基于液體表面張力系數的大學生創新項目分析

王春香，張富強，陳麗梅，陳佰樹

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基于液體表面張力系數的大學生創新項目分析

王春香[1]，張富強，陳麗梅，陳佰樹

（黑龍江八一農墾大學 理學院，黑龍江 大慶 163319）

以大學物理實驗中液體表面張力系數的測定實驗為基礎，學生自主設計實驗方案，自主進行實驗操作．發揮團隊協作精神，利用信息與計算科學專業特長，靈活運用計算機軟件進行溶液配制和計算模擬等工作，分析影響液體表面張力系數的因素，得到了液體表面張力系數隨質量濃度變化的擬合曲線和近似表達式．通過實驗，提高了學生學習的自主性和探究性，鍛煉了學生的動手實踐能力，促進學生創新思維與創新意識的培養．

表面張力系數；計算機模擬；大學物理

在信息化高度發展的經濟時代，為了適應高科技的社會發展，高等院校對大學生的培養不再墨守成規的照抄照搬傳統的教學方法，而是不斷尋求新的思路、新的方法和新的教學模式．大學生創新創業訓練計劃近幾年在全國各大院校興起[1-3]，旨在鼓勵學生的創新精神，擴展學生的創新思維，提高其獨立分析問題和解決問題的能力，以適應快速發展的社會節奏，畢業后以較強的生存本領在社會立足．

以大學物理實驗中液體表面張力系數影響因素[4-5]為基礎展開創新性實驗，學生獨立設計實驗方案[6]，自主開展實驗過程．在數據處理方法和分析上別具一格，不但使用傳統的數值計算方法，也發揮了計算機方便快捷的功能．利用計算機進行數值模擬，取得了較好的實驗效果，具有較強的創新性．

1 學生自主實驗過程

1.1 實驗方案設計

正式實驗之前，項目組成員進行分工合作．10名學生分成5組，每組各２名學生，第１組負責查找資料，并進行資料整理；第２組負責研究硅壓阻力敏傳感器的使用方法，以及其他測量液體表面張力系數的方法；第３組負責學習計算機軟件的使用；第４組制定實驗方案并制作實驗表格；第５組負責采購所需實驗材料并配制溶液．經過大概１個月的時間最終確定實驗方案：在室內溫度、濕度、壓強和實驗其他條件不變的前提下，（1）以純水為研究對象，利用硅壓阻力敏傳感器[7]測量不同溫度下液體的表面張力系數；（2）以葡萄糖和鹽水為研究對象，分別配置10個不同質量濃度的溶液，進行等精度測量不同質量濃度的溶液表面張力系數；（3）在純水中分別加入不同質量濃度的表面活性物質，測量各種情況下純水的表面張力系數；（4）利用計算軟件進行數值模擬．分別得出不同溫度、不同質量濃度和不同雜質下液體表面張力系數的曲線變化和關系式，予以分析和解釋．

1.2 配制不同質量濃度溶液

在配置糖溶液和鹽溶液質量濃度時，利用Java軟件[8]編程，以1 000 g純水作為溶劑，配制質量濃度為溶液時，只需將賦值即可得到所需溶質的質量．

import java.text.DecimalFormat；

import java.util.Scanner；

/**

*

* @author Administrator

*/

public class qiurongzhidezhiliang {

public static void main（String arg[]） {

Scanner sc = new Scanner（System.in）；

DecimalFormat df = new DecimalFormat（"0.00"）；

int n = sc.nextInt（）；

for （int i = 0； i <= n； i++） {

double y = sc.nextDouble（）；

String num = df.format（（float） （1000 * y / （1 - y）））；

System.out.println（num）；

}

}

}

1.3 自主實驗過程

各組之間互相討論，互幫互助，不斷交流實驗經驗和體會，共享信息，培養了學生嚴謹的科學作風，增強了每個人的團隊協作意識和合作能力．分別測量了質量濃度、溫度和雜質對液體表面張力系數的影響情況．以糖溶液的質量濃度對液體表面張力系數的影響為例，進行實驗和分析．

1.3.1 用逐差法測傳感器靈敏度B 硅壓阻力敏傳感器將力的信號轉化為數字電壓表的儀器讀數.學生實驗前首先對儀器調零，將砝碼盤掛在力敏傳感器鉤子上，每次贈加一個砝碼（每個砝碼質量=0.5 g），分別記錄對應不同砝碼質量的儀器度數值，數據見表1．

2 實驗數據處理和分析過程

2.1 理論計算結果

利用公式對實驗數據進行處理，結果見表3．

表3 數據處理結果

2.2 計算機模擬處理方法

項目組成員是信息技術專業學生，平時學習中已經熟練掌握了多種數值計算和模擬的軟件，學生在處理數據時分別運用了Spss，Lingo，Matlab，Eexcel，Java，C++等軟件進行數據分析．

2.2.1 利用方差分析數據 通過方差分析表（見表4）可以得出，給出的7組數據的顯著性為0.001<0.05，說明質量濃度對表面張力系數有顯著的影響．

2.2.2 對實驗數據進行擬合 對數據進行線性、二次、三次、指數和增長等模型擬合，得出的曲線見圖1．

圖1 多個模型的線性擬合

2.2.3 實驗數據擬合結果 通過SPSS分析，三次擬合決定系數最大，調整后的決定系數為：=0.986，趨近于1，所以說三次擬合的效果最好．將三次曲線提取出來（見圖2），橫坐標為質量濃度，縱坐標為表面張力系數，可以得到擬合的三次方程為.

圖2 表面張力系數隨溫度變化的擬合曲線

3 結果與討論

學生利用多種計算軟件分別模擬了溫度、質量濃度和雜質對液體表面張力系數的影響情況，并且得到了相應的擬合曲線和近似表達式．理論計算中相對誤差不超過3%，而擬合系數為=0.986，與理論值非常接近．在實驗過程中，學生從多角度思考問題，勤動腦、動手、動口，體現了其認真、嚴謹的科學態度，同時擴展了學生的思維，提高了創新意識．在今后的學習過程中應該給學生提供更多的機會參與創新創業訓練項目，充分展現學生獨立思考和團結創新的一面．尤其是在當今機遇與挑戰并存的知識經濟時代，提高學生的實踐能力和創新能力至關重要．大學生創新項目的開展為學生今后的學習和科研奠定了堅實的基礎．

[1] 陸珉，黃春琳，唐濤．大學生實踐創新訓練若干問題的探討[J]．科教文匯，2015（15）：41-42

[2] 李姝，吳懿．大學生創新訓練計劃項目的時間與指導[J]．營銷教學，2015（19）：233-234

[3] 韓京昌，馮研，李瑩．大學生創新創業平臺[J]．渠道建設，2015（14）：65-66

[4] 關曉燕，張秀燕．大學物理[M]．北京：中國農業出版社，2013：27-30

[5] 王樂新．大學物理實驗[M]．北京：中國農業出版社，2012：53-58

[6] 王春香，陳麗梅，陳佰樹，等．自主設計電表改裝實驗的研究[J]．高師理科學刊，2011，31（2）：99-101

[7] 陳佰樹，王暢，張平，等．基于力敏傳感器的牛奶摻水量的檢測研究[J]．高師理科學刊，2013，33（1）：34-36

[8] 張劍飛．Java 教學中提高學生應用能力的策略研究[J]．高師理科學刊，2009，29（6）：98-100

Analysis of college students' innovative projects about the coefficient of liquid surface tension

WANG Chun-xiang，ZHANG Fu-qiang，CHEN Li-mei，CHEN Bai-shu

（School of Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China）

Based on the experiment about measuring coefficient of liquid surface tension in college physics experiment，students design the experiment scheme and do experiments independently. With the spirit of team cooperation， by using the professional knowledge on information and computing science and using computer software flexibly for solution preparation and computational simulation，students analyze the influencing factors about coefficient of liquid surface tension and get the fitting curve and the approximate expression about the coefficient of liquid surface tension changing with the concentration. Through the experiment，the students' autonomy and exploratory learning ability are improved，the students' practical ability is enhanced and their innovative thinking and innovative consciousness are promoted.

cofficient of surface tension；computer simulation；college physics

O411.3∶G642.423

A doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2016.01.022

2015-11-15

黑龍江省教改工程項目；黑龍江八一農墾大學教改課題；黑龍江八一農墾大學大學生創新創業訓練計劃項目

王春香（1980-），女，黑龍江大慶人，講師，碩士，從事物理教學研究．E-mail：chunxiang20062006@163.com