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矿物学基础范文1
关键词：城市污水处理技术；技术的要素；优化的科学依据
中图分类号：F291.1文献标识码：A 文章编号：
1、 城市污水处理工艺技术现状
污水处理方法分为物理法、化学法和生物法。物理法的去除对象是水中不溶解的悬浮物质。化学法是指向废水中投加化学物质，通过化学反应达到净化废水的目的。生物法指采取一定的人工措施，创造微生物生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，从而提高微生物氧化、分解有机污染物的一种技术。生物法主要用于去除废水中呈溶解态和胶态的有机物，与物理和化学法相比，生物处理在去除废水中有机碳、硫、氮、磷等污染物质方面，存在许多优越之处。
截止2010年底，我国城镇生活污水设施处理能力己达到1.25亿立方米/日，其中，80%以上的大中型污水处理厂采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法的生物膜法及与其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。新建项目中，更趋向以自然生物净化为主与人工生物净化相结合的技术路线和传统活性污泥法进行改造予以取代后的人工生物净化方法。
目前，我国采用较多的污水处理工艺技术有氧化沟工艺、A／O工艺、A2／O工艺、SBR工艺、AB工艺等。氧化沟工艺具有出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，但也存在发生污泥膨胀的概率较高、流速不均的缺点，其中应用较多的是奥贝尔氧化沟工艺，DE型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应厢，采用卡罗塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。A/O和AA/O工艺投资运行费用较底，具有较好的抗冲击负荷的能力，运行简单，处理效率较高，发生污泥膨胀的概率低，在大中型污水处理中应用的较多。AB法污水处理工艺由于其具有抗冲击负荷能力强，主要应用于污水浓度高，水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂。SBR工艺及其改良型工艺工艺流程简单、造价低、处理效果好、运行稳定、耐冲击负荷，但对自控设备要求高，多种类型的SBR工艺如ICES工艺、CAST工艺、UNITNK工艺等都有在我国的实际应用。在场地受到限制或土地成本太高的地方，MBR工艺是不错的选择，该工艺BOD负荷高，处理效率高，处理效果稳定，但投资和运行费用高。“十二五”期间，我国的污水处理能力和要求进一步提高，更加重视管网收集系统的建设和氮、磷营养物质的去除，再生水资源的合理利用受到相当的关注，对污泥处理处置要达到减量化、稳定化、无害化、资源化，污泥厌氧消化、好氧发酵、热干化、石灰稳定等技术都在一定范围内得以实施，但目前污泥填埋还是最主要的污泥处置方式，污泥焚烧、土地利用、建材利用实际应用案例较少。
2、 城市污水处理的关键要素
1 城市污水处理系统的构建。
城市污水处理系统的建设具有明确的目标。主要包括水源保护国际、水环境质量控制目标和污水综合利用目标3个方面：
（1）城市排水及其污水处理的规划。应根据城市水域及接纳水体功能区的要求和水环境容量。体现排渍、减污、分流、净化、再用功能的协调发展，综合考虑经济发展、水质国际、污水治理目标、污水产生量、需水用水排水平衡等因素，控制水质和区域水污染防治建设规划，合理确定雨污水收集输送、污水净化和综合利用设施的设置。并根据分汇水区、按系统分期配套建设。
（2）城市污水处理设施的设计建设。依城市总体规划和水环境规划、水资源综合利用规划以及城市排水专业规划的要求。做到规划先行。合理确定污水处理设施的布局和设计规模，并优先安排城市污水收集系统的建设。
（3）城市污水处理厂的规划设计。要根据污染物排放总量控制目标，城市地理地质环境、受纳水体功能与交换能力、污水排放量和污水利用等因素，选择厂址、确定建设规模、处理程度和工艺流程，力求布点合理、位置适当、规模适度。
城市污水的处理方式应根据本地区的经济发展水平和自然环境条件及地理位置等因素，合理选择。城市污水处理应考虑与污水资源化目标相结合，积极发展污水再生利用、污泥综合利用技术。规划和设计方案的制定必须有环境影响评价和技术经济评价作为依据。
2 城市污水管网。
作为城市基础设施和城市水环境污染控制的主体设施，城市排水管网和污水处理厂纳入城市建设总体规划之后。应保证其实施能与城市经济和城市建设同步发展，在具体设计时应具有一定前瞻性。经统计，己投入运行的污水处理厂有约10%的负荷率低于60%，其原因为污水配套管网建设滞后于污水处理设施，“十二五”期间，国家将加大污水配套管网建设力度，避免资源的闲置和浪费。
城市排水管网的体制选择应根据当地具体条件。经过综合权衡和详细的费用及效益分析后确定。我国城市污水处理技术政策中规定，在城市排水规划中应明确排水体制和退水出路。对于新城区，应有限考虑采用完全分流制；对于改造难度很大的旧城区合流制排水系统，可维持合流制排水系统，合理确定截图倍数；在降雨量很少的城市，可根据实际情况采用合流制；在经济发达的城市或受纳水体环境要求较高时，可考虑将初期雨水纳入城市污水收集系统。城市污水管网的总体设计应与污水处理设施、最终排放利用设施的设计相结合。使总体费用降低，得到总体优化的方案。为了节省建造费用和发挥城区以外选点的优势。城市排水规划宜考虑将所有污水集中到一个污水厂，但对于大城市或呈分散布设的城区，则常常要设置多个排水系统和相应的污水处理厂。目前，有约10%的采用二级处理的污水处理厂进水COD浓度长期维持在60mg/l左右，这主要是由于雨污未分流、管道渗漏等原因所致。要避免这一现象的再度发生，在排水规划设计施工时，必须深入调研，科学决策，选择合适的排水系统，严抓施工质量。
3 工业废水的接受与预处理
矿物学基础范文2
关键词： 教材；著作；出版情况；社会效益
中图分类号： G 807.0文章编号：1009783X（2013）03024208文献标志码： A
根据《教育部关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》（教高[2011]5号），教育部高教司《关于开展“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材第一次推荐遴选工作的通知》（教高司函[2011]204号）精神中创新规划教材遴选机制，紧紧围绕提高人才培养质量，实施规划教材精品战略。首都体育学院认真贯彻上级精神，积极宣传动员、组织开展首都体育学院“十二五”普通高等教育本科教材申报工作，并最终上报“十一五”期间（2006年1月至2011年6月）首都体育学院教师著作182部，认真总结、分析“十一五”期间教材与著作的出版情况及特点，对于进一步推进“十二五”期间教材建设与改革工作，显得尤为重要。
依据国家图书馆录入及分类标准，首都体育学院所出版教材与著作分为4大类：教材类、丛书类（2008运动丛书、中国体育博士文丛、棋类丛书、阳光体育运动系列丛书、奥运丛书、少年读物丛书、体育运动新思维新方法丛书、其他丛书）、研究类（研究报告、教学研究）、其他类（通俗读物、生平事迹等）。
1研究对象
首都体育学院“十一五”期间教材及著作建设成果，共182部。选取著作者、出版单位、版次、印次、印量、合著情况等作为主要内容进行分析研究。
2研究方法
2.1文献资料法
借助国家图书馆和相关出版单位搜集、整理首都体育学院“十一五”期间所出版教材及著作所需的相关信息。
2.2访谈法
对北京市部分高校专家教授及国家图书馆的相关图书分类的专业技术人员，就教材及著作的定义和分类、访谈提纲的信效度等进行了访谈，获取指导性意见和建议，为文章奠定了理论基础，对教材及著作的作者、团队及出版单位相关负责人进行走访调研。
2.3数理统计法
运用Excel 2003对所获得数据资料进行分类、统计。
2.4逻辑推理法
运用归纳、类比、分析等逻辑学推理方法，对体育院校教材出版现状和未来发展趋势进行分析探讨。
3概念的界定及统计尺度
3.1教材
教材是教育工作者为了方便教师教授、学生学习，最终有效促进学生发展而组织起来的一种自身具有教育意义的信息载体，重在突出教育价值。
3.2著作
用语言文字或其他符号表现主体心灵世界，反映客观事物及其规律，从而生产出在内容和形式上具有某种独特性的精神产品的文化创造活动，重在学术价值。
3.3教材类、丛书类、研究类分类标准
依照中国国家图书馆·中国国家数字图书馆中对该著作“主题”的标引项为统计分类标准。
3.4专著
对某一学科或某一专门课题进行全面系统论述的著作。一般是对特定问题进行详细、系统考察或研究的结果。
3.5合著
在本文中将合著定义为，主编和副主编有来自2个不同院校的，或者前言页中编者来自2个及以上不同院校的著作。
3.6合著者单位
合著者单位依照版权页或者前言页中对作者简介作为统计的标准。
3.7版次及印次
版次及印次依照版权页中标记为统计标准。
4研究结果与分析
4.1首都体育学院“十一五”期间出版著作现状与分析
4.1.1首都体育学院“十一五”期间出版著作构成情况
在所上报的“十一五”期间出版著作中所占比例居于前4位分别为：教材、研究类著作、2008运动丛书、中国体育博士文丛，所占比例分别为41%、20%、11%、8%，以上4类书目占据了上报著作数量的80%。棋类丛书、阳光体育运动系列丛书、奥运丛书、少年读物、体育运动新思维新方法丛书、其他丛书和其他一共占上报数量的20%。教材所占的比例最高，达到41%，但是以研究类书籍和丛书类为代表的非教材类所占比例达到了59%。
4.1.2首都体育学院“十一五”期间出版著作出版社分布情况
4.1.2.1首都体育学院“十一五”期间出版著作出版社分布情况分析
首都体育学院“十一五”期间出版著作（教材）由26个出版社完成出版，见表1。其中位居前5位的是北京体育大学出版社、人民体育出版社、高等教育出版社、江苏科学技术出版社、中信出版社。出版申报著作数量的比例分别为48.35%、11.54%、10.99%、10.99%、3.85%。居于前5位的出版社出版了申报著作的85.71%，其他著作由21个不同的出版社出版，出版了申报著作的14.29%。从个体出版社出版著作情况来看，北京体育大学出版社居于首位，出版了教材及著作共88部，占出版物总数的48.35%，从一个侧面凸显了首都体育学院在“十一五”期间所出版教材及著作得到体育类一流出版社的认可度是比较高的。
4.1.2.2首都体育学院“十一五”期间出版著作教材类出版社分布情况分析
在“十一五”期间出版著作中教材类由15个不同的出版社完成出版，其中北京体育大学出版社、人民体育出版社、高等教育出版社居于前3位，出版教材类数量分别为25部、16部、15部，分别占教材类数量的34.25%、21.92%、20.55%。居于前3位的出版社共出版教材类著作数量为56部，占76.71%，剩余12个出版社出版教材类著作17部，占23.29%，其出版教材类著作数量是北京航空航天大学出版社等12个出版社出版数量的3.3倍。对比表1和表2，可以看出，出版教材类著作数量居于前3位的出版社均为教育类和体育类出版社，由此可以从一个侧面反映，首都体育学院“十一五”期间出版教材及著作与学科建设、专业建设高度相关，表现出良好的建设态势。
4.1.2.3首都体育学院“十一五”期间出版著作丛书类出版社分布情况分析
在学院“十一五”期间出版著作中丛书类由9个不同的出版社完成出版，其中北京体育大学出版社、江苏科学技术出版社、中信出版社、高等教育出版社、人民体育出版社居于前5位，出版教材类数量分别为33部、20部、6部、4部、2部，分别占教材类数量的47.8%、29.0%、8.7%、5.8%、2.9%，居于前5位的出版社共出版丛书类著作数量为63部，占94.2%，剩余4个出版社出版教材类著作4部，占5.8%，北京体育大学出版社等前5位出版丛书类著作数量是科学出版社等4个出版社出版数量的16.2倍。
4.1.4首都体育学院“十一五”期间出版著作版次及印次情况
4.1.4.1首都体育学院“十一五”期间出版著作版次情况分析
从表5可以得出，首都体育学院“十一五”期间出版著作总体上为第1版出版，占申报著作数量的91.76%，第2版及以上的版次占申报著作总数的8.24%，能达到第4版出版的著作寥寥无几（仅有2部，卢纹岱教授的《SPSS统计分析》和姚鸿恩教授的《体育保健学》），仅占申报著作的1.1%。申报著作教材类中：第1版出版的著作数量为60部，占此类的82.19%，第2版及以上版次出版的著作所占此类著作的比例为17.81%；丛书类中，第1版出版的著作数量为68部，占此类的98.55%，再版的著作1部，占此类的1.45%，没有第3版和第4版的著作；研究类中，97.3%的著作为第1版，仅有1部再版；其他类中全部为第1版出版。
4.1.5首都体育学院“十一五”期间出版著作出版费用情况
4.1.6首都体育学院“十一五”期间出版著作印量情况
5.1.3关于著作所创造社会效益的分析
在出版费的统计分析中得知，首都体育学院“十一五”期间所出版的教材与专著中，有71部为国家级规划教材、北京市精品教材和精品教材立项项目、重点学科建设项目、优秀教学团队和创新团队、北京市教育教学改革立项等各类科研课题的研究成果，出版费为专项资助，另有57部教材为出版社约稿，2类教材与专著共计128部，占总数的70.32%。由此可知，教师在教材与专著的出版费筹集上并无太大困难。
在版次、印次、印量的统计中，第1版第1次印刷的教材和专著占到了90%之多，并且印量在3 000～9 000册的著作中，教材占主体，印量在10 000册以上的著作中，丛书类占主体。这说明更多得到社会大众认可，能够创造更多社会效益的著作为丛书类，其主要原因，是教材及专著的使用对象定位在校本科生。
5.2.4关于著作可持续发展的分析
首都体育学院“十一五”期间出版89部合著著作，93部独著，且合著著作主要集中在教材类中，比例达到68.5%，而在丛书类中独著所占比例明显高于合著比例，研究类中合著和独著比例基本相同。合著者单位共计72家，出现频次在5次及以上的院校主要集中在专业的体育院校（北京体育大学、广州体育学院、天津体育学院、武汉体育学院），其中北京体育大学出现的频次最多，达到14次。教材应海纳百川而忌一家之言，故应鼓励合著。合作单位也应尽量扩大范围，虽然这在具体实施和操作中会遇到困难，但集众家之长，才能传流于世，应尽量避免同类教材的重复建设。
6结论与建议
6.1结论
1）首都体育学院“十一五”期间出版的著作以教材类为主，占总数的41%。质量有所保证并能得到3大出版社的认可。
2）首都体育学院“十一五”期间出版著作的出版费筹措不难；但由于教材使用对象的特定与狭窄，以致出版数量占“十一五”期间出版著作总数的一半，而使用率一般，社会效益相对丛书类较弱。
3）首都体育学院“十一五”期间出版的著作合著比例可进一步加强，合作范围可进一步扩大，以提高著作质量和避免重复建设。
6.2建议
6.2.1加强教材建设，提高教材数量和整体质量
不断加强教材建设及管理，突出教材内容的实用性，强化教材形式的多样化，文字教材与电子教材共同协调发展。不断完善教材建设相关配套文件，为教材建设提供强有力的支撑，在增加教材类著作产出的基础上继续加强研究类专著和丛书类的产出。
6.2.2巩固基础并不断寻求广泛合作
教材是高等学校3大产品（人才、教材、科研成果）之一，它直接关系到培养人才的质量。合著不仅能提高教材的权威性和质量，也能提高教材的销量。学院在未来的教材建设格局中应积极巩固和不断寻求新的合作，加强与各大体育院校、综合型大学、科研院所、健身机构、中小学的合作，不断提高教材的知名度，不断刷新版次和印次。与出版社的合作亦是如此。
6.2.3从社会需要出发注重时效性
教材更新及社会需求变化等因素造成教材时效性下降，从而导致教材的使用量下降，极易造成教学资源浪费的境况；因此，教材定位很关键，侧重实用性，重视“知识性”的同时，也要重视“时效性”，努力提高教材及著作的编写质量，将是“十二五”期间教材建设工作的一个趋势。
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矿物学基础范文3
注重基础，强化实践
1.抓基础，建框架
根据修订的教学大纲，适当调整教学内容，既要反映出结晶学与矿物学的主要研究内容和发展方向，又要便于学生在较短时间内的学习和掌握。在课堂教学中注重基本理论与基本原理的讲授，使学生建立该门课程的知识框架。在重点讲授结晶学中几何结晶学内容及晶体结构学和晶体化学的基础上，对矿物的内部成分、结构与矿物宏观形态、物理性质、矿物的形成、稳定及演化规律等总论部分及各论部分进行详细的讲授。在课堂上，关键讲授矿物大类特征，重点介绍结晶学与矿物物性特征之间的联系，便于学生在系统全面地了解结晶学及矿物学基本知识的基础上，重点掌握和理解不同矿物的鉴别特征及相似矿物的区别之处。
2.抓实验，重能力
结晶学与矿物学是一门实践性很强的学科，通过实验课教学培养学生对灵活运用结晶学理论知识解释和鉴定常见矿物的能力。因此加强实践实习课教学，注重实验效果非常必要。结晶学与矿物学的学习目的之一是能够通过肉眼观察矿物形态、物理性质，从而达到对矿物的鉴定。因此学生对于矿物学鉴定的技巧掌握非常重要。
实验课上大部分时间应留给学生自己观察，教师仅讲授5~10分钟的实验目的、内容及要求，以引起学生对实验课的重视。之后以小组为单位（5~6人），进行观察和描述实习标本与模型，共同讨论。将结构模型分析和矿物标本观察相结合的教学极大地提高了学生的学习兴趣。在下课前5~10分钟以小组为单位介绍本次实验课的主要收获。最后在学期末，进行一次未知名矿物鉴定测验。经过从观察验证到理论分析再到综合鉴定这样一个教学环节，不仅培养了学生独立观察问题、思考问题和解决问题的能力，而且活跃了课堂气氛，增强了团队精神。
扩充内容，提高兴趣
“结晶学与矿物学”是地质类学生在“普通地质学”学习之后接触的第一门专业基础课，对于该门课程的学习兴趣将会直接影响到后续“岩石学”课程的学习，然而多年的教学实践及学生反馈的信息表明：学生对结晶学的学习兴趣十足，但是到了矿物学部分，尤其是矿物学各论部分兴趣大减。原因一方面是矿物学种类多（自然界3000多种矿物），另一方面是各论内容相对枯燥，主要为描述性内容，涉及矿物的化学组成、晶体结构、物理性质、成因产状、鉴定特征、用途等诸多方面。
为了提高学生的学习兴趣，在矿物学各论部分教学中每讲到一种矿物，就及时扩充珠宝和材料学方面的内容。如自然元素大类中，补充自然金、金刚石等宝石学知识；氧化物及氢氧化物大类中，补充红宝石、蓝宝石、水晶及欧泊的相关知识；在岛状硅酸盐亚类中介绍橄榄石、石榴子石；在环状硅酸盐亚类中介绍祖母绿、碧玺等相关内容；在链状硅酸盐亚类中介绍软玉和翡翠的知识；在层状硅酸盐亚类中介绍蛇纹石石棉的隔热保温和防火，蛭石绝热、隔音及阳离子交换等材料学方面的知识。实践表明，在矿物学各论的学习中，学生对矿物实用性的学习兴趣很大。因此适当增强矿物应用方面的内容，有助于提高学生学习的积极性。
结合科研，促进创新
结合科研实际，讲授矿物在科学研究中的作用。在讲课中笔者把科研项目中涉及矿物的相关内容作为教学实例，介绍给学生。如在讲解锆石、石榴子石、红柱石等岛状硅酸盐亚类矿物时，将课题研究中如何通过锆石、石榴子石、红柱石等重矿物分析来解决沉积物源的内容介绍给大家。又如在粘土矿物的讲解中，将碎屑岩中粘土种类、含量的变化影响岩石孔隙结构，从而影响流体在其中的赋存等内容介绍给大家，使得学生在解决实际问题的过程中体会到矿物学的重要性及实用性。
同时积极创造条件，让学生参与教师的课题，或者利用假期大学生社会实践的机会，结合专业特色，搜集家乡的矿产资源资料，培养学生学习的主动性和自觉性，同时也强化了专业思想。
可视化的教学方法
多媒体教学具有生动、形象、直观，信息量大的特点，使得其在现代教学中广为应用，极大地提高了教学效率和教学质量。“结晶学与矿物学”课程教学以往都是秉承老教师的传统，借助于模型、幻灯、挂图等进行教学。然而自2000年以来，一方面学校加大对实验室多媒体设备的投入，另一方面授课教师开始逐步实行多媒体教学，逐步完善了电子教学日历、电子讲稿、多媒体课件、电子试题库等，为精品课程的建设打下了坚实的基础。
针对实验室矿物标本有限且完好的标本少见，尤其是能够达到宝石级的标本更是难见的现状，有意识地收集国内外特点鲜明的矿物标本图片，并将其应用在多媒体教学中，使学生在欣赏多姿多彩的矿物世界的同时，也提高了学习兴趣，强化了矿物学知识。
矿物学基础范文4
关键词：结晶矿物学；实验教学；综合性实验；教学改革
《结晶矿物学》是地质类专业重要的专业基础课，同时，它还与宝石与材料工艺学、无机非金属材料、环境科学、生物科学等应用学科和边缘学科密切相关。该课程分为两大部分，其中，结晶学部分具有空间性、抽象性、逻辑性、理性和共性的特点；而矿物学部分具有经验性、具体性、归纳分类性、感性和个性的特点。知识点多，被认为是比较难学的一门课程，尤其是实验教学，以往的实验教学以基础性实验、验证性实验为主，缺乏有效的综合性、设计性实验以及研究型实验，学生被动学习。近年来，考虑到原有的实验教学体系中基本型实验（验证型）类型比重较大，难以调动学生的学习主动性、也不利于学生实践操作能力和创新能力的培养。《结晶矿物学》教学小组在实验课程教学中对原实验课程教学进行了改革与实践，尝试从单纯的一般实验课程教学到综合性或研究型实验课程教学的转变，进行了综合性或研究型实验课程的设计及教学实践，取得了一定的成效。
一、综合性、研究型实验教学的内容及方式
综合性、研究型实验是指实验内容涉及课程的综合知识或多个知识点，多项实验手段的实验，实验教师负责实验项目设计、协调、监督、控制与评估；也可以只给定实验目的与要求，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。学生自主和协作完成实验过程，并对结果的合理性、可行性等进行分析探讨。结晶学实验中，我们设计了一个综合性实验，将晶体生长、晶体形态、晶体测量、晶体定向、单形和聚形分析等内容综合在一起，让学生利用课外时间来完成，教师不参与学生的实验过程，主要是对学生进行引导和帮助学生分析实验过程中遇到的疑难问题。由于该实验内容包括了结晶学的核心内容以及矿物晶体研究的重要测试手段和仪器的使用，整个实验可贯穿于课程的教学过程中或稍晚于课程教学的进程。学生通过参与实验，观察和了解晶体生长的具体过程，熟悉影响晶体形态的外部环境因素、掌握晶体生长的基本方法与原理；对自己培养和生长的晶体进行测量，加深对晶体测量过程的理解、掌握晶体测量的方法及基本原理，同时借助吴氏网对晶体进行投影，根据不同晶体投影图的特点以及晶体中各晶面的分布特征来确定晶体的对称型以及各晶面的符号；通过单形的分析和投影，掌握不同对称型单形的推导方法并进一步熟悉晶体投影的方法；聚形分析不仅可以让学生理解实际晶体形态与理想晶体形态的异同，而且可加深学生对晶体的对称型、晶系、晶族以及晶体定向更概念的理解，进一步掌握晶面指数的确定方法。由于实际晶体会不同程度的存在歪晶，分析结果正确与否，我们让学生通过“X-”射线衍射分析来确定不同晶体的空间群以及晶胞参数特征加以验证。对每一个环节的实验，都要求学生提交阶段性实验报告，及时分析总结实验成功的经验与不足，加深对相关理论知识或基础知识的理解和记忆，达到综合运用各种知识和实验技能的目的，增强实践动手能力。同时，对“X-”射线衍射仪及其在矿物晶体研究中的应用有了初步的了解。矿物的形成总是与一定的地质环境密切相关，而且不同地质环境中的矿物组合形式往往是不相同的，因此，在矿物学实验教学中，我们力求让学生理解：除了从矿物物理性质来认识矿物外，完全可以通过对不同地质环境下的矿物组合来认识矿物并初步了解矿物的成因类型。第二，学校地质博物馆有大量的矿物岩石标本，尤其是近年来教师进行各种科研所采集的新标本，可以安排部分学生开展一些创新性实验。第三，把部分课堂教学内容带到学校在桂林郊县及北海等地的教学基地，通过野外现场的观察与学习，让学生将理论与实践相结合，在实践中加深对相关知识点的理解和认识。第四，通过参与各种科研项目，提高学生实际应用各种知识和技能的能力，培养学生的主观能动性和创新思维能力。根据上述的思路和实验安排，不仅使实验教学的形式和手段多样化，而且拓宽了实验教学空间，关键是提高了学生开展实验的兴趣和主动性。
二、实验教学考核的改革与实践
传统的实验教学考核主要包括平时作业成绩和实验内容的笔试考核。因此，学生对平时实验根本不重视，出现部分学生平时实验不认真甚至逃避实验课的现象，交上来的实验报告也是抄袭他人的实验成果。至于实验内容的考核只需要死记硬背即可，完全与实际标本脱节。因此，学生的实践动手能力不强。鉴于此，我们从以下两方面进行了改革。
1.改革平时实验成绩的评定方式。鉴于以往平时实验成绩的评定方式不利于调动学生开展实验的积极性，我们采用课堂随机抽取部分实验报告和学生进行课堂总结相结合的方式，并采用百分制进行成绩的评定。同时，提高平时实验成绩在总成绩中所占的比例，提高学生参与实验的主观能动性，杜绝相互抄袭实验报告的现象。通过这种方式，教师也能及时发现和掌握学生在实验过程中出现的问题及原因，促进教师进一步改进教学方法，提高教学质量和教学效果。
2.改进实验考核方式。相对于传统的实验考核方式，我们对实验考核方式、考核内容以及最终的成绩权重作了相应的改进。考核方式上，我们借鉴了国内同类课程及我校硕士研究生复试的成功经验，以面试为主、结合必要的笔试考核。《结晶矿物学》是一门实践性非常强的课程，尤其是矿物学部分。根据学校对课程最终成绩评定的相关文件精神，结合该课程的实际情况，我们加大了实验成绩在总成绩中所占的比例。总之，通过实验教学考核的改革，加强各个环节的考核力度，增加成绩评定的透明度，提高了学生学习的主观能动性和积极性，提高了学生实际应用各种知识和技能的能力。
在教学过程中，我们仍然是以基础型、验证型实验为主，辅以一定量的综合性或研究型实验。因为基础型、验证型实验是对课程中某一理论或原理的检验，通过实验过程，学生可以熟悉实验的基本方法和操作过程。我们在《结晶矿物学》实验教学过程中开设的综合性、研究型实验往往综合了多个基础性实验，需要分阶段进行多个实验才能完成。通过综合性、研究型实验，可以将分散的知识点联结成一个完整的知识体系，有利于学生对不同知识点的理解并加深记忆。综合性、研究型实验项目的开设，一方面使学生能够充分认识到各个实验环节的重要性，增加学习的兴趣和主观能动性，有利于培养学生形成良好的学习氛围。另一方面，促使学生将课堂内的学习和课外的实验紧密融合在一起，有利于提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。由我院学生组成的校代表队连续两次在“全国大学生地质技能大赛”中荣获团体二等奖、综合技能大赛一等奖、地质标本鉴定大赛二等奖、地学知识竞赛二等奖、野外地质技能大赛三等奖等众多奖项，就是有力的证明。
参考文献：
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矿物学基础范文5
关键词 纳米科技;纳米地球化学;纳米矿物学;纳米矿床学
中图分类号TB383 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)31-0083-02
1 概述
纳米科学技术(nano scale science and technology)作为新兴的学科[1],在人类社会进入世纪之交的关键转变年代,在世界范围兴起,发展迅速,前景诱人,国际竞争已经开始。人类对自然世界的认识始于宏观物体,又逐渐认识到原子,分子等微观粒子,然而对纳米微粒却缺乏深入的研究[2]。原子是自然界的基本组成单元,原子的不同排列方式使自然界物种丰富多样化。1959年,著名的物理学家诺贝尔物理学奖得主查德・费曼说:“如果有一天可以按人的意志安排一个原子,将会产生怎样的奇迹。”纳米科技则使人们能够直接利用原子、分子制备出包含原子的纳米微粒,并把它作为基本构成单元,适当排列成一维的量子线,二维的量子面,三维的纳米固体。纳米材料有一般固体都不具备的优良特性,所以有着广阔的应用前景。钱学森指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。” [3]
1.1 基本概念
纳米(Nanometer)又称毫微米,是一种长度单位。1纳米等于10-9m(十亿分之一米)。上田良二教授于1984年从测试的角度给纳米微粒下了一个定义:用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米微粒[4]。纳米技术是1974年在东京由日本精密工程学会(JSPE)和国际生产工程研究学会(CIRP)联合主持的会议上由日本东京科学大学机械工程教授谷口纪男提出的[5]。纳米科技(Nanost)是一门在0.1nm~100nm范围内对物质和生命进行研究应用的科学。这是一种介观区域(宏观和微观之间的连接区域)进行开发研究的新技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到分子和原子。纳米科技涉及到物理学、数学、化学、生物学、机械学、信息科学、材料科学、微电子学等众多学科以及计算机技术,电真空技术,扫描隧道显微镜及加工技术,等离子体技术和核分析等各种技术领域,是一门综合性的新兴科学技术。
1.2 纳米科技的发展历史
纳米科技是20世纪科技领域重要突破它的发展经历了孕育萌芽阶段,探索研究阶段和应用开发阶段3个时期。
1)孕育萌芽阶段。费曼设想在原子和分子水平上操纵和控制物质。1860年,胶体化学诞生之日,对粒径约(1~100)nm的胶体粒子开始研究,但由于受研究手段限制,发展缓慢;
2)探索研究阶段。30年后,1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开,同年《纳米生物学》和《纳米科技》专业刊物相继问世。这标志着一门崭新的科学技术-纳米科学技术,在经过30年的曲折道路,终于诞生了。费曼的美妙设想成为现实了[6];
(3)应用阶段。1993年,开始进入蓬勃的发展时期,20世纪末获得许多成果,达到预期目标可能还要经历10~20年的努力。
1.3 纳米固体的基本特征
纳米固体的重要特征,决定了纳米科技具有划时代意义。这些特性有如下4个方面[6] :
1)表面与界面效应。纳米微粒尺寸小,表面积大,所以位于表面的原子比例相对增多。尺寸与表面原子数的关系见表1。当物质粒径小于10nm,将迅速增加表面原子的比例,当粒径降到1nm时,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于表面原子数增多,使得这些原子易与其它原子相结合而稳定,具有很高化学活性,表面吸附能力强,扩散系数增大,塑性和韧性都大大提高;
表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系
2)小尺寸效应。当纳米微粒的尺寸与光波的波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,电,光,磁,声,热力学等特征均会出现小尺寸效应;
3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要的意义;
4)量子尺寸效应。量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级变为离散能级的现象。而当颗粒中所含原子数随着尺寸减小而降低时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级。当能级间距大于静磁能,磁能,热能,静电能,超导态或光子能量的凝聚能时,就导致纳米微粒磁,热,声,光,电以及超导电性与宏观特征显著不同,称为“量子尺寸效应”。例如导电的金属在超细微粒时可以是绝缘的。
表面界面效应,小尺寸效应,宏观量子隧道效应和量子尺寸效应是纳米微粒与纳米固体的基本特征,它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多不同的物化性质。
2 纳米科学研究的分析手段
具有原子分辨率的扫描隧道显微镜(STM),高分辨透射电镜(HRTEM),和原子力显微镜(AFM)等手段[7-9]能直接观察出纳米固体,纳米微粒,和纳米结构特征。
1)扫描隧道显微镜(STM)
扫描隧道显微镜(STM)具有原子级的空间分辨率。主要描绘表面三维的原子结构图。主要用于导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究 ,如金属硫化物研究。
2)高分辩透射电镜(HRTEM)
高分辩透射电镜(HRTEM)空间分辨率可达0.1nm～0.2nm。主要用于各种矿物纳米级的成分,形貌,结构的综合研究。如金属硫化物,硅酸盐矿物,矿物中的出溶物以及胶体矿物研究。
3)原子力显微镜(AFM)
以扫描隧道显微镜(STM)为基础发展起来的原子力显微镜(AFM)
能探测针尖和样品之间的相互作用力,达到纳米级的空间分辨率。为了获得绝缘材料原子图像,又出现了原子力显微镜。AFM主要是用于非导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究。如硅酸盐矿物,胶体矿物等研究。在纳米材料方面主要是观察纳米材料物质等在矿物物质表面的吸附和沉积,以及天然纳米微粒形状。
3 纳米科技理论在地学上的应用
纳米科技与地学的结合形成了以下3种学科纳米地球化学,纳米矿床学和纳米矿物学。
3.1纳米地球化学
纳米地球化学就是研究地球中纳米微粒分布,分配,集中,分散,迁移规律,以及由纳米微粒的分布及组合特征反映断裂活动,探测石油,天然气,金属矿床等。纳米物质使元素具有新的地球化学活性和新的成岩成矿模式:传统观念认为,温度越高,化学活性越大,元素的迁移能力越强,反之活性就越小,越不容易迁移。为此,作为化学性质很不活泼的金,在较低温度下,理应活性很小,溶解度偏低,很难迁移成矿。事实上却与纳米金的地球化学行为相矛盾。但如果从纳米科技理论的角度考虑,就不难理解了。纳米科技理论认为,当物质的粒度达到纳米级时,由于颗粒极其细小,表面积很大,例如SiO2,其粒径从36nm减少到7nm时,其比表面积由75增加到360m2/g[10]。巨大的表面积使大量的原子处在表面,使元素的化学反应速度和扩散速度增加很多,吸附能力增强,熔点变低,物化性质发生改变。成岩成矿温度低,因而使元素具有低温活性。粒度越小,活性越大。这使纳米级的物质具有成分相同的可见颗粒所没有的特性。产生新的地球化学活性和新的成岩成矿模式。对稀有元素,活性性质不活泼的元素,分散元素和在水中溶解度极低的元素,在低温条件下成岩成矿作用有了不同的解释思路。
3.2 纳米矿床学
相同成分的纳米微粒不同的物化性特性已使地质学家对矿床学理论中有关矿质运移,富集过程有了新的认识。传统理论认为,矿物质的运移以温差,压力差或浓度差为前提条件,而对矿物质的运移和富集又限定其必须有一定的矿化剂为载体,而未意识到同种物质如果其粒度不同则其物化性质的差别非常巨大。传统成矿理论一直认为金矿的形成是由于其离子与一定络合剂结合,在一定的温度条件下迁移到一定部位,经过各种化学反应生成自然金而聚集成矿。纳米科学技术理论认为:源岩中的原子态金只要达到纳米级,其本身首先就由于极大的自扩散系数和吸附性而扩散,迁移合富集成矿。目前为止,地学界一直对砂金为何能在低温条件下甚至使常温态下能够形成“狗头金”的事实没有定论,现在看来,很有可能是纳米级的金自身扩散,迁移,吸附的结果。这种聚集成矿作用,在内生金属成矿作用过程中可能也同样起着不可低估的作用[11]。
3.3 纳米矿物学
目前,由于科技的限制,人类对矿物学的认识,往往注重宏观矿物单体,聚合体的形态及有关特性,注重微观矿物成分及原子排列的情况,而对纳米矿物微粒,纳米矿物结构缺乏深入细致的研究。在传统矿物学研究中,把矿物看成理想的晶体点阵,但在纳米矿物学中则着重研究纳米矿物微粒和矿物结构特征以及与此有关的岩石学,矿床学,构造地质学,地球化学等地质学科。
所谓的纳米矿物就是指晶体粒度细小至纳米量级的矿物颗粒。往往是以集合体形式结合一起[12]。彭同红、万朴等人运用扫描电镜发现以下几种非金属矿晶体,具有纳米尺寸的结构:
1)沸石, 其内通道直径为13nm~113nm;
2)条纹长石、月光石、日光石,其晶间距为2nm;
3)膨润土、高岭土、海泡石,其层间距离为2nm等;
4)鳞片石墨经高温膨化后形成蠕虫石墨,形成网状结构,其孔径直径为10 nm~100nm[13]。
目前,已发现的纳米矿物资源主要分布在大洋底部及陆地。例如:海洋中的“黑烟囱”和陆地上的纳米矿物有氧化物和硅酸盐等。但受限于开采技术,目前仅其中层状结构的黏土矿物并已初步进行开发利用。纳米物质的巨大的比表面积、特殊的界面效应、临界尺寸效应及高能量状态赋其不同于普通物质的特性。例如, 普通金的沸点为2 966℃,而纳米相金则在700℃~800℃条件下熔解、气化[12]。其它纳米相金属也具有此特性。因而纳米级矿物开发利用有着广阔的应用前景。
4 结论
纳米科技的研究是国际当前的研究热点,它使人类在改造自然方面进入了一个新层次,即从微米级层次深入到纳米级层次。也使地质学科学家的认识改造自然界进入一个新层次。HRTEM,STM,AFM等测试方法的在纳米矿物学中的研究运用,一些新概念、新理论、新方法随之孕育而生,使21世纪矿物学的研究将上一个新台阶,这将促进地质科学飞速发展。
参考文献
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矿物学基础范文6
应用建构主义教学理念和互动式教学方法，改变单一的教学模式
二学位班学生之间由于前期所接受教育上有差异，知识结构和思维方式各不相同，具有过一定的工作经历，致使传统教学观中采取的单一教师传授模式很难行得通。例如地质工程专业2008级二学位班级的“岩浆岩及变质岩岩石学”课程教学过程中，出现了不少问题，教学效果很差。究其原因主要是在教学过程中未意识到二学位班学生与普通本科生之间的差异，对所有学生“一视同仁、强行灌输”所致。
学习是由学生构建知识的过程，这种构建是无法由他人来代替的。教学不能无视学习者已有的知识经验，简单强硬地从外部对学习者实施知识的灌输，而是应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中，建构新的知识经验。所以在后期的二学位班教学过程中，我们充分利用学生已有知识经验，逐渐改变“一言堂”，对学生实施启发式和互动式教学。例如，在讲解岩石的结构时，让有绘画功底的学生绘出典型结构的素描图，对相似结构的识别和区分起到了很好的效果。在讲解岩石的产状时，充分利用学生先前跋山涉水的旅游经验。在这种互动的“教”与“学”中，教师帮助学生抽丝剥茧，掌握理论精髓，同时培养学生主动思考问题和解决问题的能力，使他们能举一反三、触类旁通，以更好主动地适应今后的学习和工作。也实现了师生双主体的互动、师生情感的交融、师生的紧密合作，让教师成为学生学习的协调者与合作者。这更加迎合年龄偏大、有过工作经历的二学位班学生心理，让他们得到更多的尊重和认可。不但教师本人和教育方法得到了这些学生一致的认可，还大大激发了他们的学习热情，明显提高了教学效果。
调整“岩浆岩及变质岩岩石学”课程教学体系
结合多元化的教学观念和教学模式，在以往教学改革的基础上，基于二学位班学生培养目的、自身特点、专业课设置要求，对“岩浆岩及变质岩岩石学”课程教学体系做出了相应调整。
1.适当增补晶体光学和矿物学部分要点知识，为三大岩石的学习打好基础
在不增加学时的情况下，适当压缩“岩浆岩及变质岩岩石学”教学内容，在正式进行“岩浆岩及变质岩岩石学”教学之前，抽出4~6个课时，进行晶体光学（偏光显微镜及单偏、正交、锥光系统下晶体光学性质，2~4学时）和矿物学（主要造岩矿物鉴定特征，2学时）基础知识的学习，结合布置适当的作业和充分利用开放的地质学实验室和网络实验室，以快速掌握晶体光学知识和矿物学知识，进而能够熟练应用偏光显微镜来进行重要造岩矿物的鉴定，为三大岩类的学习打好基础。
教学实践表明，具体增加哪部分内容，学时如何分配要充分考虑两个因素才能取得预期效果，否则适得其反。一是考虑前后知识点衔接需要，岩石基本组成是矿物或天然玻璃，而偏光显微镜是进行岩石识别和鉴定的重要工具，所以应适当增加这两部分的内容。二是考虑班级同学整体基础，如果学生基础较好，学习态度端正，自学能力较强，只需安排两个学时集中学习显微镜组成及单偏光和正交光下晶体光学性质（理论课），再安排两个学时的实验课程，一边练习如何使用显微镜，一边掌握一些常见造岩矿物的鉴定特征。教师主要起到引导和辅助的作用，更多知识则需要学生自己通过翻阅课本或利用开放的实验室来掌握。若学生基础薄弱，自学能力相对较差，学习这些内容则需安排6个学时，才能取得较好的效果。
2.弱化“岩浆岩及变质岩岩石学”的部分内容，调整实验安排
由于增补前面基础知识占用了4~6个学时，而总学时保持不变，我们对“岩浆岩及变质岩岩石学”的教学内容和实验安排做了适当调整。其具体内容的删减和实验安排的调整应充分考虑这些学生的培养目的和知识点针对性。与正常班级学生的培养目的不同，二学位班级学生毕业后回到油田大多被分配到企业生产一线，从事采油和录井等工作，对学生基础素质和现场工作能力要求较高。针对这些特点，一是要弱化部分不常见或室内实验不易掌握的岩石的学习，如碱性岩类以及脉岩类岩石的学习由原来的4学时降低为2个学时。二是理论课上只讲总论，各论放在实验课上结合实物手标本和薄片进行讲解。既节省了2~4个学时时间，又可以通过实践教学提高二学位学生的理解能力和学习兴趣。三是每次实验开始前，配合板书，将本次实验的目的、方法、步骤做详细反复地讲解，不仅可以加深学生对理论知识的理解，又能使实验做起来较为顺手。下课前再将本次实验进行总结，尤其实验中普遍出现的问题，深化理解。四是利用昌平周边野外教学基地进行野外实地探讨性教学，增加创新性实验比重，加强学生对岩石产状、岩石类型等方面的理解和掌握，进一步提高学习兴趣。
3.调整考试内容、方式和成绩权重
考虑到二学位班学生基础薄弱等特点，首先调整了实验课程的考核方式。实验成绩主要依据八次实验报告成绩评定，外加平时实验课间的整体表现。整体上对平时的实验过程和实验报告提出了较高的要求，杜绝相互抄袭，一旦发现，将严肃处理。同时加大了实验成绩的比重，在期末总成绩中的比例达到了20%，从侧面进一步督促学生要重视和抓紧平时的锻炼，提高实验学习的积极性和主动性。但考虑到“岩浆岩及变质岩岩石学”作为二学位班学生学习的第一门专业基础课，为了给后续课程起到较好的带头作用，基本未降低理论课程考核要求。一般采用闭卷，但内容上增加了不少岩石比较题和概念对比题，在一定程度上弥补了对岩石掌握程度的考核，也有助于改变过去那种靠死记硬背就能通过考试，甚至是考高分的状况，克服学生“平时不用功，临考搞突击”的弊病。同时在期末总成绩中加入10%的平时成绩，对严肃二学位班的班级纪律以及避免部分学生上课迟到、说话、睡觉、甚至缺课等现象的发生起到了较好的效果。
