鳄鱼夹仿真实验在物理教学中的应用（共五则范文）

第一篇：鳄鱼夹仿真实验在物理教学中的应用

鳄鱼夹仿真实验在物理教学中的应用

戴儒京

江苏省丰县中学（江苏

221700）

数字化实验一般包括数字化实验室和仿真实验室，前者是指用电子计算机和数据采集器及传感器辅助物理化学等实验，后者是用电子计算机纯软件做的仿真实验，对前者，有不少的文章见诸报刊，而后者，介绍和研究的文章在报刊还很咸见。

鳄鱼夹仿真实验室中文版是由中国南京师范大学江苏苏威尔科技公司与英国Crocodile Clips公司合作开发的面向教育的高科技仿真实验软件，它包括五款软件，分别是：物理，化学，数学，技术和ICT，其中鳄鱼夹仿真实验系统《物理》《化学》是两款功能强大、仿真效果很好的软件。仿真实验不同于flash动画等课件，它具有高度仿真效果，具有数字化功能，能自动出数字，如电流表、电压表的读数。用它可以象真的做实验那样，用它演示物理实验，能提高教学效率、效果、效能和效益。

一、实时显示数据与图象，大大节省时间，提高课堂效率

【例1】 实验：测电池的电动势和内阻（课程标准教科书人民教育出版社《物理》选修3-1第72页）

1． 实验原理与方法：在闭合电路中，根据全电路欧姆定律，有EUIr

①，其中E表示电源的电动势，U表示电源的路端电压，I表示闭合电路中的电流，r表示电源的内阻。

①式可变为 UrIE

②，改变电路的外电阻R，测出一系列的I和U值，作出U-I图象。图象在U轴上的截距即为电源的电动势，直线的斜率的绝对值即为内阻。此方法叫伏安法，用伏特表和安培表作测量工具。2.实验电路与结果

用鳄鱼夹仿真实验室很快可以组成电路，如图1，注意电池的内阻要“打开”。

图1 滑动滑钮，改变电阻值，测出一系列电压和电流值，作出U-I图象，如图2。

图2 从图象求出：电动势E=6V，最大电流Im=6A，内电阻r=

E=1 Im3.系统误差分析与实验验证

仿真实验室中的电流表和电压表是理想的，即电流表的内阻为0，电压表的内阻为无穷大，实际的电流表和电压表是有一定的内阻的，电流表和电压表势必对电路产生一定的影响，使实验产生误差，这个误差是系统误差。设电流表的内阻为1，电压表的内阻为1k,我们在电流表上串联一个1的电阻，在电压表上并联一个1k的电阻，作为真实的电流表和电压表，实验电路如图3所示。

图3 改变可变电阻的阻值，得到如图4的图象。

图4 不考虑电流表和电压表对电路的影响，有EUIr得：UrIE，图象在U轴上的截距b即为电源的电动势, E测b，直线的斜率k的绝对值即为内阻, r测k（因为斜率k是负值，内阻r是正值，所以加负号），这就是测量值；

考虑电流表和电压表对电路的影响，有EU(IU)r得：RVUEr1RVrr1RVI，图象在U轴上的截距记作b, 直线的斜率记作k, 则E1rRVb，1rrRVk，得E真b(1（k）r，即为真实值。)，r真(k)RV1RV因为测量值为E测b，所以E真E测(1r)，所以E测E真； RV因为测量值为r测k，所以r真r测，所以r测r真。r测1RV2.561。3.5从图象求出截距为b6，斜率为k测量值：图象的截距为电动势E6V,斜率加负号为内阻r1.真实值： r真r测r=1.001，E真b(1)=6.006V.r测RV1RV可见，用伏安法测电池电动势和内阻，采用如图3的电路，测量值都小于真实值，但由于电压表内阻大，所以误差小，实验中常用此法。

如用传统的实验方法，连接电路，测量数据，瞄点画图，计算结果，需要很长的时间，用数字化仿真实验，电路搭建很快，实验过程迅速，数据图象更是即时完成，节省了时间，提高了课堂效率，尤其是高三的高考复习课，更显现其优越性。

从学生实验角度看，学生往往对实验兴趣浓、积极性高，喜欢作各种尝试，但为防止学生发生意外和造成实验仪器损失或由于实验条件的限制，总存在一些在物理实验里不能做或不允许做的实验，如电流表反接、短路、用小量程测大电流、人体导电等实验。而在仿真实验环境，则可以解决这一难题。

二、抽象概念形象化，物理现象可视化，提举教学效果

【例2】多普勒效应（课程标准教科书人教版《物理》选修3-4第12章机械波第7节多普勒效应（P44~48））

1.什么是多普勒效应？

波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的波的频率都会发生变化，人们把这种现象叫做多普勒效应。

Doppler effect, 奥地利物理学家，1842年带着女儿在铁道旁散步时注意到了类似的现象。2.用“鳄鱼夹”仿真实验室演示多普勒效应

（1）当汽车以52m./s的速度靠近观察者匀速运动时，汽车声源发出的声音频率为1kHz, 观察者听到的声音的频率为1.18kHz，波形较密，如图5。

图5（2）当汽车远离观察者匀速运动时，汽车声源发出的声音频率仍为1kHz, 观察者听到的声音的频率为870Hz，波形较疏，如图6。

图6（3）频率随时间变化的图象如图7，兰线表示汽车声源发出的声音频率为1kHz, 不变，红线表示观察者听到的声音的频率，从靠近时的1.18 kHz变到远离时的0.87kHz.图7

3.多普勒效应公式与计算

设声源的频率为f，声音的速度为u，汽车的速度为v，则当声源靠近观察者时，观察者听到的声音的频率f'为f'fu，uv则当声源远离观察者时，观察者听到的声音的频率f''为f''f对应图7，v52m/s，f'fu。uvu3401k1.18kHz，uv34052f''fu3401k0.87kHz uv34052与实验结果符合得很好。

5.多普勒效应的振动图象

图8 图8是振动图象，图象中红线表示波源的振动情况，频率不变，振幅不变。兰线表示测试到的振动图象，从图象可以看出，当波源移近测试点时，测试的频率大于波源的频率（波形密），当波源远离测试点时，测试的频率小于波源的频率（波形疏）。

多普勒效应是新教材的新内容，概念很抽象，现象不容易观察到，许多老师感到难把握，学生感到难理解，用仿真实验室演示以后，抽象概念形象化，物理现象可视化，收到很好的教学效果。

从演示实验方面看，有些物理现象或物理过程无法直接用实验演示，一些物理规律受到常规实验仪器本身的限制，演示效果常不如人意，一些物理过程不能作定量研究，甚至一些物理定律只是一种理想模型，在正常条件下不能实现。这些现象的存在，一定程度上造成学生对物理现象和过程没有感性认识，理解比较困难。发挥信息技术的特长，对那些难以观察到的，复杂、困难的实验进行模拟和再现，成为常规实验的补充，把两者有机结合起来，教学会收到事半功倍的效果。

三、瞬间过程记录保存，电流方向可以显现，提升教学效能 【例3】自感实验（新课标教科书人教版选修3-2第25-26页）1.场景1 电路如图11，两个信号灯并联，其中灯1与自感系数（电感）为10H的线圈串联。自感实验17

图11 当开关闭合时，灯2立刻亮起来，灯1还没有亮，如图12甲，笔者“抓拍”的。然后慢慢亮起来，如图12乙。

图12甲

图12乙

两灯的电流与时间关系如图13所示，我们清楚地看到：开关闭合后，灯2的电流（红线）立刻达到最大，而灯1的电流（兰线）缓慢升高直至最大，延时约0.25s, 其原因是：当灯1电路电流增大时，电感线圈产生感应电流，阻碍电流的增大。

图13 图的后面显示断电自感现象。当开关断开时，电流减小，灯1电路由于有电感线圈，产生自感现象，感应电流在灯1电路与原电流方向相同，感应电流以灯2电路为闭合回路，所以灯2电流方向与原来相反变为负，然后才逐渐变为0.场景2 电路如图14，一个信号灯，一个自感系数（电感）为10H的线圈与一个105的电阻串联，然后二者并联，接在6V的电源上（有开关）。

图14 这次首先演示断电自感，然后演示通电自感。

图15 如图15，原来开关是闭合的，两条电路电流几乎相等（通过调电阻来实现，既不完全相等，否则线压在一起，又不相差太大）。当开关断开时，有线圈的电路因为自感现象产生与原电流方向相同的感应电流。此感应电流与电灯电路形成闭合回路，所以电灯电路的电流与原电流方向相反，如红线所示，所以，灯亮一下然后才逐渐熄灭，这就是著名的断电自感。

当闭合开关时，电灯电路电流（红线）立刻升为最大，而有线圈的电路电流（兰线）逐渐增大，这就是通电自感现象。

传统的实验，用图11演示通电自感，用图14演示断电自感，那是因为传统实验只能通过观察灯的亮度来显示效果，通电自感用两灯以比较其亮的先后来体现自感延迟效果，断电自感只要一个灯就可以了，但要形成闭合回路，所以也要两条电路。

仿真实验这两个图表示的电路都既能演示通电自感，又能演示断电自感，因为可以用图象来显示效果，不一定要用两个灯的亮度做比较。

通电自感和断电自感，是发生在一瞬间的现象，稍逊即逝，一不注意就过去了，不目不转睛就看不到，但用电子计算机图象把它固定下来，象电影中的定格一样，便于人们观察和研究。特别是显示断电自感实验中灯泡上电流的方向与原来相反，是传统实验中无论如何也看不到的。余从事物理教学凡40年，第1次看到电流方向相反，真是叹为观止。传统实验与数字化实验在教学中若能取长补短，会达到更好的效果。数字化实验室是实验教学条件现代化不可缺少的一环，但仍应该把真实实验条件作为实验室建设的必要基础，用了计算机等信息技术能加深对物理原理的理解、对测量精度的提高和物理量的测量大量数据的分析处理，数字化使用是物理实验的有力的辅助设备之一。

第二篇：Matlab_Simulink仿真实验在扩频通信课程教学中的应用.

科技资讯

２００９

ＮＯ．３１

ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 学 术 论 坛

Matlab/Simulink仿真实验在扩频通信课程教学中的应用 张竞秋

(长春理工大学电子信息工程学院 吉林长春 130022)摘 要:根据扩频通信课程的特点,分析了当前该课程教学存在的问题,提出了采用Matlab/Simulink仿真来弥补实验室实验设备等的不足,并给出了Matlab/Simulink仿真的方法与实例,这是教学改革进程中的有益尝试。关键词:Matlab/Simulink仿真 扩频通信 仿真模型中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1672-3791(2009)11(a)-0236-02近年来,扩频技术迅猛发展,扩频通信不仅在军事通信中占有重要地位,在民用通信中也得到了越来越广泛的应用。《扩展频谱通信》是一门多学科专业交叉渗透的综合课程,它涉及到通信基础理论,对于教授该门课程理论的高校教师来说如何能更充分地表达自己的教学思路,如何更生动形象地开展教学,让学生更形象、更直观地理解所讲授内容历来是探讨的热点,解决上述问题的有效方法是采用计算机仿真技术。Matla/Simulink b仿真在实验教学中的作用

1.1Matlab/Simulink仿真与传统实验比较

通信系统仿真实质上就是把实验硬件搬进了计算机。在实物实验系统中,用各种电子元器件制作出通信系统中的理论模型

所规定的各个模块,再把它们通过导线或电缆等接在一起,然后再用示波器、频谱议、误码仪等通信仪表做各种测量,最后分析测量结果。在仿真实验中也是这样做,只不过所有通信模块及通信仪表的功能都是用程序来实现的,即通信系统的全过程在计算机中仿真运行。仿真实验不像实物实验那样让人感到“真实”,但对于许多通信问题的研究来说的确非常有效。与实物实验相比,Matlab仿真具有如下一些优点。

(1)Matlab可以仿真许多通信系统,通过改变某些参数来观察通信系统的性能,加深学生对知识的理解,从而可以获得比较好的教学效果。

(2)软件实验建设开发周期短,成本低。(3)弥补了由于实验场地、仪器设备和经费缺乏等因素带来的不足,避免了因误操作而对仪器造成的损坏,而且对于某些实验中不易观察到的现象,也可以进行模拟仿真。1.2Matlab/Simulink的功能与特点

Matlab是一套功能强大的工程技术数值运算和系统仿真软件,它具有数值分析、矩阵运算、图形处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。运用Matlab进行仿真共有两种途径:一是基于数据流的仿真,它是用Matlab函数以命令行的形式实现,亦即编程实现整个系统的仿真;二是基于时间流的仿真,它是用 Matlab提供的一种可视化仿真模型库——Simulink来实现整个系统的仿真。Simulink提供了许多模型库,用户只需用鼠标将所需模块从库中调出来并连接起来即可。利用Matlab对通信原理课程中

所涉及的内容进行仿真 ，形式生动、形象直

图1 直接扩频发射机仿真系统模型

图2 直接扩频发射机扩频前数据信号频谱

图

直扩发射机扩频后输出信号频谱

２３６科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ

学 术 论 坛

观、启发性强,能增强学生的感性认识,加强其对授课内容的理解。

8000次/s,为此,以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样速率提高到8000次/s。2.2 仿真结果

仿真执行后,两个频谱仪将分别显示扩频前后的信号频谱,采用BPSK调制的等效低通模型时,调制前后的功率谱相同,如图2所示,可见,数据信号的带宽约100Hz,其功率峰值约为20dB,而扩频输出信号带宽展宽了20倍,为2kHz,其功率峰值下降到约7dB处。仿真输出的时域波形结果如图3所示,图中显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形。２００９

ＮＯ．３１ 科技资讯

趣,能取得较好的实验效果,弥补通信类课程实验的不足。2 扩展频谱通信系统仿真实例

直接序列扩频通信系统是扩频通信中最典型和最便于理解的扩频方式之一。我们试图通过这一系统的仿真演示过程来说明仿真软件在教学中的突出作用。2.1直接序列扩频通信系统

通过建立如图1所示的仿真模型来研究直接序列扩频通信系统,观察其数据波形、扩频输出波形及扩频调制输出的频谱。仿真模型中,Bernoulli Binary Generator用于产生伪随机扩频序列,其采样时间设置为0.01s.PNSequence Generator用于产生伪随机扩频序列,其采样时间设置为0.0005s.Unipolar toBipolarr Converter用于完成数据和扩频序列的双极性变换,乘法器输出就是扩频输出,其码速率等于采样速

率。扩频输出信号以BPSK方式进行调制。为使频谱观察范围达到4kHz,需要被观察信号的采样速率达到 参考文献

[1]朱近康.扩展频谱通信及其应用[M].北

京:中国科学技术大学出版社,1993.[2]李颖,朱伯立,张威.Simulink动态系统 建模与仿真基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模

与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社,2008.3 结语

Matlab/Simulink作为一种功能强大的工程技术数值运算和系统仿真软件,一直是科研人员作研究的工具,较少用于教学活动中。实践证明:在扩展频谱通信原理的实验教学过程中引入Matlab进行仿真,能帮助学生更好的学习该课程,提高学习兴 图4 直扩发射机扩频前后的信号波形仿真结果(上接2

页)

年1月份以来,荆门市工商局以小批发为重点,开展了农村集贸市场食品安全大检查,查处收缴过期变质食品1191袋、“三无”食品495公斤、假冒食用油310公斤、假冒乳饮品680件,办理涉及食品的违法案件42起[2]。

最后在消费终端,强化农村食品消费环节的监管。对存在食品安全隐患多的小餐馆和小摊点坚决予以取缔。加强对农家宴的卫生监管和技术指导,强化对农村厨师健康体检和培训管理,严厉查处无卫生许可证从事餐饮服务的违法行为,防止发生群体性食物中毒事件。在湖北省对农村城镇、集镇、乡村举办的食品交易会、庙会、食品批发市场、集贸市场以及农村小食品店、个体商贩、小摊点、小作坊、小餐馆开展“拉网式”反复检查,重点检查品种为粮、肉、蔬菜、食用油、奶制品、豆制品、饮料、酒类、保健品、儿童食品、禽蛋及其制品、水产品等。3.3广泛深入地宣传相关法律法规及食品卫生安全知识

推进群防群治机制创新,针对农民群众食品安全意识差、防范能力低的实际,在农村农贸市场和社区街道设置食品安全举报投诉,将12315、12346等食品投诉举报热

线延伸到农村地区,湖北荆门建立村级消

费者投诉站和12315联络站330个。在全市农村设群众维权机构,聘请食品安全协管员和信息员,方便群众快捷、有效地进行投诉,实现食品安全群防群治,综合治理。

新闻媒体、文化教育、乡镇政府、卫生等部门应有专人负责宣传食品安全,通过广播、电视、报纸固定的向农民群众发布食品安全信息和开设食品安全法制建设的节目,或是在中小学生的安全教育中加入食品安全知识和科学健康饮食知识。通过悬挂横幅、张贴标语、展板、印发宣传材料、提供咨询、展示假劣食品等。湖北宜昌市五峰土家族自治县通过发送手机短信、播放公开信等形式,对假酒致人伤亡事件进行通报,已发放宣传单35000多张,发送短信30000多条,县电视台每半小时滚动播出告诫群众停止饮用散装白酒的公开信息。增强农民的食品安全法律知识、卫生知识水平、自我保护意识和维权意识。引导农民积极参与食品安全的社会监督,全面提高社会力量参与食品安全监督工作。[2] [3][4] [5][6] a/20090326/000678.htm 2009.3.湖北省工商局.湖北工商剑指“七小”强化农村食品监管扫描.http://www.xiexiebang.com/ 科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２３７

第三篇：小实验在物理课堂中应用

小实验在物理课堂中应用

在新课程的教学背景下，有了新的教学理念、手段及方法，而“情景教学”是物理教学的一种重要手段。教学中“情景”的设置可以是文字描述的形式，也可以是多媒体动画形式，当然最具体、最生动、最有吸引力的还是小实验。小实验由学生直接参与，让学生有一种身临其境的体验，获得的知识也来自于他的直接经验，这样不但可以激发学生的学习兴趣，而且有助于培养学生的各种能力，发挥学生的潜能和创造力的培养，同时还能对学生进行物理思想与方法的教育和培养，将直接影响教学效果。

一、运用小实验，激疑导入，营造物理情景

对于物理课堂教学能否成功，新课的成功引入是非常重要的环节，所以新课导入是课堂教学中的一个重要环节。用小实验作为新课引入，不失为一种非常优秀的手段之一。因为由小实验所创设的情景，能向学生提供新颖、奇特、惊险、多变等强烈的感觉刺激，有助于吸引学生的眼球，使学生的思维快速地集中到课堂中来。同时小实验中所出现的现象往往出于他们的意料之外，而学生的好奇心会促使他们想知道为什么会出现这样的现象而积极地思考并渴望得到答案，这样有利于学生产生想认真学习这节课的想法，从而使学生从被动学习转变到主动学习，达到教学的目标。

『典例１』在讲授《自由落体运动》时，先引导学生做一个小实验：测反应时间。教师先提出问题：同学们的反应一定很快，想知道你们的反应时间是多少吗？我这里有一把能够测量反应快慢的尺子（尺子事先在背面贴上位移对应的时间），哪位同学愿意上来测量一下？接着介绍规则：请一位同学把手放在尺的下部10cm处，做好捏住它的准备，眼睛盯住老师的手，当看到老师松手的动作后，立即用手指捏，越快越好。并记下捏住的刻度。然后请告诉大家你捏住的刻度，是多少？教师结合尺的背面的时间刻度宣布：实验者的反应时间是××？学生很惊奇，想知道其中的奥秘。教师乘机说，今天我们来共同研究尺子下落的运动----自由落体运动。这样增强了求知欲，又顺利地引出了新课。

『典例２』在讲授《力的分解》时，教师先做一个小实验。用一根细线穿过重锤的钩子，可以把重锤悬挂起来，先将细线的两端点合拢，然后慢慢分开，当两线分开到某一夹角时，只听“轰”的一声，重锤落到桌面上。此时教师向学生提问：在两细线的夹角逐渐增大过程中，为什么细线会断裂呢？为了解决这个问题，本节课我们来学习的新的知识---力的分解，从而引出新课。这样学生将带着疑问来学习探究新课。

二、运用小实验，澄清认识，感悟物理世界

在学习某些物理知识前，由于先入为主和生活经验等原因学生会形成错误认识。为了纠正学生已形成的错误认识，建立正确的物理概念，充分挖掘物理教学的丰富内涵，巧妙利用小实验所展示的新奇的实验现象，同时抓住疑点巧妙运用设疑技巧，适时引导学生发现问题，从中感悟物理世界，收到很好的教学效果。

『典例３』在讲授《自由落体运动》时，为了建立正确的自由落体模型，我设计了以下对比实验。先从同一高度由静止同时释放一个铁球和一张纸片，结果铁球下落快。学生结合日常生活的经验就大胆认为，重物下落快。教师追问，这个结论是否具有普遍性呢？接着做实验，取两张相同的纸片，将其中一张用剪刀剪去一半，剩下的一半揉成纸团，再次从同一高度由静止同时释放纸团和纸片，结果观察到纸团下落快。学生仿照前一个实验的分析，得出结论：轻物下落快。教师进而提出：“两个实验为什么会得出相反的结论呢？”。学生思考后回答，物体下落的快慢与轻重无关，纠正了“重物下落快”的错误认识。教师引导：是什么共同的原因使纸片比铁球和纸团都下落得慢呢？学生想到：纸片受到空气的阻力作用比较大．然后再过渡到另一组对比实验，分别取三个相同深度的量筒A、B、C，并排放在水平桌面上，量筒B和C分别装上清水和洗洁精配制的溶液，将三个相同铁球同时同高度释放，观察到钢球运动的快慢不同，这说明阻力对物体的运动有影响，且阻力越大，对运动的影响越大。接着在量筒C里面再做实验，取形状和体积完全相同的铁球和塑料球，同时同高度释放，结果铁球运动快。从而得到阻力相对重力越小，对运动的影响就越小。教师再引导，如果没有阻力，物体下落的情况回怎样？自然地引出“牛顿管”实验，用抽气机抽走牛顿管中的大部分空气，里面近似认为是真空状态。将管中的羽毛和铁片同时同高度释放，结果观察到下落一样快。最后得出关键性的结论：没有阻力，物体只受重力由静止开始下落的运动的快慢都是相同的，物理上就把这种运动叫自由落体运动。

这些小实验虽然过程非常简单、操作也很方便。而且学生亲手操作增加了实验的真实性，也提高了学生的吸引力，而对直接参与的实验者来说，既满足了好奇心，也有了成功的体验，从中感悟到物理世界的奇妙。

三、运用小实验，参与合作，探究物理规律

在新课程的理念下，把培养学生的合作学习能力和探究能力放到特别重要的位置。探究式学习是通过发现问题、研究探索，从而获取技能的一种学习形式。这种学习形式的关注是探究的过程，培养的是学生的思维能力特别是创造性思维能力的培养。在物理课堂教学中，老师必须选择时机，精心设计小实验来培养学生的合作、探究能力。

『典例４』在讲授《曲线运动》时，要求学生利用提供的器材设计实验探究物体做曲线运动的条件。提供的器材是为光滑玻璃板、小钢球、磁铁和加速斜槽。学生分小组合作，先制定实验方案，然后进行探究，最后交流展示。学生的实验探究过程与结果记录如下。

实验条件及结果记录表格：小球在玻璃板上的运动初速度：沿水平标志线向右.最后得出结论：物体做曲线运动的条件是受到合外力，且合外力与速度不在同一直线上。

虽然是小实验，如果采用生活或实验室中的一些常见易得的器材来完成，这样让学生们觉得接近生活实际，更加相信物理就在我们的身边，同时对物理教学起着十分重要的作用，在我今后的物理教学中将会起到更大的作用。

四、运用小实验，验证应用，掌握物理知识

为了让学生理解知识、掌握知识，最终能灵活应用知识。虽然在物理知识很多来自于生活实际，但高于生活，尤其是有些知识又非常抽象，单凭学生自己的生活经验以及现有的知识很难理解，而教师则可以通过精心设计一些小实验，增加学生对知识的感性认识，从而使知识变得容易理解和掌握。

『典例５』在讲《机械能守恒定律》内容结束时，设计了一个小实验来结束新课：取一只小水捅，内装半桶水，用尼龙绢悬挂在天花板上如图所示。请一个学生紧贴墙壁站好，双手捧起水桶。让它距学生的鼻子1cm。然后将水桶轻轻释放，让水桶来回摆动。水桶经过一个摆动周期，又会向学生的鼻子撞来。这可不是看立体电影，而是一个贷真价实的运动着的水捅。学生若没胆过，肯定会逃走。倘若学生相信机械能守恒原理的话，一定会坦然地站在原位置上上，并深信水桶绝不

会碰上你的鼻子。问题就看学生敢不敢做这个实验,看看谁“真正相信（学会）了刚才学习的知识”。

这个小实验使同学们的积极性大大提高，既动手又动脑，巩固了所学的知识，达到了很好的教学效果。

『典例６』在讲授《力的分解》中的斜面上物体的重力分解时，教师设计了一组小实验。取一块长方形的夹板碎片，将一端放在平整的桌面上，另一端垫上书本，让夹板碎片形成一个斜面，将一个带有轮子的小车放在斜面上（忽略摩擦），手通过连接小车的橡皮条拉住小车。使小车静止，观察。观察发现，与小车连接的橡皮条拉长了，说明小车有沿斜面向下的分力（重力的一个分力）；同时看到夹板发生弯曲，说明有垂直斜面向下的分力（重力的另一分力）。如果在小车上加上几个钩码（即增加了车的重力），再观察。观察发现，斜面的弯曲程度变大，与小车相连的橡皮条变长了。这说明重力的两个分力因重力的增大而增大。如果改变（增大）斜面的倾角θ，重复上面的实验，再观察。观察发现，斜面的弯曲程度变小，而与小车相连的橡皮条变长了。这说明，斜面上物体的重力的两分力方向为沿斜面向下和垂直斜面向下，F1使物体下滑（故有时称为“下滑力”），F2使物体压紧斜面（如图）．其大小与斜面的倾角θ有关，且垂直斜面的分力

F2随倾角θ的增大而减小，沿斜面向下的分力F1随倾角θ的增大而增大。即验证

了两分力F1=mgsinθ，F2=mgcosθ的正确性。

第四篇：边学边实验在物理教学中的应用

边学边实验在物理教学中的应用

近十多年来，我们在初中物理教学中为了切实贯彻“以实验为基础的教学原则，真正把物理实验作为物理教学的重要内容看待，比较多地采用学生边学边实验的教学形式，取得了较好的效果，对于大面积提高物理教学质量，培养学生的能力起到了重要的作用。针对当前初中物理教学的现状，我们觉得仍然要加强边学边实验教学，充分发挥边学边实验的教学功能。

一、边学边实验教学的特点所谓边学边实验，是指学生在教师指导下，一边学习一边进行实验的教学组织形式；是指学生在教师的指导下，通过自己动眼、动脑、动手、动口（以下简称“四动”）去获取知识，培养学生用实验方法探索物理知识的能力。

边学边实验教学是一种低容量高密度思维的教学组织形式，可以因材施教，切合初中学生的实际课的容量是指一节课内运用新概念、基本规律、技能、科学方法的多少。高密度思维是指学生在一堂课上有较长的有意注意时间，并能充分地开展思维活动。

针对初中学生的特点，在课堂教学中，若比较多的采用边学边实验的组织形式，让学生通过“四动”进行学习，使各种感官受到刺激，就能延长学生的有意注意时间，促使大脑对各感官传输的信息进行综合分析，进而提高课堂教学的思维密度。

边学边实验的教学组织形式，改变了老师讲、学生听，老师写、学生抄，老师做、学生看那种因学生处于消极地位而使课堂气氛沉闷的情况。由于学生自己阅读材料，自己做实验，还可以讨论讲述，因此他们学习的主动性、积极性就能得到充分发挥。边学边实验的教学组织形式，充分体现了因材施教的原则。学生可以自定学习步调，有不懂的地方可以反复阅读教材，实验现象观察不清楚时，也可以反复做几次，自己解决不了的问题还可以问老师。同样，由于可以自定学习步调，优秀生的思维可以得到充分展开，自己可以学得深一点，多学一点。可见，边学边实验不仅使全体学生在不同程度上都能既获得知识，又提高能力，而且解决了将课堂教学统得太死，对学生个体间的差异不能因人制宜的弊端。

（二）边学边实验能够起到演示实验与学生分组实验的综合作用在演示实验的基础上，认真做好学生分组实验是激发学生学习物理兴趣的较好手段，是初中物理教学中大面积提高教学质量很重要的一环。但是，在实验教学中，我们发现演示实验和学生分组实验都存在一定的弊端。课堂中的演示实验是教师为学生提供感性认识材料的过程，它无法代替学生自己的活动，教学中如果把教师的演示实验改为学生的边学边实验，既能使学生对实验获得更加清晰的印象，学到物理知识，又能培养学生的实验能力，提高学生的学习兴趣和主动性。

学生分组实验大多是验证性和测量性实验，一般都安排在新课或一个单元教学之后进行，与课堂教学内容结合不够紧密。加上初中学生实验能力差，学生对实验的注意力常常集中在操作上，教师则往往忙于协助学生排除故障，师生完全处于被动状态，以致往往无法达到获取知识、培养能力的目的。采用边学边实验的教学形式后，学生在教师的指导下边看、边学、边实验、边思考、边讨论，能较快地掌握物理知识。边学边实验课一般安排在教室里进行。每个桌上都有一套仪器，每位学生都有动手的机会，有利于学生能力的培养。因此，从某种意义上讲，边学边实验起到了演示实验与学生分组实验的综合作用。

进行边学边实验教学的形式可以根据教材、学生以及器材的实际情况，采用多种方式进行。它可以安排在新课的开始，作为新课的设疑引学，起到激发学习兴趣的作用；也可以安排在新课的教学过程中，用来建立物理概念或得出物理规律，作为学生辨疑解难的一种手段，起到启发、帮助学生理解概念，解决疑难问题的作用；还可以安排在下课前的几分钟，作为复习巩固之用。在教学时间上，可以用一整节课时，也可以用半节课或几分钟。总之，根据教学的需要和可能灵活掌握，以达到最佳教学效果的目的

二、边学边实验的教学功能

（一）有利于学生理解和掌握知识

心理学研究表明，学生对学习内容的巩固程度，与学习的方式关系很大。一 般来说，学生通过听教师讲授，能够记住10％——20％；学生如能看到实物或现象，能够记住30％；如果学生既能听教师讲，又能看到实物或现象，能记住50％；如果学生看到实物或现象，自己又描述过，便能记往70％；如果学生既动手做过，又描述过，则能记住90％。而边学边实验，既让学生动手做实验，又让学生在实验的基础上讨论、分析，最后自己归纳出物理概念和规律。显然，这样的学习过程属于上面所说的最后一种情况。可见，边学边实验有利于学生理解和掌握知识。

（二）有利于培养学生的实验能力

教育家陶行知提倡手脑并用的学习方式。他在《手脑相长歌》中写道：“人生两个宝，双手与大脑。用脑不用手，快要被打倒！用手不用脑，饭也吃不饱。

手脑都会用，才算是开天辟地的大好老。“我们在初中物理教学中提出边学边实验，提出”四动“，正是遵循陶行知先生的教育理论去实践的。我国中学物理实验教学的现状是学生动手的机会太少。开展边学边实验，极大地增加了学生实验操作的机会，因此十分有利于培养学生的实验能力。

（三）有利于学生掌握学习和研究物理的方法边学边实验的学习探索过程，更接近人类认识客观规律的过程。因此，我们主张将课堂变为教师引导学生动眼、动脑、动手、动口的主动学习的活动场所。

在教师指导下，发挥学生的主体作用，把学生的兴趣（情感领域）、知识（认知领域）、能力（动作领域）等各种心理因素融为一体，使他们在直接参与边学边实验的过程中，逐渐认识到实验是获得物理事实的根据；实验是检验假设真理性的标准；逐步领会科学家是如何通过物理实验获得物理事实，并从而得出概念和规律的。可见，通过长期边学边实验的训练，学生将会逐步掌握物理学习和研究的基本方法。边学边实验不仅可以提高学生的学习兴趣，而且能够极大地调动学生的学习积极性。

三、实施边学边实验教学的策略

（一）恰当地选择学生边学边实验教学的内容教改实践表明，凡是与教学过程紧密结合，便于随堂进行并利于学生动眼、动脑、动手、动口，利于培养学生科学的实验方法和良好的实验习惯，利于发展他们智能的内容，都可选为学生边学边实验教学的内容。

1.根据中学物理教学大纲对能力、技能的具体要求，安排边学边实验的内容。例如，教学大纲中要求学生通过学习，会使用某些基本物理实验仪器，那么就应该采取边学边实验教学的形式，努力增加学生对这些仪器的使用频数，逐步提高学生使用这些仪器技能方面的要求。2.对器材的要求不是很高的演示实验，可以改为学生边学边实验。例如，课本上用铅皮和铅盒来演示物体浮沉条件的实验，若改为边学边实验，就可以让学生在课前准备好一支空牙膏管（尾端剪开）和一只玻璃杯。实验时，先让学生把牙膏管捏扁放在盛水的玻璃杯里，它就在水中下沉，然后将牙膏管鼓起一些，它就能上福

3.将课本上的小实验和一些实验习题改为边学边实验。例如，制作橡皮筋测力计的小实验，可以配合“力的测量”进行边学边实验教学。再如，用纸盒可以将水烧开的小实验，反复弯折铁丝后弯折处会发烫等实验习题，都可以配合新课教学作为学生边学边实验的内容。

4.将课本上的部分学生分组实验改为边学边实验。有些基本仪器及其操作方法，在新课教学中学生已经掌握了，到学生分组实验时，就可以适当提高教学要求。？这样做有利于知识的巩固和思维能力、实验能力的培养。例如，初三将“电流表”、“电压表”改为边学边实验后，在新课教学中让学生学会电流表、电压表的使用，到下一节学生分组实验时，就可以增加“两表”的使用频数，这更有利于学生实验技能的培养。再如，初二第七章第一节“质量”和下一节学生分组实验“用天平称固体和液体的质量”，也同样可以采用边学边实验教学，都能取得较好的教学效果。

（二）千方百计地准备学生边学边实验教学的仪器边学边实验是一种上课形式的学生实验，一般要求两个学生用一套实验仪器。

对学生边学边实验仪器的准备要做到“五不一保证”，即仪器不宜复杂，操作技能要求不宜过高，实验规模不宜过大，一次实验所用仪器数量不宜过多，实验时间不宜过长；实验安全要有保证。由于初中物理实验仪器一般都比较简单，多数实验都是定性的，有些定量的实验精确度要求不高。因此，大部分初中物理实验仪器都可以自制，可供选择的器材也很广泛。例如，没有平底试管，可用废旧的平底小药瓶来代替；没有弹簧秤，可发动学生用废钢丝绕制，没有溢水杯，也可以用在玻璃杯上套两个橡皮圈的方法代替；等等。

引导学生积极参与自制教具学具的活动，不仅为边学边实验教学提供了一定数量的实验仪器，为物理教学创设了良好的实验条件，而且学生通过自制教具和学具，增长了才干，提高了动手能力。

（三）认真上好学生边学边实验课

边学边实验课一般包含下列三个环节：“设疑引学，辨疑解难，释疑巩固。”

“设疑引学”是教师通过一些物理现象和问题情景，使学生产生疑问，提出需要解决的问题。“辨疑解难”是要求学生对他们所提出的问题进行假设，估计可能的结果是什么，然后教师指导学生讨论如何用实验进行研究，拟订实验方案，并在学生实验观察和测定的基础上开展小组或全班讨论分析。学生在这一教学环节中，通过看书、观察、实验、思考、讨论、争辩、答问、练习、应用等，做到四动，从而既学到了知识，又培养了能力。“释疑巩固”是在教师的指导下排除疑问，通过练习、应用和小结等来运用和巩固所学的知识。上好边学边实验课的关键在于放手让学生去看、去想、去做、去说，尽量让学生提出问题，大胆猜想，设计实验方案和进行实验。教师做的主要工作是巡视、“集疑”、“布疑”，对个别差生进行适当辅导。对难点、重要的概念、分歧大的问题，组织学生讨论。

在适当的地方，教师给予必要的点拨。放手让学生自己去边学边实验，必须遵循因材施教、循序渐进的原则，要设计好边学边实验的阶梯，帮助学生步步深入。既不要使学习的跨度过大，使学生无从入手，又不要使学习的跨度太小，不利于学生的发展。在设计边学边实验的方案时，应注意了解学生实际，对实验教学中可能出现的问题，可能遇到的困难等，都要作充分的估计和准备。例如，在进行物体浮沉条件的实验时，教材的安排是先把鸡蛋放在浓盐水中，观察它的漂浮；然后在浓盐水中加清水，观察鸡蛋的悬浮和下沉；再加入浓盐水，观察鸡蛋的上福在实际操作时，加入清水的多少不容易掌握。会出现由于一下子倒入过多的清水，鸡蛋就下沉到杯底，而看不到悬浮现象，再加浓盐水时，鸡蛋就可能上浮不起来。有的老师在设计边学边实验方案时，作了如下的改动：让学生先把鸡蛋分别浸没在清水和浓盐水中，观察鸡蛋的下沉和上浮，分析鸡蛋的受力情况，得出下沉和上浮的条件。接着让学生缓缓地向浓盐水中加入清水，观察悬浮现象，分析得出悬浮条件，然后讨论为什么鸡蛋在清水中和在浓盐水中受到的浮力大小不同？为什么漂浮时和悬浮时鸡蛋排开液体的体积不同而受到的浮力却相同？这样处理，不但实验成功的把握大、效果好，而且学生容易理解

第五篇：仿真软件在环境工程专业实验、实习教学中的应用（范文模版）

仿真软件在环境工程专业实验、实习教学中的应用

杨

静

赵旭德 刘庆斌

（黄石理工学院环境与化学工程系

湖北黄石

435003）

摘 要：作者通过在环境工程专业实验、实习教学中尝试应用仿真软件，将其作为实物实验和实习的预习与补充，取得了较好的教学效果，提出了一种实践教学的新模式。

关键词：仿真 环境工程

实验、实习教学

Application of Simulation Softs on Experiments and Training of Environmental Engineering Yang Jing, Zhao Xude, Liu Qingbin(Huangshi Institute of Technology, Huangshi HuBei 435003)Abstract: The authors apply simulation softs as preview and of onsite experiments and trainings on Environmental Engineering, which have got pretty good teaching effects.Key word: Simulation, Environmental Engineering, Experiments and Training 1 前言

我系于2003年5月购买了北京东方仿真控制技术有限公司开发的环境工程专业的水、大气处理实验仿真软件和污水处理实习仿真软件的单机版，教师个人使用后感觉对于教学非常有帮助。2004年5月又购买了网络版，使大量学生进行模拟实践成为可能。我们对2002级环境工程专业和给排水工程专业的学生在实验、实习教学中开展了这两套仿真软件的应用，主要 是将它们作为实物实验、实习之前的预习和之后的补充，取得了明显良好的教学效果，现将应用总结如下。用作实物实验前的预习

常规的实验教学，采用的是实验指导书加老师讲解的教学手段，容易造成主要两个方面的不足：一是学生对于实验目的和步骤理解得不够透彻，总是按照指导书一步一步地做，至于为什么要这样做不甚清楚，在整个实验过程中处于一种被动的地位，往往是实验报告做完，实验目的和步骤也全忘光，没有达到实验教学的目的；二是学生对一些实验设备缺乏感性认识，即使把实验指导书中对设备的基本构造、使用方法和注意事项看了多遍，仍不得要领，到了实验室，经常不能很快地投入到做实验中，甚至不能正确地操作设备，导致设备出现故障，影响了实验的进程和效果。而在常规实验前首先进行的仿真实验，则在很大程度上弥补了这两点不足。这套软件中的每一个实验都分为实验指导、实验操作、数据处理、教学课件四个部分。

（1）实验指导以简洁的语言和形象的动画讲解了实验目的、设备认识等，比老师单纯的“口头＋笔头”更容易让学生理解。

（2）实验操作是软件通过建立的动态数学模型模拟真实的实验过程和现象，通过3D互动操作界面模拟真实的实验装置，学生可以一人一台计算机，通过做仿真实验，从而了解真实的实验操作，达到每个学生都能够亲自动手做实验的效果。软件提供了实时帮助功能，对于不清楚的操作，可以及时获得帮助。

（3）数据处理是软件对学生所做实验产生的数据自动进行表格填入、公式计算、图形绘制，并生成可以打印的报表。虽然此步骤没有让学生进行 数据分析的练习，但它对学生前面的操作却要求非常严格，一旦有一点失误，生成的数据就不正确，填表、计算、绘图等也就不能正确地进行。（4）教学课件则把课本中相关的理论知识以生动的CAI课件形式讲述了一遍。这样老师不用再讲一次理论，学生也能理解地更清楚。2.1水处理仿真实验

水处理实验仿真软件可以做的实验有自由沉淀实验、过滤实验、混凝实验、气浮实验、曝气充

氧实验、活性污泥实验等六个[1]。其中，第1、2个属于物理实验，第3个属于化学实验，第4个属于物理化学实验，第5、6个为生物处理法。它们涵盖了水处理的几种基本方法，同时也是教学大纲[2]中规定的必修实验。开设这六个实验，可以为我系环境工程专业的专科《水污染治理工程》和本科的《给水工程》和《排水工程》、专科给排水工程专业的《给水工程》和《排水工程》、环境监理专业的《环境工程学》（水部分）等多门相关课程服务。

以下是一位学生操作混凝实验中测试混凝剂最佳投量得到的实验数据。原水800ml/份

水样编号 混凝剂加注量(ml)剩余浊度（NTU）

20.2 15.2 10.2 8.2 9.9 14.9 1

20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0

从数据可以判断最佳混凝剂投量为50.0ml左右，此时水中剩余浊度最低。这和课本上的数据是一致的。

接着是软件根据此表自动绘出的曲线图。

可以看到曲线连接光滑，最低点处在50左右，曲线绘制是成功的。2.2大气处理仿真实验

大气处理实验仿真软件可以做的实验有两个：旋风除尘器性能实验、碱液吸收SO2实验[3]。也正好涵盖了大气处理实验教学大纲[4]中规定的必开实验。其中，旋风除尘器性能实验可以测定的性能包括处理风量、阻力、效率。这两个仿真实验，可以为我系环境工程专业的专科和本科《大气污染控制工程》、专科环境监理专业的《环境工程学》（大气部分）等相关课程服务。

2.3效果

学生在做了仿真实验以后，对于实验目的、步骤已经基本上心中有数，再到实物实验室做真实实验，设备可能会和软件上的有些不同，但是大同小异，操作能很快上手，而且做真实实验不再是一个学生做，是几个一起做，结合了几个人的智慧之后，大部分都能按照正确地步骤，顺利地完成实验。学生做完实验后写实验报告时，也能够根据仿真实验所提供的参考进行正确地数据处理和分析。用作实物实习前的预习传统的课程实习教学，是老师把学生带到某个与专业相关的单位比如污水处理厂，由厂里的技术人员给学生介绍工程的基本情况，然后把学生带到每一个单元参观、介绍，如果学生比较多或者现场比较嘈杂，学生往往看或听不清楚技术人员的讲解，有些人也就放松了要求，不再认真实习；这种实习还有一个更大的不足也是缺憾，就是学生为了遵守工厂的规章制度，不得随便动任何设备、仪器，除非进行在岗的跟班实习，否则对于如何控制管理水处理工艺的运行、出现问题如何解决，不能得到实践锻炼，也就没有培养出实践能力。

而在传统课程实习前首先进行的污水处理厂仿真实习，极大地弥补了上述不足。这个软件是以北京市高碑店污水处理厂为原型，建立在污水处理工艺中各种构筑物运行过程的严格动态数学模拟基础上开发完成的。仿真实习时，每个学生面对一台计算机，可以从总流程、各个单元多角度地观察工艺；可以动所有的设备、仪器、阀门等；可以训练对各种事故的处理；并可以客观地得出实习成绩。

该系统分为水工段、泥工段两大块[5]。其中，水工段可以培训的项目有：污水提升泵轴温超标、污水提升泵电流超标、来水PH值过低、处理负荷增大、来水SS增高、来水BOD增高、来水NH3－N升高、来水腐败、环境温度降低、曝气池污泥膨胀等10个；泥工段培训的项目有：浓缩池进泥中水含量增大、浓缩池刮泥机发生故障、浓缩池螺杆泵发生故障、一级消化池搅拌机发生故障、一级消化池换热器发生故障、消化池进泥温度降低、压滤机配药浓度降低、压滤机皮带打滑等8个。

另外还提供了初沉池、活性污泥、消化池三个重点单元的具体操作培训。老师提出一个培训项目，学生就得思考如何解决这个问题，首先要判断这个问题可能是什么原因造成的，然后去寻找大致的解决途径，在这个思 路下再去对设备、仪器、阀门等做出一些调整，如果调整正确，就可以得到步骤分，如果调整的程度到位，就可以得到质量分。

以下是一位学生在培训如何处理水工段中来水处理负荷增大的问题时所做出的响应： 解决问题的途径

具体操作

改变的参数

过栅流速

闸

加开泵房备用泵

启动提升泵四

增大曝气沉砂池曝增大曝气沉砂池处2#鼓风气量 机风量

开启11号初沉池

加开备用初沉池 开启12号初沉池 开启23号初沉池 开启24号初沉池

曝气沉砂池除砂率

第一组初沉池出口SS值BOD含量

第二组初沉池出口SS值BOD含量

第一组曝气池中的MLSS浓增大第一组曝气池回流比 度、出口BOD含量、NH3--N

含量、有机负荷

增加曝气池回流比

第二组曝气池中的MLSS浓增大第二组曝气池回流比 度、出口BOD含量、NH3--N

含量、有机负荷

增大曝气池处6号鼓风机第一组曝气池中的溶解氧浓增加曝气池曝气量

风量

度 打开进水方阀六 启动提升泵三

集水池液位和配水井液位 加开格栅处进水方打开进水方阀五

开启曝气池处7号鼓风机

系统打分如下： 测评历时：600秒 实际得分：104.00 百分制得分：69.34 其中：

步骤操作得分：60.00 质量操作得分：44.00 操作失误导致扣分：0.00

第二组曝气池中的溶解氧浓度

可见，通过对该仿真污水处理厂的亲自“动手”操作，学生可以在以下几个方面得到提高：1）加深对污水处理工艺原理的理解；2）熟悉正常的运行指标；3）各种异常发生或设备故障的修正操作训练。

学生心中对污水处理厂有了基本印象以后，再到真实污水厂进行参观、学习，配合感性认识，能更快地理解现场，能提出更多有意义的问题，实习会更有收获，当然也使得课程实习及毕业实习这一重要的教学环节更加圆满和成功。用作实物实验、实习后的补充

我系购置的环境工程实验设备，无论在数量和种类上，都是全国同类院校中比较靠前的，但是在开设实验课上仍然感觉不够。仿真实验、仿真实习软件在很大程度上弥补了这一不足。

此外，学生在做完实物实验、实习以后，如果对某个问题还不够清楚，可以通过再次或多次操作仿真软件得以解决。这是它的第二个补充作用。结束语 环境工程是一门实践性很强的专业，教学中加强学生的实际运用能力是非常重要的。而仿真软件的应用很有助于提高这一能力，但目前其应用还不是非常广泛，我系环境工程专业在全国同类院校中是比较早购置和应用的，所以在这里总结了一些心得。当然仿真实验、实习是不能取代实物实验、实习的，这一点应该明确。

参考文献

[1] 黄石理工学院环境与化学工程系环境教研室，水污染治理工程实验教学大纲

[2] 北京东方仿真控制技术有限公司，水处理实验仿真教学软件使用说明 [3] 黄石理工学院环境与化学工程系环境教研室，大气污染控制工程实验教学大纲

[4] 北京东方仿真控制技术有限公司，大气处理实验仿真教学软件使用说明

[5] 北京东方仿真控制技术有限公司，污水处理厂仿真系统使用说明