封利君+王方連

摘 要：實驗包括驗證性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗等，驗證性實驗旨在加深學(xué)生對課堂基礎(chǔ)知識的理解，而設(shè)計性實驗對提高學(xué)生的設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力有著極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：設(shè)計性實驗；驗證性實驗；集成運(yùn)放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.230

實驗教學(xué)是通過觀察和實驗進(jìn)行知識學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練、實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)的教學(xué)形式。其主要目的是讓學(xué)生在獲取或鞏固理論知識的過程中，掌握和利用實驗手段發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和實踐操作能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。

在長期的實踐教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，大多的驗證性實驗并沒人給學(xué)生留下很深的印象，學(xué)生僅僅是將它當(dāng)作一項“任務(wù)”去完成，而設(shè)計性實驗則完全不同，學(xué)生的興趣濃厚，會主動地去查閱一些相關(guān)資料，進(jìn)行方案的選擇與設(shè)計，主動來實驗室的人多了，一些學(xué)生連下課后都不愿意離去。疑慮、喜悅交織在孩子們的臉上、卻深深地印在我的腦海中。通過與學(xué)生的交談，他們表示，通過這種設(shè)計性實驗，才真正理解所學(xué)相關(guān)知識的用途和作用，從而激發(fā)了他們對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)興趣和動力。

在學(xué)到集成運(yùn)算放大器的理論知識后，我們開設(shè)了相關(guān)的基礎(chǔ)性實驗和設(shè)計性實驗，在做集成運(yùn)放的加、減法運(yùn)算、積分運(yùn)算、微分運(yùn)算等基礎(chǔ)性實驗中，學(xué)生往往是按實驗指導(dǎo)書的實驗線路圖接好、驗證、走人，大家都沒問題，很少有人去思考“為什么”？但在隨后開設(shè)的設(shè)計性實驗時，情形則完全不同。我們要求學(xué)生用集成運(yùn)放和實驗室中現(xiàn)有的毫安表表頭設(shè)計一個電子溫度計，這時各種各樣的問題都出現(xiàn)了，“集成運(yùn)放還有這用途？”“電流表不是測電流的嗎，怎么還能測溫？”帶著種種疑問，學(xué)生們會開始在圖書館或互聯(lián)網(wǎng)上查閱各種相關(guān)資料，一有時間就來實驗室進(jìn)行相關(guān)實驗，這也是一種學(xué)習(xí)啊，而且是主動性的學(xué)習(xí)！

1 下面是一個學(xué)生的部分實驗報告

集成運(yùn)放實際上是一個高增益的多級直接耦合放大器，由于它通用性強(qiáng)，有“萬用半導(dǎo)體器件”之稱，目前已廣泛應(yīng)用于檢測控制、儀表的通信等諸多領(lǐng)域。

2 集成運(yùn)放的應(yīng)用——溫度檢測

溫度檢測的原理圖見圖1，方框圖見圖2

2.1 特點

它具有測溫范圍寬（-50～+50℃）、精度高的特點

2.2 原理

圖中二極管V1為溫度傳感器，將它的集電極和基極短接，接成二極管，由于二極管PN結(jié)的正向電壓的大小隨溫度而變化，所以ui的大小可反映被測溫度的高低；當(dāng)然PN結(jié)的電壓ui通常很小，它無法直接驅(qū)動后續(xù)的指示儀表，為此，由集成運(yùn)放A1組成放大電路對ui進(jìn)行放大，由A2組成的顯示電路來顯示溫度的高低。

2.3 分析

（1）溫度轉(zhuǎn)換。二極管V1由9V直流電源通過R1使其正向偏置，其正向電壓隨溫度的升高而下降，其規(guī)律是溫度升高1℃，ui下降2.5mV；

（2）放大電路。由集成運(yùn)放A1構(gòu)成同相輸入放大電路，其電壓放大倍數(shù)Au1=1+R4/R3 將輸入信號ui放大；

（3）溫度顯示電路。由集成運(yùn)放A2構(gòu)成反向輸入放大電路，用滿量程為1mA的電流表A指示被測溫度，圖中的R5和Rp用作調(diào)節(jié).其測量范圍為-50～+50℃，調(diào)節(jié)Rp使電流表的分度值為0.01mA/℃，即溫度變化1℃對應(yīng)電流表的電流變化0.01mA。其具體調(diào)節(jié)可這樣進(jìn)行：當(dāng)溫度為-50℃時，調(diào)節(jié)Rp使I5= I6，則IA=0，即電流表的零刻度處刻為-50℃，當(dāng)溫度升高時， ui減少， I5亦相應(yīng)減少，而I6不變，根據(jù)基爾霍夫電流定律知IA增大電流表指針偏轉(zhuǎn)角增大，且偏轉(zhuǎn)角與溫度成線性變化，這樣被測溫度的高低與電流表的刻度一一對應(yīng)。例如電流表電流為0.5mA的刻度線對應(yīng)溫度為0℃，1mA刻度線對應(yīng)溫度為50℃等，當(dāng)被測溫度低于-50℃時， IA電流方向相反，使二極管截止，電流表不指示，避免電流表指針反偏打彎。

我永遠(yuǎn)也忘不了，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)用他自制的溫度計測試的溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度計測試的溫度相差無幾時，那種激動、興奮的表情，他說：“老師，我想利用集成運(yùn)放的非線性特性做一個溫控器?！憋@然，他對集成運(yùn)放的理解已不再是停留在原有層面上，這種設(shè)計性實驗?zāi)軌蚧钴S學(xué)生的思維、激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造欲，對提高學(xué)生的設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力有著極其重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：封利君（1966-），女，實驗師。endprint