化学工程研究方向范文

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篇1

关键词：化学交换饱和转移；磁共振成像；量化 CEST；数学模型

 

1   化学交换饱和转移磁共振成像（Chemi－ calExchangeSaturationTransfer，CEST－ MRI）量化的意义

 

CEST－MRI成像是目前备受关注的一种分子影像技术，其使用特定频率的饱和脉冲来标记待检测的溶质分子，该分子上可交换质子与水发生多次化学交换引起水信号的降低从而被检测［1］．尽管生物组织中这些小溶质池的浓度通常仅在毫摩尔浓度范围内，只要选择合适的实验参数，可交换质子与水的化学交换的累积效应就能实现信号放大， 因此 CEST－ MRI具有较高的灵敏度（与传统的MRI相比，可达到102～106）［2］．自从 Ward和 Bal－aba 等人 2000 年提出 CEST － MRI 的 概 念 以来［1］，由于其具有可灵敏检测特定（类型）分子的独特优势，且对温度和 pH 值［3］等微环境的变化敏感，被认为有临床转换潜能的可包含生化信息的对比机制，迅速引起广泛的兴趣［4］．与正常组织相比，肿瘤本身显示共振频率距离水～3．5 的高信号，被认为主要是来自多肽和蛋白质的酰胺质子，称之为酰胺质子转移 （amideprotontransfer，APT）成像［5－6］．CEST－ MRI 技术也可检测蛋白质和多 肽［7－8］、肌酸［9］、葡萄糖［10］、谷氨酸［11］、糖原［12］和糖胺聚糖［13］等，有潜力在临床中用于各种疾病和代谢性紊乱，包括：乳腺癌［14－15］、前列腺癌［16］和中风［17］等的检测．该领域已经从最初简单的 CEST加权图像转变为更量化的 CEST－MRI分析．为了进一步揭示与疾病相关的病理生理特征，并对同一 组织不同时间点进行监测，需要更加精准的量化． 因此，笔者简要地概述 CEST－ MRI的不同方法和最新进展，供对该领域有兴趣的人员参考．

 

CEST－MRI的基本原理是通过水信号的减少来间接实现对特定分子的检测．然而，对于活体CEST－MRI成像，水信号的降低不光来自 CEST效应，还来自直接水饱和度（directwatersatura－ tion，DS），半 固体磁化转移效应 （magnetization transfercontrast，MTC）和 核奥氏效应 （nuclear overhauserenhancement，NOE）等 竞争效应［18］．同时，由于这些竞争效应受到静磁场 B0、饱和功率（saturationpower，B 1－sat）和其他实验参数的 影响，致使 CEST－ MRI成为一个复杂的技术．如 何从水信号中提取出 CEST 效应，尽量减弱饱和脉冲对其他效应的影响，实现对特定分子的精确量化，进 而更加准确地 对疾病进行诊 断，一 直 是CEST－MRI研究的热点．为了证明特定的 CEST效应，通常通过获取大量的水信号强度作为射频（RF）饱和频率偏移的函数来产生Z 谱．Z 谱是通过施加脉冲后水信号的强度Ssat  与施加脉冲前水信号的强度S0  的比值得到 ．理论上，Z 谱中显示的CEST 增强取决于池的大小、交换率和可交换质子的弛豫时间．这个简单的概念与其他相互竞争的影响导致对 CEST 量化变得复杂．因此，笔者拟定从量化的角度对 CEST－MRI作一个回顾．

 

2   CEST－MRI理论模型

 

CEST－ MRI 成 像 机 制 复 杂，不 仅 取 决 于CEST－MRI试剂的浓度、交换和弛豫性质，而且随B0  和B 1－sat等实验条件的变化而变化．因此，对于研究这些最优条件，数值模拟是有用和有效的． CEST             效应的量化是一个复杂的过程，除了与质子浓度和交换率有关之外，还受到如 RF 辐射强度、持续时间、化学位移、主磁场强度以及纯水的横向、纵向弛豫时间等因素的影响［20］．为了更精确地描述 CEST 成像机制，通常使用包含可交换质子池的布洛赫方程（Bloch－ McConnellequation）．2004年Zhou等人将包含可交换质子池的最简化的 2池模型的Bloch方程引入到 CEST－MRI中，并推导出解析解［21］．常见的Bloch方程描述的模型包括 2池模型［20］（水池和可交换质子池）和3 池模式［22］（水池、可交换质子池和大分子固体池）．下面以2池模型为例来介绍 Bloch 方程的量化方法，同时，给出3池模型的框图和仿真结果，并说明磁化转移（magnetizationtransfer，MT）对 CEST 量化的影响．2池模型和3 池模型的 CEST 交换示意图如图1所示．

在2 池模型中，描述2 池交换过程用12 个参数描述．其中：T1i（i＝a，b）表示i 池的纵向弛豫时间；T2i（i＝a，b）表示i 池的横向弛豫时间；Ma  表示水池核自旋的化学位移；Mb  表示可交换质子池核自旋的化学位移；Moa 表示水池的可交换氢原子核在初始条件下的平衡浓度；γM0b  表示可交换质子池的可交换氢原子核在初始条件下的平衡浓度与水池之比；kba  表示可交换质子池核自旋交换到水池的速率；kab  表示水池的核自旋交换到可交换质子池的速率；ω1  表示描述预饱和射频脉冲的强度；t 表示脉冲施加时间（下面公式中kab和kba  的意义相同）．

 

在核磁矩和磁化强度矢量的概念基础上，通过在旋转坐标系下，MRI系统中B1－sat 是从x 方向上加入的和2池模型的交换，得到描述图1A 所示2池模型的Bloch方程如公式1所示．

其中，描述b和a 分别表示可交换质子池和水池．例如，Mb （t）表示在时间t 时，可交换质子池的磁化在x 轴上的分量；Mb  和 Ma  分别表示在可交换质子池和水池在z 轴上的热平衡磁化；ω 表示 RF 照射的频率；ωb  和ωa  分别表示可交换质子池和水池的拉莫尔频率；Δωb  和Δωa  分别表示ωb －ω 和ωa－ω ．

 

图1模型示意图中，仿真的各参数如表1所示．序列的参数设置如下：Z 的初始值为1；B0  ＝7 T；2池模型的饱和时间tp ＝5s，3池模型的饱和时间tp  ＝80s；B1－sat  分别为：1μT，2μT，3μT，4 μT，5μT 和6μT．模型的仿真结果如图2 所示．其中，上面大的光滑的曲线为饱和交换后水的 Z 谱， 左下方比较矮的曲线为 Diff＿Z 谱，即饱和交换之前水的Z谱和饱和交换之后水的Z谱的差．

由2池和3池的对比结果可以看出：在 CEST发生化学交换（～2ppm）的地方，2 池模型在仿真 B1＿sat  范围内，Z 谱的下降都比较明显，而3 池模型在B 1＿sat4μT 时Z 谱的下降已经看不到．因此， MT 成分大大降低了 CEST 的特异性，尤其是在B1＿sat  大的时候．但是 B1＿sat  小的时候，病变部位和正常组织的差异较小，即：区别病变部位和正常组织需要较大的 B1＿sat．因 此，对 于量化 CEST －MRI，如何降低 MT 成分的影响是需要考虑的很重要的一个因素．

Bloch 方程不仅可以对 CEST 实验进行模拟仿 真，而 且 可 以 对 CEST 测 量 值 进 行 数 值 拟合［19，23］．此外，用扩展的 Bloch 方程描述的多池模型，考虑到 RF 照射 CEST 的 MT 和 NOE［24］伴随效应．Bloch方程的一个最大的不足就是计算复杂．因此，有各种假设对 Bloch 方程进行简化，如强饱和脉冲的假设和弱饱和脉冲的假设［25］．将 CEST数据与用非线性最小二乘法优化的 Bloch 方程拟合可以提供相关 MRI参数的值，这有助于设计特定应用的最优 PARACEST 试剂［19］．但是，在实际应用中，由于 Bloch 方程可变参数繁多，直接拟合难以标准化，因此研究者们提出了其他较为简化的量化方法．

 

3   CEST－MRI量化方法介绍

 

3．1     简 单 磁 化 转 移 不 对 称 性 （magnetization transfer ratio  based  on  asymmetry  analysis， MTRasym ）分析及其改进

 

由于Bloch方程比较复杂，以水频率为中心将Z 谱 两 侧 相 减 的 磁 化 转 移 率 不 对 称 分 析 法（MTRasym ）成为一种常用的 CEST－ MRI量化方法［21，26］，MTR 的定义如下：

其中，S0  是 RF 照射前的水信号的强度，Ssat（Δω）和Ssat（－Δω）分别是经过 RF 照射后在标记频率和参考频率处的信号（后面公式 S0、Ssat（Δω）和 Ssat（－Δω）表示的意义相同）．

 

该量化方法有以下缺点：（1）容易受到 B0   场不均匀性的影响［27］．（2）MTR

 

方法容易受到各种混淆参数的影响．包括组织松弛、MT、MTC［28］．

 

更重要的是 MTRasym 不能从 CEST 对比中区别上场的 NOE 效应．（3）MTRasym 方法没有校正水的纵向弛豫效应，这是影响 CEST 信号幅度的主要因素［29］．尽管如此，MTR 仍是目前 CEST－ MRI领域一 种 简 单 有 效 的 量 化 CEST － MRI 的 方法［30］．

 

针对 MTRasym 量化 CEST－MRI存在的不足，提出了一系列的改进措施．例如：针对 MTRasym 容易受B0 场不均匀性影响，提出了水饱和移位参考（watersaturationshiftreference，WASSR）［31］和同时校正B0  场和B1  场的不均匀性（Simultaneous mappingofwatershiftandB ，WASABI）［32］两种方法．针对减弱 CEST 的竞争效应，提出了三频偏方法［2，33］和洛伦兹拟合［34－37］等量化方法．针对没有校正水的纵向弛豫效应的问题，提出了表观交换依赖弛豫（apparentexchange－dependentrelaxa－ tion，AREX）［22，29，38－39］的量化方法．

 

3．2   三频偏的方法

 

三频偏的方法通过用特定共振频率照射如酰胺、胺基质子等，用和共振频率两个相近频率的平均值作为参考信号，用特定频率处的信号作为标记信号的一种量化方法［2，33］．三频偏方法被证明可以有效减弱 MT 不对称性和 NOE 效应［29］．三频偏及其量化 APT 和 NOE 的定义如下［33］：

其中，APT＊   表示使用三频偏方法得到的酰胺质子转移．NOE＊   表示使用三频偏方法得到的 NOE效应．

 

三频偏方法可以减弱 CEST 的一些竞争效应，例如：MT 不对称性和 NOEs．该量化方法已经成功的用于肿瘤［2］和中风［33］的检测．但是三频偏量化的方法存在如下的缺点：（1）三频偏方法线性假设过于简单，明显低估了 APT 和rNOE 在～3．5（NOE（～3．5））的 饱和转移［35，40］．B ＿较大时，APT 和 NOE 的峰值变宽，导 致低估 APT＊   和NOE＊ ［33］；同时，随着B ＿增大，饱和效率达到最大值，饱和溢出和 MT 效应一直增加［25，41］，从而导致 APT＊ 和 NOE＊ 对比度的下降；（2）APT＊  使用三频偏的方法量化时，会受到相邻共振质子的干扰，如胺基质子在2ppm 到3ppm［29］． 

 

3．3   洛伦兹拟合

 

洛伦兹拟合是一个较为简单的最小二乘法Z 谱拟合的量化方法［36］．洛伦兹拟合的定义如下［40］：

其中，Ai  、ωi 和δi 分别表示第i个池的幅度、频偏和线宽，N 表示拟合池的个数，一般的洛伦兹拟合是指N ＝1的情况，如果N 大于1就是多池洛伦兹拟合．

 

洛伦兹差（Lorentziandifference，LD）是洛伦兹拟合的曲线与Z 谱数据的差［35，42］．在该方法中，用洛伦兹函数去拟合Z谱中的－10ppm 到－6．25 ppm、－0．5ppm 到 0．5ppm 和 6．25ppm 到 10 ppm，接着用样条插值完成整个拟合过程，并用拟合的频谱结果作为代表 DS和 MT 效应参考信号；最后，用拟合的结果和 Z 谱数据的差作为 CEST信号进行量化［35，43］．

 

3．4   倒Z谱分析法

 

最近的一项研究表明 CEST 信号、DS 信号和MT 信号并不是线性叠加在一起，而是反向加在一起的［38］．AREX 和 MTR    是两种常见的倒Z谱分析法．其中，AREX 是一种从稳态下得到的标记信号的倒数减去参考信号的倒数的一种量化方 法［29］．AREX

 

可以校正CEST竞争效应中半固体MT 效应、T1、DS效应和水的弛豫效应．AREX 和MTRRex的定义分别为［44］：

图3是不同 B1＿sat  时Z 谱和 AREX 的仿真结果，仿真Z 谱的参数设置和图2一样．其中，上面光滑的为Z 谱，左下方为 AREX 的图．由图2 和图3的结果可以看出：相 同功率下，AREX 的峰值比Diff＿Z 谱的峰值大（尤其是3池模型），说明 AREX

 

量化方法中 CEST 的特异性更强．同时也说明：相比饱和交换之前水的Z 谱和饱和交换之后水的Z 谱的差值，AREX 可以降低 MT 效应对 CEST 效应的影响．其中，在0ppm 附近，由于分母为0，所以 AREX 非常的大，这和文献［45］的研究结果一致．

 

3．5   CEST 比率的方法（CESTratio，CESTR）和参考值归一化后的 CESTR 的方法（CESTRnr）

 

MRI信号的强度取决于多种参数，包括质子浓度、交换质子的数目、质子交换率、T1、T2、饱和时间和饱和效率．最常用的 CEST 图像的量化是磁化转移率 （magnetizationtransferratio，MTR）， MTR 的定义如下：

CEST 比率的定义如下［45］：

在最初对 APT 量化的过程中，选 取 －3．5 ppm 作为参考信号，就是前面3．1 节的 MTRasym 的量化方法［46］．最近，Heo等人通过使用插值半固体参考 信 号 （extrapolated semi－solid MT refer－ ence，EMR）量化 CESTR［6，47］．

 

参考 值 归 一 化 后 的 CEST 比 率 的 定 义 如下［45］：

CESTR 和 CESTRnr 中的参考信号 （也 就是ZEMR）和 标记信号分别是拟合 2 池 MT 模型和CEST 度量计算中的经过 B0 校正过的Z 谱数据． 仿真证明，在临床的3T 和4．7 T 的时候，CESTR和 CESTRnr 量化更可靠［45］．CESTR 的 EMR 谱（ZEMR）可以 通过相应的 ω1和频谱范围 Δ 获得．

 

CESTR 的Zlab是通过5池Bloch方程获得．具体获得方法只需对前面介绍的2 池模型的 Bloch 方程进行扩展即可．图4和图5分别为B0 ＝3T和9．4T 时5池模型在B1＿sat  分别等于0．5μT，1μT，1．5 μT，2μT，2．5μT 和3μT 六种饱和功率下的基于 Bloch方程的Z 谱和几种常见量化方法：CESTR、 CESTRnr、MTRRex和 AREX 的仿真结果．仿真Z 谱中使用的参数和文献［45］的一样．从图5到图6可以看出：相同 B1＿sat  时，3 T 时 Z 谱在3．5ppm 和 2 ppm 的下降均没有9．4 T 时的明显；特别地，在高场（B0   ＝9．4 T）、B1＿sat   较低的时候 （尤 其是在 B1＿sat  ＜＝2μT），APT 在3．5ppm 和 Amine在2 ppm 的下降看得很清楚；对于 CESTR、CESTRnr、 MTRRex和 AREX 四种量化方法，随着 B0   场强的增大，2ppm 和3．5ppm 的峰值都变得更加明显，而且3．5ppm 的峰值比较窄，2ppm 的峰值比较宽，因此，低场时的 CEST 信息被隐藏．这也是德国神经退行性疾病中心（GermanCenterforNeuro－ degenerativeDiseases，DZNE）Zaiss 等人在 2019年2月最新发表深度低场预测高场的信息这篇论文的目的［48］．

4 小结与展望

篇2

关键词：网上教学；供给侧改革；优化

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0080-03

《建设工程项目管理》是开放教育土木工程（工程管理方向）专业的核心课程，其所涉及的知识与工作实际十分贴合，对于在实际工程管理中起到的作用非常之大。而且本课程还是全国一级建造师执业资格考试的必考科目，所以本课程的建设和教学应与工作实际和学员考证需求紧密结合起来。但受到开放教育教学特点的影响，难以有效地将二者结合起来。为了克服这一问题，笔者从自身专业特c出发，通过近两年的努力，积极推进课程与岗位、证书的对接，使课程的网上教学活动得到了优化，并取得了较好的成效。

一、网上教学活动优化思路

（一）以往网上教学存在问题

在以往的网上教学活动中，客观上，一方面，由于教学所提供的资源不够丰富，并且难以为学员解决实际的问题导致学员的学习兴趣不高；另一方面，由于网上教学载体形式单一，程序繁琐，制约了学员学习的热情。主观上，由于教学组织者和教学参与者的参与热情不够，也导致以往的网上教学活动流于形式，没能取得良好的效果。[1]但实际上，学员对于网上教学和课程的学习需求非常大，特别是对于能够解决学员实际问题，为学员实际需求服务的网络教学内容，有很高的学习热情。

（二）主要思路

开放教育网上教学活动的关键在于课程资源的供给与学员需求的无缝对接，在于教学媒介的手段足够丰富。基于这一特点，笔者对《建设工程项目管理》课程的网上教学活动作如下优化思考。

1.以“岗、证、课”结合为思路，对课程资源和内容进行重构，即：“岗位能力提升、一级建造师考试培训、课程学习”三者有机结合起来，满足学员的学习需求。如在本课程《建设工程项目管理》中，可以将岗位知识、考证知识和课程知识有机结合起来，构建以微视频课程资源、在线题库资源、典型案例解析资源、执业资格能力资源为一体的四大网络教学资源模块。

2.进一步丰富网络教学媒介形式，建立以课程微信公众号为主要媒介资源的网络资源媒介，丰富和优化网上教学活动的媒介手段[2]。在当前互联网+背景下的大数据时代，丰富和改善网络教学的媒介和载体，让学员随时随地便捷地使用学习网络教学资源，将会极大地提升学员的学习兴趣。一方面可以丰富和完善掌上电大APP的学习资源，充分发挥掌上电大学习APP的作用，提高学员使用掌上电大APP学习的普及率，另一方面在开放教育中推行建立专业或者专业课程微信公众号，利用微信公众号实现学员随时随地的学习。比如说：建立土木类专业《建设工程项目管理》课程的微信公众号，由学校专业团队负责对本公众号的管理和维护，实时更新完善视频资源、课程资源，为学员随时随地交流学习提供平台，实现教学互动学习互动的零距离。

3.构建线上、线下一体的教学组织体系。通过网上教学活动的组织以及线下教学活动的补充，教师与学员、学员与学员之间的互动交流，通过互动交流提升学员的自主学习能力、提高学员应用新媒体的水平、解决学员在实际工作和复习备考一级建造师的问题。比如将工程项目管理基本理论模块设置为视频在线学习（规定学时）、在线题库练习、模块知识小测验、仿真资格考试能力测试四个小任务，依次完成指定任务。并在任务中设置奖励，提高任务的趣味性。

4.成立专业或课程教学团队，为网上教学活动提供智力保障。网上教学活动是开放教育人才培养和专业课程学习的组成部分，本人认为应从各省开放教育人才培养的高度出发，成立以省级电大（开放大学）专业带头人为核心，各基层电大专业教师为主体的专业课程教学团队，紧密合作，协调分工，对网络教学资源进行维护和更新，从而实现全省电大同一专业的网络教学资源全面共享，既可以提高网络资源的有效性，降低人才培养的人力成本，又能将全省各级电大的师资整合起来，为开放教育培养质量的提升提供智力保障。

二、网上教学实施过程

（一）网上教学活动模式优化

根据建筑类行业的实际特点，结合本课程与建筑行业之间的关系，按图1所示，优化本课程网上教学活动的模式。通过对学生的分析，重新整合知识点，并将岗位能力、课程要求和证书要求结合起来，开展网上教学活动。

按照这种优化模式，一方面通过对学员的构成和需求在组织教学前进行具体分析，提高了网上教学活动组织的针对性[3]，另一方面通过对课程知识的整合，特别是将岗位知识点、课程知识点和考证知识点整合在一起，提高了课程知识的适应性。同时，在网上教学活动媒介和组织形式上的优化，比如网上教学活动的内容以及真题构建，又如用微信互动、过程学习提醒和过程评价等方式，进一步提高了学员学习兴趣和热情，从而解决了以前课程理论性太强，与实际结合不紧密的不足，提高了学员学习的兴趣。

（二）模式优化细节

1.教学组织前对学情进行分析，以浙江金华电大2015春土木专业为例，学员的情况如表1。通过对学员学情的分析，完善网上教学课程资源建设和课程组织的方式。从分析情况来看，学员的学习目标明确，年龄构成以20到30岁的为主，对于新媒介的使用都较为熟悉。但工学矛盾较大、学习时间相对偏少。

2.整合优化课程知识点，将全国注册一级建造师执业资格《建设工程项目管理》科目的考核知识点和本课程的知识点整合起来，并结合实际岗位能力的需求，将课程知识点划分成五大模块，即：工程项目管理基本理论模块；工程项目管理招投标与合同管理模块；工程项目质量、成本、进度管理模块；工程项目管理实务模块；一级建造师《建设工程项目管理》备考模块。

3.编制网上教学活动导学单，利用导学单明确使用媒体的时间、任务安排及要求，以主动引导学员参加网上教学活动，明确学员的任务[4]。通过事先，提高学员的参与率。导学单格式如下表2：

4.运用微信公众号、QQ、论坛等新媒体，开展网上教学活动，围绕《建设工程项目管理》课程的知识特点，通过集中讨论、个别交流、共同参与等形式开展网上教学活动。具体的实施办法如下：

（1）利用班级QQ群、论坛等开展集中网上教学活动。

（2）利用QQ、论坛、微信、邮件进行学员个别交流活动。

三、教学主要成效

通过《建设工程项目管理》网上教学模式的优化和具体的活动实施，笔者认为本课程网上教学取得了以下几个方面的成效：

1.学员远程实验平台测验完成率大幅提高。以金华电大2015秋土木工程本科学员为例，通过网上教学活动，学员之间互帮互助，该班级学员的远程实验平台作业完成率100%，并且在学期末前一个多月前就已全部完成，一改以往需要辅导教师不断督促才能勉强完成的情况，有效地提高了学员自主学习的能力。

2.实现了教师与学员、学员与学员之间全方位的互动交流。围绕“岗位能力提升、一级建造师考试培训、课程学习”三者有机结合交流学习的宗旨，教师利用QQ、论坛、微信等各类新媒体发起学习讨论，实现教师与学员、学员与学员之间的互动交流。

3.学员综合能力得到一定提升。通过网上教学模式活动的开展，一方面学员使用微信、论坛等新媒体的能力得到了提高，从学员参与的热情以及论坛的使用率和学员远程实验平台的完成率就可以发现。另一方面学员自主学习的能力也得到了提升，学员能够通过自学后利用论坛和QQ进行交流和学习，互相之间能对某些问题进行答疑解惑。再则就是学员的学习认识能力有了提升，通过本次教学活动学员对课程学习和专业学习的认识和分析能力有了提升，学会了用比较的方式去分析问题和解决问题。

4.推动了课程备课模式的改进。利用本次网上教学活动，转变了以往就书本知识而讲书本知识的传统观念，将与本课程相关联的岗位知识、考证知识结合起来[5]，并以一级建造师《建设工程项目管理》考试科目为抓手，将该考试科目的一些重点和难点知识，比如预付款的支付、项目的实际管理要求等等与实际相关的知识点作为备课重点，通过网上教学活动的方式与学员共同交流和学习，提高了本课程学习的实效性。

四、结语

笔者认为开放大学系统提出的“深化课程教学改革，创新网上教学模式，落实教学过程，提升开放教育教学质量”的工作一直在路上，只要每位任课教师能够转变观念，在省级电大（开放大学）以及各基层电大的共同带领下不断完善网络教学资源，丰富网络教学媒介形式，树立团队合作的意识，定能实现供给侧改革思路下开放教育人才培养可持续发展目标。

参考文献：

[1]胡新生，张朝霞，熊锟，张福萍.开放大学背景下面授教学与网上教学一体化设计研究[J].中远程教育，2012，（07），48-52.

[2]隋永博，曹旭.基于网络教学平台的大学计算机教学改革探讨[J].科教导刊，2016，（25）：120-121.

篇3

中图分类号：TQ021.8 文献标识码： A 文章编号： 1674-0432（2014）-15-96-1

化学工程是一门将一系列化学有关的知识进行深研究的化学或物理过程的知识学科，它还包括对原有化学设备进行改革，以化学思想为基础将理论和实际工程知识糅合。具体工作可包括研发新产品、设计、模拟、操作实验来强化装备等硬件设施。化学工程领域包括范围广泛，其中有机化学、无机化学、石油化工等领域，因此化学工程是国民经济建设从而推动社会进步重要的工程领域。目前化学工程技术的发展方向是逐渐趋向连续化、集约化、自动化、高效化和自动化、精密化。由于化学工程技术被广泛运用到生活领域所以对其的研究是十分有必要的。

1 化学工程技术的新热点

1.1化学超临界反应技术

超临界的化学反应技术是指反应过程中的温度和压力都在临界点之上，这样的状态往往是液体和气体之间。这样形式的存在被广泛运用到生物化工、食品、医药等领域，已经显示出很好的效益，发展前景很好，但近年来的探究和发展阶段仍处于初级，待进一步深入研究。

1.2绿色化学研究技术

绿色化学由于能够有效避免对环境的污染，近年来备受推崇。绿色化学就是指利用化学反应技术来充分利用资源、减少污染物的产生来起到对环境的保护。比如，它可以对产生污染物的相关溶剂和废料进行处理，利用原子技术或高选择性的化学反应生产处对环境有利的产品，这不仅能够增加经济效益而且带来可观的社会效益。

1.3分离技术的新研究

首先，分离技术强调对生产设备的强化，其次是生产技术。总结来说就是将设备更新，将生产率提高的技术都属于化学分离技术的结果。古老的分离技术方法是利用各种材料沸点不同将其分离然后做研究。随着科学技术的发展和各领域研究合作分工改变为分离技术新发展提供了广阔的前景。比如近年来，在力学的传递以及多相流方面，采用信息技术发生分离，还有分子的模拟就很大的提高了预测热力学平衡的水平，对分子的人为设计加速了分离等等。因此进一步研究高效的分离技术有着深远的意义。

2 传热过程新的研究发展方向

2.1传热学中细微尺度的研究进展

细微尺度是指从时间尺度和空间尺度进行更细微的研究的热学范畴，如今它在热学中已经形成了一个分支，具有广阔的发展前景。当一个物体的尺寸远大于其载体时，这样的情况会存在，但是由于尺寸的更加细微，原来的假设影响因素也会发生相应变化。目前纳米技术已经取得显著的成绩，很多领域都是围绕传热学中的细微尺度技术进行研究的，近年来取得了高集成电路、多空介质流等新成果，产生了巨大的经济效益。

2.2传热设备的研究进展

近些年来，利用翘片来强化传热，管外的翘片强化传热原理包括有前缘效应和非稳定性扰动以及减薄边界层等几种。常用的片是冲缝片和百叶窗。将来对此的研究应该将分布参数和场地模拟相结合，来优化传热装置结构的参数，实现管翘式的传热针设计。

2.3与计算机技术的相结合

计算机技术的不断进步是化学中大量的技术问题能够得到有效的解决。同时节约了大量的人力物力财力，也增加了数据和相关机械的精密度。计算机的主要贡献表现在计算流体力学、数值传热力学、采用计算机技术进行统计、计算有利于将数据更直观的表现出来，表现形式更加多样，能够有效分析大量实验数据。

2.4与材料科学和信息工程相结合

科学的进步和新技术的研究涌现就为化学工程的研究提出了新的机遇。如何形成优质的服务体系和完整地理论作为研发支撑成为化学工程面临的问题。所以它必将进入一个新的发展阶段，在发展中应注重与多学科的交叉，更多的研究应该包括信息和化学应用、生物与化学以及能源环境与化学相结合的学科，这都为化学工程的发展提供了新的研究方向。由于信息技术不断深入各个行业，为此通过信息技术可以将大量的信息收集、整理进行数据统计分析，得出的结论可以为化学工程发展研究提供新的方向。

3结语

综上所述，伴随科学技术的发展，专业人员对化学工程研究已经从单一走向研究领域与多学科相结合的多元化方向发展，随着时代的需要，科学技术的发展，新的发展热点的出现，化学工程的发展方向也是多元化的。化学工程技术多元的发展给社会带来的也将是全新的面貌，推动整个社会向前的步伐。

参考文献

[1]韩钢，宋.化学工程技术中微化工技术的应用研究.[J].中国科技博览，2012（34）.

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【中图分类号】G71

基于工作过程的学习领域课程的开发，已成为近年来高等职业教育课程改革的热点。基于工作过程的学习领域课程的实质，在于课程的内容和结构追求的不是学科架构的系统化，而是工作过程的系统化。职业教育的课程开发必须打破传统学科系统化的束缚，将学习过程、工作过程与学生的能力和个性发展联系起来，将“工作过程的学习”和“课堂上的学习”整合为一个整体，将职业资格研究（包括职业分析、工作分析、企业生产过程分析）、个人发展目标分析与教学分析和教学设计结合在一起。

高职电气自动化技术专业中维修电工的考证及学习是重要项目之一，该专业的核心能力对应的职业是维修电工。因此，以“维修电工”国家职业资格为标准、以高职人才培养为目标，将维修电工职业标准有机地融合到专业学习领域课程开发中，以项目为导向、工作任务为载体，重建专业方向课程体系，以解决专业教学与“维修电工”考证相互脱节的问题。

一、确立专业及其面向的职业岗位分析

根据企业调研，维修电工在不同工业部门如机械与设备制造、汽车与配件工业、电子工业，从事自动化生产。除操作自动化生产设备以外，这些设备的维护成为其专业工作的重点。此外，维修电工参加生产设备的建造和改造，进行电子维修，在车间维修并制造电子、自动化和信息技术的组件和仪器。符合专业要求的工具、测量仪器和测试材料、旨在有效完成任务的工作和工作岗位设计以及与同事进行符合专业要求的交流，都属于维修电工的任务要求。同时，还要考虑经济、社会和生态的不同要求以及由此引起的对职业行动的要求。维修电工能对任务进行整体性观察并在完整性的工作过程背景下对其进行组织，也就是说，借助其企业关联知识关注过程的衔接并与其他部门（机械保养、物流、制造计划等）合作。

二、提取、划分、分析典型工作任务学习难度范围

电气自动化技术专业中以电气设备的运行、安装、调试与维护及营销服务等职业岗位为导向，重点突出技能培养，根据职业能力要求提炼难度1-4级的典型工作任务。

（一）职业定向的工作任务（学习难度范围1）

工厂车间照明设备的安装与维修、普通机床电气设备的安装与维修、电机的安装与维修、小型电子设备的调整与改装、工厂供电系统的计划与实施、做计算机控制系统的计划与实施、印刷电路板的设计与制作、现场总线与工业以太网的构建与维护。

（二）系统的工作任务（学习难度范围2）

交直流调速系统的安装与调试、设备运行的检测与控制、电气设备控制的安装于调试、生产过程的组织与实施。

（三）蕴含问题的特殊工作任务（学习难度范围3）

电气设备的调整与改装、数控设备的维护。

（四）无法预测的工作任务（学习难度范围4）

生产设备的调整及生产质量保障。

三、构建电气自动化技术专业维修电工方向教学计划

根据典型的工作任务，提炼支撑课程，形成了12门理实一体化的学习领域课程。

学习领域课程编号 学习领域课程 基准学时

小计 第一学年 第二学年 第三学年

1 电工基本技能 2周 2周

2 电气设备安装与维护 4周 4周

3 电子技术应用实训 4周 4周

4 电气绘图技术实训 8周 8周

5 PLC应用技术 5周 5周

6 组态控制技术 2周 2周

7 传感器技术及应用 4周 4周

8 交直流调速系统与应用 3周 3周

9 集散控制与现场总线 3周 3周

10 单片机应用技术 4周 4周

11 自动化课程综合实训 5周 5周

12 自动化课程设计 2周 2周

合计学时 1196 468 286 442

四、建立学习领域课程教学计划（举例）

以《自动化课程综合实训》学习领域课程为例，建立讲授单元和行动单元学习任务和内容。讲授单元主要对PLC的组成与基本工作原理；PLC的编程软件及编号范围；基本逻辑指令表示方法及其应用方法；掌握梯形图的绘制原则及PLC设计原则、步骤和方法；对典型生产线工业控制对象进行系统的意见设计、系统的软件设计、安装调试设计，共计150课时。

行动单元中建立五个子学习领域课程：

1、控制方案的初步设计（学时：12），学生根据项目设计要求对现有自动化生产线及需改造的生产线进行调查，并据此形成初步控制方案，讨论并完善，最后提交具体可操作性的控制方案。

2、交流电机的PLC变频控制（学时：48），根据项目设计要求对交流电机的控制所需器件进行选型，了解并掌握器件使用完成交流电机的PLC变频控制子系统，并进行系统测试调试，最后提交相关技术文档。

3、物料分控系统的PLC控制（学时：24），根据控制方案要求对物料分控所需器件进行选型，了解并掌握器件的使用方法，完成物料分控子系统，并进行系统测试调试，最后提交相关技术文档。

4、机械手的PLC控制（学时：30），根据控制方案要求，了解并掌握机械手的使用方法，完成机械手控制子系统，并进行测试与调试，最后提交相关技术文档。

5、系统综合计划与调试（学时：36），根据控制方案要求，对全系统进行联合调试，分析并找出其中的问题，完成全系统了，并提交相关技术文档。

将维修电工职业标准融合到高职电气自动化技术专业的学习领域进行课程开发中，解构原有的基于知识储备的学科体系架构课程，重构基于知识应用的行动体系架构课程，凝练工作过程要素，在现实的职业资格基础上，培养学生普适的职业资格，为未来的职业资格奠定基础，提升学生的“职业竞争力”。通过学习领域课程的开发研究，可有效的优化学校课程资源，在有限的课时内发挥课程最大的作用；可优化课程结构，提高人才培养质量，体现高等职业教育人才培养的特色；为相关专业的课程结构的改革提供思路，使之更加适应培养学生综合职业能力和全面素质的需求。

参考文献：

[1]王平均，王伟，韩宝如.基于工作过程的课程考核评价体系研究――以高职维修电工实训课程为例[J].辽宁高职学报2013(5):49-51.

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燕山大学的化学工程与工艺专业在2017年全国第四轮学科评估中得分B，在河北省高校中仅次于河北工业大学，位居全省第二。在省内有较高影响力。下面以三方面对燕山大学的化学工程与工艺专业进行分析：

1、燕山大学化学工程与工艺专业研究方向：化工产品的生产工艺与技术设备的设计、开发、研究、模拟与优化，新型化工材料的合成工艺及性能等。

2、主要课程：无机与分析化学、有机化学、物理化学、化工原理、机械设计基础、电工与电子技术、化学反应工程、化工热力学、化工分离过程、化学工艺学、传递原理、催化

（来源：文章屋网 ）