张泽院士谈基础教育课程改革的有关问题———本刊主编对张泽院士的采访

前几年就与张泽院士有约，希望适时采访他，拟让本刊读者分享其观点及见解。2009年9月14—15日恰与张先生同赴“中小学学业质量评估测试工具研制专家征求意见会议”，机不可失!张先生欣然接受采访。张先生一致非常关注本次基础课程改革，从担任课程标准审定、新课程教材评审组组长到亲自主编新课标下的科学教材，张先生参与了大量与基础教育课程改革相关的工作。对于本次课程改革的意义、教学一线遇到的困难以及社会关注的焦点等，张先生皆有其深入独到的见解。本刊对张先生进行采访，旨在让读者了解杰出的学科专家对本次课程改革的看法，以便进一步推进基础教育课程改革健康有序地向纵深发展。

高韧性炭/炭复合材料的制备及研究

C/C复合材料是一种高性能新型复合材料,但是脆性大、韧性差的缺点限制了其广泛应用。因此,本研究利用化学气相渗透(CVI)法,设计并制备了三种C/C复合材料,基体炭分别为粗糙层、光滑层以及粗糙层/各向同性层带状结构热解炭,研究了C/C复合材料的微观结构、沉积机理、断裂行为和增韧机制。结果表明,三种C/C复合材料的抗弯强度分别为189.1、191.5、233.5 MPa。粗糙层和带状结构炭基体的C/C复合材料为假塑性断裂,而光滑层炭基体的C/C复合材料则是明显的脆性断裂。与粗糙层炭基体的C/C复合材料相比,带状结构炭基体的C/C复合材料通过不同结构热解炭之间的界面滑动,使得应变量增加了约70%,韧性得到了提升。因此,通过控制CVI工艺参数,实现带状结构热解炭制备,可以有效优化C/C复合材料的韧性。

“四位一体”如何走向一致:耕地“非粮化”过程中的主体行为逻辑及耦合调适

在国家推进乡村全面振兴和高度重视粮食安全的背景下,耕地“是否种”和“种什么”已成为我国农业生产经营研究的关键议题,梳理清楚耕地“非粮化”过程中各方主体行为逻辑耦合过程意义重大。国家、地方政府、“市场”、种粮主体分别遵循着政治、治理、市场和经济逻辑进行行为选择,但受各方主体关注重心失序、经济利益失衡和对策调和失效等多重因素影响,其行为逻辑互动往往得不到充分耦合,致使耕地“非粮化”困局难以破解。据此,应当引入国家政府层面变量引导各方主体坚定种粮信念、压实国家政府的主体责任、运用政策工具的服务激励作用、探索建立省际横向利益补偿机制、构建政策动态优化循环机制,推进“四位一体”走向一致,化解主体行为目标冲突,有效遏制“非粮化”趋势,使国家粮食安全根基得到全方位夯实。

氦低温透平膨胀机热力性能数值模拟与实验测试

为了深入研究氦透平膨胀机在降温过程及低温条件下的热力学特性,依托ADS 500 W/4.5 K低温制冷机建设了80 K温区的实验系统,进行了氦透平膨胀机的低温变工况测试。测试的氦透平膨胀机主轴轴径为12.00 mm,采用动压氦气体轴承支承,最高转速可以达到252130 r·min^(-1)。在膨胀比为1.88时,膨胀机最大出口温降达到8.1 K;在膨胀比为2.07时,等熵效率达到最高值71.2%。以实验用氦透平膨胀机尺寸及测试工况为基础,建立了透平的数值模型。采用商业软件ANSYS CFX对透平的热力性能及降温特性进行了数值模拟,得到了相应的理论温降曲线。研究结果表明:所建数值模型能够较好地预测该氦透平膨胀机的温降过程,膨胀机出口温度的实验值和计算值结果最大相对偏差为0.45%;所测试的低温氦透平具有优良的热力性能和降温特性,测试的动压氦气体轴承表现出良好的支承稳定性,数值计算和实验结果可为后续相关研究和大科学装置的应用提供参考。

北五味子的采收加工与炮制研究进展

总结近年采收期对北五味子中木脂素、有机酸、多糖等多种成分的影响,考察晒干、阴干、烘干等产地初加工方法,以及醋制工艺、酒制工艺、盐制工艺等,炮制后北五味子中化学成分的变化,炮制后北五味子镇静催眠、降血糖、保肝和保肾等药理作用变化情况,指出北五味子具有多种药理活性,在多种常用复方中均有使用,应用前景广泛,但仍需要运用现代科学技术全面开展北五味子采收、加工、炮制等方面的研究,为北五味子的临床合理应用提供参考。

乙醇液滴冲击过冷水平壁面的铺展行为实验研究

为探究表面张力对液滴冲击过冷水平壁面铺展动力学行为的影响,搭建了可视化实验系统,探究了乙醇液滴冲击过冷水平壁面的铺展动力学行为,分析了水平壁面过冷度对低表面张力液滴冲击铺展动力学行为的影响。实验中,采用亲水硅水平壁面及较小的冲击速度以观测乙醇液滴冲击过冷水平壁面的铺展动力学行为。此外,还比较了不同的最大铺展因子和最大铺展时间的典型模型对乙醇液滴冲击过冷水平壁面铺展动力学因子的适用性。结果表明:乙醇液滴冲击过冷亲水水平壁面的铺展动力学行为分为飞溅、铺展、稳定3个阶段;最大铺展时间随水平壁面过冷度的增大而减小;水平壁面过冷度对最大铺展因子的影响是非单调的,在水平壁面过冷度较低时,最大内部铺展因子减小起主要作用,在水平壁面过冷度较高时,由于瑞利-泰勒不稳定性的增强,无量纲手指状突起增大起主要作用,二者共同作用造成了非单调变化;现有模型对于最大铺展时间的预测效果较好,相对平均偏差为6.05%,而对最大铺展因子的预测效果较差。

考虑蠕变特性的橡胶微凸体与金属表面接触特性分析

金属-橡胶接触广泛存在于密封结构中,密封接触表面上微凸体间的相互作用会直接影响整个密封界面的接触特性,进而影响其密封性能。基于粗糙密封界面的单个微凸体,考虑橡胶的蠕变特性,采用理论分析和仿真研究相结合的方式研究橡胶微凸体与金属表面的接触特性。通过橡胶蠕变特性的实验结果,构建橡胶蠕变计算模型;构建半球微凸体与金属平板间的有限元模型,进行考虑蠕变特性的仿真,分析其接触特性,并与Hertz接触理论的计算值进行对比。结果表明:在蠕变阶段,接触半径、法向变形量和最大等效蠕变应变均随蠕变时间的增加而增大,最大接触压力随蠕变时间增大而减小,这均可能导致密封性能的下降;随压力载荷的增大,接触半径、法向变形量、最大接触压力和最大等效蠕变应变均增大,但增大的趋势逐渐减小;橡胶微凸体与金属表面间的等效模量随蠕变时间的增加而减小,随压力载荷增大而增大。

基于无人机多光谱的棉花多生育期叶面积指数反演

【目的】叶面积指数(leaf area index,LAI)是表征作物长势、光合、蒸腾的重要指标。论文旨在研究不同生育期、多生育期无人机多光谱数据棉花LAI估测模型,明确不同生育期间棉花LAI估测模型变化规律,为实时掌握棉花长势并因地制宜进行田间科学管理提供依据。【方法】利用大疆精灵4多光谱无人机获取棉花现蕾期、初花期、结铃期、吐絮期多光谱图像和RGB图像。选用归一化差植被指数(NDVI)、绿度归一化差植被指数(GNDVI)、归一化差红边指数(NDRE)、叶片叶绿素指数(LCI)、优化的土壤调节植被指数(OSAVI)5种多光谱指数和修正红绿植被指数(MGRVI)、红绿植被指数(GRVI)、绿叶指数(GLA)、超红指数(EXR)、大气阻抗植被指数(VARI)5种颜色指数分别建立棉花各生育期及棉花生长多生育期数据集合,结合打孔法获取地面LAI实测数据,使用机器学习算法中偏最小二乘(PLSR)、岭回归(RR)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)、神经网络(BP)构建棉花LAI预测模型。【结果】覆膜棉花LAI随着生育期的变化呈现先增长后下降的趋势,现蕾期、初花期、结铃期内侧棉花叶面积指数均值均显著大于外侧(P<0.05);选择的指数在各时期彼此间均呈显著相关(P<0.05),总体而言,多光谱指数与颜色指数间的相关性随着生育期的进行而呈现下降趋势,选择的指数在各时期均与棉花LAI相关性显著(P<0.05),多光谱指数相关系数介于0.35—0.85,颜色指数相关系数介于0.49—0.71,相关系数绝对值较大的指数多为多光谱指数,颜色指数与棉花LAI的相关系数绝对值较小;估测模型性能结果显示棉花各生育期模型中多光谱指数优于颜色指数,且各指数模型预测性能随着生育期的变化呈现一定规律性,NDVI是预测棉花LAI的最优指数。从模型结果上看,RF模型和BP模型在各生育期下获得了较高的估计精度。初花期LAI反演模型精度最高,最优模型验证集R2为0.809,MAE为0.288,NRMSE为0.120。多生育期最优模型验证集R2为0.386,MAE为0.700,NRMSE为0.198。【结论】棉花内外侧LAI在现蕾期、初花期、结铃期存在显著差异。在各生育期中,RF和BP模型是预测棉花LAI较优模型。NDVI在各指数中表现最好,是预测棉花LAI的最优指数。多生育期模型效果较单生育期明显下降,最优指数为GNDVI,最优模型为BP。本研究中预测棉花LAI的最优窗口期是初花期。研究结果可为无人机遥感监测棉花LAI提供理论依据和技术支持。

八段锦治疗老年冠心病的中医理论内涵及作用机制

探讨八段锦治疗老年冠心病的中医理论内涵及作用机制,为临床治疗提供研究思路。老年冠心病是一种临床上常见的疾病,高质量循证医学证据证实八段锦治疗老年冠心病病人具有积极的作用,并且获得多项指南的推荐。在系统思维、变易思维等中医思维方式指导下,八段锦融合了阴阳、藏象、经络等中医特色学说,具有调整阴阳、调理脏腑、疏通经络的作用,可系统改善老年冠心病病人胸痛症状、睡眠、心理情绪、运动能力、认知能力等。

气氛环境下Au/CeO_(2)催化剂烧结行为的原位电镜研究

气氛环境下原位研究催化剂的烧结行为,能够为理解催化剂在预处理以及反应条件下的烧结机理和高稳定催化剂的设计提供重要的实验依据。本文以Au/CeO_(2)模型纳米催化剂为研究对象,利用环境透射电子显微镜原位观察其在O_(2)与CO气氛下的高温动态烧结过程。实验发现,负载在CeO_(2)上的Au纳米颗粒在O_(2)与CO气氛环境中表现出不同的烧结行为,其在O_(2)气氛下具有较高的烧结速度,同时存在颗粒迁移与聚集长大(particle migration and coalescence,PMC)和奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening,OR)两种烧结过程;在CO气氛下烧结速度较慢,烧结过程以OR为主。对比不同气氛环境下烧结后催化剂的表面结构可知,CO增加了CeO_(2)表面台阶的数量以及表面氧空位浓度,增强了载体对Au颗粒的锚定作用,从而提升Au/CeO_(2)催化剂的稳定性。

变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。

工程教育视角下C-CDIO创新创业实践课程环设计

针对近年来高校“专创融合”教育改革中存在的问题,提出了一套工程知识、专业素养与创新创业能力相融合的C-CDIO(Circular-Conceive-Design-Implement-Operate)实践课程环新模式。基于工程教育认证毕业要求指标定义了以工程能力培养为目标的能力内环和以创新创业能力培养为目标的能力外环。以方程式赛车设计项目为教学案例介绍了具体教学环节设计、混合式实践教学方法改革等,并形成了一套任务驱动、动态跟踪的课程考核评价机制,实现了专业教育和创新创业能力培养的深度融合和动态考评。通过教学实践,有效支撑了课程目标的达成,为面向工程的双创人才教育改革提供借鉴。

固溶工艺对镍基单晶高温合金初熔温度的影响

固溶处理是消除镍基单晶高温合金凝固偏析的重要手段,而进行固溶处理的前提是具备合适的固溶窗口。随合金的发展,固溶窗口逐渐变窄,从而加大了固溶处理的难度。由于固溶窗口为动态窗口,其上限的初熔温度会随合金内部γ′相及共晶的溶解而提高,因此开展固溶工艺对合金初熔温度影响机制的研究具有重要意义。然而,目前缺乏不同固溶工艺对合金初熔温度影响机制及作用机理的相关研究。本文采用电子显微学为研究手段,对比研究了阶段式和连续式固溶处理对初熔温度的影响规律。研究发现,固溶处理会促进合金的均匀化行为,而均匀化程度随固溶工艺中高温下保温时间的延长而增加;均匀化效果越好的样品,其初熔温度提升更大,但是均匀化效果越好的合金内部也存在较多由“柯肯达尔效应”所诱发形成的固溶微孔。

梯度异质结构CoCrNi中熵合金的设计及变形机理研究

CoCrNi是一种典型的中熵合金,其具有塑性高但拉伸强度较低的特点,这种强塑性权衡问题限制了其工程应用范围。本文采用轧制退火和旋转加速喷丸工艺,在CrCoNi中熵合金中引入梯度晶粒尺寸和孪晶的异质结构。结果表明,这种设计实现了优良的强塑性,其屈服强度和抗拉强度分别为665 MPa和950 MPa,同时断裂塑性达到40.6%。在拉伸变形过程中,梯度晶粒异质结构能够产生非均匀变形诱导硬化,提升合金屈服强度的同时,保持高的加工硬化率和优异的延展性。因此,基于轧制退火和旋转喷丸工艺,引入梯度晶粒异质结构是克服合金强度-延展性失衡问题的有效途径。

不同取向镍基单晶高温合金650℃原位拉伸

镍基单晶高温合金作为飞机涡轮发动机叶片的主要使用材料,其在服役过程中受到各向应力作用产生变形导致材料失效,因此本文基于课题组自主研发的原位拉伸设备对[140]取向、[340]取向、[122]取向的镍基单晶高温样品进行了650℃原位拉伸。其中[140]取向样品在屈服阶段后样品硬化到塑性变形后期出现了幅度较小的应力下降,最后样品在应力作用下滑移迹线所在的基体发生开裂,裂纹沿着滑移迹线所在方向扩展至样品断裂。[340]取向样品在整个塑性变形阶段,样品的应力持续下降,孔洞缺陷处形成缺陷导致材料失效。[122]取向样品一直处于硬化阶段,到塑性变形后期样品出现了应力的下降,跟[340]取向样品失效方式相同,孔洞开裂形成裂纹源导致材料失效。本文针对三种取向样品的力学性能,塑性变形过程中的滑移情况以及对应的施密特因子变化、样品失效的方式进行了分析,对合金在真实服役过程中提高其服役寿命具有重要意义。

扫描电镜原位激光加热与高温成像研究

扫描电子显微镜(SEM)原位研究材料高温组织与力学性能是近年来材料领域关注的一个重要方向,在扫描电子显微镜内进行原位加热实验可以直接揭示材料微观组织、力学性能与温度之间的关系。然而传统的电流加热方式在样品温度超过800℃时金属材料会释放出大量热电子,无法获得高质量图像。本研究开发了一种与SEM联用的激光加热台,该加热台使用激光作为加热源,可以对材料进行快速加热以及高分辨原位结构表征。本文详细介绍了激光加热台的设计原理并对加热台温度场进行有限元仿真模拟及分析,以镍基单晶高温合金为例,实现了1370℃原位高温成像,验证了该装置的主要功能。

不同配方施肥对人参果园土壤理化性质和果实产量的影响

为探究不同配方施肥对人参果园土壤理化性质和果实产量的影响,以云南省石林县红壤土和石漠化砂土作为试验地,以圆果2号人参果为试材,采用引蔓栽培方式,设置4种不同配方施肥处理,以传统施肥方式为对照,分析不同配方施肥处理后土壤理化性质的变化和对果实产量的影响。结果表明:土壤理化性质方面,各处理与对照相比,施用矿源腐植酸微生物菌剂20 g+矿物质中微量元素肥20 g+矿源黄腐酸钾1 g对红壤土土壤理化性质改良最佳,其中,全氮和全钾含量最高,较对照分别提高了3.4%和7.2%;施用矿源腐植酸微生物菌剂10 g+矿物质中微量元素肥10 g+矿源黄腐酸钾1 g+高磷复合肥5 g+高钾复合肥5 g对石漠化砂土土壤理化性质改良最佳,其中,全磷和全钾含量最高,较对照分别提高了112.8%和4.2%,特征微团聚组成比例(PCM)和土壤分形维数(D值)最低,分别为0.425和2.738,红壤土中粒径2.00~0.25 mm土壤微团聚体含量上升,土壤孔隙度增加,容重降低。果实产量方面,同一配方施肥处理,在红壤土和石漠化砂土中,对果实产量影响有差异。石漠化砂土中,随着施肥浓度增加,667 m^(2)产量增加;红壤土中,施用矿源腐植酸微生物菌剂10 g+矿物质中微量元素肥10 g+矿源黄腐酸钾1 g 667 m^(2)产量最高,随着施肥浓度增加,667 m^(2)产量下降。综上所述,混合施用生物有机肥、微生物菌肥和高磷高钾复合肥可改善土壤理化性质,提高土壤养分含量,增加人参果产量。