科學(xué)論文（通用6篇）
在學(xué)習(xí)、工作中，大家都不可避免地要接觸到論文吧，通過論文寫作可以培養(yǎng)我們的科學(xué)研究能力。相信許多人會(huì)覺得論文很難寫吧，下面是小編精心整理的科學(xué)論文（通用6篇），僅供參考，大家一起來看看吧。
科學(xué)論文 篇1
摘要：生成性教學(xué)在科學(xué)課堂中的應(yīng)用是一種突破，它能促進(jìn)學(xué)生的探究能力從滋生到成熟的發(fā)展進(jìn)程。在生成性教學(xué)中，關(guān)鍵在“活動(dòng)—體驗(yàn)”的基礎(chǔ)上發(fā)揮動(dòng)態(tài)生成的作用，即教師在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)揮、自主思考、自主獲取教師與學(xué)生之間交流的經(jīng)驗(yàn)、科學(xué)知識(shí)，使課堂在對(duì)話中生成，在生成中引導(dǎo)，在引導(dǎo)中感悟，最終促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)知水平的提升、探究能力的提高和科學(xué)素養(yǎng)的完善發(fā)展。
關(guān)鍵詞：科學(xué) 課堂教學(xué) 生成 動(dòng)態(tài) 探索
葉瀾教授曾經(jīng)指出：“課堂應(yīng)是向未知方向挺進(jìn)的旅程，隨時(shí)都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的圖景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒有激情的行程”。新課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的學(xué)生學(xué)習(xí)方式是自主的、合作的、探究的，以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，以合作學(xué)習(xí)為途徑，以探究學(xué)習(xí)為目的新型教學(xué)模式，成為課堂動(dòng)態(tài)生成的沃土，這些“生成”演繹著課堂的精彩，更充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，從而激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性。課堂教學(xué)不再是教師按照預(yù)設(shè)的教學(xué)方案機(jī)械、僵化地傳授知識(shí)的線性的過程，而應(yīng)是根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際需要，不斷調(diào)整，動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程。課堂因生成而出彩，課堂因生成而充滿生機(jī)。
關(guān)注課堂教學(xué)的生成性，決不意味著“預(yù)設(shè)”已不再重要。恰恰相反，課堂教學(xué)生成機(jī)制的高效發(fā)揮，正有賴于科學(xué)預(yù)設(shè)的充分和周到。充分的“預(yù)設(shè)”不僅與“生成”不相矛盾，而且高度統(tǒng)一，相輔相成。“預(yù)設(shè)”不為別的，正是為了更有效的生成�？茖W(xué)的“預(yù)設(shè)”應(yīng)當(dāng)也包含了對(duì)課堂生成前景的估計(jì)。
[案例]：
這是我自己在今年執(zhí)教的一堂課，內(nèi)容是小學(xué)科學(xué)四年級(jí)（上冊(cè)）《空氣的性質(zhì)》。我按照預(yù)設(shè)好的教學(xué)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行教學(xué)。在做“噴氣氣球充氣量的多少與它跑的距離是否有關(guān)？”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一個(gè)氣球是按照預(yù)設(shè)向前前進(jìn)的，然而第二個(gè)氣球在實(shí)驗(yàn)時(shí)卻出現(xiàn)了狀況，它在原地動(dòng)了動(dòng)，最后是往長氣球中間縮了，沒有按照原計(jì)劃向前進(jìn)，而且連續(xù)幾次都是這種狀況。這種情況與我設(shè)計(jì)的相差很大，但是我并沒有放棄讓學(xué)生時(shí)刻養(yǎng)成留意各種現(xiàn)象的習(xí)慣，我接著就提問學(xué)生為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況，你們能找出其中的原因嗎？學(xué)生們是大眼瞪小眼，東張西望后沒有人舉手。我就說：“請(qǐng)同學(xué)們?cè)倏匆槐�，發(fā)現(xiàn)這次與第一次的情況有什么區(qū)別，然后思考為什么會(huì)出現(xiàn)往中間縮的情況？”通過再次實(shí)驗(yàn)，有些同學(xué)找到了它們之間的區(qū)別，就是第一次氣球打氣時(shí)，氣球前后粗細(xì)是差不多的，而后來幾次氣球都是中間特別大，前后不一樣粗細(xì)，但是還是不能回答為什么會(huì)往中間縮。這時(shí)候我就給學(xué)生講這其中的原因了：是因?yàn)闅馇虮旧淼牟牧嫌袕椥�，�?dāng)中間特別大時(shí)，中間部分的收縮力就小，而兩端的收縮力較大，導(dǎo)致了氣球往中間縮了，而不向前去。最后，我又找了好幾個(gè)氣球，直到充氣后前后差不多大小才進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果當(dāng)然按照預(yù)設(shè)的那樣：充氣多的氣球跑得遠(yuǎn)，充氣少的氣球跑得近。課堂在經(jīng)歷了一些插曲后終于回到了正途。
[反思]：
傳統(tǒng)的課堂教學(xué)成功的一個(gè)重要因素是教師有充分的預(yù)設(shè)，然后通過自己豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)機(jī)智來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入自己的預(yù)設(shè)，從而達(dá)到順利完成教學(xué)任務(wù)的目的。同樣我們現(xiàn)在的科學(xué)教師包括我自己，為完成一堂成功的課堂教學(xué)，同樣是在課前進(jìn)行精心的醞釀，每一個(gè)環(huán)節(jié)都考慮的十分周到，無非也是在做更為精細(xì)的預(yù)設(shè)。我能夠深刻理解課堂教學(xué)預(yù)設(shè)的重要性，但課堂教學(xué)是千變?nèi)f化的，再好的預(yù)設(shè)也不可能預(yù)見課堂上可能出現(xiàn)的所有情況，更多的時(shí)候我們都會(huì)突然遭遇。并且是和預(yù)設(shè)相距甚遠(yuǎn)的生成。在這種情況下就要我們教師依靠自身的機(jī)智和文化科學(xué)底蘊(yùn)來把這個(gè)課堂生成處理成錦上添花，取得意想不到的效果。在今后的.課堂教學(xué)中，生成還是會(huì)不斷地涌現(xiàn)，那么我們要怎樣地來處理這些生成呢？我想從下面幾點(diǎn)來嘗試：
新課程背景下的課堂教學(xué)是一個(gè)動(dòng)態(tài)生成的過程，也是教師生成新的實(shí)踐智慧的立足點(diǎn)。
�。薄⒉蹲搅咙c(diǎn)，讓“花絮”在課堂中綻放。新課程提倡的課堂是一個(gè)綠色的生態(tài)環(huán)境，在課堂中，學(xué)生要有思考的自由，更要有說話的權(quán)利。在學(xué)生的小腦袋中，總有著大人覺得不可思議的“奇思妙想”，在課堂中，他們也會(huì)浮想翩翩，令教師措手不及。課堂中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生的“奇思妙想”，善待學(xué)生的“奇談怪論”，面對(duì)學(xué)生突如其來的、個(gè)性化的理解，應(yīng)巧妙地將“生成”與“預(yù)設(shè)”融合起來，現(xiàn)場(chǎng)捕捉，啟迪智慧，使學(xué)生在與學(xué)生、學(xué)生與教師的思維碰撞中領(lǐng)悟科學(xué)真諦，形成一定的創(chuàng)新能力。
2、聆聽稚音，讓“意外”在課堂中爭(zhēng)鳴。課堂是教師與學(xué)生生命體驗(yàn)的交流場(chǎng)，傾聽是師生之間內(nèi)心世界的呼應(yīng)。教師要學(xué)會(huì)傾聽，因?yàn)閮A聽意味著理解、尊重，一味著接納、期待，意味著分擔(dān)痛苦、分享快樂。它的意義遠(yuǎn)不是給孩子一個(gè)表達(dá)的機(jī)會(huì)，它或許帶來的是早已失落的人格尊嚴(yán)，點(diǎn)燃的或許是即將熄滅的思維火花，揚(yáng)起的或許是塵封已久的信念追求。學(xué)會(huì)耐心傾聽，就能獲取來自孩子的一切信息，學(xué)會(huì)耐心傾聽，就會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在制造一個(gè)個(gè)的“意外”，它或許會(huì)打亂教學(xué)的節(jié)奏，而正是這一個(gè)個(gè)的“意外”，許多不曾預(yù)約的精彩不期而至，課堂也呈現(xiàn)出“百家爭(zhēng)鳴”的精彩。這樣的課堂，教師與學(xué)生都能夠彼此享受到尊重的幸福，交流的幸福，思索的幸福，成長的幸福。
一堂普通的科學(xué)課，讓我體驗(yàn)到了理想與現(xiàn)實(shí)的差距，也深深感受到了預(yù)設(shè)與生成的重要�！坝畴A碧草自春色”--臺(tái)階上的小草雖然不起眼，但詩人用心靈發(fā)現(xiàn)了它的生命價(jià)值，發(fā)現(xiàn)了每一個(gè)生命獨(dú)特的春情、春意。如果，我們每一位教師都能像這位詩人一樣，用自己的慧眼去捕捉課堂中的每一朵浪花，每一抹亮色，讓他們自由暢談個(gè)人真實(shí)的想法，使課堂在對(duì)話中生成，在生成中引導(dǎo)，在引導(dǎo)中感悟，那么我們的課堂也將在生成中綻放生命的旋律，課堂也會(huì)萌發(fā)個(gè)性化的氣息，聽到學(xué)生靈動(dòng)的表達(dá)。這樣的課堂，一定會(huì)時(shí)時(shí)精彩的！我們也會(huì)在課堂中找到作為一名教師的幸福。
科學(xué)論文 篇2
生態(tài)環(huán)境與科學(xué)技術(shù)的變遷
摘要：人類與自然相互聯(lián)系、相互作用，共同構(gòu)成了一個(gè)生生不息的有機(jī)整體。自然生態(tài)系統(tǒng)和科學(xué)技術(shù)作為人類生存及發(fā)展的兩大主題，對(duì)人類世界的存續(xù)起著至關(guān)重要的作用。自然先于人類而存在，但人類的活動(dòng)在某些方面改變了自然發(fā)展的過程。工業(yè)革命后，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類加快了發(fā)展的腳步。一、生態(tài)文明和科學(xué)技術(shù)的沖突
(一)生態(tài)文明與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系
從馬克思主義生態(tài)觀念的理論研究出發(fā)，隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人類社會(huì)的生態(tài)問題越來越呈現(xiàn)多樣化的姿態(tài)�？茖W(xué)技術(shù)的異化造成了人們心態(tài)的變化，人們只能看到眼前的發(fā)展利益，而忽視了對(duì)于資源消耗、環(huán)境破壞造成的惡劣影響�？茖W(xué)技術(shù)并不是生態(tài)問題產(chǎn)生的唯一原因，但是科學(xué)技術(shù)所帶來的消極影響卻是我們不容忽視的。生態(tài)危機(jī)是人與自然、人與人之間矛盾作用下的產(chǎn)物，相對(duì)與資本主義社會(huì)，人類文明雖然達(dá)到了更高的層次，但是環(huán)境問題始終是困擾著人類社會(huì)發(fā)展的重要原因。
(二)生態(tài)文明對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是一把雙刃劍，我們?cè)谙硎芸茖W(xué)技術(shù)成果的時(shí)候，也在承受著科學(xué)技術(shù)異化的產(chǎn)物。2015年，柴靜的一部《穹頂之下》以真實(shí)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)了霧霾對(duì)于人類社會(huì)造成的惡劣影響，究其根源是科學(xué)技術(shù)發(fā)展下人類社會(huì)對(duì)于環(huán)境的肆意破壞。生態(tài)環(huán)境建設(shè)刻不容緩，以生態(tài)辯證法的角度來看，從單一現(xiàn)代性走向多元現(xiàn)代性是現(xiàn)代性自我否定的`結(jié)果，也是構(gòu)建生態(tài)文明的必然要求。在全球化發(fā)展的今天，不同的生態(tài)參與主體產(chǎn)生了不同的環(huán)境問題，由環(huán)境問題衍生的道德問題、健康衛(wèi)生問題等呈現(xiàn)了多種的問題形態(tài)。環(huán)境的保護(hù)已經(jīng)成為了關(guān)系到我們生存發(fā)展的主要問題。尊重自然資源的保護(hù)，以科學(xué)的理念和健康的生活模式作為指導(dǎo)，在生態(tài)文明建設(shè)的模式下，保留我們最為傳統(tǒng)的民族文化，為子孫后代留下一片可以生存的空間。
二、科學(xué)技術(shù)與生態(tài)文明建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展途徑
(一)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)與生態(tài)文明建設(shè)的統(tǒng)一
科學(xué)技術(shù)與生態(tài)文明建設(shè)都是社會(huì)主義建設(shè)的必然選擇，科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要?jiǎng)恿�。通過科學(xué)技術(shù)的有效指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力水平的有效提升，咱滿足生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新實(shí)踐帶來更多的生產(chǎn)力發(fā)展的可能。在激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，將科學(xué)技術(shù)作為提升我國社會(huì)生產(chǎn)力和綜合競(jìng)爭(zhēng)力的和總要因素，在保障生態(tài)文明建設(shè)的總體發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國利益的維護(hù)�？茖W(xué)技術(shù)創(chuàng)新是在繼承和發(fā)展的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)特色我們更應(yīng)該繼承和發(fā)揚(yáng)，不斷的挖掘技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，在總體規(guī)劃和部署的基礎(chǔ)上，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的穩(wěn)步發(fā)展。同時(shí)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)該善于學(xué)習(xí)和借鑒，通過對(duì)國外先進(jìn)的技術(shù)人才進(jìn)行有力的吸收，在不斷的摸索發(fā)現(xiàn)的過程中實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，為生態(tài)文明建設(shè)創(chuàng)造更多的科技成果。
(二)生態(tài)文明理念與理論建設(shè)的統(tǒng)一
在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，在生態(tài)文明的建設(shè)理念上也要實(shí)現(xiàn)科學(xué)的發(fā)展�？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展讓人們看到了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，經(jīng)濟(jì)的快節(jié)奏發(fā)展讓人們迷失在利益和欲望的追逐之中。最根本的還是需要從生態(tài)文明建設(shè)的意識(shí)上提升人們的思維模式，通過形成生態(tài)文明的建設(shè)理念，促進(jìn)人類社會(huì)思維方式、生產(chǎn)和生活方式的科學(xué)發(fā)展。注重對(duì)馬克思主義生態(tài)觀念的理性把握，確立科學(xué)的科學(xué)技術(shù)和生態(tài)文明建設(shè)的思維模式，樹立大眾普遍的生態(tài)文明建設(shè)的觀念，倡導(dǎo)多元化、健康化的生態(tài)文明建設(shè)模式，構(gòu)建合理的生態(tài)文明建設(shè)途徑。以馬克思主義生態(tài)辯證法為生態(tài)文明與多元現(xiàn)代性的實(shí)現(xiàn)提供了哲學(xué)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果和理論成果的豐富統(tǒng)一，促進(jìn)人類社會(huì)文明不斷的發(fā)展。
三、結(jié)論
綜上所述，現(xiàn)代化生產(chǎn)實(shí)踐下，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展必須同生態(tài)文明建設(shè)保持一致性。生態(tài)文敏建設(shè)作為重要的時(shí)代話題將會(huì)伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展呈現(xiàn)更加具體化、多樣化的表現(xiàn)形式。而科學(xué)技術(shù)和生態(tài)文明之間的存在的矛盾也并非不可調(diào)和的，從技術(shù)上、理念上實(shí)現(xiàn)不斷的更新，滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，以生態(tài)文明這一建設(shè)理念作為總體的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的保駕護(hù)航，促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)向著更長遠(yuǎn)的方向發(fā)展。在享受現(xiàn)代化帶來的科技成果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)積極有效的生態(tài)文明的建設(shè)。(作者單位：渤海大學(xué))
科學(xué)論文 篇3
摘要：科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出：“探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的核心”,“親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要途徑”.在教學(xué)中，教師應(yīng)努力營造寬松、和諧、民主的課堂氣氛，使學(xué)生主動(dòng)地參與研究過程，給學(xué)生一個(gè)自由探索科學(xué)的空間，幫助學(xué)生接受和理解科學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中得到“課課有收獲”的情緒體驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；實(shí)效性；探究能力
一、巧激趣，促高效
創(chuàng)設(shè)問題情境，目的是激發(fā)學(xué)生的.好奇心，從而對(duì)所學(xué)知識(shí)充滿探究興趣，發(fā)現(xiàn)并提出問題，積極參與學(xué)習(xí)過程，通過自主合作探究來獲得知識(shí)。可以說，教師與其“給”學(xué)生十個(gè)問題，不如創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生自己去“發(fā)現(xiàn)”、去“產(chǎn)生”一個(gè)問題。好的情境引入可以產(chǎn)生問題，使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，興趣盎然，積極探索，為課堂教學(xué)做好鋪墊。
二、注重和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力
在科學(xué)課教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程，盡可能多地讓每一個(gè)學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)過程，從而獲取科學(xué)知識(shí)，運(yùn)用觀察和實(shí)驗(yàn)手段獲得科學(xué)知識(shí)的技能，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。通過提出問題、猜想與假設(shè)、驗(yàn)證問題、解決問題這樣一次次實(shí)實(shí)在在的科學(xué)探究過程，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，并為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供廣闊的空間，學(xué)生的創(chuàng)新火花往往就在不知不覺的實(shí)踐研究中點(diǎn)燃了。動(dòng)手實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生愛科學(xué)的興趣，有效地幫助學(xué)生發(fā)展智力，提高學(xué)生科學(xué)的素養(yǎng)。但是，任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)不是讓學(xué)生隨便動(dòng)手做一做、看一看、說一說就行了，還需從中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度。
三、師生互動(dòng)合作，打造親和課堂
教師在教學(xué)中應(yīng)與學(xué)生積極互動(dòng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性和自主性，充分引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，在學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)中，教師應(yīng)該成為學(xué)生的親密合作者，由“指導(dǎo)者”向“促進(jìn)者”轉(zhuǎn)變，變“給學(xué)生壓力”為“給學(xué)生動(dòng)力”.在教學(xué)中，注重運(yùn)用多種形式的合作學(xué)習(xí)，如個(gè)別學(xué)習(xí)、同桌交流、小組合作、組織交流、全班交流等，這些組織形式就是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了合作交流的時(shí)間，教師要設(shè)計(jì)出活生生的、豐富多彩的課堂。將課堂變成展示、交流的舞臺(tái)，讓學(xué)生把課下研究的成果在課上充分地展示、交流，使課堂充滿親和力，讓課堂更為精彩。
科學(xué)論文 篇4
摘要:在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)是科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，是科學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)與任務(wù)。學(xué)生具備了數(shù)據(jù)意識(shí)，才能形成良好的觀察與思考習(xí)慣，提高科學(xué)思維能力，促進(jìn)自身科學(xué)素養(yǎng)的提高。
關(guān)鍵詞:小學(xué);科學(xué)探究;數(shù)據(jù)意識(shí);培養(yǎng)策略
在科學(xué)探究活動(dòng)中通常會(huì)遇到相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察與測(cè)算問題，教師要注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)，使學(xué)生形成認(rèn)真觀察的習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。數(shù)據(jù)意識(shí)是學(xué)生搜集數(shù)據(jù)、整理與分析數(shù)據(jù)及運(yùn)用數(shù)據(jù)分析問題、解決問題的心理傾向。新課程標(biāo)準(zhǔn)十分重視學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)，在提出的教學(xué)目標(biāo)中，有多項(xiàng)教學(xué)目標(biāo)直接指向數(shù)據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息，能夠用不同的方式分析與解讀相關(guān)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋。因此，小學(xué)科學(xué)活動(dòng)中應(yīng)把培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)擺在極其重要的位置，提高學(xué)生運(yùn)用數(shù)據(jù)分析問題的能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)綜合素養(yǎng)的提高。
一、科學(xué)探究活動(dòng)中數(shù)據(jù)意識(shí)培養(yǎng)方面存在的問題
小學(xué)生活潑好動(dòng)，探究活動(dòng)給他們帶來了樂趣，但是學(xué)生探究活動(dòng)完成，需要在實(shí)驗(yàn)表格中填寫相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)自己并沒有關(guān)注數(shù)據(jù)，為了應(yīng)付教師的檢查，便應(yīng)付了事。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因是學(xué)生不了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要性，不會(huì)通過數(shù)據(jù)來深入思考問題。另外，由于一些探究性活動(dòng)屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)已經(jīng)明確，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中通常朝著“已經(jīng)明確了的數(shù)據(jù)”去搜集，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束回報(bào)成果時(shí)，學(xué)生往往表不自己的實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)與驗(yàn)證的數(shù)據(jù)相同或相近，這些問題都影響了學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)。在探究活動(dòng)中由于缺乏教師的正確引導(dǎo)，通常會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的問題。學(xué)生在獲取實(shí)證的過程中，主觀心理因素往往會(huì)成為左右他們行為的誘因，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生不能很好地結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取舍與分析，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的失實(shí)，這些問題制約著探究活動(dòng)的有效性。
二、科學(xué)探究活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的策略
(一)設(shè)置問題，激發(fā)學(xué)生用數(shù)據(jù)說明問題的欲望
在科學(xué)探究活動(dòng)中，教師要根據(jù)探究內(nèi)容提出問題，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生用數(shù)據(jù)說明問題的欲望，從而促使學(xué)生養(yǎng)成良好的觀察與分析數(shù)據(jù)的習(xí)慣。例如，在教學(xué)“抵抗彎曲”這一內(nèi)容時(shí)，我給學(xué)生帶來了學(xué)具:支架與紙條，讓學(xué)生親自動(dòng)手搭建一座“橋”。我又出不了多個(gè)墊圈，并告訴學(xué)生，老師想把這些墊圈放在紙橋的中間，并讓學(xué)生猜測(cè)紙橋能夠承受幾個(gè)墊圈而不至于塌下來。學(xué)生匕嘴八舌，有的說能承受1個(gè)，還有的能承受2個(gè)、3個(gè)等。接下來，我讓學(xué)生仔細(xì)觀察，通過實(shí)驗(yàn)看紙橋到底能夠承受多少個(gè)墊圈。我放一個(gè)墊圈，學(xué)生發(fā)現(xiàn)紙橋彎曲了，放兩個(gè)墊圈紙橋更加彎曲了，當(dāng)放上第三個(gè)墊圈時(shí)，紙橋被壓塌了。我問學(xué)生，這座“橋”能承受多少個(gè)墊圈?有的學(xué)生說能夠承受三個(gè)墊圈，我進(jìn)一步征求其他學(xué)生的意見，有的學(xué)生說橋能夠承受兩個(gè)墊圈，因?yàn)榉湃齻�(gè)墊圈，紙橋就塌了。以上教學(xué)片段中，我給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)用數(shù)據(jù)說明問題的`機(jī)會(huì)，我首先讓學(xué)生預(yù)測(cè)，但是預(yù)測(cè)往往是不夠準(zhǔn)確的，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到通過具體的數(shù)據(jù)來說明問題，才是科學(xué)的。
(二)動(dòng)手操作，學(xué)會(huì)采集有效數(shù)據(jù)
在探究活動(dòng)中，我要有意識(shí)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)采集有效數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)的比較與分析中，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的敏感性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。例如，在“擺的研究”這一探究活動(dòng)中，我讓學(xué)生動(dòng)手做擺，并讓擺擺動(dòng)起來，明確擺動(dòng)的方法。學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每小組記錄擺每分鐘擺動(dòng)的次數(shù)，并如實(shí)做好數(shù)據(jù)記錄。學(xué)生探究活動(dòng)之后，我讓學(xué)生匯報(bào)各小組測(cè)得的數(shù)據(jù)。如有的小組三次測(cè)得的數(shù)據(jù)是59,60,59，有的小組是47,47,47，有的小組是51,50,48等等。我然后問學(xué)生數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，在實(shí)驗(yàn)過程中是否有不當(dāng)?shù)牡胤剑率箶?shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，并分析一下原因。有的小組說在實(shí)驗(yàn)時(shí)，擺撞到鐵架臺(tái)了，有的說自己小組的擺好像越來越慢。我提醒學(xué)生盡量避免這些問題，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集有效數(shù)據(jù)，再讓學(xué)生匯報(bào)小組的數(shù)據(jù)。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，我引導(dǎo)學(xué)生對(duì)擺一分鐘擺動(dòng)的次數(shù)進(jìn)行了多次測(cè)量，以期得到真實(shí)有效的數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)不可靠的情況，就要找出原因，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才能取得比較有效的數(shù)據(jù)信息。我還要求學(xué)生將數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)記錄本或者實(shí)驗(yàn)報(bào)告本上，并且進(jìn)行分析、比較與整合，排除十?dāng)_因素，切忌拼湊虛假數(shù)據(jù)。
(三)實(shí)驗(yàn)觀察，學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)
對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的重要途徑。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過程，采集數(shù)據(jù)，嚴(yán)格地做好記錄。如課前資料的收集、對(duì)物體進(jìn)行觀察中提出的問題、學(xué)生個(gè)人或者小組提出的探究計(jì)劃等內(nèi)容，都可以采取文字記錄的方式，特別要注重相關(guān)數(shù)據(jù)的詳實(shí)記錄。用文字表述不清和不能用文字描述的觀察內(nèi)容，可以引導(dǎo)學(xué)生通過繪制圖表來進(jìn)行記錄與呈現(xiàn)。例如，在探究“植物的生長變化”這一內(nèi)容時(shí)，對(duì)于鳳仙花的生活習(xí)性、種植時(shí)應(yīng)該注意的問題、植株各部分的作用的資料信息，學(xué)生都可以用文字做簡單的記錄或摘記，然后以小組為單位設(shè)計(jì)相應(yīng)表格對(duì)鳳仙花的植株高度、數(shù)量、花、果實(shí)、葉的形狀、種子的形狀用圖問和文字做持續(xù)的記錄，用曲線對(duì)莖的生長狀況進(jìn)行記錄。同時(shí)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，如對(duì)鳳仙花生長過程中植株高度的變化，結(jié)合氣溫等因素進(jìn)行分析，可以進(jìn)一步了解鳳仙花生長的特點(diǎn)，提高了學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力。總之，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)，也是科學(xué)探究活動(dòng)的重要仟?jiǎng)?wù)之一。在科學(xué)探究活動(dòng)中，教師要根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)及探究內(nèi)容，通過提出問題，激發(fā)學(xué)生用數(shù)據(jù)說明問題的欲望;通過動(dòng)手操作實(shí)踐，讓學(xué)生學(xué)會(huì)采集有效數(shù)據(jù)，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;通過實(shí)驗(yàn)觀察，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)分析，提高分析問題的能力;通過交流分享，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)據(jù)來證明自己的觀點(diǎn)與猜測(cè)的正確性，牢固樹立數(shù)據(jù)意識(shí)，促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展，提高科學(xué)綜合素養(yǎng)。
科學(xué)論文 篇5
摘 要： 本文選用雞蛋內(nèi)膜作為半透膜進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，在滲透實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)膜的選擇透過性這一概念的錯(cuò)誤認(rèn)知，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證膜對(duì)離子和大分子的選擇透過性，層層遞進(jìn)使學(xué)生在理解滲透作用的基礎(chǔ)上從深層次理解膜的選擇透過性。
關(guān)鍵詞： 滲透作用 雞蛋內(nèi)膜 選擇透過性 高中生物教學(xué)
高中生物“滲透實(shí)驗(yàn)教學(xué)”中，教材采用在一個(gè)長頸漏斗的漏斗口處密封一層玻璃紙，往漏斗內(nèi)注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入到盛有清水的燒杯中，使漏斗管內(nèi)外的液面高度相等，經(jīng)過一段時(shí)間后觀察到漏斗內(nèi)的液面上升了。在教學(xué)實(shí)踐中我發(fā)現(xiàn)裝置較復(fù)雜，可操作性差，現(xiàn)象也不明顯，學(xué)生對(duì)玻璃紙不熟悉用做半透膜模型與原型的相似性低。
本著生活化和簡單化原則，我用雞蛋的內(nèi)膜作為半透膜，以蛋殼作為容器進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐證明這一改進(jìn)不僅能引起學(xué)生的興趣而且現(xiàn)象明顯。學(xué)生對(duì)滲透作用的理解程度較以往有了很大的改善。
半透膜是滲透作用發(fā)生的條件之一，這一概念的處理一般采用講授式，學(xué)生對(duì)于膜的選擇透過性不能深入地理解，甚至有學(xué)生認(rèn)為只要分子量足夠小，就能通過半透膜。而《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》活動(dòng)建議中也包括“通過模擬實(shí)驗(yàn)探究膜的透性”。鑒于此我在教學(xué)中加入了用雞蛋作為裝置，利用特定化學(xué)物質(zhì)可發(fā)生顏色和沉淀反應(yīng)原理設(shè)計(jì)了驗(yàn)證膜的選擇透過性實(shí)驗(yàn)。通過這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以更好地理解滲透作用和膜的選擇透過性。以下是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：
1.滲透作用演示實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)原理
雞蛋的膜為雙層結(jié)構(gòu)，蛋膜中含有蛋白質(zhì)90%左右，脂質(zhì)體3%左右，糖類2%左右。它的蛋白質(zhì)主要有膠原蛋白(大部分為I、V、X型)。雞蛋膜的特定組成和結(jié)構(gòu)決定了它是一種很好的半透膜。雞蛋大端兩層膜分開形成氣室。把氣室部分的雞蛋殼連同外膜剪去，留下內(nèi)膜就為實(shí)驗(yàn)用的半透膜。用雞蛋來模擬細(xì)胞，把雞蛋內(nèi)膜浸入水中來演示滲透實(shí)驗(yàn)。
1.2實(shí)驗(yàn)材料
雞蛋、50mL小燒杯、蒸餾水
1.3實(shí)驗(yàn)步驟
�、偃∫粋�(gè)大的雞蛋(鈍端直徑略大于小燒杯口)，輕輕將鈍端的殼敲碎，剝掉蛋殼，露出一個(gè)直徑0.5～1cm的小孔，注意不要破壞內(nèi)膜。
②將雞蛋鈍端放入盛有清水的燒杯中，使水面沒過小孔，靜置，并觀察。
1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
三十分鐘后，膜被撐破并有蛋清流出。
通過這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生會(huì)得出是水進(jìn)入雞蛋內(nèi)部導(dǎo)致膜被撐破，這是為什么呢?引導(dǎo)學(xué)生思考是因?yàn)槟ね獠渴羌兯�，即水的濃度�?00%，而雞蛋內(nèi)部水的濃度低于100%，這就在雞蛋膜的兩側(cè)形成了水的濃度梯度，膜外純水中的水分子透過半透膜擴(kuò)散雞蛋內(nèi)的數(shù)量，比雞蛋內(nèi)部水分子擴(kuò)散到膜外的數(shù)量多，因而雞蛋內(nèi)的液量增加，直至漲破。
設(shè)問：如果雞蛋膜上有破損的小縫，那么還會(huì)看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎?引導(dǎo)學(xué)生思考半透膜的存在是發(fā)生滲透作用的關(guān)鍵，從而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)發(fā)生滲透作用的條件是半透膜和半透膜兩側(cè)溶液存在濃度差。
以上是滲透作用實(shí)驗(yàn)演示，得出的結(jié)論是：水可以自由通過雞蛋內(nèi)膜，通過的條件是膜內(nèi)外有濃度差。為了讓學(xué)生真正理解半透膜的概念，設(shè)計(jì)了探究離子能否透過半透膜的實(shí)驗(yàn)。
2.膜的'選擇透過性實(shí)驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)原理
大分子物質(zhì)不能透過半透膜，小分子的物質(zhì)如離子可以選擇性地透過半透膜。
2.2實(shí)驗(yàn)材料
雞蛋兩個(gè)、50mL小燒杯兩個(gè)、試管兩個(gè)、膠頭滴管若干、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1g/mL的AgNO溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1g/mL的NaCl溶液、I-KI溶液、新鮮的淀粉溶液。
2.3實(shí)驗(yàn)步驟
①取一個(gè)直徑大于燒杯口的雞蛋，把雞蛋的尖端輕輕敲破，剪出一個(gè)直徑1cm的小孔，然后將蛋黃和蛋清倒出并用清水將內(nèi)部沖洗干凈，再將大頭端的蛋殼敲碎，輕輕將蛋殼和內(nèi)膜剝離，露出直徑為1cm的小孔，注意不要破壞內(nèi)膜。
�、趯擅兜皻ぞ幪�(hào)1、2，分別注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1g/mL的NaCl溶液和新鮮淀粉溶液各5mL，注意不要把溶液撒在蛋殼外。
�、廴蓚�(gè)燒杯分別編號(hào)A、B，在A燒杯中加入30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1g/mL的AgNO溶液;在B燒杯中加入30mLI-KI溶液。將1、2兩枚蛋殼分別放入A、B兩個(gè)燒杯中(液面要沒過小孔)，放置10分鐘。
④觀察并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
A燒杯中有白色沉淀生成，1號(hào)蛋殼內(nèi)溶液無明顯變化。B燒杯中溶液無變化，2號(hào)蛋殼內(nèi)的溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。
膜的選擇透過性知識(shí)有進(jìn)一步的理解，同時(shí)可以反思對(duì)滲透作用的理解是否準(zhǔn)確。
3.反思
通過滲透作用演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生歸納出了滲透作用發(fā)生的條件：半透膜及半透膜兩側(cè)存在濃度差。其他物質(zhì)的選擇透過性實(shí)驗(yàn)是在滲透作用演示中遺留下來的問題，這一問題解決之后學(xué)生才能真正地理解滲透作用。
本實(shí)驗(yàn)也存在一些不足之處和需要注意的地方：一是學(xué)生容易把雞蛋內(nèi)膜作為雞蛋的細(xì)胞膜，事實(shí)上只是細(xì)胞膜的模擬材料，因此要向?qū)W生說明這點(diǎn)，并強(qiáng)調(diào)膜的選擇透過性與膜上的蛋白質(zhì)載體有關(guān);二是利用蛋的鈍端內(nèi)殼膜與外殼膜二者分離去除蛋殼和外殼膜露出內(nèi)膜，這種處理難度較大容易造成內(nèi)膜損傷，因此在選擇雞蛋時(shí)要選放置了一段時(shí)間的不新鮮的雞蛋，這樣雞蛋內(nèi)水分蒸發(fā)使內(nèi)外膜分離大一些，便于操作。通過以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生對(duì)膜的選擇透過性和滲透作用有一個(gè)全面直觀的認(rèn)識(shí)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)還可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其他物質(zhì)能否通過膜，并分析原因，達(dá)到拓展學(xué)生思維的目的。
參考文獻(xiàn)：
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科學(xué)論文 篇6
摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)雞蛋殼裂紋的檢測(cè)，提出了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的雞蛋裂紋檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)的硬件部分采用紅色LED作為光源，選用背景光照射方式，在封閉的環(huán)境中通過CCD攝像機(jī)來獲取單個(gè)靜止雞蛋的圖像。軟件部分采用灰度轉(zhuǎn)換，中值濾波，線性銳化，閾值分割，邊緣輪廓特征提取等手段實(shí)現(xiàn)圖像的裂紋檢測(cè)，最后基于圖像的數(shù)學(xué)特征去除干擾因素，準(zhǔn)確定位裂紋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)對(duì)破損雞蛋檢測(cè)的準(zhǔn)確率達(dá)到了93%。
關(guān)鍵詞：裂紋;機(jī)器視覺;雞蛋;MATLAB;檢測(cè)
中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044(2013)07-1633-03
蛋類食品具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹饕称罚淦焚|(zhì)的優(yōu)劣直接決定蛋類產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至于影響食用者的健康。我國蛋類產(chǎn)品的市場(chǎng)資源深厚，需求量大，但是在雞蛋生產(chǎn)體系結(jié)構(gòu)中，蛋殼破損檢測(cè)方法還很落后，還沒有產(chǎn)品化的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，受鴨蛋表面污點(diǎn)的影響，傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備不能夠正確識(shí)別裂紋和污點(diǎn)，除一些大規(guī)模的生產(chǎn)基地分別從荷蘭Hot-Cheers及日本NABEL公司引進(jìn)檢測(cè)生產(chǎn)線，我國絕大部分禽蛋生產(chǎn)企業(yè)仍然沿用人工檢測(cè)方法。目前，人工檢測(cè)是國內(nèi)外雞蛋破損檢測(cè)的主要方法[1]，由于人工檢測(cè)生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)要求高，檢測(cè)穩(wěn)定性較差，這些嚴(yán)重制約著中國蛋品加工技術(shù)的規(guī)模化發(fā)展。據(jù)資料顯示，美國每年因照蛋環(huán)節(jié)造成的雞蛋破損率為5%～8%，經(jīng)濟(jì)損失巨大[2]。因此，研究適合我國國情的雞蛋破損檢測(cè)設(shè)備，提高分揀效率，已經(jīng)成為我國蛋產(chǎn)品制造業(yè)目前及未來亟待解決的問題。機(jī)器視覺檢測(cè)作為一種主要利用光的透射、折射、反射的原理與蛋殼結(jié)構(gòu)建立一種關(guān)系，通過數(shù)學(xué)模型建立檢測(cè)蛋殼裂紋的方法[3-5]，無疑將極大的推動(dòng)我國雞蛋檢測(cè)事業(yè)的發(fā)展。
1 試驗(yàn)材料和機(jī)器視覺系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本試驗(yàn)所研究的雞蛋來自于長沙春華皮蛋廠的同一批雞蛋。機(jī)器視覺系統(tǒng)硬件部分可概括分為圖像獲取、圖像分析處理以及圖像結(jié)果顯示與控制三個(gè)部分，主要由LED光源、照蛋器、可散熱暗室、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡和計(jì)算機(jī)等環(huán)節(jié)組成。采用紅色LED作為光源，選用背景光照射方式。雞蛋距離光源15cm。在暗室中，光線通過照蛋器上的小孔透射到雞蛋上，CCD攝像機(jī)可以采集到雞蛋的正面圖像。裝置圖如圖1所示。
2 圖像分析與處理
試驗(yàn)獲得的圖像格式為JPG，720×350大小的彩色圖片，圖像分析與處理的流程是灰度轉(zhuǎn)化，中值濾波，線性銳化，閾值分割，邊緣輪廓特征提取，最終得到試驗(yàn)結(jié)果。
2.1 灰度轉(zhuǎn)化
在暗室的背景光照射下，裂紋部分與非裂紋部分的亮度有很大的差異，裂紋部分的亮度更強(qiáng)，采集的原圖像的裂紋部分是一條明亮的線條或網(wǎng)狀的明亮區(qū)域。在灰度圖中裂紋部分和雞蛋其他區(qū)域也容易分辨，因此將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，既有易于區(qū)分裂紋，又可以提高圖像的處理速度，并且在后期的圖像處理過程中，期間使用的多個(gè)函數(shù)要求文件格式為二維的.灰度圖像，而imread函數(shù)讀出的是三維圖像，因此為了前后函數(shù)的兼容，有必要進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換。將彩色圖片進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化是把彩色圖像中的RGB值轉(zhuǎn)化為灰度值，RGB圖像是以R、G、B為軸來建立空間直角坐標(biāo)系，RGB圖像的每個(gè)像素的顏色都是用該三維空間的一個(gè)點(diǎn)來表示的�；叶葓D像每個(gè)像素的顏色可以用直線R=G=B上的一個(gè)點(diǎn)來表示。因此RGB圖像轉(zhuǎn)灰度圖像的本質(zhì)就是尋求一個(gè)三維空間到一維空間的映射。在MATLAB仿真軟件中是由公式(1)來實(shí)現(xiàn)的，函數(shù)表達(dá)式為I=rgb2gray(RGB)。如圖2a所示。
2.2 圖像增強(qiáng)
為了使雞蛋的裂紋尤其是微小裂紋能夠準(zhǔn)確快速地識(shí)別出來，圖像增強(qiáng)處理是一切工作的基礎(chǔ)，圖像增強(qiáng)能夠顯示那些被模糊了的細(xì)節(jié)或簡單突出一幅圖像中我們最感興趣的特征，同時(shí)削弱或去除某些不需要的信息。該文采用中值濾波和線性銳化的方法對(duì)雞蛋圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。
2.2.1 中值濾波
蛋殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理環(huán)境決定了通過CCD攝像機(jī)采集到的圖像主區(qū)域上會(huì)不可避免的出現(xiàn)與裂紋形狀和結(jié)構(gòu)相類似的部分，這一部分噪聲信號(hào)會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)裂紋區(qū)域的識(shí)別與判定。中值濾波是一種去除噪聲的非線性處理方法，其基本原理是把數(shù)字圖像中一點(diǎn)的值用該鄰域中各點(diǎn)值的中值代替[6]，利用中值濾波可以消除各種噪聲源和一些干擾引起的虛假的樣品邊緣或輪廓。在MATLAB仿真軟件中，采用I2=medfilt2(I1)函數(shù)，通過3×3的模板返回中值濾波后的圖像矩陣I2[7]。如圖2b所示。
2.2.2 線性銳化
為了更進(jìn)一步突出裂紋的特征信息，采用圖像銳化處理來突出圖像的邊緣輪廓信息，加強(qiáng)圖像的輪廓特征，以便于機(jī)器視覺系統(tǒng)的識(shí)別，提高準(zhǔn)確率。線性高通濾波器是最常用的線性銳化濾波器，這種濾波器的中心系數(shù)都是正的，而周圍的系數(shù)都是負(fù)的。對(duì)3×3的模板來說，典型的系數(shù)取值是
在MATLAB仿真軟件中，可采用I2=imfilter(I，h1)函數(shù)實(shí)現(xiàn)線性銳化。如圖2c所示。
2.3 閾值分割
閾值分割法是一種基于圖像的分割技術(shù)，通過設(shè)定不同的特征閾值，把圖像像素點(diǎn)分為若干類。當(dāng)不同類的物體灰度值或其他特征值相差很大時(shí)，它能很有效地對(duì)圖像進(jìn)行分割。在前人的研究基礎(chǔ)上，采用最大類間方差法可以自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)閾值，較灰度直方圖確定閾值的方法其準(zhǔn)確率大大提高[8]。在MATLAB仿真軟件中，可以采用thresh=graythresh(I)函數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)閾值分割。如圖2d所示。
2.4 雞蛋邊緣輪廓特征提取
通過對(duì)雞蛋圖像處理，可以得到圖像中裂紋部分和噪聲部分的幾何特征參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)分析可知在帶有污點(diǎn)的雞蛋圖像中，裂紋部分一般呈現(xiàn)線條狀或網(wǎng)狀，污點(diǎn)部分的長寬比較小，裂紋處的數(shù)學(xué)特征如數(shù)學(xué)期望和方差等與污點(diǎn)有較大差別;污點(diǎn)處的期望值一般小于整幅圖像的平均閾值，而裂紋大于平均閾值，并且污點(diǎn)處的數(shù)值波動(dòng)比裂紋處的小。 在邊緣檢測(cè)中，邊緣定位能力和噪聲抵制能力是一對(duì)矛盾體，有的算法邊緣定位能力比較強(qiáng)，有的抗噪能力比較好。邊緣檢測(cè)算子參數(shù)的選擇也直接影響到邊緣定位能力和噪聲抵制能力，常用的算子有水平垂直差分算子、Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子[9]、Laplacian算子、LOG算子和Canny算子。Sobel算子對(duì)灰度漸變和噪聲較多的圖像處理效果好，且對(duì)邊緣定位比較準(zhǔn)確，因此選取Sobel算子進(jìn)行邊緣輪廓特征處理。在MATLAB圖像處理工具箱中提供了edge函數(shù)用于實(shí)現(xiàn)Sobel邊緣算子檢測(cè)。其調(diào)用格式為I2=edge(I2，'sobel')。如圖2e所示。
3 試驗(yàn)結(jié)果
本試驗(yàn)選取150個(gè)大小不同，品種相同，有標(biāo)號(hào)的雞蛋作圖像采樣檢測(cè)，其中經(jīng)過仔細(xì)成熟的人工檢測(cè)得知無破損的雞蛋80個(gè)，有破損的雞蛋70個(gè) 。將機(jī)器視覺系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果與人工檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，系統(tǒng)的準(zhǔn)確率達(dá)到了93%。如表1所示。
4 結(jié)論
本文建立了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的雞蛋裂紋檢測(cè)系統(tǒng)。通過圖像采集系統(tǒng)收集雞蛋圖像，經(jīng)圖像轉(zhuǎn)化、圖像增強(qiáng)和特征提取，使用MATLAB編程環(huán)境，能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)雞蛋圖像進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)的準(zhǔn)確率達(dá)到了93%。對(duì)干凈的雞蛋能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)，但對(duì)于有污點(diǎn)的蛋檢測(cè)精度需進(jìn)一步提高，算法還有待改進(jìn)。并且本系統(tǒng)現(xiàn)在是停留在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)靜止對(duì)象進(jìn)行拍攝和檢測(cè)，下一步要實(shí)現(xiàn)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)的同步。
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