設計性實驗教學研究

仲麗麗 孫艷 胡瑋通

摘? 要：設計性實驗教學目的是學生學會設計方法，培養提高創新能力。本文以《熱敏電阻溫度計的設計與制作》教學為例，初步進行了設計性實驗教學研究探討，重點加強學生實驗設計思路的建立，培養綜合分析各方面因素設計實驗的能力。

關鍵詞：大學物理設計性實驗;熱敏電阻溫度計;自主學習能力

一、 理解設計性實驗

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

“設計”本質就是創造，也就是創新。所以在實驗內容的安排上一定是要有難度，一定是要具有挑戰性，設計性實驗教學的原則一定是要充分體現“設計”這個本質，也就是設計性實驗教學過程的編排上，要確保實現“設計”的主體一定不能教師包辦，而應該是學生自身，只有也只能通過學生自己的設計實踐和完成設計的過程才能更好的達到設計性實驗教學的教學目的。

以下是設計性或研究性實驗遵循的基本原則：

1.1? 實驗原理的科學性;

1.2? 選擇實驗器材的可行性;

1.3? 實驗現象的可觀測性;

1.4? 實驗物理量的易測性;

1.5? 實驗條件的可滿足性;

1.6? 實驗設計的優化性;

1.7? 實驗設計的可操作性。

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

二、 拓展教學空間

傳統的教學空間大多為課堂，通過一節或多節課，在課堂內完成教學內容，在實際的設計實施過程中，設計者接受了設計任務后，要查找積累大量設計資料和素材后才能著手開始設計，查找積累設計資料是設計過程中的一個重要和必要的環節，所以我們的設計性實驗的教學過程也應該不只局限在課堂上，而要盡量與實際設計過程相近，要拓展到課堂之外。《熱敏電阻溫度計的設計與制作》實驗，具體教學設計實施方式為：提前一周下達設計任務到學生，讓學生有接受任務后的壓力，這樣才能產生和激發出學生主動學習的動力。

以下是具體設計任務與要求

1.1? 任務：設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型熱學實驗儀等

環境：正常實驗室條件

另外，在學生完成預習報告方面有以下要求：

2.1? 根據選定的熱敏電阻確定各儀器參數的值，并且將參數確定過程及結果寫在預習報告上。

2.2? 自行設計表格，準備記錄下列兩套數據：

（1）電流（微安表讀數）隨阻值（或溫度）的變化關系數據。

（2）測溫數據。

三、 具體教學設計

課上，首先對學生進行實驗方案、設計檢查;采取參與互動式學習教學方法進行課堂實操;最后完成拓展總結。

3.1? 設計檢查

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

3.2? 課上實操

學生自主完成實驗，教師檢查指導，排除問題。具體設計如下：

學生完成

（1）根據設計調整儀器參數;

（2）連接電路;

（3）溫度計刻度標定;

（4）測溫檢驗;

（5）整理數據。

（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行為;

（3）監控實驗進度，適時講解普遍性問題;

（4）檢查數據，判定操作分數。

3.3? 總結拓展

學生完成

（1）總結實驗，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）體會設計性實驗的思路方法，為今后開展相關設計性工作奠定基礎;

（4）參與擴展討論，開闊思路方法;

（5）深化對測溫的認識，知道更多測溫方法，體會從基礎研究到科技創新的轉變過程。教師完成

總結：

開展設計性實驗的思路方法，針對此實驗，本人總結了“七步設計方法”：理解設計要求、擬定設計思路、確定設計方案、查找設計資料、實現具體設計、完成實驗驗證、進行改進優化。

擴展：

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，使學生深化對測溫的認識，幫助學生體會從基礎研究到科技創新的轉變過程，拓展思路，為下一步研究學習打下基礎。

四、 結語

設計形實驗的設計方法應與實際的設計過程密切相關，如按傳統課堂教學的模式和思路是無法和實際設計過程相近的，因此，設計性實驗也應按實際設計過程進行編排。本人在大學物理實驗教學中進行了初步研究探索，在下一步在教學實踐中將不斷完善，學習和吸取其他高校的改革經驗，使自己的大學物理實驗教學與時俱進。

參考文獻：

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

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