天津大学硕士学位论文答辩ppt模板

大学物理实验中设计性实验的研究大学物理实验中设计性实验的研究摘要大学物理实验课是理工科学生在大学最先接触和进行科学实验基本训练的一门基础必修课，对于提高学生的综合素质，培养学生的实践能力和提高学生的科研能力具有不可或缺的作用。设计性物理实验是大学物理实验中一种新的创新型教学模式，对于增强学生的创新意识，提高学生的创新能力，具有重要的意义。本文分析了大学物理实验课的地位和作用，以及大学物理实验教学的现状和改革发展趋势，对设计性物理实验的相关问题进行探讨，对设计性物理实验的内涵进行了描述，归纳了设计性物理实验的五个特点，即主体性、探索性、创造性、综合性和趣味性；阐述了设计性物理实验的新教学模式和新教学理念。本文的第三大部分分析了设计性物理实验设计的原则、设计性物理实验开设的必要性、开设设计性物理实验的基本过程、设计性物理实验存在的问题、设计性物理实验的实施进行了探讨。第四部分是介绍设计性物理实验的例子，第五部分是设计和分析的实验项目。最后是对开设设计性物理实验课程的一些的思考和建议。关键词：物理实验教学；设计性物理实验；新教学理念；设计；实施https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, Designing experiment research in Physics experiment ABSTRACT Physics experiment course is the first contact wi t h science and engineering students in universities and scientific experiments based on the basic training of a required course. For improving the overall quality of students and play an important role in improving students’ practical skills and improve their ability to have an indispensable role in scientific research. Designing physics experiment is a physics experiment in a new and innovative teaching model, to enhance student awareness of innovation, improve their ability to innovate, is of great significance. The article analyses status and effect of physics experiment course, and analyses the present situation and development trend of the physics experiment teaching. Exploring some problems related to the designing physics experiment, describing the content of designing physics experiment. Concluding five characteristics of the designing physics experiment, that is, initiative, exploration, creativity, synthesis, interesting. Describing the teaching mode of and teaching belief. The third part analyses the design principles and the basic process of opening physics experiment and others problems. The fourth and fifth part is the designing example and designing project. Finally are some considerations and suggestions about establishing courses of designing physics experiments. Key Words: Physical experiment teaching, Designing physics experiment, New teaching concept, Design, Implementation https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究目录 1 概述................................................................... 1 1.1 大学物理实验的地位和作用............................................ 1 1.2 大学物理实验教学的现状分析 (2)

1.3 我院大学物理实验教学的现状调查 ..................................... 4 1.4 大学物理实验教学的改革发展趋势 ...................................... 6 1.5 开设设计性物理实验的现状分析 ........................................ 7 2 设计性物理实验的相关问题................................................ 9 2.1 设计性物理实验的内涵................................................ 9 2.2 设计性物理实验的特点 (9)

2.3 设计性物理实验的新教学理念......................................... 11 2.4 设计性物理实验的新教学模式 ......................................... 11 2.5 开设设计性物理实验的意义 ........................................... 13 2.6 设计性物理实验开设的过程中教师与学生各自的角色..................... 13 3 设计性物理实验的开设与实施 ............................................. 15 3.1 设计性物理实验设计的原则 . (15)

3.1.1 实验的可行性................................................... 15 3.1.2 实验设计的简化性............................................... 15 3.1.3 实验设计的可操作性 (15)

3.2 设计性物理实验开设的必要性......................................... 15 3.3 计性物理实验存在的问题 ............................................. 17 3.3.1 当前开设设计性实验的困难 (17)

3.3.2 解决问题的办法................................................. 17 3.3.3 设计性实验的经验与不足 ......................................... 18 3.4 设计性物理实验设计的基本过程 (19)

3.5 设计性物理实验的实施 ............................................... 20 4 利用示波器测量电容的设计性物理实验例子介绍 ............................. 22

4.1 实验目的 ........................................................... 22 4.2 实验

方案........................................................... 22 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 4.3 实验所用器件....................................................... 24 4.4 实验分析与总结.....................................................

24 5 高温电阻丝电阻率测量设计性实验的分析与研究............................ 26 5.1 实验目的........................................................... 26 5.2 实验方案 ...........................................................

26 5.2.1 实验方案分析................................................... 26 5.2．2 高温电阻丝密度测量方案........................................ 26 5.2.3 高温电阻丝截面直径测量方案 . (29)

5.2．4 高温电阻丝长度测量方案........................................ 30 5.2.5 高温电阻丝电阻的测量方案 ....................................... 31 5.3 实验所用器件 ....................................................... 32 5.4 实验分析与总结..................................................... 32 6 开设设计性物理实验课程的思考与建议.................................... 33 总结.................................................................... 35 参考文献................................................................ 35 致谢................................................................... 357 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究1 1 概述1.1 大学物理实验的地位和作用物理学是一门建立在实验基础上的自然科学，对于理工科专业的学生来讲，物理实验是一门很重要的课程：它既能为学生提供理解物理概念的感性材料来加深对理论的理解，又训练了学生的实际动手操作能力，是科学基础训练的实践环节，它的特点和灵魂决定了物理实验在培养高素质人才尤其是创新人才中的重要作用。《大学物理实验》课是大学生进入大学以后接受系统科学实验方法和实验技能训练的开始，也为以后专业课的实验教学打下坚实的基础。从培养创新思想、创新意思和创新能力来看，《大学物理实验》有着其它课程不可代替的作用。实验课是学生在教师的指导下，利用实验器材，通过实验引起事物或物质的某种变化，再从观察这些变化的现象分析推理得出结论，使学生获得直接知识验证理论的一种教学手段，它对学生的综合素质的培养起着积极的作用。 1.为学生提供检验学习理论的材料和加深学生的学习效果物理学的理论往往是抽象的、深奥的，学生在学习的时候通常会感觉到枯燥和吃力。科学研究表明，客观、生动形象的事实有助于学习者对知识的消化。而物理实验就能给学生提供一个演示理论现象的平台，来帮助学生深刻理解物理理论，加深学习的效果。2．培养学生关于真理标准的判别意识物理学是一门以实验为本的重要基础学科，物理理论的正确与否必须经过实验检验。“实践是检验真理的唯一标准”—这是几百年来贯串整个物理学的一条基本原则。也是鼓舞科技工作者不断探索、求实、创新的基本指导思想。理论物理学家提出的新的理论一定是在实验事实的基础上总结而来或是必须经过实验的检验才能成立，当理论和精确的实验发生矛盾的时候，应当尊重实验，对理论进行修正和补充。因此，物理实验在潜移默化中培养了学生的关于真理标准判断的意识。3．培养学生的学习兴趣，为以后进一步学习专业实验课打下坚实的基础。物理学的理论知识学起来一般比较枯燥无味，学生学起来也兴趣也不是很高，通过实验教学，学生学到的理论知识不但得到验证，而已还可以通过实验来提高自己对学习的兴趣。同时，通过物理实验课，学生初步学到一些基础的实验技能，为将来学习专业https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）2 实验课打下坚实的基础。 4.培养学生认真细致的工作态度和坚忍不拔的毅力科学实验是人们为了认识世界而进行的一种探索性、尝试性、学习性的实践活动。物理实验要求学生掌握基本物理量的测量方法，包括实验方法与实验仪器的恰当选择，实验条件的保证和实验操作的完满。正确记录处理实验数据，悉心分析结果误差及可靠程度，以及进一步改变实验条件来检验判断结果的可靠性等。所有这一切都要求实验者具有认真细致的工作态度和坚忍不拔的毅力。5.培养学生的敏锐的洞察力和逻辑推理能力物理实验特别注重培养学生敏锐的洞察力和严密的逻辑推理能力，它教会学生如何利用实验的方法研究物理现象和物理规律。这需要学生具有敏锐的洞察力和严密的逻辑推理能力。学生要学会观察、分析实验中出现的各种实验现象并对其进行合理正确的解释，构建起从实验现象到规律，再到理论的一套逻辑体系。

6.培养学生的科学思维能力和创新意识物理实验课不但能使学生掌握基本的实验操作技能，更重要的是能提高学生的科学思维能力和创新意识。物理实验要求学生通过对实验方案、仪器装置及其性能的改进和对关键因素的考证，找出突出事物本质联系的主要因素，把握主要因素，控制次要因素，从中找出规律性的内容。

7.培养学生求实进取的精神，引导学生领悟科学的方法物理实验的求实性事从对现有数据或成果的验证思考和多角度多方法的求真确认中体现出来的。物理实验工作者总是试图用不同的方法对现有的理论

进行验证。 1.2 大学物理实验教学的现状分析目前，我国现有的基础物理实验内容主要是沿袭了各国前几十年的一套教学模式，即主要侧重于做一些验证性、模拟性和纯测量性方面的工作，教学模式较为单一。基础验证性实验是指为了巩固学生的理论课程的基本知识而开设的、强调演示和证明，注重实验的结果(事实、概念或理论)而不是实验过程的实验。基础实验有利于培养学生的实验操作、数据处理和技术技能。诚然，这种实验模式对刚刚涉及物理学科的学生是有必要的，效果也是很显著的。但对于理论知识已经达到了一定高度，特别是物理专业高年级学生来说，效果却不是很好。由于长期以来，实验课在内容上只是对理论的验证，缺乏创新性：在实验方法上也属于是机械性的模仿，学生在完成实验之前就已经从讲义上https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究3 知道了将要出现的实验现象和实验结果，一般来讲，只要按照现成的步骤进行操作，在误差允许的范围内都会得到预定的结果，因此，学生始终处于被动地位；在实验过程中学生往往只是简单的重复，没有积极的思维和创新，也没有探索的目标和方向，更有甚者，许多学生根本不动手，只是旁观,他们却能做出比操作过实验的同学还要好的实验报告。因此，这种实验教学模式没有起到培养学生的独立思考能力、想象力、独立动手实践能力、刨新意识及创造能力的作用。正因为如此，多年来我国培养的学生和其他国家的学生相比，在考试中往往可以名列前茅，但在实际工作中，却常常缺乏动手能力，更缺乏独立恩考和创新精神。如果继续完全按照传统的实验教学模式，这样培养出来的学生很难适应新世纪科学的进步和社会的快速发展。要培养具有创新精神和创新能力的新世纪大学生，提高学生的核心竞争力，就必须探索开设新的物理实验教学模式，以适应时代的要求和学生的需要。目前物理实验大概存在以下几个问题： 1.重视验证性和测量性实验，忽略设计性实验在实验教学过程中，学生所使用的都是教师发的实验教材，对实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、数据表格以及数据处理基本上都写得很清楚，在做实验前基本上老师都会先见实验的步骤跟学生讲清楚，久而久之，学生就形成跟机器一样，按部就班，跟着老师的步伐走，这严重阻碍了学生创新精神的培养，同时也挫伤了学生学习的积极性。2.实验内容都是一些比较经典的实验，缺乏一些最新科研前沿成果的内容。从实验的内容来看，基本上都是属于验证性实验、知识的简单应用以及单纯的技能训练，各实验题目缺乏有机的结合，不利于学生知识结构的纵向以及横向发展。实验内容缺乏跟新知识的联系，不但不能满足学生学习新知识的需要，而且很难激发学生的实验兴趣。3.实验室管理制度不完善、不够合理目前，大学的实验室很少有开放，只有上实验课的时候才开放，这减少了给学生锻炼动手能力和思维能力的机会，本来我们的实验室资源相对国外比较发达的国家来说已经是比较匮乏，加上实验室没有对学生开放，这样一来，本来资源更得不到充分利用，学生的要求也就无法满足。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 4 1.3 我院大学物理实验教学的现状调查为了准确地了解我院目前大学物理实验的教学中学生的实验意识、实验态度和实验能力的现状，更有效地开展大学物理实验课程，对我院大二在校学生的实验情况进行初步的调查。1.调查目的了解本院学生实验态度、实验能力现状，为确定实验教学改革的目标、构建设计性实验教学模式提供前提资料。 2.调查方法问卷调查法。 3.调查对象为能够与教学改革同步进行，调查对象为我院大二的学生。 4.大学物理实验教学问卷调查及结果表1.1大学物理实验教学问卷调查结果 1.你认为物理实验重要吗？重要（73.86%）一般（23.86%）不重要（2.28%） 2.你认为实验对学习物理理论有帮助吗？很有帮助（67.05%）一般（30.68%）不大（2.27%） 3.你认为实验对提高思维能力帮助大吗？很大（69.32%）一般（29.55%）不大（1.13%） 4.你有没有独立设计实验进行探索的愿望？有（46.59%）尚可（46.59%）没有（6.82%） 5.实验中遇到困难你通常采用的方法是？问老师、同学（47.73%）与同学探讨并动手试试（44.32%）独立思考（7.95%）6.实验时，你是如照本宣科（20.45%）合作讨论独立完成（9.1%）https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究 5 何完成的？（70.45%）7.你认为实验过程重要不重要？重要（82.95%）一般（17.05%）不太重要（0%）8.你能否灵活设计表格，有选择的记录数据，通过数据解释物理现象，获得物理规律能（23.86%）尚可（64.64%）不能（12.5%）9.课余时间你是否去学校实验室、或自己做一些实验经常做（10.23%）做过，担次数不多（53.41%）几乎没做过（36.36%）10.做实验前，你希望？老师详细地讲解实验原理、步骤和注意事项，然后按照老师的要求做（40.91%）老师尽可能简短地讲解一些重要事项，大部分的内容让学生自己去思考，完成（50%）老师没讲解注

意事项，让学生自己思考，完成（9.09%）11.实验数据与你期望的不一致，你将如实记录（55.23%）重新做实验（31.14%）修改数据（13.63%）12.通过现在的物理实验课，你取得的最大收获是：课堂上所学的定律得到验证（34.09%）解决实际问题的能力得到提高（51.14%）探索新事物的欲望得到增强（14.77%）13.你希望将来的物理实验与实际生活联系密切一些（63.64%）实验结果事先不知道，需要探索（20.45%）能为同学提供自己动手制作的条件（15.9%）有一些关于科研前沿的实验（0.09%）14.你认为评价一是否观察到物理现是否会操作能力是否得到锻炼https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）6 次实验的成功与否，应一下列中的那一项为标准：象（37.5%）（29.55%）（32.95%） 5.调查结果分析从问卷调查结果来看，学生对大学物理实验的看法和愿望是好的，但从适应当前物理实验教学的发展来看，仍然存在一些不足的地方：（1）从调查的结果可以看出，学生大部分认为物理实验课在大学课程中还是比较重要的，从表中第1、2、3项可以看出，但学生很多时候把实验课看做是验证理论的一个辅助工具，缺乏主动探索意识，实验中遇到困难不会自己想办法解决，主要靠老师是其他同学，从第5项可以看出。（2）实验中学生缺乏主体地位，过份依靠老师和同学。从第6、10、11课可以看出，大部分同学还是比较依赖老师，由于长期以来我们的教学模式都是老师先讲，然后学生按照老师的讲解进行实验，长期这样，形成了学生不爱动脑筋，遇到问题不会主动思考，学生的中心作用和主体地位得不到体现。在教学过程中，老师往往包办过多，而且要求统一：方案统一、步骤统一、结论统一，长期以往导致学生思维懒惰，缺乏主动探究欲望，更缺乏创造性。（3）在实验中，学生大部分认为实验过程重要，但是在实际实验中，遇到实验结果跟预期的结果不一样是，学生还是如实记录实验结果，缺乏一种严谨的、实事求是的科学态度。学生就想机械一样记录数据，有的甚至为了达到结果跟预期的数据一样而修改数据，编造数据。（4）从调查的表中12、13项可以看出学生比较重视实验的实用性和日常生活的密切性。目前实验的选题一般都是一些比较经典的题目，缺乏跟实际生活密切相关的一些题目。1.4 大学物理实验教学的改革发展趋势大学物理实验重点是要提高学生的实践能力和创新能力，为了给学生营造有利于他们提高综合素质、创新能力和充分调动学生的自主能动性的环境，广大的物理教师和物理实验教师都在为物理实验教学的改革发展做了大量的工作，目前高校的大学物理实验教学的改革发展趋势有几方面：https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究7 1.构建新的教学体系，开展设计性的物理实验实验教学体系的建立要参照以下两个方面的原则：一是系统化原则，具体来说就是进行专业调整，打破课程的界限。要从专业整体和学生发展的角度来考虑，学生应该具备什么样的课程理论和技能，实验讲相关要素构成科学合理的体系；另外一个是阶段性原则。实验课的设立要考虑到不同层次，不同专业的需要和理论的协调。2．改变教学方式和手段，教学主体向学生转移教学方式上应该尽早改变以教为主，积极向以学为主转变，教师应该根据学生的需要加以引导。针对不同的实验模块可以采用不同的指导方式，对简单仪器的使用，操作技能的培训的验证性实验，可以对学生开放实验室，并可以安排高年级的学生或研究生指导。对设计性实验，老师提供知识范围和仪器设备，学生自己查阅资料，自行设计实验方法，自己完成实验，达到提高学生的实践能力和创新能力。3．改善实验室条件，加强硬件和软件建设实验环境的好坏客观地显示了学校对实验教学的重视程度，它不仅影响学生的心理状态和操作状态，而且还直接影响到实验结果和教师的教学管理。目前，随着实验内容的更新变化，相应的教学仪器以及设备也在趋向于新型和先进趋向于运用集成电路后的小型化和数字化，趋向于运用各种传感器采集数据而后通过计算机来直接显示。从而让一些学生能有更多的时间去研究实验的目的和意义、去探索解决一些自然界中的各类问题，培养学生已实际能力为主并适应社会需要的人才。1.5 开设设计性物理实验的现状分析教育部早在“教高（2005）1 号”文件中就已经强调指出实验教学要“更加注重能力培养，着力提高大学生的学习能力，实践能力和创新能力”，“开发学生只能，培养与提高学生科学实验能力和素质”，要“把实践教学作为评比的关键指标” 【1】。从培养学生的创新能力，提高学生的综合素质出发，物理实验的类型不能仅仅只停留在操作型、验证型实验的水平上，而要按学生能力形成的不同阶段，在实验教学中实行分层次教学。做到既有基本实验训练，又有体现知识、能力、素质培养的综合性，培养学生独立思考、综合运用知识、创新等适应科研工作能力的实验，即开设设计性物理实验。随着高等院校的实验教学的改革大力推进，加强对大学生的创新教育是新世纪高等教育教学改革的重点，

各高校根据专业培养目标及实践课程的自身特点，本着致力于培https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）8 养学生创新意识和实践能力的原则，组织和优化教学内容，逐渐形成了以基础性、综合性、设计性、研究性、发展性为一体的多层次、全方位的大学物理实验新体系，使大学物理实验教学不仅成为学生获取知识，训练技能的过程而且成为学会学习，学会创造塑造个性的发展过程。但目前在一些普通的高校中设计性实验开设的现状仍然是项目较单一，受教学时数不足的影响，学生自主实验体现不充分，对设计性实验感到困惑，不知如何入手，教师不得不按照传统的教学方法把目的、原理、仪器、步骤、实验方法一一讲解，在教学上，基本上都是沿袭传统的教学方法。从全国一些高校情况来看，实验室建设和物理实验教学改革都各有特色和共同点，都对物理实验教学的内容进行了系统的整合，为加强创新意思和实践能力的培养，大多数高校大学物理实验的内容均包含设计性物理实验，且设计性物理实验在大学物理实验内容中所占的比例呈上升趋势【2】。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究9 2 设计性物理实验的相关问题 2.1 设计性物理实验的内涵设计性实验是一种基于教学实验和实际科学实验之间的较高层次的科研实验训练，是在掌握基本实验和具备综合实验知识及能力之后，提出一些有利于启发思维，有应用价值的实验课题，让学生进行独立设计完成的实验。它与基本实验最大的区别在于，设计性实验只给出实验题目，明确实验目的，提供实验设备及材料，而实验原理、操作步骤以及数据处理等都需要学生亲自去查阅资料，自行设计实验方案，并按照方案去实施完成。与传统的验证性实验相比，其要求和目的也发生了根本性的变化，它打破了传统固定的实验教学模式，学生由被动学习转变为主动学习，学习的积极性得到了有效的调动。同时也使学生在实验方法的考虑、测量仪器的选择、测量条件的确定等方面受到较系统的训练，提高他们动手动脑能力和创新能力体现了以人为本的教育思想。开设设计性实验，不但是对以前基础实验知识和综合实验能力的一次检验，而且还是自身能力的又一次锻炼和提高，并为学生进入科研打下扎实的理论基础和实践功底。通过开设设计性实验能锻炼学生的动手操作能力，培养学生的实践能力，激发学生的思维活动，提高学生探索新问题的兴趣，认识事物的综合能力以及研究问题的能力，是实现素质教育的良好途径，是深化实验教学改革、提高实验教学质量，改革实验教学模式，适应人才培养需要的重要举措。2.2 设计性物理实验的特点设计性物理实验在客观上给学习者创造了一种促使学习者把强烈的自我发展意识转化为自身努力获取知识和提高能力的实际行为，学习者积极发挥自己的主观能动性和聪明才智思考所遇到的问题，突破常规思维定势，创造性地提出解决的方案，并反复再三，才可以完成实验。只有这样的实验，对学生的动手能力，研究能力，特别是创新能力的培养是有积极作用的。总的来讲，设计性实验有以下几个主要特点：1．主体性设计性物理实验的一个很重要的特点是以学生为主体，充分发挥其自身的聪明才智和主观能动性，依靠其自身解决问题的能力完成整个实验，较之传统的那种从实验原理、方法、仪器和步骤都由教师设计的物理实验而言，学生有较强的主体意识，在实验的整https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）10 个实验过程中，体现以学生为中心的原则，充分顾及到学生是认知的主体，设计性物理实验因在实验过程中的时空的相对宽松，即对学生进入实验室的时段不予以限制，对于所动用的实验场地、仪器设备也创造相应的条件，构造学生自主的学习环境，设计性物理实验充分体现学生的自主设计、自主实施、自主发挥、自主分析和总结实验现象，解决实验过程中不断出现的新情况与新问题，在这个过程中，客观上创造了一种促使学生把强烈的自我发展意识转化为自身努力获取知识和提高能力的实际行为，学生自身建构知识和发展能力的行为促进了学生个性的全面发展和潜能的充分发挥，对其智力活动的开发具有重要的整合作用。2．探索性大学物理实验中的预备实验、前导实验或基本实验都有相应的实验思想、实验原理、实验目的、实验仪器等，其可操作性强，实验进行的具体过程较为明确，可以训练学生掌握基本的物理实验的操作能力，掌握基本的物理实验的测量手段和方法，而设计性物理实验却较之大不相同，设计性物理实验仅由指导教师提出任务与要求，然后进行一系列的提出问题、明确问题、提出假设、检验假设的思维训练，在教师所提出的任务与要求的敦促下去探索其所涉及的诸多方面。譬如，实验思想和方法的形成与选择，最佳测量方法的获得、实验仪器的选择、实验条件的选择以及实验步骤的形成等，在这个操作过程中，提出了一个问题解决活动的系统的逻辑性问题，学习者在这个过程中，要探索工作记忆中的信息，积极地进行严密有序的推理和判断。3．创造性设计性物理实验要求学生在解决问题的过程中，大胆假设，多方求异，突破束缚、

创造性地提出解决问题的途径和方法，无论从实验思想、实验方法、实验原理的应用，还是实验仪器的选择、实验步骤的进行，要求学生有一定的创新精神。设计性物理实验的实验思想与方法的找寻就要求学生必须沿着不同的方向去选取与重组信息，不依常规，寻求变异，从多方面寻求解决设计实验的方法与途径。当然，发散的最终目的是为了聚合，实际上，构思设计性物理实验的过程，就是思维不断“发散—聚合—发散—聚合”的过程，这就是创造性思维，它是一种以发散思维为核心，聚合思维为支持因素的发散思维与聚合思维有机结合的操作方式，学生在设计性物理实验的过程中充分体现其思维的创造性。4．综合性设计性物理实验一般是继一些前导实验和基本训练实验之后进行的，是对已学过的https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究11 物理理论知识和物理实验的综合与总结，所涉及的不只是物理实验某一方面或某一层次的内容，而是具有高度的概括性和综合性，在设计性物理实验的完成过程中，要求学生必须综合运用所掌握的基本理论知识、实验技能以及各测量原理和方法来组织进行，设计性物理实验具有对学生进行科学实验全过程初步训练的性质，也是对学生掌握实验技能和理论知识进行综合运用的一次检查，在这个过程中，其训练的内容与层次更高，体现较强的综合运用知识的能力和综合解决问题的能力。5．趣味性设计性物理实验往往充满了趣味性，实验过程中总是闪耀着学生智慧的火花，实验现象里也经常蕴藏着更多的趣味。一个个小小的发明、小制作的成功、给学生带来了成功的喜悦，也为设计性实验增添了无穷的乐趣，大大吸引学生学习了兴趣。 2.3 设计性物理实验的新教学理念现代化的教育教学新理念的基本特征从总体上来说表现在三个主要方面：由重视知识的接受新教学向重视综合能力的探究性教学转向；由单一的认知性教学向多维的体验性教学转向；由机械的决定性教学向互动的交往性教学转向。在这三个方面中都较注重能力和实践，创新精神和创新能力是新世纪对人才最重要的内涵要求，为此，需要改变实验教学过程中过于强调教师和教材本位而忽视学生本位倾向；改变实验教学中过于注重知识的验证、传授以及作为训练实验技能的手段而忽略过程与方法、能力与科学素质培养的倾向，改革单一的课程结构形式，构建与实验教学自身规律和能力培养定位相适应的分阶段、分层次、阶梯式的模块化教学体系，改变千篇一律的封闭式、固定式的教学模式，实行开放式、个性化的教学，为学生创设有利于发挥自身潜能和特长的环境和条件，鼓励学生对知识的主动探索、主动发现和对学知识的意义建构，以充分发挥学生的主体性和创造性，有利于优秀人才的脱颖而出。 2.4 设计性物理实验的新教学模式教学模式是教学实践活动中影响教学目标达成的诸要素在一定的时空范围内的组合方式和随教学过程的展开而形成的教学程序。它具有完整性、针对性、简约性和可操作性等特点。能教全面地、客观地反映某一教学活动情况，便于教师从整体上把握。教学论认为，任何一种教学活动从空间形态上都包含了人、信息和物这三种基本因素，否则就无法构成教学活动，从时间流程来看，任何教学活动在进行过程中必须有明确的目https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）12 标、有效的教学策略和科学的反馈系统，这几方面如不合理组合，教学则不能收预期的效果【3】。 1.教学组织形式的多样性因设计性物理实验所具备的独特的要素特点，这就要求在实施过程中相应的教学模式也需要有所改变，将传统的以教师和教材为中心的形式变成以学生为中心的形式，教师扮演的是一个知识传播的引导者和组织者，在组织实施设计性物理实验的具体形式上可采取灵活多样的形式。(1)教师组织学生在实验室完成设计性物理实验这是一种常规的实验课程形式，类似于上实验课的形式，这种组织由老师提出实验要求、布置任务，组织学生到实验室进行设计性物理实验的设想、论证、探索、完善与提高。采用这种模式，教师易于对学生进行监控引导和及时掌握完成进度，师生之间易于交流沟通，信息能及时下传反馈，能及时处理和解决设计过程中所碰到的相关问题。(2)以完成毕业论文（设计）或发表论文的形式完成实验这种形式的训练重在训练学生对物理实验设计进行概括和表述的能力，当然在论文的撰写过程中一定离不开学生直接参与的物理实验设计，但较为侧重科技论文的撰写，训练学生对论文的组织、表达能力，这种能力的提高有助于其正确完整地表达其物理实验的设计思想和步骤，为日后的从事科研工作的科研论文撰写能力打下坚实的基础。(3)积极组织学生参加大学生科技节等竞赛我院每年都有举行过科技节系列活动，而且广东省明每年都有举行大学生物理竞赛，这些活动的开展能激发学生进行科研的兴趣，提高大学生的创新能力和创新意识。积极组织学生以设计物理实验的形式参加这种活动，能增强学生的团队精神、集体荣誉感、以及吃苦耐劳的品质。对有些的设计作品，除了参加学校的活动之外，还可以推荐去参加省级甚至国家级的比赛。对表现优秀的同学，

适当的给予奖励。(4)大力组织学生参与学校、工厂、实习基地的产品研发大学生在本科毕业之前会有一次实习的机会，作为师范生来讲，我能实习的地方通常是在学校。目前我院已经和多家公司和学校建立起实习基地，形成“见习—实习—就业”的形式，如果有机会的话，学校可以参与学校的仪器研发和设计，这也是一种获得设计性实验的一种形式。2．实验教学场地、设备、时间的开放性 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究13 教学场地及设备的开放性是保证设计性物理实验良好顺利进行的先决条件，即无实验教学要突破以往封闭教学模式，要建立开放式的实验教学环境。因设计性物理实验的自身特点，学生进行实验的设想、论证、探索、实施必须借助一定客观条件才能完成，所以应保持足够的时段对实验室开放、对仪器设备和时间开放，开放的实验条件可以为学生设计性物理实验的完成提供帮助，这里所指的开放，不但实验室的资源是开放的，而且教师教学手段和辅导方式也是开放的，在这一教学过程中，学生根据自主学习探索的需要在开放的时段到开放的实验去利用相关的资源进行探索和设计。3．实验评价应突出创造性既然设计性实验有本质上的独特性，所以对实验结果的评价也不能像针对以前的实验那样，单凭预习报告和实验报告就给定分数。在设计性实验中，学生可能要经历多次的失败，多次的尝试，最后却不一定能够获得成功。如果我们单纯地看重实验结果而忽视实验过程进行评价，那么可以说设计性实验是一种失败。因此，我们必须建立一种着重体验实验过程，着重培养学生自己体会、理解和创新的评价体系，才能适应设计性物理实验发展的要求。2.5 开设设计性物理实验的意义虽然教学仅仅是人才培养的一个环节,但是,面对经济全球化进程明显加快,科技进步日新月异,综合国力竞争日益激烈的新形势,我们着眼于培养具有竞争精神和竞争能力的创新人才。因此开设设计性实验是具有实际意义的。1．好的设计性实验,可以培养和检验学生应用理论知识、掌握实验原理、正确选择与操作仪器、确定测量条件等方面的能力。2．能给学生一个较宽阔的思考空间和选择余地,可以发挥他们各自的思维与想象力, 使学生的创新意识和综合能力受到启发与锻炼。3．可以培养学生坚韧不拔的意志品质、实事求是的科学态度、相互帮助的协作精神。2.6 设计性物理实验开设的过程中教师与学生各自的角色传统的实验教学，教师采用讲授的方法，帮助学生掌握实验原理、实验方法和步骤，学生处于一种被动接受的地位，个性受到压抑。而设计性实验是学生在老师的指导下，根据给定的实验目的和实验条件，自己查阅文献资料、设计实验方案、选择实验方法、https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）14 确定实验程序、选配实验装置、搭建实验结果、完成实验报告、口头交流答辩等环节的实验过程。侧重于学生科学实验过程的训练，是对学生知识掌握程度、实验技能、实验素养及创新能力的综合检验。它既体现学生个人的综合能力，又可促进学生个人综合能力的提高。设计性实验的开设，打破了传统实验固定的教学模式，学生由被动实验转变为主动实验，学习的积极性得到有效调动，主体作用得到充分体现。设计性实验采用以指导为主的教学方式，对学生提出个性化要求，指导制定计划，推荐参考资料，传递最新技术信息和状况，教师在设计前讲清要求，引导方向；实验中观察调控，解决疑问和难题；实验后，评价结果，提升理论。总的来说，学生和老师在设计性实验的开设过程中，各自的角色都慢慢在改变，已经形成以学生为主体，老师为指导的角色，学生由原来被动的学习者变成现在主动的学习者，而老师由原来传道、授业、解惑者变为方案审核、过程指导、督促检查、验收把关的指导者，角色在变，要求更高。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究15 3 设计性物理实验的开设与实施 3.1 设计性物理实验设计的原则 3.1.1 实验的可行性实验的可行性包含三个方面，首先要拟定实验方案，并且论证方案的可行性，方案可行以后选取实验器材；选取实验器材时一定要考虑它们的可同时还要考虑仪器设备的准确度和精确度能否达到实验要求；可行性还指物理参变量的可测性和现象的可观察性，实验中与研究密切相关的物理现象，只有能够被观察到，才能进行研究和分析，所有涉及到定量研究和分析的实验项目，都必须进行能够测量，这样设计的实验才有实际意义。 3.1.2 实验设计的简化性在科学实验研究中，对于同一问题，常常存在多种研究方法，并且每一种研究方法都有可能使其研究达到预期的效果。选取什么样的研究方法进行实验设计是必须考虑的，一个最佳的实验设计，就是既能达到目的又能拥有最简化的步骤，最简单的仪器，既能节省人力、物力和时间，又能获得正确而理想的预期科学结果。 3.1.3 实验设计的可操作性在科学实验研究工作中，实验室的安排、仪器设备和材料的采集、实验的测量、数据的记录和分析处理等，都属于操作。操作贯穿于实验研究的整个过程。如果一个实验设计具有很好的操作性，就可以给研究带来极大的方便，

良好的操作性的标准是什么，就是实验操作上的简单，操作人员对实验内容步骤容易掌握，对操作程序的各种要求不高。但能同时满足上面三条的实验设计方案是很困难的，在实际设计中要找到三条原则完美集合点，统筹兼顾，反复论证才能得到一个较好的设计实验。3.2 设计性物理实验开设的必要性“创新是一个民族的灵魂；创新是一个国家兴旺发达的不歇动力；创新是一个政党永葆生机的源泉”。在日益成熟的市场经济中，创新已成为我国中小企业健康快速成长https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）16 的核心推动力，创新更是一个国家的综合国力的体现。科技的高速发展对人的创新能力的要求越来越高，加强学生创新能力的培养，已成为高等学校教育改革的重要任务。要培养高素质的具有创新能力的科学研究与应用型人才，必须让学生学会从实践中发现问题、解决问题和将已有的知识运用到实际中去。当前，国内许多综合性和理工大学都开始设计性物理实验，这个举措的必要性主要有以下几方面: 1．为了提高学生的综合素质和竞争能力，目前不少重点中学都相继开设了设计性物理实验课程，旨在提高学生的创新能力，树立科学的学习观念。这些对高层次的大学教育提出了新的要求，即改变以往的实验课内容和教学方法，开设以设计性为主的实验课程。2．开设设计性物理实验也是培养大学生综合素质的需要。传统的大学物理实验课程分为普通物理实验和近代物理实验，普通物理实验又被分为力、热、光、电四个部分，各部分的内容相对独立，并且只是简单的数据测量和验证理论。长期以来，学生会感到枯燥无味，并且阻碍了学生的积极性、主动性和创造性。我们需要开设能综合运用学生所学的物理知识，把主动权交给学生让学生自行设计和实施的实验课程，即设计性物理实验。3．目前，国内较多的综合性及理工科大学都在开设设计性或研究的实验课程。例如，中国科技大学的大学物理实验内容除了按传统分类法分成基础物理实验一、二和近代物理实验以外，还另增开了设计性实验模块【4】。复旦大学的物理实验教学中心在以沈元华教授为首的教师梯队努力下推出了分别适合本科生一、二、三年级的各类设计性、研究性实验三十多个，并且还编辑出版了一本有鲜明特色的物理实验教材《设计性研究性物理实验教程》【5】。所以，我们应该明确当前国内实验教学改革的动态，在原有的基础上，不断开发和研究新的实验内容和实验装置，加大经费的投入，争取让更多的学生受惠，这是今后实验教学努力的工作方向。4、从国外形势来看，国外大学的物理实验教学模式同样有缩短基础实验内容，不断调整和增加应用性内容的趋势，即不断地适应科技的迅速发展，即时将最新的科技成功转化成实验内容。例如美国，他们平时的实验教学采用的形式就与我们的设计性实验课的形式类似。此外，他们对计算机的应用是很重视的。计算机在科学研究、自动控制、信息处理和日常生活中的使用越来越广泛，这是必然趋势，物理实验教学的改革一定要适应这个趋势【6】。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究17 3.3 计性物理实验存在的问题 3.3.1 当前开设设计性实验的困难设计性实验与一般的物理实验不同，它具有独特的流程，教课书中既没有实验原理，也没有实验步骤，有的是一系列的问题和实验要求。学生要在查找和阅读参考材料的基础上回答这些问题，才能搞懂有关原理并自行拟出实验步骤来实现该实验的要求。要求学生自己设计实验装置，并着重对实验结果进行分析和研究，才能得出结果。在实际的实验开发过程中，我们发现开设此类实验具有以下的困难：(1) 教师没有办法审阅全部的实验方案。设计性实验要求学生自己设计实验方案并由教师来审阅其合理性。随着学生人数的增加，教师不可能有精力来审阅全部的实验方案。尤其是大学物理实验中的设计性实验，它面向全校的理工科学生，实验方案至少要有几千份，这样大的工作量不可能由几个教师来完成。(2) 实验器材达不到学生的要求。在学生自己设计的实验方案中，可能会提出我们没有准备或者根本不具备的某些实验器材，这样的情况时有发生，给设计性实验的开设带来了困难，也限制了设汁性实验实验题目的范围。 3.3.2 解决问题的办法为了避免以上两个问题，我们不再对理工科学生开设较高层次的设计性实验，而是对物理专业的学生开设了选题更广泛、实验器材更先进、更加贴近前沿科学的设计性实验。以近代物理实验为例，我们以下列形式开出其中的设计性实验：(1) 设计题目的立项：教师提前三个星期给出设计题目。比如，我们给出阿贝成像原理和空间滤波、制做全息光栅、光栅衍射与光栅单色仪、偏振光的产生和检验、劳埃德镜干涉题目，并告知实验室条件和实验仪器。学生们结合所学知识和自己的兴趣，通过上网查资料、图书馆借书等多种途径，先结合自己所选定的题目挑选出所需要的实验仪器，并且设计实验方法。(2) 实验方案的撰写：选题拟定后，学生查阅并整理文献资料，根据实验室现有实验设备和条件拟定详细的实验方案，包括实验原理、实验设备、详细的实验步

骤与实验方法、实验进度安排等，其中需要详细列出所需实验仪器名称。实验方案需经过教师审阅同意，待实验教师初步确认实验方案设计合理并且实验条件具备后，学生进入实验室https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）18 进行实验。(3) 开放的实验室：除常用实验设备外，根据学生开题报告的实验要求，实验室还需提前准备好仪器设备，然后开放实验室，供学生完成实验。按照预先设计的实验方案，学生提前预约安排实验时间，实验次数不限，只要在规定时间内完成实验即可。实验过程教师主要起指导作用。(4) 实验小论文的撰写：学生完成实验后进入实验数据整理阶段，根据实验结果撰写实验小论文；实验小论文的格式要求参照正式发表的科研论文要求，内容包括论文的题目、署名、中英文摘要、关键词、引言、实验方法、结果与讨论、参考文献等，并对其中的图、表、公式、符号等也同样按照正式发表论文去要求。通过严格写作训练，初步培养了学生科学实验的思维方式，使他们基本掌握了实验型论文的写作模式，为即将开始的毕业论文和毕业设计做了一次很好的基础训练。 3.3.3 设计性实验的经验与不足虽然通过精心设计实验课的开课方式避免了审阅方案和实验器材的困难。但是由乎实验条件和教师本身的原因，我们的设计性实验依然有很多的不足：(1) 经费紧张，开设设计性实验次数有限很多学生要求多开设计性实验，由于设计性实验每一个实验方案所需的实验仪器不同，考虑经费问题，购买的仪器数量也有限。所以设计性实验开设有一定的局限性。基于此，学校需要重视设计性实验教学，加大经费投入力度，这样才能确保设计性实验教学的继续进行。(2) 实验教师工作量大大增加审查学生的设计性实验方案，统计学生的实验仪器，开放实验室，给实验教师带来了大量的工作量。(3) 对实验教师的业务素质要求也要提高由于学生的设计性实验方案实验教师不一定非常熟悉，教师要回答清楚学生实验中出现的各种问题，首先必须提高自已：的专业水平。教师不仅要认真启发学生的思维，传授分析问题和解决问题的方法，还要做进一步的总结，息考如何改进方法，使设计性实验改革更进一步。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究19 3.4 设计性物理实验设计的基本过程在教学中，一个设计实验的完成有一整套完整的流程，按步骤完成实验教学，才能起到设计性实验的教学作用，让学生从中受到科学训练和创新性启发。1．选题教师根据教学实际和科研经验，提出综合性强、灵活性大且实验仪器设备易得的实验题目，题目确定后学生可根据选题进行下面的工作。2．搜索资料并初步分析在实验研究的目的、要求和任务明确后，首先要做的事情，就是搜索资料并初步分析，为进行实验设计准备资料，既是收集资料的过程，又是调查研究的过程。其中所涉及的内容对实验设计是否科学、合理和先进，有极大关系。较好的资料储备才能开阔视野，较好的符合设计实验的三条原则。3．拟定实验方案实验方案是指为达到实验研究的目的和要求，而详细写出的科学依据、实验方法和具体实施措施。对实验方案进行论证，有两个方面：一是理论论证，理论论证是要论证实验方案是否具有科学性、合理性和可行性，理论论证的重点是实验原理和实验方法，因为只有这两者正确，才有成功的希望；二是初步实验检验论证，初步实验检验论证是要论证方案具有切实可行性，并从初步实验中发现方案拟定过程中没有考虑到的漏洞而及时修正。初步实验只需观察有关物理现象，少量测量各重要特殊点的数据，看实验是否能正常进行即可。4．确定设计实验一个实验方案，如果理论和初步实验检验都证明是正确可行的，那么，这个方案就可被确定为实验实施方案。学生自己安装调试或制作仪器及软件，正式进行实验，仔细观察实验现象，认真测量并记录、处理实验数据。5．总结阶段最后在整个实验完成后，学生写出实验报告与实验心得，教师通过与学生讨论，发现实验过程的优点与不足，通过与较好实验方案的比较，拓展学生的思路，使学生发现实验中那一个环节较薄弱，进行针对性的学习而带入下一次的设计性实验。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）20 3.5 设计性物理实验的实施设计性物理实验是一种开放性实践性很强的课程，它的实施过程，就是教师和学生在现实的教育情境中不断地创生新的教育经验的过程，就是学生的知识与技能、过程与方法、实践能力和创新意识基于活动而不断生成的过程，就是学生在生动的、具体的、综合的自然情景、社会情境和教育情境中亲历、实践、体验和发展的过程。因而设计性物理实验的实旌，客观地要求教师和学生充分地发挥主体性而去自主实践和积极创造。目前各高等学校开出的设计性物理实验有些还停留在辅佐传统的普通物理实验的层面上，采取穿插进行的方式，各高校之间开出设计性物理实验的内容和要求不甚一致，开出设计性物理实验还没有形成规范的系统的教学体系，这种情况的存在或多或少会影响设计性物理实验在物理实验教学的贯彻执行，在高等学校物理实验的教学中，要真

正体现设计性物理实验在提高学生综合应用能力和创新能力的重要作用，只有将设计性物理实验纳入规范的系统的教学轨道上来，可以使之成为一门相对独立的物理实验教学课程体系。该体系的形成主要涵盖以下儿个方面的内容。1．编制教学大纲大纲明确规定设计性物理实验的目的、任务、原则、组织形式、考评体系、不同层次的选题项目及每学期的课时分配。2．编写讲义和教材教材编写由各高校根据本校专业特点、实验室的结构分布、场地情况及仪器设备情况组织教师结合教学大纲有针对性地编写，使之有较强的地方性和适应性。3．配备师资设计性物理实验虽然具有自主性和探索性的特点，体现的是以学生为中心的教学模式，但在整个教学实践过程中，自始至终离不开教师的指导作用，教师的“导”的作用可以大大地减少学生的盲目性及提高学生制作设计的效率，在设计性实验的实施过程中，教师要及时了解进行设计的情况，有针对性地进行指导、点拨和督促；要组织灵活多样的交流、研讨活动，帮助他们保持进一步提高展开设计的积极性，对有特殊困难的个人或小组要进行个别辅导，或帮助调整设计研究计划，教师要在实施过程中实现从知识传授者到学生学习的组织、指导、参与者的角色转换。所以师资的参与和配备对设计性物理实验的进行起着至关重要的作用。4．成立专门的设计性物理实验室 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究21 设计性物理实验的开设是进行创新教育的一个很好的教学手段，值得加大力度投入和全面推广，高校相关专业成立专门的设计性物理实验室可以使这一教学过程在实践中得到充分的贯彻和落实，拥有专门的教学场地和相关的设备才是实验顺畅进行的根本保证。设计性物理实验室的场地的选择、台桌的布置、水电及各通信线路的布置、文化氛围的创设及展示成果窗的布置等均要体现设计性物理实验的特点，设备的购置既要顾及基本物理量的测量所需，又要顾及设计性物理实验的特殊性。因现今很多高校也研发出了专门适合设计性物理实验的相关仪器设备，所以既可配置专门的设计性物理实验仪器亦可根据设计过程中所需而灵活予以购置。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）22 4 利用示波器测量电容的设计性物理实验例子介绍 4.1 实验目的本实验介绍利用示波器测量电容大小的设计性实验，在测量电容时，我们经常用到的是交流电桥法，交流电桥是电容测量中精度最高的仪器。这种测量因调节麻烦，学生独立完成有一定困难，为此我们改用示波器测量方法，该方法操作简便，有利于学生进一步加深对电容和电容性质的理解，也达到熟练操作示波器的目的。4.2 实验方案学生在自主选题以后，开始复习原有知识，回顾已经做过的基础实验，查阅相关资料，进行猜想提出假设，设计实验方案。方案一：如图 4.1，设i 和u 分别代表某时刻通过电容的电流和电容两端的电压，若cos( ) m i I t ，则电容上的电量为：0 0 1 cos ( ) sin( ) sin( ) T T m m m I q idt I td t t q t （4.1）m m I q 2 f 所以，分别测出电容和电阻两端的电压峰—峰值pp U 和 pp V ，则/ 2 / 2 m PP PP m PP PP q I V q C U U U R U （4.2）图4.1 图4.2 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究23 方案二：如图4.2，将限流电阻，待测电容x C ，可调电容C ，电阻箱R 串联，( ) x U t 、( ) U t 分别输入1，2 通道，扫描通道选择“断续”，触发信号1 通道的待测信号，调节两个通道的增益，使它们相同，调节C 使两信号幅度接近相等，电阻箱R 从零开始调节，使两信号位相相反，把两信号相加，得到幅度很小的信号，此时把两通道的增益调到最大，再反复调节C 和R 使屏上显示为一条直线，即两信号完全抵消，那么x C =C ，若忽略可调电容的损耗电阻，则x C 的损耗电阻x R R 。方案三：电路连接如图4.3，在调节信号发生器的频率的同时观察电容两端电压的变化，当调到某一频率时，电压为最大，测得这个最大值及信号的周期或频率，根据LC 谐振回路的谐振频率 1 2 f LC 或 2 T LC ，可求得 2 2 1 4 C f L （4.3）图4.3 图4.4 方案四：电容/ dq idt i C du du du dt ，在du dt 最大时，i 最大，所以测得流过电容上电流的最大值，即测出电阻两端的电压峰—峰值pp V 及电容两端电压的最大变化率，便可求出/ 2 / pp V R C du dt （4.4）方案五： https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）24 电容上电流与电压的相位差 1 1/ C tg R 若已测出 t ，则 1 1/ C t tg R 则 1 ( ) C R tg t （4.5）方案六：示波器扫描处于“关”的位置，用信号发生器的信号先后输入X、Y轴输入端，调节增益，使两输入端显示的信号幅度相等，并且等于显示屏宽度的一半左右，待测电容 C 于一个电阻箱R串联后接于信号发生器的输出端，如图4.4，R两端接Y轴输入端，C 两端接X轴输入端。忽略电容的损耗电阻时，( ) r U t 、 ( ) c U t 的位相差是 0 90 ，所以示波器上的图像为正椭圆，调节

电阻箱的阻值和信号的频率，可以使图像变为圆，那么 1 ( ) C R 实际的电容存在损耗电阻，那位相差大于0 90 ，示波器上的图像是斜椭圆调节频率和电阻，把位相差调到接近 0 90 ，将 ( ) r U t 的输入端的增益调大，就可以得到比较接近的正椭圆，然后再调节电阻，使图像变为圆，可以得到 1 ( ) C n R （4.6）式中n是两输入端增益之比。4.3 实验所用器件双踪示波器、信号发生器、电感、电容若干、电阻若干、可调电容、电阻箱 4.4 实验分析与总结学生在实验操作过程中可能会遇到一些难题，教师在此期间要发挥引导的作用，鼓励学生自己动脑，自主探究，分析问题，提高学生的动手能力。学生在实验的过程中总结了许多有意义的问题，主要有： 1.调节信号发生器的频率，使其输出1000Hz 的信号，为提高测量的准确性，可用示波器对该频率进行校正。 2.方案二中测量结果的误差较大，分析原因可能是在测量时很难在示波器中得到稳定的波形，在调节斤使两信号位相相反时就很难调出精确的测量需要的波形，然后也无法使屏上精确显示为一条直线，因此造成较大误差，这里还需要在以后的学习中想办法https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究25 改进。3.在方案三的测量过程中，对不同数量级的电容，应选用不同的频率，容量越小，频率越高。电路中的电阻、电感也可选用其他合适的值。在该实验过程中，学生可以根据不同的情况选择不同的实验方案，分析各种实验方案的优点和不足，选用误差比较小而已有容易实现的方案。不管实验结果成功与否，教师都要对其进行鼓励，让学生体会到探索的过程的艰辛，同时感受到设计性实验带来的成就感。以上是设计性实验教学中的一个案例，可以看出在设计性实验教学中，学生的态度有了明显的变化。常规的实验学生对老师产生了依赖心理，而在设计性实验中，学生明白要完成一个好的实验课题，他们就必须认真的查阅资料，确定实验课题，仔细观察实验现象，分析实验结果，老师只是在学生遇到困难的时候适当的指点，要求学生自己去探索，设计性实验不怕失败，我们注重的是实验中探索过程。学生也一致认为设计性实验教学培养的不仅是学生的动手能力还可以培养独立思考能力。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）26 5 高温电阻丝电阻率测量设计性实验的分析与研究 5.1 实验目的本实验是对铁铬铝高温电阻丝电阻率大小的测量，在做实验之前，先查阅资料，回顾已有的知识，自己设计出可行而且合理的实验设计方案。根据S R L ，只要测出铁铬铝高温电阻丝（以下称为高温电阻丝）的长度、横截面积、电阻即可计算出高温电阻丝的电阻率。其中，R 表示高温电阻丝的电阻，S 表示高温电阻丝的很截面积，L表示高温电阻丝的长度。5.2 实验方案 5.2.1 实验方案分析1．要测高温电阻丝的电阻率，必须测出其电阻、长度和横截面积，电阻和横截面积是可以直接测出的，但长度必须根据不同的高温电阻丝来测量。对于可以拉直的高温电阻丝来说长度可以直接利用仪器测出来，对于螺旋弯曲不能拉直的高温电阻丝，必须通过测密度、质量、截面积才能间接得到长度。2．密度的测量方案也不是唯一的。3．电阻的测量方案也不是唯一的。该实验的测量方法可以分为好几种，可以利用各种仪器和方法来测量，这样这样就有了比较广阔的思维空间，设计思路比较广。同时该实验在一定程度上体现了力学和电学实验的综合，提高动手和思维的能力。 5.2.2 高温电阻丝密度测量方案方案一：用天平称量并与标准液体密度进行比较测量在不考虑空气浮力和吊具质量时，用天平称出高温电阻丝在液体中的浮力，由阿基米德原理得到当时温度下的测量高温电阻丝密度的公式为： 1 m m m 液（5.1） https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究 27 式中m 和 1 m ，分别为高温电阻丝在空气中和浸入液体中的称量，液为标准液体密度。如果考虑空气浮力和吊具质量时，由阿基米德原理不难得出' '' 1 ( ) m m m m 液空空（5.2）式中' 1 m 为高温电阻丝悬挂在液体中连同吊具的称量，'' m 为吊具悬于液体中的称量，空为空气密度(已知)。方案二：利用标准规则的物体体积进行比较测量标准圆柱体在空气中和在液体中的天平称量分别为M ， 1 M ，当忽略吊线质量和空气浮力时，根据流体静力学原理，圆柱体积' V 为 1 ' M M V 液（5.3）用同样的方法称量高温电阻丝，则高温电阻丝体积V 为：1 m m V 液（5.4）由(5)式、(6)式得高温电阻丝体积与标准圆柱体积的关系为：1 1 ' m m V V M M （5.5）高温电阻丝密度为： 1 1 ' 2 1 1 ( ) 4 ( ) ( ) ( ) m M M m M M m V V m m D H m m （5.6）式中，D，H 为圆柱体的直径和高。方案三：利用弹簧称量法将高温电阻丝挂在弹簧上(劲度系数为k)，高温电阻丝在空气中和在液体中引起弹簧伸长量分别为h 和 1 h 根据胡克定律，弹簧伸长量的变化反映出的浮力大小为k( h -- 1 h )，由阿基米德原理有： 1 ( ) Vg k h h 液（5.7）由胡

克定律有：https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）28 mg k h （5.8）由(7)式、(8)式有： 1 m h V h h 液（5.9）用这种方法测密度，要求弹簧选择合适，使伸长量易于测量。伸长量很小时，可设计合适的装置用移测显微镜或用光杠杆放大测量，也可用约利弹簧秤测量。方案四：比重瓶法用比重瓶测密度在一些教材中有叙述，密度测量公式为：3 1 3 4 m m m m 液（5.10）式中 1 m 为盛满液体后比重瓶和液体总质量，称出一段高温电阻丝(质量 3 m )投入比重瓶，比重瓶、高温电阻丝及液体总质量为 4 m 。方案五：量筒法用内半径为r 的细长量筒，装一定体积表面张力小的液体，放入高温电阻丝，读出液面升高h ，则 2 m r h （5.11）这种方法尽管不精确，既然有学生提出用此法，我们也在实验室准备了量筒．测量出了密度，进一步可得到高温电阻丝长度。此法可与其他方法进行比较。方案六：悬浮法取一段高温电阻丝与“浮子”组成一系统，对高温电阻丝修剪，使系统悬浮在液体中，再把密度( 标)已知的标准物体与“浮子”组成系统，修剪(磨)标准物体，使系统悬浮于液体中，由重力与浮力平衡得( ) ( ) m m g V V g 浮浮液（5.12） ( ) ( ) m m g V V g 浮浮标标液（5.13）(12)式减(13)式，再由 , m m V V 标标标得https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究29 ( ) m m m 液标标标标液（5.14）用天平称出该段高温电阻丝质量m 和标准物体质量m 标，由已知密度标和液可得到待测。测得可进一步测出待测高温电阻丝长度。5.2.3 高温电阻丝截面直径测量方案高温电阻丝的截面积可以通过测出直径，然后根据直径来求截面积大小，其中直径除了可以通过游标卡尺和千分尺测量以外，还可以利用衍射法来测直径大小，平行光束照射高温细丝时,其衍射效应和狭缝一样,在接收屏上得到同样的明暗相间的条纹。如图 5.1：图5.1 高温细丝的衍射图当 2 d L 时为夫琅和费衍射,观察屏上光强分布为: 2 0 2 sin ( sin / ) ( sin / ) d I I d （5.15）当sin , 1, 2 k d k k 时出现暗纹，设第k 级暗纹离光轴的距离为k x ，由, k x L 则有：k kL L d x S （5.16）式中：S 为衍射暗条纹间距，d 高温电阻丝直径，L 为高温电阻丝距观察屏的距离。已知L 和光波，测出S 或k x ，可得到高温电阻丝的直径d，从而可以算出高温电阻丝的截面积。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）30 5.2.4 高温电阻丝长度测量方案方案一，当测出高温电阻丝在不能拉伸的情况下，可以用一下几种方法求出：1、只要先求出的密度，便可得知高温电阻丝的长度为： 2 4 m m l S d （5.17）式中S 是高温电阻丝截面积，等于2 / 4 d ，d 是高温电阻丝直径。如果由(1)式测得密度，则高温电阻丝长度为： 1 2 4 ( ) m m l d 液（5.18） 2、如果由（6）式测得密度，由于 2 4 m d l ，则高温电阻丝的长度为：2 1 2 1 ( ) ( ) D H m m l d M M （5.19）方案二，当高温电阻丝可以拉伸时，可以利用以下方法求出：图5.2 自组测量原理图如图5.2 所示, 1 2 , E E 为直流稳压电源,且E1> E2 , 0 R 为一电阻箱,A、B 为一制成材料已知均匀且固定在米尺上的高温电阻丝的两端, 1 K 为单刀开关, 2 K 为单刀双向开关,分别可倒向电阻箱的两端A、' A , G 为检流计；接通 1 K ,当 2 K 倒向 A 点时,调节 C 点位置(可通过鳄鱼夹来改变) ,使检流计指针指零,测得C点位置读数 C X ；当 2 K 倒向' A https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究31 时,调节 C 点至' C ,使检流计指针指零,测得' C 点的读数' C X ,这时这段电炉丝' CC 的长度为' ' C C L X X ,其对应的电阻R = 0 R 。因为高温电阻丝成线圈状,所以在计算电阻率时应将' L 转化为电炉丝平直时的相应长度L。转化方法如下：设高温电阻丝的密度为 , 质量为M ,容积为V ，有M V 。而 2 1 4 V Sl d l 。式中l 为高温电阻丝拉直时候的总长度，若高温电阻丝成线圈状时的长度为0 l ，则高温电阻丝的长度为：2 0 0 ' 4 ' L ML L l l d l （5.20）5.2.5 高温电阻丝电阻的测量方案通过查阅资料，设计出以下几种测量电阻的方案。方案一：万用表测电阻万用表测电阻是最常用的方法，尽管用万用表测出的电阻值不太准确，但用来先估测阻值，再确定其他合适的电阻测量方法是可以的．方案二：电桥法根据万用表粗测的电阻值大小，再确定用惠斯通电桥还是用开尔文电桥测量。实验室提供两种箱式电桥，另外还提供一些器材可以自组电桥进行测量。方案三：替代法自组桥路或其他电路，用标准电阻代替待测电阻后并调节标准电阻(电阻箱)，使电路中仪表有相同的指示(例如灵敏电流计指零)则标准电阻即待测电阻。方案四：电势差计测电阻将标准电阻和待测电阻串联在电路中，用电势差计分别测出两者两端的电压，比较得出待测电阻。方案五：自组补偿

电路测电阻用实验室提供的实验器材，可以自组各种补偿电路测出电阻。合理设计并调节电路使待测电阻两端的电压与已知电压达到补偿，测出流经待测电阻的电流，可算出待测电阻。 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）32 5.3 实验所用器件铁铬铝高温电阻丝、天平、弹簧称、量筒、游标卡尺、数字万用表、惠斯通电桥、开尔文电桥、电势差计等。5.4 实验分析与总结在该实验中，设计方案多种多样，，实验器材需要也比较多，学生可以根据以上各种设计方案，选出比较适合实际操作的方案算出高温电阻丝的电阻率。如用千分尺测出高温电阻丝的直径d，则可以根据（1）式和（18）式，可以求出高温电阻丝的电阻率为：/ RS L = 1 16( ) R m m 液，同样可以利用其他的方案求出电阻率。实验的方案由由学生独立完成思考，学生可将各种测量方法进行比较分析，选择容易实现或者误差较小的方案进行测量，这样学生的动手和思考能力会得到很好的锻炼，有利于培养学生的实验设计能力。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究33 6 开设设计性物理实验课程的思考与建议设计性实验课程的开设是人才科学素质培养的需要,在培养学生思维和创造能力方面起着不可替代的作用。设计性实验课程的开设是大学物理实验教学改革的需要,它独特的教学方式和学习方式在激发学生强烈的求知欲望上,在综合应用知识能力方面以及培养学生严谨的科学作风和动手操作能力方面起着重要的作用。从实验内容上来看，测量性和验证性实验课程可以连续好几年都使用同样的实验教材内容，一份实验教材可以供给好几届的学生使用，而设计性实验则需要不断淘汰不适应学生需要的实验题目，不断地更新实验内容,这样才能够保证设计性试验的先进性、创新性和有效性。从实践上来看，常规的物理实验只要完成书上的实验内容就可以，这样导致学生有这样的心态，即“实验都是老师准备好的，只要照书本和老师的提示机械地做就可以了。”而设计性实验确实能够锻炼学生的创新能力和动手能力，能够促使学生主动去思考，去动手实践，这样做才是开设实验课程的目的。总之，设计性实验课程的开设体现了学生的主体作用，教师在实验过程中给予指导，实验室应该尽量为学生提供条件，满足学生的需要。我院目前尚未开始设计性物理实验，实验的内容基本上也是一些测量性和验证性的实验。根据我院目前的情况，给出以下几点建议：第一点，可以适当地增加实验的课时。目前我院实验课程相对较少，而理论课程相对较多，应该进一步完善课程的安排，增加实验的课时，不断提高学生的动手和实操能力。对于理工科的学生来说，这是不可缺少的。特别是师范班的学生，将来是要面向职校就业的，动手能力更加重要，曾经就因为有毕业生在面试的时候连示波器如何操作都不懂，既然学校的牌子没有比别人的响，那实力就应该比别人要强。第二点，增加实验教学经费的投入，加快更新实验设备。具一些教师去一些职校的考察了解到，有些职校的实验设备都相当高级，而我院要提高实验教学的质量，增强学生的核心竞争力，适应教学的发展，就应该加大对实验教学的重视和投入。第三点，实验室应尽量对学生开放，增加开放的时间段，适当增加各个专业的实验教师对学生进行辅导，安排实验教师进行值班。我院目前实验室开放的时间很少，也没有专门的实验教师值班，这样就减少了学生动手能力的机会，学生想到实验室做实验得看教师在不在实验室，没有很好地发挥教师的指导作用，也没有很好地利用实验室的资源。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）34 第四点，可以尝试开设一些设计性实验，同时为学生建立适当的实验考核制度。这样可以给予学生适当的压力，让学生将压力化为动力，提高学习的主动性，这样做也为以后学生的就业增加实力。https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究 35 总结设计性物理实验的教育功能在培养学生的创新意识和创新精神方面起着重要作用，能够在很大程度上提高大学生的动手和实践能力。高校对大学生开设设计性物理实验，是适应社会的发展和学生的需要，最终都是为了提高大学生的核心竞争力，也是提高大学生综合素质的一种途径。物理实验是一种基础的实验，在物理实验课程中开始设计性实验在一些高校已经越来越受重视，本文对设计性物理实验的内涵、特点、教学模式、教学理念、实验过程等方面进行了研究，但本文只是初步分析和研究开设设计性物理实验课程的一部分问题，尚还有很多的教学规律和问题等着去发掘去探知去认知，对设计性物理实验的深层的探讨和在教学实践中更具体的应用方面的研究力度还不够，从总体上来说还需要进一步深入、补充和完善。 https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）36 参考文献[1]教育部.关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见[Z].北京:教育部，2005. [2]胡森.大学物理综合性、设计性实验问题研究[D]，武汉：华中师范大学，2006. [3]杨思俭，淳于家. 实用中学学科课堂教学模式[M].山东:山东教育出版社，1998. [4]肖苏. 实验物理教程[M].

中国科技大学出版社，1998. [5]沈元华. 设计性研究性物理实验教程[M].上海:复旦大学出版社，2004. [6]郭立群.对设计性实验的讨论和体会[J].北京:大学物理实验，2003,(01) [7]张雄，王黎智，马力，伊继东.物理实验设计与研究[M].北京:科学出版社，2001. [8]蒋达娅，肖井华，朱洪波，陈以方.大学物理实验教程[M].北京:北京邮电大学出版社，2008. [9]胡平亚，熊举峰，董勇，周石伦，余路. 大学物理实验教程[M].长沙:湖南师范大学出版社，2006. [10]陈金太.大学物理实验[M].厦门:厦门大学出版社，2005. [11]聂妍，任广斌，王志林. 大学物理实验教程[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2008. [12]侯宪春，王志林，姜蕾. 大学物理实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2005. [13]孙宇航.设计性物理实验教学探讨[J].西安:大学物理实验，2009,(03). [14]刘莉.物理教学中设计性实验的探讨[J].广安:安徽科技学院学报，2009,(03).

[15]贺梅英，张国荣，金单青，金淑华.设计性物理实验的研究与思考[J].宁波：宁波工程学院学报,2009，(01) . [16]曹国飞，张璞阳.关于设计性物理实验的几个问题[J].合肥：物理实验，1998,(03). [17]郭立群，高德文，张奕林.对设计性实验的讨论和体会[J].北京：大学物理实验，2003,(01). https://www.360docs.net/doc/5c15087001.html, 大学物理实验中设计性实验的研究37 致谢本设计是在我的指导教师王老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在题目的选择期间，王老师就比较系统给我分析了做设计的思路和计划，使我懂得了如何收集和整理资料，到最终完成，王春安老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，以致我在完成论文过程中的一些难题都顺利的解决。谢谢王老师！