发布时间：2023-03-16 15:55:38
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的生命科学导论论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
1.1以社会热点为切入点引出知识点
为了引起学生的兴趣及加深印象，在教学过程中，先从当前社会热点入手，更会引起同学们的共鸣。例如讲解蛋白质的元素构成这一章节，从之前沸沸扬扬的“三聚氰胺毒奶粉事件”入手，因为三聚氰胺是一种含有大量氮元素的化工原料，被一些不良厂家添加在食品中提高检测食品中蛋白质检测数值。这样学生对蛋白质中含有氮元素并且可以通过检测氮元素含量来确定蛋白质含量这一知识点有了一定的了解。例如近段时间的H7N9禽流感病毒让人们谈鸡色变，借用这一事件，引入对病毒特征的讲解。
1.2以著名实验为例子加深印象
《生命科学导论》是一门选修课，没有开设实验课，这就导致学生只能单一的接受课本和老师讲授的知识，如果适当的介绍一些著名实验，不仅有助于学生对知识的理解，也能激发兴趣。例如介绍胃液的分泌时，介绍了一个“假饲”实验，这是巴普诺夫用于验证胃液的头期分泌的实验，学生们记住了那只“吃不饱”的可怜狗。在讲到条件反射的建立时，当提到了巴普诺夫，学生们立刻反应：“那只可怜狗这次又为科学做出怎样的牺牲呢？”这时见学生们的眼睛里充满了好奇和疑问，兴趣一下被激发了。
1.3变知识为常识
常识是日常的见识或普通的见识，它是日常生活(日常思维和日常行动)赖以进行的知识源泉。它是最普遍的知识。有时候被记住的常识性的东西往往比被动接受的知识要更深刻。在讲解了蛋白质变性这一特点后，我告诉学生们：沾有血渍或者牛奶的衣服不易用热水洗净，这是因为蛋白质遇热会发生变性。学生们这时频频点头，看得出他们接受了这一信息。我相信同学们以后在清洗沾有血渍或者牛奶的衣服的时候，会记住我所讲的这句话的。
2素质教育贯穿教学之中
2.1培养学生关爱他人的品质
作为一门对非生物专业学生开设的公选课，其目标并不在于培养学生精深的专业技能，而在于培养学生的生命科学素质，是一门实实在在的素质教育课。而作为对小学教育专业学生开设的公选课，能够把素质教育融入其中，更能够提高他们的专业素养和能力。课程里经常会讲到各种疾病以及疾病的治疗方法，借此激发学生的关爱之心，对患者不能歧视和嘲笑，要多一些理解和关爱，在能力范围内伸出援手，人们的理解和帮助对于疾病的治疗和康复是非常重要的。
2.2提高自我保护意识
除了关爱他人，也要有一定的自我保护意识。知道了如何自我保护，才能去保护他人，这一点我时常在授课过程中提到。例如讲解艾滋病时，除了病因我还侧重预防方面的讲解，目的在于提醒学生珍视生命。讲到遗传病方面的知识，我也重点提出了近亲结婚的危害，引起学生的重视。
2.3提升社会责任感
当今社会在多种因素的影响下，有些大学生的社会责任感表现出淡化，有重才轻德的倾向，因此大学生社会责任感的培养势在必行。基于这种现状，我会不定期开展课堂讨论，比如环境污染，生物多样性的保护，克隆人等问题。学生们开始觉得事不关己的问题，在查阅文献资料，并在课堂上发言倾听之后，觉得其实只要自己认识上和行动上的一点点改变对社会都是有帮助的。
3考评方法的改革
多种形式的考评方法代替传统的期末一次书面考试。课堂讨论、作业、课程论文和考勤多种形式相结合的考评方法更能全面反映学生对课程的掌握程度及重视程度。为了杜绝作业和课程论文相互抄袭的现象，采取同班同学之间作业和论文的办法，重复率高的便相应扣除一定分数。这种方法有效的杜绝了抄袭现象，让学生们养成独立思考的能力。
4教学改革实践的效果及思考
我校现有的公共选修课程中,既适合理、工科又适合文、管、艺术专业的为数不多,远远不能满足学生的选课需求。针对这种局面,在现代生命科学课程已初具规模并已成为我校重点推荐的公选课的基础上,继续面向各专业学生开设食品营养学、普通药物学的生命科学系列课程,不仅丰富了我校公选课的种类,而且使学生对生命科学有一个系统的、全面的认识和了解。生命科学类系列课程立足于对理、工、文科等非生物学类学生进行生命科学的素质教育,以生命为主线展开讨论,使学生了解学科间的交叉点,激发其创新思维的火花,为今后的发展奠定基础;使学生了解有关食品营养学和常用药物的基本理论和概念,掌握合理搭配食物、保持膳食平衡、合理用药的具体措施,为科学饮食、提高自身保健意识、抗病防病提供了操作性强的实施方法。
(一)精选教学内容
现代生命科学课程,突出介绍生命科学的基本概念、发展趋势及热点问题,突出生命科学与理、工、文科各领域之间的交叉,精选教学内容,定位于基础性、系统性、趣味性和学科交叉性。以教材《基础生命科学》[1]、《生命科学导论》[2]为主要蓝本编写教案,内容从生命的物质基础到生命活动的基本单位———细胞,进而讨论“克隆”、“癌细胞”等热点问题;从物质代谢深入到生物遗传的本质,在分子水平上阐述遗传疾病等的奥秘;从生物技术到生物芯片、生物传感器;从生物材料到人工器官,明确仿生学在工程技术上的应用,同时还从动物、植物、微生物、环境与人类的密切联系来认识保护生物多样性、保护生态环境、促进人类社会可持续发展的重要性。利用现代信息技术,从国内外科学图册和网站上采集丰富、精美的图片和信息补充到电子教案中,以视频的方式向学生介绍一些世界著名科学家的实验设计和研究经历,以及他们获得这些知识的著名实验,如Loewi的双蛙心灌流设计、著名的肺炎球菌实验、遗传密码的破译、PCR技术等,使学生体验到探索生命奥秘的乐趣。
对于系列课程的开设,本着实用性、针对性、可操作性的原则,对大学生进行科学素质教育。系列课程之一———食品营养学,根据相关教材[3]重点介绍营养素的概念及生理作用、营养与疾病、营养与健康长寿的关系,强调保持膳食平衡及合理营养的重要性,补充讲授食品营养学应用的热点问题,如减肥、美容、糖尿病、补钙等内容,并通过视频向学生宣传食品的安全和卫生知识、食品新资源的开发以及世界食品的发展趋势等国内外在本学科新的研究进展。学生既学到了有关食品营养学的基本理论知识,又掌握了合理搭配食物、保持平衡膳食的具体方法。系列课程之二———普通药物学,其开设的必要性是针对大多数学生有自我药疗行为,且有错误诊断和不合理用药的倾向,这种情况已通过开放式问卷形式加以证实。因此,有必要对综合性高校非医药专业学生开设药物学公选课,以提高广大学生的合理用药水平。参考非医药专业的《普通药物学》[4],重点介绍常用药物的防治作用及不良反应,内容包括:药物的基本知识,常见疾病的用药知识,消化系统、呼吸系统、神经系统、生殖与泌尿系统、循环系统、内分泌系统的用药方法,抗生素与维生素专题,各类药物的禁忌症及不良反应防治,家庭常备药物介绍等。为使学生更好地理解和掌握药物在体内的代谢,将人体系统的组成与结构适当补充到相关章节中。通过本课程的学习,有利于提高大学生的抗病防病能力和科学用药水平。
(二)多元化考核
选修课教学中,学生方面的瓶颈主要在于学习积极性不高、到课率低、混学分现象严重。为促进学生乐学、爱学、会学,在轻负担、高效率、高质量的教学境界中得到积极、主动、全面的发展,对考核方式进行了改革与实践,变期末考核为随堂测验、课堂提问、专题讨论、联系专业的小论文以及对本课程提出建设性建议等多元化的素质考核,学生可以发现并提出自身感兴趣的具体问题,使学生思维活跃,把学生从只注重记忆知识结论的传统学习法引向注重探究问题所需要的观察能力、思维能力、探索能力、分析及解决问题能力的培养上来,并结合盖章形式抽查考勤,期末综合记分给出考核成绩。例如,在讲授食品交换份法时,要求学生以自身为对象进行能量和营养素的计算,结合自身的喜好设计一日三餐的食谱;在介绍体重指数(BMI)时,要求学生通过计算,判断自身的营养状况,并提出合理的调整措施。通过课堂讨论形式进行相互交流,学生们的兴趣高涨。多元化的考核方式调动了学生的积极性,得到了广大学生的认可,每次课的出勤率都达到95%以上,学生的满意度达90%以上。
二、优化实验内容,培养实践能力
充分利用现有实验室资源,遵循实验项目的科学性、趣味性和与实际生活的贴近性的指导思想,面向非生物类本科生开设实验项目。对已初具规模的现代生命科学课程,实行独立设课实验,开设的实验项目有:食醋中总酸含量的测定、叶绿体色素的层析法分离、牛奶中蛋白质的分离提取、生物样品中微量元素的测定、现代工业水质分析等,使学生既学习和掌握了相关的实验技能和分析方法,还学会了离心机、酸度计、分光光度计、电导仪等常规仪器的使用和操作,深受学生的欢迎。此外,注意把当代科学的研究热点及校内的科研成果及时转化为学生的实验内容,既让学生了解学科前沿,又有很强的实用性。例如,结合本系教师的科研成果,设计生物农药苏云金杆菌毒蛋白的合成及杀虫实验、污水的生物处理实验,一方面使学生了解生物合成与生物降解的原理及方法,同时又加深对现代生物技术重要作用的认识。食品营养学、普通药物学课程,配置开放性实验,供选题目有:酸牛奶的制备、常用消毒药品如紫药水、碘酒的配制等,由学生自主选择,也可由学生自己拟定题目,实验步骤的制定、仪器设备的选择和使用、数据的处理及实验结果的分析均由学生通过查阅资料和独立完成。实行开放式实验教学可以让学生在掌握有关知识和技能的同时,获得较好的创新意识和创新能力的培养。
三、改革教学手段,提高教学效果
随着学校招生规模的扩大,大班教学已成为我校公共课教学的主要形式。为了提高课堂的教学效果和信息量,借助PPT软件,开发了多媒体教学课件。利用多媒体课件声像并茂、视听结合、感染力强等优点,将书本知识变静为动,化虚为实,化抽象为直观,极大地激发了学生的学习兴趣和求知欲望,达到寓教于乐,寓学于乐的目的。例如,在讲述遗传密码时,设计体外翻译系统的动画实验,通过慢放、定格、特写等方法,真实、艺术地展现遗传密码破译的全过程,使抽象的概念变得新颖有趣,再加上教师的适时讲解,学生可轻松地掌握细胞中64套密码子与20种氨基酸的对应关系,从而也加深了对遗传的中心法则的理解。总之,正确合理地使用多媒体教学,可以激发学生兴趣,提高学生的主动性,突破教学难点,起到事半功倍的效果。
多媒体课件的使用具有许多传统方式无法比拟的优势,但在教学实践中也存在一些比较突出的问题。例如,信息量较大,教学节奏较快,容易导致部分学生跟不上教师的思路。因此,在使用多媒体教学时一方面要把握好度,注意控制演示速度,使可视信息与教师的教学思路同步。另一方面,由于页面的切换还容易造成学生对某一个知识点缺乏整体的认识和思考过程,利用板书、讲述、多媒体演示相结合的方法,可以弥补上述不足。此外,将传统教学设计的一些演示实验、教具模型等穿插在多媒体教学中,可进一步强化教与学的互动,达到理想的教学效果。
关键词：计算思维；多样化训练；算法设计与分析
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)16-3910-02
The Research of Training Computational Thinking in Teaching Algorithm Design and Analysis
SUN Ya-hong
（Xi’an Fanyi University, Xi’an 710105,China）
Abstract: Computational thinking has become the hot issue in current international education. How to develop students’habit of using the computational thinking in real life, this article discusses a computational thinking training model based on variety practice in teaching al gorithm design and analysis. And give a lot of examples to illustrate the training model.
Key words: computational thinking; variety practice; algorithm design and analysis
自2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communica tions of the ACM》上发表《Computational Thinking》一文以来，国际国内计算机教育界掀起了研究计算思维的热潮。2008年6月，美国计算机科学技术教师协会（CSTA）发表文章《Computational Thinking:A problem solving tool for every classroom》，在该文章中，作者给出了计算思维的定义，并分类归纳了社会科学、计算机科学、自然科学、数学、生命科学等学科领域中关于计算思维的经典论文；2008年美国国家科学基金会NSF通过了一项计算使能的科学发现和技术创新CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation）计划，该计划进一步强调了“计算思维”领域的创新对自然科学和工程技术领域发展的推动作用。同时，计算思维在国内也得到了广泛的讨论。2008年11月，由全国计算机教育研究会主持的“计算思维与计算机导论专题学术研讨会”在广西桂林召开，参加会议的学者总结了当前计算思维的研究进展状况，并讨论了计算思维对计算机教育的影响。2009年7月，在NOI2009开幕式和NOI 25周年纪念会上，中科院计算技术研究所所长李国杰院士进一步阐述了计算思维的定义，他指出“计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它选择合适的方式去陈述一个问题，对问题的相关方面建模并用最有效的办法实现问题求解”；2009年12月，王亚东等人在《计算与计算思维》一文中讨论了计算思维对各门学科产生的影响，并提出应该在计算机专业的各门课程中渗透“计算思维”的设想；2010年12月，张晓茹等人在《再谈计算思维》一文中通过对计算机科学思维，计算思维和计算机思维概念进行一致性分析，从不同方面分析和阐述了计算思维的特征，并对计算思维研究的基本问题进行了初步探索。尽管如此，如何在具体的课程教学中培养学生的计算思维能力仍处于起步阶段，还没有形成一套成熟的教学指导体系。那么，如何在课堂上结合课本的知识点培养学生的计算思维能力，使得计算思维成为学生的一种思维习惯；如何在学生的四年大学学习，持续不断地培养学生的计算思维，使学生能够运用计算思维的方法进行问题的分析和思考，是一个重要且值得探讨的问题。基于此，该文依据计算思维的方法，在《算法设计与分析》课程的教学中，提出一种基于算法多样化训练的计算思维培养方法。经实践验证，该方法有利于帮助教师提高教学效率，挖掘学生潜能，有利于提高学生分析问题，解决问题的能力。
1计算思维
什么是计算思维？计算思维同我们的阅读、写作能力一样，是人类的基本思维方式。这种思维方式运用计算机科学的基础概念和方法对问题进行描述，建模，求解。它是一种具有普适性的科学思维方法。为了更加具体的、详细的说明这一概念，周教授将计算思维的概念进一步定义为以下几个方面内容：
1)通过约简、嵌人、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题阐释成一个我们知道问题怎样解决的思维方法。
2)是一种递归思维是一种并行处理能把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法。
3)是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是一种基于关注点分离的方法。
4)是一种选择合适的方式陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。
5)是按照预防、保护,通过冗余、容错、纠错方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。
6)是利用启发式推理寻求解答,即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。
关键词：嵌入式信息素质教育 高校图书馆 首都师范大学图书馆
泛在知识环境下，网络遍及用户学习、工作和日常生活中，用户可以在任何时间和任何地点通过泛在网络获取信息服务或知识服务。泛在知识环境下，高校图书馆的机遇与挑战并存，图书馆需要变革服务理念与服务模式，为用户提供泛在化的服务，嵌入到用户的学习和科研环境中。其中，嵌入式信息素质教育，即：高校图书馆的图书馆员与院系专业教师合作，将信息素质教育嵌入到院系的专业课程教学中为学生提供有针对性的培训，是图书馆泛在服务的重要内容之一。实际上，国内外高校图书馆开展嵌入式信息素质教育的大多是学科馆员，他们与教师合作的程度直接影响着嵌入式信息素质教育的效果。本文以首都师范大学图书馆的探索与实践为例，拟对高校图书馆学科馆员与教师合作开展嵌入式信息素质教育的相关问题进行探讨。
1 开展嵌入式信息素质教育的意义和主要嵌入模式
学科馆员和教师合作开展嵌入式信息素质教育对用户（包括学生和院系教师）和图书馆都具有积极意义。对学生而言，将信息素质与学生的专业学习结合，有利于为学生提供有针对性的信息素质教育，不仅局限于信息资源的检索方面，而且面向学生解决信息问题的全过程，力求真正提高学生分析、评价和利用信息的能力，进而培养他们终生学习的能力。对教师而言，学科馆员可以向教师提供一些课程建设方面的文献资源支撑，承担学生的某些问题的咨询与辅导，节省教师的工作时间，提高课程教学的质量。对图书馆而言，通过提供嵌入式信息素质教育，学科馆员能够直接参与专业课教学，加强了图书馆与院系教师之间的交流合作，拓展了图书馆服务的广度与深度，有利于提升图书馆在学校的影响和地位。
根据学科馆员嵌入课程教学的深度来划分，学科馆员与教师合作开展嵌人式信息素质教育主要分为两种嵌入模式：一种是学科馆员部分参与专业课程的教学，简称为“部分参与式嵌入”；一种是学科馆员全程参与专业课程的教学，简称为“全程参与式嵌入”。
2 国内外高校图书馆嵌入式信息素质教育的现状
2.1 国内高校图书馆
根据文献调研，我们发现国内部分高校图书馆的学科馆员开始尝试与院系教师合作，将信息素质教育嵌入到院系的专业课中。如：上海交通大学图书馆的学科馆员嵌入媒体与设计学院的《传媒市场调查与分析》和《英文报刊导读》两门课程，分别采用一次介入式（即：部分参与式）和全程跟踪式（即：全程参与式）的嵌入模式进行了探索和尝试_4]。华南理工大学图书馆与土木交通学院合作，将信息素质教育嵌入到“船舶结构设计”课程中，学科馆员在三次单独的课程中以模块化的形式进行教学。北京大学医学部图书馆与天津工业大学图书馆也与院系合作，分别参与到临床医学和莎士比亚作品研究的课程中，对学生利用相关信息资源进行指导。
我们也在国内高校图书馆进行了实地调研，发现一些学科馆员开展嵌入式教学的案例。如：北京大学图书馆的学科馆员与历史系教师合作讲授“美国公民权史”，与信息管理系教师合作讲授“商业信息检索”，学科馆员参与这两门课的教学都是部分参与式嵌入。学科馆员与法学院教师合作讲授的“法律写作与法律检索”就属于全程参与式嵌入，学科馆员参加三分之一的课程教学，参与作业评分，而且被列为正式教师，在教务处备案。又如：湖南大学图书馆的学科馆员和本校外国语学院教师合作讲授“网络资源与阅读”，学科馆员承担两次授课任务。
总之，目前我国高校图书馆的学科馆员与教师合作开展的嵌入式信息素质教育尚未全面普及，仍然处于探索阶段。学科馆员主要采用的是部分参与式的嵌入模式，采用全程参与式的嵌入模式很少。学科馆员和教师的合作程度还有待加强。
2.2 国外高校图书馆
目前国外高校图书馆开展了一些嵌入到院系课程的信息素质教育，涉及的合作教学内容比较广泛，如：丹尼尔韦伯斯特学院（Daniel Webster College）的学科馆员为英语学院的学生共提供八次信息素质教学内容，包括：图书馆研究导言和课前测试、图书馆的纸本馆藏利用、网络学习资源的利用、参考引文的使用、特定作者的文献查找、新闻和录音稿的检索、馆际互借和文献传递、小组讨论和课后测试，并根据具体教学内容的需要，灵活地改变教学时间和教学地点。而纽约市立大学（City University of New York）图书馆的学科馆员在院系开设的“妇女研究导论”课程中嵌入了信息素质教育，采用了主动式的教学法，通过设计一些开放讨论的问题，如；美国妇女的定义是什么？由谁定义的？引导学生自己通过网络信息源查找分析信息，并通过小组讨论让学生在课堂上进行互动交流。
此外，还有少数国外高校图书馆的学科馆员利用虚拟学习环境平台辅助嵌入式信息素质教育，如：纽约城市大学学科馆员与史泰登岛学院护理专业的教师合作，嵌入到“文化探索”的课程中，并利用Blackboard开发了专门的图书馆指南。在这个虚拟的学习环境中，为学生提供了如下内容：课件、护理专业数据库、与跨文化护理有关的网站、关于某一种族的期刊论文参考目录和论文写作指导等。
目前国外高校图书馆的学科馆员嵌入到院系的专业课程中开展信息素质教育的主要特点是：（1）学科馆员与院系教师合作程度深，两者建立了持久、稳定而密切的合作关系。（2）学科馆员和教师都非常重视对合作效果和教学效果的评估。（3）积极利用新型信息环境和信息技术促进信息素质教育。
2.3 国内外高校图书馆开展嵌入式信息素质教育的比较分析
国内外高校图书馆开展的嵌入式信息素质教育有很多共同之处。如：嵌入的学科范围都比较广泛；采取的教学形式都是以面授为主；教学内容都以专业信息资源的检索与利用为主。
但相对我国而言，国外高校图书馆学科馆员开展的嵌入式信息素质教育更为普及和成熟。在教学形式上，很多国外高校图书馆的学科馆员都利用了网络平台协助教学，还有部分利用了虚拟学习环境Blackboard辅助教学。在教学模式上，国外高校图书馆既有部分参与式嵌入，也有全程参与式嵌入，学科馆员和教师合作的程度比较深入。在教学效果上，国外高校教师和学科馆员都十分重视教学效果的评估。
3 首都师范大学图书馆的实践案例分析
3.1 首都师范大学图书馆开展嵌入式信息素质教育的现状
首都师范大学图书馆2003年正式建立学科馆员制度，从那时起，馆领导就积极鼓励学科馆员与教师合作开展多层次的信息素质教育。目前全馆部分学科馆员已经尝试开展了嵌入院系专业课程的信息素质教育。主要案例见表1。
如表1所示，目前首都师范大学图书馆在嵌入式信息素质教育方面进行了实践探索。学科馆员根据具体院系教师的需求，开展了不同层次、不同程度的嵌入式信息素质教育。
从参与合作的院系来看，既有文科类的院系，如：美术学院、初等教育学院、教育学院、外国语学院，也有理科类的院系，如：化学系、生命科学学院。可见其覆盖的院系和学科范围都比较广泛，嵌入式信息素质教育具有学科普适性，完全可以在全校范围内进行推广。
从嵌入的课程来分析，嵌入式信息素质教育适合嵌入的课程有其特点，多数为研究方法导论、论文写作等对学生综合能力要求比较高的课程。如：“社会科学研究与论文写作”、“教育研究方法导论”。也有少数专业基础课的任课教师认为学生需要在课程中掌握信息检索能力，也适合学科馆员进行嵌入教学。如：生命科学学院为研究生开设的“昆虫生态”。
从授课次数和对象来看，学科馆员多数为一次性授课，当然也有少数学科馆员授课次数比较多，但从介入整个专业课程的程度分析，还没有达到全程参与式嵌入的强度和深度。在授课对象上，既有本科生，也有研究生。一般而言，学科馆员对本科生的授课主要是一次性授课。对研究生的授课则次数更多。
在授课内容上，主要侧重对学科专业需要的馆藏资源利用进行讲解，也有学科馆员根据院系教师和学生的需要，拓展授课内容，如：馆际互借和文献传递、免费学术资源利用、论文格式编辑等。相对而言，学科馆员面向研究生的授课内容更为丰富、深入。
在授课起因上，目前首都师范大学图书馆开展的嵌入式信息素质教育多数是由教师主动提出要求，也有少数是学科馆员主动向教师自我推荐。学科馆员对教师主动提出的需要会很快做出积极反应，并主动跟教师沟通，了解具体的教学需求，尽量满足院系教师的需要。学科馆员主动提出授课需求之前，应做好详细的教学计划，才更容易被教师所认可和接纳。
3.2 首都师范大学图书馆开展嵌入式信息素质教育的不足及对策
尽管首都师范大学图书馆在开展嵌入式信息素质教育方面进行了一些有益探索，取得了一些成绩和经验，但在具体实践中还面临一些难题，需要积极探索，不断改进。
第一，学科馆员与教师合作的广度和深度还不够。学科馆员从整体上是以部分参与式嵌入教学为主，主要体现在：学科馆员对学生的授课和指导主要集中在参与的一次或者几次课程中，之后的课程作业、考核等主要是由院系教师负责，学科馆员对专业课程的参与度以及与院系教师合作的密切程度还远远不够。
虽然学科馆员对院系课程的参与和介入是渐进的过程，需要从部分参与式嵌入教学开始，逐渐深入，逐步扩大影响。但学科馆员可通过建立虚拟网络教学平台提供答疑、课后提供专门时间进行辅导等手段，提高和院系教师的合作深度和合作效果。
第二，学科馆员的工作时间难以保障。如果实施全程参与式嵌人教学，需要学科馆员投入大量的时间和精力准备教学计划及背课、参与批改作业和进行教学效果的调查与评估等。现在，首都师范大学图书馆的学科馆员均为兼职，学科馆员除了承担学科服务外，还需承担信息咨询、资源建设等其他业务工作。在这种兼职模式下，学科馆员的工作时间有限，难以实施深入的、全程参与式的信息素质教育。
笔者认为有条件的高校图书馆可以尝试对部分重点院系的学科馆员实行专职模式，这有利于提高学科馆员与教师合作开展嵌入式信息素质教育的深度和质量。此外，也可通过招聘学生助管等方式，减轻学科馆员事务性工作的数量，有利于学科馆员更深地融入教学、科研和学生学习的过程，更好地开展嵌人式信息素质教育。
第三，学科馆员对学生的专业信息需求缺乏深入了解，导致学科馆员在开展教学活动过程中，不容易找到信息素质教育与学科专业知识的结合点。学科馆员一般都具备专业学科背景，对相关的学科知识有大致了解，但任何专业知识都会随着时代的发展而不断更新，学生对专业信息的需求也呈现动态变化的趋势。相对于院系教师，学科馆员对学科专业知识的掌握还有相当差距，而信息素质教育是一门实践性较强的课程，常常采用基于案例的教学模式。学科馆员对专业知识的掌握和运用程度将直接影响嵌入式信息素质教育的教学质量和效果。
学科馆员可通过浏览专业核心学术期刊、关注专业领域学术活动以及直接旁听相关专业课程等途径不断更新、扩充自己的专业知识，随时了解相关专业的学术研究热点，了解学生的专业信息需要，进而在嵌入式信息素质教育中有的放矢地开展教学。
4 推进我国高校图书馆实施嵌入式信息素质教育的建议
4.1 循序渐进，以点带面
目前，嵌入式信息素质教育在我国高校图书馆的实施还远未普及，主动提出嵌入需求的院系教师并不多。因此，各馆在实施嵌入式信息素质教育之初，主要靠学科馆员主动联系合适的院系教师，商议如何进行合作并尽快开始嵌入式信息素质教育的实践。在实施之初，学科馆员不可能在全校各院系全面铺开，可采取抓典型的方法，首先开展与一个院系某门课程的合作，取得初步成效后，再逐步在其他学科和院系推广和实践。
作为抓典型的院系，在选取时可考虑如下因素：第一，有国家和学校重点建设学科的院系，可为嵌入式信息素质教育提供良好的人力和物力条件的院系。第二，对图书馆的学科服务较为认可的院系。由于学科馆员、教师等各方面的努力，有些院系目前的学科服务已取得明显成效，院系教师对学科馆员的工作较为信任和尊重，有利于学科馆员与教师开展多层面的深入合作。
相应地，院系合作教师的选择可从如下方面考虑：第一，在学科服务中表现比较积极、与学科馆员沟通比较多的教师。第二，其承担的课程适合嵌入信息素质教育的教师。并不是所有的课程都适合嵌入信息素质教育，一般而言，专业基础课更强调对教材知识体系的介绍，与信息素养知识结合并不多。因此，可选择对学生综合素质要求较高的々业选修课程进行嵌入。如：“学科前沿与发展”、“学科研究方法论”、“学科论文写作”等。
4.2 制定计划，积极宣传
学科馆员在与教师合作开展嵌入式信息素质教育之前，必须做好充分准备。通过多种方式了解所嵌入专业课程的教学内容，然后制定详细的教学计划。尤其是对没有院系教师主动提出嵌入需求的高校图书馆，学科馆员更要精心考察和选择适合的课程与合作教师，制定有关合作教学计划，才能更有针对性地说服院系教师进行合作教学。
制定教学计划时主要需要考虑四个方面的内容：（1）教学目标。需要结合专业课程的教学目的，多体现为以培养学生的专业信息的获取、检索和利用能力为主要教学目标。（2）教学内容。围绕教学目标，制定学科馆员参与的教学内容。主要包括：检索算符及检索式的制定、学科有关数据库的检索与利用、论文写作与投稿、参考文献管理等知识。（3）教学形式。一般以当面授课为主要教学形式，方便学科馆员与学生直接交流和沟通。同时也可利用网络学堂等软件辅助教学，方便学生自学。（4）教学时间。根据实际需要灵活安排教学时间。
制定周详的计划后，还需对学科馆员开展嵌入式信息素质教育进行宣传，寻求合作机遇。由于图书馆在学校的影响力有限，很多院系教师还意识不到学科馆员对其教学的参与能力和支持作用。因此，学科馆员主动进行宣传和推广十分重要。可通过发邮件、打电话、召开座谈会、全校教师大会等多种途径，对图书馆的嵌入式信息素质教育进行广泛宣传。
4.3 巧用技术，优化教学
受诸多因素影响，目前我国高校图书馆开展的嵌入式信息素质教育以学科馆员部分参与的嵌入课程为主，多数是一次性的嵌人与合作。为了进一步提升高校图书馆嵌入式信息素质教育的质量，可利用现代信息技术，借助虚拟学习环境平台延伸学科馆员的教学空间。虚拟学习环境具有时空开放性、资源丰富性、利用交互性等特点，在嵌入式信息素质教育中利用虚拟学习环境平台，为学生的自主学习创造条件，有利于培养学生的终身学习能力，发挥信息素质教育的效果。
国外很多高校在开展嵌入式信息素质教育时，引入了B1ackboard等虚拟学习环境平台，促进了学科馆员和教师的合作。利用虚拟学习环境，在专业课程中嵌入信息素质教育对学科馆员和教师都是新的挑战，需要双方及时有效地沟通，而且利用虚拟学习环境提供的诸多课程元素，如通知、讨论区、作业题库等，有利于拓展信息素质教育的范围。
4.4 重视评估，提升质量
【论文摘要】：21世纪是生物科技迅猛发展的时代，生物技术为农业、渔业、林业以及食品工业的可持续发展提供了强有力的手段。近几年来，转基因植物推出的品种之多、推广面积之大、发展速度之快，远超出人们的预测。在研究与开发转基因产品的同时，理智、客观、安全地运用转基因技术，加强其安全性防范的长期应用研究。
植物转基因技术将为农业生产带来一场新的革命，它将为农作物的持续增产和解决全球人炸所造成的粮食危机做出巨大贡献。但也有人对这一技术持怀疑态度，认为目前人类还不能对它的潜在危险性做出正确的评价。因此，在大规模应用前有必要对转基因植物的安全性进行更深入的研究和分析。
1植物转基因技术的研究意义
转基因植物是指利用重组DNA技术将克隆的优良目的基因导入植物细胞或组织，并在其中进行表达，从而使植物获得新的性状。这一技术克服了植物有性杂交的限制，基因交流的范围无限扩大，可将从细菌、病毒、动物、人类、远缘植物甚至人工合成的基因导入植物。转基因作物可提高农作物产量，减少除草剂、杀虫剂等农药的使用量，并节省大量劳动力，因而给人类带来了巨大的经济和社会效益。根据农业生物技术应用国际服务组织（ISAAA）的年度报告，2006年，全球转基因作物的种植面积猛增了1200万公顷，首次突破了1亿公顷大关。转基因植物产生至今仅20年时间，但其研究和应用得到了非常迅猛的发展。
2对转基因植物安全性评价的必要性
从理论上说，转基因技术和常规杂交育种都是通过优良基因重组获得新品种的，但常规育种的安全性并未受到人们的质疑。其主要理由是常规育种是模拟自然现象进行的，基因重组和交流的范围很有限，仅限于种内或近缘种间。并且，在长期的育种实践中并未发现什么灾难性的结果。而转基因技术则不同，它可以把任何生物甚至人工合成的基因转入植物。因为这种事件在自然界是不可能发生的，所以人们无法预测将基因转入一个新的遗传背景中会产生什么样的作用，故而对其后果存在着疑虑。而消除这一疑虑的有效途径就是进行转基因植物的安全性评价。也就是说要经过合理的试验设计和严密科学的试验程序，积累足够的数据。人们根据这些数据可以判断转基因植物的田间释放或大规模商品化生产是否安全。对试验证明安全的转基因植物可以正式用于农业生产，而对存在安全隐患的则要加以限制，避免危及人类生存以及破坏生态环境。只有这样，我们才能扬长避短，充分发挥转基因技术在农业生产上的巨大应用潜力。
3转基因植物安全性评价的主要内容
目前，国际市场上的转基因食品按照要求必须进行了严格审查，证明它们对人类健康无副作用。检验不仅在生产国进行,而且联合国粮农组织和世界卫生组织联合委员会负责监管。对转基因植物的安全性评价主要集中在两个方面，一个是环境安全性，另一个是食品安全性。
3.1转基因植物的环境安全性
环境安全性评价要回答的核心问题是转基因植物释放到田间去是否会将基因转移到野生植物中，或是否会破坏自然生态环境，打破原有生物种群的动态平衡。
⑴对野生生物的影响：转基因植物种植推广后，释放到自然环境中的机会多。因其具有野生植物缺少的多种抗性，将会迅速成为新的优势种群，从而影响生态平衡。虽然利用"终止因子技术"，以及"化学催化"技术可以限制转基因植物的扩散，但因此项技术对农业的持续发展等诸多方面影响而受到多方面的关注。
⑵对自然生物类群的影响：出现高抗药性有害生物。"病毒重组"或"异源包装"是否会产生新的农作物病原物，自然界存在着植物病毒的重组现象，包括DNA病毒和RNA病毒。转外壳蛋白(CP)基因的抗病毒植物，当有其它病毒侵染时，入侵病毒的核酸有可能被转基因植物表达的外壳蛋白质包装，从而改变病毒的寄主范围，使病毒病防治更加困难。担心作物中转入抗虫或抗病基因后，会加大对某一种害虫或病原体的选择压，使害虫或病原体加速突变产生抗性，给防治增加麻烦。
3.2转基因植物的食品安全性
食品安全性也是转基因植物安全性评价的一个重要方面。如果转基因植物生产的产品与传统产品具有实质等同性，则可以认为是安全的。若转基因植物生产的产品与传统产品不存在实质等同性，则应进行严格的安全性评价。在进行实质等同性评价时，一般需要考虑以下一些主要方面。
⑴有毒物质：必须确保转入外源基因或基因产物对人畜无毒。如转Bt杀虫基因玉米除含有Bt杀虫蛋白外，与传统玉米在营养物质含量等方面具有实质等同性。要评价它作为饲料或食品的安全性，则应集中研究Bt蛋白对人畜的安全性。
⑵过敏源：在自然条件下存在着许多过敏源。在基因工程中如果将控制过敏源形成的基因转入新的植物中，则会对过敏人群造成不利的影响。所以，转入过敏源基因的植物不能批准商品化。另外还要考虑营养物质和抗营养因子的含量等。
4总结
植物基因工程食品在解决全球饥饿问题和保障农业的可持续发展方面发挥着举足轻重的作用，并可通过转基因能源植物为缓解世界能源危机作出巨大贡献，尽管与之相伴的转基因植物安全性问题与公众态度、贸易中的技术壁垒及伦理、宗教等复杂因素交织为一个科技含量很高的政治、经济问题，成为了国际、国内普遍关注的焦点和热点，但转基因植物辉煌的发展前景是不容置疑的。在研究与开发转基因产品的同时，理智、客观、安全地运用转基因技术，加强其安全性防范的长期应用研究。建立起一整套完善的、既符合国际标准又与我国国情相适应的检测体系，确保转基因产品进出口的安全性，让植物转基因生物技术成为21世纪解决健康、环境、资源等重大社会与经济问题的有效手段。
参考文献：
[1]陈君石主译，转基因食品:基础知认及安全性，人民卫生出版社，2003.8
[2]闫新甫，转基因植物(生命科学专论)，科学出版社，2006.3
[3]吴爱忠，基因转移，上海教育出版社，2004.9
[关键词]生物技术 细胞生物学 双语教学 教学改革
[中图分类号] Q2-4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）11-0101-02
一、引言
2001年9月教育部出台了要求各高校积极推动使用英语进行公共课和专业课的教学，特别强调应在生物技术等国家发展急需的专业率先开展双语教学的文件。[1] [2]生物技术是典型的高新技术，为了加强国际的沟通与合作，英语就理所当然地成了生物技术人才的重要工具。从某种程度上来讲，英语的驾驭能力与生物技术人才的国际竞争能力成正比关系。因此对于生物技术专业的学生来说，双语教学带来的英语水平的提高，可以起到“如虎添翼”的作用。[3]
细胞生物学知识更新很快，新概念、新名词、新技术不断涌现，是目前生命科学领域发展最为迅速的前沿学科之一。但目前欧美等地区处于这一领域发展的中心，高质量的细胞生物学学术论文都用英语撰写，90%以上的新发现都是以英语方式传播，要了解细胞生物学的最新进展，必须查阅相关英语文献。为培养复合型、开放型的高素质生物技术专业人才，对细胞生物学课程开展双语教学势在必行。本文根据笔者在细胞生物学双语教学实践中的体会，对高校生物技术专业的细胞生物学双语教学的方法进行了探讨。
二、双语教学教材的选择
教材选用是否恰当，对双语教学而言至关重要。教研组首先根据生物技术专业学生的具体情况编写了教学大纲及多媒体课件。在进行细胞生物学双语教学时，课程组仍以翟中和等人编写的《细胞生物学》（第3版）中文教材为主，同时，教研组对国际著名院校采用的教材Molecular cell biology、Essential cell biology、Molecular biology of the cell等进行选编，并辅以适量易读、简短的英语材料或文献的阅读资料。
三、选择适合的教学方法
教学方法和模式的好坏，是能否实现教学目标、完成教学任务的关键。课程组最初就设立了“以传授专业知识为主，以传授专业英语知识为辅”的细胞生物学双语教学目标，并据此精心选择了以下的教学方法。
（一）循序渐进
在细胞生物学的双语教学中，根据细胞生物学教学内容的难易，专业词汇的多少、生僻程度来决定多媒体课件中英语词汇的使用量以及课堂讲解中英语的使用量。遵循循序渐进的原则，让学生由简单到复杂、由少到多地接触并接受细胞生物学双语教学，在掌握专业基础知识的基础上，提高专业英语的听说读写能力。如在第一章绪论中，我们的双语教学以介绍术语为主，而在“细胞膜与物质运输”这一章，专业词汇不多，也不十分生僻，因此在这一章的双语教学中，无论是多媒体展示还是课堂讲解都可以采用通俗的英语来表达，多媒体课件采用了“全英文+生僻词中文注释”的形式。在整章内容的课堂讲解时，大约55%的内容使用了英语授课。对于难度较大的章节如“细胞信号通路”这一章，其内容本身就抽象难懂，专业词汇非常多且生僻，在多媒体课件中，中英文应各占50%：英语部分主要选择了一些非常基础且需要学生掌握的内容，并加中文注解。课堂讲解只采用了10%左右的英语。
此外，为了帮助学生课前预习和课后复习，提前将教学大纲、教案、课件资料（包括大量的图片、动画）、阅读材料及参考文献发给学生，对学生的学习提供帮助，鼓励学生自主学习。
（二）加强专业词汇的学习
细胞生物学是生命科学的前沿学科，新名词、新术语、新知识不断涌现。双语课堂教学效果在一定程度上依赖于学生对专业英语词汇的积累和扩充。如果学生对专业词汇量的掌握不够多，势必影响对专业知识的掌握。因此，在教学过程中，我们编写了专业词汇中英文对照表，让学生课前自主学习，以便学生在课堂上能在掌握基本专业词汇的基础上，在较熟悉的英语环境中更好地理解专业课堂内容。经过我们的实践，一般经过1 / 3的专业词汇的积累，学生往往就能适应和接受双语教学，跨越专业词汇理解这一难关。与此同时，教师还在课堂上随时将遇到的词汇，通过构词法进行简单讲解，降低学生对专业词汇的陌生感，有利于学生理解和记忆。而且这样的方式还能让学生举一反三，进而触类旁通地掌握更多的词汇。例如，前缀cyto表示“细胞”“细胞质”，skeleton学生知道是“骨骼”，那么cytoskeleton就是“细胞骨架”，而cytochemistry是“细胞化学”，cytoplasm是“细胞质”。
（三）充分利用网络的资源
当今社会网络高度发达，关于细胞生物学专业知识的网上资源也非常丰富，充分利用网络资源对教师和学生有着极大的帮助。我们课程组的做法是教师提前进行网络搜索，将与细胞生物学相关的国内外网站进行筛选、分类，收集到较适合我们教材内容的网站地址后，在第一节课时就介绍给学生，鼓励学生利用课余时间自主学习。因很多资源都来自国外网站，所以学生自主学习时，除了可以提高利用网络资源获取相关知识的能力，还能提高专业英语水平。此外，课程组还充分利用本校国家级双语教学示范课程《食品科学技术导论》的平台（http：// / ）。该平台包含网络字典、细胞生物学习题、游戏、动画、在线学习、视频等相关资源，方便学生学习，有助于开拓学生的思想维度，激发学生的求知欲和创造力。
（四）充分利用课堂进行英语互动教学
目前双语教学要求学生具备一定的英语听力能力，而听力往往就是学生的弱项。教学中教师若不能设法提高学生的学习积极性及参与性，学生很可能就会因为教师过度的英语讲授而不能较好地理解和掌握专业知识，进而失去学习的兴趣。因此，在双语教学过程中，适时的师生互动是必不可少的。本课程组在细胞生物学教学过程中总结的互动形式有多种，如教师英语提问，学生中文回答，这时的问题要以浅显易答为主，提问的目的在于激发学生的兴趣，调动学生参与性，使学生精力更加集中。对于较难的问题教师可以用英语自问自答，目的在于强调内容的重要性，吸引学生注意力;也可以针对某个知识点，让学生展开课堂讨论，教师最后分别以中、英文加以归纳、总结。
四、教学效果评价
（一）教师评价反馈
教师的评价有定性评价和定量评价。定性评价包括课前随机检查学生的预习笔记、课外材料的阅读整理，了解学生的主动学习情况和学生上课表现及回答问题情况。定量评价包括笔试和平时考核，将两次成绩作为学生的最终成绩进而做出评价。笔试采取闭卷方式，在试题中有40%的考题用英文描述，涉及概念解析、回答问题等内容，重在考查学生对基本知识的掌握及理解情况，以及对专业词汇的理解和掌握情况。
（二）学生评反馈评价
学期结束时学生通过评教的方式对双语教学方式给出客观分数和主观评价。客观分数评教双语教学法要高于传统教学法（95.7 Vs 91.4）。学生主观评价主要包括在双语教学模式下自身的自主学习能力是否得到提升，学习的兴趣是否提高，专业英语水平是否提高，是否喜欢这种教学模式，学业压力是否增加等。
五、细胞生物学应用双语教学模式存在的问题及解决方法探讨
通过问卷调查、卷面考试等方式，可以看出细胞生物学双语教学模式在实践过程中也存在一定的问题。如教师需要转变思想观念，加强自身的英语学习，特别是因为需要花费比较多的时间和精力学习这种教学模式而更愿意采用传统教学模式的教师，更需要转变观念。而缺乏自律性，不能自主预习专业英语词汇和术语的学生，因不能适应双语授课模式而更习惯于传统授课模式。双语教学在一定程度上加大了学生的课业负担。此外，双语教学模式并不适用于所有的教学内容，例如“细胞信号转导”这部分内容比较抽象，学生即使采用母语学习也比较困难，因此这些内容就需要用传统的教学模式来讲授。有学生反映学习内容太多、太集中，知识消化不了，这些是我们在进一步改革时需要深入思考的。此外，在闭卷考试中，可将40%的英文部分试题分布在填空、选择和名词解释等单项分值较少的题型上，避免英文问答题。
尽管双语教学目前还处在起步阶段，存在较多问题，实施也有一定困难，但随着经验的逐步积累、师资队伍的不断建设、学生英语水平的不断提高，双语教学必将实现质的飞跃，上升到新的水平。
[ 注 释 ]
[1] 龙莉，李清，陈元晓，等.学生为本、循序渐进的细胞生物学双语教学初探[J].中华医学教育探索杂志，2011（11）.
1 我校环境科学专业实验课教学现状
2005年，我校优化整合本科专业实验课程体系，其中将环境科学专业基础实验课一《无机及分析化学实验》和《有机化学实验》等实验课调整到化学学院，《生物学概论》等实验课调整到生命科学学院，环境科学实验中心保留环境科学专业基础、系列和主干实验课10门。经过三年实践，将环境科学专业基础实验（化学类、生物类，物理类和工程制图类等胺照其所属学科分配给相关院系开设，不但充分保证了实验教学专业化水平，还实现了优化整合实验室资源，使环境科学实验中心能够集中精力建设专业实验室。
1.1环境科学本科实验课程教学大纲
环境科学专业实验课依附相关理论课程而设，依据《东北师范大学实验课程本科教学大纲》共开设了10门实验课。详情见表1
由表1可知，本专业学生实验教学时数达到198课时，实验数目为52个，在数量上完全能够实现实验教学目标，实验课程内容也能基本保证学生们的专业需要。
而考察实际实验教学，则存在着诸多问题，导致目前的实验课程教学体系无法达到预期教学要求和效果。
受到实验条件（仪器等）众多因素的限制，《实验教学大纲》中各科实验能够开出规定数量的60%~70%就已很难。一般的大型精密分析仪器，只能演示使用，而不能提供具体参与操作的机会。受到实验课时数及仪器数量等因素的限制，稍有些难度的实验题目均采取学生4~6人组的分组实验，无法保证学生获得充分实验机会。不同实验课程内容上经常出现重复冲突现象，比如《环境监测》实验中有水化学指标的测定，而《环境化学》和《水污染控制工程》实验中多处存在重复内容，内容的重复导致了学生的厌学情绪。
所以，看似质优量足的实验教学大纲，在目前实验条件和管理水平下，受到多方面因素制约，达不到相应的教学目标和效果。
1.2实验课程设置与成绩考核
环境科学实验课使用的教材一般取自国家环境质量标准中规定的标准方法，正规出版社的实验教材以及科技文献中出现的成熟的实验方法等。根据实验教学实际经验，目前采取节选相关书籍或者教材中部分实验项目，辑成自编教材，作为环境科学实验指导教材的办法。受限于实验室条件，很难选择一本完全适合我系环境科学专业的实验教材，若能针对本专业特点出版系列实验教材，其针对性和效果将会更佳。
实验课程教学过程一般由实验技术人员备好药品和仪器，理论课教师指导具体实验内容，学生按照既定的题目完成实验过程即可。学生一般无法参与到实验前期化学药品的配置、仪器的调试，以及原材料的预处理过程中，这不利于学生从事自主设计型实验以及参与科研。应该注重学生基本实验能力训练，让其参与到实验课的全过程中，接受系统的锻炼。
实验课程的考核是由学生完成实验内容，获得数据并处理后，进行分析与评价，最终撰写实验报告，论述实验全程及给出实验结论。指导教师根据学生实验课堂表现和多次实验报告质量给出其实验成绩。实验成绩一般折算为百分制的20%与学生理论课浙算80%)成绩合计成为该科总成绩。指导教师仅凭实验课堂上有限的印象和书面报告确定实验成绩，不能衡量学生们的真实实验技能水平。
1.3实验室管理
环境科学专业实验教学主要使用环境科学实验中心的环境科学基础实验室、环境科学专业实验室、环境工程实验室、两个仪器分析室，及若干实验准备室。本科所有实验以课程为单元分属各实验室，相应实验室技术人员负责管理维护实验室及准备实验。
具体实验课涉及到的原材料、药品、玻璃器皿、小型仪器、耗材等所需物品由指导教师开学时报给实验室，实验技术人员核对后确定需领取物品，到库房领取。某些仪器如低速离心机、分光光度计等按实验室等量配置，不足时需要去别的实验室借用。
由于各实验室每个学期承担一至两门实验课程，其余时间实闲置，浪费了实验室资源，同时学生们在有限的课时内也无法获得足够的训练机会。
1.4实验教学改革亟待解决的问题
目前环境科学专业实验教学亟需解决的问题是，实验课程教学形式和内容无法培养出高质量人才，实验室管理没有高效率的运转起来，更谈不上建立高水平的教学和科研平台。
2实验教学改革方案
2.1整合实验内容，实验课独立设课
解决实验课程体系松散、实验内容重复、实验数量开出率较低等诸多问题，要求重新整合实验教学内容，删去无法完成的实验题目，合并重复的实验题目，按照现代教育规律建立新的实验教学体系。另外把实验课教学提高到与理论课同样的高度，单独设课，单独考核。
根据环境科学专业的特点，将实验教学大纲中原有的10门实验课，按其内容性质和规律整合归类，形成四门实验课，其优劣可以通过实践过程来检验，以资调整。设置的四门骨干实验课，参见表2其具体教学内容以《实验教学大纲》中10门实验课为参考，推陈出新，将实验题目有机的整合，形成系统的课程体系。按照教育教学规律设置学分，确定课时数量。
增设〈〈环境科学实验基础》性质的实验导论课，主要讲授本专业实验基础内容，如监测类实验中的布点米样和样品保存技术，有毒有害样品分析时的防护技术等，将学生们导入后续实验课程中。还增设了《环境科学高级实验》性质的实验课，培养学生自主设计实验和解决具体环境问题的科学素养，提高学生解决实际问题的能力。调整后的实验课程，形成以〈〈环境科学实验基础》、四门骨干课程、《环境科学高级实验》系列课组成的核心实验教学体系。
2.2实验授课与考核方式的变化
实验课独立设课后，若能够聘用专职的实验教师讲授实验课程将更为有效。因为目前指导实验课的一般为理论课教师或者年轻教师，他们承担数门理论课程和繁重的科研任务，势必影响实验课教学效果。专职的实验教师本职工作就是教好实验课，效果不言而喻。
实验课程的考核方式也应进行必要的调整，不但考核学生们平时勤席率。课堂表现、操作规范、实验报告质量等关键环节，还在期末设置专门的书面考试或面试来考察其实验基本技能和对实验内容的掌握程度。
2.3改进实验室管理方式
实验室的管理应与实验课教学相适应。对实验室内仪器等资源进行再配置，将数量相对较少小型仪器（如分析天平，低速离心机，分光光度计等）等分类集中放置，保证学生独立完成实验，不必再施行分组实验的做法，其它仪器设备管理亦可酌情参照。
另外，将学生从实验的准备阶段就引入实验室，让学生从头到尾了解玻璃器皿的洗涤、标准溶液的配置和标定、仪器的维护和校订，以及实验结束后废物的处理和实验室的整理等环节的工作，以提高学生们珍惜实验药品，爱护实验仪器的良好作风，主要目的是为学生们日后独立设计和实现实验练好基本功。
2.4开放实验室
实验室开放是实验室资源利用最优化的最佳形式。把实验室开放作为实验教学的课外延伸，不但能够增加学生们接受实验训练的机会，同时为学生们独立思考问题，参与科研活动提供了训练平台。
对于低年级学生，可将实验教学内容占用课时多，难度较低和需要反复训练的实验整理集中，作为实验室开放内容并引导学生们积极参与；对于高年级学生，可以将学生科研项目，教师科研课题的子课题（难度低些的）以及其毕业论文实验等纳入实验室开放内容中，由指导教师启发学生独立设计并完成实验，训练学生运用所掌握的实验技能，衔接好理论与实践应用的关系。
关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展
TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials
JinliangCui
(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)
Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.
Keywords:FGM；composite；theAdvance
0引言
信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。
近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。
1FGM概念的提出
当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3],如图1所示。
随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。
2FGM的特性和分类
2.1FGM的特殊性能
由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:
1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;
2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;
3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;
4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。
图2
2.2FGM的分类
根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。
3FGM的应用
FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。FGM的应用[8]见图3。
图3FGM的应用
功能
应用领域材料组合
缓和热应
力功能及
结合功能
航天飞机的超耐热材料
陶瓷引擎
耐磨耗损性机械部件
耐热性机械部件
耐蚀性机械部件
加工工具
运动用具:建材陶瓷金属
陶瓷金属
塑料金属
异种金属
异种陶瓷
金刚石金属
碳纤维金属塑料
核功能
原子炉构造材料
核融合炉内壁材料
放射性遮避材料轻元素高强度材料
耐热材料遮避材料
耐热材料遮避材料
生物相溶性
及医学功能
人工牙齿牙根
人工骨
人工关节
人工内脏器官:人工血管
补助感觉器官
生命科学磷灰石氧化铝
磷灰石金属
磷灰石塑料
异种塑料
硅芯片塑料
电磁功能
电磁功能陶瓷过滤器
超声波振动子
IC
磁盘
磁头
电磁铁
长寿命加热器
超导材料
电磁屏避材料
高密度封装基板压电陶瓷塑料
压电陶瓷塑料
硅化合物半导体
多层磁性薄膜
金属铁磁体
金属铁磁体
金属陶瓷
金属超导陶瓷
塑料导电性材料
陶瓷陶瓷
光学功能防反射膜
光纤;透镜;波选择器
多色发光元件
玻璃激光透明材料玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半导体
稀土类元素玻璃
能源转化功能
MHD发电
电极;池内壁
热电变换发电
燃料电池
地热发电
太阳电池陶瓷高熔点金属
金属陶瓷
金属硅化物
陶瓷固体电解质
金属陶瓷
电池硅、锗及其化合物
4FGM的研究
FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。FGM的研究开发体系如图4所示[8]。
设计设计
图4FGM研究开发体系
4.1FGM设计
FGM设计是一个逆向设计过程[7]。
首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。
FGM设计主要构成要素有三:
1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;
2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;
3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。
FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。
4.2FGM的制备
FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。
4.2.1粉末冶金法(PM)
PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。
4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)
SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：
图6SHS反应过程示意图
SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4.2.3喷涂法
喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4.2.3.1等离子喷涂法(PS)
PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出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
图7PS方法制备FGM涂层示意图[17]（a）单枪喷涂（b）双枪喷涂
4.2.3.2激光熔覆法
激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末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,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。
图8同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[18]
4.2.3.3热喷射沉积[10]
与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。
4.2.3.4电沉积法
电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5气相沉积法
气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。
化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。
物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]
4.2.4形变与马氏体相变[8]
通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。
4.3FGM的特性评价
功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。
5FGM的研究发展方向
5.1存在的问题
作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:
1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；
2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；
3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；
4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。
5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;
6)成本高。
5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]
1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；
2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；
3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；
4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。
5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]
有必要从以下5个方面进行研究：
1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；
2）热绝缘性能；
3）热疲劳、热冲击和抗震性；
4）抗极端环境变化能力；
5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等
6结束语
FGM的出现标志着现代材料的设计思想进入了高性能新型材料的开发阶段[8]。FGM的研究和开发应用已成为当前材料科学的前沿课题。目前正在向多学科交叉,多产业结合,国际化合作的方向发展。
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