一种多用途实验演示装置的设计与试验_杨婷.pdf

0 引言自然科学类课程（如化学、物理、生化等）在理工农医类高校课程中占有非常重要的地位,一般都在大学一年级以公共必修课的形式开设。其主要目的就是通过这类课程的学习让学生掌握扎实的基本理论知识,培养学生的逻辑思维能力；同时通过验证性、综合性及创新性的实验项目,培养学生的实验能力、操作能力和创新思维能力,帮助学生理解和运用所学的知识分析问题、解决问题,为后期其他专业课程的学习以及科研能力的培养奠定基础1-3。但是,自然科学课程的教学经常存在研究结构复杂、理论性抽象,学生在学习过程中难免出现枯燥乏味,晦涩难懂一种多用途实验演示装置的设计与试验杨婷1 赵檑2*（1 昆明医科大学海源学院,云南 昆明 650106；2 云南开放大学,云南 昆明 650033）第一作者简介：杨婷，硕士，副教授。通信作者简介：赵檑，硕士，副教授。基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目(编号：2021J0882)。的情况；同时传统的课堂教学和实验教学是分离教学,尤其是实验课程与理论课程学习内容不一致时,会造成学生对重难点存在理解困难的情况,严重影响学生对该类课程的学习。大量教学实践证明4-8,在理论课程讲授过程中进行丰富多彩、形象生动的教学示教有助于凝聚学生的注意力,减少无效、低效的课堂活动,提高课堂教学的质量和效率,激发学生课堂学习的原动力,提高学生对课程的兴趣9。目前,传统的示教方式是教师站在讲台上进行示教,学生在下面进行观看学习。示教器具一般都放置在三侧均有挡板的多媒体设备讲台上,使得部分学生无法直接看到教具和实验的全部内容,从而使教学效果大打折扣。而如果要让学生全方位完整观看,就需要教师将器具举高并多角度展示。这种演示方式既费时、费力,又降低了示教的效率性。为避免上述缺点,课题组成员在前期调研的基础上,结合教学实际,设计了一种新型实用的多用途实验演示装置。1 装置的总体设计方案装 置 主 要 包 含 以 下 几 个 部 分（见 图 1）：装置主体（1）的底端固定安装有底箱（2）,底箱底端四角处均固定安装有支撑腿（3）,支撑腿底端固定安装有吸盘（301）；底箱顶端固定安装有电动伸缩杆（201）及四组伸缩支杆示教实验演示在自然科学的课程教学中具有重要的作用,有助于学生更好地理解知识,提高教师的课堂教学质量。目前市场上对于多功能的示教实验装置基本处于空白阶段,市场上存在的装置功能也比较单一。文中新设计的多用途实验演示装置可以通过调节高度、360平台旋转、固定实验仪器、储存废液等多种功能满足教师和学生的多样化需求。56科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论（202）；在电动伸缩杆及支杆的顶端固定安装有升降板（5）；底箱内部一侧设有废液箱（4）,其顶端固定安装有漏斗（401）,且废液箱一侧固定安装含阀门（403）的排液管（402）；升降板（5）的顶端固定安装有电机箱（6）,电机箱内部底端固定安装有第一固定座（601）,第一固定座的顶端固定安装有电机（602）,且电机内转轴的输出端通过联轴器与减速机（603）内转轴的接收端连接,减速机内转轴的输出端通过联轴器与连接转轴（604）的底端相连接,连接转轴的顶端固定安装有顶板（7）；顶板的顶端设有滑槽（701）,滑槽内安装有双向丝杆（702）,双向丝杆的一端螺纹处安装有第一滑块（703）,其顶端固定安装有第一夹紧板（704）,第一夹紧板一侧固定安装有第一护垫（705）,双向丝杆的另一端螺纹处安装有第二滑块（706）,其顶端固定安装有第二夹紧板（707）,第二夹紧板一侧固定安装有第二护垫（708）；滑槽内部一端固定安装有第二固定座（709）,双向丝杆的一端与第二固定座相连接,且双向丝杆的另一端与顶板的一侧贯穿连接,且该端固定安装有转手（710）。2 装置的具体实施方式将示教器具放置于顶板（7）处,通过电动伸缩杆（201）的伸缩作用实现对顶板高度的调整,不仅利用教师操作,也能使后排学生更易看清平台上的演示。通过电机（602）带动减速机（603）,进而电动连接转轴（604）进行转动,从而实现顶板的 360转动,便于学生能全方位地对示教器具以及器具内的实验进行观察；同时通过转手（710）转动双向丝杆（702）,使第一滑块（703）和第二滑块（706）能相互靠近或者远离,从而实现第一夹紧板（704）和第二夹紧板（707）之间间距的调整,可对易碎示教器具起到保护效果。此外,若进行化学反应实验演示,可通过漏斗（401）将产生的废液倒入废液箱（4）中储存起来,待实验结束后可旋转阀门（403）从排液管（402）中排出。1装置主体；2底箱；201电动伸缩杆；202伸缩支杆；3支撑腿；301吸盘；4废液箱；401漏斗；402排液管；403阀门；5升降板；6电机箱；601第一固定座；602电机；603减速机；604连接转轴；7顶板；701滑槽；702双向丝杆；703第一滑块；704第一夹紧板；705第一护垫；706第二滑块；707第二夹紧板；708第二护垫；709第二固定座；710转手。图 1装置示意图57科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论3 装置的试验结果多数高校中的自然科学课程均由理论课和实验课组成,以基础化学课程为例,理论课教学中涉及分子模型、分子结构时需要教具模型辅助,将有利于学生深入理解。而实验课教学中,实验操作过程的示教对于学生理解实验内容,掌握操作技能具有重要的作用。课题组利用上述装置在实际课堂教学中进行试用,并对参与试用的 10 名不同学科教师进行了匿名问卷调查。结果显示（见表 1）,在自然学科课程中,教师更认同教学示教在课程教学中的重要性,大部分教师认为该装置具有可操作性、便捷性及可推广性。表 1 教师试用问卷调查调查内容问卷情况对于您讲授的课程，教学示教是否必要非常必要（8/10,80%），必要（2/10,20%）没有必要（0/10,0%）该装置是否对您的教学示教过程有帮助有（9/10,90%），没有（1/10,10%）该装置在教学示教过程中是否给您带来了方便有（9/10,90%），没有（1/10,10%）该装置是否能更好、更清晰的演示实验或教具是（10/10,100%），否（0/100，0%）该装置是否能更好地引起学生对示教过程的兴趣是（7/10，70%），否（3/10,30%）后续的教学示教您是否愿意继续使用该装置是（8/10，80%），否（2/10,20%）您是否愿意向其他教师推介使用该装置进行教学示教是（6/10，60%），否（4/10,40%）此外,课题组也对参与该装置试用班级的 419 名学生进行了匿名问卷调查。其中,3 个临床医学班级 318人,1 个口腔医学班级 101 人。共发放问卷 419 份,收回 417 份,有效问卷 407 份,有效率 97.60%。调查（见表 2）结果显示,相比起传统示教平台,大多数学生更愿意接受这样的新型示教装置,认为该装置自动化程度较高、使用便捷。同时,装置的试用也激起了部分学生投身科研的兴趣,表示愿意加入后期进一步改进工作中。教学示教是教师进行演示,学生观察,教学双方协调活动的重要因素,它能提供鲜明、准确、生动的感性材料,帮助学生形成概念原理,增强学生对理论知识的直观认识,帮助学生从宏观向微观过渡,使概念、原理容易理解,使知识形象化,便于记忆；还可以培养学生的观察能力、分析能力和推理能力,并帮助学生养成正确、规范化的操作技术和实验习惯10-11。因此,做好教学示教是提高自然科学类课程教学质量的一个重要环节。目前市场上存在的示教装置功能比较单一,无法满足教师和学生的需求。新设计的示教实验装4 结语58科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论表 2 学生试用问卷调查调查内容问卷情况您认为在学习自然科学的课程中是否需要教学示教（包括示教实验）作为辅助教学有（353/407,86.73%），没有（26/407,6.38%）无所谓（28/407,6.89%）教学示教（包括示教实验）是否能帮助您更好地理解课程内容的学习非常有（156/407,38.33%），有（220/407,54.05%）没有（31/407,7.62%）本次课程的教学示教（包括示教实验）是否有助于您提高对该课程的兴趣非常有（56/407,13.76%），有（200/407,49.14%）没有（151/407,37.10%）本次课程所使用的示教演示装置相比起传统示教装置是否更方便您的观看和学习非常有（171/407,42.01%），有（218/407,53.56%）没有（18/407,4.43%）该演示装置吸引您的地方主要是哪里电 动 化 程 度 高（25/407,6.14%），能 调 节 高 度（150/407,36.86%）演示台能 360旋转（232/407,57.00%）您是否愿意让任课老师在后续的教学示教（包括示教实验）中继续使用该装置愿意（380/407,93.37%），不愿意（27/407,6.63%）置具备多种功能,能更好地给教师的教学示教带来便捷和帮助,极大地方便学生观看和学习,对教学质量的提升起到积极促进的作用；同时新装置设计与开发也为师生树立了良好的科研风气。参考文献1 单 莉 娅,张 忠 双,赵 磊,等.可 视化教学在医学机能实验学示教环节中的应用 J.农 垦 医 学,2016,38（2）：171-1732 吴 忠 铁,王 晓 琴,高 忠 虎.一种 多 孔 型 孔 口 应 力 集 中 教 学 演 示 装 置的 研 制 与 应 用 J.中 国 现 代 教 育 装备,2022,3(381):69-79.3 梁月琴,牛龙刚,崔丽娟,等.机能系统性实验教学中计算机虚拟仿真应用探讨 J.基础医学教育,2015,17（10）：918-9204 李潮锐.基于虚拟仪器技术的远程物理实验及示教 J.物理实验,2018,38（5）：37-39 5 杨明鄄.生理示教实验的教学体会 J.卫生职业教育,2005,13（2）：29-316 赵映荷.分子性质的实验探究与创新设计J.化 学 教 育（中 英 文）,2013（3）：55-587 安志兴,葛亚明,刘俊伟,等.实验示教改革提高兽医产科学课程教学效果 J.黑龙江畜牧兽医,2010,24（4）：25-268 陈迪妹,叶剑强,吴丹.模型辅助教学对化学高师生实验演示技能培养的影响研究 J.化学教育（中英文）,2017,38（12）：44-489 王抒.怎样上好生化实验课的示教实验 J.中 国 医 药 指 南,2008,6（18）：132-13410 黄俊娴.关于化学课堂演示实验的几点看法 J.中国科技信息,2008（16）：23211 梁红莲,王树军,傅丽,等.演示实验在大学物理化学课堂教学中的应用 J.化学 教 育（中 英 文）,2021,42（8）：43-48关键词：示教；实验演示；装置设计59科技视界Science&Technology Vision NEW THEORY OF SCIENCE&TECHNOLOGY科技新论