设计性实验教学研究

仲丽丽 孙艳 胡玮通

摘  要：设计性实验教学目的是学生学会设计方法，培养提高创新能力。本文以《热敏电阻溫度计的设计与制作》教学为例，初步进行了设计性实验教学研究探讨，重点加强学生实验设计思路的建立，培养综合分析各方面因素设计实验的能力。

关键词：大学物理设计性实验;热敏电阻温度计;自主学习能力

一、 理解设计性实验

《大学物理实验》课程是提高学生实际动手能力和实践技能培养的主要途径，对于学生后续开设的专业课程的学习，课题设计、科学研究具有十分重要的作用。在《大学物理实验》授课过程中，要注重教学改革，尤其在设计性或研究性实验方面更要多尝试、多探索，帮助学生形成乐于接受、敢于接受、善于接受的良好学习习惯【1】。

“设计”本质就是创造，也就是创新。所以在实验内容的安排上一定是要有难度，一定是要具有挑战性，设计性实验教学的原则一定是要充分体现“设计”这个本质，也就是设计性实验教学过程的编排上，要确保实现“设计”的主体一定不能教师包办，而应该是学生自身，只有也只能通过学生自己的设计实践和完成设计的过程才能更好的达到设计性实验教学的教学目的。

以下是设计性或研究性实验遵循的基本原则：

1.1  实验原理的科学性;

1.2  选择实验器材的可行性;

1.3  实验现象的可观测性;

1.4  实验物理量的易测性;

1.5  实验条件的可满足性;

1.6  实验设计的优化性;

1.7  实验设计的可操作性。

本人对《热敏电阻温度计的设计与制作》这一设计性实验进行了教学初步探讨，《热敏电阻温度计的设计与制作》要求在了解NTC热敏电阻温度特性的基础上，将电流型非平衡电桥改装成热敏电阻温度计，此实验设计方案具有广泛、普遍性。

二、 拓展教学空间

传统的教学空间大多为课堂，通过一节或多节课，在课堂内完成教学内容，在实际的设计实施过程中，设计者接受了设计任务后，要查找积累大量设计资料和素材后才能着手开始设计，查找积累设计资料是设计过程中的一个重要和必要的环节，所以我们的设计性实验的教学过程也应该不只局限在课堂上，而要尽量与实际设计过程相近，要拓展到课堂之外。《热敏电阻温度计的设计与制作》实验，具体教学设计实施方式为：提前一周下达设计任务到学生，让学生有接受任务后的压力，这样才能产生和激发出学生主动学习的动力。

以下是具体设计任务与要求

1.1  任务：设计并制作热敏电阻温度计

1.2  要求：测温范围30 - 80℃ ，微安表的全部测量范围均能利用，即30℃时微安表指零，80℃时微安表指示为满刻度（50 μA）。

1.3  条件：

测温材料：NTC型热敏电阻

测温电路：非平衡电桥

仪器：DHT-2型热学实验仪等

环境：正常实验室条件

另外，在学生完成预习报告方面有以下要求：

2.1  根据选定的热敏电阻确定各仪器参数的值，并且将参数确定过程及结果写在预习报告上。

2.2  自行设计表格，准备记录下列两套数据：

（1）电流（微安表读数）随阻值（或温度）的变化关系数据。

（2）测温数据。

三、 具体教学设计

课上，首先对学生进行实验方案、设计检查;采取参与互动式学习教学方法进行课堂实操;最后完成拓展总结。

3.1  设计检查

教师根据学生的各仪器参数确定情况，检查是否理解了设计思路;根据表格设计情况，检查是否设计了实验内容。通过批改实验报告讲评学生的实验设计方案，指出几个共性问题，并对设计方案比较出色的学生进行表扬和鼓励。师生共同讨论重点难点问题，必要时教师简单介绍设计思路。

3.2  课上实操

学生自主完成实验，教师检查指导，排除问题。具体设计如下：

学生完成

（1）根据设计调整仪器参数;

（2）连接电路;

（3）温度计刻度标定;

（4）测温检验;

（5）整理数据。

（6）分析思考题

教师完成

（1）查看实验程序是否正确;

（2）检查操作是否有违规行为;

（3）监控实验进度，适时讲解普遍性问题;

（4）检查数据，判定操作分数。

3.3  总结拓展

学生完成

（1）总结实验，分析存在的问题，找到解决办法;

（2）通过思考题分析，深化对实验的理解;

（3）体会设计性实验的思路方法，为今后开展相关设计性工作奠定基础;

（4）参与扩展讨论，开阔思路方法;

（5）深化对测温的认识，知道更多测温方法，体会从基础研究到科技创新的转变过程。教师完成

总结：

开展设计性实验的思路方法，针对此实验，本人总结了“七步设计方法”：理解设计要求、拟定设计思路、确定设计方案、查找设计资料、实现具体设计、完成实验验证、进行改进优化。

扩展：

通过引申介绍电阻温度计、水银温度计、热电偶（温差电）、气体温度计等温度测量方法，使学生深化对测温的认识，帮助学生体会从基础研究到科技创新的转变过程，拓展思路，为下一步研究学习打下基础。

四、 结语

设计形实验的设计方法应与实际的设计过程密切相关，如按传统课堂教学的模式和思路是无法和实际设计过程相近的，因此，设计性实验也应按实际设计过程进行编排。本人在大学物理实验教学中进行了初步研究探索，在下一步在教学实践中将不断完善，学习和吸取其他高校的改革经验，使自己的大学物理实验教学与时俱进。

参考文献：

[1] 刘存海等. 大学物理设计性实验的探索与思考[J].实验教学.2013（9）：132-133.

第一作者简介：仲丽丽（1981-），女，空军航空大学基础部实验中心实验师，硕士，主要从事大学物理实验教学，目前主要研究方向为量子光学。