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時(shí)間：2023-03-22 17:46:53
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新型數(shù)字電壓表的整機(jī)設(shè)計(jì)
該新型數(shù)字電壓表測(cè)量電壓類(lèi)型是直流,測(cè)量范圍是-5～+5V。整機(jī)電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機(jī)最小化設(shè)計(jì)、單片機(jī)與PC接口電路、單片機(jī)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等。下位機(jī)采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過(guò)RS232串行口與PC進(jìn)行通信,傳送所測(cè)量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機(jī)系統(tǒng)電路如圖1所示。
數(shù)據(jù)采集電路的原理
在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)中,做到了電路設(shè)計(jì)的最小化,即沒(méi)用任何附加邏輯器件做接口電路,實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)AD678轉(zhuǎn)換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時(shí)鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。
在電路應(yīng)用中,AD678采用同步工作方式,12位數(shù)字量輸出采用8位操作模式,即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據(jù)時(shí)序關(guān)系,在芯片選擇/CS=0時(shí),轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次,即可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC,看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束,若結(jié)束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個(gè)A/D操作大致如此,在實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用中調(diào)整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據(jù)公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計(jì)算出所測(cè)電壓Vx值的大小。式中Dx為被測(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。
RS232接口電路的設(shè)計(jì)
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和1個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機(jī)的TTL電平與PC的RS232電平達(dá)到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn):同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連。在實(shí)驗(yàn)中,用定時(shí)器T1作波特率發(fā)生器,其計(jì)數(shù)初值X按以下公式計(jì)算:
串行通信波特率設(shè)置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計(jì)算得到計(jì)數(shù)初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當(dāng)每次測(cè)量電壓采集數(shù)據(jù)時(shí),單片機(jī)有端口輸出時(shí),用發(fā)光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序、上位機(jī)可視化界面程序、單片機(jī)與PC串口通信程序。單片機(jī)采用C51語(yǔ)言編程,上位機(jī)的操作顯示界面采用VC++6.0進(jìn)行可視化編程。在串口通信調(diào)試過(guò)程中,借助“串口調(diào)試助手”工具,有效利用這個(gè)工具為整個(gè)系統(tǒng)提高效率。
單片機(jī)編程
下位機(jī)單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機(jī)的編程仿真調(diào)試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調(diào)試環(huán)境。
在采集程序中,單片機(jī)的編程操作要完全符合AD678的時(shí)序規(guī)范要求,在實(shí)際開(kāi)發(fā)中,要不斷加以調(diào)試。最后將下位機(jī)調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機(jī)界面編程
打開(kāi)VC++6.0,建立一個(gè)基于對(duì)話框的MFC應(yīng)用程序,串口通信采用MSComm控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他操作此處不贅述,編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)良好的人機(jī)界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運(yùn)行VC++6.0編程實(shí)現(xiàn)的Windows程序,整個(gè)樣機(jī)功能得以實(shí)現(xiàn)。
新型數(shù)字電壓表的整機(jī)設(shè)計(jì)
該新型數(shù)字電壓表測(cè)量電壓類(lèi)型是直流,測(cè)量范圍是-5～+5V。整機(jī)電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機(jī)最小化設(shè)計(jì)、單片機(jī)與PC接口電路、單片機(jī)時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等。下位機(jī)采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過(guò)RS232串行口與PC進(jìn)行通信,傳送所測(cè)量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機(jī)系統(tǒng)電路如圖1所示。
數(shù)據(jù)采集電路的原理
在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)中,做到了電路設(shè)計(jì)的最小化,即沒(méi)用任何附加邏輯器件做接口電路,實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)AD678轉(zhuǎn)換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時(shí)鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。
在電路應(yīng)用中,AD678采用同步工作方式,12位數(shù)字量輸出采用8位操作模式,即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據(jù)時(shí)序關(guān)系,在芯片選擇/CS=0時(shí),轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次,即可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC,看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束,若結(jié)束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個(gè)A/D操作大致如此,在實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用中調(diào)整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據(jù)公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計(jì)算出所測(cè)電壓Vx值的大小。式中Dx為被測(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。
RS232接口電路的設(shè)計(jì)
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和1個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機(jī)的TTL電平與PC的RS232電平達(dá)到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn):同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連。在實(shí)驗(yàn)中,用定時(shí)器T1作波特率發(fā)生器,其計(jì)數(shù)初值X按以下公式計(jì)算:
串行通信波特率設(shè)置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計(jì)算得到計(jì)數(shù)初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當(dāng)每次測(cè)量電壓采集數(shù)據(jù)時(shí),單片機(jī)有端口輸出時(shí),用發(fā)光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機(jī)數(shù)據(jù)采集程序、上位機(jī)可視化界面程序、單片機(jī)與PC串口通信程序。單片機(jī)采用C51語(yǔ)言編程,上位機(jī)的操作顯示界面采用VC++6.0進(jìn)行可視化編程。在串口通信調(diào)試過(guò)程中,借助“串口調(diào)試助手”工具,有效利用這個(gè)工具為整個(gè)系統(tǒng)提高效率。單片機(jī)編程
下位機(jī)單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機(jī)的編程仿真調(diào)試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調(diào)試環(huán)境。
在采集程序中,單片機(jī)的編程操作要完全符合AD678的時(shí)序規(guī)范要求,在實(shí)際開(kāi)發(fā)中,要不斷加以調(diào)試。最后將下位機(jī)調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機(jī)界面編程
打開(kāi)VC++6.0,建立一個(gè)基于對(duì)話框的MFC應(yīng)用程序,串口通信采用MSComm控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他操作此處不贅述,編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)良好的人機(jī)界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運(yùn)行VC++6.0編程實(shí)現(xiàn)的Windows程序,整個(gè)樣機(jī)功能得以實(shí)現(xiàn)。
前言：非接觸式靜電電壓表主要通過(guò)靜電感應(yīng)原理、以及空氣電離原理，對(duì)帶電體的靜電電位進(jìn)行測(cè)量。其中靜電感應(yīng)是指，當(dāng)測(cè)試探頭接近帶電體時(shí)，探頭與被測(cè)帶電體之間能夠產(chǎn)生畸變電場(chǎng)，在測(cè)試儀表端能夠產(chǎn)生電阻分壓。該種表的測(cè)試結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是由于多種因素的限制，依然會(huì)存在很多誤差，為此，在本文中將對(duì)這這些誤差因素進(jìn)行分析，并提出校驗(yàn)方法。
一、非接觸式靜電電壓參數(shù)分析
直接感應(yīng)式靜電電壓表是非接觸式靜電電壓表的一種，在該電壓表中，T為靜電電壓表測(cè)試感應(yīng)板，CW為被測(cè)帶電體與測(cè)試感應(yīng)板之間的耦合電容，Rb和Cb分別為電壓表的泄露電容、輸入電容。在實(shí)際的電壓測(cè)量中，被測(cè)帶電體對(duì)地電壓為U，那么T的對(duì)地電壓為：
從以上公式分析中得出，由于電容隨著板間距離的增加而減小，因此，對(duì)于同一一起來(lái)說(shuō)，改變感應(yīng)板與被測(cè)帶電體之間的距離，就能夠改變耦合電容。進(jìn)而對(duì)實(shí)際的電壓測(cè)試值產(chǎn)生直接影響。在被測(cè)物體電位保持不變的情況下，實(shí)際的測(cè)量值Ub會(huì)隨著時(shí)間的變化，而發(fā)生指數(shù)規(guī)律的數(shù)值衰減。為了避免數(shù)值的衰減，并降低測(cè)量誤差，需要使得Rb、Cb足夠大，但是Cb增大，將會(huì)對(duì)測(cè)試中的靈敏度產(chǎn)生影響[1]。
二、非接觸式靜電電壓表檢驗(yàn)方法
2.1電壓表連接
首先將標(biāo)準(zhǔn)電極板與高壓源輸出端相連，其中標(biāo)準(zhǔn)電極板需要采用剛度好，且電性能良好的金屬材質(zhì)。然后將待校驗(yàn)的靜電電壓表安置好，調(diào)整其探頭，確保標(biāo)準(zhǔn)電極板與其探頭之間的距離能夠處于比較適合的位置，另外需要注意的是靜電電壓表需要接地。
在此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電極板與靜電電壓表探頭，可以看成是兩個(gè)平行電極板所組成的電容器。當(dāng)高壓源中出現(xiàn)輸出電壓時(shí)，兩個(gè)平行板之間就會(huì)叉產(chǎn)生電場(chǎng)。電場(chǎng)中的電荷在電場(chǎng)力的作用下，聚集在極板上。在實(shí)際電壓測(cè)量環(huán)節(jié)中，需要不斷提升測(cè)量環(huán)節(jié)中準(zhǔn)確度?？梢圆捎梅謮旱男问?，將測(cè)量中的高壓電輸出連接至標(biāo)準(zhǔn)電壓表中。
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓表中的輸出阻抗進(jìn)行限定，其數(shù)值應(yīng)該大于分壓端的輸出阻抗值的10/（Kf%）倍，其中Kf是分壓器準(zhǔn)確度等級(jí)[2]。
2.2電極板限定
2.3測(cè)量范圍限定
不同類(lèi)型的非接觸式靜電電壓表的測(cè)量范圍存在著差異定，如果使用者對(duì)表的測(cè)量范圍不清晰，那么在實(shí)際測(cè)量中將會(huì)出現(xiàn)較大誤差。同時(shí)不同測(cè)量范圍的表與標(biāo)準(zhǔn)電極板和靜電電壓表探頭之間距離有關(guān)。例如，在CH2290防爆型靜電電壓表中，當(dāng)實(shí)際的測(cè)試距離為3厘米時(shí)，則電壓表的測(cè)量范圍需要限定在0-20KV，當(dāng)測(cè)試距離大于3厘米時(shí)，其測(cè)試范圍也應(yīng)該增加。
當(dāng)距離為8厘米時(shí)，測(cè)量范圍在0-40KV，電壓表中的讀數(shù)應(yīng)該在實(shí)際數(shù)值基礎(chǔ)上乘以2倍。另外，在電壓表校驗(yàn)環(huán)節(jié)中，需要注意防觸電、防損壞等安全措施，避免電表虛接的現(xiàn)象。高壓源應(yīng)該盡量與帶電體保持一定的距離，距離約為1米即可[3]。
三、結(jié)論
綜上所述，在帶電體電壓測(cè)量環(huán)節(jié)中，影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素有很多，不僅是測(cè)量距離與圓盤(pán)之間的直徑問(wèn)題，還與測(cè)量?jī)x表口徑的大小、電極形狀等因素相關(guān)。目前，非接觸式靜電電壓表的校驗(yàn)方法不統(tǒng)一，對(duì)影響電壓表測(cè)量的因素分析，能夠規(guī)范實(shí)際電壓表的校驗(yàn)，對(duì)靜電工程發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。
參 考 文 獻(xiàn)
蘭祖利教授及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的三環(huán)天才理論認(rèn)為：只要具備下列三個(gè)要素的學(xué)生就是資優(yōu)人才。
①高于平均水平的能力——包括抽象思維、言語(yǔ)表達(dá)、邏輯推理、記憶力等方面的能力。
②執(zhí)著精神——強(qiáng)烈的興趣、熱情和愛(ài)好，堅(jiān)韌不拔、吃苦耐勞、努力工作、充滿自信。
③創(chuàng)造力——獨(dú)創(chuàng)性思維，好奇、善于思考、敢于冒險(xiǎn)，能接受不同的觀點(diǎn)和新鮮事物，敏感性強(qiáng)。
（猶如三個(gè)疊合交叉的圓環(huán)）
2.三環(huán)天才理論的特點(diǎn)。
①不主張判斷某人是否為天才，而是主張發(fā)現(xiàn)學(xué)生的天才行為，并發(fā)展這種行為。
②面向全體學(xué)生，天才的表現(xiàn)可以因人而異，因環(huán)境的不同而變化，不是一成不變的。每一個(gè)兒童，甚至是智力較差的兒童，都可能具備某一方面的天才。
③三要素的特點(diǎn)和相互關(guān)系
高于平均水平的能力：潛在能力。這一要素比較穩(wěn)定，可以由測(cè)量獲得。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力更富動(dòng)態(tài)性、是可變的。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)拇碳ず团嘤?xùn)，兩者都可以得到發(fā)展，兩者總是互相刺激，互相促進(jìn)、共同發(fā)展的。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力不僅僅是“識(shí)才”的標(biāo)準(zhǔn)，更是“育才”的目標(biāo)。
·創(chuàng)造有一個(gè)基本原則是“人人都有創(chuàng)造力，創(chuàng)造力的水平經(jīng)過(guò)訓(xùn)練是可以提高的”。
3.全校范圍豐富教學(xué)模式之一：開(kāi)展三元豐富活動(dòng)培養(yǎng)全體學(xué)生的天賦和才能。
三元豐富模式：
第一類(lèi)：一般探索活動(dòng)——激發(fā)興趣。
通過(guò)閱讀書(shū)籍、實(shí)地走訪、虛擬參觀、網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)等方式進(jìn)行。
第二類(lèi)：集體培訓(xùn)活動(dòng)——著力培養(yǎng)學(xué)生的技能和素質(zhì)。
第一是培養(yǎng)學(xué)習(xí)技能，如怎樣記筆記、如何從網(wǎng)絡(luò)下載需要的內(nèi)容、如何寫(xiě)論文等。
第二是進(jìn)行有關(guān)訓(xùn)練：
（1）創(chuàng)造性思維方法的訓(xùn)練；
（2）解決問(wèn)題能力的訓(xùn)練；
（3）人際交往及合作能力的訓(xùn)練。
第三類(lèi)：個(gè)人或小組對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的探索。
1.這是帶有研究性和調(diào)查性的活動(dòng)，盡管只是“少年版”的研究活動(dòng)。
2.由學(xué)生自行提出問(wèn)題并嘗試應(yīng)用一些專(zhuān)業(yè)的研究方法。
3.這些問(wèn)題沒(méi)有唯一的答案，可以有好幾種不同的解決方案。 二、探究性實(shí)驗(yàn)的立足點(diǎn)
針對(duì)三環(huán)天才理論，對(duì)于資優(yōu)生的培養(yǎng)，個(gè)人理解它有如下觀點(diǎn)：
①提供多種機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生的動(dòng)機(jī)（學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力）；
②通過(guò)科學(xué)探究點(diǎn)燃學(xué)生的想象，激發(fā)學(xué)生的思考；
③讓學(xué)習(xí)動(dòng)起來(lái)并增強(qiáng)創(chuàng)新性；
④深度學(xué)習(xí)及有價(jià)值的實(shí)踐導(dǎo)向。
根據(jù)上述的理解，結(jié)合探究性物理實(shí)驗(yàn)具有的設(shè)計(jì)性、研究性、探索性的功能，以及對(duì)介于兒童和成人之間的中學(xué)生，已具備了初步科學(xué)探究的潛能，筆者認(rèn)為探究性物理實(shí)驗(yàn)對(duì)資優(yōu)生的培育能發(fā)揮一些作為，特別對(duì)激發(fā)學(xué)生興趣與思考（Why）、動(dòng)手能力、創(chuàng)新與產(chǎn)出將起推動(dòng)作用，與此相對(duì)應(yīng)，探究性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)要做好以下的定位。
1.立足基本技能的訓(xùn)練——探究活動(dòng)的基礎(chǔ)
亞瑟·米勒（A.Miller）教授將科學(xué)探究能力包含的成分分為三類(lèi)：一般的認(rèn)知技能（例如觀察、分類(lèi)等等）、實(shí)踐的技能（例如，知道怎樣使用不同的測(cè)量工具）和探究的策略（例如，知道用重復(fù)測(cè)量來(lái)提高測(cè)量的可靠性）。他認(rèn)為第一種技能是不需要教的，它是所有孩子都擁有的認(rèn)知的一般特性，而其他的兩種技能是需要教的。
針對(duì)實(shí)踐的技能的訓(xùn)練，首先要有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律，讓學(xué)生有安全意識(shí)，對(duì)人身、對(duì)儀器有保護(hù)意識(shí)。其次再培養(yǎng)使用不同的測(cè)量工具和設(shè)備。學(xué)生是實(shí)驗(yàn)階段的主角，要給予鍛煉的機(jī)會(huì)。對(duì)測(cè)量工具和設(shè)備，主要依靠學(xué)生自己通過(guò)閱讀說(shuō)明書(shū)，掌握操作方法和技術(shù)性能，而教師可給一些提示，學(xué)生互相之間可交流討論預(yù)習(xí)情況，一起適當(dāng)分析測(cè)量工具的設(shè)計(jì)思想。在學(xué)生預(yù)習(xí)好的情況下，“逼”學(xué)生動(dòng)手，大膽操作。
針對(duì)探究的策略的訓(xùn)練，在實(shí)驗(yàn)前，先讓學(xué)生集體討論交流各自的實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表見(jiàn)解；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要培養(yǎng)學(xué)生具備良好的習(xí)慣，例如，電學(xué)實(shí)驗(yàn)，首先能按電路圖擺放儀器，要將實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)節(jié)的儀器擺在手邊、需要讀數(shù)的儀器要擺在方便讀數(shù)的地方、回路的接線布線，要方便自己的檢查、接線前電源要先斷開(kāi)等等。實(shí)驗(yàn)后，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行探索。例如，通過(guò)交流認(rèn)識(shí)誤差存在的客觀性，正確分析誤差來(lái)源，從而找出最佳實(shí)驗(yàn)條件。
2.進(jìn)行探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)
在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)一些感性材料的接觸與研究，能激發(fā)學(xué)生對(duì)事物的興趣和理性思考。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，促進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程的內(nèi)化，盡量采用開(kāi)放式的探索方式。傳統(tǒng)的教學(xué)觀念側(cè)重于“去問(wèn)題”教學(xué)（解決問(wèn)題），而新的學(xué)習(xí)理念是“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”，注重質(zhì)疑探究（發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、探究問(wèn)題、討論問(wèn)題）。為達(dá)成這樣的效果，要為學(xué)生提供合適的資源并側(cè)重培養(yǎng)質(zhì)疑探究的能力。
（1）選取具有可探究?jī)r(jià)值的資源。
①真實(shí)完整的問(wèn)題；
②開(kāi)放式的問(wèn)題；
③適合學(xué)生認(rèn)知水平的問(wèn)題。
（2）質(zhì)疑探究能力的培養(yǎng)——探究活動(dòng)的核心。
蘇聯(lián)霍姆林斯基說(shuō)過(guò)：在學(xué)生的腦力勞動(dòng)中，擺在第一位的不是背書(shū)和記住別人的思想，而是讓學(xué)生本人進(jìn)行思考。
在探究性的活動(dòng)中，教師作為指導(dǎo)者、協(xié)作者、參與者的角色出現(xiàn)。教師如何激發(fā)學(xué)生的思考？是探究成功與否的關(guān)鍵。作為指導(dǎo)者，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、器材的選擇、操作過(guò)程等，讓學(xué)生有源于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，有新的直接體驗(yàn)和感悟。作為協(xié)作者、參與者，要賞識(shí)學(xué)生在活動(dòng)中的閃光點(diǎn)，分享解決舊問(wèn)題又生成新問(wèn)題的感受。下面用一節(jié)課例，來(lái)展示如何培養(yǎng)學(xué)生的能力過(guò)程。
（選修3-1）第三章《恒定電流》中的第4節(jié)“電阻的串、并聯(lián)及其應(yīng)用”，對(duì)于其中電流計(jì)改裝為電壓表的內(nèi)容，把它定位為一個(gè)探究主題——“探究電壓表的原理與結(jié)構(gòu)（型號(hào)J0408）”。
活動(dòng)方式——采用實(shí)驗(yàn)探究型提問(wèn)方式，引導(dǎo)學(xué)生探究、討論問(wèn)題。
教學(xué)片斷1：用電壓表測(cè)量串聯(lián)電阻的部分電壓和總電壓。
演示實(shí)驗(yàn)一：如圖R1=5Ω，R2=15Ω.將兩電阻串聯(lián)，接在穩(wěn)壓電源兩端U=2V.
提問(wèn)：①R1兩端的電壓U1=？
②用電壓表測(cè)R1兩端電壓時(shí)，讀數(shù)多少？[電壓表的型號(hào)（J0408）]
學(xué)生計(jì)算：U1=0.5V。
評(píng)價(jià)計(jì)算方法（學(xué)生：比例法計(jì)算最簡(jiǎn)便）。
觀測(cè)（請(qǐng)學(xué)生讀數(shù)：0.50V）。
（另外，也測(cè)量R2兩端的電壓確為1.50V。）
演示實(shí)驗(yàn)二：上圖中的兩個(gè)電阻調(diào)換為R1=5KΩ、R2=15KΩ，仍接在穩(wěn)壓電源兩端U=2V。
再提問(wèn)：③R1兩端的電壓U1=？
④用電壓表測(cè)R1兩端電壓時(shí)，讀數(shù)多少？
學(xué)生類(lèi)推：U1=0.5V。
觀測(cè)（請(qǐng)學(xué)生讀數(shù)：0.22V）。
提問(wèn)：怎么回事？R2兩端的電壓又是多少？
實(shí)際測(cè)量之，只有0.66V。
再提問(wèn)：哪位同學(xué)知道讀數(shù)變小的原因？
大部分學(xué)生表情生動(dòng)，卻說(shuō)不出自己的看法；極個(gè)別學(xué)生有見(jiàn)解。
某學(xué)生：電壓表與R1并聯(lián)，并聯(lián)部分電阻小了，電壓小了。
追問(wèn)：兩次實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)相同，為什么在實(shí)驗(yàn)一，讀數(shù)與計(jì)算幾乎吻合？
該學(xué)生停頓片刻，無(wú)法回答。
討論引導(dǎo)：肯定由于電壓表接入引起的，要弄清原由，需要認(rèn)識(shí)電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
點(diǎn)評(píng)：引出有價(jià)值的，能用實(shí)證方法來(lái)進(jìn)行研究的問(wèn)題。學(xué)生提出自己對(duì)問(wèn)題答案的推測(cè)，經(jīng)過(guò)教師與學(xué)生之間，學(xué)生與學(xué)生之間的討論，得出學(xué)生自己或小組對(duì)問(wèn)題答案的預(yù)測(cè)，師生互動(dòng)、生生互動(dòng)，貫穿探究的全過(guò)程，構(gòu)成了探究的“軟環(huán)境”。
教學(xué)片斷2：電壓表的逆向設(shè)計(jì)。
本節(jié)課中所探究的電壓表是學(xué)生常見(jiàn)的（J0408）型號(hào)的電壓表，上課時(shí)每?jī)蓚€(gè)學(xué)生一只該型號(hào)的電壓表。教師先介紹表頭的工作原理，給出表頭參數(shù)（滿偏電流Ig=1mA、電流計(jì)的內(nèi)阻Rg約100Ω）再設(shè)置問(wèn)題串：
提問(wèn)：表頭能測(cè)電壓?jiǎn)?？能測(cè)多大（引導(dǎo)學(xué)生估算：Ug=IgRg≈1×10-3×100V=0.10V）？它是不是大家面前的這個(gè)電壓表？
引導(dǎo)問(wèn)：表頭只能承受小電壓，要測(cè)量較大的電壓時(shí)，怎么辦？
引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)方案并篩選：
方案1：增大Rg以增大Ug可行嗎？
方案2：在表頭串聯(lián)一個(gè)分壓電阻（該方案由學(xué)生提出并達(dá)成共識(shí)）。
追問(wèn)：（J0408）型號(hào)的電壓表中量程為3V的含義是什么？
其分壓電阻值多大？（請(qǐng)學(xué)生自行計(jì)算，并評(píng)價(jià)其中一種簡(jiǎn)約方法：RV==Ω=3000Ω，RV=Rg+R分。
拓展提問(wèn)：0～15V量程又該怎么設(shè)計(jì)？如何實(shí)現(xiàn)雙量程？
（對(duì)雙量程中兩個(gè)分壓電阻的設(shè)置上，肯定了一位學(xué)生有效利用分壓電阻的優(yōu)化重組設(shè)計(jì)，教師同時(shí)展示電壓表中電阻器的實(shí)物擺布和說(shuō)明書(shū)中的電路圖以印證，學(xué)生欣喜。）
點(diǎn)評(píng)：使用能夠直接對(duì)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查研究的方法。
實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境，應(yīng)盡量做到“以疑激思”、“以疑誘思”，不斷為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)懸念、正疑，激發(fā)主體思維最大限度地參與實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中。教學(xué)實(shí)踐表明，疑質(zhì)探究在于通過(guò)學(xué)生自己感受論證的思維過(guò)程，體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣，幫助學(xué)生形成積極探索的精神，培養(yǎng)創(chuàng)新思維方法和科學(xué)精神。
（3）增加探索性實(shí)驗(yàn)——探索活動(dòng)的補(bǔ)充。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要盡量創(chuàng)造機(jī)會(huì)，方式方法很多，如讓學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、拆裝舊儀器；再如，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大部分是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，我們?cè)诮虒W(xué)中可以把一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)變?yōu)樘剿餍缘膶?shí)驗(yàn)，要盡量再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，讓學(xué)生多想想：“為什么這樣做？”，“換種方法行不行？”“器材為什么這樣設(shè)計(jì)”，以此滲透物理思想，啟迪學(xué)生的思路。在“大氣壓的測(cè)定”一節(jié)教學(xué)中，如果把這一實(shí)驗(yàn)改成探索性實(shí)驗(yàn)，可引導(dǎo)學(xué)生探索型的提問(wèn)：
ⅰ.將一開(kāi)口玻璃管插入水銀槽中，為什么管內(nèi)外水銀面相平？
ⅱ.把玻璃管中安上一活塞，向上拉動(dòng)活塞，為什么水銀柱能上升？
ⅲ.當(dāng)玻璃管足夠長(zhǎng)，不斷向上提拉活塞時(shí)，水銀柱是否能不斷上升？
ⅳ.在水銀柱不隨活塞的上升而上升時(shí)，你能從中悟出什么？
ⅴ.怎樣使管內(nèi)水銀面以上部分達(dá)到真空狀態(tài)，從而精確地測(cè)得大氣壓值？
按此實(shí)驗(yàn)、探索、解疑不斷深化的探索方式進(jìn)行教學(xué)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性，激發(fā)靈感，產(chǎn)生頓悟；學(xué)生自己在“探索”物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加深了對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用，也培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新能力。
3.實(shí)踐導(dǎo)向
（1）開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室——實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合。
學(xué)校創(chuàng)設(shè)專(zhuān)門(mén)的自學(xué)實(shí)驗(yàn)室，給有興趣的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)的條件，學(xué)生自己安排時(shí)間去做實(shí)驗(yàn)，手腦并用，通過(guò)定量或半量的測(cè)量，以理解理論課上講授的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)課題可以教師提供，也可學(xué)生自己擬定（經(jīng)教師審核）。如在物理選修3—4《單擺》一節(jié)中，從理論上推導(dǎo)出在擺角條件下的單擺的周期公式，但對(duì)同一個(gè)單擺，它的周期是否受擺角的影響？總有學(xué)生心存疑問(wèn)。那么就讓部分學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室測(cè)量單擺周期和其擺角的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如右圖1。量角器用以測(cè)量擺角（精確度不太高，但不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果），單擺周期用圖1右下的FB213型數(shù)顯計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)毫秒儀測(cè)量（時(shí)間測(cè)量可精確到毫秒）。有位學(xué)生經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出如下數(shù)據(jù)：
這個(gè)測(cè)量結(jié)果極大的激發(fā)了學(xué)生探索的熱情，繼而有學(xué)生用T—圖像處理數(shù)據(jù)。從上表數(shù)據(jù)中得到的圖像如圖2所示，擬合后結(jié)果見(jiàn)圖3.
圖2
圖3
學(xué)生自己分析圖像，初步認(rèn)識(shí)單擺的周期規(guī)律：擺角θ≤50時(shí)，其周期基本不變（擺角為10、20時(shí)，擺球的擺動(dòng)不易控制在一個(gè)平面內(nèi)，形成圓錐擺，導(dǎo)致周期測(cè)量偏差大），擺角超過(guò)120后周期隨擺角增大才有明顯的變化。
雖然該實(shí)驗(yàn)精度并不是很高，在擺角測(cè)量上是比較粗略的，但學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)探究體會(huì)到，單擺作為一個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，擺角和周期的關(guān)系并不是人為規(guī)定的，它可以通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)得到：在擺角足夠小時(shí)，周期和擺角可認(rèn)為無(wú)關(guān)，此時(shí)也可將單擺的運(yùn)動(dòng)視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，從而得到其周期公式；當(dāng)擺角太大時(shí)，便不能將其視為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，同時(shí)其周期也將和擺角有關(guān)，使學(xué)生對(duì)單擺形成科學(xué)有效的認(rèn)識(shí)，感受研究問(wèn)題的科學(xué)方法。
（2）實(shí)驗(yàn)活動(dòng)與社會(huì)相結(jié)合。
創(chuàng)設(shè)學(xué)以致用的平臺(tái)，給學(xué)生原創(chuàng)性的研究機(jī)會(huì)。
如舉辦科技工程大賽，讓高一、二的學(xué)生有動(dòng)手實(shí)踐。在工程大賽中，體驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)（原理與計(jì)算）、電腦模擬、實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)。
論文摘要：本文通過(guò)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生感受科學(xué)探究，形成概念、認(rèn)識(shí)規(guī)律，建構(gòu)物理知識(shí)體系，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究；最后，要通過(guò)運(yùn)用、鞏固、深化物理知識(shí)，讓學(xué)生再次經(jīng)歷科學(xué)探究。
科學(xué)探究是科學(xué)家運(yùn)用一系列科學(xué)方法通過(guò)一定程序解決自然領(lǐng)域或科學(xué)問(wèn)題的研究過(guò)程，其本質(zhì)是以科學(xué)態(tài)度揭示大自然奧妙并發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的思維方式?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究作為課程目標(biāo)與重要內(nèi)容，旨在使學(xué)生通過(guò)與科學(xué)家相似的研究過(guò)程，經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等一系列感受和體驗(yàn)，在獲取知識(shí)與技能的同時(shí)，形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，激勵(lì)積極主動(dòng)的探索精神，提升標(biāo)新立異的創(chuàng)新能力。
一、感受科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境
1.感受科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)概念環(huán)境。物理概念是從自然現(xiàn)象、物理事實(shí)或過(guò)程中抽象出來(lái)的，在教學(xué)過(guò)程中必須把相關(guān)的現(xiàn)象或過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)學(xué)習(xí)概念的環(huán)境。創(chuàng)設(shè)環(huán)境有運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、聯(lián)系實(shí)際等許多方法，但不管采用什么方法，都必須從被動(dòng)地接受知識(shí)向主動(dòng)地獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)“提出問(wèn)題”和“猜想與假設(shè)”等“科學(xué)探究”要素。例如，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)引入摩擦力的概念，將放在桌面上的木塊與跨過(guò)滑輪的繩子相連接，繩子的另一端懸掛掉盤(pán)，盤(pán)上放重物，木塊在繩子的拉力作用下會(huì)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。這時(shí)讓學(xué)生猜想，如果逐步減少盤(pán)中重物質(zhì)量，木塊將如何？實(shí)驗(yàn)之后，再讓學(xué)生相互交流，分析論證這是為什么。如此，通過(guò)科學(xué)探究，加深學(xué)生對(duì)看不見(jiàn)、摸不著的摩擦力的理解。
2.感受科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)規(guī)律環(huán)境。物理規(guī)律揭示的是物理量之間的必然聯(lián)系，是客觀存在的，人們只能去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而不能憑主觀意志去發(fā)明創(chuàng)造規(guī)律。因此，物理規(guī)律教學(xué)必須首先提供一個(gè)便于探索規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生通過(guò)觀察和感受，有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)或提煉出科學(xué)問(wèn)題。例如，在導(dǎo)入《閉合電路歐姆定律》時(shí)，首先將完全相同的8個(gè)“6V、0.3A”小燈泡分成兩組分別并聯(lián)在6V的蓄電池和6V的干電池兩端，并在電源兩端并聯(lián)電壓表監(jiān)視電路電壓，讓學(xué)生猜想，接通電源后，兩電路電壓是否相同？?jī)山M小燈泡是否一樣亮？根據(jù)部分電路歐姆定律，兩電壓表示數(shù)必然相同，兩組小燈泡也一定一樣亮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，與蓄電池連接的電壓表示數(shù)基本沒(méi)有變化，而與干電池連接的電壓表示數(shù)降低了2V左右，且與干電池連接的小燈泡比與蓄電池連接的小燈泡暗。進(jìn)一步啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生尋找兩電路的不同，猜想現(xiàn)象原因，發(fā)現(xiàn)對(duì)電路的研究必須考慮電源內(nèi)阻，引出考慮電源內(nèi)阻的全電路定律。
二、體驗(yàn)科學(xué)探究，建構(gòu)物理知識(shí)體系
1.體驗(yàn)科學(xué)探究，形成物理概念。有些概念是在觀察、交流、探究等感受和體驗(yàn)過(guò)程中，獲得感性認(rèn)識(shí)并對(duì)感性材料思維加工而形成的。例如，利用人推車(chē)，牛拉犁，手提水桶，運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴，磁鐵吸引鐵釘?shù)瘸Ｒ?jiàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生分析論證、抽象概括出力是“物體與物體之間的相互作用”。有些概念則需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)建立，涉及到科學(xué)探究的更多要素。例如，電阻的概念首先引導(dǎo)學(xué)生回憶“什么叫導(dǎo)體？有哪些常見(jiàn)的導(dǎo)體？”之后，猜想“導(dǎo)體除了能夠?qū)щ?，?duì)電流是否還有其他作用？”“要研究導(dǎo)體對(duì)電流是否還有其他作用，可以用什么方法？”“如果需要實(shí)驗(yàn)，應(yīng)使用哪些儀器與材料？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？”通過(guò)師生、生生互動(dòng)制定實(shí)驗(yàn)方案。在電源、開(kāi)關(guān)、電流表、小燈泡串聯(lián)的電路中分別串入鉛筆芯與鎳鉻導(dǎo)線之后，引導(dǎo)學(xué)生觀察燈泡的亮度和電流表的示數(shù)，通過(guò)討論、比較、分析、判斷，發(fā)現(xiàn)鎳鉻導(dǎo)線對(duì)電流的阻礙作用比鉛筆芯大，得出在物理學(xué)中用電阻表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用大小的概念。
2.體驗(yàn)科學(xué)探究，認(rèn)識(shí)物理規(guī)律探索。物理規(guī)律需要學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度和對(duì)科學(xué)探索的濃厚興趣經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，去發(fā)現(xiàn)、思考、探討。首先是通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、猜想與假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)等一系列活動(dòng)，探索事物的內(nèi)在聯(lián)系，提供實(shí)事求是的科學(xué)依據(jù)；之后再通過(guò)分析與論證、評(píng)價(jià)、交流與合作，得出結(jié)論。整個(gè)過(guò)程要使學(xué)生充分體驗(yàn)科學(xué)探究，在獲取知識(shí)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。
3.再次經(jīng)歷科學(xué)探究，運(yùn)用鞏固物理知識(shí)。要真正理解概念掌握規(guī)律，還需要在運(yùn)用物理知識(shí)的過(guò)程中再次經(jīng)歷科學(xué)探究，進(jìn)行鞏固、深化和強(qiáng)化。一是在運(yùn)用物理知識(shí)解決具體問(wèn)題的過(guò)程中強(qiáng)化科學(xué)探究。二是在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和儀器教具制作的過(guò)程中深化科學(xué)探究。三是在探索解決問(wèn)題的思路、方法過(guò)程中活化科學(xué)探究。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代三大信息技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，是測(cè)控過(guò)程中反映被測(cè)對(duì)象、保證控制質(zhì)量的重要一環(huán)，也是自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)、機(jī)械電子等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與應(yīng)用也飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)迫切需要改革創(chuàng)新。為此，針對(duì)我校傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀做一些有益的改革，旨在提高學(xué)生對(duì)傳感器原理及特性的理解并進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)和應(yīng)用的目的，培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。
1 我國(guó)傳感器及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展及需求
傳感器及智能儀器儀表自上個(gè)世紀(jì)60年代以來(lái)一直作為自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)、機(jī)械電子等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，特別是進(jìn)入80年代后，國(guó)際上出現(xiàn)了“傳感器熱”：日本把傳感器技術(shù)列為80年代十大技術(shù)之首，美國(guó)把傳感器技術(shù)列為90年代的關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)把傳感器技術(shù)列為“八五”、“九五”的重點(diǎn)研究項(xiàng)目之一；并且2003年3月國(guó)家教育部緊跟國(guó)際科技發(fā)展步伐，已將傳感器的教學(xué)納入到普通高級(jí)中學(xué)物理課程的教學(xué)體系中。由此可見(jiàn)，傳感器在當(dāng)今科技發(fā)展及國(guó)民教育體系中所處的重要地位。而對(duì)于傳感器本身又是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，而且傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，因此，加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)以適應(yīng)我國(guó)高等教育的任務(wù)――培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的需求。
2 傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀
長(zhǎng)期以來(lái)，理論教學(xué)重于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀念根深蒂固，影響了傳感器教學(xué)的效果。傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐性環(huán)節(jié)迫切需要改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題主要反映在以下幾個(gè)方面：
2.1教學(xué)中存在不重視實(shí)驗(yàn)的傾向
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、間接經(jīng)驗(yàn)與直接經(jīng)驗(yàn)、抽象思維和形象思維、傳授知識(shí)與訓(xùn)練技能相結(jié)合的過(guò)程。但是，對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果表明，目前很多高校在教育觀念上，仍存在著重理論、輕實(shí)踐，重理論知識(shí)傳授、輕動(dòng)手能力培養(yǎng)的傾向，在課程體系上，實(shí)驗(yàn)教學(xué)少有獨(dú)立的教學(xué)體系以及相應(yīng)的學(xué)分評(píng)價(jià)體系，實(shí)驗(yàn)課從屬于理論課，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容含在理論課程中，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與內(nèi)容的開(kāi)設(shè)隨意性強(qiáng)，隨意削減實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)成為普遍現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)課時(shí)同理論課時(shí)比例不太合理等問(wèn)題，從而大大影響了學(xué)生對(duì)傳感器特性的理解及在傳感器應(yīng)用中解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。
2.2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)證型多于設(shè)計(jì)型
目前，我系使用的傳感器實(shí)驗(yàn)裝置是由浙江高聯(lián)科技開(kāi)發(fā)公司提供的CSY2000D型傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它所提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖然各傳感器透明式封裝比較直觀，但缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性要求，與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重。
2.3教學(xué)方式單調(diào)枯燥
傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)是注入式的，從實(shí)驗(yàn)原理、步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，甚至連實(shí)驗(yàn)結(jié)果都面面俱到地由老師講解，然后由學(xué)生“按方抓藥”地操作。這使學(xué)生處于消極被動(dòng)的地位，影響其學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
2.4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入不足
實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)各高校來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的投資，特別是對(duì)于一般的普通高校在資金有限的情況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投入更少；而傳感器又是精密測(cè)量?jī)x器，一般單個(gè)售價(jià)都在50元以上，我系于2003年購(gòu)置的6臺(tái)CSY2000D型傳感器檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)就高達(dá)1.83萬(wàn)元/臺(tái)。因此，在資金緊張的情況下，使得高校擴(kuò)招后由原來(lái)的一名學(xué)生一臺(tái)設(shè)備，改為2～3人一組，這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往一個(gè)學(xué)生做，同組人旁觀，教學(xué)效果很不理想。
3 改革與探討
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)和拓展應(yīng)用，是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用。因此傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須從理論教學(xué)中解脫出來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與本課程特點(diǎn)緊密結(jié)合，做一次全面的改革：
3.1深化傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，著力培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力
為推進(jìn)我國(guó)全面的素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，根據(jù)傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和面臨的問(wèn)題，充分調(diào)研，對(duì)目前的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全面改革：從本科培養(yǎng)計(jì)劃的約束，到實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施；從教師的教學(xué)觀念，到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)的目的等各方面都要充分認(rèn)識(shí)到傳感器實(shí)驗(yàn)在傳感器教學(xué)中的重要性，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的操作動(dòng)手能力。
總體上說(shuō)，注重引導(dǎo)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核，使學(xué)生普遍對(duì)實(shí)驗(yàn)重視程度提高，能主動(dòng)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，甚至帶著問(wèn)題進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生的動(dòng)手能力明顯增強(qiáng)。
3.2切實(shí)加強(qiáng)傳感器實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)建設(shè)和科學(xué)管理制度
實(shí)驗(yàn)器材是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，雖然傳感器實(shí)驗(yàn)器材價(jià)格相對(duì)較貴，但也應(yīng)逐漸增加傳感器實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)的投入，除了確保正常的教學(xué)實(shí)驗(yàn)所需各項(xiàng)經(jīng)費(fèi)外，還要投入一定經(jīng)費(fèi)改進(jìn)和完善現(xiàn)有儀器設(shè)備。同時(shí)，還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)管理制度的建設(shè)，現(xiàn)在各高校的實(shí)驗(yàn)室管理專(zhuān)職人員緊缺，一般由理論課老師來(lái)?yè)?dān)任實(shí)驗(yàn)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理，其間存在管理漏洞，儀器損壞無(wú)法及時(shí)維修，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展。因此，傳感器實(shí)驗(yàn)室要根據(jù)本學(xué)科的特點(diǎn)和自身?xiàng)l件建立切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)室管理制度和實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程，逐漸形成較為完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和保證體系。
3.3加快傳感器實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)
實(shí)驗(yàn)教材是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。傳感器實(shí)驗(yàn)是近幾年才在各高校普遍開(kāi)設(shè)，據(jù)調(diào)查現(xiàn)階段各高校采用的傳感器實(shí)驗(yàn)教材都是在廠家提供的儀器使用指南的基礎(chǔ)上編寫(xiě)的講義，缺乏規(guī)范性、普適性。根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和本學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀更新充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，編寫(xiě)配套的、高水平的傳感器實(shí)驗(yàn)教材是刻不容緩的。
3.4改革傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容及方法
3.4.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革
為了突出實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)、工程實(shí)踐能力，使學(xué)生“消化理論、發(fā)展能力”我們對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了較大改革：一方面保留了一些基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如電阻應(yīng)變、電渦流位移特性、光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，理解傳感器的基木原理和特性，消化教學(xué)內(nèi)容；另一方面開(kāi)設(shè)一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如我們利用電阻應(yīng)變片設(shè)計(jì)了數(shù)字電子秤，以及結(jié)合單片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)出自動(dòng)避障小車(chē)和全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器等，通過(guò)學(xué)生自己制作出一些小產(chǎn)品模型，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到課堂中學(xué)過(guò)的傳感器在其中的限位、距離檢測(cè)等作用。在教學(xué)過(guò)程中除了要求學(xué)生寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告外還要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文，這樣更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來(lái)，同時(shí)還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來(lái)撰寫(xiě)科技論文奠定基礎(chǔ)。
3.4.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革
實(shí)驗(yàn)課是驗(yàn)證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的方法上,我們進(jìn)行了一些改革探索，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中,注意因材施教,采用啟發(fā)式教學(xué)方法,提示學(xué)生是否有更好的改進(jìn)方法等等。如電阻應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中對(duì)電子秤標(biāo)定時(shí)反復(fù)調(diào)節(jié)Rw3、Rw4直至托盤(pán)空時(shí)電壓表顯示為0v、200g砝碼時(shí)顯示為0.2v。反復(fù)調(diào)節(jié)最終是可以達(dá)到要求，當(dāng)學(xué)生反復(fù)調(diào)節(jié)幾次沒(méi)達(dá)到預(yù)期要求時(shí)可能不耐煩了，這時(shí)提示學(xué)生根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器的測(cè)力原理及輸入輸出特性――線性關(guān)系，分析電路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起調(diào)節(jié)放大倍數(shù)――即線性關(guān)系中的斜率、Rw4起零點(diǎn)參考電壓調(diào)節(jié)――線性關(guān)系中的初始值的作用，經(jīng)過(guò)這樣比較對(duì)應(yīng)后，很快可以得出這樣的快速調(diào)節(jié)方法：當(dāng)托盤(pán)空時(shí)，調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為零；然后將10個(gè)砝碼全放入托盤(pán)，調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v；然后去掉全部砝碼記下此時(shí)電壓表讀數(shù)v0 (如0.002v)；再將砝碼全放入托盤(pán)調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為0.2-v0（如0.198v）；最后再調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v即可。通過(guò)像這個(gè)實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革,我們認(rèn)識(shí)到如果在每次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中都能夠采用啟發(fā)式的方法啟迪學(xué)生，發(fā)展學(xué)生的發(fā)散思維能力，那么一定能使學(xué)生舉一反三，達(dá)到學(xué)以致用的目的，同時(shí)還可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣。
3.5建立科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核方案
成績(jī)?cè)u(píng)定方式對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)十分重要，它是這次傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施的總體指揮棒。學(xué)生最關(guān)心的就是成績(jī)，我們要充分利用這一法寶設(shè)計(jì)較為合理的考核方案，既能達(dá)到考察的目的，同時(shí)使學(xué)生通過(guò)試驗(yàn)不僅能很好理解理論知識(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新能力。為此，將成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)定位在是否理解并靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，以及鼓勵(lì)創(chuàng)新思想和創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程，而不僅僅是結(jié)果正確與否。在總結(jié)多年實(shí)驗(yàn)課經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用兩種結(jié)果驗(yàn)收相結(jié)合的形式，一種形式是當(dāng)面驗(yàn)收，通過(guò)演示和口頭介紹展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)效果，并完成高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告（包括利用VC、vb、matlab等軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析及相應(yīng)的改進(jìn)措施和仿真），這種方式是學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)結(jié)果的直觀體現(xiàn)；另一種形式是提交撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文，相對(duì)與前者，這種形式更能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來(lái)，同時(shí)還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來(lái)撰寫(xiě)科技論文奠定基礎(chǔ)。學(xué)生的最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)是這兩部分成績(jī)的綜合。
4 結(jié)束語(yǔ)
關(guān)于傳感器實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革涉及面廣，環(huán)節(jié)多，是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。我們只是在這方面做了一些有益的嘗試，并取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。我們改革的目的很明確，就是要讓學(xué)生感覺(jué)到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一次挑戰(zhàn)，要想取得成功必須要有充分的準(zhǔn)備、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、細(xì)致的操作和靈活的思維。每一次實(shí)驗(yàn)的完成，不僅要讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫匠浞值挠?xùn)練和提高，更重要的是要激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。只有這樣才能為國(guó)家培養(yǎng)出具有較高的全面素質(zhì)的一流人才。
參考文獻(xiàn)：
現(xiàn)行高中物理教材中有三個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：《測(cè)定金屬的電阻率》、《測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻》和《描繪小燈泡的伏安特性曲線》都要選用滑動(dòng)變阻器，前兩者選用滑動(dòng)變阻器的限流式接法，后者選用滑動(dòng)變阻器的分壓式接法。高考電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)命題對(duì)其多次直接或滲透考查。教材對(duì)此又沒(méi)有理論的講解，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)又沒(méi)有實(shí)際的指導(dǎo)，學(xué)生感到無(wú)從下手。學(xué)生主要對(duì)以下兩個(gè)問(wèn)題有疑問(wèn)：1.對(duì)這兩種接法的電路結(jié)構(gòu)和實(shí)物連線的差異存在混淆；2.遇到具體問(wèn)題根本不知該如何選用哪種接法。下面就學(xué)生的這兩點(diǎn)疑問(wèn)談?wù)勛约悍椒ā?/p>
一、兩種接法的電路比較
圖一電路為滑動(dòng)變阻器的限流式接法，被控電阻Rx和滑動(dòng)變阻器右側(cè)的有效電阻RPB串聯(lián)，在開(kāi)關(guān)閉合前觸頭置于A端。
圖二電路為滑動(dòng)變阻器的分壓式接法，被控電阻Rx和滑動(dòng)變阻器左側(cè)電阻RPA并聯(lián)，再與右側(cè)電阻RPB串聯(lián)，在開(kāi)關(guān)閉合前觸頭也置于A端。
兩者電路的唯一差異就是前者沒(méi)有導(dǎo)線AC，滑動(dòng)變阻器只有一部分是有效的；后者有導(dǎo)線AC，滑動(dòng)變阻器兩部分都是有效的。
二、兩種接法的選用
為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，分析中電源電動(dòng)勢(shì)均取，內(nèi)阻不計(jì)。
1.限流式接法
圖一電路中，開(kāi)關(guān)閉合后，流過(guò)被控電阻Rx的電流為
令，，則有
為了形象簡(jiǎn)便起見(jiàn)，利用幾何畫(huà)板分別畫(huà)出各值對(duì)應(yīng)的圖象，稱(chēng)為限流式接法的特性曲線。如圖三所示，對(duì)這些曲線進(jìn)行分析。
（1）無(wú)論k取何值，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，都無(wú)法使流過(guò)被控電阻的電流取到零。
（2）當(dāng)k很大時(shí)，曲線接近水平直線，對(duì)應(yīng)的物理含義是當(dāng)很大時(shí)，在滑動(dòng)變阻器有明顯滑動(dòng)，而流過(guò)被控電阻Rx的電流無(wú)明顯變化且很大，這時(shí)滑動(dòng)變阻器對(duì)電流的調(diào)控作用不大，稱(chēng)為對(duì)電流的調(diào)控范圍過(guò)小論文范文。
（3）當(dāng)k很小時(shí)，曲線非常彎曲，對(duì)應(yīng)的物理含義是當(dāng)很小時(shí)，在滑動(dòng)變阻器接近零附近滑動(dòng)，流過(guò)被控電阻Rx的電流變化異常大，這時(shí)的滑動(dòng)變阻器不易控制，給調(diào)節(jié)帶來(lái)很大困難；在其他位置滑動(dòng)，電流無(wú)明顯變化且很小，這時(shí)的滑動(dòng)變阻器實(shí)際上對(duì)電流的調(diào)控作用不大且電表讀數(shù)很小，偶然誤差很大不宜記錄數(shù)據(jù)，稱(chēng)為對(duì)電壓的要么調(diào)控精度過(guò)低，要么調(diào)控范圍過(guò)小。
（4）當(dāng)k≈1時(shí)，曲線介于上述兩種曲線之間限流式，避開(kāi)了對(duì)電流的調(diào)控范圍過(guò)小和調(diào)控精度過(guò)低的兩種缺陷，發(fā)現(xiàn)∈[0.2,2]，調(diào)控效果較合適。
2.分壓式接法
圖二電路中，開(kāi)關(guān)閉合后，被控電阻Rx兩端的電壓為
令，，則有
同樣分別畫(huà)出分壓式接法的特性曲線。如圖四所示，對(duì)這些曲線進(jìn)行分析。
（1）無(wú)論k取何值，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，被控電阻兩端的電壓都在零到電源電動(dòng)勢(shì)之間變化。
（2）當(dāng)k很小時(shí)，曲線非常彎曲，也就是說(shuō)，出現(xiàn)與圖三中當(dāng)k很小時(shí)的類(lèi)似情況，這時(shí)滑動(dòng)變阻器對(duì)電壓的要么調(diào)控范圍過(guò)小，要么調(diào)控精度過(guò)低。
（3）k越大，曲線的線性程度越高，也就是說(shuō)，越大，被控電阻兩端的電壓U隨滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)而均勻變化，這時(shí)的滑動(dòng)變阻器對(duì)電壓的調(diào)控精度高且調(diào)控范圍大。值得注意的是，并不是越大越好，在因?yàn)樵诒豢仉娮枰欢ㄇ闆r下，當(dāng)很大時(shí)，電流幾乎從變阻器上流過(guò)且干路電流很大，電能主要消耗在變阻器和內(nèi)阻上,這不是我們使用變阻器所希望的。根據(jù)圖四發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)，特性曲線的線性程度已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，完全沒(méi)有必要再提高了，發(fā)現(xiàn)∈[0.2,10]，調(diào)控效果較合適。
根據(jù)上述分析，我們可以總結(jié)出選用兩種接法的原則：
1.要求被控電阻的電壓或電流變化范圍較大，且從零開(kāi)始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法；否則，可采用限流式接法。
2.被控電阻的阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器的總阻值，但沒(méi)必要太大，須用分壓式接法；被控電阻的阻值與滑動(dòng)變阻器的總阻值差不多，須用限流式接法。
3.兩種接法均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)樵陔娐吠耆粯拥那闆r下，限流式接法總功率，分壓式接法總功率，前者功率較小。
4.特殊問(wèn)題中還要根據(jù)電壓表和電流表量程以及電阻允許通過(guò)的最大電流來(lái)綜合考慮。
【參考文獻(xiàn)】
［1］楊述武，趙立竹，沈國(guó)士主編．《普通物理實(shí)驗(yàn)（電磁學(xué)部分）》．高等教育出版社．2007年12月
［2］曹廣衛(wèi)．《選用限流式電路還是分壓式電路》．中學(xué)物理教學(xué)參考．2003年第6期
一、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題
目前在應(yīng)試教育的影響下，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以發(fā)揮它應(yīng)有的作用。許多教師很少做實(shí)驗(yàn)，不愿花時(shí)間從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)只被作為收集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論，應(yīng)付考試的工具。學(xué)生實(shí)驗(yàn)形成了教師講，學(xué)生做，教師示范，學(xué)生模仿的教學(xué)，學(xué)生成為被動(dòng)的接受者，以至于學(xué)生很少提出問(wèn)題。沒(méi)有養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，沒(méi)有學(xué)會(huì)解決問(wèn)題的科學(xué)方法，學(xué)生的主體地位遠(yuǎn)沒(méi)有得到重視，學(xué)生缺乏主動(dòng)探究的欲望和熱情，忽視了實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新課標(biāo)指出高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與，樂(lè)于探究，勇于實(shí)驗(yàn)，勤于思考。通過(guò)多樣的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)和技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，因此，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫切需要改革。探究性實(shí)驗(yàn)由于其重視過(guò)程和方法，有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)與他人合作的精神，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和主體性的發(fā)揮。強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，已成為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主要方向。
二、強(qiáng)化新課程理念，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式
物理實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)創(chuàng)新精神提供了最佳環(huán)境，尤其是開(kāi)發(fā)一些聯(lián)系生活實(shí)際的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生親身感受到物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)用價(jià)值，能強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)。教師應(yīng)成為勇于進(jìn)取、善于創(chuàng)新的模范，無(wú)論實(shí)驗(yàn)方法的革新、教具的創(chuàng)造、實(shí)驗(yàn)的新穎設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生都有很強(qiáng)的感染力，會(huì)不知不覺(jué)在學(xué)生心里播下創(chuàng)造的種子。具體做法：進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣的培養(yǎng)。物理學(xué)家愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“興趣是最好的老師?！倍d趣的培養(yǎng)，一要靠老師的正確引導(dǎo)，二要靠學(xué)生親身到實(shí)驗(yàn)中去激發(fā)。教師要善于把握實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，挖掘?qū)嶒?yàn)的趣味性，制定切實(shí)可行的督促、檢查方案，或展示、或競(jìng)賽、或討論，使學(xué)生饒有興趣地完成課本或課外小實(shí)驗(yàn)、小制作，對(duì)活動(dòng)中表現(xiàn)突出的，及時(shí)給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，這對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣很有幫助；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要突出學(xué)生的主體地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生積極主動(dòng)的參與實(shí)驗(yàn)。課本讓學(xué)生看，實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生做，思路讓學(xué)生想，疑難讓學(xué)生議，錯(cuò)誤讓學(xué)生析，并且多給學(xué)生提供獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練機(jī)會(huì)，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的探索潛能，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力。
三、探索實(shí)驗(yàn)原理，發(fā)展科學(xué)思維素質(zhì)
學(xué)生實(shí)驗(yàn)的“靈魂”是實(shí)驗(yàn)原理，只有把實(shí)驗(yàn)原理放在處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首要位置，才會(huì)使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)“活”起來(lái)。若能在教師有目的的引導(dǎo)下，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行挖掘和探索，將能有效地培養(yǎng)學(xué)生按科學(xué)方法思考解決問(wèn)題的習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維素質(zhì)。在基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須抓好以下兩點(diǎn)：（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的正確理解。要知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么這樣做，它的理論根據(jù)是什么，不這樣做還能怎樣做，那一種做法更好，更可行。這是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的一個(gè)關(guān)鍵。（2）對(duì)常用的物理儀器要熟練使用，這是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是實(shí)驗(yàn)的工具。常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器有以下十三種：刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、天平、秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、彈簧稱(chēng)、溫度計(jì)、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱等。對(duì)這些常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)工具不僅要能正確熟練地使用，甚至要知道實(shí)驗(yàn)儀器的原理。例如，在《把電流表改裝為電壓表》實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)定電流表的內(nèi)阻，書(shū)中直接給出了半偏法，對(duì)這一方法的出現(xiàn)學(xué)生普遍感到很突然。我們可以這樣做，先讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一種測(cè)電流表內(nèi)阻的方法，然后對(duì)學(xué)生中使用最普遍的兩種方法進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)貼于 第一種是常見(jiàn)的伏安法，該方法在測(cè)一般電阻時(shí)可用，但在測(cè)電流表內(nèi)阻時(shí)卻是不可取的，因?yàn)槲覀儨y(cè)定電流表內(nèi)阻的目的是用它來(lái)改裝為電壓表，若電流表內(nèi)阻測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)直接影響改裝后的伏特表的精確程度。第二種方法的原理是由伏特表測(cè)出電流表和變阻箱兩端的總電壓U，從電流表讀出電流值I，則電流表內(nèi)阻Rg=U/I-R，這一方法可以消除伏特表分流作用所帶來(lái)的誤差，但卻暴露出學(xué)生對(duì)靈敏電流計(jì)的作用不甚清楚，其實(shí)靈敏電流計(jì)不能準(zhǔn)確的測(cè)量電流強(qiáng)度，只能作為檢流計(jì)，既然電流強(qiáng)度的準(zhǔn)確值不知道，自然也就無(wú)法求出電流計(jì)內(nèi)阻Rg的準(zhǔn)確值。在分析了以上兩種方法的不足之后，利用并聯(lián)電路的電流分配關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生得出半偏法已是水到渠成。
四、營(yíng)造主動(dòng)探究的氛圍，強(qiáng)化學(xué)生參與意識(shí)
新課程的實(shí)驗(yàn)課是要學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)到知識(shí)，訓(xùn)練技能，并經(jīng)歷一個(gè)科學(xué)探究的過(guò)程。教師在課堂教學(xué)中起著主導(dǎo)作用，而一堂課中教師的情感投入往往影響著每個(gè)學(xué)生的情感投入。教師能否營(yíng)造一個(gè)和諧民主的教學(xué)氛圍是能否讓學(xué)生主動(dòng)探究的前提。在一節(jié)課中，有師與生、生與生之間的人際交流，在這個(gè)交流環(huán)境中，若要使學(xué)生有好的課堂氛圍，有熱烈的討論，有激烈的爭(zhēng)論，有獨(dú)特的發(fā)言，甚至有創(chuàng)造性的思維，都必須讓學(xué)生從心理上有一種安全感，有一種無(wú)拘無(wú)束的自然情感的流露。因此，要求教師從尊重學(xué)生出發(fā)，有和善的語(yǔ)言，溫文爾雅的教態(tài)去創(chuàng)設(shè)這個(gè)環(huán)境。民主、有序的學(xué)習(xí)環(huán)境有利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的欲望，教師要有與人為善的教態(tài)，尊重學(xué)生、鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表獨(dú)立的見(jiàn)解。實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生的“哇”、“喔”等聲音，是學(xué)生最真切的情感體現(xiàn)。
當(dāng)然，在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革實(shí)施中，我們還將面臨著許多新的問(wèn)題，還需要在今后的工作中進(jìn)一步的研究與探索，我們將在不斷的反思中，不斷地改進(jìn)、不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革工作不斷地深入，不斷地完善。
[參考文獻(xiàn)]
中圖分類(lèi)號(hào)：TU857文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
當(dāng)前電梯檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場(chǎng)存在以下問(wèn)題：
⑴儀器不便于使用。攜帶檢驗(yàn)儀器過(guò)多，增加裝載攜帶的負(fù)擔(dān)；檢驗(yàn)儀器頻繁交替使用，容易發(fā)生遺失；單項(xiàng)檢驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，需交替使用不同的檢驗(yàn)儀器。
⑵數(shù)據(jù)不利于保存。單項(xiàng)檢驗(yàn)完成需手工填寫(xiě)單項(xiàng)檢驗(yàn)數(shù)值，很繁瑣；紙質(zhì)表單易損壞，不易保存；檢驗(yàn)記錄單遺失、損壞、字跡不清時(shí)需重新檢驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)有可能發(fā)生檢驗(yàn)儀器沒(méi)電、損壞、配件不齊等不確定因素導(dǎo)致單項(xiàng)無(wú)法檢驗(yàn)。
⑶儀器不便于維護(hù)。檢驗(yàn)儀器平時(shí)的維護(hù)工作繁重，例如：更換電池、校準(zhǔn)儀器等；后勤維護(hù)繁重，各種儀器的配套電源都不同，如9v電池、5號(hào)電池、7號(hào)電池、其他異狀電池等；檢驗(yàn)儀器的使用率高，故障和損壞率也高，每年采購(gòu)經(jīng)費(fèi)居高不下等。
二、電梯綜合測(cè)試儀的原理與構(gòu)成
1測(cè)試儀框圖
本測(cè)試儀擬實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、聲級(jí)、電壓、電阻、電流、距離、照度等信號(hào)的采集，系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。
圖1 測(cè)試儀系統(tǒng)框圖
2傳感器選擇
目前常用的檢驗(yàn)檢測(cè)儀器大多是帶液晶數(shù)顯的檢測(cè)終端，隨著科技的發(fā)展，各種數(shù)字傳感器、微型處理器的不斷發(fā)展，可以使用各類(lèi)成熟的傳感器，結(jié)合數(shù)字采集和高速數(shù)字運(yùn)算功能，開(kāi)發(fā)出全數(shù)字的專(zhuān)用綜合測(cè)試儀器，從而替代現(xiàn)有各種獨(dú)立使用的測(cè)量?jī)x表。
根據(jù)國(guó)家或地方有關(guān)電梯檢驗(yàn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選取部分可以使用電類(lèi)測(cè)量檢測(cè)儀器的測(cè)量參數(shù)，并確定傳感器如下：
電類(lèi)：交流電壓、交流電流、直流電壓、電阻測(cè)量4種全數(shù)字傳感器；
環(huán)境類(lèi)：照度、溫濕度、聲級(jí)3種數(shù)字傳感器；
測(cè)量類(lèi)：激光非接觸速度傳感器；
3指標(biāo)參數(shù)
電流：AC30A精度≤2%；
電壓：DC500v精度≤2%；AC500v精度≤2%；
電阻：200Ω，精度≤2%；
溫度精度0.5°；
濕度、電類(lèi)參數(shù)，誤差±5%；
距離、速度誤差±1%。
電類(lèi)測(cè)量必須符合：
GB-T 13978-1992 數(shù)字多用表通用技術(shù)條件 《GB/T13978-2008 數(shù)字多用表》
GB/T 22264.2-2008 安裝式數(shù)字顯示電測(cè)量?jī)x表 第2部分：電流表和電壓表的特殊要求
防水：IP65
4測(cè)量方式
電壓測(cè)量：采用前端帶有鱷魚(yú)夾裝置的萬(wàn)用表棒，定制全數(shù)字萬(wàn)用表采集模塊；
電流測(cè)量：采用鉗形互感器，定制全數(shù)字萬(wàn)用表采集模塊；
溫濕度測(cè)量：采用露點(diǎn)式二合一全數(shù)字采集模塊；
照度測(cè)量：采用全數(shù)字菲尼爾照度采集模塊；
聲級(jí)測(cè)量：采用定制電容式聲級(jí)模數(shù)采集模塊；
平移速度測(cè)量：采用非接觸式激光測(cè)速模塊；
5技術(shù)接口
要求與現(xiàn)有電梯快速檢驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)接；
數(shù)據(jù)可通過(guò)USB2.0或Micro USB或藍(lán)牙無(wú)線方式傳送；
制定通信協(xié)議與android平板電腦APP軟件或windows系統(tǒng)上位機(jī)軟件進(jìn)行通信；
主板預(yù)留CDMA2000/WCDMA/GPRS/通訊模塊接口，后期支持無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能；
主板預(yù)留SD/TF存儲(chǔ)卡接口；
主板預(yù)留232/485接口；
2.6結(jié)構(gòu)部分
外形尺寸≤190mm×98mm×40mm
背板帶LED照明功能；
外露式探頭需有格珊保護(hù)；
內(nèi)置電池倉(cāng)；
外殼需做止滑處理；
菲尼爾透鏡需有保護(hù)罩；
電流、電壓表棒必須符合安規(guī)，結(jié)構(gòu)上要做防誤插設(shè)計(jì)；
三、測(cè)試儀樣機(jī)
主控板，選用PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),帶引線的塑料芯片載體.表面貼裝型封裝,外形呈正方形,64腳封裝,引腳從封裝的四個(gè)側(cè)面引出,呈丁字形,外形尺寸比DIP封裝小得多.PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線,具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；
傳感器/采集模塊，選用全數(shù)字帶數(shù)據(jù)接口，技術(shù)較為成熟的主流芯片、采集模塊；
傳輸方式：選用可靠性較高的藍(lán)牙無(wú)線通訊模塊，預(yù)留Micro USB接口做為數(shù)據(jù)傳輸、充電接口；
測(cè)試儀樣機(jī)工作流程圖及樣機(jī)，見(jiàn)圖2、圖3。
圖2 測(cè)試儀工作流程圖
圖3 測(cè)試儀樣機(jī)
四、樣機(jī)測(cè)試
1系統(tǒng)程序
測(cè)試儀采用潛入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，以下為5v電源控制程序。
extern void GPIO_ApplicationIfInit ( void )
{
/*****************
* 輸出信號(hào)組*
*****************/
/* 注冊(cè)電源5v輸出控制腳 */
p5v_io_handler = GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_8, Output_type );
if(p5v_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( p5v_io_handler, IO_SET );
}
sound_io_handler =GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_9, Output_type );
if(sound_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( sound_io_handler, IO_SET );
}
multimeter_io_handler=GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_10, Output_type );
if(multimeter_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( multimeter_io_handler, IO_SET );
}
speed_io_handler = GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_12, Output_type );
if(speed_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( speed_io_handler, IO_SET );
}
temperature_humidity_io_handler =GPIO_Configuration ( PORT_C, GPIO_7, Output_type );
if(speed_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( speed_io_handler, IO_SET );
}
2測(cè)試報(bào)告
研制的樣機(jī)實(shí)際測(cè)試報(bào)告，
3測(cè)試報(bào)告分析
（1）該藍(lán)牙設(shè)備使用距離較短且不穩(wěn)定，測(cè)試過(guò)程中常斷開(kāi)需重新連接；
（2）直流電壓測(cè)試結(jié)果與實(shí)際值基本一致，交流電壓測(cè)試結(jié)果比實(shí)際值偏小，平均偏差為-0.48%；
（3）電阻值測(cè)試結(jié)果比實(shí)際值偏大，平均偏差為+1.68%；
（4）溫度值測(cè)試結(jié)果比實(shí)際值偏大，平均偏差為+10.15%；濕度值測(cè)試結(jié)果比實(shí)際值偏大，平均偏差為+3.28%；
（5）照度值測(cè)試結(jié)果比實(shí)際值偏小，平均偏差為-4.48%；
測(cè)試報(bào)告顯示數(shù)據(jù)，全部測(cè)量值均小于設(shè)計(jì)指標(biāo)，判定產(chǎn)品研發(fā)成功，設(shè)備外觀經(jīng)過(guò)修改完全符合設(shè)計(jì)要求，外觀設(shè)計(jì)判定完成。
五、結(jié)論
本論文探討的電梯檢驗(yàn)綜合測(cè)試儀，可以很方便通過(guò)android平板電腦的APP定制軟件設(shè)定檢驗(yàn)項(xiàng)目，快速檢驗(yàn)，無(wú)需每次單項(xiàng)檢驗(yàn)完再收納檢驗(yàn)儀器、更換儀器、記錄檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的工序；檢驗(yàn)完成之后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄每次檢驗(yàn)的項(xiàng)目、數(shù)值、時(shí)間、單位名稱(chēng)等原先需要手工填寫(xiě)的書(shū)面內(nèi)容，保證每次檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的單一、精準(zhǔn)，并不用擔(dān)心紙質(zhì)表單的損壞、遺失、字跡不清、遺漏檢驗(yàn)儀器等諸多缺點(diǎn)，也方便檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、整理，并可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢，摒棄傳統(tǒng)方法的紙質(zhì)文件翻頁(yè)查詢。簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)之后的數(shù)據(jù)整理工作，最關(guān)鍵的是，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，易保存，實(shí)時(shí)查詢，方便管理等優(yōu)點(diǎn) 。
參考文獻(xiàn)：
［1］GB/T 3785.1-2010電聲學(xué) 聲級(jí)計(jì) 第1部分：規(guī)范
［2］SJ/T 10423-1993聲級(jí)計(jì)通用技術(shù)條件；
中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）11-0059-2
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)（DIS）是信息技術(shù)與物理教學(xué)整合的重要基礎(chǔ)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、配套系統(tǒng)軟件及配套教具等構(gòu)成。它以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)各種傳感器替代傳統(tǒng)的儀表，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖線分析，借助計(jì)算機(jī)平臺(tái)更直觀地顯示物理現(xiàn)象，更深刻地揭示物理規(guī)律。傳感器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分。傳感器包括力傳感器、位移傳感器、聲波傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器等。它能夠快速、高精度地適時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中力熱聲光電等各種變化著的物理量數(shù)據(jù)。基于傳感器的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的計(jì)算機(jī)建模和圖像分析等技術(shù)是開(kāi)展物理探究教學(xué)的兩大技術(shù)支撐。
下面列舉兩個(gè)筆者在初中物理教學(xué)中利用DIS數(shù)字化系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)實(shí)例。
案例1 探究電流與電壓的關(guān)系
傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)利用滑動(dòng)變阻器多次改變定值電阻兩端的電壓，分別用電壓表和電流表測(cè)出電壓值和對(duì)應(yīng)的電流值，再在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖，通過(guò)數(shù)據(jù)和圖像得出結(jié)論。但一節(jié)課的時(shí)間里，學(xué)生既要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)表格，又要完成定值電阻的電壓、電流值的多次測(cè)量，需要較長(zhǎng)的時(shí)間。而且，如果電壓值取得太接近或者不是倍數(shù)關(guān)系，測(cè)出的數(shù)據(jù)不容易得出結(jié)論。因此，在實(shí)驗(yàn)前，很多教師往往會(huì)提醒學(xué)生使電壓成整數(shù)倍變化，這樣做的結(jié)果是學(xué)生確實(shí)容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)出結(jié)論，但是“探究”的意味就淡了許多，原本生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)也變得枯燥乏味了。若非如此，學(xué)生就需要更多時(shí)間來(lái)進(jìn)行更多次的實(shí)驗(yàn)，一節(jié)課的內(nèi)容又很難完成。
應(yīng)用DIS數(shù)字化系統(tǒng)就很輕松地解決了這個(gè)矛盾。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)分析：
1.按電路圖連接電路，為使結(jié)論具有普遍性，將一個(gè)5 Ω和一個(gè)10 Ω的定值電阻串聯(lián)進(jìn)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用電壓傳感器和電流傳感器代替電壓表和電流表分別測(cè)定值電阻兩端的電壓和通過(guò)定值電阻的電流。
2.將電壓傳感器和電流傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器。
3.打開(kāi)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入數(shù)字化信息系統(tǒng)軟件，新建實(shí)驗(yàn)，設(shè)置電阻的電流-電壓關(guān)系圖線。
4.閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，改變定值電阻兩端的電壓，測(cè)量多組電壓和電流值。計(jì)算機(jī)根據(jù)得到的電壓值和電流值實(shí)時(shí)在界面上生成電流-電壓關(guān)系圖像，如圖1所示。
⒌分析所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像，得出結(jié)論。
從圖像中能明顯地看出通過(guò)定值電阻的電流與定值電阻兩端的電壓成正比。將電壓、電流傳感器引入測(cè)量小燈泡的電阻教學(xué)，就可以在很短的時(shí)間內(nèi)清楚地記錄下電流隨電壓變化的曲線。使教學(xué)手段更多樣，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的更好達(dá)成。使用數(shù)字傳感器的好處一是時(shí)間短，通過(guò)設(shè)置，每隔0.1 s就會(huì)有一組電壓電流數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)描繪在坐標(biāo)系中，因此在較短的時(shí)間（幾秒鐘）內(nèi)就會(huì)有幾十個(gè)點(diǎn)記錄下來(lái)，同時(shí)生成I-U圖像。二是數(shù)據(jù)多，結(jié)論更可靠。由于采集的數(shù)據(jù)較多，因此圖像較為理想。
案例2 探究磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示：
1.將磁傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。
2.打開(kāi)數(shù)字化信息系統(tǒng)軟件，新建實(shí)驗(yàn)，設(shè)置磁場(chǎng)強(qiáng)度-時(shí)間圖線，時(shí)間設(shè)置為1 min，時(shí)間間隔設(shè)為10 ms。
3.將磁傳感器探頭向下，在條形磁體表面從條形磁體的中間開(kāi)始勻速地向一個(gè)磁極移動(dòng)（如圖3），再?gòu)囊粋€(gè)磁極勻速向另一個(gè)磁極移動(dòng)，如此往復(fù)，測(cè)出磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。
4.觀察圖像，總結(jié)條形磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)分布特點(diǎn)。
應(yīng)用磁感應(yīng)傳感器可以使學(xué)生明顯地觀察到電磁鐵周?chē)艌?chǎng)強(qiáng)弱的變化，使我們?nèi)庋劭床灰?jiàn)摸不著的磁場(chǎng)變得顯而易見(jiàn)。
深化教育改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)二十一世紀(jì)具有高素質(zhì)的創(chuàng)新精神和能力的建設(shè)者和接班人，是學(xué)校教育的最高目標(biāo)，作為教育工作者應(yīng)實(shí)現(xiàn)由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生全面發(fā)展。
一、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力
精心創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。興趣是激發(fā)學(xué)生思維能力的重要因素，它能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，主動(dòng)性，探究性，使學(xué)生以一個(gè)被動(dòng)的知識(shí)接受者，變成一個(gè)主動(dòng)的參與教學(xué)活動(dòng)的合作者。教師必須精心備課，對(duì)所設(shè)置的教學(xué)問(wèn)題必須具有趣味性、新奇性、生活性、開(kāi)放性和適宜性。只有這樣才能激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，例如，在學(xué)習(xí)光的折射時(shí)，提出一些問(wèn)題，透過(guò)圓形金魚(yú)缸看魚(yú)，魚(yú)會(huì)變大，筷子斜插入水中，側(cè)面會(huì)看到筷子在分界處彎折，學(xué)生帶著這些問(wèn)題去學(xué)習(xí)，會(huì)產(chǎn)生興趣，達(dá)到一定的效果。
基礎(chǔ)知識(shí)，基本技能是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的前提條件，首先在教學(xué)中要狠抓“雙基”的落實(shí)，讓學(xué)生學(xué)透知識(shí)，練實(shí)知識(shí)，用活知識(shí)。用基本的科學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，其次要克服定向思維，培養(yǎng)發(fā)散性思維和思維的變通能力，對(duì)于一個(gè)問(wèn)題，能從不同角度.不同方向去探索解決問(wèn)題的方法。傳統(tǒng)的教學(xué)注重解決問(wèn)題的唯一性。這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)際中的許多問(wèn)題，往往是開(kāi)放的，多變的，答案不是唯一的。在習(xí)題教學(xué)中要加強(qiáng)一題多問(wèn)，一題多解，一題多變，多題同解等形式的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的多種思維方式。例如，有這樣一道開(kāi)放題：現(xiàn)有一杯純凈水和一杯食鹽水，儀器不限，用那些方法可以鑒別它們，通過(guò)各小組的熱烈討論和交流，利用密度、浮力、蒸發(fā)結(jié)晶、凝固點(diǎn)、導(dǎo)電性等知識(shí),同學(xué)們得出了10多種方法,并用實(shí)驗(yàn)加以證明，開(kāi)闊了學(xué)生的思路，在教學(xué)中還要培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。例如有一重為10斤的一個(gè)瓶子，用手拿著不動(dòng)。手與瓶子的摩擦力為多少？當(dāng)手握瓶子的力增大，此時(shí)，瓶子與手之間的摩擦力是否增大。一般的學(xué)生會(huì)認(rèn)為摩擦力會(huì)隨著壓力的增大而增大，這是一種定向思維。如果用逆向思維去分析瓶子的狀態(tài)未變。即靜止(受平衡力的作用)f=G，就不難理解。通過(guò)這些思維方式的訓(xùn)練和解題的指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯推理能力和思維能力。
二、從實(shí)驗(yàn)和生活中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和問(wèn)題意識(shí)
科學(xué)實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)觀察，觀察是科學(xué)研究的最基本方法，是創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)，每個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)都有其明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)教師首先要讓學(xué)生明確為什么觀察和觀察什么?使學(xué)生掌握觀察的具體內(nèi)容。例如在觀察水沸騰實(shí)驗(yàn)中，教師提出讓學(xué)生觀察水在沸騰前后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)后有的學(xué)生就觀察到沸騰前氣泡上升中變小，消失，沸騰后氣泡會(huì)變大，破裂，并提出了相應(yīng)的問(wèn)題。又如，在研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生觀察：當(dāng)金屬盒中的橡皮膜在不同深度，不同液體，不同方向時(shí)，分別觀察U型管兩管液面的高度差是否發(fā)生變化，來(lái)得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律。使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)觀察的具體方法。如順序觀察法，對(duì)比觀察法，重點(diǎn)觀察法，全面與重點(diǎn)觀察法，歸納觀察法等。
在平時(shí)教學(xué)中，學(xué)生往往不提問(wèn)題，也提不出問(wèn)題，不管是實(shí)驗(yàn)還是作業(yè)都是按照教師的要求去完成。鑒于這種情況，教師應(yīng)幫助學(xué)生學(xué)會(huì)觀察，鼓勵(lì)學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)。在平時(shí)的教學(xué)中，教師要把課本知識(shí)同生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，提出一些問(wèn)題。三、注重科學(xué)研究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力
初中階段的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。用人為控制的實(shí)驗(yàn)條件去驗(yàn)證這些結(jié)論，加深對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解、掌握，這樣不利于充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。為此，在教學(xué)中把演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn)，把一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改成探索性實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力，例如，探索電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)，讓學(xué)生按照探究的過(guò)程進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)化用控制變量法探究，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，最難的是電路的設(shè)計(jì)，教師可采用讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)——小組討論合作——各組討論交流——師生共同補(bǔ)充。整合完成設(shè)計(jì)的方法，讓學(xué)生在原有能力的基礎(chǔ)上相互學(xué)習(xí)取長(zhǎng)補(bǔ)短。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑖?yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和與他人合作的精神。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，通過(guò)評(píng)估與交流，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析原因，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，開(kāi)始時(shí)，可先讓學(xué)生設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。如，用2只開(kāi)關(guān)控制一個(gè)燈泡，并且閉合任一只開(kāi)關(guān)都能使燈泡發(fā)光等，在這樣的基礎(chǔ)上教師可采取少給器材，設(shè)置故障電路，把儀器調(diào)亂，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，解釋實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，分析實(shí)驗(yàn)誤差，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)等。又如在“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，除按教材上的方法外，教師可提出問(wèn)題，用一只已知阻值的電阻代替電壓表，其他器材不變，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，然后教師再深入引導(dǎo)學(xué)生。如果在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，電壓表的量程小于燈泡的額定電壓時(shí)，怎樣測(cè)出小燈泡的額定功率，通過(guò)這樣的引導(dǎo)和啟發(fā)，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。
