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1.1高中生物实验的内容
根据实验的主要方法,可将高中生物必修部分的实验划分为7种类型:观察类、检测类、探究类、模拟类、调查类、设计类和搜集类[5].其中,观察、检测和模拟类实验比较常见;设计类实验是学生探索和发现真理的重要途径;调查类实验主要是针对已经存在的事实或现象,要求学生通过对客观事实和现象之间的了解得出结论,培养学生收集和分析资料信息的能力;而搜集类实验则要求学生根据问题拟出资料收集的具体方案,然后通过各种途径收集相关资料,最后对搜集到的资料进行筛选归类整理,并以各种形式(如黑板报、论文、报告及辩论赛等)展示.在选修模块实验中,选修1的实验以实践活动为主要学习方式,全部为实验操作,不同实验内容的教学目标各有侧重,有的侧重基本概念或原理,有的侧重实际应用,还有的侧重科学方法训练和培养学生的科学态度.实验类型大多数为引导式探究.在引导式探究活动中,学习资料中提出的实验结构或程序,学生自己设计并进行实验,通过参与探究过程有所体验和发现,从而达到预期的实验目标[6].根据选修2的实验中的活动建议,主要是进行调查、讨论和探究活动.教师引导学生开展这些活动,培养学生的参与意识,使得学生关注社会、关注生活、关注身边的科学和技术,能帮助学生体会到生物科学与人类社会、与学生的日常生活密切相关.选修3的实验中,除了技术要求较高的“DNA的粗提取和鉴定”外,其它实验都不在实验室进行,而多为口头交流、辩论等活动,由于本模块实验所涉及的科学领域研究进展迅速,教师要积极引导和组织学生查阅有关资料,练习撰写专题综述报告并组织开展这些活动[7].
1.2高中生物实验的特点
1.2.1实验数量多,类型多样化且综合性强仅《高中生物课程标准(实验)》列举的实验活动建议就有68条,当然这些实验并不要求学生全部掌握,但大多数是最基础的,学生掌握这些后,还要了解教材以外的实验,如试卷和课外书上出现的,要对大纲要求的实验有所扩展和延伸,才能够学以致用.实验数量多则相应地要求实验课时也多,据统计,实验课时甚至占到生物课总教学时间的40%[8].高中生物实验类型多.各种类型实验的方法不同,包括显微镜观察、染色鉴定、模型制作、多媒体技术模拟、户外调查及课外收集信息等;实验形式也不同,包括教师演示、学生分组完成及独立完成等.高中生物实验综合性强.往往一个生物实验中融合了多种实验类型特点.如“探究影响酶活性因素”的实验过程不仅要让学生经历一个完整的科学探究过程,而且还要求培养学生的实验设计能力,在实验过程中要考虑单一变量并进行定量分析;又如“设计并制作生态瓶”的实验不仅需要学生小组合作设计制作完成,而且也是一个模拟实验,模拟的过程充满探究的要素,此外,实验还要求学生对自己制作的“生态小瓶”进行长时间的观察,这无疑也培养了学生的观察能力.1.2.2科学探究受到重视,实验内容贴近生活且技术比较先进课程标准的4个基本理念之一是倡导探究性学习,在能力目标别提出了发展科学探究能力,并详细列举了11条与探究紧密相关的能力,这为开展探究性实验教学提供了重要指导.强调和重视科学探究还具体表现在新课程实验的结构和内容上,必修的3个模块中,具有探究性的实验几乎占到全部实验的三分之一,而选修部分的生物技术实践模块的13条活动建议中几乎均包含探究性的内容,另外2个模块的活动建议也多为可以进行资料收集探究的活动或调查[9]102.由此可见,课程标准把科学探究以不同层次和形式融合到实验教学中.高中生物课程标准强调关注学生的生活经验,注重与现实生活的联系,在现实生活的背景中学习生物学,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念,这样可以激发学生的学习兴趣,也可以让学生学以致用.如调查类和搜集类的实验都要求学生到现实生活中去调查和搜集信息,并对这些调查和搜集来的信息进行研究分析等.如选修1“生物技术与实践”中有果酒、果醋及腐乳的制作等,选修2“生物科学与社会”中对设施农业的参观和对绿色食品生产或消费情况的调查等,这些实验活动贴近生活,实验材料也来源于生活.实验技术比较先进.特别是选修部分的实验,大都与生命科学新技术、新应用紧密联系.如基因工程、克隆技术及干细胞研究等.此外,还有多媒体技术的运用,如“利用计算机辅助教学软件模拟人体某方面稳态的维持”等.
2生物科学(师范)专业实验内容及存在的不足
2.1实验内容
在高师生物科学(师范)专业课程体系中,生物类专业必修课比重大,几乎每门专业课程均设置了相应的实验课程,包括动物学、植物学、微生物学、遗传学、生态学、生物化学、细胞生物学、分子生物学、植物生理学及人体生理解剖学等实验,每门实验课程的实验数均在8~12个.
2.2存在的不足
2.2.1课程内容强调专业性,缺少与高中生物新课程的联系受传统高师生物课程观的影响,实验课内容倾向于强调系统性、整体性和全面性,突出学科专业性,而师范性不明显,验证性实验占据主导,设计性和综合性实验欠缺,缺少与中学生物实验教学有机联系的问题尤其突出.生命科学的发展日新月异,高中生物新课程很注重知识的时代性和前沿性[10],但生物科学(师范)专业的实验教学内容设置往往多年不变,不能反映生命科学学科发展的最新成果,与学生科学素质、实验技能和创新能力培养的要求不符.2.2.2实验教学内容缺乏与生产、生活和社会实践的联系高中生物课程标准提出注重与现实生活的联系理念,就是要改变轻视学生生活的现状,让学生在真实的生活中学习和体验知识.从课程标准建议了大量的调查类和搜集类的实验可以看出,高中生物实验更加强调与生活的联系,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的知识.但生物科学(师范)专业的实验内容大多是对理论的验证,更强调实验的学术性,相对而言忽视了与学生生活以及现实自然、社会的联系,不能激发学生学习的兴趣,无法让师范生深切地体会到专业知识的价值,可能会影响到以后工作的教学质量.2.2.3实验教学缺乏体系建构生物科学作为一门独立形态的自然科学,应有其自上而下、自下而上的实验体系,但师范院校的实验教学缺乏这种体系的建构[11]75.每一门课程仅从单一学科的知识系统性和完备性方面设计教学内容和技能训练,各门课程自成体系,与本专业其它课程联系不紧密,对课程内容整合较少,因而造成一些实验内容重复,如微生物学中的“霉菌观察”与植物学中的“菌类植物”实验内容基本一致.2.2.4实验教学模式化高师生物学实验教材编制模式化,实验设计程式化,即实验目的基本原理实验内容与材料等仪器与设备等操作步骤实验结果实验分析报告[11]76.实验过程以教师讲解、演示为主,学生履行三步曲,即按实验指导的要求或教师总结的实验步骤进行操作观察实验结果完成实验报告[12].学生对实验材料的采集培养、药品配制等实验的准备过程和实验方法步骤的设计参与度低,对实验方法步骤缺乏必要的思考理解和创新,师范生独立实验能力的培养受到限制.2.2.5研究性实验内容缺乏目前,生物科学(师范)专业开设的专业课实验内容大多为验证性实验,虽然可以加深学生对理论知识的理解和培养基本的实验技能,但仍属于间接获取知识的渠道,对培养师范生的科学探究能力不利.
3有效衔接高中与大学的生物学实验教学
3.1加强高中相关实验内容的渗透,增加和生活联系比较紧密的实验内容
生物科学(师范)专业的教师要致力于高中生物学实验教学的研究,了解其基本内容和方法手段.在保证实验课内容达到本科水平的前提下,选择与高中生物教学联系密切并能充分发挥现有实验条件的实验内容,制定切实可行的实验计划,力争使中学生物学实验中的基础部分、经典部分成为高师生物学实验的研究主题之一,使得高师生物实验内容与手段上形成和中学生物学实验的包涵关系.
3.2改进生物科学(师范)专业的生物学实验手段,使实验内容跟上科学技术的发展
在实验内容上,应该结合当前高中生物教学岗位的要求,组织各教研室有经验的任课教师对实验教学进行改革,剔除内容陈旧、技术落后的实验,增加反映现代定量分析、探究性、设计性和综合应用的新实验技术内容,跟上生命科学技术的发展.此外,在实验课程中,可以结合相关的研究课题和最新研究进展,在课堂讲解或是实验过程中穿插介绍,补充同一个实验的不同技术与方法.有些新技术、新方法,即使因为条件所限不能亲手做,但也应让学生有所了解,如光合强度的测定既有传统的改良半叶法、氧电极法及红外线二氧化碳气体分析仪法,也有较为先进的便携式光合仪测定法.
3.3整合实验内容
在制定生物科学(师范)专业的实验教学计划时,要统筹规划、互通有无、科学整合以及合理安排实验内容,避免学科间实验的简单重复,以增加实验的多样性和丰富度,提高实验教学效率,让学生在有限的实验教学中,接触和了解更多的实验内容与方法,这也契合高中生物实验内容和形式多样化的特点.实际上,高中生物涉及的68个实验,均可按照生物科学(师范)专业的专业课程进行分门别类,分别归入或融入到具体的相关课程实验中去,使学生在大学实验教学过程中,基本能接触到所有的中学生物实验内容.
3.4改革实验教学体系
将以验证性为主的实验教学体系改变为实验内容要求由低到高的生物基础实验、综合训练实验、研究设计实验3个不同层次的新体系[9]101.生物基础实验主要完成中学生物学新课程标准及实验大纲规定的基本内容,旨在培养学生的专业基本实验技能和动手能力,掌握生物学基本研究方法;综合训练实验则由学生实验小组(6~8人)自己设计方案、准备药品仪器及独立撰写实验论文,完成大纲规定的提高性内容或感兴趣的问题,旨在培养学生的综合能力和创新能力;研究设计实验为教师根据本地生物资源或结合本地生产实际而开设的科学研究性实验项目,在教师的带领下有针对性地开展科学研究实验,旨在培养学生的参与意识、科研意识和自然科学研究工作所应具备的科学态度.
3.5鼓励师范生积极参与实验准备工作
准备实验也是一名生物教师应有的专业素养之一.高师院校在生物实验教学中,应该鼓励师范生积极参与到实验准备工作中,如动植物实验材料的采集与培养、试剂的配制、仪器的调试、微生物菌种制作及消毒灭菌等,使学生系统地了解实验从始至终的全过程,这将提高师范生准备和组织生物实验的能力.
3.6培养学生口头表达能力,锻炼文字驾驭能力
教师应按照学生的认识规律,对实验内容加以组织、润色,并且用科学、准确、生动及富于启发性的语言表达出来,以便学生理解和接受.在实验教学中,教师要引导学生从实验现象出发,能够用生物专业语言表达、组织及研究实验,还应认真对待学生的实验报告,对表达不准确和书写不规范等情况及时纠正.
4结语
长期以来,人们将实验教学定位于辅助教学,所以实验考核模式存在着一些弊端。
1.1仅凭实验报告评定成绩
不少学生按照书本抄写实验预习报告,做实验时也只是“照方抓药”,按部就班地照教师说的做,知其然而不知其所以然,最后抄袭别人的实验结果或实验报告。所以仅凭实验报告给定成绩很不科学,并造成学生对实验产生厌烦情绪和草率应付的态度。
1.2考核方法不合理
我们以往虽然采用了实验操作考核制度,但没有检查学生的操作要领,只是通过最后的结果或数据是否接近准确值来判分。其后果是,学生在做实验的过程中不会深刻理解理论知识,也不认真观察和分析实验现象,更不分析产生误差的原因。这样的实验考核严重影响了学生素质的提高和创新能力的培养,远没有达到开设实验课的目的和要求。
2.改革后的考核模式
为使学生成绩能够客观地反映学生对实验基本知识和操作技能的掌握程度,激励学生学习积极性,我们采用平时实验成绩与期末考试成绩相结合的办法给出最终成绩。
2.1平时成绩
平时考核成绩占该实验课总成绩的60%。内容包括预习报告(5%)、实验操作(20%)、态度与卫生(5%)、实验报告(30%)。
2.1.1预习报告
预习不只是让学生把实验指导书上的原理、方法和步骤、注意事项等简单地浏览、抄写一遍,而是作为激发学生主动获取实验本领的第一环节来进行强化训练。首先,教师提出一些既有启发性又有一定难度,学生通过翻阅资料和认真思考能够解决的问题。例如,在叶绿素提取实验中,研磨叶片时加入少量石英砂和碳酸钙粉末的目的是什么。其次,教师要求学生通过预习掌握每一步实验的原理和内在知识联系,挖掘实验成败的因素和相应措施,统筹规划实验步骤,以及立体交叉利用时间和仪器,写出最佳实验实施方案。教师除了根据预习报告的质量打出相应的成绩之外,还以提问的形式随机抽查学生,以检查预习实验的质量[2]。
2.1.2实验操作
实验操作是培养学生动手能力和提高实验操作技能的重要一步。操作规范准确,还直接关系到实验结果的准确性与安全性等问题。在实验过程中,教师要巡回检查。对发现的问题,教师不仅要从理论上给以分析,帮助学生找出问题所在,而且要亲自动手示范,并要求学生重新做。同时,教师要在原始数据上签字,以杜绝学生上课应付、课后抄袭的现象。最后教师应根据学生的操作规范、熟练程度和实验结果给出其该项成绩。
2.1.3态度与卫生
严谨的科学态度和良好的实验习惯,是实验成功的的有效保证。实验态度主要有态度是否认真,纪律遵守情况,卫生状况,是否节约药品、水电,有无损坏仪器的现象,对实验过程的异常现象能否及时提出问题等。学生每次做完实验后,都要清洁自己所用的仪器、设备和实验台,并把试剂、仪器等摆放整齐。对打破或损坏仪器、设备者,要采取严格的登记手续。教师根据学生在整个实验期间的实验态度情况给出相应成绩。2.1.4实验报告
实验报告是学生对实验的总结,也是学生撰写论文的重要基础,它可从一个方面反映学生的实验全过程,是各种实验现象、实验结果升华到理论高度的重要步骤。实验报告的考核主要包括报告是否整洁规范、实验步骤和实验现象记录是否完整、实验结果是否正确、对实验现象和结果能否作出较深入的分析和讨论等。所以,教师对实验报告主要把关“实验结果与分析”,并根据他们的分析情况给出相应的成绩[3]。
2.2期末考试成绩
期末考试占该实验课总成绩的40%,其中,实验操作和实验理论考核各占总成绩的20%。
2.2.1实验操作
实验操作主要是观察和记录学生能否准确、全面地观察到对象的变化,能否运用恰当语言描述和解释实验现象,能否较好地组织实验数据,能否以科学方法从数据中得出定量或定性关系并概括出一般的原理等。
学生从试题库中随机抽取一张试题卡片,并根据内容进行回答和实验操作,而教师根据学生陈述、回答和操作的情况,按照评分标准,直接给出成绩。
2.2.1实验理论
实验理论考核强调对实验过程、实验原理的分析,突出考查学生的创新意识、语言表达能力和综合设计能力。其最大优点在于它能够在较短时间内,考核更多的实验内容,全方位地了解学生实验技能的水平。
3.结语
我们通过实验改革,激发了学生的学习兴趣和求知欲,从而使学生在实验过程中始终处于兴奋状态,提高了学习的自觉性和积极性,培养了学生的吃苦耐劳精神和创新精神,提高了学生的实践能力和创新能力。
参考文献:
[1]张武升.教育创新论[M].上海教育出版社,2000.
[2]邹长明,于群英,李孝良等.改革实验考核方式的实践与成效[J].安徽农学通报,2007,13(19):331-332.
[3]梁海生,倪新蕾,贝承训.改革实验考核方法,提高实验教学质量[J].中山大学学报论丛,2006,26(5):18-21.
首先,演示实验在物理教学中的应用是否成功,很大程度取决于课前的准备工作,部分教师不是太重视演示实验的准备工作,致使在实际的演示过程中总会出现手忙脚乱的状况,遇到突发状况的时候更是会不知所措.所以,教师在课前不仅要准备好相关的实验器材,还要在课前自己尝试着反复地进行练习,这样在实际的操作中就会得心应手,即使遇到突发状况,也能够很好地解决.其次,演示实验是为了让学生对课本中的知识理解得更加深刻,这就需要教师在实验之前要弄懂实验的目的、具体是要解决哪类问题,这个实验能够培养学生的哪些能力;在实际的教学中,如何有效地引导学生在实验中发现课本中的知识,怎样才能够突出教学的重点.再次,规范操作过程.在操作过程中,教师应该以身作则,先为学生做出正确的示范,再由学生自己尝试着去实验,这样不仅减少了错误操作所带来的危险,还能够使学生在正确的操作过程中迅速找到课本中的原理,提高自己的实验操作能力.
二、提高学生的学习兴趣
“兴趣是最好的老师”.一个学生只要对一门科目产生足够的兴趣,他就会自主地想去接触它.而物理教学中的演示实验恰恰能够激发学生的学习兴趣.由于教学中的一些实验具有很高的趣味性,学生在实验过程中会对物理产生浓厚的热情,长此以往,就会喜欢上物理,这样就使物理教学变得更加简单,学生能够在教学中保持着很高的积极性,教师就能够顺利地完成教学目标.例如,在讲“光的反射”时,教师可以拿来两块透明玻璃,在两块玻璃中间放一些肥皂水,将他们叠加到一起,组织学生观察,学生会发现上面会出现许多形态不一、大大小小的彩色花纹,这时再将肥皂水吹成大大小小的泡沫,就会发现泡沫上出现很多七彩的光线,由于泡沫会来回摆动,而上面的光线的形态也会随之变化.这时,学生就会产生浓厚的学习兴趣,教师就可以为学生讲解这是“光的反射”的原理.再结合现象,向学生具体阐述其中蕴涵的道理.为了使学生对这一知识点了解得更加深刻,教师也可以组织学生自己动手操作,学生就会全身心地投入到教学活动中来,对这一部分知识的了解也会更加深刻,从而提高教学效果.
三、增强学生的主动性
在传统物理教学中,教师一直都是口述知识,而物理这门学科却是在实际生活中被广泛应用的.教师只是单凭讲解,并不能使学生将所有的原理都能理解透彻,所以,一些学生逐渐对物理失去了学习兴趣,不想主动地接触这一学科,这就使得物理教学效率下降.而在物理教学中引进演示实验,学生终于不用对着枯燥的理论知识,自己也能做实验,主动性得到提高,表现出超强的积极性,物理教学变得简单、顺利.例如,在讲解“大气压”时,教师可以组织学生自己动手操作.首先,教师需要为学生准备相应的实验器材,先以身作则,向学生演示正确的实验步骤.准备两个不同大小的试管,在较大的试管中注入一些水,将较小的试管放入注入水的大试管中,然后提出疑问:如果将大试管倒立,会发生什么现象呢?学生就会做出许多猜测,有的说小试管会掉出来,有的说水会流出来,但是实际的状况却是小试管上升了,这时学生就会质疑,会自告奋勇地到讲台上亲手做实验,这时他们就会发现所有的实验结果都是这样的.在实验过程中,课堂气氛得到带动,学生表现出强烈的主动性,这有助于他们对知识的理解,从而实现了高效教学.
四、提高学生的综合能力
在物理教学中的演示实验,不仅能够提高学生的学习兴趣,还能够增强他们的自主性,从而提高学生的综合能力.通过演示实验,既能培养学生的动手操作能力,又能够培养学生的分析与解决问题的能力,还能够培养学生探索与发现的能力,促使学生将理论知识准确地应用到实际生活中,从而提高他们的实践能力.例如,在讲“电路中串联与并联的电流规律”时,教师可以带领学生进行操作实验,了解电路中的一些规律,通过实践来检验真理,加深知识在他们脑海中的印象.通过实验,使学生的动手能力和观察能力得到提高,使学生对物理的认识更加透彻.学生能充分意识到物理课堂的趣味性,就会逐渐喜欢上物理,从而提高教学效果.
五、结语
1.科学性要强
演示实验复现的物理现象要力求真实、正确、符合科学,例如,用大型示教用电流计演示LC振荡电路产生振荡电流时,看到电流计指针来回摆动,于是就解释说振荡回路产生了振荡电流,这是不材学的。因为一般情况下LC回路振荡频率很高,电流计指针根本来不及摆动。指针的摆动实际上是瞬间电流作用的结果。
如果用示波器来观察振荡电流波形,既形象又科学。
物理实验的误差是难免的,但不能为了避免误差而拼凑数据,欺骗学生,也不能把任何不正确的实验结果都归结于误差而了结,要很好地分析误差产生的原因,要尽量减少误差。例如在演示萘的熔解和凝固时,实验测得案的熔点常常不是80℃或不是保持80℃不变。原因是什么呢?反复实验后发现有以下四个原因:(1)煤油温度计不够准确,用水银温度计较为难确;(2)萘粉要纯,如化学纯萘粉;(3)酒精灯加热要缓慢均匀,使杯中水温与试管中萘粉温度差不超过3℃;(4)搅拌器搅拌萘粉要认真、细致,使萘粉受热均匀。
2.结构;操作要简单
结构复杂、操作繁琐的演示实验;很容易分散学生的注意力。所以演示仪器只要效果明显,不失科学性,那么越简单越好。
3.可见度要高
演示实验一定要使班上每一位学生都能清楚地看到所演示的现象,如灵敏验电器,演示时“灵”而不“显”。如果把金属箔做得太大,则会“显”而不“灵”。
因此,我采用了灯光反射原理,在验电器后方装上两只灯泡,达到了演示现象明显清楚可见度大的效果。又如,演示液体的热胀冷缩时,水中滴几滴红墨水,烧瓶上方的玻璃管中插入一根铁丝,就可以大大增加可见度。
4.目的性要明确
教师应根据教学目的策划设计演示实验。有些现象学生比较陌生,抱有怀疑态度。如电磁波的传播是不需要媒质的,对此,学生不是坚信不移的,我们便通过实验证实。在一只玻璃钟罩内放一只小型讯号发生器,在外面用一架收音机来接收,可以听到讯号声。把钟罩内的空气抽去不影响收音机的正常接收,但是如果换了一台闹钟,当钟罩内的空气抽去后就听不到声音了。这说明了声音的传播需要媒质,而电滋波的传播不需要媒质。
有时还要通过演示实验来帮助学生建立新的概念。如在讲到电磁波接收中的电谐振这个概念时,教师仅用“电学中的共振现象叫电谐振”一句话来说明,学生仍无法理解,因为缺乏感性认识。我们便用甲乙两个大小相同的莱顿瓶分别和矩形线圈组成LC振荡电路,甲莱顿瓶两极跟起电机或高压感应圈相接作为发射电路,乙莱顿瓶线圈两端跟氖管相接作为接收电路,当乙莱顿瓶线圈跟甲莱顿瓶线圈平行且大小差不多时氖管发光最亮。这个现象说明接收电路的固有频率与外界电磁波频率相同时,接收电路中振荡电流最强,这就是电谐振现象。
5.成功率要高
只有成功的演示实验才能帮助教师顺利完成教学任务。例如演示静电实验一般比较困难,其原因是静电“压高量少”,由于静电压高,使通常用的绝缘体在高压下成了导体,因静电量少,电荷很快会“漏掉”,特别是天气潮湿就更容易“漏掉”。分析了上述原因,我制作了一个全天候静电实验箱,形状像演示用示教电流表,前面板用玻璃,以观察实验现象,其它面板用木板做。实验箱分三层,底层装有两个涂黑的串联的100W灯泡作为烘干用的热源,中间层贮放静电实验器材,如玻璃棒、橡胶棒、毛皮、丝绸等。顶层安装验电器,固定验电器金属杆的面板要用绝缘性能好的材料,如有机玻璃,其它隔层板用铁丝网,便于从下到上烘干箱内的“湿气”,此实验箱经多年使用,在任何恶劣天气下,都能一用就“灵”。
6.现象要明显
7.现象要直观形象
直观形象的演示实验真可谓“千言万语说不清,一看实验就分明”。例如,悬挂在支架上的重物,其重力对杆的作用,单凭老师讲解,学生都感到难懂。我们便将斜杆上端系一根橡皮绳,用图钉钉在黑板上,横杆的左端顶住一气球,挂上重物,就可看到橡皮绳被拉长气球被压扁。如图所示。学生看了这种直观形象的实验后,就立刻明白力F对斜杆的拉伸作用,对横杆的压缩作用,便能很快将下按图中所示进行分解。
8.演示时间要适度
演示实验应在几分钟内完成,时间过长会分散学生注意力,影响课堂教学。
如演示液体热胀冷缩,按课本上的设计,用酒精灯将一满烧瓶的冷水烧热看到瓶塞上方玻璃管内液面上升的情况,需要10多分钟。用小试管代替烧瓶,水里滴入几滴红墨水,在试管塞上插入细玻璃管,管内插入铁丝,管内空气柱就变的更细,液面上升情况就更明显,用酒精灯加热小试管,一分钟内就可明显看到液面上升。
又如演示萘的熔解与凝固,用78℃左右的热水就可以加速实验过程,大大缩短实验时间。
9.要有趣味,富有魅力
生动有趣,富有魅力的演示实验容易激起学生的学习兴趣和求知欲。如演示大气压实验,可补充“酒瓶吞蛋”实验。把煮熟的鸡蛋去皮,放在一旁备用,取一个普通的开口啤酒瓶,将一燃烧着的细纸条迅速塞入瓶中,再马上将鸡蛋的小头朝下立在瓶口上,随着火的熄灭和白烟升起啤酒瓶将把鸡蛋吞进“肚子”里。
接着举例针炙“拔火罐去风”的原理,学生会感到学习物理其乐无穷。又如演示光的色散时,让学生自制水三棱镜,用三块长方形平玻璃固定成三棱镜状,将灌满水的无色薄塑料袋塞入其中。用这种水三棱镜观察光的色散现象,可以看到非常美丽的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各种色光,这就显示了实验的魅力。
一、不能只盯一点,要全面观察一些同学在观察化学实验时,只注意明显突出的现象,而忽略那些不太显著的现象。如观察铁丝在氧气中燃烧的现象时.只看到有“火星四射”,而看不到有“黑色固体产生”。另外,观察不仅是用眼看,还包括用耳听、用鼻闻、用手摸。例如,在观察硫在氧气中燃烧的实验时,通过鼻闻,可了解产生的气味的气味;用手摸集气瓶壁,可感觉到反应有热量放出。这些都是用眼所观察不到的。可见,只有“全神贯注”.才能全面观察到实验的现象
。
二、防止看了热闹,丢了门道初学化学的同学觉得化学实验很神秘,有些同学甚至把做实验看成是耍魔术,很好玩。由于他们只注意看“热闹”,而没有明确的观察目的,这样就难以抓住关键的实验现象,丢掉了“门道”,其结果就难以得出正确的实验结论。
三、不能马马虎虎,要细心比较观察实验不能只观察一个大概,特别是对相似的实验,更应细心比较。如硫既能在空气中燃烧,也能在氧气中燃烧,在观察这两个实验时,就应特别细心,否则,牼湍岩怨鄄斓搅蛟诳掌杏朐谘跗腥忌盏幕鹧嬗小拔⑷醯牡渡睜与“明亮的蓝紫色”之区别,从而得不出硫在氧气中燃烧更旺的结论。
四、不能只观察不思考观察化学实验,不只是动动眼睛和其它感官就行了,还要开动脑筋去分析和判断。如在观察实验室制氧气的实验时,只有同时思考“为什么实验前应先检验装置的气密?”“试管口为何要略向下倾斜?”“实验结束时,为何要先将导管从水槽中取出,后熄灭酒精灯?”等问题,才能达到“知其所以然”的目的。五、弄清概念,防止张冠李戴有些化学实验的概念容易混淆,若没有搞清它们之间的区别,在描述实验现象时就易出现张冠李戴的错误。如“光”与“火焰”、“烟”与“雾”、“浑浊”与“沉淀”、“溶解”与“熔化”等概念极易混淆,只有注意了它们的区别,才能正确描述这类实验现象。六、要防止用结论代替现象进行描述现象是事物的表面特征,而结论是通过对现象的分析得出的事物的本质特征,二者有联系、但不能相互代替,如镁条在氧气中燃烧的现象之一是“有白色粉末产生”,而不能描述为“有氧化镁产生”。否则.就不是实事求是的态度。
农艺性状
从表1可以看出,团棵期和旺长期株高、最大叶面积各处理间没有显著差异,但总的趋势表现为:在团棵期化肥CK处理株高与最大叶面积略高于其它处理,秸秆肥处理最低;在旺长期与现蕾期,豆饼肥处理株高略高于CK,有机肥处理的最大叶面积高于CK。有效叶片数各处理与CK差异显著,CK处理显著高于其余处理。在烤烟生长后期,有机无机配施处理促进了烟株的株高与最大叶面积。
烤烟生物量
根干重、叶干重和总干质量在各处理之间均无显著差异(表2),但表现趋势为:烤烟打顶后,根干重农家肥大于其余处理;叶干重CK最低,豆饼肥处理最高,质量从高到低排序为豆饼处理>商品有机肥处理>农家肥处理>秸秆肥处理>CK;总干质量为豆饼处理>商品有机肥处理>农家肥处理>CK>秸秆肥处理。茎干重秸秆肥处理显著低于CK,其余无显著差异。从烟叶干重和总干质量来看,豆饼肥处理表现最好。
烤烟铅含量
从图1看出,各处理的烟株根茎叶器官铅含量表现为:根>叶>茎,说明铅在烟株根系中富集较多。根系铅含量的各处理间差异显著,依次为商品有机肥处理<农家肥处理<豆饼肥处理<秸秆肥处理<CK;茎铅含量为秸秆肥与豆饼肥处理略高于CK,而农家肥与商品有机肥处理略低,但各处理间无显著差异;叶铅含量以商品有机肥处理显著低于CK,其余处理略低于CK,但差异不显著。由此可见,有机肥与无机肥配施可降低烟株根系与叶中铅含量,农家肥处理与商品有机肥处理表现较好,尤以商品有机肥处理最好。
烤烟镉含量
从图2可看出,各处理烟株镉均以叶中含量最高,根与茎次之,说明镉在烟株叶片中富集较多。根系镉含量为秸秆处理与豆饼肥处理显著高于CK,农家肥与商品有机肥处理略高于CK,但差异不显著;茎中镉含量各处理均低于CK,秸秆、豆饼肥处理与CK差异不显著,农家肥处理与商品有机肥处理显著低于CK,分别降低了42%与34%左右。叶中镉含量豆饼肥处理高于CK,而农家肥处理、秸秆肥处理与商品有机肥处理低于CK,各处理间差异均不显著,农家肥处理与商品有机肥处理表现较好,分别降低了33.29%与30.85%。由此可见,有机肥与无机肥配施因有机肥种类不同,烟株对镉的吸收反应不同,农家肥处理与商品有机肥处理表现较好,尤以农家肥处理最好。
铅在烟株不同器官的积累与分配
从表3可知,烟株叶片铅累积量为豆饼肥>CK>秸秆肥>农家肥>商品有机肥处理;烟株铅累积量为CK>豆饼肥处理>秸秆处理>农家肥处理>商品有机肥处理;商品有机肥最低。从图3可知,铅分配率各处理均以根系最高,达到46.48%~60.91%;叶片次之,30.59%~42.27%;茎部最低,仅8.50%~14.34%。
镉在烟株不同器官的积累与分配
从表4看出,镉累积量在烟株根、茎、叶与全株中均以豆饼肥处理高于CK;而农家肥处理、秸秆肥处理与商品有机肥处理低于CK,农家肥处理最低。从图4看,镉分配率各处理中均以根系最低,仅有6.30%~9.74%;茎次之11.68%~15.34%;叶片最高,占总吸收量的78.03%~81.39%。
众所周知,微软公司的Word软件在文字处理方面功能强大,已广泛应用于科学研究的各个领域。但Word本身不具备数据运算功能,绘图功能也有限。Matlab是MathWorks公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它是一个高度集成的系统,集科学计算、图像处理、声音处理于一体,具有极高的编程效率。如何把Matlab的数值处理和绘图功能与Word结合起来,扩展Word的功能,使二者能协调地进行工作,本文将就此问题作一探讨(以Matlab6.5和Word2002为例)。
在土工试验的数据处理过程中,经常需要用图形法来描述试验结果,然后通过查图法来求得所需试验参数,例如在土的颗粒分析试验中,需要绘制级配曲线来确定土料的限制粒径和有效粒径以及,从而计算土的不均匀系数和曲率系数;在土的击实试验中,需要用击实曲线来体现试验结果,通过查图找出最大干密度和最优含水率;在土的三轴试验中,需要绘制摩尔圆来确定土的凝聚力C和内摩擦角φ。以前的处理方法是手工绘制或使用EXCEL工具中的图表功能,但是仅局限于其图形功能,而不能进行数值计算,相应的数值计算则需要人工进行。MATLAB不仅提供了图形功能,还增加了计算功能,使数据处理工作进一步简化。
2Matlab和Word的链接
2.1安装MatlabNotebook
有两种方法:一种是从Matlab系统中安装:首先启动Matlab6.5,在命令窗口运行函数命令“notebook-setup”(中间有一空格)。回车后命令窗口出现如下提示:
>>Notebook-setup
WelcometotheutilityforsettinguptheMATLABNotebookforinterfacingMATLABtoMicrosoftWord(欢迎建立MatlabNotebook与Word的公用程序)
ChooseyourversionofMicrosoftWord:(选择你所使用的Word版本)
[1]MicrosoftWord97
[2]MicrosoftWord2OOO
[3]MicrosoftWord2002(XP)
[4]Exit,makingnochanges
MicrosoftWordVersion:3(我们这里选择3)
然后命令窗口出现如下提示:
Notebooksetupiscomplete.(MatlabNotebook安装完成)
另一种方式是把C:/Matlab6p5/notebook/pc/M_book.dot文件直接拷贝到C:/ProgramFiles/Microsoftoffice/office10/2052目录下。
Matlab与Word互相调用的方法:(也可以作为安装是否成功的检测方法)
(1)在Matlab中调用Word:在Matlab命令窗口直接输入notebook命令,系统会自动启动Word,其主菜单栏中将增加Notebook一栏。
(2)在Word中调用Matlab:启动Word,然后选择“文件”菜单下的“新建”,在“根据模板新建”中选择“通用模板”,然后选择M-book文档。按确定后系统会自动启动Matlab。
2.2Notebook的使用指令
Notebook某种意义上即是Word中的M-book,Notebook是通过动态连接库和Matlab交互的,交互的基本单位称为细胞(Cel1)。交换的信息,称为“细胞(群)”。M-book需要把在Word中输入的Matlab命令或者语句组成细胞(群),传送到Matlab中运行,运行输出结果再以细胞(群)的方式传送回M-book中。这样Word中的输入细胞(群)下面会出现计算结果以及仿真图形。
“输入细胞”是由M-book传送给Matlab的命令,可以多行,也可以是包含在文本中的命令或者一段Matlab程序。“输出细胞”是由Matlab回传给M-book的计算结果。“自活细胞”是用[Notebook]菜单中[DefineAutoInitCel1]命令定义的输入细胞,它和输入细胞不同之处是:每次打开M-book时会自动运行自活细胞,而不会运行输入细胞;自活细胞字符用深蓝色标注,而输入细胞用绿色标注。“细胞群”是包含多句Matlab命令的多行输入细胞或自活细胞。
生成输入细胞:在Word中,用文本格式输入指令,然后选中该部分,在[Notebook]菜单中用[DefineInputCel1]命令,这样M-book会把普通文本生成“输入细胞”,并用黑色括号把指令括起来,指令变为绿色字体。
然后在[Notebook]菜单中用[EvaluateCell]选项,可以实现把生成细胞传送到Matlab中运算,运算结果会自动回传到M—book中,运算结果为蓝色标识。细胞群和细胞的操作相似。
Notebook还提供了计算区(CalcZone),它把M-book分成几个相互独立的部分,包括:描述一个特定问题或特定操作文本,输入细胞,输出细胞。当定义一个计算区时,Notebook将该部分和M-book其它部分独立出来,它的定义以及运行和输入细胞的操作相似。
Notebook还提供了细胞的循环运行,首先选定欲重复运行的输入细胞(一定要是绿色细胞),接着在[Notebook]菜单中选[EvaluateLoop]选项。[Notebook]菜单功能如下表l所示。
表1Notebook菜单功能
菜单项
快捷键
功能
DefineInputCell
Alt+I
定义输入细胞
DefineAutoInitCell
Alt+A
定义自活细胞
DefineCalcZone
Alt+Z
定义计算区
UndefineCells
Alt+U
将细胞转为文本
PurgeSelectedOutputCells
Alt+P
从所选篇幅中删除所有输出细胞
GroupCells
Alt+G
生成细胞群
UngroupCells
将细胞群转换为输入细胞和自活细胞
Hide(Show)CellsMarkers
Alt+C
显示(隐藏)生成细胞中的中括号
ToggleGraphOutputforCell
是否嵌入生成图形
EvaluateM-book
Alt+R
运行整个M-book中的所有输入细胞
EvaluateLoop
Alt+L
多次运行输入细胞
EvaluateCell
Ctrl+Enter
运行输入细胞
EvaluateCalcZone
Alt+Enter
运行计算区
BringMATLABtoFront
Alt+F
将MATLAB命令窗口调到前台
NotebookOptions…
Alt+O
设置数值和图形输出格式
3MATLAB软件在土工试验中的应用
3.1图形的形成
颗粒分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数的方法,借以明了颗粒大小分布情况,供土的分类及概略判断土的工程性质及选料之用。其试验结果需要提供级配曲线、不均匀系数和曲率系数。表2为一组颗粒分析试验测定值:
表2土料级配
颗粒直径(mm)
0.1
0.05
0.02
0.01
0.005
0.001
颗粒含量(%)
100
94.68
72.10
41.82
27.13
11.69
在使用MATLAB软件进行资料处理时,首先调用已有的数据文件,把颗粒直径数组附值给x,把对应的百分含量数组附值给y,对颗粒直径取对数,建立关于颗粒直径的对数与小于该粒径的百分含量的三次样条函数关系,在给定的粒径范围内,细化粒径数组,对于给定的取对数后的颗粒直径求解其对应的百分含量,进行内插,然后利用MATLAB的图形功能在半对数坐标中绘制级配曲线(包括试验数据(虚线)和三次样条曲线(实线))。操作过程如下:在安装好Notebook后,启动Word,然后选择“文件”菜单下的“新建”,在“根据模板新建”中选择“通用模板”,然后选择“M—book文档”,按“确定”后Matlab就会自动启动,Notebook即可使用。
在M—book输入如下内容:
x=[0.10.050.020.010.0050.001];
y=[10094.6872.1041.8227.1311.69];
x1=log10(x);
y1=y;
xx=-3.0:0.04:-1;
pp=spline(x1,y1);%三次样条插值
y2=ppval(pp,xx);%分段多项式估计函数
x2=10.^xx;
semilogx(x,y,''''--'''',x2,y2)
xlabel(''''颗粒直径(mm)'''')
ylabel(''''小于某粒径之百分含量(%)'''')
title(''''级配曲线'''')
选中这些文字,在[Notebook]菜单中选用[DefineInputCel1],然后选用[EvaluateCel1],即可在Word中绘出图1所示图形。
3.2参数计算
通过上述过程.生成了该土料的级配曲线,而试验提供的各项参数则需要通过计算求得。利用MATLAB软件提供的函数功能对已经形成的三次样条曲线重新建立关于小于某粒径的百分含量与颗粒直径的对数之间的函数关系,即原函数的反函数,求解给定含量所对应的颗粒直径的对数值,并将其还原,分别计算,然后利用公式:
计算不均匀系数和曲率系数。
在M-book输入如下内容:
pp=spline(y2,xx);
x10=ppval(pp,10);
d10=10^x10
x30=ppval(pp,30);
d30=10^x30
x60=ppval(pp,60);
d60=10^x60
Cu=d60/d10
Cc=d30^2/(d60*d10)
选中这些文字,在[Notebook]菜单中选用[DefineInputCel1],然后选用[EvaluateCel1],则可在Word中直接计算并输出结果:d10=9.4293e-004,d30=0.0063,d60=0.0152,Cu=16.1330,Cc=2.7415
通过以上过程,利用MATLAB程序设计语言在Word中完成了对土的颗粒分析试验的数据处理过程。
4结语与说明
把Matlab6.5和Word结合,充分利用两者的优点,实现软件的“强强联合”,会给我们在撰写科技报告,论文、专著以及电子教案时提供了很大的方便,程序、计算结果以及仿真出的图形都可以同时在Word文档中,并且可以随时修改计算命令,随时计算并绘制图形。当然,它也存在一些不足,如带鼠标的图形交互指令不能在M-book文档中运行,Matlab指令在M-book文档中运行速度较慢等。
MATLAB最重要的特点是易于扩展。它允许用户自行建立完成指定功能的M文件,从而构成适合于其它领域的工具箱。对于一个从事特定领域工作的工程师,不仅可利用MATLAB所提供的函数及基本工具箱函数,而且可以方便地构造出专用的函数,从而大大扩展了其应用范围。MATLAB语言具有强大的图形及计算功能,尤其是在矩阵运算方面更是如此。本文所涉及的内容仅是其中很少的一部分。如果能建立一个数字模拟系统来模拟土工试验,将会产生极大的影响。
参考文献:
[1]张养安、刘林章,MATLAB软件在数据处理中的应用,水土保持研究,2005年8月.
[2]姜长元,Matlab和Word的链接及应用,洛阳师范学院学报,2005年第二期.
关键词:加筋土界面摩擦特性拉拔试验土工格栅
一、概述
现代加筋土技术是由法国工程师HemiVida1于20世纪60年代首先提出的,并于20世纪80年代初引入我国,现已在水利、铁路、公路、港口和建筑工程中得到大量应用,解决了许多土木工程中的技术难题,取得了良好的社会和经济效益,因而该技术得以蓬勃发展。
加筋土结构中,筋土间的摩擦特性对结构的性状有着十分重要的影响。工程应用中,筋土间的摩擦特性通常由室内摩擦(剪切)试验、拉拔试验或现场足尺试验来测定。前者主要用于验算筋土界面的抗剪切强度,后者则用来确定土中筋材受拉时的抗拔强度。目前,用于加筋土技术的筋体材料大致可分为两类,一类是刚度较大的刚性筋材,如各种钢筋质的条带;另一类是刚度较小的柔性筋材,如各种土工织物及土工格栅。从目前应用来看,以柔性筋材居多。一般认为,对刚度较小的土工合成材料,用直剪摩擦试验确定其强度参数较符合实际;对刚度较大的材料,则采用拉拔试验更适宜。
二、拉拔试验研究现状
有关拉拔试验的作用机理、试验设备、试验方法及取值标准,国内外仍处于探索阶段,目前还没有推出一种标准的试验设备,大多是结合直剪摩擦试验,将同一仪器略加改进来实施拉拔试验。拉拔试验的原理是摩擦作用,通过施加正应力,使筋材与土体之间紧密结合,从而利用彼此界面上的静摩擦力抵抗外力(拉拔力)。研究表明,筋材在填料土体中的实际有效受拉长度(产生摩擦作用的长度)与拉拔力大小是有关的,试验测得的筋材刚被拉动瞬间的拉拔力视为界面摩擦强度,不同性质的填土及不同规格和材质的加筋材料,其界面摩擦强度是不一样的。影响拉拔试验结果的因素很多,主要有以下几个方面:土与盒(箱)壁间的摩擦作用、填料的压实度、填料的含水量、拉拔速度、筋材水平埋入长度等。目前,用于拉拔实验结果的分析方法主要有极限平衡法和有限元法。极限平衡法原理简单但不能分析破坏过程中筋土产生的应力、应变和位移,无法给出拉拔破坏前筋材产生的位移和应变的充分信息。而有限元法比较适合分析筋材在土中的位移、应变和变形破坏规律,能模拟试验过程,并对测试数据加以处理,其分析结果的可靠性也依赖于不同的因素,如有限元种类、用于建立不同加筋土模型的本构关系和本构模型的参数等。
三、拉拔试验目前取得的主要成果及发展方向
1.拉拔试验目前取得的主要成果
目前,国内有许多学者做过筋土界面的摩擦特性研究,采用不同加筋材料结合不同性质的填料土做拉拔试验,得到了一系列具有参考价值的结论。西南科技大学的何友芳等人做了土工格栅与铜矿尾矿界面作用特性的实验研究,获得了筋土之间的剪切强度系数(C、Φ)、似摩擦系数f*等结果,并对它们的影响因素进行了分析与探讨。昆明理工大学的黄英等人做了不同排水条件加筋红土三轴试验研究,他们以玻璃纤维和土工布作为加筋材料,对比研究了红土在三种不同排水条件下加筋前后的抗剪强度特性。天津市政工程研究院的吴景海用5种不同种类的国产土工合成材料为加筋材料,以砂和石灰粉煤灰为填料进行拉拔试验,比较了各种土工合成材料与填料的界面摩擦特性。中南大学的徐林荣、吕大伟等人做了筋土界面参数的拉拔试验过程划分研究;提出了当量拉拔位移的概念,并将筋土界面的拉拔试验过程划分成可获取不同位移状态下筋土界面参数的两大部分和三个阶段,据此,可合理获取适用于极限平衡和工作力状态下的筋土界面参数。上海交通大学的张鹏等人针对土工织物筋土接触面的软化和塑性流动现象,根据拉拔试验的结果,提出了剪应力与位移关系的三阶段弹塑性模型,并通过有限差分法进行求解,得到了拉拔试验中的非线性位移、应变、拉力和剪应力等参量。此外,上海交大的肖朝昀、王建华等人还做了土工织物拉拔试验接触面的蠕变研究,探讨了接触面蠕变对筋材应力及位移的影响。最后,要着重提到的是长沙理工大学为实施西部膨胀土课题研究开发了大型数控拉拔试验系统。新开发的拉拔试验系统由拉拔测试主机、数据采集系统、压力伺服控制系统及压实与起吊辅助设备4部分组成。设备有5大主要特点:①具有较大的尺寸;②加载方式科学;③实现了多点测量及数据采集的自动化;④夹具的设计有创新;⑤试验辅助设备齐全。经试验操作表明,该仪器性能稳定,使用效果良好,所得数据准确可信。
2.目前拉拔试验的发展方向
拉拔试验的目的是研究土与土工合成材料的界面性质,必须准确记录试验中所施加的压力、拉力和土工合成材料的水平位移,因此,试验的测试系统至关重要。因此,开发大型的数控拉拔试验系统迫在眉睫,它也是拉拔试验研究的热点和发展趋势。人们已经注意到筋材的加筋作用不仅发生在接触面和界面上,而且还发生在界面以外的土体内,使筋材周围一定范围内的土体形成了“加筋土体”。也就是说加筋的主要作用在于增强了土的整体性,使土由散体变为有一定连续性的介质,正是它构成了土中加筋的机理所在。然而,如何通过拉拔试验对此加以验证,是当前土工合成材料界面特性研究急待解决的难题。此外,对柔性边界条件的模拟也越来越受到关注。初期研制的绝大多数拉拔仪,格栅是在试验箱刚性前壁端零位移条件下被拔出,然而在现实的加筋土结构中,不少采用格栅反包形成设计坡面,并非刚性支护,考虑到实际工程中这种柔性边界条件,日本的NagaokaUniversityofEchnology的SugimotoM和AlagiyawannaANN在箱体前壁加上一气囊作为柔性支撑,可以更好的模拟现场实际,并且发现其测试结果(格栅端部的应力应变)也与刚性支撑有一定的差异。四、目前拉拔试验存在的问题及建议
目前,拉拔试验在研究筋土界面摩擦特性方面主要存在以下几个方面的问题:1,试验仪器的问题。到目前为止,还没有形成一个标准的拉拔试验仪器,目前拉拔试验大都是在经改装的直剪仪上进行,由于仪器的尺寸受到限制,加之量测的误差,导致试验结果不准确。2,影响筋土界面摩擦特性的因素太多,十分复杂。目前,很多拉拔试验都是在实验室内进行,填料也是事先设计好的,这里就存在一个问题,如何选择填料,使试验中的筋土界面能够模拟实际工程中的筋土界面特性。否则,我们做出来的试验结果适用性不大。3,缺乏系统和全面的拉拔试验。目前,虽然很多人做过筋土的拉拔试验,但都是针对一个具体方面的研究,没有对拉拔试验各个影响因素或者说试验元素进行全面系统的试验研究。因此,导致在实际工程中,往往缺乏相关的试验数据作为设计依据!4,理论分析与试验研究相对工程实际明显的滞后。到目前为止,对于加筋机理还不十分清楚,主要是缺乏实验验证。这就导致在实际工程中,缺乏理论的指导,有时候往往是凭经验或者并不可靠的数据来进行设计和施工,这也给我们的工程带来安全隐患。
针对以上问题,我们因该从以下几个方面进行努力:首先,我们应该尽快研制出标准化及科学化的拉拔试验仪器,毕竟试验仪器决定了试验结果的可靠性,并且制定相应的试验规程。目前的试验规程过于简单化。新的试验规程应该包括:仪器设备、筋体材料、填料性质、试验方法及试验结果的记录与分析等内容。其次,我们应该进行多种工况下的拉拔试验研究,研究不同加筋材料在各种不同性质填料中的界面特性。弄清楚各种因素的影响范围、程度及机理,将试验结果进行整理、规范化,制成手册,以供设计和施工人员参考之用。最后,我们还是应该多多结合工程实际,将理论研究与工程实际紧密联系起来,有条件的时候,可以进行现场的原位试验,从而得到更符合实际的可靠的数据来有效的指导我们的施工。
五、结语
随着加筋土技术的不断发展及广泛应用,研究筋土界面特性的拉拔试验必然得到重视及发展,相信随着计算机科学的发展,拉拔试验仪器将会被研发出来,试验方法也将会得到改进。随着试验手段的进步,我们必将最终弄清加筋土的加筋机理,从而建立系统完善的加筋土设计理论与方法,更好的指导我们的加筋土工程的施工,为我们的土木工程事业做出更大的贡献。
参考文献
[1]杨和平,万亮,谭波.土工格栅拉拔试验研究的现状与发展.长沙交通学院学报,2006年3月.第22卷第1期.
[2]何友芳,尹光志,张东明.土工格栅与铜矿尾矿界面作用特性的实验研究.重庆建筑大学学报.2006年4月.第28卷第2期.
[3]黄英,符必昌,金克盛,等.不同排水条件加筋红土三轴试验研究.昆明理工大学学报(理工版).2006年2月.第31卷第1期.
[4]吴景海.土工合成材料界面作用特性的拉拔试验研究.岩土力学.2006年4月.第27卷第4期.
[5]徐林荣,吕大伟,顾绍付.筋土界面参数的拉拔试验过程划分研究.岩土力学.2004年5月.第25卷第5期.
1将化学实验过程作为研究性学习的一种重要途径
1.1化学的学科特征决定了化学实验可以作为研究性学习的途径
“以实验为基础”是化学学科的基本特征。即使在由经验化学向理论化学发展的今天,化学实验仍然是化学学科发展的最现实、最生动、最有效的物质载体。
学科的基本特征决定了学科的学习特点,在实验中学习化学无疑是最有效而又最重要的化学学习方法之一。在化学实验中,学生通过实验研究和认识物质,掌握化学基本原理和基本技能,初步学会化学研究的实验方法。化学科学以实验为基础的学科特征,更有利于学生进行化学研究性学习。
1.2化学实验本身就是科学研究的过程
化学实验是人们认识和研究物质的一种科学方法,是人们根据研究的对象和研究的目的,创造性地运用科学知识和实验手段,有计划地实施研究性实践活动的过程。因此,化学实验过程本身就是一个创造性地研究的过程。化学发展的历史也充分证明:化学科学的任何一项重大的突破,无一例外地是经过化学实验而取得的。正如波义耳所说,没有实验,任何新的东西都不能深知。中学生化学学习中的化学实验,虽然绝大多数是对物质及其变化的再认识,但从本质上看,这一过程与科学家进行的科学研究中的化学实验是一致的。当化学实验被用作研究性学习的途径时,化学实验的创造性和研究性便充分显示出来。学生在实验过程中积极地动脑动手,体验科学家科学研究的过程和方法,获得科学研究的乐趣和成功的喜说。所以,在学生的化学学习过程中,完全可以利用实验这个手段进行研究性学习。
1.3化学实验为研究性学习中验证提供了科学方法
和科学家进行的科学研究一样,研究性学习也具有问题特征、收集信息特征、假设特征、验证特征和评价反馈特征。学生在研究性学习中,针对发现的问题,在回忆总结已有的知识和经验、收集和整理信息的基础上,作出大胆假设或猜想,并通过化学实验对提出的假设或猜想进行证实或证伪。所以,化学实验不仅是学生研究性学习时验证假设或猜想的主要方法,也为学生将来从事科学研究提供了一种方法。
2化学实验作为研究性学习途径的教学策略
在化学教学中提倡和鼓励学生通过化学实验进行研究性学习,要充分挖掘化学实验在研究性学习中的功能,发挥化学实验在研究性学习中创设问题情境、验证假设或猜想等环节中的作用,研究开发研究性实验,引导学生通过实验去发现和研究解决问题的方法,在化学实验中培养学生的科学素质,实现学生的学习方式由被动接受式学习向主动研究性学习的根本转变。
2.1以化学实验创设问题情境
研究性学习是学生在发现“问题”的情境下产生的一系列学习活动。问题激发起学生研究的欲望,问题引发了学生的研究活动。在化学学习中,除学生自主地发现问题外,教师更要通过各种途径创设问题情境,引导学生发现和提出问题。而化学实验是最形象、生动、直观的创设问题情境的方法之一。
以化学实验创设问题的情境,要特别注重化学实验中学生观察和思维能力的培养。化学实验现象纷繁复杂,有目的、有条理的敏锐观察和深刻的思考才能从复杂的化学实验现象中发现问题。
以化学实验创设问题情境,要注意将与人类生产、生活密切联系和学生熟悉、感兴趣的内容开发成化学实验。因为学生在其感到熟悉和认为有用的情境别能发现问题和产生解决问题的迫切欲望。
以化学实验创设问题情境,要使化学实验呈现的问题处于学生的最近发展区。影响化学实验现象的因素很多,产生的化学实验现象也错综复杂。教学中要通过精心设计实验方案、严格控制实验条件等多种途径,以最佳的实验方式呈现化学问题,使学生通过努力能够顺利地解决化学实验呈现的问题。
2.2以化学实验验证假说或猜想
在研究性学习中,学生针对提出的问题,经过多渠道的收集信息和深入的思考,将会提出有关问题解决的方案和问题答案的假设或猜想。通过化学实验对提出的猜想或假设进行验证,是学生进行化学研究性学习常用的方法。
以化学实验验证假说或猜想,要面向全体学生,让每个学生都有体验和经历用化学实验验证假说和猜想的机会。教师要指导学生,特别是要帮助和指导那些有困难的学生完成设计方案并进行实验。
以化学实验验证假说或猜想,要注重引导学生设计一些与假设或猜想“相违背”的实验方案和采用反证的实验方案,以培养学生的分析综合、抽象演绎的思维方法和批判性思维能力。如学生在进行质量守恒定律的学习时,可能会提出化学反应前后物质的总质量会增大、不变和减少三种不同的假设,并根据假设设计实验方案进行实验验证。
以化学实验验证假说或猜想,实验中要严格控制实验条件。研究性学习中验证假说或猜想的实验方案,在不同的条件下,可能会产生不同的实验现象,要使实验能够用来验证假说或猜想,实验条件必须与题设条件相吻合。通过实验验证过程中对实验条件的控制和选择,使学生在研究过程中了解到实验条件控制是实验的灵魂,从而有效地掌握科学研究的方法。
2.3充分发挥化学实验的研究功能
在化学教学领域中,长期以来人们过分夸大了实验所起的验证原理、通过形象直观的方式获取知识和培养实验技能的作用。以化学实验作为研究性学习的途径,就必须变“验证性实验”为“研究性实验”,恢复化学实验研究性的本来面貌。
充分发挥化学实验的研究功能,要不断研究开发适合于研究性学习的化学实验,要注意从生产、生活实际中挖掘素材设计实验方案,因为来源于生产生活实际的实验研究性强,能极大程度的调动学生研究的主动性,使学生产生强烈的研究欲望。
3通过化学实验进行研究性学习应注意的问题
3.1引导学生通过多种途径进行研究性学习
化学实验是研究性学习的重要途径,但并非是惟一的途径。有些内容用研究性学习并不一定需要通过化学实验来进行,特别是对学生具有较多知识背景的内容和物质微观结构的学习更是如此。如学生对原子结构模型提出质疑,我们无法通过实验进行研究,但可以通过化学史料,沿着科学家的研究足迹,去想象、去思考。有些内容的研究性学习可以通过包括化学实验在内的多种途径来进行。
3.2营造良好的研究性学习的氛围
学生对事物有天然的好奇心和研究的愿望,学习的进行很大程度上取决于这种自然倾向的激发。教师必须注意给学生营造宽松、民主、自由的气氛。英国哲学家约翰·密尔曾说过:天才只能在自由的空气里自由自在地呼吸。在通过化学实验进行研究性学习过程中,鼓励学生大胆地提出实验方案,即使是在对学生提出的不全面、不完善甚至错误的实验方案,也要以表扬鼓励为主,充分肯定学生在提出实验方案过程中的主动参与精神和创新意识。