聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)精選(九篇)

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第1篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

關(guān)鍵詞：大學(xué)生；素質(zhì)生態(tài)；“90后”；問卷編制；信效度

作者簡介：黃艷（1975-），女，湖北武漢人，武漢工程大學(xué)高等教育研究所副所長，副教授。（湖北 武漢 430074）

基金項(xiàng)目：本文系教育部人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：10YJC880052）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G645 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）17-0136-03

“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)是指“90后”大學(xué)生基于個(gè)人的背景因素，包括個(gè)人特性、入學(xué)前的準(zhǔn)備、性別以及民族因素，通過主動(dòng)地塑造大學(xué)人際環(huán)境來影響大學(xué)和社會(huì)環(huán)境，并且在此環(huán)境中獲取個(gè)人發(fā)展的可能性的主體性品質(zhì)。評(píng)價(jià)“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平，除了進(jìn)行定性的研究之外，還需要對(duì)其進(jìn)行定量的描述和分析。因此，筆者擬構(gòu)建一個(gè)科學(xué)的度量標(biāo)尺，利用這一度量標(biāo)尺去測(cè)量“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)的現(xiàn)實(shí)水平，從而客觀地回答社會(huì)普遍關(guān)心的問題：“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)的現(xiàn)實(shí)水平與發(fā)展趨勢(shì)究竟如何？如何增強(qiáng)或提升“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)的現(xiàn)實(shí)水平？

近年來，隨著大學(xué)生素質(zhì)測(cè)評(píng)理論與實(shí)踐研究的逐步深入，大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)評(píng)價(jià)研究成為人的全面發(fā)展與教育生態(tài)理論研究中的一個(gè)重要問題。[1]目前，研究者對(duì)大學(xué)生素質(zhì)的測(cè)量主要采取兩種方式：客觀測(cè)量與知覺測(cè)量。20世紀(jì)90年代以前，研究者多從事實(shí)判斷的角度，即采用大學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、科研成果、身體形態(tài)與機(jī)能以及心理癥狀自評(píng)指數(shù)等一些客觀指標(biāo)來測(cè)量大學(xué)生素質(zhì)的現(xiàn)實(shí)水平。90年代之后，研究者發(fā)現(xiàn)大學(xué)生做出的行為反應(yīng)通常不是基于客觀刺激本身，而是基于他們對(duì)外界客觀刺激的知覺。因此，研究者得出了采用知覺測(cè)量較客觀指標(biāo)更為恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。[2]雖然從90年代開始，研究者對(duì)大學(xué)生素質(zhì)水平的測(cè)量已經(jīng)逐步采用知覺測(cè)量的標(biāo)尺，但從目前的研究文獻(xiàn)來看，學(xué)界仍然沒有開發(fā)出一套科學(xué)的測(cè)量工具，亟待編制一份用以測(cè)量“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平的測(cè)量工具，為客觀地分析和研究“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平提供科學(xué)依據(jù)。

一、研究方法

1.建構(gòu)“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)理論維度

根據(jù)人的全面發(fā)展與教育生態(tài)的相關(guān)理論及各種核心要素對(duì)大學(xué)生產(chǎn)生影響的程度，大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)可以歸結(jié)為三個(gè)方面：遺傳素質(zhì)、可能素質(zhì)與現(xiàn)實(shí)素質(zhì)（見圖1）。

（1）遺傳素質(zhì)是大學(xué)生具備的一種基因性素質(zhì)。遺傳素質(zhì)主要是經(jīng)生理遺傳而獲得的人的先天的生理特點(diǎn)，包括身高體重、骨骼系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)在內(nèi)的解剖生理特征以及運(yùn)動(dòng)素質(zhì)、反應(yīng)速度、負(fù)荷限度、適應(yīng)能力、抵抗能力等的生理機(jī)能特征。

（2）可能素質(zhì)是大學(xué)生具備的一種潛在性素質(zhì)?？赡芩刭|(zhì)主要是人的發(fā)展?jié)撃芑虬l(fā)展?jié)摿Γ炔痪哂羞z傳素質(zhì)那種與生俱來的先天性，也不具備與先天與后天共同作用下形成的人的現(xiàn)實(shí)性，它包含在人的現(xiàn)實(shí)性之中，預(yù)示著大學(xué)生未來發(fā)展的種種趨勢(shì)，是潛在而尚未實(shí)現(xiàn)的因素。

（3）現(xiàn)實(shí)素質(zhì)是大學(xué)生具備的一種獲得性素質(zhì)。現(xiàn)實(shí)素質(zhì)是人在后天通過環(huán)境影響和教育訓(xùn)練所獲得的穩(wěn)定的長期發(fā)揮作用的基本品質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括人的思想、知識(shí)、身體、心理品質(zhì)等方面?，F(xiàn)實(shí)素質(zhì)是人的可能的遺傳素質(zhì)在外界環(huán)境和教育的作用下，通過內(nèi)化后形成的一種穩(wěn)定的現(xiàn)實(shí)品質(zhì)。

2.編制與修訂“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平量表測(cè)題

根據(jù)“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)洋蔥模型，編制了“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)量問卷。問卷分別給出了“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)三個(gè)維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)與操作性定義，根據(jù)各個(gè)維度和評(píng)價(jià)指標(biāo)的含義，筆者要求問卷編制人員列出9～11個(gè)具體的事例，并從中選取編制了測(cè)量項(xiàng)目。在此基礎(chǔ)上，獲得了156個(gè)測(cè)量項(xiàng)目，并從中篩選出了測(cè)量“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平的項(xiàng)目56個(gè)，其中反映“90后”大學(xué)生遺傳素質(zhì)水平的項(xiàng)目22個(gè)、反映“90后”大學(xué)生可能素質(zhì)水平的項(xiàng)目26個(gè)與反映“90后”大學(xué)生現(xiàn)實(shí)素質(zhì)水平的項(xiàng)目8個(gè)。筆者對(duì)項(xiàng)目又進(jìn)行了反復(fù)修訂，最后形成了由22個(gè)項(xiàng)目組合的“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平試測(cè)問卷：反映遺傳素質(zhì)水平的項(xiàng)目6個(gè)、反映可能素質(zhì)水平的項(xiàng)目5個(gè)與11個(gè)反映現(xiàn)實(shí)素質(zhì)水平的項(xiàng)目。

3.“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平量表預(yù)測(cè)取樣

選取了316名“90后”大學(xué)生作為研究對(duì)象開展了量表預(yù)測(cè)。調(diào)研發(fā)放問卷316份，回收問卷302份，其中有效問卷302份，有效問卷回收率為95.57%。被試“90后”大學(xué)生的平均年齡為20.02歲；“90后”男性大學(xué)生占56.34%，“90后”女性大學(xué)生占43.66%；“90后”研究生占4.72%，“90后”本科生占89.06%，“90后”高職生占6.22%；“90后”理科生占18.32%，“90后”工科生占75.37%，“90后”文科生占6.31%；“90后”城鎮(zhèn)家庭背景大學(xué)生占48.67%，“90后”農(nóng)村家庭背景大學(xué)生占51.33%。

4.編制“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平正式問卷

以主成分分析法作為因子提取方法，極大方差法作為轉(zhuǎn)軸方法進(jìn)行了探索因素分析，分析過程中保留因子的標(biāo)準(zhǔn)為選取特征根≥1。第一次探索性因素分析的結(jié)果顯示，項(xiàng)目3“你具備專業(yè)領(lǐng)域的科研創(chuàng)新意識(shí)”與項(xiàng)目14“你具有跨學(xué)科或跨專業(yè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)的經(jīng)歷”的載荷分別為-0.876與-0.854，說明這兩個(gè)項(xiàng)目讓被試“90后”大學(xué)生產(chǎn)生了嚴(yán)重歧義。本研究在刪除了項(xiàng)目3與項(xiàng)目14后，得到了清晰的三維結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果還表明，項(xiàng)目5與項(xiàng)目13出現(xiàn)了雙重負(fù)荷。為提升這兩個(gè)項(xiàng)目的單維性，筆者對(duì)這兩個(gè)項(xiàng)目做出了修訂：項(xiàng)目5“我能夠閱讀與本專業(yè)相關(guān)的英文文獻(xiàn)”修訂為“我能夠閱讀與本專業(yè)相關(guān)的外文書籍”；項(xiàng)目13“我能夠閱讀國外先進(jìn)的科技類書籍”修訂為“我了解與本專業(yè)相關(guān)的國際通用的學(xué)習(xí)方法與研究方法”。根據(jù)第二次取樣數(shù)據(jù)展開的探索性因素分析，項(xiàng)目5與項(xiàng)目13在各自維度上的載荷分別為0.674和0.823。筆者通過直接刪除與再修訂，最終形成了“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)評(píng)問卷，共20個(gè)項(xiàng)目。

二、研究結(jié)論

1.被試選取

選取了372名“90后”大學(xué)生作為研究對(duì)象，發(fā)放問卷372份，回收問卷352份，其中有效問卷306份，有效回收率為86.93%。被試“90后”大學(xué)生的平均年齡為19.26歲；“90后”男性大學(xué)生占55.43%，“90后”女性大學(xué)生占44.57%；“90后”高職生占5.43%，“90后”本科生占91.33%，“90后”研究生占3.24%；“90后”理科生占21.32%，“90后”工科生占65.97%，“90后”文科生占12.71%；“90后”城鎮(zhèn)家庭背景大學(xué)生占45.72%，“90后”農(nóng)村家庭背景大學(xué)生占54.28%。

2.驗(yàn)證性因素分析結(jié)果

通過相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)遺傳素質(zhì)、可能素質(zhì)與現(xiàn)實(shí)素質(zhì)之間存在著一定程度的相關(guān)性，其中遺傳素質(zhì)與可能素質(zhì)之間的相關(guān)系數(shù)為0.69。因此，除了對(duì)三因素結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)證外，還對(duì)單因素和兩因素兩個(gè)競爭模型進(jìn)行了相關(guān)性分析（見表2）。

3.實(shí)證效度

大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平是衡量大學(xué)生作為“大學(xué)人”和“社會(huì)人”是否實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展的一面鏡子。研究發(fā)現(xiàn)，“90后”文科背景大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平顯著優(yōu)于“90后”理科與工科背景大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平，“90后”理科背景大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平優(yōu)于“90后”工科背景的大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平?！?0后”城市家庭背景大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平顯著優(yōu)于“90后”農(nóng)村家庭背景大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平?！?0后”男性大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平優(yōu)于“90后”女性大學(xué)生的素質(zhì)生態(tài)水平?！?0后”研究生的素質(zhì)生態(tài)水平整體優(yōu)于“90后”本科生與高職生的素質(zhì)生態(tài)水平（見表3）。

4.同質(zhì)信度

“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)評(píng)中，遺傳素質(zhì)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)α系數(shù)為0.86，可能素質(zhì)α系數(shù)為0.74，現(xiàn)實(shí)素質(zhì)α系數(shù)為0.82，整個(gè)問卷的α系數(shù)為0.89。

三、討論

1.“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

科學(xué)概念是研究者對(duì)客觀事物或現(xiàn)象進(jìn)行高度概括和抽象所得出的結(jié)論。科學(xué)概念的內(nèi)容是多維而不是單維的，因此在編制測(cè)量工具前需要對(duì)科學(xué)概念進(jìn)行維度建構(gòu)。[3]關(guān)于概念內(nèi)部維度的構(gòu)建，通常有從前因建構(gòu)與從性質(zhì)表現(xiàn)建構(gòu)兩種方式?；谇耙蚪?gòu)的學(xué)者胡永宏等提出了大學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的五項(xiàng)原則：綜合性原則、層次性原則、代表性原則、獨(dú)立性原則和可行性原則；[4]劉亞東等學(xué)者在分析了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系存在的認(rèn)識(shí)誤區(qū)和科學(xué)構(gòu)建素質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)堅(jiān)持的原則后，認(rèn)為素質(zhì)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建中必須處理好四個(gè)關(guān)系：全面發(fā)展與個(gè)性發(fā)展的關(guān)系、繼承傳統(tǒng)與創(chuàng)新教育的關(guān)系、通才教育與專才教育的關(guān)系、科學(xué)素質(zhì)與人文素質(zhì)的關(guān)系。基于性質(zhì)表現(xiàn)建構(gòu)“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)內(nèi)部維度的學(xué)者王貴農(nóng)構(gòu)建了大學(xué)生素質(zhì)綜合測(cè)評(píng)體系，提出了把紀(jì)實(shí)性評(píng)價(jià)作為大學(xué)生評(píng)價(jià)的主導(dǎo)方針，并設(shè)計(jì)了大學(xué)生素質(zhì)綜合測(cè)評(píng)表及具體的測(cè)評(píng)實(shí)施辦法；[5]學(xué)者龍建成提出了構(gòu)建大學(xué)生全面素質(zhì)評(píng)價(jià)的五個(gè)模塊：思想道德素質(zhì)模塊、專業(yè)理論素質(zhì)模塊、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力模塊、文化素質(zhì)模塊和身心素質(zhì)模塊。[6]在此基礎(chǔ)上，筆者進(jìn)一步結(jié)合“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)的性質(zhì)表現(xiàn)，將“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)建構(gòu)為遺傳素質(zhì)、可能素質(zhì)與現(xiàn)實(shí)素質(zhì)三個(gè)維度，并開發(fā)出了“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)量問卷，開展了“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平的定量研究。

2.“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)量問卷的效度和信度

判斷一個(gè)模型優(yōu)劣與否要綜合考慮多項(xiàng)指標(biāo)，不能只看單一指標(biāo)。筆者在綜合考慮與樣本容量N無關(guān)、懲罰復(fù)雜模型與對(duì)誤設(shè)模型敏感等三個(gè)典型特征的基礎(chǔ)之上認(rèn)為，“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)量問卷的三因素結(jié)構(gòu)是可以接受的，而且三因素結(jié)構(gòu)模型的各項(xiàng)擬合指數(shù)均優(yōu)于競爭模型，因此“90后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)量問卷的結(jié)構(gòu)效度是理想的?！?0后”大學(xué)生素質(zhì)生態(tài)水平測(cè)量問卷的信度分析研究顯示，各個(gè)維度項(xiàng)目之間均具有良好的內(nèi)部一致性。研究結(jié)果也顯示，問卷的總α系數(shù)達(dá)到0.89，處于比較高的水平。但是筆者認(rèn)為α系數(shù)高并不能充分證明測(cè)量問卷是一個(gè)維度，因?yàn)樾哦戎皇切Ф鹊谋匾獥l件而并非充分條件，α系數(shù)高只能說明測(cè)量問卷存在一維的可能性，因此，總α系數(shù)比較高是可以接受的。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

【關(guān)鍵詞】聲速測(cè)量;信號(hào)放大;A/D轉(zhuǎn)換

1.引言

如今，自動(dòng)化測(cè)試在各科研單位、各公司企業(yè)內(nèi)越來越受到關(guān)注。由于無線電電子學(xué)、微電子學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和密切結(jié)合，電子測(cè)量已經(jīng)成為測(cè)量學(xué)的組成部分。

傳統(tǒng)方法測(cè)量聲速時(shí)，將接收器接收的電信號(hào)直接連接到示波器上，用示波器檢測(cè)接收器上的輸出電壓幅度的變化，可觀察到電壓幅度隨距離周期性的變化。測(cè)量過程中需要人眼來觀察電壓幅度的變化，并分辨出波峰的極大值的變化;兩換能器之間的距離是通過手動(dòng)搖桿來控制的，具有回程誤差;兩換能器之間的距離是通過游標(biāo)卡尺來讀得，精度不夠高，這些都具有較大的誤差，測(cè)量結(jié)果精度低，且采樣效率低，這是傳統(tǒng)聲速測(cè)量的不足之處。而目前的測(cè)量趨勢(shì)是自動(dòng)化測(cè)量，而且自動(dòng)化測(cè)量的特點(diǎn)是可以大大提高測(cè)量的速度和精度，在此想到將聲速測(cè)量進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化測(cè)量，這就涉及到將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理，然后輸入至計(jì)算機(jī)，經(jīng)過一定的算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出結(jié)果。

2.實(shí)驗(yàn)室聲速測(cè)量原理

2.1 壓電陶瓷換能器

壓電陶瓷換能器將實(shí)驗(yàn)儀器輸出的正弦振蕩電信號(hào)轉(zhuǎn)成超聲振動(dòng)。壓電陶瓷片是換能器的工作物質(zhì)，它是用多晶體結(jié)構(gòu)的壓電材料（如鈦酸鋇，鋯鈦酸鉛等）在一定的溫度下經(jīng)極化處理制成的。在壓電陶瓷片的前后表面粘貼上兩塊金屬組成的夾心型振子，就構(gòu)成了換能器。每一只換能器都有其固有的諧振頻率，換能器只有在其諧振頻率才能有效的發(fā)射（或接收）。測(cè)試時(shí)用一個(gè)換能器作為發(fā)射器，另一個(gè)作為接收器，兩換能器的表面互相平行，且諧振頻率匹配[1]。

2.2 共振干涉（駐波）法測(cè)聲速

到達(dá)接收器的聲波，一部分被接收并在接收器電極上有電壓輸出，一部分被向發(fā)射器方向反射。由波的干涉理論可知，兩列反向傳播的同頻率波干涉將形成駐波，駐波中振幅最大的點(diǎn)稱為波幅，振幅最小的點(diǎn)稱為波節(jié)，任何兩個(gè)相鄰波幅（或兩個(gè)相鄰波節(jié)）直接的距離都等于半個(gè)波長。改變兩只換能器間的距離，同時(shí)用示波器監(jiān)測(cè)接收器上的輸出電壓幅度變化，可觀察到電壓幅度隨距離周期性的變化。記錄下相鄰兩次出現(xiàn)最大電壓數(shù)值時(shí)游標(biāo)尺的讀數(shù)，兩讀數(shù)之差的絕對(duì)值應(yīng)等于聲波波長的二分之一。已知聲波頻率并測(cè)出波長，用v=λ×f即可計(jì)算聲速（其中λ為聲波波長，f為聲波頻率）[2]。

2.3 實(shí)驗(yàn)室聲速測(cè)量小結(jié)

原方法采用共振干涉（駐波）法測(cè)聲速，將接收器接收的電信號(hào)直接連接到示波器上，用示波器檢測(cè)接收器上的輸出電壓幅度的變化，可觀察到電壓幅度隨距離周期性的變化，需要人眼來觀察電壓幅度的變化，并分辨出波峰的極大值的變化;示波器顯示的電壓只是一個(gè)近似電壓，并不是很準(zhǔn)確的電壓值;兩換能器之間的距離是用手動(dòng)搖桿來控制的，具有空回誤差;兩換能器之間的距離是通過游標(biāo)卡尺來讀得，精度一般只有0.02mm，且在使用的過程中由于磨損精度還會(huì)有所降低，這些都具有較大的誤差，測(cè)量結(jié)果精度低，且采樣效率低，這是傳統(tǒng)聲速測(cè)量的不足之處。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)儀器由步進(jìn)電機(jī)代替手動(dòng)搖桿控制兩超聲換能器間的距離，此實(shí)驗(yàn)儀器后續(xù)改進(jìn)是對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)交由計(jì)算機(jī)處理。

3.信號(hào)分析

3.1 原測(cè)試結(jié)果

超聲頻率f=34.998kHz，示波器單位為5mv，T=27℃。

由表1中的換能器間距可以求得出：，，[3]，相對(duì)誤差為3.31%。由于電壓值的大小及變化是通過示波器來讀得，而示波器顯示的電壓本來就已經(jīng)經(jīng)過內(nèi)部處理，準(zhǔn)確度和精確度就已不高，現(xiàn)在根據(jù)示波器的讀數(shù)變化來作為判斷波峰數(shù)值大小的變化，這具有很大的不精確性，所以實(shí)際誤差可能會(huì)更大，因此要改進(jìn)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)精度高的自動(dòng)化測(cè)量。

3.2 信號(hào)分析

由示波器電壓輸出可看出，隨著兩超聲換能器之間距離的增大，所測(cè)出的波峰值衰減較大，由最大值11.5mv衰減到1.5mv。另：當(dāng)前主要A/D轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換分辨率在8位到12位之間，選10位、接收電壓為0-3.3V為例（即可分為1024個(gè)量化級(jí)）進(jìn)行分析，所測(cè)數(shù)據(jù)值太小，最大值為11.5mv，利用公式：

（2.2.1）

可知，11.5mv在經(jīng)過量化編碼后只占4個(gè)量化級(jí);相應(yīng)的，最小值為1.5mv，利用公式：

（2.2.2）

可知，1.5mv在經(jīng)過量化編碼后占不到1個(gè)量化級(jí)，這樣就沒有充分利用A/D轉(zhuǎn)換模塊的高分辨率，不能很好的發(fā)揮A/D轉(zhuǎn)換模塊的功能，故要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，使最大的數(shù)據(jù)值經(jīng)過量化編碼后能達(dá)到大半個(gè)量化級(jí)的量程即700個(gè)量化級(jí)以上為佳），這樣才能很好的發(fā)揮高分辨率A/D轉(zhuǎn)換模塊的功能。

超聲換能器發(fā)射出超聲波的頻率為34.998kHz，由采樣定理可知，如果要對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行采樣，那么采樣頻率最小應(yīng)為信號(hào)頻率的兩倍，即：被采樣信號(hào)每個(gè)周期內(nèi)至少要采出兩個(gè)點(diǎn)，這樣就要求選用的A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣頻率至少要為70kHz。為了驗(yàn)證采樣頻率大小對(duì)采樣效果的影響，通過MATLAB模擬一個(gè)振幅為2.9V的正弦信號(hào)，現(xiàn)對(duì)該信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行不同頻率的采樣，當(dāng)采樣頻率越高時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)所采出的點(diǎn)越多，也就意味著能夠采出越多的數(shù)據(jù)，這樣就能更完整的采集到原信號(hào)的信息。當(dāng)采樣頻率為信號(hào)頻率的10倍時(shí)，擬合出振幅為2.8874V，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差為0.0126V;采樣頻率為信號(hào)頻率的30倍時(shí)，擬合出振幅為2.9113V，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差為0.0113V;采樣頻率為信號(hào)頻率的50倍時(shí)，擬合出振幅為2.8963V，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差為0.0037V。由此數(shù)據(jù)可得，隨著采樣頻率的上升，誤差在降低，效果變好。所以要選擇采樣頻率較高的A/D轉(zhuǎn)換模塊。

4.信號(hào)放大

由于信號(hào)強(qiáng)度太弱，最大值僅有11.5mv，與一般A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作電壓3-5V相比太小，不能充分利用A/D轉(zhuǎn)換的高分辨率，所以要對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行放大，這樣就要選擇合適的放大器，筆者翻閱資料，查找到了AD603，現(xiàn)它的主要原理分析如下

AD603是一種低噪聲、90MHz帶寬、增益及增益范圍可調(diào)的集成運(yùn)放。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖為圖1所示。信號(hào)從精密無源梯形網(wǎng)絡(luò)的輸入端（VINP）輸入，輸入信號(hào)的衰減量（0～-42.14dB）由高阻（50MΩ）低偏流差分輸入（GPOS-GENG）的增益控制電路輸出控制，控制梯形網(wǎng)絡(luò)的“滑動(dòng)觸點(diǎn)”至相應(yīng)的“節(jié)點(diǎn)”處。固定增益放大器的增益通過VOUT與FDBK的連接形式確定，當(dāng)VOUT與FDBK短接時(shí)，增益為31.07dB;當(dāng)VOUT與FDBK開路時(shí)增益為51.07dB;當(dāng)VOUT與FDBK外接一個(gè)電阻REXT，增益可設(shè)置在31.07～51.07dB之間。若在FDBK與COMN接一個(gè)電阻，則可獲得稍高的增益，最大增益約60dB。

圖1 AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

因此，AD603的寬頻帶、增益由VOUT與FDBK的連接方式確定[4]。當(dāng)VOUT與FDBK外接一個(gè)電阻REXT，F(xiàn)DBK與COMM端之間接一個(gè)5.6pF的電容用于頻率補(bǔ)償時(shí)，AD603的增益由電阻REXT確定，如圖2所示。

圖2 增益系數(shù)設(shè)定方法

5.電路設(shè)計(jì)

5.1 硬件設(shè)計(jì)

圖3 硬件設(shè)計(jì)框圖

如圖6所示，LM3S615系統(tǒng)板通過PWM信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行（此非本文主要工作），改變兩超聲換能器之間的距離，測(cè)量不同距離時(shí)接收端所接受的電壓值，由于所測(cè)量的電壓幅值太小，只能以mv計(jì)算，所以要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng)過LM3S615內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊處理，然后將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，通過一定的算法得出最終的聲速。

5.2 信號(hào)放大部分

在進(jìn)行信號(hào)放大時(shí)如選擇31.07dB的增益系數(shù)，由公式：

（4.2.1）

可得，再利用式（2.2.1）可得：

，可得最大值11.5mv經(jīng)過放大后再量化編碼，占128個(gè)量化級(jí);利用式（2.2.2）可得：

，占18個(gè)量化級(jí)。而A/D轉(zhuǎn)換模塊有1024個(gè)量化級(jí)，最大值只占128個(gè)量化級(jí)，只有量程的1/10左右，依舊不能充分利用A/D轉(zhuǎn)換模塊的高分辨率。如選擇51.07dB的增益系數(shù)，由式（4.2.1）類似可得，再利用式（2.2.1）可得：

，可得最大值11.5mv經(jīng)過放大后再量化編碼，占1276個(gè)量化級(jí)，已超過量化級(jí)的最大量程1024，所以51.07dB的增益系數(shù)太大。選擇48dB，由式（4.2.1）可得：，再利用式（2.2.1）可得：

，即最大值11.5mv經(jīng)過放大后再量化編碼，占897個(gè)量化級(jí);利用式（2.2.2）可得：

，即最小值1.5mv經(jīng)過放大后再量化編碼，占117個(gè)量化級(jí)。

又有AD603的增益系數(shù)公式：

（4.2.2）

其中，VG為GPOS和GENG兩管腳的電壓值的差值，且以伏特（V）為計(jì)量單位，即，要使，則要使，即。

圖4 AD603電路圖

如圖4所示，管腳1（即VC1）上所分電壓為6.45V，管腳2（即VC2）上所分電壓為5.50V，則，這樣就使得此時(shí)的增益系數(shù)為48dB，使信號(hào)得到充分放大，但不能保證嚴(yán)格按照理想情況放大，可能會(huì)出現(xiàn)誤差，由于時(shí)間緊張，本文并未對(duì)誤差進(jìn)行細(xì)微分析。

5.3 放大后信號(hào)分析

由接收器接受的信號(hào)經(jīng)過AD603放大后再連接到示波器上，可得出此時(shí)示波器的讀數(shù)（如表2所示）。

可得，由超聲換能器接收端接收的信號(hào)經(jīng)AD603放大器后，能進(jìn)行近似的線性放大，最大值為2.9V，最小值為0.3V，在A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作電壓范圍內(nèi)，并且最大值2.9V接近A/D轉(zhuǎn)換模塊的最大工作電壓3.3V，可以有效的利用A/D轉(zhuǎn)換模塊的高分辨率，能夠達(dá)到900左右的量化級(jí);最小值0.3V的量化級(jí)為120左右，可以合理利用轉(zhuǎn)換模塊的高分辨率，并使轉(zhuǎn)換的高精度能夠充分發(fā)揮作用。

5.4 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

超聲換能器所發(fā)射的超聲頻率為34.998KHz，A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣頻率為500KHz，則在超聲波每個(gè)周期內(nèi)，A/D模塊可采樣14次左右，但不能保證正好有一次采樣可以采到波峰（谷）處，則需將這14個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合出一條完整的曲線，并得出波峰（谷）值。

超聲換能器接收端接收的信號(hào)經(jīng)AD603近似線性放大以后，再通過A/D轉(zhuǎn)化后的一個(gè)周期內(nèi)的輸出值如表3所示。

通過數(shù)據(jù)擬合可得極小值點(diǎn)的電壓為-2.910V，插值圖形如圖5所示。

圖5 采樣曲線

由圖5可知，LM3S615內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊可以在超聲信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)采出13個(gè)點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)擬合得出圖形，所以該模塊500KHz的采樣頻率可以對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行采樣，并且采樣效果良好，所以采用該A/D轉(zhuǎn)換模塊是可以滿足采樣要求的。

這樣，被AD603放大的信號(hào)經(jīng)過LM3S615內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換過后，采樣數(shù)據(jù)可以被計(jì)算機(jī)讀出，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合運(yùn)算，擬合出超聲波信號(hào)，再交由計(jì)算機(jī)處理，經(jīng)過一定的算法，計(jì)算出結(jié)果。

6.小結(jié)

本文針對(duì)傳統(tǒng)聲速測(cè)量的不足，根據(jù)全自動(dòng)聲速測(cè)量原理，設(shè)計(jì)了一套新的測(cè)量儀器，涉及到信號(hào)采集分析，故本文進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)。在對(duì)接收端接收的電信號(hào)進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)電壓幅值太小，不能充分利用A/D轉(zhuǎn)換模塊的高分辨率，故選擇使用了AD603對(duì)超聲換能器接收端接收的電信號(hào)進(jìn)行類似的線性放大，使之能夠滿足LM3S615內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的參數(shù)要求，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，讀出A/D轉(zhuǎn)換值，為后續(xù)信號(hào)處理服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳重華，肖鳴山，劉三書.壓電陶瓷應(yīng)用[M].西安：陜西人民出版社，1985.

[2]孫向輝，周國輝，劉金來等.關(guān)于空氣中聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)的研究[J].大學(xué)物理，2001.

第3篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

2實(shí)驗(yàn)原理

2.1 時(shí)差法測(cè)量聲速

時(shí)差法測(cè)量聲速是利用已知聲波傳播的距離,測(cè)量發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時(shí)間差。

計(jì)算出聲速在液體中的傳播速度,即超聲波 [10] (1)

時(shí)差法

其中L的是位移之差,T是傳播所用的時(shí)間。

在儲(chǔ)液槽中注入液體,直至將換能器完全浸沒,但不能超過液面線。注意:注入液體時(shí),不能將液體淋在數(shù)字顯示表頭上。將專用信號(hào)源上的“聲速傳播介質(zhì)”置于“液體”位置,換能器的連接端應(yīng)在接線盒上的“液體”專用插座上。

測(cè)量液體聲速時(shí),由于在液體中聲波的衰減較小,因而存在較大的回波疊加,并且在相同頻率的情況下,其波長要大得多,用駐波法和相位法測(cè)量時(shí)可能會(huì)有較大的誤差,所以建議采用時(shí)差法測(cè)量。

2.2 陶瓷換能器工作原理

頻率在20Hz~20kHz的機(jī)械波振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播就形成超聲波超過

20KH超聲波,超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度,而超聲波長短,易于定

向發(fā)射等優(yōu)點(diǎn)[11],聲速實(shí)驗(yàn)聲速所采用的聲波頻率一般都在20~60kHz之間。此

頻率范圍內(nèi),采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發(fā)射器,接收效果最佳。壓電陶

瓷換能器根據(jù)它的工作方式,分為縱向(振動(dòng))換能器。聲速教學(xué)實(shí)驗(yàn)中大多數(shù)

采用縱向換能器。圖3為縱向換能器的結(jié)構(gòu),用示波器觀察波谷和波峰,或觀察兩個(gè)波間的相位差,原理是正確的,但讀數(shù)位置不易確定。較精確測(cè)量聲速是用聲波時(shí)差法。時(shí)差法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用,它是將經(jīng)脈沖調(diào)制的電信號(hào)加到發(fā)射換能器上,聲波在介質(zhì)中傳播,經(jīng)過時(shí)間后,到達(dá)距離處的接收陶瓷換能器圖2

水中聲速與溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 時(shí)差法測(cè)量聲速操作方法

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)只要按圖3連接中換能器的S2該接在信號(hào)源的S2上,再把信號(hào)源上的Y1,Y2順次與示波器上的Y1,Y2接通即可。

(2)將測(cè)試方法設(shè)置到脈沖波方式,將換能器的S1,S2調(diào)節(jié)到一定距離,在調(diào)解接收增益,使得顯示的時(shí)間差值讀數(shù)穩(wěn)定,此時(shí)儀器內(nèi)置的計(jì)數(shù)器工作在最佳狀態(tài),記錄此時(shí)的距離值和時(shí)間值。移動(dòng)S2,如果計(jì)時(shí)器讀數(shù)有跳變,則微調(diào)接收增益(距離大時(shí),順時(shí)針調(diào)節(jié);距離小時(shí),逆時(shí)針調(diào)節(jié)),使得計(jì)數(shù)器連續(xù)穩(wěn)定的變化。

(3)將！測(cè)試方法設(shè)置到脈沖波方式。

(4)在儀器使用前,開啟電源預(yù)熱15min。接通市電后,自動(dòng)工作在連續(xù)波方式,選擇蒸餾水為介質(zhì)?！皞鞑ソ橘|(zhì)”按鈕選擇液體。

(5)將S1和S2之間的距離調(diào)到一定距離(≥50mm),再調(diào)節(jié)接收增益,使示波器上顯示的接收波信號(hào)幅度在400mV左右(峰—峰值),以使計(jì)時(shí)器工作在最佳狀態(tài)。然后記錄此時(shí)的距離值和顯示的時(shí)間值Li、(時(shí)間由聲速測(cè)試儀信號(hào)源時(shí)間顯示窗口直接讀出)。保持距離不變隨著溫度的逐漸降低,記錄下當(dāng)時(shí)的時(shí)間值。

(6)當(dāng)使用液體為介質(zhì)測(cè)試聲速時(shí),先在測(cè)試槽中注入液體,直到把換能器完全浸沒,但不能超過液面線。然后將信號(hào)源面板上的介質(zhì)選擇鍵切換至“液體”,并將連線接至插入接線盒的“液體”接線孔中,即可進(jìn)行測(cè)試,步驟與上相同。

3.2時(shí)差法線路連接圖

聲速

4 記錄數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理

4.1 記錄數(shù)據(jù)

測(cè)量次數(shù)i 溫度T (℃ ) 距離L ( ㎜ ) 時(shí)間t (us)

1 20 216.51 164

2 27 216.51 163

3 36 216.51 162

4 48 216.51 161

5 59 216.51 160

6 70 216.51 159

7 73 216.51 158

表1蒸餾水中溫度與速度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)

測(cè)量次數(shù)i 溫度T (℃ ) 距離L ( ㎜ ) 時(shí)間t (us)

1 20 216.51 144

2 30 216.51 143

3 40 216.51 142

4 54 216.51 141

5 58 216.51 140

6 62 216.51 139

7 66 216.51 138

8 70 216.51 137

9 73 216.52 136

表2自來水中溫度與速度關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)記錄

4.2數(shù)據(jù)處理

由時(shí)差法速度由計(jì)算公式水中聲速與溫度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[10]可得。 例如V=L/t=216.51/164=1320m/s其余計(jì)算結(jié)果見下表:

測(cè)量次數(shù)i 溫度T (℃ ) 距離L(㎜) 時(shí)間t (us) 速度v(m/s)

1 20 216.51 164 1320

2 27 216.51 163 1328

3 36 216.51 162 1336

4 48 216.51 161 1344

5 59 216.51 160 1353

6 70 216.51 159 1362

7 73 216.51 158 1370

表3蒸餾水中溫度與速度實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)處理

測(cè)量次數(shù)i 溫度T (℃) 距離L( ㎜ ) 時(shí)間t (us) 速度v(m/s)

1 20 216.51 144 1490

2 30 216.51 143 1510

3 40 216.51 142 1517

4 54 216.51 141 1530

5 58 216.51 140 1542

6 62 216.51 139 1557

7 66 216.51 138 1568

8 70 216.51

137 1580

9 73 216.51 136 1592

表4自來水中溫度與速度實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理

4.3繪制曲線圖

溫度

5實(shí)驗(yàn)結(jié)論與討論

本文利用時(shí)差法測(cè)量超聲波在液體中聲速的傳播特性。實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理簡單,方法可行,測(cè)量結(jié)果精確度高。本文以蒸餾水和自來水為例。檢測(cè)了水在20~73℃溫度范圍超聲波在水中聲速與溫度關(guān)系的傳播特性。給出了不同溫度下速度與溫度的關(guān)系曲線圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著溫度的升高聲速變大。雖然在同一溫度范圍內(nèi)測(cè)量聲速,但自來水和蒸餾水中的變化趨勢(shì)明顯不同,蒸餾水中聲速變化均勻,而自來水中聲速隨溫度變化較復(fù)雜,在20~55℃聲速變化較緩慢。55~73℃聲速變化較快。這與它們的成分不同有關(guān),自來水中成分復(fù)雜。這其中主要因素主要是因?yàn)樯⑸?、衰減、吸收、外界因素等。為完善檢測(cè)方法和檢測(cè)系統(tǒng)提供了參考。從資料中可知,當(dāng)外界壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓時(shí),超聲波在水中的聲速先是由溫度的升高而變大,直至溫度達(dá)到73℃時(shí)為止,然后隨溫度的繼續(xù)升高而減少[12]。由于實(shí)驗(yàn)條件所制,本實(shí)驗(yàn)無法測(cè)量73℃以后聲速隨溫度的變化關(guān)系。

第4篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn) 不確定度

物理實(shí)驗(yàn)中的不確定度指的是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)測(cè)量誤差存在而被測(cè)量的真值不能肯定的程度，利用計(jì)算不確定度的方式對(duì)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出判定，可最大程度地降低物理實(shí)驗(yàn)操作中的誤差，指出降低實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差方向，提高物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果可靠性。

一、物理實(shí)驗(yàn)中不確定度的定義概述

物理實(shí)驗(yàn)中的不確定度取消了隨機(jī)與系統(tǒng)的分類方法，其判定主要分為兩大類，分別是A類不確定度以及由非統(tǒng)計(jì)分析判定的B類不確定度。在物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量過程中所運(yùn)用的裝置特性、鑒定證書、制造說明書以及手冊(cè)參數(shù)等內(nèi)容形成信息集合，由這種規(guī)程或者是標(biāo)準(zhǔn)獲取的儀器誤差屬于B類不確定度判定的范疇，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中利用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算獲取的標(biāo)準(zhǔn)偏差則屬于A類不確定度判定。不確定度理論在不斷完善發(fā)展的過程中并未完全拋開誤差理論，其是在誤差理論的基礎(chǔ)上形成的不確定度體系，物理實(shí)驗(yàn)中的不確定度與測(cè)量誤差相比具有更強(qiáng)的通用性與可操作性。為此，國際計(jì)量局還在1980年針對(duì)物理實(shí)驗(yàn)中的不確定度提出了相應(yīng)的試驗(yàn)不確定度建議書，由此可見，不確定度在物理實(shí)驗(yàn)研究中的重要性。為使物理實(shí)驗(yàn)中的不確定度計(jì)算等內(nèi)容更加規(guī)范，我國在1993年制定了《測(cè)量不確定度》，該規(guī)范的提出具有國際性指導(dǎo)意義，為準(zhǔn)確測(cè)量不確定度奠定了統(tǒng)一基礎(chǔ)。

二、物理實(shí)驗(yàn)中的不確定度判定

1.A類不確定度標(biāo)準(zhǔn)判定

四、總結(jié)

綜上所述，不確定度是有效判定物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要因素，直接決定物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性與科學(xué)性，因此在物理實(shí)驗(yàn)中要了解不確定度基本概念以及其所包含的相關(guān)內(nèi)容，保證不確定度的適用性與可操作性，為我國物理研究提供可靠化依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

關(guān)鍵詞：誤差分析；目標(biāo)跟蹤；短基線;聲納

中圖分類號(hào)：TN9117 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1504002

Error Analysis of Underwater Target Tracking System Using Short-base Line Sonar

WANG Yaxun

(Dongguan University of Technology,Dongguan,523808,China)

Abstract：Error distribution is a problem for underwater target tracking in a short-base line sonar system,which is investigated in this paper.Based on relevance theory and error theory,distribution of the location error is studied in underwater target tracking using short-base sonar system.By analyzing the error distribution,an index is provided for evaluating performance of the system.Also a method is developed for error analysis in such location system.

Keywords：error analysis;target tracking;short-base line;sonar

1 引 言

短基線聲納系統(tǒng)已成為水下目標(biāo)定位的基本工具,它具有全天候、高精度等優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位的過程是：目標(biāo)定時(shí)發(fā)出聲脈沖,由聲納在接收到目標(biāo)信號(hào)的基礎(chǔ)上,利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理手段,確定出目標(biāo)的位置點(diǎn)［1］。隨著該聲納系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用,聲納跟蹤算法的研究顯得越來越緊迫。到目前為止,有關(guān)聲納跟蹤算法的誤差研究還較少［2,3］,例如短基線聲納系統(tǒng)跟蹤水下目標(biāo)的位置誤差的分布問題,就是一個(gè)人們期待解決而尚未解決的問題。本文用相關(guān)理論和誤差理論的方法找到了這種誤差所服從的分布規(guī)律。

2 短基線聲納系統(tǒng)簡介

短基線聲納系統(tǒng)的左右兩側(cè)各安裝了兩個(gè)相距3 m的聲納,用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和方位。當(dāng)目標(biāo)在聲納系統(tǒng)的左邊時(shí),左邊的兩個(gè)聲納工作,反之,右邊的兩個(gè)聲納工作。采用同步式工作方式,目標(biāo)每05 s發(fā)射一次聲脈沖,從目標(biāo)到第一個(gè)接受到的聲納的距離記為斜距S1,第二個(gè)聲納從第一個(gè)聲納接受到信號(hào)時(shí)測(cè)起,到該聲納的距離為方向余弦θ(注：這是工程上的習(xí)慣叫法),目標(biāo)到第二個(gè)聲納的斜距記為S2。S2=S1+θ(1)目標(biāo)相對(duì)于聲納系統(tǒng)在同一水平面,見圖1。我們的目的是研究由(S1,S2)確定目標(biāo)的位置P(x,y)后,目標(biāo)的直角位置(x,y)的誤差分布服從何種規(guī)律。值得注意的是測(cè)量值(S1,S2)在測(cè)量過程中不可避免地被各種噪聲污染。

圖1 短基線聲納系統(tǒng)示意圖

3 目標(biāo)的位置誤差分布

為研究短基線聲納系統(tǒng)測(cè)量目標(biāo)的位置誤差分布,取聲納系統(tǒng)的縱軸為x軸,四個(gè)聲納的交叉點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),y軸在四個(gè)聲納所在的水平面內(nèi)并垂直于x軸,見圖1。顯然,目標(biāo)的位置P(x,y)與測(cè)量值(S1,S2)的關(guān)系式如下：S21=(x－15)2+(y－0265)2(2)和S22=(x+15)2+(y－0265)2(3) 不妨假定目標(biāo)在聲納系統(tǒng)的左側(cè),于是可解得:x=16(S22－S21)(4)和y=S21－(x－1.5)2+0256(5)斜距S1和S2是由聲脈沖從目標(biāo)到兩個(gè)聲納的傳播時(shí)間乘以聲速得到,即:S1=CT1(6)

S2=CT2(7)其中C是水中的聲速。由于聲速測(cè)量和時(shí)間測(cè)量都不可避免地含有誤差,故由式(6)和式(7)得到的斜距也有誤差,由式(4)和式(5)轉(zhuǎn)換后,會(huì)傳播給得到的直角坐標(biāo),因此,目標(biāo)的位置坐標(biāo)也必然會(huì)產(chǎn)生誤差。

設(shè)斜距S1和S2的誤差服從正態(tài)分布,均值為0,其方差分別為σS1和σS2。由于兩個(gè)聲納在2 ms這樣短的時(shí)間內(nèi)先后接受到聲信號(hào),故可以認(rèn)為σS1和σS2是相同的,即記σS1=σS2=σ。

設(shè)σx和σy分別表示目標(biāo)坐標(biāo)x,y的均方根誤差,ρ是S1與S2的測(cè)量誤差的相關(guān)系數(shù),根據(jù)文獻(xiàn)［4］,定義:ρ=EΔS1ΔS2EΔ2S1EΔ2S2(8)其中ΔS1和ΔS2分別是測(cè)量斜距S1和S2的隨機(jī)誤差［4］。

根據(jù)誤差傳遞公式［4］:

σ2x=(xS1)2σ2S1+(xS2)2σ2S2+2ρxS1xS2σS1σS2(9)

對(duì)式(4)和式(5)求偏導(dǎo),可得:xS1=－S13(10)

xS2=S23(11)代入式(9)得：σ2x=19(S21σ2S1+S22σ2S2－2ρS1S2σS1σS2)(12)即:σ2x=19(S21+S22－2ρS1S2)σ2┆(13)在式(5)中,y含有S1和S2,其誤差傳播公式為:σ2y=xS12σ2S1+yS22σ2S2+2ρyS1y氮S2σS1σS2(14) 對(duì)式(5)求偏導(dǎo)可得:yS1=13yS1(x+1.5)(15)

yS2=-13yS2(x－1.5)(16) 考慮到σS1=σS2=σ,將式(15)和式(16)代入式(14)可得：σ2y=19y2［S21(x+1.5)2+S22(x－1.5)2－

2ρS1S2(x2－1.52)］σ2┆(17) 位置誤差σP的判據(jù)為［5］:σP=σ2x+σ2y2(18) 由式(8)的定義,因斜距S1和S2的測(cè)量與θ的測(cè)量不相關(guān),有:EΔS1ΔS2=EΔS1(ΔS1+Δθ)=EΔ2S1=σ2S1所以:

ρ=σ2S1σ2S1σ2S1+σ2θ=σS1σ2S1+σ2θ=σσ2┆+σ2θ(19)

其中σθ為方向余弦θ的均方誤差。

4 仿真計(jì)算

為了求得位置誤差的均方根σP,取σ和σθ為該測(cè)距系統(tǒng)最大的設(shè)計(jì)允許誤差σ=0336 m,σθ =0036 m。由式(19)可計(jì)算得到相關(guān)系數(shù)ρ=0994。根據(jù)不同的開角α(°),不同的距離S1 (m),算得S2和y。由式(18)、式(17)和式(13)上機(jī)編程計(jì)算,結(jié)果見表1。

表1 位置誤差的分布

從表1可以看出：

(1) 距離越遠(yuǎn),精度越低；開角越大,精度越低。

(2) 在100 m以內(nèi),該系統(tǒng)測(cè)量精度在1 m以內(nèi)。

(3) 在270 m處,精度在5 m以內(nèi)。

5 結(jié) 語

短基線聲納系統(tǒng)跟蹤水下目標(biāo)的位置誤差的分布問題是一個(gè)人們期待解決而尚未解決的問題。我們用相關(guān)理論和誤差理論的方法對(duì)該問題進(jìn)行了分析和推導(dǎo),得到了位置誤差所服從的分布規(guī)律,即服從正態(tài)分布N(0,σP),其中均方根σP由式(18)、式(17)和┦(13)給出,還計(jì)算出了在不同距離和不同方位的誤差分布,為分析短基線聲納系統(tǒng)跟蹤水下目標(biāo)的精度問題提供了理論依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］孫仲康,周一宇,何黎星.單多基地有源無源定位技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社,2006.

［2］Anderson K L,Iltis R A.A Distributed Bearing-only Tracking Algorithm Using Reduce Sufficient Statistics［J］.IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems,2006,32(1):339-349.

［3］ILTIS R A,Anderson K L.A Consistent Estimation Criterion for Multisensor Bearing-only Tracking［J］.IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems,1996,32(1):108-120.

［4］馮師顏.誤差理論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理\.北京：科學(xué)出版社,2000.

［5］林少宮.基礎(chǔ)概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)\.北京：人民教育出版社,2001.

第6篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

關(guān)鍵詞：細(xì)觀察；勤思考；理解；興趣；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）34-0156-02

物理與語文、數(shù)學(xué)、外語等其他學(xué)科不同，有趣和有用是直觀特性，物理中的很多規(guī)律都是通過實(shí)驗(yàn)得出的，物理的特點(diǎn)決定了它不能與其他學(xué)科的學(xué)習(xí)方法以及教師的授課方法相比。初中學(xué)生剛開始接觸物理時(shí)都有一種新鮮感，學(xué)習(xí)的積極性也較高，但是隨著知識(shí)的加深、難度的加大等原因，有些學(xué)生感到吃力，學(xué)習(xí)興趣逐漸降低，慢慢對(duì)學(xué)好物理失去了信心，產(chǎn)生了畏難情緒，直接導(dǎo)致了成績的下降。通過自己的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中盡量采用直觀手段，對(duì)學(xué)生加以正確的引導(dǎo)，讓學(xué)生勤于動(dòng)腦，多聯(lián)系生活實(shí)際，可以有效增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理的興趣，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

一、要重視觀察和實(shí)驗(yàn)

觀察和實(shí)驗(yàn)是物理的基礎(chǔ)，許多物理知識(shí)是通過觀察和實(shí)驗(yàn)，最后經(jīng)過總結(jié)和推斷得出來的。在學(xué)習(xí)物理的過程中，要觀察許多現(xiàn)象，如雷雨前動(dòng)物為什么會(huì)有反?，F(xiàn)象，雨后的彩虹為什么會(huì)有各種顏色，冬天的早晨為什么會(huì)結(jié)霜，穿濕衣服為什么容易感冒，收音機(jī)是怎樣收臺(tái)的，網(wǎng)絡(luò)是怎樣運(yùn)行的等等，這些無一例外都要用到物理知識(shí)。如在學(xué)過了浮力之后，可以讓學(xué)生燃放孔明燈，體會(huì)它的原理，注意觀察如何才能順利放飛。通過仔細(xì)觀察這些現(xiàn)象，再認(rèn)真做一些有關(guān)實(shí)驗(yàn)，這些物理知識(shí)就能較好的理解掌握。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)要有確定的器材、具體的方法和明確的目的，按規(guī)則進(jìn)行操作，觀察引起發(fā)生變化的原因和條件，如實(shí)記錄數(shù)字，認(rèn)真分析結(jié)果。作為教師要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，理解科學(xué)探究的過程，為以后的學(xué)習(xí)深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、要勤于思考，著重理解

業(yè)精于勤而荒于嬉。學(xué)習(xí)物理和學(xué)習(xí)其他學(xué)科同樣，也要貴在勤上，只有不斷了解掌握新知識(shí)，才會(huì)取得進(jìn)步。要讓學(xué)生對(duì)每天所學(xué)的知識(shí)及時(shí)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，并思考有沒有更好的方法去理解掌握它。為了使所學(xué)的知識(shí)記得更好，可以用“口袋書”的形式將其記在上面，做到隨時(shí)隨地翻看。同時(shí)，學(xué)習(xí)中不能只滿足于會(huì)背誦定義、條文，要力求理解，知道它的來龍去脈，有關(guān)知識(shí)有哪些，有什么重要意義，實(shí)際應(yīng)用在哪些方面等等。教師在教學(xué)中應(yīng)盡可能把這些“立體”的知識(shí)傳授給學(xué)生，以便于學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)教學(xué)內(nèi)容。例如講聲音的傳播，我先做實(shí)驗(yàn)說明聲音需要?dú)怏w、固體、液體這些介質(zhì)傳播，不同介質(zhì)中的聲音傳播效果不同，讓學(xué)生有了感性認(rèn)識(shí)；接著介紹一些介質(zhì)中的聲音傳播速度，并舉出事例讓學(xué)生體會(huì)練習(xí)，使學(xué)生從感性上升到理性來認(rèn)識(shí)聲音的傳播；然后帶著學(xué)生到操場實(shí)際測(cè)量聲速，利用聲速測(cè)距離，把所學(xué)的知識(shí)用在日常生活中，這樣又從理性上升到實(shí)際應(yīng)用，形成一個(gè)“立體”的知識(shí)網(wǎng)，學(xué)習(xí)的效果就會(huì)更好。在后來有關(guān)聲音傳播的考試中，學(xué)生都能取得較為理想的成績。通過教師和學(xué)生雙方的勤奮努力，想出各種方法來展現(xiàn)物理知識(shí)，就能夠加深對(duì)物理知識(shí)的理解。

三、要大力培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。物理課本在開篇時(shí)就說，物理學(xué)是一門十分有趣的科學(xué)。初中階段學(xué)生的身心特點(diǎn)，決定了這個(gè)階段是各種興趣的培養(yǎng)和形成時(shí)期，但對(duì)興趣的長時(shí)期保持較難，只有反復(fù)加強(qiáng)才能長期保持?；蛟S一次不經(jīng)意的打擊，就可能使學(xué)生失去學(xué)物理的興趣，因此，在教學(xué)中要盡可能做到隨時(shí)隨地幫助學(xué)生解決物理問題。如一次性注射器、手電筒、飲料瓶、食品包裝袋等，都可以成為在課外進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的器材，讓學(xué)生自己動(dòng)手體會(huì)物理知識(shí)，會(huì)收到很好的效果。要多鼓勵(lì)學(xué)生自主探索有關(guān)的物理問題，如講了溫度之后，要求學(xué)生查找當(dāng)?shù)氐淖罡吆妥畹蜏囟瘸霈F(xiàn)的時(shí)間及溫度值的高低。我不是自己查找后直接告訴答案，而是作為課外作業(yè)讓學(xué)生找出來，結(jié)果有的學(xué)生打電話去問氣象臺(tái)，有的學(xué)生去上網(wǎng)，有的學(xué)生去問地理教師等，通過學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行探究，使其對(duì)科學(xué)探究的方法得以了解和加深，學(xué)習(xí)物理的興趣變得濃厚起來，這種興趣也容易長期得到保持。

四、要重視物理知識(shí)的應(yīng)用

第7篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

1. 將物理學(xué)史引入物理教學(xué)中，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣如牛頓是舉世公認(rèn)的偉大科學(xué)家，在將力學(xué)之前以專題講座的形式，介紹牛頓的生平及其科學(xué)研究歷程，從而消除了科學(xué)研究的神秘感，拉近了科學(xué)家與學(xué)生的距離，激勵(lì)他們把對(duì)科學(xué)家的崇拜轉(zhuǎn)化為刻苦學(xué)習(xí)的動(dòng)力。物理學(xué)史中有許多科學(xué)家為真理獻(xiàn)身的動(dòng)人事跡，如伽利略為宣傳哥白尼的日心說而被教會(huì)終身監(jiān)禁，利赫曼為引雷電而捐軀，居里夫人為研制放射性而作出了巨大的犧牲，法拉第舍棄榮華富貴，幾次拒絕接受封爵而甘“平民法拉第”，亞里士多德富有批判和懷疑精神等。這些科學(xué)家不畏艱險(xiǎn)，不惜生命，不慕利祿，不怕權(quán)威，追求真理的高尚品質(zhì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、獻(xiàn)身科學(xué)的探索精神，為以后的學(xué)習(xí)和研究打下良好的基礎(chǔ)。

2. 物理學(xué)史為教學(xué)中的思維訓(xùn)練提供了廣闊的背景如，在長期的天文觀測(cè)中，人們發(fā)現(xiàn)天王星的軌道與理論計(jì)算有偏離，于是便猜想有一顆未知的行星在干擾天王星的運(yùn)動(dòng)。亞當(dāng)斯和勒維烈分別根據(jù)萬有引力理論計(jì)算出這顆未知行星--海王星的軌道，并由天文學(xué)家加勒在指定位置觀察到。“用筆尖發(fā)現(xiàn)”海王星是演繹推理得多么精彩的實(shí)例！

奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以產(chǎn)生磁場，法拉第就從反面思考：“磁能不能產(chǎn)生電？”經(jīng)過10年的艱苦工作，法拉第終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)的規(guī)律。法拉第是靠“逆向思維”取得成功的?！笆兰o(jì)之交”一系列重大的發(fā)現(xiàn)（X射線、電子、放射性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，普朗能量子假說、愛因斯坦狹義相對(duì)論和光量子說的提出……）引起了物理學(xué)深刻的革命，量子的力學(xué)和相對(duì)論的建立，充分說明了辯證思維中的真理的相對(duì)絕對(duì)律的正確性。

上述物理學(xué)史中的這些精彩實(shí)例，都可以作為學(xué)生思維訓(xùn)練的參考。

3. 運(yùn)用物理學(xué)史，寓科學(xué)美于物理教學(xué)之中 物理科學(xué)不僅揭示了美的本質(zhì)，更豐富了美的內(nèi)涵。物理規(guī)律本身是美妙和諧的，它符合審美的所有要求，反映了該領(lǐng)域所固有的審美內(nèi)容。物理教學(xué)中的美育任務(wù)，就是在傳授知識(shí)的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的審美感受能力，同時(shí)豐富學(xué)生的理性積淀，以至創(chuàng)造美。

庫侖于18世紀(jì)通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)于點(diǎn)電荷間相互作用的規(guī)律，但他認(rèn)為電與磁是完全不同的實(shí)體，這種觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)得到了安培和托馬斯·楊的支持，但沒有說服丹麥物理學(xué)家奧斯特。奧斯特崇尚哲學(xué)，哲學(xué)中關(guān)于“美是表現(xiàn)在有限中的無限性”以及“美的要素是高于形式的普遍性”的思想對(duì)奧斯特有著無與倫比的魅力，他于1812年提出了電與磁之間存在著聯(lián)系，于1820年發(fā)現(xiàn)了磁針在通電導(dǎo)體附近轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，從而改變了一直連續(xù)兩個(gè)世紀(jì)電和磁截然無關(guān)的觀點(diǎn)，首次找到了電與磁的聯(lián)系，為電磁理論奠定了基礎(chǔ)。

第8篇：聲速測(cè)量實(shí)驗(yàn)范文

關(guān)鍵詞：國家試點(diǎn)學(xué)院；中俄雙語；教材編寫；教學(xué)模式

雙語教學(xué)是將外語作為教學(xué)語言進(jìn)行學(xué)科學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，是培養(yǎng)復(fù)合型國際化人才最直接、有效的手段之一，但研究較多的是中英雙語的教學(xué)模式和教學(xué)方法。2011年以來，隨著國家教育部一批試點(diǎn)學(xué)院的建立，一些小語種的雙語教學(xué)出現(xiàn)了新的問題，本文以黑龍江大學(xué)中俄學(xué)院為例，研究普通物理實(shí)驗(yàn)課中俄雙語教學(xué)的特點(diǎn)和實(shí)施方案，提出具體方法，同樣可以為其他小語種提供參考。

中俄W院是黑龍江大學(xué)與俄羅斯新西伯利亞國立大學(xué)按照國際一流學(xué)院發(fā)展理念與模式、聯(lián)合建立的以服務(wù)中俄戰(zhàn)略協(xié)作伙伴關(guān)系為宗旨、以培養(yǎng)對(duì)俄戰(zhàn)略性拔尖創(chuàng)新人才為目標(biāo)的公辦全日制學(xué)院，2011年5月13日由黑龍江省教育廳批準(zhǔn)成立。2011年10月經(jīng)國家教育體制改革領(lǐng)導(dǎo)小組批準(zhǔn)成為全國首批17所試點(diǎn)學(xué)院之一，同時(shí)也是所有試點(diǎn)學(xué)院中唯一一所具有鮮明中外合作辦學(xué)特色的學(xué)院。2011年開始招生，共6個(gè)專業(yè)，其中化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用物理學(xué)、生物技術(shù)、數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)4個(gè)專業(yè)的本科生都有普通物理實(shí)驗(yàn)這門課，因此，如何進(jìn)行普通物理實(shí)驗(yàn)課的課程安排，采用怎樣的雙語課程的教學(xué)模式，是我們需要深入探討的問題。

一、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)

普通物理實(shí)驗(yàn)課安排了力、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)，光學(xué)實(shí)驗(yàn)，電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及近代物理實(shí)驗(yàn)。共開設(shè)4個(gè)學(xué)期。普通物理實(shí)驗(yàn)課是學(xué)生進(jìn)入學(xué)校后較早接觸到的實(shí)驗(yàn)課，開設(shè)了6個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，如密度測(cè)量、示波器的使用和分光儀等，對(duì)于理工科來說，都是非?；A(chǔ)的實(shí)驗(yàn)。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、基本實(shí)驗(yàn)技能和基本數(shù)據(jù)分析處理方法，對(duì)每個(gè)專業(yè)的學(xué)生都有意義。還有選做實(shí)驗(yàn)，如太陽能電池的使用、聲速測(cè)量和多普勒效應(yīng)等，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)和興趣愛好進(jìn)行選擇。

應(yīng)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生為主體，老師負(fù)責(zé)指導(dǎo)、咨詢和啟發(fā)，學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行資料的收集，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方案，最后提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。已經(jīng)開設(shè)了二十幾個(gè)題目，如數(shù)字電表原理及萬用表設(shè)計(jì)、液體電導(dǎo)率測(cè)量等，供感興趣、有能力的學(xué)生選做。

近代物理實(shí)驗(yàn)則是主要涉及原子物理、核檢測(cè)技術(shù)、微波技術(shù)、磁共振技術(shù)、真空技術(shù)、超聲成像技術(shù)等內(nèi)容，共十幾個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、背景知識(shí)和在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

二、雙語實(shí)驗(yàn)講義的編寫

因?yàn)橹卸韺W(xué)院的學(xué)生不僅需要掌握專業(yè)知識(shí)，還要學(xué)習(xí)俄語，并且大部分同學(xué)有獲得獎(jiǎng)學(xué)金出國留學(xué)的機(jī)會(huì)，而在新西伯利亞大學(xué)學(xué)習(xí)則是全俄文環(huán)境，因此，有必要在國內(nèi)期間就開始了解相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)詞匯、專業(yè)術(shù)語和常用儀器設(shè)備的專有名詞，好的實(shí)驗(yàn)教材就是學(xué)生掌握常用儀器設(shè)備名稱和使用方法最好的工具書。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)題目和儀器設(shè)備是已經(jīng)選定的，根本沒有對(duì)應(yīng)的俄文教材，俄文版實(shí)驗(yàn)講義只能結(jié)合具體的儀器設(shè)備和中文教材進(jìn)行編寫，而實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及面廣，術(shù)語量大，俄語的表述方式和方法與中文又有很大不同，需要投入很大的人力、物力來完成。

在教材編寫過程中，主要工作是實(shí)驗(yàn)題目相關(guān)的俄語物理學(xué)專業(yè)術(shù)語、儀器設(shè)備的俄語名稱、實(shí)驗(yàn)相關(guān)基本原理的俄語闡述、實(shí)驗(yàn)操作方法的俄語描述、數(shù)據(jù)分析及處理的俄語表達(dá)方式等。因此對(duì)雙語教材的編寫者提出了更高的要求――既要有專業(yè)知識(shí)，又要熟悉俄語的習(xí)慣，需要由專業(yè)人員和熟知俄語的人員共同努力來完成教材的編寫。

三、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式探討

（一）遞進(jìn)式教學(xué)

根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，采取遞進(jìn)式循序漸進(jìn)地進(jìn)行雙語教學(xué)模式，對(duì)于低年級(jí)的同學(xué)，安排的普通物理課可以采用中俄文互譯對(duì)照的教材，課堂上則采用中文為主俄文為輔的教學(xué)形式。而對(duì)于高年級(jí)的近代物理實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生的俄語水平有明顯提高，詞匯量也有了一定的積累，則可以嘗試全俄文教材，而課堂上采用中俄雙語交替教學(xué)的方式來進(jìn)行。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則完全可以讓學(xué)生獨(dú)立完成資料的查找和實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，最后形成俄文的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

（二）分層次教學(xué)

中俄學(xué)院學(xué)生在讀期間均具有出國留學(xué)機(jī)會(huì)，由國家留學(xué)基金委會(huì)通過各種中俄合作項(xiàng)目提供一定數(shù)量的全額獎(jiǎng)學(xué)金資助，并根據(jù)新西伯利亞國立大學(xué)和黑龍江大學(xué)合作辦學(xué)協(xié)議、由中俄學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)擇優(yōu)選拔本科生赴俄留學(xué)。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，也要充分考慮學(xué)生俄語水平的差異和未來發(fā)展方向的不同，可以設(shè)計(jì)一些內(nèi)容相對(duì)簡單的實(shí)驗(yàn)題目作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，4個(gè)專業(yè)都可以進(jìn)行，還可以有針對(duì)性地安排部分具有明顯專業(yè)差異的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生來選擇。

（三）混合型與半外型相結(jié)合

混合型雙語教學(xué)模式采用外文教材，教師采用外語和漢語交錯(cuò)進(jìn)行授課。半外型模式屬于雙語教學(xué)的一種較初級(jí)形式，即采用外文教材，用漢語授課，而我們可以采用一個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)運(yùn)用混合型教學(xué)模式，而其余實(shí)驗(yàn)采用半外型模式，這樣，既能使學(xué)生對(duì)所涉及的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)原理的俄文表達(dá)方式有一定的了解，也不必增加額外的預(yù)習(xí)時(shí)間。

（四）以點(diǎn)帶面，學(xué)研結(jié)合

先選擇一個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行雙語教學(xué)，教材采用雙語形式，若是所有的實(shí)驗(yàn)題目都開展中俄雙語教學(xué)，仍然存在很多問題，比如：任課教師數(shù)量不足，我院掌握俄語的教師本身就不多，能夠開展雙語實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師數(shù)量就更有限，因此，大面積地開展中俄雙語教學(xué)存在很大的困難，我們不妨先從一個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)開始，采用“學(xué)研結(jié)合”的方式，一邊進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，同時(shí)，也不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步完善教材和教學(xué)方法，能夠越來越精，也越來越好，為中俄雙語實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供好的參考。

（五）討論式教學(xué)

筆者在俄羅斯遠(yuǎn)東國立大學(xué)訪學(xué)期間，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，對(duì)俄羅斯基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式進(jìn)行了觀摩，很有體會(huì)。俄羅斯的本科生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，兩個(gè)人一個(gè)題目，共用一套設(shè)備，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有很多預(yù)習(xí)問題，有的涉及實(shí)驗(yàn)原理，有的是公式的推導(dǎo)，有的則是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟等等，稍微復(fù)雜一點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始前的問題就有十幾個(gè)，學(xué)生能夠很好地回答出問題后，老師才允許做實(shí)驗(yàn)。而且，整個(gè)課程進(jìn)行中，老師幾乎不講原理，所有的實(shí)驗(yàn)工作，都是學(xué)生之間，學(xué)生與老師之間討論得到的結(jié)果。反^我們國內(nèi)目前的實(shí)驗(yàn)課，多數(shù)都是老師苦口婆心地講，學(xué)生每一步都是按要求完成，很少進(jìn)行深入的思考，毫不夸張地說，很多學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)也不知道自己做的什么，為什么這樣做，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，也沒有創(chuàng)造性。因此，有必要多給學(xué)生一些獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，不動(dòng)腦就不能完成實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)迫學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。因此，建議實(shí)驗(yàn)教材可以寫得簡單點(diǎn)，關(guān)鍵性的問題，讓學(xué)生通過資料收集的方式自己查找，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前就已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法有一定的認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)室只是提供了一個(gè)驗(yàn)證結(jié)果的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和平臺(tái)。當(dāng)然，這樣的教學(xué)模式也需要逐步推廣，可以先小范圍試行，也可以選一些實(shí)驗(yàn)題目作為選修課，相信這樣的實(shí)驗(yàn)課，會(huì)讓學(xué)生學(xué)到更多的知識(shí)。

四、雙語教學(xué)對(duì)任課教師的要求

雙語教學(xué)的教師應(yīng)具備較高的語言能力，特別是語言表述能力。語言是教學(xué)過程中知識(shí)傳播的載體，而語言能力對(duì)雙語環(huán)境中的教師至關(guān)重要。教師俄語水平低下或表達(dá)能力有限，直接影響到教學(xué)效果的好壞和學(xué)生認(rèn)知過程的順利與否。為此，教師一方面要不斷提高俄語基本功，另一方面要錘煉表述能力，以通俗易懂的語言組織課堂，傳授知識(shí)，闡明觀點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生。實(shí)行雙語教學(xué)的教師還必須理解和掌握所學(xué)學(xué)科的知識(shí)和技能、了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)向和最新研究成果、熟悉該學(xué)科和其他專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系。只有教師具備過硬的專業(yè)知識(shí)技能，才能保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。最后，教師還應(yīng)具有較強(qiáng)的邏輯思維能力。在使用俄語講解知識(shí)的過程中，教師應(yīng)對(duì)該門課程的知識(shí)、與其他科目的邏輯關(guān)系、俄語思維的邏輯性以及理論聯(lián)系實(shí)踐的切合點(diǎn)等有準(zhǔn)確把握，這樣才能與他科目教師協(xié)調(diào)一致，提高學(xué)生的整體專業(yè)素養(yǎng)。

因此，如果學(xué)校有條件，可以派出一部分教師到俄羅斯的相關(guān)學(xué)院進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，既能對(duì)俄羅斯的課堂教學(xué)模式有一定的了解，還能進(jìn)一步提高俄語水平。雙語教學(xué)備課時(shí)間長，需要投入大量的時(shí)間和精力，因此，學(xué)?？蛇m當(dāng)制定激勵(lì)政策，如雙語教學(xué)工作量是正常工作量的1.5～2倍，開展雙語教學(xué)的老師在職稱晉升中優(yōu)先考慮等。

總之，中俄學(xué)院普通物理實(shí)驗(yàn)開展中俄雙語教學(xué)事不宜遲，相信本文提出的一些想法能夠給即將開展雙語教學(xué)的教師一定的幫助和啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]安利民.分層次、開放性、團(tuán)隊(duì)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估）， 2014，（7）.