物理实验设计论文范文第1篇
摘要：针对高等农林院校不同专业特点，在教学内容、教学方法与专业的结合上做了有益的尝试，提出了物理化学与专业结合的教学模式。在现有“课堂教学+学生讨论+实践环节”的“三段式”教学方法的基础上，尝试“问题教学+参与式教学”方法。教学实践表明，这种教学模式激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创新性能力，深化了教学内容，提高了物理化学课程的教学质量和水平。
关键词：高等农林院校；物理化学；教学模式；专业特点
物理化学是高等农林院校在应用化学、资源环境科学、环境科学、食品工程、食品安全、制药工程、林产化工、生物科学、生物技术、生物工程等专业开设的一门必修课，是物理学与化学最早相互渗透的一门交叉边缘学科，被称为“化学的灵魂”。该课程不仅对培养学生创造性思维能力和创新能力、提高学生素质有极其重要的作用，而且有助于学生树立正确的自然观、掌握科学方法论。然而众所周知，物理化学是化学课程中基础的基础，较抽象，教学有一定难度。农林院校的学生对这门课更是望而生畏，因此，我们应让基本原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，以此提高创新能力。因此，近年来，我们结合农林院校开设物理化学课程的各个专业的学科特点，在教学内容安排、教学方法等方面始终与学生所学的专业结合，提出了物理化学与专业结合的教学模式。
一、教学内容与专业特色紧密结合
在课堂教学中，设计好教学内容比制作PPT课件更重要，不应让“死”的公式和概念充斥课堂，而应让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，培育兴趣，提高创新能力。因此，我们在教学内容上，坚持做到“传统物理化学”与“应用物理化学”的有机统一。在对各专业学生的教学过程中，坚持将物理化学的基本理论和基本知识系统地介绍给学生，培养学生的科学素养。在此基础上，紧密结合专业实际、生产实际和生活实际，查阅大量物理化学在各专业领域应用的实例，如将热化学、多组分体系热力学、相平衡、电化学、表面与胶体化学等内容以专题的形式进行讲授，增加反映学科前沿与研究热点的专题内容，并根据专业方向进行专题辅导。如针对应用化学专业学生，物理化学是一门专业主干课，教学时数较多，物理化学基本理论应该是课程的重点教学内容，但其专业特色又偏重于“应用”二字，所以在做好基本理论教学的同时，重点介绍传统物理化学与其他学科专业之间结合所派生出的一些交叉学科及其应用，如生物物理化学、地球物理化学、土壤物理化学等；同时举一些“闪光点”说明物理化学基本原理在现代技术中
发挥的巨大作用，如物理化学在合成化学和新材料的制备、现代分离技术、新能源技术等现代技术中的作用；同样，在我们周围生活中，物理化学原理也无处不在，如2008年我国南方地区遭受的大面积冻雨灾害的冻雨形成的原理，人体肾功能即反渗透功能，人工降雨、洗涤、矿物浮选、纺织品印染的渗透、油田的二次采油等原理，结合这些“小问题”可以使书本上的理论变得生动而容易理解，培养学生的物理化学视角。对于生物类和制药学等专业，在学生学习物理化学基本理论和基础知识的基础上，以热力学、电化学、动力学、胶体与表面化学的应用为教学重点，如现代生物科学与物理化学学科交叉与融合而发展起来的，在21世纪已经成为热门研究内容的生物热力学、生物电化学，药物及材料分子设计方法简论、表面活性剂的应用、微乳液的应用等。对农业资源环境专业，以电化学、动力学、表面与胶体化学为教学侧重点，着眼于让学生了解如何解决环境资源合理利用与环境保护问题，如讲授相平衡知识時，以专题讲座的形式介绍超临界流体在废弃物的合理利用问题、土壤和水体污染的治理问题等的应用及进展；吸附剂和絮凝剂的研究进展；电化学在环境污染治理中的应用、电有机合成、纳米电化学、燃料电池、锂离子电池等新能源技术等。食品科学与食品安全专业，介绍食品科学中的物理化学方法，如热分析在测定食品热值中的应用，化学动力学在食品保鲜保质期测定方面的应用，胶体化学原理在食品加工中的应用等等。
二、与专业结合的绿色化实验教学
实验教学是课程三段式教学中理论知识的具体验证与应用。在实验教学环节中，又分三个教学层次来进行，即实验技术讲座、基础理论验证性实验和运用物理化学知识解决实际问题的综合性实验三部分。在实验技术讲座的基础上，根据专业学时不同，安排8个或10个涉及热力学、电化学、化学动力学、表面化学与胶体化学等各方面理论知识最典型最具代表性的验证性实验，同时注重实验过程的绿色化，如凝固点降低实验中的苯和萘更换为水和尿素，双液系中的苯更换为环己烷，溶胶性质中的三硫化二砷负胶更换为粘土。在验证性实验训练的基础上，根据实验室条件、不同专业、不同实验学时数，选取一些与专业有关的研究性、应用性实验项目，让学生综合运用物理化学课程学习及查阅文献资料获得的知识，自行进行实验设计，完成实验内容，分析实验结果，撰写实验报告。如针对应用化学专业学生，结合每位教师的科研工作，提出了与生产相关的4个综合性实验项目：果醋总酸度的测定、果胶酶对果汁黏度的影响、维生素C氧化速率的测定和大孔树脂对色素吸附速率测定；对于资源环境科学及环境科学专业学生，主要结合环境问题，提出了表面活性剂临界胶束浓度测定和活性炭对水体中有机污染物的吸附性能测定实验项目。另外对于同一实验，针对不同专业，采用与其专业相关的不同实验材料，如电导滴定实验，对葡萄酒专业，让学生测定葡萄酒的总酸度；而对食品类专业，测定食醋的总酸度；对于资源环境专业，测定土壤的阳离子代换量及不同水体的电导率，这些实验内容同样体现了绿色化的内涵，而且实验内容也趣味化。
三、教学方法中突显物理化学在各专业中的地位
教学方法改革是影响人才培养模式改革的关键环节之一。教学方法不仅影响学生完成学习任务的“程度”，也是影响教学质量“方向”的一个重要因素。因此，为了帮助学生在本质上理解化学变化，从理论上解释化学现象，在实践中利用物理化学的基本理论、基本知识和基本方法解决实际问题。在课程教学过程中，以“三段式”教学方法为基础，围绕创新教育的战略，研究“问题教学+参与式教学”法，以充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，实现创新教育。
物理实验设计论文范文第2篇
摘要：本文针对传统汽车线束设计开发中存在的问题，介绍了CHS软件的主要功能模块以及基于CHS软件的线束设计开发流程。同时说明了基于CHS软件的线束设计方法在汽车领域的重要意义。
关键词：CHS;线束;设计流程
1 引言
线束为汽车的神经网络系统，是汽车系统组成中重要且不可或缺的部分。目前国内汽车线束设计主要应用AutoCAD、ProE、uc和Catia等机械软件完成，主要存在以下问题：
（1）二维设计与三维设计脱节
使用以上软件进行线束设计，各系统的电气属性关联，与三维软件的设计不能有效结合，无法通过接口将接线图中的信息传至三维环境中进行自动布线，无法生成与真实线束几何尺寸相同的实体，无法协调电缆和线束通道，达到合理的总体布置效果。
（2）设计与仿真脱节
机械的软件（如AutoCAD）与系统仿真软件没有数据接口，完成的设计没有电气属性，无法进行仿真分析，造成设计流程中仿真分析与设计脱节，电气系统性能验证只能通过实验室物理验证、试飞验证和外场考核验证三种方式来完成，造成人力、物力和经费的巨大浪费。
（3）自动化程度不高，效率低下
机械软件（如AutoCAD）没有计算、统计和数据关联功能，不能自动进行电气规则、机械属性匹配等检查，无法自动生成相关图样的明细表、导线表，设计员统计、协调的工作量很大而且容易出错，以致工作需要重复多次，效率低下;
（4）缺乏统一的数据管理
纯机械软件没有数据库的概念，与PDM的数据交联也仅限于设计图样的保存，而不涉及电气属性，没有电气元器件库、电气标准件库、电气器材库、设计特征库等内容。车型配置丰富或设计更改时，由于缺乏有效的数据管理，往往出现设计或更改遗漏，导致数据不一致等问题，不能保证设计或更改的完备性。
针对以上问题，国内外各个汽车厂商陆续采用专用化的线束设计软件进行线束设计，提高线束的设计水平。Mentor Grahpics公司的CHS（Capital Harness System）软件作为设计平台拥有先进的设计方案及合理人性化的设计流程，非常适合汽车线束设计工作。
2 CHS特征及应用情况
CHS（Capifal Harness System）线束设计软件涵盖了电气原理到线束工程化设计，直至最后生产制造的整个流程。CHS为整个设计流程提供了请打的数据管理功能，接线图设计数据域线束图同步，自动生成线束图的接线表，设计数据高度重复，避免了传统设计过程中的大量重复操作和人工操作，减轻设计人员的工作量，提高设计效率和准确性。其与线束三维布置设计通信，实现机械和电气一体化设计。
CHS线束设计软件特点如下：
基于以数据为中心（data-centric）的思想，支持广泛使用的Oracle数据库，整个流程中所有的数据实施统一管理，可以被各个阶段的设计软件访问;
先进的线束设计理念如复合设计（设计派生、选项）、模块化没计等;
支持全面的数据管理，提供数据、项目、器件库、用户等管理功能;
支持功能强大的仿真和分析;
支持与主流MCAD、PDM软件的连;
Mentor公司的CHS软件在国内外汽车领域有广泛的用户群。欧洲、美国和日本（一部分）的主流汽车厂商和线束厂商全部采用CHS的设计软件做线束设计，包括标致雪铁龙、福特、马自达、捷豹、现代汽车、沃尔沃、路虎、AFL、Delphi、Lear、Yazaki、Sumitomo等。国为汽车设计厂商使用CHS软件主要包括：长春一汽轿车股份有限公司、长春一汽设计研究院;奇瑞汽车、东风标致雪铁龙、长安汽车，Lear中国线束厂、Delphi中国线束厂等。
3 CHS模块介绍
CHS主要包括基础管理模块（数据库管理）和设计工具模块。其中基础管理模块包括Capital Project、 Capital Symhol、 Capital Lihrary、 Capital User，設计工具模块包括Capital Logic、Capilal HarnessXC、 CHS CATIA V5 Bridge和Capital Report。
3.1 Capital Project（项目管理）
Capital Project是CHS的项目管理工具，主要用来设定项目的各种参数和管理设计，比如图纸参数设定、发布等级设定、设计规则设定、命名规则设定，对象名称属性设定、图纸变更策略、共享对象设定和图纸版本管理。
3.2 Capital Symbol（符号库管理）
Capnal Symhol是原理图和线束图的图形符号的建库工具，在Capital Symhol中可以建立不同类型的符号，定义电气管脚号和外形，建立完成后可供原理图、接线图和线束图调用。
3.3 Capital Library（库管理）
Capital Lihrary是Part Numher建立工具，用来创建电气设计中所用到的所有器件的PartNumher，并且该软件为不同类型器件（Connector/wire/splice/clip/tube等）事先分类，并日.拥有不同类型的特性描述，比如连接器可定义孔位数、所用端子、适用导线、匹配插座（插头）等，导线可定义线色、材料、规格、CSA等。
3.4 Capital User（用户管理）
Capital LTser是CHS的用户管理工具，CHS软件的登陆是需要用户名和密码的，每个设计师和管理者都拥有自己的帐户和密码，并且有自己所属的域和所具有的权限，Capital User就是用来建立和管理这些帐户。
3.5 Capital Logic（原理，接线图设计）
Capital Logic是一个易学易用的基于电气特性的专业原理图/接线图设计工具，设计中的任何电气对象（导线、连接器、设备）都是可以被软件识别的，能够对所有电气对象指定Pan Numher，支持高级自动命名功能。
树状目录结构，浏览查询方便，可直接调用CapiIal Symhol中建立的符号库进行绘图，可用快捷键对设计内对象进行快速定位和缩放，支持鼠标缩放、平移，笔划命令，操作简单、快捷。
3.6 Capital HarnessXC（线束图设计）
Capital HarnessXC是一个功能完善的线束设计工具，能够从接线图获取连接器管脚互连信息和导线信息，能够从CATIA获取三维线束的拓扑和分支长度信息，以及Clip、Tube、Tape等信息。在Capnal HarnessXC也可以编辑和定义所有的线束细节，比如改变分支长度、改变保护方式、改变导线连接关系等等。Capital HarnessXC中还可以对连接器自动选择所用Terminal和Seal，自动计算所有导线的长度。所有生产用报告文档可在CapitalReport中生成。图纸可输出成PDF格式或者dxf格式。
3.7 CHS CATIA V5 Bridge（与CATIA接口）
CHS CATIA V5 Bridge可实现CHS与Catia之间的数据交互。该接口又分成两部分，第一个部分是接线图与CATIA的接口，能够将接线图的导线连接关系导人CATIA，将连接器进行链接后布线，得到真实的导线信息后返回接线图。对于交互式流程来说，更重要的是第二部分接口，能够将CATIA的三维模型，导入到Capilal HarnessXC中，包括导线、连接器、线束包扎、Clip、Grommet等。
3.8 Capital Report（报告生成器）
Capital Report是用来输出各种文档报告的工具，可以从不同项日的接线图、线束图等图纸中按照各种属性查询提取所需要的信息。并且提供“where used”查询功能，即可以查询到某器件在哪些图纸上用到，具有信息跟踪能力。文档可输出成pdf、csv （excel）、html、xml等格式。
4 CHS线束设计基本流程步骤
CHS软件的设计流程为交互式的设计流程，主要包括数据库建立、接线图和梳理物料表，其中三维数据接口缩短二维图纸的设计时间，CHS提高了线束图纸的一致性和可靠性，主要设计流程如下：
4.1项目创建
在开始系统功能型设计时，需要先创建一个项目，可进行设计规则制订和版本管理。使用CHS的Capital Project模块，具体管理的内容如下：
管理版本状态
设计规则制订
优先选择规则一包括设计规则检查（ DRc）、图形符号及文字的字形、线形选定
预设命名一设置图中器件属性名称
列表（ build list）一可以将一系列设计按照不同版本状态组合在一起
共享对象一管理不同设计图中共用的连接器、设备及互联的导线。
设计管理一对Project目录下的所有设计进行编辑管理。
4.2建库
在进行功能性设计之前，库的建设同样必不可少。其中包括Symhol和Lihrary两种库。
Symbol库是设计图中的图形符号库，由CHS的Capital Symbol完成。
Lihrary库是与设计图中器件、信号相关联的产品信息库，由CHS的Capital Library完成。
4.3原理设计和接线设计
原理和接线图设计由CHS软件的CapitalLogic模块完成。提供了标准的图形化电气设计环境，具有可扩展的电气设计规则检查，减少设计失误。
4.4 线束图设计
线束图设计使用Capital HarnessXC模块，绘制详细的电缆图。
4.5导出报告
在所有設计完成后，使用Capital Report模块导出相关的设计报告和各种物料清单、电线表。
5 CHS使用评估
5.1强大的数据管理功能
CHS软件的核心模块是Capital Managei，与之相连接的是Oracle数据库。所有的设计数据都通过Capital Manager与数据库相连。
CHS软件具有强大的数据管理功能，具体表现在以下方面：
传统设计中，对于电气设计图样的管理，只有三维设计的进入了VPM系统，二维图纸没有进行足够管理。与之相比，CHS可以很方便的进行设计图样的版本管理，生命周期管理，可以根据设计需要进行批架次有效性管理。可订制设计图纸的审签流程，可订制电气设计规则。可以将一系列设计按照不同版本状态组合在一起，成为一个设计列表，便于查询。若干设计人员可以对一个方案进行并行工作，完成电气图样设计，提高了工作效率。
对设计者角色、权限进行管理，使每个人的设计目的更明确，进行Capiral Logic设计的人，没有对标准库中的元件进行更改的权限。不会出现标准混乱的现象。
进行报告管理，可以很方便的查询设计中的任何一个元件或者电线的信息。可以进行报告的导入和导出，这使得对设计数据的统计更加方便，明细表、电线表、物料清单等自动生成，大大提高了设计效率。
Capital Lihrary所涵盖的信息非常全面，提供了对各种类型设备的信息选项。如每种单根电线的线号、外径、颜色、单位重量、客户订制颜色、供应商及用户标识甚至是进入连接器需要切割的长度（add on、knock off选项）都订制登记入库。另外，可改变成品的状态是新品、当前货架产晶还是已淘汰产晶，在进行功能性设计的时候，新品和已淘汰产品会自动提示引起设计者的注意。
5.2规范的设计流程
传统的设计流程中，二维设计图样与三维器件、线束安装图之间没有信號的传递，为了在CATIA V5三维环境中敷设电缆，必须使用软件自带的EFD功能模块，但该模块以表格的形式进行定义，对于复杂的系统定义，效率低、易出错，十分繁琐。
CHS软件与CATIA V5实现了无缝连接，在CATIA V5电气设计环境中嵌入了CHS的图标，
在CATIA V5中完成线束的敷设后，调入电线的接线信息，完成设备与逻辑关系之间的匹配，即可实现电线的自动敷设，并将分支长度等信息反馈到CHS当中，完成最后的电缆图和电线表，使设计的电缆长度更加准确，节省成本、减少了日后修改的工作量。
5.3软件应用特性
5.3.1提高设计准确性
CHS软件具有白查功能，所有的器件和电线符号标示均是唯一的，当输入一个重复的名称时会自动提示命名错误。DRC设计规则检查使得在功能图设计中，没有连接到设备端、冗余电线、设备命名不规范、共用管脚号冲突等不容易查出的错误全部显现出来，使得设计更加的准确，减少校对的工作量。
5.3.2提高设计效率
在功能图设计中，器件直接从svmbol库中调用，连线自动捕捉到设备上，能够自动走成规范线形。
设备和连线可作为一个整体进行拖曳，与AuroCad设计相比，非常容易的实现设备的移位和布局。
图中所有的器件信息都在左侧的工具栏内显示，与AutoCad设计相比，可以很方便的查询任何一个器件的位置并进行修改，大大缩短了搜索查找的时间，提高了工作的效率。
5 结束语
汽车电子电器系统日趋智能化复杂化，车辆的配置也日益丰富多样化，这就极大的提高了电气系统工程师（线束设计工程师）的工作量，同时对工程师的能力要求也越来越高。
汽车产品质量，与电气系统的设计和线束设计密切相关。当前一般的电气设计流程和方法：冗余繁杂的工程师手工工作、缺乏监控的数据迁移、缺乏追踪的版本变更、缺乏仿真验证手段、与三维设计与工程制造缺乏接口等问题，成了制约线束设计和产品研发的一个瓶颈。
CHS软件具有良好的交互界面、结构化的数据管理、规则的功能核查和先进的设计流程，减少了工作中的错误率，提高了工作效率，缩短了开发周期，同时提高了设计质量。
在汽车设计开发过程中，应用CHS软件（或同类设计软件）将会是汽车线束设计的主要趋势。
物理实验设计论文范文第3篇
【摘要】“翻转课堂”教育理念能够帮助教师激发学习热情，调动起学生的自主学习能力。本文通过对翻转课堂的感念以及其对于初中物理实验教学的意义进行阐明，并对翻转课堂教育理念在初中物理实验教学中的设计应用提出合理化建议，以期为初中物理教师的实验教学提供参考。
【关键词】翻转课堂 初中物理 实验教学
引言：
随着我国当前教育事业不断发展，学生接受到的知识越来越深入化。传统教学观念中，初中物理教师是课堂主体，以应试教育模式为核心展开理论教学，不仅降低了学生的动手实验能力，也无法有效调动学生的学习热情。翻转课堂理念的引入，强调以学生为课堂主体，能够帮助学生激发兴趣，提升学习效率。
一、翻转课堂的概念
翻转课堂又被称为“颠倒课堂”，指教师应当做出思想上的转变，让自己成为学生，把学习的自主权交给学生，将以往的课堂授课时间拿出来通过视频、电子资料等形式让学生进行课前自主的学习，为学生自发进行讨论创造时间和空间，同时掌握学生的喜好与需求，增加教师与学生的沟通交流，从而激发学生的学习兴趣、培养其自主学习的意识，提升其学习效率，最终全面培养学生的综合素质。
二、翻转课堂对于初中物理实验教学的意义
翻转课堂对于学生，不仅仅是通过课本进行简单地预习，也要利用视频、电子资料等网上资源进行课前学习。这要求初中物理教师在制定教学设计方案的同时，将实验的理论原理、操作的规范流程录制成视频分享给学生，让学生在课前就对新课程拥有一定程度的了解和掌握，使得在实验教学课堂中，学生能够拥有更多的时间将理论与实践结合进行实验操作，从而有效强化中学生的动手能力。由此可见，“翻转课堂”的教学理念对于提高学生学习效率、提升初中物理实验教学的教学质量有非常重要的意义[1]。
三、基于翻转课堂的初中物理实验教学设计的建议
（一）录制实验操作视频
初中物理教师在课前需要对学生的整体学习情况进行掌握了解，对实验教学的课堂任务和目的要明确。另外，为了能让学生在实验教学中拥有充足的动手操作时间，教师应该借助多媒体平台，在課前将实验的操作规范、整体流程以及实验数据的记录录制成时间恰当的视频，通过网络渠道分享给每一名学生，同时，在视频中教师也要对于每一个实验材料进行介绍，让学生明确其作用，从而使学生在实际实验教学中能顺利进行操作，节约教学时间。在录制视频的同时，教师也要设计合理的实验问题，让学生带着问题观察视频，进而在实验操作中逐渐探讨出对问题的合理解答。
例如，在学习《摩擦力》一课时，教师在录制视频时要将大小和光滑度不同的木板、木块、重量不同的砝码以及弹簧秤都逐一进行介绍，然后运用控制变量法分别进行实验，整体流程要规范，步骤说明要简洁明了，同时也要引导学生回忆平时生活中的相关现象，加深其对新知识的理解。
（二）指导实验和小组讨论
实验教学中，教师不能将课堂时间占为己有，应该扮演辅助者和指导者的角色，为中学生复述视频中的操作规范以及注意事项，让学生以小组的形式带着问题，每个人都参与到主动操作和探究中来。
这里仍然以《摩擦力》的实验教学为例，在课前教师提出问题，一方面让学生简单讲出自己回忆中的静摩擦力和滑动摩擦力的现象，另一方面要学生在实验操作中去探讨以及验证摩擦力的性质和影响因素。
例如，带着“影响静摩擦力大小的因素都有什么”的问题进入实验，在实验中让学生用弹簧秤水平拉木块，力度逐渐加大，观察弹簧秤读数的变化，同时观察当拉力增大到多少时木块正好被拉动。
另外，将实验继续进行下去，观察匀速拉动木块时滑动摩擦力的大小读数是多少，从而探寻出滑动摩擦力与最大静摩擦力之间的关系。
最后，可以在木块上增加准备好的砝码，观察其对最大静摩擦力有何影响。
在实验过程中，教师应该要求学生做好记录，让学生对所观察的现象以及学习的知识进行消化和理解，并在小组中进行讨论和分析。在此过程中，教师要起到辅助指导的作用，巡视学生的讨论情况，及时解答学生在探讨过程中提出的疑惑，从而引导中学生找到准确答案。
（三）总结和拓展
在实验教学的最后，教师要组织学生结合理论知识对于实验进行总结和梳理，进一步明确实验目的和知识要点，对所学的知识进行巩固。这样可以锻炼学生的总结能力，回到物理教学的任务中来，从而完善物理教学的知识体系。同时，教师也要在课后为学生设立拓展问题，比如提出“自行车中的摩擦力”、“汽车中防抱死刹车装置中摩擦力的作用”等联系生活的问题，让学生寻找相关资料进行了解和分享，从而拓展了学生的知识面。
结论：
总体而言，在“翻转课堂”的思维模式下，要求教师能够以学生为课堂中心，发挥出初中生的主体作用，辅助、引导学生进入实验教学中，从实验中探寻物理世界的乐趣，从而帮助学生提高学习效率，培养其动手能力。
参考文献：
[1]李密丹，刘冬梅.翻转课堂在设计性物理实验教学中的应用[J].科技视界，2017（36）：44-45.
物理实验设计论文范文第4篇
探究式实验教学的主要目的在于培养学生的创新意识。但目前的很多探究式物理实验，学生只是按照教师设计的实验步骤一步一步地去操作，学生几乎不用思考，也不明白为什么这样做，缺少了关键的实验设计过程，不是真正的实验探究。这样不仅不能培养学生的创新能力，反而让学生逐渐失去学习的兴趣和探索的欲望。为了培养学生各方面的物理素养，必须引导学生自主设计实验方案。笔者结合自己的教学实践，在探究式实验设计中进行了以下5点尝试。
1 创设实验教学场景 激发学生探究欲望
如果没有实验设计的场景，大部分学生会感觉到无从下手。所以要让学生主动探究，必须给学生创设一个形象生动的场景，既能激发学生的探究欲望，又能激活学生的预备知识，让学生的思考有明确的方向，进入实验方案自主设计的理想思维状态。
在“气体的等温变化”教学中，笔者用一个小实验设置实验情境：取一个剥去外壳的熟鹌鹑蛋，放在一个口径略小于它的烧瓶瓶口处，把烧瓶浸入热水中，一会儿后，鹌鹑蛋会向上弹出；把烧瓶浸入冷水中，一会儿后，鹌鹑蛋会向下进入烧瓶。让学生在鹌鹑蛋可以完好无损地向上弹出和向下进入烧瓶的惊奇中，设置引导问题，鹌鹑蛋在某一瞬间为什么会向上弹出（或向下进入烧瓶），激发学生对将要学习的气体问题产生浓厚的兴趣，提出要探究的问题：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积变化时的关系。这样的设计符合学生的认知规律。
2 教师引导 对问题进行科学猜想
如果学生没有经过科学猜想就进行实验设计，学生不知道实验的目的，实验设计就难以进行下去，不能培养学生的猜想能力，经历的探究过程也不能锻炼创新思维。所以教师必须引导学生根据已掌握的物理知识、随堂实验和生活经验，把学生引入科学猜想的情景，有理有据地对问题进行猜想，明确探究的方向。
在探究“影响导体电阻的因素”的教学中，笔者通过下面3个现象引导学生猜想：①滑动变阻器的滑片移动，电阻变化；②使用的是220 V的灯泡，灯丝越粗越亮；③电线常用铜丝制造而不用铁丝。这样的设计给学生的探究指明了方向，学生一步一步地得出自己的科学猜想。
3 教师引导 选用实验器材
如果教师直接给学生提供实验器材，并介绍各种实验器材的功能，代替了学生的探究和猜想，学生没有学会遇到困难如何解决问题的方法。所以可以给学生预备多种器材，包括一部分无用器材，让学生在问题的引导下思考实验的原理，选用器材，思考有没有更好的替代器材，有没有创新，体现探究的开放性。
在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，笔者陈列一些实验器材：干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、电键和导线若干根等，让学生选择器材，自行设计电路图来完成实验。笔者用下面的问题来引导学生选择实验器材：①需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么；②选择什么规格的器材，被测干电池选内阻较大的还是较小的，伏特表选什么量程，安培表选什么量程，滑动变阻器选阻值较小的还是较大的。通过这样的设计引导学生重视分析实验器材与实验目的和原理的联系，分析为什么要选用这些器材，这些器材有什么用途，把本实验的知识融合在一起，在分析问题的过程中培养学生独立思考的能力。
4 问题引导 自主设计初始实验方案
学生根据自己的预备物理知识，在教师的问题引导下自主设计检验猜想的实验方案，包括根据实验要求理解实验原理、先后测量哪些物理量、具体如何操作、编写实验步骤、设计实验表格等。
在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，笔者用下面的问题来引导学生进行初始方案的设计。①物体的加速度与它受的力、质量这两个因素均有关，应采用什么实验方法得出加速度与力、质量三者间的定量关系？②这个实验需要测量的物理量有哪些？③怎样测量小车的加速度？需要什么器材？请同学们设计一个可行的实验方案。④我们要让细线对小车的拉力等于小车受到的合力，怎样平衡掉阻力？阻力来自哪些方面？怎样才算平衡掉了阻力？通过以上问题的引导，学生知道了实验的方法，解决了实验设计中的困难，最后大多数同学都能设计出自己的实验方案。
5 小组合作交流 进一步优化实验方案
由于每个学生的实验方案设计水平不一样，思考问题的角度也不一样，得出的实验方案就有若干种，所以有必要对初始实验方案通过小组合作的方式进行交流，交流初始实验方案中未解决的问题。着重交流实验器材的选用、实验如何改进、实验各部分的前后顺序如何安排、实验数据的表格如何设计、组内成员如何分工、实验过程中应注意的问题等，从而进一步改进实验方案，最终得出较合理的实验方案。
在“探究功与物体速度变化的关系”的教学中，学生在教师适当的点拨指导下，自主设计出可行的实验方案，并在各小组内交流后展示，有的小组受“探究加速度与力、质量的关系”实验的启发，实验设计如图1所示，由钩码提供牵引力拖着小车做实验，可以通过改变钩码个数的方法来改变功的大小，探究拉力做功与小车速度变化的关系。还有的小组受拉力器的启发，实验设计如图2所示，由橡皮筋提供牵引力，探究橡皮筋对小车的弹力做的功和小车速度变化的关系。师生经过交流，认为既可以考虑用恒力做功，如图1的方案；也可以用变力做功，如图2的方案。如何探究功与小车速度的关系？进行若干次测量，得到若干组功和速度的数据，然后利用这两组数据研究功与小车速度的关系，最后讨论功的确定与速度的测定的方法。
物理实验设计论文范文第5篇
设计型实验不是基础实验的重复, 而是作为基础实验的提高和深化。它是在教师的指导下, 学生选择实验课题, 应用已经学过的物理化学实验原理、方法和技术, 查阅文献资料, 独立设计实验方案, 选择合理的仪器设备, 组装实验装置, 进行独立的实验操作, 并以科学论文的形式写出实验报告。由于物理化学实验与科学研究之间在设计思路、测量原理和方法上有许多相似性, 因而对学生进行设计型实验的训练, 可以较全面地提高他们的实验技能和综合素质, 对于初步培养科学研究的能力是非常重要的。
1 设计物理化学实验的方法和步骤为
(1) 设计实验的程序。认真研究题目的内容和要求, 包括题目的所属范畴, 数据结果要求的精密度和准确度, 哪些是直接测量的量哪些是间接测量的量, 难点是什么, 影响因素有哪些等。进行调研工作。查阅有关的文献资料, 包括前人采用过的实验原理、实验方法、仪器装置、反应容器等, 进行分析、对比、综合、归纳。对实验的整体方案和某些难点的局部方案进行初步的设想和规划, 并写出预习报告 (除常规的要求外, 必须有整体测量示意图及所需的仪器、药品清单) 。实验前一周将预习报告交任课教师, 以便审查方案和准备仪器、药品, 否则不予做实验。
(2) 设计实验的方法。首先根据题目内容和要求, 选择合适的实验研究原理和测量方法, 可以从前人已做过的工作中选择, 也可以在前人研究的基础上提出新的实验研究原理和测量方法, 也可以将前人的实验研究方案作些改进。当然如能取各家之长, 重新设计更完善的实验模型更好。选配合适的测量仪器。在测量原理和测量方法确立之后, 应着眼于选配合适的测量仪器。所选的仪器的灵敏度、最小分度值和准确度应满足测量的误差要求, 但勿盲目追求高、精、尖。测量装置要尽可能简便, 容易操作与筹建。特别应注意实验仪器的精度配置, 否则会造成不必要的浪费。例如, 若实验结果用记录仪记录, 通常只有3位有效数字, 所以如果实验中需要测量电压数值, 则不必选用有5位有效数字电压表。设计的原则应体现科学观念、实践观念与经济观念。反复实践, 不断总结。实践是检验真理的标准。实验设计方案是否可行, 最后要通过实践来验证。由于人们的认识与客观事物的规律不一定完全符合, 因此在实践中出现这样那样的问题是必然的。要善于发现问题, 总结失败的经验教训, 不怕困难。在反复实践中不断改进, 不断完善, 直至取得满意的结果。
(3) 设计实验的要求。所查文献要至少包括1篇外文文献, 同时有关设计型实验的预习报告和实验报告要求用英文书写, 以培养学生的专业英语的阅读和写作能力。学生必须自己设计实验、组合仪器并完成实验, 以培养综合运用化学实验技能和所学的基础知识解决实际问题的能力。
2 实验试剂条件的选择
物理化学实验以性质测定为主, 只要能较好地体现所测定体系的物理化学性质, 试剂以选用低毒乃至无毒品为佳.允许有条件地少量使用贵重且用量不大的试剂, 禁止使用高毒试剂, 国家管制试剂的使用要严格执行审批和监管程序。试剂种类以常见及武汉市面上容易购买的试剂为基础.所需试剂请在实验7天前到实验室咨询, 以确定安排购买、改用其它试剂或另作其它安排.
3 设计性实验需要注意的问题
为了达到设计性实验的目的, 又能避免实验设计涉及仪器范围过宽、使用试剂品种过多, 使实验能切实可行的进行, 需要注意和重视以下问题:
(1) 设计性实验是指采用两个及两个以上的原来属于独立的实验, 经实验测定获得原实验未曾获得的新的物理化学数据的实验;或采用两种及两种以上原理综合设计或改进的可以获得更多、更新实验数据的实验;或跨专业、跨学科的实验组合。
(2) 设计性实验是指基础物化实验课中没有做过、常见实验讲义中没有, 需要查阅资料, 根据已学知识, 自主确定实验原理, 自主设计实验操作过程的实验。
(3) 使用精密、贵重仪器的数量, 设计实验一般不超过2台套, 小型设备不限。
(4) 试剂一般不超过5种 (同一物质不同浓度算一种) , 实验时间限定在6~8小时内。
(5) 同一大组内宜设计相同的实验, 在实验设计准备过程中应有明确分工, 相互配合, 团结协作。
(6) 实验前应完成实验设计的完整设计报告, 包括实验目的、原理, 所需仪器试剂, 具体操作步骤, 需记录的数据, 数据的处理方法等各项内容, 并交一份有小组全部成员签名的打印稿给实验室存档。
(7) 实验设计报告应在该实验开始前1周交实验指导教师检查, 无重大原理、原则性错误, 并经实验室权衡仪器试剂的使用分配后, 即可组织实施。
(8) 实验中所有需要配制溶液的, 均自行完成;需要配制标准溶液的, 应报经实验室认可后, 在实验前1~2天到实验室自行完成;多个实验均需要的公共溶液由实验室配制完成。
(9) 允许实验失败 (即得不到预想的实验结论) , 但应给出尽可能详细、令人信服的分析说明, 否则以未完成实验论处;也允许在实验中不断地更正设计错误, 但一般以不突破时间限制为宜。
(10) 有特殊要求的实验, 应在实验设计报告中特别说明, 经指导教师同意后方可实施。
(11) 设计性实验结果在公开刊物上发表的, 应送一份单行本或复印件给实验室存档, 否则取消实验指导教师今后指导设计性实验的资格, 直至补存为止。
摘要：提出了大学物理化学进行设计性实验的必要性, 阐述了实验设计的方法和步骤, 提出进行实验设计中实验试剂的选择和需要引起注意和重视的问题。
关键词：物理化学实验,设计性
参考文献
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