科學論文（通用6篇）
在學習、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)我們的科學研究能力。相信許多人會覺得論文很難寫吧，下面是小編精心整理的科學論文（通用6篇），僅供參考，大家一起來看看吧。
科學論文 篇1
摘要：生成性教學在科學課堂中的應用是一種突破，它能促進學生的探究能力從滋生到成熟的發(fā)展進程。在生成性教學中，關鍵在“活動—體驗”的基礎上發(fā)揮動態(tài)生成的作用，即教師在教學過程中，引導學生自主發(fā)揮、自主思考、自主獲取教師與學生之間交流的經(jīng)驗、科學知識，使課堂在對話中生成，在生成中引導，在引導中感悟，最終促進學生實現(xiàn)認知水平的提升、探究能力的提高和科學素養(yǎng)的完善發(fā)展。
關鍵詞：科學 課堂教學 生成 動態(tài) 探索
葉瀾教授曾經(jīng)指出：“課堂應是向未知方向挺進的旅程，隨時都有可能發(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”。新課程標準所倡導的學生學習方式是自主的、合作的、探究的，以學生的自主學習為基礎，以合作學習為途徑，以探究學習為目的新型教學模式，成為課堂動態(tài)生成的沃土，這些“生成”演繹著課堂的精彩，更充分體現(xiàn)了學生學習的主體性，從而激發(fā)了學習的積極性。課堂教學不再是教師按照預設的教學方案機械、僵化地傳授知識的線性的過程，而應是根據(jù)學生學習的實際需要，不斷調(diào)整，動態(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。
關注課堂教學的生成性，決不意味著“預設”已不再重要。恰恰相反，課堂教學生成機制的高效發(fā)揮，正有賴于科學預設的充分和周到。充分的“預設”不僅與“生成”不相矛盾，而且高度統(tǒng)一，相輔相成�！邦A設”不為別的，正是為了更有效的生成�？茖W的“預設”應當也包含了對課堂生成前景的估計。
[案例]：
這是我自己在今年執(zhí)教的一堂課，內(nèi)容是小學科學四年級（上冊）《空氣的性質(zhì)》。我按照預設好的教學設計流程進行教學。在做“噴氣氣球充氣量的多少與它跑的距離是否有關？”的實驗時，第一個氣球是按照預設向前前進的，然而第二個氣球在實驗時卻出現(xiàn)了狀況，它在原地動了動，最后是往長氣球中間縮了，沒有按照原計劃向前進，而且連續(xù)幾次都是這種狀況。這種情況與我設計的相差很大，但是我并沒有放棄讓學生時刻養(yǎng)成留意各種現(xiàn)象的習慣，我接著就提問學生為什么會出現(xiàn)這種情況，你們能找出其中的原因嗎？學生們是大眼瞪小眼，東張西望后沒有人舉手。我就說：“請同學們再看一遍，發(fā)現(xiàn)這次與第一次的情況有什么區(qū)別，然后思考為什么會出現(xiàn)往中間縮的情況？”通過再次實驗，有些同學找到了它們之間的區(qū)別，就是第一次氣球打氣時，氣球前后粗細是差不多的，而后來幾次氣球都是中間特別大，前后不一樣粗細，但是還是不能回答為什么會往中間縮。這時候我就給學生講這其中的原因了：是因為氣球本身的材料有彈性，當中間特別大時，中間部分的收縮力就小，而兩端的收縮力較大，導致了氣球往中間縮了，而不向前去。最后，我又找了好幾個氣球，直到充氣后前后差不多大小才進行實驗。結果當然按照預設的那樣：充氣多的氣球跑得遠，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)的課堂教學成功的一個重要因素是教師有充分的預設，然后通過自己豐富的教學經(jīng)驗和教學機智來引導學生進入自己的預設，從而達到順利完成教學任務的目的。同樣我們現(xiàn)在的科學教師包括我自己，為完成一堂成功的課堂教學，同樣是在課前進行精心的醞釀，每一個環(huán)節(jié)都考慮的十分周到，無非也是在做更為精細的預設。我能夠深刻理解課堂教學預設的重要性，但課堂教學是千變?nèi)f化的，再好的預設也不可能預見課堂上可能出現(xiàn)的所有情況，更多的時候我們都會突然遭遇。并且是和預設相距甚遠的生成。在這種情況下就要我們教師依靠自身的機智和文化科學底蘊來把這個課堂生成處理成錦上添花，取得意想不到的效果。在今后的.課堂教學中，生成還是會不斷地涌現(xiàn)，那么我們要怎樣地來處理這些生成呢？我想從下面幾點來嘗試：
新課程背景下的課堂教學是一個動態(tài)生成的過程，也是教師生成新的實踐智慧的立足點。
�。薄⒉蹲搅咙c，讓“花絮”在課堂中綻放。新課程提倡的課堂是一個綠色的生態(tài)環(huán)境，在課堂中，學生要有思考的自由，更要有說話的權利。在學生的小腦袋中，總有著大人覺得不可思議的“奇思妙想”，在課堂中，他們也會浮想翩翩，令教師措手不及。課堂中，教師要鼓勵學生的“奇思妙想”，善待學生的“奇談怪論”，面對學生突如其來的、個性化的理解，應巧妙地將“生成”與“預設”融合起來，現(xiàn)場捕捉，啟迪智慧，使學生在與學生、學生與教師的思維碰撞中領悟科學真諦，形成一定的創(chuàng)新能力。
2、聆聽稚音，讓“意外”在課堂中爭鳴。課堂是教師與學生生命體驗的交流場，傾聽是師生之間內(nèi)心世界的呼應。教師要學會傾聽，因為傾聽意味著理解、尊重，一味著接納、期待，意味著分擔痛苦、分享快樂。它的意義遠不是給孩子一個表達的機會，它或許帶來的是早已失落的人格尊嚴，點燃的或許是即將熄滅的思維火花，揚起的或許是塵封已久的信念追求。學會耐心傾聽，就能獲取來自孩子的一切信息，學會耐心傾聽，就會發(fā)現(xiàn)學生在制造一個個的“意外”，它或許會打亂教學的節(jié)奏，而正是這一個個的“意外”，許多不曾預約的精彩不期而至，課堂也呈現(xiàn)出“百家爭鳴”的精彩。這樣的課堂，教師與學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。
一堂普通的科學課，讓我體驗到了理想與現(xiàn)實的差距，也深深感受到了預設與生成的重要�！坝畴A碧草自春色”--臺階上的小草雖然不起眼，但詩人用心靈發(fā)現(xiàn)了它的生命價值，發(fā)現(xiàn)了每一個生命獨特的春情、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，讓他們自由暢談個人真實的想法，使課堂在對話中生成，在生成中引導，在引導中感悟，那么我們的課堂也將在生成中綻放生命的旋律，課堂也會萌發(fā)個性化的氣息，聽到學生靈動的表達。這樣的課堂，一定會時時精彩的！我們也會在課堂中找到作為一名教師的幸福。
科學論文 篇2
生態(tài)環(huán)境與科學技術的變遷
摘要：人類與自然相互聯(lián)系、相互作用，共同構成了一個生生不息的有機整體。自然生態(tài)系統(tǒng)和科學技術作為人類生存及發(fā)展的兩大主題，對人類世界的存續(xù)起著至關重要的作用。自然先于人類而存在，但人類的活動在某些方面改變了自然發(fā)展的過程。工業(yè)革命后，科學技術的迅猛發(fā)展，人類加快了發(fā)展的腳步。一、生態(tài)文明和科學技術的沖突
(一)生態(tài)文明與科學技術的關系
從馬克思主義生態(tài)觀念的理論研究出發(fā)，隨著科學技術的日益發(fā)展，人類社會的生態(tài)問題越來越呈現(xiàn)多樣化的姿態(tài)�？茖W技術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，而忽視了對于資源消耗、環(huán)境破壞造成的惡劣影響。科學技術并不是生態(tài)問題產(chǎn)生的唯一原因，但是科學技術所帶來的消極影響卻是我們不容忽視的。生態(tài)危機是人與自然、人與人之間矛盾作用下的產(chǎn)物，相對與資本主義社會，人類文明雖然達到了更高的層次，但是環(huán)境問題始終是困擾著人類社會發(fā)展的重要原因。
(二)生態(tài)文明對科學技術發(fā)展的現(xiàn)實要求
科學技術的發(fā)展是一把雙刃劍，我們在享受科學技術成果的時候，也在承受著科學技術異化的產(chǎn)物。2015年，柴靜的一部《穹頂之下》以真實的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)了霧霾對于人類社會造成的惡劣影響，究其根源是科學技術發(fā)展下人類社會對于環(huán)境的肆意破壞。生態(tài)環(huán)境建設刻不容緩，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`結果，也是構建生態(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)境的保護已經(jīng)成為了關系到我們生存發(fā)展的主要問題。尊重自然資源的保護，以科學的理念和健康的生活模式作為指導，在生態(tài)文明建設的模式下，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、科學技術與生態(tài)文明建設的協(xié)調(diào)發(fā)展途徑
(一)創(chuàng)新驅(qū)動與生態(tài)文明建設的統(tǒng)一
科學技術與生態(tài)文明建設都是社會主義建設的必然選擇，科學技術的創(chuàng)新驅(qū)動是促進生態(tài)文明建設的重要動力。通過科學技術的有效指導實現(xiàn)對社會生產(chǎn)力水平的有效提升，咱滿足生產(chǎn)生活的基礎上，通過創(chuàng)新實踐帶來更多的生產(chǎn)力發(fā)展的可能。在激烈的國際競爭環(huán)境下，將科學技術作為提升我國社會生產(chǎn)力和綜合競爭力的和總要因素，在保障生態(tài)文明建設的總體發(fā)展方向的基礎上，實現(xiàn)對我國利益的維護�？茖W技術創(chuàng)新是在繼承和發(fā)展的基礎上實現(xiàn)的，對于傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗和技術特色我們更應該繼承和發(fā)揚，不斷的挖掘技術創(chuàng)新點，在總體規(guī)劃和部署的基礎上，推動科學技術創(chuàng)新的穩(wěn)步發(fā)展。同時科學技術創(chuàng)新應該善于學習和借鑒，通過對國外先進的技術人才進行有力的吸收，在不斷的摸索發(fā)現(xiàn)的過程中實現(xiàn)科學技術的創(chuàng)新發(fā)展，為生態(tài)文明建設創(chuàng)造更多的科技成果。
(二)生態(tài)文明理念與理論建設的統(tǒng)一
在技術上實現(xiàn)創(chuàng)新，在生態(tài)文明的建設理念上也要實現(xiàn)科學的發(fā)展�？茖W技術的發(fā)展讓人們看到了巨大的經(jīng)濟利益，經(jīng)濟的快節(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)文明建設的意識上提升人們的思維模式，通過形成生態(tài)文明的建設理念，促進人類社會思維方式、生產(chǎn)和生活方式的科學發(fā)展。注重對馬克思主義生態(tài)觀念的理性把握，確立科學的科學技術和生態(tài)文明建設的思維模式，樹立大眾普遍的生態(tài)文明建設的觀念，倡導多元化、健康化的生態(tài)文明建設模式，構建合理的生態(tài)文明建設途徑。以馬克思主義生態(tài)辯證法為生態(tài)文明與多元現(xiàn)代性的實現(xiàn)提供了哲學基礎，實現(xiàn)技術成果和理論成果的豐富統(tǒng)一，促進人類社會文明不斷的發(fā)展。
三、結論
綜上所述，現(xiàn)代化生產(chǎn)實踐下，科學技術的發(fā)展必須同生態(tài)文明建設保持一致性。生態(tài)文敏建設作為重要的時代話題將會伴隨著人類社會的發(fā)展呈現(xiàn)更加具體化、多樣化的表現(xiàn)形式。而科學技術和生態(tài)文明之間的存在的矛盾也并非不可調(diào)和的，從技術上、理念上實現(xiàn)不斷的更新，滿足現(xiàn)代社會發(fā)展的現(xiàn)實需求，以生態(tài)文明這一建設理念作為總體的發(fā)展方向，實現(xiàn)對現(xiàn)代化建設的保駕護航，促進現(xiàn)代化建設向著更長遠的方向發(fā)展。在享受現(xiàn)代化帶來的科技成果的同時，實現(xiàn)積極有效的生態(tài)文明的建設。(作者單位：渤海大學)
科學論文 篇3
摘要：科學課程標準明確指出：“探究是科學學習的核心”,“親身經(jīng)歷以探究為主的學習活動是學生學習科學的主要途徑”.在教學中，教師應努力營造寬松、和諧、民主的課堂氣氛，使學生主動地參與研究過程，給學生一個自由探索科學的空間，幫助學生接受和理解科學知識，讓學生在學習的過程中得到“課課有收獲”的情緒體驗。
關鍵詞：科學教學；實效性；探究能力
一、巧激趣，促高效
創(chuàng)設問題情境，目的是激發(fā)學生的.好奇心，從而對所學知識充滿探究興趣，發(fā)現(xiàn)并提出問題，積極參與學習過程，通過自主合作探究來獲得知識�？梢哉f，教師與其“給”學生十個問題，不如創(chuàng)設情境，讓學生自己去“發(fā)現(xiàn)”、去“產(chǎn)生”一個問題。好的情境引入可以產(chǎn)生問題，使學生產(chǎn)生好奇心，興趣盎然，積極探索，為課堂教學做好鋪墊。
二、注重和加強實驗，培養(yǎng)學生的科學探究能力
在科學課教學中，應當重視學生的實驗操作過程，盡可能多地讓每一個學生親歷實驗過程，從而獲取科學知識，運用觀察和實驗手段獲得科學知識的技能，培養(yǎng)學生的自主探究能力。通過提出問題、猜想與假設、驗證問題、解決問題這樣一次次實實在在的科學探究過程，逐步培養(yǎng)學生的科學探究能力，并為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力提供廣闊的空間，學生的創(chuàng)新火花往往就在不知不覺的實踐研究中點燃了。動手實驗可以激發(fā)學生愛科學的興趣，有效地幫助學生發(fā)展智力，提高學生科學的素養(yǎng)。但是，任何一個實驗不是讓學生隨便動手做一做、看一看、說一說就行了，還需從中培養(yǎng)學生嚴謹科學的態(tài)度。
三、師生互動合作，打造親和課堂
教師在教學中應與學生積極互動，注重培養(yǎng)學生的獨立性和自主性，充分引導學生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，在學生的探究性學習中，教師應該成為學生的親密合作者，由“指導者”向“促進者”轉變，變“給學生壓力”為“給學生動力”.在教學中，注重運用多種形式的合作學習，如個別學習、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生創(chuàng)設了合作交流的時間，教師要設計出活生生的、豐富多彩的課堂。將課堂變成展示、交流的舞臺，讓學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。
科學論文 篇4
摘要:在小學科學教學中培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識是科學新課程標準的要求，是科學教學的重要目標與任務。學生具備了數(shù)據(jù)意識，才能形成良好的觀察與思考習慣，提高科學思維能力，促進自身科學素養(yǎng)的提高。
關鍵詞:小學;科學探究;數(shù)據(jù)意識;培養(yǎng)策略
在科學探究活動中通常會遇到相關數(shù)據(jù)的觀察與測算問題，教師要注重培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識，使學生形成認真觀察的習慣和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。數(shù)據(jù)意識是學生搜集數(shù)據(jù)、整理與分析數(shù)據(jù)及運用數(shù)據(jù)分析問題、解決問題的心理傾向。新課程標準十分重視學生數(shù)據(jù)意識的培養(yǎng)，在提出的教學目標中，有多項教學目標直接指向數(shù)據(jù)意識的培養(yǎng)，要求學生能夠觀察統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息，能夠用不同的方式分析與解讀相關數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對現(xiàn)象進行合理解釋。因此，小學科學活動中應把培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)意識擺在極其重要的位置，提高學生運用數(shù)據(jù)分析問題的能力，促進學生科學綜合素養(yǎng)的提高。
一、科學探究活動中數(shù)據(jù)意識培養(yǎng)方面存在的問題
小學生活潑好動，探究活動給他們帶來了樂趣，但是學生探究活動完成，需要在實驗表格中填寫相關實驗數(shù)據(jù)時，才發(fā)現(xiàn)自己并沒有關注數(shù)據(jù)，為了應付教師的檢查，便應付了事。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因是學生不了解實驗數(shù)據(jù)的重要性，不會通過數(shù)據(jù)來深入思考問題。另外，由于一些探究性活動屬于驗證性實驗，數(shù)據(jù)已經(jīng)明確，學生在實驗過程中通常朝著“已經(jīng)明確了的數(shù)據(jù)”去搜集，在實驗結束回報成果時，學生往往表不自己的實驗所得出的數(shù)據(jù)與驗證的數(shù)據(jù)相同或相近，這些問題都影響了學生數(shù)據(jù)意識的培養(yǎng)。在探究活動中由于缺乏教師的正確引導，通常會出現(xiàn)這樣那樣的問題。學生在獲取實證的過程中，主觀心理因素往往會成為左右他們行為的誘因，這會導致學生不能很好地結合實驗現(xiàn)象進行實驗數(shù)據(jù)的取舍與分析，導致數(shù)據(jù)的失實，這些問題制約著探究活動的有效性。
二、科學探究活動中培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)意識的策略
(一)設置問題，激發(fā)學生用數(shù)據(jù)說明問題的欲望
在科學探究活動中，教師要根據(jù)探究內(nèi)容提出問題，引發(fā)學生思考，激發(fā)學生用數(shù)據(jù)說明問題的欲望，從而促使學生養(yǎng)成良好的觀察與分析數(shù)據(jù)的習慣。例如，在教學“抵抗彎曲”這一內(nèi)容時，我給學生帶來了學具:支架與紙條，讓學生親自動手搭建一座“橋”。我又出不了多個墊圈，并告訴學生，老師想把這些墊圈放在紙橋的中間，并讓學生猜測紙橋能夠承受幾個墊圈而不至于塌下來。學生匕嘴八舌，有的說能承受1個，還有的能承受2個、3個等。接下來，我讓學生仔細觀察，通過實驗看紙橋到底能夠承受多少個墊圈。我放一個墊圈，學生發(fā)現(xiàn)紙橋彎曲了，放兩個墊圈紙橋更加彎曲了，當放上第三個墊圈時，紙橋被壓塌了。我問學生，這座“橋”能承受多少個墊圈?有的學生說能夠承受三個墊圈，我進一步征求其他學生的意見，有的學生說橋能夠承受兩個墊圈，因為放三個墊圈，紙橋就塌了。以上教學片段中，我給學生創(chuàng)設了一個用數(shù)據(jù)說明問題的`機會，我首先讓學生預測，但是預測往往是不夠準確的，讓學生認識到通過具體的數(shù)據(jù)來說明問題，才是科學的。
(二)動手操作，學會采集有效數(shù)據(jù)
在探究活動中，我要有意識培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識，讓學生學會采集有效數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)的比較與分析中，增強學生對數(shù)據(jù)的敏感性，培養(yǎng)學生的科學思維能力。例如，在“擺的研究”這一探究活動中，我讓學生動手做擺，并讓擺擺動起來，明確擺動的方法。學生分組進行實驗，每小組記錄擺每分鐘擺動的次數(shù)，并如實做好數(shù)據(jù)記錄。學生探究活動之后，我讓學生匯報各小組測得的數(shù)據(jù)。如有的小組三次測得的數(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。我然后問學生數(shù)據(jù)是否準確，在實驗過程中是否有不當?shù)牡胤剑率箶?shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，并分析一下原因。有的小組說在實驗時，擺撞到鐵架臺了，有的說自己小組的擺好像越來越慢。我提醒學生盡量避免這些問題，再進行實驗，收集有效數(shù)據(jù)，再讓學生匯報小組的數(shù)據(jù)。在這個環(huán)節(jié)中，我引導學生對擺一分鐘擺動的次數(shù)進行了多次測量，以期得到真實有效的數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)不可靠的情況，就要找出原因，反復進行實驗，才能取得比較有效的數(shù)據(jù)信息。我還要求學生將數(shù)據(jù)記錄在實驗記錄本或者實驗報告本上，并且進行分析、比較與整合，排除十擾因素，切忌拼湊虛假數(shù)據(jù)。
(三)實驗觀察，學會分析數(shù)據(jù)
對數(shù)據(jù)進行分析是培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)意識的重要途徑。教師可以引導學生通過仔細觀察實驗過程，采集數(shù)據(jù)，嚴格地做好記錄。如課前資料的收集、對物體進行觀察中提出的問題、學生個人或者小組提出的探究計劃等內(nèi)容，都可以采取文字記錄的方式，特別要注重相關數(shù)據(jù)的詳實記錄。用文字表述不清和不能用文字描述的觀察內(nèi)容，可以引導學生通過繪制圖表來進行記錄與呈現(xiàn)。例如，在探究“植物的生長變化”這一內(nèi)容時，對于鳳仙花的生活習性、種植時應該注意的問題、植株各部分的作用的資料信息，學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計相應表格對鳳仙花的植株高度、數(shù)量、花、果實、葉的形狀、種子的形狀用圖問和文字做持續(xù)的記錄，用曲線對莖的生長狀況進行記錄。同時，對相關數(shù)據(jù)進行綜合分析，如對鳳仙花生長過程中植株高度的變化，結合氣溫等因素進行分析，可以進一步了解鳳仙花生長的特點，提高了學生數(shù)據(jù)分析能力�？傊�，培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識是小學科學教學的重要目標，也是科學探究活動的重要仟務之一。在科學探究活動中，教師要根據(jù)學生的特點及探究內(nèi)容，通過提出問題，激發(fā)學生用數(shù)據(jù)說明問題的欲望;通過動手操作實踐，讓學生學會采集有效數(shù)據(jù)，樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度;通過實驗觀察，引導學生學會數(shù)據(jù)分析，提高分析問題的能力;通過交流分享，讓學生學會用數(shù)據(jù)來證明自己的觀點與猜測的正確性，牢固樹立數(shù)據(jù)意識，促進科學思維的發(fā)展，提高科學綜合素養(yǎng)。
科學論文 篇5
摘 要： 本文選用雞蛋內(nèi)膜作為半透膜進行滲透實驗，在滲透實驗過程中發(fā)現(xiàn)學生對膜的選擇透過性這一概念的錯誤認知，進而設計實驗驗證膜對離子和大分子的選擇透過性，層層遞進使學生在理解滲透作用的基礎上從深層次理解膜的選擇透過性。
關鍵詞： 滲透作用 雞蛋內(nèi)膜 選擇透過性 高中生物教學
高中生物“滲透實驗教學”中，教材采用在一個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)過一段時間后觀察到漏斗內(nèi)的液面上升了。在教學實踐中我發(fā)現(xiàn)裝置較復雜，可操作性差，現(xiàn)象也不明顯，學生對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，以蛋殼作為容器進行滲透實驗，實踐證明這一改進不僅能引起學生的興趣而且現(xiàn)象明顯。學生對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，學生對于膜的選擇透過性不能深入地理解，甚至有學生認為只要分子量足夠小，就能通過半透膜。而《高中生物課程標準》活動建議中也包括“通過模擬實驗探究膜的透性”。鑒于此我在教學中加入了用雞蛋作為裝置，利用特定化學物質(zhì)可發(fā)生顏色和沉淀反應原理設計了驗證膜的選擇透過性實驗。通過這兩個實驗學生可以更好地理解滲透作用和膜的選擇透過性。以下是兩個實驗：
1.滲透作用演示實驗
1.1實驗原理
雞蛋的膜為雙層結構，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構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)膜就為實驗用的半透膜。用雞蛋來模擬細胞，把雞蛋內(nèi)膜浸入水中來演示滲透實驗。
1.2實驗材料
雞蛋、50mL小燒杯、蒸餾水
1.3實驗步驟
①取一個大的雞蛋(鈍端直徑略大于小燒杯口)，輕輕將鈍端的殼敲碎，剝掉蛋殼，露出一個直徑0.5～1cm的小孔，注意不要破壞內(nèi)膜。
�、趯㈦u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實驗結果與討論
三十分鐘后，膜被撐破并有蛋清流出。
通過這一實驗現(xiàn)象學生會得出是水進入雞蛋內(nèi)部導致膜被撐破，這是為什么呢?引導學生思考是因為膜外部是純水，即水的濃度是100%，而雞蛋內(nèi)部水的濃度低于100%，這就在雞蛋膜的兩側形成了水的濃度梯度，膜外純水中的水分子透過半透膜擴散雞蛋內(nèi)的數(shù)量，比雞蛋內(nèi)部水分子擴散到膜外的數(shù)量多，因而雞蛋內(nèi)的液量增加，直至漲破。
設問：如果雞蛋膜上有破損的小縫，那么還會看到實驗現(xiàn)象嗎?引導學生思考半透膜的存在是發(fā)生滲透作用的關鍵，從而引導學生總結發(fā)生滲透作用的條件是半透膜和半透膜兩側溶液存在濃度差。
以上是滲透作用實驗演示，得出的結論是：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。為了讓學生真正理解半透膜的概念，設計了探究離子能否透過半透膜的實驗。
2.膜的'選擇透過性實驗
2.1實驗原理
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實驗材料
雞蛋兩個、50mL小燒杯兩個、試管兩個、膠頭滴管若干、質(zhì)量分數(shù)為0.1g/mL的AgNO溶液、質(zhì)量分數(shù)為0.1g/mL的NaCl溶液、I-KI溶液、新鮮的淀粉溶液。
2.3實驗步驟
�、偃∫粋�直徑大于燒杯口的雞蛋，把雞蛋的尖端輕輕敲破，剪出一個直徑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�1、2，分別注入質(zhì)量分數(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�燒杯分別編號A、B，在A燒杯中加入30mL質(zhì)量分數(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兩個燒杯中(液面要沒過小孔)，放置10分鐘。
�、苡^察并分析實驗結果。
2.4實驗結果與討論
A燒杯中有白色沉淀生成，1號蛋殼內(nèi)溶液無明顯變化。B燒杯中溶液無變化，2號蛋殼內(nèi)的溶液呈現(xiàn)藍色。
膜的選擇透過性知識有進一步的理解，同時可以反思對滲透作用的理解是否準確。
3.反思
通過滲透作用演示實驗學生歸納出了滲透作用發(fā)生的條件：半透膜及半透膜兩側存在濃度差。其他物質(zhì)的選擇透過性實驗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生才能真正地理解滲透作用。
本實驗也存在一些不足之處和需要注意的地方：一是學生容易把雞蛋內(nèi)膜作為雞蛋的細胞膜，事實上只是細胞膜的模擬材料，因此要向?qū)W生說明這點，并強調(diào)膜的選擇透過性與膜上的蛋白質(zhì)載體有關;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，因此在選擇雞蛋時要選放置了一段時間的不新鮮的雞蛋，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。通過以上兩個實驗學生對膜的選擇透過性和滲透作用有一個全面直觀的認識，在實驗結束時還可以進一步引導學生進行探究實驗，設計并驗證其他物質(zhì)能否通過膜，并分析原因，達到拓展學生思維的目的。
參考文獻：
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科學論文 篇6
摘要：為了實現(xiàn)對雞蛋殼裂紋的檢測，提出了一種基于機器視覺技術的雞蛋裂紋檢測系統(tǒng)設計方案，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攝像機來獲取單個靜止雞蛋的圖像。軟件部分采用灰度轉換，中值濾波，線性銳化，閾值分割，邊緣輪廓特征提取等手段實現(xiàn)圖像的裂紋檢測，最后基于圖像的數(shù)學特征去除干擾因素，準確定位裂紋。實驗結果表明系統(tǒng)對破損雞蛋檢測的準確率達到了93%。
關鍵詞：裂紋;機器視覺;雞蛋;MATLAB;檢測
中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2013)07-1633-03
蛋類食品具有很高的營養(yǎng)價值，是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹饕称�，其品質(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)品的市場資源深厚，需求量大，但是在雞蛋生產(chǎn)體系結構中，蛋殼破損檢測方法還很落后，還沒有產(chǎn)品化的自動檢測系統(tǒng)，受鴨蛋表面污點的影響，傳統(tǒng)的檢測設備不能夠正確識別裂紋和污點，除一些大規(guī)模的生產(chǎn)基地分別從荷蘭Hot-Cheers及日本NABEL公司引進檢測生產(chǎn)線，我國絕大部分禽蛋生產(chǎn)企業(yè)仍然沿用人工檢測方法。目前，人工檢測是國內(nèi)外雞蛋破損檢測的主要方法[1]，由于人工檢測生產(chǎn)效率低，勞動強度大，對檢測人員的技術要求高，檢測穩(wěn)定性較差，這些嚴重制約著中國蛋品加工技術的規(guī)�；l(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)濟損失巨大[2]。因此，研究適合我國國情的雞蛋破損檢測設備，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。機器視覺檢測作為一種主要利用光的透射、折射、反射的原理與蛋殼結構建立一種關系，通過數(shù)學模型建立檢測蛋殼裂紋的方法[3-5]，無疑將極大的推動我國雞蛋檢測事業(yè)的發(fā)展。
1 試驗材料和機器視覺系統(tǒng)硬件設計
本試驗所研究的雞蛋來自于長沙春華皮蛋廠的同一批雞蛋。機器視覺系統(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果顯示與控制三個部分，主要由LED光源、照蛋器、可散熱暗室、CCD攝像機、圖像采集卡和計算機等環(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，最終得到試驗結果。
2.1 灰度轉化
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，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，有必要進行灰度轉換。將彩色圖片進行灰度轉化是把彩色圖像中的RGB值轉化為灰度值，RGB圖像是以R、G、B為軸來建立空間直角坐標系，RGB圖像的每個像素的顏色都是用該三維空間的一個點來表示的。灰度圖像每個像素的顏色可以用直線R=G=B上的一個點來表示。因此RGB圖像轉灰度圖像的本質(zhì)就是尋求一個三維空間到一維空間的映射。在MATLAB仿真軟件中是由公式(1)來實現(xiàn)的，函數(shù)表達式為I=rgb2gray(RGB)。如圖2a所示。
2.2 圖像增強
為了使雞蛋的裂紋尤其是微小裂紋能夠準確快速地識別出來，圖像增強處理是一切工作的基礎，圖像增強能夠顯示那些被模糊了的細節(jié)或簡單突出一幅圖像中我們最感興趣的特征，同時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雞蛋圖像進行增強處理。
2.2.1 中值濾波
蛋殼的結構特點和物理環(huán)境決定了通過CCD攝像機采集到的圖像主區(qū)域上會不可避免的出現(xiàn)與裂紋形狀和結構相類似的部分，這一部分噪聲信號會影響系統(tǒng)對裂紋區(qū)域的識別與判定。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)字圖像中一點的值用該鄰域中各點值的中值代替[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，加強圖像的輪廓特征，以便于機器視覺系統(tǒng)的識別，提高準確率。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)都是負的。對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，通過設定不同的特征閾值，把圖像像素點分為若干類。當不同類的物體灰度值或其他特征值相差很大時，它能很有效地對圖像進行分割。在前人的研究基礎上，采用最大類間方差法可以自動計算出最優(yōu)閾值，較灰度直方圖確定閾值的方法其準確率大大提高[8]。在MATLAB仿真軟件中，可以采用thresh=graythresh(I)函數(shù)實現(xiàn)動態(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)。通過實驗分析可知在帶有污點的雞蛋圖像中，裂紋部分一般呈現(xiàn)線條狀或網(wǎng)狀，污點部分的長寬比較小，裂紋處的數(shù)學特征如數(shù)學期望和方差等與污點有較大差別;污點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，并且污點處的數(shù)值波動比裂紋處的小。 在邊緣檢測中，邊緣定位能力和噪聲抵制能力是一對矛盾體，有的算法邊緣定位能力比較強，有的抗噪能力比較好。邊緣檢測算子參數(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算子對灰度漸變和噪聲較多的圖像處理效果好，且對邊緣定位比較準確，因此選取Sobel算子進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)用于實現(xiàn)Sobel邊緣算子檢測。其調(diào)用格式為I2=edge(I2，'sobel')。如圖2e所示。
3 試驗結果
本試驗選取150個大小不同，品種相同，有標號的雞蛋作圖像采樣檢測，其中經(jīng)過仔細成熟的人工檢測得知無破損的雞蛋80個，有破損的雞蛋70個 。將機器視覺系統(tǒng)的檢測結果與人工檢測結果進行對比。結果表明，系統(tǒng)的準確率達到了93%。如表1所示。
4 結論
本文建立了一種基于機器視覺技術的雞蛋裂紋檢測系統(tǒng)。通過圖像采集系統(tǒng)收集雞蛋圖像，經(jīng)圖像轉化、圖像增強和特征提取，使用MATLAB編程環(huán)境，能夠較為準確地對雞蛋圖像進行檢測，系統(tǒng)的準確率達到了93%。對干凈的雞蛋能夠準確的檢測，但對于有污點的蛋檢測精度需進一步提高，算法還有待改進。并且本系統(tǒng)現(xiàn)在是停留在實驗室條件下，對靜止對象進行拍攝和檢測，下一步要實現(xiàn)整個檢測系統(tǒng)的整體設計，力爭在工業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)傳動系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的同步。
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