实验设计课题研究论文(五篇)：初中数学实验设计思考、大学物理探究性实验设计… 实验设计课题研究论文（五篇）内容提要：1、初中数学实验设计思考2、大学物理探究性实验设计3、机床导轨直线度测量虚拟实验设计4、美国科下面是小编为大家整理的实验设计课题研究论文(五篇)：初中数学实验设计思考、大学物理探究性实验设计… ,供大家参考。
实验设计课题研究论文（五篇）
内容提要：
1、初中数学实验设计思考
2、大学物理探究性实验设计
3、机床导轨直线度测量虚拟实验设计
4、美国科学小实验设计
5、多指标正交实验设计
全文总字数：16415字
篇一：初中数学实验设计思考
初中数学实验设计思考
［摘要］ARCS模型以期望价值和教学设计客观理论为依据，受到注意、关联、自信心、满意这四个因素的影响，数学实验设计亦可围绕这四个心理元素进行发展性设计，其目的是激发和维持学生学习动机.［关键词］ARCS模型；数学实验设计；学习动机
1注意———实验设计的心理基础
在数学实验范畴内，“注意”是针对唤起感知、好奇心以及唤起后的心理变化而设计的问题刺激块，让秩序化的数学活动成为激发学生学习动机的有力载体.一般情况下，可将注意分为有意注意和无意注意，有意注意是主体求知欲意志作用的结果，是激发学习动机的外在条件；无意注意是个体内部兴趣的普遍反映，是实验设计的心理基
础.当然由于学生的学习存在个体差异性，注意的指向水平亦不同，因此，在实验设计时，教师可设计低起点、高要求、求变化的心理活动，对学困生、学优生进行分类设计，以提高实验设计的有效性.即学困生通过直观的“做、说、用”，获得心理感知经验，唤醒对数学认知的追求自觉；对学优生则提出诱发思维活动的半开放性问题，以激发求知欲.如在设计“直线与圆的位置关系”这一实验主题时，教师可基于心理基础“注意”的三个维度（低起点、高要求、求变化），落实情感态度价值观的微观目标.具体活动流程设计如下：首先，让学生画出自己理解的直线与圆的位置关系的概念图（相交、相切、相离），通过探究直线与圆是否有公共点、公共点的数量等验证直线与圆的位置关系；其次，让学生自己交流概念图和验证的方法及思维，概括直线与圆位置关系的不同情形，并进行分类说明（直线与圆有两个公共点、有一个公共点、没有公共点）.学生把学习内容与动手实践相结合，在学中做、做中学，在问题中理解概念之间的关系，使数学的情感功能得到强化，注意激发学生心理状态的功能得到最大化的实现.因此，个体的感知通过画概念图的方式被激发和唤醒，无意注意的指向性通过“画”得以表现，学生好奇心的内驱过程体现在概括分类中，学中做、做中学的学以致用过程则是数学知识有效学习的过程.以“画”为低起点出发到概括从高要求出发，是从学到用的过程，是从无意注意向有意注意变化的过程.体现了有意注意、无意注意、有意注意的复合心理作用，实现了课堂微观情感目标.2关联———实验设计的心理秩序
数学是建立在彼此之间有千丝万缕关系的精确概念之上的学科，而“关联”是建立数学内部关系的重要方法，也是数学实验教学实施的情感秩序.即让学生从简单的心理接受到产生情感倾向，经过心理体验态度发生转变，并进行自觉加工，从而形成健康价值观的过程.由此，数学实验的设计要与学生的认知水平、个体需要、独特的生活经验联系起来，才易于激发学生数学学习自觉.因此，实验设计要遵循以学情定目标，根据认知特点匹配设计方式，基于学生生活经验构建数学模型等心理秩序.如针对“一次函数图像与二元一次方程的关系”这一教学内容，概念之间的内部联系是教学的重难点.为此，数学实验以关联性为出发点设计实验流程：（1）教师写出任意的二元一次方程，让学生通过求解，判断其根的情况；（2）将二元一次方程转化成一次函数的形式，并利用几何画板画出标准的函数图像，通过观察总结二元一次方程与一次函数图像之间的关系；（3）通过画一次函数图像确定相应的二元一次函数根的情况；（4）教师设计实际问题，让学生利用二元一次方程画出与实际情况相符的函数图像，解决实际问题.在实际问题解决中，让学生通过数形结合思想实现由方程到函数图像的转化，通过画图、概括、问题解决这种建立关联性的心理秩序，实现理论知识到实践运用的有效迁移.3自信———实验设计的心理线索
“自信”是指学生对完成学习任务必定成功的信念.自信是数学实验成功的心理基础，数学实验设计对自信的关注，与数学情感和价
值观紧密联系，构建自信有助于激发学生持续学习的动力.好的数学实验设计就是让学生产生积极的态度（做）、成功的信念（懂），让学生明白成功是建立在努力的信心之上，突出实验设计的心理特征.因此，教师可从学生学习需求、成功需要等层面设置心理梯度，让学生参与实验活动，从而落实数学价值观目标.如在探究“全等图形”概念特征时，教师给予学生充分“做”的机会，让自信心建立的动机心理特征得到凸显，为概念的系统化教授提供了心理线索.其心理活动线索表现为：首先，让学生任意画出一个八边形，通过移动（平移，翻转，旋转）位置再画一个同样的图形，观察两个图形是否完全重合，交流全等图形的特征；其次，让学生画一个三角形，方法同上，再画一个三角形，观察两个图形是否全等，交流三角形全等的特征；最后让学生画任意的图形，使用同样的方法再画一个图形，判断是否全等，说明全等图形的特征，并阐述自己理解的过程.通过上述心理线索，“画”贯穿在每一个心理行为中，是每一个学生都能做的具体行为，同时“画”的体验和经验又为学生更好地理解概念提供心理动力.因此，任意画图形让分类思想自然生成，促使学生在活动中获得智慧和经验，最终形成能够解决问题的自信.4满足———实验设计的心理目标
“满足”是指学生在学习中其学习结果和学习期望值达到一致时所感受到的一种心理上的愉悦感，这种愉悦感会诱发学生继续学习的动机，是保持学生学习热情的重要因素.因此，为了保持满足的持久
性，数学实验设计要突出心理维度目标特征，具体是情感、态度、价值目标.要从学生内在需求出发，设置与学生认知水平发展相一致的问题，教师可设置梯度问题、半开放性问题、研究性问题，让学生在问题解决中获得不同层面的满足，从而落实实验设计的心理目标.如在“探索三角形相似条件”实验设计中，教师设计一组问题，让学生利用三角形相似的概念进行探究：（1）判断两个三角形相似，你认为至少要具备哪些条件？（2）画一个内角为60°的三角形，通过交流，仔细观察学生彼此间的三角形是否相似，为什么？（3）让学生分别画两个角对应相等的三角形（∠A=∠A′=40°，∠B=∠B′=35°），观察是否相似；（4）任意给定两个对应角的值，画一画，观察所得的两个三角形是否都相似.从心理探究过程而言，这四个问题呈现出由低到高的梯度变化，体现了分层次教学，使不同层面的学生都能“做”有收获.问题导向开放与定向并存，（1）（4）两个问题开放，（2）（3）根据条件具有一定的方向性，引导学生按照相似的概念探究其结果，并得出正确的结论：只有一个角对应相等的两个三角形不相似；有两对角对应相等的两个三角形相似.由此，在每一步得出正确的结论后都会让学生充满成就感，正是这种持续不断的满足感成为激发学生不断进行探索和思考的内在动力，使学生的数学价值观在自我探究水平不断上升的过程中不断呈现出高水平.总之，ARCS模型围绕注意、关联、自信、满足四个心理元素，通过注意唤起学生学习动机，依据心理秩序构建知识关联性，通过设置心理梯度构建学习自信，围绕心理目标让学生体验成功的满足感，从而落实了情感动机目标.因此，可将ARCS模型与教学设计理念高度融合，发挥情感动机正向影响作用，为初中数学实验设计提供新思想.本文字数：3187篇二：大学物理探究性实验设计
大学物理探究性实验设计
摘要：针对大学物理实验教学存在的问题，提出了基于探究性实验教学目的以及新型应用型人才培养需求，将计算机PAS?CO实验软件与大学物理探究性实验相融合。注重培养工科类院校本科生的探索创新能力。尝试设计出一种新颖的探究性实验教学方法，大大改善了大学物理实验教学效果。
关键词：实验软件；创新能力；探究性实验，物理实验教学
1计算机PASCO实验软件与大学物理探究性实验相融合
传统的实验教学方式其实仍然是各高校主要的实验教学手段。虽然某些高校已经在实验教学大纲中加入探究性实验项目，即学生在实验教师的指导下根据实验室提供的仪器设备自主设计实验项目并在实验室开放时间内独立完成实验数据测量、数据处理和结果分析等过程。但是这种开放式的探究性实验教学尚存在着很多问题，如探究性实验项目拟定的选题较多，指导教师经常要延长实验室开放时间；学生自主组合和操作实验仪器，导致仪器设备损坏严重等问题。物理实
验软件作为一种先进的实验教学手段，如何能更好地服务于开放式的探究性实验教学进而提高实验教学质量和效果将具有重要的实际意义。根据我校的探究性实验教学模式以及新型应用型人才培养需求，我们通过PASCO实验软件设计出学生进行大学物理探究性实验的步骤和流程。PASCO实验软件是一种先进的实验数据实时采集、处理和分析的计算机软件，主要是通过各类传感器与数据通用接口交互将实验数据实时传送给计算机。学生运用PASCO实验软件自主设计的一维系统牛顿第二定律验证实验装置。实验所需的实验设备有PAS?car动力学系统、运动传感器、高分辨率力传感器、灵敏滑轮、质量块和架子套件、物理实验用细绳、数据通用接口、PASCO电脑软件等。本实验的目的是为了验证一维系统的牛顿第二定律。在低摩擦的小车上施加一个已知大小的力，以此来测量小车的加速度。整个实验分为两部分：1)验证质量不变时，加速度与合外力成正比。小车和传感器的总质量不变，通过增加砝码的质量来改变合外力，研究加速度与合外力的关系；2)验证合外力不变时，加速度与质量成反比。“力—加速度”图，左图是小车和传感器上施加的力f1与加速度a1的关系图，右图是增加砝码质量后小车上施加的力f2与加速度a2之间的关系图。
2结束语
根据我校大学物理实验教学存在的实际问题将计算机PASCO实验软件与大学物理探究性实验结合，打破了传统的开放式探究性实验教学模式的局限性。这将有利于培养学生自主动手能力和科学实验的探
索创新精神以及新型应用型人才的塑造，同时也丰富了大学物理实验课程内容，提高了学生对大学物理实验课的兴趣，更加有利于实验教学的质量和效果。
参考文献：
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机床导轨直线度测量虚拟实验设计
[摘要]在传统实验室进行实验常受时间、空间、实验设备等因素的限制，为有效解决该问题，结合虚拟现实技术的发展，研究了利用VRML设计虚拟实验的可行性及其开发流程。针对机床导轨直线度测量实验，重点分析了基于VRML的虚拟实验模型建立方法和虚拟装饰方法，实现了机床导轨直线度测量实验过程的动态模拟、交互和仿真。同时，将虚拟实验运用于实验教学，有效地规避了传统实验教学的缺陷，取得了良好的实验效果。
[关键词]VRML；虚拟实验；直线度；实验教学
0引言
机床导轨直线度测量是大学机械类专业《互换性与测量技术基础》课程的一个重要实验，机床导轨直线度的误差直接影响被加工零件的质量，因此,掌握机床导轨直线度测量的原理、方法及实验数据处理方法是十分必要的。但传统实验室建造成本较高，且实验时间、地点相对固定。于是寻求一种规避传统实验教学缺陷、提高实验教学效果的实验教学方法具有重要意义。随着信息科技的发展，虚拟现实技术日渐成熟，使得虚拟实验得以实现。虚拟实验是基于Web、仿真和虚拟现实等技术构建的开放式、网络化、可替代传统实验操作环节的教学平台。虚拟实验的设计可使实验者身临其境，能极大地提高实验者的实验积极性[1]。目前，国内外多数高校都根据自身教学需求建立了虚拟实验室，但普遍存在虚拟实验的交互手段有限、沉浸感不强的问题。针对这些问题，文中以机床导轨直线度测量为对象，基于VRML
建模语言，实现实验过程的动态模拟、仿真和交互，将其运用于实验教学。
1基于VRML设计虚拟实验的研究开发
VRML(VirtualRealityModelingLanguage)，即虚拟现实建模语言，是一种三维造型和渲染的图形描述性语言，通过该语言创建一个现实或幻想中的虚拟场景，可在网页中实现三维动画效果以及基于三维对象的用户交互[2]。
1.1基于VRML设计虚拟实验的可行性研究
1.1.1造型丰富VRML提供了多种几何节点、几何属性节点和外观节点等，通过这些节点可以构造出色彩丰富的接近真实世界的静态虚拟环境。1.1.2动态仿真和交互性VRML通过环境传感器、接触传感器、感知传感器、时间传感器、碰撞传感器和控制动画的插补器等对三维造型进行实时交互仿真和渲染。由于VRML仿真和渲染的实时性，虚拟场景中人机可交互，也即浏览者不仅可以在场景中随意漫步切身感受虚拟环境，而且还可以通过自己的行为影响虚拟环境。1.1.3立体视听效果随着浏览者的移动，VRML场景中的物体属性，如光照、方位等也随之改变，给浏览者予立体视觉感。此外，VRML通过3D声音让人感受周围环境的声音,在Sound节点中，可以进行声音大小、位置、方向等空间性质的设定，让声音的表现有远近不同的立体效果。1.1.4脚本功能在VRML中的Script节点中加入JavaScript或Java
程序语言，可进行对象行为的设定。Java具有Interner环境下程序设计的优势，VRML具有虚拟现实场景建模的优势，两者结合可以开发出较为复杂的、交互性强的虚拟三维系统。1.1.5分布式环境设计及可扩充性VRML支持多个分布式文件的内联机制，通过内联机制嵌入其他的.wrl文件，即可将一个巨大的虚拟环境进行分割设计后合并展示。VRML还提供了外部原型引用机制，允许以超链接的方式在本地节点中指向并组织Interner上的资源，实现扩充。
1.2基于VRML的虚拟实验开发流程
虚拟实验室的创建主要包括虚拟模型的创建、动态交互的实现以及实验平台的集成。其中，虚拟实验场景部分主要是虚拟建模及装饰，而实验仪器的开发重点在于交互的实现。后续虚拟实验平台集成是将虚拟实验环境与Web页面及文字、视频、音频等多媒体教育资源进行有机整合。鉴于VRML的技术特点，通过VRML虚拟建模语言不仅可构建逼近于现实世界的虚拟场景，而且可实现良好的交互功能，应用VRML技术开发虚拟实验是一种行之有效的方法。
2机床导轨直线度测量虚拟实验模型的创建
2.1虚拟实验对象几何建模
虚拟实验对象几何建模主要包括虚拟机床、虚拟电子水平测量仪和虚拟实验教室的创建，如图2所示。VRML提供了4种最基本的几何造型，可直接用来创建VRML虚拟场景，即立方体、球体、圆柱体、圆锥体和文本。这些几何造型的几何尺寸及外观控制是由Shape节点来实现的，一个Shape节点有两个域Appearance和Geometry。Appearance域用来设定对象的外观，通常使用材质（Material）或贴图（Texture）方式来实现；Geometry域用来设置几何形体，即Box、Sphere、Cylinder、Cone、Text。在虚拟场景中，通过设定Transform的Translation、Rotation和Scale域，可以达到使其children对象平移、旋转和缩放。通过组合这些基本形体，可以得到复杂的规则形状物体。此外，还可以使用PointSet节点、IndexedLineSet节点、IndexedFaceSet节点、ElevationGrid节点和Extrusion节点来创建较为复杂的虚拟场景造型。创建复杂的虚拟模型时通常利用SolidWorks、Pro/E、3dsMax等三维建模软件辅助建模，然后保存为.wrl格式，通过VRML编辑器构造虚拟场景[3]。
2.2虚拟实验场景装饰
虚拟实验场景装饰是指对虚拟几何模型进行材质和纹理处理，同时对其所处的三维空间进行渲染，使虚拟场景逼近真实世界。2.2.1材质处理在现实世界中，物体由于自身材料的不同，外观也不尽相同。同样，在VRML中可以通过Appearance节点中的Material节点来控制造型的外观。造型的外观主要是指造型的颜色、透明度、发光效果和明暗程度，它们是由Material节点内的DiffuseColor域、AmbientIntensify域、SpecularColor域、EmissiveColor域、Shininess域和Transparency域的域值控制。2.2.2纹理处理通过材
质处理后只是对虚拟场景进行了简单的装饰，对一些视觉细节并不能表现出来，这些视觉细节需要通过纹理来实现。纹理是一个位图，其并不改变造型的几何形状，而是带给浏览者一种视觉效果。这种视觉效果通过纹理图根据几何体的外形，按一定规则映射到物体的表面。使用纹理能使虚拟物体更具真实感，提高渲染效果，同时也避免了对某些细节进行复杂造型。VRML提供了3种纹理节点，即ImageTexture节点、PixelTexture节点和MovieTexture节点。在进行纹理处理时通常还需要使用TextureTransform节点对图像进行平移、缩放和旋转变换，以提高渲染质量。机床导轨直线度测量虚拟实验场景纹理处理包括虚拟实验室的天花板、地板、墙壁、黑板、墙壁挂图和实验装置等。对几何体进行图像纹理处理时，几何体的每个面都映射上了纹理图，但对墙壁挂图进行纹理处理时，仅使虚拟实验室内墙壁出现挂图效果。为了解决这一问题，在内墙壁表面创建一个近似于平面的Box，然后对这个Box进行图像纹理处理。2.2.3空间渲染VRML不仅可以对造型进行装饰，还可对造型所处的三维空间进行渲染，即室外装饰。在VRML中，这些场景是以由天空和地面构成的空间背景的形式呈现的，而这个空间背景是通过Backgroud节点创建的。天空和地面需要着色的位置及颜色，是通过Backgroud节点内SkyAngle、skyColor和GroundAngle、GroundColor域的域值来实现的。
3虚拟实验动态交互的实现
在VRML中动画是通过使某一特定域的域值随时间变化而变化来实现的，要改变某一域的域值须指定事件的路由，以触发该域值变化[4]。VRML提供了多种控制动画的插补器和实现交互的传感器，如位置插补器（PositionInterpolator）、旋转插补器（OrientationInterpolator）、颜色插补器（ColorInterpolator）、时间传感器（TimeSensor）、接触传感器（TouchSensor）、视觉传感器（VisibilitySensor）等，VRML中典型的交互机制如图4所示。机床导轨直线度测量虚拟实验,主要涉及电子水平仪对机床导轨的测量过程动画仿真及交互和虚拟教室大门对人的感应。
3.1电子水平仪对机床导轨的测量过程动画仿真及交互
机床导轨直线度的检测是通过电子水平仪在机床导轨上作等距离移动[5]，从而读取电子水平仪的显示屏示数来实现的。电子水平仪在导轨上的移动可以通过位置插补器（PositionInterpolator）实现，PositionInterpolator节点用来描述一系列电子水平仪不同时刻在机床导轨上的位置，该节点内含Key和KeyValue两个域值。通过接触传感器（TouchSensor）实现电子水平仪移动动作的触发。实现电子水平仪示数的实时显示是机床导轨直线度测量虚拟实验设计的难点，一般通过VRML提供的Script节点写入脚本语言来实现，常用的脚本语言有JavaScript和Java,这一方法可实现复杂的动画仿真及交互，但须一定JavaScript或Java编程基础。文中提供一种不需要JavaScript或Java编程就能实现电子水平仪显示屏示数实时显
现的方法。显示屏上每个阿拉伯数字均可以看成是由7个Box构成的8字型。通过ColorInterpolator节点控制这7个Box在不同时刻的外观显示状态，可组合出不同的阿拉伯数字。当事件入口set_fraction接收到一个时刻值时，ColorInterpolator节点就计算出一个RGB色彩值，并通过value_changed事件出口输出该RGB色彩值。在对这7个Box造型时，将8字中间的横条Box的外观设置成浅灰色（diffuseColor0.60.60.6），即与显示屏背景同色，其余Box的外观颜色均设置成黑色，即黑色为显示状态，浅灰色为非显示状态。电子水平仪显示屏共有3位数字1个正负符号，通过这些Box的外观组合呈现不同的示数。
3.2虚拟教室大门对人的感应
虚拟实验教室大门采用水平移动的方式实现大门的开启和关闭。当输入密码或刷卡后，两扇大门分别自动向左右水平移动，即开启大门，若干秒后大门检测到无人进出时，自动关闭。利用TouchSensor节点仿真输入密码或刷卡动作，通过位置插补器实现大门的水平移动，ProximitySensor节点用来感知实验者何时进入、离开和移动于坐标系内的一个长方体区域。
4VRML场景优化及系统平台集成
4.1VRML场景优化
VRML场景优化的目的是减小场景大小和加快场景在用户端执行的速度，VRML场景优化主要是通过减小VRML文件大小和提高执行性能来完成。减少文件大小的主要方法有使用贴图代替建模，利用DEF、USE的组合避免相同对象代码重复和通过VRMLPad2.0自带的压缩功能压缩文件。提高执行能力的方法是使用细节层次（LevelofDetail，LOD），可依据浏览者视点的远近显示不同复杂度的场景；另外，在渲染时场景要计算光线路径，因此过多的光源将增加CPU计算时间，即应当减少光源的使用，一般一个VRML文件不应超过3个光源[6]。
4.2系统平台的集成
创建好VRML虚拟实验环境后，需要将虚拟实验环境与Web页面及文字、音频、视频等多媒体教育资源有机整合，最终创建了一个生动直观、具交互性能的三维虚拟实验教学平台。通过VRML插件与JavaScript接口连接，把虚拟实验发布在Web服务器上，实验者只需联入Internet即可进行虚拟实验。VRML可以合并到网页中，浏览器为一个VRML文件单独打开一个窗口，通过embed或object标签在HTML文件中以使用插件的方式插入VRML文件[7]。
5结语
虚拟实验教学实践表明，虚拟实验不仅使学生掌握了实验原理、方法，而且提高了学生的实验主动性，取得了良好的实验效果。相对于传统实验，基于VRML的虚拟实验还具有交互功能强、低成本、突
破时空、安全性高等优点。通过文中设计的机床导轨直线度测量虚拟实验，实验者可以在线对虚拟实验进行评价、提出建议、分享实验感受等，对于改进和完善虚拟实验教学具有重要意义，极大的提高了实验效率。
参考文献
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[7]朱婷婷.基于VRML的虚拟实验的设计与研究[D].成都：四川师范大学,2009.本文字数：6071篇四：美国科学小实验设计
美国科学小实验设计
摘要：科学小实验作为提高小学生科学素养的重要手段，其设计思路、理念对提高小学生的科学素养有很大的影响。美国经典的科学实验书在内容设计与选择、编排顺序、疑难知识讲解方面颇具特色，对国内一线教师设计科学小实验的思路有一定的影响。
关键词：科学小实验；内容分析；特色分析
科学小实验作为提高小学生科学素养的重要手段，在世界各国得到广泛重视。本文以《科学玩起来——一天一个科学实验》(以下简称《科学玩起来》)[美]汤姆?罗宾逊著，2016年10月第1版为例分析美国科学小实验的内容安排及设计特色，以启发并开阔一线教师设计科学小实验的思路。
一、内容分析
《科学玩起来》是美国经典的科学实验书，出版15年畅销不衰，高居美国亚马逊科学实验类第一名，美联社称“这本童书有你想知道
的一切”。全书包括“试试看”“孩子的实验室”“科学博览会”三类实验共54个，其中“试试看”属于用时较短的简单实验共30个，“孩子的实验室”属于较复杂的实验共16个，“科学博览会”属于综合性高、用时较长的实验共5个。所有实验按五大学科(生物学、化学、物理学、地球科学和人体科学等)分类排序，每个实验均以问题导入以激发学生的好奇心。每个实验都提供了“趣味知识”，以保持学生高昂的实验兴趣。如，“地球科学”类实验中提供了如下趣味知识：北美地区的大部分酸雨由燃煤发电排出的气体形成。世界上日降雨量的最高纪录是在1952年留尼旺岛的锡拉奥，24小时之内降雨约1810毫米。钟乳石需要经过4000年才会长出2.5厘米。实际上，在夏天时离太阳更远(6月时是1.5亿千米)，在冬天时反而更近(12时是1.47亿千米)。地球公转轨道与赤道成23度的交角，这也是四季更迭的原因等等。这些趣味知识，帮助学生拓宽了知识面，促使学生更加热爱科学。大多数实验提供了资源库，为继续探究科学的孩子提供了学习科学的广阔空间，资源库以“科学在线”的形式表现。
二、特色分析
(一)零基础认识科学名词
虽然本书是小学生科学实验的启蒙书，但是几乎每个实验都涉及到专业术语，即科学名词。书中采用在出现该科学名词的正文两侧空白处以文本框的形式给出相应科学名词的解释，读者只需具备最基本的阅读能力，无需相关学科知识基础，即可理解。如，“人体科学类”
六个实验中对以下科学名词的解释是：互补色是与某种颜色相反的颜色；图像是物体呈现出的视觉画面，图像形成后会传输给大脑；针孔照相机是能间接看到物体图像的装置；晶状体是眼球的一部分，有屈光作用，可以使光线发生折射、到达视网膜；机器是可以完成特定工作的装置；肺是位于胸腔的器官，呼吸时会充满空气；脉博(心率)是每分钟心脏跳动的次数；平衡是保持站立状态，不跌倒；重心是人体的平衡点等等。上述语言贴近儿童生活，文字浅显易懂，易于学生接受，不会造成学生阅读和理解上的任何障碍。
(二)无固定起点开始实验
书中每个实验的设计都自成体系，相对独立，实验者无需按部就班地从第一个实验开始按顺序由前向后做实验。如，“物理学科”中的实验涉及到的知识点分别是：1.杠杆、重力；2;重力；3.阿基米德定律；4.惯性；5.反冲运动；(6)摆、周期；7.电、电池、磁北极；8.电磁体、螺线管；9.余像(即视觉残留)；10.滤光器等等。各知识点之间没有必然的内在联系，没有相互知识限制，或者是起到承上启下作用的实验，只要喜欢，可以随心所欲地从任意位置开始实验。
(三)多问题设置助推思考深入
除了每个小实验的开始都是由“问题”激发好奇心引出之外，在“孩子的实验室”“科学博览会”这类实验中，“问题”被更加强化。如，“孩子的实验室：冰柱是怎样形成的”中，设置了两个难度的6个问题引导小学生继续思考。一是“对小科学家提问题”：实验中形成的圆锥体，哪个是“钟乳石”，哪个是“石笋”；“钟乳石”每天长几厘米？实验中，“钟乳石”和“石笋”的生长过程是否加快过？在气候寒冷的地方，冰柱是怎样形成的？怎样防止房檐上长出冰柱？二是“再接再厉”：如果把泻盐换成别的物质，实验还能成功吗？试试小苏打、食盐、糖等。另外，泻盐在药店有售，它还有什么用途？这些问题的提出，助推学生不断向深处思考，发挥了科学小实验的大作用。
(四)“人”作为实验器材屡见不鲜
书中实验需要的实验器材方便易得，不需要专门准备，而作为实验者的“人”本身也作为实验器材之一屡次被用到。如，实验“我的重心在哪儿？”在实验过程中，就要求每名实验者完成以下任务。测试1：1.身体紧贴墙壁，一只脚也紧靠墙根。2.抬起另一只脚，保持站立姿势。测试2：1.站在房间中央，在身体前方20～25厘米处放一个咖啡杯。2.弯腰捡起咖啡杯。3.现在走到墙边，脚跟紧贴墙壁站立。4.再把咖啡杯放到身体前方20～25厘米处，试着把它捡起来。5.为什么第二个任务很难完成？可以重复一遍第一个任务比较一下。测试3：1.跪在房间中央，把咖啡杯放到膝盖前方一臂远的地面上。2.双手背后，用鼻子把咖啡杯撞倒等。类似的实验不仅让学生直接感知了实验的结果，增加了学生的实验兴趣，还能够保持学生长久的好奇心，进而爱上科学。总之，《科学玩起来》中的实验设计与国内的科学小实验设计相比不仅在内容上有很大的不同，在设计理念上也各有特色，在实际设计中，一线教师若能取长补短，相互借鉴，一定能设计出高水平且符合我国国情的科学小实验，促使学生的科学素养得到更好的发展。
参考文献：
[1]罗宾逊.科学玩起来：一天一个科学实验[M].多尔
本文字数：2607篇五：多指标正交实验设计
多指标正交实验设计
摘要：为提高极耳加热工艺的制作质量，满足产品安全要求，以剥离强度、渗透时间作为优化指标，采用多指标的正交实验设计方法，通过极差分析法，讨论热压温度、热压时间、电磁加热电流、电磁加热时间等成型工艺参数对试件性能的影响，利用综合平衡法确定最优的加热工艺参数组合方案，对采用多设备多加热工艺参数的产品质量具有指导意义。
关键词：正交实验法；热压工艺；多指标优化；综合平衡法
极耳加热工艺涉及的成型机理涉及材料学、电学、热力学、热化学、机械学等多个领域，加工过程复杂度高，不同工艺参数对制件的性能，尤其对于影响产品安全的剥离强度、渗透强度有显著影响。目前对于加热工艺的研究主要从工艺自身的改进与提升考虑，对于多道加热工艺参数研究与探讨较少，显然，优化单一工序对产品性能的作用远远低于多个工艺参数对产品性能的综合影响。为获得较为全面的工艺参数组成方案以提升产品的性能，本文应用正交实验及多指标平衡法结合的方法，先用正交实验法得到研究指标的工艺参数优化（热压温度、热压时间、电磁加热电流、电磁加热时间）组合方案，在此基础上对研究指标优化方案进行综合评判，得出影响加热工艺制作质量的工艺参数综合优化组合方案，并再次进行试验验证优化后工艺参数对产品性能的提升。
1试验方案设计
1.1试验方法
在极耳加热工艺中，为了有较高的产品性能，以产品渗透时间、剥离强度作为生产加工主要检验指标，剥离强度越大越能体现不同工艺参数下极耳胶与导体之间的结合紧密性，渗透时间能体现极耳的可靠性，两个指标均影响产品性能的优劣，与产品安全性有紧密关系。通过正交试验的极差分析法计算确定出影响剥离强度因素的重要顺序和最优制作工艺参数组合，在利用综合平衡法确定最优工艺参数组合，最后通过实验验证最优加热工艺参数的合理性。
1.2实验因素
在极耳生产加工过程中，剥离强度的大小直接受到各个加热工序的影响，加热工序的主要参数包括：排片加热温度、排片加热时间、热压温度、热压时间、电磁加热电流、电磁加热时间等。根据大量前期实验，确定正交因素为热压温度、热压时间、电磁加热电流、电磁加热时间4个因素，4因素分别取3个水平，结合前期实验结果和极耳胶熔融的温度130℃~165℃，选择热压温度145℃~155℃，热压时间在生产效率与设备给定参数之间选择30s~50s；同样测试感应加热时的加热台温度对应的电流参数在14A~16A，感应加热时间选择10s左右.2正交实验设计
考虑4个控制因素各有3个水平，自由度是8，选择试验次数为9的L9（34）正交试验表进行正交试验。选用某公司热压机与SPG-06-III型高频感应加热设备进行研究，热压机采用加热铜板的方式输出温度，采用计时系统控制其加热效果，高频感应加热设备采用电流通过铜管时产生的电磁场加热方式对导体进行加热，进而从贴合面对极耳胶进行热熔。在一组实验中制作8个试件，并进行后处理，使用微机控制电子万能试验机测试5个试件正反面剥离强度，共10组取平均值作为最终测量结果；使用干燥箱高温烘烤后统计3个试件正反面脱胶时间，取其均值视为最终测试结果。
3实验结果分析
3.1正交实验极差分析
采用正交实验的极差分析法对剥离强度、渗透时间进行结果计算，得出极差分析计算结果见表3。。因子间的重要顺序按照极差值的大小排列，极差值越大，表示因子j对试件指标的影响越大。从表3中可以看出，对于指标剥离强度和渗透时间各因素极差排序均为RC>RA>RB>RD。则影响产品性能的主要因素排序为：感应加热电流、热压温度、热压时间、感应加热时间。对于指标剥离强度，考虑剥离强度最大，最优工艺参数组合为A2B1C2D1，即热压温度150℃、热压时间30s、感应加热电流15A、感应加热时间8s时；考虑渗透时间最长，最优工艺参数组合为A2B1C3D1，即热压温度150℃、热压时间30s、感应加热电流15.5A、感应加热时间8s时。
3.2综合平衡法选取最优水平组合
多指标正交实验中，各个指标所计算出的工艺参数组合可能存在不一致，因此在综合分析时需要应用综合平衡法，考虑各个因素、专业知识、生产经验等因素确定最优水平。本文在最优工艺参数组合中出现的矛盾为因素C的第二、第三水平对指标的影响存在差异，其他均保持一致。对于两个指标，C均是主要因素，所以需结合实际生产中的情况来看，C因素取第三水平15.5A时，产品溢胶增加，外观不良概率增加，可控性差，具体如图1所示溢胶极耳，其极耳胶与导体接触边缘胶体过度熔融导致外观不良。取第二水平15A时，产品无明显溢胶，外观合格。因为确定C2为主最优，即感应加热电流选择15A，最优工艺组合为热压温度150℃、热压时间30s、感应加热电流15A、感应加热时间8s。
结语
综上所述，工艺参数优化与调整对极耳加热工艺的制作质量、安全要求有了依据，产品的一致性得到保证。实践表明，基于正交实验法的多指标优化对于优化及改善加热工艺是切实可行，对于多设备多工艺参数的多指标优化问题，也具有一定指导意义。对指标进行综合平衡法评价时，指标越多，优化改善效果越明显，但同时需要考虑实际生产问题，例如外观影响的量化问题、生产稳定性问题等因素。总之，优化产品生产工艺问题时需要结合具体的情况进行合理综合评价。
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