開了,春節(jié)期間一茬菜收入就達18萬元。
意志在大地上勵煉
自古創(chuàng)業(yè)多艱險。2003年躊躇滿志的**又將規(guī)模擴大到了100畝,大棚增加到了13架,總投資達到80萬元,她暗暗把2003年定為自己的跨越年。然而,天有不測風云,7月6日,一場歷史上罕見的大冰雹把她的喜悅一下子打到了九霄云外。傾刻間,大棚內一片狼籍,一堵堵墻轟然坍塌。
她挺直腰桿站起來,走出去一次又一次赴清徐、長子考察學習,仔細觀察各處雨水沖刷下仍然屹立的大棚,研究它們的結構,學習它們的經(jīng)驗,總結自己的教訓。回來后在廢墟上又再次開始了自己的創(chuàng)業(yè)實踐。她下定決心,排除萬難,決心不耽誤第一茬菜上市,她跑到**、**找工程隊在正月里趕到她的蔬菜基地開工了。一架架經(jīng)過改進的大棚再次在青青園里崛起。第一茬鮮菜適時進入市場。不但挽回了自然災害帶來的損失,而且獲得純利32萬元。
科技在大地上推廣
**是一個知恩感恩、愛國守法、誠實守信、助人為樂的有志青年。她成功了,青青園不僅能為她帶來30多萬元的收益,而且通過自己的先進技術和銷售網(wǎng)絡為本村和周邊的283戶5000畝商品菜生產基地,提供強有力的種苗源頭保障、種植管理、防病治蟲及科學技術培訓、采收、保鮮、包裝、配送等一條龍服務。每年為農民增加100多萬元的收入。
她在扎根農村,依靠科技興農富民的自主創(chuàng)業(yè)中,帶動一方農民推廣先進科學技術,堅持服務“三農”和新農村建設,把科技推廣在大地上。2008年仲夏,**在送科技下鄉(xiāng)服務中得知辛安泉鎮(zhèn)澗口村20多戶種菜專業(yè)戶連年減收,她立即觀察土質查看苗情。找準原因后,她當場給大家講解了更換品種、技術革新、種名優(yōu)特菜,保增產增收的整改方案。并幫助他們引進優(yōu)質、高產、無公害的品牌特菜——苦苣,供種苗種植、管理技術培訓和產品銷售一條龍服務。經(jīng)過試種,當年見效。
摘要:本文首先介紹了機械合金化技術的概念和技術原理,并講述了機械合金化技術在材料科學與工程中的應用。并結合材料科學與工程專業(yè)課程的教學內容,探討了機械合金化技術在材料科學與工程專業(yè)的教學實踐中的研究和應用,并為合理利用機械合金化技術在材料科學與工程專業(yè)教學實踐中發(fā)揮更大的作用提出了建議和意見。
關鍵詞:機械合金化技術 材料科學與工程 教學實踐
對于材料科學與工程專業(yè)的本科生來說,到了大三和大四就要學習許多專業(yè)課程和專業(yè)選修課程。其中有些課程屬于材料合成與制備方法方面的內容。在材料合成與制備方法的課程教學中就需要涉及到材料的某些制備工藝,例如某些金屬合金的制備工藝方法。對于金屬合金的制備方法,很多教科書都詳細地講述鑄造技術、焊接技術、粉末冶金技術、金屬熔煉技術等,但也會涉及到機械合金化技術。機械合金化技術是近年來發(fā)展起來的一種制備高性能合金的新技術。這種技術主要是利用機械球磨工藝把不同種金屬粉末通過機械球磨方式通過一定時間的球磨,最終使這些金屬元素粉末通過機械球磨工藝形成金屬合金,所以最終能夠得到需要的新型金屬合金材料。由于機械合金化工藝可以在常溫下進行,不像金屬熔煉技術那樣需要較高的溫度才能熔化金屬,因此機械合金化技術更為實用,成本較低,而且材料的制備工藝簡單。所以機械合金化技術近些年來發(fā)展較快,機械合金化技術所能夠制備的金屬合金材料的范圍和種類也在不斷地擴大,所制備的材料的性能也逐漸得到提高。由于機械合金化技術制備金屬合金粉末的制備工藝簡單,成本較低,使用的金屬元素種類較多,而且可以用于實驗室進行教學實驗,所以機械合金化技術也逐漸應用到了材料科學與工程專業(yè)的課程教學與實踐教學中。采用機械合金化技術制備金屬合金粉末可以作為本科生實驗課程的教學實驗,也可以作為本科生的課程設計和畢業(yè)設計的教學內容。所以機械合金化技術將在材料科學與工程專業(yè)的教學實驗中具有非常廣泛的用途。
一、機械合金化技術的原理和應用
在機械合金化過程中,粉末受到磨球強烈的碰撞和擠壓。極平的、純凈的金屬表面在常溫下加壓可焊接在一起,這就是冷焊,也稱為壓力焊。塑性較好的金屬粉末,在磨球的碾壓、沖擊下發(fā)生形變并以十分純凈的表面彼此接近到原子作用力的距離,同樣可以冷焊在一起,形成相互交疊的層片組織,而脆性粉末或塑性粉末加工硬化變脆后,在沖擊下直接破碎,所以球磨過程因體系不同而不同。在延性的金屬-金屬混合粉末中,粉末的變化分為三個階段:顆粒粗化-破碎-粉末粒度的穩(wěn)態(tài)分布,相應的稱為初期、中期和后期。在機械合金化過程的初期,主要是冷焊過程,塑性粉末含量越多,粗化越明顯,顆粒直徑可到數(shù)毫米,同時顆粒表面也相當平滑;在機械合金化中期,冷焊和破碎交替進行,層片狀較大顆粒與細小顆粒共存,細小顆粒是從大顆粒上脫落下來的,這一階段各層內積蓄了能使原子充分擴散所需的空位、位錯等缺陷,不同組元的擴散距離也接近原子級水平,合金化過程開始。在機械合金化過程的后期,基本上只有粉末顆粒破碎的過程,顆粒粒度趨向于最小值,因此也比較均勻。延性的金屬與脆性的非金屬或化合物組成的體系,脆性組元首先發(fā)生破碎,延性組元則首先發(fā)生變形,細小的脆性粒子處于延性顆粒之間。隨后延性組元逐漸加工硬化,發(fā)生斷裂和脆性組元一樣尺寸不斷減小。
機械合金化(MA)方法(塑性-塑性混合粉末)原理是:將金屬粉末在磨球的碾壓和沖擊下發(fā)生形變,并以十分純凈的表面彼此之間接近到原子作用力的距離,實現(xiàn)冷焊,最終形成相互交疊的層片狀組織。這個過程一般要經(jīng)歷顆粒粗化、破碎、粉末粒度的穩(wěn)態(tài)分布三個階段,其中初期以冷焊過程為主,粉末明顯粗化,中間過程冷焊與破碎交替進行,層片大顆粒與細小顆粒共存,各層內積蓄了能使原子充分擴散所需要的空位和位錯等的缺陷,使不同組元的擴散距離接近于原子級水平,合金化過程開始;在后期只有破碎過程,顆粒趨向于最小。機械合金化工藝可獲得納米顆粒,能使固溶、沉淀、彌散三種強化結合于一體,從而制備出性能優(yōu)異的高溫合金。
二、機械合金化技術在材料科學專業(yè)的課程教學與實踐教學中的應用
在材料科學與工程專業(yè)的一些專業(yè)課程,例如材料合成與制備方法、納米材料、功能材料等課程都講述了機械合金化技術。例如在材料合成與制備方法這門課程中,有講述金屬合金材料的制備方法,除了傳統(tǒng)的鑄造工藝、焊接工藝、粉末冶金工藝以及金屬熔煉技術之外,重點講述機械合金化技術,因為機械合金化技術可以制備很多種金屬合金材料,而且制備工藝簡單,可以在常溫下進行。由于機械合金化技術可以在實驗室中進行,所以可以很方便開設實驗課程。在納米材料這門課程中講述了納米粉末的制備工藝,其中主要講述了機械合金化工藝。因為機械合金化工藝制備納米粉末的種類最多,涉及到很多種金屬材料以及金屬基復合材料的制備與合成等。還可以利用機械合金化技術制備復合材料,例如用機械合金化工藝球磨不同種元素粉末,使不同種金屬元素通過機械球磨工藝形成金屬合金粉末,所以通過機械球磨工藝原位合成金屬基復合材料。在功能材料這門課程中,講述利用機械合金化工藝制備納米粉末顆粒和功能材料,例如制備貯氫合金Mg-Ni合金等。或者利用機械合金化技術制備鐵磁合金材料、非晶態(tài)材料、納米功能材料等各種先進功能材料。
利用機械合金化技術可以制備具有納米尺寸量級的金屬合金粉末。采用機械合金化技術制備的金屬合金有很多種,例如采用機械合金化技術可以制備Fe-Al金屬間化合物粉末、Ni-Al金屬間化合物粉末,Ti-Al金屬間化合物粉末,以及Ni-Fe合金、Fe-Si合金、Cu-Al合金等多種金屬合金材料。以上講述的都是利用機械合金化工藝制備二元合金材料。也可以利用機械合金化技術制備三元合金、四元合金以及多種成分的金屬合金材料。例如利用機械合金化工藝制備Fe-Ni-Cr合金、Fe-Al-Ni合金,以及利用機械合金化技術制備具有多種成分的非晶態(tài)合金等。還可以利用機械合金技術制備貯氫材料,例如采用機械合金化工藝制備Mg-Ni合金等。采用機械合金化工藝制備的金屬合金材料有很多種,有些金屬合金材料的機械合金化制備工藝可以作為材料專業(yè)的教學實驗,可以為學生演示如何利用機械合金化工藝制備高性能金屬合金材料。例如采用機械合金化工藝制備Fe-Al金屬間化合物粉末材料。采用機械合金化工藝可將固溶、沉淀和彌散三種強化方式結合與一體,制備一系列具有優(yōu)異性能的高溫合金。對Fc-Al合金的機械球磨或Fe-Al元素混合粉末的機械合金化已開展了一定的研究。Fe,Al純元素混合粉末在球磨過程中,粉末受到強烈的碰撞、擠壓,冷焊和破碎的相互作用使粉末細化,并在一定階段形成金屬合金。經(jīng)過機械合金化工藝后就得到了粉末粒度極細的Fe-Al金屬間化合物粉末。同時還可以采用機械合金化技術制備Ni-Al合金粉末、Ti-Al合金粉末等。
通過機械合金化工藝可以制備多種新型的金屬合金粉末,而且成本較低,實驗過程簡單,可以作為本科生的實驗教學課程內容。例如可以開設納米材料的制備工藝的實驗課程,使本科學生通過機械合金化工藝制備多種具有納米結構的金屬合金粉末,并對所制備的金屬合金粉末進行性能表征,使學生通過實驗課程認識和了解納米材料的整個制備工藝以及表征方法。還有使學生通過機械合金化工藝制備先進的金屬功能材料,如貯氫材料、納米材料、鐵磁性材料等,通過制備工藝結合性能表征使得學生對新型功能材料有了一定的認識和了解。
通過實驗教學使學生認識和了解到機械合金化技術在材料科學與工程中的研究發(fā)展與應用,使學生加深課程教學知識內容的認識和掌握,使學生在課程學習的過程中既增加課本知識又鍛煉了實踐能力。所以在材料專業(yè)的實驗教學中應該增加一些材料制備技術的教學實驗,例如使學生利用機械合金化工藝球磨得到新型金屬合金粉末材料,并研究機械合金化工藝球磨過程對金屬合金粉末的物相組成和顯微結構的變化,使學生通過實驗課程對材料的制備和檢測方法有了較深的認識,從而為材料科學與工程專業(yè)課程的學習打下了堅實的基礎。
三、機械合金化技術在材料科學中的發(fā)展趨勢與應用
機械合金化技術由于制備工藝簡單,成本較低,材料合成溫度較低,所以被廣泛地應用到材料的合成與制備中。利用機械合金化技術可以開發(fā)新型的金屬合金材料以及復合材料等。采用機械合金化技術可以開發(fā)出很多種類型的金屬合金粉末,也可以開發(fā)金屬基復合材料等,而且現(xiàn)在有越來越多的研究者從事機械合金化工藝制備金屬合金材料和金屬基復合材料以及功能材料的研究和開發(fā),所研究和開發(fā)的材料種類也逐漸增多,應用范圍也越來越廣泛。機械合金化技術在材料科學與工程教學與實踐中也得到廣泛的推廣和應用,已經(jīng)成為材料科學與工程專業(yè)實踐教學課程必須進行的實驗內容。所以本文作者認為應該在材料科學專業(yè)的教學實踐中增加機械合金化技術的實驗課程,使得學生通過課程學習和實踐學習來加深材料科學與工程專業(yè)課程知識和內容的認識和掌握。
綜上所述,本文首先介紹機械合金化技術的概念和技術原理,講述機械合金化技術在材料科學與工程中的應用,并結合材料科學與工程專業(yè)課程教學研究和探討了機械合金化技術在材料科學與工程專業(yè)的教學實踐中的研究和應用。采用機械合金化技術可以制備多種材料,這為材料科學與工程專業(yè)實驗課程的教學實踐提供了豐富的教學內容,可以在材料科學與工程專業(yè)的實驗課程中開設一些關于機械合金化工藝制備新型金屬合金材料的實驗課程。
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關鍵詞:電化學基礎;新能源;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)37-0160-02
電化學基礎是一門利用電化學基本原理,解決科學研究和生產實際中涉及電化學應用領域內有關化學電源、金屬電沉積及金屬腐蝕等方面的實際問題的課程。該課程與科學研究和生產實踐有著密切聯(lián)系,不僅在化工、化學電源、電化學加工、電化學分析及金屬腐蝕與保護等領域占有重要地位,而且在高新技術領域,如新能源、新材料微電子技術、生命科學等方面也有廣泛應用。鑒于電化學廣泛的應用領域及迅猛的發(fā)展態(tài)勢,在常州大學新能源材料專業(yè)中開設該課程,并將其作為該專業(yè)的重要基礎課程之一,希望使學生掌握電化學基礎知識及基本原理,初步學會分析和解決電化學應用領域中各種實際問題的能力,并為學生進一步深造補充必要的知識,打下良好基礎。
一、新能源材料專業(yè)電化學基礎教學現(xiàn)狀分析
面對國家開發(fā)新能源的迫切需求,常州大學為培養(yǎng)新能源產業(yè)發(fā)展所需的專業(yè)人才而設立了新能源材料專業(yè)。該專業(yè)尚處于起步階段,人才培養(yǎng)模式和課程體系的構建亟需完善,而且材料類專業(yè)課程往往重工輕理,造成學生的理科背景不強。而電化學基礎課程包含了很多晦澀難懂的專業(yè)定義和煩瑣的理論推導,需要以物理化學和高等數(shù)學等理論性很強的課程為基礎,因此客觀上造成本專業(yè)的學生并未做好學習電化學基礎課程的準備。舉例來說,這些學生的先修課程并不包含物理化學。此外,像高等數(shù)學這類課程,學生雖已學習過,但這類課程的學習程度沒有達到學習電化學基礎課程的要求。由于上述原因,本專業(yè)的學生在學習本課程的過程中感到相當吃力,特別是涉及到一些抽象的定義和復雜的數(shù)學推導過程時,部分學生容易產生厭學情緒。因此,為培養(yǎng)合格的專業(yè)人才,課程教學改革勢在必行。
二、教學內容的改革
教學內容具有科學性和先進性是教學改革的關鍵。電化學基礎課程的內容博大精深,可人為地劃分為電化學基礎部分和電化學專業(yè)部分。本課程的教材選用李荻著《電化學應用》,全書包括電化學熱力學、電極與溶液界面的結構和性質、電極過程動力學和重要的是用電化學過程等四部本分內容。由于本專業(yè)的培養(yǎng)方案將本課程定性為新能源材料專業(yè)基礎課程,并為其安排了64個學時,充分考慮不與新能源材料專業(yè)已開設的其他課程的內容重復,因此除了講授基本原理部分外,對實用部分有所取舍。鑒于以上考慮,講授該教材的前九章,并減少煩瑣的理論推導。例如在第六章電子轉移步驟動力學中,舍棄關于多電子轉移步驟動力學規(guī)律的講解,回避復雜的公式,重點介紹最終公式各個符號的意義和公式的運用,既可以減少學生的畏難情緒,又可將更多的精力放在其他章節(jié)的學習。此外,學生由于種種原因并未打下學習該課程的基礎。為了解決這一矛盾,將要用到的《物理化學》和《高等數(shù)學》中相關知識點在課堂上穿插講解,為學生補缺補漏,解決先修課程不足的問題。比如,在理論推導時,經(jīng)常會用泰勒公式展開。在教學時,首先給學生補充泰勒公式相關的知識,然后再講解電化學知識中的理論推導。通過這種做法不僅豐富了課堂教授的內容,使知識體系更趨完善,更在潛移默化中將對待工作認真負責的做人道理傳遞給學生,起到了教書育人的目的。同時,在課程安排上注意增加與課程內容相關的前沿知識和學科的發(fā)展動態(tài),使教學內容始終能反映本學科的專業(yè)特點和學術水平。比如,在緒論中增加染料敏化太陽能電池、鋰硫電池等與電化學相關的新能源領域的最新進展,進而拓展學生對太陽能電池和鋰離子動力電池的了解。
三、教學方法的改革
正如前面所述,電化學基礎課程內容理論性強,比較抽象難懂。為了解決這一問題,作者首先充分利用多媒體這一教學手段,并板書結合起來。充分備課,認真制作多媒體課件,生動形象地展示教學內容,以方便學生理解。其次,注重對學生思維能力和總結歸納信息的能力訓練。比如,原電池電動勢的熱力學方程和能斯特電極電位公式在形式上很相近,主要區(qū)別在于自然對數(shù)中的分子和分母項不同,在講解時讓同學們對比著記憶。在學習氣體電極過程、金屬的陽極過程和金屬的電沉積過程時,及時與前邊章節(jié)學習的熱力學知識和動力學知識結合起來,這樣既加深了學生的理解,又鞏固了知識。再次,注重理論講解和實際應用相結合。在學習氣體電極過程、金屬的陽極過程和金屬的電沉積過程時,穿插講解電鍍實驗。比如,析氫反應在電鍍中是要避免的,在了解了影響析氫過電位的因素后,我們就可以設計實驗避免或減小它所造成的危害。這樣就很容易加深學生對理論知識的理解,而且提升了學生的學習興趣。學校開展觀摩教學和督導聽課等活動,這樣能及時了解自己授課的不足之處,從而達到更好的教學效果。
四、課程考核方式的改革
課程考核是教學階段的最后一個環(huán)節(jié),課程考核方式的改革已成為教學改革過程中的一個重要部分。該課程目前常用的考核方式為:平時成績30%、考試成績70%,考試成績占據(jù)比重比較大。紙質考試存在著種種弊端,比如考試題型固定,考試內容覆蓋面窄(主要是書本上的知識),重知識、輕能力,極大地限制了學生的思維能力和創(chuàng)新能力。而且容易造成學生考前突擊、知識掌握不扎實的結果。結合電化學基礎理論性強但又與實際應用聯(lián)系緊密的特點,作者采取以主觀題為主(60%~70%)的考核方式。比如自主設計一個電解池,要求在陰極獲得平整的鍍層,解題時要考慮到幾個問題:不能發(fā)生析氫反應、陽極正常溶解、陰極鍍層致密、晶粒細小,這道題綜合幾個章節(jié)的知識點。這樣出題有利于引導學生開動腦筋,積極思考,讓學生能運用平時學習的基本理論指導解決現(xiàn)實生活中的具體問題,考查了學生的綜合素質,而且對于考試中需要用到的公式,作者直接提供到卷面上。采用這種方法,保證了試題的開放性和靈活性,有助于督促學生對所學課程內容進行思考,可以避免學生在考前機械記憶,從而提高了學生的綜合素質。
總之,在新能源材料專業(yè)電化學基礎課程教學過程中,要以育人為本,不斷改革,勇于實踐,提高電化學課程的教學質量,為新能源專業(yè)其他的后續(xù)專業(yè)課程打下良好的基礎,為社會培育和造就高級新材料、新能源科技人才和教學工作者。
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