時間：2022-05-06 02:23:10
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇實驗室設計方案，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
改革的方法
1.設計題目及內容的改革
對于“電子技術課程設計”題目的選擇尤為重要。首先，設計的題目要夠多，這樣學生的可選擇性才夠大；其次，設計內容要新穎有趣，有一定的使用價值，每個題目都可以鞏固學習電子技術課程重要的知識點，比如：電壓超限報警電路的設計可鞏固學習比較器和555電路以及各種邏輯門的使用；編碼電子鎖的設計可鞏固學習觸發器和門電路；多路數據巡回檢測電路會用到包括寄存器、計數器、數據選擇器和數據分配器等多個中等規模集成電路的內容；廣告燈控制電路包括了可逆計數、逐位顯示和蜂鳴報警電路等單元部分，會用到顯示譯碼器、計數器和555電路等電子知識。指導教師在告訴學生設計題目的同時還要把實驗室的現有資源給學生講清楚，學生可在這些限定的條件下進行設計，比如：實驗室可提供的觸發器只有D觸發器，邏輯門只有與非門。這樣，學生在設計過程中用到其他的觸發器和邏輯門時可以相應地改成實驗室已有的器件。這就要求他們要熟練地掌握課本上的理論知識，能夠隨機應變。當然如果實驗室確實無法提供器件，也要鼓勵學生自己去購買，這使得他們熟悉了更多新型電子器件的規格和功能，提高他們親歷親為的能力和學習興趣。
2.預設計方案的確立
進行預設計時要鼓勵學生用模塊化的分析和設計方法進行設計。學生通過查閱資料，根據設計要求自行確定實施方案，給學生提供更大的自，使學生能夠相對獨立地進行實踐，充分揚其所長。由于學生受到知識面的限制和其他主、客觀原因的影響，初步的設計方案難免存在遺漏和錯誤，教師要對學生的設計進行把關，保證他們的設計能實現基本功能。同時，也可通過集體答疑的方式組織學生公開講解設計方案，讓學生互找問題、討論解決方法，從而達到優化設計方案的目的。這些方法增強了教學的互動性，同時也為學生提供了充分發揮個人能力的空間，調動了學生們學習和創作的積極性。初步的設計方案確定以后就要進行仿真實驗。Multisim是非常適合模擬/數字電路仿真的軟件，它提供了大量的仿真元件模型，且儀器儀表種類之多是很多電子實驗室無法比擬的。通過Multisim進行功能仿真可以發現一些設計中存在的問題，進一步優化設計方案，同時增強了學生學習的興趣，加深了學生對理論知識的理解，提高了學生的實踐能力，也使學生掌握了電子仿真軟件的使用方法，為后續課程學習打下良好基礎。最后，學生把初步的設計方案上升到理論的高度，寫出一份詳細的預設計報告，包括設計題目、設計任務、總體方案的設計、單元電路的設計、元器件的選擇與參數計算，畫出總體電路圖，列出所用元器件的詳細列表和參考文獻。這樣，做到設計思路清晰明了，為后面的安裝調試做好充分的準備。
3.安裝調試
按照自己的設計方案進行安裝調試，是學生非常期待也是最能得到滿足感的一個環節。按照預設計報告中元器件列表領取器件，然后分模塊進行安裝。在這個環節指導教師要引導學生注意整體布局的美觀、規范，比如：電源線和地線要分開，各成一列，并分別用不同顏色的導線進行區分。在確定安裝無誤的情況下進行通電調試。在調試階段，有些學生只要發現實驗結果不對就手忙腳亂無從下手，指導教師要引導學生從信號輸入的一端開始逐個模塊進行調試，排除故障的方法要從大范圍到小范圍，最終找到故障的確切地點。在調試過程中要啟發學生自己查找、分析原因，找到解決的方法。通過調試使學生加深對電路工作原理的理解，學會調試電路查找故障的方法。調試完畢后，不要馬上拆線交給老師完事，指導老師要鼓勵學生用調試好的電路做實驗，例如：可以對單元電路的輸出進行實際的測算，并跟理論分析結果進行比較，進一步理解電路的特性。這樣做可以通過課程設計為學生提供鍛煉的平臺，提高學生的實踐能力和學習積極性。
4.撰寫總結報告
總結報告是學生對課程設計全過程的系統總結，不能等同于平時的實驗報告，因此，學生應按規定的格式進行書寫。總結報告的圖紙要規范，所有圖紙都按工程設計標準嚴格要求。這樣可提高學生的方案表達能力、工程制圖能力和科技寫作能力等基本綜合素質，為畢業論文的書寫打下基礎。
5.建立完善的成績評定體系是保證課程設計教學質量的關鍵
在注重結論正確的同時，應該強調整個設計方案實施的全過程。成績評定包含五個部分：一是預設計方案的正確性與合理性及仿真的結果，占總成績的25%；二是實驗動手能力（包括安裝工藝水平、儀器使用、調試過程中分析和解決問題的能力以及創新精神等），占總成績的30%；三是學生的答辯情況，占總成績的10%；四是設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神，占總成績的10%；五是總結報告（包括方案的論證、調試過程中出現的問題及解決方法、數據處理、結果分析、收獲和體會等）占總成績的25%。這樣一種相對完善的成績評定體系使學生在課程設計的任何一個環節都能認真對待，提高了學生學習的積極性和主動性。
改革的效果
1.培養了學生對設計性實驗的興趣，增強了學生動手實驗的信心由于設計題目與實際緊密聯系，充分調動了學生的學習熱情和自覺性，學生在獨立完成電路后興奮不已，很多同學對自己設計并調試成功的電路愛不釋手。
2.提高了學生多方面的能力在動手實踐設計過程中，學生們從通過查找資料給出預設計方案到互相配合著進行安裝調試，最終得出實驗結果，每一環節都發揮了他們的主動性和創造性，提高了分析和解決各種問題的能力以及相互合作的能力。
結束語
1教學目標
1．1提高設計能力
課程設計可以采用集中培訓的方式、開放式實驗的方式、或電子設計競賽的方式進行［1］。集中培訓指將所有學生集中起來，老師集體輔導，學生自己動手做的方式進行。開放式實驗是把學有余力的學生集中起來，每周上一到二次課，學生利用課余時間進行。電子設計競賽是把少數相對較好的學生集中培訓，可參加全國或陜西省舉辦的各種競賽，倘若獲獎，將對學生是一個極大的鼓勵。
1．2提升綜合設計能力
通過選題、方案論證、系統設計、系統實現、裝配調試、系統測試和總結報告幾個步驟，提升學生的綜合設計能力及系統架構能力［2］。
1．3培養自主創新能力
可以讓學生自主命題，自選方案，將創新性作為考核目標，提高學生自主創新能力［3］。
2實現方法
2．1進行理論教學改革
以前我們的理論教學方式是以課本為主，習題為輔，提高學生做題能力的訓練，忽視了對學生實踐能力的培養，以至于學生只會做題，不會做實驗。很多學生在課前問老師實驗應該怎么做，這就表明學生并沒有真正掌握所學的知識，或者已經掌握了所學知識但不會靈活運用。因此，我認為能在理論教學中加入一些實踐方面的知識，讓學生掌握一些基本的實驗方法還是很有必要的［4］。
2．2結合EDA（PSPICE、MULTISIM等）技術
在老師的指導下鼓勵學生自行設計電路，然后在軟件上仿真驗證，使學生對課題有一個全面的理解和掌握［5］。
2．3開放實驗室
我們的電工電子基礎實驗室設備齊全，規模較大，承擔著全院的基礎實驗課。但課余時間基本不用，應充分發揮實驗室的功能。實驗室應在整個學期都對學生開放，期間學生可以自行約定時間進實驗室，為學生的個性化設計提供必要條件。
2．4開放元器件
學院應撥一定經費，可由老師統一購買元器件發給學生。
3實施步驟
3．1選題
（1）采用難度適當的指定題目或自選題目。
（2）鼓勵使用結合實際應用的最新芯片與開發工具。
（3）使學生在規定的時間內工作量飽滿，經努力能完成任務。
3．2提出設計方案
（1）查找資料。
（2）元器件市場調研。
（3）方案論證。
3．3設計方案點評
（1）對設計方案進行分析、評價。
（2）備齊器件。
3．4設計方案實施
（1）系統實現。
（2）系統測試。
3．5總結
（1）提交總結報告。
（2）提交最終作品。
4課題舉例音響放大器的設計與實現。
4．1實驗目標
（1）小型多級放大系統設計、實現與聯調方法。
a．多級放大系統增益分配設計。
b．多級放大系統級聯調試方法。
（2）音調特性控制方法與實現原理。
（3）音量控制方法與實現原理。
（4）集成功率放大器內部電路工作原理與應用。
（5）音響放大器主要性能參數的測試方法。
4．2實驗內容
（1）功能要求：具有話筒擴音、音調控制、音量控制、電子混響、卡拉OK伴唱等功能。主要技術指標可自定。
（2）音響放大系統及模塊設計。
（3）音調控制特性仿真。
（4）測量內容a．測量音調控制特性，并繪制音調控制特性曲線。b．測量頻率為1kHz時的輸出功率Po及整機電壓增益Av。
（5）測量整機頻率響應特性曲線。
（6）實際系統音效及控制效果試聽。
4．3實驗教學過程與要點
（1）音響放大系統框圖、信號流程與工作原理。
（2）音響放大系統主要技術指標及測試方法。
（3）電路安裝與調試技術。
4．4實驗結果與驗收要求
（1）帶載特性參數測量與實驗記錄結果的比對。
（2）系統音效試聽。
（3）結合實驗內容進行提問。
（4）根據驗收情況，給出并登記驗收成績。
5遇到的困難
當然要開設電子技術課程設計還有許多困難，比如實驗室協調問題、經費問題等，我相信只要我們上下一心，知難而上，總會找到解決的辦法。
[關鍵詞]化工廠 設計 流程
中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）47-0287-01
1 化工廠實驗室設計基礎
（1）合同簽訂之前的項目前期階段，要明確項目的性質、設計范圍、設計原則、設計依據和建設規模，同時搜集資料、調查研究，借鑒以往類似產品、同等規模實驗室的設計經驗，根據化工工藝及系統、公用工程、環境保護及安全衛生等專業提出的初步分析項目條件，提出實驗室的初步設計方案：實驗室類型屬于中央化驗室還是車間化驗室，實驗室的大概面積和實驗室的主要組成等。
（2）在初步設計階段，針對前期階段制訂的初步設計方案，征求建設單位及有關部門的意見，進一步明確實施方案，依據有關專業提出更加詳細的分析項目及要求，劃分不同功能的實驗室，依據實驗室平面設計原則，給建筑專業提出合理的總體面積及各功能房間的布局要求，由建筑、結構專業設計人員共同設計出實驗室的總平面布置圖。同時給相關專業提出各功能房間的基本設施要求。
（3）在詳細設計階段，根據已批準的初步設計文件以及初步設計審核意見，修正初步設計方案，然后詳細提出各功能房間的尺寸大小、基礎設施要求、設備布置等情況。
2 平面建筑布局
2.1 設計原則
（1）把同類實驗室組合在一起，例如把化學分析實驗室集中布置在一起，以便于通風、排污、排毒措施的集中設置以及一些輔助儀器的共同利用，避免重復投資；氣相色譜、液相色譜等有溫度、濕度和潔凈要求實驗室集中布置在一起，便于集中布置空調設施。
（2）把工程管網較多的實驗室組合在一起。例如有氣源要求的儀器分析室應布置在一起，這樣從鋼瓶間或外管過來的氣體管道就能集中安排在一起，便于敷設、管理和檢修。
（3）把有隔振要求的實驗室組合在一起，且一般宜設于底層。例如將天平室和精密儀器室盡量集中布置在底層并采取減振措施。
2.2 化工廠中控樓化驗室舉例
某化工廠中控樓化驗室建筑面積為1662m 2，由于生產原料、中間產品和成品純度的要求，各功能房間均為凈化實驗室。根據建筑、結構、暖通專業人員以及工廠分析化驗人員的意見，同時考慮某些大型精密分析儀器對環境的要求，實驗室劃分為三個區域：千級凈化區、萬級凈化區、普通凈化區，每進入一個凈化區都有風淋設施對人、物進行吹掃、消毒。對于要求比較高的千級凈化區，實驗期間處于封閉狀態，所需樣品通過傳遞窗進行傳遞，盡量避免外界環境對分析的干擾和影響。同時各功能房間均有空調、通風、溫濕度控制設施，平面布局見圖1。
3 基本要求
3.1 建筑和結構
（1）實驗室最好在化工廠的上風向，避免車間灰塵和有害氣體對分析化驗結果的影響。（2）實驗室要遠離震源、噪聲源、粉塵源和電磁干擾源。（3）實驗室建筑的耐火等級不低于二級。（4）布置較重設備或要求防振的房間可設在底層；有潔凈和安靜要求的房間可布置在高層；有防潮或防曬要求房間則可分別設置在陽面或陰面。（5）特殊實驗室除外，實驗室的層高不得低于3.6m，中心走廊寬度宜2.4～ 2.7m；實驗室建筑物為多層布置時，樓面荷載設計不小于3000N/m 2，負荷較大的房間按實際要求設計。（6）有爆炸危險的房間門應向外開；大房間應設門；有恒溫恒濕要求的房間應設雙道門（即設緩沖區）。（7）有潔凈要求的房間應采用固定窗，避免灰塵進入室內；有防曬要求的房間應設遮陽窗簾；其他房間宜采用雙層活動窗或紗窗。（8）化驗室的地面應平整、防滑、耐酸、耐堿、耐油、防靜電。（9）用水房間應設1.2～ 1.5m瓷磚墻裙或油漆墻裙，以便于清潔。（10）需要使用鋼瓶的化驗室應在建筑物外便于引管線到所在功能房間的地方建鋼瓶間，鋼瓶間要通風良好，并有防爆和泄爆措施。
3.2 通風及排風
在化學實驗過程中，經常會產生各種難聞、有腐蝕性、有毒或易爆的氣體。這些有害氣體如不及時排出室外，就要造成室內空氣污染，影響實驗人員的健康和安全以及儀器設備的精度和壽命，因此，實驗室應考慮通風和排風系統。實驗室的通風和排風系統設計通常有如下要求：（1）實驗時產生有害氣體的房間可設置通風柜進行局部通風，柜內需設熱源、水源、照明等；風機要求防爆，通風管道要耐酸堿腐蝕；對于合用一個風機的多臺通風柜，每臺通風柜都應有獨立的控制按鈕。（2）對于環境要求嚴格的原子吸收室、液相色譜室或質譜分析室等可在儀器上方設置局部排風罩。（3）對于會散發有毒有害氣體的化學分析室應設置通風柜進行局部排風。（4）對于散發少量有害氣體的房間宜設軸流風機對外排氣。（5）空氣要求保持一定潔凈度的房間，則要提出潔凈等級。
3.3 給水和排水
（1）給排水管道的設置應滿足分析化驗洗滌的要求；室內總閥門應設在易操作的顯著位置；下水道應采用耐酸堿腐蝕的材料。（2）應按需供給生活用水或新鮮水。（3）分析化驗污水應排入生產污水管網，分析化驗廢棄的酸、堿、油污、化學試劑和廢渣應集中貯存再定期處理。（4）應配備消防栓或化學滅火等消防設施。
3.4 供電
實驗室供電一般分為照明電和動力電，而動力電主要用于各類儀器設備、空調和風機等的電力供應。實驗室用電有如下要求：（1）實驗室電氣的設計應遵守國家或行業相關標準。（2）實驗室內應設三相和單相交流電源，要設置電源總開關，以便能切斷室內電源。（3）實驗室的動力和照明電源線及通信線宜暗設。應配備不間斷電源，當主電源斷電時應能給應急照明系統提供至少半小時的電源供應。（4）實驗室的實驗臺、通風柜及其他實驗區域應有足夠數量的單相或三相插座，插座一般采用嵌入式，安裝在墻上，也可根據需要在實驗臺上安裝電源插座，大于16A的電源應采用空氣開關。（5）實驗室的烘箱、冰箱、恒溫箱等固定設備應有專用供電電源，確保實驗結束時仍能運轉，不至于因切斷實驗室的總電源而影響其工作。（6）實驗室要有接地系統，對大型精密儀器或有特殊要求的設備應單獨設置接地系統。（7）實驗室采用熒光燈照明，藥品間、鋼瓶間等有爆炸危險的場所應設防爆燈具。（8）根據需要，部門實驗室應設電話及網絡接口。
參考文獻
[1] 謝景欣.負壓二級生物安全實驗室設計要點[J].中國公共衛生.2010（10）
關鍵詞：網絡實驗室；電工電子實驗；模擬電子技術實驗
中圖分類號：TP391.9
網絡實驗室又被簡稱為iLab，是科學技術與信息網絡快速發展的產物，是一種依靠因特網的信息傳輸機制實現信息互換的實驗系統。主要是結合了計算機的仿真技術、計算機的網絡技術以及遠程控制，以此實現使用的用戶能夠通過遠程登入操作系統進行實驗。與傳統的實驗室相比較，網絡實驗室具有更好的資源共享性，具有不受時間地點的約束，能夠對設備高效利用等等一系列的優點。是能夠緩解實驗教學中日益增加的需求的一種有效解決方案。
1 虛實兩類實驗室的特點分析
就目前情況來說，網絡實驗室的研究主要分為兩個類別。一是實物網絡實驗室，是以遠程數據的采集和控制方案為基礎的一類網絡實驗室；另一類是虛擬實驗室，主要是以計算機仿真等等技術為基礎的網絡實驗室。
1.1 虛擬實驗室特點分析
虛擬網絡實驗室實際上就是指基于Virtual Reality虛擬現實技術的進行實驗的教學系統，能夠實現各種教學實驗室數字化以及虛擬化。結合了計算機具有的圖形處理技術以及設備控制，能夠在計算機上展現出一個虛擬環境。學生能夠子啊這一個實驗平臺上自主進行實驗的設計，具體的實驗操作以及對實驗結果進行驗證。在虛擬實驗室的設計中，客戶端以及服務器之間是通過互聯網進行數據傳輸的。用戶通過網頁登錄虛擬實驗室，即可進入一個虛擬的實驗環境。由于虛擬網絡實驗室在主體上的設計是純軟件性的，所以同時能夠具備實驗啟動的速度較快以及實驗結果能夠即使反饋等特點。
1.2 實物網絡實驗室特點分析
實物網絡實驗室保留了現實中真實的實驗所需設備，并通過多媒體、數據采集以及遠程控制等技術將其與互聯網很好的結合在一起，將實驗場景從現實的實驗室轉向用戶。使得用戶能夠通過電腦進行實物網絡實驗室，遠程操控實驗室內的實驗設備，并能夠通過網絡反饋實驗所得的數據和結果。與虛擬實驗室進行比較可發現，實物網絡實驗室更加適合用于遠程控制一些高端的精密的實驗儀器和一些較難進行虛擬化的實驗所用設備。
2 基于虛實結合的網絡實驗室的結構
虛實結合的網絡實驗室是指將虛擬仿真以及實物實驗進行結合的一種電工電子技術實驗網絡實驗室，可簡稱為LEE-Lab。使用此項技術的用戶能夠通過Web遠程登錄指定的實驗系統并能夠進行在線實驗，不會受到任何時間以及地點的限制。當用戶在使用此平臺時，不僅能夠選擇進行某一項虛擬仿真實驗，并獲得實驗結果，還可以選擇進行同一實驗的實物的實驗，能夠獲得通過硬件實驗而得到的實驗結果和數據。虛實結合的網絡實驗室主要包括了客戶端、服務器端以及實驗端三大部分。下面就從這幾個方面的設計理念和原理等做詳細的闡述。
2.1 客戶端
電工電子實驗網絡實驗室采用了瀏覽器/服務器的架構，是通過將實驗場景的插件內嵌入瀏覽器中，登錄即可進入網絡實驗室。這樣的瀏覽器客戶端具有的通用性極高，并不需要用戶事先對客戶端的APP進行下載，只需要安裝了基于IE等的瀏覽器既可以通過互聯網進行登錄。對實驗室場景的插件在登錄是從服務器進行下載即可使用。
2.2 服務器端
服務器端用于將客戶端以及實驗端之間進行連接，包括Web服務器、應用的服務器以及數據庫服務器還有視頻服務器這四個部分。這四臺服務器是處在統一高速局域網當中的，這樣就能夠保證數據在傳輸過程中的實時性以及穩定性。
（1）Web服務器。可以使用的Web服務器例如Tomcat，其具有的特點是技術先進、性能較穩定，且在運行時占的系統資源較少，適合用于電工電子網絡實驗室的Web服務器。
（2）應用服務器。此類服務器主要用于監聽用戶的連接以及請求等。應用服務器包括了虛擬調度模塊以及實物的實驗服務兩個模塊。分別能夠起到的作用是能夠相應用戶發送的虛擬實驗的請求以及實物的實驗請求。
（3）數據庫的服務器。適合作為電工電子網絡實驗室的數據庫服務器主要是MySQL，這是一個開放源代碼的關聯式的數據庫管理系統，由于MySQL具有體積較小、速度較快且成本較低等優點，在互聯網的小型網站中都得到了廣泛的應用。電工電子網絡實驗室的數據庫服務器采用MySQL能夠用來記錄用戶登陸的信息以及實驗完成后的實驗結果和實驗數據的存儲和管理。
（4）視頻服務器。視頻服務器采用了嵌入式的視頻服務器設計方案，上電后就能夠穩定的進行工作，并不需要進行編程。使用電工電子網絡實驗室的用戶能夠通過網頁的直接連接，通過視頻來對實驗結果進行觀察和分析。
2.3 實驗端
電工電子網絡實驗室的實驗端包括兩個部分，分別是虛擬仿真以及實物實驗，以此能夠實現分別對某項實驗進行仿真的計算以及實物的實驗運行這兩部分的工作。其中虛擬仿真端是由分布式的一組計算集群構成的，每個節點都能夠運行一個監控程序，并承擔起應用服務器中的虛擬調度的模塊所分配給的仿真計算的任務。實物的實驗端主要是包括了實驗板、實驗的儀器以及數據的采集卡還有工控機和攝像頭這五個部分。實驗所得的結果是由實驗板產生的，并通過實驗的儀器以及數據采集卡的采集傳送至工控機，然后由工控機的控制程序將這種數據反饋到服務器上。
3 基于網絡實驗室的模電實驗
3.1 數據的通信方式
在基于網絡實驗室的模電實驗中系統可以采用可擴展標記語言的數據交換格式以及對場景的描述方式。這樣就能夠實現對電子文件進行標記并使其具有了結構性的標記言語，這一方案可以用作對數據進行標記以及定義數據的類型的方式。并且能夠對網絡中存在的數據交換以及表示進行適當的簡化。使得代碼、數據以及表示能夠分隔開來。概括來說XML具有簡單性，可重用性，可擴展性等等許多的特點。由于電工電子網絡實驗室的數據傳輸的過程是十分繁復的，且涉及到的領域很廣，于是就需要采用粘合性較強的通用的一種通信方式來連接各個模塊之間所要進行的數據交換。結合XML所具有的許多特點，可以選用XML作為各模塊間數據的通信方式。
3.2 客戶端的設計
由于Adobe Flex瀏覽器插件技術是可以進行移植的、可重用的、可以進行調整且靈活多變，可以采用Adobe Flex的瀏覽器播放器插件進行網絡實驗室中的實驗場景設計，能夠實現快速的進行動態交互。設計者應當先設計出獨立的實驗場景的界面，然后將其編譯成Flash插件，這樣能夠使用戶只需要進行一次下載就可以獲取到實驗場景，不需要多次進行下載。該實驗操作界面應當主要由三個部分組成：實驗工具欄、實驗器件列表、操作界面。在實驗場景界面中，實驗所需的元器件可以將其放置在器件列表以及操作面板這兩個模塊中。
3.3 虛擬仿真端的設計
仿真語言可以采用Modelica作為基礎的建模語言。Modelica是新型的、面向大型復雜異構的物理系統對象的建模語言。[1]基于虛實結合的網絡實驗室具有極強的跨學科性，所以Modelica能夠支持多領域進行統一建模這一特性，很好的符合了設計的需求。就從模電實驗角度來說，Modelica標準庫中包含了電阻、電源、運算放大器等等常用的元器件模型，開發人員能夠直接從標準庫中調用模型來進行模擬電路的系統性建模。
電工電子網絡實驗室的虛擬仿真端是由虛擬的實驗計算調度的模塊以及計算節點這兩大部分組成。虛擬實驗的計算調度的模塊屬于電工電子網絡實驗室中的應用服務器，主要是負責對客戶端傳入的實驗場景的文件進行接受，并能夠根據當前的計算集群中的計算節點所具有的負載，將需要執行的任務進行有效分配給較為空閑的一些計算節點，能夠有效的提高工作效率。計算節點是指已經安裝Open Modelica的仿真環境，其任務主要是能夠承擔起由計算調度模塊分配而來的任務。
3.4 實物實驗端的設計
這里就模擬電子技術的實物實驗端的設計框架作一個大致的描述。在對LEE-Lab進行設計的過程中，所涉及的各個學科的實物實驗端對其結構的設計都是大致相同的，主要包含了三個部分：實驗模塊、數據采集的模塊以及控制端。這里就以模擬電路的實驗作為例子，簡述其硬件結構的大致框架。
實驗模塊即指實驗電路板，是由I/O型擴展芯片8255A以及繼電器還有具體的實驗電路三大模塊組成，其中包含了模電技術基礎中的共射極放大電路以及同相比例的放大電路等等基礎的實驗電路。數據采集的模塊首要任務是進行數據的采集，采用了多功能的數據采集卡例如PCL-812，可以通過ISA插槽進行安裝。控制端實際上指的就是已經安裝到工控機上面的C++語言匯編的控制程序，可以通過接口函數來進行數據采集卡的調用，以此就能夠實現控制端與實驗板之間數據的傳輸。
4 結束語
總的來說，基于虛實結合的網絡實驗室不僅是通過將虛擬實驗室以及實物實驗室相結合的綜合性的設計方案，有效的整合了系統的軟硬件資源，還簡化了系統低層的傳輸協議，整體上實現了操作的便捷化、響應更加快速，演示過程更加逼真的這樣一種遠程實驗控制技術。和其他的網絡實驗室進行比較，虛實結合的網絡實驗室具有一定的超前性，不僅在功能上十分的實用，在用戶的操作以及實驗效果兩方面也十分優秀。雖然該技術優點是顯而易見的，缺點也是必然存在的。所以，在將來的研究過程中，應該及時提出缺點不足和存在的問題，并及時進行分析，提出解決方案。只有這樣才能設計出一個更加完善的基于虛實結合的網絡實驗室。
參考文獻：
[1]何振磊.基于虛實結合網絡實驗室的模擬電子技術實驗[D].浙江大學，2013.
[2]謝瑞杰.構建虛實結合的計算機網絡實驗室[J].實驗科學與技術，2014.
[3]張守恒.虛實結合網絡實驗室服務端設計與實現[D].浙江大學，2013.
一、引言
核技術應用實驗是核類相關專業的一門專業實驗課，是一門實踐性很強的學科。核技術應用實驗教學的目的是提高學生實踐、創新能力，[1]使學生在原有理論知識的基礎上建構真正的、有效的知識結構。[2]核技術應用實驗主要配合理論課的學習，把理論知識和實踐相結合，培養學生理論聯系實際、獨立分析問題，解決問題的科學實驗工作能力和正確判斷實驗結果的可靠程度及處理數據的能力，更好地掌握核技術實驗的方法和技術；培養學生嚴格的科學作風，為學生進行畢業論文與畢業后的科學實驗及研究工作打下基礎。核技術應用實驗是繼核輻射探測基礎實驗之后開設的應用性實驗。[3]學生已經具備了儀器使用操作的基本技能、方法，[4]掌握了實驗操作的基本流程、實驗數據處理方法。在此基礎上開設核技術應用實驗，有利于培養學生的綜合素質、創新能力，提高學生的科學素養，提升學生多元化素質。經過幾年的探索與實踐，本文重點介紹了將創新研究性實驗教學應用于核技術應用實驗中的實踐情況：實驗準備、實施、實驗報告形式、實驗評價等。
二、創新研究性實驗的重要性
傳統的核技術應用實驗通常是由驗證性實驗、綜合性實驗等項目組成，實驗指導老師先講解、演示操作，然后學生按要求參照實驗講義上設定的步驟完成實驗。這樣學生只是通過實驗來加深所渉理論知識的理解，學生綜合素質及創新能力無法得到培養。創新研究性實驗是學生應用所學理論知識，利用實驗室的儀器設備自主設計實驗方案，在實驗指導老師的指導下完成實驗。創新研究性實驗不僅培養了學生綜合分析問題、查閱資料、動手實踐、數據處理等方面的能力，[5-8]而且提高了學生自主學習、實踐中發現分析解決問題的能力和科學素養，提升了學生嚴謹務實、探索創新、團結協作的精神。[9-12]創新研究性實驗是對傳統性實驗的改革與補充，是符合現代社會的需求、符合技術革新和發展的要求，是符合培養多元化復合型人才的要求，順應了“新工科”背景下培養學生的目標，為學生順利與企業、研究所培育模式無縫接軌。
三、創新研究性實驗教學的實施
1、準備工作
（1）實驗指導老師。①提供相關資料。實驗指導老師根據實驗目的及實驗室的儀器設備情況，詳細列出實驗目的要求、儀器的名稱、使用說明、功能、注意事項等，并在實驗前發給學生。這樣能保證學生對實驗室的儀器設備的情況有所了解，并有利于學生根據實驗室的條件確定實驗方案、熟悉相關實驗原理及方法。②準備實驗儀器設備。實驗指導老師根據學生提交的實驗項目及方案，準備相關的儀器設備，并保證各設備能正常運行。③實驗室開放。實驗室開放是保證學生能自主完成創新研究性實驗的條件之一，有利于激發學生的潛能，有利于提高學生的自主學習能力及人才的個性化發展。[13,14]實驗室可在時間上和空間上為學生開放，學生可預約到實驗室熟悉儀器設備或進行預設計實驗，為學生設計創新研究性實驗項目摸索條件。開放期間，實驗指導老師需隨時解答學生的問題。[15]④評閱實驗方案。學生實驗項目及方案設計的情況反映了其對理論知識應用的靈活性、創新研究能力及準備工作是否做的充分。實驗指導老師需認真批改學生的實驗方案，并指導學生修改實驗方案，制訂出合理的實驗方案，保證學生能順利完成實驗。（2）學生。①熟悉實驗儀器設備。學生根據老師提供的儀器設備情況，熟悉設備的工作原理、使用方法、注意事項、查閱相關資料。必要時，學生可預約到實驗室熟悉儀器的使用方法或進行預設計實驗。②設計實驗方案。實驗方案能全面綜合反映學生的創新研究能力、理論知識應用能力、實驗技能、創新思維過程及書面表達能力。[16]學生根據實驗室的儀器設備情況及所學理論知識確定實驗項目，選擇相關儀器設備及實驗條件，設計實驗具體方案，畫出實驗原理圖，擬定實驗步驟，預測實驗現象及結果。
2、實施
根據實驗設計的方案和步驟獨立順利完成實驗是檢驗學生準備工作是否做的成分、創新研究能力強弱的關鍵。實施過程中，指導老師及學生需做到如下幾點：（1）指導老師。①強調儀器調試使用方法。學生在安裝調試儀器前，指導老師強調注意事項及儀器調試使用方法。學生安裝調試好儀器，需指導老師檢查后學生方可進行下一步實驗。②實驗過程。學生實驗過程中，指導老師應全程觀察、指導學生實驗操作。①觀察學生動手實踐能力。②根據實驗現象或數據提問，了解學生對知識的理解程度及創新意識。③指導老師向學生提問：若改變實驗條件，可能出現的實驗現象、實驗數據可能變化情況，并要求學生觀察記錄不同實驗條件下的實驗現象及實驗數據。④實驗過程中，學生不能解決的問題，指導老師及時給予指導解決。⑤對學生整個實驗過程作出詳細的記錄并給予評價。（2）學生。①安裝調試儀器。學生根據自己設計的實驗方案及原理圖連接安裝儀器設備，并調試，保證各元件設置的參數合理，且能正常工作。學生在安裝調試過程中出現的問題，學生之間互相討論解決，對于不能解決的問題，指導老師給予指導解決。②實驗操作。學生根據自己設計的方案及步驟獨立完成實驗。學生應認真仔細觀察實驗現象、記錄實驗數據，確保原始數據的可靠性。實驗過程中出現預料之外的現象或數據不合理的問題，認真細致思考、相互討論，查找原因并解決問題。③實驗現象及數據記錄。學生認真觀察實驗現象，并描述出其現象，記錄實驗的條件、各元件的參數及實驗數據，保證原始數據的可靠性。原始記錄需指導老師審閱簽字。
3、實驗報告
學生完成實驗后需撰寫實驗報告，實驗報告可以是傳統的報告形式提交，也可以是研究報告形式提交。傳統的實驗報告形式需包含以下內容：實驗目的、器材、設計方案、實驗原理及其原理圖、實驗步驟、注意事項、實驗條件、各元器件參數、實驗現象、原始數據、數據處理結果、誤差分析、結論。研究報告形式需包括以下內容：研究概述、研究內容與目的、創新性、設計方案、實驗原理及其原理圖、實驗現象及原始數據、數據處理方法、誤差分析、結論與建議。這樣既可以培養學生的綜合分析能力、邏輯歸納能力及書面表達能力，[17]也可以培養學生的科學素養，促進學生多元智能的發展。
4、實驗評價
創新研究性實驗成績的評價是否客觀、科學合理，直接關系到學生對創新研究性實驗的熱情及興趣、也是今后能持續開展下去的重要的一個環節，這樣對指導老師提出了更高的要求。指導老師需全程參與實驗項目中，對學生的任何一個實驗環節都必須了然于胸，并做出詳細記錄及評價。具體評價方法如下：（1）實驗前準備。這部分主要從以下幾方面來評價：設備熟悉程度、選擇的設備及實驗條件是否符合項目要求、實驗設計方案的合理性、實驗原理及其原理圖的正確性、擬定實驗步驟的正確性、設計的實驗項目是否具有創新性等。這部分分值占總分值的20%。（2）實驗操作。這部分評價依據主要為：操作熟練程度、儀器安裝調試情況、實驗原始數據及現象記錄情況、發現及解決問題的能力、實驗態度等。這部分分值占總分值的50%。（3）實驗報告。這部分評價的依據主要為：報告內容的完整性及正確性、數據處理及誤差分析的正確性、結論的正確性等。這部分分值占總分值的30%。
四、結束語
首先要知道實驗目的，然后找到適合的實驗方法，再根據實驗方法設計實驗步驟（如果是現成的方法更好），根據步驟歸納總結所需要的儀器試劑等，最后按照實驗目的，實驗原理，實驗方法，儀器試劑，實驗步驟，數據處理這幾部分進行總結即可。
開放實驗室管理系統設計方案怎么寫
在學校實驗室的管理中，發現了一些問題，其中如：在統籌安排各班級上實驗課的時間需要人工實現，而且經常會出現同時有多個班級要使用實驗室的沖突，并且調課后沒有及時通知老師和班級同學。為了方便實驗室的管理，我們提出利用網絡來管理實驗室的上機情況。以學校的網絡實驗室為背景，開發一個開放實驗室管理系統設計方案.........
六. 實驗室管理信息系統??功能描述：??實驗室的使用情況、查看實驗信息、增加實驗項目、增加實驗材料。實驗室的管理員通過本系統可以清楚的掌握實驗室當時的使用情況；同時管理員還可以通過系統的操作界面清楚地了解其中任何一個實驗室的試驗信息（例如：實驗項目的個數、預約的實驗時間、實驗項目的名字、所需要的實驗器材、實驗人數等）；當外界人員需要申請在某一實驗室做項目時，管理員可以通過查看實驗室的使用情況而合理的給申請者安排做實驗的時間；為了方便增加實驗項目輸入實驗信息，在系統中備份一些實驗常用的實驗器材，但是每個實驗對器材的要求是不一樣的，在系統中我們可以任意的加進實驗所需器材，為了提高管理效率系統將器材分為大型中型和小型三類
學校下周讓交一份自己設計的實驗方案！基本要求??a、實驗題目。（如測量某一物理量）??b、寫出實驗的理論依據及實驗公式的推導過程。??c、根據實驗要求合理選擇所需儀器。??d、實驗步驟、注意事項。??e、對結果進行分析，得出結論。??當然不是自己做的也差不多，推薦些網址也行。
實驗目的：驗證上端開口盛水容器底部小孔出水速度v與小孔離液面高度h之間的關系??實驗器材：底部側面鉆有小孔的大容器、米尺、軟木塞、鉛直器。??實驗步驟：??1．用軟木塞封閉小孔；??2．將容器置于一定高度H處，并向其中加深度為h的水，??3．拔開軟木塞讓水流流動一小段時間后再封閉小孔；??4．測量水流最遠著地點距小孔正下方的距離L；??5．多次重復1—4步；??6．整理實驗器材。??數據處理：??由平拋運動可求水流在空中流動時間 ，由水平方向可得水流出口速度．
初中物理創新實驗設計方案（測量紙片下落的速度）
作者：朱文軍文章來源：初中物理點擊數：309更新時間：2008-10-10
一、實驗名稱：測量紙片下落的速度
二、實驗設計思路：
實驗“測量紙片下落的速度”所提供的實驗器材有卷尺、秒表、紙片，但是采用這些實驗器材
總是發現紙片在下落的過程中忽左忽右的飄，下落的路線不是直的，容易碰到課桌或其它的物體而改變路線。我就想找一種東西來代替它，起初想用氣球，但發現更難控制路線，而且氣球太大，放在實驗桌上會引起學生的無意注意。后來想這種東西應該還是用紙來做，因為如果采用鐵球等密度較大的東西做實驗的話，由于下落的時間太短無法測量下落時間，或者是測量出來的時間誤差太大。最后和同學們一起討論想到用小時候玩過的三個紙條組成的“紙錐”來替代原來的紙片。而且下落的時間可以通過秒表測出（由于實驗室沒有足夠多的卷尺，可以利用人的身高這個已知條件，此時下落的時間大約是1．2秒）。
三、實驗目的：
學會測量運動物體的速度。
四、實驗所涉及的科學道理：
測量紙片（改成“紙錐”）下落的速度這個實驗利用的實驗原理是速度公式 。把紙片改成“紙錐”，主要考慮它在下落時由于下部的形狀不同，空氣的流速也不相同，根據“在流體中，流速越大的地方壓強越小”（伯努利原理），會產生壓力差，導致“紙錐”下落時會順時針或者逆時針旋轉（具體旋轉的方向是由安裝時的順序決定的）。
五、實驗操作步驟：
（1）實驗前要測量出同學的身高，作為“紙錐”下落的高度s，記錄在實驗表格。
(2）一位同學把30～50厘米長的刻度尺平放在自己的頭頂，另一個同學按照這樣的高度自由釋放“紙錐”，同時開始記時，記下“紙錐”落地時所用的時間t，記錄在實驗表格。
（3）重復上述步驟兩次。
（4）根據速度公式計算出“紙錐”三次下落的速度，并計算出平均值。
六、實驗裝置或照片：
學生可以自制“紙錐”（剪三個完全相同的左右的紙條，把每個紙條對折一次，然后連環套在一起，如圖1所示，把三個“腳”向外抽緊，如圖2所示）
七、實驗所用器材：
“紙錐”一個，30～50厘米長的刻度尺一把，秒表一只。
八、實驗效果以及其他需要說明的問題：
實驗效果：2005年12月14日前后在南京樹人國際學校初二十二個班級中施教效果很好，
解決了原來所用紙片下落不穩、路線不是直線，路程無法測量的缺點，而且實驗器材制作方便、成本低廉、操作簡單、學生感興趣。后來在鼓樓區其他學校初二物理教學中得到進一步的檢驗，各位同行一致反應較好。具有較大的推廣使用價值。
說明：在制作“紙錐”時需要用硬度不要太大、密度較小的紙張，學生課堂練習紙最佳。可以選擇高個子同學的身高作為“紙錐”的下落高度，這樣可以增加下落時間，減小時間測量上的誤差，但是會導致矮個子同學很難判斷刻度尺是不是水平的；用矮個子同學身高作為“紙錐”下落的高度，可以最大程度的使刻度尺保持水平，但是會使下落時間變短，這樣測量的高度準確了，但是下落時間的測量誤差會增大。這樣的分析過程可以通過學生的討論完成。
1 物理實驗設計能力內涵的認識
物理實驗設計能力是指學生在實施物理實驗之前,根據一定的實驗目的和要求,運用有關物理知識與實驗技能,對實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法等實驗因素進行規劃的能力。它具有較強的綜合性、創造性和靈活性等特點。①實驗設計的綜合性是因為實驗設計本身就是一個綜合運用所學物理知識與實驗技能,對實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法等進行規劃的過程,在這個過程中,學生除了具備一定的物理知識和實驗技能外,還需要掌握各種科學方法。如觀察、測量、記錄、歸納整理資料、分析對比異同、抽象概括結論等。②實驗設計的創造性,是指通過實驗設計,可以充分發揮學生的聰明才智,讓學生運用自己所學知識,創造性地構思、設計解決問題的途徑和方法。③實驗設計的靈活性是指學生在進行實驗設計時要具有應變能力,思維要靈活,對于要解決的問題,根據不同的實驗條件,可以設計不同的方案
1.某物理小組到外旅游,看到河邊有一種漂亮的石子，他們非常想知道它的密度，但手邊只有彈簧測力計。請你幫他們設計一個實施方案粗略測出石子的密度（寫清實驗步驟，并用測量量表示出密度值）
步驟一：用質量、體積均可忽略的細繩捆住石子，用測力計測重力，記錄示數F1 步驟二：用測力計鉤著將石子浸沒在河水中但不碰到底，記錄測力計示數F2
ρ=F1*ρ水/(F1-F2)
2.小明手里有一塊非常漂亮的橡皮泥，手中還有一個量筒和一盆水，請你設計一個實驗幫他測出橡皮泥的密度（①.步驟 ②.表達式）
步驟一：向量筒中注入適量水，記錄示數V1，放入橡皮泥塊，使其被水浸沒但水不溢出，記錄水面上升后示數V2
步驟二：將橡皮泥取出，重新讀取液面下降后的讀數V3
步驟三：將橡皮泥弄干，捏成小船形，輕輕放入量筒內水中使其漂浮，且水無溢出，記錄示數V4
ρ=(V4-V3)ρ水/(V2-V1)
3.小明做實驗時不小心將兩杯液體（清水和鹽水）弄混，他只用一支鉛筆和一段細鐵絲便輕松進行了分辨（寫出步驟及表達式）
步驟一：將細鐵絲纏繞在鉛筆桿一端，使其能夠在水中直立漂浮
步驟二：將鉛筆細鐵絲一端分別放入兩杯液體中，在筆桿上標記液面高度
由于漂浮，受力平衡ρ液gSl=mg
標記距繞細鐵絲一端較長的是清水，較短的是鹽水
4.小蘭想測出自家牛奶的密度，但她只能找到一支粗細均勻的細木棒和一段細線、水、一個螺母及一把毫米刻度尺，如何測出它的密度（①.步驟 ②.表達式）{若將毫米刻度尺換成量筒如何？}
使用量筒：
步驟一：將螺母套緊固定在木棒一端，使其在液體中能直立
步驟二：向量筒中倒入適量牛奶，記錄體積V1
步驟三：將木棒放入牛奶中，使其能夠漂浮且不觸到量筒底部，記錄液面上升后體積V2 步驟四：將牛奶倒出，洗凈量筒，再倒入適量水，記錄體積V3
步驟五：將木棒放入水中，使其能夠漂浮且不觸到量筒底部，記錄液面上升后體積V4 ρ奶=(V2-V1)ρ水/(V4-V3)
使用刻度尺：用細線捆住木棒一端，依次慢慢放入牛奶和水中，直至木棒恰好要歪倒，標記該時刻液面在木棒上的刻度，用刻度尺測量浸入端到標記刻度的距離，分別為h1、h2 ρ奶=ρ水h2/h1
5.小明媽媽買來一條質量2Kg的魚，可小明想知道魚是否足秤，可手邊只有一把量程5N的測力計，還有一根輕質均勻細直尺和細線。（請誰基礎實驗幫他解決難題 ①.步驟 ②.表達式） 步驟一：用細線做三個環，其中一個固定在直尺0刻度處，一個固定在直尺L刻度處（L不大于為1/5量程），另一個不固定（可在L刻度以上移動）
步驟二：將魚掛在0刻度處的線環，測力計鉤子鉤住可移動線環，用一手提起L刻度處的線環并用另一手拉彈簧測力計，使得支持能夠平衡
步驟三：改變可移動線環的位置以及拉測力計的拉力，記錄若干組測力計示數Fi與可移動線環所在刻度Li(i=1,2...)
由力矩平衡：mg*L=Fi*(Li-L)
代入數據，求m的平均值,即為魚的質量，與2kg比較即可
6.小紅手中有兩塊外形、體積相同的小金屬塊，請你設計實驗比較兩金屬塊密度大小，器材自選（①.步驟 ②.表達式）
器材：天平
步驟：分別將兩塊金屬塊放入天平的兩托盤里
關鍵詞：室內環境質量監測；溫濕度；光照；ZigBee
中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）01-00-03
0 引 言
健康舒適的室內環境對任何一種建筑來說都尤為重要，實驗室作為人員密集型建筑，良好的室內環境有助于提高學生的學習效率。如果溫度過高或過低，濕度過濕（高于70%）或過燥（低于30%），光照的過明或過暗，都會使學生產生不適感，影響正常排汗和情緒、降低注意力。由此可見，實驗室環境的不盡人意，在無形中影響了學生的健康和學習效率。因此，開發了室內環境質量無線監測系統，以便24小時監控實驗室的環境質量參數。本無線檢測系統的主要特點如下：（1）該系統可以延長實驗室里面設備的使用壽命，為設備提供一個安全的使用環境；（2）該系統能夠提高管理效率，溫濕度數據可以遠程傳輸，管理人員在巡查的時候不必到機房去就可以遠程了解實驗室的環境問題；（3）本系統可以代替管理人員24小時監控非上班時間實驗室存在的安全隱患，達到對實驗室遠程監控的目的。
1 系統總體設計
在日常生活中，由于存在個體差異，在各種條件下要找到一個單一的指標來準確反映人體對環境的舒適性是很困難的。因此，在環境舒適性的檢測過程中，我們往往關注三個比較重要的影響環境舒適性的因素：溫度、濕度、照度。所以本系統針對實驗室的環境分別采集溫度、濕度、照度這三個因素來衡量實驗室環境的舒適性。系統的總體設計框圖如圖1所示。
圖1 室內環境無線監測系統的總體設計框圖
本文所述的室內環境無線監測系統分為硬件設計方案和軟件設計方案兩部分。
1.1 硬件設計方案
該系統采用模塊化的硬件設計，由STC12系列單片機微控制器、溫濕度傳感器、光照傳感器、CC2530芯片的ZigBee收發模塊、液晶顯示模塊、電源模塊等組成。該終端具有室內環境參數的自動采集、計算處理等功能，它可以連續自動地測量溫度、濕度、光照這些指標，各種要素經過傳感器將模擬量轉化成相應數字量，供采集器定時處理后給單片機進行處理，實現數據的采集、顯示及無線傳輸。
1.2 軟件設計方案
室內環境無線監測系統的軟件設計由主程序、溫濕度傳感器驅動子程序、光照傳感器驅動子程序、LCD12864液晶顯示子程序、串口通信子程序等組成。對于硬件方案用到的編程軟件其中包括對于微控STC12C5A60S2進行C語言程序編譯的Keil軟件，將Keil軟件生成的.hex頭文件燒錄至MCU中的下載軟件STC-ISP中。
2 室內環境質量無線監測系統的硬件設計
實驗室室內環境質量無線采集系統在硬件設計過程中，使用了模塊化的設計方法，分別為微處理器電路設計、數據采集模塊電路設計、顯示模塊電路設計、串口通信電路設計、無線收發模塊。在本系統中，對實驗室室內環境質量參數數據的采集主要依靠各種傳感器，如溫濕度傳感器AM2301、照度傳感器模塊GY30。這些傳感器的工作原理是利用物質各種物理性質隨環境變化的規律把溫度、濕度、照度等轉換為模擬量或數字量進行輸出，通過單片機采集這些電量數據并對其進行計算即可確定各環境參數的數值。在室內環境質量無線監測系統的設計中，本文使用了STC12C5A60S2單片機進行設計。具體包括：單片機最小系統，溫濕度接口電路，光照接口電路，接口電路，電源電路，串口通信接口電路。
2.1 MCU的選型
本系統設計采用的是STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2 在眾多的51系列單片機中，算是國內STC 公司的1T增強系列中更具有競爭力的一種，因為他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內具有Flash工藝的大容量程序存儲器。如STC12C5A60S2單片機內部就自帶高達60 K的 FlashROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可進行加密，很好地保護了用戶的勞動成果。
2.2 溫濕度傳感器AM2301
DHT21數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。
2.3 光照傳感器模塊GY30
本系統采用新型單片測光芯片GY30模塊，該模塊的工作電壓為3.3 V，內置了BH1750芯片，可以對廣泛的亮度進行1勒克斯的高精度測定，實現了照明度（1～65 536勒克斯）數字值的直接輸出。主控器通過I2C（Inter-Integrated Circuit） 通訊接口讀取GY30采集到的數據，然后按照用戶要求的形式通過界面將數據呈現出來。
2.4 ZigBee數據傳輸模塊選型
本系統中所使用的ZigBee模塊為某電子公司的無線模塊，該無線模塊在產品類型中分為三種：ZigBee（Coordinator-協調器）模塊、ZigBee Router（路由器）模塊、ZigBee End Device（終端設備）模塊。 ZigBee能耗無線監測終端的硬件設計中，無線ZigBee模塊（Router-路由器）的功能是以無線方式發送數據資料包，并尋找最適合的路由路徑，當有其他終端節點加入時，其也可為其他終端節點分配地址。CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能，其內部包含一個8051 CPU，且系統內可編程，其支持TI官方指定的IAR編譯軟件，并具備8 KB RAM，因此，CC2530是一個完整的SoC解決方案。通過其可以建立強大的無線傳感器網絡。
2.5 ST7920型12864液晶顯示模塊
為了在節約硬件資源的基礎上可以得到更豐富的顯示內容，并考慮到低功耗的要求，本系統設計中的顯示電路采用ST7920型12864帶字庫的液晶顯示模塊。
3 室內環境質量無線監測系統軟件設計
本節的主要內容是進行室內環境質量無線監測系統的軟件設計，軟件設計的核心為底層硬件溫濕度傳感器AM2301模塊、光照傳感器GY30模塊、LCD12864液晶、串口通信等編寫驅動程序，使得監測系統在上電后可以分別正常監測溫濕度值、光照值的顯示，及進行串口通信。室內環境質量無線監測系統主控程序流程圖如圖2所示。
圖2 室內環境質量無線監測系統主控程序流程圖
3.1 溫濕度傳感器AM2301驅動子程序設計
DATA數據線用于MCU與 AM2301之間的通信。四十比特完整的數據=十六比特的濕度數據值+十六比特的溫度數據值+八比特校驗和。例如，接收四十比特的數值，溫濕度傳感器AM2301的數據格式如圖3所示。
圖3 溫濕度傳感器AM2301的數據格式
空閑時總線為高電平，通訊開始MCU拉低總線1～10ms，然后釋放總線，延時20～40 μs后主機開始檢測響應信號。從機AM2301的響應信號是一個80 μs左右的低電平，隨后從機在拉高總線80 μs左右代表即將進入數據傳送。長的高電平代表的是信號1；短的高電平代表的是信號0。溫濕度傳感器AM2301數據傳輸的時序圖如圖4所示。
圖4 溫濕度傳感器AM2301的數據傳輸時序圖
3.2 光照傳感器GY30驅動子程序設計
GY30與主控器之間的通訊使用I2C通訊協議。時鐘線為高電平時，數據線由高電平向低電平變化表示開始信號；時鐘線為高電平期間，數據線由低向高變化表示結束信號。I2C通訊協議的起始信號與終止信號時序圖如圖5所示。
圖5 I2C通訊協議的起始信號與終止信號時序圖
3.3 串口通信子程序設計
上位機對單片機所存儲的數據的讀取是通過USART實現的。由于單片機內部集成有USART模塊，因此MCU只需要連接MAX232芯片，就能和PC通信。首先，單片機要設置異步通信的比特率數據位、停止位、校驗方式等，最后才打開中斷。在本系統中，異步串口通訊模塊比特率設置為9 600，通信模式采用模式l，即每次發送的有效數據為8位，另加一位停止位。串口通信的軟件設計流程圖如圖6所示。
4 結 語
本文針對室內環境質量的關鍵問題，基于物聯網技術，采用無線數據采集與傳輸等先進信息技術手段，準確采集室內環境質量數據，使實驗室室內環境質量在計量、采集、統計方面更加完善，同時確保實驗室的正常、高效、健康、穩定地運行。管理人員只需要通過網絡就可以了解實驗室環境的實際情況，從而極大地減輕對實驗室的管理工作，實現實驗室的科學管理。
圖6 串口通信的軟件設計流程圖
參考文獻
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南京中醫藥大學本科生導師制已開展多年，取得良好成效[1]。導師制即導師(青年教師為主)對少數學有余力的學生進行個別指導的教育模式,目標是以問題為中心,培養學生獨立分析問題和解決問題的能力。隨著本科生導師逐步展開，培養既有理論基礎又有實踐能力,且富有創新精神的醫學生,是藥理學實驗教學改革的目標。因此改革實驗教學,變被動為主動,激發學生的科研興趣,提高學生的科研素質及創新能力。
1 自由選題、自主實驗設計和可行性論證[2]
自主選題階段要充分發揮本科生導師培養對象的學生帶頭和輻射作用。以本科生導師為課題組長，分別帶領自己的實驗小組進行選題。在充分尊重學生的主體意識的同時可以建議導師的科研與教學的相互滲透。學生可根據自身的需求或興趣選擇實驗項目，期間可以和導師反復論證。由于導師在專業領域學有所長,指導的學生數量有限,導師有時間和精力對學生進行個體化的指導,發現和挖掘學生的潛質,對學生的全面發展提出建議并給予幫助。學生在與導師的直接交流和參與導師的醫療科研工作的過程中培養臨床思維能力和創新意識,在導師人格魅力的熏陶下養成嚴謹求實的工作作風、精誠合作的協作精神,良好的職業道德和強烈的社會責任感。這種科研的思維對其他同學能發揮輻射作用。
自主設計和可行性論證階段，以實驗小組為單位,查閱文獻資料,小組內討論,設計出具有科學性、邏輯性和探索性的實驗,解決在理論學習或生活中發現的疑點或感興趣的問題。各小組交上設計方案后,由教師組織學生討論,由學生當老師向同學講述實驗理論知識、實驗的步驟及注意事項等,充分發揮學生的主觀能動性。每組由1位同學主講,其他同學補充。
通過這種研討會的形式，找出設計中存在的問題,并引導、啟發,由學生提出解決的方案或回答疑問,最終提出完整的設計方案。可行性論證引入競爭機制，只有50％的選題最終立題。這樣就極大地調動了學生參與實驗的積極性和創造性。討論完成后,學生提供書面實驗設計方案。對于實驗設計中實驗室不具備儀器、藥品,教師應和實驗準備人員進行溝通,聯系購買或借用,若仍有困難時,應向學生解釋并建議其更改方法或實驗題目。
2 預實驗、實驗方案的調整與修正
預實驗在正式實驗前,應安排相關學生按照其設計方案進行預實驗,以驗證其設計方案的可行性和發現一些以前沒有想到的問題,并促使其提出解決方法,完善、修正實驗設計,為正式實驗奠定良好的基礎。在此過程中,學生發現、分析、解決問題的能力提升,也加深對整個實驗領域的系統認識,而且學到對學科各個知識點的聯系,歸納綜合的方法。在本導生自主設計的“抗暈動癥的實驗”中，就根據現有儀器設備對轉棒進行改造，明顯提高了實驗效率。
3 實驗操作、結果統計分析、撰寫論文和論文答辯[3-4]
讓學生自己動手實施他們的實驗設計,這樣每個學生都要有機會動手受到訓練;也培養了團隊精神。提示要培養學生細致觀察并記錄的習慣。實驗結束后,數據整理,根據實驗結果寫出實驗報告和研究論文。論文最后以答辯的方式進行,由指導教師、導師及其他同學組成的答辯委員會對實驗過程和實驗結果進行提問。通過這一階段的訓練,使學生對論文的撰寫和答辯過程有進一步的了解。
4 成績評定
根據實驗設計方案、實驗操作、論文和答辯情況對學生進行評分。改革原來的實驗課比例，由原來的30%增加到50%。各小組內的組成人員根據其每項的表現區別評分。這樣,明顯地提高學生學習的積極性,避免考試時的僥幸心理。與此同時,鍛煉了學生動手能力,加強理論與實踐的結合,強化基本功能訓練。
5 實驗改革的體會和思考
蘇聯教育家巴班斯基認為:“教學過程不僅需要教師的活動,而且需要學生的活動。如果學生沒有在一定程度上自己組織這種活動,教學最優化是不可思議的。”因此課程改革關鍵是教學模式的革新，對傳統驗證性教學為階梯型教學模式[2]。從形式上看，以本導學生為主體的開放性實驗既是傳統實驗教學在時間與空間上的延伸，也是其在內涵上的提升，具有十分顯著的作用，得到學校的高度重視。這種實驗教學體系的改革也取得了良好的教學效果。吸引了大量學生參與教師的科學研究工作，培養學生科學研究的興趣和能力，對本校本科生導師制的實施起到了相輔相成的作用。但在實施中還有許多需要改進的地方。如需要進一步完善實驗室條件，適量地增加科研經費,改進某些實驗儀器和設備。另外老師的積極性需要進一步調動，藥理實驗有一定的時限性，需要延長實驗室開放時間,那么老師的工作時間要很大程度的延長。
總之，在實施開放性實驗的過程中，應強調學生的主體作用，為學生提供一個大膽思維、激發他們潛在創造天賦的環境。同時對學生開放性實驗要與日常實驗教學、科研工作以及學生課外科技活動相結合，并逐步發散到所有有興趣的同學。這在一定程度上彌補傳統驗證性實驗的缺陷,在實驗中培養學生的新藥研制和實踐能力,為后續的畢業設計及走上工作崗位后能卓有成效地開展工作奠定基礎,使實驗回到創新開拓研究的目標中去。
參考文獻
［1］ 吳勉華,黃桂成.試論本科生導師制與中醫藥創新人才的培養.西北醫學教育,2003，11(3):176-177.
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［3］ 李紅枝，陳偉強.加強實驗教學改革不斷提高學生的綜合素質.中國實用醫藥，2008,3(6):138-139.
筆者認為，在實際教學中，增加一定數量的設計性實驗是十分必要的。
一、設計性實驗的涵義及相關理念
1、設計性實驗的程序
物理設計性實驗要求學生靈活、綜合地運用所學的物理以及相關學科的知識和技能，完成如下的程序。一是準備、設計階段：查閱資料，設計實驗方案，選配實驗儀器，擬定實驗步驟；二是實驗階段：正確調節和使用儀器，觀察現象，測量數據，思考和分析問題；三是小結階段：可以以課題論文形式提交實驗結果，也可以進行口頭形式的交流討論。
2、設計性實驗選題的原則
設計性實驗選題的原則，一般不要求突出實驗內容的復雜性，課題只給出實驗目的和要求，由學生根據目的要求去查閱資料，獨立制定實驗方案，提出分析、解決問題的設想，然后在教師的指導下獨立去解決，最后寫出實驗報告。
3、設計性實驗分類
從形式上可分為兩種類型：第一，給定某種儀器設備，要求完成某一物理量的測定或某一物理現象的觀察研究，如《平拋物體運動》中的“用尺測量玩具手槍子彈射出時的速度”。第二，只提測量要求，不限實驗方法和所用儀器，完成某一物理量的測量任務。
從內容上可以分為三種類型：第一，測量某一物理量的課題；第二，探討研究和應用的課題；第三，研究測量方法的課題，要求設計一種實用的方法。
二、教學案例
設計實驗課題：重力加速度的測定。
1、課題的提出
重力加速度是物理學中最重要的常數之一，它在高中的物理學習章節里大量頻繁出現，其數值的測定方法很多，有些方法在物理學發展史乃至在科學史上有重要的價值。請同學們根據所學知識以及了解的知識設計一種可行的實驗方案。
2、設計實驗的要求
（1）學生分為若干實驗小組，根據所學知識作為實驗原理，可以找到多種測量方法，但至少要選擇一種以上你認為切實可行的實驗，進行具體詳盡的方案設計，包含確定實驗原理、選配實驗器材、擬定實驗步驟、提示重要操作事項等。
（2）正確調節和使用儀器，觀察現象，測量數據，思考和分析問題。
（3）提交實驗結果，對所設計方案在實驗中出現偏差或誤差的原因進行分析，注意實驗的可行性和實驗價值的分析評估。
3、設計實驗的互動
（1）從方案設計到實驗過程到總結，學生以自主完成為主，疑惑較大時，師生間可以討論，教師可給予適當指導。
（2）開放實驗室，實驗室可以為學生提供較熟悉的一些儀器，如秒表、光電計時裝置、打點計時器、電火花計時器、單擺裝置等。
4、設計實驗的思考
（1）對各小組的設計方案及實驗結果進行對比分析，從實驗的新穎性、可行性、實用性、先進性以及設計方法的價值等方面作對比，相互間作出評價。
（2）查閱資料，了解一種比較精確的測定重力加速度的方法――凱特擺測量法，思考其設計思想在科學史上有何重要價值。
三、教學思考
1、本案例課題極富開放性和挑戰性
設計方案時，要求學生提出盡可能多的設想，再根據時間和條件，實踐一、二種方案，有的實驗無條件進行，也可以提出各種新的設想，這是創新思維訓練的有效模式。由于課題較熟悉，要設計一個方案并不難，難就難在設計一個好方案，好方案就好在測量方法新穎、準確可行上。
2、設計中的反思促使創新意識轉化為創新能力
[關鍵詞] 農產品 質檢站 實驗室建設
[中圖分類號] F304 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2014）03-0007-01
縣級農產品質檢站在檢驗農產品質量安全方面起到重要作用，憑借政府手段的優勢，強化基層農產品質量安全管理工作，同時為政府開展相關工作提供了技術支持與技術決策；對提高基層農產品質量，保障食品安全，起到積極作用。質檢站工作的開展，主要以常規性檢測、現場快速檢測為主，能夠深入基層指導農業生產，為農業生產者、農產品消費者提供服務；結合本縣城或者本區域的產品特征，組織實施具有公益性質的農業生產活動，為構建農產品生產基地、家庭農場等提供保障。
我縣農業檢測中心成立于2002年，因前期資金有限，人員不足，局限于殘留農藥的快速檢測工作；而在2011年，我縣農業檢測中心納入到農業部的農產品質量安全檢驗檢測體系建設中，成為中央預算內的投資計劃項目，項目總投入資金306萬元，裝修面積372，通過改革和擴大，購買了一些先進的處理儀器，檢測中心正式開始使用色譜、光譜、質譜等技術，進一步提升檢測能力。現將項目的管理和實施過程總結如下，供同行參考。
一、立項
項目申報及審批該項目作為中央預算內投資項目。在整個項目實施過程中，應遵循嚴格化、規范化原則，滿足立項審批的要求，同時出具可行性研究報告、初步設計方案等，更好地滿足各個程序要求，按章辦事。
二、項目實施
1. 質檢站合理化設計。實驗室的合理設計及優化布局，是確保檢測室建設符合規范的重要前提。因此，在編制可行性報告并提出初步設計方案之前，必須綜合考慮當地農業生產的實際情況，與農業檢測工作相結合，根據《縣級農產品質量安全監督檢測機構建設標準》（NY/T2245-2012）的基本要求，精心規劃質檢站設計方案，在批復之前發現其中可能存在的問題并及時處理。
2. 由于我縣的農產品質檢站是對原辦公區域及展示廳進行拆除后進行改建，其建設主要包括以下兩方面內容：
2.1基礎建設。基礎建設包括原辦公區域及展示廳拆除清理、水電安裝、通風系統安裝、實驗室的裝修等；其中基礎裝修包括了重新劃分實驗區域，對地面、墻面等進行裝飾處理、安裝窗簾；另外，為了滿足基本的農產品檢驗要求，還設置了無機前處理室、有機前處理室、天平室、消化室、高溫室、速測室、光譜室、色譜室、供氣室、藥品室、樣品接收室、檔案室、培訓室、監控室等功能室。根據不同實驗室的功能和實際需要，確定擺放的儀器設備型號及數量，合理分配功能面積。
水電安裝：根據實驗室的要求，確定用電設備的功率，同時也要考慮實驗臺的位置、通風柜的高度等，合理布線；對于重大儀器設備如氣質聯用儀、原子吸收等，必須配置備用電源，以防突然停電給儀器設備造成損壞等。此外，水龍頭、插座、開關、照明等數量和位置要視具體情況而定，插座、網口最好安裝在實驗室臺柜之上。
通風系統安裝：如果實驗室在頂層，則最好是直接，事先設計好排風口的位置及數量，做好防漏措施。如果在樓層中間，則要設計好側排的位置和室內通風管道的連接，及事后檢修口的位置。
2.2 根據縣級質檢站的建設要求，應該做好項目竣工的驗收工作，確保實施過程與國家規定和法律相一致。
前期管理。前期充足準備是項目實施成功的重要保證。大多項目實施，往往前期準備不足，導致項目進展緩慢，甚至停滯。質檢站項目的前期準備工作主要包括以下內容：①落實上級批復的文件要求，確保資金落實到位；②繪制裝修圖紙，嚴格按照圖紙要求開展施工；③定制施工預算并報相關部門審核。
工程管理。根據我國招標法的規定，如果裝修工程項目的資金超過50萬元以上，必須實施公開招標模式；在招標進行中，應設置一名負責人，與招投標中心、采購辦、交管辦、施工單位和監理單位聯系，確保在施工前，各項手續齊備如施工許可證等，才能開工。做好施工過程的質量控制與監督管理工作，及時發現施工中存在的問題并采取處理措施；對于施工中的變更需做好會審，取得各方同意后方可實施；工程結束后組織相關單位驗收，編制工程結算報告并送財政等部門審核。
采購管理：按照政府采購相關規定，以公開招標的形式采購儀器設備，招標活動可由政府采購辦組織，也可委托招投標公司組織。至于空調、檢測車、電纜等采購，根據政府采購相關規定，適當選用采購方式進行采購。
合同管理：所有建設項目的實施，應該注意合同的規范作用；其中包括施工合同、監理合同及設備采購合同等，這也是竣工后變更與賠償的重要依據。
三、項目竣工并投入使用之前，需要根據施工過程的實際情況撰寫竣工報告，要求審計部門出具專業的審計報告，完成項目決算以及初步驗收工作，向上級部門申請項目驗收。
四、由于縣級產品質檢站的特殊性，其建設的內容多、要求高、時間緊，在整個項目運行過程中，注意與與發改委、財政、環保、質監、農辦、招投標中心等部門建立良好溝通，在確保各項程序到位及自身安全的同時，順利完成項目建設。
參考文獻
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電子信息類專業學生有課堂教學與實驗教學的優勢，但并不是電子信息專業的學生都能成為電子信息領域的創新人才，這是不爭的事實。要想在本專業領域真正成為“綜合型、設計型、創新型”人才還需要在課外學習、興趣制作、科學研究等方面繼續努力。隨著電子技術的發展，目前電子信息領域很寬，相關專業知識很多，課堂教學的知識不可能包羅萬象，也不可能將每一個知識點都講透，更不可能滿足每一個學生的興趣要求。每一位教師都可以引導部分學生參與到自己的研究領域，培養其興趣、使其成長成才。學生獲取知識的渠道很多，比如學術報告、圖書資料、網絡資料、朋友交流等都是獲取現代電子技術知識的途徑。專業方向的興趣往往產生于某一瞬間，如果持之以恒地探索就可能成為這一技術領域的杰出人才。學術報告可以讓學生盡早接觸到學術前沿，一些學生在獲得某種啟示后會朝著某個領域鉆研。學術報告常常要有計劃、有步驟地進行，并且由于聘請的報告人可能是校外專家，這就涉及到報告場地、必要的經費開支等問題。電子技術是一門實踐科學，沒有實物作品及測試指標就談不上真正成功［2］。開放式實驗要求實驗室開放并要有必要的元件材料，遇到難題還要請專家咨詢、指導，這些都需要經費保障，否則是不可能持久的。
讓電子愛好者有個性發揮的場所
非電子學科的學生也可能成為電子行業的專家。我們都知道，選擇上大學的學校、學科、專業等有偶然性和客觀條件，但一些人確有從事電子技術的興趣，還有自學電路理論的能力，他們是電子愛好者、電子發燒友，如果學校提供一些便利條件，他們完全可能成為電子技術的“奇才”。電子愛好者可以通過看書、旁聽課、網上視頻課件、網友交流等途徑學習電路理論、做仿真實驗，可以通過興趣制作等達到理論與實踐的統一，甚至可以達到某些電子行業的專業水平。電子仿真實驗結論與實踐是有差距的，有時偏差還很大。比如用Multisim做仿真實驗過程中，用發光二極管指示某實驗電路的輸出，當信號頻率為1Hz時幾乎看不見其閃爍（因亮、暗的時間都較長），而在1KHz時卻表現為閃爍現象，其真實情況是在1Hz時發光二極管閃爍明顯、1KHz時表現為亮，也就是說，仿真結果不合實際［2－5］。雖然仿真結論與系統的實際運行情況有差距，但也不能就此否定仿真實驗方法。仿真結果可以讓我們知道設計思路沒有錯、能夠實現這個硬件系統。但是否可以實現該真實系統呢？那就需要到實驗室實戰，用真實元器件搭試電路、用儀器設備測量電路參數、進行數據分析并完成實驗（實習）報告，做到理論與實踐的統一。學校是造就英才的圣地，電子技術實驗室應該給業余愛好者提供實驗的條件，幫助其個性發揮。如今的電子技術實驗已經不同于上世紀60～70年代做礦石收音機、電子管收音機、晶體管收音機等實驗。“單級放大器”是電子技術最簡單、最基礎、最必須的單元電路實驗，要做這個硬件實驗除必要的電子元件、實驗板之外，還必須提供穩壓電源、信號源、毫伏表、示波器、萬用表等實驗設備。由此可見，實驗室開放對業余電子愛好者成才的重要性。
開放式電子技術教學方案
專題講座可以聘請校內專家報告其學術研究領域內的研究成果，對學生進行啟發，激發學生的創造性思維和電子制作興趣，一年應該有3～5場，每場2～3學時，給專家計算10學時／場（含備課工作量）。請校外行業專家來做學術報告，讓我們的師生了解新的行業信息，調整自己的研究方向，每年2～3場，要有計劃、有步驟地安排。驗證性實驗主要通過多媒體仿真演示及計算機仿真實驗完成，現在的實驗室多數轉制為綜合性電子設計實驗室［6－11］，并實行開放。開放式實驗項目設置：驗證性實驗10％、綜合性40％、設計性30％、研究性20％，其中驗證性實驗主要接待電子愛好者，他們的綜合設計能力相對較弱，需要有知識層次承接，需要對實踐能力循序漸進的培訓過程。每一個開放式實驗項目均設定學分，如果選做實驗的學生取得相應學分，可以沖抵相關實驗課程的學分。
完善開放式實驗項目申報機制和管理
開放式實驗項目由教師申報上網，要鼓勵教師多申報實驗項目，讓學生有更多的選擇空間。開放式實驗項目是綜合性、設計性的，屬實踐教學類。這類實驗的項目設計、實驗指導等均有一定的難度，可以是教師科研項目的子課題改編，也可以結合生產實際編撰設置。這類實驗項目比理論驗證性實驗涉及到的知識面廣、內容多，但比研究性項目小，每個項目設置0．5～1個學分，8～18學時的教學內容。學生可以上網申請實驗項目。項目達到相應的知識面和技術難度指標時，為0．5～1學分工作量，經導師審核通過后方可立題。難度較大、內容較多、知識面較廣的項目，可以適當提高學分（需要由教學委員會評估）。教師可以通過網絡方式提供多個項目供學生選做，每個項目在一學期內允許3～5名學生選做（學生人數較多時，適當擴大比例）；設計方案可以小組商討，但作品必須各自獨立完成。若有學生選做某個項目，并在教師指導下完成實驗，即給相應的指導教師計算對應的工作量（選做人數多，應適當提高計算當量）。
原則上學生可以隨時申請預約做開放式實驗，不限專業、不限實驗場地和實驗時間。開放式實驗項目的設計與制作可以在實驗室及其他可操作的環境完成，設計報告在網上提交。建設學生自主管理的實驗室，對研究成果優秀的學生獎勵3～5個學分。學生實驗的成績70％由導師根據設計方案、實驗情況、作品指標等給予評定；30％由教學委員會組織專家根據其提交的設計報告，審查其設計方案、技術指標、行文格式規范等給予評定。開放式實驗不同于研究性實驗項目，研究性實驗項目是有專項經費資助的，開放式實驗項目要由實驗室運行費用來支付。開放式實驗非常規實驗，僅有題目、要求、簡單原理介紹，具體方案由學生依據自己的知識層次、技術能力、解決方法來決定。所用器材隨題目而定，沒有計劃預計清單，這無疑增加了管理難度。我們的做法是根據供備選的實驗項目可能用到的元器件和可能選做的人數上線預備購置，讓學生選擇該項目時有元器件提供。
這種方式在短時間看，可能有器件富裕（浪費），長期來說是不可能多余的。以某一項目為例，假設需要PIC單片機、鎖存器、晶體管、電阻、電容等，該項目需用經費約80．00元；如果該項目還可選用核心芯片為CPLD，元器件成本也為80．00元，以10名學生選作計算，那這一項目的2種方案大約需用經費0．16萬元，也就是說，如果有25個備選實驗，每個項目按2種方案計算，需要啟動4萬元的實驗經費。事實上每個項目都有多種方案，我們只能根據實驗運行可能用到的材料來購置適當類型、數量的元材料以備用，啟動投資至少擴大5倍，照這樣推算該實驗室開放式實驗計劃經費需要20萬元。開放式實驗通常要求焊接，元器件回收率很低，按10％～20％損耗率計算，每一年也需用2～4萬元的元器件補充。#p#分頁標題#e#
調動導師及實驗技術人員的積極性
（1）關于綜合性實驗項目。綜合性實驗項目的一部分可以來源于傳統實驗項目，由于電子技術發展很快，范圍很廣，這遠遠不能滿足學生知識渴求的實際需要［12－13］。開發新的實驗項目需要鼓勵教師研究與實踐，而相應的工作如查閱資料、做實驗、做資料編輯等要投入時間、精力，還要消耗資源（元件材料等），為此，新實驗項目可以通過科研立項的方式，給予適當的經費資助，鼓勵教師及實驗技術人員去完成。（2）實驗運行。在一個學期內同一項目限選人數不超過5人、一位教師指導實驗項目不超過5個，同時給指導教師和實驗技術人員計算項目相應工作量。
分析化學實驗課是大學化學、化工、應用化學及與化學相關各專業的一門基礎課程,它在將一個普通的大學生培養成為化學工作者的過程中起到了承啟起后的作用[1]。分析化學實驗課應致力于在理論與實踐、學與用、知識與能力之間為學生搭建一個橋梁,使之成為一個培養學生形成創造性科學思維和綜合應用知識能力的載體。在分析化學實驗中開設“設計性實驗”,正是在這種共識的基礎上所采取的重要措施[2]。國內多所高校在分析化學實驗中都不同程度地引入了“設計性實驗”,近年出版的分析化學實驗教材中幾乎都可以看到設計實驗的內容。2000年始,我們分析化學教研組開始了“設計性實驗”教學的探討。2004年,我們將這一教學形式寫進教學大綱,在全校所有開設分析化學實驗課的專業推廣,獲得了良好的教學效果。十幾年里,我們在教學實踐中對“設計性實驗”的教學進行了全方位的研究并使其逐步完善。現將我們的工作介紹給大家并愿意與同行們商榷。
1逐步完善“設計性實驗”課程運行模式
按照最初的課程設計,學生在完成了分析化學實驗基本技術訓練和驗證性實驗的基礎上,進入“設計性實驗”階段。我們精選了115個實驗題目并按其難度分為三級,設計了循序漸進、由淺入深的“3步走”的實施模式。以化學專業為例:第1步,學生在一級實驗題目(共10個)中選擇一個實驗,獨立完成實驗方案的設計,經指導教師批準后,提出所需試劑和備品,由實驗室負責備齊,于規定時間內完成實驗。一級實驗題目難度不大,一般為單一組分的實際樣品分析。目的是通過這一實驗,使學生有機會對實際的分析工作有系統的了解。由于可能多人共題,大家可以相互討論、互相借鑒,在討論、模仿和借鑒之中,完成自己的實驗任務。實驗結束后,要求學生對自己的工作進行評價,討論得失,總結經驗。第2步:學生可在二級實驗題目(共12個)中選擇一個實驗,限定每題不超過4人,要求同題者應使用不同的測定方法完成實驗,但可以共同討論解決實驗中出現的問題。二級實驗題目皆為混合物分析內容,學生需要從查閱資料入手,弄清實驗理論和干擾情況后設計出實驗方案。由于共題人數減少了,需要獨立思考的內容多了,實驗難度增加了。當學生全部完成實驗后,教師會通告試樣的相對真值,要求學生運用數理統計方法對實驗結果作出客觀評價,并分析產生誤差的原因。此實驗完成之后,學生對分析實驗的認識有了提高,基本掌握了解決一般分析問題的思路和方法。第3步是獨立設計實驗,具有考核性質,要求學生獨立完成。內容則以學生前期知識儲備為基礎,涉及定性分析、定量化學分析中的任何一種方法。三級題共93個,分為A、B、C、D4個檔次,依AD的順序難度增加。其中A:20題、B:25題、C:36題、D:12題,學生可在三級實驗題目中任選其一。選題后,學生通過2~3周準備時間,查閱資料、設計實驗方案、與指導教師討論實驗方案的可行性,獲得批準后進入實驗室。此階段實驗室對學生全面開放,學生可根據自己的情況預約實驗時間、可以申請使用實驗室所有的設備與試劑,指導教師與實驗教輔人員隨時會給學生必要的幫助。為了讓學生能有更大的收獲,我們還建立了討論制度,在每個工作日,都會利用1h左右的時間,教師帶領全體同學對1天的工作進行總結。此時,學生可將自己在實驗中遇到的問題、困難提出請求幫助,也可以將自己的經驗和收獲與同學們分享,同學和指導教師可提出自己的意見供參考。實驗結束后1周內,學生應上交實驗報告,由指導教師根據學生的綜合表現評出其設計實驗得分,并單獨計入學生實驗課總成績。我們也鼓勵學生對自己感興趣的分析問題自命題,但要由教師考證難易程度后確定難度等級。設計實驗有效激發了學生的學習興趣和欲望,提高了學生運用知識和獨立解決問題的能力,對提高教與學的質量都有很好的促進作用。我們的初步實踐收到了良好的效果。同時,問題也突顯出來了,主要為:①獨立設計實驗階段,雖然我們考慮到學生的興趣、知識基礎、實驗技術和能力等多方面的差異,設立了A、B、C、D4個檔次的預選題目,但由于大二年級的學生正處于學習任務較繁重的階段,學生時間投入有限,加之有的學生對成績的期待值不符合自身能力(各檔次題目得分不同),有部分同學需要超時完成,個別學生甚至不能完成實驗任務或實驗結果與相對真值差距較大。②指導教師在大約1個月的時間里每天要在實驗室巡視和指導不同的實驗,工作強度大。實驗室與教輔人員要一直和學生同步運轉,工作時間和強度都遠超負荷。③1人1題的設計實驗太過強調了學生完成實驗的獨立性,部分學生在這種“孤立無援”的境地里會過多的依靠教師,學生體會不到探索帶來的樂趣,甚至盼望著快點完成實驗勝利大逃亡。這在本質上并沒有解決如何啟迪學生科學思維和創新意識的問題,而“疲勞工作”甚至使個別學生“害怕”實驗,與我們建立這一教學模式的初衷相距甚遠。④由于教學計劃的調整,各專業用于設計性實驗僅有12~16學時,無法完成“3步走”的模式。這些問題不解決,教學模式再好,也只能是紙上的“研究成果”,無法推廣應用。2008年,我們再次對學生設計實驗題目進行了考察和精簡。通過篩選,確定了51個以學生前期知識儲備為基礎、具有一定探索性的設計實驗題目,同時,根據實際應用特點增加了對分析結果評價的要求。據其難度劃分A、B、C3級,規定學生可2~3人同選一題。將原來的3步走變為一步到位,使學生完成實驗的時間有了保證。為了彌補減少了前2步帶來的缺陷,我們加強了經典實驗教學中的討論。為促使學生主動學習和教學中的師生互動,自編了討論式分析實驗教學的電子課件,有計劃地將解決實際分析問題的方法、步驟等滲透到驗證性實驗的教學中,如查閱文獻資料、實驗方案的形成、試樣的制備、前處理、分析結果的評價等。在開學初開設“設計實驗知識講座”,使學生明確設計性實驗的性質、要求、選題須知等,并以教師的經驗和具體分析案例啟發學生進行實驗方案的設計。由于給學生考量的時間較充裕,學生可以通過查找資料,閱讀教材,參考實驗講義,根據自己的情況較合理地確定選題;還可在繼續進行的驗證性實驗中積累經驗、和同伴交流、與指導教師討論,使得實驗前的準備工作更充分。由于學生能夠較準確的提出所需備品,實驗室也有了足夠的時間做準備,實驗室人員也輕松了許多。學生進入實驗室后,工作更有秩序,遇到問題相互交流意見,共同探討解決途徑,實驗室內氣氛緊張、嚴肅、和諧,秩序井然。由于增加了對分析結果考察的內容,使學生真正從傳統的驗證實驗走進了實際分析工作。過去是做完實驗的學生追著老師問自己的分析結果是否合理,現在是學生自信的向老師匯報自己的工作已圓滿結束。學生對這樣的實驗課表現了高度的熱情,只要是有空閑時間,就會主動到實驗室來,實驗室成了學生展示自己能力的舞臺。特別是一些原來成績不好甚至不太認真學習的同學,為了能在實驗小組里起到一定的作用,會認真讀書,積極參與解決問題,這也許是最讓我們有成就感的結果。實驗結束后,大多數學生表示希望后續課程也有這樣做實驗的機會,有的同學甚至對分析實驗室戀戀不舍,認為這里是他“發現自己”的地方,我們開展設計性實驗的目的初步實現了。2個教學年度的實踐結果讓我們充分認識到:大學課程在傳授知識的同時更應注重培養學生的學習能力、解決問題的能力、交流能力、團隊合作能力和創新能力[3]。這些能力不是逼出來的,是學生在具有相應氛圍的文化環境中“悟”出來的。我們應該在實驗教學中為學生營造一個有科學研究氣氛的學習環境,為學生提供更多的創新機會,鍛煉學生的創新行為,激發學生參與創新的意識和熱情,培養他們的團隊協作精神以及創新所需要的頑強的意志品質和持之以恒的精神。實踐讓我們真正的認識到“教學內容和教學形式是實現教學目標的基礎”,要使設計性實驗教學的設想轉變為學生能力的提高,首先要求教師對自己所堅持的教學理念要有足夠的理解;其次是教學內容和形式要符合教學理念;最后還要有“以學生為本”的教學管理方式。現在,學院領導特別為我們增添了2臺微機,除了處理實驗數據外,學生在實驗中遇到問題可以隨時上網查詢。這增強了實驗室的研究性氛圍,使得學生對設計性實驗的參與熱情更高了,實驗的成功率大幅度提高。不僅如此,從學生實驗過程中所表現出的主動學習、積極工作、團結合作、認真求實的精神,克服困難、堅持到底的良好品德、對新知識的追求和創造的熱情中,我們感受到了改變傳統的教學模式與方法的重要性和“設計性實驗”的魅力。
2整理編撰“設計性實驗”教師參考資料庫
在實踐中我們體會到,如何開展“設計性實驗”的教學,怎樣使得“設計性實驗”在分析化學實驗的教學中真正開展起來,并非僅僅在教學計劃中添幾個設計性實驗題目那么簡單。無須諱言,“設計性實驗”教學的操作難度較大,是否開設“設計性實驗”,與學校的教學硬件、有關教學管理部門重視程度有關,而能否開出“設計性實驗”,取決于實驗授課教師的個人能力、敬業精神和實驗教輔人員的合作精神等多種因素。“設計性實驗”題目隨機多樣,缺乏相應的教學指導性材料,學生提出的解決問題的方法可能超出教師的原有知識積累等因素,對教師個人能力的要求很高。即便是經驗豐富的教師,也需要足夠的精力投入才能及時發現學生實驗中存在的問題并給予恰當的指導。一個對分析化學理論理解不夠深入和缺乏教學投入及科學研究經驗的教師是無法勝任這種教學形式的。為此,我們在完成本課題的過程中,及時總結,歸納整理了近幾年來對實驗題目的考察結果和學生的實驗記錄,整理編撰了教師用“設計性實驗”教學參考資料庫和“學生設計性實驗”檔案。任課教師可根據學生和教學條件等差異,在預選題庫中選用適當的“設計性實驗”題目,同時可以參考教師教學資料庫提供的資料和建議指導學生。教輔人員也可以從資料庫中了解所需備品的詳細情況等等,為設計性實驗課的順利完成提供了很好的支持。
3建立學生成績考評標準
在教學活動中,學生成績的考評標準是不可或缺的。在我們的教學模式中,設計性實驗成績占25%。正確評估學生在設計性實驗中的工作對教師的工作經驗和工作能力都提出了比傳統教學方法更高的要求。這是設計性實驗題目的多樣性、實驗的多途徑等特點決定的。因此,如何評價學生的工作是項艱難的任務。經過反復研究,我們確定衡量學生完成設計性實驗的質量標準是:①設計方案的合理性。體現在學生設計方案中原理的正確性、知識的綜合運用程度、實驗方案的可行性。②個人在完成實驗中的貢獻。由于實驗可以小組的形式進行,對每
