关于声音的科学实验范文

导语：如何才能写好一篇关于声音的科学实验，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】素质培养；语音实验室；科学管理

From the Perspective of the Cultivation of College Students’ Comprehensive Quality Discussion on the Scientific Management of Speech Laboratory

KANG Qi

（One year of College-level Work of the Yangtze River， Jingzhou Hubei 434023， China）

【Abstract】The management of speech laboratory and the cultivation of college students’ quality of work are closely linked. Into students’ quality education in the teaching of English pronunciation， speech laboratory managers and workers to jointly explore important issues in English teaching. Establish and improve rules and regulations， and get rid of antiquated teaching and management mode， students are encouraged to participate in laboratory construction and management， improving the students’ practical skills， both for scientific management of speech laboratory， also in English class teaching to improve students’ comprehensive qualities of great significance.

【Key words】Quality； And speech laboratories； Scientific management

在信息和电子技术高速发展的今天，语音实验室作为外语教育教学的专门实验室，已成为高校外语教学不可缺少的场所，对提高外语教学质量起到了不可估量的作用。其先进完善的功能和现代化的教育手段使得英语课堂教学生动有趣，在提高学生听、说能力 ，培养学生自我管理和探索能力方面可以发挥重要作用。因此，必须加强语音实验室的科研管理，将其建设成为提升大学生综合素质的重要场所。

1 大学生综合素质培养

所谓综合素质是指个体在教育和环境的作用下发展而成的多方面主体性品质。从生物学意义上说，人是不育有主体性的自然人，只有通过教育的开发和环境的默化，人才能由自然人向具有主体性的社会人转化。因此，人的综合素质水平是反映人的社会化水平的主要标志。

大学生的综合素质，应包括大学生的身体素质、心理素质、思想品格素质及各项能力等多个方面。大学生综合素质如何，将影响到他将来的工作、生活的方方面面。又因为大学生作为一种特殊的社会角色，将来会转变成社会各界的精英人物，更多地影响到社会、国家，所以大学生的素质培养工作在大学校园受到了更多的关注。

2 语音实验室管理中存在的问题

2.1 人手不足，工作量大

语音实验室工作量大，程序繁琐，系统维护、故障排除，设备保养和维修等很多时候还需要管理人员手工完成。但就目前看来，大多数学校语音实验室都存在人手紧张，工作责任心不够、业务素质不高等情况。

2.2 管理体制不健全，教学模式陈旧

语音实验室承担的是外语课堂教学的辅助工作，实验室工作人员与任课教师之间的职责划分不清晰，教学模式和技术手段不先进、无创新，实验室管理工作缺乏约束与激励机制成为普通现象。

2.3 对学生管理困难

任课教师只注重教学内容的实施，实验室管理人员至负责技术手段的配合与设备管理，这就使得学生在实验室上课期间的管理成为真空地带。玩游戏、看视频、甚至私自安装软件等状况层出不穷。

3 学生素质培养与实验室建设相结合，建立科学完善的语音实验室管理体制

3.1 建章立制，规范语音实验室管理体制

制定规范的操作规程和规章制度，为语音实验室管理工作正规化、规范化和科学化。制定并完善语音实验室管理制度、操作规程和安全制度等；明确实验室工作人员职责，规范实验室设备使用和管理，定期加强实验室软、硬件的管理和为维护。做到既方便任课教师与学生，又便于学校统一管理，还要提高实验室工作人员的积极性和创造性。

3.2 注重对学生综合素质的培养

一是加强学生上机的规范性，用语音实验室管理制度来更规范学生的课堂行为。通过按号入座、严禁在实验室内吃东西、严惩故意损坏公物等方式来强化学生的规则意识。二是创新课堂教学模式，改进技术手段，增加教学趣味性，提高学生的学习兴趣，培养学生的动手能力，为学生提供周全的教学服务。三是鼓励学生参与语音实验室的管理工作，采取勤工助学、聘请学生助理等方式，让更多的学生与实验室工作人员一起，共同开展实验室管理工作。从简单的打扫卫生、监督课堂教学中的设备使用，到系统的安装与维护等，让学生充分体验实验室的管理流程，既提高他们的实践基本技能，也能培养学生与人沟通交流、处理复杂问题的能力。

【参考文献】

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前人关于该剧的研究大多是集中于对该剧的幽默特点、人物设置和台词翻译等的研究，而关于剧中的科学元素的分析或者观众对这些科学元素的喜爱程度的研究相对较少.本研究认为，恰恰是“科学元素”的设置使这部剧具有了重要的教育意义.“科学元素”主要指那些能够引起观众探讨和效仿的科学语言、科学实验和科学道具等，这类元素因其时而显得酷炫，时而显得浪漫，时而让人眼前一亮而获得观众的喜爱.本研究通过收集影迷在“果壳网”和“知乎”等网络论坛对剧中“科学元素”的探讨与模仿，结合前人的意见为我国原创科学题材影视剧的发展提出建议，鼓励科学影视与科学家合作的体制，把有趣的科学元素更加客观和生活化地呈现给观众.

1 科学影视与科学家合作，让观众感受科学家的魅力

对于一部科学影视剧而言，既要做到客观严谨地呈现科学知识，又要不乏趣味地把观众带入科学家的世界，这是比较难完成的.因此，《生活大爆炸》是一部聚集了编剧和科学家们心血的作品，作为制作人的查克・罗瑞（Chuck Lorre）和比尔・普拉迪（Bill Prady）拥有丰富的情景喜剧和电影制作经历.当两位经历丰富的制片人与《生活大爆炸》的科学顾问，美国加州大学洛杉矶分校物理学家大卫・萨尔兹保（David Saltzberg）合作时，《生活大爆炸》的喜感和理性就诞生了.

在美国，美国国家科学院专门设立了科学与娱乐交流项（The Science and Entertainment Exchange），在科学家和电影电视制片人之间搭桥，大卫・萨尔兹保就是这个办公室的储备学者之一.而该交流项目的顾问团中，既有著名科学家，比如现任美国能源部部长诺贝尔奖获得者朱棣文；也有娱乐界的著名人士，比如著名的HBO影视公司的总裁伦阿迈托（Len Amato）等.对于这个交流项目涉及到的两个主体方来说，二者之间的互补性很强.科普娱乐本身就缺乏专业人士的指导，而科学学 者们也苦恼如何更好地传播科学知识，而这两者的结合无疑是解决了双方的问题，所以设立科学与娱乐交流项目是值得我国原创科学题材影视剧学习的.

当然，《生活大爆炸》让现实中的科学家在其部分情节中客串自己的做法也值得学习.著名的科学家斯蒂芬・霍金、纽约海登天文馆馆长奈尔・德格拉斯・泰森和诺贝尔物理学获奖者乔治・斯缪特等都在剧中客串过自己.第5季第21集霍金出现的这一剧集是最受关注的，虽然霍金仅出现了2分钟，但他的出现不但让粉丝们激动不已，该集也被影迷们评为最给力的一集.这些科学家的出现不但让观众大饱眼福，同时也让观众了解到其实真正的科学家也同剧中人物那样幽默有趣.科学家客串科普影视剧可以让观众更好地认识科学家，从而使得科学家对于大众来说不再显得遥远而神秘.

2 把科学知识生活化，使观众体会生活中的科学

《生活大爆炸》中涉及的各个学科领域的知识分布在四位科学家的生活中.在第二季第三集，四位科学家们玩的非牛顿流体就是一个把较为深奥难懂的物理现象通过有趣和生活化的方式展现给观众的例子：

片段简介 四位极客在包了保鲜膜和胶带的音响喇叭上倒入水和玉米淀粉混合物，在音乐开始后喇叭上的液体物质就似乎变成了能够不断变换形状的固体在上面跳动.四位极客也由此乐开花，觉得这一实验非常有趣.

剧中的这个过程涉及了声音的产生和非牛顿流体这两方面的物理知识，这两者的结合不但很好地把喇叭的振动放大了，还把非牛顿流体的独特性展示了出来.非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体 .生活中的非牛顿流体有血液、番茄酱、洗发水、牙膏和淀粉悬浊液等 .非牛顿流体的粘度会因为受到的压力或速度的变化而改变，压力变大，其粘度也会增加，甚至成为暂时性的固体 .剧中，四位极客通过喇叭的振动给予该非牛顿流体一个外力，使得非牛顿流体的粘度由此改变从而变得看上去像固体般.非牛顿流体的这一特性也给人们带来了很多有趣的表演，比如就有人在非牛顿流体上玩“轻功”，当一个人以快速和有力的步伐跑过铺满非牛顿流体的区域时，他能神奇般地在该看似液体的物质上“飞越”，当然，如果不注意自己的速度或者力度就很有可能陷下去.此外，英国科学家也已经利用非牛顿流体的“遇柔则柔，遇刚则硬”的特性制成了一种液体防护衣，这种防护衣在受到压迫后会立刻变硬，并吸收撞击在它表面弹片产生的冲击力 .非牛顿流体在音响上跳动形成暂时的固体这一现象很生动地把相对深奥难懂的“非牛顿流体”展现在观众面前.只要观众对“非牛顿流体”有一个形象的印象，该剧情的设置就能够做到传播科普的作用了.剧中通过角色的解释，观众也可以清楚地了解到只要把玉米淀粉和水混合在一起，然后给予它一个冲击力，就可以有这么一个效果.实验所需的材料简单，因此许多观众便在家中尝试制作非牛顿流体，有的网友粉丝在论坛中分享自己成功的视频，也有的粉丝在论坛中寻找自己失败的原因.相比通过让人把手直接放到喇叭上感受其振动来讲解“声音的产生是由物体的振动产生的.”，这种间接而又有趣的做法来得让人更加印象深刻.

声音是由物体振动产生的，发声的物体叫声源，声音以波的形式在气体、液体和固体三大介质中传播.剧中，振动的喇叭就是声源，我们说话的时候如果把手放在声带处也能够感受到它的振动，这时候声带就是声源了，蟋蟀通过振动翅膀发声，振动的翅膀也就成了声源.当声源发出的振动通过空气等介质传播到人耳时我们就听到了声音.

关于声音，在第一季第二集中还有一个有趣的片断：在谢尔顿夜晚潜入女邻居潘妮家中进行收拾时，为了不吵醒潘妮，他提醒莱特纳要用低音说话.因为女人在生活中常常扮演照顾孩子的角色，进化使得女人在睡觉的时候对高音区的噪音（孩子的哭声音调较高）非常敏感.该片段中的高音区即指振动频率较高的区域，或音调比较高的区域.声音作为波的一种，频率和振幅是描述声音的重要属性，频率与音调有关，振幅则与响度有关.我们通常听到的声音是包含在频率范围为20 Hz～20000 Hz之间的，高于这个频率范围的声波称为超声波，而低于这一范围的声波称为次声波 .这个片断是有理论依据的，狄安娜・罗杰斯等在研究《听众的性别对噪音的接受能力的影响》中就指出男性相比女性更能够接受来自高音背景环境的噪音，即不论女性是否在睡觉，她们对高音背景环境的噪音接受能力相对比较差.

3 有趣和精妙的科学实验，体现科学家的独特品质

科学家给人的印象就是成天生活在实验室中，但具体他们在实验室中做些什么事情，却无人问津，也没有人对此感兴趣.《生活大爆炸》把部分情节安排在了实验室，通过莱斯利和莱特纳在实验室所进行的实验，让观众了解到实验物理学家的魅力所在.从2秒左右用500千瓦的氧-碘激光器热一杯杯面到正投影全息显示宇宙，无不让观众大开眼界，正是这几个为数不多的实验在粉丝网友中引起了不少的探讨和模仿.当然，出现在他们生活中的各种恶作剧实验同样也颇受观众的关注和喜爱.“氦气变声笑剧”“酸碱指示剂的滴血之墙”和“含磷骨架”等都引起了不少的热议.出现在剧中的“双氧水和碘化钾的泡沫复仇记”就是被网友们热议的实验之一.

桊危骸扒胛sheldon那个泡沫试验的具体化学物是什么？”

Nerf_Herder：“30%双氧水（过氧化氢溶液）与液体洗涤剂预混，然后再加入饱和碘化钠溶液.注意小心不要被高浓度的双氧水接触皮肤，可能造成灼伤.更多详情可以在化学吧搜索‘大象牙膏’.”

桊危 “我是做模拟实验，貌似找不到你说的东西，具体的化学式可以写出来吗？拜托了”

Nerf_Herder：“过氧化氢：H2O2；碘化钠：NaI；液体洗涤剂用家用洗洁精就行，作用就是产生泡沫，不参加化学反应.反应本身很简单，过氧化氢被碘化钠催化迅速分解成水和氧气，同时放出大量的热，氧气使洗洁精发泡，热量又使泡沫膨胀.比较怀疑这个实验在模拟系统中能有什么效果.”

jikouth：“洗洁精超市有卖

双氧水任何药店有卖，一般用来清洗伤口，一块钱一大瓶碘化钾普通化学用品商店有卖，以前买几块钱一纸包，现在不知道

量杯普通化学用品商店有卖”

由此可见，看似大众对科学家们的实验不感兴趣，但是当科学影视把有趣的科学实验带到银屏前的时候，观众对这些实验的喜爱也是颇深的.所以有趣和精妙的科学实验不但让观众感受到科学家的人格魅力，同时也让一些观众在家里开始动手尝试这些实验.因此，原创科学题材影视剧是有必要用心挑选让观众喜出望外的实验的.

另一方面，科学家对真理的追求、对证据的查证以及对推理过程的推敲，都将批判性思维演绎得淋漓尽致.以谢尔顿为例，他在剧中作为传播科普的主要角色，就是一位极具批判性思维的人物.如他就纠正了本杰明・富兰克林并没有发现电的存在，而是利用风筝证明了闪电带电这一事实；他曾讲述过他在12岁做过的与楼梯高度相关的实验，实验结果表面如果一阶楼梯高度高出2 mm很多人都会被绊倒；他也曾科普过在17世纪就有科学家发现男性荷尔蒙水平有33天的波动周期；他用量子理论中的“薛定谔猫”描述潘妮和莱特纳的关系等.这些事件分散在科学家们生活的每个角落，引起了不少网友对他所传播的科学知识的讨论和模仿.因此，当丰富的科学知识与批判性思维结合在一起，让观众在快乐中潜移默化地得到了科学素养的提高.

4 生动的故事情节与科学道具巧妙地结合

如果《生活大爆炸》只是为了显示科学道具而硬生生地把其插入到剧情中，或许这些道具起到的作用就背道而驰了.剧中初次约会的科学家莱特纳为了打破尴尬的安静局面，用杯子和橄榄表演“离心力”；谢尔顿和艾米在白板上用韦恩图找寻他们关于万圣节派对要穿的服装交集，这是亮点也是笑点，科学家特殊的身份和个性赋予了他们用理性的办法解决问题的能力.所以，对于原创科学题材影视剧，我们要做的是在合适的剧情加入巧妙的科学道具进行点缀，而不是生硬地把科学道具搬到观众面前.当生动的故事情节与科学道具恰到好处地结合在一起时，观众对这些道具的印象就不仅仅只是道具了，它们还可能如谢尔顿的个性服装那样有自己的网页（）.

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一、基于传感技术探究实验设计

在教学实践中我利用传感技术仪器进行实验能够得到很好的实验效果。分析教材、根据教学目标及学生的年龄特点合理选择利用数字化传感器材能够有效提高课堂实验效果。课堂实验探究的高效，传感技术仪器的有效使用，不仅需要分析教材，合理选材，还需要精心设计实验方案。只有通过有效的实验设计和规范的实验操作，以学生为主体性，让学生配合教师来完成实验，学生便于理解，又可增加学习兴趣，才能使实验变得简单易行，达到教学目标。以下是四上年级《运动起来会怎样》一个有关于心率传感器的实验。首先，连接手握心率传感器、界面和计算机。其次，启动LoggerPro或LoggerLite软件，最后，程序将自动识别手握心率传感器，这样就可以准备采集数据了。测量一个人在激烈活动，例如做跳跃运动前、之间和之后的心率；测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久。让学生在探究实践的过程中，注重体验和感悟，又便于学生对知识的接受和理解，从而也激发学生的兴趣。

二、传感技术探究实验室的组建

为了提高实验探究效率，保证实验教学的有效开展，创建探究实验室，合理利用“数字化”仪器设备是非常重要的。数据采集器和传感器的配备，主要用于采集并储存实验数据并根据探究需测定的参数。通过政府采购，我们采购到探究实验室套材，主要有湿度、音高、音量、光强、pH值、溶解氧浓度、电流、电压、氧气含量、二氧化碳含量等传感器，还可以根据需求来自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。计算机软件的安装将传感器插入计算机时，传感器可以精确地测量实验中获取的各种数据，并通过数据采集器传到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。

三、传感技术实验器材在拓展课程中的应用

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这老人的提问引起了人们的极大兴趣，有人在思索，有人在商讨，却没有一个站出来回答的。突然，一个娇嫩的声音打破这沉闷：“人居地上应以所居之方为正。人谓离吾较远者皆成斜立，居下方者皆要倾跌，而今不然，故可曰：头顶皆天，足履皆地。”人们循声望去，只见是个十八九岁的女子，更加钦佩不已，有人竟拍手称妙起来。

她，就是我国清代的青年女科学家王贞仪。

王贞仪字德卿（1768-1797年），自幼便学会琴棋诗画，骑车射箭。曾作过“足行万里书万卷，尝拟雄心胜丈夫”的诗句以自勉，在数学、地理、气象、医学方面都有很深的造诣。特别是天文学，她的成就更为突出。

王贞仪自学了许多中外天文学家的著作，她不仅弄懂弄通其中的原理，而且经过自己的分析、思考，提出自己的见解。如当时的学者虽然承认地球是圆的，但对站在地球上边和下面的人，为什么不会摔倒或摔落到别的地方去，都疑惑不解。她却能在《地圆论》中指出：人所居住着的地球，是处在四周都是天空的空间中，在宇宙间是没有绝对的上下左右之分的。她不持偏见，力求真知，面对当时占统治地位的乾嘉学派对哥白尼“日心说”的污蔑，勇敢地提出，“日心说”和“地心说”哪个正确，尚需进一步研究才可下结论。她既重视前人的经验，但更重视亲身实践。为研究天文、气象，她仔细观测大小星辰的运动变化，认真考察云层的流动和形态，常常从深夜一直看到黎明，几年如一日从不间断，积累了大量的第一手资料。她那时已能预报天气的变化，成为当地农民的好“军师”。

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[论文内容摘要]由于受传统观念的影响，当前小学科学教学中，实验教学较为低效。针对这种现状，我们要找出解决问题的对策，提高实验教学在小学科学教学中的应用效果，优化小学科学教学。  

 

小学科学是一门科学启蒙课程，主要目的是培养学生的科学素养，而这种素养主要是通过科学探究活动获得的。在这种探究活动中，实验是一个重要的组成部分，因此，实验教学也是小学科学教学的重要组成部分。 

 

一、当前实验教学中的低效性问题 

 

学生在实验活动中思维能力欠缺，不能认真对待实验，仍然停留在看热闹的层面；学生的参与率低，相互之间合作不够。如在小组探讨活动中，有些学生只关注自己的事情，不理会老师和同学的讲解与帮助，也不愿意参与活动；还有些学生把实验仪器占为己有，没有合作意识，这些都影响到实验教学的开展。另外，有些科学探究实验需要家长在课后协助完成，但是这些活动并没有得到家长的重视与支持，再加上学生在课外实验中缺乏主动性，势必造成延伸实验的现象，效果不理想。例如：在观察植物的生长变化时，教师希望学生在家种一些植物的种子，由家长陪同学生每天观察记录种子的变化，但是有些家长没有耐心与毅力，最终没能帮助学生完成实验。 

 

二、解决对策 

 

 ⒈重视实验活动中学生的探究过程。科学探究能力的获得，需要学生结合所学的科学知识，亲自参与探究活动，在已有的感知和体验的基础上，将教师所讲授的知识充分吸收内化。科学教学的重要内容是让学生学会如何学习科学、应用科学，如何用心地探究科学。为此，在实验教学中，教师要鼓励学生想出解决问题的方案，然后去验证自己的方案。如200毫升的水能溶解多少千克的食盐、一天当中气温的变化有什么规律等。即使实验失败了，这种探究活动还是对学生起到了教育意义，学生也会自己去思考失败的原因。再如讲解“影响溶解快慢的因素”时，当学生明白了溶解的意义之后，对同学提问：哪些因素会影响溶解的快慢？同时展示数量不等的食盐、冷水、热水、大小不一的烧杯等，引导学生去思考，然后回答问题，最后让学生亲自实验，验证他们的答案。这样的实验教学不但会使学生的情绪高涨，也会让他们在实验中发现自己的错误并改正。⒉充分利用校园的实验资源。校园里有一些植物和小动物，这些都有可能成为小学科学课中需要的实验资源。如在《蜗牛》教学中，教师在一个班级里只是用幻灯片的形式向学生传授关于蜗牛的身体结构、运动和生活习性方面的知识，并没有实物蜗牛，这样的讲解，学生只是了解了蜗牛的 部分知识；而在另一个班级中，教师上课时先问同学哪里可以找到蜗牛，然后组织学生捉蜗牛、养蜗牛，并且观察蜗牛身体的颜色、眼睛、触角、嘴巴等，观察蜗牛喜欢吃什么食物，怎样吃等，还有蜗牛是如何发现和找到食物的，在多种食物面前，蜗牛会首选哪种等。在饲养、观察蜗牛的同时，学生不但了解了蜗牛的身体结构、吃食情况，而且观察到蜗牛的排泄和产卵。学生通过此类探究活动，获得了对小动物的直观体验和感性认识，也体会到了科学实验的乐趣，为以后的探究活动打下了良好的基础。 

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关键词：科学；探究；学习

随着小学科学教育改革的不断深入，探究式学习的理念已经深入课堂教学之中。同时《科学课程标准》明确提出了科学教学要面向全体学生，应向学生提供充分的科学探究机会，把课堂当成是学生科学探究学习主要活动场所，在小学科学课堂教学中，培养学生的科学精神，使学生从小就形成科学意识，使学生尊重科学，热爱科学，为今后攀登高科学的高峰奠定基础。那怎样去培养学生的这种探究能力呢？以下是我的几点做法。

一、创设科学教学情境

兴趣是最好的老师。人们常常把学习兴趣比作学习的营养剂和催化剂。一般来说，如果学生对所学的知识感兴趣，就会深入的、兴致勃勃的学习这方面的知识，并且广泛涉猎与之有关的知识。小学生好奇心强、好动，学习动机在很大程度上由周围环境事物的显著变化而唤起。如我在教学《水与生命》一课时，给学生展示流动的瀑布画面，并且伴着哗哗的水流声，营造出生机焕发的情景，学生的注意力一下子被吸引了，产生了学习的欲望，此时引导学生质疑“画面上看到了什么？”“瀑布。”“水。”学生纷纷发言，借此机会我又引导学生：“关于水想知道什么？”学生意犹未尽，强烈的求知欲一下子被激发起来，于是一个个问题冒出来：“水是什么样的？”“水有味道吗？”“水是什么颜色的？”“水能用来做什么？”……问题的提出说明了学生心中已对所展示的内容产生了兴趣，同时也说明他们已经进入了研究状态。一段时间我发现，学生对玩纸飞翼特别感兴趣，并且还自己组织比赛，看谁的纸飞翼飞得高，结果得胜的学生兴高采烈，失败的学生垂头丧气。这正好为教学《纸飞翼》提供了一个很好的时机。在上课的时候我借助学生玩的纸飞翼直接提问：“想不想让你手里的纸飞翼飞的时间长？”问题一出学生的兴趣一下来了，尤其是那些打败仗的学生，个个竖起耳朵。学生兴趣被调动起来，再利用试验探究，很快便得出结论：纸飞翼自身重量轻，留空时间长；纸飞翼翼面大，留空时间长；纸飞翼翼面成直角时，留空时间长。

二、倡导合作学习

要有效地实施合作学习，教师首先应该根据班级的实际情况，学生的年龄特征以及学习水平等因素有目的、有计划地组织学生组建探究学习小组，关注所有学生的发展，使小组内成员搭配的当，利于组织小组合作学习。组与组之间能力平衡，有利于小组间展开竞争，让每个学生都有自我展示的舞台，让学有困难的学生在互相帮助中不断提高，取长补短，让学有余力的学生在竞争中不断提升，为大家服务。小组合作让孩子们的个性灵动飞舞，个人价值彰显，同时人与人之间更加融洽和谐，集体情愫得以凝聚。

科学的准备，使合作学习有的放矢首先要科学地准备合作学习的内容，充分考虑学生的学习情况，对于有一定难度的问题可以把这一项学习任务分成几部分，对于不同程度的学习，可以设计不同的问题，让他们自主选择，为都能取得成功合作而做准备。其次，针对学校科学实验的材料缺乏，实验条件不足的情况，教师应该调动学生科学实验的激情，从周边生活中寻找科学材料，因地制宜，就地取材，灵活变通设计各种科学小实验，把不可能完成的实验变为可能，尽量满足学生科学实验的兴趣。

三、引导学生合理运用各种媒体

大家知道，有些科学实验在课堂里根本无法完成，但学生又充满好奇和渴望。这时，信息技术便以非常便利的条件登上的课堂的舞台。随着网络技术的迅猛发展，多媒体技术运用已经不再局限于课件的运用和视频、音频的播放，广大师生已经积极探索如何将信息网络技术和课堂多媒体相整合，完成小学科学的实验探究。特别是如何学会在数字化环境下的生存，如何学会充分运用信息技术进行学习。新课标指出：“教师应积极开发、合理利用课程资源，灵活运用多种教学策略和现代教育技术，努力探索网络环境下新的教学方式”。因此，探讨网络环境下更好地进行小学科学地学习，能够改变我们的教学理念，探索出一种全新的教学模式，积极倡导学生学生利用资源进行有效的学习，促进学生学习方式的根本转变，优化学生的学习策略，提升学生的学习水平，成为当务之急。而信息技术与课标背景下的小学科学教学整合，主要是利用网络资源，使抽象的科学道理变得形象生动，使高不可及的科学实验变得身临其境，通过图像、文字、声音、视频、影像、动画等多媒体手段，在更大范围内培养形象思维能力，大大激发学生探究的欲望，培养学生的科学精神。

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关键词：实验探究；有效性；小学科学；农村

1引言

《国家科学课程标准》中提出：小学科学课程是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程，学生能通过观察、实验、制作等活动进行探究。然而，要真正提高科学实验教学的有效性应做到以下几点：

2实验前多方准备，夯实基础

夸美纽斯曾说过：“兴趣是创造一个欢乐和光明的教育环境的主要途径之一。”兴趣是积极探究某种事物或进行某种活动的动力，而创设游戏情境的学习活动，是一种满足学生认识和身体需要的轻松自由的学习活动。

2．1实验前，让学生多方准备，收集相关信息，为实验教学打下基础：由于农村学生家庭条件较差，为此，我充分利用学校的图书阅览室和电脑室，让学生通过查阅相关图书，上网浏览相关知识等途径，收集相关信息。如教学《改变物体在水中的沉浮》，课前，我带学生来到电脑室，让学生通过上网收集关于潜艇的各种知识，收集了大量的潜艇图片，了解了潜艇的发展史，还发现了潜艇能潜水的秘密，为新课的研究打下基础。

2．2让学生参与材料准备，使材料多样性：实验材料是实验教学过程的重要因素。要在实验教学中培养学生的创新精神，使学生爱做实验，会实验，就要允许学生根据自己的需要，尽可能地自己准备实验材料。如在《造一艘小船》设计中，我让学生准备了饮料瓶、易拉罐、泡沫、塑料、木片、橡皮泥、剪刀、牙签等材料，由学生自主选择，分组研究，制作出不同的船。这样准备实验材料，不仅满足了学生的需要，便于学生合作实验，而且符合他们的年龄特点，使学生更乐于实验，创新能力也得到了充分的发展。

3自制实验器材，提高实验有效性

师生自己动手设计、制作教具，不仅可以提高学生的实验能力、想象能力，活跃思维，还可以激发学生的学习兴趣，让学生真正体味到观察和实验是学习科学的基本方法。

3．1教师自制实验教具：一件成功的自制教具的诞生，是教师智慧和汗水的结晶，是教师经过对教材的深入的研究。根据本校实验器材的实际情况，我经常自己制作实验教具。如教学《雨天的布料》这一课时，我自己制作小型喷雾器，自制实验教具使实验更加容易操作了，实验的效果也相当明显，结论的得出也更让人信服。

3．2学生自制实验器材：学生通过参与自制实验器材活动，不但巩固书本上基础知识，而且还可以激发学生的学习兴趣，培养了学生的动手能力，培养了学生爱科学的情操。在自制实验器材的过程中，学生首先是要弄懂课本上的内容，理解课本上的知识，才能设想出实验器材的雏形，然后才能进行具体的设计、试制。在具体制作中，学生还要经受多次失败的考验，身心得到陶冶，有利于学生的健康成长。

4改变实验方式，发挥学生的主体作用

演示实验是由教师在条件限制（如实验室少、器材少、课堂探究时间不足等原因）下，而采取教师演示的方法进行的实验活动。但在新课程改革下，学生是科学学习的主体，更是小学科学实验中的主角，我们教师是科学学习活动的组织者、引领者和亲密的伙伴。因此作为教师，应该更多地为学生创造更多的动手操作、动脑思考的机会，其中在课堂上让一些大胆的学生来动手做演示实验也是一种较好的方法。例如：我在教四年级上册《声音是怎样产生的》一课时，就邀请在课堂上表现优秀的学生上台来做“振动的音叉轻触水面”的实验。由于学生在课堂上演示实验，学习气氛变得宽松、活跃，学生们都关心着实验会否成功，因此他们的注意力更集中。当这些上台学生被我们老师信任、鼓舞、体验到成功的喜悦时，他们才会对实验课有更大的积极性，才有可能把科学学得更好。

5走出课堂，进行科学实验

课堂是满足不了学生的求知欲的，将学生的学习置于广阔的生活背景，丰富他们的学习经历，这对科学教学是非常重要的。根据教学内容，我常常带学生到校园、大自然中去学科学。在农村，学生观察自然的内容很多，条件比城市优越，如动植物生长、水与空气以及其他各种自然现象，教学时应尽可能地让学生到“大课堂”中去研究，在大自然中探索大自然的奥秘。如讲《根和茎》前，我先带领学生到田野中去，让学生采集各种各样的根和茎，然后回到课堂上，在老师的指导下，对根和茎进行分类、研究，这样使学生在丰富、具体的感性材料面前，激发兴趣，吸取知识，提高能力，使他们的好奇心、求知欲得到满足。

6课外延伸，学以致用

知识必须与生产实际相结合，实验也不能仅仅停留在课堂上。课堂实验教学在实验的时间、器材、场地及顾及全体学生的个体差异等方面总是存在一些问题。作为课外延伸的小实验、小制作、小课题活动，可以与课堂实验教学相配合。学生利用课余时间做小实验、搞小制作所需时间及利用的器材不受限制。他们回家后自找材料，因时因地取材，利用废品，人人能做到，而且对这些材料倍感亲切；仪器的设计与制作，实验步骤和方法的确定，实验结果的分析处理，全由学生独立自主，这非常有利于他们创新能力的培养，使学生发现：生活中处处有科学，处处可实验。

7结语

现在，随条件的改善，农村小学的未来前景一片光明，只要我们不断地学习，不断地努力，充分运用自己的聪明才智，就一定能走出一条适合农村科学实验教学的新路，使农村科学课程的有效教学再上一个新台阶。

参考文献

［1］《小学科学课程标准》．［2］《小学科学学科新课程标准》．《科学新课程标准（3－6年级）》．

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自制高中生物实验教学课件是一种借助音频、视频、图形图像处理软件等多媒体操作软件和技术制作课件为实验教学服务的方式。通过笔者教育教学的实践证明，自制的高中生物实验课件具备贴近高中生物课程标准、信息量大、形象生动、具备地区乡土气息的优势，能够广泛运用于高中生物实验教学的各方面。

由于高中生物实验内容部分比较复杂抽象和结论相对严密，并且许多又带有验证和探索的特点，所以我们的实验教学一直处在与时俱进的摸索探究之中。现代高中生物实验教学的要求，已经从多年前的强调实证发展到了突显能力、探究、创意的阶段，不仅使原来的生物科学教学目标得到补充，而且在同现代科学技术发展基本趋势要求大融合的多个方面能发挥其独特的优越性。本文想通过自制生物实验教学课件的应用浅谈一些体会。

一、自制高中生物实验教学课件在实验教学中的优越性

1.自制的实验教学课件内容贴近生活，生动形象，容易理解和记忆。

生物科学实验教学有其特殊性，很多概念、理论和实验原理较为复杂，抽象且较难理解，如细胞中的元素和化合物的作用、酶的本质和特性、基因和染色体上的伴性遗传、杂交育种和基因工程、人体内环境与稳态、动物和人生命活动的调节、生态系统及其稳定性等复杂的生物科学内容，用传统的教学手段（挂图、板书、投影等）在有限的实验教学时间让学生不能完整准确地掌握；而利用自制的实验教学课件将与高中生物学科理论目标相关的图像、声音、动画、图形综合组织呈现，形象化、贴切化地表现出来，并同时有听觉、视觉、触觉等方面的刺激，多角度设置情境问题，引入构建相关的理论体系，能调动学生日常生活中的历史体验，多种感官刺激参与学习过程，激发学生兴趣，从而提高实验教学效率。

2.节约实验时间，增加实验信息量

利用自制实验教学课件，教师减少了一对一实验指导的时间，在有限的实验课程时间内可以传播更多的理论和技术，也为实验重点、难点的充分表述、练习等赢得了时间。通过视觉、听觉、触觉等多感官创造性结合可以大大减少学生的信息盲点，扩大生物学科的信息量。现代关于生命科学的教育越来越关注生命科学原理和技术在人类经济、社会活动中的一体化应用，新信息、新技术不断充实到高中生物实验教学中，例如基因工程、内环境稳态的机制、生态系统的信息传递等都是最近几年被充实到了实验教材中；另一方面，学生的实验时间却总是增加得不够，因此，理论及实验内容的逐年增加和学时的相对有限这对矛盾就明显出现。通过自制实验课件，为学生营造更多的实践技能锻炼的条件，这对于课时有限而实验内容繁多的生物科学而言，无疑是画龙点睛。

3.优化实验设计，拓展实验探索空间，使理论与现实融会贯通

根据实验教学目的和内容的不同，我们在往年实验课件和实验设计的基础上进行修善，减少了实验准备过程中不必要的重复劳动，提高了实验教师的工作效率。同时由于生命科学理论和实际的密切联系，在实验前经常需要帮助学生复习前期知识，自制生物实验课件能图文并茂方便地阐述，使相关知识相融合，使分子与细胞、遗传与进化、稳态与环境等不同模块间的知识有横向、有纵向的联系，使实验内容更加完备，便于学生形成完整的知识和技能体系。

4.易于更新，拓展新的实验知识

自制的实验课件可以随时增减实验技能和知识，为学生提供、指导、更新更切合实际的学科实验方法。同时实验课件制作也促使实验教师在不断学习生物科学专业新知识、新技术的同时，学习制作课件所要求具备的操作技能，从而间接促进了业务水平的提升。

二、正视自制生物实验课件可能带来的不利影响

1.课件内容和实验组织形式如果运用不当，会疏远实验教师与学生的探讨交流，也可能限制学生的思维和实验操做素养的发展。

有研究学者发现，教学课件部分不及传统实验教学，教师易沦为电影放映员，实验课堂上学生、实验教师之间的语言、手势和神态的直接交流减少，这会使师生之间的关系疏远。

2.过分频繁隆重地使用自制的实验课件，实验教学效果可能不理想。

实验课件内容若大量加入特技效果，如大量添加画面、声音，音乐震撼，五彩缤纷，对提升和发掘学生的实验技能素养是非常有害的。我们自制的实验教学课件，设计要求关注学生是主动、积极的知识能力的采集构建者，无论自制实验教学课件预设得如何周全完美，要让学生掌握生物实验技能、具备生物实验素养、达到生物实验课程标准的要求，实验教师生动的演示和学生之间的切实操作、交流互动、学生的独立思考探究等都特别重要，只有这样才能获得最优的实验教学效果。

众多教育学家历来认为，任何实验素养的锻炼发掘都离不开教师的启发引导和学生的独立思考操作，所有的自制实验教学课件等手段都要为教学实践服务。实验教师应端正实验教学态度，扬长避短，树立良好的无私奉献精神，将生物科学理论指导与科学实验技能的培养有机结合，更好地为学生生物科学素养的形成服务，发挥出应有的技术优势，提高生物实验教学质量。

参考文献

1.朱正威 探究性学习实施中的几个问题.《生物学通报》，2006年，1月。

2.苏相洁 高中生物实验教学有效性策略的研究与探讨.《广西师范大学》，2005年，8月。

3.周晓莉 如何利用高中生物实验培养学生探究能力.《教学仪器与实验》，2007年，第2期。

4.包福兴 生物活动课程设计的探索.《中学生物学教学》，2003，第2期。

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关键词：科学定律；规则观；倾向

当我们讨论自然定律时，我们首先要了解的是自然定律的定义与特征。在国内外文献中有三种对自然定律的本性说明。而定律的特征是什么？著名科学哲学家罗姆•哈瑞认为，定律首先需要有普遍性。就是说，只要发生的事件涵盖在定律的范围中，事件一定会按照定律描述的那样发生。再者，自然定律还具有必然性，即在其他条件均同的情况下，事件必定会发生。

一、作为概念关系之表达的自然定律

古希腊哲学自诞生之日起就以能认识自然知识为最高目标。而自然哲学却做不到这一点，因为我们无法从始终处在流变中的感性事物中获得知识。认识到这一点的是巴门尼德。巴门尼德认为，能认识、把握的是关于永恒不变的“存在”的思想。之后苏格拉底在巴门尼德的原则上提出了一个具体的问题：什么样的知识才是真正的知识？苏格拉底认为，认识的目的在于认识事物的定义或概念，就是说认识事物的“本质规定”。所以，在苏格拉底的对话中，他追问过许多诸如“什么是正义”“什么是勇敢”“什么是美”等问题。他并不是想指出关于“正义”“勇敢”“美”的具体事物，而是想找出这一类事物的“本质规定”。因为，我们可以看出，苏格拉底所理解的知识乃是对事物普遍的本质认识，只有这样才能达到具有普遍必然性的知识。亚里士多德是历史上对自然定律做出哲学解释的重要人物。亚里士多德的形而上学，虽然没有直接对自然定律进行讨论，但他对定义进行了探讨。一个定义就是对事物的本质性质的陈述。如打雷的本质是“火熄灭之后产生的声音”，那么我们可以对打雷作出的定义就是“火熄灭之后产生的声音”。在这之中，“本质”一词又是一个非常重要的概念。“本质”是指这样一些性质，这些性质一旦变化就会丧失自身的同一性。你的“本质”就是规定你所以为你的那些东西。如苏格拉底有时心情愉悦，有时心情低落。这时候愉悦和低落的心情是变化的，心情的变化不会影响苏格拉格之为苏格拉底，所以这就不是苏格拉底的本质。而“人”才是苏格拉底的本质。进一步说，我们谈论的科学知识只与类型、种类有关，与个体无关。当我们就一个个体作出判断时，我们实际上是对个体从属的种类作出判断。具体来说，亚里士多德对事物的定义采取了一种叫做属加种差的方法。比如，如何对“人”作出定义，亚里士多德认为，人是有理性的动物。我们来分析他是如何做出这一定义的。首先，我们考察人属于哪一种类。众所周知，人属于动物这一类。然后，我们要问，在动物这一种类里面，人与其他动物有什么区别，亚里士多德认为区别在于人是有理性的。在“动物”这一概念里，人被划分在“有理性的东西”这一区域以示与其他动物的区别。所以人的定义是有理性的动物。用一句话简单概括，定义就是表达了那些界定物质实体之本质的概念间的关系。

二、作为一种规则的定律观

在哲学史上，另一个讨论自然定律的重要人物是休谟。他对自然定律的讨论是基于因果性展开的。休谟认为事物之间的因果关联涉及三个重要概念：（1）有某种恒常的伴随性存在于原因事件与结果事件中；（2）原因事件与结果事件在时间上是连续的；（3）原因事件必然导致结果事件。休谟相信（1）（2）是正确的。他相信人有某种心灵的感觉印象与事件的伴随性和连续性相关联。但休谟不承认必然性的存在，理由是无论多么仔细地观察一个因果事件，我们也无法观察到与必然性有关的东西。我们的感觉印象中没有必然性这一概念。当一个因果事件发生，我们观察到的是一个事件紧紧跟随另一个事件。举个例子，太阳升起之后，石头变热了。我们不能说太阳升起之后必然导致石头变热。而是说太阳升起之后，石头紧接着变热了。并且，结果事件在逻辑上是独立存在的，也就是说，我们可以在不导致矛盾的情况下，断言原因事件存在和否定的结果事件存在。如上述例子，我们完全可以在大脑中想象太阳升起之后，石头结冰了。所以，休谟将必然性这一概念诉诸为心理学现象：当我们观察一个原因事件时，由于我们的大脑之前对类似因果事件的伴随性有了重复性经验而产生了心灵习惯，于是我们预期正被观察的事件与大脑中的因果事件一致，所以我们断言结果事件会发生。就是说，由于我们日复一日地看见太阳升起之后石头会变热。这一因果事件在我们大脑里重复出现而产生了心灵习惯，所以，当太阳升起之后，我们断言石头会变热。简言之，休谟认为自然定律没有必然性，只有恒常伴随性存在，自然定律不过是断言了一些恒常伴随性存在罢了。我们将这种观点称为定律的规则观，它认为世界上没有哪一种事物是按照定律去运动的，有的只是被人们经验到的对事物间恒常伴随的实际规则。有人反对这种观点，具体可概括为两点。（1）它没有区分偶然的规则和规律规则。什么是偶然的规则？比如说，世界上所有黄金做的球直径都不超过1000米。在经验世界中，这确实是一条没有例外的规则。但是，我们假设，如果条件允许，有人真的造出了一个直径超过1000米的金球，这就了这样一条规则。所以我们不会相信这是一条规律的规则观，它对世界只是偶然成真的。（2）规则并不是构成定律的充分必要条件。首先，因为要构成定律，需要的不仅是有规则的关联，还需要反事实条件句的支持，所以它不是构成定律的充分条件。其次，规则也并不是构成定律的必要条件。如果能成立，那就是说定律描述了事件之间毫无例外的规则。我们真的可以这样判断？可以参考伽利略的落体定律，然后再拿一片树叶做自由落体运动，我们会发现，树叶下落的过程是违背落体定律的。我们可以说，就算是最具科学性的物理学也不能说规律就是毫无例外的规则。依靠常识观我们可以知道，树叶下落之所以不会做匀加速运动是因为它除受重力之外，还受气流和空气阻力的影响。科学定律受到了干扰，所以观测到的现象没有符合规律。规律规则观的捍卫者提出可以用条件句的形式重申定律的表达，即假如其他干扰性因素没有发生，B事件总会伴随着A事件发生。这样看似解决了这个问题，但却面临着两个基本问题。其一，对于“其他干扰项”，我们如何才能精确地阐明一个必须满足所有干扰项的定律，难道要将所有的干扰项都一一列举出来？显然这是不可能的。其二，如果我们必须用条件句去阐述一条规律，是不是就是承认了这些规律只有在这些条件满足的情况下才能成立？这似乎违背了定律的普遍必然性。是不是也就是说，这些规律只有在实验环境中才适用，实验环境外就不适用？我们用修正后的规则观来解释落体定律，只有当物体消除了空气阻力等干扰性因素之后，物体自由下落才会做匀加速运动。也就是说，规律的适用性限制在了那些满足于特殊条件的实验环境中。因此，对那些发生在实验环境以外的情况，定律就无能为力了。这个结论与我们的常识产生了极大的冲突，如果定律只在实验环境以内适用，那我们如何才能解释建筑师对物理学的应用、牛顿定律对彗星运动的应用以及所有科学家所从事的一切科学事业。显然，规律的规则观不能作出说明。

三、作为自然倾向之表征的定律

定律的规则观无法解释定律是如何在实验环境条件之外被应用的。而倾向论很好地解释了这一点。倾向论的观点认为，物质世界的运动是自发的，之所以会发生运动，是因为事物有倾向或能力按照自己的方式运动。自然定律就是对这些倾向或能力的表征。倾向论者认为，在现实世界中，有许多的能力或倾向在开放的系统中运行，他们相互作用着，其结果就是呈现给我们看到的一切。伽利略的落体定律描述的是物体具有以匀加速落向地面的倾向，牛顿的万有引力定律描述的是具有一定质量的物体具有相互作用的倾向。由此看来，我们就不会像以往一样简单地用定律去解释事物所呈现的现象、结果。因为我们看到的现象是由事物的许多倾向或能力所共同作用的结果。树叶下落并没有呈匀加速状态，这是因为树叶下落是由匀加速、空气阻力等许多倾向以一种复杂的方式共同作用的结果。这也能说明科学实验的重要作用了。在我们进行科学实验时，我们将不同的能力或倾向单独隔离开来，放到创造出的封闭系统中加以观察、研究，为的是把正在研究的、对应于规律的倾向与其他倾向区分开来。这样，只有通过实验干预才能达到目的。休谟在处理定律必然性时认为必然性不存在，存在的只是人们对于伴随事件的重复性经验而产生的心灵习惯。而倾向论者认为，在讨论定律时，我们处理的并不是一个个事件，而是性质。定律说的是性质与性质之间的关联。如一块铁这一性质与是一个导体这一性质就恒常存在关联。我们可以做实验观察到铁是导电的。所以，铁是导体这一定律是关于性质的，而与具体事件无关。性质分为两类，偶发性性质与倾向性性质。比如笔者在家里不小心把玻璃杯打碎了，这里的玻璃杯呈现出易碎的性质，这种性质就是偶发性性质。因为这是玻璃杯在特定的时间，特定的场合表现出来的性质。当说玻璃杯具有易碎的性质时，这里指的性质就是倾向性的性质。因为，即便不用去做实验观察，也知道玻璃杯易碎。而倾向论者认定的性质类型就是倾向性性质。倾向论的定律观有这样一个优点，即它捍卫了一种科学的实在论观点，所有科学家所一致努力的科学事业是有意义的。它阐明了正是自然本身使得物质系统按照规律活动。它还说明了科学实验的作用与意义，以及回答了科学定律如何把在实验室中获得的定律应用在实验室之外。

参考文献：

[1]张志林.当代哲学经典(科学哲学卷)[M].北京:北京师范大学出版社,2014.

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关键词：机器感知；智能科学；安卓；移动终端；嵌入式系统

0 引言

随着计算机信息化技术在各领域不断地深入应用，在当前的计算机教学中，实验课程是教学环节中一个至关重要的组成部分。其目的是让学生加深对理论知识的理解，培养学生的综合应用能力和创新能力。然而由于教材内容与实验设备更新缓慢，国内高校计算机实验教学并未跟上技术发展的步伐，普遍存在内容与技术发展脱节，实验内容应用机会少，验证性内容多而创新性内容少等诸多缺点，使得学生在理论课程中学习到的知识无法在实验课程中得到有效的复习和掌握，难以进一步进行创新性研究。

针对以上诸多问题，实验课程的改进方向应该是跟随技术发展，使实验课程具有一定的实用性和自主创新性，以此吸引学生对实验的兴趣，为其毕业后具有创新思维打下坚实基础。本文以北京大学信息科学技术学院智能科学系开设的面向智能科学的机器感知实验课程建设为例，阐述如何将实用和自主创新融入实验课程中。

2002年9月，在信息中心和国家重点实验室的基础上，北京大学智能科学系组建完成，并于次年并入北京大学最大的学院――信息科学技术学院，翻开了发展进程中崭新的一页。近几年，北京大学的智能科学系得到了较快的发展，已逐步确定了在培养学生的过程中，不仅要求学生具有坚实的数学、物理、计算机和信息处理的基础知识以及心理生理等认知和生命科学的多学科交叉知识，更要求学生系统地掌握智能科学技术的基础理论知识、基本技能和方法，同时侧重要求科学思维、科学实验和初步科学研究方面的训练，以使得学生在毕业时具备智能信息处理、智能行为交互和智能系统集成方面研究和开发的基本能力。在进行这些基础课程训练的同时，智能科学系以机器感知与机器智能两个方向的专业核心课程为架构，为学生开设不同方向的选修课程，以进一步提高学生对于智能科学的认识和进行科学研究的能力。在这种大方向下，为了使学生学习过的理论知识能够得到实际应用，培养学生的动手实践能力，北京大学智能科学系开设了本科生机器感知实验课（MachiIle PerceptionLaboratory）。该课程为信息类选修课，每年春季开课，共72学时，2学分。本课程一改其他实验课程的传统设计，将听觉和视觉的具体应用实例融入实验中，增强了实验的实用性；采用了当下较为流行的搭载安卓操作系统的移动终端作为实验设备，在要求学生掌握基本原理的同时，也培养了学生前沿开发的编程能力；同时实验课程的自主创新性较大，能够培养学生的自主学习能力和创新思维。

1 课程基本目标

基于最大限度帮助学生理论联系实际的目的，我们要求学生参加实验之前需要有一定的理论储备，要阅读一些有关信号处理、语音编码、图像处理等方面的书籍。然后通过本实验课程训练，使学生进一步掌握视觉、听觉信号处理的基本原理，初步具有基于嵌入式系统及安卓操作系统的信号处理算法设计和编程实现能力。

2 实验课设置

本课程共包括6个单元实验和1个综合实验。

2.1 单元实验

实验1：语音、图像信号采集与分析。通过本实验的学习，学生能掌握搭载安卓操作系统的移动终端实验平台的使用方法，并且了解在本课程实验环境中如何进行声音和图像的采集，为后面的实验打好基础。

实验2：语音压缩。通过本实验的学习，使学生掌握语音压缩编码的基本原理，能够实现基于A律和u律的语音编码算法。

实验3：三维虚拟声音。通过本实验的学习，使学生掌握虚拟声实现的基本原理，并能够基于头相关传递函数实现静止或运动三维虚拟声音的合成。

实验4：语音增强。通过本实验的学习，使学生掌握语音增强的基本原理，并能够基于自适应滤波器和零限波束形成实现一个语音增强系统。

实验5：图像压缩。通过本实验的学习，使学生掌握图像压缩编码的基本原理，实现并比较JPEG及JPEG21000两种压缩方法的效果。

实验6：图像增强处理。通过本实验的学习，使学生掌握图像增强的基本原理，并能够实现基于直方图、平滑滤波器、锐化滤波器、中值滤波器及频域滤波器的图像增强方法。

2.2 综合实验

综合实验主要是学生们根据自身兴趣，自主选择与视觉、听觉相关的智能感知实验进行创新实践，也可从老师提供的题库中选题，分组或独立完成实验。图1和图2分别是学生自主完成的一个关于图像边缘提取的视觉感知实验和一个关于声源定位的听觉感知实验。

在本课程的实验安排中，通过单元实验引导学生熟悉实验基本方法，掌握使用搭载安卓系统的移动终端实验平台的技能，学生能够了解不同实验需要用到的不同方法，发现实验中可能遇到的问题，融会贯通所学知识，逐渐具有独立分析和解决这些问题的能力，与此同时拥有了一定的新平台开发经验。通过单元实验的实例强化训练，学生可以逐步掌握语音和图像处理的基本方法。综合实验能引导学生开拓思路，对于具体问题可以联想所学知识逐步解决，进行创新型的视觉与听觉方面智能感知实验。由此，本实验课程既培养了学生机器感知的科学创新研究能力，又培养了学生在嵌入式系统平台上的编程实现能力。

3 授课情况

通过近6年的基础建设，本课程逐步完善，得到了学生们的认可，每年选修实验课的人数已从最初的5人达到现在的30余人，成绩优秀者可达选课人数的15%。为跟随技术发展脚步，本课程从最初采用MATLAB编程方式，近两年逐步改进采用Android编程。本课程提高了学生专业素养，有助于学生掌握数字信号处理、听觉智能感知和视觉智能感知的基本原理及其算法实现，熟悉Java、c等编程语言程序设计方法，了解最新的技术开发动向，并帮助学生在此基础上设计并实现相关算法，为学生今后进入机器感知及智能学习领域打下了较好的基础。

4 课程特色及参考教材

本实验课程特色有如下几点：①Android编程：本实验课程开展了基于移动终端的面向安卓系统的编程实现，把机器感知与目前的流行技术相结合，使学生接触到前沿开发技术，与时俱进。②嵌入式系统实现：本实验课程基于嵌入式系统实现机器感知实验，可以提高学生们的兴趣，并学以致用。③视觉感知实验：本实验课程包括了图像压缩、图像增强等方面的视觉感知实验。课程选取了一些常见的图像处理实例，激发学生的实验兴趣。④听觉感知实验：本实验课程开展了包括语音压缩、语音增强、三维声音等方面的听觉感知实验。课程选取了一些常见的音频处理实例，使同学们对所学信号处理的理论知识有了更深入、形象的认识，增强实验课程对学生的实用性。⑤综合实验：本课程的综合实验由学生自由选择视觉和听觉相关的实验内容，独立或组队完成实验内容，具有较大的自主性，可以培养学生对已有知识的综合性和创新性。⑥基于教学网建设课程：本实验课程基于北京大学教学网开展教学，充分利用了网上资源，有利于学生和教师的互动以及学生和学生之间的交流、互助。

本实验课程使用的教材有：①自编教材《机器感知实验》。②Sanjit K.Milra著，清华大学出版社出版的《数字信号处理――基于计算机的方法》。③胡广书著，清华大学出版社出版的《数字信号处理》。④王炳锡著，西安电子科技大学出版社出版的《语音编码》。⑤章毓晋著，清华大学出版社出版的《图像工程》。

5 结语