研究式实验

研究式实验（共12篇）

研究式实验 篇1

随着家庭电气化的发展, 家用电器用量在逐年增加, 由此产生的电器火灾也呈递增趋势, 造成了巨大的经济损失, 逐渐成为危害社会与人民生命的安全的巨大隐患。电熨斗作为家庭常备电器之一, 是一种火灾危害较大的电器。1997年10月10日下午, 中国台湾省云林县虎尾镇德新街的一家洗衣店因蒸汽电熨斗爆炸而引起大火, 造成该洗衣店一顾客被烧死的惨剧。

本试验中, 笔者选用飞利浦牌三种不同型号电熨斗, 破坏温控器的为引火源, 以床罩、坐垫和木板为引燃材料, 测试不同摆放位置下, 电熨斗对不同类型材料的引燃特性。

1 试验材料及方案

试验材料及测量参数见表1所示。

(1) 引燃床罩试验。

将16层床罩平铺在木板上, 电熨斗平放在床罩中间, 在床罩与木板之间插入4支热电偶, 红外热像仪距电熨斗中心1.4 m, 3支热电偶布置在电熨斗的三个顶点处。

(2) 引燃坐垫试验。

将坐垫平铺在木板上, 电熨斗平放在坐垫中间, 在坐垫与木板之间插入2支热电偶, 红外热像仪距电熨斗中心1.4 m, 3支热电偶布在电熨斗的三个顶点处。

(3) 引燃木板试验。

将电熨斗竖放在木板中间, 红外热像仪距电暖器中心1.4 m, 3支热电偶分别布置在电熨斗的三个顶点处。

引燃试验示意图见图1所示。

2 试验结果及分析

2.1 床罩引燃试验

(1) 试验现象描述。

1′56″:电熨斗按钮处开始冒烟;2′17″:电熨斗前、后侧开始冒烟;3′30″:电熨斗下侧变黄, 床罩出现糊味, 烟变多变浓;5′00″:电熨斗前侧边缘变黑, 前侧冒烟较多;7′30″:电熨斗前部变形, 塑料外壳熔化;8′50″:开门放烟, 床罩大面积变黄, 塑料熔化流出;10′43″:电熨斗前下部分基本全部烧黑;11′29″:加热铁变红, 电熨斗前部塑料烧穿, 后侧变形;12′40″:开始发出“口兹口兹”的声音;13′00″:电熨斗起火, 冒黑烟;试验后发现床罩下木板上留有与电熨斗形状相似的熨烫痕迹, 试验及现象见图2所示。

(2) 电熨斗及床罩底面温度场。

电熨斗的电阻丝多由镍铬合金制成, 根据试验所得数据可得, 在破坏温控器的条件下, 电熨斗金属底板温度上升很快, 最高温度可达750 ℃左右;而电熨斗的外壳部分多由热塑性塑料制品构成, 当受到底面金属板的加热时, 熔化流动, 产生可燃烧的黄色熔滴, 熔滴四处流散造成火势蔓延, 温度进一步升高。对于被引燃材料, 棉质类产品的燃点一般在200～300 ℃, 靠近电熨斗前半部分的床罩底面温度较高, 最高可达750 ℃左右, 而电熨斗后半部分加热面下的床罩底面最高温度为600 ℃左右, 远远高于材料燃点, 因此床罩被引燃, 且燃烧完全。电熨斗底面温度及床罩底面温度曲线, 见图3、图4所示。

2.2 坐垫引燃试验

(1) 试验现象描述。

1′40″:电熨斗前侧开始冒烟;2′30″:电熨斗四周开始冒烟;3′22″:电熨斗下侧边缘开始变黄, 烟变多;4′50″:电熨斗四周变成深黄色;6′40″:电熨斗两侧中间部分变黑;7′00″:电熨斗前侧塑料烧透, 变黑面积增大;9′00″:产生大量白烟, 电熨斗烧透面积增大;11′00″:电熨斗前半部分基本熔化, 可看到红色加热铁, 电熨斗前倾下陷;15′05″:扶手处变黑;15′48″:电熨斗起火, 白光, 发出较大“口兹口兹”声, 电路板起火, 坐垫被烧穿。坐垫引燃试验现象见图5所示。

该引燃试验中使用的电熨斗功率较大, 坐垫内部材料喷胶棉的主要成分是涤纶化纤, 燃点为360～390 ℃, 与床罩引燃试验相比, 整体试验时间较长, 试验现象更明显, 火势更大, 坐垫下木板表面木材被烧透。

2.3 木板引燃试验

(1) 试验现象描述。

4′00″:电熨斗上方开始冒烟;4′30″:电熨斗内部出现闪火;5′20″:电熨斗底面顶部变白;6′45″:底面变白面积逐渐增大, 烟量增多;7′40″:电熨斗底面开始变红;8′38″:电熨斗底面出现倒U型红色痕迹;9′03″:电熨斗底面四周出现火苗, 产生大量黑烟;10′08″:跳闸;12′18″:开始发出“口兹口兹”的声音。木板引燃试验现象见图6所示。

(2) 电熨斗底面温度场。

电熨斗底面温度曲线见图7所示。由图7可以看出, 电熨斗竖放状态下通电, 底面温度较平放状态时低, 与木板接触表面未燃烧, 因此木板未被引燃。由此可见, 电熨斗竖放比平放状态火灾危险性小。

3 结论

(1) 蒸汽式电熨斗是一种火灾危险性较大的家用电器, 在温度失控的状态下, 底面加热面温升较快, 随着温度的升高, 电熨斗塑料外壳会发生冒烟和熔化现象, 加热面最高温度可达750℃。

(2) 电熨斗平放状态比竖放状态底面温度更高, 引燃能力更强, 在实际使用电熨斗时, 通常会在电熨斗周围放有不同材料的织物制品, 例如全棉, 纤维材料等, 这些材料的燃点要比电熨斗加热面温度低, 极易被引燃造成火灾事故。

(3) 根据试验所得蒸汽电熨斗温度特点及引燃特性, 建议在日常使用中, 注意清理周围环境的可燃、易燃物;在带电状态下适当控制电熨斗温度, 做好时时监督;停止使用时, 应及时断电, 避免火灾事故的发生。

摘要：试验选取三种飞利浦牌蒸汽式电熨斗作为引火源, 破坏其温控器后按照不同的摆放方式对全棉床罩、坐垫和木板进行引燃试验。测量电熨斗表面及引燃材料温度场, 观察不同时刻的试验现象, 通过对所得试验结果的分析比较, 得出该类家用电器的火灾危害性。

关键词：蒸汽式电熨斗,引燃,火灾危险性

参考文献

[1]刘振刚, 李琛, 梁国福, 等.喷汽式电熨斗火灾痕迹物证鉴定技术的研究[J].消防科学与技术, 2005, 24 (2) .

研究式实验 篇2

1、主持法。由二至三名学生作自导主持人，像电视“正大综艺”或“十二演播室”节目那样，在课堂上引导其他同学阅读、分析、理解课文。主持人通过有趣的提问、严密的分析、生动的串缀，充分调动全体学生的兴越、发掘其潜能。

2、“卡拉OK”法。先就某一课布置学生阅读，课堂上在主持人引导下大家登台各抒已见。或者围绕某一篇文章，让学生去找相关篇目阅读，然后让学生在课堂上亮出自己读到的文章，并汇报自学体会。

3、游戏法。高中学生(特别是刚进高中的学生)，毕竟没有完全脱离幼稚期，学情调查显示，他们也希望轻松愉快地学到知识。于是，由他们自己主持，自由组合，就语文知识的`学习采取游戏方式进行。如：对对联、命题口头作文、以物咏诗、成语顶真式续接、语文知识猜谜、词语辐射等，让学生乐学，在游戏中愉快地主动获取知识。

4、表演法。即让学生根据具体课文上讲台表演。有诗词朗诵，议论文演讲、戏剧作品分角色表演等。

5、对抗辩论法。由学生自己组织、自己主持、自己推选评委，就学习中的某些焦点问题展开辩论。

6、讨论法。由自导主持人根据课文重点、难点、知识点、疑点、热点，设计若干问题，将全班同学分为若干小组，分任务研读讨论，形成一种活跃气氛，深入钻研课文，然后各组推荐代表发言。让学生在讨论中训练思维，学会自学。

7、主讲法。

以上七种方法，在自导课上可以单独使用，也可以综合运用。每堂课一般都有一个固定节目：“假如我来导学这一课”，时间约在8分钟左右，这个节目最能掀起学生学习的高潮，调动学生乐学的兴趣，发挥学生主体的作用。

在这阶段，主研人娄方钦的《用导读法调动学生思维的积极性》一文发表在《中学语文教学》杂志上，《“自导式”教学实验阶段小结》在市、县教研工作会上交流。

1月―1912月为总结提高阶段。继续进行“自导式”导读实验。主攻学生自学习惯和方法的培养，使学生自导更得法。

(一)、导之以势

就是为了使学生语文学习的气氛更浓，为之造就一定的声势。具体体现为“三分钟演说”、“周五工程”、“兴趣活动”等。

1、兴趣活动

“兴趣是最好的老师。”(爱因斯坦)，别人每周补课的时间，我则用来开展兴趣活动，引导学生发展特长，培养学生语文素质。具体开展以下一些活动。

(1)名著导读。

(2)名片欣赏。

(3)作文竞赛

(4)演讲赛、辩论赛

(5)理想形象设计

初中数学主题式教学实验研究 篇3

【关键词】初中数学 主题式教学 实验研究

在初中数学课堂教学中，主题式教学是值得采用的一种教学模式。主题式教学实践不仅能够让课堂教学更富针对性，也能够很好的锻炼学生的各方面能力。本文将具体谈谈初中数学主题式教学实验研究。

一、现实生活化主题教学模式

主题式教学是许多学科的教学中都适合采取的教学模式，不同主题的设置能够让教学重点更为突出，教学过程更有针对性。现实生活化主题教学模式，通常是借助生活化的教学背景或者生活化的教学方式逐渐进行相关知识点的教学渗透。也可以是将特定的问题融入到生活化的场景中，这样的问题形式往往能够更好的吸引学生的注意力，在问题解答中能够很好的锻炼学生的数学能力。生活化主题教学模式中，教师要做好问题的设置，生活化的情境创设是一件很好的外衣，对于情境内的相关知识点与问题的设置应当更高效。这样才能够更好的展开学生数学能力的锻炼。

例题1：火箭队最近取得了20连胜，姚明参加了前面的12场比赛，是球队的顶梁柱。

（1）连胜的第12场，火箭对公牛，在这场比赛中，姚明得了12分，其中罚球得了2分，你知道姚明投中了几个两分球？（本场比赛姚明没投中三分球）能用方程解决吗？列出来的方程是什么方程？

（2）连胜的第1场，火箭对勇士，在这场比赛中，姚明得了36分，你知道姚明投中了几个两分球，罚进了几个球吗？（罚进1球得1分，本场比赛姚明没投中三分球）这个问题能用一元一次方程解决吗？你能列出方程吗？

这两个问题很好的考察了学生对于一元一次方程以及一元二次方程的应用能力，问题的递进也很好的实现了从一元一次方程到一元二次方程的转换。学生们对这个问题都非常感兴趣，十分生活化的题设也极大的吸引了学生的注意力，尤其是班上的男生，听到这个问题后都非常兴奋。这是一个很好的教学契机，借助有意思的问题创设能够有效吸引学生的学习兴趣。这两个问题的考察形式都非常灵活，问题1借助一元一次方程就能够解答，然而，当过渡到第二个问题后学生发现，一元一次方程似乎已经不够用，要解答第二问必须列出一元二次方程。这个教学过程很有意义，不仅很好的锻炼了学生的方程思想与方程应用能力，也很好的活跃了课堂气氛，深化了学生对于数学课程的喜爱。

二、问题焦点式主题教学模式

问题焦点式主题教学是主题教学模式中的另一种形式。这种模式下，通过问题的导入与学生对于问题的思考很好的展开知识教学。在采用问题焦点式主题教学时教师要尽量让呈现的问题清晰直观，问题要能够引发学生从不同层面思考。这对锻炼学生的思维能力及问题分析能力很有作用，能够让后续教学要点引入后，学生对于知识点的理解更为透彻。

在学习《相反数》时，课堂上我首先引出了如下思考问题：请同学们自己找出一条理由，将-4，+3，+4，-3分成两组。

学生1：我将-4、-3分在一组，将+4、+3分为另一组，就是将负数分为一组，正数分为另一组。

学生2：我将-4、+4分在一组，将-3、+3分为另一组，就是把数是否相同作为分组的依据。

学生3：我把-4与+3分在一组，把+4与-3分在另一组。理由是两个数的符号不同，符号后面的数也不相同。

这三种答案是较为普遍的，也是都能够说得通的。这个问题并不难，然而，问题的设置却十分开放，能够让学生从不同层面展开思考与探究。从学生的分类中看出了他们的分类依据，借助这个问题的思考也能够很好的为“相反数”的引入提供铺垫。学生的各种分类我都给予了有针对性的教学评价，而这三种分类中都能够让相反数的概念得以体现。在此基础上我会逐渐引入概念，引导学生分析这个概念的含义与作用。这样的教学过渡不仅非常自然，透过问题焦点式主题教学也能够让概念更好的被学生理解与接受。

三、数学活动式主题教学模式

数学活动不仅能够让课堂教学氛围更轻松活泼，在许多有意思的活动中也能够很好的渗透知识点的教学，有效锻炼学生的综合数学素养。数学活动式主题教学不仅能够活跃课堂气氛，也能够很好的引发学生对于相关问题的思考探究。

在学习“圆内接四边形”时，我结合相关教学要点展开了如下数学活动：

（1）前面的学习中学生已经学习了一类特殊四边形：平行四边形、矩形、菱形、正方形、等腰梯形的性质，我会让大家思考：要探讨圆内接四边形的性质，一般要从哪几个方面入手？（学生动手任意画⊙O和⊙O的内接四边形ABCD）。

（2）我让学生们量出可测量的所有值（圆的半径和四边形的边、内角、对角线、周长、面积），并观察这些量之间的关系。

（3）思考：改变圆的半径大小，上述测量的量有无变化？由观察得出的某些关系有无变化？

（4）思考：移动四边形的一个顶点，上述测量的这些量有无变化？由上述观察得出的某些关系有无变化？移动四边形的四个顶点呢？移动三个顶点呢？

这一系列数学活动不仅很有针对性，随着活动的逐渐展开，也很好的引导学生对于“圆内接四边形”的思考探究。这个教学过程很有意义，数学活动的设置不仅让学生参与了课堂，也很好的活跃了课堂氛围，这种主题教学模式对于数学课堂是很好的推进。

结语

主题式教学在初中数学教学中有着很好的实践意义。无论是现实生活化主题教学、问题焦点式主题教学还是数学活动式主题教学，这些方式都能够让课堂教学更为高效，也能够从不同方面锻炼学生的综合数学能力。

初中物理探索式实验教学研究 篇4

课堂教学的实施主要是基于教材内容所进行的, 因此, 在初中物理探索式实验教学中, 其探索的内容应该从教材内容来明确, 关于这点的内容, 教师应该综合性把握教材内容, 确定哪一个环节更加适合探索式教学的内容。在明确其内容时, 应该扩大其探究的视角, 从而使封闭式的教材变得开放化。比如在进行并联电路与串联电路的连接实验时, 该实验比较典型, 其操作也较为简单, 学生可通过实验很好地掌握其相关的知识点, 在实际教学过程中, 若把这个简单的模仿操作教学内容转变成为探索式实验, 让学生自己来进行实验观察, 由学生自己来分析并总结出不同电路的连接方式以及各个电路的特点, 通过这种方式, 不仅可以增强学生物理学习的兴趣, 同时还能培养其自主探究的能力。

二、创设相应的情境, 激发学生的探索兴趣以及学习兴趣

要想达到一个的良好的教学效果, 首先必须得激发学生的学习兴趣。由于初中阶段的学生处于一种具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的过程, 习惯于通过经验材料来分析与判断事物, 不善于从理论上来进行推导。据大量的心理学研究表明, 该阶段的学生在认识事物时, 存在着一种直觉优先的倾向。而这也就要求教师在实施教学的过程中, 应该为学生提供相应的感性材料与活动机会, 使学生产生学习的兴趣, 从而有效地进行探索式实验教学活动。

在进行探索式实验教学活动时, 首先应该提出问题, 按照教学内容, 结合学生的生活实际, 创设相应的情境, 通过视频的播放、图片的展示、谚语或者小故事等各种方式来展现和教学内容相关的物理现象, 同时组织和引导学生从不同的角度来进行观察, 并发现问题, 提出和教学内容相关的问题。如在进行《压强》教学时, 教师可让一名男同学与一名女同学进行来钉板, 在钉板之前教师提供的大小不同的钉子, 并提出问题:“谁会钉的更快?”, 以此激发学生探索兴趣, 通常情况下, 学生认为是男生先完成任务, 但是结果显示, 在相同时间内, 女学生先钉好了, 在此时学生就会引发一系列的问题, 教师在这些问题的基础上, 引出压强问题, 继而进入到探索过程中, 使学生能够明白压力的作用效果可能和其受力面积大小相关。

三、让学生主动且积极地参与到实验中来

进行探索式实验教学的主要方式为让学生主动且积极参与到实验中来, 以此体会其所蕴含的物理知识, 通过学生自己动手实验, 加深对物理知识的理解和掌握。比如在学习《浮力》这一内容时, 教师可让学生拿着一个空塑料瓶在水槽中用力压, 在这一过程中, 教师应该引导学生多观察与体验:当空塑料瓶越往下时, 其所需的力也就越大, 同时所排开的水也就越多, 在此时, 教师可让学生进行思考两个问题:第一, 浮力和水深度时间的关系, 第二, 浮力和排开的水之间的关系, 学生通过自己的观察以及体验来总结其实验结果, 以此加深学生对浮力知识的理解。

此外, 学生在日常生活中与实验探索过程中, 会产生很多的想法和问题, 由于受到教学设备、课时以及课程的限制, 在课堂上, 教师根本无法一一解决。针对这一问题, 笔者建议, 应该将探索式实验延伸至课外, 引导学生进行课外的探索, 从而提高不同层次学生的实践技能, 推动其全面发展。

四、实施探索式实验教学需注意的问题

(一) 传统实验与探索式实验之间的关系

探索式实验教学的侧重点为培养学生的动脑能力以及动手能力, 因此在学生获得知识这一过程中, 可能花费的时间比较长, 有时还会影响其原有教学计划。对此, 在传统实验向探索式实验转变的时候, 教师应该进行统筹安排, 具有针对性地来培养学生的学习能力以及实践能力。

(二) 探索式实验的分段实施

探索式实验是一个循序渐进且从简单至复杂的过程, 在刚开始进行实验时, 应该安排一些较为简单的探索活动, 随着学生技能与物理知识的不断积累, 再安排一些较为复杂的实验活动, 在每一个探索式实验过程中, 应该设置相应的阶段性问题, 以此引导学生正确地进行实验和探索。

(三) 实验的适度开放

在探索式实验教学过程中, 经常会遇到一些意外的情况, 而这就要求教师除了具备扎实的专业知识以外, 同时还要具备相应的应变能力。在这种开放式教学活动中, 基于学生创新精神的保护, 正确引导学生自主进行实验。

(四) 实验小组的划分

探索式实验教学实施的基础为小组合作, 对此, 在进行探索式实验教学时, 首先应该进行小组的划分, 在小组划分时, 应该综合考虑小组成员之间的能力、学习成绩与性格等各个方面的差异, 把能力强的学生应该平均分布于各个小组内, 从而便于各小组之间的公平竞争以及小组内成员之间的交流等。此外, 在实验过程中, 对分好的小组应该不断地优化和调整。

结束语

综上所述, 随着初中物理新课程标准的实施, 探索式实验教学越来越受到人们的重视与关注, 这种教学方式不仅可有效提高学生的学习兴趣, 同时还便于学生对知识的掌握, 因此, 在今后实践教学过程中, 教师应该加大对探索式实验教学的研究, 使这种方式能够满足教学改革的需求。

摘要：所谓探索式实验教学就是指教师对已有的知识不直接给出结论, 而是经过情景的创设, 引导与启发学生进行思考, 并提出相应的问题, 接着再让学生利用已有的知识以及其生活体验, 自主进行物理实验研究, 通过小组的合作、讨论研究, 得出结论并获取相应的知识。本文就初中物理探索式实验教学来进行详细地阐述。

关键词：初中物理,探索式,实验,教学

参考文献

[1]安永开.浅析初中物理实验教学中的探究式教学[J].群文天地, 2010, (6) :121.

[2]张宇.探究式教学在初中物理实验教学中的实践研究[D].天津师范大学, 2010.

研究式实验 篇5

研究

【摘 要】 本研究选取两个班级的102名大一新生组成实验组和对照组，考查体验式教学模式在大学生心理健康教育课程中的效果。结果表明：实验组前后测差异显著，而对照组则没有达到显著水平;实验组学生的教学满意度也高于对照组。

【关键词】 体验式教学模式;大学生心理健康教育;实验

【中图分类号】G64.22 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）15-000-01

2011年3月10日，教育部通知印发普通高校学生心理健康教育工作标准，要求各高校开设大学生心理健康教育课程。赵芸，张永亮（2013）指出“体验式教学能促使大学生从实践操作中产生体会和感悟，带着体会和感悟去实践，再从实践中收获理解和接纳，最终能积极主动地自我内化心理健康教育的知识和技能，在日常生活中保持健康积极的心态，自如地运用所学知识技能应对压力和挫折，化解矛盾和冲突”。杨鑫（2013）在探析心理健康教育课程的学业成就评价方法提出有情境式评价法和心理测验评价法。但目前较多的文献均是以理论探讨的形式来分析体验式教学的可行性、原则和方法，本文以实验的形式在教学中融入体验式教学，以验证体验式教学模式在课程中的真实效果。

一、体验式教学模式的内涵

早在2001年，李英就指出“体验，既是一种活动，也是活动的结果。作为一种活动，即主体亲历某件事并获得相应的认识和情感;作为活动的结果，即主体从其亲历中获得的认识和情感。”学生在亲身体验的基础上对认知的内容产生相应的情感体验，并指导自己的行为，通过体验可以将知、情、行三者整合，可以更好的实现教学目标。体验式教学模式是指“在教学过程中，教师根据学生的认知特点和规律，以体验教学的相关理论为指导，通过创造实际的或重复经历的情境和机会，呈现或再现、还原教学内容，对学生进行积极引导，引起学生兴趣，激发学生情感，使学生在亲历的过程中主动地去感知、领悟、理解并建构知识，并在实践中加以运用，最大可能地将外部知识与技能内化为自身的心理结构，发展能力，产生情感，生成意义的教学观和教学形式。”

二、研究方法

1.对象。采取随机整群抽样的方法，从河南省某高校大一学生抽取两个不同专业的班级，其中一个班为实验组，另一个班为对照组。实验组52人，对照组50人，每组男女生比例相似。

2.工具。一般健康问卷（General Health Questionnaire，GHQ-12），共12项，积极性项目和消极性项目各半，比较简明，是心理健康调查较好的工具。被试在一般健康问卷积极性项目上回答为“很少”或“从不”者视为异常，在消极性项目上回答“经常”或“有时”者视为异常。结果以总得分>27分者视为心理状况不佳。

3.程序。在学生军训时调查发现该校学生的心理问题主要集中在“大学生新生的适应、生命教育、自我意识、学习教育、人际交往、情绪管理、挫折教育、恋爱与性教育”等8个方面。然后使用一般健康问卷对实验组和对照组进行前测。实验组和对照组均以班级为单位开展教学。实验组采用体验式教学进行，对照组与实验组主题相同、教师相同，但以纯理论讲授为主。课程结束后再用大学生心理健康问卷进行后测，在学习测试阶段调查教学效果和学生的自我评价。

三、研究结果

1.教学设计见表1。（略）

2.实验组与对照组前后测结果比较。

表2 实验组与对照组心理健康前后测结果比较

实验前 实验后 ①② ③④ ①③ ②④

实验组① 对照组② 实验组③ 对照组④ t值 t值 t值 t值

27.21

±3.39 27.62

±2.61 25.90

±2.69 27.96

±3.14 1.14 15.24** 6.22** 1.89

（备注：**表示P<0.01）

从表中可以看出，实验组和对照组在开设课程之前差异并不显著;但在实验后，实验组前后比较差异达到显著水平，实验组与对照组的差异显著。

3.学生评价教学效果和自我学习效果

在最后的测试阶段，本试验以问卷的形式调查了教学效果和学生的自我评价，发现：实验组有超过80.9%的学生对课程的教学比较满意，有78.6%的认为对自己帮助很大;而对照组则只有38.2%学生表示满意，30.4%的学生认为在心理健康方面有助于自我成长。

四、讨论与结论

1.体验式教学对大学生心理健康水平的影响。研究结果表明，采用体验式教学模式的实验组在实验前后，心理健康的测试结果有显著差异，而采用传统教学模式的对照组则没有达到差异显著的水平。这表明对于大学新生而言，采用全过程亲身实践、亲自体验，以团队进行合作分享的学习模式，可以更好地调动学生的积极性和主动性，让他们体验到了学习的乐趣，不仅仅是在课堂中获得了知识，更是把体悟、感受应用于日常生活，从而提高了他们的心理健康水平。

2.体验式教学对教学效果的影响。研究表明采用体验式教学学生的满意程度明显高于传统的理论讲授。传统教学中，教师更多的是主体，缺少与学生的交流，而体验式教学教师为学生创设轻松、愉快、平等的氛围是教学的关键，教师是学生成长的协助者，使其获得自我成长的能力，通过师生之间、生生之间的交流、共享来获得体验，这种多元化、平等化的教学模式很明显学生更容易接受。

因此，相比于传统的教学模式，体验式教学模式在大学生心理健康教育课程中更适合学生的自我成长，教学效果更好。

参考文献

[1]杨鑫.心理健康教育课程学业成就评价的探析[J].课程教育研究，2013，05：81

小学中段语文读赏式教学实验研究 篇6

【关键词】小学中段语文 读赏式教学 教学实验

【中图分类号】G623.2【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0055-01

一、小学中段语文教学中采用读赏式教学的必要性

小学中段语文教学中，要获得良好的教学效果，就要根据这个阶段的学生的个性特点、兴趣爱好和思維模式制定语文教学计划。在进行语文教学中，很多语文教师都会有这样的体会，小学生对于语文课文都很感兴趣，也能够轻松愉快地阅读，但是却无法获得良好的教学下效果。其中的一个重要原因就是教学方向没有准确掌握，而导致小学方法收效甚微。虽然目前的小学语文以小学生的语文素质教育为主，但是在教学中更为注重语文基础知识教学而忽视了小学生思维能力的培养。教师忽视了学生的学习兴趣，导致课堂欠缺互动，难以形成融洽的师生关系，对于已经初步具备学习能力的小学中段学生而言，很难对这种单调的课堂教学方式感兴趣。

二、小学中段语文读赏式教学手段

（一）创造小学语文课堂教学情境

进入小学中段的学生具有一定的生活观察能力，且能够积累知识。以其强烈的好奇心和丰富的想象力，小学生针对自己所感兴趣的问题能够积极探索，因此而具备了思考能力。采用读赏式教学方式，可以基于小学中段学生的这些特点设计课堂教学情境，以利于小学生对于语文教学知识的吸收和理解[1]。

以小学语文四年级的教材《触摸春天》一课为了。本课的读赏式教学，就是要求小学生对本课的教学主旨有所掌握，通过感受自然的美好，身体体会课文内容。这篇课文是从盲童的角度来体会春天的，采用读赏式教学，可以避免阅读课文，读写生字教学方式的局限，引导小学生体悟到内中的深意。让小学生懂得热爱生活，在生活中寻找乐趣的同时，还要懂得珍惜生命。《触摸春天》是极具深意的课文，如果让小学生单纯地阅读，也仅仅据点与体会春天的魅力，并不会对深层次的涵义有所理解。读赏式教学的优势在于，通过阅读赏析的方式指导小学生从社会的角度理解文章内容，由此而使得小学生在阅读文章时受到强烈的感染力的同时，接受了心理健康教育，并形成思维定势。

（二）采用问题引入法引导阅读

小学中段学生具备一定的思考能力，使得他们会对于未知事物积极探索。为了能够促进小学生有效阅读，可以在读赏式教学中采用问题法，在学生阅读过程中以适当的指导，以培养小学生的阅读能力。以讲解《维生素C 的故事》为例，语文教师将故事的梗概写在黑板上，对学生的阅读以引导。学生按照教师的思路进行阅读，就避免阅读思维偏离教学主题，且提高文章理解力，培养学生的分析能力。学生阅读文章结束后，教师请学生讲一讲自己对文章内容的理解，如果学生的思维过于发散，教师就可以点出黑板上所列出的文章逻辑顺序，将学生的思维拉回主题。学生在回答问题的过程中，对课文内容也会深化理解，且提高了语言表达能力[2]。

三、采用读赏式教学结果分析

小学中段语文教学中采用读赏式教学方法，主要是针对小学生的语文素养进行培养。经过学期训练之后，小学生的思维明显活跃起来，而不再拘泥与课本知识，而是提升了主观理解能力，相应地，小学生的知识面也有所扩展。这主要基于读赏式教学引导下，小学生能够针对自己所不理解的语文知识自主学习、积极探索，并在课堂上敢于与教师探讨。随着小学生对于知识的分析能力的增强，思维能力也有所提高，写作能力和语言表达能力有所增强。 比如，在学习《一路花香》时，针对于教师所提出的问题，学生已经不再局限于课文本身内容来回答，而是按照自己的想法说出对课文内容的感受。针对于文章内容，小学生惯有的主观偏激有所缓解，而是能够认识到“无论是好水罐，还是破水罐，都有其存在的价值”。在读赏式教学方式下，学生的创新思维被激发起来，提高了学生的个性化阅读能力。

结论：

综上所述，随着近些年来对小学语文教学目标的高要求，小学语文的教学目的已经不仅仅局限于读文、学字和讲故事，而是以语文教学为载体推进素质教育。采用读赏式的教学实验，可以培养学生对于课文内容加深理解。小学中段语文教学的阅读欣赏教学，通过阅读赏析的方式引导小学生从课文的角度对文字、语言以理解，激发小学生丰富的想象力，从而达到学生对于知识的灵活运用、触类旁通的效果。

参考文献：

[1]黄有德.浅析如何提高小学语文课堂教学的有效性[J].中国校外教育，2011（09）：31-32.

小学中段语文读赏式教学实验研究 篇7

小学语文是培养学生语文水平的一个重要课程, 新课改中明确要求其需要对学生的学习能力进行培养。对于传统的语文教学方式来说, 无论是在培养学生的创新能力方面还是实践能力方面都存在着一定的不足, 对此, 就需要教师应用新型教学方式来提升教学效果。

二、读赏式教学的积极作用

读赏式教学是一种通过学生对文章的阅读赏析, 在阅读过程中对文章内容进行概括、理解, 进而使其阅读兴趣以及阅读能力得到提升的一种方式。同传统只看、不思考的方式相比, 读赏式教学更强调在对学生阅读视野进行扩展的同时, 使学生能够对文学知识所具有的魅力以及阅读方式进行掌握, 进而树立起正确的价值观念。

( 一) 扩展学生知识

对于小学生来说, 由于其年龄较小, 具有较强的好玩天性, 虽然好玩是纯真的一种表现, 但是如果过于放松, 却很可能导致一种慵懒心理, 对此, 就需要教师能够在给予其一定放松时间之后开展文学教育。对于读赏式教学来说, 其不仅会在课堂中对学生产生影响, 还能帮助学生在课下以非常自觉的方式去对课外读物进行阅读, 进而在不断扩展自身知识的同时, 获得较好的文学情操。可以说, 通过读赏式教学方式的应用, 能够较好地培养起学生科学的学习方式。

( 二) 培养学生思维

对于传统的教学方式来说, 其对学生的思想或多或少都有一定的禁锢作用, 学生在学习的过程中也往往只将教师讲解的作为唯一标准, 进而存在着灌输式学习的情况, 久而久之就会对学生的思维造成较为单一的影响。而通过读赏式教学方式的应用, 则能够帮助学生以更为开放的眼光去看待问题, 并在自己对问题研究、判断之后提出自己的理解与观点。可以说, 这种教学方式在对学生开放性思维进行培养的同时, 还促进其形成个性化的学习理念。

( 三) 确立主体地位

在传统的语文教学中, 教师往往是课堂的主导, 其在教学过程中通过枯燥、乏味的语言将知识灌输给学生, 这往往会使学生较为迷惑。而在读赏式教学中, 学生则可以通过自主阅读在文章中自行理解, 并在一定思考之后提出属于自己的见解, 通过在课堂上提出之后由教师给出评价。在此过程中, 教师则由主导者变成了学生学习知识的引路人, 并在给学生提出适当引导的同时, 学生也能根据自身的需求来获取知识。

三、读赏式教学方式

( 一) 阅读素材的选择

在读赏式教学中, 素材可以说是非常重要的一个部分。所以教师在对素材进行选择时, 需要与学生的特征进行充分地联系。对于小学生来说, 由于其具有年龄小、想象力强的特点, 所以就需要教师在选择素材时能够对学生的心理需求进行了解, 在保证学生兴趣原则的基础上, 帮助学生能够更好地对文章进行欣赏与思考。对此, 教师则可以选取部分具有趣味性的故事作为学生的阅读素材, 以此帮助学生能够随着故事情节的发展而提高自己的阅读兴趣。其中, 童话就是一种非常好的阅读素材, 在实际选取的过程中, 教师可以选择如《勇敢的小裁缝》和《白雪公主》等童话故事供学生阅读, 这些童话故事的情节较为曲折, 而且能够表现出主人公优秀的品质, 使学生在阅读的过程中能够在具有良好阅读积极性的同时, 更好地发挥自身的想象力, 这对于学生的文学素质培养具有非常积极的作用。

( 二) 读赏式教学策略分析

1. 以质疑方式教学。对于小学生来说, 其在面对新鲜事物时往往具有较强的好奇心, 且由于其已经具有了独立的观察以及思考能力, 所以在面对相关事物时往往会产生较为独特的看法。对此, 在实际教学的过程中, 教师就需要在充分联系教材的基础上提出疑问, 使学生在对文章进行分析阅读以及联系生活实践的基础上, 对问题的答案进行寻找, 在这种好奇心的驱使下, 学生往往会具有更强的研究兴趣。比如, 在教学《荔枝》这篇文章时, 教师在讲解之前就可以向学生提问: “作者通过对荔枝的描写, 想要表达出什么样的情感呢?”在问题提出之后, 学生就会带着疑问去进行文章的阅读, 这才能够使学生在把握荔枝描写特征表象的基础上, 对作者的情感以及文章的主旨进行把握。此外, 教师也可以让学生在读完文章之后根据自己的理解提出问题, 并在问题提出之后由同学或者教师对此问题进行解答, 以此帮助学生加深对于文章内容的理解。

2. 培养学生自主批注的习惯。由于学生的年龄较小, 其在阅读文章的过程中往往只注重对于情节的理解, 因此可能会出现盲目阅读的现象。如果学生在阅读的过程中只是简单追逐情节而不进行思考, 那么就很难达到对于文章欣赏以及理解地目的。对此, 教师在教学过程中就需要对学生自主批注的习惯进行培养, 教会学生在阅读文章时, 将自己有所感、有所悟的地方以文字的方式写下来, 并以重点符号的方式进行标注, 从而在阅读文章的过程中有属于自己理解的东西。通过这种方式, 能够在帮助学生完成自身思考的同时, 强化其个性化的阅读能力。

四、结语

可以说, 读赏式教学对于现今学生阅读能力的培养具有非常重要的影响, 其能够帮助学生在阅读过程中进行思想观念的表达, 因此需要教师在实际教学中对这种教学方式足够重视。

参考文献

[1]汪凯明.浅谈提高小学语文课堂教学效率的措施[J].教育革新, 2010 (12) :55-57.

[2]赵巧聚.浅谈如何提高小学语文课堂教学效率[J].学周刊, 2015 (02) :78-79.

研究式实验 篇8

一、体验式虚拟实验教学系统及其功能

随着信息技术的日新月异, 教育技术本身的革新也不断深入, 很多新的教育技术方法不断开发使用, 体验式虚拟实验 (Experienced Virtual Lab, EVL) 就是其中之一, 它主要是在建构主义学习理论的指导下借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境, 实验者可以像在真实的环境中一样体验实验过程, 所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。体验式虚拟实验教学作为一种较新的改进和提高实验教学质量的方法, 被应用到教学中。给传统的实验教学注入新的活力, 丰富了实验教学的形式, 降低了教学成本等多方面的作用。

1.体验式虚拟实验教学给传统的实验教学注入新的活力

传统的实验教学过程中由于实验设备更新、教学资源、教学方法等原因提高教学质量已经很难了。体验式虚拟实验教学系统的引入可以开设传统实验教学中由于实验仪器缺乏或有危险性而不能开设的实验项目, 因为在虚拟实验教学过程中扮演真实实验仪器角色的是虚拟实验对象, 对象具有开发的随意性, 因此大大增强了实验教学的灵活性和方便程度, 让学生以间接的方式获得直接经验, 深化学生的认知层次, 再现实际生活中难以观察到的自然现象或难以体验到的认知感受, 为学生提供生动、逼真的感性学习材料, 帮助学生解决学习中的知识难点。[1]

2.体验式虚拟实验教学强化学生创新意识, 提高创新能力

实体创新实验室建设, 需要较为先进的仪器设备, 要能跟上当前技术的发展, 而这些设备都比较昂贵, 一般高校经济实力不够, 这样就缺乏学生创新的物质基础, 学生脑海中的设想无法外显, 学生无法体验成功的喜悦, 也就激发不起学生的创新意识。体验式虚拟实验教学, 可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行模拟, 通过虚拟系统可以尝试, 测验自己假设的条件所产生的结果或效果, 验证自己的设想, 增强学生的求知欲、创新意识和敢于突破的胆识。扩大自己的想象空间, 学会并重视通过实验来解决问题, 从而产生新的成果甚至重新构建知识的意义。激发学生的创造性思维, 培养学生的独立性和创新能力。

3.降低传统实验的危险性和实验教学成本

以往对于危险的或对人体健康有危害的实验, 学生无法直接参与, 而采用虚拟实验系统进行模拟仿真实验, 则允许学生放心地去做各种危险的或有危害性的实验, 体验不一样的感受。虚拟实验教学, 学校可以减少真实实验室仪器设备的配置, 降低实验教学成本;虚拟实验教学仪器设备、原材料可以自动复原、无限使用, 大大降低了实验教学资源成本。同时, 虚拟实验教学系统可以将实验搬进教室, 结合理论课在讲台上演示, 从而解决理论教学和实验教学各自独立、相互分离的问题, 及时强化教学效果, 提高实验教学的质量。

二、体验式虚拟实验系统构建的技术要求

构建实验虚拟系统有多种方法, 用技术实现教育功能, 虚拟实验教学具有虚拟对象与真实实验仪器特性一致, 实验过程交互性强、即时反馈操作结果, 同时允许多人协作实验, 因此构建虚拟实验教学系统的技术层面要符合以下两点要求:

1.模拟学生认识事物的一般逻辑

面向对象方法是一种按照人的一般思维方式建立模型, 以便人们自然地认识真实世界中的事物, 寻求解决问题的普遍方法。这种方法模拟人们认识客观事物较高层次的逻辑思维过程, 即对事物的分类、认知和管理。虚拟实验的过程具有灵活性、可理解性、重复性、扩充性和模块化, 而这些需求面向对象技术可以实现, 通过面向对象技术, 可以将客观世界直接映射到面向对象空间, 把实验过程中涉猎的事物抽象成对象, 建立对象和对象之间的内在的联系来进行系统开发。将实验过程分解成具体的动作, 并与键盘的操控和鼠标的拖曳、点击等动作构成映射。能够对虚拟对象进行平移、旋转、颜色和透明度调整等操作。因此面向对象技术就成为构建虚拟实验系统的关键技术。

2.支持学生协同合作学习

体验式虚拟实验的过程, 就是学生在高仿真的实验环境中完成和现实实验一样甚至现实实验中无法完成的实验项目的过程。在此过程中, 有许多实验项目需要多个学生, 协同才能完成, 学生之间的合作是实验过程中一个关键环节, 所以在体验式虚拟实验系统设计中要用技术实现学习、教育的功能, 使虚拟实验系统达到与真实实验相近和等同的效果。提高虚拟环境与用户之间的交互效率, 实现多用户的并发协同操作, 而且操作后立即看到操作产生的结果是支持学生协同合作学习的核心, 因此对实验元件、实验环境和实验现象的模拟要具有易修改、可移植、安全稳定及可兼容的特性。将多个技术相融合开发, 优势互补对虚拟实验及时强化无疑是技术保障。

3.高效率的实时处理动态数据

学生在实验的过程中涉及的实验预约、实验操作、实验结果查看、分析意义构建等环节的数据, 这些数据随着实验类型、性质的不同和学生个体实验过程的体验感受不同而随时变化, 是动态的数据, 而且处理要及时。因此虚拟实验系统在技术层面要解决大量数据的存储、计算等信息处理的速度与效率。

4.虚实结合的交互技术

体验式虚拟实验过程中实验的每一个步骤细节都是学生和虚拟环境相互作用的过程, 交互性很强, 所以在体验式虚拟实验的交互中将光电显示技术、多传感器技术和计算机图形与多媒体技术相结合, 把计算机生成的虚拟环境与用户周围的真实场景相融合, 使用户从感官效果上确信虚拟环境是其周围真实场景的组成部分, 真正体验学习过程。

三、体验式虚拟实验系统的构建过程

学习心理学告诉我们通过体验获得的知识是最牢固的也是真正属于自己的知识。体验式虚拟实验由学生操作虚拟实验对象的体验过程和对实验过程进行回忆反思形成意义建构两个阶段。前者是学生和情境相互作用的过程, 通过与情景的相互作用, 学生可以获得具体的感受, 并根据各自先前的知识经验形成自己对新知识的感性认识;第二阶段是学生通过相互交流、会话进一步对实验内容的认识并形成与客观现实一致的意义建构。

在体验式虚拟实验一开始学生就与计算机模拟的交互式三维空间环境接触, 进行人机互动。通过学生与仿真环境的相互作用, 借助人对所接触事物的感知和认知能力, 帮助启发学生的思维, 以获取实验内容的知识和逻辑关系, 在实践中获得知识和经验。虚拟实验教学是借鉴真实实验的一般过程、方法基础上的情景模拟, 它具有类真实实验教学的环节和步骤, 具体包括:

1.学生和环境相互作用的桥梁——人机交互界面

(1) 界面要求。

虚拟实验系统不等同于真实的实验室环境, 虚拟实验进行的过程始终是以人机交互为基础的, 实验伊始, 学生就和计算机接触, 通过输入输出设备对虚拟对象进行可视化操作, 展开人机交互交流。因此, 人机互动界面要简洁方便、易于操作, 逼近物理原型的人机界面是虚拟实验系统要解决的首要问题。通过虚拟实验的界面既要使实验者感觉到处于解决实际问题的情境中, 又要体会到发现实验问题和寻求解决实际问题方案过程的成就感。[2] 使学生感觉友好地、自然地进入体验过程。

(2) 技术实现。

Quest3D虚拟现实平台可以将各种媒体元素或媒体内容集成, 并通过搭积木的方式, 将各种媒体元素联系结合做成一个交互的内容展示平台。该平台可修改虚拟对象的属性并且可以跟常用的许多VR硬件做结合, 而不用重新编写对应的程式, 为虚拟环境模拟提供技术支持。VRML也可建立3D多媒体实现实验建模, 动态修改视听觉对象。VRML还可实现传感器节点类型, 它们能够决策学生和虚拟环境的交互。

2.模拟环境——设疑设问

(1) 构建适合的虚拟环境。

首先在虚拟环境中呈现类现实的实验项目, 明确实验项目的详细内容, 同时提供相关的仪器设备。实验辅导员依据建构主义学习理论与学生的实际情况、基础知识等初始水平, 模拟适合的实验情景, 设疑设问给学生以任务驱动, 提出具有可操作性和可测量性的实验目标, 让学生明确实验的任务, 通过亲身操作实验, 体验知识的形成、包括自己已经掌握的熟知, 也要随着实验的进展进行意义建构, 知识结构重组, 获得问题解决的途径, 感受问题解决后的成就感。

在虚拟实验教学的过程中, 应有意识地安排一些学生容易联想到的缺省、留白、好奇之处, 让学生推断补充出来, 引发学习兴趣和求知欲, 进而让学生体验到学习成功的愉悦感。虚拟实验系统依据高仿真的模拟可让学生在虚拟情境中的体验更加丰富, 并通过记录、监控实验开展的进程, 诊断学生学习的状态, 并及时地给予指导性建议和诊断评价。让学生的疑问随着实验的深入而得到解决, 或者意识到下一步该如何进行实验。

(2) 设置实验中用到的仪器设备。

当用户选择了某个具体的实验项目后, 先利用系统提供的实验内容进行实验预习, 引导学生按照实验预习的要求, 根据实验的具体要求详细地选择、组装、组合完成实验所需要的各种仪器设备, 并设置实验仪器即虚拟对象的各种属性, 使实验仪器的工作状态满足实验的要求。[3]

(3) 了解实验中的注意事项。

在虚拟实验过程中, 有些实验不是现实中轻易能做的, 所以学生缺乏防范意识和体验感受, 实验过程中难免有盲目性, 因此, 在虚拟环境中准备实验时要和现实联系在一起, 特别是现实中有危险的实验项目, 让学生预见实验的要害, 然后展开实验, 提高学生在现实中对危险实验的警惕性和安全意识。

3.参与、体验实验过程——实现问题解决

(1) 在体验中展开实验。

选择实验项目、设置好实验仪器的各种属性, 然后开始实验。学生在虚拟环境中, 不断与环境发生交互和相互作用, 通过操作、亲历实验过程, 分析实验现象, 采集处理实验数据, 验证实验假设, 提高对反馈的反应能力和信息捕捉能力, 进一步对实验的因果关系进行理性思辨。

(2) 调动学生实验兴趣和探究精神。

实验中利用提示帮助或小游戏等方式鼓励学生继续实验的信心, 促使学生要发挥主观能动性有意识地依托自己已有的知识和经验, 用自己的语言明确地表述实验过程, 并按自己的思维方式编码实验结果, 以达到体验问题解决的实验目标。

(3) 通过体验实验深化知识。

在体验尝试和验证的过程中实现问题解决的目的, 打破自己原有的认知平衡, 重新组合知识结构, 使自己的知识体系更新、知识量加大, 形成更高层次的、有序的、新的知识体系。

4.反思实验过程总结经验——提高解决现实问题的能力

体验式虚拟实验是在虚拟环境中进行的体验过程, 实验中学生不断产生新经验、新知识, 并发展适应自然与社会的能力, 促进个人全面发展。分析、总结和反思虚拟实验的进程、叙述自己对实验的理解和反应, 总结问题解决的方法, 提高解决问题的能力, 主动找出自己的差距和不足并努力缩短差距弥补自己的不足, 与学习伙伴共同进步。

反思实验过程时把虚拟情境与真实世界相比较, 把虚拟实验和现实问题联系起来, 使得在虚拟情境中掌握的知识经验和解决问题的方法正确有效地迁移于实际情境中, 努力做到具体问题具体分析, 有步骤、有计划地处理实际问题。[4]

体验式虚拟实验教学系统作为现实实验教学的有益补充, 真正让学生体验知识的形成、意义的建构, 对实验教学的质量和效率有很大的提高。本文从体验式虚拟实验教学系统的功能要求、构建原则、技术要求和构建过程四个方面进行了研究, 分析了体验式虚拟实验教学系统基本功能, 提出了体验式虚拟实验教学系统构建的基本原则, 探讨了体验式虚拟实验教学系统构建的技术, 设计规划了体验式虚拟实验教学系统的构建过程, 认为体验式虚拟实验教学系统的构建可对学生提供知识形成的过程体验, 让学生感受真正的学习只有体验才能完成, 同时可以替代现实实验教学的部分内容, 弥补现实实验教学的不足。

摘要：随着信息技术的日新月异, 教育技术的推陈出新, 体验式虚拟实验使得以学生为中心的教学现实成为可能。我们从体验式虚拟实验教学系统的功能要求、构建原则、技术要求和构建过程四个方面进行了研究, 分析了体验式虚拟实验教学系统基本功能, 提出了体验式虚拟实验教学系统构建的基本原则, 探讨了体验式虚拟实验教学系统构建的技术要求, 设计规划了体验式虚拟实验教学系统的构建过程, 对真实实验予以最优化和补充完善。

关键词：体验,虚拟实验,教学系统

参考文献

[1]黄锦敬.略论虚拟实验的模型及其在教学中的应用[J].武汉科技学院学报, 2008 (11) :15.

[2]刘伟.PROTEUS在电子实验教学中的应用研究[D].济南:山东师范大学, 2008.

[3]陈劲松.虚拟实验室在实验教学中的应用研究[J].大众科技, 2010 (3) :10.

研究式实验 篇9

增强现实技术 (Augmented Reality, AR) 是在虚拟现实技术基础上发展起来的一项新技术, 是对虚拟现实技术的一种新拓展, 它将虚拟图形环境与现实环境融为一体, 使用户从感官上确信虚拟环境是真实环境的组成部分[1,2]。增强现实技术的主要特性是虚实结合、实时交互和三维尺度上的匹配, 这主要通过显示技术、交互技术、多种传感技术和计算机图形与多媒体技术等的结合来实现。增强现实系统中的显示器可以分为头盔显示器 (Head-Mounted Display, HMD) 和非头盔显示设备。目前, 一般的增强现实系统主要使用透视式头盔显示器 (See-Through Head-Mounted Display, ST-HMD) [3,4,5]。

透视式HMD主要由视频透视式和光学透视式两种, 视频透视式HMD因需要进行图像融合, 增加了增强现实工作站的计算负荷;光学透视式的显示效果更加真实, 能更好地实现虚实融合。目前光学透视式头盔的几个关键问题在于:第一, 当处于外界强光下时, 头盔显示器的图像源被外界环境掩盖, 此时人眼只能看到外界环境, 看不清图像源的显示信息, 反之则由于外界环境被图像源掩盖而看不清真实场景[6];第二, 在双目部分重叠中, 由于双目观察的图像差异产生双目竞争, 严重情况下会导致图像分裂, 产生视觉疲劳, 加重使用者的工作负担[7,8];第三, 需要在双目头盔显示中实现立体显示[9]。

本文针对光学透视式HMD中的这几个关键问题, 采用分立元件研制双目光学透视式头盔显示器, 实验研究了HMD图像源和外界环境亮度随偏振片方位角的变化;调查研究了HMD双目重叠范围的改变对视觉效果的影响;并根据视差原理编程制作立体图像对, 在双目HMD中实现立体显示。

1 双目透视式头盔显示器

光学透视式HMD实验平台的结构如图1所示, 采用LCD作为图像源, LED阵列作为背光源, 通过匀光后照射到LCD上。LCD发出的光为线偏振光, 经过光学成像系统成一个放大的虚像, 再经过组合镜和外界环境光合成后进入人眼。

组合镜将图像源所成的像和外界环境合成后投入到人眼, 可同时看到图像源信息和外界环境。最简单的组合镜采用分光比1:1的分光镜, 这种结构对图像源和外界光都具有50%的损耗。本文采用偏振分光棱镜 (Polarization Beam Splitter, PBS) 作为组合镜, 从光学成像系统出来的线偏振光, 经过半波片调整后变为S偏振光, 被PBS完全反射进入人眼, 外界环境光的P分量偏振光透过PBS后进入人眼。这种结构对外界环境光有50%的损耗, 但理论上对图像源的光没有损耗。

图像源采用美国Kopin公司的LCD显示模块, 屏幕对角线0.44英寸, 分辨率640×480;PBS的工作波长范围为450~650 nm;半波片的工作波长在532 nm;偏振片1和2的消光比大于100:1, 波长范围为450~650nm。实验过程中发现, 由于所采用的半波片工作在532nm处, 所以对整个可见光范围的光进行偏振态调节时, 各个波长的偏振态位置偏差较大, 导致最终对亮度的调节范围变小, 仅为最大亮度的40%左右。经过测量发现, 所采用的LCD模块发出的线偏振光的偏振方向与PBS的S光方向一致, 因此可用宽波长范围的偏振片1替代半波片, 既可以使亮度调节范围接近100%, 又能保证最大亮度值不降低。最终研制的HMD参数为:单目视场为30°, 双目视场为30°~60°;图像畸变小于5%;出瞳直径约10 mm, 出瞳距离20 mm。

2 实验结果及分析

1) 图像源及外界环境光的亮度调节

在日光灯照明的室内情况下进行测量, 以右眼的测量结果为例, 左眼测量结果与右眼一致。没有加偏振片2时测得透过PBS的外界环境亮度为167.8 cd/m2。加偏振片2后的测量结果如图2所示, 亮度随偏振片2方位角的变化成余弦变化趋势, 最大值为149.6 cd/m2, 最小为2.67 cd/m2, 即通过转动偏振片2的方位角可以调节进入人眼的外界环境光亮度。最大值没有达到167.8 cd/m2是由于各镜面的损耗造成的。

没有加偏振片1时, 测得经过PBS后的图像源光亮度为116.6 cd/m2, 亮度变小是由于镜面反射的损耗所致。加偏振片1后测量结果如图3所示, 亮度随偏振片1方位角的转动成余弦变化趋势, 最大值为96.52cd/m2, 最小为0.443 cd/m2, 即通过转动偏振片1的方位角可以调节进入人眼的图像源光亮度。最大值没有达到116.6 cd/m2是由于各镜面的损耗造成的。

图4所示为PBS的P、S偏振方向及偏振片的偏振方向, 可根据图4 (a) 和 (b) 分别对上述图2和3所示结果进行分析。图4 (a) 中偏振片2与P光夹角为θ1, 设外界光强为I1, 不考虑各镜面的损耗, 则透过偏振片2和PBS后的光强为 , I2随θ1呈现余弦变化规律, 即达到人眼的外界光亮度随偏振片2的转动呈图2所示的变化规律。图4 (b) 中偏振片1与LCD偏振方向的夹角为θ2, LCD偏振方向与S光夹角为θ3, 设从光学成像系统透过后的光强为I3, 不考虑各镜面的损耗, 则经过偏振片1透射, 再经PBS反射后达到人眼的光强为 , 因为θ3为定值, I4随θ2呈现余弦变化规律, 即达到人眼的图像光亮度随偏振片1的转动呈图3所示的变化规律。

因此采用PBS作为组合镜, 可以对图像源和外界环境的亮度进行调节。在处于外界强光下时将外界光亮度调低, 在处于外界暗光下时将图像源亮度调低, 让二者的亮度达到最佳匹配状态, 使虚实环境最佳融合。用相机记录下的头盔显示器的虚实融合图片如图5所示, 图中茶壶为HMD图像源所成的虚像, 其余部分为真实外界环境, 二者能有机地融合。

2) 双目视觉效果随重叠范围的变化

双目重叠范围的改变对视觉效果有很大影响, 由于视觉因素受人的主观影响较大, 无法用仪器直接测量, 因此我们采用调查问卷的方式对此进行研究:调节双目重叠范围从完全不重叠到完全重叠, 每隔5°对人眼观看HMD的几种视觉因素以问卷调查的方式进行统计测量。总抽查人数为19人, 男女比例为10:9, 年龄范围在20~38岁之间。

由于双目图像差异的影响, 使观察者感觉到图像有不同程度的重影, 图6所示为“图像是否重影随双目重叠范围的变化调查”。当双目完全不重叠时, 感觉图像重影的比例最高, 约37%, 这是由于边缘视场的轻微畸变以及视觉暂留效应造成的;完全重叠或大范围重叠时, 感觉图像重影的比例低, 最低约为10%。

“视场中心是否模糊随双目重叠范围的变化调查”如图7所示。重叠范围在15°到30°的时候, 感觉视场中心模糊的比例很小, 约为5%, 当重叠范围在15°以下时, 比例逐渐增高;完全不重叠时, 比例达到约68%, 这是由于边缘视场的畸变造成的。

“双目竞争程度随双目重叠范围的变化调查”如图8所示。双目竞争是由于左右眼图像的差异以及重叠区域与其它区域的差异造成的, 结果使双目图像不能有机地融为一体。完全重叠时不存在双目竞争现象;当重叠范围在10°~25°时, 有10~31%的人感觉到较弱的双目竞争现象, 其中在25°时最低, 为10%;当重叠范围为5°时, 除了26%的人感觉有较弱的双目竞争现象外, 还有10%的观察者感觉到很强的双目竞争;双目完全不重叠时, 85%的人感觉到很强的双目竞争, 此时双目竞争现象最明显。

综上所述, 为了降低或消除图像重影、视场中心模糊及双目竞争等不良视觉效果, 同时又期望HMD具有尽可能大的视场, 需要对HMD的双目重叠范围进行综合考虑。根据图6~8的数据结果进行均衡考虑, 该HMD的最佳双目重叠范围为10°~15°, 即重叠范围约为单目视场的33~50%为最佳效果, 此时双目显示具有约45°~50°的视场范围。

3) HMD的立体显示

要实现增强现实, 必须在双目HMD上实现立体显示。相比较于现有的自由立体显示器, 双目HMD的立体显示具有的优点有:左右眼图像对合成方式较为简单, 移动, 因此双目HMD的立体显示的观察位置和视点不受限制, 而自由立体显示器只能在几个特定的观察位置才能感觉到立体效果。避免了采用光栅或棱镜等光学元件, 直接将左右眼图像对分别送给双目HMD的两个图像源显示;由于HMD佩戴在头部, 可随观察者的位置任意

根据视差原理, 利用Microsoft VC++编程制作成左右眼立体对, 如图9所示。将图9中的左右眼图像分别送入HMD的左右眼图像源, 观察者左右眼分别观看这两幅图像中的对应的一幅, 经过大脑的视觉生理作用能明显感觉出图像中鼻子和耳朵之间的深度, 并且整个图9中的头部各部位在不同的深度显示, 产生显著的立体效果, 实现双目HMD的立体显示。

3 结论

光学透视式双目头盔显示器是增强现实系统中重要的人机交互接口设备, 文中采用分立元件研制双目光学透视式头盔显示器, 针对其中的关键问题开展实验研究。采用偏振分光棱镜作为组合镜, 配合偏振片方位角的改变调节图像源和外界环境的亮度, 使二者达到最佳融合状态。对双目HMD的视觉效果随重叠范围的变化进行调查研究, 结果表明, 双目重叠范围为单目视场的33~50%时效果最佳, 且具有较大的视场。根据视差原理编程制作立体图像对, 实现HMD的立体显示。通过对这些关键问题的研究, 使HMD的实际应用成为可能, 为增强现实系统提供人机交互设备, 并可广泛应用于军事模拟训练、武器研制、工业培训、医疗及娱乐等方面。

摘要：采用分立元件研制双目光学透视式头盔显示器, 对双目透视式头盔显示中的关键问题进行实验研究。用偏振分光棱镜作为组合镜, 通过理论分析, 发现图像源和外界环境的亮度随偏振片方位角呈余弦变化规律, 并通过调整偏振片使头盔显示器的图像与外界环境达到最佳融合状态。调查研究了头盔显示器双目重叠范围的改变对视觉效果的影响, 数据结果显示, 双目重叠范围为单目视场的3350%时效果最佳。最后根据视差原理编程制作立体图像对, 分别显示于头盔显示器的左右眼, 实现立体显示。

关键词：头盔显示,增强现实,双目竞争,立体显示

参考文献

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研究式实验 篇10

电弧螺柱焊的应用始于1936年, 最开始出现在造船业上。螺柱焊接技术由于具有快速、可靠、操作简单和成本低等优点[1,2], 目前在西方发达国家的应用已经相对成熟, 螺柱的焊接大约有80%以上是通过电容式和电弧式螺柱焊机完成的。

近年来, 随着我国经济水平的快速、稳定提升, 电弧式螺柱焊接技术涉及的领域也日益广泛, 国内许多机构和学者对各种应用领域的螺柱焊技术进行了大量研究。王克鸿[3]利用散型磁场使得电弧沿螺柱壁旋转的原理, 提出了空心螺柱旋弧焊接新工艺, 针对外径12 mm、壁厚3 mm的空心螺柱, 实现了螺柱焊电弧绕螺柱四周壁的均匀旋转, 接头强度可保持在330~390 MPa区间;池强[4]研制开发了一种步进式电弧螺柱焊枪及其控制系统, 提出螺柱低速送进的同时提供足够的挤压力可以实现电弧螺柱焊接, 并通过弯曲试验表明螺柱焊接头能满足使用要求;葛佳棋[5]对Q235钢螺柱和6061铝合金进行钎焊, 利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析等表征方法, 对接头的组织、成分和相组成等进行了分析, 力学性能测试表明, 接头的抗剪强度最大为65 MPa;黄志林[6]通过对0.7 mm板厚低碳钢选用相应的材料进行支撑后进行定位焊接, 解决了焊接过程中热量过多导致的焊接缺陷问题, 并保证了螺柱位置精度;刘振国[7]提出焊接前对工件各表面进行自动寻位检测, 焊接过程中对螺柱位置进行修正, 并添加了自动补偿功能以防止出现断弧或虚焊缺陷;刘志颖[8]通过螺柱焊技术在660 k W风力发电机组地锚焊接过程中大量的生产实践, 总结了螺柱焊易出现的缺欠和缺陷, 对焊接接头产生偏焊的原因进行了分析, 提出了预防偏焊、改善焊缝质量的措施;耿雪霏[9]在汽车制造过程中, 对厚度为0.8~2.0 mm的汽车顶棚和大隔板采用短周期拉弧式螺柱焊, 解决其焊接强度和效率问题。

本文提出一种针对客车空调紧固件———螺栓的电弧式螺柱焊接方式, 研究客车空调螺栓电弧式螺柱焊的焊接机理, 通过电弧式螺柱焊的机械拉伸实验, 观察焊接接头的外观形貌和焊接质量, 以求满足缩短客车顶盖整体焊接工作节拍, 提高焊接质量, 提升客车运行的安全性和可靠性。

1 螺柱焊枪机构设计

国内客车厂家在客车空调的焊接方式上普遍采用传统的螺栓预埋工艺, 如图1、图2所示, 该方式由于实现上需要诸如槽钢钻孔、攻丝、螺栓预埋与焊接、蒙皮补焊等多道繁琐的工艺过程, 从而使客车顶盖整体焊装生产节拍较长, 且所采用的CO2气体保护焊接方式焊接表面质量差, 焊缝不均匀, 密封性差, 最终导致客车顶盖平整度不佳。

为了提高生产节拍和焊接质量, 本文针对客车空调固定螺栓的焊接, 提出使用电弧式螺柱焊方式替代原有的螺栓预埋气体保护焊方式, 设计了可以自行更换螺柱的螺柱焊枪, 其总体结构如图3所示。

1.送料转轮2.复位弹簧3.引弧拉伸机构4.电磁机构

所设计的公交车车顶空调螺柱焊接装置包括了电磁机构、引弧提升机构、复位弹簧机构、自动送料机构以及夹具等, 焊枪设计中采用电磁铁的原理, 通过动铁心将螺柱提升引弧, 断电后在弹簧的恢复力的作用下送入熔池。其中, 自动送料机构的设计依据左轮手枪换弹原理, 和夹具搭配使用, 一次可以装夹6根螺柱, 完成1只螺柱焊接后, 通过手动拨动转轮, 调节至下一只螺柱进行焊接, 可大大减少螺柱装夹时间, 提高焊接工作效率。

2 搭建螺柱焊实验平台

为了进行螺柱穿透焊, 验证实际焊接效果, 搭建了客车空调螺柱焊接实验平台, 图4所示为焊接平台的硬件示意图。

在完成螺柱焊实验平台的硬件搭建后, 按照如下步骤进行螺柱穿透焊实验:

1) 为了适应客车空调的运行环境要求, 焊接实验所选择的螺柱直径为准10 mm, 为8.8级高强度螺柱, 其抗拉强度为640 N/mm2;

1.螺柱焊枪2.螺柱3.瓷环4.客车骨架5.客车蒙皮6.接地排

2) 依据经验公式, 焊接电流I=焊接面直径×110 A, 焊接时间t=I×0.04 ms, 由此设置焊机的焊接电流为900 A, 焊接时间为60 ms;

3) 利用焊接工作台的夹具将1.2 mm厚的Q235A蒙皮样板和3 mm厚的骨架样件 (A3钢槽型折弯件) 搭接稳固, 骨架与蒙皮样件接触面的不平整度应小于1 mm;

4) 使用螺柱焊枪 (带陶瓷套圈的拉弧螺柱焊方式) 将M10的螺柱穿透蒙皮样板焊在槽型折弯骨架样件上。

焊接实验的主要技术参数如表1所示。

使用螺柱焊机 (带陶瓷套圈的拉弧螺柱焊方式) 将M10的螺柱穿透Q235A (1.2 mm) 的板焊在A3钢槽型折弯件 (3 mm) , 图5所示为试件焊接完成后的外观照片。

由图5 (a) 可以看出, 螺柱与蒙皮的焊缝区域存在轻微飞溅现象, 但整体外观质量较好。由图5 (b) 螺柱焊实验完成后骨架背面的外观可以看出, 螺柱穿透了蒙皮, 较好地焊接在骨架上。

3 螺柱拉伸实验

空调螺柱在客车运行过程中, 受到轴向力和径向力的双重作用, 为了保证行驶安全, 螺柱在抗拉强度和抗剪切强度上都有一定的质量要求, 其中抗剪切强度取决于螺柱材料强度, 而螺柱焊接后的抗拉强度则取决于螺柱焊缝的抗拉强度和螺柱本身的抗拉强度, 如果螺柱焊缝的抗拉强度大于螺柱本身抗拉强度, 则认为螺柱焊接质量是好的。为了验证螺柱焊接的质量, 搭建了螺柱焊接实验平台, 并按照国标GB/T 2651-2008/ISO 4136:2001中规定的焊接接头拉伸试验方法, 使用万能试验机进行螺柱拉伸试验。

在万能材料试验机上进行拉伸试验时, 所设定拉力F的计算公式为F=π×d2σb/4。式中, d为螺柱直径, σb为螺柱的抗拉强度。由公式计算可得, 拉力F为50 240 N。

利用工装夹具将螺柱和骨架试件一上一下分别装夹, 设定拉力值F=50 k N, 使用万能试验机进行螺柱拉伸试验, 将焊接的螺柱沿着轴向力方向拔直至断裂, 图6所示为螺柱焊拉伸试验的螺柱断面外观图。

由图6中螺柱断面外观形貌可见, 经过足够的变形后, 螺柱或母材在焊缝区域以外断裂, 表明焊接质量较好。

4 结论

1) 针对客车空调固定螺栓的焊接, 使用电弧式螺柱焊方式替代原有的螺栓预埋气体保护焊方式, 设计了可以自行更换螺柱的螺柱焊枪, 完成了三维CAD图纸的绘制。

2) 完成螺柱焊实验平台的硬件搭建后, 使用直径为10 mm的螺柱, 进行电弧式螺柱焊的实验, 依据经验公式设定焊接电流为900A, 焊接时间为60ms时, 完成了客车空调螺柱的焊接成型。

3) 用万能试验机进行螺柱拉伸试验, 通过螺柱断面外观形貌观察, 验证了螺柱穿透焊的焊接质量。

参考文献

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研究式实验 篇11

摘 要：以实验为基础是科学教学的基本特征。如何提高科学实验的效率，体现“学为中心”的思想，是科学教学的一个重要课题，也是素质教育的基本要求。在科学课堂教学实践中，我们努力探讨了变式实验教学及其教学策略，希望能对科学教学有所启发。

关键词：变式实验；科学教学；实验优化

科学课程的核心理念之一就是科学探究。随着新一轮课程改革的纵深推进，实验已成为教学环节的重要组成部分。我们以实验为基本手段和方法，调动全体学生的积极性，优化学生思维品质，培养学生学习习惯和学习方法，从而减轻了学生负担。在变式实验教学过程中，我们积极调动学生的学习情感，组织学生开展活动，把握活动的广度和深度，激发学生思维，从而达到素质教育的真正目的——启蒙人的智慧与思想。

变式教学最早起源于上海学者顾泠沅，他在《学会教学》中率先加以研究，以“青浦实验”有关变式教学的研究为基础，从一个特定的角度对中国数学变式教学进行经验反思与理论分析。所谓“变式”，就是指教师有目的、有计划地对命题进行合理的转化。由于学科之间的共通性，科学中采用变式实验优化教学。我们用不同形式的实验材料，变换实验方式帮助学生理解实验原理，建构科学概念，提高学习效率。为了实现有效变式实验教学，体现“学为中心”的思想。

一、实验材料的优化是实现有效“变式实验”教学的重要策略

黄鹏飞老师提出基于“学为中心”的“五优化”实验教学，包括优化实验目标、优化实验方式、优化实验准备、优化实验过程、优化实验评价。其中，实验准备的优化是最为有效的方法之一，而在实验准备优化过程中，实验材料的优化较为高效，也是“学为中心”的直观体现之一。材料结构的优化让学生更投入地探究、更自由地操作、更有效地学习；使学生通过研究材料去发现问题，解决问题，促进学生养成科学素养。例如，在2012年浙江省优质课评比中，“电热器”课例充分体现了通过实验材料的优化，达到有效变式实验教学的目的。

师出示：一根电阻丝，连接到电路中，闭合开关。

设问：现在这根电阻丝是否有热量产生？

生1：用手来摸，如果感觉热，就说明产生了热量。

师：这想法理论上是可行的，但实际操作中是有问题的。

生2：继续通电看电阻丝是否会发红。

师：这也许需要很长的时间。

教师出示一个泡沫，把泡沫放在刚才的电阻丝上，泡沫很快被切断了。

师设问：你观察到了什么现象？

生1：泡沫被切断了。

师：说明了什么？

生1：电阻丝产生了热量，把泡沫切断了。

师：把不可见的现象转换为可以看到的现象，科学上把这种方法叫作转换法。

“电热器”这一课例将书本中的电阻丝加热实验进行变式，用泡沫切割的方法替代温度计，实验过程简单，现象明显，表达清晰，学生较容易理解。通过实验材料的优化，学生能清楚地理解电阻产热的原理，并渗透了转换法的科学方法，由浅入深，激发了学生的探究欲，在变式实验中体现了“学为中心”的主旨，突出了学生的主体性。

二、拓展学生思维是有效“变式实验”教学的前提

实验材料的优化作为实现变式实验教学的有效策略之一，方法简便，效率高，但需要教师具有较强的创新能力，且需要思维的灵活度。学生是课堂的主体，更是实验教学活动的主要参与者。为了体现“学为中心”的思想，我们强调必须在实验变式教学中拓展学生思维，具体可以通过探测学情、内化概念、建构概念等过程拓展思维。

1.探测学情，引发思考

实验前的预测是拓展学生思维的切入点。在实验进行之前，教师应通过创设富有挑战性的问题情境，引发认知冲突，而设定的实验恰是解决这一认知冲突的关键。现以“气体压强和流速关系”这一课为例。

师：这里有两张纸片，如果往纸片中间吹气，会有什么现象？

生1：会吹开。

师追问：为什么会吹开？

生1：我生活中吹纸片，一吹就吹开了

师：其他同学呢，有没有不同的观点？（学生都点头）

师：科学是讲究证据的，我们需要通过实验来验证这一现象。

教师以两张纸片的例子探测学情，一部分学生可能会说纸片会吹开，这与实验结果相反，从而引发认知冲突，拓展学生的思维，激发其学习兴趣，建构出一个概念——气体流速越大，压强越小。试探性的学情预测能够使学生的思维过渡到活动中，从预测到思维的过渡是一个循序渐进的过程，学生逐渐建构概念，符合其认知发展规律。

2.运用新知，内化概念

科学概念建构之后，需要让学生明确科学概念是经得起反复考证的。所以，由学生设计实验来验证科学概念的正确性，用不同形式的直观材料或实例说明事物的本质属性。这也是学生对科学概念的迁移和提升。现以“气体压强和流速关系”一课的实验环节为例。

师：其实这一规律在生活中还有很多应用，请同学们尽可能设计实验，实验器材有

乒乓球、吸管、烧杯（水）、一次性塑料杯、纸，待会儿请同学上来演示，一个同学做，一个同学仿照这个范本进行讲述。

（1）你用______使______处气体的流速变______了。

（2）你通过______现象发现______处压强变______了。

（3）你得出______结论______。

小结：当气体流速越大，压强会越小。那么液体呢？

请同学们利用轮船、注射器、乒乓球、水槽（注意注射器的水流水平射出）来设计实验，验证液体压强和流速的关系，也仿照范本：

（1）你用____________使______处液体的流速变______了。

（2）你通过____________现象发现____________处压强变______了。

学生运用刚掌握的结论进行自主设计实验，并应用科学概念。他们能轻易地设计出乒乓球从纸杯跳起、两塑料杯内吹乒乓球等实验，最后，在液体压强与流速关系的教学中，直接给出器材轮船、注射器、水槽，由学生自主探究。这是因为在之前气体压强与流速关系的学习中，教师已经作好铺垫，学生能够由气体压强与流速的关系类比推出液体压强与流速的关系，所以能比较容易地设计实验。教师合理利用实验设计环节，能够使学生的思维更广、更深，内化科学概念。

3.建构概念，发展认知

概念初步建构好后，就需要发展学生的认知，感知建构经验。当教学内容所蕴涵的信息通过一系列活动呈现在学生面前时，只有超越所给的信息，才会获得重要的、可迁移的观念，才能适应复杂的环境，而这种超越就是对实验现象的解释。在“气体压强和流速关系”课例中，就体现了概念从建构到发展的过程，反映了学生思维的发展过程。

师：为什么纸片会靠拢呢？看来咱们要好好分析下。纸片的中间和外面充斥着什么？

生：空气。

师：那刚开始前，纸片处于什么状态？

生：静止。

师：说明纸片两侧受到的大气压力有什么关系？

生：相等。

师：吹气不是把中间的空气吹跑，而是使中间的气体流速变大，那我们看到了什么现象？

生：纸片靠拢了，里侧的压强小，外面的压强没有改变。

师：通过这个实验，咱们得出的结论在生活中有很多应用，比如刚才的同学就很巧妙地运用了吹气让乒乓球悬浮的办法，现在我们来解释下。

吹气使乒乓球 上方 处的气体流速变 大 了，气压变 小 了，使乒乓球下方的气压大于上方的气压，所以乒乓球不会下落。

“纸间吹气”现象的解释——初步建构“气体流速越大压强越小”概念，“悬浮的乒乓球”现象的解释进一步认同“气体流速越大压强越小”概念，在这一过程中概念一步步得到发展，学生主动地参与到学习过程中，最后真正建构“流体流速越大，压强越小”的概念。

三、学生体验深刻是有效“变式实验”教学的途径

学生思维的拓展可以有效促进概念的发展，这对于强调学生思维发展的“变式实验”教学是非常重要的。除此之外，学生学习科学知识是接受的过程，更是发现和创造的过程。因此，教师在科学教学中引导学生自主发现、主动探究，体验未曾经历的独特经历，让学生体验学习的乐趣。在实验教学中，学生是主动参与者，变式实验尤为强调学生体验的深刻性。在“气体压强和流速关系”课例中，有许多让学生印象深刻的体验活动。

师：现在每位同学都有两张纸片，大家吹吹看。

师：大家去吹纸片时，发现纸片怎么样了？

生：纸片真的合拢了（体验深刻）

……

师：现在你们在注射水流的过程中发现了什么？

生：小船碰到一起了！（经验继续延展）

……

师：同学们，当我用吹风机吹机翼时，你观察到了什么？

生：机翼升起来了！（体验进一步加强，经验在学生头脑中牢固建构）

从吹纸片到注射小船、吹机翼模型，在这些实验活动中，学生都亲自操作，亲自体验，从“真的合拢”“碰到一起”“机翼升起来”这一系列的话语可以看出，学生对体验很有感悟，并发自内心地感到快乐，这与“学为中心”的思想是非常契合的，学生在此活动过程中非常快乐，学习效率也得到提升。这一系列的活动让学生体验非常深刻，经验在学生头脑中从建构到延展再到牢固打下基础，着实提升了实验教学的有效性。

四、学生充分交流是有效实验教学的保证

当学生对一系列彼此有联系的材料进行探究并获得有意义的经历之后，他们的内心有了等待开发的语言思维——一种可用语言表达的思维。这种由前语言思维向语言（概念）思维的转化有一个过程，集体研讨则是促进这种转化的有效途径。学生通过对有效实验现象和结果进行交流，这是有效实验教学的保证。

总之，有效变式实验是科学实验教学的重要组成部分，我们通过实验材料的优化、拓展学生思维、充分交流等实践实现有效的实验教学。在实验中调动学生的积极性，提高学生举一反三的能力，体现以“学为中心”的思想，有助于素质教育的实现。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.初中科学课程标准（2011版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

研究式实验 篇12

一、竞赛式电工电子实验研究型教学体系

电工电子实验以电工、应用物理为基础,以电子技术、仪表技术、测试技术为指导,侧重于理论指导下的实践、技能培训及综合能力的提高。传统的电工电子实验环节中验证性的基础实验居多。验证性实验能加强学生对基础理论知识的理解和巩固,训练学生对仪器设备的基本操作技能,对学生基本理论、基本方法的学习和基本技能的掌握起重要的作用。但是,由于基础实验学时和内容的限制,学生无法获得利用基础电路单元去构架较复杂的电路系统设计的训练。

由于电气工程相关专业对应用技术有较强要求, 我院提出注重锻炼学生的实践能力和分析解决实际问题的能力,着力培养“宽口径、厚基础、强能力、 高素质”的应用型创新人才的思想。因此,学生完成基础性实验课程后,需要将实验内容向以设计性、 综合性方向为主的综合实验发展,形成多层次的实验教学内容[5,6,7]。

电工电子类竞赛的题目比较灵活,能够充分发挥参赛学生的创造能力。参赛者根据题目的要求,完成从选题、资料收集与整理、方案的设计与实现、结果的分析与检验,直到设计报告的撰写的整个设计制作全过程。而且,在课题的整个设计过程中,设计团队之间的交流和合作必不可少,要求学生有很好的协调能力与分工合作能力。可见,电工电子类竞赛注重学生应用理论知识的能力、动手解决问题的能力,以及创新能力和合作精神等的综合能力。这与我院培养应用型创新人才的指导思想完全一致。因此,我院在电工电子实验研究性教学体系中引入竞赛式教学方式,以设计竞赛的方式实施电工电子综合实验的教学。

二、竞赛式电工电子综合实验的实施

(一)电工电子综合实验

电工电子综合实验是教师事先给定实验要求和任务,学生自主设计课题实现方案的实验。综合性实验既要体现内容的综合性与创新性,又要体现知识能力素质的培养。通过综合性实验的开展,引导学生运用综合的观点和创造性思维去思考现实中的复杂问题,使学生有更多的组织、判断与选择的机会,可有效地培养学生综合分析问题和解决问题的能力。

综合实验所需准备内容较多,难度较大,要求学生组成实验小组来完成,培养学生的分工合作精神和团队精神。实验题目给定后,学生查阅实验内容的相关知识,并进行讨论,确定实验的设计方案,方案经教师审查通过后即可进入实验设计。这种学生自行设计实验方案、在实践探索中学习知识的方式可有效地激发学生的主动性和创造性,教师的引导则保证了教学的质量。

(二)竞赛式综合实验的实施环节

我院竞赛式电工电子综合实验的实施主要有以下几个环节组成:

1.实验目的和任务以及基本原理讲解部分。讲解内容包括实验项目的提出,实验目的和任务的解析。 同时围绕实验内容讲解硬件系统的设计方法、规范、 工具,以及最终的报告文档形式等。让学生建立一个解决实际问题的总体过程概念,以及电工电子产品研究开发的总体设计思路,了解各个环节之间的关系和技术要求,达到理论联系实际的目的。

2.实验设计资料的查找和整理。在明确实验设计基本规则和内容后,学生需要进行课题资料的收集和整理。学生通过多种途径在图书馆和网络上查找相关理论和技术资料,并就所需元器件等进行市场调研, 还要到开放性实验室里学习和了解仪器设备的技术参数和性能,最后将收集的资料进行分析和整理,为最终确定设计方案做好充分准备。

3.讨论和确定设计方案。在分析参考资料的基础上,学生提出实验的设计方案,并进行方案的论证分析。包括确定实验方法、理论计算和仿真等。然后教师和学生一起就设计方案进行讨论和评价,找出不足点,明确努力方向和目标。教师要以竞赛的要求要求学生,在科学引导的同时,要充分调动学生的学习积极性和创造性,鼓励学生独立思考问题和解决问题的能力。学生则充分发挥其主观能动力和潜能,进行开拓性思维,形成自主学习,研究性学习和探索式学习模式。

4.系统调试阶段。学生就确定的实验方案在开放式实验室内进行电路仿真和调试。我院电子电路实验中心积极创造条件,设立了实验室开放与创新项目。 部分实验室采取了全方位的开放模式,开放性实验室对学生实行实验时间开放,实验器材开放,突出了实验教学以学生为中心的开放模式。学生根据选取的实验项目完成实验内容,测试电路的性能指标等参数。 同时值班教师负责安全及提供必要的帮助和技术指导。为学生自主学习、自主发展、研究性学习和实践创新提供条件。

电工电子综合实验中电路调试阶段最能锻炼学生的实践能力和意志。调试过程中往往会因为一点点小的疏忽或是实际电路参数小的变动等影响到整个实验的顺利实施。理论上很简单的电路,在实际调试中会出现种种问题。这就要求学生在遇到困难时,发挥刻苦钻研的精神,将理论和实际联系起来,加强学生间的沟通和互相帮助,善于发现问题和解决问题。 并在不断的质疑中强化问题意识,在实施中产生灵感,在挫折中锻炼意志。整个调试过程中,学生在品尝挫折和失败的滋味后,会更加深刻地感受到获得创新灵感和成功带来的喜悦。

5.撰写实验报告与答辩评奖。学生完成实验方案的设计和测试后,对实验结果进行整理和分析,并撰写实验报告。教师就学生的实验报告进行答辩,考察学生对电工电子基础理论知识、实验和设计技能等知识的综合运用,以及总结表达等方面的能力。并发掘学生理论联系实际过程中,在方案选题、实验方法和设计等方面的闪光点。最后参照竞赛的评价机制,对学生的综合实验设计进行评奖。分为集体奖和个人奖两种。比较各组以团队合作实现的综合实验,根据设计方案和实验效果的优劣,评出奖项等级,对学生的沟通能力和团队协作能力给予肯定。并就答辩中表现突出的个人,评出个人奖项,对学生的实践和创新能力给予充分肯定。另外,对于那些在实验实施中不够成功,或者实验结果错误的实验小组,要综合考虑学生在整个过程中的努力和创新,保护学生的学习积极性和创造性。

这种竞赛形式的电工电子综合实验,整个实验设计实施过程中,新知识、新技能的学习渗透其中,学生在不断的实践和探索学习中,对科学研究有了更清晰的认识,开阔了视野,扩大了知识面,摆脱了书本的局限。达到了对学生进行电子电路工程实践系统训练的目的,提高了学生综合应用专业知识和专业技能的能力。

(三)竞赛式综合实验的实施实例

下面以传感器信号采集与处理电路设计为例,来讲述竞赛式电工电子综合性实验的实施。

首先指导教师解析实验目的和任务,以及实验设计所要实现的功能。

1.实验目的。传感器能感受被测信号,如温度,压力、声强、电流等,并按照一定的规律转换成可用输出信号。传感器输出的微弱信号经过信号采集和处理电路后,能转换为便于计算机采集和处理的信号。因此, 传感器及其相关信号调理电路被广泛用于测量各种不同物理量。

传感器信号采集与处理电路设计这一实验,通过传感器的选取和信号处理电路的设计,使学生掌握传感器的工作原理,信号放大和滤波等电路的功能、构成和调节方法,进而掌握传感器信号调理电路的工作过程,培养和锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的实践能力。

2.实现功能。要求设计一个传感器信号采集与处理电路,电路主要由传感器和信号处理单元两部分组成,系统框图如图1所示。其中,传感器检测被测信号的变化,并转换成有用的输出信号。信号调理电路的功能将微弱的传感器输出信号转换为便于检测和处理的信号,其组成根据传感器输出信号的不同而有所不同,通常由前置放大电路、滤波电路、主放大电路等组成。其中,前置放大电路实现与传感器的阻抗匹配, 使信号能够有效传输;滤波电路环节的功能是选取信号频段,降低噪声,滤除干扰信号等;主放大器进一步放大信号,将信号放大为适合数据卡采集的信号。

学生根据实验的内容分组讨论和确定设计方案, 然后进行电路的调试。学生在电路调试过程中不断地发现问题并完善设计方案,实现该综合实验的功能。

三、竞赛式教学方法对电工电子实验研究型教学体系构建的促进

实践表明,在电工电子实验中引入竞赛式教学, 促进了电工电子实验研究型教学体系的构建,其教学效果有显著提高。

(一)形成多层次的电工电子实验教学内容

电工电子实验研究型教学体系将实验划分为由低到高的三个层次:基础性实验,设计型实验,创新研究实验。综合性实验既要体现内容的综合性与创新性,又要体现知识能力素质培养。通过竞赛式综合实验的开展,引导学生运用综合的观点和创造性思维去思考现实中的复杂问题,使学生有更多的组织、判断与选择的机会,可有效地培养学生综合分析问题和解决问题的能力。

(二)促进电工电子实验室开放与创新

采用竞赛式的综合实验教学后,部分实验室采取了全方位的开放模式。创新实验室拥有更多、更高档的仪器设备、实验器材、工具等,主要针对经过开放实验室锻炼并表现优秀的学生。学生们组成竞赛式的创新活动小组,开展复杂的创新性实验。学生根据自身兴趣和能力,并结合实际申报课题,指导教师们审定后,组织学生进行讲解并答辩,确认方案可行后立项, 给予一定经费资助。

进行竞赛式创新教学以后,学生可自主设计实验,对电工电子类理论知识进行反复操作和论证,也可进行创新性实践活动,使大学生的动手能力和创新创业意识得到全面提升。

(三)对学生科研创新能力的促进和提高

在电工电子实验中引入竞赛式教学模式,引发了学生的实践性电工电子技术学习的热潮,学生在实践过程中表现出了极大的兴趣,充分发挥了主动性和创造性。在竞赛式综合实验设计和实施过程中,学生运用学过的理论知识,并自学一定的相关知识,在实践中发现问题,自己分析和解决实际问题,从而促进了其自学和实践能力的提高。虽然学生的最终作品不完美,但学生通过一个完整的竞赛项目,能在过程中磨炼意志,培养其学术上的刻苦钻研精神,并锻炼其逻辑思维能力,从而真正体现实践性技术人才的培养目标。

四、小结

对于“电工电子实验”这类实践性很强的实验课程,采用竞赛式实验教学方法,建立研究性实验教学体系,并加强实验教学方法的改进和完善,对提高实验教学质量,培养学生实践能力和创新精神具有重大的意义。

电工电子类竞赛注重提高学生的综合素质,对培养学生的理论联系实际能力、创新能力以及团队合作精神有很大的促进作用。在电工电子研究性教学模式中引入竞赛式教学方法,体现了以学生为本的教学理念,能充分发挥学生的学习自主性,培养学生的研究习惯,锻炼学生分析和解决问题的能力,为创新意识和创造能力的培养奠定基础。

竞赛式的电工电子综合实验的开设,使学生在方案设计中强化了理论知识应用实践的意识,在方案实施中强化了发现问题和解决问题的意识,在挫败和讨论中锻炼了意志和团队协作能力,在答辩中锻炼了文字表达和表现能力。整个综合实验设计过程中,学生对学习过的专业知识有了更加清晰的认识,并学习了许多书本上没有的实践知识和技能,真正体会到项目设计和实施过程中的曲折和成就感。实践表明,竞赛式电工电子实验教学体系对培养学生的分析能力、实践能力、创新能力以及合作精神都大有益处。

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