設(shè)計性實驗教學(xué)研究

仲麗麗 孫艷 胡瑋通

摘? 要：設(shè)計性實驗教學(xué)目的是學(xué)生學(xué)會設(shè)計方法，培養(yǎng)提高創(chuàng)新能力。本文以《熱敏電阻溫度計的設(shè)計與制作》教學(xué)為例，初步進(jìn)行了設(shè)計性實驗教學(xué)研究探討，重點加強(qiáng)學(xué)生實驗設(shè)計思路的建立，培養(yǎng)綜合分析各方面因素設(shè)計實驗的能力。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理設(shè)計性實驗;熱敏電阻溫度計;自主學(xué)習(xí)能力

一、 理解設(shè)計性實驗

《大學(xué)物理實驗》課程是提高學(xué)生實際動手能力和實踐技能培養(yǎng)的主要途徑，對于學(xué)生后續(xù)開設(shè)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，課題設(shè)計、科學(xué)研究具有十分重要的作用。在《大學(xué)物理實驗》授課過程中，要注重教學(xué)改革，尤其在設(shè)計性或研究性實驗方面更要多嘗試、多探索，幫助學(xué)生形成樂于接受、敢于接受、善于接受的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣【1】。

“設(shè)計”本質(zhì)就是創(chuàng)造，也就是創(chuàng)新。所以在實驗內(nèi)容的安排上一定是要有難度，一定是要具有挑戰(zhàn)性，設(shè)計性實驗教學(xué)的原則一定是要充分體現(xiàn)“設(shè)計”這個本質(zhì)，也就是設(shè)計性實驗教學(xué)過程的編排上，要確保實現(xiàn)“設(shè)計”的主體一定不能教師包辦，而應(yīng)該是學(xué)生自身，只有也只能通過學(xué)生自己的設(shè)計實踐和完成設(shè)計的過程才能更好的達(dá)到設(shè)計性實驗教學(xué)的教學(xué)目的。

以下是設(shè)計性或研究性實驗遵循的基本原則：

1.1? 實驗原理的科學(xué)性;

1.2? 選擇實驗器材的可行性;

1.3? 實驗現(xiàn)象的可觀測性;

1.4? 實驗物理量的易測性;

1.5? 實驗條件的可滿足性;

1.6? 實驗設(shè)計的優(yōu)化性;

1.7? 實驗設(shè)計的可操作性。

本人對《熱敏電阻溫度計的設(shè)計與制作》這一設(shè)計性實驗進(jìn)行了教學(xué)初步探討，《熱敏電阻溫度計的設(shè)計與制作》要求在了解NTC熱敏電阻溫度特性的基礎(chǔ)上，將電流型非平衡電橋改裝成熱敏電阻溫度計，此實驗設(shè)計方案具有廣泛、普遍性。

二、 拓展教學(xué)空間

傳統(tǒng)的教學(xué)空間大多為課堂，通過一節(jié)或多節(jié)課，在課堂內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容，在實際的設(shè)計實施過程中，設(shè)計者接受了設(shè)計任務(wù)后，要查找積累大量設(shè)計資料和素材后才能著手開始設(shè)計，查找積累設(shè)計資料是設(shè)計過程中的一個重要和必要的環(huán)節(jié)，所以我們的設(shè)計性實驗的教學(xué)過程也應(yīng)該不只局限在課堂上，而要盡量與實際設(shè)計過程相近，要拓展到課堂之外。《熱敏電阻溫度計的設(shè)計與制作》實驗，具體教學(xué)設(shè)計實施方式為：提前一周下達(dá)設(shè)計任務(wù)到學(xué)生，讓學(xué)生有接受任務(wù)后的壓力，這樣才能產(chǎn)生和激發(fā)出學(xué)生主動學(xué)習(xí)的動力。

以下是具體設(shè)計任務(wù)與要求

1.1? 任務(wù)：設(shè)計并制作熱敏電阻溫度計

1.2? 要求：測溫范圍30 - 80℃ ，微安表的全部測量范圍均能利用，即30℃時微安表指零，80℃時微安表指示為滿刻度（50 μA）。

1.3? 條件：

測溫材料：NTC型熱敏電阻

測溫電路：非平衡電橋

儀器：DHT-2型熱學(xué)實驗儀等

環(huán)境：正常實驗室條件

另外，在學(xué)生完成預(yù)習(xí)報告方面有以下要求：

2.1? 根據(jù)選定的熱敏電阻確定各儀器參數(shù)的值，并且將參數(shù)確定過程及結(jié)果寫在預(yù)習(xí)報告上。

2.2? 自行設(shè)計表格，準(zhǔn)備記錄下列兩套數(shù)據(jù)：

（1）電流（微安表讀數(shù)）隨阻值（或溫度）的變化關(guān)系數(shù)據(jù)。

（2）測溫數(shù)據(jù)。

三、 具體教學(xué)設(shè)計

課上，首先對學(xué)生進(jìn)行實驗方案、設(shè)計檢查;采取參與互動式學(xué)習(xí)教學(xué)方法進(jìn)行課堂實操;最后完成拓展總結(jié)。

3.1? 設(shè)計檢查

教師根據(jù)學(xué)生的各儀器參數(shù)確定情況，檢查是否理解了設(shè)計思路;根據(jù)表格設(shè)計情況，檢查是否設(shè)計了實驗內(nèi)容。通過批改實驗報告講評學(xué)生的實驗設(shè)計方案，指出幾個共性問題，并對設(shè)計方案比較出色的學(xué)生進(jìn)行表揚和鼓勵。師生共同討論重點難點問題，必要時教師簡單介紹設(shè)計思路。

3.2? 課上實操

學(xué)生自主完成實驗，教師檢查指導(dǎo)，排除問題。具體設(shè)計如下：

學(xué)生完成

（1）根據(jù)設(shè)計調(diào)整儀器參數(shù);

（2）連接電路;

（3）溫度計刻度標(biāo)定;

（4）測溫檢驗;

（5）整理數(shù)據(jù)。

（6）分析思考題

教師完成

（1）查看實驗程序是否正確;

（2）檢查操作是否有違規(guī)行為;

（3）監(jiān)控實驗進(jìn)度，適時講解普遍性問題;

（4）檢查數(shù)據(jù)，判定操作分?jǐn)?shù)。

3.3? 總結(jié)拓展

學(xué)生完成

（1）總結(jié)實驗，分析存在的問題，找到解決辦法;

（2）通過思考題分析，深化對實驗的理解;

（3）體會設(shè)計性實驗的思路方法，為今后開展相關(guān)設(shè)計性工作奠定基礎(chǔ);

（4）參與擴(kuò)展討論，開闊思路方法;

（5）深化對測溫的認(rèn)識，知道更多測溫方法，體會從基礎(chǔ)研究到科技創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變過程。教師完成

總結(jié)：

開展設(shè)計性實驗的思路方法，針對此實驗，本人總結(jié)了“七步設(shè)計方法”：理解設(shè)計要求、擬定設(shè)計思路、確定設(shè)計方案、查找設(shè)計資料、實現(xiàn)具體設(shè)計、完成實驗驗證、進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

擴(kuò)展：

通過引申介紹電阻溫度計、水銀溫度計、熱電偶（溫差電）、氣體溫度計等溫度測量方法，使學(xué)生深化對測溫的認(rèn)識，幫助學(xué)生體會從基礎(chǔ)研究到科技創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變過程，拓展思路，為下一步研究學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

四、 結(jié)語

設(shè)計形實驗的設(shè)計方法應(yīng)與實際的設(shè)計過程密切相關(guān)，如按傳統(tǒng)課堂教學(xué)的模式和思路是無法和實際設(shè)計過程相近的，因此，設(shè)計性實驗也應(yīng)按實際設(shè)計過程進(jìn)行編排。本人在大學(xué)物理實驗教學(xué)中進(jìn)行了初步研究探索，在下一步在教學(xué)實踐中將不斷完善，學(xué)習(xí)和吸取其他高校的改革經(jīng)驗，使自己的大學(xué)物理實驗教學(xué)與時俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉存海等. 大學(xué)物理設(shè)計性實驗的探索與思考[J].實驗教學(xué).2013（9）：132-133.

第一作者簡介：仲麗麗（1981-），女，空軍航空大學(xué)基礎(chǔ)部實驗中心實驗師，碩士，主要從事大學(xué)物理實驗教學(xué)，目前主要研究方向為量子光學(xué)。