实验设计范文

时间:2023-11-10 05:44:36

实验设计

实验设计篇1

【关键词】 会计实务设计性实验; 主动; 被动; 综合性; 创造性

随着经济体制改革的步步深入,企业经济业务的综合性、复杂性日趋增强,对会计工作者的要求日益提高。高等院校现有的企业会计实务实验,停留于传统企业会计事后算账的被动性实验,不能适应新经济形势的要求,亟待在综合性、预见性、创造性分析和解决问题的能力方面有所突破。

天津工业大学工商学院作为国家财政部与地方高校财会实践教学共建重点实验室基地,以及天津市教委认定的优秀实验室建设单位,近两年在会计实务的综合性设计实验方面做出了积极的探索与实践。

一、会计实务设计性实验的特征及教学目标

(一)会计实务设计性实验的特征

1.需在全面熟悉案例企业经营情况的基础上进行。会计实务设计性实验是在一个已经成熟运营的、有着完整企业各项数据及状况资料基础上,企业财务会计作为企业经营管理者,合理地、经济有效地继续一个时期的经营运转,因此,每一项经济业务的发生是承前启后的。

2.需以财务小组为基本单位进行会计实务设计性实验。将参加设计实验的学生组成若干小组,实验小组中按照企业财务部门的岗位及职责,建岗定位,合理分工。

3.会计实务设计实验小组(财务部门)的设计活动必须协调进行,集体完成。由于一个企业的生产经营过程的组织是一个相互制约,相互支持的系统工程,因此,财务部门中的出纳、材料采购与付款、存货管理、成本核算、销售与收款及固定资产管理等不同主管会计,在财务负责人的组织协调下,必须随时保持沟通,方可使企业合理有效地经营运转成为可能。

4.会计实务设计实验成绩构成具有综合性。每一会计实务设计小组需完成一套完整的实验成果。包括一个月的完整业务设计表、原始凭证和记账凭证装订册、一套完整的会计账簿、会计报表和实验报告,以及电算化的完整操作。就目前实施的评定成绩构成为:小组集体设计实验成果占55%,个人岗位总结报告占20%,出勤占15%,小组电算化完成占10%。

(二)会计实务设计性实验的教学目标

通过学生对大学期间所学的会计专业及相关学科知识的综合运用,培养学生主动地、创造性地合理设计企业的经营运作活动,在不断的协调讨论中进行,将会计实务与理财理论、市场营销理念综合融入经济业务发生设计、核算及分析过程,并最终全面完成企业一个时期的生产经营运行过程,达到增强学生沟通合作能力,全面提高综合考虑问题和解决问题能力的教学目标。

二、会计实务设计性实验的教学组织环节构建

(一)案例设计及内容要素

会计实务设计性实验案例目前没有成熟的教材可以使用,在进行此项课程的时候,使用的是教师编写的讲义。案例编制中特别注意难易适中,基本资料内容齐全。案例内容要素主要包括:涉及企业的企业性质、规模、生产经营范围;产品及主要生产工艺过程、产品消耗定额及成本核算方式;主要供应商、主要客户参考;上一会计期的资产负债表、利润表参考;期初建账资料等。

(二)实验材料准备

会计实务设计性实验前需准备的材料有:完整的会计账簿一套;收、付、转记账凭证;科目汇总表会计报表;企业常用的外来的原始凭证和自制的原始凭证样式。

(三)财务部及会计岗位设置

每一财务部一般由7名学生组成。会计工作岗位主要有:财务总管、出纳员、材料采购与存货核算员、销售与应收账款核算员、成本核算员、固定资产及税金核算员、期间费用核算员。

(四)经营过程设计及会计核算组织

若干财务部在同一企业经营状况基础上开展供、产、销经营活动。每笔经济业务的发生都要求一定的可行性和合理性。如企业投产领料,仓库是否有足够的库存,如需购料银行是否有资金付款,采用什么结算方式最为经济等,若干会计岗位必须不断地加以商议和协调进行经营过程设计。

企业一个时期的经营业务活动基本确定之后,按会计工作岗位开始编制相应的原始凭证、记账凭证、登记账簿及结账,编制会计报表。会计核算过程的难点是正确确定不同经济业务原始凭证的类型及填制。各财务组手工实验设计全部完成后,有条件的应该将设计全过程利用财务软件进行运作,以进一步巩固电算化操作技能。

(五)实验报告总结讲评的组织

各财务组实验完成后,首先在各小组内进行经济活动有效性分(下转第85页)(上接第82页)析,测算财务分析指标完成情况。包括企业的偿债能力指标、资金营运能力指标、获利能力指标及企业发展前景评价指标等。分析企业经营设计与会计核算中的收获与存在的问题;尔后逐一小组台前讲述,其他小组进行讨论讲评,并将评价意见填写于实验报告的相应意见栏中;最后,教师进行点评总结,将教师点评意见填写于实验报告的相应意见栏中。

三、会计实务设计性实验对现有会计实验教学的突破

(一)对培养学生创造性地主动经营企业,并具有良好的沟通与协调能力有重大突破

会计实务设计性实验对现有会计实验教学的突破,是学生不再是在既定的企业经济业务发生基础上,进行事后算账。变每人独立记账、算账、报账的过程练习为集体解决企业经营业务发生的合理性、会计核算资料应该如何生成等问题。集体商议如何采取更有利的资金管理策略经营企业,供、产、销以及资金运动各环节,脱离岗位沟通企业将不能正常运转。在同一设计起点上取得的实验成果将产生差异,不同的经营业绩和会计核算的成果是每一个集体共同努力的结晶。由此培养学生创造性地主动经营企业,并具有良好的沟通与协调能力有重大突破。

(二)多学科知识的综合运用,使会计专业技能和企业理财能力在高仿真实战中得到综合提高

会计实务设计性实验对现有会计实验教学的另一突破,是变被动的经济业务事后核算处理为创造性地系统设计企业的资金运动全过程,设计中学生必须调动所学的会计基础、会计实务、财务管理、市场营销及内部控制等学科知识,在高度仿真的企业经营环境下,实际进入经营管理者的角色状态,进行一项又一项的决策,并完全主动地对设计的经济业务完成账务处理,最后通过核算成果的财务分析,反思企业经济活动发生、发展的合理性及效益性,使会计专业技能和企业理财能力在高仿真实战中得到综合提高。

(三)培养会计专业学生的竞争意识和敏锐的职业判断力有重要突破

现有会计实验教学是全班学生使用相同的教材,实验操作过程和结果要求完全一样。会计实务设计性实验是在相同设计约束条件下,不同财务小组的经济业务设计产生不同的财务经营成果。实际表现为不同财务小组的经营业绩和财务核算及管理水平的竞争。竞争中必然地强化各实验组学生的企业竞争意识和岗位合作意识,考验和锻炼会计人员敏锐的职业判断力。

四、结束语

随着社会科学与经济发展的不断进步,企业对会计专业学生应对工作岗位的主动性、创造性,相关专业知识的实际综合应用能力提出了更高的要求。会计实务综合设计性实验应作为丰富现有会计实验教学的内容,应设置于学生毕业前,相当于其他专业的一项毕业设计。笔者实践中认为应特别把握的难点是实验案例资料的充分完整性,实验用材料的适用性,如建账资料的完整性,各种空白外来原始凭证和自制原始凭证的搜集与提供,对于设计性实验的组织者提出较高的要求。因此,案例资料的完整性,实验材料的适用性,是决定设计实验能够顺利进行的基本保障。

【参考文献】

[1] 教育部.关于实施高等学校本科教育质量与教学改革工程的意见.教育部[2007]2号文件,2007.1:24.

[2] 何深知,闫淑莲,段薇.抓住问题培养学生的探索创新思维.实验室科学,2007(6).

[3] 郭宗文.适应时代需要改革会计实验教学.会计之友,2007(10下).

[4] 王远利.以市场需求为导向培养新型会计专业人才.会计之友,2007(11下).

实验设计篇2

二、三年却依然不会,农民工与职校生争岗位,职校生丧失了自身竞争力。因此如何提升学生技能水平,增强自身竞争力,实训内容的设计就显得非常重要。在几年的电子实训教学中,本人对电子实训内容的设计在以下几个方面做了一些探索。

一、趣味性原则

兴趣是最好老师,兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径,它能让我们带领学生进入科学的大门。由于诸多因素,造成职校在校生综合素质普遍较差。很多学生对专业课程的学习适应较慢,甚至无法适应,存在不同程度的学习障碍。提高学生对专业课兴趣是解决学生学习障碍的重要手段,因而在实训内容的设计上必须考虑实训内容具有趣味性。

电子实训开始内容主要是电烙铁焊接技术和万用表测量技术的训练,内容相对枯燥。在实训中,可以通过设计一些有趣的单元电路来激发学生对电子实训兴趣。如用单稳态、双稳态、无稳态、单双级放大电路结合驻极体话筒、光敏电阻、光敏二极管、发光二极管、扬声器、耳机等元器件,设计成声光控制电子开关、延时触摸路灯开关、眨眼灯、助听器、门铃等,这样学生不仅掌握焊接和测量技术,同时又激发学生对电子实训的学习兴趣,启迪学生创造性思维。

例如在三极管测量实验中,学生对三极管管脚判断较困难,而且枯燥易忘。为此,可利用NPN、PNP两种管型三极管和一个电阻、电容、扬声器组成简单音频振荡电路,制作断路报警器。学生通过三极管等元件的测量,把元器件正确连接,就能发出报警声音,不仅可以检验学生对三极管管型管脚的判断是否掌握,而且可以激发学生主动学习的热情。

二、直观性原则

由于学生年龄特点,他们形象思维的能力强于逻辑思维能力,实验过程、结果的直观性可以帮助学生对电路原理的理解,加深印象。实验内容设计必须考虑到实验现象的直观性,即实验过程和结果尽可能通过声、光、电等体现,让学生通过直接而简单的操作就可以观察实验结果。

如在做三极管放大电路及静态工作点测量实验时,若只进行电路的焊接和测量,学生对三极管放大作用无直观体会,印象和理解都不深。如图,若再增加一级射极输出器和驻极体话筒、耳机(扬声器)构成助听器,通过输入与输出声音的前后对比,学生对放大电路放大作用有了直观认识。同时也可用信号发生器输入信号,通过示波器观察电路工作点对信号波形的影响。在电路工作点正常和不正常时,仔细听声音的变化,直观了解什么是信号失真。

再如,在集成运放电路应用实验中,利用LM324运放块中的两个运放,组成两路灯光模拟控制电器,输入端分别用电阻和光敏电阻分压比较,输出端用红、绿发光二极管作灯光显示。学生可以直接通过对光线强、弱、暗的控制,观察两路灯的点亮和熄灭情况,经过对三种情况下两个运放输入端电压测量和对比,学生对运放用作电压比较器工作过程有了切身体会,很容易分析出电路工作原理。

三、成功性原则

由于职校生整体素质偏低,实训中很多学生只动手不动脑,只是盲目地照教师讲地步骤按部就班的机械操作,能完成任务就了事。实训中,若电路安装经常存在问题,自己无法解决,这无疑对这部分学生刚刚建立地信心和兴趣是个打击,因而实验电路设计必须考虑如何让实验易于成功。在实验电路设计上考虑整体电路的分解,把整体电路分解成几个小的单元电路,分步完成,这样确保大多数同学都能成功实验,使学生技能水平逐步提高。

如图在做用双稳态电路构成声控电子开关实验中,先让学生正确测量元件分清三极管引脚,再安装双稳态基本电路,能触发翻转后让学生测量两只三极管管脚电压,判断三极管的工作状态;然后安装引导门电路,和学生一起探讨电路工作原理,电路的触发方式;最后安装声控电路。实验中,学生每一步的成功对他们都是一次激励,促使他们认真完成实验,思考理解电路原理,同时也增强学生自信心。

四、实用性原则

实训中学生不仅学到相关专业知识和技能,而且尽可能使组装地电路在实际中有所利用,增进理论与实际联系,尽量避免浪费。学生拥有自己的电子实训工具,对学生熟练掌握工具的使用和测量技术,对电子兴趣培养将有很大的帮助。

如通过万用表组装学生不仅拥有自己组装万用表而自豪,而且可以通过万用表的结构进一步让让学生掌握工艺组装方面的知识。围绕万用表的原理学习由多个单元电路组合成一个电子产品及电路功能转换方面的知识,通过原理图、装配图、印刷板图的结合,提高学生读图识图地能力。通过对万用表的组装、调试培养学生的操作能力。引入调试维修产品的基本概念,培养学生使用万用表测试元件基本量的操作能力。

再如,可以通过低频功率放大器实验,让学生了解掌握简易有源音箱制作。首先让学生准备废旧音箱,由于考虑是为自己作音箱,在作低频功率放大器实验中,学生会更认真、细致、投入,积极性、热情更高。通过音箱制作,学生不仅学习功率放大器原理和安装调试相关知识,而且掌握了电源电路和印制电路板的制作,对整体电路的装配,外接输入插孔,音量调节等元器件的安装,电器与电器之间接口匹配有了一定认识。同时,学生有了自己制作的,可以接听mp3、CD机、随身听的有源音箱。对于学生电子技能水平的提高和兴趣培养将有很大促进作用。

五、前瞻性原则

当今电子技术发展发展非常迅猛,实训内容设计要跟上时展,适应当今电子技术应用的基本特点,实训内容的设计要实现三个转化。

(1)从分立元件电路为主转到集成电路为主,目前电子产品的结构大都是以集成电路为核心,分立元件数量大大降低,只有加强集成电路方面知识和实训才能适应技术发展。如可用L78XX、L79xx、LM317、LM337、TL431等集成稳压电路取代分立元件组成地串联稳压电路实验;用TDA20XX等系列集成功放取代分立元件组成地OTL、OCL电路实验。

(2)把以模拟电路实训为主转移到模拟电子线路和数字电路比例协调、相互兼顾上来。近年来数字微电子器件的快速发展数字化电子技术愈来愈多地取代了模拟电子技术,数字电子技术在整个电子技术基础课程中的地位和作用日益显得重要。

(3)由学生实际操作转到实际操作与观看电子仿真软件实验、电子实验录像相结合。随着新的电子器件不断涌现,学校办学条件的制约,很多实验在实训室学生很难完成,甚至无法完成。实际操作实验中,使用多媒体,组织学生观看电子实训录像等,不仅可以调节学生实训地情趣,而且学生可以更直观细致了解实验地过程,对学生有示范帮教作用,实训效率大大提高,学生可以学到更多知识和技能,达到事倍功半的效果。

六、针对性原则

不同实训对象的实训内容要有针对性。由于各年级、各专业对理论知识掌握程度不同,因而对实训的内容设计要有针对性。高一学生刚刚接触电子课程,对电子和实训缺乏了解。实训主要针对工具使用,基本元器件的认识和检测,单元电路焊接与参数的测量,良好的实训行为习惯和对电子兴趣地培养。高二学生具备了一定的理论知识和专业技能,实训主要针对学生对集成电路、数字电路等综合电路安装与调试和电路板制作技能掌握;对电路原理和测量数据参数分析水平的提高。高三学生实训主要针对产品整机的组装、调试与维修掌握,通过使用仪表仪器对各关键点的电量和波形测量,加深对电路原理的理解。

实验设计篇3

1.1功能设计

(1)实验信息管理。

实验信息管理主要包括对实验室工作人员、实验室规章制度、实验室通知以及实验室办公文件等信息的集中管理。

(2)实验课程管理。

实验课程管理是指面向不同的老师、不同的开设班级,对实验课程进行编排,以完成实验课程的统一集中管理,做到实验课程的时间、教室不冲突。

(3)实验设备管理。

实验设备是实验教学过程中的重要资源,对实验设备统一进行信息登记和管理,有助于实现对实验设备的网络化管理。

(4)实验教学管理。

实验教学管理主要包括实验课程的准备,学生实验过程视频的保存,实验报告的电子化及成绩评定,以及实验教学总结。

1.2模式设计

该设计采用了C/S模式和B/S模式相结合的设计模式。整个实验室信息管理系统在WEB环境下运行,客户端与数据库服务器之间采用B/S模式,从而避免了客户端专用程序的开发;而数据库服务器与应用服务器之间采用C/S模式,适宜满足应用程序和数据库系统之间的大批量数据访问和调用,从而提高了数据访问的灵活性。另一方面,由于数据全部存储在专用的数据库服务器上,而应用程序服务器和客户端只负责发出相应的数据请求指令,这样在一定程度上也提高了数据的安全性,后期维护也更加趋于合理。

2虚拟现实技术在虚拟实验中的设计与应用

2.1虚拟现实技术的应用方法

要将传统的动手实验演变为基于虚拟现实技术的虚拟实验,必须要完成三维建模、虚拟场景重建以及动作响应设定等一系列设置,这样才能够实现实验教学的信息化和虚拟化。目前三维建模主要依赖SolidWorks三维软件完成,而虚拟场景的重新构建,在很大程度上依赖于LabView等图形化编程软件的使用。要实现虚拟实验系统的设计,离不开数据库系统的应用,因为在虚拟实验操作过程中,离不开对数据库的实时动态访问,因此如何快速访问数据库系统成为虚拟技术应用的关键。目前应用在虚拟实验系统中的数据库访问技术,主要是依赖于数据的快速存储方式。对于底层传递来的数据,按照数据自身的属性进行分类,从而将数据自动划分到不同的数据类中。在同一数据类中,按照所定义的关键字对数据进行存储。采用分类的数据存储和访问方式,能够极大地提高数据库访问的效率。

2.2机电一体化实验的虚拟化设计应用

本研究课题以具体的机电一体化实验为例探讨虚拟实验系统的设计与应用。机电一体化实验主要完成传感器检测、数据滤波、数据采集、数据显示、电机控制等一系列任务。针对该实验的内容,虚拟化和信息化可以按照如下步骤实施:

(1)三维建模。

借助于SolidWorks三维软件对传感器、滤波器、数据采集卡、数码管、CPU控制器、步进电机等进行三维建模,实验室内的万用表、示波器等其他实验仪器也要建模,以增强实验环境的真实性。

(2)场景重建。

利用LabView图形化编程软件,将上述三维模型进行空间布局设置,构建与实验室完全一致的实验场景。

(3)界面接口设计。

仅仅有图形化场景是远远不够的,还必须借助LabView图形化编程软件对接口进行设计。比如数据采集卡的接口应当与传感器的输出接口保持相同的电平规格;再比如,CPU控制器的输出脉冲应当跟步进电机的驱动电流保持相同电平规格,以确保电机能够被驱动。

(4)虚拟动作响应。

设计了界面接口,就能够利用VRML工具对虚拟动作响应进行设定,通过设定使虚拟实验系统能够智能地感知到操作者的意图,从而顺利完成虚拟实验。

(5)数据库的快速访问。

在机电一体化实验中,需要保存的数据有传感器采集数据、数据采集卡的采集频率、CPU控制器的输出脉冲规格以及步进电机的相关参数。这些参数按照其自身属性可以划分为采集数据、控制数据和输出数据三大类,将上述的数据自动地划分到这三大类中。当虚拟动作响应需要访问数据库系统查询上述相关数据时,可以首先按照数据所在的大类进行查询,这样有助于提高数据库系统访问的快速性和准确性。

3结语

虚拟现实技术是一种将现实中的情景进行虚拟化并重现的技术,在三维场景建设技术中有着重要的应用。本研究课题将虚拟现实技术与虚拟实验室建设相结合,探讨了实验室的信息化及虚拟实验系统的设计,结合具体的机电一体化实验给出了虚拟现实技术在虚拟实验设计中的具体应用。

实验设计篇4

关键词:伯努利方程;虚拟实验;创新

由于流体运动的复杂性,使得流体力学研究离不开科学实验,伯努利方程实验是高等院校航天工程、能源动力工程、水利工程、建筑工程、土木工程等专业必须学习的一个重要实验之一。传统的伯努利方程实验,存在着一定的弊端:在教师讲解后学生直接做实验,对实验操作、实验过程的示范教学及描述缺乏认识,实验过程中出现的问题得不到充分的探索和讨论,无法体现学生的思考过程、实验兴趣及创造性思维。而基于虚拟实验的伯努利方程实验,调动了学生参与实验的积极性,充分启发学生的创造性思维,实现了学生自主学习、师生交流互动,能够充分利用虚拟仿真实验教学中心的虚拟实验平台,提高了实验的效率,有利于培养具有创新精神和创新能力的高素质人才。

1.实验原理

如图1所示,在实验管路中沿管内水流方向取n个过流断面。

可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式

z1+p1r+a1v212g=zi+pir+aiv2i2g+hwi,(i=2,3,…,n)(1)

zi为位置水头,表示单位质量流体所具有的位能;pir称为压强水头,表示单位质量流体所具有的压强势能;Hpi=zi+pir为测压管水头,是单位质量流体所具有的总势能;hwi代表由元断面(1)到断面(i)所消耗的能;取动能系数a1=a2=a3=…=an=1,选好基准面,从已设置的各断面的测压管中读出Hpi=zi+pir的值,测出通过管路的流量,即可计算出各断面平均流速vi及速度水头aiv2i2g,从而得到各断面测压管水头值和总水头值。

在同一过流断面上:均匀流或渐变流断面流体动压强符合静压强的分布规律,测压管水头值为常数。z+pρg=C(2)

在不同过流断面上:测压管水头不同,z1+p1ρg≠zi+piρg(3)

故z+pρg≠C。

2.特色和创新

2.1添加虚拟实验环节

在传统的伯努利方程实验中引入新的实验元素和活力,即在实验过程中添加伯努利方程虚拟实验环节。目前虚拟实验在实验教学中的应用有很多[1-3],也有一些伯努利方程实验在仿真方面的研究[4]。由于虚拟实验具有操作界面直观、方便快捷、重复性强、不受时间或场所的限制,学生可以按个人需求,不受时间、地点约束,反复进行虚拟实验,完成实验学习过程,还可以设计出新颖的虚拟实验项目。教师鼓励学生参与虚拟实验的操作和完善,通过网上练习虚拟实验,找出有待完善的地方,提出优化方案,再指导学生逐步修改和完善,充分发挥学生参与实验的主观能动性,有效拓展学生的想象空间。本实验为综合性实验项目,通过对学生多方位的引导,可以培养学生对理论知识的应用能力、对实验操作的动手能力、对实验项目的创新能力以及团队的写作能力,从而实现对学生的综合能力的培养。采用虚拟实验和真实实验相结合的方法,充分利用虚拟仿真实验教学中心的虚拟实验平台,使学生从多角度,以多种方式参与实验训练,充分锻炼学生对实验操作的动手能力。

2.2实验流程图,如图2所示

(1)虚拟实验。做实验之前,学生可以先在力学实验教学示范中心的网站上对伯努利方程实验的虚拟实验进行操作、预览实验过程、掌握实验原理、巩固理论知识,并且可以直观地体会做实验的操作过程、观察动态的实验现象等,更重要的是学生还可以随时随地验证和探索学习过程中遇到的疑难问题,对实际操作实验进行预习。虚拟实验的整个过程与真实的实验相差无几,通过适时观察到实验现象及测压管液面高度的变化规律,方便模拟出真实实验的过程。伯努利方程实验的虚拟实验为学生创造良好的仿真实验条件,实现了学生自主学习、师生交流互动,激发了学生的求知欲和主动性,调动了学生参与实验的积极性,为真实实验操作打下坚实的基础,提高了实验的效率。

(2)真实实验。学生进入实验室进行动手操作的真实实验,教师指导学生熟悉操作实验装置,例如测量流速与流量的仪表(毕托管、文丘里流量计、电磁流量计等);启发学生将所学理论知识结合工程实践,采用已有的流体力学实验教具,自主设计实验项目,(比如利用流量计测试一下实验室水管的流量、流速等);引导学生利用实验解决实际问题的能力,进行实验验证并进行实验设计和创新,以及完成综合实验报告的撰写。

通过虚拟实验和实际操作实验两个环节的操作训练,有利于学生更加深刻地理解和掌握课本上的理论知识。

2.3实验成绩考核

伯努利方程实验的成绩考核由实验项目设计、虚拟实验操作、真实实验操作和实验报告四部分组成。实验操作部分由指导教师现场打分,最终通过实验报告:实验方法的确定、实验仪器的选择、实验步骤的制定、实验数据的处理、实验结果的对比分析及研究总结等,可以有效地反映出学生的综合创新能力(包括实验项目设计、实验技能、团队协作能力、操作动手能力和自主创新能力)。

3.实验成果

置身于多媒体世界中,虚拟实验使学生能看到、听到、感觉到实验对象、实验过程、实验结果,大大增加了仿真的形象性与直观性,从而能够激发学生实验的兴趣和主观能动性,提升学生进行实验的积极性。由于虚拟实验不受时间、场地的限制,学生可根据自己的需要安排学习时间,提高学习效率。而且虚拟与真实实验两者相结合,优势互补,切实保证了实验教学的质量。伯努利方程实验是一个综合性实验,其系统的经验成果可以为其他流体力学实验项目提供借鉴,引领实验项目建设方向、探索人才培养模式。一些典型教学案例的积累,丰富了实验教学的积淀。成功的案例可以启发下届学生在此基础上发展创新,避免低水平的重复实验;失败的案例可以供学生借鉴,尽可能避免失败,少走弯路。

4.结束语

虚拟实验与真实实验相结合丰富了流体力学实验教学内容,综合利用了多种教学手段,提升了整个实验教学水平。注重实验过程设计,实验方法科学、合理、新颖;实验手段适当、高效先进。能充分调动学生学习的主动性与积极性,培养学生对实验的兴趣。此外,虚拟实验促进了流体力学实验网络化教学的步伐,建立了流体力学虚拟实验平台和教学资料库。(作者单位:南昌理工学院)

参考文献:

[1]程立英,张志美,等.虚拟实验在分级实验教学中的应用探究[J].沈阳师范大学学报:自然科学版,2011.

[2]朱敏.虚拟实验与教学应用研究[D].上海:华东师范大学,2006.

[3]陈小红.基于仿真软件的虚拟实验设计与应用[D].上海:上海师范大学,2010.

实验设计篇5

设计性实验,是在明确实验目的的基础上,根据实验原理和要求,自己选择适当的器材,制定实验方案,求出实验结果。实验过程是围绕着一个需要解决的问题展开,强调学生通过自主参与一些类似于科学家从事科研的学习活动,获得亲身体验产生积极情感,逐步形成一种在日常学习与生活中喜爱质疑,乐于探究,努力求知的心理倾向。学生在实验研究过程中激活自己各科学习中的知识储存,通过解决实际问题的探索性活动,提高自己综合应用能力。

设计性实验的目的是:加强学生已学的理论知识和基础性实验知识相结合,并将这些知识灵活应用,使学生体会并掌握实验设计的思维方法和分析方法,实验设计的基本过程和方法,培养学生的科学实验能力及创新能力。

二、设计性实验教学体系构建的思路

构建设计性实验教学体系应该把学生的能力和素质培养作为构建的指导思想,以便学生在实验研究的过程中,通过自己的努力获取相应的物理知识和练就一定的操作技能,又能逐步学会一套获取新知识和解决新问题的科学方法。设计性实验教学体系构建的基本思路是:(1)将能力和素质培养贯彻始终,为物理实验教学目标服务;(2)循序渐进;(3)要选择或设计内容新颖、难易适度的实验;(4)要立足大学物理,辐射其它学科;(5)要把科学研究能力的培养和物理知识的建构统一起来;(6)要把科学研究与实验教学有机结合起来;充分发挥设计性实验的教育功能。

三、设计性物理实验教学体系

以培养创新精神和提高综合素质为主线,遵循由易到难、由浅入深、由低到高、循序渐进的教学规律,按照物理实验的实施过程和目的要求以及学生自身个性发展将研究性物理实验划分为以下三个层次。

1.基本设计性实验。给定实验题目与要求,在限定仪器的条件下,拟定实验方案完成实验。基本设计性实验特别注意科学性和趣味性的结合,充分调动学生的学习积极性和创新精神,培养学生设计实验的基本能力、科学的思维方式、探究意识和动手能力。采用指定“单任务教学”模式,教师起到“指导、帮助”的作用。

(1)基本目的。激发学生学习物理知识、研究与探索物理规律的热情,加深对物理规律的切身感受,提高动手动脑能力,激励创新精神。

(2)基本要求。在教师的指导下或自己的独立研究完成实验课题,按学术论文的形式撰写设计性实验报告,使学生掌握基本的实验研究方法。

2.提高型设计性实验。给定题目与要求,在给定仪器条件的范围内选择仪器、拟定二种以上的实验方案进行比较,以较佳的实验方案完成实验。实验原理应是学生在普通物理学习中已掌握或稍加补充即可掌握的。他们要从查找文献资料开始,制定方案,做规划,直至完成实验。

(1)基本目的。培养学生科研综合对比研究能力,查阅文献资料的能力,在实践中提高发现问题、分析问题、解决问题的能力。

(2)基本要求。要求这类实验完成后,进行书面总结和口头报告交流,让他们对自己的实验作介绍,交流在实验研究的过程以及分析问题和解决问题中的宝贵经验和教训。

3.独立型设计性实验。给定实验题目,拟定实验方案、自选仪器完成实验。侧重于综合能力和创新能力的培养,课题涉及的实验内容与方法应具有综合性,学生选定课题后,教师一般只对课题的意义、背景等情况作些介绍,完全由学生自己调研和查阅资料,自己设计、装配、调试实验装置,提出实验方案,完成实验。

(1)基本目的。在培养了学生的基本实验技能和基本的设计能力后,对部分学生提出更高的要求,这一阶段要求学生的自主创新,培养他们的科学研究素质。

(2)基本要求。实验结束时,每个课题都要写出研究论文,并进行学术答辩和交流,部分论文应具有创新的成果,其中优秀的论文应能在正式学术刊物或学术会议论文集上发表。

4.设计性物理实验教学体系及内容方案。根据上面的讨论,由从简单到复杂、从基本到提高的顺序把设计性实验分为三个主要的类型,对于不同的层次有不同的实验项目和具体的实验要求,其中包括学生选做的实验个数、所需的课时数等,提出设计性物理实验教学体系及内容方案如表一。

表一设计性实验教学体系及内容

不同的学校根据自己的具体情况可以对不同的设计性实验类型提出不同的要求,即对基本设计性实验、提高型设计性实验、独立型设计性实验开设的个数和每个实验所需的学时给出符合自身实际情况的规定。根据我们学院的情况,选取基本设计性实验、提高型设计性实验、独立型设计性实验的课题数目分别为2、2、1个,总学时为40学时。

四、设计性实验教学成绩评价

客观、科学评价设计性实验教学成绩,有利于促进设计性实验教学的发展。评价应体现在实验教学中以学生为主,教师为辅,显示学生个性,相互协作,有利于学生科学素质的培养,充分发挥学生的能动性和创造性的宗旨。设计性实验教学成绩评价采用双评模式,把教师的评价和学生自评结合起来,改变以往那种只有教师参与的局面。

1.学生自评。每一个实验学生都进行自我评价,或是以小组为单位进行评价。在评价考核范围里面除了考核实验相关操作技能和实验的掌握外还将实验态度、文献查阅能力、团队合作精神等都纳入考察范围,充分体现设计性实验培养学生科学素质的价值。

2.教师对学生的评价。教师对学生的评价与学生自评同步进行,教师通过对学生的实验设计方案的审核,对实验过程的监督,以及实验结果的分析,给出一个评价。

对于这两部分的权重,不同的学校,不同的专业可以进行不同的调整,一般可以采用教师评价占60%,学生自评占40%的比例来进行,对于不同的给分点可以根据各自情况进行界定。

参考文献:

[1]朱慧群,丁瑞钦.大学物理实验教学方法探讨[J].中山大学学报论丛,2006年第26卷第5期.

[2]侯伟.设计性实验与学生创新能力的培养[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2005年第4期.

[3]沈元华.设计性、研究性物理实验介绍[J].物理实验.

[摘要]本文阐述了设计性实验的特点及目的,设计实验教学体系构建的思路,提出了设计性实验教学的体系方案。

实验设计篇6

然而从总的情况看,目前探索性实验的研究仍然是初步的,还有一些理论和实践上的问题有待探讨。比如,实验的教学功能有哪些?如何设计这种实验?显然,这些问题都是高中物理探索性实验研究中尚需深入探索的领域。

本文在前人研究的基础上,总结作者多年来高中物理探索性实验设计的具体实践经验,结合现代认知心理学理论,从实验设计这个探索性实验最基本的环节入手,对高中物理探索性实验的设计进行了初步的研究,试图从理论上初步形成高中物理探索性实验的设计指导思想、设计原则,从而给探索性实验的进一步研究以新的启示。

我们对探索性实验的定义是:由教师给出实验课题,提供实验器材,提出实验要求,让学生自己拟定实验方案,制订实验步骤,独立地通过实验的观测和分析去探索研究,从而发现“新”的物理现象,并通过建立物理模型来解释实验现象,总结出他们原来并不知道的规律性认识的实验。

一、高中物理探索性实验的设计指导思想

探索性实验作为物理实验的一种形式,它既有别于测定性实验,又有别于一般的验证实验。探索性实验的目的在于使学生获得物理实验研究方法的训练,让学生接触探索、发明、发现的过程和方法。在探索发现的过程中,发展学生理性的、批判的思想方法,体验学者研究的苦衷和愉悦,培养他们的发现、探究能力。而要达到这种目的,首先要求教师树立正确会设计指导思想。那么,探索性实验的设计应该该具备什么样的指导思想呢?瑞士心理学家皮亚杰的发生认识论理论可以给我们以很好的启示。

皮亚杰认为,人的行为具有一种定向性平衡。本来处于平衡状态的图式,由于人与事物的相互作用而破坏了平衡状态,出现了平衡化。为此,人再进行反应又恢复平衡,这种重新达到平衡状态的心理反应过程,称为平衡化。平衡化又可分为同化和顺应两种形式。同化是主体面临新的情境时,总是将新的知觉要素或刺激整合到原有的图式中,引起主体原有认知结构量的变化,以加强和丰富主体的动作;而当主体的图式不能同化客体时,主体只有改变原有图式或建立新的图式,引起主体认知结构发生质变才能适应或容纳新的刺激,这叫顺应。正是在同化、顺应的交替转换过程中,新的认识不断整合为更高级复杂的认知结构。

学生的心理发展,就是这种认知结构从平衡到不平衡再到新的平衡的过程。皮亚杰认为,引起儿童认知上的冲突,引起最佳或最大限度的不平衡,才能激发儿童的求知欲和好奇心。按照他的平衡学说,冲突是认知结构重新组织和随后发展的基础。

探索性物理实验作为学生的一种积极主动的认识建构手段,其目的和作用不仅仅只是作为一般的建构手段,而是作为学生建构逻辑结构的手段。要达到这种目的,就要使学生在进行探索性实验时发生认知冲突。这要求探索性实验设计首先要足够“新颖”。正是这种“新颖”的刺激,才会激发学生对探索的兴趣,才能引起学生探索的欲望,才使得它与主体原有的“定势”相矛盾、相对立,才能产生认识上的不协调和冲突。比如,我们设计的“测定没有系统误差存在时干电池的电动势和内电阻”实验,要求学生自己设计电路、得出数据,并求出没有系统误差存在时电池的电动势与内电阻,这比高中教材上的实验“新颖”。

那么,设计的“新颖”要达到什么程度呢?这涉及一个“度”的问题,太弱的刺激由于不能引起认知上的不平衡,因而也就不能引起同化和顺应。相反,如果外部刺激超过主体认知结构同化的范围,那么同化和顺应都无法进行,主体的反应也无从谈起。这正如皮亚杰所说的那样:“一个人既不注意太熟悉的东西,因为已经司空见惯了,他也不注意太不熟悉的东西,因为和他图式中的任何东西都没有联系。”

为了引起学生认知上的冲突,引起最佳或最大限度的不平衡,探索性实验的设计还要遵循“适度”原则。“适度”是指设计既要与学生已有的知识经验有一定联系,同时又要有一定的难度。这样的设计如同树上的果子一样,学生必须“跳一跳”才能摘下来,这样就最大限度地激发了学生的求知欲和好奇心。当他们依靠已有的知识解决了一个新问题时,往往会在紧张的智力劳动之后带来精神上的满足。这种求知欲满足后,又会产生新的刺激,激励他们进一步去探索新的课题,从而转化为学习上的一种内驱力。

概括以上两个方面可知,探索性实验的设计指导思想应该是“新颖、适度”。

二、高中物理探索性实验的设计原则

根据上面所提出的探索性物理实验的设计思想,结合我们多年具体设计中的体会与经验,我们认为有必要进一步制订探索性实验的设计原则。这是因为,设计指导思想的确立能使我们从总体上把握设计的方向,而设计原则的制订则会对设计的指导更臻于具体,并对探索性实验的设计选题、设计思路等方面给予理论指导,从而指导我们设计出符合学生认知水平发展的实验来。

(一)探索性设计原则

探索性设计原则是指:所设计的实验包含的物理规律往往隐藏在较深的层次,需要学生去挖掘;实验的条件和结果之间往往存在着较大的距离,需要学生去跨越;解决问题的方法与途径往往不太明确,需要学生通过尝试错误,提出假设并验证假设来寻找。提出这一原则基于以下原因:探索性实验作为一种发现学习活动,首先需要学生进行深入仔细的观察,并对外界输入信息和刺激进行过滤,唤起并指引注意作出有选择的记忆检索,并结合输入信息进行评价,从而提出假设,进行试误性尝试,以便检验假设。这样,学生在解决问题的过程中,不仅能学会并形成一定的认知策略和技巧,同时也激发了他们的智慧潜力,并有助于形成内在的学习动机。因此,探索性实验的性质本身要求我们的设计要在条件与目的之间设置“障碍”,学生在越障的过程中,实际上是通过思维的中介在条件与目的之间架起一座认知“桥梁”。这种越障过程既包括发散性思维,同时又包括辐合思维。发散性思维不直接加工信息,它主要提供解决问题的方向与方法,它属于执行控制过程,它属于影响问题求解过程的认知策略范畴。待问题求解的方向与方法确定后,又需要辐合思维进行逻辑推理,按已确定的方向深入下去直至解决问题,从而在这一探究的过程中培养学生的创造性思维。

从探索性实验的教育目的来看,由于探索性实验是建构学生良好认知结构的手段与方式,其信息刺激是一种新颖、适宜的刺激,因而,决定了实验设计一定要具有探索性。探索性的意义在于它给出的新颖、适宜的刺激能在学生的头脑中引起认知冲突和危机,从而促使学生积极、主动地建构他们的认知结构。特别需要指出的是,学生的探究行为作为一种动作或活动,它不同于演示实验中学生的观察,也不同于学生分组实验中的操作。上述观察和操作虽都包含物质动作和精神动作,但是精神动作的参与少,同时缺少两者的转化。这种情况正是造成目前实验教学不受欢迎的一个重要原因。而学生的探究行为则表现为物质动作与精神动作自始至终的交织与转化。这种交织与转化的前提来自由于探索而引起的认知冲突。这样,学生在探索性实验中进行的抽象思维就不只是来自感觉因素的联结,而是来自感知与行动的相互协调。这事实上就回答了我们经常为之困惑的一个问题:为什么说物理理论的思维训练与运用实验的思维训练其效果大相径庭?进一步,我们也朝着解决探索性实验教育功能的方向迈出一大步,这就是探索性实验探索性的价值之所在,也正是我们制订这一原则的理由与根据。

(二)趣味性设计原则

趣味性设计原则是指:探索性实验的设计要充分考虑学生的心理特点和认知水平,实验设计要求生动、有趣,能使学生在进行实验探索时,自始至终保持很高的兴趣。

在探索性实验设计中强调趣味性原则是因为,探索性实验作为一种学习活动,不能依靠教师的督促使学生完成,而要通过设计良好的实验本身来激发学生的兴趣,使学生从好奇出发,进而发生兴趣,只有这样,才能使学生自觉自愿地参与实验探究活动。

探索性实验作为学生探究行为的目标或诱因,它还具有诱发和激励主体的有目标指向行为的作用和功能。生动有趣的实验本身会使学生产生暂时性的兴趣,而解决问题的探究以及成功地解决问题,又会使学生的暂时性兴趣转化为持久兴趣。兴趣作为主体的一种内驱力,它刺激主体并引起反应(活动和动作),反应的结果则导致主体需要的满足。当需要(探索的愿望)和内驱力(兴趣)指向某种特定的目标(探索性实验)时,主体便获得了动机。

(三)理论联系实际设计原则

理论联系实际设计原则是:探索性物理实验的设计不仅有观察、测量的过程,而且需要建立物理模型,对实验的现象和结果用根据物理模型得出的表达式进行解释,从而培养学生运用理论解决实际问题的能力。

在设计中提出这一原则的理由是:多年来我们对物理实验的教学功能缺乏深入的研究,存在着一种普遍的观点,认为实验是附属于论、服务于理论的手段。实验的目的和作用常被归纳为正确观察、测量、读数和记录数据。根据实验数据验证物理规律。其实,物理实验不仅仅是用作训练技能,验证规律,而且它也是探索物理现象和规律的手段之一。它与物理理论相伴而行,密不可分。

提出理论联系实际原则的理由还在于:物理模型在学生的探究过程中还有三种功能。1、它具有相关功能。它以合理的方式把我们研究的物理现象和结论联系在一起。2.它具有解释功能。物理模型可用来说明或解释观测现象和得出的结论。3.它具有启发功能。它能提出进一步研究的新假说、新问题和新实验。当学生在探究过程中认识到物理模型的上述功能后,就会逐步走出观测资料和实验归纳的局限,接受并学会提出和检验物理模型的方法。

(四)简易性设计原则

简易性设计原则是指;实验的设计要尽可能采用较少的仪器,所使用的仪器要尽可能简单,设计的选题要尽可能与日常生活实际相联系,实验的原理要尽可能在高中物理范围之内。

提出这个原则的理由基于以下几点。首先,探索性实验作为实验教学的一种形式,它由教师给出实验课题、提供实验器材、提出实验要求,让学生自己设计实验方案,并选取日常生活中的一些物品作实验器材,自制一些简单的仪器或零件。就地取材,用简单的器材做实验的方法还富于教育意义。因为这样做能使学生感到物理就在自己身边,研究物理并不神秘,从而调动学生的学习积极性、主动性,培养创造精神。

采用简单的器材还容易突出实验的物理原理,而不为那复杂的结构所干扰,因而能获得更好的效果。事实上,实验的效果往往与仪器的复杂程度成反比。麦克斯韦在评价简单仪器时曾说过:“这些实验的教育价值,往往与仪器的复杂性成反比,学生用自制的仪器虽然经常出毛病,但他却会比用仔细调整好的仪器学到更多的东西。仔细调整的仪器学生易干依赖,而不敢拆成零件。”这很好地说明了简单仪器特有的教育价值。比如,我们设计的“探索热水瓶的保温性能”实验,所使用的器材仅是一只温度计(100℃),而其研究对象却是家家都有的热水瓶。要求学生探索热水瓶内的热水温度(T)与时间(t)的函数关系T=f(t〕。这个实验由于器材简单、情境活泼,很容易激发学生的兴趣。并且易于突出其物理本质,又富于探索性。这样的实验设计较好地体现了探索性实验的特点。

(五)科学性设计原则

科学性设计原则是指:在探索性物理实验的设计中,首先,必须保证实验的设计不出现科学性错误,这是最根本的要求。其次,实验设计要具有科学思想和科学方法的教育因素。

为什么要提出这个原则呢?这是因为,我们对学生进行科学教育的基本要求就是要向学生传授科学知识,同时物理知识本身的科学性也要求我们在实验中尊重科学事实。提出这个原则的另一层含义在于,由于一个较好的探索性实验设计本身就是一项小型科研,在选题及设计过程中对于设计者也是一种探究活动,其结果很难在设计之始加以预测。因此,如果在设计中没有科学的态度和方法,或者没有认真处理实验数据,往往稍有疏忽就会出现科学性错误。比如,“用沿线变阻器作限流器和分压器使用时输出特性的研究”的探索性实验,本身是一个很好的实验设计,但也出现了科学性错误,如图l。为什么说这个图是错误的呢?分析其原因,可能是设计者没有认真对待实验数据,以致出现当R>>r时直线与R<<r时曲线相交的错误结论。其实,若在实验中对实验数据认真处理,是不难得出正确结论的,如图2。

由图2可知,当负载电阻值不同时,输出调节范围也不一样。如ε=3V,r=20Ω,使用r=200Ω的滑线变阻器作分压器,则电压的调节范围如表一。

运用全电路欧姆定律,我们还可以求出输出电压最大值的表达式

因此,由于内电阻厂的存在,当分压器处于最大值R滑时,输出电压U≠ε,且U与R有关。不同的R值对应不同的最大调节范围,R越大,Umax越接近ε值。

实验设计篇7

1实验室建筑设计的前提

1.1科学规划实验室建设

作为学校学科专业发展规划的一部分,实验室是为人才培养和科学研究服务的,因此它必须附和学校的办学规模、发展方向、专业设置、学科建设、科研方向以及本学科的现状和发展方向,从经费投入、队伍建设、实验场地,以及国内外同类实验室的技术水平等方面进行综合考虑[6-8]。规划是发展的蓝图,科学的规划就是最大的节约。

1.2准确定位实验室

实验室建筑建设是以实现实验室的功能为目标,准确定位实验室是做实验室建筑规划设计前提。实验室定位要根据学科的发展、专业人才培养目标和教学、科研的需要,对各个实验室的功能、目标、空间容量进行分析和定位。要充分考虑如何将有限的资源发挥最大的作用,同时要注意行业标准和技术安全规范。

1.3认真做好前期调研工作

实验室建筑设计的最基本的条件是要满足使用单位的需求,因此要切实做好建设前期使用单位需求的调研工作。学校各级单位要认清前期调研工作的重要性。基建管理部门要在设计部门的协助下,有针对性地设计调研问卷,调研问卷要简明,同时反馈的结果又能为实验室建筑设计提供数据基础。使用单位要认真参照目前实验室情况、新建实验室情况以及未来实验室发展情况,填写调研问卷,对于不清楚的问题要及时与基建管理部门进行沟通,同时对于调研问卷中未涉及的特殊问题一定要加以说明。

1.4保证实验室建设的基本条件

建筑建设是一个系统工程,只有在保证土地、资金、管理人员等基本条件的基础上,才可以开工建设。特别是对于建设新校区的学校,如何统筹各个新建建筑之间的资金和管理人员安排至关重要。

2实验室建筑设计的基本原则

2.1高效原则

高效原则是指利用有效手段,用尽可能少的材料、资源消耗来取得尽可能大的发展效益。高效原则还体现在建筑空间组织、利用的高效化方面。这要求不仅要重视对每一平方米面积的有效利用,还要对三向度的空间做充分的发掘[9]。

2.2集约化原则

高等学校的土地资源相对较宽松,但仍要最大程度地发挥土地的合理使用。在建设实践中应注意立体地开发用地空间,发掘地上及地下空间的利用效益;在建筑空间的构筑中,应积极采用轻、薄的新型节能建筑材料,以少占建筑空间。同时设计中应结合相关技术的进步,提高能源的集约化利用程度。

2.3适宜性原则

实验室建筑设计要符合高校土地、资金等客观条件,要结合高校所在地域自然气候、地形、地貌、地质等因素,要符合高校内涵、特色、校园文化等。

2.4循环利用原则

建筑的循环利用原则包括再利用、再循环两方面内涵。再利用是指将各种建筑产品以初始形式多次加以使用,主要表现为对早期建筑的改造利用以及对结构构件、照明设施、管道设施、各类设备以及砖石构件的重复利用。再循环是指建筑产品在完成其使用功能后,经过一定加工处理使之变成可再次利用的资源。

2.5绿色环保原则

建筑设计中应注意结合废水净化、雨水收集,设置循环用水和分质用水系统,并积极采用各类节水设施、设备,有效地控制用水量。另外,要积极结合自然气候条件,充分利用太阳能、风能、地热能等资源,以减少空调、照明对不可再生能源的消耗。

3实验室建筑的基本模数

建筑模数(constructionmodule),是建筑设计中为了实现工业化大规模生产,使不同材料、不同形式和不同制造方法的建筑构配件、组合件具有一定的通用性和互换性,统一选定的协调建筑尺度的增值单位。也就是说实际建筑是各种建筑模数的倍数组合。在各个国家的经验数据基础上,结合我国实际情况,可以使用如下的建筑模数来进行实验室建筑设计。

3.1开间模数

实验室的开间模数取决于实验人员活动空间以及工程管网的合理布置所需的尺度。对实验室的开间模数,各国均有自己推荐的经验数据。德国一般采用3.0m、3.25m和3.5m三种开间模数;英国实验室的模数通常采用3.05m、10英尺的模数;日本建议实验室开间采用3.2m为模数,他们用1.6m的单位模数,如实验台宽度、实验台长度、实验台之间的走道宽度以及管道竖井的宽度等均采用1.6m;美国农业部地区研究实验室采用3.0m的开间模数;前苏联科学院国家科研建筑设计研究所建议实验室开间模数采用3.0m和3.6m,并认为3.6m为实验单元的最优宽度。在分折了国外实验室的开间模数的基础上,结合具体标准要求,认为可采用3.0m、3.3m,3.6m三种来设计实验室。

3.2进深模数

实验室进深的尺度很多,世界各国都有自己的尺度,归纳起来,采用的进深一般在6.0m至9.0m之间,其中尤以6.0m至7.0m居多。德国采用跨度为0.25m的倍数,采用6.0~8.0m之间的进深;英国近40年来,实验室的进深由4.88m增加到7.32m;日本实验室的进深采用1.6m的倍数,经常采用从6.4m到9.6m之间的进深;前苏联科学学院国家科研建筑设计研究所采用1.8m的倍数,认为7.2m为实验室最优深度。进深模数主要以建筑结构进行考虑,因此建议采用1.2m的倍数,以6.0~9.6m作为主要的实验室建筑的进深模数。

3.3层高模数

层高是指下层地板面或楼板上表面(或下表面)到相邻上层楼板上表面(或下表面)之间的竖向尺寸。净高是指下层地板面或楼板上表面到上层楼板下表面(或吊顶面)之间的距离。实验室层高模数取决于实验室的类型、实验对温度和湿度的要求、实验室洁净程度要求以及节约能源的要求等。国外依据实验室类型的不同,通常建议物理化学类实验室3.6m以上的层高,文科类实验室3m以上的层高。结合我国实际情况,建议采用0.3m的倍数,以3.0~4.2m作为主要的实验室建筑的层高模数。

3.4走廊宽度

一般实验室建筑的走廊分如下几种:单面走廊、双面走廊、安全走廊、参观走廊、设备检修和管理走廊等。决定走廊宽度的因素有很多,主要包括人流量、建筑物长度、门打开的方式等,同时设备检修和管理走廊要考虑通风管道、设备、检修器材等因素。建议采用0.3m的倍数,以1.2~2.7m作为主要的实验室建筑的走廊宽度。

4实验室建筑设计中要注意的问题

4.1基本需求必须明确

实验室建筑设计的首要目标是要满足实验用途。这需要设计单位、基建管理单位及实验室使用单位认真研究如下主要问题:

(1)实验室建筑位置的选择;

(2)实验室的工艺布局、工艺流程及工艺环境的要求;

(3)平面组台的几种可能,建造实验楼的层数;

(4)选择合适的建筑模数(包括开间、进深、层高以及走道宽度等);

(5)实验室与办公室之间的布局形式;

(6)工程管道的布置原则,采用明管还是暗管.垂直管网系统还是水平管网系统;

(7)灵活性的要求,如灵活隔断、活络吊顶及地面的灵活措施;

(8)主要仪器设备的布置方式以及实验台、实验家具的位置;

(9)基本实验室条件要求,如电力容量、网络容量、通风采光要求、消防及监控设备等;

(10)实验室安全保障条件等。

4.2特殊需求重点了解

基建管理单位和设计单位对某些特殊实验室的建设要求可能不是很清晰。一方面设计单位要充分考虑可能会影响到建筑设计的指标和因素,另一方面实验室使用单位要尽量全面提供其所需的特殊条件。如下列举有一些特殊实验室的特殊要求:

(1)工程机械实验室大型设备对楼板承重的要求;

(2)物理、生化实验室对上下水的要求;

(3)放射性实验室的防放射性辐射相关设施的安置条件;

(4)生化类实验室对废弃物存放、处置、运输等所需的条件;

(5)对防火、防化等特殊需求,以及特殊保障、保护设备设施的安置等。

4.3合理设计统筹安排

实验室建筑设计中注意相同需求实验室的合理安排。以降低建设成本。如相同或相近层高要求实验室设计到相同楼层,对上下水有需求的实验室安排到相同的立面等。同时既要充分考虑不同类型实验室的个性需求,又要考虑满足实验室个性需求所需要的各种资源。一方面保证实验室使用时实验人员的安全、设备安全的要求一定要满足,另一方面对于不合理的需求要加以限制。

4.4充分考虑未来变化

实验设计篇8

良好的材料是实验成功的基础和保证。选择实验材料时,首先考虑从实验室获取,但很多小学科学实验材料从实验室不易得到,这就要求我们教师自制教具,从生活中获取简易的、实验现象明显的材料。比如,小学科学教材《固体的热胀冷缩》实验,选择材料是铜球,加热用酒精灯,冷却用冷水,观察方法用铁圈套铜球。这个实验有两个弊端,一是铜球温度很高,易烫伤学生,有危险性;二是加热时间比较长。因此,我将实验材料改为PP-R塑料,因为PP-R塑料热膨胀系数远远大于铜的热膨胀系数,实验现象特别明显。再如教材《马铃薯在水中是沉还是浮》一课,我把马铃薯改为葡萄,在烧杯中就可以做。这样既节省实验用品,实验效果又明显。

二、方法“妙”才能一目了然

(一)充分利用对照实验和对比实验

对照实验是提前控制“因”,然后观察“果”;对比实验是通过对“果”的对比,让学生发现“因”,探究性更强一些。在实验设计中我们要有意识地采用这两种方法。例如五年级上册第一单元第一课《小苗的诞生》中的实验采用了对照实验,适宜的温度、水、空气等诸多条件中,每次只能改变其中的一项。需要指出的是,为了节省时间,可以一次设置多个样本,根据排列组合的原则使样本间条件有所区别,最后通过将样本两两对照得出结论。本实验要求设计记录表,能对浇水量、光照时间等进行记录。同时,教师鼓励学生课后对自行控制变量的种类和数量进行研究,激发兴趣,巩固知识。

(二)改进实验,一切为了效果

实验设计时,参照课本、参考书、网上所设计的实验方法,从各角度思考,找出它们的优缺点,结合自己的设计确定最优方案。比如“光的直线传播”实验中,教材中提到森林中的光线直线传播,但缺点是远离生活只能想象;观察教室窗户中的一缕光线,实施起来也有困难。为此,我设计了利用激光笔大角度倾斜打在黑板上的方法,很方便地证明了光的直线传播,效果很好。

(三)方案周密,预知可能的败笔之处

实验设计时,对可能影响实验效果的不利因素要提前预知并加以避免。如五年级上册《风的形成》一课中“风的形成”实验,学生需要制作自己的实验箱,在实验设计阶段要引导学生注意以下事项:实验箱密封效果一定要好,任何地方不能漏气,否则蚊香的烟会溜走;实验箱要有一定的高度,否则点燃的蜡烛会引起燃烧,不安全。

三、让学生积极参与实验设计

实验设计过程是个锻炼思维的过程,通过学生参与实验设计,养成积极动脑的习惯;让他们掌握实验设计用到的基本方法,比如对比实验和对照实验等;让他们培养合作精神,体验到合作的乐趣。总之,教师在实验设计上下大力气是值得的,能让学生体会到实验科学的魅力。

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