元素替代教案（精选8篇）
篇1：元素替代教案
插上想象的翅膀——创意图形设计之一
元素替代
一、教材分析及设计意图
本课是选自初中美术人美版八年级下册第三单元《奇特的视觉图形》中的其中一课。元素替代是创意图形设计的常用方法，难度适中，学生能理解掌握。本课的主要教学目的是让学生了解并初步掌握元素替代的设计方法，学会运用这一方法设计创意图形。但是创意图形要有价值、有意义就必须表达一定的主题，这也是本课的难点所在。学生学习的思路主要在于对图形替换的元素进行丰富的联想并进一步进行针对性的联想。因此在作业练习时本课采用了递进式的两次作业，先是让学生运用元素替代的方法在发下来的图片上进行剪贴替换练习，不设主题，让学生自由发挥，然后是在教师引导下以“减负”为主题，小组合作的形式进行创意图形设计。从没有主题到设定主题，从易到难，较符合学生的认知规律，也较能调动学生的学习积极性。至于“减负”的主题，是考虑到现在的学生学习负担普遍比较重，比较贴近学生的生活实际，能激发学生的共同兴趣。同时也是为了让学生学会运用所学元素替代知识表达自己的设计意图，深刻认识创意图形的价值。
二、教学目标
1、知识与技能目标：
使学生了解元素替代的设计原理与方法，学习运用这种方法进行创意图形设计，并初步尝试运用此方法进行主题图形设计。
2、过程与方法目标：
引导学生欣赏评述元素替代设计图片，使学生掌握元素替代的原理，通过对具体图形的元素替代剪贴练习，同一物体多种替代的想象练习，打开学生的设计思路，促进学生的想象力与创造力，并尝试以“减负”为主题，小组合作的形式运用这种方法进行主题设计，表达自己的设计意图。
3、情感与态度目标： 使学生感受创意图形的魅力，体会设计与生活的关系，深入感受运用创意图形的方式表达主题意愿的价值，增强学生创意图形设计的愿望，促进学生的团体合作意识。
三、教学重、难点
教学重点：元素替代的方法与原理，学生运用这种方法进行替换练习，拓展学生思路
教学难点：以“减负”为主题，运用元素替代方法进行创意图形设计
四、教学过程
（一）图片导入、激发兴趣
教师：请同学们看屏幕，今天的课题是插上想象的翅膀——创意图形设计之一，今天的课需要我们打开想象之窗，展开丰富的联想去感受创意图形的魅力。教师：老师带来了同学们非常熟悉的两张图片，先请大家看一下。
1、课件出示《蒙娜丽莎》与《凤姐》。问学生知道凤姐这个人物吗？你是怎么知道的？从外在形象上看凤姐美不美？请学生回答。
教师：假如我们把凤姐的脸部替换到蒙娜丽莎的脸部将会是怎样一种效果。
2、出示第三张图片。学生笑„„
教师：这三张图片哪一张更能引起我们的关注？生：„„
教师：因为这张图片运用了创业图形设计的其中一种方法——元素替代，下面我们就来学习什么是元素替代。
（二）讲解概念、范图赏析
1、元素替代概念
出示元素替代概念：图形创意中的元素替代是指保持图形的基本特征，但其中一部分被其他相类似的形状所替换的组合方式。
特别指出“相类似”这几个字，教师再举例：比如老师穿的这件衣服，纽扣是其中的一个元素，在画这件衣服的时候，我们可以把纽扣替换成与它相类似的其它什么东西？学生：„„
2、作品赏析、加深理解 出示《人类的母亲——地球》 请学生谈谈图片中把什么物体的什么元素替换成了什么？接着说说海报的意思，学生回答，教师追问：从哪里看出来要保护地球？学生回答„„ 出示《眼睛》、《皮鞋》、《反对吸烟》、《廉政》简要赏析，加深学生理解。
（三）替换练习、促进想象
1、剪贴替换练习
教师：刚才我们欣赏了这些创意图片都是运用元素替代的方法设计的，这种方法说难不难，就在于你会不会想，敢不敢想。下面我们来做一个练习，看看我们同学们想象力好不好。
作业练习一：请每位同学在发下来的图片中寻找其中一个元素，以剪贴的形式将这个元素进行替换，设计一张创意图形。
2、教师先进行示范，然后学生练习，教师巡回辅导。
3、作业展示与简要点评。
（四）再次作业、突出主题
1、明确主题
教师：刚才同学们的练习做的都很不错，都很有创意，只是绝大部分都有一个很大的遗憾，新奇是新奇，总觉得缺少了一点东西。你们说缺少了什么？学生：主题。
教师：对，缺少了主题，没有主题，这些创意图形体现不了它们的价值。下面我们也要定一个主题，根据主题来进行元素替代设计创业图形。
教师：老师想了一个减负的主题，因为我看到现在学生的学习很辛苦，作业特别多，学习非常紧张，你们有同感吗？学生：„„。教师：觉得学习很苦的同学举手。
教师：那我们就以减负的主题，用元素替代的创业图形来表达这个主题？学生：„„
2、讲解方法
教师：但是光是有这个主题还不行，因为刚才的练习一我们都有一个现成的图形供你想象，现在只有减负两个字，有具体形象吗？学生：没有。教师：所以接下去最重要的是找出与减负相关的具体形象。请同学们想一下，说到学习负担重、压力大，你脑海里会浮现出怎样的情景？学生：„„。
教师引导：从这些情景中可以提取出哪些具体的事物？学生：„„。教师总结，出示减负相关元素：书包、作业本、眼镜、试卷、钟、不健康的学生形象„„。
教师：有了这些元素以后，怎么进行替换有两种方式，一种是分析这些物体有哪些元素构成，然后考虑将哪个元素进行替换能表达减负主题。
以书包为例，帮助学生分析其中元素。
教师：还有一种方法是将这些物体作为替换的元素，把它替换到其他物体上去，也能表达减负的主题。下面同学们四个同学一组小组合作进行第二个练习。
3、作业练习
作业练习二：小组合作以减负为主题尝试运用元素替代的方法进行图形创意设计。
学生练习，教师巡回指导。
（五）作业展示，小结本课
将学生作业贴在黑板上展示，先请每组一位同学谈谈构思想法，老师穿插点评。
小结本课。略„„
篇2：元素替代教案
“如今的广告市场竞争激烈，广告设计公司为了在激烈的竞争中赢得一席之地，必须要有自己的创新和特色，而图形创意就是广告设计体现创新性的一项重要手段。元素替代是广告设计中常用的一项重要表现形式，通过对相关图形形象进行再次组合和创作，从而达到更为强大的视觉效果。在广告设计过程中运用元素替代的表现形式时，若要使简单普通的图形产生出创新的效果与感觉，并表达出含有双重或多重意义的内容，就需要在广告创新设计过程中打破常规，不断从旧主题中发掘出新概念，从而创造出与客观世界中不同的奇异形象。”如在马自达广告设计中，将马自达标志中的两笔分别用“枝丫”和“红酒”来代替，“枝丫”代表着环保、“红酒”代表着品味，，通过替换，让我们感受到马自达的车子也同时具备了这些内涵。从而有效的贴合了广告商需要传达的产品诉求。可见，元素替代的表现手法不但增强广告的吸引力，并且可以表达出广告设计的深层次内涵。
2.招贴海报设计中的运用
招贴海报设计作为视觉传达艺术,是设计师通过自己的图形艺术语言体现对设计对象关注的重要载体。“如何更好地抓住人们视觉和听觉的注意力,唤起情感,激发兴趣,诱发欲望,通过表现特点来赢得和保持注意力是招贴海报设计的主要目标。”招贴海报设计的图形创意十分重要，它是招贴设计作品的表现形式，是招贴设计作品中最敏感和倍受关注的视觉中心。“许多优秀的招贴设计作品都是以自己独特的图形语言准确而又清晰地转述设计主题的，它蕴含着设计者心灵世界和精神向往的全部感情。” “元素替换在招贴海报设计中应用十分广泛，例如：《保护我们的肺》主题海报，画面的图形运用了元素替换的艺术表现手法，画面中设计者在人的左右两肺的位置放上了类似于肺部外形的茂密的两棵树。两棵树组成的肺部让人产生清新的感觉，同时又直击主题，引人深思。又如超现实主义大师马格里特作品《错误的镜子》，画面中有一只很大的眼睛。眼珠的地方被替换成了一幅蓝天白云的风景。风景与眼睛是两种截然不同的事物，但是通过元素替换的手法，它们产生了联系。马格里特通过这种替换的方法，来说明人的眼睛所看到的事物通常就像这幅风景画一样宁静迷人，但这只是表象，往往事物的本质是人的眼睛所不能直接看到的，它需要长期的观察与体会。”像这种手法在招贴海报设计中的运用还有很多。
3.书籍装帧中的设计
篇3：元素替代教案
元素替代是研究高温超导体的超导电性、晶体结构以及宏观性知之间相互关联的重要方法。对于高温超导体, 不仅交流损耗、Jc、磁滞回线等对微结构敏感, 而且Tc也对微量杂质极为敏感。因此采用不同元素替代 (或掺杂) 是研究和提高超导体性能的一种行之有效的方法。YBCO体系因其具有完整的Cu-O面和Cu-O链结构及代表性的物理特性而备受人们的关注。本文主要阐述YBCO体系不同位置、不同元素的替代对其超导电性的影响。
1 稀土元素对Y的替代
利用稀土离子替代Y位主要是通过改变离子半径、价态、磁性等来探究高温超导机理。除Pr、Tb、Ce外的镧系元素对Y位进行替代都能形成正交的123相, 且Tc约有90K[3]。由于稀土元素离子半径大于Y的离子半径, 因此替代后系统的晶格变大, 使形成123相的条件发生变化。对Gd等磁性离子替代Y位的研究中发现, 离子的磁性没有影响到Y系的超导电性, 但随着Gd含量浓度的增加, 局域电子密度减小, Tc增加[4]。Pr替代Y位后会导致Tc大幅度下降, 在替代量x大于0.5后不再具有超导特性, 但仍为123单相。研究表明, 随Pr含量的增加, 载流子浓度下降[5]。由此可见, 超导电性对载流子有依赖性, 载流子浓度的变化会引起超导电性的变化。
2 Ca对Y的替代
对于Y系, 当样品氧含量为最佳值时Tc随Ca含量的增加而下降[6]。当样品的氧含量不足时, Ca的掺入将使Tc提高[7], 有时甚至能使样品由非超导相转变为超导相。并且用Ca部分替代Y, 可使样品的Jc明显提高, 正常态电阻Rn减小[8]。Ca掺杂引起Y体系Tc下降的原因通常被认为是由于二价的Ca部分替代三价的Y而引起空穴增加或氧含量发生变化而导致的, 当Ca含量较小时由于Ca离子半径与Y接近, Ca更容易进入Y位, Ca替代Y时, 掺杂离子中心将直接坐落于活跃导通区, 所以对Tc的影响较大。
3 La和Sr对Ba的替代
Ba位上通常用La、Sr作部分替代以研究晶体结构、氧含量、载流子浓度和Tc的变化及其之间的关系。La或者Sr对Ba位的替代使体系从正交结构向四方结构变化, Tc降低[9], 甚至超导电性消失, 出现金属—半导体转变。La离子替代Ba离子时, 由于引入电子导致空穴浓度下降, Tc下降[10]。而且La替代Ba会降低Cu-O链和Cu-O面之间空穴转移能力, 这也是引起Tc下降的原因。Sr离子替代Ba离子时也有这种情况, 但出现一些反常现象, Tc随掺杂量非单调变化[11], 在掺杂量达到50%是出现Tc的极大值。实验观察到, 由于制备条件的不同, Sr替代Ba可以导致晶体局域结构上的差别, 从而导致Tc出现差别[12], 而晶体的局域结构的变化主要反映在Ba (Sr) 原子层及其周围的氧原子分布的改变。当这种改变有利于Cu-O面的耦合时, Tc增加, 反之则降低。
4 Ca对Ba的替代
对于Ca是替代Y位还是Ba位的问题, 通常认为, 当Ca含量较低时, Ca主要替代Y位[13]。但当Ca含量较大时, 也发生Ba位替代。研究表明, 过量掺杂样品中的一部分Ca有可能更多的占据Ba位, 而Ca替代Ba对Tc的影响是较小的, 当Ca含量较大时 (x>0.1) , 影响Tc的主要因素是因为掺杂而生成第二相导致Tc降低, 并且随着Ca含量继续增大则将逐渐形成富Ca相[14]。
5 Mg对Ba的替代
随着Mg掺杂量的增加, 样品的晶体结构逐渐由正交相向四方相转变, Tc总体呈明显降低趋势[15]。这是由于Ba位Mg掺杂所引起的晶体结构变化对超导电性的影响。YBa2-x Mgx Cu3O7-y的晶体结构对超导电性存在着密切关联, 随着掺杂量的增加, 导致O偏离最佳位置, 使载流子库Cu-O链不能通过O向Cu-O面提供载流子, 从而影响了超导电性。
6 结语
篇4：略论公益海报设计中的元素替代
关键词：公益 图形创意 元素替换
公益，公共的利益，是指有关社会公众的福祉和利益。公益设计经常是以传达一定的公益信息为目的，利用各种传统或现代中间传媒复制并扩散的设计。在平面设计专业领域里，公益设计往往表现在平面传媒上，以海报或招贴设计占领主要位置。海报，又名招贴、也可称作宣传画，是展示在公共场合的告示。因此我们可以从中总结出，注：“宣传公共道德，公共法规，社会文化等内容，并且张贴在公共场合，不带有显明的商业目的的宣传物称作公益海报”。
公益海报为大众传递信息，却不以盈利为目的，只是为引发大众对某些社会热点、公益事件的关注，并服务于社会。公益海报的作用在于唤起公众的社会意识，对一些社会行为起到促进作用。随着社会日益发展，如资源、战争、环境、人口等全球性问题的出现，公益海报就起到了宣传的作用，唤起和提高人们的意识，共同关注人类自身的生存和发展。
公益海报在传播空间发生巨大变化的情况下，以图形语言和注入文化理念设计丰富了人们的精神领域。它最大的特点就是以图形语言为主要信息传达方式。注：田中一光曾经说过：“海报正因为传达信息简单明了，能瞬间扣人心扉，留下印象，而且搬运简单，所以无论何时何地都不必须借用机器设备就能让人观赏。”因此，运用简单的、原始的艺术语言来传递公益信息显得及其重要。图形在设计作品中是最敏感和最倍受关注的视觉元素，简单化跟艺术性就直接决定了海报的注视性。
人的语言是以一种极单纯的面对面的交流形式，人的声音也不能进行有序的语言表达，而视觉形象就成了人类语言表现最重要的媒介。图形语言对于公益海报来说就是最好的传达语言。首先，图形语言不只是一种简单的标识或图案，很容易被观众所识别和记忆。其次，图形语言可以总结复杂的、不规则的形象和语言，并且用简明扼要的图形来阐述，使简单的图形产生新的意味，并且鼓励人们去发现并挖掘自身的创造性。再次，图形语言来源于生活客观事物的精神感受，人们借用图形语言表现情绪和精神。图形语言能使人们通过生活实践经验建立起共同的识别标准。用不同的生活经历、感受以及精神情绪的变化要素形成的图形语言，是将自然形态高度概括、提炼，形成随情性、多变性的图形符号。自远古时期开始，人类就开始寻找储蓄记忆和知识的方法，能够把信息的传达程序化和简单化的方法。
图形创意是海报设计作品的主要表现形式，是超越思维、想象与一般规律的一种复杂活动。艺术家通过思想与创作手法，把一些与创作思维相关联的图形语言进行借喻、替换、联想。打破常规、勇于创新。图形的创意表现是要进行谬误的筛选、提取有用的素材。并且通过对图形的总结与思考分析，不断从旧的主题中发掘新的概念，达到将想象、意识概括化、视觉化、形象化。创意时怀着普通人的心情是非常重要的，在创作比如生态环保公益广告时，要将大众心理也置入其中。正如图一这一则环保公益广告，作者是温金恒，他的这一作品获得2009年台湾国际海报设计奖金奖。画面中的死掉的鱼的骨架用生活当中最大的污染源塑料垃圾代替，以交流的心情告诉观者，是继续使用塑料袋还是环保都在你一念之间，生活习惯可以改变整个社会环境。
公益海报设计中所谓“元素的替代”指的是形与形、形与义之间的转换，是在保持元素轮廓的基本特征下，把原图形的全部或者一部分用其他外形相似或意义相似的图形来替换，产生视觉冲击力更强的组合形式。替代元素通过寻求新的组合创新方式，将表面上毫无相关却有着内在联系的不同元素与元素之间进行外形上的特殊组合形式，创造出富有新鲜意味的新形象、新图形。这种组合方式产生出的相似性，可以是视觉上的，也可以是共同经验上、认识上甚至是心理上的。一般情况下，事物总是围绕一定的生存规律而存在，如果打破了事物的这种规律，就会产生荒诞、奇特、甚至不舒服的心理、生理效果，而元素的替代恰恰大胆利用了这种荒诞和不合逻辑，设计出让人意想不到的惊奇效果和价值，意在加强人们对图形与事物之间的深层理解。在元素替代的形态中，应保持某一特定元素与另一本不属于其自身物质的元素进行替换和非现实的构造。在进行元素替代创意时我们常用的组合方法是把异常组合后的置换图形更换在新的形态结构中，将元素局部移植到与另一物体的原有造型的某个部位上。这种替代方式虽然使物体间的结构关系不变，但经过异物组合替换后的元素却因新的形态变换结构得到了义的升华而让人印象深刻。替代图形的应用加强了观者对事物本身深层意义的理解。如图二这张《留守儿童》的公益海报设计，用我们小时候经常玩的简易玩具替代现代高科技通讯工具，在表达留守儿童寂寞心理的作用下，让观者在心里留下思考的涟漪。
元素替换的图形并不只是某一原图形与另一现图形的简单重合，而是在逻辑上形成“张冠李戴”般强烈的视效冲击力的共鸣和超越。极其容易能给予观者丰富的心理感受和趣味性的奇妙图形表现。那么，“元素的替代”在公益海报设计中应遵循什么原则呢？注“心理学家格士塔的试验表明，当一种简单规则的形呈现在眼前时，人们会感觉极为平静，相反杂乱无章的形使人产生烦燥之感，而真正引起人兴趣的形，则是那种介于两者之间的、稍微背离规则的图形，它先是唤起一种注意或紧张，继而是使观看者对其积极地组织，最后是组织活动完成，开初的紧张感消失。这是一种有始有终、有高潮有起伏的体验，是能引起审美愉悦的审美经验。”我们可以采用人们生活中常见的图形以超常规的艺术手段以新鲜并且带有作品意味的替代艺术手法重新组合，这就是“老元素、新创作”。最后得到的新图形让观者感觉似曾相识又具有新意，可以引发观者的好奇心，通过这种方式可以让作品在视觉传达上达到最好的流畅效果。
在公益海报中，想要达到元素之间巧妙的替代，只要找到正确的思维方式和方法，就可以得到很好的idea，我们可以运用在设计中常用的联想方式，找到事物与事物之间的联系，这种思维方式我们也可以称之为“替换联想”。替换联想不仅是找寻物体间视觉上的、心理上的联系，还可以是个人生活经验与认识上的。从以往公益海报设计中元素替代的方法来看，我们可以总结以下几个方面：
1、利用“形义替换”设计
“形义替换”指的是用图形的形和义的联系来替换的设计。开始我们应该先从图形的形着手，对其进行概括和归纳，这样就方便为之后的“义”做铺垫，容易找到形与义的联系。接着再去找寻新的突发点，可以选择全新的视觉方式去观察“形”。在《我们要和平》这张公益海报中，原本鸟巢中的小鸟被手榴弹所替代，柔软、温暖的羽毛没有了'取而代之的是刚硬冷面的手榴弹。手榴弹、鸟巢虽然看上去毫无关联，但强有力的视觉冲突既能达到引人注目的效果，又能包含深刻的意义，令人印象深刻、回味再三。
用形义替换方法所设计出来的作品，只是用图形的一部分来替换另一个图形，在不影响整体的情况下，在意义上也与设计作品主题相符。在以下这则环保公益海报中，作者用象征环保的树木填充在人体呼吸器官——肺的外形里，展现了乱砍乱伐对大自然的破坏相当于切去人的重要呼吸器官的严重性。让人们在一片绿色的树林的荡漾下，无法忽视环境破坏的恶果，其恰到好处的一个元素替代设计，最直观、最深刻的起到了视觉传达的作用。
2、利用“觉的替换”设计
“觉的替换”指的是利用各种感觉之间的关联来替换的方式。感觉包括了听觉、触觉、视觉、味觉和嗅觉等，在公益海报设计中，我们可以借助替换图形这种特殊的方法形象生动地表达感官之间的感受。跟形义替换一样，觉的替换并不限于单一感觉之间的替换，它还可以是用一种感觉为传达视觉目的，两种或多种感觉为替换方式的多重替换。这一则提倡多吃蔬菜的公益海报，其口号是“并非没每朵蘑菇云都对身体有害，请多吃西兰花（蔬菜）”。西兰花在外观形象上跟原子弹爆炸产生的蘑菇云形状相似，招贴的主题是多吃蔬菜。为了强调这一味觉，作者把蘑菇云和西兰花替换，表现了一种云朵翻腾的感觉，与触觉有关系，又经过海报这种图形的艺术表达形式进行了视觉上的糅合，从而产生了强烈的视觉冲击力和心理震撼力。设计作品在保留西兰花的外观形状基础上，寻求视觉和味觉上甚至触觉的相似性，体现了蔬菜的清脆口感，激发观赏者的食欲。
3、利用“空间替换”设计
“空间替换”指的是另用空间之间的关系来进行替换，在不符合常规逻辑上进行空间之间的变换，采用空间转换方式所设计出来的作品，是在保持基本原素的情况下，改变图形的填充物，同时将空间关系进行缩小或者放大，让作品的视觉效果显得不可思议。比如，这则2011年7月23日发生在浙江温州的动车组相撞事故海报，将人体骨头与动车外形相替换，在空间上形成强烈的冲突感，突出事故发生所带给人们的伤痛是留在骨子里，永远都泯灭不去的。这种强烈的伤痛感最直接的吸引观者的注意力的同时，给人留下强有力的警示作用。
篇5：元素和元素符号教案
了解元素概念的涵义及元素符号的表示意义;学会元素符号的正确写法;了解并记忆常见的24种元素符号。
理解单质和化合物的概念。
理解氧化物的概念。
能力目标：
培养学生归纳概括能力及查阅资料的能力。
情感目标：
树立量变引起质变的辩证唯物主义观点。
教学建议
教学重难点
重点：元素概念的形成及理解。
难点：概念之间的区别与联系。
教材分析：
本节要求学生学习的概念有元素、单质、化合物、氧化物等，而且概念比较抽象，需要学生记忆常见的元素符号及元素名称也比较多，学生对这些知识的掌握程度将是初中化学的学习一个分化点。这节课是学生学好化学的基础课，所以在教学中要多结合实例，多做练习，使学生在反复实践中去加深理解和巩固，是所学的化学用语、概念得到比较清晰的对比、区分和归类。
化学用语的教学：
元素符号是化学学科重要的基本的化学用语，必须将大纲中规定要求记住的常见元素符号记牢，为以后的学习打下坚实的基础。元素符号的读法、写法和用法，它需要学生直接记忆并在以后的运用中直接再现的知识和技能。教学中应最好采用分散记忆法，在此过程中，进行元素符号发展简史的探究活动，课上小组汇报。这样既增加了学生的兴趣、丰富了知识面，又培养了学生的查阅资料及表达能力。
关于元素概念的教学
元素的概念比较抽象，在教学时应从具体的物质着手，使他们知道不同物质里可以含有相同种类的原子，然后再指出这些原子之所以相同：是因为它们具有相同的核电荷数，并由此引出元素的概念。
例如：说明以下物质是怎样构成的?
氧气→氧分子→氧原子
水→水分子→氧原子和氢原子
二氧化碳→二氧化碳分子→氧原子和碳原子
篇6：《元素》教案设计
【教学目标】
[知识目标]1．初步掌握元素的概念；
2．会写、会读常见元素的名称、符号并了解元素符号所代表的意义； 3．在讲清元素概念的基础上，建立物质的宏观组成与微观构成。
[能力目标] 1．加深学生对元素的理解，学会元素符号的书写及意义。2.统一物质的宏观组成与微观构成的认识。[情感态度与价值观] 1进一步建立科学的物质观，增进对物质的宏观组成与微观构成的认识。2.发展善于合作，勤于思考，勇于实践的科学精神。【教学重点、难点】
1．元素的概念；
2．元素符号的读法及意义。
【教学方法】讲授法、读书指导法、讨论法。【教学用具】小黑板 【教学过程】
组织教学：略
复习提问：说明以下物质是怎样构成的？
评：这样的复习提问不仅复习了物质的组成及构成分子的微粒，重要的在于引导学生去探讨：构成这些物质分子的微粒里都有氧原子，很自然的引入元素概念的教学。新课引入：构成以上这些物质分子的微粒里都有氧原子，不管构成哪种分子的氧原子，它们都有8个质子，带8个单位的正电荷。我们把这些氧原子总称为“氧元素”。同样把具有6个质子（核电荷数为6）的原子称为碳元素。此外，还有铁元素、氯元素、钾元素等等。〔板书〕
一、什么叫元素？
阅读元素概念的有关内容。（画出概念中的关键词句）：
〔讲述〕无论在氧气分子、二氧化碳分子，还是水分子中的氧原子，都具有相同的结构。其核电荷数都是8，即核内都有8个质子。所有原子核内有8个质子的这一类原子，就统称为氧元素。所以说氧气、二氧化碳和水中都含有氧元素。同样硝酸铵分子、尿素分子中都含有氮原子，所以说它们都含有氮元素。评：有计划地、有目的地培养和指导学生看书，画关键词句，这是培养学生自学能力的起始方法。强调：1．计量核电荷数时不管中子数。
2.只要质子数相同的同种原子就是同一种元素。
〔板书〕1.元素是具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称。
(1)元素是一个宏观的概念只讲种类不讲个数。(2)元素组成物质。
(3)元素的种类是由核内质子数或核电荷数决定的。
〔讲述〕元素概念包括三个要素①具有相同核电荷数②同一类原子③总称，这就明确元素是一个建立在微观概念基础上的宏观的集合概念。也表明了元素只论种类而没有个数的特点。例如说水是由氢元素和氧元素组成的，也可以说水是由大量水分子组成的。但却不能说水是由两个氢元素和一个氧元素组成的。也不能说水是由两个氢原子和一个氧原子组成。
〔讲述〕世界上的一千多万种物质都是由元素组成的。但到月前为止，人类发现的元素仅有112种，这112种元素怎样组成形形色色的物质这是化学课长期学习的问题。这一百多种元素的差别，就是原子中核电荷数不同。
〔板书〕2.地壳中各元素的含量
氧、硅、铝、铁、钙„„„„„
教会同学们会看“地壳里所含各种元素的质量分数”图。记住地壳里含量最多的前四种元素，还可介绍宇宙、地壳、水、生物体、空气里含量最多的元素，指导阅读选学材料。〔板书〕
二、元素符号
〔讲述〕目前知道112种元素，组成世界上成千上万种的物质。为了应用和交流的方便，化学元素除各国语言文字的名称外，化学上还确定了一套统一的符号来表示不同的元素。在古代各个国家，甚至各人都自用一些符号来表示元素。这样很不便于科学文化的交流。19世纪道尔顿用园圈内加各种符号来表示不同元素，但由于元素不断发现，这种符号也不能适用了。后来1860年世界各国的化学工作者大会制定了国际统一的符号来表示不同的元素。这种符号就叫做化学元素符号。
(1)用该元素拉丁文名称的第一个大写字母来表示。如氧、氢、氮、碳元素就依次用O、H、N、C来表示等。(2)若几种元素名称的第一个字母相同时，可再附加一个小写字母加以区别。如C表示碳元素，Ca表示钙元素，Cu表示铜元素等。〔板书〕1．写法、读法
(1)1—20号元素是按质子数1—20排列的。(2)写法一大二小。
(3)读法：看课本P73的表格，教师领写。
〔讲述〕书写元素符号“一大二小”的原则必须牢牢掌握，否则不仅达不到交流的目的，还闹出笑话来。如钴的元素符号是Co，如果写成CO，就不是钻元素而表示化合物一氧化碳了。
评：把元素符号按元素周期表（短周期）的排列进行教学，这是教师有计划，有目的地为后面，原子结构示意图的画法，化合价、离子化合物、共价化合物的教学作准备，使学生初步形成“周期”的概念，为高中学习做铺垫。这种方法不会增加学生负担。
掌握这些基本上能满足初中阶段正确书写物质的化学式和化学方程式的需要。〔板书〕2.元素符号的意义
（1）表示一种元素，如O表示氧元素；
（2）表示该元素的一个原子，如O表示一个氧原子。
练习：说明H、K、Cl、O、Al代表的意义？（3）．系数：5个氢原子如何表示？
练习：写3个氢原子，10个硫原子，5个铝原子„„ 〔板书〕3.元素和原子的比较
〔讲述〕元素和原子是属于两个不同层次的概念，但它们又有着密切的联系。为帮助同学们进一步的理解它们的区别和联系可将下表制成投影软片进行投影和讲解。
[小结] 本节课重点： 1．元素的概念。
2．熟记、会写会读27种元素名称和元素符号。3.元素和原子的比较
篇7：表演元素教案
第一单元 有机天性解析、创作天性与表演（40学时）
教学要求：
通过对学生有机天性的释放，激发出学生的原始创作天性，使学生在舞台上建立正确的自我感觉，自由、松驰的生活，从而建立起正确的表演观。教学内容：
一、理论讲述：
1、什么是天性？
“天性”是人生而具有的自然属性，人之初并无善恶这样的道德概念，也没有因道德、法律、约定俗成的禁忌。然而随着人逐步的自我认识与社会认识，自觉不自觉的受到各种束缚，使人不能在他人面前真实的表露自我。演员表演是“当众孤独”的，需要能够挣脱各种束缚真实、自如的表演，对人的天性的回归就将是摆在演员面前的第一个问题。
2、什么是有机天性？
天性加上有机两字就使它变得不同，有机是指有意识的并赋有合理性与逻辑性的，因此这里的有机就带有技术技巧的色彩。有机天性就是合理的赋予逻辑的运用技术和技巧使演员的自然天性回归。
3、怎样有机的解放学生的天性？
解放学生的天性就是使学生在舞台上回归自然状态的“自我”。初上舞台的学生往往因为心有杂念而紧张，从而表现出手足无措、语无伦次、面红耳赤、呼吸困难、满头大汗等不正常的状态。如何能够让学生在舞台上放松呢？上台以前必要的热身活动可以使紧张的肌肉放松，适当的调整呼吸可以使心率趋于正常，心境趋于平静。上台以后注意力的集中可以排除心中的杂念，并使头脑清醒保障条理、逻辑的完成舞台任务。
注意力集中为什么能够排除杂念呢？据心理学家研究人在一个瞬间注意力只能集中在一个点上，人十分专注于一件事往往忽略身边发生的其他事情。因此如果把演员在舞台上的每个瞬间所需的注意力清晰合理的安排好并连接成不间断的线，那么演员的杂念将无隙而入，这就保障了演员始终处在表演状态而不会跳出。
到达注意力集中，需要上台以前保持心境的平静、头脑的清醒，并反复梳理默忆需要表演的每个环节乃至细节。熟练是增强自信的好方法。上台后认真执行每个表演环节乃至细节，并梳理默忆下一表演环节和细节。可逐步达到“目中无人”的境界。
二、课堂实践：
梳理练习——通过用意念带领肢体的方式，使学生注意力专注，并放松肌肉。破相练习——运用游戏的方式使学生将自认最丑陋的一面展示给众人，由于所有游戏参与者都会展示，以集体方式打破心中禁忌。
肌肉放松练习——通过寻找多余的紧张肌肉的方式，使学生提醒自己肌肉放松，找到合理的舞台姿态。
冥想练习——通过冥想使学生进入自我想象的催眠状态，放松自我。
三、作业及习题：
1、天性和有机天性有什么异同？
2、为什么要解放天性？
3、注意理集中有什么作用？
4、每天早晚将梳理练习、冥想练习作各作一遍。
5、随时做肌肉放松练习。
第二单元
舞台行动（56学时）
教学要求：
通过学习使学生了解舞台行动在戏剧中重要性及其基本原理，掌握组织舞台行动的基本能力，能够较好的运用舞台行动外化人物的内心活动。教学内容：
一、理论讲述：
1、舞台行动的概念
舞台行动：是在意志的支配下，为达到一定的目的所采取的一切手段。这里面有几个要点，一是意志的支配，二是要有目的性，这两点很重要，这是区别于生活中的一些动作行为。行为是人的行动的一个抽象和概括，他是对很多的行动的抽象和概括，然后总结出来的一个概括性的东西，比如说某某同学忠厚老实，怎么来说明他忠厚老实呢？因为是通过他一系列的活动，他在某个活动中展现出来的是这样的，最后通过总结概括出来后，认为该同学在行为举止上比较忠厚老实。另一位同学比较圆滑事故，这都是经过了总结抽象概括以后得出的结论，那么我们说，日常生活中人每天都离不开动作，为什么单单说戏剧是一个行动的艺术，演员是一个动作大师，在舞台上演员都是为了各种各样的目的在进行着活动，去行动去动起来的，这是戏剧的一个特点，我们把这个动作，分一分类，那么我们刚才说亚里士多德说的
它是对人物行动的模仿，方式是靠动作来完成的，动作是行动的一部分，也可以说动作是具体完成行动的手段和方法。
我们现在把动作进行一下分类：大的来说，动作分两类：外部动作和内部动作。细分的话分为五类：一是纯粹的外部动作，就是你的肢体上的，如打个喷嚏，挠个痒痒，没有强烈的目的性；二是性格化的动作，这个人物身上所独有的，如有的人性格大大咧咧的某些习惯，拿手绢擦汗啊等，性格化的生活习惯所带出来的；三是帮助剧情发展和说明剧情的动作，比较鲜明的是西方的戏剧或是中国戏剧里出现的小丑的角色，先上来一个小丑，先对剧情的背景进行一下介绍，他的动作完全就是为了剧情服务的，还有一种是帮助剧情发展的，如雷雨里，有几次的铺垫，说花园里的电线走电，说家里的老黄狗给电死了，他这些都是后来剧情的发展进行铺垫，最后四凤和周冲触电身亡，为了这个大悲剧的结果进行的铺垫，是为了剧情的需要，没有实在的意义；四是内心动作，也就是心理活动，心理动作分两种：一是心理自我的，也是我们常说的内心斗争，如我要不要去等？二是与他人的，这是一种判断的，如他这样说什么意思等？五是静止动作，静止的动作其实说是不存在的，他只是外部的静止，没有语言也没有动作的情况下，应该有内心活动的，纯属静止的动作如发呆，这种可能属于完全静止的动作。动作还可以分为外部形体动作，心理动作，语言动作，实际来说，不管是外部形体动作还是语言动作都是心理动作的一个外化。
2、舞台行动的三个特征：
一、直观性，它是活生生的展现在舞台上的，如走过去喝杯茶，具有
一定的直观性的；
二、揭示性，就是人的行动人的动作都是去揭示人物内心的活动的，揭示人物的动机的，我们刚才讲过，舞台行动是在意志的支配下有目的所采取的手段，现在展现在我们和观众面前的只是那些手段，比如有人想无端请假，会找出许多理由来做，这都是手段，达到目的，出去玩的目的，我们可以通过他的这个外在现象，如脸红，眨眼睛等的内心不安，通过这些来揭示他在撒谎的行动，通过现象看本质；
三、流动性或运动性，人的动作和行动不是割裂开的，都具有连续性，这个动作接上一个动作，这个动作又连接下一个动作，都是连续性的，没有一个动作可以是孤立的，以上就是舞台行动的特征。
3、行动的三要素
行动的三要素可以分为做什么——任务 为什么做——目的 怎么做——适应
一、做什么：指动作的任务，即此时此刻要做什么？人们的动作总是在一定的推动下完成的。任务是动作的依据，同时又推动着动作，演员为完成任务需精心准确地去动作，任务是激发演员积极行动的动力，不同的任务将产生各自不同的动作。善于准确而富于想象地抓住剧作提供的任务，是正确表演，正确行动的前提。生活中人们做什么是天性，然而演员要将角色做什么化为演员的第二天性确要难得多。演员要通过艺术想象与信念等元素，将角色的艺术转化为 演员的艺术，将角色的行为动机转化为演员内心的行为动机。将角色的动作转化为“演员——角色”的动作，将剧作家文学描述或蕴含于台词中的
动作转化为活生生的戏剧动作。
二、为什么：指动作要达到的目的。任何动作都包含着特定的目的。动作的目的不同，动做的具体内容与方式也相应不同。
三、怎么做：指动作完成的主要内容以及方式。为了完成任务（做什么），必须采取的动作与方式，而这又必须根据动作的目的（为什么）。怎么做还必须依据具体的规定情境，不同的情境，不同的任务关系将导致不同的动作内容和方式。怎么做还必须根据人物的性格，不同的人物完成同样的任务将会出现不同形态。正如恩格斯在《致斐。拉萨儿》的信中指出：“一个人物的性格不仅表现在他做什么，而且表现在他怎样做。”实际上，展示在观众面前最直观，最细微，最具体的是“怎么做”的方案，从而体现出“做什么”，“为什么”。
4、行动三要素的重要性
演员在表演时，如果不能找到或者抓不住自己行动的任务，既不知道自己要做什么，就会陷入直接表演热情，或者直接去表演形象，所以，抓住行动首先是要抓住“怎么做”。同时演员的想象，演员的功力，演员的魅力主要通过怎么做体现出来的。演员主要通过“怎么做”来施展英雄之用武之地。不同的演员在分析同一个剧本的同一人物时，对“做什么”，“为什么”往往大同小异。而“怎么做”却完全不同，显示出艺术之高低。人物的“性格化”往往也是通过“怎么做”来体现的。
促使行动者去做什么当然是要做这件事情的目的，行动的目的是演员创造出来的，应该是能够促进角色在舞台上活起来，使演员真正地行
动起来。
在行动中要怎样做----适应，就有所不同了，尽管演员可以争先设计自己怎样去完成这一行动，但是这种争先的确定，往往是有条件的。因为，演员不能完全了解在行动的过程中他将会遇到些什么样的阻力和障碍，而最主要的是，对于将如何对待自己由于种种原因演员所设想的完全可能被打破，所以演员在行动的过程中要学会适应，要打破这种按部就班的模式，要随着对手的变化而随机应变。
所以，演员在自己准备角色时完全可以寻找出角色的行动任务和目的，即确定要做什么和为什么要做这件事。但是，如果在自己事先准备工作中，就完全确定了要怎么去做，准备好了说话的语调、主势和表情、只是按照一种模式表演的话那往往是适得其反。演员在创造人物形象时必须首先抓住人物的行动。但是任何一个行动都必然是在一定的规定情境中进行的，规定情境对行动有一定的制约作用。因此，演员在创作中就必须了解规定情境在人物形象创作中的重要性以及规定情境与行动的关系。
动作的三要素是紧密相关，联成一体的，是构成动作的，不可分割，必不可少的因素
二、课堂实践：
1、单人小品
三、作业及习题：
1、什么是舞台行动及其特征？
2、舞台行动的三要素及其重要性是什么？
3、单人行动小品。
第三单元
舞台判断与舞台交流（56学时）
教学要求：
通过学习使学生认识、了解舞台判断与舞台交流的基本概念及诸环节，掌握并熟练的运用舞台判断与舞台交流。教学内容：
一、理论讲述：
1、舞台判断
舞台判断：在现实生活中，人们都是在接受了外界事物的刺激后才产生思想情感交织的思维活动。舞台上的规律也是一样。演员在舞台上要注意对手的一切行动和语言。演员要对发生在舞台上的每一个小变化、小细节作出反应。演员运用“内心独白”规范人物的思考，并组织成不断的线。不论在说出台词时，或停顿时，还是在倾听对手台词时，都在自己内心里即兴地产生出无声的内部语言，这种内部语言具有片断的不完整的性质，有时是一个短的词组，有时甚至是一个词、一个问号或感叹号，并非必须有完整的语句形式，并且要防止事先写好大段独白，在表演时无声地背诵，而应当即兴创造，相对固定，在演出中生动灵活地再现这些思考判断过程。潜台词是潜藏在台词下面的人物的思想、愿望的目的，是台词的真实含意。斯坦尼斯拉夫斯基说，潜台词“是角色的并不明显的，但在内心感觉得到的‘人的精神生活，它在台词字句底下不断地流动着，随时都给予台词以根据，赋予台词以生命。潜台词„„就是使我们说出角色台词的那个东西”。
潜台词存在于一切台词之中。一句简单的话就可能有多种潜在意思，即所谓“弦外之间”、“言外之意”。当人物采取直接的方式表达思想感情时，他的台词与潜台词是一致的。当人物采取曲折的方式表达思想感情时，他的话中就有了“弦外之间”、“言外之意”。
2、舞台交流
舞台交流与适应：指在舞台上演员与演员之间真实的互相影响。交流是舞台表演中的重要元素之一，它和信念、注意力、真实、感觉、行动等各种活动统一于表演艺术领域中，是由心理到形体组织起来的活动。演员在舞台上最直接的行为就是交流，观众在台下看到的是演员与其对象相互传达内容的这一过程，要想真正的感染观众，就必须真实的感受到对象对自己的刺激和态度，再通过自己的态度和思考反射出去，当演员做到了真听、真看、真感受时，流露出来的才是真实的交流。这就像我们生活中的传接球一样，要接住对手丢给你的球，首先要看到，从视像到行动一定是经过你大脑思考的，相对的要对手接住你的球也是这一过程，那么就是怎样使你的对手注意到你，形成没有间隙的默契。“所谓交流就是有对象的表演，就是与他人的思想、动作、情绪的相互给予与接受，是指演员在表演过程中与对手之间的思想、感情、意志、愿望、动作等相互传递、相互作用和相互影响。”如果说的通俗一点，就是演员与行动对象之间的接受和给予、刺激和反应。在舞台上要做到与对手真正的交流不是那么容易的，需要你有坚实的表演素质基础，这是日积月累的，做好一切基础训练才能实现舞台上真实的交流，这对演员塑造人物起着至关重要的作用。
二、课堂实践：
1、舞台判断练习
2、有机沉默练习
3、双人少言练习
4、双人交流小品
三、作业及习题：
1、什么是舞台判断？
2、什么是舞台交流，有哪些环节？
3、双人交流小品。
第四单元
观察生活小品（64学时）
教学要求：
通过学习使学生明白生活与艺术的关系，学会并自觉将生活作为创作的源泉，初步建立表演是塑造鲜活人物的理念。教学内容：
一、理论讲述：
1、生活与艺术
生活是艺术的源泉，不管艺术的发生学里讲艺术是劳动产生了艺术，还是祭祀活动产生了艺术，总之艺术是和人的生活是分不开的。它既是人生活的一部分，同时它反映的内容又是人的生活。它们的关系既是艺术的源头，又是艺术反映的对象。作为戏剧艺术、表演艺术同样的是遵循着这样的规律。戏剧艺术是最贴近生活形态的一种艺术门类，它和生活最接近最具体，最容易在欣赏
这种艺术的时候去关照自己的生活，拿自己生活中的与舞台发生的事情去对照比较评判，包括舞台上反映的戏剧艺术在观众中产生的情感共鸣，这种情感也是遵循着生活的规律。
2、观察生活练习
在观察生活的基础上汲取与集中生活素材、提炼人物的鲜明特征、明确具体的规定情境，具有一定的矛盾冲突。不要随意胡造。要在真实生活的引导下去产生合理的想象、去充实和丰富矛盾冲突、去组织人物行动、去创造鲜明的人物形象。联系可以有音乐、效果等其他表现手段的运用，使其更加具有感染力和完整性。
二、课堂实践
1、模拟人物
2、观察生活小品
三、作业及习题：
1、生活与艺术的关系如何？
2、观察生活的要点是什么？
3、观察生活小品。
第五单元
小说片段（24学时）
教学要求：
通过学习使学生初步接触文学人物形象，并了解如何改编小说，逐步从我演我过渡到我演他。
一、教学内容：
通过小说片断的排演，使学生在正确的表演理论的指导下，初步
掌握分析剧本、分析角色以及构思角色的方法，并在此基础上体现出角色的性格特征（包括角色的心理特征和外貌特征），掌握表演的风格体形感、节奏感。学习掌握各种表演的方法与技巧，（包括台词处理，动作选择，道具运用，形体表现，舞台调度等），为创造完整的作的形象打下坚实的基础。发掘和培养学生的创作个性。通过本课程的教学，应让学生理解并掌握以下的专业技能：
1、能够初步的掌握剧本分析的内容与方法。
2、能初步具有分析与构思人物形象的能力。
3、能初步感受和掌握角色的心理特征和外部特征。
4、能按照小说所提供的规定情境，根据角色的任务与同台演员共同完成角色的创造，并通过角色的舞台行为体现出角色的思想感情和性格特征。
5、学习并初步掌握表演的基本技法——渲染、冲突、对比、呼应、重复、衬托、层次、强调、细节刻画等。
二、课堂实践：
1、小说片断的改编与排演
这是片断教学的第一个阶段。小说与剧本是两种不同的文学形式。通过小说的改编和排演，可以让学生借助小说详尽生动的情节描述和深入细致的人物刻画，丰富、立体且富有创造性地完成戏剧情节的结构，清晰的感受到人物的心理状态和发展过程，从而在第一个教学阶段学生自我构思人物、构思情节进行表演的基础上，逐步过渡到在小说的一定制约下进行表演的二度创作。小说片断的改编和排练是
正式进入剧本排演的一种必要的准备和专业的训练，它可以让学生逐步熟悉和适应怎样通过人物的行动、人物的独白和对白等语言形式情节的展开和人物的塑造。所选择的小说片断，应具有情节发展的逻辑性和完整性，具有较为强烈和集中的矛盾冲突，人物的发展具有连贯性和动作性，人物的性格较为鲜明、突出，有较好的人物语言基础，能够给演员的表演创作提供较大的想象空间和行动空间。
三、作业及习题：
1、如何做人物小传？
2、改编一个小说片段。
贯穿于二——五单元的理论基础：情境与动机（48学时）教学要求：
通过学习使学生了解、感受规定情境并在规定情境下有机合理的行动。教学内容：
一、理论讲述：
1、情境与规定情境
戏剧不同于其他艺术门类的特征之一就是：戏剧中的人总是处于情境之中的。情境可以激发人物行动，改变人物关系。情境又是 人物性格展示的平台。那么情境包括什么呢？情境就是人物所处的情势和境况。规定情境则是规定好的情势和境况，除此之外还包括演员和导演合理的想象给予补充的部分，以及演员在舞台上要注意的一切事项。
假使是使学生相信规定情境的有效途径。斯坦尼斯拉夫斯基在《演员自我修养》中称之为“有魔力的假使”，说它有魔力其实是使学生相信规定情境，以“假使我就是我会怎么样？”从自我出发感受规定情境，对规定情境的真实感受又激发学生加深了信念感。
2、动机与动作
警官总要寻找犯罪人的犯罪动机，如果没有合理的犯罪动机将很难认证犯罪事实，可见正常人的行为都是在动机的驱使下进行的。动机是行动的驱动力，行动时动机的外在表现和执行手段。动机产生于情境，并对情境有反作用。
二、课堂实践：
1、感受练习——通过对多种不同情境的感受练习，培养学生的信念感。
2、无实物练习——通过对虚拟物品的模拟练习，建立学生的信念感。
三、作业与习题：
1、什么是规定情境？
2、动机与情境的关系如何？
篇8：元素替代教案
合金的性能决定于合金的结构, 合金成分是影响Fe-Ga合金结构的主要因素之一。为改善Fe-Ga合金的磁致伸缩性能, 近几十年来研究者们采用元素替代和掺杂的方法来改变合金成分, 从而改变合金的微结构, 以期改善合金性能, 研究内容大体包括以下两个方面: (1) 用单元或多元元素替代Fe-Ga合金基本组元元素Fe和Ga; (2) 在Fe-Ga合金中掺杂单元或多元元素。本文将基于Fe-Ga合金, 从元素替代和元素掺杂对Fe-Ga合金结构和性能的影响方面入手, 来阐述新型Fe-Ga磁致伸缩材料的最新进展。
1 元素替代对Fe-Ga合金结构和性能的影响
在功能材料的研究中, 元素替代法是经常采用的基本手段。具体而言, 元素替代就是将原合金基体中的基本组元成分用其他元素部分或全部替代。合金元素被替代后, 一般不会改变合金的晶体结构, 但会不同程度地改变合金的微结构, 进而影响合金的性能。元素替代的目的就是通过改变合金的微结构来改善合金的性能。Fe-Ga合金一般由一定比例的Fe和Ga两种元素组成, Fe元素形成Fe-Ga合金的主要晶体结构, Ga元素固溶于Fe元素形成的晶体结构中。因此在Fe-Ga合金中, 元素替代一般分为基本组元Fe元素替代和Ga元素替代, 以及组元元素Fe和Ga同时被替代。选取不同种类、不同含量的元素替代会对合金的结构与性能产生不同的影响。
1.1 Fe-Ga合金中对Ga元素的替代
在Fe-Ga合金基本组元成分的替代方面, 对非磁性Ga原子替代的研究较多。研究者多采用与Ga同主族或邻主族、同周期或邻周期的元素替代Fe-Ga合金中的Ga元素。
考虑到Ga (4s24p1) 和Al (3s23p1) 原子具有相似的价电子排布式, 以及Al比Ga的成本低等因素, 用Al替代Ga的研究一直备受关注。2001年, Srisukhumbowornchai等[7]用小量的Al (5% (原子分数) ) 替代Fe-20%Ga (原子分数) 合金中的Ga, 发现替代后合金的磁致伸缩系数有微小的增大, 而Al含量增多, 磁致伸缩系数有减小的趋势。同样, Zhou等[8]研究了Fe82Ga18-xAlx (3
基于d层全满或全空的非磁性元素将影响Fe原子自旋-轨道耦合, 从而可能有效地影响Fe-Ga合金的磁致伸缩性能[10]。丁雨田等[11]除了用Al替代Ga元素外, 还考虑到Cu (3d104s1) 与Ga (3d104s24p1) 属同周期, 两者的3d层电子排布相同, 用Cu替代Fe-Ga合金中的Ga元素, 通过非平衡凝固方式制备Fe83Ga17-xMx (x=0, 1, 2, 3;M=Al, Cu) 合金, 并对合金的相组成及其磁致伸缩性能进行研究, 发现合金仍由A2相组成, Al、Cu均固溶于Fe-Ga合金。Al和Cu均对Fe83Ga17合金的磁致伸缩性能产生抑制作用, 而Cu的抑制作用要小于Al。对于Al, 当x=2时, 饱和磁致伸缩值达到最大;而对于Cu, 当x=2, 3时, 饱和磁致伸缩值均达到最大。高芳等[12]用Si、Ge和Sn替代Fe-Ga合金中的Ga元素, 研究了Fe81 (Ga1-xMx) 19 (x=0, 0.1, 0.2;M=Si, Ge, Sn) 合金的相组成和磁致伸缩性能。结果表明, Si、Ge元素的替代没有改变Fe81Ga19合金中的A2相结构, 小量替代没有降低合金的饱和磁致伸缩系数, 而继续增加替代元素含量, 饱和磁致伸缩系数显著下降;Sn替代Ga使合金相结构发生变化, 合金由A2和FeSn (Ga) 两相组成。随着Sn含量的增加, 非磁性FeSn (Ga) 相含量增加, 合金的饱和磁致伸缩系数呈降低趋势。综合比较, Fe81 (Ga0.9Sn0.1) 19合金获得了略高于Fe81Ga19合金的最大饱和磁致伸缩系数。范进良等[13]用In、Ge替代Fe-Ga合金中的Ga元素, 研究了Fe81 (Ga1-xYx) 19 (Y=In, Ge;x=0, 0.1) 合金的相结构、微观结构和磁致伸缩性能。结果表明, 用In替代后, 合金由A2和富In相两相组成, 富In相呈细小的颗粒状沿晶界分布, 合金的磁致伸缩系数降低, 淬火后合金的磁致伸缩系数较热处理前提高了约1倍;用Ge替代后, 合金仍保持A2相结构, 铸态Fe81 (Ga0.9-Ge0.1) 19合金中存在大量的枝晶, 淬火后枝晶消失, 合金的磁致伸缩系数降低, 淬火后磁致伸缩系数提高约2倍。为说明替代元素与Ga元素的关系以及替代对Fe-Ga合金性能和结构的影响, 特将替代元素的基本性质及替代对Fe-Ga合金的影响列于表2。
1.2 Fe-Ga合金中对Fe元素的替代
少数研究者对Fe-Ga合金中的Fe元素进行替代。为了改善多晶Fe-Ga合金的磁致伸缩性能, Bormio-Nunes等[14]针对Fe85Ga15合金, 用Co、Ni替代Fe-Ga合金中的Fe, 用Al元素替代了合金中Ga元素。研究发现三元合金的磁致伸缩值比二元合金的大, 表明这种替代有利于合金磁致伸缩性能的改善。Bormio-Nunes等[15]还用Co、Ni替代Fe85Ga15合金中的Fe, 研究了Fe85Ga15、Fe78Ni7Ga15和Fe78Co7Ga15合金的结构与磁致伸缩性能, 发现Fe85Ga15合金仅由无序的A2相组成, 而用Co、Ni替代Fe后, 合金中除了含有无序的A2相外, 还出现了有序的DO3相结构。Fe78Ni7Ga15的磁致伸缩系数达到最大 (370×10-6) , 而Fe78Co7Ga15合金的磁致伸缩系数最小 (270×10-6) 。
2 元素掺杂对Fe-Ga合金结构和性能的影响
元素掺杂法也是功能材料研究中经常采用的基本手段。元素掺杂, 即在一个作为基体的晶体结构中掺入少量的其他元素, 因为被掺杂元素在化学性质上和原有基体不同, 晶格结构会出现各种各样的变化和缺陷, 从而提升原有基体的性质, 或者引入原来不具有的性质。Fe-Ga合金中的掺杂有单元掺杂和多元掺杂。不同种类元素、不同元素含量的掺杂对合金的结构与性能产生不同的影响。
2.1 小原子元素掺杂Fe-Ga合金
在元素掺杂方面, 基于小原子B元素与Ga属于同一主族, 外层电子结构相同, 将B元素掺杂到Fe-Ga合金中的研究一直备受关注。龚彦等[16]研究了 (Fe0.81Ga0.19) 100-xBx (x=0~20) 合金的相组成和磁致伸缩特性。研究发现, 因掺杂的B含量不同, 合金的相结构发生了明显的变化。当x=1时, 铸态合金由A2 (bcc Fe (Ga) ) 相和Fe2B相组成;当x=5, 10, 15和20时, 合金由A2相、L12和Fe2B相组成。合金的磁致伸缩性能因合金相结构的变化而改变。随着B含量的增加, 磁致伸缩性能比铸态Fe81Ga19合金小。但经过800℃×3h油淬后, x=10合金的磁致伸缩较油淬Fe81Ga19合金提高了80%。李纪恒等[17]在Fe83Ga17合金中掺杂了少量的B (0.5% (原子分数) ) , 对合金室温力学性能及轧制薄片磁致伸缩性能进行了研究, 发现添加少量B提高了Fe-Ga合金的室温塑性, 实现了合金的轧制成形。热处理对掺杂后合金薄片材料磁致伸缩性能的影响很大。在相同热处理条件下, 磁致伸缩性能随薄片形变量的减小而增加。分析认为热处理对合金薄片磁致伸缩性能的影响归因于对样品织构的影响。同时, 他们研究了B和Cr掺杂的多晶Fe83Ga17合金的磁致伸缩和拉伸力学性能, 发现掺杂1% (原子分数) B不仅增强了合金的磁致伸缩性能, 而且改善了合金的室温力学性能。这种改善归因于B元素以Fe2B相的形式偏聚在晶界, 细化了合金晶粒, 增加了合金晶界结合力, 抑制了沿晶脆断。同样2% (原子分数) Cr的掺杂也使合金的磁致伸缩性能和室温力学性能提高, 主要归因于固溶在Fe-Ga合金中的Cr起到固溶强化作用, 同时提高了合金的晶界强度和解理强度[18]。他们还对Fe82.2Ga16.8B和Fe80.6Ga18.9B0.5合金在应力下的再结晶行为和磁致伸缩性能进行了详细的研究[19]。秦凯等[20]研究了过冷度分别为198K和270K时制备的 (Fe81-Ga19) 90B10合金, 发现随着过冷度增加, 合金的晶粒尺寸逐渐增大, 晶界变细;合金由于在低角度附近存在有序DO3相, 导致其磁致伸缩值增加较小, 由60×10-6增至80×10-6。在合金凝固过程中施加垂直磁场后晶粒尺寸变大, 合金内部富B相及富Ga相的析出量增加, 但磁致伸缩性能较加磁场前变化不大, 达到85×10-6。同时合金沿〈110〉方向具有一定的择优取向, 因偏离〈100〉易磁化方向, 故磁致伸缩系数较低。丁雨田等[21]采用非平衡凝固方法制备了 (Fe83Ga17) 100-xMx (x=0, 0.5, 1, 1.5;M=C, B) 合金, 并对其相组成及磁致伸缩性能进行了研究, 发现C、B元素对合金微观组织产生了很大影响, C固溶于A2相中, 而B富集于晶界处, 晶粒形状呈区域定向排列。添加C、B均对Fe83Ga17合金的磁致伸缩性能产生了抑制作用。Basumatary等[22]对Fe77Ga23Bx (x=0, 0.025, 0.050, 0.075和0.1) 合金在1000℃下退火10h, 发现合金由A2主相和L12、DO3第二相组成。B的掺杂使合金中L12、DO3第二相含量减少, 并且使磁致伸缩性能改善, 合金磁致伸缩性能改善的程度与B的掺杂量密切相关, 具体见图1。
为了改善Fe-Ga合金的易碎性和不可加工性, 研究者尝试在Fe-Ga合金中掺杂Nb及NbC元素。研究表明[23,24,25,26], Nb及NbC掺杂不仅增强了Fe-Ga合金的延展性, 而且还维持了合金的高磁致伸缩系数, 拓宽了其应用范围。此外, Takahashi等[27]在Fe-Ga合金中掺杂了Al、C、Zr、Nb和Mo, 对 (Fe0.80Ga0.15Al0.05) 99X0.5C0.5 (X=Zr, Nb和Mo) 合金进行了研究。
2.2 稀土元素掺杂Fe-Ga合金
近年来, 考虑到稀土元素Dy和Tb因4f电子层而具有特殊的磁性能, 其单晶在特定晶体学方向上的磁致伸缩系数大, 以及它们在稀土巨磁致伸缩材料中曾发挥重要作用等原因, 研究者们试图通过稀土元素Dy和Tb的掺杂来改变FeGa合金的磁致伸缩性能, 该研究工作主要集中在国内包头稀土研究院和北京航空航天大学。以赵增祺、江丽萍为代表的研究者们分别将稀土元素Dy和Tb掺杂到Fe83Ga17中, 研究了Fe83Ga17Tbx合金的结构与性能, 发现稀土Tb掺杂后, Fe-Ga合金具有〈100〉晶向取向的晶粒数目有所增加, Tb在Fe-Ga合金中的晶界处富集, Tb掺杂后合金的磁致伸缩性能明显提高[28,29]。随后, 他们对Tb掺杂的Fe-Ga合金Fe81-Ga19Tbx (x=0, 0.2, 0.4, 0.6) 进行快淬处理, 制备了合金薄带, 研究发现Fe81Ga19Tb0.2合金的磁致伸缩系数最大, 达到-1320×10-6[30], 并详细对比研究了Fe81Ga19Tbx (x=0.3) 和Fe81Ga19合金的温度稳定性[31]。在对稀土Dy掺杂的FeGa合金Fe81Ga17Dyx (x=0, 0.2, 0.4, 0.6) 的研究中发现, 稀土Dy掺杂于Fe83Ga17合金中对合金的晶体结构影响很小, 对显微组织影响显著。Fe83Ga17Dy0.2合金的磁致伸缩系数达最佳, 在5000Oe外加磁场下达到300×10[32,33]。2014年, 北京航空航天大学的Jiang研究小组也开始致力于稀土掺杂Fe-Ga合金的研究。他们采用快淬方法制备了 (Fe0.83-Ga0.17) 100-xDyx (0≤x≤0.42) 合金薄带[34], 研究发现掺杂的Dy元素固溶于A2相中。稀土Dy掺杂的Fe83Ga17合金薄带的磁致伸缩性能有明显的改善。笔者还研究了稀土Ce掺杂的Fe-Ga合金, 在对Fe83Ga17Cex (x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8和1.0) 系列合金的研究中发现, 稀土Ce掺杂Fe83Ga17合金的磁致伸缩系数随稀土Ce含量的增加呈现出先增加后减小的变化趋势, x=0.8合金的磁致伸缩系数最大, 在557kA/m外加磁场下达到356×10-6[35]。此外, 对Fe83Ga17Ce0.8合金在不同快淬速率下进行快淬处理, 研究快淬速率对其组织结构和磁致伸缩性能的影响。研究发现, 快淬导致微量非对称结构的DO3相析出;随着快淬速率的增大, 合金的磁致伸缩系数绝对值先增大后大幅度减小。6m/s快淬态合金的磁致伸缩系数最大, 在外磁场为557kA/m时达到382×10-6。分析认为, 快淬态合金大的磁致伸缩性能主要来源于合金中形成的CeFe2相和析出的非对称结构的DO3相[36]。
可见, 不仅掺杂稀土元素的种类对Fe-Ga合金的结构和性能有不同的影响;掺杂同种稀土元素时, 掺杂量的不同也会对合金的结构与性能产生不同的影响。图2列举了掺杂不同含量的稀土Tb、Dy和Ce元素后Fe-Ga合金的磁致伸缩性能。
3 结束语
新型Fe-Ga磁致伸缩合金虽然具有低饱和磁化场、良好延展性和韧性以及低成本等综合优势, 但是其磁致伸缩性能仍需进一步提高。国内外对该类合金进行了大量的研究, 并取得了显著的成果, 尤其是在提高合金的磁致伸缩性能方面。元素替代法和掺杂法是改善合金性能的重要方法, 通过基本组元元素替代或合金成分中掺杂其他元素来改变合金的相结构或组织织构, 从而改善合金的综合磁致伸缩性能。但是单一元素替代或掺杂在提高合金某方面性能的同时却会导致其它性能的恶化。因此, 单一元素替代或掺杂无法满足提高合金综合性能的要求。同时, 稀土元素在Fe-Ga磁致伸缩合金中的掺杂发挥着重要的优势。鉴于此, 今后的研究应选取合适的多元素联合替代或掺杂, 以利于提高合金的综合性能。此外, 鉴于稀土元素的掺杂使Fe-Ga合金的磁致伸缩性能获得明显的改善, 进一步加深或拓展稀土元素掺杂Fe-Ga合金的研究是很有必要的。
摘要：Fe-Ga合金是一种新型磁致伸缩材料, 它的高强度、良好韧性、低场高磁致伸缩性能和低成本等优异特性使其具有广泛的商业应用。然而, 实际制备的Fe-Ga合金的磁致伸缩数系数很小, 提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能成为人们关注的课题。元素替代和掺杂是改善新型Fe-Ga磁致伸缩材料性能的一种有效方法。综述了近几十年来元素替代和掺杂对Fe-Ga磁致伸缩合金结构和性能的影响, 并总结了各种元素替代和掺杂的研究进展。在此基础上, 指出了元素替代和掺杂在改善Fe-Ga合金性能中存在的问题及今后的发展方向。