導語：如何才能寫好一篇學生實驗設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

實驗的目的并不是完全為了得出所謂“正確的”結(jié)論，而是在實驗過程中養(yǎng)成科學習慣，了解科學研究的步驟。對實驗每一環(huán)節(jié)充分地認識其實就能有效提高學生實驗設計的能力。在教學活動中教師有時忽略了讓學生設計實驗這一環(huán)節(jié)，而是直接讓學生上手進行實驗，課堂看似非常熱鬧，但是細細推敲這樣的活動就缺少了目的性。學生對于活動的任務不明確，計劃不充分，實驗過程就會流于形式或者活動雜亂無章。

如《水和冰》一課，水在凝固成冰的過程中溫度是會逐漸下降、保持、繼續(xù)下降，并且每個階段溫度下降的速率也是不一樣的。為了能記錄這些溫度變化的過程，必須要確定記錄的時間間隔，教師直接出示了實驗的要求，盡管學生在整個實驗中執(zhí)行力很強，實驗效果也不錯，但是學生在活動中并沒有提升自己的實驗設計能力。這樣的實驗課學生的設計能力、科學意識和科學素養(yǎng)并沒有提高。所以在指導學生設計實驗時教師更應該注意自己在課堂中引導者的身份，把生本主義放在心間，以學生的發(fā)展、能力的養(yǎng)成為主要目的。除了注重實驗的環(huán)節(jié)外，更應該創(chuàng)設較為開放的課堂環(huán)境，不要害怕課堂會因為學生實驗設計的討論影響了整節(jié)課原有的設置和安排，其實正相反，學生對于實驗的自主設計正是本堂課的亮點。

二、課堂師生本質(zhì)交流加速學生實驗設計意識

實驗課的實驗要求是完成實驗的前提，但是實驗要求的讓學生明確的方法有很多，可以是教師直接出示，學生按照實驗的要求進行實驗，從實驗的過程來看，學生主動參與了實驗，但是從本質(zhì)來看，學生的思考能力并沒有因此得到提高。在師生的本質(zhì)交流中得出實驗方案更能增強學生實驗設計的意識，對于實驗操作更能領(lǐng)會，實驗設計的目的更為了解。

如2013年全國小學自然優(yōu)質(zhì)課展評活動中來自廣西南寧的鄧超老師執(zhí)教的《在星空中》一課，學生對于北斗七星知之甚少，僅限于七顆星組成的形狀，那么就利用學生對于北斗七星僅有的這些前概念來建構(gòu)水平方向上七星的模型。再進一步，這七顆星離地球的距離是不同的，如何構(gòu)建這七顆星的方位，是需要學生通過計算，測量大概距離，構(gòu)建準確七星模型，進行擺放的，這個過程教師并沒有過多的要求，而是適時點撥，和學生有效交流，學生通過與教師交流得出建模實驗的方案，在小組內(nèi)有效實施方案，實驗成功，而且在此過程中學生的實驗設計意識得到提高，部分學生也擁有了實驗設計的能力。

三、有效實驗材料的選擇促進學生實驗設計能力的養(yǎng)成

實驗課必然需要實驗材料來支撐，而實驗課的效果很大程度上也是由使用的材料決定的。在材料的選擇上，教師需要花足夠多的心思，有效的實驗材料是可以給予學生在思維上引導和提示作用，這比教師講述復雜的實驗要求有效很多，也能較好地激發(fā)學生對于實驗的理解，即實驗設計能力。

很多時候我們在執(zhí)教的課堂中實驗材料比較單一，就是一種材料用到底，這也無可厚非，在有些實驗課的確是只需要一種主要的實驗材料，如《磁》這一課，學生對于磁鐵的有效研究，發(fā)現(xiàn)磁鐵兩端的磁性較強，能夠吸引較多磁性材料，以及在磁鐵周圍存在著特殊形態(tài)的磁場。這樣的實驗課是對這種具有特性的材料進行研究，使用這種材料足矣，但是有不排除使用其他形態(tài)的磁鐵，多塊磁鐵共同使用的情況，這樣的設計思路其實又開拓了思維的瓶頸，學生的學習探究興趣會更加濃厚，自然會促成其研究還有怎樣的實驗方法。

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關(guān)鍵詞：微型實驗；電解；學生探究

文章編號：1008-0546（2015）06-0094-01 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

針對教科書介紹的相關(guān)電解實驗方案存在試劑用量較多、實驗現(xiàn)象不易被所有學生看到、不太適合學生進行自主探究等不足，筆者借助于天然指示劑紫甘藍汁，利用西林瓶（一種膠塞封口的小瓶子）、飲料瓶蓋、注射針針頭、電池、鉛筆芯等物質(zhì)設計了適合學生探究的微型電解實驗[1]，經(jīng)常態(tài)課堂和綜合實踐活動課中應用，效果良好。

該實驗設計參加了無錫市中學化學實驗設計大賽和江蘇省理化生實驗教學設計比賽，均獲得一等獎的好成績。比賽后不少現(xiàn)場觀摩的老師和筆者探討微型實驗的設計，認為該實驗設計巧妙、現(xiàn)象明顯、表征手段獨特、低成本、綠色化；但也有一些老師認為該設計如果作為學生實驗，學生將西林瓶傾倒于瓶蓋中時，容易導致電解液泄漏。為了開發(fā)更適合學生探究的微型電解實驗，筆者對其進行了再次研究，現(xiàn)將開發(fā)的的一些微型電解實驗方案介紹如下。

一、實驗設計

1. 以“濾紙”作為“微型鹽橋”

如圖2所示將兩個西林瓶正放于桌面上，此時需要解決的是尋找一個“微型鹽橋”來確保整個裝置回路。經(jīng)過多次嘗試發(fā)現(xiàn)用潤濕的濾紙連接在兩個西林瓶的電解液中效果較好，連接電源后實驗現(xiàn)象同圖1介紹的實驗方案一樣，操作比較簡便，同時也解決了電解液泄漏的問題。

2. 以塑料滴管作為電解液的“載體”

與膠頭滴管相比，塑料滴管由于其質(zhì)地柔軟，易彎曲等特點，不僅具有滴加試劑的功能，還能作為電解液的載體。在進行本實驗時，先將指示劑紫甘藍汁和電解液硫酸鈉溶液吸入滴管中（注意量不要超過滴管體積的一半），然后橫放，將注射針針頭插入滴管中（如圖3所示），連接電池，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象非常明顯，短時間內(nèi)陰陽極呈現(xiàn)鮮明的顏色差別，而且在電解飽和食鹽水時，產(chǎn)生的氯氣并不會逸散到空氣中，此外該實驗的一個優(yōu)點就是反應結(jié)束后可以將陰陽極反應產(chǎn)物混合，對比前后溶液顏色變化，幫助學生認識電解前后反應體系pH的變化，能夠有效地突破這個教學難點。

3. 以寬口徑試管為電解液的“載體”

由于這樣的試管具有寬口徑和管身較短這樣的特點，適合作為電解液的載體。在電解的過程中陰陽極區(qū)域并沒有分開，為了便于觀察陰陽兩極的現(xiàn)象，可以將一塊紙板放入其中（如圖4所示），將陰陽極分開。電極可以選擇注射針針頭或回形針，也可以選擇鉛筆筆芯。

（需要說明的是圖2、3、4在繪制時均省略了電源和導線）

二、實驗反思

在對于微型實驗的研究過程中，筆者感覺到微型化學實驗在中學推廣艱難的原因之一就是化學反應有時在微量和常量時給予觀察者的感受并不一樣。因此將化學實驗設計成“微型化”的同時也應該使得實驗現(xiàn)象盡可能的“可視化”、“擴大化”。

此外任何一種實驗設計都不是完美的，表1分析了筆者在進行上述實驗設計時感受到這些設計的優(yōu)點和缺點，教師應該根據(jù)不同的教學需求選擇不同的實驗方案。如利用塑料滴管作為電解液的載體，操作方便，現(xiàn)象明顯，但電解過程中產(chǎn)生的氣體容易使電解液被排出，因此電解的時間并不能太長，教師如果讓學生感受電解硫酸鈉溶液時陰陽極的產(chǎn)物和某些溶液電解前后反應體系的pH變化，則可以選擇該方案。

篇3

翻開近幾年的高考試題，我們不難發(fā)現(xiàn)，實驗設計的題目都占有一定的份量。所以教師在平時的課堂教學中必須加強對實驗設計方案的指導，將一些簡便易行、富有趣味性、啟發(fā)性、思考性的實驗讓學生自己設計。還可以利用學生對某些問題的爭議和不同看法，創(chuàng)設化學問題情境，激化學生認識中的矛盾，促使他們利用已有的知識和經(jīng)驗，提出各種可能的假說；在教師的指導下查閱資料或進行實驗論證，最終獲得合理的結(jié)論，從而強化學生的創(chuàng)新意識。

例如，在講解食鹽中加碘時，可以讓學生思考如何用實驗方法來驗證一包食鹽中是否加碘酸鉀。通過討論大部分學生都可以得到比較正確的實驗方案，這時再由學生動手操作驗證，鞏固所學知識，并提高學生實驗的積極性。當然，在實驗方案設計過程中，我們教師本身應注意以下幾點：①問題提出要具有針對性，范圍不應該太大，否則會使學生失去探究興趣、挫傷學習積極性，要緊扣同學們身邊可以感受到的問題展開。

如：設計一個實驗證明鋁表面的氧化物的確對鋁能起到保護作用；②給學生充分的思考時間和討論機會。教師只能做引導者,千萬不要包辦學生的活動,更不要只是告訴學生問題的答案，要設計就需要時間，需要同學們在智力火花的碰撞中去深化思維和加強實驗探究；③采用“鼓勵教學法”多鼓勵少批評，合理而又有新意的實驗方案要及時表揚，不足之處應引導其自己質(zhì)疑或提供必要幫助。

利用課堂實驗“意外”來培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

在課堂實驗時，盡管我們嚴格按操作規(guī)程進行，但有時也會因為實驗條件、實驗藥品等因素產(chǎn)生“意外”。“意外”情況的處理的好壞能反映一個教師和學生心理素質(zhì)的穩(wěn)定性。演示實驗的“意外”如果處理得好，不僅不會影響教學實驗效果，反而是驗證正確結(jié)論的好教材。例如，在檢驗乙烯和乙炔的演示實驗中，一位同學將實驗室得到的這兩種氣體分別通入溴水中，發(fā)現(xiàn)乙炔褪色快，為什么會出現(xiàn)這種情況呢？該同學又用KMnO4來驗證，結(jié)果還是乙炔使之褪色更快。

為什么出現(xiàn)了與理論知識不相符合的實驗現(xiàn)象呢？同學們討論分析，有的同學從對比實驗的外部條件出發(fā)，看兩種氣體的流速和流量是否相同，同時溴水或KMnO4溶液的濃度是否相同，只有都相同的情況下才有可比性；有的學生從乙烯、乙炔氣體的純度方面討論考慮雜質(zhì)對實驗結(jié)果的影響，如乙烯中的二氧化硫、乙炔中的硫化氫對結(jié)果的影響。針對學生討論的不同原因讓學生自己設計方案來驗證，如何才能得到正確的結(jié)論。這樣既培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目茖W思維能力，同時也鼓勵學生對傳統(tǒng)的結(jié)論的質(zhì)疑，從而培養(yǎng)學生獨立思考的能力。因而當實驗操作出現(xiàn)與基本理論不相符合的情況時，教師不可以慌亂，要做出榜樣，要給學生一個穩(wěn)定的心態(tài)，碰到困難要敢于去接受分析和解決。實驗中的“意外”可使學生的記憶更深刻、更牢固。

篇4

要進行探究性實驗設計，必須要清楚實驗設計遵循的原則：

首先，科學性原則?？茖W性是指實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法的確定都不能偏離所學基本知識和基本原理以及其他學科領(lǐng)域的基本原則。

其次，可操作性原則。設計實驗時，要考慮到實驗材料容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗藥品比較便宜，實驗操作比較簡便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短。

第三，單一變量原則。單一變量原則是實驗步驟設計中非常重要的原則。確?！眴我蛔兞俊钡膶嶒炗^測，即不論一個實驗有幾個實驗變量，都應做到一個實驗變量對應一個反應變量；即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要求做到前后一致。

第四，嚴謹性原則。這里包含兩層意思，一是對比實驗，通過設置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照組，對實驗假設而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。二是平行重復同一實驗，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。任何實驗都必須能夠重復，這是具有科學性的標志。上述隨機性原則雖然要求隨機抽取樣本，這能夠在相當大的程度上抵消非處理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影響。平行重復的原則就是為解決這個問題而提出的。

在遵循以上原則的基礎(chǔ)上，就可以引導學生進行探究性實驗設計。

首先要對實驗原理進行探究。原理探究是指對實驗進行理論上的探討，主要解決完成實驗任務的理論問題。進行相關(guān)原理探究時，要根據(jù)學生實際情況，教師通過一定的情景引發(fā)問題，展示實驗設計任務，確定整堂課的學習方向。由于探究性實驗本身往往有一定難度，問題的設計就顯得尤為重要。設計的問題恰當，可以引導學生思考，有助于探究；設計的問題不恰當，則會使探究式實驗喪失應有的作用。適當設置情景問題，讓學生不但知道怎樣做，還要知道為什么這樣做，真正使學生在做中學，在學中思。然后組織同學們展示討論的成果并對各原理進行評價，判斷其合理性和可行性，最后選擇出可行的原理，為下一步的探究做好準備。

其次是探究出科學可行的實驗方案。從課本知識入手，培養(yǎng)學生大膽質(zhì)疑的能力，養(yǎng)成探究習慣。人們求知識的過程，是一個不斷破舊立新的過程。正是懷疑推動人們?nèi)ニ伎迹ヌ角笪粗念I(lǐng)域。所以根據(jù)學生實際，設計富有啟發(fā)性的實施方案，并給予巧妙的設“疑”，是啟發(fā)學生積極思考，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的重要手段，也有利于激發(fā)學生探究性學習和創(chuàng)造性思維。善于疑，敢于疑，是走向真理的必經(jīng)的階梯。疑是思之始，學之端，鼓勵學生大膽質(zhì)疑是十分重要的。但是，要引導學生以正確的態(tài)度質(zhì)疑，不可陷入懷疑主義的怪圈中。首先要引導學生思考實驗步驟設計中隱含的科學方法，引導學生了解實驗的思維過程，提出探究性的問題，培養(yǎng)學生探究的興趣；然后根據(jù)實驗可能的各種條件，讓學生自行設計實驗，進行實驗操作，并作認真記錄，引導學生分析實驗結(jié)果，由結(jié)果推導出結(jié)論，培養(yǎng)科學探究能力，最終使學生形成：提出問題設計探究結(jié)果分析評價的探究式學習方法。

所以在學生選擇出可行的實驗原理之后，教師不能直接給出肯定或否定的判斷，也不必提示實驗方案，應該由學生根據(jù)原理進行實驗設計，將抽象的原理與實際的實驗任務結(jié)合起來，設計實驗方案。將學生進行分組，每組選擇上一步中確定的可行原理進行設計，完成設計之后，每組選派代表將本組的設計方案進行展示和講解，其他同學提出疑問和指出缺漏，最后，大家選擇出可行的方案。

第三是根據(jù)實驗方案進行實驗驗證。前面兩步是理論上的設計，該設計是否合理，還有待實驗來驗證，因此，探究性實驗設計的教學必須有實驗驗證的階段。在實驗驗證中，教師要事先估計到學生可能出現(xiàn)的實驗方案，從而準備好可能需要的儀器、試劑和用品。每組學生可以自主選擇自己認為合理的方案進行實驗。在實驗過程中，教師要提醒學生不僅注意操作，更要做好記錄，獲得足夠的信息，以便對實驗設計進行評價。最后，根據(jù)實驗結(jié)果和記錄分析實驗結(jié)果，得出對該方案的評價并提出解決和改進的辦法。

篇5

一、生物教學中實驗設計的重要意義

新教材的實驗以探究為主，著重培養(yǎng)學生的自主學習能力。培養(yǎng)學生的生物設計實驗能力，是中學生物新課標明確提出的培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、實驗能力和自學能力等四種能力之一。生物實驗設計能力既是實驗能力的重要內(nèi)容，也是實驗能力的最高層次，其本身具有較強的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性等特點。

二、實驗設計的基本原則

1.科學性原則

科學探究的過程本身就是科學，并不是說研究的結(jié)論才是科學。因此，在實驗設計中必須有充分的科學依據(jù)，把方方面面因素考慮周全再設計實驗，從而保證實驗設計比較全面、科學，充分體現(xiàn)了邏輯思維的嚴密性。

2.單因子變量原則

實驗變量，或稱自變量，指實驗假設中涉及的給定的研究因素。反應變量，或稱因變量，指實驗變量所引起產(chǎn)生的結(jié)果或結(jié)論。遵循單因子原則，既便于對實驗結(jié)果進行科學的分析，又增強實驗結(jié)果的可信度和說服力。

3.對照性原則

實驗中的無關(guān)變量很多，必須嚴格控制，要平衡和消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，設計對照實驗是消除無關(guān)變量影響的有效方法。根據(jù)實驗目的要求，凡是涉及確定變化因素之間的因果關(guān)系的實驗中，一般都需要設計對照組實驗。

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關(guān)鍵詞：新課標 生物 探究性實驗 設計能力

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2015）05-0152-01

在傳統(tǒng)的生物教學中，實驗教學雖然也是重要的一個環(huán)節(jié)，但其弊端是很明顯的。比如在實驗課上，教師往往成為了主角。教師會按照教科書上的指示，精心演示實驗，然后總結(jié)實驗結(jié)果。學生往往成為了觀眾，只是記錄一些實驗數(shù)據(jù)，分析實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論。學生自己并不敢操作實驗，這就使得實驗教學的效率大打折扣。

探究性實驗設計是指根據(jù)問題的需要確立研究目標，應用所學原理，選擇適當儀器、藥品和材料，設計各種實驗去驗證或探索某一原理和現(xiàn)象的過程，目的是把學生從照抄、照搬、照做的狀態(tài)引導為自主、獨立、創(chuàng)新的狀態(tài)，需要教師從平常的教學中不斷貫徹新的教學理念，新的教學方式，鼓勵和肯定學生的思維火花，不斷放手讓學生在實踐中探索研究和“發(fā)現(xiàn)”知識，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維及實踐能力，全面提高學生的科學素質(zhì)。下面我就淺談一下自己在教學實踐中的幾點體會。

一、教師要引導學生認真分析實驗操作步驟，體會實驗設計的科學性和可操作性

以往的實驗操作過程，有著許多不足，比如學生往往按部就班、機械地按實驗步驟操作，所有的實驗都成了驗證性實驗，導致對實驗材料的選擇、實驗的次序及操作細節(jié)都忽略了，而只注重實驗結(jié)果。這就根本達不到實驗的目的，更不利于學生能力的提高，盡對這一現(xiàn)象，教師可從課本中的實驗入手，引導學生體會實驗步驟中的選材、實驗的次序及操作細節(jié)等方面折科學性和可操作性，多問個為什么？有無其它解決方法？

如：在觀察酵母菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)實驗時，教師首先讓學生討論分析其實驗操作的細節(jié)，啟發(fā)引導學生提出一些問題：酵母菌為什么要培養(yǎng)在淀粉液中？培養(yǎng)在蘋果中是否可以？淀粉糊為什么煮沸后要冷卻？瓶口為什么要加棉塞？為什么要放在溫暖的環(huán)境中？

經(jīng)過討論，學生才真正地體會到了一個完整的實驗步驟原來這么復雜、這么嚴密，需要注意很多問題，從而使學生真正地理解了實驗原理，了解了整個實驗安排的必要性，并進一步地懂得了實驗步驟的設計需要大膽想象、需要考慮實驗方案的科學性和可操作性。這樣為下一步有條不紊的實驗操作打下了良好的基礎(chǔ)。

二、鼓勵學生大膽想象，初步鍛煉實驗設計能力

教師在學生懂得了實驗設計的科學性的基礎(chǔ)上，適時創(chuàng)造機會，讓學生扮演發(fā)明家的角色，自己去設計各種方案，去探究科學的奧密，去實踐一下自己的能力，并在成功中享受到創(chuàng)造的喜悅。

如：在探究種子萌發(fā)條件實驗中，提出假設后，讓學生以小組為單位，自行設計實驗步驟。結(jié)果學生紛紛發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，設計了各種實驗方案，其中雖然有些顯得幼稚和不成熟，甚至有很多錯誤，但學生是在走自己的路，自己探索，自己運用所學的知識創(chuàng)造性地解決 問題。因此我對他們的積極性仍然給予了高度評價，并與學生一起討論、分析、篩選了幾個可行性較強的方案，進行實驗操作和驗證。下面是一組學生設計的比較好的一個實驗。實驗來證明“陽光是不是種子萌發(fā)必需的外界條件”。學生準備了兩組種子萌發(fā)實驗的裝置，在其他條件都相同的情況下，一組裝置放在陽光下，另一組放在暗室中，用有、無陽光照射作對照，實驗結(jié)果就可以說明陽光對種子萌發(fā)是否有作用。如果我們只在陽光下做了種子萌發(fā)實驗，沒有做對照實驗，就不能說明陽光是不是種子萌發(fā)必需的外界條件。經(jīng)過實際操作后，學生又在教師的指導下對實驗步驟和結(jié)果進行逐個分析，發(fā)現(xiàn)其中 的問題給予及時地糾正，從而使實驗結(jié)果更加科學可靠。

三、激發(fā)學生實驗設計的熱情，培養(yǎng)學生獨立探索的習慣

如果學生總是擔心操作失敗，缺乏自信心，慢慢地就失去生物實驗的興趣，更談不上實驗設計的熱情了，盡對這一情況，我就鼓勵學生說：“任何一項重大發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，都 是科學家經(jīng)過多次的實驗失敗后產(chǎn)生的，失敗不可怕，可怕的是因擔心失敗而不敢去探索，將會一事無成。”通過講解并結(jié)合平時的實驗教學，不斷地激發(fā)學生的實驗熱情，引導學生自覺主動地發(fā)現(xiàn)探索空間，使學生逐步養(yǎng)成獨立探索的習慣，教師要及時地發(fā)現(xiàn)和肯定學生的點滴進步，以增強其自信心，提高實驗設計能力。

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關(guān)鍵詞： 化學實驗設計 類型和內(nèi)容 教學策略

一、化學實驗設計對發(fā)展學生科學探究能力的意義

所謂化學實驗設計，是指學生在實施化學實驗之前，根據(jù)一定的化學實驗目的和要求，運用有關(guān)的化學知識與技能、科學過程與方法，對化學實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法進行規(guī)范的一種規(guī)則。化學實驗設計對于發(fā)展學生的科學探究能力、提高他們的科學素養(yǎng)具有重要的意義。首先，它可以激發(fā)學生的化學學習興趣。學生根據(jù)自己所學的化學知識，獨立地或在教師啟發(fā)下，設計出各種實驗方案，成功地解決化學實驗問題，從而產(chǎn)生成功后的喜悅，激發(fā)起更大的學習熱情，成為進一步學習的強勁動力。其次，設計化學實驗方案需要學生靈活地和創(chuàng)造性地運用所學的化學基本能力和創(chuàng)造能力。最后，進行化學實驗設計還需要學生掌握各種科學方法（如實驗、測定、實驗條件的控制、假說等），具有嚴肅認真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神，有利于學生認識和掌握科學過程與科學方法，形成正確的化學實驗態(tài)度、情感與價值。

二、化學實驗設計的類型和內(nèi)容

根據(jù)不同的標準，我們可以將高中化學實驗教學中的實驗設計劃成不同的類型。根據(jù)實驗在化學教學認識過程中的作用，它可以分為：

1.啟發(fā)性（或探索性）實驗的設計。

這類實驗是在課堂教學中配合其他化學知識的學習進行的，多采取隨堂實驗的形式。在引導學生進行設計時，我們要注意效果明顯、容易操作、時間短和安全可靠。

2.驗證性實驗的設計。

這類實驗目的主要是驗證化學假說和理論，多采取學生實驗課或邊講邊實驗的形式。在引導學生進行設計時，除了上述要求外，我們還要注意其作為證據(jù)對猜想與假設是否具有較強的說服力。

3.運用性實驗的設計。

這類實驗的目的是綜合運用所學的化學知識和技能，通過化學實驗解決一些與化學有關(guān)的實際問題。在引導學生進行設計時，我們要注意靈活性和綜合性，盡可能設計多種方案，并加以比較，進而進行優(yōu)選。

根據(jù)化學實驗的工具，它可劃分為以下兩種類型：

（1）化學實驗儀器、裝置和藥品的改進或代替。

（2）化學實驗方法的改進。一方面，這主要是由于高中化學教課書中，有的實驗因裝置過于繁雜、操作不太方便、方法不合適、可見度較低而影響化學教學效果，因此需要改進方案，重新設計。另一方面，由于高中生受到種種條件的限制，常會發(fā)生缺少某些儀器、藥品的情況，因而需要自制一些儀器和代用品，采用微型實驗，所以也需要對實驗重新進行設計。

三、化學實驗設計的原則

1.科學性原則。

科學性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與化學理論知識和化學實驗方法論相一致，這是化學實驗設計的首要原則。例如Na2S和Na2SO3的鑒別，在試劑的選擇上就不宜選用硝酸等具有氧化性的酸；在操作程序的設計上，應先溶解，取少量溶液，然后加試劑，而不能溶解后就加入試劑。

2.可行性原則。

可行性是指設計化學實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行，所選用的化學實驗藥品、儀器、設備和方法在中學的條件下能夠得到滿足。例如NaCl、Na2SO4的鑒別，有的學生常選用AgNO3做試劑，認為AgCl難溶、Ag2SO4微溶，從而把兩者加以區(qū)分。事實上，這種方法所依據(jù)的原理在實施時是不可行的。因為硫酸銀不穩(wěn)定，很容易分解成難溶的氧化銀。

3.綠色化原則。

綠色化學是21世紀化學科學的一個重要發(fā)展方向，也是中學化學教學中，學生應樹立的基本化學觀念之一。綠色化學倡導從源頭上就盡可能地消除或減少有毒、有害化學物質(zhì)對環(huán)境的影響，要想實現(xiàn)這一目標，必須首先從化學實驗設計做起。在化學實驗設計中體現(xiàn)綠色化學思想，就要遵循化學實驗設計的綠色化原則，即在化學反應原料的選擇、化學反應的條件的選擇、化學反應的產(chǎn)物、化學實驗的操作等環(huán)節(jié)都要貫徹綠色化學思想。

四、發(fā)展學生化學實驗設計能力的教學策略

1.盡可能為學生提供進行化學實驗設計的機會。

化學實驗設計能力，是實驗探究能力的重要組成部分。進行化學實驗設計的過程，也就是學生經(jīng)歷制定實驗探究活動計劃，發(fā)展實驗探究能力的過程。因此，我們在化學實驗教學中，要盡可能多地為學生創(chuàng)造進行化學實驗設計的機會，使學生在化學實驗設計的過程中，體會實驗設計的重要性，認識實驗設計應遵循的基本原則，初步掌握化學實驗設計的基本方法。

2.增強發(fā)展學生化學實驗設計能力的計劃性。

增強發(fā)展化學實驗設計能力的計劃性是發(fā)展學生的化學實驗設計能力很重要的一個方面。我們應根據(jù)化學實驗教學內(nèi)容的特點、學生知識與技能的基礎(chǔ)和能力發(fā)展水平，有目的、分階段地制定化學實驗設計能力的發(fā)展計劃。

篇8

【關(guān)鍵詞】小學科學；實驗設計；能力；培養(yǎng)

實驗教學是小學科學課堂教學的核心，學生在老師的引導下，自己動腦、動手完成實驗，得出實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)簡單的探索科學的方法和基本的科學觀念。要做好這些并不容易，這就要求學生有一定的實驗設計能力。小學生的科學實驗設計能力不是僅僅指小學生操作實驗的能力，而是一種綜合的實驗能力，是指小學生在科學學習中理解實驗目的要求，按照教材提供的實驗方案或者自己設計的實驗方案進行有步驟地操作實驗、采集實驗數(shù)據(jù)、分析實驗數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)實驗結(jié)論的綜合能力。

培養(yǎng)小學生的實驗設計能力，也是培養(yǎng)學生自主探究性學習的能力，不但能提高學生自主探究學習的興趣，還能提高學生進行自主探究學習的自信心，綜合發(fā)展小學生的科學素養(yǎng)，打造小學科學高效課堂。那么，怎樣培養(yǎng)小學生的科學實驗設計能力呢？我結(jié)合幾年的科學教學實踐，從以下幾個方面來談談我對小學生實驗能力培養(yǎng)的做法。

一、明確實驗目的，按照實驗方案有序進行實驗

愛動手是小學生的特點，所以科學課在動手操作這一項比其他學科占優(yōu)勢，學生積極性高，興趣濃?？墒牵诰唧w的教學過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)學生們很想做實驗，但是卻不知道怎樣才能把實驗做好。課堂上常常出現(xiàn)這種情況，當老師讓學生動手做實驗時，人人都要爭著做實驗，可是卻沒有幾個人是按照實驗要求去做的，實驗場景怎一個“亂”字了得，實驗的結(jié)果也是百花齊放，各有千秋。學生做實驗更多的是滿足自己一時的好奇心，而缺乏有目的、有秩序地去完成探究實驗任務。不知道實驗的目的是什么，沒有對實驗中會發(fā)生的情況進行預設和猜想，沒有把觀察到的現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)及時記錄下來，也就無法得出實驗結(jié)論，這是我們所不愿意看到的，不是我們想要的結(jié)局。

如何克服學生做實驗的盲目性，提高學生實驗的效果呢？我在教學實踐中感覺到：第一，在學生做實驗之前，老師應該引導學生養(yǎng)成認真細讀實驗目要求的習慣，使學生了解實驗的目的要求。第二，了解實驗的方法，有些實驗的實驗方案教材中已經(jīng)有了，有些實驗方案則需要自己根據(jù)實驗要求設計。只有讓學生讀懂實驗目的要求（要做什么？），了解實驗方案（怎么做？），學生才能對實驗做到心中有數(shù)，才能較好地完成實驗，提高實驗效果。

二、激發(fā)興趣，及時督查，自主進行實驗

根據(jù)新課程標準要求，小學科學教材中安排了許多探究性科學實驗活動，老師在每節(jié)課上都要安排學生做較多的實驗，要想讓學生做好實驗，就必需要準備較多的實驗器材。許多老師為了讓學生做好實驗，都會親自動手準備實驗器材，樣樣親力親為，而不需要學生動手參與準備實驗器材，擔心學生準備實驗器材有困難，擔心學生找不到所需的實驗材料，無法完成課堂上的實驗。其實，老師完全沒有必要這樣擔心，只要你做好宣傳工作，宣傳到位，檢查到位，學生基本上都會按照實驗要求準備實驗器材的。

要求學生課前準備實驗器材，有很多好處，一方面可以讓學生切身感受到老師準備實驗器材不容易，懂得尊重老師的勞動；更重要的一方面是，學生在準備實驗器材的過程中必然要細讀實驗目的要求、實驗方法，必定細看教材，對課本有提前預習的準備，進而對實驗目的要求、實驗方法有深刻地認識，為上課做好實驗做了心理上和思想上的準備，為做好實驗做了鋪墊。學生在自主做實驗的過程中不斷地理解、消化實驗的目的要求，無形之中養(yǎng)成了實驗之前仔細研讀實驗要求與實驗方法的習慣，提高了學生理解實驗的能力。

三、面向全體學生，明確分工，主動參與實驗

學生參與課堂科學實驗，經(jīng)歷整個探究實驗過程，是培養(yǎng)小學生探究性學習能力的最佳途徑，也是培養(yǎng)小學生科學實驗設計能力的最佳途徑。參與做實驗，參與到整個探究實驗過程中去，使所有學生都能在實驗過程中發(fā)揮作用，都能有機會動手做實驗，都能細致觀察實驗中產(chǎn)生的現(xiàn)象，都能學會記錄實驗數(shù)據(jù)，都能參與討論，分析實驗數(shù)據(jù)，分析實驗過程中觀察到的現(xiàn)象，都能學習歸納總結(jié)實驗結(jié)論，都能學結(jié)實驗成功的經(jīng)驗和實驗失敗的教訓，等等。但是，現(xiàn)實的教學活動中學生參與探究實驗活動的情況并不令人滿意，雖然說小學生喜歡做科學實驗，但是實際現(xiàn)象是有些學生還是不愿意動手做的，特別是一部分女生，她們常常不愿意動手做，經(jīng)我了解她們不愿動手做實驗的原因有三種，一種是就是不想動手做；一種是不敢做，擔心做失敗，被別的同學笑話；一種是沒有機會做，每次實驗都被男生搶去做了，或者被動手能力強的女同學搶去做了，自己沒有做的機會，久而久之就再也沒有機會做實驗了。這樣下去，不動手參與做實驗的這部分同學動手能力必然被弱化，不做實驗，她們的興趣必然減弱，他們的實驗能力必然得不到培養(yǎng)。

如何解決部分學生不參與實驗活動呢？首先，老師安排學生做實驗時要給學生充足的時間，其次，要求實驗小組的成員明確分工，細化職責，小組內(nèi)的同學輪流動手做實驗，輪流觀察實驗現(xiàn)象，輪流記錄實驗數(shù)據(jù)，保證每個人都有機會動手做實驗。這樣小組成員就會主動參與實驗。

四、記錄實驗數(shù)據(jù)，分析實驗現(xiàn)象，綜合歸納結(jié)論

學生喜歡做實驗，但往往不愿意去仔細觀察實驗過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，不愿意去主動用筆記錄觀察到的實驗數(shù)據(jù)，忙著做實驗，甚至搶著去做實驗，等到要使用實驗數(shù)據(jù)時，卻沒有完整的實驗數(shù)據(jù)可用，也就無法通過對實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)的分析來歸納總結(jié)實驗的結(jié)論，那做實驗也就沒有達到做實驗的目的，實驗幾乎沒有發(fā)揮應有的作用。為了避免這種事情的發(fā)生，在做實驗前，教師就要給每個實驗小組的成員明確地分好工，安排好實驗小組各個成員的任務，實驗時要求實驗小組成員各行其事，有條不紊地做好自己的工作，觀察實驗過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，獲取有效的實驗數(shù)據(jù)，保證實驗順利有效地完成。

篇9

【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學實驗；操作性數(shù)學實驗；思維性數(shù)學實驗；計算機模擬實驗

【中圖分類號】G633.6 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）27-0009-03

【作者簡介】徐彩娥，江蘇省太倉高級中學（江蘇太倉，215400）教師，高級教師，蘇州市名教師，江蘇省優(yōu)秀教育工作者。

高中數(shù)學實驗是根據(jù)國家課程標準、學生認知水平及數(shù)學教學思想發(fā)展的脈絡，創(chuàng)設問題情境，充分利用實踐手段、設計系列問題、增加輔助環(huán)節(jié)，在教學思維活動的參與下引導學生主動、積極、批判地思考，給出驗證和理論的證明，從而使學生親歷數(shù)學建構(gòu)，逐步把握認識事物與真理的方式方法，培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力和科學研究意識，提高數(shù)學素養(yǎng)的一種探索活動。江蘇省太倉高級中學數(shù)學團隊根據(jù)高中的教學內(nèi)容精心設計高中數(shù)學實驗，有計劃、有步驟、有目的地開設高中數(shù)學實驗課程。我們將高中數(shù)學實驗依據(jù)開展形式，分為操作性數(shù)學實驗、思維性數(shù)學實驗和圖形計算器模擬實驗三類。下文就對這三種數(shù)學實驗的教學設計進行詳細分析。

一、操作性數(shù)學實驗

操作性數(shù)學實驗教學是根據(jù)數(shù)學實驗的目的和要求，教師指導學生通過動手操作，制作或使用一些簡單的工具，驗證數(shù)學結(jié)論或假設、進行探究數(shù)學知識的教學活動。操作性數(shù)學實驗按照實驗目的分為驗證式的數(shù)學實驗和理解式的數(shù)學實驗。

1.驗證式的數(shù)學實驗設計。

驗證式實驗的目的并不是讓學生探索數(shù)學知識，而是讓學生通過實驗驗證數(shù)學結(jié)論或了解公式的用。

【案例1】橢圓定義的應用。

（1）實驗設計：在圓形紙片內(nèi)部設置一個不同于圓心的一點，折疊紙片，使圓周的邊界上有一點與該點重合，重復這個過程數(shù)次，形成一系列折疊，它們整體地勾畫出一條曲線的輪廓。

（2）實驗目的：會用橢圓定義來解釋實驗的現(xiàn)象，加深對橢圓定義的深刻理解，激發(fā)學生對數(shù)學的興趣，培養(yǎng)數(shù)學應用能力和論證能力。

（3）現(xiàn)象與解釋：

經(jīng)過觀察，可以猜想眾多折痕圍出的圖形是橢圓。

證明：如圖1所示，M，O關(guān)于直線AB對稱，PO=PM，

PC+PO=PC+PM=r，即橢圓上的點到圓心C與另一個定點O的距離和等于圓的半徑。

2.理解式的數(shù)學實驗設計。

理解式實驗主要針對一些很難直觀想象的數(shù)學公式、定理和結(jié)論，通過制作實驗模型或操作其變化過程，達到直觀、便于理解的目的。

【案例2】圓錐曲線的探索。

（1）實驗設計：從手電筒打出的光束是呈圓錐形，當光束打到墻面上時，光斑的邊緣就形成了一條曲線，畫出手電筒光束形成的圓錐曲線，并寫出對應的方程。

（2）實驗目的：通過觀察平面截圓錐面的情境，獲得自身體會，使得學生對圓錐曲線的概念有一個感性的認識，由此引出圓錐曲線的概念。

（3）實驗工具：手電筒、一張紙。

（4）實驗過程：

①在一張紙上畫出直角坐標系，并把它貼到墻上；

②手電筒垂直照向紙，使光束在紙上形成一個圓，并使光束的中心在原點，然后保持手電筒不動，描出光斑的邊緣，測量出半徑，寫出圓方程；

③改變手電筒與墻面的夾角，使得光斑形成一個橢圓，并使得對稱軸位于豎直方向，中心在原點，然后保持手電筒不動，描出橢圓的形狀，測量出長軸、短軸的長，寫出它的方程。

④用類似上述的方法，探索還能得到其他哪些曲線。

（5）現(xiàn)象和解釋：

手電筒發(fā)出的光束形狀可以近似看成一個圓錐，設圓錐的母線與軸線的夾角為α，紙面與軸線的夾角為β。（如圖2）

當β=90°時（即手電筒垂直與紙面時），光束在紙上形成一個圓。

改變紙面與圓錐軸線的夾角，當β=α時（即手電筒與圓錐的母線紙面平行時），光斑形成的圖形形狀是拋物線。

當手電筒既不與紙面垂直，紙面又不與圓錐的母線平行時，需要分兩種情況討論：

當β>α時，光斑形成的圖形是橢圓；

當β

二、思維性數(shù)學實驗

思維性數(shù)學實驗又稱為“探索建構(gòu)式”實驗，它是通過對數(shù)學對象的不同變化形態(tài)下的展示，創(chuàng)設問題情境，引導學生運用思維方式探究數(shù)學知識、檢驗數(shù)學結(jié)論（或假設）的教學活動。思維性的數(shù)學實驗重在思維訓練，實驗分四個階段進行：探究情境的創(chuàng)設，學生形成問題，確認研究中的問題，對問題做出解釋。

【案例3】蘇教版高中數(shù)學必修4中“實習作業(yè)”：制作煙囪彎頭（如圖3，單位：cm），不考慮焊接處的需要，選用的矩形鐵片應滿足怎樣的尺寸？請你設計一個最合理的裁剪方案。（在矩形鐵片上畫出的裁剪線應是什么圖形？）

1.實驗設計。

（1）安排制作直角煙道模型的課前實踐活動，在利用火腿腸制作煙道模型的過程中，通過斜切火腿腸、觀察截面橢圓的展開圖，增加感性認識，為進一步的理性分析打下基礎(chǔ)；

（2）利用TI計算器進行函數(shù)模型擬合分析，讓學生應用信息技術(shù)驗證猜想，為推理證明埋下必要的線索；

（3）加強自主探究、合作交流活動，將每個學生的作業(yè)即時投射到大屏幕上，為課堂中的師生、生生互動提供材料，并引導學生觀察、比較、分析。

2.實驗目的。通過煙囪彎頭的設計，不僅讓學生感受“數(shù)學源于生活又服務于生活”，而且促使學生將所學的圓柱的側(cè)面展開圖、二面角、直線與平面的關(guān)系等立體幾何知識和y=Asin（ωx+φ）+B的圖象與性質(zhì)方面的知識聯(lián)系起來，培養(yǎng)學生的數(shù)學應用能力和創(chuàng)新能力。

3.實驗工具：火腿腸、美工刀1把、矩形紙片一張、TI計算器。

4.實驗過程：

（1）課前探究。

第一步：先切去火腿腸兩頭，將其切成一個圓柱體，再將圓柱體按約45°斜切成兩段，拼成一個直角煙道的模型。

第二步：用美工刀將其中一段火腿腸包裝紙切開，然后將其展平在一張紙上，并觀察曲線的形狀特征。

（2）學生初步確定曲線函數(shù)圖象：截面橢圓的展開曲線可能是正弦型函數(shù)y=Asin（ωx+φ）+k的圖象。

（3）借助TI計算器操作確認。

選取一張學生的圖片，導入到TI計算器的坐標系中，然后讓學生完成下面操作：①在曲線上有針對性地選一些點（至少5個），測量各點的坐標，并將測得的坐標列成電子表格；②至少選用兩種函數(shù)模型進行回歸分析，并比較一下效果。

（4）實驗結(jié)果和解釋。

可將此問題數(shù)學化為一個數(shù)學模型，供學生利用理論進行推理論證：水平面α與斜平面β成45°的二面角，α∩β=l，且l與截面圓O相切。設圓柱底面半徑為1，點Q為截面橢圓上任一點P在水平截面α上的投影，設AQ=x，PQ=y，試求y關(guān)于x的函數(shù)表達式。

“實驗操作直覺猜想直觀驗證推理論證”是科學探究的一般方法。讓學生參與探究的全過程，可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S習慣。在學生利用TI計算器擬合并得出初步結(jié)論時，引導學生利用所學的數(shù)學知識進行嚴密論證是不可或缺的一環(huán)。在探究過程中，通過層層設問，適時點撥，使學生調(diào)動、運用已有數(shù)學知識，最終揭開直觀現(xiàn)象背后的數(shù)學奧秘。

三、計算機模擬實驗

計算機模擬實驗教學指借助于計算機的快速運算功能和圖形處理能力，模擬再現(xiàn)問題情境，引導學生自主探究數(shù)學知識、檢驗數(shù)學結(jié)論（或假設）的教學活動。計算機多媒體技術(shù)能為教學活動提供并展示各種所需的圖文資料，創(chuàng)設、模擬各種與教學內(nèi)容相適應的情境，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的學習情境和有力的學習工具。

【案例4】拋擲硬幣實驗。

1.實驗設計。通過TI計算器模擬拋擲硬幣的實驗，記錄正面向上的頻率。

2.實驗工具。TI計算器。

3.實驗目的。體驗拋擲硬幣的實驗，真正感受出現(xiàn)正面的概率為1/2。

4.實驗過程。利用TI計算器，記錄正面向上的次數(shù)，計算正面向上的頻率p=m/n。

5.實驗現(xiàn)象。分別統(tǒng)計小組和全班學生的實驗結(jié)果，得到正面向上的概率是1/2。

6.理論解釋。拋擲一枚硬幣出現(xiàn)的結(jié)果只有兩種：正面向上和正面向下，且兩種事件是互斥的，所以拋擲一枚硬幣出現(xiàn)正面向上的概率是1/2。

以往的教學因為缺乏實驗的環(huán)境，常常將結(jié)論直接提供給學生，學生沒有質(zhì)疑的機會，自然也沒有質(zhì)疑的念頭，這對科學探究精神的培養(yǎng)是不利的。這里借助TI計算器進行數(shù)學實驗，有效地驗證或探究數(shù)學問題，使得做數(shù)學、用數(shù)學成為可能。

可見，數(shù)學實驗不但可以改變傳統(tǒng)的教學方式，而且使得數(shù)學探究活動變得豐富多彩、方法靈活多樣。通過數(shù)學實驗課程的開設，不但有利于培養(yǎng)學生的主體意識，而且改變了學生學習方式，拓展了問題研究的空間，真正做到富有創(chuàng)造性地學習數(shù)學，真正有利于培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和研究能力，真正有效提高了學生的核心素養(yǎng)。

【參考文獻】

篇10

【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)學工程；生物醫(yī)學電子學；生物電位放大器；電子設計自動化

【Abstract】In order to strengthen the electronic engineering technology training for Biomedical Engineering students， the Biomedical Electronics experiment course was designed for the students. The biological potential amplifier was selected as the experiment subject； In the experiment， student will be required to combine the simulation based on the electronic design automation software and practical operation to complete the design work of the biological potential amplifier， verify its function， and measure its important performance； the experiment was arranged in the early stage of the theoretical courses. Practice shows that the students have a more depth understanding of the characteristics of different methods in electronic engineering technology through the training of biomedical electronics experiments. Therefore， the curriculum design of the experiment is successful.

【Key words】Biomedical Engineering； Biomedical Electronics； Biological potential amplifier；Design automation

0 引言

生物醫(yī)學工程專業(yè)涉及多種學科和技術(shù)，具有很強的綜合性[1]；但與此同時，該專業(yè)的本科生培養(yǎng)工作也具有很高的難度，原因就在于學生學習的內(nèi)容多而不精，在擇業(yè)時常常無法體現(xiàn)出能力優(yōu)勢。因此，從培養(yǎng)生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生的角度而言，應該在對學生進行綜合素質(zhì)培養(yǎng)的同時、加強特定專業(yè)技能的訓練，為學生的就業(yè)和繼續(xù)深造打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)[2]。

醫(yī)學電子儀器方式是上海理工大學生物醫(yī)學工程專業(yè)的一個重要方向，在課程設置上，專注于培養(yǎng)學生的電子工程技術(shù)[3]。這其中，生物醫(yī)學電子學[4]是生物醫(yī)學工程專業(yè)的重要專業(yè)課程之一，其教學目的是讓學生掌握醫(yī)學電子儀器中帶有共性的電子器件、電子線路及電子學設計方法，因此是引導學生學習將電子工程技術(shù)應用于生物醫(yī)學工程專業(yè)的重要環(huán)節(jié)。生物醫(yī)學電子學實驗是該課程的配套實驗，目的是在于通過有代表性的實驗課題，引導學生學以致用、將課堂內(nèi)容融會貫通于實踐之中。因此，生物醫(yī)學電子學實驗是生物醫(yī)學工程專業(yè)的一門重要實驗，需要進行慎重的實驗選題、認真的實驗設計和細致的實驗安排。為此，進行了相關(guān)的課程設計和實踐工作，詳述如下。

1 課程設計思想

上海理工大學生物醫(yī)學工程專業(yè)的生物醫(yī)學電子學實驗被安排于第五學期，和生物醫(yī)學電子學理論課平行設置。此前，學生已經(jīng)通過電路原理、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和電子技術(shù)技能訓練等課程的培養(yǎng)，具備了一定的電子工程技術(shù)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學電子學實驗的總課時為16學時，在有限的課時內(nèi)，讓學生得到最大程度的專業(yè)訓練，具有一定難度。在此背景下，展開生物醫(yī)學電子學實驗的課程設計工作。

首先要解決的問題是實驗選題。生物醫(yī)學電子學實驗的選題，應該能夠突出生物醫(yī)學電子學的特色，具有代表性。經(jīng)過研究，多個生物醫(yī)學電子學的相關(guān)教材中，都將生物電位放大器（Biopotential Amplifier），即儀表放大器（instrumentation amplifier），放在了相當重要的位置上[5]。生物電位放大器，是用于放大心電、肌電和腦電等信號的專用放大器；這些信號具有的特點包括：由生物體內(nèi)的電活動產(chǎn)生、屬于微弱的差分信號、非常容易被更加強烈的共模噪聲淹沒；而生物電位放大器具有很好的共模抑止特性，最適于放大這些存在于強烈共模噪聲背景下的微弱差分信號[6]；因此，生物電位放大器在生物醫(yī)學電子學中占有重要地位，以生物電位放大器為主題開展生物醫(yī)學電子學實驗，不僅具有代表性，而且能夠引導學生在前期的課程基礎(chǔ)上有所提高。

其次要解決的問題是實驗設計。圍繞生物電位放大器這個主題開展實驗設計工作，需要使實驗具有一定深度，但同時又要保證大部分同學有能力在限定的課時內(nèi)完成任務。經(jīng)過反復論證設計，最終決定生物電位放大器相關(guān)實驗由兩部分組成：基于電子設計自動化（Electronic design automation， EDA）軟件的設計仿真實驗和動手實踐實驗。在第一部分實驗中：學生基于LM324[7]完成生物電位放大器的設計工作；仿真驗證設計結(jié)果；仿真測試其差模增益幅頻響應曲線[8]。在第二部分實驗中：學生在面包板上動手搭建生物電位放大器；并在實驗室中，使用各種設備測試差模增益幅頻響應曲線。上述實驗設計的優(yōu)點在于：通過設計仿真工作，讓同學們盡快掌握生物電位放大器的原理，同時，基于EDA軟件開展電路工作，符合發(fā)展趨勢[9]；通過設計仿真和動手實踐相結(jié)合，互為驗證，比較差異，容易引發(fā)思考，更加深刻的體會電子工程技術(shù)中不同手段的特點；對生物電位放大器的重要參數(shù)進行仿真、測量和總結(jié)，有利于學生們在更深地程度上掌握生物電位放大器。

最后要解決的問題是實驗安排。由于生物醫(yī)學電子學實驗是生物醫(yī)學電子學理論課程的配套實驗，因此在進度安排上必須要統(tǒng)籌考慮；此外，實驗設計決定了生物醫(yī)學電子學實驗適宜集中精力完成，而不是分散到每周進行，集中完成實驗能夠取得更好的效果。為此，在生物醫(yī)學電子學理論課程中，生物電位放大器相關(guān)內(nèi)容被安排在課程的早期進行講解；緊隨其后，利用課余和周末時間，在一周內(nèi)完成生物醫(yī)學電子學實驗。這樣安排的好處是：學生能夠在課程的開始階段，就體會到了如何將理論應用于實際，引發(fā)學習興趣。

2 實驗內(nèi)容展示

下面以一位學生的實驗情況為例，說明課程設計效果。

1）生物電位放大器的設計和仿真

a）生物電位放大器的設計：

基于lm324設計一個基于三運放的儀表放大器，用于生物電位測量，仿真電路原理圖如圖1所示。增益公式如公式（1）所示，其中：R1、R2、R5和R6都選用10KΩ的電阻；R3和R4都選用24KΩ的電阻；Rg為增益電阻，當Rg為無窮大時，（這里選用600MΩ），增益約為1倍，當Rg為5.6kΩ時，增益約為10倍，當Rg為470時，增益約為100倍，當Rg為47時，增益約為1000倍。

A=（2*R3/Rg+1）*R2/R1（1）

b）對所設計的生物電位放大器進行仿真，驗證其功能

如圖1所示：使用+Vdm/2和-Vdm/2兩個信號源組合成模擬心電信號的差模輸入信號Vdm，峰值為10mV，頻率為18Hz；使用Vcm仿真工頻干擾產(chǎn)生的共模信號，峰值為500mV，頻率為50Hz。取Rg為5.6kΩ，輸入、輸出信號對比圖如圖2所示。由圖可見，差模輸入信號被放大約10倍，但50Hz共模輸入信號在輸出信號中全無蹤跡，因此該生物電位放大器正確的實現(xiàn)了預期目的：放大差模信號、抑制共模信號。

c）對所設計的生物電位放大器進行仿真，測量其性能，頻率范圍設定在0.1Hz-5MHz之間：

對圖1的生物電位放大器進行仿真，測量其差模增益頻率響應，如圖3所示。圖中從上到下的短劃線、虛線、點劃線和實線分別代表差模增益約為1000倍、100倍、10倍和1倍時的幅頻響應。由圖3可見，放大倍數(shù)越小時的幅頻響應截止頻率約高：差模增益約1000倍時，幅頻響應在1kHz左右就開始截止；差模增益約100倍時，幅頻響應在10kHz左右開始截止；差模增益約10倍時，幅頻響應在100kHz左右開始截止；差模增益約1倍時，幅頻響應在1MHz左右開始截止。

2）生物電位放大器的實踐實驗

動手實現(xiàn)所設計的生物電位放大器。使用的器材包括：面包板、lm324、10KΩ電阻、24KΩ電阻、5.6KΩ電阻、470Ω電阻、47Ω電阻和導線等，電阻均為5%精度；使用的儀器包括SPF05數(shù)字合成函數(shù)信號發(fā)生器、DS1000數(shù)字示波器和電源。測試所得到差模增益頻響曲線如圖4所示。其中，差模增益隨頻率變化的趨勢與仿真所得的結(jié)果基本類似，除了差模增益為1時的截止頻率出現(xiàn)在了100kHz左右。

3）實驗分析

相比于實際實現(xiàn)的生物電位放大器，仿真實驗而得的結(jié)果具有更好、更理想的特點。其原因在于：仿真時避免了器件差異造成的影響，需要匹配的電阻和運放可以做到完全匹配，同時也避免了人為測量失誤造成的影響，因此可以排除隨機誤差。仿真實驗更容易實施，對于理解理論課內(nèi)容大有裨益；但動手實驗更加真實，且可以提高動手能力、積累實驗經(jīng)驗，對于理解真實情況、解決實際問題非常有好處；兩者可以互為補充。

3 結(jié)論

為了避免生物醫(yī)學工程專業(yè)本科生培養(yǎng)博而不精的問題，在對學生進行綜合素質(zhì)培養(yǎng)的同時，應該加強特定專業(yè)技能的訓練；上海理工大學生物醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)學電子儀器方向在課程設置上專注于培養(yǎng)學生的電子工程技術(shù)；生物醫(yī)學電子學實驗作為該專業(yè)的重要課程生物醫(yī)學電子學的配套實驗，在引導學生“入門”、引發(fā)專業(yè)興趣等方面，具有重要作用；為此，對該實驗進行了相關(guān)的課程設計工作。實踐表明，通過生物醫(yī)學電子學實驗的訓練，學生對專業(yè)的認知程度、對技術(shù)的理解程度和對知識的掌握程度，都得到了提升，這些能力的加強有助于學生對其它專業(yè)課程的學習和掌握。因此，該實驗的課程設計是成功的，今后將沿此方向繼續(xù)推進。

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