物理学实验设计论文范文第1篇
摘要：针对高等农林院校不同专业特点，在教学内容、教学方法与专业的结合上做了有益的尝试，提出了物理化学与专业结合的教学模式。在现有“课堂教学+学生讨论+实践环节”的“三段式”教学方法的基础上，尝试“问题教学+参与式教学”方法。教学实践表明，这种教学模式激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创新性能力，深化了教学内容，提高了物理化学课程的教学质量和水平。
关键词：高等农林院校；物理化学；教学模式；专业特点
物理化学是高等农林院校在应用化学、资源环境科学、环境科学、食品工程、食品安全、制药工程、林产化工、生物科学、生物技术、生物工程等专业开设的一门必修课，是物理学与化学最早相互渗透的一门交叉边缘学科，被称为“化学的灵魂”。该课程不仅对培养学生创造性思维能力和创新能力、提高学生素质有极其重要的作用，而且有助于学生树立正确的自然观、掌握科学方法论。然而众所周知，物理化学是化学课程中基础的基础，较抽象，教学有一定难度。农林院校的学生对这门课更是望而生畏，因此，我们应让基本原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，以此提高创新能力。因此，近年来，我们结合农林院校开设物理化学课程的各个专业的学科特点，在教学内容安排、教学方法等方面始终与学生所学的专业结合，提出了物理化学与专业结合的教学模式。
一、教学内容与专业特色紧密结合
在课堂教学中，设计好教学内容比制作PPT课件更重要，不应让“死”的公式和概念充斥课堂，而应让原理在科学研究和实际应用的实例中展现其活力，培育兴趣，提高创新能力。因此，我们在教学内容上，坚持做到“传统物理化学”与“应用物理化学”的有机统一。在对各专业学生的教学过程中，坚持将物理化学的基本理论和基本知识系统地介绍给学生，培养学生的科学素养。在此基础上，紧密结合专业实际、生产实际和生活实际，查阅大量物理化学在各专业领域应用的实例，如将热化学、多组分体系热力学、相平衡、电化学、表面与胶体化学等内容以专题的形式进行讲授，增加反映学科前沿与研究热点的专题内容，并根据专业方向进行专题辅导。如针对应用化学专业学生，物理化学是一门专业主干课，教学时数较多，物理化学基本理论应该是课程的重点教学内容，但其专业特色又偏重于“应用”二字，所以在做好基本理论教学的同时，重点介绍传统物理化学与其他学科专业之间结合所派生出的一些交叉学科及其应用，如生物物理化学、地球物理化学、土壤物理化学等；同时举一些“闪光点”说明物理化学基本原理在现代技术中
发挥的巨大作用，如物理化学在合成化学和新材料的制备、现代分离技术、新能源技术等现代技术中的作用；同样，在我们周围生活中，物理化学原理也无处不在，如2008年我国南方地区遭受的大面积冻雨灾害的冻雨形成的原理，人体肾功能即反渗透功能，人工降雨、洗涤、矿物浮选、纺织品印染的渗透、油田的二次采油等原理，结合这些“小问题”可以使书本上的理论变得生动而容易理解，培养学生的物理化学视角。对于生物类和制药学等专业，在学生学习物理化学基本理论和基础知识的基础上，以热力学、电化学、动力学、胶体与表面化学的应用为教学重点，如现代生物科学与物理化学学科交叉与融合而发展起来的，在21世纪已经成为热门研究内容的生物热力学、生物电化学，药物及材料分子设计方法简论、表面活性剂的应用、微乳液的应用等。对农业资源环境专业，以电化学、动力学、表面与胶体化学为教学侧重点，着眼于让学生了解如何解决环境资源合理利用与环境保护问题，如讲授相平衡知识時，以专题讲座的形式介绍超临界流体在废弃物的合理利用问题、土壤和水体污染的治理问题等的应用及进展；吸附剂和絮凝剂的研究进展；电化学在环境污染治理中的应用、电有机合成、纳米电化学、燃料电池、锂离子电池等新能源技术等。食品科学与食品安全专业，介绍食品科学中的物理化学方法，如热分析在测定食品热值中的应用，化学动力学在食品保鲜保质期测定方面的应用，胶体化学原理在食品加工中的应用等等。
二、与专业结合的绿色化实验教学
实验教学是课程三段式教学中理论知识的具体验证与应用。在实验教学环节中，又分三个教学层次来进行，即实验技术讲座、基础理论验证性实验和运用物理化学知识解决实际问题的综合性实验三部分。在实验技术讲座的基础上，根据专业学时不同，安排8个或10个涉及热力学、电化学、化学动力学、表面化学与胶体化学等各方面理论知识最典型最具代表性的验证性实验，同时注重实验过程的绿色化，如凝固点降低实验中的苯和萘更换为水和尿素，双液系中的苯更换为环己烷，溶胶性质中的三硫化二砷负胶更换为粘土。在验证性实验训练的基础上，根据实验室条件、不同专业、不同实验学时数，选取一些与专业有关的研究性、应用性实验项目，让学生综合运用物理化学课程学习及查阅文献资料获得的知识，自行进行实验设计，完成实验内容，分析实验结果，撰写实验报告。如针对应用化学专业学生，结合每位教师的科研工作，提出了与生产相关的4个综合性实验项目：果醋总酸度的测定、果胶酶对果汁黏度的影响、维生素C氧化速率的测定和大孔树脂对色素吸附速率测定；对于资源环境科学及环境科学专业学生，主要结合环境问题，提出了表面活性剂临界胶束浓度测定和活性炭对水体中有机污染物的吸附性能测定实验项目。另外对于同一实验，针对不同专业，采用与其专业相关的不同实验材料，如电导滴定实验，对葡萄酒专业，让学生测定葡萄酒的总酸度；而对食品类专业，测定食醋的总酸度；对于资源环境专业，测定土壤的阳离子代换量及不同水体的电导率，这些实验内容同样体现了绿色化的内涵，而且实验内容也趣味化。
三、教学方法中突显物理化学在各专业中的地位
教学方法改革是影响人才培养模式改革的关键环节之一。教学方法不仅影响学生完成学习任务的“程度”，也是影响教学质量“方向”的一个重要因素。因此，为了帮助学生在本质上理解化学变化，从理论上解释化学现象，在实践中利用物理化学的基本理论、基本知识和基本方法解决实际问题。在课程教学过程中，以“三段式”教学方法为基础，围绕创新教育的战略，研究“问题教学+参与式教学”法，以充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，实现创新教育。
物理学实验设计论文范文第2篇
摘要：本文针对传统汽车线束设计开发中存在的问题，介绍了CHS软件的主要功能模块以及基于CHS软件的线束设计开发流程。同时说明了基于CHS软件的线束设计方法在汽车领域的重要意义。
关键词：CHS;线束;设计流程
1 引言
线束为汽车的神经网络系统，是汽车系统组成中重要且不可或缺的部分。目前国内汽车线束设计主要应用AutoCAD、ProE、uc和Catia等机械软件完成，主要存在以下问题：
（1）二维设计与三维设计脱节
使用以上软件进行线束设计，各系统的电气属性关联，与三维软件的设计不能有效结合，无法通过接口将接线图中的信息传至三维环境中进行自动布线，无法生成与真实线束几何尺寸相同的实体，无法协调电缆和线束通道，达到合理的总体布置效果。
（2）设计与仿真脱节
机械的软件（如AutoCAD）与系统仿真软件没有数据接口，完成的设计没有电气属性，无法进行仿真分析，造成设计流程中仿真分析与设计脱节，电气系统性能验证只能通过实验室物理验证、试飞验证和外场考核验证三种方式来完成，造成人力、物力和经费的巨大浪费。
（3）自动化程度不高，效率低下
机械软件（如AutoCAD）没有计算、统计和数据关联功能，不能自动进行电气规则、机械属性匹配等检查，无法自动生成相关图样的明细表、导线表，设计员统计、协调的工作量很大而且容易出错，以致工作需要重复多次，效率低下;
（4）缺乏统一的数据管理
纯机械软件没有数据库的概念，与PDM的数据交联也仅限于设计图样的保存，而不涉及电气属性，没有电气元器件库、电气标准件库、电气器材库、设计特征库等内容。车型配置丰富或设计更改时，由于缺乏有效的数据管理，往往出现设计或更改遗漏，导致数据不一致等问题，不能保证设计或更改的完备性。
针对以上问题，国内外各个汽车厂商陆续采用专用化的线束设计软件进行线束设计，提高线束的设计水平。Mentor Grahpics公司的CHS（Capital Harness System）软件作为设计平台拥有先进的设计方案及合理人性化的设计流程，非常适合汽车线束设计工作。
2 CHS特征及应用情况
CHS（Capifal Harness System）线束设计软件涵盖了电气原理到线束工程化设计，直至最后生产制造的整个流程。CHS为整个设计流程提供了请打的数据管理功能，接线图设计数据域线束图同步，自动生成线束图的接线表，设计数据高度重复，避免了传统设计过程中的大量重复操作和人工操作，减轻设计人员的工作量，提高设计效率和准确性。其与线束三维布置设计通信，实现机械和电气一体化设计。
CHS线束设计软件特点如下：
基于以数据为中心（data-centric）的思想，支持广泛使用的Oracle数据库，整个流程中所有的数据实施统一管理，可以被各个阶段的设计软件访问;
先进的线束设计理念如复合设计（设计派生、选项）、模块化没计等;
支持全面的数据管理，提供数据、项目、器件库、用户等管理功能;
支持功能强大的仿真和分析;
支持与主流MCAD、PDM软件的连;
Mentor公司的CHS软件在国内外汽车领域有广泛的用户群。欧洲、美国和日本（一部分）的主流汽车厂商和线束厂商全部采用CHS的设计软件做线束设计，包括标致雪铁龙、福特、马自达、捷豹、现代汽车、沃尔沃、路虎、AFL、Delphi、Lear、Yazaki、Sumitomo等。国为汽车设计厂商使用CHS软件主要包括：长春一汽轿车股份有限公司、长春一汽设计研究院;奇瑞汽车、东风标致雪铁龙、长安汽车，Lear中国线束厂、Delphi中国线束厂等。
3 CHS模块介绍
CHS主要包括基础管理模块（数据库管理）和设计工具模块。其中基础管理模块包括Capital Project、 Capital Symhol、 Capital Lihrary、 Capital User，設计工具模块包括Capital Logic、Capilal HarnessXC、 CHS CATIA V5 Bridge和Capital Report。
3.1 Capital Project（项目管理）
Capital Project是CHS的项目管理工具，主要用来设定项目的各种参数和管理设计，比如图纸参数设定、发布等级设定、设计规则设定、命名规则设定，对象名称属性设定、图纸变更策略、共享对象设定和图纸版本管理。
3.2 Capital Symbol（符号库管理）
Capnal Symhol是原理图和线束图的图形符号的建库工具，在Capital Symhol中可以建立不同类型的符号，定义电气管脚号和外形，建立完成后可供原理图、接线图和线束图调用。
3.3 Capital Library（库管理）
Capital Lihrary是Part Numher建立工具，用来创建电气设计中所用到的所有器件的PartNumher，并且该软件为不同类型器件（Connector/wire/splice/clip/tube等）事先分类，并日.拥有不同类型的特性描述，比如连接器可定义孔位数、所用端子、适用导线、匹配插座（插头）等，导线可定义线色、材料、规格、CSA等。
3.4 Capital User（用户管理）
Capital LTser是CHS的用户管理工具，CHS软件的登陆是需要用户名和密码的，每个设计师和管理者都拥有自己的帐户和密码，并且有自己所属的域和所具有的权限，Capital User就是用来建立和管理这些帐户。
3.5 Capital Logic（原理，接线图设计）
Capital Logic是一个易学易用的基于电气特性的专业原理图/接线图设计工具，设计中的任何电气对象（导线、连接器、设备）都是可以被软件识别的，能够对所有电气对象指定Pan Numher，支持高级自动命名功能。
树状目录结构，浏览查询方便，可直接调用CapiIal Symhol中建立的符号库进行绘图，可用快捷键对设计内对象进行快速定位和缩放，支持鼠标缩放、平移，笔划命令，操作简单、快捷。
3.6 Capital HarnessXC（线束图设计）
Capital HarnessXC是一个功能完善的线束设计工具，能够从接线图获取连接器管脚互连信息和导线信息，能够从CATIA获取三维线束的拓扑和分支长度信息，以及Clip、Tube、Tape等信息。在Capnal HarnessXC也可以编辑和定义所有的线束细节，比如改变分支长度、改变保护方式、改变导线连接关系等等。Capital HarnessXC中还可以对连接器自动选择所用Terminal和Seal，自动计算所有导线的长度。所有生产用报告文档可在CapitalReport中生成。图纸可输出成PDF格式或者dxf格式。
3.7 CHS CATIA V5 Bridge（与CATIA接口）
CHS CATIA V5 Bridge可实现CHS与Catia之间的数据交互。该接口又分成两部分，第一个部分是接线图与CATIA的接口，能够将接线图的导线连接关系导人CATIA，将连接器进行链接后布线，得到真实的导线信息后返回接线图。对于交互式流程来说，更重要的是第二部分接口，能够将CATIA的三维模型，导入到Capilal HarnessXC中，包括导线、连接器、线束包扎、Clip、Grommet等。
3.8 Capital Report（报告生成器）
Capital Report是用来输出各种文档报告的工具，可以从不同项日的接线图、线束图等图纸中按照各种属性查询提取所需要的信息。并且提供“where used”查询功能，即可以查询到某器件在哪些图纸上用到，具有信息跟踪能力。文档可输出成pdf、csv （excel）、html、xml等格式。
4 CHS线束设计基本流程步骤
CHS软件的设计流程为交互式的设计流程，主要包括数据库建立、接线图和梳理物料表，其中三维数据接口缩短二维图纸的设计时间，CHS提高了线束图纸的一致性和可靠性，主要设计流程如下：
4.1项目创建
在开始系统功能型设计时，需要先创建一个项目，可进行设计规则制订和版本管理。使用CHS的Capital Project模块，具体管理的内容如下：
管理版本状态
设计规则制订
优先选择规则一包括设计规则检查（ DRc）、图形符号及文字的字形、线形选定
预设命名一设置图中器件属性名称
列表（ build list）一可以将一系列设计按照不同版本状态组合在一起
共享对象一管理不同设计图中共用的连接器、设备及互联的导线。
设计管理一对Project目录下的所有设计进行编辑管理。
4.2建库
在进行功能性设计之前，库的建设同样必不可少。其中包括Symhol和Lihrary两种库。
Symbol库是设计图中的图形符号库，由CHS的Capital Symbol完成。
Lihrary库是与设计图中器件、信号相关联的产品信息库，由CHS的Capital Library完成。
4.3原理设计和接线设计
原理和接线图设计由CHS软件的CapitalLogic模块完成。提供了标准的图形化电气设计环境，具有可扩展的电气设计规则检查，减少设计失误。
4.4 线束图设计
线束图设计使用Capital HarnessXC模块，绘制详细的电缆图。
4.5导出报告
在所有設计完成后，使用Capital Report模块导出相关的设计报告和各种物料清单、电线表。
5 CHS使用评估
5.1强大的数据管理功能
CHS软件的核心模块是Capital Managei，与之相连接的是Oracle数据库。所有的设计数据都通过Capital Manager与数据库相连。
CHS软件具有强大的数据管理功能，具体表现在以下方面：
传统设计中，对于电气设计图样的管理，只有三维设计的进入了VPM系统，二维图纸没有进行足够管理。与之相比，CHS可以很方便的进行设计图样的版本管理，生命周期管理，可以根据设计需要进行批架次有效性管理。可订制设计图纸的审签流程，可订制电气设计规则。可以将一系列设计按照不同版本状态组合在一起，成为一个设计列表，便于查询。若干设计人员可以对一个方案进行并行工作，完成电气图样设计，提高了工作效率。
对设计者角色、权限进行管理，使每个人的设计目的更明确，进行Capiral Logic设计的人，没有对标准库中的元件进行更改的权限。不会出现标准混乱的现象。
进行报告管理，可以很方便的查询设计中的任何一个元件或者电线的信息。可以进行报告的导入和导出，这使得对设计数据的统计更加方便，明细表、电线表、物料清单等自动生成，大大提高了设计效率。
Capital Lihrary所涵盖的信息非常全面，提供了对各种类型设备的信息选项。如每种单根电线的线号、外径、颜色、单位重量、客户订制颜色、供应商及用户标识甚至是进入连接器需要切割的长度（add on、knock off选项）都订制登记入库。另外，可改变成品的状态是新品、当前货架产晶还是已淘汰产晶，在进行功能性设计的时候，新品和已淘汰产品会自动提示引起设计者的注意。
5.2规范的设计流程
传统的设计流程中，二维设计图样与三维器件、线束安装图之间没有信號的传递，为了在CATIA V5三维环境中敷设电缆，必须使用软件自带的EFD功能模块，但该模块以表格的形式进行定义，对于复杂的系统定义，效率低、易出错，十分繁琐。
CHS软件与CATIA V5实现了无缝连接，在CATIA V5电气设计环境中嵌入了CHS的图标，
在CATIA V5中完成线束的敷设后，调入电线的接线信息，完成设备与逻辑关系之间的匹配，即可实现电线的自动敷设，并将分支长度等信息反馈到CHS当中，完成最后的电缆图和电线表，使设计的电缆长度更加准确，节省成本、减少了日后修改的工作量。
5.3软件应用特性
5.3.1提高设计准确性
CHS软件具有白查功能，所有的器件和电线符号标示均是唯一的，当输入一个重复的名称时会自动提示命名错误。DRC设计规则检查使得在功能图设计中，没有连接到设备端、冗余电线、设备命名不规范、共用管脚号冲突等不容易查出的错误全部显现出来，使得设计更加的准确，减少校对的工作量。
5.3.2提高设计效率
在功能图设计中，器件直接从svmbol库中调用，连线自动捕捉到设备上，能够自动走成规范线形。
设备和连线可作为一个整体进行拖曳，与AuroCad设计相比，非常容易的实现设备的移位和布局。
图中所有的器件信息都在左侧的工具栏内显示，与AutoCad设计相比，可以很方便的查询任何一个器件的位置并进行修改，大大缩短了搜索查找的时间，提高了工作的效率。
5 结束语
汽车电子电器系统日趋智能化复杂化，车辆的配置也日益丰富多样化，这就极大的提高了电气系统工程师（线束设计工程师）的工作量，同时对工程师的能力要求也越来越高。
汽车产品质量，与电气系统的设计和线束设计密切相关。当前一般的电气设计流程和方法：冗余繁杂的工程师手工工作、缺乏监控的数据迁移、缺乏追踪的版本变更、缺乏仿真验证手段、与三维设计与工程制造缺乏接口等问题，成了制约线束设计和产品研发的一个瓶颈。
CHS软件具有良好的交互界面、结构化的数据管理、规则的功能核查和先进的设计流程，减少了工作中的错误率，提高了工作效率，缩短了开发周期，同时提高了设计质量。
在汽车设计开发过程中，应用CHS软件（或同类设计软件）将会是汽车线束设计的主要趋势。
物理学实验设计论文范文第3篇
【摘要】“翻转课堂”教育理念能够帮助教师激发学习热情，调动起学生的自主学习能力。本文通过对翻转课堂的感念以及其对于初中物理实验教学的意义进行阐明，并对翻转课堂教育理念在初中物理实验教学中的设计应用提出合理化建议，以期为初中物理教师的实验教学提供参考。
【关键词】翻转课堂 初中物理 实验教学
引言：
随着我国当前教育事业不断发展，学生接受到的知识越来越深入化。传统教学观念中，初中物理教师是课堂主体，以应试教育模式为核心展开理论教学，不仅降低了学生的动手实验能力，也无法有效调动学生的学习热情。翻转课堂理念的引入，强调以学生为课堂主体，能够帮助学生激发兴趣，提升学习效率。
一、翻转课堂的概念
翻转课堂又被称为“颠倒课堂”，指教师应当做出思想上的转变，让自己成为学生，把学习的自主权交给学生，将以往的课堂授课时间拿出来通过视频、电子资料等形式让学生进行课前自主的学习，为学生自发进行讨论创造时间和空间，同时掌握学生的喜好与需求，增加教师与学生的沟通交流，从而激发学生的学习兴趣、培养其自主学习的意识，提升其学习效率，最终全面培养学生的综合素质。
二、翻转课堂对于初中物理实验教学的意义
翻转课堂对于学生，不仅仅是通过课本进行简单地预习，也要利用视频、电子资料等网上资源进行课前学习。这要求初中物理教师在制定教学设计方案的同时，将实验的理论原理、操作的规范流程录制成视频分享给学生，让学生在课前就对新课程拥有一定程度的了解和掌握，使得在实验教学课堂中，学生能够拥有更多的时间将理论与实践结合进行实验操作，从而有效强化中学生的动手能力。由此可见，“翻转课堂”的教学理念对于提高学生学习效率、提升初中物理实验教学的教学质量有非常重要的意义[1]。
三、基于翻转课堂的初中物理实验教学设计的建议
（一）录制实验操作视频
初中物理教师在课前需要对学生的整体学习情况进行掌握了解，对实验教学的课堂任务和目的要明确。另外，为了能让学生在实验教学中拥有充足的动手操作时间，教师应该借助多媒体平台，在課前将实验的操作规范、整体流程以及实验数据的记录录制成时间恰当的视频，通过网络渠道分享给每一名学生，同时，在视频中教师也要对于每一个实验材料进行介绍，让学生明确其作用，从而使学生在实际实验教学中能顺利进行操作，节约教学时间。在录制视频的同时，教师也要设计合理的实验问题，让学生带着问题观察视频，进而在实验操作中逐渐探讨出对问题的合理解答。
例如，在学习《摩擦力》一课时，教师在录制视频时要将大小和光滑度不同的木板、木块、重量不同的砝码以及弹簧秤都逐一进行介绍，然后运用控制变量法分别进行实验，整体流程要规范，步骤说明要简洁明了，同时也要引导学生回忆平时生活中的相关现象，加深其对新知识的理解。
（二）指导实验和小组讨论
实验教学中，教师不能将课堂时间占为己有，应该扮演辅助者和指导者的角色，为中学生复述视频中的操作规范以及注意事项，让学生以小组的形式带着问题，每个人都参与到主动操作和探究中来。
这里仍然以《摩擦力》的实验教学为例，在课前教师提出问题，一方面让学生简单讲出自己回忆中的静摩擦力和滑动摩擦力的现象，另一方面要学生在实验操作中去探讨以及验证摩擦力的性质和影响因素。
例如，带着“影响静摩擦力大小的因素都有什么”的问题进入实验，在实验中让学生用弹簧秤水平拉木块，力度逐渐加大，观察弹簧秤读数的变化，同时观察当拉力增大到多少时木块正好被拉动。
另外，将实验继续进行下去，观察匀速拉动木块时滑动摩擦力的大小读数是多少，从而探寻出滑动摩擦力与最大静摩擦力之间的关系。
最后，可以在木块上增加准备好的砝码，观察其对最大静摩擦力有何影响。
在实验过程中，教师应该要求学生做好记录，让学生对所观察的现象以及学习的知识进行消化和理解，并在小组中进行讨论和分析。在此过程中，教师要起到辅助指导的作用，巡视学生的讨论情况，及时解答学生在探讨过程中提出的疑惑，从而引导中学生找到准确答案。
（三）总结和拓展
在实验教学的最后，教师要组织学生结合理论知识对于实验进行总结和梳理，进一步明确实验目的和知识要点，对所学的知识进行巩固。这样可以锻炼学生的总结能力，回到物理教学的任务中来，从而完善物理教学的知识体系。同时，教师也要在课后为学生设立拓展问题，比如提出“自行车中的摩擦力”、“汽车中防抱死刹车装置中摩擦力的作用”等联系生活的问题，让学生寻找相关资料进行了解和分享，从而拓展了学生的知识面。
结论：
总体而言，在“翻转课堂”的思维模式下，要求教师能够以学生为课堂中心，发挥出初中生的主体作用，辅助、引导学生进入实验教学中，从实验中探寻物理世界的乐趣，从而帮助学生提高学习效率，培养其动手能力。
参考文献：
[1]李密丹，刘冬梅.翻转课堂在设计性物理实验教学中的应用[J].科技视界，2017（36）：44-45.
物理学实验设计论文范文第4篇
摘要：系统阐述了大学物理设计性实验的特点、开发过程、种类，并介绍了北京建筑工程学院开设大学物理实验设计性实验的实际情况、教学实例。
关键词：设计性实验；实验教学；开发
作者简介：曹辉耕（1960-），男，北京人，北京建筑工程学院理学院，讲师。（北京 100044）
北京建筑工程学院（以下简称“我校”）大学物理实验是面向全校学生开设的唯一独立设课的公共必修实验课程，共有19个基本实验项目，多数是以观测性的实验为主，其实验的原理、方法、数据处理等都具有经典性的特点，这是给学生传授基础实验知识和实验技能非常重要的环节。但是，这些实验内容采用固定的教学方法和教学时间，对培养学生的独立思考和综合设计能力是不利的。针对我校大学物理实验教学的现状，对学生进行具有科学实验全过程训练性质的设计性实验教学是十分必要的。所以，设计性实验的开发对培养学生的独立思考和综合设计能力有着重要意义。教育部在大学本科教学评估指标中，对设计性实验提出了明确的要求，因此，在教学中研究和运用设计性实验是必不可少的，本文结合我校大学物理实验教学实践及笔者对设计性实验的研究，阐述了大学物理实验设计性实验开发的有关问题。
一、设计性实验的特点
大学物理实验设计性实验区别于普通的大学物理实验，它具有自己的特点。它是在学生具备一定的物理实验基础知识及相关能力之后进行的一种较高层次的教学实践活动；是指学生在教师的指导下，根据给定的实验设计要求，自己查阅资料、设计实验方案、选择实验仪器，独立完成实验并对结果进行分析处理的实验。
二、大学物理实验设计性实验的开发过程
一个大学物理实验设计性实验的开发有一个完整的过程。（1）选题。设计性实验课题太难或太易都不能充分调动学生的学习积极性，也就达不到培养学生的独立思考和综合设计能力的目的，因此，选题是否合适必然影响教学的实际效果，应从以下几个方面考虑。第一，选题不能只考虑课题的前沿性，否则，学生会由于课题太难而丧失积极性；当然，选题太容易学生也会失去兴趣。因此，根据学生已有的知识和实验技能，应当选择学生经过努力可以达到的实验课题。第二，要考虑实验室具备的仪器条件，尽量选择那些实验室能够提供相关仪器（仅需购置少量配件）的实验，使学生能够自己实际操作以检验和修正自己的设计方案，这一过程对培养和提高学生的综合设计能力是尤为重要的。第三，还要考虑相关资料学生能否从某个途径顺利获取。所以，教师应根据实际情况选择合适的设计性实验课题。（2）搜索资料并分析。教师根据实验课题查阅有关资料，收集各种相关实验内容，然后通过分析、比较、综合，选择制订出一个实验上可行、实验条件允许的初步实验设想。（3）拟定实验方案。为达到实验要求而制定的理论根据、实验方法和实施步骤。对实验方案进行论证，有两个方面：一是理论论证，要论证实验方案是否具有科学性、合理性和可行性，二是初步实验检验论证，从初步实验中发现没有考虑到的漏洞并及时修正，以观察实验现象为主，适当测量重点数据，判断实验能正常进行即可。（4）确定实验要求和教学方案。设计性实验的实验方案确定后，可以采取多种不同的教学形式，通常由实验室准备好实验仪器，学生根据实验方案动手进行实验操作并获取实验数据、完成实验数据处理；对实验室不具备实验条件的课题，可以采取学生分别设计实验原理和方案然后进行讨论的方式。要根据实际情况制定出设计性实验的实验要求（学生用）和教学方案（教师用）。
三、设计性实验的种类
根据设计性实验的教学目的和要求，主要从以下几方面进行开发。（1）以测量某个物理量为目的而开发的设计性实验。例如：透明薄膜折射率的测量、用补偿法测量电流，针对具体要测量的物理量选择和设计实验方案。这一类设计性实验是培养学生发散性思维能力的一种思路。（2）以验证物理规律为目的而开发的设计性实验。例如：分压与限流电路特性研究，学生要考虑分压与限流电路各自适用的条件，这一类设计性实验对于培养学生科学实验能力是非常重要的内容。（3）以制作实验装置为目的而开发的设计性实验，这一类设计性实验既能培养学生的设计创新能力，又能培养学生的动手制作能力；设计制作的内容要适合学生的实际情况和实验室的条件，不能脱离实际。例如：搭建太阳能电池性能测试装置，实验教学效果很好，该实验在设计性实验实例中会详细介绍。
四、我校开设大学物理实验设计性实验的情况
多年来，我校物理实验室只能开出六个设计性实验，内容覆盖面很窄，远不能满足教学需要，由笔者负责的教研项目“大学物理实验设计性实验的开发”已经完成，该项目根据实验室现有设备适当补充部分配件，开发出八个新的设计性实验项目。实验一，分压与限流电路特性研究；实验二，用补偿法测量电流；实验三，用劈尖法测量薄膜的厚度；实验四，测定未知光波长及角色散率；实验五，透明薄膜折射率的测量；实验六，搭建太阳能电池性能测试装置；实验七，掠入射法测三棱镜玻璃及液体折射率；实验八，白光再现全息图。使内容覆盖面更全面，促进学生的全面复习，锻炼学生的意志，强化对学生的实验技能及实验设计思想的培养，是一次再学习、再深化的过程。设计性实验作为期终考试，在考试前，实验室统一制定每个设计性实验项目的目的和要求，采用抽签方法，学生们抽到哪道题，就设计哪个实验，让学生们查阅有关资料，互相讨论，初步构思设计性实验方案，并到实验室试做、熟悉仪器及元器件使用，最后完成设计性实验的实验方案、操作、测量、数据处理等全过程。设计性实验教学是一个长期的、不断改进、不断提高完善的过程，相信在大学物理实验教学中，设计性实验教学过程会越来越科学、合理，在人才培养中会发挥越来越显著的作用。
五、设计性实验实例
由笔者指导的三名学生在2010年北京市大学生物理实验竞赛中获得三等奖，参赛题目：太阳能电池性能测试。在此基础上，笔者开发了设计性实验：太阳能电池性能测试。该实验作为一个综合设计性实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值，能激发学生的学习兴趣；设计制作太阳能电池性能测试装置，使学生对直流电路的综合设计能力和测量方法的灵活运用都得到很好的锻炼和提高。
设计要求（学生用）：实验六太阳能电池性能测试
实验目的。（1）学习太阳能电池基本原理。（2）掌握太阳能电池基本特性、测试方法及应用。
设计要求。（1）搭建太阳能电池性能测试装置。（2）测量太阳能电池基本性能参数。
教学方案（教师用）：实验六太阳能电池性能测试。
简介：
1.搭建太阳能电池性能测试装置，并测量太阳能电池基本性能
测试装置设计电路如图1，用替代开关完成检流计和电流表及滑线变阻器和电阻箱的变换，实现测量太阳能电池基本性能：常数I0，；参数：短路电流ISC，开路电压UOC，最大输出功率Pmax，填充因子FF。补偿法测开路电压简单准确。程序处理数据使测量结果快捷准确。
2.以太阳能电池为基本部件，搭建小型实用装置太阳能电扇（教师演示作品）
用太阳能板带动小电扇转动。因为电扇转动时电流需求大，所以当电扇起动时用5号电池带动，然后换到电池板（光照）带动，则可以实现太阳能电池的应用。太阳能电扇组装巧妙，废旧部件利用经济实用，效果很好。
3.设计原理
太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子的能量转化为电能。在没有光照时，可将太阳能电池视为一个二极管，其正向偏压U与通过的电流I的关系为：
其中常数I0是二极管的反向饱和电流，n是理想二极管参数，理论值为1。K是玻尔兹曼常量，q为电子的电荷量，T为热力学温度。常数。
太阳能电池的基本技术参数除短路电流ISC和开路电压UOC外，还有最大输出功率Pmax和填充因子FF。最大输出功率Pmax也就是IU的最大值。填充因子FF定义为：
FF是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。FF值越大，说明太阳能电池对光的利用率越高。
4.实验仪器与装置
电源、白炽灯、太阳能电池、遮光罩、万能电压表、万能电流表、电阻箱、滑线变阻器、捡流计、单刀（替代）开关若干。线路如图2。
5.测试方法
（1）在没有光源（把太阳能电池板遮住）的条件下，测量太阳能电池正向偏压时的1-U特性（直流偏压从0-6.0V）。1）把滑动变阻器调到最下端，合上a和b，合上e和f，合上A和B，则电路联通。调节滑动变阻器分压使电流表电流为5~50μA变化，分别测定电压的对应值。2）利用测得的正向偏压时1-U关系数据，画出1-U曲线并求出常数和I0的值。
（2）用白炽灯光照射太阳能板，测量太阳能电池的一些特性。光源到太阳能电池距离保持为20cm。1）本实验运用补偿法进行开路电压的测量。合上a和b，e和d，合上 B，合上A，测量开路电压。调节滑动变阻器分压，点接通检流计，使之指针指零，滑动变阻器分压与电池开路电压补偿，则可准确的测定开路电压，即为此时电压表的值。2）测量短路电流。合上b和c，e和f，合上B，断开A。把电阻箱调到0，此时电流表读书为短路电流。3）调节电阻箱，使电流和电压发生变化，做出I-U图像，并求出最大输出功率Pmax。4）通过公式，计算填充因子。
6.太阳能电扇
旧仪器部件组装：太阳能电池板，拆除所得废旧电脑小风扇（含电机），手工底座，导电管，连接插头（见图3，4）。
参考文献：
[1]教育部.关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见教高[Z].2005.
[2]毛杰健,王仁炎.物理实验教学的探讨[J].上饶师范学院学报,2005,25(3):42-44.
[3]郑鹤松.大学物理设计性实验的教改实践与思考[J].实验技术与管理,2004,21(5):101-107.
[4]周殿清.普通物理实验中综合性、设计性实验的开设[J].物理实验,2005,25(1):31-33.
[5]张锐波.大学物理实验项目的系统设计[J].大学物理实验,2003,16(2):84-86
（责任编辑：苏宇嵬）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
物理学实验设计论文范文第5篇
摘 要：本文针对人教版普通高中新课标实验教科书《物理》“楞次定律”一节内容中教学实验的调整和安排谈了作者自身的一些设想和思考。
关键词：楞次定律； 实验； 调整
一、问题的由来
在高中二年级的物理教学中，楞次定律既是教学重点，又是教学难点。人教版普通高中新课标实验教科书《物理》（选修3-2第四章第三节“楞次定律”一节中的实验设计与原教材相同（见图1），都是采用探究的手段利用磁铁插入和拔出线圈，通过观察感应电流的方向去判断感应电流的磁场方向，从而分析得出楞次定律。这种实验设计让学生通过观察指针偏转感知感应电流的方向，进而判断感应电流的磁场方向，最终又总结出由感应电流的磁场方向去判断感应电流方向的规律，可谓颠三倒四。从以往的教学经验来看，学生很难想到用“感应电流的磁场”这个中介来概括出感应电流的方向与磁通量变化的关系，形成在认知上的困惑。此外，在实验操作中由于还要先行确定电流计指针偏转方向与流入、流出电流方向之间的关系和辨别线圈的绕向等等，无形中增加了实验的难度。在实际教学中，结论的得出往往并不能如事先预想的那样水到渠成，而是教者最终为了完成教学任务“强加”给学生的。显然，该装置实验已成为探究过程的一个瓶颈，人为制约了学生自主探究的顺利进行。
二、实验的调整
基于上述情况的存在，很多物理老师在各自的教学实践中也纷纷进行了一些有益的尝试，其中相对比较成功的做法是通过采用自制教具创新实验设计替代教材上安排的实验。大致的思路是：用钕铁硼超强磁铁移近或离开固定在小车上的自行绕制的线圈（见图2），线圈中感应电流激发的磁场由于阻碍引起感应电流的磁通量的变化，迫使小车跟随磁铁同向运动，形成“来斥离吸”的现象。根据磁极间相互作用规律，直接判断出感应电流的磁场方向，从感应电流的磁场方向与原磁场方向之间的关系，总结出楞次定律。
仔细分析这一创新实验设计，不难发现其特点同时也是该创新实验设计取得成功和高效的地方：首先，借助自制教具实验现象变得直观、形象（来斥离吸）；其次，实验中可由现象直接判断出感应电流的磁场方向（同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引），层次变得简单明了，思维逻辑性强，符合学生的认知规律。
该创新实验设计通过使用自制实验器材巧妙突破了实验探究的瓶颈。使用自制器材固然好，然而笔者想说的是，在一般中学物理实验室中原本就有类似这种功能的器材——楞次定律演示仪（见图3），在新教材中该器材也有出现（“问题与练习”第六题）。相较于上面的自制器材，使用楞次定律演示仪不仅取材方便，操作简单，而且原理更加直观（避开了自制器材中可能出现的线圈绕向问题），现象更加明显（铝环力臂长，转动力矩大），效果更加显著（在本实验中，使用实验室常用普通条形磁铁就可以进行演示）。因此，笔者认为在进行本节实验探究设计时可以借鉴、吸收该创新实验设计的思想和原理，而关于实验器材则完全可以用楞次定律演示仪来替代自制器材，实在不必舍近求远。
三、教材实验的安排
楞次定律演示仪的使用，降低了思维难度，突破了探究的瓶颈，使得学生在课堂上进行自主探究真正成为可能。更为值得一提的是它的使用大大节省了课堂上的探究时间，从而使得教者在对这节课进行整体教学设计时能对其他相关教学内容的安排和处理显得更加灵活和从容。
比如，对教材中探究性实验的处理。笔者以为，在采用楞次定律演示仪顺利探究出楞次定律以后，因为课堂时间还很宽裕，完全可以将其改成验证性实验，让学生在当堂课中再通过实验去检验之前探究的结果。这样做，一方面既充分利用了原有教材的资源，通过实验验证（应用）让学生及时巩固了所学的知识，另一方面，验证实验与探究实验两个实验相互映衬，让学生亲身经历和体验了一个在中学物理教学当中相对比较完整和科学的探究过程，符合新课程有关“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”的要求，有利于培养学生的思维品质和提高他们的科学素养。
四、结束语
实验是研究和学习物理的基本方法，在教学中寻求现象明显同时又符合学生认知规律的实验，应当成为每一位物理老师孜孜以求的目标，只有这样，教学才能事半功倍。
参考文献：
［1］郭训盛，钟晓青.“楞次定律”的教学思路实践与创新，物理教学2010年第6期
［2］朱向阳，施朝群.楞次定律教学探讨与实验设计，物理实验 2010年第6期
［3］普通高中物理课程标准，人民教育出版社2003
物理学实验设计论文范文第6篇
摘要：针对湖北理工学院自动化专业实践教学现状，构建入门层、基础层、拓展层、提高层四个层次实践教学新体系，从实践教学师资队伍建设、多方位建立实践、创新能力培养平台等方面着手，进行了一系列的改革、建设与实施，取得了较好的实践教学改革实施效果，提高了自动化本科专业学生实践动手能力和创新能力。
关键词：自动化专业；实践教学；构建；改革实施
地方院校“应用技术主导型”本科自动化专业实践教学是整个教学中比较薄弱的部分。实践教学环节是自动化专业教学环节中重要的组成部分，是“应用技术主导型”本科自动化专业教育中不可缺少的重要环节。改革地方院校自动化本科专业人才培养模式，增强自动化本科专业学生的动手能力，提高自动化学生的动手能力和创新能力，实践教学环节是影响地方院校自动化本科专业人才培养质量的最突出的环节。因此，构建地方院校自动化本科专业实践教学体系是我院教学基础建设的重点。地方院校自动化本科专业实践教学体系的建设包括有：构建科学的系统的实践教学模块、校内、校外相结合的实验室、实习、实践教学基地建设、实践教学队伍建设等等。在自动化本科专业实践教学体系实践教学体系建设方面，我校进行了积极的探索与实践，效果明显。本文结合我校自动化本科专业的教学计划和整个课程体系进行了整体优化，就实验、实习、课程设计、毕业设计等实践教学体系的构建与实践教学改革实施进行了充分的阐述。
一、实践教学现状
（一）现有的实验设备、实验项目影响到学生的动手能力的培养与提高
电气学院的实验设备影响到学生的动手能力的培养与提高。现在电气学院的实验装置大多是成套实验台或采用实验箱，这些设备均做成封闭的实验装置，这样的实验设备看起来很漂亮，摆起来很整齐，方便管理，方便使用，也很安全，但是，学生做实验时看不到电路或者系统的元器件，有些实验装置的原理图也不清楚，在实验装置上学生看到的还是一个个画好的元件符号，看不到具体元件的形状和内部结构。学生做实验就是按照实验原理图接上导线，检查实验线路（有些是教师检查），按照老师给出的实验步骤，按部就班地完成实验，对实验结果做记录。这样做实验既没有培养学生动手能力也没有提高学生的创新能力。之前的实验，验证性实验项目较多，设计性的实验项目、综合性的实验项目教少，学生动手能力和创新能力在实验的过程中得不到培养也得不到提高。改革前实验课时不多，实验项目的设备不足，特别是自动化专业的专业设备还没有购置，因此实验大多是认识性的实验或者是验证性实验，而主要的综合性、设计性实验根本没有。学生对于这样的实验，也是为了完成实验而做实验，做完了实验也没有思考。既没有积极性、更谈不上创新，实验的效果无法达到，久而久之，学生对实验没有了兴趣，谈不上培养学生的动手能力，更谈不上培养学生的创新能力。
（二）实践师资队伍尚显薄弱影响到实验教学效果
我们学院实验教师队伍不稳定，实验教师严重缺编。由于实验教师地位感觉低理论老师一等，部分实验教师提高了学历后就转为理论教师，引进教师又必须是博士，博士无心呆在实验室，使得本来就缺编的实验教师人员更加紧张，所以实验教师只能负责实验室的开门、关门，没有时间和精力指导学生做实验。有些实验教师的工程、技术背景欠缺，比较现代一些的实验设备实验老师难以指导实验，所以部分实验课没有开设，就是开设了实验课的教学效果也很差。
再加上以上实验设备不足、实验经费紧张等诸多问题，影响到实验教学效果，更不用说提高学生动手能力和创新能力了。
二、实践教学改革的内容
基于以上电气学院自动化专业实践教学情况，结合學院的具体实际，我院从构建科学的系统的实践教学模块、实践教学队伍建设、校内校外相结合的实验室、实习、实践教学基地建设等方面对自动化专业实践教学进行改革和实施。
（一）构建了科学的系统的实践教学体系
学院对实践教学环节作仔细的梳理和认真的研究，构建了联系紧密的实践环节和相应的理论教学课程体系，来培养学生动手能力和工程实践能力，按照实践教学先学习基础理论后实践应用、先培养动手能力再培养工程实践能力的原则，加大实验学时，增加集中实践环节的时间，构建科学的系统的实践教学环节，优化实践教学体系，实现了实践教学的四个层次。①入门层。入门层包含大学物理实验、电工电子实训。大学物理实验是学生进入大学后的第一门实验课程，是学生掌握实验方法和培养、训练实验技能的入门的实验课程，是激发学生的实验兴趣，对学生进行科学实验基本训练的重要的实验课程。电工电子实训安排在学生学习专业技术基础课电工、电子技术前进行。主要的电工电子实训项目有家用照明灯的安装，声光控灯等电子产品焊接、安装调试，继电器接触器控制电机正反转装配等。通过这些项目的基本训练，学生对电工、电子元器件、电子仪器等的初步认识，了解了电子产品、电器设备、仪器仪表的结构和使用方法，激发学生学习电子电路、控制电器理论的学习兴趣，对他们学习电子技术、电器控制类课程打下基础。②基础层。基础层包含电工实验、电子技术实验。电工实验、电子技术实验单独开课，是在学习了电路和电子技术理论课程后，完成基础层系列实验，要求学生结合理论，对学生进行电工、电子实验技能训练。在基础层的实验中增加综合型、设计型实验，培养学生分析问题、动手解决实验中出现问题的能力。③拓展层。拓展层实验系列包含有：控制技术系列实验、过程控制系统系列实验、计算机应用技术系列实验。控制技术系列实验主要有：检测技术课程实验、电机与拖动基础课程实验、电气控制与PLC课程实验、电力电子技术课程实验、自动控制原理课程实验等。过程控制系统系列实验主要有：《自动检测与仪表》、《过程控制系统》、《计算机控制技术》、《现场总线》、《自动控制系统》、《计算机网络》和《自动化综合实训》等主干课程和教学环节的基本课程实验和综合实验。计算机应用技术系列实验完成单片机原理及接口技术实验、EDA实验、DSP实验、微机原理及接口技术实验、C语言程序设计实验等。拓展层课程设计系列主要包括电子技术课程设计、PLC小型系统设计、自动化技术综合实训、微机控制课程设计、控制系统课程设计、过程控制课程设计等。拓展层中的实验严格要求学生先预习，实验独立完成，设计型、综合型实验还要求学生对做的实验进行思考有无更好的、其他可行的方案。拓展层是学生实验、电子产品的设计与制作、课程设计、简单控制系统设计等集中实践环节，主要锻炼学生的实验技能训练、设计能力、应用的能力和初步的创新能力。④提高层。提高层主要有毕业设计，自主设计自主研究的设计型、研究型实验项目，科技小制作，学生课外科技活动，电子设计大赛的培训等。主要在创新实验室和开放实验室开展，是学生综合运用所学理论知识进行设计、开发、研究的高层次实践教学环节。重点培养学生的创新精神和创新能力，增强学生的工程设计和协调合作综合素质。
（二）多管齐下加强实践教学队伍建设
针对我院实验教师队伍不稳定、实验教师的工程、技术背景欠缺等问题，根据地方高校试点转型的精神和践教学的特点，重新组建、加强实践教学队伍，建立起教师系列、工程系列人员并重的实践教师力量；从企业引进高级工程师，并将具有博士、硕士高学历的青年教师充实实践教师队伍，要求新引进的专业课青年教师到实验室工作半年以上；选派青年教师到企业任特派员，校企结合，为企业服务，增强工程实践经验；主动聘请企业单位中具有丰富经验的工程技术人员担任实习指导。多管齐下建立了一支骨干教师相对稳定，年龄、学历、职称结构合理的具有丰富工程经验实践教师队伍。
（三）校内外相结合的实验室、实习、实践教学基地建设
电气学院的电工电子实验中心是省级合格实验室，已有自动控制实验室、新建设了过程控制实验室，建立了学生创新实验室。申报建设了市级重点实验室。我校“机电基础实验教学示范中心”是湖北省级别的教学示范中心，是培养学生动手能力、实践能力、创新能力的活动场所，是实施机电类人才培养方案的重要平台。电气学院为加强学生应用能力的和创新能力培养，与东贝集团、新冶钢股份公司、湖北西塞发电股份有限公司等大型企业建立了长期校外实习基地的关系，学生定期去基地实习。电气学院积极进行校企合作，建起了“新冶钢一黄石理工学院电气工程实训中心”。这些建设好的实验室、省级的机电基础实验教学示范中心、新冶钢-黄石理工学院电气工程实训中心对我校全部学生开放，主要用于機电类的学生。在环境良好、实验设备先进、设施齐全的实验室、实习实践教学基地进行实践、学习，极大地加强了学生工程训练和创新能力的培养。
新建自动化本科专业实践教学体系的构建、改革与实施是一项复杂的系统工作。随着自动化专业教学改革实施的不断深入，自动化专业实验室的建设也在逐步进行。经过几年来的实践，培养了学生的实践能力、实践技能和创新能力，培养了学生的工程意识和创新精神，全面提高了人才培养质量。有一批学生参加全国大学生电子设计竞赛活动且获奖，多位教师指导的毕业论文获湖北省优秀学士学位论文。电子技术协会获“全国高校甲等A级优秀社团”、湖北省大学生“优秀社团”荣誉称号。虽然我们已取得了有价值的成果，但是与自动化专业的建设目标还差得远，我们还需要不断进行反思，学习借鉴其他兄弟高校建设的经验，不断进行新的改革和实践，建设好我校的自动化专业，为鄂东南地区的经济发展输送更好、合格的专业人才。
参考文献：
[1]李祖欣.电子信息工程专业实践教学体系的构建与实施[J].电气电子教学学报，2004，26（3）.
[2]徐滤非，胡学芝.电气工程及其自动化专业课程体系研究[J].黄石理工学院学报，2008，（1）.