時間：2023-03-21 17:05:39
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網為您精選了8篇實驗探究論文，愿這些內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！
試驗現(xiàn)象及試件破壞形態(tài)分析
1直接拔出試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)
加載初期，鋼筋應變和加載端鋼筋滑移量均勻增長，自由端無滑移。荷載繼續(xù)增加，裂縫在加載端出現(xiàn)且迅速向自由端擴展，自由端鋼筋開始產生滑移，但其滑移增長速度比加載端慢，鋼筋應變快速增大。當接近破壞荷載時，加載端和自由端鋼筋滑移增長速度均較大;鋼筋應變急速增大，甚至加載端鋼筋應變超出測試范圍。試件最終發(fā)生兩種黏結破壞形式(圖5):1)試件C的黏結破壞形式為鋼筋拔出破壞(破壞時荷載開始緩慢減小，自由端和加載端滑移量急速增長);2)其余試件黏結破壞形式為混凝土劈裂破壞(破壞時混凝土出現(xiàn)裂縫且裂縫迅速發(fā)展，荷載急劇減小，混凝土喪失對鋼筋的環(huán)向約束作用)。
2梁式試驗現(xiàn)象及破壞形態(tài)
加載初期，跨中撓度隨荷載增加而緩慢增大，加載端鋼筋出現(xiàn)滑移而自由端鋼筋無滑移。荷載增加至(0.2～0.3)Pu(Pu為破壞荷載)時，梁底面開始出現(xiàn)微小的橫向裂縫，逐漸從底面向上發(fā)展，梁底面出現(xiàn)少量的混凝土剝落。荷載增加至(0.4～0.5)Pu時，自由端鋼筋開始出現(xiàn)滑移，梁底中部出現(xiàn)1條較為明顯的縱向裂縫。隨著荷載增大，縱向裂縫開始分叉并與橫向裂縫貫通。當荷載達到Pu時，底面縱向裂縫急劇增寬，周圍出現(xiàn)大量的分支裂縫，加載端在測試筋上表面，從試件剝落出一個扇面形混凝土凹坑。各試件的破壞形態(tài)基本類似，圖6給出了各試件的黏結破壞形態(tài)。
試驗結果及分析
1直接拔出試件試驗結果
1）平均黏結應力-滑移曲線
圖7給出了直接拔出試件平均黏結應力-滑移曲線。其中，平均黏結應力σ可用式(1)求得。從圖7中可以看出:1)各試件平均黏結應力σ-滑移s曲線形狀相似。加載初期，加載端鋼筋滑移量不斷增加而自由端鋼筋沒有產生滑移;荷載繼續(xù)增加，自由端鋼筋開始滑移，但自由端鋼筋滑移增長速度慢于加載端鋼筋滑移;達到破壞荷載時，加載端和自由端鋼筋滑移值均急劇增大。2)對比圖7a～7d可知，粉煤灰摻量越大，相同平均黏結應力下產生的加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當平均黏結應力為5MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%直接拔出試件加載端鋼筋滑移量分別為0.84mm、0.78mm、0.69mm、0.50mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.17mm、0.14mm、0.13mm、0.11mm。因此適量加入粉煤灰有利于混凝土的黏結性能。3)對比圖7c、7e和7f可知，混凝土強度越高，自由端鋼筋開始滑移時的荷載越大，相同平均黏結應力下加載端和自由端鋼筋滑移量越小。當平均黏結應力分別為5MPa、1MPa、7MPa時，混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的自由端鋼筋開始滑移。當平均黏結應力為5MPa時，混凝土強度等級C30、C40、C50直接拔出試件的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.58mm、0.51mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm、0.10mm。4)對比圖7c、7g可知，與鋼筋直徑為16mm的試件A2-16Ⅱ相比，鋼筋直徑為25mm的試件A2-25的加載端和自由端鋼筋滑移增長更快，破壞時加載端和自由端鋼筋滑移量更小。5)對比圖7c、7h可知，與配置HRB335級鋼筋的試件A2-16Ⅱ相比，配置HRB400級鋼筋的試件A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移時的荷載更大，相同平均黏結應力下加載端和自由端鋼筋滑移更小。當平均黏結應力分別為5MPa、9MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的自由端鋼筋開始滑移;當平均黏結應力為5MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ的加載端鋼筋滑移量分別為0.69mm、0.43mm，而自由端鋼筋滑移量分別為0.13mm、0.11mm。由此可見，HRB400級鋼的黏結性能優(yōu)于HRB335級鋼。
2）鋼筋應變隨黏結長度的分布
圖8給出了試件在不同鋼筋應力下的鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線。其中，鋼筋應力σs可按式(2)計算。從圖8可以看出:1)各試件鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線形狀相似。隨著荷載增大，黏結區(qū)各測點鋼筋應變均相應增大;加載端的鋼筋應變增大速度較快，而自由端鋼筋應變變化不大。2)對比圖8a～8d可知，隨著粉煤灰摻量的增加，相同鋼筋應力下加載端鋼筋應變值減小。當鋼筋應力約為100MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件加載端鋼筋應變值分別為1620×10－6(σs=104.2MPa)、1410×10－6(σs=100.9MPa)、1380×10－6(σs=101.2MPa)、1370×10－6(σs=98.5MPa)。摻20%粉煤灰的混凝土鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線更均勻平滑，近似線性關系。3)對比圖8c、8e和圖8f可知，隨著混凝土強度的增大，鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線由直線向凸向曲線轉變，相同鋼筋應力下加載端鋼筋應變值增大。當鋼筋應力約為100MPa時，混凝土強度C30、C40、C50試件加載端鋼筋應變值為1380×10－6(σs=101.2MPa)、1490×10－6(σs=105MPa)、1510×10－6(σs=105MPa)。4)對比圖8c、8g可知，與鋼筋直徑16mm的試件A2-16Ⅱ相比，相同鋼筋應力下鋼筋直徑為25mm的試件A2-25加載端鋼筋應變更小。當鋼筋應力約為45MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-25加載端鋼筋應變分別為750×10－6(σs=44.4MPa)、736×10－6(σs=44.9MPa)。5)對比圖8c、8h可知，配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ鋼筋應變沿黏結長度的分布曲線接近直線，而配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ鋼筋應變分布曲線呈現(xiàn)凸向。與試件A2-16Ⅱ相比，相同鋼筋應力下試件A2-16Ⅲ加載端和自由端鋼筋應變更小;試件A2-16Ⅲ的鋼筋應變分布曲線在測點1～4黏結區(qū)間內增長較大，其余黏結長度內應變增長較小，可見HRB400級鋼筋所需的黏結長度小于HRB335級筋鋼。
3）黏結應力隨黏結長度的分布
根據(jù)圖8鋼筋應變沿黏結長度的分布情況，參考文獻［6］黏結應力計算方法，可求出直接拔出試件不同平均黏結應力下黏結應力σ沿黏結長度的分布曲線，結果見圖9。從圖9可以看出:各試件黏結應力沿黏結長度的分布曲線形狀相似，均呈單峰形。隨著荷載增大，黏結區(qū)各測點黏結應力均有增長，黏結區(qū)中部應力增長最快。2)對比圖9a～9d可知，隨著粉煤灰摻量的增加，相同平均黏結應力下黏結應力峰值減小。當平均黏結應力約為5.0MPa時，粉煤灰摻量0%、10%、20%和30%試件黏結應力峰值為25.1MPa(σ=4.8MPa)、19.2MPa(σ=5.1MPa)、18.7MPa(σ=5.1MPa)、16.4MPa(σ=4.8MPa)。3)對比圖9c、9e和9f可知，隨著混凝土強度的增大，相同平均黏結應力下黏結應力峰值增大。當平均黏結應力約為4.0MPa時，混凝土強度C30、C40、C50試件黏結應力峰值分別為12MPa(σ=9MPa)、15.1MPa(σ=9MPa)、15.3MPa(σ=4.0MPa)。4)對比圖9c、9g可知，與鋼筋直徑16mm的拉拔試件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏結應力下鋼筋直徑為25mm的拉拔試件A2-25的黏結應力峰值更大。當平均黏結應力約為0MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-25黏結應力峰值分別為10.2MPa(σ=0MPa)、12MPa(σ=1MPa)。5)對比圖9c、9h可知，與配置HRB335級鋼筋試件A2-16Ⅱ相比，相同平均黏結應力下配置HRB400級鋼筋試件A2-16Ⅲ黏結應力峰值更大。當平均黏結應力約為0MPa時，試件A2-16Ⅱ、A2-16Ⅲ黏結應力峰值為10.2MPa(σ=0MPa)、15.2MPa(σ=1MPa)。
2梁式試件試驗結果
1）鋼筋應力-跨中撓度關系曲線
圖10給出了梁式試件測試鋼筋應力σs-跨中撓度δ關系曲線。從圖10可以看出:3個梁式試件測試鋼筋應力-跨中撓度關系曲線接近;加載初期由于試驗裝置空隙的存在，在較小的荷載作用下可能產生較大的跨中撓度;待試驗裝置空隙消除后，跨中撓度隨著荷載的增大近似呈線性增長;當自由端鋼筋發(fā)生滑移后，鋼筋應力增長速度減慢，而跨中撓度快速增大;加載至破壞荷載后，鋼筋應力減小而跨中撓度繼續(xù)增大。
2）平均黏結應力-滑移關系曲線
圖11給出了梁式試件平均黏結應力σ-滑移s關系曲線。從圖11可以看出:3個梁式試件測試筋平均黏結應力-滑移關系曲線接近;加載初期，加載端鋼筋即出現(xiàn)滑移，且滑移值隨荷載近似呈線性發(fā)展，而自由端鋼筋無滑移。當平均黏結應力加載至5MPa左右，自由端鋼筋開始滑移，其中一個自由端鋼筋滑移隨荷載增長較快而另一個自由端鋼筋滑移至0.4mm左右后不再增長，而加載端鋼筋滑移增長速度顯著加快，不再與荷載成線性比例增長;加載至破壞荷載后，荷載開始下降，而加載端和自由端鋼筋滑移量均急速增大。
論文摘要：化學實驗探究題已成為中考化學學科的重要題型之一。實驗探究題既考察了學生對基礎知識和基本技能的掌握情況，又考察了學生分析問題、解決問題的能力。實驗探究題要求較高，區(qū)分度也很好。
化學實驗既是化學學科的基礎和靈魂，又是理解知識的重要方式，同時也是中考考察的重點內容。近年來，化學實驗探究題已成為中考化學學科的重要題型之一。實驗探究題既考察了學生對基礎知識和基本技能的掌握情況，又考察了學生分析問題、解決問題的能力。實驗探究題要求較高，區(qū)分度也很好，成為近年中考題的熱點，這給我們的教學提出了新的要求。為此，我們在教學實踐中應從以下幾個方面加以改進和完善。
一、上好實驗課
在實際教學中，往往為了省事，在講到實驗時，僅停留于“紙上談兵”，“講”實驗，“畫”實驗。有時實驗“畫”都懶的畫，直接用課本投影或讓學生看課本圖示。這就使得學生是索然無味“聽”實驗，“背”實驗。對實驗中提出的問題，不是通過觀察實驗現(xiàn)象得出結論，回答問題。而是聽老師“說”現(xiàn)象，記現(xiàn)象，得結論。因此，在實際教學中上好實驗課非常重要。我們盡量將實驗課放到實驗室進行，邊做實驗邊講解。必要時實驗讓學生自己動手做，問題讓學生自己提。讓他們自己從實驗中尋找答案。這樣效果會很好。這既體現(xiàn)現(xiàn)代學生的特點，又能培養(yǎng)學生的能力。同時，借助實驗可以強化學生對基礎知識的理解，提高實驗能力。
二、遵循課程標準但是不拘泥于教材，對教材中的探究性進行創(chuàng)新。
中考考試說明中明確提出，化學學科考試內容嚴格遵循課程標準的前提下，編制試題，活而不偏，適度開放。加強以實驗探究為核心的科學探究活動的考查。這就要求我們在實際的教學過程中利用好教材中的活動與探究。由于教材中的化學探究性實驗內容的時間緊。教師在教學過程中可以針對探究性實驗內容有所側重，選擇具有代表性的實驗重點突破并有時創(chuàng)新。用來測定空氣成分的方法很多，如圖1所示是用紅磷在空氣中燃燒的測定方法。
圖1圖2
實驗過程：
第一步：將集氣瓶容積劃分為五等份，并做好標記。
第二步：點燃燃燒匙內的紅磷，伸入集氣瓶中并把塞子塞緊。
第三步：待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，發(fā)現(xiàn)水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總容積的1/5。
請回答下列問題：
（1）集氣瓶中剩余的氣體主要是。
（2）實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到總容積的1/5，
你認為導致這一結果的原因可能是、
（3）某同學對實驗進行反思后，提出了改進方法（如圖2所示），你認為改進后的優(yōu)點是：。
將課本實驗進行改造和創(chuàng)新，可以培養(yǎng)學生綜合運用知識分析問題和創(chuàng)造性解決問題的能力。使學生對知識的理解產生“質”的飛躍。為學生做好實驗探究題打下堅實的基礎。
三、轉變教育思想，更新教學理念。
新課程理念強調：基礎教育的任務不僅是傳授知識，更重要的是讓學生改變單一的接受性學習，掌握科學的學習方法，通過研究性學習、參與性學習、體驗性學習和實踐性學習來掌握科學知識。新課程理念要求打破以講授、灌輸為主的教學方式。使用體現(xiàn)學生參與合作，師生互動，探究創(chuàng)新的教學模式。努力引導學生自主專研，鼓勵他們求異創(chuàng)新，主動構建自己的知識體系。但是很多老師仍按傳統(tǒng)的教學思想去教學，對新課標準的要求視而不見，在實際教學中仍是以講授、灌輸為主教學方式，把自己放在了主題地位。以下是我聽一位教師的課堂片段探究CO2與水的反應實驗。
老師：取兩支試管，在A試管中加入2ml蒸餾水，滴入2滴紫色石蕊試液。問學生石蕊試液顏色是否改變？
生：沒變色，仍為紫色。
師：在試管B中加入幾小塊石灰石，再加入一定量的稀鹽酸，迅速塞上帶導管的橡皮塞。將導氣管伸入試管A的溶液中。大家觀察一下紫色石蕊試液顏色是否變化了？（演示實驗）
生：紫色石蕊試液變成了紅色。
師：紫色石蕊試液為什么變成了紅色？（紫色石蕊試液遇酸變紅色）
生：因為二氧化碳與水反應生成了碳酸。
師：給試管A加熱至液體沸騰，大家觀察一下顏色是否有變化？
生：紅色又變成了紫色。
師：紅色為什么又褪去了？
生：A中沒有碳酸了。
師：碳酸是否穩(wěn)定？
生：不穩(wěn)定，受熱分解了。
[板]CO2+H2==H2CO3
H2CO3CO2+H2O
這樣的實驗探究乍一看進展非常順利，而且?guī)熒p邊活動、課堂氣氛都很好。若仔細分析不難發(fā)現(xiàn)，實際上仍是老師起主體作用。實驗是老師做的，問題是老師提的，現(xiàn)象也是在老師提示下學生回答的。這樣的教學實際上還是傳統(tǒng)的灌輸式教學。就像現(xiàn)在市場上銷售的感冒藥—感冒膠囊，換成的氨酚烷胺那敏膠囊，從外觀名稱看，好象是新藥，實際仍然是以前的老藥。而新課程理念提倡的是學生參與合作，師生互動，探究創(chuàng)新的教學模式。這就要求我們改變傳統(tǒng)的講授灌輸式教學，變成師生先一同進行原理學習，然后由學生自己尋找裝置，師生共同設計實驗，然后學生自己親自操作。實驗結束后進行交流與討論，總結出實驗結論。這樣可以真正體現(xiàn)學生的主體地位。讓學生在快樂中學習，在實踐中獲得知識。同時提高學生的實驗操作能力。
四．聯(lián)系現(xiàn)實生活
新課程標準的理念是由過分注重學科系統(tǒng)知識的化學課程向貼近社會、貼近生活、體現(xiàn)STS教學思想的化學課程轉變。近年來的中考題注重體現(xiàn)化學學科的實際應用研值和學科特點，體現(xiàn)化學與社會、生活的緊密聯(lián)系。因此，在教學實際中，要足于學生發(fā)展和實際需要，將生活實際與物質的性質及變化聯(lián)系起來，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，對問題進行探究，從而獲得化學知識與經驗。
生活中，處處是化學，留心身邊的生活現(xiàn)象，把教學研究的視角延伸到生活當中去，豐富多彩的生活為課題設計提供了豐富的資源。
例如：（徐州市2008中考）2008年春季，特大暴風雪襲擊了我國南方地區(qū)，在抗擊暴風雪的戰(zhàn)斗中，融雪劑發(fā)揮了—定的作用。小明現(xiàn)有一包某公司生產的融雪劑，已知它由碳酸鈉、氯化鎂、硫酸銅、氯化鈉中的一種或幾種物質組成。
［提出問題］該公司生產的融雪劑到底含有什么物質呢？
［查閱資料］含鈉元素的物質在酒精燈的火焰上灼燒時會產生黃色火焰。
［實驗探究］下面是小明設計的探究實驗，請你幫他完成。
實驗操作
實驗現(xiàn)象
結論
①取少量融雪劑，加水溶解
得無色溶液
不含物質
②另取少量融雪劑，滴加稀硫酸
無明顯現(xiàn)象
③向該融雪劑的水溶液中滴加氫氧化鈉溶液
出現(xiàn)白色沉淀
④
含有氯化鈉
［反思和評價］
（1）寫出③中反應的化學方程式。
（2）融雪劑融雪的原理是。
（3）使用融雪劑有很多危害，例如會腐蝕道路、橋梁。請你再舉一例。
總之，在化學教學中，教師要在新課程標準的指導下運用多種教學方式和手段不斷完善自己的教學。在實驗探究教學中切實從有利于學生身心發(fā)展的高度，提高對化學實驗探究教學重要性的認識。加強對化學實驗探究的教學研究，努力提高化學實驗探究教學的質量。
參考文獻：
中學化學教學參考2008，（4）
激發(fā)學生探究欲望如果沒有實驗設計的場景，大部分學生會感覺到無從下手。所以要讓學生主動探究，必須給學生創(chuàng)設一個形象生動的場景，既能激發(fā)學生的探究欲望，又能激活學生的預備知識，讓學生的思考有明確的方向，進入實驗方案自主設計的理想思維狀態(tài)。在“氣體的等溫變化”教學中，筆者用一個小實驗設置實驗情境：取一個剝去外殼的熟鵪鶉蛋，放在一個口徑略小于它的燒瓶瓶口處，把燒瓶浸入熱水中，一會兒后，鵪鶉蛋會向上彈出；把燒瓶浸入冷水中，一會兒后，鵪鶉蛋會向下進入燒瓶。讓學生在鵪鶉蛋可以完好無損地向上彈出和向下進入燒瓶的驚奇中，設置引導問題，鵪鶉蛋在某一瞬間為什么會向上彈出（或向下進入燒瓶），激發(fā)學生對將要學習的氣體問題產生濃厚的興趣，提出要探究的問題：一定質量的氣體，在溫度不變的條件下其壓強與體積變化時的關系。這樣的設計符合學生的認知規(guī)律。
2教師引導
對問題進行科學猜想如果學生沒有經過科學猜想就進行實驗設計，學生不知道實驗的目的，實驗設計就難以進行下去，不能培養(yǎng)學生的猜想能力，經歷的探究過程也不能鍛煉創(chuàng)新思維。所以教師必須引導學生根據(jù)已掌握的物理知識、隨堂實驗和生活經驗，把學生引入科學猜想的情景，有理有據(jù)地對問題進行猜想，明確探究的方向。在探究“影響導體電阻的因素”的教學中，筆者通過下面3個現(xiàn)象引導學生猜想：①滑動變阻器的滑片移動，電阻變化；②使用的是220V的燈泡，燈絲越粗越亮；③電線常用銅絲制造而不用鐵絲。這樣的設計給學生的探究指明了方向，學生一步一步地得出自己的科學猜想。
3教師引導
選用實驗器材如果教師直接給學生提供實驗器材，并介紹各種實驗器材的功能，代替了學生的探究和猜想，學生沒有學會遇到困難如何解決問題的方法。所以可以給學生預備多種器材，包括一部分無用器材，讓學生在問題的引導下思考實驗的原理，選用器材，思考有沒有更好的替代器材，有沒有創(chuàng)新，體現(xiàn)探究的開放性。在“測定電池的電動勢和內阻”的實驗中，筆者陳列一些實驗器材：干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導線若干根等，讓學生選擇器材，自行設計電路圖來完成實驗。筆者用下面的問題來引導學生選擇實驗器材：①需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么；②選擇什么規(guī)格的器材，被測干電池選內阻較大的還是較小的，伏特表選什么量程，安培表選什么量程，滑動變阻器選阻值較小的還是較大的。通過這樣的設計引導學生重視分析實驗器材與實驗目的和原理的聯(lián)系，分析為什么要選用這些器材，這些器材有什么用途，把本實驗的知識融合在一起，在分析問題的過程中培養(yǎng)學生獨立思考的能力。
4問題引導
自主設計初始實驗方案學生根據(jù)自己的預備物理知識，在教師的問題引導下自主設計檢驗猜想的實驗方案，包括根據(jù)實驗要求理解實驗原理、先后測量哪些物理量、具體如何操作、編寫實驗步驟、設計實驗表格等。在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，筆者用下面的問題來引導學生進行初始方案的設計。①物體的加速度與它受的力、質量這兩個因素均有關，應采用什么實驗方法得出加速度與力、質量三者間的定量關系？②這個實驗需要測量的物理量有哪些？③怎樣測量小車的加速度？需要什么器材？請同學們設計一個可行的實驗方案。④我們要讓細線對小車的拉力等于小車受到的合力，怎樣平衡掉阻力？阻力來自哪些方面？怎樣才算平衡掉了阻力？通過以上問題的引導，學生知道了實驗的方法，解決了實驗設計中的困難，最后大多數(shù)同學都能設計出自己的實驗方案。
5小組合作交流
化學是一門以實驗為基礎的自然科學。學生通過實驗，可以探究自己還未認知的世界，學會科學研究的方法。探究性教學，就是學生在教師的引導下，從學科領域或從社會生活中選擇和確定研究主題，創(chuàng)設一種類似于科學研究的情境，通過學生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題，對可能的答案作出假設與猜想，并設計方案，通過實驗、操作、調查、收集證據(jù)，對獲得的信息進行處理，得出初步結論；學生通過收集和處理信息、表達與交流等活動，獲得知識、技能、方法、態(tài)度特別是創(chuàng)新精神和實踐能力等方面的發(fā)展的一種教學模式。如何在初中化學實驗教學中開展創(chuàng)新教育，拓展學生的創(chuàng)造力，這是化學教育面向現(xiàn)代化的重要課題。
一、充分利用和發(fā)掘教材資源，發(fā)展學生創(chuàng)新意識
1、在實驗中探索新知識
創(chuàng)新意識是使學生進行創(chuàng)新、創(chuàng)造行為的心理動機。作為智力正常的學生，一般都具有創(chuàng)新和創(chuàng)造的潛能。教師應具有保護學生創(chuàng)新心理和創(chuàng)新精神的意識。如在實驗教學中，因材施教，拓寬實驗思路，使化學實驗更具有趣味性、探索性和綜合性，以滿足學生動手、動腦、求新的心理特點，支持學生在實驗中萌發(fā)的創(chuàng)新意識，鼓勵他們去探究事物的本質。例如：在學習了O2氣體的實驗室制取的方法之后，我們在學習制取CO2的實驗中，可以對二氧化碳的實驗室制取實驗進行如下的設問：（1）制取O2的裝置有什么特點？是否可以用來制取CO2？（2）制取一種氣體，我們需要了解哪些知識？（3）如果實驗室沒有稀鹽酸，可不可以用硫酸代替？（4）若沒有碳酸鈣該用什么藥品代替？經過動手、動腦，不僅提高了學習興趣，鞏固了所學知識，同時培養(yǎng)了獨立思維能力。
2、變演示實驗為學生設計性實驗
為了提高學生自主創(chuàng)新能力，在演示實驗中，由學生自行設計實驗過程，使之變?yōu)樘骄啃?、設計型、科研型的實驗。例如：在關于溶液的導電性演示實驗中，教師可以給出所需的藥品和儀器，然后讓學生自擬一個實驗方案來驗證物質的導電性。教學中我們可以這樣安排：（1）學生自擬實驗方案。（2）學生詳細設計實驗操作過程。（3）師生討論、評價實驗。學生在實驗中，獨立探索、研究，雖然時間可能長一些，但在操作中提高了他們的實驗設計能力和動手能力，通過解決實驗中出現(xiàn)的疑難問題，提高了學生獨立實驗和學習的能力。
二、注重對實驗的探究，培養(yǎng)學生對科學知識的創(chuàng)新
探究的目的是使學生由被動學習變?yōu)樘骄啃缘闹鲃忧笾@是學習過程的一種質的突破與飛躍。探究式教學要體現(xiàn)以學生為主體，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的學習興趣，給學生主動探究、自主學習的空間，為學生提供動手動腦的機會，促使學生產生質疑、探索求解的創(chuàng)造性學習動機，并將化學學科的各部分知識、技能、技巧相互滲透、融會貫通。
以教材“燃燒的條件”為例，在教學中我們可以按以下步驟進行：
1、提出問題
燃燒是日常生活中最為常見的一種現(xiàn)象。那么應具備哪些條件才能燃燒呢？
2、提出假設
由于學生對燃燒這一現(xiàn)象非常熟悉，聯(lián)系到學生的實際情況，紛紛猜想問題的答案，主要有以下幾種：
猜想1：要有可以燃燒的物質（可燃物）。
猜想2：要有氧氣。
猜想3：要達到一定的溫度。
在學生提出各種猜想后，教師再引導學生在猜想的基礎上進行如下合理的假設。
假設1：三個條件只需滿足其一就能燃燒。
假設2：三個條件要同時滿足才能燃燒。
假設3：滿足三個條件中的兩個就能燃燒。
3、制訂計劃，設計實驗，進行實驗
讓學生制訂詳細的探究計劃，就上述的猜想與假設設計實驗方案，教師在實驗中給予一定的指導。
實驗一：在500ml的燒杯中注入400ml熱水，放入一小塊白磷，在燒杯上蓋一塊薄銅片，銅片上一端放一小堆干燥的紅磷，另一端放一小塊已用濾紙吸干表面水分的白磷，觀察現(xiàn)象。
現(xiàn)象：薄銅片上的白磷燃燒，而薄銅片上的紅磷與熱水中的白磷沒有燃燒。
實驗二：用導管對準上述熱水中的白磷，通入少量的氧氣，觀察現(xiàn)象。
現(xiàn)象：熱水中的白磷燃燒起來。
4、解釋與結論
要求學生對所做的實驗進行總結，從實驗所得到的事實可以證明，燃燒的條件是：①氧氣（或空氣）。②溫度要達到可燃物的著火點。③可燃物。這三個條件應同時滿足，缺一不可。
三、注重驗證性實驗的探究性
通過實驗探究不僅能讓學生獲得知識，學到技能，更重要的是讓學生學到科學方法和受到科學思維的訓練，養(yǎng)成科學精神和良好品德，發(fā)展學習的興趣。這樣在實驗教學中，盡量發(fā)揮實驗的探究本性，讓學生體驗到實驗的趣味，從而提高學生的學習興趣；讓學生體驗、理解科學探究的方法和過程，豐富學生探究活動的親身經歷，提高學生的科學素養(yǎng)。
四、精心設計探究性習題，提高學生探究思維能力
選擇好的探究性習題，對于培養(yǎng)學生探究性思維能力可以說具有十分重要的作用，因為實驗方面的探究性學習會占據(jù)大量的時間，而且會受到一些客觀條件的限制，而習題只需要利用大腦的思維，避開實驗條件，利用已有的知識，在大腦里形成探究步驟，在大腦里比較分析各種可能情況的利與弊，從而得到正確的結論。
例如：某課外活動小組在一次探究實驗中，將一種金屬投入盛有水的容器中，發(fā)現(xiàn)反應劇烈并有大量氣體生成。請根據(jù)上述實驗現(xiàn)象探討下列問題：
（1）根據(jù)所學知識推測該氣體可能是什么氣體，并簡述推測理由。
試驗結果
1試件破壞過程
該試驗中，與傳統(tǒng)節(jié)點相比較，核心區(qū)采取加強措施后，夾心節(jié)點試件的破壞過程和破壞特征并沒有明顯改變，與國內其他類似試驗研究[4-7]情況基本一致。試驗過程中最先出現(xiàn)梁彎剪裂縫，而后是核心區(qū)剪切裂縫出現(xiàn)；隨著裂縫的開展，梁縱向鋼筋與節(jié)點箍筋及部分豎向短筋、柱縱筋先后進入屈服狀態(tài)；加載后期框架梁裂縫發(fā)展緩慢，核心區(qū)裂縫迅速發(fā)展成網狀，并向上下柱端延伸，直至節(jié)點混凝土破碎、剝落。試件失效時，框架梁變形明顯，核心區(qū)破壞較嚴重，試件均為節(jié)點箍筋屈服后核心區(qū)斜壓型剪切破壞導致失效。各個試件試驗過程中核心區(qū)形成比較明顯的X形裂縫，梁端破壞也比較嚴重。后期加載過程中，核心區(qū)保護層混凝土劈裂成錐形，延伸至柱端，損傷部位基本都集中在節(jié)點核心區(qū)；但加插短鋼筋后的試件G2-G4核心區(qū)裂縫發(fā)展及柱端破壞情況要輕于傳統(tǒng)構件G1，試件損傷主要集中在梁端和節(jié)點區(qū)。
2試件破壞形態(tài)
反復荷載作用下，各個試件的裂縫分布圖和試件的破壞形態(tài)照片如圖2所示。
3梁外端豎向荷載－豎向位移曲線
梁端的荷載-位移滯回曲線見圖3（只列出左側梁端的曲線）。
試驗結果分析
1受壓承載力
對夾心節(jié)點采取加插短鋼筋措施主要是用來解決抗壓的問題的，通過對4個試件的柱縱筋應變的研究，發(fā)現(xiàn)即使到了較高位移延性下，柱筋也只是個別測點才屈服，且短筋較多的G3柱筋屈服程度明顯輕于其他構件，這說明加插的短鋼筋抗壓效果比較明顯。依照國內外單調軸壓試驗的研究結果[8-11]，樓蓋采用較低強度等級的混凝土時，夾心節(jié)點核心區(qū)可能出現(xiàn)受壓破壞；當柱與樓蓋混凝土強度比小于1.4時，夾心節(jié)點試件核心區(qū)軸向受壓承載力不低于柱端，此時受壓破壞的部位可能出現(xiàn)在柱端。由于我國規(guī)范有嚴格的軸壓比限值，軸向壓力作用下框架柱發(fā)生受壓破壞的可能性較小，但承受彎矩較高時可能發(fā)生偏心受壓破壞。因此對夾心節(jié)點采取一定加強措施是必要的，采取加插短筋措施的構件提高了夾心節(jié)點的抗壓能力，短筋分擔了柱筋在節(jié)點周圍的壓力，使核心區(qū)和柱端發(fā)生受壓破壞的可能性減小。該次試驗中，試件的試驗軸壓比超過0.4以上，這種情況下，沒有發(fā)生核心區(qū)軸心受壓破壞、偏心受壓破壞，也沒有出現(xiàn)軸壓比較高導致試件抗震性能嚴重降低的情況，夾心節(jié)點的抗壓性能并不低于傳統(tǒng)節(jié)點試件。因此可以看出，加插短筋是一種行之有效的解決抗壓的措施。
寓德育于教學之中,重視思想道德素質教育是物理實驗教學一項重要任務,也是物理教學情感與態(tài)度這一維目標達成的必經之路。實驗教學中應培養(yǎng)的思想道德素質主要有以下幾個方面:
1.實事求是的科學態(tài)度。在實驗教學中,要注意培養(yǎng)學生尊重科學、熱愛科學,養(yǎng)成做實驗時實事求是、嚴肅認真、一絲不茍的科學態(tài)度。為此,教師在演示實驗中應該做出表率。萬一實驗未達預期目的,絕不能文過飾非,而應實事求是的分析原因、力求成功。要教育學生尊重科學真理,反對弄虛作假。如在《驗證牛頓第二定律》實驗中,有的同學作出的a-F圖線原來未通過坐標原點而隨意涂改為過原點,教師發(fā)現(xiàn)后,在批評的同時應與他們一起查找原因:問題出在“平衡摩擦力”不足或過大上,并要求他們重做實驗力爭得出正確結果,讓他們享受到實驗成功的喜悅,增強對實驗的情感,培養(yǎng)他們尊重實驗事實,注重實驗結果分析,碰到困難不低頭,勇往直前的科學態(tài)度。
2.勇于探索的良好品質?？茖W真理的發(fā)現(xiàn)需要人們的不斷探索,跨世紀人才必須具備深入鉆研、勇于探索的良好品質。在實驗教學中,要善于引導學生對實驗原理、方法進行發(fā)散性思考。注重物理教學過程與方法這一維目標的達成。
3.真誠團結的合作精神。資源共有、成果共享是現(xiàn)代合格人才應有的觀念,也是全體公民應具備的基本素質。目前學生實驗大多數(shù)兩人同桌,這為合作精神的培養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件。教師應強調學生實驗中的分工合作,即使是可以單獨完成的實驗,也要共同研究、輪流操作、相互探討,使他們同時分享實驗成果,養(yǎng)成合作研究良好的科研素質。
二、心理素質教育
培養(yǎng)良好的心理素質,這是物理實驗教學實施素質教育的又一任務。實驗教學中應培養(yǎng)的心理素質主要有以下幾個方面:
1.確立正確的學習觀念。新課標的實施要求以物理實驗教學是新課標實施的有效載體,變過去重結、,重學知識、重記知識,為重過程、重運用、重全面素質的提高;能力的培養(yǎng),不僅僅是練與做:學中練、練中做、做中學、學中悟。物理實驗教學正是要學生去做、去練、去悟。如在《用單擺測定重力加速度》實驗時我們給學生:一條細線、一個小球、一把刻度尺、一個秒表,要求他們課后完成實驗,去練習制成單擺,長度的測量方法,通過比較各小組測量結果,引導他們去悟減少測量誤差的方法,悟出測周期要用積少成多法,要從擺球過平衡位置開始計時的道理。
2.培養(yǎng)濃厚的學習興趣。興趣是一個人獲取新知識、開拓視眼、推動學習的內驅力。因此在實驗教學中,要注意提高演示實驗的趣味性,力求“驚、奇、險”。如我們演示“瓶子吞蛋”(演示大氣壓強的存在)、“筷提沙瓶”(演示摩擦力的作用)、“腳踩釘板”(演示壓力與壓強)、“水中燭焰”(演示平面鏡反射)、“怒發(fā)沖冠”(演示靜電現(xiàn)象)等實驗,均能很好的激發(fā)學生的求知欲。
3.形成頑強的學習意志。科研歷來不是一帆風順的,會遇到各種困難與障礙。因此,在教學中要注意形成學生碰到困難不退縮,遇到難題不搖頭的頑強意志,例如:在做《用雙縫干涉測波長》實驗時,有些組到下課了也沒調出干涉條紋來,我要求他們借鑒其它組的成功經驗,分析自己失敗的原因。晚自修時再做這個實驗,終于在晚上他們都成功了,此時他們既嘗到了成功的喜悅,更重要的是使得他們不怕困難、迎難而上的頑強學習意志。在實驗教學中,要鼓勵學生以科學家為榜樣,直面困難,持之以恒,認真準確的操作,以頑強的意志去獲得實驗的圓滿成功。三、科學實驗素質教育
培養(yǎng)科學實驗素質,這是物理實驗教學中素質教育的根本任務。也是我們物理教學知識與技能這一維目標達到的基本途經。實驗教學中應培養(yǎng)的科學實驗素質主要有以下幾個方面:
1.深入細致的觀察能力。有目的的觀察能明辨觀察對象的主要特征及變化規(guī)律,實驗教學中要教給學生正確的觀察方法,培養(yǎng)學生深入細致的觀察能力。如在觀察光的全反射實驗時,一般學生只注意到全反射的兩個條件,即光要從光密介質射向光疏介質,且入射角必須大于臨界角。
2.選擇器材、方法的能力。實驗器材和方法往往不是現(xiàn)成的,在實驗教學中培養(yǎng)對器材、方法的選擇能力確有必要。如在“伏安法”測電阻時電流表內接和外接的選擇,按教科書給出用“阻值比較法”,我們可增加了“實驗試探法”,為在阻值未知的情況下合理選擇實驗線路提供了方法。
3.排除實驗障礙的能力。我們常在學生實驗中故意設置一些障礙,如提供給學生的電表不指零,要求學生使用前必須先進行機械調零、供芯線短路的導線,要求學生在已接好的電路中查明。
4.處理實驗數(shù)據(jù)的能力。對實驗數(shù)據(jù)進行必要的整理處理,以找出規(guī)律,得出科學結論,這是科學實驗的重要一環(huán),在實驗教學中應重視對學生處理實驗數(shù)據(jù)能力的培養(yǎng)。
需要指出的是新課程背景下物理實驗教學尚未得到重視。有些學校在高一、高二實驗復習中僅復習要抽考的幾個實驗。讓我們拋開應試教育的枷鎖,把新課標的實施落到實處在物理實驗教學中切實抓好思想道德素質、心理素質和科學實驗素質教育,為培養(yǎng)開拓型人才而努力!
【論文關鍵詞】物理實驗三維目標思想道德心理素質
關鍵詞：實驗室；廢棄物；環(huán)境污染；治理
隨著我國科學技術的發(fā)展，對各類實驗室的需求越來越多，各學科的重點實驗室、各學校、各系統(tǒng)內的重點實驗室層出不窮。從實驗室的分布來看，主要集中在學校（包括各高等院校和中學學校）、科研機構、檢測機構和企業(yè)中的檢驗研究部門。企業(yè)實驗室的污染問題可歸納為企業(yè)的環(huán)保問題，易于被各級部門重視，企業(yè)在處理自身的環(huán)保問題時，污染問題也得到相應的處理。而各類實驗室多為相對獨立的行政單位，區(qū)域分散，單個污染少，易于被忽視。
我國目前擁有各類高等院校1100所（1999年統(tǒng)計數(shù)字），普通高中1.5萬所，初中6.3所?？蒲性核①|檢、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測、農林等各級檢驗機構近20000余個，已成為一個龐大的系統(tǒng)。實驗室實際上是一類典型的小型污染源，建設的越多，污染的越大。這些實驗室，尤其是在城區(qū)和居民區(qū)的實驗室對環(huán)境的危害特別大，因為很多實驗室的下水道與居民的下水道相通，污染物通過下水道形成交叉污染，最后流入河中或者滲入地下，其危害不可估量。科學工作者或者未來的科學工作者成了環(huán)境的污染者，令人十分遺憾。環(huán)境保護是事關可持續(xù)發(fā)展經濟的大戰(zhàn)略。在環(huán)保面前人人平等，必須本著“誰污染環(huán)境，誰負責處理”的原則貫徹執(zhí)行。實驗室的成本核算和對外收費都應包括實驗室的環(huán)保費用在內。
實驗室的污染源種類復雜，品種多，毒害大，應根據(jù)具體情況，分別制訂處理方案。
1實驗室環(huán)境污染種類及危害[1]
1.1按污染性質分
1.1.1化學污染
化學污染包括有機物污染和無機物污染。有機物污染主要是有機試劑污染和有機樣品污染。在大多數(shù)情況下，實驗室中的有機試劑并不直接參與發(fā)生反應，僅僅起溶劑作用，因此消耗的有機試劑以各種形式排放到周邊的環(huán)境中，排放總量大致就相當于試劑的消耗量。日復一日，年復一年，排放量十分可觀。有機樣品污染包括一些劇毒的有機樣品，如農藥、苯并(α)芘、黃曲霉毒素、亞硝胺等。無機物污染有強酸、強堿的污染，重金屬污染，氰化物污染等。其中汞、砷、鉛、鎘、鉻等重金屬的毒性不僅強，且有在人體中有蓄積性。
1.1.2生物性污染
生物污染包括生物廢棄物污染和生物細菌毒素污染。生物廢棄物有檢驗實驗室的標本，如血液、尿、糞便、痰液和嘔吐物等；檢驗用品，如實驗器材、細菌培養(yǎng)基和細菌陽性標本等。開展生物性實驗的實驗室會產生大量高濃度含有害微生物的培養(yǎng)液、培養(yǎng)基，如未經適當?shù)臏缇幚矶苯油馀?，會造成嚴重后果。生物實驗室的通風設備設計不完善或實驗過程個人安全保護漏洞，會使生物細菌毒素擴散傳播，帶來污染，甚至帶來嚴重不良后果。2003年非典流行肆虐后，許多生物實驗室加強對SAS病毒的研究，之后報道的非典感染者，多是科研工作者在實驗室研究時被感染的。
1.1.3放射性污染物
放射性物質廢棄物有放射性標記物、放射性標準溶液等。
1.3按污染物形態(tài)分
1.3.1廢水
實驗室產生的廢水包括多余的樣品、標準曲線及樣品分析殘液、失效的貯藏液和洗液、大量洗滌水等。幾乎所有的常規(guī)分析項目都不同程度存在著廢水污染問題。這些廢水中成分包羅萬象，包括最常見的有機物、重金屬離子和有害微生物等及相對少見的氰化物、細菌毒素、各種農藥殘留、藥物殘留等。
1.3.2廢氣
實驗室產生的廢氣包括試劑和樣品的揮發(fā)物、分析過程中間產物、泄漏和排空的標準氣和載氣等。通常實驗室中直接產生有毒、有害氣體的實驗都要求在通風櫥內進行，這固然是保證室內空氣質量、保護分析人員健康安全的有效辦法，但也直接污染了環(huán)境空氣。實驗室廢氣包括酸霧、甲醛、苯系物、各種有機溶劑等常見污染物和汞蒸汽、光氣等較少遇到的污染物。
1.3.3固體廢物
實驗室產生的固體廢物包括多余樣品、分析產物、消耗或破損的實驗用品（如玻璃器皿、紗布）、殘留或失效的化學試劑等。這些固體廢物成分復雜，涵蓋各類化學、生物污染物，尤其是不少過期失效的化學試劑，處理稍有不慎，很容易導致嚴重的污染事故。
2對實驗室污染物的處理辦法
為防止實驗室的污染擴散，污染物的一般處理原則為：分類收集、存放，分別集中處理。盡可能采用廢物回收以及固化、焚燒處理，在實際工作中選擇合適的方法進行檢測，盡可能減少廢物量、減少污染。廢棄物排放應符合國家有關環(huán)境排放標準。
2.1化學類廢物
一般的有毒氣體可通過通風櫥或通風管道，經空氣稀釋排出。大量的有毒氣體必須通過與氧充分燃燒或吸收處理后才能排放。
廢液應根據(jù)其化學特性選擇合適的容器和存放地點，通過密閉容器存放，不可混合貯存，容器標簽必須標明廢物種類、貯存時間，定期處理。一般廢液可通過酸堿中和、混凝沉淀、次氯酸鈉氧化處理后排放，有機溶劑廢液應根據(jù)性質進行回收。
2.1.1含汞廢液的處理
排放標準3：廢液中汞的最高容許排放濃度為0.05mg/L(以Hg計)。
處理方法：①硫化物共沉淀法：先將含汞鹽的廢液的pH值調至8-10，然后加入過量的Na2S，使其生成HgS沉淀。再加入FeS04(共沉淀劑)，與過量的S2-生成FeS沉淀，將懸浮在水中難以沉淀的HgS微粒吸附共沉淀．然后靜置、分離，再經離心、過濾，濾液的含汞量可降至0.05mg/L以下。[2]
②還原法：用銅屑、鐵屑、鋅粒、硼氫化鈉等作還原劑，可以直接回收金屬汞。
2.1.2含鎘廢液的處理
①氫氧化物沉淀法：在含鎘的廢液中投加石灰，調節(jié)pH值至10.5以上，充分攪拌后放置，使鎘離子變?yōu)殡y溶的Cd(OH)2沉淀．分離沉淀，用雙硫腙分光光度法檢測濾液中的Cd離子后(降至0.1mg/L以下)，將濾液中和至pH值約為7，然后排放。
②離子交換法：利用Cd2+離子比水中其它離子與陽離子交換樹脂有更強的結合力，優(yōu)先交換．
2.1.3含鉛廢液的處理
在廢液中加入消石灰，調節(jié)至pH值大于11，使廢液中的鉛生成Pb(OH)2沉淀．然后加入Al2(S04)3(凝聚劑)，將pH值降至7-8，則Pb(OH)2與Al(OH)3共沉淀，分離沉淀，達標后，排放廢液。
2.1.4含砷廢液的處理
在含砷廢液中加入FeCl3，使Fe／As達到50，然后用消石灰將廢液的pH值控制在8-10。利用新生氫氧化物和砷的化合物共沉淀的吸附作用，除去廢液中的砷。放置一夜，分離沉淀，達標后，排放廢液。
2.1.5含酚廢液的處理
酚屬劇毒類細胞原漿毒物，處理方法：低濃度的含酚廢液可加入次氯酸鈉或漂白粉煮一下，使酚分解為二氧化碳和水。如果是高濃度的含酚廢液，可通過醋酸丁酯萃取，再加少量的氫氧化鈉溶液反萃取，經調節(jié)pH值后進行蒸餾回收．處理后的廢液排放。
在線實驗模擬了現(xiàn)場實驗的場景，但卻不是現(xiàn)場實驗的簡單網絡化移植，實驗設計本身發(fā)生了較大變化。由于在線實驗的互聯(lián)網支持和計算機模擬等特點可以更好地提供一個促進思考和探究的環(huán)境，系統(tǒng)能在線記錄學生的獨立操作，為評價提供科學的依據(jù)，并可在此基礎上通過數(shù)據(jù)挖掘和優(yōu)化，調整實驗設計，充分發(fā)揮學生的能動性，能適應不同水平和能力學生的要求?；谝陨咸攸c，筆者設計了與現(xiàn)場實驗存在較大區(qū)別的在線實驗探究式學習模式。培養(yǎng)學生的工程思維和能力是實驗設計的核心問題。由于CDIO模式繼承和發(fā)展了工程教育改革的理念，系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的標準，因此，我們主要基于CDIO的理念來設計在線實驗模式和方法，強調工程實踐環(huán)境中探與究的學習來實現(xiàn)CDIO的全過程，使得學生以更多元的方式進行工程實踐訓練。CDIO是以構思(Conceive)、設計(Design)、實現(xiàn)(Implement)、運作(Operate)為四個主線過程，綜合地考慮專業(yè)基礎知識、個人和職業(yè)的技能及團隊協(xié)作與溝通的技能，及在整個企業(yè)、社會環(huán)境下進行四個主線過程以達到全面提升工程實踐能力的培養(yǎng)過程。CDIO模式中的構思和設計環(huán)節(jié)主要針對學生的工程宏觀分析能力，而實現(xiàn)和運作環(huán)節(jié)主要針對學生的工程微觀分析和操作能力。作為一個縮小版的工程實踐過程，在線實驗的實驗方案的設計實際上就是構思和設計過程，而實驗過程就是實現(xiàn)和運作過程。因此，探究式學習主要體現(xiàn)在實驗方案探究與實驗過程的探究兩個方面。以下我們將通過遠程教育高校開發(fā)的典型實驗來具體說明其設計理念。
(一)實驗方案探究設計
實驗方案的探究主要培養(yǎng)學生的工程宏觀分析能力。在傳統(tǒng)的實驗教學模式下，實驗按照統(tǒng)一的方案展開，學生沒有選擇性。這種教學模式適用于理論驗證性的實驗，但在以培養(yǎng)學生工程能力為主的實驗中，就會壓制學生的想象力和主動探究的意識。因此，實驗方案探究是實驗教學策略的最重要部分。實驗的主要目的是認識和探索理論規(guī)律，掌握工程技能，應該以問題為驅動開展實驗方案的探究，學生對于老師提出的問題，以分析問題和解決問題為出發(fā)點，經過認真思考和研究，自主制定實驗方案，通過搭建實驗對象，準備儀器設備、測量各種工況下的數(shù)據(jù)，整理和判斷實驗數(shù)據(jù)和結果的正確性。這就要求實驗具有基于工程的實際背景設計，學生才可能在這種開放性的實驗環(huán)境下，對多種可能的實驗方案展開探究。英國開放大學的實驗“能量轉換(EnergyConversion)”是典型的實驗方案探究型實驗。實驗設計背景是銅的工業(yè)化生產，實驗問題是如何從銅礦石經過多個環(huán)節(jié)得到電解銅。教師首先要求學生設計基本方案。學生在實驗前1個月必須預習，由4人組成的實驗小組需要集體制定實驗方案，由于實驗問題本身的開放性，實驗方案也并不是確定的，指導老師只給出一些建議。從粉碎礦石到解析出銅的多步實驗步驟中，有多種途徑可以完成實驗，學生們集體討論得到設計方案。在實驗過程中，方案根據(jù)實際情況還繼續(xù)修正。完成基本方案設計以后，實驗完成過程也是實驗方案探究過程。學生在實驗室邊實驗、邊觀察、邊記錄、邊討論，每個實驗環(huán)節(jié)都要求去解答或解決一些相關的問題，如粉碎的效率、溶解濃度以及電解效率等，部分環(huán)節(jié)還要到計算機上進行數(shù)學模型的求解。實驗過程中進行觀察記錄和模型預測，最后對實驗結果進行驗證。實驗結束后，學生還必須根據(jù)本星期實驗情況，做口頭報告(Presentation)，教師根據(jù)學生預習和作業(yè)情況、實驗過程的表現(xiàn)以及口頭報告，給出實驗課程的最終評價?？梢钥闯?，整個實驗過程就是針對如何從銅礦石得到電解銅的這個具有工程背景的問題，在不斷探究的過程中制定和實施實驗方案的過程，這對學生工程宏觀分析能力的培養(yǎng)大有裨益。
(二)實驗過程探究
實驗過程探究主要培養(yǎng)學生的工程微觀分析與操作能力。傳統(tǒng)工科專業(yè)的實驗操作基本是按部就班地完成，對于故障分析與解決、規(guī)范操作等重要技能以及如何培養(yǎng)學生的工程意識、工程能力、創(chuàng)新能力還較少涉及，這顯然不能滿足工程應用型人才的培養(yǎng)需求。實驗過程探究式是在實驗過程中，教師給學生一定的引導和提示，讓學生自己通過觀察、思考、動手實施等途徑去獨立探索和研究，自行實現(xiàn)實驗過程的教學策略。概括起來，在實驗過程探究中，學生需要在實驗過程中自主發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，實施和運行，真正實現(xiàn)探與究的學習過程。在工程實際環(huán)境中，觀察與發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象、分析現(xiàn)象之間的聯(lián)系。因此在線實驗系統(tǒng)會較為真實地模擬這些現(xiàn)象，學生經過現(xiàn)象分析，確定現(xiàn)象發(fā)生的內因與外因；結合理論進行討論，明確調節(jié)目標與調節(jié)手段，形成解決方案。實驗系統(tǒng)設計必須便于討論和方案設計。華東理工大學DCS實驗是較為典型的實驗過程探究型實驗。實驗主要培訓學生DCS操作能力和故障處理能力。由于DCS系統(tǒng)本身的大多數(shù)操作都是基于計算機的操作，因此網上實驗課程的界面仿真DCS系統(tǒng)的計算機控制部分操作的界面(如圖1所示)。以下用一個簡單的故障處理實驗來說明實驗過程探究的實驗。在實驗中，設計了一個常見的故障處理，在圖1的界面中，學生觀察到粗丙酮塔T-601頂溫度儀表TI-6006出發(fā)異常過高報警，系統(tǒng)要求學生調節(jié)至正常運行溫度73.0-80.0℃。在觀察到異常過高報警后，學生將按照所學知識和工程常識，作出如下分析：粗丙酮塔頂溫度上升可能有4三個工藝方面的原因，分別是加水量過大、回流量過小或再沸器回水量過小，也有可能是儀表自身故障因素。既然存在這三種可能，就必須通過其他觀察和分析來確定故障原因，因此學生首先需分別檢查相關三個儀表，即加水量儀表FRC-6015，回流量儀表FR-6019，E-601再沸器回水儀表FRC-6014，以確定儀表正常工作。學生觀察到回流量儀表FR-6019讀數(shù)偏小，就可以判斷出是因為回流量不足造成塔頂溫度升高。在通過觀察分析找到故障原因后，學生根據(jù)工藝理論，確定解決方案，即增大塔頂回流量，需要調節(jié)FR-6019儀表。在工程環(huán)境中，不能進行一步到位的調節(jié)，以免造成大的擾動，需逐步小范圍調整，邊調邊等。因此學生在實施解決方案，必須仔細閱讀操作守則，將溫度調節(jié)至正常運行溫度的整個操作過程必須符合現(xiàn)場操作規(guī)范。操作實施時，首先將LRC-6023改為手動控制，每次增加調節(jié)閥閥位必須小于2%—這是操作守則要求的，如果學生超出這個閥位標準進行調節(jié)，訓練中系統(tǒng)將給出警告，在考試中則行為將被記錄，作為扣分依據(jù)。每次調節(jié)后系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)學模型的計算將相應儀表調至相應位置，學生一邊觀察表顯示情況一邊調解，直至塔頂溫度恢復到73.0-80.0℃，最后將LRC-6023設置為自動控制?？梢钥闯?，此實驗在整個故障處理過程中，并不像普通課程實驗制定嚴格的步驟，而是讓學生根據(jù)工程實際情況，通過自主觀察分析來制定解決方案，然后根據(jù)操作規(guī)范來一邊觀察一邊操作運行，整個課程設計與教學過程較好地體現(xiàn)了探究式的教學策略。
二、基于過程考核的在線評價體系
對實驗學習成果進行全面評價是在線實驗的重要環(huán)節(jié)，這樣才能對學生探究式學習過程進行科學合理的評價。傳統(tǒng)現(xiàn)場實驗模式中以數(shù)據(jù)處理和實驗報告結果來評價只能作為在線實驗中評價模式的參考。對于參加實驗的學生，主要應考慮的因素是其在實驗的準備情況、在實驗過程中探與究的情況，即觀察問題和分析問題的準確性，設計方案的優(yōu)劣，操作實施過程的規(guī)范性、和其他同學交流情況，以及對理論知識的掌握能力和應用能力，因此必須據(jù)此建立新的實驗評價體系，即基于實驗過程考核的評價體系。在線實驗評價體系主要分為理論掌握情況、實驗操作能力、合作交流能力，其中實驗操作能力是最為重要的指標。理論掌握情況主要考察預習思考題，實驗操作能力包括是否選擇了正確的儀器或儀表、設計方案是否適當、操作目標是否達到、操作過程是否規(guī)范、數(shù)據(jù)處理與實驗報告是否符合要求等都可以作為實驗過程考核的指標。同時，每一門實驗課程提供BBS建立單門實驗的學習社區(qū)，學習者就一些問題難題發(fā)帖，由專門的輔導教師回答問題，并確認學習者所發(fā)的有效帖數(shù)等。其中實驗操作規(guī)范是較為特殊的指標，在工程實際中，操作規(guī)范化及其重要，否則將引來災難性后果。因此，必須設定一個閥值，學生如果出現(xiàn)較為嚴重的操作規(guī)范問題，不論其他指標分數(shù)如何，都將判定為不合格，我們定義為罰指標。本文選取上述7個指標因子構成學生實驗教學的基本評價指標體系,并依次設其為A1，A2，…，A7，其中A6為罰指標因子。通過在線實驗系統(tǒng)中自動記錄實驗儀器選取、操作等參數(shù)，對學生實驗過程進行跟蹤。結合在線實驗平臺的應用，在實踐中我們采用了一個有七個參數(shù)的指標體系，包括預習思考題分數(shù)、實驗儀器選取、實驗方案正確性，操作規(guī)范性、數(shù)據(jù)處理、實驗報告、在學習社區(qū)的交流情況。對這七個參數(shù)賦予不同的權重就可以得到該學生的最終成績，下面分項說明一下每個指標的含義。由于每個指標因子只反映了學生實驗學習的某個方面的特征，各學?？梢愿鶕?jù)本校實際情況規(guī)定指標因子及其特征值，以及罰指標因子的規(guī)定。在指標體系中，各項指標的權重大致說明了其重要性，這七個參數(shù)基本上涵蓋了學生從準備到完成全過程的表現(xiàn)情況，對每一個指標賦于權值并最終得到終結性評價課程成績，各項指標的加權和就是實驗評價分數(shù)。少數(shù)指標雖然權重并不高，由于在工程實踐中具有重要意義，低于一定分數(shù)整個實驗過程將評價為不合格。比如在前文提到的DCS實驗中，在多次出現(xiàn)不規(guī)范操作并且在系統(tǒng)警告后仍然出現(xiàn)2次以上不規(guī)范操作，整個實驗過程將被判定為不合格。對于通過經驗方式得到的實驗過程考核評價體系，在經過一定的數(shù)據(jù)積累以后，可以進行智能化的處理和分析，為學生提供更優(yōu)化的實驗方案。在選取的兩個學生中，甲學生雖然分數(shù)略高，但操作相關的指標得分都不高，因此在后續(xù)實驗中，主要給該學生提供注重操作及規(guī)范的實驗，比如開關機實驗和某些故障處理實驗。而乙學生操作和動手能力較好，但不注意理論和實驗設計，以及數(shù)據(jù)處理等工作，在后續(xù)實驗中，應多推送理論學習的模塊，提醒學生注意數(shù)據(jù)處理和實驗報告的完成。
三、在線實驗系統(tǒng)的設計框架
作為在線實驗系統(tǒng)核心部分的探究式學習模式以及相應的在線評價體系設計完成以后，在線實驗系統(tǒng)框架基本構筑完畢。在線實驗系統(tǒng)應本著簡單、適用、高效的原則，實行通用化、標準化、智能化、人性化的設計思想。學生可以通過在線實驗平臺在教師的指導下進行實驗教學的全過程，而在線實驗平臺則通過記錄學生在線上參加的實驗過程、實驗練習以及培訓交流等情況，實現(xiàn)對學生實驗情況的全程跟蹤管理和對學生實驗教學需求的全面掌握。在線實驗設計的基本架構如圖2所示?？梢钥闯?，在框架核心部分的業(yè)務層中，支持探究式學習過程是貫穿設計始終的問題，所以應改變原先某些實驗只是為驗證理論的設計，把發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、設計解決方案、實施解決方案的探究式思路在實驗教學中實現(xiàn)。同時需要學生在各個環(huán)節(jié)的實驗過程進行完整的記錄，作為其是否按照教學思想完成實驗內容進行考核的依據(jù)，同時還可以通過智能化的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，為學生提供經過優(yōu)化的個性化實驗教學模塊。組件層和服務層和平臺軟硬件設計相關，在其他文章中有詳細介紹，本文不再贅述。
四、結論
