化學工程研究方向精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇化學工程研究方向，期待它們能激發您的靈感。

篇1

1存在的問題

1．1內容廣，概念多

材料化學工程是以化學和化工基礎，研究、開發、生產和應用金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料的工程領域。研修的主要課程包括物理化學、材料科學基礎、材料力學、材料工藝、高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料等。在基礎課程中概念多、公式多，如在物理化學中的熱熔、積分溶解熱、積分稀釋熱等，有些概念相似如果不仔細區分容易混淆。在諸如高分子材料這類介紹性的課程中名稱特別多，如聚丙烯、聚氯乙烯、環氧樹脂等，這些材料在我們的生活中經常接觸。但通過學習很多學生還是不能識別基本的材料，掌握它們的基本制備工藝和用途。

1．2敘述性的內容多

關于三大材料的學習主要是敘述性的內容多，比較抽象。例如，金屬加工中熱處理的四把火:退火、正火、淬火、回火，退火又分好幾個種類，每種鋼材根據用途不同，而選擇不同的工藝條件。但是只通過課本的敘述，對于很多材料依舊沒有直觀的認識。雖然很多同學有參加過金工實習課，但是時間不長，很難做到全面深入的了解，對一些材料的性質、加工方法感到陌生，從而逐漸喪失學習興趣。另外，在材料的合成中，每合成一種材料，需要通過一系列檢測看所得物質是否為目標產物。又或者合成一種新的物質，也可以通過檢測分析出其結構性能。材料專業的學生都有一門必修課《材料結構表征及應用》詳細介紹了材料表征中各種檢測手段。但是很多同學拿到檢測結果卻不會分析。

1．3課程教學與現實聯系不夠緊密

研究生與本科生最大的不同就在于，在接受系統知識的同時，必須加強研究意識、創新意識和研究能力的培養［1］。材料化學工程是一門應用型學科，與實際應用密不可分。課程安排之前的金工實習，目的是鍛煉學生動手能力，對材料的加工有所了解。此外，還有一些實驗操作課，但是很多時候由于時間安排不合理又或者設備少學生多，平均幾人一臺設備，學生動手機會操作不夠，有時候老師只能靠演示的方法讓學生觀摩，學生完全處于一種被動的學習狀態。還有部分同學在實習中怕臟、怕累，不愿動手操作。另外，在課程結束后還有參觀見習，對材料的加工制作有個直觀的認識，但是很多時候由于人員過多，加上工廠環境復雜，很多同學在見習過程中往往走馬觀花，只停留在看熱鬧的表面功夫上。

2解決辦法

2．1培養學習興趣

科學家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師?！崩蠋熓紫纫龅木褪羌ぐl學生的最大興趣并使之保持這種熱情。材料化學工程與我們的生活密切相關，老師可以在講授過程中結合我們實際生活中的用途。比如高分子材料中的聚丙烯腈，常與羊毛混紡制成毛織物等，可以制作毛毯、軍用帆布、帳篷等。被稱為“人造羊毛”。又如我們生活中常見的木制家具，其實很多都是由木塑復合而成:以木材為主要原料，經過處理使其與各種塑料通過不同的工藝復合而成。既保留了木材良好的加工性能，同時具有塑料的耐水、耐腐蝕、使用壽命長等優良性能，還符合環保的大前提。通過這種理論結合實際，能激起學生學習興趣，鼓勵學生自己查閱資料了解更多信息。

2．2疏通知識結構，掌握各學科之間的聯系

在材料化學工程形成前，高分子材料、無機非金屬材料、金屬材料科學都已自成體系，而且他們之間存在著很多相似之處，可以相互借鑒，促進本學科的發展。如馬氏體相變本來是金屬學提出來的，廣泛地用來作為鋼材熱處理的理論基礎。但在氧化鋯陶瓷材料中也發現了馬氏體相變現象［2］，并用來作為陶瓷增韌的有效手段。另外，各類材料的研究設備與生產手段也有很多相似之處。雖然不同類型的材料各有專用測試設備與生產裝置，但更多的是相同或相近的，如顯微鏡、電子顯微鏡、物理性能測試和力學性能測試設備等。在材料生產中，很多加工裝置也是通用的。比如生活中很多塑料用品大多是通過注塑成型加工而成，但其實與粉末冶金工藝中的壓坯過程相似。隨著科學技術的發展，各學科間已無明顯界限，甚至不同材料之間能相互代替。不過凡事都有規律可循，只要掌握規律很多問題便迎刃而解。作為材料的規律就是:組織決定性能，性能決定應用［3］。再根據性質選擇材料，依據用途確定工藝路線。抓住這一規律，學習時就不會感到毫無頭緒。

2．3傳統教學與現代教學方式相結合

傳統教學大都采用“填鴨式”方式，學生聽課主動性、積極性不高。新的教學改革中應采用啟發式、互動式和討論式等新的教學方式。老師在課前布置問題，分小組完成不同的部分，讓學生帶著問題去學習，查找資料，每組選擇代表在課堂進行發言，然后再各組進行討論。這樣不但發揮了學生的主觀能動性，活躍課堂氣氛，減輕了老師的授課負擔，還鍛煉了學生自己分析問題、解決問題的能力，達到事半功倍的效果。相比傳統教學，計算機匯集了圖像、文字、聲音等元素，極大的豐富了教學色彩，調動學生學習積極性，具有直觀、生動、形象的元素，可以將抽象的理論知識和工藝方法生動的展現在學生眼前，增加課堂趣味性，提高學生的感性認識，有利于知識點的理解和掌握。同時可以結合一些相關視頻比如:注塑成型、擠出成型、模壓成型以及金屬材料的冷加工熱加工等。這些視頻網絡上都可以找到，如HOWITISMADE、TEDSHOW等。通過相關的視頻，既可以活躍課堂氣氛，也能調動學生學習積極性，甚至激勵學生自己在課外繼續學習觀看。這種多媒體教學與視頻教學相結合的方法，既減輕了老師的負擔，同時激發學生學習興趣，調動積極性，促進教學任務順利完成。

2．4開設軟件分析課程

作為材料化學工程研究生，材料檢測分析應該成為一種必備的基礎技能。但是很多時候拿到檢測結果卻不會分析。軟件分析課程可以很好的解決這個問題。所有的檢測結果都有軟件可以分析，比如FTIR、XRD、NMR等，借助這些軟件，可以快速地分析所得結果。比如JADE，作為一款分析XRD數據的軟件，它可以對物相進行定性定量分析。雖然軟件分析不一定完全正確，更多的時候還是根據理論基礎來判斷，但軟件分析可以作為一個輔助手段。這樣學生既掌握了一門技能，而且大大提高了學習效率。

2．5課堂教學與實踐相結合

俗話說“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。作為一門應用型學科，課堂所學的最終都是要能應用到實際生產中去。在涉及如注塑成型、擠出成型等高分子材料成型工藝時，可以穿插一些參觀實習課。通過參觀實習，直觀地了解材料加工制備過程，將自己所學知識配合生產。理論上可行的事情，在實際應用中還需要考慮到原材料、工藝條件的控制、銷售渠道、成本控制等。如果有可能，可以盡量選擇一些大型的工廠基地，接觸現代化的機器設備，體會先進生產力的發展，感受到世界一流水平的實力。為學生豐富見聞開闊視野提供機會，這將對培養學生的自信很有幫助，尤其是對于一些非重點名校的學生。另外，通過與企業或者研究單位聯合培養，即“產學研結合”?！爱a學研結合”一般指企業、學校、研究單位之間的相互合作和優勢互補。李元元等認為產學研結合是培養工科碩士的最佳途徑，學位論文的選題和相關實踐應當與工礦企業的工程實際相結合，密切結合其技術改造、革新、引進等技術難題或科研攻關項目。這將有利于從根本上解決學校教育與社會需求脫節的問題?？s小學校人才培養與社會需求脫節之間的差距，增強學生就業競爭力。

3結語

篇2

 

關鍵詞：化學交換飽和轉移；磁共振成像；量化 CEST；數學模型

 

1   化學交換飽和轉移磁共振成像（Chemi－ calExchangeSaturationTransfer，CEST－ MRI）量化的意義

 

CEST－MRI成像是目前備受關注的一種分子影像技術，其使用特定頻率的飽和脈沖來標記待檢測的溶質分子，該分子上可交換質子與水發生多次化學交換引起水信號的降低從而被檢測［1］．盡管生物組織中這些小溶質池的濃度通常僅在毫摩爾濃度范圍內，只要選擇合適的實驗參數，可交換質子與水的化學交換的累積效應就能實現信號放大， 因此 CEST－ MRI具有較高的靈敏度（與傳統的MRI相比，可達到102～106）［2］．自從 Ward和 Bal－aba 等人 2000 年提出 CEST － MRI 的 概 念 以來［1］，由于其具有可靈敏檢測特定（類型）分子的獨特優勢，且對溫度和 pH 值［3］等微環境的變化敏感，被認為有臨床轉換潛能的可包含生化信息的對比機制，迅速引起廣泛的興趣［4］．與正常組織相比，腫瘤本身顯示共振頻率距離水～3．5 的高信號，被認為主要是來自多肽和蛋白質的酰胺質子，稱之為酰胺質子轉移 （amideprotontransfer，APT）成像［5－6］．CEST－ MRI 技術也可檢測蛋白質和多 肽［7－8］、肌酸［9］、葡萄糖［10］、谷氨酸［11］、糖原［12］和糖胺聚糖［13］等，有潛力在臨床中用于各種疾病和代謝性紊亂，包括：乳腺癌［14－15］、前列腺癌［16］和中風［17］等的檢測．該領域已經從最初簡單的 CEST加權圖像轉變為更量化的 CEST－MRI分析．為了進一步揭示與疾病相關的病理生理特征，并對同一 組織不同時間點進行監測，需要更加精準的量化． 因此，筆者簡要地概述 CEST－ MRI的不同方法和最新進展，供對該領域有興趣的人員參考．

 

CEST－MRI的基本原理是通過水信號的減少來間接實現對特定分子的檢測．然而，對于活體CEST－MRI成像，水信號的降低不光來自 CEST效應，還來自直接水飽和度（directwatersatura－ tion，DS），半 固體磁化轉移效應 （magnetization transfercontrast，MTC）和 核奧氏效應 （nuclear overhauserenhancement，NOE）等 競爭效應［18］．同時，由于這些競爭效應受到靜磁場 B0、飽和功率（saturationpower，B 1－sat）和其他實驗參數的 影響，致使 CEST－ MRI成為一個復雜的技術．如 何從水信號中提取出 CEST 效應，盡量減弱飽和脈沖對其他效應的影響，實現對特定分子的精確量化，進 而更加準確地 對疾病進行診 斷，一 直 是CEST－MRI研究的熱點．為了證明特定的 CEST效應，通常通過獲取大量的水信號強度作為射頻（RF）飽和頻率偏移的函數來產生Z 譜．Z 譜是通過施加脈沖后水信號的強度Ssat  與施加脈沖前水信號的強度S0  的比值得到 ．理論上，Z 譜中顯示的CEST 增強取決于池的大小、交換率和可交換質子的弛豫時間．這個簡單的概念與其他相互競爭的影響導致對 CEST 量化變得復雜．因此，筆者擬定從量化的角度對 CEST－MRI作一個回顧．

 

2   CEST－MRI理論模型

 

CEST－ MRI 成 像 機 制 復 雜，不 僅 取 決 于CEST－MRI試劑的濃度、交換和弛豫性質，而且隨B0  和B 1－sat等實驗條件的變化而變化．因此，對于研究這些最優條件，數值模擬是有用和有效的． CEST             效應的量化是一個復雜的過程，除了與質子濃度和交換率有關之外，還受到如 RF 輻射強度、持續時間、化學位移、主磁場強度以及純水的橫向、縱向弛豫時間等因素的影響［20］．為了更精確地描述 CEST 成像機制，通常使用包含可交換質子池的布洛赫方程（Bloch－ McConnellequation）．2004年Zhou等人將包含可交換質子池的最簡化的 2池模型的Bloch方程引入到 CEST－MRI中，并推導出解析解［21］．常見的Bloch方程描述的模型包括 2池模型［20］（水池和可交換質子池）和3 池模式［22］（水池、可交換質子池和大分子固體池）．下面以2池模型為例來介紹 Bloch 方程的量化方法，同時，給出3池模型的框圖和仿真結果，并說明磁化轉移（magnetizationtransfer，MT）對 CEST 量化的影響．2池模型和3 池模型的 CEST 交換示意圖如圖1所示．

在2 池模型中，描述2 池交換過程用12 個參數描述．其中：T1i（i＝a，b）表示i 池的縱向弛豫時間；T2i（i＝a，b）表示i 池的橫向弛豫時間；Ma  表示水池核自旋的化學位移；Mb  表示可交換質子池核自旋的化學位移；Moa 表示水池的可交換氫原子核在初始條件下的平衡濃度；γM0b  表示可交換質子池的可交換氫原子核在初始條件下的平衡濃度與水池之比；kba  表示可交換質子池核自旋交換到水池的速率；kab  表示水池的核自旋交換到可交換質子池的速率；ω1  表示描述預飽和射頻脈沖的強度；t 表示脈沖施加時間（下面公式中kab和kba  的意義相同）．

 

在核磁矩和磁化強度矢量的概念基礎上，通過在旋轉坐標系下，MRI系統中B1－sat 是從x 方向上加入的和2池模型的交換，得到描述圖1A 所示2池模型的Bloch方程如公式1所示．

其中，描述b和a 分別表示可交換質子池和水池．例如，Mb （t）表示在時間t 時，可交換質子池的磁化在x 軸上的分量；Mb  和 Ma  分別表示在可交換質子池和水池在z 軸上的熱平衡磁化；ω 表示 RF 照射的頻率；ωb  和ωa  分別表示可交換質子池和水池的拉莫爾頻率；Δωb  和Δωa  分別表示ωb －ω 和ωa－ω ．

 

圖1模型示意圖中，仿真的各參數如表1所示．序列的參數設置如下：Z 的初始值為1；B0  ＝7 T；2池模型的飽和時間tp ＝5s，3池模型的飽和時間tp  ＝80s；B1－sat  分別為：1μT，2μT，3μT，4 μT，5μT 和6μT．模型的仿真結果如圖2 所示．其中，上面大的光滑的曲線為飽和交換后水的 Z 譜， 左下方比較矮的曲線為 Diff＿Z 譜，即飽和交換之前水的Z譜和飽和交換之后水的Z譜的差．

由2池和3池的對比結果可以看出：在 CEST發生化學交換（～2ppm）的地方，2 池模型在仿真 B1＿sat  范圍內，Z 譜的下降都比較明顯，而3 池模型在B 1＿sat4μT 時Z 譜的下降已經看不到．因此， MT 成分大大降低了 CEST 的特異性，尤其是在B1＿sat  大的時候．但是 B1＿sat  小的時候，病變部位和正常組織的差異較小，即：區別病變部位和正常組織需要較大的 B1＿sat．因 此，對 于量化 CEST －MRI，如何降低 MT 成分的影響是需要考慮的很重要的一個因素．

Bloch 方程不僅可以對 CEST 實驗進行模擬仿 真，而 且 可 以 對 CEST 測 量 值 進 行 數 值 擬合［19，23］．此外，用擴展的 Bloch 方程描述的多池模型，考慮到 RF 照射 CEST 的 MT 和 NOE［24］伴隨效應．Bloch方程的一個最大的不足就是計算復雜．因此，有各種假設對 Bloch 方程進行簡化，如強飽和脈沖的假設和弱飽和脈沖的假設［25］．將 CEST數據與用非線性最小二乘法優化的 Bloch 方程擬合可以提供相關 MRI參數的值，這有助于設計特定應用的最優 PARACEST 試劑［19］．但是，在實際應用中，由于 Bloch 方程可變參數繁多，直接擬合難以標準化，因此研究者們提出了其他較為簡化的量化方法．

 

3   CEST－MRI量化方法介紹

 

3．1     簡 單 磁 化 轉 移 不 對 稱 性 （magnetization transfer ratio  based  on  asymmetry  analysis， MTRasym ）分析及其改進

 

由于Bloch方程比較復雜，以水頻率為中心將Z 譜 兩 側 相 減 的 磁 化 轉 移 率 不 對 稱 分 析 法（MTRasym ）成為一種常用的 CEST－ MRI量化方法［21，26］，MTR 的定義如下：

其中，S0  是 RF 照射前的水信號的強度，Ssat（Δω）和Ssat（－Δω）分別是經過 RF 照射后在標記頻率和參考頻率處的信號（后面公式 S0、Ssat（Δω）和 Ssat（－Δω）表示的意義相同）．

 

該量化方法有以下缺點：（1）容易受到 B0   場不均勻性的影響［27］．（2）MTR

 

方法容易受到各種混淆參數的影響．包括組織松弛、MT、MTC［28］．

 

更重要的是 MTRasym 不能從 CEST 對比中區別上場的 NOE 效應．（3）MTRasym 方法沒有校正水的縱向弛豫效應，這是影響 CEST 信號幅度的主要因素［29］．盡管如此，MTR 仍是目前 CEST－ MRI領域一 種 簡 單 有 效 的 量 化 CEST － MRI 的 方法［30］．

 

針對 MTRasym 量化 CEST－MRI存在的不足，提出了一系列的改進措施．例如：針對 MTRasym 容易受B0 場不均勻性影響，提出了水飽和移位參考（watersaturationshiftreference，WASSR）［31］和同時校正B0  場和B1  場的不均勻性（Simultaneous mappingofwatershiftandB ，WASABI）［32］兩種方法．針對減弱 CEST 的競爭效應，提出了三頻偏方法［2，33］和洛倫茲擬合［34－37］等量化方法．針對沒有校正水的縱向弛豫效應的問題，提出了表觀交換依賴弛豫（apparentexchange－dependentrelaxa－ tion，AREX）［22，29，38－39］的量化方法．

 

3．2   三頻偏的方法

 

三頻偏的方法通過用特定共振頻率照射如酰胺、胺基質子等，用和共振頻率兩個相近頻率的平均值作為參考信號，用特定頻率處的信號作為標記信號的一種量化方法［2，33］．三頻偏方法被證明可以有效減弱 MT 不對稱性和 NOE 效應［29］．三頻偏及其量化 APT 和 NOE 的定義如下［33］：

其中，APT＊   表示使用三頻偏方法得到的酰胺質子轉移．NOE＊   表示使用三頻偏方法得到的 NOE效應．

 

三頻偏方法可以減弱 CEST 的一些競爭效應，例如：MT 不對稱性和 NOEs．該量化方法已經成功的用于腫瘤［2］和中風［33］的檢測．但是三頻偏量化的方法存在如下的缺點：（1）三頻偏方法線性假設過于簡單，明顯低估了 APT 和rNOE 在～3．5（NOE（～3．5））的 飽和轉移［35，40］．B ＿較大時，APT 和 NOE 的峰值變寬，導 致低估 APT＊   和NOE＊ ［33］；同時，隨著B ＿增大，飽和效率達到最大值，飽和溢出和 MT 效應一直增加［25，41］，從而導致 APT＊ 和 NOE＊ 對比度的下降；（2）APT＊  使用三頻偏的方法量化時，會受到相鄰共振質子的干擾，如胺基質子在2ppm 到3ppm［29］． 

 

3．3   洛倫茲擬合

 

洛倫茲擬合是一個較為簡單的最小二乘法Z 譜擬合的量化方法［36］．洛倫茲擬合的定義如下［40］：

其中，Ai  、ωi 和δi 分別表示第i個池的幅度、頻偏和線寬，N 表示擬合池的個數，一般的洛倫茲擬合是指N ＝1的情況，如果N 大于1就是多池洛倫茲擬合．

 

洛倫茲差（Lorentziandifference，LD）是洛倫茲擬合的曲線與Z 譜數據的差［35，42］．在該方法中，用洛倫茲函數去擬合Z譜中的－10ppm 到－6．25 ppm、－0．5ppm 到 0．5ppm 和 6．25ppm 到 10 ppm，接著用樣條插值完成整個擬合過程，并用擬合的頻譜結果作為代表 DS和 MT 效應參考信號；最后，用擬合的結果和 Z 譜數據的差作為 CEST信號進行量化［35，43］．

 

3．4   倒Z譜分析法

 

最近的一項研究表明 CEST 信號、DS 信號和MT 信號并不是線性疊加在一起，而是反向加在一起的［38］．AREX 和 MTR    是兩種常見的倒Z譜分析法．其中，AREX 是一種從穩態下得到的標記信號的倒數減去參考信號的倒數的一種量化方 法［29］．AREX

 

可以校正CEST競爭效應中半固體MT 效應、T1、DS效應和水的弛豫效應．AREX 和MTRRex的定義分別為［44］：

圖3是不同 B1＿sat  時Z 譜和 AREX 的仿真結果，仿真Z 譜的參數設置和圖2一樣．其中，上面光滑的為Z 譜，左下方為 AREX 的圖．由圖2 和圖3的結果可以看出：相 同功率下，AREX 的峰值比Diff＿Z 譜的峰值大（尤其是3池模型），說明 AREX

 

量化方法中 CEST 的特異性更強．同時也說明：相比飽和交換之前水的Z 譜和飽和交換之后水的Z 譜的差值，AREX 可以降低 MT 效應對 CEST 效應的影響．其中，在0ppm 附近，由于分母為0，所以 AREX 非常的大，這和文獻［45］的研究結果一致．

 

3．5   CEST 比率的方法（CESTratio，CESTR）和參考值歸一化后的 CESTR 的方法（CESTRnr）

 

MRI信號的強度取決于多種參數，包括質子濃度、交換質子的數目、質子交換率、T1、T2、飽和時間和飽和效率．最常用的 CEST 圖像的量化是磁化轉移率 （magnetizationtransferratio，MTR）， MTR 的定義如下：

CEST 比率的定義如下［45］：

在最初對 APT 量化的過程中，選 取 －3．5 ppm 作為參考信號，就是前面3．1 節的 MTRasym 的量化方法［46］．最近，Heo等人通過使用插值半固體參考 信 號 （extrapolated semi－solid MT refer－ ence，EMR）量化 CESTR［6，47］．

 

參考 值 歸 一 化 后 的 CEST 比 率 的 定 義 如下［45］：

CESTR 和 CESTRnr 中的參考信號 （也 就是ZEMR）和 標記信號分別是擬合 2 池 MT 模型和CEST 度量計算中的經過 B0 校正過的Z 譜數據． 仿真證明，在臨床的3T 和4．7 T 的時候，CESTR和 CESTRnr 量化更可靠［45］．CESTR 的 EMR 譜（ZEMR）可以 通過相應的 ω1和頻譜范圍 Δ 獲得．

 

CESTR 的Zlab是通過5池Bloch方程獲得．具體獲得方法只需對前面介紹的2 池模型的 Bloch 方程進行擴展即可．圖4和圖5分別為B0 ＝3T和9．4T 時5池模型在B1＿sat  分別等于0．5μT，1μT，1．5 μT，2μT，2．5μT 和3μT 六種飽和功率下的基于 Bloch方程的Z 譜和幾種常見量化方法：CESTR、 CESTRnr、MTRRex和 AREX 的仿真結果．仿真Z 譜中使用的參數和文獻［45］的一樣．從圖5到圖6可以看出：相同 B1＿sat  時，3 T 時 Z 譜在3．5ppm 和 2 ppm 的下降均沒有9．4 T 時的明顯；特別地，在高場（B0   ＝9．4 T）、B1＿sat   較低的時候 （尤 其是在 B1＿sat  ＜＝2μT），APT 在3．5ppm 和 Amine在2 ppm 的下降看得很清楚；對于 CESTR、CESTRnr、 MTRRex和 AREX 四種量化方法，隨著 B0   場強的增大，2ppm 和3．5ppm 的峰值都變得更加明顯，而且3．5ppm 的峰值比較窄，2ppm 的峰值比較寬，因此，低場時的 CEST 信息被隱藏．這也是德國神經退行性疾病中心（GermanCenterforNeuro－ degenerativeDiseases，DZNE）Zaiss 等人在 2019年2月最新發表深度低場預測高場的信息這篇論文的目的［48］．

4 小結與展望

 

篇3

經過調查統計,我國共有100多所高校招有化學工程與技術專業碩士研究生,該專業研究方向過多,一個專業出現87個研究方向。研究方向的劃分有的甚至是跨學科的。如化學工程與技術專業是屬于工學的,應用化學專業是屬于理學,可應用化學居然是化學工程與技術專業的一個研究方向。同屬于一個研究方向,研究方向的名稱也是多樣化的,缺乏統一標準,如安徽大學、南昌大學的綠色化學工程,上海大學就稱為綠色化學與工藝。為了解決上述問題,我們請教了化工領域的專家,給這87個研究方向做一個歸類,分為9個大的方向(表1)。由表1可以發現我國化學工程與技術專業是存在學科集群現象的,表現在:專業的學科建設,已經不單是化學工程的問題,而涉及到了化學化工研究的所有領域,包括應用化學、環境化工、工業催化、資源與材料工程、新能源技術、生物工程與技術、過程系統工程、油氣加工及石油化工等。我國化學工程與技術專業學科集群的力度較大,表現在:各個高校的研究方向基本上都比較多,如清華大學、中國礦業大學、北京工業大學、北京理工大學、華南理工大學、華東理工大學、上海大學等高校,其研究方向都是傳統與現代并存,傳統化學化工的研究方向所占比例較大,如化學工程,包含的研究方向較多。部分代表21世紀化學化工發展方向的研究方向,在很多學校都受到重視,如資源與材料工程,研究方向也比較多。

二、化學工程與技術專業學科集群的創新及競爭優勢

本文選擇山西省高校做研究,分析其師資力量情況,以分析化學工程與技術專業集群的創新及競爭優勢。山西省作為我國化工3大生產基地,化學化工產業是山西省的支柱產業,化學化工專業是山西省高校、特別是工科院校的學科優勢之一。選擇山西大學、中北大學、太原理工大學的化學化工學院為樣本(見表2),按照前文對學科集群的認識,這些學院都有9個以上相關專業和研究方向,已經形成了一定的學科集群規模。其中論文指該學院教師被SCI、EI、ISTP3大檢索刊物收錄的論文數。中北大學的數據包含了CA論文。山西大學的數據不包括ISTP論文。專著指該學院教師出版的學術專著數,不包括教材。項目及獎項指該學院教師申請的省部級以上項目、經費及省部級以上獎項。發明專利指:該學院教師申請并且授權的發明專利。3所高校的化學化工學院擁有一定數量的教授和博士生導師,博士學位的教師也占到了較大比例。3所學院教師的科研成果也較為可觀,被3大檢索刊物收錄的論文數量較多,出版了一定數量的專著,申請了一定數量的國家自然科學基金項目。山西大學化學化工學院承擔了國家自然科學基金的重大攻關項目,以及“863”項目,甚至獲得了國家科技進步獎和國家技術發明獎二等獎各1項。中北大學化學與環境學院承擔過“973”項目,獲得過國家技術發明二等獎1項,三等獎2項,國防科學技術一等獎2項。中北大學和山西大學還擁有發明專利十幾項。從師資力量來看,應該說學科集群讓山西省高?；瘜W化工領域的創新取得了一定的成就,使得山西省高?；瘜W化工專業在全國具有了一定的競爭優勢和影響力。

三、化學工程與技術專業學科集群的協同創新模式

山西大學至今已與國內20余所高校、科研院所建立了學術交流與合作關系;與日本巖手大學、香港浸會大學等國家和地區的高校及科研單位簽訂協議,開展交流。在校企合作方面,與山西三維集團股份有限公司、太原鋼鐵(集團)公司、天脊集團等大型企業,在產品研發、崗位培訓等多方面進行了良好的合作。太原理工大學與山西化工研究所建立了山西省化學工程技術中心,還與山西焦化集團公司等6個企業建立了長期穩定的產學研合作關系。中北大學安全工程系與航天一院、航天三院、北京理工大學、南京理工大學、第二炮兵工程學院、西安近代化學研究所等科研機構和相關生產企業進行了卓有成效的科研項目合作。從產學研合作角度來看,三所高校都與國內外相關院校、科研院所和企業建立了良好的產學研合作關系。從企業合作的視角來看,在研發方面,與山西省的產業集群密切相關,合作領域主要為新能源技術、環境化工、生物工程與技術。3所高校的化學工程與技術學科集群與山西省的產業集群具有一定的協同關系,構建了學科集群與產業集群協同創新的模式,圍繞著山西省的產業特色,為山西省地方經濟服務。

四、我國化學工程與技術專業集群的路徑

從以上3所高校的情況來看,基本上已經完成了單個高校某個學科的集群,在3所高校內部相關專業之間建立了學科集群,集群的方式是建立化學化工學院,統籌化學化工各個專業,從多學科、多專業、多研究方向的角度,進行學科集群。關于區域性學科集群,即單個高校與該高校所在地高校、研究所和企業之間的集群,3所高校都作出了一定的努力,也取得了一定的實效。集群的方式是產學研合作,與山西省高校、科研院所和企業建立合作關系,從而服務地方經濟。關于跨區域性學科集群,即單個高校與該高校所在地之外高校、研究所和企業之間的集群,中北大學有一定的建樹,卻沒有進一步深入。中北大學之所以能夠有一定建樹的原因是該校原來是部屬院校,與其他部屬院校具有一定的合作關系。因此,中北大學的跨區域學科集群,僅僅局限于與兄弟院校的合作,還沒有進一步深入到與其他省份企業的合作上。

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這篇《山東理工2014年首次博士研究生招生報名時間確定》是

山東理工大學《2014年招收攻讀博士學位研究生招生簡章》，2014年，該校將首次招收博士研究生，涉及3個一級學科12個研究方向。

據悉，山東理工大學2014年博士研究生招生的三個一級學科為機械工程、農業工程、化學工程與技術，包括12個研究方向，分別為車輛及其電子電氣、數字化制造與質量控制、光機電一體化、機械設計及高性能零件、機械化旱作農業技術體系及裝備、農產品加工技術與裝備、農業生物質能源與材料、農村電網自動化、催化反應與分離工程、生物化學工程、電化學工程、精細化學品清潔生產過程工程。

根據招生簡章，符合報考條件的考生可于2014年3月15日-21日到該校研究生招生辦公室報名，招生考試時間為2014年4月12日-13日，考試分初試和復試兩個階段進行，學校將根據考生的綜合成績確定擬錄取名單。根據安排，該校博士研究生學制為3-5年。

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關鍵詞：職業標準；維修電工；電氣自動化技術專業；學習領域課程開發

【中圖分類號】G71

基于工作過程的學習領域課程的開發，已成為近年來高等職業教育課程改革的熱點?；诠ぷ鬟^程的學習領域課程的實質，在于課程的內容和結構追求的不是學科架構的系統化，而是工作過程的系統化。職業教育的課程開發必須打破傳統學科系統化的束縛，將學習過程、工作過程與學生的能力和個性發展聯系起來，將“工作過程的學習”和“課堂上的學習”整合為一個整體，將職業資格研究（包括職業分析、工作分析、企業生產過程分析）、個人發展目標分析與教學分析和教學設計結合在一起。

高職電氣自動化技術專業中維修電工的考證及學習是重要項目之一，該專業的核心能力對應的職業是維修電工。因此，以“維修電工”國家職業資格為標準、以高職人才培養為目標，將維修電工職業標準有機地融合到專業學習領域課程開發中，以項目為導向、工作任務為載體，重建專業方向課程體系，以解決專業教學與“維修電工”考證相互脫節的問題。

一、確立專業及其面向的職業崗位分析

根據企業調研，維修電工在不同工業部門如機械與設備制造、汽車與配件工業、電子工業，從事自動化生產。除操作自動化生產設備以外，這些設備的維護成為其專業工作的重點。此外，維修電工參加生產設備的建造和改造，進行電子維修，在車間維修并制造電子、自動化和信息技術的組件和儀器。符合專業要求的工具、測量儀器和測試材料、旨在有效完成任務的工作和工作崗位設計以及與同事進行符合專業要求的交流，都屬于維修電工的任務要求。同時，還要考慮經濟、社會和生態的不同要求以及由此引起的對職業行動的要求。維修電工能對任務進行整體性觀察并在完整性的工作過程背景下對其進行組織，也就是說，借助其企業關聯知識關注過程的銜接并與其他部門（機械保養、物流、制造計劃等）合作。

二、提取、劃分、分析典型工作任務學習難度范圍

電氣自動化技術專業中以電氣設備的運行、安裝、調試與維護及營銷服務等職業崗位為導向，重點突出技能培養，根據職業能力要求提煉難度1-4級的典型工作任務。

（一）職業定向的工作任務（學習難度范圍1）

工廠車間照明設備的安裝與維修、普通機床電氣設備的安裝與維修、電機的安裝與維修、小型電子設備的調整與改裝、工廠供電系統的計劃與實施、做計算機控制系統的計劃與實施、印刷電路板的設計與制作、現場總線與工業以太網的構建與維護。

（二）系統的工作任務（學習難度范圍2）

交直流調速系統的安裝與調試、設備運行的檢測與控制、電氣設備控制的安裝于調試、生產過程的組織與實施。

（三）蘊含問題的特殊工作任務（學習難度范圍3）

電氣設備的調整與改裝、數控設備的維護。

（四）無法預測的工作任務（學習難度范圍4）

生產設備的調整及生產質量保障。

三、構建電氣自動化技術專業維修電工方向教學計劃

根據典型的工作任務，提煉支撐課程，形成了12門理實一體化的學習領域課程。

學習領域課程編號 學習領域課程 基準學時

小計 第一學年 第二學年 第三學年

1 電工基本技能 2周 2周

2 電氣設備安裝與維護 4周 4周

3 電子技術應用實訓 4周 4周

4 電氣繪圖技術實訓 8周 8周

5 PLC應用技術 5周 5周

6 組態控制技術 2周 2周

7 傳感器技術及應用 4周 4周

8 交直流調速系統與應用 3周 3周

9 集散控制與現場總線 3周 3周

10 單片機應用技術 4周 4周

11 自動化課程綜合實訓 5周 5周

12 自動化課程設計 2周 2周

合計學時 1196 468 286 442

四、建立學習領域課程教學計劃（舉例）

以《自動化課程綜合實訓》學習領域課程為例，建立講授單元和行動單元學習任務和內容。講授單元主要對PLC的組成與基本工作原理；PLC的編程軟件及編號范圍；基本邏輯指令表示方法及其應用方法；掌握梯形圖的繪制原則及PLC設計原則、步驟和方法；對典型生產線工業控制對象進行系統的意見設計、系統的軟件設計、安裝調試設計，共計150課時。

行動單元中建立五個子學習領域課程：

1、控制方案的初步設計（學時：12），學生根據項目設計要求對現有自動化生產線及需改造的生產線進行調查，并據此形成初步控制方案，討論并完善，最后提交具體可操作性的控制方案。

2、交流電機的PLC變頻控制（學時：48），根據項目設計要求對交流電機的控制所需器件進行選型，了解并掌握器件使用完成交流電機的PLC變頻控制子系統，并進行系統測試調試，最后提交相關技術文檔。

3、物料分控系統的PLC控制（學時：24），根據控制方案要求對物料分控所需器件進行選型，了解并掌握器件的使用方法，完成物料分控子系統，并進行系統測試調試，最后提交相關技術文檔。

4、機械手的PLC控制（學時：30），根據控制方案要求，了解并掌握機械手的使用方法，完成機械手控制子系統，并進行測試與調試，最后提交相關技術文檔。

5、系統綜合計劃與調試（學時：36），根據控制方案要求，對全系統進行聯合調試，分析并找出其中的問題，完成全系統了，并提交相關技術文檔。

將維修電工職業標準融合到高職電氣自動化技術專業的學習領域進行課程開發中，解構原有的基于知識儲備的學科體系架構課程，重構基于知識應用的行動體系架構課程，凝練工作過程要素，在現實的職業資格基礎上，培養學生普適的職業資格，為未來的職業資格奠定基礎，提升學生的“職業競爭力”。通過學習領域課程的開發研究，可有效的優化學校課程資源，在有限的課時內發揮課程最大的作用；可優化課程結構，提高人才培養質量，體現高等職業教育人才培養的特色；為相關專業的課程結構的改革提供思路，使之更加適應培養學生綜合職業能力和全面素質的需求。

參考文獻：

[1]王平均，王偉，韓寶如.基于工作過程的課程考核評價體系研究――以高職維修電工實訓課程為例[J].遼寧高職學報2013(5):49-51.

[2]劉勇,段保才.高職教育課程模式的選擇――基于工作過程系統化的學習領域課程模式.中國高教研究,2011(6):85-89.