观察量表设计

观察量表设计（精选6篇）

观察量表设计 篇1

课堂有意义教学问题一直是备受关注的研究领域, 目前理论分析主要占多数, 实践和实证研究相对比较匮乏。因此, 我们在开展有意义的课堂教学研究的过程中, 加以结合对相关有意义学习理论内涵的理解, 设计出课堂有意义教学观察量表, 以引导观察者从不同视角客观地认知有意义教学的课堂, 以便发现教学过程中产生的问题, 进而提高课堂教学质量。

一、有意义学习理论的认识突破

(一) 认知主义有意义学习理论的认识突破

奥苏贝尔总结了前人对学习类型划分的利弊得失, 比较辩证地提出了与皮亚杰稍有不同的认知结构概念, 认为“影响学习的最重要的因素是学生已知的内容”。 (1) 奥苏贝尔明确地区分有意义学习与其他学习间的本质不同, 并正确阐明了接受学习和发现学习、机械学习与意义学习之间的关系问题, 为人们澄清了这些学习类型之间的模糊界限; (2) 有意义学习的心理机制是同化原理, 其是将皮亚杰的“同化”引入了学习理论的范畴, 不同于斯金纳的“同化”只能够引起图式的量的变化; (3) 奥苏贝尔的学业成就动机驱力构成理论为研究中儿童成就动机的构成和发展提供了一个极好的理论范式。

(二) 人本主义有意义学习观的认识突破

罗杰斯对有意义学习的论述不仅局限于对个体知识结构的“有意义”, 而且逐渐把这种学习的“有意义”理解为对学习者每一个部分 (包括学习者认知结构、行为、个性、态度和人格等各个方面) 的影响;1.罗杰斯强调对“完整的人”的关注, 尤其是对人的“情感”方面的重视, 认为“现代教育的悲剧之一, 就是认为唯有认知学习是重要的”;2.提出了有意义学习的四个要素理论, 并指出渗透性的学习也会使学习者的态度、行为甚至个性都发生变化, 这无疑是对奥苏伯尔重知轻情的超越;3.罗杰斯提出了 “非指导性教学”的学习模式, 其实质就是对传统的以“教师为中心”教育模式的有力反击, 虽然他的“废除教师中心, 提倡学生中心”的观点有些偏激, 但是相对于传统接受学习理论来说, 具有进步的认识意义。

(三) 建构主义有意义学习观的认识突破

梅耶的学习过程模型是在加涅信息加工模型的基础上简化而成的, 但其更注重知识的建构, 也更具有实际操作性。 (1) 梅耶重点研究学习者在一定情景下对信息的选择、 组织和整合, 强调个体在一定社会情景下通过内部主动加工而进行意义的建构, 据此而形成了意义学习的SIO教学方式; (2) 梅耶还研究了促进满足这三个条件的多种具体的方法, 为实际的课堂教学提供了可操作性的手段, 还为教学媒体的具体设计提供了借鉴; (3) 梅耶的研究兴趣重点放在认知、教学和技术上。且不同于我们仅仅把多媒体学习看做是向原先的认知结构中添加新信息的过程, 它还包括对知识的建构过程, 这为多媒体学习的研究提供了新思路; (4) 梅耶提出了双重编码理论和双向通道假设, 并在这方面做了大量实证研究, 这些研究为正在崛起的新一代的多媒体学习研究奠定了坚实基础。

二、基于有意义学习理论下的课堂观察量表的设计及其突破

(一) 基于有意义学习理论下的课堂观察量表的设计

根据以上对有意义教学理论的认识, 遵循了课堂有意义教学的发展性和平等性的要求, 我们确立了课堂有意义教学的三个观察维度, 并制定了各维度的观察量表 (如下表所示) 。

维度一体现的是在教学中关注学生的认知和情感的结合的理念。因为对于奥苏贝尔的意义学习理论来说, 其着重于对认知结构的偏重, 而罗杰斯却意识到了知情合一的有效性, 因此实现二者合一则是有意义教学最理想的状态;其次, 我们也借鉴了罗杰斯的人本主义理念, 如考虑到关注学生的情感变化, 增强学生参与学习过程的自主性, 认识学习对个人的内在意义所在, 等等。

维度二主要是根据教师的角度以学生为中心, 重视学生主体意义。因为罗杰斯的理论也存在一定的局限, 它对学生的自主能力估计过高, 所以结合奥苏贝尔认知主义学习理论中所涉及的“先行组织者”教学策略及罗杰斯人本主义学习观中的学习方法和原则, 考虑到教师就应是站在学生未来发展需要的基础上考虑“什么知识最有价值”, 真正实现有意义的教学就是教师应该为他们提供富有个人意义的“先行组织者”, 关注学生意义学习的心理机制, 强化学生的动机驱力, 并在学习者自主学习的基础上, 促成学习者个人意义即知识的建构, 因此表中的相关项就是依据此进行设置的。

(二) 基于有意义学习理论下的观察量表设计的认识突破

1.观察量表的设计与评估要基于真实的实践教学场景、课堂观察量表要来源于课堂教学, 并指导课堂教学有效进行。 以上的几个量表是源自于对相关有意义教学理念的重新认识后设计出的, 其主要是汲取多个理念的精华, 不过由于其理论性较强, 抽象概念不容易转化为具体可观测到的行为, 因此我们需要在真实的教学中检验它是否具有科学性和可操作性。

2. 这三个观察指标总揽三个有关的有意义学习理念, 也是较为全面地形成一个完整的观察体系, 使课堂观察能形成部分与整体评价的呼应。 为从各个理论的利弊出发, 笔者将这九个维度观察得出的信息整合到一张总表上进行综合分析, 以还原课堂教学的全貌; 不同的学科也必须通过不同量表规范教学, 所以课堂观察的视角和以此为基础设计的课堂观察量表也要根据不同课型进行适当调整。

3.在对观察量表的设计中, 我们也应突破仅以量表和数据为依据的固定思维模式, 加以重视理性的分析, 加强对教学个性的细节, 比如从教师的教学风格、教师的个人特点、班级特征等不同视角解剖有意义教学的影响效果。

三、结语

经过以上对有意义理论的追溯和探究, 无论是从奥苏贝尔的认知主义到罗杰斯的人本主义还是梅耶的建构主义学习理论, 这些理论都是“有意义学习”理论发展历程中的一次认识的突破和升华, 而据此设计出的课堂有意义教学的观察量表中各项维度和指标仅是一个教学参考的理论数据, 所以我们也应当清醒地认识到在进行具体的课堂观察时, 这个观察量表也不能够作为唯一的评判有意义教学效果的标准, 其中的各项数据也不能简单对应。 尤其是对一线教师来说, 需要注意教学的随堂生成性, 课堂观察的视角和以此为基础设计的课堂观察量表也要根据不同课型进行适当调整。

参考文献

[1]刘红熠.奥苏贝尔学习理论及其对新课程课堂教学改革的价值探讨[J].当代教育理论与实践, 2012 (2) :116-118.

[2]王惠来.奥苏伯尔的有意义学习理论对教学的指导意义[J].天津师范大学学报 (社会科学版) , 2011 (2) :67-70.

[3]李鑫.“有意义接受学习”和“探究学习”整合下的有效教学策略研究[D].上海:上海师范大学, 2010 (4) .

[4]盛群力, 陈彩红.创设一种能引发学习者经验的教学环境——梅耶论教学科学的基本原理[J].新课程教学研究, 2013 (12) :24-43.

基于教学实践的课堂观察量表开发 篇2

课堂观察量表的开发与使用无疑可以成为我们进行课堂观察的有效手段, 通过量表的开发与使用, 可以使我们更直观深入的反思我们的教学;课堂观察量表的开发与使用, 带来了小学英语教学中教学活动设计上的嬗变。教学实践中的问题和困惑都可以成为我们进行课堂观察的视角和关注点, 成为设计开发观察量表的切入点。基于我的英语教学实践, 我尝试着从问题入手, 设计开发课堂观察量表。

1 针对教学实践中不重视语言与文化的联系的量表开发

孟彦君教授曾在《<课标>理念下的英语课堂观察》一文中指出:“注意文化因素的理念之是否挖掘课文中的文化因素, 活动的设计是否处理好语言与文化联系”。语言是交流的工具, 也是思维的工具, 在使用的过程中必然会与文化相联系, 因此我认为, 脱离了文化的语言是没有色彩的, 脱离了语言的文化是不鲜活的!

基于这个观点, 我在教学实践中结合自己的英语教材, 在实际的教学实践中尝试设计开发了“基于文本图片的教学活动有效性“的观察量表。在小学的英语教材中单纯直接的与文化关联的文本材料还是比较少的, 更多的文化信息是通过文本中的图片表现出来的。对文本图片的正确使用和教学活动的设计, 可以使学生的思维力、审美力、表达力等多方面得到发展。

《新标准英语教材》在每一个模块的文本内容都匹配着丰富生动地图片, 这些图片大多数情况下是被教师给忽略了, 也正是由于教师的忽略导致了学生对于文本的学习就仅仅聚焦在单纯的文字上, 缺失了对于图片的理解和判断, 能读懂文字, 却读不懂图片。如《新标准英语》第十册的Module1 Unit 1中有这样一幅图片[见下图]:通过读文本的句子学生会很容易对问题“Can Lingling play the flute?”做出判断回答:“NO, she can’t.”很多教师认为问题很简单, 学生用理解的很快就一带而过了!其实图片所透露出来的信息比文本语言的信息要更丰富:两个外国小朋友捂着耳朵, 皱起眉头;墙上的画都粉碎了;吹出的音符是乱七八糟, 不成样的;沙发和桌角都出现了褶皱, 原来歪着“脖子”的台灯也挺直了……这些信息的传递可以很好的训练学生对于图片的观察和信息的搜集处理能力, 帮助学生学会关注细节, 全面的分析和解决问题。

再如:《新标准英语》第七册第八模块Module 8 Unit 1中的三个图片[见下图], 仔细观察文本的图片会发现, 很有趣也很生动, 重点是关注太阳和云朵。一开始两人在读报纸的时候可能还是在早晨比较早些的时间, 太阳和云朵闭着眼睛好像还没有完全睡醒;然后当妈妈读到有个小姑娘得了金杯的时候, 太阳和云朵瞪大了眼睛, 似乎也想听一听新闻报到是如何介绍的;最后, Amy说她也会吹奏笛子时, 太阳和云朵都皱起眉头躲在窗帘后面, 妈妈也捂着耳朵皱着眉头, 说明Amy吹奏的不是很好, 进而引出了妈妈说的那句话——Practise a lot!You will win a competition too.对于图片的阅读会更好的加深学生对文本的理解和掌握, 也会比较自然的使学生体会理解妈妈最后说的话, 从阅读到理解到情感的渗透教育可以一气呵成。

我还还关注到了教学中知识关联的重要作用。所谓知识关联, 就是教师能够通过自己的教学活动设计, 有效的调动学生已有的旧知, 为新知学习做准备;有效拓展学生对新知的运用, 为新知的深入学习做好准备。

小学英语教材中有很多语言知识点是前后关联的, 既关联知识本身, 又关联相关的学科。如《新标准英语》教材中一年级出现了对于颜色的语言学习, 教师就可以很好的与学生的美术学科相关联, 通过三原色之间的调色融合的实践操作, 帮助孩子将语言学科和美术学科相关联。再如, 学生对于巨石阵的学习, 可以很好的与之前学习过的有关于伦敦的景点介绍等地理常识相关联, 拓宽学生的视野和知识面。

2 针对教与学的风格不受重视的量表开发

课堂是有个性、有生命的, 既展现了授课教师教学风格, 也体现了学生参与学习状态。无论什么样的课堂, 都是教与学的动态反映。

在课堂观察中, 我们往往以量表和数据为依据, 重视理性的分析, 忽略了包含教学个性的细节, 比如教师的教学风格、教师的个人特征、学生的性格特点等, 使课堂观察显得共性有余而特点不足。

通过听课教师的观察记录, 或者是教师对录像课的课后记录, 都会很直观的反馈出教后在哪些层面上的风格上更突出些, 更有创造力和个性。

我认为, 课堂察量表的设计与开发应当是“自下而上“的课堂观察主题的确立与量表的可开发设计。具体来说就是:教师在教学实践中发现问题后确定自己想要被观察的点, 即观察点的提出;在教研团队中与其他教师研讨, 最终确定观察点;开发设计课堂观察量表;通过具体的课例观察教师使用课堂观察量表并进行数据的分析, 在调整改进教学的同时, 对课堂观察量表进行进一步的修改和完善。

我通过自己的教学中发现的问题, 教学改变时引发的思考和困惑, 进行课堂观察量表的设计与使用, 帮助我不断的解决问题, 改进自己的教学。课堂观察的视角不是固定不变的, 它的选择应当是来源于教学, 服务于教学, 要能够通过观察促进教师教学活动设计的嬗变, 促进教师专业的不断发展, 最终实现学生的全面发展。

摘要：该文通过作者在教学实践中发现的问题, 运用课堂观察的理论, 通过针对具体问题的课堂观察量表的设计与开发, 更好的以数据说话, 帮助教师更好的进行教学实践的改进。

集中分配能量计量表设计与实现 篇3

当今社会,家庭采暖用热能作为需要花钱购买的消费品,已为广大消费者认可。然而多年以来,取暖收费一直是采取传统做法,即按取暖面积大小收费,既不方便用户取暖,又浪费了大量的能源。

国外的热计量经验表明,按照热量收费的制度是促使用户自觉节能的最有效手段,据统计“把大锅炉饭”式的采暖包费制,改为按实际使用热量向用户收费,可节能20%~30%。

按照国家节能的要求,生活用能必须计量向用户收费。因此,把热作为商品,由用户自行调节控制使用,并按实用热量合理收费,才能调动用热和供热两方面的积极性,进而促进节能[1]。因此本课题的研究目的是设计一个分户计量系统,即用户在使用供暖设备时,按所消耗能量进行计量的装置。

2 热量计量装置设计方案

2.1 硬件框架结构

本设计以单片机为控制核心,其辅助电路包括复位电路、温度检测电路、流量检测电路、显示电路和串行口电路五个部分。硬件框架图如图1所示[2]。

2.2 主CPU系统

C8051F340芯片是完全集成的混合信号系统级MCU芯片,高速、灵活、低价。具有8051兼容的CIP-51内核(可达25MIPS),它的速度快。新增了FLASH存储器,具有在系统重新编程能力,可用于非易失性数据存储,并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器,支持断点、观察点、单步及运行和停机命令[2]。鉴于以上优点,并结合设计目标,特选用此款单片机。

C8051F340主控单元电路如图2所示。

2.3 流量传感器

流量传感器安装在管路系统上,用于计量流过供热回路的水的体积并发出流量信号,该信号是载热液体体积或质量的函数,也可是体积流量或质量流量的函数[3]。本设计是运用霍尔元件来制作的一个流量传感器。装有霍尔元件的转子每转一圈,霍尔元件和磁钢接近一次,从而发出一个脉冲信号。设定一个脉冲对应的流出水的体积为固定值(本设计中设定为10L)。由单片机接收霍尔元件输出的脉冲,进行脉冲计数,从而计算出相应的流量[3]。

2.4 配对温度传感器

配对温度传感器是指对同一个热量表,分别用来测量管路系统的入口和出口温度的两支温度传感器,分别安装在管路系统的入口和出口,采集系统内介质的温度并发出温度信号。本设计采用一对AD590将进出口温度转变为两个电流信号,然后经过温度调理电路,送入单片机进行处理。

2.5 串口自检电路设计

设计要求串行口具有自检能力, 即在系统启动或允许检查状态下,高速单片机C8051F340可以检测自己的串行口,即发送任意一个字节,并接收这一字节,若发送接收一致,则向PLC发送以及向内呼板上的单片机发送一个信号,并等待对方通过自检的信号,若对方亦过自检,则自检结束,进入正常工作状态[4,5]。

3 系统软件设计

3.1 主程序设计流程图

主程序设计流程图如图3所示。

3.2 显示模块流程图

在本设计中的显示单元选用的是字符型的1602LCD模块。模块内带标准字库,另外还有字符生成RAM(CGRAM)512字节,供用户自定义字符。LCD模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。在本设计中要显示的是累计热量值即由数字和单位组成。由于1602是字符型显示模块,故要把数字转化为对应的ASCII码,送到缓冲区再进行显示。显示子程序框图如图4所示。

4 系统硬件PCB设计

系统硬件PCB设计如图5所示。

5 结语

近年来,按热量收费己经越来越被重视,而热量表是热量计量的基础,可使热计量更为科学、更为合理。热量表作为热力公司向每一位住户收费的依据和手段,不仅已广泛被用户所接受,而且由于用热量与费用直接相关,也加强了用户的节能意识。

超声波热量表的设计及实现 篇4

热量表是供热体系中按热量计量收费的一个关键仪表和重要依据,其测量精度、工作稳定性等技术指标是非常重要的。以热(冷)水为媒介的集中供热(供冷)系统中用户所消耗的热(冷)量,与热(冷)水流量和供、回水烩值有关。热能值的物理学含义是热功率与时间的乘积,按照热力学定义可表达为热能载体的质量与进回水温度的热烩的差值的乘积,热能值无法直接测量,只能通过其他的物理学参数确定。通过热能表可以测定体积用以替代质量,然后通过查水的烩值和密度表来计算热能值,或测定温度用以替代热烩差。

本文详细介绍了超声波流量检测技术的基本原理和实现方法,在借鉴和吸收国内外先进的超声波检测技术的基础上,进行系统软硬件设计,开发了超声波热量表。

1 超声波热量表测量原理

超声波热量表是在超声波流量计的基础上加上温度测量,由流体的流量和供、回水温差来计算出向用户提供的热量。其中流量测量部分是应用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波,通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速,再通过流速来计算流量的一种间接测量方法[2],如图1所示。

在图1中有两个换能器:顺流换能器和逆流换能器。两个换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离,管线的内直径为D,超声波行走的路径长度为L,超声波顺流时间为T上游,逆流时间为T下游,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ,流体的流动速度为V。由于流体流动的原因,是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短,其时间差可用下式表示:

其中,C为超声波在流体中传播的速度。

那么,顺流时间和逆流时间的时间差为:

由于流体的速度相对于超声波在流体中传播的速度非常微小,所以(3)式简化为:

从而,得到流体的速度与传播时间差的线性关系,即流体的流速计算公式:

需要特别强调:是流体沿着管道中心线的线速度,考虑到液体流速沿管道直径的不均匀分布情况,还需要加一个流速(分布)修正系数。那么瞬时流量的公式为:

求得瞬时流量后,在超声热量表中,热量的积分计算采用欧洲流行的K系数法:设测得进水管的水温为T1,出水管水温为T2,则进出水的温度差为∆T,利用流量传感器对供水管道的瞬时热水流量Q进行计量,经过一定时间的累计,便得到用户消耗的热量值,其数学表达式为:

式(7)中,为热交换系统输出热量,单位J;t为流量累积时间,单位h;η为热焙修正系数,单位J/m3(温度变化对流速的影响:超声波的传播速度随流体的温度的升高而升高,因而会给测量带来误差。因此,流体温度变化对精度的影响可以采用温度补偿方法通过测量流体的温度和温度补偿数学模型的计算实现自动补偿);Q为瞬时热水流量,单位m3/h;∆T为进出水的温度差,单位℃。

这样,通过超声波传播的时间差先求出瞬时流量,进而由公式(7)获得消耗的热量了。

2 系统方案

2.1 MSP430F447单片机

MSP430F447是16位的单片机,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;具有高效的查表处理指令;有较高的处理速度。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

MSP430F447单片机的中断源较多,并且可以任意嵌套,使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时,用中断请求将它唤醒只用6us。

MSP430F447单片机集成了较丰富的片内外设:看门狗、模拟比较器、定时器、串口、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、I2C总线直接数据存取(DMA)、I/O口等外围模块的不同组合。MSP430F447单片机的片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。

2.2 TDC-GP2专用时间测量芯片[3]

TDC-GP2是德国ACAM公司的新一代产品,具有高精度时间测量,高速脉冲发生器,接收信号使能,温度测量和时钟控制等功能,这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量方面的应用。该芯片利用现代数字化CMOS技术,将时间间隔的测量量化到65ps的精度,给超声波流量测量及热量测量提供了理想的解决方案。TDC-GP2的超高测量精度和小尺寸封装特性,特别适合于低成本的工业应用领域。

2.3 超声波流量及热量测量系统方案设计

超声波热量测量系统方案如图2所示[4~6]。系统的测量核心采用单片机MSP430F447,外围电路由JTAG、电源、晶振、RS485串行通信接口、LCD液晶显示屏,核心测量芯片TDC-GP2及其超声波信号发送、接收及信号调理电路组成。此外,TDC-GP2还可通过外加Pt1000温度传感器,进行温度测量;JTAG调试接口用于程序调试及程序下载。

3 系统软件设计

软件设计是围绕超声波在流体中的传播时间及流体温度测量而设计的。由于TDC-GP2测量芯片具有测量时间差及流体温度的功能,因此软件设计通过围绕单片机选通TDC-GP2测量芯片,通过SPI通信接口控制超声波信号的发送、接收及流体的温度测量而展开的。测量得到超声波传导时间的测量,通过前述的流体流量计算原理,间接获得流体的流速,进而得到流体的流量;同时,通过控制测量芯片TDC-GP2,进行相关操作,获得流体的瞬时温度。

限于篇幅,本文只给出用TDC-GP2测量芯片的超声波时差测量的软件流程,如图2所示。系统上电后通过单片机触发片选信号选通TDC-GP2测量芯片,并对TDC-GP2的寄存器进行配置,接着初始化,在TDC-GP2接收到开始通道上的第一个脉冲信号后开始工作,直到达到预先设置的采样数或者遇到测量溢出后停止工作。然后,对测量值进行校准(可以不校准)后计算得到测量值,这样就完成了一次测量。一次测量完成后触发中断,单片机读取测量到的数据。下次测量前再进行一次初始化后就可以开始第二次测量。

4 结束语

笔者开发的超声波流量计经过实际系统测试,取得了较好的测量结果,系统的测量精度和稳定性都达到了预期的设计要求,并且系统设计在提高测量精度的同时大大降低了功耗。从而表明,该系统设计合理,切实可行。该流量计可应用于石油、化工、电力等工业领域,可作为工业过程自动化系统控制的流量测量设备。

参考文献

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[2]朱登科.高精度低功耗芯片TDC-GP2在热表中的应用.http://www.acam.de/fileadmin/Download/pdf/others/.

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[5]罗守南,刘岩,冯冠平.连续波超声多普勒管道流量测量[J].仪表技术与传感器,2004.

观察量表设计 篇5

1 预付费模块组成及工作原理

热量表是用于测量并显示水流经热交换系统所释放或吸收能量的仪表,它通过采集入水口、出水口的温度和水的流量,计算出系统所释放的热量。预付费模块就是为实现“先购热、后用热”而设置的,基于MFRC522的预付费模块如图1所示。

系统工作原理:当需要读卡操作时,先由按键电路把单片机从低功耗模式唤醒,单片机收到有效读卡信息后打开射频卡读写电路的电源,对进入射频场的IC卡请求应答,当判断有本系统的IC卡后进行通信,读取卡中的热量值,加到热量表原有的热量值中,对所购热值和现有热值进行存储,并把IC卡中的热量值清零,同时在LCD显示器中显示IC卡号、本次购买热量和热量表现有热量等信息[1]。若读取IC卡之前热量表中的热值为0,读取后现有热值大于0,则打开阀门控制电路的电源,执行打开供暖管道进水口的操作,当微处理器检测到阀门有效打开后,关闭阀门控制电路的电源。系统对射频场扫描一段时间后关闭射频读写模块的电源。

当热量表中的现有热值等于0 KJ时,系统将打开阀门控制电路的电源,执行关闭供暖管道的进水阀门操作,当微处理器检测到阀门有效关闭后,关闭阀门控制电路的电源。

2 硬件设计

热量表预付费模块的硬件主要由微处理器、IC卡读写电路、阀门驱动电路和按键及显示电路等组成。

2.1 微处理器

由于热量表是电池供电的仪器,1块电池需要工作5年以上,这对微处理器的低功耗性能提出严格要求。MSP430F149是TI公司推出的16位超低功耗单片机,其供电电压范围是1.8~3.6 V,在休眠条件下工作电流只有0.8μA,从休眠方式唤醒只需要6μs;具有6个数据端口,P1和P2口全部可以做外中断处理,2个串口通信模块,且这两个串口都可以通过软件设置成UART方式或者SPI方式,5种节能模式非常适合用在超低功耗的产品中使用[2]。因此选用MSP430F149作为本系统的微处理器。

2.2 射频IC卡读写电路

射频IC卡读写电路的主要功能是完成对IC卡的识别、读取卡中数据、对卡中数据清零等操作,该电路主要由MFRC522基站芯片及其匹配天线组成。MFRC522是Philips公司最新推出的一款非接触式低功耗读写基站芯片,该读卡芯片完全集成了13.56 MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议,支持ISO14443A所有的层[3],可以方便地读取Mifare 1 S50、S70等卡片,具有三种接口方式:SPI模式、UART模式、I2C模式,可与各种类型的MCU进行通信。

MSP430F149具有SPI接口,因此在本系统中射频基站芯片和微处理器的通信就采用SPI方式,采用如图2所示的典型应用电路[4]。该电路主要由电源控制电路、低通滤波电路、接收电路和天线匹配电路组成。本设计天线采用直接匹配天线方法。电源控制电路(R15,R16,R17,Q5,Q12)使射频电路电源的通断处于可控状态,只有当需要读卡时才给射频IC卡电路供电,平时不需要读卡时射频IC卡电路的电源处于断开状态,以降低系统功耗。低通滤波电路(L1,C17;L2,C20)是为抑制系统电路中由石英振荡器产生的高阶谐波而设置的,接收电路(R25,R26,C13,C14)用于接收返回信号,其中电阻、电感、电容的取值采用推荐值。天线匹配电路(C15,C18,C19;C23,C22,C21)的作用是将天线调谐到最优,具体取值的时候要根据所设计的天线的长宽和天线的电感来综合考虑选取电容的值。

2.3 阀门驱动接口电路

阀门控制电路及低电压电动阀门配合IC卡读写电路实现预付费功能,是预付费系统的执行机构,完成对供暖管道的开、关控制操作。该电路采用单独电源供电,单片机只需提供相关操作信号即可。主要由电源电路、驱动电路和低电压电动阀门组成,如图3所示。

低电压电动阀门选用天津珠峰阀门厂的电动铜球阀,其热水工作温度是0~100℃,工作电压是DC 3 V~6V,阀门控制引出4根线,分别是开阀线、关阀线、地线和反馈线,非常适合本系统。工作过程如下:当开阀线和地线接通电源后,阀门自动转动到全开位置后内部自动断电;当关阀线和地线接通电源时,阀门自动转动到全闭位置后内部自动断电;当执行阀门的开阀或关阀时,反馈线会输出高电平;当阀门开到位或关到位时,反馈线输出低电平,这样用单片机控制就非常简单、高效。

阀门控制电路电源部分主要由电池和电源电压检测电路组成,电源采用3.6 V的电池供电。由于电机的最低工作电压是3 V,所以采用3.1 V的电压检测芯片,当电源电压低于3.1 V时,触发单片机中断,系统会关闭进水阀,同时提示用户更换阀门控制电路的电源。

驱动电路主要控制阀门电机的转动方向,当需要开阀或关阀操作时,打开相应的电路即可。当检测到阀门已打开或已关闭后,关闭电路的电源,以降低功耗。如图3所示,关阀电路(Q2,Q7,Q11)受CLO_M端控制,当CLO_M为高电平时,Q2、Q7、Q11导通,关阀端为高电平,开阀端为低电平,执行关阀操作。当检测到反馈端的电平变为低时使CLO_M端为低,切断电源;开阀电路(Q9、Q10、Q3)受OPEN_M端控制,工作过程和关阀过程类似。

2.4 按键及LCD显示电路

按键电路主要功能是完成把微处理器从低功耗模式唤醒并进行读卡操作。本系统的按键电路选用由1个电阻、1个电容和1个按键组成的简易键盘,按键电路的输出端接到微处理器的具有边沿中断功能的端口,当按键按下时,触发单片机中断,执行读卡操作。电路中的电阻是限流电阻,以防止电路中的电流太大损坏单片机的端口,电容的作用是消除按键抖动。

LCD显示模块对卡号、现有热量、本次所购热量等信息进行显示。考虑到系统的低功耗,选用LCD12864芯片,其电路如图4所示。它可以在3 V电压下工作,不仅能显示英文字符,还能显示汉字,做到了信息的全中文显示。不开启背光,工作电流典型值也只有1.2 m A,在平时不显示的时候关闭模块电源,使显示模块消耗的能量很少,完全适合电池供电的低功耗系统。

3 软件设计

软件采用了模块化设计,包括主程序和中断服务程序。中断服务程序如图5所示。

主程序完成系统的初始化等操作后进入低功耗模式等待中断,按键中断服务程序完成读卡功能、开关阀等操作。对于本预付费模块,主要是按键中断服务程序的设计。本按键中断程序中,射频卡开启的时间采用定时器来控制,这样软件操作更加合理、功耗小、执行效率高。

本文设计的热量表预付费模块以MFRC522为核心,结合电动阀门实现了预付费功能。通过在软件方面采用中断方式,在硬件电路中加入电源控制端,使电源可控,因而降低了系统的功耗,实现了系统低成本、高效率,同时实现信息的全中文和标准量纲显示。该模块具有功耗低、运行稳定的特点,可以很方便地移植到其他系统中,进而提升产品的性能,在实际应用中具有较高的参考价值。

参考文献

[1]王洪涛.非接触式Mifare 1卡预付费智能水表设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2009(1):63-65.

[2]雒涛,丁铁夫.基于MSP430F149的热量表[J].计算机工程与设计,2009,30(16):3723-3725,3744.

[3]Philips Semiconductors.MFRC522 contactless reader ICdate sheet.2005:11-118.

观察量表设计 篇6

1 量表设计流程

大量参考国内外相关文献, 员工工作绩效的前因变量大致有三个:胜任力、工作态度和工作行为。为使研究更具科学性和代表性, 我们挑选了80篇有关该方面的权威文献进行量表设计方法研究 (以被引用频次为挑选依据) 。在如何设计较为全面和可靠的管理学领域测量量表方面, Churchill (1979) 构建了测量量表开发范式。他认为经过阐述构念范围、产生测验项目、数据收集、提纯测量、数据收集、信度和效度评价以及发展规划八个步骤, 并通过反复开发和测试便可得到符合要求的量表。这个模式被管理领域的学者们广泛接受, 大多数学者是基于上述的开发流程并进行创新性应用, 设计开发出所需量表。

阐述构念范围, 也被称做理论假设的提出, 研究者一般经过研究问题的界定、理论和实践回顾及总结、观念架构及假设等环节便可形成, 但构念范围的阐述一般是不断往复的过程, 并且较之前人的研究要有所突破和创新。指出一个好的构念说明必须明确所要测量构念与其他构念的差异、确认理论构念的层次、内部成分以及构念主要的前因、相关与后果 (梁建和樊景立, 2008) 。

开发过程的第二步是在第一步理论说明的基础上选取符合理论要求的测验项目。韩翼和廖建桥 (2006) 将多个权威量表的整合及项目的补充形成一个较完整的项目库, 樊景立 (2008) , 魏钧 (2009) 指出选取测验项目的方法可遵行归纳法和演绎法。

得到项目库后, 需提纯测量。在研究实践中, 研究者通常无法使用项目库中所有的问项, 仅能选取其中合理、科学的问项。凌文辁, 张治灿和方俐洛 (2000) 对量表提纯测量细分为:①预测试;②采用因素分析法对数据进行分析;③上述阶段多次进行, 得到正式量表。魏钧和张德 (2005) 提出初始量表形成的步骤:①大样本被试的选择;②对问卷进行数据分析, 对项目进行再次筛选;③初始量表得以形成。这个步骤可反复进行, 在上述几个步骤以后, 理想结果是其研究维度和理论假设是相匹配的, 这样才能通过搜集新数据对研究主题进行后续检验。

使用新数据对模型进行数据分析, 这是每个研究者进行定量分析的必然步骤。Sidhu et al. (2007) 在量表开发中进行了两阶段数据收集, 其中第一阶段用于提纯测量, 而第二阶段的新数据则用于对提纯后量表的信度、效度评价以及对研究假设的检验。覃成菊, 孙健敏 (2009) 在量表开发中, 同样经历了初始量表的形成、被试、模型的建立、数据分析以及正式量表的建立这些过程。

在Churchill提出的管理类量表设立流程的基础上, 综合大量学者的相关创新性研究, 我们得出员工工作绩效及其前因变量量表开发程序。经历此量表开发程序开发出的量表, 是具有较高的科学性和合理性的。

2 量表设计流程各环节研究方法

(1) 条目库形成。

条目库即作者在进行调查 (包括问卷调查) 之前所需要明确的与研究相关的各个问项条目的集合。条目库形成的方式总体可以分为三类:第一类是非原创型, 即直接引用国内外成熟的问卷或量表条目作为自身的条目, 此方法在条目库形成中较为普遍, 尤其是在工作行为、态度的测量上 (李超平和时勘, 2003;李超平等, 2006;李文东和时勘, 2007;唐筱, 2008;DeConinck和Johnson, 2009) 。此类型操作较简单同时又能保证量表的信效度, 但量表的实用性不高。第二类是半原创型, 即在引用他人量表的基础上加以修改从而形成自身的条目库 (仲理峰和时勘, 2004;苏方国和赵曙明, 2005;韩翼, 2006;骆静, 2007;Ying-Feng Kuo和Pang-Cheng Chen, 2008;Lapierre、Bonaccio和Allen, 2009) 。此类型虽然部分满足实用性的要求, 但在修改这一阶段会比较困难。在修改的过程中, 结构化和半结构化访谈法、开放式问卷法、焦点小组访谈法、行为事件访谈法等方法纷纷被学者们采用。第三类是原创型, 即由作者通过诸如访谈、观察等方法原创生成条目库, 此类多见于胜任力的相关研究上 (魏均和张德, 2005、2007;胡艳曦和官志华, 2009;魏均, 2009) 。这一类型量表的实用性很高, 但由于量表是通过结构化、半结构化访谈法、行为事件访谈法等编码提炼而出, 为保证量表的信效度, 应进行大量的修改和讨论。

(2) 预测试分析。

编制量表之初, 需要全面地收集条目库的题项, 并在充分考虑题项的全面性、科学性、层次性和目的性等基础上对量表进行优化。为使量表更加科学合理, 研究者往往在初始量表形成之前需要进行小样本的预测试。通过预测试, 对条目库的题项予以初步的筛选。在以往的研究中, 筛选的方法可以大体分为两类:定性筛选法和定量筛选法。

定性筛选是以普遍承认的公理、逻辑思维或历史事实为基础, 依据的是一定的理论和经验。常用表面效度 (B.Niehoff和R.Moorman, 1993;李超平和时勘, 2003;韩翼和廖建桥, 2006) 和专家意见法 (魏勇刚和龙长权, 2004;彭川宇, 2008) 来作为筛选的依据。

定量筛选法也称为“计量分析”或“数量分析”, 泛指将所研究的对象转化成数量形式, 并运用数学或统计学方法进行分析的研究方法。定量筛选方法有以下几种:社会称许性分析、项目区分度、信度分析、因子分析。

社会称许性分析主要是为了规避项目具有过高的社会称许性或不适当的表面效度从而影响项目的有效性。一般做法是对问卷中所有条目的每个选项进行频数分析, 计算出每个选项的频次。当项目的第1、2、3三个选项频数之和与第3、4、5三个选项的频数之和都超过了10%的情况时, 所有条目都避免了过高的社会称许性 (董学安, 2007) 。

项目区分度旨在揭示问卷中每个项目的临界比率 (CR值) , 并将未达到显著水平的项目删除。根据R.L.Ebel (1991) 提出的项目区分度的评价标准:CR值在0.40以上为优良;0.30～0.39为合格;0.20以下应淘汰。此外, 也有学者利用“T检验”来考察项目区分度 (吴明隆, 2003) 。

一般在初始筛选的步骤中采用两种信度检验, 分别是再测信度和内部一致性信度。再测信度是指同一个测验项目, 对同一组人员进行前后两次测试 (一般间隔两个星期) , 两次测试所得分数的相关系数。信度分析将在下文作详细介绍, 在此不再赘述。

因子分析法可以分为探索性因子分析以及验证性因子分析, 其中探索性因子分析是初始筛选中较常用到的方法 (Angle和Perry, 1981;Rosin和Korabik, 等, 1991) 。验证性因子分析主要用于最终结果分析上。在验证性因子分析中, 结构方程模型是最常用的方法, 这种方法可以提出不同的假设模型, 通过比较多个模型之间的优劣, 以确定最佳匹配模型 (苏方国, 等, 2005;陈志霞, 2006;韩翼, 2006) 。

(3) 正式调查结果分析。

经过预测试之后, 初始量表便可形成。但要得到科学合理的正式量表, 还必须对量表的题项进行不断的修正和调整。因此, 研究者会将初始量表投入到大规模调查中, 收集数据并进行详细的分析, 从而使编制出来的量表能够真实准确地切合研究的内容。在各修正调整指标中, 信效度是最为常见的量表修正指标。

信度指的是测验结果的稳定性。研究者们用某一个测量工具来测量其研究问题, 当所研究的问题未发生改变时, 所测量出来的结果如果也保持不变, 则可认为该测量工具具有信度;而当所研究的问题发生变化时, 所测量出来的结果也能正确地显示这种变化, 则仍可认为该测量工具是具有信度的。

近年来, 多数学者在研究过程中均采用内部一致性信度来检验其量表的信度, 而在检验值的选择上, 大部分学者 (张进, 2007;吕海艳, 2008;王海燕, 2009, 等) 选用了Cronbachα系数。有些学者 (凌文辁等, 2000;韩翼, 2006;王玉梅, 2008, 等) 除了采用内部一致性信度之外, 还对量表进行了再测信度的检验。除此, 还有一些学者 (仲理峰和时勘, 2004;Aimin Yan和Yulei Rao, 等, 2009;Jian-quan Tian和Danmin Miao, 等, 2009) 采用皮尔逊相关系数作为信度检验值。而在评测的标准上, 学者们基本都采纳了Nunnally (1991) 或DeVellis (1978) 的结论:信度最佳是在0.80以上, 0.70～0.80为可以接受的范围;分量表信度最佳为0.70以上, 0.60～0.70可以接受。

效度可以分为内容效度、效标关联效度和结构效度三种。其中, 结构效度是学者们在分析量表时使用频率最多的效度检测。结构效度是指测验能测量到某一理论构想或心理特性的程度, 又可分为收敛效度和判别效度 (两者同时获得才可说明效度如何) 。结构效度的检测一般可以通过相关系数、因素负荷量或是其他方式获得。结构效度一般采用因子分析获得。杨湘怡 (2007) 研究中层管理者的胜任力时就采用因子分析法来检验量表的结构效度, 当因素负荷量大于0.5, 并且与其他因素负荷量的差异大于0.3时, 该量表可以获得结构效度。此外也有大量学者应用此种方法 (Babin, 1998;韩翼, 2006;杨湘怡和张进, 2007;Ashill, 2008;Vandenberghe, 2009) 。除因子分析法外, 还可利用其他方式来检验结构效度, 其中结构方程最受欢迎, 即通过测量χ2/df、RMSEA、GFI、NFI、PNFI、CFI、IFI这几个指标来判断量表的结构效度 (Schaufeli等, 2002;李晓轩, 等, 2005;吴志明, 2007) 。

除结构效度之外, 内容效度也经常被学者们检验。所谓内容效度又称表面效度或逻辑效度, 它是指所设计的题项能否代表所要测量的内容或主题, 一般采用逻辑分析、统计分析或二者相结合的方法进行评价。但是在实际研究中, 学者们 (苏方国, 2005;卫林英, 2009, 等) 大多采用逻辑分析法。

另外, 相关分析 (苏方国, 2005;韩翼, 2006;彭燕, 2007;胡利利, 等, 2009) 会被用做变量间的相关关系;回归分析 (韩翼, 2006;陈志霞, 2006;武欣, 等, 2007;冉建林, 等, 2008) 以及多元回归分析 (梁艳, 2006;杨湘怡, 2007;吴志明, 2007) 被用来检测各变量之间存在的因果关系;单因素方差分析也被众学者 (梁艳, 2006;吕洪利, 2007;王晓晨, 等, 2007) 所采用来分析不同水平下各变量是否存在显著性差异;单样本T检验被用来推断样本总体的均值是否与指定的检验值之间存在显著差异 (李晓轩, 2005;梁艳, 2006;王晓晨, 2007;王海燕, 2009) 。

3 结 论

本文在参阅了大量文献的基础上, 提出了员工工作绩效及其前因变量量表开发流程, 并对各流程环节中所运用的分析方法进行了一定深度的探讨, 该研究在理论分析和管理实践上有广阔的应用前景。但由于时间和篇幅所限, 本文未能对一些方法进行更为细致的分析评价。在后续研究中, 我们会针对上述不足做出相应的努力。

参考文献

[1]韩翼, 廖建桥.绩效分离性对任务绩效和关系绩效影响研究[J].工业工程, 2006, 9 (4) .

[2]魏均, 张德.国内商业银行客户经理胜任力模型研究[J].南开管理评论, 2005 (8) :4-8.

[3]凌文辁, 张治灿, 方俐洛.中国职工组织承诺的结构模型研究[J].管理科学学报, 2000, 3 (2) :76-81.

[4]杨湘怡.企业中层管理者胜任力模型研究[D].上海:复旦大学, 2007.