科学论文（通用6篇）
在学习、工作中，大家都不可避免地要接触到论文吧，通过论文写作可以培养我们的科学研究能力。相信许多人会觉得论文很难写吧，下面是小编精心整理的科学论文（通用6篇），仅供参考，大家一起来看看吧。
科学论文 篇1
摘要：生成性教学在科学课堂中的应用是一种突破，它能促进学生的探究能力从滋生到成熟的发展进程。在生成性教学中，关键在“活动—体验”的基础上发挥动态生成的作用，即教师在教学过程中，引导学生自主发挥、自主思考、自主获取教师与学生之间交流的经验、科学知识，使课堂在对话中生成，在生成中引导，在引导中感悟，最终促进学生实现认知水平的提升、探究能力的提高和科学素养的完善发展。
关键词：科学 课堂教学 生成 动态 探索
叶澜教授曾经指出：“课堂应是向未知方向挺进的旅程，随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景，而不是一切都必须遵循固定线路而没有激情的行程”。新课程标准所倡导的学生学习方式是自主的、合作的、探究的，以学生的自主学习为基础，以合作学习为途径，以探究学习为目的新型教学模式，成为课堂动态生成的沃土，这些“生成”演绎着课堂的精彩，更充分体现了学生学习的主体性，从而激发了学习的积极性。课堂教学不再是教师按照预设的教学方案机械、僵化地传授知识的线性的过程，而应是根据学生学习的实际需要，不断调整，动态发展的过程。课堂因生成而出彩，课堂因生成而充满生机。
关注课堂教学的生成性，决不意味着“预设”已不再重要。恰恰相反，课堂教学生成机制的高效发挥，正有赖于科学预设的充分和周到。充分的“预设”不仅与“生成”不相矛盾，而且高度统一，相辅相成。“预设”不为别的，正是为了更有效的生成。科学的“预设”应当也包含了对课堂生成前景的估计。
[案例]：
这是我自己在今年执教的一堂课，内容是小学科学四年级（上册）《空气的性质》。我按照预设好的教学设计流程进行教学。在做“喷气气球充气量的多少与它跑的距离是否有关？”的实验时，第一个气球是按照预设向前前进的，然而第二个气球在实验时却出现了状况，它在原地动了动，最后是往长气球中间缩了，没有按照原计划向前进，而且连续几次都是这种状况。这种情况与我设计的相差很大，但是我并没有放弃让学生时刻养成留意各种现象的习惯，我接着就提问学生为什么会出现这种情况，你们能找出其中的原因吗？学生们是大眼瞪小眼，东张西望后没有人举手。我就说：“请同学们再看一遍，发现这次与第一次的情况有什么区别，然后思考为什么会出现往中间缩的情况？”通过再次实验，有些同学找到了它们之间的区别，就是第一次气球打气时，气球前后粗细是差不多的，而后来几次气球都是中间特别大，前后不一样粗细，但是还是不能回答为什么会往中间缩。这时候我就给学生讲这其中的原因了：是因为气球本身的材料有弹性，当中间特别大时，中间部分的收缩力就小，而两端的收缩力较大，导致了气球往中间缩了，而不向前去。最后，我又找了好几个气球，直到充气后前后差不多大小才进行实验。结果当然按照预设的那样：充气多的气球跑得远，充气少的气球跑得近。课堂在经历了一些插曲后终于回到了正途。
[反思]：
传统的课堂教学成功的一个重要因素是教师有充分的预设，然后通过自己丰富的教学经验和教学机智来引导学生进入自己的预设，从而达到顺利完成教学任务的目的。同样我们现在的科学教师包括我自己，为完成一堂成功的课堂教学，同样是在课前进行精心的酝酿，每一个环节都考虑的十分周到，无非也是在做更为精细的预设。我能够深刻理解课堂教学预设的重要性，但课堂教学是千变万化的，再好的预设也不可能预见课堂上可能出现的所有情况，更多的时候我们都会突然遭遇。并且是和预设相距甚远的生成。在这种情况下就要我们教师依靠自身的机智和文化科学底蕴来把这个课堂生成处理成锦上添花，取得意想不到的效果。在今后的.课堂教学中，生成还是会不断地涌现，那么我们要怎样地来处理这些生成呢？我想从下面几点来尝试：
新课程背景下的课堂教学是一个动态生成的过程，也是教师生成新的实践智慧的立足点。
１、捕捉亮点，让“花絮”在课堂中绽放。新课程提倡的课堂是一个绿色的生态环境，在课堂中，学生要有思考的自由，更要有说话的权利。在学生的小脑袋中，总有着大人觉得不可思议的“奇思妙想”，在课堂中，他们也会浮想翩翩，令教师措手不及。课堂中，教师要鼓励学生的“奇思妙想”，善待学生的“奇谈怪论”，面对学生突如其来的、个性化的理解，应巧妙地将“生成”与“预设”融合起来，现场捕捉，启迪智慧，使学生在与学生、学生与教师的思维碰撞中领悟科学真谛，形成一定的创新能力。
2、聆听稚音，让“意外”在课堂中争鸣。课堂是教师与学生生命体验的交流场，倾听是师生之间内心世界的呼应。教师要学会倾听，因为倾听意味着理解、尊重，一味着接纳、期待，意味着分担痛苦、分享快乐。它的意义远不是给孩子一个表达的机会，它或许带来的是早已失落的人格尊严，点燃的或许是即将熄灭的思维火花，扬起的或许是尘封已久的信念追求。学会耐心倾听，就能获取来自孩子的一切信息，学会耐心倾听，就会发现学生在制造一个个的“意外”，它或许会打乱教学的节奏，而正是这一个个的“意外”，许多不曾预约的精彩不期而至，课堂也呈现出“百家争鸣”的精彩。这样的课堂，教师与学生都能够彼此享受到尊重的幸福，交流的幸福，思索的幸福，成长的幸福。
一堂普通的科学课，让我体验到了理想与现实的差距，也深深感受到了预设与生成的重要。“映阶碧草自春色”--台阶上的小草虽然不起眼，但诗人用心灵发现了它的生命价值，发现了每一个生命独特的春情、春意。如果，我们每一位教师都能像这位诗人一样，用自己的慧眼去捕捉课堂中的每一朵浪花，每一抹亮色，让他们自由畅谈个人真实的想法，使课堂在对话中生成，在生成中引导，在引导中感悟，那么我们的课堂也将在生成中绽放生命的旋律，课堂也会萌发个性化的气息，听到学生灵动的表达。这样的课堂，一定会时时精彩的！我们也会在课堂中找到作为一名教师的幸福。
科学论文 篇2
生态环境与科学技术的变迁
摘要：人类与自然相互联系、相互作用，共同构成了一个生生不息的有机整体。自然生态系统和科学技术作为人类生存及发展的两大主题，对人类世界的存续起着至关重要的作用。自然先于人类而存在，但人类的活动在某些方面改变了自然发展的过程。工业革命后，科学技术的迅猛发展，人类加快了发展的脚步。一、生态文明和科学技术的冲突
(一)生态文明与科学技术的关系
从马克思主义生态观念的理论研究出发，随着科学技术的日益发展，人类社会的生态问题越来越呈现多样化的姿态。科学技术的异化造成了人们心态的变化，人们只能看到眼前的发展利益，而忽视了对于资源消耗、环境破坏造成的恶劣影响。科学技术并不是生态问题产生的唯一原因，但是科学技术所带来的消极影响却是我们不容忽视的。生态危机是人与自然、人与人之间矛盾作用下的产物，相对与资本主义社会，人类文明虽然达到了更高的层次，但是环境问题始终是困扰着人类社会发展的重要原因。
(二)生态文明对科学技术发展的现实要求
科学技术的发展是一把双刃剑，我们在享受科学技术成果的时候，也在承受着科学技术异化的产物。2015年，柴静的一部《穹顶之下》以真实的数据呈现了雾霾对于人类社会造成的恶劣影响，究其根源是科学技术发展下人类社会对于环境的肆意破坏。生态环境建设刻不容缓，以生态辩证法的角度来看，从单一现代性走向多元现代性是现代性自我否定的`结果，也是构建生态文明的必然要求。在全球化发展的今天，不同的生态参与主体产生了不同的环境问题，由环境问题衍生的道德问题、健康卫生问题等呈现了多种的问题形态。环境的保护已经成为了关系到我们生存发展的主要问题。尊重自然资源的保护，以科学的理念和健康的生活模式作为指导，在生态文明建设的模式下，保留我们最为传统的民族文化，为子孙后代留下一片可以生存的空间。
二、科学技术与生态文明建设的协调发展途径
(一)创新驱动与生态文明建设的统一
科学技术与生态文明建设都是社会主义建设的必然选择，科学技术的创新驱动是促进生态文明建设的重要动力。通过科学技术的有效指导实现对社会生产力水平的有效提升，咱满足生产生活的基础上，通过创新实践带来更多的生产力发展的可能。在激烈的国际竞争环境下，将科学技术作为提升我国社会生产力和综合竞争力的和总要因素，在保障生态文明建设的总体发展方向的基础上，实现对我国利益的维护。科学技术创新是在继承和发展的基础上实现的，对于传统的生产经验和技术特色我们更应该继承和发扬，不断的挖掘技术创新点，在总体规划和部署的基础上，推动科学技术创新的稳步发展。同时科学技术创新应该善于学习和借鉴，通过对国外先进的技术人才进行有力的吸收，在不断的摸索发现的过程中实现科学技术的创新发展，为生态文明建设创造更多的科技成果。
(二)生态文明理念与理论建设的统一
在技术上实现创新，在生态文明的建设理念上也要实现科学的发展。科学技术的发展让人们看到了巨大的经济利益，经济的快节奏发展让人们迷失在利益和欲望的追逐之中。最根本的还是需要从生态文明建设的意识上提升人们的思维模式，通过形成生态文明的建设理念，促进人类社会思维方式、生产和生活方式的科学发展。注重对马克思主义生态观念的理性把握，确立科学的科学技术和生态文明建设的思维模式，树立大众普遍的生态文明建设的观念，倡导多元化、健康化的生态文明建设模式，构建合理的生态文明建设途径。以马克思主义生态辩证法为生态文明与多元现代性的实现提供了哲学基础，实现技术成果和理论成果的丰富统一，促进人类社会文明不断的发展。
三、结论
综上所述，现代化生产实践下，科学技术的发展必须同生态文明建设保持一致性。生态文敏建设作为重要的时代话题将会伴随着人类社会的发展呈现更加具体化、多样化的表现形式。而科学技术和生态文明之间的存在的矛盾也并非不可调和的，从技术上、理念上实现不断的更新，满足现代社会发展的现实需求，以生态文明这一建设理念作为总体的发展方向，实现对现代化建设的保驾护航，促进现代化建设向着更长远的方向发展。在享受现代化带来的科技成果的同时，实现积极有效的生态文明的建设。(作者单位：渤海大学)
科学论文 篇3
摘要：科学课程标准明确指出：“探究是科学学习的核心”,“亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径”.在教学中，教师应努力营造宽松、和谐、民主的课堂气氛，使学生主动地参与研究过程，给学生一个自由探索科学的空间，帮助学生接受和理解科学知识，让学生在学习的过程中得到“课课有收获”的情绪体验。
关键词：科学教学；实效性；探究能力
一、巧激趣，促高效
创设问题情境，目的是激发学生的.好奇心，从而对所学知识充满探究兴趣，发现并提出问题，积极参与学习过程，通过自主合作探究来获得知识。可以说，教师与其“给”学生十个问题，不如创设情境，让学生自己去“发现”、去“产生”一个问题。好的情境引入可以产生问题，使学生产生好奇心，兴趣盎然，积极探索，为课堂教学做好铺垫。
二、注重和加强实验，培养学生的科学探究能力
在科学课教学中，应当重视学生的实验操作过程，尽可能多地让每一个学生亲历实验过程，从而获取科学知识，运用观察和实验手段获得科学知识的技能，培养学生的自主探究能力。通过提出问题、猜想与假设、验证问题、解决问题这样一次次实实在在的科学探究过程，逐步培养学生的科学探究能力，并为培养学生的创新能力提供广阔的空间，学生的创新火花往往就在不知不觉的实践研究中点燃了。动手实验可以激发学生爱科学的兴趣，有效地帮助学生发展智力，提高学生科学的素养。但是，任何一个实验不是让学生随便动手做一做、看一看、说一说就行了，还需从中培养学生严谨科学的态度。
三、师生互动合作，打造亲和课堂
教师在教学中应与学生积极互动，注重培养学生的独立性和自主性，充分引导学生质疑、调查、探究，在学生的探究性学习中，教师应该成为学生的亲密合作者，由“指导者”向“促进者”转变，变“给学生压力”为“给学生动力”.在教学中，注重运用多种形式的合作学习，如个别学习、同桌交流、小组合作、组织交流、全班交流等，这些组织形式就是为学生创设了合作交流的时间，教师要设计出活生生的、丰富多彩的课堂。将课堂变成展示、交流的舞台，让学生把课下研究的成果在课上充分地展示、交流，使课堂充满亲和力，让课堂更为精彩。
科学论文 篇4
摘要:在小学科学教学中培养学生的数据意识是科学新课程标准的要求，是科学教学的重要目标与任务。学生具备了数据意识，才能形成良好的观察与思考习惯，提高科学思维能力，促进自身科学素养的提高。
关键词:小学;科学探究;数据意识;培养策略
在科学探究活动中通常会遇到相关数据的观察与测算问题，教师要注重培养学生的数据意识，使学生形成认真观察的习惯和严谨的科学态度。数据意识是学生搜集数据、整理与分析数据及运用数据分析问题、解决问题的心理倾向。新课程标准十分重视学生数据意识的培养，在提出的教学目标中，有多项教学目标直接指向数据意识的培养，要求学生能够观察统计数据信息，能够用不同的方式分析与解读相关数据，通过数据对现象进行合理解释。因此，小学科学活动中应把培养学生数据意识摆在极其重要的位置，提高学生运用数据分析问题的能力，促进学生科学综合素养的提高。
一、科学探究活动中数据意识培养方面存在的问题
小学生活泼好动，探究活动给他们带来了乐趣，但是学生探究活动完成，需要在实验表格中填写相关实验数据时，才发现自己并没有关注数据，为了应付教师的检查，便应付了事。出现这种现象的根本原因是学生不了解实验数据的重要性，不会通过数据来深入思考问题。另外，由于一些探究性活动属于验证性实验，数据已经明确，学生在实验过程中通常朝着“已经明确了的数据”去搜集，在实验结束回报成果时，学生往往表不自己的实验所得出的数据与验证的数据相同或相近，这些问题都影响了学生数据意识的培养。在探究活动中由于缺乏教师的正确引导，通常会出现这样那样的问题。学生在获取实证的过程中，主观心理因素往往会成为左右他们行为的诱因，这会导致学生不能很好地结合实验现象进行实验数据的取舍与分析，导致数据的失实，这些问题制约着探究活动的有效性。
二、科学探究活动中培养学生数据意识的策略
(一)设置问题，激发学生用数据说明问题的欲望
在科学探究活动中，教师要根据探究内容提出问题，引发学生思考，激发学生用数据说明问题的欲望，从而促使学生养成良好的观察与分析数据的习惯。例如，在教学“抵抗弯曲”这一内容时，我给学生带来了学具:支架与纸条，让学生亲自动手搭建一座“桥”。我又出不了多个垫圈，并告诉学生，老师想把这些垫圈放在纸桥的中间，并让学生猜测纸桥能够承受几个垫圈而不至于塌下来。学生匕嘴八舌，有的说能承受1个，还有的能承受2个、3个等。接下来，我让学生仔细观察，通过实验看纸桥到底能够承受多少个垫圈。我放一个垫圈，学生发现纸桥弯曲了，放两个垫圈纸桥更加弯曲了，当放上第三个垫圈时，纸桥被压塌了。我问学生，这座“桥”能承受多少个垫圈?有的学生说能够承受三个垫圈，我进一步征求其他学生的意见，有的学生说桥能够承受两个垫圈，因为放三个垫圈，纸桥就塌了。以上教学片段中，我给学生创设了一个用数据说明问题的`机会，我首先让学生预测，但是预测往往是不够准确的，让学生认识到通过具体的数据来说明问题，才是科学的。
(二)动手操作，学会采集有效数据
在探究活动中，我要有意识培养学生的数据意识，让学生学会采集有效数据，在对数据的比较与分析中，增强学生对数据的敏感性，培养学生的科学思维能力。例如，在“摆的研究”这一探究活动中，我让学生动手做摆，并让摆摆动起来，明确摆动的方法。学生分组进行实验，每小组记录摆每分钟摆动的次数，并如实做好数据记录。学生探究活动之后，我让学生汇报各小组测得的数据。如有的小组三次测得的数据是59,60,59，有的小组是47,47,47，有的小组是51,50,48等等。我然后问学生数据是否准确，在实验过程中是否有不当的地方，致使数据出现较大误差，并分析一下原因。有的小组说在实验时，摆撞到铁架台了，有的说自己小组的摆好像越来越慢。我提醒学生尽量避免这些问题，再进行实验，收集有效数据，再让学生汇报小组的数据。在这个环节中，我引导学生对摆一分钟摆动的次数进行了多次测量，以期得到真实有效的数据。对于数据不可靠的情况，就要找出原因，反复进行实验，才能取得比较有效的数据信息。我还要求学生将数据记录在实验记录本或者实验报告本上，并且进行分析、比较与整合，排除十扰因素，切忌拼凑虚假数据。
(三)实验观察，学会分析数据
对数据进行分析是培养学生数据意识的重要途径。教师可以引导学生通过仔细观察实验过程，采集数据，严格地做好记录。如课前资料的收集、对物体进行观察中提出的问题、学生个人或者小组提出的探究计划等内容，都可以采取文字记录的方式，特别要注重相关数据的详实记录。用文字表述不清和不能用文字描述的观察内容，可以引导学生通过绘制图表来进行记录与呈现。例如，在探究“植物的生长变化”这一内容时，对于凤仙花的生活习性、种植时应该注意的问题、植株各部分的作用的资料信息，学生都可以用文字做简单的记录或摘记，然后以小组为单位设计相应表格对凤仙花的植株高度、数量、花、果实、叶的形状、种子的形状用图问和文字做持续的记录，用曲线对茎的生长状况进行记录。同时，对相关数据进行综合分析，如对凤仙花生长过程中植株高度的变化，结合气温等因素进行分析，可以进一步了解凤仙花生长的特点，提高了学生数据分析能力。总之，培养学生的数据意识是小学科学教学的重要目标，也是科学探究活动的重要仟务之一。在科学探究活动中，教师要根据学生的特点及探究内容，通过提出问题，激发学生用数据说明问题的欲望;通过动手操作实践，让学生学会采集有效数据，树立严谨的科学态度;通过实验观察，引导学生学会数据分析，提高分析问题的能力;通过交流分享，让学生学会用数据来证明自己的观点与猜测的正确性，牢固树立数据意识，促进科学思维的发展，提高科学综合素养。
科学论文 篇5
摘 要： 本文选用鸡蛋内膜作为半透膜进行渗透实验，在渗透实验过程中发现学生对膜的选择透过性这一概念的错误认知，进而设计实验验证膜对离子和大分子的选择透过性，层层递进使学生在理解渗透作用的基础上从深层次理解膜的选择透过性。
关键词： 渗透作用 鸡蛋内膜 选择透过性 高中生物教学
高中生物“渗透实验教学”中，教材采用在一个长颈漏斗的漏斗口处密封一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入到盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等，经过一段时间后观察到漏斗内的液面上升了。在教学实践中我发现装置较复杂，可操作性差，现象也不明显，学生对玻璃纸不熟悉用做半透膜模型与原型的相似性低。
本着生活化和简单化原则，我用鸡蛋的内膜作为半透膜，以蛋壳作为容器进行渗透实验，实践证明这一改进不仅能引起学生的兴趣而且现象明显。学生对渗透作用的理解程度较以往有了很大的改善。
半透膜是渗透作用发生的条件之一，这一概念的处理一般采用讲授式，学生对于膜的选择透过性不能深入地理解，甚至有学生认为只要分子量足够小，就能通过半透膜。而《高中生物课程标准》活动建议中也包括“通过模拟实验探究膜的透性”。鉴于此我在教学中加入了用鸡蛋作为装置，利用特定化学物质可发生颜色和沉淀反应原理设计了验证膜的选择透过性实验。通过这两个实验学生可以更好地理解渗透作用和膜的选择透过性。以下是两个实验：
1.渗透作用演示实验
1.1实验原理
鸡蛋的膜为双层结构，蛋膜中含有蛋白质90%左右，脂质体3%左右，糖类2%左右。它的蛋白质主要有胶原蛋白(大部分为I、V、X型)。鸡蛋膜的特定组成和结构决定了它是一种很好的半透膜。鸡蛋大端两层膜分开形成气室。把气室部分的鸡蛋壳连同外膜剪去，留下内膜就为实验用的半透膜。用鸡蛋来模拟细胞，把鸡蛋内膜浸入水中来演示渗透实验。
1.2实验材料
鸡蛋、50mL小烧杯、蒸馏水
1.3实验步骤
①取一个大的鸡蛋(钝端直径略大于小烧杯口)，轻轻将钝端的壳敲碎，剥掉蛋壳，露出一个直径0.5～1cm的小孔，注意不要破坏内膜。
②将鸡蛋钝端放入盛有清水的烧杯中，使水面没过小孔，静置，并观察。
1.4实验结果与讨论
三十分钟后，膜被撑破并有蛋清流出。
通过这一实验现象学生会得出是水进入鸡蛋内部导致膜被撑破，这是为什么呢?引导学生思考是因为膜外部是纯水，即水的浓度是100%，而鸡蛋内部水的浓度低于100%，这就在鸡蛋膜的两侧形成了水的浓度梯度，膜外纯水中的水分子透过半透膜扩散鸡蛋内的数量，比鸡蛋内部水分子扩散到膜外的数量多，因而鸡蛋内的液量增加，直至涨破。
设问：如果鸡蛋膜上有破损的小缝，那么还会看到实验现象吗?引导学生思考半透膜的存在是发生渗透作用的关键，从而引导学生总结发生渗透作用的条件是半透膜和半透膜两侧溶液存在浓度差。
以上是渗透作用实验演示，得出的结论是：水可以自由通过鸡蛋内膜，通过的条件是膜内外有浓度差。为了让学生真正理解半透膜的概念，设计了探究离子能否透过半透膜的实验。
2.膜的'选择透过性实验
2.1实验原理
大分子物质不能透过半透膜，小分子的物质如离子可以选择性地透过半透膜。
2.2实验材料
鸡蛋两个、50mL小烧杯两个、试管两个、胶头滴管若干、质量分数为0.1g/mL的AgNO溶液、质量分数为0.1g/mL的NaCl溶液、I-KI溶液、新鲜的淀粉溶液。
2.3实验步骤
①取一个直径大于烧杯口的鸡蛋，把鸡蛋的尖端轻轻敲破，剪出一个直径1cm的小孔，然后将蛋黄和蛋清倒出并用清水将内部冲洗干净，再将大头端的蛋壳敲碎，轻轻将蛋壳和内膜剥离，露出直径为1cm的小孔，注意不要破坏内膜。
②将两枚蛋壳编号1、2，分别注入质量分数为0.1g/mL的NaCl溶液和新鲜淀粉溶液各5mL，注意不要把溶液撒在蛋壳外。
③取两个烧杯分别编号A、B，在A烧杯中加入30mL质量分数为0.1g/mL的AgNO溶液;在B烧杯中加入30mLI-KI溶液。将1、2两枚蛋壳分别放入A、B两个烧杯中(液面要没过小孔)，放置10分钟。
④观察并分析实验结果。
2.4实验结果与讨论
A烧杯中有白色沉淀生成，1号蛋壳内溶液无明显变化。B烧杯中溶液无变化，2号蛋壳内的溶液呈现蓝色。
膜的选择透过性知识有进一步的理解，同时可以反思对渗透作用的理解是否准确。
3.反思
通过渗透作用演示实验学生归纳出了渗透作用发生的条件：半透膜及半透膜两侧存在浓度差。其他物质的选择透过性实验是在渗透作用演示中遗留下来的问题，这一问题解决之后学生才能真正地理解渗透作用。
本实验也存在一些不足之处和需要注意的地方：一是学生容易把鸡蛋内膜作为鸡蛋的细胞膜，事实上只是细胞膜的模拟材料，因此要向学生说明这点，并强调膜的选择透过性与膜上的蛋白质载体有关;二是利用蛋的钝端内壳膜与外壳膜二者分离去除蛋壳和外壳膜露出内膜，这种处理难度较大容易造成内膜损伤，因此在选择鸡蛋时要选放置了一段时间的不新鲜的鸡蛋，这样鸡蛋内水分蒸发使内外膜分离大一些，便于操作。通过以上两个实验学生对膜的选择透过性和渗透作用有一个全面直观的认识，在实验结束时还可以进一步引导学生进行探究实验，设计并验证其他物质能否通过膜，并分析原因，达到拓展学生思维的目的。
参考文献：
[1]吴庆余.基础生物命科学.北京：高等教育出版社，2010：47-48.
[1]潘建勋.渗透作用演示实验的改进及拓展.生物学教学，2009(24)：39.
科学论文 篇6
摘要：为了实现对鸡蛋壳裂纹的检测，提出了一种基于机器视觉技术的鸡蛋裂纹检测系统设计方案，该系统的硬件部分采用红色LED作为光源，选用背景光照射方式，在封闭的环境中通过CCD摄像机来获取单个静止鸡蛋的图像。软件部分采用灰度转换，中值滤波，线性锐化，阈值分割，边缘轮廓特征提取等手段实现图像的裂纹检测，最后基于图像的数学特征去除干扰因素，准确定位裂纹。实验结果表明系统对破损鸡蛋检测的准确率达到了93%。
关键词：裂纹;机器视觉;鸡蛋;MATLAB;检测
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2013)07-1633-03
蛋类食品具有很高的营养价值，是人们日常生活中的主要食品，其品质的优劣直接决定蛋类产品的质量，甚至于影响食用者的健康。我国蛋类产品的市场资源深厚，需求量大，但是在鸡蛋生产体系结构中，蛋壳破损检测方法还很落后，还没有产品化的自动检测系统，受鸭蛋表面污点的影响，传统的检测设备不能够正确识别裂纹和污点，除一些大规模的生产基地分别从荷兰Hot-Cheers及日本NABEL公司引进检测生产线，我国绝大部分禽蛋生产企业仍然沿用人工检测方法。目前，人工检测是国内外鸡蛋破损检测的主要方法[1]，由于人工检测生产效率低，劳动强度大，对检测人员的技术要求高，检测稳定性较差，这些严重制约着中国蛋品加工技术的规模化发展。据资料显示，美国每年因照蛋环节造成的鸡蛋破损率为5%～8%，经济损失巨大[2]。因此，研究适合我国国情的鸡蛋破损检测设备，提高分拣效率，已经成为我国蛋产品制造业目前及未来亟待解决的问题。机器视觉检测作为一种主要利用光的透射、折射、反射的原理与蛋壳结构建立一种关系，通过数学模型建立检测蛋壳裂纹的方法[3-5]，无疑将极大的推动我国鸡蛋检测事业的发展。
1 试验材料和机器视觉系统硬件设计
本试验所研究的鸡蛋来自于长沙春华皮蛋厂的同一批鸡蛋。机器视觉系统硬件部分可概括分为图像获取、图像分析处理以及图像结果显示与控制三个部分，主要由LED光源、照蛋器、可散热暗室、CCD摄像机、图像采集卡和计算机等环节组成。采用红色LED作为光源，选用背景光照射方式。鸡蛋距离光源15cm。在暗室中，光线通过照蛋器上的小孔透射到鸡蛋上，CCD摄像机可以采集到鸡蛋的正面图像。装置图如图1所示。
2 图像分析与处理
试验获得的图像格式为JPG，720×350大小的彩色图片，图像分析与处理的流程是灰度转化，中值滤波，线性锐化，阈值分割，边缘轮廓特征提取，最终得到试验结果。
2.1 灰度转化
在暗室的背景光照射下，裂纹部分与非裂纹部分的亮度有很大的差异，裂纹部分的亮度更强，采集的原图像的裂纹部分是一条明亮的线条或网状的明亮区域。在灰度图中裂纹部分和鸡蛋其他区域也容易分辨，因此将彩色图像转化为灰度图像，既有易于区分裂纹，又可以提高图像的处理速度，并且在后期的图像处理过程中，期间使用的多个函数要求文件格式为二维的.灰度图像，而imread函数读出的是三维图像，因此为了前后函数的兼容，有必要进行灰度转换。将彩色图片进行灰度转化是把彩色图像中的RGB值转化为灰度值，RGB图像是以R、G、B为轴来建立空间直角坐标系，RGB图像的每个像素的颜色都是用该三维空间的一个点来表示的。灰度图像每个像素的颜色可以用直线R=G=B上的一个点来表示。因此RGB图像转灰度图像的本质就是寻求一个三维空间到一维空间的映射。在MATLAB仿真软件中是由公式(1)来实现的，函数表达式为I=rgb2gray(RGB)。如图2a所示。
2.2 图像增强
为了使鸡蛋的裂纹尤其是微小裂纹能够准确快速地识别出来，图像增强处理是一切工作的基础，图像增强能够显示那些被模糊了的细节或简单突出一幅图像中我们最感兴趣的特征，同时削弱或去除某些不需要的信息。该文采用中值滤波和线性锐化的方法对鸡蛋图像进行增强处理。
2.2.1 中值滤波
蛋壳的结构特点和物理环境决定了通过CCD摄像机采集到的图像主区域上会不可避免的出现与裂纹形状和结构相类似的部分，这一部分噪声信号会影响系统对裂纹区域的识别与判定。中值滤波是一种去除噪声的非线性处理方法，其基本原理是把数字图像中一点的值用该邻域中各点值的中值代替[6]，利用中值滤波可以消除各种噪声源和一些干扰引起的虚假的样品边缘或轮廓。在MATLAB仿真软件中，采用I2=medfilt2(I1)函数，通过3×3的模板返回中值滤波后的图像矩阵I2[7]。如图2b所示。
2.2.2 线性锐化
为了更进一步突出裂纹的特征信息，采用图像锐化处理来突出图像的边缘轮廓信息，加强图像的轮廓特征，以便于机器视觉系统的识别，提高准确率。线性高通滤波器是最常用的线性锐化滤波器，这种滤波器的中心系数都是正的，而周围的系数都是负的。对3×3的模板来说，典型的系数取值是
在MATLAB仿真软件中，可采用I2=imfilter(I，h1)函数实现线性锐化。如图2c所示。
2.3 阈值分割
阈值分割法是一种基于图像的分割技术，通过设定不同的特征阈值，把图像像素点分为若干类。当不同类的物体灰度值或其他特征值相差很大时，它能很有效地对图像进行分割。在前人的研究基础上，采用最大类间方差法可以自动计算出最优阈值，较灰度直方图确定阈值的方法其准确率大大提高[8]。在MATLAB仿真软件中，可以采用thresh=graythresh(I)函数实现动态阈值分割。如图2d所示。
2.4 鸡蛋边缘轮廓特征提取
通过对鸡蛋图像处理，可以得到图像中裂纹部分和噪声部分的几何特征参数。通过实验分析可知在带有污点的鸡蛋图像中，裂纹部分一般呈现线条状或网状，污点部分的长宽比较小，裂纹处的数学特征如数学期望和方差等与污点有较大差别;污点处的期望值一般小于整幅图像的平均阈值，而裂纹大于平均阈值，并且污点处的数值波动比裂纹处的小。 在边缘检测中，边缘定位能力和噪声抵制能力是一对矛盾体，有的算法边缘定位能力比较强，有的抗噪能力比较好。边缘检测算子参数的选择也直接影响到边缘定位能力和噪声抵制能力，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算子对灰度渐变和噪声较多的图像处理效果好，且对边缘定位比较准确，因此选取Sobel算子进行边缘轮廓特征处理。在MATLAB图像处理工具箱中提供了edge函数用于实现Sobel边缘算子检测。其调用格式为I2=edge(I2，'sobel')。如图2e所示。
3 试验结果
本试验选取150个大小不同，品种相同，有标号的鸡蛋作图像采样检测，其中经过仔细成熟的人工检测得知无破损的鸡蛋80个，有破损的鸡蛋70个 。将机器视觉系统的检测结果与人工检测结果进行对比。结果表明，系统的准确率达到了93%。如表1所示。
4 结论
本文建立了一种基于机器视觉技术的鸡蛋裂纹检测系统。通过图像采集系统收集鸡蛋图像，经图像转化、图像增强和特征提取，使用MATLAB编程环境，能够较为准确地对鸡蛋图像进行检测，系统的准确率达到了93%。对干净的鸡蛋能够准确的检测，但对于有污点的蛋检测精度需进一步提高，算法还有待改进。并且本系统现在是停留在实验室条件下，对静止对象进行拍摄和检测，下一步要实现整个检测系统的整体设计，力争在工业现场实现传动系统和检测系统的同步。
参考文献：
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