第一篇：復合材料的最新應用與研發(fā)動態(tài)2011

復合材料的最新應用與研發(fā)動態(tài)

時間:2011-11-6

點擊率:178 編者按：中國工程院院士杜善義關于“復合材料的最新應用與研發(fā)動態(tài)”的報告，不僅全面介紹了復合材料研究和應用的最新動態(tài)，而且從國家未來發(fā)展的視角提出了推進復合材料研發(fā)、制備與應用的建議，是一篇難得的美文。感謝杜院士提供文本在《力學園地》發(fā)表，以饗讀者。杜善義院士的簡介附于文后。

杜善義院士

復合材料的最新應用與研發(fā)

動態(tài)

哈爾濱工業(yè)大學 杜善義 引言

材料作為工業(yè)基礎，是工業(yè)革命的推動力，而具有優(yōu)異性能與功能的新材料本身就是一種高新技術，是現(xiàn)代高新技術發(fā)展的物質基礎和先導技術。新材料是國家新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一。作為現(xiàn)代工業(yè)和裝備的共性關鍵技術，決定著一個國家的裝備發(fā)展水平，可以說：“一代材料、一代裝備、一代產業(yè)”。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，新材料的發(fā)展日益向著結構功能一體化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備與使用的綠色化、材料全壽命的低成本化、材料的復合化方向發(fā)展，特別是材料的復合化已經(jīng)成為21世紀新材料技術發(fā)展最為重要的方向之一。

復合材料是由兩種或兩種以上材料復合而成的，組分材料間具有明顯界面，能夠充分發(fā)揮組分材料的各自優(yōu)勢，并能獲得各組分材料所不具備的性能。它是二十世紀最重要的人工材料之一，成為繼金屬、陶瓷、高分子材料之后的第四類材料。從“二戰(zhàn)”玻璃纖維增強復合材料應用開始，到目前以碳纖維增強復合材料為代表的各種先進復合材料，由于其優(yōu)越性能和可設計性等突出優(yōu)點，備受關注。復合材料的發(fā)展大都以國防、航空航天需求為牽引，通過材料研發(fā)與應用水平的提高，不斷的更新?lián)Q代，現(xiàn)已被推廣到航空航天、船艦、交通、能源、建筑、橋梁以及休閑等領域。

復合材料的主要優(yōu)勢體現(xiàn)三個方面：(1)提高結構效率：復合材料具有高比強、高比模等突出優(yōu)點，它的應用可顯著減輕裝備結構重量，從而增加有效載荷，節(jié)約能量消耗或提高效率；(2)結構/功能一體化：可實現(xiàn)特殊功能，提高抗極端環(huán)境能力，進一步提高結構的安全性和功能性；(3)智能化：可提高材料對服役環(huán)境的感知和適應能力，并產生革命性的效果。圖1給出了軍用運輸機和戰(zhàn)斗機中復合材料用量的變化情況，事實證明，目前先進復合材料的應用水平和用量成為衡量新一代裝備先進性的重要標志。

圖1． 復合材料在軍機民機中用量的變化情況

1.復合材料的應用現(xiàn)狀與趨勢

從材料的發(fā)展歷史可以看出，近幾十年來復合材料受重視程度一直呈上升趨勢，特別是21世紀以來尤為明顯，復合材料得到了國內外的充分重視。2003年美國國防部委托國家科學院調研的“面向21世紀國防需求的材料研究”報告中指出：“到2020年，只有復合材料才有潛力獲得20-25%的性能提升”，得到國際上廣泛認同。胡錦濤主席在2010年院士大會的講話中指出：“大力發(fā)展新材料和先進制造科學技術，??積極發(fā)展先進結構材料和復合材料、功能材料等”。2011年3月，在“十二五規(guī)劃”綱要中，“科技創(chuàng)新能力建設重點”的“技術創(chuàng)新工程”中重點提到了“碳纖維復合材料”。從應用態(tài)勢看，有下述四個方面的顯著特征。

1.1作用越來越大

先進復合材料在新型或現(xiàn)代裝備中的戰(zhàn)略作用越來越大，顯著提升了裝備性能和效能，在某些關鍵結構部位的作用呈現(xiàn)“不可替代”的趨勢。

2010年4月、2011年3月X-37B的兩次發(fā)射引起巨大轟動和廣泛關注，有可能在“太空軍事化”上產生革命性影響，其中先進復合材料功不可沒。在X-37B中使用了韌化單片纖維增強抗氧化復合材料(TURFOC)作為新型高溫熱防護系統(tǒng)，其最高溫度不低于1700℃，并且首次應用C/SiC復合材料作為熱結構，使用碳纖維/雙馬來酰亞胺復合材料作為主結構。大幅提升了飛行器的氣動性能、機動能力、有效載荷能力、可重復使用性能和結構可靠性。

圖2． X-37中所用的耐高溫TURFOC和碳纖維/雙馬復合材料主結構

2010年4月美國首次發(fā)射了HTV-2，在實現(xiàn)“全球快速到達”FALCON 新型戰(zhàn)略威懾和戰(zhàn)術打擊武器裝備的發(fā)展中邁出了最為重要的一步，HTV-2對熱防護要求極其苛刻，其中C/C復合材料結構的工程化應用是其重要的物質保障。在該飛行器中使用了1650℃的C/C復合材料、2000 ℃以上超高溫復合材料、多層高效隔熱復合材料技術和大面積復合材料熱防護結構技術。是目前世界上最大、最復雜的C/C復合材料結構，也是整體承力熱防護結構的首次工程化應用，大幅度提升了美國國防和工業(yè)界C/C研制及生產水平。

2011年，航天飛機將全部退役，“Orion”飛船將成為美國載人航天的重要手段，該飛船的熱防護和主結構復合材料技術取得了關鍵的技術突破，大幅度提高了載人飛船的可靠性和有效載荷能力。在“Orion”飛船擁有目前世界上最大的復合材料熱防護結構；其主承力結構采用新型樹脂基復合材料，大大減輕了結構重量，令隔熱層更薄，結構效率更高。其有效載荷能搭乘6名飛行員，返回艙可重復使用10次，其返回艙結構尺寸直徑達5米，成本降到1000萬美元。

無人機在情報、監(jiān)視、偵察等信息化作戰(zhàn)中發(fā)揮越來越重要的作用，縱觀無人機的發(fā)展，從全球鷹到全球觀察者，再到西風和禿鷹，超輕超大復合材料結構技術是提高其持續(xù)能力、生存能力、可靠性和有效載荷能力革命性躍升的關鍵。

圖3． 幾種無人機復合材料用量和續(xù)航能力比較

上述幾個無人機大量使用復合材料，提高了覆蓋范圍和生存能力；大展弦比機翼不斷增大，增長了駐留時間；全復合材料無人機是主流發(fā)展方向；超大和超輕結構復合材料是其發(fā)展趨勢。

1.2范圍越來越廣

先進復合材料在裝備中的應用范圍越來越廣，不僅在航空航天領域進一步擴大，逐步拓展到陸地、海洋、信息等各個領域。

近年來，耐高溫陶瓷基復合材料在航空發(fā)動機一些熱端部件的應用取得進展，如F-35 發(fā)動機(F136)的第三級渦輪導向葉片，耐溫可達1200℃，但是重量比傳統(tǒng)材料部件明顯減輕(大約只有鎳合金的1/3和鈦合金的1/2)，這是陶瓷基復合材料在噴氣式發(fā)動機熱端部件的首次工程化應用。

樹脂基復合材料在航空發(fā)動機的較低溫區(qū)應用效果明顯，大幅減重和降低成本，如發(fā)動機風扇葉片和風扇機匣等位置，比如GE公司的F404發(fā)動機外涵機匣重量和成本均降30%，普惠公司的PW4084和PW4168發(fā)動機風扇葉片重量和成本均降30%以上。

現(xiàn)代信息化海戰(zhàn)對船艦的高隱身、高機動和長壽命提出更高要求，復合材料船艦結構技術將為提升裝備生存能力和壽命期可承受成本作出重要貢獻。美國加利福尼亞大學教授Robert Asaro說: “同一個多世紀以前在船舶結構中用鋼鐵代替木材一樣，這也將是一場技術革命”。比如美國朱姆沃爾特(Zumwalt)驅逐艦艦體和艙室使用碳纖維夾層復合材料，大幅提高了其隱身性能；美國新概念海軍艦艇M80主要結構采用了碳纖維復合材料，時速可達92 km/h，再如世界最先進的全復合材料隱身戰(zhàn)斗艦艇——瑞典的“維斯比”。復合材料的應用在抗腐蝕、輕量化、隱身和降低成本等方面效果明顯。

復合材料的應用在陸基裝備中同樣取得大量應用，包括戰(zhàn)術導彈結構、發(fā)射平臺、坦克裝甲以及橋梁等技術領域。比如戰(zhàn)術導彈的彈體、發(fā)射筒就大量采用了復合材料。在21世紀，復合裝甲已經(jīng)成為主戰(zhàn)坦克的主要標志，如陶瓷-金屬復合材料、編織復合材料等。美國正在研究輕型復合材料便攜橋，20-40米，可承受100噸重量，在快速保障，提高生存能力、機動能力、作戰(zhàn)能力等方面發(fā)揮了重要作用。

透波和隱身技術是電子信息戰(zhàn)的重要技術領域。隱身材料的發(fā)展和應用已成為決定隱身技術發(fā)展的關鍵因素，既能隱身又能承載的多功能復合材料是一個重點研究領域。美國的空對地stanf-off遠射導彈(JASSM)開始應用，它主要配備給B-52，它的隱身功能的彈身難于被敵發(fā)現(xiàn)。JASSM由美國洛馬公司開發(fā)，進行了纖維創(chuàng)新應用、復合材料彈體由編織復合材料構成，利用RTM工藝制備。美國B-2隱身轟炸機和F/A-22隱身多用途戰(zhàn)斗機均在不同部位大量使用了結構型吸波材料，隱身復合材料成為先進隱身飛機、艦船、導彈及其它隱身武器的首選技術之一，大幅提高了生存能力和精確打擊能力。

1.3用量越來越大

先進復合材料在裝備中從非承力、次承力結構向主承力結構和全復合材料結構方向發(fā)展迅速，其用量越來越大，得益于TANGO ACT CAI等計劃，與原材料和復合材料制備工業(yè)界的關系也愈發(fā)密切

圖4給出了幾種戰(zhàn)斗機的復合材料用量對比圖，從F16到F22，從F35再到B-2，復合材料用量越來越大，F(xiàn)-35主要用在了機翼、機身、垂尾、平尾、進氣道等位置，而B-2采用翼身融合，廣泛應用了層壓板、蜂窩夾層結構、混雜，用量達到了50%。

圖4． 幾種戰(zhàn)斗機復合材料用量對比

歐洲A400M軍用運輸機在制造過程中廣泛使用了復合材料(英國GKN宇航公司負責為A400M制造復雜的炭合成翼梁)，其有效載荷大大超過現(xiàn)有的美制C－160和C－130大型運輸機。該機擁有高懸浮起落裝置，可以在短距離內完成起飛和降落；在執(zhí)行空投和戰(zhàn)術飛行過程中，該機擁有很好的低速運行穩(wěn)定性；該機還具備遠距離高速巡航的能力，可以執(zhí)行長距離機動運輸任務。歐洲A400M運輸機可以進行空中加油，完成長距續(xù)航；同時在兩小時內，該機可改裝作為空中加油機使用。其復合材料用量達35-40%，其碳纖維復合材料機翼占翼結構重量的85%，減重20-25%，開創(chuàng)了大型復合材料運輸機機翼的先例

美國空軍實驗室和洛馬公司的先進復合材料運輸機(ACCA，現(xiàn)稱X-55A)計劃，主要驗證快速設計與低成本制造大型結構件的可行性。ACCA(X-55)減少零部件(從3000到300)和緊固件(從40000到4000)，機身全長19.8米全為碳纖維蒙皮和夾層結構，采用非熱壓罐成型(2010年1月完成了全尺寸的技術驗證機)。

1.4需求越來越強烈

隨著裝備向小型化、高性能化、高可靠性發(fā)展，其服役環(huán)境越來越惡劣、要求越來越苛刻，許多新技術和創(chuàng)新思想受限于材料技術,軍用復合材料成為大幅度提高性能、拓展服役條件最為重要的技術途徑，需求越來越強烈。

美國的SHARP、德國的SHEFEX、意大利的USV等一系列計劃都將UHTCC(陶瓷基復合材料)作為重點發(fā)展材料，未來滑翔式機動戰(zhàn)略彈頭、天對地精確打擊再入飛行器以及演示驗證飛行器上都有巨大應用潛力。2000℃以上長時間非燒蝕的特性要求，使得在全世界范圍內開始重視發(fā)展UHTCC。

長時間超高溫結構完整性要求是高超聲速飛行器關鍵部位熱防護系統(tǒng)設計首先必須解決的技術瓶頸問題，陶瓷基復合材料體系是最有望成為解決此問題的有效技術途徑。美國軍方認為超高溫陶瓷技術的突破，給飛行器設計帶來的革命性的變化，目前UHTC材料作為銳型前緣不影響氣動性能的使用溫度可達到2830℃，可重復使用溫度超過2300 ℃。

圖5． 超高溫區(qū)材料的發(fā)展趨勢

美國DARPA的“綜合傳感器即是結構”(ISIS：Integrated Sensor is Structure，ISIS)是高分辨率持久信息、監(jiān)視和偵查能力的創(chuàng)新概念，是一個續(xù)航性能極高的戰(zhàn)場監(jiān)視平臺，目前來看其艇身材料需求與現(xiàn)狀相差較大，大型輕質和多功能復合材料結構是其關鍵技術瓶頸之一。

2.復合材料技術發(fā)展動態(tài)

復合材料的原材料、制造和工藝設計與新型復合材料得到了足夠的重視和發(fā)展。

隨著復合材料在新一代裝備中應用需求不斷增加，主導復合材料性能的增強體向高性能、低成本方向跨越性發(fā)展。以最具有代表性的增強體碳纖維為例來看，未來幾年碳纖維市場需求持續(xù)增長，2010年，碳纖維在工業(yè)領域的需求占到50%，宇航領域占25%，其它領域占25%。而且繼T800、T1000之后，Zylon、HS、M65J、M5等PAN基高強、高模碳纖維以及無機(陶瓷)、有機(PBO、芳綸等)纖維也得到了充分的重視和發(fā)展。不僅如此，研究也表明纖維缺陷尺度和石墨片層的有序度是決定纖維性能的兩大要素，提高小絲束性能，研發(fā)性價比更高的大絲束碳纖維是今后的一個發(fā)展方向。而基體材料則強調強韌性、功能性和工藝性的協(xié)調發(fā)展方向。

圖6． 碳纖維的需求趨勢

隨著裝備需求的不斷擴大，對于樹脂基復合材料提出了更多、更高的發(fā)展需求，一些雙馬(BMI)和聚酰亞胺(PI)類樹脂韌性、耐溫性不斷提高，工藝和成本不斷降低。B-2轟炸機尾部使用了新型耐高溫聚酰亞胺樹脂AFR-PE-4，提高耐溫能力和抗聲振能力，降低維修成本和時間。

復合材料制造工藝非常重要，占復合材料成本比例很大，且對其性能影響很大。自動化、新工藝以及無損檢測技術是先進復合材料制備的重點發(fā)展方向，以自動鋪帶技術(ATL)和自動鋪絲技術(AFP)為代表的自動化制造裝備在大型主承力結歐洲A400M飛機就采用了以鋪帶技術為主的自動鋪放技術。

圖7． A400M 大型軍用運輸機翼梁

以非熱壓釜工藝和液體成型為代表的低成本工藝技術也發(fā)揮越來越重要的作用，并有望成為降低復合材料成本的關鍵技術。利用新工藝使裝備的零件數(shù)減少一個數(shù)量級，更易制造復雜構型結構。比如美國陸軍CH-47運輸直升機，利用新工藝后，其發(fā)動機吊架結構元件總數(shù)從277減少到72，這些元件使用的緊固件也從2526減少到845。僅上甲板的元件數(shù)就從100個下降到5個。

復合材料的設計水平在一定意義上決定其應用水平，應充分發(fā)揮復合材料的優(yōu)越性能，科學設計，減輕重量，提高可靠性，降低成本，不能簡單用“好材料”，而是要“用好”材料。

復合材料作為一種新材料，隨著材料科學、技術和應用水平的不斷提高，新型復合材料，如納米復合材料，智能復合材料以及仿生復合材料不斷出現(xiàn)，這也是其技術發(fā)展的一大趨勢。

3.我國未來發(fā)展的幾點思考

對于我國而言，復合材料的用量和水平將是制約我國攻防對抗體系的綜合能力的主導因素之一，鑒于我們目前的發(fā)展現(xiàn)狀，應考慮在以下幾個進行加強和深化。

(1)、高性能增強體的研發(fā)，特別是高性能碳纖維的研發(fā)非常重要，應進一步加強T300級碳纖維性能穩(wěn)定性和工程化研究和開發(fā)；加強T800、T1000級等中高端國產碳纖維的預先研究，重要裝備的發(fā)展應立足于國產碳纖維。

(2)、從長遠發(fā)展來看，應在國家層面上繼續(xù)推動新裝備、新工藝發(fā)展的重大研究計劃，提高我國復合材料的制備能力。國外復合材料在F-

22、F-35和B-2等裝備上的成功應用，主要依賴于其先進的復合材料工藝和生產裝備；雖然Boeing、AirBus都在中國建廠合作生產部件，但裝備和工藝方面的核心技術仍受其控制，軍用方面的技術更是進行了嚴格的技術封鎖。

(3)、進一步加強設計、分析、檢測和評價技術研究，提高復合材料應用技術成熟度；準確把握我國復合材料技術現(xiàn)狀和趨勢，“用好”材料，而不簡單是用“好材料”。設計理念上從全壽命周期考慮性能和成本問題，發(fā)揮一體化設計優(yōu)勢；不能把壓力完全轉加給材料，需要認清材料，敢用材料，善用材料。

(4)、重視和加強新型復合材料與技術的研發(fā)進程，推動概念驗證-技術突破-驗證轉化，與國外同步發(fā)展的有潛力的新興技術不能輸在起跑線上。進一步加大基礎研究支持范圍和力度，包括一些有潛力但暫時還不能產生明顯軍事效益的技術；建立“概念驗證-技術突破-驗證轉化”的良好機制和加速發(fā)展策略!

杜善義院士簡介：

杜善義(1938—)，遼寧省大連人。哈爾濱工業(yè)大學教授、博士生導師，力學和復合材料學家，中國復合材料學會理事長，1964年畢業(yè)于中國科學技術大學，1999年當選中國工程院院士，全國人大代表(第十屆、第十一屆)。

現(xiàn)主要兼任：總裝備部科技委兼職委員，國家國防科技工業(yè)局科技委委員，國家安全重大基礎研究計劃專家顧問組成員，國家重點基礎研究發(fā)展計劃專家咨詢組成員，中國商用飛機有限責任公司專家咨詢組成員，國家自然基金委重大研究計劃指導專家組組長等職。

解決了熱防護材料與結構中的若干關鍵理論與技術問題，突破了材料超高溫力學性能測試技術，提出“非燒蝕”防熱材料概念；將細觀力學推廣到先進復合材料力學分析中，提出了“設計/分析/評價”一體化研究方法；發(fā)展了隨機夾雜理論，在壓電、鐵電與功能梯度材料等的多場耦合分析和力學性能預報方面做出貢獻；開展了智能復合材料與結構研究，為推動其在航空航天和基礎設施等領域的應用做了大量開拓性工作；重視和善于人才培養(yǎng)與團隊建設，20余人次獲國家級人才獎勵，團隊獲國家自然基金委創(chuàng)新群體、國防科技和教育部創(chuàng)新團隊資助；在國家多項重大工程與研究計劃中擔任專家，在論證和實施中發(fā)揮重要作用。獲國家科技進步二等和三等獎各1項、國家技術發(fā)明二等獎1項，省部級一等獎5項，并獲光華科技基金一等獎、航天獎和何梁何利科學與技術進步獎。發(fā)表論文200余篇，撰寫了《復合材料細觀力學》、《智能材料系統(tǒng)及結構》等著作10部，已培養(yǎng)了71名博士。

第二篇：生物技術藥物研發(fā)動態(tài)

生物技術藥物研發(fā)動態(tài)

中國藥品生物制品檢定所周海鈞教授在本次大會上介紹了近年來生物技術藥物的最新研究進展。

周海鈞教授說，全世界醫(yī)藥生物技術近十年來發(fā)展很快，美國在生物制藥方面一直穩(wěn)居榜首，其次是德國和日本。至2003年1月，美國已上市77種生物技術藥物。2003年，美國食品與藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準了第一個治療牛皮癬的生物技術藥物－－Amevive（alefacept）。我國生物技術藥物的研究和開發(fā)起步較晚，但在國家大力扶持下，發(fā)展迅速，目前已有16種基因工程藥物和兩種疫苗批準上市，正在進行臨床試驗的品種近100種。

基因治療是導入外源基因達到治療效果的治療方法。研究表明，基因治療有可能成為治愈癌癥、艾滋病、高血壓、糖尿病，以及各種遺傳病的最佳選擇。周海鈞教授介紹說，目前美國FDA已經(jīng)批準600多個基因治療方案，治療的疾病涉及各種腫瘤、心血管疾病、代謝病、遺傳病和艾滋病等。我國早在1991年就開展了B型血友病的基因治療，至今已有多個方案進入臨床研究階段。

DNA疫苗是20世紀90年代新興的免疫學理論和技術，1995年以來，F(xiàn)DA已經(jīng)陸續(xù)批準艾滋病、流感、乙型肝炎病毒、單純皰疾病毒、瘧疾和腫瘤相關抗原等DNA疫苗十余種，其中瘧疾DNA疫苗進展很快，已經(jīng)進入Ⅲ期臨床試驗階段。我國在DNA疫苗方面亦取得可喜進展，并取得了一些具有獨立自主知識產權的品種。中科院

動物所研制的HCGβ亞單位腫瘤DNA疫苗，衛(wèi)生部艾滋病預防與檢測中心研制的重組MVA－HCV活疫苗及重組MVA和DNA聯(lián)合疫苗已經(jīng)進入臨床試驗研究階段。

周海鈞教授介紹說，反義核酸藥物是20世紀80年代出現(xiàn)的一種以抑制基因表達為目的的基因治療藥物。它是根據(jù)堿基互補原理用人工合成或生物合成的特定互補DNA、RNA片段，在復制、轉錄和表達3個水平上抑制或封閉基因表達。反義核酸藥物對腫瘤、遺傳病、傳染病的防治具有重要意義。1998年，美國第一個批準研制的vitravene反義寡核苷酸（as-ODN）投入市場，用于治療艾滋病患者的巨細胞病毒和視網(wǎng)膜炎。我國863項目中也有反義核酸藥物類的研究項目。軍科院放射醫(yī)學研究所研制的端粒酶hEST2基因為靶的反義核酸抗腫瘤藥正在進行臨床前研究。

在單克隆抗體研發(fā)領域，1993年美國研制的ortho OKT-3鼠單抗，首先批準上市用于急性逆轉腎移植免疫排斥反應，后又擴大到肝臟、心臟的移植，現(xiàn)美國已經(jīng)批準單抗13種。目前，美國正處于臨床研究階段的單抗近70種，其中研究人員正在就人源單抗免疫球蛋白E對血癌、銀屑病、肝移植、腎移植、哮喘、鼻炎、色素層炎等多種疾病的治療進行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床研究。日本亦有7種人源單抗進入臨床研究階段。我國對治療性抗體研究非常重視。目前已有流行性乙型腦炎單抗、肝癌單抗導向治療劑131Ⅰ標記的HAb18及131Ⅰ標記的酶解片段F（ab'）2進入臨床研究階段，并顯示出良好的治療效果。周海鈞教授最后指出，發(fā)展生物技術藥物，應該研究各國成功經(jīng)

驗，結合生物技術藥物研究和開發(fā)的特點，制訂相應措施和策略，創(chuàng)造出一條既有自主知識產權，又能較快趕超世界先進水平的中國之路。《中國醫(yī)藥報》2003.4.29

第三篇：復合大豆磷脂粉生產與應用

復合大豆磷脂粉生產與應用

大豆磷脂是從生產大豆油的油腳中提取出來的產物，在大豆中的含量為1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、膽堿或膽胺所組成的酯，能溶于油脂及非極性溶劑中。大豆磷脂的組成成分復雜，主要含有卵磷脂（約含34.2%）、腦磷脂（約含19.7%）、肌醇磷脂（約含16.0%）、磷酯酸絲氨

大豆磷脂是從生產大豆油的油腳中提取出來的產物，在大豆中的含量為1.2%～3.2%.它是由甘油、脂肪酸、膽堿或膽胺所組成的酯，能溶于油脂及非極性溶劑中。大豆磷脂的組成成分復雜，主要含有卵磷脂（約含34.2%）、腦磷脂（約含19.7%）、肌醇磷脂（約含16.0%）、磷酯酸絲氨酸（約含15.8%）、磷脂酸（約含3.6%）及其他磷脂（約含10.7%）.其中最主要的3種磷脂為：卵磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿組成；腦磷脂，與卵磷脂的結構相似，它含的氨基醇是乙醇胺而不是膽堿；肌醇磷脂，是由甘油、脂肪酸、磷酸和肌醇構成。大豆磷脂在畜禽體內脂肪代謝、肌肉生長、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和體內抗氧化損傷等方面發(fā)揮很重要的作用。近年來，大豆磷脂作為飼料添加劑代替部分脂肪已初步應用于飼料工業(yè)。

1大豆磷脂的理化性質

純凈的大豆磷脂在高溫下是一種白色固體物質，由于精制處理和空氣接觸等原因而變成淡黃色或棕色。大豆磷脂溶于油脂、脂肪酸和苯、乙醚等有機溶劑，部分溶于乙醇，極難溶于丙酮和乙酸甲酯，不溶于水。磷脂具有親水膠體的性質，遇水時能吸水膨脹，從而使其在油脂中溶解度大大降低，從油中析出。在磷脂分子中，有磷酸根和氨基醇親水基團及碳氫鍵疏水基團，故磷脂能起表面活性劑作用，能使水、油兩個不相溶的相形成穩(wěn)定的乳膠體，這是因為磷脂在水、油兩相之間形成一個界面層而降低油與水之間的表面張力，成為很好的乳化劑和分散劑。磷脂在空氣中或陽光中不穩(wěn)定，易氧化酸敗而變黑，但在油脂中卻比較穩(wěn)定。磷脂的耐熱性能較好，但溫度超過150℃會逐漸分解。磷脂在酸堿條件下易水解，其產物為脂肪酸、甘油、磷酸、氨基醇及肌醇等。

2大豆磷脂的種類

根據(jù)大豆磷脂加工工藝的不同，可將其分為以下幾個類型：

2.1天然粗制磷脂

由大豆精煉油的副產品（油腳）真空脫水而制得，亦稱為濃縮大豆磷脂。產品的丙酮不溶物（磷脂和糖脂）含量為60%～64%,大豆油含量為36%～40%.2.2改性大豆磷脂

由濃縮大豆磷脂經(jīng)化學改性而制成，具有較好的親水性和水包油（O/W）乳化功能。改性方法主要有3種：物理法、化學法和酶法。其丙酮不溶物含量與天然粗磷脂含量相同，但其乳化性和親水性能較濃縮大豆磷脂有顯著提高，因此在飼料添加性能、液體飼料制備和能量的消化吸收方面有更大的優(yōu)勢，在飼料中應用廣泛。

2.3粉末大豆磷脂

濃縮大豆磷脂經(jīng)丙酮脫除油脂后的高純度磷脂產品，也稱脫油磷脂粉。色澤為米黃色或淺棕黃色，呈粉粒狀，丙酮不溶物含量為95%～98%.2.4精制大豆磷脂

經(jīng)丙酮沉淀制得的粉末大豆磷脂可經(jīng)乙醇油提進行純化，乙醇處理后分為醇溶部分和醇不溶部分。醇溶部分磷脂酷膽堿含量高，增強了其親水性，是O/W型乳化劑；醇不溶部分分為磷脂酸乙醇胺和磷脂酷肌醇，是W/O型乳化劑。

2.5磷脂油

植物油和脂肪酸稀釋的磷脂產品，粘度低，易于泵送或噴涂。磷脂含量一般為30%～52%.2.6粉狀大豆磷脂

液態(tài)磷脂加載體而形成的固體粉狀產品。磷脂含量為10%～50%.2.7漂白大豆磷脂

粗磷脂經(jīng)過過氧化氫漂白后進一步脫水所得的產品，含水量小于1%.3大豆磷脂的生理營養(yǎng)作用

大豆磷脂產品的主要成分有油脂、磷脂、膽堿、不飽和脂肪酸和維生素E等。磷脂是生物膜的重要組成部分，是動物腦、神經(jīng)組織、骨髓和內臟中不可缺少的組成部分，對幼齡動物的生長發(fā)育非常重要。大部分磷脂以脂蛋白復合體的形式存在于細胞壁基質、細胞膜、髓鞘、線粒體和微粒體中，其作用是使非極性物質具有很高的通透性。磷脂還參與脂類的代謝，促進飼料中脂類的消化。吸收、轉運和合成，防止脂肪肝的產生。磷脂不僅參與脂肪酸的代謝，而且改善維生素 A的吸收。磷脂還參與鈉離子與鉀離子的活動，激活一些神經(jīng)組織。磷脂與不飽和脂肪酸中的必需脂肪酸作為組織細胞不可缺少的成分，還可增強組織器官功能，提高動物機體免疫系統(tǒng)活力，增強抗應激能力和抗病力。膽堿可節(jié)約動物體內部分蛋氨酸。油脂中的亞油酸、亞麻酸是動物體不能合成的，是細胞結構和機體代謝不可缺少的，必須從飼料中攝取。維生素E具有抗氧化作用，保護飼料中的其他維生素和不飽和脂肪酸。

4大豆磷脂在動物生產中的應用

4.1預防脂肪肝

魚類營養(yǎng)性脂肪肝嚴重影響魚的生長、肉質和抗病力；雞的脂肪肝可導致產蛋率下降、死亡率升

高。脂肪肝綜合癥的生理原因主要是缺少磷脂，因為磷脂對脂肪代謝是非常重要的。磷脂分子具有乳化特性，所含的不飽和脂肪酸能酯化膽固醇，在血液中調節(jié)脂肪、膽固醇的運輸和沉積。動物在肝中合成磷脂，并可通過形成脂蛋白不斷把這些脂肪轉運到肝外。脂蛋白是磷脂、膽固醇、甘油三酯和阿撲蛋白的復合物，如無足夠的磷脂，脂蛋白便不能形成，肝內則會充盈脂肪。由于肝壁薄組織被脂肪浸潤，其他重要的化學過程和合成就不能順利進行，這樣機體的其他有關功能將受到影響。因此，在飼料中補充一定量的磷脂，使脂蛋白的合成順利進行，肝內的脂肪便可輸運出，預防脂肪肝的發(fā)生。曹俊明等（1997）對草魚的研究表明，當飼料中添加一定量的大豆磷脂時，草魚肝臟脂肪脂質含量大幅度降低。

4.2改善動物的體脂構成

在飼料中添加適量的大豆磷脂可提高屠宰率、降低腹脂和改善肉質。由于大豆磷脂產品含有一定量的不飽和脂肪酸，如二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）,動物采食含大豆磷脂的飼料，其體脂中這些不飽和脂肪酸的含量會相應提高，從而達到改善體脂的目的。邵鄰相等（1996）在高脂日糧中添加大豆磷脂飼喂大鼠，結果大鼠血清中膽固醇、甘油三酯及極低密度脂蛋白含量明顯降低，這說明大豆磷脂有降低血脂的作用。曹俊明等（1997）的試驗表明，用含5%磷脂的飼料飼喂草魚，52d后肝、胰臟的脂肪酸組成發(fā)生了變化，EPA和DHA含量顯著升高，說明大豆磷脂可改善草魚體脂構成。王若軍等（1997）的試驗表明，大豆磷脂可完全替代肉雞日糧中的豆油，可提高屠宰率，降低腹脂和改善肉質。

4.3提高生長效率和飼料轉化率

4.3.1豬

國內外的研究表明，在仔豬斷奶后14d內由于膽汁分泌不足，仔豬對脂肪的乳化能力較弱。在仔豬飼料中添加磷脂可提高日糧粗蛋白質和能量的消化率，減少因消化不良導致的腹瀉，促進代謝，改善增重和飼料轉化率。Gunther（1994）研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.2%脫油大豆磷脂，仔豬的日增重比對照組提高9.5%,料重比降低7.5%;添加0.6%日增重提高17.1%,料重比降低12%.甘溢凌（2000）進行的大豆磷脂對斷奶仔豬的試驗表明，添加大豆磷脂組仔豬日增重提高6.8%,節(jié)約飼料約5.4%.在生長豬日糧中添加大豆磷脂也有同樣的效果。李立（1999）的試驗表明，生長豬日糧中添加5%大豆磷脂，日增重可提高7%.4.3.2牛

有研究證實，添加磷脂可顯著改善小牛對人造奶中非乳脂的消化率。在小牛飼料中添加大豆磷脂40～50g/d,5個月中試驗組平均日增重為870～880g,比對照組提高53%～64%.同時在飼料中添加磷脂和脂肪，可解決給小牛喂酪蛋白、乳糖、礦物質和維生素的合成日糧時出現(xiàn)的代謝紊亂和生長遲緩問題。

4.3.3家禽

有研究報道，在肉仔雞料中添加磷脂可改善仔雞的生長狀況，并可增加肝中維生素A的貯存，促進骨的生長。耿慶輝（1996）的試驗表明，在肉雞日糧中添加2%改性磷脂，可提高增重7%～10%,飼料報酬提高5%～8%;給產蛋雞飼喂含1.5%大豆磷脂的飼料，產蛋率提高9.9呢，飼料報酬提高9.2%.常開成（1998）用濃縮大豆磷 脂全部替代蛋雞日糧中3%的油脂，添加磷脂組蛋雞多產蛋7.l%,蛋白質消耗減少7.2%.4.3.4水產動物

魚類在孵化后的快速生長中，需要豐富的磷脂來構成細胞的成分，當磷脂的生物合成不能充分滿足仔魚的需求時，需要在飼料中添加磷脂。另外，飼料中的磷脂還能促進甲殼動物對膽固醇的利用，提高甲殼動物的生長和成活率。蝦在不同生長時期對磷脂的需要量不同，幼蝦因不能合成足夠的磷脂供生長和代謝的需要，因而幼蝦對磷脂的需要量高。Abramo等（1981）的研究證明，龍蝦需要卵磷脂以確保它在脫殼期間的生存。日本科學家指出，日糧中含0.5%～l%的磷脂對幼蝦的生長和成活是必需的。薛永瑞等（1989）的試驗表明，在鯉魚飼料中添加2%的改性大豆磷脂，比對照組增產30.7%,飼料系數(shù)降低0.21,飼料成本降低了9.63%.Poston（1990）在飼料中添加4%或8%的大豆磷脂，明顯降低了大西洋鮭的餌料系數(shù)。Kanagana等（1985）報道，在蝦料中添加1%大豆磷脂可提高蝦的生長速度和成活率。

5影響大豆磷脂應用的因素

隨著畜牧業(yè)和飼料工業(yè)的飛速發(fā)展，飼料在市場上的競爭日趨激烈。大豆磷脂產品作為一種替代植物油，降低飼料成本的能量原料，被越來越多的廠家、養(yǎng)殖業(yè)戶所重視和使用。但是，由于這種產品在國內處于剛剛開發(fā)階段，技術尚不十分成熟，產品質量良莠不一，國內飼料行業(yè)又沒有制定相應的質量標準，再加上有的使用單位對其性能與質量不清楚，所以該產品也給一些飼料加工企業(yè)及養(yǎng)殖戶帶來了很大的損失。近年來，東北地區(qū)的很多飼料加工企業(yè)應用磷脂后的質量事故；如飼料發(fā)霉、變質、肉雞發(fā)生腦組織軟化、白肌病、免疫力下降、腹瀉、采食量下降，甚至拒食等。很多事故是由磷脂導致的或與磷脂有直接關系。

其次，由于粉末磷脂加工成本及使用成本較高，飼料工業(yè)中使用的基本上是粗制大豆磷脂，常溫下為半固態(tài)，粘度非常大，用于飼料添加不能混合均勻，即便是高溫流動狀態(tài)下加入也難于混合。為解決磷脂在飼料中的混合問題，復合磷脂粉（粉狀大豆磷脂）在近些年得到了很好的發(fā)展。

6復合磷脂粉的生產

復合磷脂粉的生產工藝很簡單，就是將玉米膨化后與磷脂油混合即可。

目前，東北地區(qū)有眾多廠家生產復合磷脂粉，我公司的膨化機用戶也有很多從事該產品的生產。需要注意的是，復合磷脂粉中的膨化玉米比普通膨化飼料玉米膨化度高，要求較高的吸附性能，以生產出含脂肪及磷脂較高的產品。我們的用戶一般采用45～50%的膨化玉米粉吸附50～55%的磷脂油，終產品為淺黃色至棕黃色粉狀，具有大豆磷脂及膨化玉米固有香味，含磷脂、豆油、蛋白質、碳水化合物、膽堿（0.8%-1.1%）、必需脂肪酸（16-20%）VE等，主成分：粗脂肪≥50%、粗蛋白4-7%、磷脂≥30%、水分≤6%、酸 價≤20%、粒度（目）20-30、能量（大卡/千克）≥6000.7復合大豆磷脂粉的應用

復合大豆磷脂粉可提高飼料的能量和營養(yǎng)價值；提高飼料轉化率，降低飼料系數(shù)；改善飼料的適口性，具有誘食作用；提高制粒的物理質量和產量，減少飼料在擠壓成形時的粉料損失和能量消耗；防止粉塵飛揚和飼料自動分級；減少水產飼料中水溶性營養(yǎng)素的溶失；改善水產飼料在水中的漂離和沉降；減少飼料浪費和水質污染；促進脂質消化吸收，預防脂肪肝；促進幼齡動物生長發(fā)育，提高成活率；提高動物生長速度和生產性能；提高動物繁殖能力，增強動物機體抗病能力；便于飼料加工，可替代部分油脂和合成氯化膽堿。

7.1 肉禽用

改善適口性，緩解應激，縮短出欄時間。

提高免疫系統(tǒng)，增強抗病力，有效預防脂肪肝、腹水綜合癥及猝死癥。提高屠宰率，降低腹脂，改善肉質風味，有效增加肝重。全增重率提高5%,成活率提高1.5%,料肉比降低2%,代謝能≥5.69MCal/kg直接添加 ,前期1.5～3%,中期2.5～4%,后期3.5～5%.7.2 蛋禽用

提高蛋殼質量，減少破蛋、白班蛋及肉班蛋，改善蛋黃質量，增大蛋卵個頭。提高受精率、孵化率。增強免疫系統(tǒng)活力，緩解應激。

產蛋率提高越5%,枚蛋增重2.5克左右。產蛋高峰期延長半月之久。直接添加，蛋禽2～5%.7.3乳豬、仔豬、育肥豬用

有效降低粉料的粉塵量。

改善適口性，促進生長，提高成活率，縮短出欄時間，緩解應激。增強抗病力和仔豬的御寒能力。成豬皮薄細膩，皮毛光亮，瘦肉率提高。提高增重：仔豬5%,生成豬3%,降低料肉比，仔豬：2%,生長豬：1%左右。消化能5.19MCal/kg.7.4水產用（鯉、鯽、鰻、虹鱒、鮭魚、羅非魚及蝦、蟹、甲魚等）

提高飼料顆粒質量，減少水溶性維生素在水中的散失，具有誘食作用改善適口性。提高成活率，特別是甲殼類在幼苗和脫殼期的成活率。增強免疫系統(tǒng)活力，緩解應激；有效預防脂肪肝，腎臟和腸內出血、貧血等疾病，磁降低體側彎及大腹腔發(fā)生率，保持自然條形。提高越冬和運輸成活率。

有利色素沉積，保持天然體色，并提高機體組織磷脂含量，改善肉質風味鯉魚增重越15%,成活率提高2%,飼料系數(shù)降低15%.消化能直接添加，3～5%.

第四篇：化學自制教具的研發(fā)與應用

化學自制教具的研發(fā)與應用

化學新課程中的實驗與傳統(tǒng)課程中的實驗相比，在內容的選擇、設計和呈現(xiàn)方式上，都發(fā)生了很大的變化，表現(xiàn)出了生活化、趣味化、探究化的新特點，這給化學教師的實驗教學研究提出了更高的要求。然而在現(xiàn)今中學理科實驗配備中，能適應新課程實驗改革的教學用具并不多。因此，貫徹執(zhí)行與新課程相適應的實驗教學理念，鉆研教材教法、研制實用教具成為一種教學需要。

一、化學自制教具的涵義及其在教學中的作用

1、自制教具的涵義

教具是指在教學過程中使用的具有教學特點、體現(xiàn)教育思想、教育目標和教學方法的實物、模型等輔助課堂教學的直觀教學用具。自制教具，顧名思義，則是指利用身邊的廢舊材料、易得物品，采用簡單可行的方法，自己設計、制作的教具。它是教師在把握了深入理解教材，充分了解學生，精心設計教學過程這三者聯(lián)系后的產物，是滿足教學需要的工具，是教學效果的有效支撐和補充。這里需要指出的是化學自制教具的范圍非常寬泛，它可以是傳統(tǒng)的粉筆、黑板擦等，也可以是先進的傳感器等電教設備。

2、自制教具在教學中的作用

（1）自制教具，展示了教師的教學獨創(chuàng)性

自制教具是教師根據(jù)教學經(jīng)驗對課堂教學行為進行創(chuàng)新的一項活動。它針對教學中的重點、難點和急需解決的問題而設計制作，融教師的教法和學生的學法于一體。這種設計制作改變了以往平鋪直敘的課堂教學模式，極大地補充了教材資源、優(yōu)化了教學結構，教師教得輕松而愉快，學生學得扎實而透徹。這都充分地展示出了教師的教學獨創(chuàng)性。

（2）自制教具，激發(fā)了學生的學習積極性

新課程標準特別關注學生的興趣與好奇心。特別關注學生的求知欲望。而自制教具貼近生活，有較強的針對性與趣味性，用它來呈現(xiàn)科學現(xiàn)象，探索科學規(guī)律，學生感到親切，感到好奇，感到興奮。因此在教學中，利用自制教具適時適度地進行演示，有意識的創(chuàng)設出好奇情景，可以最大限度地激發(fā)學生的求知欲望，從而提高他們的學習主動性。其作用是一般的現(xiàn)成教具所無法比擬的。

（3）自制教具，提升了化學教與學的廣度和深度 對同一教材的同一內容，不同的教師可能在教學中有不同的處理。而即使是同一教師教同一內容，面對的教學對象不同，需要采取的教法也可能不同。因此，在研究不同教學方法的同時，就伴隨著研制適應教學要求的不同的教具。而不同教具的研制成功，也就帶來了不同教法的成熟。進而言之，新教具的成功和新教法的成熟，又提升了化學教與學的廣度和深度。

二、基于需要的化學自制教具研發(fā)源泉

1、研發(fā)源于學生觀察的需要

演示實驗最主要的教學任務是將實驗現(xiàn)象的變化展現(xiàn)在學生的眼前，并引導學生觀察、思考，從而解決問題，這是一種最有效、最直觀的教學手段。然而在目前以45～50人為主的班級組織中，教師在講臺上演示的實驗現(xiàn)象并不能讓班級所有的學生都能清晰的觀察到，尤其是座位較后的學生?；谶@種需要，就應自制教具，以放大實驗情景。

教具1：多功能實驗儀器籃

【制作背景】

傳統(tǒng)的實驗儀器籃功能單一，只用來盛放上課演示實驗用的儀器藥品等（如圖1a），對于一些不能拿在手中邊做邊講的演示實驗，如反應非常劇烈的實驗或成套的物質制備實驗，其只能放在講臺上演示，這就局限了學生的觀察視野（如圖1b，坐在第二排的同學就已經(jīng)看不清講臺上的演示實驗了）。因此想到我們每次實驗必帶的實驗提籃，可在（如圖1a）基礎上進行改造（如圖1c），以充分挖掘它的另一功能——增大演示實驗的可視性。

圖1a

圖1b

圖1c

圖1d 【使用方法】

如圖1d，拿出實驗用品后，將其倒置在講臺上，便可在上面進行演示實驗，即使最后排的學生，也能清晰地觀察到實驗的現(xiàn)象?！窘叹咛攸c】

本教具在不增加其它輔助用具的前提下，充分開發(fā)出了演示實驗提籃的雙重功能，既可盛放演示實驗所需用品，又可增大演示實驗的可見度和直觀性。

2、研發(fā)源于教學設計的需要

設計并使用自制教具是為了輔助教學。教師在對教材中的工業(yè)流程圖、化學發(fā)展的歷史等進行教學設計時，若能適應教學需要自制出教材中所沒有的形象教具，則將有助于學生的觀察、理解和記憶，并為他們盡快地掌握知識而創(chuàng)造條件。

教具2：硫酸的制備流程示教板

【制作材料】

大瓶空飲料瓶（2.5 L）3個、軟塑料管、泡沫塑料 【制作方法】

利用3個大瓶空飲料瓶（如圖2a），依次制作好硫酸制備流程中的三個重要裝置模型：沸騰爐、接觸室、吸收塔（如圖2b）。

圖2a

圖2b 【教具特點】

本自制教具的使用，給了學生感性的、形象而具體的知識，增強了教學效果。同樣，利用此想法，還可制作出工業(yè)制備硝酸的流程示教板、煉鐵高爐模型等。

3、研發(fā)源于學生理解的需要

在化學教學中，常有這樣的教學需求：宏觀知識縮微描述，微觀知識放大描述，抽象概念形象描述。但每遇此類教學需要，卻常感無現(xiàn)成教具之苦。教師教得困難，學生學得吃力。而自制教具具有很強的針對性和靈活性，它應教學中遇到的學生知識理解上的難點而設計。如在講解鹽的雙水解原理時，教材無現(xiàn)成實驗輔助說明，學生理解起來有如空中樓閣。而自制的簡易泡沫滅火器，有效地減輕了學生學習該抽象原理時的困難，并為他們盡快地掌握概念和規(guī)律創(chuàng)造了條件。

教具3：自制泡沫滅火器

【制作材料】

礦泉水瓶（550 mL）1瓶、棒棒冰1個 【制作方法】

（1）去除棒棒冰內部的棒冰，配制飽和的Al2(SO4)3溶液（如圖3a）。（2）在空礦泉水瓶的上部用針扎幾個小孔，并在瓶中加入適量小蘇打固體；在棒棒冰里面加滿飽和的Al2(SO4)3溶液（加少許洗滌劑），并將其置于裝有小蘇打固體的空礦泉水瓶中，擰緊瓶蓋，正放于桌上（如圖3b）。

（3）用手指堵牢第（2）步制好的礦泉水瓶上的小孔，并將礦泉水瓶倒置（使Al2(SO4)3與NaHCO3接觸），上下振蕩幾次，對準酒精燈火焰，松開堵小孔的手指（如圖3c），反應產生大量的白色泡沫，并很快將火焰撲滅（如圖3d）。

圖3a

圖3b

圖3c

圖3d 【教具特點】

通過該教具的使用，加深了學生對Al3+與HCO3-水解相互促進而產生Al(OH)3和CO2的理解，同時還增強了課堂教學的趣味性。

4、研發(fā)源于示錯教學的需要

在進行課堂演示實驗時，教師通常的做法是將正確的實驗操作示范給學生，但學生在進行分組實驗時，操作卻往往規(guī)范不起來。究其原因是學生不知道操作不規(guī)范到底會有怎么樣的后果。因而，教師在進行實驗操作示范教學的同時，也要適當?shù)剡\用一些示錯教學法。

教具4：濃硫酸稀釋操作示錯教學儀

【制作材料】

具支試管（25 mm×200 mm）、單孔橡皮塞、直角玻璃導管、乳膠管、醫(yī)用注射器、小氣球、雙面膠 【制作方法】

（1）在具支試管的支管口系一小氣球，在直角玻璃導管的上端用雙面膠粘一張pH試紙，將吸有少量水的注射器通過乳膠管與直角玻璃導管連接起來（如圖4a）。小心地往試管中緩緩注入約為試管容積1/4的濃硫酸，然后，立即將單孔橡皮塞塞到試管口上，并旋緊。

圖4a

圖4b

（2）輕推注射器的活塞，并將水緩緩注入到濃硫酸中。濃硫酸遇水釋放出大量的熱，氣球快速鼓起，同時注入濃硫酸的水立即沸騰，夾帶著酸液向四周飛濺，粘在導管上的pH試紙遇到濺起的酸液而出現(xiàn)很多紅色的斑點（如圖4b）?！窘叹咛攸c】

學生通過氣球膨脹，直觀地體會到濃硫酸溶于水放出大量熱的事實，同時pH試紙上的紅色斑點直觀地顯示了酸液濺起的高度，從而使學生清晰地認識到“把水加入到濃硫酸中進行稀釋是一種錯誤的實驗操作，它極易釀成安全事故”。通過這種示錯性教具的使用，學生知道了規(guī)范實驗操作的重要性。

5、研發(fā)源于實驗方法的需要

在實際的教學過程中，教具為教學效果的提升起到了極大的幫助。然而隨著新材料和新方法的出現(xiàn)，原有的教具不再適應教學的需要，這時就需在原有教具的基礎上，或調整、或改造、或更新、或創(chuàng)制新的教具。

教具5：吊針式吸氣裝置

【制作材料】

大瓶空飲料瓶（2.5 L）1個、乳膠管、具支試管（25 mm×200 mm）、玻璃導管、橡膠塞（單孔、雙孔各1個）、止水夾 【制作方法】

（1）在飲料瓶的瓶蓋上打兩個孔，將帶有導管的雙孔橡皮塞的導管從瓶塞上穿過，在飲料瓶中裝滿水，擰緊瓶蓋，將飲料瓶倒立在鐵架臺的鐵圈上，另一空瓶放在其下面用于待接水，此時，上瓶中的水不能流下（如圖5a）。

圖5a

圖5b

（2）緩緩打開止水夾，上瓶中的水受重力作用將流下進入到下面空瓶中，上瓶內形成負壓，將反應產生的氣體吸入具支試管中并形成連續(xù)的氣泡（如圖5b）。吸氣的速率可由止水夾閉合的大小來控制?！窘叹咛攸c】

原有教具的最大缺點是產生的氣體不能很快地被試劑所吸收，而此教具通過負壓 原理將氣體很快地匯集起來，并通入到具支試管內的試劑中，從而使得實驗效果更加的明顯。此外，該教具還可用作檢驗可燃物（如木炭、甲烷等）在空氣中燃燒后是否有CO2生成，以及火柴頭中是否含有硫元素等。

6、研發(fā)源于分組實驗的需要

隨著課程改革的逐步深入，學生化學分組實驗越來越多。對于有一定規(guī)模的學校來說，往往一次實驗準備的液體藥品只夠幾個班級使用，后續(xù)班級的實驗要能順利進行，就必需及時、快速地添加液體藥品，但像H2SO4、NaOH溶液等液體藥品是盛放于細口試劑瓶中，而實驗時常用的細口試劑瓶的規(guī)格有60 mL、125 mL、250 mL，它們的瓶口直徑均約為2 cm，瓶口太小。因此如果直接向細口試劑瓶中添加溶液，溶液就很可能灑落到試劑瓶外而造成藥品的浪費。如果通過漏斗向細口試劑瓶中添加溶液，盡管可以避免溶液灑落到試劑瓶外，但由于添加液體時試劑瓶中的氣體無法順利導出，而致使液體不能快速地進入到試劑瓶中。因此，為保證實驗教學的順利進行，就需自制出適應學生分組實驗要求的教具。

教具6：PVC三通管式快速加液器

【制作材料】

普通漏斗1個，PVC三通管（管口直徑3.2 cm，長度7 cm）1個?！局谱鞣椒ā?/p>

（1）取一PVC三通管（管口直徑3.2 cm，長度7 cm），如圖6a所示；將普通漏斗置于PVC三通管上，如圖6b所示。

圖6a

圖6b

（2）將該教具置于待加溶液的細口試劑瓶上，通過漏斗添加試劑，如圖5c所示。

圖6c 【使用方法】

按圖6c所示裝置向細口試劑瓶中添加溶液?！窘叹咛攸c及用途】

（1）特點：本教具將PVC三通管與普通漏斗結合在一起，既解決了添加液體時試劑瓶中的氣體不能順利導出的問題，又解決了添加液體時溶液易灑落到試劑瓶外的問題。

（2）用途：本教具既可實現(xiàn)細口試劑瓶中液體藥品的快速添加，也可實現(xiàn)酒精燈中酒精的快速添加。

7、研發(fā)源于教育技術的需要

在科學技術發(fā)展的今天，自制教具應不斷地突破傳統(tǒng)的實驗技術，較快地將現(xiàn)代科技融入其中，以提升現(xiàn)有教具的功能。比如在進行中和滴定實驗時，傳統(tǒng)的操作只能進行最簡單的酸堿滴定，而對滴定過程中突躍現(xiàn)象的展現(xiàn)卻無能為力。但若在現(xiàn)有教具的基礎上結合傳感器技術，則可非常清晰地將滴定的全過程呈現(xiàn)在學生的面前，從而使學生更好地理解滴定的實質。

教具7：原電池放電效果演示器

【制作材料】

電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦、塑料小盒（1個）、鋅片、銅片、1.0 mol·L-1 CuSO4溶液

【制作方法】

（1）將電流傳感器的兩極分別與Zn、Cu相連，并將Zn、Cu置于1.0 mol·L-1 CuSO4溶液中，再將數(shù)據(jù)采集器分別與電腦和電流傳感器相連（如圖7a）。

圖7a（2）打開朗威DIS Lab實驗軟件，點擊“通用軟件”，再進行校正工作后，點擊“系統(tǒng)控制”的“開始”按鈕。將兩電極間的間距先減小后增大，系統(tǒng)顯示出如圖7b所示的圖形，說明減小電極間的間距可提高原電池的放電效果。同樣的方法，利用該教具還可進一步做如下實驗：①探究不同電極對電流的影響；②探究不同溶液對電流的影響；③探究電極面積對電流的影響。

圖7b 【教具特點】

定量研究是在定性研究基礎上進行的更高層次，通過該教具的使用，學生直觀地看到了影響原電池放點效果的幾種因素。

8、研發(fā)源于增強興趣的需要

利用生活中的材料自制的教具可以激發(fā)學生的學習興趣。教師要利用學生對實驗的熱愛，組織好實驗教學。根據(jù)教材的要求和特點，精心自制一些對學生具有吸引力的演示實驗教具，努力使化學課節(jié)節(jié)有收獲，節(jié)節(jié)有興趣。如學生在學習原電池原理后，通過自制水果電池，不但更好地理解科學知識，更感受到了科學的魅力。

教具8：易拉罐（鋁）—空氣燃料電池

【制作材料】

鋁制易拉罐、枯木炭、導線、海綿、二極管（或小功率風扇）、活性MnO2粉末、飽和食鹽水（或濃NaOH溶液）、H2O2溶液 【制作方法】

（1）制作燃料電池正極：取一枯木炭（市場上有售或用火燒過的也可），在海綿上平鋪一些活性MnO2粉末（如圖8a），并用此海綿將枯木炭包裹好（如圖8b左圖）；制作燃料電池負極：取一鋁制易拉罐，用剪刀去除易拉罐的罐蓋（如圖8b右圖）。

圖8a

圖8b

（2）將制作好的燃料電池正極放入易拉罐中，并在其中加入半罐的飽和食鹽水（為增加O2的量，可在飽和食鹽水中加入少許H2O2溶液），分別用導線將兩電極與二極管的正負極相連（如圖8c），或分別用導線將兩電極與小功率風扇的正負極相連（如圖8d）。

圖8c

圖8d 【教具特點】

該教具制作簡單，可由學生自己動手實現(xiàn)，大大提高了學生學習電化學知識的興趣，并使學生感受到了化學科技的魅力。同時該教具的制作材料均來源于日常生活，極大地拉近了化學與學生的距離。

三、關于化學自制教具研發(fā)的幾點思考

1、教師應多參加一些自制教具相關的活動

大力開展自制教具活動，有利于促進教師以突出教學重點、突破教學難點為目的，以原有實驗不足或教學過程中出現(xiàn)的新問題為突破口，而更加深入地挖掘教材，并鉆研實驗教學的規(guī)律。因此，教研部門要廣泛開展一些自制教具相關類的活動，并制定獎勵政策，鼓勵更多的教師參與其中。

這種活動可以以教具評展的形式進行。如國家教育部為促使自制教具活動健康發(fā)展，在各地自制教具評展活動的基礎上，每隔三年舉辦一次全國優(yōu)秀自制教具評選活動，由教育部教學儀器研究所負責，該活動每次都能得到廣大教師的支持，并涌現(xiàn)出了一大批優(yōu)秀的自制教具。依據(jù)這種全國性的活動，浙江省每次也相應的舉辦全省優(yōu)秀自制教具評選活動。省屬的縣市區(qū)同樣也相應的舉辦了地區(qū)性的優(yōu)秀自制教具評選活動。通過這種自下而上的活動，每次都能涌現(xiàn)出很多優(yōu)秀的自制教具能手，并帶動了一大批青年教師的積極參與。這種活動還可以以教具自制培訓的形式進行。如學?？梢詫⒔叹咧谱骷{入學校校本培訓計劃之內，利用網(wǎng)絡資源，從網(wǎng)上收集有關教具制作的文章作為培訓的內容，或結合教材內容，邀請有經(jīng)驗的教師示范指導，講授教具制作的方法和手工技能。所以，不管教師以哪種形式參與了自制教具活動，其自制教具的能力一定能得到極大程度的開發(fā)，因為看看別人的構思與制作，見得多了，想得多了，視野也就自然而然的開闊了。

2、教師應多參閱一些學科相關類的期刊

教具制作活動是一種運用已有知識和技能，設計方案、選擇材料、加工組裝成新產品，并且加以運用，進而獲取新知識的綜合性探究實踐活動。這需要教師具有豐富的實驗知識和過硬的操作技能。因此，教師在平時應多參閱一些學科相關類的期刊雜志，如北京師大雜志《化學教育》“實驗教學與教具研制”欄目，華東師大雜志《化學教學》“實驗研究”欄目，陜西師大雜志《中學化學教學參考》“實驗園地”欄目，南京師大雜志《化學教與學》“實驗教學研究”欄目，長沙理工大學雜志《實驗教學與儀器》“自制教具”欄目，教育部教學儀器研究所雜志《教學儀器與實驗》“儀器自制與改進”等欄目中的大量文章均介紹了化學實驗教學及教具研制方面的新鮮經(jīng)驗和成果。如果教師經(jīng)常翻閱這些雜志，那么，一定會從雜志中尋找到新鮮的教具設計與制作的靈感。

3、教師應多關注一些身邊的事物

在日常生活中，很多隨手可得的東西：一個飲料瓶，一只雞蛋，一張紙，一個氣球……，都可以成為我們教具的來源。如在實驗中用廢針筒和廢輸液壺或者礦泉水瓶和氣球等做成簡易的氣體發(fā)生裝置，用輸液管來代替導氣管，用輸液管上的開關來代替止水夾，用廢輸液袋來收集氣體等等。所以生活中并不缺少可利用的教具，而是缺少發(fā)現(xiàn)教具的眼睛。只要我們平常超市購物、醫(yī)院看病時善于發(fā)現(xiàn)，善于利用，多留個“心眼”。那么生活中很多器具和廢舊材料都可用來做教具，我們可以直接來用，也可以簡單組裝后再用，正如壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗。

總之，要制作大量適合教學的教具，平時必須做到“四留心”：留心學生：知道學生急欲解決什么樣的共性問題，對哪些問題感興趣；留心教具：知道現(xiàn)有的教具有什么特點，還需要補充改進或制作什么樣的教具；留心材料：知道有哪些新材料的應用，這些新材料用起來如何得心應手；留心技術和方法：知道怎樣應用新的技術和方法去研制教具。

第五篇：動態(tài)電子商務應用論文

文 章來

源蓮山 課

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k J.Com 7 摘 要：Internet促進了電子商務飛速發(fā)展，B2B模式的企業(yè)級電子商務要求動態(tài)電子商務的應用。動態(tài)電子商務著重程序對程序的交互作用，實現(xiàn)應用程序之間的集成。動態(tài)電子商務實現(xiàn)的關鍵是Web Service，它不僅已作為動態(tài)電子商務的基礎，也是“電子商務隨需應變”技術發(fā)展的基礎。關鍵詞：動態(tài)電子商務； Web Service； 多層結構應用程序； 應用程序集成 1 引言 電子商務（E-business）是在Internet開放的網(wǎng)絡環(huán)境下，以在線的形式實現(xiàn)用戶、合作伙伴、供應商以及員工進行交互的商業(yè)運營模式。今天，Internet為電子商務帶來了飛速的增長，但現(xiàn)在的電子商務應用遇到了局限。目前，大多數(shù)商業(yè)網(wǎng)站都像是提供數(shù)據(jù)和邏輯的孤島。它們不同其他的商業(yè)網(wǎng)站協(xié)同工作，當前在站點之間建立有用的交互是很痛苦的。通過用Web Services，使不僅兩個站點，而是許多站點能夠更容易地相互間協(xié)同工作[1]。2 動態(tài)電子商務 電子商務主要有兩種形式：B2C和 B2B。B2B模式是企業(yè)級電子商務，電子商務更核心的是市場潛力比零售業(yè)大一個量級的企業(yè)級電子商務過程。企業(yè)級電子商務是一個將買方、賣方以及服務于他們的中間商（如金融機構）之間的信息交換和交易行為集成到一起的電子運作方式。而這種技術的使用會從根本上改變企業(yè)的計劃、生產、銷售和運行模式，甚至改變整個產業(yè)社會的基本生存方式。動態(tài)電子商務是著重于 B2B 的綜合性和基礎設施組成上的下一代電子商務，通過調節(jié)因特網(wǎng)標準和通用基礎設施為內部和外部企業(yè)計算創(chuàng)造最佳效益。動態(tài)電子商務實現(xiàn)的關鍵是Web Service。Web Service就是原來的組件技術思想在Internet時代中的進一步發(fā)展，它集成了CORBA、COM/DCOM等各種組件模型技術，是原有各種組件技術的繼承和發(fā)展。它不僅已作為動態(tài)電子商務的基礎，也是“電子商務隨需應變”技術發(fā)展的基礎。3 Web Service框架 Web service是描述一些操作的接口，利用標準化的 XML 和SOAp消息傳遞機制可以通過網(wǎng)絡訪問這些操作[2]，如圖1所示 Web Service與服務請求者通過SOAp交互。XML(可擴展標記語言)具有跨平臺的特性，它作為數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡計算的基礎，將無可非議的成為網(wǎng)絡的通用語言，尤其是在電子商務的應用上的出色表現(xiàn)。圖1 Web Service與服務請求者交互 Web Service 體系結構基于XML，SOAp，WSDL和 UDDI，圖 2 展示了一個概念性 Web 服務協(xié)議，上面的幾層建立在下面幾層提供的功能之上[3,4]。Web service體系結構基于三種角色（服務提供者、服務代理者和服務請求者）之間的交互，如圖3。交互涉及發(fā)布、查找和綁定操作。圖2 Web service 層次結構 圖3 三種角色之間的交互 SOAp是一種基于XML的不依賴傳輸協(xié)議的表示層協(xié)議，用來在應用程序之間方便地以對象的形式交換數(shù)據(jù)。在SOAp的下層，可以是HTTp，也可以是SMTp/pOp3，還可以是為一些應用而專門設計的特殊的通信協(xié)議。服務提供者通過在服務代理者那里注冊來配置和發(fā)布服務，服務請求者通過查找服務代理者那里的被發(fā)布服務的登記記錄來找到服務，服務請求者綁定服務提供者并使用可用的服務。在Web Service的世界里，三個操作都包含三個不同的技術。發(fā)布服務使用UDDI(統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成)，查找服務使用 UDDI 和 WSDL(Web Service描述語言)的組合，綁定服務使用WSDL 和SOAp。在三個操作中，綁定操作是最重要的，它包含了服務的實際使用，這也是容易發(fā)生互操作性問題的地方。正是由于服務提供者和服務請求者對 SOAp 規(guī)范的全力支持才解決了這些問題，并實現(xiàn)了無縫互操作性。電子商務驅動了Web Service的發(fā)展，Web Service是高度可集成的、基于Web 的對象，能夠將你現(xiàn)有的企業(yè)應用使用SOAp包裝、WSDL描述，從而發(fā)布企業(yè)的商務功能或商務數(shù)據(jù)。Web service 使應用程序之間可以通過Web交互，而不管應用程序在不同的操作系統(tǒng)或用不同的語言編寫。通過Web service，應用程序間可以共享數(shù)據(jù)，在這種環(huán)境下，Web Service 成為應用程序集成的平臺。4 多層分布式應用程序 企業(yè)級的商用應用程序開發(fā)中，企業(yè)里經(jīng)常都要把用不同語言寫成的在不同平臺上運行的各種程序集成起來，而這種集成將花費很大的開發(fā)的力量。你的應用程序經(jīng)常都需要從運行在古老的IBM主機上的程序中獲取數(shù)據(jù)；或者再把數(shù)據(jù)發(fā)送到主機或UNIX應用程序中去。即使是在同一個平臺上，不同的軟件廠商生產的各種軟件也常常需要集成起來。通過Web service，應用程序可以用標準的方法把功能和數(shù)據(jù)暴露出來，供其它的應用程序使用。用Web service集成應用程序，可以使你公司內部以及公司之間的商務處理更加自動化。與企業(yè)級應用程序相關聯(lián)的概念基于一個常規(guī)分布式應用程序結構；Microsoft 最近幾年為降低企業(yè)范圍內應用程序的復雜性而開發(fā)了這個結構。這一模型被稱為“多層結構”(Multi-tier)，原因是它可以非常容易地按照邏輯分組來加以理解。Microsoft.Net平臺提供了對多層結構模型的支持，用Visual Studio 可創(chuàng)建基于Web Service 的多層結構的應用程序。使用.NET平臺創(chuàng)建分布式應用程序的關鍵原則是將應用程序邏輯地分為三個層： 圖4表示了三層分布式應用程序體系結構[5]。圖4 三層分布式應用程序體系 表示層為應用程序提供大量可視的，靈活的以及交互式的用戶界面。商業(yè)邏輯層（也稱為中間層）負責接收來自表示層的請求，并根據(jù)它包含的業(yè)務邏輯給表示層返回一個結果。在表示層所有發(fā)生的所有事情通常都會調用商業(yè)邏輯層。而邏輯層則需要調用數(shù)據(jù)層，獲取其中能響應表示層請求的信息。數(shù)據(jù)層負責存儲應用程序的數(shù)據(jù)，并在接收到請求時，把這些數(shù)據(jù)發(fā)送給邏輯層[5，6]。中間層采用Web service，用戶界面通過SOAp與Web service 通信。Web Service的主要目標是跨平臺的可互操作性，使用Web Service給我們帶來很大的好處：第一，應用程序的代碼的可重用性比以前更高，當你完成一個Web Service之后，任何已授權的且連接的設備或別的軟件可使用它。第二，增強企業(yè)之間應用程序的交互能力，提高數(shù)據(jù)的集成。最新數(shù)據(jù)源的集成很簡單，即使它距離你很遠，你也可以很簡單地把它拿來同別的數(shù)據(jù)一起，在你的決策系統(tǒng)和分析工具中使用。第三，相對于現(xiàn)在的軟件，Web Service可使你開發(fā)出能完成更加復雜功能的軟件。你不僅可以使用一個節(jié)點的處理能力，你也可以使用與之相連的別的結點的及節(jié)點之間的處理能力[7]。Web Service的使用給軟件業(yè)帶來的革命好比是制造業(yè)中從手工轉向流水線。安全，自由的數(shù)據(jù)流可提高效率，使你有機會接觸或服務于更多的客戶，產生新的合作關系。這些商業(yè)需求促使了Web Service的發(fā)展。5 下一代Internet服務模式 “電子商務隨需應變”(e-business on demand)。就是企業(yè)用戶在需要企業(yè)管理程序、商業(yè)數(shù)據(jù)庫資料時，不必再獨立投資建立內部的全套軟件和程序，只需到應用服務提供者提供的網(wǎng)上企業(yè)電子商務應用軟件庫（Web Service）里去調一個出來用。這樣做的好處很明顯，首先，不用再付軟件和程序本身的高額費用，而只需付軟件使用費，成本大大降低，使用更加簡便和經(jīng)濟。其次，企業(yè)的電子商務軟件在使用過程中，可以更直接地得到專家的協(xié)助和技術支持，效率可以大大提高。Web Service的核心就是集成，他們把計算機的處理能力從臺式機傳到數(shù)據(jù)中心，通過無處不在的Internet作為媒體，把應用程序連接起來創(chuàng)造更大的價值。Web Service實現(xiàn)了應用的集成，為客戶調用遠端的對象提供了一整套的Internet規(guī)范，而使遠程調用輕松方便。基于Web Service 的使Internet更能發(fā)揮作用的框架，將是下一代Internet 服務模式。6 小結 本文介紹了Web Service的動態(tài)電子商務。電子商務可以利用Web Service 創(chuàng)建多層分布式結構，這種分布式構建實現(xiàn)了跨平臺的可互操作性，提高了軟件模塊的可重用性，減少應用程序的開發(fā)時間。Web Service 集成各種應用，為用戶提供統(tǒng)一的界面，使得新型電子商務應用和動態(tài)服務集成能迅速發(fā)展，推動下一代Internet服務模式的開發(fā)應用。參考文獻： 1 Juval Lowy．Web Services Hurdle the Firewall[EB/OL]．.Net magazine，Nov.2001 2 尚俊杰 ．ASp.NET程序設計[M]．北京：清華大學出版社、北京交通大學出版社，2004 3 Microsoft Corporation．Global XML Web Services Architecture[EB/OL]． http://004km.cn/team/XMLwebservices/gxa_overview.aspx，October 2001 4 吳增德, 劉巖, 馬范援．基于服務的電子商務應用集成框架研究[J]．上海交通大學學報，2002，36(9)：1341-1345 5 Stephen Chu, Branko Cesnik．A three-tier clinical information systems design model[J]．International Journal of Medical Informatics，2000，57(3)：91-107 6 Cristian Darie, Karli Watson．ASp.NET電子商務入門經(jīng)典[M]．北京：清華大學出版社，2002 7 Charles Fitzgerald．一種了不起的創(chuàng)新：Web Services[EB/OL] ． http://004km.cn/china/XmlFile.aspx?ID=100，April 2002

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