设计性实验在实验教学中的地位和作用

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摘 要：实验包括验证性实验、综合性实验和设计性实验等，验证性实验旨在加深学生对课堂基础知识的理解，而设计性实验对提高学生的设计能力、实践能力和创新能力有着极其重要的作用。

关键词：设计性实验；验证性实验；集成运放

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.230

实验教学是通过观察和实验进行知识学习、技能训练、实践能力和创新精神培养的教学形式。其主要目的是让学生在获取或巩固理论知识的过程中，掌握和利用实验手段发现问题和解决问题，培养学生的观察能力、思维能力和实践操作能力，激发学生的学习兴趣和创新精神。

在长期的实践教学中，我发现一个现象，大多的验证性实验并没人给学生留下很深的印象，学生仅仅是将它当作一项“任务”去完成，而设计性实验则完全不同，学生的兴趣浓厚，会主动地去查阅一些相关资料，进行方案的选择与设计，主动来实验室的人多了，一些学生连下课后都不愿意离去。疑虑、喜悦交织在孩子们的脸上、却深深地印在我的脑海中。通过与学生的交谈，他们表示，通过这种设计性实验，才真正理解所学相关知识的用途和作用，从而激发了他们对相关知识的学习兴趣和动力。

在学到集成运算放大器的理论知识后，我们开设了相关的基础性实验和设计性实验，在做集成运放的加、减法运算、积分运算、微分运算等基础性实验中，学生往往是按实验指导书的实验线路图接好、验证、走人，大家都没问题，很少有人去思考“为什么”？但在随后开设的设计性实验时，情形则完全不同。我们要求学生用集成运放和实验室中现有的毫安表表头设计一个电子温度计，这时各种各样的问题都出现了，“集成运放还有这用途？”“电流表不是测电流的吗，怎么还能测温？”带着种种疑问，学生们会开始在图书馆或互联网上查阅各种相关资料，一有时间就来实验室进行相关实验，这也是一种学习啊，而且是主动性的学习！

1 下面是一个学生的部分实验报告

集成运放实际上是一个高增益的多级直接耦合放大器，由于它通用性强，有“万用半导体器件”之称，目前已广泛应用于检测控制、仪表的通信等诸多领域。

2 集成运放的应用――温度检测

温度检测的原理图见图1，方框图见图2

2.1 特点

它具有测温范围宽（-50～+50℃）、精度高的特点

2.2 原理

图中二极管V1为温度传感器，将它的集电极和基极短接，接成二极管，由于二极管PN结的正向电压的大小随温度而变化，所以ui的大小可反映被测温度的高低；当然PN结的电压ui通常很小，它无法直接驱动后续的指示仪表，为此，由集成运放A1组成放大电路对ui进行放大，由A2组成的显示电路来显示温度的高低。

2.3 分析

（1）温度转换。二极管V1由9V直流电源通过R1使其正向偏置，其正向电压随温度的升高而下降，其规律是温度升高1℃，ui下降2.5mV；

（2）放大电路。由集成运放A1构成同相输入放大电路，其电压放大倍数Au1=1+R4/R3 将输入信号ui放大；

（3）温度显示电路。由集成运放A2构成反向输入放大电路，用满量程为1mA的电流表A指示被测温度，图中的R5和Rp用作调节.其测量范围为-50～+50℃，调节Rp使电流表的分度值为0.01mA/℃，即温度变化1℃对应电流表的电流变化0.01mA。其具体调节可这样进行：当温度为-50℃时，调节Rp使I5= I6，则IA=0，即电流表的零刻度处刻为-50℃，当温度升高时， ui减少， I5亦相应减少，而I6不变，根据基尔霍夫电流定律知IA增大电流表指针偏转角增大，且偏转角与温度成线性变化，这样被测温度的高低与电流表的刻度一一对应。例如电流表电流为0.5mA的刻度线对应温度为0℃，1mA刻度线对应温度为50℃等，当被测温度低于-50℃时， IA电流方向相反，使二极管截止，电流表不指示，避免电流表指针反偏打弯。

我永远也忘不了，当学生发现用他自制的温度计测试的温度与标准温度计测试的温度相差无几时，那种激动、兴奋的表情，他说：“老师，我想利用集成运放的非线性特性做一个温控器。”显然，他对集成运放的理解已不再是停留在原有层面上，这种设计性实验能够活跃学生的思维、激发学生的求知欲和创造欲，对提高学生的设计能力、实践能力和创新能力有着极其重要的作用。

参考文献：

[1]吴俊明.高校实验室环境建设与管理问题[J].实验技术与管理，2013（04）：46-47.

[2]李红艳.改善实验室环境，营造育人的良好氛围[J].实验技术与管理，2012（08）：56-57.

作者简介：封利君（1966-），女，实验师。