创新设计实验

创新设计实验（通用12篇）

创新设计实验 篇1

高校实验教学的主要目标是培养学生的应用能力和创新能力, 因而以培养学生综合性创新能力为主的实验教学, 理应发挥重要作用[1]。植物组织培养是现代生物技术的重要组成部分, 是当代生物科学中有较强生命力的一门科学[2], 实验教学是该课程教学的中心和关键环节。本文以培养创新人才为目标, 以植物组织培养课程实验教学为例, 对高校实验教学中开设综合创新性实验的必要性、综合创新性实验建设的平台以及教学实践效果进行了探讨和分析。

一、开设综合创新性实验的必要性

创新性实验教学是现阶段高等院校实验教学改革的趋势, 它主要是将教学大纲要求的某些基本的实验方法和实验手段有机地综合在某一个实验当中, 以达到完整、综合创新的实验目的。通过综合创新性实验的学习, 可以使学生在有限的实验课时内对课程有一个全面、深入的了解, 既熟练掌握了基本的实验技能, 又培养了学生的创新意识和综合运用理论知识分析问题、解决问题的能力, 从而达到提高学生的综合素质、增强学生升学和就业竞争力的目的。

此外, 由于教学实践中存在着专业基础课和专业课的课时越来越少 (相应实验课课时也越来越少) 、学生人均实验经费数量与以前相比有所减少、实验经费消耗较大等问题, 再加上新技术、新方法不断涌现, 学生不可能在有限的几十个甚至只是十几个学时内把所有的、以后可能用到的实验技能和项目都学完和学会, 这必然要求我们根据现有的实验教学条件对教学内容进行优化和调整, 而开设综合创新性实验项目已成为创新性实验改革和创新人才培养必然的趋势。

植物组织培养实验教学的特点是既要注重学生基本实验技能的训练, 又要在充分发挥学生自主性的基础上结合科学研究和生产实践进行教学。在植物组织培养课程中开设综合创新性实验项目既是国家创新人才培养的要求, 也是农业企业、生物工程公司和教学科研单位对熟悉植物组织培养技术人才的需求, 可以为满足社会需求、提高升学和就业竞争力打下坚实基础。

二、综合创新性实验建设的平台

(一) 实验平台的建设

实践性环节在培养人的科学思维、创新意识, 掌握科学方法, 提高综合实践能力方面是课堂理论教学所无法替代的[3]。综合创新性实验平台的建立是开设综合

*基金资助:东北林业大学教学研究课题 (DGY20007-029)

创新性实验、保证教学过程顺利进行并获得显著教学效果的有力支持。

1. 基本实验技能的平台

在基础验证性实验教学阶段, 结合综合创新性实验对理论知识和基本实验技能的要求调整教学内容。改革原有的理论课教学内容和实验教学方案, 使理论教学内容更倾向于实际应用, 并形成一个与理论教学课程相对独立的、内容丰富的实验教学体系。删除一些代表性不强、内容有重复的实验项目, 将实验项目进行分层次设立, 如在植物组织培养实验教学中将实验室构成及常用设备使用和器皿洗涤的注意事项 (2学时) 设立为基本的操作训练;将培养基母液、激素母液、试剂制备 (2学时) 和培养基制备与保存 (2学时) 这两个项目设立为基础项目, 对学生进行重点培养和训练;而对植物材料的准备和接种 (2学时) , 则用清水代替真正的消毒液, 让学生反复进行练习和模拟, 即节省了实验经费又达到了实验技能的训练。在经过以上几个基础实验项目后, 才安排8-10学时的综合创新性实验项目[4]。在教学计划中单独设置“综合创新性实验教学时间”, 在实际教学中预留出给学生设计综合创新性实验方案和修改的时间, 为实现多层次实验教学提供了必要的时间。学生在掌握了基本的实验技能并具有一定的知识积累后, 才有能力集中时间和精力主动地去综合、分析所学的理论和实验知识, 把所学知识付诸于应用, 并开始学习自主设计实验方案和完成实验。

2. 实验室和设备条件的平台

建设综合创新实验室和实验设备共享是开设综合创新性实验必备的基础。植物组织培养实验室根据功能分为实验教学实验室、组织培养实验准备室、灭菌室、接种室和培养室。此外, 组织培养实验室与其他教学实验室和教学设备可以无障碍的共享可为综合创新性实验项目的开设提供可靠的保证。综合创新性实验是与传统的实验不同的实验模式, 其教学组织具有自己的特点, 其一是实验室应该是全方位开放的。包括实验室工作时间的开放 (除了安排专业教学实验外, 实验室可以有计划地接受实验者的申请) ;实验内容的开放 (学生自己提出的实验课题, 经评审可以进入实验室进行研究) ;实验室服务对象的开放, 全院学生 (包括研究生) 及教师均可利用实验室的资源。参加综合创新性实验的学生在进入实验室之前必须经过充分准备, 提出实验方案报告, 经指导教师审阅通过后方可进行实验。

3. 学生创新思维和创新意识的激发

综合创新性实验教学的关键是以学生为主体, 通过教学激发学生的主观能动性、激发学生的主动创造思维, 从而达到培养学生的创新能力的目的。开设综合创新性实验项目, 要以学生为主体, 教师只起有益的引导作用。要重视激发学生的创新思维, 引导学生对实验内容、实验方法、实验手段和实验教学模式等进行创新性思考[5]。首先, 有目的地让学生参与到教师的科研项目中去, 让他们初步了解和掌握学科的一些前沿知识。学生通过亲自参加科研活动, 可以掌握科学研究的基本方法、开拓科研思路、树立起正确的科研观点。其次, 组织学生成立兴趣小组, 利用课内所学知识和资料内容, 在课外时间进行组织培养实验, 自主设计实验方案、自我检验、自我调整, 直至实验成功, 将关键环节和技能重复训练, 从而尽快达到技能熟练的目的和效果;再次, 为使学生对技术的广泛应用有切身的体会, 组织学生到相关生产实践部门进行实地考察和学习, 具体了解从理论、实验到实践生产中的差距和存在的问题。这些措施可以极大提高学生学习兴趣, 强化学生的创新思维和创新意识, 增强学生的学习积极性和主动性。

(二) 教学内容和教学模式的设计

在综合创新性实验项目教学中教师只提供参考范围和题目, 如细胞分裂素和生长素效应实验, 以植物叶片、腋芽和幼嫩茎段为材料进行离体快繁实验等。有时是指导教师的研究课题, 如让学生参与“水曲柳离体扩繁”和“花楸体细胞胚胎发生”等项目的材料选择和培养基设计, 此类实验不是单一的、只运用某门课的知识就能解决问题和完成任务的。

在实验过程中, 要求学生先提出课题和基本思路, 教师则与其共同讨论完善方案。学生从最初的无从着手, 到查阅参考书、上网查资料, 跨出了培养创新意识的重要一步。在实验中遇到问题时, 要求学生自行提出解决方法, 教师则帮助分析这些方法的合理性, 通过学生为主, 教师为辅的实验教学方法, 逐步培养学生的独立工作能力。例如, 要求让学生自己提出需要培养的植物种类和培养目的, 查找相关文献, 在所学的理论知识和资料分析的基础上提出外植体的类型、外植体表面灭菌和培养基配方等实验方案, 独立写出包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验进度和预期结果等内容的报告, 经过教师的审阅合格后, 学生独立安排、准备、完成实验。在学生独立开展实验期间, 实验室实行开放式管理机制, 教师起指导、检查、协调的作用, 预先安排好各小组的无菌操作时间, 使无菌操作室、准备室得到合理高效运转。实验小组也由学生自愿组合, 以4~5人为一个实验小组;实验时间由学生自行确定。

(三) 成绩的考核方法

在实验全部完成后, 要求学生对实验结果进行整理、计算, 并完成实验报告。指导教师对实验报告进行分析和评价, 分析评价的原则侧重于观察学生是否通过这一教学过程得到智力的开拓、研究能力是否有所提高以及综合运用理论知识解释实验结果的能力, 记录的实验结果是否客观、是否准确可靠, 分析讨论是否科学、逻辑推理是否准确, 结论是否恰当、合理等方面。成绩考核设置基本实验技能综合考核和创新性实验考核两个阶段。验证性实验可根据学生平时的实验态度、实验操作熟练程度和实验结果进行综合评价。综合创新性实验根据学生选题的创新性、知识运用的综合性、实验设计的合理性、实验结果的准确性和可靠性、团队协作精神、实事求是的科学态度和实验的努力程度等进行考核。考核时, 综合创新性实验按照实验质量给出成绩 (分为不合格、合格和优秀) , 成绩不记入总成绩中。但只有综合创新性实验的成绩为合格及以上的学生才可以获得实验考核的总成绩, 否则实验课成绩为零分。

三、教学实践效果

经过几年的教学实践, 本课程取得了良好的教学效果。综合创新性实验的开设有效地促进了教师的知识更新, 激发了学生求新、创新的欲望, 促进了学生对综合知识的运用, 提高了学生进行跨学科、跨领域创新性学习的能力。实验时间由学生自己支配, 增加了学生的动手机会, 锻炼了学生的动手能力。学生是自主开展实验研究、处于主动探索的状态, 充分发挥了学生主观能动性, 养成独立思考和积极进取的科学精神, 培养了学生的创新意识、观察能力、动手能力、分析问题和解决问题的能力。

参考文献

[1]陈志慧.化学创新性实验教学实践[J].内江科技, 2007 (6) :139.

[2]姚晓惠, 张峰.植物组织培养课程实验教学改革的探讨[J].商丘师范学院学报, 2007 (6) :125-127.

[3]王伟祖, 郑旭明.建立综合设计实验平台培养学生创新能力[J].实验室研究与探索, 2004 (8) :74-75.

[4]沈海龙, 等.关于植物组织培养课程特色教学的思考与实践[J].中国科技信息, 2006 (2) :80-81.

[5]章新友.关于高校创新性实验教学的思考[J].实验室研究与探索.2005 (6) :68-70.

创新设计实验 篇2

江苏省如皋市石庄镇初级中学

226531 顾彪

1、教学目标

通过膝跳反射实验，让学生亲身体验反射的过程，帮助理解反射的概念，并激发起学生进一步认识反射弧的兴趣；

通过测定反射时间，让学生了解到不同个体的差异性； 通过本节的实验，可以增进同学间的友情，并促进有效互助、协调合作。

2、实验内容

（1）膝跳反射实验：无需实验材料。（2）测定反射时间：无需实验材料。

3、实验类型

学生实验 膝跳反射实验。

4、设计思路

重点：让学生注意观察刺激和反应、体验反射过程。

难点：受测者需要保持腿部放松、不故意控制腿部动作。测试者敲击点准确、力度适中，既能够产生预期的效果，又不让受测者有疼痛感。

作用：本实验能够让学生对反射的概念（人体通过神经系统对外界或内部的各种刺激产生有规律的反应）形成印象比较深刻的认识，并引起学生进一步学习反射形成途径的兴趣。只有两两配合默契，才 能很好的完成实验。

策略：让两位学生示范，教师说明实验方法和注意事项，然后全班学生两两合作实验。实验完毕，让学生代表说一说实验现象：膝跳反射的刺激是什么？反应是什么？实验失败的原因是什么？

5、教学过程：

同学们听到上课的铃声会走进教室。这里，上课的铃声是同学们受到的刺激，反应是走进教室。像这样，人体通过神经系统对外界或内部的各种刺激所产生的有规律的反应叫做反射。请两位同学到讲台前做膝跳反射实验示范。受测者坐姿，两手的十指交叉在一条大腿下握紧，将大腿抬高，使足离地，小腿可自由晃动。保持放松，不紧张。测试者用一手掌外侧缘敲击受测者膝盖下缘，观察实验现象。如果未有预期效果，教师代替测试者实验。示范结束，全班学生两两合作、并互换角色进行实验。

可能：座位空间小---让学生到两侧和中间的过道上实验；有胆怯不操作者---教师上前积极鼓励、师生合作实验；效果不明显者---教师帮助分析原因，尝试重做；借机胡闹者---教师及时制止、规范课堂行为；其它情况---随机应变。

6、说明：

膝跳反射实验无需实验器材，容易实施。在教学实践中发现，有一半以上的学生腿粗或偏胖，如果按照课本上设计的实验方法，受测者把一条腿搭在另一条腿上时，小腿不能自由活动，无法有效完成实验。因此，笔者对此做了如前文所说的改进。改进之后，学生不再因 为自己腿粗而不好意思，每一位学生都能完成实验，效果很好，并且激发了学习兴趣，达成了教学目标。

后续：膝跳反射是如何形成的呢？由此引导学生开始反射弧等内容的学习。反射时间实验

4、设计思路

重点：体验不同个体的反射时间长短差异，进一步培养小组成员有效合作。

难点：小组内最后两人难分上下时的解决，实验时间的控制，课堂秩序的控制。

作用：本实验能够对不同个体的反射时间存在的客观差异形成深刻认识。进一步培养学生学会合作，进一步增进同学之间的友谊。

策略：先让一小组示范，教师说明方法和要求。然后全班分小组合作实验。小组内最后两人如果难分上下，可以让第三人协助。实验完毕，让合作效果好的小组谈谈经验，失败的小组说说原因。思考、讨论问题：反射时间长好，还是短好？如何使反射时间变短？

5、教学过程：

从刺激出现到反应形成需要一段时间，这就是反射时间。不同的人的反射时间相同吗？让一小组（4人或6人）示范，每人分配一个新的称呼，如包子、油条、麻团、烧饼、馄饨、面条。一名学生（包子）先站立说“包子站、包子站、包子站了馄饨站”，该学生立即坐下。被称为馄饨的学生快速站立说“馄饨站、馄饨站、馄饨站了油条 站”，以此类推。说话、站立、坐下速度要快，如果说错、站错或未迅速站立的，即算失败。示范结束，全班分小组开始实验。

可能：有少数学生性格内向、不积极参与---教师上前积极鼓励；声音过大影响其它组---示意小声，不要影响其他组；有借机调皮捣蛋者---教师及时制止，示意按要求实验；占用过多时间---提示快速，实在不能完成的，课后继续；其它情况---随机应变。

6、说明：

吸热反应实验创新设计 篇3

关键词：吸热反应；实验改进；学生家庭实验

文章编号：1005–6629（2015）4–0053–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学是实验科学，实验能力是学生科学素养的重要组成部分，以实验为基础展开化学教学已成为化学教学工作者的共识。只有不断改进和创新，化学实验才会充满生命和活力，保持其在化学教学中的独特魅力，最大限度地发挥实验的教育教学功能，使化学实验教学更切合教学改革的潮流，适应素质教育和创新教育的需求。

1 Ba（OH）2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应实验改进

1.1 教材中的实验设计

人教版必修2 第34页第二章第一节“化学能与热能”中有这样一个实验：

“将约20g Ba（OH）2·8H2O晶体研细后与约10g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片或小木板上，用玻璃棒快速搅拌，闻气味，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。”

1.2 存在问题

该实验虽然简单但还存在以下几点问题：

（1）Ba（OH）2·8H2O用量多、腐蚀性强，价格高；

（2）重金属钡离子有一定的毒性，处理不当易造成污染；

（3）敞开体系，氨气逸出，有明显的刺激性气味。

1.3 实验改进

为了解决以上问题，对实验进行了以下改进：

（1）将药品用量减半，取约10g Ba（OH）2·8H2O研细后装入50mL小锥形瓶中，再加入约5g NH4Cl，套上小气球以平衡气压（见图1）；

（2）请学生用手握住锥形瓶用力振荡；

（3）药品迅速变为糊状，锥形瓶外壁温度迅速降低，传递锥形瓶给每个学生感受温度的变化；

（4）实验结束后加入适量稀硫酸，吸收NH3，并使Ba2+沉淀。

该实验操作简便，现象明显，反应体系密闭，药品用量小，污染也小，便于学生亲身体验化学反应的热效应！

2 吸热反应实验创新设计

从教材设计及实验目的看，是为了使学生直观地感受常温下自发进行的吸热反应。为什么这个反应吸热明显？能不能开发一个类似的反应速率快、吸热现象明显、腐蚀性更小、无毒害的绿色实验？

为了解决这一问题，必须了解为何教材中要选择Ba（OH）2·8H2O。

2.1 探究1：为何选用Ba（OH）2·8H2O

创新设计实验 篇4

1 药学实验课的现状

(1) 课程设置不够重视实验教学。受传统教育文化的影响, 实验教学长期处于理论教学的从属地位[1]。实验课成绩一般只占总评成绩的15%~20%, 这使得教师和学生都更重视理论课的教授和学习, 而把实验课放在次要位置。这严重影响了学生实验能力的培养和提高。

(2) 实验教学模式陈旧, 缺乏创新设计。传统的实验教学模式是以教师为主导, 而教师以教材为模板, 大多仅进行教材中提到的实验, 实验内容陈旧、方法单一、与实际需要脱节。长期以来形成了一种基础验证性的固定模式, 缺乏新颖性和探索性。而且, 以往的实验多是相互孤立的, 并未与课程开展、当今学科发展、生活与生产实践的进度相配套, 未能充分体现它们之间的联系, 衔接存在脱节, 少见综合性、创新性的实验。

(3) 学生的学习兴趣和创造力得不到充分激发。以验证性实验为主的传统实验方法和实验步骤一成不变, 学生已习惯于按照实验讲义上的步骤按部就班地进行实验, 渐渐失去了对实验课的新鲜感和对知识的渴望。学生主要把注意力放在实验数据的正确与否和测量误差的大小上, 很少有学生注重实验原理、过程、本质以及实验对象产生与演变的规律。学生在整个过程中, 完全处于被动状态。这种旧有的实验教学模式, 在一定程度上压制了学生的自由发展, 严重束缚了学生的独立思考能力, 阻碍了学生的创造力, 学生的能力培养受到限制。学生不能充分自由地发表自己的见解或提出质疑。

2 设计性实验教学改革的提出和实践

为了改变实验教学的现状, 深化实验教学改革, 提高实验课的教学质量, 我们摸索出了一条通过开设设计性实验来促进实验课质量的提升、培养学生创新实验能力的路子。

通过基础性实验—综合性实验—设计性实验—研究探索性实验, 形成了4个层次递进的实验教学体系, 强调学生能力培养的系统性和科学性[2]。在设计性实验中, 学生能够在教师的指导下独立完成实验设计以实现自己的想法, 该模块作为课程的第三部分开设。学生经过验证性实验模块和综合性实验模块的训练, 已具备了独立开展实验设计的基础和能力。为了使实验能够顺利进行, 提出的设计性实验流程为:提出实验题目→可行性论证调研→设计性实验的实施及结果分析→学生分组设计提交设计报告→教师审阅实验设计报告→实验技术人员提供相关试剂、材料和仪器→学生独立完成实验→整理实验数据、撰写实验报告→学生进行课堂答辩, 教师对学生实验做出评价→设计性实验的考核。

设计性实验分为3个阶段进行。第一阶段是确定实验方案阶段。在实验之前, 将3~4名学生分为一组, 实行组长负责制。学生利用课余时间到图书馆、资料室查阅有关手册、文献进行分析选择, 学生互相讨论, 最后根据所学的理论知识和实验基本方法及操作进行实验设计, 确立实验目标、规定实验时间范围、给出实验方案等。第二阶段是学生在实验室动手做实验的阶段。学生根据实验任务书的要求, 在规定的时间内完成实验操作, 观察实验现象, 分析整理实验数据, 小组内相互讨论、交流, 达成共识。第三阶段是实验后答辩交流评价阶段。由于分组进行设计性实验, 每个组都有自己的实验设计思想, 获得的实验结果不同, 通过汇报交流, 可以提供一个交流经验、共同提高的平台。最后, 教师对学生的实验进行点评, 提出值得学习和需要改进的地方。

与验证性实验和综合性实验不同, 设计性实验是在教师指导下学生自主设计、独立完成以实现自己想法的实验, 工作量大, 实验时间长, 因此组织管理十分必要。教师从学生实验设计到实验总结报告进行全程管理, 包括设计方案的审核、材料仪器的准备、实验过程的监控、数据分析及论文撰写、答辩交流评价、实验结果报告和最终的考核认定等。

3 设计性实验的作用

3.1 实现了“以学生为本”的教育理念

设计性实验将学习的主动权交给学生, 学生真正成为实验课的主体, 而教师则充当导师的作用。由学生来确定实验方案、设计实验路线、自主测试和分析数据、得出实验结果、写出小论文式的实验报告。这就要求学生在实验过程中学会自己查阅和搜集资料, 自行应用所学的相关理论进行分析, 从而设计出自己的实验方案并独立进行实验操作, 有时还需要学生自行选择实验仪器, 从而变被动实验为主动实验, 整个过程完全由学生自己提出问题、分析问题、解决问题。

3.2 激发了学生的创新意识

传统的实验教学以验证性和演示性实验为主, 实验教学讲义已近乎一个“菜谱式”的操作程序[3], 好像教师做饭、学生吃饭。而设计性实验是学生自己想吃什么就做什么。

设计性实验又称为创新性实验, 是培养学生创新意识及科研设计能力的有效手段, 设计性实验旨在培养学生的创新意识和创新精神、提高学生分析问题和解决问题的能力。我们在药学实验中增设自主设计性实验, 使学生对药学实验课产生了浓厚的兴趣, 拓宽了知识面, 进一步提高了学生灵活应用多学科知识、全面思考、自主学习及创新的能力。

3.3 培养了学生的综合实践能力

整个设计性实验由学生自行完成, 通过实验更好地掌握实验原理, 达成理论与实践的统一。培养了学生的自主学习、交流合作、分析总结、语言表达和论文写作等实践能力, 尤其是他们的自我调控、自主学习能力得到了提升。在药学实验过程中, 网络的应用必不可少。学生可以在实验初期利用网络查阅相关文献, 了解相关背景知识, 不仅如此, 对于一些高端仪器设备也可以通过网络进行了解。同时, 网络也为学生提供了共同交流的平台, 学生可以通过网络共同探讨相关问题, 将网络与实验学习有机结合, 更有利于发挥自主学习的作用[4]。

3.4 强化了教师的整体素质

设计性实验追求的是利用当代最新科技成果改造传统的实验方法, 这就要求教师也必须不断更新知识结构, 探索和完善设计性实验方案, 因此, 开设设计性实验就对教师提出了更高的要求:由于设计性实验大部分内容都由学生自己完成, 出错率和仪器的损坏率都会提高, 这就要求教师对实验的原理、步骤及仪器的使用非常熟悉, 对可能出现的问题做到心中有数, 以便及时解决;由于设计性实验所需要的工作量高于验证性实验, 这就对教师的敬业奉献精神也提出了更高的要求。因此, 开设设计性实验的前提是拥有一支高素质的指导教师队伍, 当然, 设计性实验的开设也可以促进教师的业务水平和指导能力的提高, 从而形成良性循环[5]。

实践表明, 设计性实验充分调动了学生的积极性和主动性, 对培养学生的自学能力、创造性思维能力和运用所学知识解决实际问题的能力提供了很大的帮助, 打下了坚实的基础。学生在设计性实验中的收获是对教师教学工作的最大鼓励, 我们将在今后的教学实践中继续总结探索, 不断更新与完善设计性实验的教学模式, 深化实验教学改革。

关键词：设计性实验,创新能力,作用

参考文献

[1]李桂云.站在新的历史起点上[J].中国远程教育, 2007 (5) :14~16.

[2]吴小虹, 刘晔, 林佳利.浅谈“三性”实验对提高学生综合实验能力的作用[J].南昌教育学院学报 (高等教育) , 26 (5) :70~74.

[3]丁启龙, 刘晓东.药学医学基础实验教学体系的建设与实践[J].药学教育, 2009, 25 (1) :28~30.

[4]申志英, 宋智敏, 徐东花.药学实验教学改革探析[J].药学教育, 2007, 23 (3) :52~54.

机构创新设计实验感想 篇5

机自091

实验感想

对于理工科大学生，在大学的学习生活中参加科学研究实践，学会进行科学实验研究的方法，为今后参加科学研究工作打下基础尤为重要。在这次为期两天的机构创新设计综合实验中，通过老师的循循善诱，谆谆教导和自己的亲身实践，让我对机械设计有了全新的认识，并从中受益匪浅。

结构设计是机械设计中最主要的环节，是将机械的工作原理变成技术图纸的过程，而我们又要把图纸变为实体。我们应用了变元法的思想进行产品结构设计，首先确定该产品的一种基本结构方案，然后在此基础上开发出多种新的结构方案，再经过一系列反复的比较、验证和优化，最终确定出最佳方案。机构创新设计综合实验虽然只是一次实验，但我认为它是一门十分有用的专业课，它使我的很多专业知识以及专业技能得到了提升，同时它又是一门辩思课，给了我很多思考的空间。同时，创新设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用的传动机构，如曲柄滑块机构、四个机构、齿轮传动、带传动等；熟悉了常用的机构设计方法；了解了机构的运动原理；以及如何提高机构的工作效率等等。

此次实验考验了我们的实际动手能力和分析解决问题的综合能力,加深了我们对有关机械设计的理解，让我学到了很多东西。

首先，此次实验给我提供了手脑并用的良好机会，对培养自己理论联系实际的科学作风也有特殊的功能，做实验前，我们进行了理论复习，结合所学的相关知识进行机构组装，创新设计。亲自做过实验后，让我更明白从事科学研究必须要有严谨的科学作风，研究工作要一丝不苟，实事求是，同时还要打破常规，创新思维，敢于尝试。

其次，我们每个人在刚刚接触这样的实验的时候都会遇到各式各样的困难，但是我们要坚信凭借我们的能力和老师的指导肯定能够解决这些问题。在试验中我们遇到了很多的困难，但我们并不言弃，不断更改方案，优化结构，反复论证，愈挫愈勇，最终顺利地完成了整个实验。

回顾起这次试验，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这短暂的两天里，可以说得是苦多于甜，虽然艰苦，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过此次试验使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，用理论指导实践，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

同时，实验过程中，也对团队精神的进行了考验，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

通过这次机构创新设计综合实验，我发现作为一名理科类的学生自己的实践能力仍十分欠缺，需要不断的提高，而此次实验正是一个很好的机会能够锻炼我的动手能力和思维创新能力，在学习及实验的同时我也学到了很多其他课程上没有学到的知识。这样的学习方法使得我们可以更深入地理解机械的工作原理及设计技巧，也同时拓宽了我们的思维创新能力。

创新设计实验 篇6

关键词：看实验 做实验 设计实验 连贯体验探究教学 光合作用

中图分类号：G633.91 文献标识码：B

1.教材分析

1.1教材地位

苏教版高中生物必修1第四章第二节第1课时光合作用的发现史是在初中所学内容的基础上，回顾了光合作用发现的漫长过程。本节材料容量大，但对光合作用概念的建立有重要作用。因此，本节课对学生的能力要求较高。教师可结合科学史实，运用连贯体验探究教学的方法，构建光合作用的产物、场所、原料等一步步发现的过程，将有利于学生拓展学科思维，促进实验探究能力的提高，并培养学生的科学精神。

1.2教学重难点

光合作用的发现过程中各实验的研究方法、步骤、结论及其优缺点。

2.教学目标

2.1知识目标

了解光合作用的发现过程，并从中理解光合作用的概念，掌握有关实验设计的基本理论知识。

2.2能力目标

培养分析实验、动手操作实验、设计实验的能力，掌握科学探究的一般原则，掌握参与、合作、交流、表达等基本技能。

2.3情感、态度与价值观目标

通过对经典实验的分析、讨论，培养科学严谨的态度，认识到科学家的艰辛，激发创新意识和求知欲望。

3.教学过程

3.1创设情境，导入新课

播放视频，展示大自然的美景，配乐诗朗诵《叶子》。教师提示学生结合初中学习内容思考：为什么要赞美叶子？它有什么作用？学生很自然就会想到，绿叶可以进行光合作用。

教师借机导人，绿色植物可以通过光合作用制造氧气、合成有机物，但在200多年前，人们并不知道这些，现在沿着科学家的足迹，一起探究一下光合作用的发现过程。

3.2看实验，直观感悟

光合作用的发现史是由一个个经典实验组成的，网络上有很多相关的视频、动画和图片，教师可充分利用这些课程资源进行情景再现，让学生在直观上感悟科学家的艰辛及科学实验的探究方法，激发学习兴趣。同时，师生可以在探究过程中逐步总结出光合作用的反应式。

3.2.1范·海尔蒙特的实验

教师展示实验过程的图片，引导学生思考：小小的种子之所以能够长成参天大树，是否完全依靠土壤？从海尔蒙特的实验中可以得出什么结论？学生得出：水是建造植物体的原料；植物生长所需的养料主要来自水，而不是土壤。教师再问：海尔蒙特的这一结论是否精确？为什么？学生答：他没有考虑到空气的作用。

3.2.2普利斯特莱的实验

教师利用动画演示蜡烛、小鼠和植物在密闭钟罩中的实验，引导学生观察实验现象后，分析：蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？这个实验说明什么问题？学生很容易答出：绿色植物可以更新空气；植物生长需要吸收CO₂，同时释放出O₂。

教师设疑：可是当人们重复普利斯特莱的实验时，有的成功，有的却失败了，这是为什么呢？在这个实验中，他忽略了哪一个重要的因素呢？学生思考后答：光照。

3.2.3扬·英根豪斯的实验

教师播放金鱼藻的实验视频，提示学生：金鱼藻在光照下有气泡产生，此气体可使带火星的木条复燃，说明绿色植物释放的是什么气体？再次观看小鼠实验，发现密闭钟罩中的小鼠在有光的条件下存活时间较长。

师生共同得出结论：植物需要阳光才能制造出O₂。

3.2.4联系实际，问题探讨

教师：人们通常认为树林中早上空气清新，是锻炼身体的适宜时间。你认为最佳的锻炼时问是什么时候，（晴天的早上、中午、傍晚；阴天的早上、中午、傍晚）学习小组讨论后，有几种意见，以支持晴天早上和傍晚的居多，再各派代表进行辩论，找出依据。最后学生达成一致，晴天植物经过白天的光合作用后，到傍晚时空气中的氧含量相对较多，更适合锻炼身体。

3.2.5恩吉尔曼的实验

观看动画，教师设问：该实验的巧妙之处在哪里？为什么选用水绵作为实验材料？为什么用好氧型细菌？为什么选用黑暗并且没有空气的环境？学生总结出叶绿体是光合作用的场所。

3.3做实验，亲身体验

有学者说，读到某件事，你能记住10%：看到某件事，你能记住30%；做某件事后，你能记住90%。教师讲得再多，也没有让学生亲自尝试一下后得到的印象更深刻。

萨克斯的实验（课堂实录）。

师：初中时我们就学过，植物的光合作用除了能产生氧气外，还能产生什么？如何验证？生：可生成淀粉，用碘液鉴定。教师展示事先处理过的植物，引导学生分析：

①在实验前先用黑纸箱将植物罩住，进行暗处理，这样做的目的是什么？（消耗掉叶片内原有的淀粉，避免其对实验结果的干扰）

②观察这盆植物有什么特别之处？为什么要这样做？（一半遮光，一半照光，可相互对照）

③叶片是绿色的，淀粉遇碘变蓝，若颜色对比不明显怎么办？（想办法让绿色褪去）

教师给出实验材料：酒精、培养皿、大小烧杯、酒精灯、三脚架、石棉网、碘液等指导学生完成实验并观察实验现象。教师使学生明确此实验中酒精是用来进行脱绿处理的，照光部分变蓝，遮光部分呈棕色。最终得出绪论：光合作用在有光照的条件下会产生淀粉。

3.4设计实验，能力提升

新课程的基本理念就是要提高生物科学素养，提倡探究性学习。学生的知识储备虽然有限，但当他们全力以赴探讨需要解决的疑难时，就会像真正科学家那样肯于动脑筋和费心血。而模仿科学家的思维去设计实验，也更有利于学生创新能力的培养。

3.4.1鲁宾和卡门的实验

结合前面的实验写出光合作用的反应式，教师要求学生思考光合作用释放的氧气是来自水还是二氧化碳？或者两者兼而有之？介绍同位素标记法，给出实验材料用具，如试管、小球藻、细玻璃管等，引导学生分组画图设计，并请学生讲解其设计思路。然后教师用多媒体播放鲁宾和卡门的实验动画，与学生的设计进行对比，师生共同得出结论：光合作用的氧气全部来自于水。

3.4.2卡尔文的实验

教师简述卡尔文循环的基本过程，引导学生根据光合作用反应式思考其采用的方法以及标记元素的种类。

3.5总结

教师列表，引导学生总结光合作用探究历程中各科学家的实验及其结论，并对学生进行情感教育，使他们认识到生物学的发展史就是一部众多科学家不计个人名利，为科学事业奉献毕生精力的奋斗史，如果大家对生物学科感兴趣，也可以像科学家们一样去细心观察、勇于实践、积极探索，相信一定会有所收获。

4.教学反思

美国著名教育家杜威提出，教学不应是直截了当地注入知识，而应诱导学生在活动中得到经验和知识。本节课采用了基于科学发现史的连贯体验探究教学，通过看实验、做实验、设计实验来逐步培养学生分析问题、解决问题的能力，合作探究和交流展示的能力，最终掌握知识点。尤其是做实验和设计实验，以各小组为单位进行充分的讨论、发言、动手操作和体验，是最受学生欢迎的。教师改变了以往保姆式、填鸭式的教学方法，大胆放手，只是在探究的方法上加以适当的点拨，教学效果却出乎意料的好，看来教师要充分相信学生的潜力。

创新设计实验 篇7

一、充分利用多媒体手段增加演示实验的可见度

有的演示实验效果明显, 学生易于观察到实验现象, 从而总结结论或验证所学知识, 如在做“探究压力作用效果的影响因素”实验时, 实验器材直观, 现象明显, 学生可根据实验现象直接得出结论。但是, 有的演示实验现象细微, 教师只能在讲桌上进行演示, 后排学生看不清楚实验现象, 这就增加了学生在理解过程中的难度, 直接影响教学效果。利用投影器将演示现象放大, 使其在银幕上清晰地显示出来。这样既有利于学生观察思考, 又缩短了观察时间。如在做“磁体周围存在磁场”的实验时, 将磁体和小磁针放在实物投影上, 学生通过大屏幕就可观察到小磁针的指向发生了偏转, 从而认识空间磁场的存在和分布情况。有的演示实验在特定的条件下不能完成, 如在做光的色散实验时, 在没有自然光的前题下, 就可以用多媒体的幻灯机作为光源, 将色散后的光谱投到大屏幕上。

二、利用已有经验创造性地设计实验

在教材中有的教学内容没有配套的演示实验, 教师可根据生活经验自己创造性的设计实验, 还可以用自制仪器模型增强演示效果, 增大演示可见度。例如, 在进行“分子间存在引力和斥力”的教学时, 可用调配好的肥皂水吹泡泡, 在自制的铁圈上缠上绵线浸肥皂水演示分子间存在引力, 用乒乓球和弹簧自制教具演示分子间的作用力和分子间的距离等。在学习“潜水艇的工作原理”内容时, 教师就可以利用身边的物品如药瓶、软胶管、口服液吸管、铁块和502胶, 自制一个潜水艇模型, 演示其工作原理。

三、将实验有机结合再重组

中学物理实验教学从其教学组织形式来说, 可分为教师的演示实验、学生边学边实验、学生分组实验和课外小实验四种类型。各种类型的物理实验, 具体形象地展示了物理知识的形成和发展过程, 为学生的学习提供了丰富的感性材料。弄清各类实验的特性和作用, 并把它们有机结合起来, 使它们在培养学生能力上发挥最佳功能。因此, 可以创造性地将演示实验变为边学边实验, 使每一个学生都参与到实验中来, 体验实验带给我们的收获。例如, 在学习“物质质量”时, 就可以把天平发给学生, 使其认识天平的结构, 知道天平的使用方法, 会使用天平测物质的质量。在学习“平面镜成像”的内容时, 可以用现有的实验室器材, 自制底座和支架, 学生分组进行实验, 增加实验的可操作性和直观性。学生边学边实验。

物理是一门以观察、实验为基础的自然科学, 物理规律都是在观察和实验的基础上, 认真总结和思考得来的。教师要尽一切可能, 在物理课堂上为学生展现出丰富多彩的物理现象和活生生的物理情景, 不仅可提高物理教学效果, 还可提高学生的实验素质, 有助于培养学生的创造性学习能力。在实验探究活动中, 让学生通过实验得出的结论所产生的效果是不能用语言来替代的, 所以说实验是最丰富的语言。

化学实验创新设计二则 篇8

一、验证性实验--二氧化碳的密度比空气大

教学中常用的实验方法, 是利用托盘天平或杠杆吊着纸杯的"土天平", 通过向某一端的杯中倾倒二氧化碳, 努力捕获杯子下沉的现象, 企望问题得到验证。事实上, 由于托盘天平受到自身感量因素的制约, 集气瓶盛放的二氧化碳质量很小, 导致实验的可见性很差。也有不少教师改用"土天平"来实验, 但"土天平"杠杆两端悬挂的纸杯摇摆起伏不定, 增大了实验操作和观察现象的难度。近年来又有不少老师设计了用两个气球 (或塑料保鲜袋) , 分别充满二氧化碳和空气, 置于同一高度同一时刻下落, 观察气球落地的先后 (先落地的是二氧化碳, 后落地的是空气) 。殊不知, 实验中存在许多不严密的地方-气球自身的质量不完全相等;充气后气球的体积和形状不完全相同。这些因素都直接影响气球落地的先后。凡此种种, 从现象的不稳固性到结论的不确定性, 很多教师苦于找不到理想的突破方法, 其制约教学效益的瓶颈作用越发显现出来。

在长期的教学中, 本人针对实验中暴露出的问题, 逐一研究。尊崇彻底消除实验弊端、赋予操作方案的科学性的原则。全力确保实验的稳固性和现象的可见性, 使实验有100%的成功率。于是设计出以下实验方法:取一只集气瓶, 注入少量澄清的石灰水 (做显示剂) , 然后向瓶内倾倒一瓶二氧化碳 (持续约6秒钟) , 盖上玻璃片振荡。非常清晰地观察到澄清的石灰水变浑浊。此现象表明二氧化碳已成功倒入瓶内, 这个事实铁证了二氧化碳的密度比空气大;接着顺势分析澄清的石灰水遇到二氧化碳变浑浊的原理, 揭示二氧化碳能和氢氧化钙起反应的化学性质。在事先准备好二氧化碳和澄清石灰水的条件下演示, 不存在任何不确定的因素。该实验的最大创新之处在于, 彻底排除了传统实验中的诸多不确定因素, 稳固性、可操作性以及可见性极强。

此项操作的另一个妙用在于, 一个实验折射出二氧化碳的两种性质, 实现了教学二氧化碳物理性质和化学性质的无缝对接。

二、探究性实验-二氧化碳的灭火性

二氧化碳不可燃也不支持一般物质的燃烧。对于此性质的探究, 教材中一直沿用了较为传统而又经典的二氧化碳灭烛实验:即在烧杯内点燃两支呈阶梯形的蜡烛, 然后倒入一瓶二氧化碳气体, 观察蜡烛燃烧的变化。实际上, 只要是动手演示的老师, 都深深体验到了实验本身存在着以下几个严重的缺陷:①实验的安全性差。在倾倒二氧化碳的过程中, 操作者双手被蜡烛火焰灼烤, 苦痛难耐, 背离了人性化的原则;②蜡烛正常燃烧的火焰较旺, 在烧杯内燃烧放热使杯内气体热膨胀, 二氧化碳气体很难倒入杯底, 导致灭烛实验失败;③受烧杯自身口径的制约, 倒进的二氧化碳往往会将高的火焰扑灭, 从而造成实验的负效应。笔者基于长期的感悟所得, 借参加2008年江苏省初中优秀化学实验教学课大赛的契机, 彻底改变了原有的实验思维, 变"静态"的蜡烛为动态, 变"动态"的二氧化碳为静态, 从改进方案到演示效果都得到了省级专家组评委的高度赞同。具体做法是:即向烧杯内倒入一瓶二氧化碳气体, 然后将燃着的阶梯形蜡烛缓缓地伸进烧杯内。看到矮的蜡烛先灭, 高的蜡烛后灭。实验的节奏和现象, 完全由演示者按意愿控制呈现, 不受时间因素干扰。实验以简洁的操作、准确的现象、科学的结论, 征服了亲临课堂的省级评委组的每一位专家。演示者完全拥有现象的掌控权, 操作十分方便自如, 变蜡烛的静态为动态, 可视性极强。实验的成功率100%。非常科学严密的体现了蜡烛不支持燃烧的灭火性质。

培养化学实验技能的虚拟实验设计 篇9

化学是一门以实验为基础的科学, 从新元素的发现, 新化合物的合成, 到化学反应规律的研究, 各种假设、理论的证实都离不开化学实验;同时, 实验亦是自然科学研究问题的最重要最基本的方法之一。然而, 在“化学以实验为基础”的教学观已普遍为大家所接受的同时, 人们对“以实验为基础”及“化学实验技能的形成”的理解还没有完全上升到理性的高度, 实验教学仍是中学化学教学中最薄弱的环节。在化学实验中引进计算机仿真技术, 设计出的虚拟化学实验室, 在增强学生感性认识、培养学生动手能力、提高实验效率、避免人身伤害和节约费用等方面有着传统手段不可比拟的优势, 对学生实验技能的培养和造就创造性人才, 有着十分重要的意义。

一、虚拟实验概述

虚拟实验是指借助于多媒体、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完成各种实验项目, 所取得的实验效果等于甚至优于在真实环境中所取得的效果。[1]

虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、想象性等特征, 在实验教学方面有以下优点:[2]

1. 吸引学生参与实验, 调动学生学习化学的积极性

在虚拟实验室里, 学生可以按自己的想法做任何化学实验, 通过自己的参与来认识化学现象, 了解物质的属性, 以获得对课本知识的感性认识, 由此, 化学不再是枯燥的只强调死记硬背的学科, 学生通过做实验在实践中学习新知识、复习旧知识, 有利于培养学生对化学的学习兴趣, 调动他们学习化学的积极性。

2. 有利于避免真实实验带来的各种危险

由于化学自身的学科特性, 相当一部分实验有一定的危险性, 在虚拟实验室中这些实验仍旧可以通过虚拟操作进行。虚拟的化学实验可以避免腐蚀性物品带来的危险, 也可以避免化学反应引发的燃烧、爆炸等现象对人身或实验室造成损失。

3. 打破现实实验所受的时空限制

传统的实验室由于受时间和空间的限制, 一部分教学内容无法以生动的形象呈现给学生。而在虚拟实验室中, 虚拟现实技术可以打破这种限制。例如:要认识化学分子的结构, 学生可以进入到化学分子的内部, 分析各种物品分子结构有何不同。有些化学反应需要较长时间才能观察出结果, 在传统实验室中这种实验结果不容易得到, 而在虚拟实验室可以在很短的时间内由学生自主发现。

4. 避免材料磨损

学生在虚拟实验室中通过操作虚拟仪器以及虚拟物品来观察、参与化学实验, 不会耗费现实实验材料。另外, 虚拟实验室不会出现任何磨损、破坏, 可反复使用。学生可多次进入虚拟实验室练习实验以训练其实验操作技能。既满足了教学需求, 又提高了教学效益, 同时减少实验损耗。

5. 可有效地提高学生的动手能力

虚拟实验允许学生按自己的设想动手, 参与或从事实验研究, 允许学生失败、允许犯错误, 允许仪器设备“损坏”或“灾难性事故”的发生并通过正、反两方面增加和培养学生的想象力和创造力。

二、传统化学实验教学模式

化学实验教学模式是在一定的教学思想指导下, 围绕着教学活动中某一主题而形成的相对稳定的、系统化的、理论化的方案, 是教学理论和教学实践活动的桥梁和中介, 也是一种化学实验教学范型。[3]图1所示为传统的化学实验教学模式。

传统实验教学的不足在于:

(1) 实验环节多是以教师为主, 学生按部就班, 处于被动学习的地位, 即“填鸭式”的教学, 往往是教师讲、学生做, 以得到数据或观察实验结果为目的。

(2) 不能调动学生学习化学的积极性和主动性, 不利于学生创造性思维能力的培养。

(3) 正是因为以得到数据或观察实验结果为目的, 忽略了对学生实验技能的培养, 不利于学生形成较强的动手能力, 也难以使学生形成科学探究的学习习惯。

三、虚拟化学实验教学模式

利用虚拟实验进行化学实验教学时, 要以培养学生实验技能为目的, 就必须注意学生的认知规律, 即认知阶段、联系形成阶段和自动化阶段。[5]一些学者提出了化学实验操作技能的培养策略:教师启发讲授、教师示范、有指导的学生实验、学生独立实验等。[6]

因此, 利用虚拟实验室进行教学包含如下过程:用虚拟实验给学生演示示范实验操作及实验过程, 待学生基本理解实验内容时, 给学生一定的交互进行适当的模仿操作, 在进入学生技能学习的联系阶段时, 让学生进入实物实验阶段, 将原来在虚拟实验环境中学习到的化学知识以及一长串分开的实验操作向现实实验操作迁移转化。随着实物实验的多次练习, 学生的实验动作由最初的呆板到协调、灵活, 并逐步将学习到的化学知识内化到自身知识结构中, 并进入到实验技能形成的自动化阶段。

根据学生实验技能的形成过程, 提出如图2所示的实验教学模式。

图2中的模式是先做虚拟实验, 虚拟实验又分为操作示范和分步操作两个阶段, 让学生在初步了解所需掌握实验技能的情况下再进行模仿操作, 并将需要掌握的实验技能尽可能地细化、分解动作, 以加深学生对技能的理解、提高学生学习技能的效率。在学生逐步了解该化学实验并对所需掌握的技能有了一定的内化认识之后再加入实物实验, 以促进学生头脑中对所要学习的技能的认识向现实中的实验技能迁移。多次进行实物操作实验直至学生掌握实验技能。

最后, 在应用计算机虚拟技术进行实验教学的过程中, 在肯定虚拟技术在实验教学方面有效性的同时还要处理好虚拟实验与传统实验的关系。明确虚拟实验是传统实验方法的辅助和深化, 并不能完全代替传统的实际实验, 要将虚拟实验与传统实验有机结合起来, 提高学生的动手能力、培养学生的实验技能并促进学生形成科学探索精神。

四、培养实验技能的虚拟实验设计模型

培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术来实现。因此, 可利用教学设计的一些理论和方法指导虚拟实验的设计。

图3是乌美娜于1994年归纳出的教学设计过程的一般模型。[7]

分析教学设计模型, 包含的基本要素有四个:学习者分析、教学目标、教学策略 (如何进行教学) 、教学评价。因此, 在设计培养中学生实验技能的虚拟实验时可从前期分析 (学习者分析、教学目标、教学内容分析等) , 场景设计, 总结与评价三个方面入手。而虚拟实验的实现还要有虚拟现实技术的支持。这是在设计以培养中学生实验技能为目的的虚拟实验时应该考虑的四个方面。

培养中学生实验技能的虚拟实验教学过程是基于一般的实验教学活动过程、对实验内容进行教学设计并通过虚拟现实技术实现的, 因此, 借鉴教学设计模型并根据技能形成的教学理论, 笔者提出了培养中学生实验技能的虚拟实验设计模型 (如图4所示) 。

1. 前期分析

以实验技能的培养为导向的虚拟实验是基于一般的实验教学活动过程, 设计时也应遵循虚拟实验设计的科学性原则, 首先, 需要了解要设计的化学实验的实验目标、实验内容、实验步骤等。根据实验目标才能确定该虚拟实验所要传授的是什么样的化学知识、意在培养学生的哪种实验技能 (如使用某种仪器的技能、药品取用的技能等等) 。根据教学设计理论应先了解学生已有的化学知识结构以及学生已掌握的实验中包含的技能, 尽可能避免在开发过程中浪费物力、人力。

2. 场景设计

根据化学实验技能的培养策略将场景分为自动演示、实验说明、分步操作三个部分。自动演示用于向学生演示整个化学实验的过程以及发生的实验现象;实验说明用于向学生说明该实验的步骤和化学反应方程式;这两个部分起到教师示范的作用, 对应于学生学习化学实验操作技能的认知期心理特征。分步操作部分根据化学实验的具体步骤以及该实验的实验目标再确定虚拟实验中要实现的虚拟实验操作, 并赋予合适的实验效果。

3. 技术实现

技术实现即用虚拟现实技术开发虚拟实验, 由于虚拟现实硬件设备过于昂贵, 在化学实验教学中应用的虚拟现实形式大多是桌面虚拟现实。整个开发过程主要包括实物建模、添加交互、作品发布三个步骤。实物建模主要是对虚拟实验中所涉及到的实验物品、实验环境模拟, 根据实验成本以及实验目标所占比重可选择适合的虚拟技术或建模软件, 也就是虚拟实验设计的适宜化原则。添加交互是在虚拟场景中给物品与物品之间及用户操作达到某种效果添加交互以给学生一定的反馈, 并保证反馈的科学性。作品发布包括单机发布以及发布到互联网上两种, 发布到互联网上更能突破时间、空间的束缚, 使更多的人能使用该虚拟实验。

4. 修改与评价

根据前三个阶段所做的工作或请教化学教师检验开发出的虚拟实验是否设计合理、科学, 并做出适当修改, 根据学生的基本能力 (化学概念的掌握、所授化学知识是否理解) 掌握程度, 在学生进行实际实验操作后检验其在虚拟实验中所学是否迁移到现实实验中, 以评价该虚拟实验在培养中学生实验技能方面是否有效。

从图4中我们也可看出, 这四个组成部分是缺一不可的, 前期分析是进行培养实验技能的虚拟实验设计的基础, 只有做了前期分析才能进行下面的工作, 而场景设计又是技术实现的基础, 正是基于这三个步骤才能对开发出的虚拟实验进行修改与评价, 以保证其科学性和有效性。

五、总结

虚拟实验不仅能避免真实化学实验所带来的各种危险, 还能打破时空限制实时实地地给学生提供实验条件, 同时, 还能调动学生学习的积极主动性, 有效提高学生动手能力。本文结合操作技能培养教学理论, 参考传统化学实验教学模式, 提出虚拟实验教学模式, 并提出以培养实验技能为导向的虚拟化学实验设计开发模型, 在未来研究中有待进一步实践, 并对实验效果与传统实验教学进行比较, 以验证该设计理论的科学性并加以推广。

参考文献

[1]单美贤, 李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版社, 2005:23-24.

[2]瞿.网上虚拟实验的研究与教学[J].开放教育研究, 2004, (4) :6264.

[3]熊言林.化学实验教学论[M].合肥:安徽大学出版社, 2004:32-34.

[4]张靖方.虚拟技术及其在实验教学中的应用[J].吉林工程师范学院学报 (工程技术版) , 2004, (6) :44-46.

[5]邵瑞珍等.学与教的心理学[M].上海:华东师范大学出版社, 1990:10.

[6]麻昌爱.中学化学实验操作技能学习策略初探[J].中学化学教学参考, 2001, (4) :32-33.

创新设计实验 篇10

长期以来,机械设计实验向综合性、设计性实验发展是从事机械设计教育人士关注的大事。通过设计性、综合创新型实验的开设及教学,对于提高教学效果、学生的实践能力及创新设计能力,培养21世纪真正需要的高素质人才具有十分重要的意义。本文主要介绍在CQJCZ-A机械传动性能实验系统上设计、开发机械传动性能综合实验的过程。

2 CQJCZ-A机械传动性能实验系统

2.1 实验系统的组成及工作原理

1.变频调速电机2.联轴器3.转矩转速传感器4.试件5.加载与制动装置6.工控机7.电器控制柜8.台座

机械传动性能综合测试实验台各硬件组成部件的结构布局如图1所示。

实验台组成部件的主要技术参数:变频调速电机功率550W;ZJ型转矩转速传感器,规格Ⅰ:10N·m、输出讯号幅度不小于100mV;规格Ⅱ:50N·m、输出讯号幅度不小于100mV;机械传动装置(试件):直齿圆柱齿轮减速器i=1∶5,摆线针轮减速器i=1∶9,蜗杆减速器i=1∶10,齿形带传动Pb=9.525,Zb=80,套筒滚子链传动Z1=17、Z2=25;磁粉制动器:额定转矩50N·m,激磁电流2A,允许滑差功率1.1kW。

机械传动性能综合测试实验台采用自动控制测试技术设计。其工作原理和控制系统主界面分别如图2、如图3所示。

2.2实验项目和测试装置的设计

实验系统提供了必要的传动部件,用于设计各个不同的实验项目。并根据专业特点和实验教学的需要,通过选用不同的被测试件,可以开发、设计三个实验项目,如表1。通过对某种机械传动装置或传动方案性能参数曲线的测试,来分析机械传动的性能特点。

3 实验步骤的设计

实验步骤总体可以设计如图4。

3.1 准备阶段

(1)实验类型与实验内容的设计

实验A设计:实验系统提供了各种典型的机械传动装置,如V型带传动、滚子链传动、齿轮减速器、蜗杆减速器等,在设计时通过选用1-2种进行传动性能的测试实验。

实验B设计:利用系统提供的典型传动装置进行组合并测试比较其传动性能。组合方案如表2所示。

实验C设计:在实验A、B的基础上,设计、开发新型传动装置并进行测试。

(2)系统布置、安装及试运行

在设计布置、安装测试传动装置时,为了保证传动轴之间的同轴线要求,要选用合适的垫块以便于调整;为了保证传动装置的测量精度,必须要完成系统的调零工作。

3.2测试阶段

(1)打开实验台电源总开关和工控机电源开关;

(2)点击测试控制系统主界面,熟悉主界面的各项内容;

(3)键入实验信息:实验类型、实验编号、小组编号、实验人员、实验日期等;

(4)点击“设置”,确定实验测试参数:转速n、扭矩M、功率N、效率η、传动比i等;

(5)点击“分析”,确定曲线选项、曲线绘制、打印表格等实验分析所需要的项目:

(6)启动主电机,进入“试验”状态,在电机转速加快并逐步接近同步转速后(链轮70左右,蜗轮蜗杆90左右),进行加载。加载时要缓慢平稳,否则会影响采样的测试精度;待数据显示稳定后,即可进行数据采样。分级加载(一次升5),分级采样,采集数据10组左右即可;

(7)从“分析”中调看参数曲线如图5,确认实验结果;

(8)打印实验结果;

(9)结束测试。注意逐步卸载,关闭电源开关。

3.3 分析阶段

(1)对实验结果进行分析;对于实验A和实验C,重点分析机械传动装置传递运动的平稳性和传递动力的效率。对于实验B,重点分析不同的布置方案对传动性能的影响。

(2)填写实验报告;实验报告要完成的内容应包括:传动装置的测试参数及参数曲线;实验结果的分析;实验中存在的问题、解决办法及新的思路,新的设想。

4 结语

在CQJCZ-A机械传动性能实验系统上,通过设计不同的实验项目开发机械设计的综合创新实验,同时利用计算机进行不同传动系统的参数曲线的分析,这一实验项目的研究能更好地开发学生的思维能力,通过实验让学生变被动为主动,对于进一步挖掘学生的实践动手能力和创新设计能力具有十分重要的实际意义。

摘要：介绍了CQJCZ-A机械传动性能实验系统的组成及工作原理,并利用该系统研究开发了一系列机械传动的综合创新实验,为更好地开展实验教学提供了有力的支持。

关键词：机械传动,综合创新实验,设计

参考文献

[1]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]沈乐年,刘向锋.机械设计基础[M].北京:清华大学出版社,1996.

[3]庾晓明,李开龙,黄勇.机械设计基础[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2002.

自感现象的创新实验设计 篇11

1 引入新课

师：我们先来玩一个小游戏，这里有一节干电池，我直接用手指按住电池的正负极，会不会触电？

生：不会.

师：肯定不会，是吧.现在我把它改装一下，我这个游戏叫做“千人震”，就是让很多人体验一下“震”的感觉，或者说，有个“触电的感觉”.这个装置，仍然只用一节干电池.一个支路连上一个线圈相连，另外一个支路，就需要同学们参与一下，谁愿意主动上来体验一下？

演示：准备好了没有？我要合上开关了，没事（突然断开，学生一震）

2 自感

师：刚才这个游戏中，产生触电感觉的电流是谁提供的呢？

生：线圈

师：电池本身不会让人触电，这个线圈很神奇啊，它让我联想到了法拉第的线圈.法拉第的线圈神奇的地方在于发现了电磁感应现象.请个同学回顾一下以前学过的内容.如图1，闭合开关S，B线圈中会产生感应电动势（电流）吗？如果有，方向如何？

生：会，感应电流的磁场与原磁场方向相反，用来阻碍原磁通量的变化.

【演板】黑板上画出原磁场与感应磁场

师：先判断原磁场的方向，在通电瞬间是增强的，感应电流的磁场与之反向.按照安培定则，判断感应电流的方向.

师：我们刚才游戏中的线圈只有一个，干脆把B线圈去掉，结合刚才触电的现象，大家想想，A线圈自身上会发生电磁感应现象吗？即在A线圈自身上能产生感应电动势吗？

生：会，或者不会

师：如果会的话，会有什么情况发生？（若学生回答不会，就引导，万一会呢？）

生：阻碍A的变化（师补充完整：这个感应电动势的效果是阻碍原电流的变化）

【设想1-通电自感】通电时，线圈会阻碍自身电流变化，电流是“慢慢增强”.

【设计实验】将灯泡与线圈串联，通过灯泡亮度的变化来反应电流的变化.

步骤1：电流慢慢增大的效果是：灯泡慢慢变亮（效果不明显）（自感现象演示仪，只露出一个支路）

是根本没有我们预想的效果出现呢？还是效果不明显呢？

师：我们在研究问题时，不能粗略的判断后就放弃自己的设想，是不是应该更加充分的考虑后面这一种情况啊？有可能是“快慢”的视觉效果不明显？

步骤2：直接看，视觉效果不明显.怎么办？对比！我们说某人跑得快，说不清楚，找个速度不慢的对比一下就可以了.我们可以再加一个支路与之对比.图3（撕开报纸隐藏的支路）

观察结果：与R串联的灯泡直接变亮；与线圈串联的灯泡延后发光（说明设想合理）

【提问】与线圈相连的灯泡为什么要过一会才亮？（用哪个原理可以解释）

解释 在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随之增大，因而线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势对应的感应电流阻碍线圈中电流的增大，所以通过A2的电流只能逐渐增大，灯泡A2只能逐渐亮起来.

师：如果我将这个电路的开关断开，大家猜猜会发生什么现象？

生：电流不会马上消失，而是慢慢变小.A1、A2的熄灭时间会延后

师补充：电源给A1提供的电流直接没有了，与A2串联的线圈会让电流逐渐衰减，与A1形成一个回路，会让A1、A2一起慢慢熄灭.

【设想2-断电自感】断电时，线圈会阻碍自身电流变化，电流会“慢慢变弱”.

步骤1：灯泡慢慢变暗（效果不明显，基本看不出来）

猜测原因：时间太短，难以区分（同学们思考讨论一下，可以如何改进）

步骤2：【实验设计】学生可能会提出的方案

方案一：把A1换成电流表

思路：通过电流表来观察电流是否逐渐变小（图4）

（结果：电流表“反应太慢”，无法显示）

方案二：将灯泡A1换成二极管，二极管具有单向导电性，判断L中是否有电流通过二极管（图5）；

思路 断开时，如果L中电流是逐渐减小，这个电流通过上方的“二极管”，“二极管”会闪一下.

【提问】：断开电键，通过上方的“二极管”的电流会沿着什么方向？接“二极管”时正负极应怎样连接？

解释 在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈中产生感应电动势.虽然这时电源已经断开，但线圈L和上方支路组成了闭合电路，上方支路中有反向电流通过，二极管的正负极应与原电源正负极反向.由于二极管的单向导电性，断电之前不发光，断电之后二极管会闪一下再熄灭.

方案三：干路中接入A3（图6），观察A3熄灭时间是不是比A1、A2延后

（结果：电流持续时间太短，无法显示）

方案四：电流一大（IL）一小（IA），从亮度上判断是否有反向电流通过A

（1）把灯泡A和带铁芯 的线圈L并联在直流电路中.

（2）接通电路，待灯泡正常发光，断开电路.

现象：S断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭.

解释 在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈中产生感应电动势.虽然这时电源已经断开，但线圈L和灯泡A组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，并且因为IL> IA，所以灯泡会闪一下再熄灭.

师：大家有没有觉得这个电路很眼熟呢？跟“千人震”的电路结构完全相同，你们就是电路中与线圈并联的灯泡啊！

方案五：将灯泡换成电流传感器，用图象更清楚的说明电流的变化（图8）

【传感器演示实验-通电自感与断电自感】通电时，相比IR，IL逐渐增大，曲线逐渐平缓.断电时，IL逐渐减小，曲线逐渐平缓；同时，IR突然反向，然后随IL逐渐减小，曲线逐渐平缓（图9）.

方案六：A2前面加线圈（很难有明显现象）

让学生同时展开几个实验进行观察，然后说明元件的工作原理并解释现象

归纳：

通电自感：有线圈的电路电流只能逐渐增大

断电自感：有线圈的电路电流只能逐渐减小

特征：有线圈的电路电流不能发生突变

总结：自感现象

1.由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象.

2.自感现象中产生的电动势叫自感电动势.

自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化.

注意 “阻碍”不是“阻止”，即对电流的变化起延迟作用.电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了.（而且这个变化率——斜率是在变小，越往后曲线逐渐平缓）

创新设计实验 篇12

1 设计思路

本研究通过对井场周边人群疏散的现场实验, 获取山区环境下人群疏散的行为特征、疏散时间、运动速度等数据, 为山区地形条件下大规模人群疏散模拟计算提供基础性实验数据, 并为井喷事故发生时人员应急疏散组织和管理提供参考。

2 实验现场

本次实验是与川东北气矿企业、当地政府及村社基层组共同组织完成的, 以我国川东北气矿黄龙井场境内多口气井周边区域为实验现场。黄龙井场作为川东北气矿在宣汉县境内众多天然气勘探开发井场之一, 具有“三高一深” (储量丰度高、气藏压力高、硫化氢及二氧化碳含量高, 气藏埋藏深) 的气田特点。所属川东北气矿是国内首家开发高含硫气田的生产单位, 主要承担着四川盆地东北部地区约2.32万平方公里油气勘探开发任务, 含硫化氢气田 (含构造) 共19个, 含硫化氢油气井67口, 其中生产井占27口。气矿H2S单井产量 (或预计) 范围为1～200×104m3/d, 含硫气井H2S含量范围为843～244051mg/m3。

黄龙井场位于下八乡 (原黄龙乡) 境内, 下八乡位于宣汉县东, 距县城29公里, 现辖14个行政村, 是典型的山地丘陵地形, 山区道路崎岖难行, 路段多为上坡、下坡。目前村道公路正在道路硬化, 修建为水泥路面, 大部分行政村内道路还为泥泞路面, 主要机动载人交通方式为摩托车、三轮车等。

3 疏散路径

为获得山区道路的疏散特征, 所选择的疏散路径应该可以代表该区域的一些基本道路特征, 实验选择路径特征为: (1) 疏散路径中涵盖上坡路段、平路段、下坡路段, 如图1所示; (2) 疏散路径包括村级水泥道路和次村级道路 (村内土路) , 如图1、2所示; (3) 疏散路径在井场周围不超过500m范围内的道路; (4) 为了获得较可信的行人的运动数据, 疏散路径应该具有一定的长度[4,5,6], 本次实验中所选择的路径基本不小于2km, 并且每次实验都是往返行走, 往返总长度大于4km;

实验共选择4条典型的疏散路径, 如图3所示。其中:

(1) 疏散路径1 (R1) 的起点为黄龙中心校, 从学校出发, 经过0.1km的次村级道路 (石子路) , 和2.1km的村级道路 (水泥路) , 到达终点后再沿原路返回, 往返总长度为4.4km; (2) 疏散路径2 (R2) 起点为店子村, 从村部出发, 沿着村级道路 (水泥路, 1.4km) , 往黄龙4-X1井方向行走, 途中经过0.65km的连续下坡土路至黄龙4-X1井井场后返回至店子村村部, 往返总长度为5.1km; (3) 疏散路径3 (R3) 起点为黄龙4井, 先后经过0.45km的次村级道路 (土路) 、1.35km的村级道路 (水泥路) 和0.2km的村级道路 (未修的土路) , 至路径终点后返回, 往返总长度为4.0km; (4) 疏散路径4 (R4) 起点如图4所示, 往上山方向行走, 全部为村级道路 (水泥路) , 往返总长度为5.1km。

4 实验内容

为了获得不同年龄段、性别, 及以个人和家庭为单位疏散的特征, 在当地农村选择具有代表性的群众和家庭单元参与疏散实验, 从不同的行政村和学校内选择不同年龄、性别和身体状况的群众和学生, 每次实验组成40人的疏散群体, 6次实验共240人次, 加上摩托车 (4人次) 和三轮车 (4人次) 两种车行疏散方式, 共计248人次。

参与实验疏散人员的组成和每次疏散路径设计如下:

(1) TEST1以学校为单位进行疏散, 疏散路径为R1, 设计该组实验的目的是为了测试假想事故灾难发生后, 学校学生疏散的运动特性。该实验从黄龙中心校内选择40个小学生参与实验, 其中, 1年级:男4人, 女4人;2年级:男4人, 女4人;3年级:男4人, 女4人;4年级:男4人, 女4人;5年级:男4人, 女4人。表1为TEST1中参与疏散的学生信息, 图4拍摄的是在起点处准备出发的学生, 在TEST1中, 所有参与实验的人员是同时从起点处开始疏散的, 图5为疏散实验过程中的人员。

(2) TEST2～TEST43组实验均是个人疏散实验, 疏散路径分别采用R2 (TEST2) 、R3 (TEST3) 和R4 (TEST4) , 设计这3组实验的目的是测试不同年龄、性别身体状况的人群在不同特性的山地道路上的运动特性。实验从不同行政村内选择不同性别、年龄的40名群众 (包括学生) , 其中年龄和性别的分布为:6～14岁:男5人, 女5人;15～29岁:男5人, 女5人;30～50岁:男5人, 女5人;51～:男5人, 女5人。实验的人员信息表分别见表2～表4。实验准备和实验过程中拍摄的照片如图6～7所示。

(3) TEST5～TEST6是为2组家庭疏散测试实验, 以家庭为单位分别进行疏散, 两组实验的疏散路径均是R3。设计这2组实验的目的是为了测试假想事故灾难发生后, 疏散人群在家庭这种社会约束力情况下的疏散特征。实验从不同行政村内选择40名群众 (学生) 参与实验, 组成15个家庭, 每个家庭2～4人, 包括老人、小孩和中年人。2组实验的不同之处在于, TEST5中为约束力较松散的疏散实验, 即某个家庭成员在疏散过程中, 可能会脱离该家庭组合, 自由疏散。而TEST6为严格约束的家庭疏散实验, 疏散过程中一个家庭的成员必须一起行走, 不能掉队或者脱离该家庭单元组合。表5～表6分别为两组实验中的15个家庭组合及家庭成员信息。图8～图9为实验过程中拍摄的图片。

(4) TEST7、TEST8分别为摩托车和三轮摩托车疏散实验。由于该区域的主要交通出行方式为摩托车和三轮摩托车, 如图10～11所示, 因此TEST7、TEST8是为了测试假想事故灾难发生后, 在山区道路条件下, 这两种方式的疏散速度。两组实验均测试了R1～R4四条疏散路径。

5 实验测量

实验设计了可便于人员携带的测试帽 (图12) , 在帽子上安装运动轨迹测量仪器NCS-NAVI R150+, GPS模块内建MTK MT3318低耗能GPS芯片组, 具有51组并列卫星追踪频道, 可快速定位及重新定位, 敏感度可达-159dBm, 内建WAAS/EGNOS解调器, 无需另外装设硬件, 同时具有低耗电量特点, 内建充电式锂电池, 充电后可持续运作最常可达20小时。采用SnapLock及SnapStart技术, 可在峡谷以及林区提供精度较高的导航与效能。

实验利用测试帽测量得到了不同疏散方式下的疏散运动轨迹 (经纬度及海拔高度) 、疏散时间和运动速度等数据, 同时实验中使用摄像、拍照等方式跟踪记录了实验过程中人群行为特征, 获得了一批宝贵的基础实验数据, 为下一步的大规模疏散模拟及仿真研究奠定了基础。

摘要：为防止气矿开采及运行发生天然气泄漏事故对社会公众造成影响, 确保突发情况下快速有序有效地将受到影响的社会公众转移或疏散至安全地带, 最大限度保护群众的安全, 通过对山区井场周边人群疏散的现场实验, 获取山区环境下人群疏散的行为特征、疏散时间、运动速度等数据, 为山区地形条件下大规模人群疏散模拟计算提供基础性实验数据, 并为井喷事故发生时人员应急疏散组织和管理提供参考。本文及后续文章将报道气矿井场周边人群疏散演练的实验研究。这里, 主要对实验方案包括疏散人群、疏散路径及测试方案等进行介绍。

关键词：设计,气矿泄漏,人群疏散,实验研究

参考文献

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[2]席学军.关于井喷H2S扩散数值模拟初步研究.中国安全生产科学技术, 2005, 1 (1) :21~25.Xi Xue-jun.Numerical Simulation Preview on ReleaseDispersion of the H2S Blowout, [J]Journal of safety sci-ence and technology, 2005, 1 (1) .21~25

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[4]Zhong Mao-hua, Shi Cong-ling, Tu Xu-wei, Fu Tai-ran, He Li.Study of the human evacuation simulation of metrofire safety analysis in China, Journal of Loss Prevention inthe Process Industries.2008, 21 (4) :287~298.

[5]阎卫东, 陈宝智, 钟茂华.建筑物火灾时人员疏散时间模型研究.中国安全生产科学技术, 2006, 2 (2) :19~23Yan Wei-dong, Chen Bao-zhi, Zhong Mao-hua.Research ontime model of personel evacuation in building fires, Journalof safety science and technology, 2006, 2 (2) :19~23