時(shí)間:2023-03-23 15:10:07
緒論:在尋找寫作靈感嗎?愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)論文,愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維,激發(fā)您的創(chuàng)作熱情,歡迎您的閱讀與分享!
“血型鑒定”是初中生物“人體生命活動(dòng)的能量供給”一節(jié)的模擬實(shí)驗(yàn)??梢宰寣W(xué)生體驗(yàn)血型的鑒定過程,理解血液鑒定及輸血的原理。教材建議使用的化學(xué)藥品價(jià)格較高,很多學(xué)校的生物實(shí)驗(yàn)室中未必都能有購(gòu)置,同時(shí),其中有幾種有毒性,學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中存在安全隱患。陳樂東老師對(duì)實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn),建議用硫酸鎂、碳酸鈉、氫氧化鈉和氫氧化鈣沉淀模擬血液凝集。通過產(chǎn)生沉淀來模擬凝集,初中一年級(jí)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的了解有限,并不能很好地理解血型鑒定的原理及輸血原則。從經(jīng)濟(jì)性和效果方面考慮,本實(shí)驗(yàn)用墨水來做,也可以收到較好的教學(xué)效果。
二、材料準(zhǔn)備
1.三種不同顏色的墨水,分別是:紅色、純藍(lán)、墨汁(可適當(dāng)稀釋)。2.試劑瓶6個(gè),一個(gè)裝紅墨水,標(biāo)明“A標(biāo)準(zhǔn)血清”,另一個(gè)裝純藍(lán)墨水,標(biāo)明“B標(biāo)準(zhǔn)血清”;其余四個(gè)分別裝紅墨水、純藍(lán)墨水、墨汁和清水,模擬四種待測(cè)血液樣品,在試劑瓶上標(biāo)明甲、乙、丙、丁。3.載玻片4個(gè),在左右兩邊的邊緣分別用記號(hào)筆標(biāo)明A和B(與醫(yī)院中血型鑒定方法一致)。
三、實(shí)驗(yàn)原理
用紅墨水代表A型血樣;用純藍(lán)墨水代表B型血樣;墨汁代表AB型血樣;清水代表O型血樣。四種樣品在滴加紅、藍(lán)墨水代表的A、B兩種標(biāo)準(zhǔn)血清時(shí),會(huì)有不同的顏色變化,用變色與否代表凝集反應(yīng),如下表:
四、模擬實(shí)驗(yàn)過程
1.取4張載玻片,均在標(biāo)明A的位置上方滴加1滴紅墨水(A標(biāo)準(zhǔn)血清),在標(biāo)明B的位置上方滴加純藍(lán)墨水(B標(biāo)準(zhǔn)血清)。2.在每張載玻片上滴加一種待測(cè)樣品,A、B標(biāo)準(zhǔn)血清中各加1滴。3.觀察是否變色,將結(jié)果記錄在下表中,在括號(hào)內(nèi)注明血型:
五、討論
實(shí)驗(yàn)前將所用試劑都置于電熱恒溫干燥箱中,在110℃條件下烘干處理3h,脫水后密封保存?zhèn)溆谩R赞D(zhuǎn)爐提釩釩渣為參照[8-9],配置實(shí)驗(yàn)試樣組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。配好的試樣放入瑪瑙研缽中研磨,保證樣品充分混勻。實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備好后進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn):(1)差熱分析法(DSC)實(shí)驗(yàn):利用DSC精確測(cè)定試樣的相變和反應(yīng)溫度。使用氬氣(99.99%)作保護(hù)氣氛,流量為2L/min。設(shè)備升溫和降溫速度為10℃/min,試樣量為10mg[10]。(2)高溫淬火實(shí)驗(yàn):為確認(rèn)FeO與V2O5發(fā)生的反應(yīng)和生成的物質(zhì),以DSC測(cè)定的相變溫度為依據(jù)進(jìn)行高溫淬火實(shí)驗(yàn)。試樣裝入MgO坩堝(33mm×29mm×50mm),放入二硅化鉬爐中,加熱到試樣的液相線溫度以上50℃,然后再降到至相變溫度并保溫一定的時(shí)間后迅速取出,置于水中淬冷。(3)樣品表征:X衍射分析淬冷后的試樣物相;采用掃描電鏡觀測(cè)樣品形貌及尺寸。
2結(jié)果與議論
2.1差熱分析試樣經(jīng)升溫熔化后均勻性更好,故本實(shí)驗(yàn)以DSC降溫曲線結(jié)果為準(zhǔn)。從DSC降溫曲線中得到試樣的相變溫度見表2。從表中可看出:1—4號(hào)試樣在600℃左右開始熔化產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變,原因是1—4號(hào)試樣中FeO含量較低,有放熱峰出現(xiàn)所致;隨著試樣中FeO含量增加,試樣的熔點(diǎn)升高,600℃左右不易發(fā)生熔化而產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變;1—7號(hào)試樣在接近800℃左右均發(fā)生相變,原因是V2O5發(fā)生了分解反應(yīng):V2O5V2O3+O2;3—10試樣在970℃、1300℃、1450℃左右均發(fā)生了相變或反應(yīng)。
2.2XRD分析試樣高溫淬火后用RigakuD/MAX2500衍射儀進(jìn)行分析。試樣在970℃保溫2h后迅速取出用水淬冷,部分試樣的分析結(jié)果見表3。圖1和圖2分別是試樣10在1450℃和1300℃保溫后得到的X衍射圖譜。分析X衍射結(jié)果發(fā)現(xiàn),F(xiàn)eO-V2O5體系在高溫下發(fā)生了反應(yīng),970℃時(shí)主要生成釩酸鐵FeVO4,1300℃和1450℃時(shí)主要生成反式釩鐵尖晶石Fe2VO4;隨著FeO含量的增加,體系中的物相減少,只有Fe2O3由此可以看出,F(xiàn)eO和V2O5之間發(fā)生了一系列氧化還原反應(yīng),其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是V2O5在反應(yīng)開始時(shí)發(fā)生分解得到V2O3和O2,F(xiàn)eO被氧化成Fe2O3,V2O3與FeO和Fe2O3同時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成Fe2VO4,未分解完的V2O5與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)生成FeVO4。
2.3SEM分析通過掃描電鏡可以更直觀形象地觀察鐵釩體系中的物相結(jié)構(gòu)。圖3為試樣分別在1450℃、1300℃保溫30min的SEM。從圖中可以看出,鐵釩體系主要組成為釩鐵尖晶石相和鐵氧化物相,圖中灰白色物相為尖晶石相,黑灰色物相為鐵氧化物相。由1300℃保溫得到的釩渣礦相中尖晶石的粒徑明顯比1450℃保溫得到的尖晶石粒徑大,其尺寸分布范圍也較寬,主要分布在10~30μm之間。在1450℃保溫時(shí),尖晶石粒徑主要分布在10~25μm之間,尺寸相對(duì)較小。這是由于高溫下形核率大于晶體長(zhǎng)大速率,所以形核較多,晶體尺寸較??;當(dāng)溫度降低時(shí),形核率增大,但其增長(zhǎng)率小于晶體長(zhǎng)大速度,所以隨著保溫溫度的降低,尖晶石平均晶粒尺寸增加。
3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拓展
本文所設(shè)計(jì)的綜合實(shí)驗(yàn)是研究型實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在教師指導(dǎo)下完成系列實(shí)驗(yàn),包括熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料、完成實(shí)驗(yàn)操作、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過該研究型實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生獲取新知識(shí)的欲望,催化學(xué)生創(chuàng)新的熱情,使學(xué)生更加注重知識(shí)體系的系統(tǒng)性和整體性,從而完成理論—實(shí)踐—理論的循環(huán)過程。應(yīng)用TRIZ理論的動(dòng)態(tài)化原理[11-12],還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行拓展,不斷擴(kuò)充和更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:(1)進(jìn)行鐵釩體系平衡的熱力學(xué)計(jì)算。學(xué)生可根據(jù)最小吉布斯自由能原理進(jìn)行計(jì)算,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算的一致性。(2)探索釩鐵尖晶石結(jié)晶規(guī)律。學(xué)生可在前期研究的基礎(chǔ)上,自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,探索影響釩鐵尖晶石結(jié)晶規(guī)律的因素。(3)從FeO-SiO2-V2O5系著手,探索釩氧化物的行為,為改進(jìn)造渣制度提供理論依據(jù)。(4)探索焙燒浸出方式制取釩氧化物時(shí)工藝參數(shù)對(duì)釩鐵尖晶石的影響。
4結(jié)束語(yǔ)
選擇紫甘藍(lán)汁作指示劑一些電解質(zhì)溶液電解后,其酸堿性經(jīng)常發(fā)生變化,因此需要加入酸堿指示劑(如酚酞)揭示陰陽(yáng)極所發(fā)生的電極反應(yīng);紫甘藍(lán)汁可由紫甘藍(lán)(紫卷心菜)制得,所含色素的顏色會(huì)隨pH改變而有鮮明的變化,且較穩(wěn)定,可保存較長(zhǎng)的時(shí)間,是一種天然的酸堿指示劑;已有文獻(xiàn)報(bào)道了紫甘藍(lán)汁遇到不同pH溶液所呈現(xiàn)的不同顏色。筆者將紫包菜剪碎,用熱水浸泡獲得紫甘藍(lán)汁(或直接剁碎紫包菜擠壓獲得高濃度的紫甘藍(lán)汁)。借助于pH傳感器配制了上述不同pH的溶液,發(fā)現(xiàn)溶液酸性增強(qiáng),紫甘藍(lán)汁的顏色由紫青色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色,溶液堿性增強(qiáng),紫甘藍(lán)汁的顏色由紫青色先變成綠色,后變?yōu)辄S色,證明了上述結(jié)論的正確性。因此我們借助紫甘藍(lán)汁來作為該微型實(shí)驗(yàn)的酸堿指示劑。
2實(shí)驗(yàn)應(yīng)用
2.1電解硫酸鈉溶液
配制1mol•L-1硫酸鈉溶液,向2個(gè)西林瓶中分別加入硫酸鈉溶液至體積占大部分,然后滴加紫甘藍(lán)汁至瓶口,將盛滿液體的西林瓶反倒于瓶蓋中,與注射針頭相接觸。向飲料瓶蓋中加入少量硫酸鈉溶液,以保證整個(gè)裝置回路,用連接導(dǎo)線的的鱷魚夾各夾住2個(gè)注射針,并分別與9V的電源相連??梢园l(fā)現(xiàn)大約1~2分鐘就可以觀察到下列明顯的現(xiàn)象:陽(yáng)極附近有氣泡產(chǎn)生,溶液變紅色說明陽(yáng)極區(qū)顯酸性,水分子失去電子,生成氧氣和H+;陰極附近有氣泡產(chǎn)生,溶液變綠色說明陰極區(qū)顯堿性,水分子得到電子,生成氫氣和OH-。學(xué)生依據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就可以寫出該反應(yīng)的電極反應(yīng)式。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,陰極溶液堿性增強(qiáng),由綠色變成黃色。筆者建議若本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于課堂教學(xué),只要觀察到陰極區(qū)變綠色即可,若應(yīng)用于綜合實(shí)踐活動(dòng)和研究性學(xué)習(xí),可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步觀察溶液顏色的變化。陽(yáng)極反應(yīng):2H2O-4e-=O2↑+4H+陰極反應(yīng):2H2O+2e-=H2↑+2OH-
2.2電解飽和食鹽水
將上述硫酸鈉溶液換成飽和食鹽水,陽(yáng)極電極換成鉛筆筆芯,其余步驟同上。電解飽和食鹽水,陰極區(qū)H+得到電子,生成氫氣,因此附近溶液顏色由紫色變成綠色進(jìn)而變成黃色,溶液顯堿性。陽(yáng)極溶液的顏色變化則由紫色變?yōu)榧t色,進(jìn)而變?yōu)闊o色,并且可以聞到少量的刺激性氣味,這說明Cl-失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),生成氯氣,氯氣與水反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸,顏色的鮮明變化可以揭示這一系列化學(xué)反應(yīng)。陰極反應(yīng):2H++2e-=H2↑陽(yáng)極反應(yīng):2Cl--2e-=Cl2↑Cl2+H2OHCl+HClO但該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到10分鐘時(shí),陽(yáng)極溶液才褪色,此時(shí)產(chǎn)生的氣體已把陽(yáng)極的溶液排得僅剩少部分,而陰極所在西林瓶中的溶液則更是被排得所剩無幾(因?yàn)闅錃獾囊莩鏊俾时嚷葰獯螅?。為了解決該問題,筆者將作為陽(yáng)極的西林瓶中溶液體積減少一半,陰極溶液體積不變,可以發(fā)現(xiàn)大約5min內(nèi)陽(yáng)極就可以出現(xiàn)由紫色變紅色進(jìn)而褪為無色的現(xiàn)象,便于學(xué)生的自主探究。該微型實(shí)驗(yàn)裝置也可以用于其他溶液電解實(shí)驗(yàn)的研究,由于不同反應(yīng)的分解電壓有差別,可在電源回路中串聯(lián)一個(gè)合適的變阻器,用于調(diào)節(jié)電解電壓,實(shí)驗(yàn)時(shí)逐漸增大電壓,至電極上有明顯反應(yīng)為止。
3實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)
宋心琦教授在“中學(xué)化學(xué)教學(xué)改革與微型實(shí)驗(yàn)”一文中指出,微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)中推廣艱難的原因之一是很多物質(zhì)在微量時(shí)和常量時(shí)給予觀察者的感受可能不同,使得印象或結(jié)論因此不同。筆者認(rèn)為不僅是物質(zhì)本身,化學(xué)反應(yīng)有時(shí)在微量和常量時(shí)給予觀察者的感受也不同,而本案例中的電解質(zhì)溶液雖然是“微量”(3mL),但現(xiàn)象并沒有因此打折扣,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。以電解硫酸鈉溶液為例,陰陽(yáng)兩極的溶液分別呈現(xiàn)紅色和綠色,呈現(xiàn)鮮明的顏色區(qū)別。
上述介紹的實(shí)驗(yàn)裝置和相關(guān)的設(shè)計(jì)除了具有現(xiàn)象明顯的特點(diǎn)外,還具有以下一些優(yōu)點(diǎn):
(1)時(shí)間較短,適合學(xué)生自主探究,探究電解硫酸鈉溶液大約1分鐘后就能觀察到明顯現(xiàn)象,而飽和食鹽水的電解則可以在5分鐘內(nèi)看到陽(yáng)極先變紅后褪色的現(xiàn)象。
(2)成本較低,在淘寶上購(gòu)買西林瓶,僅2毛錢1個(gè),注射器為2元,而鉛筆芯和飲料瓶蓋均可在日常生活中尋找,唯一較貴的是電池為8元左右,可重復(fù)使用多次。
1.1活動(dòng)向?qū)ё饔煤?jiǎn)介為了方便教學(xué)活動(dòng)的開展,PacketTracer特意為學(xué)生和教師添加了一個(gè)有用的工具:活動(dòng)向?qū)?。通過活動(dòng)向?qū)Э梢允菇處煼浅7奖愕貫閷W(xué)生創(chuàng)建一個(gè)非常具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,然后讓學(xué)生完成這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的搭建與配置。通過活動(dòng)向?qū)Э梢詫?duì)考題進(jìn)行分?jǐn)?shù)的設(shè)置,一般情況下每設(shè)置一個(gè)知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)就會(huì)給這個(gè)點(diǎn)設(shè)置1分,而該考試題的總分要視該試題所包含的知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量來決定[1]。當(dāng)我們進(jìn)入如圖1所示的活動(dòng)向?qū)?duì)話框以后,可以看到左邊有10個(gè)按鈕,它們分別對(duì)應(yīng)10種不同的功能。⑴【W(wǎng)elcome】是歡迎界面,這個(gè)界面對(duì)活動(dòng)向?qū)У墓δ苓M(jìn)行了比較系統(tǒng)的介紹。⑵【VariableManager】是變量管理器。⑶【Instructions】是文字編輯器,教師命題的文字和圖片部分就在這里進(jìn)行編輯。⑷【AnswerNetwork】按鈕可以打開一個(gè)的窗口,在這個(gè)窗口中教師可以為自己設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)給出答案。⑸【InitialNetwork】按鈕可以打開一個(gè)界面,通過這個(gè)界面可以設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生來完成搭建和設(shè)置。⑹【Password】按鈕可以為我們?cè)O(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)問題添加密碼。⑺【TestActivity】按鈕可以打開PacketTracerActivity窗口,在這個(gè)窗口中有我們?yōu)閱栴}網(wǎng)絡(luò)編寫的說明,也有測(cè)試該網(wǎng)絡(luò)是否正確的按鈕和重置網(wǎng)絡(luò)的按鈕。⑻【CheckActivity】按鈕的功能與【TestActivity】按鈕基本一樣。⑼【Save】按鈕的功能是將編寫好的網(wǎng)絡(luò)問題保存在磁盤中,文件的擴(kuò)展名是pka。⑽【Exit】按鈕是當(dāng)我們結(jié)束問題的編輯工作時(shí)用來退出活動(dòng)向?qū)Ы缑娣祷豍acketTracer的界面。
1.2HTML基本使用介紹在活動(dòng)向?qū)е胁僮髦改鲜窃O(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估測(cè)試題的一個(gè)重要環(huán)節(jié),通過操作指南用戶可以知道應(yīng)該怎樣搭建和設(shè)置網(wǎng)絡(luò)。在操作指南的圖文編輯中,有不少HTML語(yǔ)言的標(biāo)簽,這些標(biāo)簽寫在尖括號(hào)中,在文字的前后各有一個(gè),成對(duì)出現(xiàn),這就是我們所說的HTML語(yǔ)言的標(biāo)簽。與此同時(shí),活動(dòng)向?qū)榫W(wǎng)絡(luò)試題提供試題答案管理器這項(xiàng)功能。在將設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)連通后,會(huì)出現(xiàn)一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu),在這個(gè)結(jié)構(gòu)中,我們可以為這道網(wǎng)絡(luò)測(cè)試題添加所需測(cè)試的內(nèi)容,也會(huì)為每一個(gè)內(nèi)容設(shè)置分值。在樹形結(jié)構(gòu)列表中FeedbackWhenIncorrect欄是錯(cuò)誤操作信息反饋欄,教師可以在這一欄中編寫一些反饋信息,如果學(xué)生在這項(xiàng)操作中出現(xiàn)了錯(cuò)誤,那么系統(tǒng)會(huì)把教師所編輯的反饋內(nèi)容顯示出來,這樣可以給學(xué)生一些提示[2]。
2PacketTracer具體實(shí)驗(yàn)案例
PacketTracer模擬器中現(xiàn)有21個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)練習(xí)題以及對(duì)應(yīng)的測(cè)試題,可供教師在教學(xué)、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)中隨意使用。每個(gè)實(shí)驗(yàn),模擬器都會(huì)提供相關(guān)的知識(shí)、實(shí)驗(yàn)拓?fù)渲械穆酚善鱅P地址方案以及實(shí)驗(yàn)任務(wù)和配置過程。根據(jù)要求,學(xué)生可以進(jìn)行連線,當(dāng)完成連線后,學(xué)生可以知道自己的完成情況,也可知道所得的分?jǐn)?shù)。以下是其中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)案例。
2.1RIP路由協(xié)議相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及背景:RIP是路由信息協(xié)議,是使用最廣泛的距離矢量路由協(xié)議。和其他的距離矢量選擇協(xié)議一樣,它也是遵循距離矢量選擇協(xié)議的規(guī)律,RIP每隔30秒就發(fā)送自己完整的路由表到所有激活的接口[3]。為了加強(qiáng)對(duì)該協(xié)議的學(xué)習(xí),本次設(shè)計(jì)考慮到了RIP協(xié)議一些重要的特性,如版本1不支持不連續(xù)的網(wǎng)絡(luò);版本2默認(rèn)時(shí)不接受版本1的更新信息等等[4]。根據(jù)這些特性,本次設(shè)計(jì)的理念是想辦法解決這些問題,使這些功能能夠?qū)崿F(xiàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)拓?fù)洌焊鶕?jù)實(shí)驗(yàn)需解決的問題,RIPv1與RIPv2之間路由選擇的解決方案如圖2所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn):⑴掌握RIPv1和RIPv2的基本配置。⑵掌握如何讓RIPv1和RIPv2兼容。在屬于RIPv2網(wǎng)絡(luò)并連接RIPv1網(wǎng)絡(luò)的接口上執(zhí)行命令,可以使得RIPv2網(wǎng)絡(luò)接收版本1的路由信息,從而實(shí)現(xiàn)RIPv1和RIPv2網(wǎng)絡(luò)的兼容。實(shí)驗(yàn)需達(dá)到的效果:希望通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的全過程讓學(xué)生更加熟悉RIPv1和RIPv2的差異性和統(tǒng)一性,在今后路由協(xié)議的運(yùn)用中做到游刃有余。實(shí)驗(yàn)主要涉及協(xié)議:路由信息協(xié)議是一種使用最廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議,是在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上使用的路由協(xié)議(在少數(shù)情形下,也可以用于連接到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)),它可以通過不斷地交換信息讓路由器動(dòng)態(tài)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連接的變化,這些信息包括每個(gè)路由器可以到達(dá)哪些網(wǎng)絡(luò),這些網(wǎng)絡(luò)有多遠(yuǎn)等[5]。RIP是由“網(wǎng)關(guān)信息協(xié)議”發(fā)展過來的,可以說網(wǎng)關(guān)信息協(xié)議是RIP的最早版本。后來的一個(gè)版本才被命名為“路由信息協(xié)議”,是Xerox網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議簇的一部分[6]。
2.2OSPF協(xié)議相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及背景:OSPF協(xié)議是一個(gè)鏈路狀態(tài)協(xié)議,其分層次的概念深受許多企業(yè)的青睞,在許多企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)中OSPF都是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃師優(yōu)先考慮使用的路由協(xié)議?;谠搮f(xié)議使用的廣泛性和實(shí)用性,就有了本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)想。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)拓?fù)淙鐖D3所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn):希望學(xué)生深刻理解區(qū)域的概念。OSPF提出了“區(qū)域”的概念,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以由單一區(qū)域或者多個(gè)區(qū)域組成。其中一個(gè)特別的區(qū)域被稱為骨干區(qū)域,該區(qū)域是整個(gè)OSPF網(wǎng)絡(luò)的核心區(qū)域,并且所有其他的區(qū)域都與之直接連接[7]。⑴掌握OSPF基本配置。⑵理解DR和BDR的選舉過程并控制選舉。同一個(gè)廣播域的路由器或者一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的兩端的路由器,在發(fā)現(xiàn)彼此的時(shí)候,建立鄰接[8]。OSPF協(xié)議同時(shí)使用單播和組播來發(fā)送Hello包和鏈路狀態(tài)更新,使用的組播地址為224.0.0.5和224.0.0.6。與RIP和BGP不同的是,OSPF協(xié)議不使用TCP或者UDP協(xié)議而是承載在IP協(xié)議之上,IP協(xié)議號(hào)為89,工作在OSI模型的傳輸層[9]。⑶多路訪問網(wǎng)絡(luò)以及非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)的路由器會(huì)選舉指定路由器(DR)和備份指定路由器(BDR),DR和BDR作為網(wǎng)絡(luò)的中心負(fù)責(zé)路由器之間的信息交換從而降低了網(wǎng)絡(luò)中的信息流量。OSPF協(xié)議同時(shí)使用單播和組播來發(fā)送Hello包和鏈路狀態(tài)更新,使用的組播地址為224.0.0.5和224.0.0.6[10]。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納及問題分析
3.1設(shè)計(jì)結(jié)果歸納本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了兩方面的功能,一方面是教師編寫基于PacketTracer的路由器配置的測(cè)試題目,設(shè)置分值,設(shè)置測(cè)試時(shí)間及管理密碼等,并且可以跟蹤檢查學(xué)生對(duì)于路由器配置的掌握程度,方便輔導(dǎo)學(xué)生;另一方面,學(xué)生通過這樣的測(cè)試系統(tǒng)可以在做題的過程中了解自己配置的進(jìn)程,還可以一邊配置,一邊檢查,方便自測(cè),查找配置缺陷、網(wǎng)絡(luò)連通障礙等等。盡管在時(shí)間以及操作上對(duì)考生做了限制,采用PacketTracer來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反倒能加快學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握速度,避免了將很多時(shí)間浪費(fèi)在物理硬件設(shè)備的連接和調(diào)試上。
3.2設(shè)計(jì)中所遇問題分析本次設(shè)計(jì)中主要做的就是展現(xiàn)PacketTracer相對(duì)于其他網(wǎng)絡(luò)模擬器的優(yōu)勢(shì)方面,從而為將PacketTracer應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)做適當(dāng)?shù)匿亯|。系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在欠缺,有很多模塊操作還不夠人性化,對(duì)很多錯(cuò)誤信息的處理還不夠全面。所開發(fā)的PacketTracer軟件也有一定的限制,比如說在實(shí)現(xiàn)控制列表方面,不能夠使用自反控制列表等。
4結(jié)束語(yǔ)
1.1教材中關(guān)于探究杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
在教材中,該實(shí)驗(yàn)安排為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),并且要求在九年級(jí)上學(xué)期的第一周就要完成.具體步驟是:(1)通過實(shí)驗(yàn)會(huì)讓學(xué)生調(diào)節(jié)桿杠,讓杠桿在水平位置達(dá)到基本平衡,因?yàn)檫@樣便于從杠桿上直接讀出力臂的大小;(2)把一定的鉤碼掛在杠桿左側(cè),用彈簧測(cè)力計(jì)在某一位置豎直拉住杠桿,當(dāng)杠桿達(dá)到水平位置平衡時(shí),記錄下測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù);(3)通過變換鉤碼數(shù)量,或調(diào)整塑料卡子改變鉤碼的位置,或調(diào)整塑料卡子改變彈簧測(cè)力計(jì)的位置,重復(fù)上述步驟;(4)記錄三組數(shù)據(jù),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析.
1.2杠桿平衡條件的定量計(jì)算
杠桿平衡的條件是:F1L1=F2L2,只要有3個(gè)物理量,就可以通過公式運(yùn)算出來第四個(gè)物理量.該階段實(shí)驗(yàn)的難度在于:(1)杠桿示意圖要準(zhǔn)確;(2)單位需要做到統(tǒng)一;(3)保證測(cè)量直尺的密度準(zhǔn)確均勻.核心是討論杠桿的平衡問題,桿杠得以保持平衡的條件是:F1L1=F2L2,如果杠桿達(dá)不到平衡條件,可以將杠桿的支點(diǎn)向乘積較大的一方移動(dòng).
1.3杠桿實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題
(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)平衡的影響.平衡實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般搭配的塑料卡子,但是這會(huì)影響到桿杠平衡的精確度.一般來說,塑料卡子約在0.2克,這對(duì)平衡造成的影響是不可以小看的,因?yàn)檫@會(huì)直接影響到定量計(jì)算的精確問題.關(guān)于這一問題的解決方法,可以變換質(zhì)量更輕的棉線圈取代設(shè)備自帶的卡子.這可以大大減少實(shí)驗(yàn)的誤差問題.(2)杠桿平衡的判斷問題.老版教材采用的是用鉤碼代替作用力F1和作用力F2,沒有使用彈簧測(cè)力計(jì).雖然使用鉤碼既方便又便于觀察,但是難以連續(xù)改變作用力F1和作用力F2的大小,力臂測(cè)量的不準(zhǔn)確也會(huì)直接影響到定量計(jì)算的準(zhǔn)確問題.因而,新版教材已改進(jìn)為左端用鉤碼,右端用彈簧測(cè)力計(jì)向下拉動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).但是彈簧測(cè)力計(jì)在右端倒置使用時(shí)由于受彈簧測(cè)力計(jì)彈簧、鋁質(zhì)滑片和外殼的影響會(huì)使測(cè)得的拉力要小一些.建議教師使用彈簧測(cè)力計(jì)在左側(cè)(與鉤碼在同一側(cè))施加拉力作用,正置使用,在豎直方向上調(diào)零,學(xué)生也比較熟悉.而且可以嘗試用彈簧測(cè)力計(jì)斜向上拉杠桿,直至杠桿在水平位置平衡,記下此時(shí)的動(dòng)力、阻力、阻力臂的值,需要借助刻度尺及三角板輔助測(cè)量出動(dòng)力臂的值,體會(huì)為什么實(shí)驗(yàn)中要調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡.
2杠桿實(shí)驗(yàn)的教學(xué)反思和后繼實(shí)驗(yàn)
2.1保證桿杠實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度
杠桿屬于力的研究范疇,但力是一個(gè)比較抽象的概念.杠桿平衡實(shí)驗(yàn)就是為了讓學(xué)生深切的體會(huì)力和力的作用,但是力臂也是需要考慮的問題.總結(jié)上面的實(shí)驗(yàn)問題可以看出,其中核心問題還是在于測(cè)量和計(jì)算的精確問題.在實(shí)驗(yàn)前,教師要求學(xué)生調(diào)節(jié)杠桿到水平位置的原因也就是考慮到桿杠自身的重力對(duì)平衡造成的影響.傳統(tǒng)的做法是要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)3次,最后來求平均值,以此方法減少誤差.但是很顯然,這樣的做法依然是存在問題的.筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的次數(shù)可以加大到約10次左右,同時(shí)也對(duì)記錄數(shù)據(jù)的表格進(jìn)行了改變.
2.2教學(xué)過程中的問題意識(shí)
杠桿屬于簡(jiǎn)單機(jī)械,要求學(xué)生在觀察中發(fā)現(xiàn)問題和尋找解決方式,這是蘇科版初中物理教材獨(dú)特的設(shè)計(jì)模式.因此教材設(shè)定了實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的內(nèi)容,不僅有探究、觀察、實(shí)驗(yàn),還有討論、交流和評(píng)估等內(nèi)容.因此,在課堂中引導(dǎo)學(xué)生提出問題,并想辦法解決是教師的重要責(zé)任.比如在實(shí)驗(yàn)中遇到圖1出現(xiàn)的問題:怎么在不改變O點(diǎn)右側(cè)的數(shù)據(jù),同時(shí)保持左側(cè)第幾個(gè)鉤碼不變,需要將另外2個(gè)鉤碼移到到其下方?這一問題是考察學(xué)生在限定性條件下,如何動(dòng)腦筋解決問題.根據(jù)杠桿平衡的條件F1L1=F2L2,通過相應(yīng)的計(jì)算可以得出答案為第2格.另外,教師也可以根據(jù)具體的教學(xué)情況,詢問學(xué)生一些通過實(shí)驗(yàn)才能讀出的問題.比如問:(1)平衡螺母的在杠桿平衡實(shí)驗(yàn)中的作用是什么?(2)為什么需要調(diào)節(jié)杠桿到水平位置?(3)如果掛好鉤碼后,是否可以再次調(diào)整平衡螺母?
2.3杠桿平衡實(shí)驗(yàn)在生活中的應(yīng)用問題
實(shí)驗(yàn)的目的就是為了讓學(xué)生在生活中可以靈活地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行常識(shí)性判斷,杠桿平衡實(shí)驗(yàn)尤其表現(xiàn)出在生活中的適用性.最簡(jiǎn)單的應(yīng)用問題就是,學(xué)生可以依據(jù)杠桿平衡的條件準(zhǔn)確地判斷費(fèi)力桿杠、省力杠桿和等臂杠桿.即當(dāng)F1×L1=F2×L2時(shí),若L1>L2,那么F1<F2,該杠桿就是省力杠桿;若L1<L2,那么F1>F2,那么該杠桿就是費(fèi)力杠桿;若是若L1=L2,F(xiàn)1=F2,那么就是等臂杠桿.經(jīng)歷過杠桿平衡的實(shí)驗(yàn),學(xué)生至少應(yīng)該能夠繪畫出杠桿示意圖,并且能夠通過分析數(shù)據(jù),得出一定的平衡規(guī)律.同時(shí),學(xué)生還應(yīng)該關(guān)注生產(chǎn)生活,了解杠桿在生活中的作用,比如我國(guó)古代的舂和桔槔就是善于運(yùn)用杠桿的結(jié)果.
3結(jié)語(yǔ)
開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體教學(xué)模式的一種改革,也是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)三創(chuàng)”人才的重要手段之一。因此,采取小學(xué)期制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)是非常有必要的,不僅能夠打破傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,而且學(xué)生也能通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)到很多科研方法,培養(yǎng)和鍛煉解決問題的能力。當(dāng)學(xué)生的想法變成現(xiàn)實(shí)時(shí),他們會(huì)很有成就感,從而樂于思考問題,提出新的想法,非常利于學(xué)生創(chuàng)造性思維及團(tuán)結(jié)合作精神的培養(yǎng)。
2藥學(xué)本科小學(xué)期制藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施環(huán)節(jié)
小學(xué)期制的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同于其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),它屬于探索性實(shí)驗(yàn)。在藥學(xué)本科生學(xué)完重要的主干課程和一些方法學(xué)課程后,已經(jīng)初步具備了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)和技能,這為開展小學(xué)期制藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了有利條件。筆者承擔(dān)了小學(xué)期制藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶教任務(wù),在實(shí)際工作中,將小學(xué)期制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為基本知識(shí)介紹、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施和實(shí)驗(yàn)考核4個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行,具體步驟如下。
2.1基本知識(shí)介紹
在正式實(shí)驗(yàn)前5天,筆者召集實(shí)驗(yàn)班級(jí)學(xué)生,對(duì)其講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容,詳細(xì)介紹藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的和基本原則,包括科學(xué)研究中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三要素(即研究因素、研究對(duì)象、研究效應(yīng))以及應(yīng)遵循的統(tǒng)計(jì)學(xué)的三大原則(即重復(fù)、隨機(jī)、對(duì)照原則)。根據(jù)藥理學(xué)學(xué)科特點(diǎn),具體講解實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的特性、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇、動(dòng)物模型的復(fù)制、給藥劑量、給藥途徑和觀察藥效學(xué)指標(biāo)的確定方法以及在實(shí)驗(yàn)分組中如何體現(xiàn)隨機(jī)性和對(duì)照性原則。此外,還講解了如何利用教材和網(wǎng)上資源查閱文獻(xiàn)資料以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法的選擇及應(yīng)用等。
2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
在介紹完實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本知識(shí)后,緊接著將本實(shí)驗(yàn)室所有的儀器、設(shè)備、動(dòng)物情況告訴學(xué)生,讓學(xué)生自由組合,每5~6人一組,并讓其圍繞要求根據(jù)自己的興趣選題。為避免個(gè)別學(xué)生存在依賴心理,要求每一位學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。給學(xué)生5天時(shí)間查閱文獻(xiàn)資料,制訂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。為使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟和內(nèi)容有較完整的認(rèn)識(shí),給出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容,包括研究題目、理論依據(jù)及研究現(xiàn)狀、研究?jī)?nèi)容、儀器與藥品、研究方法、實(shí)驗(yàn)對(duì)象、性別、規(guī)格、數(shù)量、實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的處理、觀察指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)步驟、統(tǒng)計(jì)方法選擇、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果、設(shè)計(jì)人、設(shè)計(jì)日期等。開始實(shí)驗(yàn)的前一天收集實(shí)驗(yàn)報(bào)告,教師仔細(xì)閱讀批改,做到心中有數(shù)。實(shí)驗(yàn)第一天,首先讓每一位學(xué)生上臺(tái)講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的和思路,匯報(bào)設(shè)計(jì)方案,預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出存在的問題及解決措施,并回答其他學(xué)生提出的問題,然后由教師就實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中方法的科學(xué)性、合理性和可行性及思維的創(chuàng)新性及步驟的嚴(yán)謹(jǐn)性等做出評(píng)價(jià)。討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)一步修改完善后,由小組成員共同選擇一個(gè)可行性較好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并實(shí)施。共同討論形式有助于拓寬學(xué)生的知識(shí)面,有助于學(xué)生由一種實(shí)驗(yàn)方法認(rèn)識(shí)到一類實(shí)驗(yàn)方法,從單個(gè)藥物的研究方法引申出一類藥物的研究方法。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,鍛煉了學(xué)生分析問題的能力和語(yǔ)言表達(dá)能力,并對(duì)文獻(xiàn)檢索和統(tǒng)計(jì)方法的運(yùn)用也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。
2.3實(shí)驗(yàn)實(shí)施
通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和討論實(shí)驗(yàn),學(xué)生基本掌握了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、步驟。為了培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的實(shí)驗(yàn)記錄習(xí)慣,在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前,首先要求學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告的內(nèi)容格式記錄結(jié)果,包括實(shí)驗(yàn)組、實(shí)驗(yàn)日期、室溫、實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)材料、藥品和試劑的配置、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(觀察指標(biāo)、動(dòng)物號(hào)、時(shí)間)、初步結(jié)論、實(shí)驗(yàn)失敗或出現(xiàn)意外結(jié)果的原因、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的建議、實(shí)驗(yàn)人、記錄人、日期。然后安排學(xué)生以小組為單位,獨(dú)立完成藥物配制、動(dòng)物分組、編號(hào)、動(dòng)物給藥、實(shí)驗(yàn)操作、觀察藥效指標(biāo)及記錄結(jié)果的全過程。教師從旁指導(dǎo)實(shí)施,及時(shí)提醒學(xué)生注意事項(xiàng),以免出現(xiàn)誤差或?qū)嶒?yàn)失敗,要求學(xué)生認(rèn)真科學(xué)地記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
2.4實(shí)驗(yàn)考核
小學(xué)期制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考核既不同于理論教學(xué)考核,也不同于專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核,它是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能、學(xué)習(xí)主動(dòng)性、思考分析問題能力、創(chuàng)新能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、知識(shí)整合能力、寫作能力的全面評(píng)價(jià),是開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不容忽視的環(huán)節(jié)。教師不能只看實(shí)驗(yàn)的成功與否,而應(yīng)從實(shí)驗(yàn)的全過程全面評(píng)價(jià)學(xué)生的能力,依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)際動(dòng)手能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀分析能力、論文撰寫水平進(jìn)行綜合評(píng)定。
3藥學(xué)本科小學(xué)期制藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果與不足
小學(xué)期制藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果有以下幾點(diǎn):(1)通過引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),使學(xué)生對(duì)科學(xué)研究有了進(jìn)一步的了解,并極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣。(2)培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的能力,使學(xué)生的綜合能力有了很大提高,并為本科實(shí)習(xí)和研究生課題研究奠定了基礎(chǔ)。藥理學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并實(shí)施的,是學(xué)生知識(shí)和信息的處理能力、創(chuàng)新能力、觀察能力、動(dòng)手能力、協(xié)調(diào)能力、分析問題和解決問題能力得以全面展現(xiàn)的舞臺(tái)。(3)培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。
“感應(yīng)電流的方向”這節(jié)課重點(diǎn)就是讓學(xué)生對(duì)楞次定律進(jìn)行探究、理解和應(yīng)用。一般情況下,對(duì)“楞次定律探究”的教學(xué)是這樣設(shè)計(jì)的:
1.創(chuàng)設(shè)情境,復(fù)習(xí)引入
問題一:電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與通入電流的關(guān)系?【實(shí)驗(yàn)一】探索電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與通入電流的關(guān)系。師:如何才能知道指針偏轉(zhuǎn)方向與電流進(jìn)入方向之間的關(guān)系?是否可以通過實(shí)驗(yàn)來確定呢?【學(xué)生實(shí)驗(yàn)1】學(xué)生按圖接好電路,探究指針偏轉(zhuǎn)方向與電流進(jìn)入方向之間的關(guān)系,并完成下表。結(jié)論:電流從何方流入指針就向何方偏轉(zhuǎn)。問題二:感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件?【實(shí)驗(yàn)二】感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件:師:在上述實(shí)驗(yàn)中,我們已經(jīng)得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么?生:只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。師:磁鐵插入與抽出時(shí),指針偏轉(zhuǎn)的方向相同嗎?指針左偏與右偏意味著什么呢?生:不同。指針偏轉(zhuǎn)不同,表明電路中的電流方向不同。問題三:怎樣判斷通電螺線管中的電流方向?師:怎樣判斷通電螺線管中的電流方向呢?生:根據(jù)電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向和螺線管上的導(dǎo)線繞向來判斷。問題四:怎樣判斷通電螺線管中的磁場(chǎng)方向?師:怎樣判斷通電螺線管中的磁場(chǎng)方向呢?生:根據(jù)通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師:那么感應(yīng)電流的方向是否遵循什么規(guī)律呢?本節(jié)課讓我們通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步探究。
2.確定課題,分組探究
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)2】學(xué)生按圖接好電路,做實(shí)驗(yàn)并填附表。
3.分組總結(jié),難點(diǎn)依舊
描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,填表。討論回答:師:穿過閉合回路的磁通量的增減會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果?生:有感應(yīng)電流產(chǎn)生。師:感應(yīng)電流又會(huì)產(chǎn)生什么?生:會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)。師:那么這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向之間有什么關(guān)系呢?請(qǐng)大家分成兩組來回答。【小組一】條形磁鐵插入螺線管的過程。(1)N級(jí)向下插入原磁場(chǎng)方向向下磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上二者方向相反感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)增加。(2)S級(jí)向下插入原磁場(chǎng)方向向上磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下二者方向相反感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)增加?!拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。(1)N級(jí)向下拔出原磁場(chǎng)方向向下磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下二者方向相同感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)減小。(2)S級(jí)向下拔出原磁場(chǎng)方向向上磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上二者方向相同感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)減小。結(jié)論“:增反減同”,即:判定感應(yīng)電流方向的方法,其內(nèi)容為“感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”,由此得出了楞次定律。在這個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果如何呢?實(shí)際教學(xué)中,學(xué)生共分成八個(gè)小組,其中有三個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)表格不清楚怎么填而求助于教師,三個(gè)小組的表格填了一部分,而只有兩個(gè)小組在參照課本的情況下填得比較好。這說明,雖然在教學(xué)中運(yùn)用了各種物理學(xué)方法,但并沒有有效地幫助學(xué)生理解物理學(xué)知識(shí)??上攵?,之后楞次定律的得出也就比較困難,對(duì)定律理解也就不夠透徹。如何“有效”運(yùn)用這些物理學(xué)的方法呢?關(guān)鍵還是要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況,合理地運(yùn)用物理學(xué)方法。于是,教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了如下的改革,取得了很好的學(xué)習(xí)成效。
二、改革后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
1.實(shí)驗(yàn)法
所謂實(shí)驗(yàn)教學(xué)法,是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,使用一定的設(shè)備和材料,通過控制條件的操作過程,引起實(shí)驗(yàn)對(duì)象的某些變化,從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取新知識(shí)或驗(yàn)證知識(shí)的教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)法是學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)的前提和基礎(chǔ),教師耐心細(xì)致地做好這一步,才能幫助學(xué)生順利進(jìn)行后面的分組實(shí)驗(yàn)。于是,教師帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程做了如下改進(jìn):(1)創(chuàng)設(shè)情境,復(fù)習(xí)引入【實(shí)驗(yàn)一】產(chǎn)生感應(yīng)電流的演示實(shí)驗(yàn)。教師演示分步連好電路,由學(xué)生上講臺(tái)操作,全體學(xué)生觀察。問題一:怎樣做能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流?生:將條形磁鐵不斷插入或拔出螺線管。問題二:為什么產(chǎn)生了感應(yīng)電流?(感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件)生:閉合回路中磁通量發(fā)生了變化。問題三:靈敏電流計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)與螺線管中的電流方向有什么關(guān)系?生:電流從哪邊流入靈敏電流計(jì),指針就向哪邊偏。根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)情況就能判斷出螺線管中的電流方向。問題四:怎樣判斷通電螺線管中的磁場(chǎng)方向?師:怎樣判斷通電螺線管中的磁場(chǎng)方向呢?生:根據(jù)通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師:那么感應(yīng)電流的方向是遵循什么規(guī)律呢?本節(jié)課讓我們通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步探究。(2)確定課題,互動(dòng)探究【實(shí)驗(yàn)二】探究感應(yīng)電流的方向。教師實(shí)驗(yàn):N極向下插入螺線管中,請(qǐng)學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,把電流方向標(biāo)在下圖中。學(xué)生分組:N極向下從螺線管中拔出,S極向下插入螺線管中,S極向下從螺線管中拔出,分別記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并把電流方向標(biāo)在下圖中:由于有教師在【實(shí)驗(yàn)一】中的電路連接演示及在【實(shí)驗(yàn)二】中的實(shí)驗(yàn)操作演示,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)做得很順利,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄也很準(zhǔn)確,可以說又快又好,有效地完成了這一教學(xué)環(huán)節(jié)。那么接下來,如何由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象整理和歸納出所要得出的結(jié)論,這就要看歸納法運(yùn)用得是否有效了。
2.歸納法
所謂歸納法是指從個(gè)別元素中概括出一般結(jié)論的思維方法,也可以指學(xué)科學(xué)習(xí)中具體的一種科學(xué)方法。由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納得出物理規(guī)律,在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中具有重要作用。于是,教師進(jìn)一步對(duì)教學(xué)中的歸納過程做了如下改進(jìn):首先,降低填表難度。整個(gè)表中對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析所需要填寫的空格被縮減為兩個(gè),如下所示:其次,設(shè)置問題,引發(fā)學(xué)生的思考。師:通過實(shí)驗(yàn),我們知道了在不同情況下感應(yīng)電流的方向(已畫在圖上),那么請(qǐng)大家分析一下,感應(yīng)電流的方向與什么因素有關(guān)呢?生甲:可能與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向有關(guān)。生乙:可能與條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。生丙:可能與磁通量的變化有關(guān)。分析:由過程一、二判斷感應(yīng)電流的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向無關(guān)。由過程一、三判斷感應(yīng)電流的方向與與條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)方向無關(guān)。同樣,由過程一、三判斷感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化無關(guān)。那么,到底與什么因素有關(guān)呢?最后,難點(diǎn)由教師引導(dǎo)學(xué)生突破。師:感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)嗎?生:會(huì)。師:請(qǐng)大家畫出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向,并分析原磁場(chǎng)方向與感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向有什么關(guān)系?分成兩組來回答?!拘〗M一】條形磁鐵插入螺線管的過程(1)N級(jí)向下插入原磁場(chǎng)方向向下磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上二者方向相反感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)增加。(2)S級(jí)向下插入原磁場(chǎng)方向向上磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下二者方向相反感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)增加?!拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。(1)N級(jí)向下拔出原磁場(chǎng)方向向下磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下二者方向相同感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)減小。(2)S級(jí)向下拔出原磁場(chǎng)方向向上磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上二者方向相同感應(yīng)磁場(chǎng)的作用:阻礙原磁場(chǎng)減小。得出結(jié)論“:增反減同”即這樣設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)課程,實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程順暢了,學(xué)生幾乎都能認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn),記錄下觀察到的現(xiàn)象,并經(jīng)過分析討論得出了自己的結(jié)論,為楞次定律的進(jìn)一步理解和應(yīng)用打好了基礎(chǔ)。由此可見,在教學(xué)過程中,關(guān)鍵是要保證讓學(xué)生理解相應(yīng)的知識(shí)。所以,任何教學(xué)過程都應(yīng)當(dāng)按理解的要求進(jìn)行整體設(shè)計(jì);任何教學(xué)方法的應(yīng)用,都是為實(shí)現(xiàn)這一目的而服務(wù)的。因此,教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須考慮讓學(xué)生透徹理解的有哪些內(nèi)容,怎樣才能有效地幫助或引導(dǎo)學(xué)生理解這些內(nèi)容,這些內(nèi)容的理解過程應(yīng)當(dāng)運(yùn)用哪些物理學(xué)方法最適合,在理解這些內(nèi)容的各個(gè)階段應(yīng)分別達(dá)到什么要求,等等。假如我們對(duì)這些問題搞得比較清楚,在教學(xué)過程中恰當(dāng)而有效地運(yùn)用好物理學(xué)的方法,教學(xué)質(zhì)量就會(huì)有大幅度提高,學(xué)生的學(xué)習(xí)也會(huì)有較大突破。
三、結(jié)論
1.高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循實(shí)驗(yàn)的原則。首先,實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要具有科學(xué)性,科學(xué)性原則要求教師在進(jìn)行試驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候,要明確實(shí)驗(yàn)的目的性,在選擇實(shí)驗(yàn)材料的時(shí)候,一定要選擇具有科學(xué)性的材料、運(yùn)用科學(xué)性的實(shí)驗(yàn)方法、使用合理恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)原理。除此之外還要滿足高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原則和原理。其次,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要嚴(yán)謹(jǐn),在生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)要保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案沒有漏洞。最后,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)易,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,要保證實(shí)驗(yàn)所需的材料能夠容易獲得,實(shí)驗(yàn)的操作步驟簡(jiǎn)單易懂,避免實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間過長(zhǎng)。除以上幾點(diǎn)原則之外,還要遵循可行性原則、隨機(jī)性原則、可重復(fù)性原則以及實(shí)驗(yàn)條件一致性原則等。
2.高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法
高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)屬于探索性的教學(xué)活動(dòng),任何的探索都是從問題開始出發(fā)的,因此,教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候一定要重視引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題。在實(shí)驗(yàn)開始之前,教師首先要確定就是要通過實(shí)驗(yàn)來提出問題的假設(shè),用實(shí)驗(yàn)來解決問題,用實(shí)驗(yàn)來得到正確的結(jié)論。由此可見,高中生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是高中生物學(xué)科的難點(diǎn)。教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一定要引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題,讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣,并且不斷的提出問題,在引導(dǎo)的過程中,激發(fā)學(xué)生的探索精神和學(xué)習(xí)興趣,集中學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生的求職欲望,以及鼓勵(lì)學(xué)生自我提問、學(xué)生與學(xué)生之間相互提問、學(xué)生與老師相互提問。除此之外,教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的時(shí)候,還要不斷地優(yōu)化創(chuàng)新生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)的時(shí)候教師一定要利用控制單一變量的原則來不斷地調(diào)整實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,這樣才能有效地培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維和創(chuàng)新思維。只有做到了以上幾點(diǎn),才能有效地保證高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性。
二、高中生物實(shí)驗(yàn)的分析
高中生物實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析占有很重要的位置。教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析之前,一定要給學(xué)生充分的思考時(shí)間,讓學(xué)生進(jìn)行討論交流,使學(xué)生嘗試著去分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。將學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論,讓學(xué)生自己去探索實(shí)驗(yàn)的原理、步驟以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。如此一來,不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還能夠使得一些有困惑的學(xué)生能夠得到其他同學(xué)的解答后恍然大悟。對(duì)于學(xué)生一些較好的想法和提議,教師要給予及時(shí)的鼓勵(lì)和支持。實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般都可以觀察和測(cè)量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,在生物實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的真實(shí)狀況,是獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)論的重要依據(jù)。假如教師所做的生物實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),那么結(jié)果是唯一的,同樣結(jié)論也是唯一的。假如教師所做的生物實(shí)驗(yàn)屬于探究性實(shí)驗(yàn),那么結(jié)果就不再唯一,且每一個(gè)結(jié)果都將得到一個(gè)結(jié)論。一般高中生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,問題出現(xiàn)最多的實(shí)驗(yàn)就屬探索性實(shí)驗(yàn),通常表現(xiàn)的情況有以下幾種:首先,實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的結(jié)論不一致;其次,教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析的時(shí)候不全名,沒有正確且準(zhǔn)切的分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的各種可能性;最后,教師在實(shí)驗(yàn)分析時(shí)語(yǔ)言表達(dá)不準(zhǔn)確,甚至出現(xiàn)結(jié)果與結(jié)論顛倒的現(xiàn)象。通常生物實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析使用的語(yǔ)句都是“如果……那么說明……”首先闡述實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,然后再闡述得出的結(jié)論。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,高中生物實(shí)驗(yàn)重視的不僅是實(shí)驗(yàn)的技能,更注重實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和分析,尤其是在近幾年的高考中,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析出現(xiàn)的相對(duì)頻繁,并且所占的比例和分?jǐn)?shù)也逐漸呈上漲的趨勢(shì)。因此,教師在平時(shí)的教學(xué)過程中,一定要重視實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和分析,對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生提出的一些好想法和意見,教師要給予及時(shí)的鼓勵(lì)和支持。