设计性实验教学和考试实践的研究与探讨

设计性实验的主要目的： 设计性实验的主要目的： 通过设计性实验或具有设计性内容的实验， 实验方法的考虑、 能使学生在“实验方法的考虑 能使学生在“实验方法的考虑、测量仪器的选择 和 配合、测量条件的确定”等方面受到初步训练。 配合、测量条件的确定”等方面受到初步训练。 经过一定数量的基本实验训练后，进行设计 性实验层次的教学，除了帮助学生进一步提高 自己的实验素质能力外，最重要的是给学生 自己的实验素质能力外，最重要的是给学生 提供了某种发挥创造性的机会。 提供了某种发挥创造性的机会。
（三）填空题：（10分，每空1分） ：（10 填空题：（ 分 每空1 •
在用伏安法测电阻的实验中，首先按照实验电 路图，摆好仪器；用 回路 法连接好线路；（经 老师）检查 线路 无误后，先把两个分压电路的 分压Ui和U2调到 最小 ；然后，分别先后调整上 下两个分压电路的 滑线变阻器R1和R2， 使得通过 中间桥路上检流计G内的 电流IG=0mA ，即电压表V 两端的电压Ui和待测电阻Rx两端的电压 URx 相等 （即Ui = URx ），该电路达到 平衡状态（或补偿状 态） 。记下此时相应的 电压表读数 Ui和通过 mA 表（即待测电阻）的电流值IG，则由 欧姆定律，即 可算出测电阻Rx的值。
建设高水平实验教学示范中心 培养“基础知识扎 高水平实验教学示范中心, 实、动手能力强，有创新精神”高素质人才，在实践 教学中，必须特别加强设计性实验的力度。 • 这是我们总结了多年的实践教学经验，结合我校的实际 制定的具有一定特色的实验教学新体系。这个实验教学新 体系，具有一定的先进性、科学性、合理性、完整性， 先进性、科学性、合理性、 也得到教育部有关专家的肯定和好评。
• （五）实验数据处理综合题：（ 分） 实验数据处理综合题：（60分 ：（
在设计用伏安法测电阻的实验中，取电压表量程为7.5 V，准 确度等级为1.0，毫安表量程为15.0 mA ，准确度等级为1.0。实 验过程中，当调整滑线变阻器R1（1k ），使电压表示数从U1= 0.0V开始增加，直到U5= 7.5V；电压表示数每增加1.5V，调整一 下滑线变阻器R2（280 ），使待测电阻Rx两端的电压Ux=Ui ,即 使电路中检流计G上没有电流通（IG=0.0），电路达到补偿状态； 同时记下电路中毫安表的示数I，分别为0.0、2.8、6.4、9.0、 12.2、14.8(mA)。 • 要求如下： 要求如下： （1）试表述本设计实验中，所选择的电源大小，电压表和毫安 ）试表述本设计实验中，所选择的电源大小， 表的量程及其准确度等级，滑线变阻器R 的规格大小。 表的量程及其准确度等级，滑线变阻器 1、R2的规格大小。 • （2）试用列表法处理数据，包括画出实验数据表格，正确填入 ）试用列表法处理数据，包括画出实验数据表格， 实验数据，计算处理数据，并给出待测电阻R 实验数据，计算处理数据，并给出待测电阻 x值、不确定度和结 果表示。 最好用线性回归法处理数据 最好用线性回归法处理数据) 果表示。(最好用线性回归法处理数据 • （3）试用作图法处理数据，包括在坐标纸上正确完整地画出 ）试用作图法处理数据， I～U 伏安特性曲线，并求其斜率和待测电阻值 。 伏安特性曲线，并求其斜率和待测电阻值Rx。
• （二）查阅文献资料
• 1.广泛性： 广泛性： 广泛性 • 利用各种手段，如教科书、专著、杂志、 利用各种手段，如教科书、专著、杂志、 • 互联网、 互联网、各种情报检索中心 • 2.独立思考： 独立思考： 独立思考 • 要注意自己的知识空白、不同作者的观点差异。 要注意自己的知识空白、不同作者的观点差异。 • 通过分析、实验，力求逐步形成自己的观点， 通过分析、实验，力求逐步形成自己的观点， • 并力求发展。 并力求发展。 •
• 答案要求： 答案要求：
• • • • 画出完整的实验电路图， 标出各仪器设备的 符号、规格、量程、 +、-极性等，
• 注意：一个错误扣1分。
（二）概念题：（10分） （二）概念题：（10分）
• 根据实验电路图，叙述采用电压补偿法（平衡原 理）测电阻的原理。
• •
• •
衡（电压补偿原理）的，或者回答清楚实验主要步 骤，即可。 注意：一句错误扣2分。
• （四）实施实验方案
• 1．观察： ．观察：
• • • 注意实验过程是否按预定方式进行， 注意实验过程是否按预定方式进行， 是否有异常现象发生。 是否有异常现象发生。 注意测量误差对系统误差影响
• 2．测量： ．测量：
•
（五）实验数据处理与分析讨论
• 1.数据表格及数据处理方法。 数据表格及数据处理方法。 数据表格及数据处理方法 • 包括：列表法、作图法、线性回归法、逐差法等。 包括：列表法、作图法、线性回归法、逐差法等。 2.误差分析、讨论探索等。 误差分析、 误差分析 讨论探索等。
所写报告应使别人看后，能了解该设计实验的工作成 果和达到的水平。
•
第二部分： 第二部分： 用伏安法测电阻设计实验的 理论试题” 操作分步骤计分方法” “理论试题”和“操作分步骤计分方法” • • 一、理论试题 (一)作图题：（ 分） 作图题：（ 一 作图题：（10分
• 设计并画出用伏安法 • 测电阻的实验电路图。
答案要求：只要讲明该电路是如何实现电压平 答案要求：
参考答案：
在用伏安法测电阻的实验中，当调整R1给电压表 V两端加分压Ui，再调整R2使待测电阻RX两端的电压 URx和Ui相等（即URx = Ui ）。此时，通过mA表的电 流I完全通过待测电阻RX ，而通过检流计G内的电流I G=0mA，则该电路达到平衡状态（或补偿状态）。
•
例如： 电源E=8V，滑线变阻器R1=1k 滑线变阻器R 滑线变阻器R2=280 例如： 电源E=8V，滑线变阻器R 电压表型号： C43型 量程：7.5V C43型 量程：7.5V 分度值：0.1 分度值：0.1 V 准确度等级：0.1 准确度等级：0.1 毫安表型号： C43型 量程：15 mA 分度值：0.2 mA 准确度等级：0.1 C43型 量程：15 分度值：0.2 准确度等级：0.1
一、设计性实验教学一般方法
（包括4个方面，供大家讨论） 包括4个方面，供大家讨论）
1. 提前一周布置选题： 提前一周布置选题： 实验中心给出一组题目（含实验要求、原理提示）， ），实验室 实验中心给出一组题目（含实验要求、原理提示），实验室 指定或学生从中选择一个适合自己的题目。 指定或学生从中选择一个适合自己的题目。 在提前一周时间内完成） （在提前一周时间内完成） 2. 实验课前查阅文献资料、确定实验原理、设计实验方案： 实验课前查阅文献资料、确定实验原理、设计实验方案： 包括选择实验方法、实验仪器、画出实验电路图或光路图， 包括选择实验方法、实验仪器、画出实验电路图或光路图， 拟定实验操作步骤等。 在提前一周时间内完成） 拟定实验操作步骤等。 （在提前一周时间内完成） 3. 提交设计实验报告：所提交的原始设计实验报告，经教师审 提交设计实验报告：所提交的原始设计实验报告， 查并帮助修正设计实验方案，然后发还学生。 查并帮助修正设计实验方案，然后发还学生。 在布置选题后，第二周时间内完成） （在布置选题后，第二周时间内完成） 4．在提前预定的时间内 独立（或合作）实施设计实验方案并 独立（ ．在提前预定的时间内，独立 或合作） 完成实验报告（小论文）： 完成实验报告（小论文）： 在课堂上通过与教师的交流进一步修改与完善实验方案并最 后实施，采集数据，进行数据处理，完成实验报告。 后实施，采集数据，进行数据处理，完成实验报告。 在完成设计实验操作后，下一周时间内提交正式报告） （在完成设计实验操作后，下一周时间内提交正式报告）
发现问题通常有两种途径：“发现从不满意 开始”，通过亲身的观察或实践发现周围事物 存在的问题；通过调查研究和其他各种信息渠 道，间接的获得某一事物存在的问题。
• （三）设计实验方案
1. 要灵活运用物理规律。 要灵活运用物理规律。 注意借鉴其它学科成果，明确实验原理， 注意借鉴其它学科成果，明确实验原理，实验 目的，计划测量的物理量。 目的，计划测量的物理量。 • 2. 选择适当的测量仪器。 选择适当的测量仪器。 • 注意仪器的匹配， 注意仪器的匹配，根据不确定度均分原则估算 各个测量对主要结果精度的影响， 各个测量对主要结果精度的影响，选择一套符合精 确度的而且有经济、实用的仪器装置。 确度的而且有经济、实用的仪器装置。 • 3. 选择适当实验方法、方案。 选择适当实验方法、方案。 • • • 4. 选择适当实验测量方法。
2006年物理实验中心教学研讨会 2006年物理实验中心教学研讨会
设计性实验教学和考试 实践的研究与探讨
-----设计性实验教学 -----设计性实验教学的一般方法、用伏安法测电阻 教学的一般方法、用伏安法测电阻 设计实验的“理论试题”和“实验操作分解步骤计分 方法”
河北工业大学物理实验中心 魏怀鹏
第一部分： 第一部分：设计实验一般方法和程序
（详见物理实验中心网站中的典型教学案例）
•
贯穿于上述4个层次始终。 贯穿于上述 个层次始终。 个的教育教学改革、 创新的指示精神，最近两年，我们物理实验中心大胆改革、 自主创新，制定了新的物理实验教学体系，把大学物 新的物理实验教学体系， 理实验分为4个层次：即“基础性实验、提高性实验，综合 性实验、研究性和创新性实验”，并将“设计性、开放性”
• （四）选择题：（ 分） 选择题：（10分 ：（
（1）在用伏安法测电阻的实验中，首先按照 实验电路图，摆好仪器；用回路法连接好线路； （经老师）检查线路无误后，先把两个分压电路 的分压Ui 和U2调到 。 • A. 最小 B. 最大 C. 平衡 D.零
•
（2）在用伏安法测电阻的实验中，分别先后 调整上下两个分压电路的滑线变阻器R1和R2，使 得通过中间桥路上检流计G内的 。 • A. 电流为零 B. 电流最大 • C. 电压为零 D.电阻为零 •
（3）在用伏安法测电阻的实验中，电压表V两端的电压Ui和待测 电阻RX两端的电压URx ，该电路达到 状态。 • A. 相等（即）、平衡 B. 相等（即U1= U2 ），补偿 • C. 为零 ，非平衡 D. 最大，补偿 （4）在用伏安法测电阻的实验中，当调整R1、R2，使待测电阻 Rx 两端的电压URx和电压表V两端的电压Ui相等（即URx = 待 Ui ），该电路达到平衡状态时，通过mA表的电流IG 测电阻Rx ，而通过 的电流为零。 • A. 完全通过、 检流计 B. 完全通过，电压表 • C. 不完全通过，待测电阻 D. 不完全通过，检流计 （5）电路达到平衡状态时。记下相应的 值和通过 由欧姆定律，即可算出测电阻的值。 • A.电压表读数， mA表读数 • B. mA表读数，待测电阻的电流 • C. 电压表读数， 检流计读数 • D. 变阻器两端的电压，变阻器的电流 值，则