生物学研究热点大全11篇

生物学研究热点篇（1）

本刊记者最近采访了中科院西双版纳热带植物园的青年专家范泽鑫，得以对这些动态窥豹一斑。

32岁的范泽鑫博士2005年7月毕业于中国科学院西双版纳热带植物园，获生态学硕士学位。2005年n月获得连续3年德国马普学会博士奖学金资助，在德国埃朗根纽伦堡(Erlangen-Nurnberg)大学地理研究所从事博士研究工作，期间在我国横断山地区开展了利用树木年轮技术重建区域历史气候的研究，于2009年7月获得该校自然科学博士学位。自2009年12月起，在中国科学院西双版纳热带植物园工作，任助理研究员，2012年1月晋升为副研究员。2012年6月组建中科院西双版纳热带植物园“树木年轮与环境演变”青年科学家小组，担任组长。2011年入选首批中科院青年创新促进会会员，并担任“青促会”单位活动小组组长。范泽鑫同时是亚洲树木年轮协会会员，云南省生态学会会员。曾在Journal of Ecology，Globaland Planetary Change等国际主流期刊上发表多篇论文，并曾被邀请作为第32届国际地理学大会(ICC，2012，德国科隆)专题主持人。

谈及当前云南热带植物学研究现状时，范博士介绍道：当前云南植物学研究与国际合作颇多，并不断有丰硕成果在国际学术界产生重要影响。例如，世界著名植物园——英国邱园与西双版纳热带植物园一直保持很好的合作交流关系，版纳植物园的多名科技人员曾到邱园进修、学习和访问。邱园也多次派科研人员访问版纳植物园。国际著名植物学家、英国皇家邱园植物园前任主任Peter R.Crane是版纳植物园的咨询专家，并曾两次访问版纳园。2009年10月，当英国皇家植物园邱园建园250周年时，西双版纳植物园陈进主任(研究员)还专程前往英国参加了重要会议。同时，陈进与Charles Cannon研究员、胡华斌研究员在国际植物学领域的顶级学术期刊Trends inPlant Science(《植物科学趋势》)上共同发表了题为《热带植物园：应站在就地生态系统管理的前沿》的论文。巧合的是，这一年也是美国密苏里植物园建园150周年，同时还是达尔文诞辰200周年和《物种起源》问世150周年。

同年11月，中科院昆明植物所李德铢研究员和英国皇家植物园邱园HughPritchard教授也在《植物科学发展趋势》(Trends inPlant Science，2009，14：614－621)上发表了共同撰写的综述“The science andeconomics of ex situ plantconservation”。文章中介绍了英国千年种子库、中国西南野生生物种质资源库、美国国家农作物种质库、中国国家农作物种子库和挪威斯瓦尔巴德全球种子库(即挪威诺亚方舟种子库)在植物种子收集和保存的最新进展，及其对实现《全球植物保护战略》和确保世界粮食安全方面的重大意义。中国西南野生生物种质资源是继英国千年种子库之后为保护生物多样性和实现全球植物保护战略的又一重大计划，并且因为建立在生物多样性热点地区云南而备受国际关注。

与此同时，王博、顾丁、曹坤芳等植物学者也陆续有研究成果在国际生态学刊物上发表。让人头疼的紫茎泽兰，一度在云南泛滥成灾，在这方面的研究上，云南植物学家也取得了显著进展，由冯玉龙研究员与美国蒙塔纳大学、墨西哥国立自治大学和印度德里大学的科学家合作的研究成果《入侵植物氮向光合机构和细胞壁分配的进化权衡》，被评价为“使生物入侵机理研究到了一个新的水平”。

生物学研究热点篇（2）

随着计温学和量热学的建立,对热现象的研究走上了实验科学的道路。18世纪后期,英国人瓦特对蒸汽机的改进起了关键性的作用,这大大促进了生产力的发展,也促进了对热现象的更深人的研究。由于对热本质的研究不断深人,热是一种物质的说法彻底破产,能量守恒定律,即热力学第一定律在19世纪得以建立。这期间,一大批科学工作者在各个不同的领域作出了自己的贡献,其中最着名的有迈尔、焦耳、亥姆霍兹三位。德国医生迈尔思维敏捷、视野开阔、善于总结,最先提出能量守恒思想,认为热是能量的一种形式,可与对机械能相互转化。英国物理学家焦耳是一个孜孜不倦的实验物理学家,他在长达40年的时间里,进行了大量精确的实验,令人信服地证明了,热量和功之间存在着确定的数量关系,为能量转化与守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。而德国的亥姆霍兹在论述能量守恒的普遍性上起着重要的作用。

以上对热现象的研究,都是根据对现象的观察和实验所总结出来的宏观热现象的基本规律,用严密的、科学的逻辑推理方法,研究和讨论热学系统的性质,称为热现象的宏观理论。早在热力学第一定律建立之前,法国工程师卡诺对热机理论作了深入的研究,在此基础上,德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文分别于1850年和1851年独立地发现了热力学第二定律,论述了热学过程的不可逆性,找到了反映物质各种性质的相应的热力学函数,这套理论发展到现在,称为“热力学”。

在热力学理论发展的同时,人们已注意到热现象与组成物质的大量微观粒子的无规则运动有着密切关系,从微观的角度研究热现象的工作也已开始,在19世纪中叶以后得到飞跃的发展。首先是气体动理论(以前称为气体分子运动论或气体分子动理论)的提出和完善,概率统计方法的运用,使气体动理论从定性的论述发展成为定量的理论,这就是关于热现象研究的微观理论。气体动理论发展为分子物理学,再进一步发展,就是“统计物理学”。热现象的各种宏观性质都与微观粒子的运动情况有关,各宏观物理量都是相应微观量的统计平均值,任何宏观的平衡态都必然伴随着永不停息的微小涨落,这就是关于热现象的微观理论的主要观点。

20世纪50年代以后,关于非平衡态的热力学和统计物理学理论得到迅速发展,已经从平衡态和衡态向着远离平衡态的方向推进,这为寻找从无序到有序转化的途径提供了新的思想和新的概念,但相对于平衡态理论来讲,非平衡态理论还显得很不完善,这是今后继续研究和发展的重点方向。

生物学研究热点篇（3）

1.1.1学科体系信息所围绕热带农业信息技术、热带农业信息管理、热带农业信息分析3个分支学科，重点建设了热带农业物联网技术研究、网络技术在热带农业的应用研究、热带农业空间信息管理技术研究、农业信息资源建设研究、文献资源建设与利用研究、农业科技传媒研究、热带农业信息监测、分析与预警研究、热带农产品质量安全信息研究等8个研究方向。学科研究对象已经涉及到热带农业生产、加工贮运和管理等诸多方面，研究领域正在不断拓展，研究内容正在不断深化，热带农业信息学科体系已经初步建立。

1.1.2主要进展热带农业信息技术方面，重点进行了热带作物信息快速采集技术的研究，研发了天然橡胶、木薯、香蕉、椰子、胡椒、香草兰、咖啡等七大热带作物智能管理系统，开发并集成了热带作物生产信息主动服务系统，开展了基于物联网的热带果蔬生产农资供应链监管关键技术研究，以及热带果蔬生产农资物流各环节的信息采集、跟踪、转换等关键技术研究等，并应用3S技术进行了天然橡胶产胶潜力估算、农业干旱综合监测、中国热区边界的界定与变动等研究;在热带农业信息分析方面，重点开展天然橡胶、木薯、菠萝等主要热带农业产业信息监测与预警及热带农产品质量安全信息分析与评估研究等;在热带农业信息资源管理方面，对我国热带农业数据库信息资源进行了总体规划，构建了较为完整的“热带农业数据库体系框架”，建设了国家热带作物科学数据分中心，建设了中国－东盟热带农业信息平台、基于WEB/WAP版热带作物信息平台、热带农业有害生物信息与服务共享平台等一系列特色信息平台，并利用丰富的热带农业信息资源，将微信平台、热作12316短信服务平台、远程病虫害诊断等新型信息化服务手段广泛应用于“三农”服务，显著提升了农技推广与服务水平和信息资源利用效率。

1.2人才队伍建设

人才队伍是提高学科建设水平的决定因素。建设一流学科，需要一流的人才队伍。信息所高度重视人才队伍建设，“十二五”，围绕信息学科创新需要，共引信息技术等进专业人才39名，其中硕士25名，博士4名，人才总量进一步增加;硕士研究生以上学历由“十二五”初40%提升至48.5%，人才质量进一步提升;创新人才工作理念，培养在职攻读博士两名，博士后1名，培养在职硕士8名，1名信息学科带头人入选海南省“515人才工程”，同时外聘国内同行业知名专家7名为特聘研究员。经过10多年的建设，基本培养了一支结构合理、创新能力强、科研视野开阔的科研团队，为信息学科的发展奠定了人才基础。

1.3创新平台建设

学科建设要以高水平科技创新平台建设为依托。围绕学科发展需要，信息所筹建了省级科技创新平台－海南省热带作物信息技术应用重点实验室。省重点实验室筹建以来，对学科建设促进作用显著。首先，进一步提升重大项目承担能力，提升了科研队伍能力与水平。依托实验室主持或参与了星火计划、科技支撑计划、科技部农转资金重点项32农业科研经济管理2014年目、海南省重大项目、省重点项目等多项，依靠重大项目持续推动能力，显著推动创新能力提升;其次，积累了研究基础，孵化了项目，推动了创新能力持续发展。依托实验室面向省内外开放近20项基金项目支持前期基础研究，其中“基于二维条码技术的热带水果质量安全追溯技术研究”、“海南省农业干旱监测及业务化运行技术研究”等研究成果，分别获得海南省自然科学基金项目、海南万宁市政府和农业部重点实验室开放基金等项目继续支持，研究工作进一步深入。尽管热带农业信息学科的建设取得了不少成效，但是仍然存在着许多不足之处。主要表现在:热带农业信息学还尚未形成系统的学科理论体系，学科体系建设缺乏理论指导;物联网、3S技术、移动互联技术、云计算、大数据等现代信息技术在热带农业中还仅仅处于起步阶段，缺乏原创性自主创新技术成果;已研发的热带农业信息技术研究成果实用性不强，对热带生产、经营、管理水平的提升作用不显著;热带农业信息分析手段落后，对市场预测预警能力不强，帮助产业把握市场动态作用有限;热带农业信息资源开发利用程度低，资源浪费现象严重等。

生物学研究热点篇（4）

近年来，部分学者借助文献计量学领域的理论及方法，从定量的角度识别医药卫生及其相关学科的研究热点，并以可视化的方式呈现。高雪等[6]基于1995—2010年WOS数据库中有关蛋白质组学的文献信息，得出质谱技术为蛋白质鉴定的核心技术以及蛋白质翻译、修饰和相互作用为国际研究热点之一的结论。张明华等[7]基于1986—2009年WOS数据库中认知神经科学领域的文献信息，识别出PET技术为认知神经科学研究的重要工具，以前额叶皮质、大脑、活化为主的神经科学以及以记忆、注意力为主的认知科学为该领域的研究热点。赵蓉英等[8]以WebofKnowledge为数据源揭示出中医的基础理论研究、中西医结合研究、基因技术在新药研制方面的应用为国际中医研究的热点研究领域。黄卓泳等[9]以1990—2009年WOS数据库中中医药类研究论文为研究对象，发现1990—1999年中医药的药理作用研究为中医药领域研究重点，2000—2009年侧重于中药作用的物质基础研究。沈建通等[10]以Medline和CNKI数据库中循证医学相关文献的mesh主题词及关键词为研究对象，基于共词分析法、PFNET算法及可视化技术发现国内外循证医学领域的7个研究主题。

综合以上学者所展开的研究，可以发现：(1)信息可视化分析方法已用于识别医药卫生领域内相关学科及领域的研究热点，但多局限于单一学科或单一研究方向，较少涉及我国中医学学科交叉研究领域；(2)在数据来源上，此类研究大多依赖于国外数据库生产商所提供的信息，此类数据在数据采集过程中对学者的检索技巧、领域知识及英语水平均提出了较高的要求，无法同时保证查全率及查准率。究其原因是国内专门的医学引文数据库较少，部分数据库仅提供引文查询功能[11]，无法全面揭示我国中医学学科交叉领域研究热点。因此，笔者所在研究团队以《北京大学中文核心要目总览(2011版)》所收录的248种医药卫生类核心期刊作为初始数据采集样本，创建专门的引文索引数据库——中文医药科学引文索引数据库(ChineseMedicineSciencesCitationIndex，以下简称CMSCI)。目前该数据库中包含2004—2012年来源文献855669篇，参考文献8079116条，作者信息3549674条，数据量较大。

1数据来源及研究方法

1.1数据来源

揭示我国中医学学科交叉领域研究热点为本文的核心目标，因此识别中医学学科交叉文献为本文的首要问题。依据现有的期刊目录能较为直观地界定文献所属学科，诸多学者[12-14]以此作为分类标准展开研究，但诸如大学学报类期刊通常刊载多个学科论文，难以归入某个特定的研究领域，因此笔者拟从描述文献分类信息的中图分类号入手，发现我国中医学学科交叉文献。《中国图书资料分类法(第4版)》[15]中，医药卫生类学科分类号以英文字母“R”开头，我国中医学学科分类号以“R2”开头，据此笔者规定：文献分类号中至少包含2个医药卫生类中图分类号且其中至少有1个为我国中医学学科分类号的文献为中医学学科交叉文献。需要特别说明的是医药卫生类中，“R-0一般理论”“R-1现状与发展”“R-3医学研究方法”3类文献综合性较强、难以归为某个特定的学科，为最大限度保证分析的客观性与准确性，笔者剔除了该部分数据，最终于CMSCI数据库中获得2004—2012年中医学学科交叉领域文献13259篇，并收集文献关键词字段，得到2004—2012年中医学学科交叉研究领域内未经形式归并、语义识别的初始关键词81626个，拟据此识别我国中医学学科交叉研究领域研究热点。

1.2研究方法

信息可视化分析方法为本文的主要研究方法，知识图谱为信息可视化的主要表达方式之一。近年来信息可视化领域的专家逐渐重视可视化工具的开发及应用，主要有CiteSpace、Ucinet、VosViewer、Bibexcel、SPSS[16]等，其中CiteSpace软件为一种多元、分时、动态的复杂网络分析工具，所绘制的科学引文网络图谱能够展示某个学科最新的前沿领域及其演化进程[17]，因此笔者借助该软件绘制中医学学科交叉研究领域关键词共现知识图谱，以识别领域内研究热点。

学科或领域研究热点往往与时间高度相关，因此笔者将2004—2012年9年度的中医学学科交叉文献数据以时间片段等分为3个时间片段，分年度识别中医学学科交叉研究领域的研究热点，以期揭示中医学学科交叉研究领域的发展脉络。此外，CiteSpace软件仅识别从WebofKnowledge中下载的文献格式[16]，因此笔者借助VisualStudio2005以C#为编程语言，自编程序“CMSCI_TO_CITESPACE”以完成CMSCI数据库中数据格式的转化。我国中医学学科交叉领域研究热点识别过程见图1。

2中医学学科交叉研究热点可视化分析

关键词通常由发文作者依据文章主要内容自行标注形成，旨在高度概括文献的主要内容，但同时存在着(1)关键词意义一致，但表达方式不一致，如“高效液相色谱法”同时存在着“HPLC法”“hplc”“色谱”“高效液相”“HPLC法测试浓度”等。(2)关键词含义相近或相似而表达方式不一致，如“胃癌”会被同时标注为“胃肿瘤”等，因此笔者对关键词展开了数据清洗工作，主要包括含义相同或者相似关键词的归并以及无实际分析意义关键词的剔除2个步骤，以保证数据分析结果的可靠性。

2.12004—2006年中医学学科领域研究热点分析

为揭示2004—2006年中医学学科交叉研究领域的研究热点，采集此时间片段内经过初步清洗的关键词数据，导入CiteSpaceIII软件中，进行如下设置：(1)以文献关键词字段作为分析节点；(2)2004—2006年3年数据作为一个时间切片；(3)选取PFNETs[18-19]为减枝算法；(4)采用阈值插值组合(thresholdinterpolation)控制知识图谱中节点及连线数量(在识别其他时间片段研究热点的过程中，只修改时间切片字段，若无特殊说明，初始设置与此类似，下文将不再赘述)。

需要说明的是设定阈值插值组合生成知识图谱的过程需要经过大量实验，以得到聚类效果较好的知识图谱，笔者通过大量实验，最终发现设定阈值插值组合(c，cc，ccv)分别设定为(1，1，1)、(1，1，1)、(15，1，5)聚类效果较好，所形成的知识图谱见图2。

综合分析图2及表1，可以看出“药物鉴定”“高效液相色谱法”“中医药疗法”“动物模型”“细胞周期”5个关键词词频较高，构成2004—2006年中医学学科交叉领域主要研究方向，进一步解读图2归纳其研究主要集中于以下几类主题。

2.1.1中药质量鉴定与化学成分研究(#C1)中药化学成分研究是中药现代化研究的基础，使用鉴别能力强、准确率高且快速的技术手段对中药化学成分的快速鉴定具有重要作用。采用高效液相色谱法、反相高效液相色谱法以及薄层色谱法3类方法依据回收率、相对标准偏差对药物质量及药物化学成分进行鉴定，表明2004—2006年高效液相色谱法、反相高效液相色谱法以及薄层色谱法为中药化学成分研究的重要手段。

2.1.2中药抗肿瘤机制及其效应成分研究(#C2)聚类#C2中姜黄素[21]、小檗碱[22]、苦参碱[23]3种物质为中药有效成分，均与“细胞周期”联系紧密，原因为其抗肿瘤作用与调控细胞周期、影响细胞增殖有关。同样，黄芪因其主要提取物黄酮可诱导细胞凋亡，故与“细胞周期”共现次数较多。此外，bcl-2基因作为近年来研究肿瘤细胞凋亡的热门原癌基因，在聚类#C2中也与“细胞周期”共现次数较高。

2.1.3动物模型实验方法研究(#C3)聚类#C3中关键词“动物模型”与“脑缺血”“骨质疏松”共现，表明2004—2006年中医学学科交叉研究领域对脑缺血动物模型及骨质疏松症动物模型的造模方法较为关注，此2种疾病动物模型的建立对发挥中医药治疗的优势有重要意义。电针疗法为近年中医针灸学中较为新兴的疗法，该方法用针刺入腧穴以微量电流波刺激穴位，进而达到治疗疾病的目的，在聚类#C3中关键词“动物模型”与“电针”直接相连，表明在2004—2006年运用动物模型来研究电针治疗疾病的效应机制为其领域内研究方向之一，该研究方向的形成同样表明中医学学科交叉研究领域注重利用现代医学研究手段与传统医学治疗方法相结合。

2.1.4高脂血症及糖尿病的中医药疗法研究(#C4)高脂血症与糖尿病都是常见而多发的代谢性疾病，是引发心脑血管疾病的重要危险因素。随着饮食结构的改变及饮酒量的上升，二者患病率也在逐年增加。其与“中医药疗法”共现，表明中医药疗法对代谢性疾病的治疗有一定的疗效。中药复方可通过多靶点、多途径来调节脂代谢，改善血液流变学，防治高脂血症及糖尿病[24]。

2.1.5中药黄酮类化合物的分离、提取、鉴别及不同中药炮制方法对其的影响(#C5)该聚类的形成侧面表明黄酮类化合物为中医药学学科交叉研究领域的研究热点。

2.22007—2009年中医学学科领域研究热点分析

某个学科或研究领域发展的过程中，研究热点要么针对于历史问题进行理论、方法、技术上的深入研究，寻找学科或领域内的新增长点，要么针对新的科学问题展开新的研究，对研究热点及其关注程度往往会发生不同程度的变化。

为识别2007—2009年中医学学科交叉文献研究热点，并将其与2004—2006年研究热点进行对比分析，笔者将该时间片段内经过数据筛选后的关键词集合导入CiteSpaceIII软件。通过多次实验模拟，最终确定阈值组合为(1，1，1，)、(1，1，1)、(19，1，5)，所得到的79个关键词节点、68条关键词连接线形成的关键词共现知识图谱聚类效果较好，见图3。为揭示图3中的主要内容及重点信息，笔者统计了2007—2009年词频位于前15位的关键词的词频、中心度值，见表2。

较2004—2006年，此时间段关键词共现知识图谱中较多节点拥有较高中心度值、网络结构较为复杂、连通度较高，表明中医学学科交叉研究领域逐步具有了共同研究方向，研究理论方法不断成熟。

结合图3及表2，对比2004—2006年关键词共现知识图谱，可知：中药质量鉴定与化学成分研究(#C1)、中医药抗肿瘤机制及其效应成分研究(#C2)、动物模型实验方法研究(#C3)、高血糖症及糖尿病的中医药疗法研究(#C4)同样为2007—2009年中医学学科交叉研究领域的研究重点，但图3各聚类网络结构复杂度均有所增加，表明各研究方向的广度有所扩展。

此外，与2004—2006年相比，2007—2009年中医学学科交叉研究领域形成了新的重点研究方向：(1)聚类#C5中，关键词“中西医结合治疗”与“心力衰竭”直接相连，表明中西医结合治疗心力衰竭构成中医学学科交叉研究领域内重点研究方向。笔者通过查询CMSCI数据库原始文献发现，中西医结合疗法在防治心力衰竭具有较好的疗效，医者可依据患者心力衰竭症状选择合适的治疗策略[25]。(2)药品不良反应是指合格药品在正常用法用量下出现的与用药目的无关的或意外的有害反应。随着中药新品种、新剂型的不断开发，中药引起的药物不良反应和药源性疾病也呈增加趋势[26]，在聚类#C6中表现为“中医药”与“不良反应”直接相连，表明我国中医药学科交叉领域对中医药使用过程中的不良反应较为注重，成为领域内另一个研究方向。

2.32010—2012年中医学学科领域研究热点分析

为识别2010—2012年中医学学科交叉领域研究热点，以期为领域内研究者确定研究方向提供思考，笔者同样借助CiteSpaceIII软件识别该时间段领域内研究热点，经过初始设置、多次模拟，最终确定阈值插值组合为(1，1，1)、(1，1，1)、(8，1，7)，得到76个关键词节点，69条关键词连线，所形成聚类效果较好的知识图谱见图4。

与前2个时间片段类似，笔者对关键词的基本信息进行了相关统计，得到词频位于前15位的关键词词频及其中心度，见表3。

图42010—2012年中医学学科交叉领域关键词共现及聚类知识图谱Fig.4KnowledgemappingofhighfrequencykeywordsininterdisciplinaryfieldofChinesemedicineduring2010—2012

图42010—2012年中医学学科交叉领域关键词共现及聚类知识图谱Fig.4KnowledgemappingofhighfrequencykeywordsininterdisciplinaryfieldofChinesemedicineduring2010—2012下载原图

表32010—2012年中医学学科交叉领域高频关键词基本信息统计Table3StatisticsofhighfrequencykeywordsininterdisciplinaryfieldofChinesemedicineduring2010—2012下载原表

表32010—2012年中医学学科交叉领域高频关键词基本信息统计Table3StatisticsofhighfrequencykeywordsininterdisciplinaryfieldofChinesemedicineduring2010—2012

由图4及表3，与2007—2009年对比发现，高效液相色谱法、细胞周期、药物鉴定、中医药疗法、动物模型仍然为2010—2012年高频关键词，中药质量鉴定与化学成分研究(#C1)、中药抗肿瘤机制及其效应成分研究(#C2)、动物模型实验方法研究(#C3)三大研究方向延续性较好。

糖尿病的中医药治疗构成2004—2006年以及2007—2009年的主要研究方向之一，聚类#C4中，关键词“糖尿病”未与“中医药疗法”直接相连且位于不同聚类中，但其与中药“三七”直接相连，同样从属于糖尿病的中医药治疗，可视为2010—2012年我国中医学学科交叉研究领域的主要研究方向之一，侧面表明中医学学科交叉研究领域内采用中医药疗法治疗糖尿病，在研究程度上得到了进一步深入。

图4中，关键词“caspase-3”首次出现于关键词共现知识图谱中，与“细胞周期”直接相连，通过查证发现caspase-3是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶，与细胞周期关系紧密，该共现关系的出现表明2010—2012年我国中医学学科交叉研究领域关于中医药作用细胞周期研究的进一步深入。此外，聚类#C2中，关键词“细胞周期”与“抗肿瘤”直接相连，且二者均为高频关键词，进一步研究现有文献，笔者发现国内已有相关研究发现姜黄素、大黄、苦参碱能够对某些肿瘤细胞的增殖产生影响，可能是其抗肿瘤作用的效应途径。综上，中药作用于肿瘤细胞周期，进而诱发细胞凋亡，影响其增殖为近年来我国中医学学科交叉领域的研究热点。

3结语

生物学研究热点篇（5）

信息可视化的不足尽管信息可视化分析

在多个领域均取得了积极的成果，但该技术仍存在一些缺点，主要表现在:(1)知识图谱中出现的节点-链接较多，且存在多个节点重叠或是图谱中缺少相应的标识，使研究人员较难理解图谱的含义或容易漏过某些重要的信息［20～22］。因此，未来的可视化图谱应提高知识图谱的可读性，以更友好的界面、更清晰明了的标识，让阅读者更容易地看到知识图谱和发现其中内在的关系，从而获得有用的信息。(2)不同的可视化分析软件采用的算法不同，得出的知识图谱也不同，研究人员容易对这些不同的结果产生迷惑;此外，对于理解和掌握知识图谱反映出来的信息，也需要有一定的相关知识，从而限制了可视化研究的广泛开展［23，24］。(3)目前使用的可视化分析软件大部分都是采用国外数据库作为源数据，而没有针对国内数据库开发的、得到公认的分析软件，因此，对国内有关领域的可视化研究较少［25］。

生物学研究热点篇（6）

分类号 B844.1

1.问题提出

朴素理论（Matve theory）是指在接受系统的科学训练前，儿童的日常经验使他们对客觀世界的各种自然现象初步形成了自己的看法和解释，从而建构形成的大量的自发概念（Wellman&Gelman，1998）。朴素物理学、朴素生物学和朴素心理理论是朴素理论研究的三大基本领域，其中研究的最为详尽的当数儿童对物理学方面的认知。对于朴素物理学的研究主要集中于人们对物理实体、物理过程和物理现象的直觉认识（牟毅，朱莉琪，2006）。目前研究者考察过的儿童对于物理学各个分支基本概念的认知包括：力和运动、能量、热、光、声、电、天文现象等（王振宇，2004）。其中对力和运动这一概念的研究从皮亚杰具有开创性的工作开始到现在已经获得了丰硕的成果，而针对热、光、声此类儿童能够直觀感受但又较为复杂和抽象的概念所开展的研究则相对较少，也较为缺乏理论指导和系统性。

从本体论和认识论的角度来看，Carev等人认为（1992，1994），任何“理论”都是一套信念和知识结构，它包括了一系列“本体区分”方面的知识以及在此基础上形成的用来解释一系列现象的一定领域内的因果机制。这一理论假设。如果儿童具有某一领域的基本“理论”，那么他们应当能够对该领域做出本体论区分。对于这一领域中的现象能够进行因果推理，并且这些因果认识应当具有内在的一致性。由此可见，能够做出本体论的区分是儿童获得某一理论的基础。Chi及其同事（1994）基于本体论提出了他们的概念转变理论。该理论认为世界上所有的实体都可以归属于三个基本的类别（Chi将之称为“本体论树”），即物质、过程和心理状态。Chi（1997）认为如果学习者能够将概念正确归入他们所应当属于的基本类别，就实现了概念转变从而避免了错误概念的产生。对于某一个概念更为精细的理解和认识需要的不仅仅是将之正确归入三个基本的类别，同时还需要能够正确认识到它所属的子类别（Chi将之称为“本体论树上”的“枝节”）。依照这一理论，对应的概念转变也分为两种：即同一本体论类别下子类别之间的转换，被称为“枝节转移”（branch jumping）；不同本体论类别之间的转换，被称为“主干变换”（tree switching）（Chi，1992）。热、光、声、电等物理概念从本体论的角度进行划分都应当属于过程树下面的自发过程（emergent process）枝节类别当中。两位德国心理学研究者Mazens和Lautrey（2003）以Chi的概念转变理论为指导考察6-10岁儿童对于声概念属性的认识发现：更多的年幼儿童将声理解为一种物质而不是一个过程，随着年龄的增长会有越来越多的儿童将声这个概念从物质树变换到过程树上。在随后的研究中，他们通过类似的研究范式证实了8岁儿童在声和热概念上认识的连贯性和一致性（Mazens&Lautrey，2004），以上研究表明儿童对于此类概念的认识过程可能具有一定的相似性。

虽然热现象是儿童在日常生活中常常能够觀察到的现象，但是热概念却是儿童以及成人在学习和理解上常常会认识错误的概念：研究儿童对热概念进行概念转变的过程既有利于了解人类对于此类概念的朴素认知，又能够为教育工作者促进儿童进行概念转变和形成科学概念提供一定的理论指导。国内对于此类概念尚没有系统的研究，国外研究仅考察了儿童对于声概念的理解从物质树到过程树的转换。还未涉及其在过程树的各个枝节之间的转移。本研究试图以Chi等人近期的理论阐述为指导，借鉴和改进Mazens和Lautrey（2003，2004）对声和热概念进行研究时采用的实验范式来考察一、三、六年级的儿童对于热概念的本体论区分及概念转变的水平，研究假设一年级儿童主要将热理解为一种物质，还未发生从热概念的“主干变换”：三年级儿童正在从热的物质理解向过程理解过渡，在进行热概念的“主干变换”：六年级儿童基本构建了热的过程模型，但在自发过程的理解上还处于过渡阶段，即完成了热概念的“主干变换”，正在向“枝节转移”迈进。

2.方法

2.1被试

从北京市海淀区某小学一年级、三年级、六年级学生中各抽取18名男生和18名女生参与实验。其中有2名一年级女生、1名三年级男生和1名六年级男生未能完成实验程序，实际有效被试为104名。其中一年级学生的平均年龄为7.14岁，标准差为0.3岁：三年级学生的平均年龄为9.21岁，标准差为0.5岁：六年级学生的平均年龄为12.11岁，标准差为0.44岁。

2.2研究材料与程序

本研究设计了三个与热有关的物理任务情境来测量儿童对于热概念的朴素认知水平。任务情境一包含用于考察儿童是否能够理解热是一个非物质概念的2个题目，任务情境二包含用于考察儿童是否能够理解热是一个非物质概念的1个题目和儿童是否能够理解热是一个过程概念的3个题目，任务情境三包含用于考察儿童是否能够理解热是一个自发过程概念的2个题目。

任务情境一由1幅图片构成，考察当儿童将热误认为是物质时，是否认为“物质热”具有“重量属性”和“颜色属性”。这2道题目改编自Mazens和Lautrey（2004）通过将勺子放人热水中加热的研究范式，为了避免学生认为将勺子取出时带出了水而导致重量增加，本研究将热源改为火堆直接加热：同时为了避免塑料勺子和铁勺加热时容易产生颜色变化，本研究将被加热的勺子设定为陶瓷质地。任务情境二由2幅图片构成。考察当儿童将热误认为是物质时，是否认为“物质热”具有“实体性”，即错误信念中热是由物质构成的因此无法穿越固体。同时，这两幅图片也用于考察儿童将热当作过程概念来理解时，是否认为热具备速度属性和方向属性。其中，对于速度属性的考察使用了2道题目，分别是距离相等和距离不等两种情况中儿童对热在传递过程中所花费的时间长短的判断。以上的4道题目均改编自Mazens和Lautrev（2003）对儿童关于声概念的相应属性进行考察时所采用的题目。

依照Chi概括出的过程树下的直接过程和自发过程两个子类别概念之间的本体论属性上的差异，结合小学儿童认知发展的特点，在任务情境三中设计2幅图片，考察小学生对于热作为一个自发过程概念的理解程度。Chi（2005）的理论从组成成分水平上的相互作用方式和组成成分与模式之间关系两个角度对直接过程和自发过程之间的差异进行了总结，共十种。排除了必须引入分子、原子等概念才能理解的属性后，本研究希望考察小学生是否能够认识到热分子的运动与热整体的运动趋势之间具有的间接关系属性，在题目设计中体现在儿童是否能够正确判断出一个能够传递热的铁棒在失去部分之后仍然能够导热：同时，本研究还希望考察小学生是否能够认识到热分子的运动与热的整体运动趋势之间的关系是平等的，在题目设计中体现在儿童是否能够正确出判断粗的实心铁棒和细的实心铁棒在导热时的速度是相同的。

2.3施测

6名主试经过严格的培训，要求他们遵照给定的程序进行。地点选在小学的一间大教室里，可容纳三对主试与被试同时施测且互不干扰。主试与被试采取面对面的坐姿，在桌上摆放有刺激图片、作答图片和笔。对每位学生的施测均采用固定的顺序，每个问题最多可向被试重复3遍。除关于热的运动轨迹的题目以图示的方式作答，其余均为言语作答，答案用统一的表格由主试当场进行记录。每位学生接受施测的时间为15-20分钟。

2.4计分方式和数据处理

每道题目回答正确或最为接近科学认识计1分，回答不完全正确或较为接近科学认识计0.5分，回答错误或离科学认知差距很大则计0分。对于“物质热”相关题目的计分则采用反向计分的方式，得到的是学生关于热的非物质性的认知能力。在考察学生对于热作为一个过程概念来理解时，对应速度属性的两道题目完全回答正确记1分，否则计0分。考察学生将热作为某一种概念来理解时的合计分为这种理解所对应的所有题目得分的平均值。

依据前述计分方式对三个年级的学生在每种热概念理解水平的整体认识情况，使用SPSS15.0进行描述统计和方差分析。为了进一步了解可能的发展差异的来源，又对三个年级的学生在每种热概念理解水平下对不同属性上的认识差异进行描述统计和卡方检验。

3.结果

3.1对热概念的三种理解水平的年级差异分析

三种热概念理解水平按照上面提到的计分方式计分，各年级学生在热概念三种理解水平上的得分情况和方差分析结果见表1。结果表明。在热的非物质概念理解水平层面，一年级、三年级和六年级学生之间存在显著差异，事后分析发现六年级学生的理解水平显著高于一年级和三年级学生、三年级学生的理解水平也显著高于一年级学生：在热的过程概念理解水平层面，一年级、三年级和六年级学生之间存在显著的差异，事后分析发现六年级学生的理解水平显著高于一年级和三年级学生、三年级学生的理解水平显著高于一年级学生：在热的自发过程概念理解水平层面，三个年级之间存在显著的差异，事后检验发现这种差异仅体现于一年级和三年级学生以及一年级和六年级学生之间，在三年级学生和六年级学生之间不存在显著差异。

3.2各年级儿童对热的非物质属性的理解程度分析

如果学生将热作为一个物质概念来理解时，各年级儿童中认为热是“有重量”的比例分别是：一年级9人（26.5%）、三年级7人（20%）、六年级2人（5.7%），X2（2）=5.46，p=0.065，说明小学生在热的“重量属性”认知的年级差异达到边缘显著的水平。各年级儿童中认为热是“有颜色的”的比例分别为：一年级15人（62.5%）、三年级7人（20%）、六年级4人（11.4%）。X2（2）=10.53，p=0.005，说明在热的“颜色属性”的认知上具有显著的年级差异。各年级儿童中认为热具有“实体性”的比例分别为：一年级21人（61.8%）、三年级16人（45.7%）、六年级5人（14.3%）；有儿童认为热具有部分“实体性”，即热只能穿过比较薄的或比较软的物质。其所占比例为：一年级13人（38.2%）、三年级16人（45.7%）、六年级13人（37.1%）。对年级和“实体性属性”的认知类别进行卡方检验，X2（4）=34.65，p=0.000，说明在热的“实体性属性”认知上具有显著的年级差异。

3.3各年级儿童对热的过程属性的理解程度分析

速度属性是将热作为一个过程概念进行理解的基本属性之一。能够认识到热在空气中传递，距离不同所需的时间不同，距离相同所需要的时间也相同的一年级儿童为32人（94.1%）、三年级34人（97.1%）、六年级34人（97.1%）。在这一属性上各年级之间不存在差异，X2（2）=0.57，p=0.753。热作为过程概念的另一个重要属性为其运动的方向性，儿童对于这种方向性的认知分为以下几种：只能朝向有人的地方、只能朝向上方、直线指向四面八方、以一种波浪的形式朝向四面八方、向波纹一样扩散到四面八方。按照对热运动的理解趋于科学的程度，我们将其分为三种类型，科学性依次升高，前两种回答为“单一方向类”，持这种认识的一年级儿童20人（58.8%）、三年级10人（28.6%）、六年级0人；中间一种为“宏觀多方向类”，持这种觀点的一年级儿童10人（29.4%）、三年级18人（51.4%）、六年级25（71.4%）；最后两种答案为“微觀多方向类”，持这种觀点的一年级儿童4人（11.8%）、三年级儿童7人（20%）、六年级儿童10人（28.6%）。对年级和方向属性的认识类别进行卡方检验，X2（4）=38.06，p=0.000，说明小学生在热的方向属性的认知方面具有显著的年级差异。

3.4各年级儿童对热的自发属性的理解程度分析

在儿童对于热作为一个自发过程的分子热运动与热的整体运动趋势间的间接关系属性的认识中，有三种类型的答案，科学性依次降低，分别是：（1）失去部分仍能导热，持这种觀点的一年级儿童7人（20.6%）、三年级25人（71.4%）、六年级29人（82.9%）；（2）失去部分不能导热，持这种觀点的一年级儿童20人（58.8%）、三年级10人（28.6%）、六年级6人（17.1%）；（3）完整也不能导热，持这种觀点的一年级儿童7人（20.6%），三年级和六年级0人。对这三种类型的认识与年级进行卡方检验，X2（4）=36.49，p=0.000，说明儿童在热的分子运动与热的整体传递趋势间的间接关系属性的认知上具有显著的发展差异。

在儿童对于热作为一个自发过程的分子的热运动与热的整体运动趋势间的地位关系属性的认识中，有四种类型的答案，科学性依次降低，分别是：（1）无论实心体粗细导热速度一样快，持这种觀点的一年级儿童0、三年级6人（17.1%）、六年级7人（20%）；（2）细的实心体导热速度快，持这种觀点的一年级儿童15人（44.1%）、三年级19人（54.3%）、六年级23人（65.7%）；（3）粗的实心体导热速度快，持这种觀点的一年级儿童17人（50%）、三年级10人（28.6%）、六年级5人（14.3%）；（4）实心体无法导热。持这种觀点的一年级儿童2人（5.9%）、三年级和六年级均0人。对这四种类型的认识与年级进行卡方检验，X2（6）=12.25，p=0.002，说明儿童在热的分子运动与热的整体流动趋势间的地位关系属性的认知上具有显著的发展差异。

4.讨论

从热概念的三种理解水平的年级差异分析结果来看，三个年级的儿童的确存在着发展性的差异，这种差异主要体现在一年级儿童、三年级儿童和六年级儿童在热的非物质概念和过程概念理解程度上的递增。在热的自发过程概念的理解上。虽然三年级和六年级儿童比起一年级儿童有了明显的进步，但是就本研究所考察的两个属性上他们均未达到掌握的程度，且两个年级的儿童之间没有显著的差别。

在一年级的儿童的朴素热概念中，热仍然是一种物质。虽然大部分儿童不再认为热具有重量和颜色，但仍然坚持热的实体性。将热视为有重量和颜色的儿童可能会受以下现象影响：日常生活中“暖气”“冷气”之类的口语化词语让他们误以为“热”一样是一种“热气”（黄希庭，杨义，刘宗华，1980；方格，方富熹，刘范，1984）；儿童将“热”与阳光相混淆或与物质受到加热时颜色的变化相混淆，认为阳光的颜色或物质变化后的研究就是“热的颜色”。半数以上的一年级儿童很难理解热能够“穿过”物体。这与Mazens和Lautrey（2004）在声音和热的对比研究中得出的结论是一致的，在他们的研究中有很多德国二年级儿童存在这样的认识，时间和空间是运动着的物质存在的基本形式，一年级儿童虽然能够理解热的传递是需要时间的，但本研究的发现并不支持认为他们的朴素热概念是一个过程概念。黄希庭、方富熹、方格等人的研究表明：5-7岁是儿童时间认知发展的飞跃期（黄希庭。杨义，刘宗华，1980；方格，方富熹，刘范，1984；林泳海，1996）。在本研究中一年级儿童的平均年龄已经超过7岁，他们能够正确判断出实验情境中不同距离的孩子感受到热的快慢不同不足为奇，根据情境一的实验结果，可以推断，儿童所理解的速度是热作为物质移动的速度而非热传递的速度。同时，在本研究中有过半数的一年级儿童还不具备热过程的方向属性可以作为以上论断的佐证。在对热的方向属性的认识上，58.8%的一年级儿童认为热的运动是指向单一方向的，其中有13人认为热是向上运动的，7人认为是指向人的。与Mazens和Lautrey（2004）的研究结果类似的。我们发现部分一年级儿童仍然会有类似“泛灵论”的想法，认为热的方向会偏向人：而在Mazens和Lautrey的研究结果中未出现的热只能向上运动的情况，则可能是由于本研究所选取的是不同的发热源。在Mazens和Lautrey的研究中所选取的热源为暖气而本研究所选取的是篝火，篝火这种热源可能使儿童将火焰的方向或者烟的方向当作了热的运动方向，其概念模型仍然属于物质实体。

在三年级儿童的朴素热概念中，物质概念和过程概念的属性并存。绝大多数三年级的儿童（80%左右）已经不再认为热有“重量”、有“颜色”了。几乎所有三年级的儿童仍然将“热”看做一种无法“穿过”其他固体的“物质”，其中一半儿童认为热无法“穿过”任何固体，另一半儿童认为它只能“穿过”比较软或者比较薄的固体。在Mazens和Lautrev（2004）关于8岁儿童在热概念和声概念的认识连续性研究中，66.2%的儿童认为热无法“穿过”任何固体，20.8%的儿童认为热能否“穿过”一个固体与其硬度有关。虽然本研究中三年级学生的平均年龄在9岁左右，他们在热的非实体性属性方面的认识与Mazens和Lautrey（2004）研究中8岁儿童的认识并无本质差别。在对热的过程概念的理解上，几乎所有三年级儿童都能够正确认识到热在运动时的速度属性，超过半数的三年级儿童能够正确认识到热的方向属性，明白热的扩散方向是指向四面八方的，所以我们认为三年级儿童的朴素热概念中基本具备了过程概念的属性。在热的自发过程属性方面，大部分三年级儿童能够认识到即使金属棒缺少了一部分，它依然具备导热的功能，热仍然能够从金属棒的一端到达另一端，这说明将近一半的三年级儿童能够认识到热分子运动与热的整体运动趋势间的间接关系属性，但是这种认识是否真的是基于微觀水平与宏觀水平间的仍然有待进一步的考察：只有少数儿童会认为两个金属棒能够同时将热从一段传向另一端，这说明儿童或许还不能认识到金属棒每一部分所具有的地位是一样的，这样的结果也可能受到儿童一般认知水平发展的限制，三年级的儿童还处于皮亚杰认知发展阶段中的具体运算阶段（弗拉维尔。米勒，米勒，2002），这可能会对儿童完成这一任务造成困难。

六年级儿童的朴素热概念中，热已经接近一个过程概念了。六年级的儿童中已经很少有人（5%-15%）认为热具有诸如重量、颜色以及实体性这样的物质属性了，这说明大部分这个年龄段的儿童已经不再把热归人物质树的类型之下了。六年级的儿童基本上全部正确掌握了热作为过程概念所具备的时间和空间两方面的属性，他们不仅能够认识到热的扩散是指向四面八方的，一些儿童还对指向四面八方这一较为粗略的模型进行了精细化加工，这种认识似乎带有了一些微觀世界物质运动的色彩。在他们画的轨迹中使用了水波纹状的线条，虽然热运动的科学模型并非如此，但这与简单的直线或折线运动已经有了很大的差别。六年级儿童在回答热作为自发过程类概念属性的题目与三年级儿童差别不大，认为热会同时从金属棒的一端传向另一端的儿童做出的解释为两个金属棒的材料和长度都一样，他们的传热速度也应该一样。这样的解释并非基于微觀粒子运动的。但此阶段儿童所具有的形式运算的能力对理解热分子运动与热的整体运动趋势间的间接地位属性是有帮助的。

生物学研究热点篇（7）

在新一轮的课程改革中，义务教育阶段的物理教育目的是培养全体学生的科学素养。根据这一目的，将物理课程的培养目标定为知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标。它的主导思想就是全体学生的全面发展。它体现了能力本位和学生本位的教育理念，重视学生的学习过程和认识过程，强调培养学生的适应能力、解决问题的能力、创新能力。它以物理学的内容作为素材，使学生获得终身的学习兴趣、习惯及一定的学习能力，帮助学生树立科学的价值观。

二、新课标视角下实验与探究题的特点

（一）以科学探究为背景，搭载对知识与技能的考查

（1）从表中数据可以看出：冰熔化过程的起止时间是从第_____________；

（2）根据表中数据可以判断：冰属于_____________。（填“晶体”或“非晶体”）

本题要求学生从题目给出的反映冰在熔化过程中温度随时间变化的数据表，分析得出冰熔化的规律，即冰熔化过程的起止时间、冰的熔点，再根据冰在熔化过程中温度保持不变这一特点推断出冰属于晶体。

例2：利用图1所示的装置探究同一直线上二力合成的规律时，首先将弹簧的B端固定，再用两个测力计沿两个相反方向拉A端，使A端到达某一点O并记录下该点的位置，然后在表格中记录下两个拉力的大小与方向。再用一个测力计拉弹簧A端，仍将A端拉伸到O点，记录下此时拉力的大小与方向。

（1）从图1的表记录中你能得到的关于同一直线上合力与分力的大小关系是_________（用字母表示）。

（2）实验中用一个测力计拉弹簧时，为什么仍要将弹簧拉伸到O点再读数？

题目的第一问要求学生能从题目中再现探究同一直线上二力合成的规律时的操作的叙述，从实验结果的记录表格中分析总结出F＝F1－F2。第二问是考查学生对合力概念的理解。其关键是力的作用的等效性。本题要求学生能应用这一规律解释题目的问题，从而做出“保证力F的作用效果与力F1、F2共同作用的效果相同”这样的结论。

（二）以科学探究为背景，突出对能力的考查

例3：某校外物理兴趣小组的同学准备通过实验探究以下两个问题：（1）质量相同的不同物质，在温度变化相同时，吸收的热量多少与什么因素有关？（2）质量相同的不同物质，在吸收相同的热量后，它们的温度变化大小与什么因素有关？

他们在图2中的A杯装入480mL、密度为1.0g／mL、比热容为4.2×103J／（kg·℃）的水，在B杯中装入600mL、密度为0.8g／mL、比热容为2.1×103J／（kg·℃）的煤油，两液体的初温均为20℃。用两个相同的电热器分别给水和煤油加热。表1和表2是前后两次实验探究时记录的数据。

本题要求学生在明确实验要探究的问题前提下，根据给出的数据表格总结归纳出科学规律。而在总结归纳过程中，对于水和煤油吸收热量“相同”或“不相同”，如何能够通过审题作出分析判断是关键。本题的两步探究中水和煤油吸收热量怎样能保证相同，又怎样能使其不同也是本探究实验的关键。题目已通过“两个相同的电热器”隐含给出解决此问题的条件。由此学生能根据所学的电学知识，知道两个相同的电热器功率相同，根据电功电热相等和电功与电功率、时间的关系可知，在相同的时间内两电热器放热相同。在不同的时间内放热不同，再根据热传递的规律去Q吸＝Q放，在不计热损失的情况下，电热器放出的热完全被水或煤油吸收。最后能将题目给出的“两个相同的电热器分别给水和煤油加热”这一条件，转化为在相同的时间内水和煤油吸收热量相同，在不同的时间内水和煤油吸热不同。在这一指导思想下，表1数据说明的规律，只要通过比较表1中给出的水和煤油的加热时间即可得出。对于表2中给出的加热时间相同的含义也就自然理解了。

本题考查学生的观察能力、审题能力、从物理现象和实验中归纳简单的科学规律等科学能力。本题还使学生间接经历了在给定了实验器材的条件下进行实验设计。在实验设计的过程中能够使学生学会一些科学探究的基本思维方法。设计实验是科学探究的主要要素之一，而要能正确设计实验，首先要正确理解实验原理，熟悉各种器材的性能和使用方法。本题设计实验的关键是理解实验原理。

例4：在探究“影响浮力大小的因素”这一问题时，小明做了如图3所示的一系列实验。请你对某一个因素进行研究，并通过分析弹簧测力计的示数，说明你的探究结果。

本题为一道探究性实验题。它模拟创设了科学探究的全过程。使学生在解题过程中经历了：（1）确定所要探究的内容；（2）制定科学探究计划和实验方案；（3）进行实验与收集实验数据；（4）对收集的信息进行简单的比较，并能归纳总结出结论。

本题考查的过程也是课改意识的一种渗透，能体现物理课程标准的要求。引导教师转变教育观念，改变教学模式；重视过程与方法，利用对物理问题的探究，让学生亲身体验探究的过程，学会研究问题的方法，形成科学的情感和价值观；在探究中培养学生的观察、判断、分析、归纳等能力和良好的科学素养。对学生来说，科学探究既是学习目的又是一种“学”的方法；对教师来说，科学探究既是教学的目的又是一种“教”的方法。科学探究是新课标的主旋律，作为物理学科的基础实验更是科学探究的主战场。探究性实验在命题上，以探究性实验的几个步骤为主要内容。有的取其局部，有的整体构建。这类试题充分体现了让学生自我发现、自我设计、自我分析、自我评价的探究思想。就试题背景来讲，目前来看主要来源于课本上的重要概念和规律，也有一些来源于学生的生活经验和各类实验现象。

探究性实验题将成为中考试题的亮点，近几年被各地的中考试题、模拟试题广泛采纳。但在试题命题方法、技巧上，有的甚至在科学严谨方面还需要慎重，不断提高、完善。

例5：在一定的条件下，做“研究决定导体电阻大小因素”的探究实验，采用了控制变量法。下表给出了实验中所用到的导体情况，选择了C、F两根导体进行对比，是为了研究导体电阻大小与_____是否有关；选择C和_____两根导体进行对比，是为了研究导体电阻与长度的关系，为了研究导体电阻与横截面积的关系，应选择的两根导体是_____（填写导体代号）。

本题是以“研究决定电阻大小因素”的探究实验为背景，考查了学生对控制变量法这一科学方法的运用能力。控制变量法是一种由分析到综合的研究方法，就是研究多个物理量之间的关系时，使其中一些变量保持不变，只研究剩下的两个变量之间的关系，得到这两个相关变量之间关系的结论，然后再综合各次结论得到一个总结论的方法。控制变量法是物理学研究问题常用的方法，也是初中物理中常用的且有效的探索问题和解决问题的科学方法。初中物理教材中物理概念、规律的建立、发展和应用过程中大多蕴含着控制变量法这一科学方法，且一般只用来定性地研究问题。教师通过教学活动有意识地让学生从见到、熟悉再到试着做，从而掌握这种研究方法，让他们认识到物理规律是观察实验、物理思维和数学推理的产物。使他们学会用控制变量的方法揭示有关物理量之间的关系，必将有利于学生理解和掌握物理概念和规律，更有利于研究性学习和创新能力的发展，并为将来进行定量研究在方法上给学生打下基础。

（三）以科普为背景，注重联系生活和实践，体现知识的价值取向，考查学生对科学技术的情感和态度

例7：小明家住市中心，奶奶嫌城市夏天太热而不住在他家，这激发了他探究城乡温差的兴趣。某星期天，他请全班同学分别到选定的地点，于中午同一时刻测出各测试点气温，以此绘制出图4所示的区域温度变化图。

新课程物理教学的一个重要理念：“从生活走向物理，从物理走向社会。”脱离生活的物理必定是枯燥乏味的。物理教学的内容、教学空间走进学生的生活，走进学生熟悉的环境，能使学生初步领略自然现象中的美妙与和谐，保持对大自然亲近、热爱、和谐相处的情感和对科学的求知欲望。这不仅能提高学生的学习兴趣、充分体现知识的价值，而且能培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和联系实际、应用所学知识解决实际问题的能力。

三、引发我们思考的问题

探究性实验是在课改中应运而生的，中考命题中实验探究题的以上几个特点符合新课标的要求，并且将成为今后中考命题的方向和趋势。作为物理教师应该如何应对，在新课程改革进入全面实施的今天，这个问题实质是我们应该如何面对课改。

（一）更新观念，树立新的教育教学理念

1．认真学习，认识到位。新课程改革是以提高全体学生的科学素质，促进学生全面发展为主要目标。改革课程过于注重知识传授的倾向，强调情感态度、价值观、教方法、教技能，使学生获得终身学习兴趣、习惯及学习的能力。即树立以学生发展为本的理念。如果我们昨天关注掌握的知识，那么今天我们关注掌握知识的人。教师要树立为学生服务的思想，面向全体学生，因材施教；尊重学生，信任学生；教学生做人，教会他们正确对待自然、社会、他人和自己。

2．态度积极，但不盲目。课改不能用“破”和“立”的观点来对待，而应该用“继承和发展”的观点来对待。我们应该按照课程改革的理念寻求一种新旧融合的交汇点。我们原来做得好的不但不能抛弃，还要发扬光大。另外，知识、方法、工具、手段等本属于中性，不存在“对”和“错”的问题，更不应该轻易否定，关键是用什么样的思想来注入。课程改革到底该改什么？我认为与教师关系密切的是课程的功能、实施与评价。就目前而言课程的实施是课改的主要内容。课改的实施过程中，科学探究是这次改革的核心，在课改中十分看重探究性学习方式。但我们不能把探究性学习看做一个“筐”，什么东西都往里装。应选好探究内容（或者说整个内容有几个探究点），适合用探究性学习的内容就用，不合适的就不用。

（二）积极实施科学探究教学，变偶尔为经常

物理课程标准有科学探究和科学内容两部分。教科书将科学探究和科学内容列为同等重要的地位，旨在强调科学方法和科学态度的学习。科学探究不仅是教学方式，也是教学内容，是这次课改的核心内容。从初中物理新教科书内容来看，除了原有体现科学探究教学内容的实验外，还将部分验证性实验或测量性实验转化为新教材的探究性实验，同时又增加了许多新的探究内容，其形式不仅包括学生分组实验、演示实验，还有家庭小实验、小制作、调查与研究等。因此，应充分挖掘并且利用这些科学探究的素材，广泛组织学生开展科学探究活动，以激发学生对于科学的兴趣，懂得认识未知事物的方法，发展学生的实践能力和创新意识。然而对于学生来说，其科学探究能力的发展不可能一蹴而就，这就需要在教学中长期规划和统筹安排，对学生进行培养、熏陶和训练。教师要把科学探究落实在日常的教学中，而不是为上一节公开课或研究课偶尔为之，要变偶尔为经常，将理念化成日常行动。

（三）坚持以观察实验为基础，坚持启发性教学原则

“观察实验”一直是物理教学的基础，教学内容，是物理教学中所用到的一种方法，一种手段，“基础、内容、方法、手段”简单、清楚地概括了“观察实验”在物理教学中的地位。因此，在课改中为了有效地提高物理教学质量，一定要以观察实验为基础。在探究学习的课堂上，教师应依据物理学科的特点尽量以实验为主构建真实的问题情境，使学生通过观察发现问题。另外，培养学生的创新精神和实践能力，也都离不开实验。

按照课改的要求，要提高物理课堂教学质量，教师在教学中要做到对学生进行有效的启发。在探究学习的课堂上，教师对问题的引导要留有余地，启发要得当，能够达到激发学生思维、最后使学生深思的目的。

（四）提高教师自身的素质

物理新课程在内容上进行了调整，删除了繁、难、偏、旧的内容，适当地降低了部分内容的教学要求，定量要求少了，对解释现象、科技、人文的意义等要求多了，同时又增加了一些了解性知识。对学生的知识难度要求降低了，对学生的能力要求和科学素养要求高了。因而对物理教师的素养要求更高，使物理教学的难度更大。

──每一位教师都应强烈意识到，探究学习对物理教师的素质要求，是当前经济时代和教育形势的要求，是物理教师岗位的必需。

──每一位教师都应刻苦学习，不断更新自己的物理专业知识和其他相关基础知识。探究学习，要求物理教师不仅应具备深厚的物理专业知识，还应有广博的相关学科的基本知识，而且应不断更新自己的教育学知识，提高教育技术水平，不断追求新知，并有意识地运用于教育教学活动中，提高教学的艺术水平。

──关注教育改革的发展，关注教学研究的热点。不断调整自身的发展目标，规划个人的教育行为。研究新课标、新教材。

──注意课堂教学模式的改革，大胆尝试，不断摸索。

生物学研究热点篇（8）

火灾给人类带来的损失是巨大的，其中，建筑物火灾的发生频率和造成的损失远高于其他形式的火灾。目前，我国的建筑物随着经济的发展也在快速发展，高层、多层、多功能建筑物越来越普及，建筑物内的人口密度也在不断提高，发生火灾时造成的危害也就越大。本文将对建筑物结构抗火性能进行分析和建议。

1.以往的建筑结构抗火性能研究情况

1.1对建筑火灾发展过程的研究

研究建筑火灾发展过程的目的，就是掌握建筑火灾发生的原因和规律，了解火灾发生过程中的气体、温度等的变化，预测未来发生火灾的可能性，从而为科学地设计建筑物抗火结构提供依据。

1.2对高温下建筑材料的受力性能的研究

高温下建筑材料易发生形变，材料的力学性能也会随之发生变化。高温下材料的热工性能和力学性能是人们研究的重要课题。热工性能主要包括比热容、热传导系数、热膨胀系数等。混凝土的骨料类型、温度、水分含量和各材料的混合比都会影响混凝土的热传导性能。混凝土的热传导系数随着温度的升高而下降，其它几种因素的影响也会越来越小。与混凝土的力学性能研究相比，对其热工性能的研究较少，因此在这方面还有很大的研究空间。

1.3对建筑构件内部的温度场的研究

材料的温度与力学性能有密切的关系。研究材料内部各点的温度变化过程能为计算构件及结构在火宅中的反应提供依据。建筑火宅如果发生，释放的热量将会通过热辐射、热对流等传到方式传递到建筑物表层，再通过热传导传递到构件内部。构件内部的温度场会随时间变化，一般可以通过傅立叶热微分方程计算构建内部的温度分布情况。混凝土的导热系数和比热容与温度具有函数关系，且环境因素会影响边界条件，因此火灾发生时构建内部的温度场是非线性瞬态问题。

1.4对建筑结构抗火性能的实验研究

人们已经对梁、柱、板等建筑构件进行过抗火性能测试和研究，并得出了配套的计算公式。Ellingwood等对不同截面形状的钢筋混净土进行试验，考察了混凝土保护层厚度、荷载水平、升温方案等对简支梁耐火性能的影响，并得出了相关结论。台湾交通大学也对混凝土的抗火性能进行了研究，对剥落现象进行了证明。

1.5对相关软件的研究

计算机软件的发展对分析建筑结构的抗火性能具有重要意义。1977年麻省理工学院和伯克利加州大学联合建立了火灾中框架反应的分析软件。该软件经过多次修改和升级，如今已经具备了完善的分析能力。1979年，瑞典国家试验研究院也设计了类似的软件对建筑物火灾情况进行分析，随着不断的完善，目前已运用到试验和教学活动中。近年来我国对钢筋混凝土的分析软件也在不断优化，目前，火灾情况中建筑物的二维温度场、三位温度场和结构的变形、开裂等情况都能通过可视化的技术显示出来。

2.如何提高建筑物抗火性能

通过对以往研究的分析和综合，对建筑物抗火性能的研究将会呈现出研究内容多样化、设备先进化、考虑因素综合化等趋势。笔者结合对现实情况和理论发展的总结和分析，对建筑结构抗火性能的提高提出以下建议：

2.1开发耐火的建筑材料

提高建筑材料自身的耐火性对减轻火灾损失具有事半功倍的作用，同时，可以减少工程支出，加快施工进度。耐火材料的开发是当今一个重要的研究课题。据悉，武汉某钢铁公司在耐火材料的研发上有重要突破，而且其产品已经被运用到国家大剧院的工程建设中。此外，提高混凝土的耐火性也是人们研究的重要课题之一。加拿大国家研究院通过实验证明，添加纤维对防止混凝土爆裂具有显著的作用。

2.2加大实验投入，获取实验数据

当前，有关混凝土在高温和双向受力条件下的本构关系实验数据比较少，而高温和三相受力下的本构关系的实验数据几乎为零。高温条件下建筑材料的热工性能的实验数据也很少，某些关键的数据，如对流换热系数等还是难以确定。因此，提高建筑结构的抗火性能，应当加大科研和实验投入，通过实验获得更多有用的数据，以促进研究的深化和材料的开发。

2.3研究节点的耐火性能

专家通过对世贸大厦5号楼的调查研究，发现结点在火灾中严重受损是造成大楼坍塌的主要原因。当前，结点耐火性能的研究还相当少，结点作为建筑物受力和分散力的重要结构，应当得到研究者的重视，通过对结点耐火性能的研究，设计出更加合理的建筑结构。

2.4开发性能化的抗火设计方法

性能化抗火设计方法，虽然注重确定建筑结构在火灾中应该达到的目标，但对目标实现的手段并无限制。因此，在对建筑结构的抗火性能进行分析时，除应考虑结构本身的抗火性能外，还应考虑建筑物中主动消防设施的影响和消防队员的作用。此外，增强大型设备的投入和实验，突破目前单一实验设备的限制，可以为结构设计方法提供更多便利。

2.5开发抗火分析专用软件

抗火分析软件的目的应当是在进行建筑结构设计时提前预知和减少将来可能出现的风险，预测可能出现的火灾及场景，预测建筑物的反应和救火措施。目前的建筑物抗火软件远不能达到该水平。财政部门应当在资金上支持科研部门，加大科研投入和软件开发力度，尽快让软件实际运用到建筑物结构设计中，减少建筑物火灾造成的危害。

2.6提高混凝土强度

专家通过对高温下不同混凝土强度等级和不同配筋率下钢筋混凝土简支梁抗弯、抗剪承载力的计算和分析，得出结论：提高混凝土强度能明显提高混凝图简支梁的抗剪性能，但抗弯性能的提高不大；在配筋率的允许范围内增大受力钢筋面积能显著增强钢筋混凝土的极限承载能力。

总之，当前对建筑物火灾的研究取得一定成果的同时，还有更多的难题等待人类去克服。研究投入不足、设备落后、研究规模小、内容少的问题应当得到人们的重视。在该形势下，国家应加大投入支持科研，企业也应加大投入，对建筑材料的质量进行研究和提高，共同优化建筑结构的抗火性能。 [科]

【参考文献】

生物学研究热点篇（9）

《热学》是物理学中研究物质热运动及其有关性质和规律的一门分支学科，是物理学专业本、专科学生必修的专业基础课。《热学》课程在实验基础上，通过物理学的基本概念、基本原理、基本知识、基本思想和方法的引导，培养学生进一步学好物理学的兴趣，提高学生的自学能力、分析和解决问题的能力。其主要内容包括：分子动理学理论的平衡态理论、输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论、热力学第一定律、热力学第二定律与熵、液态与固态、相变等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。通过本课程的学习，既要帮助学生迅速掌握大学的学习特点和规律，建立正确的学习方法，努力养成刻苦踏实、勤于思考的良好学风，又要为后继课程的学习作好业务、思想和心理上的准备，还要为学生毕业后从事有关科学研究、应用开发、教学工作等打下良好的基础。在目前《热学》课程的教学中，课程论文扮演着越来越重要的角色，探讨课程论文教学的相关研究课题也逐渐开始得到重视。课程论文要求学生在掌握物理学基本概念和基本规律的基础上，通过调查研究，适当了解这些基本概念与规律以及它们在生产技术、特别是高技术领域中的应用，注意培养学生理论联系实际的能力，培养学生对实际问题特别是当代物理学前沿以及当前高技术领域中物理问题的兴趣，引导和激励他们解决实际问题的愿望和责任感。教学方法的改进是课程教学改革的重要方面，在课程论文的实施过程中重视学生能力素质的培养，把课程建设的目标定位于造就新世纪人才，使学生终生受益。

二、课程论文的基础

课程论文实际上是对学生提出了更高的要求，因此，《热学》课程的教学应当把重点放在打好基础上。如果学生掌握的基础知识雄厚，基本功扎实，再加上广泛涉猎与深入钻研，专业课就能学得好，理解得深，在将来从事高新科技领域的创新工作时就上手快，回旋的余地也比较大。况且，“热学”课程在传授系统物理学知识的同时，还要培养学生掌握物理学中的思维方法与工作语言。这样，尽管有些基础物理知识从表面上看似乎并没被直接应用，但这却会影响到学生的工作方法、思维方式以至世界观，当他们以后从事科研与教学工作时会在潜意识深处起重要作用。总而言之，《热学》课程的基础还是基本概念、基本原理、方法，离开这些基础去谈课程论文就是无源之水、无本之木。

三、课程论文的形式

课程论文的形式灵活，不仅包括论文、调查报告，还包含有实验研究、实物制作等多种形式。在教学过程中，教师可以通过告知、提问等多种提示方式引导同学自行深入研究，常见的课程论文形式主要有以下几种。一是解题方法的探究，通过对一个例题或习题的多种方法求解，使得学生对相关概念、原理、方法掌握得更透彻；二是实验探究，例如，当讲解到气体玻一马定律与盖・吕定律知识点时，可以让学生自行设计相关实验来验证上述定律；三是调研报告，例如在讲解卡诺循环这一知识点时，可让学生调研、总结目前市场上热机的工作原理与工作流程等；四是理论模拟与分析，例如讲到相变这一知识点时，可以通过理论分析各种相的稳定性。五是合理的估算，例如气体动理学理论里输运现象中的气体黏度公式，查普曼和恩斯库格曾用不同的高深理论得到相同结果，它是个级数，由前几项可得系数约为0.499，而如果充分考虑速度住留的简便方法，很容易就得到此系数等于1/2，又如通过对小无极分子估算分子间力的有效作用距离与平衡距离的半经验公式，再如可以用标准大气模型中数以千计的数据，考虑地面凹凸不平的影响，可求出精度较高的大气粒子总数，然后与用均质大气模型、等温大气模型或者地面大气压强所得到的结果进行对比，从而总结出估算行星大气粒子总数的简便方法；目前“热学”课程中有一些概念和提法在学术界实际并未完全统一，有的甚至还是有争议的，例如：任意逆循环的制冷系数的定义，等热容过程与多方过程的差异，卡诺循环的概念以及回热式循环与非回热式循环，等等。遇到这些内容时，就在课程讲授中把各家的观点都原原本本地告诉学生，同时也介绍自己的看法，然后让学生独立进行研究，自由思考，自己做出合理的判断。

四、总结

《热学》课程论文的目的是使得学生通过热力学宏观定理与微观模型的学习，建立把宏观现象与微观模型进行联系的物理思想方法，掌握对事物的实验――理论――实践的认知规律，在此基础上，采用问题探讨与课程讲授、主题讨论与实践相结合的教学方式，以教学论文为载体，实现《热学》课程的互动研究型教学，重视学生能力素质培养，通过精心设计方案，全面加强各个环节，合理运用各种方法手段，形成视野开阔、理论联系实际的特色风格。用搞科研的态度对待教学，积极开展教学论文的教学，从教学有关领域挖掘课题开展科研，再把科研成果引入教学丰富教学内容，使教学与科研两者有机地相结合。教师在课程教学中引入了这些从教学有关领域挖掘课题开展科研所取得的成果，身教言传，课程里就会充满了研究与探索的特色和风格，使学生在学习课程的过程中逐渐受到熏陶，养成勤于思考研究、勇于提出自己独立见解的良好习惯，并为学生发展其科学研究能力和科学创新能力创造了良好的学术环境，使得学生发现问题、分析问题、解决问题的能力都能够得到进一步的提升。

参考文献：

[1]国家教育委员会.高等学校理科本科专业基本培养规格和教学基本要求（I）.高等教育出版社，1992.59-60.

[2]张辉，陈振乾.“高等传热学“教学的改革实践[C].第四届全国高等院校制冷空调学科发展与教学研讨会论文集.2006.172-175.

生物学研究热点篇（10）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0194-01

该文结合固体物理学本身的教学内容以及相关研究热点，谈谈自己在教学实践中将学科前沿发展动态融入“研究性学习”的一些体会，以求抛砖引玉，促进该课程教学的发展。

1.教学内容的组织与优化

根据课程内容的重要性和安徽大学物理与材料科学学院学科发展特点，我们在教学时，抓住课程主线，集中讲授核心内容，略掉枝节，并不做到面面俱到。我们将课程内容所有知识点按不同的特点细化为三层。

1.1精华知识层

这一层次的知识是固体物理学最基础、最重要的知识。我们精心设计教学案例，以引人入胜的提出问题的方式引导学生对核心知识点进行思考，探究，进而在课堂上精讲，总结。如，在简单介绍完“多晶体是由许多晶粒构成，品粒之间的交界处称为晶界，人们习惯上把晶界看作缺陷，而视完整晶体为主体”这一概念后，引导学生反向思考“如果晶界为主体，而小的晶粒所占比例较小，即：缺陷占相当大比例的材料”将会是怎样呢？并就此布置学生通过学校图书馆电子文献资源调研纳米固体材料，组织一节课时间的学术沙龙。通过这种方法，引入前沿课题不仅能够启迪学生的创造性思维，而且可以培养学生反向思考问题并进行学术交流的能力。再比如在讲授金刚石晶体结构时，引入碳纳米管、石墨烯这一当前研究热点，调动学生探讨碳的各种同素异形体及其相关应用。

1.2拓展知识层

这一层次知识的传授以课堂教学为辅，案例思考，课程论文为主的形式进行传授。学生在课堂上听了老师的讲解后，引导其在课下就自己感兴趣的问题通过文献调研、学术沙龙的形式向更深或更广的层次学习。如在讲授晶体热膨胀非谐效应时以为什么水泥地面中间总是有一道道空隙间隔为出发点，引导学生思考热膨胀现象，培养学生发现问题的能力。通过简谐晶体势函数展开非谐项的引入培养学生分析问题和解决问题的能力。最后，通过当前科研热点“零热膨胀材料和负热膨胀材料”概念的引入，培养学生调研文献和将所学理论应用实践的能力精神。

1.3自主学习知识层

学生在学习了第一层的精华知识后，完全有能力在此基础上自学相关内容。一方面培养了学生自主学习知识的能力，另一方面，节约了课时，保证了精华知识层和拓展知识层次的学习时间。

2.教学形式的革新及综合应用

（1）启发式教学：知识点在讲解时以一串环环相扣的问题为线索，当这一串问题都被解决后，知识点就成功地被学生掌握了。比如传授能带的形成时，与孤立原子的分离能级相对比，以晶体的成键作用如何影响其能级简并度为出发点，引入紧束缚近似理论，讨论其对能带的影响。进而引入当前科研热点：“金属绝缘体转变”，以虚拟实验金属钠晶体膨胀情形下，其电导率随品格常数a的变化规律为讨论对象，分组讨论如何应用紧束缚近似理论加以处理。

（2）案例教学：选取符合知识点应用要求的、贴近生活与技术发展的、学生感兴趣的案例，师生共同分析、讨论，从而提高学生的分析问题能力与知识应用能力。比如课程体系讲授到品格常数时，引入聚苯乙烯微球人工微结构概念和半导体超品格概念（超品格和微结构是比实际晶体的品格常数大的人造品格），并要求学生就相关概念进行文献分组调研，PPT制作，下次课程时间面向同学进行介绍。相比以前老师直接给学生举例的教学方式，案例教学法激发了学生的学习热情，使学生成为学习的主人、课堂的主角，课堂气氛生动活泼。

（3）综合性课题研究：结合固体物理学当前学科发展前沿，布置相关课题文献综述，如石墨烯，金属氢，Mort绝缘体，左手材料等要求学生以研究小组为单位申请相关课题，运用所学知识，结合文献调研进行研究。组长负责好组内分工，每位学生要有明确的任务，小组成员团结协作，共同完成任务，制作好PPT，并在课堂上各组代表展示本组研究成果，小组间提问交流，老师对设计成果进行评价。学生通过综合性课题研究，提高了利用所学知识解决实际问题的能力，激发了创造力，促进了学生间的交流与协作，加强了口头与书面表达能力，提升了学生的综合素质。

3.研究性教学实践体会与心得

3.1教师角色的转变

研究性教学以学生为主体，教师的主要任务不再是向学生灌输知识，而应把大量精力用在研究性教学方法的研究、研究性教学的设计与组织上。课程教学要以教师启发引导、学生小组讨论，课程论文撰写等形式进行。

3.2充分利用本学科的优势

生物学研究热点篇（11）

引言

防火涂料是指涂敷于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，或是涂敷于结构材料表面，用于提高构件耐火极限的一类物质[1].近年来，防火涂料的研究进展很快，研究者不仅采用多种技术针对于防火涂料的耐火性能进行测试，以优选防火涂料配方；而且还采用多种新型技术对防火涂料的热降解过程进行测试，试图揭示防火涂料热降解的过程，或研究改性材料对防火涂料产生增效作用的原因。由于以成炭催化剂/炭化剂/发泡剂和以可膨胀石墨（eg）为阻燃体系的膨胀型防火涂料是 目前 防火涂料的主要研究方向，因此本文主要列举近年膨胀型防火涂料的部分研究成果，综述用于研究防火涂料热降解过程的新型测试研究技术。

1、用于防火涂料热降解的测试研究技术

1.1热分析法热分析是连续改变物质的温度，测量物质的物理性质与温度关系的技术。热分析虽是一种古老的分析技术，但因为随着 电子 技术的进步，操作变得更简单、分析精度更高和数据处理更加快捷，所以在防火涂料热降解机理研究中被广泛采用[2].目前的热分析技术很多，其中热重（tga）、差热分析（dta）、差示扫描量热（dsc）在防火涂料热降解研究中使用最为普遍。tga是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度的关系，得到降解过程中质量变化及失质量速度，进而可以初步对防火涂料的热稳定性予以评估。dsc是在程序控温下，测量输入到物质和参比物的功率差与温度的关系的技术，可以用来测定防火涂料热降解过程中的反应热、转变热及反应速度等。dta是在程序升（降）温td（线）下一步脱水生成焦磷酸和多聚磷酸所产生的吸热峰；per在364.8～360.8℃开始分解，温峰为341.3℃；mel在300.1～381.2℃出现一个较窄的吸热峰，温峰为357.9℃。由此可见，app、per和mel的分解温度接近，便于协同成炭。肖新颜[4]对app/per体系采用dsc测试，从202.6℃开始，体系出现一系列的吸热或放热现象，推测热降解过程包括app分解产生水和氨气，同时发生交联反应形成多聚磷酸，它再与per发生酯化反应，per也直接与app发生磷酯化反应，而稳定性差的酯经过脱水炭化等复杂反应，最后形成炭质层结构。

1.1.2研究改性材料对膨胀防火涂料的作用近年来，不少研究针对app/per/mel膨胀防火涂料残炭率低和残炭热稳定性低等 问题 ，采用多种材料进行了改性研究。在研究过程中，热分析是必需的测试技术。sophieduquesne[5]在研究聚氨酯（pu）涂料中添加可膨胀石墨（eg）的效果时，采用tg和dtg表明，eg小幅提高了残炭率，从微商热重（dtg）分析上看，eg的添加，没有改变pu涂料的热降解过程。王振宇[6]在app/per/mel膨胀防火涂料中添加10%的200目eg，采用dta和tg研究其 影响 ，发现eg对防火涂料的dta曲线没有改变，但使涂料800℃的残炭率增加了10%.这些研究都表明eg是一种不参与防火涂料热降解化学反应，仅产生物理协同效应而增效的材料。zhenyuwang[8-9]在研究纳米颗粒氢氧化镁、氢氧化铝及二氧化硅对app/per/mel膨胀防火涂料的影响，杨秦莉[17]在研究三氧化钼对app/per/mel膨胀防火涂料残炭的影响时都用到了热分析技术，目的在于表明改性材料对基准防火涂料残炭率、热降解温度及热降解过程中吸热/放热过程的影响。热分析技术还可以对防火涂料的热降解进行热分析动力学研究，即采用多重扫描tg或dsc得到一系列的曲线图，可对防火涂料分阶段进行讨论， 计算 热降解过程的表观活化能，并可推导热降解机理模型。abhargava[10]、徐晓楠[11]、杨守生[12]和李国新[7]均对膨胀型防火涂料的热分解动力学进行了尝试性研究，但是由于膨胀防火涂料的热降解过程包括化学反应、扩散、成核等多类机理，而每类中又涉及不同的机理模型，因此要准确和 科学 地研究膨胀防火涂料的热分解动力学，还需要进一步探讨和研究。综上所述，热分析法具有多方面的优点，能够表征阻燃体系各组分的热降解过程、涂料的残炭、改性材料对涂料热降解残炭和吸热/放热的影响，这也表明热分析是一种科学的、可用于防火涂料改性材料研究的测试技术。但是该技术对于分析防火涂料热降解的机理仅停留在推测的层次，若要对防火涂料的热降解机理进行深入的研究，必须辅以其他的测试技术。

1.2红外吸收光谱法分子均具有各自的固有振动，而将改变波长的红外线（ir）连续照射到分子上时，与分子固有振动能相对应的红外线将被吸收，则可得到相应于分子结构的特有光谱（红外吸收光谱法）。将红外吸收光谱法用于防火涂料的热降解研究，可以依靠对光谱和化学结构的理解，通过与标准谱图的对照，灵活运用基团特征吸收峰及其变迁 规律 ，逐步推导残炭物质的正确结构，从而推测防火涂料的热降解过程[2]. 

1.2.1研究防火涂料热降解的历程对防火涂料样品在不同温度下进行凝聚相的动态ft-ir测试，可以推断防火涂料热降解过程中键的断裂和新键的生成，并可以由此推断炭质层的稳定性，或用来说明改性材料是否与防火涂料发生了化学反应。如sophieduquesne[5]研究了pu涂料和pu/eg涂料，通过对20～450℃不同温度下两种涂料的红外光谱图进行对比分析后，得到eg并未改变pu涂料的热降解产物的ft-ir特征光谱的结论，因此说明eg并未与pu涂料发生化学反应，而只是物理作用，与热分析dta的结论相吻合。

1.2.2与热分析技术联用分析热降解机理热分析技术与红外联用有两种情况。其一为对残炭凝聚相的分析，对不同温度段下的残炭进行ft-ir分析，对应于该温度段下的热失质量，分析热降解机理；其二为对热分解气体的分析，结合不同温度段时的热失质量情况，分析热降解机理。葛岭梅[13]采用热分析技术对xkj饰面型防火涂料进行分析，发现在150～250℃之间，失质量16.96%，并在204.34℃出现第一个峰值，推测为苯丙乳液基料的某些基团放出小分子；在340～450℃阶段，失质量约38%，并在397.38℃出现第二个峰值，推测聚磷酸铵分解出大量的氨和水，生成偏磷酸和磷酸，并促进季戊四醇和有机物脱水炭化，同时三聚氰胺分解出氨气；在450℃以后，失质量缓慢，表明在此阶段之前生成的膨胀炭质层具有较好的热稳定性。dsc测试表明，在377116℃和417.02℃出现两个放热峰，推测有新的物质或基团生成。对该涂料的残炭物质进行红外光谱测试，发现500cm-1、1105cm-1为po3-4的特征吸收峰，表明残炭物中含有磷，说明磷化物在固相中能通过热解过程中的架桥反应，促进某些有机物发生剧烈的无规则降解，促进季戊四醇的脱水成碳；1000cm-1附近为p—o—c的特征峰，1630cm-1为与三嗪相连的—nh2的特征峰，表明在450℃下磷、氧、氮等元素进入炭质层，形成了热稳定性较好的炭质层，使450℃以后失质量率很小。

采用tg-ftir联用测试技术，对膨胀涂料进行了测试，根据tg-dtg可以将膨胀涂料的热降解过程分成若干阶段，对各阶段的分解气体进行ft-ir测试分析，可以得到气体释放种类及强度相对于温度（或时间）的关系，以此来推测热降解过程中不同温度段的降解机理。

1.3光电子能谱分析法光电子能谱（xps或esca）是以x射线作为激发源的光电子能谱分析法。其主要原理是物质受光作用会发生光电效应而放出电子；原子中不同的电子具有不同的结合能（即将电子从所在能级移到真空能级所需的能量）。在实验中只要测出电子的动能，就可以确定电子的结合能，然后通过对照未知样品的峰值和所发表的 文献 的结合能的值，对未知样品所含的元素进行鉴定，同时通过波形解析获得有关官能团种类和数量的信息。并可能由此推导防火涂料中改性成分对残余炭质层热稳定性的影响。

sergebourbigot[15]将xps用于研究app/per/乙烯三元共聚物（lram3.5）中，分析不同配比（lram3.5/app/per和lram3.5/app/per/4a分子筛）、不同温度（280℃、350℃、430℃和560℃）下残余物中p、c、o、n等各元素的比例关系，并由各元素结合能，推断残炭物中各元素存在的形式。如文中o1s的结合能有两种：532.5ev和533.5ev，其中前者可能存在于磷氧键或羰基中，后者存在于c—o—c、c—o—p或c—oh中。c1s的结合能有四种：285ev对应于脂肪烃和芳香烃中的c—h和c—c，286.3ev可能是醚基、c—o—p或c—n中的c—o，287.5ev对应于羰基，289.5ev对应于羧基。根据测定的不同结合能基团的比例，并将不同温度下与氧结合的c和与脂肪烃或芳香烃结合的c的比例（cox/ca）进行计算，从而可以推导不同温度下炭质层被氧化的难易程度。试验结果表明4a分子筛延缓了炭质层的氧化。

xps技术虽然可以推定炭质层中含有的各元素组成及结合的比例关系，但是其推导结果为一结合能可能对应多种官能团，因此要推断残炭物质的准确结构，还需要结合红外光谱的测试结果。

1.4扫描电镜 分析 防火涂料残炭物质的形貌，可用扫描电镜（sem）观测。该技术是利用细聚焦的 电子 束在样品表面逐点扫描，用探测器收集在电子束作用下，样品中产生的电子信号，再把信号转变为能反映样品表面特征的扫描图像。扫描电镜具有可进行微区成分分析、分辨率高、成像立体感强和视场大等优点，在防火涂料 研究 方面使用越来越广泛。

采用sem可以测试残炭物质的形貌（是否均匀、致密或疏松等），观察炭层中孔的状态及大小，观察炭质层表面物质的形貌。如王振宇[8]在使用纳米sio2改性app/二季戊四醇（dper）/mel膨胀防火涂料时，发现纳米sio2在炭质层上形成了类似陶瓷质的保护层，使涂料的耐高温性得以改善；李国新[16]在采用moo3和eg改性app/per/mel防火涂料时，发现eg使炭质层中具有大量的“蠕虫”状结构，其尺寸较小的规则的多孔状结构可有效地降低炭质层的导热系数；而eg产生的炭质层易于氧化，在添加moo3后，该“蠕虫”状炭层上覆盖了一层熔融物质，该物质阻止了热和氧气向eg形成的炭层扩散，因此表现出moo3和eg良好的协同性，提高了涂料的耐火极限。

1.5x射线衍射分析法x射线衍射分析（xrd）的基本原理是x射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射；同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波。由于晶体内各原子呈周期排列，因而各原子散射波间也存在固定的相位关系而产生干涉作用，在某方向上发生相长干涉，形成衍射波。利用衍射波的基本特征———衍射线在空间分布的方位（衍射方向）和强度，与晶体内原子分布 规律 （晶体结构）的密切关系，来实现材料成分、结构分析。该技术在防火涂料研究中既可以用来研究原材料的物相，也可以研究防火涂料热降解残炭物质的晶体组成。如掺有tio2的膨胀防火涂料，其炭质层表层有白色的稳定物质，通过采用xrd分析，确定该物质为tip-o7和锐钛型tio2的混合物[1].采用moo3改性的膨胀防火涂料，xrd分析其炭质层中含有moo2和moopo4，可能是提高防火涂料残炭率的主要原因[17]. 1.6锥形量热仪法该技术是以氧消耗原理为基础的新一代聚合物燃烧测定仪，氧消耗原理是指每消耗1g的氧，材料在燃烧中所释放出的热量是13.1kj，且受燃烧类型和是否发生完全燃烧 影响 很小。只要能精确地测定出材料在燃烧时消耗的氧量就可以获得准确的热释放速率。该技术可以获得多种燃烧参数：释热速率（rhr）、总释放热（thr）、有效燃烧热（ehc）、点燃时间（tti）、烟及毒性参数和质量变化参数（mir）等。锥形量热仪法由于具有参数测定值受外界因素影响小、与大型试验结果相关性好等优点，而被 应用 于阻燃领域的研究中，也可以用于防火涂料的热降解研究。

如徐晓楠[18]利用锥形量热仪（cone）实验获得可膨胀石墨防火涂料和传统的膨胀型防火涂料的热失质量速率（mlr）、热释放速率（hrr）、有效燃烧热（ehc）、比消光面积（sea）、co2、co和点燃时间（tti）等参数，对阻燃性能、烟毒释放、阻燃机理进行了对比研究。相比而言，eg防火涂料的pkhrr/tti和thr下降，在火灾中的危险性减小，防火涂料的阻燃性能更为优异；eg防火涂料保护基材烟、毒释放较少，符合阻燃材料少毒的要求，安全性能更好。这也与eg在其他材料的阻燃研究中的结果吻合[5，19，21]，表明了cone技术研究防火涂料热降解的 科学 性。

1.7动态黏度测试技术[19-20]因为膨胀防火涂料的膨胀炭层中包含有固体物（炭）和液体物（焦油），所以可表现出黏-弹性特点。黏-弹性材料具有复杂的动态黏度，它的贮存模量g′与在弹性变形下贮存的能量相关；而损失模量g″则与黏性能量消耗相关。g与g的比值确定另一参数———消耗因子（dissipationfactor），可以表示材料抵抗变形的能力。研究这些参数可以作为温度或应力的函数，用来对不同材料的燃烧性能（特别是膨胀过程），提供重要信息。当温度升高且处于一应变之下，聚合物材料可能产生变形或裂开，一旦裂缝产生，氧气和热量/质量将在基体材料和炭质层之间扩散和传输，从而导致基体材料的快速降解。因此，对于炭质层，应该是产生变形而不开裂，才能保证炭质层的防护功能。动态黏度测试技术在膨胀防火涂料中使用时，既可以表征膨胀过程，又可以测试炭层的强度。

该测试技术是采用热扫描黏度计来监控材料随温度或时间随炭层的变化，并最终确定涂料炭层弹性的和黏性的行为。应变5%，频率10rad/s，升温速度10℃/min，测试温度范围20～500℃，压力2000pa.在测试pu/eg涂料时，发现体系的黏度变化为三个阶段。在200～300℃，黏度小幅度上升，其原因为此阶段涂料降解产生了气态物质、液态物质，与固态物质共存，产生膨胀炭质层，从而造成黏度的小幅度上升；300～400℃，黏度大幅度上升，原因为炭质层形成后，碳化过程继续进行；在400～500℃阶段，因为炭质层开始破坏，所以黏度下降。该测试结果与板间间距和tga的测试结果吻合。

炭质层的强度与板间距（gap）的关系可以更好地用来分析热降解条件下膨胀炭质层的性能，该条件既不同于燃烧条件，也不同于炭质层冷却后的条件，所以显得更为重要。