实验方法（精选12篇）
实验方法 篇1
一、引言
目前, 随着教育理念的更新发展, 培养学生的创新意识、独立思考的能力逐渐纳入培养体系, 因此传统的实践教学模式逐渐被打破, 取而代之的是实验教学管理中自主创新能力的培养。
《冶金实验研究方法》是一门典型的以实验设计和实验模拟紧密结合的课程。它与实验密不可分, 学生通过课堂学习, 掌握冶金理论和冶金工艺流程等专业基础知识以及各个实验环节的设计模拟, 在实验中能培养动手能力、科学思维和工程意识, 掌握冶金工程的基本实验研究方法和技能达到培养和提高学生进行生产实践、提高科学研究等综合素质的目的。因此, 所开设的实验项目应使学生通过实验实现以上目标。
传统的实验教学模式, 尤其是材料类的实验教学, 其方式较为单一, 在实验方式、实验学时数以及实验内容设置方面都有严格的限制, 很难根据学生的专业方向进行相应的实验安排, 成为发展学生综合能力、培养学生创新能力的桎梏。由于实验课依附于理论课, 致使现有的实验管理模式按照课程管理、实验教学内容各自独立, 有些实验甚至有内容重复、相近的现象, 造成教学资源的浪费。而目前在实验教学的过程中, 由于实验室教学常常是封闭的, 实验材料、实验设备都是固定的, 这也就造成了学生在相应环节没有充分的选择余地。实验室建设方面, 单纯的专业实验室一般规模不大, 而实验内容又只能固定于几个特定的实验, 影响了学生创新性思维的开发。在实验考核环节, 目前都是根据实验的签到和提交的实验报告作为主要给分依据, 没有结合实验过程中的表现和态度。
结合我校冶金工程专业的特点和现状, 我们对目前冶金专业开设的《冶金实验研究方法》中的实验课的内容和实验设置提出了一些改进措施。
通过实验课上课形式、上课内容和考核制度的改革, 来改变以往按实验教材叙述和教师详细讲解的教学模式, 克服单纯验证性或测试性实验孤立进行而造成理论与实践联系不够紧密的现象, 避免成绩由实验报告决定而带来的片面性, 从而提高学生的学习兴趣, 培养独立的实验意识和工程技术能力。
二、实验课教学方式的改革
1. 实行开放性实验。
“开放性实验”主要指的是两方面, 即实验室的开放和内容的开放。实验室的开放包括实验设备、试验时间以及实验管理;而实验内容的开放则是指学生可以自主选择实验题目, 在教师的指导下自主进行实验验证。这其中, 实验室的开放尤为重要。学生进行实验不再拘泥于书上所教授的试验方法或实验设备, 而是在教学大纲的基础上, 针对某一个实验内容, 可以通过查阅相关的文献, 确定实验计划, 在实验室的范围内进行相应的实验。要求围绕一系列冶金实验技能训练, 使学生掌握冶金实验研究的方法, 同时根据冶金行业的发展, 结合冶金工艺技术的要求, 培养学生的动手能力和科学研究的技术素质, 提高学生的现场适应性与科研基本技能。
2. 学生自主选择实验。
我们将“冶金实验研究方法”的课堂教学内容分为两个层次:第一层次指的是基础性实验, 包括各种仪器、设备的操作以及结果分析方法。在“冶金实验研究方法”这门课程中, 例如熔炼炉的操作使用、石灰石活性度的测定、钢中硫含量的测试、炉渣熔点测定、顶吹转炉模拟、中间包模拟等, 目的是掌握冶金过程的基本实验技能, 为后续综合性实验和毕业设计的开展奠定基础。第二层次实验是综合性实验, 考虑到有色冶金、钢铁冶金方向的培养需要, 将实验项目分为必做实验和选做实验, 其中必做实验是冶金工程专业学生都必须完成的, 而选做实验则依据不同培养方向的需要以及现有的实验条件, 分别开设实验项目供学生选择。这部分实验相当于小型的冶金研究课题, 要求学生根据所学知识进行综合性的设计来解决冶金研究中的问题, 主要培养学生分析问题、解决问题、设计实验以及相互合作的能力。
实验课的上课形式分为教师指导操作和学生自主操作。对于一些贵重的大型设备, 如火花原子放射光谱仪、扫描隧道显微镜等设备的使用可以在专业教师的指导下进行, 以确保仪器、设备的正常运行;而对于传统的冶金实验、测试设备, 如电阻炉、分析天平等, 则可以在教师的统一讲解和示范后, 按照使用手册和操作规范, 由学生自己动手进行实验, 以培养学生的动手能力。
3. 工程能力的培养。
为了适应全球经济和知识的高速发展, 解决在实际应用中所面临的工程问题, 工程能力的培养成为冶金工程专业大学生所要求具备的基本素质, 工程能力的高低成为衡量现代工业技术人才的基本标准。《冶金实验研究方法》专业课中的实验教学以培养学生工程能力为目标, 在实验教学过程中开展“基础型训练—综合型训练—工程型应用”三个层面的冶金专业实验教学体系。基本型训练:通过验证实验、演示实验等手段, 了解冶金专业的相关基础实验的内容和方法, 培养学生的基本实验操作技能。综合型训练:通过开设综合型的实验题目, 培养学生的综合实验技能。学生通过综合运用冶金专业课上所学到的相关内容, 训练其综合技能, 培养其设计实验的能力。工程型应用:通过“产品设计—生产仿真测试—性能测试”等一系列环节的训练, 使学生专业课程理论知识融会贯通, 使其将所学的冶金专业理论知识和工厂实践全面的有机结合, 培养学生设计冶金产品方案, 生产合格冶金产品的全面性、综合性的工程技术能力, 从而使学生具备将冶金专业知识应用到生产的初步能力。例如, 课程中的冶金电阻炉的设计问题, 传统的教学方式只是将炉子参数给定画出电阻炉示意图, 而改革后则可以要求学生查阅相关文献, 根据温度要求, 自行选择热电偶、缠绕方式、耐火材料、绝缘材料的类型和方式, 炉子设计好之后, 根据专业方向的不同, 选择不同的原料进行试验, 对产品的相关性能进行分析, 达到培养学生工程能力的目的。
4. 完善实验的考核。
为了使实验教学取得良好的效果, 学生获得更多的专业知识和技能, 科学的考核体系、合理完善的考核方法是必不可少的。我们从实验的目的和意义入手, 采取多层次、多方位的考核办法, 从而建立科学有效的“冶金实验方法”实验课考核机制。“冶金实验方法”实验课的成绩分为实验操作成绩和实验报告成绩两个方面。实验操作成绩是在实验的过程中由实验教师给出:实验教师根据学生在实验动手的各个环节 (包括是否掌握实验原理, 实验操作是否符合规范、实验过程态度如何等) 的表现给出相应的成绩;实验报告成绩则是根据学生实验后所撰写的报告 (包括实验过程是否叙述清楚、图和表等是否规范、实验结果分析是否恰当等) 给出相应的成绩。通过多方面的考察, 既可以对学生的实验操作进行规范, 又可以对学生的归纳分析能力进行评价, 从而使得实验课成绩更加合理。
三、教学效果
本项目的主要特色和创新之处在于《冶金实验研究方法》这门课中的实验课, 根据教材划分多种模块, 除了必做的基本实验, 根据学生有色冶金、钢铁冶金方向的培养需要, 可以自主选择与实际方向结合的实验;同时改变了以往考核只看重实验的签到和实验报告的质量而忽视实验过程中学生的表现、操作和态度, 更加突出了实验的专业性和考核的全面性。通过“基础训练—综合培养—工程应用”三个层面的冶金专业实验体系的设立, 将工程应用能力培养环节纳入冶金实验教学体系, 达到提高学生工程应用能力的目的。
摘要：通过对《冶金实验研究方法》实验教学方法进行改革与探索, 提出开放式、综合性和自主性相结合的实验课教学方式, 以及完善、规范的实验考核体系, 设立“基础训练—综合培养—工程应用”三个层面的冶金专业实验体系, 将工程应用能力培养环节纳入冶金实验教学体系, 从而达到提高学生工程应用能力的目的。
关键词：冶金实验研究方法,实验课,教学改革
参考文献
[1]葛利玲, 赵康, 白力静, 等.材料科学基础实验课教学改革与实践[J].高校实验室工作研究, 2009, 4 (102) :10-12.
[2]陈丛瑾, 黎跃, 胡华宇, 等.“林化工艺实验与分析”课程教学改革与实践[J].安徽农业科学, 2010, 38 (31) :17973-17974.
[3]陈玉珍, 马宝山.材料科学与工程实验教学改革与实践[J].实验科学与技术, 2010, 8 (3) :101-102.
[4]赵春艳, 魏彦, 刘冰.化学教学论实验的教学改革与实践[J].高师理科学刊, 2007, 28 (1) :88-90.
[5]张利华, 翟大成, 胡翠, 等.冶金工程专业“轻金属铝冶金实验”的教学改革与实践[J].实验室科学, 2012, 15 (6) :13-15.
[6]邹建新, 徐慧.以工程能力培养为特色的冶金工程专业实验教学体系的创新[J].中国冶金教育, 2010, (6) :29-31.
[7]任山, 欧阳红群.开放、综合性材料专业实验课的探讨[J].中山大学学报论丛, 2004, 24 (3) :72-75.
[8]任山.新形势下材料专业实验课的改进对策和设想[J].中山大学学报 (自然科学版) , 2004, 24 (6) :17-19.
实验方法 篇2
1、迁移类实验
这类实验题具有如下特点：它们基本上都不是课本上现成的实验，但其原理、方法以及所要求的知识均是学生所学过的，即用“学过的实验方法”、“用过的仪器”进行新的实验，以考查其基本实验能力和理解、推理、迁移的能力。
解决这类问题的基本思路和方法是：仔细阅读题目，理解题意，在了解所介绍的实验仪器的基本原理、使用方法的基础上，运用以前所学过的知识、使用过的仪器和做过实验的方法，进行情景迁移、联想类比，就可解决问题。
【解析】这是游标卡尺拓展应用.圆弧形的游标尺相当于游标卡尺的游标尺，圆盘的边缘标有的刻度相当于主尺.在游标尺0刻度前读出19°，游标尺的第5条刻度线与主尺上的刻度对齐，在游标尺上读出0.5°.因此测量的夹角为19.5°.
【解析】这是游标卡尺拓展应用.圆弧形的游标尺相当于游标卡尺的游标尺，圆盘的边缘标有的刻度相当于主尺.在游标尺0刻度前读出19°，游标尺的第5条刻度线与主尺上的刻度对齐，在游标尺上读出0.5°.因此测量的夹角为19.5°.
2、应用型实验
这类实验题具有如下特点：它们基本上以生活、生产和现代科技中的某一实际问题为背景立意命题，且多以信息题的形式出现，要求学生能够从题给的文字、图表中捕获有效信息，运用所学的基础知识来解答。
解决这类问题的基本思路和方法是：仔细阅读题目，理解题意，从题给的文字、图表中捕获有效信息，从中找出规律，通过联想、等效、类比等思维方法建立与新情景对应的物理模型，并在旧知识与物理模型之间架设桥梁，并将旧知识迁移并运用到新情景中去，然后进行推理、计算，从而解决问题。
3、设计型实验
这类实验一般要求学生根据题目提出的目的、要求和给出的器材，设计出实验方案。要求深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，具有较强的创新能力。能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，进而设计出实验方案。
解决这类问题的基本思路和方法是：明确实验目的→设计实验原理→根据实验原理设计多种实验方案→对实验方案进行可行性分析，筛选确定最佳方案→根据所定方案选择实验器材→拟定实验步骤→对实验数据进行处理→得出实验结论，并进行误差分析。值得一提的是，依据不同的实验原理选择不同的实验方案时，应遵循科学性，可行性，精确性，简便、直观性这四条基本原则。
4、探究性试验
探究类实验试题在近年高考试卷中频频出现，这类试题注重考查考生的科学探究能力，注重考查实验知识的形成过程，随着新课改的推进，高考正向能力型、开放型、研究型的方向拓展，在高考复习过程中我们必须关注这类实验试题.
解决这类问题的基本思路和方法是：探究型实验重点强调的是“探究”.题目带有开放性，难度一般不会太大，回答此类问题：一是要切题，即按题目要求作答;二是要清楚地表述自己的想法，避免词不达意.因此，要独立思考，积极动脑，大胆猜测，勇于探索.同时要将平时做过的实验进行总结，包括实验目的、方法、步骤、注意事项、结果等.通过比较、分类、归纳、概括等方法，对这些实验进行整理和分析，得出正确处理此类问题的思路和方法.
【例2】(重庆)建造重庆长江大桥复线桥高将长百米、重千余吨的钢梁从江水中吊起(题22图2)、施工时采用了将钢梁与水面成一定倾角出水的起吊方案，为了探究该方案的合理性，某研究性学习小组做了两个模拟实验.研究将钢板从水下水平拉出(实验1)和以一定倾角拉出(实验2)的过程中总拉力的变化情况。
①必要的实验器材有：钢板、细绳、水盆、水、支架、刻度尺、计时器和 等.
②根据实验曲线(题22图3)，实验2中的最大总拉力比实验1中的最大总拉力降低了 .
③ 根据分子动理论，实验1中最大总拉力明显增大的原因是 .
④ 可能导致测量拉力的实验误差的原因有：读数不准、钢板有油污、 等等(答出两个即可)
【解析】
(1)①测力计(弹测力计、力传感器等等)
②13.3(允许误差±0.5);0.37(允许误差±0.03)N
实验一的最大拉力 F1m= 4.35N
实验二的最大拉力 F2m= 3.75+ 0.025 =3.78N
△F= F1m —F2m= 4.35 —3.78 =0.57N , 所以
钢板在水面下时，拉力F1 = 3.40N;钢板出水后绳的拉力不从心F2 =3.78N;钢板在水中受到的浮力 F0= F2—F1= 0.38N
③分子之间存在引力，钢板与水面的接触面积大
④快速拉出、变速拉出、出水过程中角度变化、水中有油污、水面波动等等
5、“研究性学习”类实验
这类实验题具有如下特点：以学生在开展研究性学习的活动中所遇到的问题为背景命题，要求学生根据题给条件设计某些实验方案，或给出一些仪器(或实验步骤)来求解某个物理量，或对某些设计出的实验，分析其实验数据得到规律，并对可能产生的误差进行分析。如果试题是要求设计方案，其答案往往具有开放性，侧重考查学生的发散思维能力和创新能力。如果试题是对某些设计出的实验进行数据和误差分析，则要求学生具有扎实的基础知识和实验能力。
解决这类问题的基本思路和方法是：在熟悉各种仪器的使用方法、基本实验原理、方法和步骤的前提下，仔细阅读题目，理解题意，根据题给要求，广泛联想，设计出合理的实验方案即可。设计出的方案应尽可能简单、方便、可操作性强。对于数据处理和误差分析的试题，则应根据题目所给的文字、图表等信息进行分析，找出各物理量之间的关系(定性或定量的关系)并总结出其变化规律，把握问题的本质特征。
物理实验题如何拿高分
一、考试说明对实验能力的考核要求：
(1)独立完成考试说明中所要求的实验
能在理解的基础上独立完成考试说明的“知识内容表”中所列的实验，明确实验目的，理解实验原理，控制实验条件。
这里要强调的是，学生要在明确目的、理解原理的基础上独立完成实验，这就要求学生对整个实验步骤要很熟练，并且要真正理解实验的每一步，而不是单纯的模仿;另外，还要求学生能有创见地在实验过程中提出自己的想法，特别是在控制实验条件促成达到实验目的方面积极进行独立思考，比如改变了哪些实验条件，又会有怎样的实验结果，类似这样的思考，可以让高三生不拘泥于固有的模式，更深刻的体会每个实验条件对结果的影响。
做到独立思考这一步，高三生将会很轻松的应对考试中出题老师对实验条件的变换。
(2)会运用在这些实验中学过的实验方法
要学会掌握做某个或某几个所列实验的基本实验方法，经自己消化吸收后能举一反三，能够用以完成其他类似的实验，或设计某些实验。比如用比较法测电阻的实验内容，也不属于前述所列实验范围。但所涉及的一些实验方法、数据处理的方法都在考试说明要求的实验范围之内。
(3)会正确使用在所列实验中用过的仪器
考试说明中写明的、要求会正确使用的仪器主要有：刻度尺、游标}尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧秤、温度表、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱，等等。要会正确使用仪器，就需要列它的性能、功用、规格、使用规则、读取数据的方法有较全面的认识和理解，尽可能地对它的构造和工作原理有一定程度的了解和理解，另外对于一些误差的产生，也要加以重视，很多时候，实验类题型出题会涉及到误差。要会从实验要求出发选择符合需要的仪器或量程。在高考中将选择仪器和设计实验步骤、实验电路等相结合，常常是深入考查实验能力的方式。
(4)会观察、分析实验现象，处理实验数据，并得山结论
观察、分析实验现象要从实验目的出发、结合实验原理进行。
对于实验中获得的原始数据(用有效数字表达直接测量的结果)，如何根据相关规律进行止确处理并从中得出应有的结论，是实验效果如何的关键性一步。如果这一步没有完成，不仅是功败垂成，也是实验能力有缺陷的一种表现。在处理分析数据时要能归纳出规律性的东西，必要时要能用函数图象作图法正确处理数据，要会发现实验的误差，并能进行初步的误差分析。
还要强调一点：物理高考试题中有时还会有考查演示实验的内容。物理演示实验是物理教学过程中的一个重要环节，对物理演示实验的理解在一定程度上也反映了考生掌握物理知识的情况，适当地安排一点演示实验的考查题，会对中学物理教学起到一定的导向作用。
二、高考物理实验题的答题技巧
仪器的使用是物理实验考查的基础内容，长度和电学量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。试题考查范围广泛，已跳出了《考试大纲》“知识内容表”中所列实验的范围，出现了迁移类实验与创新型实验。它们基本上不是课本上现成的实验，但其原理、方法以及所涉及的知识均是学生所学过的。那么，物理实验题的答题技巧：
1、明确实验目的和原理，做到“三个掌握五个会”
实验中最重要的是掌握实验目的和原理，特别是《课程标准》下，高考更加注重考查实验原理的迁移能力，即使是考查教材上的原实验，也是改容换面而推出的。原理是为目的服务的，每个实验所选择的器材源于实验原理，电学中的控制电路与测量电路之间的关系是难以把握的地方。复习中还要注意器材选择的基本原则，灵活地运用这些基本原则是二轮实验复习的一个目的。
针对每一个实验，注意做到“三个掌握、五个会”，即掌握实验目的、步骤、原理;会控制条件、会使用仪器、会观察分析、会处理数据并得出相应的结论、会设计简单的实验方案。选做题中考实验的可能性也很大，不要忽视这方面内容。
2、对于《考试大纲》中所列的实验，要把握原理、讲究方法
对于《考试大纲》所列实验，解答的关键是要在掌握实验原理的基础上，熟悉操作步骤、数据处理和误差分析等。要熟记课本对所考实验的相关叙述，结合自己动手实验的全过程，解决此类实验考题。
3、对于创新型实验，要汲取信息、联想类比，实现实验的迁移创新
抓住物理实验方法的“灵魂” 篇3
（2）在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表1.用表1数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为 N/m（重力加速度g=10m/s2）.由表1数据 （填“能”或“不能”）计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.
该题只有3个空格需要填写. 高考后，从学生反馈和教师评价都认为该题较为简单.但据高考阅卷教师反映，该题浙江省的平均得分为6.89分，与第22题的7.80分还有一定的差距.学生出现的典型错误除了少部分学生忽视了刻度尺的精确度与读数的估读要求外，更多是第（2）小题计算与判断中出现问题. 一是对弹簧I伸长量与其所受弹力之数值混乱，二是无法理解弹簧I与弹簧II连接后的具体情况，对试题所问能否计算出弹簧Ⅱ的劲度系数一头雾水.甚至有老师认为，这个试题是两个弹簧的串联问题，应该根据串联弹簧的劲度系数关系来判断是否能计算出弹簧Ⅱ的劲度系数，而《浙江省普通高中新课程实验物理学科教学指导意见》又明确指出“多个弹簧的串、并联问题不作要求”，因此提出该题“超纲”的质问.
事实真是如此吗？笔者认为不尽其然.因为作为实验题，应该是对实验思想与实验数据分析方法的考查，而不应该停留在对胡克定律这一知识点上，只要我们能回归到最基本的物理实验处理与分析方法，这道题就是一道难得的好题.
《2014年浙江省普通高考考试说明（物理部分）》对学生的实验与探究能力的要求是这样描述的：“能独立地完成表1中所列的实验……会记录、处理实验数据……能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验.”高考实验的考查，除了“能做”，“会记录、能处理”更能反映学生对物理的理解能力和学科素养.因此，实验数据记录与分析处理能力过硬的学生，在这个地方更能体现出优势，这样的试题也更符合物理学的真正内涵.而高中物理实验数据的记录与处理，其主要方法就是列表法和图像法，只要我们把握住这两种方法，并在实验探究中正确运用，解答这个试题也就不在话下了. 三、列表法是物理实验的基本方法
从以上对2014年浙江高考理综卷第21题的分析可以看出，学会设计一个简明醒目、物理量选择合理的数据表格，是物理实验数据处理中的基本技能.在高考实验复习中，很多老师停留在对考纲所列实验的逐个分析与操练，在重复性的试题操练过程中，学生忽视了基本分析方法的总结，将数据测量与记录当作是实验的最终结果，而无法从探究物理量之间关系、检验测量结果和运算是否合理的层次理解列表法在物理实验中的重要地位，在面对诸如2014年浙江高考理综卷第21题这样的试题时，自然就无所适从了.
列表法的基础性作用，其实在近年的实验试题中都有体现，如2014年北京卷的实验题，在测定一节干电池的电动势和内电阻实验的考查中，用列表法给出了6组数据，再从图像法要求画出U-I图线.最后利用图像计算出干电池的电动势E和内电阻r，也充分体现了列表法和图像法的考查要求.2014年山东卷、上海卷、广东卷等都很明显地考查了学生对列表法与图像法的应用.
四、物理实验教学与复习的建议
物理学发展的历史证明正确的科学思想及由此产生的科学方法是科学研究的灵魂.无论课程改革如何推进，高考物理也不可能偏离物理实验的基本方法与思想.“移花接木、旧枝新芽”是近年高考物理实验试题的明显特点，在试题形式有所创新，实验情境适当变化的情况下，对学生物理实验方法和探究能力的考查是没有改变的.
1.方法引领，用科学方法指导物理实验教学
人教版高中物理必修1教材中，最后一部分是学生实验，分为实验的重要性、怎样做好物理实验、误差与有效数字3节.但由于各种原因，课本上的这一部分并没有引起高中物理老师们的重视，甚至在浙江省物理学科教学指导意见中，也没有对这部分的课时安排与教学建议.要提高学生对物理实验的理解，加强这一部分的教学是必要的.在必修1的学习完成后，结合一个学期中的实验案例，加强对学生实验精神的教育、实验方法的总结指导，不仅能让学生从更科学的角度认识物理学，也便于指导物理其他模块中的实验教学.
2.两轮复习，在总结与分项中提高实验复习效果
在高三阶段的物理复习中，常见的做法是按教材章节顺序进行第一轮复习，再根据专题进行第二轮或第三轮复习，物理实验的复习也就分散到了各章节的复习中，物理实验变成了相应知识点的应用与拓展. 在这样的复习方式下，学生知识点得到了巩固，但很难从实验在物理学科的重要性来理解物理实验在高考试题中存在的必要性，利用实验的方法与思想来解决具体问题的习惯更无从谈起.因此，在高三复习中，可以将各个实验从具体的章节中分离出来，通过实验方法与分项实验两轮复习的方式，提高实验复习效果.第一轮是对实验仪器使用与原理、基本物理实验方法、实验误差与实验数据处理方法的专题复习，以提高学生物理测量、实验数据处理能力，并掌握比较法、平均值法、列表法、图像法等基本的实验基本方法，提高学生实验的理解力.第二轮是具体的分项实验复习，将这些思想和方法应用到对每一个学生实验复习中去，并通过练习强化基本实验方法的掌握.
3.理性实验，在操作与思考中提高实验技能
近年来，浙江理综高考对学生实验操作技能的考查更为突出，高考实验题对学生实验体验过程的考查也很明显.但一线教师常常有这样的感叹：“实验是让学生分组动手做过了，高考前还开放实验室让学生再次动手体验了，可在考试中，学生很多答案表现得跟没做过实验一样！”究其原因，学生实验操作能力不可能通过重复训练来达到熟练掌握的目的.同时，很多时候学生对于实验的热爱仅仅是对新鲜器材、新奇现象的好奇，在操作中只是机械地执行老师发出的指令而已.从中我们也不难理解三年高中物理学习后，很多学生无法分辨出印在试卷上的电磁打点计时器与电火花打点计时器，甚至在完成电学实验连线题时找不着滑动变阻器的接线柱.因此，实验教学与复习中理性的思考和分析是不可或缺的，在操作过程中，教师应该留下更多的时间与空间让学生对实验进行探究，在探究的过程中引导学生利用基本原理与方法去分析与反思自己的操作，这样才能真正提高学生的实验操作技能.
立足物理实验思想与方法，反观2014年浙江高考物理实验题，试题既传承了前些年浙江实验题重视学生体验的考查，更突出了科学方法应用的考查，也是对高中物理教师的物理学科素养的一次检验，在教学与高考复习过程中，抓住物理实验方法的“灵魂”与“精髓”，才能更好地提高物理实验教学效果.endprint
每年物理高考中的实验题都会引起广泛的关注，2014年各地物理实验题立足于高中物理教学的基本实验，注重基本实验仪器使用、基本实验方法、实验操作以及物理实验思想的考查，突出对学生实验操作能力和探究能力的考查.其中浙江省理科综合卷第21题，基于教材中探究弹力和弹簧伸长的关系的实验，对实验情境进行创新设计，方法要求灵活，对考生创新性与探究性的考查得到了进一步的体现.
（2）在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表1.用表1数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为 N/m（重力加速度g=10m/s2）.由表1数据 （填“能”或“不能”）计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.
该题只有3个空格需要填写. 高考后，从学生反馈和教师评价都认为该题较为简单.但据高考阅卷教师反映，该题浙江省的平均得分为6.89分，与第22题的7.80分还有一定的差距.学生出现的典型错误除了少部分学生忽视了刻度尺的精确度与读数的估读要求外，更多是第（2）小题计算与判断中出现问题. 一是对弹簧I伸长量与其所受弹力之数值混乱，二是无法理解弹簧I与弹簧II连接后的具体情况，对试题所问能否计算出弹簧Ⅱ的劲度系数一头雾水.甚至有老师认为，这个试题是两个弹簧的串联问题，应该根据串联弹簧的劲度系数关系来判断是否能计算出弹簧Ⅱ的劲度系数，而《浙江省普通高中新课程实验物理学科教学指导意见》又明确指出“多个弹簧的串、并联问题不作要求”，因此提出该题“超纲”的质问.
事实真是如此吗？笔者认为不尽其然.因为作为实验题，应该是对实验思想与实验数据分析方法的考查，而不应该停留在对胡克定律这一知识点上，只要我们能回归到最基本的物理实验处理与分析方法，这道题就是一道难得的好题.
《2014年浙江省普通高考考试说明（物理部分）》对学生的实验与探究能力的要求是这样描述的：“能独立地完成表1中所列的实验……会记录、处理实验数据……能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验.”高考实验的考查，除了“能做”，“会记录、能处理”更能反映学生对物理的理解能力和学科素养.因此，实验数据记录与分析处理能力过硬的学生，在这个地方更能体现出优势，这样的试题也更符合物理学的真正内涵.而高中物理实验数据的记录与处理，其主要方法就是列表法和图像法，只要我们把握住这两种方法，并在实验探究中正确运用，解答这个试题也就不在话下了. 三、列表法是物理实验的基本方法
从以上对2014年浙江高考理综卷第21题的分析可以看出，学会设计一个简明醒目、物理量选择合理的数据表格，是物理实验数据处理中的基本技能.在高考实验复习中，很多老师停留在对考纲所列实验的逐个分析与操练，在重复性的试题操练过程中，学生忽视了基本分析方法的总结，将数据测量与记录当作是实验的最终结果，而无法从探究物理量之间关系、检验测量结果和运算是否合理的层次理解列表法在物理实验中的重要地位，在面对诸如2014年浙江高考理综卷第21题这样的试题时，自然就无所适从了.
列表法的基础性作用，其实在近年的实验试题中都有体现，如2014年北京卷的实验题，在测定一节干电池的电动势和内电阻实验的考查中，用列表法给出了6组数据，再从图像法要求画出U-I图线.最后利用图像计算出干电池的电动势E和内电阻r，也充分体现了列表法和图像法的考查要求.2014年山东卷、上海卷、广东卷等都很明显地考查了学生对列表法与图像法的应用.
四、物理实验教学与复习的建议
物理学发展的历史证明正确的科学思想及由此产生的科学方法是科学研究的灵魂.无论课程改革如何推进，高考物理也不可能偏离物理实验的基本方法与思想.“移花接木、旧枝新芽”是近年高考物理实验试题的明显特点，在试题形式有所创新，实验情境适当变化的情况下，对学生物理实验方法和探究能力的考查是没有改变的.
1.方法引领，用科学方法指导物理实验教学
人教版高中物理必修1教材中，最后一部分是学生实验，分为实验的重要性、怎样做好物理实验、误差与有效数字3节.但由于各种原因，课本上的这一部分并没有引起高中物理老师们的重视，甚至在浙江省物理学科教学指导意见中，也没有对这部分的课时安排与教学建议.要提高学生对物理实验的理解，加强这一部分的教学是必要的.在必修1的学习完成后，结合一个学期中的实验案例，加强对学生实验精神的教育、实验方法的总结指导，不仅能让学生从更科学的角度认识物理学，也便于指导物理其他模块中的实验教学.
2.两轮复习，在总结与分项中提高实验复习效果
在高三阶段的物理复习中，常见的做法是按教材章节顺序进行第一轮复习，再根据专题进行第二轮或第三轮复习，物理实验的复习也就分散到了各章节的复习中，物理实验变成了相应知识点的应用与拓展. 在这样的复习方式下，学生知识点得到了巩固，但很难从实验在物理学科的重要性来理解物理实验在高考试题中存在的必要性，利用实验的方法与思想来解决具体问题的习惯更无从谈起.因此，在高三复习中，可以将各个实验从具体的章节中分离出来，通过实验方法与分项实验两轮复习的方式，提高实验复习效果.第一轮是对实验仪器使用与原理、基本物理实验方法、实验误差与实验数据处理方法的专题复习，以提高学生物理测量、实验数据处理能力，并掌握比较法、平均值法、列表法、图像法等基本的实验基本方法，提高学生实验的理解力.第二轮是具体的分项实验复习，将这些思想和方法应用到对每一个学生实验复习中去，并通过练习强化基本实验方法的掌握.
3.理性实验，在操作与思考中提高实验技能
近年来，浙江理综高考对学生实验操作技能的考查更为突出，高考实验题对学生实验体验过程的考查也很明显.但一线教师常常有这样的感叹：“实验是让学生分组动手做过了，高考前还开放实验室让学生再次动手体验了，可在考试中，学生很多答案表现得跟没做过实验一样！”究其原因，学生实验操作能力不可能通过重复训练来达到熟练掌握的目的.同时，很多时候学生对于实验的热爱仅仅是对新鲜器材、新奇现象的好奇，在操作中只是机械地执行老师发出的指令而已.从中我们也不难理解三年高中物理学习后，很多学生无法分辨出印在试卷上的电磁打点计时器与电火花打点计时器，甚至在完成电学实验连线题时找不着滑动变阻器的接线柱.因此，实验教学与复习中理性的思考和分析是不可或缺的，在操作过程中，教师应该留下更多的时间与空间让学生对实验进行探究，在探究的过程中引导学生利用基本原理与方法去分析与反思自己的操作，这样才能真正提高学生的实验操作技能.
立足物理实验思想与方法，反观2014年浙江高考物理实验题，试题既传承了前些年浙江实验题重视学生体验的考查，更突出了科学方法应用的考查，也是对高中物理教师的物理学科素养的一次检验，在教学与高考复习过程中，抓住物理实验方法的“灵魂”与“精髓”，才能更好地提高物理实验教学效果.endprint
每年物理高考中的实验题都会引起广泛的关注，2014年各地物理实验题立足于高中物理教学的基本实验，注重基本实验仪器使用、基本实验方法、实验操作以及物理实验思想的考查，突出对学生实验操作能力和探究能力的考查.其中浙江省理科综合卷第21题，基于教材中探究弹力和弹簧伸长的关系的实验，对实验情境进行创新设计，方法要求灵活，对考生创新性与探究性的考查得到了进一步的体现.
（2）在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表1.用表1数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为 N/m（重力加速度g=10m/s2）.由表1数据 （填“能”或“不能”）计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.
该题只有3个空格需要填写. 高考后，从学生反馈和教师评价都认为该题较为简单.但据高考阅卷教师反映，该题浙江省的平均得分为6.89分，与第22题的7.80分还有一定的差距.学生出现的典型错误除了少部分学生忽视了刻度尺的精确度与读数的估读要求外，更多是第（2）小题计算与判断中出现问题. 一是对弹簧I伸长量与其所受弹力之数值混乱，二是无法理解弹簧I与弹簧II连接后的具体情况，对试题所问能否计算出弹簧Ⅱ的劲度系数一头雾水.甚至有老师认为，这个试题是两个弹簧的串联问题，应该根据串联弹簧的劲度系数关系来判断是否能计算出弹簧Ⅱ的劲度系数，而《浙江省普通高中新课程实验物理学科教学指导意见》又明确指出“多个弹簧的串、并联问题不作要求”，因此提出该题“超纲”的质问.
事实真是如此吗？笔者认为不尽其然.因为作为实验题，应该是对实验思想与实验数据分析方法的考查，而不应该停留在对胡克定律这一知识点上，只要我们能回归到最基本的物理实验处理与分析方法，这道题就是一道难得的好题.
《2014年浙江省普通高考考试说明（物理部分）》对学生的实验与探究能力的要求是这样描述的：“能独立地完成表1中所列的实验……会记录、处理实验数据……能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验.”高考实验的考查，除了“能做”，“会记录、能处理”更能反映学生对物理的理解能力和学科素养.因此，实验数据记录与分析处理能力过硬的学生，在这个地方更能体现出优势，这样的试题也更符合物理学的真正内涵.而高中物理实验数据的记录与处理，其主要方法就是列表法和图像法，只要我们把握住这两种方法，并在实验探究中正确运用，解答这个试题也就不在话下了. 三、列表法是物理实验的基本方法
从以上对2014年浙江高考理综卷第21题的分析可以看出，学会设计一个简明醒目、物理量选择合理的数据表格，是物理实验数据处理中的基本技能.在高考实验复习中，很多老师停留在对考纲所列实验的逐个分析与操练，在重复性的试题操练过程中，学生忽视了基本分析方法的总结，将数据测量与记录当作是实验的最终结果，而无法从探究物理量之间关系、检验测量结果和运算是否合理的层次理解列表法在物理实验中的重要地位，在面对诸如2014年浙江高考理综卷第21题这样的试题时，自然就无所适从了.
列表法的基础性作用，其实在近年的实验试题中都有体现，如2014年北京卷的实验题，在测定一节干电池的电动势和内电阻实验的考查中，用列表法给出了6组数据，再从图像法要求画出U-I图线.最后利用图像计算出干电池的电动势E和内电阻r，也充分体现了列表法和图像法的考查要求.2014年山东卷、上海卷、广东卷等都很明显地考查了学生对列表法与图像法的应用.
四、物理实验教学与复习的建议
物理学发展的历史证明正确的科学思想及由此产生的科学方法是科学研究的灵魂.无论课程改革如何推进，高考物理也不可能偏离物理实验的基本方法与思想.“移花接木、旧枝新芽”是近年高考物理实验试题的明显特点，在试题形式有所创新，实验情境适当变化的情况下，对学生物理实验方法和探究能力的考查是没有改变的.
1.方法引领，用科学方法指导物理实验教学
人教版高中物理必修1教材中，最后一部分是学生实验，分为实验的重要性、怎样做好物理实验、误差与有效数字3节.但由于各种原因，课本上的这一部分并没有引起高中物理老师们的重视，甚至在浙江省物理学科教学指导意见中，也没有对这部分的课时安排与教学建议.要提高学生对物理实验的理解，加强这一部分的教学是必要的.在必修1的学习完成后，结合一个学期中的实验案例，加强对学生实验精神的教育、实验方法的总结指导，不仅能让学生从更科学的角度认识物理学，也便于指导物理其他模块中的实验教学.
2.两轮复习，在总结与分项中提高实验复习效果
在高三阶段的物理复习中，常见的做法是按教材章节顺序进行第一轮复习，再根据专题进行第二轮或第三轮复习，物理实验的复习也就分散到了各章节的复习中，物理实验变成了相应知识点的应用与拓展. 在这样的复习方式下，学生知识点得到了巩固，但很难从实验在物理学科的重要性来理解物理实验在高考试题中存在的必要性，利用实验的方法与思想来解决具体问题的习惯更无从谈起.因此，在高三复习中，可以将各个实验从具体的章节中分离出来，通过实验方法与分项实验两轮复习的方式，提高实验复习效果.第一轮是对实验仪器使用与原理、基本物理实验方法、实验误差与实验数据处理方法的专题复习，以提高学生物理测量、实验数据处理能力，并掌握比较法、平均值法、列表法、图像法等基本的实验基本方法，提高学生实验的理解力.第二轮是具体的分项实验复习，将这些思想和方法应用到对每一个学生实验复习中去，并通过练习强化基本实验方法的掌握.
3.理性实验，在操作与思考中提高实验技能
近年来，浙江理综高考对学生实验操作技能的考查更为突出，高考实验题对学生实验体验过程的考查也很明显.但一线教师常常有这样的感叹：“实验是让学生分组动手做过了，高考前还开放实验室让学生再次动手体验了，可在考试中，学生很多答案表现得跟没做过实验一样！”究其原因，学生实验操作能力不可能通过重复训练来达到熟练掌握的目的.同时，很多时候学生对于实验的热爱仅仅是对新鲜器材、新奇现象的好奇，在操作中只是机械地执行老师发出的指令而已.从中我们也不难理解三年高中物理学习后，很多学生无法分辨出印在试卷上的电磁打点计时器与电火花打点计时器，甚至在完成电学实验连线题时找不着滑动变阻器的接线柱.因此，实验教学与复习中理性的思考和分析是不可或缺的，在操作过程中，教师应该留下更多的时间与空间让学生对实验进行探究，在探究的过程中引导学生利用基本原理与方法去分析与反思自己的操作，这样才能真正提高学生的实验操作技能.
电能质量设备实验方法及实验平台 篇4
电能质量设备用于改善电能质量,为用户提供优质电力。应用现代大功率电力电子和控制技术实现电能质量控制,为用户提供满足特定要求的电力供应技术,称为定制电力技术(custom power)。因此,电能质量设备考核、实验本质上是对大功率电力电子装置进行实验。国内目前对定制电力设备进行考核、实验的方法及平台的研究属起步阶段,迄今为止国内尚无类似的综合实验系统。“十一五”国家科技支撑计划重点项目之一“电能质量复合控制技术及装置”的重要内容之一就是电能质量实验方法及装置的研究。近年韩国LG Industrial Systems公司建立了定制电力设备实验场(Korea custom power plaza,KCPP)。KCPP由动态电压恢复器(DVR)、配电网静止无功补偿器(D-STATCOM)、固态转换开关(SSTS)、有源电力滤波器、谐波发生器、负载箱等构成。通过电能质量监测系统实现对定制电力设备性能的评估[1]。KCPP属于动模仿真系统,用于评估定制电力设备的性能。KCPP无法模拟被实验设备运行的电网环境,且造价较昂贵。
根据国家相应标准,电能质量设备的考核内容不仅包括测试电能质量设备本身固有的各种电气参数和性能,而且包括电能质量设备在电力系统环境运行时综合衡量设备的运行功能和各项性能指标。目前,无源/有源电力滤波器、静态和动态无功补偿设备、各种电能质量改善设备在工业供电系统和电力系统中广泛使用,但是,对这些设备缺乏有效可行的考核、实验方法。电能质量问题复杂性决定了其实验方法的多样性,如谐波、不平衡度、电压闪变、电压暂升、暂降等,构建如此复杂的实验电源存在困难。因此,有效的办法是将电能质量设备的考核建立在模拟电力系统环境的实时仿真平台上,并提供具有高电压、大电流的实验环境。
建立电能质量设备综合实验平台需要解决如下关键问题:①为被考核测试设备(以下简称被测设备)建立符合实际运行条件的电网环境,将被测设备置于模拟电网环境中,进行各种接近实际工况的运行考核;②将被测设备的各种运行状态反馈到模拟电网中,实时考核和评价被测设备在电网中的运行和控制情况,并根据其结果进行评估;③为实验平台提供高电压、大功率电力电子接口装置;④构建大功率电力电子负载,用于模拟任意负载特性,该负载应能受控于实时数字仿真系统,并可模拟各类负载特性,为实验平台提供负载环境。
大功率电力电子装置实验主要有物理模拟和数字仿真2种方式。物理模拟除了模拟效果的等效性问题外,建立相应的电力系统环境需不菲的投资。数字仿真由软件建立电力电子装置及其所运行的电力系统环境,成本低,易于实现,但其效果与建模精度密切相关,而理想化的模型无法完全真实反映电力电子装置的性能[2,3]。采用数字—物理混合仿真方法,即在数字仿真系统中建立电网环境,由模拟样机或原型装置再现实际装置,将两者结合,是解决大功率电力电子装置仿真难题的有效方法[4,5,6,7,8,9]。
1 理论依据
由物理器件对真实系统的行为进行仿真,两者之间的关系必须满足相似定理。物理仿真系统的过程可以用微分—代数方程组进行描述。数字仿真系统则是从描述实际系统行为的微分—代数方程出发,实时求解微分—代数方程,输出结果即为被仿真系统的行为。因此,物理模拟和实时数字仿真都再现了实际系统的行为,两者统一在描述系统行为的微分—代数方程组上。电力系统的微分—代数方程就是系统运行状态方程:
式中:x为微分方程组的状态向量;μ为输入向量;y为输出向量。
式(1)主要有如下几类微分方程:发电机暂态、次暂态电势变化过程;发电机转子运动、励磁系统暂态过程;原动机及其调速系统暂态过程;负荷或感应电动机暂态过程;网络电感、电容元件;线路暂态过程的偏微分方程;等等。式(2)描述上述微分方程以外的其他内在联系。
2 实验平台方案及实验方法
2.1 基本结构
综合实验平台结构原理示于图1,由实时数字仿真子系统、动态物理模拟子系统、监控单元等组成。实时数字仿真子系统包括数字仿真单元、数字等效受控源、输出端口、监控设备等,数字仿真单元采用目前国际上广泛应用的实时数字仿真仪(RTDS)[9]。动态物理模拟子系统包括大功率接口装置、被测试设备、监控设备等。
实时数字仿真子系统通过输入边界点的电压、电流信号,经A/D转换后变成数字量,形成数字仿真子系统的边界条件,称为软件接口;动态物理模拟子系统在读入信号的控制下,在其网络端口上形成相应的模拟电压和电流信号,称为硬件接口。实时数字仿真子系统的输出端口信号通过软件接口控制大功率电力电子接口装置的运行,即将输出端口信号放大到实际现场水平。被考核设备与接口装置相连,所产生的补偿信号通过硬件接口传给实时数字仿真子系统进行仿真;该补偿信号作为等效受控源反馈到输出端口。动态物理模拟子系统、实时数字仿真子系统、接口、信号传输等所有必需的系统运行信号,通过监控设备传送至监控单元的数据库和全局控制单元,供存储、分析、显示。
实时数字仿真子系统建立被测设备所运行电网的实时仿真模型。在已知端口电流或电压的条件下,实时数字仿真子系统的边界条件由动态刷新的电流源或电压源代替。大功率电力电子接口装置为被测设备提供电源,或作为大功率非线性负荷。被测设备由基本电路和控制单元组成。控制单元分析来自监控系统的运行数据,指导基本电路的运行。全局控制主要由人机界面、数据库和数据分析3部分组成,配合监控设备对平台的运行状态进行监控,消除接口时滞和放大误差。
2.2 体系结构
综合实验平台在功能上采用人工智能机器人体系结构(见图2),即按功能分为感知、规划和执行单元3个部分。感知部分作为机器人的信息来源是基础;规划部分主要包括监控单元中的全局控制单元,通过一定的规则,处理由感知单元得到的信息,指导执行单元的操作;执行部分主要包括接口控制单元,一方面根据感知信息和预先设定的程序动作,另一方面接受来自规划部分的指导。规划部分通过建立独立全局控制单元实现。通过建立平台机器人自学机制,利用实验的可重复性,通过对感知的外界信息进行多次学习、分析和处理,对平台仿真控制参数进行调整,逐渐达到实验所要求的运行状态和参数。
2.3 全局控制机制
全局控制系统由数据总线、人机界面、数据库、数据分析(状态监控、学习控制)组成,如图3所示。来自监控设备的系统运行参数通过数据总线传输到数据库;数据分析单元负责平台运行状态的监控和学习任务;人机界面为用户提供必要的图文信息,方便用户及时了解平台的运行状态。
2.4 实施流程
机器人的自学习能力体现在全局控制单元数据分析子单元内。全局控制的目的是分析数据库中已有的历史数据,通过对历史数据的学习,对平台当前运行参数进行修正,即修正接口装置逆变电路的输出。其流程如图4所示。
实验前对平台进行初始化;第n(n=1,2,…)次运行后,需检测全系统的状态是否符合测试、考核条件和要求;若不符合,进一步判断是否进行过第n次全局控制,以决定是否进行全局控制干预,即调整相应单元的参数,并记录运行情况;n=1时全局控制不介入;若已进行过第n次全局控制,则分析第n次运行状况,得出第n+1次的控制参数,指导第n+1次运行控制,为进入第n+1次循环做准备。重复上述步骤,在检测到运行参数满足实验条件和要求时结束实验。通过对最后一次运行结果进行分析,完成对被测设备的考核评估。
3 时滞和时变性问题及其解决措施
综合实验平台需要解决不同仿真系统之间的配合这一关键问题,其难点在于处理系统之间信号转换和传输引起的延时,以及不同算法之间的协调问题[10,11,12]。由于物理系统存在很大的能量流动,信号转换和传输延时较大;同时,物理仿真系统可以假设为步长无限小的数字仿真系统,即基本上不用考虑数字仿真系统与物理仿真系统之间的步长同步问题,只需重点考虑信号转换和传输延时的影响,接口设备的延时要尽可能小,存在延时的情况下通过全局控制等手段消除延时的影响,即机器人通过监控单元对平台运行进行全局监控,消除大功率电力电子接口装置的延时和放大误差。
实验平台采用连续—离散模型分离(CDMS)法解决高频开关引起的模型时变性、计算复杂程度高及误差大等问题(见图5)。将电路模型中的开关器件用理想电流源替代,然后用开关模型G(VSW)描述开关器件的电压、电流关系,从而将开关器件从整个电路模型中分离出来。由G(VSW)计算出开关电流,作为输入注入电路方程F(VSRC,ISRC,ISW,X)中;由电路方程计算出开关电压,亦作为输入注入开关模型G(VSW)中。因此,在大规模电路模型方程F中不再含开关器件,所以不受开关动作影响;开关动作时只需对G(VSW)进行更新,减少了计算量。
综合实验平台需解决不同模拟系统之间的配合问题。除了接口精度外,还要考虑各环节的传输和控制延时。实验平台延时主要由物理接口延时τf=τf1+τf2和数字接口延时τd=τd1+τd2组成。其中:τf1为数字仿真系统输出数据传输至接口装置控制单元所需的时间,主要取决于A/D、光隔等环节;τf2为接口装置接收数字仿真系统输出数据到形成相应输出所需的时间,包括控制系统采样、计算、下发命令和功率回路的固有延时;τd1为被测设备的返回功率信号经互感器、A/D、光隔等单元后到达数字仿真系统输入端口的延时;τd2为返回信号由数字仿真系统输入端口到写入寄存器所需的时间,主要取决于采样环节。信号采样延时主要由传感器相移造成,τf1≤20 μs,τd1≤20 μs;控制延时包括处理器计算延时和信号传递延时。接口装置采样和通信频率为96 kHz,考虑主控与驱动2部分的光纤通信,τf2为40 μs~60 μs。τd2主要由RTDS的采样和光隔环节决定,为20 μs~40 μs。因此,平台的混合仿真预计总延时为100 μs~140 μs。
采用PSCAD联合MATLAB对实验平台结构进行仿真,分别设置延时100 μs和200 μs进行仿真。测试对象为有源电力滤波器,负载为不可控整流桥,电压380 V,频率50 Hz。图6为接口装置输出的电压波形。结果表明,当总延时控制在100 μs以内时,仿真平台具有良好的性能;而当总延时达到200 μs时,输出电压发生振荡。
4 大功率电力电子接口装置
综合实验平台的大功率电力电子接口装置受控于虚拟数字电力系统,为被测设备所需的电力系统环境提供能量并完成所需能量的输入和回馈。大功率电力电子接口装置应具有响应快速、波形可任意设置等特点。大功率非线性负荷受控于实时数字仿真系统,并可模拟各类负载特性,为实验平台提供负载环境。大功率电力电子接口装置应能实现能量交换和回馈,使整个实验系统所需能耗最小。
大功率电力电子接口装置采用全控器件——绝缘栅双极晶体管(IGBT)和续流二极管等构成三相整流加逆变结构,主要由隔离变压器、整流电路、逆变电路及控制单元组成,如图7所示。
整流电路通过隔离变压器接交流电源,逆变电路接被测设备基本电路。为能提供稳定的直流电源,整流电路采用独立控制方式;考虑直流侧负荷变化的影响,采用脉宽调制整流控制策略减小注入电网的谐波,并实现单位功率因数的控制。逆变单元要求快速跟踪端口信号,采用响应快速无差拍控制技术,并与平台全局控制相结合,实现端口信号的精确跟踪。被测设备接到逆变器的交流输出侧,因而所需的无功能量通过逆变器进行实时交换和分配。由逆变器开关死区时间产生的电压波形校正、控制延时等问题均可通过人工智能机器人解决。
当需要大功率非线性负荷时,将三相整流电路变换成逆变电路,而将逆变电路变换成整流电路。非线性负荷由被测设备驱动,而负荷的性质、参数则由实时数字仿真子系统控制。
在以上研究的基础上,目前已完成100 kVA/380 V综合实验平台样机。样机接口装置输入为三相380 V市电电源,额定输出为三相380 V线电压,最大输出电流150 A,在接口装置的输出端接无源滤波器,对输出波形进行滤波。对电压380 V、补偿电流100 A的有源滤波器进行测试,效果接近有源滤波器实际运行效果。以A相为例,实验结果的电压波形见图8,可见输出电压与控制电压基本重合,实验平台输出电压总谐波畸变率不大于3%。
5 结语
电能质量设备考核测试综合实验平台利用物理仿真方法具有的现象直观、物理概念清晰、可以用原型机(实际装置)进行仿真等优势,利用数字仿真系统能够灵活方便地更改设置参数、通用性强、模拟规模较大等优势,将物理模拟与数字仿真相结合,充分发挥这2种仿真系统的优势,并与大功率电力电子技术结合,在提高接口电气参数的同时,实现大容量功率吞吐,解决数字—物理混合仿真中功率放大器的性能限制及大功率非线性负荷等问题。目前已完成100 kVA/380 V综合实验平台样机,下一步将研制2 MVA/10 kV的实验平台。作为一种尝试,本文的研究目标是解决电能质量设备检测难题,也是对电能质量设备仿真技术的一次探索。
参考文献
[1]CHUNG Y H,KWON G H,PARK T B,et al.Design ofKorea custom power plaza for the evaluation of custom powerdevices.Paris,France:CIGRE,2004.
[2]汤涌.电力系统数字仿真技术的现状与发展.电力系统自动化,2002,26(17):66-70.TANG Yong.Present situation and development of powersystemsi mulation technologies.Automation of Electric PowerSystems,2002,26(17):66-70.
[3]郑三立,雷宪章,RETZMANN D,等.电力系统计算机及实时数字仿真(下):电力系统实时数字仿真.电力系统自动化,2001,25(14):40-44.ZHENG Sanli,LEI Xianzhang,RETZMANN D,et al.Computer and real-ti me digital si mulation of power systems:Part two real-ti me digital si mulation of power systems.Automation of Electric Power Systems,2001,25(14):40-44.
[4]宋强,刘钟淇,张洪涛,等.大功率电力电子装置实时仿真的研究进展.系统仿真学报,2006,18(12):3329-3333.SONG Qiang,LI UZhongqi,ZHANG Hongtao,et al.Advanceof real ti me digital si mulation for high-power electronics.Journal of SystemSi mulation,2006,18(12):3329-3333.
[5]高源,陈允平,刘会金.电力系统物理与数字联合实时仿真.电网技术,2005,29(12):77-80.GAO Yuan,CHEN Yunping,LI U Huijin.Joint physio-digitalreal-ti me si mulation of power system.Power SystemTechnology,2005,29(12):77-80.
[6]王立伟,房大中,钟德成.含静止无功补偿器的电力系统混合仿真新算法研究.电力系统及其自动化学报,2004,16(1):76-79,84.WANG Li wei,FANG Dazhong,CHUNG T S.A new hybridsi mulation algorithm for power system with static VARcompensator.Proceedings of the CSU-EPSA,2004,16(1):76-79,84.
[7]CHENG Lin,SUN Yuanzhang,CUI Yuan,et al.The hybridsi mulation system with dynamic interaction between digitalsoftware and physical analogue//Proceedings of InternationalConference on Power System Technology(PowerCon’02):Vol 3,October 13-17,2002,Kunming,China:1583-1586.
[8]刘长胜,陈礼义,郑玉森,等.电力系统模数混合试验系统.天津大学学报,2004,37(1):82-85.LI U Changsheng,CHEN Liyi,ZHENG Yusen,et al.Analogue-digital mixedtest systemfor power system.Journal ofTianjin University,2004,37(1):82-85.
[9]KUFFE1 R,GIESBRECHTJ,MAGUIRE T,et al.RTDS—afully digital power system si mulator operating in real ti me//Proceedings of the 1st International Conference on Digital PowerSi mulator(ICDS’95),April 5-7,1995,College Station,TX,USA:19-24.
[10]贾宏杰,陈建华,余晓丹.时滞环节对电力系统小扰动稳定性的影响.电力系统自动化2006,30(5):5-8.JI A Hongjie,CHEN Jianhua,YU Xiaodan.I mpact of ti medelay on power systemsmall stability.Automation of ElectricPower Systems,2006,30(5):5-8.
[11]江全元,邹振宇,曹一家,等.考虑时滞影响的电力系统稳定分析和广域控制研究进展.电力系统自动化,2005,29(3):1-7.JI ANG Quanyuan,ZOU Zhenyu,CAO Yijia,et al.Overviewof power system stability analysis and wide-area control inconsideration of ti me delay.Automation of Electric PowerSystems,2005,29(3):1-7.
初中物理实验方法 篇5
一、常见的物理方法
模型法：即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。如用太阳系模型
代表原子结构，用简单的线条代表杠杆等。
转换法：一些看不见，摸不着的物理现象，不好直接认识它，我们常根据它
们表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。如根据电流的热效应来认识电流大小，根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场
等。
等效法：在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替
其他所有物理量，但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻，浮力替代液体对物体的各个压力等。
描述法：为了研究问题的方便，我们常用线条等手段来描述各种看不见的现
象。如用光线来描述光，用磁感线来描述磁场，用力的图示描述力
等。
类比法：在认识一些物理概念时，我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比，以帮助我们理解它。如认识电流大小时，用水流进
行类比。认识电压时，用水压进行类比。
叠加法：物理学中常常把微小的、不易测量的同一物理量叠加起来，测量后
求平均值的方法俗称“叠加法”。
实验＋推理法：有一些物理现象，由于受实验条件所限，无法直接验证，需要我们先进行实验，再进行合理推理得出正确结论，这也是一种常用的科学方法。如将一只闹钟放在密封的玻璃罩内，当罩内空气被抽走时，钟声变小，由此推理出：真空不能传声。
控制变量法：是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一，自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较，研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。
初中物理实验大多都用到了这种方法，如通过导体的电流I受到导体电阻R和它两端电压U的影响，在研究电流I与电阻R的关系时，需要保持电压U不变；在研究电流I与电压U的关系时，需要保持电阻R不变。
设计数学实验 渗透思想方法 篇6
数学实验教学是让学生通过动手操作、探究、发现、思考、分析、归纳等活动,最后获得概念、理解或解决问题的一种教学过程。在这一过程中充分暴露思维的过程,呈现数学知识与数学思想方法产生和发展的过程,有利于学生主动运用数学思想方法探究、获取知识、解决问题。数学实验是数学知识与数学思想方法综合运用的过程。教学实践证明:数学实验是学习数学思想方法的有效途径。
1. 在概念建构过程中设计数学实验,渗透数学思想方法
获得有概念形成与概念同化两种形式。概念形成是指人们对同类事物中若干不同的例子进行感知、分析、比较和抽象,以归纳的方式概括出这类事物的本质属性而获得概念;概念同化是直接揭示概念的本质属性,利用学生已有的知识经验,通过分析和比较,主动地与原有认识结构中有关概念相联系,从而掌握概念。由此可见,在概念形成或同化的过程中隐含了一般化、特殊化、分类、比较、抽象、概括等数学思想方法。因此,在概念的建构过程中设计合理的数学实验活动,既可加深学生对概念的理解,又能引发学生对数学思想方法的体验。
2. 在定理发现过程中设计数学实验,渗透数学思想方法
任何数学定理的发现都经历了一个艰苦曲折的思维过程,这一过程正是数学思想方法发展与运用的过程。因而,定理发现过程是渗透数学思想方法重要而有效的途径。传统的定理教学,大多数先由教师直接给出定理,接着是让学生分析出定理的题设、结论,然后写出已知、求证,最后由师生共同分析并完成证明。这样的数学活动只是单纯地依赖模仿与记忆,隐去了曲折、繁杂的思维过程,导致数学思想方法被隐匿在内在的形式中。因此,我们应该在定理发现过程中,设计合理的数学实验,显现定理的发现过程,让学生通过实验活动对定理进行“再创造”学习,让知识的获取、思想方法的领悟、情感态度的体验得以协调发展。
3. 在问题解决过程中设计数学实验,渗透数学思想方法
“问题解决”是一种创造性活动,即如何综合地、创造性地运用所学知识和方法去解决非常规的问题。所以,“问题解决”的核心并非各种特殊的解题方法或技巧,而是一些常见的思想方法或思维模式。所以,在问题解决过程中通过设计合理的数学实验活动,为学生搭建合理的“脚手架”,给学生自主探究的空间,既可让学生获得解决问题的方法,又可让学生获得一般性的思想方法或思维模式。
4. 在纠正认知错误中设计数学实验,渗透数学思想方法
学生在学习数学时常常会出现一些“规律性错误”。也就是说,这些错误并不是由“疏忽”或“无知”造成的。相反,学生在出现这种错误时,往往对自己的所做有清楚的认识并具有一定的信心。现代研究表明,许多被认为不小心而造成的错误,事实上都是由系统性的错误应用或错误推广所导致的。传统的纠正程序性错误的方法仅仅依靠提供更多的范例和练习,并不是十分有效,而且很容易挫伤学生学习的积极性,不利于观念与信念的培养。因此,从根本上讲,“一般化”并不能被看成是一种错误的思维方式,我们所要纠正的只是对这一方法的不恰当运用。为此,我们应让学生将已学到的知识推广应用到新的、不熟悉的环境的过程中,设计合理的数学实验活动,引导学生对新知识进行合理的建构,强化学生对认知过程中隐含的数学思想方法的体验。
实验方法 篇7
第三层次, 创新型实验。由教师根据教学内容提出设计题目与要求, 让学生以各种方式和途径获取资料, 通过自学后设计所有实验电路, 选择所需集成电路和相关元器件的参数。这一层次的实验可以引发学生的思考与讨论, 让学生自行解决实验中遇到的问题, 实践创新能力得到提高。
以创新型实验“数字钟”为例, 教师只需提出数字钟的主要功能 (时间调整, 闹钟时间设置等) , 提示学生可以选用的核心芯片, 系统的原理框图, 把剩下的工作都交给学生自己去做。学生在实际操作时, 根据自身的情况进行实验, 教师不加干涉, 只做一定的疑难解答, 充分发挥学生的自主学习、分析、解决问题的能力, 让学生独立完成一个实际的项目, 培养学生的知识应用和加工能力。
1.2 实验内容的改革
完整的实验教学包括预习、操作和课后反思, 每一环节都要求学生将所学理论与动手实践紧密结合起来, 实验内容及相关素材的展现应采取多样化的方式, 侧重于保持学生在学习过程中的注意力。
首先, 课程的教材选取应当恰当。数字电路的理论课程选用优秀教材, 如康华光老师的《电子技术基础 (数字部分) 》第六版, 理论授课时, 教师可结合自己的工程实际进行讲解, 引发学生学习兴趣的同时也使学生保持自信, 学生甚至可以利用课余时间自行设计搭建电路并验证。
其次, 为提高理论教学与实验教学之间的契合度, 配套实验教材的选取应注意与理论教材在内容和深度上的配合, 以及与实验平台之间的配合。课程团队自制了数字电路实验箱、自编了《电子技术基础实验—数字电子技术与EDA》, 结合了实验中心的硬件特点, 实验内容上保持理论—实验—平台的高度一致。
此外, 由于传统的实验将硬件实验和仿真实验分开, 这样做分离了理论和实践的对比, 学生无法认识到二者的差别, 实验与工程实际未能紧密联系。改革后的数电实验教学中, 每个硬件都增加一个仿真部分, 内容布置在学生的实验预习中, 先开放机房, 让学生先行仿真, 能对他们的硬件实验起到一定的指导作用。学生在硬件实验前对整个实验有一个基本的认识, 操作时不会有畏惧、茫然的心理;做硬件实验时, 学生可联系仿真结果, 思考理论仿真与工程实验的区别, 引导学生主动发现、思考、解决问题。
2 教学方法与方式的改革
根据学生的学习情况不同, 考虑到个性化、差异化教学的要求, 实验教学不能采取一成不变、完全统一的做法, 在学生完成必做实验的前提下, 学生可以进入到开放式实验室开展深层次的学习。开放式实验室提供学生丰富的实验项目、充足的元器件库, 学生可以自由选题或设计自己的题目进行实验, 教师提供指导而非教导, 培养学生的自学能力, 实现个性化教学。
随着信息技术的飞速发展与智能信息终端的普及, 教师和学生可随时随地的进行沟通和联络。借助在线课程平台, 采用多媒体手段, 教师可以生动的描述课程内容和相关学习资料, 结合理论与实验现象, 采用各种丰富多彩的文本、动画、音频等, 整个数电实验可以灵活、生动、形象、直观的在学生面前展示。课程团队将“三层次实验”教学理念融入在线课程平台的学习资料中, 让学生自由选择时间和地点观看资料, 并利用平台进行学生与教师、学生与学生的交流、讨论、答疑, 实现交互式教学。
在数电实验中引入NI Multisim 10软件进行仿真, 学生可以灵活操作, 在实验项目的硬件实现前利用仿真工具进行原理电路设计、电路功能测试;硬件实现后还可以再一次进行实验电路的优化仿真, 将实验电路做进一步改进, 以做进一步提高;同时, 对一些硬件电路较复杂, 对元件要求较高的实验, 可以利用仿真软件进行模拟设计和验证, 培养学生的工程实践能力。
整个数字电路实验教学分课前、课中、课后三个阶段, 如图1所示。
3 实验过程的改革
课程团队提供丰富的实验教学资源同时, 采取规范的实验教学管理, 确保实验教学质量的稳步提高和教学秩序的稳定, 采取实验的“五环过程管理办法”[5], 如图2所示。该办法能够保证学生在实验室顺利地完成“三层次实验”课程教学。
3.1 实验预习
课程团队提前一周给在课程在线平台中开放本次实验的内容、原理、要求和相关的学习资料, 并声明本次预习的截止时间。学生在阅读了所有的资料后, 对硬件实验的电路进行设计和仿真;同时结合本次实验的注意事项, 思考并解决电路设计和仿真实验中遇到的所有问题, 并将所有问题和解决办法进行记录。完成所有要求任务后, 提交预习报告。学生在预习过程中遇到了任何问题, 都可以通过在线平台进行学生与学生、学生教师间的交流和讨论。
3.2 实验操作
学生进入实验室后须保持秩序, 根据自己设计的电路进行元器件选取、安装、搭建及测试, 并详细记录操作过程中的所有问题。这一过程中, 教师在保证学生独立操作的前提下可进行适当答疑, 以数字电路的原理和概念启发学生思考, 使学生能够借助自身努力完成实验。
3.3 实验记录审签与器材检查
学生记录实验数据及问题时不允许更改, 养成实事求是的科学作风。这些数据是学生进行思考总结的原始数据, 它可以反映学生实验过程中的问题、对概念和知识的理解、掌握程度。记录的审签不是判断实验数据和结果的正确与否, 而应侧重于学生是否认真思考和实验。此外, 完成实验后, 教师验收合格, 学生方可拆卸电路, 整理实验台, 保持良好的实验习惯。
3.4 实验报告
撰写实验报告的过程是学生的学习反思过程, 学生可以对实验和理论学习的进一步巩固。学生在课后针对未解决的问题进行思考, 借助网络中的讨论区等, 以多种方式实现与教师、学生之间的对话、协商、合作, 帮助自己进一步理解所学的知识。这一反思过程促进学生对知识进行深加工, 进一步思考问题和现象的本质, 锻炼学生的自我批判性思维和创造性思维。
3.5 实验考核
在不进行考试的实验课程中, 考核标准为预习20%、实验操作40%、实验报告40%。实验成绩的考核应尽量全面、公正, 应标准化、定量化。正确的评价必须评价学生解决问题的技巧, 自学能力, 回忆和应用综合知识解决问题的能力, 而不是实验是否成功、问题的答案是否正确。
4 结束语
实验课程作为培养学生实践创新能力的必修课, 需要适合实验中心的科学的实验教学管理办法、丰富有效的教学资料等融合“三层次实验”教学理念的实验内容和教学方法。结合“三层次实验”理念的数电实验教学改革, 使学生的学习、思考、操作、表达能力、工程意识和创新意识等方面都得到了进一步提高。这对电子信息类学生的专业课学习夯实基础, 很大程度上培养并提高了学生的自学能力、理论结合实际、思考和主动进取的创新精神, 满足国家特色专业及卓越工程师计划地培养需求。
摘要：针对数字电路实验教学中存在的问题, 课程团队在教学和管理实践过程中不断进行总结。采用“三层次实验”教学方法, 针对实验内容、教学方法与方式、实验过程进行改革, 注重激发学生学习兴趣, 开展个性化教学, 提高了学生的实践能力。
关键词：数字电路,实验教学,“三层次”实验,实验改革,学生实践能力
参考文献
[1]朱昌平.构建“五位一体”实践创新立体培养体系的探索[J].上海:实验室研究与探索, 2009, 28 (8) :8-11, 29.
[2]丁金昌.实践导向的高职教育课程改革与创新[J].武汉:高等工程教育研究2015 (1) :119-124.
[3]宋凤琴.如何在电路实验中贯彻现代实验教学理念[J].实验技术与管理, 2007, 24 (8) :104-106.
[4]刘艳.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].北京:实验技术与管理, 2010, 27 (2) :110-112.
[5]朱昌平.通过“三层次”实验培养电子信息类专业学生实践创新能力[J].实验室研究与探索, 2007, 26 (7) :5-8.
[6]权茂华, 孙建林, 熊小涛.电镜实验教学中“三层次”培训体系的建立[J].实验室研究与探索, 2014, 31 (5) :171-174.
[7]高彦婷, 张芮, 马国军.水利工程类专业实践教学研究与实践[J].中国教育技术装备.2015 (4) :128-129.
[8]秦海鸿, 黄文新, 曹志亮等.电气工程与自动化实践教学体系的优化建设[J].上海:实验室研究与探索, 2015, 34 (2) :148-150, 166.
实验方法 篇8
关键词：电工学实验,教学方法与手段,实验改革
一、引言
“电工学实验”是非电类理工专业的理论技术基础课“电工学”的实验课,它的主要任务是使学生掌握后续课程和从事工程技术所需的电路、电子、电气及信息技术等方面的基础知识,以实验的形式要求学生掌握各类电子仪器、仪表的正确使用方法、基本测量和研究方法、工程中常用的电气控制设备和装置的使用。“电工学实验”课程知识覆盖面广,对学生树立理论联系实际的理念,培养分析问题、解决问题的能力,培养动手实践能力等方面都有着重要的作用。当前,面对随着我校扩招,实验室与教师资源相对紧缺,以及随着教学改革而导致专业基础课教学学时不断压缩的现实,采用传统的教学模式已不能满足实际学生的需要,迫切需要结合我校的实际情况,对电工学实验的教学方法进行改革。
二、分学分单独授课,同步推进
原来,我校电工学课程授课主要分成两种情况,一部分课时较少的专业的实验和理论课,放在同一学期开展,实验课作为与理论课的一部分,占一定的比例,与理论课一起计算学分;还有一部分院系的电工学课程理论与实验课不得不采取分学期单独授课的形式,这是因为:1)高校扩招,使得师生比严重下降,教师数目不足;2)学校考核的要求驱使教师工作量大大增加,加上这几年退休的较多,得不到补充,使得教师严重短缺,造成理论课只能采取大班授课的形式;3)实验室教学资源有限。实验课需要将理论课的大班分成多个小班单独开设,而且电工学实验要求与理论课相呼应,即要求做到实验和理论授课的进度一致,理论课的进度直接影响到实验课的安排进度,在整个教学过程中,存在实验课不是每周定时上的问题,常常会发生因理论课授课进度不到教学计划而迫使实验停下的事情,实验课的安排只能见缝插针,使得实验课很难安排,需要随时做出调整。因此,部分专业的电工实验只能放到下一学期才上。
实验和理论合在一起授课,会使得学生重理论轻实践,把实验教学看成理论教学的附属,有相当一部分同学对实验抱无所谓的态度。原来,我们是实验和理论一起算学分,其中考试实验课占70%,实验课占15%,平时成绩占15%,结果学生对实验不是很重视,认为实验做得好不好没有关系,只要理论考试考得好就行,反正实验成绩占的比例不大,完全可以通过理论课来弥补。而实验与理论分期授课,理论完成一学期后才做实验,会使得一些学生的一些理论知识已经忘记得差不多了,实验时,学生需要将理论重新复习一遍,不仅浪费了时间,而且由于理论和实验分开上课,实验不能对理论的认识起到促进作用。
因此,现在我们采取的做法是,在教务处的支持下,在全校范围内合理调整各个学院相关专业与课程的授课时间,统筹安排,保证了电工学实验和理论授课同期、同步进行,避免理论与实验相互脱钩,增加学生的负担,同时,将电工学课程理论与实验分开计算学分,单独授课,其中理论课占4个学分,实验课占1个学分,实验也要进行考试,如果不及格,也要重修与补考,这样,学生对电工学实验的重视程度大大增加了,参与实验的积极性与主动性也得到了很大的提高。
三、针对不同专业,合理选择实验内容
在我校,不同的专业,电工学实验的学时也是不一样的,环境学院是24学时,而计算机、软件工程等专业是32学时,尽管电工学课程采用的理论课教材的内容大同小异,实验是在理论的基础上进行的,但是对于不同的专业后续课程有所不同,而且将来要从事的工作对象也不同,将来要面对的实际情况也不一样,所以不同的专业侧重点不一样,开设的实验也应该体现这种差异性。因此,除了必须的基础性实验外,需要针对不同的专业,合理选择不同的实验内容。
首先,我们选取了四个共同的基础性的实验:(1)日光灯电路及其功率因素的提高、三相电路实验;(2)单管电压放大电路实验;(3)运放的线性、非线性应用;(4)单向整流、滤波、稳压电路。再根据不同的专业,有针对性的安排适当的实验内容,如环境学院,考虑到他们毕业以后要经常使用到部分电气设备,比如搅拌机、水泵等,我们就安排了电机的正反转控制、PLC等实验;而对于计算机学院,考虑到他们以后工作中软硬件结合的需要,则安排增加了数字电路实验部分的内容,如计数、译码、显示电路,四人抢答器的设计等等,这些安排,满足了不同专业的需求,也得到了学生们欢迎。
四、善于引导,减少基础性实验,增设综合实验与设计性实验
根据难易程度,我们将实验内容分为为基础实验模块、设计与综合性实验模块。基础性实验,包括验证性的基本实验和课程综合实验,是实验教学体系的基础,是必修实验,起着由技术基础课向专业课过渡的桥梁作用;综合性设计实验旨在立足基础、面向应用、注意知识迁移、反映大学生知识结构和能力要求,培养学生运用知识的综合能力和创新意识。
在安排实验内容与实验仪器的使用上时,遵循从低到高、从基础到综合、从知识的学习到能力的培养,逐级提高的原则,使学生既能掌握基本实验操作方法也能培养学生科学思维能力和创新设计能力。
传统的电工学验证实验中,教师准备好实验器材,将实验目的,实验原理,实验步骤以及要注意的事项一一讲解,学生再按照实验要求、实验电路图接线,这样的实验表面上看是很理想,但学生往往搞不清楚为什么做这个实验?通过这个实验要学到什么?学生按电路图接好线路,而电路未正常工作时,他们就措手不及了,不懂得通过从电路故障来分析电路连接是否正确、仪器使用是否得当?只得眼巴巴得请教师来检查。比如日光灯功率因素的提高实验,部分学生不懂实验原理,只是死板的按照PPT上的图接线,甚至有的同学用相机或者手机将PPT上的实际接线图拍下来,再一步一步的接线,结果接完线后,对于测量结果就傻眼了,分不清楚测量得到的结果到底哪一个是总电流I、灯光电流ID、电容器电流IC了,因此,这实际上不利于提高学生的动手与思维能力。电工学实验是一门与实际结合很紧密的课程,在实验过程中,教师宜只做些引导性的工作,以学生为主,教师指导为辅,不能包办代替,才能大力开发学生的动手和思维能力,但一定要把可能遇到的不安全情况预计到,提醒学生注意,以免发生不必要的仪器或人员的损失。
另外,鉴于计算机技术的飞速发展,为了减少损耗,节约宝贵的实验室资源,我们选择将直流电路的基尔霍夫定律、叠加原理、R L C串联谐振、多极放大等利用multisim,pspice等软件进行电脑模拟实验,放在课后进行,以减少基础性实验的时间。
在减少基础性实验的同时,为了培养学生运用知识的综合能力和创新意识,我们增设了部分综合性的设计实验,如电机的顺序与延时控制,抢答电路设计实验,让学生完成从实验方案设计、电路设计、器件选择、电路画图、安装调试等流程,直到完成实验任务。
五、改革考核方式,建立新的评价体系
传统实验教学中,对学生实验效果的评价主要是通过考查实验报告的情况做出的,鉴于有关实验原理、实验电路原理图、实验步骤和仪器的使用等内容在实验教材中都可找到相关的参考依据,因此,教师评价的重点往往是看学生是否完成了实验的所有内容、实验数据是否合理、对实验数据的分析是否恰当、对有关问题的思考是否深入等。实际上,这种评价方式是存在一定的缺陷的,因为,实验过程中老师只可能发现那些表现特别突出和特别差的学生,而不可能注意每一个学生,在教师认可实验数据,并且签名后,学生才允许拆线离开的约束下,会不可避免的发生数据抄袭的现象,单纯的从实验报告上看,它并没有全面考察到学生对仪器使用的熟练程度与独立思考的能力。
因此,我们增设了一个自主综合实验考试,每个学生的题目都是不同的,难度比平时实验要求稍高,要求学生当堂抽签,在规定的时间内,当堂完成考试。考试题目只出了实验的目的和要求,要求学生完成从实验方案设计、电路设计、器件选择、安装调试等,直到完成实验任务的全部功能,由于每个学生的题目不一样,有效的避免了抄袭的现象。
在实验考试过程中,由于考生试的题目不一样,分散在各个实验室,使得老师需要考察的人数比较少,更能仔细考察学生的综合能力,包括(1)考察学生的实验动手能力和独立思考的能力。主要是看学生是否能够自主地进行实验,是否能够正确地使用有关仪器和设备,是否可以通过独立思考解决实验中出现的一些简单的问题和小故障。(2)考察学生设计实验的能力。主要是看学生对实验的原理是否理解清楚,是否正确地设计了实验原理图,是否恰当地设计了实验数据和记录数据的表格,是否设计了恰当的实验步骤。(3)考察实验是否成功,数据是否合理。
最后,把平时实验成绩及独立完成的综合性设计实验成绩按一定比例计为该生最终成绩,其中实验综合测试占40%,平时占60%。通过增设综合性考试,结合平时的实验报告,基本上能够全面评估与考察一个学生真实的实验水平和实验的综合能力,给学生一个全面客观的评价。
六、结论
实践表明,通过合理安排理论和实验课的授课实时,单独授课,针对不同专业,合理安排实验内容,减少基础性实验,增设综合性实验,建立合理的考核体系,大大提高了我校学生对电工学实验课程的积极主动性,培养了学生理论联系实际,分析问题、解决问题的能力与动手实践能力,表明电工学实验的相关改革是成功的。
参考文献
[1]董爱华,高岩,钟南岳.电工学教学方法和实践[J].电气电子教学学报.2001,(6):101-103
[2]周燕.如何使高校学生上好电工学实验课[J].高校研究.2007,(2):71-72.
[3]陈意军,周京广,易映萍.电工电子系列课程实践教学体系的改革与实践[J].机械工业高教研究.2002,(2),42-45.
[4]陈滟涛,杨俊起,谢东磊,艾永乐,Multisim7在《电工学》教学中的应用[J],中国现代教育装备.2008年第2期(总第60期),86-87.
实验教学方法探讨 篇9
临床检验基础是医学检验专业的一门综合性应用学科, 内容多, 涉及面广, 实践性强, 形态学要求较高, 培养目标主要是使学生掌握检验基本理论、基本技能和多项检测技术, 着重培养学生的动手能力。现代医学发展速度很快, 以前的检验仪器方法跟不上医学需要, 如显微镜倍数低、实验速度慢、仪器不先进、手工操作多等。现在, 随着计算机的迅速发展, 显微镜倍数大大提高, 实验室仪器速度加快, 仪器先进、手工操作少, 大量工作可以通过电脑完成, 若仍然采用人工方法进行检验结果的登录、计算、报告, 就不能适应实验室的正常运作。因此, 检验医学教育必须顺应时代发展趋势, 同时要强调提高素质教育, 加强技能操作, 培养学生的创新能力。当前, 临床检验基础的实验教学要进行以下几个方面的改革。
一、改变传统教育教学方法, 重视实验教学
在检验专业中, 除了理论教学中学生要掌握理论知识外, 更重要的是突出学生的动手能力, 加强实验教学。目前, 所有实验课都不是独立设置的, 都是理论教学的一部分, 实验内容及时间均由理论课内容和速度决定。实验课要从理论课分离出来, 不仅要形成完善的理论体系, 有高素质的实验教师队伍, 还要有具有专业特色现代化的教学实验室。在实验教学中, 教师要实行多层教学及理论与实验结合。首先, 让学生分析本课堂的知识, 然后提出重点、难点、疑点, 然后再综合运用理论知识。如我给学生讲述白细胞分类、红细胞分类、网织红细胞分类时, 以往的教学过程完全是人工操作, 先采血染色镜下计数, 再镜下分类用计数器手工分类 (用计数器进行分类既不准确又麻烦) ……现在使用全自动血液分析仪, 采血后放入电脑计数器, 50秒就能出结果, 既快速又准确。在实验过程中, 有的学生听不懂、看不清, 教师操作时利用多媒体进行教学, 能使实验过程更形象直观。这样的实验教学, 既提高了学生的学习兴趣, 又提高了学生动手操作能力。这种方法实行后, 学生不仅掌握了本专业的基本操作技能, 而且锻炼了其分析观察和解决实际问题的能力。
二、采集标本渗入实验教学
为了使学生毕业后有更好的出路, 我们通过本校附属医院采集了多方面的标本, 使学生看到真实典型的病理成分和异常改变。看着标本, 学生认识到了自己是在给病人做试验。写化验报告单, 然后提供诊断依据, 学生们再进行分组讨论, 根据标本每组提出不同意见, 教师进行总结……学生犹如亲临病房进行检验工作。如常见的病原菌大肠杆菌、葡萄球菌等, 我在镜下让学生观察细菌形态与染色, 使学生认识到发热、腹痛、腹泻在临床症状就是大肠杆菌、葡萄菌感染后所致, 从而使他们看到真实典型的细菌形态和异常改变, 以便出报告单。我还结合药物, 给学生讲述革兰氏阴性菌的形态, 临床如何使用青霉素、庆大霉素等, 培养学生高度的责任感和严肃认真的工作作风。同时, 我也给学生讲述化验结果失败造成的危害, 让学生知道检验师对病人病情的辅助诊断是多么的重要。
三、调整大纲要求, 改革考试模式
近年来, 医学发展速度非常快, 新的检验技术及方法不断创新, 原有的教学大纲已不能满足目前的教学, 所有实验课都不是独立设置的, 都是理论教学的一部分, 实验内容及时间均由理论课内容和速度决定。首先实验课要从教学理论课中分离出来, 形成完善的教学体系, 就要调整教学大纲教学计划及方式, 还要有高素质的实验教师队伍, 建立具有专业特色现代化的教学实验室。针对目前就业困难的一些实际问题, 重新制订可行的教学计划, 优化实验教学内容, 是目前实验教学改革的重点。根据教学大纲的要求, 结合临床充分检验的需求, 可采取精简与补充相结合的原则, 并根据专业发展模式, 吸收教学的新知识、新技能, 淘汰一些旧技能、旧内容, 如白细胞计数器、转速慢的离心机等, 新增临床上目前使用的比较先进的实验技术, 从而使临床检验基础实验教学更贴近当前临床检验专业的岗位要求, 为学生的就业打下良好基础。同时, 学期末进行考试也要改变传统单一的试卷考试, 进行实验室技能操作考试, 其中每次理论课后布置的作业完成情况占30%, 实验技能操作占50%, 实验报告等占20%。
总之, 临床检验基础学是一门实用性很强的学科, 在临床各科诊断疾病中占有重要地位, 学好这门课, 对临床检验专业学生有着重要的意义。
参考文献
实验方法 篇10
一、实验教学方法的研究和探索
1. 以学生为主体,不断改进课堂实验教学方法
传统的教学一般是当学生在进行实验操作时,教师做一些巡回检查,实验成了一门辅助课。实践证明,这远远不够。实验课上,教师不仅要随时观察学生操作中可能发生或正在发生的问题,帮助他们找出问题产生的原因,还应从理论上加以分析,必要时亲自动手示范;对基础差的学生,还要进行个别辅导;对少数不重视实验的同学,教师要耐心指导,培养学生动手操作的兴趣和严谨细致的工作作风。这里简单举几种方法:
讨论式教学方法。当学生完成一项实验后,让学生自己介绍经验,和同学、老师交流实验过程中的实际感受,从中发现问题、解决问题,从而加深对实验内容的理解,提高学生独立进行实验和科研的能力。
启发式教学方法。针对不同专业的学生,选择实验项目与内容,因材施教。教学中注重启发引导学生,激励学生积极主动思考问题的意识,调动学生的热情,活跃实验教学的气氛,加强对学生理论联系实际、实践动手能力的培养。
探究式教学方法。以研究的问题为中心,通过创设问题教学情境,善于设疑,激疑和质疑,不断提出新问题,造成学生认知上的冲突,以激发学生发现、分析与解决问题的积极性和主动性。
2. 以学生为主体,实行开放式实验教学
仅仅利用课堂实验远远不够。为了培养学生的创新能力,实验教学应当是开放的,应当向课外延伸。通过课外探究性的实验活动,学生不仅可以丰富经验,开阔视野,活化知识,而且可以根据自己的兴趣选择自己爱好的活动,发挥自己的特长,培养创新意识和实践能力。为此,笔者设想,应全天候开放实验场地,学生可以自选实验内容,自行安排实验时间。可通过网上预约和到实验室登记等方式进行操作,增强学生实验的自主性。让学生在学习中实验,在实验中学习,更好地巩固和消化他们在课内所学的理论知识,锻炼学生独立分析和解决问题的能力,继而进一步激发他们的科学思维和创新思维。
3. 发挥计算机网络在教学中的作用
运用现代化教学手段,采用多元化教学模式。除了采用教师实验室授课和现场指导外,还应大力推进实验教学手段的现代化建设:一方面,利用多媒体技术、投影技术制作多媒体课件,增强授课的生动性,及时补充相关学科的新信息,增强学生的信息量;另一方面,将网络技术等先进的实验教学手段引入实验教学中。比如,我院现已建成多媒体交互式视频教学网,把教室、实验室、语音室、多媒体教室、各类机房、办公室等通过网络联结起来。目前有一千多台电脑可以同时上网,教师、学生可以在网上调用教学资源。利用现有的网络在线答疑,开设教学论坛等,充分调动了师生间学习交流活动的积极性,提高了教学效果。学生通过上网掌握网络的各种技能,提高解决实际问题的技能。
4. 利用多元化考核方法,全面评定学生实验成绩
评定学生成绩是实验的最后阶段,这个环节是全面综合考核学生的过程。通过与学生深入交流,了解学生对相关理论知识的掌握程度,掌握参与实验学习的态度,检查对实验课程、实验项目完成情况,以及学生分析问题和解决问题的能力;考察学生的文字表达能力、信息处理能力以及自我评价能力。教师除了对实验的具体情况进行点评外,更重要的,教师对学生的考核结果,不只是简单的测试分数,还有对学生理论知识、学习态度、实践能力、综合能力以及创造能力等进行正确的、客观的把握和判断,给出切合实际的综合评价,拟定学生就业的基本方向,提出指导性意见。
二、实验管理方法的研究和探索
不断加强实验室的管理,已成为提高高校管理水平和教学质量的重要组成部分。就我院来说,随着招生规模的扩大和实验教学的加强,实验耗财的跟踪管理以及仪器设备的使用和维护,成为我们面临的主要课题之一。我们深刻体会到,实验管理水平的高低直接影响到实验教学开展的好坏和实验效果的理想与否,因此制定规范的实验室管理制度,创建实验教学工作良好的运行机制十分必要。
1. 建立实验室设备的管理制度
首先要制定实验设备仪器、实验耗财及实验环境规范化的管理制度。实验仪器设备要建立档案和标准操作程序,实行专人负责,专人管理。实验耗材实施计算机管理,定期盘点库存,建立物品领用及使用过程中的跟踪管理制度。执行仪器设备使用过程中的可追溯性记录管理程序,确保专业实验仪器良性使用,使有限的资源发挥更高的使用效率。杜绝以往实验耗材浪费和仪器违规操作的现象,使学生进入实验室就开始接受规范化训练,对学生自我管理能力和良好的科研习惯的养成也能起到积极的促进作用。
2. 建立开放实验室的管理制度
为了最大限度地发挥实验室的作用,对实验教学应采取开放式管理。根据学生人数和确定开放的实验室情况,要配备一定数量的指导教师和实验技术人员,并制定相应的管理制度,明确职责。管理人员发布信息要公开准确、安排合理。具体讲,开放实验室的信息包括实验室的条件、指导老师及实验技术人员的基本情况,开放的范围、时间、实验内容、实验室的管理制度等,学生可根据实际情况自主进行实验活动,使学生业余时间利用现有的资源发挥最大的作用。为提升学生的管理能力,还可以让学生参与实验室的管理。这样,既解决了教师和管理人员不足的问题,又增加了学生实际管理的机会,有利于学生综合能力的培养。
3. 建立实验室指导教师和实验技术人员管理制度
制定实验室管理岗位职责、实验教师和实验人员考核办法。实验技术人员应保证实验设备的良好运行,做好实验室开放情况记录。对于指导开放实验项目的教师和实验技术人员,定期安排学习培训,充实新知识,掌握新技术,不断提高业务水平。同时,参照指导教学的工作量给予一定补贴,将考核结果和岗位酬金挂钩,充分调动他们的积极性,全面促进实验室管理水平的整体提高。
改进实验方法 培养学生素质 篇11
1.改演示实验为学生实验，弱化演示，强化学生分组实验，培养动手能力。根据物理实验室的器材配置的实际情况，将一些物理演示实验改为学生分组实验，目的是将一些物量现象、规律或公式经过学生自己动手体验，然后在教师引导下归纳总结。这既能使学生对该部分知识印象深刻，理解透彻，又能激发学生对物理学习的兴趣，锻炼动手能力，培养和增强了学生的物理实验素质。
2.将演示实验改为探究性实验，培养学生的创新能力和实验素质。传统的实验教学往往是课堂演示实验，教师为主体，学生只是充当观众，不能直接参与，不利于学生自身能力的培养，也无法提升学生的实验素质。将演示实验改为探究性实验，让学生充分动起来，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性和实验素质的培养。
3.改验证实验为探究实验，培养学生实验素质和探究能力。在教师讲解某一验证性物理规律前，组织学生自学教材相关内容，根据教材介绍的实验方法，要求学生先提出问题，并作出猜想和假设，从而设计实验并进行实验。然后师生一起对实验结果进行分析处理、总结出相关规律，从而培养学生的实验素质和探究知识的能力。
4.引导学生设计试验方法，培养实验设计能力，有利于培养学生实验素质。教师在实验教学过程中可选择恰当的实验，再结合实验所需实验器材，让学生设计出该实验的实验方法及相应的实验步骤，并用实验去验证该方法和步骤的可行性，这样做既可以培养学生的思维能力及解决实际问题的能力，也可以培养学生的实验能力和综合知识能力。
初中物理实验方法研究 篇12
一、控制变量法
在多个因素同时存在的物理实验中, 先考察其中一个因素对研究问题的影响, 而保持其他因素不变的实验方法叫控制变量法。控制变量法是最常用的实验方法之一, 在对多个因素同时起作用的实验探究过程中, 我们都要用到控制变量法。
例如, 在著名的“欧姆定律”实验中。欧姆虽然事先知道:电压和电阻的变化都会影响到电流的变化。但如果电路中的电流发生了变化, 到底是由电压变化引起的还是由电阻变化引起的呢?欧姆认为:如果能控制电压不变, 那么电流的变化就是由电阻的变化引起的;如果能控制电阻不变, 那么电流的变化就是由电压的变化引起的。他的实验思路是控制变量法应用于实验探究的一个典型范例。正因为欧姆选择了正确的实验方法, 再加上他十年的不懈努力, 才最终在电学方面做出了巨大的贡献, 电阻的单位也用他的名字来命名。
又如, 探究“降落伞在空中滞留的时间”“压力的作用效果与哪些因素有关”“影响电阻大小的因素”等实验都应用了控制变量法。
二、等效替代法
在保证某种效果相同的前提下, 将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来处理的方法叫做等效替代法。
等效替代法能将复杂的问题简单化, 是物理学中常用的一种实验方法。在“曹冲称象”故事中, 聪明的小曹冲就是利用了等效替代法, 才解决了其他文武大臣都无法解决的难题, 从而千古留芳。
又如, 在现代电子技术中, 在分析一些复杂的电路时, 人们常常只关注整个电路 (或电路中的某一部分) 的输入、输出关系 (即电流和电压的变化关系) 。这样我们就可以用一个简单的电路来代替复杂的电路, 使问题得到简化, 这个简单电路就是复杂电路的“等效电路”。另外在研究“合力”“等效电阻”等实验中均应用了等效替代法。
三、类比法
在认识和研究一些比较抽象的物理概念和规律时, 我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比。这种化抽象为具体、化难为易的方法叫做类比法。
类比法对物理学的发展, 对学生学习物理有着巨大的作用。例如, 在研究“电流与电压的规律”实验中, 我们先把“电流”和“水流”、“电压”和“水压”进行类比, 然后根据“水流”和“水压”的特点提出种种猜想来研究“电流”和“电压”的规律, 从而使问题得到解决。
在教学实践中我曾有利用“类比法”成功突破实验难点的一个案例, 供大家参考:
内容:九年级上册第一章第三节《比热容》。
实验课题:比较不同物质的吸热能力。
实验现象:相同质量的水和沙吸收了相同的热量后, 水的温度上升得少而沙的温度上升得多。
思考问题:水和沙相比哪种物质的吸热能力更强?
由于“吸热能力”这一物理现象比较抽象, 同时学生受“温度高的物体吸收热量多”这种思维定势的影响, 几乎所有学生都误认为是沙子的吸热能力更强。
为了突破这个难点, 我把“两种物质的吸热能力 (比热容) ”与“两个人的喝酒能力 (酒量) ”进行了类比, 并提出这样一个问题:“质量相同的两个人, 都喝下了一瓶相同的啤酒。其中一人面不改色, 体温上升得少;另一人面红耳赤, 体温上升得多。请问:谁的喝酒能力更强 (酒量更好) ?”
学生们笑呵呵地回答:“面不改色, 体温上升得少的人喝酒能力强。”当我再次问到:“在我们刚才的实验中, 水和沙哪种物质的吸热能力更强”时, 所有学生都答出了正确的答案:“水的吸热能力更强。”教学难点得到了突破, “比热容”这个复杂概念的教学也就迎刃面解了。
四、建模法
即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型来表示。
如卢瑟福提出用“原子核式结构模型”来表示“原子的结构”。物理学中用“磁感线”来表示“磁场的分布”规律, 用“力的图示”来表示“力挫群雄的大小”、“方向”和“作用点”等, 都用到了建模法。
五、转换法
即对一些看不见、摸不着的物理现象, 或不易测量的物理量, 把它转换成看得见、摸得着的现象或物理量, 来间接认识或间接测量的实验方法。如根据“磁场对磁体有力的作用”来认识“磁场的规律”, 利用“液体的热胀冷缩的”性质来“测量温度”等, 都用到了转换法。
六、实验+推理法
如“牛顿第一定律”和“真空不能传声”两个实验用的都是这种方法。
七、其他方法
如比较归纳法、猜想法、公式法、图像法等。