化学系统性思维的背景、应用与特征*

当今地球与社会系统所面临的可持续发展、气候变化、环境退化等全球性挑战问题,用还原主义方法不足以应对,需要化学教育等领域的工作者采用系统性思维方法。梳理了国外学者在应用化学系统性思维理解化学学科系统复杂性、化学学习系统层级性、化学教育系统整合性的研究进展。概述了化学系统性思维具有重视跨学科关联、整体综合思考目标系统问题、强调可持续发展的全球观念等特征。建议加强化学教育内外部系统的协作,注重各学段化学课程与教学的跨学科、系统性,重视学生解决化学问题的认识方式差异。     

羧甲基纤维素钠修饰的聚氨酯泡沫制备磁性吸油材料

采用聚氨酯泡沫为模板,依次修饰羧甲基纤维素钠(CMC)、Fe~(3+),在惰性气氛中高温热处理反应,制备多孔结构的磁性吸油材料.用光学显微镜、扫描电子显微镜、红外吸收光谱、X-射线衍射、接触角等技术对材料进行表征.详细考察了加热反应温度、CMC浓度和Fe~(3+)浓度对材料吸油性能和磁性的影响规律.实验表明,当加热反应温度选择230°C,CMC浓度为0.3 wt%,FeCl_3浓度为0.1 mol/L时,材料吸油性能最佳,对正己烷、二甲苯、环己烷、甲苯、乙酸乙酯、氯仿、机油、原油等有机溶剂和油类分子的吸附容量为10倍左右.磁性多孔材料具有明显的亲油、疏水特性,水的接触角达115.9°,同时材料密度只有0.036g/cm~3,能够漂浮于水面,实现对水面有机溶剂的快速吸附.吸附后的材料在外界磁场控制下,能够通过磁分离方式从水面快速分离.该材料具有良好的循环利用性能,可重复使用20次以上,吸油性能仍然保持良好.     

多孔径激光阵列光束排布模式及误差对相干合成效率影响的研究

多孔径激光阵列相干合束是获得高功率、高亮度激光束的有效方法。为了设计更有效的多孔径激光阵列相干合成系统,主要分析了三光束"品"字形、七光束六角形、十九光束大六角等工程应用中的典型激光阵列排布模式对合成功率的影响,并基于MATLAB模拟了不同阵列排布情况下的激光相干合成情况,讨论光束排列的位置误差、发射光束光轴角度偏移误差以及各个相干合成阵列激光器之间的活塞相位误差对合成效率的影响。结果表明,不同的激光阵排布在观察位置处的光强分布差别很大;各光束之间的角度偏差越小,初始相位差越小,相干合成的效率越高。这些结果将对于指导设计多孔径激光阵列相干合成系统有重要意义。     

全日制化学教育硕士的PCK水平调查研究*

以美国埃里克森学院PCK量化工具为研究基础设计调查问卷,选取离子反应第1课时的电离概念教学片断,以河北某高校学科教学(化学)专业37名教育硕士为研究对象,要求被试者在对视频片断进行观摩的基础上作答9个开放性问题。研究发现:全日制化学教育硕士PCK整体和各维度知识处于“基本的”水平,在教学内容知识维度表现最佳,在学生知识、教学策略知识维度稍差一些,在把握概念关系、调整教学策略等能力活动上的表现有待发展。针对研究发现,结合化学教育硕士的专业属性及培养过程中的问题,提出构建“教师专业学习共同体”,干预化学教育硕士PCK结构的改善;依托教学案例情境载体功能,帮助化学教育硕士进行PCK的深度建构;开展基于研究性反思的教学实践,促进化学教育硕士PCK螺旋式提升等3条建议。     

基于光纤Bragg光栅的行车模型主梁挠度的测量

简易桥式起重机的力学结构是一种简支梁,研制了一种行车模型,主要包括工字梁及一个可吊挂重物的滑块.光纤Bragg光栅沿工字梁的轴向均匀粘贴于行车主梁的下表面,侧点分别位于离主梁的1/4、1/2和3/4等三个位置.在测量中,通过吊挂重物对主梁产生挠度,从而导致粘贴其下表面的光纤Bragg光栅产生波长移位.载荷试验表明,在主...     

煤矿顶板离层回归分析与稳定性评价

以光纤Bragg光栅位移传感器对淮北朱仙庄煤矿顶板离层监测为实际数据依据,选择最佳的典型函数模型对顶板离层进行非线性回归分析,得出能够反映位移发展趋势的回归曲线。监测结果与回归拟合数据表明:非线性回归分析预测方法不仅可以反映煤矿顶板离层实时变化过程,还能根据其变化趋势进行巷道稳定性判断。     

利用油水稳定化和支持向量回归增强近红外光谱测定油中水分的方法

近红外光谱(NIRS)可以检测溶解于油中的水分含量,但油中水分较多时会散射而非吸收NIRS,从而引起较大误差。为此,筛选非离子型表面活性剂(Span-80)将含水油液稳定分散成小颗粒,利用其NIRS数据建立水分含量的支持向量回归模型。实验中油水稳定化将NIRS测定变压器油中水分含量的上限从传统的0.1%提升到1%(V/V),通过应用连续投影算法,在511个NIRS变量中筛选出15个有效变量(占原变量的2.9%),建立的支持向量回归模型对验证集的预测均方根误差为2.93%,相关系数为0.9944,相对分析误差为9.4732。     

测量熔融金属密度的浮子式光纤Bragg光栅传感器

密度可以解释熔融金属的性质和行为,密度的变化特征反映了熔融金属内部原子距离和配位数等的基本变化。研制了一种测量熔融金属密度的浮子式光纤Bragg光栅传感器,浸没在熔融金属中的浮子受浮力作用,通过传递杆、等臂杠杆及连杆,拉动等强度悬臂梁产生扰度变化,根据检测粘贴在等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅中心波长移位值,测出浮力值,进而检测熔融金属密度。该传感器的理论灵敏度为0.115pm/(kg/m3),4次实验得到熔融金属的平均密度为7.574×103 kg/m3,略小于理论密度7.621×103kg/m3,相对误差为0.62,均方根误差为117.371kg/m3。     

隧道二次衬砌监测的非线性回归分析研究

隧道二次衬砌性能劣化是影响隧道健康运营的主要病害,利用光纤通信技术对二次衬砌进行结构安全性分析,是保证隧道工程健康运营的重要手段。以埋入式光纤Bragg光栅应变传感器对田心隧道二次衬砌监测的实际数据为依据,选择最佳的典型函数模型对隧道的监测数据进行非线性回归分析,得出能够反映应变发展变化趋势的回归曲线,预测支护结构(监测点)的应变趋势,判断支护效果,对隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析,从而实现对隧道结构部的稳定性判断。     

基于光纤Bragg光栅的量测锚头压力研究

锚头的受力情况对整个锚杆的安全性有着重要影响。为了实时反映锚头的受力状态,将2只光纤Bragg光栅沿45°粘贴在轮辐式结构锚头的两根对称辐条中点处表面上,形成轮辐式测力传感结构,辐条在压力作用下产生剪切变形,引起辐条表面的光纤Bragg光栅中心波长移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位的测量,实现在锚头处锚杆轴向拉力的在线监测。锚头压力实验表明:光栅1的测力灵敏度为108.8pm/kN,线性度为0.042%FS;光栅2的测力灵敏度为115pm/kN,线性度为0.023%FS。