中心偏差（精选六篇）
中心偏差 篇1
1 天线相位中心偏差的一般规律
1.1 天线相位中心的定义
天线的相位中心是其远区辐射场的等相位面与通过天线轴线的平面相交的曲线的曲率中心。信号源发射的信号与过天线轴线的平面相交, 信号源的等相位面和过天线轴线的平面相交出一个闭合曲线, 闭合曲线的中心即是天线瞬时产生的相位中心, 随着信号源的方向不断变化, 其相位中心也随时变化, 如一颗GNSS卫星经过接收机上空时, 它和通过接收机天线轴线的平面之间的角度不断变化, 这样信号源的等相位面和过天线轴线的平面交出闭合曲线也随之变化, 天线相位中心也跟着变化。
1.2 天线相位中心和天线几何中心的关系
在使用GNSS进行控制测量时, 往往采用静态测量模式, 经过同步观测, 得到的数据进行基线解算, 得到两个天线之间的三维向量差, 由于两台接收机同步观测到多组相同卫星的数据, 因此经过解算得到多组基线数据, 最终结果是两个天线平均相位的中心之间的基线。天线的几何中心是天线在制造是其几何形状的中心, 尤其测量型接收机, 天线的几何中心是外业测量时安置仪器的依据, 但是, 根据天线电子相位中心的定义可知天线的平均相位中心也是不稳定的, 因此它和其几何中心并不是重合的;我们不能把天线的几何中心认为是天线的相位中心, 这样, 在实际测量中会产误差。
2 天线相位中心偏差的检定方法
在利用GNSS进高精度测量 (包括定位和定时) 时, 其测卫结果是对应于GNSS天线相位中心的。而实际的天线相位中心 (天线接收卫旱信号的电气中心) 与厂家提供的位置 (机械几何中心) 并不完全一致, 其差值称之为天线相位中心偏差。它会随外界条件而变化, 高精度测量必须对其进行检测。目前, 天线相位中心偏差的检定方法主要有两种:天线指标独立测定法 (微波法) 和基线相对测定法 (对比法) 。前者采用微波暗室的环境条件, 通过精密可控微波信号源测量天线接收信号的分布来确定天线电气中心, 并计算天线相位中心偏差。此方法需要的测定条件成本很高, 一般仅国家实验室和天线制造厂家才具备。基线测量相对测定法采用载波相位观测值, 通过测定天线在不同方位时, 两天线的基线向量结果来测定天线相位偏差。这种方法是我国国家行业标准规定采用的方法, 具有操作简单、方便, 计算容易, 成本低的特点, 是目前广泛采用的方法。但这种方法只能有效地检测出天线相位中心在水平方向的偏差, 对于垂直方向的偏差不能精确测定。就很多型号的天线而言, 其相位中心在垂直方向的偏差远远大于在水平方向的偏差, 水平偏差仅几个毫米, 垂直偏差可达上百个毫米, 所以基线测量相对测定法也需要进一步完善, 下面介绍这两种方法的操作步骤。
2.1 微波法测定天线相位中心偏差
利用悬吊于暗室天花板上的垂球线和固定于暗室纵轴线与其锥底的交点上和固定于暗室侧面并与其纵轴线垂直的两台红激光准直器, 将GNSS接收天线的几何对称轴与天线底板上表面的交点, 安装置于转台的旋转轴与微波暗室纵轴的交点上。安装GNSS接收天线的垂直连接杆, 通过两个能够在相互垂直方向上移动的连接件, 固连于转台。天线能够在平行和垂直于暗室纵轴线的两个方向上平移, 也可以绕转台的垂直轴在水平面内旋转。
采用“旋转天线法”绘制GNSS接收天线的相对相位方向图来测定相位中心。在测量时, 可以调整转台的角度, 模拟地面卫星高度角不同的情况, 检测不同高度截止角天线相位中心变化情况。为直观地反映天线相位变化, 可以把各个方向的相位变化曲线绘制成立体图。
2.2 基线测定法 (对比法) 检测天线相位中心偏差
基线测定法 (对比法) 是通过测定两天线之间的基线向量来测定天线相位中心偏差。利用测地型GNSS接收机, 用载波相位观测值, 采用双差模型解算基线向量, 基线测量精度为毫米级, 在短基线情况下可不考虑电离层、对流层的影响。属于这种方法的工作方式有两种, 即绝对法和相对法, 绝对法是指使用精度非常高的参考天线作为固定天线来绝对地检测被检天线;相对法是使用相同的天线来进行检验。
3 结束语
基于以上对天线相位中心偏差的分析和检测, 可得到如下结论:
(1) GNSS天线偏差对平面影响小, 而对垂直分量影响大。由于在精化当地似大地水准面时, 要用到一定数量的均匀分布的由GNSS测量得到椭球高和水准仪测量得到水准高的点进行曲面拟合, 而在GNSS测量中若没有考虑到天线相位偏差, 则GNSS测量的椭球高精度要差一些, 这是目前制约高精度的水准面拟合的一个重要因素, 比如, 目前拟合精度能达到四等水准的等级已经效果非常好了。
在高精度的测量中, 如地壳变动, 地表沉降观测中, 如果不考虑GNSS接收机天线相位中心偏差, 尤其是垂直偏差, 其结果不令人满意, 有文献中提到在沉降观测项目中用GNSS方法和水准方法进行对比, 经过对实验数据的分析发现GNSS数据和水准观测数据差异较大, GNSS数据中含有的系统误差比其偶然误差还大, GNSS结果没能用于沉降观测。笔者认为实验中应考虑天线相位中心偏差, 尤其是天线相位在垂直方向的偏差, 这项误差对高程测量影响是较大的。
(2) GNSS天线相位中心偏差是不稳定的又是相对稳定的。确定天线的电子相位是天线电路板的一个功能, 它在确定电子相位中心时, 依赖于卫星信号来源方向, 信号的强度, 以及天线自身放置的方位。在整个测量中, 电子相位的中心瞬时位置根据上述情况的变化也跟着变化, 因此相位中心是不稳定的;但是, 如果是同一天线, 方位放置相同 (天线上有指北方向, 可按罗盘北方向放置天线, 偏差小于3度认为放置方位相同) 卫星大致在相同的时段中 (卫星的分布和信号强度大致相同) 所产生的天线相位偏差也是相同的 (经过基线解算后为平均相位中心) , 这说明天线相位中心也是相对稳定的。由此可知, 采用观测值求差法减弱相位偏差是可行的。
摘要：在GNSS高程测量中, 天线相位垂直偏差对高度分量的影响较大, 文章探讨了GNSS天线相位中心偏差的规律和检测方法, 并总结出不同检验方法在实验及实际应用中的结果分析。
关键词：天线相位中心偏差,偏差检验,研究分析
参考文献
[1]刘基余, 李征航.全球定位系统原理与应用[M].测绘出版社, 1993.
中心偏差 篇2
目前全球已经运营或在建的卫星导航系统有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧洲的伽利略系统,它们均属于被动定位系统,通过接收4颗卫星信号解算出用户位置信息。卫星导航精密测量技术已经广泛应用于经济建设和科学技术的诸多领域,尤其是大地测量学及其相关学科领域,包括地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘探、工程测量与工程变形监测等。测量型天线作为高精度卫星导航接收机的重要组成部分,其性能如何直接关系到卫星导航接收机测量精度的大小,而天线的相位中心变化、时钟误差、位置误差和多径效应是高精度卫星导航测量系统中的显著误差源。
1 天线相位中心及常用测量方法
1.1 天线相位中心
天线的相位中心是其等效辐射中心。理想天线存在唯一的相位中心,其等相面为球面,因此接收不同方向的卫星信号时不会因为天线本身产生额外的相位差而造成定位测量结果的偏差。然而在整个波束空间存在唯一相位中心的天线实际上是不多的,绝大部分天线在整个波束空间不存在唯一的相位中心,只在主瓣某一范围内相位保持相对恒定。此时接收天线在接收不同方向的卫星信号时会引入额外的相位差异,从而产生定位测量误差。卫星导航领域更为关注天线相位中心变化对定位测量结果的影响,为了描述天线相位中心变化,需要引入平均相位中心和相位中心偏移量的概念。平均相位中心的含义为:整个天线波束空间内的实际等相面如果用一个理想等相球面来拟合,拟合残差的平方和最小,则拟合球面的球心即为天线的平均相位中心。平均相位中心与天线参考点的偏移称为相位中心偏移量,实际等相面与拟合球面的偏移称为相位中心变化量。
接收机天线相位中心既非天线几何中心,也不是一个稳定的点,而是与入射信号仰角、方位角、信号频率和天线形式有关。卫星导航接收机的观测量是以天线的相位中心为基准的,而在作业时,天线的安置却是以其几何中心为准。观测时天线的相位中心与其几何中心并不一致,这会给测量引入误差。与仰角有关的相位中心变化,主要造成相对高程测量上的误差和测站间基线的尺度误差,而与方位角相关的相位中心变化则会导致水平位置的误差。根据天线相位中心稳定性的好坏,这种误差为数毫米到数厘米。对于伪码测距定位来说,这种误差远小于定位精度,可以忽略不计,但是对于采用载波相位测量的精密相对定位而言,这种误差是不容忽视的。
1.2 天线相位中心的测量方法
卫星导航接收天线相位中心的测量可定义为室内测量法和室外测量法。
室内测量法采用微波暗室的环境条件,通过矢量网络分析仪测量天线接收信号的相位与参考通道信号相位之比来测定天线的相位中心,测试原理框图如图1所示。
室内测量的优点是:① 不受时间、室外环境的影响,随时都可以对测量环境进行复现,测量重复性、复现性好;② 测量准确度高,特别适用于实验室检测和天线生产厂对天线定标时的检测。
天线相位中心误差检测示意图。如图2所示。
室外测量法是利用实际导航卫星信号对天线相位中心进行测量,即在超短基线或短基线上先将2台GPS接收机及其天线分别安置在基线的2个基线点上,精确对中和整平,按统一约定的方向指向北,观测一个时段(1.5 h),此为第1个观测时段;之后,固定1个天线(见图2,简称A天线)不动,另外一个天线(见图2,简称B天线)依次转动90°、180°、270°,观测3个时段;然后B不动,原固定的A天线依次旋转90°、180°、270°,再观测3个时段,求出各个时段的基线值,利用最小二乘法求出天线相位中心误差。室外测量法具有操作简单、方便、成本低等特点,已被广泛采用。室外测量法复现性差,测量准确度也远不及室内测量法。2种测量方法测量原理不同,但各有其特点,可根据不同的需要以及测量准确度和测量条件的不同,来选定适合的测量方法。
1.3 天线相位中心偏差分析
天线位置偏差示意图如图3所示。
设天线的测量位置为A,实际相位中心为B。接收机位于坐标原点O处。不考虑其他因素影响,伪距观测方程为:
将其在观测点近似坐标处用级数展开,可得线性化的观测方程为:
lidX+midY+nidZ=ρ0。
式中,
若由于接收机天线的位置误差及相位中心偏差而使ρ0有了增量dρ,由此引起的接收机坐标误差为(δX,δY,δZ),则它们之间存在下列关系:
liδX+miδY+niδZ=dρ。
上式表明,接收机位置误差在接收机至发射机方向上影响接收机坐标。影响的大小取决于dρ的大小以及接收机与发射机之间连线夹角。
1.4 天线相位偏差对高精度定位影响
为了说明天线相位偏差对高精度定位结果的影响,下面进行如下实验验证,即对同一台GPS接收机,采用室外测量法测出天线相位中心后的定位结果(如图4)与未进行天线相位中心测试的定位结果(如图5)进行比较。结果表明:经过天线相位中心校准接收机的定位结果(0 m)明显优于未经校准同一接收机的定位结果(-0.3 m)。
2 天线相位中心偏差算法和仿真
为了进一步说明相位中心和几何中心偏差对定位结果的影响,采用类似整周模糊度搜索及测量值平差的算法仿真得到接收天线真实位置。
通过在微波暗室对接收天线进行旋转和倾斜,可以采样不同方位角和仰角下的多个校正点,很好地覆盖天线上半球面的相位方向图;校正点坐标可通过光学照相机获得,并视其为真实值,在每一个校正点,接收机停留一段时间进行静态测量,将观测量平均以消除相位噪声的影响。对于所有的校正点观测值,经过一定的观测时间累积后,可以通过曲线拟合等手段去除噪声干扰,得到一个固定测量值φi,其中包含了各种误差项,但各个误差项均不会发生变化。取接收天线测量值作为原始值,求出发射机与接收机间距离值ρi,将此距离值ρi与观测值φi相减,得到观测残差Δφi,并求出残差平方和Δφ。以天线原始值为圆心,适当长度(取决于对误差值的估计)为半径作球体,建立天线相位中心真实值的搜索空间,在此空间里不断取值,重复上述步骤得到残差平方和Δφ,可以从搜索空间中找到使残差平方和Δφ最小的一个值,这个值即为天线的实际相位中心。在搜索过程中,可以采取将球体分块的办法来减小运算量。
依据上面的分析,对算法进行仿真。在接收机运动平面取25个坐标已知点,将增加了噪声的仿真观测数据作为固定测量值φi,改变发射机坐标,得到观测残差的平方和Δφ。仿真结果如图6所示。
为图形显示方便起见,仿真中只对接收机的x轴、y轴组成的空间进行搜索。从图6中可以看到,在产生仿真观测数据的(11,8)坐标处,得到了观测残差的平方和Δφ最小值。该算法的分辨精度取决于接收载波的精度,仿真观测数据中加入了均值为0、均方差为±0.04周(0.8 cm)的随机噪声,对位置估算的仿真表明,在x轴方向分辨精度为0.2 cm,y轴方向的分辨精度为0.3 cm。另外,在每个测量点的接收机位置偏差也会对结果产生影响。
该算法采用观测值平差的办法来估计接收天线的实际相位中心位置,由于测量中还受到接收天线的位置和相位中心偏差、通道不一致性误差等影响,最后解算出来的接收天线相位中心位置和实际的位置反而会有偏差,但是,这种偏差对最终的定位解算是有益的。
3 结束语
在卫星导航定位测量中,天线相位中心的偏差对相对定位结果的影响,根据天线性能的好坏可达数毫米至十几毫米。对于准确度要求非常高的测量来说,这种影响是不能忽视的。针对高精度定位接收天线相位中心的偏差进行了分析,通过天线相位测量数据的估算和仿真,找出在卫星导航使用频点相位中心的物理位置,从而提高测量准确度。
参考文献
[1]周忠漠,易杰军,周琪.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1997.
[2]魏子卿,葛茂荣.GPS相对定位的数学模型[M].测绘出版社,1998.
[3]殷海涛,熊永良.GPS测量中多路径效应的研究[J].铁路航测,2003(3):12-14.
中心偏差 篇3
1 机械装配偏差源概述
在机械装配过程中, 加工各种零部件都有可能产生偏差, 所谓偏差源就是指装配过程中各种零部件无论是尺寸、形状甚至装配位置的精确度。一些其他因素的影响也会使偏差源信息不准确。一般来说机械装配偏差源的种类有三种:第一类偏差, 是零件功能几何的位置偏差。它又分为零件几何定向偏差和定位偏差, 所谓定位偏差, 举个例子, 假设一个零件的设计直径是2.0m, 而生产出来的是1.99m, 定向偏差指的主要是角度, 假设一个零件本来设计是水平180度的, 实际生产的是水平179.9度;第二类偏差, 是零件功能几何的形状偏差。即外型的偏差, 如弧度、直线度、宽度等;第三类偏差, 是零件装配位置偏差。零件装配位置偏差还分为两种, 一种是装夹定位偏差引入的零件位置的定向和定位偏差, 另一种是零件与零件间隙配合时, 零件位置的不确定引入的零件位置的定向和定位偏差。
1.1 建立偏差源的模型要求
建立偏差源的模型需要符合一定要求, 包括判断偏差源的作用类型, 解析功能几何形状、位置偏差, 分析零件装配位置偏差。这些都是建立偏差源模型的预先工作, 具体阐述如下:
1) 运用有效的方法判断偏差源是正积累还是负积累或者是没有关联, 此为判断偏差源的作用类型。
2) 偏差矢量可以用来表达几何变动的位置和方向, 虚拟边界实体造型方法可以用来表达域边界信息和域大小形状信息等几何位置偏差域, 此为解析功能几何形状偏差。
3) 如果零件装夹发生定位偏差时, 以一个常量来看待零件位置偏差;如果配合间隙引起零件位置偏差, 以多元随机量来定位零件位置偏差, 此为分析零件装配位置偏差。
1.2 偏差值和偏差作用评价
偏差值评价和偏差作用评价构成了偏差源评价, 偏差源评价目的是便于偏差累积分析, 装配精度评价和装调方案的反馈分析, 偏差值评价包括几何位置偏差评价、几何形状偏差评价和零件装配位置偏差评价。综合以上论述, 可以建立一个多元的、统一的统计偏差模型, 统一的偏差模型涉及面广, 涵盖偏差矢量、偏差域信息和偏差几何模型等等, 较于传统偏差模型思虑周全, 更注重偏差源和偏差传递机理分析, 实用性更强。
2 机械装配偏差传递机理深度解析
偏差传递指的是偏差在零件直接的传递, 主要通过偏差几何和零件装配位置偏差进行传递, 偏差几何传递发生于零件与零件间隙配合时, 经常会形成连续偏差流;零件装配位置偏差发生于装配功能方向上间隙配合时, 经常会形成断续偏差流。
一般来说, 偏差源可以通过直观的有向图进行表达。假设某零件R m n (m大于等于1, n大于等于0) m上序号为n的功能几何模型, bk (k大于等于0) 为第一类和第二类偏差源模型, 如图:
如图所示,
A为第一类偏差源, 基本偏差流标记为S1;
B为第二类偏差源, 基本偏差流标记为S2;
C为第三类偏差源, 基本偏差流标记为S3。
3 以某实验舱为例进行实例分析
此实验舱一共四段, 分别标注为1舱、2舱、3舱、4舱。1舱尾部和2舱头部为套接配合, 2舱尾部和3舱头部为对接配合, 3舱尾部和4舱头部为对接配合。头、尾部框架和螺丝进行连接, 实现套接;头、尾部框架和销钉进行连接, 实现对接。这期间存在轴孔配合的是螺丝与螺丝钉孔、销钉与销钉孔, 存在轴承配合的是头、尾部框架。偏差源遍布各处, 如各连接孔和连接轴直径尺寸及偏差, 头、尾部框轴及对接框轴直径尺寸及偏差等。在进行舱与舱对接及套接期间, 线性偏差和角度偏差都容易由连接孔直径尺寸引起。
通过分析, 建立偏差传递有向图, 构建一个多元的、统一的统计偏差模型, 以此来分析偏差累积, 预测装配精度。目前针对机械装配的研究重点是偏差源的表达尤其是计算机表达, 以及构建偏差传递有向图, 分析偏差累积。这对提升装配成品的质量有很大影响, 也为零件精度预测打下了良好的基础。
4 结语
机械装配过程中, 针对零件的精度预测前的偏差源和偏差传递分析非常必要, 这对装配成品的整体性能和质量有很大影响, 影响产品质量的偏差源来自零件功能几何的位置偏差、零件功能几何的形状偏差、零件装配位置偏差。通过对其分析, 绘制偏差源有向图, 建立一个多元的、统一的统计偏差模型, 对于偏差正、负累积做出准确判断, 分析偏差传递机理, 尽量减小偏差, 提高装配产品的质量。
参考文献
[1]张柱, 陈小云.白车身装配尺寸偏差模式识别方法研究.北京出版社, 2013.
[2]刘晓东, 蒋科.机械装配偏差源及其偏差传递机理分析.北京出版社, 2012.
[3]何明, 张志, 戴静.机械装配过程的偏差传递建模理论.北京出版社, 2012.
关于均数与偏差 篇4
标准差 (±s) , 是用来反映变异程度, 当两组观察值在单位相同、均数相近的情况下, 标准差越大, 说明观察值间的变异程度越大。即观察值围绕均数的分布较离散, 均数的代表性较差。反之, 标准差越小, 表明观察值间的变异较小, 观察值围绕均数的分布较密集, 均数的代表性较好。在医学研究中, 对于标准差的大小, 原则上应该控制在均值的12%以内, 如果标准差过大, 将直接影响研究的准确性。数理统计表明, 在标准正态分布曲线下的面积是有规律性的根据这一规律, 人们经常用 (±s) 来计算样本观察值数量的理论分布, 以此来鉴定样本的代表性。x±1.96s表示95%的观察值在此范围内;±2.58s表示99%的观察值在此范围内。如果取得的样本资料的实际分布与理论分布非常接近, 证明该样本具有代表性。反之, 则需要重新修正抽样方法或样本含量。±1.96 s是确定正常值的方法, 经常在工作中被采用, 也称为95%正常值范围。
探究学习的认识偏差 篇5
(1) 探究学习重过程轻结果
探究学习首先在西方发起, 我国对此并无系统介绍, 再加上杜威的“除了探究, 知识没有别的意义”及布鲁纳的“知识是过程, 不是结果”类似片面言论的影响, 人们头脑中便产生了这样的印象:探究学习就是要学生像科学家搞研究那样来学习科学, 是只重过程不重结果。
事实上, 任何科学研究活动都要以其所得出的知识为基础、所验证的理论做指导, 都离不开先前探究活动的结果。科学研究始于问题, 而在观察现象形成问题时, 研究总是事先在一定的观点或理论的支配下进行的。有人说观察是“被污染的观察”, 意思即在于此。离开了一定的理论做指导, 很难进行有效的探究活动, 只会变成盲目的摸索。可见, 真正的科学探究不是也不可能是重过程而不重结果, 任何科学探究总是在一定的理论假设 (有待验证的结果) 指导下的探究, 科学理论 (验证后的结果) 则在探究过程中步步向真理逼近, 因此, 从静态的观点来看, 没有结果便没有科学的进步。当代科学哲学强调科学的本质是探究, 科学是一种过程, 是要人们以动态的观点看待科学研究成果, 而不是说科学探究可以脱离现有研究结果去建“空中楼阁”。学生的探究学习更是如此, 更离不开以假设形式的科学概念或原理 (结果) 作指导。加涅的“学习条件”理论指出, 作为结果的知识是任何学习的必备条件之一, 没有知识作基础或不获得知识的学习是不成立的。即使是小学一年级学生, 正是从日常生活中积累了许多朴素的知识, 才使得新的学习和探究成为可能。他进一步指出高层次的学习主要是概念学习、规则学习、问题解决学习, 其中每一种学习都要以前一种为基础。探究学习主要属于问题解决学习这一最高层次的学习, 即运用概念和规则解决问题的学习。由此可见, 探究学习并不轻视也不可能轻视结果。
可见要弄清楚探究学习是否重过程轻结果, 只需明白结果是指什么?事实是学生学习时经历过程、获得方法、态度、精神、价值观等本身就是结果, 并不只是知识才算结果。探究过程与结果不可分的根本原因在于科学方法寓于科学知识之中, 是知识的内核与脉络。探究学习重过程轻结果之说, 看似重视学习的探究过程, 实际上是将二者割裂开来。因为它忽视学习方法与学习内容间的内在联系, 让学生脱离具体的学习背景去获得探究能力的发展。其在实践中的根本危害是使本应充满乐趣的探究活动, 变成徒有形式的机械训练, 并最终陷入历史上的“形式教育论”的泥坑。这种做法无异于“离开水来谈游泳”, 也从根本上违反了现代心理学和教育学的研究成果。因为当代建构主义理论表明, 思维建构是思维主体通过现有的概念和逻辑把客观世界转化为观念客体 (作为思维结果的存在) 的过程。现代教育学研究同样表明, 掌握知识与发展智力相结合是一条规律性的教学要求。因此, 既重过程又重结果, 过程与结果相结合, 学生探究技能的发展要以所掌握的基本概念和原理为基础, 才是对探究学习的正确理解。
(2) 误解探究性学习与研究性学习的关系
在《全日制普通高级中学课程计划 (试验修订稿) 》中, “研究性学习”是一种新的课程形态, 是指“学生在教师指导下, 从自然、社会和学生自身生活中选择和确定专题进行研究, 并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动”。除了从课程的角度理解和解释研究性学习以外, 我国的研究者和广大教师也将研究性学习看成是一种学习方式或学习过程。从以往的文献中, 我们不难发现对于研究性学习和探究学习概念的认识有两种典型的说法:一种说法是研究性学习就是探究学习;另一种说法是研究性学习比探究学习更复杂, 它包含了探究学习。目前大家已经开始认识到二者在概念上有所不同, 但对于二者异同的探讨还没有定论。有学者从以下三个方面探讨了研究性学习与探究性学习的异同:[3] (1) 研究性学习定位于课程改革, 探究性学习定位于学习方式的变革, 二者的目标指向性有所不同。 (2) 研究性学习相对于探究性学习具有更加明显的特点, 研究性学习具有更大的开放性、更强的实践性和明显的综合性。 (3) 学习过程的自主探究性、学习目标的生成性和培养目标的共同性体现了研究性学习与探究性学习的一般共性。“在开展研究性学习和探究性学习时, 教师和学生都需要一个整体规划, 在每一个活动开始之前都要对活动周密安排和设计, 这是研究性和探究性学习所具有的计划性的一面。但是, 现实活动过程中, 由于学生智力和行为的影响, 不可预测的因素会随机发生, 这就要求教师和学生根据当时的情况重新调整自己的活动, 那么, 学习的目标也就会因为活动的调整而发生改变。当一个新的主题产生后, 学生在活动过程中兴趣盎然, 认识和体验不断深入, 创造性的火花也不断迸发, 这就是研究性学习和探究性学习的目标的生成性。”但本人认为学习目标的生成性是二者的一般共性的认识中关于新主题的产生应该再多加以考虑。因为探究学习作为一种学习方式应用于化学实验教学过程的时候, 其探究的主题应该是单一的, 否则学生会因为时间和经验的不足易陷入忙乱状态, 继而有可能因为忙乱而使探究无法有序的进行。
(3) 将探究学习与发现学习相混淆
发现学习的倡导者是美国心理学家布鲁纳, 他认为发现学习就是学生以基本教材为内容, 通过再发现的步骤, 培养探究性思维方法的学习。我国现有研究在讨论探究学习时, 要么将它与发现学习等同, 二者被当作同义词互换使用;要么只附带说明探究学习与发现学习提出角度不同, 二者本质上大同小异, 而不作任何区分;或者断言发现学习包括探究学习, 二者是整体与部分的关系。造成这种混淆的原因有以下两方面: (1) 探究学习与发现学习都是问题解决式学习。 (2) 二者同时在20世纪中期的课程改革运动中兴起和广泛传播。
事实上, 探究学习与发现学习是有一定差别的两种学习。对此, 胡森主编的《国际教育百科全书》作了如下简要说明:发现学习是指一个自学过程, 学习者不靠教师的指点, 自己形成概念和观念。探究学习是指有了发现以后的那些阶段, 那时学习者开始系统掌握检验那些概念或观念的科学及逻辑法则;发现学习涉及动机、直觉思维等心理成分, 探究学习涉及分析思维等理智活动;在探究的整个运作过程中, 起初是困惑不解, 这时要用发现过程, 等到了比较高级的检验阶段时, 就得用探究过程了。另有研究者还从活动过程对二者作了进一步区分, 给我们研究二者的不同提供了一些思路。探究学习与发现学习的不同之处主要在于: (1) 二者的侧重点不同。发现学习重视科学概念和原理的再发现, 以掌握学科的基本结构。而探究学习则重视遵循科学研究的一般程序, 以了解科学的本质。直言之, 前者强调知识的再发现, 后者强调知识的可变性。 (2) 活动过程不同。发现学习的一般过程是:形成问题、建立假设、上升为概念和原理。探究学习的一般过程是:形成问题、建立假设、制定研究方案、检验假设、作结论。发现学习的整个过程大致上相当于探究学习的前两个阶段, 因此, 从这个意义上说, 探究学习包括发现学习。 (3) 结果不同。发现学习有待发现的概念或原理是封闭性的, 而探究学习有待探究的结果则是开放性的。 (4) 心理机制不同。这方面的研究虽无定论, 但根据现代科学哲学, 发现的心理机制主要是归纳思维、假设——演绎思维、直觉思维, 探究则还要凭借分析思维来完成。
(4) 将探究学习与接受学习相对立
传统教学主要采用讲授的方式, 学习内容由教材或教师以定论的方式呈现, 学习时教师作系统地有计划地讲解和指导不易引起学生的积极探究和发现, 导致学生被动接受或机械背诵, 因而被称为接受学习。探究学习时, 教师不直接告诉学生与教学目标有关的知识和认知策略, 而是创造一个特定的学习环境, 让学生从问题情境中提出问题, 建立假设, 并在收集各种证据的基础上证实或证伪假设, 最后得出自己的结论。简言之, 如果说接受学习向学生强调知识的稳定性, 那么探究学习则突出了知识的可变性。探究性学习与接受式学习的过程也有很大的不同, 在大力倡导探究性学习的同时, 教育研究工作者为了使人们积极推广探究性学习, 则对传统的接受式学习加以指责, 从而导致了一部分人片面地理解探究性学习与接受式学习的关系, 认为提倡探究性学习是对接受式学习的完全否定, 认为探究——发现学习与接受学习是相互对立的, 甚至得出“接受学习中不可能有发现的成分”的极端结论来。这种观点一方面虽在理论上指出了探究学习与接受学习的根本区别, 另一方面却割裂了二者在实践中的必然联系。不难想象, 在这种观点指导下的探究教学实践, 必然轻视教师的作用, 一味强调由学生去自由探究和发现, 最终必演变成学习上的放任自流, 引起教学上的混乱。
奥苏伯尔指出, 接受学习既可能是机械的, 也可能是有意义的。在有意义的接受学习中学生要经过积极思考, 才能在新知与旧知之间建立非人为的有机联系, 而这个过程便有学生的能动作用, 或多或少地包含着探究的因素或体现出一定的探究性, 所以台湾学者欧阳钟仁把奥苏伯尔的有意义接受学习理论——“先行组织者教学模式”列为探究教学模式之一。因此探究学习与接受学习并不是两种绝对对立的学习, 二者只是相对而言的。从接受学习到完全独立的探究学习, 其间还存在着接受中有探究、探究中有接受的学习。从教育实际看, 学生探究能力的形成与发展是渐进式的, 而不是突发式的, 学生不可能一开始就能独立从事探究学习, 而是仍需要教师的指导, 它的开展有一个由“扶”到“放”的过程。我们应尽量从接受学习中挖掘探究的因素, 利用传统的方法引导学生探究, 鼓励学生加强自主学习、自我管理, 将两种学习方式有机地结合起来, 促进自身的全面发展。
(5) 极端地理解探究学习的“以学生为中心”
在探究性学习与接受学习相对立观念影响下, 教育工作者特别是一线教师, 对探究性学习中的“以学生为中心”、“学生自主探究活动”等问题的理解很容易走向极端, 认为教师在“探究”教学的课堂上是没有什么作用的, 一味地强调由学生自主探究和发现, 这势必会造成课堂上“探究”的放任自流, 引起教学混乱, 到头来学生的探究性学习效果甚微。
探究教学与传统的讲授式教学有很大的差别, 它要求教师把科学当成一种过程, 而不仅仅是作为结果的知识体系来教, 教学时既要重视结果, 又要重视知识的获得过程。它要求学生全身心地投入探究性学习, 其认识、情感、意志及行为要达到高度的统一状态。要使学生全身心地投入探究性学习的状态, 就必须以学生而不是以教师为中心, 使学生对观察、提问、分类、测量、实验、推理、解释、预测等活动感兴趣又力所能及。探究性学习中的以学生为中心并不是完全否定教师的作用, 而是指探究过程中的各种活动都应当与学生的兴趣和能力水平密切相关, 学生在教师的引导下独立进行探究活动, 教师的职责在于促进这些活动的顺利进行。在探究教学中, 教师对学生探究过程的调控与指导至关重要。教学中教师要不停地做出各种决断, 例如如何集中学生的注意力, 什么时候改变讨论方向, 什么时候允许他们探究个人感兴趣的东西, 如何抓住机会发展技能, 等等。总之, 探究性学习过程中“以学生为中心”的程度应根据教学的实际情境和学生的实际情况来确定是运用定向探究还是自由探究。从定向探究到自由探究, 教师的作用越来越小, 学生的独立性越来越强。因此探究性学习中的“以学生为中心”是一个动态的、发展的过程。
探究学习作为一种新的学习方式被广泛的提倡是基于我们传统的教学方式有待进一步的改善。各种学习方式都有自己的特点和功能, 我们在实践过程中应尽量避免出现这样或那样的认识偏差, 针对具体情况在教学过程中选择合理的教学方法。
摘要：当前对探究学习的认识偏差主要表现在这几个方面: (1) 探究学习重过程轻结果 (2) 误解探究性学习与研究性学习的关系 (3) 将探究学习与发现学习相混淆 (4) 将探究学习与接受学习相对立 (5) 极端地理解探究学习的“以学生为中心”
关键词：探究学习,研究性学习,认识偏差
参考文献
[1] 靳玉乐主编.探究教学的学习与辅导[M].北京:中国人事出版社.2002
烧结制品尺寸偏差分析 篇6
1产生问题的主要原因
1.1生产工艺因素
主要是指砖瓦挤出机芯具设计不合理,往往以产品公称尺寸为芯具设计尺寸,并没有将产品由坯变砖所产生的收缩计算在内。产品尺寸偏小的企业往往挤出机挤出砖坯尺寸正好为产品的公称尺寸,但是经过烘干,焙烧之后,砖坯产生了一系列物理和化学变化,坯体收缩,最终导致尺寸偏差无法达到国家标准要求。样品极差是指产品尺寸的变化范围,具体是指最大尺寸与最小尺寸之间的差值。样品极差不合格的企业往往是烧成温度不稳定造成的:焙烧温度太高,产品熔融、膨胀,极度软化,最终过火,变形;焙烧温度太低,产品未完成烧结,强度低、吸水率大、耐久性差。因此合理控制焙烧温度,是产品质量的保证。
1.2原材料因素
1.2.1化学成分的影响
能影响砖坯尺寸收缩的主要成分有:(1)二氧化硅(Si O2)。影响原料的可塑性,含量高可减少砖坯干燥收缩和烧成收缩,利于快速干燥,但制品抗压强度相应降低;含量低满足不了硅酸盐矿物固相反应的要求,制品的抗折强度降低。(2)三氧化二铝(Al2O3)。影响焙烧温度,含量高制品的耐火度也会升高,但抗冻性能变差;含量少,也会使制品的抗折强度低。(3)氧化钙(Ca O)和氧化镁(Mg O)。钙和镁是以碳酸盐形式存在于原料中,是强烈的助融剂,会使坯体的烧结温度范围减小,降低制品的耐火度,并使制品多孔。(4)烧失量。也会影响原料的可塑性,烧失量高会使制品干燥后强度较高,干燥收缩变大,如果干燥速度快,则易开裂,带来的好处是制品孔隙率较高。因此要求原料烧失量在合理范围之内。
氧化铁(Fe2O3)和三氧化硫(SO3)基本不对尺寸有影响,不作说明。
1.2.2颗粒等级的影响
大于0.02mm的颗粒基本没有粘结性能,在干燥和焙烧过程中起支撑作用,它的比例影响坯体成型、干燥和焙烧性能。如原料中含量少,则成型比较容易,但干燥比较困难,焙烧温度降低;反之则成型比较困难,但干燥比较容易,焙烧温度提高。
0.02~0,002mm的颗粒有一定的粘结性能,但干燥后松散,它在坯体和成型过程中,一方面起支撑作用,另一方面起填充作用。
小于0.002mm的颗粒有粘结性能,干燥后结合力强。在坯体成型和焙烧过程中起填充作用,遇水可产生可塑性。但黏粒太多会使干燥困难。
2原料按作用划分
生产烧结的主要传统原料是黏土。但是随着国家相关政策的颁布与出台,利用页岩烧砖,既可解决原料的来源问题,又能开山造田。笔者所在省份具有一定规模的烧结制品生产企业均以页岩为主要原料,再掺入一定比例的内燃料,少部分企业还会加入一定量能改善原料性能的添加剂,取得了不错的效果。
2.1塑化料
是能提高原料的可塑性、结合能力和流动性的添加材料.常见烧结制品中的塑化料为高塑性粘土和页岩。
2.2瘠性料
是能降低原料可塑性、使成型料的粒度粗化的添加材料。它的掺入一般起到降低干燥收缩率的作用,瘠性料还可使过软的泥料变硬。煤矸石、粉煤灰、碎砖末、废坯粉、塑性低的页岩以及各种工业废渣都常被用来做瘠性料。
2.3强化料
能提高原料的干强度及产品强度的添加剂称为强化料。通常,瘠性料能减小干燥收缩,但往往同时减小原料的干强度。人们期望既减小干燥收缩,避免干燥过程中发生弯曲变形,又保证坯体具有一定的干强度,以免在以后坯体的转运过程中发生破损。
2.4助熔料
能降低原料的熔点,使高温下坯体内玻璃相增加的添加剂,称为助熔料。
2.5抗焙烧变形料
有助于扩展烧结范围,提高产生急剧变形温度的添加料,称为抗焙烧变形料。坯体在高温荷重下,保持其形状的性能称为抗焙烧变形性,也叫耐火稳定性。
3解决办法
3.1设备硬件方面
增大挤出机芯具,增大比例根据实际原材料干燥和烧成收缩进行调整(经统计大部分企业的产品由坯变砖的总收缩在5%左右)。但是并不能盲目增大砖坯尺寸,增大砖坯尺寸势必对码坯,干燥及焙烧工艺提出更高的要求。值得指出的是:增大砖坯并不会使坯垛垮塌。有些人可能认为增大砖坯会使坯垛垮塌,理由是增大砖坯体积势必增加砖坯重量,使最低层需要承受更大的重量,其实这是不正确的,底层砖坯承受的重量与整个码坯高度有关的,因为窑面到窑顶是固定不变的,所以码坯的高度也是只能降低不能升高,因此增大砖坯尺寸甚至会降低整个坯垛的高度。以对码坯要求相对较高较常见的3-4米断面一次码烧隧道窑为例:设计断面3-4米一次码烧隧道窑一般生产190*190*90mm砖型码坯8层,码坯高度为1.52m,加上顶层通风高度10cm,整个码坯高度为1.62m。如果增大砖坯尺寸5%,每块砖坯尺寸为200*200*95mm,如果码8层顶层通风只有2cm,现阶段窑顶平面的精度和轨道及窑车的要求无法与之匹配,所以这种情况更多的是将最顶层砖坯进行横向摆放,经过计算码坯高度为1.5米,比之前码坯高度还降低了2cm。由此可见增大砖坯尺寸并不会对底层砖坯施加更大的压力造成坯垛垮塌。
3.2严格遵循烘干制度
坯体干燥过程可分为以下四个阶段:(1)加热阶段。成型之后的砖坯,干燥之前为环境温度,进行干燥程序,坯体表面温度逐渐升高,干燥速度变快,直到坯体温度等于干燥介质湿球温度。此时传递给坯体的热量恰好等于坯体表面水分蒸发所需要的热量,达到热平衡,进入等速干燥阶段。(2)等速干燥阶段。该阶段是干燥的重要阶段,为排除自由水阶段。该阶段由于排除自由水,坯体产生收缩,所以在操作上应特别注意,若有不慎,坯体极易产生开裂、变形、增加废品率。(3)降速干燥阶段。为大气吸附水排除阶段,坯体的含水率达到临界含水率。因为该阶段排除的主要是大气所吸附的水分,所以坯体不再收缩,不会出现干燥废品。(4)平衡阶段。进入该阶段后,坯体主要是大气平衡水,水分蒸发和吸附速度相等,干燥过程终止。以上四个阶段是在恒定干燥条件下进行的,在实际生产中,则必须强调均匀进车,如进车间隔时间过短或连续进车,坯体很快就被推到高温热介质区域,坯体表面急速脱水,水分外扩散大于内扩散,致使坯体内外收缩不一致而产生裂纹。此外,由于进车太多,进车端的热烟气温度下降,湿度上升又可能引起砖坯结露,湿塌;反之,当长时间不进车时,进车端的热烟气温度升高,湿度降低,排潮湿度降低,热量损失增加,当再次进车时,湿坯遇到高温低湿烟气,又会因急剧脱水而产生裂纹。
3.3严格控制窑内温度
当窑内温度超过900℃时,坯体开始烧结:随着物料的玻璃化,坯体表面开始呈现光泽;部分颗粒熔融软化,坯体变得密实,气孔率降低,体积收缩。以上为制品的烧结过程。这时的温度叫烧结温度。温度再升高,制品将极度软化,这时的温度称为耐火度。这时制品开始熔融和膨胀,达到这个温度时,制品已过火。原料的烧结温度与耐火度之间的温度差数,叫做原料的烧成温度范围。严格来说,烧结温度范围是指在焙烧过程中不造成产品质量(尺寸,性能)下降的烧结温度波动范围。因为在最终进行的烧成阶段中,窑内的温度总是在一定范围内波动,同一坯垛之中也存在温差,所以除了最高允许烧成温度外,可利用的烧成温度范围也是实际生产中非常重要的工艺参数。由此可见,窑内温度既不能太高,也不能太低,尤其是同一窑车的不同位置的温度也必须在合理的范围之内。温度太高,制品容易坍缩,变形;温度太低,制品无法完全烧结,性能降低;同一窑车温差很大,同一批次的砖差异性太大,成品率太低。
3.4加强原材料成分的稳定性
有些企业因为外界条件的限制,原材料的来源并不稳定,造成原材料的化学成分波动,而每种矿物的性质也大不相同,这对于烧结制品企业生产是非常不利的,往往生产优质产品的企业原材料的可开采量都在30年甚至50年以上。
3.5加强原材料处理
原材料处理可以采用风化和陈化两种处理方式:(1)风化。是将原料堆放在自然环境中,受到自然环境、气候的作用,原料松解崩裂,颗粒变得更小更细,可溶性盐也被冲洗一部分,可塑性提高,其他工艺性能也得到改善。这种做法对硬度较大的页岩及煤矸石意义更大,即使发达国家机械化程度较高的企业,为了生产更高品质的产品,风化也是常用的手段。(2)陈化。是将粉磨至所需细度的原料加水浸润,使其进一步疏解,促使水分分布均匀。这不但能改善原料的成型性能,而且可以改善原料的干燥性能,提高产品品质。并且陈化库还兼有中间储料的作用,不至于因设备及天气等不可预料的因数导致全线停产,对维持连续正常生产提供了保证。
烧结制品的生产是个系统而又复杂的过程,并不是简简单单改变某一方面即可取得效果的,必须要考虑各个方面的因素。尺寸偏差看似简单,但是从原料到生产工艺都可以影响烧结制品的尺寸,只有多尝试,多实验,这一大部分企业都普遍存在的问题终会得到解决。
参考文献
[1]赵镇魁.烧结砖瓦生产技术350问[M].中国建材工业出版社,2010.
