時間：2023-03-22 17:46:53
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該新型數(shù)字電壓表測量電壓類型是直流,測量范圍是-5～+5V。整機電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復位電路等。下位機采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進行通信,傳送所測量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機系統(tǒng)電路如圖1所示。
數(shù)據(jù)采集電路的原理
在單片機數(shù)據(jù)采集電路的設計中,做到了電路設計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現(xiàn)了單片機對AD678轉(zhuǎn)換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。
在電路應用中,AD678采用同步工作方式,12位數(shù)字量輸出采用8位操作模式,即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據(jù)時序關系,在芯片選擇/CS=0時,轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC,看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束,若結(jié)束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個A/D操作大致如此,在實際開發(fā)應用中調(diào)整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據(jù)公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。
RS232接口電路的設計
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和1個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn):同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發(fā)生器,其計數(shù)初值X按以下公式計算:
串行通信波特率設置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算得到計數(shù)初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當每次測量電壓采集數(shù)據(jù)時,單片機有端口輸出時,用發(fā)光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機數(shù)據(jù)采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調(diào)試過程中,借助“串口調(diào)試助手”工具,有效利用這個工具為整個系統(tǒng)提高效率。
單片機編程
下位機單片機的數(shù)據(jù)采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調(diào)試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調(diào)試環(huán)境。
在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規(guī)范要求,在實際開發(fā)中,要不斷加以調(diào)試。最后將下位機調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應用程序,串口通信采用MSComm控件來實現(xiàn)。其他操作此處不贅述,編程實現(xiàn)一個良好的人機界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現(xiàn)的Windows程序,整個樣機功能得以實現(xiàn)。
新型數(shù)字電壓表的整機設計
該新型數(shù)字電壓表測量電壓類型是直流,測量范圍是-5～+5V。整機電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機最小化設計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復位電路等。下位機采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進行通信,傳送所測量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機系統(tǒng)電路如圖1所示。
數(shù)據(jù)采集電路的原理
在單片機數(shù)據(jù)采集電路的設計中,做到了電路設計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現(xiàn)了單片機對AD678轉(zhuǎn)換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。
在電路應用中,AD678采用同步工作方式,12位數(shù)字量輸出采用8位操作模式,即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據(jù)時序關系,在芯片選擇/CS=0時,轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC,看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束,若結(jié)束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE,先讀取高字節(jié),再讀取低字節(jié)。整個A/D操作大致如此,在實際開發(fā)應用中調(diào)整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據(jù)公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。
RS232接口電路的設計
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和1個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉(zhuǎn)換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn):同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發(fā)生器,其計數(shù)初值X按以下公式計算:
串行通信波特率設置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算得到計數(shù)初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當每次測量電壓采集數(shù)據(jù)時,單片機有端口輸出時,用發(fā)光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機數(shù)據(jù)采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調(diào)試過程中,借助“串口調(diào)試助手”工具,有效利用這個工具為整個系統(tǒng)提高效率。單片機編程
下位機單片機的數(shù)據(jù)采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調(diào)試借助WAVE2000仿真器,本系統(tǒng)有集成的ISP仿真調(diào)試環(huán)境。
在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規(guī)范要求,在實際開發(fā)中,要不斷加以調(diào)試。最后將下位機調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應用程序,串口通信采用MSComm控件來實現(xiàn)。其他操作此處不贅述,編程實現(xiàn)一個良好的人機界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現(xiàn)的Windows程序,整個樣機功能得以實現(xiàn)。
前言：非接觸式靜電電壓表主要通過靜電感應原理、以及空氣電離原理，對帶電體的靜電電位進行測量。其中靜電感應是指，當測試探頭接近帶電體時，探頭與被測帶電體之間能夠產(chǎn)生畸變電場，在測試儀表端能夠產(chǎn)生電阻分壓。該種表的測試結(jié)果比較準確，但是由于多種因素的限制，依然會存在很多誤差，為此，在本文中將對這這些誤差因素進行分析，并提出校驗方法。
一、非接觸式靜電電壓參數(shù)分析
直接感應式靜電電壓表是非接觸式靜電電壓表的一種，在該電壓表中，T為靜電電壓表測試感應板，CW為被測帶電體與測試感應板之間的耦合電容，Rb和Cb分別為電壓表的泄露電容、輸入電容。在實際的電壓測量中，被測帶電體對地電壓為U，那么T的對地電壓為：
從以上公式分析中得出，由于電容隨著板間距離的增加而減小，因此，對于同一一起來說，改變感應板與被測帶電體之間的距離，就能夠改變耦合電容。進而對實際的電壓測試值產(chǎn)生直接影響。在被測物體電位保持不變的情況下，實際的測量值Ub會隨著時間的變化，而發(fā)生指數(shù)規(guī)律的數(shù)值衰減。為了避免數(shù)值的衰減，并降低測量誤差，需要使得Rb、Cb足夠大，但是Cb增大，將會對測試中的靈敏度產(chǎn)生影響[1]。
二、非接觸式靜電電壓表檢驗方法
2.1電壓表連接
首先將標準電極板與高壓源輸出端相連，其中標準電極板需要采用剛度好，且電性能良好的金屬材質(zhì)。然后將待校驗的靜電電壓表安置好，調(diào)整其探頭，確保標準電極板與其探頭之間的距離能夠處于比較適合的位置，另外需要注意的是靜電電壓表需要接地。
在此時標準電極板與靜電電壓表探頭，可以看成是兩個平行電極板所組成的電容器。當高壓源中出現(xiàn)輸出電壓時，兩個平行板之間就會叉產(chǎn)生電場。電場中的電荷在電場力的作用下，聚集在極板上。在實際電壓測量環(huán)節(jié)中，需要不斷提升測量環(huán)節(jié)中準確度。可以采用分壓的形式，將測量中的高壓電輸出連接至標準電壓表中。
對標準電壓表中的輸出阻抗進行限定，其數(shù)值應該大于分壓端的輸出阻抗值的10/（Kf%）倍，其中Kf是分壓器準確度等級[2]。
2.2電極板限定
2.3測量范圍限定
不同類型的非接觸式靜電電壓表的測量范圍存在著差異定，如果使用者對表的測量范圍不清晰，那么在實際測量中將會出現(xiàn)較大誤差。同時不同測量范圍的表與標準電極板和靜電電壓表探頭之間距離有關。例如，在CH2290防爆型靜電電壓表中，當實際的測試距離為3厘米時，則電壓表的測量范圍需要限定在0-20KV，當測試距離大于3厘米時，其測試范圍也應該增加。
當距離為8厘米時，測量范圍在0-40KV，電壓表中的讀數(shù)應該在實際數(shù)值基礎上乘以2倍。另外，在電壓表校驗環(huán)節(jié)中，需要注意防觸電、防損壞等安全措施，避免電表虛接的現(xiàn)象。高壓源應該盡量與帶電體保持一定的距離，距離約為1米即可[3]。
三、結(jié)論
綜上所述，在帶電體電壓測量環(huán)節(jié)中，影響測量準確性的因素有很多，不僅是測量距離與圓盤之間的直徑問題，還與測量儀表口徑的大小、電極形狀等因素相關。目前，非接觸式靜電電壓表的校驗方法不統(tǒng)一，對影響電壓表測量的因素分析，能夠規(guī)范實際電壓表的校驗，對靜電工程發(fā)展有一定的促進作用。
參 考 文 獻
蘭祖利教授及其團隊創(chuàng)立的三環(huán)天才理論認為：只要具備下列三個要素的學生就是資優(yōu)人才。
①高于平均水平的能力——包括抽象思維、言語表達、邏輯推理、記憶力等方面的能力。
②執(zhí)著精神——強烈的興趣、熱情和愛好，堅韌不拔、吃苦耐勞、努力工作、充滿自信。
③創(chuàng)造力——獨創(chuàng)性思維，好奇、善于思考、敢于冒險，能接受不同的觀點和新鮮事物，敏感性強。
（猶如三個疊合交叉的圓環(huán)）
2.三環(huán)天才理論的特點。
①不主張判斷某人是否為天才，而是主張發(fā)現(xiàn)學生的天才行為，并發(fā)展這種行為。
②面向全體學生，天才的表現(xiàn)可以因人而異，因環(huán)境的不同而變化，不是一成不變的。每一個兒童，甚至是智力較差的兒童，都可能具備某一方面的天才。
③三要素的特點和相互關系
高于平均水平的能力：潛在能力。這一要素比較穩(wěn)定，可以由測量獲得。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力更富動態(tài)性、是可變的。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力經(jīng)過適當?shù)拇碳ず团嘤?，兩者都可以得到發(fā)展，兩者總是互相刺激，互相促進、共同發(fā)展的。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力不僅僅是“識才”的標準，更是“育才”的目標。
·創(chuàng)造有一個基本原則是“人人都有創(chuàng)造力，創(chuàng)造力的水平經(jīng)過訓練是可以提高的”。
3.全校范圍豐富教學模式之一：開展三元豐富活動培養(yǎng)全體學生的天賦和才能。
三元豐富模式：
第一類：一般探索活動——激發(fā)興趣。
通過閱讀書籍、實地走訪、虛擬參觀、網(wǎng)絡活動等方式進行。
第二類：集體培訓活動——著力培養(yǎng)學生的技能和素質(zhì)。
第一是培養(yǎng)學習技能，如怎樣記筆記、如何從網(wǎng)絡下載需要的內(nèi)容、如何寫論文等。
第二是進行有關訓練：
（1）創(chuàng)造性思維方法的訓練；
（2）解決問題能力的訓練；
（3）人際交往及合作能力的訓練。
第三類：個人或小組對現(xiàn)實問題的探索。
1.這是帶有研究性和調(diào)查性的活動，盡管只是“少年版”的研究活動。
2.由學生自行提出問題并嘗試應用一些專業(yè)的研究方法。
3.這些問題沒有唯一的答案，可以有好幾種不同的解決方案。 二、探究性實驗的立足點
針對三環(huán)天才理論，對于資優(yōu)生的培養(yǎng)，個人理解它有如下觀點：
①提供多種機會，激發(fā)學生的動機（學習的內(nèi)驅(qū)力）；
②通過科學探究點燃學生的想象，激發(fā)學生的思考；
③讓學習動起來并增強創(chuàng)新性；
④深度學習及有價值的實踐導向。
根據(jù)上述的理解，結(jié)合探究性物理實驗具有的設計性、研究性、探索性的功能，以及對介于兒童和成人之間的中學生，已具備了初步科學探究的潛能，筆者認為探究性物理實驗對資優(yōu)生的培育能發(fā)揮一些作為，特別對激發(fā)學生興趣與思考（Why）、動手能力、創(chuàng)新與產(chǎn)出將起推動作用，與此相對應，探究性實驗活動要做好以下的定位。
1.立足基本技能的訓練——探究活動的基礎
亞瑟·米勒（A.Miller）教授將科學探究能力包含的成分分為三類：一般的認知技能（例如觀察、分類等等）、實踐的技能（例如，知道怎樣使用不同的測量工具）和探究的策略（例如，知道用重復測量來提高測量的可靠性）。他認為第一種技能是不需要教的，它是所有孩子都擁有的認知的一般特性，而其他的兩種技能是需要教的。
針對實踐的技能的訓練，首先要有嚴格的實驗室紀律，讓學生有安全意識，對人身、對儀器有保護意識。其次再培養(yǎng)使用不同的測量工具和設備。學生是實驗階段的主角，要給予鍛煉的機會。對測量工具和設備，主要依靠學生自己通過閱讀說明書，掌握操作方法和技術性能，而教師可給一些提示，學生互相之間可交流討論預習情況，一起適當分析測量工具的設計思想。在學生預習好的情況下，“逼”學生動手，大膽操作。
針對探究的策略的訓練，在實驗前，先讓學生集體討論交流各自的實驗方案，鼓勵學生發(fā)表見解；實驗過程中，要培養(yǎng)學生具備良好的習慣，例如，電學實驗，首先能按電路圖擺放儀器，要將實驗中需要調(diào)節(jié)的儀器擺在手邊、需要讀數(shù)的儀器要擺在方便讀數(shù)的地方、回路的接線布線，要方便自己的檢查、接線前電源要先斷開等等。實驗后，匯報實驗的觀測結(jié)果，引導學生對實驗結(jié)果進行探索。例如，通過交流認識誤差存在的客觀性，正確分析誤差來源，從而找出最佳實驗條件。
2.進行探究式實驗教學活動
在實驗中，通過對一些感性材料的接觸與研究，能激發(fā)學生對事物的興趣和理性思考。為了激發(fā)學生的創(chuàng)造力，促進學習過程的內(nèi)化，盡量采用開放式的探索方式。傳統(tǒng)的教學觀念側(cè)重于“去問題”教學（解決問題），而新的學習理念是“發(fā)現(xiàn)問題”，注重質(zhì)疑探究（發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探究問題、討論問題）。為達成這樣的效果，要為學生提供合適的資源并側(cè)重培養(yǎng)質(zhì)疑探究的能力。
（1）選取具有可探究價值的資源。
①真實完整的問題；
②開放式的問題；
③適合學生認知水平的問題。
（2）質(zhì)疑探究能力的培養(yǎng)——探究活動的核心。
蘇聯(lián)霍姆林斯基說過：在學生的腦力勞動中，擺在第一位的不是背書和記住別人的思想，而是讓學生本人進行思考。
在探究性的活動中，教師作為指導者、協(xié)作者、參與者的角色出現(xiàn)。教師如何激發(fā)學生的思考？是探究成功與否的關鍵。作為指導者，應當創(chuàng)設問題情境，從實驗的設計思想、器材的選擇、操作過程等，讓學生有源于學生認知結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，有新的直接體驗和感悟。作為協(xié)作者、參與者，要賞識學生在活動中的閃光點，分享解決舊問題又生成新問題的感受。下面用一節(jié)課例，來展示如何培養(yǎng)學生的能力過程。
（選修3-1）第三章《恒定電流》中的第4節(jié)“電阻的串、并聯(lián)及其應用”，對于其中電流計改裝為電壓表的內(nèi)容，把它定位為一個探究主題——“探究電壓表的原理與結(jié)構(gòu)（型號J0408）”。
活動方式——采用實驗探究型提問方式，引導學生探究、討論問題。
教學片斷1：用電壓表測量串聯(lián)電阻的部分電壓和總電壓。
演示實驗一：如圖R1=5Ω，R2=15Ω.將兩電阻串聯(lián)，接在穩(wěn)壓電源兩端U=2V.
提問：①R1兩端的電壓U1=？
②用電壓表測R1兩端電壓時，讀數(shù)多少？[電壓表的型號（J0408）]
學生計算：U1=0.5V。
評價計算方法（學生：比例法計算最簡便）。
觀測（請學生讀數(shù)：0.50V）。
（另外，也測量R2兩端的電壓確為1.50V。）
演示實驗二：上圖中的兩個電阻調(diào)換為R1=5KΩ、R2=15KΩ，仍接在穩(wěn)壓電源兩端U=2V。
再提問：③R1兩端的電壓U1=？
④用電壓表測R1兩端電壓時，讀數(shù)多少？
學生類推：U1=0.5V。
觀測（請學生讀數(shù)：0.22V）。
提問：怎么回事？R2兩端的電壓又是多少？
實際測量之，只有0.66V。
再提問：哪位同學知道讀數(shù)變小的原因？
大部分學生表情生動，卻說不出自己的看法；極個別學生有見解。
某學生：電壓表與R1并聯(lián)，并聯(lián)部分電阻小了，電壓小了。
追問：兩次實驗電路結(jié)構(gòu)相同，為什么在實驗一，讀數(shù)與計算幾乎吻合？
該學生停頓片刻，無法回答。
討論引導：肯定由于電壓表接入引起的，要弄清原由，需要認識電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
點評：引出有價值的，能用實證方法來進行研究的問題。學生提出自己對問題答案的推測，經(jīng)過教師與學生之間，學生與學生之間的討論，得出學生自己或小組對問題答案的預測，師生互動、生生互動，貫穿探究的全過程，構(gòu)成了探究的“軟環(huán)境”。
教學片斷2：電壓表的逆向設計。
本節(jié)課中所探究的電壓表是學生常見的（J0408）型號的電壓表，上課時每兩個學生一只該型號的電壓表。教師先介紹表頭的工作原理，給出表頭參數(shù)（滿偏電流Ig=1mA、電流計的內(nèi)阻Rg約100Ω）再設置問題串：
提問：表頭能測電壓嗎？能測多大（引導學生估算：Ug=IgRg≈1×10-3×100V=0.10V）？它是不是大家面前的這個電壓表？
引導問：表頭只能承受小電壓，要測量較大的電壓時，怎么辦？
引導學生設計方案并篩選：
方案1：增大Rg以增大Ug可行嗎？
方案2：在表頭串聯(lián)一個分壓電阻（該方案由學生提出并達成共識）。
追問：（J0408）型號的電壓表中量程為3V的含義是什么？
其分壓電阻值多大？（請學生自行計算，并評價其中一種簡約方法：RV==Ω=3000Ω，RV=Rg+R分。
拓展提問：0～15V量程又該怎么設計？如何實現(xiàn)雙量程？
（對雙量程中兩個分壓電阻的設置上，肯定了一位學生有效利用分壓電阻的優(yōu)化重組設計，教師同時展示電壓表中電阻器的實物擺布和說明書中的電路圖以印證，學生欣喜。）
點評：使用能夠直接對問題進行調(diào)查研究的方法。
實驗中創(chuàng)設的問題情境，應盡量做到“以疑激思”、“以疑誘思”，不斷為實驗創(chuàng)設懸念、正疑，激發(fā)主體思維最大限度地參與實驗探究過程中。教學實踐表明，疑質(zhì)探究在于通過學生自己感受論證的思維過程，體驗發(fā)現(xiàn)的樂趣，幫助學生形成積極探索的精神，培養(yǎng)創(chuàng)新思維方法和科學精神。
（3）增加探索性實驗——探索活動的補充。
在實驗教學中，要盡量創(chuàng)造機會，方式方法很多，如讓學生改進實驗、拆裝舊儀器；再如，中學物理實驗大部分是驗證性實驗，我們在教學中可以把一些驗證性的實驗變?yōu)樘剿餍缘膶嶒?，要盡量再現(xiàn)實驗的設計過程，讓學生多想想：“為什么這樣做？”，“換種方法行不行？”“器材為什么這樣設計”，以此滲透物理思想，啟迪學生的思路。在“大氣壓的測定”一節(jié)教學中，如果把這一實驗改成探索性實驗，可引導學生探索型的提問：
ⅰ.將一開口玻璃管插入水銀槽中，為什么管內(nèi)外水銀面相平？
ⅱ.把玻璃管中安上一活塞，向上拉動活塞，為什么水銀柱能上升？
ⅲ.當玻璃管足夠長，不斷向上提拉活塞時，水銀柱是否能不斷上升？
ⅳ.在水銀柱不隨活塞的上升而上升時，你能從中悟出什么？
ⅴ.怎樣使管內(nèi)水銀面以上部分達到真空狀態(tài)，從而精確地測得大氣壓值？
按此實驗、探索、解疑不斷深化的探索方式進行教學，有利于調(diào)動學生思維的積極性，激發(fā)靈感，產(chǎn)生頓悟；學生自己在“探索”物理規(guī)律的實驗過程中，加深了對知識的理解和運用，也培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新能力。
3.實踐導向
（1）開放實驗室——實驗與理論相結(jié)合。
學校創(chuàng)設專門的自學實驗室，給有興趣的學生提供實驗的條件，學生自己安排時間去做實驗，手腦并用，通過定量或半量的測量，以理解理論課上講授的內(nèi)容。實驗課題可以教師提供，也可學生自己擬定（經(jīng)教師審核）。如在物理選修3—4《單擺》一節(jié)中，從理論上推導出在擺角條件下的單擺的周期公式，但對同一個單擺，它的周期是否受擺角的影響？總有學生心存疑問。那么就讓部分學生到實驗室測量單擺周期和其擺角的關系，實驗裝置如右圖1。量角器用以測量擺角（精確度不太高，但不影響實驗結(jié)果），單擺周期用圖1右下的FB213型數(shù)顯計時計數(shù)毫秒儀測量（時間測量可精確到毫秒）。有位學生經(jīng)過實驗得出如下數(shù)據(jù)：
這個測量結(jié)果極大的激發(fā)了學生探索的熱情，繼而有學生用T—圖像處理數(shù)據(jù)。從上表數(shù)據(jù)中得到的圖像如圖2所示，擬合后結(jié)果見圖3.
圖2
圖3
學生自己分析圖像，初步認識單擺的周期規(guī)律：擺角θ≤50時，其周期基本不變（擺角為10、20時，擺球的擺動不易控制在一個平面內(nèi)，形成圓錐擺，導致周期測量偏差大），擺角超過120后周期隨擺角增大才有明顯的變化。
雖然該實驗精度并不是很高，在擺角測量上是比較粗略的，但學生通過該實驗探究體會到，單擺作為一個運動模型，擺角和周期的關系并不是人為規(guī)定的，它可以通過科學實驗得到：在擺角足夠小時，周期和擺角可認為無關，此時也可將單擺的運動視為簡諧運動，從而得到其周期公式；當擺角太大時，便不能將其視為簡諧運動，同時其周期也將和擺角有關，使學生對單擺形成科學有效的認識，感受研究問題的科學方法。
（2）實驗活動與社會相結(jié)合。
創(chuàng)設學以致用的平臺，給學生原創(chuàng)性的研究機會。
如舉辦科技工程大賽，讓高一、二的學生有動手實踐。在工程大賽中，體驗各個環(huán)節(jié)：設計（原理與計算）、電腦模擬、實驗、評價。
論文摘要：本文通過創(chuàng)設學習環(huán)境，讓學生感受科學探究，形成概念、認識規(guī)律，建構(gòu)物理知識體系，讓學生體驗科學探究；最后，要通過運用、鞏固、深化物理知識，讓學生再次經(jīng)歷科學探究。
科學探究是科學家運用一系列科學方法通過一定程序解決自然領域或科學問題的研究過程，其本質(zhì)是以科學態(tài)度揭示大自然奧妙并發(fā)現(xiàn)科學真理的思維方式?！段锢碚n程標準》將科學探究作為課程目標與重要內(nèi)容，旨在使學生通過與科學家相似的研究過程，經(jīng)歷提出問題、猜想與假設、實驗設計等一系列感受和體驗，在獲取知識與技能的同時，形成實事求是的科學態(tài)度，激勵積極主動的探索精神，提升標新立異的創(chuàng)新能力。
一、感受科學探究，創(chuàng)設學習環(huán)境
1.感受科學探究，創(chuàng)設學習概念環(huán)境。物理概念是從自然現(xiàn)象、物理事實或過程中抽象出來的，在教學過程中必須把相關的現(xiàn)象或過程展現(xiàn)出來，給學生創(chuàng)設一個學習概念的環(huán)境。創(chuàng)設環(huán)境有運用實驗、聯(lián)系實際等許多方法，但不管采用什么方法，都必須從被動地接受知識向主動地獲取知識轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)“提出問題”和“猜想與假設”等“科學探究”要素。例如，運用實驗引入摩擦力的概念，將放在桌面上的木塊與跨過滑輪的繩子相連接，繩子的另一端懸掛掉盤，盤上放重物，木塊在繩子的拉力作用下會運動起來。這時讓學生猜想，如果逐步減少盤中重物質(zhì)量，木塊將如何？實驗之后，再讓學生相互交流，分析論證這是為什么。如此，通過科學探究，加深學生對看不見、摸不著的摩擦力的理解。
2.感受科學探究，創(chuàng)設學習規(guī)律環(huán)境。物理規(guī)律揭示的是物理量之間的必然聯(lián)系，是客觀存在的，人們只能去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而不能憑主觀意志去發(fā)明創(chuàng)造規(guī)律。因此，物理規(guī)律教學必須首先提供一個便于探索規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的學習環(huán)境，使學生通過觀察和感受，有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)或提煉出科學問題。例如，在導入《閉合電路歐姆定律》時，首先將完全相同的8個“6V、0.3A”小燈泡分成兩組分別并聯(lián)在6V的蓄電池和6V的干電池兩端，并在電源兩端并聯(lián)電壓表監(jiān)視電路電壓，讓學生猜想，接通電源后，兩電路電壓是否相同？兩組小燈泡是否一樣亮？根據(jù)部分電路歐姆定律，兩電壓表示數(shù)必然相同，兩組小燈泡也一定一樣亮。實驗結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，與蓄電池連接的電壓表示數(shù)基本沒有變化，而與干電池連接的電壓表示數(shù)降低了2V左右，且與干電池連接的小燈泡比與蓄電池連接的小燈泡暗。進一步啟發(fā)引導學生尋找兩電路的不同，猜想現(xiàn)象原因，發(fā)現(xiàn)對電路的研究必須考慮電源內(nèi)阻，引出考慮電源內(nèi)阻的全電路定律。
二、體驗科學探究，建構(gòu)物理知識體系
1.體驗科學探究，形成物理概念。有些概念是在觀察、交流、探究等感受和體驗過程中，獲得感性認識并對感性材料思維加工而形成的。例如，利用人推車，牛拉犁，手提水桶，運動員舉起杠鈴，磁鐵吸引鐵釘?shù)瘸Ｒ姮F(xiàn)象，引導學生分析論證、抽象概括出力是“物體與物體之間的相互作用”。有些概念則需要通過實驗來建立，涉及到科學探究的更多要素。例如，電阻的概念首先引導學生回憶“什么叫導體？有哪些常見的導體？”之后，猜想“導體除了能夠?qū)щ?，對電流是否還有其他作用？”“要研究導體對電流是否還有其他作用，可以用什么方法？”“如果需要實驗，應使用哪些儀器與材料？如何設計實驗？”通過師生、生生互動制定實驗方案。在電源、開關、電流表、小燈泡串聯(lián)的電路中分別串入鉛筆芯與鎳鉻導線之后，引導學生觀察燈泡的亮度和電流表的示數(shù)，通過討論、比較、分析、判斷，發(fā)現(xiàn)鎳鉻導線對電流的阻礙作用比鉛筆芯大，得出在物理學中用電阻表示導體對電流阻礙作用大小的概念。
2.體驗科學探究，認識物理規(guī)律探索。物理規(guī)律需要學生以科學的態(tài)度和對科學探索的濃厚興趣經(jīng)歷科學探究過程，去發(fā)現(xiàn)、思考、探討。首先是通過發(fā)現(xiàn)問題、猜想與假設，設計實驗，收集證據(jù)等一系列活動，探索事物的內(nèi)在聯(lián)系，提供實事求是的科學依據(jù)；之后再通過分析與論證、評價、交流與合作，得出結(jié)論。整個過程要使學生充分體驗科學探究，在獲取知識的同時，實現(xiàn)培養(yǎng)科學素養(yǎng)的目標。
3.再次經(jīng)歷科學探究，運用鞏固物理知識。要真正理解概念掌握規(guī)律，還需要在運用物理知識的過程中再次經(jīng)歷科學探究，進行鞏固、深化和強化。一是在運用物理知識解決具體問題的過程中強化科學探究。二是在進行實驗設計和儀器教具制作的過程中深化科學探究。三是在探索解決問題的思路、方法過程中活化科學探究。
中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
傳感器技術作為現(xiàn)代三大信息技術之一，廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，是測控過程中反映被測對象、保證控制質(zhì)量的重要一環(huán)，也是自動化、測控技術、機械電子等專業(yè)的一門實踐性和應用性很強的基礎課。隨著計算機技術，信息技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，傳感器技術與應用也飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的傳感器教學尤其是實踐環(huán)節(jié)的教學迫切需要改革創(chuàng)新。為此，針對我校傳感器實驗教學的現(xiàn)狀做一些有益的改革，旨在提高學生對傳感器原理及特性的理解并進而達到設計和應用的目的，培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。
1 我國傳感器及實驗教學的發(fā)展及需求
傳感器及智能儀器儀表自上個世紀60年代以來一直作為自動化、測控技術、機械電子等專業(yè)的一門專業(yè)課程，特別是進入80年代后，國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”：日本把傳感器技術列為80年代十大技術之首，美國把傳感器技術列為90年代的關鍵技術，我國把傳感器技術列為“八五”、“九五”的重點研究項目之一；并且2003年3月國家教育部緊跟國際科技發(fā)展步伐，已將傳感器的教學納入到普通高級中學物理課程的教學體系中。由此可見，傳感器在當今科技發(fā)展及國民教育體系中所處的重要地位。而對于傳感器本身又是一門實踐性和應用性很強的學科，而且傳感器實驗教學是整個教學環(huán)節(jié)中的一個重要子系統(tǒng)，因此，加強傳感器實驗教學以適應我國高等教育的任務――培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力的需求。
2 傳感器實驗教學的現(xiàn)狀
長期以來，理論教學重于實驗教學的觀念根深蒂固，影響了傳感器教學的效果。傳統(tǒng)的傳感器教學尤其是實踐性環(huán)節(jié)迫切需要改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的傳感器實驗教學的問題主要反映在以下幾個方面：
2.1教學中存在不重視實驗的傾向
實驗教學是理論知識和實驗活動、間接經(jīng)驗與直接經(jīng)驗、抽象思維和形象思維、傳授知識與訓練技能相結(jié)合的過程。但是，對傳感器實驗教學現(xiàn)狀的調(diào)查結(jié)果表明，目前很多高校在教育觀念上，仍存在著重理論、輕實踐，重理論知識傳授、輕動手能力培養(yǎng)的傾向，在課程體系上，實驗教學少有獨立的教學體系以及相應的學分評價體系，實驗課從屬于理論課，實驗內(nèi)容含在理論課程中，實驗學時與內(nèi)容的開設隨意性強，隨意削減實驗學時成為普遍現(xiàn)象，實驗課時同理論課時比例不太合理等問題，從而大大影響了學生對傳感器特性的理解及在傳感器應用中解決實際問題能力的培養(yǎng)。
2.2實驗項目驗證型多于設計型
目前，我系使用的傳感器實驗裝置是由浙江高聯(lián)科技開發(fā)公司提供的CSY2000D型傳感器檢測技術實驗臺，它所提供的實驗項目大多為驗證性實驗，雖然各傳感器透明式封裝比較直觀，但缺乏設計性、綜合性要求，與工程實踐脫節(jié)嚴重。
2.3教學方式單調(diào)枯燥
傳統(tǒng)的傳感器實驗教學是注入式的，從實驗原理、步驟、實驗注意事項，甚至連實驗結(jié)果都面面俱到地由老師講解，然后由學生“按方抓藥”地操作。這使學生處于消極被動的地位，影響其學習主觀能動性的發(fā)揮，嚴重阻礙了學生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
2.4實驗經(jīng)費投入不足
實驗室建設對各高校來說是一項重要的投資，特別是對于一般的普通高校在資金有限的情況下，對實驗室的建設投入更少；而傳感器又是精密測量儀器，一般單個售價都在50元以上，我系于2003年購置的6臺CSY2000D型傳感器檢測技術試驗臺就高達1.83萬元/臺。因此，在資金緊張的情況下，使得高校擴招后由原來的一名學生一臺設備，改為2～3人一組，這樣在實驗過程中往往一個學生做，同組人旁觀，教學效果很不理想。
3 改革與探討
實驗教學是高等院校教學的重要組成部分，是對課堂所學理論知識的直觀認識和拓展應用，是學生理論聯(lián)系實際的重要途徑，它在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用。因此傳感器實驗教學必須從理論教學中解脫出來，實驗教學應與本課程特點緊密結(jié)合，做一次全面的改革：
3.1深化傳感器實驗教學改革，著力培養(yǎng)學生動手能力
為推進我國全面的素質(zhì)教育，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力，根據(jù)傳感器實驗教學的現(xiàn)狀和面臨的問題，充分調(diào)研，對目前的傳感器實驗教學進行全面改革：從本科培養(yǎng)計劃的約束，到實際實驗教學的實施；從教師的教學觀念，到學生的實驗的目的等各方面都要充分認識到傳感器實驗在傳感器教學中的重要性，在實際實驗教學中不斷培養(yǎng)學生獨立的操作動手能力。
總體上說，注重引導，加強實驗考核，使學生普遍對實驗重視程度提高，能主動預習準備實驗，甚至帶著問題進實驗室，學生的動手能力明顯增強。
3.2切實加強傳感器實驗室基礎建設和科學管理制度
實驗器材是開展實驗教學活動的基礎平臺，雖然傳感器實驗器材價格相對較貴，但也應逐漸增加傳感器實驗室經(jīng)費的投入，除了確保正常的教學實驗所需各項經(jīng)費外，還要投入一定經(jīng)費改進和完善現(xiàn)有儀器設備。同時，還要加強實驗室科學管理制度的建設，現(xiàn)在各高校的實驗室管理專職人員緊缺，一般由理論課老師來擔任實驗的教學和實驗室管理，其間存在管理漏洞，儀器損壞無法及時維修，嚴重影響實驗教學的開展。因此，傳感器實驗室要根據(jù)本學科的特點和自身條件建立切實可行的實驗室管理制度和實驗操作規(guī)程，逐漸形成較為完整的實驗教學管理和保證體系。
3.3加快傳感器實驗教材的編寫
實驗教材是提高實驗教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。傳感器實驗是近幾年才在各高校普遍開設，據(jù)調(diào)查現(xiàn)階段各高校采用的傳感器實驗教材都是在廠家提供的儀器使用指南的基礎上編寫的講義，缺乏規(guī)范性、普適性。根據(jù)高校實驗教學改革和本學科發(fā)展的現(xiàn)狀更新充實實驗教學內(nèi)容和教學方法，編寫配套的、高水平的傳感器實驗教材是刻不容緩的。
3.4改革傳感器實驗教學的內(nèi)容及方法
3.4.1實驗教學內(nèi)容的改革
為了突出實踐教學，培養(yǎng)學生的應用意識、工程實踐能力，使學生“消化理論、發(fā)展能力”我們對該課程的實驗內(nèi)容進行了較大改革：一方面保留了一些基礎驗證性實驗，如電阻應變、電渦流位移特性、光纖傳感器位移特性實驗等，使學生通過這些實驗，理解傳感器的基木原理和特性，消化教學內(nèi)容；另一方面開設一些設計性實驗，如我們利用電阻應變片設計了數(shù)字電子秤，以及結(jié)合單片機知識設計出自動避障小車和全自動洗衣機控制器等，通過學生自己制作出一些小產(chǎn)品模型，使學生進一步認識到課堂中學過的傳感器在其中的限位、距離檢測等作用。在教學過程中除了要求學生寫出實驗報告外還要求撰寫設計論文，這樣更能夠?qū)⒃O計思想、方案論證、技術路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來，同時還可鍛煉學生的總結(jié)能力，為將來撰寫科技論文奠定基礎。
3.4.2實驗教學方法的改革
實驗課是驗證理論、應用理論、鍛煉學生動手能力的重要環(huán)節(jié)。在實驗指導的方法上,我們進行了一些改革探索，在實驗指導過程中,注意因材施教,采用啟發(fā)式教學方法,提示學生是否有更好的改進方法等等。如電阻應變實驗中對電子秤標定時反復調(diào)節(jié)Rw3、Rw4直至托盤空時電壓表顯示為0v、200g砝碼時顯示為0.2v。反復調(diào)節(jié)最終是可以達到要求，當學生反復調(diào)節(jié)幾次沒達到預期要求時可能不耐煩了，這時提示學生根據(jù)電阻應變式傳感器的測力原理及輸入輸出特性――線性關系，分析電路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起調(diào)節(jié)放大倍數(shù)――即線性關系中的斜率、Rw4起零點參考電壓調(diào)節(jié)――線性關系中的初始值的作用，經(jīng)過這樣比較對應后，很快可以得出這樣的快速調(diào)節(jié)方法：當托盤空時，調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為零；然后將10個砝碼全放入托盤，調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v；然后去掉全部砝碼記下此時電壓表讀數(shù)v0 (如0.002v)；再將砝碼全放入托盤調(diào)節(jié)Rw4使電壓表顯示為0.2-v0（如0.198v）；最后再調(diào)節(jié)Rw3使電壓表顯示為0.2v即可。通過像這個實驗一樣的實驗教學方法改革,我們認識到如果在每次實驗指導中都能夠采用啟發(fā)式的方法啟迪學生，發(fā)展學生的發(fā)散思維能力，那么一定能使學生舉一反三，達到學以致用的目的，同時還可激發(fā)學生的創(chuàng)新興趣。
3.5建立科學的實驗考核方案
成績評定方式對于實驗教學十分重要，它是這次傳感器實驗教學改革實施的總體指揮棒。學生最關心的就是成績，我們要充分利用這一法寶設計較為合理的考核方案，既能達到考察的目的，同時使學生通過試驗不僅能很好理解理論知識，還可以培養(yǎng)學生的動手、創(chuàng)新能力。為此，將成績評價定位在是否理解并靈活應用所學知識，以及鼓勵創(chuàng)新思想和創(chuàng)新實踐過程，而不僅僅是結(jié)果正確與否。在總結(jié)多年實驗課經(jīng)驗的基礎上，采用兩種結(jié)果驗收相結(jié)合的形式，一種形式是當面驗收，通過演示和口頭介紹展示實驗過程及實驗效果，并完成高質(zhì)量的實驗報告（包括利用VC、vb、matlab等軟件實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的分析及相應的改進措施和仿真），這種方式是學生實踐活動結(jié)果的直觀體現(xiàn)；另一種形式是提交撰寫設計論文，相對與前者，這種形式更能夠?qū)⒃O計思想、方案論證、技術路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來，同時還可鍛煉學生的總結(jié)能力，為將來撰寫科技論文奠定基礎。學生的最終實驗成績是這兩部分成績的綜合。
4 結(jié)束語
關于傳感器實驗課教學改革涉及面廣，環(huán)節(jié)多，是個比較復雜的問題。我們只是在這方面做了一些有益的嘗試，并取得了一定的成功經(jīng)驗。我們改革的目的很明確，就是要讓學生感覺到每一個實驗都是一次挑戰(zhàn)，要想取得成功必須要有充分的準備、嚴謹?shù)膽B(tài)度、細致的操作和靈活的思維。每一次實驗的完成，不僅要讓學生的實驗能力得到充分的訓練和提高，更重要的是要激發(fā)學生的主觀能動性和創(chuàng)造性。只有這樣才能為國家培養(yǎng)出具有較高的全面素質(zhì)的一流人才。
參考文獻：
現(xiàn)行高中物理教材中有三個學生分組實驗：《測定金屬的電阻率》、《測定電池的電動勢和內(nèi)阻》和《描繪小燈泡的伏安特性曲線》都要選用滑動變阻器，前兩者選用滑動變阻器的限流式接法，后者選用滑動變阻器的分壓式接法。高考電學設計性實驗命題對其多次直接或滲透考查。教材對此又沒有理論的講解，學生分組實驗又沒有實際的指導，學生感到無從下手。學生主要對以下兩個問題有疑問：1.對這兩種接法的電路結(jié)構(gòu)和實物連線的差異存在混淆；2.遇到具體問題根本不知該如何選用哪種接法。下面就學生的這兩點疑問談談自己方法。
一、兩種接法的電路比較
圖一電路為滑動變阻器的限流式接法，被控電阻Rx和滑動變阻器右側(cè)的有效電阻RPB串聯(lián)，在開關閉合前觸頭置于A端。
圖二電路為滑動變阻器的分壓式接法，被控電阻Rx和滑動變阻器左側(cè)電阻RPA并聯(lián)，再與右側(cè)電阻RPB串聯(lián)，在開關閉合前觸頭也置于A端。
兩者電路的唯一差異就是前者沒有導線AC，滑動變阻器只有一部分是有效的；后者有導線AC，滑動變阻器兩部分都是有效的。
二、兩種接法的選用
為使問題簡化，分析中電源電動勢均取，內(nèi)阻不計。
1.限流式接法
圖一電路中，開關閉合后，流過被控電阻Rx的電流為
令，，則有
為了形象簡便起見，利用幾何畫板分別畫出各值對應的圖象，稱為限流式接法的特性曲線。如圖三所示，對這些曲線進行分析。
（1）無論k取何值，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，都無法使流過被控電阻的電流取到零。
（2）當k很大時，曲線接近水平直線，對應的物理含義是當很大時，在滑動變阻器有明顯滑動，而流過被控電阻Rx的電流無明顯變化且很大，這時滑動變阻器對電流的調(diào)控作用不大，稱為對電流的調(diào)控范圍過小論文范文。
（3）當k很小時，曲線非常彎曲，對應的物理含義是當很小時，在滑動變阻器接近零附近滑動，流過被控電阻Rx的電流變化異常大，這時的滑動變阻器不易控制，給調(diào)節(jié)帶來很大困難；在其他位置滑動，電流無明顯變化且很小，這時的滑動變阻器實際上對電流的調(diào)控作用不大且電表讀數(shù)很小，偶然誤差很大不宜記錄數(shù)據(jù)，稱為對電壓的要么調(diào)控精度過低，要么調(diào)控范圍過小。
（4）當k≈1時，曲線介于上述兩種曲線之間限流式，避開了對電流的調(diào)控范圍過小和調(diào)控精度過低的兩種缺陷，發(fā)現(xiàn)∈[0.2,2]，調(diào)控效果較合適。
2.分壓式接法
圖二電路中，開關閉合后，被控電阻Rx兩端的電壓為
令，，則有
同樣分別畫出分壓式接法的特性曲線。如圖四所示，對這些曲線進行分析。
（1）無論k取何值，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，被控電阻兩端的電壓都在零到電源電動勢之間變化。
（2）當k很小時，曲線非常彎曲，也就是說，出現(xiàn)與圖三中當k很小時的類似情況，這時滑動變阻器對電壓的要么調(diào)控范圍過小，要么調(diào)控精度過低。
（3）k越大，曲線的線性程度越高，也就是說，越大，被控電阻兩端的電壓U隨滑動變阻器的滑動而均勻變化，這時的滑動變阻器對電壓的調(diào)控精度高且調(diào)控范圍大。值得注意的是，并不是越大越好，在因為在被控電阻一定情況下，當很大時，電流幾乎從變阻器上流過且干路電流很大，電能主要消耗在變阻器和內(nèi)阻上,這不是我們使用變阻器所希望的。根據(jù)圖四發(fā)現(xiàn)，當時，特性曲線的線性程度已經(jīng)相當不錯，完全沒有必要再提高了，發(fā)現(xiàn)∈[0.2,10]，調(diào)控效果較合適。
根據(jù)上述分析，我們可以總結(jié)出選用兩種接法的原則：
1.要求被控電阻的電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式接法；否則，可采用限流式接法。
2.被控電阻的阻值遠大于滑動變阻器的總阻值，但沒必要太大，須用分壓式接法；被控電阻的阻值與滑動變阻器的總阻值差不多，須用限流式接法。
3.兩種接法均可使用的情況下，應優(yōu)先采用限流式接法，因為在電路完全一樣的情況下，限流式接法總功率，分壓式接法總功率，前者功率較小。
4.特殊問題中還要根據(jù)電壓表和電流表量程以及電阻允許通過的最大電流來綜合考慮。
【參考文獻】
［1］楊述武，趙立竹，沈國士主編．《普通物理實驗（電磁學部分）》．高等教育出版社．2007年12月
［2］曹廣衛(wèi)．《選用限流式電路還是分壓式電路》．中學物理教學參考．2003年第6期
一、高中物理實驗教學存在的問題
目前在應試教育的影響下，物理實驗教學難以發(fā)揮它應有的作用。許多教師很少做實驗，不愿花時間從事實驗教學，實驗只被作為收集數(shù)據(jù)，驗證理論，應付考試的工具。學生實驗形成了教師講，學生做，教師示范，學生模仿的教學，學生成為被動的接受者，以至于學生很少提出問題。沒有養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，沒有學會解決問題的科學方法，學生的主體地位遠沒有得到重視，學生缺乏主動探究的欲望和熱情，忽視了實驗對學生科學思維方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新課標指出高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與，樂于探究，勇于實驗，勤于思考。通過多樣的教學方式，幫助學生學習物理知識和技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度和科學精神，因此，高中物理實驗教學迫切需要改革。探究性實驗由于其重視過程和方法，有利于提高學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)與他人合作的精神，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，有利于學生創(chuàng)新能力的提高和主體性的發(fā)揮。強調(diào)通過實驗探究提高學生的科學素養(yǎng)，已成為當前實驗教學改革的主要方向。
二、強化新課程理念，改革實驗教學模式
物理實驗為培養(yǎng)創(chuàng)新精神提供了最佳環(huán)境，尤其是開發(fā)一些聯(lián)系生活實際的應用型實驗，可使學生親身感受到物理實驗的實用價值，能強烈激發(fā)學生的創(chuàng)造動機。教師應成為勇于進取、善于創(chuàng)新的模范，無論實驗方法的革新、教具的創(chuàng)造、實驗的新穎設計，對學生都有很強的感染力，會不知不覺在學生心里播下創(chuàng)造的種子。具體做法：進一步加強了對學生實驗興趣的培養(yǎng)。物理學家愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師?！倍d趣的培養(yǎng)，一要靠老師的正確引導，二要靠學生親身到實驗中去激發(fā)。教師要善于把握實驗的科學性，挖掘?qū)嶒灥娜の缎裕贫ㄇ袑嵖尚械亩酱?、檢查方案，或展示、或競賽、或討論，使學生饒有興趣地完成課本或課外小實驗、小制作，對活動中表現(xiàn)突出的，及時給予表揚和鼓勵，這對提高學生的實驗興趣很有幫助；物理實驗教學中，既要發(fā)揮教師的主導作用，又要突出學生的主體地位，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，使學生積極主動的參與實驗。課本讓學生看，實驗讓學生做，思路讓學生想，疑難讓學生議，錯誤讓學生析，并且多給學生提供獨立設計實驗的訓練機會，最大限度地發(fā)揮學生的探索潛能，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造能力。
三、探索實驗原理，發(fā)展科學思維素質(zhì)
學生實驗的“靈魂”是實驗原理，只有把實驗原理放在處理實驗教學的首要位置，才會使物理實驗教學“活”起來。若能在教師有目的的引導下，對實驗原理進行挖掘和探索，將能有效地培養(yǎng)學生按科學方法思考解決問題的習慣，發(fā)展學生的科學思維素質(zhì)。在基本實驗教學中，必須抓好以下兩點：（1）對實驗原理的正確理解。要知道這個實驗為什么這樣做，它的理論根據(jù)是什么，不這樣做還能怎樣做，那一種做法更好，更可行。這是培養(yǎng)學生實驗設計能力的一個關鍵。（2）對常用的物理儀器要熟練使用，這是實驗的基礎，是實驗的工具。常見的實驗儀器有以下十三種：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、打點計時器、彈簧稱、溫度計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱等。對這些常見實驗工具不僅要能正確熟練地使用，甚至要知道實驗儀器的原理。例如，在《把電流表改裝為電壓表》實驗中，需要測定電流表的內(nèi)阻，書中直接給出了半偏法，對這一方法的出現(xiàn)學生普遍感到很突然。我們可以這樣做，先讓學生自己設計一種測電流表內(nèi)阻的方法，然后對學生中使用最普遍的兩種方法進行分析。轉(zhuǎn)貼于 第一種是常見的伏安法，該方法在測一般電阻時可用，但在測電流表內(nèi)阻時卻是不可取的，因為我們測定電流表內(nèi)阻的目的是用它來改裝為電壓表，若電流表內(nèi)阻測量不準確會直接影響改裝后的伏特表的精確程度。第二種方法的原理是由伏特表測出電流表和變阻箱兩端的總電壓U，從電流表讀出電流值I，則電流表內(nèi)阻Rg=U/I-R，這一方法可以消除伏特表分流作用所帶來的誤差，但卻暴露出學生對靈敏電流計的作用不甚清楚，其實靈敏電流計不能準確的測量電流強度，只能作為檢流計，既然電流強度的準確值不知道，自然也就無法求出電流計內(nèi)阻Rg的準確值。在分析了以上兩種方法的不足之后，利用并聯(lián)電路的電流分配關系引導學生得出半偏法已是水到渠成。
四、營造主動探究的氛圍，強化學生參與意識
新課程的實驗課是要學生通過實驗來學到知識，訓練技能，并經(jīng)歷一個科學探究的過程。教師在課堂教學中起著主導作用，而一堂課中教師的情感投入往往影響著每個學生的情感投入。教師能否營造一個和諧民主的教學氛圍是能否讓學生主動探究的前提。在一節(jié)課中，有師與生、生與生之間的人際交流，在這個交流環(huán)境中，若要使學生有好的課堂氛圍，有熱烈的討論，有激烈的爭論，有獨特的發(fā)言，甚至有創(chuàng)造性的思維，都必須讓學生從心理上有一種安全感，有一種無拘無束的自然情感的流露。因此，要求教師從尊重學生出發(fā)，有和善的語言，溫文爾雅的教態(tài)去創(chuàng)設這個環(huán)境。民主、有序的學習環(huán)境有利于激發(fā)學生主動探究的欲望，教師要有與人為善的教態(tài)，尊重學生、鼓勵學生發(fā)表獨立的見解。實驗課中學生的“哇”、“喔”等聲音，是學生最真切的情感體現(xiàn)。
當然，在物理實驗的教學改革實施中，我們還將面臨著許多新的問題，還需要在今后的工作中進一步的研究與探索，我們將在不斷的反思中，不斷地改進、不斷地總結(jié)經(jīng)驗，使物理實驗的教學改革工作不斷地深入，不斷地完善。
[參考文獻]
中圖分類號：TU857文獻標識碼： A
一、前言
當前電梯檢驗人員在現(xiàn)場存在以下問題：
⑴儀器不便于使用。攜帶檢驗儀器過多，增加裝載攜帶的負擔；檢驗儀器頻繁交替使用，容易發(fā)生遺失；單項檢驗準備時間較長，需交替使用不同的檢驗儀器。
⑵數(shù)據(jù)不利于保存。單項檢驗完成需手工填寫單項檢驗數(shù)值，很繁瑣；紙質(zhì)表單易損壞，不易保存；檢驗記錄單遺失、損壞、字跡不清時需重新檢驗；現(xiàn)場有可能發(fā)生檢驗儀器沒電、損壞、配件不齊等不確定因素導致單項無法檢驗。
⑶儀器不便于維護。檢驗儀器平時的維護工作繁重，例如：更換電池、校準儀器等；后勤維護繁重，各種儀器的配套電源都不同，如9v電池、5號電池、7號電池、其他異狀電池等；檢驗儀器的使用率高，故障和損壞率也高，每年采購經(jīng)費居高不下等。
二、電梯綜合測試儀的原理與構(gòu)成
1測試儀框圖
本測試儀擬實現(xiàn)對溫度、聲級、電壓、電阻、電流、距離、照度等信號的采集，系統(tǒng)框圖見圖1。
圖1 測試儀系統(tǒng)框圖
2傳感器選擇
目前常用的檢驗檢測儀器大多是帶液晶數(shù)顯的檢測終端，隨著科技的發(fā)展，各種數(shù)字傳感器、微型處理器的不斷發(fā)展，可以使用各類成熟的傳感器，結(jié)合數(shù)字采集和高速數(shù)字運算功能，開發(fā)出全數(shù)字的專用綜合測試儀器，從而替代現(xiàn)有各種獨立使用的測量儀表。
根據(jù)國家或地方有關電梯檢驗的技術標準，選取部分可以使用電類測量檢測儀器的測量參數(shù)，并確定傳感器如下：
電類：交流電壓、交流電流、直流電壓、電阻測量4種全數(shù)字傳感器；
環(huán)境類：照度、溫濕度、聲級3種數(shù)字傳感器；
測量類：激光非接觸速度傳感器；
3指標參數(shù)
電流：AC30A精度≤2%；
電壓：DC500v精度≤2%；AC500v精度≤2%；
電阻：200Ω，精度≤2%；
溫度精度0.5°；
濕度、電類參數(shù)，誤差±5%；
距離、速度誤差±1%。
電類測量必須符合：
GB-T 13978-1992 數(shù)字多用表通用技術條件 《GB/T13978-2008 數(shù)字多用表》
GB/T 22264.2-2008 安裝式數(shù)字顯示電測量儀表 第2部分：電流表和電壓表的特殊要求
防水：IP65
4測量方式
電壓測量：采用前端帶有鱷魚夾裝置的萬用表棒，定制全數(shù)字萬用表采集模塊；
電流測量：采用鉗形互感器，定制全數(shù)字萬用表采集模塊；
溫濕度測量：采用露點式二合一全數(shù)字采集模塊；
照度測量：采用全數(shù)字菲尼爾照度采集模塊；
聲級測量：采用定制電容式聲級模數(shù)采集模塊；
平移速度測量：采用非接觸式激光測速模塊；
5技術接口
要求與現(xiàn)有電梯快速檢驗系統(tǒng)對接；
數(shù)據(jù)可通過USB2.0或Micro USB或藍牙無線方式傳送；
制定通信協(xié)議與android平板電腦APP軟件或windows系統(tǒng)上位機軟件進行通信；
主板預留CDMA2000/WCDMA/GPRS/通訊模塊接口，后期支持無線數(shù)據(jù)傳輸功能；
主板預留SD/TF存儲卡接口；
主板預留232/485接口；
2.6結(jié)構(gòu)部分
外形尺寸≤190mm×98mm×40mm
背板帶LED照明功能；
外露式探頭需有格珊保護；
內(nèi)置電池倉；
外殼需做止滑處理；
菲尼爾透鏡需有保護罩；
電流、電壓表棒必須符合安規(guī)，結(jié)構(gòu)上要做防誤插設計；
三、測試儀樣機
主控板，選用PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier),帶引線的塑料芯片載體.表面貼裝型封裝,外形呈正方形,64腳封裝,引腳從封裝的四個側(cè)面引出,呈丁字形,外形尺寸比DIP封裝小得多.PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術在PCB上安裝布線,具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點；
傳感器/采集模塊，選用全數(shù)字帶數(shù)據(jù)接口，技術較為成熟的主流芯片、采集模塊；
傳輸方式：選用可靠性較高的藍牙無線通訊模塊，預留Micro USB接口做為數(shù)據(jù)傳輸、充電接口；
測試儀樣機工作流程圖及樣機，見圖2、圖3。
圖2 測試儀工作流程圖
圖3 測試儀樣機
四、樣機測試
1系統(tǒng)程序
測試儀采用潛入式系統(tǒng)開發(fā)，以下為5v電源控制程序。
extern void GPIO_ApplicationIfInit ( void )
{
/*****************
* 輸出信號組*
*****************/
/* 注冊電源5v輸出控制腳 */
p5v_io_handler = GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_8, Output_type );
if(p5v_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( p5v_io_handler, IO_SET );
}
sound_io_handler =GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_9, Output_type );
if(sound_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( sound_io_handler, IO_SET );
}
multimeter_io_handler=GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_10, Output_type );
if(multimeter_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( multimeter_io_handler, IO_SET );
}
speed_io_handler = GPIO_Configuration ( PORT_D, GPIO_12, Output_type );
if(speed_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( speed_io_handler, IO_SET );
}
temperature_humidity_io_handler =GPIO_Configuration ( PORT_C, GPIO_7, Output_type );
if(speed_io_handler > 0)
{
GPIO_WritePINlevel ( speed_io_handler, IO_SET );
}
2測試報告
研制的樣機實際測試報告，
3測試報告分析
（1）該藍牙設備使用距離較短且不穩(wěn)定，測試過程中常斷開需重新連接；
（2）直流電壓測試結(jié)果與實際值基本一致，交流電壓測試結(jié)果比實際值偏小，平均偏差為-0.48%；
（3）電阻值測試結(jié)果比實際值偏大，平均偏差為+1.68%；
（4）溫度值測試結(jié)果比實際值偏大，平均偏差為+10.15%；濕度值測試結(jié)果比實際值偏大，平均偏差為+3.28%；
（5）照度值測試結(jié)果比實際值偏小，平均偏差為-4.48%；
測試報告顯示數(shù)據(jù)，全部測量值均小于設計指標，判定產(chǎn)品研發(fā)成功，設備外觀經(jīng)過修改完全符合設計要求，外觀設計判定完成。
五、結(jié)論
本論文探討的電梯檢驗綜合測試儀，可以很方便通過android平板電腦的APP定制軟件設定檢驗項目，快速檢驗，無需每次單項檢驗完再收納檢驗儀器、更換儀器、記錄檢驗數(shù)據(jù)的工序；檢驗完成之后，系統(tǒng)自動記錄每次檢驗的項目、數(shù)值、時間、單位名稱等原先需要手工填寫的書面內(nèi)容，保證每次檢驗數(shù)據(jù)的單一、精準，并不用擔心紙質(zhì)表單的損壞、遺失、字跡不清、遺漏檢驗儀器等諸多缺點，也方便檢驗人員檢驗之后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、整理，并可進行歷史數(shù)據(jù)的查詢，摒棄傳統(tǒng)方法的紙質(zhì)文件翻頁查詢。簡化了檢驗人員檢驗之后的數(shù)據(jù)整理工作，最關鍵的是，數(shù)據(jù)精準，易保存，實時查詢，方便管理等優(yōu)點 。
參考文獻：
［1］GB/T 3785.1-2010電聲學 聲級計 第1部分：規(guī)范
［2］SJ/T 10423-1993聲級計通用技術條件；
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）11-0059-2
數(shù)字化實驗（DIS）是信息技術與物理教學整合的重要基礎。數(shù)字化實驗室的設備主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機、配套系統(tǒng)軟件及配套教具等構(gòu)成。它以真實實驗為基礎，通過各種傳感器替代傳統(tǒng)的儀表，通過數(shù)據(jù)采集器將采集到的實驗數(shù)據(jù)送往計算機進行數(shù)據(jù)處理、圖線分析，借助計算機平臺更直觀地顯示物理現(xiàn)象，更深刻地揭示物理規(guī)律。傳感器是數(shù)字化實驗室的重要組成部分。傳感器包括力傳感器、位移傳感器、聲波傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、壓強傳感器、磁感應強度傳感器等。它能夠快速、高精度地適時采集物理實驗中力熱聲光電等各種變化著的物理量數(shù)據(jù)?；趥鞲衅鞯挠嬎銠C實時數(shù)據(jù)采集和基于計算機數(shù)據(jù)處理軟件的計算機建模和圖像分析等技術是開展物理探究教學的兩大技術支撐。
下面列舉兩個筆者在初中物理教學中利用DIS數(shù)字化系統(tǒng)的實驗創(chuàng)新教學實例。
案例1 探究電流與電壓的關系
傳統(tǒng)教學中，學生進行分組實驗時利用滑動變阻器多次改變定值電阻兩端的電壓，分別用電壓表和電流表測出電壓值和對應的電流值，再在坐標系中描點作圖，通過數(shù)據(jù)和圖像得出結(jié)論。但一節(jié)課的時間里，學生既要設計實驗方案，包括設計實驗電路和實驗表格，又要完成定值電阻的電壓、電流值的多次測量，需要較長的時間。而且，如果電壓值取得太接近或者不是倍數(shù)關系，測出的數(shù)據(jù)不容易得出結(jié)論。因此，在實驗前，很多教師往往會提醒學生使電壓成整數(shù)倍變化，這樣做的結(jié)果是學生確實容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)出結(jié)論，但是“探究”的意味就淡了許多，原本生動有趣的實驗也變得枯燥乏味了。若非如此，學生就需要更多時間來進行更多次的實驗，一節(jié)課的內(nèi)容又很難完成。
應用DIS數(shù)字化系統(tǒng)就很輕松地解決了這個矛盾。
實驗過程和數(shù)據(jù)分析：
1.按電路圖連接電路，為使結(jié)論具有普遍性，將一個5 Ω和一個10 Ω的定值電阻串聯(lián)進電路進行實驗，用電壓傳感器和電流傳感器代替電壓表和電流表分別測定值電阻兩端的電壓和通過定值電阻的電流。
2.將電壓傳感器和電流傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器。
3.打開計算機，進入數(shù)字化信息系統(tǒng)軟件，新建實驗，設置電阻的電流-電壓關系圖線。
4.閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，改變定值電阻兩端的電壓，測量多組電壓和電流值。計算機根據(jù)得到的電壓值和電流值實時在界面上生成電流-電壓關系圖像，如圖1所示。
⒌分析所得的實驗數(shù)據(jù)和圖像，得出結(jié)論。
從圖像中能明顯地看出通過定值電阻的電流與定值電阻兩端的電壓成正比。將電壓、電流傳感器引入測量小燈泡的電阻教學，就可以在很短的時間內(nèi)清楚地記錄下電流隨電壓變化的曲線。使教學手段更多樣，促進教學目標的更好達成。使用數(shù)字傳感器的好處一是時間短，通過設置，每隔0.1 s就會有一組電壓電流數(shù)據(jù)對應的點描繪在坐標系中，因此在較短的時間（幾秒鐘）內(nèi)就會有幾十個點記錄下來，同時生成I-U圖像。二是數(shù)據(jù)多，結(jié)論更可靠。由于采集的數(shù)據(jù)較多，因此圖像較為理想。
案例2 探究磁鐵周圍的磁場實驗
實驗裝置如圖2所示：
1.將磁傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。
2.打開數(shù)字化信息系統(tǒng)軟件，新建實驗，設置磁場強度-時間圖線，時間設置為1 min，時間間隔設為10 ms。
3.將磁傳感器探頭向下，在條形磁體表面從條形磁體的中間開始勻速地向一個磁極移動（如圖3），再從一個磁極勻速向另一個磁極移動，如此往復，測出磁場強度隨時間的變化。
4.觀察圖像，總結(jié)條形磁鐵周圍的磁場分布特點。
應用磁感應傳感器可以使學生明顯地觀察到電磁鐵周圍磁場強弱的變化，使我們?nèi)庋劭床灰娒恢拇艌鲎兊蔑@而易見。
深化教育改革，全面推進素質(zhì)教育，培養(yǎng)二十一世紀具有高素質(zhì)的創(chuàng)新精神和能力的建設者和接班人，是學校教育的最高目標，作為教育工作者應實現(xiàn)由應試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，使學生全面發(fā)展。
一、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力
精心創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。興趣是激發(fā)學生思維能力的重要因素，它能提高學生學習的積極性，主動性，探究性，使學生以一個被動的知識接受者，變成一個主動的參與教學活動的合作者。教師必須精心備課，對所設置的教學問題必須具有趣味性、新奇性、生活性、開放性和適宜性。只有這樣才能激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，例如，在學習光的折射時，提出一些問題，透過圓形金魚缸看魚，魚會變大，筷子斜插入水中，側(cè)面會看到筷子在分界處彎折，學生帶著這些問題去學習，會產(chǎn)生興趣，達到一定的效果。
基礎知識，基本技能是培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力的前提條件，首先在教學中要狠抓“雙基”的落實，讓學生學透知識，練實知識，用活知識。用基本的科學知識去解決實際問題，其次要克服定向思維，培養(yǎng)發(fā)散性思維和思維的變通能力，對于一個問題，能從不同角度.不同方向去探索解決問題的方法。傳統(tǒng)的教學注重解決問題的唯一性。這樣不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，實際中的許多問題，往往是開放的，多變的，答案不是唯一的。在習題教學中要加強一題多問，一題多解，一題多變，多題同解等形式的訓練，培養(yǎng)學生的多種思維方式。例如，有這樣一道開放題：現(xiàn)有一杯純凈水和一杯食鹽水，儀器不限，用那些方法可以鑒別它們，通過各小組的熱烈討論和交流，利用密度、浮力、蒸發(fā)結(jié)晶、凝固點、導電性等知識,同學們得出了10多種方法,并用實驗加以證明，開闊了學生的思路，在教學中還要培養(yǎng)學生的逆向思維。例如有一重為10斤的一個瓶子，用手拿著不動。手與瓶子的摩擦力為多少？當手握瓶子的力增大，此時，瓶子與手之間的摩擦力是否增大。一般的學生會認為摩擦力會隨著壓力的增大而增大，這是一種定向思維。如果用逆向思維去分析瓶子的狀態(tài)未變。即靜止(受平衡力的作用)f=G，就不難理解。通過這些思維方式的訓練和解題的指導，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯推理能力和思維能力。
二、從實驗和生活中培養(yǎng)學生的觀察能力和問題意識
科學實驗離不開觀察，觀察是科學研究的最基本方法，是創(chuàng)新思維的基礎，每個科學實驗都有其明確的實驗目標。因此，在實驗教學中，對每個實驗教師首先要讓學生明確為什么觀察和觀察什么?使學生掌握觀察的具體內(nèi)容。例如在觀察水沸騰實驗中，教師提出讓學生觀察水在沸騰前后實驗現(xiàn)象。實驗后有的學生就觀察到沸騰前氣泡上升中變小，消失，沸騰后氣泡會變大，破裂，并提出了相應的問題。又如，在研究液體內(nèi)部壓強時，指導學生觀察：當金屬盒中的橡皮膜在不同深度，不同液體，不同方向時，分別觀察U型管兩管液面的高度差是否發(fā)生變化，來得出液體內(nèi)部壓強的規(guī)律。使學生掌握實驗觀察的具體方法。如順序觀察法，對比觀察法，重點觀察法，全面與重點觀察法，歸納觀察法等。
在平時教學中，學生往往不提問題，也提不出問題，不管是實驗還是作業(yè)都是按照教師的要求去完成。鑒于這種情況，教師應幫助學生學會觀察，鼓勵學生在觀察的基礎上提出問題，培養(yǎng)學生的問題意識。在平時的教學中，教師要把課本知識同生活實際聯(lián)系起來，提出一些問題。三、注重科學研究，培養(yǎng)學生的科學探究能力
初中階段的實驗大多數(shù)是一些驗證性的實驗。用人為控制的實驗條件去驗證這些結(jié)論，加深對科學知識的理解、掌握，這樣不利于充分發(fā)揮學生的主動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。為此，在教學中把演示實驗改為分組實驗，把一些驗證性實驗改成探索性實驗，增加學生的動手機會，培養(yǎng)他們的實踐能力，例如，探索電流與電壓、電阻的關系時，讓學生按照探究的過程進行，在實驗中強化用控制變量法探究，在這個實驗中，最難的是電路的設計，教師可采用讓學生獨立設計——小組討論合作——各組討論交流——師生共同補充。整合完成設計的方法，讓學生在原有能力的基礎上相互學習取長補短。培養(yǎng)學生的觀察能力，動手實驗能力，嚴謹求實的科學態(tài)度和與他人合作的精神。通過分析實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，通過評估與交流，讓學生發(fā)現(xiàn)問題，分析原因，培養(yǎng)學生的實事求是的科學態(tài)度。
加強實驗設計，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，開始時，可先讓學生設計一些簡單的實驗。如，用2只開關控制一個燈泡，并且閉合任一只開關都能使燈泡發(fā)光等，在這樣的基礎上教師可采取少給器材，設置故障電路，把儀器調(diào)亂，讓學生設計實驗方案，解釋實驗中出現(xiàn)的問題，分析實驗誤差，改進實驗等。又如在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，除按教材上的方法外，教師可提出問題，用一只已知阻值的電阻代替電壓表，其他器材不變，設計實驗，然后教師再深入引導學生。如果在這個實驗中，電壓表的量程小于燈泡的額定電壓時，怎樣測出小燈泡的額定功率，通過這樣的引導和啟發(fā)，激發(fā)了學生的求知欲望。
