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(jī)電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機(jī)最小化設(shè)計、單片機(jī)與PC接口電路、單片機(jī)時鐘電路、復(fù)位電路等。下位機(jī)采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進(jìn)行通信,傳送所測量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計中,做到了電路設(shè)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(jī)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)的TTL電平與PC的RS232電平達(dá)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(shè)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(dāng)每次測量電壓采集數(shù)據(jù)時,單片機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采集程序、上位機(jī)可視化界面程序、單片機(jī)與PC串口通信程序。單片機(jī)采用C51語言編程,上位機(jī)的操作顯示界面采用VC++6.0進(jìn)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(jī)編程
下位機(jī)單片機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機(jī)界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應(yīng)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(jī)界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運(yùn)行VC++6.0編程實現(xiàn)的Windows程序,整個樣機(jī)功能得以實現(xiàn)。
新型數(shù)字電壓表的整機(jī)設(shè)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(jī)電路包括:數(shù)據(jù)采集電路的單片機(jī)最小化設(shè)計、單片機(jī)與PC接口電路、單片機(jī)時鐘電路、復(fù)位電路等。下位機(jī)采用AT89S51芯片,A/D轉(zhuǎn)換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進(jìn)行通信,傳送所測量的直流電壓數(shù)據(jù)。整機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計中,做到了電路設(shè)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(jī)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(yīng)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(guān)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(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)的TTL電平與PC的RS232電平達(dá)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(shè)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(dāng)每次測量電壓采集數(shù)據(jù)時,單片機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采集程序、上位機(jī)可視化界面程序、單片機(jī)與PC串口通信程序。單片機(jī)采用C51語言編程,上位機(jī)的操作顯示界面采用VC++6.0進(jìn)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(jī)編程
下位機(jī)單片機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)調(diào)試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機(jī)界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應(yīng)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(jī)界面。數(shù)字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運(yùn)行VC++6.0編程實現(xiàn)的Windows程序,整個樣機(jī)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(yīng)原理、以及空氣電離原理，對帶電體的靜電電位進(jìn)行測量。其中靜電感應(yīng)是指，當(dāng)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(zhǔn)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(jìn)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(yīng)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(yīng)板，CW為被測帶電體與測試感應(yīng)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(yīng)板與被測帶電體之間的距離，就能夠改變耦合電容。進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)電極板與高壓源輸出端相連，其中標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(zhǔn)確度?？梢圆捎梅謮旱男问?，將測量中的高壓電輸出連接至標(biāo)準(zhǔn)電壓表中。
對標(biāo)準(zhǔn)電壓表中的輸出阻抗進(jìn)行限定，其數(shù)值應(yīng)該大于分壓端的輸出阻抗值的10/（Kf%）倍，其中Kf是分壓器準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電極板和靜電電壓表探頭之間距離有關(guān)。例如，在CH2290防爆型靜電電壓表中，當(dāng)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(dāng)測試距離大于3厘米時，其測試范圍也應(yīng)該增加。
當(dāng)距離為8厘米時，測量范圍在0-40KV，電壓表中的讀數(shù)應(yīng)該在實際數(shù)值基礎(chǔ)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(yīng)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(zhǔn)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(guān)。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(jìn)作用。
參 考 文 獻(xiàn)
蘭祖利教授及其團(tuán)隊創(chuàng)立的三環(huán)天才理論認(rèn)為：只要具備下列三個要素的學(xué)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(dá)、邏輯推理、記憶力等方面的能力。
②執(zhí)著精神——強(qiáng)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(qiáng)。
（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(xué)生的天才行為，并發(fā)展這種行為。
②面向全體學(xué)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(guān)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(dāng)?shù)拇碳ず团嘤?xùn)，兩者都可以得到發(fā)展，兩者總是互相刺激，互相促進(jìn)、共同發(fā)展的。
·執(zhí)著精神和創(chuàng)造力不僅僅是“識才”的標(biāo)準(zhǔn)，更是“育才”的目標(biāo)。
·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(xùn)練是可以提高的”。
3.全校范圍豐富教學(xué)模式之一：開展三元豐富活動培養(yǎng)全體學(xué)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(luò)活動等方式進(jìn)行。
第二類：集體培訓(xùn)活動——著力培養(yǎng)學(xué)生的技能和素質(zhì)。
第一是培養(yǎng)學(xué)習(xí)技能，如怎樣記筆記、如何從網(wǎng)絡(luò)下載需要的內(nèi)容、如何寫論文等。
第二是進(jìn)行有關(guān)訓(xùn)練：
（1）創(chuàng)造性思維方法的訓(xùn)練；
（2）解決問題能力的訓(xùn)練；
（3）人際交往及合作能力的訓(xùn)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(xué)生自行提出問題并嘗試應(yīng)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(jī)會，激發(fā)學(xué)生的動機(jī)（學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力）；
②通過科學(xué)探究點燃學(xué)生的想象，激發(fā)學(xué)生的思考；
③讓學(xué)習(xí)動起來并增強(qiáng)創(chuàng)新性；
④深度學(xué)習(xí)及有價值的實踐導(dǎo)向。
根據(jù)上述的理解，結(jié)合探究性物理實驗具有的設(shè)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(xué)生，已具備了初步科學(xué)探究的潛能，筆者認(rèn)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(xué)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(yīng)，探究性實驗活動要做好以下的定位。
1.立足基本技能的訓(xùn)練——探究活動的基礎(chǔ)
亞瑟·米勒（A.Miller）教授將科學(xué)探究能力包含的成分分為三類：一般的認(rèn)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(fù)測量來提高測量的可靠性）。他認(rèn)為第一種技能是不需要教的，它是所有孩子都擁有的認(rèn)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(xùn)練，首先要有嚴(yán)格的實驗室紀(jì)律，讓學(xué)生有安全意識，對人身、對儀器有保護(hù)意識。其次再培養(yǎng)使用不同的測量工具和設(shè)備。學(xué)生是實驗階段的主角，要給予鍛煉的機(jī)會。對測量工具和設(shè)備，主要依靠學(xué)生自己通過閱讀說明書，掌握操作方法和技術(shù)性能，而教師可給一些提示，學(xué)生互相之間可交流討論預(yù)習(xí)情況，一起適當(dāng)分析測量工具的設(shè)計思想。在學(xué)生預(yù)習(xí)好的情況下，“逼”學(xué)生動手，大膽操作。
針對探究的策略的訓(xùn)練，在實驗前，先讓學(xué)生集體討論交流各自的實驗方案，鼓勵學(xué)生發(fā)表見解；實驗過程中，要培養(yǎng)學(xué)生具備良好的習(xí)慣，例如，電學(xué)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(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進(jìn)行探索。例如，通過交流認(rèn)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(jìn)行探究式實驗教學(xué)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(xué)生對事物的興趣和理性思考。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，促進(jìn)學(xué)習(xí)過程的內(nèi)化，盡量采用開放式的探索方式。傳統(tǒng)的教學(xué)觀念側(cè)重于“去問題”教學(xué)（解決問題），而新的學(xué)習(xí)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(dá)成這樣的效果，要為學(xué)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(xué)生認(rèn)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(xué)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(xué)生本人進(jìn)行思考。
在探究性的活動中，教師作為指導(dǎo)者、協(xié)作者、參與者的角色出現(xiàn)。教師如何激發(fā)學(xué)生的思考？是探究成功與否的關(guān)鍵。作為指導(dǎo)者，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)問題情境，從實驗的設(shè)計思想、器材的選擇、操作過程等，讓學(xué)生有源于學(xué)生認(rèn)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(xué)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(xué)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(yīng)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(dǎo)學(xué)生探究、討論問題。
教學(xué)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(xué)生計算：U1=0.5V。
評價計算方法（學(xué)生：比例法計算最簡便）。
觀測（請學(xué)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(xué)生類推：U1=0.5V。
觀測（請學(xué)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(xué)知道讀數(shù)變小的原因？
大部分學(xué)生表情生動，卻說不出自己的看法；極個別學(xué)生有見解。
某學(xué)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(xué)生停頓片刻，無法回答。
討論引導(dǎo)：肯定由于電壓表接入引起的，要弄清原由，需要認(rèn)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(jìn)行研究的問題。學(xué)生提出自己對問題答案的推測，經(jīng)過教師與學(xué)生之間，學(xué)生與學(xué)生之間的討論，得出學(xué)生自己或小組對問題答案的預(yù)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(xué)片斷2：電壓表的逆向設(shè)計。
本節(jié)課中所探究的電壓表是學(xué)生常見的（J0408）型號的電壓表，上課時每兩個學(xué)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(shè)置問題串：
提問：表頭能測電壓嗎？能測多大（引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)問：表頭只能承受小電壓，要測量較大的電壓時，怎么辦？
引導(dǎo)學(xué)生設(shè)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(xué)生提出并達(dá)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(xué)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(shè)計？如何實現(xiàn)雙量程？
（對雙量程中兩個分壓電阻的設(shè)置上，肯定了一位學(xué)生有效利用分壓電阻的優(yōu)化重組設(shè)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(xué)生欣喜。）
點評：使用能夠直接對問題進(jìn)行調(diào)查研究的方法。
實驗中創(chuàng)設(shè)的問題情境，應(yīng)盡量做到“以疑激思”、“以疑誘思”，不斷為實驗創(chuàng)設(shè)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(xué)實踐表明，疑質(zhì)探究在于通過學(xué)生自己感受論證的思維過程，體驗發(fā)現(xiàn)的樂趣，幫助學(xué)生形成積極探索的精神，培養(yǎng)創(chuàng)新思維方法和科學(xué)精神。
（3）增加探索性實驗——探索活動的補(bǔ)充。
在實驗教學(xué)中，要盡量創(chuàng)造機(jī)會，方式方法很多，如讓學(xué)生改進(jìn)實驗、拆裝舊儀器；再如，中學(xué)物理實驗大部分是驗證性實驗，我們在教學(xué)中可以把一些驗證性的實驗變?yōu)樘剿餍缘膶嶒灒M量再現(xiàn)實驗的設(shè)計過程，讓學(xué)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(shè)計”，以此滲透物理思想，啟迪學(xué)生的思路。在“大氣壓的測定”一節(jié)教學(xué)中，如果把這一實驗改成探索性實驗，可引導(dǎo)學(xué)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(dāng)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(dá)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(jìn)行教學(xué)，有利于調(diào)動學(xué)生思維的積極性，激發(fā)靈感，產(chǎn)生頓悟；學(xué)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(yùn)用，也培養(yǎng)了自己的創(chuàng)新能力。
3.實踐導(dǎo)向
（1）開放實驗室——實驗與理論相結(jié)合。
學(xué)校創(chuàng)設(shè)專門的自學(xué)實驗室，給有興趣的學(xué)生提供實驗的條件，學(xué)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(xué)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(dǎo)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(xué)生心存疑問。那么就讓部分學(xué)生到實驗室測量單擺周期和其擺角的關(guān)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(xué)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(xué)生探索的熱情，繼而有學(xué)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(xué)生自己分析圖像，初步認(rèn)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(dǎo)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(xué)生通過該實驗探究體會到，單擺作為一個運(yùn)動模型，擺角和周期的關(guān)系并不是人為規(guī)定的，它可以通過科學(xué)實驗得到：在擺角足夠小時，周期和擺角可認(rèn)為無關(guān)，此時也可將單擺的運(yùn)動視為簡諧運(yùn)動，從而得到其周期公式；當(dāng)擺角太大時，便不能將其視為簡諧運(yùn)動，同時其周期也將和擺角有關(guān)，使學(xué)生對單擺形成科學(xué)有效的認(rèn)識，感受研究問題的科學(xué)方法。
（2）實驗活動與社會相結(jié)合。
創(chuàng)設(shè)學(xué)以致用的平臺，給學(xué)生原創(chuàng)性的研究機(jī)會。
如舉辦科技工程大賽，讓高一、二的學(xué)生有動手實踐。在工程大賽中，體驗各個環(huán)節(jié)：設(shè)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(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生感受科學(xué)探究，形成概念、認(rèn)識規(guī)律，建構(gòu)物理知識體系，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究；最后，要通過運(yùn)用、鞏固、深化物理知識，讓學(xué)生再次經(jīng)歷科學(xué)探究。
科學(xué)探究是科學(xué)家運(yùn)用一系列科學(xué)方法通過一定程序解決自然領(lǐng)域或科學(xué)問題的研究過程，其本質(zhì)是以科學(xué)態(tài)度揭示大自然奧妙并發(fā)現(xiàn)科學(xué)真理的思維方式?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究作為課程目標(biāo)與重要內(nèi)容，旨在使學(xué)生通過與科學(xué)家相似的研究過程，經(jīng)歷提出問題、猜想與假設(shè)、實驗設(shè)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(xué)態(tài)度，激勵積極主動的探索精神，提升標(biāo)新立異的創(chuàng)新能力。
一、感受科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境
1.感受科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)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(xué)過程中必須把相關(guān)的現(xiàn)象或過程展現(xiàn)出來，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個學(xué)習(xí)概念的環(huán)境。創(chuàng)設(shè)環(huán)境有運(yùn)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(shè)”等“科學(xué)探究”要素。例如，運(yùn)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(yùn)動起來。這時讓學(xué)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(xué)生相互交流，分析論證這是為什么。如此，通過科學(xué)探究，加深學(xué)生對看不見、摸不著的摩擦力的理解。
2.感受科學(xué)探究，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)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(xué)必須首先提供一個便于探索規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)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(xué)問題。例如，在導(dǎo)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(xué)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(jìn)一步啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)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(xué)探究，建構(gòu)物理知識體系
1.體驗科學(xué)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(rèn)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(yùn)動員舉起杠鈴，磁鐵吸引鐵釘?shù)瘸Ｒ姮F(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)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(xué)探究的更多要素。例如，電阻的概念首先引導(dǎo)學(xué)生回憶“什么叫導(dǎo)體？有哪些常見的導(dǎo)體？”之后，猜想“導(dǎo)體除了能夠?qū)щ?，對電流是否還有其他作用？”“要研究導(dǎo)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(yīng)使用哪些儀器與材料？如何設(shè)計實驗？”通過師生、生生互動制定實驗方案。在電源、開關(guān)、電流表、小燈泡串聯(lián)的電路中分別串入鉛筆芯與鎳鉻導(dǎo)線之后，引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)線對電流的阻礙作用比鉛筆芯大，得出在物理學(xué)中用電阻表示導(dǎo)體對電流阻礙作用大小的概念。
2.體驗科學(xué)探究，認(rèn)識物理規(guī)律探索。物理規(guī)律需要學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度和對科學(xué)探索的濃厚興趣經(jīng)歷科學(xué)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(shè)，設(shè)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(xué)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(xué)生充分體驗科學(xué)探究，在獲取知識的同時，實現(xiàn)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。
3.再次經(jīng)歷科學(xué)探究，運(yùn)用鞏固物理知識。要真正理解概念掌握規(guī)律，還需要在運(yùn)用物理知識的過程中再次經(jīng)歷科學(xué)探究，進(jìn)行鞏固、深化和強(qiáng)化。一是在運(yùn)用物理知識解決具體問題的過程中強(qiáng)化科學(xué)探究。二是在進(jìn)行實驗設(shè)計和儀器教具制作的過程中深化科學(xué)探究。三是在探索解決問題的思路、方法過程中活化科學(xué)探究。
中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)作為現(xiàn)代三大信息技術(shù)之一，廣泛應(yīng)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(shù)、機(jī)械電子等專業(yè)的一門實踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課。隨著計算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與應(yīng)用也飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)迫切需要改革創(chuàng)新。為此，針對我校傳感器實驗教學(xué)的現(xiàn)狀做一些有益的改革，旨在提高學(xué)生對傳感器原理及特性的理解并進(jìn)而達(dá)到設(shè)計和應(yīng)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(xué)的發(fā)展及需求
傳感器及智能儀器儀表自上個世紀(jì)60年代以來一直作為自動化、測控技術(shù)、機(jī)械電子等專業(yè)的一門專業(yè)課程，特別是進(jìn)入80年代后，國際上出現(xiàn)了“傳感器熱”：日本把傳感器技術(shù)列為80年代十大技術(shù)之首，美國把傳感器技術(shù)列為90年代的關(guān)鍵技術(shù)，我國把傳感器技術(shù)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(xué)納入到普通高級中學(xué)物理課程的教學(xué)體系中。由此可見，傳感器在當(dāng)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(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，而且傳感器實驗教學(xué)是整個教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個重要子系統(tǒng)，因此，加強(qiáng)傳感器實驗教學(xué)以適應(yīng)我國高等教育的任務(wù)――培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的需求。
2 傳感器實驗教學(xué)的現(xiàn)狀
長期以來，理論教學(xué)重于實驗教學(xué)的觀念根深蒂固，影響了傳感器教學(xué)的效果。傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)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(xué)的問題主要反映在以下幾個方面：
2.1教學(xué)中存在不重視實驗的傾向
實驗教學(xué)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(xùn)練技能相結(jié)合的過程。但是，對傳感器實驗教學(xué)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(xué)少有獨立的教學(xué)體系以及相應(yīng)的學(xué)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(xué)時與內(nèi)容的開設(shè)隨意性強(qiáng)，隨意削減實驗學(xué)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(xué)生對傳感器特性的理解及在傳感器應(yīng)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(shè)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(shù)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(shè)計性、綜合性要求，與工程實踐脫節(jié)嚴(yán)重。
2.3教學(xué)方式單調(diào)枯燥
傳統(tǒng)的傳感器實驗教學(xué)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(xué)生“按方抓藥”地操作。這使學(xué)生處于消極被動的地位，影響其學(xué)習(xí)主觀能動性的發(fā)揮，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的全面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。
2.4實驗經(jīng)費(fèi)投入不足
實驗室建設(shè)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(shè)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(shù)試驗臺就高達(dá)1.83萬元/臺。因此，在資金緊張的情況下，使得高校擴(kuò)招后由原來的一名學(xué)生一臺設(shè)備，改為2～3人一組，這樣在實驗過程中往往一個學(xué)生做，同組人旁觀，教學(xué)效果很不理想。
3 改革與探討
實驗教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對課堂所學(xué)理論知識的直觀認(rèn)識和拓展應(yīng)用，是學(xué)生理論聯(lián)系實際的重要途徑，它在培養(yǎng)學(xué)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(xué)必須從理論教學(xué)中解脫出來，實驗教學(xué)應(yīng)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(xué)改革，著力培養(yǎng)學(xué)生動手能力
為推進(jìn)我國全面的素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力，根據(jù)傳感器實驗教學(xué)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(xué)進(jìn)行全面改革：從本科培養(yǎng)計劃的約束，到實際實驗教學(xué)的實施；從教師的教學(xué)觀念，到學(xué)生的實驗的目的等各方面都要充分認(rèn)識到傳感器實驗在傳感器教學(xué)中的重要性，在實際實驗教學(xué)中不斷培養(yǎng)學(xué)生獨立的操作動手能力。
總體上說，注重引導(dǎo)，加強(qiáng)實驗考核，使學(xué)生普遍對實驗重視程度提高，能主動預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實驗，甚至帶著問題進(jìn)實驗室，學(xué)生的動手能力明顯增強(qiáng)。
3.2切實加強(qiáng)傳感器實驗室基礎(chǔ)建設(shè)和科學(xué)管理制度
實驗器材是開展實驗教學(xué)活動的基礎(chǔ)平臺，雖然傳感器實驗器材價格相對較貴，但也應(yīng)逐漸增加傳感器實驗室經(jīng)費(fèi)的投入，除了確保正常的教學(xué)實驗所需各項經(jīng)費(fèi)外，還要投入一定經(jīng)費(fèi)改進(jìn)和完善現(xiàn)有儀器設(shè)備。同時，還要加強(qiáng)實驗室科學(xué)管理制度的建設(shè)，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(dān)任實驗的教學(xué)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(yán)重影響實驗教學(xué)的開展。因此，傳感器實驗室要根據(jù)本學(xué)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(xué)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(xué)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(shè)，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(chǔ)上編寫的講義，缺乏規(guī)范性、普適性。根據(jù)高校實驗教學(xué)改革和本學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀更新充實實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)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(xué)的內(nèi)容及方法
3.4.1實驗教學(xué)內(nèi)容的改革
為了突出實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識、工程實踐能力，使學(xué)生“消化理論、發(fā)展能力”我們對該課程的實驗內(nèi)容進(jìn)行了較大改革：一方面保留了一些基礎(chǔ)驗證性實驗，如電阻應(yīng)變、電渦流位移特性、光纖傳感器位移特性實驗等，使學(xué)生通過這些實驗，理解傳感器的基木原理和特性，消化教學(xué)內(nèi)容；另一方面開設(shè)一些設(shè)計性實驗，如我們利用電阻應(yīng)變片設(shè)計了數(shù)字電子秤，以及結(jié)合單片機(jī)知識設(shè)計出自動避障小車和全自動洗衣機(jī)控制器等，通過學(xué)生自己制作出一些小產(chǎn)品模型，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到課堂中學(xué)過的傳感器在其中的限位、距離檢測等作用。在教學(xué)過程中除了要求學(xué)生寫出實驗報告外還要求撰寫設(shè)計論文，這樣更能夠?qū)⒃O(shè)計思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來，同時還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來撰寫科技論文奠定基礎(chǔ)。
3.4.2實驗教學(xué)方法的改革
實驗課是驗證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動手能力的重要環(huán)節(jié)。在實驗指導(dǎo)的方法上,我們進(jìn)行了一些改革探索，在實驗指導(dǎo)過程中,注意因材施教,采用啟發(fā)式教學(xué)方法,提示學(xué)生是否有更好的改進(jìn)方法等等。如電阻應(yīng)變實驗中對電子秤標(biāo)定時反復(fù)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(fù)調(diào)節(jié)最終是可以達(dá)到要求，當(dāng)學(xué)生反復(fù)調(diào)節(jié)幾次沒達(dá)到預(yù)期要求時可能不耐煩了，這時提示學(xué)生根據(jù)電阻應(yīng)變式傳感器的測力原理及輸入輸出特性――線性關(guān)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(guān)系中的斜率、Rw4起零點參考電壓調(diào)節(jié)――線性關(guān)系中的初始值的作用，經(jīng)過這樣比較對應(yīng)后，很快可以得出這樣的快速調(diào)節(jié)方法：當(dāng)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(xué)方法改革,我們認(rèn)識到如果在每次實驗指導(dǎo)中都能夠采用啟發(fā)式的方法啟迪學(xué)生，發(fā)展學(xué)生的發(fā)散思維能力，那么一定能使學(xué)生舉一反三，達(dá)到學(xué)以致用的目的，同時還可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣。
3.5建立科學(xué)的實驗考核方案
成績評定方式對于實驗教學(xué)十分重要，它是這次傳感器實驗教學(xué)改革實施的總體指揮棒。學(xué)生最關(guān)心的就是成績，我們要充分利用這一法寶設(shè)計較為合理的考核方案，既能達(dá)到考察的目的，同時使學(xué)生通過試驗不僅能很好理解理論知識，還可以培養(yǎng)學(xué)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(yīng)用所學(xué)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(chǔ)上，采用兩種結(jié)果驗收相結(jié)合的形式，一種形式是當(dāng)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(yīng)的改進(jìn)措施和仿真），這種方式是學(xué)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(shè)計論文，相對與前者，這種形式更能夠?qū)⒃O(shè)計思想、方案論證、技術(shù)路線等一些列創(chuàng)造性工作反映出來，同時還可鍛煉學(xué)生的總結(jié)能力，為將來撰寫科技論文奠定基礎(chǔ)。學(xué)生的最終實驗成績是這兩部分成績的綜合。
4 結(jié)束語
關(guān)于傳感器實驗課教學(xué)改革涉及面廣，環(huán)節(jié)多，是個比較復(fù)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(xué)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(zhǔn)備、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、細(xì)致的操作和靈活的思維。每一次實驗的完成，不僅要讓學(xué)生的實驗?zāi)芰Φ玫匠浞值挠?xùn)練和提高，更重要的是要激發(fā)學(xué)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(xiàn)：
現(xiàn)行高中物理教材中有三個學(xué)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(xué)設(shè)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(xué)生分組實驗又沒有實際的指導(dǎo)，學(xué)生感到無從下手。學(xué)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(xué)生的這兩點疑問談?wù)勛约悍椒ā?/p>
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(guān)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(guān)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(dǎo)線AC，滑動變阻器只有一部分是有效的；后者有導(dǎo)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(guān)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(yīng)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(jìn)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(dāng)k很大時，曲線接近水平直線，對應(yīng)的物理含義是當(dāng)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(dāng)k很小時，曲線非常彎曲，對應(yīng)的物理含義是當(dāng)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(dāng)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(guān)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(jìn)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(dāng)k很小時，曲線非常彎曲，也就是說，出現(xiàn)與圖三中當(dāng)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(dāng)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(dāng)時，特性曲線的線性程度已經(jīng)相當(dāng)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(yuǎn)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(yīng)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(xiàn)】
［1］楊述武，趙立竹，沈國士主編．《普通物理實驗（電磁學(xué)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(xué)物理教學(xué)參考．2003年第6期
一、高中物理實驗教學(xué)存在的問題
目前在應(yīng)試教育的影響下，物理實驗教學(xué)難以發(fā)揮它應(yīng)有的作用。許多教師很少做實驗，不愿花時間從事實驗教學(xué)，實驗只被作為收集數(shù)據(jù)，驗證理論，應(yīng)付考試的工具。學(xué)生實驗形成了教師講，學(xué)生做，教師示范，學(xué)生模仿的教學(xué)，學(xué)生成為被動的接受者，以至于學(xué)生很少提出問題。沒有養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度，沒有學(xué)會解決問題的科學(xué)方法，學(xué)生的主體地位遠(yuǎn)沒有得到重視，學(xué)生缺乏主動探究的欲望和熱情，忽視了實驗對學(xué)生科學(xué)思維方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新課標(biāo)指出高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與，樂于探究，勇于實驗，勤于思考。通過多樣的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識和技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，因此，高中物理實驗教學(xué)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(xué)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(xué)態(tài)度，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和主體性的發(fā)揮。強(qiáng)調(diào)通過實驗探究提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，已成為當(dāng)前實驗教學(xué)改革的主要方向。
二、強(qiáng)化新課程理念，改革實驗教學(xué)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(yīng)用型實驗，可使學(xué)生親身感受到物理實驗的實用價值，能強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動機(jī)。教師應(yīng)成為勇于進(jìn)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(shè)計，對學(xué)生都有很強(qiáng)的感染力，會不知不覺在學(xué)生心里播下創(chuàng)造的種子。具體做法：進(jìn)一步加強(qiáng)了對學(xué)生實驗興趣的培養(yǎng)。物理學(xué)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(dǎo)，二要靠學(xué)生親身到實驗中去激發(fā)。教師要善于把握實驗的科學(xué)性，挖掘?qū)嶒灥娜の缎?，制定切實可行的督促、檢查方案，或展示、或競賽、或討論，使學(xué)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(yáng)和鼓勵，這對提高學(xué)生的實驗興趣很有幫助；物理實驗教學(xué)中，既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要突出學(xué)生的主體地位，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，使學(xué)生積極主動的參與實驗。課本讓學(xué)生看，實驗讓學(xué)生做，思路讓學(xué)生想，疑難讓學(xué)生議，錯誤讓學(xué)生析，并且多給學(xué)生提供獨立設(shè)計實驗的訓(xùn)練機(jī)會，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的探索潛能，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)造能力。
三、探索實驗原理，發(fā)展科學(xué)思維素質(zhì)
學(xué)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(xué)的首要位置，才會使物理實驗教學(xué)“活”起來。若能在教師有目的的引導(dǎo)下，對實驗原理進(jìn)行挖掘和探索，將能有效地培養(yǎng)學(xué)生按科學(xué)方法思考解決問題的習(xí)慣，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維素質(zhì)。在基本實驗教學(xué)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(xué)生實驗設(shè)計能力的一個關(guān)鍵。（2）對常用的物理儀器要熟練使用，這是實驗的基礎(chǔ)，是實驗的工具。常見的實驗儀器有以下十三種：刻度尺、游標(biāo)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(xué)生普遍感到很突然。我們可以這樣做，先讓學(xué)生自己設(shè)計一種測電流表內(nèi)阻的方法，然后對學(xué)生中使用最普遍的兩種方法進(jìn)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(zhǔn)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(xué)生對靈敏電流計的作用不甚清楚，其實靈敏電流計不能準(zhǔn)確的測量電流強(qiáng)度，只能作為檢流計，既然電流強(qiáng)度的準(zhǔn)確值不知道，自然也就無法求出電流計內(nèi)阻Rg的準(zhǔn)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(guān)系引導(dǎo)學(xué)生得出半偏法已是水到渠成。
四、營造主動探究的氛圍，強(qiáng)化學(xué)生參與意識
新課程的實驗課是要學(xué)生通過實驗來學(xué)到知識，訓(xùn)練技能，并經(jīng)歷一個科學(xué)探究的過程。教師在課堂教學(xué)中起著主導(dǎo)作用，而一堂課中教師的情感投入往往影響著每個學(xué)生的情感投入。教師能否營造一個和諧民主的教學(xué)氛圍是能否讓學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生出發(fā)，有和善的語言，溫文爾雅的教態(tài)去創(chuàng)設(shè)這個環(huán)境。民主、有序的學(xué)習(xí)環(huán)境有利于激發(fā)學(xué)生主動探究的欲望，教師要有與人為善的教態(tài)，尊重學(xué)生、鼓勵學(xué)生發(fā)表獨立的見解。實驗課中學(xué)生的“哇”、“喔”等聲音，是學(xué)生最真切的情感體現(xiàn)。
當(dāng)然，在物理實驗的教學(xué)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(jìn)一步的研究與探索，我們將在不斷的反思中，不斷地改進(jìn)、不斷地總結(jié)經(jīng)驗，使物理實驗的教學(xué)改革工作不斷地深入，不斷地完善。
[參考文獻(xiàn)]
中圖分類號：TU857文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
一、前言
當(dāng)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(fù)擔(dān)；檢驗儀器頻繁交替使用，容易發(fā)生遺失；單項檢驗準(zhǔn)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(dǎo)致單項無法檢驗。
⑶儀器不便于維護(hù)。檢驗儀器平時的維護(hù)工作繁重，例如：更換電池、校準(zhǔn)儀器等；后勤維護(hù)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(fèi)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(yùn)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(guān)電梯檢驗的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)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(shù)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(shù)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(lán)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(jī)軟件進(jìn)行通信；
主板預(yù)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(yù)留SD/TF存儲卡接口；
主板預(yù)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(hù)；
內(nèi)置電池倉；
外殼需做止滑處理；
菲尼爾透鏡需有保護(hù)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(shè)計；
三、測試儀樣機(jī)
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(shù)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(shù)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(lán)牙無線通訊模塊，預(yù)留Micro USB接口做為數(shù)據(jù)傳輸、充電接口；
測試儀樣機(jī)工作流程圖及樣機(jī)，見圖2、圖3。
圖2 測試儀工作流程圖
圖3 測試儀樣機(jī)
四、樣機(jī)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(jī)實際測試報告，
3測試報告分析
（1）該藍(lán)牙設(shè)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(shè)計指標(biāo)，判定產(chǎn)品研發(fā)成功，設(shè)備外觀經(jīng)過修改完全符合設(shè)計要求，外觀設(shè)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(shè)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(zhǔn)，并不用擔(dān)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(jìn)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(guān)鍵的是，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，易保存，實時查詢，方便管理等優(yōu)點 。
參考文獻(xiàn)：
［1］GB/T 3785.1-2010電聲學(xué) 聲級計 第1部分：規(guī)范
［2］SJ/T 10423-1993聲級計通用技術(shù)條件；
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)與物理教學(xué)整合的重要基礎(chǔ)。數(shù)字化實驗室的設(shè)備主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)、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(chǔ)，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(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖線分析，借助計算機(jī)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(qiáng)傳感器、磁感應(yīng)強(qiáng)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(jī)實時數(shù)據(jù)采集和基于計算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的計算機(jī)建模和圖像分析等技術(shù)是開展物理探究教學(xué)的兩大技術(shù)支撐。
下面列舉兩個筆者在初中物理教學(xué)中利用DIS數(shù)字化系統(tǒng)的實驗創(chuàng)新教學(xué)實例。
案例1 探究電流與電壓的關(guān)系
傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生進(jìn)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(yīng)的電流值，再在坐標(biāo)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(xué)生既要設(shè)計實驗方案，包括設(shè)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(guān)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(xué)生使電壓成整數(shù)倍變化，這樣做的結(jié)果是學(xué)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(xué)生就需要更多時間來進(jìn)行更多次的實驗，一節(jié)課的內(nèi)容又很難完成。
應(yīng)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(jìn)電路進(jìn)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(jī)，進(jìn)入數(shù)字化信息系統(tǒng)軟件，新建實驗，設(shè)置電阻的電流-電壓關(guān)系圖線。
4.閉合開關(guān)，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(jī)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(guān)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(xué)，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(xué)手段更多樣，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的更好達(dá)成。使用數(shù)字傳感器的好處一是時間短，通過設(shè)置，每隔0.1 s就會有一組電壓電流數(shù)據(jù)對應(yīng)的點描繪在坐標(biāo)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(shè)置磁場強(qiáng)度-時間圖線，時間設(shè)置為1 min，時間間隔設(shè)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(fù)，測出磁場強(qiáng)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(yīng)用磁感應(yīng)傳感器可以使學(xué)生明顯地觀察到電磁鐵周圍磁場強(qiáng)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(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)二十一世紀(jì)具有高素質(zhì)的創(chuàng)新精神和能力的建設(shè)者和接班人，是學(xué)校教育的最高目標(biāo)，作為教育工作者應(yīng)實現(xiàn)由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生全面發(fā)展。
一、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力
精心創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。興趣是激發(fā)學(xué)生思維能力的重要因素，它能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，主動性，探究性，使學(xué)生以一個被動的知識接受者，變成一個主動的參與教學(xué)活動的合作者。教師必須精心備課，對所設(shè)置的教學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)生帶著這些問題去學(xué)習(xí)，會產(chǎn)生興趣，達(dá)到一定的效果。
基礎(chǔ)知識，基本技能是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的前提條件，首先在教學(xué)中要狠抓“雙基”的落實，讓學(xué)生學(xué)透知識，練實知識，用活知識。用基本的科學(xué)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(xué)注重解決問題的唯一性。這樣不利于培養(yǎng)學(xué)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(xí)題教學(xué)中要加強(qiáng)一題多問，一題多解，一題多變，多題同解等形式的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)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(dǎo)電性等知識,同學(xué)們得出了10多種方法,并用實驗加以證明，開闊了學(xué)生的思路，在教學(xué)中還要培養(yǎng)學(xué)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(dāng)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(xué)生會認(rèn)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(xùn)練和解題的指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)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(xué)生的觀察能力和問題意識
科學(xué)實驗離不開觀察，觀察是科學(xué)研究的最基本方法，是創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)，每個科學(xué)實驗都有其明確的實驗?zāi)繕?biāo)。因此，在實驗教學(xué)中，對每個實驗教師首先要讓學(xué)生明確為什么觀察和觀察什么?使學(xué)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(xué)生觀察水在沸騰前后實驗現(xiàn)象。實驗后有的學(xué)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(yīng)的問題。又如，在研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)時，指導(dǎo)學(xué)生觀察：當(dāng)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(qiáng)的規(guī)律。使學(xué)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(xué)中，學(xué)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(yīng)幫助學(xué)生學(xué)會觀察，鼓勵學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上提出問題，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識。在平時的教學(xué)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(xué)研究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)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(xué)知識的理解、掌握，這樣不利于充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。為此，在教學(xué)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(xué)生的動手機(jī)會，培養(yǎng)他們的實踐能力，例如，探索電流與電壓、電阻的關(guān)系時，讓學(xué)生按照探究的過程進(jìn)行，在實驗中強(qiáng)化用控制變量法探究，在這個實驗中，最難的是電路的設(shè)計，教師可采用讓學(xué)生獨立設(shè)計——小組討論合作——各組討論交流——師生共同補(bǔ)充。整合完成設(shè)計的方法，讓學(xué)生在原有能力的基礎(chǔ)上相互學(xué)習(xí)取長補(bǔ)短。培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，動手實驗?zāi)芰?，?yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)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(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析原因，培養(yǎng)學(xué)生的實事求是的科學(xué)態(tài)度。
加強(qiáng)實驗設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識，開始時，可先讓學(xué)生設(shè)計一些簡單的實驗。如，用2只開關(guān)控制一個燈泡，并且閉合任一只開關(guān)都能使燈泡發(fā)光等，在這樣的基礎(chǔ)上教師可采取少給器材，設(shè)置故障電路，把儀器調(diào)亂，讓學(xué)生設(shè)計實驗方案，解釋實驗中出現(xiàn)的問題，分析實驗誤差，改進(jìn)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(shè)計實驗，然后教師再深入引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)和啟發(fā)，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。
