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摘要：创新能力是民族进步的灵魂、经济发展的原动力。大学生科技制作是培养大学生创新能力的一种有效途径[1]。通过液晶数显炒锅的构思、制作方案的设计、制作材料的遴选、作品安装调试等关键步骤，可以激发大学生的创新潜能，可有效地培养学生的创新能力。
关键词：物理实验；创新能力；科技制作；数显炒锅
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）12-0104-02
21世纪世界的竞争，主要是人才和科技的竞争。我国要实现民族复兴的伟大目标，就必须培养出越来越多的高科技创新人才[2]。高等院校是培养未来所需人才的基地，为进一步营造校园科技创新氛围，鼓励支持学生开展课外科技创新活动，提升学生科学研究能力，培养学生的创新精神和实践能力。
一、制作液晶数显炒锅的思路
大学物理实验是工科大学生必修的一门重要基础实验课程，其中开设有：液晶的电光效应研究、温度传感器的温度特性测量，温差电偶的定标和测温三个实验项目，引导学生将这三个实验项目结合到一起，将所学到的知识运用到发明创新中，制作一件科技作品——液晶数显炒锅。制作目标：不同的食材、不同的烹制方式所需要的温度是不一样的。生活中常用的识别油温高低的方法是通过油表面生产的油烟多少以及用手感觉热量来判断的，这只能粗略估计油温度，是不准确的。新型的数显炒锅可用温度传感器测量温度，温差电偶产生的热动势驱动液晶屏实现时时显示油温的功能。
二、制作数显炒锅的知识准备
制作数显炒锅要用到的关键电子器件：温度传感器、温差电偶以及液晶屏，必须了解这三种器件的工作原理及特性参数，并思考如何将这三个器件有效地组装在一起制作液晶数显炒锅，此过程是培养学生的自学能力、创新思维的过程。
1.学习温度传感器的相关知识。阅读大学物理实验教材、网上查阅文献、了解传感器的原理、不同种类、使用范围等，结合炒锅的温度特点，将NTC1K、PN结、PT100三种温度传感器作为备选材料，其中PT100温度传感器的测温范围在-200℃—650℃，具有线性好、耐高温、响应快、准确度高的特点[3]，被作为重点测试材料；在各种温度传感器筛选过程中培养学生自学能力及独立思考问题的能力。
2.学习液晶材料的相关知识。了解液晶材料的分子结构、物理特性及电光效应原理、液晶板面构成、显示图像原理、像素的概念、液晶屏阈值电压值、不同液晶材料的应用等等，通过网络自主学习，能够巩固书本知识、扩大知识面，做好自制前的准备工作。
3.学习热电偶的相关知识。查阅热电偶的相关知识：热电偶的基本原理是两种不同成分的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。再通过测量仪表就可以轻松地获得热电动势的值。需要了解热电偶的种类、测温范围等知识，筛选适合制作数显炒锅的温差热电偶。
三、引导学生自行设计液晶数显炒锅的制作方案
1.温度传感器的选材。在引导学生自行设计液晶炒锅的制作方案的过程中，恰当地提出问题可以激发学生的求知欲和创新欲望，例如：（1）炒锅的使用温度范围？家庭烹饪时油温是20℃—240℃左右，炒菜时温度假如超过240℃，不仅会破坏大部分养分，并且还会产生许多对人体有害的物质，制作炒锅应考虑到有的燃烧温度可以达到600℃，应采用较为宽泛的温度范围：20℃—600℃。（2）PT100铂温度传感器、NTC1K温度传感器、PN结温度传感器哪种传感器更加适合呢？实验测试作出三种温度传感器的温度与阻值的对应关系曲线。通过实验数据外延，分析比对得知：NTC1K温度传感器、PN结温度传感器测温范围都达不到600℃，被淘汰；选择PT100温度传感器比较适合，因为铂电阻的测温范围在-220℃—650℃（特点：准确度高，测量范围大），PT100价格低廉，符合节约成本的要求。
2.温差电偶的选材。学生要对不同的热电偶进行测试，测定温差与热电动势的关系，才能选出最佳制作材料：（1）铜-康铜作为温差电偶：实验测得热动计算可知温差为400℃时△U=17.9mv，ΔT=-200℃—300℃范围内，在廉價金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好；它的使用温度是-200℃—350℃，虽然灵敏度比较高，价格便宜，但炒锅爆炒时食油燃烧温度可达到600℃，铜-康铜热电偶达不到要求，引导学生寻找高温热电偶。（2）铂铑10-铂热电偶：可以测0℃—1600℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。微分热电势较小，因而灵敏度较低；但由于铑是从粗铂中分离出的新元素，比较昂贵，制作成本高，选择材料要经济实用，排除铂铑10-铂热电偶。（3）镍铬—康铜热电偶：也是一种廉价金属热电偶，该热电偶的使用温度为-200℃—900℃。其最大特点是在常用的热电偶中，其热电势最大，即灵敏度最高，宜制成热电堆，可精确测量微小的温度变化；温差与热电势的参考数据ΔT=100℃时，△U=9.5mv；ΔT=200℃时，△U=16.4mv，ΔT=300℃时；△U=25.0mv；其还具有稳定性好、抗氧化性能优于铜-康铜、价格便宜等特点，是适合我们制作炒锅用的材料。
3.测定液晶材料的特性。学生测定TN型（或STN型）液晶光阀特性，实验得知：液晶阈值电压在0.9—1.0v左右，只有热电偶提供超过这么大的动力，液晶分子才具有光电效应，即炒锅可以显示温度值的最低电压值；一般情况下1.5v可以驱动数显电路的运行，从这一点上，也可以看出液晶屏是很节能的。为了达到液晶所需的驱动电压，学生必须设计热电偶的联接方式、计算串联所需的温差电偶数量。我们选择：外观尺寸为1.5英寸、四段码、工作温度在0℃—600℃、正显TN液晶屏。
四、数显炒锅组装成型
数显炒锅锅底为双层复合型锅底，内部设置有镍铬-康铜温差电偶测温装置，将镍铬-铜铬热电偶做成细丝状（学生需事先计算出所需热电偶的数量），设置方式为：将热电偶以放射状均匀埋置于锅底，热电偶的热端均焊接在一起，置于复合锅底的中心；另一端置于锅沿的圆周上；热电偶均以串联方式联接，可以起到热电势相加的效果，提供驱动液晶屏电路工作1.5V伏特电压；锅底同时设有PT100温度传感器用于测量锅底温度；锅的端柄设置有1.5英寸的四段码正显TN液晶屏，普通TTL接口，精度达到0.1℃，准确显示温度值；锅的端柄还装有数据采集器，将温度的变化转变成电流的变化；炒锅的端柄内部装有液晶屏的显示电路及传导线；端柄与不锈钢锅体间装有隔热层。数显炒锅的研制过程中有许多关键点和难点：学生需要思考新型的炒锅如何实现时时显示油温？数显炒锅具有哪些功能？计算所需热电偶的根数，连接的电路图，画出结构示意图；组装调试过程中会遇到各种各样的问题，解决制作中出现的问题，可以激发学生的求知欲，不断地学习新知识；发挥学生的聪明才智，改进完善设计，找到解决问题的最佳方案，达到最佳效果。组装的最终效果为：在锅底安装温差电偶传感器及温度传感器，在锅把手柄上安装液晶显示屏电路。温差电偶产生的电信号转变成温度值，显示在装有液晶屏锅的手柄上；火力不同，锅温不同，电信号不同，液晶屏可以时时显示温度值，一目了然。特点：在不用电的情况下，实现烹制食物过程中对温度显示的要求，炒锅可在燃气灶、煤气灶上使用，安全可靠。
五、结束语
組织学生参与科技创新题目的设计与制作，培养了大学生灵活运用所学知识，具有发现问题和解决问题的创新思维和创新能力，调动了其他同学参与科技创新活动的积极性与主动性，收到了良好的效果。
参考文献：
[1]李仁芮，冯法军，等.通过科技制作培养大学生的创新能力[J].承德石油高等专科学校学报，2013，15（6）：78-80.
[2]夏越新.高校学生科技创新能力培养的思考[J].决策·探索，2003，（5）：55-56.
[3]成正维，牛原.大学物理实验[M].北京：北京交通大学出版社，2010.
关键词：物理实验；创新能力；科技制作；数显炒锅
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）12-0104-02
21世纪世界的竞争，主要是人才和科技的竞争。我国要实现民族复兴的伟大目标，就必须培养出越来越多的高科技创新人才[2]。高等院校是培养未来所需人才的基地，为进一步营造校园科技创新氛围，鼓励支持学生开展课外科技创新活动，提升学生科学研究能力，培养学生的创新精神和实践能力。
一、制作液晶数显炒锅的思路
大学物理实验是工科大学生必修的一门重要基础实验课程，其中开设有：液晶的电光效应研究、温度传感器的温度特性测量，温差电偶的定标和测温三个实验项目，引导学生将这三个实验项目结合到一起，将所学到的知识运用到发明创新中，制作一件科技作品——液晶数显炒锅。制作目标：不同的食材、不同的烹制方式所需要的温度是不一样的。生活中常用的识别油温高低的方法是通过油表面生产的油烟多少以及用手感觉热量来判断的，这只能粗略估计油温度，是不准确的。新型的数显炒锅可用温度传感器测量温度，温差电偶产生的热动势驱动液晶屏实现时时显示油温的功能。
二、制作数显炒锅的知识准备
制作数显炒锅要用到的关键电子器件：温度传感器、温差电偶以及液晶屏，必须了解这三种器件的工作原理及特性参数，并思考如何将这三个器件有效地组装在一起制作液晶数显炒锅，此过程是培养学生的自学能力、创新思维的过程。
1.学习温度传感器的相关知识。阅读大学物理实验教材、网上查阅文献、了解传感器的原理、不同种类、使用范围等，结合炒锅的温度特点，将NTC1K、PN结、PT100三种温度传感器作为备选材料，其中PT100温度传感器的测温范围在-200℃—650℃，具有线性好、耐高温、响应快、准确度高的特点[3]，被作为重点测试材料；在各种温度传感器筛选过程中培养学生自学能力及独立思考问题的能力。
2.学习液晶材料的相关知识。了解液晶材料的分子结构、物理特性及电光效应原理、液晶板面构成、显示图像原理、像素的概念、液晶屏阈值电压值、不同液晶材料的应用等等，通过网络自主学习，能够巩固书本知识、扩大知识面，做好自制前的准备工作。
3.学习热电偶的相关知识。查阅热电偶的相关知识：热电偶的基本原理是两种不同成分的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。再通过测量仪表就可以轻松地获得热电动势的值。需要了解热电偶的种类、测温范围等知识，筛选适合制作数显炒锅的温差热电偶。
三、引导学生自行设计液晶数显炒锅的制作方案
1.温度传感器的选材。在引导学生自行设计液晶炒锅的制作方案的过程中，恰当地提出问题可以激发学生的求知欲和创新欲望，例如：（1）炒锅的使用温度范围？家庭烹饪时油温是20℃—240℃左右，炒菜时温度假如超过240℃，不仅会破坏大部分养分，并且还会产生许多对人体有害的物质，制作炒锅应考虑到有的燃烧温度可以达到600℃，应采用较为宽泛的温度范围：20℃—600℃。（2）PT100铂温度传感器、NTC1K温度传感器、PN结温度传感器哪种传感器更加适合呢？实验测试作出三种温度传感器的温度与阻值的对应关系曲线。通过实验数据外延，分析比对得知：NTC1K温度传感器、PN结温度传感器测温范围都达不到600℃，被淘汰；选择PT100温度传感器比较适合，因为铂电阻的测温范围在-220℃—650℃（特点：准确度高，测量范围大），PT100价格低廉，符合节约成本的要求。
2.温差电偶的选材。学生要对不同的热电偶进行测试，测定温差与热电动势的关系，才能选出最佳制作材料：（1）铜-康铜作为温差电偶：实验测得热动计算可知温差为400℃时△U=17.9mv，ΔT=-200℃—300℃范围内，在廉價金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好；它的使用温度是-200℃—350℃，虽然灵敏度比较高，价格便宜，但炒锅爆炒时食油燃烧温度可达到600℃，铜-康铜热电偶达不到要求，引导学生寻找高温热电偶。（2）铂铑10-铂热电偶：可以测0℃—1600℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。微分热电势较小，因而灵敏度较低；但由于铑是从粗铂中分离出的新元素，比较昂贵，制作成本高，选择材料要经济实用，排除铂铑10-铂热电偶。（3）镍铬—康铜热电偶：也是一种廉价金属热电偶，该热电偶的使用温度为-200℃—900℃。其最大特点是在常用的热电偶中，其热电势最大，即灵敏度最高，宜制成热电堆，可精确测量微小的温度变化；温差与热电势的参考数据ΔT=100℃时，△U=9.5mv；ΔT=200℃时，△U=16.4mv，ΔT=300℃时；△U=25.0mv；其还具有稳定性好、抗氧化性能优于铜-康铜、价格便宜等特点，是适合我们制作炒锅用的材料。
3.测定液晶材料的特性。学生测定TN型（或STN型）液晶光阀特性，实验得知：液晶阈值电压在0.9—1.0v左右，只有热电偶提供超过这么大的动力，液晶分子才具有光电效应，即炒锅可以显示温度值的最低电压值；一般情况下1.5v可以驱动数显电路的运行，从这一点上，也可以看出液晶屏是很节能的。为了达到液晶所需的驱动电压，学生必须设计热电偶的联接方式、计算串联所需的温差电偶数量。我们选择：外观尺寸为1.5英寸、四段码、工作温度在0℃—600℃、正显TN液晶屏。
四、数显炒锅组装成型
数显炒锅锅底为双层复合型锅底，内部设置有镍铬-康铜温差电偶测温装置，将镍铬-铜铬热电偶做成细丝状（学生需事先计算出所需热电偶的数量），设置方式为：将热电偶以放射状均匀埋置于锅底，热电偶的热端均焊接在一起，置于复合锅底的中心；另一端置于锅沿的圆周上；热电偶均以串联方式联接，可以起到热电势相加的效果，提供驱动液晶屏电路工作1.5V伏特电压；锅底同时设有PT100温度传感器用于测量锅底温度；锅的端柄设置有1.5英寸的四段码正显TN液晶屏，普通TTL接口，精度达到0.1℃，准确显示温度值；锅的端柄还装有数据采集器，将温度的变化转变成电流的变化；炒锅的端柄内部装有液晶屏的显示电路及传导线；端柄与不锈钢锅体间装有隔热层。数显炒锅的研制过程中有许多关键点和难点：学生需要思考新型的炒锅如何实现时时显示油温？数显炒锅具有哪些功能？计算所需热电偶的根数，连接的电路图，画出结构示意图；组装调试过程中会遇到各种各样的问题，解决制作中出现的问题，可以激发学生的求知欲，不断地学习新知识；发挥学生的聪明才智，改进完善设计，找到解决问题的最佳方案，达到最佳效果。组装的最终效果为：在锅底安装温差电偶传感器及温度传感器，在锅把手柄上安装液晶显示屏电路。温差电偶产生的电信号转变成温度值，显示在装有液晶屏锅的手柄上；火力不同，锅温不同，电信号不同，液晶屏可以时时显示温度值，一目了然。特点：在不用电的情况下，实现烹制食物过程中对温度显示的要求，炒锅可在燃气灶、煤气灶上使用，安全可靠。
五、结束语
組织学生参与科技创新题目的设计与制作，培养了大学生灵活运用所学知识，具有发现问题和解决问题的创新思维和创新能力，调动了其他同学参与科技创新活动的积极性与主动性，收到了良好的效果。
参考文献：
[1]李仁芮，冯法军，等.通过科技制作培养大学生的创新能力[J].承德石油高等专科学校学报，2013，15（6）：78-80.
[2]夏越新.高校学生科技创新能力培养的思考[J].决策·探索，2003，（5）：55-56.
[3]成正维，牛原.大学物理实验[M].北京：北京交通大学出版社，2010.