王春香，張富強(qiáng)，陳麗梅，陳佰樹(shù)

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基于液體表面張力系數(shù)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目分析

王春香[1]，張富強(qiáng)，陳麗梅，陳佰樹(shù)

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 理學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中液體表面張力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作．發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，利用信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)，靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行溶液配制和計(jì)算模擬等工作，分析影響液體表面張力系數(shù)的因素，得到了液體表面張力系數(shù)隨質(zhì)量濃度變化的擬合曲線和近似表達(dá)式．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和探究性，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)．

表面張力系數(shù)；計(jì)算機(jī)模擬；大學(xué)物理

在信息化高度發(fā)展的經(jīng)濟(jì)時(shí)代，為了適應(yīng)高科技的社會(huì)發(fā)展，高等院校對(duì)大學(xué)生的培養(yǎng)不再墨守成規(guī)的照抄照搬傳統(tǒng)的教學(xué)方法，而是不斷尋求新的思路、新的方法和新的教學(xué)模式．大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃近幾年在全國(guó)各大院校興起[1-3]，旨在鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新精神，擴(kuò)展學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高其獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以適應(yīng)快速發(fā)展的社會(huì)節(jié)奏，畢業(yè)后以較強(qiáng)的生存本領(lǐng)在社會(huì)立足．

以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中液體表面張力系數(shù)影響因素[4-5]為基礎(chǔ)展開(kāi)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案[6]，自主開(kāi)展實(shí)驗(yàn)過(guò)程．在數(shù)據(jù)處理方法和分析上別具一格，不但使用傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法，也發(fā)揮了計(jì)算機(jī)方便快捷的功能．利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性．

1 學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

正式實(shí)驗(yàn)之前，項(xiàng)目組成員進(jìn)行分工合作．10名學(xué)生分成5組，每組各２名學(xué)生，第１組負(fù)責(zé)查找資料，并進(jìn)行資料整理；第２組負(fù)責(zé)研究硅壓阻力敏傳感器的使用方法，以及其他測(cè)量液體表面張力系數(shù)的方法；第３組負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件的使用；第４組制定實(shí)驗(yàn)方案并制作實(shí)驗(yàn)表格；第５組負(fù)責(zé)采購(gòu)所需實(shí)驗(yàn)材料并配制溶液．經(jīng)過(guò)大概１個(gè)月的時(shí)間最終確定實(shí)驗(yàn)方案：在室內(nèi)溫度、濕度、壓強(qiáng)和實(shí)驗(yàn)其他條件不變的前提下，（1）以純水為研究對(duì)象，利用硅壓阻力敏傳感器[7]測(cè)量不同溫度下液體的表面張力系數(shù)；（2）以葡萄糖和鹽水為研究對(duì)象，分別配置10個(gè)不同質(zhì)量濃度的溶液，進(jìn)行等精度測(cè)量不同質(zhì)量濃度的溶液表面張力系數(shù)；（3）在純水中分別加入不同質(zhì)量濃度的表面活性物質(zhì)，測(cè)量各種情況下純水的表面張力系數(shù)；（4）利用計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)值模擬．分別得出不同溫度、不同質(zhì)量濃度和不同雜質(zhì)下液體表面張力系數(shù)的曲線變化和關(guān)系式，予以分析和解釋?zhuān)?/p>

1.2 配制不同質(zhì)量濃度溶液

在配置糖溶液和鹽溶液質(zhì)量濃度時(shí)，利用Java軟件[8]編程，以1 000 g純水作為溶劑，配制質(zhì)量濃度為溶液時(shí)，只需將賦值即可得到所需溶質(zhì)的質(zhì)量．

import java.text.DecimalFormat；

import java.util.Scanner；

/**

*

* @author Administrator

*/

public class qiurongzhidezhiliang {

public static void main（String arg[]） {

Scanner sc = new Scanner（System.in）；

DecimalFormat df = new DecimalFormat（"0.00"）；

int n = sc.nextInt（）；

for （int i = 0； i <= n； i++） {

double y = sc.nextDouble（）；

String num = df.format（（float） （1000 * y / （1 - y）））；

System.out.println（num）；

}

}

}

1.3 自主實(shí)驗(yàn)過(guò)程

各組之間互相討論，互幫互助，不斷交流實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，共享信息，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，增強(qiáng)了每個(gè)人的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和合作能力．分別測(cè)量了質(zhì)量濃度、溫度和雜質(zhì)對(duì)液體表面張力系數(shù)的影響情況．以糖溶液的質(zhì)量濃度對(duì)液體表面張力系數(shù)的影響為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析．

1.3.1 用逐差法測(cè)傳感器靈敏度B 硅壓阻力敏傳感器將力的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓表的儀器讀數(shù).學(xué)生實(shí)驗(yàn)前首先對(duì)儀器調(diào)零，將砝碼盤(pán)掛在力敏傳感器鉤子上，每次贈(zèng)加一個(gè)砝碼（每個(gè)砝碼質(zhì)量=0.5 g），分別記錄對(duì)應(yīng)不同砝碼質(zhì)量的儀器度數(shù)值，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1．

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析過(guò)程

2.1 理論計(jì)算結(jié)果

利用公式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果見(jiàn)表3．

表3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

2.2 計(jì)算機(jī)模擬處理方法

項(xiàng)目組成員是信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，平時(shí)學(xué)習(xí)中已經(jīng)熟練掌握了多種數(shù)值計(jì)算和模擬的軟件，學(xué)生在處理數(shù)據(jù)時(shí)分別運(yùn)用了Spss，Lingo，Matlab，Eexcel，Java，C++等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析．

2.2.1 利用方差分析數(shù)據(jù) 通過(guò)方差分析表（見(jiàn)表4）可以得出，給出的7組數(shù)據(jù)的顯著性為0.001<0.05，說(shuō)明質(zhì)量濃度對(duì)表面張力系數(shù)有顯著的影響．

2.2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性、二次、三次、指數(shù)和增長(zhǎng)等模型擬合，得出的曲線見(jiàn)圖1．

圖1 多個(gè)模型的線性擬合

2.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果 通過(guò)SPSS分析，三次擬合決定系數(shù)最大，調(diào)整后的決定系數(shù)為：=0.986，趨近于1，所以說(shuō)三次擬合的效果最好．將三次曲線提取出來(lái)（見(jiàn)圖2），橫坐標(biāo)為質(zhì)量濃度，縱坐標(biāo)為表面張力系數(shù)，可以得到擬合的三次方程為.

圖2 表面張力系數(shù)隨溫度變化的擬合曲線

3 結(jié)果與討論

學(xué)生利用多種計(jì)算軟件分別模擬了溫度、質(zhì)量濃度和雜質(zhì)對(duì)液體表面張力系數(shù)的影響情況，并且得到了相應(yīng)的擬合曲線和近似表達(dá)式．理論計(jì)算中相對(duì)誤差不超過(guò)3%，而擬合系數(shù)為=0.986，與理論值非常接近．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生從多角度思考問(wèn)題，勤動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口，體現(xiàn)了其認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，同時(shí)擴(kuò)展了學(xué)生的思維，提高了創(chuàng)新意識(shí)．在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)該給學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，充分展現(xiàn)學(xué)生獨(dú)立思考和團(tuán)結(jié)創(chuàng)新的一面．尤其是在當(dāng)今機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要．大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的開(kāi)展為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和科研奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

[1] 陸珉，黃春琳，唐濤．大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練若干問(wèn)題的探討[J]．科教文匯，2015（15）：41-42

[2] 李姝，吳懿．大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的時(shí)間與指導(dǎo)[J]．營(yíng)銷(xiāo)教學(xué)，2015（19）：233-234

[3] 韓京昌，馮研，李瑩．大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)[J]．渠道建設(shè)，2015（14）：65-66

[4] 關(guān)曉燕，張秀燕．大學(xué)物理[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013：27-30

[5] 王樂(lè)新．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2012：53-58

[6] 王春香，陳麗梅，陳佰樹(shù)，等．自主設(shè)計(jì)電表改裝實(shí)驗(yàn)的研究[J]．高師理科學(xué)刊，2011，31（2）：99-101

[7] 陳佰樹(shù)，王暢，張平，等．基于力敏傳感器的牛奶摻水量的檢測(cè)研究[J]．高師理科學(xué)刊，2013，33（1）：34-36

[8] 張劍飛．Java 教學(xué)中提高學(xué)生應(yīng)用能力的策略研究[J]．高師理科學(xué)刊，2009，29（6）：98-100

Analysis of college students' innovative projects about the coefficient of liquid surface tension

WANG Chun-xiang，ZHANG Fu-qiang，CHEN Li-mei，CHEN Bai-shu

（School of Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China）

Based on the experiment about measuring coefficient of liquid surface tension in college physics experiment，students design the experiment scheme and do experiments independently. With the spirit of team cooperation， by using the professional knowledge on information and computing science and using computer software flexibly for solution preparation and computational simulation，students analyze the influencing factors about coefficient of liquid surface tension and get the fitting curve and the approximate expression about the coefficient of liquid surface tension changing with the concentration. Through the experiment，the students' autonomy and exploratory learning ability are improved，the students' practical ability is enhanced and their innovative thinking and innovative consciousness are promoted.

cofficient of surface tension；computer simulation；college physics

O411.3∶G642.423

A doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2016.01.022

2015-11-15

黑龍江省教改工程項(xiàng)目；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)教改課題；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

王春香（1980-），女，黑龍江大慶人，講師，碩士，從事物理教學(xué)研究．E-mail：chunxiang20062006@163.com