1.1学科体系建设
1.1.1学科体系信息所围绕热带农业信息技术、热带农业信息管理、热带农业信息分析3个分支学科，重点建设了热带农业物联网技术研究、网络技术在热带农业的应用研究、热带农业空间信息管理技术研究、农业信息资源建设研究、文献资源建设与利用研究、农业科技传媒研究、热带农业信息监测、分析与预警研究、热带农产品质量安全信息研究等8个研究方向。学科研究对象已经涉及到热带农业生产、加工贮运和管理等诸多方面，研究领域正在不断拓展，研究内容正在不断深化，热带农业信息学科体系已经初步建立。
1.1.2主要进展热带农业信息技术方面，重点进行了热带作物信息快速采集技术的研究，研发了天然橡胶、木薯、香蕉、椰子、胡椒、香草兰、咖啡等七大热带作物智能管理系统，开发并集成了热带作物生产信息主动服务系统，开展了基于物联网的热带果蔬生产农资供应链监管关键技术研究，以及热带果蔬生产农资物流各环节的信息采集、跟踪、转换等关键技术研究等，并应用3S技术进行了天然橡胶产胶潜力估算、农业干旱综合监测、中国热区边界的界定与变动等研究;在热带农业信息分析方面，重点开展天然橡胶、木薯、菠萝等主要热带农业产业信息监测与预警及热带农产品质量安全信息分析与评估研究等;在热带农业信息资源管理方面，对我国热带农业数据库信息资源进行了总体规划，构建了较为完整的“热带农业数据库体系框架”，建设了国家热带作物科学数据分中心，建设了中国－东盟热带农业信息平台、基于WEB/WAP版热带作物信息平台、热带农业有害生物信息与服务共享平台等一系列特色信息平台，并利用丰富的热带农业信息资源，将微信平台、热作12316短信服务平台、远程病虫害诊断等新型信息化服务手段广泛应用于“三农”服务，显著提升了农技推广与服务水平和信息资源利用效率。
1.2人才队伍建设
人才队伍是提高学科建设水平的决定因素。建设一流学科，需要一流的人才队伍。信息所高度重视人才队伍建设，“十二五”，围绕信息学科创新需要，共引信息技术等进专业人才39名，其中硕士25名，博士4名，人才总量进一步增加;硕士研究生以上学历由“十二五”初40%提升至48.5%，人才质量进一步提升;创新人才工作理念，培养在职攻读博士两名，博士后1名，培养在职硕士8名，1名信息学科带头人入选海南省“515人才工程”，同时外聘国内同行业知名专家7名为特聘研究员。经过10多年的建设，基本培养了一支结构合理、创新能力强、科研视野开阔的科研团队，为信息学科的发展奠定了人才基础。
1.3创新平台建设
学科建设要以高水平科技创新平台建设为依托。围绕学科发展需要，信息所筹建了省级科技创新平台－海南省热带作物信息技术应用重点实验室。省重点实验室筹建以来，对学科建设促进作用显著。首先，进一步提升重大项目承担能力，提升了科研队伍能力与水平。依托实验室主持或参与了星火计划、科技支撑计划、科技部农转资金重点项32农业科研经济管理2014年目、海南省重大项目、省重点项目等多项，依靠重大项目持续推动能力，显著推动创新能力提升;其次，积累了研究基础，孵化了项目，推动了创新能力持续发展。依托实验室面向省内外开放近20项基金项目支持前期基础研究，其中“基于二维条码技术的热带水果质量安全追溯技术研究”、“海南省农业干旱监测及业务化运行技术研究”等研究成果，分别获得海南省自然科学基金项目、海南万宁市政府和农业部重点实验室开放基金等项目继续支持，研究工作进一步深入。尽管热带农业信息学科的建设取得了不少成效，但是仍然存在着许多不足之处。主要表现在:热带农业信息学还尚未形成系统的学科理论体系，学科体系建设缺乏理论指导;物联网、3S技术、移动互联技术、云计算、大数据等现代信息技术在热带农业中还仅仅处于起步阶段，缺乏原创性自主创新技术成果;已研发的热带农业信息技术研究成果实用性不强，对热带生产、经营、管理水平的提升作用不显著;热带农业信息分析手段落后，对市场预测预警能力不强，帮助产业把握市场动态作用有限;热带农业信息资源开发利用程度低，资源浪费现象严重等。
2热带农业信息学科发展展望
关键词 热，朴素理论，概念转变，本体论区别。
分类号 B844.1
1.问题提出
朴素理论（Matve theory）是指在接受系统的科学训练前，儿童的日常经验使他们对客觀世界的各种自然现象初步形成了自己的看法和解释，从而建构形成的大量的自发概念（Wellman&Gelman，1998）。朴素物理学、朴素生物学和朴素心理理论是朴素理论研究的三大基本领域，其中研究的最为详尽的当数儿童对物理学方面的认知。对于朴素物理学的研究主要集中于人们对物理实体、物理过程和物理现象的直觉认识（牟毅，朱莉琪，2006）。目前研究者考察过的儿童对于物理学各个分支基本概念的认知包括：力和运动、能量、热、光、声、电、天文现象等（王振宇，2004）。其中对力和运动这一概念的研究从皮亚杰具有开创性的工作开始到现在已经获得了丰硕的成果，而针对热、光、声此类儿童能够直觀感受但又较为复杂和抽象的概念所开展的研究则相对较少，也较为缺乏理论指导和系统性。
从本体论和认识论的角度来看，Carev等人认为（1992，1994），任何“理论”都是一套信念和知识结构，它包括了一系列“本体区分”方面的知识以及在此基础上形成的用来解释一系列现象的一定领域内的因果机制。这一理论假设。如果儿童具有某一领域的基本“理论”，那么他们应当能够对该领域做出本体论区分。对于这一领域中的现象能够进行因果推理，并且这些因果认识应当具有内在的一致性。由此可见，能够做出本体论的区分是儿童获得某一理论的基础。Chi及其同事（1994）基于本体论提出了他们的概念转变理论。该理论认为世界上所有的实体都可以归属于三个基本的类别（Chi将之称为“本体论树”），即物质、过程和心理状态。Chi（1997）认为如果学习者能够将概念正确归入他们所应当属于的基本类别，就实现了概念转变从而避免了错误概念的产生。对于某一个概念更为精细的理解和认识需要的不仅仅是将之正确归入三个基本的类别，同时还需要能够正确认识到它所属的子类别（Chi将之称为“本体论树上”的“枝节”）。依照这一理论，对应的概念转变也分为两种：即同一本体论类别下子类别之间的转换，被称为“枝节转移”（branch jumping）；不同本体论类别之间的转换，被称为“主干变换”（tree switching）（Chi，1992）。热、光、声、电等物理概念从本体论的角度进行划分都应当属于过程树下面的自发过程（emergent process）枝节类别当中。两位德国心理学研究者Mazens和Lautrey（2003）以Chi的概念转变理论为指导考察6-10岁儿童对于声概念属性的认识发现：更多的年幼儿童将声理解为一种物质而不是一个过程，随着年龄的增长会有越来越多的儿童将声这个概念从物质树变换到过程树上。在随后的研究中，他们通过类似的研究范式证实了8岁儿童在声和热概念上认识的连贯性和一致性（Mazens&Lautrey，2004），以上研究表明儿童对于此类概念的认识过程可能具有一定的相似性。
虽然热现象是儿童在日常生活中常常能够觀察到的现象，但是热概念却是儿童以及成人在学习和理解上常常会认识错误的概念：研究儿童对热概念进行概念转变的过程既有利于了解人类对于此类概念的朴素认知，又能够为教育工作者促进儿童进行概念转变和形成科学概念提供一定的理论指导。国内对于此类概念尚没有系统的研究，国外研究仅考察了儿童对于声概念的理解从物质树到过程树的转换。还未涉及其在过程树的各个枝节之间的转移。本研究试图以Chi等人近期的理论阐述为指导，借鉴和改进Mazens和Lautrey（2003，2004）对声和热概念进行研究时采用的实验范式来考察一、三、六年级的儿童对于热概念的本体论区分及概念转变的水平，研究假设一年级儿童主要将热理解为一种物质，还未发生从热概念的“主干变换”：三年级儿童正在从热的物质理解向过程理解过渡，在进行热概念的“主干变换”：六年级儿童基本构建了热的过程模型，但在自发过程的理解上还处于过渡阶段，即完成了热概念的“主干变换”，正在向“枝节转移”迈进。
2.方法
2.1被试
从北京市海淀区某小学一年级、三年级、六年级学生中各抽取18名男生和18名女生参与实验。其中有2名一年级女生、1名三年级男生和1名六年级男生未能完成实验程序，实际有效被试为104名。其中一年级学生的平均年龄为7.14岁，标准差为0.3岁：三年级学生的平均年龄为9.21岁，标准差为0.5岁：六年级学生的平均年龄为12.11岁，标准差为0.44岁。
2.2研究材料与程序
本研究设计了三个与热有关的物理任务情境来测量儿童对于热概念的朴素认知水平。任务情境一包含用于考察儿童是否能够理解热是一个非物质概念的2个题目，任务情境二包含用于考察儿童是否能够理解热是一个非物质概念的1个题目和儿童是否能够理解热是一个过程概念的3个题目，任务情境三包含用于考察儿童是否能够理解热是一个自发过程概念的2个题目。
任务情境一由1幅图片构成，考察当儿童将热误认为是物质时，是否认为“物质热”具有“重量属性”和“颜色属性”。这2道题目改编自Mazens和Lautrey（2004）通过将勺子放人热水中加热的研究范式，为了避免学生认为将勺子取出时带出了水而导致重量增加，本研究将热源改为火堆直接加热：同时为了避免塑料勺子和铁勺加热时容易产生颜色变化，本研究将被加热的勺子设定为陶瓷质地。任务情境二由2幅图片构成。考察当儿童将热误认为是物质时，是否认为“物质热”具有“实体性”，即错误信念中热是由物质构成的因此无法穿越固体。同时，这两幅图片也用于考察儿童将热当作过程概念来理解时，是否认为热具备速度属性和方向属性。其中，对于速度属性的考察使用了2道题目，分别是距离相等和距离不等两种情况中儿童对热在传递过程中所花费的时间长短的判断。以上的4道题目均改编自Mazens和Lautrev（2003）对儿童关于声概念的相应属性进行考察时所采用的题目。
依照Chi概括出的过程树下的直接过程和自发过程两个子类别概念之间的本体论属性上的差异，结合小学儿童认知发展的特点，在任务情境三中设计2幅图片，考察小学生对于热作为一个自发过程概念的理解程度。Chi（2005）的理论从组成成分水平上的相互作用方式和组成成分与模式之间关系两个角度对直接过程和自发过程之间的差异进行了总结，共十种。排除了必须引入分子、原子等概念才能理解的属性后，本研究希望考察小学生是否能够认识到热分子的运动与热整体的运动趋势之间具有的间接关系属性，在题目设计中体现在儿童是否能够正确判断出一个能够传递热的铁棒在失去部分之后仍然能够导热：同时，本研究还希望考察小学生是否能够认识到热分子的运动与热的整体运动趋势之间的关系是平等的，在题目设计中体现在儿童是否能够正确出判断粗的实心铁棒和细的实心铁棒在导热时的速度是相同的。
2.3施测
6名主试经过严格的培训，要求他们遵照给定的程序进行。地点选在小学的一间大教室里，可容纳三对主试与被试同时施测且互不干扰。主试与被试采取面对面的坐姿，在桌上摆放有刺激图片、作答图片和笔。对每位学生的施测均采用固定的顺序，每个问题最多可向被试重复3遍。除关于热的运动轨迹的题目以图示的方式作答，其余均为言语作答，答案用统一的表格由主试当场进行记录。每位学生接受施测的时间为15-20分钟。
2.4计分方式和数据处理
每道题目回答正确或最为接近科学认识计1分，回答不完全正确或较为接近科学认识计0.5分，回答错误或离科学认知差距很大则计0分。对于“物质热”相关题目的计分则采用反向计分的方式，得到的是学生关于热的非物质性的认知能力。在考察学生对于热作为一个过程概念来理解时，对应速度属性的两道题目完全回答正确记1分，否则计0分。考察学生将热作为某一种概念来理解时的合计分为这种理解所对应的所有题目得分的平均值。
依据前述计分方式对三个年级的学生在每种热概念理解水平的整体认识情况，使用SPSS15.0进行描述统计和方差分析。为了进一步了解可能的发展差异的来源，又对三个年级的学生在每种热概念理解水平下对不同属性上的认识差异进行描述统计和卡方检验。
3.结果
3.1对热概念的三种理解水平的年级差异分析
三种热概念理解水平按照上面提到的计分方式计分，各年级学生在热概念三种理解水平上的得分情况和方差分析结果见表1。结果表明。在热的非物质概念理解水平层面，一年级、三年级和六年级学生之间存在显著差异，事后分析发现六年级学生的理解水平显著高于一年级和三年级学生、三年级学生的理解水平也显著高于一年级学生：在热的过程概念理解水平层面，一年级、三年级和六年级学生之间存在显著的差异，事后分析发现六年级学生的理解水平显著高于一年级和三年级学生、三年级学生的理解水平显著高于一年级学生：在热的自发过程概念理解水平层面，三个年级之间存在显著的差异，事后检验发现这种差异仅体现于一年级和三年级学生以及一年级和六年级学生之间，在三年级学生和六年级学生之间不存在显著差异。
3.2各年级儿童对热的非物质属性的理解程度分析
如果学生将热作为一个物质概念来理解时，各年级儿童中认为热是“有重量”的比例分别是：一年级9人（26.5%）、三年级7人（20%）、六年级2人（5.7%），X2（2）=5.46，p=0.065，说明小学生在热的“重量属性”认知的年级差异达到边缘显著的水平。各年级儿童中认为热是“有颜色的”的比例分别为：一年级15人（62.5%）、三年级7人（20%）、六年级4人（11.4%）。X2（2）=10.53，p=0.005，说明在热的“颜色属性”的认知上具有显著的年级差异。各年级儿童中认为热具有“实体性”的比例分别为：一年级21人（61.8%）、三年级16人（45.7%）、六年级5人（14.3%）；有儿童认为热具有部分“实体性”，即热只能穿过比较薄的或比较软的物质。其所占比例为：一年级13人（38.2%）、三年级16人（45.7%）、六年级13人（37.1%）。对年级和“实体性属性”的认知类别进行卡方检验，X2（4）=34.65，p=0.000，说明在热的“实体性属性”认知上具有显著的年级差异。
3.3各年级儿童对热的过程属性的理解程度分析
速度属性是将热作为一个过程概念进行理解的基本属性之一。能够认识到热在空气中传递，距离不同所需的时间不同，距离相同所需要的时间也相同的一年级儿童为32人（94.1%）、三年级34人（97.1%）、六年级34人（97.1%）。在这一属性上各年级之间不存在差异，X2（2）=0.57，p=0.753。热作为过程概念的另一个重要属性为其运动的方向性，儿童对于这种方向性的认知分为以下几种：只能朝向有人的地方、只能朝向上方、直线指向四面八方、以一种波浪的形式朝向四面八方、向波纹一样扩散到四面八方。按照对热运动的理解趋于科学的程度，我们将其分为三种类型，科学性依次升高，前两种回答为“单一方向类”，持这种认识的一年级儿童20人（58.8%）、三年级10人（28.6%）、六年级0人；中间一种为“宏觀多方向类”，持这种觀点的一年级儿童10人（29.4%）、三年级18人（51.4%）、六年级25（71.4%）；最后两种答案为“微觀多方向类”，持这种觀点的一年级儿童4人（11.8%）、三年级儿童7人（20%）、六年级儿童10人（28.6%）。对年级和方向属性的认识类别进行卡方检验，X2（4）=38.06，p=0.000，说明小学生在热的方向属性的认知方面具有显著的年级差异。
3.4各年级儿童对热的自发属性的理解程度分析
在儿童对于热作为一个自发过程的分子热运动与热的整体运动趋势间的间接关系属性的认识中，有三种类型的答案，科学性依次降低，分别是：（1）失去部分仍能导热，持这种觀点的一年级儿童7人（20.6%）、三年级25人（71.4%）、六年级29人（82.9%）；（2）失去部分不能导热，持这种觀点的一年级儿童20人（58.8%）、三年级10人（28.6%）、六年级6人（17.1%）；（3）完整也不能导热，持这种觀点的一年级儿童7人（20.6%），三年级和六年级0人。对这三种类型的认识与年级进行卡方检验，X2（4）=36.49，p=0.000，说明儿童在热的分子运动与热的整体传递趋势间的间接关系属性的认知上具有显著的发展差异。
在儿童对于热作为一个自发过程的分子的热运动与热的整体运动趋势间的地位关系属性的认识中，有四种类型的答案，科学性依次降低，分别是：（1）无论实心体粗细导热速度一样快，持这种觀点的一年级儿童0、三年级6人（17.1%）、六年级7人（20%）；（2）细的实心体导热速度快，持这种觀点的一年级儿童15人（44.1%）、三年级19人（54.3%）、六年级23人（65.7%）；（3）粗的实心体导热速度快，持这种觀点的一年级儿童17人（50%）、三年级10人（28.6%）、六年级5人（14.3%）；（4）实心体无法导热。持这种觀点的一年级儿童2人（5.9%）、三年级和六年级均0人。对这四种类型的认识与年级进行卡方检验，X2（6）=12.25，p=0.002，说明儿童在热的分子运动与热的整体流动趋势间的地位关系属性的认知上具有显著的发展差异。
4.讨论
从热概念的三种理解水平的年级差异分析结果来看，三个年级的儿童的确存在着发展性的差异，这种差异主要体现在一年级儿童、三年级儿童和六年级儿童在热的非物质概念和过程概念理解程度上的递增。在热的自发过程概念的理解上。虽然三年级和六年级儿童比起一年级儿童有了明显的进步，但是就本研究所考察的两个属性上他们均未达到掌握的程度，且两个年级的儿童之间没有显著的差别。
在一年级的儿童的朴素热概念中，热仍然是一种物质。虽然大部分儿童不再认为热具有重量和颜色，但仍然坚持热的实体性。将热视为有重量和颜色的儿童可能会受以下现象影响：日常生活中“暖气”“冷气”之类的口语化词语让他们误以为“热”一样是一种“热气”（黄希庭，杨义，刘宗华，1980；方格，方富熹，刘范，1984）；儿童将“热”与阳光相混淆或与物质受到加热时颜色的变化相混淆，认为阳光的颜色或物质变化后的研究就是“热的颜色”。半数以上的一年级儿童很难理解热能够“穿过”物体。这与Mazens和Lautrey（2004）在声音和热的对比研究中得出的结论是一致的，在他们的研究中有很多德国二年级儿童存在这样的认识，时间和空间是运动着的物质存在的基本形式，一年级儿童虽然能够理解热的传递是需要时间的，但本研究的发现并不支持认为他们的朴素热概念是一个过程概念。黄希庭、方富熹、方格等人的研究表明：5-7岁是儿童时间认知发展的飞跃期（黄希庭。杨义，刘宗华，1980；方格，方富熹，刘范，1984；林泳海，1996）。在本研究中一年级儿童的平均年龄已经超过7岁，他们能够正确判断出实验情境中不同距离的孩子感受到热的快慢不同不足为奇，根据情境一的实验结果，可以推断，儿童所理解的速度是热作为物质移动的速度而非热传递的速度。同时，在本研究中有过半数的一年级儿童还不具备热过程的方向属性可以作为以上论断的佐证。在对热的方向属性的认识上，58.8%的一年级儿童认为热的运动是指向单一方向的，其中有13人认为热是向上运动的，7人认为是指向人的。与Mazens和Lautrey（2004）的研究结果类似的。我们发现部分一年级儿童仍然会有类似“泛灵论”的想法，认为热的方向会偏向人：而在Mazens和Lautrey的研究结果中未出现的热只能向上运动的情况，则可能是由于本研究所选取的是不同的发热源。在Mazens和Lautrey的研究中所选取的热源为暖气而本研究所选取的是篝火，篝火这种热源可能使儿童将火焰的方向或者烟的方向当作了热的运动方向，其概念模型仍然属于物质实体。
在三年级儿童的朴素热概念中，物质概念和过程概念的属性并存。绝大多数三年级的儿童（80%左右）已经不再认为热有“重量”、有“颜色”了。几乎所有三年级的儿童仍然将“热”看做一种无法“穿过”其他固体的“物质”，其中一半儿童认为热无法“穿过”任何固体，另一半儿童认为它只能“穿过”比较软或者比较薄的固体。在Mazens和Lautrev（2004）关于8岁儿童在热概念和声概念的认识连续性研究中，66.2%的儿童认为热无法“穿过”任何固体，20.8%的儿童认为热能否“穿过”一个固体与其硬度有关。虽然本研究中三年级学生的平均年龄在9岁左右，他们在热的非实体性属性方面的认识与Mazens和Lautrey（2004）研究中8岁儿童的认识并无本质差别。在对热的过程概念的理解上，几乎所有三年级儿童都能够正确认识到热在运动时的速度属性，超过半数的三年级儿童能够正确认识到热的方向属性，明白热的扩散方向是指向四面八方的，所以我们认为三年级儿童的朴素热概念中基本具备了过程概念的属性。在热的自发过程属性方面，大部分三年级儿童能够认识到即使金属棒缺少了一部分，它依然具备导热的功能，热仍然能够从金属棒的一端到达另一端，这说明将近一半的三年级儿童能够认识到热分子运动与热的整体运动趋势间的间接关系属性，但是这种认识是否真的是基于微觀水平与宏觀水平间的仍然有待进一步的考察：只有少数儿童会认为两个金属棒能够同时将热从一段传向另一端，这说明儿童或许还不能认识到金属棒每一部分所具有的地位是一样的，这样的结果也可能受到儿童一般认知水平发展的限制，三年级的儿童还处于皮亚杰认知发展阶段中的具体运算阶段（弗拉维尔。米勒，米勒，2002），这可能会对儿童完成这一任务造成困难。
六年级儿童的朴素热概念中，热已经接近一个过程概念了。六年级的儿童中已经很少有人（5%-15%）认为热具有诸如重量、颜色以及实体性这样的物质属性了，这说明大部分这个年龄段的儿童已经不再把热归人物质树的类型之下了。六年级的儿童基本上全部正确掌握了热作为过程概念所具备的时间和空间两方面的属性，他们不仅能够认识到热的扩散是指向四面八方的，一些儿童还对指向四面八方这一较为粗略的模型进行了精细化加工，这种认识似乎带有了一些微觀世界物质运动的色彩。在他们画的轨迹中使用了水波纹状的线条，虽然热运动的科学模型并非如此，但这与简单的直线或折线运动已经有了很大的差别。六年级儿童在回答热作为自发过程类概念属性的题目与三年级儿童差别不大，认为热会同时从金属棒的一端传向另一端的儿童做出的解释为两个金属棒的材料和长度都一样，他们的传热速度也应该一样。这样的解释并非基于微觀粒子运动的。但此阶段儿童所具有的形式运算的能力对理解热分子运动与热的整体运动趋势间的间接地位属性是有帮助的。
在不引入分子概念的前提下，对小学儿童进行热、声、光等较为抽象的概念进行考察难度较大，从六年级儿童对情境三中题目的回答情况来看，将热概念从普通的过程概念枝节向自发过程概念枝节的转变在小学阶段发生的可能性不大，这与小学儿童的一般认知发展水平和相关知识的拥有程度有关。因此，本研究仅验证了Chi（2005）的概念转变理论的前半部分，对于后半部分的验证或许需要引入分子概念并选择年龄更大的儿童甚至成人更为适合。
热学课程论文教学形式与作用一、引言
《热学》是物理学中研究物质热运动及其有关性质和规律的一门分支学科，是物理学专业本、专科学生必修的专业基础课。《热学》课程在实验基础上，通过物理学的基本概念、基本原理、基本知识、基本思想和方法的引导，培养学生进一步学好物理学的兴趣，提高学生的自学能力、分析和解决问题的能力。其主要内容包括：分子动理学理论的平衡态理论、输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论、热力学第一定律、热力学第二定律与熵、液态与固态、相变等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。通过本课程的学习，既要帮助学生迅速掌握大学的学习特点和规律，建立正确的学习方法，努力养成刻苦踏实、勤于思考的良好学风，又要为后继课程的学习作好业务、思想和心理上的准备，还要为学生毕业后从事有关科学研究、应用开发、教学工作等打下良好的基础。在目前《热学》课程的教学中，课程论文扮演着越来越重要的角色，探讨课程论文教学的相关研究课题也逐渐开始得到重视。课程论文要求学生在掌握物理学基本概念和基本规律的基础上，通过调查研究，适当了解这些基本概念与规律以及它们在生产技术、特别是高技术领域中的应用，注意培养学生理论联系实际的能力，培养学生对实际问题特别是当代物理学前沿以及当前高技术领域中物理问题的兴趣，引导和激励他们解决实际问题的愿望和责任感。教学方法的改进是课程教学改革的重要方面，在课程论文的实施过程中重视学生能力素质的培养，把课程建设的目标定位于造就新世纪人才，使学生终生受益。
二、课程论文的基础
课程论文实际上是对学生提出了更高的要求，因此，《热学》课程的教学应当把重点放在打好基础上。如果学生掌握的基础知识雄厚，基本功扎实，再加上广泛涉猎与深入钻研，专业课就能学得好，理解得深，在将来从事高新科技领域的创新工作时就上手快，回旋的余地也比较大。况且，“热学”课程在传授系统物理学知识的同时，还要培养学生掌握物理学中的思维方法与工作语言。这样，尽管有些基础物理知识从表面上看似乎并没被直接应用，但这却会影响到学生的工作方法、思维方式以至世界观，当他们以后从事科研与教学工作时会在潜意识深处起重要作用。总而言之，《热学》课程的基础还是基本概念、基本原理、方法，离开这些基础去谈课程论文就是无源之水、无本之木。
三、课程论文的形式
课程论文的形式灵活，不仅包括论文、调查报告，还包含有实验研究、实物制作等多种形式。在教学过程中，教师可以通过告知、提问等多种提示方式引导同学自行深入研究，常见的课程论文形式主要有以下几种。一是解题方法的探究，通过对一个例题或习题的多种方法求解，使得学生对相关概念、原理、方法掌握得更透彻；二是实验探究，例如，当讲解到气体玻一马定律与盖・吕定律知识点时，可以让学生自行设计相关实验来验证上述定律；三是调研报告，例如在讲解卡诺循环这一知识点时，可让学生调研、总结目前市场上热机的工作原理与工作流程等；四是理论模拟与分析，例如讲到相变这一知识点时，可以通过理论分析各种相的稳定性。五是合理的估算，例如气体动理学理论里输运现象中的气体黏度公式，查普曼和恩斯库格曾用不同的高深理论得到相同结果，它是个级数，由前几项可得系数约为0.499，而如果充分考虑速度住留的简便方法，很容易就得到此系数等于1/2，又如通过对小无极分子估算分子间力的有效作用距离与平衡距离的半经验公式，再如可以用标准大气模型中数以千计的数据，考虑地面凹凸不平的影响，可求出精度较高的大气粒子总数，然后与用均质大气模型、等温大气模型或者地面大气压强所得到的结果进行对比，从而总结出估算行星大气粒子总数的简便方法；目前“热学”课程中有一些概念和提法在学术界实际并未完全统一，有的甚至还是有争议的，例如：任意逆循环的制冷系数的定义，等热容过程与多方过程的差异，卡诺循环的概念以及回热式循环与非回热式循环，等等。遇到这些内容时，就在课程讲授中把各家的观点都原原本本地告诉学生，同时也介绍自己的看法，然后让学生独立进行研究，自由思考，自己做出合理的判断。
四、总结
《热学》课程论文的目的是使得学生通过热力学宏观定理与微观模型的学习，建立把宏观现象与微观模型进行联系的物理思想方法，掌握对事物的实验――理论――实践的认知规律，在此基础上，采用问题探讨与课程讲授、主题讨论与实践相结合的教学方式，以教学论文为载体，实现《热学》课程的互动研究型教学，重视学生能力素质培养，通过精心设计方案，全面加强各个环节，合理运用各种方法手段，形成视野开阔、理论联系实际的特色风格。用搞科研的态度对待教学，积极开展教学论文的教学，从教学有关领域挖掘课题开展科研，再把科研成果引入教学丰富教学内容，使教学与科研两者有机地相结合。教师在课程教学中引入了这些从教学有关领域挖掘课题开展科研所取得的成果，身教言传，课程里就会充满了研究与探索的特色和风格，使学生在学习课程的过程中逐渐受到熏陶，养成勤于思考研究、勇于提出自己独立见解的良好习惯，并为学生发展其科学研究能力和科学创新能力创造了良好的学术环境，使得学生发现问题、分析问题、解决问题的能力都能够得到进一步的提升。
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[3]高崇伊.改革“热学“课程教学加强对学生能力与素质的培养[J].高等理科教育，2003，（3）：34-38.
关键词：景观生态学；热力景观；空间格局；遥感；青岛
随着社会经济的发展城市大气污染、城市热岛、城市灾害日趋严重。城市环境问题中，城市的热环境（热污染） 是一个重要的方面。对城市热环境的特点及动态规律的研究对城市灾害、城市规划、环境保护、大气污染、防暑降温、市政建设具有重要意义。
目前遥感技术的发展为研究城市热环境提供了很好的技术手段。许多学者利用热红外遥感资料进行城市热岛研究。论文以热场为主要研究内容，研究2005-2009年4年来青岛市城市发展及地表覆盖变化所引发热场格局的变化，在此基础之上找出减弱城市热力影响的方法和查找形成城市热力形成的主要原因，并提出合理化的建议。
一、景观生态学
1景观生态学
景观生态学主要来源地理学的景观理论和生物学的生态理论。它把地理学家研究自然现象的空间相互作用的横向研究和生态学家研究一个生态区的机能相互作用的纵向研究结合为一体，通过物质流、能量流信息流及价值流在地球表层的传输与交换，通过生物与非生物以及人类之间的相互作用与转化，运用生态系统原理和系统方法研究景观结构和功能、景观动态变化以及相互作用的机理、研究景观的美化格局、优化结构、合理利用和保护。
2景观生态学的发展
生态空间理论与景观异质性研究：生态空间理论包括尺度、空间格局与镶嵌动态等方面的内容，对于生态系统空间关系定量化的研究是一个富有吸引力和挑战性的问题。景观系统分析与GIS 应用：景观系统分析常常需要运用各种定量化的指标来进行景观评价、景观分类构建有关模型，随着新的方法和技术手段的不断涌现，这方面的研究也不断深入。当前，遥感和GIS 的应用成为景观分析的基本手段，如何与地质统计的方法紧密结合以提供能充分反映景观特征的更好的空间模型，将成为以后研究中的一个热点。
3热力景观应用
本文借鉴景观生态学的研究方法，定义了“热力景观”，用景观的观点来研究城市热环境，建立热环境空间结构与格局的定量研究方法。
①热力景观评价体系
热力景观是城市与周围环境相互作用而形成，也是人类在改造、适应自然环境基础上建立起来的人工生态系统在热力学的表现。热力景观具有高度空间异质性的热力区域，它由相互作用的热力斑块以一定的规律组成。根据形状和功能的差异，热力景观要素可分为热力斑块（ thermal patch） ，热力廊道（ thermalcorridor） 和热力基质（ thermalmatrix） 。（陈云浩，等2002）。
二、热力景观在青岛热岛效应应用
青岛位于山东半岛南端（北纬35°35'-37°09'，东经119°30'-121°00'）、黄海之滨。青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的直接调节，受来自海洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又具有明显的海洋性气候特点。
1数据的选择与预处理
卫星遥感数据以其宏观、快速、准确、实时的特点被广泛应用。本文所使用的是2005年10月24日和2009年3月9日青岛地区的陆地卫星Landsat5/TM数据，包括7个波段，其中TM6用于反演地表辐射温度，其余波段用于地物的识别和分类。
在进行遥感数字图像解译（如图像运算、非监督分类、监督分类等）和GIS空间分析之前，必须对原始图像进行预处理，以利于图像的更深层次的分析和研究。
使用的源数据图像没有坐标投影信息，需要进行几何校正，添加地理坐标。在配准后的青岛市行政区划图中沿行政边界建立研究区域的ROI，导出的矢量图，获取研究区域的矢量图裁剪出研究区的遥感数据（在ERDAS软件中利用研究区矢量边界图裁剪出研究区的TM遥感数据）。
图 1 热力景观斑块划分图
2青岛市市区热力景观划分
遥感热红外影像反映的是地表物体的热红外辐射强度，而城市热环境研究的是整个城区范围一定高度空间内的温度变化规律，虽然二者尺度不同，但是城市下垫面温度是形成城市热岛的最重要的因子之一。虽然通过热红外遥感获得的温度并不是地表的实际温度，而是地表的辐射温度，温度差异是热岛效应的主要表现形式；所以可以利用辐射温度间的差异仍可以表示热岛强度的大小。本文就是通过空间图像建模对热红外波段进行反演获得地表辐射温度分布用以研究热岛。
2.1市区地表辐射温度的反演
亮度温度是遥感器在卫星高度所观测到的热辐射强度相对应的温度。这一温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响， 因而不是真正意义上的地表温度。但地表温度是根据这一亮度温度来演算而得。
2.2温度分级及热岛空间分布
为了提高不同时相数据的可比性， 对两幅亮温影像分别进行影像温度分等级，依次为高温区、次高温区、中温区、次低温区、低温区。借助ARC/GIS实现，利用自然段列点方法分级，综合可知：青岛市的热岛效应的分布、强度和演变具有明显的规律。从而分析得知：2005年10月的中温区与次高温区逐渐向次高温区与高温区转变。2009年3月的高温区与次高温区的比例明显增加。也就是城市热岛效应明显增加。
三、应用效果小节
由以上可以看出：研究区热岛高温区景观的破碎度呈递增趋势，反映了研究区内热力景观斑块正处于受人为活动等因素影响日趋离散化的阶段，分维值也有所增加，反映了城市热岛斑块形状日趋复杂，从稳定性上看，2009年热岛稳定性比2005年低，反映了受城市规划、决策、人为影响等因素控制，市区热岛斑块处于不断变化时期而次高温区与高温区景观指数却相反，破碎度、分维值有所降低，而稳定性却增加，主要是因为次高温区大部分属于新建城区，各项规划无论从时间、布局上都比较合理、各职能用地斑块形状趋于标准化，所以斑块复杂程度降低，而稳定性相应升高，与以上各指数不同，虽然城市规模不断扩大、人口急剧膨胀、工业生产进一步发展，但市政府发展经济的同时注重保护生态环境，加大城市绿地建设、合理布局各能耗高、污染大的工厂企业，另一方面， 城市热力景观的破碎化、均衡化也进一步减小了城市热环境的叠加效应，所以城郊热岛效应较2005年有所减缓，虽然热岛面积2009年比2005年有所增加，但是计算分析可得城郊平均温度差有所下降。
四、结束语
城市生态环境问题是目前我国城市普遍关注的问题，相关的研究成果往往具有重要的实践价值。选择城市景观下潜在的能量流（热环境）作为城市景观格局的生态学过程，从而将城市景观生态与城市环境问题结合起来，成功的将景观生态学的研究范式引入城市生态环境研究，这在理论和实践两个方面都具有重要意义。
参考文献
1. 毕业设计(论文)综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况)
1.1背景、意义：
生物材料作为生命科学研究最为重要的一个领域，当今已引起越来越多材料界科学工作者和临床医生的兴趣，生物材料是一种植入躯体各系统或与各系统结合而设计的物质，它与躯体不起药理反应。这一定义规定了生物材料是指置换或恢复活组织及其功能，对机体是惰性的植入材料[1]。
目前运用于医用的材料主要有高分子材料、陶瓷材料和金属材料。生物高分子、陶瓷材料由于本身固有缺陷，作为承力的硬组织修复替代材料还有相当的距离，所以金属医用材料仍然是当前临床上最主要的硬组织植人材料，而且在将来的相当长的一段时间内，其地位是不可替代和动摇的.医用金属材料主要有不锈钢、钛合金和镁合金医用植入材料。
而医用不锈钢中的镍(N i) 离子就是一种众所周知的有害元素, 除了对人体产生过敏反应外, 还存在致畸、致癌的危害性 [2～4]。钛合金在性能方面虽然具有明显的优势 ,但由于其价格较贵(相当于不锈钢的两倍) , 并且会在使用中产生应力遮挡效应[5]，从而很难得到广泛使用。因此镁合金有望成为最主要的金属医用植入材料。
镁合金作为医用植入材料,与现在已投入临床使用的各种金属植入材料相比,具有以下突出的优点:
1)资源丰富,价格低廉,金属镁锭的价格在2万元/吨以下,而钛锭的价格在6万元/吨以上[6];
2)良好的生物相容性和生物可降解性[7,8];
3)是人体内仅次于钾、钠、钙的细胞内正离子,参与蛋白质合成,能激活体内多种酶,调节神经肌肉和中枢神经系统的活动,保障心肌正常收缩。
镁几乎参与人体内所有新陈代谢过程[9]。初步的细胞毒性研究表明:镁对于骨髓细胞的生长没有抑制作用,也没有发现细胞溶解现象[10]。最近还有研究者指出:金属镁可以促进骨细胞的形成,加速骨的愈合等。
1.2国内外研究情况：
目前,国内将镁及镁合金作为生物医用材料的研究和应用还很少,主要是因为镁的化学性质极为活泼,其标准电极电位为-2.37V。镁在腐蚀介质中产生的氧化膜疏松多孔,不能对基体起到良好的保护作用,尤其是在含有Cl-的腐蚀介质中,MgO表面膜的完整性会遭到破坏,导致腐蚀加剧[6]。
所以,将镁及镁合金作为长期植入材料还存在一定的困难。但随着研究的深入,发现通过提高镁及镁合金的耐蚀性,可以实现其作为长期植入材料的应用[12]。
另外,根据镁及镁合金的耐蚀性能较差的特点,可以将其发展成为生物医用可降解植入材料及器件,如可降解心血管支架及周边支架、内固定用接骨板和骨钉以及组织工程用支架材料等[13]。
有研究者提出将镁及镁合金作为可降解血管支架材料[14],镁是人体必需的常量元素之一[15],因此其腐蚀产物是生物可吸收的,力学性能也符合植入材料要求。
而作为支架,由于血液的流动性,降解过程中产生的氢气可能不会成为发展可降解金属镁支架研究面临的主要问题。B Heublein[14]将镁合金植入鼠心脏血管处,研究了镁合金在鼠体内的炎症反应和植入期间因金属腐蚀而生成氢气的影响,认为生物可吸收镁基合金有可能成为一种用于制作心血管支架的新型材料。
但在研究这种新材料时必须注意,体外模拟可降解实验过程并不能用于预测体内腐蚀情况[16],且体内情况又相当复杂,因此镁作为可降解材料的应用将面临较大的困难。
2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施
2.1课题主要内容简介：
按照一定的配比配置好所要熔炼的原料，将配比好的合金成分熔炼凝固，根据《稀土在镁及镁合金中的应用》[17]中的阐述，采用RE损耗量最低的溶剂进行熔炼，对熔炼好的镁合金进行压缩，制成一定形状和尺寸的热压板材料，并对热压板材料进行宏观与微观的金相分析，观察其内部的相组成及各相的形状。
将各试样切割成若干小块分组做：均匀化处理、淬火、和时效处理。之后将各不同热处理方法处理过的试样也进行金相分析并且与先前的铸态分析结果对比，得出不同热处理状态下的镁合金功能材料组织的变化情况。并根据组织的变化确定最佳的熔炼方法和热处理工艺。
2.2 研究方案：
通过镁合金热压板材料在不同热处理状态下组织结构分析，针对镁合金热压板材料的组织缺陷改进热处理工艺，为进一步探索镁合金热压板材料作为优良的生物植入体提供一定的理论基础。
2.3 研究方法：
将配比熔炼后的镁合金材料分为三组，一组作为对比样，另外的分别做固溶处理后淬火处理、固溶处理后时效处理，通过对每组试样都做金相、SEM能谱分析。仔细对比分析材料显微组织的变化情况，测量晶粒度的大小，观察第二相数量和形态及其与热处理前比较发生的改变。通过透射电镜观察材料中亚结构的变化情况，例如位错组态、孪晶、层错等，了解第二相形态、分布及其尺寸类型等进行物相鉴定，确认第二相的成分，得
出一种较好的热处理工艺。
3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作
3.1 研究的重点及难点：
本课题研究的重点是通过对不同热处理过程后的镁合金的热压板材料的晶粒度的测量，相组成的鉴定等组织分析来确定一种热处理工艺，使得用该工艺得到较均匀、致密的镁合金组织而运用于人体，作为支架材料。
其难点是热处理所需的最佳时间长度还在探索之中;用于做金相分析和透射分析的试样制备有难度，特别是金相试样的抛光和透射试样的最终减薄;对透射花样的分析和标定也是难点之一。
3.2 前期已开展工作：
已经查阅了相当资料(包括外文资料)并对将要测试的镁合金进行初期试验配比熔炼[18]。
4.完成本课题的工作方案及进度计划
1)第13周：查阅文献资料(包括外文资料),熔炼试样
2)第4周：写开题报告并答辩
3)第511周：实验过程及期中小结报告
4)第1214周：整理实验数据并分析、讨论
5)第1516周：书写论文，准备答辩
参考文献
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【关键词】高中物理；竞赛辅导；学生培养；创新教学
高中物理竞赛的目的是促进中学生提高学习物理的主动性和兴趣，改进学习方法，增强学习能力，发现具有突出才能的表少年，以便更好地对他们进行培养。全国高中物理竞赛是较高层次的部级比赛，所需的知识容量较大，所涉及的领域新颖，所用的科学方法较多，集科研性、综合性、方法性、技术性于一体，它是培养优秀学生创新意识和创新精神的肥沃土壤。所以受到各个学校领导、教师、学生和家长越来越多的关注。高中物理竞赛辅导教学是进行物理创新教学的一重要途径。那么在高中物理教学中应怎样加强对物理竞赛学生的培养呢？
一、注重知识的拓展创新，培养学生的知识拓展创新能力
高中物理竞赛中所用到的部分知识已超出高中物理教学大纲要求，有些是对高中物理知识的拓展（从定性到定量，从特殊到一般等），进行这些知识教学时，传统的做法是教师直接向学生给出，这种做法注重向学生灌输知识，而没有向学生揭示物理知识产生的本源，没有向学生展示物理知识产生、发展、进化的认识过程。高中物理竞赛中，在进行这些新知识教学时，教师可以通过创设悖论教学情景，向学生揭示高中原有知识的局限性和适用范围，激发学生探索新知识的动机，引导学生探索概括水平更高的新知识，真正实施物理知识的拓展创新，培养学生的科学素养和求真创新能力。
二、创设“方法型”问题情景，进行方法创新，培养学生创新思维能力
不同的问题常隐含不同的解题方法，同一问题也常隐含不同的解题方法。所谓“方法型”问题指的是：学生运用原有解题方法不能解答所创设的新的问题或者新的问题中隐含不同的解题方法。“方法型”问题情景是指教师根据学生的认知结构创设新的问题情景，然后引导学生解答新的问题：（1）学生在运用原有解题方法解答新问题时发生困难，揭示原有方法的局限性，通过探索创新给出新的解题方法，解答新的问题；（2）学生在解答新问题过程中，从不同角度、不同深度探索出解答新问题的不同的方法。从而实现方法的创新，培养学生创新思维能力。
三、注重创设“科研型”问题研究情景，培养学生的类科学探索研究能力
近几年全国和国际物理竞赛题中出现一些以科学研究为背景问题，这些以科研性为背景竞赛题的特点是：（1）以某一理论的探索研究（包括前沿科学探索研究）及某一新现象的探索研究为背景，从中渗透进行科学探索研究所用的高中物理重要知识，介绍科学家进行科学研究的方法；（2）问题中渗透进行物理学研究及解决问题所用的重要方法（例：假设方法、类比方法、对称方法、等效方法、微元方法、图象方法等）。在高中物理竞赛辅导教学中，教师应注重创设科研性为背景的问题情景，引导学生探索解答这些问题，从而培养他们进行类科学探索研究能力。
四、指导教师必须要具备良好的素质，严谨的科学思维能力
加强业务学习，应用恰当的教学方法，竞赛中涉及的知识，尤其是解决问题的方法大多是高中和大学知识的结合点，高中教学中不能讲到位，而大学又没有讲，有时为了让学生便于理解某个知识点，将学生难理解的大学内容改变切入点，变成学生能容易理解的知识。因此作为竞赛指导教师，首先要熟悉大学教材，吃透高中教材，深化高中内容，钻研竞赛大纲，并以竞赛大纲为指导将高中知识与大学知识有机的结合起来，适时、适度的进行物理竞赛辅导。例如在静电场教学中，关于无限大带电线电荷模型、无限大面电荷模型产生的电场强度，在大学物理中运用高斯定理导出，在高中物理竞赛辅导中我们引导学生运用微元、对称结合电场叠加方法推出这两种电荷模型产生电场强度公式。所以，电荷面密度为δ的无限大带电平板两侧的场强为2πKδ；再比如“热力学”方面的知识一直是物理竞赛必考内容，高中物理教材只讲三个实验定律，而竞赛大纲还要求热力学第一定律、热力学第二定律、绝热过程、比热、比热容。如果运用大学教材讲这些问题（如绝热过程），需运用微积分知识，如简化数学知识，逐渐升华绝热过程，强化热力学第一定律，那么学生会对气体性质更深、更好、更牢固的掌握，这样就符合竞赛辅导中的“基础、巩固、提高”的竞赛要求。
结合上面的知识，可以分三步来学习这个知识点，第一步让学生学习气体实验定律；第二步让学生学习气体做功问题，根据功能原理讲解热力学第一定律；第三步在已有知识的基础上讲解绝热过程、热机效率等热学问题，并能有效的加深气体部分的其他知识。待学生学习的知识比较熟悉后再进行强化、升华，这样既疏通了高中物理与大学物理的联系，又加深了学生对高中物理知识的理解。
五、在教学中要点拨解题技巧，激发学生的创造性思维活力，注重知识的拓展创新，培养学生对物理保持浓厚的兴趣
在准备竞赛过程中，老师要指导学生做相当数量的题目，作为指导教师一定要使学生明白，解题是手段，通过解题锻炼分析问题的能力和解决问题的能力、提高物理素养才是目的。精巧的解题技巧是解题方法的闪光之处，是创新思维的火花，教师应当在物理教学的过程中就学生解题思维过程中予以恰当的点拨，起到茅塞顿开、画龙点睛的作用，千万不可把解题技巧归纳为方法，如割补法、对称法、微元法、逆向思维法等等以知识的形式灌输给学生，表面上，学生的确接触了大量的解题方法技巧，但是这些方法技巧不是学生通过自己的刻苦钻研获得的，缺乏深刻的理解并不能在实际中灵活应用，这种做法本身剥夺了学生探索未知领域的权利，压制了创造性思维的发展，是不能培养出优秀的竞赛型选手的。
生物质能是人类用火以来，最早直接应用的能源。随着人类文明的发展，生物质能的应用研究开发几经波折，最终人们深刻认识到，石油、煤、天然气等化石能源的有限性，同时无节制地使用化石能源，大量增加CO2、粉尘、SO2等废弃物的排放，污染了环境，给人类赖以生存的星球，造成十分严重的后果。而使用大自然馈赠的生物质能源，几乎不产生污染，资源可再生而不会枯竭，同时起着保护和改善生态环境的重要作用，是理想的可再生能源之一。生物质能的应用技术开发，旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及农林剩余物如秸杆、麦草等原料通过物理或化学化工的加工方法，使之成为高品位的能源，提高使用热效率，减少化石能源使用量，保护环境，走可持续发展的道路。
七十年代，由于中东战争引发的能源危机以来，生物质的开发利用研究，进一步引起了人们的重视。美国、瑞典、奥地利、加拿大、日本、英国、新西兰等发达国家，以及印度、菲律宾巴西等发展国家都分别修定了各自的能源，投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。
我国生物质能研究开发工作，起步较晚。随着经济的发展，开始重视生物质能利用研究工作，从八十年代起，将生物质能研究开发列入国家攻关计划，并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我国的生物质能产业。
2、生物质能应用技术的研究开发现状
2.1国外研究开发简介
在发达国家中，生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。
生物质能气化是在高温条件下，利用部份氧化法，使有机物转化成可燃气体的过程。产生的气体可直接作为燃料，用于发动机、锅炉、民用炉灶等场合。气化技术应用在二战期间达到高峰。随着人们对生物质能源开发利用的关注，对气化技术应用研究重又引起人们的重视。目前研究主要用途是利用气化发电和合成甲醇以及产生蒸汽。奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划，目前已有容量为1000~2000kw的80~90个区域供热站，年供应10×109MJ能量。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月了由Freel,BarryA.申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划，使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。1999年，瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中，26是生物质。
美国在利用生物质能方面，处于世界领先地位，据报道，目前美国有350多座生物质发电站，主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂，这些工厂大都位于郊区。装机容量达7000MW，提供了大约66000个工作岗位，根据有关科学家预测，到2010年，生物质发电将达到13000MW装机容量，届时有4000000英亩的能源农作物和生物质剩余物用作气化发电的原料，同时，可按排170000个以上的就业人员，对繁荣乡村经济起到积极的推动作用。
流化床气化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、单位截面积气化强度大。反应温度较固定床低等优点，从1975年以来一直是科学家们关注的热点。包括循环流化床、加压流化床和常规流化床。印度Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等，建立了一个中试规模的流化床系统，气体用于柴油发电机发电。1995年美国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电的工作。Hawaii大学建立了处理生物质量为100T/d的工化压力气化系统，1997年已经完成了设计，建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置，其生产能力达200T/d，发电能力为50MW。目前已进入正常运行阶段。
生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发，主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。目前，已开发的技术有：林产品加工厂的废料（如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等）的专用燃烧蒸汽锅炉，国外造纸厂几乎都有专门的设备，用来处理废弃物。由于生物质形状各异，堆积密度小较松散，给运输和贮存以及使用带来了较大困难，影响生物质的使用。因此，从四十年代开始了生物质的成型技术研究开发。现已成功开发的成型技术按成型物形状分主要有三大类：以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术，欧洲各国开发的活塞式挤压制得园柱块状成型技术，以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。美国颗粒成型燃料年产量达80万吨。
成型燃料应用于二个方面：其一：进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料；其次是作为燃料直接燃烧，用于家庭或暧房取暧用燃料。日本、美国、加拿大等国家，开发了专用炉灶。在北美有50万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取暧炉。
将生物质能进行正常化学加工，制取液体燃料如乙醇、甲醇、液化油等；是一个热门的研究领域。利用生物发酵或酸水解技术，在一定条件下，将生物质转化加工成乙醇，供汽车和其它工业使用。加拿大用木质原料生产的乙醇上产量为17万吨。比利时每年用甘蔗为原料，制取乙醇量达3.2万吨以上，美国每年用农林生物质和玉米为原料大约生产450万吨乙醇，计划到2010年，可再生的生物质可提供约5300万吨乙醇。
生物质能的另一种液化转换技术，是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中，添加催化剂或无催化剂，经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大国家都先后开展了研究开发工作，液化油的发热量达3.5×104KJ/kg左右，用木质原料液化的得率为绝干原料的50以上。欧盟组织资助了三个项目，以生物质为原料，利用快速热解技术制取液化油，已经完成100kg/hr的试验规模，并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油得率达70，液化油低热值为1.7×104KJ/kg。
生物质能催化气化研究，旨在降低气化反应活化能，改变生物质热处理过程，分解气化副产物焦油成为小分子的可燃气体，增加煤气产量，提高气体热解；同时降低气化温度，提高气化速度和调整生物质气体组成，以便进一步加工制取甲醇或合成氨。欧美等发达国家科研人员在催化气化方面已经作了大量的研究开发，研究范围涉及到催化剂的选择，气化条件的优化和气化反应装置的适应性等方面，并且已经在工业生产装置中得到了应用。
2.2国内研究开发
我国生物质能的应用技术研究，从八十年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要在气化、固化、热解和液化开展研究开发工作。
生物质气化技术的研究在我国发展较快，应用于集中供气、供热、发电方面。中国林科院林产化学工业研究所，从八十年代开始研究开发了集中供热、供气的上吸式气化炉，并且先后在黑龙江、福建得到工业化应用，气化炉的最大生产能力达6.3×106kJ/hr。建成了用枝桠材削片处理，气化制取民用煤气，供居民使用的气化系统。最近在江苏省又研究开发以稻草、麦草为原料，应用内循环流化床气化系统，产生接近中热值的煤气，供乡镇居民使用的集中供气系统，气体热值约8000KJ/NM3。气化热效率达70/以上。山东省能源研究所研究开发了下吸式气化炉。主要用于秸杆等农业废弃物的气化。在农村居民集中居住地区得到较好的推广应用，并已形成产业化规模。广州能源所开发的以木屑和木粉为原料，应用外循环流化床气化技术，制取木煤气作为干燥热源和发电，并已完成发电能力为180KW的气化发电系统。另外北京农机院、浙江大学等单位也先后开展了生物质气化技术的研究开发工作。
我国生物质的固化技术在八十年代中期开始，现已达到工业化规模生产。目前国内有数十家工厂，用木屑为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压成型机有单头和双头二种，单头机生产能力为120Kg/hr，双头机生产能力达200Kg/hr。1990年中国林科院林化所与江苏省东海粮机厂合作，研究开发生产了单头和双头二种型号的棒状成型机，1998年又与江苏正昌集团合作，共同开发了内压滚筒式颗粒成型机，机器生产能力为250~300kg/hr，生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司，从美国引进适用于家庭使用的取暖炉，通过国内消化吸收，现已形成生产规模。
生物发酵制气技术，在我国已经形成工业化，技术亦趋成熟，利用的原料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。在上海亦已建成沼气集中供气系统。
沈阳农业大学从国外引进一套流化床快速热解试验装置，研究开发液化油的技术，和利用发酵技术制取乙醇试验。另外，中国林科院林化所进行了生物质催化气化技术研究。华东理工大学还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验研究，但尚未达到工业化生产。
3、我国生物质能应用技术的展望
生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40来自生物质能，我国农村能源的70是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。
目前，我国已有一批长期从事生物质转换技术研究开发的科技人员，已经初步形成具有中国特色的生物质能研究开发体系，对生物质转化利用技术从理论上和实践上进行了广泛的研究，完成一批具有较高水平的研究成果，部分技术已形成产业化，为今后进一步研究开发，打下了良好的基础。
从国外生物质能利用技术的研究开发现状结合我国现有技术水平和实际情况来看，本人认为我国生物质能应用技术将主要在以下几方面发展。
3.1高效直接燃烧技术和设备
我国有12亿多人口，绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草松散型物料，是农村居民的主要能源，开发研究高效的燃烧炉，提高使用热效率，仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起，不仅带动农村经济的发展，而且加速化石能源，尤其是煤的消费，因此开发改造乡镇企业用煤设备（如锅炉等），用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后，加工成型为定型的燃料，结合专用技术和设备的开发，在我国将会有较大的市场前景，家庭和暧房取暧用的颗粒成型燃料，推广应用工作，将会是生物质成型燃料的研究开发之热点。
关键词：微波能;加热分解;岩矿分析
近代化学分析领域中，如何同时做到多元素的快速分析一直是一个待突破的技术重点和难点，通过各国科研人员的不断探索和试验研究，发现应用原子发射和原子吸收等方法对于多元素的快速分析的效果是十分明显的。但是这些分析方法的在具体的应用中还存在一定的弊端，主要表现为试验中的试液制备的时间较长、试样分解过程较慢，尤其是对于一些难溶试样进行的分解，不仅会使操作更加复杂，还会耗费更长的试验时间，这种应用中的缺点，严重制约着原子发射和原子吸收法的试验效率，使得该类分析方法并不适合大量的推广和应用。所以，急需一种更加有效和高速的加热方法来取代现有的加热方式，以便可以更加快速的分解实验试剂。
为了突破这种传统加热方式的局限性，国际上的一些国家的科研人员，已经在研究和应用一种新型的微波炉加热快速分解试样的新技术，并取得了一定的研究成果。在最初的研发阶段，该种加热技术主要应用于敞口系统中，而随着该技术的不断发展，目前已经实现了微波能加热与热压分解技术的结合。微波能加热的最主要的优点是受热物内外瞬间一起加热，速度快且热损耗小，热能利用率高。近些年我国的化学分析专业人士对于该技术也进行了一定的研究，先是何华生及钱鸿森对微波能加热及其在国民经济发展中的应用作过相关的介绍，而后李明等首次在国内应用微波分解矿样，另外，张玉祥在论述近代分析化学的新进展中，也把微波能技术推荐为重要的新进展之一。同时还有，吴瑞林在对难溶试样热压分解法的论述中，指出微波加热是改进热压分解法的一种重要途径。所以，基于以上这些学者的研究和论述，笔者将在本文中重点对微波能分解岩石、矿物在化学分析中的应用进行阐述。
一、微波能加热原理
微波加热系统的主要工作原理是：用直流电源可提供微波发生器的磁控管所需的直流功率。通电的情况下，磁控管会产生一定的微波功率，然后将通过波导输送到微波加热器中，在微波场的作用下使被加热物体的内外部同时受到加热。我们已经知道在外加电场的作用下，可大大影响分子内部的结构，因而也影响分子和原子们的性质。另外，在加热的过程中除了极性分子外，非极性分子受到外界电场的作用，也会因此而极化而暂时变成极性分子。
在微波能作用下加热的简要原理：在电容器的两极板之间放一杯水，电容器与转换开关以及电池相连接。当开关合上时两极板间产生的电场作用，使杯中的水分子带正电的氢端趋向电容器的负极，并使带负电的氧端趋向正极，这就使水分子按电场方向规则地排列。如转换开关打向相反方向，则电容器极板产生的电场方向与前相反，水分子的排列也跟着转向。如不断地快速转换开关方向，则外加电场方向也迅速变换，导致水分子的方向也不断变化而摆动并受相邻分子的阻碍，产生相似于摩擦的作用，使部分能量转化为分子杂乱运动的能量，加剧了分子运动，使水温迅速升高。外加电场频率越高，极性分子摆动越快，产生的热量就越多，外加电场越强，分子摆动振幅也越大，产生的热量也越大。
由此可见，微波能加热的工作原理是通过影响物质中的原子或者分子的带点方向实现的，并且通过不同方向的快速转换，形成高频率和高强度的电场，从而产生热量。
二、微波能分解试样的反应原理
在化学分析中，为了分解试样必须同时进行化学反应，而为了促进化学反应的形成就必须要加入化学溶剂。与常见的传统加热反应的方法不同，微波加热同时发生在试样内部与外部。由于待分解试样的微粒和溶剂（如混合酸等)的良好接触是快速溶解的关键，那么产生在微粒上的局部内热量促使微粒破裂，暴露出新鲜的表面，有利于化学反应，所以微波加热是一种更加快速和有效的加热分解的方式。另外，被加热的介电液体(酸或者水)和介电微粒反应，形成高于微粒表面的热量，产生较大温差，从而形成了强烈的热传递流，并搅动着粒子表面的薄层及溶液，使新鲜表面不断暴露于新鲜的溶液中，从而大大加速与强化了分解过程，达到快速分解试样的目的。如分解反应不是在敞口容器中，而是在封闭的高压弹中进行时，溶剂，例如王水中分解所产生的氯、氧化氮等不会逸出容器而损失，在高温产生的高压下，它们在溶液中的浓度较高，且由于高温及微波能的作用，加速氯分子分解为氯原子，起到活化作用，进一步加速了试样的分解反应。
所以，从分解试样的角度来看，微波能加热是一种内外同时进行的分解，相较于传统的由外至内的加热方式，能够起到更好的促进作用，不仅可以均匀导热，还能够加速分解效率。
三、微波能加热过程中的问题与特点
微波能加热虽然有着先进的技术优势，但是就其实际应用来看，并不是十分完善的，同其他的加热技术一样，也存在着一些问题，下文中，笔者将主要对微波能加热过程中易出现的各种问题和其应用特点进行阐述。
在化学分析试样的分解中，国外使用的微波加热炉通常都是市售微波炉，因而价廉，购买方便。而供分析应用的微波炉如美国麦克仪器公司和美国国家标准局联合研制的MDS-siD型微波热压装置，以及中国9759工厂研制的微波高压溶样器，这两种装置都已在国内出售。但使用时应该注意的是，对没有应用密闭热压器的微波炉，须避免酸雾的腐蚀，因为一旦出现微波辐射的泄漏，会严重的伤害操作人员。炉内腔材料的特性应具有防止酸的侵蚀、能承受快速加热和冷却的能力，所以可选用硼硅酸盐玻璃箱、酸雾气体洗涤器及玻璃干燥器作为设备配置。还应注意微波炉存在过热点所产生的不平衡加热，避免在空的或类似于空的情况下操作，不然会损伤磁控管，有时可把盛水的烧杯放入炉内，来平衡其炉内的温度。
另外，实践中我们总结出的应用过程中微波能加热的主要特点主要有以下几个:
（1）场强高温
所谓的场强高温的特点，就是指在使用微波能加热的过程中，因为受到电磁的影响，会在一定的作业范围内形成较强大的磁场，所以要注意对实验周围的环境进行事先处理。另外，加热的过程中会产生很高的热量，所以操作员要注意做好相关的防护措施，以免在试验过程中被意外灼伤。
（2）高频高温
这一特点指的是在微波能加热的过程中，会产生较大频率的炉内高温震荡，因为微波加热是一种对物质内部和外部同时进行的加热，所以其具有高频高温的特点。
（3）穿透力强
同样的原理，因为微波能加热是一种利用物质中的分子和原子的电荷方向的不断调转而形成的加热方式，其对于待加热的物质来说，具有很强的穿透效果，可以直接作用于岩石矿物质的内部，对其进行加热，所以这种穿透性是同它的作用原理密不可分的，传统的方法之所以没有这样的穿透力，就是受限于由外至内的加热方式。
（4）热惯性小
所谓的热惯性，指的是物质在加热前会有一个比较缓慢的反应和适应阶段，而加热后对于热量的消解也需要很长的时间。微波能是一种在电磁作用的基础上形成的能量，所以其在使用的过程中具有比其他加热方法更小的热惯性，这种性质同时也使其获得了更加灵活的操作性，并且能够在操作的过程中实现能量和能源的节约。
（5）选择性加热
即有针对性的加热，该特点与上文中阐述的内外部同时加热的特点并不相矛盾，因为微波能加热更加便于我们的灵活操作，我们可以有针对性的对目标加热地区进行电磁作用，而被选定的范围内会产生内外部同时加热的现象。
（6）改善劳动环境和劳动条件
通过对微波能加热原理的分析，我们发现其无论是使用的设备还是操作的程序，都更加的简单方便，有利于改善实验室内的工作环境，给技术人员提供一个相对安全洁净的工作场所。另外，由于操作程序简单，可以在相同的工作任务的前提下降低技术人员的工作强度和工作量，从而改善了技术员的劳动条件。
四、在岩石、矿物分析中的应用
上文中对于微波能技术的这些原理和特点的分析，都是为了使其能够更好的应用于岩石矿物的解析中，试验中具体的操作如下：
1、称取粉末试样200毫克置于聚四氟乙烯或聚碳酸醋杯里，加5毫升王水和2毫升氢氟酸，加盖后置于硼硅玻璃真空干燥器里。
2、放上一个盛50毫升水的小烧杯，进行部分抽空，然后放在微波炉里加热3分钟，取出干燥器放在通风柜里排除酸雾。
3、在分解试样的杯中加1克硼酸，加热10分钟，滤去残渣，滤液稀释到100毫升，用ICP-AES法测定试样中的铝、砷、钡等二十多个元素。
实践中此方已用于分析岩石、矿物(如辉绿岩及玄武岩等)、油页岩及沉积物，并且应用结果表明该方法具有良好的重现性和准确度。
整个试验过程中我们可以看到，微波能加热分解的方法的操作步骤简单，仅需三步即可完成，这样不仅便于技术人员学习和操作，还大大的提高了分解的效率。另外值得注意的是，微波加热分解试样的过程中，最重要的是防止样品过热或蒸干，否则将会引起硅呈气态的四氟化硅而损失，还可能会损失一些其它挥发性元素，将会降低分解后的式样的浓度和纯度。过去，传统的分析方法要做到岩石、矿物在酸中分解需几个小时才能完成，而用微波分解只用几分钟，这种分解时间上的差异是微波能分解优于传统的分析方法的又一个非常重要的特点。
国外的学者研究了矿山、工厂及熔炼厂的试样分析，使用了几种酸溶解方法，其中一种是采用传统的方法在电热板上用敞口烧杯分解，这种方法在一般情况下加热约需一至两个小时，能获得适于原子吸收分光光度法测定所用的试液；
而另一种方法是采用在高压弹中微波加热分解。将待加热的试样(原料及精矿0.5克，尾矿1克)与1.5克氯酸钾，10毫升浓硝酸及5毫升氢氟酸，一同加入150毫升容积的聚四氟乙烯容器中，用扳手拧紧盖子。一次性放入四个这样配置的容器在炊具式微波炉(Toshi-b二式ER-BOOBTC)中，使其在477W下保持3分钟，然后取出容器再于冰槽中冷却5分钟后打开盖子，此法可在10分钟内制得试液。
同样的，使用上述两种不同方法对试样中的镍和铜进行加热分解，结果表明，两种试验所得的分析值基本相同，但是试验效率的差距却非常大，微波能加热分析法明显的要优于传统的加热方法。
所以，研究人员得出结论:对某些矿泥来说，用通常方法进行干燥的时间约需3或5个小时，而凡能缩短这一过程的任何手段都能节约时间和能耗，所以只要是在保证干燥效果的基础上，作业时间越短的方法就越应该被优先采用。
上述两种实验的结果说明:对大多数的矿泥和湿的含水块状试料，如采用微波干燥法能在十五分钟内成功地完成烘干操作，而传统的加热方法则需几倍的时间才能完成。例如二十克重含有68肠水份的碳酸钡试样，在一百零五摄氏度的电烘箱中烘干至恒重需要三个小时，而微波烘干仅需15分钟。这是因为通常的烘干方法，加热多是由表及里。而微波则是里外一起均匀、快速地加热。
随后，该研究组的人员又对微波加热分解各种试样(无机试样与有机物试样)进行了试验，以制备原子吸收和电感祸合等离子发射光谱分析用的试液。试验中检测了试样粒度对分解时间的影响，及微波加热硝酸的温度一压力曲线，并讨论了使用各种酸来分解无机试样的情况。
五、微波能在化学分析中的应用前景
因为微波能具有的一系列使用中的优势和特点，使得微波能近些年来的发展很快，尤其是在化学分析领域中，微波加热分解岩石、长石、矿物、煤、烟灰、沉积物、油页岩、生物、塑料、合金钢等试样己有一些相关，但总体来看数量不多，而且研究所涉及的研究面还比较小，深度也有待挖掘，尤其是难分解的许多岩石、矿物、氧化物(如氧化铝)、氮化物(如氮化硅)、稀有金属(如错、铅)、贵金属及贵金属合金(如铱、锗、饿、钉等的合金)等的分解，及分解机理还待深入的研究。与此同时，相对于国外而言，我国在微波能加热分解技术方面的试验研究还处于起步阶段，对于微波能的试验中的各种特点的研究还不够深入，不利于微波能的广泛的推广，科研人员应该加强对于其试验特性的研究，以便更好的应用于岩石矿物的分析实际中。由于热压分解技术在解决难溶试样分解方面有其独到的优点，已有大量资料发表，而近年来把微波加热与热压分解的两技术结合使用，已是一项发展中的新技术，它必定将为上述难分解试样的研究与应用作出新的贡献。
在分析化学领域，微波能除用于加热外，还有许多其它方面的研究与应用，如微波化学和微波等离子体可用来促进某些化学反应，常见的如微波等离子体——发射光谱，微波等离子体——质谱，气相色谱——微波等离子体发射光谱，以及利用微波测定稀土溶液的浓度，试验中还发现微波能产生活性氧灰化有机物根据带线传感器的测湿原理的微波法测定原盐含水量，这些都是微波法在分析化学领域的多方面应用的成果，在此基础上，我们要不断的研究和探索，发掘微波法的更多应用优势领域，使我国在这方面的技术能够迅速追赶和超越其他国家，其中，使微波法用于煤中无机硫的测定就是一个很好的新的拓展方向。
总之，我们看到在分析化学领域中的几个方面，微波能的研究都有不同程度的进展，但仍有许多问题尚待拓展与深化，微波光声谱就是其中之一。结合微波在讯、导航、食品、木材、印刷、染料、灭菌、醇化、治癌等方面的发展，微波能应用技术己在科技与工业等领域展现出广阔的前景，也必将为分析化学的发展作出新贡献。
综上所述，本文中笔者从微波能加热原理、微波能分解试样的反应原理、微波能加热过程中的问题与特点、微波能加热在岩石、矿物分析中的应用以及微波能在化学分析中的应用前景等五个方面阐述了微波能分析方法在的应用，并认为微波能是一种较之传统的加热方法更为先进和高效的分析方法，应该被广泛的应用于岩石矿物的分析中，笔者希望以此能够为推动我国的微波能技术的发展尽一些绵薄之力，也希望能够抛砖引玉，引发学界对该技术的相关探讨，诸多不足，还望批评指正。
参考文献
