实验设计论文篇1

1负反馈对放大器的影响

放大电路中经常引入各种类型的负反馈，用以改善放大电路的性能，本实验板引入了多条本级和级间负反馈支路。为使学生能够更直观深刻地理解负反馈对放大器性能的影响，实验板上设置了J2、J3开关供测试使用，某组测试内容和数据如表1所示。从表1测试结果可以看出，J2闭合(即级间深度负反馈引入)时，J3的断开或者闭合(局部负反馈的变化)基本不影响整个电路的增益。J2断开(即断开级间深度负反馈)时，J3的断开或者闭合(局部负反馈的变化)对整个电路的增益影响比较大，实验结论与理论分析相符合。表1测试数据还表明，放大器增益增大的同时，通频带变窄，即电路参数和三极管确定的情况下，电路的增益带宽积为一常数。

2电容对放大器通频带的影响

衡量放大器性能的一个重要指标是通频带，为了研究影响放大器通频带的因素，本实验板设置了开关J5和J4控制极间电容C5、C6的接入，具体测试内容和数据如表2所示。由表2测试数据可以看出，三极管集—基等效电容(即极间电容C5、C6)主要影响放大器的上限截止频率fH，极间电容越大通频带越窄。极间电容C5、C6构成交流信号的负反馈回路，在低频段时容抗很大视为开路，在高频段时使信号的放大倍数减小，上限截止频率fH减小。在实际工作中应注意三极管极间电容对电路通频带的影响，要有效增大fH，应选用Cb'c较小的管子。实验板设置了开关J1控制电容C1的接入。开关J1对电路通频带的影响测试数据如表3所示。由表3测试数据可以看出，放大电路中的电容C1主要影响放大器的下限截止频率fL，对上限截止频率影响很小。原因是电容C1较大，高频段时容抗非常小，近似短路。低频段时容抗不可忽略，频率越低容抗越大，阻碍越大，放大倍数越小，使下限截止频率fL越高。本实验板加入电容C1和电阻R1组成高通电路，滤除低频噪音信号，使本实验板的性能更好。

3结束语

实验设计论文篇2

在线实验模拟了现场实验的场景，但却不是现场实验的简单网络化移植，实验设计本身发生了较大变化。由于在线实验的互联网支持和计算机模拟等特点可以更好地提供一个促进思考和探究的环境，系统能在线记录学生的独立操作，为评价提供科学的依据，并可在此基础上通过数据挖掘和优化，调整实验设计，充分发挥学生的能动性，能适应不同水平和能力学生的要求。基于以上特点，笔者设计了与现场实验存在较大区别的在线实验探究式学习模式。培养学生的工程思维和能力是实验设计的核心问题。由于CDIO模式继承和发展了工程教育改革的理念，系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的标准，因此，我们主要基于CDIO的理念来设计在线实验模式和方法，强调工程实践环境中探与究的学习来实现CDIO的全过程，使得学生以更多元的方式进行工程实践训练。CDIO是以构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)为四个主线过程，综合地考虑专业基础知识、个人和职业的技能及团队协作与沟通的技能，及在整个企业、社会环境下进行四个主线过程以达到全面提升工程实践能力的培养过程。CDIO模式中的构思和设计环节主要针对学生的工程宏观分析能力，而实现和运作环节主要针对学生的工程微观分析和操作能力。作为一个缩小版的工程实践过程，在线实验的实验方案的设计实际上就是构思和设计过程，而实验过程就是实现和运作过程。因此，探究式学习主要体现在实验方案探究与实验过程的探究两个方面。以下我们将通过远程教育高校开发的典型实验来具体说明其设计理念。

(一)实验方案探究设计

实验方案的探究主要培养学生的工程宏观分析能力。在传统的实验教学模式下，实验按照统一的方案展开，学生没有选择性。这种教学模式适用于理论验证性的实验，但在以培养学生工程能力为主的实验中，就会压制学生的想象力和主动探究的意识。因此，实验方案探究是实验教学策略的最重要部分。实验的主要目的是认识和探索理论规律，掌握工程技能，应该以问题为驱动开展实验方案的探究，学生对于老师提出的问题，以分析问题和解决问题为出发点，经过认真思考和研究，自主制定实验方案，通过搭建实验对象，准备仪器设备、测量各种工况下的数据，整理和判断实验数据和结果的正确性。这就要求实验具有基于工程的实际背景设计，学生才可能在这种开放性的实验环境下，对多种可能的实验方案展开探究。英国开放大学的实验“能量转换(EnergyConversion)是典型的实验方案探究型实验。实验设计背景是铜的工业化生产，实验问题是如何从铜矿石经过多个环节得到电解铜。教师首先要求学生设计基本方案。学生在实验前1个月必须预习，由4人组成的实验小组需要集体制定实验方案，由于实验问题本身的开放性，实验方案也并不是确定的，指导老师只给出一些建议。从粉碎矿石到解析出铜的多步实验步骤中，有多种途径可以完成实验，学生们集体讨论得到设计方案。在实验过程中，方案根据实际情况还继续修正。完成基本方案设计以后，实验完成过程也是实验方案探究过程。学生在实验室边实验、边观察、边记录、边讨论，每个实验环节都要求去解答或解决一些相关的问题，如粉碎的效率、溶解浓度以及电解效率等，部分环节还要到计算机上进行数学模型的求解。实验过程中进行观察记录和模型预测，最后对实验结果进行验证。实验结束后，学生还必须根据本星期实验情况，做口头报告(Presentation)，教师根据学生预习和作业情况、实验过程的表现以及口头报告，给出实验课程的最终评价。可以看出，整个实验过程就是针对如何从铜矿石得到电解铜的这个具有工程背景的问题，在不断探究的过程中制定和实施实验方案的过程，这对学生工程宏观分析能力的培养大有裨益。

(二)实验过程探究

实验过程探究主要培养学生的工程微观分析与操作能力。传统工科专业的实验操作基本是按部就班地完成，对于故障分析与解决、规范操作等重要技能以及如何培养学生的工程意识、工程能力、创新能力还较少涉及，这显然不能满足工程应用型人才的培养需求。实验过程探究式是在实验过程中，教师给学生一定的引导和提示，让学生自己通过观察、思考、动手实施等途径去独立探索和研究，自行实现实验过程的教学策略。概括起来，在实验过程探究中，学生需要在实验过程中自主发现问题，分析问题，实施和运行，真正实现探与究的学习过程。在工程实际环境中，观察与发现各种现象、分析现象之间的联系。因此在线实验系统会较为真实地模拟这些现象，学生经过现象分析，确定现象发生的内因与外因；结合理论进行讨论，明确调节目标与调节手段，形成解决方案。实验系统设计必须便于讨论和方案设计。华东理工大学DCS实验是较为典型的实验过程探究型实验。实验主要培训学生DCS操作能力和故障处理能力。由于DCS系统本身的大多数操作都是基于计算机的操作，因此网上实验课程的界面仿真DCS系统的计算机控制部分操作的界面。以下用一个简单的故障处理实验来说明实验过程探究的实验。在实验中，设计了一个常见的故障处理，在图1的界面中，学生观察到粗丙酮塔T-601顶温度仪表TI-6006出发异常过高报警，系统要求学生调节至正常运行温度73.0-80.0℃。在观察到异常过高报警后，学生将按照所学知识和工程常识，作出如下分析：粗丙酮塔顶温度上升可能有4三个工艺方面的原因，分别是加水量过大、回流量过小或再沸器回水量过小，也有可能是仪表自身故障因素。既然存在这三种可能，就必须通过其他观察和分析来确定故障原因，因此学生首先需分别检查相关三个仪表，即加水量仪表FRC-6015，回流量仪表FR-6019，E-601再沸器回水仪表FRC-6014，以确定仪表正常工作。学生观察到回流量仪表FR-6019读数偏小，就可以判断出是因为回流量不足造成塔顶温度升高。在通过观察分析找到故障原因后，学生根据工艺理论，确定解决方案，即增大塔顶回流量，需要调节FR-6019仪表。在工程环境中，不能进行一步到位的调节，以免造成大的扰动，需逐步小范围调整，边调边等。因此学生在实施解决方案，必须仔细阅读操作守则，将温度调节至正常运行温度的整个操作过程必须符合现场操作规范。操作实施时，首先将LRC-6023改为手动控制，每次增加调节阀阀位必须小于2%—这是操作守则要求的，如果学生超出这个阀位标准进行调节，训练中系统将给出警告，在考试中则行为将被记录，作为扣分依据。每次调节后系统会根据数学模型的计算将相应仪表调至相应位置，学生一边观察表显示情况一边调解，直至塔顶温度恢复到73.0-80.0℃，最后将LRC-6023设置为自动控制。可以看出，此实验在整个故障处理过程中，并不像普通课程实验制定严格的步骤，而是让学生根据工程实际情况，通过自主观察分析来制定解决方案，然后根据操作规范来一边观察一边操作运行，整个课程设计与教学过程较好地体现了探究式的教学策略。

二、基于过程考核的在线评价体系

对实验学习成果进行全面评价是在线实验的重要环节，这样才能对学生探究式学习过程进行科学合理的评价。传统现场实验模式中以数据处理和实验报告结果来评价只能作为在线实验中评价模式的参考。对于参加实验的学生，主要应考虑的因素是其在实验的准备情况、在实验过程中探与究的情况，即观察问题和分析问题的准确性，设计方案的优劣，操作实施过程的规范性、和其他同学交流情况，以及对理论知识的掌握能力和应用能力，因此必须据此建立新的实验评价体系，即基于实验过程考核的评价体系。在线实验评价体系主要分为理论掌握情况、实验操作能力、合作交流能力，其中实验操作能力是最为重要的指标。理论掌握情况主要考察预习思考题，实验操作能力包括是否选择了正确的仪器或仪表、设计方案是否适当、操作目标是否达到、操作过程是否规范、数据处理与实验报告是否符合要求等都可以作为实验过程考核的指标。同时，每一门实验课程提供BBS建立单门实验的学习社区，学习者就一些问题难题发帖，由专门的辅导教师回答问题，并确认学习者所发的有效帖数等。其中实验操作规范是较为特殊的指标，在工程实际中，操作规范化及其重要，否则将引来灾难性后果。因此，必须设定一个阀值，学生如果出现较为严重的操作规范问题，不论其他指标分数如何，都将判定为不合格，我们定义为罚指标。本文选取上述7个指标因子构成学生实验教学的基本评价指标体系,并依次设其为A1，A2，…，A7，其中A6为罚指标因子。通过在线实验系统中自动记录实验仪器选取、操作等参数，对学生实验过程进行跟踪。结合在线实验平台的应用，在实践中我们采用了一个有七个参数的指标体系，包括预习思考题分数、实验仪器选取、实验方案正确性，操作规范性、数据处理、实验报告、在学习社区的交流情况。对这七个参数赋予不同的权重就可以得到该学生的最终成绩，下面分项说明一下每个指标的含义。由于每个指标因子只反映了学生实验学习的某个方面的特征，各学校可以根据本校实际情况规定指标因子及其特征值，以及罚指标因子的规定。表1显示的是华东理工大学指标因子的重要性规定，并因此为权重来加权学生实验的综合得分。在指标体系中，各项指标的权重大致说明了其重要性，这七个参数基本上涵盖了学生从准备到完成全过程的表现情况，对每一个指标赋于权值并最终得到终结性评价课程成绩，各项指标的加权和就是实验评价分数。少数指标虽然权重并不高，由于在工程实践中具有重要意义，低于一定分数整个实验过程将评价为不合格。比如在前文提到的DCS实验中，在多次出现不规范操作并且在系统警告后仍然出现2次以上不规范操作，整个实验过程将被判定为不合格。对于通过经验方式得到的实验过程考核评价体系，在经过一定的数据积累以后，可以进行智能化的处理和分析，为学生提供更优化的实验方案。比如在DCS实验中，通过对学生实验过程数据的分析，得出每个学生的优缺点。在选取的两个学生中，甲学生虽然分数略高，但操作相关的指标得分都不高，因此在后续实验中，主要给该学生提供注重操作及规范的实验，比如开关机实验和某些故障处理实验。而乙学生操作和动手能力较好，但不注意理论和实验设计，以及数据处理等工作，在后续实验中，应多推送理论学习的模块，提醒学生注意数据处理和实验报告的完成。

三、在线实验系统的设计框架

作为在线实验系统核心部分的探究式学习模式以及相应的在线评价体系设计完成以后，在线实验系统框架基本构筑完毕。在线实验系统应本着简单、适用、高效的原则，实行整理化、标准化、智能化、人性化的设计思想。学生可以通过在线实验平台在教师的指导下进行实验教学的全过程，而在线实验平台则通过记录学生在线上参加的实验过程、实验练习以及培训交流等情况，实现对学生实验情况的全程跟踪管理和对学生实验教学需求的全面掌握。在线实验设计的基本架构如图2所示。可以看出，在框架核心部分的业务层中，支持探究式学习过程是贯穿设计始终的问题，所以应改变原先某些实验只是为验证理论的设计，把发现问题、分析问题、设计解决方案、实施解决方案的探究式思路在实验教学中实现。同时需要学生在各个环节的实验过程进行完整的记录，作为其是否按照教学思想完成实验内容进行考核的依据，同时还可以通过智能化的数据分析和数据挖掘，为学生提供经过优化的个性化实验教学模块。组件层和服务层和平台软硬件设计相关，在其他文章中有详细介绍，本文不再赘述。

四、结论

实验设计论文篇3

由于原子力显微镜的应用范围比较广泛，所以在实验课中不可能涉及到所有的应用领域，可以针对本校的专业设置和原子力显微镜的应用情况来设置实验内容，并且可以根据本校的经济条件，现在原子力显微镜应用较多的专业和院系开设，逐步向更多的有关院系和专业的学生开设原子力显微镜的有关实验课。我校是首先在物理和材料专业开设该课程，后逐渐增加到其他专业的学生，取得了比较好的效果。实验的内容主要包括仪器的结构介绍、操作演示、软件使用、实际操作、图片处理几项内容。学生自己准备样品，这样不同专业的学生都能通过原子力显微镜观测到与自己专业相关的样品，不仅可以熟悉原子力显微镜的操作，而且对本专业的学习也有极大的帮助。下面以分析半导体ZnO薄膜的形貌特性为例，对于原子力显微镜在大学物理实验中的实验内容设计作个简要介绍。对于实验所用的薄膜样品，若是一个综合性的创新实验，可以让学生自己制备薄膜(比如用溶胶-凝胶法等)，然后再用原子力显微镜等仪器分析薄膜的物理特性，中科大已经设置了这方面的创新性实验包括从薄膜样品的制备到光电磁性能分析，形成一个综合性的实验项目。若是一个普通物理实验，教师需要提供薄膜样品，最好是采用不同技术制备的多个样品，这样的话就可以进行对比研究。在这里使用的样品是采用溶胶-凝胶法制备出来的ZnO纳米薄膜。

1．1半导体薄膜表面形貌特征研究

实验在AFM上对样品表面进行了多处扫描，获得样品表面的一系列图像。在介观尺度下，半导体ZnO薄膜表面具有极为凹凸不平的特征，有很多形状不一、大小较为均匀的洼坑和突起。该样品的表面二维形貌图，图片的扫描范围为3000×3000nm。颜色的深浅不同表明了半导体ZnO薄膜表面的粗糙不平的特点，样品表面颜色深的位置代表凹坑深，颜色浅的位置表示该处表面突起。煤样的三维表面形貌，从另一个角度反映了介观尺度下薄膜表面的凹凸不同的形貌。

1．2半导体薄膜样表面颗粒研究

后处理软件对AFM形貌图进行处理，选取高度阈值，并剔除10%的最大和最小颗粒，得到半导体ZnO薄膜的表面颗粒分析结果。比例图代表各个面积尺度的颗粒百分比，每一条线段代表某个尺度(面积)颗粒的百分比。系统所识别到的所有颗粒状况，黑色区域为表面凹陷部分，灰白相间部分为所识别到的颗粒。从颗粒分析得到的粒度分布。总颗粒数为889，平均粒径为40．1nm。其中近90%的颗粒粒径小于56nm。可见，采用AFM扫描，获得了该样纳米级的表面形貌特征。

1．3半导体薄膜样表面粗糙度研究

表面粗糙度是表面结构的主要特征之一。表征表面粗糙度的参数有幅度参数(Amplitudeparameters)、混合参数(HybridParameters)和功能参数(FunctionParameters)。其中混合参数是影响表面摩擦性能的重要因素。功能参数是表征表面某些特殊的性能，如表示表面支承性能的表面支承指数Sbi等。该实验侧重于研究半导体ZnO薄膜表面形貌特性。幅度性能是表面形貌的主要特征之一，幅度参数大多与高度相关。幅度参数主要表征表面高度的三个方面的特性:(1)统计特性;(2)极值特性;(3)高度分布的形状。。半导体ZnO薄膜表面形貌的均方根偏差Sq(统计幅度参数)的数值达8．26nm，说明在AFM扫描区域内，该样表面粗糙度偏离参考基准的统计值。表面偏斜度Ssk=－0．149＜0，表明该样表面的分布在基准面之上较为均匀。对于表征表面高度的峭度Sku=2．31＜3，说明该样形貌高度分布分散，没有集中在表面的中心部分。

1．4半导体薄膜样表面的功率谱分析研究

AFM扫描获得的半导体ZnO薄膜样品信息，经后处理软件处理，得到扫描曲线，再经过傅里叶转换获得频谱和功率谱密度函数。不同的薄膜样品得到的功率谱密度图各异。表达了不同的频率对应的功率谱密度值。结合分形理论，通过计算可得到该样的分形维数D。分形维数是表征表面结构的特征参数。采用功率谱法计算分形维数，有助于进一步研究薄膜样品表面的分形特征。

2结论

实验设计论文篇4

关键词：分层分流；模块化；网络工程；网络编程

计算机网络是一门理论与实践、软件和硬件相结合的课程，计算机网络还有一个重要的特点，它与众多专业都有交叉，这主要是由计算机网络在各行各业的广泛应用决定的。各大高校非网络和计算机的工科专业均开设了计算机网络课程，因课时较少，导致教学环节中普遍存在重理论轻实践的现象。教育部于2010年6月启动“卓越工程师教育培养计划”，该计划以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力[1-2]。目前高校部分专业已经纳入卓越计划，更加强调培养学生的实践动手能力。本文提出了向面分层分流的计算机网络实验设计，通过设计不同层次的实验，满足学生在初级模块全面掌握计算机网络基础知识和基础实验，再通过分流，因材施教，将学生按兴趣和特长引入到高级模块，实现针对性培养，让优秀的学生有成就感[3-4]，达到利用较少的学时，也能在特定方向深入学习，完成高级实验项目，具备较强实践动手能力的目的。

1面向分层分流的实验项目设计

为了提高教学效益时间比，将计算机网络的课程组织结构进行重构，尽量在短时间内完成基础模块中基础实验操作。根据课程本身的特点和市场的需求，将提高模块分为两个方向：网络工程和网络编程。根据计算机网络课程内容和调研后的学生兴趣与市场需求，本课程实验分层分流模块化设计如图1所示。图1计算机网络分层分流模块化设计经过学生问卷调查和对其他国内外高校的计算机网络实验的研究，基础实验选择了简单的路由器配置实验和客户服务器程序编写，要求所有学生独立完成。提高实验则更强调设计性和综合性，学生可以根据自己的兴趣和特长进行选择，保证学生在固定的学时内，能够深入某一个方向，进行深入的研究和实践。

2网络工程方向实验项目设计

网络工程基础实验：采用sybex公司的路由器模拟器sybex-router，现成的拓扑结构，包含Cisco2611路由器3台、运行终端模拟程序PC两台和Cisco1900交换机一台。路由器每个接口和PC机的IP地址已经分配好，只需要简单配置即可，内容如表1所示。网络工程高级实验：如表2所示，采用PacketTracer6.2，自己设计网络拓扑，作IP规划，完成网络设备的基础配置后，再进行一些高级功能的配置。

3网络编程方向实验项目设计

网络编程对学生能力要求相对较高，其中的基础实验，要求编写客户服务器程序，实现以下功能：（1）客户端能实现与服务器的连接。（2）客户端从键盘输入一行字符信息，发送到服务器。（3）服务器将收到的字符显示为字符对应的ASCII码。（4）服务器把转换后的ASCII码发送到客户端。（5）客户端收到服务器发送的ASCII码，将其显示在屏幕上。网络编程高级实验：编写客户服务器程序，可以实现以下功能：（6）服务器支持多个客户端的连接，客户之间的通信要求通过服务器中转。（7）当客户端连接到服务器时，服务器会要求客户输入用户名和密码进行认证，用户名和密码保存在服务器名为user_pass.txt文件中。（8）如果密码不正确，服务器会要求客户重新输入，如果3次出错，则连接失败，客户的IP将被锁定10分钟，才能再次发起连接请求。（9）客户认证成功后，服务器支持客户发送表3中的命令，作相应的处理。如果服务器不能识别的命令，将会在客户端显示错误信息。在基础模块上的分层分流方法和递进式的实验项目设计，可以解决因课时较少导致实践能力训练不足的问题，还可以解决针对不同兴趣爱好学生因材施教的问题。

4结语

对我校15级通信工程专业学生实测证明，该实验方案的实施明显提高了学生的计算机网络实践应用能力。课后的问卷调查也显示，学生对课堂的满意度有了显著提升。

作者:文展李文藻文成玉单位:成都信息工程大学

[参考文献]

[1]杨婕.互联网时代计算机网络教学改革研究[J].信息与电脑，2015（13）：168-169.

[2]高永兵，赵宇红，赵艳锋.基于PacketTracer的计算机网络实践教改方案[J].计算机教育，2015（23）：92-93.

实验设计论文篇5

1.取两个大号饮料瓶，把其中的一个瓶底切掉，另一个从中间部位切开，留下带瓶口的部分，用强力胶将两瓶黏在一起，确保接口处不漏水。

2.在饮料瓶盖中间部位钻一个直径略小于油笔芯的小孔，剪下2cm长的一段油笔芯，将其一端插入瓶盖的孔中，并用强力胶黏固在瓶盖上。把输液管滴壶上端切掉1/4，做成一个盛液漏斗。在滴壶的下端留下30cm长的一段输液管，其余部分剪掉。再把输液管的端部套在瓶盖中的油笔芯上，并用棉线扎紧。这样,一个演示浮力产生原因的装置就制作好了。

二、装置用法

1.把装置安装在支架上。在饮料瓶中加入清水，同时在水中滴入数滴红墨水振荡，使水变成红颜色。

2.滴壶固定不动，使瓶中液面与输液管中液面相平。把小球放入瓶中，小球因受到水的浮力飘浮在水面上。当用推杆将小球推到瓶口并堵在瓶口处时，移开推杆，小球仍上浮到水面上。

3.当再次用推杆将小球推到瓶口并堵在瓶口处时，此时下移滴壶，使输液管中的液面低于瓶中液面，这时再移开推杆，可以看到小球不再上浮，而是继续堵在瓶口处。这表明，小球虽然完全浸在水里，但并不受浮力作用（小球重力很小，可以忽略）。通过分析水对小球的作用力可知，这时小球受到水对它向上的压力小于水对它向下的压力。因此，浮力等于零。移动滴壶，只要输液管中的液面低于瓶中液面，小球就能堵在瓶口处，即浮力为零。

4.移动滴壶，只要输液管中的液面高于瓶中的液面，小球就能上浮，表明小球受到了浮力作用。通过分析水对小球的作用力可知，这时小球受到水对它向上的压力大于水对它向下的压力，即产生了浮力。

三、实验结论