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知識目標
1、能夠運用力的平行四邊形定則求解一個已知力的分力;
2、會用三角形法則求解力的分解;
能力目標
1、熟練掌握物體的受力分析;
2、能夠根據(jù)力的作用效果進行分解;
情感目標
培養(yǎng)分析觀察能力,物理思維能力和科學(xué)的研究態(tài)度.
教學(xué)建議
重點難點分析
力的分解是力的合成的逆預(yù)算,是根據(jù)力的作用效果,由力的平行四邊形定則將一個已知力進行分解,所以平行四邊行定則依然是本節(jié)的重點,而三角形法則是在平行四邊形定則的基礎(chǔ)上得到的,熟練應(yīng)用矢量的運算方法并能解決實際問題是本節(jié)的難點.
教法建議
一、關(guān)于力的分解的教材分析和教法建議
力的分解是力的合成的逆預(yù)算,是求一個已知力的兩個分力.在對已知力進行分解時對兩個分力的方向的確定,是根據(jù)力的作用效果進行的.在前一節(jié)力的合成學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,學(xué)生對于運算規(guī)律的掌握會比較迅速,而難在是對于如何根據(jù)力的效果去分解力,課本上列舉兩種情況進行分析,一個是水平面上物體受到斜向拉力的分解,一個是斜面上物體所收到的重力的分解,具有典型范例作用,教師在講解時注意從以下方面詳細分析:
1、對合力特征的描述,如例題1中的幾個關(guān)鍵性描述語句:水平面、斜向上方、拉力,與水平方向成角,關(guān)于重力以及地面對物體的彈力、摩擦力可以暫時不必討論,以免分散學(xué)生的注意力.
2、合力產(chǎn)生的分力效果,可以讓學(xué)生從日?,F(xiàn)象入手(如下圖所示).由于物體的重力,產(chǎn)生了兩個力的效果,一是橡皮筋被拉伸,一是木桿壓靠在墻面上,教師可以讓學(xué)生利用鉛筆、橡皮筋,用手代替墻面體會一下鉛筆重力的兩個分效果.
3、分力大小計算書寫規(guī)范.在計算時可以提前向?qū)W生講述一些正弦和余弦的知識.
二、關(guān)于力的正交分解的教法建議:
力的正交分解是一種比較簡便的求解合力的方法,它實際上是利用了力的分解的原理把力都分解到兩個互相垂直的方向上,然后就變成了在同一直線上的力的合成的問題了.使計算變得簡單.由于學(xué)生在初中階段未接觸到有關(guān)映射的概念,所以教師在講解該部分內(nèi)容時,首先從直角分解入手,尤其在分析斜面上靜止物體的受力平衡問題時,粗略介紹正交分解的概念就可以了.
力的分解的教學(xué)設(shè)計方案
一、引入:
1、問題1:什么是分力?什么是力的合成?力的合成遵循什么定則?
2、問題2:力產(chǎn)生的效果是什么?
教師總結(jié):如果幾個力產(chǎn)生的效果跟原來的一個力產(chǎn)生的效果相同,這幾個力就叫做原來那個力的分力.求幾個力的合力叫做力的合成;力的合成遵循力的平行四邊形定則.反之,求一個已知力的分力叫做力的分解.
引出課程內(nèi)容.
二、授課過程
1、力的分解是力的合成的逆運算,也遵循力的平行四邊形定則.
教師講解:力的分解是力的合成的逆過程,所以平行四邊形法則同樣適用于力的分解.如果沒有其它限制,對于同一條對角線,可以作出無數(shù)個不同的平行四邊形(如圖).這就是說一個已知的力可以分解成無數(shù)對不同的共點力,而不像力的合成那樣,一對已知力的合成只有一個確定的結(jié)果.一個力究竟該怎樣分解呢?(停頓)盡管力的分解沒有確定的結(jié)果,但在解決具體的物理問題時,一般都按力的作用效果來分解.下面我們便來分析兩個實例.
2、力的分解按照力的作用效果來分解.
例題1:放在水平面上的物體受到一個斜向上的拉力的作用,該力與水平方向夾角為,這個力產(chǎn)生兩個效果:水平向前拉物體,同時豎直向上提物體,,因此力可以分解為沿水平方向的分力、和沿著豎直方向的分力,力和力的大小為:
例題2:放在斜面上的物體,常把它所受的重力分解為平行于斜面的分量和垂直于斜面的分量(如圖),使物體下滑(故有時稱為“下滑力”),使物體壓緊斜面.
3、力的分解練習(xí)(學(xué)生實驗):
(1)學(xué)生實驗1:觀察圖示,分析F力的作用效果,學(xué)生可以利用手邊的工具(橡皮筋、鉛筆、細繩、橡皮、三角板)按圖組裝儀器、分組討論力產(chǎn)生的效果,并作出力(細繩對鉛筆的拉力)的分解示意圖.
實驗過程:將橡皮筋套在中指上,將鉛筆與橡皮筋連接,鉛筆尖端卡在手心處,體會一下鉛筆的重力產(chǎn)生的效果,在鉛筆上掛接上橡皮,思考拉力產(chǎn)生的效果?
教師總結(jié)并分析:圖中重物拉鉛筆的力常被分解成和,壓縮鉛筆,拉伸橡皮筋.
(2)學(xué)生實驗2,觀察圖示,分析力的作用效果,用橡皮筋和鉛筆重復(fù)實驗,對比結(jié)論是否正確.
教師總結(jié)并分析:圖中重物拉鉛筆的力分解成和,壓縮鉛筆,拉伸橡皮筋.
盡管力的分解沒有確定的結(jié)果,但在解決具體的物理問題時,一般都按力的作用效果來分解.
4、課堂小結(jié):
探究活動
題目關(guān)于“桿的受力分解”與“繩的受力分解”研究
由于日常生活中,我們勞動、學(xué)習(xí)的工具一般以桿和繩子為主,其他的工具也可以依照其進行分析,研究“桿的受力分解”與“繩的受力分解”具有實踐意義。有關(guān)內(nèi)容可以參見備課資料中的“擴展資料”。讓同學(xué)觀察周圍的力學(xué)工具,對比桿與繩子,分析說明各個物體的受力特點,與其有關(guān)的題目可以參見如下:
一、“‘力的分解’的教學(xué)價值”的反思與改進
對于“力的分解”的教學(xué),若采用傳統(tǒng)教學(xué)的方式進行,教師會利用大量的時間講解怎樣運用“力的分解”解決靜力學(xué)的相關(guān)問題,比如動態(tài)分析的問題.
眾所周知,可以用“力的分解”解決的靜力學(xué)問題,絕大多數(shù)都可以用“共點力平衡”來解決. 而且,相比之下,學(xué)生更加容易接受“共點力平衡”解題的思路. 所以,我們會發(fā)現(xiàn),當(dāng)后來學(xué)生掌握了“共點力平衡”的方法后,基本上沒有人愿意再用“力的分解” 解決靜力學(xué)問題了.
首先,“力的分解”的教學(xué)價值不應(yīng)該是它在解題中的應(yīng)用,而應(yīng)該是向?qū)W生有效滲透等效替代的思想方法,即可以用兩個或者多個分力來代替某一個力. 實際解題過程中,“正交分解”用得更為普遍,而“正交分解”最大的優(yōu)勢就在于不需要分析這個力在x和y方向各產(chǎn)生了怎樣的效果;其次,“力的分解”的教學(xué)價值還在于讓學(xué)生參與知識、規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程,體驗科學(xué)探究的方法,優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì),培植學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).
關(guān)于“力的分解”應(yīng)用的教學(xué),應(yīng)該以體驗“力的分解”的實際應(yīng)用為重點. 比如,可以讓學(xué)生設(shè)計一個“用彈簧測力計測量細線所能承受的最大拉力”的實驗方案,已知細線所能承受的最大拉力是彈簧測力計的量程的兩倍左右. 教學(xué)實踐表明:通過這樣的教學(xué)活動,有效地激發(fā)了學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)的意識,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.
二、“引入新課的教學(xué)情境”的反思與改進
教材上引入新課的教學(xué)情境是“拖拉機拉耙(圖1所示)”,說明斜向上方的拉力F會產(chǎn)生水平向左的F1和豎直向上的F2兩個作用效果. 明顯地,大多數(shù)學(xué)生都不曾觀察或體驗過動態(tài)的拖拉機拉耙的情境. 因此,對學(xué)生而言,F(xiàn)能產(chǎn)生F1和F2兩個作用效果是難以理解的.
改進后的教學(xué)設(shè)計創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境是圖2所示的演示實驗(可以用實物投影將整個實驗過程展示到屏幕上,效果會更好). 當(dāng)用力F朝斜向上方拉物塊時,我們可以清晰地觀察到:①臺秤的示數(shù)在變??;②刷子的刷毛向右彎. 臺秤的示數(shù)變小說明物塊對臺秤的壓力減小了,同時也就說明物塊受到了豎直向上拉的效果,即F1的效果;刷子的刷毛向右彎說明物塊受到了水平向右拉的效果,即F2的效果.
實踐表明,圖2所示的教學(xué)情境成功地引發(fā)了學(xué)生的認知沖突,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,點燃了學(xué)生思考的熱情,為本節(jié)課的成功開展做足了鋪墊. 自然地,學(xué)生便提出問題:這個斜向上的拉力跟這兩個方向的效果之間究竟存在什么關(guān)系?而這就是本節(jié)課我們需要學(xué)習(xí)、探究的內(nèi)容.
三、“獲取知識的教學(xué)過程”的反思與改進
物理學(xué)給人類最重要的貢獻就是物理學(xué)獨特的思維方法. 物理思維方法是物理學(xué)的核心,它體現(xiàn)了物理學(xué)的獨特的價值和無窮的魅力. 從培植學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的角度來看,優(yōu)秀的思維品質(zhì)是學(xué)生最重要的素養(yǎng). [1]因此,教師在傳授物理學(xué)科知識的同時,應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生進入物理思維的世界,體驗其中的科學(xué)思想和科學(xué)思維方法,不斷完善學(xué)生的思維品質(zhì).
例如:對于“力的分解具有不確定性”這一結(jié)論的教學(xué),通常情況下,教師會播放一段Flas視頻,然后直接告訴學(xué)生結(jié)論. 這樣的教學(xué),學(xué)生雖然也能接受教師所講授的知識,但是卻失去了分析歸納、鍛煉思維的過程. 所以,學(xué)生對知識的理解就只能是表面的、不牢靠的. 長此以往,學(xué)生就會養(yǎng)成“老師講什么,我就學(xué)什么”“人云亦云”等思維惰性.
改進后的教學(xué)過程是:讓每一個學(xué)生都經(jīng)歷圖3所示的作圖過程,并要求學(xué)生陳述自己的發(fā)現(xiàn),相互補充和完善. 實踐表明:改進后的教學(xué)過程給學(xué)生提供了更加直觀的感受、更加直接的體驗以及更加接近真實的發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究過程. 在此過程中,學(xué)生領(lǐng)悟了方法、發(fā)展了思維,對“力的分解的不確定性”有了深刻的理解.
四、“教學(xué)難點的突破手段”的反思與改進
分析某一個力(合力)的幾個作用效果、平行四邊形作圖以及應(yīng)用三角函數(shù)定量計算分力是本節(jié)課的三個教學(xué)難點.
對于“分析某一個力(合力)的幾個作用效果”的教學(xué),一般地,教師會列舉大量的、類似的例題,反復(fù)地、枯燥地分析“某一個力會產(chǎn)生哪些效果?”試圖通過這種密集訓(xùn)練的方法突破難點. 殊不知,這樣的教學(xué)往往會適得其反,會把初學(xué)高中物理的高一學(xué)生弄得糊里糊涂,滋生了學(xué)習(xí)物理的心理陰影.
改進后的教學(xué)設(shè)計采用實驗探究的手段突破“分析某一個力(合力)的幾個作用效果”這一難點,獲得了很好的教學(xué)效果. 實驗探究方案是:先由教師利用演示實驗(圖4所示)進行合作探究,再讓學(xué)生進行自主體驗探究(圖7、圖8所示). 課堂教學(xué)實錄如下:
教師:橡皮筋A(yù)、B各發(fā)生了怎樣的形變?形變說明了什么?
學(xué)生:橡皮筋A(yù)、B均發(fā)生了伸長形變,這說明了拉力F可以同時產(chǎn)生向左拉橫桿的效果(F1的效果)和斜向下壓斜桿的效果(F2的效果).
教師:如果撤去F,怎樣做可以讓橡皮筋A(yù)、B產(chǎn)生同樣的效果?
學(xué)生:同時使用拉力(F1)和壓力(F2)可以產(chǎn)生同樣的效果.
教師:拉力F跟F1的效果和F2的效果之間是什么關(guān)系?
學(xué)生:可以用F1和F2來等效替代F,即F1和F2是F的兩個分力.
教師:在黑板上畫出合力F以及兩個分力F1、F2的方向(圖5所示).
學(xué)生:每一位學(xué)生在自己的筆記本上畫出分解合力F的平行四邊形(圖6所示).
教師:根據(jù)學(xué)生作圖的實際情況,對同學(xué)們作圖的典型錯誤進行點評.
學(xué)生:根據(jù)老師給出的角度與合力F的大小,應(yīng)用數(shù)學(xué)知識求出分力的大小和方向.
教師:安排學(xué)生參照圖7或者圖8所示的方法進行自主體驗探究,要求學(xué)生感受拉力F的作用效果,體會怎樣分析合力產(chǎn)生的效果,嘗試作出分解拉力F的平行四邊形.
改進后的教學(xué)設(shè)計為什么要先由教師利用演示實驗進行合作探究再讓學(xué)生進行自主體驗探究呢?其原因是:實驗探究也要重視方法的指導(dǎo),要指導(dǎo)學(xué)生分析問題、思考問題、解決問題的方法. 那種把實驗直接推給學(xué)生去完成的做法是錯誤的,缺少合理指導(dǎo)的實驗探究,熱鬧的是氛圍,冷卻的是思維.
筆者在“力的分解”多次教學(xué)實踐過程中,不斷反思、完善教學(xué). 改進后的教學(xué),以培養(yǎng)探究能力、領(lǐng)悟思想方法為目標,以實驗活動為載體,將觀察、實驗、講授和應(yīng)用和諧統(tǒng)一,使學(xué)生的興趣、思維都處于積極狀態(tài),讓學(xué)生在樂學(xué)、會學(xué)中實現(xiàn)新課程的三維目標.
Abstract: Two strains of fungi decomposing cellulose were isolated from the soil of our campus taking the filter paper cellulose as carbon resource.For these strains,the experiments of decomposition of filter paper,determinations of CMC enzyme activity,FPA and natural cellulase activity were done.The results showed that:(1)It was the faster that the filter paper was decomposed by one black strain,and the filter paper was changed into paste during less than for 12 h.(2)CM C enzyme activity,FPA and natural cellulose activity of the strain were highest in five strains,reached 2.884(mg/mL)?30 min,0.36(mg/mL)?hand 2768(mg/mL)?d,respectively.
關(guān)鍵詞:纖維素酶;濾紙;酶活力;纖維素分解菌
Key words: cellulase;filter paper;enzyme activity;cellulose―decomposing fungus
中圖分類號:TQ352.2文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)16-0144-02
0引言
纖維素是所有植物的主要組分,構(gòu)成了植物干物質(zhì)的1/3~2/3,世界上纖維素的年產(chǎn)量估計可達4×1010t(Pierre Beguine,1990),因而,纖維素是世界上最豐富而又不斷新生的資源。有取之不盡,用之不竭的特點。然而,這種資源的大部分現(xiàn)在是作為廢物而被拋棄掉。在自然界中,這些“廢物”是通過纖維素分解菌,即能產(chǎn)生纖維素酶的微生物將其自然分解的。在我國纖維素資源極為豐富,每年僅農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量就高達7.0×108t,約相當(dāng)于我國北方草原年打草量的50多倍,絕大部分地分沒有得到充分利用。在農(nóng)村,秸稈主要用作燃料、畜禽飲料與積肥,不僅利用率低,還對環(huán)境造成污染[1]。因此,合理開發(fā)和科學(xué)利用農(nóng)作物秸稈這一豐富的可再生資源是各國政府及廣大科技工作者十分關(guān)注的問題。但是纖維素很難被分解利用,如何將纖維素轉(zhuǎn)化為能直接利用的資源和能源是擺在人們面前的一個難題。利用微生物產(chǎn)生的纖維素酶將其轉(zhuǎn)化為人類所需的能源、食品和化工原料具有重要的現(xiàn)實意義。近年來,對秸稈類纖維素物質(zhì)的利用主要采用生物法,既利用微生物將纖維素、半纖維素降解并轉(zhuǎn)化為菌體蛋白的方法。因此,分離和篩選高酶活的菌種顯得尤為重要。本研究在廣泛搜集試材的基礎(chǔ)上,分離篩選到一株酶活力高的纖維素分解菌。
1材料和方法
1.1 樣品來源樣品分別為富含纖維素分解菌的玉米地土壤、牛糞和酒糟。
1.2 培養(yǎng)基①分離平板培養(yǎng)基;②液體培養(yǎng)基。
1.3 濾紙纖維素的制備將濾紙剪成1cm寬,6cm長的濾紙條。
1.4 菌株的分離、純化采用稀釋涂布平板法進行菌種的分離和純化。
1.5 菌落的觀察和菌的鑒定對細菌進行革蘭氏染色,顯微鏡觀察培養(yǎng)不同時間的細菌形態(tài)。將純化培養(yǎng)的細菌分別接種于葡萄糖、乳糖、麥芽糖、蔗糖、棉子糖、木糖、阿拉伯糖,并進行明膠液化、淀粉水解、V-P測定、吲哚試驗、H2O2酶試驗、硝酸鹽的微量發(fā)酵管,37℃培養(yǎng)24―48h后觀察結(jié)果。根據(jù)《伯杰氏系統(tǒng)細菌學(xué)鑒定手冊》進行鑒定。
1.6 酶活力測定
1.6.1 標準曲線的繪制本研究采用3,5-二硝基水楊酸比色定糖法(DNS)測定酶解液中還原糖含量,取9支比色管,分別按表1順序加入各種試劑,將各管溶液混勻后,在721分光光度計上(520 nm)進行比色測定,用空白管溶液調(diào)零后,測定各管光密度值.以葡萄糖濃度為橫坐標,光密度值為縱坐標,得標準曲線 (圖1)。
1.6.2 濾紙分解度的觀察在試管中加入酶液8 mL,再加入pH 4.4檸檬酸緩沖液2 mL,搖勻后加入濾紙條(1cm×6cm)和幾滴二甲苯,置于50℃恒溫水浴中靜置反應(yīng)24 h后稍加震動,觀察其酶活力的分解強度:(+)濾紙邊緣膨脹;(++)濾紙整齊膨脹并下彎;(+++)濾紙不定形;(++++)濾紙全成糊狀.若濾紙不到24 h全部分解,則記下達到全部被分解的時間.
1.6.3 CMC酶活力測定移取酶液0.5 mL于試管中,加入含質(zhì)量濃度為0.5g CMC―Na的檸檬酸緩沖液(pH 4.4、0.05 mol/L)1.5 mL,然后在50℃水浴鍋準確作用30 min后,立即按DNS法測定糖。
酶活力計算公式:=[(mg/mL)?30min]
式中:葡萄糖量―― 從標準曲線上查得的葡萄糖值(rag)
1.6.4 濾紙?zhí)腔y定移取稀釋酶液4mL于試管中,加入檸檬酸(0.1 mol/L)一磷酸氫二鈉(0.2 mol/L)緩沖液(pH 4.8)1 mL,然后加入一張(1cm×3 cm)濾紙,放入50℃水浴鍋準確作用1h后,立即用DNS法測定糖。
酶活力計算公式:=(mg/mL)?h
式中:葡萄糖量―― 從標準曲線上查得的葡萄糖值(rag)’n―― 酶液稀釋倍數(shù)。
1.6.5 天然纖維素酶活力測定稱取1g秸稈纖維素置于50 mL帶塞的三角瓶中,加入稀釋酶液8mL,pH4.85、0.1mol/L檸檬酸緩沖液3mL,蒸餾水4mL,搖勻,50℃水浴鍋中酶解24h,過濾,按DNS法測定還原糖。
酶活力計算公式:=(mg/mL)?d
式中:葡萄糖量――從標準曲線上查得的葡萄糖值(mg),n―― 酶液稀釋倍數(shù)。
2實驗結(jié)果
2.1 菌落觀察在配制好分離培養(yǎng)基后,把所需培養(yǎng)基和其他物品進行滅菌。滅菌后,把培養(yǎng)基倒平。再在平皿上接種以準備好的菌種(泥土稀釋液)。在37度下恒溫培養(yǎng),培養(yǎng)兩天后,在培養(yǎng)基上長有兩種優(yōu)勢菌。其它的都不長或只長一點。這兩種優(yōu)勢菌一種為黑色,一種為青色。且都長在濾紙上或濾紙旁。所以可初步斷定為纖維素分解菌。把上述兩種菌在高倍鏡下觀察,清晰可見許多孢子,還可見許多掃帚狀孢子絲,形狀與青霉菌相似。故亦可斷定為霉菌。培養(yǎng)基上的菌再經(jīng)過兩天的培養(yǎng),在濾紙上或旁長有另一些菌,且一種白色絮狀菌為主。這種菌覆蓋在上述兩種優(yōu)勢菌上。分析原因:上述兩種纖維素分解菌在生長時可以利用濾紙做為碳源,所以可以生長。而其它的功敗垂成不能分解濾紙做為碳源故不能生長。經(jīng)過幾天的培養(yǎng),上述兩種纖維素分解菌把多糖形式的纖維素分解成單糖。其它的菌在這種環(huán)境下就可以利用纖維素分解菌分解成的單糖而生長,所以出現(xiàn)上述情況。為得到上述兩種纖維素分解菌的純種。須對其進行分離純化。仍配制和分離培養(yǎng)基成分一樣的培養(yǎng)基。對上述兩種纖維素分解菌進行二次培養(yǎng)。配制好后培養(yǎng)基進行滅菌,單獨對每種菌分別接種三個平皿,37度恒溫下培養(yǎng)2-3天。分別對每種根據(jù)真菌鑒定手冊進行鑒定。根據(jù)手冊鑒定,上述兩種菌黑色的是黑曲霉,青色的是青霉。
2.2 濾紙分解度觀察結(jié)果見表2。
2.3 酶活力測定結(jié)果將分離到的兩株菌分別接種一環(huán)到裝有50mL液體培養(yǎng)基的三角瓶中,30℃振蕩(轉(zhuǎn)速為125 r/min)培養(yǎng)6 d,將培養(yǎng)液于4℃、4000 r/rain離心15 min,取上清液作為粗酶液,測其對濾紙分解度,CMC酶活力(CMC case),濾紙?zhí)腔?FPA)和天然纖維素酶活力,結(jié)果見表3。
3討論
自20世紀60年代以來,人們對纖維素酶活力測定方法進行了大量的研究,提出了許多不同的測定方法.1984年,國際理論和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會的發(fā)酵委員會確認濾紙酶活力測定法為標準方法,濾紙酶活力法測定總酶活力雖然是一種通用的、公認的、經(jīng)典的方法,但 由于其底物為濾紙是不溶性的,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,不同廠家生產(chǎn)的濾紙也不同,對實驗結(jié)果有一定的影響,因此,對濾紙品種的要求也十分嚴格.在近來的總酶活力測定過程中發(fā)現(xiàn),國產(chǎn)濾紙的質(zhì)量有所變化,其本底值過高,給測定帶來較大的誤差,而且作為底物的濾紙需要裁成一定重量的小條,比較麻煩.對于活力較低的樣品來說,其靈敏度較差,更為主要的是這種方法的反應(yīng)時間比較長,不利于快速測定,這在生產(chǎn)中是很不方便的。在通常情況下,影響酶活力的因素較多,如酶的濃度、底物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、pH值、反應(yīng)溫度等.另外纖維素酶活力的測定方法也很多,至今沒有統(tǒng)一,這就造成了相互之間無法比較活力的情況,本實驗采用了測定各菌株在作物秸稈纖維素中表現(xiàn)出的纖維素酶活力,更具有生產(chǎn)上的意義。
關(guān)鍵詞:硬幣;分離盤;硬幣清分機;計數(shù)
中圖分類號:F830.4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2007)09-0280-02
目前在世界范圍內(nèi),硬幣以其成本低,流通次數(shù)多、耐磨損、易回收等無可替代的優(yōu)勢將占領(lǐng)小面額貨幣市場是大勢所趨。我國第五版人民幣的發(fā)行,輔幣(10元以下)硬幣化已經(jīng)成為一種趨勢,硬幣的投放量還將大幅度增加。由于硬幣手工清分成本大,利潤小,一般不復(fù)點且誤差多,因此硬幣流通自動化成為迫切的社會需求,市場需要一種成熟可靠的硬幣自動處理機具。鑒于此需要,我們研制用于處理上述問題的機具。
1 硬幣清分機概述
銀行等一些特殊部門要對大量的硬幣進行高效的處理,如計數(shù)、分類、包裝等以使其再流通,無人售票車、投幣電話等需要對硬幣進行實時識別,自動售貨機除了識別之外,還要提供找零功能等,所有的這些問題促使硬幣清分機應(yīng)運而生。
硬幣清分機是對高速通過的硬幣進行識別、計數(shù),同時對偽幣、殘幣進行剔除的系統(tǒng)。它是分類機、計數(shù)機、包裝機、銷毀機等眾多硬幣處理器具的基礎(chǔ)。由于國情和貨幣體系不同,研制各國統(tǒng)一的硬幣清分系統(tǒng)不現(xiàn)實,因此,需要針對不同的貨幣體系研制相應(yīng)的清分系統(tǒng)。
在這個領(lǐng)域里,國外較早的開展了研究,并且做了大量的工作。開發(fā)的產(chǎn)品大致也分為三個檔次,低檔、中檔和高檔。低檔清分速度在1000枚/min以下,中檔為1000~1500枚/min左右,高檔則在1500枚/min以上。所使用的清分方法上主要有兩大類,一類是根據(jù)物理技術(shù)進行清分,另一類是根據(jù)性能指標進行清分。高速清分基本上都是采用性能指標來進行清分。在此領(lǐng)域比較有代表性的是著名的瑞典 SCANCOIN AB 公司,它是一家專業(yè)生產(chǎn)各種銀行器具的公司,成系列地研制了針對不同貨幣體制下的清分系統(tǒng),SCAN COIN AB 公司有專業(yè)的產(chǎn)品在國內(nèi)使用,誤判率≤0.5%。但其價格昂貴且進行技術(shù)壟斷,同時針對材質(zhì)相近甚至一致的偽幣,其檢測顯得無能為力。
在國內(nèi),清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)、蘇州大學(xué)、福州大學(xué)等多家單位均對如何進行正確的硬幣識別做過深入研究,在機理上普遍采用電渦流法。這些單位的研究在可能涉及的硬幣范圍內(nèi)取得了較好的效果,但對硬幣的鑒別都局限于項目本身,存在不系統(tǒng)、不完整,對偽幣效果識別不好等問題。
綜觀來看,當(dāng)今國內(nèi)外硬幣清分裝置,或者設(shè)計原理簡單,抗振動、抗電磁干擾能力差,識別偽幣能力差;要么制造復(fù)雜、價格昂貴、缺少實用價值。
2 硬幣清分機設(shè)計
2.1 工作流程
對于混幣分類功能的實現(xiàn),目前有很多種方法,有根據(jù)形狀尺寸分類的,有根據(jù)材料性質(zhì)不同分類的,有根據(jù)體積密度不同進行分類的,還有根據(jù)顏色不同進行分類的,當(dāng)然最新的有根據(jù)圖象圖案不同進行分類的,以后肯定還會有其他的更先進的方式來對硬幣進行分類。這里介紹一種比較簡便的方法來實現(xiàn)混幣的分類。對七種不同幣值的硬幣進行了的比較發(fā)現(xiàn):1元硬幣重量最大,直徑最大,厚度也比其它幣值的硬幣大一點。1分硬幣的直徑最小,其它的硬幣在直徑尺寸上也各有差異。因此我們就以硬幣的直徑尺寸作為分離七種硬幣幣值的準則,對七種幣值的硬幣進行分離。
首先把混合的硬幣按幣值分成七類,拿1元硬幣來說,1元硬幣被歸成一類后,然后對其進行計數(shù)。其他六種硬幣的具體操作與一元的硬幣一樣,這里不作重復(fù)介紹。其的工作流程如圖1所示。
2.2 方案的設(shè)計
具體的分離步驟是這樣的,首先混幣通過傳輸裝置,定時定量的(定時定量的目的在于防止一次送進過多的硬幣而導(dǎo)致分離盤負擔(dān)過大,引起堵塞和分離不流暢)傳輸一部分混幣到圖中所示的分離盤,起先我們分離的是幣值為1分的硬幣,所以分離孔設(shè)計的要比1分的硬幣略大,比其它幣值的硬幣直徑都要小,以此為標準再經(jīng)過實驗產(chǎn)生的分離效果,我們確定一個合適的直徑,這樣一來,1分的硬幣和其它幣值的硬幣就區(qū)分了出來。
其工作原理如下:啟動電動機,電動機帶動分離盤,使得分離盤轉(zhuǎn)動,則分離盤中的硬幣作離心運動,硬幣被甩進引導(dǎo)管(內(nèi)含7個分離孔,孔的大小循序從右到左依次變大),然后根據(jù)硬幣的尺寸由小到大的循序?qū)τ矌胚M行分離。其裝置簡圖如圖2所示。
2.3 硬幣的計數(shù)
本系統(tǒng)采取的是利用光敏傳感器作為基本傳感器進行硬幣的計數(shù)。計數(shù)裝置是用光電三極管作為檢測元件。其檢測原理如圖3所示。
圖中黑色為待計數(shù)的硬幣,Vi為24V電源電壓,Vo為輸出電壓,R1和R2為限流電阻器,A和B分別是發(fā)光二極管的發(fā)射端和接收端。
當(dāng)硬幣陸續(xù)通過圖示位置時,接收端會收到光信號,通過一個就會收到一個光信號,通過N個就會收到N個光信號,同時在其輸出端輸出N個電脈沖信號。采用一單片機對輸出的電脈沖信號的下降沿進行計數(shù),并且通過LED數(shù)碼顯示管將計數(shù)結(jié)果顯示出來。
3 電路設(shè)計
為了滿足上述系統(tǒng)的正常工作,我們可以采用可編程控制器進行設(shè)計,也可以采用單片機自行開發(fā)印制電路板。前者開發(fā)周期短,抗干擾能力強,但作為批量生產(chǎn),其價格昂貴,保密性不好,他人易于模仿。后者開發(fā)時須投入一些人力物力,對于只有開關(guān)量輸入、輸出的控制系統(tǒng),干擾比較容易解決,只要電路板布線合理一些、整線布線注意一下就可以了。
4 控制程序簡介
硬幣清分機流程圖簡介:首先啟動電源,對系統(tǒng)進行初始化,然后系統(tǒng)是否設(shè)置參數(shù),電機轉(zhuǎn)動,系統(tǒng)開始計數(shù),如果中途想暫停,按下暫停按鈕,則電動機停止轉(zhuǎn)動。如果中途沒暫停,則系統(tǒng)繼續(xù)運行,直到硬幣的數(shù)目大于或等于錢箱的總?cè)萘?,電機才停止轉(zhuǎn)動,從而系統(tǒng)運行結(jié)束。
5 結(jié)論
本機采用根據(jù)硬幣直徑的大小對幣值進行清分的方法,雖然不具備辯偽功能,但可以對中國現(xiàn)行硬幣快速準確按幣值進行清分。主要特色是設(shè)計簡便、清分準確、使用可靠、維護簡便、價格低廉等。而且系統(tǒng)具備擴展的潛能,可以滿足將來硬幣清分機發(fā)展的需求。筆者與河北匯金科技有限公司共同開發(fā),應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)的硬幣清分計數(shù)機。已成功地在銀行、公交公司等部門使用,大大提高了他們的工作效率,降低了成本費用。因此此產(chǎn)品具備較高的推廣應(yīng)用價值,其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊!
參考文獻
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在以前的教學(xué)中,我也想了很多的辦法,督促落實學(xué)生的背誦,小組檢查,單個檢查,一個接一個,但是往往事倍功半,效果非常差。學(xué)生往往是費盡心思背不會,千辛萬苦背會之后馬上就忘記了。好不容易背會了一段時間,考試之中又想不起來,得不了分。
帶著這些疑問,我與學(xué)生多次交流,了解他們出現(xiàn)這些問題的原因,經(jīng)過對比分析,我了解到學(xué)生出現(xiàn)問題的主要原因是不了解文章結(jié)構(gòu),不知道前后句之間的關(guān)聯(lián),只能是死記硬背,沒有形成一個整體的思路??陀^上來說,造成這種現(xiàn)象的原因是因為屈原作品表達比較含蓄,而大多的參考書、資料往往只是注重單個句子的解析或者是全文整體情感的把握,沒有對于句與句之間的聯(lián)系進行詳細的分析。
帶著這個疑問,我深入閱讀文本,查閱專家教授的分析,對于文本中句與句的內(nèi)在聯(lián)系有了自己一些粗淺的看法。落實到教學(xué)中,取得了較好的效果。
下面我結(jié)合文本談一談我對于《離騷》(節(jié)選)結(jié)構(gòu)的一些看法,以供大方之家批評斧正。同時,也是為了引起大家對學(xué)生學(xué)習(xí)問題的關(guān)注,希望教育者能夠多從學(xué)習(xí)者的角度來反思教育的方法。
節(jié)選部分分為兩段,首先我來分析第一段的結(jié)構(gòu)層次和情感變化軌跡。
這一段分為三個層次。前四句話作為第一層次,概括寫自己人生的不幸;第5句至第10句為第二層次,具體分析自己人生不幸的原因;第11句至第14句為第三層,具體分析自己不幸人生的根源。三個層次分別用三個字來概括就是“哀”“怨”“直”,表達的情感都是逐漸低沉然后猛然提升。
第一層以“哀”來總領(lǐng),但是詩人“哀而不悔”。第1句“長太息以掩涕兮,哀民生之多艱”,是在哀嘆自己人生的不幸和人民生活的苦難,詩人嘆息流淚是在為自己,也是在為人民。第2句“余雖好修以Z羈兮,謇朝誶而夕替”,是寫自己人生不幸的具體表現(xiàn),以美好來約束自己結(jié)果卻被貶斥。第3句“既替余以蕙v兮,又申之以攬”,則是對自己不幸人生哀嘆的總體概況,“蕙v”“攬”,成了自己被貶斥的緣由。到這時,詩人的情感發(fā)展到了第一個低谷,人生的不幸大概也就如此吧。但是他馬上從這種對人生不幸的哀怨中掙脫,發(fā)出了“亦余心之所善兮,雖九死其猶未悔”的為理想而雖死不悔的最強聲音。
第二層以“怨”來總領(lǐng),但是詩人“怨而不茍”,“茍”是茍且,隨波逐流。“信而見疑,忠而被謗,能無怨乎?”第5句“怨靈修之浩蕩兮,終不察夫民心”是作者對君主發(fā)出的壓抑的怨言,埋怨君王不體察自己的忠貞和誠信,君恩浩蕩,可是卻不能加之于自己身上。第6句轉(zhuǎn)移了埋怨的對象,“眾女嫉余之蛾眉兮,謠諑謂余以善”,以眾女喻朝中的大臣,埋怨他們因為嫉妒自己的美貌而進讒言,誹謗詆毀,離間自己與君王的關(guān)系。第7句和第8句,作者將自己埋怨的對象再次轉(zhuǎn)移,從更深層面思考,“固時俗之工巧兮,涼婢囟改錯”“背繩墨以追曲兮,競周容以為度”,原來,是這個世道如此,社會的根源才是造成自己人生不幸的根本,這是一個什么樣的社會,作者感受到的只能是這“濃黑的悲涼”。此時,他的情感也跌落到了第二個低谷之中,“饔粢賾髻奄猓吾獨窮困乎此時也”,這樣的社會中,憂愁煩悶深到了極致。清代朱驥在《〈離騷〉辨》中說:“此句無限神情,在‘獨’字、‘也’字內(nèi),蓋大夫遙想從前一片婆心,滿腔熱血,不意今日到此地位?!毙刂杏舴e已久的愁悶,一吐為快,幽怨之情到了極致。但是,詩人并沒有因為黑暗力量的強大而要茍且,沒有因為自己的困厄而要隨波逐流,他沒有被這樣的情緒纏繞而傷懷,而是以更大的勇力和決心,表達了自己“寧溘死以流亡兮,余不忍為此態(tài)也”的寧愿死也不愿意向社會黑暗屈服的決絕。
第三層一共4句,以“直”來收束,詩人是“曲中求直”。第11句“鷙鳥之不群兮,自前世而固然”,以鷙鳥來比喻自己,以凡鳥來比喻社會眾人,如同鷙鳥一樣的人和社會不能相容不是今天才開始,多少年來,又有多少像自己一樣的正直之士卓爾不群。第12句轉(zhuǎn)換角度,表明自己與朝堂中的奸佞臣子們永遠也無法走到一起,“何方圜之能周兮,夫孰異道而相安?”如同方與圓無法貼合,不同追求的人,還有什么共同的道路?對于社會與朝堂的深深失望,讓作者的情感第三次跌入到谷底,“屈心而抑志兮,忍尤而攘詬”,和他們在一起,只能讓自己的心志受到壓抑,只能讓自己受到屈辱。最后,作者的情感再次昂揚,“伏清白以死直兮,固前圣之所厚”,前代的圣賢君主們所看重的不就是我的這種為正道而死的精神嗎?當(dāng)然,作者暗中也在批評現(xiàn)在的君王背離了這樣的追求,委婉地表達了對于君王的不滿。同時,作者也借此找到了心靈的慰藉和依傍。
附表1:《離騷》第一段結(jié)構(gòu)分析
第二段的結(jié)構(gòu)層次和情感變化相對簡單,也可以分為兩個層次。
每一層可以用兩個字來概括,第一層包括前三句,可以概括為“悔道”,是對自己選擇道路的反思;第二層包括第4至第12句,共9句,可以概括為“退進”,是對自己進退選擇的反思。
第一層概括為“悔道”,指的是自己對于道路問題的反思,對自己過去選擇的反觀,這一層同時也引領(lǐng)了第二層反思的具體內(nèi)容。同時,這一層中的道路也是由抽象到具體。第1句“悔相道之不察兮,延佇乎吾將反”總領(lǐng)全段,是對自己人生道路的追憶和反觀。儒家思想主張“窮則獨善其身,達則兼濟天下”,對屈原而言,現(xiàn)在這一條兼濟天下的道路似乎已經(jīng)走到了盡頭,那么自己到底該怎么辦呢?猶豫彷徨,還是返回吧。第2句“回朕車以復(fù)路兮,及行迷之未遠”,是對于第1句思考的結(jié)果,迷途知返,回車復(fù)路,回到自己的從前,趁著現(xiàn)在還有返回的機會。第3句“步余馬于蘭皋兮,馳椒丘且焉止息”,作者已經(jīng)由剛才的反思與結(jié)論而付諸行動,蘭皋椒丘都已經(jīng)成為實實在在的眼前景致,但君王和社稷依然掛懷,詩人還是放不下心來,只能坐下繼續(xù)思考自己的人生了。
第二層概括為“退進”,寫出了詩人思考的具體過程。這一層中首句是總括,“忽反顧”句是照應(yīng)第一層的猶豫彷徨的思考,其他的句子都是在表現(xiàn)自己進退思考的猶疑和痛苦。第4句“進不入以離尤兮,退將復(fù)修吾初服”,進而遭遇憂愁,退可保持自己高潔的品格。這最初的華美服飾,正是詩人高潔品質(zhì)的象征。第5句先寫的是退,是修衣裳,“制芰荷以為衣兮,集芙蓉以為裳”,華服做成,退而保全自我,可卻無法忘懷自己的君王。然而,君王如何呢?第6句“不吾知其亦已兮,茍余情其信芳”,君王聽信小人之言,從不真正了解我啊,算了吧,只要我品質(zhì)高潔算了。然后詩人再次寫退,第7句“高余冠之岌岌兮,長余佩之陸離”,高冠長佩,更顯得我卓爾不群,第8句又從進的角度來分析,“芳與澤其雜糅兮,唯昭質(zhì)其猶未虧”,如果再入朝堂,芳草和污澤并存我真的難以忍受,好在我現(xiàn)在的美好品質(zhì)沒有因為他們而改變。此處,中間加上第9句“忽反顧以游目兮,將往觀乎四荒”是對第一層的照應(yīng),更加表現(xiàn)出詩人的猶疑、彷徨,以及對前路的思考。第10句“佩繽紛其繁飾兮,芳菲菲其彌章”,詩人再次寫退,修其初服,佩戴上繽紛的繁飾,我高尚的品格更加光彩照人。第11句“民生各有所樂兮,余獨好修以為?!?,又從進的角度來分析,社會黑暗腐朽,可它與我又有多大的關(guān)系呢?那些人都有自己的人生愛好,我與他們不同是因為我堅持了正直的道路?。∽詈螅?jié)選部分的最后一句,用“不變”來概括,經(jīng)過靈魂的掙扎,詩人最終做出了心靈的選擇,不改初心,“雖體解吾猶未變兮,豈余心之可懲”,為了國家和君王,我不改變,哪怕是死我也毫無畏懼。
附表2:《離騷》第二段結(jié)構(gòu)分析
以上是我對《離騷》節(jié)選部分的結(jié)構(gòu)分析。除此之外,還要注意三點。第一,詩歌第一段的第二、第三層和第二段的第二層是節(jié)選部分的主體,但是這幾層在結(jié)構(gòu)安排上都有從君王、群小、社會、自身幾個方面的表達,或者由前向后,或是由后向前,這種比較明顯寫法在相關(guān)資料的分析中并沒有找到。掌握這種寫法,對于文本的深入理解和學(xué)生的背誦具有非常重要的作用。第二,對于詩歌結(jié)構(gòu)的分層方法,從相關(guān)的資料中也沒有找到明確的分析。我在分析層次的時候注意詩人情感的變化層次,詩人往往是先表達一番自己的痛苦,在痛苦之中似乎壓抑到了極致,但是馬上就又表明一次自己寧死不屈的決絕之心。第三,詩歌中一共四次寫到自己的決心,“亦余心之所善兮,雖九死其猶未悔”“寧溘死以流亡兮,余不忍為此態(tài)也”“伏清白以死直兮,固前圣之所厚”“雖體解吾猶未變兮,豈余心之可懲”,這幾個句子表面上看起來好像都是表達自己的為正義而死、絕不后悔的信念,沒有太大的區(qū)別,但是放在一起來看,表達的含義卻有比較明顯的分別。第一句主要表達為理想粉身碎骨也絕不后悔;第二句主要強調(diào)寧愿死也不同黑暗的社會同流合污;第三句主要表達保持清白獻身正道這種品格為前代圣賢君王看重推崇,是自己精神的依托;最后一句主要表達雖然受挫,哪怕是死也不會改變自己的本心。單獨看這幾個句子的區(qū)別,不如將它們放回到各自的層次中,這樣的表達和該層次前面的內(nèi)容密切相關(guān)。