matlab及其应用教案

matlab及其应用教案（10篇）

1.matlab及其应用教案 篇一

《电解原理及其应用》教案一、三维目标： 1.知识与技能:(1)了解电解原理,掌握电解、电解池的概念

(2)能书写电极反应式，培养学生分析问题，总结归纳对比的能力 2.过程和方法：通过探究电解质溶液的电解，结合电解原理分析，通过教师的设疑、释

疑调动学生积极思维，猜测并分析推理实验现象，通过实验验证，归纳总结基本规律，使学生掌握电解装置的分析方法。培养学生的观察能力、动手实验能力以及分析问题、解决问题的能力。

3.情感态度和价值观：通过电解知识的学习，发现其在日常生活和工农业生产中的广泛应

用，激发学生勇于创新、积极实践的科学态度

教学重难点：1.重点：理解电解原理和以电解CuCl2溶液、NaCl溶液为例分析电解产物。2.难点：理解电解原理，非惰性电极作阳极对电解产物的判断

二、教学设计：

知识线：从电解水的现象入手，引出电解原理，电解池的定义和构成要素。

能力线：以实验探究为主，引发问题的思考及解决，最后得出结论。提高学生分析问题的能力和实验动手能力。

三、教学过程：

【引入】大多数的便携式移动电源并不会让你在离开电源的情况下超过两天。我们不仅每天要为手机充电，同时还要为移动电源充电，而普通的移动电源也不能让我们尽情的使用手机。不过现在，一款名叫Brunton Hydrogen Reactor的氢燃料移动电源终于从概念变成了现实。虽然之前氢燃料电池技术在航天、交通、军事、生产等诸多领域已经有了不少应用，但是出现在电子科技产品中还是破天荒的头一回。这是一款专门为野外求生玩家准备的产品，套件中的电池可给手机充电五六次，每次充电时间1小时左右，它有望成为露营、地震期间、紧急救援的新利器。大家是否也需要这样一款移动电源呢？我们知道，氢氧燃料电池是将氢气与氧气反应的化学能转化成电能为用电器使用，同时生成水，那么如果我们能够把水再分解，原料就可以循环利用了，如何将水分解呢？生：电解。

【问】那么电解的过程是怎样的呢？原理是什么呢？又是怎样进行能量转化的呢？今天让我们带着这样的问题来探讨电解的原理及其应用。

【板书】电解原理及其应用

【讲】让我们先回顾一下电解水的装置图。

电源将导线连接在两个电极上，其中与电源负极相连的是阴极，与电源正极相连的是阳极，并形成闭合回路。接通电源后，能观察到什么现象呢？ 生：有气泡产生。师：气泡的成分是什么呢？ 生：氢气和氧气。师：哪一极是氢气，哪一极是氧气呢？我们还需要通过实验的手段来检验一下。怎么样检验呢？

生：检验氢气可以用点燃的方法，检验氧气可以用带火星的木条，使其复燃。

师：氢气和氧气是从哪种粒子来的呢？他们是如何产生的呢？请大家思考：1.通电前，氢离子和氢氧根是怎样运动的 2.通电以后呢？ 3.结合电路中电子的流向，从化合价升降的角度分析氢离子和氢氧根发生了怎样的反应，试着写出电极反应方程式。

师：电子从负极流出到阴极，这样阴极就会富集电子，吸引氢离子移动到阴极得电子生成氢气。同时，阳极材料上电子会源源不断的流到正极，阳极上就处于一种缺电子的状态，氢氧根离子就会定向移动到阳极。溶液当中的带电微粒产生了定向移动就可以产生电流。在阴极，氢离子得电子生成氢气，从氧化还原的角度上来看，发生的是---还原反应，而在阳极发生的是得电子的氧化反应。

【板书】

一、电解原理：阴极（还原反应），阳极（氧化反应）

师：像这样的，电流作用与电解质，使其在阴阳两极发生还原氧化反应的过程，我们就称之为电解。

【板书】

二、电解：电流作用与电解质，使其在阴阳两极发生还原氧化反应的过程 师：组成电解的这套装置我们就称之为电解池。与原电池能量的转化形式不同，电解池工作时能量是如何转化的呢？ 生：电能转化为化学能。【板书】

三、电解池

1、定义：将电能转化为化学能的装置

师：请同学们对比原电池的构成要素，分析一下电解池需要哪些构成要素呢？ 生：电池，电极，导线，水，试管（容器等）

师：电池属于直流电源，还需要两个电极，其中与电源正极相连的称之为阳极，与电源负极相连的称之为阴极。水起到什么作用？（能够导电）换成其他的溶液可以么？能够导电的溶液是什么溶液？（电解质溶液）导线的作用是形成闭合回路。（边讲解边出PPT，对学生的回答要做适当的修正）

【板书】

2、构成要素：

师：大家是否还记得初中做这个实验的时候，如果电解的是纯水产生气泡的速度是怎样的呢？那么如何增强溶液的导电性呢？加入氯化钠等电解质是否会影响水的电解呢？下面我们就通过一组探究实验来说明。

实验前请大家做好准备工作：1.写出电离方程式，分析溶液中存在的离子 2.判断通电时离子的移动方向 3.预测电解产物，设计检验方案

友情提醒

请小组汇报交流一下你们的实验结果

在刚才的实验中，电解氯化铜得到了铜单质，但是电解氯化钠溶液没有得到金属钠，这是为什么呢？ 怎样通过电解的方法得到金属钠呢？ 其实大家跟著名化学家戴维的想法是一致的。

今天我们从电解水入手，了解了电解的原理，在阴极发生的电子的还原反应，在阳极反生失电子的氧化反应，并继续深入讨论电解电解质溶液的情况，通过实验的手段验证了电极产物，并书写了电极反应方程式。想必大家收获不少。下面我们来看两个练习题检验一下大家的学习情况。

电解其他的溶液又会是怎样的情况呢？给大家留一个课下思考作业： 下节课我们会就这一问题继续深入讨论。

四、教学反思

五、小组分配表：全班共八组，每组七人。（详细名单）

组长：负责组织组员一切活动。组内分工：实验记录员，回答问题代表（语言流畅），书写代表（字迹工整，写字快）

（各司其职，明确分工，团结合作，实验提前培训，操作规范准确速度快）

六、学案设计和小组实验记录表

2.matlab及其应用教案 篇二

遗传算法最先由美国Michigan大学的Holland[1]教授在1975年提出,它是用进化论思想,以及孟德尔的遗传学说发展起来的一种算法。它本质上是一种高效、并行、全局搜索的算法[2],本身具有很好的兼容性,已在多学科设计优化中得到广泛应用,同时也兼有很强鲁棒性[3]。近年来学者们对算法设计作了大量的研究,在飞机气动外形上也有很多应用[4,5,6]。遗传算法的特点是整体搜索策略和优化搜索方法在计算时不依赖于问题的具体领域,对问题的种类有很强的鲁棒性[7]。遗传算法的优点是使设计过程自动化[8],在解决多变量、多约束问题时,有其自身优势,但也存在计算速度较慢、易早熟等缺点。目前对遗传算法改进的措施有很多,如改进遗传算子、采用动态自适应技术等[9]。文献[3]中采用随机遍历(选择)、单点交叉和离散变异相结合来求解De Jong函数以及objdopi函数,从计算结果看,计算精度和收敛速度都不够理想。

2 遗传算法的改进

在遗传算法的操作流程中,遗传操作是进化的关键,它们将直接影响算法的精度、效率和稳定性。在选择上,基本遗传算法一般采用轮盘赌选择,由于群体的规模很有限和随机操作等因素,使得个体实际被选中的次数与它应该被选中的期望值存在偏差,因此这种选择方式误差比较大,有时连适应度较高的个体也很难被选上;在重组上采用单点交叉,它是在个体编码串中随机选择一个交叉点,依设定的交叉概率相互交换两个个体的染色体,从而得出新个体,但单点交叉又由于交叉概率小,所以难以得到比较好的优化结果;在变异上采用基本位变异,具有发挥作用缓慢、效果不明显等缺点。

经过对文献[3]求解De Jong函数以及objdopi函数的过程分析,其问题主要出在交叉算子采用的单点交叉上。由于单点交叉的交叉概率较小,容易造成早熟,不一定能得到真正的最优值。而交叉点过多,对种群结构可能具有一定的破坏性,而使得收敛速度变慢,但也正是因为这种破坏性,促进解空间的搜索,而使搜索更加健壮。本文采用三点交叉来解决文献[3]中的问题。

三点交叉模式可表示为:

改进遗传算法的设计流程如图1所示。

3 算例、测试方法和结果

3.1 算例1(De Jong函数的测定)

本文选取求De Jong函数,的最小值,理想最小值为f(0,0,…,0)=0,本函数的图像见图2。

3.1.1 遗传操作参数

个体的数量NIND=40,变量维数为NVAR=20,最大遗传代数MAXGEN=100,变量使用20位表示(PRECI=20),代沟GGAP=0.9,交叉概率Px=0.7,变异概率Pm=0.0017。

3.1.2 De Jong函数的测试结果

采用文献[3]和本文改进后的算法进行对比计算,其目标函数均值和最优解的变化分别进行100次迭代,变化情况如图3、图4所示。

由图3和图4可看出:通过100次迭代,经过改进的遗传算法与基本遗传算法相比,图3中目标函数均值由改进前的5.7278×104下降到1.1040×104,精度提高80.73%,图4中目标函数最优解由以前的3.7998×104下降到5.5373×103,精度提高85.43%,通过改进后,函数的最优解已经很接近函数的理想值精度,不仅方法改进效果明显,与文献[3]中所给最优解6.9666×103相比,提高了20.52%。由图3和图4看出,改进后的算法,无论在收敛速度,还是精度上都有所提高。

3.2 算例2(双积分函数objdopi)的测定:

双积分状态方程为:

初始条件:x1(0)=0;x2(0)=-1。

终止条件为:x1(0)=0;x2(0)=0。

目标函数:

(1)遗传操作参数

变量维数Dim=20,个体数目选择NIND=20,最大遗传代数MAXGEN=50,变量使用20位表示(PRECI=20),代沟GGAP=0.8,交叉概率Px=0.7,变异概率Pm=0.0016。

(2)objdopi函数的测试结果

使用文献[3]算法和改进遗传算法分别进行计算,所得结果如图5、图6所示。

由图5和图6可看出,文献[3]算法收敛速度较慢,且存在较大的波动,而经改进的遗传算法,不仅收敛速度更快,而且稳定性较好。

4 结论

本文在基本遗传算法框架下,采用随机遍历、三点交叉和离散变异相结合,有效改善了原算法存在的早熟、波动和精度较差的问题,算法具有了快速收敛的能力,并通过两个算例验证了新方法的有效性。

参考文献

[1]HOLLAND J H.Adaption in natural and artificialsystems[M].Ann Arbor:The University ofMichigan Press,1975.

[2]HOLLAND J H.Adaptation in Natural andArtificial Systems[M].Michigan:The University of MichiganPress,1995.

[3]雷英杰,等.MATLAB遗传算法工具箱及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[4]刘洁,等.基于遗传算法的微型飞行器气动力优化设计[J].空气动力学报,2005,23(2):173-177.

[5]张亚峰,等.基于遗传算法的低雷洛数高升力翼型的优化设计[J].航空计算技术,2006,36(1):97-99.

[6]张勇,等.基于MATLAB的现代优化算法在飞行器气动外形设计中的应用[J].宇航学报,2003,24(1):103-106.

[7]孟少农.机械加工工艺手册(第一卷)[M].北京.机械工业出版社,1991.

[8]AKHTAR S,HE L S.Optimization and sizing for propulsionsystem of liquid rocket using geneticalgorithm[J].Chinese Journal ofAeronautics,2007,20(1):40-46.

3.基因工程及其应用 教案 篇三

基因工程及其应用 教案

【教学目标】 知识目标：1、简述基因工程的基本原理 2、理解基因工程中所需要的工具 3、了解基因工程的基本步骤 能力目标：通过简单的模型制作，理解基因工程中工具的使用，以及基因工程的方法。 情感目标：通过对基因工程工具与基本步骤的了解，引导学生感受科学家在分子水平上操作的.精确性与难度。 【教学重难点】基因工程的基本原理及工具 【课题导入】 图片展示基因工程的几个成果，并结合生活中听说过的一些实例，说明其实基因工程的某些成果就在我们身边。那么什么是基因工程? 一、基因工程的概念 阅读课本，找出基因工程的概念，并从中找出三个关键点：基因工程作用的对象(DNA分子)、场所(细胞外改造、细胞内表达)及结果(定向改造生物性状)。 采用类比的方法，引导学生认识到在基因工程中是需要一些工具的。 二、基因工程的工具 1、基因的剪刀――限制性核酸内切酶 特点：专一性(只识别特定的核苷酸序列，并在特定位点切割) 结果：产生粘性末端(说清楚什么是粘性末端) 2、基因的针线――DNA连接酶(强调连接酶连接的是脱氧核糖与磷酸基团之间的化学键) 发放卡纸，分组构建重组DNA模型 3、基因的运载体 说明运载体的特点及常用的运载体(尤其介绍质粒) 三、基因工程的基本步骤 引导学生看书、拼图，了解基因工程的基本步骤。 【板书设计】 6-2 基因工程及其应用 一、概念 对象：DNA分子 场所：细胞外改造、细胞内表达 结果：定向改造性状 二、工具 剪刀：限制酶 产生粘性末端 针线：DNA连接酶 运载体：质粒、病毒 三、基本步骤 1、提取 2、结合 3、导入 4、检测与鉴定

4.九年级物理欧姆定律及其应用教案 篇四

教学目标

1.掌握欧姆定律，能熟练地运用欧姆定律计算有关电压、电流和电阻的简单问题。

2.培养学生解答电学问题的良好习惯。

教学重难点

掌握欧姆定律，能熟练地运用欧姆定律计算有关电压、电流和电阻的简单问题。

教学工具

多媒体、板书

教学过程

一、导入环节

(一)导入新课，板书课题

1.通过上节课实验探究电流与电压、电阻的关系用到的实验方法是： 。

分析实验数据得到以下结论：当 ________ 一定时，通过导体的________ 与导体两端的 ________ 成正比;当________ 一定时，通过导体的 _______与导体的______成反比 .

2.右表是第1节某小组的实验数据，利用上表的数据计算每组的值,并与相应的电流I进行比较，我们发现：

(二)出示学习目标

课件展示学习目标，指导学生观看。

二、先学环节

(一)出示自学指导

请同学们带着下列问题看课本P78-79页内容，勾画知识点并记忆，可查资料但要独立完成。

欧姆定律

1.欧姆定律的内容： ___________________________________ 2.公式：_________________________

公式中符号的意义及单位：

U— _____ — _____R—_____—_____ I— _____ —— _____

说明：

(1)欧姆定律中的 I、U、R 都是指同一导体、同一时刻性、同一段电路上对应的物理量。

(2)欧姆定律中各物理量的单位必须统一成国际主单位。

欧姆定律的应用：

1.在课本P78的例题1中，已知条件是什么?要求什么?用哪个公式来求?

2.在课本P79的例题2中，已知条件是什么?要求什么?用哪个公式来求?

(二)学生自学教材：师巡视

(三)自学检测反馈

要求：7分钟完成自学检测题，让5个小组的的同学到黑板前展示，书写成绩和题目成绩记入小组量化，要求书写认真、规范，下面同学交换学案，小组长组织成员用红笔将错误画出，准备更正。

1.指出下面这两个同学解题中的错误之处。

2.为了解题方便和避免错误，解题时我们应该注意些什么?

交流讨论：应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。

(1)利用欧姆定律求电流：应用公式：

例1.一条电阻丝的电阻是110Ω，接在220V的电压上，通过它的电流是多少?

(2)利用欧姆定律求电路的电压：由公式 _____变形得 _____.

例2.一个电熨斗的电阻是0.1KΩ，使用时流过的电流是2.1A，则加在电熨斗两端的电压是多少?

(3)利用欧姆定律求导体的电阻：由公式_____ 变形得_____

例3.在一个电阻的两端加的电压是20V，用电流表测得流过它的电流是1A，，则这个电阻的阻值是多少?当加在这个电阻两端的电压为10V时，通过它的电流是多少?当它两端的电压为0时，通过它的电流是多少?电阻又是多少?

三、后教环节

(一)展示交流，统一答案：

先交换学案，然后更正。选取4个小组同学分别展1个题目，下面同学提出修改和补充建议，老师要做出及时评价，2分钟时间让学生用红笔更正，提出先学中未解决的疑惑，小组或全班讨论解决。

(二)思考：你认为导体电阻大小与哪些因素有关?与导体两端的电压和通过的电流有关吗?为什么?

由例3可以看出一种测量电阻的方法，即通过测出未知电阻两端的_____ 和 _____，然后应用公式 _____算出电阻的大小。

5.matlab及其应用教案 篇五

功率谱估计是一种非常重要的频谱分析方法, 广泛应用于雷达、声纳、天文、生物医学和地质勘探等众多领域的信号处理。本文着重介绍了功率谱在桥梁路基工程分析中的应用。从宽带噪声中检测窄带信号, 这是功率谱估计在信号处理中的一个重要用途。MATLAB具有强大的数值分析、矩阵运算和信号处理等功能, 广泛应用于各个科研领域。本文基于MATLAB的数字信号处理分析功能, 采用MATLAB功率谱估计库函数, 设计仿真信号并比较分析它们从宽带噪声中检测窄带信号应用的优劣。现Barlett平均周期图方法的功率谱估计;利用函数pwelch来实现Welch法的功率谱估计。

2 功率谱估计的方法

2.1 基于多窗口法的功率谱估计

多窗口法 (简称MTM法) 是利用多个正交窗口来获得各自独立的近似功率谱估计, 然后综合这些估计, 最终得到平稳信号序列X (n) 的功率谱估计。相对于普通的周期图法, 这种功率谱估计具有更大的自由度, 并在估计精度和估计波动方面均有较好的改善。普通的功率谱估计只利用单一窗口, 因此在序列始端和末端均会丢失相关信息。而MTM法以增加窗口来充分利用这些相关信息。在MATLAB中, 实现平稳信号序列多窗口法功率谱估计的函数为pmtm。

2.2 基于参数建模的功率谱估计

基于参数建模的功率谱估计是现代功率谱估计的重要内容, 其目的就是为了改善功率谱估计的频率分辨率。在MATLAB中, 主要有基于AR模型的功率谱估计pyulear函数、pburg函数、pcov函数、pmov函数和pmem函数[2, 7]。在下面的仿真实验中, 发现pyulear函数的运算速度在它们当中最快, 分辨力最好, 故以pyulear函数为例进行分析。

2.3 基于非参数建模的功率谱估计

基于非参数建模的功率谱估计是现代功率谱估计方法。该方法主要基于矩阵特征分解的功率谱估计, 它将相关矩阵的特征向量空间分解为信号子空间和噪声子空间, 由此衍生出特征向量与MUSIC算法的信号功率谱估计。其中特征向量谱估计与MU-SIC算法谱估计都是基于噪声子空间的功率谱估计。在MATLAB中, 有可以利用函数pmusic来实现MUSIC算法的功率谱估计;也有可以利用函数peig来实现特征向量的功率谱估计。

3 仿真比较分析与应用选择

选用设计仿真信号x=3*sin (2*pi*30*t) +4*sin (2*pi*130*t) +5*sin (2*pi*250*t) +6*sin (2*pi*370*t) , 采样频率fs=1 000, 采样点数n=4096, 高斯白噪声信号2*rand, 进行仿真分析。函数调用格式如下:

4 本文的算法选择

本文采用了近似算法针对数据不足的情况进行优化, 建立对未知数据的泊松分布, 生成数据的随机散列, 类似于图像处理中的ppi提高算法。使得功率谱绘制的精度和准度得到提高。

5 桥梁路面和功率谱的关系

按照抗震设计规范规定的地面加速度反应谱换算出当量的功率谱“是使随机振动功率谱方法能够广泛应用于桥梁抗震分析的重要环节#本文的研究表明”对常规的$%&’方法适当地进行参数修正后“可以显著地提高计算精度”而又比迭代修正方法在使用上简便得多#对自振周期在 () *以内的单自由度系统与多座桥梁的数值研究表明“对于基本周期在+*以内的量大面广的一般桥梁”可以用修正参数后的$%&’方法, 取-.) #/) 0来换算出与规范地面加速度反应谱当量的功率谱#而对于基本周期在+*以上“特别是重要的大桥”则建议仍通过勘测手段“或用迭代修正法换算出地面加速度功率谱密度#在得到了地面加速度功率谱后”就可以方便地对于桥梁的位移和内力等进行随机振动分析及动力可靠性分析"或进一步考虑行波效应和其他空间效应的影响。

6 公路路面不平度功率谱特性

国际标准化组织 (ISO) 于1972年、1984年对路面功率谱分布假设如下:

式中:为空间频率, 表示单位长度中某一谐量出现的次数;Gq0为路面不平度系数, 是参考空间频率下的路面功率谱密度w为频率指数, 一般取w=2。在双对数坐标下功率谱曲线为一条斜线。通过对公路路面不平度的检测数据直接进行FFT, 采用柯立杜开法得到功率谱密度并绘成功率谱曲线。可以看出, 路面功率谱形状基本相同,

7 公路等级与功率谱的关系

功率谱变化规律基本相同, 仅在不同频率处特征值不同, 曲线形式与式曲线形式有所不同。

将所有测试路段的路面位移功率谱进行比较。两个国际标准中对路面的研究主要是基于低等表1为此次施工公路测试路段b级公路, 如未铺装路面、石砌路面等, 这些路面平对路面不平度实测值所作的路面位移功率谱比较整度差, 因此采用参考空间频率均较大, 相对应的情况。其中Gq (0) 是指空间频率接近于0时的路面功激励波长较小。如1972年国际标准采用0 16, 相当率谱;Gq (1) 是功率谱峰值;Gq () 为参考空间频率于4 m波长激励;1984年国际标准中采用0 1, 相下的路面功率谱值。

按照1984年国际标准的路面分当于10 m波长激励。由此可以看出, 两个国际标准级方法对路面进行了分级。设定的参考空间频率也在减小, 即对应激励波长在通过分级、比较后发现: (1) 新建公路几乎所有路功率谱增大段均处于A级标准。从市区公路路段功率谱分析看, 处于B级, 部分路面出现C级, 通过路面功率谱可以反映励峰值出现在0 025~0 030之间, 相当于波长33出路面的使用性能优劣; (2) 2012年11月和2013年~40m的激励。这反映主干道路面平整度优于4月两次测试中, 对应路段各频率下的功率谱均优于一般公路, 激励波长也大于一般公路。随着路面一定的增大, 这表明通过功率谱分析可反映路用性等级和路面铺装质量的提高, 路面不平度得到了改善。

摘要：随着路面测试技术的不断完善, 尤其是激光技术的广泛应用, 对路面功率谱进行精确分析成为可能。对路面长期性能研究中大量路段数年实测平整度资料进行功率谱分析, 认为路面功率谱可深刻反映路面性能, 是研究路面性能、汽车路面动力学的良好指标。本文着重就功率谱对桥梁路面的路基进行分析。

参考文献

[1]赵静, 刘琦.Welch法谱估计和参数模型谱估计的MAT-LAB分析[J].水利电力机械, 2006, 28 (4) :48-50.

[2]飞思科技产品研发中心.MATLAB 7辅助信号处理技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2005:283-345.

[3]黄志宇.随机信号的功率谱估计及Matlab的实现[J].现代电子技术, 2002, (3) :21-23.

[4]姚武川, 姚天任.经典谱估计方法的MATLAB分析[J].华中理工大学学报, 2000, 28 (4) :45-47.

[5]王凤瑛, 张丽丽.功率谱估计及其MATLAB仿真[J].微计算机信息, 2006, 22 (11-1) :287-289.

[6]The MathWorks, Inc.MATLAB R2012b Help Documentation[Z].MATLAB R2012b.2012

[7]http://baike.baidu.com/view/356116.htm

[8]http://baike.baidu.com/link?url=FnbYyJkffYnNJFpCbce7WjEQx1khyc2rDZT3O8ctWVrKUQiTHbw4nb3uYXNxvpV

6.matlab及其应用教案 篇六

学习目标：

1.能知道欧姆定律的内容，并会运用欧姆定律进行简单的计算。

2.能说出串并联电路的`特点，会用串并联电路的特点得出串并联电路中电阻的关系。

3.会应用欧姆定律解决简单的电路问题

学习重点：理解欧姆定律内容和其表达式、变换式的意义

学习难点：利用欧姆定律解决简单问题的能力

导学内容和步骤：

一、前置学习：

欧姆定律的内容

2. 欧姆定律的数学表达式及式中各物理量及单位：

I----电流----安培；U----电压---伏特；R----电阻---欧姆

3.欧姆定律中的“导体”指的是                                    。

4.串联电路中，电流关系：

电压关系：

电阻关系：

比例关系：

5. 串联电路中，电流关系：

电压关系：

电阻关系：

比例关系：

二、展示交流：

学习小组完成课本29页1—3题，上黑板展示。

教师强调解题格式，“三要”和“三不”。

三要：要写解、答；要有公式；要带单位。

三不：最后结果不准用分数；不准用约等号；不准用除号。

三、合作探究：

学习小组完成课本29页4题，尽量用多种方法解题，上黑板展示。

教师归纳：解题步骤：1。根据题意画电路图； 2.在图中标出已知量和未知量； 3.综合运用电学规律列式求解。三种方法（单一法、整体法、比例法）。

四、达标拓展：略

五、教学评价：略

7.matlab及其应用教案 篇七

1.教学目标

1、能根据散点分布特点，建立不同的回归模型；了解有些非线性模型通过转化可以转化为线性回归模型

2、了解回归模型的选择，体会不同模型拟合数据的效果

2.教学重点/难点

教学重点：通过探究使学生体会有些非线性模型通过等量变换、对数变换可以转化为线性回归模型

教学难点：如何启发学生“对变量作适当的变换”（等量变换、对数变换），变非线性为线性，建立线性回归模型

3.教学用具

多媒体

4.标签

教学过程

一、复习引入

【师】问题1：你能回忆一下建立回归模型的基本步骤？

【师】提出问题，引导学生回忆建立回归模型的基本步骤（选变量、画散点图、选模型、估计参数、分析与预测）

【生】回忆、叙述建立回归模型的基本步骤 【板演/PPT】

【师】问题2.能刻画回归模型效果的类别有哪些？它们各有什么特点？ 【生】回忆思考 【板演/PPT】 刻画回归效果的方式（1）残差图法

作图时纵坐标为残差，横坐标可以选为的样本编号，或身高数据，或体重的估计值等，这样作出的图形称为残差图．在残差图中，残差点比较均匀地落在水平的带状区域中，说明选用的模型比较合适，这样的带状区域的宽度越窄，说明模型拟合精度越高．（2）残差平方和法 残差平方和，残差平方和越小，模型拟合效果越好．

（3）利用R2刻画回归效果

；R2表示解释变量对于预报变量变化的贡献率．R2越接近于1，表示回归的效果越好.二、新知介绍

（1）回归模型选择比较不同模型拟合效果

【师】我国是世界产棉大国，种植棉花是我国很多地区农民的主要经济来源，棉花种植中经常会遇到一种虫害，就是红铃虫，为有效采取防止方法，有必要对红铃虫的产卵数和温度之间的关系进行研究，如图我们搜集了红铃虫的产卵数y和温度x之间的7组观测数据如下表： 【板书/PPT】

【师】 试着建立y与x之间的回归方程

【生】类比前面所学过的建立线性回归方程分步骤动手实施

【师】 教师巡视指导 【板书/PPT】 解:1)作散点图

2）通过计算器求得线性回归方程：

3）进行回归分析计算：

即这个线性回归模型中温度解释了74.64%产卵数的变化

【师】几何数据发现，我们所建立的回归模型相关指数约为74.64%，即解释变量仅能解释预报变量74.64%的变化，所占比例偏小，因此用此模型进行预报会存在较大误差。从散点图上也可以看出，样本点并没有很好的集中在一条直线附近，那么还可以通过什么样的回归模型进行预报呢？ 【生】思考、交流，选择回归模型

【生】学生总结方案：方案一：建立二次函数模型y=c1x2+c2 方案二：建立指数函数模型

【师】那么，如何求出所建立的回归模型的系数呢

【生】思考、交流，观察模型，探究变换的方法并发表自己的意见。最后给出具体的方法。【板书/PPT】

令t=x2，建立与之间的线性回归方程

所以y=0.367t-202.543 因为t=x2，即y关于x的二次回归方程为y=0.367t2-202.543。

【师】如果选用指数型模型，是否也可以转化为线性模型呢？如何转化？ 【生】思考、交流，教师启发学生“幂指数中的自变量如何转化为自变量的一次幂” 【板书/PPT】

建立数据转换表

根据数据得线性回归方程转化为非线性回归模型

计算相关指数R2≈0.985这个回归模型中温度解释了98.5%产卵数的变化 【师】 引导学生进行不同模型的比较，体会“虽然任意两个变量的观测数据都可以用线性回归模型来拟合，但不能保证这种模型对数据得拟合效果最好，为更好地刻画两个变量之间的关系，要根据观测数据的特点来选择回归模型” 【板书/PPT】

可以利用直观（散点图和残差图）、相关指数来确定哪一个模型的拟合效果更好。（2）运用新知，立体讲解

【师】根据刚才的例题，我们看看下面的例题 【板书/PPT】

例2某地区不同身高的未成年男性的体重平均值如下表：

试建立y与x之间的回归方程． 【师】引导学生学生动手计算 【生】学生交流计算 【板书/PPT】

解 根据上表中数据画出散点图如图所示．

由图看出，样本点分布在某条指数函数曲线y＝c1e 的周围，于是令z＝ln y.画出散点图如图所示．

由表中数据可得z与x之间的线性回归方程：

z＝0.693＋0.020x，则有y＝e0.693＋0.020x.【板书/PPT】

例3 为了研究某种细菌随时间x变化时，繁殖个数y的变化，收集数据如下：

（1）用天数x作解释变量，繁殖个数y作预报变量，作出这些数据的散点图；（2）描述解释变量x与预报变量y之间的关系；（3）计算相关指数．

【师】给学生足够时间完成练习【生】交流完成 【学生表达/PPT】

解①所作散点图如图所示．

②由散点图看出样本点分布在一条指数函数y＝c1e 的周围，于是令z＝ln y，则

由计算器得：＝0.69x＋1.115，则有＝e0.69x＋1.115.③

即解释变量天数对预报变量繁殖细菌个数解释了99.98%.随堂练习

【师】下面针对本节课所学，做几道练习题 【板书/PPT】

1．散点图在回归分析中的作用是(D)A．查找个体个数

B．比较个体数据大小关系 C．探究个体分类

D．粗略判断变量是否相关 2．变量x，y的散点图如图所示，那么x，y之间的样本相关系数r最接近的值为(C)

A．1 B．－0.5

C．0 D．0.5 3．变量x与y之间的回归方程表示(D)A．x与y之间的函数关系 B．x与y之间的不确定性关系 C．x与y之间的真实关系形式

D．x与y之间的真实关系达到最大限度的吻合

4．非线性回归分析的解题思路是通过变量置换转化为线性回归．

课堂小结 引导学生总结本节课所学

1.建立回归模型及残差图分析的基本步骤；非线性模型向线性模型的转换方法。2.不同模型拟合效果的比较方法可利用相关指数和残差分析比较 3.数形结合思想，转化的数学思想。

8.matlab及其应用教案 篇八

在某些传输距离相对较近的数字通信系统中, 信号一般无需经过调制和解调, 可以直接在其中传送, 这样的通信系统称之为数字基带系统[1]。数字基带系统中传送的信号就称为数字基带信号 (Digital baseband signal) , 数字基带信号的码型种类很多, 有些比较简单, 适合在设备内部进行传输, 有些相对较为复杂, 更适合在通信线路中传送[2,3]。因此, 在教学过程中, 有必要让学生了解常见的数字基带信号的时域和频域特征, 以便于他们能够正确认识和使用这些信号, 为后面的数字基带传输系统、数字带通传输系统的学习乃至于实际的工程应用打下良好的基础。

若想了解数字基带信号各类码型的特性, 最好的方法莫过于制作一个实际的系统, 用实验设备对其进行实际的测试和分析。但是, 这样做的代价是成本太高并且时间又长。由于计算机仿真的好处就是相当于把大多数实验设备或器件都搬进了计算机, 通过软件模拟的方法可以让实验人员能够比较直观地观察到实验结果, 节省了很多的人力、物力和财力[4,5]。因此, 本文即采用计算机仿真的方式, 利用M ath Works公司的MATLAB软件设计出几种常见的数字基带信号[6], 分别从时域波形和功率谱密度两个角度对其进行研究分析。

1 实验原理

数字基带传输系统中常用的数字基带信号有单极性非归零码 (NRZ:Non-Return to Zero) 、单极性归零码 (RZ:Return to Zero) 、双极性非归零码 (BNRZ:Bipolar Non-Return to Zero) 、双极性归零码 (BRZ:Bipolar Return to Zero) 、交替传号反转码 (AMI:Alternate Mark Inversion) 和三阶高密度双极性码 (HDB3:High Density Bipolar 3) 等。

1.1 基带信号的时域波形

NRZ码和RZ码只具有单向极性电平, 可以简单的看成信号有脉冲时为“1”, 而无脉冲时则为“0”, 两者的差别在于脉冲的占空比不同, NRZ码的占空比为100%, 而RZ码的占空比小于100%, 所谓占空比即脉冲宽度与码元宽度Ts之比。BNRZ和BRZ是具有双向极性电平的脉冲信号, 其他与NRZ码和RZ码的编码规则一致。一般来说, 这四种码型只适用于在设备内部或短距离的传输, 不适合在通信线路中传送, 因为它们往往存在直流分量和较丰富的高频分量, 占用了较宽的频带。

AMI码的编码规则也比较简单, 可以看成将NRZ码中的“1”交替的以“+1”和“-1”进行变换, 而“0”则保持不变。这样编码最大的好处在于有效地消除了直流分量, 并且高、低频分量很少, 实现起来也比较容易。HDB3码可以看成是AMI码改进型, 解决了AMI码中易出现的连0问题, 其编码规则参见文献[1]。HDB3码虽然编码比较复杂, 但是解码非常容易, 并且该码型无直流成分、高、低频分量少, 长连0时仍能提取出同步信号。因此, HDB3码在通信系统中得到了广泛的应用[7]。

1.2 基带信号的功率谱密度

设g1 (t) 和g2 (t) 分别表示基带脉冲序列中码元的符号“0”和“1”, 它们在码元周期Ts时间内出现的概率分别为P和1-P, 并设前后码元统计独立, 则该数字基带脉冲序列s (t) 可表示为:

其中

s (t) 可以分解成稳态波v (t) 和交变波u (t) 两部分, 其中v (t) 为s (t) 的统计平均分量, 可以表示为:

而

un (t) 是u (t) 的第n个码元, 有, 可写成:

其中

根据傅里叶级数和周期信号功率谱密度的关系式[8], 可算得稳态波v (t) 的功率谱密度为:

其中:

u (t) 的功率谱密度为

其中

由于, 所以数字基带脉冲序列s (t) 得功率谱密度为:

2 仿真实验

2.1 不同极性的基带信号及功率谱对比

数字基带信号有单极性码和双极性之分, 单极性码极性单一, 易于用TTL、CMOS电路产生, 而双极性码则有正负两种电平。本实验中以相同码字的NRZ码和BNRZ码为实验对象, 对其时域波形和功率谱密度进行对比, 从图1的实验结果中可以看出, 两种编码的时域波形除了极性外波形是相同的, 功率谱密度也非常相似, 但NRZ码在零频处明显可以看出存在着直流分量, 而在BNRZ码中则没有, 所以验证了NRZ码不适合在有交流耦合电路的远距离传输, 只适合在计算机内部或短距离信号传输。

2.2 不同占空比的基带信号及功率谱对比

基带信号的不同极性对功率谱有影响, 不同的占空比有哪些影响呢?本实验利用两组码字, 分别对 (1) 占空比为100%的NRZ码和占空比为50%的RZ码 (如图2) ; (2) 占空比为100%的BNRZ码和占空比为25%的BRZ码 (如图3) 进行对比研究。设信号带宽为功率谱的第一个过零点, 从实验结果分析, 随着占空比的减小, 信号的带宽在减小, 两者成反比关系。图2中RZ码占空比为50%, 其带宽为NRZ码的2倍, 图3中BRZ码的占空比为25%, 其带宽为BNRZ码的4倍。从图2中RZ码功率谱和图3中BRZ码功率谱对比我们还可以发现, 单极性RZ码中含有定时分量, 而“+1”、“-1”等概率的双极性RZ码中没有直流分量和定时分量。

2.3 AMI与HDB3码分析

由于通信系统中传输节点和信道的复杂性, 对线路码有较高的要求, 如不含直流、低频分量要少、含有定时信息、占用带宽尽量窄以及编译码要简单等, 一般的码型不能满足要求。AMI码和HDB3码有三种电平, 属于三元码, 具有很多优点, 比较适合在通信线路中传输。图4所示为占空比为50%的AMI码时域波形和功率谱图, 与图2中的NRZ码的功率谱相比, 不仅没有直流分量, 明显能看出AMI码低频分量明显减少了。

AMI码虽然有很多优点, 但是它有一个重要缺点, 即当码型中连0过多时无法提取定时分量。HDB3码除了具有AMI码的全部优点之外, 还克服了它的缺陷, 其波形和功率谱如图5所示。图5中上图显示的是NRZ码和HDB3码两种时域波形以作对比, 可以看出NRZ码中的连0码在HDB3码也进行了编码, 不会出现3个以上的连0成分。

3 结语

通过对不同极性、不同占空比的数字基带信号功率谱密度进行实验分析, 很容易将各种时域中容易混淆的信号区分开来, 能够深入了解它们的有关特征, 方便工程人员在实际应用中合理选择有关码型。同时, 还能看到利用MATLAB软件对通信系统中的信号进行研究, 方便快捷, 易于调整相关参数, 实验结果一目了然, 有助于学生的学习和理解。

摘要：数字基带信号是通信系统中最基本的信号之一, 为了更好地学习和掌握该类信号, 利用MATLAB软件从时域和频域两个角度对其展开研究。首先介绍了几种常用的数字基带信号, 而后分别从信号的不同极性、不同占空比等方面对其功率谱密度进行对比分析, 同时对AMI和HDB3两种线路码也做了实验比对。通过该实验能够比较清晰地对数字基带信号有了认识, 为今后的学习打好基础。

关键词：数字基带信号,MATLAB,占空比,功率谱

参考文献

[1]樊昌信, 曹丽娜.通信原理 (第6版) [M].北京:国防工业出版社, 2007:132-149.

[2]李永忠.现代通信原理与技术[M].北京:国防工业出版社, 2010, 247-257.

[3]章小宝.基带信号无码间串扰的研究与仿真[J].信息通信, 2012, (5) :31-32.

[4]夏江涛, 孙冬娇.Matlab在现代通信原理课程中的应用[J].实验技术与管理, 2014, 31 (1) :110-113.

[5]程玲, 徐冬冬.Matlab仿真在通信原理教学中的应用[J].实验室研究与探索, 2010, 29 (2) :117-119.

[6]陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南.西安:西安电子科技大学出版社, 2007.

[7]谭立志.三阶高密度双极性信号编译码的建模与仿真[J].现代电子技术, 2008 (11) :21-23.

9.matlab及其应用教案 篇九

关键词：边缘检测,MATLAB,数字图像处理,苹果

图像的边缘是图像最基本的特征之一。边缘中包含有价值的目标边界信息,这些信息可以用于图像分析、目标识别以及图像滤波。

所谓边缘[1],是指其周围像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的那些像素的集合。图像边缘检测是数字图像处理中最基础的内容之一。但是由于成像过程中的投影、混合、畸变和噪声等导致图像特征的模糊和变形,且图像边缘和噪声均为频域中的高频分量,这给边缘检测带来了巨大困难。本文将MATLAB作为图像处理的编程平台,以实验室条件下成熟的苹果为研究对象,对常见的边缘检测方法及其特性进行对比分析与研究。

1 边缘检测的基本原理[2]

边缘检测的基本原理是:首先利用边缘增强算子,重点突出图像中物体的边缘,然后计算出灰度图像中的边缘强度,最后通过设置阈值的方法提取图像边缘点。由于轮廓产生于灰度急剧变化的地方,因此可以通过函数变化部分的微分运算提取图像的轮廓。一般常用像素的一阶导数和二阶导数来检测。

在经典的一阶导数算子中,若图像的灰度函数为f(x,y),(x,y)为像素坐标,则位置(x,y)的梯度大小g(x,y)和相位θ分别表示为:

梯度大小g(x,y)反映了灰度变化的幅度,相位θ反映了灰度变化的方向。接下来就可以通过设置阈值的方法来提取图像的边缘。基于传统的一阶导数的边缘检测方法主要有Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子、Kirsch算子和Canny算子。

经典的二阶导数边缘检测的数学形式为

其离散形式为

可以采用Gauss-Laplace(简称Lo G)算子来求二阶导数。由于数字图像的离散性,在计算过程中,可以使用差分来代替微分进行计算。

2 常见的检测方法原理及其特性

2.1 Sobel算子[3]

对于数字图像{f(x,y)}的每个像素,观察它的上下、左右邻点灰度的加权差,与之接近的邻点的权值较大。据此,可以定义Sobel算子形式如下:

其卷积算子

设置适当的阈值T,并判断:当s(i,j)>T时,(i,j)为阶跃状边缘点,{s(i,j)}为边缘图像。Sobel算子容易实现,不但能够产生较好的边缘检测效果,而且受噪声影响也较小。Sobel算子对噪声具有一定地平滑作用,能够提供较为精确的边缘方向信息,是一种常用的边缘检测方法。

但由于Sobel算子没有基于图像灰度进行处理,没有严格地模拟人的视觉生理特征,所以提取的图像轮廓有时并不能令人满意。

2.2 Roberts算子[4]

Roberts算子是一种利用局部差分检测图像边缘的算子,Roberts算子图像处理后结果边缘不是很平滑。其原因是Roberts算子通常会在图像边缘附近的区域产生较宽的响应。因此,采用Roberts算子检测出来的图像边缘需进一步做细化处理,边缘定位的精度不是很高。它的计算公式是:

其中,f(x,y)是输入图像,g(x,y)是输出图像。

2.3 Prewitt算子[5]

Prewitt算子利用像素点上下、左右邻点间的灰度差,在边缘处达到极值这一性质来检测物体边缘,去掉部分伪边缘,对噪声具有平滑作用。其原理是在图像空间利用两个方向模板与图像进行邻域卷积来完成的,这两个方向模板一个检测水平边缘,一个检测垂直边缘。如图1所示。

对于图像{f(x,y)},Prewitt算子的定义如下:

则P(i,j)=max(Gi,Gj)或P(i,j)=Gi+Gj。

2.4 Kirsch算子[6]

Kirsch算子提出了新的一种边缘检测的技术。它使用了8个模板来确定梯度幅值和梯度的方向。图像中的每个点都分别用这8个模板进行卷积,每个模板对某个特定的边缘方向作出最大响应。所有8个方向中的最大值作为边缘图像的幅值输出。最大响应模板的序号构成了对边缘方向的编码。8个模板如图2所示。

Kirsch算子的梯度幅值用如下公式:

2.5 Canny算子[7]

Canny算子用一个准高斯函数做平滑运算fs=f(x,y)×G(x,y),然后以带方向的一阶微分算子定位导数最大值。平滑后梯度使用2×2一阶有限差分近似表示,其公式如下:

在这个2×2正方形内求有限差分的均值,便于在图像的同一点计算的偏导数梯度。幅值和方向角用直角坐标到极坐标的坐标转化来计算:

M[i,j]反应了图像的边缘强度,θ[i,j]反应了边缘的方向。

2.6 Gauss-Laplace(简称Lo G)算子[8]

Laplace算子是根据图像{f(x,y)}在x、y方向上的二阶偏导数定义的一种边缘检测算子。它是线性二阶微分算子,具有旋转不变性,从而满足不同走向的图像边界的锐化要求。在数字图像中,常用的Laplace算子如图3所示。

Laplace算子的显著特点是可以锐化边缘、各向同性,但同时也加大了噪声。利用图像二阶导数的零交叉点求边缘的算法对噪声十分敏感,所以希望在边缘增强前滤除噪声。为此,将高斯滤波和拉普拉斯边缘检测结合在一起,形成Gauss-Laplace(简称Lo G)算子,这种方法的特点是图像先与高斯滤波器进行卷积,做滤波处理,这一步既平滑了图像又降低了噪声,孤立的噪声点和较小的结构组织将被滤除,然后利用无方向性的Laplace算子实现边缘检测。

3 试验设计

在实验室条件下,采用PC机(CPU:E5200 2.5GHz,Memory:2 G,OS:Windows XP)作为核心处理平台,采用日本Watec公司的WAT—231S彩色摄像机作为图像获取设备,采用加拿大Matrox公司的meteor 2/4图像采集卡作为信号采集转换设备。通过软件Halcon8.0自带的图像采集程序控制摄像机的拍摄。将拍摄的成熟苹果图片作为待处理对象(图4),通过MATLAB编程进行边缘检测。

其MATLAB处理代码如下:

各种不同方法的检测效果对比分析见表1和图5。

从实验中可以看出,Roberts算子不经过平滑直接计算图像差分,图像边缘定位精度不高,受高斯噪声的影响较大。Sobel算子和Prewitt算子对于低噪图像具有较好的检测效果,但是对于多噪图像检测效果一般。Canny算子检测出来的边缘线划很细,边缘连接程度最佳,苹果的细节表现得最明晰、完整,更容易检测检测出真正的弱边缘,但是对噪声的抑制能力太差,不适合苹果边缘的检测。Kirsch算子通过8个模板组成方向算子,对于递增方向极其敏感,最佳的方向就是最大梯度幅度响应的方向,检测边缘效果最好,噪声抑制能力最强,但是轮廓线较粗,需进一步做细化处理,计算速度慢。Gauss-Laplace算子能检测出很细微的变化,且边缘较细,但由于该算子对噪声比较敏感,产生了大量虚假边缘,且计算速度慢,所以不宜用于直接检测。

由于真实农业环境中,各类噪声的存在是不可避免的,因此,抗噪性能将被作为综合评价的主要依据。实验过程中,对15只苹果不同角度共计45组照片进行边缘检测。经对比各种检测方法的优缺点,发现在当前实验室条件下,苹果的边缘检测采用Kirsch算子比较妥当。

4 结束语

因此,针对不同的环境条件和检测要求,选择合适的方法来对图像进行边缘检测十分重要。在图像边缘检测领域中有许多经典的边缘检测算子,但无论哪一种都不具有绝对优势,在图像的抗噪能力、边缘定位、细节效果和算法运行的速度等方面,各自存在优缺点。

本文通过MATLAB编程对各个边缘检测方法及其特性进行对比研究,在此研究的基础上,可以通过机器视觉的方法对苹果的生长姿态进行检测,为苹果的智能化采摘设备的研制与改进奠定基础。

参考文献

[1]乔忠慧,古乐野,张超.基于数学形态学的彩色图像边缘提取.微计算机信息,2009;11-1(25):131—137

[2]冈萨雷斯.数字图像处理(第二版).北京:电子工业出版社,2003:467—472

[3]袁春兰,熊宗龙,周雪花.基于Sobel算子的图像边缘检测研究.红外与激光,2009;1(39):85—87

[4]王冰.用Roberts算子进行边缘处理.甘肃科技,2008;10(24):18—20

[5]刘明艳,赵景秀,孙宁.用Prewitt算子细化边缘.光电子技术,2006;4(26):259—263

[6]陈小芬,王跃存.基于Kirsch理论的彩色图像边缘检测.仪器仪表用户,2008;5(15):111—112

[7]何友金,李楠.舰船红外图像边缘检测方法对比研究.计算机仿真,2006;4(23):201—203

10.matlab及其应用教案 篇十

1.教学目标

1、简述基因工程的基本原理。

2、举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。

3、收集基因工程所取得的成果以及发展前景。

4、通过对书中插图、照片等的观察，学会科学的观察方法，培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。

2.教学重点/难点

1.教学重点：

（1）基因工程的基本原理。（2）基因工程的安全性问题。2.教学难点：

（1）基因工程的基本原理。

（2）转基因生物与转基因食品的安全性。

3.教学用具

教学课件

4.标签

教学过程

一、导入

多媒体展示一组图片，能发光的水母、不能发光的热带斑马鱼、超级小鼠超级鱼等图片，然后介绍，图片中这些生物的出现是基因“嫁接”的结果，提出问题，二、问题讨论

1.为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上？ 2.推测这种“嫁接”怎样能实现？ 3.这种“嫁接”对品种的改良有什么意义？

我们今天就来学习这方面的知识，基因工程及其应用。1973年美国科学家科恩创立了定向改造生物的新技术-----基因工程。

引导学生进行探究：从糖尿病治疗实例入手，共同研究基因工程及有关的技术。组织学生讨论分析：治疗糖尿病的药物是什么？用什么方法获得胰岛素才能满足社会需要呢？

大多同学想到从动物胰脏中提取，这确实是获得胰岛素的一种方法。科学家运用这种方法提取胰岛素，结果每100Kg胰脏只能提取4--5g胰岛素，不仅需要消耗大量的动物肝脏，而且提取过程复杂，必然是产量低、价格昂贵，远远满足不了社会的需要。还有没有其他更好的方法？

学生各叙己见，教师归纳引出基因工程的方法。目前成功的做法是：把胰岛素基因从人的DNA分子上剪下，与大肠杆菌的DNA分子拼接成新的DNA，再把新的DNA导入大肠杆菌，用大肠杆菌来生产人的胰岛素！

问题探究：为什么想到用大肠杆菌来生产胰岛素呢？易培养，繁殖速度快。

三、假设模型

（一）基因工程的原理

组织学生讨论分析：DNA分子的直径只有2.0nm,粗细只有头发丝的十万分之一，长度也是极其短小的，一般以µm为单位，如大肠杆菌的DNA长度为1.36µm.在如此微小的DNA分子上进行剪切和拼接，是一项非常精细的工作，这些工作的完成需要一些特殊的工具。

问题探究：

组织学生讨论分析：用什么方法才能把胰岛素基因切下来呢？ 有的同学想法很好，用酶。科学家把这样的酶叫作：

1、限制性核酸内切酶，形象的比喻为“基因的剪刀”。

组织学生讨论分析：限制性核酸内切酶为什么能切割DNA，这与它的特点有关，限制性核酸内切酶的特点是什么？ 得出：每种限制性核酸内切酶只能识别特定的核苷酸序列，并在其中特定的位点上切割DNA分子。

组织学生讨论分析：用限制性核酸内切酶切割DNA分子后，其切口处露出什么结构？ 生：黏性末端。

师：用限制性核酸内切酶切割DNA分子后，露出几个黏性末端？ 生：二个。

师：这两个黏性末端有什么特点？ 生：其上的碱基可以互补配对。

师：黏性末端的出现对DNA的拼接有意义吗？为什么？

生：有意义，用同一种限制性核酸内切酶切割两种来源不同的DNA，可以得到互补配对的黏性末端，把两者的黏性末端连起来，就能把一个DNA中的基因剪下并拼接到另一个DNA分子上。

师：很好。

2.基因针线：DNA连接酶

师：现在我们接着上面讨论，如何将胰岛素基因切下并与大肠杆菌的DNA拼接？ 生：用同一种限制性核酸内切酶分别切割胰岛素基因和大肠杆菌DNA，可以得到互补配对的黏性末端，把两者的黏性末端连起来，就可以把胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA分子上。

师：通过上述技术能将两个DNA完全拼接成一个新的DNA吗？ 生：不能。

师：为什么？还需要怎么办？ 生：还需要用DNA连接酶连接。师：DNA连接酶的作用是什么？

生：把DNA这把“梯子”的扶手断口处连接起来。3.基因的运输工具：载体

师：下面还要请大家思考：切下的人的胰岛素基因与大肠杆菌的什么结构相拼接才能顺利导入大肠杆菌呢？

生：质粒。

师：质粒的作用、本质及对受体细胞的影响如何？

生：质粒的作用是运输工具，质粒的本质是环状DNA，对细胞没有不良影响。师：常用的载体有哪些？最常用的载体是什么？

生：常用的载体有质粒、噬菌体及一些动植物病毒，最常用的载体是质粒。师：有了上述工具我们就可把把胰岛素基因拼接到大肠杆菌DNA分子上去，再请同学总结一下：把胰岛素基因从人的DNA分子上剪下，与大肠杆菌的DNA分子拼接成新的DNA，用到的工具有哪些？这些工具的作用是什么？

生：基因的剪刀：限制性核酸内切酶；基因针线：DNA连接酶；基因的运输工具：载体。

师：下面向大家展示人的胰岛素基因从人的DNA分子上切下，再拼接到大肠杆菌的质粒DNA上去以及大肠杆菌生产胰岛素的全过程。

（过程展示）

（二）、基因工程的有关概念 师：什么是目的基因？

生：人们所需要的特定基因叫目的基因。师：什么是受体细胞？

生：人们所需要的特定基因导入的细胞称为受体细胞。师：什么是重组DNA？

生；来源不同的DNA在体外，经过一定人工“剪切”和“拼接”形成新的DNA叫重组DNA。师：什么是基因工程？

生：基因工程又叫重组DNA技术，是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生人类需要的基因产物。

师：重组DNA导入受体细胞后还需什么重要步骤才能完成大肠杆菌生产胰岛素的全过程？

生：还有重组DNA的扩增，目的基因的产物表达等。师：扩增是指目的基因进入受体细胞后随受体细胞的繁殖而

复制，获得大量目的基因的过程；目的基因的产物表达是指目的基因进入受体细胞后能产生特定的产物的过程。这两步的完成才能说明基因工程的全过程的完成。

（三）、基因工程的步骤

师：基因工程的一般过程包括哪些基本步骤？

生：基因工程的基本步骤包括获取目的基因，目的基因与运载体结合，形成重组DNA，重组DNA导入受体细胞并进行扩增，目的基因的产物表达等。

(课件展示)师：下面请各学习小组代表上台，交流学习成果。

（四）、基因工程的应用

1.用基因工程的方法设计抗软化番茄的培育过程。

2.用基因工程的方法设计能生产人的干扰素的大肠杆菌的培育过程。3.用基因工程的方法设计能生产鸡蛋白的大肠杆菌的培育过程。4.用基因工程的方法设计能吐出蚕丝的大肠杆菌的培育过程。5.我国在基因工程方面的成就有哪些？

（五）、转基因食品的安全性讨论 结束语 师：同学们今天我们共同探索了基因工程及有关的技术，在课上很多同学表现出了聪明和才智。

基因工程是现代生物技术的尖端学科，基因工程还有很多需要探索的课题，随着基因工程技术的不断完善和成熟，基因工程将造福人类，基因工程专业正成为大学最热门的专业，相信不远的将来，在座的同学中一定有世界级基因工程专家！

课堂小结

本节的内容信息量大、专业术语较多，在教学中学生不易理解，所以在教学过程中教师要注意调动学生的积极性，通过不断地质疑引导学生的思维，将复杂的知识简化，让学生直观地、自然地接受本节的知识。本节的内容涉及的概念和名称较多，教师应指导学生对本节知识中出现的概念，名称进行比较加以区别。例如，基因工程的概念、目的基因的概念、供体细胞与受体细胞的区别，重组质粒与重组DNA分子的区别，目的基因的检测与表达的区别等。在教学中应搞好组织工作，处理好各种媒体的使用，做到恰到好处，点到为止。处理好学生的讨论，交流与操作的关系，掌握好教学过程中的时间分布，做到心中有数。

在教学中要敢于放手，对于学生可以理解的内容尽量让学生独立思考和解决，教师在其中只作为教学的指导者，这样不仅可以培养学生的创新意识和实践能力，也可以锻炼学生的自主学习能力，同时也有利于学生的个性发展和认知水平的提高。教学过程要体现主体性和科学性的现代教育理论和原则，使学生全员参与到教学过程的整个探究中，并在平衡——不平衡——平衡中不断得到丰富、提高和发展。在知识内容方面，由于本节的知识较抽象，有条件的学校最好制作多媒体课件或相关的网页，这就需要教师具备一定的计算机软件开发能力，教师与学生都要具备一定的计算机操作使用基础，才能上好本课。

本节的内容要求学生掌握的层次是了解水平，教师可以适当的将课本的知识延伸，既可以提高学生对生物学科的兴趣，又可以锻炼学生的观察、思维、归纳、协作能力。但是教师在适当扩充延伸知识的同时，不要忽视本课知识点的掌握。

板书