設(shè)計性實驗在實驗教學中的地位和作用

封利君,王方連（佛山科學技術(shù)學院,廣東　佛山　528000）

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設(shè)計性實驗在實驗教學中的地位和作用

封利君,王方連
（佛山科學技術(shù)學院,廣東佛山528000）

摘 要：實驗包括驗證性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗等，驗證性實驗旨在加深學生對課堂基礎(chǔ)知識的理解，而設(shè)計性實驗對提高學生的設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力有著極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：設(shè)計性實驗；驗證性實驗；集成運放

0　引言

實驗教學是通過觀察和實驗進行知識學習、技能訓(xùn)練、實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的教學形式。其主要目的是讓學生在獲取或鞏固理論知識的過程中，掌握和利用實驗手段發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力和實踐操作能力，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新精神。

在長期的實踐教學中，我發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，大多的驗證性實驗并沒人給學生留下很深的印象，學生僅僅是將它當作一項“任務(wù)”去完成，而設(shè)計性實驗則完全不同，學生的興趣濃厚，會主動地去查閱一些相關(guān)資料，進行方案的選擇與設(shè)計，主動來實驗室的人多了，一些學生連下課后都不愿意離去。疑慮、喜悅交織在孩子們的臉上、卻深深地印在我的腦海中。通過與學生的交談，他們表示，通過這種設(shè)計性實驗，才真正理解所學相關(guān)知識的用途和作用，從而激發(fā)了他們對相關(guān)知識的學習興趣和動力。

在學到集成運算放大器的理論知識后，我們開設(shè)了相關(guān)的基礎(chǔ)性實驗和設(shè)計性實驗，在做集成運放的加、減法運算、積分運算、微分運算等基礎(chǔ)性實驗中，學生往往是按實驗指導(dǎo)書的實驗線路圖接好、驗證、走人，大家都沒問題，很少有人去思考“為什么”？但在隨后開設(shè)的設(shè)計性實驗時，情形則完全不同。我們要求學生用集成運放和實驗室中現(xiàn)有的毫安表表頭設(shè)計一個電子溫度計，這時各種各樣的問題都出現(xiàn)了，“集成運放還有這用途？”“電流表不是測電流的嗎，怎么還能測溫？”帶著種種疑問，學生們會開始在圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查閱各種相關(guān)資料，一有時間就來實驗室進行相關(guān)實驗，這也是一種學習啊，而且是主動性的學習！

下面是一個學生的部分實驗報告

集成運放實際上是一個高增益的多級直接耦合放大器，由于它通用性強，有“萬用半導(dǎo)體器件”之稱，目前已廣泛應(yīng)用于檢測控制、儀表的通信等諸多領(lǐng)域。

集成運放的應(yīng)用------溫度檢測

溫度檢測的原理圖見圖1，方框圖見圖2

1　特點

它具有測溫范圍寬（-50～+50℃）、精度高的特點

2　原理

圖中二極管V1為溫度傳感器，將它的集電極和基極短接，接成二極管，由于二極管PN結(jié)的正向電壓的大小隨溫度而變化，所以ui的大小可反映被測溫度的高低；當然PN結(jié)的電壓ui通常很小，它無法直接驅(qū)動后續(xù)的指示儀表，為此，由集成運放A1組成放大電路對ui進行放大，由A2組成的顯示電路來顯示溫度的高低。

3　分析

（1）溫度轉(zhuǎn)換 二極管V1由9V直流電源通過R1使其正向偏置，其正向電壓隨溫度的升高而下降，其規(guī)律是溫度升高1℃，ui下降2.5mV

（2）放大電路 由集成運放A1構(gòu)成同相輸入放大電路,其電壓放大倍數(shù)Au1=1+R4/R3將輸入信號ui放大

（3）溫度顯示電路。由集成運放A2構(gòu)成反向輸入放大電路,用滿量程為1mA的電流表A指示被測溫度,圖中的R5和Rp用作調(diào)節(jié).其測量范圍為-50～+50℃,調(diào)節(jié)Rp使電流表的分度值為0.01mA/℃,即溫度變化1℃對應(yīng)電流表的電流變化0.01mA。其具體調(diào)節(jié)可這樣進行:當溫度為-50℃時,調(diào)節(jié)Rp使I5= I6,則IA=0,即電流表的零刻度處刻為-50℃,當溫度升高時, ui減少, I5亦相應(yīng)減少,而I6不變,根據(jù)基爾霍夫電流定律知IA增大電流表指針偏轉(zhuǎn)角增大,且偏轉(zhuǎn)角與溫度成線性變化,這樣被測溫度的高低與電流表的刻度一一對應(yīng)。例如電流表電流為0.5mA的刻度線對應(yīng)溫度為0℃,1mA刻度線對應(yīng)溫度為50℃等,當被測溫度低于-50℃時, IA電流方向相反,使二極管截止,電流表不指示,避免電流表指針反偏打彎。

我永遠也忘不了，當學生發(fā)現(xiàn)用他自制的溫度計測試的溫度與標準溫度計測試的溫度相差無幾時，那種激動、興奮的表情，他說：“老師，我想利用集成運放的非線性特性做一個溫控器。”顯然，他對集成運放的理解已不再是停留在原有層面上，這種設(shè)計性實驗?zāi)軌蚧钴S學生的思維、激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)造欲，對提高學生的設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力有著極其重要的作用。

參考文獻：

[1]吳俊明.高校實驗室環(huán)境建設(shè)與管理問題[J].實驗技術(shù)與管理,2013(04):46-47.

[2]李紅艷.改善實驗室環(huán)境，營造育人的良好氛圍[J].實驗技術(shù)與管理,2012(08):56-57.

作者簡介：封利君（1966-）,女,實驗師。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.189