关键词: 与原理双语教学有效实施
教育面向现代化、面向世界、面向未来是国家教育发展的必然要求。进入新世纪,国际化对我国高等教育的影响越来越突出,在中国加入WTO的新形势下,国际化已经成为高校办学水平的重要体现。在高校大力推行双语教学,是培养优秀的、具有国际竞争力人才的需要。为了以高质量的高等教育迎接新世纪的挑战,教育部颁布了《关于加强高等院校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,明确提出了“本科教育要创造条件进行公共课和专业课的双语教学。对高新技术领域的生物技术、信息技术等专业,更要先行一步,力争三年内,外语教学课程达到所开课程的5%―10%”[1]。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是所有科技进步的核心,是高新技术发展和社会现代化的先导,是当代文明的三大支柱之一。因此,在材料科学与工程专业开展相关专业基础课程的双语教学很有必要性。
一、双语教学的内涵
1.“双语”的
双语的英文是“Bilingual”,意思是“Two Languages”(两种语言),是指在某个国家或某个地区有两个(或两个以上)民族同时存在,并存在两种或两种以上文化历史背景的条件下,可能或必须运用两种语言进行交流的情景。这两种语言中,通常有一种是母语或本族语,另一种语言则是后天习得的第二种语言或者是外国语。而英国著名的朗曼出版社出版的《朗曼应用语言学词典》所给的“双语”定义是:A person who knows and uses two languages. (一个能运用两种语言的人。)即在他的日常生活中能将一门外语和本族语基本等同地运用于听、说、读、写,当然他的母语语言知识和能力通常是大于第二语言的。举例来说, 他/她可能:
A) 使用一种语言来读和写;而用另一种语言来听、说。
B) 在不同的场合下使用不同的语言,如在家使用一种语言,在工作单位使用另一种语言。
C) 在不同的交际需要下使用不同的语言,如在谈论学校生活时使用一种语言,而用另一种语言谈论个人感情。
2.“双语教学”的定义
所谓双语教学(Bilingual Education),是指以母语和一门外语两种语言作为教学用语的教学模式。在各国各地区因母语不同而有所区别,在我国双语教学的具体定位是汉语和英语,并在此基础上兼顾其他语种。可以具体地理解为:在教学中使用母语的同时,还不同情况、不同程度地使用另一种通用外语作为教学媒介语进行的教学。以用英语为例,包括用英语教材、用英语板书、用英语布置作业、用英语命题考试及用英语口授等形式。。简言之,“双语”和“双语教学”的界定是将学生的外语或第二语言,通过教学和环境,经过若干阶段的训练,使之能代替或接近母语的表达水平。例如:加拿大魁北克省,同时使用法语和英语,并以法语为其官方语言。更通俗地打个比喻,某个同胞既可以在家里用藏语和家人交流,又可以用汉语在工作单位与同事交流。
3.双语教学的模式
。此类型要求用外语进行教学,母语不用于教学中,使学生完全沉浸于弱势语言中;(2)过渡式双语教学。此类型要求刚进学校时,部分或全部科目使用母语教学,但过一段时间后,则全部科目使用外语教学。其最终目的仍然是向沉浸式过渡;(3)保留式双语教学。此类型要求学生在刚进校时使用母语教学,以后逐步部分科目使用外语教学,部分科目仍用母语教学[2]。由于语言环境的,目前国内大多数院校采取保留式双语教学。
4.人们对双语及双语教学认识的误区
(1)将双语简单地理解为“加强英语”。“双语”班就是英语强化班或“尖子班”。
(2)将双语理解为“计算机语言”+“英语”。
(3)将双语理解为“汉语”+“英语”。
(4)将双语理解为二门外国语,如“英语”+“日语”。
(5)将双语理解为在课外活动中加入英语兴趣小组。
显然这些对“双语”望文生义的理解是片面的、不科学的,甚至是错误的。它抽去了“双语”和“双语教学”的内核,脱离了“以人为本”、推进素质教育的根本目的。在中国,双语教学是指除汉语外,用一门外语作为课堂主要用语进行学科教学,目前绝大部分是用英语。它要求用正确流利的英语进行知识的讲解,但不绝对排除汉语,避免由于语言滞后造成学生的思维障碍;教师应利用非语言行为,直观、形象地提示和帮助学生理解教学内容,以降低学生在英语理解上的难度。
二、“材料科学与工程原理”的双语教学
“材料科学与工程原理”是材料科学与工程专业的基础课程,我校于2004年对之进行了双语教学的实践。“材料科学与工程原理”作为材料类理工科专业的学科基础课,可使学生对材料科学与工程建立整体与全貌的认识,了解现有材料的分类、特性、应用范围及其与相关学科领域的关系,把握高技术新型先进材料发展趋势。结合该课程的几年双语教学实践,下面笔者就如何更有效地实施双语教学进行探讨。
1.双语教学改革与专业课教学改革相结合
通过双语教学能够培养在不同语言环境下,运用母语和外语交流的专业人才。比如在讲解材料学定义、性能、应用时使用标准的英语来讲解,中间穿插汉语讲解。双语教学的改革必须以正确认识英语与专业课的关系为前提。用英语讲授专业课,不仅是学习相关的英文词汇,更重要的是掌握语言所表达的内容,两者不能脱节。
。由于该专业概述课程内容较多,为了保证讲课的质量,我们将一些课程进行了整合和压缩。
2.英语教学改革与自学相结合
双语教学不但能为学生今后直接阅读外文资料打下良好基础,而且是利用信息技术获取知识、驾驭知识的手段。材料专业人才只有始终坚持知识追求,及时更新知识结构,不断拓宽知识视野,才能立足学科前沿。我们通过组织提纲,鼓励学生自己上网查询相关文献,试写综述。学生在小组充分讨论的基础上,撰写英文作业与论文。
3.合理设计与组织教学方案
在开展双语教学时,由于口授课程是以英语为主,汉语为辅,还要解释一些生词和难句,为了不影响教学进度,在授课前教师应“吃透”整本英语原版教材的内容和语言难点,充分做好备课工作。首先要确定授课的重点方向:一是传授专业知识;二是解释难以理解的语言表达方式。这是因为英语语言的表达方式与汉语的思维表达方式在很多方面大不相同,容易造成理解上的困难,而这正是在英语学习方面需要认知或习得之处。当然,鉴于大学三年级学生英语语法、结构已接触多年,专业课的教师在授课时主要任务还应是疏通理解,帮助学生尽快汲取文中的信息,而不是流连于语法结构讲解。另一方面,教师在备课方案中,可以根据学生的特点、教材内容要求和实际应用状况,计划一些讨论题和某种课堂讲座方式,这样可以充分地利用学生想表达自己观点的欲望,启动其学能,调动其学习积极性,释放其学习潜力,这有助于学生在掌握专业知识时,自然地习得英语。笔者认为,组织采用同一学科专业原版英语教材的教师一起讨论教学内容和教学方法也很必要,教师们可以从同一层次的学生水平上,从不同的角度讨论如何调动学生的主动性,提高学生的学习兴趣,制定出符合本校学生具体状况的详细合理的教学方案。
4.采用与多媒体教学相结合的教学手段
在双语教学中,高校可组织上同类课程的双语教学任教教师设计制作多媒体教学课件,教学课件可以选择采用全英语或兼有中文和英文的两种方式,这有利于学生的复习和自学。采用多媒体教室上课,可节省板书所花费的时间,从而可改善教学进度。多媒体课件可集声音、动画、文字、图像为一体,因此在讲课时,生动活泼、引人入胜,可调动学生的学习积极性,达到事半功倍的效果[3]。但教师仅凭多媒体的手段,无法及时得到学生的反馈,无法了解学生的理解程度及需要表达的要求。多媒体的教学只是教师授课的一个重要辅助手段,它能激发学生的课堂学习兴趣,但在整体课堂组织教学中,难点疏通、提问、回答、答疑甚至讨论之类的面对面师生间的交流,仍是帮助学生理解和汲取知识、提高技能的重要环节。多媒体的手段只有结合这些传统性的环节,课堂教与学才可能成功进行。单纯的外语课或专业课教学是如此,双语性的专业课教学也是如此。
5.提供充实的教学资源
双语教学非常强调教学资源的保障,外文原版教材是双语教学的一个必要条件,它可以使教师和学生接触到“原汁原味”的英语,但作为课堂教学的有力补充――教学参考用书的作用同样不可忽视。往往有些院校各专业中文参考资源较丰富,但外文专业参考资料却极为匮乏,造成教师备课时要将中文资料译成外语,再用外语授课,学生课余不能接触到更多的原文资料,课上和课下脱节,从而无法进行实质性的双语教学。这个问题亟待解决。目前,很多院校都与国外有着定期或不定期的学术交流,或与国外院校合作办学,这为教师带来了进修或考察的机会,有助于提高教师的英语和专业水平,学术交流也为双语教学引进原版教材提供了有利条件。目前江苏大学材料学院的材料科学与工程原理双语教学课程都是由有1年以上的海外留学、进修或工作经历的教师担任。同时很多专业教师也在通过各种途径提高自身英语水平。因此,双语教学具有一定的师资基础。
三、结语
随着市场、经济、技术全球化脚步的逼近,我国教育也日趋向国际市场开放,我国许多有条件的学校,都在适量开展学科原版英文教材教学,以适应“全球化”人才的需求。材料科学与工程学科若能长期在教学中不断提高双语教学方法,发挥教师的积极性和创造性,激发学生的热情,就一定能提高整个学科的教学水平。这既有利于学生掌握本课程国外的最新动态,又有助于提高他们的英语运用能力。
参考文献:
[1]刘军,王建芳.关于开展计算机双语教学的研究[J].教书育人,2006,(3):69.
[2]李萍,夏新娟.大学双语教学探讨[J].重庆交通学院学报(社科版),2002,2,(3):77.
当今时代，社会和教育的发展使得不同学科在学科发展领域和实际运用领域的结合成为可能，“交叉学科”的概念不仅被自然科学或社会科学各自领域内不同学科的融合交汇反复实践，也为两大领域之间某些特殊学科的相互交融提供了理论依据。材料科学与思想政治教育学在“材料”上的交叉就是其中一例。在哲学意义上，工程领域内很多材料技术方法可以对思想政治教育的材料处理起到重要的启示。
1. 思想政治教育具备引进工程材料技术方法的理论条件
理论是现实的先导。思想政治教育要在材料处理上要借鉴工程材料技术的相关方法，需要首先找出二者在哲学意义上的交叉点。它们的一些共同属性解决了这个问题。
1.1 共同的服务性特征为思想政治教育材料借鉴工程材料的技术方法提供了理论前提
在工程学领域上，“材料”的定义是“用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质”。思想政治教育提及的“材料”，一般是指“提供著作内容的事物”或“可供参考的事实” 。而不同服务活动的服务方式经过哲学的抽象，就有可能找到共通之处。思想政治教育正是在服务的理念上与工程材料科学实现了共通，这就为思想政治教育在材料使用上能够到工程学领域寻找理性的思路。
1.2 思想政治教育可在哲学意义上借鉴工程材料的使用方法
如果将工程领域的材料科学比作一座金字塔，那材料的结构、性能、制备、设计就是金字塔的四个顶点。我们在进行思想政治教育工作的时候，对于我们所掌握的各类“材料”，如果同样有意识地对它们的“结构”进行再调整，那么思想政治教育就有可能收到完全不同的效果。。
2.思想政治教育的现状是引进工程材料技术方法的客观依据
问题牵引研究，需求带动改变。在解决了工程材料技术与思想政治教育材料的接口问题后，思想政治教育的现实状况，显现出引进材料科学新思维改造自身内容与方法的迫切必要。
2.1 党的创新理论迫切需要思想政治教育在材料上给予支持
马克思说：“一旦社会出现某种需要，这种需要就能比十所大学更能推动科学向前进。” 作为工程技术需要而发展起来的各种材料，是社会需要在工程领域的反映。我党就是一个非常能体察社会理论需要而不断进行理论创新的政党。党的新理论一经产生，同时也就产生了掌握群众的需要。一般而言，旧材料对于证明党的创新理论是为力的，因此就产生了用大量的新材料去证明不断出现的新理论的迫切需要。
2.2 旧材料充斥严重影响思想政治教育作用的发挥
几乎所有人通过切身体会，都感受到了并还在感受着教条式、迂腐式思想政治教育的无聊与无奈。这种颓势的产生，与思想政治教育在开展时老旧材料一统天下有着密切的关系。只有跳出思想政治教育的框架，跳出老旧材料的消极影响，跳出思维定势的束缚，才能提高教育的效果。
3. 几种材料技术对思想政治教育中的哲学启示
在工程学领域内，材料向新材料的递进，新材料实现新功能的拓展，无不体现出丰富而高超的材料运用技巧。通过工程学内一些具体的新材料技术方法在思想政治教育中的启示，更加证明了科学与哲学、技术与思想的高度统一。
3.1 “现代复合材料”强调思想政治教育系统内外的整合
随着现代科学技术的发展，人们对材料性能的要求越来越高，复合材料因此应运而生。复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。思想政治教育面对越来越复杂的思想环境，借鉴新材料技术的复合原理进行资源重组，正是大势所趋。思想政治教育的材料复合集中体现在两个方面：1）本工作系统内部各种材料的复合。如同复合材料之一的玻璃钢的制备要求参加复合的玻璃纤维和合成树脂不是简单的相加一样，思想政治教育内部各种材料的复合也不能是简单机械的拼凑，而是要实现各种性能的有机融合。2）本工作系统的材料与其他工作系统的材料之间的复合。根据现代复合材料突出基体和增强体既相复合又相区别的原则，在思想政治教育材料与其他性质材料的复合过程中，有必要摆正思想政治教育的位置。唯有如此，思想政治教育的效益才可能得到保障，发挥出真正的“玻璃钢”效应。
3.2 “隐身吸波材料”突出思想政治教育要注重隐性教育
关键词：高分子塑料；成型工艺；分析探讨；未来发展
中图分类号：TB32 文献标识码：A
一、高分子塑料的概述
1高分子塑料定义
高分子塑料是指以高分子化合物为主要成分的所有材料。从物理概念来说，高分子化合物的分子量应该在1000以上。目前我们所使用的塑料，它就是一种合成的高分子化合物，一般把它称之为高分子或者巨分子，它是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的，并由合成树脂及填料、稳定剂、色料等添加剂组合而成的。而根据它的特点来说，它可以自由改变形体样式。
2高分子塑料的特性
单就高分子塑料的特性来说，除了它可以自由改变形体样式以外，它还具有一定的粘弹性，它在外力作用下会发生高弹性变形和粘性流动，其变形与时间有关。还具体低强度和高比强度。一般地高分子塑料强度很低，但是由于它的密度很低，所以比强度较高。
除此之外，还有一定的高耐磨性、高绝缘性、膨胀性、高化学稳定性、导热性低、热稳定性差等诸多特点。
3高分子塑料的分类
分析了高分子塑料定义、特性外，我们再来看它的分类。目前在我国现阶段我们把它分为七大类。具体如下：高分子胶粘剂、橡胶、塑料、高分子涂料、纤维、功能高分子材料和高分子基复合材料。下面笔者根据工作经验和体会分别对这七大类做一详细的说明介绍，仅供参考。
第一类是高分子胶粘剂。它是以合成天然高分子化合物为根本的一种胶粘材料。而在实际应用中我们又把它分为天然和合成胶粘剂，不完全统计应用较多的是合成胶粘剂。
第二类是橡胶。从物理概念来说，它的分子链间次价力小，分子链柔性好，一般地在外力作用下可产生较大的形变，不稳定，而在除去外力作用下，很快就能迅速恢复原状。
第三类是塑料。塑料在我们的生活生产中听到的比较多。一般来讲它是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要的成分，加入填料、增塑剂和其他添加剂组合而成。我们通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料。
第四类是高分子涂料。这个类型的主要是以聚合物为主，在生产中再添加溶剂和各种添加剂制得。一般把它分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料三中，在日常生活中很常见。
第五类是纤维。这个也是在平时听到最多的一种塑料，一般分为天然纤维和化学纤维两种。物理学分析我们得出纤维具有次价力大、形变能力小、模量高等特点，一般为结晶聚合物。
第六类是功能高分子材料。现在我们已经采用的是高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料等待。它具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。
最后一种是高分子基复合材料。这种材料综合了原有材料的性能特点，在实际使用中我们根据需要进行材料的任意设计。
4高分子塑料的应用
如果说塑料的应用，我们大家都不陌生，在生活生产中都常见，而提到高分子塑料的应用，大部分人都比较陌生，而实际上，我们在生活中或多或少都听到见到过，只是加以高分子就难以理解了。经过多年的工作体会和实际工作操作，现笔者就高分子塑料的应用做一阐述。具体如下。
从军事尖端大方面来说，高分子塑料的应用已经涉及到军事及尖端技术上，无形中它促使了高分子合成和加工技术的发展，据不完全统计它已经成为一种的专门工程技术。
从高分子材料科学研究上来看，它是年轻而新兴的学科。我们的科学家主要集中于结构和组成与材料的性质、探索加工工艺，对各种环境因素对材料性能的影响，其主要目的是为了进一步开发新材料、新工艺等。目前，从一些材料上看高分子材料已经和金属材料等并驾齐驱，在国际上我们把它列为一级学科，这是很高的级别。
二、高分子塑料加工工艺
上文我们分析了高分子塑料的定义，特性，分类及应用，从大的方面我们有了一个感官的认识和了解，下面笔者再结合实际谈谈它的加工工艺。以便在实际中进一步总结应用。首先我们先来了解高分子塑料在加热中出现的物理和化学变化。先来看物理变化。
1高分子塑料的物理变化。一般地，高分子塑料在等温条件下会结晶，我们把它称为静态结晶。但实际在加工过程中，它大多数情况下结晶都不是等温的，笔者认为这些因素都会影响结晶过程。实践中我们得出，熔化温度与在该温度的停留时间会影响聚合物中可能残存的微小有序区域或晶核的数量。
另外，高分子塑料如果在纺丝、薄膜拉伸、挤出等成型加工过程中会受到高应力作用，这个时候它就会有加速结晶作用的倾向；如果在剪切或拉伸应力作用下，熔体中会生成长串的纤维状晶体，随应力或应变速率增大，它的晶体中伸直链含量增多，晶体熔点升高。
经过多年的实践，笔者得出这样一个结论：就是说高分子塑料的分子链结构与结晶过程有很大的关系。具体来说，如果分子量愈高，大分子及链段结晶的重排运动愈困难，高分子的结晶能力一般随分子量的增大而降低，这是成反比的，需要我们加以注意。
2高分子塑料的化学变化是指高分子塑料在高温和应力作用下，受到热和应力的作用它的大分子结构发生的一系列变化。这个变化中会发生轻微的降解物质，这个物质释放出来后会产生大量的有害物质。所以，我们在实际加工的过程中，要严格控制原材料指标，并使用合格的原材料，在配方中我们还要考虑使用抗氧剂、稳定剂等辅材料来增强高分子对降解的抵抗能力，确保生产安全。
3高分子塑料成型加工工艺
在明确了高分子塑料的物理和化学变化后，下面我们进一步阐述它的成型加工工艺。具体如下：
现阶段高分子塑料成型加工一般包括原料的配制和准备、成型及制品后加工等诸多过程。从它的加工工艺定义出发，一般地是通过温度的作用，让高分子塑料受热熔化，经过高分子塑料成型设备加工成具有一定结构形状的产品过程。笔者统计，现阶段有挤出成型工艺、挤出注射技术、压延成型、气体辅助注射技术等。
3.1挤出成型工艺。这个工艺原理采用的是利用螺杆旋转加压，将塑料生产物料用挤出机挤入机头，形成具备口模形态的型坯，完成冷却定型，塑化等基本工艺流程。这个技术对成型工艺发展的研究具有重要的现实意义。但需要加以注意的是，在实际的加工过程中，我们为了确保工艺流程质量，在生产物料制备、模具设计方面我们的工作人员应当严格监督控制，确保质量有所提升。
3.2挤出注射工艺。挤出注射工艺它的突出优点是可以更加灵活地调节复合物的配方，省去了造粒、包装等工序，可以降低设备费用和减少了生产时间。
3.3吹塑成型工艺。在这个工艺中，笔者仅仅拿出其中一个工艺来讨论——多层吹塑成型工艺。这个工艺可以用于要求反渗透性能良好的制备品加工中。在生产中它能够实现原料的不断更换。对于那些大型燃油箱容器的生产时的冷却工艺处理来说，这个时候就急需要减少模腔内压力。我们可以采取将熔料储存在挤出螺杆前端的熔槽中，在高速下挤出型坯，以最大限度减少型坯壁厚的变化，确保消除垂缩和挤出膨胀现象。
3.4注射成型工艺。笔者认为，该工艺是塑料加工生产中最为实用且最为普遍的一种工艺。在生产中可以配合设备自动化控制系统的运用情况下，实现高分子塑料生产工艺的价值。经过笔者的实践分析来看，这种工艺具有应用范畴广、生产效率较高以及工艺操作简单等很多的特性。在目前的生产中应用比较广泛，生产效率也很高。
三、高分子塑料成型加工工艺未来发展
随着目前科技的日益发展和实际的需求情况来看，高分子塑料成型加工工艺已取得了一定的成果。这主要体现在向高性能化方向发展。比如说用化学或物理的方法来控制发光倍率的发泡制品，具有分离机能和透析机能的离子膜。
再有就是向精密化发展。比如说，我们使用的超微指令的激光唱盘、计算机光盘等。最后是向优质化发展。我们可以采用与其他成型加工技术组合的加工方法，比如挤出压缩法等。还有就是以磁带为代表的记忆制品，像录像带，以及高绝缘等。
结语
本文对高分子塑料材料的定义、特性、分类及加工工艺，未来发展分别做了阐述，这让我们不难看出，高分子塑料材料在实际应用中不但取得了一定的成绩，而且还向高度集成化、精度控制自动化等特性方面快步发展。换句话说，高分子塑料材料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的，我们从应用角度来讲，以对高分子材料赋予形状为主要目的成型加工技术有着重要的意义。
参考文献
[1]《高分子材料学与工程》征稿简则[J].高分子材料科学与工程，2010（04）.
[2]胡杰，袁新华，曹顺生.《高分子材料成型加工》课程教学中的几点思考[J].科技创新导报，2010（04）.
[3]陈捷.炸药、高分子材料及部件贮存性能与老化机理研究进展[A].中国工程物理研究院科技年报，2010.
金属材料作为使用最为广泛的一种材料，对人类的文明做出了巨大贡献，但在开采、生产、使用、废弃金属的过程中，同样也给人类生存环境带来了不利影响。为了趋利避害，要求人们在生产材料时，减少消耗资源和能源，在使用时充分利用其性能，废弃时能再循环利用[2]。也就是要使金属材料能成为生态环境材料，目前最有效的方法是开发其特殊功能，优化使用，即低合金化，较宽的使用范围，促进金属材料的环境协调性。
一、生态环境材料与环境协调性评价
1.生态环境材料
生态环境材料最初是由日本学者山本良一教授于20世纪90年代初提出的一个新的概念。生态环境材料是一个全新的概念，尽管它的研究和开发刚刚起步，但是却显示了广阔的发展前景。生态环境材料是指同时具满意的使用性能和优良的环境协调性，或者是能够改善环境的材料[3]。其中，良好的环境协调性是指资源、能源消耗少，环境污染小，再生循环利用率高。它要求从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中都必需具有与环境的协调共存性。材料的环境负荷就是材料在其整个寿命周期中对人类的生存和生活环境的影响，这些影响主要是指资源、能源的消耗及污染环境的废弃物的排放。在生态环境材料的开发中（包括从设计、生产、使用、废弃、回收各个阶段），都要考虑生态环境问题，力求降低材料的环境负荷。
生态环境材料便是这种考虑材料对生态环境的影响而开发的材料，是充分考虑人类、社会、自然三者相互关系的前提下提出的新概念，这一概念符合人与自然和谐发展的基本要求，是材料产业可持续发展的必由之路。
2.环境协调性评价(LCA)
材料的生产过程是一个消耗大量资源、能源，产生大量环境污染的过程，研究如何减少与材料相关的环境污染的过程，研究如何减少与材料相关的环境污染是一个十分重要的课题。生态环境材料能否深入人心，能否将环境意识真正地引入材料科学与工程，其关键在于环境负荷的具体化、指标化、定量化。材料的环境负荷评价涉及材料寿命周期中的环境问题，目前公认的环境负荷评估方法是LCA(Life Cycle Assessment)[4]。
LCA主要包括三个方面：（1）通过确定和量化与评估对象相关的能源、物质消耗，废弃物排放，评估其造成的环境负担。（2）评估这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响。（3）辨别和评估改善环境的机会。
LCA具体步骤：收集与产品相关的环境编目数据，应用LCA定义的一套计划方法，从资源消耗、人体健康和生态环境影响等方面对产品的环境影响做出定性和定量的评估，并进一步分析和寻找改善产品环境表现的时机与途径。其技术框架如下：
图1 技术框架
3.材料的环境协调性评价（MLAC）
材料的环境协调性评价是将LCA的基本概念、原则和方法应用到材料的环境负荷评价中，与材料或产品的设计相结合。由于与材料相关的环境污染占的比重大，对材料进行环境协调性评价就显得非常重要。典型材料的评价，是众多产品评价的基础，对典型材料进行MLAC可以减少评价的重复。通过评价，促使材料设计者、生产者转变观念。MLAC概念提出后迅速得到了国际材料科学界的认同。评价材料的优劣要根据这一背景，建立新的评价体系，补充新的评价内容。其研究范围不断扩大，从传统的包装材料，容器等产品领域转向各种金属、高分子、无机非金属和生物材料，从传统侧重于结构材料的评价转向对功能材料的评价。
4.金属材料环境协调性评价的重要性
以钢铁材料为例，经过采选、储运、炼铁等过程，平均8t矿石可炼成1t钢；再经过轧制、切削加工，得到约700kg的金属制品。这些金属制品按质量计算，能被有效使用的不到500kg。况且这些金属制品，还有一定的服役寿命，最后都将被废弃而进入环境中，由环境来承担吸收、消纳和分解的任务[5]。金属材料从采矿、冶炼、轧制、产品制造、产品使用，一直到产品报废和材料再利用，始终都伴随着环境协调性问题。因此对金属材料进行环境协调性评价非常重要。
二、金属材料的环境协调性设计
1.材料环境协调性设计的原理
由于传统材料的设计主要是开发高性能材料，结果使材料的组成越来越复杂，造成材料再生循环的可能性越来越小。材料的环境协调性设计是将LCA方法应用到材料设计过程中产生的新概念，它要求在设计时要充分兼顾性能、质量、成本和环境协调性，从环境协调性的角度对材料设计提出指标及建议[6]。
环境协调性设计时在材料孕育阶段就开始自觉地运用生态学原理，使材料生产进行物质合理转换和品质合理流动，使材料的生命周期的每个环节结合成有机的整体。生态设计原则和方法不但适用于生产材料和新产品的开发，也适用于传统材料和传统产品的改进设计。环境协调性设计的生态设计思想如图2所示。
图2 生态设计思想
2.通用合金与简单合金
目前世界上已经正式公布的金属材料及其合金的种类大约有三千多种，仅常用刚就有几百种。这些材料的合金元素类型及其含量是各不相同的。这样，就使金属材料的废弃物再生循环很困难。这些材料的合金元素类型及其含量是各不相同的。这样材料的废弃物再生循环就很困难。这是因为以前设计材料时，基本不考虑材料的环境性，仅追求材料品种的多元化和用途的专门化。如果从生态环境材料的合金化原则出发，传统的思路和方法应该更新。从材料的可持续发展考虑，应该发展少品种，泛用途、多目的的标准合金系列。所以就出现了通用合金和简单合金的概念。
2.1通用合金
合金的种类越多，再生循环就越困难。最理想的情况是所有金属制品用一种合金系来制造。通用合金是指通过调整元素含量能在大范围内改变材料性能，且元素数最少的合金系。通用合金可以使产品的材料种类减少。同时，合金元素数越少，合金的再生循环性能就越好。
例如Fe-Cr-Ni系钢、Ti系合金。
2.2简单合金
简单合金是指组成简单的合金系。通过选择适当的元素，不含有害元素、不含枯竭元素和控制热加工工艺来改变材料的性能。简单合金在成分设计上有几个特点：合金组元简单，再生循环过程中容易分选；原则上不加入目前还不能精炼方法除去的元素；尽量不适用环境协调性不好的合金元素。如日本开发的SCIFER钢。
3.金属材料环境协调性设计
世界上与材料相关的环境污染占到了很大的比例，所以充分研究材料与环境之间的关系，进而改进材料的设计、控制材料的生产过程，对于保护环境有着重要的意义。实际上，几乎所有产品的寿命周期都包含了材料生产的阶段。材料环境协调性评价和环境材料的研究代表着材料科学研究的一个新思路和新方向。从事材料研究和生产人员在工作中应该在传统材料成分、结构、性能、工艺和成本的考虑中加入对材料环境影响的考虑，尽量不断地降低材料造成的环境负担。
3.1回归自然，环境材料的综合要求就是节材、节能、污染小、可以再生和高性能。因此，要求对金属材料的设计有一种“回归自然”的设想，就是说，要大力开发少品种、多用途合金，最后是生产几种万能合金，这样特别易于回收和再利用。另外，尽量不采用合金化，而采用控制与优化显微结构的工艺，如细化或超细化晶粒强韧化、复相化，改变相的形状、分布和数量等措施来改善材料的性能。采用复合材料强韧化的方法，也应采用成分单一的复合材料，以使再循环使用时，工艺更简单，从而减轻再循环过程的环境负担。
3.2开发再循环性材料，金属材料是易于循环再利用的材料。若要使金属材料充分扮演好环境材料这个角色，就必须充分利用循环使用的特点以降低环境负担。为此，需要建立两个新的合金设计原则，一是低合金化，即在保持材料性能指标基本不变的前提下，尽量降低金属材料的合金元素含量或合金元素数目；二是非敏感元素的合金化，即研究和开发对某些元素的含量不敏感的显微组织，而这些元素主要来自材料的再生过程，且是杂质元素或不期望元素。对于元素不敏感合金，可以通过晶粒超细化来增大晶界或相界面积，以降低晶界或相界处的夹杂物浓度。考虑到为使金属材料易于再生循环，较为理想的是：某一材料具有较宽范围力学性能与物理性能，且该材料寿命全程中环境负荷小。目前，钛合金是一种很有希望的环境材料，因它具有α、β、α+β、α2、γ等多种晶体结构，其对应的性能也可在较宽范围内调整，但其不足是钛冶金过程环境负荷大。对于复合材料，其再生难度稍大，关键是多相物质难以转变成单一物质的均质体。为了复合材料的再生，一方面，要设法控制复合材料的相界面结构，在一定条件下，通过相界反应，使复合材料能分解成单相物质。另一方面，也对设法将树脂聚合物作为粘接剂引入到复合材料相间，当该材料被加热至高温时，树脂聚合物分解，同时使复合材料分解，以利于再生利用。
3.3时刻考虑环境负担，通常考虑金属材料的环境负担是从制造过程、使用过程和废弃过程3个环节中考虑。现在，多品种、少批量、能源多耗型金属产品需求趋旺，这应引起我们的注意。因此，更要求我们注重制造过程的低环境负担，通过高成品率（高合格率）、低能源消耗、副产品少的手段来达到。使用过程的低环境负担是通过轻质、高刚性（减轻了材料使用量，提高燃料消耗效率来间接或直接降低环境负担）、局部性附加高功能材料（如表面处理、表面改性和复合材料，这样可有效降低能源使用量和材料消耗）、长寿命材料（通过延长材料寿命来延长产品寿命）的使用来达到。而废弃过程的低环境负担则是通过再循环利用来实现的。
三、结语
21世纪是可持续发展的世纪，社会经济的可持续发展要求以自然资源和环境协调性为基础。新世纪人类面临能源、资源危机和环境污染，这些问题严重威胁着人类及生物的生存。特别对于消耗大量资源和能源的金属材料，我们必须充分考虑其环境协调性，加强金属材料的环境协调性设计，广泛采用生态环境金属材料。
参考文献：
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[4]苏向东，杜键，马亚芹.金属材料的LCA评价方探讨[J]. 贵州科学，2003，21(4)：13-16.
一门科学的内涵和定义至少有四个属性：
整体和局部性科学是一个复杂的知识体系，好比一块蛋糕。为了便于研究，要把它切成大、中、小块。首先切成自然科学、技术科学和社会科学三大块。在自然科学中，又有许多切法。一种传统的切法是分为物理学、化学、生物学、天文学、地理学等一级学科。近年来又有切成物质科学、生命科学、地球科学、信息科学、材料科学、能源科学、生态环境科学、纳米科学、认知科学、系统科学等的分类方法。。这是它的第一个属性。
学科之间的关联和交叉如果把科学整体看成一条大河，那么按照各门科学研究的对象由简单到复杂，可以分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游科学，化学是中游科学，生命科学、社会科学等是下游科学。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很大。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可以收到事半功倍之效。所以“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学的花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。例如1994年诺贝尔经济奖授予纳什，他在1950年得数学博士学位，1951－1958年任美国麻省理工学院数学讲师、副教授，后转而研究经济学，把数学中概率论之花，移到经济学中来，提出预测经济发展趋势的博弈论，因而获得诺贝尔经济奖。
发展性化学的内涵随时代前进而改变。在19世纪，恩格斯认为化学是原子的科学（参见《自然辩证法》），因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合和排布，而原子本身不变的科学。到了20世纪，人们认为化学是研究分子的科学，因为在这100年中，在《美国化学文摘》上登录的天然和人工合成的分子和化合物的数目已从1900年的55万种，增加到1999年12月31日的2340万种。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。现在世纪之交，我们大家深深感受到化学的研究对象和研究内容大大扩充了，研究方法大大深化和延伸了，所以21世纪的化学是研究泛分子的科学。
定义的性一门科学的定义，按照从简单到详细的程度可以分为：（1）一维定义或X－定义，X是指研究对象。（2）二维定义或XY－定义。Y是指研究的内容。（3）三维定义或XYZ－定义。Z是指研究方法。（4）四维定义或WXYZ定义，W是指研究的目的。（5）定义或全息定义。一门科学的全息定义还要说明它的发展趋势、与其他科学的交叉、世纪难题和突破口等等。这样才能对这门科学有全面的了解。下面以化学为例加以说明。
化学的一维定义
21世纪的化学是研究泛分子的科学。泛分子的名词是仿照泛太平洋会议等提出的。泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。。
化学的二维定义化学是研究X对象的Y内容的科学。具体地说，就是：化学是研究原子、分子片、结构单元、分子、高分子、原子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附态、超分子、生物大分子、分子和原子的各种不同维数、不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态，直到分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应，制备、剪裁和组装，分离和分析，结构和构象，粒度和形貌，物理和化学性能，生理和生物活性及其输运和的作用机制，以及上述各方面的规律，相互关系和应用的自然科学。
化学的三维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学。化学的研究方法和它的研究对象及研究内容一样，也是随时代的前进而发展的。在19世纪，化学主要是实验的科学，它的研究方法主要是实验方法。到了20世纪下半叶，随着量子化学在化学中的应用，化学不再是纯粹的实验科学了，它的研究方法有实验和理论。现在21世纪又将增加第三种方法，即模型和计算机虚拟的方法。化学的四维定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学。化学的目的和其他科学技术一样是认识世界和改造世界，但现在应该增加一个“保护世界”。化学和化学工业在保护世界而不是破坏地球这一伟大任务中要发挥特别重要的作用。造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势。21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”：为了社会而关心环保；为了职工而关心安全、健康和福利；为了顾客而关心质量、声誉和商标；为了发展而关心创新；为了股东而关心效益。
化学的定义———21世纪化学研究的五大趋势
1、更加重视国家目标，更加重视不同学科之间的交叉和融合在世纪之交，中国和世界各国都更加重视国家目标，在加强基础研究的同时，要求化学更多地来改造世界，更多地渗透到与下述十个科学郡的交叉和融合：1数理科学，2生命科学，3材料科学，4能源科学，5地球和生态环境科学，6信息科学，7纳米科学技术，8工程技术科学，9系统科学，10哲学和社会科学。这是化学发展成为研究泛分子的大化学的根本原因。所以培养21世纪的化学家要有宽广的知识面，多学科的基础。
2、理论和实验更加密切结合
1998年，诺贝尔化学奖授予W．Kohn和J．A．Plple。颁奖公告说：“量子化学已经发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯粹的实验科学了。”所以在21世纪，理论和计算方法的应用将大大加强，理论和实验更加密切结合。
3、在研究方法和手段上，更加重视尺度效应
20世纪的化学已重视宏观和微观的结合，21世纪将更加重视介乎两者之间的纳米尺度，并注意到从小的原子、分子组装成大的纳米分子，以至微型分子机器。
4、合成化学的新方法层出不穷合成化学始终是化学的根本任务，21世纪的合成化学将从化合物的经典合成方法扩展到包含组装等在内的广义合成，目的在于得到能实际应用的分子器件和组装体。合成方法的十化：芯片化，组合化，模板化，定向化，设计化，基因工程化，自组装化，手性化，原子经济化，绿色化。化学实验室的微型化和超微型化：节能、节材料、节时间、减少污染。从单个化合物的合成、分离、分析及性能测试的手工操作方法，发展到成千上万个化合物的同时合成，在未分离的条件下，进行性能测试，从而筛选出我们需要的化合物（例如药物）的组合化学方法。
5、分析化学已发展成为分析科学分析化学已吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽了。分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在线化、实时化、原位化、在体化、智能化信息化、高灵敏化、高选择性化、单原子化和单分子化。单分子光谱、单分子检测，搬运和的技术受到重视。分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用。
关键词:磁致伸缩 模糊控制 空间结构 主动控制
1.引言
近年来,各种新型智能材料及元件的研发成功,现代控制理论在土木工程结构振动控制领域的借鉴和发展,为空间结构主动振动控制的研究和应用提供了新的思路。
所谓磁致伸缩效应,可定义为磁性体(如金属Ni、Fe等)由于其磁化状态的改变而导致其在长度、体积或形状上发生相应变化的现象。磁致伸缩材料(简称GMM)是一种具有双向可逆换能效应的新型功能材料,利用其正效应可制作执行器(GMA ),利用其逆效应可制作传感器。
为了有效的利用GMA作动杆对空间结构进行主动控制,本文对GMA作动杆的性能及构造进行分析,并采用现代实验力学、材料科学和信号采集与处理方法,通过外加磁场来改进和提高材料的传感与控制性能。
2.实验装置和控制技术
2.1GMA作动杆总体结构设计
此GMA作动杆包括外套、探测线圈、偏置线圈、激励线圈、线圈骨架、GMM元件、作动杆、连接杆、预压碟簧和调节螺母等。电磁线圈绕在GMM元件上,并通过外套引出电源线,改变电磁线圈的通电电流后,由偏置线圈、激励线圈提供叠加磁场,单层探测线圈用于测量磁场的大小。当激励线圈通以电流信号时产生磁场,GMM元件产生伸长变化且伸长效应通过作动杆输出给作动对象,断掉电流信号后磁场消失,GMM元件恢复原来形状,完成此作动杆的作动效应。
2.2模糊控制技术及算法
模糊控制器是模拟人类控制特征的一种语言型控制器,它在某种程度上体现了人的思维方式。但客观世界中并没有现成的控制规则,它需要设计者跟据控制器的结构,从大量的观察和实验数据中提取,从而形成一系列有模糊条件语句描述的语言控制规则。
(1)规则库( If-then规则集) 将实验数据和观察结构或专家描述的成功控制经验量化;
(2)推理机(也称模糊推理模块) 模仿专家等人为的决策,对怎样最好地控制对象的知识做出解释和应用;
(3)模糊化接口 用于将控制器的输入转换成一种信息,使推理机使用规则库中的规则产生模糊结论;
(4)反模糊化接口 将模糊结论转换为确定实数输出。
模糊控制器在输入和输出之间起着非线性映射作用,其输入输出都是确定的实数值,而不是模糊集合。。
3. 磁致伸缩作动器在结构中应用的理论分析
磁致伸缩作动器一般装设于结构的柱间支撑、梁柱节点和桁架下弦杆等变形部位,当结构因受到地震波的作用产生振动而发生变形时,模糊控制器通过对地震信息的模糊采取,并反模糊为电流,从而达到对GMM杆件位移输出的控制。
。其中结构的各参数为:第一至第三层各层高度h分别为3.9m,3.3m和3.3m;质量m分别为23150Kg,19730 Kg,17583 Kg;刚度分别为1.8×107N/m,2.147×107N/m,2.147×107N/m;各层作动器的安放数目为1,0,0;地震波采用400gal El Centro波,时间步长为0.02s。
图一:顶层有空加速度反应 图二:顶层无控加速度反应
4. 结 论
(1)磁致伸缩材料由于其自身的特点,正被广泛应用于各种元器件的开发,从而运用于工程实践中。
(2)本文提出了一种磁致伸缩作动器的设计理论和方法,并对其设计参数及数学模型进行了可操作性的验证。
(3)通过图一和图二可看出模糊控制是一种有效的结构主动控制策略,它通过作动器有效地控制了结构的地震反应,减小了结构顶层的加速度,取得了很好的控制效果。
参考文献:
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